(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に電子部品を実装するボンディングを行うためのステージであって、
プラズマ発生用電極と静電吸着用電極とを有し、かつ前記基板あるいは前記電子部品を載置するための載置面を有する載置部材と、
前記載置部材を支持する筒状の支持部材とを備え、
前記支持部材が一方の開口部にて前記載置部材と気密に連結してなり、
前記支持部材の内部にセラミックス製断熱材が設けられていることを特徴とするボンディングステージ。
【請求項２】
前記載置部材にヒータ用電極を有したことを特徴とする請求項１記載のボンディングステージ。
【請求項３】
前記セラミックス製断熱材は、Ａｌ２Ｏ３−ＳｉＯ２−ＣａＯ−Ｌｉ２Ｏ系セラミックス製断熱材であることを特徴とする請求項１または２記載のボンディングステージ。
【請求項４】
前記支持部材は、ステンレスまたはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で形成されてなることを特徴とする請求項１、２または３記載のボンディングステージ。
【請求項５】
前記載置部材と前記支持部材とは、Ｏリングまたは金属ガスケットを介して連結されたことにより、連結部における気密が確保されていることを特徴とする請求項１ないし４のいずれか１項記載のボンディングステージ。
【請求項６】
請求項１ないし５のいずれか１項記載のボンディングステージと、前記ボンディングステージの上方に設けられたボンディングツールと、これらボンディングステージ及びボンディングツールを収容するチャンバーとを備えてなることを特徴とする電子部品実装装置。
【請求項７】
前記ボンディングツールには、前記基板または前記電子部品を静電吸着する静電吸着機構が設けられていることを特徴とする請求項６記載の電子部品実装装置。
【請求項８】
前記ボンディングツールには、プラズマ発生用電極、またはヒータ用電極、もしくはプラズマ発生用電極およびヒータ用電極が設けられていることを特徴とする請求項６または７記載の電子部品実装装置。
【請求項９】
前記ボンディングツールを加圧するための加圧機構が設けられていることを特徴とする請求項６、７または８記載の電子部品実装装置。
【請求項１０】
前記ボンディングツールには、超音波振動を付与するための超音波振動装置が設けられていることを特徴とする請求項６ないし９のいずれか１項記載の電子部品実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ボンディングステージ、及びこのボンディングステージを備えた電子部品実装装置に係わり、特に、プラズマ雰囲気を利用して半導体チップ等の電子部品を基板に実装するボンディングステージ及び電子部品実装装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、ボンディングステージを備えた半導体チップ実装装置として、図４に示すものが知られている（例えば、特許文献１参照）。
図４において符号１００は半導体チップ実装装置であり、この半導体チップ実装装置１００は、基台１３０に立設した支柱１３２によって超音波振動子１３４が図４中矢印方向に昇降自在に支持され、この超音波振動子１３４の先端に半導体チップ吸着器１３６が取り付けられてなるもので、この半導体チップ吸着器１３６の下端で半導体チップ１８０を吸着保持するよう構成されたものである。
【０００３】
基台１３０上には位置合わせ用テーブル１３８が設けられており、その上面にはヒータ１４０が取り付けられている。このヒータ１４０の上面には、図５（ａ）に示すように回路基板１４１が載置保持されるようになっている。この回路基板１４１には、所定の回路パターン１２０が形成されており、この回路パターン１２０に接続してバンプ１１６が形成されている。
【０００４】
このような半導体チップ実装装置１００によってボンディングによる実装を行うには、まず、位置合わせ用テーブル１３８によって半導体チップ１８０と回路基板１４１との相対的な位置合わせを行う。
次に、ヒータ１４０でバンプ１１６が溶融する温度に加熱しつつ、図５（ｂ）〜（ｃ）に示すように超音波振動子１３４を降下させ超音波振動を加えて所定の圧力で熱圧着し、続いて冷却する。これにより、半導体チップ１８０とこの半導体チップ１８０を実装する回路基板１４１とを、前記バンプ１１６を介してボンディングする。
