JP2006196524A - 半導体チップの分離装置および分離方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体チップの反転を伴う分離工程を中断なく連続的に行うことができる分離装置を提供する。
【解決手段】水平に位置する回転軸２２ａを有して垂直面で間欠回転するインデックステーブル２０に複数の吸着へッド３０が設けられ、分離ステーションＰに至った吸着ヘッドが降下して分離ステーション上の半導体チップ１２ａを吸着し、吸着ヘッドが上昇することにより半導体ウエハ１２から半導体チップが分離される。インデックステーブル２０がさらに間欠回転すれば、吸着ヘッド３０に吸着された半導体チップ１２ａの上下が反転し、分離と反転とがインデックステーブルの回転という一連の動作の中で連続的に行なわれる。
【選択図】図１

Description

本発明は、ダイシングされた半導体チップを半導体ウエハから分離（ピックアップ）する半導体チップの分離装置および分離方法に関する。

半導体チップの高集積化、微小化によって、半導体ウエハ上に形成される半導体チップの数が増加しており、半導体ウエハから半導体チップを分離する分離工程（ピックアップ工程)の高速化、効率化が望まれている。

半導体ウエハから分離された半導体チップは、次のボンディング工程ではその裏面にリード端子が取付けられるため、分離後、反転してから次工程（ボンディング工程）に移送されることが好ましい。
半導体ウエハ上の半導体チップは、分離ステーション(Pick-up Station)に所定の順序で送り込まれて半導体ウエハから順次分離される。しかし、不良品と判断された半導体チップを分離する必要はなく、また、半導体チップそのものが半導体ウエハから脱落して欠けていれば分離工程を行なう必要がない。そのため、認識カメラが分離ステーションの真上に配置されて分離ステーション上の半導体チップを認識し、良品の半導体チップに対してのみ半導体ウエハからの分離を行なえば足りる。

水平に配置された半導体ウエハからの半導体チップの分離は、通常、吸着へッドを用いてなされ、吸着ヘッドが下降してその先端の吸着ノズルで半導体チップを吸着し、吸着ヘッドが上昇することにより半導体チップを半導体ウエハから分離している。

たとえば、特開２００１−１６０５６０号公報では、分離ステーションにおいて、吸着へッドを下降させて分離ステーションで半導体ウエハから半導体チップを吸着し、吸着ヘッドを上昇させて半導体ウエハから半導体チップを分離している。吸着へッドは分離ステーションと収納ステーションとの間を水平方向で往復動可能とされ、収納ステーションに移動した吸着ヘッドの吸着ノズルを下降させることにより、収納ステーションに待機したトレイに半導体チップが移送、収納されている。そして、認識カメラは、分離ステーションの真上に配置されて半導体チップの有無や半導体チップの良否を認識している。

また、特開２００４−０３１４１２号公報では、吸着ヘッドはＬ型形状とされ、その一端に設けた揺動軸の回りで吸着ヘッドを１８０度揺動させて半導体チップを反転させており、吸着へッド自体の反転によって吸着へッド上の半導体チップを反転している。揺動、反転された分離用吸着へッドの上に移送用吸着へッドが待機しており、吸着へッドが整列されると移送用吸着へッドが下降して分離用吸着へッド上の半導体チップを吸着し、移送用吸着へッドが収納ステーションに移動して下降することにより、収納ステーションのトレイに半導体チップが移送、収納されている。
なお、認識カメラは使用されず、分離用吸着ヘッドに発光ダイオードが、移送用吸着ヘッドに受光センサがそれぞれ内蔵され、分離用吸着ヘッドの発光ダイオードから移送用吸着ヘッドの受光センサに向けて発光されている。

上記特開２００１−１６０５６０号公報では、吸着へッドが分離ステーションから移送ステーションに行って帰ってくるまで分離動作が中断されるため、分離工程の高速化、効率化が難しい。
認識カメラは、吸着ヘッドの往復動の邪魔をしないように吸着ヘッドの上方に配置されるため、認識カメラと分離ステーション上の半導体チップとの距離が長くなり、焦点距離の長い高価な認識カメラが必要となる。
分離ステーションと移送ステーションとの間に吸着ヘッドの往復動のためのガイドレールなどのガイド手段が設けられるが、認識カメラの光路を遮断しないようにガイド手段を設ける必要があり、設計上の制約が多く、構成が複雑化しやすい。
また、半導体チップは半導体ウエハからトレイに移し替えられているにすぎず、反転されていないため、次のボンディング工程において半導体チップを反転させる工程が必要となる。

