(57)【要約】  基板を支持するためのプレースステージを含むプレースステージ組立体と、基板における清浄環境をもたらすためのカバー部であって、載置動作が基板の制限された範囲に実行され得るカバー部の第1の面に第1の開口部を含むカバー部とを備え、プレースステージおよびカバー部は、相対移動によって、開口部が基板の上方に選択された相対位置を得ることが可能になるように取り付けられる、ピックアンドプレースマシン用のプレースステーション。
2013506311.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ピックアンドプレースマシン用のプレースステーションであって、
基板を支持するためのプレースステージを含むプレースステージ組立体と、
前記基板における清浄環境を前記プレースステーションの他の部分からの汚染から保護するように構成されているカバー部であって、載置動作が前記基板の制限された範囲に実行され得る前記カバー部の第1の面に第1の開口部を含むカバー部と
を備え、
前記プレースステージおよび前記カバー部は、相対移動によって、前記開口部が前記基板の上方に選択された相対位置を得ることが可能になるように取り付けられる、プレースステーション。
【請求項２】
前記カバー部はプレートを含む、請求項1に記載のプレースステーション。
【請求項３】
前記カバー部はエンクロージャを含む、請求項1に記載のプレースステーション。
【請求項４】
前記第1の開口部を介して外側へ第1の気体流を維持するように動作可能な清浄気体源手段をさらに備える、請求項1から3のいずれか一項に記載のプレースステーション。
【請求項５】
前記清浄気体源手段は、前記基板の面全体を一掃する第2の気体流を維持するように動作可能である、請求項1から4のいずれか一項に記載のプレースステーション。
【請求項６】
前記エンクロージャの前記第1の面は上面であり、前記エンクロージャは前記エンクロージャの第2の下面に第2の開口部をさらに含み、前記清浄気体源手段は、前記第2の開口部に向けて、前記基板の周辺部を越えたところから第3の気体流を維持するように動作可能である、請求項3に従属した場合の請求項4または5に記載のプレースステーション。
【請求項７】
前記汚染は、ピック/プレースヘッドの移動機構、前記ピック/プレースヘッドのノズル、または清浄エア源のうちの1つまたは複数から生じる、請求項1から6のいずれか一項に記載のプレースステーション。
【請求項８】
ピックステーション、請求項1から7のいずれか一項に記載のプレースステーション、および/または搬送路に沿って部品を前記ピックステーションから前記プレースステーションに搬送するためのピック/プレースヘッドを備える、ピックアンドプレースマシン。
【請求項９】
三次元集積回路または他の超小型組立体の製造において、ダイまたは他の超小型組立体をピッキングし、載置するように動作可能である、請求項8に記載のマシン。
【請求項１０】
ピックアンドプレースマシンを使用して三次元集積回路または他の超小型組立体を製造する方法であって、
ターゲットウェハの範囲に対して小さい開口部を有する保護カバー部で前記ターゲットウェハをカバーするステップと、
前記開口部が次の搬送先の上方に直接的に位置付けられている相対位置を得るように、前記ターゲットウェハおよび前記カバー部を相対的に移動させることによって、
次のダイまたは他の超小型組立体部品を前記次の搬送先に載置することによって、
載置動作を前記ターゲットウェハ上で行うステップと
を含む、方法。
【請求項１１】
前記カバー部はプレートを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１２】
前記カバー部はエンクロージャを含む、請求項10に記載の方法。
【請求項１３】
前記開口部を介して外側へ第1の気体流を確立するステップを含む、請求項11または12に記載の方法。
【請求項１４】
ダイスタックまたは他の超小型組立体の上部面全体を一掃する第2の気体流を確立するステップをさらに含む、請求項11から13のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１５】
前記開口部は前記エンクロージャの上面にあり、前記エンクロージャは前記エンクロージャの下面にさらなる開口部をさらに含み、前記方法は、前記さらなる開口部に向けて、前記ターゲットウェハの周辺部を越えたところから第3のエア流を確立するステップをさらに含む、請求項12に従属した場合の請求項13または14に記載の方法。
【請求項１６】
前記載置動作の前に、ダイの面または他の超小型組立体部品を洗浄するステップをさらに含む、請求項11から15のいずれか一項に記載の方法。
【請求項１７】
前記ダイが持ち上げられた後およびスタッキングされる前に、前記ダイの第1の面が洗浄される、請求項16に記載の方法。
【請求項１８】
