(57)【要約】課題：ピックアップ時およびボンディング時における半導体チップの割れを防止する。解決手段：ボンディングツール１０を、コレットホルダ２０と、コレット３０とで構成する。コレットホルダ２０は、中心部の真空吸引孔２１と、コレットホルダ２０を支持部材に取り付けるための取付ねじ孔２２，２３と、下方の立下部２４と、この立下部２４内の凹部２５とを有する。コレット３０は、下端の平坦面３１と、上下に貫通する複数の真空吸引孔３２と、凹部２５に嵌り込む凸部３３と、立下部２４の下面に当接されたフランジ部３４とを有する。凹部２５の深さ寸法Ｈ１と凸部３３の高さ寸法Ｈ２とをＨ１＞Ｈ２に設定して空間部２６を形成し、真空吸引孔２１，３２を、空間部２６を介して連通させる。複数の真空吸引孔３２によって、チップの周辺部を真空吸着して、ピックアップおよびボンディングする。
2005029574.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップをピックアップおよび／またはボンディングするコレットにおいて、
コレットの下面を平坦面に形成するとともに、この下面の平坦面に複数の真空吸引部を設けたことを特徴とするコレット。
【請求項２】
前記コレットが、中心部に真空吸引孔を有するコレットホルダに装着されており、
上下に貫通する複数の真空吸引孔を備え、
前記コレットホルダの真空吸引孔とコレットの複数の真空吸引孔とを連通させる密閉された空間部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のコレット。
【請求項３】
前記コレットが、中心部に真空吸引孔を有するコレットホルダに装着されており、
このコレットが単一または複数の真空吸引孔を有するとともに、下面にその真空吸引孔に連通する溝部とを備え、
前記コレットホルダの真空吸引孔とコレットの単一または複数の真空吸引孔とを連通させる密閉された空間部を設けたことを特徴とする請求項１に記載のコレット。
【請求項４】
前記請求項１から３のいずれかに記載のコレットを備えたことを特徴とするダイボンダ。
【請求項５】
前記請求項４に記載のダイボンダを用いて、裏面がウェーハシートに接合されたチップの周辺部をコレットで真空吸着した後、チップの裏面をウェーハシートの下方から突上げピンで相対的に突上げるか、ウェーハシートを下方から真空吸引して下方に変形させることを特徴とするチップのピックアップ方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】  本発明はコレット、このコレットを用いたダイボンダおよびダイボンダにおけるチップのピックアップ方法に関し、例えば、薄片状の半導体チップ（ダイ）をウェーハシートからピックアップして、リードフレームなどの基板に軟ろう，硬ろう，銀ペースト，樹脂などの接合材を介してボンディングするコレット、ダイボンダおよび特に薄片状の半導体チップに好適なピックアップ方法に関するものである。
【背景技術】  半導体デバイスは、一般に、半導体チップ（ダイ）の裏面を、軟ろう，硬ろう，銀ペースト，樹脂などの接合材を介して、プリント基板やリードフレームなどの基板にボンディング（接合）して製造している。
このような半導体チップを基板にボンディングするダイボンダにおいては、図４に示すように、半導体チップのピックアップ位置Ｐ１と、ボンディング位置Ｐ２との間を移動するピックアップおよびボンディングツール（以下、ツールという）４０を用いる。以下、その動作を詳述すると、半導体チップのピックアップ位置Ｐ１で、ツール４０が下降し（ａ）、半導体チップ集合体６０から半導体チップ６５を真空吸着したツール４０が上昇（ピックアップ）した後（ｂ）、水平移動し（ｃ）、ボンディング位置Ｐ２で、ツール４０が下降して（ｄ）半導体チップ６５を基板１に接合材２を介してボンディングし、ボンディングが終了すると、ツール４０が上昇した後（ｅ）、水平移動して（ｆ）、元のピックアップ位置Ｐ１の上方に復帰する。
上記のツール４０におけるａ〜ｆの動作の間に、半導体チップ集合体６０は１ピッチ分だけ水平移動して、次のピックアップすべき半導体チップ６５がピックアップ位置にＰ１に移動させられる。また、基板１も１ピッチ分だけ水平移動して、次のボンディング領域がボンディング位置Ｐ２に移動させられる。以下、同様の動作を繰り返して、順次、半導体チップ６５をピックアップして、基板１にボンディングするようにしている。
上記のツール４０は、図５Ａ，図５Ｂに示すように、コレットホルダ４１にコレット４２が取り付けて構成されている。コレットホルダ４１は、中心部に真空系または圧縮気体系が接続される真空吸引孔４３を有し、コレットホルダ４１を連結するパイプに取り付けるための止めねじ４４と、下端に立下部４５と、この立下部４５内の凹部４６とを備えている。コレット４２は、中心部に真空吸引孔４７と、前記凹部４６に嵌り込む凸部４８と、立下部４５の下端に接合されたフランジ部４９とを有する。そして、コレットホルダ４１の真空吸引孔４３と、コレット４２の真空吸引孔４７とは、凹部４６の天井部と凸部４８の上面との間に形成された空間部５０を介して連通している。なお、図示例とは逆に、凹部をコレット４２側に設け、凸部をコレットホルダ４１側に設ける場合もある。
