JP6789791B2 - 半導体装置の製造装置および製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造装置および製造方法に関する。より詳しくは、半導体チップを熱硬化性接着剤を介して基板もしくは他の半導体チップに熱圧着して電気的に接続すると共に機械的に固定する半導体装置の製造装置および製造方法に関する。

多数の半導体チップを基板に実装するプロセスとして、図１１（ａ）のように、バンプＢを有する接合面側に未硬化の熱硬化性接着剤Ｒを付与した半導体チップＣを半導体チップＣを基板Ｗ上のパッド電極Ｅと位置合わせ（図１１（ｂ））して仮圧着（図１１（ｃ））する仮圧着工程と、加熱圧着を行ってバンプＢを溶融してパッド電極Ｅに接合するとともに熱硬化性接着剤Ｒを硬化して機械的に固定（図１１（ｄ））する本圧着工程とに分ける仮本分割プロセスが知られている。

一般的に、仮圧着工程に要する時間に比べて本圧着工程に要する時間は長いが、仮本分割プロセスでは、仮圧着状態にある半導体チップＣａ（図１１（ｃ））を複数個同時に熱圧着することが可能である。このため、半導体チップ１つずつを所定箇所に配置して熱圧着まで行なう一貫プロセスに比べて、大幅なタクトタイム短縮が可能になる。

この仮本分割プロセスは、従来、図１２および図１３に例示する仮圧着装置２００と本圧着装置３００によって行なわれている。

仮圧着装置２００は、ＸＹθ方向に位置調整可能なボンディングステージ２０１が保持した基板Ｗに仮圧着ヘッド２０４が半導体チップＣを１つずつ仮圧着し、仮圧着完了後は図１４（ａ）のように所定箇所に仮圧着状態の半導体チップＣａが配置される。また、本圧着装置３００は、ＸＹθ方向に位置調整可能なボンディングステージ３０１が保持した基板Ｗに、仮固定された半導体チップＣａを複数単位で本圧着ヘッド３０４により熱圧着する。図１４（ｂ）の例では、本圧着ヘッドが熱圧着を行なう加圧面Ａｂは、仮圧着状態の半導体チップＣａの４個（縦横２個ずつ）に相当し、４個同時に熱圧着されて熱圧着済みの半導体チップＣｂとなる。

特開２０１４−２３６０２１号公報

従来の仮本分割プロセスでは、図１４（ａ）のように基板Ｗに仮圧着すべき半導体チップを全て配置した後に、図１４（ｂ）のように本圧着を行なっているが、本圧着を行なっている半導体チップに隣接する仮圧着状態の半導体チップＣａも加熱してしまうことがある。特に、基板Ｗがシリコンウェハのように熱伝導率の高い材質で構成されていると基板Ｗ経由での伝熱も無視できなくなる。

このように、本来熱圧着すべき半導体チップに隣接する仮圧着状態の半導体チップＣａ
が加熱された場合、該半導体チップＣａに付与された熱硬化性接着剤Ｒの硬化が進み、図１１（Ｃ）のようなバンプＢとパッド電極Ｅが未接合の状態で固定されてしまう懸念がある。

このため、本圧着工程で、本来熱圧着すべき半導体チップ以外の、仮圧着状態の半導体チップＣａの昇温を防ぐ手法が種々検討されている。中でも、特許文献１に記されている手法は、仮圧着部と本圧着部を往復可能なステージを用い、本圧着時に加圧面に隣接する箇所に仮圧着状態の半導体チップＣａが存在しないように、仮圧着と本圧着を繰り返し行なうものである。この手法は、加圧面に隣接する仮圧着状態の半導体チップＣａが存在しないことから、熱硬化性接着剤Ｒの不必要な硬化を防ぐ有効な手段である。

この手法を行なう装置構成の一例を図１５に示すが、仮圧着部４０２と本圧着部４０３とステージ４０４によって構成されており、ステージ４０４は基板Ｗを保持した状態で仮圧着部４０２と本圧着部４０３の間を移動可能に設けられている（図１６（ａ）および図１６（ｂ））。

ところで、仮圧着工程では熱硬化性接着剤Ｒを軟化する程度に加熱して１つずつ加圧するのに対し、本圧着工程では熱硬化性樹脂の加熱硬化に抗して複数同時に加圧する必要があることから、基板Ｗおよび基板を保持するステージに加わる荷重は、仮圧着工程と本圧着工程では大きく異なり、本圧着工程に用いるステージには高荷重に耐える剛性が必要である。

ところが、図１６（ａ）および図１６（ｂ）に示すように、ステージ４０４を移動可能にした場合、充分な剛性を備えることが難しく、本圧着工程においてステージ表面に歪みが生じ、熱圧着後の半導体チップＣｂに位置ズレが誘起されることがある。特に、基板Ｗの大型化に伴い、位置ズレ量が無視出来なくなっている。

