JP4629624B2 - 半導体チップのピックアップ装置及びピックアップ方法 - Google Patents

Description

この発明は粘着シートに貼着された半導体チップをピックアップするピックアップ装置及びピックアップ方法に関する。

半導体ウエハをさいの目状に切断して形成された半導体チップは粘着シートに貼られており、この半導体チップを基板にボンディングする場合には吸着ノズルによって上記粘着シートから１つずつピックアップするようにしている。

半導体チップを粘着シートからピックアップする場合、従来は特許文献１に示されるように、吸着ノズルによってピックアップされる半導体チップが貼着された粘着シートの、上記半導体チップの周辺部をバックアップ体の上面によって吸着保持するとともに、その半導体チップを下面側から先端が鋭利な突き上げピンによって突き上げることで、上記半導体チップを上記粘着シートから分離させながら、上記吸着ノズルによってピックアップするということが行なわれていた。
特開２００２−１００６４４号公報

ところで、最近では半導体チップの厚さが２０〜３０μｍと非常に薄い場合がある。そのように薄い半導体チップを突き上げピンの鋭利な先端によって突き上げると、その先端は粘着シートを突き破り、半導体チップに押圧することになる。そのため、半導体チップの突き上げピンの鋭利な先端によって押圧された箇所には応力が集中することになるから、半導体チップは突き上げピンから受ける応力によって破損してしまうということがあった。

応力集中による半導体チップの破損を防止するためには突き上げピンによる半導体チップの突き上げ速度を遅くするということが考えられる。しかしながら、突き上げピンの突き上げ速度を遅くすると、ピックアップ速度も遅くなり、生産性の低下を招くということがあったり、突き上げ速度を遅くしても半導体チップが薄い場合にはその損傷を確実に防止することが難しいということがあった。

この発明は、半導体チップを破損させることなく粘着シートから確実に剥離することができるようにしたピックアップ装置及びピックアップ方法を提供することにある。

この発明は、粘着シートに貼着された半導体チップをピックアップする半導体チップのピックアップ装置であって、
上面が上記粘着シートのピックアップされる上記半導体チップの周辺部分に対応する部分を吸着保持する吸着面に形成されたバックアップ体と、
ピン状部材及びこのピン状部材を被覆して上端部が上記ピン状部材の上端よりも上方に突出しその突出部分の弾性変形が上記ピン状部材によって制限される弾性チューブを有し、ピックアップされる上記半導体チップを上記粘着シートを介して上記弾性チューブの上記ピン状部材の上端から突出した部分で弾性的に突き上げる突き上げ手段と、
この突き上げ手段によって突き上げられた上記半導体チップの上面を吸着して上記粘着シートからピックアップするピックアップ手段と
を具備したことを特徴とする半導体チップのピックアップ装置にある。

上記バックアップ体の上面には上記半導体チップの面積よりも小さな形状の開口部が形成され、上記粘着シートの上記開口部に対応する部分が吸引されることが好ましい。

上記突き上げ手段は、
上下方向に駆動される突き上げ軸と、
保持面を有し上記突き上げ軸の上端に設けられた保持体と、
上記保持面に着脱可能に保持され上記弾性チューブが装着された上記ピン状部材の下端部を上記保持面とで挟持する挟持部材と
から構成されていることが好ましい。

上記保持体は平行に対向する２つの保持面及び各保持面に着脱可能に保持される一対の挟持部材を有し、各保持面にはそれぞれ複数の上記ピン状部材が上記挟持部材とで挟持固定されることが好ましい。

この発明は、粘着シートの上面に貼着された半導体チップをピックアップする半導体チップのピックアップ方法であって、
上記粘着シートのピックアップされる上記半導体チップの周辺に位置する部分の下面を吸着保持する工程と、
ピン状部材を被覆して上端部が上記ピン状部材の上端よりも上方に突出しその突出部分の弾性変形が上記ピン状部材によって制限される弾性チューブによって上記半導体チップを上記粘着シートの下面から弾性的に突き上げる工程と、
突き上げられた半導体チップの上面を吸着してピックアップする工程と
を具備したことを特徴とする半導体チップのピックアップ方法にある。

この発明によれば、半導体チップを弾性チューブが装着されたピン状部材で突き上げるため、突き上げ時に弾性チューブによって半導体チップに応力が集中するのが防止されるから、半導体チップを損傷させることなく、ピックアップすることが可能となる。

