(57)【要約】【課題】  実装基板上の小型の半導体チップの位置および姿勢を自律的に制御する方法を提供する。【解決手段】  チップ化された半導体チップを基板の電極に所望の位置および姿勢に搬送する半導体チップ搬送アライメント方法において、半導体チップの表面の電極を除く領域に、親水性材料からなる層と撥水性材料からなる層を分割して設け、半導体チップを液滴に含ませて実装基板の電極に搬送し、半導体チップを実装基板の電極に接続する工程とから構成され、これら上記の工程中で半導体チップが実装基板との相対位置、姿勢を半導体チップの親水性材料・撥水性材料と液滴との作用により自律的にアライメントを制御する。【選択図】図１０
2010087066.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電極を有する半導体チップを、液滴により、電極を有する実装基板上の所定の位置に搬送する搬送工程と、
前記搬送に用いた液滴を除去し、前記半導体チップの電極が前記実装基板上の電極に対応するように半導体チップを載置する載置工程と、
前記載置した半導体チップの電極と前記実装基板の電極とを接続する接続工程とを含む半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップは、主面に設けられた親水性領域と撥水性領域とを有し、
前記搬送工程では、前記親水性領域が前記液滴と対向した状態で、前記半導体チップを搬送基板上を移動させるとともに、前記半導体チップの前記親水性領域を有する主面側の電極が前記実装基板の所定の電極に対向するように、前記搬送基板上から前記実装基板上へ移動させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
電極を有する半導体チップを、液滴により、電極を有する実装基板上の所定の位置に搬送する搬送工程と、
前記搬送に用いた液滴を除去し、前記半導体チップの電極が前記実装基板上の電極に対応するように半導体チップを載置する載置工程と、
前記載置した半導体チップの電極と前記実装基板の電極とを電気的に接続する接続工程とを含む半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップは、一方の主面に設けられた親水性領域と、他方の主面に設けられた撥水性領域とを有し、
前記搬送工程では、前記親水性領域が前記液滴と対向した状態で、前記半導体チップを搬送基板上を移動させるとともに、前記半導体チップの所定の主面側の電極が前記実装基板の所定の電極に対向するように、前記搬送基板上から前記実装基板上へ移動させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
請求項２において、
前記搬送基板と前記基板が対向した状態で、前記親水性領域が前記基板側を向くように搬送基板から基板へ移動させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
請求項１において、
前記搬送基板と前記基板が対向した状態で、前記撥水性領域が前記基板側を向くように搬送基板から基板へ移動させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
電極を有する半導体チップを、液滴により、電極を有する実装基板上の所定の位置に搬送する搬送工程と、
前記搬送に用いた液滴を除去し、前記半導体チップの電極が前記実装基板上の電極に対応するように半導体チップを載置する載置工程と、
前記載置した半導体チップの電極と前記実装基板の電極とを電気的に接続する接続工程とを含む半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップは、一方の主面に設けられた第一の親水性領域を有し、
前記実装基板は、前記第一の親水性領域に対応した第二の親水性領域を有し、
前記搬送工程では、前記半導体チップは、前記実装基板上の前記第二の親水性領域上に、前記第一の親水性領域を有する主面が前記実装基板に対向するように搬送されることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項６】
請求項５において、
前記半導体基板は、前記第一の親水性領域と同じ主面上の前記電極の周囲に第一の撥水性領域を有し、
前記実装基板は、前記第二の親水性領域と同じ面上の前記電極の周囲に第二の撥水性領域を有していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
請求項５において、
前記第一の親水性領域と前記第二の親水性領域とは、その形状が対応し、
前記第一の撥水性領域と前記第二の撥水性領域とは、その形状が対応していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
請求項５において、
前記半導体基板は、前記第一の親水性領域と同じ主面上に、第一及び第二の電極を有し、当該第一及び第二の電極の周囲にそれぞれ第一及び第二の撥水性領域を有し、
