(57)【要約】【課題】半導体製造装置の製造技術において、ＰＥＴおよびＰＥＮ等の耐熱性に劣るものの、実用性に富むプラスチック基材を用いることを可能にする。【解決手段】本発明に係る製造装置５０は、半導体チップ１０をパッケージキャリア基材１にフリップチップ実装することによって、半導体装置１０を製造する。パッケージキャリア基材１は、半導体チップ端子８とパッケージキャリア端子２とを共晶接合するために必要な温度よりも低いガラス転移点温度を有するプラスチック基材によって出来ている。製造装置５０において、パッケージキャリア基材１を挟む上側クランパー６’および下側クランパー７’のうち少なくともいずれかには、冷却機構１５が備えられている。この冷却機構１５によって、パッケージキャリア基材１を前記共晶接合に必要な温度以下に冷却する。【選択図】図１
2010267802.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造装置において、
前記パッケージキャリア基材を挟む上側クランパーおよび下側クランパーのうち少なくともいずれかに、冷却機構が備えられていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
前記冷却機構は、前記上側クランパーの内部および前記下側クランパーの内部のうち少なくともいずれかに備えられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記上側クランパーは、パッケージキャリア端子と半導体チップ端子とを接合するために設けられた開口部の端から前記パッケージキャリア基材のデバイスホールの端までの距離を、０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍとした構造を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記下側クランパーは、パッケージキャリア端子と半導体チップ端子とを接合するために設けられた開口部の端から前記パッケージキャリア基材のデバイスホールの端までの距離を、０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍとした構造を有することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記冷却機構は、冷却剤およびこれを保持する容器によって構成されていることを特徴とする請求項３または４に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
前記冷却剤は、前記容器の内部を循環することを特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記冷却剤は、蒸留水、純水、およびエチレングリコールのうち少なくともいずれかであることを特徴とする請求項５または６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記冷却機構は、前記上側クランパーの外部および前記下側クランパーの外部のうち少なくともいずれかに接触する形で備えられていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記冷却機構は、金属または金属合金の板であることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１０】
前記冷却機構は、前記上側クランパーおよび前記下側クランパーの両方にそれぞれ備えられていることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１１】
前記上側クランパーおよび前記下側クランパーのうち少なくともいずれかは、鋼、ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、丹銅、黄銅、および青銅鋳物のうちいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１２】
前記パッケージキャリア基材は、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリイミド樹脂のうち少なくともいずれかによって構成されていることを特徴とする請求項１〜１１のいずれか１項に記載の半導体装置。
【請求項１３】
前記パッケージキャリア基材は、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートによって構成されていることを特徴とする請求項１２に記載の半導体装置。
【請求項１４】
半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造方法において、
前記パッケージキャリア基材を挟む上側クランパーおよび下側クランパーのうち少なくともいずれかに、冷却機構が備えられていることを特徴とする半導体装置を製造する製造方法。
【請求項１５】
半導体チップの端子部とパッケージキャリア基材の端子部とが共晶接合された構造の半導体装置において、