以下、この発明の一実施の形態を図面を参照しながら説明する。
図１に示すピックアップ装置はバックアップユニット１０を備えている。このバックアップユニット１０は図示しないウエハリングに張設された粘着シート２の下面側に対向して設けられている。

上記粘着シート２の上面には半導体ウエハをさいの目状に分割した複数の半導体チップ３が貼着されている。上記ウエハリングは図示しないＸ及びＹ駆動源によって水平方向に駆動されるようになっている。

それによって、粘着シート２に貼着された半導体チップ３はバックアップユニット１０に対してＸ及びＹ方向に位置決め可能となっている。なお、ウエハリングに代わりバックアップユニット１０を水平方向に駆動してもよく、要はウエハリングとバックアップユニット１０が相対的にＸ、Ｙ方向に駆動されるようになっていればよい。

上記粘着シート２の上面側で、上記バックアップユニット１０の上方にはピックアップ手段を構成する吸着ノズル体４が設けられている。この吸着ノズル体４は、図示しないＸ、Ｙ及びＺ駆動源によってＸ、Ｙ及びＺ方向に駆動されるピックアップ軸５を有する。このピックアップ軸５の下端面には凸部６が設けられている。

上記ピックアップ軸５には先端を上記凸部６の端面に開口させた吸引孔７が軸方向に沿って形成されている。この吸引孔７は図示しない吸引ポンプに接続されている。上記凸部６にはゴムや軟質の合成樹脂などの弾性材料によって形成された上部吸着ノズル８が着脱可能に取着されている。この上部吸着ノズル８には一端が上記吸引孔７に連通し、他端が先端面に開口したノズル孔９が形成され、さらに下面は平坦面８ａに形成されている。

なお、上記ピックアップ軸５をＺ方向に駆動するＺ駆動源としてはボイスコイルモータなどを用い、吸着ノズル体４による押圧荷重を一定制御できるようにすることが好ましい。

上記バックアップ体１は、図２と図３に示すように下端面が開放し上面に矩形状の開口部１２が開口形成された円筒状をなしている。ここで、開口部１２は、図３に鎖線で示すピックアップの対象となる矩形状の半導体チップ３よりもわずかに小さな矩形状に形成されている。つまり、開口部１２は半導体チップ３と相似形状に形成されている。

上記バックアップ体１の上面には、図３に示すように上記開口部１２を囲む３つの環状溝１４ａ〜１４ｃが同心的に形成されている。３つの環状溝１４ａ〜１４ｃはバックアップ体１の径方向に沿って形成された２つの連通溝１５によって連通している。連通溝１５は、ピックアップ予定の半導体チップ３の対向する２辺（端部）と平行に、かつその辺より外側に位置するように形成されている。

なお、図示しないが、バックアップ体１の上面にはさらに連通溝を半導体チップ３の他の対向する２辺と平行に、かつその辺より外側に位置するように形成してもよい。

最も内側に位置する環状溝１４ａには周方向に９０度間隔で４つの吸引孔１６ａがバックアップ体１の上部壁を厚さ方向に貫通して形成されている。さらに、この環状溝１４ａの直径は、ピックアップする半導体チップ３の対角線長さより大きく設定されている。

２番目の環状溝１４ｂには周方向に１８０度間隔で２つの吸引孔１６ｂが形成されている。各環状溝１４ａ〜１４ｃと連通溝１５には上記吸引孔１６ａ，１６ｂを介して後述するように吸引力が作用する。なお、環状溝１４ａ〜１４ｃ、吸引孔１６ａ，１６ｂは図３だけに示し、他の図では省略している。

図２に示すように上記バックアップ体１の下端開口には円柱状の閉塞部材２１が一端部を気密に嵌合させて設けられている。この閉塞部材２１の中心部には軸方向に貫通する挿通孔２２が穿設されている。この挿通孔２２には押し上げ手段を構成する突き上げ軸２３がスライド可能かつ挿通孔２２の下端部に設けられたＯリング２０によって気密に保持されている。

図４（ａ），（ｂ）に示すように、上記突き上げ軸２３の上記閉塞部材２１の上端面から突出した上端には平面形状が上記開口部１２よりも小さな矩形状の保持体２４が設けられている。この保持体２４の上面の中央部には両側面が平坦な保持面２５に形成された凸部２６が幅方向に沿って突設されている。各保持面２５には上記幅方向に沿って所定間隔で離間した円弧状の一対の第１の保持溝２５ａが上下方向に沿って形成されている。

