(57)【要約】ボンディング装置１は、バンプ電極１０６が設けられた第１主面１０２ａを有する半導体ダイ１０２を基板１０１に熱圧着フィルム１０３を介して熱圧着する。ボンディング装置１は、第１主面１０２ａと対面するように半導体ダイ１０２が載置されるダイ載置面３ａを有する中間ステージ３と、中間ステージ３に載置された半導体ダイ１０２の第１主面１０２ａとは逆側の第２主面１０２ｂを着脱可能に保持するボンディングツール１２と、を備える。中間ステージ３は、ダイ載置面３ａの法線方向（Ｚ軸方向）に沿って半導体ダイ１０２を離間させる力を半導体ダイ１０２の第１主面１０２ａに提供する押し上げ機構３３を有する。
2018212336.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極部が設けられた電極面を有する電子部品を基板又はその他の電子部品に、前記電極面に貼着された熱圧着フィルムを介して熱圧着するボンディング装置であって、
前記熱圧着フィルムを介して前記電子部品が載置される載置面を有するステージと、
前記ステージに載置された前記電子部品の前記電極面とは逆側の主面を着脱可能に保持するボンディングツールと、を備え、
前記ステージは、前記載置面の法線方向に沿って前記電子部品を離間させる力を前記電子部品の前記電極面に提供する押し上げ部を有する、ボンディング装置。
【請求項２】
前記押し上げ部は、前記電極面に当接する当接部を含む突き上げ部材を有し、前記突き上げ部材が前記法線方向に沿って往復移動することにより、前記当接部が前記載置面に載置された前記電極面に当接しない第１の位置と、前記当接部が前記電極面に当接し前記電子部品を前記法線方向に沿って前記載置面から離間させる第２の位置と、が相互に切り替わる、請求項１に記載のボンディング装置。
【請求項３】
前記押し上げ部は、前記電極面に気体を吹付ける吹付け部を有する、請求項１に記載のボンディング装置。
【請求項４】
複数の電極部が設けられた電極面を有する電子部品を基板又はその他の電子部品に、前記電極面に貼着された熱圧着フィルムを介して熱圧着するボンディング方法であって、
前記熱圧着フィルムを介して前記電子部品が載置される載置面を有するステージに、前記電子部品を載置する工程と、
前記ステージに載置された前記電子部品の前記電極面とは逆側の主面を着脱可能に保持するボンディングツールを用いて、前記電子部品を保持する工程と、を有し、
前記電子部品を保持する工程は、
前記載置面の法線方向に沿った力を前記電極面に提供して前記ステージから前記電子部品を離間させる工程と、
前記ステージから離間された前記電子部品を前記ボンディングツールにより保持する工程と、を含む、ボンディング方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の一形態は、ボンディング装置及びボンディング方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体ダイなどの電子部品を基板にボンディングする技術が知られている。電子部品を基板にボンディングするときには、まず、ステージに載置された電子部品をツールによって保持する。その後、電子部品を接着材が塗布された基板上に移動させる。そして、ツールは、電子部品を基板に押しつけながら電子部品を介して接着材を加熱する。電子部品は、この押圧と加熱とによって、基板に対して機械的及び電気的に接続される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１２−１７４８６１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボンディング動作において、ツールは、電子部品を保持する工程と押圧及び加熱する工程とを繰り返す。その結果、高温のツールにより、電子部品を保持する工程が行われることがある。一方、電子部品はステージにおいて柔軟性を有するフィルムに載置される。高温のツールがステージに載置された電子部品に触れると、電子部品を介してツールの熱がフィルムに伝わる。フィルムは熱の影響を受けやすいので、高温のツールによればステージからツールへの電子部品の受け渡しに影響を及ぼす。具体的には、ツールの熱によりフィルムが熱で溶ける。その結果、フィルムがステージに張り付くので、電子部品の受け渡しに影響する。【０００５】
例えば、特許文献１は、半導体チップを好適に受け渡す技術を開示する。この技術では、半導体チップにツールである吸着手段を近接させる。このとき、吸着手段は半導体チップに接触しない。そして、吸着手段に設けられた吸引孔から空気を吸引することにより、半導体チップを吸い上げる。【０００６】
