JP7237655B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本開示は半導体製造装置に関し、例えば突上げユニットを備えるダイボンダに適用可能である。
一般に、ダイと呼ばれる半導体チップを、例えば、配線基板やリードフレームなど（以下、総称して基板という。）の表面に搭載するダイボンダにおいては、一般的に、コレット等の吸着ノズルを用いてダイを基板上に搬送し、押付力を付与すると共に、接合材を加熱することによりボンディングを行うという動作（作業）が繰り返して行われる。
ダイボンダ等の半導体製造装置によるダイボンディング工程の中には、半導体ウェハ（以下、ウェハという。）から分割されたダイを剥離する剥離工程がある。剥離工程では、ダイシングテープ裏面から突上げユニットによってダイを突き上げて、ダイ供給部に保持されたダイシングテープから、１個ずつ剥離し、コレット等の吸着ノズルを使って基板上に搬送する。
例えば、特開２００５－１１７０１９号公報（特許文献１）によれば、ダイシングテープに貼り付けられた複数のダイのうち剥離対象のダイを突き上げてダイシングテープから剥離する際に、吸着駒（突上げユニット）は、プッシャの一駆動軸により、複数段のブロックをピラミッド状に押し上げることでダイの周辺から低ストレスにダイシングテープから剥離している。
特開２００５－１１７０１９号公報 特開２０１７－２２４６４０号公報
近年、ダイ積層パッケージや３Ｄ－ＮＡＮＤ（３次元ＮＡＮＤフラッシュ）の出現によって、ウェハ（ダイ）はより薄くなってきている。ダイが薄くなると、ダイシングテープの粘着力に比べてダイの剛性が極めて低くなる。そのため、例えば、数十μｍ以下の薄ダイをピックアップするにはダイに掛かるストレスを軽減させること（低ストレス化）が必要である。
上述の一駆動軸による複数段のブロックの突上げでは、各ブロックの突上げ量が機構的に一定に制限されているため、突上げ動作は等加速、等速動作、等減速の後、剥がれが十分に進行するまで一定時間待機する線形シーケンスである。しかしながら、線形シーケンスは、ダイシングテープの種類、ダイ厚などの条件が変わった場合、ブロックの突き上げ量が最適とは限らない。また、線形シーケンスではダイへの低ストレス性または高速ピックアップ性の観点から最適なシーケンスではない可能性がある。
本開示の課題は突上げユニットをダイへの低ストレス性または高速ピックアップ性の観点から最適なシーケンスで制御可能な半導体製造装置を提供することにある。
その他の課題と新規な特徴は、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。
本開示のうち代表的なものの概要を簡単に説明すれば下記の通りである。
すなわち、半導体製造装置は、ダイシングテープと接触する複数のブロックを有し、ダイを前記ダイシングテープの下から突き上げる突上げユニットと、前記ダイを吸着するコレットと、前記突上げユニットの特性を再現させる剥離モデルに対して、前記ダイの前記ダイシングテープからの剥離量と前記ダイ全体の曲げ応力の目標値に前記剥離モデルの出力を追従するようにフィードバック制御し、前記剥離モデルへの制御入力である突上げ量を前記突上げユニットの前記ブロックの突上げ量とするよう構成される制御部と、を備える。
上記半導体製造装置によれば、ダイへの低ストレス性または高速ピックアップ性の観点から最適なシーケンスで制御することが可能である。
突上げユニットの要部の構成を説明する図 突上げユニットの突上げシーケンスを説明する図 フィードバック制御系を説明するブロック線図 ダイ剥離モデルを説明する図 粘着材モデルを説明する図 ダイ剥離モデルの計算を説明するフロー図 実施例に係るダイボンダを上から見た概念図 図７において矢印Ａ方向から見たときにピックアップヘッドおよびボンディングヘッドの動作を説明する図 図７のダイ供給部の外観斜視図を示す図 図７のダイ供給部の主要部を示す概略断面図 図９の突上げユニットの外観斜視図 図１１の第１ユニットの一部の上面図 図１１の第２ユニットの一部の上面図 図１１の第３ユニットの一部の上面図 図１１の突上げユニットの縦断面図 図１１の突上げユニットの縦断面図 実施例に係る突上げユニットとピックアップヘッドのうちコレット部との構成を示した図 図７のダイボンダのピックアップ動作を説明するためのフローチャート 実施例に係る半導体装置の製造方法を説明するためのフローチャート 非線形シーケンスと線形シーケンスとの数値例を説明する図 各軸に対するフィードフォワード制御系を説明するブロック線図 各ブロックの突上げ制御の一例を説明するフローチャート 各ブロックの突上げ制御の他例を説明するフローチャート フィードバック制御系を説明するブロック線図 各ブロックの突上げ制御を説明するフローチャート
以下、実施形態および実施例について、図面を用いて説明する。ただし、以下の説明において、同一構成要素には同一符号を付し繰り返しの説明を省略することがある。なお、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。
まず、突上げユニットについて図１、２を用いて説明する。図１は突上げユニットの要部の構成を示す図であり、図１（ａ）は図１（ｂ）のＡ－Ａ線断面図であり、図１（ｂ）は上面図である。図２は突上げユニットの突上げシーケンスを示す図であり、図２（ａ）は線形シーケンスを示す図であり、図２（ｂ）は第一例の非線形突上げシーケンスを示す図であり、図２（ｃ）は第二例の非線形突上げシーケンスを示す図である。
