JP4547285B2

JP4547285B2 - バンプ形成装置

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Publication number: JP4547285B2
Application number: JP2005076271A
Authority: JP
Inventors: 博丑木; 保幸小町; 文彦加藤; 和広今井; 和範太田
Original assignee: Shinkawa Ltd
Current assignee: Shinkawa Ltd
Priority date: 2005-03-17
Filing date: 2005-03-17
Publication date: 2010-09-22
Anticipated expiration: 2025-03-17
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Description

本発明は、バンプ形成装置に係り、チップに高さの揃った複数のバンプを形成するバンプ形成装置に関する。

チップの表面に電極端子としての複数のバンプを形成してバンプ付チップとなし、この複数のバンプを介して回路基板等に一回のボンディングで接続する技術は、いわゆるフェースダウンボンディングとして広く知られている。チップの表面にバンプを形成する方法として、バンプボールをボンディングパッド上に接合する方法、半田メッキ等によりボンディングパッド上に半田層を形成し加熱により球状化する方法等があり、さらに、ワイヤを用いたボンディング技術を用いることもできる。

例えば、特許文献１においては、超音波熱圧着により半導体素子の電極上にワイヤによるバンプボンディングを行うことが述べられている。ここでは、ワイヤによるバンプボンディングを行った後、バンプを所定の高さに矯正するレベリングも行われる。そして、チップの供給トレイ、バンプボンディングが行われるボンディングステージ、バンプ高さを揃えるレベリングステージ、高さのそろったバンプ付チップを収納する収納トレイ等の間を、保持ツールを用いて加工前チップあるいは加工後のチップを保持し順次持ち回って搬送することで、高さの揃ったバンプ付チップが生産される。

特許文献１においては、特にバンプ形成及びレベリングの生産性を向上させる工夫がなされている。すなわち、２つのボンディングステージを用い、レベリングステージは１つとして、チップの持ち回り搬送を行う保持ツールを、１つの加工前保持ツールと、２つの加工後保持ツールとの合計３つの保持部を有するものが用いられている。

チップの搬送を行う保持ツールが１つでない理由は、バンプ形成が行われる前（加工前）のチップは、薄膜レベルの厚さばらつき程度の平坦性を有しているのに対し、バンプ形成後（加工後）は、数１０μｍ程度の高さのバンプがチップ表面より突き出るため、バンプの変形を防ぐため、保持部の形状に工夫を要するからである。特許文献１において、加工後保持ツールを２つ備えることにしているのは、ボンディングステージが２つであるのに対し、レベリングステージは１つであるので、レベリングステージの待ち時間を減らして生産性を上げるためである。

特開２００１−２６７３５３号公報

特許文献１の構成によれば、１つのボンディングステージ、１つのレベリングステージの構成に比して格段に生産性が向上し、さらに、ボンディングステージを２つに増やしたときでも、２種類の保持部を有する保持ツールを用いるものに比べ生産性が良くなると考えられる。

しかし、保持ツールの保持部の形状は、保持する対象のチップの大きさ及び形状に適合するように一々個別に揃える必要があり、大きさや形状の異なる複数種類のチップのバンプボンディングを行うときはコストアップの要因となる。また、２つのボンディングステージ、１つのレベリングステージに対し、３つの保持部を使い分けるので、シーケンスが複雑になり勝ちである。

本発明の目的は、チップを持ちまわる保持ツールの保持部の種類を増やすことなく、生産性を向上できるバンプ形成装置を提供することである。

本発明に係るバンプ形成装置は、チップに高さの揃った複数のバンプを形成するバンプ形成装置において、チップを供給する供給トレイと、チップに複数のバンプを形成するバンプ形成部であって、２以上のバンプステージを有し、一つのバンプステージでチップにバンプを形成するとき他のバンプステージは次にバンプ形成を行うチップあるいはすでにバンプが形成されたチップを待機させるバンプ形成部と、形成された複数のバンプの高さを揃えるレベラー部であって、２以上のチップ保持ステージが一体化されて、チップの受け渡し位置とバンプの高さ揃え位置との間をスライドして移動し、チップの受け渡し位置に移動したときは、全てのチップ保持ステージについてチップの受け渡しが可能で、バンプの高さ揃え位置に移動したときは、一つのチップ保持ステージでバンプの高さを揃えるとき他のチップ保持ステージは空の状態であるレベラーステージを有するレベラー部と、バンプの高さの揃ったチップを収納する収納トレイと、供給トレイとバンプ形成部とレベラー部と収納トレイとの間において、チップコレットを用いてチップを受け渡し及び搬送を行うチップコレット搬送部と、バンプ形成のサイクルタイムを制御する制御部と、を備え、制御部は、供給トレイにおいてチップコレットに第１チップを把持させる手段と、第１チップを把持したチップコレットを移動させ、バンプ形成部のこれからバンプ形成を行う方のバンプステージに位置決め配置させる手段と、空いているチップコレットを既にバンプ形成が終了した方のバンプステージに移動させ、そこにおいて既にバンプが形成されて待機している第２チップを把持させる手段と、第２チップを把持したチップコレットを移動させ、レベラー部のこれから高さ揃えを行う方のレベラーステージに位置決め配置させる手段と、空いているチップコレットを既にバンプ高さ揃えが終了した方のレベラーステージに移動させ、そこにおいて既に高さが揃えられ待機している第３チップを把持させる手段と、第３チップを把持したチップコレットを移動させ、収納トレイに位置決め配置して収納させる手段と、を含むことを特徴とする。

