(57)【要約】【課題】ダイボンディング時の熱的影響による画像認識精度の低下を防止し、高いダイボンディング位置精度を実現するとともに、ダイボンディング雰囲気の温度安定性を向上させ、ダイボンディング応力の低減も実現する。【解決手段】本発明の半導体素子ダイボンディング装置は、半導体素子基台３が載置されたダイボンディングステージ２と、基台３に対して水平に熱気体を噴射するよう配設した熱気体噴射部６と、包囲体５とを備え、包囲体５の内部は上方から下方にかけて拡がるように内側面の一部に傾斜面を有し、その底面が全域で開口しており、前記傾斜面は熱気体噴射部６の噴射口と対向した位置にあって、熱せられた気体が当たるようになっている。また、ダイボンディングステージ２および包囲体５の上方には画像認識により位置合わせを行うための撮像装置４が設けられている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ダイボンディングステージが包囲体によって覆われており、熱雰囲気中において、半導体素子基台と半導体素子とを撮像装置で画像認識して位置合わせし、接合するダイボンディング装置であって、
前記ダイボンディングステージに載置された前記半導体素子基台および前記半導体素子に対して、水平に熱気体を噴射するよう配設された熱気体噴射部を有しており、
前記撮像装置は前記ダイボンディングステージおよび前記包囲体の上方に位置しており、
前記包囲体は、その内部が上方から下方にかけて拡がるように内側面の一部に傾斜面を有し、前記包囲体底面が全域で開口しており、
前記傾斜面は前記熱気体噴射部の噴射口と対向した位置にあって、前記傾斜面に熱気体が当たるようになっていることを特徴とする半導体素子ダイボンディング装置。
【請求項２】
前記包囲体の天面が全域で開口していることを特徴とする請求項１記載の半導体素子ダイボンディング装置。
【請求項３】
前記熱気体噴射部に温度検出器を内蔵したことを特徴とする請求項１または２記載の半導体素子ダイボンディング装置。
【請求項４】
前記熱気体噴射部をダイボンディングステージ支持筐体に内蔵したことを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の半導体素子ダイボンディング装置。
【請求項５】
前記熱気体噴射部には気体加熱器が接続されており、前記熱気体噴射部および前記気体加熱器を前記ダイボンディングステージ支持筐体に内蔵したことを特徴とする請求項４記載の半導体素子ダイボンディング装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は高いダイボンディング位置精度を必要とする半導体装置、特に半導体レーザなどの光半導体装置の製造に用いる半導体素子ダイボンディング装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に半導体レーザなどの光半導体装置は半導体素子からの放熱性を向上させるため、熱伝導に優れたＳｎ系合金等の金属ロウ材をダイボンディング材に用い、半導体素子基台と半導体素子の接合には、金属ロウ材の溶融温度以上への加熱と凝固温度以下への除熱をダイボンディングプロセスのなかでおこなうことが不可欠となる。
【０００３】
一方、半導体レーザ等は積層半導体層を有しており、外的に加えられる応力によって各層の歪が助長されて信頼性が損なわれ易く、特に、前述したダイボンディングに要する大きな温度変化によって生じる熱的応力がその主因となる。そのため、温度変化の縮小を図り、最も効果的にダイボンディング応力を低減させる一つの方法として、ダイボンディング材の溶融温度程度の熱雰囲気中でダイボンディングをおこなう方法が多く用いられる。
【０００４】
また、半導体レーザなどの光半導体装置は光学特性を貴重とし、半導体素子基台に対して半導体素子が高い位置精度で搭載されることが不可欠ともなる。そのため、高い精度でそれらの位置を合わせる方法として、画像認識によって位置合わせをおこなう方法が用いられる。
【０００５】
以下、従来の半導体素子ダイボンディング装置の構成について図７（ａ）、図７（ｂ）および図９を参照しながら説明する（例えば特許文献１参照）。
【０００６】
