JP7408455B2 - ダイボンディング装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

ダイボンディング装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

本開示はダイボンディング装置に関し、例えばウェハ剥離力を測定する機能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。
ダイボンダ等のダイボンディング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。
ウェハリング内のウェハの中心部と周辺部とのピックアップ時の張力を補正するため、ブロック本体と上下機構との間に設けられたロードセルを用いて突上げ時の荷重(ダイシングテープからの反力)を測定して、突上げ時の荷重が一定となるように、突上げ量を可変にすることが提案されている(特許文献1)。
特開2012-199456号公報
しかし、特許文献1に示されるように、突上げユニット内にロードセルを設けると機構が大型化する。
本開示の課題は突上げユニット内の機構をより小型化できるダイボンディング装置を提供することにある。
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、ダイボンディング装置は、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、ダイを吸着するコレットと、突上げユニットを制御するよう構成される制御部と、を備える。突上げユニットは、複数の前記ブロックに対応して独立に動作する複数の駆動軸と、複数の駆動軸に対応する複数のモータと、を備え、制御部は前記モータ毎に突上げ時の荷重トルクを測定することにより前記ダイの剥離力を測定するよう構成される。
上記ダイボンディング装置によれば、突上げユニット内の機構をより小型化可能である。
図1は実施形態の半導体製造装置の構成を示す概略図である。 ダイシングテープから離れた状態の突上げユニットの要部断面図である。 RMSの突上げシーケンスの一例を示す図である。 図3のシーケンスの第一のタイムチャートレシピの一例を説明する図である。 突上げユニットのモータと作動コントローラを示すブロック図である。 剥離力および剥離状態のオフライン機械学習の概念を説明する図である。 機械学習による剥離状態を求める概念を説明する図である。 剥離状態を説明する図である。 機械学習モデルにより求めた剥離状態から突上げ条件を算出する方法を説明する図である。 実施例におけるダイボンダを上から見た概念図である。 図10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である。 図10のダイ供給部の外観斜視図を示す図である。 図10のダイ供給部の主要部を示す概略断面図である。 図11の突上げユニットの外観斜視図である。 図14の第1ユニットの一部の上面図である。 図14の第2ユニットの一部の上面図である。 図14の第3ユニットの一部の上面図である。 図14の突上げユニットの縦断面図である。 図14の突上げユニットの縦断面図である。 図11の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11の突上げユニットのモータとモータ制御装置を示すブロック図である。 図10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である。 図10のダイボンダを用いた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である。
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、本開示の解釈を限定するものではない。
<実施形態>
まず、実施形態における半導体製造装置について図1を用いて説明する。図1は実施形態における半導体製造装置の構成を示す概略図である。
実施形態における半導体製造装置100は、メインコントローラ81aと作動コントローラ81bとモニタ83aとタッチパネル83bとブザー83gとを有する制御部を備える。半導体製造装置100は、さらに、作動コントローラ81bに制御されるXYテーブル86aとZ駆動部86bと突上げユニットTUとを備える。半導体製造装置100は、さらに、Z駆動部86bにより上下動するヘッド(ボンディングヘッドまたはピックアップヘッド)BHとヘッドBHの先端に設けられるコレットCLTとを備える。半導体製造装置100は、さらに、突上げユニットTUの位置を検出するセンサ87aと圧力および流量を検出するセンサ87bとコレットCLTのガス流量を検知するセンサ87cを備える。突上げユニットTUはダイシングテープを真空吸着する機能とダイシングテープにエアーを吹き上げる機能とを備える。
次に、複数段の突上げブロックを有する突上げユニットTUについて図2を用いて説明する。図2はダイシングテープから離れた状態の突上げユニットの要部断面図である。