【０００５】
また、半導体素子や回路基板などの電子部品を相互に接続する方法として、バンプ表面に生成した酸化膜を除去する工程と、前記バンプを所定の環境下に所定時間放置して前記バンプ表面に再酸化膜を形成する工程と、前記バンプを加熱し、前記バンプを溶融固化して接合する工程を含む接合方法が知られている（例えば、特許文献２参照）。この方法では、前記酸化膜を除去する方法として、プラズマ処理によるスパッタリングを利用することが開示されている。
【０００６】
更に、フリップチップ実装する方法として、鉛フリーの錫―亜鉛系バンプの表面を水素含有プラズマの照射により改質し、フッ素含有プラズマにより前記バンプ表面にフッ素含有層を形成して再酸化を防止したバンプを加熱して溶融接合する方法が知られている（例えば、特許文献３参照）。
【０００７】
【特許文献１】
特開昭６４−６１９２３号公報
【特許文献２】
特開平１１−３４０６１４号公報
【特許文献３】
特開２００１−３０８１４４号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、前述した半導体チップ実装装置１００や、電子部品のボンディング方法にあっては、バンプを、これが溶融する温度、例えば２５０℃〜５５０℃程度にまで加熱し、その後急冷却する必要があるため、半導体チップなどの電子部品実装のスループットが悪く、ボンディング効率も不充分であるという問題があった。
また、前記の半導体チップ実装装置１００にあっては、ヒータ１４０の温度分布が必ずしも均一でなく、溶融しないバンプも存在してしまい、したがって高い歩留まりでかつ信頼性の高い実装ができず、これによりボンディング効率が充分でないという問題もあった。
【０００９】
本発明は、従来の技術が有する前記問題点を解決するためになされたものであり、そのために設定された課題は、バンプが溶融する温度まで加熱する必要がなく、より低い温度で、高い歩留まりでかつ信頼性の高い実装をすることを可能とし、もって、電子部品実装のスループットを改善し、ボンディング効率を向上させることが可能なボンディングステージ及び電子部品実装装置を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明者は前記課題を解決するため鋭意検討した結果、バンプをプラズマに曝すとともに、基板や電子部品もプラズマに曝すことによってこれらを清浄化し、その後圧着を行うことにより、基板上に電子部品を容易にボンディングすることができるとの知見を得、本発明を完成した。
【００１４】
本発明のボンディングステージは、基板上に電子部品を実装するボンディングを行うためのステージであって、プラズマ発生用電極と静電吸着用電極とを有し、かつ前記基板あるいは前記電子部品を載置するための載置面を有する載置部材と、前記載置部材を支持する筒状の支持部材とを備え、前記支持部材が一方の開口部にて前記載置部材と気密に連結してなり、前記支持部材の内部にセラミックス製断熱材が設けられていることを特徴としている。
【００１５】
このボンディングステージにあっては、静電吸着用電極を有しているので、載置部材の載置面上に載置した基板あるいは電子部品を静電吸着することができ、また、プラズマ発生用電極を有しているので、載置面上の基板および電子部品、さらにはこれらの間に配置されたバンプをプラズマ処理することができ、したがって前記のボンディング方法を実施するのに好適となる。
よって、バンプをその融点以上となる高い温度で加熱することなく、融点未満の低い温度で実装することが可能となり、これにより半導体チップ等の電子部品実装のスループットを改善し、ボンディング効率を向上させることが可能になり、したがって高い歩留まりでかつ信頼性の高い実装が可能になる。
また、前記載置部材を支持する筒状の支持部材を備え、前記支持部材が一方の開口部にて前記載置部材と気密に連結してなり、前記支持部材の内部にセラミックス製断熱材が設けられているので、ボンディングによって載置部材に圧着力（ボンディング圧）が繰り返し作用しても、支持部材の内部にセラミックス製断熱材が設けられていることによって載置部材は充分な耐性を有するものとなり、したがってこの載置部材や支持部材の損傷が防止され、しかも、前記載置面が均熱性に優れたものとなる。
