(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引孔から真空吸引することにより、バンプを備えた半導体チップを吸着するコレットであって、
開口と、遮蔽部と、複数の貫通孔とを備え、
前記開口は、前記コレットの内部の上記吸引孔側と逆側に設けられた、上記吸引孔と連通する空洞であり、
前記遮蔽部は、前記半導体チップを吸着する際に該半導体チップの素子形成面に対向するように、前記開口の前記吸引孔側と逆側の端部に、該開口を塞ぐように設けられていて、
前記貫通孔は、前記遮蔽部の縁部に、該遮蔽部を貫通するように設けられ、
前記貫通孔は、前記バンプの位置に対応させるように設けられていることを特徴とするコレット。
【請求項２】
前記半導体チップを吸着する際に、前記半導体チップの側面が開放されていることを特徴とする請求項１に記載のコレット。
【請求項３】
前記コレットはさらに、突起を備え、
前記突起は、前記貫通孔の、前記半導体チップを吸着する際に該半導体チップの素子形成面に対向する側の周囲に設けられていることを特徴とする請求項１または２に記載のコレット。
【請求項４】
前記貫通孔は、前記吸引孔側から前記遮蔽部の方向において、前記コレットの中心から周囲に向かって傾斜していることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載のコレット。
【請求項５】
前記コレットの内面または前記遮蔽部の少なくとも一部分に、粘着剤を設けられたことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のコレット。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか１項に記載のコレットを用いた、バンプを備えた半導体チップのダイボンディング方法であって、
ダイシングテープの上に設置された半導体チップを、前記ダイシングテープの下側から突き上げる引き剥がし工程と、
前記コレットの前記貫通孔を前記半導体チップの前記バンプの位置に対応させるように近接させ、前記貫通孔から前記バンプを吸引し、前記貫通孔と前記バンプとを隙間なく密着させることで、前記半導体チップを前記コレットに吸着させる吸着工程と、
前記コレットを反転させてマウントツールで保持し、前記貫通孔から加圧を行うことで、前記半導体チップを前記コレットから前記マウントツールに移し替えるフリップチップ工程と、
前記マウントツールを操作して、基板の上方に移動させ、前記半導体チップを前記マウントツールから離すことで、前記基板上に前記半導体チップを設置する接合工程とを備えたことを特徴とするダイボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はコレットおよび該コレットを用いたダイボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の製造工程には、半導体ウエハをダイシングによって分割し、個片化された半導体チップをパッケージの基板に接合する、ダイボンド工程がある。
【０００３】
ダイボンド工程では、まず、半導体ウエハをダイシングテープに貼り付ける。その後半導体ウエハをダイシングによって分割し、ダイシング後の個片の半導体チップのサイズに適応した間隔で配置した突き上げピンで、ダイボンドする半導体チップをダイシングテープ側から突き上げて、ダイシングテープから引き剥がす。
【０００４】
次に、コレットという治具を用いて、半導体チップの表面を真空吸着して拾い上げ、コレットを操作し、拾い上げた半導体チップの回路素子が形成された面を上にして、パッケージの基板上の所定の位置に移動させる。そして、半導体チップを基板上に塗布されたダイボンドペースト上に設置し、その後真空吸着を解除してコレットから半導体チップを離す。そして、基板と半導体チップの端子同士をワイヤボンディングすることで、半導体チップと基板との接合を行う。
【０００５】
また、基板に半導体チップを接合させる工程として、フリップチップ工程が含まれることがある。これは、予め素子形成面側にバンプという接続電極が設けられた半導体チップを実装する際に適用され、上述と同様の方法で半導体チップを拾い上げた後、半導体チップをマウントツールに移し替えることによって行われる。
【０００６】
まず、コレットで拾い上げた半導体チップの裏面をマウントツールで真空吸着する。その後、コレットの真空を解除することにより、移し替えが完了する。次に、マウントツールを操作し、拾い上げた半導体チップの回路素子が形成された面を下にして、パッケージの基板上の所定の位置に移動させる。そして、基板上の端子と半導体チップのバンプが対応する位置に半導体チップを設置し、その後真空吸着を解除してマウントツールから半導体チップを離す。最後に、基板の端子と半導体チップのバンプとを超音波振動等を用いて接合することで、半導体チップと基板との接合を行う。
【０００７】
フリップチップ工程を含むダイボンディング方法では、従来の方法と比較して、バンプによって端子との接合が行われることより、ワイヤボンディングの必要が無いため、接続抵抗を低減することが可能な上、実装面積を小さくすることができる利点を有する。
【０００８】
これらの工程における真空吸着の解除は、吸引側から一時的に空気を加圧する、すなわち、少量の空気を吸引側から排出することによって行われる。これは、吸引を停止するだけでは、コレット内側と半導体チップとの空間が減圧状態を維持し続けるため、コレット外側との大気圧力差の作用で、半導体チップを離すことが出来ないことによる。この真空吸着の解除における加圧作用を、真空破壊と呼ぶ。
【０００９】
しかしながら、上述のようなコレットを使用したダイボンディング方法では、半導体チップの回路素子を、異物によって損傷してしまう問題が発生することがある。
【００１０】
上述の工程では、何れもダイシングテープから半導体チップを引き剥がして、コレットで半導体チップを真空吸着で拾い上げ、その後真空吸着を解除して半導体チップを離す方法がとられている。
