CN103258768A

CN103258768A - 校正用目标治具以及半导体制造装置

Info

Publication number: CN103258768A
Application number: CN2012105389981A
Authority: CN
Inventors: 傅田俊男; 降旗博明; 今井诚
Original assignee: Fuji Electric Co Ltd
Current assignee: Fuji Electric Co Ltd
Priority date: 2012-02-15
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2013-08-21
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: JP2013168465A; JP5874428B2; CN103258768B

Abstract

本发明提供一种在校正位置上设置目标治具以防止灰尘附着吸附吸嘴的前端的半导体制造装置。在目标治具(10)中，长方形的治具主体(11)的上表面上突出而形成有“十”字状的目标标记(12)，目标标记(12)的突起部的宽度突出成小于灰尘的大小的50～100μm，从而在校正动作中，使其面对从上方下降过来的吸嘴面接触。

Description

校正用目标治具以及半导体制造装置

技术领域

本发明涉及在半导体芯片的芯片焊接工序中所使用的校正用目标治具、以及具备自动校正功能的用于芯片焊接的半导体制造装置，尤其涉及用于将半导体芯片可靠地粘接到引线框架的校正用目标治具、以及使用该目标治具的用于芯片焊接的半导体制造装置。

背景技术

在半导体装置的制造工艺中，作为连续地将半导体芯片粘接到引线框架的半导体制造装置，从以前开始就使用了芯片焊接装置(以下，称为“DB装置”)。

DB装置具备对引线框架进行加热的加热台和连续移送多个引线框架的供给用轨道等的移送装置。在各引线框架中，在加热台上成为熔融状态的焊料被装载到岛状区(island)等的半导体器件搭载部，并借助移送装置而被移送过来。

对于半导体芯片而言，将置放于DB装置的例如近端的完成芯片分割的晶圆利用真空式的吸附吸嘴逐个移送到DB装置，由此芯片焊接到预定位置。此时，半导体芯片若从晶圆黏胶片的背面被推动，则在该晶圆的上方被吸附吸嘴真空吸附而被移送至DB装置。被吸附吸嘴所保持的半导体芯片下降至在DB装置中被加热的引线框架的预定位置并在此处被按压，由此通过焊料层完成半导体芯片的安装。

图4为示出以往的半导体制造装置的概略构成的剖面图。

吸附吸嘴1沿水平方向移动至DB装置，此后，仅下降被控制的预定距离。此时，引线框架2根据供给用轨道(未图示)被移送，由此能够将半导体芯片4安装到与引线框架2上处于熔融状态的焊料3对应的位置。加热台5使引线框架2维持预定温度，其上面被轨道上盖6覆盖。该轨道上盖6防止引线框架2上的焊料3的散热，同时防止保护气体朝外部飞散。

在轨道上盖6中形成有预定大小的开口6a，吸附吸嘴1在保持半导体芯片4的状态下移动至开口6a。此后，从轨道上盖6的开口6a自动下降至引线框架2上的焊料3的位置，将半导体芯片4固定安装到各引线框架2的预定位置。此时，在控制吸附吸嘴1的移送的DB装置侧的吸嘴控制单元(未图示)中，预设有当吸附吸嘴1移送半导体芯片4而到达开口6a的上方时，至焊料3的表面的距离。或者，也可以在没有吸附半导体芯片4的状态下，使吸附吸嘴1接触到轨道上盖6，从而将轨道上盖6的位置作为基准位置存储。

然后，吸嘴控制单元基于吸嘴控制单元中的预设的距离，使吸附吸嘴1沿Z轴方向朝引线框架2下降，使吸附于吸附吸嘴1的半导体芯片4移动到引线框架2上。此时，通过进行使半导体芯片4以预定的压力对于引线框架2进行按压的压接动作，将半导体芯片4安装到引线框架2上。

