JP2009158718A - 半導体チップの実装装置及びその実装方法 - Google Patents

半導体チップの実装装置及びその実装方法 Download PDF

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Abstract

【課題】コレットの吸着面を効果的に冷却する半導体チップの実装装置を提供する。
【解決手段】コレット2によって半導体チップ1をピックアップするピックアップポジションの周囲に、冷却媒体を噴射する冷却媒体噴射手段3を配設した。前記半導体チップ1にコレット2を接近させる際に、前記コレット2の吸着面5と半導体チップ1との間に形成した所定間隔Dの隙間Sに、前記冷却媒体噴射手段3によって冷却媒体を吹き付けて当該隙間Sに冷却流体層を形成する。前記隙間Sに吹き付けられた冷却媒体を前記コレット2の吸引口4から吸引するように構成した。
【選択図】図8

Description

本発明は、半導体チップをピックアップして加熱された基材にボンディングする半導体チップの実装装置、及びその実装方法に関する。
図12を参照して、回路基材等の基材に半導体チップを実装する方法について説明する。図12の(A)に示すように、ウェーハシート102の上には、一枚の半導体ウェーハ100が、フィルム状の接合材101を介して粘着してある。この半導体ウェーハ100と接合材101を、ダイサ(ダイヤモンドホイール)200によって格子状に切断し、個々の半導体チップ103に分割する。
次に、図12の(B)に示すように、エキスパンド装置(図示省略)によって、ウェーハシート102を放射状に引き伸ばして、半導体チップ103同士の間隔を拡大させる。そして、同図の(C)に示すように、突き上げ部材300によって、1つの半導体チップ103をウェーハシート102の下方から突き上げて、接合材101の縁をウェーハシート102から剥離させる。突き上げた状態の半導体チップ103を、接合材101と一緒にコレット400で吸着してピックアップする。
半導体チップ103をピックアップした後、図12の(D)に示すように、予めヒータ500で加熱した基材600の上に、半導体チップ103を搬送し、コレット400で半導体チップ103を基材600へ押し付ける。加熱された基材600の熱によって接合材101が軟化されて、半導体チップ103が基材600に接着される。このように、コレットで半導体チップを1個ずつピックアップし、基材上にボンディングする工程を繰り返し行う。
しかし、上記のように半導体チップのボンディング工程を繰り返すと、基材の熱が半導体チップを通じてコレットに伝わり、コレットに蓄熱される。そして、コレットがある温度(例えば、40℃)以上に加熱されると、コレットで半導体チップをピックアップする際に、コレットの熱が半導体チップの裏の接合材に伝導して、半導体チップがウェーハシートに貼り付く。この接合材の貼り付きによって、半導体チップをウェーハシートから安定してピックアップすることができなくなる不具合が生じる。
上記不具合を解消するために、例えば特許文献1に示す半導体チップの実装装置が提案されている。この実装装置は、冷却媒体を噴射可能な冷却ブローノズルを備える。そして、その冷却ブローノズルからコレットの側面に冷却媒体を吹き付けることにより、コレットを冷却し、コレットがボンディング時に加熱するのを抑制している。
また、半導体チップ自体を冷却ブローにより冷却する方法もあるが、コレットに蓄えられた熱エネルギーは大きく、コレットを冷却するには不十分である。
特開2006−120657号公報
ピックアップ時にコレットに蓄熱された熱が伝達されることによって生じる接合材の貼り付きを防止するには、コレットの吸着面を冷却するのが効果的である。しかし、上記特許文献1に記載したコレットの冷却方法は、コレットの側面に冷却媒体を吹き付けるので、コレットの吸着面を効果的に冷却することができないものであった。
本発明は、上記課題に鑑みて、コレットの吸着面を効果的に冷却する半導体チップの実装装置、及びその実装方法を提供する。
請求項1の発明は、吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップし当該半導体チップを加熱された基材にボンディングするコレットを備えた半導体チップの実装装置において、前記半導体チップを前記コレットによってピックアップするピックアップポジションの周囲に、冷却媒体を噴射する冷却媒体噴射手段を配設し、前記半導体チップにコレットを接近させる際に、前記コレットの吸着面と半導体チップとの間に形成した所定間隔の隙間に、前記冷却媒体噴射手段によって冷却媒体を吹き付けて当該隙間に冷却流体層を形成すると共に、前記隙間に吹き付けられた冷却媒体を前記コレットの吸引口から吸引するように構成したものである。
