JP2011519153A - ウエーハレベルパッケージング用の半導体ダイソータ - Google Patents

Abstract

半導体ダイをソートするためのダイソータが提供される。ダイソータは、ダイをソートするための割出し機構を備えた回転タレットモジュール（１９）を備え、回転タレットモジュール（１９）は回転動作を生成するためにモータにさらに結合される。フリッパーモジュール（２０）のフリップ工程を可能にするために、回転作動手段（７２）を備えた複数のフリッパーモジュール（２０）が回転タレットモジュール（１９）に結合される。一実施形態において、ダイのピックアンドプレース作業のためにキャビティシャトル（９３）を開放位置に移動させるために複数のシャッター開放装置（５５）がフリッパーモジュール（２０）に作動可能に結合される。好ましい一実施形態において、フリップ機構を始動させる前にキャビティホルダ（７４）のロックを解除するために複数のキャビティ解除手段（５７）がフリッパーモジュール（２０）に作動可能に結合され、それ故キャビティ解除手段（５７）は回転タレットモジュール（１９）上に設置されたカム機構である。フリッパーモジュール（２０）はさらに、フリッパーモジュール（２０）を水平位置に固定し、かつそれが横滑りしないようにするためにキャビティロック（７５）を備える。好ましい一実施形態において、シャッター開放装置（５５）はモータに作動可能に結合され、これによりモータの時計回りまたは反時計回りのいずれかの１回の回転動作によってキャビティシャトル（９３）が開放される。
【選択図】図１ａ

Description

本発明は半導体の製作に関し、より詳細には既知の良好なダイを製作するためのダイソータに関する。

本発明は、ウエーハレベルパッケージング（ＷＬＰ）のバックエンド工程の分野、すなわちベアウエーハダイ、バンプダイまたはウエーハリング形態でのリードレスパッケージのソートのカテゴリに関する。半導体ダイの製作に広く採用される方法の１つは、ベアダイ、バンプダイおよびリードレスパッケージをウエーハリングまたは他の土台から選び出すことである。ＷＬＰダイおよびリードレスパッケージの典型的な半導体バックエンド製造工程において、ダイおよびパッケージのバッチが半導体材料の円形ウエーハの中に形成される。製造工程の終わりに向けて、円形ウエーハはＭｙｌａｒなどと一緒にウエーハリング上に配置される。このウエーハリングはその後、これらのダイ／パッケージを切り離すためにダイシング装置に装填される。製作および／またはソーイング工程（この工程は非常に重要かつ繊細である）において、個々のダイが破損するあるいは不良品となる可能性がある。不良ダイを出荷したりあるいは使用したりするのを阻止するために、ダイが組立工程の次の段階に移されないうちにダイレベルでの機能レベルを判定する目的で各ダイがテストされるあるいは厳密に精査される。ダイソート（これはテストと共にその場で可能である）は、テストステップより特定されたダイを選び出す。例えばテストは、ダイ／パッケージに要求される性能レベルに応じてダイ／パッケージを「優良」または「不良」と特定することができる。製造コストを削減するためにこの業界の方向はバンプダイへと向かっており、これはより小さい専有面積で集積回路を製作しコストを削減させる。

ダイソートはダイソータと呼ばれる機器によって通常行なわれる。ダイソータは典型的には、ソートすべきダイを含んでいるウエーハリングを受け取る。個々のダイ／パッケージがその後ウエーハリングから選択され、出力搬送装置に配置される。従来のダイソータは装填部と出力部を含み、それらは完全に自動でありウエーハを２５以上のロットで処理する。しかしながら出力搬送装置はそれぞれ異なるため（例えばサイズ、ダイトレイおよび／または処理の手順が異なる）、ダイソータは、様々な出力搬送装置を収容するために順応性がある必要がある。したがって、それらの違いに適合するために異なる出力搬送装置を使用するたびにダイソータを変更する（例えば機械的におよび／またはソフトウェアに合わせて）ことができなければならない。典型的にはウエーハはカセットの中に入れられて搬送され、ダイソートのために装填部に配置される。ウエーハハンドラが各ウエーハリングを保管カセットからプリアライナーまたはエキスパンダに順次装填し、そこでバーコード形式などのウエーハＩＤが読み取られ、ホストからマッピングファイルがロードされる。ウエーハＭｙｌａｒはその後機械手段によってエキスパンドされ、エキスパンダステージによってウエーハリングがピックアンドプレースステーションに付近に移動される。次いで視覚的な補助によって平坦なまたはノッチなど他の物理的な目印の位置を定めることによってウエーハリングが事前に配向され、この配向はダイソートのためのＸ−Ｙステージの運動に適合するような位置である。