为了使半导体芯片4可靠地安装到引线框架2上，且为了使依靠焊料3的固定安装状态稳定，如上所述，需要进行以预定的压力将半导体芯片4按压到引线框架2的压接动作，且需要对吸附吸嘴1的Z轴方向的移动距离的进行控制，以防止变成施压不足或过度的施压。

但是，在这种DB装置存在如下情况，即，加热台5上的加热器的加热而引起的热膨胀导致供给用轨道等上下变动，且引线框架2的安装位置的高度(Z轴方向的距离)发生变化。因此，为了使由吸附吸嘴1所保持的半导体芯片4连续地安装到引线框架2上，且为了使依靠焊料3的固定安装状态稳定，需要一种对从吸附吸嘴1移送半导体芯片4而到达的开口6a的上方的位置至引线框架2的焊料3的表面的距离进行调整的校正功能。即，所谓校正功能为在安装半导体芯片4时对吸嘴控制单元所预设的距离(即，从吸附吸嘴1移送半导体芯片4而到达的开口6a的上方的位置至焊料的表面的距离)进行补偿的功能。

在进行校正时，在吸附吸嘴1没有保持半导体芯片4的状态下，使吸附吸嘴1的前端部分接触到轨道上盖6的上表面，或者接触到供给用轨道的周边的固定表面，由此能够对下降的吸附吸嘴1的上下方向(Z轴方向)上的位置进行补偿。如此进行的自动校正功能，在以往属于DB装置所附带的一般的功能。

通过进行如此的校正，能够对从吸附吸嘴1移送半导体芯片4而到达的开口6a的上方的位置至焊料的表面的距离进行补偿。于是，在轨道等的热膨胀的前后，无需变更使吸附于吸附吸嘴的半导体芯片以预定的压力对于引线框架进行按压的压接动作。

图5为示出将吸附吸嘴按压到以往的半导体制造装置的轨道上盖的状态的剖面图。

在从完成芯片分割的晶圆吸附半导体芯片4时，从置放于轨道上盖6的近端的晶圆(未图示)侧朝着供给用轨道的方向形成空气流，以避免芯片分割时的硅屑等的灰尘残留在芯片表面。此时，硅屑等的灰尘7从晶圆侧被吹散至轨道上盖6，从而有可能如图5所示地附着于轨道上盖6的上表面。并且，除了空气流的原因之外，还因为借助吸附吸嘴1保持半导体芯片4而将其移送，所以伴随该芯片分割而产生的硅屑作为灰尘7从吸附吸嘴1或半导体芯片4自身落到轨道上盖6。

在专利文献1中记载有通过缩短在焊接(bonding)工序中的工作台高度的示教时间来提高焊接工序中的作业效率的焊接装置以及半导体装置的制造方法的发明。

专利文献2的工具(tool)状态检测装置是这样一种装置。即，在通过在将保持的芯片焊接到作为工件的引线框架时，检测是否到达至引线框架而恰当地控制焊接负荷等的装置中，通过有效利用为了判断焊接工具的到达状态而准备的现有的降落传感器(landing sensor)，检测设置于焊接头的焊接工具的状态的装置。

在专利文献3的芯片焊接机中，吸嘴架和吸嘴在拾取位置Pa与焊接位置Pc之间进行往复移动，在吸嘴架和吸嘴到达至焊接位置Pc时，加大朝供给配管的冷却流体的供给流量，以冷却吸嘴架和吸嘴。据此，减小因吸嘴架和吸嘴的伸缩而引起的高度位置的变化，从而能够提高拾取精度和焊接精度，能够在不损伤的情况下焊接半导体芯片。

在专利文献4所记载的芯片搭载装置中，为了使吸嘴接触到芯片搭载对象面等而掌握该位置，通过使第一移动部相对固定部下降而执行，当接触时，通过高精度的第二高度检测单元读取第二移动部相对于第一移动部被抬起时的偏移的大小，由此芯片的厚度即使存在离差，也能够以准确的高度方向的位置精度搭载芯片。