半導体チップにコレットを接近させる際に、コレットの吸着面と半導体チップとの隙間に、冷却媒体噴射手段から冷却媒体を所定時間に吹き付けつつコレットで吸引すると、吸い込まれる冷却媒体が隙間を速く流れることによって冷却流体層が形成される。これにより、コレットを特に吸着面側から冷却することができる。また、同時に半導体チップの表面も冷却することが可能である。さらに、コレットが吹き付けられた冷却媒体を吸引することによって、コレットをその内側から冷却することもできる。このように、コレット及び半導体チップを冷却することによって、ピックアップ時における接合材のウェーハシートへの貼り付きを確実に防止することができる。
請求項2の発明は、請求項1に記載の半導体チップの実装装置において、前記冷却媒体噴射手段を、前記ピックアップポジションの周囲に複数配設したものである。
これにより、コレットを2方向以上から確実に冷却することができる。
請求項3の発明は、請求項1又は2に記載の半導体チップの実装装置において、前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記吸引口から流体を吹き出して前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成するように構成したものである。
ボンディングする際に、コレットの吸引口から吹き出した流体が、コレットの吸着面と半導体チップとの間に流れることにより、加圧流体層が形成される。この加圧流体層によって、半導体チップは基材へ押し付けられ接合される。すなわち、コレットと半導体チップは、加圧流体層が介在することにより非接触状態となるので、この間、基材の熱が半導体チップを通じてコレットに伝導することを防止することができる。さらに、吸引口から吹き出す流体によって、コレットの冷却も行える。
請求項4の発明は、請求項3に記載の半導体チップの実装装置において、前記吸引口を、前記吸着面に複数形成すると共に、各吸引口を前記吸着面の中心に対して互いに対称に配設したものである。
各各吸引口を、吸着面の中心に対して互いに対称に配設しているため、各吸引口から吹き出す流体圧は、半導体チップの表面に均一に作用する。これにより、半導体チップのボンディング精度を向上させることができる。
請求項5の発明は、コレットの吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップすると共に、前記コレットで前記半導体チップを加熱された基材にボンディングする半導体チップの実装方法において、前記半導体チップにコレットを接近させる際に、前記コレットの半導体チップへの接近を一旦停止あるいは減速して、前記コレットの吸着面と半導体チップとの間に所定間隔の隙間を形成する工程と、前記隙間に冷却媒体噴射手段によって冷却媒体を所定時間吹き付けて当該隙間に冷却流体層を形成すると共に、前記隙間に吹き付けられた冷却媒体を前記コレットの吸引口から吸引する工程とを有する実装方法である。
これにより、半導体チップをピックアップする前に、コレット及び半導体チップを冷却することができ、ピックアップ時における接合材のウェーハシートへの貼り付きを防止することができる。
請求項6の発明は、請求項5に記載の半導体チップの実装方法において、前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記コレットで半導体チップを前記基材に押し付ける工程と、前記吸引口から流体を吹き出して、前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成する工程と、前記加圧流体層によって前記半導体チップを前記基材に押圧してボンディングを完了する工程とを有する実装方法である。
コレットと半導体チップは、加圧流体層が介在することにより非接触状態となるので、この間、基材の熱が半導体チップを通じてコレットに伝導することを防止することができる。さらに、吸引口から吹き出す流体によって、コレットの冷却も行える。
