(57)【要約】【課題】駆動部の熱膨張による搬送精度低下の防止を図りうる半導体製造装置を提供する。【解決手段】本発明の半導体装置は、半導体チップ１０５に対して所定の処理を施すように構成されている第１機構１０２、１０３と、半導体チップ１０５に対する第１機構１０２，１０３の位置制御のために当該第１機構１０２、１０３を駆動するように構成されている第２機構とを備えている。第１機構１０２、１０３の一部または全部が、ＡｌまたはＡｌ合金からなる基材と、ＺＷＰとが複合されることにより構成され、かつ、ＺＷＰ充填率が８２〜８４［ｖｏｌ％］の範囲に含まれているＭＭＣにより構成されている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップに対して所定の処理を施すように構成されている第１機構と、前記半導体チップに対する前記第１機構の位置制御のために前記第１機構を駆動するように構成されている第２機構とを備えている半導体製造装置であって、
前記第１機構の一部または全部が、ＡｌまたはＡｌ合金からなる基材と、ＺＷＰとが複合されることにより構成され、かつ、ＺＷＰ充填率が８２〜８４［ｖｏｌ％］の範囲に含まれている金属−セラミックス複合材料により構成されていることを特徴とする半導体製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップに処理を行うダイボンダなどの半導体製造装置に関して、特に半導体チップ搬送機構の位置決めに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置において半導体チップの処理を行うものに、ダイボンダなどがある。
【０００３】
図１に示されている従来の半導体製造装置によれば、まず、半導体チップ１０５がチップステージ１０４に載置される。その上でカメラ１０２が動かされ、当該カメラ１０２を通じたチップ１０５の画像認識結果に基づいてカメラ１０２が半導体チップ１０５に対して位置合わせされる。さらに、ＸＹＺステージ１０１が動かされ、吸着ヘッド１０３が半導体チップ１０５に対して位置合わせされる。ＸＹＺステージ１０１が動かされ、吸着ヘッド１０３により半導体チップ１０５が吸着保持された上で搬送される（非特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】東芝技術公開集  ｐ５３−ｐ５７（１９９９）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、従来の半導体製造装置によれば、半導体チップ１０５の搬送に際して、ＸＹＺステージ１０１の駆動機構の摩擦熱およびチップステージ１０４からの輻射熱等により、カメラ１０２および吸着ヘッド１０３を含む搬送部品の温度が上昇し、その熱膨張を誘引することにより、チップ１０５の位置ズレが生じる。特に、吸着ヘッド１０３および半導体チップ１０５の位置合わせは、カメラ１０２および吸着ヘッド１０３の間隔により移動量が定義されるため、当該搬送部品の熱膨張分が直接位置誤差に反映されてしまう。
【０００６】
ボンディング装置は温度範囲２３±０．３［℃］に含まれるように温度が高精度で調節されているクリーンルームに設置されるため、当該装置の停止状態においてカメラ１０２および吸着ヘッド１０３の温度も当該温度範囲に含まれるように維持される。その一方、当該装置の作動状態においてはその駆動部の発熱およびチップステージ１０４からの輻射熱などによってカメラ１０２および吸着ヘッド１０３の温度が上昇する。処理が繰り返されることによりカメラ１０２および吸着ヘッド１０３の温度はさらに上昇し、カメラ１０２および吸着ヘッド１０３の温度は約５０［℃］上昇する。
【０００７】
軽量化の観点からカメラ１０２および吸着ヘッド１０３に用いられているアルミニウム系材料の熱膨張係数は２３［ｐｐｍ／℃］である。このため、カメラ１０２と吸着ヘッド１０３との初期間隔が１００［ｍｍ］である場合、５０［℃］の温度上昇に伴う熱膨張により当該間隔は約１００［μｍ］も変化する。この熱膨張による間隔誤差は許容レベルを超えるものであり、半導体チップ１０５の吸着保持および搬送に支障をきたす可能性がある。
【０００８】
そこで、本発明は、駆動部の熱膨張による搬送精度低下の防止を図りうる半導体製造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】