従来のピックアンドプレース手法は、ウエーハリングの下のプランジャの動きと同期してエキスパンドされたリングからダイを抜き取るピックアームを有し、ピックアームはウエーハリングからダイ／パッケージを抜き取った後ダイ／パッケージをひっくり返し、このダイ／パッケージを搬送テープ内に配置する別のピックアームにダイ／パッケージを移動させる永続的なフリップ機構を有する。従来のダイ／パッケージソータは、ウエーハリングからダイ／パッケージを抜き取る前またはそれが第１のピックアーム上にある間のバンプ側の表面品質検査、およびダイ／パッケージを搬送テープポケット内に配置した後の別の面の検査のためにカメラを提案または利用しており、この手法には搬送テープから不良のダイ／パッケージを抜き取りその後良好なダイ／パッケージと交換するために追加の機構などが所定の場所になければならないという制限があり、これはこのような交換の際に機械の通常の作動を停止させ、ＵＰＨに影響を与えることになる。

従来のピックアンドプレース作業に関する別の制限は、ダイ／パッケージのサイズおよび検査基準によって要件が高まるとき、この業界の期待に応えるために観察能力を拡大または強化するという制限がある。

この従来の手法に関する別の制限は、作業が一連のシーケンスであり、処理中のウエーハのソート作業が完了しカセットに戻されるまでは新しいウエーハリングを装填しマッピングファイルを事前に読み込むことができないため、ウエーハ交換超過時間がより長くなることである。

本発明は、ダイソータ装置およびそのための方法を提供する。本発明の一態様によると、ダイソータは回転タレット手法においてウエーハリング交換トラックおよびフリッパー機構を利用する。フリップ機能は製作要件によって作動される場合と作動されない場合があり、業界の要求に応えるために特定の検査基準に達するように複数のステーションにおける複数の観察を容易にすることができる。これら全ての工程は並行して同時に行なわれる工程であり、したがってそれによって新たな機能に加えるのに追加のサイクルタイムが生じることはない。

一実施形態によると、ウエーハリングを迅速に交換するトラックシステムに含まれるソータの装填部は、ピックアンドプレース作業と独立して作用する。本発明の一実施形態によると、ウエーハリング迅速交換システム（ＷＱＣＳ）の設計によりウエーハリング交換の超過時間が短縮する。１つのウエーハがソート作業中に新しいウエーハをＷＱＣＳに装填することが可能であり、このスタンドバイ位置でウエーハＩＤが読み取られホストからマッピングファイルを事前にロードすることができ、ソートが完了するとそれはＷＱＣＳに戻るように移動され、待機しているウエーハがソートのためにエキスパンダに装填される。

本発明の別の実施形態によると、ピックアンドプレース作業は、１２個のステーションを備えた回転タレットを利用し、ステーションの総数は用途の要件次第で増減させることができる。個々のステーションは、ダイ投入、ダイ出力、ダイ拒絶出力、３Ｄバンプ検査、表面品質検査、ダイフリップ、および品質チェックの他の多くの視覚検査作業などそれぞれ固有の機能を果たすように指定されている。この回転タレットの概念では、各ステーションは並行して同時に処理を行なう。フリッパーは、キャビティユニットの両側にシャトルプレートを備えた独自の設計であり、このキャビティポケット内にダイ／パッケージが配置され、回転タレットが割り出しする際、ダイが脱落するあるいは飛び散ることのないようにこのシャトルプレートによって保護される。頂部のシャトルプレートは、ダイのピックアンドプレース、すなわち視覚検査が必要なステーションにおいて開放するトリガーである。