なお、本発明において、前記のプラズマ発生用電極と静電吸着用電極とは、同じものがプラズマ発生用と静電吸着用とを兼ねる形態であってもよい。
【００１６】
また、前記ボンディングステージにおいては、前記載置部材にヒータ用電極を有しているのが好ましい。
このようにすれば、載置面上の基板および電子部品、さらにはこれらの間に配置されたバンプを所望の温度に加熱することが可能になる。
【００１８】
なお、このボンディングステージにおいては、前記セラミックス製断熱材は、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−Ｌｉ２ Ｏ系セラミックス製断熱材であるのが好ましい。
このようにすれば、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−Ｌｉ２ Ｏ系セラミックス製断熱材が耐圧縮性、断熱性に優れているので、前述したように載置部材が繰り返し作用する圧着力（ボンディング圧）に対しより充分な耐性を有するものとなり、しかも、前記載置面の均熱性もより優れたものとなる。
【００１９】
また、前記ボンディングステージにおいては、前記支持部材は、ステンレスまたはＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金で形成されてなるのが好ましい。
このようにすれば、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金が耐熱性、耐プラズマ性、機械的強度等に優れているので、ボンディングステージ自体の耐久性が向上する。
【００２０】
また、前記ボンディングステージにおいては、前記載置部材と前記支持部材とは、Ｏリングまたは金属ガスケットを介して連結されたことにより、連結部における気密が確保されているのが好ましい。
前記ボンディングステージでは、バンプの融点未満の低い温度で実装することができるので、前記載置部材と前記支持部材とを、耐熱性に優れた接合法によることなく、一般的なＯリングまたは金属ガスケットで連結することができる。したがって、耐熱性に優れた接合法に比べて安価にしかも簡易に連結を行うことが可能になる。
【００２１】
本発明の電子部品実装装置では、前記ボンディングステージと、前記ボンディングステージの上方に設けられたボンディングツールと、これらボンディングステージ及びボンディングツールを収容するチャンバーとを備えてなることを特徴としている。
この電子部品実装装置にあっては、前記ボンディングステージがバンプの融点未満の低い温度で実装することができ、これにより高い歩留まりでかつ信頼性の高い実装ができるようになっているので、電子部品実装のスループットを改善し、ボンディング効率を向上させることが可能になる。
【００２２】
また、前記電子部品実装装置においては、前記ボンディングツールに、前記基板または前記電子部品を静電吸着する静電吸着機構が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、静電吸着機構によって前記載置部材上の基板および電子部品をより安定して保持固定することができる。
【００２３】
また、前記電子部品実装装置においては、前記ボンディングツールに、プラズマ発生用電極及び／又はヒータ用電極が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、特にプラズマ発生用電極が設けられている場合に、プラズマをより一層安定に発生させることが可能になり、また、特にヒータ用電極が設けられている場合に、バンプを効率よく、かつ短時間で所定温度にまで加熱することが可能になる。
【００２４】
また、前記電子部品実装装置においては、前記ボンディングツールを加圧するための加圧機構が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、加圧機構によって所定の圧力で前記ボンディングツールを加圧することが可能になり、したがって基板と電子部品とを確実に接合することができ、これにより高い歩留まりでかつ信頼性の高い実装ができるようになる。
【００２５】
また、前記電子部品実装装置においては、前記ボンディングツールに、超音波振動を付与するための超音波振動装置が設けられているのが好ましい。
