JP2008153487A - 半導体装置の製造装置と製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の製造装置において、半導体素子の供給部から認識部に持ち込まれる半導体ウェーハの切り屑等による半導体素子の損傷やダメージを抑制する。
【解決手段】半導体装置の製造装置は、素子形状に応じて半導体ウェーハから個片化された半導体素子１３をピックアップする機構を有する素子供給部と、ピックアップされた半導体素子１３が載置されるステージ２１を有し、ステージ２１上に載置された半導体素子１３の位置を認識する素子認識部と、位置認識された半導体素子１３を基板上に実装する素子実装部とを具備する。素子認識部のステージ２１は半導体素子１３の中央付近のみを支持する凸部２３を有する。この凸部１３には半導体素子１３を吸着保持する吸着孔２４が設けられている。
【選択図】図３

Description

本発明は半導体装置の製造装置と製造方法に関する。

半導体装置の製造工程においては、まず素子領域毎に素子パターン等が形成された半導体ウェーハ（半導体基板）を素子形状に応じて分割（ダイシング）し、これら個片化された半導体素子を順にピックアップする。次いで、ピックアップした半導体素子を配線基板やリードフレーム等の基板上に実装（ダイボンディング）する。この後、基板上に実装された半導体素子に基板との接続工程（ワイヤボンディング工程等）や封止工程を実施することによって、各種形状の半導体装置（半導体パッケージ）が作製される。

半導体ウェーハからピックアップした半導体素子を基板上にダイボンディングするにあたって、半導体素子と基板との位置合わせを行う必要がある。このため、半導体ウェーハからピックアップした半導体素子の位置を認識部で認識した後に実装部に移送している（特許文献１参照）。認識部は、半導体ウェーハからピックアップされた半導体素子が載置されるステージと、このステージの上方に配置された素子認識カメラとを有しており、素子認識カメラでステージ上に載置された半導体素子を撮像し、この撮像結果（画像データ）に基づいて半導体素子の位置が認識される。

上述したように、認識部のステージ上にはダイシング工程後の半導体ウェーハからピックアップされた半導体素子が載置されるため、ウェーハダイシング時に生じた切り屑（Ｓｉ屑等）が持ち込まれるおそれがある。従来のステージは平滑なステージ面（半導体素子との接触面）を有している。さらに、ステージは位置認識時における半導体素子の位置ずれを防止するために吸着孔を有し、半導体素子を吸着保持している。このため、ステージ上に切り屑が持ち込まれると、ステージに吸着保持された半導体素子とステージ面とで切り屑を挟んでしまい、半導体素子に損傷やダメージを与えるおそれがある。
特開平9-022923号公報

本発明の目的は、半導体素子の認識部に持ち込まれる半導体ウェーハの切り屑等による半導体素子の損傷やダメージを抑制することを可能にした半導体装置の製造装置と製造方法を提供することにある。

本発明の態様に係る半導体装置の製造装置は、素子形状に応じて半導体ウェーハから個片化された半導体素子をピックアップする機構を有する素子供給部と、前記ピックアップされた半導体素子が載置されるステージを有し、前記ステージ上に載置された前記半導体素子の位置を認識する素子認識部と、前記位置認識された半導体素子を基板上に実装する素子実装部とを具備し、前記素子認識部のステージは前記半導体素子の中央付近のみを支持する凸部を有し、かつ前記凸部に前記半導体素子を吸着する吸着孔が設けられていることを特徴としている。

本発明の態様に係る半導体装置の製造方法は、素子形状に応じて半導体ウェーハから個片化された半導体素子をピックアップする工程と、前記ピックアップされた半導体素子を、前記半導体素子の中央付近のみを支持する凸部を有するステージ上に載置すると共に、前記凸部に設けられた吸着孔で前記半導体素子を吸着する工程と、前記ステージ上に載置された前記半導体素子の位置を認識する工程と、前記位置認識された前記半導体素子を基板上に実装する工程とを具備することを特徴としている。

本発明の態様に係る半導体装置の製造装置および製造方法によれば、素子認識部に持ち込まれる半導体ウェーハの切り屑による半導体素子の損傷やダメージを抑制することができる。従って、半導体素子の認識工程における不良発生率を低減することが可能となる。

以下、本発明の半導体装置の製造方法および半導体製造装置の実施形態について、図面を参照して説明する。図１は本発明の実施形態による半導体装置の製造装置の構成を示す図である。同図に示す製造装置１は素子供給部１０と素子認識部２０と素子実装部３０とを具備している。素子供給部１０のテーブル１１上には、半導体ウェーハ１２が載置される。半導体ウェーハ１２はダイシング工程を経たものであり、素子形状に応じて切断（個片化）されている。この段階では、ダイシング工程で個片化された半導体素子１３、１３…はダイシングテープ１４に保持されており、ウェーハ形状が維持されている。