図１に示すように、突上げユニットＴＵＵは、ピックアップ対象ダイＤの外側の周辺に位置するダイシングテープＤＣＴを吸着するドームＤＭと、ドームＤＭの開口部に位置する突上げブロック部ＢＬＫと、を備える。突上げブロック部ＢＬＫは、例えば、三つのブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３で構成される。図１（ｂ）に示すように、平面視で矩形枠状のブロックＢＬＫ１の内側に矩形枠状のブロックＢＬＫ２が位置し、矩形枠状のブロックＢＬＫ２の内側に矩形状のブロックＢＬＫ３が位置する。図１（ａ）に示すように、ブロックＢＬＫ１がドームＤＭよりも上に突き上げられ、ブロックＢＬＫ２，ＢＬＫ３はブロックＢＬＫ１よりも上に突き上げられている。
上述したように、従来のブロックの突上げ動作は、等加速、等速動作、等減速の後、剥がれが十分に進行するまで一定時間待機する線形突上げシーケンスで行われている。図２（ａ）に示すように、線形突上げシーケンスでは、突上げユニットＴＵＵのブロックの突上げ量は時間に比例して増加し、突上げ量の最大値（ｈｇｍａｘ）に達した後は、突上げ動作は停止し、ダイＤがダイシングテープＤＣＴから剥離するのを待つシーケンスである。ここで、突上げ量の最大値（ｈｇｍａｘ）に達した時間をｔｇｍａｘとする。なお、図２（ａ）に示される時間軸の右端後に内側のブロックの突き上げが行われる。
発明者の検討では、ダイは、剥がれ始めはダイシングテープからゆっくり剥がれ、剥がれが進行するに従い剥離進行が加速する非線形な挙動を示す。線形シーケンスではダイへの低ストレス性、高速ピックアップ性の観点から最適なシーケンスではない可能性がある。
そこで、実施形態では、ダイの剥がれに合わせて突上げ中の速度を可変にした非線形突上げシーケンスで突上げを行う。これを実現するため、突上げユニットをフィードバック制御することにより行う。突上げユニットのブロックの突上げ速度、突上げ量をプログラマブルに設定可能である。
次に、フィードバック制御について図３を用いて説明する。図３（ａ）は一般的なフィードバック制御系を示すブロック線図であり、図３（ｂ）は実施形態の突上げユニットの制御系を示すブロック線図である。
図３（ａ）に示すように、一般的なフィードバック制御（ＰＩＤ制御）系は、制御対象、センサおよびＰＩＤ制御器から構成される。ＰＩＤ制御器（Ｃ（ｓ））は、制御対象（Ｇ（ｓ））からセンサで測定された出力（制御量：ｙ（ｓ））と追従させたい目標値（ｒ（ｓ））との偏差信号（ｅ（ｓ））に対して、比例演算（Ｐ）、積分演算（Ｉ）および微分演算（Ｄ）の三つの動作を組み合わせて、制御対象への入力（操作量：ｕ（ｓ））を決定する。
制御対象である突上げユニットの制御量としてはダイＤのダイシングテープＤＣＴからの剥離量およびダイＤ全体の曲げ応力である。これらは、センサでの測定は困難である。
そこで、実施形態では、図３（ｂ）に示すように、剥離モデルに対してフィードバック制御系を構成する。実施形態では、剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））に対して、目標入力（ｒ（ｓ））に剥離量およびダイ全体の曲げ応力を与え、突上げ量を制御入力（ｕ（ｓ））として剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））、実突上げ対象（Ｇ（ｓ））それぞれに与える。出力（ｙ（ｓ））を目標入力（ｒ（ｓ））に追従するようにＰＩＤ制御器である補償器（Ｃ（ｓ））を構成することで剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））の挙動に応じて制御入力（ｕ（ｓ））である突き上げ量を調整する。
上記で生成した突上げ量を実突上げ対象（Ｇ（ｓ））に与えることで、剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））が実突上げ対象（Ｇ（ｓ））の特性を十分再現できている場合、実突上げ対象（Ｇ（ｓ））は剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））を用いたフィードバック制御系で設計した剥離結果が得られる。
剥離モデルは発明者の検討で得ている下記特性を有する。
（１）一定以上の突上げ量で剥離が開始する。
（２）剥離開始から剥離進行にしたがって、剥離進行が加速する（剥離進行に伴い、剥離進行が加速するのはダイが根元に近づくほど曲率が大きくなり、復元力ｗｒとなるモーメントが大きくなるためである。）。
（３）剥離強度の高いダイシングテープでは突上げ量を多く、粘りのあるダイシングテープでは突上げ時間を多く取る（ダイシングテープの粘着材のパラメータを変えることで剥離が開始する突上げ量、剥離が進行する速度が変わる。）。
次に、剥離モデルについて図４～６を用いて説明する。図４は図１（ａ）の破線部のダイ剥離モデルを示す図であり、図４（ａ）は突上げ前、図４（ｂ）は突上げ時、図４（ｃ）は粘着材破断発生時を示す図である。図５は粘着材モデルを示す図である。図６はダイ剥離モデルの計算フローを示す図である。
突上げ中のダイＤの一辺を突上げ中のブロックＢＬＫ２の端面で固定された片持ち梁と考える。このとき、ダイＤはダイシングテープＤＣＴの粘着材によって図４（ａ）に示すように等分布荷重が加わっているとする。
突上げ量（ｈ）だけブロックＢＬＫ２を突き上げた時、剥離が開始するまでの間ダイＤは図４（ｂ）に示すように変形すると考える。
ここで、
ｗ：単位面積に加わる粘着材の貼付け力［Ｎ］
Ｌ：ブロックＢＬＫ１の幅［ｍｍ］
ｈ：ブロックＢＬＫ２の突上げ量［ｍｍ］
ｂ：ブロックＢＬＫ２の一辺の長さ［ｍｍ］
Ｅ：ダイのヤング率［Ｎ／ｍｍ２］
δｘ：ダイ端部からｘの位置のたわみ量
とする。
さらにダイＤを固定している粘着材をモデル化する。図５は粘着剤モデル（三要素モデル）を示す図である。
