(57)【要約】【課題】実装基板にうねりがあったり、実装基板のパッド電極に高低差があっても、半導体チップの電極を信頼性高く接続できるようにする。【解決手段】ステージ１上にパッド電極３を有する回路基板２が固定され、加圧ツール７により吸着・把持された半導体チップ４が、回路基板２上に搭載される。加圧ツール７には、半導体チップを弾性的に押圧することのできる弾性体突起７ｂが形成されている。回路基板２−半導体チップ４間には熱硬化性樹脂６が充填されており、加圧ツール７上にはこの熱硬化性樹脂６を硬化させるための赤外線を放射する光源８が設置されている。光源８から放射された光は、ミラー９により反射された後、加圧ツール本体７ａの中央部に開けられた開口７ｃを通過して半導体チップ４の裏面に照射される。【選択図】図１
2011187700.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
加圧ツールを用いて半導体チップを裏面側から押圧して、半導体チップ上に形成された電極と回路基板上に形成されたパッド電極とを接合して回路基板上に半導体チップを実装する半導体装置の製造装置において、前記加圧ツールは、剛体の加圧ツール本体と、前記加圧ツール本体から突起した、前記半導体チップの前記電極の形成された箇所およびその周辺の裏面と選択的に接触する突起部とを有しており、該突起部の少なくとも一部は弾性体により形成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項２】
半導体チップへ裏面側から光を照射するための光源が備えられており、前記加圧ツール本体には前記光源からの光を透過させるための開口ないし切り欠きが形成されていることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項３】
前記光源は赤外線を放射することを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項４】
前記加圧ツール本体の前記突起部が形成されていない領域に、前記半導体チップに接触する、補助突起部が形成されていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項５】
前記突起部または前記補助突起部には吸着穴が開設されていることを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項６】
前記突起部または前記補助突起部の少なくとも一部が耐熱性樹脂により形成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項７】
前記耐熱性樹脂が、シリコーン、ポリテトラフルオロエチレンを含むフッ素樹脂またはポリイミドのいずれかであることを特徴とする請求項６に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項８】
前記突起部は、前記半導体チップの複数の電極上を共通に覆うように形成されていることを特徴とする請求項１から７のいずれかに記載の半導体装置の製造装置。
【請求項９】
前記突起部は、平面形状が長方形に形成されていることを特徴とする請求項８に記載の半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造装置に関し、特に回路基板上にベアチップをフリップチップ接続してなる半導体装置を製造するための実装装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップの実装技術としてフリップチップ接続技術は広く採用されている。フリップチップ接続技術としては各種のものが開発されているが、従来一般的に採用されてきた実装プロセスは、ベアチップの電極上にＡｕのスタッドバンプを形成し、実装基板上にスタッドバンプを有するベアチップをフェースダウンにて搭載し、実装基板上のパッドにバンプを接続するものであった（例えば、特許文献１、非特許文献１参照）。ところで、一般的にベアチップが平坦であるのに対し実装基板には反りやうねりが発生することが多く、実装基板上のパッドには高低差が生じる。この場合、これらを組み立てる過程において、ベアチップの電極に形成されたスタッドバンプは、実装基板のパッドへ押し付けられ、変形しながら接続されるので、バンプやパッド高さバラツキがある範囲内にあれば吸収され、接続が得られていた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−０６０６０２号公報
【非特許文献】
【０００４】
【非特許文献１】萩本英二著  「ＣＳＰ技術のすべて」工業調査会  ｐｐ．１４９−１５３  １９９７年