前記パッケージキャリア基材が、前記共晶接合に必要な温度よりも低いガラス転移点温度を有するプラスチック材料によって構成されていることを特徴とする半導体装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造装置および製造方法、ならびに半導体装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置の製造時には、一般に、半導体チップとパッケージキャリアとを電気的に接続させる。そのための接続方法の一例として、フリップチップ実装が良く用いられる。本実装では、半導体チップの電気信号入出力端子部をパッケージキャリアのリードフレーム端子部に直接接続する。パッケージキャリアとしては、フレキシブル基板（ＦＰＣ）等の有機基板、セラミックス、ガラス、およびシリコン等の種々の材料が用いられる。
【０００３】
フリップチップ実装を採用すれば、ワイヤーボンディングに比べて、実装時間を短縮でき、さらに実装領域を僅かに済ませられる。したがって、パッケージキャリア容積を小さくできる等の利点が得られる。
【０００４】
一般的なフリップチップ実装の詳細を図１０および図１１に示す。図１０は、フリップチップ実装をリール・トゥ・リール方式によって行う半導体製造装置１００の全体の概略を示す図である。図１１は、フリップチップ実装において、半導体チップ端子とパッケージキャリア端子とを電気的に接続する機構部分を拡大して示す図である。
【０００５】
フリップチップ実装の中の一つに、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）がある。液晶駆動用ドライバー半導体チップの実装の際、ＴＣＰが用いられる。従来ＴＣＰでは、金バンプが形成された半導体チップ端子と、錫メッキが形成されたパッケージキャリア端子との接合に、金−錫共晶接合法を採用している。この接合法では、約５００℃に印加したボンディング用ツール９をパッケージキャリア端子２および半導体チップ端子８に押し付ける。これによって、端子同士の接合面に金−錫共晶層を形成し、強固な接合を達成している。
【０００６】
ＴＣＰの詳細を図１２および図１３に示す。図１２は、一般的にＴＣＰで用いるパッケージキャリアの概略を示す図である。図１２に示すように、ＴＣＰではパッケージキャリアにデバイスホール４が開口している。パッケージキャリア端子２は、このデバイスホール４に突き出た形となっており、パッケージキャリア基材１がない構造となっている。図１３は、従来のＴＣＰにおける接合部の断面を示す図である。
【０００７】
ＴＣＰにおいて、一般的にポリイミド樹脂がパッケージキャリア基材１として用いられる。ポリイミド樹脂のガラス転移温度は３２０℃であり、ボンディング用ツールを印加した温度（約５００℃）よりも低い。そのため、共晶接合の際、パッケージキャリア基材１が溶融してしまう可能性がある。しかし、端子同士の共晶接合時間が約２秒と短時間であること、またポリイミド樹脂が耐熱性を有することから、共晶接合が可能となる。
【０００８】
より信頼性の高い接合を行うために、更なる接合方法の工夫が行われている。特許文献１では、金−錫の共晶組成比を変更することによって、共晶接合温度（２５０℃）を下げる方法が開示されている。これによってポリイミド樹脂の耐熱性のマージンを稼ぐことができ、接合の信頼性を高めることが可能である。
【０００９】
強固な金−錫共晶接合のため、ボンディング用ツールを３００℃程度の印加温度に上げる必要がある。このボンディング用ツールの熱の影響によって、テープ基材と半導体チップの線膨張係数の差による応力が生じる。この応力によって、接合面が剥離してしまう場合がある。これを防止するために、共晶接合部を冷却する装置が特許文献２で開示されている。
本文献の技術では、パッケージキャリアとボンディング用ツール接触面に高圧エアーを吹き付けることによって、接合部を冷却している。これによって、パッケージキャリアの熱膨張を抑制でき、高い信頼性の接合が得られる。また、ボンディング用ツールとパッケージキャリアの接触面積を小さくすることによっても、パッケージキャリアの熱膨張を抑制している。さらに、本文献の技術はパッケージキャリア端子と半導体チップ端子との共晶形成時間の短縮を図る方法として開示されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平１１−３３０１４９（１９９９年１１月３０日公開）
【特許文献２】特開２００４−７１６０８（２００４年３月４日公開）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
特許文献１および特許文献２の技術は、耐熱性の高いポリイミド樹脂に対しては有効であると考えられる。しかし、それでもテープ基材と半導体チップとの接合面に応力差が残留している状態において共晶接合していると推測できる。そのため、少しの熱衝撃、機械的衝撃または振動衝撃を受けることによって接合面が剥離してしまう危険性を持っている。
【００１２】
ポリイミド樹脂以外にフレキシブルに富む樹脂基材として、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）等の樹脂基材が挙げられる。これらはポリイミド樹脂よりも耐熱性がはるかに劣る。そのため、これらをパッケージキャリア基材として用いる場合、前述した２件の特許文献の接合方法を用いたとしても、ツールを押下した瞬間にテープ基材が溶融してしまう。したがって、外観上一目で不良品と判別できるほど信頼性に劣る接合となってしまう。