突上げユニットTUはブロックBLK1~BLK4を有するブロック部BLKと、ダイシングテープDTを吸着する複数の吸引孔(不図示)を有するドームプレートDPと、を有する。四つのブロックBLK1~BLK4はニードルNDL4~NDL1により独立に上下運動が可能である。ニードルNDL4~NDL1は後述するモータM1~M4により駆動される。同心四角状のブロックBLK1~BLK4の平面形状はダイDの形状に合うように構成される。
例えば、突上げユニットTUは、ブロックBLK1~BLK4を同時に突上げ、その後さらに、ブロックBLK2~BLK4を同時に突上げ、その後さらに、ブロックBLK3,BLK4を同時に突上げ、その後さらに、ブロックBLK4を突上げてピラミッド状にしたり、ブロックBLK1~BLK4を同時に突上げてからブロックBLK1、ブロックBLK2、ブロックBLK3の順に下げたりする。後者を本開示ではRMS(Reverse Multi Step)という。
RMSの動作について図3、4を用いて説明する。図3はRMSの突上げシーケンスの一例を示す断面図であり、図3(a)は第一状態を示す図、図3(b)は第二状態を示す図、図3(c)は第三状態を示す図、図3(d)は第四状態を示す図である。図4は図3のシーケンスの第一のタイムチャートレシピの一例を説明する図であり、図4(a)は図3のシーケンスのブロック動作タイミングの一例を示す図であり、図4(b)は図4(a)のブロック動作タイミングに対応するタイムチャートレシピの一例を示す図である。
ピックアップ動作はダイシングテープDT上の目的とするダイDが突上げユニットTUとコレットCLTに位置決めされるところから開始する。位置決めが完了すると突上げユニットTUの図示していない吸引孔および間隙を介して真空引きすることによって、ダイシングテープDTが突上げユニットTUの上面に吸着される。このとき、ブロックBLK1~BLK4の上面はドームプレートDPの上面と同一の高さ(初期位置)にある。その状態で真空供給源から真空が供給され、コレットCLTがダイDのデバイス面に向けて真空引きしながら降下し、着地する。
その後、図3(a)に示すように、ブロックBLK1~BLK4が同時に所定の高さ(h1)まで一定の速度(s1)で上昇して第一状態(State1)になる。ここで、図4(a)に示すように、ブロックBLK1~BLK4がh1に到達する時間をt1とすると、t1=h1/s1である。その後、所定時間(t2)待機する。ダイDはコレットCLTとブロックBLK1~BLK4に挟まれたまま上昇するが、ダイシングテープDTの周辺部は突上げユニットTUの周辺であるドームプレートDPに真空吸着されたままなので、ダイDの周辺で張力が生じ、その結果、ダイD周辺でダイシングテープDTの剥離が開始されることになる。
続いて、図3(b)に示すように、ブロックBLK1がドームプレートDPの上面よりも下の所定の高さ(-h2)に一定の速度(s2)で下降して第二状態(State2)になる。ここで、図4(a)に示すように、ブロックBLK1が所定の高さ(-h2)に到達する時間をt3とすると、t3=(h1+h2)/s2である。ブロックBLK1がドームプレートDPの上面よりも下がることにより、ダイシングテープDTの支えがなくなり、ダイシングテープDTの張力によりダイシングテープDTの剥離が進行する。
続いて、図3(c)に示すように、ブロックBLK2がドームプレートDPの上面よりも下の所定の高さ(-h2)に一定の速度(s2)で下降して第三状態(State3)になる。ここで、図4(a)に示すように、ブロックBLK2が所定の高さ(-h2)に到達する時間をt4とすると、t4=(h1+h2)/s2である。ブロックBLK2がドームプレートDPの上面よりも下がることにより、ダイシングテープDTの支えがなくなり、ダイシングテープDTの張力によりダイシングテープDTの剥離がさらに進行する。
続いて、図3(d)に示すように、ブロックBLK3がドームプレートDPの上面よりも下の所定の高さ(-h2)に一定の速度(s2)で下降して第四状態(State4)になる。ここで、図4(a)に示すように、ブロックBLK3が所定の高さ(-h2)に到達する時間をt5とすると、t5=(h1+h2)/s2である。ブロックBLK3がドームプレートDPの上面よりも下がることにより、ダイシングテープDTの支えがなくなり、ダイシングテープDTの張力によりダイシングテープDTの剥離がさらに進行する。
その後、コレットCLTを上方に引き上げる。また、図4(a)に示すように、第四状態から所定時間(t6)後ブロックBLK1~BLK3が一定の速度(s3)で上昇し、ブロックBLK4が一定の速度(s4)で下降し初期位置に戻る。ここで、ブロックBLK1~BLK3が初期位置に到達する時間をt8とすると、t8=h2/s3であり、ブロックBLK4が初期位置に到達する時間をt9とすると、t9=h1/s4である。これにより、ダイDをダイシングテープDTから剥がす作業が完了する。
次に、RMSの動作の設定方法および制御について図4を用いて説明する。
図4(b)に示すように、突上げユニットTUの各ブロックBLK1,BLK2,BLK3,BLK4の動作を、ブロック毎およびステップ毎にステップの時間、ブロックの上昇または下降の速度、ブロックの高さ(位置)が設定されるタイムチャートレシピに基づいてメインコントローラ81aおよび作動コントローラ81bは各ブロックBLK1,BLK2,BLK3,BLK4をニードルNDL4、NDL3,NDL2,NDL1を介してそれぞれ駆動するモータM1~M4を制御するよう構成される。
