JP4627649B2

JP4627649B2 - 半導体チップのピックアップ装置、ピックアップ方法及び実装装置

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Publication number: JP4627649B2
Application number: JP2004279849A
Authority: JP
Inventors: 裕一佐藤; 誠有江
Original assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Current assignee: Shibaura Mechatronics Corp
Priority date: 2004-09-27
Filing date: 2004-09-27
Publication date: 2011-02-09
Anticipated expiration: 2024-09-27
Also published as: JP2006093592A

Description

この発明は粘着シートに貼着さ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、ピックアップ方法及びピックアップされた半導体チップを基板に実装する実装装置に関する。

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。ついで、上記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て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確実に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、粘着シートの上面に貼られた矩形状の半導体チップを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、
上記粘着シートに貼着された上記半導体チップをピックアップする吸着ノズルと、
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が貼着された部分の下面を吸引する吸引孔が形成されたバックアップ体と、
上記半導体チップの一方の対角線の一端の角部が上記吸引孔からはみ出すよう上記粘着シートを位置決めし、この粘着シートを上記吸引孔によって吸引するとともに、上記吸着ノズルにより上記半導体チップを吸引し、この半導体チップの上記対角線の他端の角部が上記吸引孔の内方に入らずに外方にわずかに突出した位置まで上記吸着ノズルと上記粘着シートとを一体的に水平方向に駆動させる制御手段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。

上記粘着シートはウエハホルダに張設されていて、このウエハホルダが上記制御手段によって水平方向に駆動される構成であることが好ましい。

この発明は、粘着シートの上面に貼られた矩形状の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、
上記粘着シートの下面側に設けられたバックアップ体の吸引孔に、上記粘着シートに貼着され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の一方の対角線の一端の角部が上記吸引孔からはみ出すよう上記粘着シートを位置決めしてから、上記粘着シートを吸引する工程と、
上記吸着ノズルを下降させて上記半導体チップを吸引する工程と、
上記粘着シートと上記半導体チップとに吸引力を作用させた状態で、上記半導体チップの上記対角線の他端の角部が上記吸引孔の内方に入らずに外方にわずかに突出した位置まで上記吸着ノズルと上記粘着シートとを一体的に水平方向に駆動する工程と、
上記吸着ノズルを上昇方向に駆動して上記半導体チップを上記粘着シートから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。

半導体チップを基板に実装するための実装装置であって、
粘着シートに貼着された半導体チップをピックアップするピックアップ装置と、
このピックアップ装置によってピックアップされた半導体チップを受けて上記基板に実装する実装ツールとを具備し、
上記ピックアップ装置は請求項１に記載された構成であることを特徴とする半導体チップの実装装置にある。

この発明によれば、粘着シート及びこの粘着シートに貼着された半導体チップを吸着した吸着ノズルを一体的に水平方向に移動させるため、粘着シートのバックアップ体の吸引孔に吸引された部分が粘着シートの水平方向の移動に応じて半導体チップから順次剥離されるから、移動後に吸着ノズルを上昇させることで、半導体チップを粘着シートからピックアップすることができる。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照して説明する。

図１はこの発明の一実施の形態に係る実装装置を示す。この実装装置は部品供給部としてのウエハステージ１を備えている。このウエハステージ１は、ベース２上に順次設けられたＸテーブル３、Ｙテーブル４及びθテーブル５を有し、θテーブル５上には多数の矩形状の半導体チップ６に分割された半導体ウエハ７が後述するごとく保持されたウエハホルダ８が設けられている。つまり、ウエハホルダ８は水平方向に駆動可能に設けられている。

上記半導体チップ６はピックアップ装置を構成するピックアップツール１１によって取り出される。このピックアップツール１１はＬ字状をなし、支軸１２を支点として図１に鎖線で示す位置と実線で示す位置との１８０度の範囲で回転駆動させることができるとともに、先端部には半導体チップ６を真空吸着する吸着ノズル１３が設けられている。さらに、ピックアップツール１１は図示せぬ駆動手段によってＸ、Ｙ方向（水平方向）及びＺ方向（上下方向）に駆動可能となっている。