【００１３】
以上より、前述した２件の特許文献の技術では、ＰＥＴおよびＰＥＮ等の樹脂基材が金−錫共晶接合温度に耐えることができない。したがって、ＰＥＴおよびＰＥＮ等の樹脂基材を用いる半導体製造装置並びに製造方法として、不十分であると言わざるを得ない。ＰＥＴおよびＰＥＮ等の樹脂基材は、ポリイミド樹脂に比べて廉価であり、汎用性も高く、多方面で使われている。しかしながら、前述の理由からＴＣＰでは使用するのが困難な現状である。
【００１４】
本発明は、上記の問題点を鑑みてなされたものであり、その目的は、ＰＥＴおよびＰＥＮ等の耐熱性に劣るものの、実用性に富むプラスチック基材を用いることが可能な半導体製造装置の製造装置および製造方法、ならびに半導体装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係る半導体装置の製造装置は、上記の課題を解決するために、
半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造装置において、前記パッケージキャリア基材を挟む上側クランパーおよび下側クランパーのうち少なくともいずれかに、冷却機構が備えられていることを特徴としている。
【００１６】
上記の構成によれば、本発明に係る半導体装置の製造装置は、フリップチップ実装を用いて半導体装置を製造する。具体的には、約５００℃に印加したボンディング用ツールをパッケージキャリア端子および半導体チップ端子に押し付けることによって、端子同士を共晶接合する。この際、半導体チップとパッケージキャリア端子とを精度良く位置合わせするために、上側クランパーおよび下側クランパーによってパッケージキャリア基材を上下から挟み込んで押さえる。
【００１７】
本製造装置では、上側クランパーおよび下側クランパーの少なくともいずれかに、冷却機構が備えられている。これにより、両クランパーによって挟まれたパッケージキャリア基材を、端子同士を共晶接合する際に、ガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却することができる。結果、ボンディング用ツールの熱によるパッケージキャリア基材の変形、溶融もしくは焼失を防止することができる。また、パッケージキャリア基材は冷却機構によって十分に冷却されるので、ポリイミド基材に比べて耐熱性に劣るプラスチックを材料としたパッケージキャリア基材を、本製造装置では何ら問題なく用いることができる。
【００１８】
以上のように、本発明に係る半導体装置の製造装置は、耐熱性に劣るものの実用性に富むプラスチック基材をパッケージキャリア基材として用いた場合でも、基材の変形、溶融もしくは焼失を防止でき、その結果、信頼性の高いフリップチップ実装を行うことができる。したがって、パッケージキャリア基材として、従来使用できなかった材質も使用できるようになり、使用可能な材質の種類の幅が広がる効果も得られる。
【００１９】
本発明に係る半導体装置の製造方法は、上記の課題を解決するために、
半導体チップをパッケージキャリア基材にフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造方法において、前記パッケージキャリア基材を挟む上側クランパーおよび下側クランパーのうち少なくともいずれかに、冷却機構が備えられていることを特徴としている。
【００２０】
上記の構成によれば、本発明に係る製造装置と同様の作用効果を奏する。
【００２１】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却機構は、前記上側クランパーの内部および前記下側クランパーの内部のうち少なくともいずれかに備えられていることを特徴としている。
【００２２】
上記の構成によれば、クランパーの内部に冷却機構を備えることによって、クランパーがパッケージキャリア基材を直接冷却することができる。
【００２３】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記上側クランパーは、パッケージキャリア端子と半導体チップ端子とを接合するために設けられた開口部の端から前記パッケージキャリア基材のデバイスホールの端までの距離を、０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍとした構造を有することを特徴としている。
【００２４】
上記の構成によれば、上側クランパーの開口端部からデバイスホールまでの距離が小さいほど、上側クランパーとパッケージキャリア基材が接触する面積が増大する。したがって、上側クランパーがパッケージキャリア基材を冷却する面積が大きくなる。これによって、パッケージキャリア基材を冷却する効果をより高めることができる。
【００２５】
前記下側クランパーは、パッケージキャリア端子と半導体チップ端子とを接合するために設けられた開口部の端から前記パッケージキャリア基材のデバイスホールの端までの距離を、０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍとした構造を有することを特徴としている。
