JP4860068B2 - Manufacturing method of semiconductor device - Google Patents
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Description
【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ダイボンディング技術および半導体装置の製造技術に関し、特に、コレット等のボンディング工具を用いたダイレクトピックアップ方式のダイボンディング工程を含む半導体装置の製造工程等に適用して有効な技術に関する。
【0002】
【従来の技術】
たとえば、半導体装置の組立工程においては、ウェハプロセスで複数の半導体装置が一括形成されたウェハを個々の半導体装置(ダイ)に分割して個別にリードフレーム等にボンディングして封止(パッケージング)する等の組立工程がある。
【0003】
個々のダイをリードフレーム等にボンディングするダイボンディング技術としては、ウェハを分割した状態でダイが配列された粘着テープ上から個々のダイをコレット等でピックアップして中間ステージで位置決めした後にリードフレーム等にボンディングする方法や、粘着テープ上からピックアップされた個々のダイを直接的にリードフレーム等のボンディング対象物にボンディングするダイレクトピックアップ方式が知られている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、コレットは耐摩耗性等の観点から高硬度の金属コレットが用いられるが、ピックアップ時におけるコレットとダイの位置(x,y,θ)合わせを高精度(たとえば、x,yは±50μm以下程度)に行わないと、ダイの損傷やピックアップミス等が発生する。
【0005】
このため、ボンディングヘッドに対してコレットを取り付ける際には、コレットの支持軸が嵌合するボンディングヘッドのシャンク穴の中心を基準にして、調整治具等を用いて手作業で調整作業を行っているが、作業に多大の労力や長時間を要するとともに、位置精度を、たとえば±50μm以下程度に高精度に調整することは、手作業では非常に困難であり、一層、時間や労力がかかってしまう、という技術的課題があった。
【0006】
この調整作業は、コレットの交換の都度行う必要があり、たとえば、多品種のダイに対応してコレットを頻繁に交換する場合には、調整作業を含めた場合のスループットが低下する要因となる。
【0007】
本発明の目的は、ピックアップ操作を行うボンディング工具やピックアップ工具の位置調整作業における所要時間の短縮、労力の削減、および調整精度の向上を実現することにある。
【0008】
本発明の他の目的は、多品種のダイに対応したボンディング工具の交換および調整作業の効率化によるダイボンディング工程でのスループットの向上を実現することにある。
【0009】
本発明の他の目的は、ダイボンディング工程におけるダイ損傷の削減等による歩留り向上を実現することにある。
【0010】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【0011】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0012】
本発明は、粘着テープ上に保持されたダイを位置決め機構にて駆動されるボンディング工具に採取してボンディング対象物にボンディングするダイボンディング方法であって、粘着テープ上の特定のダイの第1位置情報を検出する工程と、粘着テープからダイをボンディング工具に採取する工程と、採取されたダイを粘着テープ上に戻す工程と、粘着テープ上に戻されたダイの第2位置情報を検出する工程と、第1位置情報と第2位置情報の差に基づいて、ボンディング工具の位置決め機構に対する取り付け誤差を検出する工程と、取り付け誤差に基づいて、ボンディング時におけるボンディング工具の位置補正を行う工程と、を含むものである。
【0013】
また、本発明は、半導体ウェハに複数の半導体装置を一括して形成するウェハプロセスと、半導体ウェハを個々の半導体装置毎に分割して得られたダイの組立を行う組立工程と、を含む半導体装置の製造方法であって、組立工程におけるダイボンディングに、上述のダイボンディング方法を用いるものである。
【0014】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳細に説明する。
【0015】
図1は、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法におけるダイボンディング方法の作用の一例を工程順に説明する概念図であり、図2は、その作用の一例を示すフローチャート、図3は、本実施の形態のダイボンディング方法を実施するダイボンディング装置の構成の一例を示す斜視図である。
【0016】
図3を参照して、本実施の形態のダイボンディング装置の構成の一例について説明する。
【0017】
本実施の形態のダイボンディング装置は、ウェハステージ10と、ボンディングステージ20と、ボンディングヘッド部30を含んでいる。
【0018】
ウェハステージ10は、ウェハ50をダイシング(および必要に応じた粘着テープ11の引き延ばし操作)して得られた複数のダイ51の裏面が貼付された粘着テープ11の周辺部を支持するウェハリング12と、ウェハリング12の、x,y,θ方向の位置制御を行う図示しない位置決め機構と、粘着テープ11の裏面側からのピックアップ部位の吸着固定およびピックアップ対象のダイ51の突き上げ動作を行う図示しないニードル等を備えた吸着駒13等を備えている。
