JP4457715B2 - チップのピックアップ装置およびピックアップ方法 - Google Patents

Description

本発明は、ウェハから切り出されシートに貼着された状態のチップをピックアップするチップのピックアップ装置およびピックアップ方法に関するものである。

最近の電子部品の小型化に伴ってチップは薄型化する傾向にあり、１００μｍ以下の極薄のチップが実用化されるようになっている。しかしながら、このように薄型化したチップは極めて破損しやすいことから、取り扱いが難しく、特にウェハから切り出された個片のチップを取り出す作業が極めて困難になっている。この作業においては、シートに貼着された状態のチップをシートから個片毎に剥離しながら吸着ノズルによってピックアップする動作が反復して行われるが、薄型のチップに従来より用いられていたチップの剥離方法（特許文献１参照）、すなわちシートの下方からニードルによってチップを突き上げる方法を用いると、チップの割れや欠けなどの不具合が多発する場合がある。
特開昭５４−５８３５６号公報

さらに悪いことに、上記方法において薄型チップを対象とする場合には、シートを下方から吸着した状態においても個々のチップが反り変形を生じたままとなる場合が多い。このため、ピックアップ時の位置合わせを目的として行われるチップの撮像時に、反り変形に起因する認識ミス、すなわち良品であるにもかかわらずチップの部分的な反りによって欠けなどの不良品と誤判定されるミスが多発するようになっている。

そこで本発明は、薄型のチップを対象として、認識ミスを防止することができるチップのピックアップ装置およびピックアップ方法を提供することを目的とする。

本発明のチップのピックアップ装置は、シートに貼着保持されたチップをピックアップヘッドでピックアップするチップのピックアップ装置であって、前記シートを保持する保持テーブルと、前記シートに貼着保持されたチップを撮像して認識する認識手段と、この認識手段の認識結果に基づいてピックアップ対象のチップを前記ピックアップヘッドに対して相対的に位置決めする位置決め手段と、前記保持テーブルの下方に配設され前記シートの下面に吸着面を当接させてこの吸着面から真空吸引することによりシートをチップから剥離するシート剥離機構とを備え、前記シート剥離機構は、前記吸着面に設けられた複数の吸引溝と、隣接する吸引溝相互を区分するとともに真空吸引時にシートの下面に当接して支持する境界部と、前記吸引溝内に移動自在に配置されシートの下面への移動時において前記シートの下面に当接してこのシートを吸着する吸着部材と、これらの吸着部材を移動させる移動手段と、前記吸引溝から真空吸引する真空吸引手段とを備えた。

本発明のチップのピックアップ方法は、シートに貼着保持されたチップをピックアップヘッドでピックアップするチップのピックアップ方法であって、前記シートに貼着保持されたチップを撮像して認識する認識工程と、この認識工程の認識結果に基づいてピックアップ対象のチップを前記ピックアップヘッドに対して相対的に位置決めする位置決め工程と、前記シートの下面にシート剥離機構の吸着面を当接させてこの吸着面に設けられた複数の吸引溝から真空吸引することによりシートをチップから剥離するシート剥離工程と、シートが剥離されたチップの上面を前記ピックアップヘッドによって吸着保持してピックアップする吸着保持工程とを含み、前記認識工程に先立って、前記吸引溝内に移動自在に配置された吸着部材をシートの下面へ移動させて前記シートの下面に当接させてこのシートを吸着することにより、シートに貼着保持されたチップの反り変形を矯正する。

本発明によれば、シートの下面に吸着面を当接させてこの吸着面に設けられた複数の吸引溝から真空吸引することによりシートをチップから剥離するシート剥離機構において、これらの吸引溝内に移動自在に配置されシートの下面への移動時にシートの下面に当接してこのシートを吸着する吸着部材を設けることにより、チップ認識時にチップをシートを介して吸着保持してチップの反り変形を矯正することができ、安定した認識が可能となってピックアップ時の位置決め精度を確保することができる。