【００２６】
上記の構成によれば、下側クランパーの開口端部からデバイスホールまでの距離が小さいほど、下側クランパーとパッケージキャリア基材が接触する面積が増大する。したがって、下側クランパーとパッケージキャリア基材を冷却する面積が大きくなる。これによって、パッケージキャリア基材を冷却する効果をより高めることができる。
【００２７】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却機構は、冷却剤およびこれを保持する容器によって構成されていることを特徴としている。
【００２８】
上記の構成によれば、クランパー内部の容器に冷却剤を保持することによって、クランパーは冷却機構を備え、パッケージキャリア基材を冷却することができる。
【００２９】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却剤は、前記容器の内部を循環することを特徴としている。
【００３０】
上記の構成によれば、クランパー内部の容器において、冷却剤が循環することによって、クランパーは常に一定温度の冷却機構を備えることができる。したがって、パッケージキャリア基材を常に一定温度に冷却することができる。
【００３１】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却剤は、蒸留水、純水、およびエチレングリコールのうち少なくともいずれかであることを特徴としている。
【００３２】
上記の構成によれば、クランパーはパッケージキャリア基材に対する冷却効果を十分に保つことができる。
【００３３】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却機構は、前記上側クランパーの外部および前記下側クランパーの外部のうち少なくともいずれかに接触する形で備えられていることを特徴としている。
【００３４】
上記の構成によれば、クランパーの外部に冷却機構に接触する形で備えることによって、クランパーがパッケージキャリア基材を冷却することができる。
【００３５】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却機構は、金属または金属合金の板であることを特徴としている。
【００３６】
上記の構成によれば、クランパーが金属または金属合金の板によって冷却されることにより、パッケージキャリア基材を冷却することができる。
【００３７】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記冷却機構は、前記上側クランパーおよび前記下側クランパーの両方にそれぞれ備えられていることを特徴としている。
【００３８】
上記の構成によれば、上側クランパーおよび下側クランパーの両方がそれぞれ冷却機構を備えることによって、パッケージキャリア基材を冷却する効果をより高めることができる。
【００３９】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記上側クランパーおよび前記下側クランパーのうち少なくともいずれかは、鋼、ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、丹銅、黄銅、および青銅鋳物のうちいずれかによって構成されていることを特徴としている。
【００４０】
上記の構成によれば、クランパーはパッケージキャリア基材を保持し、なおかつ連続した接合にも耐える強度を持つことができる。
【００４１】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記パッケージキャリア基材は、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、およびポリイミド樹脂のうち少なくともいずれかによって構成されていることを特徴としている。
【００４２】
上記の構成によれば、パッケージキャリア基材はプラスチック基材によって構成される。冷却機構を備えるクランパーによって、パッケージキャリア基材は冷却される。これによって、本発明に係る半導体装置の製造装置は、ガラス転移点温度（Ｔｇ）に依存せず、パッケージキャリア基材としてプラスチック基材を適用することができる。
【００４３】
また、本発明に係る半導体装置の製造装置においては、
前記パッケージキャリア基材は、ポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートによって構成されていることを特徴としている。
【００４４】
上記の構成によれば、パッケージキャリア基材はポリイミド基材に比べて耐熱性に劣るポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートによって構成される。したがって、本発明に係る半導体装置の製造装置は、冷却機構を備えるクランパーによって、パッケージキャリア基材をポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートのガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却する。これによって、耐熱性に劣るが実用性に富むポリエチレンテレフタレートまたはポリエチレンナフタレートをパッケージキャリア基材として使用することができる。
