JPH05277977A - 半導体チップのピックアップ装置およびピックアップ方法 - Google Patents

半導体チップのピックアップ装置およびピックアップ方法

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JPH05277977A
JPH05277977A JP15043892A JP15043892A JPH05277977A JP H05277977 A JPH05277977 A JP H05277977A JP 15043892 A JP15043892 A JP 15043892A JP 15043892 A JP15043892 A JP 15043892A JP H05277977 A JPH05277977 A JP H05277977A
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JP
Japan
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chip
pickup device
pick
inner space
gas
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JP15043892A
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English (en)
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Ali R Safabakhsh
アリ、レザ、サファバクシュ
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Kulicke and Soffa Investments Inc
Original Assignee
Kulicke and Soffa Investments Inc
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Publication date
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    • H01L21/67—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere
    • H01L21/683—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping
    • H01L21/6838—Apparatus specially adapted for handling semiconductor or electric solid state devices during manufacture or treatment thereof; Apparatus specially adapted for handling wafers during manufacture or treatment of semiconductor or electric solid state devices or components ; Apparatus not specifically provided for elsewhere for supporting or gripping with gripping and holding devices using a vacuum; Bernoulli devices
    • H—ELECTRICITY
    • H05—ELECTRIC TECHNIQUES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • H05K—PRINTED CIRCUITS; CASINGS OR CONSTRUCTIONAL DETAILS OF ELECTRIC APPARATUS; MANUFACTURE OF ASSEMBLAGES OF ELECTRICAL COMPONENTS
    • H05K13/00—Apparatus or processes specially adapted for manufacturing or adjusting assemblages of electric components
    • H05K13/04—Mounting of components, e.g. of leadless components
    • H05K13/0404—Pick-and-place heads or apparatus, e.g. with jaws
    • H05K13/0408—Incorporating a pick-up tool
    • H05K13/0409—Sucking devices

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 チップの機能面と接触することなくピックア
ップし、ポンディングを行なうに充分な力をチップに作
用させ得る非接触ピックアップ装置ないしピックアップ