前記ダイが持ち上げられる前に、前記ダイの第2の面が洗浄される、請求項16または17に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、特に三次元集積回路(3D IC)の製造に応用される(ただし、それだけに限らない)ピックアンドプレースマシン用プレースステーションに関する。
【背景技術】
【０００２】
様々な電子部品をプリント回路板など基板上に載置するためにピックアンドプレースマシンを使用することはよく知られている。従来のバックエンド製造環境においては、粒子汚染が、例えばピックアンドプレースマシンの移動機構によって生じるということは問題であるとは考えられていない。汚染粒子がボンドパッドの周囲に詰まるという極端な場合にのみ、ボンドワイヤの溶接またはフリップチップ相互接続のはんだ付けが損なわれることがあり得る。
【０００３】
ダイツーウェハやダイツーダイ方式の3D ICの製造においては、シリコン貫通電極(TSVs:Through Silicon Vias)によるスタック内のダイ間の電気的相互接続を可能にするために、十分に正確に位置付けられたダイのスタックを作成する必要がある。TSVは、1〜2ミクロンの大きさのバンプを介して接続を行う。結果として、ダイ間のスタンドオフ距離を1ミクロン程度にする必要がある。このスタンドオフ距離よりも大きな粒子でダイの表面が汚染される場合、TSVが電気的な接触をするようにダイを配置することは不可能であり、機能しないスタックとなる。スタック内のいずれか1つのダイ汚染がスタックの機能不全を招き得るという理由から、このような汚染は、機能するスタックの歩留まりに対して不釣り合いな影響を及ぼす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
3D ICを製造するときに求められるさらに高い清浄度を満たすことが可能なピックアンドプレースマシンを提供することが本発明の目的である。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
第1の態様によれば、本発明は、
基板を支持するためのプレースステージを含むプレースステージ組立体と、
基板における清浄環境をもたらすためのカバー部であって、載置動作が基板の制限された範囲に実行され得るカバー部の第1の面に第1の開口部を含むカバー部と
を備え、
プレースステージおよびカバー部は、相対移動によって、開口部が基板の上方に選択された相対位置を得ることが可能になるように取り付けられる、
ピックアンドプレースマシン用プレースステーションを提供することが可能である。
【０００６】
本発明の第1の態様により、カバー部は、載置動作が行われることを可能にすると同時に、基板を、とりわけピック/プレースヘッドの移動機構によって生じる汚染から保護する。
【０００７】
好ましくは、プレースステーションは、第1の開口部を介して外側へ第1の気体流を維持するように動作可能な清浄気体源手段をさらに備える。
【０００８】
第1の気体流は、とりわけ、第1の開口部を介してピック/プレースヘッドの移動機構によって基板上に生じる汚染の侵入を妨げる。
【０００９】
好ましくは、清浄気体源手段は、基板の面全体を一掃する第2の気体流を維持するように動作可能である。
【００１０】
第2の気体流により、基板上に存在するか、または基板上の部品、例えば、集積回路が持つダイまたはウェハ上に存在する汚染は基板の縁部から一掃される。
【００１１】
一実施形態において、カバー部はプレートを含む。好ましい実施形態において、カバー部はエンクロージャを含む。
【００１２】
好ましくは、エンクロージャの第1の面は上面であり、エンクロージャはエンクロージャの第2の下面に第2の開口部をさらに含み、清浄気体源手段は、第2の開口部に向かって基板の周辺部を越えたところから第3の気体流を維持するように動作可能である。
【００１３】
第3の気体流により、基板または部品から生じる汚染は、その気体流がエンクロージャを抜ける第2の開口部に向かって方向付けられる。第3の気体流は、プレースステージ組立体の移動機構によっておよび/またはエンクロージャ内に生じる汚染の侵入を妨げる。
【００１４】
第2の態様によれば、本発明は、ピックアンドプレースマシンを使用して三次元集積回路を製造する方法を提供することが可能であり、この方法は、
小さい開口部を有する保護カバー部でターゲットウェハをカバーするステップと、
小さい開口部が次の搬送先スタックの上方にある相対位置を得るように、ターゲットウェハおよびカバー部を相対的に移動させることによって、
次のダイを次の搬送先スタック上に載置することによって、
ダイスタッキング動作をターゲットウェハ上で行うステップと
を含む。
【００１５】
第1および第2の態様による本発明は、ターゲットウェハにおいて完全に清浄な環境を要求するフリップチップダイならびにレンズ検出器組合せおよびMEMSキャッピングなど、機械的組立体を含む他の超小型組立体の製造にも適用される。
