(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップし当該半導体チップを加熱された基材にボンディングするコレットを備えた半導体チップの実装装置において、
前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記吸引口から流体を吹き出して前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成し、当該加圧流体層を形成している間、前記コレットが前記半導体チップに対して完全に非接触となるように構成したことを特徴とする半導体チップの実装装置。
【請求項２】
前記流体を吹き出すための噴射口を、前記吸引口と独立して前記吸着面に形成したことを特徴とする請求項１に記載の半導体チップの実装装置。
【請求項３】
前記噴射口を、前記吸着面に複数形成すると共に、各噴射口を前記吸着面の中心に対して互いに対称に配設したことを特徴とする請求項２に記載の半導体チップの実装装置。
【請求項４】
前記流体を冷却媒体としたことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体チップの実装装置。
【請求項５】
コレットの吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップすると共に、前記コレットで前記半導体チップを加熱された基材にボンディングする半導体チップの実装方法において、
前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記コレットで半導体チップを前記基材に押し付ける工程と、
前記吸引口から流体を吹き出して、前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成し、当該加圧流体層を形成している間、前記コレットを前記半導体チップに対して完全に非接触にする工程と、
前記加圧流体層によって前記半導体チップを前記基材に押圧してボンディングを完了する工程とを有することを特徴とする半導体チップの実装方法。
【請求項６】
前記半導体チップを前記基材にボンディングした後、前記コレットで次の半導体チップをピックアップするまでの間に、前記吸引口から前記流体を吹き出すことを特徴とする請求項５に記載の半導体チップの実装方法。
【請求項７】
コレットの吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップすると共に、前記コレットで前記半導体チップを加熱された基材にボンディングする半導体チップの実装方法において、
前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記コレットで吸着した半導体チップを前記基材に接近させる工程と、
前記吸引口から流体を吹き出して、前記半導体チップを前記基材上に落下させると共に、前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成し、当該加圧流体層を形成している間、前記コレットを前記半導体チップに対して完全に非接触にする工程と、
前記加圧流体層によって前記半導体チップを前記基材に押圧してボンディングを完了する工程とを有することを特徴とする半導体チップの実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを加熱された基材にボンディングする半導体チップの実装装置、及びその実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、半導体チップを回路基板等の基材にボンディングするには、以下のように行う。図８（Ａ）に示すように、一枚の半導体ウェーハ１００が、フィルム状の接合材１０１を介してウェーハシート１０２に粘着してある。この半導体ウェーハ１００と接合材１０１を、ダイサ（ダイヤモンドホイール）２００で格子状に切断し、個々の半導体チップ１０３に分割する。
【０００３】
次に、図８（Ｂ）に示すように、エキスパンド装置（図示省略）によって、ウェーハシート１０２を放射状に引き伸ばして、半導体チップ１０３同士の間隔を拡大させる。そして、図８（Ｃ）に示すように、突き上げ部材３００によって、１つの半導体チップ１０３をウェーハシート１０２の下方から突き上げて、接合材１０１の縁をウェーハシート１０２から剥離させる。突き上げた状態の半導体チップ１０３を、接合材１０１と一緒にコレット４００で吸着してピックアップする。
【０００４】