前記実装基板は、前記第二の親水性領域と同じ主面上に、第三及び第四の電極を有し、当該第三及び第四の電極の周囲にそれぞれ第三及び第四の撥水性領域を有し、
前記第一及び第二の撥水性領域は形状が異なっており、前記第一及び第二の撥水性領域は形状が異なっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項９】
請求項７において、
前記半導体チップ上の第一の撥水性領域と前記実装基板上の第三の撥水性領域とは、その形状が対応し、
前記半導体チップ上の第三の撥水性領域と前記実装基板上の第四の撥水性領域とは、その形状が対応していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
電極を有する半導体チップを、液滴により、電極を有する実装基板上の所定の位置に搬送する搬送工程と、
前記搬送に用いた液滴を除去し、前記半導体チップの電極が前記実装基板上の電極に対応するように半導体チップを載置する載置工程と、
前記載置した半導体チップの電極と前記実装基板の電極とを電気的に接続する接続工程とを含む半導体装置の製造方法において、
前記半導体チップは、発熱手段と、前記電極と同じ主面に設けられた第一の親水性領域とを有し、
前記実装基板は、前記電極の周囲に第二の親水性領域を有し、
前記載置工程では、前記発熱手段を稼動させることにより前記液滴を乾燥させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
請求項１０において、
前記載置工程では、前記発熱手段からの熱を前記電極を介して前記液滴に伝えて蒸発させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
請求項１０において、
前記発熱手段は、前記半導体チップ中に設けられた金属膜であり、前記載置工程では、前記半導体チップ中の前記金属板に赤外線を照射して発熱させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１３】
表裏主表面の両面にそれぞれ電極を有する半導体チップにおいて、
一方の主表面の電極を除く領域に親水性材料からなる領域を設け、
他方の主表面の電極を除く領域に撥水性材料からなる領域を設けたことを特徴とする半導体チップ。
【請求項１４】
表裏主表面の一方に複数の電極を有する半導体チップにおいて、
電極を有する主表面における電極近傍の領域に親水性材料からなる領域を設け、
上記電極を有する主表面内における上記親水性材料からなる領域と電極を除く領域に撥水性材料からなる領域を設けたことを特徴とする半導体チップ。
【請求項１５】
表裏主表面の一方に複数の電極を有する半導体チップにおいて、
電極を有する主表面における電極近傍の領域に撥水性材料からなる領域を設け、
上記電極を有する主表面内における上記撥水性材料からなる領域と電極を除く領域に親水性材料からなる領域を設けたことを特徴とする半導体チップ。
【請求項１６】
半導体チップを実装する実装基板において、
基板表面における半導体チップの実装領域の電極近傍に親水性材料からなる領域を設け、
その他の領域に撥水性材料からなる領域を設けたことを特徴とする実装基板。
【請求項１７】
半導体チップを実装する実装基板において、
基板表面における半導体チップの実装領域の、
電極近傍に撥水性材料からなる領域を設け、
その他の領域に親水性材料からなる領域を設けたことを特徴とする実装基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液滴を用いて半導体チップを搬送して半導体装置を製造する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体の高集積化により、限られた機能を搭載する半導体チップは著しく小型化している。顕著な例としては、メモリ機能と通信機能を備えたRFIDチップ、加速度や圧力をはじめとする物理量を計測するセンサチップなどが挙げられる。また、メモリパッケージにおいても小型でありながら大規模な記録容量が要求されており、小型なメモリチップを積層することによりこれを実現している。
【０００３】
特にRFIDチップは、特許文献１，２に記載のように、数100ミクロン角を下回るサイズのものも登場しており、こうした技術開発の潮流は継続していくものと考えられる。これら半導体チップは多数個分がウエハ面内に一括形成され、ダイシングによってチップ化された後、個別に搬送されている。
【０００４】
また、小型なチップに特化したアライメント方法については、特許文献３，４にて記載されているFSA(Fluidic Self Assembly)方式や特許文献５に記載のアライメント方法が提案されている。FSAでは、小型なチップを液滴中に分散させ、チップの形状に適合した穴を形成した治工具を振動させつつ液滴中から引き上げることで穴の中にチップを整列させ、これを基板に転写する方法が提案されている。また、特許文献５では、凸状構造を有する基板を用いた、液滴の表面張力による半導体チップのアライメント方法が提案されている。
