(57)【要約】【課題】基板の種類に関わらず、ボンディング対象の半導体チップを適切に加熱できる実装装置を提供する。【解決手段】半導体チップ１００を、基板１１０または他の半導体チップ１００である被実装体にボンディングして半導体装置を製造する実装装置１０は、第一面と、前記第一面と反対側の第二面と、を有するステージ３０と、前記第一面と前記基板１１０との間に介在する中間体４０と、前記ステージ３０に対して相対移動が可能であり、前記半導体チップ１００を前記被実装体にボンディングする実装ヘッド５０と、前記ステージ３０透過するとともに前記中間体４０で吸収される電磁波６２を前記ステージ３０の第二面側から前記中間体４０に向かって照射する照射ユニット１８と、を備える。【選択図】図１
2019068069.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップを、基板または他の半導体チップである被実装体にボンディングして半導体装置を製造する実装装置であって、
第一面と、前記第一面と反対側の第二面と、を有するステージと、
前記第一面と前記基板との間に介在して前記基板を加熱する中間体と、
前記ステージに対して相対移動が可能であり、前記半導体チップを前記被実装体にボンディングする実装ヘッドと、
前記ステージを透過するとともに前記中間体で吸収される電磁波を前記ステージの第二面側から前記中間体に向かって照射する照射ユニットと、
を備えることを特徴とする実装装置。
【請求項２】
請求項１に記載の実装装置であって、
前記中間体は、前記半導体チップの形状に対応する島部を備える、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項３】
請求項２に記載の実装装置であって、
前記中間体は、外枠部と、島部と外枠部とを接続する接続部とを更に備える、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項４】
請求項１から３に記載の実装装置であって、前記中間体は、孔または溝を備える、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１項に記載の実装装置であって、
前記中間体は、面方向への伝熱を阻害する断熱部を有する、ことを特徴とする実装装置。
【請求項６】
請求項５に記載の実装装置であって、
前記断熱部は、前記中間体において水平方向に延びる溝または孔により形成される間隙部を含む、ことを特徴とする実装装置。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか１項に記載の実装装置であって、
前記中間体は、前記第一面側から順に、前記電磁波を吸収する吸収層と、前記電磁波を透過するとともに伝熱性の高い伝熱層と、前記を透過するとともに伝熱性の低い材料からなる断熱層と、が厚み方向に積層された多層構造である、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項８】
請求項１から７のいずれか１項に記載の実装装置であって、
前記電磁波は、複数の波長域を含でおり、
前記中間体は、前記複数の波長域ごとに設けられた複数の吸収層が、厚み方向に積層された多層構造を含んでおり、
前記複数の吸収層は、対応する波長域が長いほど、前記ステージから離れるように積層されている、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項９】
請求項１から８のいずれか１項に記載の実装装置であって、
前記基板は、複数の前記半導体チップが熱圧着されるものであり、
前記照射ユニットは、前記電磁波の照射領域、および、前記電磁波の照射位置の少なくとも一方を変更する変更手段を備える、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項１０】
請求項１から９のいずれか１項に記載の実装装置であって、
前記実装ヘッドは、複数の前記半導体チップが仮圧着された状態で積層された仮積層体を加熱して本圧着するヒータを備え、
前記照射ユニットで前記中間体を照射することで、前記ヒータとともに前記仮積層体を加熱する、
ことを特徴とする実装装置。
【請求項１１】
半導体チップを、基板または他の半導体チップである被実装体にボンディングして半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、
ステージの第一面に載置された中間体に、前記基板を載置工程と、
前記ステージに対して相対移動が可能な実装ヘッドにより、前記半導体チップを前記被実装体にボンディングするボンディング工程と、
前記ボンディング工程の少なくとも一部と並行して、前記ステージを挟んで前記実装ヘッドの反対側に配される照射ユニットから、前記中間体で吸収されるとともに前記ステージを透過する電磁波を照射することで、前記中間体を加熱する中間体加熱工程と、
を備える、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本明細書は、半導体チップを、基板または他の半導体チップである被実装体にボンディングして半導体装置を製造する実装装置、および、半導体装置の製造方法を開示する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップを、基板または他の半導体チップの上にボンディングする場合、通常、加熱した実装ヘッドで、半導体チップを加熱加圧する。ただし、実装ヘッドからの熱のみで、ボンディング対象となる半導体チップを適切に加熱することは難しい。特に、近年は、半導体装置の更なる高機能化、小型化のために、複数の半導体チップを積層して実装することが提案されている。この場合、実装処理の時間短縮のために、複数の半導体チップを仮圧着しながら積層した後、当該複数の半導体チップを一括で本圧着する場合がある。すなわち、複数の半導体チップを仮圧着状態で積層して仮積層体を形成した後、当該仮積層体の上面を加熱した実装ヘッドで加熱加圧して本圧着する場合がある。かかる場合には、実装ヘッドからの熱のみで、仮積層体の最下層の半導体チップまで適切に加熱することは難しい。そこで、従来から、半導体装置をボンディングする際には、基板が載置されるステージ全体を加熱している。これによれば、半導体チップの上下両側から加熱できる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開第２０１０／０５０２０９号