図７（ａ）は従来の実施形態における半導体素子ダイボンディング装置の構成を示す側面断面図であり、図７（ｂ）は同装置の平面図である。図９は熱気体の温度制御方法を示す半導体素子ダイボンディング装置の構成図である。
【０００７】
図７（ａ）、図７（ｂ）において、１はダイボンディングステージ支持筐体、２はダイボンディングステージ、３は半導体素子が載置された半導体素子基台、４は撮像装置、５はダイボンディングステージ包囲体、５ａはダイボンディングステージ包囲体の天面開口部、６は熱気体噴射部、６ａは熱気体の供給経路、６ｂは熱気体の排出経路、７は気体噴射部、７ａは室温の気体である。
【０００８】
図９において、８は気体加熱器、９は熱気体供給中継管、１０は温度検出器である。
【０００９】
図７（ａ）、図７（ｂ）および図９に示すように、従来の半導体素子ダイボンディング装置においては、ダイボンディングステージ支持筐体１の所定の部位に取り付けられたダイボンディングステージ２の全域を覆うようにダイボンディングステージ包囲体５が配設されている。ダイボンディングステージ包囲体５には、その内部の雰囲気を加熱するために熱せられた気体を導入する熱気体噴射部６が備えられている。半導体素子基台および半導体素子はダイボンディングステージ２の天面に載置されてダイボンディングがおこなわれ、半導体素子を半導体素子基台の所定の位置に搭載するため、ダイボンディングステージ２の天面に載置された半導体素子基台の上方には、半導体素子基台の画像を認識し取り込むための撮像装置４がダイボンディングステージ包囲体の天面開口部（以下、天面開口部と省略）５ａを介し、半導体素子基台と対向するよう配設された構成となっている。
【００１０】
熱気体は気体加熱器８によって加熱され、熱気体供給中継管９を介しダイボンディングステージ包囲体５の内部へと導かれる。また、その温度制御は気体加熱器８あるいはダイボンディングステージ包囲体５に備えた温度検出器１０でおこなわれ所望の温度に一定保持される。
【特許文献１】特開昭５９−８７８２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかしながら、上記した従来の半導体素子ダイボンディング装置においては、２つの課題がある。
【００１２】
第１の課題は、ダイボンディング工程において、半導体素子基台の周りの雰囲気が高くなっており、撮像装置４の周りの雰囲気と温度差が生じることで、雰囲気の揺らぎに起因してボケた画像が撮像装置に取り込まれる、いわゆる陽炎現象が起こり、画像認識精度が低下してしまうことである。それに伴いダイボンディング位置精度が損なわれてしまう。
【００１３】
図７（ａ）に示すように、ダイボンディングステージ包囲体５は高い内部の雰囲気密閉性を得ることを目的としているため、一般的に開放部分をほとんど有しない構造であるが、素子の搬送あるいはステージ上の半導体素子基台位置を見るために天面開口部５ａを有している。ダイボンディングステージ包囲体５の内部を満たした熱気体は、その供給経路６ａ、排出経路６ｂから外部に排出されるが、それとともに天面開口部５ａを通って撮像装置４が配設された上方に向かっても流れ出す。
【００１４】
半導体素子基台および半導体素子の周りの領域２ａでの温度が１７５℃である場合、ダイボンディングステージ包囲体５の内部の温度は１２０℃程度となるため、天面開口部５ａからは１２０℃程度の熱気体が漏出する。半導体素子基台と撮像装置４との温度差は半導体素子基台と撮像器の距離Ｌによっても異なり、その距離が隔たる程、半導体素子基台と撮像装置４との温度差とともに陽炎現象は大きくなり、画像認識精度はより低下することとなる。画像認識精度の低下を防ぐために、半導体素子基台と撮像装置４との間に気体噴射部７を配設し、室温の気体７ａを噴射して熱気体の上昇を阻止することで陽炎現象の解消を図っているものの、その効果は十分ではない。
【００１５】
以上の従来の半導体素子ダイボンディング装置において製造した、半導体装置のダイボンディング位置精度の分布図を図８に示す。
【００１６】
