JP4226489B2 - チップのピックアップ方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体チップ等といったチップ部品を減圧して吸着し、（例えばダイシングテープ等から）ピックアップするコレットおよびその使用方法に関する。

半導体装置等の電子部品、電子機器の製造においてはチップ部品（以下、単に「チップ」ともいう）のピックアップ工程を経ることが多い。例えば、半導体装置は多数の半導体素子を形成した半導体ウエハから一括して製造されるのが一般的であるが、その際に以下の要領で半導体チップのピックアップ工程が実施される。

まず、多数の半導体素子が形成された半導体ウエハを粘着シートに貼着する。半導体ウエハを素子ごとにダイシング工程で分割してなる多数の半導体チップを、順次粘着シート上からピックアップする。この半導体チップのピックアップは、コレットと称する専用治具（半導体チップに直接接触する吸着用ヘッド部）を具備したダイボンダー又はダイピッカーと称する装置（以下、総称してダイボンダーとする）を使用して行う。図５は、半導体チップのピックアップ工程を模式的に表す図である。図面における点線は外部から視認できない内部構造を示す。コレットアダプター２と接続したコレット１は、その凹部１０が半導体チップ３の一方の板面に当接し、当接状態でコレットアダプター２の吸引孔２１から真空引きすることで凹部１０を減圧して前記半導体チップ３を吸着する治具である。ここで、コレットの凹部１０がチップ３に当接するとは、凹部１０を形成する側壁１１と半導体チップ３の一方の板面とが減圧可能な空間を形成することである。図中、凹部１０の太い矢印は、上方向に吸引が行われていることを示すものである。該半導体チップ３はコレット１に吸着されたたまま粘着シート４から剥離されることでピックアップがなされ、リードフレームヘマウントするなどの次工程へ移送される。尚、ピックアップにおいて、粘着シート４から半導体チップ３が剥離しやすいように前記粘着シート４の下方からピン６により半導体チップ３を粘着シート４を介して突上げるようにして、チップ部品３に対する粘着シート表面の剥離角度が大きくなるようにすることが一般的に行われる。

従来技術におけるコレットとしてはラバーコレットおよび角錐コレットの２種類が知られている。先に参照した図５はラバーコレットによるチップ部品３の吸着を模式的に示す図である。ラバーコレットの側壁１１は天然ゴム又は合成ゴム等のゴム状弾性体からなり、通常、凹部１０がチップ部品３へ当接する面積は凹部１０が当接するチップ部品３の板面の面積よりも小さい。したがって、ラバーコレットの用時には側壁１１がチップ部品３の板面に垂直に当接してピックアップがなされる。図６は角錐コレットによるチップ部品３のピックアップを模式的に示す図である。角錐コレットでは、凹部１０がチップ部品３へ当接する面積は、凹部１０が当接するチップ部品３の板面の面積よりも大きく、凹部１０の内壁は角錐の一部を形成しているため減圧すべき凹部１０は末広がりの構造となっている。したがって角錐コレットの用時には、凹部１０の内壁がチップ部品３に当接してピックアップがなされる（特許文献１）。
特開平８−２５０５７４号公報 特開２００１−１１８８６２号公報

近年、ＩＣカード等の普及に伴ってチップ部品の薄型化が進んでいる。薄型化して端部の剛性が低下したチップ部品を、従来のコレットでピックアップしようとする場合、ピンによる突上げ等を行ってもチップ部品が粘着テープ表面に追従する形で変形してしまい、粘着シート表面に対して十分な剥離角度が得られない為、剥離が出来なくなるケースが出てきた。図７（Ａ）はラバーコレットを用いた場合、図７（Ｂ）は角錐コレットを用いた場合の、上記問題を示す図である。このような場合、吸引を強くするなどして無理に剥離を試みるとチップ部品を破損してしまうことが懸念される。

本発明は上記問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、吸着時に変形が生じるような薄いチップ部品であっても、破損に至るような強い吸引を用いずに吸着しピックアップし得るコレットおよびそれを用いたピックアップ方法を提供することである。

