JP2013115428A - 半導体チップの実装装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な方法で調整できる半導体チップの実装装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ１２を実装するための装置は、ダイレクト・モードおよびパラレル・モードで作動し、ダイレクト・モードでは、キャリッジ６が第１の位置にあり、制御ユニット９は、接合ヘッド５が半導体チップ１２をウェーハ・テーブル１から基板２へ設置するようピック・アンド・プレース・システム４を作動させる。パラレル・モードでは、キャリッジ６が第２の位置にあり、制御ユニット９は、採取ヘッド７、サポート・テーブル８およびピック・アンド・プレース・システム４を、採取ヘッド７が半導体チップ１２をウェーハ・テーブル１からサポート・テーブル８へ設置する、および、接合ヘッド５が半導体チップ１２をサポート・テーブル８から基板２へ設置する方法で、作動させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体チップの実装装置に関する。

かかる半導体チップ実装装置は、また「ダイ・ボンダ（ｄｉｅ ｂｏｎｄｅｒ）」として当該分野で知られており、ウェーハの同種の半導体チップを、多数、連続して実装するのに用いられる。そして、このウェーハは、当該分野で、いわゆる「積層ダイ（ｓｔａｃｋｅｄ ｄｉｅ）」に適用する場合、基板または他の半導体チップ上の「ダイ」として知られている。

特許文献１から、ピック・アンド・プレース・システム（ｐｉｃｋ ａｎｄ ｐｌａｃｅ ｓｙｓｔｅｍ）を有する半導体実装装置が知られている。そして、このピック・アンド・プレース・システムは、ウェーハ・テーブルから半導体チップを次々につかみ、そして同じものを基板位置に設置するように構成されている。ピック・アンド・プレース・システムは、単一の接合ヘッドを有する。この接合ヘッドによって、半導体チップは、ウェーハ・テーブルからとられて、それぞれの基板位置へ搬送され、基板位置で接合される。この解決策は、この半導体チップ用機械の処理能力が大変に高いという利点をもたらし、この機械は、採取時間が大変に短く、そして、接合時間も大変に短い。しかしながら、この解決策は、この半導体チップ用機械の処理能力が大変に低いという欠点を伴っており、この機械は、例えば、採取時間が１秒と比較的長く、そして、接合時間も１秒と比較的長い。この解決策には更なる欠点があり、その欠点は、チップ掴持具が、ウェーハ箔から半導体チップを分離する際の要求、そして、その上に接合の際の要求を満たす必要があり、個々の工程に最適に構成されることができないことである。

採取ヘッドおよび接合ヘッドを有する半導体実装装置も、また知られている。採取ヘッドは、半導体チップをウェーハ・テーブルから採取し、同じものをサポート・テーブルに置き、接合ヘッドは、半導体チップをサポート・テーブルからとり、同じものを基板に接合する。

日本国特許第４４９６００７号公報

本発明は、さまざまな要求を満たすために、簡単な方法で調整できる半導体チップの実装装置を開発する目的に基づく。

本発明による半導体チップの実装装置は、単一の接合ヘッド、単一の採取ヘッド、サポート・テーブルおよび制御ユニットを有するピック・アンド・プレース・システムを有する。採取ヘッドおよびサポート・テーブルは、キャリッジに取り付けられる。キャリッジは、第１の位置と第２の位置との間を往復運動で移動可能である。装置は、ダイレクト・モードおよびパラレル・モードで作動するように構成される。ダイレクト・モードにおいて、キャリッジは第１の位置にあり、そして、制御ユニットはピック・アンド・プレース・システムを、接合ヘッドが半導体チップを次々にウェーハ・テーブルから採取し、同じものを基板に設置するような方法で作動する。パラレル・モードにおいて、キャリッジは第２の位置にあり、制御ユニットは、採取ヘッド、サポート・テーブルおよびピック・アンド・プレース・システムを、採取ヘッドが半導体チップをウェーハ・テーブルから次々に採取し、同じものをサポート・テーブルに設置し、および、接合ヘッドが半導体チップを次々にサポート・テーブルから採取し、同じものを基板に設置するような方法で、作動させる。第１の位置は駐在位置であり、この位置で、サポート・テーブルおよび採取ヘッドは、ピック・アンド・プレース・システムの接合ヘッドの作業領域の外側にある。

