(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱器及び冷却器を備えるボンディングステージに配線パターンが形成された基板を載置し、
画像センサによって前記配線パターンのボンディング位置を検出し、前記検出の結果得られたボンディング位置と、前記電極の形成位置に対応した所定のボンディング位置と、を比較して両者の位置が異なる場合に、前記加熱器及び前記冷却器により前記ボンディングステージの温度をコントロールして前記基板を膨張又は収縮させることによって、前記配線パターンのボンディング位置を前記所定のボンディング位置に一致させ、
前記基板に半導体チップを搭載することを含む半導体装置の製造方法。
【請求項２】
基板を載置するため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少なくとも一方の側に配置される加熱器と、
前記ボンディングステージの少なくとも一方の側に配置される冷却器と、
前記加熱器及び前記冷却器を制御して前記ボンディングステージの温度をコントロールする温度制御部と、
前記ボンディングステージに前記基板を載置したときに、前記基板における前記配線パターンが形成された側の面の画像を認識する画像センサと、
前記画像センサからの信号を処理する画像処理部と、
前記画像処理部によって得られた結果をもとに前記温度制御部に信号を送る演算部と、
を含む半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体装置の製造方法及びその製造装置に関する。
【０００２】
【発明の背景】
フェースダウンボンディングでは、半導体チップを基板に搭載するためのボンディングツールの熱を補うために、ボンディングステージを適当な温度に加熱して行うことが知られている。しかし、ボンディングツールはボンディングステージに比べて高温に加熱されており、ボンディングステージに載置した基板の温度がボンディングツールの熱によって高温になってしまう場合があった。これによって、基板が過度に熱膨張し、半導体チップの電極と配線パターンとの正確な位置合わせが難しい場合があった。
【０００３】
本発明はこの問題点を解決するためのものであり、その目的は、正確に半導体チップをフェースダウンボンディングすることができる半導体装置の製造方法及びその製造装置を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
（１）本発明に係る半導体装置の製造方法は、
加熱器及び冷却器を備えるボンディングステージに配線パターンが形成された基板を載置し、
画像センサによって前記配線パターンのボンディング位置を検出し、前記検出の結果得られたボンディング位置と、前記電極の形成位置に対応した所定のボンディング位置と、を比較して両者の位置が異なる場合に、前記加熱器及び前記冷却器により前記ボンディングステージの温度をコントロールして前記基板を膨張又は収縮させることによって、前記配線パターンのボンディング位置を前記所定のボンディング位置に一致させ、
前記基板に半導体チップを搭載することを含む。
【０００５】
本発明によれば、加熱器及び冷却器によってボンディングステージに載置した基板の温度をコントロールする。すなわち、ボンディングステージの温度をコントロールして基板の膨張又は収縮を自由にコントロールする。これによって、基板の過度の膨張等を制限して、例えば、電極と配線パターンとの位置合わせを正確に行うことができる。
【０００９】
また、これによれば、配線パターンのボンディング位置を正確な位置に矯正することによって、例えば、半導体チップの電極と基板の配線パターンとの位置合わせをより正確に行うことができる。配線パターンのボンディング位置は、基板を、加熱して膨張、又は冷却して収縮させることで矯正することができる。
【００１０】
（２）本発明に係る半導体装置の製造装置は、
基板を載置するため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少なくとも一方の側に配置される加熱器と、
前記ボンディングステージの少なくとも一方の側に配置される冷却器と、
前記加熱器及び前記冷却器を制御して前記ボンディングステージの温度をコントロールする温度制御部と、
前記ボンディングステージに前記基板を載置したときに、前記基板における前記配線パターンが形成された側の面の画像を認識する画像センサと、
前記画像センサからの信号を処理する画像処理部と、
前記画像処理部によって得られた結果をもとに前記温度制御部に信号を送る演算部と、
を含む。
【００１１】
本発明によれば、加熱器及び冷却器によってボンディングステージの熱をコントロールして、ボンディングステージに載置した基板の温度をコントロールすることができる。すなわち、ボンディングステージの温度をコントロールして基板の膨張又は収縮を自由にコントロールすることができる。これによって、基板の過度の膨張等を制限して、例えば、電極と配線パターンとの位置合わせを正確に行うことができる。