【００１６】
本発明のさらなる態様および好ましい特徴を以下の説明で述べ、添付の特許請求の範囲で定義する。
【００１７】
本発明の例示的な実施形態を本明細書において以下、付随する図面を参照して説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】第1のピックアンドプレースマシンのレイアウトを概略的に示す図である。
【図２】図1に示すプレースステーションを示す図である。
【図３】小環境エンクロージャ内の清浄エア流を示す、図2に示したプレースステーションの一部を示す図である。
【図４】第2のピックアンドプレースマシンのレイアウトを概略的に示す図である。
【図５（ａ）】第2のピックアンドプレースマシンについての工程順序を示す図である。
【図５（ｂ）】第2のピックアンドプレースマシンについての工程順序を示す図である。
【図５（ｃ）】第2のピックアンドプレースマシンについての工程順序を示す図である。
【図６】第3のピックアンドプレースマシンのレイアウトを概略的に示す図である。
【図７（ａ）】第3のピックアンドプレースマシンについての工程順序を示す図である。
【図７（ｂ）】第3のピックアンドプレースマシンについての工程順序を示す図である。
【図７（ｃ）】第3のピックアンドプレースマシンについての工程順序を示す図である。
【図８】第4のピックアンドプレースマシンのレイアウトを概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
全体的に10と表す第1のピックアンドプレースマシン、すなわち超小型組立体マシンを図1に示す。
【００２０】
マシン10は、ピックアップウェハ14の形態の基板を含むピックステーション12を備える。ピックアップウェハ14は、3D IC製造に使用するためのダイの配列5を含む。ピックステーション12は、ダイ5がピッキングに備えた水平配向に向けられるように、ピックアップウェハ14を保持する。
【００２１】
マシン10は、プレースステーション20をさらに備える。プレースステーション20は、ターゲットウェハ25の形態の基板を水平配向に支持するプレースステージ24と、表示したX軸およびZ軸、ならびに(紙面と垂直な)無表示のY軸で、プレースステージ24を移動させるための移動機構(図示せず)とを含むプレースステージ組立体22を備える。ターゲットウェハ25は、ダイが作成されるにつれて、それらのスタック7をホスティングする。
【００２２】
プレースステーション20は、プレースステージ24と、ターゲットウェハ25と、作成中のスタック7とを包囲し、その内部の清浄度レベルが残りのピックアンドプレースマシン10におけるレベルよりも高く維持される局所的な小環境を創出するエンクロージャ26をさらに備える。小環境エンクロージャ26は、後述するようにターゲットウェハ25上への載置動作がそれを介して実行され得る上面26bに形成された上部開口部26aと、プレースステージ組立体22の図示していない移動機構がそれを介してプレースステージ24と結合されている底部開口部26cとを含む。小環境エンクロージャ26は固定位置で保持され、プレースステージ組立体22の移動機構によって、開口部26aがターゲットウェハ25の上方にいずれの場所でも位置合わせ可能なように、プレースステージ24の位置をXY平面で調整することが可能になる。さらには、プレースステージ組立体22の移動機構によって、プレースステーション24の位置をZ方向に調整することが可能になって、完全にスタッキングされたウェハ25を小環境エンクロージャ26から除去および置換できるようになる。
【００２３】
他の実施形態においては、小環境エンクロージャ26は固定される必要がなく、プレースステージ24に対して移動するように取付け可能である。
【００２４】
図2を参照すると、プレースステーション20は、超清浄乾燥エアを小環境エンクロージャ26内にその上面26bに形成されたノズルの配列28aを介して注入する清浄エア源28をさらに備える。図3を参照すると、清浄エア源28は、エンクロージャ26の内側から開口部26aを介して外側へ流れる第1のエア流31を確立する。清浄エア源28はまた、ターゲットウェハ25の表面全体を一掃する第2のエア流32を確立する。この清浄エア源はまた、ターゲットウェハ25およびプレースステージ24の周辺縁部を越えたところから底部開口部26cに向かって下方に流れる第3のエア流33を確立する。
【００２５】
図1を参照すると、マシン10は、ピックステーション12とプレースステーション20との間を移動可能な搬送ロボット40をさらに備える。ロボット40は、ダイ5をピッキングし、載置するための、ノズル44を有するピック/プレースヘッド42を担持する。
【００２６】