設定項目の異なる複数のタイムチャートレシピを用意しておき、ユーザは、GUI(Graphical User Interface)によって複数のタイムチャートレシピから一つのタイムチャートレシピを選択し、選択したタイムチャートレシピの項目に設定値を入力する。または、ユーザは、予め設定値が入力されたタイムチャートレシピを外部機器からダイボンダ等の半導体製造装置にデータ通信するか、または、外部記憶装置(例えば、磁気テープ、フレキシブルディスクやハードディスク等の磁気ディスク、CDやDVD等の光ディスク、MO等の光磁気ディスク、USBメモリやメモリカード等の半導体メモリ)から半導体製造装置にインストールする。また、メインコントローラ81aはセンサ87a,87b,87cにより検知した状態または後述するトルク量から求めるウェハ剥離力に基づいてリアルタイムにタイムチャートレシピを書換えて作動コントローラ81bに指示して突上げ動作の変更が可能である。
次に、ウェハの剥離力の測定について図5を用いて説明する。図5は突上げユニットのモータと作動コントローラを示すブロック図である。
突上げユニットTUのモータM1~M4には、例えばACサーボモータまたはαステップのパルスモータ(通常時はオープンループ制御を行い、過負荷時はクローズドループ制御を行うハイブリッド制御のステッピングモータ)を使用する。モータM1~M4は、それぞれ回転角速度を検出するエンコーダ(回転検出器)Maおよびモータ電流を得る電流センサMbを備える。
まず、図2に示すように、作動コントローラ81bは、突上げユニットTUをダイシングテープDTから離した状態(無負荷状態)で、突上げ動作時のシーケンスに従って突上げユニットTUのブロックBLK1~BLK4をモータM1~M4により作動させる。
そして、無負荷状態において、モータM1~M4に設けられたエンコーダMaにより検出されるモータM1~M4の回転角度毎に、電流センサMbにより検出される電流(モータM1~M4が受ける負荷に基づくモータ電流)から、作動コントローラ81bにより無負荷トルク値を測定する。
次に、作動コントローラ81bは、突上げユニットTUを上方向に移動させてダイシングテープDTに当接して図3に示すような状態(有負荷状態)にする。作動コントローラ81bは、突上げ動作時のシーケンスに従ってモータM1~M4により突上げユニットTUのブロックBLK1~BLK4を作動させる。
そして、有負荷状態において、モータM1~M4に設けられたエンコーダMaにより検出されるモータM1~M4の回転角度毎に、電流センサMbにより検出される電流(モータM1~M4が受ける負荷に基づくモータ電流)から、作動コントローラ81bにより有負荷トルク値を測定する。
次に、作動コントローラ81bは、突上げ動作時のシーケンスにおけるモータM1~M4の角度毎の有負荷トルク値と無負荷トルク値において、有負荷トルク値から無負荷トルク値を差し引くことにより、突上げ動作シーケンスにおけるトルク値を算出する。
このように、突上げ動作シーケンスにおけるトルク値を算出する際に、実測値である無負荷トルク値を用いることにより、有負荷トルク値および無負荷トルク値に含まれている突上げユニットTUに含まれるブロックBLK1~BLK4を押し下げるバネ等の突上げ治工具反力、モータM1~M4の巻線構造からの影響および突上げユニットTU内の機構摩擦力による誤差等を取り除くことができる。これにより、突上げ動作シーケンスにおけるトルク値を正確に算出することができる。このトルク値はウェハ(ダイシングテープDT)に掛る荷重であり、ウェハ剥離時の剥離荷重(剥離力)を測定することができる。
次に、測定した剥離力等のデータを蓄積して突上げ条件を機械学習で求めて自動設定を行う例を図6から図7を用いて説明する。図6は剥離力および剥離状態のオフライン機械学習の概念を説明する図である。図6(a)は突上げユニットのブロックとダイシングテープに貼付されたダイを模式的に示す図であり、図6(b)はダイの裏面の撮像を模式的に示す図であり、図6(c)は剥離荷重の時間推移を示す図であり、図6(d)はダイシングテープを介してダイの裏面を撮像した画像であり、図6(e)は剥離荷重および剥離状態のデータの蓄積を模式的に示す図である。図6(b)において、ダイD内の白色部分はダイシングテープDTから剥離した剥離部PLであり、ハッチング部分はダイシングテープDTから剥離していない非剥離部NPLである。図7は機械学習による剥離状態を求める概念を説明する図である。
オフラインにて、図6(a)に示す突上げユニットのブロック部BLKによりダイシングテープDTに貼付されたダイDを突き上げる。その際、図3(a)から(d)に示す第一状態から第四状態のそれぞれにおいて、図6(a)に示すようなトルク値によるダイDの剥離力と、図6(b)に示すような撮像装置によりダイシングテープ16の下方からダイDを撮像して、図6(d)に示すようなダイDの剥離状態を測定する。図6(e)に示すように、測定されたダイDの剥離力およびダイDの剥離状態を、測定時の突上げ条件(突上げ高さ、突上げ速度、ピックアップタイマー等)、ダイサイズ、ダイ厚等のパラメータと共に、データセットとしてデータベースDBに蓄積する。これらの動作条件と対応するダイの剥離力とダイの剥離状態を機械学習により、モデル化して機械学習モデルを生成する。
