JP5701465B2 - フリップチップボンダ及びボンディングステージの平坦度並びに変形量補正方法 - Google Patents

Description

本発明は、フリップチップボンダの構造及びボンディングステージの平坦度並びに変形量補正方法に関する。

半導体チップの電極上にレジスト等によって形成したピラーの先端にはんだの皮膜を形成した後、半導体チップを反転させて、ピラーの先端に形成したはんだの皮膜を基板の電極に押し当て、加熱してはんだを溶融させて半導体チップを基板の上に実装するフリップチップボンディング方法が多く用いられている。このように、半導体チップを反転させて基板上に実装する装置は、フリップチップボンダと呼ばれている。また、近年は、基板ではなく、ウェハ上の半導体チップの上に他の半導体チップをフリップチップボンディング方法でボンディングし、半導体チップを積層した電子部品が製造されるようになってきている。

フリップチップボンディング方法では、半導体チップの複数の電極と基板上の複数の電極を同時に接続することから、半導体チップの電極上のピラーの先端に形成したはんだ皮膜の面が同時に基板の電極に接触するように、基板と半導体チップとを平行に保つことが重要となる。そこで、基板を吸着保持するボンディングステージを上下方向に移動可能な３つの支持機構によって支持し、ボンディングステージとボンディングツールとの平行度を保つようにボンディングステージ表面の傾きを調整する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

特開２０１０−１１４１０２号公報 特開２０１０−１１４１０３号公報

ところで、近年、半導体チップが大型となってきており、同時に接続する電極の数が１０００以上となることも珍しくなくなってきている上、電極上のピラーに先端に形成されるはんだ皮膜の厚さが５〜１０μｍ程度と非常に薄くなってきている。そして、１０００以上のピラーを同時に基板の電極にボンディングするためには、各ピラーの先端面と基板電極面とをはんだ皮膜の厚さの中に同時に収めることが要求されるようになってきている。更に、半導体チップの電極の数が多くなるにつれ、半導体チップを押し付ける荷重も大きくなってきており、近年は、ボンディングの際の押圧荷重は、５００Ｎ程度になることもある。つまり、人間の体重程度の大きな押圧荷重が半導体チップ、ボンディングステージに加えられることとなる。この場合、荷重によるボンディングステージの変形により、半導体チップ、ウェハ、基板などに加わる力に分布が生じてしまい、電極あるいはピラーの部分接触が発生し、ボンディング品質が低下するという問題があった。

また、フリップチップボンディング方法では、はんだを溶融させるためにボンディングツールとともにボンディングステージの加熱も行っている。ところが、この加熱による温度上昇によって、ボンディングステージ自体にゆがみが生じると上記と同様、電極あるいはピラーの部分接触が発生し、ボンディング品質が低下するという問題があった。

更に、フリップチップボンダにおいては、ボンディングステージはＸＹテーブル上に固定され、ボンディング中には高速でＸＹ方向に移動する。このため、特許文献１に記載された従来技術のように、単に１２０度ずつ方向をずらしたＶ型の溝に先端が球面のシャフトを嵌めただけの支持構造では、高速でボンディングステージが移動した際の横方向の荷重に耐えられず、ボンディングステージの位置に狂いが生じたり、ボンディングステージに振動が発生したりして良好な高速ボンディングを行うことができないという問題があった。

そこで、本発明は、フリップチップボンダにおいて、ボンディング品質の向上と高速化を図ることを目的とする。

本発明のフリップチップボンダは、基体部と、ボンディング対象物を吸着固定するボンディングステージと、基体部に取り付けられ、ボンディングステージのボンディング対象物を吸着固定する表面と反対側の面に設けられた複数の支持点をそれぞれ上下方向に支持すると共に、各支持点の上下方向位置を調整する複数の上下方向位置調整支持機構と、基体部とボンディングステージとを接続する接続部材と、を備えるフリップチップボンダであって、接続部材は、第一の辺と第二の辺とが平行な略台形形状で、第一の辺に隣接し、第一の辺に沿った第一の可撓性部と、第二の辺に隣接し、第二の辺に沿った第二の可撓性部と、第一の可撓性部と第二の可撓性部との間の剛体部とを有する板ばね機構であり、第一の辺と第二の辺とが、基体部とボンディングステージとの間に配置されていること、を特徴とする。

本発明のフリップチップボンダにおいて、接続部材は、
前記ボンディングステージの表面に沿った第一軸の方向と、前記ボンディングステージの表面に沿って前記第一軸と直交する第二軸の方向と、についての基体部に対するボンディングステージの相対移動を拘束し、且つ、基体部に対するボンディングステージの第一軸周りの第一の振りと、第二軸周りの第二の振りと、基体部に対するボンディングステージの上下方向の移動とを許容すること、としても好適である。

本発明のフリップチップボンダにおいて、板ばね機構の第一の辺は第二の辺よりも短く、板ばね機構の第一の辺は、ボンディングステージの表面と反対側の面で、ボンディングステージの重心位置よりも第一の距離だけずれた第一の位置に取り付けられ、板ばね機構の第二の辺は、基体部のボンディングステージと対向する面で、第一の位置と重心の反対側であって重心から第一の距離よりも長い第二の距離だけずれた第二の位置に取り付けられていること、としても好適である。

本発明のフリップチップボンダにおいて、ボンディングステージの各支持点を各上下方向位置調整支持機構の上に押し付ける複数の与圧ばねを含み、各上下方向位置調整支持機構は、各支持点に接するカム機構を含むこと、としても好適である。

