JP6470054B2 - ダイボンダおよびボンディング方法 - Google Patents

ダイボンダおよびボンディング方法 Download PDF

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裕司 小高峯
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Description

本願発明は、半導体若しくは電子部品実装装置及び半導体若しくは電子部品実装方法に関わる。
近年、半導体は多数のアプリケーション(携帯電話、計算機、自動車等)に利用され、かつ各アプリケーションにおける半導体は高度な計算若しくは高密度の記憶容量が要求されている。このような要求に応えるため、半導体製造の現場では、半導体の微細化が益々向上すると同時に、半導体製造プロセスのスループット向上が要求されている。そのため、ダイボンダ・フリップチップボンダ・ワイヤボンダなどに代表される、ウエハ内のダイ(トランジスタ、集積回路など)を基板(プリント基板、半導体パッケージなど)にボンディングを行う半導体部品実装装置及びプリント基板を実装する電子部品実装装置(以下、実装装置)において、精緻な実装とスループットの向上が要求されている。
特に近年では、ダイは、ウエハから取得された複数のダイを基板にボンディングする積層ボンディングが要求されている。これは、半導体の高密度化を実現するための手段として、始めから高集積度のダイを一つ製造するのではなく、やや簡略化されたダイをウエハ上で大量生産方式にて製造し、これらを重ねて高密度化を実現する方が、コスト上もスループット上も有利であるためである。他方で、この積層ボンディングでは、半導体の信頼性を向上させるために、複数のダイが適切に結びついている必要がある。しかしながら、一つに集積することと比較すれば簡略化されているとはいえ、各ダイの集密度は年々増加していることから、より一層の精緻な実装が要求されている。
積層ボンディングに関しては、例えば特許文献1に記載されている。ここでは、同一装置によって、ダイボンディングとフリップチップボンディングの2つの実装形態に対応することができる電子部品実装装置および電子部品実装方法を提供する技術が開示されている。 また、特許文献2は、回路基板上に複数の半導体チップを積層して仮圧着した後に、静的なガス圧により、ラミネーション処理を実行する技術に関する。
特開2003−124238 特開2010−245412
しかし、特許文献1は、積層ボンディングにより生じる具体的な課題を特定しておらず、その解決手段も開示していない。また特許文献2は、積層ボンディングの接着財層に着目した技術にすぎない。本願発明の発明者は、積層ボンディングを複数のボンディングにより実施した場合に生じた課題を具体的に特定し、それに対する解決手段を提供する。
本願第1の発明は、ダイがボンディングされた基板における前記ボンディングされたダイの部分に関して測定された情報に基づき、前記基板にダイをボンディングするボンディングヘッドを備えたダイボンダである。
本願第2の発明は、前記測定された情報が、前記ボンディングされたダイの部分の位置若しくは形状に関する情報である本願第1の発明のダイボンダ。
本願第3の発明は、前記測定された情報が、前記ボンディングされたダイの部分の高さに関する情報である本願第1の発明のダイボンダである。
本願第4の発明は、前記測定された情報は、前記ボンディングヘッドに搬送する搬送ルート上を搬送されるダイがボンディングされた基板を視野に入れる搬送ルート上に備えられた認識カメラを用いて得られた情報に基づき得られる本願第1乃至第3の発明のダイボンダである。
本願第5の発明は、前記情報が適切であることを示す場合のみ、前記ボンディングヘッドは前記適切であることを示した箇所にダイをボンディングする本願第1乃至第4のダイボンダである。
本願第6の発明は、ダイがボンディングされた基板における前記ボンディングされたダイの部分に関して測定された情報に基づき、前記基板にダイをボンディングするボンディング方法である。
本願第7の発明は、前記測定された情報が、前記ボンディングされたダイの部分の位置若しくは形状に関する情報である本願第6の発明のボンディング方法である。