【０００５】
【特許文献１】国際公開公報WO2004/107262号
【特許文献２】特開2004-22846号公報
【特許文献３】米国特許第5545291号
【特許文献４】米国特許第5904545号
【特許文献５】特開2007-311748
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ピックアップ方式により小型の半導体チップを搬送する方法に関しては、以下のような課題がある。
【０００７】
ピックアップ方式では、アームでチップを一つずつ搬送しつつ基板に対してアライメントを行う。そのため、同時にアライメントできるチップの個数はアームの数が上限となる。汎用のピックアップ搬送装置には多くても数本のアームしかないため、アームの数を上回るほどの多数のチップを同時に位置あわせすることは不可能である。このような搬送速度の課題を解消するためアームの移動速度の向上も検討されているが、アームの位置あわせ精度はチップサイズの１／１０程度を要求されることから、アームの移動速度と位置あわせ精度を両立させることは非常に困難である。さらに、チップの小型化により１チップあたりのアライメントに要するコストは上昇してしまう。
【０００８】
また、FSA方式により小型の半導体チップを搬送する方法に関しては、以下のような課題がある。
【０００９】
FSA方式では、液体中で治工具の穴にチップを配列させる。チップを配列させるため、治工具の穴の開口部には、チップサイズよりも大きくしておくことによる、いわゆる遊びが必要となる。そのため、配列精度は遊びも含めた治工具の作製精度に依存する。ところが、高い作製精度を確保するには治工具の面積を大きくすることができず、配列工程に要するコストは拡大する。振動によってチップを穴に落としこむ確率を高めているものの、小型なチップを高い信頼性で配列させることは非常に困難であり、チップが正しく配列されたかを検査する機構と処理が必要となる。よって、チップのサイズが小さくなると、配列させることにもまた配列状態を検査するにもコストがかかることから、２００ｕｍ角を下回るチップはFSA方式での搬送は困難となる。
【００１０】
以上から、FSA方式では搬送コストの上昇が懸念される。
【００１１】
また、凸状構造を有する基板により半導体チップを凸状構造の表面に移動させるアライメント方法に関しては、以下のような課題がある。
【００１２】
通常、半導体チップは複数の電極を有し、これと基板の電極を正確に電機接続しなければならない。しかし、基板に凸状構造を設けることで液滴の位置は制御できるものの、液滴上の半導体チップの表裏や回転といった姿勢に関する制御はできない。よって、基板に対して半導体チップの位置や姿勢を正確に制御することは困難である。
【００１３】
本発明は、上記の課題を解決する小型半導体チップの搬送方法、及び搬送装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
第一のアライメント方法としては、表面に親水性材料からなる領域と撥水性材料からなる領域を設けた半導体チップを液滴と組み合わせ、基板表面にも同様に設けた親水性材料からなる領域と撥水性材料からなる領域に配置することで、チップの駆動力を得るものである。
【００１５】
これによる半導体チップのアライメント方法および装置は、以下のような構成とすることで実現される。即ち、半導体チップを基板の電極に所望の位置および姿勢に搬送する半導体チップ搬送アライメント方法および装置において、
半導体チップの表面の電極を除く領域に、親水性材料からなる層と撥水性材料からなる層を分割して設ける工程と、半導体チップを含ませた液滴を実装基板の電極に搬送する工程と、半導体チップを実装基板の電極に接続する工程とから構成され、親水性からなる領域と撥水性からなる領域での液滴との接触角の差、すなわち親和性の差異をアライメントの駆動力に利用するものである。
【００１６】
親水性材料からなる領域と撥水性材料からなる領域を半導体チップの表裏に分離して形成した場合、液滴との親和性の差により親水性材料からなる領域が液滴に接する姿勢を半導体チップは自律的に選択する。
【００１７】
このような液滴と半導体チップの組み合わせを基板の実装領域に搬送すると、搬送方法によって半導体チップの姿勢は変化する。
【００１８】
例えば、インクジェットにより基板上に液滴を搬送し、その後半導体チップを吹き付けて搬送する場合、液滴に対して親水性材料からなる領域が対向するような姿勢を保ちつつ、液滴の蒸発と電極接合工程により半導体チップは基板に実装される。
【００１９】
また、液滴搬送基板による半導体チップの搬送と液滴搬送基板と基板を対向させ、近接させることで液滴と半導体チップを転写する場合、液滴と半導体チップのサイズによって半導体チップの自律的姿勢制御は異なる、液滴が半導体チップよりも十分小さい場合、液滴搬送基板と基板の近接によりまず撥水性材料からなる領域を有する半導体チップの面が基板と接する。さらに液滴搬送基板を基板に近接させると、液滴が基板に接触する。ここで、基板の転写箇所には必要に応じて親水性材料からなる領域を形成しておくと転写が容易となる。このとき、一部の液滴は半導体チップと基板の間に侵入するが、半導体チップが上下反転するだけの液滴は十分な体積を持ち合わせてないため、半導体チップの撥水性材料からなる領域と基板が対向した状態を維持し、液滴の蒸発と電極接合工程により半導体チップは基板に実装される。
