(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体チップと基板とを半田を介して接続する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップをヘッドで保持する工程と、
前記半導体チップと前記基板とを前記半田を介して接触させる工程と、
前記半田を加熱し溶解させる工程と、
前記半田が融解した状態において、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板方向に押すか、又は、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板と逆の方向に引く荷重一定制御を行う工程と、
前記荷重一定制御を行いながら前記ヘッドの温度が安定した時点での前記ヘッドの位置を基準位置として記憶する工程と、
前記半田の加熱を終了する直前もしくは直後に、前記荷重一定制御を終了するとともに前記基準位置からの前記ヘッドの変位量が所定の値になるように前記ヘッドの位置を制御する位置制御を開始する工程と、
をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記荷重一定制御を行いながら前記ヘッドの温度を上昇させることによって前記半田を更に高温に加熱する工程を更に有し、この工程に続いて、前記ヘッドの温度が安定した時点での前記ヘッドの位置を基準位置として記憶する工程を行うことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記荷重一定制御では、
前記半田が融解した状態において前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板方向に押すこと、
を特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記荷重一定制御では、
前記半田が融解した状態において前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板と逆の方向に引くこと、
を特徴とする請求項１又は２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記荷重一定制御は、
前記半導体チップを前記基板方向へ押す力を測定する工程と、
前記力が実質的に一定となるように前記半導体チップと前記基板との距離を調整する工程と、
を有すること、
を特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
前記半導体チップを前記基板方向へ押す力を測定する工程では、前記半導体チップが前記ヘッドを押す力を測定すること、
を特徴とする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項７】
前記荷重一定制御は、
前記半導体チップを前記基板と逆の方向へ引く力を測定する工程と、
前記力が実質的に一定となるように前記半導体チップと前記基板との距離を調整する工程と、
を有すること、
を特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記半導体チップを前記基板と逆の方向へ引く力を測定する工程では、前記半導体チップが前記ヘッドを引く力を測定すること、
を特徴とする請求項７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
融解した状態の前記半田の温度が上昇している間に、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板方向に押すこと、
を特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
融解した状態の前記半田の温度が降下している間に、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板と逆の方向に引くこと、
を特徴とする請求項４に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
基板を載せるステージと、
前記基板上に半田を介して半導体チップが接続されるように前記半導体チップを移動させる駆動機構と、
