JP6190264B2 - 半導体製造装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、半導体パッケージに電磁波シールドを施す半導体製造装置に関する。

携帯電話やスマートフォン等の携帯通信機器に用いられる半導体装置は、通信特性に悪影響を与えないように、外部への不要な電磁波の漏洩をできるだけ抑える必要がある。このため、電磁波シールド機能を有する半導体パッケージが提案されている。

半導体パッケージの電磁波シールドは、例えば、パッケージの材料である樹脂の表面を電磁波シールド用の金属膜で覆い、この金属膜を半導体パッケージ内の半導体チップのグラウンド層と電気的に接触させることで行われる。

樹脂の表面を金属膜で覆う工程は、半導体プロセスの前工程で用いられるスパッタ装置を用いて行うことができる。スパッタ装置では、複数の半導体パッケージに対して同時に均一な金属膜を形成することができる。したがって、パッケージング処理まで終わった多数の半導体パッケージを搬送キャリア上に載置してスパッタ装置まで搬送し、搬送キャリアごとスパッタ真空チャンバに入れてスパッタ処理を行うことで、作業性を向上できる。

パッケージ済でまだ電磁波シールドを行っていない半導体パッケージは、専用のトレイに入れられて保管されている。一つのトレイには、数十個の半導体パッケージが収納されており、トレイごと搬送キャリアに載置して、スパッタ装置まで搬送すれば、スパッタ処理の効率を向上できる。

トレイには、個々の半導体パッケージを収納するための複数の凹部が設けられている。凹部のサイズは半導体パッケージのサイズに合わせて形成されており、それほど空きスペースはない。また、半導体パッケージの上面だけでなく、側面の全体にわたってスパッタ金属を付着させるために、トレイ内の隣接する凹部同士の壁の高さは低くしている。このため、トレイの各凹部に半導体パッケージを収納する際や、半導体パッケージが収納されたトレイを搬送する際に、凹部から半導体パッケージが飛び出して、壁に乗り上げてしまうことがありうる。この場合、半導体パッケージが斜めに収納されることになり、このままスパッタ装置でスパッタ処理を行うと、スパッタ金属が半導体パッケージの底面側まで付着して、底面のパッドと電気的に短絡してしまうおそれがある。

特開２０１２−３９１０４号公報

本発明が解決しようとする課題は、信頼性よく電磁波シールドを行うことが可能な半導体製造装置を提供することである。

本実施形態によれば、電磁波シールドを行うべき未シールドの半導体パッケージが搭載されたトレイを搬送キャリアに載置した状態で、前記半導体パッケージの上面よりも上方に配置される上蓋と、
前記上蓋の下面に前記半導体パッケージが接触して前記上蓋が上方に持ち上げられる異常を検出する変位検出部と、を備える半導体製造装置が提供される。

一実施形態による半導体製造装置１の装置概要図。 図１の半導体製造装置１の搬送動作を説明する図。 図２に対応する工程フロー図。 トレイ１７を把持するトレイ移送アーム２１と上蓋２２との位置関係を示す図。 変位センサが異常を検出する一例を示す図。 搬送キャリア１５を把持するキャリア移送アーム３１と上蓋３２との位置関係を示す図。 上蓋２２，３２を分割構造にする例を示す図。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。以下の実施形態における上下方向は、半導体チップが設けられる面を上とした場合の相対方向を示し、重力加速度に応じた上下方向とは異なる場合もありうる。

図１は一実施形態による半導体製造装置１の装置概要図である。図１の半導体製造装置１は、第１ハンドラ１１と、第２ハンドラ１２と、制御部（搬送制御部）１４とを備えている。

第２ハンドラ１２は、トレイ収納供給部５からトレイ１７を取り出す。第１ハンドラ１１は、トレイ１７が搭載された搬送キャリア１５をスパッタ装置６に引き渡す。また、第１ハンドラ１１は、スパッタ装置６が搬出した搬送キャリア１５を、第２ハンドラ１２の第１搬送台１９に乗せる。

