JP2010010158A - チップ吸着体 - Google Patents

Abstract

【課題】ダイボンディング装置に採用される吸着体において、ウエハから切り出されたチップダイを基板等にボンディングする際、チップダイに結晶欠陥等の損傷を与えることなくチップダイを基板等にボンディングすることができる構成を備えるチップ吸着体を提供する。
【解決手段】内側面に配置された吸着孔５ａ，５ｂを用いて半導体レーザ素子２を側面側から保持する。その結果、半導体レーザ素子２の内部に歪が加わらず、そのため素子内部、特に半導体レーザ素子２の内部に設けられるリッジストライプの真下およびリッジストライプ近傍の活性層近傍での結晶欠陥の発生を抑制することが可能となり、安定かつ確実にボンディング作業を行なうことが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップをダイボンディングする際のダイボンディング装置に採用される、半導体チップを吸着するチップ吸着体の構造に関するものである。

従来、半導体装置の製造工程では、ウエハから切り出されたチップダイを、ダイボンディング装置によって基板等のボンディング対象に移載して、チップダイの基板等へのボンディングを行なっている。すなわち、ダイボンディング装置は、昇降および回転するボンディングアームを有し、その先端に設けられたホルダには、一般にはコレットと呼ばれるチップ吸着体が設けられている。

チップ吸着体の内部には、先端に貫通する負圧通路が貫通形成され、この先端部の負圧孔がウエハに対してほぼ垂直となるように取り付けられている。そして、ボンディングに際しては、まず、ボンディングアームを介してホルダによりチップ吸着体をウエハ上に移動させる。その後、目的のチップダイ上にチップ吸着体の先端部を位置決めしながら当接させる。

同時に、負圧通路から導入された負圧によってチップダイをチップ吸着体により吸着しピックアップさせる。その後、ボンディングアームを移動させてチップ吸着体を基板上の所定の位置に移動させる。そして、負圧による吸引を解除するとともに、押圧荷重を加えチップダイを基板にボンディングする。このようなチップ吸着体を開示するものとして、下記特許文献１が挙げられる。
特開２００１−９３９１８号公報

しかしながら、従来の技術で示されるようなダイボンディング装置に採用されるチップ吸着体においては、先端部の負圧孔がウエハに対してほぼ垂直となるように取り付けられている。そのため、たとえば、半導体レーザ素子を溶融前の固形状態にあるハンダ材を介してサブマウント（基体）に接合する際には、ボンディング時に半導体レーザ素子の上面から押さえ付けることになる。

その結果、半導体レーザ素子の内部に歪が加わり、特にリッジストライプ（直線状の溝）を有する半導体レーザ素子の場合、リッジストライプが下方に向けて湾曲状に撓み、リッジストライプの直下の領域およびその周辺領域に結晶欠陥を発生させることが懸念される。このような結晶欠陥を内在したままの半導体レーザ素子は、長期信頼性試験を行なった場合、結晶欠陥の部分から劣化が発生し、最終的にレーザ光を出射しなくなるおそれがある。

したがって、この発明は上記課題を解決するためになされたものであり、本発明は、ダイボンディング装置に採用される吸着体において、ウエハから切り出されたチップダイを基板等にボンディングする際、チップダイに結晶欠陥等の損傷を与えることなくチップダイを基板等にボンディングすることができる構成を備えるチップ吸着体を提供することにある。

上記目的を達成するために、この発明に基づいたチップ吸着体においては、ボンディング装置が有するアームの先端に設けられ、ボンディングするチップダイをその先端部で吸着するチップ吸着体であって、上記アームが連結されるベース部と、上記ベース部に連結し、上記チップダイの側面を両側から挟み込むように、所定の間隔へ隔てて対向配置される側壁部とを備え、上記側壁部の少なくともいずれか一方の内面には、上記チップダイの側面に吸着する吸着孔が設けられる。

この発明に基づいたにチップ吸着体によれば、ボンディング時にチップダイを上面から押さえ付けることなく、内側面に配置された吸着孔を用いてチップダイを保持することから、チップダイの内部に歪が加わらず、チップダイの内部素子に結晶欠陥を発生させることがない。その結果、このチップ吸着体を装着したダイボンディング装置においては、チップダイの信頼性が向上し、歩留まりの高いチップダイを得ることができるダイボンディング装置を提供することを可能とする。

以下、この発明に基づいた各実施の形態におけるチップ吸着体の構造について、図を参照しながら説明する。なお、各図において同一または相当部分については同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。

（実施の形態１）
本発明に基づいた実施の形態１におけるチップ吸着体の構造について、図１および図２を参照して説明する。図１は、実施の形態１におけるチップ吸着体の構造を示す斜視図であり、図２は図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。なお、図１においては、チップダイ２は図示せず、図２にチップダイ２を図示している。また、チップダイ２の一例としては半導体レーザ素子が挙げられ、その大きさは、約１ｍｍ×約１ｍｍ×約１ｍｍ程度である。なお、チップダイ２として半導体レーザ素子の限定されるものではない。以下の、各実施の形態においても同様である。