駆動機構を制御する制御部と、
前記半田が融解した状態において、前記半導体チップが前記基板方向に押される力、又は、前記半導体チップが前記基板と逆の方向に引かれる力を検出するセンサと、
を有し、
前記駆動機構は、前記半導体チップを保持するヘッドと、前記ヘッドを加熱するヒータと、を有し、
前記制御部は、
前記半導体チップを前記ヘッドで保持させる制御と、
前記半導体チップと前記基板とを前記半田を介して接触させる制御と、
前記半田を加熱し溶解させる制御と、
前記半田が融解した状態において、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板方向に押し込ませるか、又は、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板と逆の方向に引かせる荷重一定制御と、
前記荷重一定制御を行いながら前記ヘッドの温度が安定した時点での前記ヘッドの位置を基準位置として記憶する制御と、
前記ヒータを切る直前もしくは直後に、前記荷重一定制御を終了するとともに前記基準位置からの前記ヘッドの変位量が所定の値になるように前記ヘッドの位置を制御する位置制御を開始する制御と、
をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項１２】
前記制御部は、前記荷重一定制御を行いながら前記ヘッドの温度を上昇させることによって前記半田を更に高温に加熱させる制御を更に行い、この制御に続いて、前記ヘッドの温度が安定した時点での前記ヘッドの位置を基準位置として記憶する制御を行うことを特徴とする請求項１１に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１３】
前記センサが、前記半田が融解した状態において前記半導体チップが前記基板方向に押される力を検出すること、
を特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１４】
前記センサが、前記半田が融解した状態において前記半導体チップが前記基板と逆の方向に引かれる力を検出すること、
を特徴とする請求項１１又は１２に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１５】
前記センサが、前記半導体チップが前記ヘッドを押す力を検出することを特徴とする請求項１３に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１６】
前記センサが、前記半導体チップが前記ヘッドを引く力を検出することを特徴とする請求項１４に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１７】
前記センサの分解能が０．０２Ｎ以下であることを特徴とする請求項１１乃至１６の何れか一項に記載の半導体装置の製造装置。
【請求項１８】
半導体チップと基板とを外部端子を介して接続する半導体装置の製造方法であって、
前記半導体チップをヘッドで保持する工程と、
前記半導体チップと前記基板とを前記外部端子を介して接触させる工程と、
前記外部端子を加熱し溶解させる工程と、
前記外部端子が融解した状態において、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板方向に押すか、又は、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板と逆の方向に引く荷重一定制御を行う工程と、
前記荷重一定制御を行いながら前記ヘッドの温度が安定した時点での前記ヘッドの位置を基準位置として記憶する工程と、
前記外部端子の加熱を終了する直前もしくは直後に、前記荷重一定制御を終了するとともに前記基準位置からの前記ヘッドの変位量が所定の値になるように前記ヘッドの位置を制御する位置制御を開始する工程と、
をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項１９】
基板を載せるステージと、
前記基板上に外部端子を介して半導体チップが接続されるように前記半導体チップを移動させる駆動機構と、
駆動機構を制御する制御部と、