半導体チップ１０３をピックアップした後、図８（Ｄ）に示すように、予めヒータ５００で加熱した基材６００の上に、半導体チップ１０３を搬送し、コレット４００で半導体チップ１０３を基材６００へ押し付ける。加熱された基材６００の熱によって接合材１０１が軟化されて、半導体チップ１０３が基材６００に接着される。このように、コレットで半導体チップを１個ずつピックアップし、基材上にボンディングする工程を繰り返し行う。
【０００５】
しかし、上記のように半導体チップのボンディング工程を繰り返すと、基材の熱が半導体チップを通じてコレットに伝わり、コレットが次第に加熱される。そして、コレットがある温度（例えば、４０℃）以上に加熱されると、コレットで半導体チップをピックアップする際に、コレットの熱が半導体チップの裏の接合材に伝導して、半導体チップがウェーハシートに貼り付く。この接合材の貼り付きによって、半導体チップをウェーハシートから安定してピックアップすることができなくなる問題がある。
【０００６】
上記の問題を解決するために、例えば特許文献１に示す半導体チップの実装装置が提案されている。この実装装置は、冷却流体を噴射可能な冷却ブローノズルを備える。そして、冷却ブローノズルからコレットに冷却流体を噴射して冷却し、コレットがボンディング時に加熱するのを抑制している。
【特許文献１】特開２００６−１２０６５７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
ボンディング時のコレットの加熱を抑制するには、上記特許文献１のようにコレットを積極的に冷却する以外に、基材からコレットへ伝導する熱を低減することも効果的である。例えば、ボンディングの際のコレットと半導体チップとの接触時間を短縮することができれば、半導体チップを通じてコレットに伝導する基材の熱量を低減することが可能となる。
【０００８】
しかし、半導体チップを確実にボンディングするには、所定の時間（約１〜２秒）半導体チップを押圧する必要があり、上記特許文献１の実装装置の構成では、ボンディング工程におけるコレットと半導体チップとの接触時間を短縮することはできなかった。
【０００９】
本発明は、上記課題に鑑みて、ボンディング工程におけるコレットと半導体チップとの接触時間を短縮することが可能な半導体チップの実装装置、及びその方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
請求項１の発明は、吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップし当該半導体チップを加熱された基材にボンディングするコレットを備えた半導体チップの実装装置において、前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記吸引口から流体を吹き出して前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成し、当該加圧流体層を形成している間、前記コレットが前記半導体チップに対して完全に非接触となるように構成したものである。
【００１１】
ボンディングする際に、コレットの吸引口から吹き出した流体が、コレットの吸着面と半導体チップとの間に流れることにより、加圧流体層が形成される。この加圧流体層によって、半導体チップは基材へ押し付けられ接着される。また、コレットと半導体チップは、加圧流体層が介在することにより非接触状態となるので、この間、基材の熱が半導体チップを通じてコレットに伝導することがない。また、吸引口から吹き出す上記流体によって、コレットが冷却される。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１に記載の半導体チップの実装装置において、前記流体を吹き出すための噴射口を、前記吸引口と独立して前記吸着面に形成したものである。
【００１３】
ボンディングの際に、噴射口から流体を噴射して、コレットの吸着面と半導体チップとの間に加圧流体層を形成する。上記請求項１の場合と同様に、この加圧流体層によって、半導体チップは基材へ押し付けられ接着される。また、コレットと半導体チップは、加圧流体層が介在することにより非接触状態となるので、この間、基材の熱が半導体チップを通じてコレットに伝導することがない。また、噴射口から吹き出す流体によって、コレットが冷却される。
【００１４】
請求項３の発明は、請求項２に記載の半導体チップの実装装置において、前記噴射口を、前記吸着面に複数形成すると共に、各噴射口を前記吸着面の中心に対して互いに対称に配設したものである。
【００１５】
各噴射口が吸着面の中心に対して互いに対称に配設されているので、加圧流体層による押圧力が半導体チップに均一に作用する。これにより、半導体チップの基材へのボンディング精度が向上する。
【００１６】
請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体チップの実装装置において、前記流体を冷却媒体としたものである。