【００１５】
また、これによって、配線パターンのボンディング位置を正確な位置に矯正することができる。したがって、例えば、半導体チップの電極と基板の配線パターンとの位置合わせをより正確に行うことができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の好適な実施の形態について図面を参照して説明する。ただし、本発明は、以下の実施の形態に限定されるものではない。
【００１７】
図１及び図２は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法及び製造装置について説明するための図である。本実施の形態では、既に周知の半導体チップ１０を基板２０にフェースダウンボンディングする。また、その工程は、ボンディングステージ３０で行われ、ボンディングツール４０を用いてもよい。本実施の形態に係る半導体装置の製造装置は、ボンディングステージ３０と、加熱器５０と、冷却器６０とを含む。なお、半導体チップ１０の基板２０に対する実装形態は、例えば、ワイヤボンディングなどのフェースアップボンディングであってもよい。
【００１８】
半導体チップ１０は、その能動面（集積回路形成面）に、例えばアルミニウム等で形成されてなる複数の電極１２を有する。電極１２上に、ハンダボール、金ワイヤーボール、金メッキなどからなるバンプ（図示しない）が形成されていてもよい。この場合に、電極１２とバンプとの間にバンプ金属の拡散防止層として、ニッケル、クロム、チタン等を付加してもよい。
【００１９】
基板２０は、有機系又は無機系のいずれの材料から形成されたものであってもよく、これらの複合構造からなるものであってもよい。有機系の材料から形成された基板２０として、例えばポリイミド樹脂からなるフレキシブル基板が挙げられる。また、無機系の材料から形成された基板２０として、例えばセラミック基板やガラス基板が挙げられる。有機系及び無機系の材料の複合構造として、例えばガラスエポキシ基板が挙げられる。
【００２０】
一般に有機系の基板２０は、無機系の基板２０よりも、熱膨張係数が大きいので膨張又は収縮が大きい。本実施の形態は、有機系の基板２０を用いた場合に特に効果的である。
【００２１】
基板２０として、その両端部がリールに掛け渡された長尺状のテープ基板を用いてもよい。この場合には、リール間の基板２０の一部に、半導体チップ１０を搭載する。また、基板２０として、多層基板やビルドアップ型基板を用いてもよい。また、基板２０は、複数の半導体チップ１０を搭載する領域をマトリクス状に有する基板であってもよい。
【００２２】
基板２０には、その一方、又は両方の面に配線パターン２２が形成されている。配線パターン２２は、複数層から構成されることが多い。例えば、銅（Ｃｕ）、クロム（Ｃｒ）、チタン（Ｔｉ）、ニッケル（Ｎｉ）、チタンタングステン（ＴｉＷ）、金（Ａｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、ニッケルバナジウム（ＮｉＶ）、タングステン（Ｗ）のうちのいずれかを積層して配線パターン２２を形成することができる。配線パターン２２は、フォトリソグラフィ、スパッタ、又はメッキ処理によって形成してもよい。
【００２３】
なお、本実施の形態において、電極１２又はバンプ（図示しない）と、配線パターン２２と、の電気的接合の形態は、導電樹脂ペースト、又はＡｕ−Ａｕ、Ａｕ−Ｓｎ、ハンダなどによる金属接合、又は絶縁樹脂の収縮力による接合などがあり、そのいずれの形態を用いてもよい。
【００２４】
ボンディングステージ３０は、基板２０を載置するためのものである。ボンディングステージ３０の領域は、基板２０のうち半導体チップ１０の搭載領域を少なくとも一つ載置できればよい。ボンディングステージ３０は、金属等の熱導電性の高い部材からなること好ましい。ボンディングステージ３０をヒーターブロックと称してもよい。
【００２５】
加熱器５０は、ボンディングステージ３０に伝えられる熱を発生する。加熱器５０によってボンディングステージ３０を直接的又は間接的に加熱してもよい。これによって、ボンディングステージ３０に基板２０を載置したときに、基板２０を加熱することができる。基板２０を積極的に加熱することで、半導体チップ１０の電極１２と配線パターン２２との電気的に接続する工程を、短時間でより確実に行うことができる。また、図２に示すように、加熱器制御部５２によって、加熱器５０のボンディングステージ３０に伝える発熱量を制御してもよい。
【００２６】
冷却器６０は、ボンディングステージ３０からの熱を奪う。冷却器６０は、熱交換器６２によってボンディングステージ３０を冷却してもよい。熱交換器６２は、冷却器６０の一部である。熱交換器６２は、熱輸送媒体によってボンディングステージ３０からの熱を奪う。熱交換器６２の形態は特に限定されず、ボンディングステージ３０を冷却する形態は、直接的であっても間接的であってもよい。熱輸送媒体の材料は、ボンディングステージ３０からの熱を奪う前の温度などを考慮して選べばよい。熱輸送媒体は、空気等の気体であってもよく、水等の液体であってもよい。冷却器６０によって、ボンディングステージ３０に基板２０を載置したときに、基板２０を冷却することができる。すなわち、基板２０が過度に加熱される前にその温度を下げることができる。特に、基板２０の温度を、室温付近に保ちたい場合や、加熱器５０の作動を停止するだけでは効率良く下げることができない場合に、冷却器６０は効果的である。