本願第8の発明は、前記測定された情報が、前記ボンディングされたダイの部分の高さに関する情報である本願第6の発明のボンディング方法である。
本願第9の発明は、前記測定された情報は、前記ボンディングヘッドに搬送する搬送ルート上を搬送されるダイがボンディングされた基板を視野に入れる搬送ルート上に備えられた認識カメラを用いて得られた情報に基づき得られる本願第6乃至8のボンディング方法。
本願第10の発明は、前記情報が適切であることを示す場合のみ、前記ボンディングヘッドは前記適切であることを示した箇所にダイをボンディングする本願第6乃至9のボンディング方法である。
本願発明により、積層ボンディングを複数の実装装置を用いて実施した場合において、スループットを向上しつつ無駄なダイのボンディングを防止することができる。
本発明の一実施形態であるダイボンダの実施例1の概略上面図である。 本発明の一実施形態であるダイボンダの概略側面図である。

本発明の一実施形態であるダイボンダの制御手段に関連する概略図である。 本発明の一実施形態であるダイボンダのダイ付基板に関連する概略上面図である。 本発明の一実施形態であるダイボンダのダイ付基板に対する積層ボンディングの適切性に関する表の一例である。 本発明の一実施形態であるダイボンダの実施例2の概略上面図である。
≪実施例1≫
図1は本願発明の対象のボンディング装置の一実施形態である半導体部品実装装置ダイボンダ10の概略上面図である。また図2は、ダイのピックアップ及びボンディングを側面から見た図面である。この図1及び図2を参照して、ダイボンダの主要な構成要素に関して説明する。
ダイボンダ10は、大別して、基板Pに実装するダイDを供給するダイ供給部1と、ダ
イ供給部1からダイをピックアップするピックアップ部2と、ピックアップされたダイD
を中間的に一度載置する中間ステージを有する中間ステージ部3と、中間ステージ部
3のダイDをピックアップし、基板P又は既にボンディングされたダイの上にボンディン
グするボンディング部4と、基板Pを実装位置に搬送する搬送部5、搬送部上でフラックスと呼ばれる基板にダイを固定させる物質を、基板に付加する部分であるプリフォーム6と、搬送部5に基板Pを供給する基板供給部7Kと、実装された基板Pを受け取る基板搬出部7Hと、各部の動作を監視し制御する制御部8と、を有する。この図では、ダイ供給部1、ピックアップ部2、中間ステージ部3、ボンディング部4は、二つ備えられており、最初のボンディングをAと称し、二回目のボンディングをBと称する。なお、積層ボンディングの層の増加等を合わせて、2つ以上のセットが備えられていてもよい。
まず、ダイ供給部1は、ウェハ11を保持するウェハ保持台12とウェハ11からダイ
Dを突き上げる点線で示す突き上げユニット13とを有する。制御手段8により、ピックアップするダイDを、突き上げユニット13の位置に移動させることができる。
ピックアップ部2は、ダイDに下方から吸着して接するニードルを含む突き上げユニット13で突き上げられたダイDを先端に吸着保持するコレット22と、コレット22を垂直方向に移動させる機構を有し、ダイDをピックアップし、中間ステージ3に載置するピックアップヘッド21と、ピックアップヘッド21をY方向に移動させるピックアップヘッドのY駆動部42とを有する。制御機構8は、ピックアップ駆動部23を制御して、コレットをX方向、Y方向、回転方向若しくは垂直方向等に移動することができる。
中間ステージ部3は、ダイDを一時的に載置する中間ステージ31を有する。中間ステージ31は、X方向、Y方向、若しくは回転方向の移動を実施できる移動機構32を有する。制御機構8の指令に基づき、中間ステージ31は、移動機構32を用いて、X方向、Y方向、垂直方向、回転等の移動をすることができる。
ボンディング部4は、中間ステージ部3からダイDをピックアップし、搬送されてきた基板Pにボンディングするボンディングヘッド41と、ボンディングヘッドの先端に設けられたコレット42と、コレット42をX方向、Y方向、垂直方向若しくは回転方向等に移動できる移動機構43を有する。制御情報8は、コレット42を移動できるよう、移動機構43をX方向、Y方向、垂直方向若しくは回転方向等に移動できる。