【0019】
ボンディングステージ20は、ボンディング対象物であるリードフレーム60の間欠的な搬送および位置決め動作を行うレール部21と、ボンディング位置におけるリードフレーム60のボンディング部位等を下側から所定のボンディング温度に加熱するヒートブロック22等を備えている。
【0020】
ボンディングヘッド部30は、コレット40の支持軸41が固定されるボンディングヘッド31、このボンディングヘッド31のz軸の周りθ変位を制御するθ制御モータ32、θ制御モータ32を支持してボンディングヘッド31のz軸方向の変位を制御するz軸駆動モータ33およびz軸レール33a、このz軸レール33aを支持して、ボンディングヘッド31のy軸方向の変位を制御するy軸駆動モータ34およびy軸駆動レール34a、y軸駆動レール34aを支持して、ボンディングヘッド31のx軸方向の変位を制御する図示しないx軸駆動モータ、z軸方向に下向きの姿勢でy軸駆動モータ34に固定され、ボンディングヘッド31とともにx,y方向に移動することで下方のウェハステージ10上のダイ51や、ボンディングステージ20のリードフレーム60のx座標,y座標,θ座標を検出する位置検出光学系35、等を備えている。
【0021】
コレット40は、特に図示しないが、下端面に、ダイ51のサイズに応じた角錐形状のテーパ面をもつ凹部が形成されているとともに、支持軸41の内部には、凹部に保持されたダイ51を吸着固定するための吸引路が形成されている。
【0022】
そして、ウェハステージ10におけるピックアップ対象のダイ51の位置、およびボンディングステージ20におけるリードフレーム60のボンディング部位の位置を、位置検出光学系35にて検出し、この位置検出結果に応じて、ボンディングヘッド31に支持されたコレット40の位置を制御することで、図3に示すピックアップ/ボンディング軌跡100のようにコレット40を移動制御することで、コレット40によるウェハステージ10からのダイ51のピックアップ(採取)およびピックアップされたダイ51の、ボンディングステージ20におけるリードフレーム60のボンディング部位へのダイボンディングが実行される。
【0023】
従って、ボンディングヘッド31に対するコレット40の取り付け精度が、ダイ51のピックアップミスやコレット40との接触による損傷を防止する観点から重要であり、コレット40の交換時はもちろんのこと、同一のコレット40を装着したままでの始業時等の保守点検作業等においても随時、コレット40のボンディングヘッド31に対する取り付け精度の調整が必要であり、従来では、これを手作業にて行っていたため、多大の工数や時間を要していたとともに、必要な精度が得難い場合もあった。
【0024】
そこで、本実施の形態では、以下のように、自動的に、このコレット40のボンディングヘッド31に対する取り付け精度の調整を実行する。
【0025】
すなわち、図2のフローチャートに例示されるように、ダイ51の品種切り替え等でコレット40の交換の交換装着が発生したり、保守管理作業でコレット40の取り付け精度の調整が必要になると、必要に応じて大まかな精度でコレット40をボンディングヘッド31に装着(コレット交換の場合)した後(ステップ201)、まず、ウェハステージ10の粘着テープ11上の任意のダイ51の位置(x1,y1,θ1)を検出し(ステップ202)、位置検出した当該ダイ51を、コレット40で粘着テープ11からピックアップ(図1(a))した後(ステップ203)、再び、粘着テープ11の元の位置に戻して離し(ステップ204)、この戻したダイ51の位置(x2,y2,θ2)を再び検出する(ステップ205)。
【0026】
そして、ダイ51のピックアップ前の位置(x1,y1,θ1)と、ピックアップ後に元に戻した時の位置(x2,y2,θ2)との差に基づいて、コレット40のボンディングヘッド31に対する取り付け誤差の補正値を設定する(ステップ206)。
【0027】
すなわち、ボンディングヘッド31に大まかな精度で装着されたコレット40でダイ51をピックアップすると、ダイ51はコレット40の角錐形状のテーパ面にならって安定するように、コレット40の取り付け誤差に応じたx,y,θ方向の位置が変化し、再度、粘着テープ11上に戻された時には、図1(c)に例示されるように、コレット40の取り付け誤差を反映した状態に、ピックアップ前と位置が変化している。
【0028】
本実施の形態の場合には、これを利用して、コレット40のボンディングヘッド31に対する補正値を決定し、当該誤差を打ち消すようなx,y,θの補正値を決定して、実際のダイボンディングにおけるコレット40(ボンディングヘッド31)の位置制御に反映させる。
【0029】
すなわち、実際のダイボンディングに際しては、まず、ボンディング対象のリードフレーム60のボンディング部位の位置(x3,y3,θ3)を検出しておき(ステップ207)、さらに粘着テープ11上の目的のダイ51の位置(x1,y1,θ1)を検出した後(ステップ208)、当該ダイ51の位置(x1,y1,θ1)にコレット40の位置(x,y,θ)が一致するように、前記補正値を用いてダイ51の直上部にコレット40を位置決めし(ステップ209)、吸着駒13による突き上げ動作にてコレット40にダイ51を保持させるピックアップを行い(ステップ210)、コレット40に保持されたダイ51を、前記補正値を用いてボンディングステージ20のリードフレーム60のボンディング位置(x3,y3,θ3)に位置決めし(ステップ211)、ダイ51をリードフレーム60のボンディング部位に押圧してダイボンディングを実行する(ステップ212)操作を、最後のダイ51まで反復する(ステップ213)。
