JP2019153761A5 - - Google Patents

Description

本発明は、チップを被接合プレート上に接合する接合装置に関する。

大規模集積回路（Large Scale Integrated Circuit、以下、ＬＳＩ）に代表される半導体装置は、通常、プリント基板などに実装されて使用される。シリコンウエハ上に形成されたＬＳＩ上に、別の半導体チップを搭載し、ＬＳＩと半導体チップとを組み合わせたデバイスをシステムとして機能させることで、一つのデバイスにより複雑な機能を持たせることができる。このようなウエハ上に半導体チップを実装する技術として、フリップチップ実装技術が知られている。特許文献１にはウエハ上に半導体チップをフリップチップボンディングにより接合する接合装置が開示されている。

このようなチップ／ウエハ接合を形成しようとすると、次のような問題が発生する。すなわち、マイクロＬＥＤは、表示素子単位でチップ化する必要があり、チップ化工程は成長基板の裏面研磨やブレーキング等の工程を含み、ダスト発生が避けられない。したがって、チップ化工程を経たマイクロＬＥＤには多数のダストが付着している。また、チップはトレイに収納されている場合が多く、トレイ内ではチップを完全に固定できないため、トレイの運搬等の過程で発塵しやすく、付着ダストが増加する。ウエハ状態でチップを管理する場合には、チップは粘着シートに貼り付けられており、粘着用の糊がチップに付着することもある。いずれにせよ、チップ状態に至る工程ではダスト管理が難しく、種々の異物の付着が免れ得ないという問題点があった。

また、ダストや異物が多数付着したチップを、既存の接合装置を用いてウエハへボンディングすれば、接合面にダストが付着し、接合不良が大量に発生して、接合歩留りが低下する要因となる。接合不良は接合する電極サイズが小さくなるほど、また、接合数が増えるほど顕著化するので、マイクロＬＥＤの表示素子を生産するうえで大きな課題となる。

接合装置１００は、半導体チップ等のチップ５０を、ウエハ等の基板（被接合プレート）１５上に接合するために用いられる。基板１５には多数の図示しない回路素子が形成されている。また、基板１５の表面には多数の電極（図１２（ａ）に示される基板電極１５Ｅ、第２の電極）が露出している。チップ５０は電極（図１２（ａ）に示されるチップ電極５０Ｅ、第１の電極）を備えており、基板１５の各回路素子に対して接合される。チップ電極５０Ｅは基板電極１５Ｅに対して電気的に接続（フリップチップ接続）される。

チップハンドリング部５は、多数のチップ５０を備えたチップキャリア４０、チップ５０をピックアップするためのチップピックアップステージ４５、およびチップ５０を受け渡すピックアップヘッド４６等を備えている。チップハンドリング部５は、チップ保持材４１を運ぶためのチップキャリア４０を受け入れて、チップキャリア４０中のチップ５０を接合部３へと供給するための前段部である。チップ保持材４１は、複数のチップ５０を保持する部材であり、例えばトレイや粘着シート材等が用いられる。チップキャリア４０としては、例えばトレイカセット、リール、または粘着シートカセット等が用いられる。

接合ヘッド２０は、チップ５０を吸着する手段を有しており、さらに、チップ５０を加熱するための熱源や、チップ５０に超音波を供給するアンテナ機能等を有していてもよい。ヘッド駆動部１８は、接合ヘッド２０を移動させる機能を有することに加えて、接合ヘッド２０を保持し、駆動するための電源および真空機構等のユーティリティを備えている。接合ヘッド２０はヘッド駆動部１８から電源や真空機構等のユーティリティの供給を受けるために、チップ５０を吸着する面とは反対側の面に、図示しないユーティリティ接続部を有している。ユーティリティ接続部は具体的には、電源を接続するためのコネクターや真空機構を接続するためのカプラー等である。接合ヘッド２０に吸着されたチップ５０は、ヘッド駆動部１８によって接合ステージ１７上の基板１５に接合される。

層流生成部１に設けられるＨＥＰＡフィルタ１０は、少なくとも、１μｍ以上の大きさのダストを完全に除去し、０．１μｍ以上のダストをも除去するものであることが好ましい。なお、チップハンドリング部５から洗浄部４へダストが入らない限りにおいては、チップハンドリング部５へは必ずしも層流１１が供給されなくともよい。

また、図１では、基板ハンドリング部２、接合部３、洗浄部４、およびチップハンドリング部５を並列に配置した構成を示したが、装置のコンパクト化、移載機器の低減、メンテナンス容易性等を考慮して、図２に例示した平面配置以外の種々の平面配置が可能である。また、スループットを向上する目的で、洗浄部４に複数の洗浄チャンバ３０を設置し、洗浄工程の律速によるスループットの低下を防ぐことも可能である。あるいは、１台の洗浄チャンバ３０内で、複数の接合ヘッド２０とチップ５０との組み合わせを、同時処理する構成とされてもよい。また、本実施形態に係る接合装置１００では、複数の接合ヘッド２０が必要とされるので、筐体６内に接合ヘッド２０のストック部が設けられた構成であってもよい。

