(57)【要約】【課題】コレットの先端部が変形しても、コレットを交換することなく、ダイボンディング工程を行うことのできる技術を提供する。【解決手段】半導体チップのピックアップと基材のチップ搭載部への半導体チップの接着とを繰り返した後、コレット５をダイボンディング装置１に備わるコレット加工治具へ移動させ、コレット５の先端部の吸着面を研磨ステージ上に装着したラッピングペーパで研磨して平坦に加工し、さらにコレット５の吸着面に付着した研磨粉を異物除去ステージ上に装着されたシリコンチューブ、またはシリコンシートおよびシリコンチューブで除去する。【選択図】図１
2010161211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法：
（ａ）上面、および前記上面とは反対側の下面を有するチップ搭載部と、前記チップ搭載部の隣に配置された接続端子とを備えた基材を準備する工程；
（ｂ）主面、前記主面に形成された第１電極パッド、および前記主面とは反対側の裏面を有する半導体チップを、前記裏面が前記基材の前記チップ搭載部の前記上面と対向するように、前記基材の前記チップ搭載部の前記上面に搭載する工程；
（ｃ）前記半導体チップの前記第１電極パッドと前記基材の前記接続端子とを、導電性の部材を介して電気的に接続する工程；
（ｄ）前記半導体チップおよび前記導電性の部材を樹脂で封止する工程、
ここで、前記（ｂ）工程は、以下の工程を含む：
（ｂ１）ダイボンディング装置内に、複数の前記半導体チップが貼り付けられたシートを配置する工程；
（ｂ２）前記ダイボンディング装置に備わるヒートステージ上に前記基材を配置する工程；
（ｂ３）前記ダイボンディング装置に備わるコレットの吸着面を複数の前記半導体チップのうちの第１半導体チップに接触させる工程；
（ｂ４）前記コレットの吸着孔を介して前記第１半導体チップを前記コレットで吸着する工程；
（ｂ５）前記第１半導体チップを吸着した前記コレットを前記基材の前記チップ搭載部に向かって移動させ、前記第１半導体チップの前記裏面を前記基材の前記チップ搭載部の前記上面に接触させる工程；
（ｂ６）前記（ｂ５）工程の後、前記コレットの吸着を解除することで前記コレットから前記第１半導体チップを引き離す工程；
（ｂ７）前記コレットを前記ダイボンディング装置に備わるコレット加工治具の研磨ステージに向かって移動させ、前記コレットの前記吸着面を前記コレット加工治具の前記研磨ステージで研磨する工程；
（ｂ８）前記コレットの前記吸着面を前記コレット加工治具の異物除去ステージに接触させる工程。
【請求項２】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記（ｂ７）工程は、以下の工程を含む：
（ｂ７−１）ボンディングヘッドユニットと、前記ボンディングヘッドユニットに固定されたコレットホルダーとが同時に下降する工程；
（ｂ７−２）前記コレットの前記吸着面が前記コレット加工治具の前記研磨ステージに設けられたラッピングペーパに接触する工程；
（ｂ７−３）前記ボンディングヘッドユニットのみ下降する工程；
（ｂ７−４）前記ボンディングヘッドユニットに設けられた変位センサが感知したら、前記コレットの前記吸着面が前記ラッピングペーパに接触したと判断し、前記ボンディングヘッドユニットの下降動作が止まる工程。
【請求項３】
請求項２記載の半導体装置の製造方法において、前記（ｂ７）工程は、以下の工程を含む：
（ｂ７−５）前記（ｂ７−４）工程の後、前記コレットの前記吸着面に形成された凹みの深さに相当する量だけ、前記ボンディングヘッドユニットが上昇する工程；
（ｂ７−６）前記コレットホルダーを第１方向および前記第１方向と直交する第２方向に動作させて、前記コレットの前記吸着面を研磨する工程。
【請求項４】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記コレット加工治具は、回転機能を備えた立方形であり、前記コレット加工治具の第１面は前記コレットの前記吸着面を研磨するステージ、前記コレット加工治具の第２面は前記コレットの前記吸着面に付着した異物を除去するステージであり、前記コレット加工治具の下方側には異物を捕獲する受け皿が設けられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記半導体チップの前記裏面には、第２電極パッドが形成されており、前記半導体チップの前記第２電極パッドにはＡｕ層が形成されており、前記基材の前記チップ搭載部の前記上面にはＳｎ層が形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記（ｂ５）工程において、前記ヒートステージを介して前記第１半導体チップの前記裏面と前記基材の前記チップ搭載部の前記上面との接合部に熱を加えることにより、前記第１半導体チップの前記裏面は、前記基材の前記チップ搭載部の前記上面と電気的に接続されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記コレットの前記吸着面の外形サイズは、前記半導体チップの外形サイズよりも大きいことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項７記載の半導体装置の製造方法において、前記コレットは、前記半導体チップを前記吸着面で吸着する吸着部と前記吸着部を保持する保持部とを有し、前記吸着部の前記半導体チップと接触する先端部の外形は、直径が一定の円柱形であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項１記載の半導体装置の製造方法において、前記（ｂ５）工程の後、かつ前記（ｂ６）工程の前に、以下の工程を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法：