素子供給部１０は半導体ウェーハ１２から個片化された半導体素子１３、１３…を順にピックアップする機構を有している。すなわち、テーブル１１の上方には半導体素子１３を吸着保持する第１の吸着ヘッド１５が配置されている。第１の吸着ヘッド１５は図示を省略した移動機構によりＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動可能とされている。素子供給部１０では、まず半導体素子１３を第１の吸着ヘッド１５で吸着保持し、これを上昇させてダイシングテープ１４から剥離して半導体素子１３をピックアップする。ピックアップされた半導体素子１３は図示を省略した移動機構で素子認識部２０に移送される。

素子認識部２０は、ピックアップされた半導体素子１３が載置されるステージ２１と、このステージ２１の上方に配置された素子認識カメラ２２とを有している。素子供給部１０でピックアップされた半導体素子１３はステージ２１上に載置される。ステージ２１は後に詳述するように、半導体素子１３の中央付近のみを支持し、かつ吸着保持する機能を有している。ステージ２１上に載置された半導体素子１３は素子認識カメラ２２で撮像され、この撮像により取得される画像データから半導体素子１３の位置が認識される。素子認識部２０で位置認識された半導体素子１３は素子実装部３０に移送される。

素子実装部３０は、素子認識部２０で位置認識された半導体素子１３を吸着保持する第２の吸着ヘッド３１を有している。第２の吸着ヘッド３１は図示を省略した移動機構によりＸ−Ｙ−Ｚ方向に移動可能とされている。位置認識が終了した半導体素子１３は第２の吸着ヘッド３１に保持され、素子認識部２０での位置認識結果に基づいて位置補正されて素子実装部３０に移送される。素子実装部３０の搬送ステージ３２上には、半導体素子１３が実装される配線基板、放熱基板、リードフレーム等の基板３３が配置されている。半導体素子１３は基板３３上の所定の位置に送られてダイボンディングされる。

上述したように、素子認識部２０のステージ２１上にはダイシング工程後の半導体ウェーハ１２からピックアップされた半導体素子１３が送られてくるため、ウェーハダイシング時に生じた切り屑（Ｓｉ屑等）が持ち込まれるおそれがある。素子認識部２０に持ち込まれる切り屑（Ｓｉ屑等）は半導体素子１３に損傷やダメージを与える要因となる。そこで、この実施形態の製造装置（ダイボンディング装置）１においては、素子認識部２０のステージ２１で半導体素子１３の中央付近のみを支持すると共に、このステージ２１に載置された半導体素子１３を吸着保持している。

素子認識部２０のステージ２１は図２ないし図４に示すように、半導体素子１３の中央付近のみを支持する凸部２３を有している。凸部２３は例えばステージ２１と一体的に設けられており、金属等の硬質材で構成されている。さらに、素子支持部としての凸部２３には、半導体素子１３を吸着保持する吸着孔２４が設けられている。吸着孔２４は図示を省略した真空ポンプ等の吸引装置に接続されており、これにより凸部２３上に載置された半導体素子１３を吸着保持することが可能とされている。半導体素子１３を吸着保持することによって、素子認識カメラ２２による位置認識時のずれ等が防止される。

ステージ２１上に載置された半導体素子１３は、凸部２３の上面２３ａのみと接触することになる。凸部２３の大きさ（凸部上面２３ａの面積）はステージ２１の大きさに比べて十分に小さいため、半導体素子１３のステージ２１との接触面積を低減することができる。従って、素子認識部２０に持ち込まれた切り屑を半導体素子１３とステージ２１とで挟み込んでしまう危険性が減少する。これによって、素子認識部２０における半導体素子１３の損傷やダメージを抑制することが可能となる。

凸部２３の平面形状は、半導体素子１３の中央付近のみを支持することが可能なものであればよく、図４に示したような円形に限られるものではない。凸部上面２３ａの形状は矩形や多角形等であってもよい。凸部２３の大きさは切り屑等を挟み込む危険性を減少させる上で、半導体素子１３との接触部分である凸部上面２３ａの最大長さを４ｍｍ以下とすることが好ましい。ここで、凸部上面２３ａの最大長さとは、円形の凸部２３であれば直径、矩形の凸部２３であれば対角線の長さを示すものであり、これら以外の形状の場合には凸部２３が内接する円の直径を示すものとする。

半導体素子１３の損傷やダメージを抑制する観点からは、凸部上面２３ａの最大長さは小さいほどよいが、凸部２３が小さすぎると半導体素子１３の支持性が低下して、素子認識カメラ２２で撮像する際にずれ等が生じるおそれがある。このため、半導体素子１３の大きさにもよるが、凸部上面２３ａの最大長さは０．５ｍｍ以上とすることが好ましい。これによって、位置認識時の半導体素子１３のずれ等を防止することができるため、素子認識部２０の本来の機能を良好に得ることができる。