本発明のフリップチップボンダにおいて、上下方向位置調整支持機構を動作させる制御部を含み、制御部は、ボンディングステージの各部の平坦度を示す平坦度マップを備え、ボンディング位置に応じて平坦度マップに基づいてボンディングステージの高さと傾斜とを補正する平坦度補正手段を備えていること、としても好適である。

本発明のフリップチップボンダにおいて、上下方向位置調整支持機構を動作させる制御部を含み、制御部は、ボンディングツールをボンディングステージに押し当てた際の押圧荷重によるボンディングステージの各部の予想変形量を示す変形量マップを備え、ボンディングの際の押圧位置と押圧荷重に応じてボンディングステージの予想変形量だけボンディングステージの高さと傾斜とを補正する変形量補正手段を備えていること、としても好適である。

本発明のフリップチップボンダにおいて、ボンディングステージは、熱伝導率が低い第一の層と、熱伝導率が第一の層よりも大きく、熱膨張率が第一の層と略同様な第二の層と、第二の層と同様の材料で構成されている第三の層と、第二の層と第三の層との間に挟みこまれたヒータと、を備え、各層が、ボンディングステージの表面から第一の層、第二の層、第三の層の順に構成することにより、ヒータの加熱からボンディングステージが反り返ることを抑制すること、としても好適である。

本発明のボンディングステージ平坦度補正方法は、フリップチップボンダのボンディングステージ平坦度補正方法であって、基体部と、ボンディング対象物を吸着固定するボンディングステージと、基体部に取り付けられ、ボンディングステージのボンディング対象物を吸着固定する表面と反対側の面に設けられた複数の支持点をそれぞれ上下方向に支持すると共に、各支持点の上下方向位置を調整する複数の上下方向位置調整支持機構と、基体部とボンディングステージとを接続する接続部材と、上下方向位置調整支持機構を動作させる制御部と、を備えるフリップチップボンダを用意する工程と、ボンディングステージの各部の平坦度を示す平坦度マップを制御部内に用意する工程と、制御部によって複数の上下方向位置調整支持機構を動作させ、ボンディング位置に応じて平坦度マップに基づいてボンディングステージの高さと傾斜とを補正する工程と、を備えることを特徴とする。また、本発明のボンディングステージ平坦度補正方法において、接続部材は、第一の辺と第二の辺とが平行な略台形形状で、第一の辺に隣接し、第一の辺に沿った第一の可撓性部と、第二の辺に隣接し、第二の辺に沿った第二の可撓性部と、第一の可撓性部と第二の可撓性部との間の剛体部とを有する板ばね機構であり、第一の辺と第二の辺とが、基体部とボンディングステージとの間に配置されていること、としても好適である。

本発明のボンディングステージ変形量補正方法は、フリップチップボンダのボンディングステージ変形量補正方法であって、基体部と、ボンディング対象物を吸着固定するボンディングステージと、基体部に取り付けられ、ボンディングステージのボンディング対象物を吸着固定する表面と反対側の面に設けられた複数の支持点をそれぞれ上下方向に支持すると共に、各支持点の上下方向位置を調整する複数の上下方向位置調整支持機構と、基体部とボンディングステージとを接続する接続部材と、上下方向位置調整支持機構を動作させる制御部と、を備えるフリップチップボンダを用意する工程と、ボンディングツールをボンディングステージに押し当てた際の押圧荷重によるボンディングステージの各部の予想変形量を示す予想変形量マップを制御部内に用意する工程と、制御部によって複数の上下方向位置調整支持機構を動作させ、ボンディングの際の押圧位置と押圧荷重に応じてボンディングステージの予想変形量だけボンディングステージの高さと傾斜とを補正する工程と、を備えることを特徴とする。また、本発明のボンディングステージ変形量補正方法において、接続部材は、第一の辺と第二の辺とが平行な略台形形状で、第一の辺に隣接し、第一の辺に沿った第一の可撓性部と、第二の辺に隣接し、第二の辺に沿った第二の可撓性部と、第一の可撓性部と第二の可撓性部との間の剛体部とを有する板ばね機構であり、第一の辺と第二の辺とが、基体部とボンディングステージとの間に配置されていること、としても好適である。

本発明は、フリップチップボンダにおいて、ボンディング品質の向上と高速化を図ることができるという効果を奏する。

本発明の実施形態におけるフリップチップボンダの構造を示す斜視図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダの構造を示す側面図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダの構造を示す平面図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダの上下方向位置調整支持機構の構成と制御系統を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダの接続部材（板ばね機構）の動作を示す説明図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダのボンディングステージの構造を示す断面図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダのボンディングステージと、ボンディングステージの平面度マップを示す説明図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダのボンディングステージの平坦度補正動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダのボンディングステージの変形量補正動作を示すフローチャートである。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダのボンディングステージと、ボンディングステージの予想変形量マップを示す説明図である。 本発明の実施形態におけるフリップチップボンダのボンディングの際の押圧荷重Ｆ，ボンディングツール高さＨ、および、ボンディングステージの高さと傾斜の調整量の変化を示すグラフである。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１に示すように、本実施形態のフリップチップボンダ１００は、ＸＹテーブル１１の上面に取り付けられた基体部であるベース１２と、基板やウェハ等のボンディング対象物を吸着固定する円板状のボンディングステージ２０と、ベース１２に取り付けられ、ボンディングステージ２０を上下方向に支持すると共に、ボンディングステージ２０の上下方向位置を調整する複数の上下方向位置調整支持機構３０と、ベース１２とボンディングステージ２０とを接続する接続部材である板ばね機構４０と、ボンディングステージ２０を上下方向位置調整支持機構３０に押し付ける与圧を与える与圧ばね５０と、を備えている。なお、図１は、ボンディングステージ２０を取り除いた状態のフリップチップボンダ１００を示している。

