JP2013518444A - ウエハからダイを搬送するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

ウエハからダイを搬送するための方法をここに開示する。当該方法は、回転可能なマルチスピンドルピッキングヘッドを使用して２又はそれ以上のダイをウエハから取得するステップを含む。方法は、ウエハフィーダーから配置装置にマルチスピンドルピッキングヘッドを移動させるステップを含む。ウエハからダイを搬送する装置をさらに開示する。当該装置は、複数のスピンドルを有するピッキングヘッドを備える。各スピンドルは、ダイのウエハからダイを取得するように構成されている。マルチスピンドルピッキングヘッドは、回転可能且つ少なくとも一方向に移動可能である。

Description

本出願は、２０１０年１月２８日に出願されたアダムス等による仮出願、第６１／２９９，０６６号「ウエハからダイを搬送するための方法及び装置」から優先権を主張している非仮出願であり、その内容を本文に援用する。

本発明は、プリント回路基板、半導体パッケージ及び／又はパッケージ内のシステムの製造に関する。特には、本発明は、ウエハから基板への半導体要素（一般に、「ダイ」又は「チップ」と呼ばれる）の搬送に関する。

半導体電子集積体産業では、典型的に、ダイシングされたウエハが、ダイ表面を上にした状態で、一般に「ウエハフレーム」と呼ばれる金属リングに保持された粘着フィルムに提供される。これらフィルムは、伸縮可能であり、ウエハから除去する前に、ダイシングされたダイを分離する。ウエハから基板へのダイの搬送は、屡々、ウエハフィーダー（ｆｅｅｄｅｒ）装置及び配置（ｐｌａｃｅｍｅｎｔ）装置を含む。標準のウエハフィーダー装置は、シングルスピンドルピッキングヘッド（ｓｉｎｇｌｅ−ｓｐｉｎｄｌｅ ｐｉｃｋｉｎｇ ｈｅａｄ）を含み、バキューム又は吸引工程でウエハからダイを取得（ｐｉｃｋ）する。そして、ダイは、ウエハフィーダー装置から配置装置にダイを運ぶシャトルプレート又は搬送機構上に配置され得る。シャトルプレートがウエハと異なる平面を向いている場合、シングルスピンドルピッキングヘッドによりダイを回転させてもよい。例えば、ウエハは、垂直に向いており（すなわち、地面と垂直な平面）、シャトルプレートが水平に向いている（すなわち、地面と平行な平面）。そして、シャトルプレートが、配置装置のシングル又はマルチスピンドル配置ヘッドにダイを供給する。

シングルスピンドルピッキングヘッドから「直接（ｄｉｒｅｃｔ）」の受け渡しで提供されるよりもむしろ、ダイが反対方向を向くように、１８０度ダイを「反転（ｆｌｉｐ）」させることが屡々必要である。既知のウエハフィーダー装置は、この「反転」を、シングルスピンドルピッキングヘッドとシャトルプレートとの間のインターポーザ（ｉｎｔｅｒｐｏｓｅｒ、介在）要素を提供することによって達成する。このインターポーザ要素は、シャトルプレートがシングルスピンドルピッキングヘッドからダイを直接的に受け取るというよりむしろ、シングルスピンドルピッキングヘッドからダイを反対の「反転した」方向に受け取るように構成されている。これは、シャトルプレートがウエハと異なる平面に配向している上述した場合と同様の方法で、シングルスピンドルピッキングヘッドを回転させることにより達成される。

すなわち、典型的な「直接」搬送工程では、ウエハから配置装置への以下の３つの受け渡しが存在する。（１）ウエハからシングルスピンドルピッキングヘッドへ、（２）シングルスピンドルピッキングヘッドからシャトルプレートへ、（３）シャトルプレートから配置装置のシングル又はマルチスピンドル配置ヘッドへ。同様に、典型的な搬送工程は「反転」を必要とし、ウエハから配置装置への以下の４つの受け渡しが存在する。（１）ウエハからシングルスピンドルピッキングヘッドへ、（２）シングルスピンドルピッキングヘッドからインターポーザへ、（３）インターポーザからシャトルプレートへ、（４）シャトルプレートから配置装置のシングル又はマルチスピンドル配置ヘッドへ。そして、配置装置のマルチスピンドル配置ヘッドが、取得したダイを続いて基板上に配置し得る。