従来の半導体素子ダイボンディング装置において製造した、半導体装置のダイボンディング位置精度は±１５μｍの範囲に広く分布するものである。本発明が適用される半導体装置が所望とするダイボンディング位置精度は±１０μｍの範囲に収まるものである必要があり、従来の半導体素子ダイボンディング装置によれば、所望とするダイボンディング位置精度を満たすことができない。
【００１７】
第２の課題は、熱気体が気体加熱器８から熱気体噴射部６へ導かれる間で、それらを結ぶ熱気体供給中継管９の熱損失の量の変化によって、半導体素子基台および半導体素子包域２ａでの熱気体の温度が一定保持されないという点である。
【００１８】
一般に本発明の半導体素子ダイボンディング装置を含む製造装置はその動作保全のため空調制御が整った環境下で室温程度に温度管理されて使用されるため、本発明の半導体素子ダイボンディング装置のごとく内部を高温に保持する場合は、周りの雰囲気への熱放出によって高温での温度管理が難しくなる。例えば、装置毎の空調制御のばらつき等によってもその程度は変化する。
【００１９】
図９に示すように、熱気体の温度制御は気体加熱器８に備えた温度検出器１０によっておこなわれ、半導体素子基台および半導体素子の周りの領域２ａの熱気体温度を所望の温度（この場合１７５℃）に恒常的に保持し続ける。本来、熱気体の温度制御は半導体素子基台および半導体素子の周りの領域２ａでおこなうことが必要であるが、一連のダイボンディングのなかで、半導体素子基台および半導体素子の搬送がおこなわれるため、この領域２ａには温度検出器１０を備える余地がなく、代用として、最も容易に温度検出器１０を備えることが可能な気体加熱器８で温度制御をおこない、領域２ａの熱気体温度を所望の１７５℃に保持している。
【００２０】
しかしながら、温度制御がなされた気体加熱器８の後には熱気体供給中継管９が位置するため、その周囲の温度や風量の異なりで熱損失の量が変化してしまう。
【００２１】
図１０は温度検出部の温度と領域２ａの温度との相関を示す図であり（ａ）、（ｂ）はそれぞれ中継管の周囲の雰囲気温度が変化した場合を示している。
【００２２】
これからわかるように、熱損失の状態によっては、熱気体の温度制御部位である気体加熱器８と半導体素子基台および半導体素子の周りの領域２ａの熱気体温度との相関が一定せず温度管理が困難であることがわかる。
【００２３】
本発明は、上記従来の問題点を解決するもので、所望とするダイボンディング位置精度を満たす半導体素子ダイボンディング装置を提供することを目的とする。また、所望とするダイボンディング位置精度を満たすことに加え、安定してダイボンディング時の応力の低減が可能な半導体素子ダイボンディング装置を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
上記目的を達成するため、本発明の半導体素子ダイボンディング装置は、ダイボンディングステージが包囲体によって覆われており、熱雰囲気中において、半導体素子基台と半導体素子とを撮像装置で画像認識して位置合わせし、接合するダイボンディング装置であって、前記ダイボンディングステージに載置された前記半導体素子基台および前記半導体素子に対して、水平に熱気体を噴射するよう配設された熱気体噴射部を有しており、前記撮像装置は前記ダイボンディングステージおよび前記包囲体の上方に位置しており、前記包囲体は、その内部が上方から下方にかけて拡がるように内側面の一部に傾斜面を有し、前記包囲体底面が全域で開口しており、前記傾斜面は前記熱気体噴射部の噴射口と対向した位置にあって、前記傾斜面に熱気体が当たるようになっていることを特徴とする。
【００２５】
前記包囲体の天面が全域で開口していることが好ましい。
【００２６】
前記熱気体噴射部に温度検出器を内蔵していることが好ましい。
【００２７】
前記熱気体噴射部をダイボンディングステージ支持筐体に内蔵していることが好ましい。
【００２８】
前記熱気体噴射部には気体加熱器が接続されており、前記熱気体噴射部および前記気体加熱器を前記ダイボンディングステージ支持筐体に内蔵していることがさらに好ましい。
【発明の効果】
【００２９】