【００１７】
コレットの吸引口又は噴射口から冷却媒体を吹き出すことにより、コレットの冷却効果を高めることが可能である。
【００１８】
請求項５の発明は、コレットの吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップすると共に、前記コレットで前記半導体チップを加熱された基材にボンディングする半導体チップの実装方法において、前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記コレットで半導体チップを前記基材に押し付ける工程と、前記吸引口から流体を吹き出して、前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成し、当該加圧流体層を形成している間、前記コレットを前記半導体チップに対して完全に非接触にする工程と、前記加圧流体層によって前記半導体チップを前記基材に押圧してボンディングを完了する工程とを有する方法である。
【００１９】
コレットと半導体チップは、加圧流体層が介在することにより非接触状態となるので、この間、基材の熱が半導体チップを通じてコレットに伝導することがない。また、吸引口から吹き出す流体によって、コレットが冷却される。
【００２０】
請求項６の発明は、請求項５に記載の半導体チップの実装方法において、前記半導体チップを前記基材にボンディングした後、前記コレットで次の半導体チップをピックアップするまでの間に、前記吸引口から前記流体を吹き出す方法である。
【００２１】
ボンディング後、次のチップをピックアップするまでの間に吹き出す流体によって、コレットが冷却される。つまり、流体の吹き出し時間を長く確保することによって、コレットの冷却を確実に行う。
【００２２】
請求項７の発明は、コレットの吸引口を形成した吸着面に半導体チップを吸着してピックアップすると共に、前記コレットで前記半導体チップを加熱された基材にボンディングする半導体チップの実装方法において、前記半導体チップを前記基材にボンディングする際に、前記コレットで吸着した半導体チップを前記基材に接近させる工程と、前記吸引口から流体を吹き出して、前記半導体チップを前記基材上に落下させると共に、前記吸着面と前記半導体チップとの間に加圧流体層を形成し、当該加圧流体層を形成している間、前記コレットを前記半導体チップに対して完全に非接触にする工程と、前記加圧流体層によって前記半導体チップを前記基材に押圧してボンディングを完了する工程とを有する方法である。
【００２３】
このボンディング工程において、コレットは半導体チップを介して基材と接触することが全くない。従って、基材の熱が半導体チップを通じてコレットに伝導することがない。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、ボンディングの際に、コレットから吹き出す空気圧（加圧流体層）によって半導体チップを基材へ押圧するので、コレットと半導体チップとの接触時間を短くすることができる。これにより、ボンディング時に基材から半導体チップを通じてコレットに伝達される熱を少なくすることができ、コレットの加熱を抑制することが可能である。そして、その後のピックアップ工程において、コレットから半導体チップの裏面の接合材へ熱伝達することによる接合材の貼り付きを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施の形態を添付の図面を参照して説明する。
図１及び図２は、本発明に係る半導体チップの実装装置の一実施形態を示す概略構成図である。図１と図２に示すように、本発明の実装装置は、半導体チップをピックアップするための吸引口７０を有するコレット１と、コレット１を保持するコレットホルダ２と、真空発生装置３と、流体供給装置４と、前記真空発生装置３及び流体供給装置４を択一的にコレット１の吸引口７０に連通させる切換弁５と、切換弁５を制御する制御部６とを備えている。
【００２６】
また、本発明の実装装置は、コレット１及びコレットホルダ２を、半導体チップをピックアップするピックアップポジションと、その半導体チップを基材にボンディングするボンディングポジションとの間で水平往復移動させる水平移動機構と、コレット１及びコレットホルダ２を、ピックアップポジションとボンディングポジションで昇降させる昇降機構とを備える（図示省略）。
【００２７】
コレット１とコレットホルダ２には、通気孔７が連続して形成されている。この通気孔７の下端は、コレット１の吸着面１ａに開口しており、その開口部が上記吸引口７０となっている。
【００２８】
