JP3621908B2 - ベアチップ実装方法および実装システム - Google Patents

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Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体ウェハ上の電極パッド上にバンプ（金の凸状電極）を形成して、このバンプと回路形成体とをリード線を介さずに直接接合するフリップチップ方式をはじめとするベアチップ実装方法および実装システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器においては小型化および軽量化が求められており、それに伴って、電子回路の実装密度を高めることを目的として、ウェハを個片に分割したベアチップタイプの半導体集積回路チップ（以下、ＩＣチップと略称する）を裏返してセラミック回路基板やガラスエポキシ回路基板などの回路基板上に直接実装するフリップチップ実装工法が多用されている。例えば、現在においてフリップチップ実装工法により生産されているものとしては、ＩＣチップと同寸法にパッケージするＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｉｚｅ Ｐａｃｋａｇｅ ）や複数のＩＣチップを回路基板上に実装するＭＣＭ（Ｍｕｌｔｉ Ｃｈｉｐ Ｍｏｄｕｌｅ ）があり、これらによる生産が増加しつつある。このフリップチップ実装工法の一つであるＳＢＢ（Ｓｔｕｄ ＢＵＭＰ Ｂｏｎｄｉｎｇ ）工法では、ワイヤボンディング工法を応用して、半導体ウェハにおける各ＩＣチップの電極パッド上にバンプを形成し、このバンプと回路基板などの回路形成体上に形成された配線電極とをリード線を介さずに直接接合している。
【０００３】
近年では、携帯型電子機器の小型化の進展に伴い、ＩＣチップの小型化および薄型化がさらに促進されている。このようなＩＣチップにバンプを形成するバンプボンディングにおいては、ＩＣチップの大きさや厚さによってはＩＣチップのハンドリングが困難となる。そのため、近年のベアチップ実装システムには、半導体ウェハを個片つまりＩＣチップに分割するためのダイシングを行う前に、半導体ウェハ上にバンプボンディングを行える構成を備えたものが存在する。さらに、厚さが０．２ｍｍ以下の薄型の半導体ウェハでは、割れや欠け或いは回路の破壊といった損傷を発生させることなく搬送、固定およびバンプボンディングを支障無く行うために、図５に示すような搬送具２が用いられている。この搬送具２は、保護リング３の下面にシート４を張架された構成を有している。半導体ウェハ１は、シート４上に貼付されて、保護リング３によって周囲を囲まれた形態で収納装置からボンディングステージに搬入され、そのボンディングステージ上においてバンプが形成されたのち、ボンディングステージから収納装置に搬出される。
【０００４】
図６は、従来のフリップチップ実装工法の制御処理を示すフローチャートである。同図において、前工程設備において、半導体ウェハ１を製造（ステップＳ１）したのちに、この半導体ウェハ１を図５に示したように搬送具２のシート４に貼付（ステップＳ２）して固定した形態で組立工程設備に搬送する。組立工程設備では、搬送具２に固定された状態の半導体ウェハ１上にバンプが形成される（ステップＳ３）。このバンプボンディングされた半導体ウェハ１は、搬送具２に固定されたままの状態で前工程設備まで搬送されて、ダイシングされ（ステップＳ４）たのちに洗浄（ステップＳ５）される。続いて、半導体ウェハ１は再び組立工程に搬送されて、半導体ウェハ１をダイシングすることによって分割されたＩＣチップが回路基板にフッリプチップ実装される（ステップＳ６）。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のベアチップ実装方法では、組立工程設備でバンプボンディングされたのちに前工程設備に搬送された半導体ウェハ１に対しダイシングを実施したときに切り屑が発生し、この切り屑は、後工程において純水による洗浄が行われるにも拘わらず、その一部がバンプと回路基板の電極との接続部に残存する。そのため、半導体ウェハ１をダイシングすることによって分割されたＩＣチップを回路基板にフリップチップ実装した際には、ＩＣチップと回路基板との間に、残存する切り屑によって導通不良が生じる可能性がある。