また、本発明に係るバンプ形成装置において、供給トレイから出発して収納トレイに至る搬送サイクルタイムよりも、１つのバンプステージ当たりのバンプ形成に要するサイクルタイム及び１つのレベラーステージ当たりのバンプの高さを揃えるサイクルタイムを短く制御することが好ましい。

また、本発明に係るバンプ形成装置において、チップコレット搬送部は、バンプがまだ形成されていないバンプ無チップを把持する把持形状を有するバンプ無チップ用チップコレットと、バンプが既に形成されているバンプ有チップを把持する把持形状を有するバンプ有チップ用チップコレットと、を有し、制御部は、バンプ無チップ及びバンプ有チップに応じて、チップコレット搬送部が使用するチップコレットを選択することが好ましい。

上記構成により、２以上のバンプステージと、２以上のレベラー部を備え、その間でチップを持ちまわるチップコレットは、供給トレイ−ボンディングステージ−レベラーステージ−収納トレイの順に、チップ等のピック（把持）アンドプレース（位置決め配置）を効率よく繰り返す。すなわち、供給トレイにおいてチップを把持−バンプ形成を行うボンディングステージにチップを運ぶ−バンプ形成が終わったボンディングステージにおいてバンプ付チップを把持−高さ揃えを行うレベラーステージにバンプ付チップを運ぶ−高さ揃えを終わったレベラーステージにおいてバンプ付チップを把持−収納トレイに高さが揃えられたバンプ付チップを運ぶ、の順に、チップ等を持ちまわる。

すなわち、バンプ形成が終了したチップはすぐレベラーステージに運ばれ、高さが揃えられたバンプ付チップはすぐ収納トレイに運ばれ、供給トレイからはバンプ形成をこれから行うボンディングステージにすぐチップが運ばれる。したがって、各作業に対する順番待ち等の無駄がない。ここで、チップを持ちまわる保持部は、もちろん、バンプ形成の前後でバンプ形状の保護のため、保持部の形状の異なるものに持ち替えてもよいが、基本的に１つで済む。したがって、チップを持ちまわる保持ツールの保持部の種類を増やすことなく、生産性を向上できる。

また、供給トレイから出発して収納トレイに至る搬送サイクルタイムよりも、１つのバンプステージ当たりのバンプ形成に要するサイクルタイム及び１つのレベラーステージ当たりのバンプの高さを揃えるサイクルタイムを短く制御するので、高さの揃ったバンプ付チップの生産のサイクルタイムは、バンプ形成に要するサイクルタイムや高さ揃えに要するサイクルタイムに影響されず、単に搬送サイクルタイムで決定される。したがって、その範囲内において、バンプ形成の時間や高さ揃えの時間に依存せず、搬送サイクルタイムを短縮することで、生産性を向上させることができる。

また、バンプ無チップ用チップコレットと、バンプ有チップ用チップコレットとの選択を行うので、バンプの形状の変形等を防ぐことができる。

上記のように、本発明に係るバンプ形成装置によれば、チップを持ちまわる保持ツールの保持部の種類を増やすことなく、生産性を向上することができる。

以下に図面を用いて、本発明に係る実施の形態につき、詳細に説明する。以下では、バンプ形成装置として、金ワイヤを用いるワイヤボンディングによりバンプを形成し、バンプ高さをレベラー部で揃えるものとして説明するが、ワイヤの材質は金以外のもの、例えばアルミニウム等であってもよい。また、バンプ形成は、ワイヤボンディング以外の方法、例えば導体微小ボールをチップに接合して形成する方法等であってもよい。また、バンプ形成部のボンディングステージ、レベラー部の保持ステージはそれぞれ２つずつとしたが、これらは２つ以上であればその数は問わない。また、以下の説明では、チップを供給する供給トレイとバンプの高さの揃ったチップを収納する収納トレイとを１つの供給・収納トレイで行うこととしたが、これを機能に応じて供給トレイと収納トレイの別々のトレイとしてもよい。

図１は、バンプ形成装置１０の構成を示す図である。バンプ形成装置１０は、半導体チップの表面に複数のバンプを形成し、そのバンプの高さを所定の範囲に揃える装置で、バンプの高さの揃えられたチップはその後、回路基板等へのフェースダウンボンディングに提供される。チップとしては、１ｍｍ角程度から数ｍｍ角、あるいは１０ｍｍ角を越える大きさのＬＳＩチップや電子部品等を対象とでき、バンプは、例えば、直径及び高さがそれぞれ数１０μｍ程度の金ボールを押しつぶした形状のものを用いることができる。

したがって、バンプ形成装置１０は、バンプ形成前後の試料を収納するトレイの出し入れを行うトレーローダ部１２、作業前のチップを供給し、また高さが揃えられたバンプ付チップを収納する供給・収納トレイ１４を備える。また、バンプ形成装置１０は、チップにワイヤボンディングの方法によりバンプを形成するバンプ形成部２０、チップに形成されたバンプの高さを揃えるレベラー部４０、チップを保持して供給・収納トレイ１４、バンプ形成部２０、レベラー部４０、供給・収納トレイ１４の間を持ちまわるためのチップコレット搬送部６０を備える。また、これらの要素の動作を全体として統一し、効率よく高さの揃ったバンプ付チップを生産するための制御を行う制御部８０を備える。

トレーローダ部１２は、作業前のチップを整列して配置する複数の供給トレイ１５を積み上げ、また、高さの揃えられたバンプ付チップを整列して収納する複数の収納トレイ１７を積み上げ、バンプ形成の作業の進捗に応じ各トレイを移動させる機能を有する試料出入部である。その制御は、制御部８０のロードアンロード処理モジュール８２の制御の下で行われる。