【特許文献２】特許第３８３３５３１号公報
【特許文献３】特許第４００１３４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、ステージ全体を加熱した場合、ボンディング対象（加熱対象）の半導体チップとは異なる箇所に配置された半導体チップも加熱され続けることになる。結果として、半導体チップに、長時間、熱が入力されることになる。こうした長期に亘る熱入力は、半導体チップ、特に半導体チップの底面に設けられた非導電性フィルム（Ｎｏｎ  Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ  Ｆｉｌｍ）等の樹脂の劣化を招き、ひいては、実装品質の低下を招く。
【０００５】
かかる問題を避けるために、ステージの複数箇所に、パルスヒータ等の局所加熱用のヒータを設けておき、必要な箇所のヒータのみをオンすることも考えられる。しかし、こうした局所加熱用のヒータをステージに埋め込んだ場合、ステージの平坦度を維持することが難しく、ひいては、実装品質の低下を招く。
【０００６】
また、特許文献１−３には、ステージの裏側から照射した光により、基板を光加熱する技術が開示されているが、これらは、いずれも、適用できる基板種類が限られている。
【０００７】
そこで、本明細書では、基板の種類に関わらず、ボンディング対象の半導体チップを適切に加熱できる実装装置、および、半導体装置の製造方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本願で開示する実装装置は、半導体チップを、基板または他の半導体チップである被実装体にボンディングして半導体装置を製造する実装装置であって、第一面と、前記第一面と反対側の第二面と、を有するステージと、前記第一面と前記基板との間に介在する中間体と、前記ステージに対して相対移動が可能であり、前記半導体チップを前記被実装体にボンディングする実装ヘッドと、前記ステージを透過するとともに前記中間体で吸収される電磁波を前記ステージの第二面側から前記中間体に向かって照射する照射ユニットと、を備えることを特徴とする。
【０００９】
ここで、前記中間体は、面方向への伝熱を阻害する断熱部を有してもよい。また、前記中間体において水平方向に延びる溝または孔により形成される間隙部を含んでもよい。
【００１０】
また、前記中間体は、前記第一面側から順に、前記電磁波を吸収する吸収層と、前記電磁波を透過するとともに伝熱性の高い伝熱層と、前記電磁波を透過するとともに伝熱性の低い材料からなる断熱層と、が厚み方向に積層された多層構造であってもよい。
【００１１】
また、前記電磁波は、複数の波長域を含でおり、前記中間体は、前記複数の波長域ごとに設けられた複数の吸収層が、厚み方向に積層された多層構造を含んでおり、前記複数の吸収層は、対応する波長域が長いほど、前記ステージから離れるように積層されていてもよい。
【００１２】
また、前記基板は、複数の前記半導体チップが熱圧着されるものであり、前記照射ユニットは、前記電磁波の照射領域、および、前記電磁波の照射位置の少なくとも一方を変更する変更手段を備えてもよい。
【００１３】
また、前記実装ヘッドは、複数の前記半導体チップが仮圧着された状態で積層された仮積層体を加熱して本圧着するヒータを備え、前記照射ユニットで前記中間体を照射することで、前記ヒータとともに前記仮積層体を加熱してもよい。
【００１４】
本明細書で開示する半導体装置の製造方法は、半導体チップを、基板または他の半導体チップである被実装体にボンディングして半導体装置を製造する半導体装置製造方法であって、ステージの第一面に載置された中間体に、前記基板を載置工程と、前記ステージに対して相対移動が可能な実装ヘッドにより、前記半導体チップを前記被実装体にボンディングするボンディング工程と、前記ボンディング工程の少なくとも一部と並行して、前記ステージを挟んで前記実装ヘッドの反対側に配される照射ユニットから、前記中間体で吸収されるとともに前記ステージを透過する電磁波を照射することで、前記中間体を加熱する中間体加熱工程と、を備える、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】
本明細書で開示する技術によれば、ステージと基板との間に電磁波を吸収する中間体が設けられているため、基板の種類に関わらず、中間体、ひいては、中間体と接触する基板を加熱でき、結果として、ボンディング対象の半導体チップを適切に加熱できる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】実装装置の構成を示す図である。
【図２】半導体装置の一例を示す図である。
【図３】半導体チップの一例を示す図である。
【図４】基板を局所加熱している様子を示す図である。
【図５】照射ユニットの他の一例を示す図である。
【図６】中間体の他の構成を示す図である。
【図７】中間体の他の構成を示す図である。
【図８】中間体の他の構成を示す図である。
【図９】中間体の他の構成を示す図である。
【図１０】中間体の他の構成を示す上面図である。
【図１１】図１０のＡ−Ａ線断面図である。
【図１２】図１０のＡ−Ａ線断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１７】
以下、半導体装置の製造方法および実装装置１０について図面を参照して説明する。図１は、実装装置１０の構成を示す図である。この実装装置１０は、基板１１０の上に、半導体チップ１００を実装する装置である。この実装装置１０は、複数の半導体チップ１００を積層して実装する場合に特に好適な構成となっている。ただし、この実装装置１０は、半導体チップ１００を積層しない場合にも当然ながら適用できる。また、この実装装置１０は、基板１１０が、後述する電磁波６２を透過または反射させる場合に特に好適な構成となっている。ただし、基板１１０は、必ずしも電磁波６２を透過または反射させる必要はなく、基板１１０は、電磁波６２を吸収しやすい構造でもよい
