JP2022501812A - 微調整により半導体デバイスの転写速度を加速する方法および装置 - Google Patents
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Abstract
Description
本出願は、「Method and Apparatus to Increase Transfer Speed of Semiconductor Devices with Micro−Adjustment」と題する、2018年10月1日に出願された米国特許出願第16/147,456号の優先権を主張し、参照によりその全体を組み込んでいる。本出願は、現在は米国特許第9,633,883号として発行されている、「Apparatus for Transfer of Semiconductor Devices,」と題する、2014年11月12日に出願された米国特許出願第14/939,896号、「Compliant Needle for Direct Transfer of Semiconductor Devices」と題する、2016年11月3日に出願された米国特許出願第15/343,055号、「Top−Side Laser for Direct Transfer of Semiconductor Devices」と題する、2016年11月23日に出願された米国特許出願第15/360,471号、「Pattern Array Direct Transfer Apparatus and Method Therefor」と題する、2016年11月23日に出願された米国特許出願第15/360,645号、「Flexible Support Substrate for Transfer of Semiconductor Devices」と題する、2017年1月18日に出願された米国特許出願第15/409,409号、および「Method and Apparatus for Multiple Direct Transfers of Semiconductor Devices」と題する、2018年5月12日に出願された米国特許出願第15/987,094号を参照により組み込んでいる。
図1は、パッケージ化されていない半導体コンポーネント(または「ダイ」)をウェーハテープから支持基材に直接転写するために使用され得る装置100の実施形態を示す。ウェーハテープは、本明細書では、半導体デバイスダイ基材、または単にダイ基材と呼ばれることもある。装置100は、支持基材搬送機構102およびウェーハテープ搬送機構104を含んでもよい。支持基材搬送機構102およびウェーハテープ搬送機構104の各々は、搬送されるそれぞれの基材を互いに対して所望の位置合わせ位置に固定するためのフレームシステムまたは他の手段を含んでもよい。装置100は、図示のように、ウェーハテープ搬送機構104の上方に垂直に配置され得る転写機構106をさらに含んでもよい。ある実施形態では、転写機構106は、ウェーハテープにほぼ接触するように位置付けされる場合がある。さらに、装置100は、固定機構108を含んでもよい。固定機構108は、支持基材上にダイを配置し得る転写位置において、搬送機構106と位置合わせして、支持基材搬送機構102の下方に垂直に配置してもよい。以下で説明するように、図2Aおよび図2Bは、装置100の例示的な詳細を示す。
前述のように、針の先端部300のプロファイル形状は、先端部300の概略的な例示的なプロファイル形状を示す図3に関して、説明される。ある実施形態では、先端部300は、針の反対側に横方向に延びる場合がある、テーパ部分304、角306、および基端部308に隣接する側壁302を含む針の端部として画定し得る。先端部300の特定のサイズおよび形状は、例えば、転写されているダイ220のサイズ、および転写動作の速度および衝撃力などの転写プロセスの要因に応じて変化する場合がある。例えば、針の中心軸の長手方向とテーパ部分304との間で測定される、図3に見られる角度θは、約10〜15°の範囲である場合があり、角306の半径rは、約15〜50+ミクロンの範囲である場合があり、基端部308の幅wは、約0〜100+ミクロンの範囲である場合があり、ここで、wは、転写されているダイ220の幅以下である場合があり、テーパ部分304の高さhは、約1〜2mmの範囲である場合があり、ここで、hは、転写動作のストローク中に針が移動した距離よりも大きくてもよく、針226の直径dは約1mmである場合がある。