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、半導体チップを熱硬化性接着剤を介して基板に仮圧着する仮圧着工程と、基板上に仮圧着された半導体チップを加熱圧着する本圧着工程からなる仮本分割プロセスで半導体装置を製造するのに際して、本圧着工程において位置ズレを防ぎ、熱圧着対象以外の半導体チップに熱的な悪影響を及ぼすことがない、半導体装置の製造装置および製造方法を提供するものである。

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
半導体チップに形成されたバンプと基板上に形成されたパッド電極とを電気的に接続するとともに、前記半導体チップを前記基板上に固定する、半導体装置の製造装置であって、
前記半導体チップを保持する仮圧着用ヘッドと、前記基板を保持する仮圧着用ステージとを有し、前記半導体チップを前記基板上の所定位置に仮圧着する仮圧着部と、
前記基板上に仮圧着された半導体チップを複数個同時に熱圧着する本圧着用ヘッドと、前記本圧着用ヘッドが熱圧着する範囲を前記基板の裏面から支持するよう前記本圧着用ヘッドに対向するよう固定配置されたバックアップステージとを有し、前記半導体チップに形成されたバンプを溶融して基板上に形成されたパッド電極に電気的に接続するとともに、前記半導体チップを前記基板上に固定する本圧着部と、
前記基板を部分的に保持する保持部を有し、前記基板を、前記仮圧着部から前記本圧着部に移動する機能と、前記本圧着部から前記仮圧着部に移動する機能を有する搬送手段とを備え、
前記仮圧着部では、前記本圧着部で熱圧着を行う加圧面単位で、仮圧着を行なう箇所と、仮圧着を行なわない箇所とを設ける、半導体装置の製造装置である。

請求項２に記載の発明は、
半導体チップに形成されたバンプと基板上に形成されたパッド電極とを電気的に接続するとともに、前記半導体チップを前記基板上に固定する、半導体装置の製造装置であって、
前記半導体チップを保持する仮圧着用ヘッドと、前記基板を保持して面内方向に移動可能な仮圧着用ステージとを有し、前記半導体チップを前記基板上の所定位置に仮圧着する仮圧着部と、
前記基板上に仮圧着された半導体チップを複数個同時に熱圧着する本圧着用ヘッドと、前記本圧着用ヘッドが熱圧着する範囲を前記基板の裏面から支持するよう前記本圧着用ヘッドに対向するよう固定配置されたバックアップステージとを有し、前記半導体チップに形成されたバンプを溶融して基板上に形成されたパッド電極に電気的に接続するとともに、前記半導体チップを前記基板上に固定する本圧着部と、
前記基板を部分的に保持する保持部を有し、前記仮圧着用ステージとバックアップステージの何れもが保持していない状態の前記基板を、前記仮圧着部から前記本圧着部に移動する機能と、前記本圧着部から前記仮圧着部に移動する機能を有する搬送手段とを備えた半導体装置の製造装置である。

請求項３に記載の発明は、請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造装置であって、
前記半導体チップの接続に熱硬化性接着剤が付与されたものであったとき、
前記仮圧着用ヘッドは前記熱硬化性接着剤を硬化開始温度より低い温度に加熱する機能を有し、前記本圧着用ヘッドは前記熱硬化性接着剤を硬化させる温度まで加熱する機能を有する、半導体装置の製造装置である。

請求項４に記載の発明は、請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体装置の製造装置であって、
前記バックアップステージが前記基板を支持する面が、前記基板よりも小さく、前記本圧着用ヘッドに対応した形状を有する半導体装置の製造装置である。

請求項５に記載の発明は、請求項１から請求項４の何れかに記載の半導体装置の製造装置であって、
前記仮圧着部から前記本圧着部まで前記基板を移動する前記搬送手段の前記保持部が、前記本圧着部においても前記基板を保持する半導体装置の製造装置である。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５の何れかに記載の半導体装置の製造装置であって、
前記搬送手段を複数有する半導体装置の製造装置である。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６の何れかに記載の半導体装置の製造装置であって、
前記仮圧着用ステージの前記基板を保持する面が前記基板より小さい半導体装置の製造装置である。

請求項８に記載の発明は、
半導体チップを基板上の所定位置に仮圧着する仮圧着工程と、前記基板に仮圧着された前記半導体チップを複数同時に熱圧着する本圧着工程とを備え、
前記仮圧着工程では、前記熱圧着を行う加圧面単位で、仮圧着を行なう箇所と、仮圧着を行なわない箇所とを設定し、前記本圧着工程では、前記熱圧着を行う加圧面を支持する形状のバックアップステージを用いる半導体装置の製造方法である。