前記外部端子が融解した状態において、前記半導体チップが前記基板方向に押される力、又は、前記半導体チップが前記基板と逆の方向に引かれる力を検出するセンサと、
を有し、
前記駆動機構は、前記半導体チップを保持するヘッドと、前記ヘッドを加熱するヒータと、を有し、
前記制御部は、
前記半導体チップを前記ヘッドで保持させる制御と、
前記半導体チップと前記基板とを前記外部端子を介して接触させる制御と、
前記外部端子を加熱し溶解させる制御と、
前記外部端子が融解した状態において、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板方向に押し込ませるか、又は、前記半導体チップを実質的に一定の力で前記基板と逆の方向に引かせる荷重一定制御と、
前記荷重一定制御を行いながら前記ヘッドの温度が安定した時点での前記ヘッドの位置を基準位置として記憶する制御と、
前記ヒータを切る直前もしくは直後に、前記荷重一定制御を終了するとともに前記基準位置からの前記ヘッドの変位量が所定の値になるように前記ヘッドの位置を制御する位置制御を開始する制御と、
をこの順に行うことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体装置の製造方法、及び、半導体装置の製造装置にかかる。特に、フリップチップ接続による半導体装置の製造方法、及び、フリップチップ接続を行なうための半導体装置の製造装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体チップと基板とをフリップチップ接続するための方法およびその装置が、特許文献１に開示されている。同文献１に開示されているフリップチップ接続方法を、図８を用いて説明する。
【０００３】
まず、図８（ａ）を参照して、表面に半田３が形成されている回路基板４を用意する。
【０００４】
次いで、図８（ｂ）に示すように、半田バンプ１がその表面に形成された半導体チップ２をヘッドツール５で吸着保持する。そして、半導体チップ２と回路基板４を近づけていき、図８（ｃ）に示すように、半田３と半田バンプ１とを接触させる。
【０００５】
次いで、図８（ｄ）に示すように、半導体チップ２をヘッドツール５で吸着保持したまま、半田３および半田バンプ１を加熱し、それらを融解する。
【０００６】
次いで、図８（ｅ）に示すように、半導体チップ２をヘッドツール５で吸着保持したまま、半田３及び半田バンプ１を冷却し、半田バンプ１を凝固させる。
【０００７】
そして、図８（ｆ）に示すように、ヘッドツール５から半導体チップ２を外し、接続を完了する。
【０００８】
また、特許文献１には、半田バンプ１の加熱・冷却時にヘッドツールが熱膨張・熱収縮することにより、半導体チップ２と回路基板４の間隔が設計値の通りにならない問題点を解決するための技術が開示されている。
【０００９】
この技術は、半田バンプ１を加熱・冷却する時に、ヘッドツール５の熱膨張・熱収縮を相殺するように、ヘッドツール５を上下方向に移動するものである。ヘッドツール５の温度と熱膨張・熱収縮量との相関は予め測定しておく。そして、ヘッドツール５の温度変化を検出しながら、その相関関係に基づいて、ヘッドツール５を移動する。このようにして、ヘッドツール５の先端位置が回路基板４から一定の距離になるように制御するのである。
【００１０】
また、特許文献１には、半田バンプ１が融解するまで、ヘッドツール５で半導体チップ２を一定の荷重で回路基板４の方向に押し付け、半田バンプ１が融解した直後から、ヘッドツール５の先端位置が回路基板４から一定の距離になるように制御する技術も開示されている。
【００１１】
【特許文献１】特開２００３−３１９９３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本願発明者は、上記従来の技術に以下の課題があることを見出した。
【００１３】
特許文献１の方法では、半田バンプ１が半田３に接触したことを検出し、その時点のヘッドツール５の位置を基準位置とする。そして、この基準位置に基づいて、ヘッドツール５を移動する。
【００１４】
この方法では、半田バンプ１の中に大きさが設計値と異なるものが含まれていた場合に、ヘッドツール５の基準位置がずれる。このずれた基準位置に基づいてヘッドツール５の移動を行なうと、半導体チップ２と回路基板と４の間隔もずれることとなる。
【００１５】