【0030】
なお、図1(c)の例では、ピックアップ前のダイ51は、位置検出光学系35の座標軸x,yに対してθ1が丁度90度で回転ズレがない場合を例示しているが、粘着テープ11の引き延ばし工程等でθ1が90度でない場合には、θ1とθ2の差分に、さらに、θ1の座標軸x,yに対する回転ズレ量を加えたものがコレット40の回転ズレの補正量となる。このことは、コレット40のx座標およびy座標の、ダイ51のピックアップ前後の位置(x1,y1)、位置(x2,y2)による補正についても同様である。
【0031】
こうしてダイ51がボンディングされたリードフレーム60は、後のワイヤボンディング工程、封止工程、個別のダイ51毎のリードフレーム60の分断工程、リード成形工程、検査工程、等を必要に応じて実施され、製品の半導体装置として出荷される。
【0032】
以上説明したように、本実施の形態によれば、コレット40にて粘着テープ11上のダイ51を一旦ピックアップした後、元の位置に戻し、コレット40のボンディングヘッド31に対する取り付け誤差を反映した、ピックアップ前後のダイ51の位置ずれに基づいて、実際のピックアップおよびダイボンディングにおけるコレット40の位置補正を自動的に行うことができるので、ピックアップ操作を行うコレット40の位置調整作業における所要時間の短縮、労力の削減、および調整精度の向上を実現することが可能になる。
【0033】
特に、たとえば、多品種のダイ51に対応して複数種のコレット40を頻繁に交換する場合等において、コレット40の交換および調整作業の効率化が実現され、ダイボンディング工程でのスループットの向上を実現できる。
【0034】
また、ダイボンディング工程におけるコレット40の位置調整不良等に起因するダイ損傷が減少し、半導体装置の製造工程における歩留り向上を実現することができる。
【0035】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【0036】
たとえば、ピックアップ部とボンディング部の間にダイ位置決め用の中間ステージを設けた間接ピックアップ方式におけるダイのピックアップ工具としてのコレットの位置調整等にも、本発明を適用することができる。
【0037】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【0038】
ピックアップ操作を行うボンディング工具やピックアップ工具の位置調整作業における所要時間の短縮、労力の削減、および調整精度の向上を実現することができる、という効果が得られる。
【0039】
また、多品種のダイに対応したボンディング工具の交換および調整作業の効率化によるダイボンディング工程でのスループットの向上を実現することができる、という効果が得られる。
【0040】
また、ダイボンディング工程におけるダイ損傷の削減等による歩留り向上を実現することができる、という効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)〜(c)は、本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法におけるダイボンディング方法の作用の一例を工程順に説明する概念図である。
【図2】本発明の一実施の形態である半導体装置の製造方法におけるダイボンディング方法の作用の一例を示すフローチャートである。
【図3】本発明の一実施の形態であるダイボンディング方法を実施するダイボンディング装置の構成の一例を示す斜視図である。
【符号の説明】
10 ウェハステージ
11 粘着テープ
12 ウェハリング
13 吸着駒
20 ボンディングステージ
21 レール部
22 ヒートブロック
30 ボンディングヘッド部
31 ボンディングヘッド
32 θ制御モータ
33 z軸駆動モータ
33a z軸レール
34 y軸駆動モータ
34a y軸駆動レール
35 位置検出光学系
40 コレット(ボンディング工具、ピックアップ工具)
41 支持軸
50 ウェハ
51 ダイ
60 リードフレーム(ボンディング対象物)
100 ピックアップ/ボンディング軌跡[0001]
BACKGROUND OF THE INVENTION
The present invention relates to a die bonding technique and a semiconductor device manufacturing technique, and more particularly to a technique effective when applied to a semiconductor device manufacturing process including a direct pickup die bonding process using a bonding tool such as a collet.
[0002]
[Prior art]