針作動性能プロファイルの実施形態が、図4に示されている。すなわち、図4は、ウェーハテープ218が時間とともに変化するのに伴うウェーハテープ218の平面に対する針先の高さを表示することによって、転写動作中に実行されるストロークパターンの例を示している。したがって、図4の「0」位置は、ウェーハテープ218の上面であってもよい。さらに、針のアイドル時間および針の準備完了時間は、プログラムされたプロセスまたは第1のダイを転写することと転写のために第2のダイに到達するのにかかる時間との間の期間の変化に応じて変化する場合があるので、ストロークパターンのアイドルフェーズと準備完了フェーズに示される破線は、時間が概算であり、期間は長くなっても短くなってもよいことを示している。さらに、レーザの使用について示される実線は、本明細書で示される実施形態の例示的な時間であるが、レーザのオンおよびオフ時間の実際の期間は、回路を形成する際に使用される材料(回路トレースの材料の選択など)、支持基材のタイプ、所望の効果(事前溶融回路トレース、部分接合、完全接合など)、接合点(すなわち、支持基材の上面)からのレーザの距離、転写されているダイのサイズ、およびレーザの出力/強度/波長などに応じて変化する場合があることを理解されたい。したがって、図4に示すプロファイルの以下の説明は、針プロファイルの例示的な実施形態である場合がある。
図5は、加工された支持基材500の例示的な実施形態を示す。支持基材502は、電力がそれに印加されるときに、負または正の電力端子として機能し得る回路トレース504Aの第1の部分を含んでもよい。回路トレース504Bの第2の部分は、回路トレース504Aの第1の部分に隣接して延びてもよく、電力がそれに印加されるとき、対応する正または負の電力端子として機能し得る。
直接転写システム600の実施形態の簡略化された例を図6に示す。転写システム600は、パーソナルコンピュータ(PC)602(またはサーバ、データ入力デバイス、ユーザインターフェースなど)、データストア604、ウェーハテープ機構606、支持基材機構608、転写機構610、および固定機構612を含んでもよい。ウェーハテープ機構606、支持基材機構608、転写機構610、および固定機構612のより詳細な説明は、これまでに示してきたので、これらの機構に関する特定の詳細はここでは繰り返さない。しかしながら、ウェーハテープ機構606、支持基材機構608、転写機構610、および固定機構612が、PC602とデータストア604との間の相互作用にどのように関連するかについての簡単な説明を以下に記載する。
転写システム700のそれぞれの要素間の通信経路の概略図は、以下のように説明される場合がある。
1つ以上のダイがウェーハテープから支持基材に直接転写される直接転写プロセスを実行する方法800が図8に示されている。本明細書に説明する方法800のステップは、任意の特定の順序でなくてもよく、したがって、所望の製品状態を達成するために任意の満足のいく順序で実行してもよい。方法800は、転写プロセスデータをPCおよび/またはデータストア802にロードするステップを含む場合がある。転写プロセスデータには、ダイマップデータ、回路CADファイルデータ、針プロファイルデータなどのデータが含まれてもよい。
ダイをウェーハテープ(または図9の簡略化された説明のために「ダイ基材」とも呼ばれる他の基材保持ダイ)から支持基材に直接転写させる直接転写動作の方法900が、図9に示されている。本明細書に説明する方法900のステップは、任意の特定の順序でなくてもよく、したがって、所望の製品状態を達成するために任意の満足のいく順序で実行してもよい。
図10に関して説明したある実施形態では、上記の直接転写装置のコンポーネントのいくつかは、コンベヤ/アセンブリラインシステム1000(以下、「コンベヤシステム」)に実装し得る。具体的には、図2Aおよび図2Bは、支持基材210が支持基材コンベヤフレーム214によって保持され、支持基材ホルダフレーム216によって張力がかけられているのを示す。装置200に関して示すように、モータ、レール、およびギアを有するシステムを介して、限定された領域に支持基材コンベヤフレーム214を固定する代わりに、図10は、支持基材コンベヤフレーム214が、支持基材がアセンブリラインスタイルのプロセスを通過するコンベヤシステム1000を通って搬送されるのを示している。搬送される支持基材上で実行される動作の間の実際の搬送手段として、コンベヤシステム1000は、それぞれが支持基材を保持する複数の支持基材コンベヤフレーム214を順次搬送するために一連のトラック、ローラ、およびベルト1002ならびに/または他のハンドリング装置を含んでもよい。
直接転写装置の別の実施形態では、図11Aおよび図11Bに見られるように、「光ストリング」が形成されてもよい。装置1100の特徴の多くは、図2Aおよび図2Bの装置200の特徴と実質的に同様のままであり得るが、図11Aおよび図11Bに示すように、基材搬送機構1102は、支持基材210とは異なる支持基材1104を搬送するように構成されてもよい。具体的には、図2Aおよび図2Bにおいて、支持基材搬送機構202は、張力を受けてシート状支持基材218を固定する、支持基材コンベヤフレーム214およびテンショナーフレーム216を含む。しかしながら、図11Aおよび図11Bの実施形態では、支持基材搬送機構1102は、支持基材リールシステムを含んでもよい。
