安装装置和安装方法与流程

本发明涉及三维安装中的安装装置和安装方法，该三维安装将半导体元件等被接合物在上下方向上依次层叠而进行接合。

背景技术：

作为半导体元件的三维安装方法，有在半导体芯片部件(以下称为芯片)上依次层叠芯片的coc方法(chiponchip：芯片上芯片)；在晶片上依次层叠芯片的cow方法(chiponwafer：晶片上芯片)；在晶片上依次层叠晶片的wow方法(waferonwafer：晶片上晶片)等。在任意的三维安装方法中，均需要在使上层的被接合物的电极的位置相对于下层的被接合物的电极(包含凸块)的位置对齐的状态下依次对上层被接合物进行接合(例如专利文献1)。

在这样的三维安装中，以往在依次对上层被接合物进行层叠时，利用识别单元(例如ccd相机)从上方对下层的被接合物的位置(例如其电极的位置或对准标记的位置)进行识别，以所识别出的下层的被接合物的位置为基准而使要层叠于其上的上层被接合物的位置对齐，利用识别单元从上方对已层叠的上层被接合物的位置进行识别，以所识别出的被接合物的位置为基准，使要层叠于其上的上层被接合物的位置对齐，重复进行所需次数的这些动作，从而依次进行要层叠的上层被接合物的对位。

对于这样的层叠方法，为了使上层被接合物相对于下层的被接合物的电极精度良好地层叠，公知有如下的方法：对下层的电极的位置进行存储，对接合了上层被接合物之后的来自上层被接合物的上方的电极的位置信息与所述的下层的电极的位置信息进行比较，将其偏移量作为偏置值而对接下来要层叠的上层被接合物的层叠位置进行修正(例如专利文献2)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2009-110995号公报

专利文献2：日本特开2014-17471号公报

技术实现要素：

发明所要解决的课题

在利用上述那样的方法对上层被接合物进行层叠的情况下，在凸块的位置信息的识别中使用由在上下两个视野具有识别单元的一体型的壳体构成的双视野相机。双视野相机插入至被接合物彼此之间，分别利用上侧的视野的识别相机对上侧的被接合物的对位标记进行图像识别，利用下侧的视野的识别相机对下侧的被接合物的对位标记进行图像识别。

如专利文献2所公开的那样，使用双视野相机的下侧的视野的识别相机对下层的电极的位置进行存储，在接合了上层被接合物之后对上层的电极的位置进行测量，对下层的电极的位置信息与上层的电极的位置信息进行比较，求出电极的偏移，在上述情况下存在如下的问题：对双视野相机进行支承的壳体受到装置内的气氛温度的影响而无法准确地测量下层和上层的电极的偏移。

关于装置内的气氛温度，例如在tcb方法的情况下，采用使压接加热器的温度为280℃以上、使基盘保持载台的温度为100℃左右的温度设定。因此，双视野相机的壳体由于装置内的热的影响而慢慢发生热膨胀，上层的电极的位置要从对下层的电极的位置进行识别并存储时的坐标位置按照热膨胀的量加上伸长量，从而导致在电极的偏移的测量结果中产生误差。

当在包含这样的误差的状态下将偏移量作为偏置值而对接下来要层叠的上层被接合物的层叠位置进行修正时，存在如下的问题：会产生该误差量的安装偏移，导致安装精度劣化。

另外，当想要在消除双视野相机的壳体的热膨胀量之前重复进行直至该误差量的安装偏移收敛到某个允许值为止时，还存在花费时间、并且浪费被接合物的问题。

特别是在对被接合物进行层叠的三维安装中，设置于下层的对位标记被被接合物覆盖而无法在安装后进行识别，因此双视野相机的热膨胀所带来的伸长对安装精度的影响较大。

因此，本发明的课题在于提供安装装置和安装方法，在将半导体元件等被接合物层叠的安装装置中，能够不受气氛温度的影响而对下层和上层的位置偏移信息进行测量，从而对层叠位置进行修正。