装置は、好ましくは２つのカメラのみ、すなわち第１のカメラおよび第２のカメラを有する。装置は、サポート・テーブルが、第１の端位置と第２の端位置との間を往復運動で移動可能であるように構成される。パラレル・モードの作動において、制御ユニットは、サポート・テーブルを第１の端位置に移動させ、続いて、サポート・テーブルを第２の端位置に移動させる。ここで、第１の端位置では、採取ヘッドは、採取された半導体チップをサポート・テーブルの上に設置し、第２の端位置では、接合ヘッドは、半導体チップをサポート・テーブルから採取する。第１のカメラの視野は、ウェーハ・テーブル上の採取位置の方に向けられる。第２のカメラは、第２のカメラの視野を、サポート・テーブルがその第２の端位置にあるときには、サポート・テーブルの方に、または、半導体チップが設置される基板位置の方に向けるために、移動可能に取り付けられる。

この明細書の中に組み込まれ、その一部を構成する添付図面は、本発明の１つ以上の実施形態を図示し、詳細な説明と共に、発明の原理および実施を説明するのに役立つ。
図面は非比例尺である。
図面の説明は以下の通りである：
本発明を理解するために必要である半導体チップ実装装置の部品を示す。 装置の詳細を示す。 装置の詳細を示す。 実装工程中のスナップショットである。 実装工程中のスナップショットである。 実装工程中のスナップショットである。 実装工程中のスナップショットである。

図１は、基板上に半導体チップを実装するための装置の部品を示している。これらの部品は、好ましい実施形態に基づき、本発明、すなわち、いわゆる自動半導体実装装置またはダイ・ボンダを理解するのに必要である。図２Ａおよび図２Ｂは、装置の詳細を示す。装置は、ウェーハ・テーブル１、所定の搬送方向３に基板２を搬送するための搬送装置、単一の接合ヘッド５を有するピック・アンド・プレース・システム４、キャリッジ６（この上に単一採取ヘッド７およびサポート・テーブル８が取り付けられている）、および、概略的に示される制御ユニット９を有する。２つのカメラ１０および１１のみが、この好ましい実施形態においては設けられている。実装されるべき半導体チップ１２は、透過的に図示されるキャリア箔１３に付着している。半導体チップは、互いに隣接して行と列になるよう設置されている。ウェーハ・テーブル１は、次に実装されるべき半導体チップ１２を固定された採取位置Ａに供給するとともに、２つの直交する方向に移動することができ、その中央点まわりに回転可能である。ウェーハ・テーブル１は、チップ・エジェクタ１４（ダイ・エジェクタとも呼ばれる）を有し、チップ・エジェクタ１４は、キャリア箔１３から半導体チップ１２を分離するのをサポートする。キャリッジ６は、第１の位置と第２の位置との間を往復運動で移動可能である。キャリッジ６は、したがって、移動可能なおよび／または回転可能な方法で取り付けられる、そして、第１の位置から第２の位置へ、およびその逆で、駆動装置（例えば、電気式、空圧式または油圧式駆動装置）によって移動することができる。図２Ａで示すキャリッジ６の第１の位置は、より詳細に後述するように、ダイレクト・モードのための駐在位置である。この駐在位置では、採取ヘッド７およびサポート・テーブル８は、ピック・アンド・プレース・システム４の接合ヘッド５の作業領域の外側に設置される。図２Ｂで示すキャリッジ６の第２の位置は、より詳細に後述するように、パラレル・モードのための動作位置である。本実施例において、キャリッジ６は、静止キャリア１５上の所定の方向に移動可能に取り付けされている。所定の方向は、この例では、基板２の搬送方向３と平行して延びている。

ピック・アンド・プレース・システム４は、基板２の所定の位置Ｂ_１またはＢ_２または・・・Ｂ_ｎで、接合ヘッド５によって掴持される半導体チップ１２を設置するように構成される。ここで、添字ｎは、基板２に隣接して設置される基板位置の番号を表している。

本発明によれば、装置は、ダイレクト・モードで、または、パラレル・モードのどちらかで作動するように構成されている。

ダイレクト・モードにおいて、
−キャリッジ６は、第１の位置にあり、
−制御ユニット９は、ピック・アンド・プレース・システム４を、接合ヘッド５が、半導体チップ１２をウェーハ・テーブル１から次々に採取し、同じものを基板２に設置するような方法で作動させる。
したがって、採取ヘッド７およびサポート・テーブル８は、ダイレクト・モードでは用いられない。

パラレル・モードにおいて、
−キャリッジ６は、第２の位置あり、
−制御ユニット９は、採取ヘッド７、サポート・テーブル８およびピック・アンド・プレース・システム４を、採取ヘッド７が半導体チップ１２をウェーハ・テーブル１から次々に採取し、同じものをサポート・テーブル８に設置し、および、接合ヘッド５が半導体チップ１２をサポート・テーブル８から次々に採取し、同じものを基板２に設置する。

