JP2009516921A - 回転式のチップ取り付け - Google Patents

Abstract

回転式チップ取り付けプロセスと製造の手法は、回転プロセスでチップ（例えば、集積回路（ＩＣ））をウェハから取り出すものである。位置決めユニットを備えたチップウェハは、スプロケットホイールの先端部の上方に配置する。この先端部は、ウェハから直接ＩＣをピックアップし、そのＩＣを半連続的にステッピング動作でＩＣを受け入れるウェブに移動させる。スプロケットホイールは、好適には、典型的なピックアンドプレースロボットシステムで使用されるのと同じタイプのチップを含み、（必要であれば）ウェハ平面の薄膜を貫通し、望みどおりにＩＣを取り込み、ＩＣを配置するように構成された真空ヘッドを備える。この位置決めシステムは、ＩＣの配置をウェブ上の正確な位置に保つ。これは、複数のホイールで連続的に位置決めユニットを定位置に移動させるためである。

Description

本発明は、通信装置に関し、特に、例えば高周波識別（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（ＲＦＩＤ））回路として使用されることが多いセキュリティタグの製造に関する。

チップボンディングにはコストがかかる。今日のＲＦＩＤタグのコストのうちで最も大きい２つの構成要素は、集積回路とその回路（またはシリコンとして知られている）のアンテナ構造への取り付けである。チップの生産量の増大はＩＣのコストダウンに寄与するが、チップボンディングは、機械的なプロセスであり、同じ技術進歩または経済的尺度の利益を享受しない。

チップボンディングの現行の方法は、適切にコストに対処するものではない。中間チップのストラップの２段階手法は、コストを再分配することで漸進的なコスト改善を達成している。しかし、ストラップは、より小型のタグへのボンディングではあるが、やはりボンディンングが必要であるため、直接この問題に対処するものではない。さらに、ストラップには、ストラップをアンテナ構造にボンディングする他のステップが必要である。現在の製造業者は、ストラップを用いた標準的なボンディング技術を使って、ストラップを、従来のボンディング面、即ち一般に回路基板で見られる、硬く、非可撓性のボンディング面に近い形にすることを望んでいる。しかし、そのようなストラップは、可撓性のタグ（例えば、ＲＦＩＤタグ）に容易に集積するには役に立たない。標準的なボンディングプロセスは、全て知られているストラップを基本とした解決方法であり、したがって望ましいとは言えない。

関連技術の１つの取り付け方法は、流体自己集合（Ｆｌｕｉｄｉｃ Ｓｅｌｆ Ａｓｓｅｍｂｌｙ（ＦＳＡ））と呼ばれるもので、強固さが不十分なボンディングを提供するものである。チップはボンディングソケットに落ち着くので、粘着性のあるどんなものでも、チップがソケットに入る自由な動きを妨げることから、チップは接着剤や溶剤を使用することができない。これは、流体自己集合のプロセスでは、チップボンディングパッドとボンディングキャビティの側面との接面でボンディングを行う。平面対端部のボンディングは、従来の平面対平面のボンディングとは異なり、確実さに欠ける。また、流体の自己内アセンブリでは、使用する基板のタイプが制限される。流体自己集合（ＦＳＡ）は、ボンディングを行わず、取り付けるのにタグを適切なキャリア内に置くだけである。現在行われているＦＳＡ方法は、パターンカットしたポリエステルを使用して、チップを配置したウェブの上面に他のフィルムを適切に積層する。この後、裏のウェブは、チップボンディングパッド領域に直接近接しておよびその上方にレーザカットして穴をあける。この穴を導電性インクで満たし、トレースを穴に垂直に裏面で完了して、ストラップを形成する。ＦＳＡプロセスは、時間がかかり、複数のステップを要し、また今日利用できる、知られている技術製品を用いた高精度が求められる。

、
知られているワイヤボンディングプロセスが、Ｉｓａａｃｓｏｎらに係る特許文献１に開示されている。この内容を参照としてそのまま本明細書内に組み込む。Ｉｓａａｃｓｏｎらに係る特許文献１は、一般に半田付けプロセスを行うのに必要な温度のような高温にさらすことができない、可撓性または非剛性の基板に対する集積回路（ＩＣ）のボンディングを説明している。このワイヤボンディングプロセスにおいて、チップまたはダイを、導線を用いて基板またはキャリアに取り付ける。チップの前面を上にした状態で、チップを基板に取り付ける。導線を最初にチップにボンディングし、次にループ状にして基板に結合させる。典型的なワイヤボンディングプロセスのステップには以下のものが含まれる。
１．ウェブを次のボンディング部位に進めるステップ
２．停止するステップ
３．そのボンディング部位のデジタル写真を撮るステップ
４．ボンディング位置を計算するステップ
５．チップをピックアップするステップ
６．チップをそのボンディング部位に移動するステップ
７．写真のフィードバックを使用して、実際の部位位置への配置を調節するステップ
８．チップを配置または載置するステップ
９．チップを撮影して、ボンディングパッドを位置付けるステップ
１０．ヘッドをチップボンディングパッドへ移動するステップ
１１．導線をボンディングパッドに押圧し、振動し、溶接するステップ
１２．チップを引き上げ、基板のボンディングパッドに移動させ、ワイヤの配線をチップボンディングパッドへ戻すステップ
１３．そのボンディング部を押圧し、溶接するステップ
１４．ワイヤを引き出し、切断するステップ
１５．各接続に対して１０〜１４のステップを繰り返すステップ

一方、フリップチップ包装におけるチップと基板との相互接続は、チップ表面に直接配置した導電性の半田バンプを通して行われる。次に、バンプが基板に電気接続された状態で、バンプ付けされたチップをひっくり返して、表を下にする。

現状の最新技術プロセスであるフリップチップボンディングは、各チップを極めて小さな精密にカットされたボンディング部位に合わせる必要があるため、費用がかかる。チップが小さくなるほど、ボンディング部位を精密にカットし処理をするのがより難しくなる。しかし、フリップチップボンディングプロセスは、ワイヤボンディングよりかなり進歩したものである。典型的なフリップチップボンディングプロセスのステップには、以下のものが含まれる。
（１）ウェブを次のボンディング部位に進めるステップ
（２）停止するステップ
（３）そのボンディング部位を撮影するステップ
（４）ボンディング位置を計算するステップ
（５）チップをピックアップするステップ
（６）チップをそのボンディング部位に移動するステップ
（７）写真のフィードバックを使用して、実際の部位位置への配置を調節するステップ
（８）チップを配置するステップ
（９）超音波により配置ヘッドを振動させて、チップを定位置で溶接するステップ
（１０）配置ヘッドを引き込めるステップ