用于解决课题的手段

为了解决本发明的课题，技术方案1所述的发明是安装装置，其用于三维安装，该三维安装将半导体元件等被接合物在上下方向上依次层叠而进行接合，其中，

该安装装置具有：

保持载台，其对与最下层相对应的被接合物进行保持；

压接头，其对要依次层叠于最下层的被接合物进行保持；

下层用识别单元，其对标记于下层的被接合物的对位标记进行识别；以及

上层用识别单元，其对标记于上层的被接合部的对位标记进行识别，

该安装装置具有控制部，该控制部具有如下的功能：利用所述下层用识别单元对依次层叠于最下层的被接合物的安装后的对位精度进行测量；以及对设置于所述保持载台的基准标记进行图像识别，根据基准标记的图像识别结果，对下层用识别单元的位置偏移进行测量，从而对要依次层叠被接合物的位置进行校正。

技术方案2所述的发明根据技术方案1所述的安装装置，其中，该安装装置具有由一体型的壳体来构成下层用识别单元和上层用识别单元的双视野相机。

技术方案3所述的发明根据技术方案2所述的安装装置，其中，该安装装置在所述双视野相机的内部具有对周围温度进行测量的温度传感器。

技术方案4所述的发明是安装方法，是用于三维安装的安装装置中的安装方法，该三维安装将半导体元件等被接合物在上下方向上依次层叠而进行接合，其中，

该安装装置具有：

保持载台，其对与最下层相对应的被接合物进行保持；

压接头，其对要依次层叠于最下层的被接合物进行保持；

下层用识别单元，其对标记于下层的被接合物的对位标记进行识别；以及

上层用识别单元，其对标记于上层的被接合部的对位标记进行识别，

该安装方法包含如下的工序：

在依次层叠被接合物的作业之前，利用下层用识别单元对设置于保持载台的基准标记进行图像识别，并将基准标记的图像识别信息作为安装前基准标记的位置信息进行存储；

利用下层用识别单元对保持载台所保持的与最下层相对应的被接合物的对位标记和施加在层叠于被接合物的上层上的被接合物的上层侧的对位标记进行图像识别，并作为下层的对位数据进行存储；

利用上层用识别单元对压接头所保持的被接合物的对位标记进行图像识别并作为上层的对位数据进行存储；

根据下层的对位数据和上层的对位数据，在对保持载台或压接头进行了对位之后，使被接合物彼此接合；

在层叠安装之后，根据所述下层的对位数据和已层叠安装的被接合物的上层部的对位标记，对安装后的位置偏移进行测量；

利用下层用识别单元对设置于保持载台的基准标记进行图像识别并作为安装中基准标记数据进行存储；

根据安装前基准标记数据和安装中基准标记数据，对下层用识别单元的伸长进行测量并作为位置偏移数据进行存储；以及

利用上层用识别单元对压接头所保持的接下来要层叠的被接合物的对位标记进行图像识别，将图像识别而得到的数据加上所述位置偏移数据的校正而作为上层校正对位数据进行存储，

重复进行对所述安装中基准标记数据进行存储的工序、对所述上层校正对位数据进行存储的工序以及在所述被接合物的上层接合被接合物的工序。

技术方案5所述的发明根据技术方案4所述的安装方法，其中，

根据设置于由一体型的壳体来构成下层用识别单元和上层用识别单元的双视野相机的内部的温度传感器的数据，不实施利用下层用识别单元对设置于保持载台的基准标记进行图像识别并作为安装中基准标记数据进行存储的工序，而具有如下的工序：使用前一次的安装中基准标记数据对下层用识别单元的水平方向的伸长进行测量并作为位置偏移数据进行存储。

发明效果

根据技术方案1所述的发明，具有控制部，该控制部具有如下的功能：利用下层用识别单元对依次层叠于最下层的被接合物的安装后的对位精度进行测量；以及对设置于所述保持载台的基准标记进行图像识别，根据基准标记的图像识别结果，对下层用识别单元的位置偏移进行测量，从而对要依次层叠被接合物的位置进行校正，因此能够不受气氛温度的影响而对下层和上层的位置偏移信息进行测量从而对层叠位置进行修正。