（ｂ９）前記コレットを複数の前記半導体チップのうちの第２半導体チップに向かって移動させ、前記コレットの前記吸着面を前記第２半導体チップに接触させる工程；
（ｂ１０）前記コレットの前記吸着孔を介して前記コレットで前記第２半導体チップを吸着する工程；
（ｂ１１）前記第２半導体チップを吸着した前記コレットを前記基材の前記チップ搭載部に向かって移動させ、前記第２半導体チップの前記裏面を前記基材の前記チップ搭載部の前記上面に接触させる工程；
（ｂ１２）前記（ｂ１１）工程の後、前記コレットの吸着を解除することで前記コレットから前記第２半導体チップを引き離す工程。
【請求項１０】
チップ供給用ステージと、
前記チップ供給用ステージの隣に配置されたヒートステージと、
研磨ステージおよび異物除去ステージを有するコレット加工治具と、
ボンディングヘッドユニットと、
弾性部材を介して前記ボンディングヘッドユニットに固定されたコレットホルダーと、
平坦な吸着面および前記吸着面に連通する吸着孔が形成された樹脂材からなるボトルネック部を有する吸着部と前記吸着部を保持する保持部とからなり、固定部材を介して前記コレットホルダーに固定されたコレットと、
を備えることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１１】
請求項１０記載の半導体装置の製造装置において、前記吸着部の半導体チップと接触する先端部の外形は、直径が一定の円柱形であることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ダイボンディング装置およびダイボンディング装置を用いた半導体装置の製造技術に関し、特に、ダイボンディング装置に備わるコレットを使用して半導体チップを基材に搭載するダイボンディング工程に適用して有効な技術に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば特開２００６−１３４６６号公報（特許文献１）には、実装ノズルの吸着面をクリーニングするための研磨手段として、セラミック構造体からなり、実装ノズルの吸着面と接触する接触面の粒度がＰ１，０００〜Ｐ５，０００の範囲内の研磨手段を備えるクリーニング装置、およびクリーニング方法が開示されている。
【０００３】
また、特開２００２−３１３８３７号公報（特許文献２）には、半導体チップの超音波振動の変化を検出し、チップ接触面の汚れ有りと判断されたときには、その汚れを洗浄することにより、半導体チップと回路基板との接合品質の均一化を図ることができる半導体チップ装着装置および方法が開示されている。
【０００４】
また、特開平１０−６４９５８号公報（特許文献３）には、加圧ヘッドの１回のボンディング動作毎に、支持台の支持面と加圧ヘッドの加圧面との両者の掃除をそれぞれ少なくとも１回行うことにより、ギャングボンディングの高信頼度化および高能率化を図ることのできるボンディング方法および装置が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１３４６６号公報
【特許文献２】特開２００２−３１３８３７号公報
【特許文献３】特開平１０−６４９５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
半導体チップの製造工程のうち、半導体チップを基材に搭載するダイボンディング工程では、図１１（ａ）に示すコレット５４を備えたダイボンディング装置が使用される。コレット５４は、例えば半導体チップの主面と接触する吸着面（接触面）５２をその先端部に有し、この吸着面５２に繋がる吸着孔５３を介して半導体チップを吸着することができる。また、コレット５４は、上記吸着面５２を有する合成樹脂から成る吸着部５４ａと、この吸着部５４ａを保持するステンレス（ＳＵＳ）から成る支持部５４ｂとによって構成される。
【０００７】
本願発明者は、図１１（ａ）に示すような、半導体チップの外形サイズよりも大きい外形サイズから成る吸着面５２を有するコレット５４を用いて、ダイボンディング工程を行うことについて検討した。その結果、吸着した半導体チップがコレット５４から離れず、基材に搭載されない問題（持ち帰り不良）が発生した。
【０００８】
この問題について、本願発明者が検討したところ、以下のことがわかった。すなわち、図１１（ｂ）に示すように、コレット５４の吸着面５２が、吸着した半導体チップ５１の形状にならって変形している（凹む）ことがわかった。そして、この凹んだ部分に半導体チップ５１が固定されると、半導体チップ５１を固定する力が半導体チップ５１と基材との接合力よりも勝るため、コレット５４を基材から移動したときに、一度は基材に接合していた半導体チップ５１が基材から引き離されて、持ち帰り不良が発生していた。
【０００９】
そこで、本願発明者は、コレット５４の吸着面５２が変形する原因について検討した。その結果、半導体チップ５１の主面と接触するコレット５４の吸着部５４ａの材質に、シリコンから成る半導体チップ５１の硬度よりも低い、例えばフッ素系の樹脂材を使用したことに原因があることがわかった。
【００１０】
詳細に説明すると、例えばＡｕ−Ｓｎ共晶接続により半導体チップ５１を基材と接合するような半導体装置の場合、半導体チップ５１の裏面（主面と反対側の面）を基材のチップ搭載部に接触させる。そして、半導体チップ５１の裏面が基材のチップ搭載部に接触した後も、金属間結合が完了するまで、コレット５４に超音波を印加し、半導体チップ５１に荷重をかけ、半導体チップ５１の裏面と基材のチップ搭載部との結合を促進させる。このとき、図１２に示すように、コレット５４から下向き（基材側）に印加される荷重に対して、半導体チップ５１から上向き（コレット側）に働く反発作用が生じる。そのため、コレット５４の吸着部５４ａよりも硬い半導体チップ５１を介して、コレット５４の吸着面５２に反発作用が働くことから、コレット５４の吸着面５２が変形してしまう。
【００１１】
