(57)【要約】【課題】ステージの平坦性をより高めたフリップチップ実装装置を提供すること【解決手段】半導体チップ１０をステージ１上に載置した基板２０に熱圧着でフェイスダウン実装するフリップチップ実装装置において、ステージ１はステージヒータ４０上に載置され、ステージ１は、基板２０を真空吸引して吸着固定するための吸着孔３を備えており、ステージ１及びステージヒータ４０は、加熱時におけるステージ１の熱膨張による厚み方向の寸法変化を抑制して、ステージ表面の平坦性を確保する構造（例えばステージ１表面に溝５を設けた構造）を備えていることを特徴とするフリップチップ実装装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップをステージ上に載置した基板に熱圧着でフェイスダウン実装するフリップチップ実装装置において、
前記ステージはステージヒータ上に載置され、
前記ステージは、基板を真空吸引して吸着固定するための吸着孔を備えており、
前記ステージ及びステージヒータは、加熱時におけるステージの熱膨張による厚み方向の寸法変化を抑制して、ステージ表面の平坦性を確保する構造を備えている、フリップチップ実装装置。
【請求項２】
前記ステージはその外周部において前記ステージヒータにねじ止めされ、
前記ステージ表面の平坦性を確保する構造が、ステージの上下左右対称の中心部を基板の搭載位置とし、かつ、ステージの基板非搭載部に基板搭載部に対して上下左右対称に溝を設けた構造である、請求項１に記載のフリップチップ実装装置。
【請求項３】
前記ステージはその外周部において前記ステージヒータにねじ止めされ、
前記ステージ表面の平坦性を確保する構造が、ステージの材質を加熱時におけるステージの厚み方向の熱膨張量が１μｍ以下に収まるような低熱膨張率の材質とした構造である、請求項１に記載のフリップチップ実装装置。
【請求項４】
前記ステージの基板搭載部及びその周辺部の厚さよりもステージ外周部のねじ止め領域の厚さを厚くした、請求項３に記載のフリップチップ実装装置。
【請求項５】
前記ステージは前記ステージヒータに載置され、
前記ステージ表面の平坦性を確保する構造が、前記ステージヒータが前記ステージを真空吸引して吸着固定するための吸着孔を備えた構造である、請求項１に記載のフリップチップ実装装置。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれか１項に記載のフリップチップ実装装置を用いて、半導体チップを基板に熱圧着でフェイスダウン実装するフリップチップ実装方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はフリップチップ実装装置及びフリップチップ実装方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、半導体チップの集積度が高くなり、半導体装置の小型化及び接続端子の狭ピッチ化が進んでいる。半導体チップをフリップチップ接続によって基板に搭載する方法はワイヤボンディングによって接続する方法と比べると実装面積を小さくでき、また配線が短いために電気的特性が良いという特徴を有している。このため、小型、薄型に対する要求の強い携帯機器の回路や電気的特性が重視される高周波回路などに適用でき、フリップチップ実装技術を用いた半導体装置の開発が盛んに行われている。
【０００３】
以下図面を参照しながら、従来のフリップチップ実装技術を用いた半導体装置の一例について説明する。
【０００４】
従来のフリップチップ実装技術を用いたフリップチップ実装装置の断面図を図７に示す。図７はフリップチップ実装工程の一工程におけるフリップチップ実装装置の断面を示す図である。
基板を保持するステージ１は該ステージ１を加熱するステージヒータ４０上に載置され、固定ねじ４によってステージヒータ４０に固定されている。ステージ１の表面には基板２０が載置され保持されている。基板２０には半導体チップ１０がフリップチップ接続３０によって実装されている。
【０００５】
ステージ１の上面には複数の吸着溝２が形成されており、吸着溝２はステージ１内部の吸着孔３につながっている。吸着孔３は真空ポンプによって吸引されるパイプに接続されている。吸着溝２は、真空ポンプに引かれて真空になり、ステージ１上に載置された基板２０を吸着し保持する。
【０００６】
半導体チップ１０はフリップチップ接続部３０を介して基板２０に接続されている。
図８にフリップチップ接続部３０の構造の一例を示す。
半導体チップ１０は複数の電極１１を有しており、この電極１１は電極パッド１１ａ及びバンプ（突起電極）１１ｂからなっている。