根据技术方案2所述的发明，具有由一体型的壳体来构成下层用识别单元和上层用识别单元的双视野相机，因此能够高效地进行测量。

根据技术方案3所述的发明，在双视野相机的内部具有对周围温度进行测量的温度传感器，因此能够对相对于气氛温度的双视野相机的水平方向的伸长进行测量。根据测量出的温度和伸长的关系，能够预先推测对基准标记进行测量的时机，因此能够高效地进行基准标记的测量，能够提高生产效率。

根据技术方案4所述的发明，对设置于保持载台的基准标记进行图像识别，对安装前基准标记数据和安装中基准标记数据进行存储，对下层用识别单元的水平方向的伸长进行测量并作为位置偏移数据进行存储。并且，利用上层用识别单元对接下来要层叠的被接合物的对位标记进行图像识别，将图像识别而得的数据加上所述位置偏移数据的校正而作为上层校正对位数据进行存储，因此能够不受气氛温度的影响而对下层和上层的位置偏移信息进行测量从而对层叠位置进行修正。

根据技术方案5所述的发明，根据设置于由一体型的壳体来构成下层用识别单元和上层用识别单元的双视野相机的内部的温度传感器的数据，不实施利用下层用识别单元对设置于保持载台的基准标记进行图像识别并作为安装中基准标记数据进行存储的工序，而具有如下的工序：使用前一次的安装中基准标记数据对下层用识别单元的水平方向的伸长进行测量并作为位置偏移数据进行存储，因此能够高效地进行基准标记的测量，能够提高生产效率。

附图说明

图1是本发明的第1实施方式的安装装置的概略侧视图。

图2是本发明的第1实施方式的安装装置的保持载台的俯视图。

图3是晶片的概略俯视图。

图4是芯片部件的概略俯视图。

图5是对本发明的第1实施方式的安装装置的动作进行说明的流程图(其一)。

图6是对本发明的第2实施方式的安装装置的动作进行说明的流程图(其二)。

图7是本发明的第2实施方式的安装装置的概略侧视图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的第1实施方式的安装装置1进行说明。在图1中，面向安装装置1而将左右方向作为x轴、将近前方向作为y轴、将与由x轴和y轴构成的xy平面垂直的轴作为z轴、将以z轴为中心进行旋转的方向作为θ方向。安装装置1包含：压接头10，其将作为被接合物的半导体芯片部件4(以下称为芯片部件)向作为被接合物的晶片2按压并加热；保持载台20，其对晶片2进行吸附保持；搬送单元25，其将芯片部件4水平搬送至压接头10；双视野相机30，其对标记于芯片部件4和晶片2的对位标记进行图像识别；以及控制部50，其对安装装置1的整体进行控制。

如图2所示，在保持载台20上设置有基准标记60。基准标记60只要是与保持载台20一体移动的位置，则可以设置于任何位置，但优选设置于与所吸附保持的晶片2相邻的位置。保持载台20能够在xy方向上移动，通过未图示的驱动单元进行驱动。

如图3所示，在晶片2上设置有多个安装部位(在图3中示为标号2a、2b、2c…)。在各个安装部位标记有对位标记(在图3中示为标号3a、3b、3c…)。

如图4所示，在芯片部件4的背面(与晶片2接合的面)和正面(被压接头10保持的面)分别标记有对位标记5a、5b。对位标记5a标记于背面(与晶片2接合的面)，对位标记5b标记于正面(被压接头10保持的面)。在图4中，对位标记5b用虚线表示。

双视野相机30具有：对压接头10所保持的芯片部件4上所标记的对位标记5a进行图像识别的上视野31；以及对保持载台20所保持的晶片2的对位标记3a、3b、3c…进行图像识别的下视野32。双视野的识别单元30支承于壳体33，在壳体33的内部安装有对周围温度进行测量的温度传感器35。上视野31与本发明的上层用识别单元相对应，下视野32与下层用识别单元相对应。