次に、図7に示すように、機械学習モデルに、ダイの剥離力と、突上げ条件(突上げ高さ、突上げ速度、ピックアップタイマー等)、ダイサイズ、ダイ厚等の動作条件パラメータを与えることでダイの剥離状態を求められるようにする。
最適パラメータ計算方法について図8および図9を用いて説明する。図8は剥離状態を説明する図であり、図8(a)は十分に剥離ができていない剥離状態を示す図であり、図8(b)は十分に剥離ができている剥離状態を示す図である。図8において、ブロック内の白色部分はダイがダイシングテープから剥離した部分であり、ハッチング部分はダイがダイシングテープから剥離していない部分である。図9は機械学習モデルにより求めた剥離状態から突上げ条件を算出する方法を説明する図である。
ダイの剥離力から求めたダイ剥離状態にて剥離部PLが突上げブロック外形程度まで広がっていれば、十分に剥離できていると判断する。ここで、図8における突上げブロック外形とは、ブロックBLK2の外側の端をいう。図8(a)では、ダイの剥離はブロックBLK2の外側の端までほとんど達しておらず十分に剥離されていないが、図8(b)では、ダイの剥離はブロックBLK2の外側の端まですべて達して十分に剥離されている。図8(b)に示すような剥離状態であれば、次段ブロックの突き上げ動作に移ってもダイへのストレスは最小限になると考えられる。
各ブロックにおいて各ステップでの剥離量が十分に剥離できている(上述したブロック外形程度まで剥離)可能な突上げ条件(突上げ高さ、突上げ速度、ピックアップタイマー等)の組み合わせでよりピックアップにかかる総時間が最短になる組み合わせを求めて、ダイの剥離力からその品種に対して最適な突上げ条件を求める。例えば、図9に示すように、突上げの高さ、突上げの速度の組み合わせにおける剥離結果を求める。図9(a)に示すSTEP1においては、高さが「300」、速度が「1」の組み合わせをピックアップ条件とする。図9(b)に示すSTEP2においては、高さが「300」、速度が「3」の組み合わせを突上げ条件とする。図9(c)に示すSTEP3においては、高さが「200」、速度が「3」の組み合わせを突上げ条件とする。図9(d)に示すSTEP4においては、高さが「100」、速度が「5」の組み合わせを突上げ条件とする。ここで、図9に示す剥離結果「×」は十分に剥離されていないことを示し、「〇」は十分に剥離されていることを示している。
例えば、図9に示すような突上げ条件のパラメータの下限から上限内で考えられる組み合わせでの剥離状態を全て求めて、一番ピックアップ時間が短くなる組み合わせを、総当たりで検討する方式や遺伝的アルゴリズム等の進化的アルゴリズムで算出する。これにより、作業者の経験による試行錯誤により突上げ条件といったパラメータを自動で算出することが可能であり、レシピへの設定の自動化も可能である。
実施形態によれば、以下に示す一つまたは複数の効果が得られる。
(a)制御部はモータ毎に指定した動作に必要な電流値から突上げ時の荷重トルクを算出する。すなわち、使用するモータ自体でトルクを測定しブロックに加わる荷重を測定するので、ロードセル等のセンサが不要になり、突上げユニット内の機構を簡略化することができる。
(b)モータM1~M4ごとにトルクを測定できるので、ブロックBLK1~BLK4ごとに加わる荷重を独立に測定することが可能となる。
(c)ブロックごとに荷重が測定できるので、それぞれのブロック突上げ時の剥離力を測定することが可能となる。
(d)剥離力測定をダイの剥離毎に実施し、予め測定して記憶しているダイの剥離と比較することにより、ピックアップ動作の異常を検出することが可能となる。これにより、制御部は、突上げユニットのドームまたはコレットの交換をオペレータに通知したり、突上げユニットのドームまたはコレットの自動交換等の自己保全機能を有する場合は自己保全を行ったりすることが可能となる。
(e)剥離力測定をダイの剥離毎に実施し、測定された剥離力に基づいてタイムチャートレシピを設定することにより、モータ制御にフィードバックして常に同じ剥離動作を行うことが可能となる。
(f)剥離力測定をピックアップするウェハ毎に実施することにより、前工程の異常(ダイシング不良、テープの劣化等)を検出することが可能となる。
(g)剥離力を測定し、データを蓄積して突上げ条件を機械学習で求めてタイムチャートレシピに自動設定を行うことにより、突上げ条件の自動ティーチングを行うことが可能となる。
図10は実施例におけるダイボンダの概略を示す上面図である。図11は図10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、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。ここで、基板Sには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。)がプリントされている。
