(57)【要約】【課題】吸着面に対する吸着対象物の位置合わせをしなくても吸着対象物を損傷させずに吸着対象物を吸着することができる吸着部を備えた吸着装置を提供することを目的とする。【解決手段】半導体チップ２０のうち吸着面１５に吸着される被吸着面２１の中心と、被吸着面２１の外周のうち被吸着面２１の中心から最も遠い点と、を結ぶ線分を半径と定義する。吸着部１３は、吸着面１５の中心を中心とする半径の円の円周に沿って吸着面１５に設けられた溝部１６と、吸着面１５の中心を基準として溝部１６の外側に同心円状に設けられていると共に、溝部１６の底部１８よりも高く形成された外周部１７と、を有する。これにより、吸着部１３の吸着面１５の中心を通る中心軸を中心とした回転方向に対し、半導体チップ２０の被吸着面２１の外周のうち中心から最も遠い部分が吸着部１３の溝部１６に常に位置する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸着面（１５）を有する吸着部（１３）を備え、前記吸着面に吸着対象物（２０）を吸着するように構成された吸着装置であって、
前記吸着対象物のうち前記吸着面に吸着される被吸着面（２１）の中心と、当該被吸着面の外周のうち前記被吸着面の中心から最も遠い点と、を結ぶ線分を半径と定義すると、
前記吸着部は、
前記吸着面の中心を中心とする前記半径の円の円周に沿って前記吸着面に設けられた溝部（１６）と、
前記吸着面の中心を基準として前記溝部の外側に同心円状に設けられていると共に、前記溝部の底部（１８）よりも高く形成された外周部（１７）と、
を有している吸着装置。
【請求項２】
前記外周部は、前記吸着面を基準として、前記吸着面よりも高く、かつ、前記吸着対象物よりも低く形成されている請求項１に記載の吸着装置。
【請求項３】
前記溝部は、前記吸着面の中心を通ると共に前記吸着面に垂直な断面が円弧状になるように形成されている請求項１または２に記載の吸着装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、吸着対象物を吸着により保持するための吸着装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、吸着対象物の損傷を抑制しつつ、吸着対象物を吸着することを可能にした吸着装置のコレットが、例えば特許文献１、２で提案されている。
【０００３】
具体的に、特許文献１では、吸着対象物のうち吸着される四角形状の面の外形に沿った溝部が吸着面に設けられたステージが提案されている。また、特許文献２では、吸着対象物のうち吸着される四角形状の面の四隅に対応する四カ所の逃がし孔が吸着面に設けられたコレットが提案されている。
【０００４】
そして、吸着対象物がステージやコレットの吸着部に吸着される際に、吸着対象物の角部が溝部や逃がし孔に逃がされることによって吸着面に干渉しにくくなる。したがって、吸着対象物の角部が吸着面に衝突して損傷することが低減される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１５−１３２４７６号公報
【特許文献２】特開平６−１５１４８２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上記従来の技術では、吸着対象物の角部の位置と溝部や逃がし孔の位置とが一致していなければ、吸着対象物の角部が吸着部の吸着面に衝突してしまう。したがって、吸着対象物の角部の位置と溝部や逃がし孔の位置との位置合わせをしなければ、吸着対象物の角部の損傷を低減できないという問題がある。
【０００７】
特に、吸着対象物の四カ所の角部のうちの一カ所が先に吸着面に吸い寄せられることがある。この場合、各角部の位置が溝部や逃がし孔に対応していなければ角部の一カ所が吸着部の吸着面に衝突してしまう。これにより、吸着対象物の角部の一カ所に衝突の応力が集中してしまうので、吸着対象物が損傷しやすくなってしまう。
【０００８】
ここまで、吸着対象物のうち吸着部に吸着される面が四角形状のものについて説明したが、当該面は楕円を含む円形や四角形以外の多角形、さらには異形のように様々な形状の場合もある。このような形状についても、上記と同様に、吸着対象物が吸着面に吸着される際に、吸着対象物のうち吸着部に吸着される外縁部の一カ所が吸着面に衝突して損傷してしまうという問題がある。