このようにすれば、超音波の作用によってバンプ表面の酸化物層を除去し、バンプの非酸化面を露出することにより、圧着をより確実にかつより良好に行うことが可能になり、したがってボンディング効率を高めることができる。
【００２６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を掲げ、本発明を詳細に説明する。なお、この実施の形態は、本発明をより良く説明するためのものであり、電子部品として半導体チップを例にし、また基板として半導体チップを実装するための、所定の回路パターンを形成した回路基板を例にし、これらをフリップチップボンディングする場合について説明する。
【００２７】
「フリップチップボンディング方法」
このフリップチップボンディング方法は、基板（回路基板）にバンプを介して電子部品（半導体チップ）を接続し、前記基板上に前記電子部品を実装するボンディング方法であり、前記基板の電子部品を実装する側の面と、前記電子部品の基板に接続される側の面と、前記バンプの表面とをプラズマ処理し、その後、前記バンプをその融点未満の温度で加熱するとともに、前記基板と電子部品とを前記バンプを介して圧着する方法である。
【００２８】
この方法におけるボンディングメカニズムは必ずしも解明されていないものの、以下に述べるメカニズムによるものと考えられる。
バンプ材がプラズマに曝されると表面の酸化膜が除去され、軟化する。また、半導体チップ上や回路基板上のＡｌまたはＡｕ等で形成されたパッドメタルがプラズマに曝されると、その表面が清浄化される。そして、このようにして清浄化された半導体チップ上のパッドメタルと回路基板上のパッドメタルとの間に、表面酸化物層が除去されて新生面が露出し、軟化したバンプを配して圧着すると、半導体チップ上のパッドメタルと回路基板上のパッドメタルとはバンプを介して容易に接続され、半導体チップと回路基板とが容易にボンディングする。
なお、前記のバンプとしては特に制限されるものでなく、例えばＡｕ-Ｓｎ合金、Ｐｂ-Ｓｎ合金、Ｓｎ-Ｚｎ合金、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ合金、Ｓｎ-Ｃｕ合金等が用いられる。
【００２９】
ボンディング時の温度としては、必ずしも制限されることなく、もちろん使用したバンプの融点によって適宜に設定されるが、１５０℃以上、好ましくは２００℃以上とされ、特にバンプが溶融する温度（融点）未満とされる。これは、前述したようにバンプをプラズマに曝すとともに、基板や電子部品のパッドメタルもプラズマに曝すことによってこれらを清浄化するので、バンプをその融点以上となる高い温度で加熱することなく、融点未満の低い温度でボンディングによる実装を行うことが可能になるからである。なお、融点未満の温度として具体的には、使用したバンプの種類によって異なる。
【００３０】
バンプ、基板および電子部品のパッドメタルの表面処理に用いるプラズマとしては、特に制限されることなく、例えば不活性プラズマであるＡｒプラズマ、Ｋｒプラズマ等が好適に用いられる。また、プラズマ出力としては、数十Ｗ〜数百Ｗで充分であり、プラズマに曝す時間はごく短時間でよく、例えば０．５分〜１分程度で充分である。
【００３１】
また、ボンディングする際には超音波を作用させるのが好ましい。超音波を作用させると、前記バンプの酸化物層が除去されて新生面が露出し易くなるからである。作用させる超音波としては特に制限されないものの、例えば超音波出力５Ｗ、出力振幅１〜３０マイクロインチ程度とすれば、歩留まりが略１００％の良好な接続が可能となり、好ましい。
【００３２】
このようなフリップチップボンディング方法にあっては、バンプをプラズマに曝すとともに、基板や電子部品もプラズマに曝すことによってこれらを清浄化するので、バンプをその融点以上となる高い温度で加熱することなく、融点未満の低い温度で実装することができる。したがって、半導体チップ等の電子部品実装のスループットを改善し、ボンディング効率を向上させることができ、これにより高い歩留まりでかつ信頼性の高い実装を実現することができる。
【００３３】
「ボンディングステージ」
次に、本発明のボンディングステージについて説明する。
（参考形態）
