专利名称：拾取半导体芯片的方法和设备及为此使用的吸引和剥落工具的制作方法
技术领域：
本发明涉及拾取半导体芯片的方法和设备及用于拾取从晶片上切下并附着在粘着片(adhered to an adhesive sheet)上的半导体芯片的吸引和剥落工具。
背景技术：
由于近年来电子部件的小型化，半导体芯片被制造得越来越薄，而且100μm或更薄的、厚度相当薄的半导体芯片已投入实际应用。然而，由于这么薄的半导体芯片极易破裂，因此很难对这种半导体芯片进行处理。尤其很难取出从晶片上切下的半导体芯片的各切片。在取出工序中，反复执行通过吸入嘴使附着在粘着片上的半导体芯片一个接一个地从粘着片上剥落并拾取的工序。然而，当采用常规的半导体芯片剥落方法、即采用由针将半导体芯片从所述片的下部提起的方法时，将引起在半导体芯片上频繁出现破裂或裂缝等问题。
近年来为了解决这类问题，从所述片上取下半导体芯片时，常采用通过真空吸力使所述片从半导体芯片的下表面剥落的方法。根据该方法，由于不需要通过针来提起半导体芯片，所以能够防止诸如半导体芯片破裂或裂缝之类的问题发生。例如在JP-A-2001-118862中公开了这种技术。
然而，根据前述方法，仅通过从半导体芯片的下表面真空吸引所述片，很难使半导体芯片与该片剥落，因此需要附带采用加速片剥落工艺的辅助方法。例如，需要附带采用使真空吸引表面在所述片的下表面上沿下表面相对移动以降低片与芯片之间的粘着力的加速剥落工艺。为此，需要以复杂的方式控制机械系统，且由于在每一拾取操作中重复复杂的操作还需要节拍时间，由此引起延迟时间，以至于不能实现高生产率。
发明内容
因此，本发明的目的是提供一种能防止薄型半导体芯片破裂和裂缝并实现高生产率的、用于拾取半导体芯片的方法和设备以及吸引和剥落工具。
本发明的第一方面，提供一种利用拾取头(pick-up head)来拾取附着于片上的半导体芯片的半导体芯片拾取方法，其包括片剥落步骤，将片剥落机构的吸引表面紧贴(abutting against)所述片的下表面，并通过吸引表面实现真空吸引，从而使所述片从半导体芯片上剥落；和吸引和夹持步骤，通过拾取头吸引和夹持从所述片上剥落的半导体芯片的上表面，从而拾取该半导体芯片，其中，在所述片剥落步骤中，当通过吸引表面实现真空吸引时，使附着在所述片上的半导体芯片在从该芯片一侧的外周边部分到该芯片另一侧的外周边部分的连续弯曲区内以几乎相同的弯曲形状弯曲和变形，借此使所述片从半导体芯片的下表面剥落。
优选使半导体芯片在多个弯曲区内弯曲并变形。
优选将半导体芯片构成为矩形，且将弯曲区沿相对于半导体芯片的一侧形成预定角度的方向设置。
优选弯曲区包括半导体芯片的角落部分。
本发明的第二方面，提供一种利用拾取头拾取附着在片上的半导体芯片的半导体芯片拾取设备，其包括用于夹持所述片的夹持台；设置在夹持台之下的片剥落机构，使该片剥落机构的吸引表面紧贴所述片的下表面，以通过吸引表面实现真空吸引，由此使所述片从半导体芯片上剥落，其中，所述吸引表面包括多个吸引凹槽和将相邻的吸引凹槽分隔开的边界部分，所述边界部分紧贴所述片的下表面，以在每次真空吸引时支承所述片，并通过抽真空从吸引凹槽中抽取空气，以使附着在片上的半导体芯片与所述片一起弯曲和变形，借此，由于弯曲变形可使所述片从半导体芯片的下表面上剥落。
优选半导体芯片由多个通过所述片的边界部分支承。
优选将半导体芯片构成为矩形，且将每一吸引凹槽沿相对于矩形半导体芯片的一侧形成预定角度的方向设置。