しかし、吸着手段によって半導体チップを吸い上げようとすると、吸い上げ時に半導体チップの回転及び位置ずれが発生する。例えば、ツールを半導体ダイに近づけた状態で吸着することにより、半導体チップの回転及び位置ずれを抑制することができる。しかし、ツールを半導体チップに近づけることによりツールの熱が半導体チップ、フィルム及び受渡部に伝わる。その結果、フィルムが受渡部に張り付く。一方、フィルムと受渡部との張り付きを抑制するために、ツールと半導体ダイとの間隔を広げると、半導体チップの回転及び位置ずれが大きくなる。従って、半導体ダイを精度よく受け渡すことができない。【０００７】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、電子部品を精度よく受け渡すとともに、ツールの熱の影響を低減することが可能なボンディング装置及びボンディング方法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】
【０００８】
本発明の一形態は、複数の電極部が設けられた電極面を有する電子部品を基板又はその他の電子部品に熱圧着フィルムを介して熱圧着するボンディング装置であって、電極面と対面するように電子部品が載置される載置面を有するステージと、ステージに載置された電子部品の電極面とは逆側の主面を着脱可能に保持するボンディングツールと、を備え、ステージは、載置面の法線方向に沿って電子部品を離間させる力を電子部品の電極面に提供する押し上げ部を有する。【０００９】
ボンディング装置は、ステージに載置された電子部品をボンディングツールに渡すときに、押し上げ部によって電子部品をステージから押し上げる。この押し上げ部は、電子部品をボンディングツールに向けて移動させる力を、電子部品に対して提供する。このような力に基づく電子部品の移動によれば、電子部品の姿勢を維持しつつ、ボンディングツールに向けて電子部品を移動させることが可能になる。従って、電子部品の回転及び位置ずれが抑制されるので、電子部品を精度よく受け渡すことができる。さらに、電子部品がステージから離れるタイミングでは、ボンディングツールと電子部品との間には隙間が生じている。この隙間は、ボンディングツールから電子部品への熱移動に対して熱抵抗となる。従って、電子部品に対してボンディングツールが及ぼし得る熱の影響を低減することができる。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一形態に係るボンディング装置によれば、半導体チップを精度よく受け渡すとともに、ツールからの熱の影響を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、第１実施形態に係るボンディング装置の構成を示す概略図である。
【図２】図２は、図１のボンディング装置によって組み立てられる半導体装置の断面を示す図である。
【図３】図３は、図１に示すボンディングツールと中間ステージとを示す斜視図である。
【図４】図４は、図１に示すボンディング装置を用いたボンディング方法の主要な工程を示す図である。
【図５】図５は、図４に示す一工程を示す図である。
【図６】図６は、図５に示す工程に続く別の工程を示す図である。
【図７】図７は、図６に示す工程に続くさらに別の工程を示す図である。
【図８】図８は、第１実施形態に係るボンディング装置の作用効果を説明するためのグラフである。
【図９】図９は、第２実施形態に係るボンディングツールと中間ステージとを示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、添付図面を参照しながら本発明を実施するための形態を詳細に説明する。図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。
【００１３】
＜第１実施形態＞
図１に示すように、ボンディング装置１は、基板１０１のボンディング領域に電子部品の一例である半導体ダイ１０２を実装する。この実装により、基板１０１と半導体ダイ１０２とを備える半導体装置１００が得られる。以下の説明においては、互いに直交するＸ軸及びＹ軸を半導体ダイ１０２の主面（又はいずれかのステージの主面）に平行である。Ｚ軸は、Ｘ軸及びＹ軸の双方に垂直である。
【００１４】
ボンディング装置１によって組み立てられる半導体装置１００について説明する。図２に示すように、半導体装置１００は、基板１０１と、半導体ダイ１０２と、を有する。
【００１５】
基板１０１は、個片の板状を呈し、第１主面１０１ａと第２主面１０１ｂとを有する。第１主面１０１ａには、半導体ダイ１０２が搭載される少なくとも１カ所の搭載領域が形成される。従って、半導体ダイ１０２は、基板１０１の第１主面１０１ａにボンディングされる。第２主面１０１ｂは、第１主面１０１ａの裏面である。基板１０１の材質は、例えば、有機材料（例えばエポキシ基板又はポリイミド基板）、無機材料（例えばガラス基板）又はそれらの複合材料（例えばガラスエポキシ基板）である。基板１０１はいわゆるインタポーザである。
