JP4563862B2 - 半導体チップのピックアップ装置及びピックアップ方法 - Google Patents

Description

この発明は粘着シートに貼られた半導体チップを吸着ノズルによってピックアップするピックアップ装置及びピックアップ方法に関する。

半導体ウエハをさいの目状に切断して形成された半導体チップは粘着シートに貼られており、この半導体チップを基板にボンディングする場合には吸着ノズルによって上記粘着シートから１つずつピックアップするようにしている。

半導体チップを吸着ノズルによって粘着シートからピックアップする場合、従来は特許文献１に示されるように、吸着ノズルによってピックアップされる半導体チップが貼着された粘着シートの、上記半導体チップの周辺部をバックアップ体によって吸着保持するとともに、その半導体チップを下面側から先端が鋭利な突き上げピンによって突き上げることで、上記半導体チップを上記粘着シートから分離させながら、吸着ノズルによってピックアップするということが行なわれていた。
特開２００２−１００６４４号公報

ところで、最近では半導体チップの厚さが１００μｍ以下と非常に薄い場合がある。そのように薄い半導体チップを突き上げピンの鋭利な先端によって突き上げると、その先端が当たった箇所には応力が集中することになる。そのため、半導体チップは突き上げピンから受ける応力によって破損してしまうということがあった。

応力集中による半導体チップの破損を防止するためには突き上げピンによる半導体チップの突き上げ速度を遅くするということが考えられるが、突き上げピンの突き上げ速度を遅くすると、ピックアップ速度も遅くなり、生産性の低下を招くということがあったり、突き上げ速度を遅くしても半導体チップが薄い場合にはその損傷を確実に防止することが難しいということがあった。

この発明は、半導体チップを破損させることなく粘着シートから剥離することができるようにしたピックアップ装置及びピックアップ方法を提供することにある。

この発明は、粘着シートに貼られた半導体チップを吸着ノズルによってピックアップする半導体チップのピックアップ装置であって、
上面に開口する収容部が形成されているとともに、上記上面の上記収容部を除く部分に吸着部が形成され、この吸着部によって上記粘着シートの上記吸着ノズルによってピックアップされる半導体チップが貼着された部分の周辺部下面を吸着保持するバックアップ体と、
上記収容部に気密な状態で同心的に収容された複数の可動部材と、
これら可動部材が上端面を上記バックアップ体の上面と面一にしてこの上面に上記吸着部によって上記粘着シートを吸着保持した状態で、上記複数の可動部材の上記収容部の径方向外方に位置する可動部材から順次下降方向に駆動してその可動部材の上端面と上記粘着シートの下面との間に気密な状態の負圧の空間部を形成させる駆動手段と
を具備したことを特徴とする半導体チップのピックアップ装置にある。

上記吸着部は、上記バックアップ体の上面に同心的に形成された複数の環状溝及びこれら環状溝を互いに連通させる連通部とからなり、この連通部には吸引ポンプが接続される吸引路が連通していることが好ましい。

複数の可動体は、上記収容部に摺動可能な状態で設けられた少なくとも１つの筒状可動体と、この筒状可動体に摺動可能に収容された軸状可動体とからなることが好ましい。

この発明は、粘着シートに貼られた半導体チップを吸着ノズルによってピックアップする半導体チップのピックアップ方法であって、
収容部が開口形成されたバックアップ体の上面に、上記粘着シートの上記吸着ノズルによってピックアップされる上記半導体チップの周辺部下面を、上記粘着シートの下面と上記収容部との間に空間部がない気密な状態で吸着保持する工程と、
上記粘着シートの下面の上記収容部と対応する部分に、径方向外方から中心部に向かって気密な状態の負圧の空間部を順次形成する工程と、
気密な状態の上記負圧の空間部によって上記粘着シートが吸引されて剥離された半導体チップを上記吸着ノズルによってピックアップする工程と
を具備したことを特徴とする半導体チップのピックアップ方法にある。