本発明者らは上記課題について鋭意検討した結果、以下のような特徴を有する本発明を完成した。
（１）チップ部品の一方の板面に当接させるための凹部を有し、該凹部の内部底面に穿設された吸引孔を介して、当接状態で凹部内を減圧することによって該チップ部品を吸着しピックアップし得るコレットであって、
上記凹部を形成する側壁が、下記（Ａ）または（Ｂ）を具備する構成とされているコレット。
（Ａ）上記内部底面の吸引孔開口部を含み、吸引孔の中心軸に垂直な基準面に対して、上記凹部のチップ部品への当接面が平行でない平面を呈する、
（Ｂ）上記凹部のチップ部品への当接面が上記基準面から離れる方向に凸な凸状曲面を呈する。
（２）上記凹部を形成する側壁が天然ゴム又は合成ゴムを主成分とするゴム弾性体からなる上記（１）に記載のコレット。
（３）上記基準面からの側壁各部の高さの最大値と最小値との差が、０．１〜１０ｍｍである上記（１）または（２）に記載のコレット。
（４）上記（１）〜（３）のいずれか一項に記載のコレットをチップ部品に当接させることを特徴とする、チップ部品を吸着しピックアップする方法。
（５）吸着すべきチップ部品の外周縁から、上記コレットの凹部の開口縁までの距離の最小値が０．００１〜０．３ｍｍとなるように、コレットをチップ部品に当接させることを特徴とする、上記（４）に記載の方法。
（６）吸着すべきチップ部品の他方の板面を、粘着シートを介して柔軟構造物で保持しながら、上記コレットをチップ部品に当接させることを特徴とする、上記（４）または（５）に記載の方法。
（７）上記チップ部品が半導体チップである上記（４）〜（６）のいずれか一項に記載の方法。

図２は本発明のコレットの使用を模式的に表す。本発明のコレット１をチップ部品３に吸着させると、図２（Ａ）のように、ピックアップすべきチップ部品３の中央部は下方に押し付けられ、端部が上方に反るようになる。このように吸着させながらチップ部品３をピックアップさせようとすると、同図（Ｂ）のように、粘着シート４の表面とチップ部品３の裏面との間に適切な剥離角度が生じるため、安定したピックアップが可能になる。このような効果により、図５に示したようなピン６等による突き上げは、通常、不要となる。

以下、本発明のコレットを図面を参照しつつ詳細に説明する。
図１は、本発明のコレットを示す図であり、図１（Ａ）はコレット１の底面（チップ部品３に当接する面）を表し、図１（Ｂ）はコレット１の側面（紙面右側）を表し、同図（Ｃ）はコレット１の別の側面（紙面下側）を表し、同図（Ｄ）はコレット１の外形を表す斜視図である。各図面における点線は外部から視認できない構造を示す。凹部１０がチップ部品の一方の板面に当接し、凹部１０の内部底面１０２に穿設された吸引孔１２を介してコレットアダプター２側から真空引きすることで、凹部１０を減圧してチップ部品３を吸着することができる。ここで、コレットの凹部１０が当接するとは、凹部１０を形成する側壁１１と半導体チップ３の一方の板面とが減圧し得る空間を形成することである。本発明のコレット１の特徴は、上記凹部１０を形成する側壁１１が、下記（Ａ）または（Ｂ）を具備する構成とされていることである。すなわち、本発明のコレット１は、以下のように定義される基準面Ｐと凹部１０の当接面との関係に特徴がある。

（Ａ）内部底面１０２の吸引孔１２開口部を含み、吸引孔１２の中心軸に垂直な基準面Ｐに対して、上記凹部１０のチップ部品３への当接面が平行でない平面を呈する、
（Ｂ）上記凹部１０のチップ部品３への当接面が上記基準面Ｐから離れる方向に凸な凸状曲面を呈する

基準面Ｐは、コレット１の形状を記述するための仮想的な平面であって、凹部１０の内部底面１０２の吸引孔１２の開口部を含み、吸引孔１２の中心軸に垂直な平面である。通常、この基準面Ｐとコレット１を当接させるチップ部品３の板面とは平行であり、チップ部品３をピックアップさせる方向は、基準面Ｐと垂直な方向である。凹部１０のチップ部品３への当接面とは、凹部１０の底面（図１（Ａ）に表現されている面）であって、側壁１１のうちチップ部品３へ接触する部分とそれに囲まれた空間部分とからなる。