【００１６】
なお、搭載領域は、一枚の基板に複数箇所設けられてもよい。この場合、基板の搭載領域ごとに半導体ダイ１０２がボンディングされる。その後、搭載領域ごとに基板を個片にすることによって、複数の半導体装置１００を得る。また、半導体装置１００は、複数の半導体ダイ１０２が積層されたスタック構造を有してもよい。スタック型の半導体装置では、２個以上の半導体ダイ１０２の全てがいずれも同一の方向を向いてもよい。また、スタック型の半導体装置では、２個以上の半導体ダイ１０２が互いに異なる方向を向いていてもよい。また、半導体装置１００は、１カ所の搭載領域に２個以上の半導体ダイ１０２がボンディングされてもよい。
【００１７】
半導体ダイ１０２は、熱圧着フィルム１０３を用いて基板１０１に固定される。熱圧着フィルム１０３は、半導体ダイ１０２に接着されたダイ接着面１０３ａと、基板１０１に対して接触する基板接着面１０３ｂと、を有する。熱圧着フィルム１０３は、例えば熱硬化性の樹脂であり、半導体ダイ１０２の複数のバンプ電極１０６間を絶縁する絶縁性フィルム（ＮＣＦ：Non-Conductive Film）である。
【００１８】
半導体ダイ１０２は、平面視して基板１０１よりも小さい個片の板状を呈する。半導体ダイ１０２は、第１主面１０２ａ（電極面）と第２主面１０２ｂ（主面）とを有する。第１主面１０２ａには、所定の回路パターンが設けられる。第１主面１０２ａには、さらに、複数の電極パッド１０４と、複数のバンプ電極１０６（複数の電極部）と、保護膜１０８と、が設けられる。そして、第１主面１０２ａは、基板１０１の第１主面１０１ａと対面する。このようなボンディング態様はフェースダウンボンディングである。第２主面１０２ｂは、第１主面１０２ａとは反対の裏面である。半導体ダイ１０２はシリコンといった半導体材料により構成される。
【００１９】
電極パッド１０４は、基板１０１の第１主面１０１ａに形成された電極パッド１０７と電気的に接続される。バンプ電極１０６は、電極パッド１０４上に設けられる。保護膜１０８は、複数のバンプ電極１０６の周囲に設けられる。換言すると、電極パッド１０４の外周端部は保護膜１０８によって被覆される。一方、電極パッド１０４の中央部は、保護膜１０８から露出する。この露出した部分は、バンプ電極１０６との電気的な接続部である。電極パッド１０４及びバンプ電極１０６の材質として、導電性を有する材料が例示される。例えば、電極パッド１０４はアルミニウム又は銅などにより構成されてよい。また、例えば、バンプ電極１０６は金などにより構成されてよい。
【００２０】
次に、ボンディング装置１について説明する。図１に示すように、ボンディング装置１は、ウェーハステージ２と、中間ステージ３と、ボンディングステージ４と、ボンディングユニット６と、ＸＹステージ７と、ボンディング制御部（以下、単に「制御部８」と称する）と、撮像部９と、を有する。
【００２１】
ウェーハステージ２には、ウェーハ１１０が一時的に載置される。ウェーハステージ２の搭載面２ａには、ウェーハ１１０が固定される。このウェーハ１１０は、個片化された複数の半導体ダイ１０２を含む。ウェーハ１１０は、第１主面１１０ａと第２主面１１０ｂとを有する。第１主面１１０ａは、所定の回路パターンを有する。第１主面１１０ａは、半導体ダイ１０２の第１主面１０２ａである。第２主面１１０ｂは、第１主面１１０ａとは反対の裏面である。第２主面１１０ｂは、半導体ダイ１０２の第２主面１０２ｂである。
【００２２】
中間ステージ３には、熱圧着フィルム１０３（図２参照）が張りつけられた半導体ダイ１０２が一時的に載置される。中間ステージ３は、ウェーハステージ２とボンディングステージ４との間に配置される。中間ステージ３は、図示しないリニアモータなどの駆動機構により、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能に構成されたロータリヘッドコレットの一部であってもよい。
【００２３】
さらに中間ステージ３について詳細に説明する。図３に示すように、中間ステージ３は、ベース３１と、押し上げ機構３３とを有する。ベース３１は、中間ステージ３の基体である。このベース３１の主面は、中間ステージ３のダイ載置面３ａである。ダイ載置面３ａは、熱圧着フィルム１０３の基板接着面１０３ｂと対面する。
【００２４】
