(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体デバイスを加工するための装置を提供する。【解決手段】装置１は、圧力構成要素と、ガイド１５０と、ガイド１５０内で移動可能なスペーサー１２０と、を含む第１のツール１００を含む。ギャップ１１８は、スペーサー１２０とガイド１５０との間に画定され、スペーサー１２０を、ガイド１５０に対して傾斜可能である。装置はまた、半導体デバイスを保持するための第２のツール２００を含み、第１及び第２のツールは、非結合状態と結合状態との間で互いに対して移動可能である。スペーサー１２０は、圧力印加構成要素に近く、結合状態において、圧力印加構成要素が第１の圧力としての力を、第１の部分に印加する。スペーサー１２０はまた、圧力印加構成要素から遠い第２の部分であって、結合状態において、半導体デバイス４００に近く、圧力印加構成要素からの力を第２の圧力として半導体デバイス４００に伝達する。【選択図】図１
2019054243.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体デバイスを加工するための装置であって、
圧力構成要素と、ガイドと、前記ガイド内で移動可能なスペーサーと、を含む第１のツールであって、ギャップが前記スペーサーと前記ガイドとの間に画定され、前記スペーサーを、前記ガイドに対して傾斜可能となるように動かすことが可能である、第１のツールと、
前記半導体デバイスを保持するための第２のツールと、を含み、
前記第１及び第２のツールが、非結合状態と結合状態との間で互いに対して移動可能であり、
前記スペーサーが、
前記圧力印加構成要素に近い第１の部分であって、前記結合状態において、前記圧力印加構成要素が第１の圧力としての力を前記第１の部分に印加するように動作可能である、第１の部分と、
前記圧力印加構成要素から遠い第２の部分であって、前記結合状態において、前記第２の部分が前記半導体デバイスに近く、前記圧力印加構成要素からの力を第２の圧力として前記半導体デバイスに伝達するように動作可能である、第２の部分と、を含む、装置。
【請求項２】
前記ギャップが、前記圧力印加構成要素から遠い前記第２の部分におけるよりも、前記圧力印加構成要素に近い前記第１の部分において小さい、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記スペーサーと前記ガイドとの間の前記ギャップの幅が、約０．００１ｍｍから約５ｍｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記圧力印加構成要素に近い前記第１の部分における前記ギャップの幅が、約０．００１ｍｍから約１ｍｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記圧力印加構成要素から遠い前記第２の部分における前記ギャップの幅が、約０．０１ｍｍから約５ｍｍである、請求項１に記載の装置。
【請求項６】
前記圧力印加構成要素が、チャンバーと、前記チャンバー内の圧力伝達媒体を前記スペーサーから離隔するダイアフラムと、を含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記第１のツールがさらに、前記圧力チャンバー内において前記ダイアフラムを所定の位置に保持するためのＯリングを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項８】
前記第１のツールがさらに、前記Ｏリングの押し出しを防ぐために、前記Ｏリングを取り囲むように動作可能な、前記Ｏリングよりも大きな直径を有する追加的なリングを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項９】
前記スペーサーがさらに第１の表面及び第２の表面を含み、
前記第１の表面が、前記圧力構成要素に接触可能な表面であり、
前記第２の表面を完全に利用する場合に前記スペーサーによって印加可能な圧力が、前記圧力構成要素によって前記第１の表面に印加される圧力よりも大きくなるように、前記第１の表面の面積が、前記第２の表面の面積よりも大きい、請求項１に記載の装置。
【請求項１０】
前記スペーサーの縁が、０．２ｍｍ以下の半径の丸められた縁を有するように面取りされた、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記スペーサーがさらに、内側部分及び外側部分を含み、前記内側部分が、前記外側部分に対して移動可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項１２】
前記内側部分の前記外側部分に対する、前記圧力印加構成要素から離れる方向における動きが制限される、請求項１１に記載の装置。
【請求項１３】
前記非結合状態から前記結合状態に変化する際に、前記ホルダーが、前記スペーサーに対して前記半導体デバイスを水平にするように動作可能な球体ベアリングを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
前記第２のツールが、前記第２のツールに含まれる前記半導体デバイスのために、ホルダーの上に底部保護フィルムを受容するように動作可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項１５】
加熱ブロックをさらに含み、前記加熱ブロックと前記ホルダーとの間の距離が調整可能である、請求項１に記載の装置。
【請求項１６】
複数のセットであって、各セットが、スペーサー及びガイドを含む、複数のセットと、
複数のホルダーと、をさらに含み、
各ホルダーが、前記複数のセットの１つまたは複数と関連付けられた、請求項１に記載の装置。
【請求項１７】
前記ガイド及びスペーサーに力を印加するために、前記スペーサーと前記ガイドとの間の前記ギャップ内に配置された弾力部材をさらに含む、請求項１に記載の装置。
【請求項１８】
半導体を加工する方法であって、
互いに対して移動可能な第１のツール及び第２のツールを有する装置を提供する段階であって、前記第２のツールがホルダーを含み、前記第１のツールが圧力チャンバーと、ガイド内で移動可能な可動式のスペーサーと、前記ガイドに対して前記スペーサーを傾けることができるように動作可能な、前記スペーサーと前記ガイドとの間のギャップと、を含み、前記第１のツール及び前記第２のツールが非結合状態にある、装置を提供する段階と、
半導体デバイスを前記ホルダー上に配置する段階と、
前記第１のツール及び前記第２のツールを前記非結合状態から結合状態にする段階と、
前記圧力チャンバーからの圧力を前記スペーサーに印加することによって、前記スペーサーと前記ホルダーとの間の前記半導体デバイスを圧迫する段階と、
所定の期間待機する段階と、
前記第１のツール及び前記第２のツールを、前記結合状態から前記非結合状態にする段階と、を含む、半導体を加工する方法。
【請求項１９】
前記第２のツール上に、前記ホルダーを覆う底部保護フィルムを提供する段階をさらに含み、
前記半導体デバイスを前記ホルダー上に配置する段階が、前記底部保護フィルムによって覆われた前記ホルダー上に前記半導体デバイスを配置する段階を含み、前記半導体デバイスが前記底部保護フィルム上に配置される、請求項１８に記載の半導体を加工する方法。
【請求項２０】
前記ホルダー上にキャリアを提供する段階をさらに含み、前記ホルダー上に半導体デバイスを配置する段階が、前記キャリア上に前記半導体デバイスを配置する段階を含む、請求項１８に記載の半導体を加工する方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体デバイスをモールディングまたは焼成するための装置に関する。本発明はまた、半導体デバイスをモールディングまたは焼成するための方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来のモールディング装置は、典型的にはモールディング化合物を導入する間、半導体デバイスを保持するためのベースプレート及びカバーを含む。しかし、半導体デバイスは平行な表面を有していない場合があり、そのため装置内に配置されたときに、半導体デバイスの上面が傾いている可能性がある。モールディング中に半導体デバイスに加えられる力の不均一性は、望ましくないモールディングの結果につながり、半導体デバイスに損傷を与える可能性さえありうる。したがって、そのような場合が発生するときには、より長い調整時間が必要となり、高いスループットを達成できない。
【０００３】
そのため、半導体デバイスを高いスループット及び高い品質でモールディングまたは焼成するためのコストに優れた解決手段が望ましい。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００４】