図１に記載のコレット１は、凹部１０のチップ部品３への当接面が基準面Ｐから離れる方向に凸な凸状曲面を呈している（上記（Ｂ）の態様）。ここで、当接面が呈する形状とは、コレット１がチップ部品３に実際に当接する前の当接面の形状を意味する（以下同様）。この凸状曲面は、図１（Ｃ）の紙面上方および図１（Ｄ）の紙面下方に表現されている。当接面を基準面Ｐから離れる方向に凸にすることで、用時に、チップ部品３の中央部分を押し付け、かつ、チップ部品３の端部を反らせるという上述した作用を奏する。

図３は、本発明の他の態様のコレットの外形を表す斜視図である。図３（Ａ）および（Ｂ）に記載のコレット１は、両者とも、凹部１０のチップ部品３への当接面が基準面Ｐから離れる方向に凸な凸状曲面を呈している。同図（Ａ）のコレット１は、凹部１０のチップ部品３への当接面が凸状曲面を呈しつつ、紙面右方の１辺に向って反りあがっている。同図（Ｂ）のコレット１は、凹部１０のチップ部品３への当接面が凸状曲面を呈しつつ、紙面右上方の１点に向って反りあがっている。

図４もまた、本発明の他の態様のコレットの外形を表す斜視図である。図４（Ａ）および（Ｂ）に記載のコレット１は、両者とも、凹部１０のチップ部品３への当接面が基準面Ｐに対して、平行でない平面を呈している。すなわち、同図（Ａ）のコレット１は、上記当接面が紙面右方の１辺に向ってあがっていて、同図（Ｂ）のコレット１は、上記当接面が紙面右上方の１点に向ってあがっている。このように、凹部１０のチップ部品３への当接面が平面を呈していても、上述した作用を奏し得る。

本発明のコレット１は、上述の構成を有していればよいが、上記基準面Ｐからの側壁１１各部の高さの最大値と最小値との差は、好ましくは０．１〜１０ｍｍであり、チップ部品３への応力による破損や剥離性を考慮すると、より好ましくは０．３〜３ｍｍである。ここで、側壁１１各部の高さとは、基準面Ｐの各点から側壁１１の端部（すなわち、チップ部品３へ接触する部分）までの垂線の長さである。図１記載のコレット１では、当該高さの最大値はＬ２であり、最小値はＬ１である（図１（Ｃ））。

本発明のコレット１の側壁１１は、肉厚（図１（Ｂ）における距離Ｄ）が最も薄い部分で０．３ｍｍ以下が好ましく、０．０１〜０．１ｍｍがより好ましい。側壁１１の肉厚が薄いほど、隣接するチップへのコレットの接触を防止でき、かつ、その際にチップ端部付近まで吸着が行えるという理由によりチップ部品３を吸着し易くなるが、一方、用時における真空漏れを防ぐには側壁が厚い方が好ましいからである。また、隣接するチップへの接触防止やダイボンド時の作業スペース低減の点から、コレット１の側壁１１の肉厚は、最も厚い部分で０．４〜２ｍｍが好ましい。なお、上述の真空漏れ防ぐため等といった目的のために、凹部１０内に内部側面１０１や内部底面１０２から突起体（梁状構造等；図示せず）を設けてもよい。

コレット１の材質（特に側壁１１の材質）は特に限定はないが、従来のラバーコレットで用いられてきた天然ゴムまたは合成ゴム等といったゴム硬度ＪＩＳ−Ａ（ＪＩＳ Ｋ６２５３に準拠）で５０以下のゴム状弾性体であることが、チップ部品３の表面の凹凸吸収性が良好である点で好適である。コレット１の材料には必要に応じて帯電防止剤（導電性成分）、劣化防止剤、柔軟剤等の添加剤を必要に応じて添加することができる。

本発明のコレット１の製造方法は、特に制限されるものではなく、射出成形等の押出成形、削出成形等の常法のゴム成形方法等を適宜用いることができる。また、内部にプラスチック、金属または多孔質ゴムなどといった側壁１１とは異なる材料で、上述した突起体（図示せず）を設ける場合には、当該突起体の材料に応じて、はめ込み、粘接着剤、融着等常法の手法で形成すればよい。