【００１８】
また、以下の説明では、複数の半導体チップ１００を積層して成る積層体のうち、積層体を構成する複数の半導体チップ１００が仮圧着状態のものを「仮積層体ＳＴｔ」と呼び、複数の半導体チップ１００が、本圧着状態のものを「チップ積層体ＳＴｃ」と呼び区別する。
【００１９】
実装装置１０は、チップ供給ユニット１２、チップ搬送ユニット１４、ボンディングユニット１６、照射ユニット１８、および、これらの駆動を制御する制御部２０と、を備える。チップ供給ユニット１２は、チップ供給源から半導体チップ１００を取り出し、チップ搬送ユニット１４に供給する部位である。このチップ供給ユニット１２は、突上部２２とダイピッカ２４と移送ヘッド２６と、を備えている。
【００２０】
チップ供給ユニット１２において、複数の半導体チップ１００は、ダイシングテープＴＥ上に載置されている。このとき半導体チップ１００は、バンプ１０６が上側を向いたフェイスアップ状態で載置されている。突上部２２は、この複数の半導体チップ１００の中から一つの半導体チップ１００のみを、フェイスアップ状態のまま、上方に突き上げる。ダイピッカ２４は、突上部２２により突き上げられた半導体チップ１００を、その下端で吸引保持して受け取る。半導体チップ１００を受け取ったダイピッカ２４は、当該半導体チップ１００のバンプ１０６が下方を向くように、すなわち、半導体チップ１００がフェイスダウン状態になるように、その場で１８０度回転する。この状態になれば、移送ヘッド２６が、ダイピッカ２４から半導体チップ１００を受け取る。
【００２１】
移送ヘッド２６は、上下および水平方向に移動可能であり、その下端で、半導体チップ１００を吸着保持できる。ダイピッカ２４が１８０度回転して、半導体チップ１００がフェイスダウン状態となれば、移送ヘッド２６は、その下端で、当該半導体チップ１００を吸着保持する。その後、移送ヘッド２６は、水平および上下方向に移動して、チップ搬送ユニット１４へと移動する。
【００２２】
チップ搬送ユニット１４は、鉛直な回転軸Ｒａを中心として回転する回転台２８を有している。移送ヘッド２６は、回転台２８の所定位置に、半導体チップ１００を載置する。半導体チップ１００が載置された回転台２８が回転軸Ｒａを中心として回転することで、当該半導体チップ１００が、チップ供給ユニット１２と反対側に位置するボンディングユニット１６に搬送される。
【００２３】
ボンディングユニット１６は、基板１１０を支持するステージ３０と、ステージ３０の上に載置される中間体４０と、半導体チップ１００を基板１１０に取り付ける実装ヘッド５０と、を備えている。ステージ３０は、基板１１０を支持する上面（第一面）と、当該第一面と反対側の下面（第二面）とを有する。また、ステージ３０は、水平方向に移動可能であり、載置されている基板１１０と実装ヘッド５０との相対位置関係を調整する。ステージ３０は、後に詳説するように、照射ユニット１８から照射される電磁波６２を透過可能な材料で構成されている。したがって、電磁波６２が、可視光または赤外線光である場合、ステージ３０は、例えば、石英、フッ化マグネシウム、ゲルマニウム等で構成することができる。
【００２４】
ステージ３０の上面（第一面）には、中間体４０が設けられている。この中間体４０は、基板１１０が載置される板状部材である。換言すれば、中間体４０は、ステージ３０と基板１１０との間に介在する。中間体４０は、ステージ３０に分離不可能に固着されていてもよいし、必要に応じてステージ３０から着脱できてもよい。また、中間体４０は、単層構造でもよいし、多層構造でもよい。ただし、単層、多層のいずれであっても、中間体４０は、照射ユニット１８から照射される電磁波６２を吸収できる吸収層を少なくとも一層以上、有している。
【００２５】
実装ヘッド５０は、基板１１０に、複数の半導体チップ１００を積層して実装する。実装ヘッド５０は、その下端に半導体チップ１００を保持でき、また、鉛直な回転軸Ｒｂ回りの回転と、昇降と、が可能となっている。この実装ヘッド５０は、半導体チップ１００を基板１１０または他の半導体チップ１００の上に圧着する。具体的には、保持している半導体チップ１００を基板１１０等に押し付けるように、実装ヘッド５０が、下降することで、半導体チップ１００の仮圧着または本圧着が行われる。この実装ヘッド５０には、温度可変のヒータ（図示せず）が内蔵されており、実装ヘッド５０は、仮圧着実行時には、第一温度Ｔ１に、本圧着実行時には、第一温度Ｔ１よりも高い第二温度Ｔ２に加熱される。また、実装ヘッド５０は、仮圧着実行時には、第一荷重Ｆ１を、本圧着実行時には、第二荷重Ｆ２を、半導体チップ１００に付加する。
【００２６】
実装ヘッド５０の近傍には、カメラ（図示せず）が設けられている。基板１１０および半導体チップ１００には、それぞれ、位置決めの基準となるアライメントマークが付されている。カメラは、このアライメントマークが映るように、基板１１０および半導体チップ１００を撮像する。制御部２０は、この撮像により得られた画像データに基づいて、基板１１０および半導体チップ１００の相対位置関係を把握、必要に応じて、実装ヘッド５０の軸Ｒｂ回りの回転角度およびステージ３０の水平位置を調整する。
【００２７】