【００４５】
本発明に係る半導体装置は、上記の課題を解決するために、
半導体チップの端子部とパッケージキャリア基材の端子部とが共晶接合された構造の半導体装置において、前記パッケージキャリア基材が、前記共晶接合に必要な印加温度よりも低いガラス転移点温度を有するプラスチック材料によって構成されていることを特徴とする。
【００４６】
上記の構成によれば、耐熱性に劣るが実用性に富むプラスチック基材を用いた半導体装置を提供できる。
【発明の効果】
【００４７】
本発明に係る半導体装置の製造装置では、耐熱性に劣るものの実用性に富むプラスチック基材をパッケージキャリア基材として用いた場合でも、基材の変形、溶融もしくは焼失を防止でき、その結果、信頼性の高いフリップチップ実装を行うことができる。したがって、パッケージキャリア基材として、従来使用できなかった材質も使用できるようになり、使用可能な材質の種類の幅が広がった。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を貯蔵または循環させる半導体製造装置を示す断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るクランパー外部に冷却剤を接触させる半導体製造装置を示す断面図である。
【図３】（ａ）は、従来の上側クランパーを示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を循環させる上側クランパーの断面を示す図であり、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を貯蔵させる上側クランパーの断面を示す図であり、（ｄ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤１５を循環させる上側クランパーの上面を示す図である。
【図４】（ａ）は、従来の下側クランパーを示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を循環させる下側クランパーの断面を示す図であり、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤を貯蔵させる下側クランパーの断面を示す図であり、（ｄ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー内部に冷却剤１５を循環させる下側クランパーの上面を示す図である。
【図５】（ａ）は、従来の上側クランパーの開口部を拡大して示す上面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係る上側クランパーの開口部を拡大して示す上面図である。
【図６】上側クランパー開口端部からデバイスホールまでの距離によるパッケージキャリア基材の溶融度合いを示す図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る冷却水循環システムを示す概略図である。
【図８】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の上下面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の上面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す断面図であり、（ｃ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の上下面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す上面図であり、（ｄ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の下面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す断面図であり、（ｅ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部の下面に冷却板を接触させる上側クランパーを示す上面図である。
【図９】（ａ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部に冷却板を接触させる下側クランパーを示す断面図であり、（ｂ）は、本発明の一実施形態に係るクランパー外部に冷却板を接触させる下側クランパーを示す上面図である。
【図１０】半導体製造装置を示す概略図である。
【図１１】フリップチップ実装の機構部を拡大して示す斜面図である。
【図１２】パッケージキャリアの概略を示す平面図である。
【図１３】従来のＴＣＰにおける接合部の断面を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下、本発明の実施の形態（実施例）を、図面を参照して詳細に説明する。
【００５０】
（半導体装置の製造装置の構成）
一般的に、半導体チップとパッケージキャリアとを電気的に接続させる方法の一例として、フリップチップ実装が挙げられる。このフリップチップ実装の中の一つに、ＴＣＰ（Ｔａｐｅ  Ｃａｒｒｉｅｒ  Ｐａｃｋａｇｅ）がある。ＴＣＰは液晶駆動用ドライバー半導体チップの実装の際に良く用いられる。本発明は前記ＴＣＰを改良したものである。