半導体チップ１０の電極１１と基板２０の端子電極２１とは導電性接着剤１１ｃを介して接合されている。図７に示すように、半導体チップ１０と基板２０との間の隙間部にはアンダーフィル樹脂（絶縁樹脂）３３が充填されている。アンダーフィル樹脂３３によって半導体チップ１０と基板２０との接続の機械的強度が高められる。
【０００７】
基板２０への半導体チップ１０の実装に際しては、まず基板２０がステージ１に搭載され、真空吸着で固定される。次いで、基板２０の半導体チップ搭載部にアンダーフィル樹脂(ペーストもしくはフィルム)を塗布する。次いで、半導体チップ１０を保持するヘッドから温度をかけて半導体チップ１０の電極１１の先端の導電性接着剤１１ｃを溶融させて半導体チップ１０の電極１１と基板２０の端子電極２１とを接続させる。
【０００８】
この接続工程においては、従来技術では、半導体チップ１０や基板２０の熱膨張による高さ変動に対して、荷重制御で高さを追従させているが、導電性接着剤１１ｃの量や熱硬化性樹脂の粘度(排出性)にばらつきがあると、膨張により傾きができた接続部分において未接続が発生する懸念がある。
【０００９】
特許文献１、２には、半導体チップと基板との熱膨張係数の差があることに起因して、フリップチップ接続部の接続不良が発生するのを防ぐための提案がなされている。
特許文献１には、フリップチップ接続が終了した後において半導体チップと配線基板間にアンダーフィル樹脂層を形成し硬化することにより、配線基板や半導体チップの反り上がりを防いで接続部の破断が少ない半導体装置を製造することが記載されている。
特許文献２には、基板を載置するための凹部を有する基板支持台と、前記基板の実装領域分の大きさの開口部を有する基板固定蓋とからなる、基板を保持するための半導体チップ実装用基板保持具を用いることにより、基板の反りやうねりの発生を防いでフリップチップ接続部の接続不良の発生を防ぐことが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００７−１３４４８９号公報
【特許文献２】特開平９−２１３７３８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
本発明者等は従来のフリップチップ実装装置においては、ステージの熱膨張に起因してステージの基板載置面の平坦性が悪くなることがあるとの知見を得た。
すなわち、図１に示したような、ステージ１を固定ねじ４によってステージヒータ４０に固定するタイプの場合には、フリップチップ実装時にステージヒータ４０によってステージ１を加熱すると、ステージ１がステージ１の外周部において固定ねじ４によって固定されているため、図９に示すように、ステージ１の中央部が熱膨張によって膨れて、ステージ１の中央部の垂直方向の高さと外周部の垂直方向の高さとの間にｄの差が生じ、ステージ１の平坦性が悪くなる。ステージ１の平坦性が悪くなるとステージ１に搭載する基板２０の平坦性が悪くなる。
基板２０の平坦性が悪くなると図１０に示すように、フリップチップ接続の未接続部ａが発生する。
そこで、本発明は、ステージの平坦性をより高めたフリップチップ実装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】
【００１２】
本発明に係るフリップチップ実装装置は以下に記載する通りのものである。
（１）半導体チップをステージ上に載置した基板に熱圧着でフェイスダウン実装するフリップチップ実装装置において、
前記ステージはステージヒータ上に載置され、
前記ステージは、基板を真空吸引して吸着固定するための吸着孔を備えており、
前記ステージ及びステージヒータは、加熱時におけるステージの熱膨張による厚み方向の寸法変化を抑制して、ステージ表面の平坦性を確保する構造を備えている、フリップチップ実装装置。
（２）前記ステージはその外周部において前記ステージヒータにねじ止めされ、
前記ステージ表面の平坦性を確保する構造が、ステージの上下左右対称の中心部を基板の搭載位置とし、かつ、ステージの基板非搭載部に基板搭載部に対して上下左右対称に溝を設けた構造である、上記（１）に記載のフリップチップ実装装置。
（３）前記ステージはその外周部において前記ステージヒータにねじ止めされ、
前記ステージ表面の平坦性を確保する構造が、ステージの材質を加熱時におけるステージの厚み方向の熱膨張量が１μｍ以下に収まるような低熱膨張率の材質とした構造である、上記（１）に記載のフリップチップ実装装置。
（４）前記ステージの基板搭載部及びその周辺部の厚さよりもステージ外周部のねじ止め領域の厚さを厚くした、上記（３）に記載のフリップチップ実装装置。
（５）前記ステージは前記ステージヒータに載置され、