トレーローダ部１２において、作業の開始前には、これからバンプが形成される作業前のチップが並べられた複数の供給トレイ１５のみが格納され、収納トレイ１７はまだない状態である。そして、積み上げられた供給トレイ１５から１つ目の供給トレイがベルト搬送機構等によって所定のチップ把持位置のところに搬送され、位置決めされて、作業用の供給・収納トレイ１４となる。このチップ把持位置は、ここからチップがチップコレット搬送部６０によってバンプ形成部２０に持ち運ばれるスタート位置および、レベラー部４０から高さの揃えられたバンプ付チップが運ばれてくる終着位置に相当する。したがって、チップ把持位置におけるトレイは、作業前のチップを整列して配置しておく機能と、高さの揃えられたバンプ付チップを整列して収納する機能とを兼ね備え、その意味で、供給・収納トレイ１４と呼ばれる。

作業が進んで作業用の供給・収納トレイ１４が高さの揃えられたバンプ付チップで一杯になると、ベルト搬送機構等によってトレーローダ部１２の収納トレイ１７のところに搬送されて積み上げられる。その際に待機が必要なときは、待機位置１８で一旦待機することができる。また、供給・収納トレイ１４は、一般的に高さの揃えられたバンプ付チップで一杯になる前に、作業前のチップがなくなるので、そのために予備の供給トレイであるサブトレイ１６が本来の供給・収納トレイ１４の背後に待機する。このようにして、バンプ形成の進行に応じて、トレーローダ部１２の中の各トレイの移動が効率よく行われる。

バンプ形成部２０は、制御部８０のバンプ形成処理モジュール８４の制御の下で、チップ表面に複数のバンプを形成する機能を有する作業ステーションである。バンプ形成部２０は、ワイヤボンディングを行うボンディングヘッド２２と、２つのボンディングステージ２４，２６を含む。２つのボンディングステージ２４，２６は、ボンディング作業のためにチップを保持する機能を有する作業ステージで、図１に示すＹ方向に移動可能である。ボンディングヘッド２２は、いずれのボンディングステージ２４，２６においてもボンディング作業が可能なように、図１に示すＸＹ平面内において移動可能で、また、ＸＹ平面に垂直のＺ方向にも移動可能である。ボンディングステージが２つあるのは、一方のボンディングステージでボンディング作業を行っているとき、他方のボンディングステージにおいて次にバンプ形成を行うチップあるいはすでにバンプが形成されたチップを待機させるためである。

図２は、バンプ形成部２０に関する構成要素を示す図である。ここでは、バンプ形成部２０の構成要素ではないが、バンプ形成の対象であるチップ２がそれぞれのボンディングステージ２４，２６の上に保持されている状態で図示されている。ボンディングステージ２４，２６は、バンプ形成装置１０の筐体ステージ２８の上に配置され、上記のように、図１のＹ方向に移動可能に支持されている。また、ボンディング作業の必要に応じ、筐体ステージ２８、あるいはボンディングステージ２４，２６には加熱用ヒータが設けられる。

ボンディングヘッド２２は、ここでは広義にバンプ形成の作業を行う機構全般をさす意味で用いている。すなわち、ボンディングヘッド２２は、バンプを構成するためのワイヤ８を巻きつけてあるスプール３０と、ワイヤ８を挟みあるいは開放してその移動を制御するワイヤクランパ３２と、ワイヤ８を挿通し、図示されていない超音波装置からワイヤボンディングのための超音波エネルギの供給を受けるキャピラリ３４とを含んで構成される。ワイヤ８としては、例えば数１０μｍ直径の金ワイヤを用いることができる。また、キャピラリ３４の先端に対向してワイヤ８の先端をボール状に形成するためのトーチ３６が設けられ、トーチ３６は図示されていないトーチ電源に接続される。

ボンディングヘッド２２によるバンプ形成はワイヤボンディング技術を用いて次のようにして行われる。キャピラリ３４にワイヤ８を挿通し、キャピラリ３４の先端からワイヤ８の先端を出す。そして、図示されていない高圧電源であるトーチ電源の一方極性側をトーチ３６に、他方極性側をワイヤ８、具体的にはスプール３０等に接続し、トーチ３６とワイヤ８の先端とを適当な空間距離だけ離して、その間に高圧を印加し、放電等によりワイヤ８の先端を溶融させてボール状の形状を形成する。このようにして、ワイヤ８の先端をボール状に形成した後、これをチップ２のボンディングパッドにキャピラリ３４により押し付け、図示されていない超音波装置から超音波エネルギを供給し、ボンディングパッドとワイヤ８とを接合させる。このとき必要があれば、上記のように加熱ヒータを用いることができる。チップ２のボンディングパッドとワイヤ８との間の接合が行われると、ワイヤクランパ３２を閉じて、キャピラリ３４を引き上げ、ワイヤ８を引きちぎる。

このようにして、チップ２の表面に金のボール状のものが１つ形成されるので、これを１つのバンプとして用いることができる。これを１つのチップ２の各ボンディングパッドについて繰り返し、複数のバンプを有するチップを得ることができる。

図３は、２つのボンディングステージ２４，２６を用いて効率よくバンプ形成を行うシーケンスの一例を示す図である。２つのボンディングステージ２４，２６は、制御部８０の制御の下で、図１に示すＹ方向に移動可能である。また、ボンディングヘッド２２は、図１に示すＸＹ平面内において移動可能で、またボンディング作業において、ＸＹ平面に垂直なＺ方向に移動可能である。これらの図は、ボンディングヘッド２２、２つのボンディングステージ２４，２６、及びチップ２，３，４の位置関係がバンプ形成の時間的経過とともに移動変化する様子を、バンプ形成部２０における平面図を用いて示すものである。バンプ形成が進展するにつれチップの内容が変化するので、ここでは、バンプ形成がまだ始まっていないチップ２、バンプ形成中のチップ３、複数のバンプ形成が終了したチップ４と符号を変え、バンプ形成前のチップ２の図形は単なる矩形図形とし、バンプ形成後のチップ４には斜め十字線を付した矩形図形として示すこととする。