【００２０】
液滴が半導体チップに対して十分な体積を持ち合わせた場合、液滴搬送基板と基板の近接により、まず半導体チップの撥水性材料からなる領域と基板とが接し、次いで液滴が基板に接触して半導体チップと液滴を転写される。このとき、半導体チップが上下反転するだけの液滴が半導体チップと基板の間に侵入し、半導体チップが上下反転して、半導体チップの親水性材料からなる領域と基板が対向した姿勢となる。液滴の蒸発と電極接合工程により半導体チップは基板に実装される。
【００２１】
親水性材料からなる領域と撥水性材料からなる領域を半導体チップの同一面上に分離して形成した場合、半導体チップと同様の親水性材料からなる領域と撥水性材料からなる領域を半導体チップと同程度のサイズの領域に表裏一対となるように設けた基板上の液滴を含ませた半導体チップは、液滴の蒸発と共に両者間の距離が短くなる。このとき、撥水性材料からなる領域近傍の液滴は押しのけられ、半導体チップと基板の電極同士が近づくように位置及び姿勢が自律的に変化する。これを利用して、半導体チップの面内位置の制御が可能となる。
【００２２】
また、半導体チップや基板に形成する親水性材料からなる領域と撥水性材料からなる領域の面積比やパターンを工夫することで、半導体チップの回転方向をより精確に制御することが可能となり、複数の電極を有する半導体チップと基板の特定の電極同士を接続することができる。
【００２３】
例えば、複数の電極を有する半導体チップのある特定の電極の周辺に設ける撥水性材料からなる領域を、その他の電極近傍の撥水性材料からなる領域よりも大面積とする。また、前記特定の電極と接続する基板の電極の周辺に設ける撥水性材料からなる領域を、半導体チップ上の撥水性材料からなる領域と同様の面積に形成する。これにより、液滴を蒸発させる工程において、半導体チップと基板の大面積である撥水性材料からなる領域同士が近接することにより特定の電極同士を近接させ、その後の接続工程により両者を接続させることができる。
【００２４】
また、半導体チップ表面に設ける親水性材料からなる領域あるいは撥水性材料からなる領域をパターン形成し、基板の電極もこれに適合するように形成することも、半導体チップの回転方向の自律的制御に効果的である。例えば、半導体チップの電極の位置に鑑み隣り合う２辺に沿ってL字型に撥水性材料からなる領域を形成し、撥水性材料からなる領域と電極を除く領域に親水性材料からなる領域を形成する。半導体チップを実装する基板にも、半導体チップと同じように電極を配置し、親水性材料からなる領域と撥水性材料からなる領域を形成すると、液滴とともに基板に転写した半導体チップは、液滴の蒸発とともに両者のL字撥水性材料からなる領域が適合するように回転し、結果、電極どおしは自律的に近接し、その後の接続工程により両者を接続させることができる。
【００２５】
半導体チップと基板の電極をはんだボールなどによりバンプ接続する場合、半導体チップの電極を有する面に親水性材料からなる領域あるいは撥水性材料からなる領域をパターン形成すればよい。また、半導体チップと基板の電極をワイヤボンディングにより接続する場合、半導体チップの電極を有する面の裏面に親水性材料からなる領域あるいは撥水性材料からなる領域をパターン形成すればよい。
【００２６】
液滴との親和性の差により親水性材料からなる領域が液滴に接するような姿勢をとるため、これを利用して半導体チップの表裏の制御が可能となる。
【００２７】
親水性材料からなる領域を得る方法としては、レジストを形成したチップ表面に親水性材料を成膜した後にレジストを除去して得る方法、インクジェット方式により所望の箇所に親水性材料を成膜して得る方法、メタルマスクをチップに密着させてプラズマ雰囲気中にさらすことで得る方法などがあるが、これに限定されるものではない。親水性材料としては、チオール自己組織化膜が例として挙げられる。
【００２８】
また、撥水性を得る方法としては、レジストを形成したチップ表面に撥水性材料を成膜した後にレジストを除去して得る方法、インクジェット方式により所望の箇所に撥水性材料を成膜して得る方法、レジストを形成しプラズマ雰囲気中にさらすことで微細な凹凸構造を形成する方法などあるが、これに限定されるものではない。撥水性材料としては、テフロン（登録商標）、シリコングリース、PDMSが例として挙げられる。
【００２９】
ウエハ両面に電極を形成する方法として、貫通穴を形成する工程とメモリや通信回路などを形成する工程の前後は、これを問わない。また貫通穴での金属膜の代替として、金属を貫通穴に充填させてもよくまた導電性樹脂を印刷してもよい。
【００３０】
基板は通常半導体チップを実装するために用いられるものでよく、プリント基板、PET、PEN、紙などが例として挙げられる。
【００３１】