双视野相机30能够在xy方向和z方向上移动，通过未图示的驱动单元进行驱动，具有近端编码器等位置检测单元。

压接头10构成为能够在z方向(上下方向)和θ方向(水平旋转方向)上移动，对芯片部件4进行吸附保持而按照规定的加压力向晶片2进行按压。

搬送单元25具有芯片滑块26，该芯片滑块26在压接头10的下侧与未图示的芯片部件4的提供部之间水平移动。

控制部50根据从所述双视野相机30的驱动单元得到的位置信息以及双视野相机30要进行图像识别的晶片2与芯片部件4的对位标记的位置信息进行保持载台20的对位，并进行按照规定的加压力将压接头10按压至晶片2的控制。在安装作业之前，双视野相机30对设置于保持载台20的基准标记60进行图像识别而对初期的位置信息p0进行存储，在进行安装后的晶片2与芯片部件4的位置精度的测量之前，定期地对基准标记60进行图像识别而获取位置信息p1。由此，能够检测p1-p0作为气氛温度的变化所导致的壳体33的热膨胀量，在安装精度测量时对图像识别的数据进行位置偏移数据的校正。关于安装精度测量作业中的基准标记60的图像识别，在壳体33的热膨胀达到了饱和之后减少参照频率。控制部50根据设置于壳体33的温度传感器35的数据和壳体33的热膨胀量的数据对温度与壳体伸长的关系进行存储。

使用图5、图6的流程图对使用这样的安装装置1将芯片部件4层叠安装于晶片2的安装方法进行说明。

首先，将晶片2吸附保持于保持载台20(步骤st01)。

接着，搬送单元25使用芯片滑块26从芯片提供部水平搬送芯片部件4，使压接头10下降至规定的高度，将芯片部件4从芯片滑块26交接至压接头10。当交接完成时，压接头10上升至待机位置的高度，芯片滑块26移动至芯片提供部(步骤st02)。

在所述动作的同时，将双视野相机30插入至压接头10与保持载台20之间。按照使基准标记60进入至双视野相机30的下视野32的方式水平移动保持载台20。将利用下视野32进行图像识别而得到的数据作为安装前基准标记的位置信息的初期的位置信息p0存储于控制部50(步骤st03)。

接着，按照使晶片2的安装部位2a来到压接头10的下侧的方式水平移动保持载台10。在晶片2上设置有多个安装位置。在本实施方式中，从安装部位2a开始进行芯片部件4的安装(步骤st04)。

接着，利用上视野31对压接头10所吸附保持的芯片部件4的对位标记5a进行图像识别，利用下视野32对晶片2的安装部位2a的对位标记3a进行图像识别。晶片2的对位标记3a作为最下层对位数据72a存储于控制部50，芯片部件4的对位标记5a作为上层对位数据73a存储于控制部50(步骤st05)。

接着，使双视野相机30移动至待机位置，根据最下层对位数据72a和上层对位数据73a，在xy方向上对保持载台20进行对位，在θ方向上对压接头10进行对位(步骤st06)。

接着，使压接头10下降，将芯片部件4按压至晶片2的对象安装部位并加热而进行安装(步骤st07)。

接着，若完成了规定的时间的按压和加热，则使压接头10上升至待机位置。当进行压接头10的上升时，使保持载台20在xy方向上移动而使接下来要安装的安装部位2b来到压接头10的下侧(步骤st08)。

接着，搬送单元25的芯片滑块26将芯片部件4从芯片提供部水平搬送至压接头10，压接头10下降至规定的高度，从而将接下来要安装的芯片部件4从芯片滑块26交接至压接头10。当交接完成时，压接头10上升至待机位置的高度，芯片滑块26移动至芯片提供部(步骤st09)。

