JP2008159724A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】チップのダイボンディング時に、チップと接着フィルムとの間の気泡を容易に除去できる技術を提供する。
【解決手段】接着フィルムを熱圧着するのに用いるプリフォームヘッドＰＦＨは、コレットＣＬＴおよびコレットＣＬＴを保持するコレットホルダＣＬＨから形成し、コレットＣＬＴは弾性を有する材料から形成し、コレットホルダＣＬＨの下面の開口部ＫＫＢにコレットＣＬＴを撓ませて嵌め込むことでコレットホルダＣＬＨがコレットＣＬＴを保持する構造とし、コレットＣＬＴの下面を下方に向かって凸状の曲率を有する球面状とする。
【選択図】図１１

Description

本発明は、半導体装置の製造技術に関し、特に、半導体チップをダイボンディングする工程に適用して有効な技術に関するものである。

特開２００３−２０３９６４号公報（特許文献１）には、弾性的に変形可能な半導体チップを補足するための凸形状の表面を有する吸引手段を用いて半導体チップを実装する技術が開示されている。このような実装手段により、半導体チップは凸状に吸引手段に保持され、実装時には中心が最初に実装面に衝突し、半導体チップを介して吸引手段に加わる圧力の増大に従って吸引手段の凸形状の表面が次第に平らになり、それに伴って保持されている半導体チップも平らになる。この時、吸引手段（半導体チップ）に加わる圧力は、吸引手段（半導体チップ）の表面の中心から外側に向かって増大するので、半導体チップと実装面との間の空気を継続的に逃がすことができる。

特開２００４−６５９９号公報（特許文献２）および特開２００２−３６８０２３号公報（特許文献３）には、熱圧着フィルム搬送用のコレットにおいて、吸着面を凸面で形成し、その吸着面にフッ素樹脂コーティングあるいはフッ素樹脂フィルムの貼り付けなどの表面処理部を設け、吸引孔を凸面側方部に設けることにより、熱圧着フィルムの移載に際してリリースを容易に行い、熱圧着フィルムの貼り付きを防止する技術が開示されている。

特開２００２−３１０９３９号公報（特許文献４）には、透明物体や半透明物体などの被検査物内の気泡を撮像する気泡検査装置において、同軸照明と斜光照明とを設け、同軸照明の照射時に取得した第１の画像データと、斜光照明の照射時に取得した第２の画像データとを用いて画像データ内の特徴部を抽出することにより、安定的で正確に気泡および不純物の有無や形状を検査できる技術が開示されている。
特開２００３−２０３９６４号公報 特開２００４−６５９９号公報 特開２００２−３６８０２３号公報 特開２００２−３１０９３９号公報

近年、半導体装置の高密度実装を目的として、配線基板上に複数枚の半導体チップ（以下、単にチップと記す）を積層して実装するパッケージが実用化されている。

複数枚のチップを積層して実装するに当たり、２枚のチップ間は、たとえば接着フィルムを熱圧着することで接着される。この熱圧着時には、チップと接着フィルムとの間に気泡が残留しないようにすることが求められている。

本発明者らは、上記接着フィルムを用いてチップをダイボンディングする際に、チップと接着フィルムとの間に気泡が残留しないようにする技術について検討している。その中で、本発明者らは、以下のような課題を見出した。

すなわち、複数枚のチップを積層するに当たり、まず接着フィルム搬送用のコレットを用いて先にダイボンディングされたチップ上に接着フィルムを配置し、次いで仮圧着および本圧着を順次行う。上記気泡の除去は、仮圧着時もしくは本圧着時のいずれかで行うとすると、ダイボンダには仮圧着用と本圧着用とで機能が分けられた２つのヘッドを備えさせる手段が考えられる。しかしながら、２つのヘッドを備えることによりダイボンダが大型化し、ダイボンダの小型化の要求に応じられなくなってしまう課題が存在する。また、ヘッドを２つ備えることにより、ダイボンダ自体の価格が高くなってしまう課題が存在すする。

仮圧着および本圧着を１つのヘッドで行うとすると、気泡除去の機能も含めて複数の機能を１つのヘッドに持たせる必要があり、２つのヘッドを備えた場合に比べて気泡除去精度を含めた圧着精度を確保することが困難になってしまう課題が存在する。

また、チップと接着フィルムとの間に存在する気泡は、常に同じ位置、同じ大きさ、もしくは同じ形状とは限らない。そのため、気泡の位置、大きさおよび形状に合わせて圧着条件を適宜変更しなければならない課題が存在する。

また、ダイボンディング時に上記気泡を除去することを考慮すると、ダイボンダが備える上記ヘッドは、特殊な形状になってしまう。そのため、そのヘッド自体を短期間かつ低価格で供給できなくなってしまう課題が存在する。

本発明の目的は、チップのダイボンディング時に、チップと接着フィルムとの間の気泡を容易に除去できる技術を提供することにある。

本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、次のとおりである。

１．本発明による半導体装置の製造方法は、
（ａ）主面に半導体素子および前記半導体素子と電気的に接続された集積回路が形成された第１の半導体チップを用意する工程、
（ｂ）熱圧着性の接着フィルムを用意する工程、
（ｃ）弾性を有するコレットおよび前記コレットを保持するホルダを含むボンディング治具により前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップを保持し、チップ実装領域に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップを圧着する工程、
を含み、
前記ホルダは、前記（ｃ）工程時に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップと対向する開口部を有し、前記開口部に前記コレットを嵌合することで前記コレットを保持し、
前記コレットは、前記ホルダの前記開口部から突出し前記（ｃ）工程時に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップと対向する第１の曲率の吸着面と、前記吸着面の外周に沿って延在する吸着穴とを有し、前記吸着穴から真空吸着することで前記吸着面に沿った形で前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップを保持し、
前記第１の曲率は、前記接着フィルムを保持する場合と前記第１の半導体チップを保持する場合とで変更するものである。