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところが、近年ＬＳＩの高速化によりベアチップ回路面に形成された絶縁膜は低誘電率化され、これによりベアチップ回路面が脆弱となる傾向があり、回路面に配置された電極上へのスタッドバンプの形成が困難となってきている。このような状況から、将来的にはベアチップの電極へストレスを与えず端子を形成することが可能な、めっきによるバンプ形成が有効であり多く採用されることになると予想されている。しかしながら、通常のめっきによるバンプは、細いテール部のあるスタッドバンプとは異なり容易には変形しないので、フリップチップ実装すると場所によっては実装基板のパッドとめっきバンプとの間に数μｍのギャップを生じる可能性がある。
【０００６】
本発明の課題は、上述した従来技術の問題点を解決することであって、その目的は、ベアチップにスタッドバンプが形成されていなくてもあるいはバンプが変形し易い材料により形成されていない場合であっても、信頼性の高いフリップチップ接続を可能ならしめる実装装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の目的を達成するため、本発明によれば、加圧ツールを用いて半導体チップを裏面側から押圧して、半導体チップ上に形成された電極と回路基板上に形成されたパッド電極とを接合して回路基板上に半導体チップを実装する半導体装置の製造装置において、前記加圧ツールは、剛体の加圧ツール本体と、前記加圧ツール本体から突起した、前記半導体チップの前記電極の形成された箇所およびその周辺の裏面と選択的に接触する突起部とを有しており、該突起部の少なくとも一部は弾性体により形成されていることを特徴とする半導体装置の製造装置、が提供される。
【０００８】
そして、好ましくは、その半導体装置の製造装置には、半導体チップ上へ光を照射するための光源が備えられており、前記加圧ツール本体には前記光源からの光を透過させるための開口や切り欠きが開けられている。また、好ましくは、前記突起部には半導体チップを吸着・把持するための吸着穴が開設されている。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、フリップチップ接続プロセスにおいて、加圧ツールは、ベアチップの電極形成箇所の裏面を選択的にかつ弾性的に押圧する。そのため、複数の対で形成されているベアチップの電極と回路基板のパッド電極との距離がばらついており、しかも、変形し難い電極とパッド電極が形成されている場合、パッド電極との距離が離れた電極の形成された箇所の半導体チップが湾曲し、電極とパッド電極との間のギャップを解消させることができる。したがって、本発明によれば、半導体チップの電極と回路基板のパッド電極との間に生じるギャップをシリコンの変形により吸収することが可能となり、接続信頼性を向上させ、接続歩留まりを高めることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の一実施の形態の実装装置を示す概略図。
【図２】図１の実装装置により実装される半導体チップの平面図。
【図３】図１の実装装置に用いられる加圧ツールの断面図と平面図。
【図４】図１の実装装置に用いた実装工程を工程順に示す断面図。
【図５】実装される半導体チップの他の例を示す平面図。
【図６】図５に示される半導体チップを実装する際に用いられる加圧ツールの断面図と平面図。
【図７】図５に示される半導体チップを実装する際に用いられる加圧ツールの他の例を示す断面図と平面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明による実装装置の一実施の形態を示す概略図、図２は、図１に示される実装装置により実装される半導体チップ（ベアチップ）の平面図、図３は、図１に示される実装装置において用いられる加圧ツールの断面図と平面図である。
【００１２】
図１に示されるように、ステージ１上にパッド電極３を有する回路基板２が載置され、吸着・固定されており、そして加圧ツール７により吸着・把持された半導体チップ４が、回路基板２上に搭載されている。ステージ１は、図示が省略された駆動機構によりＸＹ方向に移動が可能である。また、加圧ツール７は、図示が省略された駆動機構により上下方向に移動が可能であり、かつ鉛直軸を中心に回転が可能である。また、図示が省略された制御装置により加圧ツール７の半導体チップへの押圧力が調整できるようになっている。
【００１３】
図２に示されるように、本実施の形態の実装装置において実装される半導体チップ４は、チップの回路形成面の各辺に沿って電極４が形成されている。つまり、半導体チップ４は、ペリフェラル配置された電極４を有する。図１は、図２のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
回路基板２−半導体チップ４間には熱硬化性樹脂６が充填されており、加圧ツール７上にはこの熱硬化性樹脂６を硬化させるための赤外線を放射する光源８が設置されている。光源８から放射された光は、ミラー９を介して半導体チップ４の裏面に照射される。
【００１４】