【００５１】
本実施形態では、半導体チップ１０とパッケージキャリア基材１とをフリップチップ実装することによって、半導体装置を製造する製造装置および製造方法が提供される。まず、本発明の概略について、従来技術を開示した図１１を参照して説明する。
【００５２】
図１１は、従来の半導体製造装置１００における、フリップチップ実装の機構部を拡大して示す図である。本発明は従来のＴＣＰと同様に、図１１に示すように、ボンディング用ステージ１１に載置されている半導体チップ１０とパッケージキャリア端子２の位置合わせを行い、半導体チップ端子８とパッケージキャリア端子２を共晶接合するものである。その際、半導体チップ１０とパッケージキャリア端子２の位置合わせを精度良く実施する必要がある。そのために上側クランパー６と下側クランパー７を用いるのが一般的となっている。このクランパーは、パッケージキャリア基材１を上下から挟み込み、押さえる役割を持つ。
【００５３】
前述のとおり、クランパーはパッケージキャリア基材１を保持する役割を持つ。したがって、クランパーはパッケージキャリア基材１を保持し、なおかつ連続した接合にも耐える強度が必要である。これに加えて加工性の良さを考慮して、クランパーの材質にはスチール、ステンレス、アルミニウム、チタン、銅、丹銅、黄銅または青銅鋳物を用いている。
【００５４】
パッケージキャリア基材１はスプロケットホール３を有しており、これによってパッケージキャリア基材１を一定方向に移動させる。また、パッケージキャリア基材１とパッケージキャリア端子２は接着剤１２によって接着されている。さらに、パッケージキャリア端子２が接着している側の表面はソルダーレジスト５に覆われている。
【００５５】
本発明における従来技術からの改良点について、図１および図２を参照して以下に説明する。図１は、クランパー内部に冷却剤１５を循環させる半導体製造装置５０の断面を示す図である。図２は、クランパー外部に冷却剤１５を接触させる半導体製造装置６０の断面を示す図である。
【００５６】
従来のＴＣＰでは、パッケージキャリア基材１としてポリイミド樹脂を使用している。ポリイミド樹脂は、使用温度が４００℃以上であり、耐熱性を有する。このため、３００℃程度の温度を端子部に印加したとしても、ポリイミド樹脂はその熱に耐えることができる。
【００５７】
ポリイミド樹脂以外のプラスチックとして、ポリエチレン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリオレフィン樹脂、ポリカーボネート樹脂およびポリアミド樹脂が挙げられる。特にＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）およびＰＥＮ（ポリエチレンナフタレート）は、ガラス転移点温度が２８０℃以下であり、ポリイミド樹脂と比較して耐熱性に劣る。これらをパッケージキャリア基材１として使用した場合、共晶接合時にボンディング用ツール９の熱がパッケージキャリア端子２に伝わることによって、基材が変形、溶融もしくは焼失してしまう。本発明はこれを防止することを目的に、冷却機構を有するクランパーを用いていることを特徴とする。
【００５８】
冷却機構の装着例について、以下に説明する。図１の例では、冷却機構は、上側クランパー６’および下側クランパー７’内部に冷却剤１５を循環させる形をとる。図２の例では、上側クランパー６および下側クランパー７外部に冷却剤１５を接触させる形をとる。こうしてクランパーが冷却機構を持つことにより、両クランパーによって挟まれるパッケージキャリア基材１を、ガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却する。この結果、パッケージキャリア基材１の変形、溶融もしくは焼失を防止することができる。なお、冷却機構は上側クランパーおよび下側クランパーの少なくともいずれかに備えられていればよい。両方に備えられていれば、パッケージキャリア基材１の冷却効果をより高められるので好ましい。
【００５９】
（冷却剤を循環するクランパーの構成）
以下に、クランパー内部に冷却剤１５を循環させる半導体製造装置５０の実施例について、図３および図４を参照して説明する。図３（ａ）は、従来の上側クランパー６断面を示す図である。図４（ａ）は、従来の下側クランパー７の断面を示す図である。図３（ｂ）は、内部に冷却剤１５を循環させる上側クランパー６’の断面を示す図である。図４（ｂ）は、内部に冷却剤１５を循環させる下側クランパー７’の断面を示す図である。図３（ｄ）は、内部に冷却剤１５を循環させる上側クランパー６’の上面を示す図である。図４（ｄ）は、内部に冷却剤１５を循環させる下側クランパー７’の上面を示す図である。
【００６０】
図３（ｂ）に示すように、上側クランパー６’のクランプ部分の厚みを従来の上側クランパー６より薄くすることによって、内部に冷却剤１５を循環できるスペースを確保する。確保したスペースは、厚さ１００μｍ程度の金属板１６によって覆われており、冷却剤を保持する容器を成している。この金属板１６の材質は、熱伝導性の優れた銅、ステンレスまたはアルミ材を用いるのが良い。パッケージキャリア基材１を上から押さえ付けることに対する耐久性を考慮すると、鉄等も防錆処理を施せば十分使用できる。使用する環境および冷却剤に合わせて、腐食、耐久性を考慮して材質を選定することが望ましい。