专利文献5揭示一种在运行过程中即使存在温度变化也能够高精度地焊接芯片的芯片焊接机及芯片焊接方法，根据该发明，在补偿控制单元中，对其检测出的吸嘴吸附面的高度(检测高度)和在基本控制单元中所设定的吸嘴吸附面的高度(基准高度)进行比较。高度检测单元能够检测在焊接位置Q中的吸嘴吸附面的的高度，基于该检测出的吸嘴吸附面的高度，控制单元能够控制焊接位置Q上的竖直方向移动量，从而谋求焊接位置Q上的竖直方向移动量的补偿的可靠性。

现有技术文献

专利文献

专利文献1日本特开2003-332363号公报(参照段落号[0002]～[0005])

专利文献2日本特开2009-194047号公报(参照段落号[0041]～[0055]、图2～图5)

专利文献3日本特开2003-174042号公报(参照段落号[0026]～[0038]、图1～图3)

专利文献4日本特开2004-273805号公报(参照段落号[0016]～[0026]、图3～图6)

专利文献1日本特开2009-188079号公报(参照段落号[0031]～[0053]、图1、图2)

在图5中，如果在轨道上盖6的上表面附着有灰尘7的状态下，进行使吸附吸嘴1下降而使其接触到轨道上盖6的校正动作，则该灰尘7将会附着于吸附吸嘴1的前端部分。因此，如果处于这种状态的吸附吸嘴1吸附下一个半导体芯片4，则灰尘7有可能损伤半导体芯片4的表面元件。

图6为示出以倾斜的状态吸附有半导体芯片的以往的半导体制造装置的剖面图。当如在此所示出的半导体芯片4a那样，被吸附吸嘴1的前端部分以倾斜的状态吸附的状态下进行安装时，半导体芯片4以倾斜的状态粘附到引线框架内2，或者在引线框架2上将会露出焊料3。即，具有难以实现半导体芯片的可靠的粘接，半导体装置产生缺陷等问题。

图4～图6所示的吸附吸嘴1均为与半导体芯片4的上表面接触而真空吸附的扁平型吸嘴，但是存在半导体芯片的上表面形成有电路图案面的情形，在不想使吸附吸嘴1接触于此处时，使用如下所示的棱锥吸嘴。

图7为示出用棱锥形吸附吸嘴吸附半导体芯片的状态的图。

在棱锥形吸附吸嘴8中，下端部形成有被多个(例如，4个)倾斜面8a包围的凹部9，半导体芯片4a的外周根据这些倾斜面8a而定位。各个倾斜面8a倾斜成相互面对的倾斜面8a的间隔从下端朝上方逐渐变窄，且与真空孔9a连通，以吸附半导体芯片4a而将半导体芯片4a保持在凹部9内。

在利用这种吸附吸嘴8进行校正动作时，如果灰尘7附着到吸附吸嘴8的倾斜面8a，则虽然不存在灰尘7损伤半导体芯片4a的表面元件的隐患，但半导体芯片4a也会以倾斜的状态被吸附。因此，即使使用棱锥形的吸附吸嘴8，也难以在引线框架2上可靠地粘接半导体芯片4a。

发明内容

本发明是为了解决上述问题而提出的，其目的在于提供一种灰尘难以附着于吸嘴的前端的校正用目标治具。

并且，本发明的另一目的在于提供一种在轨道上盖等的校正位置设置目标治具，以使灰尘不会附着到吸嘴的前端的半导体制造装置。

本发明为了解决上述问题而提供校正用目标治具，该校正用目标治具将对半导体芯片进行芯片焊接的平面作为X-Y平面，用于对将所述半导体芯片保持并移送的吸嘴的垂直相交于所述X-Y平面的Z轴方向距离进行补偿，该校正用目标治具的特征在于包括：治具主体，固定于所述吸嘴的X-Y平面内；目标标记，从所述治具主体的上表面突出形成，与所述吸嘴的Z轴方向前端部接触。