また、金属間結合を促進させるために、超音波だけでなく、熱（例えば３００℃程度）も併用すると、この熱の影響によりコレット５４の吸着部５４ａが柔らなくなり（硬度が低くなり）、コレット５４の吸着面５２が変形し易くなる。
【００１２】
ここで、コレット５４の吸着面５２の変形を防止するために、本願発明者は、シリコンから成る半導体チップ５１の硬度よりも高い材質として、例えばアルミニウムから成るコレットの吸着部について検討した。しかしながら、半導体チップ５１に荷重がかかると、コレットの吸着部の硬度が半導体チップ５１よりも高くなったことで半導体チップ５１にクラックが発生することがわかった。
【００１３】
他にも、本願発明者は、図１３に示すような、半導体チップ５１の周縁部で保持する角錐コレット５５について検討した。
【００１４】
しかしながら、角錐コレット５５は半導体チップ５１の周縁部を保持する構成のため、角錐コレット５５を用いて半導体チップ５１をピックアップする場合は、図１３に示すように、隣り合う半導体チップ５１の間隔を、例えば図１１に示したコレット５４よりも広げなければならない。
【００１５】
そこで、本願発明者は、前記特許文献１乃至３に示すように、変形したコレット５４の吸着面５２を研磨する方法についても検討したが、研磨工程により発生した研磨粉がコレット５４の吸着面５２に付着したり、吸着孔５３の内部に詰まったりする恐れがあることがわかった。さらに、単に研磨工程を行うと、コレット５４の吸着部５４ａの形状が変形して、半導体チップ５１のピックアップ性が低下する恐れがあることもわかった。
【００１６】
本発明の目的は、コレットの先端部が変形しても、コレットを交換することなく、ダイボンディング工程を行うことのできる技術を提供することにある。
【００１７】
また、本発明の目的は、コレットの寿命を延ばすことにより、半導体装置の製造ＴＡＴを向上させることのできる技術を提供することにある。
【００１８】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、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。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの実施の形態を簡単に説明すれば、次のとおりである。
【００２０】
一実施の形態は、ダイボンディング装置を用いて半導体チップを基材の上面に搭載するボンディング工程を有する半導体装置の製造方法であって、複数の半導体チップが貼り付けられたシートを配置する工程と、ヒートステージ上に基材を配置する工程と、コレットの吸着面を複数の半導体チップのうちの１つの半導体チップに接触させる工程と、コレットの吸着孔を介して半導体チップをコレットで吸着する工程と、半導体チップを吸着したコレットを基材のチップ搭載部に向かって移動させ、半導体チップの裏面を基材のチップ搭載部の上面に接触させた後、コレットの吸着を解除することでコレットから半導体チップを引き離す工程と、コレットをコレット加工治具の研磨ステージに向かって移動させ、コレットの吸着面をコレット加工治具の研磨ステージで研磨する工程と、コレットの吸着面をコレット加工治具の異物除去ステージに接触させる工程とを有するものである。
【００２１】
また、他の実施の形態は、半導体チップを基材の上面に搭載する製造装置であって、チップ供給用ステージと、チップ供給用ステージの隣に配置されたヒートステージと、研磨ステージおよび異物除去ステージを有するコレット加工治具と、ボンディングヘッドユニットと、弾性部材を介してボンディングヘッドユニットに固定されたコレットホルダーと、平坦な吸着面および吸着面に連通する吸着孔が形成された樹脂材からなる吸着部とこの吸着部を保持する保持部とからなり、固定部材を介してコレットホルダーに固定されたコレットとを備えている。
【発明の効果】
【００２２】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。
【００２３】
コレットの先端部が変形しても、コレットを交換することなく、ダイボンディング工程を行うことができる。
【００２４】
また、コレットの寿命を延ばすことにより、半導体装置の製造ＴＡＴを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の一実施の形態によるボンディング部の模式図である。
【図２】本発明の一実施の形態によるボンディング部に備わるコレットの断面模式図である。
【図３】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施の形態による個片化した半導体チップをピックアップする工程を説明する模式図である。
【図４】本発明の一実施の形態による半導体チップを吸着したボトルネック部を半導体チップ側から見た平面図である。
【図５】（ａ）〜（ｄ）は本発明の一実施の形態による個片化した半導体チップを基材上に接合する工程を説明する模式図である。
【図６】（ａ）および（ｂ）はそれぞれ本発明の一実施の形態による半導体装置の要部平面図および要部断面図である。
【図７】（ａ）〜（ｃ）は本発明の一実施の形態によるコレットのボルトネック部の研磨工程を説明する模式図である。
【図８】本発明の一実施の形態によるボンディング部の模式図である。
【図９】本発明の一実施の形態によるボンディング装置に備わるウエハトレイ部に設けられたコレット加工治具を説明する模式図である。
【図１０】本発明の一実施の形態によるボンディング装置に備わるニードルユニット部に設けられたコレット加工治具を説明する模式図である。
【図１１】（ａ）は本願発明者が検討したコレットの模式図、（ｂ）は本願発明者が検討したコレットがチップを保持した場合のコレットの先端部を拡大して示す模式図である。
【図１２】本願発明者が検討したコレットの課題を説明するため、コレットの先端部を拡大して示す模式図である。