【００１１】
ダイシングテープから半導体チップを引き剥がすとき、ダイシングの際に生じた半導体チップ表面と側面に付着しているシリコン片やダイシングテープ材の屑が、ダイシングテープから半導体チップを引き剥がすときの衝撃や静電気によって舞い上がる。これらは、ダイボンドやフリップチップの装置内に浮遊している塵等とともに、半導体チップの表面と側面に付着する。ここでは、これらの異物を総称してパーティクルと呼ぶ。
【００１２】
パーティクルが半導体チップの表面や側面に堆積することは、半導体チップの損傷の要因となり得る。特に、半導体チップが素子としてイメージセンサ（固体撮像素子）を搭載している場合、イメージセンサ上にパーティクルが付着する、あるいはイメージセンサが損傷すると、画素欠陥や受光感度により半導体チップが不良品となり、その経済的損失は膨大なものとなる。
【００１３】
上記の問題を解決するため、半導体チップをパーティクルから保護するコレットの構成が、下記の文献に開示されている。
【００１４】
特許文献１では、バンプを備えた半導体チップを吸着するコレットを開示している。ここでは、コレットの吸着面とバンプとを密着させることにより、吸着面と半導体チップの表面との間に、バンプの高さだけ空間が生じるため、半導体チップの表面を異物から保護できるとしている。
【００１５】
特許文献２では、把持部および平板部から間隔をあけて形成され、吸着する半導体チップとの間にも間隔を有する、対向壁が設けられている角錐コレットが開示されている。ここでは、半導体チップ吸着の際に気流が半導体チップ上部を通過しないため、パーティクルが対向壁と把持部との間から真空吸引され、半導体チップの表面に付着することを防止できるとしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１６】
【特許文献１】特開平５−１９０６６５号公報（１９９３年７月３０日公開）
【特許文献２】特開２００６−３５１８４８号公報（２００６年１２月２８日公開）
【特許文献３】特開２００３−２１８１３４号公報（２００３年７月３１日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
半導体チップをコレットで真空吸着する際、半導体チップの表面やパーティクルは半導体チップ表面とコレットの半導体チップを把持する面との空間で、跳ね返りを繰り返しながら、コレットの吸引管内に吸引され、コレットの内壁にパーティクルが堆積していく。
【００１８】
さらに、コレットから半導体チップを離すとき、真空吸着を解除するために吸引管側から空気が排出されることにより、コレットの内壁に堆積したパーティクルが半導体チップ側に共に排出され、半導体チップ表面に付着したり、半導体チップ表面を損傷したりすることもある。
【００１９】
特許文献１および２では何れも、半導体チップの吸着を解除するために、加圧を行うことによって、コレット内壁に堆積したパーティクルが落下し、半導体チップ側に噴出された気流に乗って、パーティクルが半導体チップの上面に到達してしまう虞がある。
【００２０】
特許文献３では、コレットの吸引管を内管および外管の二重構造とし、半導体チップを吸着する際に一方の管から吸引を行い、半導体チップを離すときに、内管と外管の圧力差を制御することで、吸引を行った管では加圧が行われず、パーティクルが真空源に吸い込まれる構成が開示されている。
【００２１】
しかし、上記構成においては、内管と外管の圧力差を個別に制御するための、専用の制御装置が必要であり、コストの増加に繋がる。また内管と外管の圧力差を瞬時に制御することは困難であり、制御に時間がかかり、タクトタイムが長時間化することで、半導体チップの製造効率が低下することが考えられる。
【００２２】
本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、コスト増加や製造効率低下を招くことなく、吸着を解除するための加圧の際に、半導体チップにパーティクルが付着することを防止するコレットを実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２３】
上記の課題を解決するために、本発明の一態様に係るコレットは、吸引孔から真空吸引することにより、バンプを備えた半導体チップを吸着するコレットであって、開口と、遮蔽部と、複数の貫通孔とを備え、前記開口は、前記コレットの内部の上記吸引孔側と逆側に設けられた、上記吸引孔と連通する空洞であり、前記遮蔽部は、前記半導体チップを吸着する際に該半導体チップの素子形成面に対向するように、前記開口の前記吸引孔側と逆側の端部に、該開口を塞ぐように設けられていて、前記貫通孔は、前記遮蔽部の縁部に、該遮蔽部を貫通するように設けられ、前記貫通孔は、前記バンプの位置に対応させるように設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の一態様によればコスト増加や製造効率低下を招くことなく、コレット内部の加圧の際にパーティクルをコレット外部に排出し、半導体チップにパーティクルが付着することを低減する効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施形態１に係るコレットの概略図である。
【図２】本発明の実施形態１に係るコレットの内部構造を説明するための断面図である。
【図３】本発明の実施形態１に係るコレットを使用した、ダイボンディングの工程を説明するための概略図である。
【図４】本発明の実施形態１に係るコレットの効果を説明するための概略図である。
【図５】本発明の実施形態２に係るコレットの概略図である。
【図６】本発明の実施形態２に係るコレットを使用した、ダイボンディングの工程を説明するための概略図である。
【図７】本発明の実施形態３に係るコレットと使用中のコレットの様子を表す概略図である。
【図８】本発明の実施形態４に係るコレットと使用中のコレットの様子を表す概略図である。
【図９】本発明の変形例１に係るコレットと使用中のコレットの様子を表す概略図である。