図１は、前記のフリップチップボンディング方法を実施するのに好適なボンディングステージの参考形態を示す図であり、図１において符号１０はボンディングステージである。このボンディングステージ１０は、所定の回路パターンが形成された回路基板（被処理基板、図示せず）または半導体チップ（電子部品、図示せず）を載置するための載置面１１ａを有した載置台（載置部材）１１と、この載置台１１を支持する円筒状の支持部材１２とを備えて構成されたものである。
【００３４】
載置台１１は、上面側に上円盤部１１ｂを有し、下面側に上円盤部１１ｂより大径の下円盤部１１ｃを有した略円盤状のもので、耐プラズマ性に優れるセラミックス製のものである。このようなセラミックスとしては、窒化アルミニウム、酸化アルミニウム、窒化珪素、酸化珪素、酸化ジルコニウム、酸化チタン、サイアロン、窒化ホウ素、炭化珪素から選択されたセラミックス、あるいはこれらを２種以上含む複合セラミックスが好適とされる。このような載置台１１の厚さについては、ボンディング時の加圧力に耐え得る厚さがあればよく、例えば、５ｍｍ〜１５ｍｍ程度とされる。
【００３５】
また、この載置台１１には、その内部に電極１３、１４、１５が埋設されている。電極１３は、直流電圧が印加されることによって回路基板を載置面１１ａに静電吸着するための静電吸着用電極であり、電極１４は、高周波電圧が印加されることによってプラズマを発生させるプラズマ発生用電極であり、電極１５は、電熱用の電力が給電されることによって発熱させるためのヒータ用電極である。これら電極１３、１４、１５の材料としては、タングステン、モリブデン等の高融点金属や、炭化珪素、窒化チタン、グラファイト、窒化アルミニウム−タングステン複合セラミックス、窒化アルミニウム−窒化タンタル複合セラミックス、酸化アルミニウム−タングステン複合セラミックス、酸化アルミニウム−炭化タンタル複合セラミックス等の導電性セラミックスなどが好適に用いられる。このような電極材料としては、その熱膨張係数が、載置台１１の熱膨張係数にできるだけ近い値であるのが好ましい。なお、前記電極１３、１４、１５の形状、厚み等については適宜変更可能であり、従来のプラズマ処理装置における、電極内蔵型載置台に準ずればよい。
【００３６】
また、前記電極１３には給電端子１３ａを介して配線１３ｂが接続されており、配線１３ｂが直流電源１６に接続されたことにより、電極１３には静電圧が印加されるようになっている。また、前記電極１４には給電端子１４ａを介して配線１４ｂが接続されており、配線１４ｂが高周波電源１７に接続されたことにより、電極１４には高周波電圧が印加されるようになっている。また、前記電極１５には給電端子１５ａを介して配線１５ｂが接続されており、配線１５ｂがヒータ電源１８に接続されたことにより、電極１５には電熱用電力が印加されるようになっている。
【００３７】
前記給電端子１３ａ、１４ａ、１５ａの材料としては、導電性を有するものであれば特に制限されることはないものの、その熱膨張係数が前記載置台１１の熱膨張係数に近い値であるのが好ましく、特に各種の導電性セラミックス、例えば、窒化アルミニウム−タングステン複合セラミックス、窒化アルミニウム−窒化タンタル複合セラミックス、酸化アルミニウム−タングステン複合セラミックス、酸化アルミニウム−炭化タンタル複合セラミックス等が好適とされる。
【００３８】
前記支持部材１２には、その上部側に内方に延びる環状の内縁部１２ａが形成されており、この内縁部１２ａの開口部内に前記載置台１１の上円盤部１１ｂが嵌合している。また、内縁部１２ａの下面に前記載置台１１の下円盤部１１ｃの上面が当接し、かつ支持部材１２の内周面に下円盤部１１ｃの外周面が当接している。そして、支持部材１２の内縁部１２ａと載置台１１の下円盤部１１ｃの上面との間にはＯリング１９が設けられ、さらにＯリング１９の内側において内縁部１２ａと下円盤部１１ｃとが皿ネジ２０によって機械的に連結され、これによって支持部材１２と載置台１１とはその連結部における気密が確保されたものとなっている。
【００３９】