第二の搬送方法としては、液滴中に置ける温度勾配を利用してチップのアライメントを制御するものである。これによる小型な半導体チップのアライメント方法および装置は、以下のような構成とすることで実現される。即ち、半導体チップの電極は１つの主表面上にあり、電極を有する面の電極部を除く領域に親水性材料からなる層を主として設け
その裏面には金属膜と撥水性材料からなる層を設け、
半導体チップを実装基板の電極近傍に搬送した後、光もしくは熱を照射することで生じる液滴内部の温度勾配を半導体チップと実装基板との相対位置や姿勢の自律的に制御をアライメントの駆動力に利用するものである。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の半導体チップにおける搬送アライメント方法および装置によると、小型の半導体チップを基板の電極に対して所望の位置および姿勢を自律的に制御することができる。また、同時に多数のチップを一括して搬送でき、搬送領域が大面積であっても治工具を使い捨てにすることもなく、配列を検査する機構と工程を必要としない。デザインの違う基板への対応も容易であり、安価な搬送が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３３】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。
【実施例１】
【００３４】
図１は本実施例で搬送する半導体チップ５０の断面を示したものである。半導体チップ５０はメモリや通信回路を備えたRFIDチップであり、機能を限定することで一辺100μm程度の小型なチップとしている。半導体チップ５０の表裏面には外部アンテナ基板と電気的に接続するための電極５１を１つずつ有し、その一方の面には電極５１を除く箇所に親水性材料からなる領域５２を、他方の面には電極５１を除く箇所に撥水性材料からなる領域５３を形成した構造となっている。
【００３５】
図２は、図１に示した半導体チップ５０の作製方法を模式的に説明するものである。はじめにシリコンのウエハ１３１の表裏面を貫通する穴１００を形成し、貫通穴周辺のウエハ上にメモリや通信回路などの回路１０１を形成する。図２(a)は貫通穴を形成したときのウエハの鳥瞰図を示したものであり、回路形成後の１チップ相当の領域における断面を図２(b)に示す。
【００３６】
貫通穴１００内に金属膜１０２を成膜し、表裏に外部アンテナ基板と接続するための電極１０３、１０４を形成する。回路形成面の電極部にレジスト１０５を、また、その裏面には全面にレジスト１０６を形成する。回路形成面に対しテフロン（登録商標）を噴霧し乾燥させた後、両面のレジストを除去して撥水膜５３を製膜する。次いで、回路形成面の全面にレジスト１０７を形成し、その裏面のうち電極部を除く箇所にレジスト１０８を形成し、裏面のレジスト開口部にチオール自己組織化膜を形成して親水膜５２を成膜する。ウエハ両面のレジストの除去とダイシングを経て、表裏電極１０３、１０４と親水膜５２と撥水膜５３を有する半導体チップ５０とする。
【００３７】
図３は、本実施例の半導体チップ液滴搬送装置の構成例を示す図である。本実施例の液滴搬送装置は、図１に示した半導体チップ５０を含む液滴１５を搬送する液滴搬送基板１０と、液滴搬送基板１０に印加する電圧を制御するための液滴搬送用電圧制御装置１６及びプレチャージ用電圧制御装置１７と、液滴搬送用電圧制御装置１６及びプレチャージ用電圧制御装置１７に制御のための信号を出力するシステム装置１９で構成されている。
【００３８】
図中にて、半導体チップ５０、液滴１５、液滴搬送基板１０は断面図で表現する。半導体チップ５０を水溶性液滴１５に含ませると、半導体チップ５０の親水膜５２と液滴１５が対向して安定する。液滴搬送基板１０はシリコンウエハ１３１、下部絶縁層１３２、搬送電極１３３１〜１３３３、プレチャージ用電極１３４、誘電層１３５、撥水性材料からなる領域１３６で構成されており、半導体の製造工程により作製した。搬送電極１３３１〜１３３３やプレチャージ用電極１３４は、タングステンで作製されている。また、下部絶縁層１３２には厚さ３００ｎｍの酸化シリコン、誘電層１３５には厚さ７５ｎｍの窒化シリコンを使用した。搬送電極１３３１〜１３３３は、撥水性材料からなる領域１３６と誘電層１３５に覆われており、液滴１５と接することはない。撥水性材料からなる領域１３６は撥水性を得るため、１００ｎｍ以下のフッ素系樹脂を使用した。ここで撥水性とは、接触する液滴との接触角が９０°以上になる状態を指す。
【００３９】
プレチャージ用電極１３４は誘電層１３５に覆われておらず、撥水性材料からなる領域１３６を介して液滴１５と接している。膜厚が薄いことから撥水性材料からなる領域１３６にはピンホールが多く存在しており、液滴１５とプレチャージ用電極１３４とは実際には接触している。そのため、プレチャージ用電極１３４を介して液滴１５の電圧を降下させるときの撥水性材料からなる領域１３６による影響は無く、撥水性表面を有するプレチャージ用電極を実現した。
【００４０】
