(57)【要約】 【課題】転写プレートを用いた場合の半田の接続不良を防止する。【解決手段】半導体製造装置は、半導体基板上の複数のランドにフラックスを転写する複数の転写ピンを有する転写プレートと、転写プレートと一体に移動自在に転写プレートを支持する支持体と、複数のランドのそれぞれに対応する転写ピンが接触するように支持体を位置決めする位置決め機構と、複数の転写ピンのうち、少なくとも一部の転写ピンの間隔を調整する間隔調整部と、を備える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体基板上の複数のランドにフラックスを転写する複数の転写ピンを有する転写プレートと、
前記転写プレートと一体に移動自在に前記転写プレートを支持する支持体と、
前記複数のランドのそれぞれに対応する前記転写ピンが接触するように前記支持体を位置決めする位置決め機構と、
前記複数の転写ピンのうち、少なくとも一部の転写ピンの間隔を調整する間隔調整部と、を備える、半導体製造装置。
【請求項２】
前記間隔調整部は、前記転写プレート及び前記支持体の少なくとも一方を加熱するヒータを有する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項３】
前記ヒータは、前記複数の転写ピンのうち、前記転写プレートの周縁部側の転写ピンの間隔が中央部側の転写ピンの間隔より広がるように、前記転写プレート及び前記支持体の端部側に配置される、請求項２に記載の半導体製造装置。
【請求項４】
前記ヒータは、前記転写プレートの周縁部を取り囲むように配置され、
前記支持体は、前記転写プレート及び前記ヒータを一体に移動自在に支持する、請求項２又は３に記載の半導体製造装置。
【請求項５】
前記間隔調整部は、前記転写プレート及び前記支持体の少なくとも一方に引っ張り応力を付与する応力付与部を有する、請求項１に記載の半導体製造装置。
【請求項６】
半導体基板上の複数のランドにフラックスを転写する複数の転写ピンを有する転写プレートにおける、前記複数の転写ピンのうち少なくとも一部の転写ピンの間隔を調整するステップと、
前記間隔を調整後の前記複数の転写ピンのそれぞれを対応するランドに接触させて、前記複数の転写ピンの先端部に付着されたフラックスを前記複数のランドに転写するステップと、を備える、半導体製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、半導体製造装置及び半導体製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体基板上の複数のランドは、半田付けのために設けられており、導電性をよくするために、Ｃｕで形成されている。Ｃｕの酸化を防止するために、ランドの表面はＯＳＰ（Organic Solderability Preservative）膜で予め覆われている。ＯＳＰ膜が付着したままだと、半田を付けられないため、ランドにフラックスを転写してＯＳＰ膜を除去し、その後に半田を付ける工程が行われる。
【０００３】
半導体基板上の複数のランドにフラックスを一括して転写するために、複数の転写ピンを有する転写プレートが用いられることがある。転写プレートにおける複数の転写ピンの数とピン間隔は、転写対象の半導体基板のランドの数や間隔に合わせて、予め設計されている。
【０００４】
しかしながら、半導体基板の製造工程には、熱処理等の加熱処理の工程が含まれるのが一般的であり、半導体基板上の複数のランドの間隔は、熱による影響で不均一に変動するおそれがある。特に、半導体基板の厚さや材料等により、温度に対する半導体基板の伸縮量は変動する。また、製造ロットによって、半導体基板の体積膨張率が変動するため、同じ温度を与えた場合でも、半導体基板の伸縮量が変動するおそれがある。
【０００５】
半導体基板の伸縮量が変動すると、ランド間隔が場所によって変動してしまい、転写ピンの中心位置がランドの中心位置からずれて接触するおそれがある。この場合、ランドの全域にフラックスが転写されなくなり、ランドの一部にＯＳＰ膜が残存してしまう。ＯＳＰ膜が残存していると、ランドにおける半田の接触面積が狭くなり、半田の接続不良が生じるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００５−２１７０５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明の一態様は、転写プレートを用いた場合の半田の接続不良を防止可能な半導体製造装置及び半導体製造方法を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本実施形態によれば、半導体基板上の複数のランドにフラックスを転写する複数の転写ピンを有する転写プレートと、
