TWI524407B - A grain bonding apparatus, a grain picking apparatus, and a grain picking method - Google Patents

A grain bonding apparatus, a grain picking apparatus, and a grain picking method Download PDF

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Description

晶粒接合裝置、晶粒拾取裝置及晶粒拾取方法
本發明係關於將晶粒(半導體晶片)搭載於基板上用之晶粒接合裝置，特別是關於拾取晶粒的晶粒拾取裝置及晶粒拾取方法。
一般在將被稱為晶粒之半導體晶片搭載於例如配線基板、引線框等(以下總稱為基板)的表面之晶粒接合裝置，通常反覆進行以下動作(作業)，亦即用夾套等的吸附噴嘴，將晶粒搬送至基板上，賦予按壓力並且將接合材予以加熱，藉此進行接合者。
在藉由晶粒接合裝置所進行的晶粒接合製程中，具有將從晶圓分割的晶粒剝離之剝離製程。在剝離製程，從切割膠帶裏面，藉由頂起單元將晶粒頂起，自保持於晶粒拾取裝置的切割膠帶予以1個個地剝離，再使用夾套等的吸附噴嘴(吸附治具)搬送至基板上。例如若依據專利文獻1，黏貼於切割膠帶之複數個晶粒中，將剝離對象的晶粒頂起而從切割膠帶剝離之際，將晶粒的周邊部中之預定部的切割膠帶頂起而形成剝離起點，然後，將預定 部以外部分的切割膠帶頂起而將晶粒從切割膠帶剝離。
[先行技術文獻] [專利文獻]
[專利文獻1]日本特開2012-4393號公報
近年，為了推廣半導體裝置的高密度安裝之目的，封包的薄型化持續進行中。尤其是在記憶卡的配線基板上三次元地安裝複數片晶粒之層積封包被實用化。在組裝這種層積封包之際，為了防止封包厚度的增加，被要求將晶粒的厚度作成至10μm左右。但，以往以來，頂起單元為金屬等的固體。例如在初期的頂起單元，為了刺破切割膠帶而頂起晶粒，頂起單元之與晶粒接觸的前端部分，多數係金屬等的固體且前端尖銳之針。又，為了減少晶粒的破損產生，前端部分設置複數個針，近年逐漸採用前端部分成為複數個陀螺狀的零件，進一步階段性將晶粒頂起，用以減少晶粒的破損。例如專利文獻1，在將切割膠帶頂起而將晶粒從切割膠帶剝離之情況，由於進行利用固體之頂起，使得在黏貼於切割膠帶之複數個晶粒中，將剝離對象的晶粒頂起而從切割膠帶剝離之際，將晶粒的周邊部中之預定部的切割膠帶頂起而形成剝離起點，然後， 將預定部以外部分的切割膠帶頂起而將晶粒從切割膠帶剝離。
在前述頂起單元，由於藉由固體的構造物頂起晶粒，故，依據晶粒的厚度、大小(晶片(chip)尺寸：晶粒的尺寸)、切割膠帶與晶粒的接著強度等之條件，對晶粒施加多餘的力之可能性。其結果，因頂起會產生晶粒的破損(缺損、龜裂等)。本發明係有鑑於上述問題而開發完成之發明，其目的係在於提供晶粒的破損少之晶粒拾取方法及可確實地進行晶粒接合且可靠性高之晶粒接合裝置。