図１、図３に示すように、３つの上下方向位置調整支持機構３０は、円板状のボンディングステージ２０の外周部を１２０°間隔で支持するように配置されている。図１、図４に示すように、各上下方向位置調整支持機構３０は、ベース１２の上面に固定されたフレーム３１にモータ３２と、カム３６とが取り付けられたものである。フレーム３１は、共通の平板３１ｄと、平板３１ｄから突出した３つのブラケット３１ａ，３１ｂ，３１ｃによって構成されている。ブラケット３１ａの一方の垂直面には、モータ３２の端面が固定され、モータ３２の回転軸３３は、ブラケット３１ａを貫通してモータ３２と反対側の垂直面より突出している。一方、ブラケット３１ｂ，３１ｃは、カム３６の回転軸３５を支持している。カム３６の回転軸３５は、ブラケット３１ｂ，３１ｃをそれぞれ貫通し、ブラケット３１ｂのモータ３２側の垂直面よりもモータ３２側に突出している。そして、ブラケット３１ｂのモータ３２側の垂直面より突出したカム３６の回転軸３５の端面と、モータ３２の回転軸３３の端面とは対向し、対向している各回転軸３３，３５の各端面部分は、カップリング３４によって接続されている。したがって、モータ３２が回転すると、回転軸３３，３５が回転し、それによってカム３６が回転する。ここで、フレーム３１とカム３６と回転軸３５とはカム機構を構成する。

一方、図２、図４に示すように、ボンディングステージ２０は、ボンディング対象物である基板やウェハなどを吸着固定する表面２１と反対側の面である下面２２の外周部に、１２０°間隔でブラケット２３と、ブラケット２３に接続されたピン２５と、ピン２５に回転自在に取り付けられた円筒形のカムフォロワ２４とが設けられている。上下方向位置調整支持機構３０を構成するカム３６の上面と、カムフォロワ２４の外面との接点２７は、ボンディングステージ２０の支持点となる。したがって、３つの上下方向位置調整支持機構３０はそれぞれ３つの支持点である接点２７を上下方向に支持している。カム３６は、回転角度と接点２７の上下方向位置（Ｚ方向位置）とが直線的に変化するような形状となっているので、カム３６の回転角度を制御することによって各接点２７の上下方向（Ｚ方向）の位置を調整することができる。また、後で説明するように、ボンディングステージ２０には、ヒータが組み込まれており、ボンディングの際には、ボンディングステージ２０は全体的に加熱される。この際、温度の上昇によってボンディングステージ２０は、外周側に向かって熱膨張し、各ブラケット２３の位置もボンディングステージ２０の外周側に移動する。この熱膨張によるボンディングステージ２０の移動量は、カムフォロワ２４がカム３６に対して水平方向に移動することによって吸収されるので、ボンディングステージ２０が熱膨張しても、ボンディングステージ２０は、３つの上下方向位置調整支持機構３０により３つの接点２７を上下方向に支持してもよく、または、ピン２５に固定され、カム３６と接する面が平面となっているようにしてもよい。

図１に示すように、３つの上下方向位置調整支持機構３０の各カム３６に隣接して与圧ばね５０が設けられている。与圧ばね５０は、上下方向位置調整支持機構３０のフレーム３１の平板３１ｄに取り付けられた２つの円筒状のばねケース５１と、各ばねケース５１の内部に取り付けられた各コイルばね５２とによって構成されている。各コイルばね５２の一端は、ボンディングステージ２０に接続され、ボンディングステージ２０をベース１２に向かって引っ張り、図２、図４に示すカムフォロワ２４と、カム３６との間に押しつけ力が働くように構成されている。なお、図２、図４では、与圧ばね５０は、スプリングの記号として簡略表示としている。

図１、図３に示すように、板ばね機構４０は、ボンディングステージ２０の下面２２に固定される剛体の帯板である第一固定部材４１（第一の辺）と、ベース１２に固定される剛体の帯板である第二固定部材４５（第二の辺）と、第一、第二固定部材４１，４５の間に配置される略台形の剛体部４３と、第一固定部材４１と剛体部４３との間を接続する第一の可撓性部である帯状の第一板ばね４２と、第二固定部材４５と剛体部４３との間を接続する第二の可撓性部である帯状の第二板ばね４４と、を含んでいる。つまり、第一、第二の板ばね４２，４４はそれぞれ、第一、第二固定部材４１，４５に隣接している。また、図２、図３に示すように、第一固定部材４１は、第二固定部材４５よりも短く、各長さは、剛体部４３の第一固定部材４１側の長さおよび剛体部４３の第二固定部材４５側の各長さと略同様の長さとなっているので、板ばね機構４０は、全体として略台形となっている。

図２、図３に示すように、第一固定部材４１と第二固定部材４５とは第一軸であるボンディングステージの重心位置２６を通るＸ軸９１と平行で、且つ、第二軸であるボンディングステージの重心位置２６を通るＹ軸９２と直交し、第一固定部材４１と第二固定部材４５のＸ軸９１方向の中心がＹ軸９２上に来るように、ベース１２とボンディングステージ２０との間に配置されている。そして、図２、図３に示すように第一固定部材４１は、ボンディングステージ２０の重心位置２６よりもＹ軸９２のマイナス方向に第一距離Ｌ_１だけずれた位置のボンディングステージ２０の下面２２に固定され、第二固定部材４５は、ベース１２の上面で、第一固定部材４１の固定位置と重心位置２６の反対側であって重心位置２６から第一距離Ｌ_１よりも長い第二距離Ｌ_２だけＹ軸９２のプラス方向にずれた位置に固定されている。また、図２に示す重心位置２６を通る上下方向の軸がＺ軸９３である。