照射ユニット１８は、ステージ３０の裏側から特定波長の電磁波６２を照射することで基板１１０を局所的に加熱する。照射ユニット１８は、少なくとも、電磁波６２を照射する電磁波源６０を有している。以下の説明では、電磁波６２が、赤外線レーザ光である場合を例に挙げて説明する。ただし、電磁波６２は、ステージ３０を透過しやすく、中間体４０に吸収されやすい波長を有していれば特に限定されない。したがって、電磁波６２としては、例えば、赤外線、可視光線等を用いることができる。また、電磁波６２は、単一の波長のみを有するものでもよいし、複数波長を有するものでもよい。さらに、電磁波源６０としては、所望の波長、パワーの電磁波を照射できるのであれば、特に限定されず、例えば、レーザ発振器やＬＤ（Ｌａｓｅｒ  Ｄｉｏｄｅ）、ＬＥＤ、ハロンゲンランプ、キセノンランプ等を用いることができる。照射ユニット１８は、さらに、電磁波６２の照射領域、および、照射位置の少なくとも一方を変更するための変更機構を有してもよい。変更機構は、例えば、絞りやレンズ、ミラー、光ファイバ等の光学部材や、これら光学部材を駆動して電磁波を走査させる駆動部材等を有してもよい。
【００２８】
制御部２０は、各部の駆動を制御するもので、例えば、各種演算を行うＣＰＵと、各種データやプログラムを記憶する記憶部と、を備えている。制御部２０は、記憶部に記憶されたプログラムに従い、各部を駆動して、半導体チップの実装処理を実行する。例えば、制御部２０は、実装ヘッド５０およびステージ３０を駆動して、半導体チップを基板１１０に実装させる。また、制御部２０は、後述する本圧着処理と並行して、照射ユニット１８を駆動して、基板１１０を局所的に加熱させる。
【００２９】
次に、この実装装置で製造される半導体装置について図３、図４を参照して説明する。図３は、半導体装置の一例を示す模式図、図４は、半導体チップ１００の模式図である。なお、図３において、半導体チップ１００と基板１１０との境界、および、二つの半導体チップ１００の境界における太線は、本圧着されていることを示している。
【００３０】
本例で取り扱う半導体装置は、図３に示すように、基板１１０の上面に、複数（図示例では４つ）の半導体チップ１００が積層実装されている。本例では、基板１１０は、電磁波６２である赤外線レーザ光を透過させる材質、例えば、サファイアガラス等からなる。基板１１０には、格子状に並ぶ複数の実装区画が設定されている。各実装区画には、複数の半導体チップ１００が積層実装される。各実装区画の表面には、実装される半導体チップ１００のバンプ１０６に対応した位置に、電極１１２が形成されている。
【００３１】
次に半導体チップ１００の構成について説明する。図３に示すように、半導体チップ１００の上下面には、電極端子１０２，１０４が形成されている。また、半導体チップ１００の片面には、電極端子１０２に連なってバンプ１０６が形成されている。バンプ１０６は、導電性金属からなり、所定の溶融温度Ｔｍで溶融する。
【００３２】
また、半導体チップ１００の片面には、バンプ１０６を覆うように、非導電性フィルム（以下「ＮＣＦ」という）１０８が貼り付けられている。ＮＣＦ１０８は、半導体チップ１００と、基板１１０または他の半導体チップ１００とを接着する接着剤として機能するもので、非導電性の熱硬化性樹脂、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等からなる。このＮＣＦ１０８の厚みは、バンプ１０６の平均高さよりも大きく、バンプ１０６は、このＮＣＦ１０８によりほぼ完全に覆われている。ＮＣＦ１０８は、常温下では、固体のフィルムであるが、所定の軟化開始温度Ｔｓを超えると、徐々に、可逆的に軟化して流動性を発揮し、所定の硬化開始温度Ｔｔを超えると、不可逆的に硬化し始める。
【００３３】
ここで、軟化開始温度Ｔｓは、硬化開始温度Ｔｔおよびバンプ１０６の溶融温度Ｔｍよりも低い。仮圧着用の第一温度Ｔ１は、この軟化開始温度Ｔｓより高く、溶融温度Ｔｍおよび硬化開始温度Ｔｔよりも低い。また、本圧着用の第二温度Ｔ２は、溶融温度Ｔｍおよび硬化開始温度Ｔｔよりも高い。すなわち、Ｔｓ＜Ｔ１＜（Ｔｍ，Ｔｔ）＜Ｔ２となっている。
【００３４】
半導体チップ１００を基板１１０または下側の半導体チップ１００（以下、両者を区別しない場合は「被実装体」と呼ぶ）に仮圧着する際には、実装ヘッド５０を、第一温度Ｔ１に加熱したうえで半導体チップ１００を加圧する。このとき、半導体チップ１００のＮＣＦ１０８は、実装ヘッド５０からの伝熱により、第一温度Ｔ１近傍まで加熱され、軟化し、流動性を持つ。そして、これにより、ＮＣＦ１０８が、半導体チップ１００と被実装体との隙間に流れ込み、当該隙間を確実に埋めることができる。
【００３５】
半導体チップ１００を、被実装体に本圧着する際には、実装ヘッド５０を、第二温度Ｔ２に加熱したうえで、半導体チップ１００を加圧する。このとき、半導体チップ１００のバンプ１０６およびＮＣＦ１０８は、実装ヘッド５０からの伝熱により、第二温度Ｔ２近傍まで加熱される。これにより、バンプ１０６は、溶融し、対向する被実装体に溶着できる。また、この加熱により、ＮＣＦ１０８が、半導体チップ１００と被実装体との隙間を埋めた状態で硬化するため、半導体チップ１００と被実装体とが強固に固定される。つまり、本圧着の際、半導体チップ１００は、基板１１０等に熱圧着される。
【００３６】
ここで、実装ヘッド５０の温度を、第一温度Ｔ１から第二温度Ｔ２、または、第二温度Ｔ２から第一温度Ｔ１へ切り替えるには、一定の時間がかかる。したがって、半導体装置の製造時間を短縮するためには、実装ヘッド５０の温度の切り替え回数を低減することが有効である。そこで、複数の半導体チップ１００を積層実装する場合には、全ての半導体チップ１００を仮圧着した後に、この仮圧着された半導体チップ１００を本圧着するプロセスが提案されている。具体的には、まず、第一温度Ｔ１に加熱した実装ヘッド５０を用いて、複数の半導体チップ１００を仮圧着しながら積層して成る仮積層体ＳＴｔを、複数の実装区画に形成する。続いて、第二温度Ｔ２に切り替えた実装ヘッド５０で仮積層体ＳＴｔの上面を加圧し、これにより、仮積層体ＳＴｔを構成する複数の半導体チップ１００を一括で本圧着する。かかる手順で半導体チップ１００を実装していくことで、実装ヘッド５０の温度の切り替え回数を大幅に低減でき、半導体装置の製造時間を大幅に短縮できる。
【００３７】