【図１３】本願発明者が検討した角錐コレットの模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下の実施の形態において、便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。
【００２７】
また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。
【００２８】
また、以下の実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするためにハッチングを付す場合もある。また、以下の実施の形態において、ウエハと言うときは、Ｓｉ（Silicon）単結晶ウエハを主とするが、それのみではなく、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）ウエハ、集積回路をその上に形成するための絶縁膜基板等を指すものとする。その形も円形またはほぼ円形のみでなく、正方形、長方形等も含むものとする。
【００２９】
また、以下の実施の形態を説明するための全図において、同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００３０】
本発明の一実施の形態によるダイボンディング装置を構成するボンディング部について図１および図２を用いて説明する。図１はボンディング部の模式図、図２はボンディング部に備わるコレットの断面模式図である。
【００３１】
＜ダイボンディング装置＞
図１に示すように、ダイボンディング装置１は、ボンディングヘッドユニット２と、板ばね（弾性部材）３を介してこのボンディングヘッドユニット２に固定され、第１方向および第１方向と直交する第２方向に移動可能なコレットホルダー４とを有している。また、コレットホルダー４はコレット５を有しており、このコレット５は固定部材（例えばネジ）でコレットホルダー４に固定されている。
【００３２】
さらに、図２に示すように、コレット５は、吸着部６と、この吸着部６を保持する保持部７とを有している。吸着部６は、例えばシリコーン系樹脂よりも硬度が低い軟質の合成樹脂（例えばテフロン（登録商標）などのフッ素樹脂、ベスペル（登録商標）などの全芳香族ポリイミド樹脂）によって形成され、保持部７は、例えばＳＵＳによって形成されている。さらに、吸着部６は、保持部７側に位置する本体部分６ａと、保持部７とは反対側の吸着部６の先端部に位置し、保持部７側の本体部分６ａよりも細く形成され、半導体チップの回路形成面（主面、表面）と接触する吸着面（接触面）を有するボトルネック部６ｂとから構成されている。本体部分６ａとボルトネック部６ｂとは一体に加工形成されている。また、コレット５には、コレットホルダー４から吸着部６の吸着面の中央部に連通する吸着孔（貫通孔）８が形成されており、この吸着孔８を介して半導体チップを吸着することができる。
【００３３】
ボトルネック部６ｂの外形は円柱形であり、その直径は一定である。ここで、ボトルネック部６ｂの厚さは、本体部分６ａの厚さよりも薄く加工されている。例えば本体部分６ａの厚さ（図２中、符号ｄ１で示す寸法）は２ｍｍ程度、ボトルネック部６ｂの厚さ（図２中、符号ｄ２で示す寸法）は０．１ｍｍ程度、ボトルネック部６ｂの直径（図２中、符号ｄ３で示す寸法）は０．２〜１．０ｍｍ程度である。これは、ボトルネック部６ｂを半導体チップの回路形成面に接触させた際に生じる応力により、ボトルネック部６ｂが折れるのを防止するためである。
【００３４】
また、本体部分６ａは、外形が円柱形の部分と円錐形の部分とを有しており、外形が円柱形の部分の一部が、保持部７に固定されている。また、外形が円錐形の部分の断面形状は、保持部７側に位置する第１面と、ボトルネック部６ｂ側に位置する第２面と、第１面と第２面との間に位置し、第１面および第２面のそれぞれに対して傾斜する第３面とを有している。すなわち、外形が円錐形の部分の断面形状は、保持部７からボトルネック部６ｂに向かって傾斜している。これにより、吸着部６の先端部の強度を強くすることができて、吸着部６の変形量を減らすことができるので、ダイボンディング工程において、基材上に配置した半導体チップに対して荷重（ボンディング荷重）を掛け易くすることができる。
【００３５】
次に、本発明の一実施の形態による前述したダイボンディング装置を用いた半導体装置の製造方法について図３〜図６を用いて順次説明する。図３（ａ）〜（ｄ）は個片化した半導体チップをピックアップする工程を説明する模式図、図４は半導体チップを吸着したボトルネック部を半導体チップ側から見た平面図、図５（ａ）〜（ｄ）は個片化した半導体チップを基材上に接合する工程を説明する模式図、図６（ａ）および（ｂ）はそれぞれ製造された半導体装置の要部平面図および要部断面図である。
【００３６】
ここでは、半導体装置としてリードレス構造のダイオード製品を例示する。このダイオード製品は、アノードとカソードの２つの電極が片側表面に配置されたＣＳＤ（Chip Scale Diode）タイプであり、例えば携帯電話等に搭載される小型の電子部品である。半導体チップに形成されるダイオードは、例えばＰＩＮ（Positive Intrinsic Negative）ダイオード、ｐｎダイオード（例えばスイッチングダイオードまたはチェナーダイオード）、あるいはショットキ・バリアダイオードなどである。なお、以下の説明では、ダイボンディング工程についてのみ詳細に説明し、他の製造工程は周知の方法を用いていることから、その説明の詳細は省略する。
【００３７】
＜集積回路形成工程＞
まず、半導体ウエハの回路形成面に集積回路を形成する。集積回路は前工程または拡散工程と呼ばれる製造工程において、周知の製造プロセスに従って半導体ウエハ上のチップ単位で形成される。半導体ウエハはシリコン単結晶からなり、その直径は、例えば３００ｍｍ、厚さは、例えば７００μｍ以上である。