したがって、本発明は、前述の問題を改善する、改良された装置を提供することを目的とする。改良されたモールディング装置は、半導体デバイスと装置の構成要素との間の位置合わせを提供し、そのため、より良好な力の分布及びより高い製造品質を達成する。
【０００５】
したがって、本発明は、半導体デバイスを加工するための装置であって、圧力構成要素と、ガイドと、ガイド内で移動可能なスペーサーと、を含む第１のツールであって、ギャップがスペーサーとガイドとの間に画定され、スペーサーを、ガイドに対して傾斜可能となるように動かすことが可能である、第１のツールと、半導体デバイスを保持するための第２のツールと、を含み、第１及び第２のツールが、非結合状態と結合状態との間で互いに対して移動可能であり、スペーサーが、圧力印加構成要素に近い第１の部分であって、結合状態において、圧力印加構成要素が第１の圧力としての力を第１の部分に印加するように動作可能である、第１の部分と、圧力印加構成要素から遠い第２の部分であって、結合状態において、第２の部分が半導体デバイスに近く、圧力印加構成要素からの力を第２の圧力として半導体デバイスに伝達するように構成された、第２の部分と、を含む、装置を提供する。
【０００６】
本発明はまた、半導体を加工する方法であって、互いに対して移動可能な第１のツール及び第２のツールを有する装置を提供する段階であって、第２のツールがホルダーを含み、第１のツールが圧力チャンバーと、ガイド内で移動可能な可動式のスペーサーと、を含み、第１のツールが、ガイドに対してスペーサーを傾けることができるように動作可能な、スペーサーとガイドとの間のギャップを含み、第１のツール及び第２のツールが非結合状態にある、装置を提供する段階と、半導体デバイスをホルダー上に配置する段階と、第１のツール及び第２のツールを非結合状態から結合状態にする段階と、圧力チャンバーからの圧力をスペーサーに印加することによって、スペーサーとホルダーとの間の半導体デバイスを圧迫する段階と、所定の期間待機する段階と、第１のツール及び第２のツールを、結合状態から非結合状態にする段階と、を含む、半導体を加工する方法を提供する。
【０００７】
本発明は、非限定的な例及び添付した図面とともに考慮されれば、発明の詳細な説明を参照してより理解されるであろう。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明の実施形態に従う装置の例示的な断面概略図を示す。
【図２】本発明の別の実施形態に従う装置の断面概略図を示す。
【図３】図２と類似の装置の一部の断面概略図を示しており、単一の基板に対して２つのスペーサーが存在し、各スペーサーは対応する半導体デバイスの上に配置される。
【図４】図２と類似するが異なる圧力印加構成要素を有する装置の断面概略図を示す。
【図５】図３と類似する装置の断面図を示しており、単一の基板に対して２つのスペーサーが存在し、各スペーサーは対応する半導体デバイスの上に配置される。
【図６】ダイアフラムとスペーサーとの間の接点及びスペーサーの例示的な実施形態の詳細を示す概略断面図を示す。
【図７】ダイアフラムとスペーサーとの間の接点の詳細を示す概略的な断面図を示す。
【図８】半導体デバイスの水平でない表面がどのようにしてスペーサーによって補償されうるかについての概略断面図を示す。
【図９】本発明の実施形態のさらなる発展形態に従う、半導体デバイスの２つの異なる高さにおけるスペーサーと半導体デバイスとの間の接点の詳細を、概略的な断面図において示す。
【図１０】ダイアフラムとスペーサーとの間の接点、及びダイアフラムのさらなる発展形態の詳細を、概略的な断面図において示す。
【図１１】ダイアフラムとスペーサーとの間の接点、及びこの接点についてのさらなる発展形態の詳細を、概略的な断面図において示す。
【図１２】本発明のさらなる実施形態に従う装置の概略的な断面図を示しており、底部保護フィルムが、半導体デバイスを支持するためのホルダーの上に設けられる。
【図１３】本発明の実施形態のさらなる発展形態に従う、半導体デバイスの２つの異なる高さにおけるスペーサーと半導体デバイスとの間の接点の詳細を、概略的な断面図において示す。
【図１４】本発明の実施形態のさらなる発展形態に従う、第１のツールのチャンバーへのダイアフラムの接続の概略断面図を示す。
【図１５】比較例と比較した、図１４の接続の概略図を示す。
【図１６Ａ】ホルダーと関連する球体ベアリングの概略的な断面図を示す。
【図１６Ｂ】ホルダーと関連する球体ベアリングの概略的な断面図を示す。
【図１７】本発明の実施形態に従う方法の例示的なフロー図を示す。
【図１８】本発明の別の実施形態に従う方法についての別の例示的なフロー図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
図面は概略的な性質のものであり、本発明の特定の態様を強調するために、スケール通りに描かれていない。
【００１０】
以下の詳細な説明は、例示のために、本発明が実施されうる具体的な詳細及び実施形態を示す、添付した図面を参照する。使用される参照符号は、図面にわたって同じである。
【００１１】
本発明のすべての実施形態において、装置１は、複数のスペーサーを含んでもよく、それぞれは、対応するガイド内にある。本発明の説明を簡潔にするために、１つのスペーサー及び対応するガイドの特性について言及されるが、これらの説明は、本開示において説明されるような特性を有する複数のスペーサー及びガイドにも適用可能である。複数のホルダーが設けられてもよく、各ホルダーは１つのスペーサーに対応し、ホルダーはまた、特により複雑な回路について複数のスペーサーと関連してもよい。
【００１２】
「底部」、「頂部」、「上に」、「下に」との用語は図面に示される位置を参照してもよく、第１のツール及び第２のツールは、第１のツールが「頂部」に位置し、第２のツールが「底部」に位置するように図示され、同じ配向が、本開示内で別の要素について使用されてもよい。
【００１３】
「傾き」、「傾いている」、「傾ける動き」との用語は、本明細書では、スペーサーの軸とガイドの軸との間の角度が変化するような、関連するガイド内のスペーサーの動きを指すものとして使用される。
【００１４】
「傾き」、「傾いている」、「傾ける動き」との用語はまた、本明細書では、同じスペーサーの外側部分内の関連する凹部におけるスペーサーの内側部分の動きを指すものとしても使用され、内側部分は外側部分に受容され、内側部分の軸と外側部分の軸との間の角度が変化する。
【００１５】
「垂直な動き」との表現は、本明細書では、チャンバーに向かう方向またはチャンバーから離れる方向における、ガイドに対するスペーサーの動きを指すために使用される。
【００１６】
「垂直な動き」との表現はまた、チャンバーに向かう方向またはチャンバーから離れる方向における、スペーサーの内側部分の、同じスペーサーの外側部分に対する動きを指すためにも使用される。
【００１７】
本開示の文脈内における「チャンバー」との用語は、圧力伝達媒体を受容するように動作可能なチャンバーを意味する。「チャンバー」及び「圧力チャンバー」との用語は、本開示内では同じ意味を有する。
【００１８】
圧力伝達媒体について「高圧」との表現は、１０１３２５Ｐａよりも高い圧力を意味する。
【００１９】
シーリング構成要素に関して使用される場合の「高圧」との表現は、シーリング構成要素（例えばＯリング）が、高圧下で（気体などの）流体と共に使用されるのに名目上適していることを示す。
【００２０】
「高温」との用語は、少なくともサービス温度である温度、好適には１２０℃以上である温度を意味する。
【００２１】
本明細書において使用される「ホルダー」との用語は、半導体デバイスのためのホルダーを指す。対照的に、保護フィルムまたは底部保護フィルムについてのホルダーは、そのように明示的に言及される。
【００２２】
本発明に従う装置は、半導体デバイスの製造に適している。本発明に従う方法は、半導体デバイスの製造に適している。
【００２３】
本発明に従う半導体デバイスは、少なくとも１つの半導体ダイ及び半導体基板を含みうる。半導体ダイは、回路を含みうる半導体材料のブロックである。半導体基板も接続ワイヤを含みうる。半導体基板は、それ自体が回路を含んでもよく、それ自体が半導体ダイであってもよい。製造後の半導体デバイスは、最終半導体デバイスと呼ばれうる。
【００２４】
「デバイス」及び「半導体デバイス」との用語は、本開示の文脈において同じ意味を有する。
【００２５】
本発明の説明を簡略化するために、１つの半導体デバイスについての参照がなされる。しかし、本開示は複数の半導体デバイスにも同様に適用可能であり、そのため、装置及び方法は、複数の半導体デバイスの製造に適している。
【００２６】
本発明に従う半導体デバイスの製造は、好適には半導体デバイスをサービス温度に維持する間、半導体デバイスに圧力を印加することを含む。