ダイＤの曲げに対する反力（ｗｒ）を受けることで減衰定数（Ｃ２）により時間をかけて変形する。ばね定数（Ｋ１、Ｋ２）に対して反力（ｗｒ）が大きい場合、変位（ε１、ε２）が所定の変形量に達した時、粘着材が破断するものとする。変位（ε１）が限界値に達した場合は界面破壊、変位（ε２）が限界値に達した場合は凝集破壊が起こるものとする。
粘着材に破壊が発生したとき、ダイＤは図４（ｃ）に示すような形状になるので、破壊していない部分（非破壊部）だけに等分布荷重がかかっているものとしてｗを再計算する。
ダイ剥離モデルの計算について図６を用いて説明する。
破壊していない最端（非破壊部先端）の位置をｘｍｉｎ、非破壊部先端のたわみ量をδｘｍｉｎとして、Ｅ、ｈ、Ｌ、ｗ、ｘｍｉｎを用いてδｘｍｉｎを計算し、δｘｍｉｎ、Ｅ、ｈ、Ｌ、ｘｍｉｎを用いて更新する荷重（ｗ）を計算する（ステップＳ１）。
さらに非破壊部先端のｘｍｉｎに生じる反力（ｗｒ）はｘｍｉｎ－ｘｍｉｎ＋１間のモーメントとして、計算する（ステップＳ２）。
非破壊部先端のｘｍｉｎでの粘着材の変形量（ε１）をｗｒ、Ｋ１を用いて計算し、変形量（ε１）をｗｒ、Ｋ１、Ｃ２を用いて計算する（ステップＳ３）。変形量が所定値を超えているかどうか（粘着材が破壊したかどうか）を判断する（ステップＳ４）。
ｘｍｉｎで粘着材の破壊が発生した場合、ｘｍｉｎを計算上の刻み幅のΔｘだけ増加させる（ステップＳ５）。
以上、破壊が起こらなくなるまで繰り返す。
次に、時間を刻み幅のΔｔだけ増加させ、ｘｍｉｎでの粘着材の変形量をｗｒ、ε１、ε２、Ｋ１、Ｃ２を用いて計算する（ステップＳ６）。
ｘｍｉｎにおけるダイＤのたわみ（δｘｍｉｎ）を粘着材が変形した量（ε１、ε２）だけ減少させて、分布荷重（ｗ）を再計算し全体のたわみを更新する。
非線形シーケンスと定速上昇突上げシーケンス（線形シーケンス）との計算結果（数値例）について図２０を用いて説明する。図２０（ａ）は線形シーケンスの突上げ量と剥離量を示す図であり、図２０（ｂ）は線形シーケンスのダイ曲げストレスを示す図である。図２０（ｃ）は非線形シーケンスの突上げ量と剥離量を示す図であり、図２０（ｄ）は非線形シーケンスのダイ曲げストレスを示す図である。
線形シーケンスでは、
突上げ量が３００μｍ、突上げ速度が１ｍｍ／秒
とする。
非線形シーケンスでは、剥離モデルに対して、
Ｌ＝０．５ｍｍ、ｂ＝１０ｍｍ、Ｅ＝１８５０００Ｎ／ｍｍ２、ダイ厚＝２０μｍ、Ｋ１＝２０Ｎ／ｍｍ、Ｋ２＝１．５Ｎ／ｍｍ、Ｃ２＝０．０１Ｎ／（ｍｍ／ｓ）、許容粘着材伸び量＝０．６ｍｍの条件で、
Ｃ（ｓ）＝Ｋｐ＋Ｋｉ／ｓ＋Ｋｄｓ
Ｋｐ＝［１，０］、Ｋｉ＝［０，０］、Ｋｄ＝［０，０］
ｒ（ｓ）＝［０．５，０］（剥離量＝０．５ｍｍ、ダイ曲げストレス＝０）
として、作成。ただし、Ｇｍ（ｓ）とＧ（ｓ）との誤差は無いものとする。
図２０（ａ）（ｂ）に示すように、線形シーケンスでは剥離時間は０．６５秒、最大ストレスは１０ＭＰａである。図２０（ｃ）（ｄ）に示すように、非線形シーケンスでは剥離時間は０．５８秒、最大ストレス８．５ＭＰａであり、剥離時間、最大ストレスとも線形シーケンスよりも効果的である。
次に、上述したフィードバック制御系で生成した剥離モデルを用いた各軸に対するフィードフォワード制御について図２１～２３を用いて説明する。図２１は各軸に対するフィードフォワード制御系を説明する図であり、図２１（ａ）はブロックＢＬＫ１に対するブロック線図であり、図２１（ｂ）はブロックＢＬＫ２に対するブロック線図であり、図２１（ｃ）はブロックＢＬＫ３に対するブロック線図である。図２２は各ブロックの突上げ制御の一例を示すフローチャートである。図２３は各ブロックの突上げ制御の他例を示すフローチャートである。
図２１（ａ）（ｂ）（ｃ）の各構成および動作は基本的には図３（ｂ）と同様であるが、制御入力（ｕ（ｓ））はコントローラであるブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３用のモータドライバに入力され、実突上げ対象（Ｇ（ｓ））であるブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３の突上げ動作を制御する。
図２１（ａ）に示すように、図３（ｂ）と同様に、ブロックＢＬＫ１用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））が生成される。これが図２２、２３のステップＳ１１のブロックＢＬＫ１の剥離モデル生成である。生成されたブロックＢＬＫ１用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））は、ブロックＢＬＫ２用の目標入力（ｒ（ｓ））となる。
図２１（ｂ）に示すように、図３（ｂ）と同様に、ブロックＢＬＫ２用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））が生成される。これが図２２、２３のステップＳ２１のブロックＢＬＫ２の剥離モデル生成である。生成されたブロックＢＬＫ２用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））は、ブロックＢＬＫ３用の目標入力（ｒ（ｓ））となる。
図２１（ｃ）に示すように、図３（ｂ）と同様に、ブロックＢＬＫ３用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））が生成される。これが図２２、２３のステップＳ３１のブロックＢＬＫ３の剥離モデル生成である。
図２２のフローでは、各ブロックの剥離モデルを生成しながら各ブロックの突上げ制御を行う。すなわち、ステップＳ１１のブロックＢＬＫ１の剥離モデル生成後、ステップＳ２１のブロックＢＬＫ２の剥離モデル生成と並行して、ブロックＢＬＫ１の突上げ動作を行う（ステップＳ１２）。次に、ステップＳ２１のブロックＢＬＫ２の剥離モデル生成後、ステップＳ３１のブロックＢＬＫ３の剥離モデル生成と並行して、ブロックＢＬＫ２の突上げ動作を行う（ステップＳ２２）。最後に、ステップＳ３１のブロックＢＬＫ３の剥離モデル生成後、ブロックＢＬＫ３の突上げ動作を行う（ステップＳ３２）。
