JP2013065627A - ダイボンダ及びボンディング方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】既にボンディングしたダイに対してダイを１８０度回転させて積層しても、製品品質の高いダイボンダ又はボンディング方法を提供する。
【解決手段】ピックアップヘッド２１でウェハからダイＤをピックアップしアライメントステージ３１に前記ダイＤを載置し、ボンディングヘッド４１で前記アライメントステージ３１から前記ダイＤをピックアップし基板又は既にボンディングされたダイＤ上にボンディングするダイボンダ又はボンディング方法において、前記ボンディングヘッド４１が前記アライメントステージ３１から前記ダイＤをピックアップする前に前記ダイＤの姿勢を前記ボンディングする面に平行な面で所定角度で回転させる。
【選択図】図４

Description

本発明は、ダイボンダ及びボンディング方法に係わり、特に製品品質の高いダイボンダ及びボンディング方法に関する。
ダイ（半導体チップ）（以下、単にダイという）を配線基板やリードフレームなどの基板に搭載してパッケージを組み立てる工程の一部に、半導体ウエハ（以下、単にウエハという）からダイを分割する工程と、分割したダイを基板上に搭載又は既にボンディングしたダイに積層するボンディング工程とがある。
ボンディング工程を行う方法として、ピックアップしたダイを一度部品載置テーブル（アライメントステージ）に載置し、ボンディングヘッドで部品載置テーブルから再度ダイをピックアップし、搬送されてきた基板にボンディングする方法（特許文献１）がある。一方、ＦｌａｓｈメモリやモバイルＲＡＭ（Random Access Memory）などにおいて、回転させない０度のダイと１８０度回転させたダイとを積層してボンディングする要求がある。特許文献１のようなダイを一度載置する技術において、その要求に答えるために、ボンディングヘッドを１８０度回転させてボンディングしていた。
特開２００９−２４６２８５号公報
しかしながら、ボンディングヘッドを回転させると回転軸の傾き又は回転軸とコレットとの傾きによりボンディング面が傾斜する。０度、１８０度の少なくとも一方で調整するが、どちらかの姿勢を正しく調整できても、他方の姿勢では傾きができる。その結果、既にボンディングしたダイに対して１８０度回転してダイを積層してボンディングすると、ダイとダイとの間にボイドが発生するおそれがある。また、傾きによる回転中心ずれが発生し、積層精度が低下する。結局、これ等の要因により製品の品質が低下をする。また、単純に基板にダイをボンディングしても他方の姿勢でボンディングしても同様に傾斜でき、積層する場合ほど厳しくはないが、同様な課題が存在する。
従って、本発明の目的は、特に、既にボンディングしたダイに対してダイを１８０度回転させて積層しても、製品品質の高いダイボンダ又はボンディング方法を提供することである。
本発明は、上記目的を達成するために、少なくとも以下の特徴を有する。
本発明は、ウェハを保持するダイ供給部と、前記ウェハからダイをピックアップしアライメントステージに前記ダイを載置するピックアップヘッドと、前記アライメントステージから前記ダイをピックアップし基板又は既にボンディングされたダイ上にボンディングするボンディングヘッドと、前記ボンディングヘッドが前記アライメントステージから前記ダイをピックアップする前に前記ダイの姿勢を前記ボンディングする面に平行な面で所定角度で回転させるダイ回転手段と、を有することを第１の特徴とする。
また、本発明は、ピックアップヘッドでウェハからダイをピックアップしアライメントステージに前記ダイを載置するピックアップステップと、ボンディングヘッドで前記アライメントステージから前記ダイをピックアップし基板又は既にボンディングされたダイ上にボンディングするボンディングヘッドステップと、前記ボンディングヘッドが前記アライメントステージから前記ダイをピックアップする前に前記ダイの姿勢を前記ボンディングする面に平行な面で所定角度で回転させるダイ回転ステップと、を有することを第２の特徴とする。