前記転写プレートと一体に移動自在に前記転写プレートを支持する支持体と、
前記複数のランドのそれぞれに対応する前記転写ピンが接触するように前記支持体を位置決めする位置決め機構と、
前記複数の転写ピンのうち、少なくとも一部の転写ピンの間隔を調整する間隔調整部と、を備える、半導体製造装置が提供される。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】一実施形態による半導体製造装置の特徴的な構成を模式的に示す図。
【図２Ａ】ランドにフラックスを転写する工程順序を示す図。
【図２Ｂ】図２Ａに続く工程を示す図。
【図２Ｃ】図２Ｂに続く工程を示す図。
【図２Ｄ】図２Ｃに続く工程を示す図。
【図２Ｅ】図２Ｄに続く工程を示す図。
【図２Ｆ】図２Ｅに続く工程を示す図。
【図３Ａ】転写プレート２の周縁部の近傍に配置されるヒータ１１の一例を示す上面図。
【図３Ｂ】図３ＡのＡ−Ａ線断面図。
【図４】支持体の周縁部の近傍にヒータを配置した図。
【図５Ａ】ランドと転写ピンとが位置ずれを起こしていない例を示す図。
【図５Ｂ】ランドと転写ピンとが位置ずれを起こしている例を示す図。
【図５Ｃ】図５Ｂの位置ずれが生じたときに転写ピンでフラックスの転写を行う例を示す図。
【図５Ｄ】ランドの一部にＯＳＰ膜が残存する様子を示す図。
【図５Ｅ】半田ボールの一部がＯＳＰ膜の存在によりランドに接触しない状態を示す図。
【図６】ランドの位置ずれを見積もる手法を説明する図。
【図７】線膨張率が異なる複数の材料について温度と伸び量との対応関係を示すグラフ。
【図８】複数の材料についての、線膨張率と、５０℃での伸び量と、７５℃での伸び量との対応関係を示す図。
【図９】本実施形態による半導体製造装置１によるボール搭載工程を示すフローチャート。
【図１０】間隔調整部が応力調整部材を有する例を示す図。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して本開示の一実施の形態について説明する。なお、本件明細書に添付する図面においては、図示と理解のしやすさの便宜上、適宜縮尺および縦横の寸法比等を、実物のそれらから変更し誇張してある。
【００１１】
さらに、本明細書において用いる、形状や幾何学的条件並びにそれらの程度を特定する、例えば、「平行」、「直交」、「同一」等の用語や長さや角度の値等については、厳密な意味に縛られることなく、同様の機能を期待し得る程度の範囲を含めて解釈することとする。
【００１２】
図１は一実施形態による半導体製造装置１の特徴的な構成を模式的に示す図である。図１の半導体製造装置１は、ボール搭載工程で半導体基板上の複数のランドにフラックスを転写する機能を備えており、この機能を実現するための構成が図１に示されている。図１では、半導体装置の層構造の作製やパターニングなどに関する構成は省略している。図１の半導体製造装置１は、複数のランドを有する種々の半導体装置の製造に適用可能であり、半導体装置の具体的な種類や用途は問わない。
【００１３】
図１の半導体製造装置１は、転写プレート２と、支持体３と、位置決め機構４と、間隔調整部５とを備えている。
【００１４】
転写プレート２は、半導体基板上の複数のランドにフラックスを転写する複数の転写ピン６を有する。転写プレート２は、図２Ａに示すように、フラックス浴７の上方に位置決めされた後、図２Ｂに示すように、転写ピン６をフラックス浴７に接触させる。これにより、図２Ｃのように、転写ピン６の先端部にフラックス８が付着される。次に、転写プレート２は、図２Ｄに示すように、半導体基板９の上方に位置決めされた後、図２Ｅに示すように、半導体基板９上のランド１０に、対応する転写ピン６を接触させる。これにより、図２Ｆに示すように、フラックス８がランド１０に転写される。
【００１５】
支持体３は、転写プレート２と一体に移動自在に転写プレート２を支持する。例えば、支持体３は転写プレート２に一体に接合されており、支持体３を水平方向に移動させて転写ピン６とランド１０との位置合わせを行うことができ、また、支持体３を例えば鉛直方向に移動させることで、転写ピン６をランド１０に接触させることができる。
【００１６】
位置決め機構４は、支持体３を水平方向および鉛直方向に移動させることで、複数のランド１０と複数の転写ピン６との位置決めを行う。また、位置決め機構４は、半導体基板９が載置される不図示のステージを水平方向に移動させてもよい。位置決め機構４の詳細な構成は問わないが、例えば、半導体基板９上のアライメント位置を基準として、ランド１０と転写ピン６との位置決めを行ってもよい。