上記半導体チップを上記吸着ノズルで吸着保持した状態で、この半導体チップから上記粘着シートを剥離することが好ましい。

上記粘着シートの下面の上記収容部と対応する部分に、径方向外方から中心部に向かって負圧の空間部を順次段階的に形成することが好ましい。

この発明によれば、半導体チップを吸着ノズルによって粘着シートからピックアップするとき、この半導体チップの下面側に負圧の空間部を形成して上記半導体チップから上記粘着シートを剥離するため、半導体チップに局部的な応力を加えて損傷させるということなく、ピックアップすることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。
図１乃至図４はこの発明の一実施の形態を示す。図１に示すピックアップ装置はバックアップユニット１を備えている。このバックアップユニット１は図示しないウエハリングに張設された粘着シート２の下面側に対向して設けられ、図示しないＺ駆動源によって後述するごとくバックアップ体１１の上面が粘着シート２の下面に接触する位置と、粘着シート２から所定の間隔で離れた位置との間をＺ方向に駆動されるようになっている。

上記粘着シート２の上面には半導体ウエハをさいの目状に分割した複数の半導体チップ３が貼着されている。上記ウエハリングは図示しないＸ及びＹ駆動源によって水平方向に駆動されるようになっている。それによって、粘着シート２に貼着された半導体チップ３はバックアップユニット１に対してＸ及びＹ方向に位置決め可能となっている。

なお、バックアップユニット１に代わり、ウエハリングをＺ方向に駆動するようにしてもよく、要はウエハリングとバックアップユニット１とが相対的にＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動位置決めされるようになっていればよい。

上記粘着シート２の上面側で、上記バックアップユニット１の上方には吸着ノズル４が設けられている。この吸着ノズル４は、図示しないＸ、Ｙ及びＺ駆動源によってＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動されるようになっている。なお、Ｚ駆動源としてはボイスコイルモータなどを用い、吸着ノズル４による半導体チップ３の押圧荷重を一定に制御できるようにすることが好ましい。

上記バックアップユニット１は上記バックアップ体１１を有する。このバックアップ体１１は図２と図３に示すように断面円形状の収容部１２が軸方向に貫通して形成されている。つまり、バックアップ体１１は円筒状となっている。なお、上記収容部１２の内径寸法は図２に鎖線で示すピックアップ対象となる半導体チップ３の対角線寸法よりもわずかに大きく設定されている。

上記バックアップ体１１の上面１１ａには複数の環状溝１３が同心的に形成されている。これらの環状溝１３はバックアップ体１１の上面に径方向に沿って形成された複数の連通凹部１４によって連通している。この実施の形態では上記環状溝１３と連通凹部１４によって吸着部を形成している。

図３に示すように、複数の連通凹部１４の１つには上記バックアップ体１１に形成された吸引路１５の一端が連通している。この吸引路１５の他端は上記バックアップ体１１の外周面に開口していて、その他端には吸引ポンプ１６が接続されている。したがって、吸引ポンプ１６が作動すれば、バックアップ体１１の上面１１ａに形成された複数の環状溝１３に吸引力を発生させることができるようになっている。

上記バックアップ体１１に形成された収容部１２には複数の可動体が上下方向に移動可能かつ同心的に収容されている。複数の可動体は、上記収容部１２の内周面に対して外周面を気密な状態で摺動可能にして収容された第１の筒状可動体１７と、この筒状可動体１７の内周面に外周面を気密な状態で摺動可能にして収容された第２の筒状可動体１８と、この第２の筒状可動体１８の内周面に外周面を気密な状態で摺動可能にして収容された軸状可動体１９とからなる。