また、上記従来のダイボンダにおけるピックアップ位置Ｐ１では、通常、図６Ｃに示すような、半導体チップ集合体６０が配置されている。この半導体チップ集合体６０は、図６Ａに示すように、ウェーハリング６１に貼り付けた表面に粘着層を有するウェーハシート６２に半導体ウェーハ６３を貼り付け、この半導体ウェーハ６３を、図６Ｂに示すように、ダイサ６４によって縦横に切断して個々の半導体チップ６５に分割した後、図６Ｃに示すように、ウェーハシート６２を固定リング６６の上に配置して、ウェーハリング６１を押し下げる（あるいは固定リング６６を押し上げる）ことによって、ウェーハシート６２を引き伸ばして、個々の半導体チップ６５の間隔を拡大するとともに、半導体チップ６５とウェーハシート６２との接着力を低下させたものが用いられていた。
この半導体チップ集合体６０から、半導体チップ６５をピックアップする場合、図４に示すように、半導体チップ６５の下方から突上げピン６７で半導体チップ６５を突上げるとともに、半導体チップ６５の周辺部のウェーハシート６２を下方からの真空吸引力により下方に変形させて、半導体チップ６５とウェーハシート６２との接着面積を減少させることによって、半導体チップ６５とウェーハシート６２との接着力を低減させて、コレット４２により半導体チップ６５を小さい真空吸引力で確実に吸着してピックアップできるようにしている。もしくは、半導体チップをコレット４２に吸着固定し、ウェーハシートの下面を吸着ステージで吸引して引下げる方法で半導体チップ６５をウェーハシート６２からピックアップできるようにしている。
ここで、前記コレット４２には、図７Ａ〜図７Ｃに示す各種の構成のものがある。図７Ａに示すコレット４２Ａは、中心部に単一かつ大径の真空吸引孔５１を有し、下面に平坦面５２を設けたものである。図７Ｂに示すコレット４２Ｂは、中心部に単一かつ大径の真空吸引孔５１を有するとともに、下面の周辺部に立下部５３を設けて、この立下部５３内に真空吸引孔５１に連通する凹部５４を設けたものである（例えば、特許文献１参照。）。図７Ｃに示すコレット４２Ｃは、中心部に単一かつ大径の真空吸引孔５１を有するとともに、下面の周辺部に立下部５３を設けて、この立下部５３内に真空吸引孔５１と連通する凹部５４を設け、さらに、この凹部５４と真空吸引孔５１との間に、傾斜面５５を形成したものである。
そして、図７Ａに示すコレット４２Ａは、下面の平坦面５２を半導体チップ６５に当接させて、真空吸引孔５１に真空吸引力を作用させて、チップ６５を吸着する。また、図７Ｂに示すコレット４２Ｂは、周辺部の立下部５３の下面をチップ６５に当接させて、真空吸引孔５１に真空吸引力を作用させて、チップ６５を吸着する。さらに、図７Ｃに示すコレット４２Ｃは、傾斜面５５の途中にチップ６５の上面肩部を当接させて、真空吸引孔５１に真空吸引力を作用させて、チップ６５を吸着する。
【発明の開示】
最近、半導体パッケージの小型・軽量化に加え、大容量化が進むにつれ、厚さ寸法が５０μｍ以下の薄型の半導体チップ（以下、薄片チップという）の需要が拡大され、その薄片チップを積層する技術が注目されている。
薄片チップは機械的強度が小さいため、その取り扱いには細心の注意を必要とする。ところが、従来のコレット４２は、前記図７Ａの４２Ａ，図７Ｂの４２Ｂ，図７Ｃの４２Ｃに示すように、いずれも中心部に単一かつ大径の真空吸引孔５１を有する構造であり、薄片チップのピックアップ時に半導体チップの中央部を真空吸着するものであるため、ピックアップ時におけるウェーハシートの剥離開始時や剥離終了時に起きるウェーハシートの変形に起因して、半導体チップに過大なストレスを与えることが回避できず、薄片チップが割れ易かった。
また、ボンディング時に、中央部の真空吸引孔による吸着のため、剥離後の半導体チップを安定してハンドリングできないだけでなく、半導体チップ中央部分が浮上がり全面に気泡が残留する等により所定の接合品質を得ることができないという問題点があった。
以下、それらの問題点について、各コレット別に詳述する。まず、図７Ａに示すコレット４２Ａは、薄片チップ６５ａをウェーハシート６２からピックアップする際の剥離開始時に、図８Ａに示すように、薄片チップ６５ａの中央部が上方に変形するような応力を受けるとともに、ウェーハシート６２の下方への変形力によって、薄片チップ６５ａの周辺部がウェーハシート６２と一緒に下方に変形されるような応力を受けるため、薄片チップ６５ａが割れ易い。
また、コレット４２Ａで薄片チップ６５ａを基板１にボンディングする際に、図８Ｂに示すように、接合材２の反力によって薄片チップ６５ａが上方に向かう応力を受けるが、このとき、中心部の真空吸引孔５１の存在によって、薄片チップ６５ａの中央部が局部的に上方に変形するような応力３を受けるため、薄片チップ６５ａが割れ易い。