さらに、前記ボンディングヘッドが前記アライメントステージから前記ダイをピックアップする前に前記ダイを前記所定角度で回転させるかを判断することを第３の特徴とする。
また、本発明は、前記ダイを前記所定角度で回転して行なうボンディングと、前記ダイを前記所定角度で回転させずに行なうボンディングとを交互に行なうことを第４の特徴とする。
さらに、本発明は、前記ダイの回転は前記アライメントステージを回転させて行なう
ことを第５の特徴とする。
また、本発明は、前記ダイの回転は前記ピックアップヘッドを所定角度で回転させて行なうことを第６の特徴とする。
さらに、本発明は、前記所定角度は１８０度或いは９０度であることを第７の特徴とする。
また、本発明は、前記アライメントステージを２台設け、複数の前記ウェハからそれぞれダイをピックアップし、前記複数の単位で２台の前記アライメントステージに交互に載置し、前記複数の単位で２台の前記アライメントステージから交互に前記ダイをピックアップし、２台の前記アライメントステージを前記ボンディングヘッドの移動方向に平行に互いに反対方向に移動させることを第８の特徴とする。
従って、本発明によれば、特に、既にボンディングしたダイに対してダイを１８０度回転させて積層しても、製品品質の高いダイボンダ又はボンディング方法を提供できる。
本発明の実施形態１であるダイボンダ１０の概略上面図である。 本発明の実施形態１の特徴であるダイ回転手段の第１の実施例１の構成と動作を示す図である。 図２に示す実施例１における動作フローを示す図である。 本発明の実施形態１の特徴であるダイ回転手段の第２の実施例２の構成と動作を示す図である。 図４に示す実施例２における動作フローを示す図である。 本発明の実施形態２であるダイボンダ１０Ａの概略上面図である。 本発明の実施形態２の特徴であるダイ回転手段を有する第３の実施例３の構成と動作を示す図である。
以下本発明の実施形態を図面を用いて説明する。
（実施形態１）
図１は本発明の実施形態１であるダイボンダ１０の概略上面図である。図２は、図１において矢印Ａ方向から見た本実施形態の特徴を示す構成とその動作を説明する図である。
ダイボンダ１０は、大別して、基板Ｐに実装するダイＤを供給するダイ供給部１と、ダイ供給部１からダイをピックアップするピックアップ部２と、ピックアップされたダイＤを中間的に一度載置するアライメント部３と、アライメント部のダイＤをピックアップし基板Ｐ又は既にボンディングされたダイの上にボンディングするボンディング部４と、基板Ｐを実装位置に搬送する搬送部５、搬送部５に基板を供給する基板供給部６と、実装された基板６を受け取る基板搬出部７と、各部の動作を監視し制御する制御部８と、を有する。
まず、ダイ供給部１は、ウェハ１１を保持するウェハ保持台１２とウェハ１１からダイＤを突き上げる点線で示す突き上げユニット１３とを有する。ダイ供給部１は図示しない駆動手段によってＸＹ方向に移動し、ピックアップするダイＤを突き上げユニット１３の位置に移動させる。
ピックアップ部２は、突き上げユニット１３で突き上げられたダイＤを先端に吸着保持するコレット２２（図２も参照）を有し、ダイＤをピックアップし、アライメント部３に載置するピックアップヘッド２１と、ピックアップヘッド２１をＹ方向に移動させるピックアップヘッドのＹ駆動部２３とを有する。ピックアップヘッド２１は、コレット２２を昇降、回転及びＸ方向移動させる図視しない各駆動部を有する。
アライメント部３は、ダイＤを一時的に載置するアライメントステージ３１と、アライメントステージ３１上のダイＤを認識する為のステージ認識カメラ３２とを有する。
ボンディング部４は、ピックアップヘッドと同じ構造を有し、アライメントステージ３１からダイＤをピックアップし、搬送されてきた基板Ｐにボンディングするボンディングヘッド４１と、ボンディングヘッド４１をＹ方向に移動させるＹ駆動部４３と、搬送されていた基板Ｐの位置認識マーク（図示せず）を撮像し、ボンディングすべきダイＤのボンディング位置を認識する基板認識カメラ４４と、を有する。