第２ハンドラ１２は、トレイ収納供給部５から未シールドのＩＣパッケージ（半導体パッケージ）を搭載したトレイ（以下、未シールドのトレイと呼ぶ）を取り出して搬送キャリア１５上に乗せる。また、第２ハンドラ１２は、シールド済のＩＣパッケージを搭載したトレイ（以下、シールド済のトレイと呼ぶ）を搬送キャリア１５から回収してトレイ収納供給部５に収納する。

トレイ収納供給部５には、未シールドのＩＣパッケージを収納するトレイ（以下、未シールドのトレイと呼ぶ）と、シールド済のＩＣパッケージを収納するトレイ（以下、シールド済のトレイと呼ぶ）とが縦積みされて収納されている。第２ハンドラ１２は、縦積みされた未シールドのトレイ１７を一つずつ取り出して搬送キャリア１５に載置する。第２ハンドラ１２は、搬送キャリア１５上のシールド済のトレイ１７を、トレイ収納供給部５内の縦積みされたシールド済のトレイの上に収納する。図１では、トレイ収納供給部５が未シールドのトレイを縦積みしたトレイカセットと、シールド済のトレイを縦積みしたトレイカセットとを有する例を示している。なお、トレイカセットを用いずに、複数のトレイ１７を縦積みしてもよい。

各トレイ１７は同じサイズであり、一つのトレイ１７には、それぞれＩＣパッケージを収納するための複数の凹部が設けられている。隣接する２つの凹部の間には、ＩＣパッケージの高さに対し約半分の高さの壁部が設けられており、トレイ１７ごとスパッタ装置６に入れたときに、トレイ内のすべてのＩＣパッケージの上面および側面にスパッタ材料が付着するようにしている。

制御部１４は、第１ハンドラ１１と第２ハンドラ１２との間でのトレイ１７および搬送キャリア１５の搬送を制御する。より具体的には、制御部１４は、搬送キャリア１５の現在位置、搬送キャリア１５上のトレイの数、スパッタ処理の進捗状況などを制御する。制御部１４は、例えばパーソナルコンピュータやワークステーションなどで実現可能である。

図１の例では、搬送キャリア１５の上面に４つのトレイ１７を載せている。トレイ１７の長手方向の長さは搬送キャリア１５の短手方向の長さにほぼ一致し、トレイ１７の短手方向の長さは搬送キャリア１５の長手方向の長さのほぼ１／４である。よって、搬送キャリア１５の長手方向に沿って、４つのトレイ１７を並べて配置することで、搬送キャリア１５の上面のほぼ全面にトレイ１７を配置することができ、搬送キャリア１５の上面がほとんど露出しなくなる。この状態で、第１ハンドラ１１にて搬送キャリア１５をスパッタ装置６に渡して、スパッタ装置６でスパッタ処理を行うと、搬送キャリア１５の上面にはほとんどスパッタ材料が付着しなくなる。よって、スパッタ処理による搬送キャリア１５の上面の汚れを抑制でき、搬送キャリア１５を清掃する時間間隔を長くすることができる。

また、スパッタ処理は、複数のトレイ１７を単位としてロット処理を行うことが考えられるが、トレイ１７の残り枚数によっては、搬送キャリア１５の上面の一部にしかトレイ１７を配置できないこともありうる。このままでは、搬送キャリア１５の汚れが増大してしまうため、トレイ１７と同じ形状およびサイズのダミートレイ１８を予め用意しておく。搬送キャリア１５の上面の一部にしか未シールドのトレイ１７を配置できない場合は、空き領域にダミートレイ１８を置くようにするのが望ましい。これにより、スパッタ処理すべきトレイ１７の枚数によらず、搬送キャリア１５の汚れ具合を均一化できる。

なお、トレイ１７の形状およびサイズは任意に設定して構わない。ただし、搬送キャリア１５の上面ができるだけ露出しないようにトレイ１７を配置するのが望ましいため、搬送キャリア１５の形状およびサイズに合わせて、トレイ１７の形状およびサイズを最適化するのが望ましい。したがって、搬送キャリア１５の上面に載せるトレイ１７の数も任意に設定可能である。搬送キャリア１５の形状およびサイズと、トレイ１７の形状およびサイズとに応じて、できるだけ搬送キャリア１５の上面が露出しないように、最適な数のトレイ１７を搬送キャリア１５上に載置するのが望ましい。