図３（ａ）は、最初の状態で、ボンディングヘッド２２は中立状態の配置で、図示を省略した供給・収納トレイ１４からチップ２がボンディングステージ２６に運ばれ、保持されたところである。これを受けて、ボンディングヘッド２２はボンディングステージ２６の方向に移動する。

図３（ｂ）は、チップ２を保持するボンディングステージ２６がＹ方向に移動し、ボンディングヘッド２２によりチップ３についてバンプ形成が行われている状態である。この間に、空いているボンディングステージ２４に、図示を省略した供給・収納トレイ１４からチップ２が運ばれ、保持される。

図３（ｃ）は、ボンディングステージ２６においてバンプ形成が終了し、ボンディングステージ２６がＹ方向に移動して元の位置に戻った状態を示す。ボンディングヘッド２２は、ボンディングステージ２６の位置から中立状態を経て、ボンディングステージ２４の方向へ移動する。また、バンプ形成が終了したチップ４は、ボンディングステージ２６から図示を省略したレベラー部４０に運ばれる。

図３（ｄ）は、チップ２を保持するボンディングステージ２４がＹ方向に移動し、ボンディングヘッド２２によりチップ３についてバンプ形成が行われている状態である。この間に、空いているボンディングステージ２６に、図示を省略した供給・収納トレイ１４からチップ２が運ばれ、保持される。この工程は、図３（ｂ）の工程とボンディングステージが変更されているのみで内容は同様である。

図３（ｅ）は、ボンディングステージ２４においてバンプ形成が終了し、ボンディングステージ２４がＹ方向に移動して元の位置に戻った状態を示す。ボンディングヘッド２２は、ボンディングステージ２４の位置から中立状態を経て、ボンディングステージ２６の方向へ移動する。また、バンプ形成が終了したチップ４は、ボンディングステージ２４から図示を省略したレベラー部４０に運ばれる。この工程は、図３（ｃ）の工程とボンディングステージが変更されているのみで内容は同様である。

上記工程を繰り返すことで、２つのボンディングステージ２４，２６を効率よく用い、バンプ形成を順次行うことができる。

レベラー部４０は、制御部８０のレベラー処理モジュール８６の制御の下で、バンプが形成されたチップ４について、そのチップ４の各バンプの高さを揃える機能を有する作業ステーションである。図４にバンプ高さを揃える概念を示す。図４（ａ）は、バンプ形成前のチップ２の様子を示し、チップ２のボンディングパッド５の上にはまだバンプが形成されていない。図４（ｂ）はバンプ形成部２０においてバンプ７が形成されたチップ４の様子を示す。このように、バンプ形成後のままのバンプ７は、引きちぎられたワイヤの残された形状等により、その高さがバンプ７により異なり、また、その頂部は平坦でなく、後工程のフェースダウンボンディングに必ずしも適したものではないことがある。図４（ｃ）は、レベラー部４０においてバンプ高さを一様のＨとし、その頂部も平坦化して、高さの揃えられたバンプ９付のチップ６とした後の様子を示す図である。

レベラー部４０は、バンプの高さを揃えるために、チップの各バンプの頂部に接触して加圧力を与えるレベラーヘッド４２と、２つのレベラーステージ４４を含む。図１では、２つのレベラーステージ４４を１つの部材として図示されているが、この１つの部材に、バンプ付チップを保持する２ヶ所の保持ステージが設けられる。２つのレベラーステージ４４は、高さ揃え作業のためにチップを保持する機能を有する作業ステージで、図１に示すＹ方向に移動可能で、２ヶ所の保持ステージのいずれかをレベラーヘッド４２の真下に配置することができ、さらにＺ方向に上昇、下降が可能である。レベラーヘッド４２は、２ヶ所の保持ステージのいずれかを真下においてこれを上昇させることで、加圧力をレベラーステージ４４に対し与え、バンプの高さを矯正することができる。レベラーステージ４４が２つの保持ステージを有するのは、一方の保持ステージで高さ揃え作業を行っているとき、他方の保持ステージにおいて次に高さ揃えを行うバンプ付チップあるいはすでに高さが揃えられたバンプ付チップを待機させるためである。

図５は、レベラー部４０の構成要素を示す図である。レベラー部４０は、バンプ形成装置１０の筐体ステージ２８に固定して設けられる一種の加圧装置で、レベラーヘッド４２に対しレベラーステージ４４がＺ方向に上下できる機構を有する。レベラーヘッド４２は、加圧力を計測できるロードセル４８を介し、スイベル機構と呼ばれる回転調心機構４６を有し、筐体ステージ２８に対し固定位置に設定され、Ｚ方向には移動しない。レベラー部４０は、Ｚ方向に移動可能な上下移動台５９を有し、その上にレベラーステージ４４が設けられる。上下移動台５９の上下駆動は、くさび型の斜面台の平面移動駆動を用いた上下動機構５０によって行うことができる。レベラーステージ４４は、２つの保持ステージ５２，５４を有するチップ保持部材である。レベラーステージ４４は、スライダ機構５６を介し、案内テーブル５８の面内で図１に示すＹ方向に移動可能である。