次に本発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図１は本発明の一実施の形態のチップのピックアップ装置の構成を示すブロック図、図２は本発明の一実施の形態のチップのピックアップ装置のシート剥離機構の斜視図、図３は本発明の一実施の形態のチップのピックアップ装置のシート剥離機構の部分断面図、図４は本発明の一実施の形態のチップのピックアップ装置の吸着剥離ツールの形状説明図、図５、図６，図７、図８は本発明の一実施の形態のチップのピックアップ方法の動作説明図である。

まず図１を参照してチップのピックアップ装置の構成について説明する。図１においてチップ供給部１は、ＸＹテーブル２に立設されたブラケット３上に保持テーブル４を結合して構成されている。保持テーブル４には半導体チップ６（以下、単に「チップ６」と略記する）が多数貼着されたシート５が保持されている。

ここで、チップ６は薄化加工された薄型チップであり、剛性が小さく撓みやすい特性を有している。シート５の材質には、撓みやすいシリコーン系の樹脂が用いられ、チップ６が貼着された状態においてシート５がチップ６とともに容易に撓み変形を生じるようになっている。後述するシート剥離動作では、この性質を利用して、シート５をチップ６ととも撓み変形させることにより、シート５をチップ６の下面から剥離するようにしている。

保持テーブル４の下方にはシート剥離機構７が配設されている。シート剥離機構７は、シート５の下面に当接して吸引する吸着面をそなえており、シート剥離動作においては、この吸着面から真空吸引することによりシート５をチップ６ととも撓み変形させる。

チップ供給部１の上方には、移動テーブル９に装着されたピックアップヘッド８が水平動自在に配設されており、シート５が剥離されたチップ６はピックアップヘッド８の吸着ノズル８ａによって真空吸着によりピックアップされる。ピックアップされたチップ６は、移動テーブル９によって移動するピックアップヘッド８にて、基板保持テーブル１０に載置された基板１１上に実装される。

保持テーブル４の上方には、カメラ１３を備えた撮像部１２が配設されている。撮像部１２はシート５上のチップ６を撮像し、撮像によって取得された画像データは画像認識部１４に伝達される。画像認識部１４は画像データを画像処理し、チップ６の位置を検出する。撮像部１２と画像認識部１４は、シート５に保持されたチップ６を撮像して認識する認識手段となっている。演算部１５はＣＰＵであり、記憶部１６に記憶されたプログラムを実行することにより各種動作処理や演算を行う。すなわち、画像認識部１４の認識結果を受け取る他、以下に説明する各部を制御する。

記憶部１６は各部の動作に必要なプログラムや認識対象のチップ６のサイズやシート５上での配列データなどの各種データを記憶する。機構制御部１７は、ピックアップヘッド８およびピックアップヘッドを移動させる移動テーブル９、シート剥離機構７、ＸＹテーブル２を制御する。ＸＹテーブル２，保持テーブル４，移動テーブル９、演算部１５および機構制御部１７は、認識手段の認識結果に基づいてピックアップ対象のチップをピックアップヘッドに対して相対的に位置決めする位置決め手段となっている。表示部１８は撮像されたチップ６の画像や操作・入力時の画面を表示する。操作・入力部１９はキーボードなどの入力装置であり、操作入力やデータ入力を行う。

次に図２，図３を参照して、シート剥離機構７の構成について説明する。図２に示すように、シート剥離機構７は機構本体部２０，機構本体部２０に回転自在に保持された支持軸部２１および吸着剥離ツール２２より構成される。吸着剥離ツール２２は対象となるチップ６の形状・サイズに応じて別体で準備され、ボルト孔２２ｅ（図４参照）を用いて、ボルト２３によって支持軸部２１の上面に交換自在に装着される。

吸着剥離ツール２２の上面はシート５に当接して真空吸引する吸着面２２ａとなっている。吸着面２２ａには、複数の直線状の吸引溝２２ｂが吸着剥離ツール２２の上面を貫通して、支持軸部２１の内部孔２１ａに連通して形成されている。各吸引溝２２ｂ内には、多数の微細孔が形成された焼結材などの多孔質材料よりなる吸着部材２４が昇降自在に嵌着することにより、上下方向に移動自在に配置されている。これらの吸着部材２４は下端部が連結部材２５ａによって連結されており、連結部材２５ａは鉛直下方に延出した軸部材２５ｂに結合されている。