上述したそれぞれのボンディングプロセスのステップ１からステップ８は、ほぼ同じである。ウェブを停止して、基板に導電性ギャップを位置付けし、精密にＩＣを配置しなければならない。関連技術のプロセスでは、ウェブを停止し、測定（例えば、実際の部位位置における配置を調整するように写真のフィードバックを使用しながら、ボンディング位置を含むボンディング部位を撮影するなど）して、チップを希望どおりに正確にギャップに近接して配置し、ボンディングできるようにすることが必要である。

複数ヘッドのピックアンドプレースシステムを使用することによって、フリップチップボンディングプロセスの改良に対して１つの手法が行われてきた。しかし、この手法は、チップを個々にピックアップし配置するために複数のヘッドの全てを一直線に揃えることが難しいなどの他の問題が生じる。すなわち、複数ヘッドのピックアップアンドプレースシステムを使用して、全てのチップを常に正確にピックアップし設置することは困難であった。

上述のボンディングプロセスのステップ５の間、典型的にはチップウェハ（例えば、半導体ウェハ）からまたは、チップウェハ上に複数の集積回路としてチップを形成した後チップを保持する中間構造体からチップをピックアップする。一般に、各チップウェハには、数十から数百の個々のチップまたはダイスが設けられている。集積の形状が減少し、チップウェハのサイズが増大するにつれて、各ウェハに形成された集積回路のダイス数も増加する。チップウェハ上にチップまたはダイスを形成した後は、チップを検査して、どのチップが機能するか、どのチップが機能しないかを判断する。大抵の検査の手順において、各チップまたはダイスを高価なプルーブ検査機器を使用して、チップ／ダイスがまだウェハの形態である間にプローブ検査する。これは、典型的には、各チップ上の各ボンディングパッドを個々の探針と接触させることにより行われる。すなわち、チップがまだウェハの形態である間に、各チップをプルーブ検査して、各チップが電気的開放または短絡の検査に通過するか否かを判断する。また、機能の全面的検査および信頼性に対する徹底的な検査を、プローブ検査したチップにも行うことが好適である。ウェハレベルのチップに対する検査の目的は、製造プロセスで出来る限り初期に、どのチップが不良であるかを判断することである。不良チップを初期に検出すればするほど、不良チップに対するさらなる処理に費やすお金が少なくなる。

図１は、先行技術のチップウェハ１０（例えば、半導体ウェハ）を示す図である。チップウェハ１０は、その上に形成された複数のチップ１４（例えば、集積回路、ダイス）を有するウェハ平面１２を含む。チップ１４は、横ダイシングレーン１６と縦ダイシングレーン１８のような複数のダイシングレーンに分割された複数の行と列のアレイで配列される。典型的なチップウェハは、チップの約５０％から７５％は良好で、チップの約２５％から５０％は良好でない、すなわち不良である。良好または良好でないチップは、ウェハレベルチップ検査の結果に従ってマーク付けされる。知られている視覚システムが良好チップをマッピングし、これによりシングルヘッドピックアンドプレースシステムが、マッピングされた良好チップのみを選択して移動させることができる。残念ながら、知られているマルチヘッドピックアンドプレースシステムは、良好チップのみを選択して配置することに成功していない。むしろ、このシステムは、複数のヘッドを配列してウェハから良好チップのみを取り出すことが難しいので、典型的にチップの全てを取り込むことになる。したがって、好適には回転プロセスで、ウェハから直接に良好チップのみを選択的に取り出すのが有益である。本明細書に記載した全ての参考文献の全体を本明細書内に参照により組み込む。
米国特許第５７０８４１９号明細書

ボンディングプロセスの間、プロセスを往復することは、時間を要し、振動を起こし、機械的な連携を生じる。この連携により、絶対的な位置の不確実さも生じる。回転式または連続式の装置は、往復式の装置より好適である。それは、１つには、製造ラインの停止および開始が常にプロセスのスピードを落とし、処理量を低減させてしまうからである。ツーリングを調節して、連続的に製造ラインを進めるプロセスで動作させれば、より有益となる。

好適な実施形態は、回転式のチップ取り付けプロセスおよび回転プロセスにおいてウェハからチップ（例えば、集積回路（ＩＣ））を取り出す製造プロセス手法を含む。位置決め装置でチップウェハをスプロケットホイールの先端部上方に配置する。このスプロケットホイールは、ＩＣを直接ウェハから取り出し、ＩＣを受け入れるウェブに半連続的な運動でＩＣを移動させる。スプロケットホイールは、好適には、典型的なピックアンドプレースロボットシステムに使用されるのと同じタイプである先端部を含む。この先端部は、ウェハ平面の薄膜を貫通し、望みどおりにＩＣを取り込み、ＩＣを配置するように構成された真空ヘッドを備える。この位置決めシステムは、ＩＣの配置をウェブ上の正確な位置に保つ。これは、複数のホイールでより速く連続的に位置決めシステムを定位置に移動させるためである。

本発明の好適な実施形態は、所定のＩＣ（例えば、トランスポンダ、チップまたはダイス）をウェハ台から第１の方向に移動する基板へ移載する方法を含む。この方法は、複数のＩＣのうちの１つを選択するステップ、選択したＩＣを回転ユニット周りに外部に配置したピックアップ部材を有する回転ユニットと位置合わせするステップ、ウェハ台と基板との間で回転ユニット（例えば、ステッピング動作で）を連続回転させるステップ、ピックアップ部材の１つでウェハ台から選択したＩＣを取り出すステップ、回転ユニット周りの選択したＩＣを移動基板へ（例えば、ステッピング動作で）移動させるステップ、および第１の方向に移動する基板上に選択したＩＣを配置するステップを含む。さらに、この方法は、ウェハ台上のＩＣを所望のＩＣまたは不要なＩＣとしてマッピングするステップ、および所望のＩＣのグループから１つを選択するステップを含んでもよい。さらに、基板上に選択したＩＣを配置する間、基板を連続移動させるステップを含んでもよい。また、さらに複数のＩＣを選択するステップ、選択した複数のＩＣを回転ユニットと位置合わせするステップ、複数のピックアップ部材のそれぞれで選択した複数のＩＣをウェハ台から取り出すステップ、および以前に配置済みの選択したＩＣに近接した基板上に選択した複数のＩＣを配置するステップを含んでもよい。