【００３８】
＜半導体ウエハの検査工程および裏面研削工程＞
次に、半導体ウエハ上に作られた各半導体チップの良・不良を判定し、不良と判断された半導体チップに、不良のマーキングを打つ。続いて半導体ウエハの回路形成面に感圧テープを貼り付けた後、半導体ウエハの裏面（回路形成面と反対側の面）を粗研削し、半導体ウエハの裏面を仕上げ研削し、さらに半導体ウエハの裏面にストレスリリーフを施す。これにより、半導体ウエハの厚さを、例えば９０μｍにまで薄くする。続いて半導体ウエハの裏面にフレームに固定されたダイシングシート（シート）を貼り付けた後、半導体ウエハの回路形成面から感圧テープを剥離する。
【００３９】
＜スクライブ工程＞
次に、半導体ウエハをスクライブラインに沿って縦、横にカットする。半導体ウエハは半導体チップに個片化されるが、個片化された後も各半導体チップはダイシングシートを介してフレームに固定されているため、整列した状態を維持している。半導体チップの寸法は、例えば一辺が０．２１ｍｍの四角形である。
【００４０】
＜ダイボンディング工程＞
次に、良と判断された複数の半導体チップをダイボンディング装置において基材（リードフレーム、配線基板）に搭載する。ダイボンディング装置には、チップ供給用ステージと、チップ供給用ステージの隣に設置されたヒートステージと、研磨ステージ（第１ステージ）および異物除去ステージ（第２および第３ステージ）を有するコレット加工治具と、ボンディングユニットと、吸着部６と吸着部６を保持する保持部７とから構成されるコレット５を有してボンディングヘッドユニット２に固定されたコレットホルダー４とが備わっている。
【００４１】
まず、図３（ａ）に示すように、複数の半導体チップ１０が貼り付けられ、フレーム１１ａに固定されたダイシングシート１１をダイボンディング装置に備わるチップ供給用ステージの上に配置する。チップ供給用ステージの下方側にはニードル（突き上げピン）１２が設置されている。さらにチップ供給用ステージの上方側にはチップ認識用ＣＣＤカメラ１３が設置されており、半導体チップ１０の正確な位置を確認することができる。
【００４２】
次に、図３（ｂ）に示すように、ボンディングヘッドホームポジションに位置しているコレット５を、ニードル１２と対向する上方側の所定の位置に移動させる。次に、図３（ｃ）に示すように、ニードル１２によりダイシングシート１１を介して半導体チップ１０の裏面を押圧する。これにより半導体チップ１０はダイシングシート１１から剥離される。続いてコレット５を移動（下降）させて、剥離された半導体チップ１０の回路形成面をコレット５により真空吸着する。次に、図３（ｄ）に示すように、コレット５を移動（上昇）させて、１個ずつ半導体チップ１０をダイシングシール１１から引き剥がしてピックアップする。
【００４３】
図４に示すように、コレット５に備わる吸着部６の吸着面の平面形状は円形であり、半導体チップ１０の回路形成面および裏面の平面形状は四角形である。吸着部６の吸着面の外形サイズは、半導体チップ１０の外形サイズよりも大きく設計されており、半導体チップ１０の外縁が、吸着部６の吸着面の外縁よりも内側に位置するようになっている。すなわち、吸着部６のボトルネック部６ｂ（半導体チップ１０の回路形成面と接触する部分）の直径（ボトルネック部６ｂの外径；図４中、符号ｄ４で示す寸法）は、ボトルネック部６ｂによって半導体チップ１０のほぼ全体が保持できる値に設定され、吸着部６を貫通する吸着孔８（半導体チップ１０の回路形成面と接触する部分）の直径（図４中、符号ｄ５で示す寸法）は、半導体チップ１０の短辺よりも小さく、吸着孔８の加工精度や吸着部６と半導体チップ１０との合わせズレ等を考慮した値に設定される。例えば一辺が０．２１ｍｍの四角形の半導体チップ１０をボンディングする場合は、上記ボトルネック部６ｂの直径が０．３ｍｍ、上記吸着孔８の直径が０．１３ｍｍの吸着部６が用いられる。
【００４４】
次に、図５（ａ）に示すように、ダイボンディング装置に備わるヒートステージ１５の上に、半導体チップ１０を搭載する基材１４を配置する。基材１４の上方側にはリードフレーム認識用ＣＣＤカメラ１６が設置されており、基材１４の正確な位置を確認することができる。
【００４５】
基材１４は、例えば半導体チップ１０が１つ搭載される単位フレームが複数個配置された構成となっている。各単位フレームは、例えば図６に示すように、半導体チップ１０が搭載されるチップ搭載部（ダイパッド、実装用端子）１７ａと、チップ搭載部１７ａと対向するように、チップ搭載部１７ａの周囲（隣）に設けられた接続端子（リード、実装用端子）１７ｂとを含んでいる。チップ搭載部１７ａは上面（表面）と、この上面とは反対側の下面（裏面）とを有している。接続端子１７ｂはチップ搭載部１７ａの上面と同一面側に位置する上面（表面）と、この上面とは反対側の下面（裏面）を有しており、チップ搭載部１７ａに対向した位置に配置されている。チップ搭載部１７ａおよび接続端子１７ｂは、例えばニッケルからなり、その上面は、例えばＳｎからなる金属層（メッキ層）１７ｃにより覆われている。このチップ搭載部１７ａおよび接続端子１７ｂは、ダイオード製品の片側表面に形成される２つの電極となる。基材１４は、短冊状のリードフレームであってもよく、またはフープ状のリードフレームであってもよい。
【００４６】
次に、図５（ｂ）に示すように、ピックアップされた半導体チップ１０は、その回路形成面をコレット５の吸着部６に吸着、保持されて、基材１４と対向する上方側の所定の位置に搬送される。半導体チップ１０の裏面には裏面電極（第２電極パッド）ＥＬ２が形成されており、この裏面電極ＥＬ２は、例えばＡｕからなる金属層に覆われている。コレット５をチップ搭載部１７ａの上方側から、チップ搭載部１７ａの上面に向かって移動（下降）させ、チップ搭載部１７ａの上面に半導体チップ１０の裏面を接触させる。
【００４７】