２．また、本発明による半導体装置の製造方法は、
（ａ）主面に半導体素子および前記半導体素子と電気的に接続された集積回路が形成された第１の半導体チップを用意する工程、
（ｂ）熱圧着性の接着フィルムを用意する工程、
（ｃ）弾性を有するコレットおよび前記コレットを保持するホルダを含むボンディング治具により前記接着フィルムを保持し、チップ実装領域に前記接着フィルムを圧着する工程、
（ｄ）前記（ｃ）工程後、画像取得手段により前記接着フィルムの平面画像を取得し、前記接着フィルムの前記平面画像から前記接着フィルムと前記チップ実装領域との間に所定量の気泡の存在を確認した場合には圧着不良とする工程、
（ｅ）前記（ｄ）工程において前記平面画像から前記接着フィルムと前記チップ実装領域との間に所定量の気泡の存在を確認しなかった場合には、前記接着フィルム上に前記第１の半導体チップを圧着する工程、
を含み、
前記ホルダは、前記（ｃ）工程時に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップと対向する開口部を有し、前記開口部に前記コレットを嵌合することで前記コレットを保持し、
前記コレットは、前記ホルダの前記開口部から突出し前記（ｃ）工程時に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップと対向する第１の曲率の吸着面と、前記吸着面の外周に沿って延在する吸着穴とを有し、前記吸着穴から真空吸着することで前記吸着面に沿った形で前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップを保持し、
前記第１の曲率は、前記接着フィルムを保持する場合と前記第１の半導体チップを保持する場合とで変更し、
前記（ｄ）工程において圧着不良となった場合には、前記接着フィルムが前記チップ実装領域と接触してからの前記ボンディング治具の下降速度の低下、前記接着フィルムを前記チップ実装領域へ圧着した後に前記コレットと前記接着フィルムとが離間するまでの前記ボンディング治具の上昇速度の低下、および前記接着フィルムが前記チップ実装領域と接触してからの前記ボンディング治具の前記チップ実装領域に向かっての押し込み量の増加のうちの少なくとも１つ以上の条件を前記（ｃ）工程にフィードバックするものである。

本願において開示される発明のうち、代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば以下のとおりである。

すなわち、チップのダイボンディング時に、チップと接着フィルムとの間の気泡を容易に除去できる。

本願発明を詳細に説明する前に、本願における用語の意味を説明すると次の通りである。

ウエハとは、半導体素子または集積回路の製造に用いる単結晶シリコン基板（一般にほぼ平面円形状）、ＳＯＩ（Silicon On Insulator）基板、エピタキシャル基板、サファイア基板、ガラス基板、その他の絶縁、反絶縁または半導体基板等並びにそれらの複合的基板をいう。また、本願において半導体装置というときは、シリコンウエハやサファイア基板等の半導体または絶縁体基板上に作られるものだけでなく、特に、そうでない旨明示された場合を除き、ＴＦＴ（Thin Film Transistor）およびＳＴＮ（Super-Twisted-Nematic）液晶等のようなガラス等の他の絶縁基板上に作られるもの等も含むものとする。

デバイス面もしくは素子形成面とは、ウエハの主面であって、その面にリソグラフィにより、複数のチップ領域に対応するデバイスパターンが形成される面をいう。

コレットとは、ダイシング等によりウエハを個々のチップに分割した後で、１個ずつチップを移送するために使用する吸着保持具、およびチップの圧着の際に用いられる接着フィルムを移送するために使用する吸着保持具をいう。

以下の実施の形態においては便宜上その必要があるときは、複数のセクションまたは実施の形態に分割して説明するが、特に明示した場合を除き、それらはお互いに無関係なものではなく、一方は他方の一部または全部の変形例、詳細、補足説明等の関係にある。

また、以下の実施の形態において、要素の数等（個数、数値、量、範囲等を含む）に言及する場合、特に明示した場合および原理的に明らかに特定の数に限定される場合等を除き、その特定の数に限定されるものではなく、特定の数以上でも以下でも良い。

さらに、以下の実施の形態において、その構成要素（要素ステップ等も含む）は、特に明示した場合および原理的に明らかに必須であると考えられる場合等を除き、必ずしも必須のものではないことは言うまでもない。また、実施例等において構成要素等について、「Ａからなる」、「Ａよりなる」と言うときは、特にその要素のみである旨明示した場合等を除き、それ以外の要素を排除するものでないことは言うまでもない。

同様に、以下の実施の形態において、構成要素等の形状、位置関係等に言及するときは、特に明示した場合および原理的に明らかにそうでないと考えられる場合等を除き、実質的にその形状等に近似または類似するもの等を含むものとする。このことは、上記数値および範囲についても同様である。

また、材料等について言及するときは、特にそうでない旨明記したとき、または、原理的または状況的にそうでないときを除き、特定した材料は主要な材料であって、副次的要素、添加物、付加要素等を排除するものではない。たとえば、シリコン部材は特に明示した場合等を除き、純粋なシリコンの場合だけでなく、添加不純物、シリコンを主要な要素とする２元、３元等の合金（たとえばＳｉＧｅ）等を含むものとする。

また、本実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは原則として同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。

また、本実施の形態で用いる図面においては、平面図であっても図面を見易くするために部分的にハッチングを付す場合がある。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（実施の形態１）
本実施の形態１は、配線基板上にチップを積層して実装する半導体パッケージの製造に適用したものであり、その製造方法を図１〜図８を用いて工程順に説明する。