以上説明したように、第一板ばね４２、第二板ばね４４は、それぞれ第一固定部材４１と剛体部４３の間、および、第二固定部材４５と剛体部４３との間に設けられ、第一、第二固定部材４１，４５と隣接した帯状の板ばねであることから、第一、第二固定部材４１，４５と平行な方向、および、第一、第二固定部材４１，４５と直交する方向、すなわち、Ｘ軸９１の方向およびＹ軸９２の方向については、略剛体として機能するので、ベース１２とボンディングステージ２０との間のＸ軸９１の方向、および、Ｙ軸９２の方向の相対移動を拘束する。

一方、図５に示すように、第一板ばね４２、第二板ばね４４は、厚みが薄いので厚み方向には容易に屈曲し、ボンディングステージ２０が図５（ａ）に示す状態から図５（ｂ）に示すように上下方向（Ｚ方向）に移動すると、第一板ばね４２、第二板ばね４４が厚さ方向、すなわちＸ軸周りに曲げ変形し、第一固定部材４１と第二固定部材４５とが平行リンクとなるように作用し、ベース１２とボンディングステージ２０との間の上下方向（Ｚ方向）の相対移動を許容する。また、同様に、第一板ばね４２と第二板ばね４４のＸ軸周りの曲げにより、ベース１２とボンディングステージ２０の間の図３に示すＸ軸９１の周りの捩り９４（第一の捩り）を許容する。更に、板ばね機構４０の第一板ばね４２は、その長さが短いので、第一固定部材４１と剛体部４３との間のＹ軸９２周りの捩り９５（第二の捩り）を許容する。つまり、板ばね機構４０は、Ｘ軸９１の方向とＹ軸９２の方向とについてのベース１２に対するボンディングステージ２０の相対移動を拘束し、ベース１２に対するボンディングステージ２０のＸ軸９１周りの捩り９４（第一の捩り）と、Ｙ軸９２周りの捩り９５（第二の捩り）と、ベース１２に対するボンディングステージ２０の上下方向（Ｚ方向）の移動とを許容する。

そして、ボンディングステージ２０は与圧ばね５０によって３つの上下方向位置調整支持機構３０のカム３６に押し付けられているので、ボンディングステージ２０の上下方向位置、および、Ｘ軸９１周りの傾き、Ｙ軸９２周りの傾きは、３つの上下方向位置調整支持機構３０によって調整される。更に、ボンディングステージ２０は、リンク等のようなガタを含む可能性のある接続手法ではなく、可撓性のある第一、第二の板ばね４２，４４を用い、ＸＹ方向の剛性の大きい板ばね機構４０によってベース１２と接続されているので、高速ボンディングの際にボンディングステージ２０が上下方向に移動あるいは振動したり、ＸＹ方向に移動あるいは振動したりすることを抑制することが可能であり、高速ボンディングに効果的に適用することができる。

以上説明した実施形態では、第一固定部材４１と第二固定部材４５とはＸ軸９１と平行で、Ｙ軸９２と直交するように配置されていることとして説明したが、第一固定部材４１と第二固定部材４５とがＹ軸９２と平行で、Ｘ軸９１と直交するように配置することとしてもよい。さらに、Ｘ軸９１，Ｙ軸９２は、フリップチップボンダ１００における基板の搬送方向およびその直交方向でなくともよく、ボンディングステージ２０の表面２１に沿って互いに直交してればよい。

本実施形態のボンディングステージ２０の構成を図６に示す。図６（ａ）に示すように、本実施形態のボンディングステージ２０は、例えば、セラミックス等の熱伝導率が低い第一層２０ａと、熱伝導率が第一層２０ａよりも大きく、熱膨張率が第一層２０ａと略同様である、例えば、オーステナイト系のステンレス鋼等で構成された第二層２０ｂと、第二層２０ｂと同様の材料で構成されている第三層２０ｃと、第二層２０ｂと第三層２０ｃとの間に挟みこまれたヒータ２８と、を備えている。本実施形態のボンディングステージ２０は、第一層２０ａ、第二層２０ｂ、第三層２０ｃはそれぞれ熱膨張率が同様の材料を積層した構成となっているので、ヒータ２８によってボンディングステージ２０を加熱した場合にもボンディングステージ２０が熱によって反り返る等の変形を抑制することができ、ボンディングステージ２０の表面２１の平坦度を確保できるという効果を奏する。

ボンディングの際には、ヒータ２８によってボンディングステージ２０全体が所定の温度まで加熱される。そして、図６（ｂ）に示すように、ボンディングステージ２０の表面２１の上に吸着固定された基板６１に設けられている電極６２の位置と、ボンディングツール７０に吸着された半導体チップ６５の電極６５ａの上に形成されたピラー６６の位置とを合わせ、ボンディングツール７０で半導体チップ６５を加熱しながらピラー６６を基板６１の電極６２に押し付け、ピラー６６の先端に形成されているはんだ皮膜６７を溶融させ、基板６１の電極６２の先端のメッキ層６３とピラー６６とをはんだで溶着し、半導体チップ６５を基板６１の上に実装する。この際、ボンディングステージ２０の表面２１の側の第一層２０ａは熱伝導率が低く、熱が水平方向に伝達しにくいので、ボンディングツール７０の加熱による熱がボンディングしている半導体チップ６５に隣接する他の半導体チップ６５を加熱することが少なく、隣接領域のすでにボンディングの終了した半導体チップ６５に熱が回ることを効果的に抑制して、ボンディングの終了した半導体チップ６５のはんだが再溶融してしまうことを効果的に抑制することができる。