また、コレット４２Ａで薄片チップ６５ａを基板１にボンディングする際に、図８Ｂに示すように、コレット４２Ａにより所定の圧力を加えて薄片チップ６５ａを基板１に押え付けているため、薄片チップ６５ａが割れないまでも、真空吸引孔５１から圧力が上方に逃げてしまうため、薄片チップ６５ａの中央部分が上方に変形してボンディングされることがある。このような現象は、後述する図７Ｂのコレット４２Ｂや、図７Ｃのコレット４２Ｃにおいても同様である。
さらに、ボンディング終了後、コレット４２Ａから離脱し難い薄片チップ６５ａがある場合、図８Ｃに示すように、真空吸引孔５１に圧縮気体４を供給して、コレット４２Ａから薄片チップ６５ａを離脱し易くするようにすると、圧縮気体４の噴出圧力が薄片チップ６５ａの中央部に集中するために、薄片チップ６５ａの中央部が下方に変形するような応力を受けるので、薄片チップ６５ａが割れ易いという問題点があった。
図７Ｂに示すコレット４２Ｂは、図７Ａに示すコレット４２Ａに比較して、大きな凹部５４を有するため、薄片チップ６５ａをウェーハシート６２からピックアップする際の剥離開始時に、図９Ａに示すように、凹部５４の存在および突上げピン６７の突上げによって、薄片チップ６５ａの中央部が上方に変形するような大きな応力を受けるために、薄片チップ６５ａが割れ易い。
また、コレット４２Ｂで薄片チップ６５ａを基板１にボンディングする際に、図９Ｂに示すように、接合材２の反力によって薄片チップ６５ａが上方に向かう応力を受けるが、このとき、凹部５４の存在によって、薄片チップ６５ａの中央部が局部的に上方に変形するような大きな応力３を受けるため、薄片チップ６５ａが割れ易い。
さらに、ボンディング終了後に、真空吸引孔５１に圧縮気体４を供給すると、図９Ｃに示すように、薄片チップ６５ａの中央部が下方に変形するような応力を受けるため、薄片チップ６５ａが割れ易いという問題点があった。
図７Ｃに示すコレット４２Ｃは、通常、厚い半導体チップ用のものであるが、仮に、薄片チップ６５ａに適用した場合、図示は省略するが、ウェーハシート６２から薄片チップ６５ａをピックアップする際の剥離開始時に、図９Ａと同様に、凹部５４の存在および突上げピン６７の突上げによって、薄片チップ６５ａの中央部が上方に変形するような応力を受けるために、薄片チップ６５ａが割れ易い。
また、薄片チップ６５ａを基板１にボンディングする際に、図９Ｂと同様に、接合材２の反力によって薄片チップ６５ａが上方に向かう応力３を受けるが、このとき、中央部の凹部５４の存在によって、薄片チップ６５ａの中央部が上方に変形するような応力を受けるため、薄片チップ６５ａが割れ易い。
さらに、ボンディング終了後に、薄片チップ６５ａを接合材２に密着させるため真空吸引孔５１に圧縮気体４を供給すると、図９Ｃと同様に、薄片チップ６５ａの中央部が下方に変形するような応力を受けるため、薄片チップ６５ａが割れ易いという問題点があった。
さらに、図７Ｃに示すコレット４２Ｃは、上記の問題点の他に、下面の周辺部に立下部５３を有し、この立下部５３によって形成される凹部５４内の傾斜面５５に薄片チップ６５ａの肩部を当接させて吸着するので、ピックアップ時に、次のような特有の問題点を有する。
すなわち、図１０Ａに示すように、吸着しようとする薄片チップ６５ａの両側に隣接する４個の薄片チップ６５ｂ，６５ｃの間隔寸法Ｌ１が、コレット４２Ｃの幅寸法Ｌよりも小さいと、薄片チップ６５ａと隣接する薄片チップ６５ｂ，６５ｃとの隙間ｇが小さ過ぎて、この隙間ｇに立下部５３が入り込めないため、立下部５３の下面で隣接する薄片チップ６５ｂ，６５ｃを破損したり、吸着しようとする薄片チップ６５ａを吸着することができなかったりする。
一方、図１０Ｂに示すように、吸着しようとする薄片チップ６５ａの両側に隣接する４個の薄片チップ６５ｂ，６５ｃの間隔寸法Ｌ２を、コレット４２Ｃの幅寸法Ｌよりも大きくすると、吸着しようとする薄片チップ６５ａと隣接する薄片チップ６５ｂ，６５ｃとの間に、立下部５３が入り込めるだけの間隔ｇ１が確保されて、薄片チップ６５ａのピックアップは可能になるが、このように大きな隙間ｇ１を形成するためには、図６Ｃに示すウェーハシート６２の伸張時に、ウェーハシート６２を大きく伸張させる必要があり、薄片チップ６５ａの数を少なくしなければならず、薄片チップ６５ａの収率が低くなる。あるいは、大径のウェーハリング６１およびウェーハシート６２を必要とするため、ウェーハリング６１やウェーハシート６２が高額化する。しかも、ピックアップ時に、半導体チップ集合体６０の水平移動距離が大きくなるため、ダイボンダが大型、かつ高価になるのみならず、高速化ができないといった問題点もあった。また、ニードルレスピックアップとの組合せでも、中央部分にのみ吸引穴を持つコレットではシートの変形によりチップ周辺も変形する。これはチップの変形回復力に対してシート・チップ間の粘着力が比較的高い時に発生する。チップの変形回復力が５０ｍｇ以下であれば特に発生しやすく、場合によっては薄片チップが割れることがある。この対策としては複数の真空穴を設けたコレットが有効である。更に、コレット・ステージそれぞれの真空圧力を調整する機構を設けてチップ割れを防止することも行われている。例えば上部（コレット側）を最大真空圧としてチップ保持力を高くし、下部（ステージ側）でチップが割れないように圧力コントロールを行う。