优选将吸引凹槽安排成当吸引表面紧贴所述片的下表面时，半导体芯片的角落部分不位于边界部分的正上方。
优选将吸引凹槽设置在吸引剥落工具上，且将该吸引剥落工具附加在片剥落机构上，以便自由更换。
本发明的第三方面，提供一种在利用拾取头拾取附着在片上的半导体芯片的半导体芯片拾取设备中使用的吸引剥落工具，该吸引剥落工具附加在片剥落机构上，其具有紧贴所述片的下表面的吸引表面，以通过该吸引表面实现真空吸引，借此使所述片从半导体芯片上剥落，其中，设置在吸引剥落工具上的吸引表面包括多个吸引凹槽和将相邻的吸引凹槽分隔开的边界部分，边界部分紧贴所述片的下表面，以便在每次真空吸引时支承所述片，并通过抽真空从吸引凹槽中抽取空气，以使附着在片上的半导体芯片与所述片一起弯曲和变形，借此，由于弯曲变形可使所述片从半导体芯片的下表面上剥落。
在将吸引表面紧贴片的下表面并通过吸引表面实现真空吸引由此使所述片从半导体芯片上剥落的片剥落步骤中，通过吸引表面实现真空吸引使附着在所述片上的半导体芯片和所述片一起弯曲及变形，借此，由于弯曲变形可使所述片从半导体芯片的下表面上剥落。因此，能够高生产率地执行拾取操作，而不至于引出如破裂或裂缝之类的很多问题。
图1是本发明实施方式的半导体芯片拾取设备的结构框图；图2是本发明实施方式的半导体芯片拾取设备的片剥落机构的透视图；图3是本发明实施方式的半导体芯片拾取设备的片剥落机构的局部横截面图；图4A和4B是说明本发明实施方式的半导体芯片拾取设备的吸引剥落工具的形状的图；图5A和5B、6A至6C、7A和7B、以及8A至8C用于说明本发明实施方式的半导体芯片拾取方法中的片剥落操作情况；图9是本发明实施方式的半导体芯片拾取设备的吸引剥落工具的平面图。
具体实施例方式
下面参考附图对本发明的实施方式进行说明。
首先，参考图1说明半导体芯片拾取设备的结构。在图1中，芯片供给部分1以使夹持台4与从XY台2直立起的支架3组合的方式构成。上面附着有很多各为矩形的半导体芯片6(下文简称为芯片6)的片5被夹持在夹持台4上。
每个芯片6为通过减薄工艺形成的薄芯片，并具有硬度小且易于弯曲的性能。使用易于弯曲的硅树脂(硅橡胶)作为片5的材料，以便在芯片6附着在所述片上的状态下，片5容易与芯片一起弯曲和变形。在稍后描述的片剥落操作中，利用片的这种属性可使片5与芯片6一起弯曲和变形，由此，使片5从芯片6的下表面上剥落。
片5的平滑表面具有用于保持以与平滑表面接触的形式形成的固体表面的界面间的力。当芯片6被推靠于平滑表面时，借助于界面间的力，使芯片6附着在片5上并被其保持在附着状态。可通过将如硅溶胶、丁基橡胶以及硅橡胶之类的高分子化合物形成膜状而制得片5。
片剥落机构7设置在夹持台4之下。片剥落机构7设置有与片5的下表面接触并吸引该下表面的粘着表面。在片剥落工艺中，借助于真空吸引力将片吸引在粘着表面，从而使片5与芯片6一起弯曲和变形。
连接于移动台9的拾取头8设置在芯片供给部分1上方，使其沿水平方向自由移动。借助于真空吸引力，通过拾取头8的吸入嘴8a拾取从片5上剥落的芯片6。通过由移动台9移动的拾取头8将这样拾取的芯片6安装在设置于基底夹持台10上的工件11上。
在夹持台4的上方装有设置了相机13的摄影部分12。摄影部分12对片5上的芯片6进行摄影，并将摄影得到的图像数据传送到图像识别部分14。图像识别部分14将所传输的图像数据进行处理，以检测芯片6的位置。计算部分15为CPU，其执行存储在存储部分16中的程序，以执行各种操作处理和计算。即，计算部分接收来自图像识别部分14的识别结果并控制如下所述的各部分。