まず、図１に示すような単結晶シリコンからなるウエハ１Ｗの主面に半導体素子およびその半導体素子と電気的に接続する集積回路を形成した後、格子状のスクライブラインによって区画された複数のチップ形成領域１ＣＡのそれぞれに形成された集積回路の電気試験を行い、その良否を判定する。本実施の形態１においては、ウエハ１Ｗの主面に形成される前記集積回路として電気的一括消去型ＥＥＰＲＯＭ（Electric Erasable Programmable Read Only Memory；以下、フラッシュメモリと記す）を例示する。半導体パッケージがフラッシュメモリ等のメモリ製品となる場合において、上記のようにチップを積層することによって１個の半導体パッケージのメモリ容量を増加させることができる。

次に、図２に示すように、ウエハ１Ｗの集積回路形成面（図の下面側）に集積回路保護用のバックグラインドテープ３を貼り付ける。そして、この状態でウエハ１Ｗの裏面（図の上面側）をグラインダで研削し、続いて、この研削によって生じた裏面のダメージ層を、ウエットエッチング、ドライポリッシング、プラズマエッチングなどの方法によって除去することにより、ウエハ１Ｗを薄くする。前記ウエットエッチング、ドライポリッシング、プラズマエッチングなどの処理方法は、ウエハの厚さ方向に進行する処理速度が、グラインダによる研削の速度に比べて遅い反面、ウエハ内部に与えるダメージがグラインダによる研削に比較して小さいだけでなく、グラインダによる研削で発生したウエハ内部のダメージ層を除去することができ、ウエハ１Ｗおよびチップが割れにくくなるという効果がある。

次に、バックグラインドテープ３を除去した後、図３に示すように、ウエハ１Ｗの裏面（集積回路形成面の反対側の面）にチップを配線基板へ実装する際の接着剤となるＤＡＦ（図示は省略）を貼付し、さらにそのＤＡＦ上にダイシングテープ４を貼り付け、この状態でダイシングテープ４の周辺部をウエハリング５に固定する。ダイシングテープ４に前もってＤＡＦ（Die Attach Film）が貼付されているものにウエハ１Ｗを貼り付ける方法を用いることも多い。ダイシングテープ４は、ポリオレフィン（ＰＯ）、ポリ塩化ビニル（ＰＶＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などからなるテープ基材の表面に粘着剤を塗布して粘着性(tackness)を持たせた円形に裁断したものでＵＶ硬化型粘着剤を使用している場合も多い。

次に、図４に示すように、ダイシングブレード６を使ってウエハ１Ｗをダイシングすることにより、前記複数のチップ形成領域１ＣＡのそれぞれをチップ（第１の半導体チップ）１Ｃに分割する。この時、分割されたそれぞれのチップ１Ｃを円形のダイシングテープ４上に残しておく必要があるので、ダイシングテープ４は、その厚さ方向に数十μｍのみ切り込む。なお、ダイシングテープ４としてＵＶ硬化型粘着テープを使用した場合は、以下で説明するチップ１Ｃの剥離工程に先立ってダイシングテープ４に紫外線を照射し、粘着剤の粘着力を低下させておく。

次に、図５に示すように、吸着コレット（図示は省略）を用いてチップ１Ｃをダイシングテープ４から剥離し、吸着コレットで吸着および保持しつつ次工程（ペレット付け工程）へ搬送する。ペレット付け工程に搬送されたチップ１Ｃは、予め裏面に貼付されていたＤＡＦ１０を介して熱圧着によって配線基板１１上の実装位置に実装される。続いて、チップ１ＣをＡｕワイヤ１２を介して配線基板１１の電極１３と電気的に接続する。

次に、図６に示すように、チップ１Ｃ上の平面でＡｕワイヤ１２と重ならない領域に接着フィルム１４を熱圧着する。詳細は後述するが、本実施の形態１においては、チップ１Ｃ上に接着フィルム１４を介して同じ平面サイズのチップ１Ｃを平面で重なるように積層するので、接着フィルム１４は、Ａｕワイヤ１２のループ部より高くなる厚さのものを使用する。また、本実施の形態１において、接着フィルム１４としては、アクリル系材料やシリコン系材料等をベースとしてエポキシ樹脂等を添加してフィルム状に加工したものや、それらに熱可塑性ポリイミド樹脂を補強層として追加したもの等を例示することができる。

次に、図７に示すように、既に配線基板１１上に実装されているチップ１Ｃと同様のチップ１Ｃを接着フィルム１４上にダイボンディングし、接着フィルム１４を介して上下２つのチップ１Ｃを熱圧着する。この時、前述したように、上層のチップ１Ｃは、下層のチップ１Ｃと平面で位置が重なるようにダイボンディングする。続いて、上層チップ１ＣをＡｕワイヤ１５を介して配線基板１１の電極１６と電気的に接続する。

その後、配線基板１１をモールド工程に搬送し、図８に示すように、２層積層して実装されたチップ１Ｃをモールド樹脂１７で封止することによって、本実施の形態１の積層パッケージ１８が完成する。

ここで、前述の接着フィルム１４を熱圧着する工程についてさらに詳しく説明する。

図９は、本実施の形態１において、接着フィルム１４の熱圧着およびチップ１Ｃの熱圧着を行うボンダの平面説明図である。この図９に示すボンダは、マガジンローダＭＧＬ、フレームローダＦＬＤ、フレームリフタＦＬＬ、ウエハカセットリフタＷＣＬ、ウエハテーブルＷＴＬ、接着フィルム供給部ＳＦＫ、プリフォームヘッドＰＦＨ、カメラヘッドＣＭＨ１、ＣＭＨ２、ボンディングヘッドＢＤＨ、アンローダＵＬＤおよび操作パネルＳＳＰ等を有している。