図２３のフローでは、すべてのブロックの剥離モデルを生成した後、各ブロックの突上げ制御を行う。すなわち、ブロックＢＬＫ１の剥離モデルを生成し（ステップＳ１１）、ブロックＢＬＫ２の剥離モデルを生成し（ステップＳ２１）、ブロックＢＬＫ３の剥離モデルを生成する（ステップＳ３１）。その後、ブロックＢＬＫ１の突上げ動作行い（ステップＳ１２）、ブロックＢＬＫ２の突上げ動作を行い（ステップＳ２２）、ブロックＢＬＫ３の突上げ動作を行う（ステップＳ３２）。
次に、上述したフィードバック制御系で生成した剥離モデルを用いた各軸に対するフィードバック制御について図２４、２５を用いて説明する。図２４はフィードバック制御系を説明するブロック線図である。図２５は各ブロックの突上げ制御を説明するフローチャートである。
図２４の制御系において、フィードバック制御系で生成する剥離モデルは図３（ｂ）と同様であるが、制御入力（ｕ（ｓ））はコントローラであるブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３用のモータドライバに入力され、実突上げ対象（Ｇ（ｓ））であるブロックＢＬＫ１，ＢＬＫ２，ＢＬＫ３の突上げ動作を制御し、センサにより確認した剥がれ具合を制御入力（ｕ（ｓ））にフィードバックする。
図２５に示すように、図２２と同様に、ブロックＢＬＫ１用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））が生成される（ステップＳ１１）。制御入力（ｕ（ｓ））はコントローラであるブロックＢＬＫ１用のモータドライバに入力され、実突上げ対象（Ｇ（ｓ））であるブロックＢＬＫ１の突上げ動作を制御する（ステップＳ１２）。センサにより剥がれ具合を確認し（ステップＳ１３）、シミュレーション結果通り非破壊部先端（ｘｍｉｎ）での粘着材が破壊しているかどうかを判定する（ステップＳ１４）。ＮＯの場合は、ステップＳ１１に戻り、再度ブロックＢＬＫ１用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ）を生成する。
ＹＥＳの場合は、生成されたブロックＢＬＫ１用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））は、ブロックＢＬＫ２用の目標入力（ｒ（ｓ））となり、ブロックＢＬＫ２用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））が生成される（ステップＳ２１）。制御入力（ｕ（ｓ））はコントローラであるブロックＢＬＫ２用のモータドライバに入力され、実突上げ対象（Ｇ（ｓ））であるブロックＢＬＫ２の突上げ動作を制御する（ステップＳ２２）。センサにより剥がれ具合を確認し（ステップＳ２３）、シミュレーション結果通り非破壊部先端（ｘｍｉｎ）での粘着材が破壊しているかどうかを判定する（ステップＳ２４）。ＮＯの場合は、ステップＳ２１に戻り、再度ブロックＢＬＫ２用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ）を生成する。
ＹＥＳの場合は、生成されたブロックＢＬＫ２用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））は、ブロックＢＬＫ３用の目標入力（ｒ（ｓ））となり、ブロックＢＬＫ３用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ））が生成される（ステップＳ３１）。制御入力（ｕ（ｓ））はコントローラであるブロックＢＬＫ３用のモータドライバに入力され、実突上げ対象（Ｇ（ｓ））であるブロックＢＬＫ３の突上げ動作を制御する（ステップＳ３２）。センサにより剥がれ具合を確認し（ステップＳ３３）、シミュレーション結果通り非破壊部先端（ｘｍｉｎ）での粘着材が破壊しているかどうかを判定する（ステップＳ３４）。ＮＯの場合は、ステップＳ１３に戻り、再度ブロックＢＬＫ３用の剥離モデル（Ｇｍ（ｓ）を生成する。ＹＥＳの場合は、突上げ制御を終了する。
各軸の制御はフィードフォワード制御およびフィードバック制御の併用で実施してもよい。
次に、非線形突上げシーケンス例について図２（ｂ）（ｃ）を用いて説明する。
図２（ｂ）に示すように、第一例の非線形突上げシーケンスでは、突上げユニットのブロックの突上げ量は時間には必ずしも比例しないで増加し、突上げ量の最大値（ｈｇｍａｘ）に達した後は、突上げ動作は停止しないで減少しながら、ダイがダイシングテープから剥離するのを待つシーケンスである。図において、上に凸となる変曲点を有する。第一例の非線形突上げシーケンスのｔｇｍａｘは図２（ａ）の線形突上げシーケンスのｔｇｍａｘよりは早い、すなわち、突上げ速度は速い。なお、図２（ｂ）に示される時間軸の右端後に内側のブロックの突き上げが行われる。
図２（ｃ）に示すように、第二例の非線形突上げシーケンスでは、突上げユニットのブロックの突上げ量は時間には必ずしも比例しないで増加し、突上げ量の極大値（ｈｌｍａｘ）に達した後は、突上げ動作は停止しないで一旦減少して極小値（ｈｌｍｉｎ）に達した後、増加しながら、ダイがダイシングテープから剥離するのを待つシーケンスである。ここで、突上げ量の極大値（ｈｌｍａｘ）に達した時間をｔｌｍａｘとし、突上げ量の極小値（ｈｌｍｉｎ）に達した時間をｔｌｍｉｎとする。図において、上に凸となる変曲点と下に凸となる変曲点を有する。第二例の非線形突上げシーケンスのｔｌｍａｘは図２（ａ）の線形突上げシーケンスのｔｇｍａｘよりは早い、すなわち、突上げ速度は速い。なお、図２（ｃ）に示される時間軸の右端後に内側のブロックの突き上げが行われる。