加圧ツール７が半導体チップ４を吸着・把持しているとき、図２のＢ−Ｂ線は図３のＣ−Ｃ線と重なる。また、図３（ａ）は、図３（ｂ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
加圧ツール７の加圧ツール本体７ａは、金属やセラミックスなどの剛性体で形成された板状体であって、その下面（チップ加圧面）には、半導体チップ４の電極の形成領域およびその周辺部の裏面部分のみを加圧するための、弾性体で形成された弾性体突起７ｂが設けられている。弾性体突起７ｂは、半導体チップの辺に沿って形成された電極列の部分を押圧することができるように長方形の形状に形成されている。加圧ツール本体７ａの弾性体突起７ｂが設けられていない領域には光源８からの光を透過させるための開口７ｃが開けられている。加圧ツール本体７ａ弾性体突起７ｂは、本実施の形態では、突起の全体が弾性体で形成されているが、その一部のみが弾性体であってもよい。弾性体突起７ｂの材料としては、耐熱性に優れ弾力性に富む樹脂材料が好適に用いられる。例えば、シリコーン樹脂、ポリテトラフルオロエチレンなどのフッ素樹脂あるいはポリイミドなどが用いられる。弾性体突起７ｂには、半導体チップ４を吸着するための吸着穴７ｄが複数個設けられている。吸着穴７ｄは、図示が省略された真空発生装置に連結されており、これにより半導体チップを吸着・保持する際に真空引きされる。
【００１５】
半導体チップの実装される回路基板は、樹脂製のリジット基板、フレキシブル基板、またはガラスないしセラミック製であり、扱われる回路基板の種類は特に制限されない。パッドは、樹脂基板において、サブトラクティブ基板やセミアディティブ基板のように絶縁材料から突出しているものや、アディティブ基板のように絶縁材料と高さが同じもの、または逆にソルダーレジストのような絶縁材料から１〜１５μｍ程度凹んだところにパッドが存在していてもよい。また、パッド上にバンプが形成されていてもよい。そこで、本願明細書においては、「パッド電極」は、バンプが形成されたものも含むものとする。
【００１６】
この回路基板２へ搭載される半導体チップ４は、厚みが１００μｍ以下の薄いものが好ましい。これは、チップは薄くするほど柔軟となり、回路基板上に形成されたパッド電極への追従性が高まるからである。また、本実施の形態の実装装置により実装される半導体チップの電極は、ペリフェラル配置であり、チップ中央部には電極は存在していない。これにより、チップ中央部を光（赤外線）を透過させて熱硬化性樹脂を加熱・硬化させることが可能になる。
【００１７】
回路基板２−半導体チップ４間に充填される熱硬化性樹脂６は、半導体チップ４の搭載に先立って予め回路基板２上へポッティング法などにより供給されるものであって液状またはＢステージ（半硬化）状態のものが供給される。そして、光源８の出射する赤外光により加熱され、硬化される。熱硬化性樹脂６としては、アンダーフィル剤として市販されているものは適宜使用できるが、適切なフィラーの添加されたエポキシ樹脂が好適に用いられる。また、熱硬化性樹脂に代えここに熱可塑性樹脂を用いてもよい。
【００１８】
加圧ツール７上には、熱硬化性樹脂６を硬化させるための光源８が設置されている。光源８を出射した光は、ミラー９で反射され、加圧ツール本体７ａに開けられた開口７ｃを通過して半導体チップ４の裏面に照射され、半導体チップ４を透過して熱硬化性樹脂６を加熱させる。光源８から出射される光は、シリコンに対する透過率が高い２〜６μｍの帯域の赤外線を含むことが好ましく、この光を用いることによって半導体チップ４にて吸収されずに、半導体チップと回路基板との間に充填されている未硬化樹脂を高効率で加熱することが可能になり、効率よくこれを硬化させることが可能となる。光源８の好ましい例としては、２〜６μｍの帯域の赤外線を出射することができるレーザ発振器、ハロゲンランプ、メタルハライドランプ、キセノンランプなどを挙げることができる。
【００１９】
本実施の形態の実装装置では、光源８から出射された水平放射光を光路を垂直方向に変換するミラー９が用いられている。而して、光源８が、加圧ツール本体７ａの開口７ｃの真上に設置され、真下に光を出射する場合には、ミラー９を省略することができる。また、光源８から半導体チップ４に至る光路中に、放散光を平行光ないし収束光に変換する光学系（レンズなど）が設置されていてもよい。
【００２０】
［実装プロセス］
次に、本実施の形態を用いた実装プロセス例について図１、図４を参照して説明する。
図示が省略されたハンドリング装置により、回路基板２がステージ１上に供給され、吸着保持される。回路基板２には銅配線が形成されており、そのパッド部にはＮｉ／Ａｕのめっき処理がほどこされている。続いて、回路基板２上の半導体チップ搭載領域上に液状の熱硬化性樹脂６を供給する〔図４（ａ）〕。次に、電極面を下にしてキャリアトレイに配置された半導体チップへ、加圧ツールの加圧面に設けた弾性体突起を接し、加圧することで半導体チップを平坦化しながら半導体チップを真空吸着する。半導体チップの電極はめっき金により形成されている。そして、ステージに吸着された回路基板の半導体チップ実装面と、半導体チップの電極面に形成された位置合せ用マークを目安に、ステージ１をＸ−Ｙ方向（水平面方向）、加圧ツール７をθ方向（鉛直軸回転方向）に調整して回路基板と半導体チップとの位置合わせを行なう〔図４（ｂ）〕。