【図１０】本発明の変形例２に係るコレットとその効果を表す概略図である。
【図１１】本発明の変形例３に係るコレットの下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
〔実施形態１〕
以下、本発明の実施の形態について、図１〜４に基づいて詳細に説明する。ただし、この実施形態に記載されている構成は、特に特定的な記載がない限り、この発明の範囲をそれのみに限定する趣旨ではなく、単なる説明例に過ぎない。なお、以下で説明する図面で、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
【００２７】
＜コレットの構造＞
本実施形態に係るコレットは、一方に設けられた吸引孔から真空吸引することにより、他方の開口から半導体チップを吸着し、半導体チップの取り扱いを行うためのコレットである。以下の実施形態においては、表面となる素子形成面に固体撮像素子を備え、差異表面にマイクロレンズが形成された、カメラモジュール用の半導体チップを取り扱うコレットを例に挙げて説明を行う。
【００２８】
図１は、本実施形態に係るコレットの構成を示す概略図である。（ａ）は正面図、（ｂ）は上面図、（ｃ）は下面図を示す。なお、（ｂ）に示されるＸ―Ｘ’線およびＹ―Ｙ’線は、以降の図で示されるＸ―Ｘ’線およびＹ―Ｙ’線と対応している。
【００２９】
図１（ａ）〜（ｃ）に示すように、コレット１０は、開口１１、遮蔽部１２、貫通孔１３、チップエッジ１４、外壁１５、および吸引孔１６を備えている。外壁１５は、管部１５ａ、上面部１５ｂ、側面部１５ｃからなる。
【００３０】
図１（ａ）は、コレット１０の正面図である。コレット１０の外面は、吸引孔１６を形成する管部１５ａ、開口１１を形成する側面部１５ｃ、および管部１５ａと側面部１５ｃとを接続する上面部１５ｂからなる外壁１５によって形成される。
【００３１】
図１（ｂ）は、コレット１０の上面図である。吸引孔１６は管部１５ａの内側に形成され、後述する開口１１と上面部１５ｂにおいて流体的に連通している。このため、コレット１０を真上からみると、図１（ｂ）に示すように、図１（ｃ）に示される遮蔽部１２の一部が吸引孔１６から確認できる。
【００３２】
図１（ｃ）は、コレット１０の下面図である。開口１１は、上面部１５ｂおよび側面部１５ｃの内側に形成される。すなわち、開口１１は、コレット１０の内部の吸引孔１６側と逆側に設けられた、吸引孔１６と連通する空洞である。開口１１の吸引孔１６と反対側の端部には、遮蔽部１２が該開口１２を塞ぐように設けられている。そして、遮蔽部１２を貫通するように、複数の貫通孔１３が遮蔽部１２の周辺縁部に設けられている。このため、コレット１０の外部、開口１１、および吸引孔１６とは、貫通孔１３を介して流体的に連通している。
【００３３】
さらに、チップエッジ１４が、側面部１５ｃの開口１１側の端部に設けられている。チップエッジ１４は、半導体チップを吸着する際に、該半導体チップと線接触する把持部として機能する。
【００３４】
＜コレットの内部構造＞
次に、コレット１０の内部構造を、図２を用いて説明する。図２はコレット１０の断面図であり、（ａ）は図１（ｂ）および（ｃ）のＸ―Ｘ’矢視断面、（ｂ）は図１（ｂ）および（ｃ）のＹ―Ｙ’矢視断面を示している。
【００３５】
図１（ｂ）および（ｃ）に示されるように、Ｘ―Ｘ’線は貫通孔１３および吸引孔１６の存在する位置上にあるため、図２（ａ）に示される断面において、貫通孔１３および吸引孔１６を介して、コレット１０の内外が流体的に連通していることを示している。
【００３６】
一方、図１（ｂ）および（ｃ）に示されるように、Ｙ―Ｙ’線は吸引孔１６の存在する位置上にあるが、貫通孔１３が存在しない位置上にあるため、図２（ｂ）に示される断面において、吸引孔１６を介して、コレット１０の内外が連通しているが、開口１１側では、遮蔽部１２によって遮蔽されることにより、コレット１０の内外が連通していないことを示している。
【００３７】
以降、本実施形態および他の実施形態や変形例において、本発明のコレットの断面を示す図は、図２（ａ）のＸ―Ｘ’断面のように、貫通孔１３および吸引孔１６を介して、コレット１０の内外が流体的に連通している位置における断面が示される。また、コレットが描かれている図面においては、特に指定しない限り、吸引孔側を上部、開口側や遮蔽部側を下部とする。
【００３８】
図２（ａ）に示すように、チップエッジ１４は外壁１５の開口１１側の端部に、開口１１を囲むように設けられており、その内面は、吸引孔１６から開口１１の方向において、コレット１０の中心から外側に向かって傾斜している。チップエッジ１４の内面は、後述する半導体チップを吸着する際に、半導体チップが隙間なく密着できる形状を有している。なお、半導体チップの形状や大きさによって、チップエッジ１４および外壁１５の形状は適宜設計することが可能である。
【００３９】
ここで開口１１は、外壁１５の上面部１５ｂの下面から、側面部１５ｃの下端までで、側面部１５ｃ内面に囲われたコレット１０内部の空間を指す。開口１１の吸引孔１６と逆側の端部は、すなわち、側面部１５ｃの下端の位置、およびチップエッジ１４の傾斜の上端の位置を指す。図２に示されるように、遮蔽部１２は、この位置において、開口１１を塞ぐように設けられている。
【００４０】
本実施形態においては、吸引孔１３は遮蔽部１２の上面側においても、下面側においても、略円形の形状を有する、略直円筒形状の孔である。しかし、これに限られず、貫通孔１３を通じて、コレット１０の外部から吸引孔１６へ流体的に連通していれば、貫通孔１３の形状は遮蔽部１２の上面と下面で異なっていてもよく、貫通孔１３の内部では、孔の形状が変化していてもよい。
【００４１】
＜ダイボンディング方法＞
次に、本実施形態のコレットを用いた、半導体チップのダイボンディング方法について、図３を用いて説明する。図３は、コレット１０を用いて、半導体チップ１を基板５のダイボンドペースト６上に接合する方法を説明するための図である。