そこで、本発明は、例えば、薄片チップのピックアップおよび／またはボンディング時に、薄片チップが破損しないコレット、このコレットを用いたダイボンダおよびチップのピックアップ方法を提供することを目的とするものである。
本発明のコレットは、上記の課題を解決するために、チップをピックアップおよび／またはボンディングするコレットにおいて、コレットの下面を平坦面に形成するとともに、この下面の平坦面に複数の真空吸引部を設けたことを特徴としている（請求項１）。
上記の「チップをピックアップおよび／またはボンディングするコレット」なる用語は、チップをピックアップしてそのままボンディングする、所謂、ダイレクトボンディング方式のダイボンダにおけるコレットのみならず、チップをピックアップして一旦トレーや位置修正部などに移載し、このトレーや位置修正部などからチップをピックアップしてボンディングする、所謂、間接ボンディング方式のダイボンダにおけるピックアップ用のコレット、またはトレーや位置修正部などからチップをピックアップしてボンディングするボンディング用のコレットを含むものである。
また、本発明のコレットは、中心部に真空吸引孔を有するコレットホルダに装着されており、上下に貫通する複数の真空吸引孔を備え、前記コレットホルダの真空吸引孔とコレットの複数の真空吸引孔とを連通させる密閉された空間部を設けたことを特徴としている（請求項２）。
また、本発明のコレットは、中心部に真空吸引孔を有するコレットホルダに装着されており、このコレットが単一または複数の真空吸引孔を有するとともに、下面にその真空吸引孔に連通する溝部とを備え、前記コレットホルダの真空吸引孔とコレットの単一または複数の真空吸引孔とを連通させる密閉された空間部を設けたことを特徴としている（請求項３）。
また、本発明のダイボンダは、上記のいずれかに記載のコレットを備えたことを特徴としている（請求項４）。
さらに、本発明のチップのピックアップ方法は、上記のダイボンダを用いて、裏面がウェーハシートに接合されたチップをコレットで真空吸着した後、チップの裏面をウェーハシートの下方から突上げピンで相対的に突上げるか、ウェーハシートを下方からの真空吸引力によって下方に変形させることを特徴としている（請求項５）。
本発明の請求項１に記載のコレットによれば、下面の複数の真空吸引部によって薄片チップの周辺部を真空吸着することができるため、従来のように薄片チップの中央部のみに真空吸引力が作用して周辺部がフリーになることがなくなり、例えば、薄片チップをウェーハシートから剥離してピックアップする際に、薄片チップの周辺部のウェーハシートが下方から作用する真空吸引力によって下方に変形されても、薄片チップの周辺部がコレットで真空吸着されているので、薄片チップの周辺部がウェーハシートの変形に伴って下方に変形することがなく、ウェーハシートのみを下方に変形させることが可能になり、薄片チップのウェーハシートからの剥離開始がスムーズに行われ、薄片チップのピックアップ時の割れを防止することができる。
また、例えば、薄片チップを基板にボンディングする際に、コレットの平坦面によって、薄片チップを均等に押圧することができるので、従来のコレット中央部に設けた真空吸引孔の存在および接合材の反力によって、薄片チップの中央部が上方に変形するような応力を受けることがなくなり、薄片チップのボンディング時の割れを防止することができる。
さらに、薄片チップのボンディング終了後、真空吸引部に圧縮気体を供給して、薄片チップがコレットから離れ易くする場合、複数の真空吸引部から噴出される圧縮気体が薄片チップの広い面に分散されることによって、従来の中央部に真空吸引孔を有するコレットのように、薄片チップの中央部に局部的に圧縮気体の噴出圧力が集中して、薄片チップの中央部が下方に変形しようとする応力がなくなり、薄片チップのコレットから離脱時の割れを防止することができる。
また、本発明の請求項２に記載のコレットによれば、コレットホルダの中心部の真空吸引孔に作用する真空吸引力は、コレットホルダとコレットとの間の密閉された空間部を介して、コレットの複数の真空吸引孔に均等に分散させて、薄片チップの周辺部を真空吸着することができ、また、平坦面で接合材の反力を分散して受けることができ、さらに、圧縮気体の供給時には、圧縮気体を分散して薄片チップに供給できるので、薄片チップのピックアップ時、ボンディング時および薄片チップの離脱時のいずれにおいても、薄片チップが割れることを防止できる。しかも、コレットホルダは、従来と同様に、中心部のみに真空吸引孔を有するものが共用でき、単に、コレットに複数の真空吸引孔を有するものを採用すればよいので、複数の真空吸引孔を蟻溝などによって形成する場合に比較して、格段に構成が簡単になり、コレットを安価に製作することができる。なお、コレットの複数の真空吸引孔は、コレットの鋳込み成形時に同時に形成することができるので、真空吸引孔の増加による工数アップやコストアップはない。