存储部分6存储操作各部分所需要的程序和各种数据，诸如被识别的芯片6的尺寸以及芯片在片5上的布置数据。机构控制部分17控制拾取头8、用于移动拾取头的移动台9、片剥落机构7和XY台2。显示部分18显示被摄影的芯片6的图像，并在每次操作工序和输入工序时放映。操作/输入部分19是如用于输入操作指令和数据的键盘之类的输入器件。
接着，参考图2和3说明片剥落机构7的结构。如图2所示，片剥落机构7由主机构体部分20、被主机构体部分20保持以便于自由旋转的支承轴部分21和吸引剥落工具22构成。可根据芯片6的形状和尺寸分别独立地准备吸引剥落工具22。通过螺栓孔22e(参见图4)和螺栓23可将吸引剥落工具22连接在支承轴部分21的上表面上，以便于自由更换。因此能方便地更换吸引剥落工具22。
吸引剥落工具22的上表面用作紧贴片5的粘着表面22a，以便通过真空吸引力吸引该片的下表面。在粘着表面22a上形成多个线性吸引凹槽22b。形成在每一吸引凹槽22b底部的吸引孔22c与支承轴部分21的内部孔21a连通。内部孔21a与真空吸引源25相连，借此，通过驱动真空吸引源25可将吸引凹槽22b内的空气吸走。在每一吸引凹槽22b上设置多个吸引孔22c，因此，即使设置于吸引凹槽上的吸引孔22c中之一被封闭或堵塞，仍可吸走吸引凹槽22b内的空气。
图3中示出的旋转驱动机构24组装在主机构体部分20内。通过旋转驱动机构24可以将吸引剥落工具22绕垂直轴旋转。因此，可以将环绕垂直轴的吸引剥落工具22的粘着表面22a的角度设置为任意角，于是，如下所述，可以将吸引凹槽22b的角度设置成与待剥落的矩形芯片6一侧呈最适合吸引和剥落操作的预定角度。可以按以下方式构成该设备将夹持台4旋转角度θ以代替旋转吸引剥落工具22。此外，如下所述，该设备也可不设置任何旋转机构。
接着，参考图4A和4B说明形成在粘着表面22a上的吸引凹槽22b的形状。如图4A和4B所示，在粘着表面22a上形成四个各具有宽度B和长度L的吸引凹槽22b，以便于彼此对准。通过边界部分22d将吸引凹槽彼此分隔开。每一吸引凹槽22b被设置成不突出，因此在吸引工序时对片5的弯曲和变形操作不产生影响。
可根据待处理的芯片6的尺寸设置每一吸引凹槽22b的宽度B和长度L以及吸引凹槽的对准数。而且，可将每一吸引凹槽22b的宽度B和粘着表面22a与芯片6之间的相对位置设置成通过多个吸引凹槽22b吸引相应于单个芯片6的整个面积，且在粘着表面22a与片5的下表面紧贴的情况下，使芯片6的端部不位于边界部分22d的正上方(见图5A和5B)。
在通过粘着表面22a进行真空吸引时，由于在粘着表面22a的同一平面上形成边界部分22d，所以分隔多个吸引凹槽22b的多个边界部分22d的上表面与片5的下表面紧贴，由此从片5的下侧支承该片。也就是说，由通过片5的多个边界部分22d以相同的方式支承芯片6，所以在吸引工序中，每一芯片6均保持水平状态。
如果在这种状态下进行真空吸引操作，如下所述，附着在片5上的芯片6可与片5一起弯曲和变形，因此，由于弯曲变形，片5可从芯片6的下表面剥落。不必将每一边界部分22d构造成通过连续的分隔平面完全分隔相邻的吸引凹槽22b，而可以构造成间断的或不连续的平面。可供选择的是，可将每一边界部分构造成按虚线形式设置上表面位于与粘着表面22a相同平面上的列状(column-shaped)分隔部分。
将本实施方式的半导体芯片拾取设备按上述方式构成。接着，参考
