(57)【要約】【課題】半導体チップのずれを防止して高精度のチップボンディングを行うことができる技術を提供する。【解決手段】フリップチップボンダのボンディング処理部に設置されるボンディングヘッド２ｂの先端に備わり、半導体チップ５を吸着、保持する機能を有するコレット２ｃの半導体チップ５を吸着する面に、コレット２ｃを構成する金属よりも摩擦係数の高いコーティング材２ｄ、例えばセラミックをコーティングすることにより、半導体チップ５とインターポーザ３Ａとを接合する際のコレット２ｃからの半導体チップ５のずれを防止する。【選択図】      図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
（ａ）チップ支持部材をマウントステージ上に配置する工程と、
（ｂ）半導体チップをコレットに吸着する工程と、
（ｃ）前記コレットに吸着した前記半導体チップを前記チップ支持部材に圧着する工程とを備え、
前記コレットの前記半導体チップを吸着する面に、前記コレットを構成する材料よりも摩擦係数の高い材料がコーティングされていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
（ａ）チップ支持部材をマウントステージ上に配置する工程と、
（ｂ）半導体チップをコレットに吸着する工程と、
（ｃ）前記コレットに吸着した前記半導体チップを前記チップ支持部材に圧着する工程とを備え、
前記コレットの前記半導体チップを吸着する面に、セラミックがコーティングされていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項３】
（ａ）チップ支持部材をマウントステージ上に配置する工程と、
（ｂ）半導体チップをコレットに吸着する工程と、
（ｃ）前記コレットに吸着した前記半導体チップを前記チップ支持部材に圧着する工程とを備え、
前記コレットと前記半導体チップとの間には、シートが介在していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項４】
（ａ）チップ支持部材をマウントステージ上に配置する工程と、
（ｂ）半導体チップをコレットに吸着する工程と、
（ｃ）前記コレットに吸着した前記半導体チップを前記チップ支持部材に圧着する工程とを備え、
前記コレットと前記半導体チップとの間には、ラミネート材からなるシートが介在していることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項５】
（ａ）チップ支持部材をマウントステージ上に配置する工程と、
（ｂ）コレットと半導体チップとの間に、その両端をリールに巻き付けたシートを配置する工程と、
（ｃ）前記シートを介して前記半導体チップを前記コレットに吸着する工程と、
（ｄ）前記コレットに吸着した前記半導体チップを前記チップ支持部材に圧着する工程とを備え、
前記リールを回転させることにより、前記シートを移動させ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】
【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に関し、特に、集積回路が形成された半導体チップを支持するチップ支持部材であるインターポーザや実装基板などにダイボンディングする工程を含む半導体装置の製造に適用して有効な技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体チップをフリップチップ実装でチップ支持部材に接合する半導体製造装置として、フリップチップボンダが知られている。このフリップチップボンダを用いたチップボンディングは、例えば以下のように行われる（非特許文献１参照。）。
【０００３】
まず、フリップヘッドによって半導体チップをピックアップし、反転させた後、この半導体チップをボンディングヘッドに取り付けられたコレットに吸着させる。続いて、半導体チップとチップ支持部材との位置関係を補正した後、コレットを下降させて半導体チップの主面に設けられたバンプ電極とチップ支持部材のパッド電極とを直接密着させ、さらに荷重や熱などを付与して圧着することにより半導体チップとチップ支持部材とを接合する。
【０００４】
【非特許文献１】
「２００１年度版  最新半導体組立／パッケージング技術」、プレスジャーナル社、Ｐ．１０３−１０９
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、本発明者が検討したところ、半導体チップとチップ支持部材とを接合する際、以下の問題が生ずることが明らかとなった。
【０００６】