次に、図５（ｃ）に示すように、４０ｇ以上、例えば５０ｇ程度の荷重をかけて、基材１４のメッキされたチップ搭載部１７ａの上面に半導体チップ１０の裏面を押し付けて、チップ搭載部１７ａの上面と半導体チップ１０の裏面との接合部分に、例えば３１０℃程度の温度をヒートステージ１５を介して加える。これにより、前述の図６に示すように、Ａｕ−Ｓｎ共晶を作ってチップ搭載部１７ａの上面に半導体チップ１０を接着する。このような半導体チップ１０の接着は、例えば１秒間に４個の処理速度で行われている。このため、荷重が弱い場合には、基材１４に振動が生じて半導体チップ１０の接着に不具合が生じるため、４０ｇ以上の荷重が必要である。なお、Ａｕ−Ｓｎ共晶による貼り付けの他、メッキされたチップ搭載部１７ａの上面にペースト材を載せて、ここに半導体チップ１０を軽く押し付け、例えば１００〜２００℃程度の温度により硬化処理を行うことにより、半導体チップ１０を基材１４に貼り付けることもできる。
【００４８】
次に、図５（ｄ）に示すように、コレット５の吸着を解除することにより、コレット５から半導体チップ１０を引き離し、コレット５を移動（上昇）させて上方側に位置させる。以上に説明したダイボンディング工程を良と判断された複数の半導体チップ１０に対して繰り返すことにより、複数の半導体チップ１０を基材１４の複数のチップ搭載部１７ａの上面にそれぞれ搭載する。
【００４９】
半導体チップ１０のピックアップと基材１４のチップ搭載部１７ａへの半導体チップ１０の接着とを繰り返すことにより、徐々にコレット５に備わる吸着部６の吸着面が、吸着した半導体チップ１０の形状にならって変形する。そこで、詳細は後述するが、吸着部６の吸着面が所定の凹み量に達したときには、吸着部６の吸着面を研磨する。この研磨により、吸着部６の吸着面が再度平坦となることから、半導体チップ１０の持ち帰り不良を低減することができる。さらに、コレット５の交換頻度を低減することができる。
【００５０】
ところで、半導体装置の寸法の制限から、前述の図６に示すように、半導体チップ１０の一辺の長さが基材１４に形成されたチップ搭載部１７ａの一辺の長さよりも長くなり、チップ搭載部１７ａの上面から半導体チップ１０がはみ出す場合がある。半導体チップ１０の平面面積の１／２以上がチップ搭載部１７ａの上面からはみ出すと、コレット５を用いてチップ搭載部１７ａの上面に半導体チップ１０を接着する際、吸着部６の吸着面にかかる加重が一部に集中して、その部分の摩耗が早くなる、さらには半導体チップ１０が傾いて吸着部６が著しく変形するという問題が生ずる。しかし、吸着部６の吸着面は研磨することにより平坦に加工することができるので、このような場合であっても、コレット５の交換頻度を低減することができる。
【００５１】
＜ワイヤボンディング工程および樹脂封止工程＞
次に、前述の図６に示すように、半導体チップ１０上の表面電極（第１電極パッド）ＥＬ１と基材１４上の接続端子１７ｂの上面とを導電性の部材（ボンディングワイヤ）１８、例えば金線を用いて電気的に接続する。その後、基材１４の裏面を露出させて樹脂１９、例えばエポキシ系樹脂により半導体チップ１０および導電性の部材１８を封止して保護する。
【００５２】
＜マーキング工程＞
次に、基材１４を除去して、チップ搭載部１７ａおよび接続端子１７ｂの裏面を露出させた後、樹脂１９の上面にレーザにより製品認識用のマークを彫り、続いて切断装置を用いて樹脂１９を切断し、単位フレーム毎に個片化することにより、リードレス構造のダイオードが完成する。ダイオードの寸法は、例えば０．６２×０．３ｍｍ、その厚さは０．３ｍｍである。また、チップ搭載部１７ａおよび接続端子１７ｂの寸法は、例えば０．１９×０．２５ｍｍ、チップ搭載部１７ａと接続端子１７ｂとの間隔は、例えば０．２ｍｍ以下である。その後、仕上がったダイオードを製品規格に沿って選別し、検査工程を経て製品が完成する。
【００５３】
次に、本実施の一形態によるコレットに備わる吸着部のボルトネック部の研磨工程について、図７に示した模式図を用いて順次説明する。研磨工程には、回転機能を備えた立方形の回転式コレット加工治具を用いる。このコレット加工治具の第１ステージ（研磨ステージ、第１面）にはラッピングペーパが装着され、第２ステージ（異物除去ステージ、第２面）には、シリコンシートが装着され、第３ステージ（異物除去ステージ、第３面）にはシリコンチューブが装着されている。これら第１、第２および第３ステージはコレット加工治具の１つの面に設けられたシャフトを回転させることによって、容易に上面側（コレット５に対向する面側）に位置させることができる。
【００５４】
コレット５の使用により、ボトルネック部６ｂの吸着面が変形すると、半導体チップ１０が基材１４上のチップ搭載部１７ａの上面に載置できず、半導体チップ１０を持ち帰るという不具合を生じる。そのため、ボトルネック部６ｂの吸着面の中央部が、例えば１５〜２０μｍ程度凹んだ場合は、ボトルネック部６ｂの吸着面を研磨して、平坦に加工する。前述したように、ボトルネック部６ｂは、その外形は円柱形であり、一定の直径を有している。従って、ボトルネック部６ｂの吸着面を研磨しても、常にボトルネック部６ｂの直径は一定であり、ボトルネック部６ｂ、すなわち吸着部６の先端部の形状は変形しないので、半導体チップ１０のピックアップ性能が低下する恐れはない。
【００５５】
実際には、ボトルネック部６ｂの吸着面の変形の様子（変形量、凹み量）を確認することが難しいため、半導体チップ１０の処理個数、コレット５の使用時間または基材１４の使用枚数等によって、ボトルネック部６ｂの研磨時期が決められる。例えば１０万個の半導体チップ１０を吸着、搬送した後にボトルネック部６ｂを研磨する、コレット５を２時間使用したらボトルネック部６ｂを研磨する、３枚の基材１４に半導体チップ１０を搭載した後にボトルネック部６ｂを研磨する等の方法を採用することができる。あるいは、一回のダイボンド工程おきにボトルネック部６ｂの研磨を実施してもよい。