図６は、レベラーステージ４４の２つの保持ステージ５２，５４を用いて効率よくバンプ高さ揃えを行うシーケンスの一例を示す図である。これらの図は、レベラーヘッド４２、レベラーステージ４４の２つの保持ステージ５２，５４、及びチップ４，６の位置関係がバンプ高さ揃えの時間的経過とともに移動変化する様子を、レベラー部４０における平面図、正面図を用いて示すものである。バンプ高さ揃えが進展するにつれチップの内容が変化するので、ここでは、高さ揃えがまだ始まっていないバンプ付チップ４、高さ揃えが終了したチップ６と符号を変え、高さ揃えがまだ始まっていないバンプ付チップ４の図形を図３と同様斜め十字線を付した矩形図形とし、高さ揃えが終了したバンプ付チップ６を黒く塗りつぶした矩形図形で示すこととする。

図６（ａ）は、最初の状態で、上下移動台５９は中立状態、すなわち下方に下がっている配置で、図示を省略したバンプ形成部２０からチップ４が第２保持ステージ５４に運ばれ、保持されたところである。第１保持ステージ５２は、図６（ａ）においてはまだ空の状態である。

図６（ｂ）は、チップ４を保持するレベラーステージ４４が図に示す矢印方向に、すなわちＹ方向にスライド移動し、第２保持ステージ５４をレベラーヘッド４２の真下に移動させ、そこで上下移動台５９が上昇してレベラーヘッド４２がチップ４のバンプを加圧し、バンプの高さ揃えが行われている状態である。

図６（ｃ）は、レベラーヘッド４２によってバンプの高さ揃えが終了し、上下移動台５９が下降し、ついでレベラーステージ４４がＹ方向に移動して元の位置に戻った状態を示す。ここで今まで空いていた第１保持ステージ５２のところに図示を省略したバンプ形成部２０からバンプ付チップ４が運ばれ、保持される。また、高さ揃えが終了したチップ６は、第２保持ステージ５４から図示を省略した供給・収納トレイ１４に運ばれる。したがって第２保持ステージ５４はここで空になる。

図６（ｄ）は、チップ４を保持するレベラーステージ４４が図に示す矢印方向に、すなわちＹ方向にスライド移動し、第１保持ステージ５２をレベラーヘッド４２の真下に移動させ、そこで上下移動台５９が上昇してレベラーヘッド４２がチップ４のバンプを加圧し、バンプの高さ揃えが行われている状態である。この工程は、図６（ｂ）の工程と保持ステージが変更されているのみで内容は同様である。

図６（ｅ）は、レベラーヘッド４２によってバンプの高さ揃えが終了し、上下移動台５９が下降し、ついでレベラーステージ４４がＹ方向に移動して元の位置に戻った状態を示す。ここで今まで空いていた第２保持ステージ５４のところに図示を省略したバンプ形成部２０からバンプ付チップ４が運ばれ、保持される。また、高さ揃えが終了したチップ６は、第１保持ステージ５２から図示を省略した供給・収納トレイ１４に運ばれる。この工程は、図６（ｃ）の工程と保持ステージが変更されているのみで内容は同様である。

上記工程を繰り返すことで、レベラーステージ４４の２つの保持ステージ５２，５４を効率よく用い、バンプの高さ揃えを順次行うことができる。

チップコレット搬送部６０は、制御部８０の搬送処理モジュール８８の制御の下で、チップを保持して供給・収納トレイ１４、バンプ形成部２０、レベラー部４０、供給・収納トレイ１４の間を持ちまわる機能を有する。チップコレット搬送部６０は、チップをピック（把持）アンドプレース（位置決め配置）するためのチップコレット６２と、チップコレット６２をＹ方向に移動可能に支持するＹ移動機構６４と、Ｙ移動機構６４をＸ方向に移動可能に支持するＸ移動機構６６を含む。Ｘ移動機構６４、Ｙ移動機構６６は、例えばリニアモータを用いた移動機構等を用いることができる。

チップコレット６２は、チップを把持し、あるいは把持を解除できる機能を有するチップ保持部材である。具体的には、チップを真空吸引によって把持し、真空を切ることで把持を解除する機構を用いることができる。図７は、チップコレット６２の断面図で、ここに図示されるように、チップコレット６２は２つのコレットヘッド６８，７０を有する。コレットヘッド６８は、バンプが形成されていないチップ２、すなわちバンプ無しチップ２を把持し、その把持を解除することができるバンプ無チップ用コレットヘッドである。コレットヘッド７０は、バンプ形成後のチップ４、すなわちバンプ有りチップ４を把持し、その把持を解除することができるバンプ有チップ用コレットヘッドである。コレットヘッド６８，７０は、チップコレット６２にはめ込み等で交換可能に組み付けることができる。

バンプ無用のコレットヘッド６８は、チップ２の外周を支持する鍔部を有し、鍔部とチップ２とで囲まれた空間を真空に引くことでチップ２を真空吸引により把持する。把持を解除するには真空を切るか、あるいは解除用気体を導入することで行うことができる。また、バンプ有用のコレットヘッド７０は、単に平坦な板の中央に真空吸引用穴を設けたものを用いることができる。チップ４の把持は、コレットヘッド７０の平板部と複数のバンプとで囲まれた空間を真空に引くことで行うことができ、把持の解除には真空を切るか、あるいは解除用気体を導入することで行うことができる。

