JP6868471B2 - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は半導体製造装置に関し、例えば、コレットホルダに磁石を内蔵するダイボンダに適用可能である。

半導体装置の製造工程の一部に半導体チップ（以下、単にダイという。）を配線基板やリードフレーム等（以下、単に基板という。）に搭載してパッケージを組み立てる工程の一部に、半導体ウェハ（以下、単にウェハという。）からダイを分割する工程と、分割したダイを基板上に搭載するボンディング工程とがある。ボンディング工程に使用される半導体製造装置がダイボンダ等のダイボンディング装置である。
ボンディング工程は、ウェハから分割されたダイをダイシングテープから１個ずつ剥離し、コレットと呼ばれる吸着治具を使って基板上にボンディングする。
コレットを保持するコレットホルダには、磁石を内蔵してコレットを固定するものがある（例えば、特開２０１４−５６９７８号公報（特許文献１））。

特開２０１４−５６９７８号公報

特許文献１のようにコレットホルダに磁石を内蔵すると、外部へ磁力が漏れセンサなど周辺磁気回路に影響を与えることがある。
本開示の課題は、磁力漏れを低減するコレットホルダを備える半導体製造装置を提供することである。
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、磁石でコレットを保持するコレットホルダと、先端に該コレットホルダを備え、前記コレットでダイを吸着しピックアップするヘッドと、を備える。前記コレットホルダは、前記磁石の上方に設けられ、前記磁石の磁界を遮蔽する遮蔽部と、前記磁石の下方に設けられ、前記磁石の磁界を通過する通過部と、を備える。

上記半導体製造装置によれば、磁力漏れを低減することができる。

ダイボンダの構成例を示す概略上面図 図１において矢印Ａ方向から見たときの概略構成を説明する図 図１のダイ供給部の構成を示す外観斜視図 図２のダイ供給部の主要部を示す概略断面図 実施例に係るコレットホルダの構造を説明する図 比較例１に係るコレットホルダの構造を説明する図 比較例２に係るコレットホルダの構造を説明する図 半導体装置の製造方法を示すフローチャート 変形例に係るコレットホルダの構造を説明する図

以下、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。

図１は実施例に係るダイボンダの概略を示す上面図である。図２は図１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装置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２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ＳのパッケージエリアＰ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。

制御装置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３および図４を用いて説明する。図３はダイ供給部の外観斜視図を示す図である。図４は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、薄型化に伴い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。

ピックアップヘッド２１は、中心に吸着エアが流れる吸着孔（不図示）を有し、先端側にコレットホルダ２５に接続されるコレットシャンク（不図示）と、コレットホルダ２５をコレットシャンクに固定するコレット固定部（不図示）とを備える。ボンディングヘッド４１はピックアップヘッド２１と同様である。

次に、コレットホルダについて図５を用いて説明する。図５は実施例に係るコレットホルダを説明するための図であり、図５（Ａ）はコレットホルダの側面図であり、図５（Ｂ）はコレットホルダの分解斜視図である。

コレットホルダ２５は磁界が通過する透磁率の低いコレット取付部２５１と磁界を遮蔽する透磁率の高い遮蔽板２５２とを備える。コレット取付部２５１は対向する２つの角に切り欠けを有し、上方からコレットを確認できるようになっている。また、四辺の各中央付近に切り欠けを有し、コレット交換治具がコレットを把持（クランプして保持）できるようになっている。遮蔽板２５２は中央付近に開口部を有し、コレット取付部２５１の上に接着、溶接または磁力で固定される。コレット取付部２５１は、中心にピックアップヘッド２１の吸着孔に連通する吸着孔２５１ａと、コレット２２（４２）を固定する磁石２５１と、を備える。コレット取付部２５１の比透磁率は１近辺が好ましく、例えばオーステナイト系ステンレス鋼やＳＫＤ（高炭素の合金工具鋼）などを用いる。遮蔽板２５２の比透磁率は２０００以上が好ましく、遮蔽板２５２には、例えば継鉄（ヨーク）である鋼板（ＳＳ４００)を用いる。

高透磁率材料（強磁性体）で覆うことで磁気遮蔽できる理由は、磁界とは磁力線の通過であり、磁力線はより通過しやすいところを通過する、という性質があるため、磁気から遮蔽したいものを、磁気が通過しやすいもので覆うことで、磁力線をそちらへ導き、結果的に内容物を磁力線が通過しないようにするからである。磁力線の通りやすさを透磁率といい、真空を１としたときの比（比透磁率）で表す。通常の鋼板（ＳＳ４００)で２０００〜３０００程度である。

