JP2005032828A - 半導体装置の製造装置及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイボンディングを効率化して処理に要する時間を短縮する。
【解決手段】半導体チップをボンディングヘッドによって取得し、半導体チップ固定位置にボンディングヘッドが移動し、半導体チップをフレームに接着する半導体装置の製造において、前記ボンディングヘッドの軌跡を、前記半導体チップのサイズに合わせて変更する。
上述した手段によれば、半導体チップのサイズに合わせて、ボンディングヘッドの軌跡を変えることによって、半導体チップの移動経路を短縮し、半導体チップのダイボンディングに要する時間を短縮し、ダイボンダのＵＰＨを向上させることができる。
【選択図】 図６

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造に関し、特に、半導体チップのダイボンディングに適用して有効な技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
半導体装置では、単結晶シリコン等のウェハに複数のパターンを一括して形成し、夫々のパターン毎に切断して、個々の半導体チップに分離し、分離された半導体チップは、実装方式によって例えばリードフレーム、テープ基板等（以下、単にフレームという）に固定するダイボンディングを行なった後に、ワイヤボンディング等の電気的な接続、更に樹脂封止等が行なわれ半導体装置となる。
【０００３】
フレームの半導体チップ搭載領域に半導体チップを接着するダイボンディングを行なうダイボンダでは、実装する半導体チップが、既にダイシングによって切断分離されており、ウェハリングに固定したシートの粘着力によってウェハ時の配列状態となっており、この半導体チップをボンディングヘッドによって取得し、フレームが搬送される搬送路の半導体チップ固定位置にボンディングヘッドが移動し、半導体チップをフレームの所定位置に接着する。
【０００４】
【特許文献１】
特開平０９−００８０６８号公報
【特許文献２】
特許登録第２９７４３５９号公報
前記特許文献１には、半導体チップの特性区分ごとにダイボンディングを行ない処理の効率化を図る技術が、前記特許文献２には、ウェハリングに限界リングを取り付けることによって作業の簡素化を図る技術が夫々記載されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
また近年、１枚のウェハにより多くのパターンを一括形成して、半導体チップを効率よく製造するために、ウェハの大径化が進められている。しかし、ウェハの大径化によって、様々な問題が生じる。例えば、ウェハに素子を形成する前工程では、一括してパターンを形成することができるが、半導体チップを個片化した後のダイボンディングでは、半導体チップ取得数の増加に比例して処理に要する時間が増加するため、相対的にダイボンディングに要する時間が長くなり、製造工程全体のネックとなってしまう。このため、ダイボンディングに要する時間を短縮して、生産効率であるＵＰＨ（Ｕｎｉｔ Ｐｅｒ Ｈｏｕｒ）を向上させることが求められている。
【０００６】
本発明の課題は、ダイボンディングを効率化して処理に要する時間を短縮する技術を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
半導体チップをボンディングヘッドによって取得し、半導体チップ固定位置にボンディングヘッドが移動し、半導体チップをフレームに接着する半導体装置の製造において、前記ボンディングヘッドの軌跡を、前記半導体チップのサイズに合わせて変更する。
【０００８】
上述した手段によれば、半導体チップのサイズに合わせて、ボンディングヘッドの軌跡を変えることによって、半導体チップの移動経路を短縮し、半導体チップのダイボンディングに要する時間を短縮し、ダイボンダのＵＰＨを向上させることができる。
【０００９】
以下、本発明の実施の形態を説明する。
本発明の前記ならびにその他の課題と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。
なお、実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図１に示すのは、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造装置であるダイボンダを示す平面図であり、本実施の形態のダイボンダは、大別して、半導体チップを供給するダイ供給系のシステムと、リードフレーム等のフレームを供給するフレーム供給系のシステムと、前記フレームに半導体チップをボンディングするマウント系のシステムとからなっている。なお、以下の説明では、フレーム等の搬送方向をＸ方向（装置の長辺方向）、ボンディング時の半導体チップの移送方向をＹ方向（装置の短辺方向）、垂直方向をＺ方向とする。