この中間ステージ部3が存在しない部品実装装置もある。この場合、ピックアップヘッド21とボンディングヘッド41が同一となり、ピックアップヘッド21でダイDをピックアップした後、そのままボンディングするケースもある。他方、ピックアップヘッド21とボンディングヘッド41が異なるが、中間ステージ31が存在しない場合もある。この場合、ピックアップヘッド21からボンディングヘッド41に直接ダイを受け渡し、それからボンディングヘッド41により、ダイを基板にボンディングすることもできる。この場合、ピックアップヘッドが、反転してダイを保持し、反転されたダイをボンディングヘッドが取得する、という構成などが挙げられる。
搬送部5は、一枚又は複数枚の基板(図1では4枚)を載置した基板搬送パレット51が搬送される基板パレットレール52を具備し、具体的には、並行して設けられた第1搬送レーン52A、第2搬送レーン52Bとを有する。基板搬送パレット51は、基板搬送パレット51に設けられた図示しないナットをパレットレール52に沿って設けられた図示しないボールネジで駆動することによって移動する。なお、ここでは、搬送レーンが2本の場合を記載したが、搬送レーンは三本以上の場合もあるし、搬送レーンが一本の場合もある。搬送レーンは、上記のようなボールネジで駆動させる以外の手法として、ベルトコンベアーの上に載せられた基板が移動するような形式でもよい。
プリフォーム6は、DAF(ダイアタッチメントフィルム)を用いずにダイと基板をボンディングする場合に、ペーストと呼ばれるダイと基板を接着させる物質を、基板に付着させる個所である。
基板供給部7Kは、搬送部5に対して1枚又は複数の基板を提供し、ボンディング処理が終了した基板は、基板搬出部7Hに格納される。
制御部8は、上記ピックアップヘッド、ボンディングヘッド、表示装置等を含むダイボンダ10の各機構と電気的又は無線通信等により接続され、ダイボンダに関連する機構を制御する。図3は、その一例として、ピックアップ部2、中間ステージ部3、ボンディング部4、搬送部5、プリフォーム部6、基板供給部7K、基板搬出部7H、表示装置8A、及び入力装置8Bと接続されている状況を示す。
制御手段8は、記憶手段81、演算手段82を持ち、これらは接続されている。
記憶手段81は、一般的なメモリでよい。例えば、半導体メモリ、磁気記憶装置、光学記憶装置、磁気テープなどが挙げられ、より具体的には、フラッシュメモリ、DRAM、SRAM、HDD、フロッピーディスク、MOなどが挙げられる。また、ネットワークに接続された先の記憶手段も、接続などにより情報を取得できれば、それも含む。
演算手段82は、CPU、MPUなど、演算機能を有するものであれば良い。
表示装置8Aは、ダイボンダ10に関連する情報を表示する装置である。これは、ダイボンダ10に直接接続されていてもよいし、無線等により情報を伝達できるようにされていてもよい。
入力装置8Bは、ダイボンダ10に関連する情報を入力できる装置であり、タッチパネルにより実現してもよい。具体的には、表示装置8Aがタッチパネルとなっており、利用者が表示装置8Aの画面に接することで、入力装置8Bに入力を行い、制御装置8がこの内容を取得してもよい。
これらは、ダイボンダの一般的構成として説明した。しかし、例えばプリフォームが存在しない等のダイボンダも存在するが、これらに対しても、ダイを適切にピックアップするために、剥離対象ダイの周辺のダイ等を押さえる必要がある装置に対しては、本件発明を適用できる。
次にダイボンダのダイ供給部1、ピックアップ部2、中間ステージ部3、ボンディング4(以下、これらをボンディングシステムと呼ぶ。)を2台接続されているボンディングシステムA及びBの状況の一例を、図1を用いてより具体的に説明する。
このダイボンダシステム10は、搬送レーン5上を移動するダイがボンディングされた基板を測定する測定手段の一部である認識カメラXを備える。
測定手段の一部である認識カメラXは、上記ダイがボンディングされた基板を認識する。測定する対象は、ダイがボンディングされた後の基板である。