為了達到前述目的，本發明的晶粒接合裝置係由用來搬送基板的工件供給搬送部、將晶粒接合於搬送來的前述基板之接合部、用來供給具有前述晶粒的晶圓之晶圓供給部、及用來控制各機械的控制部所構成，其第1特徵為，前述晶圓供給部係具有為了前述晶粒從切割膠帶剝離而從切割膠帶的下方予以頂起之頂起單元，前述頂起單元係具有：將前述切割膠帶真空吸附之吸附孔部、由封入有流體或粉體的彈性體所構成且用來將前述切割膠帶頂起之頂起部、對前述頂起部施加壓力之壓缸、及藉由前述控制部的控制，用來供給變更前述壓缸內的壓力之氣體的氣體供給手段。
在前述本發明的第1特徵之晶粒接合裝置， 其中，前述頂起部係設在前述壓缸的內部，因應前述壓缸的壓力，前述彈性體變形，將前述晶粒從前述切割膠帶剝離為其第2特徵。
為了達到前述目的，本發明的晶粒拾取裝置，其第3特徵為具有：具有預定的真空度之真空室；為了將切割膠帶予以真空吸附而具備有與前述真空室連接的複數個吸附孔的吸附孔部；由封入有流體或粉體彈性體所構成且從下方將前述切割膠帶頂起之頂起部；對前述頂起部施加壓力的壓缸；及供給用來變更前述壓缸內的壓力的氣體之氣體供給手段。
在前述本發明的第3特徵之晶粒拾取裝置，其中，前述頂起部係設在前述壓缸的內部，因應前述壓缸的壓力，上面與下面朝上方向變形，將晶圓的晶粒從前述切割膠帶剝離為其第4特徵。
為了達到前述目的，本發明的第5特徵之晶粒拾取方法，其特徵為具備頂起單元，該頂起單元具有：預定的真空度之真空室；為了將切割膠帶予以真空吸附而具備與前述真空室連接的複數個吸附孔之吸附孔部；由封入有流體或粉體的彈性體所構成且從下方將前述切割膠帶頂起的頂起部；對前述頂起部施加壓力的壓缸；及供給用來變更前述壓缸內的壓力的氣體之氣體供給手段，將前述頂起部及吸附噴嘴的中心與貼附於前述切割膠帶上進行拾取之晶圓上的晶粒的中心進行對位，使前述頂起單元上升，通過前述複數個吸附孔，使前述吸附孔部的上面部與前 述切割膠帶密接，提升前述壓缸內的氣體壓力，藉此使前述壓缸內的前述頂起部的上面朝上方頂起，將前述切割膠帶及前述晶粒朝上方頂起，再使前述壓缸內的氣體壓力下降而使前述頂起部的上面凹陷，讓前述晶粒與前述切割膠帶剝離。
若依據本發明，能夠達到晶粒的破損少之晶粒拾取裝置及晶粒拾取方法，並可達到可確實地進行晶粒接合且可靠性高之晶粒接合裝置。又，由於晶粒破損少，故能夠達到減少生產成本。
1‧‧‧晶圓供給部
2‧‧‧工件供給搬送部
3‧‧‧晶粒接合部
4‧‧‧晶粒(晶片)
10‧‧‧晶粒接合裝置
11‧‧‧晶圓匣盒昇降機
12‧‧‧晶粒拾取裝置
14‧‧‧晶圓環
15‧‧‧擴充環
16‧‧‧切割膠帶
17‧‧‧支承環
21‧‧‧堆疊裝載機
22‧‧‧框架進料器
23‧‧‧卸載機
31‧‧‧預成形部
32‧‧‧接合頭部
41-1、41-2、41-3‧‧‧針
42‧‧‧頂起塊本體
43‧‧‧真空室
44‧‧‧驅動軸
45‧‧‧驅動部
46‧‧‧吸附孔部
48‧‧‧吸附噴嘴
50‧‧‧頂起單元
52‧‧‧頂起部
53‧‧‧壓缸
54‧‧‧管
56‧‧‧吸附孔部
57、58‧‧‧隔膜
80‧‧‧控制部
450‧‧‧頂起單元
440‧‧‧虛線圓
圖1係從上方觀看本發明的一實施形態之晶粒接合裝置的概念圖。
圖2係顯示本發明的一實施形態之晶粒拾取裝置的外觀斜視圖之圖。
圖3係顯示本發明的一實施形態之晶粒拾取裝置的主要部分之概略斷面圖。