【００２７】
サービス温度は雰囲気温度よりも高く、好適には約１２０℃から約３００℃であるように選択されうる。
【００２８】
１つの好適な実施形態において、半導体デバイスの製造は、半導体デバイスを押し付ける段階を含みうる。
【００２９】
別の好適な実施形態において、半導体デバイスの製造は、モールディングする段階を含みうる。代替的に、または追加的に、半導体デバイスの製造は、焼成する段階を含みうる。
【００３０】
さらなる好適な実施形態において、製造は、封入材のようなモールディング材料がモールディング後に半導体デバイスの上部を完全に覆わないように半導体デバイスの（スペーサーに面する）上面がスペーサーによって覆われた状態でなされる。
【００３１】
本装置は、半導体封入加工プロセスについて使用されてもよく、モールディングが確実に一貫して実行されるように、シーリング力として、高圧が半導体ダイの上面にわたって印加される。さらに、本装置及び方法は、複数の半導体ダイをモールディングする際の一貫性を改善するために、異なるダイの厚さ及びダイの傾斜角度を有する複数の半導体ダイを加工するのに使用される場合に特に有利である。本装置及び方法は、上面が少なくとも部分的に露出した半導体デバイス、例えばＭＥＭＳセンサパッケージ及び指紋センサパッケージを製造するために使用されうる。
【００３２】
図１は、本発明の第１の実施形態に従う装置１の断面側面図を示す。装置１は、非結合状態と結合状態との間で互いに対して移動可能な第１のツール１００及び第２のツール２００を含む。図１において、これらは非結合状態で示されている。第２のツール２００は、半導体デバイス４００を受容するためのホルダー２０８を含む。第１のツール１００は圧力印加構成要素３０９を含み、これは圧力チャンバー３１０及びガイド内で移動可能なスペーサー１２０を含む。ガイドは、調整ガイド壁１５０によって範囲を定められる。結合状態において、圧力チャンバー３１０は、スペーサー１２０に対する第１の圧力として力を印加するように構成されてもよく、スペーサー１２０は、力を第２の圧力として半導体デバイス４００に伝達するように構成される。第１のツール１００は、スペーサー１２０とガイド（図においてガイド壁１５０によって表される）との間のギャップ１１８を含み、ギャップ１８０は、スペーサー１２０をガイドに対して傾けることができるように構成される。スペーサー１２０の設計に応じて（後述のように）、第１の圧力は、第２の圧力と同じまたは異なるものでありうる。
【００３３】
ギャップ
ガイドはプレート内の貫通穴として形成されてもよく、プレートは第１のツール１００内に含まれる。したがって、ガイドは、貫通穴のガイド壁１５０によって画定されうる。そのため、ガイドは、好適にはプレートに対して固定された位置を有し、好適には第１のツール１００に対して本質的に固定された位置（本質的には動くことができない）を有する。
【００３４】
スペーサー１２０は、ガイド内に合うような大きさとされた要素として形成されうる。スペーサーは、好適にはガイドの形状と適合した形状であるが、スペーサーとガイドとの間にギャップを残す。
【００３５】
ギャップによって、スペーサーはガイド内で傾くことが可能であり、そのため、例えばダイの傾きのために勾配がありうる半導体デバイスの上面へ調整することが可能である。したがって、スペーサーは、半導体デバイスの上面の勾配角度に対して形状適合するような特定の角度自由度及び水平方向変位自由度を有する。
【００３６】
ギャップ幅は、断面に沿ったスペーサー１２０とガイドとの間の距離の和を取ることによって決定されうる。スペーサー１２０が円筒であり、ガイドが円筒形の穴であるような例において、ギャップ幅は、ガイドの直径と円筒形の穴の直径との間の差である。
【００３７】
ギャップ幅はまた、ガイドの平面に対して平行である距離をとることによっても決定されうる。
【００３８】
１つの実施形態において、ギャップは、圧力印加構成要素３０９から遠いスペーサー１２０の端部においてよりも、圧力印加構成要素３０９に近いスペーサー１２０の端部において、小さい。そのため、圧力印加構成要素３０９（例えばダイアフラム）の応力を最小限に保ちつつ、圧力印加構成要素３０９からより遠い端部におけるスペーサーの水平方向の動きをより大きくすることができる。圧力印加構成要素３０９に近いスペーサーの端部は、端部１２５として図１に示されている。圧力印加構成要素から遠いスペーサーの端部は、端部１２６として図１に示されている。
【００３９】
スペーサーとガイドとの間のギャップの幅は、好適には約０．００１ｍｍから約５ｍｍである。ギャップが異なる方向に異なる幅を有する場合には、少なくとも１つの方向における幅が、約０．００１ｍｍから約５ｍｍでありうる。好適には、全ての方向における幅が約０．００１ｍｍから約５ｍｍでありうる。方向は、圧力印加構成要素３０９に近いガイドの平面に対して平行である。
【００４０】
圧力印加構成要素３０９から近いスペーサーの端部におけるギャップの幅は、約０．００１ｍｍから約１ｍｍであり、好適には約０．００１ｍｍから約０．０２ｍｍであり、さらに好適には約０．００９５ｍｍから約０．０１５ｍｍである。そのような小さなギャップ幅は、圧力印加構成要素３０９における応力を最小化するため好ましい。ギャップが、別の方向と比較して１つの方向において異なる幅を有する場合、少なくとも１つの方向における幅がこれらの範囲を満足しうる。好適には、全ての方向における幅がこれらの範囲を満足する。方向は、圧力印加構成要素３０９に近いガイドの平面に対して平行である。例えば、スペーサー及びガイドの上面視断面が長方形である場合、ギャップは長方形の短辺における第１のギャップ幅及び長方形の長辺における第２のギャップ幅を含みうる。第１及び第２の幅はそれぞれ、約０．００１ｍｍから約１ｍｍ、好適には約０．００１ｍｍから約０．０２ｍｍ、さらに好適には約０．００９５ｍｍから約０．０１５ｍｍでありうる。
【００４１】
圧力印加構成要素３０９から遠く、半導体デバイス４００に近いスペーサーの端部におけるギャップの幅は、約０．０１ｍｍから約５ｍｍ、好適には約０．０２ｍｍから約０．１ｍｍ、さらに好適には約０．０４５ｍｍから約０．０５５ｍｍである。ギャップが、別の方向と比較して、１つの方向において異なる幅を有する場合、少なくとも１つの方向における幅がこれらの範囲を満足しうる。好適には、全ての方向における幅がこれらの範囲を満足しうる。方向は、圧力印加構成要素３０９に近いガイドの平面に対して平行である。
【００４２】
ギャップ幅がスペーサーとガイドとの間の相対位置に依存しうる場合、ギャップの好適な幅は、装置１が結合状態にある場合のギャップ幅である。
【００４３】
スペーサー
スペーサーは、第１の表面及び第２の表面を含んでもよく、第１の表面は、ダイアフラムなどの圧力印加構成要素３０９に接触するように構成された表面であり、第１の表面の面積は第２の表面の面積よりも大きく、そのため、第２の表面を完全に利用する場合にスペーサーによって印加可能な圧力は、第１の表面に対して圧力印加構成要素３０９によって印加される圧力よりも大きくなる。したがって、ダイアフラム上の損耗を最小化し、ダイアフラムの寿命を延ばすために、ダイアフラムとスペーサーとの間の圧力を低く維持しつつ、大きな圧力をデバイスに印加することができる。
【００４４】
第１の表面は圧力印加構成要素３０９に近く、半導体デバイス４００から遠い。第２の表面は圧力印加構成要素３０９から遠く、半導体デバイス４００に近い。
【００４５】
スペーサー及びガイドは、ガイドがスペーサーを収容し、必要なギャップを提供できるように、相補的な幾何形状であるが異なる寸法を有しうる。例えば、両者は、わずかに異なる寸法を有する円錐台（基部に対して平行な切断面）の形状でありうる。
【００４６】
半導体デバイスと接触するためのスペーサーの表面は、本質的に正多角形の幾何形状または長方形の幾何形状を有するのが好適である。
【００４７】
ガイド及びスペーサーの幾何形状は、スペーサーの（圧力印加構成要素３０９に近い）第１の表面の面積が、圧力印加構成要素３０９から遠いガイドの第２の表面の面積よりも大きくなるように構成されうる。ガイドの開口部の面積は、スペーサーを受容する大きさとされる。これは、本発明の様々な実施形態を満足し、ガイド内のスペーサーの垂直方向の動きをさらに制限する。例として、そのような組み合わせは、切断円錐、切断ピラミッド、錐台、円錐台または直角錐台（切断された直角ピラミッド）でありうるスペーサー及びガイドの幾何形状を選択することによって達成されうる。
【００４８】
圧力印加構成要素３０９に近いスペーサーの端部における縁及び圧力印加構成要素３０９から遠いスペーサーの端部における縁を含むスペーサーの縁は、好適には面取りされ、０．２ｍｍ以下の半径の丸められた縁を有する。スペーサーのすべての縁が面取りされることが好ましい。
【００４９】
