(57)【要約】【課題】  複数の半導体デバイス上に酸化性材料で導電性バンプを形成する装置および方法を提供すること。【解決手段】  当該装置は、バンプ形成デバイスと、半導体デバイスを収容するように適合されたチャンバシステムと、チャンバシステム内に不活性ガスを供給するガス供給手段とを含む。バンピング中に半導体デバイスを支持する支持テーブルが設けられており、前記支持テーブルは、バンピング後に半導体デバイスをバンピング部位からチャンバシステムへと移動させる働きをする。【選択図】  図３
2005026697.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の半導体デバイス上に酸化性材料で導電性バンプを形成する装置であって、
バンプ形成デバイスと、
前記半導体デバイスを収容するように適合されたチャンバシステムと、
前記チャンバシステム内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、
バンピング中に前記半導体デバイスを支持する支持テーブルとを備え、
前記支持テーブルが、バンピング後に前記半導体デバイスをバンピング部位から前記チャンバシステムへと移動させる働きをする装置。
【請求項２】
不活性ガスの供給を前記バンピング部位へと導く酸化低減デバイスを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】
前記バンピング部位が前記チャンバシステムの開口部に隣接している、請求項１に記載の装置。
【請求項４】
前記バンピング部位の周りに位置決めされた、１つ以上のバンプ加工済み半導体デバイスを覆うシュラウドを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項５】
前記シュラウドは、不活性ガスの供給を前記半導体デバイス上へと導くノズルを含む、請求項４に記載の装置。
【請求項６】
前記チャンバシステムが、外部チャンバと、前記外部チャンバ内に収容可能な内部チャンバとを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項７】
前記内部チャンバが前記外部チャンバから取外し可能である、請求項６に記載の装置。
【請求項８】
前記取外可能な内部チャンバが、バンプ加工済み半導体デバイスの周りにエンクロージャを形成する、前記支持テーブルの少なくとも一部分と、内部チャンバカバーとを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項９】
前記内部チャンバに着脱式に連結可能な、不活性ガスを外部源から前記内部チャンバへと引き込むガスチューブを含む、請求項７に記載の装置。
【請求項１０】
前記支持テーブルが、第１軸線線に沿って前記支持テーブルを移動させる働きをする位置決めデバイスに結合されている、請求項１に記載の装置。
【請求項１１】
前記チャンバシステムが、前記第１軸線線に直角な第２軸線線に沿って前記チャンバシステムを移動させる働きをする位置決めデバイスに結合されている、請求項１０に記載の装置。
【請求項１２】
前記バンプ形成デバイスが超音波ワイヤボンダである、請求項１に記載の装置。
【請求項１３】
前記半導体デバイスが半導体ウエハ内に含まれており、前記支持テーブルがウエハテーブルである、請求項１に記載の装置。
【請求項１４】
複数の半導体デバイス上に酸化性材料で導電性バンプを形成する方法であって、
前記半導体デバイスを支持する支持テーブルを提供する段階と、
バンピング部位において前記支持テーブル上の前記半導体デバイス上にバンプを形成する段階と、
バンピング後に、チャンバシステム内に不活性ガスを供給しながら、前記半導体デバイスを前記バンピング部位から前記チャンバシステムへと移動させる段階とを含む方法。
【請求項１５】
バンピング中に不活性ガスを前記バンピング部位に供給する段階を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１６】
前記バンピング部位が前記チャンバシステムの開口部に隣接している、請求項１４に記載の方法。
【請求項１７】
前記バンピング部位の周りに、１つまたは複数のバンプ加工済み半導体デバイスを覆うシュラウドを位置決めする段階を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項１８】
前記シュラウドから前記半導体デバイス上に不活性ガスを供給する段階を含む、請求項１７に記載の方法。
【請求項１９】
前記チャンバシステムが、外部チャンバと、前記外部チャンバ内に収容できる取外可能な内部チャンバとを備える、請求項１４に記載の方法。
【請求項２０】
不活性ガスを着脱可能な外部源から前記内部チャンバへと引き込む段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２１】
前記取外可能な内部チャンバを取外す前に、前記内部チャンバによってバンプ加工済み半導体デバイスを収容するエンクロージャを形成する段階を含む、請求項１９に記載の方法。
【請求項２２】