上記ベース２には、上記ウエハステージ１と対向する位置に支持体１５が設けられている。この支持体１５の上面には、一端部を支持体１５に固定し、他端部を上記ウエハステージ１の方向に突出させた第１のベース１６が水平に設けられている。この第１のベース１６の他端部の上面にはステージテーブル１７が設けられている。

このステージテーブル１７はＹテーブル１８と、このＹテーブル１８上に設けられ上記ウエハステージ１に対して接離するＸ方向に駆動されるＸテーブル１９及びこのＸテーブル１９上に設けられ上記Ｘ、Ｙ方向に駆動されるボンディングステージ２０を有する。このボンディングステージ２０は、図示せぬ駆動源によって上記Ｘ、Ｙ方向がなす平面に対して直交するＺ方向に駆動可能となっている。

上記ボンディングステージ２０の上方には搬送ガイド２１が設けられている。この搬送ガイド２１には、上記ピックアップツール１１によって後述するごとくウエハホルダ８から取り出された半導体チップ６がボンディングされるリードフレームなどの基板２２が所定方向にピッチ送りされるようになっている。

上記第１のベース１６の一端部には第１のスペーサ２４を介して第２のベース２５が一端部を固定して水平に設けられている。この第２のベース２５は上記第１のベース１６よりも長さ寸法が短く、他端部は上記ウエハステージ１側に突出している。

上記第２のベース２５の他端部の上面にはカメラテーブル２６が設けられている。このカメラテーブル２６はＹテーブル２７を有する。このＹテーブル２７上にはＸ方向に駆動されるＸテーブル２８が設けられている。このＸテーブル２８上には上記Ｘ、Ｙ方向に駆動される取り付け部材２９が設けられている。

上記取り付け部材２９にはカメラユニット３１が設けられている。このカメラユニット３１は、図２に示すように中空箱形状に形成されたケース３１ａを有し、このケース３１ａ内には上記搬送ガイド２１に沿って搬送される基板２２を撮像する第１のカメラ３２と、上記ピックアップツール１１から後述する実装ツール４９に受け渡された半導体チップ６を撮像する第２のカメラ３３とが設けられている。各カメラ３２，３３はＣＣＤ（固体撮像素子）からなる。

上記カメラユニット３１の先端部の下面と上面とにはそれぞれ撮像窓３６が形成されている。カメラユニット３１の先端部内には上記撮像窓３６に対して４５度の角度で傾斜した２つの反射面３７を有するミラー３８が収容されている。下側の撮像窓３６から入射して一方の反射面３７で反射した光は上記第１のカメラ３２に入射する。上側の撮像窓３６から入射して他方の反射面３７で反射した光は第２のカメラ３３に入射する。

図２に示すように、各カメラ３２，３３からの撮像信号は制御装置３９に設けられた画像処理部（図示せず）に入力し、ここで処理されてデジタル信号に変換されるようになっている。なお、制御装置３９は図１に示すように上記支持体１５に設けられている。

図１に示すように、上記第２のベース２５の一端部の上面には第２のスペーサ４１が設けられている。この第２のスペーサ４１には第３のベース４２が一端部を固定して水平に設けられている。第３のベース４２の他端部の上面にはヘッドテーブル４３が設けられている。このヘッドテーブル４３はＹテーブル４４を有する。このＹテーブル４４の上面にはＸ方向に駆動されるＸテーブル４５が設けられている。このＸテーブル４５の上面にはＸ、Ｙ方向に駆動される取り付け体４６が設けられている。

この取り付け体４６の前端面にはＺテーブル４７が設けられ、このＺテーブル４７には上記Ｘ方向とＹ方向とがなす平面に対して直交するＺ方向に駆動される実装ヘッド４８が設けられている。上記実装ヘッド４８の先端には断面形状が矩形状の上記実装ツール４９がθテーブル５０によって水平方向の回転角度の調整可能に設けられている。なお、実装ツール４９は交換可能であって、実装する上記半導体チップ６の大きさよりもわずかに小さな矩形状のものが用いられる。

上記ピックアップツール１１が上記ウエハホルダ８から半導体チップ６を後述するごとくピックアップすると、このピックアップツール１１は支軸１２を中心にして図１に矢印で示す時計方向に約１８０度回転し、半導体チップ６を保持した吸着ノズル１３を上方に向ける。つまり、半導体チップ６を上下面が逆になるよう反転させる。