For example, in the assembly process of a semiconductor device, a wafer on which a plurality of semiconductor devices are collectively formed in a wafer process is divided into individual semiconductor devices (dies) and individually bonded to a lead frame or the like (packaging) There is an assembly process such as.
[0003]
As die bonding technology for bonding individual dies to lead frames, etc., each die is picked up from the adhesive tape on which the dies are arranged in a state of dividing the wafer with a collet and positioned on an intermediate stage, and then the lead frame, etc. There are known a method of bonding to each other and a direct pickup method of bonding individual dies picked up from an adhesive tape directly to a bonding object such as a lead frame.
[0004]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, a high-hardness metal collet is used from the viewpoint of wear resistance, etc., but the collet and die position (x, y, θ) at the time of pickup is highly accurate (for example, x and y are ± 50 μm or less) Otherwise, die damage, pick-up mistakes, etc. will occur.
[0005]
For this reason, when attaching the collet to the bonding head, manually adjust the center of the shank hole of the bonding head with which the support shaft of the collet fits, using an adjustment jig or the like. However, it takes a lot of labor and a long time for the work, and it is very difficult to adjust the position accuracy to a high accuracy of, for example, about ± 50 μm or less, and it takes much time and labor. There was a technical problem.
[0006]
This adjustment work needs to be performed every time the collet is exchanged. For example, when the collet is frequently exchanged in correspondence with various types of dies, the throughput when the adjustment work is included is reduced.
[0007]
An object of the present invention is to reduce the time required for the bonding tool for performing a pickup operation and the position adjustment work of the pickup tool, to reduce the labor, and to improve the adjustment accuracy.
[0008]
Another object of the present invention is to realize an improvement in throughput in a die bonding process by exchanging bonding tools corresponding to various types of dies and improving the efficiency of adjustment work.
[0009]
Another object of the present invention is to improve yield by reducing die damage in the die bonding process.