図12に見られるように、直接転写装置の追加の実施形態では、装置1200は、ウェーハテープ搬送機構1202を含んでもよい。具体的には、図2Aおよび図2Bに示すウェーハテープコンベヤフレーム222およびウェーハテープホルダフレーム224の代わりに、ウェーハテープ搬送機構1202は、ダイ220を装置1200の転写位置を通して搬送してダイを単一の基材に転写するための1つ以上のリール1204を有するシステムを含んでもよい。具体的には、各リール1204は、ダイ220がストリップの長さに沿って連続して取り付けられた狭く連続した細長いストリップとして形成されたダイ基材1206を含んでもよい。
図13は、直接転写装置1300のある実施形態を示す。図2Aおよび図2Bにおいてのように、支持基材搬送機構202は、ウェーハテープ搬送機構204に隣接して配置してもよい。しかしながら、搬送機構202、204の間には、ウェーハテープ218から支持基材210へのダイ220の転写を実現するために搬送機構1302を配置し得る空間が存在する。
図14に、直接転写装置1400のある実施形態を示す。図示の実施形態では、微調整機構1402がウェーハテープ搬送機構1404に取り付けられており、これは、半導体デバイスダイ220をウェーハテープ218から支持基材210に直接転写するのを支援し得る。転写装置1400の多くの特徴は、図2Aおよび図2Bの装置200の特徴と実質的に類似したままでよいが、ダイ転写プロセス中にウェーハテープ218およびダイ220の配向および/または位置に微調整(例えば、5ミクロン〜50ミクロン、または1ミクロン〜1000ミクロン、または0.5ミクロン〜5000ミクロンなど)を加える微調整機構1402の実装を含むいくつかの相違点が、本明細書で図14〜図18に関して以下に説明される。
図16は、本出願の別の実施形態に係る、装置の1つ以上のコンポーネントの微調整を実行するための第1のアクチュエータ1602および第2のアクチュエータ1604を有する微調整機構1600(以下、「微調整機構1600」)の底面図を示す。微調整機構1600の多くの機能は、図15Aの微調整機構1500の機能と実質的に類似したままであってもよいが、いくつかの相違点が、本明細書で第2のアクチュエータ1604に関して以下に説明される。
さらに、および/または代替的に、図17は、4つのマイクロアクチュエータ、つまり第1のアクチュエータ1702、第2のアクチュエータ1704、第3のアクチュエータ1706、および第4のアクチュエータ1708を有する微調整機構1700のある実施形態の底面図を示す。微調整機構1700の多くの機能は、それぞれ図15および図16の、微調整機構1500および1600の機能と実質的に類似したままであってもよい。例えば、第1のアクチュエータ1702および第2のアクチュエータ1704は、第1のアクチュエータ1602および第2のアクチュエータ1604に関して説明したように、微調整機構1700において、それぞれ、支持アーム1710Aおよび1710B上のアクチュエータフランジ1710に対して配置され得る。しかしながら、アクチュエータフランジ1710は、それぞれ、第3のアクチュエータ1706および第4のアクチュエータ1708を支持し得る追加の支持アーム1710Cおよび1710Dを有してもよい。図示のように、第3のアクチュエータ1706および第4のアクチュエータ1708は、互いに対向して同一直線上に位置合わせされ、第1のアクチュエータ1702および第2のアクチュエータ1704からそれぞれ90度回転した場所でウェーハ支持ブロック1712に接触するように配置され得ることが企図される。すなわち、第3のアクチュエータ1706および第4のアクチュエータ1708は、第1のアクチュエータ1702および第2のアクチュエータ1704の同一直線上の位置合わせに対して垂直に配向されて、第1のアクチュエータ1702および第2のアクチュエータ1704が調整を行うことができる方向線に垂直な方向にダイの位置を調整し得る。反対を向くアクチュエータは、調整された特徴を中立状態にリセットするための戻り部材として機能する場合があることに注意されたい。
ある実施形態では、ウェーハテープを保持するフレームが場所から場所へと搬送されるとき、ウェーハフレームを保持する搬送機構は、転写場所に移動してよく、突然停止するか、または大幅に減速した後、転写場所を微調整し、および/またはシステムの振動を取り除く微調整を実行し得る。調整されると、システムは次いでダイを転写する。図18は、微調整機構を備えた直接転写装置のある実施形態の直接転写動作の方法1800を示しており、搬送機構は、各転写位置合わせで停止するか、または各転写位置合わせで完全には停止せず、むしろ、単に減速するかのいずれかである場合がある。