コレット２２（４２）は磁石にて固定できる様にシリコンゴム等の弾性体の裏面にステンレス鋼（ＳＵＳ（磁性））を溶着し、４辺をコレットホルダ２５に保持され、ダイＤを吸着するために吸着孔２５１ａに連通する複数の吸着孔（不図示）を備える。

（比較例１）
比較例１に係るコレットホルダについて図６を用いて説明する。図６は比較例１に係るコレットホルダを説明するための図であり、図６（Ａ）はコレットホルダの側面図であり、図６（Ｂ）はコレットホルダの分解斜視図である。

比較例１に係るコレットホルダ２５Ｒは磁界を遮蔽する透磁率の高いコレット取付部２５１Ｒと磁界が通過する透磁率の低い遮蔽板２５２Ｒとを備える。比較例１ではコレットホルダによるコレットの吸着力がなく、漏れ磁も大きい。

（比較例２）
比較例２に係るコレットホルダについて図７を用いて説明する。図７は比較例２に係るコレットホルダを説明するための図であり、図７（Ａ）はコレットホルダの側面図であり、図７（Ｂ）はコレットホルダの斜視図である。

比較例２に係るコレットホルダ２５Ｓは磁界が通過する透磁率の低いコレット取付部２５１Ｓを備えるが、磁界を遮蔽する透磁率の高い遮蔽板２５２を備えない。比較例２ではコレットホルダによるコレットの吸着力はあるが、漏れ磁が大きい。

実施例によれば、上部は遮蔽板２５２の効果で外部へ磁力が漏れにくく、下部はコレット取付にて磁力が漏れにくい。これにより、コレットホルダによるコレットの吸着力を確保して漏れ磁を抑制することができる。また、漏れ磁によるセンサなどの周辺磁気回路への影響を低減し、誤検出や精度低下を防ぐことができる。

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８を用いて説明する。図８は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Ｓ１１：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。制御装置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を搬送レーン５２に載置する。

ステップＳ１２：制御装置８はウェハリング１４に保持されたダイシングテープ１６からダイＤをピックアップする。

ステップＳ１３：制御装置８はピックアップしたダイＤを基板ＳのパッケージエリアＰ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。より具体的には、制御装置８はダイシングテープ１６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のパッケージエリアＰにボンディングする。

ステップＳ１４：制御装置８は基板搬送爪５１で基板Ｓを基板搬出部７まで移動して基板搬出部７に基板Ｓを渡しダイボンダ１０から基板Ｓを搬出する（基板アンローディング）。
＜変形例＞
以下、代表的な変形例について例示する。以下の変形例の説明において、上述の実施例にて説明されているものと同様の構成および機能を有する部分に対しては、上述の実施例と同様の符号が用いられ得るものとする。そして、かかる部分の説明については、技術的に矛盾しない範囲内において、上述の実施例における説明が適宜援用され得るものとする。また、上述の実施例の一部、および、変形例の全部または一部が、技術的に矛盾しない範囲内において、適宜、複合的に適用され得る。

変形例に係るコレットホルダについて図９を用いて説明する。図９は変形例に係るコレットホルダを説明するための図であり、図９（Ａ）はピックアップヘッド、コレットホルダおよびコレットの断面図であり、図９（Ｂ）はコレットホルダの底面図である。

ピックアップヘッド２１は、中心に吸着エアが流れる吸着孔２１ａを有し、先端側にコレットホルダ２５Ａに接続されるコレットシャンク２１ｂと、コレットホルダ２５Ａをコレットシャンク２１ｂに固定するコレット固定部２１ｃとを備える。

コレットホルダ２５Ａは磁界を遮蔽する透磁率の高い材料で製作されたコレット取付部２５１Ａを備える。コレット取付部２５１Ａは、中心にピックアップヘッド２１の吸着孔２１ａに連通する吸着孔２５１ａと、コレット２２を固定する磁石２５１ｂと、を備える。コレット取付部２５１Ａの透磁率は２０００以上が好ましく、例えば通常の鋼板（ＳＳ４００)を用いる。磁石２５１ｂはコレット取付面に配置され、例えばφ２．５ｍｍ×１ｍｍの大きさである。

コレット２２は磁石にて固定できる様にシリコンゴム等の弾性体２２ａの裏面にステンレス鋼ＳＵＳ（磁性）２２ｂを溶着し、４辺をコレットホルダ２５Ａに保持され、ダイＤを吸着するために吸着孔２５１ａに連通する複数の吸着孔（不図示）を備える。弾性体２２ａの表面にはダイＤと接触して保持する保持部２２ｃを有する。保持部２２ｃは弾性体２２ａと一体的に形成され、ダイＤと同程度の大きさである。

磁石２５１ｂの上方は透磁率の高いコレット取付部２５１Ａに覆われ、磁石２５１ｂの底面はコレット取付部２５１Ａから露出して透磁率の高い材料には覆われないので、実施例と同様な効果を有する。