圖4A係用來說明晶粒拾取裝置之以往的頂起單元的示意斷面圖。
圖4B係用來說明晶粒拾取裝置之以往的頂起單元的示意斷面圖。
圖4C係用來說明晶粒拾取裝置之以往的頂起單元的示意斷面圖。
圖4D係放大顯示圖4B的一部分之圖。
圖5A係用來說明本發明的晶粒接合裝置之晶粒拾取裝置的頂起單元之一實施例的示意斷面圖。
圖5B係用來說明本發明的晶粒接合裝置之晶粒拾取裝置的頂起單元之一實施例的示意斷面圖。
圖5C係用來說明本發明的晶粒接合裝置之晶粒拾取裝置的頂起單元之一實施例的示意斷面圖。
以下，使用圖面等說明關於本發明的第一實施形態。
再者，以下的說明僅為用來說明本發明的一實施形態者，並非用來限定本發明的範圍。因此，若為熟習該項技術者，能夠採用將這些各要件或全要件置換成均等要件，該等實施形態亦含於本發明的範圍內。又，在本說明書中，在各圖的說明，針對具有共通機能的構造要件賦予相同的參考符號並省略其說明。
圖1係從上方觀看本發明的一實施形態之晶粒接合裝置10的概念圖。晶粒接合裝置10大致具有晶圓供給部1；工件供給搬送部2及晶粒接合部3。
工件供給搬送部2係具有堆疊裝載機21、框架進料器22及卸載機23。藉由堆疊裝載機21供給至框 架進料器22之工件係經由框架進料器22上的2部位之處理位置搬送至卸載機23。再者，一般工件是以複數個基板所構成，在生產的最終製程附近被分離成一個個的基板。晶粒接合部3係具有預成形部31、及接合頭部32。預成形部31係對藉由框架進料器22所搬送來的工件塗佈晶粒接著劑(接合材)。接合頭部32係從晶粒拾取裝置12將晶粒拾取而上升，讓晶粒平行移動，移動至框架進料器22上的接合點。然後，接合頭部32係使晶粒下降，接合至塗佈有晶粒接著劑的工件上。晶圓供給部1係具有晶圓匣盒昇降機11、及晶粒拾取裝置12。晶圓匣盒昇降機11係具有填充有晶圓環的晶圓匣盒(未圖示)，依次將晶圓環供給至晶粒拾取裝置12。再者，控制部80係與構成晶粒接合裝置10的各機器相互地連結，控制晶粒接合裝置10。
其次，使用圖2及圖3，說明晶粒拾取裝置12的結構。圖2係顯示晶粒拾取裝置12的外觀斜視圖之圖。又，圖3係顯示晶粒拾取裝置12的主要部分之概略斷面圖。如圖2及圖3所示，晶粒拾取裝置12係具有：用來保持晶圓環14之擴充環15；保持於晶圓環14，將接著有複數個晶粒(晶片)4的切割膠帶16水平地定位之支承環17；及配置於支承環17的內側，用來將晶粒4朝上方頂起的頂起單元50。頂起單元50係藉由未圖示的驅動機構，朝上下方向移動，而晶粒拾取裝置12朝水平方向移動。
晶粒拾取裝置12係當頂起晶粒4時，使保持著晶圓環14的擴充環15下降。其結果，保持於晶圓環14之切割膠帶16被拉伸，晶粒4間的間隔擴大，藉由頂起單元50從晶粒下方將晶粒4頂起，藉以提升晶粒4的拾取性。再者，伴隨著薄型化，接著劑從液體狀成為薄膜狀，自晶圓與切割膠帶16之間黏貼有被稱為晶粒附加薄膜18之薄膜狀的接著材料。在具有晶粒附加薄膜18之晶圓，切割是對晶圓與晶粒附加薄膜18進行的。因此，在剝離製程，將晶圓與晶粒附加薄膜18從切割膠帶16予以剝離。再者，在以下的說明，忽視晶粒附加薄膜18的存在，說明剝離製程。