ヘッドツールの基準位置がずれる様子を、参考図である図９を用いて説明する。図９（ａ）に示すように、半田バンプ１の大きさが全て設計値通りであるとする。この場合、半田バンプ１と半田３とが接触したときのヘッドツール５の位置を位置センサ９で測定すると、正しい基準位置ｒｅｆとなる（図９（ｂ））。しかし、設計値よりも大きな半田バンプ１Lが含まれていると、その半田バンプ１Lが半田３に接触したときのヘッドツール５の位置は正しい基準位置からずれる。例えば、図９（ｃ）に示すように、半田バンプ１Lの半導体チップ２からの高さが、他の半田バンプ１よりｄだけ高いとすると、正しい基準位置ｒｅｆからｄだけずれる（図９（ｄ））。
この問題は、ほとんどの半田バンプ１の大きさが設計値通りであったとしても、大きな半田バンプ１Lが一つ含まれているだけで、生じてしまう。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明は、半田を介して半導体チップと基板とを接続する方法であって、半田が融解した状態で、半導体チップに対して実質的に一定の力を及ぼすことを特徴とする。すなわち、半田が融解した状態で荷重一定制御を行なうのである。
【００１７】
例えば、半田が融解した状態において半導体チップを基板方向へ実質的に一定の力で押す方法である。あるいは、半田が融解した状態において半導体チップを基板と逆の方向に実質的に一定の力で引く方法である。
【００１８】
一見すると、半導体チップを基板方向に一定の力で押すと液相の半田は潰れてしまうし、基板と逆の方向に一定の力で引くと液相の半田は千切れてしまうので、半田が融解した状態において荷重一定制御を行なうことなど不可能と思われるかもしれない。
【００１９】
しかし、このような制御が可能であることを見出だした点において、本発明は、従来の技術と全く異なり、かつ、画期的なものである。
【００２０】
以下、半田バンプが融解した状態で荷重一定制御が可能であることを説明する。
【００２１】
まず、半田が融解した状態において半導体チップを基板方向に実質的に一定の力で押すことが可能であることを説明する。
【００２２】
図１（ａ）を参照して、半導体チップ２上には、パッド２ａ、およびソルダーレジスト２ｂが形成されている。同じく、基板４上には、パッド４ａが形成されており、パッド４ａの周りにはソルダーレジスト４ｂが形成されている。パッド２ａと４ａの間には、融点以上に加熱されて融解し液相となっている半田１０がある。
【００２３】
液相の半田１０は、パッド２ａ、４ａには濡れ、ソルダーレジスト２ｂ，４ｂには濡れにくい。そのため、図１（ｂ）に示すように、半導体チップ２と基板４との間隔が狭くなると、半田１０は変形し、横方向に膨らむ。すると、半田１０には、表面エネルギーを極力小さくするように（すなわち、表面積を極力小さくするように）、球状に戻す力ｆ１が働く。この力は表面張力として知られている。この力により、半田１０は半導体チップ２を押し上げる。
【００２４】
そして、ヘッド５が半導体チップ２を基板４方向に押す力ｆ２と、複数の半田１０が半導体チップ２を押し上げる力ｆ１の合力とが釣り合ったときに、半導体チップ２と基板４とは、両者の間隔を一定にして静止する。
【００２５】
従って、半田１０が融解した状態で、半導体チップ２を基板４方向に実質的に一定の力で押したとしても、半田１０が潰れることはない。
【００２６】
このとき、半導体チップ２がヘッド５を押す力をｆ３とすると、作用反作用の法則により、力ｆ２とｆ３の大きさは等しい。そして、ヘッド５上に荷重センサ６を取り付けておき、ヘッド５が荷重センサ６に及ぼす力ｆ４を検出すると、力ｆ４は力ｆ３と等しいので、荷重センサ６により力ｆ２を検出することができる。
【００２７】
また、半田１０が半導体チップ２を押し上げる力ｆ１の大きさは、半導体チップ２と基板４との間隔により定まる。よって、半導体チップ２と基板４との間隔が所望の値のときの、半田１０が半導体チップ２を押し上げる力ｆ１が分かっていれば、半田１０が融解した状態において、複数の半田１０が半導体チップ２を押し上げる力ｆ１の合力と同じ大きさで半導体チップ２を基板４の方向に押すことにより、半導体チップ２と基板１０との距離を所望の値とすることができる。
【００２８】
本発明により、従来技術の抱える課題を解決できる理由を説明する。
【００２９】