半導体チップを吸着するコレットは通常金属で構成され、またそのチップ吸着面は、半導体チップの裏面を傷付けないために平坦に加工されている。ところが、半導体チップのバンプ電極の高さにばらつきがあると、半導体チップのバンプ電極とチップ支持部材のパッド電極とを圧着する際に、半導体チップが傾き、さらにコレットは摩擦力が相対的に小さい金属で構成され、そのチップ吸着面が平坦であるため、回転方向に働く力によって半導体チップがコレットからずれて、目標とするボンディング精度が得られない。
【０００７】
吸着力を上げるためにコレットに設けられた真空吸着用の穴の径を大きくすると、チップ吸着面の面積が小さくなり、半導体チップがずれ易くなるため、特に、小型の半導体チップにおいて上記問題は深刻となる。
【０００８】
コレットのチップ吸着面を粗くすることにより、半導体チップのずれを防止することができる。しかし、ボンディング動作を繰り返すことにより、半導体チップに形成されたバンプ電極を構成する金属、例えば金（Ａｕ）がチップ吸着面に付着して突起部が形成され、半導体チップのバンプ電極とチップ支持部材のパッド電極とを圧着する際に、この突起物が半導体チップに当たり、半導体チップ割れを引き起こしてしまう。
【０００９】
上記突起物をクリーニング機構により除去することは可能であるが、フリップチップボンダのスループットが低下し、さらにフリップチップボンダの機構を複雑とする。
【００１０】
本発明の目的は、半導体チップのずれを防止して高精度のチップボンディングを行うことができる技術を提供することにある。
【００１１】
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。
【００１２】
【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簡単に説明すれば、以下のとおりである。
【００１３】
本発明は、チップ支持部材をマウントステージ上に配置する工程と、半導体チップをコレットに吸着する工程と、コレットに吸着した半導体チップをチップ支持部材に圧着する工程とを備えており、コレットの半導体チップを吸着する面に、コレットを構成する材料よりも摩擦係数の高い材料をコーティングするものである。
【００１４】
本発明は、チップ支持部材をマウントステージ上に配置する工程と、半導体チップをコレットに吸着する工程と、コレットに吸着した半導体チップをチップ支持部材に圧着する工程とを備えており、コレットと半導体チップとの間にシートが介在するものである。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。また、実施の形態を説明するための全図において同一機能を有するものは同一の符号を付し、その繰り返しの説明は省略する。
【００１６】
（実施の形態１）
図１に、本実施の形態１であるフリップチップボンダの構成概略図、図２に、フリップチップボンダのボンディング処理部を拡大した概略図を示す。
【００１７】
フリップチップボンダは、例えばＣＳＰ（Ｃｈｉｐ  Ｓｉｚｅ  Ｐａｃｋａｇｅ）を組み立てる際に、半導体チップ（以下、単にチップという）のチップ支持部材へのボンディングを行う製造装置であり、チップとチップ支持部材との接合を行うものである。
【００１８】
フリップチップボンダ１のボンディング処理部２には、チップ支持部材３支持用のステージであるマウントステージ２ａと、マウントステージ２ａと対向してその上方に設けられたボンディングヘッド２ｂとが設置されている。半導体ウエハ４からピックアップされたチップ５は、ボンディングヘッド２ｂの先端のコレット２ｃによって吸着、保持される。コレット２ｃのチップ５を吸着する面には、コレット２ｃを構成する金属よりも摩擦係数の高いコーティング材２ｄ、例えばセラミックがコーティングしてある。
【００１９】
マウントステージ２ａおよびボンディングヘッド２ｂは、チップ支持部材３とチップ５とに対して荷重および熱などを付与して両者を接合するものである。マウントステージ２ａは、ＸＹ方向に移動自在なＸＹテーブル６に取り付けられ、かつＺ移動機構によってガイドされており、これによってＸＹＺ方向に移動可能となっている。また、ボンディングヘッド２ｂは、回転可能であるとともに、ＸＹＺ方向にも移動可能に設置されている。
【００２０】
さらに、ボンディング処理部２には、例えば上下２視野の光学系を搭載した光学プローブ２ｅが、コレット２ｃに保持されたチップ５と、マウントステージ２ａに搭載されたチップ支持部材３との間に配置可能なように移動自在に設けられている。上下２視野光学系が取り込んだ情報は認識部７で処理され、情報に基づいてチップ支持部材３の認識マークおよびチップ５の認識マークの位置が求められる。
【００２１】