并且，本发明的半导体制造装置为具备自动校正功能，将半导体芯片安装到引线框架的芯片焊接用的半导体制造装置，该半导体制造装置的特征在于包括：加热单元，对所述引线框架进行加热；吸嘴，将安装于所述引线框架的半导体芯片保持并移送；吸嘴控制单元，将对半导体芯片进行芯片焊接的平面作为X-Y平面，在垂直相交于该X-Y平面的Z轴方向，对所述吸嘴的预定位置和所述引线框架的芯片安装面之间的距离进行预设；上述的校正用目标治具，设置在与因所述加热单元的热而产生的在所述芯片安装面的Z轴方向的变动距离成比例地上下变动的位置，并且，使所述吸嘴朝所述Z轴方向移动而使所述吸嘴的Z轴方向前端部接触到目标标记，以补偿预设在所述吸嘴控制单元的、所述吸嘴的预定位置和所述引线框架的所述芯片安装面之间的距离。

根据本发明，在进行校正时，灰尘不会附着于吸嘴的前端。因此，能够消除半导体芯片被倾斜地粘附或者在引线框架上露出焊料的问题，从而能够将半导体芯片可靠地粘接到引线框架上。并且，不存在吸附于吸嘴的半导体芯片的表面受损伤的隐患。

附图说明

图1为本发明的实施方式所提供的校正用目标治具，其中(A)为平面图，(B)为沿B-B线示出的侧剖视图。

图2为示出使用本发明的目标治具的芯片焊接用半导体制造装置的平面图。

图3为用于说明本发明的半导体制造装置的校正动作的剖视图。

图4为示出以往的半导体制造装置的概略构成的剖面图。

图6为示出以倾斜的状态吸附了半导体芯片的以往的半导体制造装置的剖面图。

图7为示出用棱锥形吸附吸嘴吸附半导体芯片的状态的图。

符号说明

1、8：吸附吸嘴

2：引线框架

3：焊料

4、4a：半导体芯片

5：加热台

6、22a、23a：轨道上盖

7：灰尘

8a：倾斜面

9：凹部

10：目标治具

11：治具主体

12：目标标记

13a、13b：安装孔

20：DB装置(芯片焊接用半导体制造装置)

21：入口轨道

22：第一加热区

23：第二加热区

24：出口轨道

25a～25e：移送机械手

26a、26b：定位销

30：晶圆黏胶片

31：半导体晶圆

具体实施方式

以下，参照附图说明本发明的实施方式。图1为本发明的实施方式所提供的校正用目标治具，其中(A)为平面图，(B)为沿B-B线示出的侧剖视图。

校正用目标治具10在横向10cm、纵向1～2cm左右的长方形治具主体11的上表面上突出而形成有“十”字状的目标标记12，且治具主体11的厚度为2mm左右。在治具主体11中，在其左右方向端部附近分别形成有安装孔13a、13b。该目标治具10用于根据安装孔13a、13b而固定在后述的图2所示的芯片焊接用半导体制造装置(DB装置)的上盖，从而固定在保持并移送半导体芯片的吸附吸嘴的X-Y平面内，由此用来补偿其Z轴方向距离。

目标治具10的目标标记12在治具主体11的表面上突出而形成。目标标记12的自治具主体11表面的高度形成为高于附着在DB装置的上盖等的灰尘(参照后述的图3)的假设的最大尺寸。例如，若假设灰尘的尺寸的最大值为200μm，则将目标标记12的自治具主体11表面的高度设定为500μm。