図19Aは、本出願の実施形態に係る2軸レール微調整アセンブリ1900(以下、レールアセンブリ1900)の等角図を示す。ここでも、微調整機構は、例えば、ウェーハテープ搬送機構とともに実装されている。しかしながら、上記のように、同様の微調整機構を、製品基材搬送機構とともに実装するように適合させ得ることが企図される。それにもかかわらず、便宜上、図19A〜図19Cは、転写されるダイを運ぶウェーハテープの相対位置を調整するために適合されたレールアセンブリ1900を参照する。
図20は、微調整機構を使用して半導体デバイスダイを転写するための方法2000のある実施形態を示す。ダイを転写するための装置は、上記に説明したように、いくつかのダイ転写のために比較的長い距離(例えば、1mm、2mmなどであってよい)にまたがる粗調整を実施し得るが、時にはずれが発生する場合があり、それに対して、微調整機構は有利であり得る。さらに、いくつかの例ではは、一連のダイが転写され、粗い位置調整が使用される可能性があるが、隣接するダイが比較的近接しているため、粗調整は実用的でない場合がある。そのような状況では、微調整機構が再び有利になり得る。
A:第1の基材上に配置された半導体デバイスダイの第2の基材への直接転写を実行するための装置であって、第1の基材の一次位置調整を行うために2軸で移動可能な基材搬送機構と、基材搬送機構に連結された微調整機構であって、微調整機構は、第1の基材を保持し、基材搬送機構によって引き起こされる一次位置調整よりも小さなスケールで二次位置調整を行うように構成され、微調整機構は、移動可能な遠位端部を有する微調整アクチュエータと、第1の基材を固定するように構成された基材ホルダフレームであって、基材ホルダフレームは、微調整アクチュエータの遠位端部の作動を介して移動可能である基材ホルダフレームと、を含む、微調整機構と、第2の基材を固定するように構成され、それにより第2の基材の転写面が第1の基材上に配置された半導体デバイスダイに向いて配置される基材フレームと、第1の基材を押圧し、半導体デバイスダイを第2の基材に転写するように構成された転写機構と、を備える装置。
を備える装置。
結論
Claims (20)
- 第1の基材上に配置された半導体デバイスダイの第2の基材への直接搬送を実行するための装置であって、
前記第1の基材の一次位置調整を行うために2軸で移動可能な基材搬送機構と、
前記基材搬送機構に連結された微調整機構であって、前記微調整機構が、前記第1の基材を保持し、前記基材搬送機構によって引き起こされる前記一次位置調整よりも小さなスケールで二次位置調整を行うように構成され、前記微調整機構が、
移動可能な遠位端部を有する微調整アクチュエータと、
前記第1の基材を固定するように構成された基材ホルダフレームであって、前記基材ホルダフレームが、前記微調整アクチュエータの前記遠位端部の作動を介して移動可能である前記基材ホルダフレームと
を含む、前記微調整機構と、
前記第2の基材を固定するように構成され、それにより前記第2の基材の転写面が前記第1の基材上に配置された前記半導体デバイスダイに向いて配置される基材フレームと、
前記第1の基材を押圧し、前記半導体デバイスダイを前記第2の基材に転写するように構成された転写機構と、
を備える、装置。 - 前記微調整機構が、
前記基材ホルダフレームを固定するためのウェーハ支持体と、
前記基材ホルダフレームを中立位置にリセットするための戻り部材と
をさらに含み、
前記微調整アクチュエータの前記遠位端部が、前記ウェーハ支持体に近接して配置される、
請求項1に記載の装置。 - 前記微調整アクチュエータが第1の微調整アクチュエータであり、
前記微調整機構が、前記基材ホルダフレームの位置を調整するように位置決めされた遠位端部を有する第2の微調整アクチュエータをさらに含み、
前記第1の微調整アクチュエータの前記遠位端部が、前記第2の微調整アクチュエータの前記遠位端部に対してそれぞれ約90度変位した場所で前記基材ホルダフレームの前記位置を調整するように位置決めされる、
請求項1に記載の装置。 - 前記微調整機構が2軸レール搬送機構である、
請求項1に記載の装置。 - 前記微調整機構が、前記基材搬送機構に取り付けられたサブステージプレートをさらに含む、
請求項1に記載の装置。 - 前記微調整機構が、
前記サブステージプレートに取り付けられた第1の一対の平行レールであって、第1の方向に延びる第1の一対の平行レールと、
第1の軸スライドプレートの第2の側面に対向する第1の側面を有する前記第1の軸スライドプレートであって、前記第1の軸スライドプレートの前記第1の側面上の前記第1の一対の平行レールを介して前記サブステージに間接的に接続されている前記第1の軸スライドプレートと、
前記第1の軸スライドプレートの前記第2の側面に取り付けられた第2の一対の平行レールであって、前記第1の方向を横切る第2の方向に延びる前記第2の一対の平行レールと、