上記特開２００４−０３１４１２号公報では、吸着ヘッドが揺動して反転することにより、半導体チップは反転した状態でトレイに移送、収納され、分離と反転とが一連の動作の中で行なえる。しかし、吸着ヘッドが反転して分離ステーションに戻ってくるまで分離動作が中断され、分離工程の高速化、効率化が難しい。
受光素子の受光で分離用吸着ヘッド上での半導体ウエハを確認しているため、半導体ウエハの有無が確認できても、半導体チップの良否は確認できず、半導体チップの良否を認識する工程が別途必要となる。
特開２００１−１６０５６０号公報 特開２００４−０３１４１２号公報

解決しようとする問題点は、吸着ヘッドが往復動しているため、分離動作が中断されて、分離工程の高速化、効率化が難しい点にある。

本発明は、垂直面で間欠的に回転するインデックステーブルに吸着へッドを設けて半導体ウエハから半導体チップを分離することにより、分離と反転とを一連の動作の中で行なって、反転を伴う分離工程が中断なく連続的に行なわれることを最も主要な特徴としている。

請求項１記載の本発明によれば、吸着ヘッド付インデックステーブルを垂直面内で間欠的に回転可能に配置するという簡単な構成によって、半導体チップの分離と反転とがインデックステーブルの間欠的な回転という一連の動作の中で行なえ、反転を伴う分離工程が中断なく連続的になされ、分離工程の高速化、効率化が可能となる。

請求項２記載の本発明によれば、インデックステーブルの側方に認識カメラを配置し、認識カメラの反射ミラーが分離ステーションの真上でインデックステーブルの回転軸と同軸上に位置して分離ステーションの半導体チップを投影しているため、カメラ本体、反射ミラーの距離が長くならず、焦点距離の長い高価な認識カメラを使用する必要がない。

請求項３記載の本発明によれば、半導体チップの分離と反転とがインデックステーブルの間欠的な回転という一連の動作の中で行なえ、反転を伴う分離工程が中断なく連続的になされて、分離工程の高速化、効率化が可能となる。

請求項４記載の本発明によれば、カメラ本体、反射ミラーの距離が長くならず、焦点距離の長い高価な認識カメラを使用することなく半導体チップの有無や良否が認識できる。

請求項５記載の本発明によれば、分離ステーションと１８０度離反した位置を移送ステーションとしているため、移送用の吸着ヘッドの配置が設計上制約の少ない条件下で行なえる。

本発明によれば、垂直面で間欠的に回転するインデックステーブルに吸着へッドを設け、吸着ヘッドで半導体ウエハから半導体チップを分離することにより、分離と反転とをインデックステーブルの回転という一連の動作の中で行なって、反転を伴う分離工程を中断なく連続的に行なうことを実現した。

本発明の一実施例に係る半導体チップ分離装置１０の概略正面図を図１に、概略右側面図を図２に示す。
半導体チップ分離装置１０は、水平に配置された半導体ウエハ１２の上方に配置され、半導体ウエハは粘着シート１４に貼付され、粘着シートの半ばまで半導体ウエハを切断して多数の半導体チップ１２ａにダイシングされている。半導体ウエハ１２はウエハリング（図示しない）上に配置され、公知の方法により粘着シート１４を引き伸ばして半導体ウエハ１２上での半導体チップ１２ａの相互の間隔が広げられる。ウエハリングは二次元的（Ｘ−左右、Ｙ−上下、θ−回転）に駆動可能とされ、半導体ウエハ１２を水平面内で二次元的に移動させて所定の順序で半導体チップ１２ａを分離ステーションＰ(Pick-up Station)に送り込み、分離ステーションで半導体チップが半導体ウエハから順次分離される。