このダイがボンディングされた後の基板を、以下、ダイ付基板と呼ぶ。なお、基板は、1)ダイをボンディングする箇所が一つの場所の場合もあれば、2)ダイをボンディングする箇所が複数異なる場所にある場合もある。ダイ付基板とは、1)の場合は、当該一つの箇所にボンディングする場合を指し、2)の場合は、複数異なる場所の中の一部にダイをボンディングされた場合若しくは当該複数異なる場所の全ての異なる場所にダイをボンディングされた場合を指す。また、積層ボンディングでは、ダイが基板にボンディングされた箇所における当該ダイの上にさらにダイをボンディングする。この場合、積層ボンディングされるダイの数は、2つの場合もあれば、2つ以上のダイをボンディング方向に複数ボンディングする場合もある。ダイ付基板は、積層ボンディングにおいては、上記1)のボンディングする箇所が一つの基板においては、1つ若しくは2つ以上ダイがボンディングされた基板も含み、上記2)のボンディングする異なる箇所が複数ある基板においては、それらのダイがボンディングされた上に1つ若しくは2つ以上のダイがボンディングされた基板も含む。ここで、各積層ボンディングのダイの個数は同じでもよいし、異なっていてもよい。
測定手段の一部である認識カメラは、ダイ付基板の位置、形状もしくは、これらの組合せを認識できるものであり、以下説明する。

ダイボンダシステム10は、ボンディグシステムAとボンディングシステムBの間において、ボンディングシステムAからボンディングシステムBにダイ付基板を搬送する搬送ルート上で搬送されるダイ付基板を認識し得る位置に、ダイ付基板内におけるダイの位置を測定する認識カメラXを備える。特に、実施例では、認識カメラXは、搬送レーン上のダイ付基板を、上方から認識する。
この認識カメラを用いたダイ付基板に対する積層ボンディングの手段を以下に説明する。
前記認識カメラXは、搬送ルート上を搬送されたダイ付基板に対して、ダイ付基板内のダイの位置若しくは形状を認識する。認識カメラXにより取得された画像は、前記認識カメラXと接続された制御手段8内の記憶手段81内に格納される。制御手段内の演算手段82は、予め備えられた画像に基づき、前記記憶手段81内に格納された前記画像を分類する。具体的には、演算手段82は、記憶手段81内に備えられた画像と前記取得された画像を比較する。そして、演算手段82が前記比較の結果、予め記憶手段81内に備えられた敷居値に基づき、前記画像が予め備えられた画像と類似していない場合は、不適切として判断し、前記画像が予め備えられた画像と類似している場合は、適切と判断する。
ここでは、比較は特定の敷居値に基づき判断したが、これは一般的な画像の比較手段を用いてよい。要するに、ボンディングシステムAでボンディングされたダイ付基板内のダイが、次のボンディングシステムBで更にダイをボンディングした場合に、明らかに無駄にならないかどうかを、ボンディングシステムAの後の段階で判断できればよい。
演算手段82が、不適切と判断した部分に関しては、記憶手段81に不適切であることを示す情報を入力し、適切と判断した部分に関しては、記憶手段81に適切であることを示す情報を入力する。
例えば、図4は、ダイ付基板の概略図を示している。ダイ付基板Pにおいて、便宜上、縦に3つ、横に4つダイをボンディングする箇所があり、右側からA列、B列、C列、D列として、上から1行、2行、3行と呼ぶことにする。ここで、A列の1番目のダイ(401)、3番目のダイ(403)は、ボンディングシステムAによって、適切にボンディングされているが、A列2番目のダイ(402)が、位置若しくは形状が不適切にボンディングされているとする。この場合、認識カメラXが、搬送レーン上を搬送されるダイ付基板を認識した後、図5の表のように適切か、不適切であるかの情報を表に入力する。
次のボンディングを実施するボンディングシステムBは、ボンディングを実施する際、ダイ付基板内の各部分(A列〜D列及び1行〜3行)における適切性に関する情報を参照し、各部分に関して記憶手段81に適切との情報が入力されている場合は、その部分のボンディングを実施し、各部分に関して記憶手段81に不適切との情報が入力されている場合は、その部分のボンディングは実施しないようにする。
従って、ボンディングシステムBにおける制御手段は、表5の情報を参照し、これらの情報を判断できる。
ダイのボンディングでは、このように複数のダイをボンディングする際に、下層のダイのボンディングの位置、形状が、その時点で明らかに不適切と判断できる場合として、位置、形状、異物等が発見される場合があり、これらの場合には、更にその上層にダイをボンディングすることで明らかに完成したプリント基板に支障が生じる。上記の構成及び処理を実施することにより、積層ボンディングにおいて、上層のダイのボンディングをする前に、下層のダイのボンディングの時点で判断することにより、上層のダイの無駄な消費を押さえ、かつ(無駄な上層のダイのボンディングを防止することで)上層のボンディングのスループットを向上させることができる。