【００４２】
初めに、半導体チップ１は、その裏面を図３（ａ）に示すダイシングテープ３表面の粘着面に貼り付けられ、周知のダイシング方法によって分割され、個片化されている。ダイシングテープ３は、例えば、図示しない吸着ステージなどによって固定されている。ここで例として挙げる半導体チップ１は、その表面となる主面に図示しない固体撮像素子を備え、上面にマイクロレンズ１’が形成されている。なお、実際にコレット１０で取扱う半導体チップは固体撮像素子に限られない。
【００４３】
まず、図３（ａ）に示すように、ダイシングテープ３を突き破らない程度に、突き上げピン４で半導体チップ１をダイシングテープ３の下側から突き上げる。この引き剥がし工程により、半導体チップ１はダイシングテープ３との接触面積が減り、容易にダイシングテープ３から剥がれるようになる。この状態の半導体チップ１の上方にコレット１０を図３（ａ）に示すように操作して移動させる。このとき、コレット１０の貫通孔１３を半導体チップ１に対向させるように近接させる。
【００４４】
次に、図３（ｂ）に示すように、コレット１０の吸引孔１６から、図示しない真空源を用いて、コレット１０内部の気体を真空吸引することにより、貫通孔１３から半導体チップ１を吸引し、チップエッジ１４の内面と半導体チップ１の上面端部を隙間なく密着させることで、コレット１０に半導体チップ１を吸着させる吸着工程を行う。このとき、チップエッジ１４の内面と半導体チップ１の上面端部は密着しているため、吸引孔１６からの吸引を停止するのみでは、コレット１０内部の気圧は負圧に保たれ、半導体チップ１はコレット１０に吸着したままの状態が維持される。
【００４５】
続いて、半導体チップ１の接合工程を行う。まず、コレット１０を操作して、図３（ｃ）に示すように、半導体チップ１を実装する基板５のダイボンドペースト６の上方に、半導体チップ１が位置するようにコレット１０を移動させる。その後、半導体チップ１の下面をダイボンドペースト６に接触させて、半導体チップ１をコレット１０から離す。
【００４６】
このとき、吸引孔１６側からわずかに加圧を行い、コレット１０内部の気圧を上昇させることで、半導体チップ１をコレット１０から離すことができる。このようにして、基板５のダイボンドペースト６上に半導体チップ１を設置する。
【００４７】
最後に、図３（ｄ）に示すように、基板５の端子７と半導体チップ１の上面の端子を金ワイヤ８でワイヤボンドすることで、半導体チップ１と基板５との電気的接続が確立される。以上の工程により、半導体チップ１のダイボンディングが完了する。
【００４８】
＜吸着の際のパーティクルの動き＞
上述のダイボンディングにおいて、実際には、ダイシングテープ３から半導体チップ１を引き剥がす際に発生する衝撃や静電気により、ダイシングによって分割された半導体チップ１の周囲に付着した半導体ウエハのシリコン片や、ダイシングテープ３の粘着剤の屑などが舞い上がる。これに加えて、コレット１０内外の気体には、ちりやほこり等の屑が浮遊している。ここでは、これらの微小な異物を総称して、パーティクルと称する。
【００４９】
図４は、本実施形態のコレットを用いて半導体チップを拾い上げる、または離すときの、パーティクルの動きについて説明するための、コレットの断面図である。（ａ）は半導体チップを拾い上げるための吸引を行うとき、（ｂ）は半導体チップを離すための加圧を行うときのパーティクルの動きについてそれぞれ示している。
【００５０】
実際にコレット１０を使用する際は、図４（ａ）に示すように、コレット１０内外にパーティクル９が浮遊している。コレット１０が半導体チップ１の吸着を行う際には、コレット１０外部に浮遊しているパーティクル９、および半導体チップ１周辺やコレット１０内部に存在するパーティクル９が、吸引孔１６から空気と共に吸引される。
【００５１】
図４（ａ）の実線は、コレット１０によって半導体チップ１の吸引が行われている際の空気の流れを示している。コレット１０の吸引孔１６から半導体チップ１の吸引が行われると、これらのパーティクル９は遮蔽部１２の貫通孔１３を通って、空気と共に真空源へ吸い込まれる。
【００５２】
このとき、貫通孔１３が遮蔽部１２の縁部に設けられているため、外部に存在するパーティクル９は、半導体チップ１の側部とチップエッジ１４の間を通過し、マイクロレンズ１’の上を通過しない。このため、半導体チップ１の表面に形成されたマイクロレンズ１’は、パーティクル９が付着する、あるいはパーティクル９との接触により損傷することが避けられる。これにより、本実施形態のコレット１０は、半導体チップ１やマイクロレンズ１’を損傷することなく、半導体チップ１の吸着が可能である。
【００５３】
また、吸引されたパーティクル９は、コレット１０の外壁１５の内面に付着し、コレット１０の操作の際の衝撃等によって、外壁１５に付着したパーティクル９が半導体チップ１側に落ちる事が想定される。しかし、半導体チップ１のマイクロレンズ１’上方には遮蔽部１２があるため、落下したパーティクル９がマイクロレンズ１’に触れることがなく、マイクロレンズ１’の損傷防止に繋がる。
【００５４】
＜加圧の際のパーティクルの動き＞
次に、吸着した半導体チップ１を離すために、コレット１０の吸引孔１６から空気の加圧が行われるとき、図４（ｂ）の実線で示すように、吸引孔１６から開口１１へと空気の流れが発生する。これにより、コレット１０の外壁内面に付着したパーティクル９や、コレット１０内部に存在する、あるいは真空源から送り出されたパーティクル９等が、空気の流れに乗り、半導体チップ１側へと流れることが想定される。
【００５５】
このときも、空気は遮蔽部１２の貫通孔１３を通ってコレット１０外部に排出される。このとき、貫通孔１３が遮蔽部１２の縁部に設けられ、遮蔽部１２が開口１１の吸引孔１６と逆側の端部に設けられており、吸着した半導体チップ１と非常に接近している。このことから、パーティクル９は破線で示された方向、すなわち半導体チップ１のマイクロレンズ１’に向かう方向よりも、実線で示された方向、すなわち半導体チップ１の側部とチップエッジ１４の間を通過し、外部に排出されやすくなっている。