【００１７】
間隔調整部５は、複数の転写ピン６のうち、少なくとも一部の転写ピン６の間隔を調整する。間隔調整部５は、例えば、熱及び引っ張り応力の少なくとも一方を転写プレート２や支持体３に付与することにより、少なくとも一部の転写ピン６の間隔を調整する。
【００１８】
より具体的には、間隔調整部５は、転写プレート２及び支持体３の少なくとも一方を加熱するヒータを有していてもよい。この場合、ヒータは、転写プレート２上の複数の転写ピン６のうち、転写プレート２の周縁部側の転写ピン６の間隔が中央部側の転写ピン６の間隔より広がるように、転写プレート２及び支持体３の周縁部の近傍に配置されてもよい。ヒータ等からなる間隔調整部５は、位置決め機構４の制御の下で、転写プレート２及び支持体３と一体的に移動する。
【００１９】
図３Ａ及び図３Ｂは転写プレート２の周縁部の近傍に配置されるヒータ１１の一例を示す図である。図３Ａは転写プレート２周辺の上面図、図３Ｂは図３ＡのＡ−Ａ線断面図である。図３Ａは、矩形状の転写プレート２の４つの端面に対向させてヒータ１１を配置する例を示している。図３Ａは転写プレート２の４つの端面に対向させて４つのヒータ１１を設ける例を示しているが、転写プレート２の４つの端面を取り囲むリング状態の１つのヒータ１１を設けてもよい。また、転写プレート２の長手方向の両端部側のみに２つのヒータ１１を設けてもよい。
【００２０】
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、転写プレート２の周縁部に沿ってヒータ１１を配置することで、転写プレート２の周縁部側が熱によって膨張し、転写プレート２上の複数の転写ピン６のうち、中央部よりも周縁部側の転写ピン６の間隔を広げることができる。
【００２１】
なお、ヒータ１１は、転写プレート２の周縁部の近傍に配置する代わりに、図４に示すように、支持体３の周縁部の近傍に配置してもよい。図４の場合、支持体３には転写プレート２が一体的に接合されているため、支持体３の周縁部が熱により膨張すると、転写プレート２も同様に膨張し、転写プレート２上の複数の転写ピン６のうち、中央部よりも周縁部側の転写ピン６の間隔を広げることができる。
【００２２】
このように、間隔調整部５は、例えばヒータ１１による加熱により、転写プレート２上の少なくとも一部の転写ピン６の間隔を調整する。転写プレート２の材料によって線膨張率［ｐｐｍ］が異なっている。物体の長さＬの伸縮量ΔＬは、線膨張率αと温度上昇ΔＴを用いると、以下の（１）式で表される。
ΔＬ＝αＬΔＴ    …（１）
【００２３】
フラックス８や半田を付着する際のリフロー工程での温度（リフロー温度）は２６０℃程度であり、リフロー温度より高い温度が半導体装置にかかることはないと考えられる。半導体基板９の材料であるソルダーレジストやコア材のガラス転移温度は約１５０℃であり、半導体基板９に付与される可能性のある最大温度は１５０℃以下と考えられる。そこで、本実施形態では、半導体基板９が最大で１５０℃程度で加熱されることがありうることを想定して、半導体基板９の膨張度合いを見積もって、それに合わせて転写プレート２上の転写ピン６の間隔を調整する。
【００２４】
図５Ａはランド１０と転写ピン６とが位置ずれを起こしていない例、図５Ｂはランド１０と転写ピン６とが位置ずれを起こしている例を示している。図５Ｂは、例えば半導体基板９が製造工程の加熱処理等により膨張したときに生じうる。半導体基板９上にはレジスト膜１２がパターニングされて形成されており、パターニングによりレジスト膜１２が除去された箇所では、ＯＳＰ膜１３が露出されている。図５Ｃは、図５Ｂの位置ずれが生じたときに転写ピン６でフラックス８の転写を行った例を示している。この場合、ランド１０の全域にはフラックス８が転写されず、ランド１０の一部だけにフラックス８が転写されてしまう。この状態でリフロー及び洗浄を行うと、図５Ｄに示すように、ランド１０の一部にＯＳＰ膜１３が残存してしまう。ＯＳＰ膜１３が残存したまま半田ボール１４を付けると、図５Ｅに示すように、ＯＳＰ膜１３が残存している箇所では、半田ボール１４がランド１０のＣｕに接触せず、半田の接続不良が生じてしまう。
【００２５】