押し上げ機構３３は、半導体ダイ１０２を法線方向（正のＺ軸方向）に押し上げる。換言すると、図３に示すように、押し上げ機構３３は、熱圧着フィルム１０３の基板接着面１０３ｂと、ベース３１のダイ載置面３ａとの間に隙間Ｄを形成する。押し上げ機構３３は、押し上げ枠３４（突き上げ部材）と、駆動部３６と、を有する。押し上げ枠３４は、貫通孔を有する直方体状を呈する。押し上げ枠３４は、ベース３１が配置される貫通孔であるベース配置部３４ａと、熱圧着フィルム１０３の外周縁に当接する当接面３４ｂ（当接部）と、を有する。当接面３４ｂは、熱圧着フィルム１０３の基板接着面１０３ｂに対面する。また、当接面３４ｂは、基板接着面１０３ｂの外周縁部に当接する。このように、押し上げ枠３４が面接触する構成によれば、単位面積あたりの押圧力を小さくすることができる。押し上げ枠３４には、駆動部３６が連結される。駆動部３６は、押し上げ枠３４を法線方向（Ｚ軸方向）に沿って往復移動させる。駆動部３６として、例えばエアシリンダが例示される。
【００２５】
押し上げ機構３３は、押し上げ枠３４が第１の位置にある状態と、押し上げ枠３４が第２の位置にある状態と、を相互に切り替える。この状態の切り替えは、制御部８（図１参照）から提供される制御信号に基づく駆動部３６の動作によりなされる。
【００２６】
押し上げ枠３４が第１の位置にある状態とは、押し上げ枠３４の当接面３４ｂがベース３１のダイ載置面３ａよりも下方に位置する状態（図５の（ａ）部参照）、或いは、当接面３４ｂがベース３１のダイ載置面３ａに対して面一である状態をいう。押し上げ枠３４が第１の位置にある状態によれば、半導体ダイ１０２は、ダイ載置面３ａに載置された状態を維持する。
【００２７】
押し上げ枠３４が第２の位置にある状態とは、押し上げ枠３４の当接面３４ｂがベース３１のダイ載置面３ａよりも上方に位置する状態をいう（図５の（ｂ）部参照）。この状態では、押し上げ枠３４の当接面３４ｂが熱圧着フィルム１０３の基板接着面１０３ｂに触れている。つまり、熱圧着フィルム１０３の基板接着面１０３ｂとベース３１のダイ載置面３ａとの間には、隙間Ｄが形成される。この隙間Ｄは、中間ステージ３とボンディングツール１２との間隔に基づいて設定される。例えば、半導体ダイ１０２の第２主面１０２ｂがボンディングツール１２のボンディング面２４に接触するように、基板接着面１０３ｂとダイ載置面３ａの間の隙間Ｄを設定してよい。例えば、隙間Ｄは、中間ステージ３からボンディングツール１２へ半導体ダイ１０２を受け渡すときに、半導体ダイ１０２の回転及び位置ずれが発生しない範囲に設定してもよい。なお、ここでいう位置ずれが発生しないとは、中間ステージ３からボンディングツール１２へ半導体ダイ１０２を受け渡すときに生じた半導体ダイ１０２の回転及び位置ずれが許容範囲に収まっていることを意味する。
【００２８】
半導体ダイ１０２をウェーハステージ２からボンディングステージ４へ移動させる工程において、半導体ダイ１０２は、まずウェーハステージ２からピックアップされる。次に、半導体ダイ１０２は、上下が反転される。つまり、当初は、第１主面１０２ａが上側であり、第２主面１０２ｂが下側であった。上下が反転されることにより、第２主面１０２ｂが上側であり、第１主面１０２ａが下側となる。この状態において、半導体ダイ１０２は、中間ステージ３に載置される。従って、中間ステージ３に載置された半導体ダイ１０２は、第１主面１０２ａが中間ステージ３のダイ載置面３ａと対面する。
【００２９】
図１に示すように、ボンディングステージ４には、ボンディング中の基板１０１が一時的に載置される。ボンディングステージ４の搭載面４ａには、真空吸着によって基板１０１が固定される。このとき、基板１０１の第１主面１０１ａは、ボンディングステージ４の搭載面４ａと対面する。ボンディングステージ４は、ガイドレールを含む駆動機構（不図示）により、基板１０１をＸ軸方向に移動可能である。また、ボンディングステージ４は基板１０１を加熱するためのヒータを有する。
【００３０】
ボンディングユニット６は、ボンディングヘッド１１と、ボンディングツール１２と、Ｚ軸駆動機構１３と、撮像部１４と、を有する。ボンディングヘッド１１は、ＸＹステージ７に取り付けられる。ボンディングヘッド１１は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動可能である。ボンディングツール１２は、Ｚ軸駆動機構１３を介してボンディングヘッド１１に取り付けられる。また、撮像部１４もボンディングヘッド１１に取り付けられる。つまり、ＸＹステージ７によってボンディングヘッド１１が移動すると、ボンディングヘッド１１に取り付けられたボンディングツール１２及び撮像部１４も同様に移動する。
【００３１】
撮像部１４は、ボンディングツール１２からＹ軸方向に所定距離だけ離間する。撮像部１４は、中間ステージ３に載置された半導体ダイ１０２の第２主面１０２ｂを撮像する。また、撮像部１４は、ボンディングステージ４に載置された半導体ダイ１０２の第２主面１０２ｂを撮像する。なお、撮像部１４はボンディングヘッド１１に固定されなくてもよい。撮像部１４は、ボンディングツール１２とは別個に移動可能であってもよい。