請求項7の発明は、請求項5に記載の半導体チップの実装方法において、前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記コレットで吸着した半導体チップを前記基材に接近させる工程と、前記吸引口から流体を吹き出して、前記半導体チップを前記基材上に落下させると共に、前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成する工程と、前記加圧流体層によって前記半導体チップを前記基材に押圧してボンディングを完了する工程とを有する実装方法である。
この方法によれば、コレットは基材の上に落下させた半導体チップに全く接触せずにボンディングすることができる。従って、基材の熱が半導体チップを通じてコレットに伝導することがなく、コレットの加熱が防止される。
本発明によれば、半導体チップをピックアップする際に、コレットの吸着面と半導体チップとの隙間に、冷却媒体を吹き付けつつコレットで吸引することによって、コレットを特に吸着面側から冷却することができる。また、同時に半導体チップの表面も冷却することが可能である。さらに、コレットが吹き付けられた冷却媒体を吸引することによって、コレットをその内側から冷却することもできる。このように、コレット及び半導体チップを冷却することによって、半導体チップのピックアップ時における接合材のウェーハシートへの貼り付きを確実に防止することが可能となる。
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図1は本発明に係る半導体チップの実装装置の実施の一形態を示す概略構成図である。図1に示すように、半導体チップの実装装置は、吸引口4を形成した吸着面5を有するコレット2と、コレット2を保持するコレットホルダ6と、コレット2の吸引口4から吸気させるための真空発生装置8と、冷却媒体を噴射する冷却媒体噴射手段3を備える。コレット2は、図示しない水平移動機構によって、半導体チップをピックアップするピックアップポジションと、その半導体チップを基材にボンディングするボンディングポジションとの間を往復移動可能に構成されている。また、ピックアップポジションとボンディングポジションにおいて、コレット2を昇降させる昇降機構も備えている(図示省略)。
また、複数の半導体チップ1が接合材20を介して粘着してあるウェーハシート7は、図示しない移動機構によってX−Y方向及びθ方向に移動可能に構成されている。そして、ウェーハシート7を移動させて、半導体チップ1をピックアップポジションPに配置するようにしている。一方、コレット2は、半導体チップ1をピックアップする際、毎回同じ位置(ピックアップポジションP)に配置される。つまり、ピックアップポジションPは、3次元空間の所定の位置に配設されている。
図2は、前記ピックアップポジションPを上方から見た平面図である。図2に示すように、上記冷却媒体噴射手段3は、ピックアップポジションPの周囲に等間隔(90°ピッチ)に4つ配設されている。また、各冷却媒体噴射手段3の冷却媒体を噴射する噴射口は、ピックアップポジションP側(内側)を臨むように配置されている。
図3に、本発明の実装装置の他の実施形態を示す。この実装装置は、コレット2及びコレットホルダ6と、真空発生装置8と、空気又は不活性ガスあるいは冷却媒体等の流体を供給する流体供給装置9と、前記真空発生装置8及び流体供給装置9を択一的にコレット2の吸引口4に連通させる切換弁10と、切換弁10を制御する制御部11とを備える。なお、この実施形態も、図1に示す実施形態と同様に、ピックアップポジションに冷却媒体噴射手段を配設している。
上記真空発生装置8と流体供給装置9は、それぞれ例えば真空ポンプとエアコンプレッサ等で構成されている。また、切換弁10は3ポートタイプの電磁式切換弁である。切換弁10の2つのポートは、真空発生装置8及び流体供給装置9のそれぞれに管路12,13を介して接続されており、切換弁10の残りの1ポートは、コレット2の吸引口4に連通連結した共通管路14に接続されている。この切換弁10を制御部11で切り換えることによって、真空発生装置8及び流体供給装置9に接続した各流路12,13を、共通管路14に択一的に連通させることができる。
図3は、コレット2の吸引口4に真空発生装置8を連通させた状態を示している。また、図4は、コレット2の吸引口4に流体供給装置9を連通させた状態を示す。この図4に示す状態では、吸引口4は流体供給装置9から供給される流体を噴出する噴射口として機能する。