軸部材２５ｂを昇降駆動機構２６によって昇降駆動することにより、吸着部材２４は吸引溝２２ｂ内で昇降する。昇降駆動機構２６および軸部材２５ｂは吸着部材２４を昇降させる昇降手段であり、さらに吸着部材２４を上下方向に移動させる移動手段となっている。軸部材２５ｂを上昇させた状態では、吸着部材２４の上面は吸着面２２ａと同一レベルになり、軸部材２５ｂを下降させると、吸引溝２２ｂの上部は吸着面２２ａから凹入した凹部を形成する（図４（ｂ）参照）。吸着部材２４は、上昇・下降のいずれの状態においてもその下部は常に内部孔２１ａに露呈された状態にある。

支持軸部２１の内部孔２１ａは真空吸引源２７と接続されており、真空吸引源２７を駆動することにより内部孔２１ａの内部が真空吸引される。これにより、内部孔２１ａに連通した吸着溝２２ｂが真空吸引される。真空吸引源２７は、吸引溝から真空吸引する真空吸引手段となっている。ここで吸着溝２２ｂには吸着部材２４が嵌着されていることから、内部孔２１ａを真空吸引することにより、吸着部材２４の下部側の表面に開孔した微細孔から真空吸引される。この真空吸引が吸着部材２４内部の微細孔に及ぶことにより、吸着部材２４の上面は真空吸着作用を有するようになる。そして吸着部材２４が上昇して上面が吸着面２２ａと同一レベルにあり、吸着面２２ａがシート５の下面に当接した状態、すなわち吸着部材２４をシート５の下面へ移動させた移動時において真空吸引源２７を駆動することにより、吸着部材２４はシート５を吸着する。

機構本体部２０内には回転駆動機構（図示省略）が内蔵されており、吸着剥離ツール２２はこの回転駆動機構によって垂直軸廻りに回転可能となっている。これにより、吸着剥離ツール２２の吸着面２２ａの垂直軸廻りの平面角度を任意の角度に設定することができ、後述するように吸引溝２２ｂの方向を、剥離対象の矩形のチップ６の一辺に対して吸着剥離動作に最適な所定の角度で設定することができるようになっている。なお、吸着剥離ツール２２を回転させる替わりに、保持テーブル４をθ回転させる構成を用いてもよい。

次に図４を参照して、吸着面２２ａに形成された吸引溝２２ｂの形状について説明する。図４に示すように、吸着面２２ａには幅Ｂ、長さＬの吸引溝２２ｂが４列設けられている。隣接する吸引溝相互は、境界部２２ｄによって区分されており、各吸引溝２２ｂの内部には突起物などが設けられておらず、シート５の吸着時にシート５の撓み変形を妨げないようになっている。

吸引溝２２ｂの幅Ｂや長さＬおよび溝配列数は、対象とするチップ６の大きさに応じて設定されており、吸着面２２ａをシート５の下面に当接させた状態において、１つのチップ６に対応する範囲が複数の吸引溝２２ｂによって吸引されるように、しかもチップ６の端部が境界部２２ｄの直上に位置しないように、吸引溝２２ｄの幅Ｂおよび吸着面２２ａとチップ６との相対位置が設定される（図５参照）。

そしてこの吸着面２２ａによる真空吸引に際しては、境界部２２ｄは吸着面２２ａと同一面であることから、複数の吸引溝２２ｂを区分する複数の境界部２２ｄの上面がシート５の下面に当接して下方から支持する。すなわち、吸着部材２４が下降してシート５の下面から退避した状態において、チップ６も同様にシート５を介して複数の境界部２２ｄによって支持され、吸引過程においてチップ６の姿勢が水平に保持される。