以上に述べたような構造のフリップチップボンダ１００の３つの上下方向位置調整支持機構３０の制御系統について説明する。図４に示すように、３つの上下方向位置調整支持機構３０の各モータ３２は、制御部８０に接続され、制御部８０の指令によって回転角度が制御される。制御部８０は、内部にＣＰＵ８１を含むコンピュータであり、内部に記憶部８９とモータ３２との間の制御信号の授受を行うモータインターフェース８６とを含んでいる。記憶部８９の中には、後で説明する平坦度補正プログラム８２、平坦度マップ８３、変形量補正プログラム８４、予想変形量マップ８５が格納されている。ＣＰＵ８１と、記憶部８９と、モータインターフェース８６とはデータバス８７で接続されている。また、ＣＰＵ８１にはフリップチップボンダ１００のボンディング動作を制御する主制御部１１０から、ボンディングツールのＸＹ方向の位置、Ｚ方向の位置（高さ）の指令信号と、ボンディングツールの押圧荷重の指令信号とがデータリンク８８を介して入力される。

平坦度マップ８３は、例えば、ボンディングステージ２０の表面２１を図７（ａ）に示すような碁盤目の細かなセクション７１に分割し、各セクション７１の高さを、たとえば、基準高さを０、基準高さよりも低い場合にはマイナス、基準高さよりも高い場合にはプラスとし、基準値から離れるほどその絶対値が大きくなるように図７（ｂ）に示すような表面２１のうねりを基準化したものである。そして、例えば、図７（ａ）および図７（ｂ）に示すような、各セクション７１のＸＹ位置と基準化した高さ（Ｚ方向位置）および、各セクション７１の表面の傾斜角度、傾斜方向とをテーブルとしたものが図４に示す記憶部８９に格納されている平坦度マップ８３である。

また、予想変形量マップ８５は、ボンディングステージ２０の表面２１を図１０（ａ）に示すような碁盤目の細かなセクション７２に分割し、図１０（ａ）、図１０（ｂ）に示すように、あるセクション７３に基準押圧荷重Ｆ_０が加わった場合に、そのセクション７３に発生する予想変形量である基準たわみ量ｄ_０を基準化した値をテーブルとしたものである。したがって、テーブルは、押圧される１つのセクション７３毎に各セクション７３の基準たわみ量ｄ_０が記憶されたものとなる。例えば、セクション数が１００の場合には、予想変形量マップ８５は、１００のデータを含むものとなる。予想変形量である基準たわみ量ｄ_０は、例えば、図１０（ａ）に示すように、３つの上下方向位置調整支持機構３０によって支持されている図２に示すブラケット２３が設けられている付近（図１０（ａ）において、破線で示した領域Ａ，Ｂ，Ｃ）は、押圧荷重Ｆが加わってもボンディングステージ２０はたわまないので基準たわみ量ｄ_０は、０となり、中央部や領域Ａ，Ｂ，Ｃの中間部部分などは基準押圧荷重Ｆ_０によってボンディングステージ２０がたわむので、図１０（ａ）に示すように、基準たわみ量ｄ_０は大きくなる。

次に、以上のように構成されたフリップチップボンダ１００において、ボンディングステージ２０の全体の表面の傾きを調整する場合の動作について説明する。例えば、図６（ａ）に示すボンディングツール７０の先端をボンディングステージ２０の表面２１に接するまで降下させ、ボンディングツール７０がボンディングステージ２０の表面２１に接触したボンディングツール７０の先端の高さを検出することによってボンディングステージ２０の表面２１の高さを測定する。この測定は、表面２１の任意の異なる３点、例えば、外周近傍で周方向に１２０°おきに位置する３つの点などにおいて行う。そして、測定した３つのボンディングステージ２０の表面２１の高さに基づいて、ボンディングステージ２０の表面２１の水平面に対する傾きを計算し、その計算結果に基づいて３つの上下方向位置調整支持機構３０を動作させてボンディングステージ２０の表面２１の傾きを調整する。この動作は、マニュアルで行ってもよいし、制御部８０と、フリップチップボンダ１００の主制御部１１０とを連動させるようにして自動的に行うようにしてもよい。

次に、図７（ｂ）に示すように、ボンディングステージ２０の表面２１にうねりがあって、表面２１の平坦度がよくない場合には、図８に示すように、平坦度補正プログラム８２を実行させてボンディングを行う。まず、制御部８０のＣＰＵ８１は、図８のステップＳ１０１に示すように、フリップチップボンダ１００の主制御部１１０からデータリンク８８を介して図６に示すボンディングツール７０のＸＹ方向の位置およびＺ方向の高さの指令信号を取得し、ボンディングしようとしているセクション７１を特定する。ＣＰＵ８１は図８のステップＳ１０２に示すように、平坦度マップ８３から特定されたセクション７１の基準押圧荷重Ｆ_０に対する基準たわみ量ｄ_０を読み出す。そして、制御部８０のＣＰＵ８１は、図８のステップＳ１０３に示すように、特定されたセクション７１の表面を水平とするために必要な３つの上下方向位置調整支持機構３０の各モータ３２の回転角度を計算し、図８のステップＳ１０４に示すように、各モータ３２を計算した回転角度だけ回転させて、ボンディングしようとしているセクション７１の表面２１を水平と平行となるように調整する。そして、制御部８０は、図８のステップＳ１０５に示すように、全ボンディング位置へのボンディングが終了したかを判断し、全ボンディング位置へのボンディングが終了していない場合には、図８のステップＳ１０６に示すように、ボンディングツール７０を次のボンディング位置まで移動させて、図８のステップＳ１０１に戻り、先に説明したのと同様の方法で次のボンディング位置に移動し、平坦度マップ８３を参照しながら、その位置にあるセクション７１の表面が水平となるように３つの上下方向位置調整支持機構３０の各モータ３２を回転させる。