次に、上記構成のバンプ形成装置１０における全体の動作について説明する。図８は、バンプ形成装置１０における連続的動作のシーケンスの一部を抜き出して示す図である。図８は、横軸に共通の時刻をとり、各構成要素の動作状態を示す６つの線図と、１つの状態変化図を表している。６つの線図は、上の方から順に、ボンディングステージＢＳＬ（図１上で左側のボンディングステージ２４）の動作線図、ボンディングステージＢＳＲ（図１上で右側のボンディングステージ２６）の動作線図、レベラーステージＬＶ１（図６上で左側の保持ステージ５２）の動作線図、レベラーステージＬＶ２（図６上で右側の保持ステージ５４）の動作線図、チップコレット６２の移動位置を示す線図、チップコレット６２のＸＹ移動を示す線図である。１つの状態変化図は、チップコレット６２のピック（把持）アンドプレース（位置決め配置）の状態変化を示す図である。

ボンディングステージＢＳＬ及びボンディングステージＢＳＲの動作線図は、図８において最も上の２本の線図である。この線図において、Ｌ状態はバンプ形成が行われていない状態を示し、Ｈ状態はバンプ形成が行われている状態であることを示す。ＨとＬとの間の遷移状態は、バンプ形成作業の立ち上がり、立下りを示す。したがって、これらの線図で、Ｌ状態から立ち上がってＨ状態となり、再びＬ状態に戻る間の、非Ｌ状態の期間がバンプ形成作業期間である。図８の例では、バンプ形成作業期間は約３．０ｓｅｃであり、１つのボンディングステージ当たりのバンプ形成作業サイクルタイムは約８．２ｓｅｃである。したがって、２つのボンディングステージを用いることで、バンプ形成装置１０全体としてのバンプ形成作業サイクルタイムはその半分の約４．１ｓｅｃとなる。

レベラーステージＬＶ１，ＬＶ２の動作線図は、図８において上から３，４本目の２本の線図である。この線図において、Ｌ状態はバンプの高さ揃えが行われていない状態を示し、Ｈ状態はバンプの高さ揃えが行われている状態であることを示す。ＨとＬとの間の遷移状態は、高さ揃え作業の立ち上がり、立下りを示す。したがって、これらの線図で、Ｌ状態から立ち上がってＨ状態となり、再びＬ状態に戻る間の、非Ｌ状態の期間がバンプ高さ揃え作業期間である。図８の例では、バンプ高さ揃え作業期間は約２．５ｓｅｃである。１つの保持ステージ当たりのバンプ高さ揃え作業サイクルタイムは、バンプ形成作業サイクルタイムと同じ約８．２ｓｅｃで、２つの保持ステージを用いることで、バンプ形成装置１０全体としてのバンプ高さ揃え作業サイクルタイムはその半分の約４．１ｓｅｃとなる。

チップコレット６２の移動位置を示す線図は、図８において上から５本目の最も複雑な線図である。この線図において、縦軸は、チップコレット６２の位置を示すもので、縦軸の下方から上方へ向かって、ＴＲＡＹ（供給・収納トレイ１４）の位置、ＢＳＲ（ボンディングステージ２６）の位置、ＢＳＬ（ボンディングステージ２４）の位置、ＬＶ２（保持ステージ５４）の位置、ＬＶ１（保持ステージ５２）の位置を示す。

図８においてチップコレット６２の移動位置を示す線図のすぐ下の線図は、チップコレット６２のＸＹ移動を示す線図である。ここではＨ状態においてＸＹ移動が行われていることが示される。すなわち、この線図と、そのすぐ上のチップコレット６２の移動位置線図とを対応させて見ることにより、ＸＹ移動を示すＨ状態に対応して、チップコレット６２は、ＴＲＡＹ，ＢＳＬ，ＢＳＲ，ＬＶ１，ＬＶ２の間で位置を変更していることがわかる。

図８において最も下部に示されている状態変化図は、チップコレット６２がチップを吸引把持するいわゆるピックアップを行っている（ｐｉｃｋ）か、チップコレット６２がチップを所定の場所に運んだあとそこで位置決めし把持を解除して配置している（ｐｌａｃｅ）か、を示すものである。この状態変化図と、チップコレット６２のＸＹ移動線図とを対応させてみることにより、チップコレット６２のピックアンドプレースは、ＸＹ移動が行われていないときになされていることが分かる。したがって、チップコレット６２は、ＸＹ移動によりその位置を変更し、変更した先において必ずピック（把持）又はプレース（位置決め配置）のいずれかを順序立って行っていることがわかる。

図９は、チップコレット６２の位置及びピック（把持）アンドプレース（位置決め配置）についての時間変化を説明する図である。ここでは、図８に示す時刻で約１０ｓｅｃから１５ｓｅｃの間におけるチップコレット６２の動作を、バンプ形成装置１０の平面図を用いて説明する。

図９（ａ）は、時刻１０ｓｅｃの直後で、チップコレット６２は、供給・収納トレイ１４の中で移動し、作業前のチップ２を把持するところである。このときにおいて、ボンディングヘッド２２は、ボンディングステージ２４（ＢＳＬ）においてバンプ形成が終了しようとしている。また、レベラーヘッド４２は、その真下に保持ステージ５４（ＬＶ２）が配置されバンプ高さ揃えが行われている。

図９（ｂ）は、チップコレット６２が供給・収納トレイ１４からボンディングステージ２６（ＢＳＲ）にチップ２を運ぶ状態を示す図で、図８のチップコレット移動位置線図において（ｂ）と示す状態に対応する。ここでチップコレット６２は空の状態となる。

図９（ｃ）は、バンプ形成が終了したボンディングステージ２４（ＢＳＬ）が移動して元の位置に戻った状態である。そして、空になっているチップコレット６２はボンディングステージ２６（ＢＳＲ）からボンディングステージ２４（ＢＳＬ）に移動し、そこでバンプ形成が終了したバンプ付チップ４を把持する。この状態は、図８のチップコレット移動位置線図において（ｃ）と示す状態に対応する。