【００５６】
結果、吸引孔１６からの加圧が行われるときも、半導体チップ１のマイクロレンズ１’上をパーティクル９が通過することがほとんどないため、本実施形態のコレット１０は、半導体チップ１やマイクロレンズ１’を損傷することなく、半導体チップ１を離すことが可能である。
【００５７】
また、本実施形態のコレット１０は、吸引孔１６から吸入源と加圧源を一系統で統一できるため、既存のダイボンド装置に容易に脱着が可能であり、新たにコストが発生する事が無い。加えて、半導体チップ１の取り扱いを容易に短時間で行えることから、タクトタイムが増加せず、製造効率の低下を招くこと無く、上述の効果を奏する利点がある。
【００５８】
〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、図５〜６に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００５９】
＜チップエッジを有さないコレットの構成＞
図５は、本実施形態に係るコレットの構造を示す断面図である。本実施形態のコレット２０が前実施形態のコレット１０と異なるのは、外壁１５の開口１１端部側にチップエッジ１４が設けられていない点である。このため、遮蔽部１２、貫通孔１３、および外壁１５の、吸引孔１６と逆側の端部は略一直線上に存在する事になる。
【００６０】
本実施形態のコレット２０は、バンプと呼称される端子を備えた半導体チップの取り扱いに適する。半導体チップのダイボンディング方法には、半導体チップの素子実装面上に設けられたバンプと、基板の端子とを接合するために、工程途中で半導体チップを反転するフリップチップと呼ばれる工程を含むものが存在する。コレット２０は、このフリップチップ工程を含むダイボンディングを行う際に、好適に用いることができる。
【００６１】
＜フリップチップ＞
図６は、本実施形態のコレットを用いて、半導体チップを基板に実装するダイボンディング方法を説明するための概略図である。本実施形態においては、半導体チップ１のマイクロレンズ１’が形成されている面に、バンプ２がさらに形成されている半導体チップ１を、コレット２０を使用して、基板上に接合するダイボンディング方法を例に挙げて説明する。
【００６２】
初めに、半導体チップ１は、前実施形態と同様に、その裏面を図６（ａ）に示すダイシングテープ３表面の粘着面に貼り付けられ、周知のダイシング方法によって分割され、個片化されている。ここで例として挙げる半導体チップ１は、その表面となる主面に図示しない固体撮像素子を備え、上面にマイクロレンズ１’が形成されている。なお、実際にコレット１０で取扱う半導体チップは固体撮像素子に限られない。
【００６３】
さらに、半導体チップ１のマイクロレンズ１’が形成されている面には、複数のバンプ２が形成されている。本実施形態においては、例えば、バンプ２は金スタッドバンプであり、直径が０．０５〜０．２ｍｍ、底面から頂点までの高さが０．０５〜０．２ｍｍである。バンプ２は半導体チップ１が吸着される際に、コレット２０の貫通孔１３から吸引される位置に設けられている。
【００６４】
まず、図６（ａ）に示すように、ダイシングテープ３を突き破らない程度に、突き上げピン４で半導体チップ１をダイシングテープ３の下側から突き上げる。この引き剥がし工程により、半導体チップ１はダイシングテープ３との接触面積が減り、容易にダイシングテープ３から剥がれるようになる。この状態の半導体チップ１の上方にコレット２０を操作して移動させる。このとき、コレット２０の貫通孔１３を半導体チップ１のバンプ２の位置に対応させるように近接させる。
【００６５】
次に、コレット２０の吸引孔１６から、図示しない真空源を用いて、コレット２０内部の気体を真空吸引することにより、貫通孔１３から半導体チップ１のバンプ２を吸引し、貫通孔１３とバンプ２とを隙間なく密着させることで、コレット２０に半導体チップ１を吸着させる吸着工程を行う。このとき、貫通孔１３とバンプ２は密着しているため、吸引孔１６からの吸引を停止するのみでは、コレット２０内部の気圧は負圧に保たれ、半導体チップ１はコレット２０に吸着したままの状態が維持される。このとき、図６（ａ）からわかるように、半導体チップ１の側面はチップエッジ等で閉じられておらず、開放された状態となる。
【００６６】
続いて、前実施形態のダイボンディング方法と異なり、さらに半導体チップ１をコレット２０からマウントツール２１に移し替えるフリップチップ工程が行われる。図６（ｂ）に示すように、マウントツール２１は、例えば、半導体チップ１の裏面の形状に一致した端部を有する吸着面と、図示しない真空源と接続された吸引孔を有する構成が挙げられるが、これに限られず、従来公知のマウントツールを使用する事ができる。
【００６７】
フリップチップ工程においては、まず、コレット２０を操作し、半導体チップ１のマイクロレンズ１’が形成されている面が下になるように、半導体チップ１を反転させる。次に、マウントツール２１をその吸着面が半導体チップ１の裏面と対向するように近接させ、吸引孔から半導体チップ１の裏面を吸引することで半導体チップ１を保持する。この状態でコレット２０の吸引孔１６から空気の加圧を行い、コレット２０内部の気圧を上昇させ、負圧を解除することで半導体チップ１をコレット２０から離し、マウントツール２１に移し替える。このようにして、コレット２０からマウントツール２１へ半導体チップ１の移し替えが完了する。
【００６８】
そうしてマウントツール２１を操作して、半導体チップ１を、図６（ｃ）に示すように、ステージ２４上の基板２３に形成された端子２２と、半導体チップ１のバンプ２が対応する位置にマウントツール２１を移動させる。その後、バンプ２を端子２２に接触させて、半導体チップ１をマウントツール２１から離す。このときも、マウントツール２１の吸引孔から加圧を行うことで、マウントツール２１から半導体チップ１を離すことができる。このようにして、基板２３の端子２２上に半導体チップ１を設置する。
【００６９】