ピックアップヘッド２１について説明したが、ボンディングヘッド４１も同様である。

以上、本発明者によってなされた発明を実施例および変形例に基づき具体的に説明したが、本発明は、上記実施例および変形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、ピックアップ部とアライメント部とボンディング部を含む実装部及び搬送レーンを複数組備えたダイボンダであってもよいし、ピックアップ部とアライメント部とボンディング部を含む実装部を複数組備え、搬送レーンは一つ備えてもよい。

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。

１０・・・ダイボンダ
１・・・ダイ供給部
１３・・・突上げユニット
２・・・ピックアップ部
２１・・・ピックアップヘッド
２２・・・コレット
２５・・・コレットホルダ
２５１・・・コレット取付部
２５２・・・遮蔽板
２４・・・ウェハ認識カメラ
３・・・アライメント部
３１・・・中間ステージ
３２・・・ステージ認識カメラ
４・・・ボンディング部
４１・・・ボンディングヘッド
４２・・・コレット
４４・・・基板認識カメラ
５・・・搬送部
５１・・・基板搬送爪
８・・・制御装置
ＢＳ・・・ボンディングステージ
Ｄ・・・ダイ
Ｐ・・・パッケージエリア
Ｓ・・・基板

Claims (13)

1. 磁石でコレットを保持するコレットホルダと、
   先端に該コレットホルダを備え、前記コレットでダイを吸着しピックアップするヘッドと、
   を備え、
   前記コレットホルダは、
   前記磁石の上方に設けられ、前記磁石の磁界を遮蔽する遮蔽部と、
   前記磁石の下方に設けられ、前記磁石の磁界を通過する通過部と、
   を備える
   半導体製造装置。
2. 請求項１において、
   前記通過部は、磁界を通過させる材料で形成され、前記コレットを磁石で固定するコレット取付部であり、
   前記遮蔽部は、前記コレットの取付け面とは反対側に設けられ、前記磁石の磁界を遮蔽する遮蔽板である
   半導体製造装置。
3. 請求項２において、
   前記遮蔽板の比透磁率は２０００以上である半導体製造装置。
4. 請求項３において、
   前記遮蔽板の材料はＳＳ４００である半導体製造装置。
5. 請求項１において、
   前記通過部は、前記コレットの取付け面であり、
   前記遮蔽部は、磁界を遮蔽させる材料で形成され、前記コレットを磁石で固定するコレット取付部である
   半導体製造装置。
6. 請求項５において、
   前記コレット取付部の比透磁率は２０００以上である半導体製造装置。
7. 請求項６において、
   前記コレット取付部の材料はＳＳ４００である半導体製造装置。
8. 請求項１において、さらに、
   ダイが貼付されたダイシングテープを保持するウェハリングを有するダイ供給部を備え、
   前記ヘッドは前記ダイシングテープに貼付されたダイをピックアップするピックアップヘッドである
   半導体製造装置。
9. 請求項８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したダイが載置される中間ステージと、
   前記中間ステージからピックアップしたダイを基板また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ヘッドと、
   を備え、
   前記ボンディングヘッドは前記コレットホルダを備える
   半導体製造装置。
10. 請求項１において、さらに、
    ダイが貼付されたダイシングテープを保持するウェハリングを有するダイ供給部を備え、
    前記ヘッドは前記ダイシングテープに貼付されたダイをピックアップし基板また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ヘッドである
    半導体製造装置。
11. （ａ）請求項１乃至１０のいずれか一つの半導体製造装置を準備する工程と、
    （ｂ）ダイが貼付された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、
    （ｃ）基板を準備搬入する工程と、
    （ｄ）ダイをピックアップする工程と、
    （ｅ）前記ピックアップしたダイを前記基板また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工程と、
    を備える、
    半導体装置の製造方法。
12. 請求項１１において、
    前記（ｄ）工程は前記ダイシングテープに貼付されたダイをボンディングヘッドでピックアップし、
    前記（ｅ）工程は前記ボンディングヘッドでピックアップしたダイを前記基板また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
    半導体装置の製造方法。
13. 請求項１１において、
    前記（ｄ）工程は、
    （ｄ１）前記ダイシングテープに貼付されたダイをピックアップヘッドでピックアップする工程と、
    （ｄ２）前記ピックアップヘッドでピックアップしたダイを中間ステージに載置する工程と、
    を有し、
    前記（ｅ）工程は、
    （ｅ１）前記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ピックアップする工程と、
    （ｅ２）前記ボンディングヘッドでピックアップしたダイを前記基板に載置する工程と、
    を備える
    半導体装置の製造方法。

Images