本発明のコレットがピックアップすべきチップ部品は、電子部品、電子機器の製造において吸着によりピックアップすべき部品、部材であれば、その種類、形状は特に問わない。典型的なチップ部品としては半導体チップが挙げられる。多数の半導体素子が形成された半導体ウエハを粘着シートに貼着した後に、半導体ウエハを素子ごとにダイシング工程で分割してなる多数の半導体チップをピックアップする際に本発明のコレットが特に有用である。本発明のコレットは、従来のコレットではピックアップし難かったような薄型のチップ部品に対しても効果を発揮し、かつ、厚型のチップ部品に対しても優れた保持力を有するので、チップ部品の厚さに関わらず好適に用いることができる。ここで、チップ部品が薄型であるとはチップ部品の厚みが１５０μｍ以下（好ましくは１５〜７５μｍ）であることをいう。

上述したコレット１を用いたチップ部品３のピックアップにおいては、ピンもしくは特許文献２に記載の機構（すなわち、ピン６で粘着シートを突き上げるかわりに、粘着シートを下方向に吸引する機構（図示せず））を用いてピックアップしてもよい。チップ部品３とコレット１とを密着させる目的のため、チップ部品３をコレット１に押し付ける機構を有することが好ましい。その目的のため、好ましくは、チップ部品３の板面のうち、コレット１の凹部１０が当接する板面に対向する板面を、粘着シート４を介して柔軟構造物５で保持しながら、コレット１をチップ部品３に当接させる（図２（Ｃ））。柔軟構造物５としては、例えば、ウレタンフォーム、ポリエチレンフォーム、天然ゴムスポンジ、エチレンプロピレンゴムスポンジ、ニトリルゴムスポンジ、クロロプレンゴムスポンジ、シリコンゴムスポンジ等のスポンジなどが挙げられる。

なお、低角度剥離力が極めて低く、かつ初期弾性も極めて低い粘着シート４を用いれば、上述したピン６等の補助的機構を用いることなく、本コレット１だけでチップ部品３をピックアップすることも可能である。
ここで、「低角度剥離力が極めて低い」とは、定角度剥離力測定装置により測定される１５°ピール剥離力が、１．０Ｎ／１０ｍ以下であることをいい、「初期弾性が極めて低い」とは、引張試験機により測定される初期弾性率が、２０〜２００ＭＰａであることをいう。低角度剥離力が極めて低く、かつ初期弾性も極めて低い粘着シート４としては、（直鎖状を含む）低密度ポリエチレン樹脂、エチレン−メタクリル酸共重合体樹脂等を用いたシートが公知であり、エボリュー、ニュクレル等として市販されているものをそのまま用いてもよい。

用時に、コレット１をチップ部品３に当接する際、コレット１の減圧すべき凹部１０がチップ部品３の端部付近にまで達するようにピックアップすることが好ましい。具体的には、チップ部品３の外周縁から、コレット１の凹部１０の開口縁までの距離の最小値（図２における、距離ｄ）が０．００１〜０．３ｍｍであることが好ましい。このように、チップ部品３の端部付近を吸引することで、粘着シート４からのチップ部品３の端部の剥離を確実にすることが期待される。

以下、実施例および比較例をもって本発明を詳細に述べるが、本発明はこれらによって何ら限定されるものではない。
（実施例１）
ゴム材料としてのＮＢＲ（ニトリルブタジエンゴム）１００重量部に、帯電防止剤としてのカーボンブラックを０．１重量部添加したもの（ゴム硬度ＪＩＳ−Ａは３０）を射出成形に供して、図１のようなコレット１を成形した。このコレット１の外形寸法は６．８×６．８ｍｍ、側壁１１の肉厚Ｄは０．１ｍｍであった。基準面Ｐからの側壁各部の高さの最大値Ｌ２と最小値Ｌ１との差は、２．０ｍｍであった。粘着シート４としてのダイシングテープ（エレップホルダーＵＥ−１０８１ＧＴ、日東電工（株）製）に貼られた厚さ５０μｍ、上面が７．０×７．０ｍｍのチップ部品３を、上記コレット１を装着したダイボンダーを用いてピックアップした。ピックアップにおいては、チップ部品３の中央にコレット１を当接して吸引孔１２を介して真空引きした。したがって、チップ部品３の外周縁とコレット１の凹部１０の開口縁との距離は、約０．２ｍｍであった。