上記第１の筒状可動体１７の外径寸法は上記半導体チップ３の対角線寸法よりも大きく設定されている。それによって、図２に示すようにピックアップされる半導体チップ３の中心にバックアップ体１１の上面１１ａの中心を一致させ、この半導体チップ３を粘着シート２を介して吸着すると、半導体チップ３の４つの角部３ａが上記第１の筒状可動体１７の上端面によって支持される。

上記第１の筒状可動体１７の下端にはたとえばシリンダなどの第１の駆動手段２１が連結されている。この第１駆動手段２１によって第１の筒状可動体１７は上記収容部１２内を上下方向に駆動されるようになっている。

上記第２の筒状可動体１８の下端には、この第２の筒状可動体１８を上下方向に駆動する第２の駆動手段２２が連結され、上記軸状可動体１９の下端にはこの軸状可動体１９を上下方向に駆動する第３の駆動手段２３が連結されている。

この実施の形態では、第１、第２の筒状可動体１７，１８及び軸状可動体１９は、上記各駆動手段２１〜２３によって図３に示すように上端面をバックアップ体１１の上面１１ａと面一にした状態で支持され、その状態から下降方向へ駆動されるようになっている。この実施の形態では各可動体１７〜１９下降方向へのストロークが同じになるよう設定されている。

つぎに、上記構成のピックアップ装置によって粘着シート２から半導体チップ３をピックアップする作用について説明する。

図１と図３に示すように図示しないウエハリングによって粘着シート２をＸ、Ｙ方向に駆動し、ピックアップする半導体チップ３をバックアップ体１１の収容部１２の上方に位置決めする。つまり、上記半導体チップ３の中心に、バックアップ体１１の上面１１ａの中心を一致させる。そして、バックアップ体１１の上面１１ａが粘着シート２の下面に接触する位置まで、バックアップ体１１を上昇させる。

このとき、バックアップ体１１の収容部１２に収容された第１、第２の筒状可動体１７，１８及び軸状可動体１９は、上端面がバックアップ体１１の上面１１ａと面一になるよう位置決め保持されている。

バックアップ体１１を上昇させる前に、吸引ポンプ１６を作動させておく。それによって、バックアップ体１１の上面１１ａが粘着シート２の下面に接触すると、この上面１１ａに形成された環状溝１３によって、上記粘着シート２の、上記吸着ノズル４によってピックアップされる半導体チップ３の周辺部分が吸着保持される。このとき、半導体チップ３の４つの角部３ａは、図２に鎖線で示すように粘着シート２を介して第１の筒状可動体１７の上端面によって支持される。

このようにして、バックアップ体１１の上面１１ａに粘着シート２の下面を吸着保持したならば、図４（ａ）に示すように吸着ノズル４を下降させてその先端で半導体チップ３を吸着保持する。このとき、吸着ノズル４は所定の荷重で半導体チップ３を押圧する。

吸着ノズル４が半導体チップ３を吸着保持したならば、第１の駆動手段２１を作動させて第１の筒状可動体１７を下降させる。第１の筒状可動体１７の外周面は収容部１２の内周面に対して気密に摺動し、内周面は第２の筒状可動体１８の外周面に対して気密に摺動する。

そのため、第１の筒状可動体１７が下降することで、この上端面と粘着シート２の下面との間に形成される第１の空間部Ｓ１内は負圧になるから、その負圧力によって粘着シート２の上記第１の筒状可動体１７の上端面に対応する部分が下方へ吸引されて半導体チップ３から剥離される。つまり、粘着シート２は半導体チップ３の４つの角部３ａに対応する部分が剥離されることになる。

粘着シート２の半導体チップ３の４つの角部３ａに対応する部分を剥離したならば、第２の駆動手段２２を作動させて第２の筒状可動体１８を第１の筒状可動体１７と同じストロークで下降させる。それによって、図４（ｂ）に示すように粘着シート２の下面側と、第１、第２の筒状可動体１７，１８の上端面に対応する部分に上記第１の空間部Ｓ１よりも大きな負圧の第２の空間部Ｓ２が形成される。この第２の空間部Ｓ２も第１の空間部Ｓ１と同様、負圧である。