【００３２】
ボンディングツール１２は、ボンディング先端部１６を有する。ボンディング先端部１６は、半導体ダイ１０２を着脱可能に保持する。ボンディング先端部１６は、Ｚ軸方向に沿って延在するボンディングツール１２のうちボンディングステージ４側の端部である。また、ボンディングツール１２は、エアバキューム機能及び／又はエアブロー機能を有する。これらの機能により、ボンディングツール１２は、半導体ダイ１０２を吸着及び／又は離脱することができる。
【００３３】
制御部８は、ボンディング装置１の構成部品の動作を制御する。具体的には、制御部８は、ボンディングユニット６、ＸＹステージ７、撮像部９，１４などの各構成との間で信号の送受信が可能に接続される。制御部８は、この接続構成により、各構成部品の動作を制御する。例えば、制御部８は、ＣＰＵ及びメモリなどを備えるコンピュータ装置である。メモリには予めボンディングに必要な処理を行うためのボンディングプログラムなどが格納される。制御部８は、後述する本実施形態に係る半導体ダイのボンディング方法に関わる各工程を実行可能に構成される。制御部８には、制御情報を入力するための操作部８ａと、制御情報を出力するための表示部８ｂが接続される。
【００３４】
制御部８は、ボンディングユニット６の位置制御（ＸＹＺ軸）、ボンディングツール１２の位置制御（Ｚ軸）、ボンディングツール１２のＺ軸周りの位置制御（θ）、ボンディングツール１２のチルト制御（Ｚ軸に対する傾き）を行う。さらに、制御部８は、エアバキューム機能及び／又はエアブロー機能のオン／オフ制御、半導体ダイ１０２を基板１０１へ実装するときの荷重制御、ボンディングステージ４及びボンディングツール１２の熱供給制御、及び、押し上げ機構３３（図３参照）の動作制御などを行う。
【００３５】
＜ボンディング方法＞
次に、図４、図５、図６及び図７を参照しつつ、ボンディング装置１を利用したボンディング方法について説明する。本実施形態に係るボンディング方法は、図１に示すボンディング装置１を用いて行う。本実施形態のボンディング方法によって半導体装置１００（図２参照）を製造する。
【００３６】
まず、ウェーハステージ２上に、個片にされた複数の半導体ダイ１０２を準備する（Ｓ１０）。具体的には、ウェーハステージ２上に、熱圧着フィルム１０３が張りつけられた複数の半導体ダイ１０２からなるウェーハ１１０を用意する。ウェーハ１１０は、ウェーハステージ２上に配置される。このとき、複数の半導体ダイ１０２のそれぞれは、第１主面１０２ａが上方を向き、第２主面１０２ｂがウェーハステージ２に対面する。
【００３７】
次に、半導体ダイ１０２をウェーハステージ２から中間ステージ３に移動させる（Ｓ１１）。例えば、吸着ツール及びピックアップユニット（いずれも図示しない）との協調動作により、ウェーハステージ２上の複数の半導体ダイ１０２を一個ずつ中間ステージ３に移動させる。そして、制御部８は、ＸＹステージ７を制御して、ボンディングツール１２を中間ステージ３上に移動させる。
【００３８】
次に、ボンディングツール１２により中間ステージ３に載置された半導体ダイ１０２を保持する（Ｓ１２）。図５の（ａ）部に示すように、制御部８は、Ｚ軸駆動機構１３を制御して、ボンディングツール１２を負のＺ軸方向に移動させる。制御部８は、ボンディング面２４と半導体ダイ１０２の第２主面１０２ｂとの間の隙間が所定の距離（例えば１ｍｍ）まで近づいたときに、移動を停止する。次に、図５の（ｂ）部に示すように、制御部８は、押し上げ機構３３を制御して半導体ダイ１０２を押し上げる。この動作により、半導体ダイ１０２が離間される（Ｓ１２ａ）。制御部８は、半導体ダイ１０２の第２主面１０２ｂが、ボンディング面２４に接触したときに、押し上げ動作を停止する。そして、制御部８は、空気圧系（不図示）を制御して、吸引孔２８を用いた吸引を開始する（工程Ｓ１２ｂ）。この吸引により、半導体ダイ１０２がボンディングツール１２に保持される。そして、制御部８は、Ｚ軸駆動機構１３を制御して、ボンディングツール１２を正のＺ軸方向に移動させる。また、制御部８は、図６の（ａ）部に示すように、押し上げ機構３３を制御して、押し上げ枠３４を負のＺ軸方向に移動させる。つまり、熱圧着フィルム１０３の基板接着面１０３ｂから当接面３４ｂを離間させる。
【００３９】
次に、ボンディングツール１２によって熱圧着フィルム１０３を介して半導体ダイ１０２を基板１０１に熱圧着する（Ｓ１３）。
【００４０】
具体的には、まず、図６の（ｂ）部に示すように、制御部８は、ＸＹステージ７（図１参照）を制御して、半導体ダイ１０２を吸着したボンディングツール１２をボンディングステージ４上へ移動させる。ボンディングステージ４上には基板１０１が配置されている。