従来技術においては、図９で説明したように、複数の半田バンプのうち一つでも設計値より大きなものが存在すれば、半導体チップと基板との間隔が設計値からずれてしまう。すなわち、設計値通りの半田バンプ１の大きさと設計値からずれた半田バンプ１Ｌとの大きさとの差ｄの分だけ、確実に半導体チップ２と基板４との間隔が設計値からずれるのである。
【００３０】
一方、本発明においては、図２（ａ）に示すように、設計値より大きな半田バンプ１Ｌが存在した場合、液相の半田１０Ｌが半導体チップ２を押し上げる力ｆ１Ｌは、半田１０が半導体チップ２を押し上げる力ｆ１よりも大きくなる（図２（ｂ））。大きな半田１０Ｌの方が、半田１０よりも大きく変形すること、および、表面張力の源となる表面積が大きいことがその原因である。
【００３１】
しかし、半導体チップ２には、複数の半田バンプが形成されている。例えば半田バンプの総数をNとすると、大きい半田バンプ１Ｌの影響は、１／Nに軽減される。
【００３２】
また、図２（ａ）に示すように、半田バンプの中には、設計値よりも小さい半田バンプ１Ｓも存在する。図２（ｂ）に示すように、設計値よりも小さい半田１０Ｓが半導体チップ２を押し上げる力ｆ１Ｓは、設計値通りの半田１０の力ｆ１よりも小さい。小さい半田１０Ｓの方が、設計通りの大きさの半田１０に比べて、変形量が少ないこと、および、表面張力の源となる表面積が小さいことがその原因である。
【００３３】
一般には、半田バンプの大きさのばらつきは、ガウス分布になると考えられる。すなわち、設計値より小さい半田バンプも、設計値より大きい半田バンプと同じ割合で存在する。よって、図２（ｂ）に示すように、全体として見ると、大きい半田１０Ｌの力ｆ１Ｌの設計値からの差分ｅＬが、小さい半田１０Ｓの力ｆ１Ｓの設計値からの差分ｅＳにより相殺されるので、半田バンプの大きさのばらつきの影響が軽減される。この効果は、半田バンプの数が多いほど顕著となる。
【００３４】
次いで、半田が融解した状態において半導体チップを基板と逆の方向に実質的に一定の力で引くことが可能であることを説明する。
【００３５】
図３を参照して、半導体チップ２と基板４との間隔を広げていくと、融解した半田１０は、側面がくびれた形状となる。これは、半田１０とパッド２ａと良く濡れるので、半導体チップ２と基板４の間隔を広げていっても半田１０とパッド２ａはすぐには離れず、半田１０がパッド２ａにより持ち上げられるからである。また、半田１０は、基板４のパッド４ａとも良く濡れるので、パッド２ａにより持ち上げられたとしても、半田１０はパッド４ａからすぐに離れないからである。
【００３６】
このとき、半田１０は、表面張力により球形になろうとして、力ｆ１で半導体チップ２を基板４方向の力ｆ１で引っ張る。よって、半田１０が融解した状態において、ヘッド５を用いて半導体チップ２を基板４と逆方向に力ｆ１の合力と同じ大きさの力ｆ２で引っ張れば、力ｆ１の合力とｆ２とが釣り合い、半田１０が千切れることはない。
【００３７】
尚、作用反作用の法則により、ヘッド５が半導体チップ２を引っ張る力ｆ２の大きさと、半導体チップ２がヘッド５を基板４の向きに引っ張る力ｆ３の大きさは、等しい。また、半導体チップ２がヘッド５を引っ張る力ｆ３と、ヘッド５が荷重センサ６を基板４の方向へ引っ張る力ｆ４は等しい。よって、荷重センサ６で、ヘッド５が荷重センサ６を引っ張る力ｆ４を検出すれば、  力ｆ２の大きさを検出することができる。
【００３８】
ここで、半導体チップ２と基板４との間隔が所望の値のときの、半田１０が半導体チップ２を引っ張る力ｆ１の合力の大きさがあらかじめ分かっていれば、その力と同じ大きさの力で半導体チップ２を基板４と逆の方向に引っ張ることで、半導体チップ２と基板４との間隔を所望の値とすることができる。
【００３９】
この発明により従来技術の課題を解決できる理由は、半導体チップを基板方向に一定の力で押す場合と同様である。
【００４０】
また本発明にかかる半導体装置の製造装置として、基板を載せるステージと、前記基板上に半田を介して半導体チップが接続されるように前記半導体チップを移動させる駆動機構と、を有し、前記駆動機構が、前記半田が融解した状態において前記半導体チップに対して実質的に一定の力を及ぼすこと、を特徴とする半導体装置の製造装置が挙げられる。
【発明の効果】
【００４１】