図７は実施形態に係るダイボンダの概略を示す上面図である。図８は図７において矢印Ａ方向から見たときに、ピックアップヘッド及びボンディングヘッドの動作を説明する図である。
ダイボンダ１０は、大別して、一つ又は複数の最終１パッケージとなる製品エリア（以下、パッケージエリアＰという。）をプリントした基板Ｓに実装するダイＤを供給するダイ供給部１と、ピックアップ部２、中間ステージ部３と、ボンディング部４と、搬送部５、基板供給部６と、基板搬出部７と、各部の動作を監視し制御する制御部８と、を有する。Ｙ軸方向がダイボンダ１０の前後方向であり、Ｘ軸方向が左右方向である。ダイ供給部１がダイボンダ１０の手前側に配置され、ボンディング部４が奥側に配置される。
まず、ダイ供給部１は基板ＳのパッケージエリアＰに実装するダイＤを供給する。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上げユニット１３と、を有する。ダイ供給部１は図示しない駆動手段によってＸＹ軸方向に移動し、ピックアップするダイＤを突上げユニット１３の位置に移動させる。
ピックアップ部２は、ダイＤをピックアップ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軸方向に移動させるピックアップヘッドのＹ駆動部２３と、コレット２２を昇降、回転及びＸ軸方向移動させる図示しない各駆動部と、を有する。ピックアップヘッド２１は、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（図１０も参照）を有し、ダイ供給部１からダイＤをピックアップし、中間ステージ３１に載置する。ピックアップヘッド２１は、コレット２２を昇降、回転及びＸ軸方向移動させる図示しない各駆動部を有する。
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と、中間ステージ３１上のダイＤを認識する為のステージ認識カメラ３２を有する。
ボンディング部４は、中間ステージ３１からダイＤをピックアップし、搬送されてくる基板ＳのパッケージエリアＰ上にボンディングし、又は既に基板ＳのパッケージエリアＰの上にボンディングされたダイの上に積層する形でボンディングする。ボンディング部４は、ピックアップヘッド２１と同様にダイＤを先端に吸着保持するコレット４２（図２も参照）を備えるボンディングヘッド４１と、ボンディングヘッド４１をＹ軸方向に移動させるＹ駆動部４３と、基板ＳのパッケージエリアＰの位置認識マーク（図示せず）を撮像し、ボンディング位置を認識する基板認識カメラ４４とを有する。
このような構成によって、ボンディングヘッド４１は、ステージ認識カメラ３２の撮像データに基づいてピックアップ位置・姿勢を補正し、中間ステージ３１からダイＤをピックアップし、基板認識カメラ４４の撮像データに基づいて基板にダイＤをボンディングする。
搬送部５は、基板Ｓを掴み搬送する基板搬送爪５１と、基板Ｓが移動する搬送レーン５２と、を有する。基板Ｓは、搬送レーン５２に設けられた基板搬送爪５１の図示しないナットを搬送レーン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。
このような構成によって、基板Ｓは、基板供給部６から搬送レーン５２に沿ってボンディング位置まで移動し、ボンディング後、基板搬出部７まで移動して、基板搬出部７に基板Ｓを渡す。
制御部８は、ダイボンダ１０の各部の動作を監視し制御するプログラム（ソフトウェア）を格納するメモリと、メモリに格納されたプログラムを実行する中央処理装置（ＣＰＵ）と、を備える。
次に、ダイ供給部１の構成について図９および図１０を用いて説明する。図９は図７のダイ供給部の外観斜視図を示す図である。図１０は図７のダイ供給部の主要部を示す概略断面図である。
ダイ供給部１は、水平方向（ＸＹ軸方向）に移動するウェハ保持台１２と、上下方向に移動する突上げユニット１３と、を備える。ウェハ保持台１２は、ウェハリング１４を保持するエキスパンドリング１５と、ウェハリング１４に保持され複数のダイＤが接着されたダイシングテープ１６を水平に位置決めする支持リング１７と、を有する。突上げユニット１３は支持リング１７の内側に配置される。
ダイ供給部１は、ダイＤの突き上げ時に、ウェハリング１４を保持しているエキスパンドリング１５を下降させる。その結果、ウェハリング１４に保持されているダイシングテープ１６が引き伸ばされダイＤの間隔が広がり、突上げユニット１３によりダイＤ下方よりダイＤを突き上げ、ダイＤのピックアップ性を向上させている。なお、ダイを基板に接着する接着剤は、液状からフィルム状となり、ウェハ１１とダイシングテープ１６との間にダイアタッチフィルム（ＤＡＦ）１８と呼ばれるフィルム状の接着材料を貼り付けている。ダイアタッチフィルム１８を有するウェハ１１では、ダイシングは、ウェハ１１とダイアタッチフィルム１８に対して行なわれる。従って、剥離工程では、ウェハ１１とダイアタッチフィルム１８をダイシングテープ１６から剥離する。なお、以降では、ダイアタッチフィルム１８の存在を無視して、剥離工程を説明する。
次に、突上げユニット１３について図１１～１６を用いて説明する。図１１は実施例に係る突上げユニットの外観斜視図である。図１２は図１１の第１ユニットの一部の上面図である。図１３は図１１の第２ユニットの一部の上面図である。図１４は図１１の第３ユニットの一部の上面図である。図１５は図１１の突上げユニットの縦断面図である。図１６は図１１の突上げユニットの縦断面図である。