そのため、第２の空間部Ｓ２が形成されることで半導体チップ３の４つの角部３ａから剥離された粘着シート２が上記角部３ａから半導体チップ３の中心部に向かってさらに剥離されることになる。その結果、粘着シート２は、半導体チップ３の下面を支持した軸状可動体１９の上端面を除く部分が上記半導体チップ３から剥離されることになる。

つまり、第１の筒状可動体１７と第２の筒状可動体１８とを下降させることで、半導体チップ３から粘着シート２の大部分が剥離されるものの、半導体チップ３は下面が軸状可動体１９によって支持されているとともに、上面が吸着ノズル４によって吸着保持されているから、収容部１２内に入り込んだり、周辺部が下方に向かって湾曲することなく、所定の高さで損傷することなく確実に支持されている。

つぎに、第３の駆動手段２３を作動させて図４（ｃ）に示すように軸状可動体１９を第２の筒状可動体１８と同じストロークで下降させる。それによって、粘着シート２の下面と、第１、第２の筒状可動体１７，１８及び軸状可動体１９の上端面との間には上記第２の空間部Ｓ２よりも大きな第３の空間部Ｓ３が形成される。

それによって、粘着シート２の半導体チップ３に付着した残りの部分である、軸状可動体１９の上端面に対応する部分が半導体チップ３から剥離されることになる。つまり、ピックアップする半導体チップ３から粘着シート２が剥離されることになる。

軸状可動体１９を下降させて半導体チップ３を粘着シート２から剥離したならば、半導体チップ３を吸着保持した吸着ノズル４を上昇させる。その後、この吸着ノズル４を水平方向に移動させ、半導体チップ３を図示しない実装用の吸着ノズルに受け渡すなどのことが行なわれる。

このようにして、所定の半導体チップ３を粘着シート２からピックアップしたならば、第１、第２の筒状可動体１７，１８及び軸状可動体１９をこれらの上端面がバックアップ体１１の上面１１ａと面一になるまで上昇させる。それによって、粘着シート２の下面側に形成された空間部Ｓ１〜Ｓ３の容積が０になるから、粘着シート２の収容部１２の上面開口に対向する部分に発生していた吸引力が消失する。

ついで、吸引ポンプ１６を停止して粘着シート２に作用した吸引力を除去する。それによって、粘着シート２はバックアップ体１１対してＸ、Ｙ及びＺ方向に自由に移動できる。そして、つぎにピックアップする半導体チップ３を、バックアップ体１１に対して位置決めした後、上述したピックアップ動作が繰り返して行なわれる。

このように、粘着シート２の下面に負圧の空間部Ｓ１〜Ｓ３を、収容部１２の径方向外方から内方に向かって順次段階的に形成し、その負圧力でピックアップする半導体チップ３から粘着シート２を剥離するようにした。

そのため、半導体チップ３を突き上げピンによって突き上げる従来のように、半導体チップ３に応力を集中的に発生させることなく、ピックアップすることができる。つまり、半導体チップ３を破損させずに粘着シート２からピックアップすることが可能となる。

半導体チップ３から粘着シート２を剥離するための空間部Ｓ１〜Ｓ３を、半導体チップ３の周辺部から中心部に向かった順次段階的に形成し、最初に粘着シート２を上記半導体チップ３の４つの角部３ａから剥離するようにした。

半導体チップ３の４つの角部３ａからは、粘着シート２をその角部３ａ以外の箇所、たとえば側辺部や中央部に比べて比較的小さな吸引力で剥離することが可能である。そして、半導体チップ３の４つの角部３ａから粘着シート２を剥がすことができれば、その角部３ａを起点として粘着シート２を半導体チップ３の中央部に向かって容易に剥離してゆくことが可能となる。