并且，在图1所示的示例中，以“十”字状形成了目标标记12。此时，目标标记12自身被实施曲面(R)加工的同时，目标标记12的突起宽度形成为相比于落到治具主体11的表面的灰尘的大小窄。例如，“十”文字状的突起部分以50～100μm的宽度形成。据此，目标标记12变成灰尘难以落到“十”字状的上表面的形状。在此，治具主体11通过切削金属板的方法制成，而其表面的目标标记12可通过对治具主体11实施放电加工而形成。

在此，如果考虑使上述的图7所示的棱锥形的吸附吸嘴8与目标治具10接触而进行校正动作的情形，则优选为使目标标记12的大小形成为长于吸附吸嘴8的凹部9。这是因为，当目标标记12相比吸附吸嘴8的凹部9短时，目标标记12将会进入到形成于吸附吸嘴8的下端部(Z轴方向前端部)的凹部9内，导致落到治具主体11的表面的灰尘与倾斜面8a接触。

因此，在本示例中，目标标记12的上下以及左右的长度设定为8000μm。从而形成为，目标治具10的自治具主体11突起的目标标记12与进行校正动作时降下来的吸附吸嘴1、8(参照图4～图7)的Z轴方向前端部可靠地接触，使得灰尘不会附着到其前端。

该半导体制造装置为具备自动校正功能的DB装置20，在DB装置20的近端侧布置有半导体晶圆31。该半导体晶圆31在例如预定的载置台(未图示)上以被芯片分割的状态粘附在晶圆黏胶片30而保持。在此，半导体晶圆31以与晶圆黏胶片30一体的状态被芯片切割成每个芯片。

DB装置20由从图的左侧朝右侧方向布置的入口轨道21、第一加热区22、第二加热区23以及出口轨道24构成。该DB装置20沿着贯穿各个区21～24而形成的供给轨道设置有移送机械手25a～25e，以移送从入口轨道21连续供给的引线框架2。

第一加热区22为对需要粘接半导体芯片的引线框架2进行预加热的场所。引线框架2在此处被加热至预定温度之后，由移送机械手25b供给到第二加热区23。

第一、第二加热区22、23均被用于防止散热的轨道上盖22a、23a覆盖。第二加热区23的轨道上盖23a形成有两个开口6a、6b，熔融状态的焊料由其中一个开口6a供给至引线框架，半导体芯片4由另一个开口6a安装到引线框架。安装有半导体芯片4的引线框架2从出口轨道24上取出。

目标治具10固定安装于两个移送机械手25c、25d之间的、第二加热区23的轨道上盖23a之上。该目标治具10的安装孔13a位于第二加热区23的移送机械手25c侧，目标治具10利用用于供给焊料的定位销26a固定在轨道上盖23a上。该定位销26a在对于引线框架2确定熔融焊料的移入位置时使用。并且，在目标治具10的移送机械手25d侧还有一个安装孔13b，用于对于引线框架2确定半导体芯片的安装位置的另一个定位销26b插入在安装孔13b。

在图2中，在引线框架2与晶圆黏胶片30之间画出的箭头A1、A2表示前述的吸附吸嘴1的在XY平面内的移送路径，在未图示的吸嘴控制单元中教导有与引线框架2的芯片安装面的Z轴方向上的基准位置。从晶圆黏胶片30分离出的半导体芯片根据吸附吸嘴1从半导体晶圆31沿着箭头A1被运至第二加热区23的开口6b。另外，引线框架2沿着DB装置20的供给轨道被移送时，在第二加热区23中，因其部件(例如加热台等)的热膨胀在其上下方向(Z轴方向)位置发生变动。

因此，当没有进行在芯片焊接工序中预先掌握该变动量以补偿半导体芯片4的焊接的基准位置的校正时，将会发生芯片损坏或者焊接不良等问题。因此，下面对使用目标治具10的校正功能进行说明。

吸附吸嘴1移动到第二加热区23的开口6b之后，与半导体芯片4一起下降与被控制的预定的距离L相当的距离，将半导体芯片自动地载置到引线框架2的预定位置。此时，加热台5也因加热而膨胀，伴随这种膨胀，引线框架2的安装位置本身在上下方向(Z轴方向)上变动。而且，直至其温度稳定为止需要15～20分钟左右的时间。