首先，依據圖4A至圖4D，說明關於以往的剝離製程。圖4A至圖4C係用來說明晶粒拾取裝置之以往的頂起單元的示意斷面圖。又，圖4D係放大顯示圖4B的一部分之圖。再者，圖4A至圖4C係顯示固定於擴充環的晶圓之一部分。且，在圖4A至圖4D，紙面上為上方向，紙面下為下方向。
以往的剝離製程，首先，是從圖4A所示的狀態開始進行。亦即，將頂起單元450及吸附噴嘴(參照圖4B的吸附噴嘴48)的中心與黏貼於切割膠帶16之晶圓上的要進行拾取之晶粒4的中心進行對位。在此情況，朝XY(平面)方向移動之構件是晶粒4、頂起單元450或吸附噴嘴中的至少其中一方。在進行圖4A的對位後，頂起單元450上升，從預定的真空度之真空室43通過設在吸 附孔部46之複數個吸附孔，使頂起單元450的吸附孔部46之上面部與切割膠帶16密接。
其次，如圖4B所示，因應藉由驅動部45所引起的驅動軸44的上升，頂起塊本體42上升。藉由頂起塊本體42的上升，設在頂起塊本體42上的針41-1至41-3通過吸附孔部46的吸附孔上升，將切割膠帶16與其上面的晶粒4推起。此時，在晶粒4的上側具有吸附噴嘴48，將晶粒4朝上方向吸附。又，切割膠帶16係自吸附孔部46的吸附孔朝下方吸附。其結果，從針41-1至41-3頂起之部分，切割膠帶16與晶粒4逐漸剝離。
圖4D係放大顯示圖4B的一部分(虛線圓440)之圖。如圖4D所示，晶粒4從與切割膠帶16接觸的針41-3前端附近(箭號P)逐漸地剝離。
又，在圖4C，切割膠帶16與晶粒4完全地剝離，晶粒4被吸附噴嘴48所吸附，朝預定的接合部位移動而進行接合。又，頂起單元450的頂起塊本體42及針41-1至41-3是藉由驅動部45及驅動軸44下降。
如前述圖4A至圖4D般，在以往的剝離製程，將切割膠帶16及晶粒4直接頂起之頂起單元為金屬等的固體，故會有造成晶粒4破損之虞。因此，在本發明，進行如圖5A至圖5C這樣的改良。
依據圖5A至圖5C，說明關於本發明的晶粒拾取方法及晶粒接合裝置的一實施例。圖5A至圖5C係用來說明晶粒拾取裝置之本發明的頂起單元的示意斷面 圖。再者，圖5A至圖5C係顯示固定於擴充環的晶圓之一部分。且，在圖5A至圖5C，紙面上為上方向，紙面下為下方向。
本發明的剝離製程，首先，是從圖5A所示的狀態開始進行。亦即，將頂起單元50(頂起部52)及吸附噴嘴(參照圖5B的吸附噴嘴48)的中心與黏貼於切割膠帶16之晶圓上的要進行拾取之晶粒4的中心進行對位。在此情況，朝XY(平面)方向移動之構件是晶粒4、頂起單元50或吸附噴嘴48中的至少其中一方。在進行圖5A的對位後，使頂起單元50上升，從預定的真空度之真空室43通過設在吸附孔部46之複數個吸附孔，使頂起單元50的吸附孔部56之上面部與切割膠帶16密接。
其次，如圖5B所示，對壓缸53，經從未圖示的泵浦將高壓氣體經由管54供給至該壓缸53。此氣體的流量及壓力是供給成將壓缸53內的頂起部52朝上方頂起。再者，亦可非空氣，而是氮氣等的其他氣體，亦可為油等的油壓用液體。其結果，頂起單元50的頂起部52之上部膨脹，將切割膠帶16及晶粒4朝上方頂起。此時，在晶粒4的上側具有吸附噴嘴48，將晶粒4朝上方向吸附。又，切割膠帶16係自吸附孔部56的吸附孔朝下方吸附。其結果，從頂起部52的膨脹部分，切割膠帶16與晶粒4逐漸剝離。