【００４１】
図７の（ａ）部に示すように、制御部８は、Ｚ軸駆動機構１３に制御信号を送信することにより、ボンディングツール１２をボンディングステージ４に向けて下降させる。この下降動作は、バンプ電極１０６が基板１０１の第１主面１０１ａに接触するまで継続する。制御部８は、基板１０１へのバンプ電極１０６の接触を検知すると、ボンディングツール１２の下降動作を荷重制御に切り替えて所定の荷重をバンプ電極１０６及び熱圧着フィルム１０３に印加する。また、制御部８は、ヒータ１８に制御信号を送信することにより、加熱を開始する。この加熱動作は、下降動作が行われる間に開始されてもよいし、下降動作が終了した後に開始されてもよい。この下降動作と加熱動作とによれば、半導体ダイ１０２を介して、熱圧着フィルム１０３へ熱が伝わる。この熱及び荷重により、熱圧着フィルム１０３が熱硬化して半導体ダイ１０２が基板１０１に接着されるとともに、バンプ電極１０６が基板１０１の電極に接合される。
【００４２】
こうして、半導体ダイ１０２のバンプ電極１０６と基板１０１の配線（不図示）との電気的な接合を図ると同時に、半導体ダイ１０２と基板１０１との間を樹脂封止することができる。
【００４３】
半導体ダイ１０２の基板１０１への熱圧着が終了した後、図７の（ｂ）部に示すように、ボンディング面２４から半導体ダイ１０２を離脱させる（Ｓ１４）。具体的には、まず、吸引孔２８の吸引動作をオフ状態にする。その後、制御部８は、Ｚ軸駆動機構１３を制御して、ボンディングツール１２を正のＺ軸方向に移動させる。これらの動作によれば、ボンディング面２４から半導体ダイ１０２を離脱させることができる。
【００４４】
以下、本実施形態に係るボンディング装置１とボンディング方法の作用効果について説明する。
【００４５】
ボンディング装置１は、中間ステージ３に載置された半導体ダイ１０２をボンディングツール１２に渡すときに、押し上げ機構３３によって半導体ダイ１０２を中間ステージ３から押し上げる。この押し上げ機構３３は、半導体ダイ１０２をボンディングツール１２に向けて移動させる力を、半導体ダイ１０２に対して提供する。このような力に基づく半導体ダイ１０２の移動によれば、半導体ダイ１０２の姿勢を維持しつつ、半導体ダイ１０２をボンディングツール１２に向けて移動させることが可能になる。従って、半導体ダイ１０２の回転及び位置ずれが抑制されるので、半導体ダイ１０２を精度よく受け渡すことができる。さらに、半導体ダイ１０２が中間ステージ３から離れるタイミングでは、ボンディングツール１２と半導体ダイ１０２との間には隙間Ｄが生じている。この隙間Ｄは、ボンディングツール１２から半導体ダイ１０２への熱移動に対して熱抵抗となる。従って、半導体ダイ１０２に対してボンディングツール１２が及ぼす熱の影響を低減することができる。
【００４６】
換言すると、ボンディング装置１では、半導体ダイ１０２がボンディングツール１２に保持されたとき、ボンディングツール１２の熱が半導体ダイ１０２を介して熱圧着フィルム１０３へ伝わる。その結果、熱圧着フィルム１０３のタック性が上昇する。しかし、このとき、半導体ダイ１０２は中間ステージ３から既に離間している。その結果、半導体ダイ１０２が中間ステージ３に張り付くことがない。従って、ボンディングツール１２が高温であっても、中間ステージ３上の半導体ダイ１０２をボンディングツール１２で保持する作業を行うことが可能になる。そうすると、ボンディングツール１２を冷却するための時間が短縮されるので、ボンディング作業に要する時間を短縮することができる。ひいては、ボンディング装置１とボンディング方法によれば、半導体装置１００の生産性を高めることができる。
【００４７】
図８の（ａ）部は、ボンディング面２４の温度履歴を示す。図８の（ａ）部のグラフＧ１のうち、横軸は経過時間を示し、縦軸はボンディング面２４の温度を示す。なお、グラフＧ１に示す温度履歴は例示である。本実施形態に係るボンディング装置１の動作は、グラフＧ１に示す温度履歴に限定されない。このグラフＧ１は、半導体ダイ１０２を基板１０１にダイボンドする工程（Ｓ１３）の前後を含む期間におけるボンディング面２４の温度履歴である。具体的には、０秒においては、ボンディングツール１２は、半導体ダイ１０２を保持している（Ｓ１２）。次に、０秒から１秒までの間に、半導体ダイ１０２が基板１０１に押圧されると共に加熱される（Ｓ１３）。次に、１秒から３秒までの間に、ボンディング面２４を所定温度に維持する（Ｓ１３）。この期間に、半導体ダイ１０２が基板１０１に接合される。次に、３秒以降の期間において、ボンディングツール１２から半導体ダイ１０２を切り離す（Ｓ１４）と共に、加熱を停止する。つまり、３秒以降の期間では、ボンディング面２４に半導体ダイ１０２は保持されていない。また、加熱を停止しているので、ボンディング面２４の温度は徐々に低下する。そして、ボンディングツール１２は、次の半導体ダイ１０２を保持する工程（Ｓ１２）を実施する。