突上げユニット１３は、第１ユニット１３ａと、第１ユニット１３ａが装着される第２ユニット１３ｂと、第２ユニット１３ｂが装着される第３ユニット１３ｃと、を備える。第２ユニット１３ｂおよび第３ユニット１３ｃは品種に関係なく共通な部分で、第１ユニット１３ａは品種ごとに取替可能な部分である。
第１ユニット１３ａはブロックＡ１～Ａ４を有するブロック部１３ａ１と、複数の吸着孔を有するドームヘッド１３ａ２と、吸引孔１３ａ３と、ドーム吸着の吸引孔１３ａ４と、を有し、第２ユニット１３ｂの同心円状のブロックＢ１～Ｂ４の上下運動を同心四角状の４つのブロックＡ１～Ａ４の上下運動に変換する。４つのブロックＡ１～Ａ４は独立に上下運動が可能である。同心四角状のブロックＡ１～Ａ４の平面形状はダイＤの形状に合うように構成される。ダイサイズが大きい場合は、同心四角状のブロックの数は４つよりも多く構成される。これは、第３ユニットの複数の出力部および第２ユニットの同心円状のブロックが互いに独立に上下動する（上下動しない）ことにより可能となっている。４つのブロックＡ１～Ａ４の突上げ速度、突上げ量をプログラマブルに設定可能である。
第２ユニット１３ｂは、円管状のブロックＢ１～Ｂ６と、外周部１３ｂ２と、を有し、第１ユニット１３ａの円周上に配置される出力部Ｃ１～Ｃ６の上下運動を同心円状の６つのブロックＢ１～Ｂ６の上下運動に変換する。６つのブロックＢ１～Ｂ６は独立に上下運動が可能である。ここで、第１ユニット１３ａは４つのブロックＡ１～Ａ４しか有さないので、ブロックＢ５，Ｂ６は使用されない。
第３ユニット１３ｃは中央部１３ｃ０と６つの周辺部１３ｃ１～１３ｃ６とを備える。中央部１３ｃ０は上面の円周上に等間隔に配置され独立して上下する６つの出力部Ｃ１～Ｃ６を有する。周辺部１３ｃ１～１３ｃ６はそれぞれ出力部Ｃ１～Ｃ６を互いに独立に駆動可能である。周辺部１３ｃ１～１３ｃ６はそれぞれモータＭ１～Ｍ６を備え、中央部１３ｃ０にはモータの回転をカムまたはリンクによって上下動に変換するプランジャ機構Ｐ１～Ｐ６を備える。プランジャ機構Ｐ１～Ｐ６は出力部Ｃ１～Ｃ６に上下動を与える。なお、モータＭ２、Ｍ５およびプランジャ機構Ｐ２、Ｐ５は図示されていない。ここで、第１ユニット１３ａは４つのブロックＡ１～Ａ４しか有さないので、周辺部１３ｃ５，１３ｃ６は使用されない。よって、モータＭ５，Ｍ６、プランジャ機構Ｐ５，Ｐ６、出力部Ｃ５，Ｃ６は使用されない。
次に、突上げユニットとコレットとの関係について図１７を用いて説明する。図１７は実施例に係る突上げユニットとピックアップヘッドのうちコレット部との構成を示した図である。
図１７に示すようにコレット部２０は、コレット２２と、コレット２２を保持するコレットホルダー２５と、それぞれに設けられダイＤを吸着するための吸引孔２２ｖ、２５ｖとを有する。コレット２２のダイを吸着する吸着面はダイＤと略同じ大きさである。
第１ユニット１３ａは上面周辺部にドームヘッド１３ａ２を有する。ドームヘッド１３ａ２は複数の吸着孔ＨＬと空洞部ＣＶとを有し、吸引孔１３ａ３から吸引して、コレット２２でピックアップされるダイＤの周辺のダイＤｄをダイシングテープ１６を介して吸引する。図１７ではブロック部１３ａ１の周囲に吸着孔ＨＬを一列のみ示しているが、ピックアップ対象でないダイＤｄを安定し保持するために複数列設けている。同心四角状のブロックＡ１～Ａ４の各ブロックの間の隙間Ａ１ｖ、Ａ２ｖ、Ａ３ｖおよび第１ユニット１３ａのドーム内の空洞部を介してドーム吸着の吸引孔１３ａ４から吸引して、コレット２２でピックアップされるダイＤをダイシングテープ１６を介して吸引する。吸引孔１３ａ３からの吸引と吸引孔１３ａ４からの吸引は独立に行うことができる。
本実施例の突上げユニット１３は、第１ユニットのブロックの形状、ブロックの数を変更することにより、種々のダイに適用可能であり、例えばブロック数が６つの場合は、ダイサイズが２０ｍｍ□以下のダイに適用可能である。第３ユニットの出力部の数、第２ユニットの同心円状のブロックの数および第１ユニットの同心四角状のブロックの数を増やすことにより、ダイサイズが２０ｍｍ□より大きいダイにも適用可能である。
次に、上述した構成による突上げユニット１３によるピックアップ動作について図１８を用いて説明する。図１８はピックアップ動作の処理フローを示すフローチャートである。
ステップＰＳ１：制御部８はピックアップするダイＤが突上げユニット１３の真上に位置するようにウェハ保持台１２を移動し、ダイシングテープ１６の裏面に第３ユニットの上面が接触するように突上げユニット１３を移動する。このとき、図１９に示すように、制御部８は、ブロック部１３ａ１の各ブロックＡ１～Ａ４がドームヘッド１３ａ２の表面と同一平面を形成するようにし、ドームヘッド１３ａ２の吸着孔ＨＬと、ブロック間の隙間Ａ１ｖ、Ａ２ｖ、Ａ３ｖとによってダイシングテープ１６を吸着する。
ステップＰＳ２：制御部８は、コレット部２０を下降させ、ピックアップするダイＤの上に位置決めし、吸引孔２２ｖ、２５ｖによってダイＤを吸着する。
ステップＰＳ３：制御部８は、ブロック部１３ａ１のブロックを外側から順次上昇させて剥離動作を行う。ここで、制御部８は、実施形態の剥離モデルを用いたフィードフォワード制御を行う。すなわち、制御部８はモータＭ４でプランジャ機構Ｐ４を駆動し、最も外側のブロックＡ４のみを数十μｍから数百μｍ上昇させた後下降させて停止させる。上昇および下降速度は一定ではない。この結果、ブロックＡ４の周辺においてダイシングテープ１６が盛り上がった突上げ部分が形成され、ダイシングテープ１６とダイアタッチフィルム１８の間に微小な空間、即ち剥離起点ができる。この空間によりアンカー効果、即ちダイＤにかかるストレスが大幅に低減し、以後の剥離動作を確実に行うことができる。次に、制御部８はモータＭ３でプランジャ機構Ｐ３を駆動し、２番目に外側のブロックＡ３のみをブロックＡ４よりも高く上昇させ停止させる。次に、制御部８はモータＭ２でプランジャ機構Ｐ２を駆動し、３番目に外側のブロックＡ２のみをブロックＡ３よりも高く上昇させ停止させる。最後に、制御部８はモータＭ１でプランジャ機構Ｐ１を駆動し、最も内側のブロックＡ１のみをブロックＡ２よりも高く上昇させ停止させる。