マガジンローダＭＧＬは、配線基板１１が収容されたマガジン（図示は省略）を、所定位置まで供給し、配線基板１１を取り出して搬送レールＨＲＬへ供給できるようにする。

フレームローダＦＬＤおよびフレームリフタＦＬＬは、マガジンから供給された配線基板１１をワークとして搬送レールＨＲＬへ供給する。

ウエハカセットリフタＷＣＬは、ウエハ１Ｗを収容したウエハカセット（図示は省略）を所定位置まで供給する。

ウエハテーブルＷＴＬは、ウエハカセットから取り出されたウエハ１Ｗが配置および保持される場所であり、ここから個々のチップ１Ｃがピックアップされてダイボンディング工程へ供給される。

接着フィルム供給部ＳＦＫは、前述の接着フィルム１４（図６参照）の供給を行うものであり、プリフォームヘッドＰＦＨは、この接着フィルム供給部ＳＦＫから接着フィルム１４をピックアップする。

カメラヘッドＣＭＨ１は、接着フィルム１４の配線基板１１上における熱圧着位置の画像を取得するものであり、その画像をもとに接着フィルム１４の熱圧着位置が正確か否かを確認することができる。

カメラヘッドＣＭＨ２は、チップ１Ｃの配線基板１１上におけるダイボンディング位置の画像を取得するものであり、その画像をもとにチップ１Ｃのダイボンディング位置が正確か否かを確認することができる。

ボンディングヘッドＢＤＨは、チップ１Ｃの配線基板１１上へのダイボンディング（熱圧着）を行うものである。

アンローダＵＬＤは、接着フィルム１４およびチップ１Ｃの熱圧着がなされた配線基板１１が収容されるマガジンを収容している。

操作パネルＳＳＰは、作業者が上記マガジンローダＭＧＬ、フレームローダＦＬＤ、フレームリフタＦＬＬ、ウエハカセットリフタＷＣＬ、ウエハテーブルＷＴＬ、接着フィルム供給部ＳＦＫ、プリフォームヘッド（ボンディング治具）ＰＦＨ、カメラヘッドＣＭＨ１、ＣＭＨ２、ボンディングヘッドＢＤＨおよびアンローダＵＬＤ等の動作の制御に用いるものである。

プリフォームヘッドＰＦＨは、配線基板１１（配線基板１１に実装済みのチップ１Ｃ）上に前述の接着フィルム１４を熱圧着するのに用いられる。ここで、図１０は、プリフォームヘッドＰＦＨの下面（接着フィルム１４吸着面）を示したものであり、図１１は、プリフォームヘッドＰＦＨの要部断面を示したものである。

図１０および図１１に示すように、プリフォームヘッドＰＦＨは、コレットＣＬＴおよびコレットＣＬＴを保持するコレットホルダＣＬＨから形成されている。コレットＣＬＴは、弾性を有する材料から形成されており、本実施の形態１では、その弾性を有する材料として接着フィルム１４の熱圧着時の温度（たとえば２７０℃程度）でも溶融せずに耐えられる耐熱ゴムを例示することができる。コレットホルダＣＬＨの下面には開口部ＫＫＢが設けられ、この開口部ＫＫＢにコレットＣＬＴを撓ませて嵌め込むことでコレットホルダＣＬＨはコレットＣＬＴを保持する。すなわち、コレットホルダＣＬＨの下面の開口部ＫＫＢの平面サイズは、コレットＣＬＴの平面サイズより小さく形成されている。このような嵌め込みにより、コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４の吸着面）は、配線基板１１に向かって凸状の曲率（第１の曲率）を有する球面状となる。すなわち、このような凸状の曲率を有する球面状のコレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４の吸着面）は、特殊な加工によって作り出すのではないので、コレットＣＬＴ自体は短期間かつ低価格で供給することが可能となる。また、コレットホルダＣＬＨには、開口部ＫＫＢに通ずる吸引孔ＫＩＫ１が設けられ、コレットＣＬＴには、表裏を貫通する吸引孔（吸着穴）ＫＩＫ２が設けられており、コレットホルダＣＬＨの下面の開口部ＫＫＢにコレットＣＬＴを撓ませて嵌め込むことによりコレットホルダＣＬＨとコレットＣＬＴとの間に隙間ＳＫＭが形成されている。これら吸引孔ＫＩＫ１、隙間ＳＫＭおよび吸引孔ＫＩＫ２を通じてコレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）に真空を供給し、コレットＣＬＴの下面に接着フィルム１４を真空吸着することを可能としている。

図１２〜図１５は、接着フィルム１４を熱圧着する工程時のプリフォームヘッドＰＦＨの動きを順に示した要部断面図である。

コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）にて接着フィルム１４を真空吸着することで保持したプリフォームヘッドＰＦＨは、配線基板１１に実装されたチップ１Ｃに向かって下降し（図１２参照）、接着フィルム１４が配線基板１１に実装されたチップ１Ｃに接触した時点で接着フィルム１４の真空吸着を解除する（図１３参照）。前述したように、コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）は、下方に向かって凸状の曲率を有する球面状となっており、コレットＣＬＴ自体が弾性を有しているので、さらにプリフォームヘッドＰＦＨを下降させることにより、コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）には、平面では中央から外周に向かって順にチップ１Ｃとの接触による荷重が加わるようになり、チップ１Ｃの上面形状に倣って平坦になっていく。この時、コレットＣＬＴとチップ１Ｃとの間に位置する接着フィルム１４についても、平面では中央から外周に向かって順にチップ１Ｃとの接触による荷重が加わるようになり、チップ１Ｃの上面形状に倣って平坦になっていく。それにより、接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が存在している場合でも、その気泡は、プリフォームヘッドＰＦＨの下降に従って平面で接着フィルム１４の中央から外周に向かって押し出されるように移動し、最終的には接着フィルム１４の外周から外部へ脱気される（図１４参照）。そして、コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）の全面がチップ１Ｃの上面形状に倣って平坦になり、コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）の全面で接着フィルム１４を押圧できる状態になるまでプリフォームヘッドＰＦＨの下降を停止して接着フィルム１４の熱圧着を実施する。このような方法で接着フィルム１４の熱圧着を行うことにより、熱圧着後の接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が残留してしまうことを防ぐことができる。