請求項９に記載の発明は、請求項８に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップの接続に熱硬化性接着剤が付与されたものであったとき、
前記仮圧着工程では前記熱硬化性接着剤を硬化開始温度より低い温度に加熱し、前記本圧着工程では前記熱硬化性樹脂を硬化させる温度まで加熱する、半導体装置の製造方法である。

請求項１０に記載の発明は、請求項８または請求項９に記載の半導体装置の製造方法であって、
前記本圧着工程で前記基板に仮圧着された前記半導体チップを熱圧着した後に、前記基板に前記半導体チップを仮圧着すべき箇所が残されている場合、前記本圧着工程後の前記基板を前記仮圧着工程に戻す半導体装置の製造方法である。

本発明により、半導体チップを熱硬化性接着剤を介して基板に仮圧着する仮圧着工程と、基板上に仮圧着された半導体チップを加熱圧着する本圧着工程からなる仮本分割プロセスで半導体装置を製造するのに際して、本圧着工程において位置ズレを防ぎ、熱圧着対象以外の半導体チップに熱的な悪影響を及ぼすことがない。

本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置の構成を示す概略図である。 本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置の構成要素について説明する概略図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置において搬送機構が仮圧着部で基板を保持する状態を示す図である（ｂ）同搬送機構が本圧着部で基板を保持する状態を示す図である。 （ａ）本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造装置において搬送機構が仮圧着部で基板を保持する状態の別の例を示す図である（ｂ）同搬送機構が本圧着部で基板を保持する状態の別の例を示す図である。 （ａ）本発明の一実施形態で用いる基板を示す図である（ｂ）同基板に１回目の仮圧着を行なった状態を例示する図である（ｃ）同仮圧着後の半導体チップを本圧着した後の状態を例示する図である。 （ｄ）本発明の一実施形態で用いる基板に２回目の仮圧着を行なった状態を例示する図である（ｅ）同仮圧着後の半導体チップを本圧着した後の状態を例示する図である（ｆ）本発明の一実施形態で用いる基板に３回目の仮圧着を行なった状態を例示する図である。 （ｇ）本発明の一実施形態で用いる基板に３回目の仮圧着を行なった半導体チップを本圧着した後の状態を例示する図である（ｈ）本発明の一実施形態で用いる基板に４回目の仮圧着を行なった状態を例示する図である（ｉ）仮圧着後の半導体チップを本圧着した後の状態を例示する図である。 （ａ）本発明の一実施形態の本圧着工程で基板を把持する状態を示した図である（ｂ）同本圧着工程で基板の把持位置変更をした状態を示す図である（ｃ）同把持位置変更の別の状態を示す図である。 （ａ）本発明の別の実施形態の２セットの搬送手段を説明する図である（ｂ）同搬送手段の高さ関係を説明する図である。 （ａ）本発明の別の実施形態に係る半導体装置の製造装置の構成要素について説明する概略図である（ｂ）同実施形態の変形例に係る半導体装置の製造装置の構成要素について説明する概略図である。 （ａ）バンプ面に熱硬化性接着剤を付与した半導体チップとパッド電極を有する半導体ウェハ基板の断面図である（ｂ）同半導体チップと同半導体ウェハ基板の位置合わせを行った状態を示す断面図である（ｃ）同半導体チップを同半導体ウェハ基板上に仮圧着した状態を示す断面図である（ｄ）同半導体チップを同半導体ウェハ基板上に熱圧着した状態を示す断面図である。 仮本分割プロセスに用いる仮圧着装置の一例を示す図である。 仮本分割プロセスに用いる本圧着装置の一例を示す図である。 （ａ）仮本分割プロセスにおいて基板全域に仮圧着のみを行なった基板を説明する図である（ｂ）同基板に仮圧着されている半導体チップを複数同時に熱圧着する状態を説明する図である。 仮本分割プロセスの隣接チップ加熱対策として公知な半導体装置の製造装置の構成を示す該略図である。 （ａ）仮本分割プロセスの隣接チップ加熱対策として公知な半導体装置の製造装置で基板を保持するステージの仮圧着状態での位置を示す図である（ｂ）同ステージの本圧着状態での位置を示す図である。

本発明の実施形態の一例について、図面を用いて説明する。
図１は本発明に係る半導体装置の製造装置を示す図である。半導体装置の製造装置１は、図１１（ａ）〜図１１（ｃ）に示すように基板Ｗに半導体チップＣを仮圧着する仮圧着部２と、仮圧着された半導体チップＣａを図１１（ｄ）の状態となるよう加熱圧着する本圧着部３と、基板Ｗを仮圧着部２と本圧着部３の間で双方に移動可能な搬送手段４を基本構成としている。図１
なお、図１では、一部の構成要素が別の構成要素を隠しているので、以下、必要に応じて図２（図３、図４も同様）に示す一部構成要素を省いた図を用いて説明を行なう。