ウエハフィーダー装置と配置装置とを１つの取得及び配置装置に統合することもまた知られている。この場合、シングルスピンドルピッキングヘッドがウエハからダイを取得する。シングルスピンドルピッキングヘッドが、１８０度回転するように構成されており、表面が下方に反転したダイをシングル・スピンドル配置ヘッドに直接的に渡す。屡々、このような装置におけるウエハはＸ及びＹ方向に移動するように構成されており、シングルスピンドルピッキングヘッドをピッキング（取得）工程の間、動かないままにする。これら統合取得及び配置装置は、ウエハから配置ヘッドへの以下の２つの受け渡しを含む。（１）ウエハからシングルスピンドルピッキングヘッドへ、（２）シングルスピンドルピッキングヘッドからシングル・スピンドル配置ヘッドへ。そして、シングル・スピンドル配置ヘッドは、続いて、取得したダイを基板上に配置し得る。

特に小さいチップの場合、複数のダイの受け渡しは、プロセスをより信頼性が低いものとする。信頼性に加えて、配置速度の増加がコストを削減し、且つ、ピッキング及び配置工程の出力を増加させる。したがって、最小の受け渡しで配置速度を確保する、ダイをウエハから基板へと搬送するための方法及び装置が本技術分野で求められている。

一形態によれば、ウエハから配置装置にダイを搬送する方法は、（ａ）回転可能なマルチスピンドルピッキングヘッドを使用して前記ウエハから２又はそれ以上のダイを取得するステップと、（ｂ）前記ウエハから前記配置装置に前記マルチスピンドルピッキングヘッドを移動させるステップと、（ｃ）続く配置のための前記配置装置に前記取得した２又はそれ以上のダイを受け渡すステップと、を含む。

別形態によれば、ウエハから配置装置にダイを搬送するための装置は、複数のスピンドルを備えるピッキングヘッドを備え、前記各スピンドルが前記ダイのウエハからダイを取得し、前記マルチスピンドルピッキングヘッドが回転可能であると共に少なくとも一方向に移動可能である。

別形態によれば、ウエハから配置装置にダイを搬送する方法は、（ａ）マルチスピンドルピッキングヘッドを使用して配置装置内に配置されたウエハから２又はそれ以上のダイを取得するステップであって、前記マルチスピンドルピッキングヘッドが回転可能であると共に前記ウエハが移動可能である、ステップと、（ｂ）続く配置のための前記配置装置に前記取得した２又はそれ以上のダイを受け渡すステップと、を含む。

さらなる別形態によれば、ウエハから配置装置にダイを搬送するための装置は、複数のスピンドルを備えるピッキングヘッドを備え、前記各スピンドルが前記ダイのウエハからダイを取得し、前記マルチスピンドルピッキングヘッドが回転可能であると共に前記ダイのウエハが少なくとも一方向に移動可能である。

図１Ａは、一実施形態に従ったウエハフィーダー装置及び配置装置の前方斜視図である。 図１Ｂは、図１Ａのウエハフィーダー装置及び配置装置の後方斜視図である。 図２は、図１のウエハフィーダー装置及び配置装置の水平断面図であって、一実施形態に従って、ウエハからダイをピックアップするための場所にウエハフィーダー装置のマルチスピンドルピッキングヘッドが位置する。 図１〜２のウエハフィーダー装置及び配置装置の水平断面図であって、一実施形態に従って、続く配置装置への受け渡しのための搬送プレートにダイを配置するための場所にウエハフィーダー装置のマルチスピンドルピッキングヘッドが位置する。 図１〜３のウエハフィーダー装置の一部の斜視図であって、一実施形態に従って、ウエハからダイをピックアップするための場所にマルチスピンドルピッキングヘッドが位置する。 図１〜４のウエハフィーダー装置の一部の斜視図であって、続く配置装置への受け渡しのための搬送プレートにダイを配置する場所にマルチスピンドルピッキングヘッドが位置する。 図１〜５のウエハフィーダー装置の一部の斜視図であって、一実施形態に従って、配置装置にダイを受け渡すための場所に搬送プレートが位置する。