最後に、基板２３の端子２２とバンプ２を、超音波振動等を使用して接合することで、図６（ｄ）に示すように、半導体チップ１と基板２３との電気的接続が確立される。以上の工程により、半導体チップ１のダイボンディングが完了する。
【００７０】
＜コレット２０の効果＞
上述のダイボンディングにおいて、実際には、前実施形態と同様に、コレット２０の内外にパーティクル９が存在している。しかしながら、図４を用いて説明したことと同様の理由から、半導体チップ１を吸着する、あるいは離すとき、パーティクル９が半導体チップ１のマイクロレンズ１’上を通過しないため、半導体チップ１のマイクロレンズ１’の損傷を防ぐことができる。
【００７１】
さらに、コレット２０においては、半導体チップ１の素子実装面と遮蔽部１２との距離が、バンプ２の高さまで接近する事、さらに半導体チップ１の吸着の際に、半導体チップ１の側面がチップエッジ等で閉じられず、気体が外部へ排出されやすい構造を有していることから、前実施形態よりもさらに強く、パーティクル９が半導体チップ１のマイクロレンズ１’上を通過することを低減できる。
【００７２】
加えて、コレット２０を使用する事で、バンプ２を備えた半導体チップ１を、フリップチップ工程を含むダイボンディング方法を用いて半導体チップ１の接合を行うことができる。この場合、前実施形態のダイボンディング方法と比較して、ワイヤボンドが必要ないため電気抵抗の上昇が抑えられる他、実装面積を極力減らして接合が可能になる等の利点がある。
【００７３】
〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図７に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記の何れかの実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００７４】
＜突起を有するコレット＞
図７は、本実施形態に係るコレットの構造を示す断面図である。本実施形態のコレット３０が前実施形態のコレット２０と異なるのは、図７（ａ）に示すように、貫通孔１３の、吸引孔１６と逆側の外側表面における周囲のみ、突起３４が設けられている点である。突起３４は、例えば、貫通孔１３の端から周囲０．１ｍｍ、高さ０．０５〜０．２ｍｍ程度の大きさで、それぞれの貫通孔１３の周囲に設けられている。
【００７５】
図７（ｂ）は、コレット３０を用いて半導体チップ１を吸着したときの様子である。コレット３０で半導体チップ１を吸着するときは、まず、半導体チップ１の上方にコレット３０を操作して移動させる。このとき、コレット３０の貫通孔１３を半導体チップ１のマイクロレンズ１’の周囲に対応させるように近接させる。
【００７６】
次に、コレット３０の吸引孔１６から、図示しない真空源を用いて、コレット３０内部の気体を真空吸引することにより、貫通孔１３から半導体チップ１を吸引し、貫通孔１３周囲の突起３４と半導体チップ１とを隙間なく密着させることで、コレット３０に半導体チップ１を吸着させる吸着工程を行う。このとき、突起３４と半導体チップ１は密着しているため、吸引孔１６からの吸引を停止するのみでは、コレット３０内部の気圧は負圧に保たれ、半導体チップ１はコレット３０に吸着したままの状態が維持される。
【００７７】
図７（ｂ）では、バンプを備えていない半導体チップ１を吸着する例を挙げたが、これに限られず、バンプを備えた半導体チップ１においても、突起３４からバンプを吸引し、突起３４とバンプを密着させることで、バンプを有する半導体チップ１の吸着が行える。このため、コレット３０を用いて行われるダイボンディングは、上述の実施形態いずれのダイボンディング方法でも同じ方法で行うことが可能である。
【００７８】
＜コレット３０の効果＞
上述のダイボンディングにおいて、実際には、上述の実施形態と同様に、コレット３０の内外にパーティクル９が存在している。しかしながら、図４を用いて説明したことと同様の理由から、半導体チップ１を吸着する、あるいは離すとき、パーティクル９が半導体チップ１のマイクロレンズ１’上を通過しないため、半導体チップ１のマイクロレンズ１’の損傷を防ぐことができる。
【００７９】
さらに、コレット３０においては、半導体チップ１の素子実装面と遮蔽部１２との距離が、突起３４、あるいは突起３４とバンプ２の高さまで接近する事、さらに半導体チップ１の吸着の際に、半導体チップ１の側面がチップエッジ等で閉じられず、気体が外部へ排出されやすい構造を有していることから、前実施形態と同様に、パーティクル９が半導体チップ１のマイクロレンズ１’上を通過することを大きく低減できる。
【００８０】
加えて、コレット３０はバンプの有無にかかわらず、何れの半導体チップ１も取り扱うことができる。このため、同じコレット３０で、様々な種類の半導体チップ１を取り扱うことが可能となる利点がある。
【００８１】
〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図８に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記の何れかの実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８２】
＜テーパー部を有するコレット＞
図８は、本実施形態に係るコレットの構造を示す断面図である。本実施形態のコレット４０は上述の実施形態のコレット１０と、図８（ａ）に示すように、外壁の構造が以下の点で異なっている。すなわち、コレット４０は、外壁１５に替えて、吸引孔１６から遮蔽部１２の方向において、コレット４０の中心から周囲に向かって、内側が傾斜している面である、内側テーパー部４５ｄを有する外壁４５を有している。さらに好ましくは、遮蔽部１２の貫通孔１３も、内側テーパー部４５ｄの傾斜に合わせて傾斜した形状を有している。
【００８３】
図８（ａ）においては、外壁４５の内側において、外壁４５の上面部を超えない位置から開口１１側の端部まで、直線の傾斜が設けられている構成が示されている。実際はこれに限られず、貫通孔１３の位置のみ傾斜を有する構成であってもよい。また、傾斜の角度は、例えば４５°であるがこれに限られない。