在芯片6的拾取工艺中片5的剥落操作。首先，通过夹持台4夹持上面附着有芯片6的片5(参见图1)。接着，使片剥落机构7的粘着表面22a与片5的下表面紧贴。
在这种情况下，如图5A所示，驱动片剥落机构7的旋转驱动机构24，以调节吸引剥落工具22的旋转角度，将吸引凹槽22b调整到相对于待剥落芯片6的侧边6a成预先设定的预定角度α(在该实例中为45度)。当没有用于旋转工具的机构时，可将吸引剥落工具22设计、制造、安置成使吸引凹槽22b相对于待剥落的芯片6的侧边6a呈预先设定的预定角度α(在该实例中为45度)。调节片剥落机构7与片5的相对位置，使芯片6的每一角落部分6b不位于边界部分22d的正上方，而沿吸引凹槽22b的宽度方向几乎位于其中心部分。在图5A至8C中，在以矩阵图形附着于片5上的所有芯片6中，仅示出了待进行吸引剥落操作的芯片6，而未示出其它芯片。
接着，执行吸引剥落操作。首先，驱动真空吸引源25，以通过吸引孔22c真空抽吸空气，借此，使附着在片5上的芯片6弯曲和变形成适合于吸引凹槽22b的形状，如图6A中所示。再参考图7A、7B、8A、8B和8C说明在这种情况下的变形操作。
图7A示出了芯片6的支承部位和变形区。在该实例中，从芯片的下侧以边界部分与芯片的对角线一致的对称方式通过三个边界部分22d支承芯片6。当在这种状态下通过抽真空抽取空气时，如图7B所示，由于通过吸引凹槽22b与外部之间的真空吸引而导致的压力差，平均分布的压力从上部方向施加在芯片6上。由于此压力，芯片6与片5一起以朝下凸出的形状弯曲和变形。由于压力差而引起的压力直接作用在与芯片6各侧外部的切割凹槽相应的区域内的片5b上。
如图7A所看到的平面中由各边界部分22d之间斜线范围所示出的那样，芯片6在从芯片6的一侧6a的外周边部分到另一侧6a的外周边部分的连续弯曲区内以几乎相同的弯曲形状弯曲和变形。也就是说，将弯曲区设定在相对于芯片6的边侧6a形成α角的方向上。在这种弯曲变形中，由于芯片6与片5之间的机械属性的差异，在膜表面方向上的偏移量不同。结果，在芯片6与片5之间的粘着边界表面5a将发生相对滑动。
当通过吸引孔22c进一步继续吸引操作时，弯曲量D加大，由此导致大的弯曲变形。因此，在粘着边界表面5a的相对滑动程度进一步增加，于是芯片6与片5之间的粘着力降低。随着粘着力的降低，如图8B所示，在芯片6的外周边部分易于发生使粘着边界表面5a部分分离的开口运动(opening motion)(参见图中由箭头示出的间隙G)。
这种开口运动明显发生在芯片6的外周边部分中的每一具有突出形状的角落部分6b处。一旦发生这种开口运动，与吸引凹槽22b的内侧与外侧之间的压力差相应的压力作用在发生开口运动的片5的部分处，借此进一步促进开口运动。由于此时起促进片5与芯片6之间的开口运动作用的芯片6的弹性恢复力使因开口运动而引起与片5分离的角落部分6b附近的部分的弯曲量减小，从而发展为剥落。在这种方式下，若促进开口运动，只要通过吸引孔22c用真空吸引力向下推片5。于是，如图8C所示，片5在芯片6的整个下表面上与芯片6剥落。
之后，片5进一步与芯片6剥落，如图6B所示，在将片5放置成使该片被吸引并附着在吸引凹槽22b中的吸引孔22c上的情况下，由于芯片6的弹性恢复力可消减芯片6的弯曲变形，因而所述片恢复平面状态。在这种情况下，由于在吸引凹槽22b中设置了多个吸引孔22c，所以即使片5封闭或堵塞了吸引孔22c之一，通过另一吸引孔22c可以继续真空吸引操作。这种吸引剥落操作可在几十毫秒的短时间周期内完成，因此可以相当有效地使片剥落。然后如图6C所示，相对于芯片6提升移动吸入嘴8a，借此取走芯片，从而完成芯片6的拾取操作。