半導体基板９上のランド１０の位置ずれ量は、半導体基板９上のアライメント位置を基準とするのが望ましい。図６は、半導体基板９上の基準位置（例えば中心位置）をアライメント位置として、対角方向の角部のランド１０までの距離のずれでランド１０の位置ずれ量を見積もる方法を示す図である。図６の例では、アライメント位置から対角上の角部のランド１０までの距離の設計値を６０ｍｍとしている。例えば、あるロットの複数の半導体基板９におけるアライメント位置から対角上の角部のランド１０までの距離の実測値が６０．０５〜６０．０８ｍｍであった場合、位置ずれ量は５０〜８０μｍとなる。
【００２６】
図７は、線膨張率が異なる複数の材料について、温度と伸び量との対応関係を示すグラフである。図７のグラフは、線膨張率α＝１８、３０、５０、７０ｐｐｍの各材料について、温度が０℃〜１２０℃の範囲内での伸び量を示している。図７によれば、伸び量５０〜８０μｍを補正するには、線膨張率α＝３０ｐｐｍあたりの材料が望ましい。
【００２７】
図７は一例であり、半導体基板９の材料や温度によって、ランド１０の位置ずれ量は変動するため、図６の手法でランド１０の位置ずれ量を実測し、その実測値に応じてヒータ１１の温度及び加熱時間とを調整するのが望ましい。また、ヒータ１１の温度や加熱時間だけでは、転写ピン６の伸長量をランド１０の位置ずれ量に一致させることができない場合には、ヒータ１１で加熱する転写プレート２や支持基板の材料を変更するのが望ましい。
【００２８】
図８は、複数の材料についての、線膨張率と、５０℃での伸び量と、７５℃での伸び量との対応関係を示す図である。図８に示すように、材料によって線膨張率は大きく異なっており、その線膨張率によって、５０℃と７０℃での伸び量も異なる。図８の材料の中では、図７の結果に最も近い材料は、ジュラルミンとなる。なお、図７は、５０〜１００℃での伸び量が５０〜８０μｍと仮定した場合であり、ジュラルミンが常に最適であるとは限らない。
【００２９】
図９は本実施形態による半導体製造装置１によるボール搭載工程を示すフローチャートである。図９のボール搭載工程は、大きく分けると、ＯＳＰ膜１３の除去工程と、半田ボールの実装工程と、半田不良検査工程との３つを含んでいる。半田不良検査工程は、すべての半導体装置について行うわけではないため、必須の工程ではない。
【００３０】
図９のフローチャートの処理を開始する前に、すでに半導体装置の製造は終了しているものとする。まず、半導体装置上の複数のランド１０のうち、少なくとも一部のランド１０の間隔が設計値からずれているか否かを判定する（ステップＳ１）。この判定処理は、半導体装置の実装面側をカメラで撮影し、その撮影画像を解析してランド１０間隔の実測値と設計値とが所定の閾値を超えているか否かで判断すればよい。１つのロットに複数の半導体装置がある場合は、そのうちの一つの半導体装置について、ステップＳ１の判定処理を行い、その判定結果を、同一ロット内の残りの半導体装置にも適用してもよい。
【００３１】
ステップＳ１でずれていると判定されると、間隔調整部５にて、転写プレート２や支持体３を加熱するなどして、転写プレート２の少なくとも一部の転写ピン６の間隔を調整する（ステップＳ２）。間隔調整部５は、半導体装置上の複数のランド１０と転写プレート２の複数の転写ピン６との位置ずれが実用上問題ない程度にまで小さくなるまで、間隔調整部５にて転写ピン６の間隔を調整する。
【００３２】
ステップＳ２の処理が終了した場合、又はステップＳ１でずれていないと判定された場合は、半導体装置上の複数のランド１０に、転写プレート２上の複数の転写ピン６を接触させて、ランド１０にフラックス８を転写する（ステップＳ３）。
【００３３】
次に、所定の温度でリフロー処理を行う（ステップＳ４）。リフロー処理を行うことにより、ＯＳＰ膜１３はフラックスと反応し除去される。次に、洗浄処理を行う（ステップＳ５）。これにより、フラックス８はランド１０から除去される。以上のステップＳ３〜Ｓ５がＯＳＰ膜１３の除去工程である。
【００３４】
次に、半導体装置の複数のランド１０に再度転写プレート２の複数の転写ピン６を接触させて、ランド１０にフラックス８を転写する（ステップＳ６）。ステップＳ１で間隔調整部５を用いて転写ピン６の間隔調整を行っていれば、ステップＳ６では間隔調整部５による間隔調整は不要である。
【００３５】
次に、フラックス８上に半田ボールを付着させる（ステップＳ７）。次に、所定の温度でリフロー処理を行って、ランド１０に半田ボールを接触させる（ステップＳ８）。次に、洗浄を行ってフラックス８を除去する（ステップＳ９）。以上のステップＳ６〜Ｓ９が半田ボールの実装工程である。
【００３６】