なお、上記では、適切な画像が記憶手段81に格納されていると述べたが、この適切な画像は、ダイボンダの初期化においてその画像を取得してもよいし、頻繁にダイ若しくは基板の品種等が異なるのであれば、初期化以外のタイミングでダイ付基板の画像を取得してもよい。ダイ付基板内には、上記1)のように一つの箇所にダイが存在する場合もあれば、上記2)のように複数の異なる場所にダイがボンディングされている場合もある。この上記2)の場合、認識カメラXは、それら複数の異なる場所のダイを、ダイ毎に撮影してもよいし、前記複数のダイのうちの一部の複数のダイをまとめて撮影してもよいし、ダイ付基板内の全てのダイを一度に撮影してもよい。特に上記2)の複数のダイが一つの基板にボンディングされている場合は、複数のダイが列毎にまとまっている場合もあるため、認識カメラは、それら列毎の複数のダイをまとめて撮影してもよい。また、認識カメラXは、搬送レーン上に備えられて下方を撮影してもよいし、搬送レーン上の上ではなく、搬送レーンの側方に備えられ、搬送レーンの側方から斜めに搬送レーン上を視野に入るように認識カメラで撮影してもよい。
≪実施例2≫
実施例2は、実施例1の測定手段である認識カメラが、搬送ルートの上方から認識するのではなく、搬送ルートを側方から認識する点で、実施例1と異なる。
すなわち、ダイボンダシステム10は、ボンディグシステムAとボンディングシステムBの間において、ボンディングシステムAからボンディングシステムBにダイ付基板を搬送する搬送ルート上で搬送されるダイ付基板を認識し得る位置に、ダイ付基板内におけるダイの位置を、側方から測定する認識カメラXを備える。例えば、図6で示される位置に認識カメラXは備えられる。この認識カメラは、前記ダイ付基板内のダイを側方から認識できれば、搬送ルートの側方に備えられていてもよいし、搬送ルートからある程度離れた位置に備えられていてもよい。
認識カメラを、搬送ルートの側方に位置づけることによって、最初のボンディングシステムであるボンディングシステムAで実施されたダイを側方から認識し、そのダイの高さ(ボンディング方向におけるダイと基板の合計の長さ)を測定することができる。
この認識カメラXにより得られた画像に基づき、実施例1のように、適切なダイとの比較によって、相対的にその高さを判断してもよいし、又は、絶対的にその高さを測定した上で判断してもよい。具体的には、高さは、認識カメラXが、ダイがボンディングされた基板において、ダイと基板が接合された状態における基板の下部からダイの上部までの長さを測定してもよいし、搬送レーン上を搬送されるダイ付基板は上下方向の位置が同一であることを推定した上で、搬送レーン上を移動する際のダイ付基板の上面の位置を測定してもよい。
なお、ボンディング方向のダイと基板の長さである高さの測定手段としては、搬送レーン上を横切るレーザーが、ダイ付基板を側面から照射し、レーン上のダイ付基板の高さを測定してもよい。また、搬送レーン上を搬送されるダイ付基板を視野に入れることができる認識カメラが、ダイ付基板の側方から、レーン上のダイ付基板の高さを測定してもよい。
また、測定個所についても、基板にボンディングされたダイの上面の一部であってもよいし、複数の箇所に関して測定してもよい。この場合、側面からレーザーによって高さを測定する場合には、搬送方向に垂直な方向から2か所あるいはそれ以上の数の箇所を測定してもよいし、搬送方向と平行な方向から2箇所あるいはそれ以上の数の箇所を測定してもよい。
なお、各ダイボンダ毎にピックアップ装置、ボンディング装置を備えたが、例えば複数のダイボンダが、一つのウエハからダイをピックアップして、ボンディングするような構成であってもよいし、また複数のダイボンダが接続されることによって、さらに他の構成が追加されるようなものであってもよい。
本願出願書類におけるボンディング装置は、ダイボンダ、フリップチップボンダ、など半導体をボンディングする装置を含む。
以上のように本発明の実施形態について説明したが、上述の説明に基づいて当業者にとって種々の代替例、修正又は変形が可能であり、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で前述の種々の代替例、修正又は変形を包含するものである。