図5は、コレット2の吸着面5を示す。図5に示すように、吸着面5には吸引口4が5つ開設されている。具体的には、四角形に形成された吸着面5の中心と四隅にそれぞれ吸引口4が形成されている。各吸引口4は、吸着面5の中心に対して互いに対称に配設されている。なお、コレット2の吸着面5の形状、及び吸引口4の個数や大きさ又は位置などは、図5に示す実施形態に限らない。
図6に本発明のさらに別の実施形態を示す。この実施形態は、上記図3の実施形態と同様に、真空発生装置8と流体供給装置9を備えている。しかし、真空発生装置8及び流体供給装置9は、上記共通管路14を介さずに、それぞれ個別にコレット2に接続されている。すなわち、図6に示すコレット2は、その吸着面5に、空気を吸引するための吸引口15と、流体を吹き出すための噴射口16を個別に有している。
以下、上記実装装置の動作について説明する。
上記図12の(A)及び(B)で説明した従来の方法と同様に、半導体ウェーハをダイサで切断して複数の半導体チップに分割する切断工程と、ウェーハシートを放射状に引き伸ばして、半導体チップ同士の間隔を拡大させるエキスパンド工程とを行う。
図7に示すように、ピックアップポジションに対応して配設された半導体チップ1を、突き上げ部材17によって、ウェーハシート7の下方から突き上げて、半導体チップ1の下面に付着した接合材20の縁をウェーハシート7から剥離させる。突き上げられた状態の半導体チップ1に、コレット2を降下させて接近させる。そして、コレット2の吸着面5と半導体チップ1の表面(図の上面)との間隔が所定間隔Dとなったとき、コレット2の半導体チップ1への接近を一旦停止あるいは減速する。このように、コレット2の吸着面5と半導体チップ1の表面との間に、所定間隔Dの隙間Sを形成する。
図8に示すように、上記所定間隔Dの隙間Sには、冷却媒体噴射手段3によって冷却媒体を吹き付けられと共に、この吹き付けられた冷却媒体をコレット2の吸引口4から吸引する。
前記冷却媒体噴射手段3によって冷却媒体を隙間Sに所定時間(約0.5〜1.0秒)に吹き付けている間、コレット2の吸引による相乗効果により、この隙間Sには、冷却媒体が速く流れることによって冷却流体層が形成される。これにより、コレット2は、特に冷却流体層に接する吸着面5側から冷却される。また、同時に、半導体チップ1の表面も冷却される。さらに、コレット2が冷却媒体を吸引することによって、コレット2はその内側からも冷却される。
本発明は、上記隙間Sの間隔Dをある程度狭くすることによって、隙間Sに冷却媒体の速い流れを生じさせ、コレット2と半導体チップ1の冷却効果を増大させている。隙間Sが例えば0.5mmを超えるような広い場合は、吸着面5と半導体チップ1の表面との間に冷却媒体の速い流れが生じにくくなり、冷却効果が低減する。また、隙間Sが例えば0.1mm未満となるような狭い場合は、コレット2の吸引力によって吸着面5に半導体チップ1が吸着され、吸着面5と半導体チップ1の表面との間に冷却媒体の流れを生じさせることができなくなる。
なお、1つの冷却媒体噴射手段3によって、一方向から冷却媒体を吹き付けても、コレット2及び半導体チップ1を冷却することは可能である。しかし、図2に示すように、4つの冷却媒体噴射手段3によって、四方向から冷却媒体を吹き付けることにより、コレット2の吸着面5全体、及び半導体チップ1の表面全体を確実に冷却することができる。また、冷却媒体噴射手段3は、ピックアップポジションPの周囲に2つ又は3つ、あるいは5つ以上配設してもよい。
また、図9に示すように、コレット2の半導体チップ1への接近を所定間隔D1で一旦停止あるいは減速した後、コレット2をゆっくりと半導体チップ1へ接近させながら、冷却媒体噴射手段3によって隙間Sに冷却媒体を吹き付けるようにしてもよい。具体的には、コレット2を半導体チップ1に接近させ、コレット2と半導体チップ1との間隔が所定値となったときに、コレット2を一旦停止あるいは減速させる。そして、コレット2を半導体チップ1との間隔を半導体チップ1が吸着されるまでゆっくりと半導体チップ1へ接近させる間に、冷却媒体噴射手段3によって冷却媒体を隙間Sに吹き付ける。なお、この場合も上記と同様に、吹き付けられた冷却媒体は、コレット2の吸引口4から吸引している。
上記図8又は図9で説明したように、コレット2及び半導体チップ1を冷却した後、コレット2を降下させて吸着面5に半導体チップ1を吸着する。このとき、コレット2の吸着面5は冷却されているので、半導体チップ1の下面の接合材20がウェーハシート7に貼り付くことがない。また、半導体チップ1の表面も冷却されているので、接合材20のウェーハシート7への貼り付きをより確実に防止することができる。