＜第３の実施形態＞
図６および図７は本発明の第３の実施形態に係る接合装置１００を示し、図６は正面説明図、図７は洗浄部４を示す断面説明図である。

洗浄部４では、洗浄チャンバ３０において、チップ５０が移動ハンド２６から離脱し、直接洗浄される。洗浄部４の洗浄チャンバ３０は、図７（ａ）に示すように、移動ハンド２６からチップ５０を受け取り、保持する洗浄ステージ３９と、洗浄ステージ３９を洗浄チャンバ３０内に支持する支柱３８とを備えている。洗浄ステージ３９は洗浄カップ３１内に配置されて、洗浄ステージ３９上のチップ５０を洗浄に供する。洗浄ステージ３９の上面には、移動ハンド２６の先端部が挿入可能な溝部３９１が設けられている。支柱３８は、洗浄カップ３１の底部に立設され、上下方向に伸縮可能に備えられている。

チップハンドリング部５から洗浄部４へは、ピックアップヘッド４６の溝部４６１に移動ハンド２６が挿入されて、チップ５０の非電極面に吸着し、チップ５０を持ち上げて洗浄部４の洗浄チャンバ３０へと運ぶ。この時、チップ５０の電極面は上向きである。洗浄部４での洗浄後には、洗浄チャンバ３０から接合ヘッド２０へチップ５０が受け渡される。この時、移動ハンド２６は水平移動するとともに１８０度回転して、チップ５０を反転させて、電極面を下向きに変える。接合部３では、ヘッド駆動部１８に固定された接合ヘッド２０の溝部２０１へ移動ハンド２６が挿入され、接合ヘッド２０へチップ５０が受け渡された後、移動ハンド２６は離脱する。

図８および図９に示すように、基板ハンドリング部２は、基板１５を水平方向（図８のＹ軸方向）から垂直方向（図８のＺ軸方向）に回転させる基板回転手段１６を備えている。基板移動手段１４は、基板ハンドリング部２と接合部３との間で、垂直方向に起立した状態の基板１５を接合部３の接合ステージ１７へと移動させる。

また、洗浄部４では、図１０（ｂ）に示すように、ドア３５は上方へ垂直移動した状態から９０度回動して開放することが可能に構成されている。すなわち、ドア３５は水平方向から垂直方向へ回転可能である。図１０（ａ）に示すように、洗浄チャンバ３０は、移動ハンド２５に保持された接合ヘッド２０を受け入れてドア３５へ吸着し、保持する。チップ５０および接合ヘッド２０の洗浄後には、図１０（ｂ）に示すように、ドア３５が開いた状態で垂直移動ハンド２７が接合ヘッド２０を保持して、接合部３のヘッド駆動部１８へと運ぶ。本構成では、接合ヘッド２０の向きが、接合部３／洗浄部４間では垂直方向であり、洗浄部４／チップハンドリング部５間では水平方向であって、異なる向きであるため、接合ヘッド２０の向きを変更する機構が必要となる。本実施形態では、洗浄部４の開閉動作を利用することで、接合ヘッド２０の向きを変更しており、別の機構を設ける必要がないという利点がある。

基板ハンドリング部２には、基板１５を移動させる基板移動手段１４に加えて、その移動させた基板１５を１８０度回転させる基板反転手段１９が備えられている。基板反転手段１９は回転角が異なるが基板回転手段１６と同様に基板１５を回転させる機能である。基板１５は、電極面を上に向けて基板カセット１３にセットされている。この基板ハンドリング部２では、基板カセット１３から基板移動手段１４により取り出され、基板反転手段１９によって、電極面を上から下に向ける反転操作がなされる。その後、基板１５は電極面を下にした状態で、基板ハンドリング部２から接合部３へと搬送される。接合部３には、接合ステージ１７が保持面を下方に向けて水平層流１１ｈ中に配置されている。

１ 層流生成部
２ 基板ハンドリング部
３ 接合部
４ 洗浄部
５ チップハンドリング部
６ 筐体
１０ ＨＥＰＡフィルタ
１１ 層流
１１ｈ 水平層流
１２ 搬送機構
１３ 基板カセット
１４ 基板移動手段
１５ 基板（被接合プレート）
１５Ｅ 基板電極（第２の電極）
１６ 基板回転手段
１７ 接合ステージ
１８ ヘッド駆動部
１９ 基板反転手段
２０ 接合ヘッド
２５ 移動ハンド（第１の移動ハンド）
２６ 移動ハンド（第２の移動ハンド）
２６１ 吸着部
２７ 垂直移動ハンド（第１の移動ハンド）
３０ 洗浄チャンバ
３１ 洗浄カップ
３２ 第１の洗浄剤排出口
３３ 洗浄剤ノズル
３４ 第２の洗浄剤排出口
３５ ドア
３６ シールリング
３８ 支柱
３９ 洗浄ステージ
４０ チップキャリア
４１ チップ保持材
４２ チップ保持材移動手段
４５ チップピックアップステージ
４６ ピックアップヘッド
５０ チップ
５０Ｅ チップ電極（第１の電極）
６０ 接続材
７０ ダスト
１００ 接合装置