圧力印加構成要素３０９に近い端部におけるスペーサー及び／またはガイドの面取りは、驚くべきことに、ダイアフラムなどの圧力印加構成要素３０９の寿命を増加させることが分かった。ダイアフラム上の応力は、縁が面取りされ、ギャップが小さい状態に維持される場合、好適には前述のような範囲内に維持される場合、さらに低下可能である。
【００５０】
装置はまた、スペーサーとガイド壁との間のギャップ内に位置するばねなどのスペーサー弾力部材９０１（図７に示される）も含みうる。スペーサー弾力部材９０１は、結合状態においてスペーサーがガイド壁に対して傾けられた位置から非結合状態のガイド内の元の位置に戻ることができるように、反発力をスペーサー及びガイド壁に印加するのに有用である。スペーサー弾力部材９０１は、反発力がスペーサーが傾くのを防ぐのに十分ではなく、さらに非結合状態においてガイド内の元の位置にスペーサーを戻すのに十分であるように、結合状態においてスペーサーを傾けさせる力と比較して、相対的に小さい力を加えるように動作可能である。そのため、結合状態における接触力は、スペーサーを傾けるためにスペーサー弾力部材９０１によって加えられる反発力に打ち勝つ。しかし、接触力が除去された非結合状態では、スペーサー弾力部材９０１によって加えられる反発力は、スペーサーをガイド内の元の位置に戻す。
【００５１】
圧力印加構成要素
圧力印加構成要素３０９は、複数のスペーサーに均一な圧力を印加するように構成される。圧力印加構成要素３０９は、圧力パッドでありうる。圧力印加構成要素３０９は、封止された圧力パッドでありうる。代替的に、圧力印加構成要素３０９は、圧力伝達媒体のためのダクトに接続された圧力パッドでありうる。
【００５２】
圧力印加構成要素３０９は、チャンバー、例えば本体または筐体内のチャンバーを含みうる。チャンバーはダイアフラムを含みうる。チャンバーは、ダイアフラムによってチャンバー内に拘束された圧力伝達媒体として非圧縮性材料を含みうる。非圧縮性材料は固体または液体でありうる。装置の結合状態において、非圧縮性材料は、スペーサーに平衡圧力を伝達しうる。非圧縮性材料によって加えられる平衡圧力による代わりに、または平衡圧力によるのに加えて、本体はチャンバー内に流れ込む流体のためのダクトを含みうる。本体が流体のためのダクトを含む場合、圧力伝達媒体は液体または気体、好適には不活性ガスのような流体材料でありうる。不活性ガスの使用がダイアフラムの酸化を防ぐ助けとなるため、驚くべきことに、不活性ガスがダイアフラムの寿命を増大させることが分かった。不活性ガスは、好適には窒素またはアルゴンのうち少なくとも１つを含む。
【００５３】
非圧縮性材料の例は、液体、ゲルまたは固体シリコーン材料などの、せん断弾性係数が非常に低い材料となるであろう。高圧下において、非圧縮性材料は平衡圧力を全てのスペーサーに伝達し、スペーサーを通して半導体デバイス４００に伝達することとなる。スペーサー１２０とガイド壁１５０との間の小さなギャップは弾性ダイアフラムにおける応力を最小化し、そのためダイアフラムの破壊または破損の可能性を低減する。
【００５４】
本発明は、好適にはダイアフラムを含み、ダイアフラムは好適には弾性フィルムを含む。ダイアフラムは、スペーサーとガイドとの間のギャップ内への圧力伝達媒体の押し出しを防ぎ、スペーサーの垂直方向の動き及び傾ける動きのための行程柔軟性を提供する。この場合、装置によって提供される力は、圧力伝達媒体、ダイアフラム及びスペーサー１２０を通して半導体デバイス４００に伝達されることとなる。
【００５５】
ダイアフラムに含まれる弾性フィルムの好適な厚さの範囲は、約１μｍから約１ｍｍである。
【００５６】
２５０℃における弾性フィルムの好適な引張り強さの範囲は、約１ＭＰａから約１０００ＭＰａである。引張り強さは、好適にはＡＳＴＭ  Ｄ−８８２に従って決定される。
【００５７】
２５０℃における弾性フィルムの好適な引張係数は、約０．１ＧＰａから約１０ＧＰａである。引張係数は、好適にはＡＳＴＭ  Ｄ−８８２に従って決定される。
【００５８】
ダイアフラムに使用される弾性フィルムの材料は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＥＫ（ポリアリールエーテルケトン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＳＵ（ポリエーテルスルホン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＰＳＵ（ポリフェニルスルホン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）のうち少なくとも１つから選択されうる。
【００５９】
１つの好適な実施形態において、本体はダイアフラムカートリッジである。カートリッジは、構成要素の少なくとも１つを交換する必要がある場合、例えばダイアフラムがその予測される寿命サイクルに到達した場合には、容易に交換可能である。
【００６０】
図１は、圧力印加構成要素３０９が圧力チャンバー３１０内で圧力伝達媒体をスペーサー１２０から離隔するダイアフラム１１１を含む、本発明の一例を示している。ダイアフラムは弾性ダイアフラムである。ダイアフラムは、必ずしも弾性的ではないその他の部分を含みうる。当業者であれば、本開示から、ダイアフラムの弾性が、スペーサーへの圧力の有効で均一な伝達を可能にし、ダイアフラムの、スペーサー１２０の不均一な表面及びガイドへの有効な形態整合性を可能にすることは理解するであろう。しかし、高圧及び高温の加工条件下で半導体デバイスの上面に直接接触するダイアフラムは、半導体デバイスの鋭い縁との接触とのために、ダイアフラムの破損を引き起こしうる。半導体デバイスとダイアフラムとの間に設けられるスペーサー１２０は、この問題の解決を補助する。スペーサー１２０及びそのガイドはそれぞれ、画定されたギャップを維持するためによく制御された寸法を有し、どちらも面取りされた表面及び縁を有する。
【００６１】
装置１は、図１に示されるように、スペーサー１２０との接触との間、半導体デバイス４００を保護するために、ホルダー及び半導体デバイス４００の上に保護フィルム３００を含みうる。
【００６２】
弾性ダイアフラムは、ポリマー材料の膜または複合薄膜を含みうる。
【００６３】
弾性ダイアフラムは、スペーサーから圧力伝達媒体を離隔するように機能しうる。
【００６４】
圧力印加構成要素３０９は、圧力チャンバーを外部環境から離隔するための高温及び／または高圧エラストマーシーリングを含みうる。好適には、シーリングは高温及び高圧に適している。そのようなシーリングは、Ｏリングでありうる。シーリングは、チャンバーからの圧力伝達媒体の漏洩を防止する。本発明の１つのさらなる発展形態において、圧力印加構成要素３０９は追加的なリングを含んでもよく、追加的なリングは、Ｏリングの周囲に配置される。追加的なリングは、好適にはくさび状リングである。くさび状リングは、圧力チャンバー内の高い圧力のためにＯリングが押し出されるのを防止しうる。
【００６５】
進歩したスペーサー
本発明の１つのさらなる実施形態において、スペーサーは内側部分及び外側部分を含む。好適には、内側部分は外側部分に対して移動可能であり、そのため、内側部分と外側部分との間の相対的な垂直方向及び角度方向の動きを可能にする。これによって、半導体デバイスの異なる部分に異なる力を加えることが可能になる。例えば、半導体デバイスは半導体基板及び半導体ダイを含んでもよく、外側部分は半導体基板上に圧力を加えることができ、内側部分は半導体ダイに圧力を加えることができる。内側部分と外側部分との間の追加的なギャップは、半導体基板またはダイの傾きの補正を可能にし、同時に半導体基板と半導体ダイとの間の平面性のずれの補正を可能にする。
【００６６】
本発明に従うスペーサーはまた、２つ以上の内側部分及び１つの外側部分を含みうる。これは、例えば、２つの半導体ダイが１つの半導体基板上に加工プロセスされる必要がある場合、各内側部分が各１つの半導体ダイに圧力を加え、外側部分が基板に圧力を加えるため有用でありえ、均一な、または異なる力を、半導体デバイスの異なる部分に印加することが可能である。内側及び外側部分はまた、例えば、半導体デバイスに接触する内側及び外側部分の領域を調整することによって、ダイに加えられる力と、基板への圧力との比の調整を可能にする。
【００６７】
本発明のこのさらなる実施形態の１つの好適なバージョンにおいて、外側部分に対する内側部分の動きは、圧力印加構成要素３０９から離れ、半導体デバイスに向かう方向で、所定の位置まで制限される。さらに好適には、内側部分は、遠位端が外側部分の遠位端と位置が整合するまで移動可能であるだけである。遠位端は、圧力印加構成要素３０９から遠い端部を指す。１つのバージョンにおいて、内側部分は、外側部分よりも、圧力印加構成要素３０９の方に移動されうるが、外側部分は、内側部分よりも、圧力印加構成要素３０９に向かって移動されない場合がありうる。