【０００９】
本発明の半導体製造装置は、半導体チップに対して所定の処理を施すように構成されている第１機構と、前記半導体チップに対する前記第１機構の位置制御のために前記第１機構を駆動するように構成されている第２機構とを備えている半導体製造装置であって、前記第１機構の一部または全部が、ＡｌまたはＡｌ合金からなる基材と、ＺＷＰとが複合されることにより構成され、かつ、ＺＷＰ充填率が８２〜８４［ｖｏｌ％］の範囲に含まれている金属−セラミックス複合材料により構成されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の半導体製造装置によれば、搬送機構の材料として低熱膨張金属−セラミックス複合材料が採用されることにより、駆動機構の熱膨張によるチップの搬送精度の低下が防止されうる。負膨張材料であるリン酸タングステン酸ジルコニウム（Ｚｒ2（ＷＯ4）（ＰＯ4）2）。適宜「ＺＷＰ」という。）が用いられることにより広い温度範囲で低熱膨張性が実現されることから、搬送精度の低下が防止されうる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】半導体製造装置の構成説明図。
【図２】本発明の金属-セラミックス複合材料の作製条件に関する説明図。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（半導体製造装置の構成）
図１に示されている本発明の一実施形態としての半導体製造装置はボンディング装置であり、ＸＹＺステージ１０１と、カメラ１０２と、吸着ヘッド１０３と、半導体チップステージ１０４とを備えている。カメラ１０２および吸着ヘッド１０３が半導体チップ１０５に対して所定の処理を施すように構成されている「第１機構」を構成する。ＸＹＺステージ１０１の駆動装置が半導体チップ１０５に対する第１機構の位置制御のために当該第１機構を駆動するように構成されている「第２機構」を構成する。ＸＹＺステージ１０１のうち、当該駆動装置を除く基台等の部分が第１機構を構成していてもよい。
【００１３】
ＸＹＺステージ１０１に吸着ヘッド１０３が取り付けられ、この吸着ヘッド１０３にカメラ１０２が設置されている。半導体チップステージ１０４に載置された半導体チップ１０５のカメラ１０２による画像認識結果に基づき、当該カメラ１０２が半導体チップ１０５に対して位置合わせされる。さらに、ＸＹＺステージ１０１が動かされて吸着ヘッド１０３が半導体チップ１０５に対して位置合わせされ、半導体チップ１０５が吸着保持かつ搬送される。吸着ヘッド１０３およびカメラ１０２が低熱膨張性のＭＭＣ（Ｍｅｔａｌ Ｍａｔｒｉｘ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅ：金属−セラミックス複合材料）により形成されている。
【００１４】
（低熱膨張金属-セラミックス複合材料の構成）
本発明の半導体製造装置のカメラ１０２および吸着ヘッド１０３を構成する低熱膨張ＭＭＣは、ＡｌまたはＡｌ合金からなる基材と、ＺＷＰとが複合化されることにより構成され、ＺＷＰの充填率が８２〜８４［ｖｏｌ％］の範囲に含まれている。ＺＷＰの２５〜１００［℃］における線膨張係数は−４．０［ｐｐｍ／℃］であり、高い負膨張性を有している。この構成の低熱膨張ＭＭＣは、温度範囲２５〜１００［℃］における線膨張係数が−１．０〜＋１．０［ｐｐｍ／℃］の範囲に含まれる。これにより、ＸＹＺステージ１０１の駆動装置の発熱に伴うカメラ１０２および吸着ヘッド１０３の熱膨張によるチップ１０５の搬送精度低下を防止できる。
【００１５】
（低熱膨張ＭＭＣの製造方法）
上記低熱膨張ＭＭＣは、ＺＷＰ粉末を成形する工程と、前記成形体を仮焼してＺＷＰ粉末が三次元的にネットワークを形成したプリフォームを作製する工程と、前記プリフォームの細孔にアルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯を浸透させて複合化させる工程とを含む方法にしたがって製造される。
【００１６】
より詳細にはまず、ＺＷＰ粉末が成形される。この時、ＺＷＰ粉末の平均粒子径（粒度分布の算術平均径を意味する。以下同じ。）は３〜５０［μｍ］の範囲に含まれていることが好ましい。平均粒子径が３［μｍ］より小さいＺＷＰ粉末を使用した場合、仮焼工程で閉気孔の発生を抑制するのが困難となり、ＭＭＣの相対密度が９９％以上にならない。一方、平均粒子径が５０［μｍ］を超える場合、成形体の強度が不十分となりハンドリングが困難となる。