【０００９】
本発明は上記点に鑑み、吸着面に対する吸着対象物の位置合わせをしなくても吸着対象物を損傷させずに吸着対象物を吸着することができる吸着部を備えた吸着装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、吸着面（１５）を有する吸着部（１３）を備え、吸着面に吸着対象物（２０）を吸着するように構成された吸着装置であって、以下の構成を備えている。
【００１１】
まず、吸着対象物のうち吸着面に吸着される被吸着面（２１）の中心と、当該被吸着面の外周のうち被吸着面の中心から最も遠い点と、を結ぶ線分を半径と定義する。
【００１２】
そして、吸着部は、吸着面の中心を中心とする半径の円の円周に沿って吸着面に設けられた溝部（１６）を有している。また、吸着部は、吸着面の中心を基準として溝部の外側に同心円状に設けられていると共に、溝部の底部（１８）よりも高く形成された外周部（１７）を有している。
【００１３】
これによると、吸着部の吸着面の中心を通る中心軸を中心とした回転方向に対し、吸着対象物の被吸着面の外周のうち中心から最も遠い部分が吸着部の溝部に常に位置する。このため、吸着対象物の被吸着面と吸着部の溝部との位置合わせを不要にすることができる。したがって、吸着面に対する吸着対象物の位置合わせをしなくても、吸着対象物を損傷させずに吸着部に吸着対象物を吸着することができる。
【００１４】
なお、この欄及び特許請求の範囲で記載した各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る吸着装置のコレットを示した図である。
【図２】図１のII−II断面図である。
【図３】半導体チップの組み付け工程を示した図である。
【図４】図３に続く組み付け工程を示した図である。
【図５】半導体チップが傾いた状態で受け渡される内容を説明するための図である。
【図６】（ａ）は吸着部に溝部が形成されていない場合、（ｂ）は吸着部に溝部が形成されている場合に半導体チップのチップカケの有無を説明するための図である。
【図７】本発明の第２実施形態に係る吸着部の断面図である。
【図８】本発明の第３実施形態に係る吸着部の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１７】
（第１実施形態）
以下、本発明の第１実施形態について図を参照して説明する。本実施形態に係る吸着装置は、吸着対象物として半導体チップを吸着して当該半導体チップを別の半導体チップに組み付けるための装置である。
【００１８】
このため、吸着装置は、半導体チップを吸着するためのコレット、当該コレットを保持すると共に移動可能に構成された移動機構部、及び移動機構部の動きを制御する制御部を備えた構成になっている。
【００１９】
そして、図１の上段の側面図に示されるように、コレット１０は、ネジ部１１、締結部１２、吸着部１３、及び排気部１４を備えて構成されている。なお、コレット１０は例えば金属材料によって構成されている。
【００２０】
ネジ部１１及び締結部１２は、ボルト状に構成されている。ネジ部１１は吸着装置の移動機構部にネジ止めされる部分である。また、図１の下段の平面図に示されるように、締結部１２は六角頭の形状になっている。したがって、スパナ等によって締結部１２が回転させられることで、ネジ部１１が図示しない平ワッシャを介して移動機構部のホルダに締結される。
【００２１】
吸着部１３は、半導体チップ２０を吸着して保持する部分である。吸着部１３は円柱状に構成されている。吸着部１３は締結部１２のうちネジ部１１とは反対側に一体化されている。
【００２２】
吸着部１３は、吸着面１５、溝部１６、及び外周部１７を有している。吸着面１５は、吸着部１３のうち締結部１２側とは反対側の端面である。
【００２３】
溝部１６は、半導体チップ２０の吸着面１５の一部が締結部１２側に凹んだ凹部である。溝部１６は吸着面１５の中心を中心とした円の円周に沿って設けられている。この円を設定するため、半導体チップ２０のうち吸着面１５に吸着される被吸着面２１の中心と、当該被吸着面２１の外周のうち被吸着面２１の中心から最も遠い点と、を結ぶ線分を半径と定義する。
【００２４】