したがって、半導体チップ３から粘着シート２を容易かつ確実に剥離することができる。つまり、粘着シート２を吸引する吸引力を必要以上に大きくせずに剥離することができるから、半導体チップ３に大きな吸引力を作用させて湾曲させ過ぎ、それが原因で損傷させるということもない。

粘着シート２をバックアップ体１１の上面１１ａに吸着保持するための吸引力は吸引ポンプ１６によって発生させる。半導体チップ３から粘着シート２を剥離するための吸引力は上記吸引ポンプ１６によらず、バックアップ体１１の収容部１２に収容された第１、第２の筒状可動体１７，１８及び軸状可動体１９を下降させることで空間部Ｓ１〜Ｓ３を形成して発生させる。

つまり、バックアップ体１１の上面１１ａに粘着シート２を吸着保持する吸引力と、半導体チップ３から粘着シート２を剥離する吸引力はそれぞれ独立している。そのため、粘着シート２の吸着保持と、粘着シート２の剥離との動作が同時に行なわれても、それぞれの動作を行なうための負圧力が変動することがないから、それらの動作を確実に行なうことができる。

言い換えれば、粘着シート２を吸着保持する負圧力と、粘着シート２を剥離するための負圧力とを、それぞれの動作を最適に行なうための圧力に個別に設定維持することが可能となる。
なお、半導体チップ３から粘着シート２を剥離するための負圧力は、粘着シート２と各可動体１７〜１９の上端面との間に予め空気層が存在するとすれば、各可動体１７〜１９のストロークを変えることで、設定可能である。すなわち、半導体チップ３から粘着シート２を剥離する場合、最初の部分（上記実施の形態では４つの角部３ａ）を剥離するときに最も大きな力が必要となり、剥離された部分を起点として順次剥離してゆくにつれて小さな力で剥離することができる。

したがって、最初に粘着シート２を半導体チップ２から剥離するための空間部を形成する第１の筒状可動体１７の下降方向へのストロークを最大とし、ついで第２の筒状可動体１８、軸状可動体１９の順にストロークを小さくする。それによって、各可動体が下降することで形成される空間部の大きさに応じて粘着シート２に作用する負圧力を、粘着シート２の剥離に要する吸引力に応じて順次小さくすることができる。

換言すれば、半導体チップ３から最初に粘着シート２を剥離するときの吸引力を、第１の筒状可動体１７のストロークによって確実に剥離することのできる大きさに設定することが可能となる。

また、各可動体１７〜１９を下降させて半導体チップ３から粘着シート２を剥離するための所定の負圧力を得るための時間は、各可動体１７〜１９の下降速度を変えることで設定することが可能である。たとえば、各可動体１７〜１９の下降速度を最初は速くし、徐々に遅くすれば、半導体チップ３から粘着シート２を剥離するために要する所定の負圧力となるまでの立ち上がり時間を短くすることが可能である。また、半導体チップ３が薄くて割れ易い場合には、所定の負圧力となるまでの立ち上がり時間を長くすることで、粘着シートを介して半導体チップ３に加わる力を徐々に増大させることができるから、半導体チップ３を損傷させずに剥離することが可能となる。

上記一実施の形態ではバックアップ体の収容部に３つの可動体を収容したが、可動体の数は限定されず、たとえば１つの筒状可動体と軸状可動体の２つであってもよく、或いは３つ以上の筒状可動体と１つの軸状体であってもよい。

また、各可動体を駆動する駆動手段としてシリンダを用いた例を挙げたが、シリンダに代わりリンク機構やねじ駆動などを用いるようにしてもよく、その点はなんら限定されるものでなく、要は各可動体を所定のストロークで上下駆動できるものであればよい。

また、各可動体をそれぞれ別の駆動手段によって駆動するようにしたが、１つの駆動手段によって３つの可動体を順次駆動するようにしてもよい。たとえば、第１の筒状可動体を所定の位置まで下降させたならば、この第１の筒状可動体の下降に第２の筒状可動体を連動させ、第２の筒状可動体が所定の位置まで下降したならば軸状可動体を連動させるようにしてもよい。