前記ステージ表面の平坦性を確保する構造が、前記ステージヒータが前記ステージを真空吸引して吸着固定するための吸着孔を備えた構造である、上記（１）に記載のフリップチップ実装装置。
（６）上記（１）〜（５）のいずれか１項に記載のフリップチップ実装装置を用いて、半導体チップを基板に熱圧着でフェイスダウン実装するフリップチップ実装方法。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、熱圧着時のステージの熱膨張を抑えることで、ステージ及びステージ上の基板の平坦性を確保することができ、フリップチップ接続における未接続を回避することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態のフリップチップ実装装置の断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態のフリップチップ実装装置の平面図である。
【図３】本発明の第２の実施形態のフリップチップ実装装置の断面図である。
【図４】本発明の第３の実施形態のフリップチップ実装装置の断面図である。
【図５】本発明の第３の実施形態のフリップチップ実装装置の変形例を説明する図である。
【図６】本発明の第４の実施形態のフリップチップ実装装置の断面図である。
【図７】従来のフリップチップ実装装置の構造を示す説明図である。
【図８】フリップチップ接続の構造を示す説明図である。
【図９】従来の加熱時におけるステージの構造を示す説明図である。
【図１０】従来のフリップチップ実装装置の構造を示す説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に、本発明を実施するための形態を図面に基づいて説明する。なお、いわゆる当業者は以下に示す本発明の態様について適宜変更・修正をして他の実施形態をなすことは容易であり、これらの変更・修正は本発明に含まれるものであり、以下の説明はこの発明の好ましい実施形態における例であって、本発明を限定するものではない。
【００１６】
図１を参照して本発明のフリップチップ実装装置の基本的な構成を説明する。
本発明は、基板２０に半導体チップ１０を熱圧着でフェイスダウン実装するＴＣ(Thermal Compression)方式のフリップチップ実装を行う実装装置に係るものである。
本発明に係る実装装置においては、基板２０を載置し固定するステージ１はステージヒータ４０上に載置される。ステージ１は、基板２０を真空吸引して吸着固定するための吸着溝２及び吸着孔３を備えている。
【００１７】
基板２０への半導体チップ１０の実装に際しては、まず基板２０がステージ１に搭載され、真空吸着で固定される。次いで、基板２０の半導体チップ１０の搭載部にアンダーフィル樹脂(ペーストもしくはフィルム)３３を塗布する。次いで、図８に示すように、半導体チップ１０を保持するヘッドから温度をかけて半導体チップ１０の電極１１の先端の導電性接着剤１１ｃを溶融させて半導体チップ１０の電極１１と基板２０の端子電極２１とを接続させる。
本発明の装置の特徴はステージ１及びステージヒータ４０が、加熱時におけるステージの熱膨張による厚み方向の寸法変化を抑制して、ステージ表面の平坦性を確保する構造を備えている点にある。
以下では、ステージ表面の平坦性を確保する構造の具体例を図２〜６を参照して説明する。
【００１８】
（第１の実施形態）
第１の実施形態のフリップチップ実装装置を図１及び図２に基づいて説明する。
ステージ１はその外周部（図２に示したものでは四隅）において固定ねじ４によってステージヒータ４０に固定されている。
ステージ１上面には複数の吸着溝２が形成されており、吸着溝２はステージ１内部の吸着孔３につながっている。吸着孔２は真空ポンプによって吸引されるパイプに接続されている。吸着溝２は、真空ポンプに引かれて真空になり、ステージ１上に載置された基板２０を吸着し保持する。
【００１９】
半導体チップ１０はフリップチップ接続部３０を介して基板２０にフェイスダウンで接続されており、半導体チップ１０と基板２０との間の隙間部にはアンダーフィル樹脂３３が充填されている。
本実施形態では、図１及び図２に示すように、ステージ１の基板搭載領域はステージ表面の上下左右対称の中心部に位置し、かつステージ１の基板非搭載領域６には溝５が設けられている。
このように、溝５を設けることにより、この溝５によって基板搭載部のステージの熱膨張が吸収され、ステージ１及びステージ１に吸着される基板２０の平坦性を確保することできる。溝５は一本につながるように連続的に設けてもよいし、分離して設けてもよい。
溝５の幅・深さ・形状、ステージに対する基板占有率、ステージ厚としては様々なパターンが考えられるが、特に限定されるものではなく、製品の仕様に応じて適宜設定することができる。