P:基板
D:ダイ
X:認識カメラ
1:ダイ供給部
2:ピックアップ部
3:中間ステージ部
4:ボンディング部
5:搬送部
6:プリフォーム部
7K:基板供給部
7H:基板搬出部
8:制御部
81:記憶手段
82:演算手段
8A:入力装置
8B:表示装置
10:ダイボンダ
11:ウエハ
12;ウエハ保持台
13:突き上げユニット
19:高さセンサー
21:ピックアップヘッド
22:コレット
41:ボンディングヘッド
43:Y駆動部
51:基板搬送パレット
52:パレットレール
401:適切にボンディングされたダイ
402:不適切にボンディングされたダイ
403:適切にボンディングされたダイ

Claims (6)

  1. 基板に実装するダイを供給するダイ供給部と、
    前記ダイ供給部から前記ダイをピックアップするピックアップ部と、
    前記ピックアップしたダイを前記基板又は既にボンディングされたダイの上にボンディングするボンディング部と、
    前記基板をボンディング位置に搬送する搬送部と、
    前記搬送部に前記基板を供給する基板供給部と、
    前記ダイがボンディングされた基板を受け取る基板搬出部と、
    前記ダイ供給部、前記ピックアップ部、前記ボンディング部、前記搬送部、前記基板供給部および前記基板搬出部を制御する制御部と、
    前記ダイがボンディングされた基板を測定する認識カメラと、
    を備え、
    前記ダイ供給部、前記ピックアップ部および前記ボンディング部は、積層ボンディングの層に基づいて複数のセットが備えられ、
    複数の前記ボンディング部は前記基板供給部と前記基板搬出部との間に配置され、
    前記基板にボンディングされたダイの部分に関して前記認識カメラにより測定された情報に基づき、前記基板にボンディングされた前記ダイの上にダイをボンディングし、
    前記測定された情報が、前記基板にボンディングされた前記ダイの部分の高さに関する情報であるダイボンダ。
  2. 前記認識カメラは、前記ボンディング部に前記ダイがボンディングされた前記基板を搬送する搬送ルート上であって、前記ダイがボンディングされた前記基板を視野に入れる位置に備えられる請求項1に記載のダイボンダ。
  3. 前記測定された情報が適切であることを示す場合のみ、前記ボンディング部は適切であることを示した箇所に前記ダイをボンディングする請求項1または2に記載のダイボンダ。
  4. 基板に実装するダイを供給するダイ供給部と、前記ダイ供給部から前記ダイをピックアップするピックアップ部と、前記ピックアップしたダイを前記基板又は既にボンディングされたダイの上にボンディングするボンディング部と、前記基板をボンディング位置に搬送する搬送部と、前記搬送部に前記基板を供給する基板供給部と、前記ボンディングされた基板を受け取る基板搬出部と、前記ダイ供給部、前記ピックアップ部、前記ボンディング部、前記搬送部、前記基板供給部および前記基板搬出部を制御する制御部と、前記ダイがボンディングされた基板を測定する認識カメラと、を備え、前記ダイ供給部、前記ピックアップ部および前記ボンディング部は、積層ボンディングの層に基づいて複数のセットが備えられ、前記複数のボンディング部は前記基板供給部と基板搬出部との間に配置されるダイボンダのボンディング方法であって、
    前記基板にボンディングされたダイの部分に関して前記認識カメラにより測定された情報に基づき、前記基板にボンディングされた前記ダイの上にダイをボンディングし、
    前記測定された情報が、前記基板にボンディングされた前記ダイの部分の高さに関する情報であるボンディング方法。
  5. 前記認識カメラは、前記ボンディング部に前記ダイがボンディングされた前記基板を搬送する搬送ルート上であって、前記ダイがボンディングされた前記基板を視野に入れる位置に備えられる請求項に記載のボンディング方法。
  6. 前記測定された情報が適切であることを示す場合のみ、前記ボンディング部は適切であることを示した箇所に前記ダイをボンディングする請求項4または5に記載のボンディング方法。
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