ところで、コレットＣＬＴの下面において吸引孔ＫＩＫ２が中央で開孔していると、接着フィルム１４とチップ１Ｃとが接触を開始した時点で吸引孔ＫＩＫ２内にわずかに真空状態が残っていた場合に、コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）がチップ１Ｃの上面形状に倣って中央から徐々に平坦になっていっても、接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が残留してしまう虞がある。一方、本実施の形態１では、前述したようにコレットＣＬＴの下面において吸引孔ＫＩＫ２は相対的に外周に近い位置で開孔しているので、吸引孔ＫＩＫ２内にわずかな真空状態が残留していても、コレットＣＬＴの下面中央から徐々に平坦になっていくことにより、吸引孔ＫＩＫ２下でも確実に外周に向かって押し出すことができる。すなわち、熱圧着後の接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が残留してしまうことを確実に防ぐことができる。

また、熱圧着後の接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が残留していると、Ａｕワイヤ１２の接続の際に生じる熱や、モールド樹脂１７による封止時の熱によってその気泡が膨張し、接着フィルム１４（上層のチップ１Ｃ）と下層のチップ１Ｃとが剥離してしまう不具合の発生が懸念される。一方で、上記の本実施の形態１によれば、熱圧着後の接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が残留してしまうことを確実に防ぐことができるので、接着フィルム１４（上層のチップ１Ｃ）と下層のチップ１Ｃとが加熱により剥離してしまう不具合を確実に防ぐことができる。

上記の本実施の形態１によれば、１つのプリフォームヘッドＰＦＨのみで接着フィルム１４の熱圧着を行うことができる。それにより、接着フィルム１４の仮圧着用のプリフォームヘッドと本圧着用のプリフォームヘッドとの２つのプリフォームヘッドをボンダに備える必要がなくなる。その結果、本実施の形態１のプリフォームヘッドＰＦＨを備えたボンダを小型化することができる。また、１つのプリフォームヘッドＰＦＨのみとすることができるので、本実施の形態１のボンダは低価格で制作することが可能となる。

また、上記の本実施の形態１のプリフォームヘッドＰＦＨの構造は、ボンディングヘッドＢＤＨ（図９参照）にも適用することができる。ここで、チップ１Ｃは、「曲げ」の力が作用した場合には容易に破損してしまうが、「圧縮」の力の作用に対しては耐性が強いので、プリフォームヘッドＰＦＨの構造をボンディングヘッドＢＤＨに適用した場合には、コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）を平坦にする必要がある。前述したように、コレットＣＬＴは、弾性を有する材料から形成されているので、コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）を平坦化は、たとえばコレットＣＬＴが嵌め込まれるコレットホルダＣＬＨの開口部ＫＫＢの深さを浅くするか、コレットＣＬＴの厚さを厚くするかの少なくとも一方を実施することで実現できる。

（実施の形態２）
前記実施の形態１では、下面（接着フィルム１４吸着面）が下方に向かって凸状の曲率を有する球面状となっているコレットＣＬＴを含むプリフォームヘッドＰＦＨを用いて接着フィルム１４をチップ１Ｃに熱圧着することにより、熱圧着後の接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が残留してしまうことを確実に防ぐ技術について説明した（図１０〜図１５参照）。

ここで、本発明者らは、前記実施の形態１で説明した接着フィルム１４の熱圧着技術を用いた場合でも、プリフォームヘッドＰＦＨの下降速度が早過ぎると、熱圧着後の接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が残留してしまうことを見出した。これは、コレットＣＬＴが弾性を有する材料から形成されていることから、接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が存在している場合に、その気泡（ボイド）が脱気される前にコレットＣＬＴが変形してしまい、プリフォームヘッドＰＦＨの下降中に接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が閉じ込められてしまう状態になるからである。

また、接着フィルム１４の熱圧着の完了後には、再びプリフォームヘッドＰＦＨを上昇させて、コレットＣＬＴを接着フィルム１４から引き離す。コレットＣＬＴの下面は、チップ１Ｃと接触していない状態では下方に向かって凸状の曲率を有する球面状となることから、コレットＣＬＴは、プリフォームヘッドＰＦＨの上昇に伴って平面外周より接着フィルム１４から引き離されていき（図１６参照）、最後には平面中央部が引き離されて接着フィルム１４と離間する（図１７参照）。ここで、接着フィルム１４はコレットＣＬＴに対しても粘着力を有するので、プリフォームヘッドＰＦＨの上昇速度が早過ぎると、特に平面中央付近で接着フィルム１４がコレットＣＬＴに貼り付いて、チップ１Ｃから引き剥がされてしまう場合があることを本発明者らは見出した。

そこで、本実施の形態２では、接着フィルム１４の熱圧着工程時における一連のプリフォームヘッドＰＦＨの下降および上昇の速度を適宜変更することにより、接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が閉じ込められてしまうことと、熱圧着後の接着フィルム１４がチップ１Ｃから引き剥がされてしまうこととを防ぐものである。