【００５６】
まず、図７（ａ）に示すように、コレット加工治具２０のラッピングペーパ２１が装着された第１ステージを上面にして、ラッピングペーパ２１とコレット５とを対向させる。続いて中央部が変形した（凹んだ）ボトルネック部６ｂの吸着面を第１ステージに設けられたラッピングペーパ２１に接触させて、研磨する。ラッピングペーパ２１の粗さは、例えば＃８，０００〜＃１０，０００（：単位面積当たりの凸部の数が８，０００から１０，０００個程度）である。
【００５７】
次に、図７（ｂ）に示すように、コレット加工治具２０に備えつけられたシャフト２０ａでコレット加工治具２０を回転させ、コレット加工治具２０のシリコンシート２２が装着された第２ステージを上面にして、シリコンシート２２とコレット５とを対向させる。続いてボトルネック部６ｂの吸着面を第２ステージに設けられたシリコンシート２２に接触させて、ボトルネック部６ｂの吸着面に付着した異物（研磨粒）をシリコンシート２２に転写して除去する。
【００５８】
次に、図７（ｃ）に示すように、コレット加工治具２０に備えつけられたシャフト２０ａでコレット加工治具２０を回転させ、コレット加工治具２０のシリコンチューブ２３が装着された第３ステージを上面にして、シリコンチューブ２３とコレット５とを対向させる。続いてボトルネック部６ｂの吸着面を第３ステージに設けられたシリコンチューブ２３に接触させて、ボトルネック部６ｂの吸着面に付着した異物（研磨粉）をはたいて除去する。
【００５９】
次に、ボトルネック部６ｂの吸着面の高さを測定し、コレット５の高さ方向の位置を調整する。研磨によりボトルネック部６ｂが短くなると、例えばダイシングシート１１上の半導体チップ１０の回路形成面とボトルネック部６ｂの吸着面との距離、またはコレット５に吸着された半導体チップ１０の裏面と基材１４の上面に形成されたチップ搭載部１７ａの表面との距離が研磨前後で変わり、半導体チップ１０が吸着されない、または半導体チップ１０が基材１４の上面に形成されたチップ搭載部１７ａに接着されないなどの問題が生じる。しかし、コレット５の高さ方向の位置を調整することにより、半導体チップ１０の吸着時や基材１４への接着時における上記不具合等を回避することができる。さらに、ここで、ボトルネック部６ｂの吸着面の高さが規格外となった場合は、ボトルネック部６ｂが残り少ないと判断されて、オペレータコールがなされる。そして、作業者によるコレット５の交換等の作業が行われる。
【００６０】
次に、カメラ等のセンサで吸着孔８の詰まりの有無等を確認する。吸着孔８に問題がなければ、ボンディング工程が再開される。吸着孔８に問題があれば、オペレータコールがなされて、作業者によるコレット５の交換等の作業が行われる。
【００６１】
ボトルネック部６ｂの無い従来のコレット、例えば前述の図１１（ａ）に示したコレット５４を使用する場合は、所定数（例えば５万個）の半導体チップ１０を吸着、搬送した後、またはコレット５を所定時間（例えば５時間）使用した後に、作業者がコレット５を交換しており、複数台のボンディング装置を稼働させる際には作業者に対する作業負担が大きくなっていた。しかし、本願発明では、所定数（例えば５万個）の半導体チップ１０を吸着、搬送した後、またはコレット５を所定時間（例えば５時間）使用した後に、ボルトネック部６ｂの吸着面の研磨が自動で行われ、引き続き、ボンディング作業が行われる。ボトルネック部６ｂが残り少なくなった場合または吸着孔８の詰まりなどの不具合が生じた場合などにコレット５を交換すれば良く、作業負担が軽減される。
【００６２】
回転式のコレット加工治具２０の場合、第２ステージで除去された異物（研磨粒）および第３ステージで除去された異物（研磨粉）を、回転動作により下方側に設けられた受け皿に振り落として廃棄できる。これにより、第２および第３ステージの上に異物が残留しなくなり、ボトルネック部６ｂの吸着面に異物が再転写される問題を抑制することができるという利点もある。
【００６３】
次に、前述の図７（ａ）を用いて説明した研磨工程（コレット加工治具２０の第１ステージに設けられたラッピングペーパ２１にボトルネック部６ｂの吸着面を接触させて研磨する工程）について、図８を用いてさらに詳細に説明する。図８はボンディング部の模式図である。ここでは、ボルトネック部６ｂの吸着面を３０μｍ研磨する場合を例示する。
【００６４】
（ステップ１）ボンディングヘッドユニット２と、このボンディングヘッドユニット２に固定されたコレットホルダー４とが同時に下降する。
【００６５】
（ステップ２）ボトルネック部６ｂの吸着面がコレット加工治具２０の第１ステージに設けられたラッピングペーパ２１に接触する。
【００６６】
（ステップ３）ボンディングヘッドユニット２に備わるランディングセンサ（変位センサ）２ａは感知していないので、さらにボンディングヘッドユニット２のみ下降する（板ばね３が弾性体であるため、ボンディングヘッドユニット２のみ、下降することができる）。
【００６７】
（ステップ４）ボンディングヘッドユニット２に設けられたランディングセンサ２ａが感知したら、ボトルネック部６ｂの吸着面がラッピングペーパ２１に接触したと判断し、ボンディングヘッドユニット２の下降動作が止まる。例えば、ボトルネック部６ｂの吸着面がラッピングペーパ２１に接触していないときのランディングセンサ２ａの変位量（図８中、符号ｄで示す距離）を０．１ｍｍとする場合、その変位量が０．１６ｍｍとなったときをボトルネック部６ｂの吸着面がラッピングペーパ２１に接触したと判断して、ボンディングヘッドユニット２の下降動作を止める。
【００６８】
（ステップ５）ボトルネック部６ｂに形成された凹みの深さに相当する量（３０μｍ）だけ、ボンディングヘッドユニット２が上昇する。これにより、研磨不足または研磨過剰を防止することができる。
【００６９】