【００２７】
また、冷却器６０として、ペルチェ効果を利用した熱電冷却装置（図示しない）などを用いてもよい。また、図２に示すように、冷却器制御部６４によって、冷却器６０のボンディングステージ３０からの吸熱量を調節してもよい。
【００２８】
なお、本実施の形態において冷却器６０は、ボンディングステージ３０の熱を他の部分、例えばボンディングステージ３０を搭載するＸ−Ｙステージ等に伝えないための断熱手段とは異なり、ボンディングステージ３０を冷却可能とする構造をとる。
【００２９】
加熱器５０及び冷却器６０は、ボンディングステージ３０の少なくとも一方の側に配置される。詳しくは、加熱器５０又は冷却器６０は、ボンディングステージ３０の基板２０側もしくはそれとは反対側に配置されてもよく、又はそれらの両側に配置されてもよい。いずれの場合であっても、加熱器５０及び冷却器６０によってボンディングステージ３０の温度をコントロールすることができる。
【００３０】
図２に示すように、半導体装置の製造装置は、温度センサ８０と、温度制御部７０と、をさらに含む。温度制御部７０は、ボンディングステージ３０の温度をコントロールする。言い換えると、加熱器制御部５２及び冷却器制御部６４の両方を制御する。図１及び図２に示すように温度制御部７０は、ボンディングステージ３０又はボンディングステージ３０に載置した基板２０の温度を検出する温度センサ８０の検出結果に応じて、ボンディングステージ３０の温度をコントロールする。
【００３１】
例えば、ボンディングステージ３０又は基板２０の設定温度を第１の温度におき、温度センサ８０で検出した結果得られた温度の値が第１の温度よりも高い第２の温度であれば、冷却器制御部６４にその情報を伝達して冷却器６０を作動させる。また、例えば、温度センサ８０で検出した結果得られた温度の値が第１の温度よりも低い第３の温度であれば、加熱器制御部５２にその情報を伝達して加熱器５０を作動させる。また、温度センサ８０で検出した結果得られた温度の値が第１の温度にほぼ近い温度であれば、その状態を保ち続けるように加熱器制御部５２及び冷却器制御部６４を制御する。こうして、温度制御部７０は、ボンディングステージ３０に載置した基板２０を目標温度である第１の温度にコントロールする。なお、第１の温度、及び第２、第３の温度は、製造工程において自由に決めることができる。
【００３２】
図２に示すように、半導体装置の製造装置は、画像センサ９０と、画像処理部９２と、演算部９４と、をさらに含む。
【００３３】
画像センサ９０は、ボンディングステージ３０に載置した基板２０の配線パターン２２が形成された側の面の画像を認識する。詳しくは、画像センサ９０は、基板２０上の配線パターン２２のボンディング位置を認識する。ボンディング位置を認識できればよいので、基板２０の一部の画像を認識してもよい。
【００３４】
画像処理部９２は、画像センサ９０からの信号を処理する。また、演算部９４は、画像処理部９２によって信号を処理した結果をもとにして、温度制御部７０に信号を送る。これらによって、画像センサ９０によって認識した画像に応じて基板２０の温度を調節する一連の動作を自動制御で行うことができる。
【００３５】
また、上述とは別に、画像センサ９０によって得られた信号を映像に表示する表示部９６によって、基板２０上の微小な配線パターン２２のボンディング位置を肉眼で認識してもよい。
【００３６】
これらを用いて、基板２０上の配線パターン２２のボンディング位置を矯正することができる。詳しくは、製造工程時のばらつきや湿度などその他の影響によって生じた、実際のボンディング位置と、電極１２との正確な位置合わせができる所定のボンディング位置と、の誤差をなくすことができる。すなわち、基板２０に半導体チップ１０を搭載する前に、ボンディング位置のずれを認識して、そのボンディング位置を電極１２の形成位置に合わせた所定の位置に矯正することができる。ボンディング位置の矯正は、基板２０の温度に依存する膨張又は収縮を利用して行うことができる。
【００３７】
次に、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法について説明する。
【００３８】
加熱器５０及び冷却器６０を備えるボンディングステージ３０に、基板２０を載置する。載置する基板２０は、個片化されたシート状の基板であってもよい。また、半導体チップ１０の複数の搭載領域を有する、長尺状の基板のうちの一部を載置してもよい。
【００３９】