ヘッドを提供する。 【構成】 チップボンダーと連結するようになされてい
る上方本体部分１７と、チップ２７をピックアップする
ための作用面１９を有し、かつボンディング作業の間ボ
ンディング作用力を附与する下方端部分１８とを具備
し、チップの機能面との物理的接触を回避し得るように
チップ２７をピックアップする。また作用面１９とチッ
プ２７機能面の間に形成される外方空間域２１および内
方空間域２４の境界に形成された隆起部２６を有し、外
方空間域２１に加圧気体を供給すると共に上記内方空間
域２４に部分的減圧をもたらす手段が設けられ、作用面
隆起部２６を越えた気体が上記内方空間域２４における
部分減圧に吸引される。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【技術分野】本発明は例えば半導体チップのような目的
物を、その機能面と接触しないようにピックアップし得
るピックアップ装置に関するものであって、さらに具体
的には従来の真空ピックアップ装置に比し、さらに大き
い間隔を置いて極めて大きなピックアップ作用力をもた
らす装置及びピックアップ方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】これまでの半導体チップをピックアップ
する装置は、真空源に接続された単純なパイプから構成
されていた。このようなピックアップ装置は、半導体デ
バイス表面の機能面と係合するので、チップボンディン
グの過程で損傷をもたらすおそれがあった。この問題の
解決方法は、ピックアップ装置の先端を硬質プラスチッ
クで構成することによりチップ機能面に擦傷などをもた
らさないようにすることであり、他の解決法はチップの
機能面ではなく、縁辺のみを把持することであった。こ
のような把持ピックアップ装置は、米国特許３４５８１
０２号、同３６８６２２９号および同４９９００５１号
明細書に記載されている。
【０００３】このような従来技術によるピックアップ装
置は、集積回路デバイスを効率的に製造し、包装するた
めに使用されている。しかしながら、最近の大型集積回
路デバイスは、１辺が１．５インチを越え、しかも厚さ
が１２ミル以下の基板上に形成されねばならない。チッ
プの厚さが極めて薄く、しかもチップの面積を著しく大
きくする必要があるとすれば、従来の装置でチップをピ
ックアップし、ボンディング操作する場合、チップの縁
辺あるいはその機能面に著しい応力がもたらされること
は必至である。
【０００４】そこで脆いチップの縁辺ないし機能面と接
触することなくピックアップし、しかもボンディングを
行なうに充分な力をチップに作用させ得る非接触ピック
アップ装置ないしそのためのピックアップヘッドを提供
することがこの技術分野において切望されている。
【０００５】
【発明の要約】チップの機能面に物理的に接触すること
なく、チップをピックアップするためのヘッドないし装
置を提供するのが本発明の基本的目的である。
【０００６】チップボンディングを行なう前に、あらか
じめ接着層から選択されたチップをピックアップし得る
新規なチップのピックアップヘッドないし装置を提供す
ることが他の重要な目的である。
【０００７】またチップの表面ないし側面に接触するこ
となくチップをピックアップする装置を提供することが
本発明の他の目的である。
【０００８】また基板に対してチップをボンディング
し、チップに接触することなくその機能面に圧力を及ぼ
し得るピックアップ装置を提供するのが本発明の他の目
的である。
【０００９】さらにチップと接触することなく、チップ
をピックアップ装置の中央部分に配置し得るピックアッ
プ装置を提供することが本発明の他の目的である。
【００１０】さらに真空発生源を設ける必要なく、圧搾
空気の供給により操作し得る新規のピックアップ装置を
提供することが本発明の目的である。
【００１１】さらにまた従来技術によるピックアップ装
置を使用することなく、この場合よりも大きな間隔を置
いて、チップポケットないしチップ支持体からチップを
ピックアップし得る装置を提供することが本発明の他の
目的である。
【００１２】上述した、またその他の本発明の目的を達
成するために、本発明による新規なピックアップ装置
は、チップボンダーの保持体に連結するようになされた
上方本体部分を有する。このピックアップ装置の下方部
分には、その周辺に配置された複数個の突起部材が設け
られ、チップをこれら突起部材の内部に定置する。この
本体下方部分はピックアップ作用面を有し、これにはそ
の作用面に設けられた外方空間域、内方空間域およびこ
れら両域間を区分する隆起部が設けられる。圧搾空気供
給源が上記下方部分に連通し、外方空間域に圧搾空気が
供給される。外方空間域に供給された空気の一部分は、
半径方向外方に変向されて、ピックアップされるべきチ
ップの下方に空気クッションを形成する。また外方空間
域に供給された空気の一部分は、半径方向内方に変向さ
れて、上記隆起部を越え、内方空間域に進入し、上記隆
起部に支承空気膜を形成し、かつ内方空間域に部分部減
圧ピックアップ作用力をもたらす。
【００１３】
【発明の構成】以下に添付図面に示される本発明実施例
につき本発明をさらに具体的に説明するが、その理解を
容易にするため、本発明が適用される従来技術を図６に