続いて、半導体装置の検査を行うか否かを判定し（ステップＳ１０）、検査を行う場合は、半導体装置の複数のランド１０に接合された半田ボールを、熱をかけて除去する（ステップＳ１１）。次に、半導体装置の実装面側を撮影して、撮影画像の画像解析によりＯＳＰ膜１３の残存の有無を確認する（ステップＳ１２）。
【００３７】
上述した例では、間隔調整部５がヒータ１１で転写プレート２や支持体３を加熱して、少なくとも一部の転写ピン６の間隔を調整する例を説明したが、間隔調整部５は、転写プレート２や支持体３に印加する応力を調整して、転写ピン６の間隔を調整してもよい。
【００３８】
図１０は間隔調整部５が応力調整部材１５を有する例を示す図である。図１０の応力調整部材１５は、転写プレート２の四隅に取り付けられた４つの応力付与部１６を有する。これら応力付与部１６は、転写プレート２を対角方向に引っ張る応力を付与する。四隅に同じ応力をかけると、転写プレート２が均等に膨張するため、応力付与部１６は、不図示のモータの同一の駆動力で応力付与部１６を駆動するのが望ましい。応力付与部１６は、ヒータ１１を用いた場合と同様に、半導体装置のアライメント位置から四隅のランド１０の角部までの距離を実測して、設計値との位置ずれを検出し、その位置ズレ分だけ転写ピン６の間隔が伸びるように、応力付与部１６にて転写プレート２に引っ張り応力を付与する。転写プレート２の材料や厚さによって、転写プレート２を単位長さだけ伸ばすのに必要な応力が異なるため、事前に使用する転写プレート２について、引っ張り応力と伸び量との対応関係を求めておくのが望ましい。
【００３９】
なお、図１０では、転写プレート２の四隅に応力付与部１６を取り付けているが、応力付与部１６の取付場所は転写プレート２の四隅に限定されない。例えば、矩形状の転写プレート２の各辺の中央に応力付与部１６を取り付けてもよい。
【００４０】
このように、本実施形態では、半導体基板９が半導体製造工程の加熱処理により膨張し、少なくとも一部のランド１０の間隔が設計値よりも広がった場合には、転写プレート２や支持体３を加熱したり応力を付与するなどして、転写ピン６の間隔を広げる。これにより、ランド１０と転写ピン６との位置ずれを抑制でき、ランド１０の全域にフラックス８を転写できることから、ランド１０内にＯＳＰ膜１３が残存する不具合を防止できる。
【００４１】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００４２】
１  半導体製造装置、２  転写プレート、３  支持体、４  位置決め機構、５  間隔調整部、６  転写ピン、７  フラックス浴、８  フラックス、９  半導体基板、１０  ランド、１１  ヒータ、１２  レジスト膜、１３  ＯＳＰ膜、１４  半田ボール、１５  応力調整部材、１６  応力付与部
【図１】
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【図２Ａ】
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【図２Ｂ】
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【図２Ｃ】
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【図２Ｄ】
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【図２Ｅ】
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【図２Ｆ】
2019165175.tif 000009
【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５Ａ】
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【図５Ｂ】
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【図５Ｃ】
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【図５Ｄ】
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【図５Ｅ】
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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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