上記一対の保持面２５には、この保持面２５と同じ大きさに形成された平板状の挟持部材２７が上記凸部２６を貫通する一対のねじ２８によって取付け固定される。この挟持部材２７の内面には上記第１の保持溝２５ａと対応する間隔で一対の円弧状の第２の保持溝２７ａが上下方向に沿って形成されている。

上記凸部２６の一対の保持面２５と上記挟持部材２７とに形成された上記第１、第２の保持溝２５ａ，２７ａには、図４（ｃ）に示すように合成樹脂やゴムなどの弾性材料によって形成された弾性チューブ３１に挿入された金属製のピン状部材３２の下端部が挟持固定されている。すなわち、上記保持体２４には弾性チューブ３１によって被覆された４本のピン状部材３２が垂直に取付けられている。ピン状部材３２は先端が円弧状に形成されているが、１ｍｍ程度と細径であるため、比較的鋭利となっている。

上記弾性チューブ３１は上記ピン状部材３２よりも長尺に形成されている。そして、弾性チューブ３１は上端部を上記ピン状部材３２の上端よりも上方に突出させている。なお、弾性チューブ３１の長さはピン状部材３２よりも長くなくてもよく、要は弾性チューブ３１の上端部がピン状部材３２の上端よりも上方に突出していればよい。

図２に示すように、上記バックアップ体１の下部開口を閉塞した閉塞部材２１には吸引孔３５が形成されている。この吸引孔３５は一端を上記閉塞部材２１の上端面、つまりバックアップ体１の内部空間に開口させ、他端を上記閉塞部材２１の外周面に開口させている。

図１と図２に示すように、上記閉塞部材２１に形成された吸引孔３５には吸引ポンプ３６が配管３７を介して接続されている。この吸引ポンプ３６が作動すると、上記バックアップ体１の上面に開口した開口部１２、吸引孔１６ａ，１６ｂ及び連通溝１５を介して環状溝１４ａ〜１４ｃに吸引力が生じる。

上記環状溝１４ａ〜１４ｃに吸引ポンプ３６の吸引力が作用すると、バックアップ体１の上面は半導体チップ３が貼着された貼着シート２の下面を吸着保持する吸着面となる。つまり、バックアップ体１の上面は、上記粘着シート２のピックアップされる半導体チップ３の周囲に位置する部分である、上記粘着シート２の上記開口部１２の周囲に位置する部分を上記バックアップ体１の上面に吸着保持する。

図１に示すように、上記突き上げ軸２３の上記閉塞部材２１の下端面から突出した下端部にはカムフォロア４１が回転可能に設けられている。このカムフォロア４１は、図示しない駆動源によって矢印方向に回転駆動されるカム４２の外周面に当接している。したがって、カム４２が回転駆動されれば、上記突き上げ軸２３が上下方向に駆動されるから、この上下方向の動きに上記ピン状部材３２を保持した保持体２４が連動する。

上記カムフォロア４１が上記カム４２の下死点に当たり、突き上げ軸２３が下降位置にあるときは、上記ピン状部材３２に装着された弾性チューブ３１の上端はバックアップ体１の上面の吸着面よりもわずかに下方に位置している。

カム４２が回転してその上死点にカムフォロア４１が当たり、突き上げ軸２３が上昇位置にあるときには、上記弾性チューブ３１の上端は上記バックアップ体１の吸着面から上方へ所定寸法、たとえば０．５ｍｍ程度突出するよう設定されている。
なお、吸着ノズル体４、バックアップユニット１０などの駆動制御は、図示しない制御装置によって後述するように動作が制御される。

つぎに、上記構成のピックアップ装置の作用を図５（ａ）〜（ｄ）を参照しながら説明する。
まず、図示しないウエハリングによって粘着シート２をＸ、Ｙ方向に駆動し、図１と図２に示すようにピックアップする半導体チップ３をバックアップ体１の開口部１２の上方に位置決めする。つまり、半導体チップ３の中心が開口部１２の中心に一致するよう位置決めする。

ピックアップされる半導体チップ３を位置決めしたならば、図５（ａ）に示すように吸着ノズル体４を下降させてその下端に設けられた上部吸着ノズル８の下端の平坦面８ａによってピックアップする半導体チップ３の上面を吸着する。このとき、吸着ノズル体４は、所定の荷重で半導体チップ３を押圧する。また、ピン状部材３２に被着された弾性チューブ３１は上端が粘着シート２の下面よりもわずかに下方になるよう位置決めされている。