半導体チップ分離装置１０は、間欠的に回転されるインデックステーブル２０と、インデックステーブルに設けられて分離ステーションＰで半導体チップ１２ａを吸着する吸着ヘッド３０と、分離ステーション上の半導体チップを認識する認識カメラ４０と、分離ステーション上の半導体チップを突き上げるユニット５０とを具備して構成されている。
インデックステーブル２０は、モータ２２の水平に位置するモータ軸２２ａを回転軸として垂直面内で間欠的に回転可能とされ、その垂直な側面（垂直面）に吸着ヘッド３０が等角的に複数配置されている。吸着ヘッド３０の数はインデックステーブル２０の回転速度（１回転に要する時間）との関係から適宜決められ、実施例では、図２に示すように、４つの吸着ヘッド３０が９０度離反して配置されている。

吸着ヘッド３０は、インデックステーブル２０の垂直な側面２０ａに設けられたホルダ２０ｂにスライド可能に取付けられて、インデックステーブルの半径方向に移動（昇降）する。すなわち、吸着ヘッド３０は、その先端に吸着ノズル３０ａと、脱落防止用のフランジ３０ｂとを備えて形成され、水平方向に伸びた保持ロッド３２が吸着ヘッドの末端に固定され、保持ロッドにはボール軸受３２ａが取付けられている。また、圧縮コイルばね３４が吸着ヘッド３０の回りでホルダ２０ｂ、保持ロッド３２の間に配設されて吸着ヘッドを半径方向内方に押圧している。さらに、分離ステーションＰに至った吸着ヘッド３０のボール軸受３２ａと当接可能に、カム３６がモータ３８のモータ軸３８ａに固定されて分離ステーションＰの上方に位置し、カム量最少の回転位置で待機している。

そのため、モータ２２が駆動されてインデックステーブル２０を間欠回転すると、吸着ヘッド３０は分離ステーションＰに順次至り、分離ステーションでは吸着ヘッド３０のボール軸受３２ａがカム３６に当接される。そして、モータ３８を駆動してカム量の大きくなる方向にカム３６を回転させれば、ボール軸受３２ａの外筒を自転させながら、圧縮コイルばね３４の弾性力に抗して吸着ヘッド３０が下降し(半径方向外方に移動し)、下降位置でたとえば真空ポンプなどから負圧空気を供給することにより、先端の吸着ノズル３０ａが分離ステーション上の半導体チップ１２ａを吸着する。負圧空気の供給路は図面の複雑化を避けるために省略されている。
吸着ノズル３０ａは吸着ヘッド３０内でスライド可能とされ、吸着ノズルを外方に押圧する圧縮コイルばね（図示しない）が吸着ヘッドに内蔵されて吸着ノズルを後退可能としているため、吸着ノズルが半導体チップ１２ａに無理に押付けられず、半導体チップの損傷が防止される。

認識カメラ４０は、インデックステーブルの回転軸（モータ軸）２２ａと同軸上に位置するカメラ本体４０ａと反射ミラー４０ｂを有して、インデックステーブル２０の側方に配置され、反射ミラーは分離ステーションＰの真上に置かれている。たとえば、認識カメラ４０は、撮像素子（ＣＣＤ）を使用したデジタルカメラとされる。反射ミラー４０ｂが、分離ステーションＰの真上でインデックステーブルの回転軸２２ａと同軸上に位置するため、分離ステーションの半導体チップ１２ａが傾斜角４５度の反射ミラー４０ｂに投影される。そして、カメラ本体４０ａに内蔵する撮影レンズによって撮影された画像から、分離ステーションＰにおける半導体チップ１２ａの有無はもちろん、半導体チップの形状などからその良否が容易に認識できる。なお、半導体ウエハ１２上の半導体チップ１２ａの良否を事前に判断してその良否を半導体チップにマーキングしておけば、マーキングによって良否が迅速、容易に認識できる。反射ミラー４０ｂは分離ステーションＰの真上に位置するため、分離ステーションの半導体チップ１２ａの周辺も正確にフォーカシング（合焦）されて鮮明な画像が得られ、半導体チップの良否が正確に認識できる。

半導体ウエハ１２から半導体チップ１２ａが脱落、欠けて分離ステーションに半導体チップが送られず、半導体チップが分離ステーションに位置しないと認識カメラが認識したり、分離ステーションに位置する半導体チップが不良品と認識されると、吸着ヘッド３０は下降されず、分離動作は省略される。すなわち、モータ３８は駆動されない。