【００６１】
一方、下側クランパー７’はパッケージキャリア基材１を保持する際、基材と接触する面積は上側クランパー６，６’と比べて大きい。なおかつ基材と接触する部分は、１００μｍ程度の薄い構造をしているため、冷却剤１５を循環するスペースを端子同士の接合部分の近傍に設けることが困難である。そのため、図４（ｂ）に示すように、冷却剤を循環するスペースを下側クランパー７’の厚みがある部分に形成している。こうすることで、熱伝導によりパッケージキャリア基材１をガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却している。
【００６２】
次に、冷却剤１５を循環させるスペースを設けた上側クランパー６’の構造について図５を参照して説明する。図５（ａ）は、従来の上側クランパー６の開口部を示す図である。図５（ｂ）は、本発明における上側クランパー６’の開口部を示す図である。図６は、上側クランパー開口端部１８からデバイスホール４までの距離によるパッケージキャリア基材１の溶融度合いについて説明する図である。これはボンディング用ツール温度が５２０℃、接合時間が０．８秒およびツール押下接合圧力が７３Ｎの条件下で共晶接合を行った場合である。図に示す２０は、本発明における上側クランパー６’を用いた場合を示し、２２は、従来の上側クランパー６を用いた場合を示す。
【００６３】
まず上側クランパー６’の開口サイズについて詳細に説明する。図５（ａ）に示すように、従来の上側クランパー６では、パッケージキャリア基材１のデバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離が０．８９ｍｍである。図６に示すように、デバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離が小さいほど、パッケージキャリア基材１の溶融度合いが低い。言いかえると、デバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離が小さいほど、上側クランパー６’の冷却面積が増加し、パッケージキャリア基材１をガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却しやすくなる。したがって、本発明における上側クランパー６’は、図５（ｂ）に示すようにその距離を０．２１ｍｍまで縮小している。なお、この距離は０．００ｍｍ〜０．２１ｍｍの範囲にあればよい。
【００６４】
続いて冷却剤１５の循環方法について図７を参照して説明する。図７は、冷却水循環システムの概略を示す図である。
【００６５】
循環方法として循環配管内の窒素ガスの圧力差によるベンチュリ効果を利用して、冷却剤１５を循環させる方式をとる。冷却剤１５として冷却水２６を用いた例を以下に示す。図７に示すように、冷却水２６を容器２４に入れ、冷却水循環流量が１２５ｃｃ／分、冷却水温度が常温、および窒素ガス供給量が３０ｌ／分の循環条件の下では、十分な冷却効果を得ることができた。また、冷却剤循環用配管１３は冷却剤の導入、排出および循環用に最低２箇所以上の入排水口を有していることが望まれる。さらには、配管径は内径４ｍｍ以上とするのが望ましい。冷却剤１５の循環方法は、前述の窒素ガスの圧力差を利用する方法以外に、市販の恒温循環ポンプを利用することもできる。このように、クランパーの温度を一定に保持することが可能であれば、本発明に適用される循環システムはその循環方法に制約を持たない。また、循環する冷却剤１５は蒸留水および純水等の水に限らず、エチレングリコール等の不凍液も使用できる。
【００６６】
（冷却剤を貯蔵させるクランパーの構成）
以上、クランパー内部に冷却剤１５を循環させる半導体製造装置５０の実施例を示した。クランパーに冷却機構を持たせる目的であれば、クランパー内部に冷却剤１５を循環させず、貯蔵させる方法を採用しても良い。この例を、図３および図４に示す。図３（ｃ）は、内部に冷却剤１５を貯蔵させる上側クランパー６”の断面を示す図である。図４（ｃ）は、内部に冷却剤１５を貯蔵させる下側クランパー７”の断面を示す図である。
【００６７】
冷却剤１５を循環させる上側クランパー６’と同様に、図３（ｃ）に示すように、上側クランパー６”のクランプ部分の厚みを薄くすることによって、冷却剤１５を貯蔵するスペースを確保している。また、下側クランパー７”においても下側クランパー７’と同様に、図４（ｃ）に示すように、冷却剤を貯蔵するスペースを下側クランパー７”の厚みがある部分に形成している。また、上側クランパー６”の開口サイズは上側クランパー６’と同様に、デバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離を０．２１ｍｍとしている。
【００６８】
この際、使用する冷却剤１５は、前述のとおり蒸留水および純水等の水に限らず、エチレングリコール等の不凍液も使用できる。
【００６９】
また、上側クランパー６”に用いる金属板１６は、上側クランパー６’と同様に、熱伝導性の優れた銅、ステンレス、アルミ材または防錆処理を施した鉄等を用いる。前述したとおり、使用する環境および冷却剤に合わせて、腐食、耐久性を考慮して材質を選定することが望ましい。