本発明の装置及び方法の詳細な実施形態を、図面を参照して以下に説明する。しかしながら、これは例示の手段であって、本発明を限定するものではない。

最初に図１Ａ及び図１Ｂは、配置装置１０及びウエハフィーダー装置２０を示している。特には、図１Ａは、配置装置１０及びウエハフィーダー装置２０の組み合わせの正面を示し、他方、図１Ｂは背面を示している。ウエハフィーダー装置２０は、複数のダイが配置された１又は複数のウエハを受容するように構成されている。配置装置１０は、ダイが配置される１又は複数の基板を受容するように構成されている。ダイを基板上に配置可能な配置装置１０にウエハフィーダー装置２０からダイが搬送されるように、配置装置１０及びウエハフィーダー装置２０が操作可能に連通している。以下に、この搬送システムを詳細に説明する。

図２及び３は、ウエハ３０を収容する配置装置１０及びウエハフィーダー装置２０の水平断面図である。ウエハフィーダー装置２０は、複数のスピンドル５２（図７参照）を有するピッキングヘッド５０を含み、複数のスピンドル５２の各々が、ウエハ３０からダイをピックアップ（取得）するように構成されている。ピッキングヘッド５０は、複数のスピンドルを含むので、マルチスピンドルピッキングヘッド（ｍｕｌｔｉ−ｓｐｉｎｄｌｅ ｐｉｃｋｉｎｇ ｈｅａｄ）と称することが可能であることを理解すべきである。さらに、各スピンドル５２は、ノズル、バルブ、吸引部などと称することも可能である。いずれにせよ、当業者にとっては明白であるが、スピンドル５２は、ピックアップされるダイと接触可能であり、且つ、移動中、ダイがスピンドル５２に取り付いたままであるように真空吸引力をダイに対して作用可能である。

一実施形態では、ウエハ３０はＹレール７０に沿ってＹ方向に移動可能であり、他方、マルチスピンドルピッキングヘッド５０はＸレール６０に沿ってＸ方向に移動可能である。マルチスピンドルピッキングヘッド５０の１又は複数のスピンドル５２は、ウエハからダイを取得し、マルチスピンドルピッキングヘッド５０がＸレール６０に沿ってウエハフィーダー装置２０から、図３に示された場所の配置装置１０に移動する。以下に説明するように、この場所で、マルチスピンドルピッキングヘッド５０が、ダイを搬送プレート８０（図４〜７参照）に渡すか、あるいは、ダイを配置装置１０の配置ヘッド（図示せず）に直接的に渡すことができる。

図４は、ウエハフィーダー２０の一部であり、ウエハ３０からダイをピックアップする場所におけるマルチスピンドルピッキングヘッド５０を示す。ウエハフィーダー２０は、カメラ４０をさらに含み、ピッキングヘッド５０によるピックアップの精度及び正確性を改善する。カメラ４０は、正常／不良ダイを識別して、正常なダイだけをピッキングヘッド５０でピックアップすることを確実にする。理想的には、これらカメラ４０によって実行されるプロセスは、ピッキングヘッド５０が取得したダイを搬送する間に同時に行われる。ウエハ３０のＹレール７０とピッキングヘッド５０のＸレール６０との組み合わせにより、ピッキングヘッド５０がウエハ３０の任意の場所に配置されることを理解すべきである。さらに、図示（図７）されるように、ピッキングヘッド５０は、７つのダイをピックアップするように７つのスピンドル５２を有している。しかしながら、本発明はこの実施形態に限定されることなく、任意のスピンドル５２の数を想定可能である。例えば、ピッキングヘッド５０は、１つのスピンドルを含み、あるいは、図示されたものよりも多くのスピンドル５２を含んでもよい。