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11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11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。
次に、ダイ供給部1の構成について図12および図13を用いて説明する。図12は図10のダイ供給部の外観斜視図を示す図である。図13は図10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14~図19を用いて説明する。図14は実施例に係る突上げユニットの外観斜視図である。図15は図14の第1ユニットの一部の上面図である。図16は図14の第2ユニットの一部の上面図である。図17は図14の第3ユニットの一部の上面図である。図17は図14の突上げユニットの縦断面図である。図19は図14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プレート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。ここで、ブロックA1~A4は実施形態のブロックBLK1~BLK4に対応する。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。プランジャ機構P1~P4は実施形態のニードルNDL4~NDL1に対応する。
次に、突上げユニットとコレットとの関係について図20を用いて説明する。図20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20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プレート13a2を有する。ドームプレート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16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角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角より大きいダイにも適用可能である。
次に、制御部8について図21を用いて説明する。図21は図10のダイボンダの制御系の概略構成を示すブロック図である。制御系80は制御部8と駆動部86と信号部87と光学系88とを備える。制御部8は、大別して、主としてCPU(Central Processor Unit)で構成される制御・演算装置81と、記憶装置82と、入出力装置83と、バスライン84と、電源部85とを有する。制御・演算装置81および記憶装置82は実施形態のメインコントローラ81aに対応し、モータ制御装置83eは実施形態の作動コントローラ81bに対応する。記憶装置82は、処理プログラムなどを記憶しているRAMで構成されている主記憶装置82aと、制御に必要な制御データや画像データ等を記憶しているHDDやSSD等で構成されている補助記憶装置82bとを有する。入出力装置83は、装置状態や情報等を表示するモニタ83aと、オペレータの指示を入力するタッチパネル83bと、モニタを操作するマウス83cと、光学系88からの画像データを取り込む画像取込装置83dと、を有する。また、入出力装置83は、ダイ供給部1のXYテーブル(図示せず)やボンディングヘッドテーブルのZY駆動軸等の駆動部86を制御するモータ制御装置83eと、種々のセンサ信号や照明装置などのスイッチ等の信号部87から信号を取り込み又は制御するI/O信号制御装置83fとを有する。光学系88には、ウェハ認識カメラ24、ステージ認識カメラ32、基板認識カメラ44が含まれる。制御・演算装置81はバスライン84を介して必要なデータを取込み、演算し、ピックアップヘッド21等の制御や、モニタ83a等に情報を送る。
制御部8は画像取込装置83dを介してウェハ認識カメラ24、ステージ認識カメラ32および基板認識カメラ44で撮像した画像データを記憶装置82に保存する。保存した画像データに基づいてプログラムしたソフトウェアにより、制御・演算装置81を用いてダイDおよび基板SのパッケージエリアPの位置決め、並びにダイDおよび基板Sの表面検査を行う。制御・演算装置81が算出したダイDおよび基板SのパッケージエリアPの位置に基づいてソフトウェアによりモータ制御装置83eを介して駆動部86を動かす。このプロセスによりウェハ上のダイの位置決めを行い、ピックアップ部2およびボンディング部4の駆動部で動作させダイDを基板SのパッケージエリアP上にボンディングする。使用するウェハ認識カメラ24、ステージ認識カメラ32および基板認識カメラ44はグレースケール、カラー等であり、光強度を数値化する。
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22を用いて説明する。図22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。
まず、制御部8は、予め上述した無負荷トルク値および有負荷トルク値を測定して、測定した無負荷トルク値および補正されたトルク値(または測定された有負荷トルク値)を制御部8内のメモリ等の記憶装置に格納しておく。