図９（ｄ）は、バンプ高さ揃えが終了した保持ステージ５４（ＬＶ２）が移動して元の位置に戻った状態である。ここで保持ステージ５２（ＬＶ１）は空のままである。そして、チップコレット６２は、バンプ付チップ４をボンディングステージ２４（ＢＳＬ）からこの保持ステージ５２（ＬＶ１）に運ぶ。ここでチップコレット６２は空の状態となる。またこのときに、ボンディングステージ２６（ＢＳＲ）は、移動してボンディングヘッド２２によってバンプ形成が開始される。この状態は、図８のチップコレット移動位置線図において（ｄ）と示す状態に対応する。

図９（ｅ）は、空になっているチップコレット６２が保持ステージ５２（ＬＶ１）から保持ステージ５４（ＬＶ２）に移動し、そこで高さが揃えられたバンプ付チップ６を把持する。この状態は、図８のチップコレット移動位置線図において（ｅ）と示す状態に対応する。

図９（ｆ）は、チップコレット６２が、高さが揃えられたバンプ付チップ６を、保持ステージ５４（ＬＶ２）から供給・収納トレイ１４に運ぶ状態を示す図である。この状態は、図８のチップコレット移動位置線図において（ｆ）と示す状態に対応する。

図９（ａ）から（ｆ）の動作で、供給・収納トレイ１４−ボンディングステージ２６−ボンディングステージ２４−保持ステージ５２−保持ステージ５４−供給・収納トレイ１４の一巡の動作が終了する。このサイクルタイムは、図８の例で約４．１ｓｅｃである。

図９（ｇ）は、図９（ａ）に対応する図で、時刻１５ｓｅｃの前後の状態で、チップコレット６２は、供給・収納トレイ１４の中で移動し、作業前のチップ２を把持するところである。図９（ａ）との相違は、ボンディングヘッド２２はボンディングステージ２６（ＢＳＲ）においてバンプ形成が終了しようとしており、また、レベラーヘッド４２は、その真下に保持ステージ５２（ＬＶ１）が配置されバンプ高さ揃えが行われていることである。すなわち、ボンディングステージと保持ステージが図９（ａ）の場合のものの他方側にそれぞれ入れ替わっている。

図９（ｈ）は、図９（ｂ）に対応する図で、チップコレット６２が供給・収納トレイ１４からボンディングステージ２４（ＢＳＬ）にチップ２を運ぶ状態を示す図で、図９（ｂ）とはボンディングステージが他方側に入れ替わっている。このように、ボンディングステージと保持ステージとを他方側に入れ替えて、バンプ形成作業は継続される。そして、図９（ａ）から数えて約８．２ｓｅｃ後に再び図９（ａ）の状態に戻る。この間に、バンプ形成作業及び高さ揃え作業は２つずつ行われ、結局、バンプ形成装置１０全体のサイクルタイムは、約４．１ｓｅｃとなる。

なお、チップコレット６２は、上記のようにバンプ無用のコレットヘッド６８とバンプ有用のコレットヘッド７０を備えるので、供給・収納トレイ１４−ボンディングステージ２６の間におけるチップ２の搬送はバンプ無用のコレットヘッド６８を用い、それ以外の搬送にはバンプ有用のコレットヘッド７０を用いるように切り替えるのが好ましい。

上記構成によれば、バンプ形成作業時間の約３ｓｅｃ、バンプ高さ揃え作業時間の約２．５ｓｅｃに比べ、バンプ形成及び高さ揃え全体のサイクルタイムは約４．１ｓｅｃで済み、単純にバンプ形成作業時間とバンプ高さ揃え作業時間を直列に処理することに比べ大幅に生産性が向上される。また、特別にチップコレット６２の保持部の数を増加させることも要しない。

上記シーケンスにはいくつかの特徴がある。第１に、チップを持ちまわるチップコレットは、供給（・収納）トレイ−ボンディングステージ−レベラーステージ−（供給・）収納トレイの順に、チップ等のピック（把持）アンドプレース（位置決め配置）を効率よく繰り返す。すなわち、供給トレイにおいてチップを把持−バンプ形成を行うボンディングステージにチップを運ぶ−バンプ形成が終わったボンディングステージにおいてバンプ付チップを把持−高さ揃えを行うレベラーステージにバンプ付チップを運ぶ−高さ揃えを終わったレベラーステージにおいてバンプ付チップを把持−収納トレイに高さが揃えられたバンプ付チップを運ぶ、の順に、チップ等を持ちまわる。

第２に、バンプ形成が終了したチップはすぐレベラーステージに運ばれ、高さが揃えられたバンプ付チップはすぐ収納トレイに運ばれ、供給トレイからはバンプ形成をこれから行うボンディングステージにすぐチップが運ばれる。したがって、各作業に対する順番待ち等の無駄がない。

第３に、供給トレイ−ボンディングステージ−レベラーステージ−収納トレイの基本の流れをそのままに持ち回り、ピックアンドプレースを途切れさせないため、実際には、供給トレイ−ボンディングステージで第１のピックアンドプレース、ボンディングステージ−レベラーステージで第２のピックアンドプレース、レベラーステージ−収納トレイで第３のピックアンドプレースを構成させる。そして、第１のピックアンドプレースのボンディングステージと、第２のピックアンドプレースのボンディングステージとは別のものとし、前者はこれからボンディングを行うもの、後者はボンディングが終了したものとする。同様に、第２のピックアンドプレースのレベラーステージと、第３のピックアンドプレースのレベラーステージとは別のものとし、前者はこれから高さ揃えを行うもの、後者は高さ揃えが終了したものとする。