【００６８】
内側部分の幾何形状及び内側のスペーサーを受容するための外側スペーサーの受容部分は、内側部分の（圧力印加構成要素３０９に近い）第１の表面の面積が、圧力印加構成要素３０９に近い受容部分の面積よりも大きいように構成されうる。これは、本発明の様々な実施形態を満足し、外側部分（受容部分）内の内側部分の垂直方向の動きをさらに制限する。例として、そのような組み合わせは、内側部分及び受容部分の幾何形状を、円錐台、角錐台、錐台、円錐の錐台、直角錐台（切断された直角ピラミッド）から選択されることによって達成可能である。
【００６９】
保護フィルム及びキャリア
ホルダーは、半導体デバイスを直接、または支持部の上に受容することが可能な表面を含み、支持部は、半導体デバイスまたは保護フィルムを運搬し、または保持するキャリアでありうる。
【００７０】
装置は、フィルムが第２のツールと第１のツールとの間、及びスペーサーと半導体デバイスとの間に配置されうるように、カートリッジなどの保護フィルムホルダーを含みうる。第１のツールは、保護フィルムホルダーを受容するように動作しうる。第１のツールは、保護フィルムを受容するように動作しうる。保護フィルムは、半導体デバイスを保護し、封入材料がスペーサーとガイドとの間のギャップ内に押し出されるのを防ぐ。保護フィルムは、好適には柔軟な層である。
【００７１】
第２のツール２００は、半導体デバイスを運搬するためのキャリアを受容するように動作可能である。キャリアは、ホルダーの上方に配置されるのに適していてもよい。熱膨脹係数（ＣＴＥ）が半導体デバイスのＣＴＥと適合する、例えば、半導体デバイスの基板がＳｉを含む場合には、ＳｉのＣＴＥと適合するようにキャリアが選択されることが好適である。「適合する」との用語は、ＣＴＥが半導体デバイスのそれと同じまたは実質的に同じであることを意味する。キャリアのＣＴＥもまた、ホルダーのＣＴＥ及び半導体デバイスのＣＴＥと適合するように選択されうる。キャリアのＣＴＥと基板のＣＴＥとの間の差は、約０ｐｐｍ／℃から約５ｐｐｍ／℃でありうる。適合したＣＴＥは、半導体デバイス及びキャリアを加熱しながら半導体デバイスを押し付ける際に、半導体デバイス内に生じる内部応力を減少させうる。代替的に、または追加的に、第２のツール２００は、底部保護フィルムが第２のツールと第１のツールとの間及びホルダーと半導体デバイスとの間に配置され得るように、カートリッジ内のフィルムなどの底部保護フィルムを受容するように動作可能である。底部保護フィルムは半導体デバイスを保護し、キャリアは必要でない場合がありうる。底部保護フィルムは弾性的でありうる。弾性フィルムは、ホルダーと半導体デバイスとの間の熱膨張の差を適合させ、そのため、ホルダーと半導体デバイスとの間のＣＴＥの整合が不要となりうる。
【００７２】
焼成温度は、典型的には２３０℃から３００℃であり、これは室温よりもずっと高い。半導体デバイスと第２のツール２００との間の界面の摩擦が半導体デバイスに応力をもたらすため、デバイスが第２のツール２００上に配置され、クランプされ、加熱されている間、半導体デバイスと第２のツール２００との間の熱膨張の量の差は、大きな内部応力を生じうる。半導体デバイスのＣＴＥと適合したＣＴＥを有するキャリアにおいて、界面における相対寸法変化は最小であり、そのためデバイス内に生じる内部応力は小さくなる。底部保護フィルムを有する場合、底部保護フィルムは半導体の膨張に適合するように、好適には弾性的に変形し、そのためデバイスの内部応力を低減することが可能である。
【００７３】
キャリアは平行な表面を有することが好適である。
【００７４】
本発明の１つの実施形態において、装置は保護フィルムホルダー及び底部保護フィルムホルダーを含む。
【００７５】
弾性保護フィルム及び／または底部保護フィルムの厚さの好適な範囲は、約１μｍから約１ｍｍである。
【００７６】
２５０℃における弾性保護フィルム及び／または底部保護フィルムの好適な引張強度の範囲は、約１ＭＰａから約１０００ＭＰａである。引張強度は、好適にはＡＳＴＭ  Ｄ−８８２に従って決定される。
【００７７】
２５０℃における弾性保護フィルム及び／または底部保護フィルムの好適な引張り係数は、約０．１ＧＰａから約１０ＧＰａである。引張係数は、好適にはＡＳＴＭ  Ｄ−８８２に従って決定される。
【００７８】
保護フィルム及び／または底部保護フィルムに関して、弾性フィルムとして使用される材料は、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＡＥＫ（ポリアリールエーテルケトン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＰＥＳＵ（ポリエーテルスルホン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンスルファイド）、ＰＰＳＵ（ポリフェニルスルホン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）のうち少なくとも１つから選択される。
【００７９】
ホルダー
半導体デバイスのホルダーは、スペーサーの傾斜角度とともに、表面の角度が半導体デバイスの上面及び底面と形状整合するように、ホルダーの表面をバランスさせる、または水平にするためのバランス構成要素を含みうる。好適な例において、ホルダーは、好適には装置が非結合状態から結合状態に変化したときに、スペーサーに対して半導体デバイスを水平にするように回転するよう動作可能な球体ベアリングを含む、または球体ベアリングの一部である。そのため、半導体デバイスの表面における均一な圧力分配が達成されうる。
【００８０】
ホルダーは、ホルダーに印加される圧力を測定するためのセンサを含みうる。センサは、ホルダーごとに１つまたは複数のセンサデバイスを有するセンサアレイの形態でありうる。装置は、接触圧力または接触力を記録するためのレコーダーを含みうる。これは、製造プロセスの追跡可能な記録を提供し、これは、パワーエレクトロニクス及び／または自動車用途にとって重要である。センサは、好適には圧力センサ、力センサから選択されうる。
【００８１】
ただ１つのホルダーが前述されたが、装置１は、１０以上などの複数のホルダーを含みうる。前述の１つのホルダーの詳細及び特性は、複数のホルダーに同様に適用される。好適には複数のホルダーはホルダーブロック内に含められ、ホルダーブロックは球体ベアリング及びセンサを含みうる。ホルダーブロックは、排出機構によって単一のユニットとして動かされうる。
【００８２】
１つのホルダーは、１つのスペーサーと関連付けられうる。代替的に、１つのホルダーは、２つ以上のスペーサーと関連付けられうる。スペーサーはまた、それぞれが各内側部分及び外側部分を含みうる。
【００８３】
排出機構
装置は、熱源、例えば加熱素子または加熱ブロックを含みうる。熱源は、好適には第２のツール２００内に含められる。第２のツール２００は、熱源とホルダーとの間の距離が調整可能になるように構成されることがさらに有利である。
【００８４】
第２のツール２００は排出機構を含んでもよく、排出機構は、ホルダーまたはホルダーブロック、したがって半導体デバイスを、熱源と熱的に接触するために、及び熱的接触を解除するために使用されうる。排出機構は、静止位置では熱源と接触しないように構成されうる。排出機構は、ばねによって支持されてもよく、第２のツール２００の残りの部分からホルダーを分離しうる。装置が結合状態にされると、排出機構は第２のツール２００の残りの部分に対して押し付けられ、そのため半導体デバイスを熱源と熱的に接触した状態にする。装置が非結合状態にされると、排出機構はより急速な冷却のためにデバイスを持ち上げる。
【００８５】
図２は、第１のツール１００及び第２のツール２００を含む装置１を示している。第１のツール１００及び第２のツール２００は、結合状態と非結合状態との間で、互いに対して移動可能であるように構成される。第１のツール１００は、真空の形成またはプロセスガスもしくはベントガスの導入のためのダクト１２３を含みうる。ベントは、第１のツール１００及び第２のツール２００の結合解除を補助するために使用されてもよく、真空の形成は、ツール１００、２００の結合を補助するように使用されうる。
【００８６】