本実施形態では、半導体チップ２０は板状に構成されていると共に、被吸着面２１が正方形になっている。したがって、四角形状の被吸着面２１の四隅を結ぶ２つの対角線の交点が被吸着面２１の中心となる。また、被吸着面２１の外周のうち角の部分が被吸着面２１の中心から最も遠い点となる。このため、二つの対角線の交点と、被吸着面２１の外周のうちの一つの角と、を結ぶ線分が半径となる。
【００２５】
そして、溝部１６は、吸着面１５の中心を中心とする半径の円の円周に沿って一周するように吸着面１５に設けられている。具体的には、図２に示されるように、吸着面１５の中心を通ると共に吸着面１５に垂直な断面が矩形状になるように形成されている。すなわち、本実施形態に係る溝部１６は四角溝である。例えば、溝部１６は、径方向の幅と深さが吸着面１５の中心を中心とする回転方向において同じ寸法になるように形成されている。もちろん、径方向の幅と深さの寸法が異なるように溝部１６が形成されていても良い。
【００２６】
外周部１７は、吸着部１３のうち吸着面１５の中心を基準として溝部１６よりも外側に位置する部分である。すなわち、外周部１７は、吸着部１３に溝部１６が形成されたことによって、吸着部１３の吸着面１５側の表層部が吸着面１５の島と区画された部分である。したがって、外周部１７は、吸着面１５の中心を基準として溝部１６の外側に同心円状に設けられている。
【００２７】
また、外周部１７は、溝部１６の底部１８よりも高く形成された部分である。本実施形態では、外周部１７は、上面が吸着面１５と同一平面に位置するように構成されている。
【００２８】
排気部１４は、ネジ部１１、締結部１２、及び吸着部１３を貫通する吸引孔１９に接続された部分であり、図示しない真空源に接続されている。これにより、排気部１４は、吸引孔１９でエアーを吸引することによって半導体チップ２０の被吸着面２１を吸着部１３の吸着面１５に接触させ、半導体チップ２０を吸着部１３に吸着する。
【００２９】
そして、吸着装置の移動機構部は、コレット１０を保持及び移動させる機能の他に、コレット１０を介して半導体チップ２０を加熱する機能や、コレット１０を超音波振動させる機能等を備えている。
【００３０】
制御部は、移動機構部に指令を出すことによって、コレット１０の移動、吸着部１３による吸着、コレット１０の加熱や超音波振動等を制御するものである。制御部は、一定のプログラムに従って移動機構部を駆動することにより、半導体チップ２０の組み付け工程を行う。以上が、吸着装置及びコレット１０の構成である。
【００３１】
次に、上記の吸着装置を用いた半導体チップ２０の組み付け工程の一例について、図３及び図４を参照して説明する。当該組み付け工程は、一方の半導体チップ２０を他方の半導体チップ３０にバンプ接合する組み付けである。
【００３２】
まず、図３（ａ）に示す工程では、チップケース４０に収容された複数の半導体チップ２０の中から一つを選択し、該当の半導体チップ２０の上方にコレット５０を配置する。
【００３３】
ここで、半導体チップ２０のうち被吸着面２１とは反対側の表面２２の外縁部には複数のバンプ２３が形成されている。また、コレット５０は、吸着装置の他の移動機構部に当該コレット５０を固定するための締結部５１、締結部５１に一体化されていると共に半導体チップ２０の表面２２を吸着する吸着部５２、及び排気部５３を有して構成されている。
【００３４】
そして、コレット５０を半導体チップ２０に近接させ、排気部５３に連接された図示しない真空源により吸着部５２で半導体チップ２０の表面２２を吸着保持する。続いて、図３（ｂ）に示す工程では所定の位置まで半導体チップ２０を移送し、図３（ｃ）に示す工程ではコレット５０を上下反転させて半導体チップ２０の裏面すなわち被吸着面２１を上向きとする。
【００３５】
この後、図３（ｄ）に示す工程では、半導体チップ２０の被吸着面２１の上方に本実施形態に係るコレット１０を配置する。そして、図３（ｅ）に示す工程では、コレット１０の吸着部１３を半導体チップ２０の被吸着面２１に近接させる。
【００３６】
この際、半導体チップ２０の被吸着面２１とコレット１０の吸着面１５とが干渉すると、半導体チップ２０の表面２２側に形成された能動素子にダメージが加わり機能不良となる。そこで、半導体チップ２０の被吸着面２１とコレット１０の吸着面１５との間に隙間ｈを設ける。隙間ｈは、吸着装置の様々な寸法公差を考慮して設定されている。
【００３７】