好ましい実施形態のいくつかの詳細が以下に記載される。

ウェーハ・テーブル１は、基板の面２に対して、斜めに傾いて設置されている。接合ヘッド５は、基板の搬送方向に直交して伸びる方向１６に移動可能であり、そして、２つの所定の首振り位置（ｐｉｖｏｔｉｎｇ ｐｏｓｉｔｉｏｎｓ）の間で、基板２の搬送方向３に平行に伸びる軸１７まわりに、往復運動で角度φだけ枢動可能である。採取位置Ａでウェーハ・テーブル１に供給される半導体チップ１２を採取するために、接合ヘッド５は、所定位置まで移動させられ、第１の所定の首振り位置まで枢動させられる。採取された半導体チップ１２を基板に設置するために、接合ヘッド５は、基板上のそれぞれの位置へ移動させられ、そして、第２の所定の首振り位置まで角度φだけ枢動させられる。このような装置に関する更なる詳細は、特許文献１に開示されている。

キャリッジ６に取り付けられた採取ヘッド７は、ピック・アンド・プレース・システム４の接合ヘッド５のように、基板２の搬送方向３に平行に伸びる軸１８のまわりに、２つの所定の首振り位置の間で往復運動で、角度φだけ枢動し得る。キャリッジ６に取り付けられたサポート・テーブル８は、基板２の平面と平行に位置合わせされ、２つの所定の端位置の間で方向１６に沿って往復運動で移動可能である。サポート・テーブル８の支持面１９は、支持面１９に垂直に伸びる軸まわりに回転可能であり、その結果、半導体チップ１２の方向は、必要であれば変えられ得る。採取ヘッド７およびサポート・テーブル８の作動のために必要とされる電気または油圧駆動装置もまた、キャリッジ６に固定されるが、ここで詳細には説明されない。

第１のカメラ１０は、静止して配置され、そして、その視野はウェーハ・テーブル１上の半導体チップ１２の採取位置Ａの方に向けられる。第２のカメラ１１は、方向１６に沿って往復運動で移動可能である。第２のカメラの視野は、第２の端位置に置かれたときはサポート・テーブル８の方への移動によって、または、半導体チップ１２が設置されるべき基板位置の方への移動によって向けられ得る。

以下では、パラレル・モードでの、この好ましい実施形態の作動をより詳細に説明する。以下のステップは、ウェーハ・テーブル１から半導体チップ１２を採取し、同じものを選択された基板位置に設置するために実行される。
−採取位置Ａに次の半導体チップ１２を供給するためにウェーハ・テーブル１を移動する。
−供給された半導体チップ１２の画像を第１のカメラ１０で撮る。
−採取ヘッド７をその第１の首振り位置に枢動させ、ウェーハ・テーブル１から供給された半導体チップを採取する。
−サポート・テーブル８を、その第１の端位置まで移動させる。
この状態を、図３に示す。
−採取ヘッド７をその第２の首振り位置に枢動させ、サポート・テーブル８上に半導体チップ１２を設置する。
−次の半導体チップ１２を採取位置Ａに供給するために、ウェーハ・テーブル１を移動させる。
−供給された半導体チップ１２の画像を第１のカメラ１０で撮る。
第１のカメラ１０の視野を、破線によって示す。
この状態を、図４に示す。
−サポート・テーブル８をその第２の端位置に移動させる。
−第２のカメラ１１を、その視野がサポート・テーブルの方を向く位置に移動させる。
−半導体チップ１２を所定の方向に位置合わせするために、必要に応じてサポート・テーブル８を回転させる。
−第２のカメラ１１で、サポート・テーブル８に配置された半導体チップ１２の画像を撮る。記録中の第２のカメラ１１の視野を、破線で示す。
この状態を、図５に示す。
−第２のカメラ１１を、その視野が、半導体チップ１２が設置されるべき基板位置の方を向く位置に移動させる。
−接合ヘッド５をサポート・テーブル８へ移動し、サポート・テーブル８から半導体チップ１２を採取する。
−第２のカメラ１１で、半導体チップ１２が設置されるべき基板位置の画像を撮る。
記録中の第２のカメラ１１の視野を、破線によって示す。
この状態を、図６に示す。
−品質管理のためのオプションとして、第２のカメラ１１で、前回の半導体チップ１２が設置されていた基板位置の画像を撮る。
−接合ヘッド５を基板位置へ移動し、基板位置上に半導体チップ１２を設置する。

カメラ１０および１１によって記録された画像から、サポート・テーブル８上の半導体チップ１２の場所および基板位置の場所が測定され、接合ヘッド５の正確な移動経路が、それらから算出され、その結果、接合ヘッド５は、基板位置上の正確な場所に半導体チップ１２を設置することが可能となる。接合ヘッド５は、パラレル・モードでは、常に同じ首振り位置にある。カメラ１０および１１は、好ましくは、採取ヘッド７、ピック・アンド・プレース・システム４および接合ヘッド５が動いていない時点で、各画像を撮る。