このような構成によって、ボンディングヘッド４１は、ステージ認識カメラ３２の撮像データに基づいてピックアップ位置・姿勢を補正し、アライメントステージ３１からダイＤをピックアップし、基板認識カメラ４４の撮像データに基づいて基板ＰにダイＤをボンディングする。
搬送部５は、一枚又は複数枚の基板（図１では４枚）を載置した基板搬送パレット５１と、基板搬送パレット５１が移動するパレットレール５２とを具備し、並行して設けられた同一構造の第１、第２搬送部とを有する。基板搬送パレット５１は、基板搬送パレットに設けられた図示しないナットをパレットレール５２に沿って設けられた図示しないボールネジで駆動することによって移動する。
このような構成によって、基板搬送パレット５１は、基板供給部６で基板を載置され、パレットレール５２に沿ってボンディング位置まで移動し、ボンディング後基板搬出部７まで移動して基板搬出部７に基板を渡す。第１、第２搬送部は、互いに独立して駆動され、一方の基板搬送パレット５１に載置された基板ＰにダイＤをボンディング中に、他方の基板搬送パレット５１は、基板Ｐを搬出し、基板供給部６に戻り、新たな基板を載置するなどの準備を行なう。
本実施形態の特徴は、ボンディングヘッド４１がダイＤをピックアップする前に、ダイＤのボンディング面に平行な面で１８０度回転させるダイ回転手段を設けることである。この結果、ボンディングヘッド４１を１８０度回転せず、常に同じ０度の姿勢でダイＤをボンディングすることができるので、ダイとダイとの間のボイドの発生を低減できる。また、傾きによる回転中心ズレも発生しなく、精度良くダイを積層できる。なお、特に精度よくボンディングヘッド４１の傾きを調整した姿勢を０度としている。
（実施例１）
図２は、本発明の実施形態１の特徴であるダイ回転手段の第１の実施例１の構成と動作を示す図である。
実施例１におけるダイ回転手段９は、アライメントステージ３１を矢印Ｒに示すように１８０度回転させる手段である。ダイ回転手段９は駆動源であるモータ９１と、モータの回転をアライメントステージ３１に伝達するモータシャフト９２とを有する。この構成によって、ピックアップヘッド２１でダイＤをアライメントステージに載置した後、アライメントステージ３１を１８０度回転させる。この結果、ボンディングヘッドは、常に０度の同じ姿勢でダイＤをボンディングできる。
図３は、図２に示す実施例１における動作フローを示す図である。以下、動作フローを図２を参照しながら説明する。
まず、ピックアップヘッド２１により、突き上げユニット１３により突き上げられたダイＤをコレット２２で吸着することでピックアップし（ステップ１）、アライメントステージ３１に載置する（ステップ２）。なお、ピックアップヘッド２１はダイＤを載置した次のダイをピックアップするために戻る。図２はその状態を示している。
次に、ダイＤの姿勢を１８０度回転させることが必要かを判断する（ステップ３）。必要ならば、アライメントステージ３１を回転手段９によって１８０度回転させ（ステップ４）、次のステップ５に行く。必要でないならば直接ステップ５に行く。
次に、ステージ認識カメラ３２によってダイＤ及びダイの載置状態を認識する（ステップ５）。ボンディングヘッド４１は、前記認識結果に基づいて、位置・姿勢を補正しダイをピックアップする（ステップ６）。このとき、ボンディングヘッド４１は認識に基づいて回転させて姿勢を補正するが、この補正は、高々±１度内であり、しかもそのときそのときで補正量が異なる。従って、本発明の特徴である所定角度を回転させるのとは異なる。
次に、ボンディングヘッド４１は、コレット４２で吸着することでピックアップしたダイＤを基板Ｐ又は既にボンディングしたダイに対して積層（ボンディング）する（ステップ７）。なお、図２おけるボンディングヘッド４１は、ダイＤをボンディングした後、次のダイＤをピックアップするためにアライメントステージ３１に向うところを示している。
最後に、所定個数のダイＤをボンディングしたかを判断し（ステップ８）、ボンディングしていなければステップ１に戻り、ボンディングしていれば処理を終了する。