本発明の好適な実施形態は、さらに所定のＩＣを第１と第２のウェハ台から第１の方向に移動する基板へ移載する方法を含む。この方法は、第１と第２のウェハ台上のＩＣを所望のＩＣまたは不要なＩＣとしてマッピングするステップ、所望のＩＣをウェハ台の各々から選択するステップ、第１のウェハ台からの選択したＩＣを第１の回転ユニット周りに外部に配置したピックアップ部材を有する第１の回転ユニットと位置合わせするステップ、第２のウェハ台からの選択したＩＣを第２の回転ユニット周りに外部に配置したピックアップ部材を有する第２の回転ユニットと位置合わせするステップ、第１のウェハ台と基板との間で第１の回転ユニットをステッピング動作で連続回転させるステップ、第２のウェハ台と基板との間で第２の回転ユニットをステッピング動作で連続回転させるステップ、第１の回転ユニットの複数のピックアップ部材のうちの１つで第１のウェハ台から選択したＩＣを取り出すステップ、第２の回転ユニットの複数のピックアップ部材のうちの１つで第２のウェハ台から選択したＩＣを取り出すステップ、選択したＩＣを第１の回転ユニット周りのウェハ台から移動する基板へ移動させるステップ、選択したＩＣを第２の回転ユニット周りのウェハ台から移動する基板へ移動させるステップ、基板上の第１のウェハ台から選択したＩＣを第１の方向に移動する基板上に配置するステップ、および基板上の第２のウェハ台から選択したＩＣを第１のウェハ台からの選択したＩＣに近接して位置合わせした基板上に配置するステップを含む。さらに、この方法は、選択したＩＣを基板上に配置する間、第１の方向に基板を連続移動させるステップを含んでもよい。

好適な実施形態の１つによれば、本発明はさらに所定のＩＣをウェハ台から第１の方向に移動する基板へ移載する装置を含む。この装置は、所望のＩＣまたは不要なＩＣとしてマークされた複数のＩＣを有するウェハ台であって一般に基板がウェハ台の下にあり、第１の方向に移動する、ウェハ台、ならびにウェハ台と基板との間で、ステッピング動作で回転する回転ユニットを含む。回転ユニットは、回転ユニットの外周の周りに広げられたピックアップ部材を含む。各ピックアップ部材は、各々の所望のＩＣをピックアップして、回転ユニットが回転する間各々の所望のＩＣを保持し、第１の方向に移動する基板上で各々の所望のＩＣを放すように構成されている。さらに、この装置は、所望のＩＣまたは不要なＩＣとしてマークされた複数のＩＣを有する第２のウェハ台、ならびに、第２のウェハ台と基板との間で、ステッピング動作で回転する第２の回転ユニットであって、第２の回転ユニットの外周の周りに広げられたピックアップ部材を含む第２の回転ユニットを含んでもよい。各ピックアップ部材は、各々の所望のＩＣをピックアップして、第２の回転ユニットが回転する間、各々の所望のＩＣを保持し、第１の回転ユニットにより放された各々の所望のＩＣに近接した基板上で各々の所望のＩＣを放すように構成されている。

本発明を以下の図面と併せて説明する。図面では、同じ数字は同じ要素を示すものとする。

本発明はＩＣをウェハから基板へ移動するための回転プロセスおよび装置を開示する。典型的には、ボード製造の間チップシュータがＩＣを移動させるピックアップアンドプレースロボットシステムを使用して、大型ＩＣを操作している。この好適な実施形態の発明者は、スプロケットホイール上方にウェハ台を直接配置する位置決めユニットを有する新しいプロセスおよび装置を発見した。スプロケットホイールはウェハから直接ＩＣをピックアップし、好適にはＩＣを受けるウェブまたは基板に連続的なステッピング動作でＩＣを移動させる。スプロケットホイールは、好適には単一の垂直面で移動する。これにより、ウェブ上のＩＣの正確な位置決めが可能となる。ウェブまたは基板は、好適には一直線上で協働する複数のスプロケットホイールと一体化するときに連続移動して、処理量を向上させるために交互に基板上に近接して複数のチップを配置するように作ることができる。

回転式チップ取り付け手法の好適な実施形態の一例を図２に示す。図２によれば、回転プロセスにおいて、回転式チップ取り付けステーション２０は、ウェハからウェブにＩＣを移載する。特に、回転式チップ取り付けステーション２０は、チップ２２、２４をＩＣウェハ台２６、２８から、機械方向３２に連続移動する基板３０へそれぞれ移載する。回転式チップ取り付けステーション２０は、好適には第１のＩＣウェハ２６、第２のＩＣウェハ２８、第１の位置決めユニット３４、第２の位置決めユニット３６、第１の回転ユニット３８、第２の回転ユニット４０および基板３０を含む。

第１のＩＣウェハ２６は、薄膜４２を含み、そこに形成された複数のチップ２２を支持する。特定の理論に限定するわけではないが、図１で上述したように、チップ２２は複数の行と列のアレイとして配置される。位置決めユニット３４は、ＩＣウェハ２６を保持し、薄膜４２の面に水平に、必要があれば垂直に移動させる支持部材４６を含む。特に、位置決めユニット３４は、ＩＣウェハ２６をＸ方向（例えば、チップの行方向）、Ｙ方向（例えば、チップの列方向）、また必要があればＺ方向（例えば、上下垂直に）移動させ、第１の回転ユニット３８と連動させることができる。これについては以下でより詳細に説明する。