ここで、図１８は、１枚の接着フィルム１４を熱圧着する工程における、工程開始からの時間とプリフォームヘッドＰＦＨの高さ（位置）との関係を示したものである。図１８においては、コレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）がチップ１Ｃの表面形状に倣って全面が平坦になった時点を０としている。プリフォームヘッドＰＦＨの動作（上昇および下降）速度は、区間Ａと、区間Ｂと、区間Ｃと、区間Ｄと、区間Ｅと、区間Ｆとでそれぞれ変更する。ここで、区間Ａは、プリフォームヘッドＰＦＨが動作を開始してから時間Ｔ１でチップ１Ｃとの間が所定の間隔となるまでである。区間Ｂは、時間Ｔ１から時間Ｔ２で接着フィルム１４がチップ１Ｃと接触するまでである。区間Ｃは、接着フィルム１４がチップ１Ｃと接触を開始した時間Ｔ２からコレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４吸着面）がチップ１Ｃの表面形状に倣って全面が平坦になるまで押し込む時間Ｔ３までである。区間Ｄは、時間Ｔ３でプリフォームヘッドＰＦＨが動作を停止し、時間Ｔ４でプリフォームヘッドＰＦＨが上昇を開始するまでの接着フィルム１４の熱圧着を行う区間である。区間Ｅは、時間Ｔ４でプリフォームヘッドＰＦＨが上昇を開始し、時間Ｔ５でコレットＣＬＴと接着フィルム１４とが完全に離間するまでの区間である。区間Ｆは、時間Ｔ５でコレットＣＬＴと接着フィルム１４とが完全に離間してから、時間Ｔ６でプリフォームヘッドＰＦＨが動作開始時の位置へ戻るまでの区間である。

図１８に示すように、プリフォームヘッドＰＦＨが下降する区間Ａ、Ｂ、Ｃでは、区間ＢでのプリフォームヘッドＰＦＨの下降速度を区間ＡでのプリフォームヘッドＰＦＨの下降速度より遅くし、さらに区間ＣでのプリフォームヘッドＰＦＨの下降速度（第２の速度）を区間ＢでのプリフォームヘッドＰＦＨの下降速度（第１の速度）より遅くする。また、プリフォームヘッドＰＦＨが上昇する区間Ｅ、Ｆでは、区間ＥでのプリフォームヘッドＰＦＨの上昇速度（第３の速度）を区間ＦでのプリフォームヘッドＰＦＨの上昇速度（第４の速度）より遅くする。このようなプリフォームヘッドＰＦＨの動作速度の制御を行うことにより、接着フィルム１４の熱圧着工程に要する時間の長大を防ぎつつ、接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）が閉じ込められてしまうことと、熱圧着後の接着フィルム１４がチップ１Ｃから引き剥がされてしまうこととを防ぐことが可能となる。

上記のような本実施の形態２によっても前記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

（実施の形態３）
本実施の形態３では、前記実施の形態１、２において説明したボンダ（図９参照）を用いた接着フィルム１４の熱圧着工程において、熱圧着後の接着フィルム１４の平面画像を取得し、その平面画像を解析することによって接着フィルム１４の接着状態を判別し、良好な接着状態が得られていない場合には、前記実施の形態２で図１８を用いて説明したプリフォームヘッドＰＦＨの動作速度および下降量の変更等を行うものである。

前記実施の形態１でも図９を用いて説明したように、ボンダに備えられたカメラヘッド（画像取得手段）ＣＭＨ１は、接着フィルム１４の配線基板１１上における熱圧着位置の画像を取得するものである。

カメラヘッドＣＭＨ１によって取得された画像ＰＩＣ中の接着フィルム１４において、平面中央の領域（第２の領域）ＣＡ（ハッチングを付して図示）中に気泡（ボイド）ＶＤの存在が確認され、その気泡（ボイド）ＶＤの面積が所定以上であった場合（図１９参照）には、プリフォームヘッドＰＦＨの動作速度の変更を行う。前記実施の形態２でも説明したように、プリフォームヘッドＰＦＨの下降速度が早過ぎると、熱圧着後の接着フィルム１４とチップ１Ｃとの間に気泡（ボイド）ＶＤが残留してしまい、またプリフォームヘッドＰＦＨの上昇速度が早過ぎると、特に平面中央付近で接着フィルム１４がコレットＣＬＴに貼り付いて、チップ１Ｃから引き剥がされてしまうからである。このプリフォームヘッドＰＦＨの動作速度の変更は、まず前記実施の形態２において図１８を用いて説明した区間ＣにおけるプリフォームヘッドＰＦＨの下降速度を遅くする。プリフォームヘッドＰＦＨの動作速度は、上昇時に比べて下降時の方が遅いので、まず下降速度を遅くさせることにより、本実施の形態３の半導体装置の生産性の低下を可能な限り抑制することができる。次いで、プリフォームヘッドＰＦＨの下降速度を遅くしても所定面積以上の気泡（ボイド）ＶＤが画像ＰＩＣ中に確認される場合には、気泡（ボイド）ＶＤが形成されてしまう要因はプリフォームヘッドＰＦＨの上昇速度にあるとして、プリフォームヘッドＰＦＨの上昇速度を遅くすることを工程の条件にフィードバックする。それにより、領域ＣＡ中での気泡（ボイド）の発生を防ぐことが可能となる。

また、カメラヘッドＣＭＨ１によって取得された画像ＰＩＣ中の接着フィルム１４において、相対的に外周付近の領域（第１の領域）ＯＡ（ハッチングを付して図示）中に気泡（ボイド）ＶＤの存在が確認され、その気泡（ボイド）ＶＤの面積が所定以上であった場合（図２０参照）には、プリフォームヘッドＰＦＨの押し込み量、すなわち下降量が足りないことが考えられる。つまり、プリフォームヘッドＰＦＨの下降量が足りないためにコレットＣＬＴの下面（接着フィルム１４の吸着面）が特に外周付近でチップ１Ｃの表面形状に倣っておらず、コレットＣＬＴによる接着フィルム１４への押圧が接着フィルム１４の相対的に外周付近で不足しているからである。そこで、領域ＯＡ中に気泡（ボイド）ＶＤの存在が確認され、その気泡（ボイド）ＶＤの面積が所定以上であった場合には、プリフォームヘッドＰＦＨの下降量を増加することを工程の条件にフィードバックする。それにより、領域ＯＡ中での気泡（ボイド）の発生を防ぐことが可能となる。