【００１１】
この製造装置に供給される半導体チップ１は、既にダイシングによって切断分離されており、図２に示すように、ウェハリング２に固定したシート３の粘着力によってウェハ時の配列状態を保っている。なお、図２中左隅には、処理される半導体チップの最大サイズと最小サイズを示してある。
【００１２】
ダイ供給系としては、このウェハリング２を収容したウェハカセット４と、ウェハカセット４からウェハリング２を取り出すウェハリングハンドラ５と、ウェハリング２を半導体チップ１供給位置にて保持するウェハホルダ６と、このウェハホルダ６をＸＹ方向に移動させるＸＹテーブル７とが設けられており、
フレーム供給系としては、テープ基板等の主に短冊仕様のフレームを供給するローダ部８と、フレームを搬送する搬送路９と、ダイボンディングの終了したフレームを収容するアンローダ部１０とが設けられており、マウント系としては、マウントトヘッド１１及びこのマウントヘッド１１をＸ方向，Ｙ方向に移動させるＸＹテーブル１２とによって構成され、マウントヘッド１１にはフレームと対向させてボンディングヘッドが取り付けられている。
【００１３】
先ず、ウェハカセット４からウェハリング２を取り出して、ウェハホルダ６に固定し、ウェハリング２に粘着された半導体チップ１を画像認識し、半導体チップ１ごとに割れや欠け等の不良の有無を確認し、この画像認識の際に半導体チップ１のサイズをデータとして取得する。
【００１４】
ウェハリング２の移送に合わせて、半導体チップ１を実装するフレームを、ローダ部８によって搬送路９にセットする。セットされたフレームは半導体チップ固定位置まで搬送される。この搬送の途中で、フレームに塗布された熱可塑性の接着剤を加熱する或いは、フレームに接着剤をポッティング塗布し、搬送されたフレームは、フレーム認識のカメラによって認識を行ない、このデータに基づいて、所定の位置に位置合わせし、固定部によって固定する。
【００１５】
図３乃至図５は、最大サイズの半導体チップ１についてダイボンディングの詳細を示す部分縦断面図であり、半導体チップ１中心の軌跡を破線にて示してある。このダイボンディングでは、先ず、図３に示すように、ウェハホルダ６に固定されたウェハリング２がＸＹテーブル７に駆動されてＸＹ方向に移動し、所定の半導体チップ取得位置に半導体チップを移動させ、突き上げユニット１３のニードル１４によって半導体チップ１をシート３から突き上げて半導体チップ１をシート３から剥離させ、ａ点にてボンディングヘッド１５の先端の吸着コレット１６に半導体チップ１を吸着させる。
【００１６】
そして、半導体チップ１を吸着したボンディングヘッド１５は、隣接する半導体チップ１との接触を回避するため一旦ｂ点までＺ方向に移動し、Ｙ方向及びＺ方向に移動してフレーム１７の固定されている搬送路９近傍のｃ点に移動する。搬送路９の近傍では、半導体チップ１とフレーム１７を固定するために搬送路９に設けられた固定部１８との接触を防止するために、搬送路９及び固定部１８から一定の間隔を保って半導体チップ１を移動させている。
【００１７】
続いて、図４に示すように、半導体チップ１はｃ点から搬送路９の固定部１８と平行に搬送路９から一定の間隔を保ったｄ点へＹ方向に移動する。ボンディングヘッド１５が、固定部１８を越えてフレーム上に移動した、半導体チップ１固定位置への下降開始点となる。ｄ点から半導体チップ１固定位置上に一定間隔離れたｅ点へＹ方向及びＺ方向に移動した後に、Ｚ方向にボンディングヘッド１５が下降し、図５に示すように半導体チップ１固定位置のｆ点にて半導体チップ１をフレーム１７に接着する。この後、ボンディングヘッド１５は、同一の軌跡をｅ点‐ｄ点‐ｃ点‐ｂ点と逆に辿って、再びａ点にて次のボンディングのための半導体チップ１取得を行なう。
【００１８】
次に図６乃至図８は、半導体チップ１のサイズが小さな場合についてダイボンディングの詳細を示す部分縦断面図である。従来のダイボンディングでは、処理する半導体チップの最大サイズに合わせて、ボンディングヘッドの軌跡を決定し、半導体チップのサイズに関係なく、最大サイズに合わせた軌跡で、ボンディングヘッドを移動させて、ダイボンディングを行なっていた。このため、従来のダイボンディングでは、半導体チップの中心の軌跡が、参考のために二点鎖線にて示す軌跡となり、この軌跡は図３乃至図６に示す軌跡と同一になる。