ここで、支持部材１２と載置台１１とを気密に連結する手段としては、各種の耐熱性接合剤を用いた接合法等を用いることもできるが、本発明のボンディングステージを用いたフリップチップボンディング法ではバンプが溶融する温度まで加熱する必要がないため、前記のＯリング１９、またはこれに代えて金属ガスケット（図示せず）を気密確保のための連結手段として用いることができる。このようなＯリング１９または金属ガスケットを用いた連結方法を採用した場合、接合剤を用いた接合方法を採用した場合の高温での熱処理が不要となり、したがってボンディングステージ１０の製作が容易となる。なお、前記のＯリング１９としては、ポリ４フッ化エチレン等のフッ素系樹脂製のもの、例えばグリーンツイード  アンド  カンパニー株式会社製の「ケムラッツ」（登録商標）が好適に用いられる。また、金属ガスケットとしては、汎用のアルミニウムガスケット等が好適に用いられる。
【００４０】
また、この参考形態においては前記支持部材１２の内部は空間となっており、これによって前記の各電極１３、１４、１５に接続する配線１３ｂ、１４ｂ、１５ｂは、支持部材１２の内部空間内および下部開口を通って外部に取り出されている。このような構成のもとに、前記の各配線１３ｂ、１４ｂ、１５ｂは外気で冷却されるようになっている。
【００４１】
支持部材１２の形成材料としては、耐プラズマ性に優れた材料であれば特に制限されることなく、例えば銅、アルミニウム、チタン、ステンレス、Ｆｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金（例えば、コバール合金）や、アルミニウム等の金属とセラミックスとの複合材料（例えば、炭化珪素を２０〜７０重量％含むアルミニウム−炭化珪素複合セラミックス）が好適に用いられる。また、これらの材料の中ではステンレスやＦｅ−Ｎｉ−Ｃｏ系合金が、適度なやわらかさを有し、これによって前述したように前記載置台１１と前記支持部材１２との、Ｏリング１９または金属ガスケットを介しての気密連結に好適であり、さらには、耐熱性、機械的強度に優れ、しかも金属材料のなかでは特に耐プラズマ性に優れていることから、好適に使用される。
【００４２】
また、前記支持部材１２の、少なくともプラズマに曝される面、すなわち内縁部１２ａの上面や支持部材１２の外周面等については、必要に応じて耐プラズマ処理しておくのが好ましい。耐プラズマ処理としては、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム等のセラミックス溶射膜を形成する方法等を例示することができる。
なお、このボンディングステージ１０は、その支持部材１２の下端部がチャンバー（図示せず）の底面に気密に保持固定されることにより、チャンバー内に配設されたものとなっている。
このようなボンディングステージ１０にあっては、後述する半導体チップ実装装置（電子部品実装装置）の一部を構成するものとして用いられることにより、前記のフリップチップボンディング方法を実施するのに好適なものとなる。
【００４３】
（実施形態）
図２は、前記のフリップチップボンディング方法を実施するのに好適なボンディングステージの実施形態を示す図であり、図２において符号５０はボンディングステージである。このボンディングステージ５０が図１に示したボンディングステージ１０と異なるところは、支持部材１２の内部空間にこれをほぼ充填した状態でセラミックス製断熱材５１が配設されている点である。このセラミックス製断熱材５１には、前記の電極１３、１４、１５に接続する各配線１３ｂ、１４ｂ、１５ｂを通して外側に案内するための貫通孔（図示せず）が形成されている。
【００４４】
また、このセラミックス製断熱材５１としては、特に限定されることはないものの、Ａｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−Ｌｉ２ Ｏ系セラミックス製断熱材であるのが好ましい。このような断熱材で形成すれば、このセラミックスが耐圧縮性、断熱性に優れているので、前記ボンディングステージ５０が圧着力（ボンディング圧）に対して充分な耐性を有するものとなり、しかも、前記載置面１１ａの均熱性がより優れたものとなる。また、このようなＡｌ２ Ｏ３ −ＳｉＯ２ −ＣａＯ−Ｌｉ２ Ｏ系セラミックス製断熱材は、その熱膨張係数が、支持部材１２を形成する材料（ステンレス、コバール合金）の熱膨張係数に近い値となるので、加熱時などにおいても支持部材１２とセラミックス製断熱材５１との間に余分な空間が形成されないため、好ましい。
【００４５】