図２に示す例示的な実施形態において、位置決めユニット３４は、さらに第１のＩＣウェハを垂直なＺ軸方向に移動させる。つまり、支持部材４６は、ＩＣウェハ２６を上下方向に上下動して、回転ユニット３８と連絡させたり、その連絡を解除したりする。そのようなもととして、支持部材４６は、第１のＩＣウェハ２６に取り付けられ、第１のＩＣウェハを第１の回転ユニット３８の上方で移動させ、チップ２２を第１の回転ユニットのピックアンドプレースヘッド（以下、「ヘッド」５０と呼ぶ）（例えば、先端部）と位置合わせする。

特定の理論に限定するわけではないが、ＩＣウェハ２６上のチップ２２を検査して、チップのうちどれが良好であるか、またはどれが良好でないかを当技術分野で知られている手法で判断する。判断された結果は、位置決めユニット３４（および位置決めユニット３６）と通信するコンピュータ（図示せず）に記憶される。どのチップが良好か、または良好でないかの判断に基づいて、位置決めユニット３４は、第１のＩＣウェハ２６を、支持部材４６を使用して移動させ、第１の回転ユニット３８のピックアンドプレースヘッド５０と位置合わせできるように構成されている。この位置合わせは、好適には知られている視覚システムを使用して行い、基板３８へ配置するために良好チップのみが第１の回転ユニットのヘッドによりピックアップされる。チップ２２を第１のＩＣウェハ２６から基板３０へ移載するために、第１の回転ユニット３８は、一般に当業界で知られているピックアンドプレースヘッドとして構成された複数のヘッド５０を含む。ヘッド５０は、第１のＩＣウェハ２６の薄膜４２を貫通して、各チップ２２を（好適にはチップを保持するために吸着力を使って）ピックアップし、チップの吸着力を解除することにより各チップ２２を基板３０上に配置するように構成されている。

特定の理論に限定するわけではないが、第１の回転ユニット３８は、一般にスプロケットホイール形状である。これは、外側のそれぞれの先端部がピックアンドプレースヘッド５０を含む形になっている。第１の回転ユニット３８が回転するとき、好適にはモータ（図示せず）の助力によってステッピング動作で回転するとき、ヘッド５０は第１のＩＣウェハ２６から良好チップを取り込み、該チップを基板３０上に載置する。好適には、第１の回転ユニット３８は、ほぼ第１の平面（例えば、垂直面）にステッピング動作で回転する。ここで、各ピックアンドプレースヘッド５０が順番に第１のＩＣウェハに最も近い回転の頂点の位置まで回転すると、第１の回転ユニットは一時停止する。一時停止した位置にある回転ユニットの一実施例として、第２の回転ユニット４０は、第１の回転ユニット３８とほぼ同じである。第２の回転ユニット４０は、第１の回転ユニット３８のピックアンドプレースヘッド５０のようなピックアンドプレースヘッド５２を有する、概ねスプロケット形状のホイールである。ピックアンドプレースヘッド５２は、一度に、第２のＩＣウェハ２８の薄膜４４を貫通し、好適には当業者によく知られている吸着力を使って、１つずつチップ２４を取り込むように構成されている。ピックアンドプレースヘッド５２は、その後、第２の回転ユニット４０がステッピング動作で回転すると、第２のＩＣウェハ２８からピックアップされたチップ２４を基板３０へ運び、好適にはチップの真空吸着保持を解除することにより、該チップを基板３０上に配置する。上述したように、第２の回転ユニット４０は、ピックアンドプレースヘッド５２の１つが第２のＩＣウェハ２８の薄膜４４に近接した停止位置の状態を示してある。特定の理論に限定するわけではないが、第１の回転ユニット３８および第２の回転ユニット４０は、ステッピング動作で回転する。これは、チップを薄膜４２、４４からピックアップする間のヘッド５０、５２の回転運動を最小化するためである。

図２の例示的な実施形態において、位置決めユニット３６は、好適には知られている視覚システムの助力により、チップ２４、最も好適には良好チップ２４をピックアンドプレースヘッド５２と位置合わせする。位置決めユニット３６は、その後、第２のＩＣウェハ２８を下げて、薄膜４４に近接した各ピックアンドプレースヘッド５２と連絡させ、その結果、近接のピックアンドプレースヘッドがチップ２４のうちの１つを取り込み、該チップを基板３０の近くおよび基板上に運ぶことができる。より大型の場合、回転ユニット３８、４０がステッピング動作で連続回転して、選択したチップ２２、２４を対応するＩＣウェハ２６、２８からピックアップするために少しだけ停止するとき、ＩＣウェハを保持する各位置決めユニット３４、３６はＩＣウェハを位置決めして、それぞれの選択したチップを順番に、ＩＣウェハの薄膜４２、４４に近接した位置で一時停止したピックアンドプレースヘッドと位置合わせするようにする。各位置決めユニット３４、３６は、各ピックアンドプレースヘッドに近い、好適には各ピックアンドプレースヘッドに接触したＩＣウェハ２６、２８を下げて、ピックアンドプレースヘッドが薄膜を貫通し、チップを取り込めるようにする。ピックアンドプレースヘッドがチップを取り込んだ後、各位置決めユニット３４、３６は各回転ユニット３８、４０から各ＩＣウェハ２６、２８を持ち上げ、回転ユニットは、次のピックアンドプレースヘッドが次の選択したチップをピックアップする次の一時停止位置まで回転を続ける。このプロセスが継続すると、回転ユニットはステッピング動作で連続してウェハからチップをピックアップし、該チップを連続移動する基板３０上に載置する。このとき、ピックアンドプレースヘッドは、チップを外し、また別のチップを取り込み、運び、放すためにステッピング動作の回転を継続する。