[0010]
The above and other objects and novel features of the present invention will be apparent from the description of this specification and the accompanying drawings.
[0011]
[Means for Solving the Problems]
Of the inventions disclosed in this application, the outline of typical ones will be briefly described as follows.
[0012]
The present invention is a die bonding method in which a die held on an adhesive tape is collected by a bonding tool driven by a positioning mechanism and bonded to a bonding object, and the first position of a specific die on the adhesive tape A step of detecting information, a step of collecting a die from the adhesive tape into a bonding tool, a step of returning the collected die onto the adhesive tape, and a step of detecting second position information of the die returned on the adhesive tape And a step of detecting an attachment error of the bonding tool relative to the positioning mechanism based on the difference between the first position information and the second position information, and a step of correcting the position of the bonding tool during bonding based on the attachment error; Is included.
[0013]
The present invention also includes a wafer process for collectively forming a plurality of semiconductor devices on a semiconductor wafer, and an assembly process for assembling a die obtained by dividing the semiconductor wafer into individual semiconductor devices. An apparatus manufacturing method, in which the above-described die bonding method is used for die bonding in an assembly process.
[0014]
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
[0015]
FIG. 1 is a conceptual diagram illustrating an example of the action of a die bonding method in the method of manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention. FIG. 2 is a flowchart illustrating an example of the action. These are perspective views which show an example of a structure of the die-bonding apparatus which enforces the die-bonding method of this Embodiment.
[0016]
With reference to FIG. 3, an example of the structure of the die bonding apparatus of this Embodiment is demonstrated.
[0017]
The die bonding apparatus according to the present embodiment includes a
[0018]
The
[0019]
The
[0020]
The
[0021]
Although the
[0022]
The position of the
[0023]
Accordingly, the mounting accuracy of the
[0024]
Therefore, in the present embodiment, adjustment of the accuracy of attaching the
[0025]
That is, as illustrated in the flowchart of FIG. 2, it is necessary when replacement of the
[0026]
Based on the difference between the position (x1, y1, θ1) of the die 51 before pickup and the position (x2, y2, θ2) when the
[0027]
That is, when the
[0028]
In the case of the present embodiment, using this, the correction value for the
[0029]
That is, in actual die bonding, first, the position (x3, y3, θ3) of the bonding portion of the lead frame 60 to be bonded is detected (step 207), and the target die 51 on the
[0030]
In the example of FIG. 1C, the die 51 before picking up is illustrated as an example in which θ1 is exactly 90 degrees with respect to the coordinate axes x and y of the position detection
[0031]
The lead frame 60 to which the
[0032]
As described above, according to the present embodiment, after the die 51 on the
[0033]
In particular, for example, when a plurality of types of
[0034]
In addition, die damage due to misalignment or the like of the
[0035]
Although the invention made by the present inventor has been specifically described based on the embodiments, the present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Needless to say.
[0036]
For example, the present invention can also be applied to collet position adjustment as a die pick-up tool in an indirect pick-up method in which an intermediate stage for die positioning is provided between the pick-up portion and the bonding portion.
[0037]
【Effect of the invention】
Of the inventions disclosed in the present application, effects obtained by typical ones will be briefly described as follows.
[0038]
The effects of shortening the time required for the bonding tool for performing the pick-up operation and the position adjustment work of the pick-up tool, reducing the labor, and improving the adjustment accuracy can be obtained.
[0039]
In addition, it is possible to achieve an improvement in throughput in the die bonding process by exchanging bonding tools corresponding to various types of dies and improving the efficiency of adjustment work.
[0040]
In addition, the yield can be improved by reducing die damage in the die bonding process.
[Brief description of the drawings]
FIGS. 1A to 1C are conceptual diagrams illustrating an example of an operation of a die bonding method in a method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention in order of steps.
FIG. 2 is a flowchart showing an example of an operation of a die bonding method in the method for manufacturing a semiconductor device according to an embodiment of the present invention.