ステップＰＳ４：制御部８はコレットを上昇させる。ステップＳ３の最後の状態では、ダイシングテープ１６とダイＤとの接触面積はコレットの上昇により剥離できる面積となり、コレット２２の上昇によりダイＤを剥離することができる。
ステップＰＳ５：制御部８はブロック部１３ａ１の各ブロックＡ１～Ａ４がドームヘッド１３ａ２の表面と同一平面を形成するようにし、ドームヘッド１３ａ２の吸着孔ＨＬと、ブロック間の隙間Ａ１ｖ、Ａ２ｖ、Ａ３ｖとによるダイシングテープ１６の吸着を停止する。制御部８はダイシングテープ１６の裏面から第１ユニットの上面が離れるように突上げユニット１３を移動する。
制御部８はステップＰＳ１～ＰＳ５を繰り返して、ウェハ１１の良品のダイをピックアップする。
次に、実施例に係るダイボンダを用いた半導体装置の製造方法について図１９を用いて説明する。図１９は図７の半導体装置の製造方法を示すフローチャートである。
ステップＢＳ１１：ウェハ１１から分割されたダイＤが貼付されたダイシングテープ１６を保持したウェハリング１４をウェハカセット（不図示）に格納し、ダイボンダ１０に搬入する。制御部８はウェハリング１４が充填されたウェハカセットからウェハリング１４をダイ供給部１に供給する。また、基板Ｓを準備し、ダイボンダ１０に搬入する。制御部８は基板供給部６で基板Ｓを基板搬送爪５１に取り付ける。
ステップＢＳ１２：制御部８は上述したようにダイＤを剥離し、剥離したダイＤをウェハ１１からピックアップする。このようにして、ダイアタッチフィルム１８と共にダイシングテープ１６から剥離されたダイＤは、コレット２２に吸着、保持されて次工程（ステップＢＳ１３）に搬送される。そして、ダイＤを次工程に搬送したコレット２２がダイ供給部１に戻ってくると、上記した手順に従って、次のダイＤがダイシングテープ１６から剥離され、以後同様の手順に従ってダイシングテープ１６から１個ずつダイＤが剥離される。
ステップＢＳ１３：制御部８はピックアップしたダイを基板Ｓ上に搭載又は既にボンディングしたダイの上に積層する。制御部８はウェハ１１からピックアップしたダイＤを中間ステージ３１に載置し、ボンディングヘッド４１で中間ステージ３１から再度ダイＤをピックアップし、搬送されてきた基板Ｓにボンディングする。
ステップＢＳ１４：制御部８は基板搬出部７で基板搬送爪５１からダイＤがボンディングされた基板Ｓを取り出す。ダイボンダ１０から基板Ｓを搬出する。
上述したように、ダイＤは、ダイアタッチフィルム１８を介して基板Ｓ上に実装され、ダイボンダから搬出される。その後、ワイヤボンディング工程でＡｕワイヤを介して基板Ｓの電極と電気的に接続される。続いて、ダイＤが実装された基板Ｓがダイボンダに搬入されて基板Ｓ上に実装されたダイＤの上にダイアタッチフィルム１８を介して第２のダイＤが積層され、ダイボンダから搬出された後、ワイヤボンディング工程でＡｕワイヤを介して基板Ｓの電極と電気的に接続される。第２のダイＤは、前述した方法でダイシングテープ１６から剥離された後、ペレット付け工程に搬送されてダイＤの上に積層される。上記工程が所定回数繰り返された後、基板Ｓをモールド工程に搬送し、複数個のダイＤとＡｕワイヤとをモールド樹脂（図示せず）で封止することによって、積層パッケージが完成する。
上述したように、基板上に複数個のダイを三次元的に実装する積層パッケージを組み立てに際しては、パッケージ厚の増加を防ぐために、ダイの厚さを２０μｍ以下まで薄くすることが要求される。一方、ダイシングテープの厚さは１００μｍ程度であるから、ダイシングテープの厚みは、ダイの厚みの４～５倍にもなっている。
このような薄いダイをダイシングテープから剥離させようとすると、ダイシングテープの変形に追従したダイの変形がより顕著に発生しやすくなるが、本実施形態のダイボンダではダイシングテープからダイをピックアップする際のダイの損傷を低減することができる。
以上、本発明者によってなされた発明を実施形態および実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施形態および実施例に限定されるものではなく、種々変更可能であることはいうまでもない。
例えば、第１ユニットの複数のブロックは同心四角状のものについて説明したが、同心円形状や同心楕円形状のものであってもよいし、四角状ブロックを平行に並べて構成してもよい。
また、実施例ではピックアップ対象ダイと周辺ダイを同じタイミングで吸着／解放したが、ピックアップ対象ダイと周辺ダイを別々のタイミングで吸着／解放を行ってもよい。これにより、より確実な剥離を行うことができる。
また、実施例では各段のブロックは順次突き上げたが、各段が独立し各々別々の動作が可能であるので突上げ／引き下げ両方向の動作を混在してもよい。
また、実施例では、ダイアタッチフィルムを用いる例を説明したが、基板に接着剤を塗布するプリフォーム部を設けてダイアタッチフィルムを用いなくてもよい。
また、実施例では、ダイ供給部からダイをピックアップヘッドでピックアップして中間ステージに載置し、中間ステージに載置されたダイをボンディングヘッドで基板にボンディングするダイボンダについて説明したが、これに限定されるものではなく、ダイ供給部からダイをピックアップする半導体製造装置に適用可能である。
例えば、中間ステージとピックアップヘッドがなく、ダイ供給部のダイをボンディングヘッドで基板にボンディングするダイボンダにも適用可能である。