如上所述，在本实施方式中示出的片剥落操作中，芯片6与片5一起被大幅度地弯曲和变形到使芯片6的粘着边界表面处的粘着力降低的程度，以引起片5与芯片之间的开口运动，借此将芯片6从片5上的剥落从所出现的开口运动点传递到芯片的整个表面。
因此，与传统的、需要加速片剥落工艺的辅助方法以便于真空吸引表面在片的下表面上沿下表面相对运动而降低片与芯片之间的粘着力的方法相比，本实施方式是一种能实现极好的片剥落的方法。
也就是说，在剥落操作中，仅需要将工具20的粘着表面22a紧贴片5以实现真空吸引。因此，在本实施方式中，可以省去在传统技术中对必不可少的机械系统进行的复杂控制，而且不会出现由于在每一拾取操作中重复所述复杂的操作而产生的节拍时间所引起的延迟。因此，可以防止薄型半导体芯片出现如破裂或裂缝之类的问题，并能实现高的生产率。
至于吸引剥落工具22的吸引凹槽的形状和布置，可以不设置多个各自具有相同结构的吸引凹槽，而可如图9所示将具有不同形状的各种吸引凹槽组合在一起。在该图所示出的实例中，在吸引剥落工具32的上表面上，使三个各自具有宽度B1的吸引凹槽32a对准，而另外两个各自具有大于B1的宽度B2的吸引凹槽32b分别设置在所述三个吸引凹槽的外侧。每一吸引凹槽32a、32b都设有吸引孔32c。如果将设置在外侧的每一吸引凹槽32b的宽度制作得较大，可以确保芯片6的各角落部分6b的延伸边缘大，借此能可靠而有利地形成开口运动。
而且，根据前述实施方式，使芯片6的对角方向与吸引凹槽22b的方向对准，致使芯片6的侧边6a被设定成相对于吸引凹槽22b成45度角。业已证明，在很多情况下这种设定是理想的。然而，根据如芯片6和片5的硬度、吸引凹槽22b的宽度B以及真空吸引力之类的条件的结合，可将侧边6a设定成几乎与吸引凹槽22b对准。简而言之，只有能实现通过真空吸引使芯片弯曲和变形至足以在芯片6的外周边部分的粘着边界表面产生开口运动的程度的条件才是足够的。
在本实施方式中示出的片剥落机构的操作期间，通过使吸入嘴8a相对于芯片6降低、借助于吸入嘴8a可吸引芯片6。在这种情况下，将吸入嘴8a相对于芯片6的吸引力设定为不超过通过从吸引孔22c的真空吸引而在芯片6上产生的压力。因此，芯片可以被弯曲和变形至足以在芯片6的外周边部分的粘着边界表面产生开口运动的程度。
工业应用如上所述，根据本发明，由于吸引表面与片的下表面紧贴，然后通过吸引表面执行真空吸引，借此使附着在片上的半导体芯片与片一起弯曲和变形，因而由于弯曲变形而使所述片从半导体芯片的下表面剥落。因此，能够实现高生产率的拾取操作，而不会引起如破裂或裂缝之类的很多问题。
权利要求
1.一种利用拾取头拾取附着于片上的半导体芯片的半导体芯片拾取方法，包括片剥落步骤，将片剥落机构的吸引表面紧贴所述片的下表面，并通过所述吸引表面实现真空吸引，从而使所述片从所述半导体芯片上剥落；和吸引和夹持步骤，通过所述拾取头吸引和夹持从所述片上剥落的所述半导体芯片的上表面，从而拾取该半导体芯片，其中，在所述片剥落步骤中，当通过所述吸引表面实现所述真空吸引时，使附着在所述片上的所述半导体芯片在从该芯片一侧的外周边部分到该芯片另一侧的外周边部分的连续弯曲区内以几乎相同的弯曲形状弯曲和变形，借此使所述片从所述半导体芯片的下表面剥落。
