JP2017216349A - ダイの実装方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】真空吸着の安定化及びメンテナンス性の改善を図ることである。【解決手段】ダイの実装方法は、複数のバンプ電極106が形成されたバンプ形成面102aを有するダイ100を用意する工程と、吸着面24を有する真空吸着ツール22を、吸着面24がバンプ形成面102aに対向する向きに、ダイ100の上方に配置する工程と、吸着面24とバンプ形成面102aとの間に多孔質性シート44を挟んで、真空吸着ツール22によってダイ100を吸着する工程と、真空吸着ツール22によって吸着したダイ100を、基板110のボンディング領域に接着材料114を介して実装する工程とを含み、多孔質性シート44は、バンプ形成面102aにおけるバンプ電極106の突起高さ以上の厚さを有する。【選択図】図4

Description

本発明は、ダイの実装方法に関する。
ダイシングによって個片化された複数のダイを真空吸着によってピックアップする技術が知られている(特許文献1及び2参照)。例えば、特許文献2では、端子上にバンプが設けられたベアチップを、この端子及びバンプを含むベアチップの回路機能面とは反対の面側において真空吸着することが開示されている。ツールに真空吸着されたベアチップは、回路機能面を基板に対向させた向きで、接着剤が塗布された基板上に搭載される。特許文献2の発明では、真空吸着やツールの加圧などによって基板上の接着剤がベアチップの側面から上方へ這い上がることを防止するために、ツールの吸着面とベアチップとの間にシートを介在させる構成を採用し、これによって、接着剤の這い上がりを抑制し、ツールに接着剤が付着することを防止している。
特開2006−66625号公報 特許第5669137号公報
ここで、特許文献2の発明は、ベアチップを回路機能面において真空吸着することを前提としたものであり、バンプ電極が形成されたバンプ形成面側において真空吸着することは何ら考慮されていない。この点、バンプ形成面には、バンプ電極によって凹凸が設けられているため、ダイをツールに真空吸着させる場合、バンプ電極の突起高さによってツール吸着面とダイとの間に空隙が生じ得る。このため、ダイを真空吸着した場合、エアのリークが発生し、真空レベルが低下することによって、ツールの吸着性が悪化する場合があった。
また、ダイを接着材料を介して基板に実装する場合、接着材料からヒュームガスが生じ、このヒュームガスがバンプ電極の突起高さによって生じた空隙から流入し、ツールなどが汚染される場合があった。このため、ツールなどを頻繁に洗浄する必要が生じ、メンテナンス性が悪化する場合があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、真空吸着の安定化及びメンテナンス性の改善を図ることを目的とする。
本発明の一態様に係るダイの実装方法は、複数のバンプ電極が形成されたバンプ形成面を有するダイを用意する工程と、吸着面を有する真空吸着ツールを、吸着面がバンプ形成面に対向する向きに、ダイの上方に配置する工程と、吸着面とバンプ形成面との間に多孔質性シートを挟んで、真空吸着ツールによってダイを吸着する工程と、真空吸着ツールによって吸着したダイを、基板のボンディング領域に接着材料を介して実装する工程とを含み、多孔質性シートは、バンプ形成面におけるバンプ電極の突起高さ以上の厚さを有する。
上記構成によれば、ダイを基板のボンディング領域に実装するとき、真空吸着ツールの吸着面とダイのバンプ形成面との間の空隙に多孔質性シートを設けることができる。これにより、空隙からエアがリークすることを防止することができるため、ダイの吸着力を維持することができる。また、この空隙に多孔質性シートを設けることによって、接着材料から生じるガスなどの不要な物質の吸引を抑制することができる。したがって、真空吸着ツールが汚染されることを抑制することができ、メンテナンス性の向上を図ることができる。
上記ダイの実装方法において、多孔質性シートは、バンプ電極又は吸着面よりも柔らかい材質からなるものであってもよい。
上記ダイの実装方法において、多孔質性シートは、不織布からなるものであってもよい。
上記ダイの実装方法において、吸着面は、バンプ形成面よりも大きいサイズを有してもよい。