以上のように、本発明に係る半導体素子ダイボンディング装置によれば、内部が上方から下方にかけて拡がるように内側面の一部に傾斜面を有し、前記包囲体底面が全域で開口しており、前記傾斜面は前記熱気体噴射部の噴射口と対向した位置にあって、前記傾斜面に熱気体が当たるようになっているダイボンディングステージ包囲体を有することにより、ステージの上方に位置する撮像装置に熱雰囲気が流れ込むのを抑制できるため、高いダイボンディング位置精度を達成でき、十分に安定した信頼性を有する半導体装置の製造が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３０】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００３１】
（第１の実施形態）
図１は本発明の第１の実施形態における半導体素子ダイボンディング装置の構成を示し、（ａ）は半導体素子ダイボンディング装置の側面断面図、（ｂ）は同装置の平面図である。
【００３２】
図１において、１はダイボンディングステージ支持筐体、２はダイボンディングステージ、３は半導体素子基台および半導体素子、４は撮像装置、５はダイボンディングステージ包囲体、５ａはダイボンディングステージ包囲体の天面開口部、６は熱気体噴射部、６ａは熱気体の供給経路、６ｂは熱気体の排出経路である。
【００３３】
図１（ａ）に示すように、本実施形態における半導体素子ダイボンディング装置においては、ダイボンディングステージ２に載置された半導体素子が載置された半導体素子基台３に水平に直接熱気体を噴射するよう配設した熱気体噴射部６をダイボンディングステージ支持筐体１に内蔵し、半導体素子基台３を挟み熱気体噴射部６と対向した位置に、ダイボンディングステージ包囲体５を備えた構成となっている。この包囲体５は、その内部が上方から下方にかけて拡がるように内側面の一部に傾斜面を有しており、この傾斜面は熱気体噴射部６の噴射口と対向した位置にあり、そこに熱気体が当たるように設計されている。また、包囲体５の底面が全域で開口している。
【００３４】
以上のように、本実施形態の半導体素子ダイボンディング装置と従来の装置とで異なる点は、熱気体噴射部６の配設方法および熱気体の噴射方向、ダイボンディングステージ包囲体５の形状、さらに気体噴射部７を設けていないことであり、それ以外、例えば上述以外の基本構成、熱気体加熱方法、ダイボンディングプロセスなどは、何ら異なるものではない。
【００３５】
本実施形態のダイボンディング装置によれば、ダイボンディングステージ２に載置された半導体素子基台３と水平に噴射された熱気体を噴射し、半導体素子基台を通過した後にダイボンディングステージ包囲体５の内側面に当たって、底面に方向に導かれ、底面に設けられた開口から排出される。よって、熱気体の排出経路６ｂは従来のように撮像装置４に向かうのではなく、それとは逆の下方に向かうので、画像認識精度を低下させる陽炎現象の発生がない。よって、図３に示すごとく、±５μｍの範囲に収まる極めて高いダイボンディング位置精度を得ることが可能となる。
【００３６】
また、陽炎現象の発生がないことから、気体噴射部７が不要となるとともに、半導体素子基台と撮像器の距離Ｌもダイボンディング精度とは無縁となるので、装置そのものの簡素化や構成上の制約が少なくなる利点も有する。
【００３７】
さらに、熱気体噴射部６をダイボンディングステージ支持筐体１に内蔵したことによって、半導体素子基台および半導体素子３に対して近距離から正確に熱気体を噴射することができ、半導体素子基台および半導体素子の周りの領域２ａでの熱気体の温度がより一定なものとなり、安定してダイボンディング応力の低減を図ることが可能となる。
【００３８】
（第２の実施形態）
図２は本発明の第２の実施形態における半導体素子ダイボンディング装置の構成を示し、（ａ）は半導体素子ダイボンディング装置の側面断面図、（ｂ）は同装置の平面図である。
【００３９】
本実施形態における半導体素子ダイボンディング装置は、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、第１の実施形態とほぼ同様であり、ダイボンディングステージ包囲体５の天面の全域が開口している点で第１の実施形態と異なる。
【００４０】
ダイボンディングステージ包囲体５の天面の全域が開口していることにより、それを介して視覚的に内部の状態の確認ができ、例えばダイボンディングステージ２に対する半導体素子基台の搭載位置や半導体素子基台に対する半導体素子の搭載位置など、視認に簡便に確認し調整できるという利点も有する。