そしてこの状態で真空吸引を行うことにより、後述するように、シート５に貼着されたチップ６をシート５とともに撓み変形させ、この撓み変形によってシート５をチップ６の下面から剥離させる。なお、境界部２２としては、各吸引溝２２ｂを連続した仕切面で完全に区切る必要はなく、途中が途切れた不連続形状であってもよく、さらには上面が吸着面２２ａと同一面に位置する柱状の仕切部を点列状に設ける構成でもよい。

シート剥離機構７は、後述するようにチップ６のピックアップにおいて、チップ６の認識のためのカメラによる撮像に先立ってシート５に貼着保持されたチップ６の反り変形を矯正し、且つシート剥離においてはチップ６を変形させることによってシート５をチップ６から剥離する機能を有している。すなわち、シート剥離機構７は、シート５の下面に当接してチップ６の反り変形を矯正する矯正手段と、チップ６を変形させることによってシート５をチップ６から剥離する変形剥離手段とを備えた構成となっている。

なお上記実施の形態では、チップ６の対角線方向を吸引溝２２ｂの方向に合わせて、チ
ップ６の辺６ａを吸引溝２２ｂに対して４５゜の角度に設定する例を示しているが、チップ６やシート５の剛性、吸引溝２２ｂの幅Ｂおよび真空吸引力などの条件の組み合わせによっては、４５゜以外の角度に設定するようにしてもよい。また上記実施の形態では、シート剥離機構７を水平方向（ＸＹ方向）に固定とし保持テーブル４を移動させる例を示しているが、保持テーブル４を水平方向（ＸＹ方向）に固定としシート剥離機構７を移動させるような構成にしてもよい。

このチップのピックアップ装置は上記のように構成されており、次にこのピックアップ装置を用いたピックアップ方法について説明する。ここでは、シート５に保持されたチップが反り変形を生じやすい薄型である場合について説明する。

チップは厚みが薄くなるにつれて厚み方向の変形が生じやすくなり、特に４隅の対角部がめくれ上がるような反り変形を示す傾向にある（図６（ａ）参照）。このような反り変形を生じた状態のチップ６を対象としてピックアップ動作を行うと、チップ６を吸着ノズル８ａによる取り出し位置に位置決めするためのカメラ１３による画像認識において、以下に説明するような不具合を生じやすい。

チップ６の画像認識は、カメラによって撮像された画像上における輝度差によってチップ６を周囲の背景部分と識別するようにしている。この撮像は上方から照射される照明光がチップ６の上面によって反射されてカメラ１３に入光することによって行われるが、撮像対象のチップ６の平面度が不良の状態には、チップ６からの反射光は均一ではなく、反りを生じた部分からの反射光がカメラ１３に正常に入射しない場合がある。

このため、撮像によって得られた画像上において、反りを生じた４隅の対角部は低輝度部分として現れる傾向にある。この結果、この取得画像に基づいてチップ認識のための画像処理を実行すると、チップ６は反り変形を生じているのみで機能的には正常であるにもかかわらず、画像処理結果では４隅部に欠けがある不良チップと誤判定されるという不都合を生じる場合がある。本実施の形態に示すピックアップ装置においては、以下に説明する方法によってこの不都合を防止するようにしている。

まずチップ６が貼着されたシート５を保持テーブル４に保持させる（図１参照）。このとき、チップ６は薄型であるため、前述のように４隅部が上方にめくれるような反り変形を生じており、シート５も同様にこの反り変形に追従して波打ち状態にある。そしてこの波打ち状態のシート５の下面に、図６（ａ）に示すように、シート剥離機構７の吸着面２２ａを当接させる。

このとき、図５に示すように、剥離対象となるチップ６の辺６ａに対して、吸引溝２２ｂが予め設定された所定の角度α（この例では４５゜）になるよう、シート剥離機構７の回転駆動機構を駆動して吸着剥離ツール２２の回転角度を調整する。

また、チップ６の角端部６ｂが、境界部２２ｄの直上に位置することなく、吸引溝２２ｂの幅方向の略中間に位置するよう、シート５に対するシート剥離機構７の相対位置を調整する。なお、図５以降の各図面では、シート５に格子状に貼着されたチップ６のうち、当該吸着剥離動作で対象となるチップ６のみを図示して他のチップの図示は省略している。