(ステップPS1:ダイシングテープ吸着)
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11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がドームプレート13a2の表面と同一平面を形成するようにし、ドームプレート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:コレット下降/ダイ吸着)
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:ブロック/コレット上昇)
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。例えば、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。この剥離動作の際に、制御部8は、ブロックごとに有負荷トルク値を測定すると共に、測定した有負荷トルク値と予め記録された無負荷トルク値とからトルク値(ウェハの剥離力)を測定する。また、制御部8は、測定されたトルク値(ウェハの剥離力)と予め記録されたトルク値(ウェハの剥離力)と比較して異常があるかどうかを判定する。トルク値の測定および異常判断は、ウェハごとに最初にピックアップするダイのみに対して行う。
(ステップPS4:コレット上昇)
制御部8はコレットを上昇させる。ステップPS3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:ブロック下降/吸着解除)
制御部8はブロック部13a1の各ブロックA1~A4がドームプレート13a2の表面と同一平面を形成するようにし、ドームプレート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23を用いて説明する。図23は図10のダイボンダを用いた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・基板搬入工程)
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:ピックアップ工程)
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:ボンディング工程)
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:基板搬出工程)
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。
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、実施例では多軸突上げを例に説明したが、1軸突上げであってもよい。
また、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、実施例ではブロックでダイを突き上げる例を説明したが、ピンでダイを突き上げてもよい。
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、実施例ではトルク値の測定および異常判断は、ウェハごとに最初にピックアップするダイのみに対して行う例を説明したが、ピックアップする各ダイ毎に行うようにしてもよい。これにより、ウェハからダイを個片化するダイシング時の影響による異常等も確認することができる。
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。
8:制御部
10:ダイボンダ(ダイボンディング装置)
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
D:ダイ
M1~M4:モータ

Claims (18)

  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を制御するよう構成される制御部と、
    を備え、
    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に動作する複数の駆動軸と、前記複数の駆動軸に対応する複数のモータと、を備え、
    前記制御部は前記モータ毎にトルク値を測定することにより前記ダイの剥離力を測定するよう構成されるダイボンディング装置。
  2. 請求項1のダイボンディング装置において、
    前記モータはACサーボモータであり、
    前記突上げユニットのモータは、さらに、前記モータの回転角速度を検出するエンコーダと、前記モータの電流を得る電流センサと、を備え、
    前記制御部は、前記突上げユニットを前記ダイシングテープから離した無負荷状態で、突上げ動作時のシーケンスに従って前記複数のブロックを前記モータにより作動させると共に、前記エンコーダにより検出される前記モータの回転角度毎に、前記電流センサにより検出される電流に基づいて前記複数のブロックの作動における無負荷トルク値を算出するよう構成されるダイボンディング装置。
  3. 請求項2のダイボンディング装置において、