このように、平坦度マップ８３と平坦度補正プログラム８２を用いてボンディングを行った場合には、ボンディングステージ２０の表面２１に図７（ｂ）に示すようなうねりがある場合でも、各セクション７１の表面を水平面と平行とすることにより、高い平坦度を備えているボンディングステージ２０と同様、図６（ｂ）に示す半導体チップ６５の複数のピラー６６と、基板６１の複数の電極６２とを略同時に接触させることができるので、複数のピラー６６と複数の電極６２の一部が接触することを抑制し、ボンディング品質を向上させることができる。

次に、予想変形量マップ８５を用いて変形量補正プログラム８４を実行し、ボンディングを行う場合について説明する。まず、制御部８０のＣＰＵ８１は、図９のステップＳ２０１に示すように、フリップチップボンダ１００の主制御部１１０からデータリンク８８を介して図６に示すボンディングツール７０のＸＹ方向の位置およびＺ方向の高さＨの指令信号を取得し、ボンディングしようとしているセクション７３を特定する。そして、ＣＰＵ８１は図９のステップＳ２０２に示すように、予想変形量マップ８５から特定されたセクション７３の高さと表面の傾斜角度、傾斜方向のデータを読み出す。次に、制御部８０は、図９のステップＳ２０３に示すように、フリップチップボンダ１００の主制御部１１０からデータリンク８８を介して押圧荷重Ｆの指令値を取得する。一方、フリップチップボンダ１００の主制御部１１０は、図１１（ａ）の時刻ｔ_０から時刻ｔ_１までの間、特定されたセクション７３に向かって、図１１（ａ）に示す線ａのようにボンディングツール７０の高さＨの指令値を低下させ、ボンディングツール７０を降下させていく。そして、時刻ｔ_１に図６（ｂ）に示すボンディングツール７０の先端に吸着された半導体チップ６５が基板６１に接する。この時点で、主制御部１１０から出力される押圧荷重Ｆの指令値はゼロとなっている。そして、主制御部１１０は時刻ｔ_２に押圧荷重Ｆの指令値をゼロから上昇させ、半導体チップ６５のピラー６６を基板６１の電極６２に押し付けていく。制御部８０のＣＰＵ８１は、データリンク８８を介して押圧荷重Ｆの指令値を取得する。そして、図９のステップＳ２０４に示すように、押圧荷重Ｆの指令値と基準押圧荷重Ｆ_０とを比較し、その割合に応じて特定されたセクション７３がたわむものと判断して基準たわみ量ｄ_０に押圧荷重Ｆの指令値と基準押圧荷重Ｆ_０の比率を掛けて予想たわみ量ｄ_１を計算する。そして、ＣＰＵ８１は、その予想たわみ量ｄ_１を補正するために必要な３つの上下方向位置調整支持機構３０の各モータ３２の必要回転角度を計算する。そして、制御部８０は、図９のステップＳ２０５に示すように、計算角度だけ各モータ３２を回転させ、セクション７３の予想たわみ量ｄ_１分だけボンディングステージ２０の表面２１を押し上げ、押圧荷重Ｆが加わっても表面２１が所定の高さに保持される。この際、図１１（ｂ）に示す上下方向位置調整支持機構３０によって補正されるたわみ補正量ｅ_１は、予想たわみ量ｄ_１と絶対値が同一で方向が逆となっているものである。

予想たわみ量ｄ_１の補正が終了したら、制御部８０は、図９のステップＳ２０６に示すように、ボンディングツール７０による押圧が終了したかどうかを判断する。そして、制御部８０は、主制御部１１０からデータリンク８８を介して取得した押圧荷重Ｆの指令値がゼロとなっていなければ、押圧は終了していないと判断し、図９のステップＳ２０３に戻って、再度、主制御部１１０からデータリンク８８を介して押圧荷重Ｆの指令値を取得し、図９のステップＳ２０４〜Ｓ２０５に示すように、押圧荷重Ｆの指令値に応じて発生する予想たわみ量ｄ_１を計算し、その予想たわみ量ｄ_１を補正するように各モータ３２を回転させる。図１１（ａ）の一点鎖線ｂで示すように、時刻ｔ_２から時刻ｔ_３にかけて押圧荷重Ｆが増加していくと、図１１（ｂ）に線ｃで、たわみ補正量ｅ_１も増加していく。そして、図１１（ａ）の時刻ｔ_３に押圧荷重Ｆの指令値が例えば、５００Ｎ等、一定となると、図１１（ｂ）に線ｃで示すよう、たわみ補正量ｅ_１も一定の大きさとなる。この後、押圧荷重Ｆの指令値がゼロとなるまで（押圧終了するまで）、制御部８０は、図９のステップＳ２０３〜Ｓ２０６を繰り返し、押圧荷重Ｆの指令値の変化に応じて予想たわみ量ｄ_１、たわみ補正量ｅ_１を変化させ、各モータ３２の回転角度位置を調整し、セクション７３の表面が一定の高さを保つように制御する。

時刻ｔ_３になったら主制御部１１０は、図６に示すボンディングツール７０に内蔵されているヒータ２８をオンにして半導体チップ６５のピラー６６の先端のはんだ皮膜６７を溶融させ、溶融させたはんだによってピラー６６と基板６１の電極６２の表面のメッキ層６３とを接合する。そして、主制御部１１０は、図１１（ａ）に示す時刻ｔ_４に押圧、加熱を停止し、図１１（ａ）の一点鎖線ｂに示すように、押圧荷重Ｆを低下させる。制御部８０は、時刻ｔ_５に主制御部１１０から取得する押圧荷重の指令値がゼロとなったら、図９のステップＳ２０６で押圧が終了したものと判断し、図９のステップＳ２０７に示すように、全ボンディングが終了したかどうかを判断する。そして、全ボンディングが終了していない場合には、図９のステップＳ２０８に示すように次のボンディング位置に移動する。