ところで、これまでの説明で明らかな通り、半導体チップ１００を適切に実装するためには、実装対象の半導体チップ１００が、その処理過程に応じた適切な温度に加熱されることが望まれる。例えば、本圧着を行う際には、半導体チップ１００は、ＮＣＦ１０８の硬化開始温度Ｔｔ以上、かつ、バンプ１０６の溶融温度Ｔｍ以上に加熱されていなければならない。しかし、実装ヘッド５０からの熱のみで、全ての半導体チップ１００を適切な温度に加熱することは難しい場合もあった。特に、仮積層体ＳＴｔを構成する複数の半導体チップ１００を一括で本圧着する場合、実装ヘッド５０からの熱のみでは、最下層の半導体チップ１００を、適切に加熱することは難しかった。
【００３８】
また、一つの仮積層体ＳＴｔにおいて、最上層の半導体チップ１００の温度と最下層の半導体チップ１００の温度差（以下「積層体内温度差」）ΔＴは、小さいことが望まれる。積層体内温度差ΔＴが大きいと、実装品質のバラツキを招くこととなる。しかし、実装ヘッド５０からの熱のみでは、積層体内温度差ΔＴを小さくすることは難しかった。
【００３９】
そこで、従来は、基板１１０が載置されるステージ３０にヒータを内蔵しておき、基板１１０全体も加熱することが多かった。かかる構成によれば、仮積層体ＳＴｔが、下側からも加熱されるため、最下層の半導体チップ１００も、適切な温度に加熱されやすく、また、積層体内温度差ΔＴをある程度小さくできる。
【００４０】
ただし、ステージ３０全体を加熱する場合、当然ながら、その温度は、ＮＣＦ１０８の硬化開始温度Ｔｔよりも十分に低くしなければならない。これは、ステージ３０の温度が、硬化開始温度Ｔｔより高いと、仮圧着後、本圧着前の半導体チップ１００のＮＣＦ１０８が、熱硬化してしまうからである。そのため、ステージ３０は、あまり高温にすることはできず、積層体内温度差ΔＴを十分に小さくすることは難しかった。
【００４１】
また、ステージ３０が、硬化開始温度Ｔｔより低温であったとしても、当該ステージ３０全体が加熱される場合、基板１１０上の仮圧着または本圧着された半導体チップ１００には、長時間、熱が入力され続けることになる。こうした長期間に及ぶ熱の入力は、半導体チップ１００、特に、ＮＣＦ１０８の劣化、ひいては、実装品質の劣化を招く。
【００４２】
そこで、既述した通り、本明細書で開示する実装装置１０では、ステージ３０の下側に、照射ユニット１８を配置し、基板１１０を局所的に電磁波６２で加熱する。図４は、基板１１０を局所的に加熱する様子を示すイメージ図である。なお、図４では、理解を容易にするためにステージ３０、中間体４０、基板１１０の厚みを実際と異ならせているが、実際には、ステージ３０は、より厚く、中間体４０および基板１１０は、より薄い。また、図４において、三つの実装区画を図示しているが、以下の説明では、これらの実装区画を、図面左側から順に、「区画Ａ」、「区画Ｂ」、「区画Ｃ」と呼び、区別する。また、図４において、半導体チップ１００と被実装体（基板１１０または他の半導体チップ１００）との境界における太線は、本圧着されていることを示し、破線は、仮圧着されていることを示している。したがって、図４において、区画Ａの積層体は、本圧着されたチップ積層体ＳＴｃであり、区画Ｂ，Ｃの積層体は、仮圧着後かつ本圧着前の仮積層体ＳＴｔである。図４は、区画Ｂの仮積層体ＳＴｔを本圧着するときの様子を示している。
【００４３】
図４に示すように、一つの仮積層体ＳＴｔを本圧着する際には、第二温度Ｔ２に加熱された実装ヘッド５０で、当該仮積層体ＳＴｔを加熱・加圧する。また、中間体４０のうち、本圧着対象の仮積層体ＳＴｔが配された区画Ｂに対応する範囲に、電磁波６２を照射し、当該区画Ｂに対応する範囲を電磁波６２で加熱する。
【００４４】
ここで、既述した通り、本例において電磁波６２は、赤外線レーザ光であり、ステージ３０は、電磁波６２を透過させる材料からなる。また、ステージ３０と基板１１０との間には、電磁波６２（赤外線レーザ光）を吸収しやすい吸収層を有した中間体４０を設けている。かかる構成において、ステージ３０の下面側（第二面側）から、中間体４０のうち区画Ｂに対応する範囲に電磁波６２を照射すると、当該電磁波６２は、ステージ３０を透過し、中間体４０で吸収される。中間体４０で吸収された電磁波６２のエネルギーは、熱に変換され、中間体４０のうち、電磁波６２の照射範囲が加熱される。そして、中間体４０の一部（照射範囲）が、局所的に加熱されることで、当該中間体４０に接触する基板１１０も局所的に加熱される。
【００４５】
ここで、上述した通り、ステージ３０は、電磁波６２を透過する必要があるため、ステージ３０は、電磁波６２の透過率が高い材料で形成されることが望ましい。また、ステージ３０は、伝熱性の乏しい材料であることも望まれる。これは、電磁波６２により加熱された中間体４０の熱が、ステージ３０を介して他の実装区画や外部に伝熱することを防止するためである。こうした条件を満たすために、ステージ３０は、例えば、石英やフッ化バリウム、フッ化マグネシウム、フッ化カルシウム等で構成されることが望ましい。
【００４６】
また、電磁波６２は、ステージ３０を透過し、中間体４０で吸収されるのであれば、その波長は、特に限定されない。ただし、波長が過度に短い（たとえば紫外領域）場合、当該波長を生成する光源の出力は一般的に低い。加熱に適した出力を得ようとした場合、電磁波６２の波長は、可視光よりも、すなわち、７５０ｎｍ以上であることが光源として望ましい。ただし、当然ながら、十分な出力で照射できるのであれば、電磁波６２は、可視光（７５０ｎｍ以下）であってもよい。
【００４７】
電磁波６２の照射範囲は、半導体チップ１００の外形とほぼ同範囲であることが望ましい。また、照射ユニット１８は、所望の範囲のみに電磁波６２を照射するために、電磁波６２の照射範囲および照射位置の少なくとも一方を変更する変更手段を有することが望ましい。変更手段の構成としては、種々考えられるが、変更手段は、例えば、ステージ３０に対する電磁波源６０の位置を移動させる移動機構を有してもよい。かかる移動機構としては、例えば、ステージ３０を移動させるＸＹ移動機構が含まれる。また、変更手段は、所望の照射範囲にのみ照射するために、例えば、図４に示すように、照射範囲よりも十分に大径の電磁波６２の経路途中に設けられ、照射範囲に対応した開口が形成された絞り６３を有してもよい。この絞り６３は、対象となる半導体装置に応じて、適宜、交換されてもよい。