凸部２３に設ける吸着孔２４の孔径は、半導体素子１３の吸着状態に影響を及ぼし、あまり小さいと半導体素子１３の吸着力が低下してずれ等が生じるおそれがある。このため、吸着孔２４の孔径は０．３ｍｍ以上とすることが好ましい。ただし、吸着孔２４の孔径があまり大きすぎると凸部２３の形状にもよるが、半導体素子１３の支持性が低下するおそれがある。このような点から、吸着孔２４の孔径は１．５ｍｍ以下とすることが好ましい。吸着孔２４は１個に限られるものではなく、凸部２３に複数形成してもよい。

さらに、凸部２３の形状は例えば図５に示すように、円形を部分的に切り欠いたような形状であってもよい。これによって、半導体素子１３の支持性に影響を及ぼす凸部上面２３ａの最大長さを保ちつつ、切り屑等の挟み込みに影響を及ぼす凸部上面２３ａの面積を低減することができる。凸部２３の一部を切り欠いて凸部上面２３ａの最大長さを維持する場合、中央の吸着孔２４から凸部２３の外周までの距離の増加を補う上で、図６に示すように補助的な吸着孔２４Ａを設けることも有効である。

図５は凸部上面２３ａの外周円となる円形の直交する中心線に沿って、４方向から外側から内側に向けて円形の一部を切り欠いた形状を有する凸部２３を示している。切り欠き部２３ｂは４箇所に限られるものではなく、２〜３箇所もしくは５箇所以上であってもよい。この場合の凸部上面２３ａの形状も円形に限られるものではなく、矩形や多角形等であってもよい。図６は図５に示した切り欠き形状を有する凸部２３に対して複数の吸着孔２４、２４Ａを設けたものである。具体的には中央の吸着孔２４に加えて、切り欠き部２３ｂで挟まれた４箇所の扇状の部分にそれぞれ吸着孔２４Ａが設けられている。

この実施形態の第１の具体例（実施例１）として、図４に示した形状の凸部２３を有するステージ２１を用意した。凸部２３の具体的な形状は、凸部上面２３ａを直径２ｍｍの円形とし、その中央部に孔径０．５ｍｍの吸着孔２４を設けた形状とした。このステージ２１上に外形が２０ｍｍ×２０ｍｍの半導体素子（Ｓｉチップ）１３を順に載置して、半導体素子１３の認識試験を実施した。その結果、半導体素子１３の認識不良や切り屑の挟み込みによる不良等の発生は認められなかった。

さらに、第２の具体例（実施例２）として、図５に示した形状の凸部２３を有するステージ２１を用意した。具体的な形状は、凸部上面２３ａの外周直径を４ｍｍとし、これに４箇所に切り欠き部２３ｂを設けた形状とした。吸着孔２４の孔径は１．５ｍｍとした。このステージ２１についても、外形が２０ｍｍ×２０ｍｍの半導体素子１３を用いて認識試験を実施した。その結果、半導体素子１３の認識不良や切り屑の挟み込みによる不良等の発生は認められず、さらに位置認識時の安定性が向上することが確認された。

上述したような形状を有する凸部２３は、例えば外形サイズが２０ｍｍ×２０ｍｍの半導体素子１３まで良好に適用することができる。この外形サイズ以下の大きさを有する半導体素子１３であれば、凸部２３で良好に支持することができる。半導体素子１３の最小サイズは特に限定されるものではないが、実用性等を考慮すると１ｍｍ×１ｍｍの外形サイズを最小サイズとすることが好ましい。このように、適用する半導体素子１３の最大サイズは２０ｍｍ×２０ｍｍ、最小サイズは１ｍｍ×１ｍｍとすることが好ましい。

凸部２３を有するステージ２１の平面形状は、図２に示したような円形に限られるものではなく、矩形等の他の形状であってもよい。ただし、素子認識カメラ２２による半導体素子１３の認識性等を考慮すると、ステージ２１の外縁部の形状は半導体素子１３の外形より大きいことが好ましい。この場合、図７に示すように、ステージ２１の外縁部には切り屑の飛散等を防止する突起状のガード部材２５を設けることが有効である。ステージ２１の外縁部に突起状のガード部材２５を設けることによって、半導体素子１３から脱落した切り屑が飛散して他の工程に悪影響を及ぼすことを防止することができる。