ウエハセット部８には、ダイシング済みの半導体ウエハ４が配置されたウエハ支持台８ａと、このウエハ支持台８ａに搭載されたダイシング済みの半導体ウエハ４からボンディングすべきチップ５をピックアップするとともに、ピックアップしたチップ５を表裏反転させてコレット２ｃに受け渡すフリップヘッド８ｂとが設置されている。このウエハセット部８では、ダイシング済みの半導体ウエハ４からのチップ５のピックアップと、チップ５のボンディングヘッド２ｂへの移載とが行われる。
【００２２】
なお、ウエハセット部８への半導体ウエハ４の移載は、ウエハリフタ９によって行われる。また、搬送部１０へのチップ支持部材３の送り出しは、ローダ１１によって行われ、さらにチップボンディング後のチップ支持部材３は、アンローダ１２に収容される。
【００２３】
図３に、本実施の形態１であるフリップチップボンダを用いてチップボンディングが行われたテープタイプのＣＳＰの要部断面図を示す。ここでは、チップ支持部材の一例としてシート状の薄膜の配線基板を用いた場合を説明する。従ってフリップチップボンダは、チップ支持部材であるシート状の配線基板にチップをボンディングするものである。
【００２４】
このＣＳＰ１３は、その外観サイズがチップ５より若干大きい程度の小型のものであり、チップ５の主面５ａ（半導体集積回路が形成されている面）の外周部にその表面電極である複数のパッド５ｂが配置されている場合を説明する。パッド５ｂが設置される箇所については、特に限定されるものではなく、チップ５の主面５ａの外周部であっても、または内方（例えばセンターパッド配列）であっても、あるいはその両者などであってもよい。
【００２５】
ＣＳＰ１３の構成は、チップ５のパッド５ｂと接続されるリード３ａを有し、かつこのリード３ａと接続されるとともに、外部端子であるバンプ電極１４とも接続される配線３ｂが設けられた薄膜のテープ状のインターポーザ３Ａと、インターポーザ３Ａとチップ５との間に配置された弾性部材であるエラストマ１５と、インターポーザ３Ａの開口部３ｃにおいて樹脂封止などによりパッド５ｂとリード３ａとを封止して形成された封止部１６とからなる。
【００２６】
ここで、薄膜のテープ状のインターポーザ３Ａは、例えばポリミイド系のフィルム基材などによって形成されたものである。また、封止部１６に用いられる封止材料は、例えばエポキシ系の熱硬化性樹脂などであり、モールドまたはポッティングなどによって樹脂封止が行われる。
【００２７】
次に、本実施の形態１であるテープタイプのＣＳＰのチップボンディング方法を図４〜図７を用いて工程順に説明する。
【００２８】
まず、半導体ウエハ４の主面に周知の製造プロセスに従って半導体集積回路を形成した後、スクライブラインによって区画された複数のチップ５毎にウエハ検査を行い、良品と不良品とを選別する。
【００２９】
次に、図４に示すように、半導体ウエハ４の裏面をグラインダで研削し、さらにウェットエッチングで仕上げ研磨した後、半導体ウエハ４の裏面にダイシングテープ１７を貼り付けると共に、ダイシングテープ１７の周辺部をキャリア治具１８に接着、固定する。次いで、ダイヤモンドブレード１９などを使って半導体ウエハ４をダイシングすることにより、チップ５を個片化する。このとき、個片化されたそれぞれのチップ５をダイシングテープ１７に接着しておくために、ダイシングテープ１７は、完全に切断しないようにする。
【００３０】
次に、図５に示すように、ウエハセット部８のウエハ支持台８ａに、ウエハリフタ９によってダイシング済みの半導体ウエハ４をセットする。この半導体ウエハ４は個々のチップ５に個片化されている。続いて、チップボンディングが行われるチップ５の主面側をフリップヘッド８ｂで真空吸着することにより、１個ずつチップ５をダイシングテープ１７から引き剥がす。ダイシングテープ１７から引き剥がされたチップ５は、フリップヘッド８ｂに吸着、保持された状態で、その表裏を反転させてボンディング処理部２に移動させる。
【００３１】
その後、図６に示すように、このチップ５の裏面５ｃをボンディングヘッド２ｂの先端に設けられたコレット２ｃによって吸着、保持し、チップ５をマウントステージ２ａの上方で待機させる。コレット２ｃのチップ５を吸着した面には、コレット２ｃを構成する金属よりも摩擦係数の高いコーティング材２ｄがコーティングされており、チップ５のずれを防いでいる。一方、ローダ１１から搬送部１０にインターポーザ３Ａを送り出し、搬送部１０からボンディング処理部２のマウントステージ２ａ上にインターポーザ３Ａを配置させる（前記図１を参照）。
【００３２】
さらに、コレット２ｃによって支持されたチップ５とこれに対向するようにマウントステージ２ａに搭載されたインターポーザ３Ａとの間に、チップ５の認識マークおよびインターポーザ３Ａの認識マークが撮像可能な光学系を搭載した光学プローブ２ｅを配置する。続いてこの光学プローブ２ｅを用いてチップ５およびインターポーザ３Ａの認識マークの位置情報を求め、その位置情報から得られるチップ５とインターポーザ３Ａとのずれ量を基に、チップ５およびインターポーザ３Ａの位置を補正する。
【００３３】