【００１９】
それに対して、本実施の形態のダイボンディングでは、半導体チップ１のサイズに合わせてボンディングヘッド１５の軌跡を変更し、サイズの小さな半導体チップ１のボンディングでは、ウェハリング２の半導体チップ１取得位置ａを搬送路９に近づけている。これは、半導体チップ１のサイズが小さいため、半導体チップ１と搬送路９との接触を防止するために、搬送路９から一定の間隔を保ったｃ点の中心位置を搬送路９に近づけることができるからである。
【００２０】
このボンディングヘッド１５の移動では、Ｚ方向の移動は、カム駆動されており、高速化が容易であるが、Ｙ方向の移動はボルトを回転させてボンディングヘッド１５を駆動しているために、高速化が難しい。このため、Ｙ方向及びＺ方向に移動する場合には、Ｙ方向の移動時間に合わせてＺ方向の移動時間を設定していた。このため、Ｙ方向の移動距離の短縮により、移動に要する時間が短縮されても、Ｚ方向の移動速度を速める、或いはｂ点までの距離を短縮することによって対応することができる。
【００２１】
このダイボンディングでは、先ず、図６に示すように、ａ点にてボンディングヘッド１５の先端の吸着コレット１６に半導体チップ１を吸着させる。そして、半導体チップ１を吸着したボンディングヘッドは、隣接する半導体チップ１との接触を回避するため一旦ｂ点までＺ方向に移動し、Ｙ方向及びＺ方向に移動してフレーム１７の固定されている搬送路９近傍のｃ点に移動する。搬送路９の近傍では、半導体チップ１と搬送路９との接触を防止するために、搬送路９から一定の間隔を保って半導体チップ１を移動させているが、半導体チップ１のサイズが小さいので、同一の間隔を保つ場合でも、半導体チップ１の中心は搬送路９に近づいた位置に設定することができる。
【００２２】
続いて、図７に示すように、搬送路９の固定部１８と平行にｃ点からｄ点へＹ方向に移動するが、半導体チップ１のサイズに合わせて、このｄ点も半導体チップ１取得位置ａに近く設定している。ｄ点から半導体チップ１固定位置上に一定間隔離れたｅ点へＹ方向及びＺ方向に移動した後に、Ｚ方向にボンディングヘッドが下降し、図８に示すように半導体チップ１固定位置であるｆ点にて半導体チップ１をフレーム１７に接着する。この後、ボンディングヘッド１５は、同一の軌跡をｅ点‐ｄ点‐ｃ点‐ｂ点‐ａ点と逆に辿って、次のボンディングのための半導体チップ１取得を行なう。
【００２３】
従来のダイボンディングでは、半導体チップのサイズに関係なく、ボンディングヘッドが半導体チップを吸着する半導体チップ取得位置は同一の位置に固定されており、このためボンディングヘッドも同一の軌跡で移動することになる。
【００２４】
本実施の形態のダイボンディングでは、ｃ点及びｄ点の夫々で、実装する半導体チップ１と最大半導体チップサイズとの差の半分程度の経路短縮がなされるので、ダイボンディングの往復では最大半導体チップサイズとの差の２倍程度の経路短縮が実現されることになる。ボンディングヘッドの移動では、Ｙ方向の移動の高速化が難しいため、Ｙ方向の移動経路を短縮することは、装置全体としての高速化に効果的である。
【００２５】
また、半導体チップ１のサイズについては、事前の画像認識によってデータを得ることができるので、新たな部材の追加等は不要であるため、装置の価格を上昇させることがなく、加えて、作業手順の大幅な変更等も不要であることから、本発明のダイボンディングは導入が容易である。
【００２６】
処理される半導体チップサイズとしては、２５ｍｍ〜０．３ｍｍ程度に設定されているが、実際に処理される半導体チップ１は１０ｍｍ〜５ｍｍ程度のものが多数を占めているので、最大半導体チップサイズとの差の２倍に相当する３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度の経路短縮が１サイクルに期待できる。実際に、従来は１サイクルに３８０ｍ秒を要していた処理を２０ｍ秒短縮することができた。
【００２７】
こうしてダイボンディングの終了し半導体チップ１が実装されたフレーム１７は、装置内を搬送されてアンローダ部１０に収容され、次の工程に搬送される。以降の工程では半導体チップ１とフレーム１７との電気的な接続を行なうワイヤボンディング、必要部分を封止体によって被覆する樹脂封止、ダイシングによる個片化等の所定の工程を経て半導体装置として完成する。
【００２８】