図３の処理フローはダイの姿勢が０度の場合と１８０度の場合はランダムにくる例も考慮したものである。ダイの姿勢が０度の場合と１８０度の場合が交互にくるのであれば、ステップ３の判断を行わず、それぞれの処理フローを直列に設けてもよい。
（実施例２）
図４は、本発明の実施形態１の特徴であるダイ回転手段の第２の実施例２の構成と動作を示す図である。
実施例２の実施例１と異なる点は、ダイＤの姿勢を１８０度回転させるのに、実施例１ではアライメントステージ３１を１８０度回転させたが、実施例２では、ピックアップヘッド２１を、矢印Ｒに示すように１８０度回転させて、その後にダイＤをアライメントステージ３１に載置する。１８０度回転させるビップアップヘッド２１の位置は、突き上げユニット１３の位置からアライメントステージに載置する間であればよい。
なお、図４に示す状態は、ピックアップヘッド２１がアライメントステージ３１の上部にきてダイＤを１８０度回転し、アライメントステージ３１に載置しようとするところである。一方、ボンディングヘッド４１は、ピックアップヘッド２１の動きに同期して、基板Ｐ又は既にボンディングしたダイＤに対して更にボンディングしているところである。
図５は、図４に示す実施例２における動作フローを示す図である。以下、図３に示す実施例１の動作フローと異なる点を図４を参照しながら説明する。
実施例２ではダイＤの姿勢の１８０度回転をピックアップヘッド２１で行う（ステップ１３）ために、ダイＤの姿勢を１８０度回転させる判断（ステップ１２）を、アライメントステージ３１にダイＤを載置する（ステップ１４）の前に行う。即ち、実施例１とは、ダイＤの姿勢を１８０度回転させる判断するステップと、アライメントステージ３１にダイＤを載置するステップとが入れ替わったフローになっている。その他の点は、実施例１と同じである。
図５の処理フローもダイの姿勢が０度の場合と１８０度の場合はランダムにくる例も考慮したものである。ダイの姿勢が０度の場合と１８０度の場合が交互にくるのであれば、実施例１と同様に、ステップ３の判断を行わず、それぞれの処理フローを直列に設けてもよい。
上記に説明した実施例１、２によれば、ボンディングヘッド４１を１８０度回転せず、常に同じ０度の姿勢でダイＤをボンディングするので、ダイとダイとの間のボイドの発生を低減できる。また、傾きによる回転中心ズレも発生しなく、精度良くダイを積層できる。
その結果、実施例１、２によれば、特に、既にボンディングしたダイに対してダイを１８０度回転させて積層しても、製品品質の高いダイボンダ及びボンディング方法を提供できる。
以上説明した実施例１及び２は、アライメントステージ３１に１個のダイを設けたが、ピックアップヘッド２１とボンディングヘッド４１は同期しながら処理をする。その同期を緩和するために、アライメントステージ３１に２個のダイを設けてもよい。
（実施形態２）
図６は本発明の実施形態２であるダイボンダ１０Ａの概略上面図である。図７は、図６において矢印Ａ方向から見た本実施形態の特徴を示す構成とその動作を説明する図である。図６、図７において、実施形態１と同一構成又は同一機能を有するものは同一符号を付している。
実施形態２の実施形態１と異なる点は、第１に複数種類のダイＤを基板又は既にボンディングしたダイに対して積層できるようにした点である。そのために、複数種類のウェハを供給できるようにウェハ保持台１２を複数（図６では４台）設けている。４台のウェハ保持台１２は、破線で示す保持ステージ１４の４辺側に固定されている。ウェハ保持ステージ１４は、実施形態１と同様に、所定のダイを基本的には固定された突き上げにユニット１３上に移動させる図示しないＸＹ駆動部と、４台のウェハ保持台１２（ウェハ１１）を選択するために、さらにＸＹ駆動部上に設けられた図示しない回転駆動部とを有する。基本的とは、微調整機構を有することもあることを示す。
ウェハ保持台１２の数は４台に限らず、２台、３台又は５台以上であってもよい。また、ダイＤの種類もウェハ保持台１２の数と一致しなくてもよい。即ち、複数のウェハ保持台１２に同一種類のダイＤを設けてもよい。