ねじ止めする位置はステージ１の外周部であればいずれの位置でもよいが、ステージ１の四隅でねじ止めすることが好ましい。
【００２０】
（第２の実施形態）
第２の実施形態のフリップチップ実装装置を図３に基づいて説明する。
本実施形態においては、ステージ１をその外周部においてをステージヒータ４０にねじ止め固定するタイプのステージにおいて、ステージ１の材質を熱膨張係数の低い材質とする。
一例としては、ステージの材質を従来使用されているホトベール（登録商標、線膨張係数：８．５×１０−６／℃）に代えて石英（線膨張係数：０．５８×１０−６／℃）を用いる。
ステージ基板搭載部の熱膨張を抑えることでステージ１及びステージ１に吸着される基板２０の平坦性を確保できる。
ステージ１の厚み方向の熱膨張量は、基板平坦性確保の観点から１μｍ以下が望ましい。
例えば、ステージ厚さ（Ｌ）＝５ｍｍ、温度上昇量ΔＴ＝２５０℃（常温→半田溶融温度）とした場合、ホトベールでは、
０．００５（ｍ）×８．５×１０−６（／℃）×２５０（℃）＝１０．６３×１０−６（ｍ）＝１０．６３μｍ
の熱膨張であるのに対し、石英では、
０．００５（ｍ）×０．５８×１０−６（／℃）×２５０（℃）＝０．７３×１０−６（ｍ）＝０．７３μｍｍ
の熱膨張に抑えることができる。
【００２１】
（第３の実施形態）
第３の実施形態のフリップチップ実装装置を図４及び図５に基づいて説明する。
本実施形態は上記第２の実施形態の変形例である。
上記第２の実施形態においてはステージ１の厚み方向の熱膨張量を小さくするためにステージの基板搭載部の厚さはできるだけ薄くすることが好ましい。しかしながら、例えばステージ１の厚さを５ｍｍの厚さとすると、熱膨張量を小さくすることはできるが、ステージ１の剛性が低下する。このため、ステージ１を固定ねじ４によってねじ止めする際にねじ止めの圧力によってねじ止め領域にひび割れや破損が生じる可能性がある。
そこで、本実施形態はステージの厚さを薄くし、かつねじ止め圧力によってもねじ止め領域のひび割れや破損が生じないようにしたステージの構造を提供するものである。
本実施形態の実装装置を図４に基づいて説明する。
第３実施形態においては、ステージ１をその外周部においてステージヒータ４０にねじ止め固定するタイプのステージにおいて、基板搭載部及びその周辺部のステージの厚さ（ｈ２）よりも、ステージ１の外周部のねじ止め領域におけるステージの厚さ（ｈ１）を厚くした構造とし、ねじ止め領域の剛性を高めている。
このような構造とすることによって、ステージ１の加熱時における基板搭載部の熱膨張を抑制することができると共に、ねじ止め領域のひび割れや破損を防ぐことができ、ステージ１及びステージ１に吸着される基板２０の平坦性を確保することができる。
【００２２】
図５Ａ〜図５Ｃは第３の実施形態におけるステージ１の形状の種々の例を示す図である。
図５Ａに示したものはステージ１の外周部全体をその厚さが基板搭載部の厚さよりも厚い肉厚部１ａとし、この肉厚部１ａをねじ止め領域としたものである。
図５Ｂに示したものはステージ１の四隅の厚さを基板搭載部の厚さよりも厚い肉厚部１ａとし、この肉厚部１ａをねじ止め領域としたものである。
図５Ｃに示したものは、ステージ１の外周部の四辺の中央部を基板搭載部の厚さよりも厚い肉厚部１ａとし、この肉厚部１ａをねじ止め領域としたものである
【００２３】
（第４の実施形態）
第４の実施形態のフリップチップ実装装置を図６に基づいて説明する。
本実施形態では、第１〜３の実施形態におけるようにステージをその外周部において固定ねじによってステージヒータに固定するという方法に代えて、図６に示すように、ステージヒータ４０に、吸着溝４２及び吸着孔４３を設け、ステージヒータ４０上に載置されたステージ１を真空吸着で固定する構造とする。
上記のようにステージ１がステージヒータ４０に固定ねじによって固定されていない構造とすることにより、ステージ１の加熱時にステージ１が熱膨張してもステージ１全体が熱膨張するため、ステージの平坦性を保持することができる。
【符号の説明】
【００２４】
１  ステージ
１ａ  肉厚部
２  吸着溝
３  吸着孔
４  固定ねじ
５  溝
６  基板非搭載領域
１０  半導体チップ
１１  電極
１１ａ  電極パッド
１１ｂ  バンプ
１１ｃ  導電性接着剤
２０  基板
２１  端子電極
３０  フリップチップ接続部
３３  アンダーフィル樹脂
４０  ステージヒータ
４２  吸着溝
４３  吸着孔
【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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