次に、図７に示すように、チップ５およびインターポーザ３Ａの補正された位置に基づいてチップ５とインターポーザ３Ａとを位置合わせし、マウントステージ２ａとボンディングヘッド２ｂとによってチップ５およびインターポーザ３Ａに荷重や熱などを付与して両者を接合し、チップボンディングする。ここで、チップ５は、相対的に摩擦係数の高いコーティング材２ｄを介してコレット２ｃに保持されているので、チップ５とインターポーザ３Ａとを接合する際に生ずるチップ５のコレット２ｃからのずれを防ぐことができる。
【００３４】
チップマウント後は、インターポーザ３Ａをアンローダ１２に送り、そこに収容する（前記図１を参照）。
【００３５】
その後、リードボンディング、モールド、ボール付け、選別・マークを行い、前記図３に示すＣＳＰ１３が略完成する。リードボンディングでは、チップ５のパッド５ｂとインターポーザ３Ａのリード３ａとをインナリードボンドなどを用いて接続する。モールドでは、封止樹脂を用いてポッティングなどによってチップ５のパッド５ｂおよびリード３ａの樹脂封止を行い、これにより封止部１６を形成する。ボール付けでは、インターポーザ３Ａの配線３ｂとつながる所定位置のランドにそれぞれ１つずつ外部端子である半田ボールを搭載して所定数のバンプ電極１４を形成する。
【００３６】
なお、本実施の形態１では、テープタイプのＣＳＰ１３のチップボンディングに本発明を適用した一例を説明したが、キャリアタイプのＣＳＰまたはベアチップなどにも本発明を適用することができる。
【００３７】
図８に、本実施の形態１であるフリップチップボンダを用いてチップボンディングが行われたキャリアタイプのＣＳＰの要部断面図を示す。
【００３８】
インターポーザ３Ｂの上下面には、それぞれパッド電極２１，２２が形成されている。インターポーザ３Ｂは、例えばアルミナ、ホウケイ酸ガラスまたはムライト等のようなセラミック材料、あるいはビルドアップ配線基板からなる。また、パッド電極２１，２２は、インターポーザ３Ｂの内部に形成された、例えばタングステン（Ｗ）またはモリブデン（Ｍｏ）等からなる内部配線によって電気的に接続されている。上記内部配線は貫通スルーホールによって接続される多層配線としてもよい。
【００３９】
インターポーザ３Ｂの下面のパッド電極２１には、バンプ電極２３が接合されている。チップ５とインターポーザ３Ｂとの間には、バンプ電極２３を機械的に補強して接続寿命を向上するためのアンダーフィル樹脂２４が充填してある。アンダーフィル樹脂２４は、例えばエポキシ系樹脂からなる。バンプ電極２３はチップ５の主面側に形成された下地電極（図示せず）に接続されている。すなわち、チップ５はバンプ電極２３を介してインターポーザ３Ｂのパッド電極２１上にチップボンディングされている。
【００４０】
図９に、本実施の形態１であるフリップチップボンダを用いてチップボンディングが行われたベアチップの要部断面図を示す。
【００４１】
実装基板３Ｃの上面に形成されたパッド電極２５上に、例えば金または半田からなるバンプ電極２６を介してチップ５がボンディングされており、チップ５と実装基板３Ｃとの間には、アンダーフィル樹脂２７が充填してある。このアンダーフィル樹脂２７を設けることにより、実装基板３Ｃとチップ５との熱膨張係数の違いから生ずる応力をチップ５全体で負担することができるので、バンプ電極２６の付け根に生ずる応力集中を軽減することができる。
【００４２】
このように、本実施の形態１によれば、ボンディングヘッド２ｂの先端に設けられたコレット２ｃのチップ５を吸着する面に、コレット２ｃを構成する金属よりも摩擦係数の高いコーティング材２ｄをコーティングすることにより、チップ５とチップ支持部材３とを接合する際のコレット２ｃからのチップ５のずれを防ぐことができて、高精度のボンディングを行うことができる。
【００４３】
（実施の形態２）
図１０に、本実施の形態２であるフリップチップボンダのボンディング処理部を拡大した概略図を示す。
【００４４】
フリップチップボンダ１のボンディング処理部２８は、前記実施の形態１の図２に示したボンディング処置部２とほぼ同じ構成であり、半導体ウエハ４からピックアップされたチップ５は、ボンディングヘッド２ｂの先端に設けられたコレット２ｃによって吸着、保持される。しかし、コレット２ｃのチップ吸着面とチップ５との間にシート２ｆ、例えばラミネート材を介在することにより、チップ５のコレット２ｃからのずれを防いでいる。
【００４５】
このシート２ｆには、例えば図１０に示すように、コレット２ｃに設けられたチップ吸着穴の位置に合わせて穴２ｇが設けられている。また、シート２ｆは、ボンディング処理部２８に取り付けられたリール２９から供給される。リール２９は上下に動き、かつボンディング時にチップ５とコレット２ｃとの間にシート２ｆを供給することのできる構造となっている。シート２ｆに異物、例えばチップ５のバンプ電極を構成する金属からなる突起物が付着するなどして、チップ５がずれる、またはチップ５が割れた場合には、リール２９が回転してシート２ｆの未使用部分が供給される。なお、処理数を予め設定しておき、所定の処理数に達した時点で新たなシート２ｆを供給してもよい。