【０００６】
また、組立工程設備においてバンプボンディングを実施した半導体ウェハ１は、ダイシングおよび洗浄を行うために前工程設備に一旦搬送されたのち、再び組立工程に搬送されてフリップチップ実装されるので、両設備間を搬送する回数が多いことに伴って時間および労力の大きなロスが発生する問題がある。この問題は、前工程設備のクリーンルームに純水供給設備が設けられているのに対し、組立工程設備のクリーンルームには一般に純水供給設備が設けられていない場合が多いことに起因して発生している。すなわち、バンプボンディングが実施された半導体ウェハのＩＣチップを既存の設備を用いてフリップチップ実装するためには、半導体ウェハ１にバンプボンディングを実施したのち、その半導体ウェハ１を搬送具２に固定したまま組立工程設備のクリーンルームから前工程設備のクリーンルームに搬送してダイシングを行い、そののち、組立工程設備のクリーンルームに搬送してＩＣチップをフリップチップ実装する必要があるので、半導体ウェハ１を両設備の各々のクリーンルーム間で移動する回数が多くなる。
【０００７】
そこで、本発明は、上記従来の課題に鑑みてなされたもので、半導体ウェハをダイシングした際に発生する切り屑によるＩＣチップと回路基板間の導通不良を防止するとともに、時間および労力のロスを削減することのできるベアチップ実装方法および実装システムを提供することを目的とするものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために、本発明に係るベアチップ実装方法は、前工程において、半導体ウェハを搬送具に取り付けた状態で個々のＩＣチップに分割するダイシング工程と、前記ダイシング後の前記半導体ウェハを洗浄する洗浄工程と、前記洗浄が完了した前記半導体ウェハを前記搬送具に取り付けた状態のまま組立工程に搬送して、前記半導体ウェハの電極パッド上にバンプを形成するバンプボンディング工程と、前記バンプが形成された前記各ＩＣチップを回路形成体に実装する実装工程とを有していることを特徴としている。
【０００９】
このベアチップ実装方法では、半導体ウェハに対しバンプボンディングを実施するのに先立って、前工程設備のクリーンルームにおいて半導体ウェハにダイシングを実施し、そのダイシングにより発生する切り屑を洗浄することによって除去したのちに、組立工程設備に搬送してバンプボンディングを実施するので、ダイシングによる切り屑がバンプに付着することがない。そのため、ＩＣチップと回路基板間には切り屑に起因する導通不良が発生しない。また、半導体ウェハは、前工程設備においてダイシングおよび洗浄を行ったのちに組立工程設備に搬送されるので、両設備間における半導体ウェハの搬送は１回で済み、時間および労力のロスを極力削減できる。
【００１０】
また、本発明に係るベアチップ実装システムは、半導体ウェハを搬送具に取り付けた状態で個々のＩＣチップに分割するダイシング設備と、前記ダイシング後の前記半導体ウェハを洗浄する洗浄設備と、前記洗浄が完了した前記半導体ウェハを前記搬送具に取り付けた状態のまま組立工程に搬送する搬送装置と、前記半導体ウェハの電極パッド上にバンプを形成するボンディングヘッドと、前記各ＩＣチップを回路形成体に実装するフリップチップボンダとを備えていることを特徴としている。
【００１１】
このベアチップ実装システムは、ダイシング設備、洗浄設備、搬送装置、ボンディングヘッドおよびフリップチップボンダがこの順に工程が進むように配設されているので、本発明のベアチップ実装方法を忠実に具現化して、ベアチップ実装方法と同様の効果を確実に得ることができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好ましい実施の形態について図面を参照しながら説明する。図１は本発明の一実施の形態に係るベアチップ実装方法による制御処理を示すフローチャートである。同図において、前工程設備において、ウェハ製造設備によって半導体ウェハ１を製造（ステップＳ１１）したのちに、この半導体ウェハ１を図５に示したように搬送具２のシート４に貼付して固定し（ステップＳ１２）、この搬送具２に固定状態の半導体ウェハ１に対してダイシングを実施し（ステップＳ１３）、そのダイシングした半導体ウェハ１を、前工程設備のクリーンルームに設置されている純水供給設備を用いて洗浄する（ステップＳ１４）。