認識カメラ４０のカメラ本体４０ａ、反射ミラー４０ｂがインデックステーブルの回転軸２２ａと同軸上に位置して、分離ステーションの半導体チップ１２ａを反射ミラーに投影させているため、反射ミラーに投影された半導体チップを認識すればよく、カメラ本体、反射ミラーの距離を短く設定できる。そのため、焦点距離の長い高価な認識カメラを使用する必要がなく、焦点距離の短い安価、小型の認識カメラ４０が使用できる。
そして、インデックステーブル２０が、間欠的に回転して、次の吸着ヘッド３０が分離ステーションに至るまで反射ミラー４０ｂへの半導体チップ１２ａの投影を妨げるものはなく、認識カメラの光路が遮断されない。そのため、認識カメラ４０の配置に対する設計上の制約がなく、半導体チップ分離装置１０が構成的に簡単化される。
通常、インデックステーブルの回転軸２２ａと同軸のスペースは何も配置されないデッドスペースとされる。しかし、実施例では、そのデッドスペースに認識カメラ４０を配置することにより、デッドスペースが有効に利用され、半導体チップ分離装置１０の小型化が可能となる。なお、認識カメラ４０のカメラ本体４０ａ、反射ミラー４０ｂをインデックステーブルの回転軸２２ａと同軸上でスライド可能としてもよい。

突き上げユニット５０は、公知の構成をしており、円筒状のハウジング５２と、ハウジング内に昇降可能に設けられた段付の突き上げピン５４とを有して分離ステーションＰの真下に配置されている。そして、ハウジング上面には、突き上げピンの先端小径部の挿通される挿通孔と、多数の細孔（吸着孔）とが形成され、ハウジング５２の内部はたとえば真空ポンプなどに連通され、真空ポンプを駆動してハウジング内に負圧を加えれば、吸着孔に吸引力が生じてハウジング上面に半導体ウエハ１２の粘着シート１４が吸着される。

インデックステーブル２０が垂直面で回転するため、インデックステーブルの回転によって、吸着ヘッド３０に吸着された半導体チップ１２ａは、その上下が逆転して自動的に反転される。つまり、図２に示すように、インデックステーブル２０が反時計方向に回転すれば、分離ステーションＰで半導体チップ１２ａを吸着、分離した吸着ヘッド３０（３０−１）が９０度回転された位置に至れば、その位置での吸着ヘッド３０（３０−２）上の半導体チップはその上下を９０度反転した半反転状態となる。インデックステーブル２０をさらに９０度回転すれば、吸着ヘッド３０は分離ステーションＰから１８０度回転された位置に至り、この位置では、吸着ヘッド３０（３０−３）上の半導体チップはその上下を１８０度反転した完全な反転状態となる。
このように、吸着ヘッド付インデックステーブル２０を垂直面内で間欠回転させた構成では、半導体チップ１２ａの分離と反転とがインデックステーブルの間欠回転という一連の動作の中で行なえる。そして、インデックステーブルの間欠回転によって、吸着ヘッド３０が分離ステーションＰに順次至って、分離工程が分離ステーションで中断することなく連続的になされるため、半導体チップの１２ａの分離が高速で効率よく行なえる。つまり、分離工程の高速化、効率化が可能となる。

インデックステーブル２０の回転に伴って吸着ヘッド３０上の半導体チップ１２ａは反転されるから、反転した半導体チップを次工程に移送する移送ステーションＴは、分離ステーションを除くインデックステーブルの間欠回転位置ならどこでも設定できる。しかし、分離ステーションＰと１８０度離反した位置では、吸着ヘッド３０（３０−３）上の半導体チップ１２ａは完全な反転状態にあり、半導体チップを無理のない姿勢で目視できるとともに、インデックステーブルの上方のスペースを有効に利用できるため、分離ステーションＰと１８０度離反した位置に移送ステーションＴ(Transfer Station)を設定することが好ましい。

移送ステーションＴには、吸着ヘッド３０（３０−３）と整列する位置に移送用の吸着ヘッド１３０が待機しており、移送用吸着ヘッド１３０は、分離用吸着ヘッドと同様に、昇降可能とされ、下降することによりその先端の吸着ノズル１３０ａで分離用吸着ヘッド上の半導体チップ１２ａを吸着し、上昇することにより半導体チップが分離用吸着ヘッドから移送用吸着ヘッドに移される。そして、半導体チップ１２ａを吸着した移送用吸着ヘッド１３０は、たとえば、トレイ（図示しない）に半導体チップ１２ａを収納するように水平面内で移動される。