また本発明は、前述したフレーム１７の上面に半導体チップ１を接着する方法の他に、半導体チップをマウントステージに移送し、半導体チップを載せたマウントステージをボンディング位置のフレーム下に移動させて、フレームと半導体チップとを重ね合わせた状態で、フレーム上に下降させた荷重ヘッドとマウントステージとによって、半導体チップをフレームの下面に接着してダイボンディングするマウンタに適用することもできる。
【００２９】
また、前述した説明ではボンディングヘッドがＹ方向及びＺ方向に移動して、ダイボンディングを行なう場合について述べたが、ボンディングヘッドがＹ方向及びＺ方向に加えてＸ方向にも移動してダイボンディングを行なう場合についても、本発明を適用してＵＰＨを更に向上させることが可能である。
【００３０】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【００３１】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）本発明によれば、半導体チップのサイズに合わせて、ボンディングヘッドの軌跡を変えることによって、半導体チップの移動経路を短縮することが可能となるという効果がある。
（２）本発明によれば、上記効果（１）により、ダイボンディングに要する時間を短縮し、ＵＰＨを向上させることができるという効果がある。
（３）本発明によれば、新たな部材の追加等は不要であるため、装置の価格を上昇させることがないという効果がある。
（４）本発明によれば、作業手順の大幅な変更等も不要であることから、導入が容易であるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である半導体装置製造装置の構成を示す平面図である。
【図２】本発明の一実施の形態である半導体装置製造装置にて処理されるウェハリングを示す正面図である。
【図３】最大サイズの半導体チップについて、本発明の一実施の形態であるダイボンディングの詳細を示す部分縦断面図である。
【図４】最大サイズの半導体チップについて、本発明の一実施の形態であるダイボンディングの詳細を示す部分縦断面図である。
【図５】最大サイズの半導体チップについて、本発明の一実施の形態であるダイボンディングの詳細を示す部分縦断面図である。
【図６】半導体チップのサイズが小さい場合について、本発明の一実施の形態であるダイボンディングの詳細を示す部分縦断面図である。
【図７】半導体チップのサイズが小さい場合について、本発明の一実施の形態であるダイボンディングの詳細を示す部分縦断面図である。
【図８】半導体チップのサイズが小さい場合について、本発明の一実施の形態であるダイボンディングの詳細を示す部分縦断面図である。
【符号の説明】
１…半導体チップ、２…ウェハリング、３…シート、４…ウェハカセット、５…ウェハリングハンドラ、６…ウェハホルダ、７…ＸＹテーブル、８…ローダ部、９…搬送路、１０…アンローダ部、１１…マウントヘッド、１２…ＸＹテーブル、１３…突き上げユニット、１４…ニードル、１５…ボンディングヘッド、１６…吸着コレット、１７…フレーム、１８…固定部。

Claims (5)

1. 半導体チップをボンディングヘッドによって取得し、半導体チップ固定位置にボンディングヘッドが移動し、半導体チップをフレームに接着する半導体装置の製造装置において、
   前記ボンディングヘッドの軌跡を、前記半導体チップのサイズに合わせて変更することを特徴とする半導体装置の製造装置。
2. 前記ボンディングヘッドの半導体チップ取得位置を、半導体チップのサイズに合わせて、フレームが搬送される搬送路に近づけることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
3. 前記ボンディングヘッドの下降開始点を、半導体チップのサイズに合わせて、半導体チップ取得位置に近づけることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
4. 前記製造装置が、ダイボンダ或いはダイマウンタであることを特徴とする請求項１乃至請求項３の何れか一項に記載の半導体装置。
5. 半導体チップをボンディングヘッドによって取得し、半導体チップ固定位置にボンディングヘッドが移動し、半導体チップをフレームに接着する半導体装置の製造方法において、
   前記ボンディングヘッドの軌跡を、前記半導体チップのサイズに合わせて変更して、半導体チップをフレームに接着することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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