上記ダイの実装方法において、実装する工程は、真空吸着ツールによってダイ及び接着材料を加熱することで、ダイを基板のボンディング領域に実装するものであって、多孔質性シートは、ダイ又は接着材料を加熱する際に発生するヒュームガスが真空吸着ツールの吸引孔に侵入するのを抑制するフィルターとなるものであってもよい。
上記ダイの実装方法において、多孔質性シートは、真空吸着ツールの左右に配置された一対のリールから供給されてもよい。
本発明によれば、真空吸着の安定化及びメンテナンス性の改善を図ることができる。
図1は、本発明の実施形態に係るダイの実装方法に使用するボンディング装置を示す図である。 図2は、本発明の実施形態に係るダイの実装方法のフローチャートを示す図である。 図3は、本発明の実施形態に係るダイの実装方法を説明するための図であり、具体的には、ツールをダイの上方に配置した工程を示す図である。 図4は、本発明の実施形態に係るダイの実装方法を説明するための図であり、具体的には、ツールに吸着したダイを接着材料を介して基板に実装する工程を示す図である。 図5は、本発明の実施形態に係るダイの実装方法を説明するための図であり、具体的には、ツールの吸着面とダイのバンプ形成面との大きさの関係を示した平面図である。
以下に本発明の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の構成要素は同一又は類似の符号で表している。図面は例示であり、各部の寸法や形状は模式的なものであり、本願発明の技術的範囲を当該実施の形態に限定して解するべきではない。
図1は、本発明の実施形態に係るダイの実装方法に使用するボンディング装置10の概略を示す図である。ボンディング装置10は、ダイ100を基板110のボンディング領域に実装するためのダイボンディング装置である。
ダイ100は半導体材料からなる。ダイ100は、主面である表面及び裏面を有する直方体状に形成されている。具体的には、ダイ100は、所定の回路パターンが形成された表面である第1面102aと、第1面102aとは反対の裏面である第2面102bを有する。本実施形態では、ダイ100の第2面102bが基板110に対向する向きに、ダイ100が基板110に実装される。このような向きでの実装態様は一般的にダイボンディングと呼ばれる。なお、ダイ100の第1面102aの詳細は後述する。
ボンディング装置10は、ウェーハステージ12、中間ステージ14、ボンディングステージ16、ボンディングヘッド18、ボンディングヘッド18にZ軸駆動機構20を介して取り付けられた真空吸着ツール22、ダイ100の画像情報を取得する撮像部26,27、ボンディングヘッド18をXY軸方向に移動させるXYテーブル28、これらの各種構成の動作を制御する制御部30を備える。
以下の説明においては、XY軸方向をダイ100の主面(又はいずれかのステージの主面)に平行な方向とし、Z軸方向をXY軸方向の面に垂直な方向として説明する。なお、X軸方向及びY軸方向は互いに直交する。
ウェーハステージ12には、個片化された複数のダイ100からなるウェーハ120が載置される。ウェーハ120は、所定の回路パターンが形成された表面である第1面122a(ダイ100の第1面122aに相当する。)と、第1面122aとは反対の裏面である第2面122b(ダイ100の第2面122bに相当する。)を有する。ウェーハ120は、第2面122bがウェーハステージ12上のフィルムに貼着されることによって、ウェーハステージ12上に固定されていてもよい。ウェーハステージ12上のダイ100は、真空吸着ツール22及びピックアップユニット(図示しない)との協調動作によりダイ100をピックアップした後、移送ヘッド(図示しない)により、中間ステージ14に移送される。
中間ステージ14は、ダイ100を一時的に載置するためのステージである。中間ステージは、ウェーハステージ12とボンディングステージ16との間に配置されている。ダイ100は、第2面102bが中間ステージ14に対向する向きに中間ステージ14上に配置される。中間ステージ14は、リニアモータ(図示しない)などの駆動機構により、XY軸方向に移動可能に構成されている。ダイ100は、第2面102bが中間ステージ14上のフィルムに貼着されることによって、中間ステージ14上に固定されていてもよい。中間ステージ14上のダイ100は、真空吸着ツール22及びピックアップユニット(図示しない)との協調動作によりダイ100をピックアップした後、移送ヘッド(図示しない)により、ボンディングステージ16に移送される。