以下の図面と共に採用される以下の詳細な記載と併せて本発明はより完全に理解されるであろう。

本発明の付加的特徴は、この図面と併せて採用される際以下の詳細な記載および特許請求の範囲からより容易に明らかになるであろう。

本発明による自動ウエーハダイソータの頂部平面図である。 ダイパッケージ品質の視覚検査のための位置の頂部平面図である。 ウエーハリング迅速交換システムの等角図である。 ウエーハリング迅速交換システムの側部平面図である。 ウエーハリング迅速交換システムの工程のフローチャートである。 本発明による主要なタレットシステムの等角図である。 本発明による主要なタレットシステムの頂部平面図である。 本発明によるフリッパーモジュールの等角図である。 本発明によるフリッパー作動装置ユニットの等角図である。 本発明によるフリッパー作動装置ユニットの側部平面図である。 本発明によるフリッパーキャビティユニットの等角図である。 本発明によるフリッパーキャビティユニットの側部平面図である。

図１ａは、本発明の一態様によるダイソータ（１１）の全体の構成を示す。好ましい一実施形態において、カセット昇降機（１２）であるダイソータ（１１）の装填部は、垂直方向にウエーハカセットを割り出すための電動式の垂直軸で構成される。本発明の好ましい一実施形態によると、ウエーハリング迅速交換システム（ＷＱＣＳ）（１４）の設計によりウエーハリング交換の超過時間が短縮される。ウエーハハンドラ（１３）が各ウエーハをウエーハカセットからＷＱＣＳ（１４）の上部トラック（４３）に順次装填し、その後ウエーハのバーコードなどウエーハのＩＤを読み取るためにＷＱＣＳ（１４）に搭載された第１カメラ（２５）によってウエーハＩＤが取り込まれる。システムは次いで、ウエーハの個々のダイの同一性ならびに位置をマッピングするためにホストシステムからウエーハマッピングファイルをロードする。ウエーハハンドラ（１３）は続いてウエーハをエキスパンダステーション（１７）に移動させ、ウエーハを保持するＭｙｌａｒがエキスパンドされ、エキスパンダＸ−Ｙ運動ステージ（１６）によってウエーハが第２カメラ（３１）の下に適切に移動され、平坦なまたはノッチなどの物理的な目印の位置を定めるのに第２カメラ（３１）を使用することによってウエーハの中心地点および最初のダイを抜き取る位置が得られる。ウエーハは次いで、最初のダイを抜き取るためにこの特定された位置に従って位置決めされ配向される。

さらに図１を参照しかつ図４ｂおよび図７ａを参照すると、第１のピックアーム（１８）がウエーハリングの下のプランジャ（１５）の動きと同期してエキスパンドされたリングからダイを抜き取り、第１ステーション（１０１）でフリッパーモジュール（２０）のキャビティポケット（９２）にそれを配置する。頂部のキャビティシャトル（９３）が閉鎖した後回転タレットモジュール（１９）が反時計回りに１回の割り出しを行い、第１ステーション（１０１）でフリッパーモジュール（２０）のキャビティポケット（９２）内に次のダイを配置するために所定の位置に割り出した後、シャトル開放装置（５５）が再びキャビティシャトル（９３ａ）を開放させ、第２ステーション（１０２）で第３のカメラ（３２）の検査が行なわれる。これに続く工程および視覚検査は、それぞれのステーション（１０１から１１２）で並行して同時に行なわれる。

第７ステーション（１０７）で良好なダイが第２のピックアーム（２１）によって出力テープおよび実在するモジュール（２２）へと取り出され、不良ダイは、第１０ステーション（１１０）で第３のピックアーム（２３）によってＪＥＤＥＣトレイモジュール（２４）に出力される。

図１ｂは、本発明に関する視覚検査に使用される様々なカメラの位置を示しており、本発明の好ましい一実施形態では、第２カメラ（３１）は、ピックアンドプレース作業のためのウエーハの位置合わせおよびダイの調整に使用される。第３カメラ（３２）は、ダイの底部側でのダイバンプおよび表面の品質検査を目的としている。第４カメラ（３３）は、頂部側でのダイのマーキングおよび表面品質検査を目的としている。第５カメラ（３４）は、ダイの４つの面での表面品質を検査するのに使用される。第６カメラ（３５）は、搬送テープ内に配置した後のダイの配向をチェックするのに使用される。第７カメラ（３６）は、搬送テープの密閉特性を検査するのに使用される。第３カメラ（３２）および第４カメラ（３３）に関して、頂部キャビティシャトル（９３ａ）が開放するように作動された後、それはダイ像を捕らえる。