【００８４】
上記構成により、コレット４０は、図８（ｂ）し示すように、吸着した半導体チップ１を加圧によって離すとき、加圧された空気が傾斜に沿って放射状に拡散し、外部方向に排出されることを促す。これにより、パーティクル９がより外部に排出されやすくなるため、半導体チップ１のマイクロレンズ１’上方を流れるパーティクル９をさらに減らす効果を奏する。
【００８５】
本実施形態においては、コレット４０の外壁４５端部にチップエッジを有し、内側テーパー部４５ｄの傾斜がチップエッジの傾斜と一体となる構成を挙げた。しかしこれに限られず、チップエッジの傾斜と内側テーパー部４５ｄの傾斜の角度は同じでなくてよい。また、チップエッジはなくてもよく、上述の実施形態のように、遮蔽部１２、貫通孔１３、および外壁４５の、吸引孔１６と逆側の端部が略一直線上に存在する構成であってもよい。
【００８６】
さらに、上述の実施形態と同様に、遮蔽部１２が吸引孔１６と逆側の外側表面において、貫通孔１３の周囲のみわずかに突出している構成であってもよい。この場合、突出した貫通孔も内側テーパー部４５ｄの傾斜に合わせて傾斜している構成であることが好ましい。これにより、突起を通過した気体が外部方向へ流れることをさらに促す構成が実現可能である。
【００８７】
〔変形例１〕
本発明の変形例について、図９に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記の何れかの実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００８８】
＜テーパー部を有する遮蔽部＞
図９は、本変形例に係るコレットの構造を示す断面図である。本変形例のコレット４０’は上述の実施形態のコレット４０と、図９（ａ）に示すように、遮蔽部１２に替えて、吸引孔１６側の上面がテーパー部４５ｄの傾斜に合わせて傾斜している遮蔽部４２を有する点で異なっている。このため、貫通孔１３は、テーパー部４５ｄの吸引孔１６側の端部から、遮蔽部４２の吸引孔１６と逆側の下面の端部まで続く構成となる。
【００８９】
上記構成によれば、図９（ｂ）に示すように、吸着した半導体チップ１を加圧によって離すとき、加圧された空気が遮蔽部４２の傾斜した上面に当たり、傾斜した貫通孔１３に沿って放射状に拡散し、外部方向に排出されることを促す。これにより、パーティクル９がより外部に排出されやすくなるため、半導体チップ１のマイクロレンズ１’上方を流れるパーティクル９をさらに減らす効果を奏する。
【００９０】
本変形例においては、コレット４０’の外壁４５端部にチップエッジを有し、内側テーパー部４５ｄの傾斜がチップエッジの傾斜と一体となる構成を挙げた。しかしこれに限られず、チップエッジの傾斜と内側テーパー部４５ｄの傾斜の角度は同じでなくてよい。また、チップエッジはなくてもよく、上述の実施形態のように、遮蔽部４２、貫通孔１３、および外壁４５の、吸引孔１６と逆側の端部が略一直線上に存在する構成であってもよい。
【００９１】
さらに、上述の実施形態と同様に、遮蔽部４２が吸引孔１６と逆側の外側表面において、貫通孔１３の周囲のみわずかに突出している構成であってもよい。この場合、突出した貫通孔も内側テーパー部４５ｄの傾斜に合わせて傾斜している構成であることが好ましい。これにより、突起を通過した気体が外部方向へ流れることをさらに促す構成が実現可能である。
【００９２】
〔変形例２〕
本発明の他の変形例について、図１０に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記の何れかの実施形態または変形例にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００９３】
＜粘着剤＞
図１０は、本変形例に係るコレットの構造を示す断面図である。本変形例のコレット５０が上述の実施形態のコレット１０と異なるのは、外壁１５の内面、および遮蔽部１２の上下面に粘着剤５１が設けられている点である。粘着剤５１は粘着性を有するものであれば、特に限定されるものではないが、例えば、半固体状（または固体に近い状態）の油脂や樹脂を適用することができる。例えば、粘着剤５１としてグリースを好適に使用できる。
【００９４】
上記構成によれば、図１０（ｂ）に示すように、コレット５０内部を流れるパーティクル９を粘着剤５１で粘着し、飛散することを防ぐことができる。このため、半導体チップ１の取り扱いのとき、吸引や加圧によって、コレット５０内部を流れるパーティクル９の個数自体を減らすことができる効果を奏する。
【００９５】
本変形例において、粘着剤５１は、外壁１５の内面、および遮蔽部１２の上下面に設けられているが、これに限られず、これらの内少なくとも一部分に設けられていれば、コレット５０内部を飛散するパーティクル９の数を減らす効果を奏する。
【００９６】
また、本変形例の粘着剤５１は上述の実施形態または変形例で挙げられたコレットに適用されてもよい。特に、コレット４０’の遮蔽部１２斜面に適用したとき、斜面に付着したパーティクル９が半導体チップ１側に貫通孔１３を通じて落ちることを防ぐことができる。
【００９７】
〔変形例３〕
本発明の他の変形例について、図１１に基づいて説明すれば、以下のとおりである。なお、説明の便宜上、前記の何れかの実施形態または変形例にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を省略する。
【００９８】
＜貫通孔の形状の変形例＞
図１１は、本変形例に係るコレットの下部の構造を示す概略図である。本変形例のコレット６０が上述の実施形態のコレット１０と異なるのは、貫通孔１３に替えて、その端部の形状が長穴形状である貫通孔６３を遮蔽部１２に有する点である。
【００９９】
上記構成によれば、一つの貫通孔６３から吸引することができる気体の量が増加するため、半導体チップを吸着する力も増大し、半導体チップを拾い上げそこなうことを減らすことができる。本変形例の貫通孔６３は、上述の何れの実施形態および変形例にも適用することができる。
