(57)【要約】【課題】速度の低下を防止し安定に超音波ダイボンディングする。【解決手段】ボンディングステージ３２のＸＹΘ駆動部３３の上には配線基板２０を保持するボンディングテーブル３４が設置されている。支持フレーム４０にはモータ４１の正逆回転でリフトベース４４を昇降させる送りねじ軸装置４３が介設され、リフトベース４４に設置されたエアシリンダ装置４５のピストンロッドにはホルダ４６が吊持されている。右端部にボンディングツール５２を取り付けられた振動子５０の左端部はホルダ４６の支持部４８に固定され、振動子５０の右端部はエア浮上軸受４９に軸方向に摺動自在に支承されている。【効果】振動子の右端部に取り付けたボンディングツールの真上から押圧力を印加でき、振動子の振動エネルギをロスせずにボンディングツールに印加できるので、チップのバンプを配線基板のランドに安定的に接合できる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップとキャリアとの接触部に超音波振動を振動子によって付勢して前記接触部を接合する工程を備えた半導体装置の製造方法であって、前記振動子がその一端部を非接触軸受によって支承された状態で、前記超音波振動を前記接触部に付勢することを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
半導体チップとキャリアとの接触部に超音波振動を振動子によって付勢して前記接触部を接合するボンディング装置であって、
前記振動子の一端部が非接触軸受によって支承されていることを特徴とするボンディング装置。
【請求項３】
前記非接触形軸受が少なくとも前記振動子の前記接触部と反対側の部分を支承するように構成されていることを特徴とする請求項２に記載のボンディング装置。
【請求項４】
前記非接触形軸受がエア浮上軸受によって構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のボンディング装置。
【請求項５】
前記非接触形軸受が磁気浮上軸受によって構成されていることを特徴とする請求項２または３に記載のボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体装置の製造技術、特に、半導体チップ（ｃｈｉｐ  ｏｆ  ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ  。能動素子、受動素子、これらを電気的に接続する回路を含む集積回路が作り込まれたチップ。以下、チップという。）をキャリア（ｃａｒｒｉｅｒ  ）に機械的に接続（ｂｏｎｄ。原子間力が働く程度に密着していない機械的な接続。以下、ボンディングという。）するボンディング技術に関し、例えば、メモリモジュールを製造するのに利用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、メモリモジュールのキャリアにチップをボンディングするボンディング装置として、超音波フリップチップボンディング装置（以下、超音波ダイボンダという。）が、普及しつつある。超音波ダイボンダに使用されている超音波振動付勢用の振動子の支持構造としては、振動子の一端部を支持する片持ち構造（例えば、特許文献１参照）と、振動子の両端部を支持する両持ち構造（例えば、特許文献２参照）とがある。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−２６１１２１号公報
【特許文献２】
特許第３２９０６３２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、片持ち構造の超音波ダイボンダにおいては、印加荷重を大きく設定することができないために対象製品が限定されてしまうという問題点や、荷重変化によって微妙に先端平坦度の狂いが発生するためにボンディングが不安定になるという問題点がある。
【０００５】
他方、両持ちの超音波ダイボンダにおいては、重量増加によるボンディング速度の低下が発生するという問題点がある。
【０００６】
本発明の目的は、ボンディング速度の低下を回避しつつ安定的にボンディングすることができる半導体装置の製造技術を提供することにある。
【０００７】
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述および添付図面から明らかになるであろう。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本願において開示される発明のうち代表的なものの概要を説明すれば、次の通りである。
【０００９】
すなわち、半導体チップとキャリアとの接触部に超音波振動を振動子によって付勢して前記接触部を接合するボンディング装置であって、