また、コレットの真空吸引孔の孔径や密度を、中央部と周辺部とで異ならせることによって、薄片チップのボンディング時に、薄片チップの中央部から周辺部へと圧力が加わるようにすることができ、薄片チップの下部の雰囲気ガスを押し出しながら基板にボンディングすることが可能になり、雰囲気ガスを巻き込むことなく薄片チップをボンディングすることができる。これによりチップと母材の間に巻き込むガスを確実に除去し、所定の接着強度ならびに製品品質を得ることができる。
また、本発明の請求項３に記載のコレットによれば、コレットホルダの中心部の真空吸引孔に作用する真空吸引力は、コレットの単一または複数の真空吸引孔を介して、溝部に均等に分散されるので、ピックアップ時に薄片チップの周辺部を真空吸着することができ、ボンディング時に接合材の反力を平坦面で分散して受けることができ、薄片チップの離脱時に圧縮気体の噴出圧力を薄片チップのより広い面に分散することができるので、ピックアップ時、ボンディング時および離脱時のいずれにおいても、薄片チップを局部的に変形させるような応力が作用しないため、薄片チップの割れを防止できる。しかも、コレットホルダは、従来と同様に、中心部のみに真空吸引孔を有するものが共用でき、単に、コレットの下面に真空吸引孔に連通する溝部を有するものを採用すればよいので、複数の真空吸引孔を蟻溝などによって形成する場合に比較して、格段に構成が簡単になり、コレットを安価に製作することができる。なお、コレットの真空吸引孔および溝部は、コレットの鋳込み成形時に同時に形成することができるので、溝部を設けることによる工数アップやコストアップは生じない。
また、本発明の請求項４に記載のダイボンダによれば、薄片チップをウェーハシートから剥離するピックアップ時に、ウェーハシートに貼り付けられた薄片チップを下方から突上げピンで突上げたり、ウェーハシートを真空吸引して下方に変形させたりすることによって、薄片チップとウェーハシートとの接着面積を減少させて接着力を低減させる場合に、薄片チップの上面周辺部をコレットの複数の真空吸引孔または溝部で吸着でき、かつ、薄片チップを平坦面で受けるので、薄片チップの中央部が上方に変形したり、薄片チップの周辺部がウェーハシートの変形に伴って下方に変形したりすることがなく、薄片チップの周辺部のウェーハシートのみが下方に変形して、薄片チップとウェーハシートとの接着力を低減させて、スムーズに剥離開始して、薄片チップを割ることなく確実にピックアップすることができる。
また、薄片チップを基板にボンディングする際に、接合材の反力をコレットの平坦面に分散して受けるため、従来のコレット中央部に設けた真空吸引孔の存在および接合材による反力によって、薄片チップの中央部が上方に変形する現象がなくなり、薄片チップの割れをなくしてボンディングすることができる。
さらに、薄片チップのボンディング後、真空吸引孔に圧縮気体を供給して、薄片チップをコレットから離れ易くする場合には、コレットの複数の真空吸引孔または溝部から圧縮気体が薄片チップの広い面に分散して噴出されることによって、従来の中央部に真空吸引孔を有するコレットのような、薄片チップの中央部に圧縮気体の噴出圧力が集中して、薄片チップの中央部が下方に変形することがなくなり、薄片チップの割れを防止して、薄片チップをコレットから離脱させることができる。
さらに、本発明の請求項５に記載のチップのピックアップ方法によれば、コレットでチップの周辺部を真空吸着してから、チップの裏面を突上げピンで相対的に突上げたり、チップを接合しているウェーハシートを真空吸引して下方に変形させたりするので、従来のチップのピックアップ方法のように、チップの周辺部がフリーの状態でチップの中央部が相対的に突上げられたり、チップの周辺部のウェーハシートが下方に変形したりすることがなくなり、チップにストレスを与えることなく、チップのピックアップ時の割れを効果的に防止することが可能になる。
【図面の簡単な説明】    図１Ａは、本発明の第１実施例に係るボンディングツールの縦断側面図、
図１Ｂは、図１Ａのボンディングツールの下面図、
図１Ｃは、図１Ａのボンディングツールにおけるコレットの正面図、
図２Ａは、図１のコレットを備えたダイボンダにおける動作説明用の薄片チップのピックアップ時の状態の要部拡大縦断面図、
図２Ｂは、薄片チップのボンディング時の状態の要部拡大縦断面図、
図２Ｃは、図１のコレットを備えたダイボンダにおける動作説明用の薄片チップのコレットからの離脱時の状態の要部拡大縦断面図、
図３Ａは、本発明の第２実施例に係るボンディングツールの縦断側面図、