ボンディングステージ16には、基板110が配置されている。基板110は、例えばボンディングステージ16上のフィルムに貼着されることによって、ボンディングステージ16上に固定されてもよい。基板110は、少なくとも1つのボンディング領域を有しており、ボンディング領域にはいずれかのダイ100が実装される。例えば基板110が複数のボンディング領域を有している場合、各ボンディング領域にダイ100が実装された後、ボンディング領域ごとに基板110を個片にすることによって、複数の完成品(半導体装置)を得ることができる。
また、基板110上の各ボンディング領域には、複数のダイ100が積み重ねられることによって実装されてもよい。このようなスタック型の半導体装置においては、同一ボンディング領域に積層された2以上のダイ100の全てがいずれも第1面102aが基板110とは反対の方向を向くように実装されてもよい。あるいは、同一ボンディング領域に積層された一部のダイが、他のダイとは異なる向きに実装されてもよい。
基板110の材質は、例えば、有機材料(例えばエポキシ基板やポリイミド基板)、無機材料(例えばガラス基板)又はそれらの複合材料(例えばガラスエポキシ基板)から構成されていてもよい。基板110はいわゆるインタポーザであってもよい。また、基板110は、金属材料(例えばリードフレーム材)から構成されていてもよい。
なお、ボンディングステージ16は、ガイドレール(図示しない)などの駆動機構により、基板110をX軸方向に移動可能に構成されている。また、ボンディングステージ16は基板110を加熱するための加熱手段を備えている。
ボンディングヘッド18には、Z軸駆動機構20を介して真空吸着ツール22が取り付けられ、かつ、真空吸着ツール22から所定距離離れた位置に撮像部26が取り付けられている。言い換えれば、図1に示す例では、真空吸着ツール22及び撮像部26は、ボンディングヘッド18に固定されており、ボンディングヘッド18がXYテーブル28によって移動することによって、真空吸着ツール22及び撮像部26が共にXY軸方向に移動する。また、撮像部26と反対側には、撮像部27が設けられていてもよい。撮像部26は、ダイ100の第1面102aを撮像可能であり、撮像部27は、ダイ100の第2面102bを撮像可能であってもよい。なお、撮像部26はボンディングヘッド18に固定されていなくてもよく、真空吸着ツール22とは別に移動可能であってもよい。
真空吸着ツール22は、ダイ100を真空吸着する吸着面24を有する。真空吸着ツール22は、ダイ100を所定位置に移送するために吸着保持し、かつ、ダイ100を基板110に実装するために加圧するためのものである。なお、真空吸着ツール22の詳細は後述する。
制御部30は、ボンディング装置10によるボンディングのための必要な処理を制御するものである。制御部30は、真空吸着ツール22のXYZ軸駆動、θ軸駆動(Z軸回りの回転)及びチルト駆動(傾斜方向)を含む真空吸着ツール22の位置制御、真空引きのオン又はオフ制御、ダイ100を基板110へ実装するときの荷重制御、基板110の加熱制御などを行う。制御部30は、ボンディングヘッド18、真空吸着ツール22並びに撮像部26などの各構成との間で信号の送受信が可能なように接続され、これによりこれらの動作を制御する。
制御部30には、制御情報を入力するための操作部32と、制御情報を出力するための表示部34が接続されている。これにより作業者が表示部34によって画面を認識しながら操作部32によって必要な制御情報を入力することができるようになっている。
制御部30は、CPU及びメモリなどを備えるコンピュータ装置であり、メモリには予めボンディングに必要な処理を行うためのボンディングプログラムなどが格納される。制御部30は、後述する本実施形態に係るダイの実装方法に関わる各工程を実行可能に構成されている(例えば各動作をコンピュータに実行させるためのプログラムを備える)。
次に図2〜図5を参照しつつ、本実施形態に係るダイの実装方法を説明する。本実施形態に係るダイの実装方法は、図1に示すボンディング装置10を用いて行うことができる。