ステージ２１からの切り屑の飛散防止に関しては、上記した外縁部のガード部材２５に代えて、図８に示すようにステージ２１の凸部２３を除く表面、すなわち半導体素子１３と接触しない表面に粘着層２６を設けることも有効である。このような粘着層２６を設けることによって、半導体素子１３から脱落した切り屑がトラップされるため、この場合にも切り屑が他の工程に飛散して悪影響を及ぼすことが防止される。ガード部材２５と粘着層２６は併用してもよい。粘着層２６には粘着性の高い樹脂層や樹脂シート、また接着性を有する樹脂層や樹脂シート等を適用することができる。

上述した実施形態の半導体装置の製造装置（ダイボンディング装置）１、およびそれを用いた半導体装置の製造方法（半導体素子のピックアップ工程、認識工程、実装工程を有する製造方法）は、半導体素子１３とステージ２１との接触面積を低減しているため、素子認識部２０に持ち込まれた切り屑等による半導体素子１３の損傷やダメージを抑制することができる。従って、半導体素子１３の認識工程における不良発生率が低減され、その結果として半導体素子１３を基板３３上に実装して構成した半導体装置の製造歩留りや信頼性を向上させることが可能となる。

さらに、素子認識部２０のステージ２１に切り屑等の飛散防止対策として、ステージ２１の外縁部に突起状のガード部材２５を設けたり、またステージ２１の凸部２３を除く表面に粘着層２６を設けることによって、素子認識部２０に持ち込まれた切り屑が他の工程に飛散して悪影響を及ぼすことを防止することができる。これによって、半導体装置の製造歩留りや信頼性をより一層向上させることが可能となる。

なお、本発明の半導体装置の製造装置と製造方法は上記実施形態に限定されるものではなく、半導体素子の位置を認識した後に基板上に実装する各種のボンディング装置、およびそれを用いたボンディング工程を含む半導体装置の製造工程に適用することができる。製造装置の具体的な構造等についても、本発明の基本構成を満足するものであれば種々に変形が可能である。さらに、実施形態は本発明の技術的思想の範囲内で拡張もしくは変更することができ、拡張、変更した実施形態も本発明の技術的範囲に含まれるものである。

本発明の実施形態による半導体装置の製造装置の概略構成を示す図である。 図１に示す製造装置の素子認識部に適用したステージの一構成例を示す平面図である。 図２に示すステージの断面図である。 図２に示すステージに設けられた凸部を示す平面図である。 図４に示す凸部の変形例を示す平面図である。 図４に示す凸部の他の変形例を示す平面図である。 図２に示すステージの外縁部にガード部材を設けた例を示す断面図である。 図２に示すステージに粘着層を適用した例を示す断面図である。

符号の説明

１…半導体装置の製造装置、１０…素子供給部、１２…半導体ウェーハ、１３…半導体素子、１５…第１の吸着ヘッド、２０…素子認識部、２１…ステージ、２２…素子認識カメラ、２３…凸部、２３ａ…凸部上面、２４，２４Ａ…吸着孔、２５…ガード部材、２６…粘着層、３０…素子実装部、３１…第２の吸着ヘッド、３３…基板。

Claims (5)

1. 素子形状に応じて半導体ウェーハから個片化された半導体素子をピックアップする機構を有する素子供給部と、
   前記ピックアップされた半導体素子が載置されるステージを有し、前記ステージ上に載置された前記半導体素子の位置を認識する素子認識部と、
   前記位置認識された半導体素子を基板上に実装する素子実装部とを具備し、
   前記素子認識部のステージは前記半導体素子の中央付近のみを支持する凸部を有し、かつ前記凸部に前記半導体素子を吸着する吸着孔が設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造装置において、
   前記凸部は前記半導体素子と接触する部分の最大長さが０．５ｍｍ以上４ｍｍ以下の形状を有し、かつ前記吸着孔は０．３ｍｍ以上１．５ｍｍ以下の孔径を有することを特徴とする半導体装置の製造装置。
3. 請求項１または請求項２記載の半導体装置の製造装置において、
   前記ステージの外縁部は前記半導体素子の外形より大きい形状を有し、かつ前記外縁部に突起状のガード部材が設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
4. 請求項１または請求項２記載の半導体装置の製造装置において、
   前記ステージの前記半導体素子と接触しない表面に粘着層が設けられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
5. 素子形状に応じて半導体ウェーハから個片化された半導体素子をピックアップする工程と、
   前記ピックアップされた半導体素子を、前記半導体素子の中央付近のみを支持する凸部を有するステージ上に載置すると共に、前記凸部に設けられた吸着孔で前記半導体素子を吸着する工程と、
   前記ステージ上に載置された前記半導体素子の位置を認識する工程と、
   前記位置認識された前記半導体素子を基板上に実装する工程と
   を具備することを特徴とする半導体装置の製造方法。

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