前記振動子の一端部が非接触軸受によって支承されていることを特徴とする。
【００１０】
前記した手段によれば、振動子の一端部が非接触形軸受によって支承されていることにより、片持ち構造であるのに振動子の一端部に取り付けたボンディングツールの真上から押圧力を印加することができるので、押圧力を大きく設定することができ、また、傾きによる平坦度の狂いを防止することができる。さらに、振動子の振動方向の振動エネルギをロスすることなくボンディングすることができるので、ボンディング速度を高めることができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の一実施の形態を図面に即して説明する。
【００１２】
本実施の形態において、本発明に係る半導体装置の製造方法は、メモリモジュールを製造する方法として構成されており、その特徴工程である図１に示されたチップ１０を図２に示されたキャリアとしての配線基板２０にボンディングするダイボンディング工程は、図３および図４に示された超音波ダイボンダ３０によって実施される。
【００１３】
図１に示されたチップ１０は長方形の平板形状に形成されたサブストレート１１を備えており、サブストレート１１のアクティブエリア側の主面である第一主面１２側にはＲＡＭ回路が作り込まれている。サブストレート１１の第一主面１２には複数個の電極パッド１３が両長辺の端部にそれぞれ一列ずつ整列されて形成されており、チップ１０の第一主面１２にはパッシベーション膜（ｐａｓｓｉｖａｔｉｏｎ  ｆｉｌｍ）１４が各電極パッド１３をそれぞれ露出させた状態で全体的に被着されている。各電極パッド１３には金材料（金または金合金）からなるバンプ１５がそれぞれ突設されており、各バンプ１５の頭部はパッシベーション膜１４の上面から突出した状態になっている。バンプ１５は金線が使用されたワイヤボンディング技術によって略半球形状に形成されている。
【００１４】
超音波ダイボンダ３０の他方のワークである図２に示された配線基板２０は、基板本体（以下、本体という。）２１を備えており、本体２１はガラス含浸エポキシ樹脂やセラミック等の絶縁材料が使用されて長方形の平板形状に形成されている。本体２１の短辺はチップ１０の長辺よりも大きく設定されており、本体２１の長辺は七個のチップ１０が横並びに表面実装されてもなお余裕が残るように設定されている。本体２１の表裏両主面における一方の長辺の端部には多数個の外部端子２２が、互いに平行に並べられて形成されている。本体２１の表側主面における外部端子２２群を除く領域には仮想的に形成された略長方形のボンディングエリア２３が七箇所、所定の間隔をもって設定されており、各ボンディングエリア２３は長辺方向が本体２１の長辺と平行な中心線に直交されている。各ボンディングエリア２３にはチップ１０を機械的かつ電気的に接続するためのランド２４が複数個、左右で一対の列に配置されてそれぞれ形成されており、各ランド２４は本体２１の内部に配線された電気配線（図示せず）によって所定の各外部端子２２に互いに絶縁されてそれぞれ接続されている。
【００１５】
図３に示されているように、超音波ダイボンダ３０は機台３１を備えており、機台３１の略中央部にはボンディングステージ３２が設定されている。ボンディングステージ３２にはＸＹΘ駆動部３３が設置されており、ＸＹΘ駆動部３３の上には配線基板２０を保持するボンディングテーブル３４が設置されている。ＸＹΘ駆動部３３はボンディングテーブル３４を水平面内の縦横であるＸ方向とＹ方向に移動させるとともに、水平面内の基準点を中心とした回転角であるΘ方向に回転させるように構成されている。
【００１６】
機台３１の上には支持フレーム４０が立設されており、支持フレーム４０にはモータ４１が垂直方向下向きに設置されているとともに、一対のガイドポール４２、４２がモータ４１の両脇に配置されて垂下されている。両ガイドポール４２、４２の間にはリフトベース４４が昇降自在に架設されており、リフトベース４４とモータ４１の出力軸との間には、モータ４１の出力軸の正逆回転によってリフトベース４４を昇降させる送りねじ軸装置４３が介設されている。リフトベース４４にはエアシリンダ装置４５が垂直方向下向きに設置されており、エアシリンダ装置４５のピストンロッド４５ａの下端にはホルダ４６が吊持されている。ホルダ４６の上面のピストンロッド４５ａの両脇には一対のガイドシャフト４７、４７が垂直方向上向きに突設されており、両ガイドシャフト４７、４７は両ガイドポール４２、４２に摺動自在に嵌入されている。
【００１７】