【００１３】
続いて、半導体ウェハ１は、搬送具２に固定された状態で組立工程設備に搬送されて、バンプボンディングが実施される（ステップＳ１５）。最後に、半導体ウェハ１のダイシングによって個々に分割されたＩＣチップは、組立工程設備のフリップチップボンダによって回路基板にフリップチップ実装される（ステップＳ１６）。
【００１４】
したがって、このベアチップ実装方法では、半導体ウェハ１に対しバンプボンディングを実施するのに先立って、前工程設備のクリーンルームにおいて半導体ウェハ１にダイシングを実施し、そのダイシングにより発生する切り屑を洗浄することによって除去したのちに、組立工程設備に搬送してバンプボンディングを実施するので、ダイシングによる切り屑がバンプに付着することがない。そのため、ＩＣチップと回路基板間には切り屑に起因する導通不良が発生しない。また、半導体ウェハ１は、前工程設備においてダイシングおよび洗浄を行ったのちに組立工程設備に搬送されるので、両設備間における半導体ウェハ１の搬送は１回で済み、時間および労力のロスを格段に削減できる。
【００１５】
つぎに、上記ベアチップ実装方法を具現化した場合の具体的な手段について説明する。図２は上記ベアチップ実装方法を具現化することのできるバンプボンディング装置を示す透視斜視図であり、組立工程設備に設置されている。図３に示すように、半導体ウェハ１は、前工程設備において、搬送具２のシート４に貼付固定された状態でダイシング設備によってダイシングを施され、そののち、洗浄される。この実施の形態では、上記ダイシング設備および洗浄装置として、既存のものを用いることができるから、その図示を敢えて省略している。
【００１６】
上記ダイシングを施されて個々の１Ｃチップ７に分割された半導体ウェハ１は、搬送具２に固定された状態のままで、図２に示す第１収納容器８内に複数収納され、この第１収納容器８内に収納された状態で前工程設備のクリーンルームから組立工程設備のクリーンルームに搬送されてくる。第１収納容器８は第１昇降機構部２２により上昇されて、搬送機構部９に対向する高さ位置に位置決めされる。この位置決めされた第１収納容器８内に収納された各半導体ウェハ１は、搬送具２に固定された状態のままで搬送機構部９によって１つずつ取り出されていく。
【００１７】
上記搬送機構部９上に取り出された搬送具２は、移載機構部１０によって保護リング３の外周を把持されるか、または保護リング３の上面を吸着パッド（図示せず）で吸着されて、ボンディングステージ１１上に移載される。図４は図２のバンプボンディング装置における上記ボンディングステージ１１周辺の側面図を示す。ボンディングステージ１１には、搬送具２が載置される上面に多孔質部１２が設けられているとともに、この多孔質部１２の下面に連通する複数の吸引孔１３が設けられている。したがって、搬送具２は、吸引孔１３を通じて多孔質部１２が減圧されることにより、多孔質部１２に吸引固定される。また、ボンディングステージ１１における各吸引孔１３の間の箇所には、ヒータ１４が埋設されており、半導体ウェハ１の各ＩＣチップ７にそれぞれ形成されている電極パッド（図示せず）は、これの上面にバンプを形成するのに必要なバンプボンディング用温度になるようにヒータ１４で加熱される。
【００１８】