【００１７】
ＺＷＰ粉末の平均粒子径は５〜２０［μｍ］の範囲に含まれていることがさらに好ましい。平均粒子径５［μｍ］以上であれば、プリフォーム中の細孔径に占める０．１［μｍ］以下の細孔容積の割合が小さくなり、３０［ＭＰａ］以下の浸透圧力で相対密度が９９％以上となる。浸透圧力が３０［ＭＰａ］以下であれば離型材の効果が得られるため、複雑形状品の余剰Ａｌが簡単に除去でき加工費が低減される。また、平均粒子径２０［μｍ］以下である場合、ＺＷＰ粒子同士がより強固にネッキングされる。また、成形時の充填率を高くするため、ＺＷＰ粉末の粒度分布は、粗い粒子と細かい粒子の２つ以上のピークで構成されていてもよい。
【００１８】
成形方法は、プレス成形、ＣＩＰ、振動成形または湿式成形等のセラミックス粉末の成形方法として一般的に用いられている方法が適用される。具体的には、ＺＷＰ粉末および有機バインダーの混合物が金型に投入され、当該混合物が１０〜１００［ＭＰａ］の圧力で一軸プレスされる方法によりＺＷＰ成形体が得られる。そのほか、ＺＷＰ粉末、溶媒および無機バインダーが混合され、当該混合物がフィルタープレス等の方法によってＺＷＰ成形体が得られても良い。
【００１９】
有機バインダーは酸化雰囲気での仮焼により消失するが、無機バインダーの場合はプリフォーム中に残存してＭＭＣの特性に影響を与えるので、成形時に必要な保形強度が発現する範囲内で、添加量を必要最小限に調整される必要がある。
【００２０】
仮焼工程では、成形体が仮焼されてＺＷＰの粒子同士が仮焼結させられることにより、ＺＷＰ粒子が３次元的にネットワークを形成したプリフォームが作製される。仮焼結により成形体が収縮するため、成形時よりも充填率の向上が図られ、プリフォームの充填率が本発明の目的に鑑みて適当に調整される。さらに、ＺＷＰ粒子同士が強固に焼結することで、基材と複合化した際に基材との熱膨張差により界面に発生する熱応力に十分耐えうる構造となる。また、ＺＷＰ粒子が、３次元的にネットワークを形成することで異方性のない均質なＭＭＣを得ることができる。
【００２１】
仮焼工程の雰囲気としては、減圧下や不活性ガス雰囲気、大気中のいずれも適用できるが、成形時に有機バインダーを使用した場合は仮焼工程でバインダーを分解・消失させる必要があるため酸化雰囲気が特に好ましい。
【００２２】
仮焼温度としては、１１００〜１２５０［℃］の温度範囲が好ましい。１１００［℃］より低い場合はＺＷＰの焼結が進まないためであり、１２５０［℃］より高い場合は、ＺＷＰ自体が分解してしまうためである。ＺＷＰ粒子同士がより強固に焼結する範囲としては、１１５０〜１２００［℃］がさらに好ましい。
【００２３】
仮焼時の昇温速度としては、１００［℃／ｈ］以下で行うことが好ましく、焼結収縮が起きる１０００［℃］以上の領域では２０［℃／ｈ］以下で行うことが好ましい。昇温速度が速すぎる場合は、得られたプリフォームに割れが発生するためである。
【００２４】
このようにして作製されたＺＷＰプリフォームに、アルミニウムまたはアルミニウム合金の溶湯が加圧浸透させられることで、両者が複合化されて本発明のＭＭＣが製造される。
【００２５】
ＺＷＰプリフォームに溶湯を加圧浸透させる前工程として、鋳造用金型内に当該プリフォームが設置された上で５００〜１０００［℃］に予熱(加熱)される。次に、アルミニウムまたはアルミニウム合金がその融点以上の温度で溶融され、その溶湯が鋳造用金型に注入されて所定の圧力が加えられることにより、溶融金属をＺＷＰ内の空孔に浸透させることができる。
【００２６】
溶湯温度は６００〜１０００［℃］であることが好ましい。６００［℃］未満では浸透不良が生じ易く、１０００［℃］を超える温度では溶湯が酸化されて酸化物が混入しやすく、基材に由来する熱伝導率や体積抵抗率、靭性といった特性が損なわれるため好ましくない。
【００２７】
浸透圧力としては、１００［ＭＰａ］以下が好ましく、３０［ＭＰａ］以下がさらに好ましい。１００［ＭＰａ］を超える場合は加圧浸透装置や金型の構造が大掛かりな物になるためコストが高くなるためであり、３０［ＭＰａ］以下の場合は離型材の効果が得られるため加工費を低減できるためである。
【００２８】