半導体装置の製造装置１において、架台５は仮圧着部２と本圧着部３で共通な主な構造体であるが、便宜的に仮圧着部２を構成する架台５を仮圧着用架台５２、本圧着部３を構成する架台５を本圧着用架台５３とする（図２）。

図１において、仮圧着部２から本圧着部３に至る方向をＸ方向、基板Ｗの表面に平行でＸ方向と直交する方向をＹ方向、基板Ｗの表面に対して垂直な方向をＺ方向とし、Ｚ方向を軸とする回転方向をθ方向としている。

仮圧着部２は、仮圧着用架台５２、仮圧着用ステージ２１、仮圧着用支持フレーム２２、仮圧着用ユニット２３、仮圧着用ヘッド２４を備えており、仮圧着用架台５２は、仮圧着用ステージ２１と仮圧着用支持フレーム２２を支持している。

仮圧着用ステージ２１は、基板Ｗを保持しつつＸＹ面内で移動させるものである。図２の例では、仮圧着用架台５２上に、Ｙ方向に移動可能なＹ方向可動部２１ａを設け、Ｙ方向可動部２１ａ上にＸ方向可動部２１ｂを設け、Ｘ方向可動部２１ｂ上にθ方向可動部２１ｃを設けた構成となっている。また、θ方向可動部２１ｃは吸着等により基板Ｗを保持する機能を有している。ここで、本実施形態において、θ方向調整は基板Ｗを保持する仮圧着用ステージ２１に設けているが、仮圧着用ヘッド２４がθ方向に回転する機能を有していてもよい。

仮圧着用支持フレーム２２は仮圧着用ユニット２３を支持するものであり、仮圧着用ユニット２３は仮圧着用ヘッド２４をＺ方向に移動させるものである。仮圧着用ヘッド２４は、半導体チップＣを１つずつ吸着保持して、仮圧着用ユニット２３の駆動力を半導体チップＣに伝達するものである。なお、仮圧着用ヘッド２４にはヒータが内蔵され、半導体チップＣに付与されている熱硬化性接着剤Ｒを軟化させる温度範囲で加熱することが出来る。

また、図示していないが仮圧着部２は画像認識装置を備えていることが望ましく、半導体チップＣを基板Ｃの所定箇所に位置合わせする際は、画像認識により半導体チップＣと基板Ｗの相対位置を求め、それに応じて仮圧着用ステージ２１を移動させれば良い。

本圧着部３は本圧着用架台５３、バックアップステージ３１、本圧着用支持フレーム３２、本圧着用ユニット３３、本圧着用ヘッド３４を備えており、本圧着用架台５３は、バックアップステージ３１と本圧着用支持フレーム３２を支持している。

バックアップステージ３１は、本圧着用ヘッド３４が加熱圧着する範囲を基板Ｗの下面（半導体チップＣａが仮圧着された面の反対側）から支持するものであり、本圧着用ヘッド３４の加圧面Ａｂと対向し、加圧面Ａｂ内の半導体チップＣａのみを支持するよう本圧着用架台５３に固定されている。バックアップステージ３１の表面には、基板Ｗを吸着保持する機能を備えていることが望ましい。また、基板Ｗを加熱するためのヒータを内蔵してもよい。なお、バックアップステージ３１は本圧着用架台５３に固定配置するため、剛性を有する材質で形成することが望ましい。

本圧着用支持フレーム３２は本圧着用ユニット３３を支持するものであり、本圧着用ユニット３３は本圧着用ヘッド３４をＺ方向に移動させるものである。本圧着用ヘッド３４はヒータを内蔵しており、本圧着ヘッド３４の加圧面Ａｂが基板Ｗ上に仮固定された半導体チップＣａに接触した後に、半導体チップＣａを加熱しつつ、本圧着用ユニット３３の駆動力を伝達して加圧するものである。本圧着用ヘッド３４の加圧面Ａｂは、仮固定された半導体チップＣａを複数個同時に加圧する形状を有している。本実施形態において、加圧面Ａｂは図１４（ｂ）と同様に、仮圧着された半導体チップＣａの４個分（縦横２個ずつ）としているが、これに限定するものではなく、これより少なくても多くてもよく、同じ４個でも縦横いずれかに４個であってもよい。また、本圧着用ヘッド３４が内蔵するヒータは、半導体チップＣのバンプＢを溶融するとともに熱硬化性接着剤Ｒを硬化させる温度に昇温する能力を有している。

