JP2012501539A - ピックアンドプレース機 - Google Patents

Abstract

ピックステーションと、プレースステーションと、ダイをピックステーションから搬送路に沿ってプレースステーションに搬送するためのピック／プレースヘッドとを備えたピックアンドプレース機であって、搬送路上でダイの面を処理可能な、検査ユニットおよび／または洗浄ユニットを備えた、ダイ面処理手段をさらに備えたピックアンドプレース機。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に三次元集積回路（３ＤＩＣs）の製造用の、ピックアンドプレース機に関する。

さまざまな電子部品を印刷回路板などの基板上に載置するためにピックアンドプレース機が用いられることは周知である。従来のバックエンド製造環境においては、粒子汚染が問題になることは殆どない。汚染粒子がボンドパッドの周囲に詰まるといった極端な場合にのみ、ボンドワイヤの溶接またはフリップチップ相互接続の半田付けが損なわれることがある。

３ＤＩＣの出現により、ピックアンドプレース機に対する性能バーが大幅に上げられた。ダイツーウェーハおよびダイツーダイ形式の３ＤＩＣの製造においては、シリコン貫通電極（ＴＳＶｓ：Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａｓ）によるスタック内のダイ間の電気相互接続を可能にするために、十分に高精度に位置付けられたダイのスタックを作成する必要がある。ＴＳＶは、１〜２ミクロンの大きさのバンプを介して接続される。そのため、ダイ間のスタンドオフ距離を１ミクロン台にする必要がある。このスタンドオフ距離より大きな粒子でダイの表面が汚染されると、ＴＳＶが電気的に接触するようにダイを配置できないため、機能しないスタックとなる。このような汚染は、機能するスタックの製造歩留まりに不釣り合いな影響を及ぼす。その理由は、スタック内の何れか１つのダイの汚染がスタック全体を機能不全にしうるからである。

本発明の目的は、採算の合う高歩留まりの３ＤＩＣ製造を可能にするために汚染に取り組むピックアンドプレース機を提供することである。

この点を踏まえ、第１の側面によると、本発明は、
ピックステーションと、
プレースステーションと、
ダイをピックステーションから搬送路に沿ってプレースステーションに搬送するピック／プレースヘッドと、
を備えたピックアンドプレース機であって、
搬送路上でダイの面を処理可能な、検査ユニットおよび／または洗浄ユニットを備えた、ダイ面処理手段をさらに備えたピックアンドプレース機を提供しうる。

ダイ面の検査および／または洗浄を搬送路上で、すなわちダイが持ち上げられた後、載置される前に、行うことによって、本発明は、個々のダイの載置が成功する確率を高め、これにより機能するスタックの製造歩留まりを上げる。

一実施形態において、ダイ面処理手段は、検査ユニットのみを備える。別の実施形態において、ダイ面処理手段は、洗浄ユニットのみを備える。好適な一実施形態において、ダイ面処理手段は、検査ユニットと洗浄ユニットの両方を都合よく備える。この好適な実施形態においては、ダイを洗浄ユニットによって洗浄でき、その後に残存汚染の有無を検査ユニットによって検査できる。何らかの残存汚染がある場合は、そのダイを廃棄することも、洗浄および検査を再度行うこともできる。

第２の側面によると、本発明は、三次元集積回路の製造時にピックアンドプレース機を用いてダイのスタックを作成する方法を含みうる。この方法は、
ダイをピックステーションから持ち上げるステップであって、ピックアンドプレースサイクルを開始するステップと、
搬送先スタック上に載置するために第１のダイをプレースステーションに搬送するステップであって、ピックアンドプレースサイクルを終了させるステップと、
ピックアンドプレースサイクル中にダイの面を検査および／または洗浄するステップと、
を含む。

ピック動作中に、またはピックアンドプレースサイクル中に、搬送先スタックの一番上にある別のダイの面を検査および／または洗浄することが好ましい。

積み重ねる前に上記ダイおよび上記別のダイの該当面を検査および／または洗浄することは、載置を確実に成功させるために役立つ。

本発明の他の側面およびさらなる好適な特徴について、以下の説明において説明し、添付の特許請求の範囲において定義する。

以下に、添付図面を参照しながら本発明の例示的実施形態を説明する。

第１のピックアンドプレース機のレイアウトを示す。 第２のピックアンドプレース機のレイアウトを示す。 工程中のある時点において動作中の第２のピックアンドプレース機を示す。 工程中の別の時点において動作中の第２のピックアンドプレース機を示す。 工程中の別の時点において動作中の第２のピックアンドプレース機を示す。 工程中の別の時点において動作中の第２のピックアンドプレース機を示す。 第３のピックアンドプレース機のレイアウトを示す。