ボンディングステージ３０又はボンディングステージ３０に載置した基板２０の温度を、加熱器５０及び冷却器６０によってコントロールする。これらの温度のコントロールは、半導体チップ１０を基板２０に搭載する前に行ってもよい。ボンディングステージ３０の温度をコントロールして、基板２０の膨張又は収縮をコントロールする。
【００４０】
この場合に、ボンディングステージ３０又は基板２０を予め第１の温度に設定する。第１の温度は、例えば０℃〜１００℃程度であってもよく、例えば工場内の室温であってもよい。ボンディングステージ３０又は基板２０を第１の温度に保って工程を行うことにより、半導体装置ごとの基板２０の品質のばらつきをなくすことができる。
【００４１】
半導体チップ１０を繰り返し基板２０に搭載していくうちに、基板２０の温度が第１の温度よりも高くなった場合は、冷却器６０によって基板２０を冷却する。また、第１の温度よりも低くなった場合は、加熱器５０によって基板２０を加熱する。こうして、基板２０の温度を第１の温度に、より近づけることができる。
【００４２】
また、画像センサ９０及び表示部９６によって認識した配線パターン２２のボンディング位置のずれを考慮して、半導体チップ１０を搭載する前に、その都度、第１の温度を個々に設定してもよい。
【００４３】
これについて詳しく説明する。まず、画像センサ９０を例えば基板２０の配線パターン２２の形成された側に配置する。そして、画像センサ９０によって、基板２０の配線パターン２２の形成面における、少なくともボンディング位置の把握できる一部の画像を検出する。検出した信号を表示部９６によって映像にして表示し、基板２０上での配線パターン２２のボンディング位置を認識する。そして、その結果得られた実際のボンディング位置と、電極１２と正確な位置合わせができる所定のボンディング位置とを比較する。両者を比較した結果、両者のボンディング位置が異なれば、ボンディングステージ３０に載置した基板２０の温度を加熱器５０及び冷却器６０によって操作し、基板２０の膨張又は収縮をコントロールする。こうして、実際のボンディング位置を矯正し、電極１２と配線パターン２２との位置合わせをより確実にすることができる。なお、上述の製造装置において説明したように、画像センサ９０、画像処理部９２、及び演算部９４を用いて、温度制御部７０を制御して、これらの機構を自動制御で行ってもよい。
【００４４】
基板２０の温度をコントロールすることができたら、ボンディングツール４０によって半導体チップ１０を基板２０に搭載する。詳しくは、半導体チップ１０を、ボンディングツール４０の加熱器４２によって高温（例えば３５０℃〜５００℃程度）に加熱しつつ、基板２０に搭載する。半導体チップ１０を加熱することで、電極１２と配線パターン２２とのボンディング部を加熱して両者の接合を図ることができる。
【００４５】
電極１２と配線パターン２２とボンディング部の温度は１５０℃〜２５０℃程度であってもよい。逆に言うと、接合部の温度が所定の温度に達するように、半導体チップ１０を加熱し、それに加えて、ボンディングステージ３０上の基板２０の温度をコントロールする。これによって、より好条件で半導体チップ１０を基板２０に搭載することが可能となる。例えば、ボンディングステージ３０の温度をコントロールして、電極１２と配線パターン２２とのボンディング部を補助的に加熱させることもできる。
【００４６】
なお、電極１２と配線パターン２２との電気的接合は、上述の加熱とともに、半導体チップ１０を基板２０にボンディングツール４０によって押圧することで行うことができる。
【００４７】
本実施の形態では、半導体チップ１０を基板２０に搭載する工程を繰り返し行っても、基板２０の温度を第１の温度に操作することができる。詳しくは、非常に高温に加熱されたボンディングツール４０によって、たとえボンディングステージ３０及び基板２０の温度が上昇したとしても第１の温度よりも高い温度でボンディングし続けることがない。これによって、例えば、基板２０に半導体チップ１０を搭載する１サイクルの間、又は数サイクルの間、ボンディングステージ３０に載置する基板２０の温度を終始第１の温度に保って、その膨張又は収縮のばらつきをなくすことができる。したがって、基板２０の過度の膨張等を制限して、電極１２と配線パターン２２との位置合わせを正確に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法及び製造装置を説明するための図である。
【図２】図２は、本実施の形態に係る半導体装置の製造方法及び製造装置を説明するためのブロック図である。
【符号の説明】
１０  半導体チップ
１２  電極
２０  基板
２２  配線パターン
３０  ボンディングステージ
４０  ボンディングツール
４２  加熱器
５０  加熱器
５２  加熱器制御部
６０  冷却器
６２  熱交換器
６４  冷却器制御部
７０  温度制御部
８０  温度センサ
９０  画像センサ
９２  画像処理部
９４  演算部
９６  表示部
【図１】
0003633442.tif 000002
【図２】
0003633442.tif 000003