インデックステーブル２０の間欠回転、吸着ヘッド３０の昇降、負圧の供給、認識カメラ４０の撮影、突き上げユニット５０の突き上げピンの昇降、および吸着ヘッド、突き上げヘッドへの負圧の供給などは、ＣＰＵを持つシステムコントローラ（図示しない）によって制御される。

上述した実施例は、この発明を説明するためのものであり、この発明を何等限定するものでなく、この発明の技術範囲内で変形、改造等の施されたものも全てこの発明に包含されることはいうまでもない。

半導体ウエハからの半導体チップの分離に適するとはいえ、分離と反転とを一連の動作の中で連続的に行なうことが好ましい種々な電気部品の処理工程にも本発明が広範囲に応用できる。

本発明の一実施例に係る半導体チップ分離装置の概略正面図である。 図１に示す半導体チップ分離装置の概略右側面図である。

符号の説明

１０ 半導体チップ分離装置
１２ 半導体ウエハ
１２ａ 半導体チップ
１４ 粘着シート
２０ インデックステーブル
２０ａ インデックステーブルの側面（垂直面）
２０ｂ ホルダ
３０ （分離用）吸着ヘッド
１３０ （移送用）吸着ヘッド
３０ａ 吸着ヘッド先端の吸着ノズル
４０ 認識カメラ
４０ａ カメラ本体
４０ｂ 反射ミラー
５０ 突き上げユニット
５４ 突き上げピン
Ｐ 分離ステーション（Pick-up Station）
Ｔ 移送ステーション（Transfer Station）

Claims (5)

1. 粘着シートに貼付されて水平に配置された半導体ウエハからダイシングされた半導体チップを分離ステーションにおいて分離する半導体チップ分離装置において、
   水平に位置する回転軸を有して垂直面内で間欠的に回転するインデックステーブルと、
   インデックステーブルの側面に等角的に設けられて半径方向にスライド可能な複数の吸着ヘッドとを具備し、
   インデックステーブルの間欠回転によって、分離ステーションの上に至った吸着ヘッドが下降して分離ステーションに位置する半導体チップの上面を吸着し、吸着後、上昇して半導体ウエハから半導体チップを分離し、
   インデックステーブルのさらなる間欠回転によって、吸着ヘッドに吸着された半導体ウエハを反転させることを特徴とする半導体チップ分離装置。
2. インデックステーブルの側方に配置されて、分離ステーション上の半導体チップを認識する認識カメラをさらに具備し、
   認識カメラは、インデックステーブルの回転軸と同軸上に位置するカメラ本体および反射ミラーを持ち、
   反射ミラーは、分離ステーションの半導体チップを投影可能に、分離ステーションの真上でインデックステーブルの回転軸と同軸上に位置している請求項１記載の半導体チップ分離装置。
3. 粘着シートに貼付されて水平に配置された半導体ウエハからダイシングされた半導体チップを分離ステーションにおいて半導体ウエハから分離する半導体チップ分離方法において、
   側面に複数の吸着ヘッドを持つインデックステーブルを水平に位置する回転軸の回りで間欠的に回転させ、
   インデックステーブルの回転によって分離ステーションに至った吸着ヘッドが下降して分離ステーションの半導体チップの上面を吸着し、吸着後、上昇して半導体ウエハから半導体チップを分離し、
   インデックステーブルのさらなる回転によって、吸着ヘッドに吸着された半導体ウエハを反転させることを特徴とする半導体チップ分離方法。
4. 分離ステーションの真上でインデックステーブルの回転軸と同軸上に位置する反射ミラーに分離ステーション上の半導体チップを投影し、
   反射ミラーに投影された半導体チップの映像を、インデックステーブルの回転軸と同軸上に位置するカメラ本体で認識することを特徴とする請求項３記載の半導体チップ分離方法。
5. 吸着ヘッドに吸着された半導体チップを次の工程に移送する移送ステーションを、分離ステーションと１８０度離反した位置に設定した請求項３または４記載の半導体チップ分離方法。
   

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