ついて説明する。図６はウエーハ１２の裏面１１を研磨
するための従来技術による真空テーブル１０を示す概略
図である。半導体ウエーハを製造する過程において、望
ましい最終厚さより厚い状態でウエーハ１２を処理する
ことがしばしば必要となる。このウエーハ１２の処理
後、これは表面を下にして真空テーブル１０上に置かれ
る。真空テーブルはウエーハをチップ単位に切断する前
にテーブル１０とウエーハ１２の機能面１４の間に支持
用空気膜を形成するための圧搾空気源１３を有する。研
磨輪１５がウエーハ１２の表の機能面１４に平行な面か
ら逸脱する裏面を研削して、さらに薄いウエーハ１２と
するために、ウエーハ裏面１１に接するように略図的に
示されている。
【００１４】これに対して本発明によるピックアップ装
置が拡大尺一部断面正面図として図１に示されている。
この本発明装置１６は、チップボンダーのボンドヘッド
内に嵌入するようになされた上方本体部分１７と、作用
面１９を有する下方部分１８とを有する。この作用面１
９は外方空間域２１を有し、これは圧搾空気供給源に接
続されたマニホルド、すなわち多岐管２３に通ずる複数
の導管２２に連通している。このマニホルド２３が、本
体下方部分１８の周囲にわたって延びており、作用面１
９の周囲にわたって外方高圧部分２１が延びていること
は図面から明らかである。作用面１９にはさらに内方空
間域２４が設けられており、これは減圧装置（図示せ
ず）に至る導管ないし通路２５に連通している。本発明
の図２に示されるこの実施例では、外方空間域２１に流
入した空気流は、環状隆起部２６を越えて内方空間域２
４に進入し、ここから通路２５を経て排出される。
【００１５】外方空間域２１内の圧搾空気は、また装置
周縁から外気中に排出され、チップ２７の外周縁を支承
する空気クッションを形成する。さらに外方空間域２１
から内方高圧部分２４に空気が進入する際に環状隆起部
面２６に空気膜が形成され、チップ２７の機能面が本発
明ピックアップ装置の作用面１９に接触するのを阻止す
る薄い空気膜を形成する。内方空間域２４には部分的減
圧が常態的に形成され、これによりチップ２７をピック
アップし、これを保持する力を形成する。
【００１６】図示の実施例においては、切断されたウエ
ーハが載置されているプラスチック支持層体２９上の接
着剤層２８から、チップ２７がピックアップされる。チ
ップ放出装置３１の詳細な説明は本出願人の米国特許４
９９００５７号明細書に示されており、またこれ自体は
本発明と発明的には直接関係がないので、ここに詳述す
ることは不必要と考える。従って、ここではチップ放出
杆状体３２は、外方機枠３４が減圧装置３５によりチッ
プ放出カラー３３に対して垂直下方に移動せしめられた
とき、チップ放出装置外方面３６はプラスチック支持層
体２９をチップ放出カラー３３を越えて下方に引張り、
このチップ放出カラー３３により支持層体２９上の接着
剤層２８から引離されたチップ２７を押上げている状態
で図示されている旨を説明するに止める。図２に示され
る本発明の好ましい実施態様において、チップ放出装置
３１は本発明ピックアップ装置１６に対して相対的に運
動し、前回ピックアップされたチップ２７′は破線で示
され、次にピックアップされるべきチップ２７″はピッ
クアップ前の位置に待機している。
【００１７】次に本発明ピックアップ装置１６の作用面
１９の底面を示す図２において、この作用面１９の周縁
には、複数個の突起部材３７が設けられている。本装置
下方部分１８には複数の通路２２がドリルで穿孔されて
おり、前述のマニホルド２３（図２）と連通している。
【００１８】これら通路２２を経て外方空間域２１に進
入する空気が、ここから全周半径方向外方に指向される
ことが、両図面を参照して理解され得る。この空気流の
一部は突起部材３７に衝突して、チップ２７の縁辺と突
起部材３７の間に空気層を形成する。導管２２を経て大
量の空気が空間域２１に進入し、さらに隆起部２６を越
えて、減圧導管２５に進入する前に内方高圧部分２４に
進入する際に、環状隆起部２６の全周面に薄い支持空気
膜を形成する。これによりチップ２７は、本発明ピック
アップ装置１６の作用面１９ないし環状隆起部２６と接
触することなく、複数の周辺突起部材３７内に環状隆起
部２６と同心的に正確に保持される。
【００１９】次に多少相違する実施態様のピックアップ
装置を示す拡大尺縦断面図３を参照して説明する。これ
も圧搾空気流から真空ピックアップ作用力を形成する。
導管４２、４３において示されるように半径方向外方に
向けて空気流４１を案内する導管３９を有するピックア
ップ装置３８が示されている。空気流４１は循環板４５
に穿設された溝孔４４を通過する際に、内方空間域４６
内に真空状態を形成する。半径方向外方に指向された空
気流４１は、減圧状態で外方空間域４７に進入し、隆起
部４８を越えて内方空間域４６内に進入して、この環状
隆起部４８の面上に支持作用空気膜を形成する。このよ
うにして、外方空間域４７に進入した空気は内方空間域
４６を通過し、この部分と導管４２、４３を接続する減
圧溝孔４４を経て循環せしめられる。
【００２０】循環板ないし循環円錐状体４５は、連続層
空気流をもたらすように空気流４１を偏向するに適当な
入口形状とインクルーデッドアングル、すなわち総合角