各可動体を連動させる手段としては、各可動体が摺動する一方の側面に軸方向に沿うキー溝を形成し、他方の側面に上記キー溝に係合するキーを設けるなどのことによって実現可能である。

上述したように各可動体を順次連動させる構成によれば、１つの駆動手段を用いるだけでよいから、構成の簡略化を図ることができるばかりか、複数の可動体を連続して駆動させることができるから、粘着シートの剥離を円滑に行なうことが可能となる。

この発明の一実施の形態のバックアップユニットを示す概略的構成図。 バックアップ体の平面図。 図２のIII−III線に沿うバックアップ体の縦断面図。 （ａ）〜（ｃ）はピックアップ動作を順次示す説明図。

符号の説明

２…粘着シート、３…半導体チップ、４…吸着ノズル、１１…バックアップ体、１２…収容部、１３…環状溝、１５…吸引路、１６…吸引ポンプ、１７…第１の筒状可動体、１８…第２の筒状可動体、１９…軸状可動体、２１〜２２…駆動手段。

Claims (6)

1. 粘着シートに貼られた半導体チップを吸着ノズルによってピックアップする半導体チップのピックアップ装置であって、
   上面に開口する収容部が形成されているとともに、上記上面の上記収容部を除く部分に吸着部が形成され、この吸着部によって上記粘着シートの上記吸着ノズルによってピックアップされる半導体チップが貼着された部分の周辺部下面を吸着保持するバックアップ体と、
   上記収容部に気密な状態で同心的に収容された複数の可動部材と、
   これら可動部材が上端面を上記バックアップ体の上面と面一にしてこの上面に上記吸着部によって上記粘着シートを吸着保持した状態で、上記複数の可動部材の上記収容部の径方向外方に位置する可動部材から順次下降方向に駆動してその可動部材の上端面と上記粘着シートの下面との間に気密な状態の負圧の空間部を形成させる駆動手段と
   を具備したことを特徴とする半導体チップのピックアップ装置。
2. 上記吸着部は、上記バックアップ体の上面に同心的に形成された複数の環状溝及びこれら環状溝を互いに連通させる連通部とからなり、この連通部には吸引ポンプが接続される吸引路が連通していることを特徴とする請求項１記載の半導体チップのピックアップ装置。
3. 複数の可動体は、上記収容部に摺動可能な状態で設けられた少なくとも１つの筒状可動体と、この筒状可動体に摺動可能に収容された軸状可動体とからなることを特徴とする請求項１記載の半導体チップのピックアップ装置。
4. 粘着シートに貼られた半導体チップを吸着ノズルによってピックアップする半導体チップのピックアップ方法であって、
   収容部が開口形成されたバックアップ体の上面に、上記粘着シートの上記吸着ノズルによってピックアップされる上記半導体チップの周辺部下面を、上記粘着シートの下面と上記収容部との間に空間部がない気密な状態で吸着保持する工程と、
   上記粘着シートの下面の上記収容部と対応する部分に、径方向外方から中心部に向かって気密な状態の負圧の空間部を順次形成する工程と、
   気密な状態の上記負圧の空間部によって上記粘着シートが吸引されて剥離された半導体チップを上記吸着ノズルによってピックアップする工程と
   を具備したことを特徴とする半導体チップのピックアップ方法。
5. 上記半導体チップを上記吸着ノズルで吸着保持した状態で、この半導体チップから上記粘着シートを剥離することを特徴とする請求項４記載の半導体チップのピックアップ方法。
6. 上記粘着シートの下面の上記収容部と対応する部分に、径方向外方から中心部に向かって負圧の空間部を順次段階的に形成することを特徴とする請求項４記載の半導体チップのピックアップ方法。

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