2.根据权利要求1所述的半导体芯片拾取方法，其中，所述半导体芯片在多个所述弯曲区内弯曲和变形。
3.根据权利要求1所述的半导体芯片拾取方法，其中，将所述半导体芯片构造成矩形，且将所述弯曲区沿相对于所述半导体芯片的一侧形成预定角度的方向设置。
4.根据权利要求3所述的半导体芯片拾取方法，其中，所述弯曲区包括所述半导体芯片的角落部分。
5.一种利用拾取头拾取附着在片上的半导体芯片的半导体芯片拾取设备，包括用于夹持所述片的夹持台；和设置在所述夹持台之下的片剥落机构，将该片剥落机构的吸引表面紧贴所述片的下表面，以通过所述吸引表面实现真空吸引，从而使所述片从所述半导体芯片上剥落，其中，所述吸引表面包括多个吸引凹槽和将相邻的所述吸引凹槽分隔开的边界部分，所述边界部分紧贴所述片的所述下表面，以在每次真空吸引时支承所述片，并通过抽真空从所述吸引凹槽中抽取空气，以使附着在所述片上的所述半导体芯片与所述片一起弯曲和变形，借此，由于弯曲变形可使所述片从所述半导体芯片的下表面上剥落。
6.根据权利要求5所述的半导体芯片拾取设备，其中，所述半导体芯片由通过所述片的多个所述边界部分支承。
7.根据权利要求5所述的半导体芯片拾取设备，其中，将所述半导体芯片构造成矩形，且将每一吸引凹槽沿相对于所述矩形形状的半导体芯片的一侧形成预定角度的方向设置。
8.根据权利要求7所述的半导体芯片拾取设备，其中，将所述吸引凹槽安排成当所述吸引表面紧贴所述片的所述下表面时，所述半导体芯片的角落部分不位于所述边界部分的正上方。
9.根据权利要求5所述的半导体芯片拾取设备，其中，将所述吸引凹槽设置在吸引剥落工具上，且将该吸引剥落工具附加在所述片剥落机构上，以便自由更换。
10.一种在利用拾取头拾取附着在片上的半导体芯片的半导体芯片拾取设备中使用的吸引剥落工具，包括附加在片剥落机构上的吸引剥落工具，其具有紧贴所述片的下表面的吸引表面，以通过所述吸引表面实现真空吸引，借此使所述片从所述半导体芯片上剥落，其中，设置在所述吸引剥落工具上的所述吸引表面包括多个吸引凹槽和将相邻的所述吸引凹槽分隔开的边界部分，所述边界部分紧贴所述片的所述下表面，以便在每次真空吸引时支承所述片，并通过抽真空从所述吸引凹槽中抽取空气，以使附着在所述片上的所述半导体芯片与所述片一起弯曲和变形，借此，由于弯曲变形使所述片从所述半导体芯片的下表面上剥落。
11.一种利用拾取头拾取附着于片上的半导体芯片的半导体芯片拾取方法，包括下述步骤将片剥落机构的吸引表面紧贴所述片的下表面；通过所述吸引表面实现真空吸引，由此使所述片从所述半导体芯片上剥落，使附着在所述片上的所述半导体芯片在从该芯片一侧的外周边部分到该芯片另一侧的外周边部分的连续弯曲区内以几乎相同的弯曲形状弯曲和变形，借此使所述片从所述半导体芯片的下表面剥落；和通过所述拾取头吸引和夹持所述半导体芯片的上表面而拾取所述半导体芯片。
全文摘要
在拾取附着在粘着片5上的薄型芯片6的操作的粘着片剥落工艺中，将粘着表面22a上设有多个吸引凹槽22b的吸引剥落工具22紧贴粘着片5的下表面，然后，真空抽取吸引凹槽22b内的空气，以使粘着片5与芯片6一起弯曲和变形，借此，因弯曲变形而使片5从半导体芯片6的下表面上剥落。因此，能够实现高生产率的拾取操作而不会引起如破裂或裂缝之类的问题。
文档编号H01L21/301GK1669119SQ0381666
公开日2005年9月14日 申请日期2003年7月9日 优先权日2002年7月17日
发明者大园满, 笠井辉明 申请人:松下电器产业株式会社