図５には、Ｘレールに沿って、ウエハ３０より遠位の配置装置１０に移動した後のマルチスピンドルピッキングヘッド５０が示されている。これは図３に示したマルチスピンドルピッキングヘッド５０の位置であることを理解すべきである。ピッキングヘッド５０は、スピンドル５２が搬送プレート８０に向かって下方に面した状態で示されている。搬送プレート８０は、複数のスピンドル（図示せず）もしくは他のバキューム、又は、ピッキングヘッド５０のスピンドル５２の吸引と連動して働く吸引機構を含むことができる。これにより、スピンドル５２は、安全且つ正確にダイを搬送プレート８０に搬送することができる。各個別の取得されたダイの搬送は、同時にあるいは別々に行われることを理解すべきである。そして、このような搬送後、マルチスピンドルピッキングヘッド５０は、Ｘレール６０に沿ってウエハ３０に戻り、別のダイセットを取得する。

搬送プレート８０がダイを受け取ると、基板（図示せず）への配置のためにマルチスピンドル配置ヘッド（図示せず）がダイを受け取る位置に、搬送プレート８０がダイを持ち上げる。このリフト位置が図６に示されている。すなわち、搬送プレートが、地面に対して上方、つまりＸレール６０及びＹレール７０の両方に垂直な方向に移動可能である。

図７は、プロセスの別実施形態を示し、マルチスピンドルピッキングヘッド５０が、配置装置１０のマルチスピンドル配置ヘッド（図示せず）に直接的にダイを搬送する。これを達成するために、マルチスピンドルピッキングヘッド５０は、スピンドル５２が上方に向くようにＸレール６０（又はＸレール６０に平行な軸）の周りを回転すべく構成可能である。図示した実施形態では、これは１８０度の回転である。この回転は、信頼性を減少させ得るインターポーザへの追加の搬送をすることなく、ダイの「反転（ｆｌｉｐ）」を実現することを理解すべきである。

この「反転」実施形態では、ダイがウエハ３０上で上方を向いて開始してもよい。そして、マルチスピンドルピッキングヘッド５０が１８０度回転することにより、配置装置１０のマルチスピンドル配置ヘッドに搬送がなされるときに、はんだが下を向く。これにより、４（先行技術に関して上述した）から「反転」適用における２へと受け渡しの数を削減可能であることを理解すべきである。すなわち、分離インターポーザ要素の必要性を排除可能である。さらに、マルチスピンドルピッキングヘッド５０の回転は、Ｘレール６０に沿ってピッキングヘッド５０が移動している間に実行可能であり、ピッキングヘッド５０が配置装置１０に到達したときには回転が既に完了している。

あるいは、搬送プレート８０が利用される場合について、ダイはウエハ３０上で上向きに開始し得る。そして、マルチスピンドルピッキングヘッド５０は、ウエハ３０からダイを取得し、配置装置１０に向かってＸレール６０に沿って移動する。この場合、ダイは、いまだ上向きで搬送プレート８０に提供される。同様に、例えば、ワイヤーボンディングアセンブリプロセスにおいて、搬送プレート８０が持ち上げられて、ダイをマルチスピンドル配置ヘッドに上向きで提供する。

搬送プレート８０がダイを持ち上げる場所は、マルチスピンドルピッキングヘッド５０がダイをマルチスピンドル配置ヘッドに提供する、まさにその位置（又は、ほぼその位置）であることを理解すべきである。すなわち、図示されたような搬送プレート８０がリフト可能である実施形態では、配置装置１０のマルチスピンドル配置ヘッドが、垂直に移動するように構成されていなくてもよい。しかしながら、搬送プレート８０が動かないままであることも想定される。この実施形態では、配置装置１０のマルチスピンドル配置ヘッドが、搬送プレート８０からダイを回収するようにＸレール６０及びＹレール７０の両方に垂直な軸に沿って垂直に移動すべく構成可能である。

さらに、マルチスピンドルピッキングヘッド５０の長手方向に沿ったスピンドル５２の間隔が、マルチスピンドル配置ヘッドのスピンドルの間隔と同じ（又は実質的に同じ）であり得る。これにより、「ギャングピック（ｇａｎｇ ｐｉｃｋ）」を可能とし、すなわち、１ストロークにて、マルチスピンドルピッキングヘッド５０からマルチスピンドル配置ヘッドによってダイの各々が同時にピックアップされる。