本発明によれば、半導体チップと基板とを、半田を介して接続するにあたり、半田の大きさがばらついていたとしても、半導体チップと基板との間隔が所定の値になるようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００４２】
本発明にかかる実施の形態を、図４から図７を用いて説明する。
【００４３】
図４は、本実施の形態に用いる半導体装置の製造装置１００を示す図である。製造装置１００は、その上に基板４を載せるステージ４０と、基板上に半田を介して半導体チップが接続されるように半導体チップ２を移動させる駆動機構５０と、製造装置１００の制御を行なう制御部６０と、ヘッド５のＺ方向の位置を検出する位置センサ９０と、を有している。
【００４４】
ステージ４０は、水平方向（ＸＹ方向）に可動であり、ヒータ（不図示）を備えている。このヒータは、ステージ４０上に置かれた基板４を加熱するために用いられる。
【００４５】
駆動機構５０は、半導体チップ２を保持するヘッド５と、ヘッド５に対して垂直方向（Ｚ方向）に及ぶ力を測定する荷重センサ６と、ヘッド５をＺ方向に駆動するモータ７と、ヘッド５をＺ方向にガイドするスライダ８と、を有する。
【００４６】
ヘッド５は、吸着により半導体チップ２を保持する。また、ヘッド５はヒータ（不図示）を有しており、このヒータにより半導体チップ２を加熱する。
【００４７】
荷重センサ６は、ヘッド５がＺ方向に受ける荷重を電気信号に変換して制御部６０へ出力する。本実施の形態における荷重センサ６は、０．０２Ｎ（ニュートン）以下の分解能を有する。尚、この分解能は、特許文献１に記載の従来技術に必要な分解能の数分の１程度小さいものである。同文献の従来技術では、半田が融解したか否かを判断するために荷重一定制御が行なわれている。よって、従来技術に用いられていた荷重センサの分解能は、固相の半田の反発力と液相の半田の表面張力による力との差を検出できればよく、本実施の形態で用いられる荷重センサの分解能程小さい必要ない。
【００４８】
スライダ８は、ヘッド５との摩擦を極力小さくするために、エアスライダを用いる。
【００４９】
モータ７は、ボイスコイルモータ（Ｖｏｉｃｅ Ｃｏｉｌ Ｍｏｔｅｒ）であり、駆動部７ａと磁石７ｂとを有し、駆動部７ａはコイル７ｃを有する。コイル７ｃに所定の電流を流すことにより、駆動部７ａがＺ方向に移動する。
【００５０】
制御部６０は、荷重センサ６や位置センサ９０からの信号を受け取り（Ｓ１，Ｓ２）、駆動機構５０を制御する（Ｓ３）。
【００５１】
スライダ８と磁石７ｂは、筐体８０に固定されている。筐体８０は、例えば床８２に据えられており、水平方向（ＸＹ方向）および垂直方向（Ｚ方向）に固定されている。また、ステージ４０が筐体８０の上に載せられている。この構成により、ヘッド５はＸＹ方向には固定されており、ステージ４０はＺ方向に固定されている。
【００５２】
以下に、製造装置１００を用いて半導体装置を製造する方法について説明する。
【００５３】
図４を参照して、ステージ４０上に基板４を載せる。基板４は接続パッド（不図示）を有し、接続パッドには半田３が塗布されている。基板４と半田３は、ステージ４０のヒータにより、半田３の融点以下の温度で余熱されている。
【００５４】
さらに、半導体チップ２が、ヘッド５により保持される。半導体チップ２は、半田バンプ１を有している。半導体チップ２と半田バンプ１は、ヘッド５のヒータにより、半田バンプ１の融点以下の温度に余熱されている。
【００５５】
そして、ステージ４０をＸＹ方向に動かして、基板４の半田３と、半導体チップ２の半田バンプ１のＸＹ方向の位置を合わせる。
【００５６】
次いで、図５を参照して、制御部６０によりモータ７を駆動し（Ｓ３）、半田バンプ１と半田３とが接触するまで、半導体チップ２と基板４との間隔を狭めていく。半田バンプ１と半田３との接触は、荷重センサ６により検出する。すなわち、制御部６０が、荷重センサ６から所定の力以上の力を検出したとの信号（Ｓ１）を受け取った場合に、モータ７を制御して（Ｓ３）、ヘッド５の降下を停止する。
【００５７】
そして、半田バンプ１と半田３とが接触した状態で、ヘッド５のヒータを用いて、半田バンプ１および半田３をそれらの融点以上に加熱していく。
【００５８】