図２ａはウエーハリング迅速交換システム（ＷＱＣＳ）の等角図であり、図２ｂはウエーハリング迅速交換システム（ＷＱＣＳ）の側部平面図である。本発明の好ましい一実施形態において、図２ａおよび図２ｂは、ウエーハカセットとエキスパンダモジュールとの間でウエーハリング（４２）を装填したり取り出したりする緩衝ステーションである。図３は、ウエーハリング迅速交換システム（ＷＱＣＳ）の工程フローチャートであり、好ましい一実施形態において最初のウエーハがカセットから上部トラック（４３）に装填され、続いてウエーハの同一性を表すウエーハリングＩＤが読み取られ登録される。好ましい一実施形態において、システムは次いでホストシステムからウエーハマッピングファイルをロードし、個々のダイの同一性ならびに位置をマッピングする。ウエーハハンドラ（１３）がその後、ソート作業のためにウエーハをエキスパンダステーション（１７）に移動させる。ソート作業が完了するとウエーハはその後エキスパンダから取り出され、最終的には抜き取られる。この作業は最後のウエーハが完了するまで繰り返される。

図４ａおよび図４ｂは、この産業の従来のメーカーとは異なるダイソータを作製する本発明の核心である回転タレットモジュール（１９）の全体の設計を示す。本発明の好ましい一実施形態において、回転タレットモジュール（１９）は、回転タレットモジュール（１９）を、それぞれのステーションで同期してマルチタスクを果たしダイのピックアンドプレースにおいてこの業界で好まれる２タッチの手法を維持する一方でダイ当たり２４０ｍｓより短いサイクルタイムに応える優れた概念にするもう１つの発明である多数のフリッパーモジュール（２０）で構成される。

好ましい一実施形態において、モジュールはまたモータ（５４）に結合された３つのシャトル開放装置（５５ａ、５５ｂおよび５５ｃ）を有し、時計回りまたは反時計回り（６２）のいずれかのモータの１回の回転運動によってモータは３つの全てのシャトル開放装置（５５ａ、５５ｂおよび５５ｃ）を同時に作動させ、これは第１ステーション（１０１）、第２ステーション（１０２）、第６ステーション（１０６）、第７ステーション（１０７）および第１０ステーション（１１０）において頂部キャビティシャトル（９３ａ）を第３の直線方向（６３ａおよび６３ｂ）に移動させる。好ましい一実施形態において、図４ａおよび図７ａに見られるように、各シャトル開放装置（５５）は、キャビティシャトル（９３）上に設置されたカム従動子（９５）を引っかけ内側に直線に移動する際それを開放位置に誘導する１つまたは２つのかぎ爪指（５６）を有する。その後ダイが第１の方向（６１）からキャビティポケット（９２）内に配置され、良好なダイが第２の方向（６４）で搬送テープモジュールに対して外に移動される一方、不良ダイは、モジュールを拒むように第４の方向（６５）に進む。

図６ａおよび図６ｂを参照すると、フリッパーモジュール（２０）は、タレットモータ（５１）によって反時計方向に割り出す回転板（５２）上に設置され、各割り出しがフリッパーモジュール（２０）を次のステーションに対して１段階前に移動させ、これによりキャビティポケット（９２）内のダイに対して工程が実施される。キャビティ解除装置（５７）はカム機構であり、位置（１２１）と（１２２）に設置され、回転板（５２）がこれら２つの位置を通過して割り出すとき、カム従動子（７９）がキャビティ解除装置（５７）の表面に対して摺動し、キャビティロック（７５）を後方に移動するように誘導し、キャビティホルダ（７４）を自由にし、この割り出しが停止している間にフリッパーモジュール（２０）上の回転作動装置（７２）を作動させることによってフリップ工程を実現させることができる。