搬送手段４は、仮圧着用架台５２と本圧着用架台５３の双方に跨るレール４０上をＹ方向にスライド可能に設けられ、Ｘ方向にも移動可能なスライドステージ４１と、スライドステージ４１上に設けられ高さ調整可能な上下駆動部４２と、基板Ｗを部分的に保持する保持部４３を構成要素としている。

搬送手段４は、仮圧着用ステージ２１とバックアップステージ３１が何れも基板Ｗを保持していない状態では、保持部４３が基板Ｗを部分的に保持した状態で、基板Ｗを仮圧着部２と本圧着部３の間で移動させる機能を有している。

このため、仮圧着ステージ２１が基板Ｗの保持を解除した状態であれば、仮圧着ステージ２１近くに配置された搬送手段４は、保持部４３が基板Ｗを保持した状態で上下駆動部４２を上昇させて、スライドレール４０に沿って基板Ｗを本圧着部３に移動させることが出来る（図３（ａ）から図３（ｂ））。また、基板Ｗが本圧着部３にある場合は、バックアップステージ３１が基板Ｗの保持を解除した後に、上下駆動部４２を上昇させて、スライドレール４０に沿って基板Ｗを仮圧着部２に移動させることも出来る（図３（ｂ）から図３（ａ））。ここで、保持部４３が仮圧着用ステージ２１から基板Ｗを移載するのに際して（および仮圧着用ステージ２１に基板Ｗを移載するのに際して）、仮圧着用ステージ２１の基板保持面（θ方向可動部２１ｃ）は基板Ｗより小さい（少なくともＸ方向長さが短い）ことが望ましい。

なお、本実施形態において基板Ｗを角板形状で示しているが、これに限定されるものではなく、半導体ウェハのようにディスク形状のものであってもよい。

ところで、半導体チップＣを仮圧着（および本圧着）する箇所は基板Ｗの中心部に限られるものではなく周辺部に至る。このため、仮圧着用ステージ２１を広い範囲で可動させる必要があるが、この仮圧着用ステージ２１の移動に対して、搬送手段４のスライドステージ４１の移動を同期させることが望ましい。仮圧着用ステージ２１の移動に対して、搬送手段４のスライドステージ４１の移動を同期させることにより、仮圧着用ステージ２１と搬送手段４の干渉を防げるとともに、保持部４３を基板Ｗをバランスよく保持できる箇所に維持することもできる。図４（ａ）は、図３（ａ）に比べて仮圧着部２における基板Ｗの位置が右側に移動した場合に、スライドステージ４１も同期して移動した状態を示すものであり。この状態から、基板Ｗを本圧着部３に移動させた状態を示したのが図４（ｂ）である。

図３（ａ）から図３（ｂ）、および図４（ａ）から図４（ｂ）に示すように、仮圧着後の基板Ｗを本圧着部３に、Ｙ方向に沿って直線的に移動させることにより、直前に仮圧着を行なった半導体チップＣａをバックアップステージ３１上（本圧着用ヘッド３４の直下）に配置することも可能である。

以下、半導体装置の製造装置１の動作例について、基板Ｗ上への半導体チップＣの配置状況を示す図５〜図７を用いて説明する。

図５（ａ）は基板Ｗを示すものである。図５（ａ）の基板Ｗには升目を示しているが、この升目は半導体チップＣを配置可能な箇所を便宜的に示したものであり、図５（ｂ）以降、図７（ｆ）に至るまで同様である。図５（ａ）の基板Ｗは、まず、仮圧着部２の仮圧着用ステージ２１に配置され、仮圧着用ヘッド２４により、半導体チップＣを1つずつ仮圧着する。

図５（ｂ）は基板Ｗに対する１回目の仮圧着工程が行なわれた後の状態であり、部分的に仮圧着された半導体チップＣａが配置されている。前述のとおり、本圧着用ヘッド３４の加圧面Ａｂは、仮圧着状態の半導体チップＣａを縦横２個ずつ同時に加圧するものであることから、縦横２個ずつの加圧面Ａｂ単位で、半導体チップＣを仮圧着する箇所と、仮圧着しいない箇所に分けている。また、図５（ｂ）では、半導体チップＣを仮圧着した箇所間の間隔を、加圧面Ａｂの１つ分となっているが、基板Ｗの伝熱性が高かったり熱硬化性接着剤Ｒの硬化開始温度が低い場合においては、間隔をさらに広げて、本圧着ヘッド３４の加圧面Ａｂの整数倍（本実施形態においては、縦横４個分、６個分、・・）としてもよい。

図５（ｂ）のように基板Ｗに対する１回目の仮圧着が行なわれた後は、仮圧着用ステージ２１は基板Ｗの保持を解除するとともに、図３（ａ）の状態のように、搬送手段４の保持部４３が基板Ｗを保持し、上下駆動部４２が基板Ｗを仮圧着ステージ２１の基板保持面から浮かせた状態にする。その後、本圧着を行なう（本圧着工程）ために、スライドステージ４１がスライドレール４０上を本圧着部３側に移動する。