（ステップ６）タンパー３０を用いてコレットホルダー４に、例えば５０ｇの荷重をかけて、ボイスコイルモータ３１を用いてコレットホルダー４を第１方向、第１方向と直交する第２方向に動作させる、または回転動作させることにより、ボトルネック部６ｂの吸着面を研磨する。
【００７０】
（ステップ７）ボトルネック部６ｂを所定量（３０μｍ）研磨した後、ボンディングヘッドユニット２と、このボンディングヘッドユニット２に固定されたコレットホルダー４とが同時に上昇する。
【００７１】
なお、前述した実施の形態では、第２ステージに設けられたシリコンシート２２と、第３ステージに設けられたシリコンチューブ２３とを用いた２回の工程によって、コレット５の吸着部６の先端部であるボトルネック部６ｂの吸着面に付着した異物を除去したが、異物が除去できれば、上記２回の工程を行う必要はなく、例えばシリコンチューブ２３を用いた工程のみであってもよい。
【００７２】
また、前述した実施の形態では、コレット加工治具の構成として、第１、第２および第３ステージが一体に形成され、回転動作により、第１、第２および第３ステージをコレット５に対向させる回転式のコレット加工治具を説明したが、第１、第２および第３ステージが平面に並んだ固定式のコレット加工治具を用いてもよい。
【００７３】
図９および図１０に、本発明の実施の形態による固定式コレット加工治具の構成の一例を説明する模式図を示す。
【００７４】
図９は、ダイボンディング装置に備わるウエハトレイ部に設けられたコレット加工治具を説明する模式図である。半導体チップ１０が載置されたウエハトレイ３３の上面の所定の領域に、ラッピングペーパ、シリコンシートおよびシリコンチューブが並んだ１つのステージ３４が装着されている。ウエハトレイ３３には連結部３５を介してＸ−Ｙテーブル３６が繋がっている。コレット５の吸着部６の吸着面を研磨するときには、ウエハトレイ３３が移動して、コレット５の下方側にステージ３４が位置する。
【００７５】
図１０は、ダイボンディング装置に備わるニードルユニット部に設けられたコレット加工治具を説明する模式図である。ニードルユニット３７が搭載されたユニットベース台３８に、ラッピングペーパ、シリコンシートおよびシリコンチューブが並んだ１つのステージ３９が装着されている。このステージ３９はシリンダー４０によって上下動作が可能である。コレット５の吸着部６の吸着面を研磨するときには、ウエハトレイ３３がステージ３９上から退避した後、シリンダー４０によってステージ３９が上昇し、コレット５の下方側の所定の高さにステージ３９が位置する。
【００７６】
このような固定式コレット加工治具を用いることにより、コレット加工治具の機構を簡略化することができるので、ダイボンディング装置の改造費等を低く抑えることができる。
【００７７】
このように、本実施の形態では、コレット５の吸着部６の先端部に径が一定の円柱形のボトルネック部６ｂを設けて、ボトルネック部６ｂの吸着面が所定の凹み量に達したときは、ボトルネック部６ｂの吸着面を研磨する。これにより、半導体チップ１０のピックアップと基材１４のチップ搭載部１７ａへの半導体チップ１０の接着との繰り返しによって、徐々にコレット５に備わる吸着部６のボトルネック部６ｂの吸着面が、吸着した半導体チップ１０の形状にならって変形しても、ボトルネック部６ｂの吸着面を研磨することにより、ボトルネック部６ｂの吸着面が再度平坦となることから、半導体チップ１０の持ち帰り不良が低減するので、コレット５の寿命が長くなり、交換頻度を低減することができる。また、コレット５の交換のために、ダイボンディング装置１の稼働を停止する頻度も低減するので、半導体装置の製造ＴＡＴも向上させることができる。
【００７８】
以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、半導体チップを基材（リードフレーム、配線基板）に搭載する際のダイボンディング工程に適用することができる。
【符号の説明】
【００８０】
１  ダイボンディング装置
２  ボンディングヘッドユニット
２ａ  ランディングセンサ（変位センサ）
３  板ばね（弾性部材）
４  コレットホルダー
４ａ  固定部材
５  コレット
６  吸着部
６ａ  本体部分
６ｂ  ボトルネック部
７  保持部
８  吸着孔（貫通孔）
１０  半導体チップ
１１  ダイシングシート（シート）
１１ａ  フレーム
１２  ニードル（突き上げピン）
１３  チップ認識用ＣＣＤカメラ
１４  基材（リードフレーム、配線基板）
１５  ヒートステージ
１６  リードフレーム認識用ＣＣＤカメラ
１７ａ  チップ搭載部
１７ｂ  接続端子
１７ｃ  金属層（メッキ層）
１８  導電性の部材（ボンディングワイヤ）
１９  樹脂
２０  コレット加工治具
２０ａ  シャフト
２１  ラッピングペーパ
２２  シリコンシート
２３  シリコンチューブ
３０  タンパー
３１  ボイスコイルモータ
３３  ウエハトレイ
３４  ステージ
３５  連結部
３６  Ｘ−Ｙテーブル
３７  ニードルユニット
３８  ユニットベース台
３９  ステージ
４０  シリンダー
５１  半導体チップ
５２  吸着面（接触面）
５３  吸着孔
５４  コレット
５４ａ  吸着部
５４ｂ  支持部
５５  角錐コレット
ＥＬ１  表面電極（第１電極パッド）
ＥＬ２  裏面電極（第２電極パッド）
【図１】
2010161211.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010161211.tif 000009
【図８】
2010161211.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2010161211.tif 000012
【図１１】
2010161211.tif 000013
【図１２】
2010161211.tif 000014
【図１３】
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