【００２１】
加圧ツール７をステージ１へ向け降下させ、回路基板２のパッド電極３と半導体チップ４の電極とを接触させる。この時パッドトップの高さ位置ばらつきと、半導体チップの電極高さのばらつきによって生じる間隙を埋めるため、半導体チップ４を変形させるように荷重を印加する。ここで、加圧ツール７の降下から加重印加の過程で生じる現象について説明する。まず、半導体チップ回路面に何も接触していない降下期間は荷重が０であり、次に回路基板のパッドと半導体チップの電極が高さばらつきを有する中で、初めてパッド電極と電極が接触する。この時点では、前述の高さばらつきのために、まだパッドと電極が接していない箇所がある。ここから更に加圧ツールを降下させていくと、パッド電極と電極が接触した部分を裏側のシリコン面から押圧する弾性体部分は、パッドと電極が接触していない部分へ延び、この部分の弾性体は、半導体チップを上から回路基板方向へ押し込むように変位する。これに伴い、パッド電極に接触していない電極付近のシリコンは、回路基板のパッド電極へ向けて押し込まれる。更に荷重を増加させると最終的には、全てのパッド電極と電極とを接触させることができる〔図４（ｃ）〕。
【００２２】
上記の加圧ツールの加圧過程において同時に光源８による赤外線照射が行われる。赤外線は、加圧ツールの開口７ｃを通過して半導体チップの裏面に照射され、シリコンを透過して熱硬化性樹脂６を加熱し、これを硬化させる。樹脂を硬化させる過程においては、半導体チップに対し加圧ツールから常に荷重をかけ、パッドと電極との接触を保ち続ける。
樹脂硬化完了後、加圧ツールを上昇させると本実装工程により製造された半導体装置が得られる〔図４（ｄ）〕。
【００２３】
［加圧ツールの変更例］
加圧ツールの形状は、実装すべき半導体チップのサイズ、電極配置によって変更される。図５は、電極５がセンター配置された半導体チップ４の平面図である。この例では、電極５は、チップの回路面中央部に千鳥状に２列に配列されている。
図６（ａ）、（ｂ）は、図５に示した半導体チップを実装する際に用いられる加圧ツール７の断面図と平面図である。図６に示されるように、半導体チップの中央部に形成された電極の裏面部分のみを押圧できるように、加圧ツールの中央部に長方形形状の弾性体突起７ｂが形成されている。弾性体突起７ｂには、適宜箇所に吸着穴７ｄが開けられている。弾性体突起７ｂを挟むように、加圧ツール本体７ａには光を透過させるための開口７ｃが開けられている。半導体チップの実装に際しては、この加圧ツールにて半導体チップをピックアップし、その中央部に荷重を加えながら加熱することになるが、弾性体突起７ｂを中央部のみに設けた場合、図３に示した、チップ周辺近傍を吸着・支持し押圧する加圧ツールの場合と異なり、チップ保持の安定性はこの場合より劣る。これを補うために、図６に示した加圧ツール７では、半導体チップの四隅を吸引し押圧できるように、加圧ツール本体７ａの四隅に、補助弾性体突起７ｅが設置されている。この補助弾性体突起７ｅは、中央を吸着する弾性体突起７ｂよりも低弾性の材料を用いて形成するとよい。
【００２４】
図７（ａ）、（ｂ）は、図６の加圧ツールに変更を加えた加圧ツールの断面図と平面図であって、図６の加圧ツールの場合と同様に図５に示される半導体チップを実装するためのものである。図７に示す加圧ツールにおいて、図６の加圧ツールと同等の部分には同一の参照符号を付し重複する説明は省略するが、図７の加圧ツールにおいては、図６の加圧ツールの場合の開口７ｃに代え、加圧ツール本体７ａに切り欠き７ｆが形成されている。図７の加圧ツールによれば、図６の場合に比較して、より広い面において半導体チップに光を照射することが可能になり、より効率的に熱硬化性樹脂を硬化させることができる。
【符号の説明】
【００２５】
１    ステージ
２    回路基板
３    パッド電極
４    半導体チップ
５    電極
６    熱硬化性樹脂
７    加圧ツール
７ａ    加圧ツール本体
７ｂ    弾性体突起
７ｃ    開口
７ｄ    吸着穴
７ｅ    補助弾性体突起
７ｆ    切り欠き
８    光源
９    ミラー
【図１】
2011187700.tif 000003
【図２】
2011187700.tif 000004
【図３】
2011187700.tif 000005
【図４】
2011187700.tif 000006
【図５】
2011187700.tif 000007
【図６】
2011187700.tif 000008
【図７】
2011187700.tif 000009