如上所述，目标治具10固定安装于第二加热区23的轨道上盖23a。因此，其表面位置与第二加热区23一起发生变动。即，当DB装置20因由第二加热区23产生的热而膨胀时，固定安装于轨道上盖23a的目标治具10与引线框架2的上下位置发生变化的变动距离成比例地上下移动。

因此，在由DB装置连续地芯片焊接半导体芯片4时，需要使吸附吸嘴1与目标治具10的目标标记12接触，以进行校正动作。针对前述的吸附吸嘴1的校正动作通过在使吸附吸嘴1沿图2的箭头A2返回到半导体晶圆31的方向时使用目标治具10来实施。根据如此进行的校正动作，对于吸附吸嘴1应当下降的距离L，能够掌握与其移送开始之后因热膨胀而产生的变动相当的距离。

在目标治具10中，在假设落到轨道上盖23a而附着于轨道上盖23a的灰尘的最大尺寸为200μm的情况下，形成有具有高度为500μm的“十”字状的突起部的目标标记12。若利用该目标标记12将引线框架2的上下方向上的芯片焊接的基准位置教导给吸附吸嘴1，则能够消除吸附吸嘴1保持半导体芯片时的上述的问题。若考虑因热膨胀而产生的上下的位置变动仅在从DB装置20开始连续动作之后的20分钟左右的时间段内较大，则优选为开始动作之后例如以每隔5分钟进行3～4次左右的时间安排实施上述的校正动作。

在此，本发明的目标治具的目标标记并不局限于“十”文字状。例如，也可以是一条线(一)、星状(*)等。为了防止灰尘的滞留，最好是简单的形状。或者，也可以形成有由多个点(圆点)状的突起部构成的目标标记，以点接触于吸附吸嘴的最下部(接触于目标标记的部分)。

Claims

1.一种校正用目标治具，该校正用目标治具将对半导体芯片进行芯片焊接的平面作为X-Y平面，用于对将所述半导体芯片保持并移送的吸嘴的垂直相交于所述X-Y平面的Z轴方向距离进行补偿，其特征在于包括：

治具主体，固定于所述吸嘴的X-Y平面内；

目标标记，从所述治具主体的上表面突出形成，与所述吸嘴的Z轴方向前端部接触。

2.如权利要求1所述的校正用目标治具，其特征在于，所述目标标记形成为在所述治具主体的上表面接触到所述吸嘴的底面前端部。

3.如权利要求1所述的校正用目标治具，其特征在于，所述目标标记的高度形成为大于落到所述治具主体的上表面的灰尘的大小。

4.如权利要求1所述的校正用目标治具，其特征在于，所述目标标记形成为在所述治具主体的上表面通过多个部位点接触于所述吸嘴的底面前端部。

5.一种半导体制造装置，其为具备自动校正功能，将半导体芯片安装到引线框架的芯片焊接用的半导体制造装置，其特征在于包括：

加热单元，对所述引线框架进行加热；

吸嘴，将安装于所述引线框架的半导体芯片保持并移送；

吸嘴控制单元，将对半导体芯片进行芯片焊接的平面作为X-Y平面，在垂直相交于该X-Y平面的Z轴方向，对所述吸嘴的预定位置和所述引线框架的芯片安装面之间的距离进行预设；

如权利要求1至4中任意一项所述的校正用目标治具，设置在与因所述加热单元的热而产生的在所述芯片安装面的Z轴方向的变动距离成比例地上下变动的位置，

使所述吸嘴朝所述Z轴方向移动而使所述吸嘴的Z轴方向前端部接触到目标标记，以补偿预设在所述吸嘴控制单元的、所述吸嘴的预定位置和所述引线框架的所述芯片安装面之间的距离。