全体が参照符号１０で示されている第１のピックアンドプレース機が図１に示されている。

ピックアンドプレース機１０は、ピックアップウェーハ１４の形態の基板を含むピックステーション１２を備える。ピックアップウェーハ１４は、３ＤＩＣの製造に用いられるダイ５の配列を収容している。ピックステーション１２は、ダイ５をいつでも持ち上げ可能な水平の向きで差し出すように、ピックアップウェーハ１４を保持する。ピックアンドプレース機１０は、ターゲットウェーハ２２の形態の基板を含むプレースステーション２０をさらに備える。プレースステーション２０は、ターゲットウェーハ２２を水平の向きで保持する。ターゲットウェーハ２２は、作成中のダイのスタック７を収容する。

ピックアンドプレース機１０は、レーザーを含む第１の洗浄ユニット３０と、カメラユニットを含む第１の検査ユニット３２とをさらに備える。両ユニット３０、３２は、ピックステーション１２とプレースステーション１４との間にピックステーション１２に隣接して設置される。ピックアンドプレース機１０は、レーザーを含む第２の洗浄ユニット３４と、カメラユニットを含む第２の検査ユニット３６とをさらに備える。両ユニット３４、３６は、ターゲットウェーハ２２の上方に設置される。

ピックアンドプレース機１０は、ピックステーション１２とプレースステーション１４の間で移動可能な搬送ロボット４０をさらに備える。ロボット４０は、ダイ５の持ち上げおよび載置用のコレット４４を有するピック／プレースヘッド４２を備える。

動作時、ロボット４０はピックアップウェーハ１４の上方に位置付けられる。現在のピックアンドプレースサイクルを開始するために、参照符号８で示された特定のダイがその上面でピック／プレースヘッド４２によって持ち上げられる。次にロボット４０は、ダイ８を搬送路に沿ってターゲットウェーハ２２上の参照符号９で示された搬送先スタックへ移動させ始める。一般的な搬送路１００が図１に示されている。搬送路の途中でロボット４０は停止し、ダイ８が載置されるときに搬送先スタック９の一番上のダイの上面に当接するダイ８の底面が、その載置のために、以下の処理ステップによって準備される。すなわち、最初に、第１の洗浄ユニット３０がレーザーからの光線（図示せず）によってダイ８の底面の直接洗浄動作を行う。この洗浄動作の目的は、少なくとも５００ｎｍ以上、好ましくは１００ｎｍ以上、の粒子の除去を達成することである。

次に、第１の検査ユニット３２が明暗視野撮像手法を用いてダイ８の底面の光学検査を行う。この目的は、機能するスタックの形成を妨げる少なくとも上記のような大きさの表面汚染がダイ８の底面にないことを検証すると共に、欠け、欠落ボール、亀裂など、品質を損なう他の人工物を特定することである。この検査により残存汚染が見つかった場合は、洗浄を繰り返してもよい。この検査に数回合格しなかった場合は、ダイ８を廃棄し、代替品をピックアップウェーハ１４から取ってきてもよい。この検査に合格したダイ８は、プレースステーション２０上に搬送される。このピックアンドプレースサイクル中、ダイ８がプレースステーション２０に到達する前の何れかの時点において、第２の洗浄ユニット３４と第２の検査ユニット３６とによって実行される処理ステップによって、搬送先スタック９の一番上にあるダイの上面がダイ８を迎えるために準備される。第２の洗浄ユニット３４と第２の検査ユニット３６とによって行われるこれらの処理ステップは、第１の洗浄ユニット３０と第１の検査ユニット３２とによって行われる処理ステップと同じでもよい。

搬送されるダイ８の底面と搬送先スタック９の一番上にあるダイの上面とが上記の方法で前処理されていると、ダイ８の載置が成功する確率が高い。スタック内の各ダイが同じ方法で載置されるため、機能するスタックの製造歩留まりが高くなることも期待できる。

以降、図１に示す第１のピックアンドプレース機に関して説明した部分と同様の部分に言及するときは、同じ参照符号を使用する。

第２のピックアンドプレース機１０が図２に示されている。第２のピックアンドプレース機は、第１のピックアンドプレース機と異なり、調整可能な光学組み立て体５０により、搬送されるダイの底面と搬送先スタックの一番上にあるダイの上面の両方を第１の洗浄ユニット３０と第１の検査ユニット３２とで処理できるため、第２の洗浄ユニット３４と第２の検査ユニット３６とを省きうる。光学組み立て体５０は、複数の調整可能なミラー５０ａ、５０ｂ、５０ｃを備える。

次に、図３（ａ）、図３（ｂ）、図３（ｃ）、図３（ｄ）を参照しながら第２のピックアンドプレース機１０の動作について説明する。図３（ａ）において、ピック／プレースヘッド４２はダイ８を持ち上げる。このピック動作の実行と同時に、第１の洗浄ユニット３０からのレーザー光線３０ａが搬送先スタック９の一番上にあるダイに向けられるように光学組み立て体５０が調整される。搬送先スタック９の一番上にあるダイの上面の洗浄後、第１の検査ユニット３２がその面の光学検査を行えるように、図３（ｂ）に示すように光学組み立て体５０が調整される。次に、図３（ｃ）に示すように、ロボット４０は、ダイ８の底面が洗浄される位置まで、ダイ８を搬送路１００に沿って移動させる。次に、図３（ｄ）に示すように、第１の検査ユニット３２を用いた目視検査によってこの洗浄動作の結果が検証される。次に、スタック９上へのダイ８の載置が行われる。