図１および図２を参照して、本実施の形態におけるチップ吸着体１Ａは、ボンディング装置が有するアーム１０の先端に設けられ、ボンディングするチップダイをその先端部で吸着するチップ吸着体であって、アーム１０に連結される金属製の円筒形状ホルダ１ａ、この円筒形状ホルダ１ａが設けられるベース１ｂ、およびこのベース１ｂの両側から下方に垂下し、半導体レーザ素子２の側面を両側から挟み込むように、所定の間隔へ隔てて対向配置される側壁部１ｃ，１ｄとを有している。

側壁部１ｃ，１ｄの内側面には、開口形状が矩形の吸着孔５ａ，５ｂが設けられている。吸着孔５ａ，５ｂの形状は、一辺が約１０μｍ〜９０μｍであり、半導体レーザ素子２の略中央領域に相当する位置に設けられている。チップ吸着体１Ａ内部には、半導体レーザ素子２を吸着するときの空気の通り道、いわゆる吸着用通路３が形成され、吸着孔５ａ，５ｂに連通している。

なお、図面においては便宜上、側壁部１ｃ，１ｄと半導体レーザ素子２との間に均一な隙間が設けられるように図示しているが、この隙間は最大で数十μｍ程度の隙間となり、吸着孔５ａ，５ｂによる半導体レーザ素子２の吸引時には、半導体レーザ素子２が少し傾くことで、側壁部１ｃ，１ｄの間に半導体レーザ素子２が保持されることとなる。

上記構成からなるチップ吸着体１Ａによれば、内側面に配置された吸着孔５ａ，５ｂを用いて半導体レーザ素子２を側面側から保持することから、ボンディング時に半導体レーザ素子２の有するリッジストライプ周辺を上面から押さえ付けないため、安定かつ確実にボンディング作業を行なうことが可能となる。

その結果、半導体レーザ素子２の内部に歪が加わらず、そのため素子内部、特に半導体レーザ素子２の内部に設けられるリッジストライプの直下およびリッジストライプ近傍の活性層近傍での結晶欠陥の発生を抑制することが可能となる。

これにより、本実施の形態におけるチップ吸着体１Ａを、ボンディング装置が有するアーム１０の先端に装着することで、半導体レーザ素子２の信頼性が向上し、歩留まりの高い半導体レーザ素子を得ることができるダイボンディング装置を提供することが可能となる。

（実施の形態２）
以下、本発明に基づいた実施の形態２におけるチップ吸着体の構造について、図３を参照して説明する。なお、図３は図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視に対応する断面図である。本実施の形態におけるチップ吸着体１Ｂは、基本的構造は、上記実施の形態１のチップ吸着体１Ａと同じであり、吸着孔５ａ，５ｂの上方位置に、半導体レーザ素子２の上面側に接する凸部領域６ａ，６ｂが設けられている点で相違する。この凸部領域６ａ，６ｂの大きさは、突出高さが約１０μｍ、幅が約１０μｍ、長さが約４００μｍ〜６００μｍ程度である。

この構成からなるチップ吸着体１Ｂにおいても、上記実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。さらに、半導体レーザ素子２の上面側に接する凸部領域６ａ，６ｂを設けることで、ボンディング時に半導体レーザ素子２の縁部のみを凸部領域６ａ，６ｂを用いて上面から押圧することができるため、ハンダ材を半導体レーザ素子２の下に置いてダイボンドする際に半導体レーザ素子２のずれが生じない。また、リッジストライプを上面から押さえ付けることなく、半導体レーザ素子２を確実に基板等に固定することが可能となる。

その結果、チップ吸着体１Ｂによる半導体レーザ素子２のボンディング作業時を、安定かつ確実に行なうことが可能になり、ボンディング作業による半導体レーザ素子２の劣化防止を図ることが可能になる。また、チップ吸着体１Ｂの内部への半導体レーザ素子２の入り過ぎを防止することも可能となる。

（実施の形態３）
以下、本発明に基づいた実施の形態３におけるチップ吸着体の構造について、図４を参照して説明する。図４は図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視に対応する断面図である。本実施の形態におけるチップ吸着体１Ｃは、基本的構造は、上記実施の形態１のチップ吸着体１Ａと同じであり、側壁部１ｃの内側にのみ、開口形状が矩形の吸着孔５ａが設けられている点で相違する。

以上、この構成からなるチップ吸着体１Ｃにおいても、上記実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。また、側壁部１ｃの内側面にのみ吸着孔５ａを設けることで、半導体レーザ素子２に加わる吸引力を抑制させることができる。この結果、チップ吸着体１Ｃによる半導体レーザ素子２のボンディング作業時において、半導体レーザ素子２に歪を発生させるような強い力をかけることなく、安定かつ確実に行なうことが可能になり、ボンディング作業による半導体レーザ素子２の劣化防止を図ることが可能となる。