搬送電極１３３１〜１３３３は、液滴搬送用スイッチ１６１〜１６３にそれぞれ連結されている。システム装置１９より出力された信号に従い、液滴搬送用電圧制御装置１６は、液滴搬送用スイッチ１６１〜１６３を切り替え、個々の搬送電極１３３１〜１３３３の電気的状態を、接地、電源により与えられる電位、フローティングのいずれか一つに制御する。プレチャージ用電極１３４は、プレチャージ用スイッチ１７１に連結する。システム装置１９より出力された信号に従って、プレチャージ用電圧制御装置１７はプレチャージ用スイッチ１７１を切り替え、プレチャージ用電極１３４の電気的状態をフローティングもしくは電源によって与えられる電位に制御する。 
シリコンウエハ１３１の代替として用いる他の材料としては高い平滑平面を有することが求められ、ガラスや石英が挙げられる。
【００４１】
液滴搬送電極１３３１〜１３３３、プレチャージ用電極１３４に用いる他の材料としては、アルミニウム、金、白金などの金属材料やＩＴＯ（Indium Tin Oxide）が挙げられる。
【００４２】
誘電層１３５に用いる材料としては高誘電体材料が好ましく、上に挙げた酸化シリコンや窒化シリコンの他にも、酸化アルミニウム、酸化タンタル、ＢＳＴ（Barium Strontium Titanate）、酸化ジルコニウム、酸化ハフニウム、酸化アルミニウム、酸化チタン、酸化ランタンなどの金属酸化物や金属窒化物、ハフニウム・アルミネート（ＨｆＡｌＯ）等これらの材料を組み合わせた絶縁体などが挙げられる。
【００４３】
撥水性材料からなる領域１３６に用いる他の材料としては、撥水性材料としてシリコン樹脂などが挙げられる。
【００４４】
図４は、液滴１５を保持する液滴搬送基板１０の鳥瞰図である。簡略化のため、半導体チップ５０は省略する。搬送電極１３３は一辺１μｍ〜１０ｍｍの矩形であり、液滴搬送基板１０の平面上で行方向に四個及び列方向に四個、規則正しく配列した形態を示している。また、隣り合う液滴搬送電極１３３の間隔は１００ｎｍ〜１ｍｍである。これら搬送電極１３３の形状、サイズ、配列形態、搬送電極間隔などデザインについては、搬送するチップのサイズやチップのサイズに対応した液滴のサイズ、配列の位置精度、配列領域のサイズによって、適宜変更すればよい。
【００４５】
プレチャージ用電極１３４は、液滴搬送電極１３３のひとつひとつの周囲を通るよう配置されている。
【００４６】
図５と図６は、液滴１５を搬送するときの液滴搬送装置の動作説明図であり、液滴搬送電極１３３１上にある液滴１５を、隣り合う液滴搬送電極１３３２上に搬送する工程を説明する。液滴搬送用電圧制御装置１６の液滴搬送用スイッチ１６１〜１６３は、システム装置１９より出力される信号に従って制御される。また、プレチャージ用スイッチ１７１は、システム装置１９より出力される信号に従って制御される。
【００４７】
図５は、プレチャージ用電極１３４と液滴搬送電極１３３１間に電位差Ｖp（＞０）を与えているときの、液滴搬送用スイッチ１６１〜１６３及びプレチャージ用スイッチ１７１の状態を示す。このときをプレチャージ状態と呼ぶことにする。プレチャージ状態では、液滴搬送電極１３３１が接地状態（電位０）になるように液滴搬送用スイッチ１６１が動作し、液滴搬送電極１３３２，１３３３がフローティングの状態になるように液滴搬送用スイッチ１６２，１６３は動作し、プレチャージ用電極１３４が電位Ｖpの状態になるようにプレチャージ用スイッチ１７１が動作する。液滴搬送電極１３３１を覆う誘電層１３５と液滴１５の界面において、与えられた電位差による電気二重層が発生し、液滴１５の界面付近は正に帯電する。
【００４８】
図６は、液滴搬送電極１３３１，１３３２間に電位差Ｖpを与えているときの液滴搬送用スイッチ１６１〜１６３及びプレチャージ用スイッチ１７１の状態を示す。このときを液滴搬送状態と呼ぶことにする。液滴搬送用スイッチ１６１は液滴搬送電極１３３１が電位Ｖpとなるように、液滴搬送用スイッチ１６２は液滴搬送電極１３３２が接地状態となるように、液滴搬送用スイッチ１６３及びプレチャージ用スイッチ１７１は液滴搬送電極１３３３及びプレチャージ用電極１３４がフローティングの状態になるように、それぞれ動作させる。プレチャージ状態によって液滴１５の界面付近に蓄積された正電荷のため、液滴１５は電位Ｖpの液滴搬送電極１３３１から電位０の液滴搬送電極１３３２の方向に駆動力を受け、液滴搬送電極１３３１上から液滴搬送電極１３３２上に搬送される。
【００４９】
液滴１５をさらに搬送するには、プレチャージ状態と液滴搬送状態で行った制御を、液滴の位置に応じて繰り返す。
【００５０】
液滴１５の安定した搬送を実現するには、液滴１５が、液滴１５直下の液滴搬送電極及び隣接する液滴搬送電極の一部と、誘電層１３５を介して接していることが重要であるが、誘電層１３５の誘電率が高い方がより低電圧で液滴１５を駆動させることができる。
【００５１】
ここでは搬送方法の説明を分かりやすくするため、１つの液滴の搬送方法について図示したが、複数の液滴を同時に搬送することも可能である。従って、半導体チップを含む複数の液滴を同時に搬送することができ、搬送コストを低減することができる。  図７は、液滴搬送基板１０によって所定の位置に配置した半導体チップ５０を含む液滴１５を、基板６０に転写する方法を示したものである。