（実施例２）
コレット１の形状を図４（Ａ）の形状のようにした他は、実施例１と同様のコレットを製造してチップ部品３のピックアップを行った。基準面Ｐ（図示せず）からの側壁各部の高さの最大値Ｌ２と最小値Ｌ１との差は、２．０ｍｍであった。

（比較例１）
凹部のチップ部品への当接面が基準面Ｐと平行になるように（すなわち、図１においてＬ２とＬ１の長さが等しくなるように）側壁１１を構成したことの他は、実施例１と同様のコレットを製造してチップ部品３のピックアップを行った。

（評価試験）
実施例および比較例において製造したコレットを用いて、チップ部品のピックアップを各繰返し数２０回行なって、その状態を観察した。結果は以下のとおりであった。
実施例１は、繰り返し数２０回のうち２０回全てにおいてピックアップに成功した。実施例２も同様に、繰り返し数２０回のうち２０回全てにおいてピックアップに成功した。これらは、良好にピックアップ可能であると評価することができる。
一方、比較例１では繰り返し数２０回のうち１回もピックアップすることができなかった（ピックアップ不能）。具体的には、粘着シートからチップ部品を剥がすことができずに、ピックアップを試みるとコレットがチップ部品から外れてしまった（吸着外れ）。

本発明のコレットを示す図であり、同図（Ａ）はコレットの底面（チップ部品に接する面）を表し、同図（Ｂ）はコレット１の側面（紙面右側）を表し、同図（Ｃ）はコレット１の別の側面（紙面下側）を表し、同図（Ｄ）はコレット１の外形を表す斜視図である。 本発明のコレットの使用態様を模式的に表す。同図（Ａ）から同図（Ｂ）へは時間の経過を表す。同図（Ｃ）は、ピックアップの際の柔軟構造物の使用を表す。 図３（Ａ）および（Ｂ）は、本発明のコレットの一例をそれぞれ示す。 図４（Ａ）および（Ｂ）は、本発明のコレットの一例をそれぞれ示す。 半導体チップのピックアップ工程を模式的に表す。 角錐コレットによりチップ部品をピックアップする工程を模式的に示す。 図７(Ａ)は、ラバーコレットを用いた場合の従来技術における問題を示し、同図（Ｂ）は、角錐コレットを用いた場合の従来技術における問題を示す。

符号の説明

１ コレット
１０ 凹部
１０１ 内部側面
１０２ 内部底面
１１ 側壁
１２ 吸引孔
Ｐ 基準面
２ コレットアダプター
２１ 吸引孔
３ チップ部品
４ 粘着シート
５ 柔軟構造物
６ ピン

Claims (7)

1. 粘着シートに貼着された厚みが１５０μｍ以下のチップ部品をピックアップする工程において、
   チップ部品の一方の板面に当接させるための凹部を有し、該凹部の内部底面に穿設された吸引孔を介して、当接状態で凹部内を減圧することによって該チップ部品を吸着しピックアップし得、かつ上記凹部を形成する側壁が、下記（Ａ）を具備する構成とされているコレットをチップ部品に当接させ、チップ部品を粘着シートから剥離させることを含む、チップ部品を吸着しピックアップする方法。
   （Ａ）上記内部底面の吸引孔開口部を含み、吸引孔の中心軸に垂直な基準面に対して、上記凹部のチップ部品への当接面が平行でない平面を呈する。
2. 上記凹部を形成する側壁が天然ゴム又は合成ゴムを主成分とするゴム弾性体からなる請求項１に記載の方法。
3. 上記基準面からの側壁各部の高さの最大値と最小値との差が、０．１〜１０ｍｍである請求項１または２に記載の方法。
4. 吸着すべきチップ部品の外周縁から、上記コレットの凹部の開口縁までの距離の最小値が０．００１〜０．３ｍｍとなるように、コレットをチップ部品に当接させることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載の方法。
5. 吸着すべきチップ部品の他方の板面を、粘着シートを介して柔軟構造物で保持しながら、上記コレットをチップ部品に当接させることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載の方法。
6. 上記チップ部品が半導体チップである請求項１〜５のいずれか一項に記載の方法。
7. 半導体チップが、多数の半導体素子が形成された半導体ウエハを素子ごとにダイシング工程で分割してなる半導体チップである、請求項６記載の方法。
   

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