第４に、供給トレイから出発して収納トレイに至る搬送サイクルタイムよりも、１つのバンプステージ当たりのバンプ形成に要するサイクルタイム及び１つのレベラーステージ当たりのバンプの高さを揃えるサイクルタイムのほうが短い。上記の例で言えば、供給トレイから出発して収納トレイに至る搬送サイクルタイムは約４．１ｓｅｃであり、バンプ形成作業時間の約３．０ｓｅｃ、バンプ高さ揃え作業時間の約２．５ｓｅｃより短い。したがって、高さの揃ったバンプ付チップの生産のサイクルタイムは、バンプ形成に要するサイクルタイムや高さ揃えに要するサイクルタイムに影響されず、単に搬送サイクルタイムで決定される。つまり、その範囲内において、バンプ形成の時間や高さ揃えの時間に依存せず、搬送サイクルタイムを短縮することで、生産性を向上させることができる。

本発明に係る実施の形態におけるバンプ形成装置の構成を示す図である。本発明に係る実施の形態においてバンプ形成部に関する構成要素を示す図である。本発明に係る実施の形態において２つのボンディングステージを用いて効率よくバンプ形成を行うシーケンスの一例を示す図である。バンプ高さを揃える概念を示す図である。本発明に係る実施の形態においてレベラー部の構成要素を示す図である。本発明に係る実施の形態においてレベラーステージの２つの保持ステージを用いて効率よくバンプ高さ揃えを行うシーケンスの一例を示す図である。本発明に係る実施の形態におけるチップコレットの断面図である。本発明に係る実施の形態において、バンプ形成装置の動作シーケンスの一部を示す図である。本発明に係る実施の形態において、チップコレットの位置及びピック（把持）アンドプレース（位置決め配置）についての時間変化を説明する図である。

符号の説明

２，３，４，６チップ、５ボンディングパッド、７，９バンプ、８ワイヤ、１０バンプ形成装置、１２トレーローダ部、１４供給・収納トレイ、１５供給トレイ、１６サブトレイ，１７収納トレイ、１８待機位置、２０バンプ形成部、２２ボンディングヘッド、２４，２６ボンディングステージ、２８筐体ステージ、３０スプール、３２ワイヤクランパ、３４キャピラリ、３６トーチ、４０レベラー部、４２レベラーヘッド、４４レベラーステージ、４６回転調心機構、４８ロードセル、５０上下動機構、５２，５４保持ステージ、５６スライダ機構、５８案内テーブル、５９上下移動台、６０チップコレット搬送部、６２チップコレット、６４Ｙ移動機構、６６Ｘ移動機構、６８，７０コレットヘッド、８０制御部、８２ロードアンロード処理モジュール、８４バンプ形成処理モジュール、８６レベラー処理モジュール、８８搬送処理モジュール。

Claims

チップに高さの揃った複数のバンプを形成するバンプ形成装置において、
チップを供給する供給トレイと、
チップに複数のバンプを形成するバンプ形成部であって、２以上のバンプステージを有し、一つのバンプステージでチップにバンプを形成するとき他のバンプステージは次にバンプ形成を行うチップあるいはすでにバンプが形成されたチップを待機させるバンプ形成部と、
形成された複数のバンプの高さを揃えるレベラー部であって、２以上のチップ保持ステージが一体化されて、チップの受け渡し位置とバンプの高さ揃え位置との間をスライドして移動し、チップの受け渡し位置に移動したときは、全てのチップ保持ステージについてチップの受け渡しが可能で、バンプの高さ揃え位置に移動したときは、一つのチップ保持ステージでバンプの高さを揃えるとき他のチップ保持ステージは空の状態であるレベラーステージを有するレベラー部と、
バンプの高さの揃ったチップを収納する収納トレイと、
供給トレイとバンプ形成部とレベラー部と収納トレイとの間において、チップコレットを用いてチップを受け渡し及び搬送を行うチップコレット搬送部と、
バンプ形成のサイクルタイムを制御する制御部と、
を備え、
制御部は、
供給トレイにおいてチップコレットに第１チップを把持させる手段と、
第１チップを把持したチップコレットを移動させ、バンプ形成部のこれからバンプ形成を行う方のバンプステージに位置決め配置させる手段と、
空いているチップコレットを既にバンプ形成が終了した方のバンプステージに移動させ、そこにおいて既にバンプが形成されて待機している第２チップを把持させる手段と、
第２チップを把持したチップコレットを移動させ、レベラー部のこれから高さ揃えを行う方のレベラーステージに位置決め配置させる手段と、
空いているチップコレットを既にバンプ高さ揃えが終了した方のレベラーステージに移動させ、そこにおいて既に高さが揃えられ待機している第３チップを把持させる手段と、
第３チップを把持したチップコレットを移動させ、収納トレイに位置決め配置して収納させる手段と、
を含むことを特徴とするバンプ形成装置。
請求項１に記載のバンプ形成装置において、供給トレイから出発して収納トレイに至る搬送サイクルタイムよりも、１つのバンプステージ当たりのバンプ形成に要するサイクルタイム及び１つのレベラーステージ当たりのバンプの高さを揃えるサイクルタイムを短く制御することを特徴とするバンプ形成装置。
請求項１に記載のバンプ形成装置において、
チップコレット搬送部は、
バンプがまだ形成されていないバンプ無チップを把持する把持形状を有するバンプ無チップ用チップコレットと、
バンプが既に形成されているバンプ有チップを把持する把持形状を有するバンプ有チップ用チップコレットと、
を有し、
制御部は、バンプ無チップ及びバンプ有チップに応じて、チップコレット搬送部が使用するチップコレットを選択することを特徴とするバンプ形成装置。