次いで、吸着剥離動作を実行する。まず図６（ｂ）に示すように、昇降駆動機構２６を駆動して吸着部材２４を上昇させ、吸着部材２４の上面を吸着面２２ａのレベルに一致させる。次いで真空吸引源２７を駆動して、支持軸部２１の内部孔２１ａ内を真空吸引する。すると図６（ｂ）に示すように、吸着部材２４内の微細孔を介してシート５が吸着部材
２４の上面に真空吸着され、シート５は吸着面２２ａにならう。これによりシート５に貼着されたチップ６の反り変形が矯正され、チップ６の上面は４隅部を含んで平面に保たれる。

次いで、チップ６の位置決めのための撮像を行う。すなわち図７（ａ）に示すように、ピックアップ対象のチップ６をカメラ１３の下方に位置させて、カメラ１３によりチップ６を撮像する。このとき、チップ６は反り変形が矯正されて上面が正しく平面に保たれた状態にあるため、平面度不良に起因する誤認識が発生せず、正しい認識結果を得ることができる。

そしてこの認識結果に基づいてＸＹテーブル２を駆動し、保持テーブル４に保持されたシート５をシート剥離機構７とともに移動させて、図７（ｂ）に示すように、ピックアップ対象のチップ６を吸着ノズル８ａによる吸着位置Ｐに位置合わせする。

この後、シート剥離工程に移行し、図８（ａ）に示すように、真空吸引を継続しながら吸着部材２４を下降させる。このとき真空吸引は継続されており、これによりシート５をチップ６とともに撓み変形させると、シート５が吸着部材２４に吸着された状態のまま吸着溝２２ｂ内に凹入し、シート５はチップ６から剥離され、変形したチップ６は元に戻って水平となる。そして図８（ｂ）に示すように、このチップ６に対して吸着ノズル８ａを上下動させて取り出すことにより、チップ６のピックアップが完了する。

上記ピックアップ方法は、シート５に貼着保持されたチップ６を撮像して認識する認識工程と、この認識工程の認識結果に基づいてピックアップ対象のチップをピックアップヘッド８に対して相対的に位置決めする位置決め工程と、シート５の下面にシート剥離機構７の吸着面２２ａを当接させてこの吸着面２２ａに設けられた複数の吸引溝２２ｂから真空吸引することにより、シート５をチップから剥離するシート剥離工程と、シートが剥離されたチップ６の上面をピックアップヘッド８によって吸着保持してピックアップする吸着保持工程とを含んでいる。

そして上述の認識工程に先立って、吸引溝２２ｂ内に昇降自在に嵌着された吸着部材２４を上昇させてシート５の下面に当接させてこのシート５を吸着することにより、シート５に貼着保持されたチップ６の反り変形を矯正し、さらにシート剥離工程は吸着部材２４が下降してシート５の下面から退避した状態で行われ、且つシート剥離工程においては、チップ６を隣接する吸引溝相互を区分する境界部２２ｄによってシート５を介して支持した状態で、チップ６を変形させることによってシート５をチップ６から剥離する形態となっている。

このため、ピックアップ時の位置合わせを目的として行われるチップ６の撮像時に、チップ６を平面度が確保された状態で安定して保持することができ、反り変形に起因する認識ミス、すなわち良品であるにもかかわらずチップの部分的な反りによって欠けなどの不良品と誤判定されるミスを防止することができる。

なお上記実施の形態では、吸着部材２４の移動に関して、吸着部材２４を上下方向に移動（昇降）させる例を示したが、本発明はこれに限られるものではない。例えば吸着部材を横方向にスライドさせたり、吸着部材の一端を固定しその一端を支点として開閉させたりすることによって吸着部材を移動させる機構を採用しても構わない。