度とを有する。循環板４５のテーパ角度が大きすぎる
と、空気流は溝孔４４を通過する際に乱流となり、有効
減圧域の大部分を破壊する。循環円錐状体４５のテーパ
角度は、９０°から１２０°の間で調節して、適当な層
流を維持し得ることが見出された。この両限度から脱れ
ると溝孔４４内の減圧は消失する。
【００２１】循環円錐状体４５は、ピックアップ装置３
８の本体下方部分と別個に切離して製造され、両部分を
連結ピン４９で連結し、この組立て作業の時点で共軸的
導管４２、４３を構成した。
【００２２】次にこの図３のチップピックアップ装置３
８の作用面底面を示す図４を参照して説明を続ける。こ
の実施例では、各周辺に１個ずつの突起部材５１が、外
方空間域４７に最も近い部分に形成される。これにより
環状導管４２、４３から排出される空気は、全半径方向
に向けて運動し、各突起部５１に衝突してチップ２７を
突起部材５７から離れた中心位置に保持する。外方空間
域４７からの空気は、また環状隆起部４８を越えて、円
錐状循環板内の減圧溝孔４４を通過する前に、内方空間
域４６に進入する。４本の連結ピン４９は内方空間域４
６の最外方位置で相互に９０°の角度を置いて設けられ
る。既に説明したように図３および４に示される実施例
のピックアップ装置は、導管３９における唯１個の圧搾
空気供給源のみで、内方高圧部分４６に減圧帯域を形成
し得るので、この部分４６内におけるピックアップ作用
力は、導管４２、４３の開度および／あるいは空気流４
１の圧力を変更する必要なく、簡単に調節され得る利点
がある。
【００２３】好ましい操作態様において、導管３９にお
ける空気圧は広範囲にわたり調節され得る。外方空間域
４７に進入する空気の大部分は、半径方向外方に流れ、
チップ２７と部分４７の平行両面間を通過して、チップ
周面２７Ｐに沿って排出される際にベルヌーイ効果を生
起させる。外方空間域４７における空気のわずかな部分
が、半径方向内方に向って流れる際に環状隆起部４８を
越えて均斉な低度のベルヌーイ効果による吸引力を生起
させる。チップ２７に及ぼされる主な保持力は、吸気効
果により生起され、これにより内方空間域４６内に供給
空気圧力を広範囲にわたり自動制御する高真空がもたら
される。供給空気圧が増大すると、外方空間域における
静圧および支持空気クッションの強さも増大する。ま
た、隆起部４８を越える空気流量も増大するが、内方空
間域４６内の真空度も大きくなる。すなわち、保持力、
分離間隔およびボンディング空気クッション（ボンディ
ング作用力クッション）は、すべて供給空気圧力の広い
範囲にわたる空気圧力と共に増大する。
【００２４】次に小さい目的物をピックアップする改変
形ピックアップ装置５０を略図的に示す図５について説
明する。複数個の真空開口５３を有する機枠５２が略図
的に示されている。これら真空開口５３は真空ポンプ５
５を具備する真空室５４に接続されている。真空ポンプ
５５の出口５６は、図示の通り圧搾空気供給源５７に接
続されており、これは圧力放出開口５９に連通してい
る。表面６１は硬い床面でも弾性じゅうたん表面でもよ
い。いずれにせよ、圧搾空気供給源５７は各開口下方に
空気膜を形成し、上記表面の掃除作用をもたらす。これ
により表面６１における塵埃は真空開口５３に吸引さ
れ、真空室５４に返還される。図５に関して上述した装
置において、真空ポンプ５５および真空室５４は、実際
のピックアップ装置５０から若干の距離を置いて設置さ
れる。なおこのピックアップ装置は、半導体チップのよ
うな脆い目的物をピックアップするためのものであっ
て、これら目的物を搬送する役割を果たす。
【００２５】図１から４に示された本発明ピックアップ
装置は、当然のことながら著しく拡大されて図示されて
いる。
【図面の簡単な説明】
【図１】接着剤層からチップを押上げる装置と共にこれ
からチップをピックアップするための本発明による装置
の、実物大より著しく拡大して示す断面立面図である。
【図２】図１の３−３線による本発明ピックアップ装置
作用面の裏面図である。
【図３】圧搾空気流から真空ピックアップ作用力をもた
らす、改変実施例によるピックアップ装置の拡大尺断面
立面図である。
【図４】同上装置の作用面を示す裏面図である。
【図５】装置支承面からチップなどをピックアップする
ための改変ピックアップ装置の改変例を示すダイアグラ
ムである。
【図６】本発明が適用される従来技術による真空テーブ
ルを示す概略図である。
【符号の説明】
１０…真空テーブル １２…ウエーハ １３…圧搾空気供給源 １５…（ウエーハ）研磨輪 １６…本発明ピックアップ装置 １９…（装置）作用面 ２１…外方空間域 ２２…（圧搾空気）導管 ２３…マニホルド ２４…内方空間域 ２６…（環状）隆起部 ２７…チップ ２８…接着剤層 ２９…伸張可能のプラスチック支持層体 ３１…チップ放出装置 ３２…チップ放出杆状体 ３３…チップ放出カラー ３５…減圧装置 ３７…突起部材 ３８…第２実施例ピックアップ装置 ４５…循環板（円錐状体） ４６…内方空間域 ４７…外方空間域 ４８…環状隆起部 ４９…連結ピン ５０…改変形ピックアップ装置 ５１…突起部材 ５２…（その）機枠 ５３…真空開口 ５５…真空ポンプ ５７…圧搾空気供給源 ５９…圧力放出開口