ここで、図2は、本実施形態に係るダイの実装方法を説明するためのフローチャートである。図3は、ツールをダイの上方に配置した工程を示す図であり、図4は、ツールに吸着したダイを接着材料を介して基板に実装する工程を示す図である。また、図5は、ツールの吸着面とダイのバンプ形成面との大きさの関係を示した平面図である。
まず、ウェーハステージ12上に、個片にされた複数のダイ100を用意する(S10)。具体的には、図1に示したように、ウェーハステージ12上に、フィルムに貼着された複数のダイ100からなるウェーハ120を用意する。ウェーハ120は、複数のダイ100のそれぞれが、第1面102aが上方を向くとともに第2面102bがウェーハステージ12に対向する向きに、ウェーハステージ12上に配置される。
次に、ダイ100を中間ステージ14に移送する(S11)。具体的には、ウェーハステージ12上の複数のダイ100を一つずつ中間ステージ14に移送する。既に説明したとおり、ダイ100の移送は真空吸着ツール22によって行ってもよい。
次に、中間ステージ14のダイ100の上方に、真空吸着ツール22を配置する(S13)。ここで、真空吸着ツール22及びダイ100の詳細についてさらに説明する。
真空吸着ツール22は、ダイ100の第1面102aに対向する吸着面24を有する。また、吸着面24には、真空引きするための少なくとも1つの吸引孔25が設けられている。吸引孔25は、吸着面24におけるXY平面視の中央に設けられていてもよい。
ダイ100は、図3に示すように、第2面102bが中間ステージ14上のフィルム(図示を省略する。)に貼着されることによって、中間ステージ14上に固定されている。ダイ100の第1面102aには、複数の電極パッド104と、複数の電極パッド104上に設けられた複数のバンプ電極106と、複数のバンプ電極106の周囲に設けられた保護膜108とが設けられている。電極パッド104は、第1面102aに形成された回路パターンと電気的に接続された端子である。また、電極パッド104の外周端部には、保護膜108によって被覆されており、これによって露出した電極パッド104の中央部が、バンプ電極106との接続部となっている。
図4に示すように、バンプ電極106は、第1面102aにおける保護膜108の上面よりも突起した高さHを有している。バンプ電極106の高さHは、バンプ電極106の頂点と保護膜108の上面との間の距離である。
電極パッド104及びバンプ電極106の材質は限定されるものではないが、例えば電極パッド104はアルミニウム又は銅などであってもよく、また、バンプ電極106は金などであってもよい。
図3に示す例では、このようなダイ100の第1面102aと、真空吸着ツール22の吸着面24との間に多孔質性シート44を配置する。例えば、中間ステージ14の上方に、多孔質性シート44が装着された一対のリール40,42を配置することによって、ダイ100と真空吸着ツール22との間に多孔質性シート44を配置することができる。一対のリール40,42は、供給リール40及び巻取リール42からなる。供給リール40から供給した多孔質性シート440の一部を巻取リール42へ搬送することによって、ダイ100の第1面102aと真空吸着ツール22の吸着面24との間に、多孔質性シート44の一部の領域を順々に送ることができる。
図3に示す例では、多孔質性シート44は、リール40,42が並ぶX軸方向に長さ方向、Y軸方向に幅方向、及び、Z軸方向に厚さ方向を有する。多孔質性シート44は、真空吸着ツール22の吸着面24に対向する第1面44aと、ダイ100の第1面102aに対向する第2面44bを有し、第1面44aと第2面44bとの間の距離が多孔質性シート44の厚さである。図3に示すように、多孔質性シート44は厚さT1を有している。厚さT1とバンプ電極106の高さHとは、T1≧Hの関係を有している。この場合、多孔質シート44の厚さT1は、好ましくは、バンプ電極106の高さHの5〜10倍であるが、ヒータからの熱伝導を阻害しない範囲の厚さの多孔質性シート44を用いることができる。
多孔質性シート44の幅方向の長さは、ダイ100の第1面102aのY軸方向の幅よりも大きく、また、真空吸着ツール22のY軸方向の幅よりも大きくなっている。これにより、ダイ100の第1面102aと真空吸着ツール22の吸着面24との間に確実に多孔質性シート44を介在させることができる。