図２に示された第１のツールは圧力印加構成要素３０９を含み、圧力印加構成要素３０９はダイアフラムカートリッジ１１０及びチャンバー３１０を含む。ダイアフラムカートリッジは、少なくとも部分的にチャンバー３１０に内張りするダイアフラム１１１を含む。チャンバー３１０は、圧力伝達媒体、好適には非圧縮性材料を含んでもよく、圧力伝達媒体は、好適には固体または液体でありうる。図２の例において、チャンバーはダイアフラムによって閉じられてもよく、圧力伝達媒体を除去するためのその他の開口を有さなくてもよい。スペーサー１２０は、例えば、「進歩したスペーサー」で上述したような外側部分１２２及び内側部分１２１を含む。代替的に、スペーサーは単一の部分とすることができる。スペーサーのガイドは、隣接するガイド壁１５０によって形成される。隣接するガイド壁１５０は、断面図において、スペーサー１２０の左右の側面上にあるように示されている。隣接するガイド壁１５０を含むガイドは、好適にはその側面に沿ってスペーサー１２０を取り囲み、スペーサー１２０の垂直方向の動きを可能にする。図２は、例として、３セットのスペーサー及びガイドを示しているが、本発明は３つに限定されず、対応するガイド内にそれぞれより多い、例えば１０以上のスペーサーを含みうる。図２はまた、第１のツール１００が取り付けプレート１３０を含みうることを示している。
【００８７】
図２に示された第２のツール２００は、半導体デバイス４００を受容するためのホルダー２０８を含む。例として、図２の第２のツール２００は、半導体デバイス４００をホルダー２０８に支持するためのキャリア２１１を含みうる。１つのスペーサー１２０に関連付けられた１つのホルダー２０８、または２つ以上のスペーサーに関連付けられた１つのホルダー２０８が存在しうる。
【００８８】
図２に示されるように、第２のツール２００は、底部取り付けプレート２１５を含みうる。ホルダー２０８は熱源から離隔可能であってもよく、熱源の加熱素子は、底部取り付けプレート２１５内に含まれてもよい。例えば、ホルダーは、例えば任意選択的な排出ピン２１２によって動作され得る排出機構２１４を介して、熱源から熱的に接続解除されうる。排出機構２１４は、デバイスキャリア２１１及び半導体デバイス４００を持ち上げてエアギャップを形成し、底部ツール２００と半導体デバイス４００との間の直接の接触を防ぐように動作可能であるばねを有する。他方、第１及び第２のツール１００、２００が結合されると、デバイスキャリア２１１及び半導体デバイス４００がクランプされ、伝導熱移送を介して半導体デバイス４００を加熱するために第２のツール２００と接触するように、ばねが圧縮されることとなる。ホルダーを熱源から選択的に分離、または選択的に結合することによって、ホルダーは、半導体デバイス４００を加熱するために必要な時間の間のみ、熱源に熱的に接触されてもよく、そのため、過剰な熱への露出を防ぐ。図２に示されるように、第２のツール２００はまた熱絶縁ブロック２１６も含みうる。
【００８９】
図２に示された例として、半導体デバイス４００は、半導体基板及び半導体ダイ（基板上に示されたより小さな部分）を有する。半導体デバイスは、多様な部品および構成からなりうる。圧力が半導体基板及び、半導体ダイのような追加的なより小さい領域の両方に印加される必要がある場合、内側部分及び外側部分を含むスペーサーの使用は、半導体デバイス上へのより良好な力の分布を可能にするため、利点をもたらす。
【００９０】
また図２に示されるように、ホルダーは、例えばホルダー上に印加された圧力を測定するためのセンサ２１７を含みうる。センサ２１７は、ホルダーごとに１つまたは複数のセンサデバイスを有するセンサアレイの形態でありうる。
【００９１】
図２を参照すると、装置１は、カートリッジ内のフィルムのような保護フィルムホルダーを含んでもよく、保護フィルム３００は、第２のツール２００と第１のツール１００との間、及びスペーサー１２０と半導体デバイス４００との間に配置されうる。第１のツール１００は、保護フィルムホルダーを受容するように動作可能でありうる。第１のツール１００は、保護フィルム３００を受容するように動作可能でありうる。
【００９２】
第１のツール１００及び第２のツール２００が結合されると、圧力が加えられ、スペーサー１２０が半導体デバイス４００と接触し、半導体デバイス４００の上面と形状を適合させる。第１のツール１００は、スペーサー１２０とガイドとの間にギャップ（図１のギャップ１１８を参照）を含む。ギャップ（図２には示されていない）はスペーサーが傾くことを可能にし、そのため半導体４００の非常に小さな水平でない、または平行でない表面でさえも形状適合することが可能になる。圧力印加構成要素３０９は、確実に均一な圧力を実現し、または力がスペーサー１２０に印加されうる。スペーサー１２０が、図２に示されるように内側部分１２１及び外側部分１２２を含む場合、スペーサー１２０はさらに、半導体デバイス４００の異なる部分に形状を適合させることが可能である。例えば、内側部分１２１は半導体ダイと接触してもよく、外側部分１２２は半導体基板と接触してもよい。
【００９３】
ホルダー２０８は、ホルダーの表面をバランスさせ、したがって半導体デバイス４００の上面を水平にするための球体ベアリング２２０を含んでもよく、または球体ベアリング２２０の一部であってよい。ホルダーの表面をバランスさせるための手段２２０の効果に関する拡大概略図が、球体ベアリングの例で図３に示されている。この例において、半導体４００は、半導体基板４０１と、半導体ダイ４０２と、追加的な半導体ダイ４０３と、を含む。球体ベアリング２２０の機能を説明するために、２つのスペーサー１２０．１及び１２０．２が示されており、各スペーサーは、それぞれ、半導体ダイ４０２、４０３の１つのためのものである。図３の左側を参照すると、半導体基板４０１が互いに平行でない上面及び下面（上側はスペーサーに近く、下側はホルダーに近い）を有することが分かる。バランス構成要素、この場合は球体ベアリングは、上部２２１を底部２２２に対して動かすことによって、半導体基板４０１の上面または半導体ダイ４０２、４０３の上面（意図されるものに依存する）が上部と実質的に平行になるように、上部２２１を底部２２２に対して動かすことによって、半導体デバイスの上面を調整する。このバランスは、例えば上部を下部に結合する際に行われうる。図３の例では、ダイ４０２及びダイ４０３は、例えば異なる厚さに起因した異なる高さを有する。圧力印加構成要素３０９のために、第１のスペーサー１２０．１及び第２のスペーサー１２０．２は、同じ圧力を半導体デバイス４００に印加することができる。２つのスペーサーが使用されるため、異なる高さのダイを加工可能である。各スペーサー１２０．１及び１２０．２は、対応するガイドからのギャップをそれぞれ有し（ギャップは図示されない）、ギャップは各スペーサー１２０．１及び１２０．２を傾け、それ自体を対応するダイ４０２及び４０３の各表面角度に適応させることができる。図３の右側は、異なる厚さの半導体ダイ４０２、４０３及び半導体基板４０１の非平行な表面を補償するスペーサー１２０．１、１２０．２及びホルダー２０８の同様のセットの構成を示している。スペーサー１２０．１、１２０．２及び球体ベアリング２２０は、異なるダイの厚さ及び半導体表面に容易に適応することが可能であることが分かる。
【００９４】
半導体デバイスが、例えば異なる厚さを有する半導体ダイ４０２、４０３のために異なる厚さを有するとしても、ダイアフラムの低引張り係数の平衡性に起因して、弾性ダイアフラムの圧力分布は本質的に均一な状態を維持する。そのため、伝達スペーサー１２０．１、１２０．２によって半導体ダイ４０２、４０３に印加される力の均一性は高い。そのため、デバイスの厚さの違いは補償され、高度に再現性があり、一貫した最終半導体デバイスが作られうる。したがって、本装置は、半導体デバイス４００の形態と適合するための多自由度を可能にし、圧力の均一な印加をもたらす。
【００９５】
図４は、第１のツール１００がチャンバー３１０に接続するダクト１１２を含むことを除いて、図２と同様の例を示している。第１のツール１００は、ダクト１１２に接続されたインレットを含みうる。圧力伝達媒体は、液体または気体などの流体でありうる。圧力伝達媒体はチャンバーを満たしてもよく、圧力はダクト１１２及びインレットを介して印加され、及び／または外部から制御されてもよい。
【００９６】
図５は、ダクト１１２が存在し、ダイアフラム１１１が液体または気体の圧力伝達媒体と接触しうることを除いて、図３と同様の例を示している。
【００９７】
図６は、スペーサー１２０の詳細の概略断面図を示しており、左側には非圧縮性圧力伝達媒体が使用された場合を、右側には圧力伝達媒体として流体を導入するためのダクト１１２とともに示している。図６は、例示的に、圧力印加構成要素３０９に近いスペーサーの端部におけるダイアフラム１１１とスペーサー１２０との間の接触を示している。図６はまた、圧力印加構成要素３０９から遠いスペーサーの端部におけるスペーサー１２０と半導体デバイス４００との間の接触も示している。本発明の１つの実施形態において、例えば図６に示されるように、圧力印加構成要素３０９に近いスペーサー１２０の端部の面積は、圧力印加構成要素３０９から遠いスペーサー１２０の端部の面積よりも大きい。その場合、半導体デバイス４００に印加される圧力が、ダイアフラム１１１によってスペーサー１２０に印加される圧力よりも高くなりうるため、機械的な利点が容易に達成される。そのため、ダイアフラム１１１の応力が低減され、したがってダイアフラム１１１の使用可能な寿命が増大しうる。例えば、スペーサーの近位端の表面積がスペーサーの遠位端の表面積の２倍である場合、ダイアフラム１１１に２５ＭＰａの圧力を印加すると、半導体デバイス４００上では５０ＭＰａの圧力となる。