【００４８】
また、別の形態として、基板１１０近傍において照射範囲よりも十分に小径となる電磁波６２で、照射範囲を走査してもよい。基板１１０近傍において小径の電磁波６２を得るために、小径の平行な電磁波（例えば平行光）を出射する電磁波源６０を用いてもよいし、光学部材（レンズ等）を用いて大径の電磁波６２を基板１１０周辺で合焦させてもよい。また、電磁波６２を走査させるために、電磁波源６０自体を動かしてもよいし、電磁波６２を屈曲させるミラー等を動かしてもよい。ミラーを動かす形態としては、例えば、２以上のミラーをガルバノモータで駆動させるガルバノミラー機構を用いてもよい。また、ミラーや電磁波源６０を駆動する機構として、コイルモータやカム等を用いてもよい。また、電磁波源６０から照射される電磁波６２の指向性が低く、電磁波６２が種々の方向に進行する場合には、図５に示すように、電磁波６２を所望の方向に屈折させて集光させる反射面６１を設けてもよい。図５の例では、略卵型状の空洞の内面に、金属等を蒸着させて曲面の反射面６１を形成し、電磁波源６０からの電磁波６２を所定の一点に集めるようにしている。
【００４９】
また、別の形態として、所望の照射範囲にのみ照射するために、各種光学部材を用いて、電磁波６２のプロファイル（サイズ・形等）を変化させてもよい。例えば、幾何学的なビーム成形機能を有した矩形コアファイバを用いてもよい。また、別の形態として、電磁波６２の経路途中に、筒体の内面に複数のミラーが貼り付けられたカレイドスコープを配してもよい。さらに、上述の光学部材と替えて、または、加えて、回折レンズやフライアレンズ、その他の光学レンズを用いて、電磁波６２のプロファイルを変化させてもよい。
【００５０】
また、図１では、電磁波源６０を一つだけ図示しているが、電磁波源６０は、２以上設けられてもよく、この２以上の電磁波源６０は、互いに同種の電磁波源でもよいし、互いに異なる種類の電磁波源でもよい。また、電磁波源６０から照射される電磁波の波長は、ほぼ単一でもよいし、ある程度の幅を有した複数波長であってもよい。また、電磁波６２のパワーは、基板１１０を所望の時間で、所望の温度まで加熱できることが望ましい。例えば、仮積層体ＳＴｔを一括で本圧着する際には、最下層の半導体チップ１００を、最上層の半導体チップ１００と同じ温度まで加熱することが望まれる。通常、本圧着の実行時間は、数秒であるため、電磁波６２は、この本圧着の実行中（数秒以内）に基板１１０を第二温度Ｔ２近くまで加熱できる程度のパワーを有することが望ましい。
【００５１】
中間体４０は、上述した通り、電磁波６２を吸収しやすい吸収層４６を少なくとも有する板状部材である。図４では、電磁波６２を吸収しやすい吸収層４６のみを有した単層構造の中間体４０を例示している。なお、電磁波６２が可視光または赤外線である場合、電磁波６２を吸収しやすい材料としては、例えば、カーボン、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）、シリコンカーバイド（ＳｉＣ）、窒化ケイ素（ＳｉＮ）、アルミナ（Ａｌ２Ｏ３）、セラミックス、黒色ニッケル、黒色クロム、および、これら吸収材料が分散された樹脂等が挙げられる。
【００５２】
かかる中間体４０は、当然ながら、照射された電磁波６２を効率的に吸収することが望まれる。また、実装処理に際しては、本圧着対象の仮積層体ＳＴｔ（図４の例では区画Ｂの仮積層体ＳＴｔ）は、加熱されることが望まれる一方、他のチップ積層体ＳＴｃおよび仮積層体ＳＴｔ（図４における区画Ａおよび区画Ｃの積層体）には、熱が伝わらないことが望まれる。そのため、中間体４０は、対象となる区画以外、あるいは、照射範囲以外には、熱が伝わりにくい構造であることが望ましい。
【００５３】
具体的には、中間体４０は、図６に示すように、面方向への伝熱を阻害する断熱部４２を有する構造としてもよい。この断熱部４２は、例えば、断熱材料が充填された部位であってもよいし、溝または孔により形成される間隙部でもよい。断熱部４２を孔により形成される間隙とした場合、当該孔は、基板１１０を吸引保持するための吸着孔として用いられてもよい。
【００５４】
断熱部４２の配設ピッチは、実装区画の配設ピッチとほぼ同じでもよいし、実装区画の配設ピッチよりも十分に小さくてもよい。断熱部４２の配設ピッチを実装区画の配設ピッチと同じにする場合には、断熱部４２は、図６に示すように、実装区画の境界に対応する位置に形成することが望ましい。かかる構成とすることで、隣接する実装区画、ひいては、加熱対象以外の半導体チップ１００への熱の入力が効果的に防止される。また、かかる構成とし、かつ、中間体４０を伝熱性の高い材料で構成した場合、照射対象の区画には、熱が均等に分散しやすくなるため、加熱対象の半導体チップ１００全体を均等に加熱しやすくなる。
【００５５】
また、断熱部４２の配設ピッチを、実装区画の配設ピッチよりも十分に小さくした場合、電磁波６２が実際に照射された範囲以外への伝熱が効果的に防止される。結果として、加熱対象以外の半導体チップ１００への熱の入力が効果的に防止される。また、この場合、基板１１０の種類（実装区画の配設ピッチの違い）に応じて、中間体４０を交換する必要がないため、中間体４０の汎用性が向上する。
【００５６】
また、断熱部４２を設けるのではなく、中間体４０全体の伝熱性を低くしてもよい。中間体４０の伝熱性が低いと、電磁波６２が照射された箇所以外に伝熱しにくくなるため、対象外の半導体チップ１００への熱入力を効果的に防止できる。中間体４０全体の伝熱性を低下させる方法としては、中間体４０を低伝熱材料（例えば吸収体を分散させた樹脂等）で構成すればよい。また、別の形態として、中間体４０の肉厚を薄くして中間体４０全体の伝熱性を低下させてもよい。
【００５７】
また、これまでの説明では、中間体４０を、板状部材として説明しているが、中間体４０は、図７に示すように、ステージ３０の表面を被覆する被覆膜４４（例えば黒体被膜）でもよい。この場合、ステージ３０の表面は、平坦面でもよいが、図７に示すように、溝が形成されていてもよい。かかる溝を形成することで、面方向への伝熱性が低下し、対象外の半導体チップ１００への熱入力が防止できる。