このようなボンディングステージ５０にあっては、セラミックス製断熱材５１が前記空間を略充填するよう配設されているので、その載置台１１の載置面１１ａに圧着力（ボンディング圧）が繰り返して作用しても充分な耐性を有するものとなり、したがって載置台１１や支持部材１２の損傷が防止され、しかも、前記載置面１１ａが均熱性に優れたものとなる。
【００４６】
「半導体チップ実装装置」
図３は、前記のフリップチップボンディング方法を実施するのに好適な半導体チップ実装装置（電子部品実装装置）の一実施形態を示す図であり、特に、図２に示したボンディングステージ５０を備えて構成されたものである。
図３において符号７０は半導体チップ実装装置であり、この半導体チップ実装装置７０は、前記ボンディングステージ５０と、このボンディングステージ５０の上方に配設されたボンディングツール７１と、これらボンディングステージ５０及びボンディングツール７１を収容するチャンバー７２とを備え、さらにボンディングツール７１の上方に加圧装置８０を備えてなるものである。
【００４７】
ボンディングステージ５０の直下に位置するチャンバー７２の底部には、前記各電極１３、１４、１５に接続する配線１３ｂ、１４ｂ、１５ｂを外部に取り出すための開口（図示せず）が形成されている。また、ボンディングステージ５０は、これを収容したチャンバー７２の底面に支持部材１２がボルト等の締結手段によって機械的に固定されており、さらに支持部材１２とチャンバー１２の底面との間にはＯリング７３が配設されている。このような構成のもとに、支持部材１２とチャンバー１２の底面との間は気密が確保されており、これによってチャンバー７２内は、前記の配線１３ｂ、１４ｂ、１５ｂ取り出し用の開口によって外部に連通することが防止されている。
【００４８】
前記ボンディングツール７１には、その内部に、回路基板７４を静電吸着固定する静電吸着力を発生させるための静電吸着用電極（静電吸着機構）８１と、ヒータ用電極８２とが配設されている。静電吸着用電極８１は配線等（図示せず）によって直流電源８３に接続されており、ヒータ用電極８２は配線等（図示せず）によってヒータ電源８４に接続されている。なお、これら電極８１、８２に加え、あるいはヒータ用電極８２に代えてプラズマ発生用電極を配設してもよい。また、このボンディングツール７１には、これに超音波振動を付与するための超音波振動装置７５が併設されている。
また、前記加圧装置８０は、鉛直方向に昇降可能、かつ水平方向に回転可能に設けられたもので、ボンディングツール７１を下方に向けて所定圧で押圧するよう構成されたものである。
【００４９】
このような構成の半導体チップ実装装置７０によって回路基板７４上に半導体チップ７６をボンディング（フリップチップボンディング）するには、まず、回路基板７４をボンディングステージ５０の載置面１１ａ上の所定の位置に載置し、続いて電極１３に通電することにより、回路基板７４を載置面１１ａに静電吸着する。また、これとは別に、ボンディングツール７１の下面の所定位置に半導体チップ７６を静電吸着させておく。
【００５０】
次に、ボンディングステージ５０上の回路基板７４に対してボンディングツール７１で静電吸着した半導体チップ７６を位置合わせする。なお、これに先立ち、あるいはこれの後に、回路基板７４上の所定位置にバンプ７７を配しておく。また、チャンバー７２内を脱気しＡｒガスを流入させることにより、所定のＡｒ雰囲気としておく。
次いで、電極１４に通電することによってボンディングステージ１０の載置台よりプラズマを発生させ、回路基板７４のパッドメタルと、バンプ７７と、半導体チップ７６のパッドメタルとをＡｒプラズマ雰囲気中に所定時間（例えば１分間）曝してプラズマ処理する。
【００５１】
その後、加圧装置８０を下降させ、ボンディングツール７１を下方に向けて所定圧で押圧し、ボンディングステージ５０とボンディングツール７１との間にバンプ７７を挟んだ状態で配設された回路基板７４と半導体チップ７６とを圧着せしめる。また、このとき、ボンディングツール７１に併設した超音波振動装置７５を作動させることにより、前記バンプ７７に超音波を作用させる。
さらに、このような加圧装置８０の下降による圧着処理に先立ち、あるいは圧着とほぼ同時に、または圧着直後に、ボンディングステージ５０の電極１５に通電するとともにボンディングツール７１のヒータ用電極８２に通電し、所定温度、すなわち前記バンプ７７の融点未満の温度に所定時間加熱する。