（実施の形態４）
以下、本発明に基づいた実施の形態４におけるチップ吸着体の構造について、図５を参照して説明する。図５は実施の形態４におけるチップ吸着体１Ｄの構造を示す斜視図である。本実施の形態におけるチップ吸着体１Ｄは、基本的構造は、上記実施の形態１のチップ吸着体１Ａと同じであり、側壁部１ｃ，１ｄの内側に開口形状が円形の吸着孔７が水平方向に複数設けられている点で相違する。なお、吸着孔７の数量は、図示の３個に限らず、１個または２以上の複数個設けることが可能である。なお、吸着孔７の大きさは、直径約１０μｍ〜９０μｍ程度である。

以上、この構成からなるチップ吸着体１Ｄにおいても、上記実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。また、吸着孔の開口形状が矩形の場合には、その角における吸い込み時の乱流により吸着のロスが発生し、吸着効率が低下すると考えられるのに対して、吸着孔７の開口形状を円形とすることで、吸着効率の低下を抑制することができる。

（実施の形態５）
以下、本発明に基づいた実施の形態５におけるチップ吸着体の構造について、図６を参照して説明する。図６は実施の形態５におけるチップ吸着体１Ｅの構造を示す斜視図である。本実施の形態におけるチップ吸着体１Ｅは、基本的構造は、上記実施の形態１のチップ吸着体１Ａと同じであり、側壁部１ｃ，１ｄの内側に開口形状が長方形の吸着孔８が水平方向に沿って設けられている点で相違する。吸着孔８は、幅が約１０μｍ〜９０μｍ程度、長さが約４００μｍ〜６００μｍ程度である。

以上、この構成からなるチップ吸着体１Ｅにおいても、上記実施の形態１と同様の作用効果を得ることができる。また、吸着孔８が水平方向に沿う長方形形状であることから、半導体レーザ素子２の側面全体を吸着することができ、半導体レーザ素子２を確実に保持することが可能になる。

（実施の形態６）
以下、本発明に基づいた実施の形態６におけるチップ吸着体の構造について、図６を参照して説明する。なお、図７は実施の形態６におけるチップ吸着体１Ｆの構造を示す斜視図である。本実施の形態におけるチップ吸着体１Ｆは、基本的構造は、上記実施の形態５のチップ吸着体１Ｅと同じであり、吸着孔８の上方位置に、半導体レーザ素子２の上面側に接する凸部領域９が設けられている点で相違する。

この構成からなるチップ吸着体１Ｆにおいても、上記実施の形態２および５と同様の作用効果を得ることができる。

なお、各実施の形態において示した特徴部分は、各々の実施の形態の構成を適宜組み合わせて用いることが可能である。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

実施の形態１におけるチップ吸着体の構造を示す斜視図である。 図１中ＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 実施の形態２におけるチップ吸着体の構造を示す断面図である。 実施の形態３におけるチップ吸着体の構造を示す断面図である。 実施の形態４におけるチップ吸着体の構造を示す斜視図である。 実施の形態５におけるチップ吸着体の構造を示す斜視図である。 実施の形態６におけるチップ吸着体の構造を示す斜視図である。

符号の説明

１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｆ チップ吸着体、１ａ 円筒形状ホルダ、１ｂ ベース、１ｃ，１ｄ 側壁部、２ チップダイ（半導体レーザ素子）、３ 吸着用通路、５ａ，５ｂ，７，８ 吸着孔、６ａ，６ｂ，９ 凸部領域、１０ アーム。

Claims (6)

1. ボンディング装置が有するアームの先端に設けられ、ボンディングするチップダイをその先端部で吸着するチップ吸着体であって、
   前記アームが連結されるベース部と、
   前記ベース部に連結し、前記チップダイの側面を両側から挟み込むように、所定の間隔へ隔てて対向配置される側壁部と、を備え、
   前記側壁部の少なくともいずれか一方の内側面には、前記チップダイの側面に吸着する吸着孔が設けられる、チップ吸着体。
2. 前記側壁部のいずれにも前記吸着体が設けられる、請求項１に記載のチップ吸着体。
3. 前記側壁部は、前記吸着孔の上方に前記チップダイの上面側に接する凸部領域を有する、請求項１または２に記載のチップ吸着体。
4. すべての前記吸着体の上方に前記凸部領域を有する、請求項３に記載のチップ吸着体。
5. 前記吸着孔の開口形状が円形である、請求項１から４のいずれかに記載のチップ吸着体。
6. 前記吸着孔の開口形状が矩形である、請求項１から４のいずれかに記載のチップ吸着体。

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