図５は、本発明の一態様によるフリッパーモジュール（２０）の完全な設計を示す。好ましい一実施形態において、フリッパーモジュールは、図６ａおよび図６ｂとして示されるフリッパー作動装置ユニット（６０）と、図７ａおよび図７ｂとして示されるフリッパーキャビティユニット（９０）の２つの部分に分けることができる。好ましい一実施形態によると、フリッパー作動装置ユニット（６０）上でキャビティユニット（９０）はキャビティホルダ（７４）に相対する組立体であり、２つのねじ（７７）によってしっかり締められ、キャビティホルダ（７４）の他端は、回転作動装置（７２）と一列になるように取付けられた軸継手（７２）に装着され、回転作動装置（７２）が作動される際それがキャビティユニット（９０）を１８０°反転させ、これによりキャビティポケット（９２）内にあるダイの別の面が上を向く。キャビティユニット（９０）はウエーハリングに対して水平レベルを維持し、キャビティホルダ（７４）上に設置されたロックピン（７６）に対してキャビティロック（７５）を押し当て、キャビティロック（７５）は、戻り機構としてばね（７８）を使用し、滑らかな摺動運動としてクロスローラ（８１）を使用する。完全なフリッパーモジュール（２０）が、フリッパーベース（７１）によって回転板（５２）に取り付けられる。

好ましい一実施形態において、図７ａおよび図７ｂに見られるように、キャビティユニット（９０）は、摺動機構としてのクロスローラ（９４）と、戻り機構としてのばね（９６）を介してキャビティベース（９１）に取り付けられた２つのシャトル板を有し、頂部キャビティシャトル（９３ａ）は、回転板（５２）が割り出すときダイがキャビティポケット（９２）から飛び出さないように保護カバーとして作用し、キャビティシャトル（９３ｂ）は、ダイの支持ベースとして作用する。

本明細書の方法の作業が特定の順序で示され記載されているが、特定の作業を逆の順序で行なうことができるように、または特定の作業を少なくとも部分的に他の作業と同時に行なうことができるようにそれぞれの方法の作業の順序は変更することが可能である。本発明の特定の実施形態が記載され示されてきたが、本発明はこのように記載され示される特定の形態または部品の構成に限定されない。本発明の範囲は、添付の特許請求の範囲およびその均等物によって定義されるべきである。

Claims (6)

1. ダイをソートするための割出し機構を備え、回転動作を生成するためにモータ（５１）に結合された回転タレットモジュール（１９）と、
   複数のダイを搬送およびフリップするために前記回転タレットモジュール（１９）に結合された複数のフリッパーモジュール（２０）と、を備える半導体ダイをソートするためのダイソータであって、前記フリッパーモジュール（２０）が、前記フリッパーモジュール（２０）のキャビティポケット（９２）内のダイのピックアンドプレースおよび視覚検査作業のために前記フリッパーモジュール（２０）のキャビティシャトル（９３）を開放位置に移動させるために前記フリッパーモジュール（２０）に作動可能に結合され、前記フリッパーモジュール（２０）が次の作業のために１つのステーションから次のステーションに素早く動くとき前記キャビティシャトル（９３）が閉鎖位置へ移動する複数のシャッター開放装置（５５）と、
   前記フリップ機構を始動させる前に前記フリッパーモジュールのキャビティホルダ（７４）のロックを解除するために前記フリッパーモジュール（２０）に作動可能に結合され、前記回転タレットモジュール（１９）上に設置されたカム機構である前記フリッパーモジュール（２０）の複数のキャビティ解除手段（５７）と、を備えるダイソータ。
2. 前記フリッパーモジュール（２０）が、前記フリッパーモジュール（２０）の前記フリップ工程を可能にするために回転作動装置（７２）をさらに備える、請求項１に記載のダイソータ。
3. 前記フリッパーモジュール（２０）が、回転板（５２）の割出し動作中、前記フリッパーモジュールを水平位置に固定し、かつそれが横滑りしないようにするためにキャビティロック（７５）をさらに備える、請求項１に記載のダイソータ。
4. 前記キャビティユニットが様々なサイズのダイパッケージの要求に応えるために調節可能である、請求項１に記載のダイソータ。
5. 前記シャッター開放装置（５５）が作動可能にモータに結合され、これにより前記モータの時計回りまたは反時計回りのいずれかの１回の回転動作によって前記キャビティシャトル（９３）が開放される、請求項１に記載のダイソータ。
6. 視覚検査による品質チェックのために前記ダイソート工程の様々なステージに作動可能に配置された複数のカメラをさらに備える、請求項１に記載のダイソータ。

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