其次，如圖5C所示，從壓缸53，未圖示的泵浦經由管54將氣體予以減壓。如此，由於壓缸53內的 氣體被減壓，故，頂起部52返回至圖5A的狀態或進一步朝下方被拉引而朝下方凹陷。如此，壓缸53內的氣體之壓力被減壓，使得頂起部52的膨脹部分消失，拉入上側的切割膠帶16，藉此將晶粒4與切割膠帶16加以剝離(圖5C)。又，在圖5C，切割膠帶16與晶粒4完全地剝離，晶粒4被吸附噴嘴48所吸附，朝預定的接合部位移動而進行接合。
以往經由切割膠帶16將晶粒4頂起之頂起構件(例如圖4A至圖4D的針41-1至41-3)為固體，相對於此，圖5A至圖5C的實施例之頂起單元50是使用液體等的流體。亦即，在圖5A至圖5C的實施例之晶粒拾取裝置的頂起單元50中，與切割膠帶16接觸而將晶粒4剝離的頂起構件(頂起部52)為封入有流體之彈性體。頂起部52係分別在切割膠帶16側與管54側配置隔膜57與58，將流體封入於該2個隔膜57與58之間。又，在壓缸53封入有氣體。壓缸部全體係經由下面的隔膜58，隔離成流體用室之上部的頂起部52與氣體用室之下部的壓缸53。又，將頂起部52推起之壓缸53係藉由自管54注入的氣體之壓力與流量的變化加以作動。例如，當對壓缸53注入高壓氣體而壓缸53內的壓力上升時，對在壓缸53內作為活塞之頂起部52施加要將其推起之力量。由於頂起部52之內部的流體被封入於隔膜57與58之間，故，以中央部為頂點，自下方推起而朝上方膨脹(突出)。亦即，因應壓缸53的壓力，下面的膜與上面的膜朝上方向 變形。該構成頂起部52之上面的膜與下面的膜均為隔膜，因應壓力的改變，可如太鼓、鼓膜般伸縮者。該頂起部52之上面的膜(隔膜57)朝上方的膨脹部分將切割膠帶16朝上方頂起。其結果，黏貼於切割膠帶16之晶粒4從切割膠帶16剝離。
在流體為液體或粉體之情況，因液體或粉體的壓縮性較氣體低，所以成為緩衝器，能較容易地控制上面的隔膜57。又，在流體為氣體之情況，可省略下面的隔膜58。在此情況，為了使反應性佳，需要提升所欲施加的氣體之壓力而作成較大氣壓高。這是由於因氣體為壓縮性流體，故不亦將切割膠帶16側的隔膜57控制成預定形狀之故。換言之，這是因為當配管長度變長時，配管體積與下面的隔膜膨脹之體積比變大之故。
在以往的頂起單元之情況，由於為利用針等之固體所進行的頂起，故，依據接觸狀態，施加到切割膠帶及晶粒之壓力分佈變得不連續。因此，容易產生晶粒的破損(缺損、龜裂等)。但，若依據圖5A至圖5C之實施例，由於在頂起時，藉由液體等的流體進行加壓，故，與黏貼有晶粒4之切割膠帶16接觸之接觸部的形狀可自由地變形。其結果，壓力分佈被保持成均等，多餘的力量不易施加到晶粒4，因此，晶粒4不易產生破損。且，在以往，為了配合晶粒的尺寸，需要分別設計及製作進行了精密加工之頂起單元，但，在本發明，由於為流體之接觸，故不需要配合晶粒的尺寸而每次準備頂起單元。且，即 使晶粒的尺寸改變，也因更換頂起單元之需求變少，所以，能夠節約變更機種時之程序改變時間。再者，晶粒之差異亦可藉由時間性地控制供給至壓缸之氣體的流量與壓力來因應。
再者，在以上所述的實施例，頂起部52內的流體例如為水。又，亦可非流體而是粉體。且，在前述的實施例，頂起部與壓缸分別以1個所構成。但，亦可為具備複數個壓缸，對各自的壓缸注入相同或複數種高壓氣體之結構。又亦可為在各自的壓缸內具有複數個頂起部之結構。