ホルダ４６の左端部には支持部４８が垂直方向下向きに突設されており、ホルダ４６の略中央部には非接触軸受としてのエア浮上軸受４９が垂直方向下向きに突設されている。支持部４８には水平面内で左右方向に延在するように配置された振動子５０の一端部が固定されており、図４に示されているように、エア浮上軸受４９には振動子５０の他端部が挿入されて軸方向に摺動自在に支承されている。振動子５０の左端面には発振子５１が同軸に配置されて結合されている。発振子５１は電気エネルギを機械エネルギに変換する圧電素子や磁歪素子等のエネルギ変換器によって構築されており、超音波発生器（図示せず）から供給された電力によって所定の周波数の縦波の超音波振動を発生して出力するように構成されている。振動子５０は発振子５１からの超音波振動に共振する共振周波数の１波長の長さを有し、支持部４８は最大振動振幅点が位置するようになっている。振動子５０の先端部の最大振動振幅点にはボンディングツール５２が垂直方向下向きに取り付けられている。図４に示されているように、ボンディングツール５２の下端面にはチップ１０を真空吸着保持する吸引口５３が開設されており、吸引口５３には吸引路５４が接続されている。
【００１８】
機台３１のボンディングステージ３２の片脇にはＹ軸ロボット６１がＹ方向に敷設されており、Ｙ軸ロボット６１はＸ軸ロボット６２をＹ方向に往復移動させるように構成されている。Ｘ軸ロボット６２はその前端に設置された画像認識装置６３をＸ方向に往復移動させるように構成されている。画像認識装置６３はボンディングテーブル３４に保持された配線基板２０の上面の特徴パターンと、ボンディングツール５２に保持されたチップ１０の特徴パターンとを認識するように構成されている。
【００１９】
次に、前記構成に係る超音波ダイボンダによる本発明の一実施の形態であるメモリモジュールの製造方法のダイボンディング工程を説明する。
【００２０】
図１に示されているように、超音波ダイボンダ３０の一方のワークである配線基板２０はボンディングテーブル３４の上にランド２４側を上向きにして保持される。図４に示されているように、他方のワークであるチップ１０はバンプ１５側を下向きにしてボンディングツール５２に吸引口５３に印加される吸引力によって吸着されて保持された状態でボンディングステージ３２に搬送され、配線基板２０に対向される。
【００２１】
ボンディングツール５２のチップ１０がボンディングステージ３２において配線基板２０のボンディングエリア２３に対向されると、Ｙ軸ロボット６１がＸ軸ロボット６２を前進させることにより、図１に想像線で示されているように、画像認識装置６３が配線基板２０の上面とチップ１０との間に挿入される。画像認識装置６３は配線基板２０のボンディングエリア２３の特徴パターンとボンディングツール５２に保持されたチップ１０の特徴パターンとを認識することにより、配線基板２０の上面のランド２４とボンディングツール５２のチップ１０のバンプ１５とを位置合わせする。位置合わせが終了すると、画像認識装置６３はＹ軸ロボット６１によって元の位置に戻される。
【００２２】
画像認識装置６３に基づく位置合わせが終了すると、ボンディングテーブル３４がＸＹΘ駆動部３３によって移動され、モータ４１の正回転による送りねじ軸装置４３を介してのリフトベース４４を下降およびエアシリンダ装置４５のピストンロッド４５ａの伸長によるホルダ４６の下降によってボンディングツール５２が下降され、チップ１０のバンプ１５が配線基板２０のボンディングエリア２３のランド２４に押圧される。同時に、発振子５１が発振して振動子５０が超音波振動をチップ１０のバンプ１５と配線基板２０のランド２４との接触部分に付勢する。この加圧力と超音波振動の付勢力とにより、チップ１０のバンプ１５と配線基板２０のランド２４とが接合する。この際、配線基板２０のボンディングエリア２３の各ランド２４とボンディングツール５２のチップ１０の各バンプ１５とが予め位置合わせされているため、ボンディングツール５２のチップ１０は配線基板２０のボンディングエリア２３に適正にボンディングされる。
【００２３】
以上の作動が繰り返されることにより、チップ１０が配線基板２０にボンディングツール５２によって順次にボンディングされて行き、図５に示されたメモリモジュール２５が製造される。なお、超音波ダイボンダ３０において、チップ１０が配線基板２０にボンディングされると、ボンディング済みの配線基板２０がボンディングテーブル３４から排出され、次の配線基板２０がボンディングテーブル３４に自動的に供給されて来る。
【００２４】
前記実施の形態によれば、次の効果が得られる。
【００２５】
１）  振動子の先端部をエア浮上軸受によって支承することにより、片持ち構造であるのに振動子の先端部に取り付けたボンディングツールの真上から押圧力を印加することができるので、押圧力を大きく設定することができ、また、従来の片持ち構造の超音波ダイボンダの場合における振動子の傾きによる平坦度の狂いを防止することができる。その結果、大きな押圧力が必要な製品（チップ）であっても、安定的に適正に超音波ダイボンディングすることができる。