さらに図２によれば、第１の回転ユニット３８はステップとステップとの間の回転中の様子を示している。この位置で、ピックアンドプレースヘッド５０のうちの１つが、好適にはヘッド５０が回転運動している間、チップの吸着保持を解除することにより、前に保持していたチップ２２を基板３０上で放す様子が示されている。このとき、第１のＩＣウェハ２６は第１の回転ユニット３８の上方に持ち上げられた位置で示されている。支持部材４６を介して位置決めユニット３４を使用して、第１のＩＣウェハ２６を第１の回転ユニット３８から持ち上げ、第１の回転ユニットが第１のＩＣウェハからチップを運ぶ際に、第１のＩＣウェハがピックアップされたチップ２２の邪魔にならないようにする。言い換えれば、第１のＩＣウェハ２６を、最も直近でピックアップされたチップ２２の回転運動からウェハをなくすために持ち上げる。この好適な例では、ピックアンドプレースヘッド５０、５２がチップを取り込めるように、ＩＣウェハ２６、２８を各々の回転ユニット３８、４０まで下げて、次にＩＣウェハを回転ユニットから持ち上げ、近接のチップにぶつからないように、または薄膜４２、４４を破らないように、ピックアップされたチップ２２、２４をＩＣウェハから取り出せるようにする。チップにぶつかると、近接のチップを傷つけ、また薄膜を破ってしまうと、薄膜の完全な形を損ない、またピックアップされたチップを早期に保持状態から放してしまう恐れがある。チップ２２、２４をスプロケットのピックアンドプレースヘッド５０、５２でピックアップした後、位置決めユニット３４、３６は各ＩＣウェハ２６、２８を次の良好チップまで、好適には直近でピックアップしたチップに近接した良好チップまで移動させ、ヘッドがステッピング動作で連続回転すると、次のスプロケットのピックアンドプレースヘッドが次の良好チップをピックアップする。

特定の理論に限定するわけではないが、第１の回転ユニット３８と第２の回転ユニット４０は、基板３０が機械方向３２に沿って連続移動すると、ピックアップされたチップ２２、２４を基板３０上に交互に配置する。図２の例示的実施形態では、チップを基板上に配置するのに複数の回転ユニット（例えば、２つ）を一列で使用して、より多くのチップを基板上に配置し、基板が停止しなくてもよいように、または単一の回転ユニットの処理量に比べて処理速度が落ちないようにする。各回転ユニットがステッピング動作で連続回転するので、各回転ユニットの処理量は回転スピードおよび断続的的停止によって制限されて、ＩＣウェハからチップをピックアップする。どの回転ユニットで配置されたチップ間にも大きな隙間なくチップを基板３０上に配置できるように、複数の回転ユニットを一列に配置する。その結果、第２の回転ユニット４０（および必要に応じて追加の同様の回転ユニット）はチップを追加のＩＣウェハから基板上の以前に配置したチップ間に配置して、連続移動する基板３０上に配置できるチップの数を増加させることができる。好適には、回転ユニットが移動している間（例えば、断続的停止同士の間）チップを各回転ユニットから基板へ移載し、配置したチップが基板３０を移動させるスピードに近いスピードで移動している状態にする。このようにして、チップは基板上に載置されるときにすでに基板のスピードで移動しているので、チップが基板上で滑らずに、チップを基板上に配置することができる。上述したように、スプロケットの先端部、すなわちピックアンドプレースヘッド５０、５２は、好適には真空ヘッドを備えた典型的なピックアンドプレースシステムで使用されるタイプである。好適には、各回転ユニットは各々のテーブルまたはＩＣウェハを有する。これにより、各テーブルが各回転ユニットに対して独立して移動することができる。

図２の例示的な実施形態は、２つのＩＣウェハ２６、２８を示す。これらは、Ｘ方向およびＹ方向へ移動して、チップを各回転ユニットと位置合わせしたり、またスプロケットへ近づいたり、スプロケットから離れたりするＺ方向に垂直に移動して、スプロケットがＩＣウェハの薄膜を貫通して、チップを取り込むことができるようにする。図３の他の例示的な実施形態では、ＩＣウェハは、図２の例示的実施形態に関して説明したのと同じようにＸ方向およびＹ方向へ移動する。しかし、図３に示したＩＣウェハはＺ方向に移動する必要がない。その代わり、回転ユニットはＺ方向に上下にシフトして、所望のチップを取りむように構成されている。この点は以下により詳細に述べる。

図３は、本発明の例示的な実施形態の回転式チップ取り付けステーション８０を示す側面図である。回転式チップ取り付けステーション８０は、図２の回転式チップ取り付けステーション２０と同様である。例えば、回転式チップ取り付けステーション２０のように、図３の回転式チップ取り付けステーション８０は、第１の回転ユニット３８Ａ、第２の回転ユニット４０Ａ、第１の位置決めユニット３４Ａ、第２の位置決めユニット３６Ａを含み、これらは全て、図２に示す第１の回転ユニット３８、第２の回転ユニット４０、位置決めユニット３４、３６と同じである。図３の回転式チップ取り付けステーション８０は、図２に関して上述したように、さらに第１のＩＣウェハ２６、第２のＩＣウェハ２８および基板３０を含む。第１の位置決めユニット３４Ａおよび第２の位置決めユニット３６Ａが図２の位置決めユニット３４、３６と異なる点は、第１の位置決めユニット３４Ａおよび第２の位置決めユニット３６ＡはＩＣウェハ２６、２８を持ち上げたり、下げたりして、第１の回転ユニット３８Ａ、第２の回転ユニット４０Ａのピックアンドプレースヘッド５０、５２それぞれと位置合わせする必要がない点である。代わりに、第１の回転ユニット３８Ａおよび第２の回転ユニット４０ＡがＺ方向に上下にシフトして、ＩＣウェハと連動する。第１の回転ユニット３８Ａおよび第２の回転ユニット４０Ａがステッピング動作で回転する間、つまりチップ２２、２４をＩＣウェハからピックアップするために、例えば、１／２秒から１秒の間隔で一時停止する間、第１の回転ユニット３８Ａ、第２の回転ユニット４０ＡもＺ軸方向８２に上下移動する。第１の回転ユニット３８Ａおよび第２の回転ユニット４０Ａは、上方にシフトしてチップをＩＣウェハ２６、２８からピックアップし、基板３０の方へ下がってチップ２２、２４を各ＩＣウェハから抜き取って、ピックアップしたチップを機械方向３２に連続移動する基板３０上に落とす。