上記ボンディングステージ１１に隣接して配設されたボンディングヘッド１７は、搬送具２に固定された状態でボンディングステージ１１に載置された半導体ウェハ１上の電極パッドにバンプを形成するための周知の装置である。すなわち、ボンディングヘッド１７は、バンプの形成材料となる金線１８を供給するワイヤ供給部、金線１８を溶融して形成した溶融ボールを電極パッドに押圧するバンプ作成部および押圧時にバンプに超音波を作用させる超音波発生部などを備えている。また、ボンディングヘッド１７は、例えばボールねじ構造によって平面上で互いに直交するＸ，Ｙ方向に移動可能なＸ−Ｙテーブル１９上に固定されている。これにより、ボンディングヘッド１７は、半導体ウェハ１の電極パッド上にバンプを形成し終わる毎に、Ｘ−Ｙテーブル１９によって次にバンプを形成すべき電極パッド上に順次移動されていき、半導体ウェハ１の全ての電極パット上にバンプを形成する。
【００１９】
バンプボンディングの完了した半導体ウェハ１は、搬送具２に取り付けられた状態で移載機構部１０によって搬送機構部２０上へ移載され、この搬送機構部２０によって第２収納容器２１内に収納される。この第２収納容器２１は、第２昇降機構部２３によって所定の高さ位置まで上昇されたのち、次工程に搬送される。すなわち、半導体ウェハ１は、上記第２収納容器２１内に収納された状態で周知のフリップチップボンダ（図示せず）に搬送される。フリップチップボンダは、搬送具２のシート４上に固定されている半導体ウェハ１の個々に分割されたＩＣチップ７を回路基板上にフリップチップ実装する。
【００２０】
【発明の効果】
以上のように、本発明のベアチップ実装方法によれば、半導体ウェハに対しバンプボンディングを実施するのに先立って、前工程設備のクリーンルームにおいて半導体ウェハにダイシングを実施し、そのダイシングにより発生する切り屑を洗浄することによって除去したのちに、組立工程設備に搬送してバンプボンディングを実施するので、ダイシングによる切り屑がバンプに付着することがない。そのため、ＩＣチップと回路基板間には切り屑に起因する導通不良が発生しない。また、半導体ウェハは、前工程設備においてダイシングおよび洗浄を行ったのちに組立工程設備に搬送されるので、両設備間における半導体ウェハの搬送は１回で済み、時間および労力のロスを極力削減できる。
【００２１】
また、本発明のベアチップ実装システムによれば、ダイシング設備、洗浄設備、搬送装置、ボンディングヘッドおよびフリップチップボンダがこの順に工程が進むように配設されているので、本発明のベアチップ実装方法を忠実に具現化して、ベアチップ実装方法と同様の効果を確実に得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るベアチップ実装方法による制御処理を示すフローチャート。
【図２】同上のベアチップ実装方法を具現化することのできるバンプボンディング装置を示す透視斜視図。
【図３】ダイシング実施後の半導体ウェハを示す平面図。
【図４】同上のバンプボンディング装置におけるボンディングヘッドの周辺機構の側面図。
【図５】従来の半導体ウェハを搬送する場合の形態を示す縦断面図。
【図６】従来のフリップチップ実装工法の制御処理を示すフローチャート。
【符号の説明】
１ 半導体ウェハ
２ 搬送具
７ ＩＣチップ
１７ ボンディングヘッド

Claims (2)

  1. 前工程において、半導体ウェハを搬送具に取り付けた状態で個々のＩＣチップに分割するダイシング工程と、
    前記ダイシング後の前記半導体ウェハを洗浄する洗浄工程と、
    前記洗浄が完了した前記半導体ウェハを前記搬送具に取り付けた状態のまま組立工程に搬送して、前記半導体ウェハの電極パッド上にバンプを形成するバンプボンディング工程と、
    前記バンプが形成された前記各ＩＣチップを回路形成体に実装する実装工程とを有していることを特徴とするベアチップ実装方法。
  2. 半導体ウェハを搬送具に取り付けた状態で個々のＩＣチップに分割するダイシング設備と、
    前記ダイシング後の前記半導体ウェハを洗浄する洗浄設備と、
    前記洗浄が完了した前記半導体ウェハを前記搬送具に取り付けた状態のまま組立工程に搬送する搬送装置と、
    前記半導体ウェハの電極パッド上にバンプを形成するボンディングヘッドと、前記各ＩＣチップを回路形成体に実装するフリップチップボンダとを備えていることを特徴とするベアチップ実装システム。
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