その状態で、上記ヘッドテーブル４３が作動して実装ツール４９がピックアップツール１１の吸着ノズル１３の上方に位置決めされる。ついで、ピックアップツール１１が上昇することで、この実装ツール４９は上記吸着ノズル１３に吸着保持された半導体チップ６を受け取る。

上記ウエハステージ１、ピックアップツール１１、ボンディングステージ２０が設けられたステージテーブル１７、カメラユニット３１が設けられたカメラテーブル２６、及び実装ツール４９が設けられたヘッドテーブル４３は、上記制御装置３９によって駆動が制御されるようになっている。

図３に示すように、上記ウエハホルダ８は上記θテーブル５に下端が取り付けられた支持体６０の上面に水平に保持されている。このウエハホルダ８には粘着シート６１が張設されたウエハリング６２が着脱可能に保持される。上記粘着シート６１の上面には矩形状の多数の半導体チップ６にダイシングされた半導体ウエハ６３が貼着されている。

上記粘着シート６１は、周辺部が図示せぬエキスパンドリングにより下方より上方へ押し上げられている。それによって、粘着シート６１には水平方向の張力が付与され、半導体チップ６を粘着シート６１から剥離し易くしている。

上記粘着シート６１の下面側には、図示しない固定部に固定されたバックアップ体６５が上記ウエハホルダ８の水平方向の動きに対して連動しない状態で配設されている。このバックアップ体６５の中心部には軸方向に貫通した吸引孔６４が穿設されている。この吸引孔６４には真空ポンプ６６が接続されている。

上記吸引孔６４の直径寸法は、上記半導体チップ６の一辺の長さ寸法よりも小さく設定されている。つまり、吸引孔６４に上記真空ポンプ６６の吸引力が作用したときに、この内部に上記半導体チップ６が落ち込むことのない大きさに設定されている。

上記ウエハホルダ８は、上記粘着シート６１の下面が上記バックアップ体６５の上記吸引孔６４が開口した上面に接触する高さに位置決めされる。さらに、粘着シート６１の上面に貼着された半導体チップ６はウエハホルダ８の上方に配置された撮像カメラ６７によって撮像される。

上記制御装置３９は、上記撮像カメラ６７からの撮像信号に基づいて、上記吸着ノズル１３によってピックアップされる半導体チップ６が上記バックアップ体６５の吸引孔６４に対応位置するよう、上記ウエハホルダ８を水平方向に駆動して位置決めする。

つぎに、ウエハホルダ８に保持された半導体チップ６を吸着ノズル１３によってピックアップするときの動作を図４（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。
まず、ウエハホルダ８を図１に示す撮像カメラ６７によって撮像し、その撮像信号によってピックアップされる半導体チップ６の座標を認識する。半導体チップ６の座標を認識したならば、制御装置３９によって上記ウエハホルダ８を駆動し、上記半導体チップ６が貼着された粘着シート６１を上記ウエハホルダ８とともに上記バックアップ体６５に対して移動させる。

そして、図４（ａ）に示すように、ピックアップされる上記半導体チップ６の一方の対角線の両端に位置する一対の角部ｅ１，ｅ２のうち、一端に位置する一方の角部ｅ１がバックアップ体６５の吸引孔６４に対応するよう位置決めする。つまり、上記半導体チップ６は、一方の角部ｅ１の先端が吸引孔６４からはみ出すよう位置決めする。

つぎに、ピックアップツール１１に設けられた吸着ノズル１３を水平方向に駆動してその中心を、上記半導体チップ６の中心に一致させ、ついで図４（ｂ）に示すように下降させて上記半導体チップ６の上面に接触させた後、この上面を吸引させる。それと同時に、真空ポンプ６６を作動させてバックアップ体６５の吸引孔６４に吸引力を発生させ、粘着シート６１の上記吸引孔６４に対応する部分を吸引する。

このとき、吸引孔６４からはみ出した半導体チップ６の一方の角部ｅ１は、バックアップ体６５の上面に粘着シート６１を介して支持されているから、吸引孔６４に作用する吸引力によって上記半導体チップ６の角部ｅ１が吸引孔６４内に吸引されて変形したり、破損するなどのことが防止される。