次に、図４（ａ）に示す工程では、コレット１０の排気部１４に連接された真空源により、半導体チップ２０の被吸着面２１をコレット１０側に吸い寄せることにより半導体チップ２０をコレット５０からコレット１０に受け渡す。そして、図４（ｂ）に示す工程では、コレット１０を移動させる。
【００３８】
続いて、図４（ｃ）に示す工程では、別の半導体チップ３０が設置されたステージ６０の上方にコレット１０を配置する。半導体チップ３０の表面３１には、半導体チップ２０のバンプ２３の位置に対応したバンプ３２が形成されている。また、半導体チップ２０のバンプ２３と、別の半導体チップ３０のバンプ３２と、の位置合わせを行う。さらに、コレット１０を介して半導体チップ２０を加熱し、ステージ６０を介して半導体チップ３０を加熱する。
【００３９】
この後、図４（ｄ）に示す工程では、各半導体チップ２０、３０を互いに近づけ、コレット１０を通して半導体チップ２０から半導体チップ３０側に荷重を印加する。これにより、半導体チップ２０のバンプ２３をステージ６０上の半導体チップ３０のバンプ３２に押し当てる。この状態で、コレット１０を通じて半導体チップ２０に超音波振動を印加することで各バンプ２３、３２を接合する。
【００４０】
最後に、図４（ｅ）に示す工程では、コレット１０を半導体チップ２０から脱着する。このようにして、半導体チップ３０に対する半導体チップ２０の組み付けが完了する。
【００４１】
上述のように、コレット５０から本実施形態に係るコレット１０に半導体チップ２０を受け渡す際、半導体チップ２０の被吸着面２１とコレット１０の吸着面１５との干渉を抑制する目的で図３（ｅ）に示す工程では隙間ｈが設定されていた。これにより、図５に示されるように、半導体チップ２０の被吸着面２１がコレット１０の吸着面１５に対して傾いた状態で受け渡しされる現象が発生する。特に、半導体チップ２０の被吸着面２１の一つの角部が最初に吸着部１３に吸い寄せられる。さらに、半導体チップ２０の被吸着面２１の中心から最も遠い位置の角が最初に吸い寄せられる。
【００４２】
そして、吸着部１３に溝部１６が設けられていない場合、図６（ａ）に示されるように、半導体チップ２０の被吸着面２１の一つの角が最初に吸着面１５に干渉してしまう。このため、半導体チップ２０にチップカケ２４が発生し、半導体チップ２０が機能不良になってしまう。仮に、角部に対応した溝が吸着面１５に設けられていたとしても、角部と溝との位置合わせが必要になる。
【００４３】
一方、本実施形態に係る吸着部１３には溝部１６が設けられているので、図６（ｂ）に示されるように、半導体チップ２０の被吸着面２１の一つの角部が最初に吸着面１５側に吸い寄せられたとしても、当該角部を溝部１６に逃がすことができる。
【００４４】
そして、溝部１６は、半導体チップ２０の被吸着面２１の外周のうち中心から最も遠い部分が吸着部１３の溝部１６に常に位置している。このため、吸着部１３の吸着面１５の中心を通る中心軸を中心とした回転方向に対して半導体チップ２０の被吸着面２１と吸着部１３の溝部１６との位置合わせを不要にすることができる。すなわち、吸着部１３の吸着面１５の中心を通る中心軸を中心とした回転方向における吸着面１５の向き及び半導体チップ２０の向きの自由度を向上させることができる。したがって、半導体チップ２０を損傷させずに吸着部１３に半導体チップ２０を吸着することができる。
【００４５】
もちろん、半導体チップ２０の被吸着面２１と吸着部１３の溝部１６との位置合わせが不要になるので、位置合わせのための工程が不要になる。
【００４６】
例えば、半導体チップ２０の被吸着面２１と吸着部１３の溝部１６との位置合わせのために、調整冶具による吸着面１５の角度調整が不要になる。他方、移動機構部のホルダ及びコレット１０に位置決めのための調整冶具をそれぞれ設けるといった機械的な調整が不要になる。
【００４７】
具体的には、移動機構部のホルダへのコレット１０の取り付けは、ホルダとコレット１０との間に平ワッシャを介して規定された締結荷重で行われる。コレット１０がホルダに締結された後、従来のように半導体チップ２０の四隅に対応した溝が吸着部１３に設けられた構成では、コレット１０のネジ部１１や平ワッシャ等の出来映えにより、溝がコレット１０の回転軸を中心とした回転方向に位置ズレする。このため、半導体チップ２０の四隅の位置と溝の位置とが一致しない不具合が発生する。