次いで、図６を参照して、半田バンプ１と半田３の温度が融点を超えたところで、両者は融解し、互いに溶け合い、液相の半田１０となる。そして、半田１０が融解し液相となった状態で半導体チップ２を基板４の方向に実質的に一定の力ｆ２で押すように制御する（以下、液相押し込み制御（Push Control in Liquid State : PushCLS）、と称する）。本実施の形態では、実質的に一定の力を０．２Ｎとして説明する。
【００５９】
具体的には、まず、荷重センサ６により半導体チップ２がヘッド５を押す力を検出する。次いで、制御部６０が、この選出された値を荷重センサ６から受け取る（Ｓ１）。そして、制御部６０は、この検出された力が所定の値（本実施の形態では０．２N）で一定になるようにモータ７を駆動し（Ｓ３）、半導体チップ２と基板４との間隔を調整する。
【００６０】
例えば、制御部６０は、荷重センサ６により検出された力の大きさが０．２Nよりも大きい場合は、半導体チップ２と基板４との間隔が所望の値よりも狭くなっていると判断し、モータ７を駆動してヘッド５を上昇させ、荷重センサ６が検出する力が０．２Nになるまでその間隔を広げる。同様に、制御部６０は、荷重センサ６により検出された力の大きさが０．２Nよりも小さい場合は、半導体チップ２と基板４との間隔が所望の値よりも広くなっていると判断し、モータ７を駆動してヘッド５を降下し、荷重センサ６が検出する力が０．２Nになるまでその間隔を狭める。そして、制御部６０は、荷重センサ６により検出された力の大きさが０．２Nである場合には、半導体チップ２と基板４との間隔が所望の値となっていると判断し、モータ７の駆動を行なわず、その間隔を維持する。
【００６１】
尚、半導体チップ２と基板４との間隔と荷重センサ６が検出する力との関係を表すデータは、あらかじめ測定しておき、制御部６０に記憶させておく。制御部６０はこのデータを参照して、荷重センサ６の検出した値に基づいてモータ７を駆動し、半導体チップ２と基板４との間隔を調整する。
【００６２】
このように、半田１０が融解した状態で液相押し込み制御を継続しながら、ヘッド５をさらに加熱する。そして、ヘッド５の温度が半田１０の融点より３０度程高い温度で安定するまで待つ。ヘッド５の温度を融点以上の温度とするのは、半田１０を確実に融解させるためである。
【００６３】
ヘッド５の温度が安定するまでは、ヘッド５は熱膨張によって伸びる。ヘッド５が伸びると半導体チップ２と基板４との間隔が一旦は狭まる。しかしその場合、荷重センサ６が検出する力が大きくなるので、制御部６０がモータ７を駆動してヘッド５を上昇させるので、半導体チップ２と基板４との間隔は一定に保たれる。すなわち、本発明は、ヘッド５の熱膨張の問題を解決することもできる。
【００６４】
ヘッド５の温度が安定したところで、ヘッド５のヒータの通電を停止し、ヘッド５の温度を下げる。ヘッド５の温度が降下していく間も、液相押し込み制御を継続する。温度が降下するに従ってヘッド５は縮んでいく。このとき、一旦は半導体チップ２と基板４との間隔が広くなり、荷重センサ６が検出する力が小さくなる。すると、制御部６０が、荷重センサ６が検出する力が予め定められた値で一定となるように、モータ７を駆動してヘッド５を降下させるので、半導体チップ２と基板４との間隔は一定に保たれる。
【００６５】
そして半田１０の温度が融点以下になったところで、半田１０は凝固し、半導体チップ２と基板４とが半田１０により電気的に接続される。
【００６６】
上述の実施の形態では、ヘッド５のヒータを切って半田１０を冷却している間も液相押し込み制御を継続する例を示したが、図７に示すように、半田１０の冷却中に、半田１０が融解し液相になった状態において、半導体チップ２を基板４と逆の方向に一定の力ｆ２で引くように制御（以下、液相引き上げ制御（Pull Control in Liquid State：PullCLS））してもよい。液相押し込み制御から液相引き上げ制御への切り替えは、ヘッド５のヒータを切る直前、若しくは直後に行なう。尚、液相引き上げ制御は、図７に示すように、半導体チップ２をヘッド５に吸着させたまま行なう。すなわち、ヘッド５が半導体チップ２を一定の力で引っ張るのである。
【００６７】
具体的には、まず、荷重センサ６により、半導体チップ２がヘッド５を引く力を検出し、制御部６０がこの検出された値を荷重センサ６から受け取る。そして、制御部６０は、この検出された力の大きさが所定の値で一定になるようにモータ７を駆動し、半導体チップ２と基板４との間隔を調整する。