FIG. 3 is a perspective view showing an example of a configuration of a die bonding apparatus that performs a die bonding method according to an embodiment of the present invention.
[Explanation of symbols]
DESCRIPTION OF
41
100 Pickup / bonding locus
Claims (4)
(a)前記ダイボンディング装置のウェハステージ上に、前記粘着テープ上に保持された前記複数のダイを配置する工程と、
(b)前記複数のダイの中から選択された任意のダイを前記ボンディング工具にて採取し、前記任意のダイを前記粘着テープからピックアップする工程と、
(c)前記(b)工程の後、前記ピックアップされた前記任意のダイを解放することなく前記ウェハステージ上の前記粘着テープ上に戻す工程と、
(d)前記(c)工程の後、前記任意のダイを再度前記粘着テープからピックアップし、前記任意のダイを前記ボンディング対象物にボンディングする工程とを有し、
前記任意のダイは、前記(b)工程で、前記粘着テープからピックアップされた後、解放されることなく、前記(c)工程で前記粘着テープ上に戻され、
前記ダイボンディング装置は、前記(a)工程における前記ウェハステージ上に配置された状態での前記任意のダイの第1位置情報と、前記(c)工程における前記ウェハステージ上に戻された状態での前記任意のダイの第2位置情報とを保有し、
前記(d)工程において、前記任意のダイは、前記第1位置情報と前記第2位置情報の差異を補正した位置情報に基づいて、前記ボンディング対象物にボンディングすることを特徴とする半導体装置の製造方法。In a manufacturing method of a semiconductor device using a die bonding apparatus that collects a plurality of dies held on an adhesive tape into a bonding tool driven by a positioning mechanism and bonds them to a bonding object.
(A) disposing the plurality of dies held on the adhesive tape on a wafer stage of the die bonding apparatus;
(B) collecting an arbitrary die selected from the plurality of dies with the bonding tool, and picking up the arbitrary die from the adhesive tape;
(C) after the step (b), returning the picked-up arbitrary die onto the adhesive tape on the wafer stage without releasing the die;
(D) after the step (c), again picking up the arbitrary die from the adhesive tape, and bonding the arbitrary die to the bonding object,
After the arbitrary die is picked up from the adhesive tape in the step (b), it is returned to the adhesive tape in the step (c) without being released,
The die bonding apparatus is in a state where the first position information of the arbitrary die in a state of being arranged on the wafer stage in the step (a) and being returned on the wafer stage in the step (c). Second position information of the arbitrary die of
In the step (d), the arbitrary die is bonded to the bonding object based on position information obtained by correcting a difference between the first position information and the second position information. Production method.
前記ボンディング工具は、その下側面に角錐状のテーパ面を有する凹部が形成された金属製コレットを有し、前記第1位置情報は、前記金属製コレットにより、前記任意のダイがピックアップされる以前の位置情報であり、前記第2位置情報は、前記金属製コレットにより前記任意のダイがピックアップされた後の位置情報であることを特徴とする半導体装置の製造方法。In the manufacturing method of the semiconductor device according to claim 1,
The bonding tool has a metal collet in which a concave portion having a pyramid tapered surface is formed on a lower surface thereof, and the first position information is obtained before the arbitrary die is picked up by the metal collet. And the second position information is position information after the arbitrary die has been picked up by the metal collet.
前記第1位置情報と前記第2位置情報の差異は、前記金属製コレットを前記ボンディング工具に取り付ける時に生じる位置変位に相当することを特徴とする半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
Wherein the first position information difference of the second position information, a method of manufacturing a semiconductor device, characterized in that the equivalent to the position displacement generated when mounting the metallic collet to said bonding tool.
前記(b)工程および前記(c)工程で、前記任意のダイは、前記金属製コレットのテーパ面にならって安定することを特徴とする半導体装置の製造方法。The method of manufacturing a semiconductor device according to claim 2.
In the step (b) and the step (c), the arbitrary die is stabilized following the tapered surface of the metal collet.
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