また、中間ステージがなく、ダイ供給部からダイをピックアップしダイピックアップヘッドを上に回転してダイをボンディングヘッドに受け渡しボンディングヘッドで基板にボンディングするフリップチップボンダに適用可能である。
また、中間ステージとボンディングヘッドがなく、ダイ供給部からピックアップヘッドでピックアップしたダイをトレイ等に載置するダイソータに適用可能である。
１１：ウェハ
１３：突上げユニット
１６：ダイシングテープ
２２：コレット
８：制御部
１０：ダイボンダ
Ｄ：ダイ

Claims (15)

  1. ダイシングテープと接触する複数のブロックを有し、ダイを前記ダイシングテープの下から突き上げる突上げユニットと、
    前記ダイを吸着するコレットと、
    前記突上げユニットの特性を再現させる剥離モデルに対して、前記ダイの前記ダイシングテープからの剥離量と前記ダイ全体の曲げ応力の目標値に前記剥離モデルの出力を追従するようにフィードバック制御し、前記剥離モデルへの制御入力である突上げ量を前記突上げユニットの前記ブロックの突上げ量とするよう構成される制御部と、
    を備える半導体製造装置。
  2. 請求項１の半導体製造装置において、
    前記剥離モデルは、前記ブロックの突上げ量、前記ブロックの幅および前記ダイのヤング率に基づいて計算されるダイシングテープの粘着材の貼付力と、前記粘着材の粘着材モデルと、に基づいて計算される前記粘着材の変形量を含む半導体製造装置。
  3. 請求項２の半導体製造装置において、
    前記粘着材モデルはばね定数および減衰定数を含む半導体製造装置。
  4. 請求項３の半導体製造装置において、
    前記剥離モデルは、
    突上げ量が所定値以上で剥離を開始する特性と、
    剥離開始から剥離進行に従って剥離進行が加速する特性と、
    前記粘着材のパラメータを変えることで剥離が開始する突上げ量および剥離進行する速度が変わる特性と、
    を有する半導体製造装置。
  5. 請求項１の半導体製造装置において、
    前記制御部は、前記複数のブロックのうちの外側のブロックを上昇させて突上げ量の極大値に達した後、前記突上げ量を減少させ、前記外側のブロックの隣の内側のブロックを上昇させるよう構成される半導体製造装置。
  6. 請求項１の半導体製造装置において、
    前記制御部は、前記複数のブロックのうちの外側のブロックを上昇させて突上げ量の極大値に達した後、前記突上げ量を減少させて突上げ量の極小値に達した後、前記突上げ量を増加させ、前記外側のブロックの隣の内側のブロックを上昇させるよう構成される半導体製造装置。
  7. 請求項１の半導体製造装置において、
    前記突上げユニットは、前記複数の前記ブロックに対応して独立の複数の駆動軸を持ち、前記ブロックの突上げ速度および突上げ量をプログラマブルに設定可能に構成される半導体製造装置。
  8. 請求項１の半導体製造装置において、
    前記ダイはさらに前記ダイと前記ダイシングテープとの間にダイアタッチフィルムを備える半導体製造装置。
  9. 請求項１の半導体製造装置において、さらに、
    前記コレットが装着されるピックアップヘッドを備える半導体製造装置。
  10. 請求項９の半導体製造装置において、さらに、
    前記ピックアップヘッドでピックアップされるダイを載置する中間ステージと、
    前記中間ステージに載置されるダイを基板または既にボンディングされているダイの上にボンディングするボンディングヘッドと、
    を備える半導体製造装置。
  11. （ａ）ダイシングテープと接触する複数のブロックを有し、ダイを前記ダイシングテープの下から突き上げる突上げユニットと、前記ダイを吸着するコレットと、を備える半導体製造装置に、前記ダイシングテープを保持するウェハリングを搬入する工程と、
    （ｂ）前記突上げユニットで前記ダイを突き上げて前記コレットで前記ダイをピックアップする工程と、
    を備え、
    前記（ｂ）工程は、前記突上げユニットの特性を再現させる剥離モデルに対して、前記ダイの前記ダイシングテープからの剥離量と前記ダイ全体の曲げ応力の目標値に前記剥離モデルの出力を追従するようにフィードバック制御し、前記剥離モデルへの制御入力である突上げ量を前記突上げユニットの前記ブロックの突上げ量として前記ダイを突き上げる半導体装置の製造方法。

  12. 請求項１１の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｂ）工程は、前記複数のブロックのうちの外側のブロックを上昇させて突上げ量の極大値に達した後、前記突上げ量を減少させ、前記外側のブロックの隣の内側のブロックを上昇させる半導体装置の製造方法。
  13. 請求項１１の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｂ）工程は、前記複数のブロックのうちの外側のブロックを上昇させて突上げ量の極大値に達した後、前記突上げ量を減少させて突上げ量の極小値に達した後、前記突上げ量を増加させ、前記外側のブロックの隣の内側のブロックを上昇させる半導体装置の製造方法。
  14. 請求項１１の半導体装置の製造方法において、さらに、
    （ｃ）前記ダイを基板または既にボンディングされているダイの上にボンディングする工程を備える半導体装置の製造方法。
  15. 請求項１４の半導体装置の製造方法において、
    前記（ｂ）工程はさらに前記ピックアップしたダイを中間ステージに載置する工程を有し、
    前記（ｃ）工程はさらに前記中間ステージから前記ダイをピックアップする工程を有する半導体装置の製造方法。
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