上部吸着ノズル８を下降させて半導体チップ３の上面を吸着保持したならば、それと同時に、吸引ポンプ３６を作動させる。それによって、バックアップ体１の内部空間が減圧され、その上面の環状溝１４ａ〜１４ｃと連通溝１５に吸引力が生じるから、その吸引力によって粘着シート２のピックアップされる半導体チップ３の周囲に位置する部分がバックアップ体１の吸着面（上面）に吸着保持される。

このとき、バックアップ体１の開口部１２にも吸引力が発生し、この開口部１２に対向位置する半導体チップ３が粘着シート２を介してバックアップ体１の内部に吸引される。

しかしながら、半導体チップ３は開口部１２よりもわずかに大きな矩形状である。そのため、バックアップ体１の開口部１２に生じる吸引力が半導体チップ３の下面がピン状部材３２に装着された弾性チューブ３１の先端によって支持される前であっても、上記半導体チップ３は周辺部がバックアップ体１の上面の開口部１２の周辺部分に係合保持されるため、粘着シート２とともに開口部１２内へ吸引されて変形するのが防止される。

つぎに、図５（ｂ）に示すように突き上げ軸２３を上昇させる。それによって、突き上げ軸２３の上端の保持体２４に保持されたピン状部材３２に装着された弾性チューブ３１の先端がピックアップされる半導体チップ３の下面を粘着シート２を介して弾性的に当接する。つまり、ピックアップされる半導体チップ３は、上面が弾性材料によって形成された上部吸着ノズル８によって吸着保持され、下面が弾性チューブ３１によって弾性的に突き上げられる。

ピックアップされる半導体チップ３の上面を上部吸着ノズル８で吸着し、下面に粘着シート２を介して弾性チューブ３１の先端を圧接させたならば、図５（ｃ）に示すように突き上げ軸２３を上昇させる。

突き上げ軸２３を上昇させると、その上端の保持体２４に設けられた４本のピン状部材３２に装着された弾性チューブ３１の先端によって半導体チップ３が粘着シート２を介して突き上げられる。それによって、粘着シート２の半導体チップ３が貼着された部分は上方へ引き伸ばされる。このとき、吸着ノズル体４は突き上げ軸２３の上昇に連動して上昇する。

半導体チップ３が押し上げられて粘着シート２が上方へ引き伸ばされて弾性的に変形すると、その反力によって粘着シート２は半導体チップ３の下面周辺部から剥がれてくる。それと同時に、粘着シート２の開口部１２に対応する部分に作用する吸引力によって、上記粘着シート２は弾性チューブ３１によって押圧された以外の部分が上記半導体チップ３の下面から剥離する。

このとき、半導体チップ３は弾性チューブ３１によって突き上げられているため、この弾性チューブ３１の弾力性によって半導体チップ３に局部的な応力が加わるのが防止される。そのため、半導体チップ３が損傷することがない。

しかも、弾性チューブ３１は剛性を有する金属製のピン状部材３２に装着されている。そのため、弾性チューブ３１が弾性変形しても、その変形量はピン状部材３２によって制限されるから、半導体チップ３はピン状部材３２を介して上記弾性チューブ３１により確実に突き上げられることになる。

半導体チップ３を弾性チューブ３１が装着されたピン状部材３２によってバックアップ体１の上面から上方へ突き上げたならば、図５（ｄ）に示すように上部吸着ノズル８を上昇させる。このとき、粘着シート２の開口部１２に対向する部分は、この開口部１２に作用する吸引力によって下方へ吸引されている。

そのため、上昇する上部吸着ノズル８の吸引力と、開口部１２に生じた吸引力がそれぞれピックアップされる半導体チップ３と粘着シート２を剥離する力として作用することになるから、上記半導体チップ３を上記粘着シート２から容易に、しかも確実にピックアップすることが可能となる。

上記ピン状部材３２及びこのピン状部材３２に装着された弾性チューブ３１は十分に細径化して、半導体チップ３を突き上げるときの弾性チューブ３１が粘着シート２を押圧する面積を小さくできる。

それによって、半導体チップ３を突き上げたとき、粘着シート２が半導体チップ３から剥離されない状態となる面積を小さくできるから、そのことによっても半導体チップ３を上記粘着シート２から容易に、しかも確実にピックアップすることが可能となる。