【００６８】
液相引き上げ制御を行ないながら半田を凝固されることの利点としては、液相押し込み制御を行ないながら半田を凝固させた場合に比べて、半田が凝固した後の半導体チップ２と基板４との間隔であるスタンドオフを大きくすることができる点が挙げられる。近年、半導体チップに形成される半田バンプの数が増大し、個々の半田バンプの大きさが小さくなるにつれて、スタンドオフを確保することができなくなってきている。スタンドオフが小さくなると、フラックスの洗浄やアンダーフィルの注入が益々困難となる。
【００６９】
しかし、液相引き上げ制御を行ないながら半田を凝固させる場合は、スタンドオフを最大限大きくすることができる。よって、半導体チップ２と基板４との間のフラックスの洗浄や、アンダーフィルの注入が容易になるという優れた効果を発揮する。
【００７０】
また、半田１０の冷却中に半導体チップ２を基板４から引き離す際に、位置センサ９０を用いてもよい。
【００７１】
具体的には、まず、半田１０が融解した状態における液相押し込み制御を行ないながら、ヘッド５の温度を上昇させ、ヘッド５の温度が半田１０の融点以上の温度で安定するまで待つ。そして、ヘッド５の温度が安定した時点で、位置センサ９０が検出したヘッド５の位置を基準位置として制御部６０で記憶する。そして、ヘッド５のヒータを切る直前もしくは直後に、液相押し込み制御から、位置制御に切り替える。位置制御とは、位置センサ９０を用いてヘッド５の位置の基準位置からの変位を測定し、その変位が所定の値になるようモータ７を駆動する制御のことである。
【００７２】
特許文献１の従来技術では、半田が融解した状態で荷重一定制御を行なっていなかったので、半田が融解した直後に位置制御に移行せざるを得なかった。一方、本実施の形態においては、半田１０が融解した状態で荷重一定制御を行なうので、ヘッド５の温度が半田１０の融点以上で安定する時点まで、位置制御への移行を遅らせることができる。位置制御への移行をヘッド５の温度が安定するまで遅らせることにより、ヘッド５の温度が融点を超えてから安定するまでの間、ヘッド５の熱膨張の量を考慮した位置制御を行なう必要がなくなる。ヘッドの熱膨張の量を考慮した位置制御の精度は、液相押し込み制御の精度に比べて低い。よって、本実施の形態のように、ヘッド５の温度が半田１０の融点以上で安定する時点まで液相押し込み制御を行ない、その後位置制御に移行する方が、従来技術よりも精度良く半導体チップ２と基板４との間隔を制御することができる。
【００７３】
尚、半導体チップ２は、樹脂封止していないベアチップであってもよいし、樹脂封止したパッケージでもよい。また、基板４は、回路基板であってもよいし、他の半導体チップ（ベアチップやパッケージ）であってもよい。
【００７４】
本発明は、上記実施の形態に限定されることはなく、発明の範囲や思想から逸脱することなく、修正や変更を伴うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明を説明するための図である。
【図２】本発明により従来技術の課題を解決できることを説明するための図である。
【図３】本発明の他の例を説明するための図である。
【図４】本発明を実施するための半導体装置の製造装置、及び、本発明の製造方法を説明するための図である。
【図５】本発明の製造方法を説明するための図である。
【図６】本発明の製造方法を説明するための図である。
【図７】本発明の製造方法を説明するための図である。
【図８】従来技術の製造方法を説明するための図である。
【図９】従来技術の製造方法を説明するための参考図である。
【符号の説明】
【００７６】
１，１Ｌ，１Ｓ・・・半田バンプ、２・・・半導体チップ、２ａ・・・パッド、２ｂ・・・ソルダーレジスト、３・・・半田、４・・・基板、４ａ・・・パッド、４ｂ・・・ソルダーレジスト、５・・・ヘッド、６・・・荷重センサ、７・・・モータ、８・・・スライダ、１０，１０Ｌ，１０Ｓ・・・半田、４０・・・ステージ、５０・・・駆動機構、６０・・・制御部、８０・・・筐体、９０・・・位置センサ
【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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