Claims (20)

1. 第１の電極を備えるチップと、第２の電極を備える被接合プレートとを、前記第１の電極と前記第２の電極とが電気的に接続するように接合する接合装置であって、
   ダストが除去された層流を生成する層流生成部と、
   前記チップをピックアップするチップハンドリング部と、
   前記チップを洗浄する洗浄部と、
   前記チップと前記被接合プレートとを接合する接合ステージを有する接合部と、
   前記チップを、前記チップハンドリング部から前記接合部へ搬送する搬送機構とを備え、
   少なくとも前記洗浄部および前記接合部は前記層流中に配設されていることを特徴とする接合装置。
2. 前記搬送機構は、前記チップを吸着する接合ヘッドを有し、
   前記洗浄部は、前記チップハンドリング部から前記接合部への搬送区間に備えられて、前記チップは前記接合ヘッドに吸着された状態で洗浄されることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
3. 前記搬送機構は前記接合ヘッドを複数個有することを特徴とする請求項２に記載の接合装置。
4. 前記洗浄部は、洗浄カップと、前記洗浄カップの上部を閉止するドアを有しており、前記ドアが前記接合ヘッドを保持することを特徴とする請求項２または３に記載の接合装置。
5. 前記接合ヘッドは前記チップを吸着する面と反対側の面に、ユーティリティ接続部を有することを特徴とする請求項２〜４のいずれか一つの請求項に記載の接合装置。
6. 前記搬送機構は、前記接合ヘッドを保持して前記接合ヘッドを移動させる第１の移動ハンドを有することを特徴とする請求項２〜５のいずれか一つの請求項に記載の接合装置。
7. 前記搬送機構は、前記チップを保持して移動する第２の移動ハンドを備え、前記第２の移動ハンドは前記チップハンドリング部、前記洗浄部、および前記接合部の各部にて搬送した前記チップを離脱させることを特徴とする請求項１に記載の接合装置。
8. 前記洗浄部は、洗浄カップと、前記洗浄カップの上部を閉止するドアと、前記チップを保持する洗浄ステージとを有していることを特徴とする請求項７に記載の接合装置。
9. 前記第２の移動ハンドは、前記洗浄部と前記接合部との間において、１８０度回転することで前記チップを反転させることを特徴とする請求項７または８に記載の接合装置。
10. 前記第２の移動ハンドの先端部は、前記チップにおける第１の電極を有しない面を吸着する吸着部を有し、前記吸着部の大きさは前記チップの大きさよりも小さいことを特徴とする請求項７〜９のいずれか一つの請求項に記載の接合装置。
11. 前記接合ステージには前記被接合プレートを吸着する保持面が備えられ、前記層流生成部は、前記保持面に対して平行な層流を生成することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか一つの請求項に記載の接合装置。
12. 前記被接合プレートは水平面に沿って移動され、前記層流は水平層流であることを特徴とする請求項１１に記載の接合装置。
13. 前記被接合プレートは垂直面に沿って移動され、前記層流は垂直層流であることを特徴とする請求項１１に記載の接合装置。
14. 前記洗浄部は、洗浄カップと、前記洗浄カップの上部を閉止するドアとを有し、前記ドアは水平方向から垂直方向に回転し、前記ドアが前記接合ヘッドを保持することを特徴とする請求項１３に記載の接合装置。
15. 前記接合ステージには前記保持面が下方に向けて設けられ、前記接合ヘッドは、保持した前記チップを反転させる反転手段を備えたことを特徴とする請求項１１に記載の接合装置。
16. 前記層流中には、前記被接合プレートを受け入れ、前記接合部へ供給し、払い出す基板ハンドリング部が備えられたことを特徴とする請求項１〜１５のいずれか一つの請求項に記載の接合装置。
17. 前記基板ハンドリング部は、前記第１の電極と前記第２の電極とを電気的に接続するための接続材を前記被接合プレート上に形成する機能を有していることを特徴とする請求項１６に記載の接合装置。
18. 前記基板ハンドリング部は、前記被接合プレートを回転させる機能を有することを特徴とする請求項１６に記載の接合装置。
19. 前記洗浄部は、前記チップを洗浄するための洗浄剤を噴出するノズルを有することを特
    徴とする請求項１〜１８のいずれか一つの請求項に記載の接合装置。
20. 前記洗浄剤にはドライアイスが含まれることを特徴とする請求項１９に記載の接合装置。