図３は、第２のＩＣウェハ２８に近接したピックアンドプレースヘッド５２の１つを使用して、一時停止させた状態の第２の回転ユニット４０Ａを示す。この位置で、ピックアンドプレースヘッド５２は、薄膜４４を貫通し、好適には吸着力を使って複数のチップのうちの１つを取り込み、該チップをピックアンドプレースヘッドの方へ引き込む。ヘッド５２は、第２の回転ユニット４０Ａがヘッドを基板３０の方へステッピング動作で回転させるとき、好適には吸着力を使ってチップを保持し続ける。またヘッド５２は、チップ２４が回転して基板３０近くにくるとき、（例えば、吸着力を解除することにより）チップ２４の保持を解除する。回転ユニット３８Ａ、４０Ａは、停止と停止との間で回転を再開するとき、回転ユニットはＩＣウェハ２６、２８からシフトしてまたは下がって、チップを損傷しないで、薄膜４２、４４を損傷しないで、またはピックアップされたチップの保持を早期に解除しないで、効率的にウェハからチップを取り出す。好適には、回転ユニットは各ＩＣウェハから基板３０に近接した位置までシフトする。これにより、回転ユニットは正確にピックアップされたチップを移動する基板上に配置することができる。

特定の理論に限定するわけではないが、回転ユニット３８、４０、３８Ａ、４０Ａは、典型的には軸シャフトを介してステッピングモータに取り付けられる。回転ユニット３８Ａ、４０Ａをシフトさせる（例えば、持ち上げる、下げる）ために、当分野の技術者に周知である機械的リフタ（例えば、アーム、モータなど）が軸シャフト上で動作して、ヘッド５０、５２の回転位置に合わせてシャフトを上下動させる。その結果、回転ユニット３８Ａ、４０Ａは、ピックアンドプレースヘッドが所望のチップ２２、２４を取り込むために薄膜４２、４４に面するときに、各ＩＣウェハ２６、２８に最も近づき、回転ユニットが保持したチップを基板３０上に配置するために回転しているときに、各ＩＣウェハから最も遠くなる。機械的リフタは、回転ユニット３８Ａ、４０Ａを上下動させる例示的なシフト手段の少なくとも一部である。

第１の回転ユニット３８Ａおよび第２の回転ユニット４０Ａは移動して、各ＩＣウェハ２６、２８と連動したり連動から外れたりするので、ＩＣウェハを、Ｘ方向およびＹ方向に移動さるだけで、ウェハのチップ、好適には良好チップのみを回転ユニットのピックアンドプレースヘッド５０、５２と位置合わせすることができる。つまり、第１の位置決めユニット３４Ａおよび第２の位置決めユニット３６Ａは、Ｚ方向にＩＣウェハを移動させて回転ユニットと連動させたり連動から外したりする必要がなく、その代わり、ウェハをＸ方向およびＹ方向に移動するだけで、各回転ユニットが利用できる良好チップをピックアップできるようになる。したがって、ＩＣウェハと回転ユニットを互いに連動させたり連動から外したりする方法以外は、図２の回転式チップ取り付けステーション２０および図３の回転式チップ取り付けステーション８０は、ほぼ同じように動作する。

図２および図３で例示した好適な実施形態に関して、回転ユニット３８、３８Ａ、４０、４０Ａは、吸着力を使ってチップ５０、５２を取り込み、保持し、また吸着力を妨げ、または吸着力をブロックしてチップを放す。特定の理論に限定するわけではないが、ヘッドが回転ユニットの周囲を回転するとき、ピックアンドプレースヘッド５０、５２で断続的に吸着を入・切するするさまざま手法がある。例えば、各回転ユニットは、ヘッド５０、５２から、周期的に真空と連絡する内部開口部へと内部へ伸びる専用の空気流路または空気接触を含む。真空は、各回転ユニットが好適には上述したようにステッピング動作で回転可能である間、好適には固定されており、各回転ユニットと当接している。真空は、空気流路の内部開口部と連絡し、外気から回転ユニット内の空気流路へ空気を引き込み、ピックアンドプレース５０、５２での吸着力を生成する。各ヘッドの空気流路の内部開口部が真空との気体連絡した状態にあるとき、真空は空気流路経由で空気を引き込み、結合したピックアンドプレースヘッドでの吸着力を生成し、ヘッドがチップをピックアップするのが可能になる。真空は、各ヘッド５０、５２がチップ２２、２４のうちの１つをピックアップしようとする前からそのチップを基板上に配置する直前まで、内部開口部と連絡するように構成されている。言い換えれば、各ヘッド５０、５２での吸着力が必要である間、例えば、チップがＩＣウェハからピックアップされる前からチップが近接する基板上に移載され、チップが基板上に配置される時までずっと、真空は内部開口部と連絡する。真空と各ピックアンドプレースヘッド５０、５２との間の（空気流路を介した）連絡は、チップが基板に近接してチップの吸着保持を解除し、チップを基板上で放すときに、中断される。

特定の理論に限定するわけではないが、回転ユニットは、好適にはスプロケットホイール形状である。これは、一般に等間隔に離隔した奇数の外側先端部を有し、各外側先端部はピックアンドプレースヘッド５０、５２の１つを含む。このようにして、回転ユニットは、ステッピング動作で回転し、ヘッドを位置決めして薄膜４２、４４からチップ２２、２４を取り込むときに停止し、各ヘッドが取り込んだチップを移動する基板上に配置するときに移動することができる。好適には、回転ユニットは、ほぼ同じスピードで移動する基板上に各チップを最適に配置するために、取り込んだチップをほぼ基板３０のスピードで移動可能にするスピードで移動する。

図４は、回転プロセスにおいて、チップをウェハから基板へ直接取り出す例示的なプロセス１００を示す流れ図である。ステップＳ１０２において、回転ユニットは、好適にはステッピングモータの助力により、ステッピング動作で連続回転する。ステップＳ１０４において、好適にはＩＣウェハに位置するチップまたはＩＣを基板上に配置するために選択する。例えば、ＩＣ上のどのチップが良好であるか、または良好でないかを判断する検査や視覚システムの結果に基づいた通常の当業者に知られている方法でチップを選択してもよいし、またあまり好適とは言えないが、単にＩＣウェハの各チップを選択するだけでもよい。ステップＳ１０６において、選択したチップを回転ユニットと位置合わせする。選択したチップを回転ユニットと位置合わせする好適な手法は、支持部材を有する位置決めユニットを使用することである。この支持部材は、ＩＣウェハを保持し、ウェハを少なくともＸ方向およびＹ方向に移動させ、選択したチップを回転ユニットのピックアンドプレースヘッドと位置合わせするようにする。