【０１００】
〔まとめ〕
本発明の態様１に係るコレットは、吸引孔から真空吸引することにより、半導体チップを吸着するコレットであって、開口と、遮蔽部と、複数の貫通孔とを備え、前記開口は、前記コレットの内部の上記吸引孔側と逆側に設けられた、上記吸引孔と連通する空洞であり、前記遮蔽部は、前記半導体チップを吸着する際に該半導体チップの素子形成面に対向するように、前記開口の前記吸引孔側と逆側の端部に、該開口を塞ぐように設けられていて、前記貫通孔は、前記遮蔽部の縁部に、該遮蔽部を貫通するように設けられている。
【０１０１】
上記の構成によれば、コスト増加や製造効率低下を招くことなく、コレット内部の加圧の際にパーティクルをコレット外部に排出し、半導体チップにパーティクルが付着することを低減する効果を奏する。
【０１０２】
本発明の態様２に係るコレットは、上記態様１において、前記半導体チップを吸着する際に、前記半導体チップの側面が開放されていてもよい。
【０１０３】
上記の構成によれば、上述の加圧の際に半導体チップ側面を気体が通りやすくして、パーティクルをコレット外部に排出することをさらに強く促す効果を奏する。
【０１０４】
本発明の態様３に係るコレットは、上記態様１または２において、さらに突起を備え、前記突起は、前記貫通孔の、前記半導体チップを吸着する際に該半導体チップの素子形成面に対向する側の周囲に設けられていてもよい。
【０１０５】
上記の構成によれば、半導体チップがバンプを有しているかいないかに関わらず、一つのコレットで何れの半導体チップも取り扱うことができる効果を奏する。
【０１０６】
本発明の態様４に係るコレットは、上記態様１から３において、前記貫通孔が、前記吸引孔側から前記遮蔽部の方向において、前記コレットの中心から周囲に向かって傾斜してしてもよい。
【０１０７】
上記の構成によれば、様態２と同様の効果を奏する。
【０１０８】
本発明の態様５に係るコレットは、上記態様１から４において、前記貫通孔が、長穴形状であってもよい。
【０１０９】
上記の構成によれば、コレットが一つの貫通孔から吸引できる気体の量を増加するため、半導体チップを拾い上げそこなうことを防ぐ効果を奏する。
【０１１０】
本発明の態様６に係るコレットは、上記態様１から５において、前記コレットの内面または前記遮蔽部の少なくとも一部分に、粘着剤を設けられていてもよい。
【０１１１】
上記の構成によれば、コレット内部を流れるパーティクルの数を減らす効果を奏する。
【０１１２】
本発明の態様７に係るダイボンディング方法は、上記態様１から６のコレットを用いた、半導体チップのダイボンディング方法であって、ダイシングテープの上に設置された半導体チップを、前記ダイシングテープの下側から突き上げる引き剥がし工程と、前記コレットの前記貫通孔を前記半導体チップに対向する位置に近接させ、前記貫通孔から前記半導体チップを吸引し、前記半導体チップを前記コレットに吸着する吸着工程と、前記コレットを操作して、基板の上方に移動させ、前記貫通孔から加圧を行い、前記半導体チップを前記コレットから離すことで、前記基板上に前記半導体チップを設置する接合工程とを備えている。
【０１１３】
上記方法によれば、既存のダイボンド装置を使用して、半導体チップへの損傷を低減したダイボンディング方法を提供できる。
【０１１４】
本発明の態様８に係るダイボンディング方法は、上記態様１から６のコレットを用いた、バンプを備えた半導体チップのダイボンディング方法であって、ダイシングテープの上に設置された半導体チップを、前記ダイシングテープの下側から突き上げる引き剥がし工程と、前記コレットの前記貫通孔を前記半導体チップに対向する位置に近接させ、前記貫通孔から前記バンプを吸引し、前記半導体チップを前記コレットに吸着させる吸着工程と、前記コレットを反転させてマウントツールで保持し、前記貫通孔から加圧を行うことで、前記半導体チップを前記コレットから前記マウントツールに移し替えるフリップチップ工程と、前記マウントツールを操作して、基板の上方に移動させ、前記半導体チップを前記マウントツールから離すことで、前記基板上に前記半導体チップを設置する接合工程とを備えている。
【０１１５】
上記方法によれば、既存のダイボンド装置を使用して、半導体チップへの損傷を低減した、フリップチップ工程を含むダイボンディング方法を提供できる。
【０１１６】
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。さらに、各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることにより、新しい技術的特徴を形成することができる。
【符号の説明】
【０１１７】
１  半導体チップ
１’  マイクロレンズ
２  バンプ
３  ダイシングテープ
４  ピン
５、２３  基板
６  ダイボンドペースト
７、２２  端子
８  金ワイヤ
９  パーティクル
１０、２０、３０、４０、４０’、５０、６０  コレット
１１  開口
１２、４２  遮蔽部
１３、６３  貫通孔
１３、１６  吸引孔
１４  チップエッジ
１５、４５  外壁
２１  マウントツール
２４  ステージ
３４  突起
４５ｄ  内側テーパー部
５１  粘着剤
【図１】
0006659473.tif 000002
【図２】
0006659473.tif 000003
【図３】
0006659473.tif 000004
【図４】
0006659473.tif 000005
【図５】
0006659473.tif 000006
【図６】
0006659473.tif 000007
【図７】
0006659473.tif 000008
【図８】
0006659473.tif 000009
【図９】
0006659473.tif 000010
【図１０】
0006659473.tif 000011
【図１１】
0006659473.tif 000012