これらのステップは、一方では、部分的に平行に、そして、他方では、部分的に交換された順序で実行され得る。

記載された実施形態は、本発明の好ましい実施形態である。本発明による半導体実装装置は、請求項が実装装置の個別の部品がどのように構成され、協働される必要があるのかを述べながら、請求項の範囲内で、別の方法でアレンジすることもできる。
「基板」という用語は、明細書および請求項の用語の範囲内で、広義に解釈される。
すなわち、例えば、基板は、半導体チップがすでに実装されている基板であることができ、そこでは、更なる半導体チップが、すでに実装されている半導体チップの上に実装される。これに対する例は、例えば、メモリ・チップで用いられる、いわゆる「積層ダイ」への適用である。

本発明の実施形態および適用例を示して説明したが、この開示による利益を得る当業者には、前記したよりもはるかに多くの変形が、本明細書の発明の概念から離れることなく可能であることが明らかであろう。したがって、本発明は、添付の特許請求の範囲の意図およびその均等物だけに限定されるべきものではない。

１ ウェーハ・テーブル
２ 基板
３ 搬送方向
４ ピック・アンド・プレース・システム
５ 接合ヘッド
６ キャリッジ
７ 採取ヘッド
８ サポート・テーブル
９ 制御ユニット
１０ 第１のカメラ
１１ 第２のカメラ
１２ 半導体チップ
１３ キャリア箔
１４ チップ・エジェクタ
１５ 静止キャリア
１６ 方向
１７ 軸
１８ 軸
１９ 支持面

Claims (2)

1. 半導体チップ（１２）を実装するための装置であって、
   単一の接合ヘッド（５）を有するピック・アンド・プレース・システム（４）と、
   単一の採取ヘッド（７）と、
   サポート・テーブル（８）と、
   制御ユニット（９）と、を有し、
   前記採取ヘッド（７）および前記サポート・テーブル（８）は、キャリッジ（６）に取り付けられ、
   前記キャリッジ（６）は、第１の位置と第２の位置との間で往復運動で移動可能である装置であって、
   前記装置は、ダイレクト・モードおよびパラレル・モードで作動するように構成され、前記ダイレクト・モードにおいて、
   前記キャリッジ（６）は、駐在位置である前記第１の位置にあり、この位置で、前記サポート・テーブル（８）および前記採取ヘッド（７）は、前記ピック・アンド・プレース・システム（４）の前記接合ヘッド（５）の作業領域の外側にあり、および、前記制御ユニット（９）は、前記接合ヘッド（５）が半導体チップ（１２）をウェーハ・テーブル（１）から次々に採取し、同じものを基板（２）に設置するような方法で、前記ピック・アンド・プレース・システム（４）を作動させ、
   および、前記パラレル・モードにおいて、
   前記キャリッジ（６）は、前記第２の位置にあり、前記制御ユニット（９）は、前記採取ヘッド（７）、前記サポート・テーブル（８）および前記ピック・アンド・プレース・システム（４）を、前記採取ヘッド（７）が半導体チップ（１２）を前記ウェーハ・テーブル（１）から次々に採取し、同じものを前記サポート・テーブル（８）に設置し、および、前記接合ヘッド（５）が半導体チップ（１２）を前記サポート・テーブル（８）から次々に採取し、同じものを前記基板（２）に設置するような方法で、作動させる、装置。
2. 請求項１に記載の装置であって、前記装置はたった２つのカメラ（１０、１１）、すなわち第１のカメラ（１０）および第２のカメラ（１１）を有し、
   前記サポート・テーブル（８）は、第１の端位置と第２の端位置との間を往復運動で移動可能であり、
   前記パラレル・モードで、前記制御ユニット（９）は、前記サポート・テーブル（８）を前記第１の端位置（この位置で、前記採取ヘッド（７）は、前記採取された半導体チップ（１２）を前記サポート・テーブル（８）の上に設置する）に移動させ、
   それから、前記サポート・テーブル（８）を前記第２の端位置（この位置で、前記接合ヘッド（５）は、前記半導体チップ（１２）を前記サポート・テーブル（８）から採取する）に移動させるように構成され
   前記第１のカメラ（１０）の視野は、前記ウェーハ・テーブル（１）上の採取位置の方に向けられ、および、
   前記第２のカメラ（１１）は、前記第２のカメラ（１１）の視野を、前記サポート・テーブル（８）がその第２の端位置にあるときには前記サポート・テーブル（８）の方に、
   または、前記半導体チップ（１２）が設置される前記基板位置の方に、向けるために移動可能に取り付けられる、装置。