浸透品が十分冷却された後、鋳造用金型から取出される。浸透品の外周はアルミニウムまたはアルミニウム合金で覆われているため、この部分を機械加工により除去されることで本発明の複合材料が得られる。ＺＷＰプリフォーム表面にあらかじめ離型材が塗布されていれば、機械加工なしで表層アルミ層が簡単に剥離される。
【００２９】
プリフォームの充填率ＸPFおよび溶湯の浸透圧力Ｐの組合を表すプロットが図２に示されている作製条件範囲に含まれるようにＸPFおよびＰが調整される。作製条件範囲は、４つの線分Ｐ＝３０（８４≦ＸPF≦８６）、Ｐ＝１０（８４≦ＸPF≦８６）、ＸPF＝８４（１０≦Ｐ≦３０）およびＸPF＝８６（１０≦Ｐ≦３０）により画定される。
【００３０】
（実施例）
充填率が異なるＺＷＰプリフォームに対して異なる圧力でアルミニウム合金(ＡＣ３Ａ)が浸透させられることにより実施例１〜４のＭＭＣを作製した。図２に示されているように、実施例１〜４のＭＭＣ作製時のプリフォーム充填率ＸPFおよびアルミニウム合金浸透圧力Ｐの組合せを表すプロット（丸付き数字。数字は実施例の数番を表わしている。）は、作製条件範囲に含まれている。
【００３１】
各実施例のＭＭＣの開気孔率、嵩密度、ＺＷＰ充填率、平均線膨張係数およびヤング率を測定した。
【００３２】
温度範囲３０〜１００［℃］における平均線膨張係数は、熱機械分析装置（リガク  Ｔｈｅｒｍｏ  ｐｌｕｓ２）を用いて、大気中で昇温速度２［℃／ｍｉｎ］に制御されている条件下で測定された。ヤング率は、複合材料から切り出された所定形状（３×４×４０［ｍｍ］）の試験片を用いて、共振法により測定した。表１には、実施例１〜４のそれぞれのＭＭＣの製造条件(ＰＦ充填率ＸPFおよび浸透圧力Ｐ)と、物性の測定結果とがまとめて示されている。
【００３３】
【表１】
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【００３４】
表１から、温度範囲３０〜１００［℃］において、実施例１〜４のそれぞれのＭＭＣの平均線膨張係数が−１．０〜＋１．０［ｐｐｍ／℃］の範囲に含まれ、より具体的には−０．９〜＋０．５［ｐｐｍ／℃］の範囲に含まれることがわかる。
【００３５】
図１に示されている半導体製造装置の吸着ヘッド１０３およびカメラ１０２の間隔が１００［ｍｍ］に設計されている場合、当該装置の作動によりその駆動部からの発熱によりカメラ１０２および吸着ヘッド１０３の温度が約５０［℃］上昇したにもかかわらず、熱膨張による間隔変化は許容範囲である５．０［μｍ］以下であった。
【００３６】
（比較例）
充填率が異なるＺＷＰプリフォームに対して異なる圧力でアルミニウム合金（ＡＣ３Ａ）が浸透することにより比較例１〜３のＭＭＣが製造された。図２に示されているように、比較例１〜３のＭＭＣ作製時のプリフォーム充填率ＸPFおよびアルミニウム合金浸透圧力Ｐの組合せを表すプロット（四角付き数字。数字は比較例の数番を表わしている。）は作製条件範囲から外れている。
【００３７】
比較例１〜３のそれぞれのＭＭＣについても、実施例１〜４のＭＭＣと同様に開気孔率等の物性を測定した。表２には、比較例１〜３の複合材料の製造条件（プリフォーム充填率および浸透圧力）と、開気孔率等の測定結果とがまとめて示されている。
【００３８】
【表２】
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【００３９】
表２から、温度範囲３０〜１００［℃］において、比較例１〜３のそれぞれのＭＭＣの平均線膨張係数が−１．０〜＋１．０［ｐｐｍ／℃］の範囲から外れていることがわかる。
【００４０】
図１に示されている半導体製造装置の吸着ヘッド１０３およびカメラ１０２の間隔が１００［ｍｍ］に設計されている場合、当該装置の作動によってその駆動部からの発熱によりカメラ１０２および吸着ヘッド１０３の温度が約５０［℃］上昇した結果、熱膨張による間隔変化は許容範囲の上限値である５．０［μｍ］を超えた。
【符号の説明】
【００４１】
１０１‥ＸＹＺステージ、１０２‥カメラ、１０３‥吸着ヘッド、１０４‥半導体チップステージ、１０５‥半導体チップ。
【図１】
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【図２】
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