その後、スライドステージ４１の位置調整を行い、仮圧着状態の半導体チップＣａが（本圧着用ヘッド３４の加圧される配置単位で）バックアップステージ３１上に配置されるようにする。その後、上下駆動部４２により基板Ｗの下面がバックアップステージ３１上面と密着するまで下げるとともにバックアップステージ３１により基板Ｗを吸着保持し、本圧着用ヘッド３４を下降させて、加圧面Ａｂ内の半導体チップＣａを熱圧着して、熱圧着された半導体チップＣｂとする。なお、この状態においても保持部４３は基板Ｗの保持を維持している。これは、バックアップステージ３１が基板Ｗを吸着保持しても、バックアップステージ３１の保持面積が基板Ｗの一部に限られるため、基板Ｗの安定性を確保する必要があるためである。

それから、本圧着用ヘッド３４を上昇させるとともに、バックアップステージ３１による吸着を解除してから、スライドステージ４１により基板Ｗを移動して、次に熱圧着すべき仮圧着状態の半導体チップＣａをバックアップステージ３１上に配置し、本圧着ヘッド３４により熱圧着する。以後も同様に、スライドステージ４１により基板Ｗの位置を移動させながら、図５（ｂ）のように基板上に仮圧着されている半導体チップＣａを全てを、熱圧着された半導体チップＣｂとする。図５（ｂ）に示す仮圧着状態の半導体チップＣａの全てを本圧着したら、図５（ｃ）のようになる。なお、図５（ｂ）で仮圧着した半導体チップＣａを図５（ｃ）では全て本圧着しているが、仮圧着した半導体チップＣａに何らかの不備があった場合においては、該当する箇所の本圧着を回避することも可能である。

ところで、本圧着用ヘッド３４とバックアップステージ３１の組み合わせは全ての本圧着において共通であることから、基板Ｗ上の位置による熱圧着品質のバラツキを抑えることができる。さらにバックアップステージ３１は架台５に固定され充分な剛性を備えているので、本圧着工程時にステージ面が歪んで位置ズレが生じることも防げる。

図５（ｃ）のように、１回目の本圧着を行なった後は、バックアップステージ３１による基板Ｗの保持を解除するとともに、搬送手段４の保持部４３が基板Ｗを保持し、上下駆動部４２が基板Ｗをバックアップステージ３１の基板保持面から浮かせた状態にする。その後、スライドステージ４１がスライドレール上を、仮圧着部２側に移動する。その後、基板Ｗを仮圧着用ステージ２１上に配置してから、上下駆動部４２を下降させるとともに保持部４３による基板Ｗの保持を解除し、仮圧着用ステージ２１が基板Ｗを保持する。

それから、仮圧着ステージ２１を移動させながら、半導体チップＣが配置されていない所定箇所に、仮圧着用ヘッド２４が半導体チップＣを１つずつ仮圧着する（２回目の仮圧着）。ここで、１回目の仮圧着と同様に、縦横２個ずつの単位で、半導体チップＣを仮圧着するする箇所と、仮圧着しいない箇所に分けている。図６（ｄ）は、基板Ｗに２回目の仮圧着を行なった後の状態を例示したものである。

図６（ｄ）の状態の基板Ｗは、図５（ｂ）から図５（ｃ）と同様にバックアップステージ３１上に配置され、本圧着が行なわれる。ここで、２回目の仮圧着を行なった半導体チップＣａに隣接して熱圧着された半導体チップＣｂが存在するが、熱圧着された半導体チップＣｂの熱硬化性接着剤Ｒは既に硬化しているので、本圧着ヘッド３４による加熱で熱的な悪影響を受けることはない。２回目の本圧着後の基板Ｗを例示したものが図６（ｅ）である。

以後、前述のような動作により、３回目の仮圧着（図６（ｆ））、３回目の本圧着（図７（ｇ））、４回目の仮圧着（図７（ｈ））、４回目の本圧着（図７（ｉ））により基板Ｗ全面への半導体チップＣの加熱圧着は完了する。

以上のプロセスにより、本圧着工程において、仮圧着状態の半導体チップＣａが隣接して存在することがない。すなわち、未硬化の熱硬化性接着剤Ｒが本圧着工程前に硬化することが防げ、高品質な本圧着工程を効率よく行なうことが出来る。

本実施形態においては、仮圧着工程と本圧着工程を４回繰り返して基板Ｗ全面への熱圧着が完了したが、これに限定されるものではない。基板Ｗ上への半導体チップＣの配列形態、本圧着ヘッド３４の加圧面Ａｂの形状（同時に加圧する半導体チップの数、配列）、基板Ｗの熱伝導度、等に応じて最適な回数を選択すればよい。