多孔質性シート44は、第1面44aと第2面44bの間を通気するための複数の孔を有する。多孔質性シート44のガーレー値は、チップを吸着するために値が小さいほうがよく、例えば1〜2(s/100cc/in2)の範囲を有することが好ましい。
多孔質性シート44は、ダイ100を基板110に実装するときに第1面102aによるバンプ電極106の突起高さを少なくとも部分的に吸収するために、バンプ電極106及び吸着面24のいずれと比べても柔らかい材質からなる。多孔質性シート44は例えば不織布であってもよい。
多孔質性シート44は、例えば、四フッ化エチレン樹脂(PTFE)であってもよい。この場合、多孔質性シート44は、PTFEナノファイバーであってもよい。PTFEナノファイバーは、約1〜2μmの孔径を有し、約56μmの厚さを有し、ガーレー値が1.2(s/100cc/in2)を有するものを用いてもよい。PTFEナノファイバーは、厚いにもかかわらずガーレー値を小さくする(通気性を向上させる)ことができ、また、約260℃に加熱してもほとんど熱収縮しないため、例えば230℃以上の熱が加えられる製造プロセスに耐熱性を有する。したがって、PTFEナノファイバーは本実施形態の多孔質性シート44として使用すると効果的である。
図2のフローチャートに戻り、次に、真空吸着ツール22の吸着面24とダイ100の第1面102a(バンプ形成面)との間に多孔質性シート44を挟んで、真空吸着ツール22によってダイ100を吸着する(S13)。具体的には、図3において、真空吸着ツール22を下降させ、その吸着面24とダイ100の第1面102aとの間に多孔質性シート44を挟んだ状態で、真空吸着ツール22の吸引孔25から真空引きする。こうして、真空吸着ツール22の吸着面24に、多孔質性シート44越しにダイ100を吸着することができる。その後、真空吸着ツール22を多孔質性シート44とともにボンディングステージ16へ移送させる。こうして、ダイ100を基板110のボンディング領域上に移送させる。
次に、ダイ100を基板110のボンディング領域に接着材料114を介して実装する(S14)。具体的には、予め基板110のボンディング領域上に接着材料114を設けておき、真空吸着ツール22を下降させることによって、図4に示すように、真空吸着ツール22によって多孔質性シート44越しにダイ100の第1面102aを加圧する。このときダイ100及び接着材料114を加熱する。これにより、接着材料114を加熱溶融させ、その後硬化させる。こうして、図4に示すように、吸着面24と第1面102aとの間に多孔質性シート44を挟んだ状態で、ダイ100を接着材料114を介して基板110のボンディング領域に実装する。
接着材料114は、常温でシート状に構成されたものを用いてもよいし、あるいは、常温でペースト状に構成されてものを用いてもよい。接着材料114は例えば熱硬化性樹脂であってもよい。この場合、接着剤料114を加熱することにより溶融及び硬化させることができる。
加圧時における多孔質性シート44の厚さT2(T2≦T1)は、バンプ電極106の突起高さHに対して、T2≧Hの関係を有することが好ましい。
これによれば、ダイ100を基板110のボンディング領域に実装するとき、真空吸着ツール22の吸着面24とダイ100の第1面102aとの間の空隙に多孔質性シート44を設けることができる。これにより、空隙からエアがリークすることを防止することができるため、吸引孔25からの吸引によるダイ100の吸着力を維持することができる。さらに、空隙を通るエアを遮ることができるため、均一に加熱することができる。
また、この空隙に多孔質性シート44を設けることによって、ダイ100又は接着材料114を加熱する際に生じるヒュームガスが真空吸着ツール22の吸着面24に付着したり、吸引孔25に侵入したりするのを抑制することができる。したがって、真空吸着ツール22の吸着面24や吸引孔25などが汚染されることを抑制することができ、メンテナンス性の向上を図ることができる。