前記第1の軸スライドプレートに前記第2の一対の平行レールを介して間接的に接続された第2の軸スライドプレートであって、前記基材ホルダフレームを支持する前記第2の軸スライドプレートと、
をさらに含む、
請求項5に記載の装置。 - 前記微調整アクチュエータの前記移動可能な遠位端部が、前記第1の軸スライドプレートの縁部に接触するように配置される、
請求項6に記載の装置。 - 第1の基材上に配置された半導体デバイスダイの第2の基材への直接搬送を実行するための装置であって、
第1の基材のマクロ位置調整を行うための基材搬送機構と、
前記基材搬送機構と連結された微調整機構であって、前記微調整機構が、前記第1の基材を保持し、前記第1の基材の位置の微調整を行うように構成され、前記微調整機構が、
移動可能な遠位端部を有する微調整アクチュエータと、
前記第1の基材を固定するように構成された基材ホルダフレームであって、前記基材ホルダフレームが、前記微調整アクチュエータの前記遠位端部との接触を介して移動可能であるスライドプレートに固定されている前記基材ホルダフレームと
を含む、前記微調整機構と、
前記第2の基材を固定するように構成され、それにより前記第2の基材の転写面が前記第1の基材上に配置された前記半導体デバイスダイに向いて配置される基材フレームと、
前記第1の基材を押圧し、前記半導体デバイスダイを前記第2の基材に転写するように構成された転写機構と、
を備える、装置。 - 前記微調整アクチュエータが第1の微調整アクチュエータであり、
前記スライドプレートが、前記微調整機構の第1のスライドプレートであり、第1の方向に位置的に調整可能であり、
前記微調整機構が、
前記第1の方向を横切る第2の方向に位置的に調整可能な第2のスライドプレートと、
前記第2のスライドプレートの位置に接触し調整するように配置される移動可能な遠位端部を有する第2の微調整アクチュエータと、
をさらに含む、
請求項8に記載の装置。 - 前記第1のスライドプレートと前記第2のスライドプレートとは、一対の平行レールによって相互接続され、それにより前記第2のスライドプレートが前記第1のスライドプレートに対して直線方向に移動可能である、
請求項9に記載の装置。 - 前記微調整機構が、
前記第1の微調整アクチュエータの作動後に前記第1のスライドプレートを停止するために、前記第1の微調整アクチュエータに対向する前記第1のスライドプレートの側面に配置された第1の圧縮バンパと、
前記第2の微調整アクチュエータの作動後に前記第2のスライドプレートを停止するために、前記第2の微調整アクチュエータに対向する前記第2のスライドプレートの側面に配置された第2の圧縮バンパと、
をさらに含む、
請求項9に記載の装置。 - 前記基材搬送機構が少なくとも2つの方向に移動可能である、
請求項8に記載の装置。 - 前記微調整アクチュエータが、0.5ミクロン〜5000ミクロンの範囲の位置調整を行うように構成される、
請求項8に記載の装置。 - 前記微調整アクチュエータが、1ミクロン〜1000ミクロンの範囲の位置調整を行うように構成される、
請求項8に記載の装置。 - 前記微調整アクチュエータが、5ミクロン〜50ミクロンの範囲の位置調整を行うように構成される、
請求項8に記載の装置。 - 第1の基材上に配置された半導体デバイスダイの第2の基材への直接転写を実行するための装置であって、
マクロ位置調整で前記第1の基材を搬送するために1つ以上の方向に移動するように構成された基材搬送機構と、
前記基材搬送機構と連結された微調整機構であって、前記微調整機構が、前記基材搬送機構に対する位置の微調整において前記第1の基材をさらに搬送するように構成され、前記微調整機構が、
移動可能な遠位端部を有する1つ以上の微調整アクチュエータと、
前記1つ以上の微調整アクチュエータの作動を介して移動可能であるために前記第1の基材を固定するように構成された基材ホルダフレームと
を含む、前記微調整機構と、
前記第2の基材を固定するように構成され、それにより前記第2の基材の転写面が前記第1の基材上に配置された前記半導体デバイスダイに向いて配置される基材フレームと、
前記第1の基材を押圧し、前記半導体デバイスダイを前記第2の基材に転写するように作動可能である転写部材と、
を備える、装置。 - 前記1つ以上の微調整アクチュエータが、前記マクロ位置調整の場所の不正確さを打ち消すように制御される、
請求項16に記載の装置。 - 前記微調整機構が、前記基材搬送機構が動いている間、前記基材搬送機構に対して前記第1の基材の位置を調整するように構成される、
請求項16に記載の装置。 - 前記基材搬送機構の前記動きが、前記基材搬送機構がマクロ位置調整後に停止したときに生じる振動運動である、
請求項18に記載の装置。 - 前記基材搬送機構の前記動きが、前記基材搬送機構が前記マクロ位置調整中に連続的に移動するときに生じる動きである、
請求項18に記載の装置。
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