図３Ｂは、図３Ａのボンディングツールの下面図、
図３Ｃは、図３Ａのボンディングツールにおけるコレットの正面図、
図４は、ダイボンダにおけるピックアップおよびボンディング動作説明図、
図５Ａは、従来のダイボンダにおけるボンディングツールの縦断背面図、
図５Ｂは、図５Ａのボンディングツールの部分拡大縦断正面図、
図６Ａは、図４に示す半導体チップ集合体の製造工程のウェーハシートに半導体ウェーハを貼り付けた状態の説明図、
図６Ｂは、図４に示す半導体チップ集合体の製造工程のダイサによって半導体ウェーハを個々の半導体チップに分割した状態の説明図、
図６Ｃは、図４に示す半導体チップ集合体の製造工程のウェーハシートを引き伸ばした状態の説明図、
図７Ａは、従来のダイボンダにおけるコレットの縦断面図、
図７Ｂは、従来のダイボンダにおける他のコレットの縦断面図、
図７Ｃは、従来のダイボンダにおけるさらに他のコレットの縦断面図、
図８Ａは、図７Ａのコレットによる動作説明用の薄片チップのピックアップ時の状態の要部拡大縦断面図、
図８Ｂは、図７Ａのコレットによる動作説明用の薄片チップのポンディング時の状態の要部拡大縦断面図、
図８Ｃは、図７Ａのコレットによる動作説明用の薄片チップの離脱時の状態の要部拡大縦断面図、
図９Ａは、図７Ｂのコレットによる動作説明用の薄片チップのピックアップ時の状態の要部拡大縦断面図、
図９Ｂは、図７Ｂのコレットによる動作説明用の薄片チップの離脱時の状態の要部拡大縦断面図、
図９Ｃは、図７Ｂのコレットによる動作説明用の薄片チップの接合材に対する密着時の要部拡大縦断面図、    図１０Ａは、図７Ｃのコレットによる問題点の説明用の要部拡大縦断面図で、チップ間隔が小さい場合における第１の問題点の説明図、
図１０Ｂは、図７Ｃのコレットによる問題点の説明用の要部拡大縦断面図で、チップ間隔を大きくした場合における第２の問題点の説明図である。
【発明を実施するための最良の形態】  以下、本発明のコレットを備えたダイボンダの実施形態について、図面を参照して説明する。
【実施例１】  本発明の第１の実施例に係るツール１０は、図１Ａ〜図１Ｃに示すように、コレットホルダ２０と、このコレットホルダ２０に装着されるコレット３０とを備えている。コレットホルダ２０は、例えば、ステンレス製で、中心部に真空系に接続される真空吸引孔２１を有し、このコレットホルダ２０を支持部材に取り付けるための２箇所の取付ねじ孔２２，２３と、下端部の周辺部に立下部２４と、この立下部２４によって囲まれた凹部２５とを有する。
コレット３０は、例えば、用途に応じて、ステンレス，ニトリルゴム，フッ素ゴム，耐熱性樹脂製その他でなり、下面の平坦面３１と、上下に貫通する複数（図示例は、矩形状の薄片チップ用のもので縦３個×横５個の１５個）の小径の真空吸引孔３２と、前記コレットホルダ２０の凹部２５に嵌り込む凸部３３と、コレットホルダ２０の立下部２４の下面に当接するフランジ部３４とを有する。
前記コレットホルダ２０の凹部２５の深さ寸法Ｈ１は、コレット３０の凸部３３の高さ寸法Ｈ２よりも大きく設定されており、凹部２５の天井面と凸部３３の上面との間に、Ｈ１−Ｈ２の空間部２６が形成されている。このため、コレットホルダ２０の真空吸引孔２１と、コレット３０の真空吸引孔３２とは、空間部２６を介して連通している。それにより、コレットホルダ２０の真空吸引孔２１に真空吸引力を作用させると、空間部２６を介してコレット３０の複数の真空吸引孔３２に真空吸引力が作用する。また、コレットホルダ２０の真空吸引孔２１に圧縮気体を供給すると、前記空間部２６を介して、コレット３０の複数の真空吸引孔３２から圧縮気体が分散して噴出される。
次に、上記のツール１０による薄片チップのピックアップ動作、ボンディング動作およびコレットからの離脱動作について、図面を参照して説明する。
まず、ピックアップ位置Ｐ１で、薄片チップをピックアップする場合について説明すると、図２Ａに示すように、ツール１０のコレット３０を、ウェーハシート６２に接着された薄片チップ６５ａの上面に当接させて、コレットホルダ２０の真空吸引孔２１に真空吸引力を作用させる。すると、この真空吸引力は、空間部２６を介して、コレット３０の複数の真空吸引孔３２に分散されて、薄片チップ６５ａの周辺部を真空吸着することができる。
この状態で、ウェーハシート６２の下方から突上げピン６７で薄片チップ６５ａの中央部を突上げたり、ウェーハシート６２を下方からの真空吸引力によって下方に変形させたりすると、薄片チップ６５ａが平坦面３１に当接しており、かつ周辺部がコレット３０の真空吸引孔３２によって吸着されているので、薄片チップ６５ａの中央部が突上げピン６７によって上方に湾曲することがないとともに、薄片チップ６５ａの周辺部がウェーハシート６２の変形に伴って下方に変形することがなく、薄片チップ６５ａの周辺部がウェーハシート６２からスムーズに剥離を開始して、薄片チップ６５ａとウェーハシート６２との接着面積が減少して接着力が減少する。