また、一つのトレイ１７に搭載可能なＩＣパッケージの数には特に制限はない。トレイ１７の形状およびサイズと、ＩＣパッケージの形状およびサイズとにより任意に設定すればよい。

図２は図１の半導体製造装置１の搬送動作を説明する図であり、図１を横から見た図である。また、図３は図２に対応する工程フロー図である。まず、第２ハンドラ１２は、トレイ収納供給部５から、未シールドのＩＣパッケージが搭載されたトレイ１７を取り出して、搬送キャリア１５に載せる（ステップＳ１）。第２ハンドラ１２は、不図示のトレイ移送アームにてトレイ１７の長手方向両端側を把持して、搬送キャリア１５上に載置する。上述したように、搬送キャリア１５には例えば４つのトレイ１７を載せることができるため、このステップＳ１の処理は４回連続して行われる。なお、ステップＳ１の処理を開始するにあたって、搬送キャリア１５は、予め第１搬送台１９の上に載せておく。

また、第２ハンドラ１２は、必要に応じて、ダミートレイ１８を搬送キャリア１５上に載置する。ダミートレイ１８がトレイ収納供給部５とは異なる場所に置かれている場合には、第２ハンドラ１２は、トレイ移送アームを二次元方向に動かして、所望のトレイ１７またはダミートレイ１８を搬送キャリア１５上に載置する。

次に、第２ハンドラ１２は、第１搬送台１９をトレイ収納供給部５の近傍からスパッタ装置６の方向に所定距離移動させる。これにより、未シールドのＩＣパッケージを搭載したトレイ１７が載った搬送キャリア１５も、第１搬送台１９とともに所定距離搬送されることになる。第２ハンドラ１２は、第１搬送台１９を例えばサーボモータの駆動力を利用して動かす。なお、第１搬送台１９と第２搬送台１６の駆動方法については特に問わない。

次に、第１ハンドラ１１は、搬送キャリア１５を持ち上げて、スパッタ装置６への収納が可能になるまで、所定のウェイティング場所２０で待機させる（ステップＳ２）。第１ハンドラ１１は、不図示のキャリア移送アームにて搬送キャリア１５の短手方向両端側を把持して、搬送キャリア１５をウェイティング場所２０まで持ち上げる。ウェイティング場所２０で搬送キャリア１５を待機させるのは、それ以前にスパッタ装置６に送り込まれた搬送キャリア１５のスパッタ処理が終わるまではスパッタ装置６内に搬送キャリア１５を入れられないためである。したがって、スパッタ装置６がスパッタ処理を行っていない場合は、上述したステップＳ３の処理は省略することができる。

スパッタ装置６からシールド済の搬送キャリア１５が搬出されて、スパッタ装置６への収納が可能になると、第１ハンドラ１１は、ウェイティング場所２０で待機中の搬送キャリア１５をスパッタ装置６用の第２搬送台１６まで搬送する（ステップＳ３）。この場合も、第１ハンドラ１１は、キャリア移送アームにて搬送キャリア１５の短手方向両端側を把持して、第２搬送台１６の上に置く。第２搬送台１６は、スパッタ装置６に付属のものであり、第２搬送台１６の上に載置された搬送キャリア１５は、スパッタ装置６のスパッタ真空チャンバに送り込まれる（ステップＳ４）。より詳細には、キャリア移送アームにて第２搬送台１６上に搬送キャリア１５を置くと、第１ハンドラ１１はスパッタ装置６に対して、搬送キャリア１５を第２搬送台１６に置いたことを報知する信号を送信する。この信号を受けたスパッタ装置６は、第２搬送台１６をスパッタ真空チャンバ内に引き込んでスパッタ処理を開始する。

スパッタ処理が完了すると、スパッタ真空チャンバから第２搬送台１６が搬出されるため（ステップＳ４）、第１ハンドラ１１は、第２搬送台１６からキャリア移送アームにて搬送キャリア１５を把持して、第１搬送台１９まで搬送する（ステップＳ５）。より詳細には、スパッタ装置６から第２搬送台１６が搬出されると、スパッタ装置６がそのことを報知する信号を送信するため、この信号を受信したときに、第１ハンドラ１１はキャリア移送アームにて搬送キャリア１５を把持して、第１搬送台１９の上に載置する。