ステップＳ１０８において、回転ユニットは選択したＩＣをピックアップする。選択したＩＣをピックアップするために、ＩＣウェハと回転ユニットとを互いに近接して配置し、回転ユニットのピックアップ部材（例えば、ピックアンドプレースヘッド）がＩＣウェハの薄膜を貫通し、必要であれば、ＩＣウェハから選択したチップをピックアップ（例えば、取り込み、吸着）できるようにする。ピックアップ部材は、その後、ステップＳ１１０において、選択したチップをＩＣウェハから取り出し、選択したチップを連続移動する基板に移動させる。回転ユニットとＩＣウェハは移動して、互いに連動したり、連動から外れたりする。これは、好適には、回転ユニットまたはＩＣウェハが他方に向かって移動し、互いに離れて、ウェハ下で回転ユニットの回転が妨げられないようにする状態で行われる。

好適には、回転ユニットは、ステッピング動作で回転し、選択したＩＣを基板に近接した位置になるまで回転ユニットの外周の周りを移動させる。ステップＳ１１２において、選択したＩＣを連続移動する基板上に配置する。好適には、チップの保持を解除することにより、例えば、ピックアップ部材（例えば、ピックアンドプレースヘッド）の吸着力を遮ることにより、または他の形でチップの取り込みを放すことにより、選択したＩＣを基板上に配置する。特定の理論に限定するわけではないが、このステップの間、回転ユニットは、周期的な停止同士の間で、好適には連続移動する基板のスピードに合致するスピードで移動している。即ち、移動している間は、回転ユニットの周囲の速度は、連続移動する基板のステッピング動作速度とほぼ同じである。これによって、選択したチップを合致するスピードの基板上に配置することが可能になり、基板上にチップを正確に配置することにつながる。チップをウェブに配置する場合、ウェブのスピードでチップが移動するので、配置の間、配置したチップはウェブ上で滑ることがない。このプロセス１００は、次に選択するチップに対して、好適には処理量を増大させるために一列に配置した複数の回転ユニットに対して、繰り返し行われる。

上述した回転式チップ取り付け方法およびその装置は、本発明の好適な実施形態を例示したものであって、例としてのみ挙げられたものであることは理解されたい。つまり、本発明の概念は、本明細書内に開示したものを含めて、さまざまな好適な実施形態に容易に適用することができる。本発明を詳しく、この特定の実施例を参照して以上に述べたが、当技術分野の技術者には、本発明の精神と範囲から逸脱せずに、種々の変更と修正を加えることが可能であることは明らかであろう。例えば、複数の回転ユニットのうちのいくつかおよび対応するＩＣウェハを直列で使用してもよいし、複数の回転ユニットのうちの他のものおよびＩＣウェハを互いに隣接して配置してもよいし、処理量を増大させるために行や列をなして基板上に非常に多くのチップを置いてもよい。さらに、ＩＣウェハを図面内で示したＩＣウェハとは上下逆さまの構成にして、ＩＣが薄膜の上面に位置するのではなく、薄膜から垂れ下がるようにしてもよい。この代替的構成においては、ピックアンドプレースヘッドは、ウェハからチップを取り込み、引き抜くために薄膜を貫通する必要がない。これ以上詳述しなくても、上述の内容が本発明を十分に説明するので、現在または将来の知識を適用することによって、本発明を種々の設備条件下で使用するように、容易に適合させることができる。

先行技術のＩＣウェハの上面図である。 本発明の第１の好適な実施形態の回転式チップ取り付け装置の側断面図である。 本発明の第２の好適な実施形態の回転式チップ取り付け装置の側断面図である。 好適な実施形態の例示的方法を示す流れ図である。

符号の説明

２０ 回転式チップ取り付けステーション、２２ チップ、２４ チップ、２６ ウェハ台（ウェハ）、２８ ウェハ台（ウェハ）、３０ 基板、３４ 第１の位置決めユニット、３６ 第２の位置決めユニット、３８ 第１の回転ユニット、４０ 第２の回転ユニット。

Claims (25)