実施形態２においても実施形態１と同様に、ボンディングヘッド４１がダイＤをピックアップする前にダイＤを１８０度回転させるダイ回転手段を設ける特徴を有する。
（実施例３）
図７は、本発明の実施形態２の特徴であるダイ回転手段を有する第３の実施例３の構成と動作を示す図である。
実施例３は、効率よくボンディングするために、複数個のダイＤを載置できるアライメントステージを２台３１Ａ、３１Ｂを設ける。しかも、矢印Ｋに示すように２台のアライメントステージ３１Ａ、３１Ｂは、図示しない移動手段によって異なった高さの位置を互いの反対方法に往復移動できるようになっている。さらに、アライメントステージ３１Ａ、３１Ｂは、同一高さ位置でダイＤを載置及びピックアップできるように図示しない昇降手段によって昇降できるようになっている。勿論、昇降手段を設けず、ピックアップヘッド２１及びボンディングヘッドヘッド４１の稼動範囲を広げ、載置及びピックアップの高さ位置を２台のアライメントステージで変えるようにしてもよい。
実施例３は、後述するように個々のダイＤの姿勢に対処できるように、実施例２で示したピックアップヘッド２１を矢印Ｒに示すように１８０度回転させるダイ回転手段９を有する。
実施例３では、ウェハ保持ステージ１４を制御しながら、全部又は所定の複数のウェハからダイＤを順次ピックアップし、例えばピックアップヘッド２１側にいるアライメントステージ３１Ｂに載置する。個々のダイＤを載置するときに、ダイの姿勢が０度の場合と１８０度で有るかを判断して載置する。一方ボンディングヘッド４１は、ピックアップヘッド２１がライメントステージ３１Ｂに載置している間に、アライメントステージ３１Ａに既に載置されている複数のダイＤを順次基板Ｐ又は既にボンディングしたダイに積層してボンディングする。
図７は、ピックアップヘッド２１がアライメントステージ３１Ａに４個のダイを載置した後、突き上げユニット１３側に移動してきたアライメントステージ３１Ｂに１個目のダイを載置しようとしている状態を示している。また、図７は、ボンディングヘッド４１が基板側に移動してきたアライメントステージ３１Ａから１個目のダイをピックアップし、ボンディングしている状態を示す。
（実施例４）
実施例３では、複数個のダイを載置できる２台のアライメントステージ３１Ａ、３１Ｂを設けたが、実施例１、２と同様に１個又は２個のダイを載置できる１台のアライメントステージ３１を設ける。従って、実施例４のダイ回転手段９としては、実施例１、２の手段のいずれも用いることができる。
実施例３、４においても、ボンディングヘッド４１を１８０度回転せず、常に同じ０度の姿勢でダイＤをボンディングするので、ダイとダイとの間のボイドの発生を低減できる。また、傾きによる回転中心ズレも発生しなく、精度良くダイを積層できる。
その結果、実施例３、４においても、特に、既にボンディングしたダイに対してダイを１８０度回転させて積層しても、製品品質の高いダイボンダ及びボンディング方法を提供できる。
また、以上説明した実施例１乃至４は、ダイＤの姿勢を１８０度回転させる場合を示した。ダイが正方形の場合は、１８０度の回転だけではなく、±９０度回転させて行う場合もある。その場合は、アライメントステージ３１又はピックアップヘッド２１を±９０度回転させて行う。
以上のように本発明の実施態様について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
１：ダイ供給部 １０、１０Ａ：ダイボンダ
１１：ウェハ １２：ウェハ保持台
１３：突き上げユニット １４：ウェハ保持ステージ
２：ピックアップ部 ２１：ピックアップヘッド
２２：コレット ２３：ピックアップのＹ駆動部
３：アライメント部
３１、３１Ａ、３１Ｂ：アライメントステージ
３２：ステージ認識カメラ ４：ボンディング部
４１：ボンディングヘッド ４２：コレット
４３：ボンディングヘッドのＹ駆動部 ４４：基板認識カメラ
５：搬送部 ６：基板供給部