上記弾性チューブ３１が装着されたピン状部材３２は保持体２４の保持面２５に挟持部材２７によって保持されている。上記挟持部材２７はねじ２８によって上記保持体２４に着脱することができる。そのため、長期の使用によって弾性チューブ３１やピン状部材３２が損傷した場合、上記弾性チューブ３１やピン状部材３２の交換を容易に行なうことができる。

上記一実施の形態では、カムを用いて突き上げ軸を上下動させるようにしたが、シリンダなど、他の駆動源を用いるようにしてもよい。

また、バックアップ体の開口部は半導体チップよりもわずかに小さな矩形状としたが、半導体チップよりも大きく形成してもよく、その点も限定されることはない。その場合、粘着シートがバックアップ体内に吸引される前に、弾性チューブによって粘着シートの半導体チップが貼着された部分の下面を支持するようにすればよい。

また、弾性チューブは上下端が開口したチューブ状として説明したが、上端が閉塞されたチューブ状であってもよく、そのような構成であれば、ピン状部材の先端が弾性チューブの上端から露出するのを防止することができる。

また、保持体に保持されるピン状部材の数は４本に限定されず、半導体チップの大きさなどに応じてその数を設定すればよく、たとえば１本又は６本や８本或いはそれ以上であってもよい。

この発明の一実施の形態を示すピックアップ装置の概略的構成図。 バックアップ体の縦断面図。 バックアップ体の吸着面を拡大して示す平面図。 （ａ）は突き上げ軸の上端に設けられた保持体を示す斜視図、（ｂ）は保持体の平面図、（ｃ）は保持体に保持される弾性チューブが装着された突き上げピンを示す図。 （ａ）〜（ｄ）は半導体チップをピックアップするときの動作を順次示した説明図。

符号の説明

１…バックアップ体、２…粘着シート、３…半導体チップ、４…吸着ノズル体（ピックアップ手段）、８…上部吸着ノズル、１２…開口部、１６ａ，１６ｂ…吸引孔、２３…突き上げ軸（突き上げ手段）、２４…保持体（突き上げ手段）、３１…弾性チューブ（突き上げ手段）、３２…ピン状部材（突き上げ手段）。

Claims (5)

1. 粘着シートに貼着された半導体チップをピックアップする半導体チップのピックアップ装置であって、
   上面が上記粘着シートのピックアップされる上記半導体チップの周辺部分に対応する部分を吸着保持する吸着面に形成されたバックアップ体と、
   ピン状部材及びこのピン状部材を被覆して上端部が上記ピン状部材の上端よりも上方に突出しその突出部分の弾性変形が上記ピン状部材によって制限される弾性チューブを有し、ピックアップされる上記半導体チップを上記粘着シートを介して上記弾性チューブの上記ピン状部材の上端から突出した部分で弾性的に突き上げる突き上げ手段と、
   この突き上げ手段によって突き上げられた上記半導体チップの上面を吸着して上記粘着シートからピックアップするピックアップ手段と
   を具備したことを特徴とする半導体チップのピックアップ装置。
2. 上記バックアップ体の上面には上記半導体チップの面積よりも小さな形状の開口部が形成され、上記粘着シートの上記開口部に対応する部分が吸引されることを特徴とする請求項１記載の半導体チップのピックアップ装置。
3. 上記突き上げ手段は、
   上下方向に駆動される突き上げ軸と、
   保持面を有し上記突き上げ軸の上端に設けられた保持体と、
   上記保持面に着脱可能に保持され上記弾性チューブが装着された上記ピン状部材の下端部を上記保持面とで挟持する挟持部材と
   から構成されていることを特徴とする請求項１記載の半導体チップのピックアップ装置。
4. 上記保持体は平行に対向する２つの保持面及び各保持面に着脱可能に保持される一対の挟持部材を有し、各保持面にはそれぞれ複数の上記ピン状部材が上記挟持部材とで挟持固定されることを特徴とする請求項３記載の半導体チップのピックアップ装置。
5. 粘着シートの上面に貼着された半導体チップをピックアップする半導体チップのピックアップ方法であって、
   上記粘着シートのピックアップされる上記半導体チップの周辺に位置する部分の下面を吸着保持する工程と、
   ピン状部材を被覆して上端部が上記ピン状部材の上端よりも上方に突出しその突出部分の弾性変形が上記ピン状部材によって制限される弾性チューブによって上記半導体チップを上記粘着シートの下面から弾性的に突き上げる工程と、
   突き上げられた半導体チップの上面を吸着してピックアップする工程と
   を具備したことを特徴とする半導体チップのピックアップ方法。

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