接着，将双视野相机30插入至压接头10与保持载台20之间(步骤st10)。

接着，重复进行步骤st05至步骤st10，将芯片部件4安装于晶片2的所有安装部位。另外，在步骤st05中，安装部位移动至2b、2c…，对位标记也移动至3b、3c…，最下层的对位数据也在控制部50中存储为72a、72b、72c…，上层对位数据也在控制部50中存储为73a、73b、73c…。当对所有的安装部位安装完芯片部件4时，移动至下一步骤(步骤st11)。

接着，将双视野相机30和保持载台20移动至与步骤st03相同的位置。由于安装作业使气氛温度上升，从而双视野相机30的壳体33发生热膨胀，因此关于利用下视野32进行图像识别的基准标记60的位置，会在相对于步骤st03中识别的位置发生了偏移的位置处被识别。控制部50将基准标记60的位置作为热膨胀后的基准位置信息p1进行存储，计算出与步骤st03所存储的初期的安装前基准标记的位置信息p0之差，作为位置偏移数据p2进行存储(步骤st12)。

接着，按照使晶片2的安装部位2a来到压接头10的下侧的方式水平移动保持载台10。在安装部位2a安装有芯片部件4，因此无法对对位标记3a进行图像识别。因此，关于对安装于安装部位2a的芯片部件4的安装位置精度的测量，使用的是利用双视野相机30的下视野32对已经安装的芯片部件4(在步骤st07中安装的芯片部件4)的正面的对位标记5b进行图像识别而得到的位置信息以及在步骤st05中存储的最下层对位数据72a，控制部50进行已经安装的芯片部件4(在步骤st07中安装的芯片部件4)的安装位置偏移量的计算。该安装位置偏移量的计算所使用的通过图像识别而得到的对位标记5b的数据包含双视野相机30的热膨胀所带来的伸长，因此使用在步骤st12中求出的位置偏移数据p2进行安装位置偏移量的校正。将校正后的安装位置偏移数据作为上层校正对位数据p3存储于控制部50(步骤st13)。

接着，利用上视野31对压接头10所吸附保持的芯片部件4的对位标记5a进行图像识别，利用下视野32对已安装于晶片2的安装部位2a的芯片部件4的正面的对位标记5b进行图像识别。芯片部件4的对位标记5a的位置信息作为上层对位数据73a存储于控制部50(步骤st14)。

接着，使双视野相机30移动至待机位置，根据最下层对位数据72a、上层对位数据73a以及所述上层校正对位数据p3，在xy方向上对保持载台20进行对位，在θ方向上对压接头10进行对位(步骤st15)。

接着，使压接头10下降，将芯片部件4按压至安装部位2a并加热而进行层叠安装(步骤st16)。

接着，若完成了规定的时间的按压和加热，则使压接头10上升至待机位置。当进行压接头10的上升时，使保持载台20在xy方向上移动而使接下来要安装的安装部位2b来到压接头10的下侧(步骤st17)。

接着，搬送单元25的芯片滑块26将芯片部件4从芯片提供部水平搬送至压接头10，压接头10下降至规定的高度，将接下来要安装的芯片部件4从芯片滑块26交接至压接头10。当交接完成时，压接头10上升至待机位置的高度，芯片滑块26移动至芯片提供部(步骤st18)。

接着，将双视野相机30插入至压接头10与保持载台20之间(步骤st19)。

接着，重复进行步骤st13至步骤st19，将芯片部件4层叠安装于安装部位。另外，在步骤st13中，安装部位移动至2b、2c…，对位标记也移动至3b、3c…。当对所有的安装部位层叠安装完芯片部件4时，移动至下一步骤(步骤st20)。

接着，对层叠数是否达到规定的值进行确认。在未达到的情况下，返回至步骤st12，继续进行层叠安装(步骤st21)。在达到的情况下，结束对晶片2层叠安装芯片部件4。

这样，当对具有多个安装部位的晶片2按照每一层安装芯片部件4时，利用双视野相机30的下视野32对基准标记60进行图像识别，对安装前基准标记数据位置信息p0与热膨胀后的基准位置信息p1进行比较，制成位置偏移数据p2，因此能够对气氛温度的变化所导致的双视野相机30的壳体33的热膨胀所带来的伸长进行校正而进行层叠安装。