【００２６】
２）  振動子の先端部をエア浮上軸受によって支承することにより、振動子の振動方向の振動エネルギをロスすることなく、先端の上下方向の荷重よる撓み量を低減し、重量増加によるボンディング速度の低下を防止することができるので、チップのバンプを配線基板のランドに効率よく超音波ダイボンディングすることができる。
【００２７】
３）  片持ち構造で両持ち構造と同等の超音波ダイボンディング性能を得ることができ、同等の両持ち構造の超音波ダイボンダに比べて製造コストを低減することができる。
【００２８】
以上本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。
【００２９】
例えば、振動子の先端部を支承するエア浮上軸受は、図６に示されているように、振動子の下面を受けないように構成してもよい。すなわち、エア浮上軸受４９Ａは超音波ダイボンディング時にボンディングツール５２に加わる反作用を支持し得る構造に構成してもよい。
【００３０】
振動子の先端部を支承する非接触形軸受はエア浮上軸受によって構成するに限らず、図７に示されているように、磁気浮上軸受４９Ｂによって構成してもよい。
【００３１】
以上の説明では主として本発明者によってなされた発明をその背景となった利用分野であるメモリモジュールの製造技術について説明したが、それに限定されるものではなく、超音波振動を利用した半導体装置の製造技術全般に適用することができる。
【００３２】
【発明の効果】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、次の通りである。
【００３３】
振動子の先端部を非接触形軸受によって支承することにより、片持ち構造であるのに振動子の先端部に取り付けたボンディングツールの真上から押圧力を印加することができるので、押圧力を大きく設定することができ、また、従来の片持ち構造の超音波ダイボンダの場合における振動子の傾きによる平坦度の狂いを防止することができる。さらに、振動子の振動方向の振動エネルギをロスすることなくボンディングすることができるので、ボンディング速度を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態であるメモリモジュールの製造方法に使用される各チップを示しており、（ａ）は平面図、（ｂ）はｂ−ｂ線に沿う断面図である。
【図２】同じく配線基板を示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は主要部の拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。
【図３】本発明の一実施の形態である超音波ダイボンダを示す正面図である。
【図４】その主要部を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う側面断面図である。
【図５】メモリモジュールを示しており、（ａ）は一部省略平面図、（ｂ）は主要部の拡大平面図、（ｃ）は（ｂ）のｃ−ｃ線に沿う断面図である。
【図６】エア浮上軸受の他の実施の形態を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う側面断面図である。
【図７】磁気浮上軸受の実施の形態を示しており、（ａ）は正面断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う側面断面図である。
【符号の説明】
１０…チップ、１１…サブストレート、１２…第一主面、１３…電極パッド、１４…パッシベーション膜、１５…バンプ、２０…配線基板、２１…基板本体（本体）、２２…外部端子、２３…ボンディングエリア、２４…ランド、２５…メモリモジュール（半導体装置）、３０…超音波ダイボンダ、３１…機台、３２…ボンディングステージ、３３…ＸＹΘ駆動部、３４…ボンディングテーブル、４０…支持フレーム、４１…モータ、４２…ガイドポール、４３…送りねじ軸装置、４４…リフトベース、４５…エアシリンダ装置、４５ａ…ピストンロッド、４６…ホルダ、４７…ガイドシャフト、４８…支持部、４９、４９Ａ…エア浮上軸受（非接触形軸受）、４９Ｂ…磁気浮上軸受（非接触形軸受）、５０…振動子、５１…発振子、５２…ボンディングツール、５３…吸引口、５４…吸引路、６１…Ｙ軸ロボット、６２…Ｘ軸ロボット、６３…画像認識装置。
【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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