1. 集積回路を第１の方向に移動する基板に移載する方法であって、
   （ａ）ウェハ台と前記基板との間で、回転ユニットを連続回転させるステップ
   （ｂ）前記集積回路のうち１つを選択するステップ
   （ｃ）前記選択した集積回路を、前記回転ユニット周りに外部に配置したピックアップ部材を有する前記回転ユニットと位置合わせするステップ
   （ｄ）前記ピックアップ部材のうちの１つを使用して、前記選択した集積回路を前記ウェハ台から取り出すステップ
   （ｅ）ステッピング動作で回転する前記回転ユニット周りの前記選択した集積回路を、前記移動する基板へ移動させるステップ、および
   （ｆ）前記選択した集積回路を、前記第１の方向に移動する基板上に配置するステップ
   を含む、方法。
2. 前記集積回路を、所望の集積回路および不要な集積回路の１つとして前記ウェハ台上にマッピングするステップをさらに含み、ステップ（ｂ）は前記所望の集積回路の１つのみを選択するステップを含む、請求項１に記載の方法。
3. 前記選択した集積回路を前記基板上に配置する間、前記基板を前記第１の方向に連続移動させるステップをさらに含む、請求項１の記載の方法。
4. 前記集積回路のうちの第２の集積回路を選択するステップ、
   前記第２の選択した集積回路を前記回転ユニットと位置合わせするステップ、
   前記ピックアップ部材のうちの第２のピックアップ部材を使用して、前記第２の選択した集積回路を前記ウェハ台から取り出すステップ、および
   前記第２の選択した集積回路を、前記基板上で、前記配置済みの選択した集積回路に近接して配置するステップ
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
5. 前記選択した集積回路の導電接触部分を前記基板の導電ストリップと位置合わせするステップ、および
   前記基板が前記第１の方向に移動するとき、前記導電接触部分を、前記導電ストリップと導電連絡するように配置するステップ
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
6. 前記選択した集積回路の前記導電接触部分間の前記導電ストリップ内に導電性ギャップを形成するステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
7. 前記選択した集積回路の前記導電接触部分を前記導電ストリップにボンディングするステップをさらに含む、請求項５に記載の方法。
8. ステップ（ａ）は、前記ウェハと前記基板との間で、前記回転ユニットをステッピング動作で回転させるステップを含む、請求項１に記載の方法。
9. ステップ（ｄ）の前に、前記ウェハ台を前記回転ユニットの方へシフトさせるステップ、
   ステップ（ｄ）の後に、前記ウェハ台を前記回転ユニットからシフトさせるステップ
   をさらに含む、請求項１に記載の方法。
10. ステップ（ｄ）の前に、前記回転ユニットを前記ウェハ台の方へシフトさせるステップ、
    ステップ（ｄ）の後に、前記回転ユニットを前記ウェハ台からシフトさせるステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
11. 第２のウェハ台と前記基板との間で、第２の回転ユニットをステッピング動作で連続回転させるステップ、
    前記第２のウェハ台から集積回路を選択するステップ、
    前記第２のウェハ台から選択した前記集積回路を、前記第２の回転ユニット周りに外部に配置したピックアップ部材を有する前記第２の回転ユニットと位置合わせするステップ、
    前記第２の回転ユニットの前記ピックアップ部材のうちの１つを使用して、前記選択した集積回路を前記第２のウェハ台から取り出すステップ、
    前記選択した集積回路を、前記第２の回転ユニットの周りの前記第２のウェハ台から移動する基板に移動させるステップ、
    前記第２のウェハ台からの前記選択した集積回路を、基板上に、前記第１のウェハ台からの選択された前記集積回路に近接して位置合わせして配置するステップ
    をさらに含む、請求項１に記載の方法。
12. 前記選択した集積回路を前記基板上に配置する間、前記基板を前記第１の方向に連続移動させるステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
13. 前記第１のウェハ台と前記第２のウェハ台から、所望の集積回路を、前記移動する基板上に交互に配置するステップをさらに含む、請求項１１に記載の方法。
14. 所定の集積回路を移載する装置であって、
    所望の集積回路または不要な集積回路としてマークされた複数の集積回路を有するウェハ台、
    一般に前記ウェハ台の下にあり、第１の方向に移動する基板、および
    前記ウェハ台と前記基板との間で連続回転する回転ユニットを備え、
    前記回転ユニットは、前記回転ユニットの外周の周りに広げられたピックアップ部材を含み、前記各ピックアップ部材は、各々の所望の集積回路をピックアップし、前記回転ユニットが回転する間、前記各々の所望の集積回路を保持し、前記各々の所望の集積回路を前記第１の方向に移動する前記基板上で放すように構成される、装置。
15. 前記回転ユニットは、前記ウェハと前記基板との間で、ステッピング動作で回転する、請求項１４に記載の装置。
16. 前記回転ユニットは歯付きホイールであり、前記ピックアップ部材は前記各々の所望の集積回路をピックアップする歯である、請求項１４に記載の装置。
17. 前記ウェハ台は前記集積回路を支持する薄膜を含み、前記ピックアップ部材は前記各々の所望の集積回路に近接した前記薄膜を貫通して、前記各々の所望の集積回路をピックアップする、請求項１４に記載の装置。
18. 前記ピックアップ部材は、前記各々の所望の集積回路をピックアップするための吸着力を生成する真空を含む、請求項１４に記載の装置。
19. 前記基板は導電ストリップを含み、前記回転ユニットは、前記基板が前記第１の方向に移動するとき、前記各々の所望の集積回路を前記導電ストリップ上に配置する、請求項１４に記載の装置。
20. 所望の集積回路または不要な集積回路としてマークされた複数の集積回路を有する第２のウェハ台、および
    前記第２のウェハ台と前記基板との間で、ステッピング動作で回転する第２の回転ユニットを備え、
    前記第２の回転ユニットは、前記第２の回転ユニットの外周の周りに広げられたピックアップ部材を含み、前記各ピックアップ部材は、各々の所望の集積回路をピックアップし、前記第２の回転ユニットが回転する間、前記各々の所望の集積回路を保持し、前記各々の所望の集積回路を、前記基板上に、前記第１の回転ユニットにより放された前記各々の所望の集積回路に近接して放すように構成される、請求項１４に記載の装置。
21. 前記ウェハ台に取り付けた位置決めユニットをさらに備え、前記位置決めユニットは、前記ウェハ台を前記回転ユニットの方へシフトさせる前記ウェハ台の位置決め制御を有し、前記ウェハ台と前記ピックアップ手段との間の接触を可能にして、前記ピックアップ部材が前記各々の所望の集積回路をピックアップできるようにすること、また前記位置決めユニットは、前記ウェハ台を前記回転ユニットからシフトさせる前記ウェハ台の位置決め制御を有し、前記ピックアップ部材によりピックアップされた前記各々の所望の集積回路と前記ウェハ上の近接した集積回路との間の接触を避ける、請求項１４に記載の装置。
22. 所定の集積回路をウェハ台から第１の方向に移動する基板に移載する装置であって、
    前記ウェハ台と前記基板との間で、回転ユニットを連続回転させる手段、
    前記集積回路を所望の集積回路または不要な集積回路として前記ウェハ台上にマッピングする手段、
    前記所望の集積回路のうちの１つを選択する手段、
    前記選択した集積回路を、前記回転ユニット周りに外部に配置されたピックアップ部材を有する前記回転ユニットと位置合わせする手段、
    前記ピックアップ部材のうちの１つを使用して、前記選択した集積回路を前記ウェハ台から取り出す手段、
    前記連続回転する回転ユニット周りの前記選択した集積回路を、前記移動する基板に移動させる手段、および
    前記選択した集積回路を、前記第１の方向に移動する前記基板上に配置する手段
    を備える、装置。
23. 前記所望の集積回路のうちの第２の集積回路を選択する手段、
    前記第２の選択した集積回路を前記回転ユニットと位置合わせする手段、
    前記ピックアップ部材のうちの第２のピックアップ部材を使用して、前記第２の選択した集積回路を前記ウェハ台から取り出す手段、および
    前記第２の選択した集積回路を、前記配置済みの選択した集積回路に近接した前記基板上に配置する手段
    をさらに備える、請求項２２に記載の装置。
24. 前記ウェハ台を、前記回転ユニットの方へシフトさせ、また前記回転ユニットからシフトさせる手段をさらに備える、請求項２２に記載の方法。
25. 前記回転ユニットを、前記ウェハ台の方へシフトさせ、また前記ウェハ台からシフトさせる手段をさらに備える、請求項２２に記載の方法。

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