次に、上記図3に示す実装装置によって、半導体チップをボンディングする方法について説明する。
図10の(A)に示すように、半導体チップ1をピックアップしたコレット2を、ボンディングポジションに移動し、ヒータ18で加熱された基材17の上に半導体チップ1を所定時間押し付ける。
そして、切換弁10を、コレット2が半導体チップ1を吸着可能な図3に示す状態から、図4に示す状態に切り換える。このように切換弁10を切り換えることによって、コレット2に流体供給装置9が接続される。そして、図10の(B)に示すように、吸引口4から空気を所定時間吹き出して、コレット2の吸着面5と半導体チップ1との間に均一な加圧流体層を形成する。このとき、コレット2は加圧流体層によって若干上方に浮き上がり、コレット2と半導体チップ1とが非接触状態となる。半導体チップ1は、吸引口4から吹き出した空気圧(加圧流体層)によって基材30に押し付けられる。これにより、半導体チップ1の下面の接合材20に基材30の熱が伝達し、半導体チップ1が基材30に接合される。
このように、コレット2の吸引口4から吹き出す空気圧(加圧流体層)によって半導体チップ1を基材30へ押圧することができる。すなわち、所定時間の間、コレット2と半導体チップ1とを非接触状態にして、半導体チップ1をボンディングすることができる。これにより、ボンディング時におけるコレット2と半導体チップ1との接触時間が短くなり、コレット1の加熱を抑制することが可能である。
また、吸引口4から吹き出した空気が、コレット2の吸着面5に沿って流れることにより、コレット2の吸着面5を冷却することができる。また、空気の代わりに冷却ガスを吸引口4から噴射することによって、コレット2の冷却をより確実に行うことができる。
このように、ボンディング工程におけるコレット1の加熱を抑制することによって、その後のピックアップ工程における接合材のウェーハシートへの貼り付きを防止することが可能となる。
また、各吸引口4は、吸着面5の中心に対して互いに対称に配設されているため、各吸引口4から吹き出す空気圧は、半導体チップ1の表面に均一に作用する。これにより、半導体チップ1の基材30への接合精度を向上させることができる。
以下、図11の(A)(B)に基づいて、本発明の他のボンディング方法を説明する。図11の(A)に示すように、半導体チップ1を吸着したコレット2をヒータ18で加熱された基材30に接近させ、半導体チップ1を基材30の上方に僅かに離した状態で停止させる。
切換弁10を図4に示す状態に切り換えて、図11の(B)に示すように、吸引口4から空気を所定時間吹き出す。吸引口4から吹き出した空気によって、半導体チップ1がコレット2から基材30の上に落下すると共に、基材30の上に落下した半導体チップ1とコレット2(の吸着面5)との間に加圧流体層が形成される。この加圧流体層によって、半導体チップ1が基材30に押し付けられ、半導体チップ1が基材30に接合される。
図11で説明したボンディング方法によれば、コレット2は基材30の上に落下させた半導体チップ1に全く接触せずにボンディングすることができる。従って、基材30の熱が半導体チップ1を通じてコレット2に伝導することがなく、コレット2の加熱が防止される。また、この実施形態の場合、半導体チップ1をコレット2から基材30上に落下させる際に、半導体チップ1を基材30上の所定の位置に配置する位置決め機構を設けてもよい(図示省略)。
この加圧流体層によって半導体チップのボンディングを行った後、半導体チップのピックアップ時(半導体チップにコレットを接近させる際)に冷却媒体噴射手段によってコレット等の冷却を行えば、接合材のウェーハシートへの貼り付きをより確実に防止することが可能である。また、上記ピックアップ時の冷却媒体噴射手段によるコレット等の冷却を行うことによって、接合材のウェーハシートへの貼り付きを十分に防止できれば、加圧流体層による半導体チップのボンディング方法を採用しなくてもよい。
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を加え得ることは勿論である。