一方、主制御部１１０は、図１１（ａ）の時刻ｔ_４において押圧荷重Ｆの指令値を低減させ始めると共に、図６に示すボンディングツール７０に内蔵されているヒータ２８をオフとして、溶融したはんだ皮膜６７を冷却して固化させ、ピラー６６とメッキ層６３とを接続する。そして、図１１（ａ）の時刻ｔ_６にはんだが完全に固化したら、主制御部１１０は図６に示すボンディングツール７０を上昇させ、次のボンディング点に移動する。

以上説明したように、予想変形量マップ８５を用いて変形量補正プログラム８４を実行し、ボンディングを行うと、押圧荷重Ｆによって変形（たわみ）が発生するような剛性の低いボンディングステージ２０であっても、ボンディングの際の押圧荷重Ｆが掛かっても、たわみ変形が発生しないのと同様の状態でボンディングを行うことができるので、高い剛性を備えているボンディングステージ２０と同様、図６（ｂ）に示す半導体チップ６５の複数のピラー６６と、基板６１の複数の電極６２とを略同時に接触させることができ、複数のピラー６６と複数の電極６２の一部が接触することを抑制し、ボンディング品質を向上させることができる。

以上説明した実施形態においては、予想変形量マップ８５は、各セクション７３に基準押圧荷重Ｆ_０が掛かった際の基準たわみ量ｄ_０のテーブルであるとして説明したが、基準たわみ量ｄ_０の他に基準傾斜量のデータを一緒に格納し、たわみ量と共に、傾斜を補正するようにしてもよい。また、以上説明した実施形態では、３つの上下方向位置調整支持機構３０によってボンディングステージ２０を支持することとして説明したが、４つ或いはそれ以上の上下方向位置調整支持機構３０によってボンディングステージ２０を支持するようにしてもよい。また、ボンディングステージ２０は円板状にかぎらず、四角い平板状であってもよい。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲により規定されている本発明の技術的範囲ないし本質から逸脱することない全ての変更及び修正を包含するものである。

１１ ＸＹテーブル、１２ ベース、２０ ボンディングステージ、２０ａ 第一層、２０ｂ 第二層、２０ｃ 第三層、２１ 表面、２２ 下面、２３ ブラケット、２４ カムフォロワ、２５ ピン、２６ 重心位置、２７ 接点、２８ ヒータ、３０ 上下方向位置調整支持機構、３１ フレーム、３１ａ，３１ｂ，３１ｃ ブラケット、３１ｄ 平板、３２ モータ、３３，３５ 回転軸、３４ カップリング、３６ カム、４０ 板ばね機構、４１ 第一固定部材、４２ 第一板ばね、４３ 剛体部、４４ 第二板ばね、４５ 第二固定部材、５０ 与圧ばね、５１ ばねケース、５２ コイルばね、６１ 基板、６２ 電極、６３ メッキ層、６５ 半導体チップ、６５ａ，６６ 電極、６６ ピラー、６７ はんだ皮膜、７０ ボンディングツール、７１，７２，７３ セクション、８０ 制御部、８１ ＣＰＵ、８２ 平坦度補正プログラム、８３ 平坦度マップ、８４ 変形量補正プログラム、８５ 予想変形量マップ、８６ モータインターフェース、８７ データバス、８８ データリンク、８９ 記憶部、９１ Ｘ軸、９２ Ｙ軸、９３ Ｚ軸、９４ Ｘ軸まわりの捩り、９５ Ｙ軸まわりの捩り、１００ フリップチップボンダ、１１０ 主制御部、ｄ_０ 基準たわみ量、ｄ_１ 予想たわみ量、ｅ_１ たわみ補正量、Ｆ 押圧荷重、Ｆ_０ 基準押圧荷重、Ｌ_１ 第一距離、Ｌ_２ 第二距離。

Claims (11)