なお、本圧着工程において、基板Ｗの外側に配置された仮圧着状態の半導体チップＣａを本圧着する際に、バックアップステージ３１に保持部４３が干渉する場合もある。このような場合においては、保持部４３による基板Ｗの把持位置を変更するように搬送手段を制御すればよい。

例えば、図８は保持部４３がフォーク形状になっているものの、バックアップステージ３１と保持部４３の干渉なしに、仮圧着状態の半導体チップＣａ全てを本圧着出来るように保持することは困難（図８（ａ））であるが、図８（ｂ）や図８（ｃ）のように保持部４３の位置を変えることで、バックアップステージ３１との干渉を避けることが出来る。なお、保持部４３の位置を変更する際は、２つの保持部４３の何れか一方とバックアップステージ３１により基板Ｗを吸着保持した状態で、他方の保持部４３による基板Ｗの吸着を解除した後に移動させればよい。

また、本発明の別の実施形態として、図９（ａ）のように搬送手段４ａと搬送手段４ｂという２セットの搬送手段４を備えた装置も可能である。搬送手段４が２セットある場合、仮圧着部２と本圧着部３それぞれに基板Ｗを配置して同時処理することが可能であるとともに、一方の基板Ｗを仮圧着部２から本圧着部３に移動させると同時に他方の基板Ｗを本圧着部３から仮圧着部２に移動させることも可能なので、仮圧着部２および本圧着部３の待機時間が短縮できて生産性の向上が図れる。なお、仮圧着部２と本圧着部３の間での基板Ｗの入れ替えを相互に同時に行なうためには、それぞれの基板Ｗの干渉を回避することが必要である。そのための構成を図９（ｂ）に示す。図９（ｂ）は図９（ａ）をＹ方向から見た図であるが、各セットで保持部４３の高さを変えて、干渉を回避する構成を示している。

ところで、基板Ｗが小さい場合などでは、図１０（ａ）のように、１つの保持部４３が基板Ｗの複数辺部を保持する構成であってもよい。このような保持部４３を有する搬送手段４であれば、図４（ｂ）のように搬送手段４ａ、のように２つの搬送手段４を備えることも容易である。

これまでの説明において、半導体チップＣと基板Ｗの接続に熱硬化性接着剤Ｒが付与されていることを前提に説明したが、本発明は硬化性接着剤Ｒが付与されず基板Ｗ上に半導体チップＣが仮圧着されている場合においても有効である。すなわち、本圧着工程において、本圧着を行なう領域に隣接して態の半導体チップＣａが存在した場合、本圧着ヘッドの熱は隣接する半導体チップＣａのバンプを軟化・変形させる懸念があるが、本発明では、このような懸念も払拭することが出来る。

また、本発明は貫通電極を有する半導体チップを積層する所謂三次元実装にも適用することが可能である。すなわち、半導体チップＣとして貫通電極等により上部（非バンプ面）に電極を有するものを用いる場合、図７（ｉ）のように１層目の半導体チップＣを熱圧着した状態を、図５（ａ）と同様に扱って、仮圧着と本圧着を繰り返し実施すれば、三次元実装においても隣接チップへの熱影響を防ぐことができる。

１ 半導体装置の製造装置
２ 仮圧着部
３ 本圧着部
４ 搬送手段
５ 架台
２１ 仮圧着用ステージ
２２ 仮圧着用支持フレーム
２３ 仮圧着用ユニット
２４ 仮圧着用ヘッド
３１ バックアップステージ
３２ 本圧着用支持フレーム
３３ 本圧着用ユニット
３４ 本圧着用ヘッド
４０ スライドレール
４１ スライドステージ
４２ 上下駆動部
４３ 保持部
Ｃ 半導体チップ
Ｃａ 仮圧着状態の半導体チップ
Ｃｂ 熱圧着された半導体チップ
Ｒ 熱硬化性接着剤
Ｗ 基板

Claims (13)