上記半導体チップ６の対角線方向の一端部の吸引孔６４に対応する部分が吸引されると、図４（ｂ）に示すように、粘着シート６１の上記半導体チップ６の対角線方向の一端部に貼着された部分６１ａが下方へ引っ張られる。それによって、粘着シート６１の上記吸引孔６４に対応する部分６１ａ、つまり半導体チップ６の対角線方向の一端部に貼着された部分が上記半導体チップ６の下面から剥離される。

つぎに、上記吸着ノズル１３が半導体チップ６の上面を吸引し、上記吸引孔６４が下面を吸引した状態で、上記バックアップ体６５に対し、上記吸着ノズル１３とウエハホルダ８、つまり粘着シート６１とを、図４（ｃ）に矢印Ｘで示す方向に一体的に移動させる。

すなわち、半導体チップ６を、その対角線方向の他端部が吸引孔６４に対応する位置まで移動させる。つまり、対角線方向他端の角部ｅ２が上記吸引孔６４の内方に入らずに外方にわずかに突出した位置まで上記吸引孔６４に対して半導体チップ６を粘着シート６１とともに移動させる。

上記半導体チップ６を上記吸引孔６４に対し、吸引孔６４に吸引力が発生した状態で対角線方向に移動させれば、半導体チップ６の裏面に対する粘着シート６１の剥離部分は、上記半導体チップ６の対角線方向に沿って拡大する。つまり、粘着シート６１が剥離される領域Ｒは、図４（ｃ）に斜線で示すように半導体チップ６の対角線方向の一端部から他端部に至る範囲、つまり半導体チップ６の下面の大半の部分に拡大される。

このようにして、半導体チップ６の裏面に対する粘着シート６１の剥離領域Ｒを拡大したならば、上記吸着ノズル１３を上昇させる。それによって、この吸着ノズル１３に吸引された半導体チップ６を粘着シート６１から分離してピックアップすることができる。

すなわち、粘着シート６１を吸引して半導体チップ６から剥離するため、半導体チップ６に局部的な応力を加えずにピックアップすることができるから、半導体チップ６の損傷を招くのを防止できるばかりか、粘着シート６１を剥離してからピックアップするまでの時間を短縮して生産性の向上を図るなどのことが可能となる。

上記吸引孔６４に対して上記半導体チップ６を、一方の対角線方向に沿って移動させるだけでは、半導体チップ６に対する粘着シート６１の剥離領域Ｒが十分でなく、半導体チップ６を粘着シート６１から確実にピックアップできないことがある。たとえば、半導体チップ６の面積に対して吸引孔６４の面積が数分の１程度に小さい場合などにはそのようなことが生じる。

そのような場合、上記半導体チップ６を吸引孔６４に対して一方の対角線方向に移動させた後、他方の対角線方向にも移動させる。それによって、半導体チップ６と吸引孔６４との面積比が大きくても、上記半導体チップ６に対する粘着シート６１の剥離領域Ｒを半導体チップ６の下面のほぼ全体に拡大することができるから、上記半導体チップ６を上記吸着ノズル１３によって上記粘着シート６１から確実に分離してピックアップすることが可能となる。

つまり、半導体チップ６を吸引孔６４に対して一方の対角線方向に移動させるか、両方の対角線方向に沿って移動させるかは、剥離領域Ｒを決定する半導体チップ６と吸引孔６４との相対的な大きさや粘着シート６１による半導体チップの粘着力などに応じて選択すればよい。

上記吸着ノズル１３は、撮像カメラ６７の撮像信号に基づいて水平方向に位置決めされて上記半導体チップ６を吸着したならば、この半導体チップ６が粘着シート６１から剥離されて実装ツール４９に受け渡されるまでの間、最初に吸着したままの位置関係を維持する。

つまり、半導体チップ６を粘着シート６１から剥離する際、吸着ノズル１３と半導体チップ６とを一体的に移動させるから、これらにこれらの位置関係が最初に撮像カメラ６７の撮像信号に基づいて位置決めされた状態に維持される。

そのため、半導体チップ６を粘着シート６１からピックアップした後、１８０度回転して実装ツール４９に受け渡す際、この実装ツール４９に対して位置ずれが生じることなく、受け渡すことができる。