第２のピックアンドプレース機１０の一変形例において、第１の洗浄ユニット３０と第１の検査ユニット３２とは異なる光路を用いる。このような場合は、各ユニット３０、３２に個別の光学組み立て体を設けてもよい。

第３のピックアンドプレース機１０が図４に示されている。第３のピックアンドプレース機１０は、第２のピックアンドプレース機と異なり、衝撃波洗浄によって洗浄動作を行うように洗浄ユニット３０が構成される。

他の複数の実施形態において、洗浄ユニット３０、３４は、ナノスプレー／オーシャンスプレー、メガソニック洗浄、高電圧洗浄、湿式レーザー洗浄／蒸気レーザー洗浄、液体噴射、超音波ノズルによる洗浄、ブラッシング、レーザーアブレーション、スクラビング（ＰＶＡ＋ＵＰＷ）、ＣＯ_２スノー、エアナイフ／エアジェット、またはこれらの組み合わせによって洗浄を行いうる。湿式洗浄手法を用いる場合は、載置前にダイ８を乾燥させる必要がある。適した乾燥手法として、光（可視ＩＲ）、レーザー（可視ＩＲ）、マイクロ波技術、エアナイフ、熱風、またはこれらの組み合わせが挙げられる。

他の複数の実施形態において、検査ユニット３２、３６は、明暗視野撮像の代わりに、他の光学検査および計測手法を使用しうる。

他の複数の実施形態においては、ロボット４０の代わりに、回転タレットによってピック／プレースヘッド４２を動かすこともできる。

Claims (15)

1. ピックステーションと、
   プレースステーションと、
   ダイをピックステーションから搬送路に沿って前記プレースステーションに搬送するピック／プレースヘッドと、
   を備えたピックアンドプレース機であって、
   前記搬送路上で前記ダイの面を処理可能な、検査ユニットおよび／または洗浄ユニットを備えた、ダイ面処理手段をさらに備えたピックアンドプレース機。
2. 前記ダイ面処理手段は前記検査ユニットのみを備える、請求項１に記載のピックアンドプレース機。
3. 前記ダイ面処理手段は前記洗浄ユニットのみを備える、請求項１に記載のピックアンドプレース機。
4. 前記ダイ面処理手段は、前記検査ユニットと前記洗浄ユニットとを備える、請求項１に記載のピックアンドプレース機。
5. 前記ダイ面処理手段は、前記プレースステーションにある別のダイの面をさらに処理可能である、先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
6. 前記別のダイの前記面を前記ダイ面処理手段によって処理するための調整可能な光学組み立て体をさらに備える、請求項５に記載のピックアンドプレース機。
7. 前記ピック／プレースヘッドが前記搬送路上にあるとき、またはピック動作の実行中に、前記プレースステーションにある別のダイの面を処理可能な、検査ユニットおよび／または洗浄ユニットを備えた、別のダイ面処理手段をさらに備える、請求項１乃至４の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
8. 前記ダイの前記処理された面が前記別のダイの前記処理された面に載置されるように構成される、請求項５乃至７の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
9. 前記ピック／プレースヘッドを前記搬送路に沿って移動させるためのロボットをさらに備える、先行請求項の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
10. 前記ピック／プレースヘッドを前記搬送路に沿って移動させるために前記ピック／プレースヘッドが取り付けられる回転式タレットをさらに備える、請求項１乃至８の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
11. 前記洗浄ユニットは、直接レーザー洗浄またはレーザー衝撃波洗浄を行えるレーザーを備える、請求項３乃至１０の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
12. 前記洗浄ユニットは、光洗浄動作または光を用いない湿式洗浄動作を行うための手段を備える、請求項３乃至１０の何れか１項に記載のピックアンドプレース機。
13. 前記ピックアンドプレース機は、洗浄されたダイ面を載置前に乾燥させるための乾燥手段をさらに備える、請求項１２に記載のピックアンドプレース機。
14. 三次元集積回路の製造においてピックアンドプレース機を用いてダイのスタックを作成する方法であって、
    ダイをピックステーションから持ち上げるステップであって、ピックアンドプレースサイクルを開始するステップと、
    搬送先スタック上に載置するために前記第１のダイをプレースステーションに搬送するステップであって、前記ピックアンドプレースサイクルを終了させるステップと、
    前記ピックアンドプレースサイクル中に前記ダイの面を検査および／または洗浄するステップと、
    を含む方法。
15. 前記ピック動作中または前記ピックアンドプレースサイクル中に、前記搬送先スタックの一番上にある別のダイの面を検査および／または洗浄するステップをさらに含む、請求項１４に記載の方法。