動作中、ロボット40は、ピックアップウェハ14の上方に位置付けられる。現在のピックアンドプレースサイクルを開始するために、8と表す特定のダイがその上部面でピック/プレースヘッド42によって持ち上げられる。次いで、ロボット40は、搬送路に沿ってダイ8をターゲットウェハ25における9と表す搬送先スタックへ移動させ始める。ロボット40が搬送路に沿って進むにつれて、プレースステージ24は、搬送先スタック9が開口部26aと位置合わせするように操作される。プレースステーション20に到達すると、ピック/プレースヘッド42は、開口部26aを介して搬送先スタック9の上にダイ8をスタッキングする載置動作を行う。第1のエア流31は、開口部26aから小環境エンクロージャ26への、とりわけロボット40の移動機構によって生じる粒子汚染の侵入を防ぐカーテンすなわちバリアをもたらす。第2の気体流32は、小環境エンクロージャ26内へのその経路を見つけてしまう粒子汚染をスタック7の露出表面から一掃させ、それによって、正確なスタッキング動作を実行すること、およびスタックにおけるダイ間の電気的相互接続を形成することが可能になる。第3のエア流33は、底部開口部26cに向けて、かつ小環境から、第2のエア流32に取り込まれるいずれの粒子汚染をも運ぶ。第3のエア流33はまた、底部開口部26cから小環境エンクロージャ26への、とりわけプレースステージ組立体22の移動機構によって生じる粒子汚染の侵入を防ぐカーテンすなわちバリアをもたらす。
【００２７】
プレースステーション20におけるエンクロージャ26の設置は、高清浄度の小環境がダイスタックの露出面周辺で局所的に確立されることを可能とし、それによって、正確なスタッキング動作を達成することが可能になり、ピック/プレースヘッド42の移動機構、ピック/プレースヘッド42のノズル、清浄エア源28、またはピックアンドプレースマシン10の他の様々な移動機構によって生じる粒子汚染からダイスタックを隔離することになるということが理解されよう。
【００２８】
以降、図1から図3に示す第1のピックアンドプレースマシンに関して説明した部分と同様の部分を示すときは、同じ参照数字を使用する。
【００２９】
第2のピックアンドプレースマシン10を図4に示す。第2のピックアンドプレースマシンは、第1のピックアンドプレースマシンとは異なり、直接的な洗浄を行うように構成されているレーザの形態の洗浄ユニット45、および複数の調整可能なミラー50a、50bを含む光学組立体50もまた備えられる。
【００３０】
次に、第2のピックアンドプレースマシンの動作について、図5(a)、図5(b)、および図5(c)を参照して説明する。ピック/プレースヘッド42はダイ8を持ち上げ、搬送路に沿ってプレースステーション20に向かって移動させ始める。搬送路に沿って途中まで、ダイ8の底部面は、図5(a)に示す洗浄ユニット45のレーザによって直接的に洗浄される。次に、図5(b)に示すように、ロボット40は、搬送路に沿ってダイを搬送先スタック9および開口部26aの上方の位置に移動させる。その間、洗浄ユニット45は、次のピックアンドプレースサイクルで持ち上げられる予定のダイの上部面の直接的なレーザ洗浄を行う。最後に、ピックプレースヘッド42は、開口部26aを介して搬送先スタック9の上にダイ8をスタッキングする載置動作を行い、搬送路に沿ってピックステーション12へと元に戻る。搬送路に沿って途中まで、洗浄ユニット45は、図5(c)に示すノズル44の直接的なレーザ洗浄を行う。
【００３１】
各ピックアンドプレースサイクルにおいて、ノズル44は予洗浄され(図5(c))、搬送されるダイ8の上部面(図5(b))および底部面(図5(a))は、ダイが小環境エンクロージャ26内への侵入および載置に向けて清浄な状態であるということを確実にするために、載置動作の前に洗浄されるということが理解されよう。
【００３２】
第3のピックアンドプレースマシン10を図6に示す。第3のピックアンドプレースマシンは、第1のピックアンドプレースマシンとは異なり、衝動波洗浄を行うように構成されているレーザの形態の洗浄ユニット45、および調整可能ミラー50aとレンズ50cとを含む光学組立体もまた備えられる。
【００３３】
次に、第3のピックアンドプレースマシンの動作について、図7(a)、図7(b)、および図7(c)を参照して説明する。ピック/プレースヘッド42はダイ8を持ち上げ、搬送路に沿ってプレースステーション20に向かって移動させ始める。搬送路に沿って途中まで、ダイ8の底部面は、図7(a)に示す洗浄ユニット45のレーザによって衝撃波洗浄される。次に、図7(b)に示すように、ロボット40は、搬送路に沿ってダイを搬送先スタック9および開口部26aの上方の位置に移動させる。その間、洗浄ユニット45は、次のピックアンドプレースサイクルで持ち上げられる予定のダイの上部面の衝撃波レーザ洗浄を行う。最後に、ピックプレースヘッド42は、開口部26aを介して搬送先スタック9の上にダイ8をスタッキングする載置動作を行い、搬送路に沿ってピックステーション12へと元に戻る。搬送路に沿って途中まで、洗浄ユニット45は、図7(c)に示すノズル44の衝撃波レーザ洗浄を行う。