【００９８】
図７は、スペーサー１２０とガイド壁１５０との間のギャップ１１８を強調して示している。図７はまた、スペーサー１２０とガイド壁１５０との間のギャップ１１８内に位置するスペーサー弾力部材９０１も示している。
【００９９】
図８は、概略図として、ダイアフラム１１１と（近位端において）接触し、半導体デバイス４００と（遠位端において）接触するガイド壁１５０の間のガイド内のスペーサー１２０を示している。近位端におけるギャップは遠位端におけるギャップよりも小さいことが分かる。これにより、遠位端におけるスペーサーのより幅広い角度方向の動きまたはより大きな傾ける動きを可能にし、その一方同時にダイアフラムの応力を最小化する。図８は、半導体デバイス４００の上面に形状適合させる場合に、スペーサー１２０がガイド内にある（ガイド壁１５０によって制限される）ことを仮定した位置を強調して示している。例示の目的のために、半導体デバイス４００は誇張された非平行の表面を有するものとして示されている。概略図は誇張されており、説明を容易にするためにスケール通りに描かれていない。
【０１００】
図９は、内側部分１２１及び外側部分１２２を含むスペーサー１２０の部分的な詳細図を概略的に示している。内側部分１２１は、外側部分１２２に対して移動可能である。これにより、半導体デバイス４００の異なる高さにおいて圧力を加えることが可能になる。例示された例において、半導体デバイス４００は外側部分１２２と接触した半導体基板及び、基板と内側部分１２１との間に埋め込まれた半導体ダイを含みうる。外側部分１２２は半導体基板に圧力を印加し、内側部分１２１は同時に半導体ダイに圧力を印加する。内側部分１２１及び外側部分１２２を含むスペーサー１２０を使用すると、加工される半導体デバイスのそりの解消を補助する。
【０１０１】
本発明のさらなる発展形態において、ダイアフラムは、少なくとも２つの層を含む。二重層構造は、層のうちの１つにおける欠陥（例えば亀裂や破損）が別の層に伝搬しない場合がありうるため、不具合につながる傾向が低い。また本発明のさらなる発展形態において、ダイアフラムは２つの層の間に注入される流体、好適には気体を含むように構成され、圧力測定デバイスが何らかの漏洩を検出するために使用されうる。気体は、好適には不活性ガスである。図１０は、ガイド壁１５０によって囲まれたガイド内のダイアフラム及びスペーサー１２０の一部の例示的な概略図である。図１０は、例として、窒素が２つの層１１１間に注入され、圧力測定デバイスが漏洩の試験のために使用され得ることを示している。そのため、単一の欠陥がある層が、早期に検出可能である。したがって、使用者がダイアフラムを交換する警告を受けることができ、ダイアフラムの完全な機能不全を避けることができる。二重層構造を有することで、安全かつ長い稼働寿命を維持することができる。装置は、その時々に、例えば加工動作の間に漏洩検出を実施するように構成された構成要素を含みうる。
【０１０２】
本発明のさらなる発展形態において、スペーサーに接触するダイアフラム層が熱成型される。熱成型は、ダイアフラム層が装置の結合状態における位置にあるスペーサーと形状適合するように、好適にはその場実行がなされる。熱成型は、スペーサーによって熱成型された後に、スペーサーを受容するための適合表面プロファイルを含むダイアフラムを提供する。熱成型は、ダイアフラム１１１が、熱成型されることとなるスペーサーと接触する層に適した温度に達するように第１のツール１００を加熱し、次いで、例えば装置の結合状態において、ダミー半導体デバイスを有し、または有さないで圧力をダイアフラムに印加し、続いて温度を熱成型温度よりも低い温度まで下げ、圧力を取り除くことによって実行されうる。熱成型がその場実行される場合、装置内の熱源が第１のツール１００及びダイアフラム１１１の層を熱成型温度まで加熱するために使用されうる。
【０１０３】
熱成型は、好適には新しいダイアフラムが、例えば新しいカートリッジとともに装置に取り付けられたときに実行される。図１１は、ガイド壁１５０によって囲まれたガイド内のダイアフラム１１１及びスペーサー１２０の一部の例示的な概略図である。図１１は、例として、熱成型前のスペーサー及びダイアフラム（左側）、並びに熱成型の間にスペーサーによって導入されたダイアフラム層の変化（中央）を示している。ダイアフラムが熱成型の後もその形状を保つことを強調するために、取り外した状態が図１１の右側に示されている。熱成型は、ダイアフラムをスペーサーの形状および寸法に適応させる。例えばダイアフラムは３Ｄベローズ状構造を得てもよく、これは図示のために誇張されて図１１に示されている。熱成型されたダイアフラムにより、驚くべきことに、加工中にダイアフラム上への応力を非常に小さくしつつ、大きなスペーサーの移動距離が可能になることが分かった。
【０１０４】
熱成型についての１つの例において、動作温度よりも高い温度、例えば４００℃において、ダイアフラム層の材料は柔らかくなり、その引張り係数は、適度に高い圧力（例えば少なくとも１ＭＰａ）で、層が容易にスペーサーに永続的に形状適合するようなレベルまで低下する。例えば、ダイアフラム１１１の層は、ダミー半導体デバイスに対して押し付けられた際に突出するスペーサー１２０に形状適合する。ベローズ状形状のようなこの形状は、約１２０℃から約３００℃（例えば２５０℃）のような稼働温度において、スペーサーのストロークに適合し、このとき層の引張り係数は熱成型温度におけるものよりも高く、そのため熱成型された形状を維持する。
【０１０５】
熱成型を可能にするために、本装置は、スペーサー１２０に接触するダイアフラム１１１の層の温度が熱成型温度、好適には少なくとも４００℃まで設定可能であるように、ヒーターを制御するように構成されたコントローラを含みうる。
【０１０６】
本発明のさらなる発展形において、第２のツール２００は、カートリッジ内のフィルムなどの底部保護フィルムを受容するように動作可能であり、底部保護フィルムは、第２のツールと第１のツールとの間及びホルダーと半導体デバイスとの間に配置されうる。底部保護フィルムは、（ｉ）半導体デバイスの底面を汚染から保護すること、（ｉｉ）ＣＴＥ不整合に起因する相対的な寸法変化に適応すること、及び（ｉｉｉ）そうでなければ別の場合において必要となりうるデバイスキャリアの必要性を排除すること、の目的の少なくとも１つについて働く。底部保護フィルムは弾性的でありうる。弾性膜はホルダー及び半導体デバイスとは異なる可能性のある熱膨張に適応してもよく、そのため、底部保護フィルムと半導体デバイスとの間のＣＴＥ整合は必要とされない場合がある。底部保護フィルムは高温抵抗性弾性膜でありうる。底部保護フィルムは接触時にデバイスの形状に形状適合し、低い引張り係数は、相対的な寸法変化（例えば温度変化に起因する）を吸収し、そのため、半導体デバイスの内部応力を低減しうる。図１２は、図４に示されたものと同様の、第１のツール１００及び第２のツール２００を含む装置１の例を示す。第１のツール１００は、圧力印加構成要素３０９と、ガイド壁１５０によって囲まれたガイド内のスペーサー１２０と、を含む。第２のツール２００は、半導体デバイス４００のためのホルダー２０８を含む。図１２の例は、ホルダー２０８と半導体デバイス４００との間の底部保護フィルム３０１を含む。この例において、フィルムはカートリッジ内に支持され、そのため新しいフィルム３０１が、半導体デバイスの加工プロセスを実行する前に、半導体デバイス４００を受容するために、所定の位置に配置され、または所定の位置にインデックスされうる。底部保護フィルム３０１は、半導体デバイスのそりに適合し、半導体デバイスの底面の汚染を防ぎ、亀裂を防ぐために内部応力を低減するために提供されうる。底部保護フィルム３０１は、整合可能なＣＴＥの材料からなるデバイスキャリア２１１を選択する必要を排除することによって、ツーリングをより単純にし、コストを低減する。
【０１０７】
本発明の１つの実施形態において、装置は保護フィルムホルダー及び底部保護フィルムホルダーを含む。
【０１０８】