また、吸着ノズル１３が半導体チップ６の上面を吸引している状態で、この半導体チップ６の下面に貼着された粘着シート６１をバックアップ体６５の吸引孔６４に生じた吸引力で剥離している。

つまり、半導体チップ６と粘着シート６１との接着面には、吸着ノズル１３に生じる吸引力と、吸引孔６４に生じる吸引力との両方が互いに逆方向の力として作用する。そのため、どちらか一方の吸引力を作用させる場合に比べ、上記接着面に対して接着状態を剥離するために作用する力が大きくなるから、上記半導体チップ６の下面から上記粘着シート６１を容易かつ確実に剥離することが可能となる。

上記ウエハホルダ８と上記吸着ノズル１３とは、実装装置の機能上、必然的に水平方向に駆動可能な構成としなければならない。
一方、この発明のピックアップ装置は、半導体チップ６から粘着シート６１を剥離する場合、上述したように吸着ノズル１３とウエハホルダ８とを一体的に水平方向に移動させるようにしている。吸着ノズル１３とウエハホルダ８とは上述したようにもともと水平方向に駆動可能な構成となっている。

そのため、吸着ノズル１３とウエハホルダ８とが本来備えた機能を利用して半導体チップ６から粘着シート６１を剥離させることができるから、ピックアップ装置として新たな構造を必要とすることがない。つまり、この発明のピックアップ装置を構成するために構造の複雑化などを招かずにすむ。

上記一実施の形態では、実装装置は、吸着ノズルによってウエハホルダから取り出したチップを１８０度反転させて実装ツールに受け渡す、いわゆるフリップチップ実装を例に挙げて説明したが、上記チップを反転させずに実装する他の構成の実装装置、たとえばダイボンダやインナリードボンダなどであっても、この発明は適用可能である。

この発明の一実施の形態を示す実装装置の概略的構成図。上記実装装置に用いられたカメラユニットの断面図。ウエハホルダとバックアップ体とを示す断面図。チップの下面から粘着シートを剥離する手順を平面図と断面図とで示す説明図。

符号の説明

６…半導体チップ、８…ウエハホルダ、１３…吸着ノズル、２２…基板、３９…制御装置（制御手段）、４９…実装ツール、６１…粘着シート、６４…吸引孔、６５…バックアップ体。

Claims

粘着シートの上面に貼られた矩形状の半導体チップを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、
上記粘着シートに貼着された上記半導体チップをピックアップする吸着ノズルと、
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が貼着された部分の下面を吸引する吸引孔が形成されたバックアップ体と、
上記半導体チップの一方の対角線の一端の角部が上記吸引孔からはみ出すよう上記粘着シートを位置決めし、この粘着シートを上記吸引孔によって吸引するとともに、上記吸着ノズルにより上記半導体チップを吸引し、この半導体チップの上記対角線の他端の角部が上記吸引孔の内方に入らずに外方にわずかに突出した位置まで上記吸着ノズルと上記粘着シートとを一体的に水平方向に駆動させる制御手段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。
上記粘着シートはウエハホルダに張設されていて、このウエハホルダが上記制御手段によって水平方向に駆動される構成であ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。
粘着シートの上面に貼られた矩形状の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、
上記粘着シートの下面側に設けられたバックアップ体の吸引孔に、上記粘着シートに貼着され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の一方の対角線の一端の角部が上記吸引孔からはみ出すよう上記粘着シートを位置決めしてから、上記粘着シートを吸引する工程と、
上記吸着ノズルを下降させて上記半導体チップを吸引する工程と、
上記粘着シートと上記半導体チップとに吸引力を作用させた状態で、上記半導体チップの上記対角線の他端の角部が上記吸引孔の内方に入らずに外方にわずかに突出した位置まで上記吸着ノズルと上記粘着シートとを一体的に水平方向に駆動する工程と、
上記吸着ノズルを上昇方向に駆動して上記半導体チップを上記粘着シートから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。
半導体チップを基板に実装するための実装装置であって、
粘着シートに貼着された半導体チップをピックアップするピックアップ装置と、
このピックアップ装置によってピックアップされた半導体チップを受けて上記基板に実装する実装ツールとを具備し、
上記ピックアップ装置は請求項１に記載された構成であることを特徴とする半導体チップの実装装置。