【００５８】
また、中間体４０は、複数の層を厚み方向に積層した多層構造としてもよい。例えば、図８に示すように、中間体４０は、ステージ３０側から順に、断熱層４９、伝熱層４８、吸収層４６が積層された多層構造としてもよい。吸収層４６は、電磁波６２を吸収しやすい材料から構成された層である。伝熱層４８は、電磁波６２を透過しやすく、かつ、伝熱性の高い材料で構成される。電磁波６２が赤外線である場合、伝熱層４８は、例えば、シリコン等で形成される。この伝熱層４８には、望ましくは、加熱対象外の区域への伝熱を阻害する断熱部４２が設けられていることが望ましい。そして、かかる伝熱層４８を設けることで、吸収層４６の伝熱性が低くても、加熱対象範囲に、迅速に熱を分散できるため、加熱対象の半導体チップ１００全体を均等に加熱できる。
【００５９】
断熱層４９は、電磁波６２を透過する一方で断熱性の高い材料、例えば、ガラス等からなる。伝熱層４８とステージ３０との間に断熱層４９を配することで、吸収層４６で発生した熱が、ステージ３０に流出することが防止され、熱効率を向上できる。
【００６０】
また、電磁波６２が複数波長を含む場合には、吸収層４６を、各波長ごとに対応する層を有した多層構造としてもよい。例えば、電磁波６２が、ある波長λ１，λ２，λ３（λ１＜λ２＜λ３）の電磁波を含んでいる場合、吸収層４６は、図９に示すように、波長λ１前後で吸収感度が高い第一吸収層４６ａと、波長λ２前後で吸収感度が高い第二吸収層４６ｂと、波長λ３前後で吸収感度が高い第三吸収層４６ｃと、が積層された多層構造としてもよい。このように各波長域ごとに吸収感度が高い吸収層を設けることで、より効率的に熱を発生させることができる。また、この場合、長波長に対応する吸収層ほど、ステージ３０から離れるような順番で積層させることが望ましい。上述の例では、ステージ３０側から、第一吸収層４６ａ、第二吸収層４６ｂ、第三吸収層４６ｃの順に並ぶように積層されることが望ましい。これは、長波長の電磁波ほど、伝搬過程におけるロスが少なく、長距離の伝搬が可能になるためである。
【００６１】
また、これまで説明した中間体４０の構成は、適宜、組み合わされてもよい。例えば、図６、図７では、中間体４０を単層構造として記載しているが、図６、図７に図示される中間体４０を、図８や図９に示すような多層構造に変更してもよい。また、図８では、吸収層４６を、単層として図示しているが、図８の吸収層４６は、さらに、図９に示すような多層構造としてもよい。
【００６２】
いずれにしても、ステージ３０と基板１１０との間に、電磁波６２を吸収して発熱する中間体４０を設けることで、基板１１０が電磁波６２を透過・反射しやすい材質であっても、基板１１０を局所的に加熱することができる。そして、こうした局所加熱（電磁波６２の照射）を、本圧着処理を行う実装区画にのみ行うことで、最下層の半導体チップ１００も適切に加熱でき、良好な実装品質が得られる。また、本圧着処理を行う実装区画に対して局所加熱を行うことで、積層体内温度差ΔＴを低減でき、一つの積層体を構成する複数の半導体チップ１００の実装品質を均一化できる。
【００６３】
その一方で、本圧着処理を行わない実装区画には、電磁波６２を照射しないため、当該実装区域の温度上昇、ひいては、本圧着処理の対象でない半導体チップ１００の熱に起因する劣化や変質を効果的に防止できる。
【００６４】
次に、この実装装置１０を用いた半導体装置の製造の流れについて説明する。半導体装置を製造する場合には、まず、基板１１０を、中間体４０に載置する載置工程を実行する。続いて、実装ヘッド５０を用いて、基板１１０の上面に、半導体チップ１００をボンディングするボンディング工程を実行する。このボンディング工程は、さらに、仮圧着工程と、本圧着工程と、に大別される。
【００６５】
仮圧着工程では、実装ヘッド５０は、全ての実装区画において、複数の半導体チップ１００を仮圧着しながら積層し、仮積層体ＳＴｔを形成する。具体的には、実装ヘッド５０は、予め第一温度Ｔ１に加熱しておく。その状態で、まず、ステージ３０を水平移動させて、一つの実装区画３４を、実装ヘッド５０の真下に配置する。そして、実装ヘッド５０は、チップ搬送ユニット１４で搬送された半導体チップ１００を、その先端吸引保持した後、下降し、当該半導体チップ１００を、被実装体（基板１１０または他の半導体チップ１００）の上に載置し、第一荷重Ｆ１で押圧する。これにより、半導体チップ１００のＮＣＦ１０８が軟化し、半導体チップ１００が仮圧着される。この仮圧着作業を、複数回繰り返し、一つの実装区画に、仮積層体ＳＴｔを形成する。一つの実装区画に、仮積層体ＳＴｔが形成できれば、ステージ３０は、他の実装区画が、実装ヘッド５０の真下に位置するように、水平方向に移動する。そして、再び、実装ヘッド５０を用いて仮積層体ＳＴｔの形成を行う。以降、同様の処理を、全ての実装区画に対して行う。
【００６６】
全ての実装区画において、仮積層体ＳＴｔが形成できれば、続いて、本圧着工程を実行する。本圧着工程では、本圧着処理を複数の仮積層体ＳＴｔに対して順番に行う。具体的には、実装ヘッド５０は、第一温度Ｔ１から第二温度Ｔ２に温度を切り替える。また、その状態で、ステージ３０を水平移動させて、一つの実装区画を、実装ヘッド５０の真下に配置する。この状態になれば、実装ヘッド５０は、下降して、一つの仮積層体ＳＴｔの上面を第二荷重Ｆ２で加圧する。これにより、当該一つの仮積層体ＳＴｔを構成する複数の半導体チップ１００が、一括で本圧着される。
【００６７】
ここで、この本圧着処理と並行して、当該一つの仮積層体ＳＴｔが配された実装区画を局所的に加熱する加熱工程も行う。具体的には、中間体４０のうち、対象となる実装区画（実装ヘッド５０の真下領域）に対応する範囲に、電磁波６２を照射し、当該対応する範囲のみを局所的に加熱する。これにより、中間体４０のうち対象範囲（照射範囲）の温度が上昇し、当該中間体４０に接触する基板１１０および基板１１０上の半導体チップ１００も加熱される。そして、これにより、仮積層体ＳＴｔの上層と下層との温度差（積層体内温度差ΔＴ）が小さい状態で、本圧着処理を行うことができる。結果として、半導体チップ１００の実装品質をより向上できる。