ウエハフィーダー装置２０が、配置装置１０に統合されることもまた想定される。この実施形態では、マルチスピンドルピッキングヘッド５０が、ウエハ３０上で固定して搭載され、且つ、ウエハ３０がＸ及びＹ方向の両方に移動可能に搭載されている。ウエハフィーダー装置２０及び配置装置１０が分離していたとしても、ウエハがＸ及びＹ方向の両方に移動するように、当該実施形態が構成可能であることを想定していることもまた理解すべきである。同様に、ウエハフィーダー装置２０が配置装置１０に統合された場合、マルチスピンドルピッキングヘッド５０が、Ｘ若しくはＹ方向又は両方向に移動するように構成されてもよい。

さらに、ウエハ３０が、図示したように水平に提供されるか、或いは、垂直に（図示せず）提供されてもよい。ウエハ３０が垂直に提供された場合、マルチスピンドルピッキングヘッド５０は、Ｘレール６０の周りを９０度回転するように構成可能であり、ピックアップのためにスピンドル５２が垂直に配向したウエハ３０に向くように配向される。配置ヘッドへの搬送が「直接」又は「反転」であるかどうかに応じて、再び、ピッキングヘッド５０が９０度上方又は９０度下方に回転する。

さらに、ウエハから配置装置（搬送装置１０）へダイを搬送するための方法を開示する。該方法は、マルチスピンドルピッキングヘッド（ピッキングヘッド５０）を使用して２又はそれ以上のダイをウエハ（ウエハ３０）からピックアップ（取得）するステップを含む。マルチスピンドルピッキングヘッドは回転可能であってもよい。さらに、当該方法は、マルチスピンドルピッキングヘッドをウエハから配置装置へと移動させるステップを含み得る。別実施形態では、方法は、第１取得位置から第２取得位置へと１又は複数の方向にダイを移動させるステップを含み得る。そして、当該方法は、２又はそれ以上の取得したダイを続く配置のために配置装置に受け渡すステップを含む。さらに、方法は、ウエハからダイをピックアップした後、且つ、ダイを配置装置に提供する前にマルチスピンドルピッキングヘッドを回転させるステップを含み得る。方法は、またＸレール（Ｘレール６０）の周りにマルチスピンドルピッキングヘッドを回転させるステップを含み得る。マルチスピンドルピッキングヘッドの移動は、さらに、Ｘレールに沿って実行され得る。その上、マルチスピンドルピッキングヘッドの回転は、マルチスピンドルピッキングヘッドの移動中に実質的に実行され得る。方法は、マルチスピンドルピッキングヘッドから搬送プレート（搬送プレート８０）に２又はそれ以上の取得したダイを搬送するステップをさらに含み得る。また、方法は、搬送プレートを下位置から上位置へと持ち上げるステップを含み得る。

実施形態の要素は、冠詞「ａ」「ａｎ」で示されている。当該冠詞は、要素が１又は複数であるかを意味する。用語「ｉｎｃｌｕｄｉｎｇ（含む）」「ｈａｖｉｎｇ（有する）」及びこれらの派生語は、挙げられた要素以外の追加の要素が存在するように包括的な意味で意図されている。少なくとも２つの用語で使用されたときの「ｏｒ」は、任意の用語又は用語の組み合わせを意味するように意図されている。用語「ｆｉｒｓｔ（第１）」及び「ｓｅｃｏｎｄ（第２）」は、要素を区別すべく使用されており、特定の規則を意味するものではない。

限定的な数の実施形態に関して本発明は詳細に説明されたが、本発明はここに開示された実施形態に限定されるものでないことを理解すきである。むしろ、本発明は、ここに記載されていない多くの変形、修正、置換又は均等配置を包含するように改変可能であるが、本発明の技術思想及び技術範囲から逸脱するものではない。さらに、本発明の様々な実施形態が説明されたが、本発明の実施例は説明した実施形態の一部を含んでいるにすぎないことを理解すべきである。