【００７０】
（冷却剤を外部に装着するクランパーの構成）
次にクランパー外部に冷却剤１５を接触させる半導体製造装置６０の実施例を説明する。実施例として、冷却板をクランパー外部に接触させることで、クランパーを冷却する場合を図８および図９を参照して示す。図８（ａ）は、上側クランパー６のクランプ面に上側クランパー下面用冷却板１４’と、それに対して反対側の上面に上側クランパー上面用冷却板１４を装着した時のクランパーの断面を示す図である。図８（ｂ）は、上側クランパー６のクランプ面に対して反対側の上面のみに上側クランパー上面用冷却板１４を装着した時のクランパーの断面を示す図である。図８（ｃ）は、上側クランパー６のクランプ面に対して反対側の上面のみに上側クランパー上面用冷却板１４を装着した時のクランパーの上面を示す図である。図８（ｄ）は、上側クランパー６のクランプ面のみに上側クランパー下面用冷却板１４’を装着した時のクランパーの断面を示す図である。図８（ｅ）は、上側クランパー６のクランプ面のみに上側クランパー下面用冷却板１４’を装着した時のクランパーの上面を示す図である。図９（ａ）は、冷却板を装着した下側クランパー７の断面を示す図である。図９（ｂ）は、下側クランパー下面用冷却板１７を装着した下側クランパー７の上面を示す図である。
【００７１】
図８（ａ）、（ｂ）および（ｄ）に示したとおり、上側クランパー６において、冷却板をクランプ面とそれに対して反対側の上面の２面に装着した場合、クランプ面に対して反対側の上面のみに装着した場合、およびクランプ面のみに装着した場合とが可能である。この際、上側クランパー開口端部１８とボンディング用ツール９との接触マージンの確保のため、冷却板を上側クランパー開口端部１８の端まで被せない構造をしている。また、上側クランパー６の開口サイズは従来のクランパーと同様に、デバイスホール４から上側クランパー開口端部１８までの距離を０．８９ｍｍとしている。冷却板と上側クランパー開口端部１８の距離は、上側クランパー６の角度および冷却板の厚さにより調節しなければならない。クランプ面においては、連続フリップチップ実装による冷却板の表面凸凹または薄肉化等の変形が起こる可能性がある。このことから、平行度を保つために冷却板をクランプ部分の斜面部分にのみに装着している。この際、冷却板は平ネジによって装着している。
【００７２】
一方、下側クランパー７において、冷却板を下側クランパー７とパッケージキャリア基材１との接触面に装着すると、接触面の平坦性やクランパーの保持精度が落ちてしまう。このため、図９（ａ）に示すように、下側クランパー７はパッケージキャリア基材１との非接触面に冷却板１７を装着させる構造を成す。この際、熱伝導によってパッケージキャリア基材１をガラス転移点温度（Ｔｇ）以下に冷却している。冷却板は、上側クランパー６と同様に、平ネジによって装着している。
【００７３】
冷却板の冷却方法としては、冷却板から直接引き回されて延長した冷却板の一端を冷却（放熱）する。この際、一定の温度に保たれた水、液体窒素に浸液もしくはドライエアーを吹き付けて冷却（放熱）させる構造をとる。あるいは、特に冷却機構を持たせずに、冷却板の熱伝導によって冷却（放熱）する方法を採用しても良い。いずれもクランパー本体を熱伝導によって冷却することを目的としている。このため、冷却板は高い熱伝導性が求められる。よって、材質には銅などの金属またはＳＵＳなどの金属合金を用いればよい。
【００７４】
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施形態（実施例）に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施形態（実施例）に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００７５】
本発明に係る半導体装置の製造装置は、例えばＴＣＰを採用する半導体製造装置として利用できる。
【符号の説明】
【００７６】
１  パッケージキャリア基材
２  パッケージキャリア端子
３  スプロケットホール
４  デバイスホール
５  ソルダーレジスト
６  上側クランパー
６’  循環型冷却機構付の上側クランパー
６”  貯蔵型冷却機構付の上側クランパー
７  下側クランパー
７’  循環型冷却機構付の下側クランパー
７”  貯蔵型冷却機構付の下側クランパー
８  半導体チップ端子
９  ボンディング用ツール
１０  半導体チップ
１１  ボンディング用ステージ
１２  接着剤
１３  冷却剤循環用配管（冷却機構）
１４  上側クランパー上面用の冷却板
１４’  上側クランパー下面用の冷却板
１５  冷却剤（冷却機構）
１６  金属板（冷却機構）
１７  下側クランパー下面用の冷却板（冷却機構）
１８  上側クランパー開口端部
５０  半導体製造装置（製造装置）
６０  半導体製造装置（製造装置）
１００  従来の半導体製造装置
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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