本実施の形態３において、上記のようなプリフォームヘッドＰＦＨの動作速度および下降量の変更は、気泡（ボイド）ＶＤの発生状況に応じてボンダに備えられたコンピュータにより適宜自動的に行われる。それにより、そのプリフォームヘッドＰＦＨの動作速度および下降量の変更は、作業者（オペレータ）の能力に依存することなく行えるようになるので、ボンダの稼働率の低下を抑制することが可能となる。

上記のような本実施の形態３によっても前記実施の形態１、２と同様の効果を得ることができる。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。

前記実施の形態では、配線基板に実装する下層のチップについては、予めチップの裏面に貼付されたＤＡＦを用いた熱圧着により配線基板に接着することを例示したが、先にＤＡＦのみを配線基板に貼付し、その後、そのＤＡＦ上に下層となるチップを貼付してもよい。このＤＡＦの配線基板への貼付に当たり、前記実施の形態において説明した構造のプリフォームヘッドを用いてもよい。そのプリフォームヘッドは、前記実施の形態においては、下層のチップ上に上層のチップを実装する際に、下層のチップ上に接着フィルムを貼付するのに用いたものである。また、配線基板に貼付するそのＤＡＦとして、アクリル系材料やシリコン系材料等をベースとしてエポキシ樹脂等を添加してフィルム状に加工したもの、それらに熱可塑性ポリイミド樹脂を補強層として追加したもの、およびＡｇ（銀）含有接合ペースト材をフィルム状に加工したもの等を例示することができる。

本発明の半導体装置の製造方法は、接着フィルムを介してチップを実装する工程を含む半導体装置の製造工程に広く適用することができる。

本発明の実施の形態１である半導体装置の製造に用いる半導体チップの斜視図である。 半導体ウエハの研削工程を示す側面図である。 半導体ウエハにダイシングテープを貼り付ける工程を示す側面図である。 半導体ウエハのダイシング工程を示す側面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図１に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図６に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 図７に続く半導体装置の製造工程中の要部断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置の製造に用いるボンダの平面説明図である。 図９に示したボンダに含まれるプリフォームヘッドの下面図である。 図１０に示したプリフォームヘッドの要部断面図である。 本発明の実施の形態１である半導体装置の製造工程中における接着フィルムの熱圧着工程を説明する要部断面図である。 図１２に続く接着フィルムの熱圧着工程中の要部断面図である。 図１３に続く接着フィルムの熱圧着工程中の要部断面図である。 図１４に続く接着フィルムの熱圧着工程中の要部断面図である。 本発明の実施の形態２である半導体装置の製造工程中における接着フィルムの熱圧着工程を説明する要部断面図である。 図１６に続く接着フィルムの熱圧着工程中の要部断面図である。 本発明の実施の形態２である半導体装置の製造工程中における接着フィルムの熱圧着工程時における工程開始からの時間とプリフォームヘッドの高さ（位置）との関係を示した説明図である。 本発明の実施の形態３である半導体装置の製造工程中における接着フィルムの熱圧着工程後に取得した接着フィルムの平面画像の説明図である。 本発明の実施の形態３である半導体装置の製造工程中における接着フィルムの熱圧着工程後に取得した接着フィルムの平面画像の説明図である。

符号の説明

１Ｃ チップ（第１の半導体チップ）
１ＣＡ チップ形成領域
１Ｗ ウエハ
３ バックグラインドテープ
４ ダイシングテープ
５ ウエハリング
６ ダイシングブレード
１０ ＤＡＦ
１１ 配線基板
１２ Ａｕワイヤ
１３ 電極
１４ 接着フィルム
１５ Ａｕワイヤ
１６ 電極
１７ モールド樹脂
１８ 積層パッケージ
ＢＤＨ ボンディングヘッド
ＣＡ 領域（第２の領域）
ＣＬＨ コレットホルダ
ＣＬＴ コレット
ＣＭＨ１ カメラヘッド（画像取得手段）
ＣＭＨ２ カメラヘッド
ＦＬＤ フレームローダ
ＦＬＬ フレームリフタ
ＨＲＬ 搬送レール
ＫＩＫ１ 吸引孔
ＫＩＫ２ 吸引孔（吸着穴）
ＫＫＢ 開口部
ＭＧＬ マガジンローダ
ＯＡ 領域（第１の領域）
ＰＦＨ プリフォームヘッド（ボンディング治具）
ＰＩＣ 画像
ＳＦＫ 接着フィルム供給部
ＳＫＭ 隙間
ＳＳＰ 操作パネル
ＵＬＤ アンローダ
ＶＤ 気泡（ボイド）
ＷＣＬ ウエハカセットリフタ
ＷＴＬ ウエハテーブル

Claims (12)