在气氛温度达到了饱和之后，在每一次的层叠安装时可以不进行基准标记的图像识别。根据设置于双视野相机30的壳体33的温度传感器35的数据和壳体的热膨胀所带来的伸长的数据，可以适当省略图像识别的定时。

当在步骤st15中将步骤st13中所测量的上层校正对位数据p3相加的情况下，可以对n次之后的安装部位使用依照安装部位的顺序连续地获取了n次的数据的平均值进行相加。这样，能够使测量偏差或突发偏移所导致的异常数据的影响为最小限度。

接着，对本发明的第2实施方式的安装装置100进行说明。图7是安装装置100的概略侧视图。在安装装置1中所用的标号在安装装置100中沿用。安装装置1将基准标记60设置于保持载台20，但在安装装置100中，将基准标记61设置于安装在压接头10的托架11的前端。

对使用这样的安装装置100将芯片部件4层叠安装于晶片2的安装方法进行说明。在第1实施方式中，利用双视野相机30的下视野32对基准标记60进行了图像识别，但在第2实施方式中，利用上视野31对基准标记61进行图像识别。与此相伴，第1实施方式的步骤st03、st12如下所示那样进行变更。其他步骤与第1实施方式同样。

步骤st03变更为“将双视野相机30插入至压接头10与保持载台20之间。按照使基准标记61进入至双视野相机30的上视野31的方式移动双视野相机30。将利用上视野31进行图像识别而得到的安装前基准标记的位置信息作为初期的位置信息p0存储于控制部50(步骤st03a)”。

将步骤st12变更为“将双视野相机30移动至与步骤st03相同的位置。由于安装作业气氛温度上升，从而双视野相机30的壳体33发生热膨胀，因此利用上视野31进行了图像识别的基准标记61的位置会在相对于步骤st03a中识别的位置发生了偏移的位置处被识别。控制部50将基准标记61的位置作为热膨胀后的基准位置信息p1进行存储，计算出与在步骤st03a中所存储的初期的安装前基准标记的位置信息p0之差，作为位置偏移数据p2进行存储(步骤st12a)”。

通过这样的变更，第2实施方式能够起到与第1实施方式同样的效果。

在本实施方式中，采用了由在双视野具有识别单元的一体型的壳体构成的双视野相机30，但在采用使对晶片2这一侧进行识别的下视野32和对芯片部件4这一侧进行识别的上视野31分别分离的结构的情况下，也能够利用下视野32对安装后精度进行测量，因此即使在固定下视野32的壳体由于热膨胀而发生了变形的情况下，也能够通过识别保持载台20侧的基准标记60来求出热膨胀所导致的光轴的变化量，因此能够起到同样的效果。

若为由一体型的壳体构成对晶片2这一侧进行识别的下视野32和对芯片部件4这一侧进行识别的上视野31的双视野相机30，则能够同步对晶片2与芯片部件4的各个对位标记3a、5a、5b进行识别，因此能够进行高速且高精度的安装。

另外，关于用于测量安装后的精度的基准标记60，也可以使用层叠于对位标记3a、5a、5b以外的芯片部件4的上下相同的排列部位的贯通电极的头顶部。这样，能够高精度地对传递电信号的电极彼此的对位精度进行测量，因此可进行更高品质的接合。

标号说明

1：安装装置；2：晶片；2a：安装部位；2b：安装部位；2c：安装部位；3a：对位标记；3b：对位标记；3c：对位标记；4：芯片部件(半导体芯片)；5a：对位标记；5b：对位标记；10：压接头；11：托架；20：保持载台；25：搬送单元；26：芯片滑块；30：双视野相机；31：上视野；32：下视野；33：壳体；35：温度传感器；50：控制部；60：基准标记；61：基准标记；72a：最下层对位数据；72b：最下层对位数据；72c：最下层对位数据；73a：上层对位数据；73b：上层对位数据；73c：上层对位数据。