【００４８】
ここで、中間ステージ３には、図示しない搬送機構により、第１主面１０２ａに熱圧着フィルム１０３が張りつけられた半導体ダイ１０２が搬送される。この半導体ダイ１０２は、半導体ダイ１０２を基板１０１に接合した後、十分に冷却されていないボンディングツール１２により吸着保持される。
【００４９】
そのため、ボンディングツール１２で半導体ダイ１０２を保持するために、半導体ダイ１０２にボンディング面２４を接触させると、ボンディングツール１２の熱が半導体ダイ１０２を介して熱圧着フィルム１０３に伝わってしまう。この熱移動によって、熱圧着フィルム１０３のタック性が上昇する。従って、熱圧着フィルム１０３がベース３１に張り付く。その結果、熱圧着フィルム１０３をベース３１から剥がし難くなる。従って、熱圧着フィルム１０３が張り着けられた半導体ダイ１０２を保持するためには、熱圧着フィルム１０３のタック性に影響を与えない程度までボンディングツール１２の温度を低下させることが考えられる。例えば、ヒータ１８の加熱を停止するとボンディングツール１２は自然に冷却される。そこで、工程Ｓ１４と工程Ｓ１２との間に、ボンディングツール１２の冷却期間を設けることが考えられる。しかし、この冷却期間は、ボンディング作業に要する時間を長くしてしまう。
【００５０】
ボンディング作業に要する時間を短縮するためには、ボンディングツール１２が高温であっても半導体ダイ１０２を保持できるようにすればよい。例えば、熱圧着フィルム１０３のタック性を考慮した場合に、半導体ダイ１０２を保持するための温度条件が５０度であるとする。そうすると、グラフＧ１によれば加熱を停止してから少なくとも３秒間だけ待機する必要がある。一方、温度条件が５０度よりも高い１００度であるとすれば、加熱を停止してから１秒だけ待機すればよい。つまり、待機時間は、２秒だけ短縮される。
【００５１】
図８の（ｂ）部は、ボンディング面２４から半導体ダイ１０２までの距離と、半導体ダイ１０２の温度との関係の一例を示す。ボンディング面２４の温度は、２００℃に設定されている。グラフＧ２からわかるように、ボンディング面２４から半導体ダイ１０２までの距離がゼロ（つまり接触状態）である場合には、半導体ダイ１０２の温度はボンディング面２４の温度（２００℃）と同じである。一方、ボンディング面２４から半導体ダイ１０２までの距離が１ｍｍ以上になると、半導体ダイ１０２の温度は５０℃以下にまで低下する。すなわち、押し上げ機構３３が半導体ダイ１０２を押し上げる高さ（つまり隙間Ｄ）を制御することにより、ボンディング面２４を半導体ダイ１０２に近接させたときの半導体ダイ１０２及び熱圧着フィルム１０３の温度を制御できる。
【００５２】
従って、ボンディング面２４と半導体ダイ１０２との間隔が１ｍｍ以上である構成において、半導体ダイ１０２を中間ステージ３から離間させれば、タック性の向上に起因する張り付きの問題は生じない。そうすると、半導体ダイ１０２を１ｍｍ以上持ち上げる構成とすれば、ボンディング面２４が２００℃であっても半導体ダイ１０２をボンディングツール１２に保持することができる。
【００５３】
なお、図８の（ａ）部に示すグラフＧ１及び図８の（ｂ）部に示すグラフＧ２は、例示である。本実施形態に係るボンディング装置１は、グラフＧ１，Ｇ２及び上述した数値に限定されない。
【００５４】
＜第２実施形態＞
図９に示すように、第２実施形態に係るボンディング装置１Ａは、例えば、第１主面に熱圧着フィルム１０３が設けられた半導体ダイ１０２の受け渡しに用いる。ボンディング装置１Ａは、中間ステージ３Ａを備える。中間ステージ３Ａは、押し上げ部３３Ａを有する。第１実施形態の押し上げ機構３３は、半導体ダイ１０２に直接的に接触して物理的に押し上げるものであった。第２実施形態の押し上げ部３３Ａは、半導体ダイ１０２に直接的に接触することなく、ガスＧＳ（気体）を半導体ダイ１０２に吹付けることにより、半導体ダイ１０２を押し上げる。
【００５５】
具体的には、中間ステージ３Ａは、ダイ載置面３ａに開口を有する複数のガス孔３ｂ（吹付け部）を有する。ガス孔３ｂの他端側にはガスＧＳである圧縮空気などを提供するコンプレッサ５が接続される。コンプレッサ５は、制御部８から提供される制御信号に基づいて、ガス孔３ｂに所定の圧力と流速とを有する圧縮空気を提供する。圧縮空気は、半導体ダイ１０２に設けられた熱圧着フィルム１０３にぶつかり、半導体ダイ１０２をボンディング面２４に向けて押し上げる。半導体ダイ１０２がボンディング面２４に接触すると、制御部８は、ボンディングツール１２の吸引動作を開始し、半導体ダイ１０２がボンディング面２４に保持される。