そのまま、ツール１０を上昇させると、前述のように、周辺部がウェーハシート６２から剥離している薄片チップ６５ａは、この剥離している周辺部から中心部に向かってウェーハシート６２から次第に剥離されていき、完全に剥離される。このとき、薄片チップ６５ａの中央部がコレット３０の真空吸引孔３２によって吸着されているので、薄片チップ６５ａの中央部が下方に変形することがなく、スムーズにウェーハシート６２から剥離され、薄片チップ６５ａが割れることなくピックアップされる。
次に、このツール１０に吸着された薄片チップ６５ａを基板１にボンディングする場合について説明すると、図２Ｂに示すように、基板１に供給されている接合材２によって、薄片チップ６５ａは上方に向かう反力を受けるが、コレット３０の下面に平坦面３１を有するので、接合材２による反力は、薄片チップ６５ａの裏面全体に均一に分散される結果、従来のような薄片チップ６５ａの中央部のみに局部的な反力を受けることがなくなり、薄片チップ６５ａの割れがなくなる。
また、ボンディング終了後、ツール１０から薄片チップ６５ａを離脱させるために、真空吸引孔２１に圧縮気体を供給した場合、図２Ｃに示すように、圧縮気体４はコレット３０の複数の真空吸引孔３２から薄片チップ６５ａに分散して噴出されるために、従来の中央部に単一の真空吸引孔を有するコレットのように、薄片チップ６５ａの中央部のみに圧縮気体が集中して噴出されないので、薄片チップ６５ａの中央部が下方に変形することがなくなり、薄片チップ６５ａの割れを防止して、薄片チップ６５ａを離脱させることができる。
【実施例２】  次に、本発明の第２の実施例に係るコレット１０Ａを、図３Ａ，図３Ｂ，図３Ｃを参照して説明する。コレット１０Ａは、コレットホルダ２０と、コレット３０Ａとを備えている。コレットホルダ２０は、図１Ａに示すコレットホルダ２０と同様であるため、同一部分には同一参照符号を付してその説明を省略する。
コレット３０Ａは、下面の平坦面３１と、複数の小径の真空吸引孔３２と、コレットホルダ２０の凹部２５に嵌り込む凸部３３と、コレットホルダ２０の立下部２４の下面に当接するフランジ部３４とを有する点は、図１Ａのコレット３０と同様であるが、さらに、複数の真空吸引孔３２の下端と一方向に連通する溝部３５と、複数の真空吸引孔３２の下端と他方向に連通する溝部３６とを有する点が異なっている。コレット３０Ａを貫通する真空吸引孔２４および溝部３５，３６は、製作型に予め真空吸引孔２４および溝部３５，３６の形状に対応する凸部を形成しておけば、コレット３０Ａの鋳込み成形時に、同時に真空吸引孔２４および溝部３５，３６を形成することができるので、複数の真空吸引孔３２や溝部３５，３６を形成することによる製造工数アップやコストアップはない。
次に、この溝部３５，３６を有するコレット３０Ａを備えたツール１０Ａの動作について説明する。
まず、ツール１０Ａで薄片チップ６５ａを吸着する場合は、ツール１０Ａのコレット３０Ａを、ウェーハシート６２に接合された薄片チップ６５ａの上面に当接させて、コレットホルダ２０の真空吸引孔２１に真空吸引力を作用させる。すると、この真空吸引力は、空間部２６を介して、コレット３０Ａの複数の真空吸引孔３２に分散され、さらに、これらの真空吸引孔３２に連通する溝部３５，３６に分散されて、薄片チップ６５ａの周辺部をより広い面で真空吸着することができる。
この状態で、ウェーハシート６２の下方から突上げピン６７で薄片チップ６５ａの中央部を突上げたり、ウェーハシート６２を下方からの真空吸引力によって下方に変形させたりすると、薄片チップ６５ａが平坦面３１に当接しており、かつ周辺部がコレット３０Ａの溝部３５，３６によって真空吸着されているので、薄片チップ６５ａの中央部が突上げピン６７によって上方に変形することがないとともに、薄片チップ６５ａの周辺部がウェーハシート６２の変形に伴って下方に変形することがなく、薄片チップ６５ａの周辺部がウェーハシート６２からスムーズに剥離を開始して、薄片チップ６５ａとウェーハシート６２との接着面積が減少して接着力が減少する。
そのまま、ツール１０Ａを上昇させると、前述のように、周辺部がウェーハシート６２から剥離している薄片チップ６５ａは、この剥離している周辺部から中心部に向かってウェーハシート６２から次第に剥離されていき、完全に剥離される。このとき、薄片チップ６５ａの中央部がコレット３０Ａの溝部３５，３６によって吸着されているので、薄片チップ６５ａの中央部が下方に変形することがなく、スムーズにウェーハシート６２から剥離され、薄片チップ６５ａが割れることなくピックアップされる。
次に、このツール１０Ａに吸着された薄片チップ６５ａを基板１にボンディングする場合について説明すると、基板１に供給されている接合材２によって、薄片チップ６５ａは上方に向かう反力３を受けるが、コレット３０Ａの下面に平坦面３１を有するので、接合材２による反力は、薄片チップ６５ａの裏面全体に均一に分散される結果、従来のような薄片チップ６５ａの中央部のみに局部的な反力を受けることがなくなり、薄片チップ６５ａの割れがなくなる。