７：基板搬出部 ８：制御部
Ｄ：ダイ Ｐ：基板

Claims (14)

  1. ウェハを保持するダイ供給部と、
    前記ウェハからダイをピックアップしアライメントステージに前記ダイを載置するピックアップヘッドと、
    前記アライメントステージから前記ダイをピックアップし基板又は既にボンディングされた前記ダイ上にボンディングするボンディングヘッドと、
    前記ボンディングヘッドが前記アライメントステージから前記ダイをピックアップする前に前記ダイの姿勢を前記ボンディングする面に平行な面で所定角度で回転させるダイ回転手段と、
    を有することを特徴とするダイボンダ。
  2. 前記ボンディングヘッドが前記アライメントステージから前記ダイをピックアップする前に、前記ダイを前記所定角度で回転させるかを判断する判断手段を有することを特徴する請求項１に記載のダイボンダ。
  3. 前記ダイ回転手段は、前記アライメントステージを回転させる手段であることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
  4. 前記ダイ回転手段は、前記ピックアップヘッドを所定角度で回転させる手段であることを特徴とする請求項１に記載のダイボンダ。
  5. 前記所定角度は１８０度又は９０度であることを特徴とする請求項１又は４に記載のダイボンダ。
  6. 前記ダイ供給部は１枚のウェハを保持し、前記アライメントステージは１個又は２個の前記ダイを載置できることを特徴とする請求項３又は４に記載のダイボンダ。
  7. 前記ダイ供給部は複数枚のウェハを保持し、前記アライメントステージを２台設け、２台の前記アライメントステージは複数個のダイを載置でき、２台の前記アライメントステージを前記ボンディングヘッドの移動方向に平行に互いに反対方向に移動させる手段を有することを特徴とする請求項４に記載のダイボンダ。
  8. ピックアップヘッドでウェハからダイをピックアップしアライメントステージに前記ダイを載置するピックアップステップと、
    ボンディングヘッドで前記アライメントステージから前記ダイをピックアップし基板又は既にボンディングされた前記ダイ上にボンディングするボンディングヘッドステップと、
    前記ボンディングヘッドが前記アライメントステージから前記ダイをピックアップする前に前記ダイの姿勢を前記ボンディングする面に平行な面で所定角度で回転させるダイ回転ステップと、
    を有することを特徴とするボンディング方法。
  9. 前記ボンディングヘッドが前記アライメントステージから前記ダイをピックアップする前に、前記ダイを前記所定角度で回転させるかを判断する判断ステップを有することを特徴する請求項８に記載のボンディング方法。
  10. 前記回転ステップと前記所定角度で回転させずに前記ダイをボンディングするステップとを交互に行なうことを特徴とする請求項８に記載のボンディング方法。
  11. 前記ダイ回転ステップは、前記アライメントステージを回転させて行なうことを特徴とする請求項８に記載のボンディング方法。
  12. 前記ダイ回転ステップは、前記ピックアップヘッドを所定角度で回転させて行なうことを特徴とする請求項８に記載のボンディング方法。
  13. 前記所定角度は１８０度又は９０度であることを特徴とする請求項８又は１２に記載のボンディング方法。
  14. 前記アライメントステージを２台設け、
    前記ピックアップステップは、複数の前記ウェハからそれぞれダイをピックアップし、前記複数の単位で２台の前記アライメントステージに交互に載置し、
    前記ボンディングヘッドステップは、前記複数の単位で２台の前記アライメントステージから交互に前記ダイをピックアップし、
    ２台の前記アライメントステージは、前記ボンディングヘッドの移動方向に平行に互いに反対方向に移動するステップと、を有することを特徴とする請求項９に記載のボンディング方法。
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