なお、未シールドのトレイ１７を載せた搬送キャリア１５を第１搬送台１９から持ち上げてウェイティング場所２０を経て第２搬送台１６まで下ろすキャリア移送アームと、シールド済のトレイ１７を載せた搬送キャリア１５を第２搬送台１６から第１搬送台１９まで搬送するキャリア移送アームとは別個に設けられている。よって、ウェイティング場所２０で搬送キャリア１５を待機させている間に、シールド済のトレイ１７を載せた搬送キャリア１５を第２搬送台１６から第１搬送台１９まで搬送でき、作業効率を向上できる。

続いて、第２ハンドラ１２は、第１搬送台１９をトレイ収納供給部５の方向に所定距離だけ移動させる。これにより、電磁波シールド済のトレイ１７を収納する搬送キャリア１５も、第１搬送台１９とともに所定距離だけ移動することになる。

次に、第２ハンドラ１２は、第１搬送台１９に載った搬送キャリア１５上の各トレイ１７をトレイ移送アームにて順に持ち上げて、トレイ収納供給部５に収納する（ステップＳ６）。このステップＳ６の処理は、搬送キャリア１５上のすべてのトレイ１７をトレイ収納供給部５に収納し終わるまで、繰り返し行われる。

スループットを向上するためにスパッタ処理は連続して行われる。例えば、スパッタ装置６内には、例えば３つの搬送キャリア１５が収納され、スパッタ処理が終わった搬送キャリア１５を一つずつ取り出すとともに、新たな搬送キャリア１５を一つずつスパッタ装置６に収納するという作業を並行して行う。より詳細には、同時刻には、第１ハンドラ１１のウェイティング場所２０と第１搬送台１９とにそれぞれ別個の搬送キャリア１５が置かれる。これにより、流れ作業で連続的に搬送キャリア１５上のトレイ１７に搭載された各ＩＣパッケージの電磁波シールドを行うことができる。

図４はトレイ１７を把持するトレイ移送アーム（第１アーム）２１と上蓋（第１上蓋）２２との位置関係を示す図である。トレイ移送アーム２１は、第２ハンドラ１２に設けられている。トレイ移送アーム２１は、第１関節部２３を介してトレイ移送アーム基部（第１支持体）２４に設けられる。トレイ移送アーム２１は、例えば、トレイ１７の長手方向の端部を片側２箇所ずつ把持する。よって、トレイ移送アーム２１は例えば計４つ設けられる。

トレイ移送アーム基部２４は、その略中心部で上下方向に延在する第１軸部材２５に移動自在に支持されている。トレイ移送アーム基部２４の下面側に上蓋２２が設けられる。上蓋２２の上面側には複数の突起部２６が設けられており、これら突起部２６がトレイ移送アーム基部２４に上下方向に移動可能な状態で取り付けられる。これら突起部２６またはその周辺には、それぞれ変位センサ２７が取り付けられている。変位センサ２７は、例えばリニアゲージセンサであり、上蓋２２の上下方向の変位を検出する。変位センサ２７は、トレイ１７内のＩＣパッケージ３０が上蓋２２に接触して上蓋２２が持ち上がったことを検出できるものであれば、検出方式は特に問わない。変位センサ２７の数には特に制限はないが、例えば、上蓋２２の突起部２６が上蓋２２の四隅と中央部にある場合は、各突起部２６ごとに変位センサ２７を設けるのが望ましい。

第２ハンドラ１２は、トレイ収納供給部５から未シールドのトレイ１７を取り出すときに、このトレイ１７の長手方向両端部をトレイ移送アーム２１で把持する。トレイ移送アーム２１がトレイ１７の長手方向両端部を把持している状態では、上蓋２２は、トレイ１７に正しく収納されたＩＣパッケージ３０の上面から所定距離だけ上方に配置されるように予め高さ調整をしておく。