1. 半導体チップに形成されたバンプと基板上に形成されたパッド電極とを電気的に接続するとともに、前記半導体チップを前記基板上に固定する、半導体装置の製造装置であって、
   前記半導体チップを保持する仮圧着用ヘッドと、前記基板を保持する仮圧着用ステージとを有し、前記半導体チップを前記基板上の所定位置に仮圧着する仮圧着部と、
   前記基板上に仮圧着された半導体チップを複数個同時に熱圧着する本圧着用ヘッドと、前記本圧着用ヘッドが熱圧着する範囲を前記基板の裏面から支持するよう前記本圧着用ヘッドに対向するよう固定配置されたバックアップステージとを有し、前記半導体チップに形成されたバンプを溶融して基板上に形成されたパッド電極に電気的に接続するとともに、前記半導体チップを前記基板上に固定する本圧着部と、
   前記基板を部分的に保持する保持部を有し、前記基板を、前記仮圧着部から前記本圧着部に移動する機能と、前記本圧着部から前記仮圧着部に移動する機能を有する搬送手段とを備え、
   前記仮圧着部では、前記本圧着部で熱圧着を行う加圧面単位で、仮圧着を行なう箇所と、仮圧着を行なわない箇所とを設ける、半導体装置の製造装置。
2. 半導体チップに形成されたバンプと基板上に形成されたパッド電極とを電気的に接続するとともに、前記半導体チップを前記基板上に固定する、半導体装置の製造装置であって、
   前記半導体チップを保持する仮圧着用ヘッドと、前記基板を保持して面内方向に移動可能な仮圧着用ステージとを有し、前記半導体チップを前記基板上の所定位置に仮圧着する仮圧着部と、
   前記基板上に仮圧着された半導体チップを複数個同時に熱圧着する本圧着用ヘッドと、前記本圧着用ヘッドが熱圧着する範囲を前記基板の裏面から支持するよう前記本圧着用ヘッドに対向するよう固定配置されたバックアップステージとを有し、前記半導体チップに形成されたバンプを溶融して基板上に形成されたパッド電極に電気的に接続するとともに、前記半導体チップを前記基板上に固定する本圧着部と、
   前記基板を部分的に保持する保持部を有し、前記仮圧着用ステージとバックアップステージの何れもが保持していない状態の前記基板を、前記仮圧着部から前記本圧着部に移動する機能と、前記本圧着部から前記仮圧着部に移動する機能を有する搬送手段とを備えた半導体装置の製造装置。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体装置の製造装置であって、
   前記半導体チップの接続に熱硬化性接着剤が付与されたものであったとき、
   前記仮圧着用ヘッドは前記熱硬化性接着剤を硬化開始温度より低い温度に加熱する機能を有し、
   前記本圧着用ヘッドは前記熱硬化性接着剤を硬化させる温度まで加熱する機能を有する、半導体装置の製造装置。
4. 請求項１から請求項３の何れかに記載の半導体装置の製造装置であって、
   前記バックアップステージが前記基板を支持する面が、前記基板よりも小さく、前記本圧着用ヘッドに対応した形状を有する半導体装置の製造装置。
5. 請求項１から請求項４の何れかに記載の半導体装置の製造装置であって、
   前記仮圧着部から前記本圧着部まで前記基板を移動する前記搬送手段の前記保持部が、前記本圧着部においても前記基板を保持する半導体装置の製造装置。
6. 請求項１から請求項５の何れかに記載の半導体装置の製造装置であって、
   前記搬送手段を複数有する半導体装置の製造装置。
7. 請求項１から請求項６の何れかに記載の半導体装置の製造装置であって、
   前記仮圧着用ステージの前記基板を保持する面が前記基板より小さい半導体装置の製造装置。
8. 半導体チップを基板上の所定位置に仮圧着する仮圧着工程と、
   前記基板に仮圧着された前記半導体チップを熱圧着する本圧着工程とを備え、
   前記仮圧着工程では、前記熱圧着を行う加圧面単位で、仮圧着を行なう箇所と、仮圧着を行なわない箇所とを設定し、
   前記本圧着工程では、前記熱圧着を行う加圧面を支持する形状のバックアップステージを用いる半導体装置の製造方法。
9. 請求項８に記載の半導体装置の製造方法であって、
   前記本圧着工程において、前記加圧面が複数の半導体チップを同時に加圧する形状である半導体装置の製造方法。
10. 請求項８または請求項９に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記仮圧着工程において、前記加圧面１つ分の仮圧着を行なう箇所同士が、
    前記加圧面の整数倍だけ間隔を空けるよう配置される半導体装置の製造方法。
11. 請求項８から請求項１０のいずれかにに記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記半導体チップの接続に熱硬化性接着剤が付与されたものであったとき、
    前記仮圧着工程では前記熱硬化性接着剤を硬化開始温度より低い温度に加熱し、
    前記本圧着工程では前記熱硬化性接着剤を硬化させる温度まで加熱する、半導体装置の製造方法。
12. 請求項８から請求項１１のいずれかに記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記本圧着工程で前記基板に仮圧着された前記半導体チップを熱圧着した後に、
    前記基板に前記半導体チップを仮圧着すべき箇所が残されている場合、
    前記本圧着工程後の前記基板を前記仮圧着工程に戻す半導体装置の製造方法。
13. 請求項１２に記載の半導体装置の製造方法であって、
    前記本圧着工程を行っていると同時に、別の基板に仮圧着工程を行なう半導体装置の製造方法。

Images