1. （ａ）主面に半導体素子および前記半導体素子と電気的に接続された集積回路が形成された第１の半導体チップを用意する工程、
   （ｂ）熱圧着性の接着フィルムを用意する工程、
   （ｃ）弾性を有するコレットおよび前記コレットを保持するホルダを含むボンディング治具により前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップを保持し、チップ実装領域に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップを圧着する工程、
   を含み、
   前記ホルダは、前記（ｃ）工程時に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップと対向する開口部を有し、前記開口部に前記コレットを嵌合することで前記コレットを保持し、
   前記コレットは、前記ホルダの前記開口部から突出し前記（ｃ）工程時に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップと対向する第１の曲率の吸着面と、前記吸着面の外周に沿って延在する吸着穴とを有し、前記吸着穴から真空吸着することで前記吸着面に沿った形で前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップを保持し、
   前記第１の曲率は、前記接着フィルムを保持する場合と前記第１の半導体チップを保持する場合とで変更することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記コレットの前記吸着面は、前記接着フィルムの保持時には前記接着フィルムに向かって凸状とし、前記第１の半導体チップの保持時には平坦とすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
3. 請求項２記載の半導体装置の製造方法において、
   前記ホルダの前記開口部の深さを浅くするか、前記ホルダの前記開口部の前記深さ方向における前記コレットの厚さを厚くするかの少なくとも一方を実施することで、前記コレットの前記吸着面を平坦にすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
4. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記コレットの前記吸着面は、前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップが前記チップ実装領域に接触した時点から変形を開始し、前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップの圧着完了時には前記チップ実装領域の表面形状に沿った形状に変形していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
5. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記コレットは、前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップの圧着時の熱に耐えることができる耐熱ゴムから形成されていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
6. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記チップ実装領域は、前記第１の半導体チップの圧着前に予めダイボンディングされた第２の半導体チップの主面に設けられていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
7. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｃ）工程にて前記ボンディング治具は、前記接着フィルムまたは前記半導体チップが前記チップ実装領域と接触するまでは第１の速度で前記チップ実装領域に向かって下降し、前記接着フィルムまたは前記半導体チップが前記チップ実装領域と接触してから所定の押し込み量だけ押し込む間は、前記第１の速度より遅い第２の速度で下降し、
   前記第２の速度は、前記接着フィルムまたは前記半導体チップを前記チップ実装領域に圧着した後に、前記接着フィルムまたは前記半導体チップと前記チップ実装領域との間に気泡を残さない速度であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
8. 請求項１記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｃ）工程においては、前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップが前記チップ実装領域と接触開始後に、前記コレットによる前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップの真空吸着を解除し、
   前記（ｃ）工程後に、
   （ｄ）前記ボンディング治具を上昇させ、前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップと前記コレットとを引き離し、前記ボンディング治具を上昇させる工程、
   を含み、
   前記（ｃ）工程において前記接着フィルムを前記チップ実装領域に圧着した場合には、前記（ｄ）工程にて前記ボンディング治具は、前記接着フィルムと前記コレットが離間するまでは第３の速度で上昇し、前記接着フィルムと前記コレットが離間してからは前記第３の速度より早い第４の速度で上昇し、
   前記第３の速度は、前記接着フィルムを前記チップ実装領域から引き剥がさない速度であることを特徴とする半導体装置の製造方法。
9. （ａ）主面に半導体素子および前記半導体素子と電気的に接続された集積回路が形成された第１の半導体チップを用意する工程、
   （ｂ）熱圧着性の接着フィルムを用意する工程、
   （ｃ）弾性を有するコレットおよび前記コレットを保持するホルダを含むボンディング治具により前記接着フィルムを保持し、チップ実装領域に前記接着フィルムを圧着する工程、
   （ｄ）前記（ｃ）工程後、画像取得手段により前記接着フィルムの平面画像を取得し、前記接着フィルムの前記平面画像から前記接着フィルムと前記チップ実装領域との間に所定量の気泡の存在を確認した場合には圧着不良とする工程、
   （ｅ）前記（ｄ）工程において前記平面画像から前記接着フィルムと前記チップ実装領域との間に所定量の気泡の存在を確認しなかった場合には、前記接着フィルム上に前記第１の半導体チップを圧着する工程、
   を含み、
   前記ホルダは、前記（ｃ）工程時に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップと対向する開口部を有し、前記開口部に前記コレットを嵌合することで前記コレットを保持し、
   前記コレットは、前記ホルダの前記開口部から突出し前記（ｃ）工程時に前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップと対向する第１の曲率の吸着面と、前記吸着面の外周に沿って延在する吸着穴とを有し、前記吸着穴から真空吸着することで前記吸着面に沿った形で前記接着フィルムまたは前記第１の半導体チップを保持し、
   前記第１の曲率は、前記接着フィルムを保持する場合と前記第１の半導体チップを保持する場合とで変更し、
   前記（ｄ）工程において圧着不良となった場合には、前記接着フィルムが前記チップ実装領域と接触してからの前記ボンディング治具の下降速度の低下、前記接着フィルムを前記チップ実装領域へ圧着した後に前記コレットと前記接着フィルムとが離間するまでの前記ボンディング治具の上昇速度の低下、および前記接着フィルムが前記チップ実装領域と接触してからの前記ボンディング治具の前記チップ実装領域に向かっての押し込み量の増加のうちの少なくとも１つ以上の条件を前記（ｃ）工程にフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
10. 請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
    前記接着フィルムの前記平面画像にて、前記接着フィルムの相対的に外周に近い第１の領域で所定量の前記気泡の存在を確認した場合には、前記接着フィルムが前記チップ実装領域と接触してからの前記ボンディング治具の前記チップ実装領域に向かっての前記押し込み量を増加させる条件を前記（ｃ）工程にフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
11. 請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
    前記接着フィルムの前記平面画像にて、前記接着フィルムの中心を含む第２の領域で所定量の前記気泡の存在を確認した場合には、前記接着フィルムが前記チップ実装領域と接触してからの前記ボンディング治具の前記下降速度の低下、および前記接着フィルムを前記チップ実装領域へ圧着した後に前記コレットと前記接着フィルムとが離間するまでの前記ボンディング治具の前記上昇速度の低下のうちの少なくとも１つ以上の条件を前記（ｃ）工程にフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。
12. 請求項９記載の半導体装置の製造方法において、
    前記接着フィルムが前記チップ実装領域と接触してからの前記ボンディング治具の前記下降速度を低下させる条件は、前記接着フィルムを前記チップ実装領域へ圧着した後に前記コレットと前記接着フィルムとが離間するまでの前記ボンディング治具の前記上昇速度を低下させる条件に先立って前記（ｃ）工程にフィードバックすることを特徴とする半導体装置の製造方法。

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