【００５６】
この場合には、熱圧着フィルム１０３が半導体ダイ１０２に設けられているので、ボンディングツール１２の熱は、熱圧着フィルム１０３に伝わる。しかし、熱が伝わる状態にあっては、熱圧着フィルム１０３は、中間ステージ３から既に離間している。従って、熱の影響を受けてタック性が上昇した熱圧着フィルム１０３の中間ステージ３への張り付きが抑制される。
【００５７】
以上、本発明をその実施形態に基づいて詳細に説明した。しかし、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。本発明は、その要旨を逸脱しない範囲で様々な変形が可能である。
【００５８】
例えば、半導体ダイ１０２に直接に接触して押し上げる場合には、枠状の突き上げ部材に限定されない。例えば、突き上げ部材は、半導体ダイ１０２の四隅にそれぞれ当接する４個の突き上げ棒であってもよい。
【符号の説明】
【００５９】
１，１Ａ…ボンディング装置、２…ウェーハステージ、２ａ…搭載面、３，３Ａ…中間ステージ（ステージ）、３ａ…ダイ載置面、３ｂ…ガス孔、４…ボンディングステージ、４ａ…搭載面、５…コンプレッサ、６…ボンディングユニット、７…ＸＹステージ、８…制御部、８ａ…操作部、８ｂ…表示部、９…撮像部、１１…ボンディングヘッド、１２…ボンディングツール、１３…Ｚ軸駆動機構、１４…撮像部、１６…ボンディング先端部、１８…ヒータ、２４…ボンディング面、２８…吸引孔、３１…ベース、３３…押し上げ機構、３３Ａ…押し上げ部、３４…押し上げ枠、３４ｂ…当接面、３４ａ…ベース配置部、３６…駆動部、１００…半導体装置（電子部品）、１０１…基板、１０１ａ…第１主面、１０１ｂ…第２主面、１０２…半導体ダイ、１０２ａ…第１主面、１０２ｂ…第２主面、１０３…熱圧着フィルム、１０４…電極パッド、１０６…バンプ電極（電極部）、１０７…電極パッド、１０８…保護膜、１１０…ウェーハ、１１０ａ…第１主面、１１０ｂ…第２主面。
【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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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月15日(2019.3.15)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の電極部が設けられた電極面を有する電子部品を基板又はその他の電子部品に、前記電極面に貼着された熱圧着フィルムを介して熱圧着するボンディング装置であって、
前記熱圧着フィルムを介して前記電子部品が載置される載置面を有するステージと、
前記ステージに載置された前記電子部品の前記電極面とは逆側の主面を着脱可能に保持するボンディングツールと、を備え、
前記ステージは、前記載置面の法線方向に沿って前記電子部品を離間させる力を前記電子部品の前記電極面に提供する押し上げ部を有し、
前記押し上げ部は、前記電極面に当接する当接部を含む突き上げ部材を有し、前記突き上げ部材が前記法線方向に沿って往復移動することにより、前記当接部が前記載置面に載置された前記電極面に当接しない第１の位置と、前記当接部が前記電極面に当接し前記電子部品を前記法線方向に沿って前記載置面から離間させる第２の位置と、が相互に切り替わる、ボンディング装置。
【請求項２】
（削除）
【請求項３】
（削除）
【請求項４】
複数の電極部が設けられた電極面を有する電子部品を基板又はその他の電子部品に、前記電極面に貼着された熱圧着フィルムを介して熱圧着するボンディング方法であって、
前記熱圧着フィルムを介して前記電子部品が載置される載置面を有するステージに、前記電子部品を載置する工程と、
前記ステージに載置された前記電子部品の前記電極面とは逆側の主面を着脱可能に保持するボンディングツールを用いて、前記電子部品を保持する工程と、を有し、
前記電子部品を保持する工程は、
前記載置面の法線方向に沿った力を前記電極面に提供して前記ステージから前記電子部品を離間させる工程と、
前記ステージから離間された前記電子部品を前記ボンディングツールにより保持する工程と、を含み、
前記電子部品を離間させる工程では、前記電極面に当接可能な当接部を含む突き上げ部材を、前記載置面に載置された前記電極面に当接しない第１の位置から、前記電極面に当接し前記電子部品を前記法線方向に沿って前記載置面から離間させる第２の位置へ、切り替える、ボンディング方法。
【国際調査報告】
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