【００４６】
このように、本実施の形態２によれば、チップ５とコレット３との間にシート２ｆを介在させることにより、チップ５とチップ支持部材３とを接合する際のチップ５のコレット２ｃからのずれを防ぐことができる。さらにシート２ｆを巻き付けたリール２９をボンディング処理部２８に設置することによって、シート２ｆに異物が付着した場合などは、リール２９を回転させてシート２ｆの未使用部分を自動で供給できるので、クリーニング機構が不要となり、フリップチップボンダのスループットが向上し、またフリップチップボンダの機構を簡略化することができる。
【００４７】
以上、本発明者によってなされた発明を発明の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言うまでもない。
【００４８】
例えば、前記実施の形態では、テープタイプのＣＳＰ、キャリアタイプのＣＳＰ、ベアチップに本発明を適用した場合を説明したが、これに限定されるものではなく、チップ支持部材にチップをフリップチップ実装で接合するいかなる半導体装置にも適用することができる。
【００４９】
【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以下のとおりである。
【００５０】
ボンディングヘッドの先端に設けられたコレットのチップ吸着面に、コレットを構成する金属よりも摩擦係数の高いコーティング材をコーティングする、またはチップとコレットとの間にシートを介在させることにより、半導体チップとチップ支持部材とを接合する際のチップのコレットからのずれを防止して、高精度のボンディングを行うことができる。
【００５１】
さらに、上記シートに異物が付着した場合などは、シートを巻き付けたリールを回転させることによりシートの未使用部分を供給できるので、クリーニング機構が不要となり、フリップチップボンダのスループットが向上し、またフリップチップボンダの機構を簡略化することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態１であるフリップチップボンダの構成概略図である。
【図２】本実施の形態１であるフリップチップボンダのボンディング処理部を拡大した概略図を示す。
【図３】本実施の形態１であるフリップチップボンダを用いてチップボンディングが行われたテープタイプのＣＳＰの要部断面図である。
【図４】本実施の形態１である半導体ウエハのダイシング工程を示す断面図である。
【図５】本実施の形態１である個片化した半導体チップをフリップヘッドで真空吸着した状態を示す断面図である。
【図６】本実施の形態１である半導体チップをマウントステージの上方で待機させた状態を示す断面図である。
【図７】本実施の形態１であるダイボンディング工程を示す断面図である。
【図８】本実施の形態１であるフリップチップボンダを用いてチップボンディングが行われたキャリアタイプのＣＳＰの要部断面図である。
【図９】本実施の形態１であるフリップチップボンダを用いてチップボンディングが行われたベアチップの要部断面図である。
【図１０】本実施の形態２であるフリップチップボンダのボンディング処理部を拡大した概略図である。
【符号の説明】
１  フリップチップボンダ
２  ボンディング処理部
２ａ  マウントステージ
２ｂ  ボンディングヘッド
２ｃ  コレット
２ｄ  コーティング材
２ｅ  光学プローブ
２ｆ  シート
２ｇ  穴
３  チップ支持部材
３Ａ  インターポーザ
３Ｂ  インターポーザ
３Ｃ  実装基板
３ａ  リード
３ｂ  配線
３ｃ  開口部
４  半導体ウエハ
５  半導体チップ
５ａ  主面
５ｂ  パッド
５ｃ  裏面
６  ＸＹテーブル
７  認識部
８  ウエハセット部
８ａ  ウエハ支持台
８ｂ  フリップヘッド
９  ウエハリフタ
１０  搬送部
１１  ローダ
１２  アンローダ
１３  ＣＳＰ
１４  バンプ電極
１５  エラストマ
１６  封止部
１７  ダイシングテープ
１８  キャリア治具
１９  ダイヤモンドブレード
２１  パッド電極
２２  パッド電極
２３  バンプ電極
２４  アンダーフィル樹脂
２５  パッド電極
２６  バンプ電極
２７  アンダーフィル樹脂
２８  ボンディング処理部
２９  リール
【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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