Claims (20)

1. ウエハから配置装置にダイを搬送する方法であって、
   （ａ）回転可能なマルチスピンドルピッキングヘッドを使用して前記ウエハから２又はそれ以上のダイを取得するステップと、
   （ｂ）前記ウエハから前記配置装置に前記マルチスピンドルピッキングヘッドを移動させるステップと、
   （ｃ）続く配置のための前記配置装置に前記取得した２又はそれ以上のダイを受け渡すステップと、を含む方法。
2. （ｉ）前記取得ステップ（ａ）の後、且つ、前記受け渡しステップ（ｃ）の前に前記マルチスピンドルピッキングヘッドを回転させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記マルチスピンドルピッキングヘッドをＸレールの周りに回転させるステップをさらに含み、前記移動ステップ（ｂ）が前記Ｘレールに沿って行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
4. 前記回転ステップ（ｉ）は、実質的に前記移動ステップ（ｂ）の間に行われることを特徴とする請求項２に記載の方法。
5. 前記受け渡しステップ（ｃ）は、
   （ｉｉ）前記取得された２又はそれ以上のダイを前記マルチスピンドルピッキングヘッドから搬送プレートに搬送するステップをさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
6. 前記搬送ステップ（ｉｉ）は、
   （ｉｉｉ）前記搬送プレートを下位置から上位置へと持ち上げるステップをさらに含むことを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. ウエハから配置装置にダイを搬送するための装置であって、複数のスピンドルを備えるピッキングヘッドを備え、前記各スピンドルが前記ダイのウエハからダイを取得し、前記マルチスピンドルピッキングヘッドが回転可能であると共に少なくとも一方向に移動可能であることを特徴とする装置。
8. 前記少なくとも一方向は、前記ウエハから前記配置装置への方向であり、前記取得したダイを前記マルチスピンドルピッキングヘッドから前記配置装置に搬送可能であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
9. 前記配置装置による続く除去のために前記マルチスピンドルヘッドによって取得された前記ダイを配置するための、前記配置装置内に配置された搬送プレートをさらに備えることを特徴とする請求項７に記載の装置。
10. 前記搬送プレートは、下位置から上位置にリフト可能であることを特徴とする請求項７に記載の装置。
11. 前記マルチスピンドルピッキングヘッドは１８０度回転することを特徴とする請求項７に記載の装置。
12. 前記マルチスピンドルピッキングヘッドは９０度回転することを特徴とする請求項７に記載の装置。
13. ウエハから配置装置にダイを搬送する方法であって、
    （ａ）マルチスピンドルピッキングヘッドを使用して配置装置内に配置されたウエハから２又はそれ以上のダイを取得するステップであって、前記マルチスピンドルピッキングヘッドが回転可能であると共に前記ウエハが移動可能である、ステップと、
    （ｂ）続く配置のための前記配置装置に前記取得した２又はそれ以上のダイを受け渡すステップと、を含むことを特徴とする方法。
14. 前記取得ステップ（ａ）は、
    （ｉ）１又は複数の方向に、前記ダイを第１取得位置から第２取得位置に移動させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
15. 前記受け渡しステップ（ｂ）は、
    （ｉｉ）前記マルチスピンドルピッキングヘッドを回転させるステップをさらに含むことを特徴とする請求項１３に記載の方法。
16. ウエハから配置装置にダイを搬送するための装置であって、
    複数のスピンドルを備えるピッキングヘッドを備え、前記各スピンドルが前記ダイのウエハからダイを取得し、前記マルチスピンドルピッキングヘッドが回転可能であると共に前記ダイのウエハが少なくとも一方向に移動可能であることを特徴とする装置。
17. 前記少なくとも一方向はＸ軸に沿っていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
18. 前記少なくとも一方向はＹ軸に沿っていることを特徴とする請求項１６に記載の装置。
19. 前記マルチスピンドルピッキングヘッドは１８０度回転することを特徴とする請求項１６に記載の装置。
20. 前記マルチスピンドルピッキングヘッドは９０度回転することを特徴とする請求項１６に記載の装置。

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