1. フリップチップボンダであって、
   基体部と、
   ボンディング対象物を吸着固定するボンディングステージと、
   前記基体部に取り付けられ、前記ボンディングステージの前記ボンディング対象物を吸着固定する表面と反対側の面に設けられた複数の支持点をそれぞれ上下方向に支持すると共に、前記各支持点の上下方向位置を調整する複数の上下方向位置調整支持機構と、
   前記基体部と前記ボンディングステージとを接続する接続部材と、を備え、
   前記接続部材は、
   第一の辺と第二の辺とが平行な略台形形状で、前記第一の辺に隣接し、前記第一の辺に沿った第一の可撓性部と、前記第二の辺に隣接し、前記第二の辺に沿った第二の可撓性部と、前記第一の可撓性部と前記第二の可撓性部との間の剛体部とを有する板ばね機構であり、前記第一の辺と前記第二の辺とが、前記基体部と前記ボンディングステージとの間に配置されているフリップチップボンダ。
2. 請求項１に記載のフリップチップボンダであって、
   前記接続部材は、
   前記ボンディングステージの表面に沿った第一軸の方向と、前記ボンディングステージの表面に沿って第一軸と直交する前記第二軸の方向と、についての前記基体部に対する前記ボンディングステージの相対移動を拘束し、且つ、前記基体部に対する前記ボンディングステージの前記第一軸周りの第一の振りと、前記第二軸周りの第二の振りと、前記基体部に対する前記ボンディングステージの上下方向の移動とを許容するフリップチップボンダ。
3. 請求項２に記載のフリップチップボンダであって、
   前記板ばね機構の前記第一の辺は前記第二の辺よりも短く、前記板ばね機構の前記第一の辺は、前記ボンディングステージの表面と反対側の面で、前記ボンディングステージの重心位置よりも第一の距離だけずれた第一の位置に取り付けられ、
   前記板ばね機構の前記第二の辺は、前記基体部の前記ボンディングステージと対向する面で、前記第一の位置と前記重心の反対側であって前記重心から前記第一の距離よりも長い第二の距離だけずれた第二の位置に取り付けられているフリップチップボンダ。
4. 請求項１から３のいずれか１項に記載のフリップチップボンダであって、
   前記ボンディングステージの前記各支持点を前記各上下方向位置調整支持機構の上に押し付ける複数の与圧ばねを含み、
   前記各上下方向位置調整支持機構は、前記各支持点に接するカム機構を含むフリップチップボンダ。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載のフリップチップボンダであって、
   前記上下方向位置調整支持機構を動作させる制御部を含み、
   前記制御部は、
   前記ボンディングステージの各部の平坦度を示す平坦度マップを備え、
   ボンディング位置に応じて前記平坦度マップに基づいて前記ボンディングステージの高さと傾斜とを補正する平坦度補正手段を備えているフリップチップボンダ。
6. 請求項１から５のいずれか１項に記載のフリップチップボンダであって、
   前記上下方向位置調整支持機構を動作させる制御部を含み、
   前記制御部は、
   ボンディングツールを前記ボンディングステージに押し当てた際の押圧荷重による前記ボンディングステージの各部の予想変形量を示す予想変形量マップを備え、
   ボンディングの際の押圧位置と押圧荷重に応じて前記ボンディングステージの予想変形量だけ前記ボンディングステージの高さと傾斜とを補正する変形量補正手段を備えているフリップチップボンダ。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載のフリップチップボンダであって、
   前記ボンディングステージは、
   熱伝導率が低い第一の層と、
   熱伝導率が前記第一の層よりも大きく、熱膨張率が前記第一の層と略同様な第二の層と、
   前記第二の層と同様の材料で構成されている第三の層と、前記第二の層と前記第三の層との間に挟みこまれたヒータと、を備え、
   前記各層が、前記ボンディングステージの表面から前記第一の層、前記第二の層、前記第三の層の順に構成することにより、前記ヒータの加熱から前記ボンディングステージが反り返ることを抑制するフリップチップボンダ。
8. フリップチップボンダのボンディングステージ平坦度補正方法であって、
   基体部と、ボンディング対象物を吸着固定するボンディングステージと、前記基体部に取り付けられ、前記ボンディングステージの前記ボンディング対象物を吸着固定する表面と反対側の面に設けられた複数の支持点をそれぞれ上下方向に支持すると共に、前記各支持点の上下方向位置を調整する複数の上下方向位置調整支持機構と、前記基体部と前記ボンディングステージとを接続する接続部材と、前記上下方向位置調整支持機構を動作させる制御部と、を備える前記フリップチップボンダを用意する工程と、
   前記ボンディングステージの各部の平坦度を示す平坦度マップを前記制御部内に用意する工程と、
   前記制御部によって複数の前記上下方向位置調整支持機構を動作させ、ボンディング位置に応じて前記平坦度マップに基づいて前記ボンディングステージの高さと傾斜とを補正する工程と、
   を備えるボンディングステージ平坦度補正方法。
9. 請求項８に記載のボンディングステージ平坦度補正方法において、
   前記接続部材は、
   第一の辺と第二の辺とが平行な略台形形状で、前記第一の辺に隣接し、前記第一の辺に沿った第一の可撓性部と、前記第二の辺に隣接し、前記第二の辺に沿った第二の可撓性部と、前記第一の可撓性部と前記第二の可撓性部との間の剛体部とを有する板ばね機構であり、前記第一の辺と前記第二の辺とが、前記基体部と前記ボンディングステージとの間に配置されているボンディングステージ平坦度補正方法。
10. フリップチップボンダのボンディングステージ変形量補正方法であって、
    基体部と、ボンディング対象物を吸着固定するボンディングステージと、前記基体部に取り付けられ、前記ボンディングステージの前記ボンディング対象物を吸着固定する表面と反対側の面に設けられた複数の支持点をそれぞれ上下方向に支持すると共に、各支持点の上下方向位置を調整する複数の上下方向位置調整支持機構と、前記基体部と前記ボンディングステージとを接続する接続部材と、前記上下方向位置調整支持機構を動作させる制御部と、を備えるフリップチップボンダを用意する工程と、
    ボンディングツールをボンディングステージに押し当てた際の押圧荷重による前記ボンディングステージの各部の予想変形量を示す予想変形量マップを前記制御部内に用意する工程と、
    前記制御部によって複数の前記上下方向位置調整支持機構を動作させ、ボンディングの際の押圧位置と押圧荷重に応じて前記ボンディングステージの予想変形量だけボンディングステージの高さと傾斜とを補正する工程と、
    を備えるボンディングステージ変形量補正方法。
11. 請求項１０に記載のフリップチップボンダのボンディングステージ変形量補正方法であって、
    前記接続部材は、
    第一の辺と第二の辺とが平行な略台形形状で、前記第一の辺に隣接し、前記第一の辺に沿った第一の可撓性部と、前記第二の辺に隣接し、前記第二の辺に沿った第二の可撓性部と、前記第一の可撓性部と前記第二の可撓性部との間の剛体部とを有する板ばね機構であり、前記第一の辺と前記第二の辺とが、前記基体部と前記ボンディングステージとの間に配置されているボンディングステージ変形量補正方法。
    

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