    前記制御部は、前記突上げユニットを前記ダイシングテープと接触した有負荷状態で、突上げ動作時のシーケンスに従って前記複数のブロックを前記モータにより作動させると共に、前記エンコーダにより検出される前記モータの回転角度毎に、前記電流センサにより検出される電流に基づいて前記複数のブロックの作動における有負荷トルク値を算出し、
    前記有負荷トルク値および前記無負荷トルク値に基づいて前記トルク値を測定するよう構成されるダイボンディング装置。
  4. 請求項1から3の何れか一つのダイボンディング装置において、
    前記制御部は前記測定したトルク値と予め記録されたトルク値と比較して異常があるかどうかを判定するよう構成されるダイボンディング装置。
  5. 請求項3のダイボンディング装置において、
    前記制御部は、前記有負荷トルク値から事前に測定した前記無負荷トルク値を差し引くことにより前記剥離力を測定するよう構成されるダイボンディング装置。
  6. 請求項1のダイボンディング装置において、
    さらに、前記ダイシングテープを介して前記ダイを撮像する撮像装置を備え、
    前記制御部は、
    オフラインにて、前記ブロックにより前記ダイを突き上げて測定したトルク値によるダイの剥離力と、オフラインにて、前記突上げられたダイの裏面を前記撮像装置により撮像して測定したダイの剥離状態と、を測定時の突上げ条件、ダイサイズおよびダイ厚を含むパラメータと共に、データセットとしてデータベースに蓄積し、
    前記剥離力、前記剥離状態および前記パラメータを機械学習により、モデル化して機械学習モデルを生成し、
    前記機械学習モデルに、ダイの剥離力と、突上げ条件、ダイサイズおよびダイ厚を含むパラメータと、を与えてダイの剥離状態を取得し、
    前記取得した剥離状態に基づいて突上げ条件を算出するよう構成されるダイボンディング装置。
  7. 請求項6のダイボンディング装置において、
    前記突上げ条件は、突上げ条件のパラメータ下限から上限内で考えられる全ての組み合わせにおける剥離状態を取得して、一番ピックアップ時間が短くなる組み合わせを、総当たりで検討する方法または進化的アルゴリズムにより算出するよう構成されるダイボンディング装置。
  8. 請求項7のダイボンディング装置において、
    突上げ条件は前記ブロックの突上げ高さおよび突上げ速度であるダイボンディング装置。
  9. 請求項1のダイボンディング装置において、
    前記制御部は前記測定したトルク値に基づいて前記ブロックの突上げ条件を変更するよう構成されるダイボンディング装置。
  10. 請求項9のダイボンディング装置において、
    前記突上げ条件は、前記ブロックの突上げ速度および突上げ高さであるダイボンディング装置。
  11. 請求項1のダイボンディング装置において、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ダイボンディング装置。
  12. 請求項11のダイボンディング装置において、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、
    を備えるダイボンディング装置。
  13. (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、前記突上げユニットを制御するよう構成される制御部と、を備え、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に動作する複数の駆動軸と、前記複数の駆動軸に対応する複数のモータと、を備えるダイボンディング装置に、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)前記突き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、前記モータ毎にトルクを測定することにより前記ダイの剥離力を測定する半導体装置の製造方法。
  14. 請求項13の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程は、前記測定したトルク値と予め記録されたトルク値と比較して異常があるかどうかを判定す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、前記ブロックが前記ダイシングテープと接触した状態でのトルクの測定値から事前に測定した前記ブロックが前記ダイシングテープと接触していない状態でのトルクの測定値を差し引くことにより前記剥離力を測定する半導体装置の製造方法。
  16. 請求項13の半導体装置の製造方法において、
    前記(b)工程は、前記測定したトルク値に基づいて前記ブロックの突上げ条件を変更する半導体装置の製造方法。
  17. 請求項13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。
  18. 請求項16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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