【００４１】
（第３の実施形態）
図４は本発明の第３の実施形態における半導体素子ダイボンディング装置の構成を示し、（ａ）は半導体素子ダイボンディング装置の側面断面図、（ｂ）は同装置の平面図である。
【００４２】
図４に示すように、本実施形態における半導体素子ダイボンディング装置においては、熱気体噴射部６に温度検出器１０を内蔵した構成となっている。
【００４３】
従来の半導体素子ダイボンディング装置と異なる点は、温度検出器１０を備える部位にあり、熱気体の加熱方法などは何ら異なるものではない。
【００４４】
本実施形態のダイボンディング装置によれば、半導体素子基台３に熱気体を噴射する直前の部位で温度制御をおこなうので、熱気体供給中継管９など、それまでの熱気体を導く経路で生じる熱損失の変化に関わらず、領域２ａで一定した熱気体温度を得ることが可能となる。
【００４５】
図５は本実施形態における温度検出部の温度と領域２ａの温度との相関を示す図であり（ａ）、（ｂ）はそれぞれ中継管の周囲の雰囲気温度が変化した場合を示している。
【００４６】
図１０に示した従来例と違って、熱気体供給中継管の周りの雰囲気温度等が変化しても、温度検出部と半導体素子基台の周りの温度とは一定の相関が取れており、温度管理を安定して行えることが確認できた。
【００４７】
また、図６に示すように、熱気体噴射部６を備えた気体加熱器８をダイボンディングステージ支持筐体１に内蔵し、熱気体供給中継管９を除いた構成にすれば、熱損失が生じる部位自体がなくなるので、上記したのと同様の効果を得るとともに熱気体の温度制御のための検出器設置位置を自由に設定できるという利点がある。
【産業上の利用可能性】
【００４８】
本発明に係る半導体素子ダイボンディング装置は、高精度の位置合わせを必要とする半導体素子のボンディング、特に光半導体素子のボンディング装置として有用である。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明の第１の実施形態における半導体素子ダイボンディング装置の構成図であり、（ａ）は半導体素子ダイボンディング装置の側面断面図、（ｂ）は同装置の平面図
【図２】本発明の第２の実施形態における半導体素子ダイボンディング装置の構成図であり、（ａ）は半導体素子ダイボンディング装置の側面断面図、（ｂ）は同装置の平面図
【図３】本発明の第１の実施形態におけるダイボンディング位置精度を示す分布図
【図４】本発明の第３の実施形態における半導体素子ダイボンディング装置の構成図
【図５】本発明の第３の実施形態における温度検出部の温度と半導体素子基台の周りの領域の温度との相関を示す図
【図６】本発明の第３の実施形態における半導体素子ダイボンディング装置の構成図の別の一例を示す図
【図７】従来の技術における半導体素子ダイボンディング装置の構成図であり、（ａ）は半導体素子ダイボンディング装置の側面断面図、（ｂ）は同装置の平面図
【図８】従来の技術におけるダイボンディング位置精度を示す分布図
【図９】従来の技術における半導体素子ダイボンディング装置を用いたダイボンディング工程を示す図
【図１０】従来の技術における温度検出部の温度と半導体素子基台の周りの領域の温度との相関を示す図
【符号の説明】
【００５０】
１  ダイボンディングステージ支持筐体
２  ダイボンディングステージ
２ａ  半導体素子基台および半導体素子の周りの領域
３  半導体素子が載置された半導体素子基台
４  撮像装置
５  ダイボンディングステージ包囲体
５ａ  ダイボンディングステージ包囲体の天面開口部
６  熱気体噴射部
６ａ  熱気体の供給経路
６ｂ  熱気体の排出経路
７  気体噴射部
７ａ  室温の気体
８  気体加熱器
８ａ  気体加熱器の熱気体噴射部
９  熱気体供給中継管
１０  温度検出器
【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】
2005243894.tif 000011
【図１０】
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