【００４８】
そこで、従来では、締結部１２と平ワッシャとの間に調整冶具を増減させながら調整冶具を必要枚数入れることで半導体チップ２０の四隅の位置と溝の位置とを一致させていた。しかし、半導体チップ２０の四隅の位置と溝の位置とが一致するまで、何度も調整冶具を増減させなければならない。その度に、コレット１０をホルダから平ワッシャを含めて脱着させる手間が掛かり、長時間の調整が必要となる。このように、従来では段取り性が非常に劣っていた。また、コレット１０の段取り毎に、調整冶具が必要となる。これに対し、本実施形態では、吸着部１３の溝部１６が常に半導体チップ２０の四隅に位置しているので、上記のように調整冶具を用いた調整を長時間行わずに済み、段取り性も向上するというメリットがある。
【００４９】
さらに、カメラや位置補正のための装置によって位置合わせを行うということも不要になる。
【００５０】
また、吸着部１３は溝部１６の周囲に溝部１６と同心円状の外周部１７を有しているので、吸着部１３の全体の円柱形状が維持されている。このため、溝部１６が設けられていても吸着部１３の質量バランスが保たれているので、規定振動の超音波振動を安定的にバンプ２３に加えることができる。したがって、外周部１７によって吸着部１３の超音波振動に影響が出ないようにすることができる。
【００５１】
さらに、コレット１０の加熱機能によって吸着部１３が加熱された状態では、外周部１７を介して半導体チップ２０の側面を予熱、加熱、あるいは保温することができる。このため、半導体チップ２０を所定温度に維持することができるので、バンプ接合の不良を低減することができる。
【００５２】
なお、本実施形態の記載と特許請求の範囲の記載との対応関係については、半導体チップ２０が特許請求の範囲の「吸着対象物」に対応する。
【００５３】
（第２実施形態）
本実施形態では、第１実施形態と異なる部分について説明する。図７に示されるように、吸着部１３の外周部１７は、吸着面１５を基準として、吸着面１５よりも高く、かつ、半導体チップ２０の表面２２よりも低く形成されている。すなわち、外周部１７が半導体チップ２０の側面の一部を円筒状に囲んでいる。
【００５４】
このような構成によると、吸着部１３を加熱することによって半導体チップ２０を加熱する際に、外周部１７によって半導体チップ２０の側面を加熱しやすくすることができる。したがって、半導体チップ２０の側面を予熱、加熱、あるいは保温する効果を高めることができる。
【００５５】
（第３実施形態）
本実施形態では、第１、第２実施形態と異なる部分について説明する。図８に示されるように、吸着部１３の溝部１６は、吸着面１５の中心を通ると共に吸着面１５に垂直な断面が円弧状になるように形成されている。すなわち、吸着部１３のうち溝部１６によって失われる部分が断面矩形状のものよりも少なくなる。このため、吸着部１３の質量バランスがさらに向上するので、バンプ２３に与える超音波振動をさらに安定させることができる。
【００５６】
（他の実施形態）
上記各実施形態で示されたコレット１０の構成は一例であり、上記で示した構成に限定されることなく、本発明を実現できる他の構成とすることもできる。例えば、コレット１０に吸着される吸着対象物は半導体チップ２０に限られず、セラミック発振子等の電子部品でも良い。もちろん、電子部品に限られず、各種部品等でも良い。また、吸着対象物は半導体材料で構成されたものに限られず、ガラス材料、金属材料、樹脂材料、セラミックス等の材料で構成されたものでも良い。
【００５７】
また、被吸着面２１の形状についても、正方形に限られず長方形でも良い。さらに、被吸着面２１は、三角形や五角形等の多角形や、楕円を含む円形、これらに属しない異形でも良い。
【符号の説明】
【００５８】
１３  吸着部
１５  吸着面
１６  溝部
１７  外周部
１８  底部
２０  半導体チップ（吸着対象物）
２１  被吸着面
【図１】
2017140676.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】
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【図８】
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