図１３の例において、半導体ダイ４０２及び半導体ダイ４０３は異なる高さを有する。圧力印加構成要素３０９の設計によって、第１のスペーサー１２０．１及び第２のスペーサー１２０．２は、半導体デバイス４００上に同じ圧力を印加することが可能である。異なる高さを有するダイは、２つのスペーサーが使用されるため同時に加工可能である。各スペーサー１２０．１、１２０．２は、その対応するガイド壁１５０からのギャップ１１８（ギャップは図示されない）を有し、ギャップ１１８によって、各スペーサー１２０．１、１２０．２は傾き、それ自体を対応する半導体ダイ４０２、４０３の各表面角度に適合させることが可能になる。図１３の右側は、異なるダイの厚さを有する半導体デバイス４００に対するスペーサー１２０及びホルダー２０８の同様のセットの構成を示している。スペーサー１２０は容易にこの条件に適合可能であることが分かる。底部保護フィルム３０１は、半導体デバイス４００の底面、この場合には基板４０１の底面を保護する役割を果たす。底部保護フィルム３０１は、熱プロセスの間、半導体デバイスの底面の膨張及び収縮に対して形状適合し、そのため半導体デバイス４００の内部応力を低減する。ダクト１１２が、流体を導入するための例として図１２及び１３に示されている。底部保護フィルム３０１はまた、本発明の別の実施形態でも使用可能であり、例えば、圧力印加構成要素３０９のチャンバーが非圧縮性材料を含む。
【０１０９】
図１４は、本発明のさらなる発展形を示す、第１のツール１００の詳細を示している。図１４は、ダイアフラムカートリッジ１１０、圧力伝達媒体を受容するためのチャンバー３１０、及びダイアフラム１１１を含む圧力印加構成要素３０９を示している。拡大領域に示されているＯリング１５１は、ダイアフラム１１１とチャンバー３１０との間のシーリングを向上させる。また本発明のさらなる発展形において、第２のリング１５２は、Ｏリング１５１を取り囲んで使用される。第２のリング１５２は、好適にはくさび状バックアップリングであり、単にくさび状リングとも称される。第２のリング１５２はくさび形状の断面を含む。くさび状バックアップリング１５２は、Ｏリング１５１が高圧下で押し出され、損傷することを防止する。図１５は、金属壁５００内に保持され、チャンバー３１０をダイアフラム１１１に対してシールするＯリング１５１を示している。ダイアフラム１１１は、それ自体が支持リング内に保持されうる。高圧の印加の間、図１５ｂ）の矢印５０４によって示されるように、Ｏリングは、圧力差に起因して空間５０３に押し出され、その結果高圧によって空間５０３内にＯリングの材料５０５がある量だけ押し出されることとなる。押し出されたＯリングの材料５０５は、空間５０３を増加させることもありうる。そのため、高圧の印加中にＯリング１５１は損傷し、圧力伝達媒体が漏洩しうる。図１５ｃ）及びｄ）はくさび状バックアップリング５０２が使用されている場合を示しており、リングは互いに対してスライド可能な２つのスライド可能な部分、例えば２つのくさびを含み、これらはくさび状バックアップリング５０２及びＯリング５０１が収容されるキャビティの高さを調節することが可能であり、そのためＯリング１５１をブロックして空間５０３内に押し出されるのを防ぐ。これは、高圧及び低圧の様々なサイクルの後でさえも、Ｏリング１５１への損傷を効果的に防ぎ、圧力伝達媒体の漏洩を防止する。
【０１１０】
本発明はまた、漏洩検出方法を想定している。装置の各加工プロセスサイクル後、高圧、例えば２００ｋＰａにある気体（例えば窒素）がダイアフラムの２つの層の間に導入され、流入バルブが閉じられる。次いで圧力が、例えば圧力ゲージモニターで監視される。もし顕著な圧力低下、例えば初期圧力の１０％が検出されれば、漏洩が、例えば自動ソフトウェアによって報告されうる。そのため、いつメンテナンスが必要になるかを知らせることができる。
【０１１１】
図１６Ａは、２つの内側部分１２１．１及び１２１．２並びに１つの外側部分１２２を含む本発明に従うスペーサー１２０の例を示している。半導体デバイス４００は、例えば基板４０１、半導体ダイ４０２及び半導体ダイ４０３を含んで示されている。スペーサー１２１．１の内側部分は１つの半導体ダイ４０２に圧力を加え、内側部分１２１．２は別の半導体ダイ４０３に圧力を加える。スペーサーの外側部分１２２は基板４０１に圧力を加える。球体ベアリング２２０は、半導体デバイス４００の上面がスペーサー１２０の下面と実質的に平行になるまで回転する。これは、半導体デバイス４００が平行でない上面及び底面を有する場合に必要である。そのため、球体ベアリング２２０は、半導体デバイスの非平行な面を補償することができるように回転し、半導体デバイス４００の上面を水平にする。図１６Ｂは、装置が、図１６Ａに示された半導体デバイス４００とは異なる形状または配置の半導体デバイス４００にどのように適合できるのかを示している。図１６Ｂに示された半導体デバイス４００も厚く、そのため、スペーサー１２０はガイドの上面から外に突出し、その高さはダイアフラム１１１によって補償される。ダイアフラム１１１は、ガイドの上面から突出しているスペーサー１２０の上面に形状適合する。そのため、均一な力が半導体デバイス４００に印加可能である。内側及び外側部分１２１、１２２はまた、例えば内側部分及び外側部分の上面の各面積を調整することによって、ダイへの圧力と基板への圧力との比を調整することを可能にする。
【０１１２】
図１７は、本発明に従う半導体を加工するための方法の実施形態の各段階を表すフロー図を示している。１つの段階において、保護フィルム３００がインデックスされてもよく、これは所定の位置に配置されることを意味する。１つの段階において、半導体デバイス４００が、例えばホルダー２０８の上にロードされうる。排出機構２１４は、半導体デバイス４００及びキャリア（存在する場合）が、加熱されないような状態に置かれる。例えば制御盤上の「閉」ボタンを押すことによって装置を結合状態にすると、本方法は、キャリア及びデバイスが接触状態にされ、スペーサーとホルダーとの間で押し付けられるように格納される排出機構２１４を含みうる。接触すると、半導体デバイス４００は、例えば、キャリア（存在する場合）及び半導体デバイス４００を同時に加熱する伝導熱移送によって加熱されうる。キャリア及び半導体デバイス４００のＣＴＥが適合している場合、半導体デバイス内に生じる内部応力は最小化可能である。圧力及び／または温度は、半導体デバイス４００の加工の間、各期間のそれぞれにおいて維持されうる。所定の期間後、圧力は解除されうる。次いで、装置は、例えば制御盤上の「開」を押すことによって非結合状態にされうる。排出機構２１４は、急冷のために半導体デバイス４００を持ち上げるために使用されうる。
【０１１３】
図１８は、本発明に従う半導体デバイス４００を加工するための方法の別の実施形態の各段階を表すフロー図を示している。１つの段階において、保護フィルム３００がインデックスされ、これはフィルム３００を所定の位置に配置することを意味している。１つの段階において、半導体デバイス４００が、例えば底部保護フィルム３０１上、及び（装置結合後に）保護フィルム３００の下にロードされ得る。排出機構２１４は、半導体装置４００及びキャリア（存在する場合）が加熱されないような状態に置かれる。例えば制御盤上の「閉」ボタンを押すことによって装置を結合状態にすると、本方法は、デバイス（及び存在する場合キャリア）が接触され、スペーサーとホルダーとの間で押し付けられるように格納する排出機構２１４を含みうる。接触すると、半導体デバイス４００は、例えば伝導熱移送によって、熱源で加熱されうる。圧力及び／または温度は、半導体デバイス４００の加工の間、各期間のそれぞれにおいて維持されうる。所定の期間後、圧力は解除されうる。装置１は、例えば制御盤上の「開」を押すことによって非結合状態にされうる。排出機構２１４は、急冷のために半導体デバイス４００を持ち上げるために使用されうる。
【符号の説明】
【０１１４】
１００  第１のツール
１１１  ダイアフラム
１１８  ギャップ
１２０、１２０．１、１２０．２  スペーサー
１２１、１２１．１、１２１．２  内側部分
１２２  外側部分
１２３  ダクト
１２５、１２６  端部
１３０  取り付けプレート
１５０  調整ガイド壁
１５１  Ｏリング
２００  第２のツール
２０８  ホルダー
２１１  キャリア
２１２  排出ピン
２１４  排出機構
２１５  底部取り付けプレート
２１７  センサ
２２０  球体ベアリング
３００  保護フィルム
３０１  底部保護フィルム
３０９  圧力印加構成要素
３１０  圧力チャンバー
４００  半導体デバイス
４０１  半導体基板
４０２、４０３  半導体ダイ
５０１  Ｏリング
５０２  くさび状バックアップリング
５０３  空間
５０５  Ｏリングの材料
９０１  スペーサー弾力部材
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６Ａ】
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【図１６Ｂ】
2019054243.tif 000019
【図１７】
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【図１８】
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【外国語明細書】
2019054243000001.pdf