Claims (12)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 チップボンダーと連結するようになされ
    ている上方本体部分と、半導体チップをピックアップす
    るための作用面を有し、かつボンディング作業の間ボン
    ディング作用力を附与する下方端部分とを具備し、チッ
    プの機能面との物理的接触を回避し得るように基板に対
    するボンディング処理に附されるべきチップをピックア
    ップする装置であって、 このピックアップ装置の上記作用面がほぼ平坦になされ
    ており、かつこの作用面とチップ機能面の間に形成され
    る外方空間域および内方空間域の境界に形成された隆起
    部を有し、 上記外方空間域に加圧気体を供給すると共に上記内方空
    間域に部分的減圧をもたらす手段が設けられ、 上記加圧気体の一部分が半径方向外方に変向されてチッ
    プ周縁を通過し、これによりチップをピックアップ装置
    作用面から引離なす第１の気体クッションをもたらし、 上記加圧気体の他の部分が変向されて上記隆起部を越え
    ることによりチップをピックアップ作用面から引離なす
    第２の気体クッションをもたらし、 上記隆起部を越えた気体が上記内方空間域における部分
    減圧に吸引されることを特徴とするピックアップ装置。
  2. 【請求項２】 請求項（１）によるピックアップ装置で
    あって、加圧気体を上記外方空間域に供給する上記手段
    が、ピックアップ装置下方端部分を経て外方空間域に連
    通する第１の空気導通路を有することを特徴とする装
    置。
  3. 【請求項３】 請求項（２）によるピックアップ装置で
    あって、上記内方空間域に部分的減圧をもたらす手段
    が、内方空間域に連通する上記ピックアップ装置に第２
    の空気導通路を有することを特徴とする装置。
  4. 【請求項４】 請求項（３）によるピックアップ装置で
    あって、上記第１および第２空気導通路が相連通してい
    ることを特徴とする装置。
  5. 【請求項５】 請求項（４）によるピックアップ装置で
    あって、上記の内方空間域に部分的減圧をもたらす手段
    が、第１空気導通路に在る空気流の吸引作用により部分
    的減圧をもたらすために、ピックアップ装置作用面にお
    いて環状円錐状体を有することを特徴とする装置。
  6. 【請求項６】 請求項（１）によるピックアップ装置で
    あって、外方空間域から半径方向外方に変向される圧力
    気体の流路に、ピックアップ装置作用面の周縁に配置さ
    れた複数個の突起部材が設けられていることを特徴とす
    る装置。
  7. 【請求項７】 半導体チップを装置作用面と接触しない
    ようにピックアップする方法であって、 ピックアップされるべきチップ上方に、隆起部により隔
    てられた内方空間域と外方空間域を有する装置作用面を
    同心的に揃える工程、 チップ外周縁上に置かれたピックアップ装置の外方空間
    域に加圧気体を供給して、チップをピックアップ装置か
    ら隔てる正圧クッション層を形成させる工程、 外方空間域における加圧気体の一部分を、上記隆起部を
    越えて内方空間域に向かわせて、隆起部上に保護気体層
    を形成される工程、 上記内方空間域における気体の一部分を、部分的減圧が
    生起するように上記加圧気体供給源に再循環させる工
    程、 上記部分的減圧をチップ中心部分上方に位置せしめられ
    た内方空間域にもたらし、チップをピックアップ装置か
    ら離れた状態に維持する工程を包含し、チップ機能面に
    生じ得る損傷を回避し得る方法。
  8. 【請求項８】 請求項（７）による方法であって、外方
    空間域に加圧気体を供給し、これをチップ外周縁に沿っ
    て流動させることにより、チップをピックアップ装置と
    同心的に保持する方法。
  9. 【請求項９】 請求項（７）による方法であって、ピッ
    クアップ装置中心部分において上記部分的減圧を孔隙を
    経てもたらす方法。
  10. 【請求項１０】 請求項（７）による方法であって、外
    方空間域における気体の圧力を調節して正圧クッション
    層の厚さを増減する工程を包含する方法。
  11. 【請求項１１】 請求項（１０）による方法であって、
    気体の圧力を調節する工程が、この圧力を増大させて、
    上記クッション層の厚さを増大させ、かつ内方空間域の
    上記部分的減圧を増大させることを包含する方法。
  12. 【請求項１２】 請求項（７）による方法であって、さ
    らに上記半導体チップを、上記加圧気体の一部を突起部
    材に向けて変向させ、チップ周縁において空気クッショ
    ンを形成することにより、ピックアップ装置の中央部分
    に定置する工程を包含する方法。
JP15043892A 1991-06-17 1992-06-10 半導体チップのピックアップ装置およびピックアップ方法 Pending JPH05277977A (ja)

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