【００６８】
一つの仮積層体ＳＴｔが本圧着されれば、ステージ３０は、他の実装区画が、実装ヘッド５０の真下に位置するように、水平方向に移動する。そして、再び、実装ヘッド５０を用いた仮積層体ＳＴｔの加熱加圧と、電磁波６２による中間体４０の局所加熱を行う。そして、同様の処理を、全ての実装区画に対して行えば、半導体装置の製造処理が終了となる。
【００６９】
次に、本発明の他の実施の形態について説明する。図１０は、他の実施の形態の中間体の上面図、図１１は、図１０のＡ−Ａ線断面図である。
【００７０】
本実施の形態の中間体４０ａは、図１０に示す上面図のように外枠部４０１と島部４０２とが接続部４０３で接続された形状を有し、ステージ３０の上面に載置される。島部４０２は、図１１（ａ）、図１１（ｂ）に示すように、ステージ３０及び基板１１０の上方に積層される半導体チップ１００に対応して形成される。中間体４０ａは、下方から照射される電磁波によって基板１１０上の半導体チップ１００を選択的に加熱する。
【００７１】
中間体４０ａから伝わる熱は、基板１０１を通して熱拡散が生じるため、半導体チップ１００は、中心部の温度が高く、外周部、特に角部の温度が低くなるような温度分布が生じる。接続部４０３を設けることで外周の辺部分の温度が低下し、角部との温度差を小さくすることができる。
【００７２】
中間体４０ａの厚みは、例えば０．１〜１０００μｍである。また、例えばＳｉＯ２等の断熱材料で外枠部４０１、島部４０２、接続部４０３の間の空隙を埋める構成としてもよい。さらに、中間体４０ａを複数の層を積層して構成してもよい。
【００７３】
ステージ３０は、上面に複数の溝部３１を有し、ステージ３０の面方向への断熱性を高めている。この溝部３１は、図１１（ａ）に示すように、ステージ１０１の上面に均等に配置される。また、溝部３１は、図１１(ｂ）に示すように、各半導体チップ１００の間隔に対応するステージ３０の上面の位置だけに形成されてもよい。
【００７４】
中間体４０ａが島部４０２を有する形状にすることにより中間体４０ａによる面方向の伝熱による影響を低減できるので、半導体チップ１００を本圧着する際に他の半導体チップ１００への伝熱をより効果的に抑制することができる。そのため、本圧着をする際に、隣接する本圧着が未完了の半導体チップ１００への熱の影響をより低減できる。さらに、ステージ３０に溝部３１を形成することにより、本圧着する際の熱の影響をより低減することができる。
【００７５】
なお、中間体４０ａは、外枠部４０１と島部４０２とが接続部４０３で接続された形状に限らず、例えば島部４０２のみがステージ３０に貼り付けられ、又はステージ３０に埋め込まれた構成としてもよい。
【００７６】
また、中間体４０ａは、図１２に示すように、島部４０２の中央部分に複数の孔４０４を設けてもよい。孔４０４は、中間体４０ａを貫通する開口であっても、貫通せずに基板１０１側に凹む溝であってもよい。孔４０４又は溝は、丸孔や矩形の孔に限らず、複数の長孔で構成されてもよい。また、孔４０４又は溝をＳｉＯ２等の断熱材で埋めてもよい。島部４０２に孔４０４または溝を設けることで、島部４０４の中央で吸収する熱量を下げ、半導体チップ１００へ伝わる熱を均一化することができる。
【００７７】
以上の説明から明らかな通り、本明細書で開示する半導体装置の製造方法によれば、中間体４０のうち、加熱対象の半導体チップ１００が載置されている実装区画３４に対応する部分に電磁波６２を照射することで、当該実装区画のみを電磁波６２で加熱している。これにより、加熱対象の半導体チップ１００を適切に加熱することができる一方で、加熱対象でない半導体チップ１００に、長時間、熱が入力することが防止できる。また、電磁波６２は、中間体４０で吸収するため、基板１１０の材料に関わらず（基板１１０が電磁波６２を吸収・反射しやすくても）、確実に局所的に加熱することができる。
【００７８】
なお、これまでの説明した構成は、いずれも一例であり、適宜、変更されてもよい。例えば、上述の説明では、基板１１０として、サファイアガラスからなる基板を用いたが、上述したとおり、本明細書で開示する実装装置では、基板１１０の材質は、限定されない。
【００７９】
また、上述の説明では、仮積層体ＳＴｔを一括で本圧着する場合にのみ、基板１１０を電磁波６２で加熱しているが、必要であれば、仮圧着時においても、電磁波６２で加熱してもよい。また、上述の説明では、複数の半導体チップ１００を積層実装する場合のみを例示したが、本明細書で開示の技術は、積層実装しない場合にも、当然に適用できる。
【００８０】
また、上述の説明では、実装ヘッド５０や照射ユニット１８を一つとしているが、必要に応じて、これらは、複数設けてもよく、複数箇所で同時、圧着処理や中間体４０の電磁波６２による加熱を行ってもよい。
【符号の説明】
【００８１】
１０  実装装置、１２  チップ供給ユニット、１４  チップ搬送ユニット、１６  ボンディングユニット、１８  照射ユニット、２０  制御部、２２  突上部、２４  ダイピッカ、２６  移送ヘッド、２８  回転台、３０  ステージ、３１  溝部、３４  実装区画、４０，４０ａ  中間体、４２  断熱部、４４  被覆膜、４６  吸収層、４８  伝熱層、４９  断熱層、５０  実装ヘッド、６０  電磁波源、６１  反射面、６２  電磁波、６３  絞り、１００  半導体チップ、１０２，１０４  電極端子、１０６  バンプ、１１０  基板、１１２  電極、４０１  外枠部、４０２  島部、４０３  接続部、４０４  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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【図１１】
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【図１２】
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