【００５２】
はじめに、上記の方法により基板６０上のチップ実装箇所に基づき、液滴搬送基板１０の所定の箇所に半導体チップ５０を含む液滴１５を搬送した後、液滴搬送基板１０に対向するよう基板６０を配置する（図７(a)）。液滴１５と基板６０の電極６１が接触するまで両者を近接させると、半導体チップ５０は親水膜５２と液滴１５が対向した状態を維持しつつ、液滴搬送基板１０から基板６０へ転写される（図７(b)）。
【００５３】
ここで、図８に示すように、液滴搬送から液滴搬送装置の液滴搬送面を鉛直方向下向きとし、液滴をぶら下げた状態で搬送した後、基板を対向させ、液滴に接触させてもよい。また、図９(a)に示すように半導体チップ５０に対して液滴が十分小さい場合、半導体チップ５０の撥水膜５３が基板６０に対向した姿勢で転写される。また、図９(b)に示すように半導体チップに対して液滴１５が十分大きい場合、半導体チップ５０の親水膜５２が基板６０に対向した姿勢となるよう、半導体チップ５０は自律的に姿勢を制御する。図７では、半導体チップ５０に対して液滴１５が十分大きい図９(b)の場合を例に説明する。
【００５４】
半導体チップ５０が転写された後、半導体チップ５０の電極位置に基づいてパターニングされた導体層５５を有するフィルム５６で半導体チップ５０を固定し、液滴１５を蒸発させる（図７(c)）。最後に、基板６０とフィルム５６を圧着させることで、半導体チップ５０の親水膜側の電極５１と基板６０の電極６１、撥水膜側の電極５１と導体層５５を選択的に接続することができる。
【００５５】
本実施例の半導体チップにおける搬送アライメント方法により、半導体チップ５０は基板の電極に対して自律的にその位置や姿勢を制御し、両者の間の電極を簡便に接続させることができる。
【実施例２】
【００５６】
次に、本発明の第２の実施例を説明する。
【００５７】
図１０は、本実施例で搬送する半導体チップ５０の電極面を示したものであり、二つの電極５１はチップの片面にのみ形成されている。図１０(a)は半導体チップ５０の電極面を、図１０(b)はこれを実装する基板の実装領域を、それぞれ示したものである。
【００５８】
半導体チップ５０の電極面における二つの電極５１の近傍に撥水膜５３をそれぞれ形成する。撥水膜５３は半導体チップ上での場所により、異なる形状（面積）とする。また、撥水膜５３を形成した領域以外の箇所に親水膜５２を形成する。また、半導体チップ５０を実装する基板６５の電極４２の表面にははんだを形成し、また電極４２近傍に撥水膜６４を、それ以外の領域に親水膜６３を形成する。ここで撥水膜６４は異なる形状（面積）とする。
【００５９】
液滴搬送基板１０は実施例１と同様のものを使用する。半導体チップ５０を含んだ液滴を実施例１に記載と同様の方法で液滴搬送基板１０の所望の場所に移動させ、親水膜５２を有する主面が基板６５側を向くように基板６５に転写させる。図１０(c)は、このときの半導体チップ５０と実装基板の位置関係を模式的に示したものである。現時点では、転写による位置ズレや液滴１５上でのチップ５０の回転などにより、半導体チップ５０の電極５１と実装基板６５の電極４２との位置は、アライメントできていない。
【００６０】
液滴１５を徐々に乾燥させて半導体チップ５０と基板の間の液滴を減少させると、撥水膜５３が形成された半導体チップ５０の電極５１付近と撥水膜６４が形成された基板６５の電極４２の間の液滴は排除され、両者の電極が接近するように半導体チップ５０は回転する（図１０（ｄ）、図１０（e））。液滴１５を乾燥させると、場のエネルギーが小さくなるよう、半導体チップ５０と基板に形成した大面積の撥水膜５３、６４同士、小面積の撥水膜５３、６４同士が近接し、結果として液滴１５を完全に乾燥させたときには、半導体チップ５０の電極５１と基板６５の電極４１、４２の位置は自律的に整合された状態となる。この状態ではんだの融点まで加熱しさらに冷却させることで、半導体チップ５０の電極５１と基板の電極４２を電気的に接続することができる（図１０(f)）。
【００６１】
なお、本実施例では、電極５１付近に撥水膜６４を、二つの電極５１の中間の領域には親水膜６３を設けたが、この例に限らず、逆に電極５１付近を親水膜、それ以外を撥水膜としてもよい。
【００６２】
本実施例の半導体チップにおける搬送アライメント方法により、半導体チップ５０は基板に対して自律的にその位置や姿勢を制御し、両者の間の電極を簡便に接続させることができる。
【実施例３】
【００６３】
本発明の第３の実施例を説明する。
【００６４】
図１１(a)は、本実施例で搬送する半導体チップ５０の断面を示したものであり、隣り合う２辺に沿ってL字型に電極５１を配置し、二つの電極５１で４辺に対応するように配置した。また、電極５１の裏面には金属膜１０９を形成した。さらに、金属膜１０９上には撥水膜５３を、電極面の電極を除く箇所には親水膜５２を形成した。半導体チップ５０を実装する基板６６は、実施例２に記載の基板６５と同様に、電極４２の表面にははんだを形成し、また電極近傍に撥水膜５３を、それ以外の領域に親水膜５２を形成した。