本発明に係る半導体チップの実装装置の実施の一形態を示す概略構成図である。 冷却媒体噴射手段の配置状態を示す平面図である。 前記実装装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 前記実装装置の他の実施形態を示す概略構成図である。 コレットの吸着面を示す要部拡大図である。 前記実装装置のさらに別の実施形態を示す概略構成図である。 本発明のピックアップ方法を説明するための図である。 本発明のピックアップ方法を説明するための図である。 本発明の他のピックアップ方法を説明するための図である。 本発明のボンディング方法を説明するための図である。 本発明の他のボンディング方法を説明するための図である。 従来の半導体チップの実装方法を説明するための図であって、(A)は半導体ウェーハの切断工程を示す図、(B)はエキスパンド工程を示す図、(C)はピックアップ工程を示す図、(D)はボンディング工程を示す図である。
符号の説明
1 半導体チップ
2 コレット
3 冷却媒体噴射手段
4 吸引口
5 吸着面
30 基材
D 間隔
P ピックアップポジション
S 隙間

Claims (7)

  1. 吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップし当該半導体チップを加熱された基材にボンディングするコレットを備えた半導体チップの実装装置において、
    前記半導体チップを前記コレットによってピックアップするピックアップポジションの周囲に、冷却媒体を噴射する冷却媒体噴射手段を配設し、
    前記半導体チップにコレットを接近させる際に、前記コレットの吸着面と半導体チップとの間に形成した所定間隔の隙間に、前記冷却媒体噴射手段によって冷却媒体を吹き付けて当該隙間に冷却流体層を形成すると共に、前記隙間に吹き付けられた冷却媒体を前記コレットの吸引口から吸引するように構成したことを特徴とする半導体チップの実装装置。
  2. 前記冷却媒体噴射手段を、前記ピックアップポジションの周囲に複数配設した請求項1に記載の半導体チップの実装装置。
  3. 前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記吸引口から流体を吹き出して前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成するように構成した請求項1又は2に記載の半導体チップの実装装置。
  4. 前記吸引口を、前記吸着面に複数形成すると共に、各吸引口を前記吸着面の中心に対して互いに対称に配設した請求項3に記載の半導体チップの実装装置。
  5. コレットの吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップすると共に、前記コレットで前記半導体チップを加熱された基材にボンディングする半導体チップの実装方法において、
    前記半導体チップにコレットを接近させる際に、前記コレットの半導体チップへの接近を一旦停止あるいは減速して、前記コレットの吸着面と半導体チップとの間に所定間隔の隙間を形成する工程と、
    前記隙間に冷却媒体噴射手段によって冷却媒体を所定時間吹き付けて当該隙間に冷却流体層を形成すると共に、前記隙間に吹き付けられた冷却媒体を前記コレットの吸引口から吸引する工程とを有することを特徴とする半導体チップの実装方法。
  6. 前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記コレットで半導体チップを前記基材に押し付ける工程と、
    前記吸引口から流体を吹き出して、前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成する工程と、
    前記加圧流体層によって前記半導体チップを前記基材に押圧してボンディングを完了する工程とを有する請求項5に記載の半導体チップの実装方法。
  7. 前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記コレットで吸着した半導体チップを前記基材に接近させる工程と、
    前記吸引口から流体を吹き出して、前記半導体チップを前記基材上に落下させると共に、前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成する工程と、
    前記加圧流体層によって前記半導体チップを前記基材に押圧してボンディングを完了する工程とを有する請求項5に記載の半導体チップの実装方法。
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