ここで、図5に示すように、真空吸着ツール22の吸着面24は、ダイ100の第1面102aよりも大きいサイズを有していてもよい。具体的には、真空吸着ツール22のX軸方向の幅WX及びY軸方向の幅WY、並びに、ダイ100のX軸方向の幅DX及びY軸方向の幅DYは、WX≧DXかつWY≧DYであってもよい。
これによれば、吸着面24によってダイ100を確実に加圧することができるとともに、ダイ100の第1面102aに対する加圧力を均一化することができる。さらに、本実施形態では、吸着面24と第1面102aとの間に多孔質性シート44が介在しているので、ダイ100を接着材料114を介して基板110に実装するとき、ダイ100の側面において這い上がる接着材料114を多孔質性シート44で遮ることができる。したがって、接着材料114が真空吸着ツール22の吸着面24に付着することを防止することができる。
また、図4に示すように、真空吸着ツール22のX軸方向の幅WXのうち、真空吸着ツール22の吸引孔25の幅W1及びその両端の幅W2とした場合、W1<W2であってもよい。また、真空吸着ツール22の幅W2と、加圧時における多孔質性シート44の厚さT2とは、T2>W2(又はT1>W2)であってもよい。
これによれば、真空吸着ツール22の端部から吸引孔25までの距離が、多孔質性シート44の厚さよりも小さいため、多孔質性シート44をバンプ電極106の突起高さH以上にしたとしても、真空吸着ツール22の吸引力が損なわれることを防止することができる。
本発明は、上記実施形態に限定されることなく種々に変形して適用することが可能である。例えば、上記構成において中間ステージ14を省略し、ウェーハステージ12から真空吸着ツール22によって多孔質性シート44を挟んだ状態でピックアップしたダイ100を、ボンディングステージ16に搬送してもよい。
また、上記実施形態では一対のリール40,42に装着した多孔質性シート44を用いたが、多孔質性シート44を予め複数枚の個片状のシートを用意しておき、この個片状のシートを、真空吸着ツール22の吸着面24とダイ100の第1面102aとの間に介在させてもよい。
上記発明の実施形態を通じて説明された実施の態様は、用途に応じて適宜に組み合わせて、又は変更若しくは改良を加えて用いることができ、本発明は上述した実施形態の記載に限定されるものではない。そのような組み合わせ又は変更若しくは改良を加えた形態も本発明の技術的範囲に含まれ得ることが、特許請求の範囲の記載から明らかである。
22…真空吸着ツール、24…吸着面、44…多孔質性シート、100…ダイ、102a…第1面、102b…第2面、106…バンプ電極、110…基板、114…接着材料

Claims (6)

  1. 複数のバンプ電極が形成されたバンプ形成面を有するダイを用意する工程と、
    吸着面を有する真空吸着ツールを、前記吸着面が前記バンプ形成面に対向する向きに、前記ダイの上方に配置する工程と、
    前記吸着面と前記バンプ形成面との間に多孔質性シートを挟んで、前記真空吸着ツールによって前記ダイを吸着する工程と、
    前記真空吸着ツールによって吸着した前記ダイを、基板のボンディング領域に接着材料を介して実装する工程と
    を含み、
    前記多孔質性シートは、前記バンプ形成面における前記バンプ電極の突起高さ以上の厚さを有する、ダイの実装方法。
  2. 前記多孔質性シートは、前記バンプ電極又は前記吸着面よりも柔らかい材質からなる、請求項1記載のダイの実装方法。
  3. 前記多孔質性シートは、不織布からなる、請求項1又は2に記載のダイの実装方法。
  4. 前記吸着面は、前記バンプ形成面よりも大きいサイズを有する、請求項1から3の何れか一項に記載のダイの実装方法。
  5. 前記実装する工程は、前記真空吸着ツールによって前記ダイ及び前記接着材料を加熱することで、前記ダイを前記基板の前記ボンディング領域に実装するものであって、
    前記多孔質性シートは、前記ダイ又は接着材料を加熱する際に発生するヒュームガスが前記真空吸着ツールの吸引孔に侵入するのを抑制するフィルターとなる、
    請求項1から4の何れか一項に記載のダイの実装方法。
  6. 前記多孔質性シートは、前記真空吸着ツールの左右に配置された一対のリールから供給される、
    請求項1から5の何れか一項に記載のダイの実装方法。
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