ここで、図５に示すように、トレイ１７に収納されたＩＣパッケージ３０の少なくとも一つがトレイ１７の凹部に隣接した壁部２８に乗り上げてしまった場合は、ＩＣパッケージ３０の上面位置がより高くなり、上蓋２２と接触して、上蓋２２の少なくとも一部が上方に持ち上がってしまう。この場合、持ち上がった箇所に近い変位センサ２７が上蓋２２の持ち上がりを検出する。制御部１４は、少なくとも一つの変位センサ２７が上蓋２２の持ち上がりを検出すると、第２ハンドラ１２に対して、トレイ１７の搬送作業の停止を指示する。

この指示を受けると、第２ハンドラ１２は、トレイ移送アーム基部２４、トレイ移送アーム２１および上蓋２２を第１軸部材２５に沿って上方に高く待避させて、トレイ１７内の各ＩＣパッケージ３０の収納位置を検査する。この検査は、例えば作業者の目視により行う。あるいは、トレイ１７の外観を撮影して、その撮影画像を正常な撮影画像とパターンマッチングで比較して、収納位置が正しくない、すなわち異常があるＩＣパッケージ３０を自動化処理で見つけてもよい。

手動または自動化処理で見つけた収納位置が正しくないＩＣパッケージ３０については、作業員が手動で収納し直す。あるいは、例えば別のアーム等を用いて、自動的にＩＣパッケージ３０を収納し直してもよい。

図６は搬送キャリア１５を把持するキャリア移送アーム（第２アーム）３１と上蓋（第２上蓋）３２との位置関係を示す図である。キャリア移送アーム３１は、第１ハンドラ１１に設けられている。キャリア移送アーム３１は、第２関節部３３を介してキャリア移送アーム基部（第２支持体）３４に設けられる。キャリア移送アーム３１は、例えば、搬送キャリア１５の短手方向の端部を片側２箇所ずつ把持する。よって、キャリア移送アーム３１は例えば計４つ設けられる。

キャリア移送アーム基部３４は、その中心部で上下方向に延在する第２軸部材３５に移動自在に支持されている。キャリア移送アーム基部３４の下面側に上蓋３２が設けられる。上蓋３２とトレイ１７との位置関係、および上蓋３２の近傍に取り付けられた変位センサ２７の機能は図４と同様である。

キャリア移送アーム３１で搬送キャリア１５を搬送中に変位センサ２７が上蓋３２の持ち上がりを検出すると、制御部１４は、第１ハンドラ１１に対して搬送キャリア１５の搬送を停止させる。この場合、作業員の目視または自動化処理にて、異常のあるＩＣパッケージ３０を見つけて、そのＩＣパッケージ３０をトレイ１７内の正しい位置に収納し直す。

図４のトレイ移送アーム基部２４に接合された上蓋２２と変位センサ２７は、トレイ１７の搬送中における異常を検出し、図６のキャリア移送アーム基部３４に接合された上蓋３２と変位センサ２７は、搬送キャリア１５の搬送中における異常を検出する。

図４の上蓋２２と図６の上蓋３２は、複数のＩＣパッケージ３０を覆うように配置されているが、上蓋２２，３２のサイズには特に制限はない。例えば、図７のように、上蓋２２，３２を分割構造にして、一つまたは複数のＩＣパッケージ３０ごとに、分割上蓋２２，３２で覆うようにしてもよい。この場合、どのＩＣパッケージ３０で収納異常が起きたかを特定しやすくなる。

図１の例では、シールド済のトレイ１７を搬送キャリア１５から回収してトレイ収納供給部５に収納した後、同じ搬送キャリア１５を連続的に使用して別の未シールドのトレイ１７の搬送を行っている。搬送キャリア１５上には複数のトレイ１７が載っているため、搬送キャリア１５の上面にスパッタ材料が付着する量は少ないが、同じ搬送キャリア１５を連続的に使用すると、その搬送キャリア１５の清掃時には、半導体製造装置１自体を停止させなければならない。そこで、複数の搬送キャリア１５を収納する不図示のキャリア収納供給部を設けて、シールド済のトレイ１７を回収した後の搬送キャリア１５をいったんキャリア収納供給部に収納するとともに、別の搬送キャリア１５をキャリア収納供給部から取り出して図２と同様の処理を行ってもよい。これにより、キャリア収納供給部に収納されている複数の搬送キャリア１５を順繰りに使用することになり、各搬送キャリア１５の清掃間隔を格段に長くすることができる。さらには、複数のキャリア収納供給部を設けて、各キャリア収納供給部内のすべての搬送キャリア１５を一括で着脱できるようにすれば、一つのキャリア収納供給部内のすべての搬送キャリア１５を一括で清掃できるとともに、他のキャリア収納供給部を用いて連続的にスパッタ処理を行うことができ、清掃期間中も半導体製造装置１を停止させなくて済む。