図３は、コレット１の吸着面１ａを示す図である。図３に示すように、この実施形態では、吸着面１ａに吸引口７０が５つ開設されている。具体的には、四角形に形成された吸着面１ａの中心と四隅にそれぞれ吸引口７０が形成され、これら吸引口７０は、吸着面１ａの中心に対して互いに対称とされている。なお、コレット１の吸着面１ａの形状、吸引口７０の個数や大きさ又は位置などは、図３に示す実施形態に限らない。
【００２９】
上記真空発生装置３と流体供給装置４は、それぞれ例えば真空ポンプとエアコンプレッサ等で構成される。また、切換弁５は３ポートタイプの電磁式切換弁５である。切換弁５の２つのポートは、真空発生装置３及び流体供給装置４のそれぞれに管路８，９を介して接続されており、切換弁５の残りの１ポートは、通気孔７と連通連結した共通管路１０に接続されている。この切換弁５を制御部６で切り換えることによって、真空発生装置３及び流体供給装置４に接続した各流路８，９を、共通管路１０に択一的に連通させるように構成されている。
【００３０】
すなわち、切換弁５が図１に示す状態にある場合は、真空発生装置３と共通管路１０が連通しており、コレット１の吸引口７０から空気を吸引するようになる。また、切換弁５が図２に示す状態にある場合は、流体供給装置４と共通管路１０が連通して、吸引口７０から空気を吹き出すようになる。
【００３１】
また、図４に示すように、コレット１の吸着面１ａに、空気を吹き出すための噴射口７０ａを、空気を吸引するための吸引口７０ｂと独立して形成してもよい。例えば、コレット１及びコレットホルダ２に、噴射用の通気孔７ａと吸引用の通気孔７ｂをそれぞれ独立して設け、噴射用の通気孔７ａに流体供給装置４を連通連結すると共に、吸引用の通気孔７ｂに真空発生装置３を連通連結する。これら噴射口７０ａ及び吸引口７０ｂは、それぞれ複数設けてもよい。
【００３２】
以下、図５と図６に基づいて、上記実装装置を使用した半導体チップの実装方法について説明する。
図５において、（Ａ）は半導体ウェーハの切断工程、（Ｂ）はエキスパンド工程、（Ｃ）は半導体チップのピックアップ工程を示す。また、図６（Ａ）（Ｂ）は、半導体チップのボンディング工程を示している。
【００３３】
まず、図５（Ａ）に示すように、ウェーハシート１１の上に、フィルム状の接合材１２を介して配設した半導体ウェーハ１３を、ダイサ１４で接合材１２ごと切断して、多数の半導体チップ１５に分割する。次いで、図５（Ｂ）に示すように、エキスパンド装置（図示省略）によって、ウェーハシート１１を放射状に引き伸ばして、半導体チップ１５同士の間隔を拡大させる。
【００３４】
図５（Ｃ）に示すように、多数の半導体チップ１５のうちの１つを、突き上げ部材１６で突き上げる。突き上げた半導体チップ１５の上方（ピックアップポジション）にコレット１を移動させ、コレット１をその半導体チップ１５に接近させる。このとき、切換弁５は図１に示す状態となっており、コレット１の吸引口７０から吸い込まれる空気によって、半導体チップ１５をコレット１に吸着する。そして、コレット１で半導体チップ１５を吸引したままピックアップして、ボンディングポジションへ搬送する。
【００３５】
次に、本発明の特徴部分であるボンディング工程について説明する。
図６（Ａ）に示すように、前記ピックアップポジションでピックアップした半導体チップ１５を、ヒータ１８で加熱した基材１７の上方（ボンディングポジション）に配置する。そして、コレット１を降下させて半導体チップ１５を基材１７に所定時間押し付ける。
【００３６】
その後、切換弁５を図２に示す状態に切り換えて、図６（Ｂ）に示すように、吸引口７０から空気を所定時間吹き出す。この吹き出した空気によって、コレット１の吸着面１ａと半導体チップ１５との間に均一な加圧流体層が形成される。つまり、このときコレット１は加圧流体層によって若干上方に浮き上がり、コレット１と半導体チップ１５とが非接触状態となる。一方、半導体チップ１５は、吸引口７０から吹き出した空気圧（加圧流体層）によって基材１７に押し付けられる。また、これら吸引口７０は、吸着面１ａの中心に対して互いに対称であるため、半導体チップ１５には均一な空気圧が作用する。
【００３７】
上記コレット１による押し付けと、その後の加圧流体層による押し付けによって、半導体チップ１５の裏面の接合材１２に基材１７の熱が伝わって軟化し、半導体チップ１５が基材１７に接着される。そして、ボンディング工程を終えた後、コレット１を次の半導体チップ１５のピックアップポジションへ移動させ、切換弁５を図１に示す吸引可能な状態に切り換える。以後、同様に、ピックアップ工程とボンディング工程とを繰り返す。
【００３８】