4‧‧‧晶粒(晶片)
16‧‧‧切割膠帶
43‧‧‧真空室
48‧‧‧吸附噴嘴
50‧‧‧頂起單元
52‧‧‧頂起部
53‧‧‧壓缸
54‧‧‧管
56‧‧‧吸附孔部
57、58‧‧‧隔膜

Claims (5)

  1. 一種晶粒接合裝置，係由搬送基板的工件供給搬送部、將晶粒接合於搬送來的前述基板之接合部、供給具有前述晶粒的晶圓之晶圓供給部、及控制各機器的控制部所構成，其特徵為：前述晶圓供給部係具有為了將前述晶粒從切割膠帶剝離而從切割膠帶的下方予以頂起之頂起單元，前述頂起單元係具有：將前述切割膠帶予以真空吸附之吸附孔部；由封入有流體或粉體之彈性體所構成且將前述切割膠帶頂起之頂起部；對前述頂起部施加壓力之壓缸；及藉由前述控制部的控制，供給用來變更前述壓缸內的壓力之氣體的氣體供給手段；前述頂起部係分別在前述切割膠帶側與管側配置2個隔膜，將流體封入於該2個隔膜之間；在前述壓缸封入有氣體；壓缸部全體係經由下面的隔膜，隔離成流體用室之上部的前述頂起部與氣體用室之下部的前述壓缸。
  2. 如申請專利範圍第1項之晶粒接合裝置，其中，前述頂起部係設在前述壓缸的內部，因應前述壓缸的壓力，前述彈性體變形，將前述晶粒從前述切割膠帶剝離。
  3. 一種晶粒拾取裝置，其特徵為具有：具有預定的真空度之真空室；為了將切割膠帶予以真空吸附而具備有與前述真空室連接的複數個吸附孔的吸附孔部；由封入有流體或粉體彈性體所構成且從下方將前述切割膠帶頂起之 頂起部；對前述頂起部施加壓力的壓缸；及供給用來變更前述壓缸內的壓力的氣體之氣體供給手段；前述頂起部係分別在前述切割膠帶側與管側配置2個隔膜，將流體封入於該2個隔膜之間；在前述壓缸封入有氣體；壓缸部全體係經由下面的隔膜，隔離成流體用室之上部的前述頂起部與氣體用室之下部的前述壓缸。
  4. 如申請專利範圍第3項之晶粒拾取裝置，其中，前述頂起部係設在前述壓缸的內部，因應前述壓缸的壓力，前述彈性體變形，將晶圓的晶粒從前述切割膠帶剝離。
  5. 一種晶粒拾取方法，其特徵為：具備頂起單元，該頂起單元具有：具有預定的真空度之真空室；為了將切割膠帶予以真空吸附而具備有與前述真空室連接的複數個吸附孔的吸附孔部；由封入有流體或粉體彈性體所構成且從下方將前述切割膠帶頂起之頂起部；對前述頂起部施加壓力的壓缸；及供給用來變更前述壓缸內的壓力的氣體之氣體供給手段，將前述頂起部及吸附噴嘴的中心與黏貼於前述切割膠帶之晶圓上的要進行拾取之晶粒的中心進行對位，使前述頂起單元上升，通過前述複數個吸附孔，讓前述吸附孔部的上面部與前述切割膠帶密接，藉由提升前述壓缸內的氣體壓力，將前述壓缸內的前述頂起部之上面朝上方頂起，使前述切割膠帶及前述晶粒朝上方頂起，降低前述壓缸內的氣體壓力而使前述頂起部的上面凹 陷，將前述晶粒與前述切割膠帶剝離；前述頂起部係分別在前述切割膠帶側與管側配置2個隔膜，將流體封入於該2個隔膜之間；在前述壓缸封入有氣體；壓缸部全體係經由下面的隔膜，隔離成流體用室之上部的前述頂起部與氣體用室之下部的前述壓缸。
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