このように、本実施形態では、トレイ１７を搬送する際、および搬送キャリア１５を搬送する際に、トレイ１７の上方に上蓋３２を配置するとともに、トレイ１７内のＩＣパッケージ３０が上蓋３２に接触して上蓋３２が上方に持ち上がったことを検出する変位センサ２７を設けるため、スパッタ装置にトレイ１７を入れる前に、トレイ１７内のすべてのＩＣパッケージ３０を正常な収納位置に収納させることができる。これにより、ＩＣパッケージ３０の上面および側面に均一なスパッタ金属を付着させることができるとともに、ＩＣパッケージ３０の底面側へのスパッタ金属の付着を防止でき、底面のパッドとスパッタ金属との短絡不良の発生を抑制できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１ 半導体製造装置、１１ 第１ハンドラ、１２ 第２ハンドラ、１４ 制御部、１５ 搬送キャリア、１６ 第２搬送台、１７ トレイ、１８ ダミートレイ、１９ 第１搬送台、２０ ウェイティング場所、２１ トレイ移送アーム、２２ 上蓋、２３ 第１関節部、２４ トレイ移送アーム基部、２５ 第１軸部材、２６ 突起部、２７ 変位センサ、２８ 壁部、３０ ＩＣパッケージ、３１ キャリア移送アーム、３２ 上蓋、３３ 第２関節部、３４ キャリア移送アーム基部、３５ 第２軸部材

Claims (6)

1. 電磁波シールドを行うべき未シールドの半導体パッケージを搬送するアームの基部に取り付けられ半導体パッケージの上面よりも上方に配置される上蓋と、
   前記上蓋の下面に前記半導体パッケージが接触して前記上蓋が上方に持ち上げられる異常を検出する変位検出部と、を備え、
   前記上蓋は、トレイ収納供給部から半導体パッケージが搭載されたトレイを取り出して第１搬送台に引き渡すためにトレイを把持する第１アームの基部に取り付けられる第１上蓋と、複数のトレイが搭載された搬送キャリアを第２搬送台に引き渡すために搬送キャリアを把持する第２アームの基部に取り付けられる第２上蓋と、を有する、半導体製造装置。
2. 前記第１上蓋は、前記第１アームにより前記トレイを把持する際に、前記半導体パッケージの上面から所定間隔を隔てた上方に配置され、
   前記第２上蓋は、前記第２アームにより前記搬送キャリアを把持する際に、前記半導体パッケージの上面から所定間隔を隔てた上方に配置される請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記半導体パッケージの上面よりも上方に前記上蓋を配置した状態で前記半導体パッケージを搬送し、搬送途中または搬送待機中に前記変位検出部にて前記異常が検出されると、前記半導体パッケージの搬送を停止する搬送制御部を備える請求項１または２に記載の半導体製造装置。
4. 前記変位検出部は、前記上蓋の複数箇所のそれぞれに対応づけて設けられ各箇所が持ち上げられる前記異常をそれぞれ検出する複数の変位センサを有する請求項１乃至３のいずれか一項に記載の半導体製造装置。
5. 前記上蓋は、前記複数の半導体パッケージを少なくとも部分的に覆うように前記複数の半導体パッケージの上面より上方に配置される請求項１乃至４のいずれかに記載の半導体製造装置。
6. 前記上蓋は、１以上の所定数の前記半導体パッケージの上面の上方にそれぞれ分離して配置される複数の分割上蓋を有する請求項１乃至５のいずれかに記載の半導体製造装置。

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