すなわち、移動手段としては、認識工程においてチップ６の下方からシート５の下面に当接することによってチップ６の反りを矯正し、シート剥離工程においてシート５の下面から退避することによってチップ６の変形を許容する機構であれば、どのような機構を採
用してもよい。

本発明のチップのピックアップ装置およびピックアップ方法は、チップ認識時にチップをシートを介して吸着保持してチップの反り変形を矯正することができ、安定した認識が可能となってピックアップ時の位置決め精度を確保することができるとともに、割れや欠けなどの不具合を発生することなく、生産性の高いピックアップ動作を実現することができるという効果を有し、ダイボンディング工程などにおいてウェハから切り出されシートに貼着された状態のチップをピックアップする用途に有用である。

本発明の一実施の形態のチップのピックアップ装置の構成を示すブロック図 本発明の一実施の形態のチップのピックアップ装置のシート剥離機構の斜視図 本発明の一実施の形態のチップのピックアップ装置のシート剥離機構の部分断面図 本発明の一実施の形態のチップのピックアップ装置の吸着剥離ツールの形状説明図 本発明の一実施の形態のチップのピックアップ方法の動作説明図 本発明の一実施の形態のチップのピックアップ方法の動作説明図 本発明の一実施の形態のチップのピックアップ方法の動作説明図 本発明の一実施の形態のチップのピックアップ方法の動作説明図

符号の説明

１ チップ供給部
４ 保持テーブル
５ シート
６ チップ
７ シート剥離機構
８ ピックアップヘッド
２２ 吸着剥離ツール
２２ａ 吸着面
２２ｂ 吸引溝
２２ｄ 境界部
２４ 吸着部材
２６ 昇降駆動機構
２７ 真空吸引源

Claims (4)

1. シートに貼着保持されたチップをピックアップヘッドでピックアップするチップのピックアップ装置であって、前記シートを保持する保持テーブルと、前記シートに貼着保持されたチップを撮像して認識する認識手段と、この認識手段の認識結果に基づいてピックアップ対象のチップを前記ピックアップヘッドに対して相対的に位置決めする位置決め手段と、前記保持テーブルの下方に配設され前記シートの下面に吸着面を当接させてこの吸着面から真空吸引することによりシートをチップから剥離するシート剥離機構とを備え、前記シート剥離機構は、前記吸着面に設けられた複数の吸引溝と、隣接する吸引溝相互を区分するとともに真空吸引時にシートの下面に当接して支持する境界部と、前記吸引溝内に移動自在に配置されシートの下面への移動時において前記シートの下面に当接してこのシートを吸着する吸着部材と、これらの吸着部材を移動させる移動手段と、前記吸引溝から真空吸引する真空吸引手段とを備えたことを特徴とするチップのピックアップ装置。
2. 前記チップは、前記吸着部材が前記シートの下面から退避した状態において、複数の前記境界部によってシートを介して支持されることを特徴とする請求項１記載のチップのピックアップ装置。
3. シートに貼着保持されたチップをピックアップヘッドでピックアップするチップのピックアップ方法であって、前記シートに貼着保持されたチップを撮像して認識する認識工程と、この認識工程の認識結果に基づいてピックアップ対象のチップを前記ピックアップヘッドに対して相対的に位置決めする位置決め工程と、前記シートの下面にシート剥離機構の吸着面を当接させてこの吸着面に設けられた複数の吸引溝から真空吸引することによりシートをチップから剥離するシート剥離工程と、シートが剥離されたチップの上面を前記ピックアップヘッドによって吸着保持してピックアップする吸着保持工程とを含み、前記認識工程に先立って、前記吸引溝内に移動自在に配置された吸着部材をシートの下面へ移動させて前記シートの下面に当接させてこのシートを吸着することにより、シートに貼着保持されたチップの反り変形を矯正することを特徴とするチップのピックアップ方法。
4. 前記シート剥離工程は前記吸着部材が前記シートの下面から退避した状態で行われ、このシート剥離工程において前記チップは、前記隣接する吸引溝相互を区分する境界部によ
   ってシートを介して支持されることを特徴とする請求項３記載のチップのピックアップ方法。

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