そして、このような熱圧着に続いてバンプ７７等を冷却することにより、該バンプ７７を介して半導体チップ７６を回路基板７４にボンディングする。
【００５２】
このような半導体チップ実装装置７０、すなわち前記ボンディングステージ５０を用いてなるフリップチップボンディング方法にあっては、バンプ７７をプラズマに曝すとともに、回路基板７４や半導体チップ７６もプラズマに曝すことによってこれらのパッドメタル等も清浄化するので、バンプをその融点以上となる高い温度で加熱することなく、融点未満の低い温度でボンディング（実装）することができる。したがって、半導体チップ７６等の電子部品実装のスループットを改善し、ボンディング効率を向上させることができ、これにより高い歩留まりでかつ信頼性の高い実装を実現することができる。
【００５３】
「実施例」
図３に示した半導体チップ実装装置７０を用い、上述したフリップチップボンディング方法による半導体チップ実装試験（フリップチップ接続試験）を行った。バンプとして、Ｐｂ／Ｓｎが（９０重量％／１０重量％）の組成のバンプを用いた。また、半導体チップとして、バンプピッチが２００μｍ、１５０μｍ、１００μｍで、バンプ数が２００個のテストチップを使用した。
フリップチップ接続前に、基板パッドメタル及びバンプを形成した回路基板と、チップパッドメタルを形成した半導体チップとをＡｒプラズマ雰囲気中に１分間曝した。また、ボンディングステージ内のヒータ用電極、ボンディングツール内のヒータ用電極に通電し、それぞれの温度を２００℃に維持した。
このようにしてフリップチップ接続を行った結果、前記のいずれのバンプピッチにあっても、１００％良好な接続が得られた。
【００５４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のボンディングステージによれば、静電吸着用電極を有したことによって載置部材の載置面上に載置した基板あるいは電子部品を静電吸着することができるようにし、また、プラズマ発生用電極を有したことによって載置面上の基板および電子部品、さらにはこれらの間に配置されたバンプをプラズマ処理することができるようにしたものであるから、前記のボンディング方法を良好に実施することができる。
よって、バンプをその融点以上となる高い温度で加熱することなく、融点未満の低い温度で実装することができ、これにより半導体チップ等の電子部品実装のスループットを改善し、ボンディング効率を向上させることができ、これにより高い歩留まりでかつ信頼性の高い実装を実現することができる。
【００５６】
本発明の電子部品実装装置は、前記ボンディングステージを備えたものであるから、バンプの融点未満の低い温度で実装を行うことができ、これにより高い歩留まりでかつ信頼性の高い実装を行うことができ、したがって電子部品実装のスループットを改善し、ボンディング効率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の参考形態のボンディングステージの概略構成を示す側断面図である。
【図２】  本発明の実施形態のボンディングステージの概略構成を示す側断面図である。
【図３】  本発明の一実施形態の電子部品実装装置を示す概略構成図である。
【図４】  従来のボンディングステージを備えた半導体チップ実装装置の一例を示す概略構成図である。
【図５】  （ａ）〜（ｃ）は、図４に示した半導体チップ実装装置によるボンディング方法を工程順に説明するための要部拡大図である。
【符号の説明】
１０…ボンディングステージ、１１…載置台（載置部材）、１１ａ…載置面、１２…支持部材、１３…電極、１４…電極、１５…電極、１９…Ｏリング、５０…ボンディングステージ、５１…セラミックス製断熱材、７０…半導体チップ実装装置（電子部品実装装置）、７１…ボンディングツール、７２…チャンバー、７４…回路基板（基板）、７５…超音波振動装置、７６…半導体チップ（電子部品）、７７…バンプ、８０…加圧装置（加圧機構）、８１…静電吸着用電極（静電吸着機構）、８２…ヒータ用電極。
【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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