また、ボンディング終了後、ツール１０Ａから薄片チップ６５ａを離脱させるために、真空吸引孔２１に圧縮気体４を供給した場合、圧縮気体４はコレット３０Ａの複数の溝部３５，３６から薄片チップ６５ａの広い面に分散して噴出されるために、従来の中央部に単一の真空吸引孔を有するコレットのように、薄片チップ６５ａの中央部のみに局部的に圧縮気体が集中して噴出されないので、薄片チップ６５ａの中央部が下方に変形することがなくなり、薄片チップ６５ａの割れを防止して、薄片チップ６５ａを離脱させることができる。
なお、上記の各実施例は、本発明の特定の形態について説明したもので、本発明はこれらの実施例に限定されるものではなく、各種の変形が可能である。
例えば、上記実施例２では、コレット３０Ａに、複数の真空吸引孔３２を形成した場合について説明したが、図３Ａ，図３Ｂに示すコレット３０Ａのように、平坦面３１に溝部３５，３６を形成する場合には、この溝部３５，３６に連通する真空吸引孔３２の本数を、図示例よりも少なくすることができ、例えば、単一の真空吸引孔２４を有する構成にしてもよい。
また、上記実施例は、特に顕著な効果が発揮される薄片チップのピックアップ、ボンディングおよびコレットからの離脱について説明したが、通常の５０μｍ以上の厚さ寸法を有する半導体チップのピックアップ、ボンディングおよびコレットからの離脱についても適用できることはいうまでもない。
また、上記実施例は、基板１に接合材２を塗布などにより供給して、この接合材２を介して薄片チップをボンディングする場合について説明したが、予め、薄片チップの裏面に接合材を被着させておいて、この接合材を介してボンディングするようにしてもよい。
また、上記実施例１，２では、コレットホルダ２０側に、立下部２４と凹部２５を設け、コレット３０，３０Ａ側に、前記凹部２５に嵌り込む凸部３３と、前記立下部２４の下面に当接するフランジ部３４を設ける場合について説明したが、図示例とは逆に、コレット３０，３０Ａ側に、立上部および凹部を設け、コレットホルダ２０側に、前記凹部に嵌り込む凸部および前記立上部の上面に当接するフランジ部を設けてもよい。
また、図２Ａ〜図２Ｃでは、コレット３０の大きさが薄片チップ６５ａの大きさと同等の場合について示しているが、より薄片チップ６５ａの周辺部分を真空吸着するためには、コレット３０の大きさが薄片チップ６５ａより大きいものでもよい。このようにコレット３０を薄片チップ６５ａより大きくすることにより、薄片チップ６５ａ周辺部における接合材の気泡をより完全に除去し、良好なボンディングを実現することができる。コレット３０の具体的な大きさ（チップサイズからのはみ出し量）は、チップサイズや、チップとリードフレーム、もしくは基板等の間に介在する接合テープの厚さにより異なる。
また、上記実施例１では、コレット３０の複数の真空吸引孔３２を、同一径で、かつ、均一に形成する場合について説明したが、例えば、中央部の真空吸引孔の孔径は大きく、周辺部の真空吸引孔の孔径は小さく形成したり、中央部の真空吸引孔の密度を大きく、周辺部の真空吸引孔の密度を小さく形成したりすることによって、中央部と周辺部とで薄片チップに加わる圧力が異なるようにすると、薄片チップの基板へのボンディング時に、薄片チップの中央部から周辺部へと次第に圧力を加えて、薄片チップの下方の雰囲気ガスを押し出しながらボンディングすることが可能になり、接合材に気泡を含まない良好なボンディングを実現することができる。また、図１及び図２ではコレット３０のチップとの接触面を平坦面としているが、チップ下面と突上げピンやニードルレススライダーとの間に介在するシートの変形を利用し、コレット３０の下面中央部分を下向きに僅かに凸を成す曲面に成形することで、複数の真空吸引孔３２との相乗作用でより剥離性を向上させたり、ボンディング時の雰囲気ガスの押出しをスムーズにしたりすることができる。
また、上記実施例は、チップをピックアップしてそのままボンディングする、所謂、ダイレクトボンディング方式のダイボンダについて説明したが、ピックアップしたチップを一旦トレーや位置修正部に移載し、このトレーや位置修正部からチップをピックアップしてボンディングする、所謂、間接ボンディング方式のダイボンダにおけるピックアップ用のコレットや、ボンディング用のコレットにも適用することができる。
【産業上の利用可能性】  本発明は、半導体チップのダイボンダに特に好適なものであるが、それ以外に、抵抗器チップやコンデンサチップなどの各種電子部品のダイボンダにも適用することができる。
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【図４】
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【国際調査報告】
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