【００３４】
各ピックアンドプレースサイクルにおいて、ノズル44は予洗浄され(図7(c))、搬送されるダイ8の上部面(図7(b))および底部面(図7(a))は、ダイが小環境エンクロージャ26内への侵入および載置に向けて清浄な状態であるということを確実にするために、載置動作の前に洗浄されるということが理解されよう。
【００３５】
第4のピックアンドプレースマシンを図8に示す。第4のピックアンドプレースマシンは、第1のピックアンドプレースマシンとは異なり、カバー部は、エンクロージャの形態のカバー部でなく、保護カバープレート27を備え、このマシンは清浄エア源を含まない。第4のピックアンドプレースマシンは、変更すべきところは変更して、第1のピックアンドプレースマシンと同様に働き、プレート27は、載置動作が実行されることを可能にすると同時に、ターゲットウェハ25を、とりわけピック/プレースヘッド42の移動機構によって生じる汚染から保護する。第4のピックアンドプレースマシンの変形形態においては、清浄エア源が、第1のエア流31および/または第2のエア流32を発生させるために設けられてよい。同様に、やはり洗浄ユニット45が設けられてもよい。
【００３６】
他の実施形態においては、複数の清浄エア源28を使用して、第1のエア流31、第2のエア流32、および第3のエア流33を生成可能である。
【００３７】
他の実施形態においては、洗浄ユニット45は、ナノスプレー/オーシャンスプレー、メガソニック洗浄、高電圧洗浄、ウェットレーザ洗浄/スチームレーザ洗浄、液体ジェット、超音波ノズルによる洗浄、ブラッシング、レーザアブレーション、研磨(PVA+UPW)、CO2スノー、エアナイフ/エアジェット、またはそれらの組合せによって洗浄することが可能である。ウェット洗浄技術が使用される場合、ダイ8は載置前に乾燥される必要がある。適切な乾燥技術には、ライト(可視IR)、レーザ(可視IR)、超音波技術、エアナイフ、ホットエア、またはそれらの組合せが含まれる。
【符号の説明】
【００３８】
5  ダイ
7  スタック
8  ダイ
9  搬送先スタック
10  マシン
12  ピックステーション
14  ピックアップウェハ
20  プレースステーション
22  プレースステージ組立体
24  プレースステージ
25  ターゲットウェハ
26  小環境エンクロージャ
26a  開口部
26b  上面
26c  底部開口部
27  保護カバープレート
28  清浄エア源
28a  ノズル
31  第1のエア流
32  第2のエア流
33  第3のエア流
40  ロボット
42  ピック/プレースヘッド
44  ノズル
45  洗浄ユニット
50  光学組立体
50a  調整可能なミラー
50b  調整可能なミラー
50c  レンズ
【図１】
2013506311.tif 000003
【図２】
2013506311.tif 000004
【図３】
2013506311.tif 000005
【図４】
2013506311.tif 000006
【図５（ａ）】
2013506311.tif 000007
【図５（ｂ）】
2013506311.tif 000008
【図５（ｃ）】
2013506311.tif 000009
【図６】
2013506311.tif 000010
【図７（ａ）】
2013506311.tif 000011
【図７（ｂ）】
2013506311.tif 000012
【図７（ｃ）】
2013506311.tif 000013
【図８】
2013506311.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成24年6月19日(2012.6.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2013506311.tif 000015
【図２】
2013506311.tif 000016
【図３】
2013506311.tif 000017
【図４】
2013506311.tif 000018
【図５（ａ）】
2013506311.tif 000019
【図５（ｂ）】
2013506311.tif 000020
【図５（ｃ）】
2013506311.tif 000021
【図６】
2013506311.tif 000022
【図７（ａ）】
2013506311.tif 000023
【図７（ｂ）】
2013506311.tif 000024
【図７（ｃ）】
2013506311.tif 000025
【図８】
2013506311.tif 000026
【国際調査報告】
2013506311.tif 000027
2013506311.tif 000028