【００６５】
液滴を含ませることで液滴に電極面を接した状態で安定した半導体チップ５０は、実施例１に記載と同様の方法で液滴搬送基板１０の所望の場所に移動させ、親水膜５２を有する主面が基板６６側を向くように基板６６に転写させる。図１１(b)はこのときの半導体チップ５０と実装基板６６の位置関係を模式的に示したものである。転写による位置ズレや液滴上での半導体チップ５０の回転などにより、半導体チップ５０の電極５１と実装基板６６の電極４２との位置は、通常、アライメントできていない。
【００６６】
次いで、図１１(c)に示すように半導体チップ５０が転写された基板６６にパルス状に赤外光９５を照射すると、半導体チップ５０の金属膜１０９はこれを均一に吸収し、熱に変換して半導体チップ５０の内部を伝播させる。半導体チップ５０の電極面に到達した熱は、比熱の小さい電極５１を効率的に加熱させ、電極５１近傍の液を急激に昇温させる。そして、液滴内部に生じた温度勾配により乱流が生じ、電極５１周辺の液滴の蒸発量が増加する。また、乱流により液滴１５内を伝播した熱は、比熱の小さい基板６６上の電極４１に効率的に吸収されるため、基板電極４１周辺の液滴１５の蒸発量も増加する。このような液滴１５の蒸発に伴い、半導体チップ５０の電極と基板６６の電極４１に挟まれた領域の液滴が加速度的に蒸発し、次いで半導体チップ５０の電極近傍の液滴が蒸発する。そして液滴は半導体チップ５０の親水膜５２上及び実装基板６６上の浸水膜６３上に残り、場のエネルギーを小さくするために、半導体チップ５０と実装基板６６の親水膜同士５２、６３が対応し、電極同士４１、５１が対応するように半導体チップが移動し、アライメントを行う。こうして液滴が完全に蒸発すると、半導体チップ５０と実装基板６６はそれぞれの電極が接した状態となり、アライメントが完成する。
【００６７】
この状態で半導体チップ５０及び実装基板６６をはんだの融点まで加熱しさらに冷却させることで、半導体チップ５０の電極５１と基板の電極４２を電気的に接続することができる（図１１(e)）。
【００６８】
本実施例の半導体チップにおける搬送アライメント方法により、半導体チップ５０は基板の電極に対して自律的にその位置や姿勢を制御し、両者の間の電極を簡便に接続させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００６９】
【図１】本発明の実施例にかかる小型の半導体チップの構成例を示す図。
【図２】本発明の実施例にかかる小型の半導体チップの作成手順を示す図。
【図３】本発明の実施例にかかる液滴搬送基板の構成例を示す図。
【図４】本発明の実施例にかかる液滴搬送基板の構成例を示す鳥瞰図。
【図５】本発明の実施例にかかる液滴搬送装置により半導体チップを含む液滴を搬送するときの動作説明図。
【図６】本発明の実施例にかかる液滴搬送装置により半導体チップを含む液滴を搬送するときの動作説明図。
【図７】本発明の実施例にかかる半導体チップを含む液滴を基板の電極に転写するときの動作説明図。
【図８】本発明の実施例にかかる半導体チップを含む液滴を基板の電極に転写するときの動作説明図。
【図９】本発明の実施例にかかる液滴量による基板の電極に転写する動作の違いを説明する図。
【図１０】本発明の実施例にかかる小型の半導体チップおよび実装基板の構成例を示す図。
【図１１】本発明の実施例にかかる小型の半導体チップの構成例を示す図。
【符号の説明】
【００７０】
１０…液滴搬送基板、１５…液滴、１６…液滴搬送用電圧制御装置、１７…プレチャージ用電圧制御装置、１９…システム装置、４１…基板配線、４２…基板電極、５０…半導体チップ、５１…半導体チップ両面電極、５２…親水膜、５３…撥水膜、５５…金属導体、５６…カバーフィルム、６０…基板、６１…電極、６３…親水膜、６４…撥水膜、６５…電極、６６…電極、６８…ステージ、７０…搬送用液体、７１…搬送用液体室、７１５…容器の壁面近傍、７２…ノズル、７３…ピエゾ素子、７４…搬送用液体、７８…搬送用液体７０の一部、７９…容器、８０…液滴吐出器、８１…圧縮空気供給器、８２…半導体チップ供給器、８５…マニピュレータ、８６…液体補充器、８７…チップ補充器、９０…第一の液体、９１…第一の液体槽、９２…第二の液体、９３…第二の液体槽、９５…赤外光、１００…貫通穴、１０１…回路、１０２…金属膜、１０３…電極、１０４…電極、１０５…レジスト、１０６…レジスト、１０７…レジスト、１０８…レジスト、１０９…金属膜、１３１…シリコンウエハ、１３２…下部絶縁層、１３３…液滴搬送電極、１３４…プレチャージ用電極、１３５…誘電層、１３６…撥水性材料からなる領域、１６１〜１６５…液滴搬送用スイッチ、１７１…プレチャージ用スイッチ、１３３１〜１３３５…液滴搬送電極。
【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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