本発明では、ボンディングの際に、コレット１から吹き出す空気圧（加圧流体層）によって半導体チップ１５を基材１７へ押圧することができる。言い換えれば、所定時間の間、コレット１と半導体チップ１５を非接触状態にして、半導体チップ１５をボンディングすることが可能である。従って、ボンディング工程において、コレット１と半導体チップ１５との接触時間を短くすることができる。これにより、基材１７から半導体チップ１５を通じてコレット１に伝達される熱を少なくして、コレット１の加熱を抑制することが可能である。
【００３９】
また、吸引口７０から吹き出した空気が、コレット１の吸着面１ａに沿って流れることにより、コレット１の特に吸着面１ａが冷却される。この実施形態では、流体供給装置４から供給される流体は、空気であるが、ボンディング時に半導体チップ等が酸化しないように窒素等の不活性ガスを供給したり、あるいは、コレット１の冷却効果を一層向上させるため冷却媒体を供給するように構成してもよい。
【００４０】
そして、上記ボンディング工程における、コレット１の加熱を抑制することによって、その後のピックアップ工程における、コレット１からの接合材１２への熱伝導を抑制することができる。これにより、ピックアップ時の接合材のウェーハシートへの貼り付きを防止することが可能となる。
【００４１】
また、図７（Ａ）（Ｂ）に基づいて、本発明の他のボンディング工程を説明する。なお、ピックアップ工程については、図５で説明したのと同様であるので説明を省略する。
図７（Ａ）に示すように、ピックアップポジションでピックアップした半導体チップ１５を、ヒータ１８で加熱した基材１７に接近させる。このとき、半導体チップ１５は、コレット１に吸着されたまま基材１７と僅かに離れた状態で保持されている。
【００４２】
そして、切換弁５を図２に示す状態に切り換えて、図７（Ｂ）に示すように、吸引口７０から空気を所定時間吹き出す。これにより、コレット１に吸着保持していた半導体チップ１５が基材１７の上に落下すると共に、コレット１（の吸着面１ａ）と半導体チップ１５との間に均一に形成された加圧流体層によって、半導体チップ１５が基材１７に押し付けられる。
【００４３】
この加圧流体層による押し付けによって、半導体チップ１５の裏面の接合材１２に基材１７の熱が伝わって軟化し、半導体チップ１５が基材１７に接着される。
【００４４】
図７に示すボンディング方法によれば、コレット１は（半導体チップ１５を介して）基材１７に全く接触せずに、半導体チップ１５をボンディングすることができる。従って、基材１７の熱が半導体チップ１５を通じてコレット１に伝導することがなく、コレット１の加熱が防止される。なお、この実施形態の場合、半導体チップ１５をコレット１から基材１７上に落下させたときに、半導体チップ１５を基材１７上の所定の位置に高精度に配置するための位置決め機構を設けてもよい。
【００４５】
また、ボンディング工程後、次の半導体チップ１５をピックアップするまでの間に、吸引口７０から空気を吹き出して、コレット１の冷却時間を十分に確保するようにしてもよい。
【００４６】
以上、本発明の一実施形態について説明したが、本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更を加え得ることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る半導体チップの実装装置の一実施形態を示す概略構成図である。
【図２】図１に示す状態から切換弁を切り換えた状態を示す概略構成図である。
【図３】コレットの吸着面を示す要部拡大図である。
【図４】本発明の他の実施形態を示す概略構成図である。
【図５】本発明の半導体チップの実装方法について説明する図で、（Ａ）は半導体ウェーハの切断工程を示す図、（Ｂ）はエキスパンド工程を示す図、（Ｃ）はピックアップ工程を示す図である。
【図６】本発明の半導体チップの実装方法について説明する図で、（Ａ）（Ｂ）はボンディング工程を示す図である。
【図７】本発明の半導体チップの他の実装方法について説明する図で、（Ａ）（Ｂ）はボンディング工程を示す図である。
【図８】従来の半導体チップの実装方法について説明する図で、（Ａ）は半導体ウェーハの切断工程を示す図、（Ｂ）はエキスパンド工程を示す図、（Ｃ）はピックアップ工程を示す図、（Ｄ）はボンディング工程を示す図である。
【符号の説明】
【００４８】
１      コレット
１ａ    吸着面
１５    半導体チップ
１７    基材
７０    吸引口
７０ａ  噴射口
７０ｂ  吸引口
【図１】
0005053004.tif 000002
【図２】
0005053004.tif 000003
【図３】
0005053004.tif 000004
【図４】
0005053004.tif 000005
【図５】
0005053004.tif 000006
【図６】
0005053004.tif 000007
【図７】
0005053004.tif 000008
【図８】
0005053004.tif 000009