前記支持テーブルを第１軸線線に沿って移動させる段階を含む、請求項１４に記載の方法。
【請求項２３】
前記チャンバシステムを前記第１軸線線に直角な第２軸線線に沿って移動させる段階をさらに含む、請求項２２に記載の方法。
【請求項２４】
超音波ワイヤボンダによって前記半導体デバイス上にバンプが形成される、請求項１４に記載の方法。
【請求項２５】
前記半導体デバイスが半導体ウエハ内に含まれており、前記支持テーブルがウエハテーブルである、請求項１４に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウエハのスタッドバンピングの際にウエハ上に導電性の端子を形成するために使用可能な装置に関し、詳細には、銅などの酸化しやすい材料によるウエハの機械的なスタッドバンピングに関する。
【背景技術】
【０００２】
フリップチップ超小型電子アセンブリは、既に半導体業界で確立されている。そのアセンブリプロセスは、チップボンドパッド上の導電性バンプを用いて、基材、回路基板、またはキャリア上に下向きの（face-down）電子コンポーネントを直接に電気的に接続するものである。これに対して、旧来の技術は、基材、回路基板、またはキャリアに上向きの（face-up）チップの各ボンドパッドをワイヤボンディングするものである。旧来の技術に勝るフリップチップパッケージングの利点には、サイズの縮小、性能の向上、高い柔軟性、信頼性、および低コストが含まれる。例えば、パッケージおよびボンドワイヤをなくすと、必要な基板面積が最高で９５%縮小され、必要な高さがはるかに小さくなる。重量は、パッケージ化されたデバイスの重量の５%未満にすることができる。実際、フリップチップは、そのサイズがチップのサイズになるので、チップスケールパッケージ（CSP:Chip Scale Packages）よりもさらに小さくすることができる。また、フリップチップ材料がより広く入手可能になってきているので、生産コストがさらに低下している。
【０００３】
導電性バンプは、フリップチップアセンブリでいくつかの機能を果たす。電気的には、バンプは、チップから基材への導電性パスを提供する。また、バンプは、チップから基材へと熱を運ぶための熱伝導パスを提供する。加えて、バンプは、基材へのチップの機械的な実装の一部を提供する。最後に、バンプは、チップと基材の導体との間の電気的接触を防ぎ、基板と基材との間の機械的な歪みを軽減するための短いリード線の働きをする、スペーサを提供する。
【０００４】
半導体ウエハ上にバンプを形成する方法は、いくつか存在する。これらには、ハンダバンピング、メッキ、およびスタッドバンピングが含まれる。本発明は、旧来のワイヤボンディング技術を一部変更したワイヤボンディング技術によってウエハダイスをバンプ加工する、スタッドバンピングに関する。この技術は、ワイヤの端部を融解させて球体を形成することによって、ワイヤボンディングのためのボールを作製する。そのボールは、ワイヤボンドの第一部分としてチップボンドパッドに付着される。ワイヤボンドの代わりにバンプを形成するために、ワイヤボンダは、チップボンドパッドにボールを付着させた後でワイヤを切断するように変更される。ボンドパッド上に残されたボール、もしくは「スタッドバンプ」は、下層にあるチップ上の金属への永久的な接続を提供する。
【０００５】
従来、スタッドバンピングでは金線が使用される。しかし、近年、代わりに銅線を使用することへの関心が高まっている。銅バンプは、信頼性の向上、温度範囲の拡張、機械的強度の増大、接続密度の増加、製造性の改善、および電気的性能/熱消散性能の向上をもたらすことがわかっている。それでも、銅スタッドバンピングでは、スタッドバンピングプロセスが実施される高温で銅が酸素と反応して酸化するという課題に直面する。導電性ではない酸化銅が形成されると、最終製品の欠陥をまねくので、酸化銅の形成を可能な限り回避する必要がある。したがって、銅バンプの酸化の危険を低減しながら高温で銅スタッドバンピングを実施できる装置を利用できることが望ましい。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、酸化しやすい材料によるスタッドバンピングプロセス中に、スタッドバンプの酸化を最小限に抑えるために、スタッドバンプが雰囲気中の酸素に曝されるのを低減する、改良型の装置の提供を図ることである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の第１の態様によれば、複数の半導体デバイス上に酸化性材料（oＸidizable material）で導電性バンプを形成する装置が提供され、当該装置は、バンプ形成デバイスと、半導体デバイスを収容するように適合されたチャンバシステムと、チャンバシステム内に不活性ガスを供給するガス供給手段と、バンピング中に半導体デバイスを支持する支持テーブルとを含んでおり、前記支持テーブルが、バンピング後に半導体デバイスをバンピング部位からチャンバシステムへと移動させる働きをする。
【０００８】
本発明の第２の態様によれば、複数の半導体デバイス上に酸化性材料で導電性バンプを形成する方法が提供され、当該方法は、半導体デバイスを支持する支持テーブルを提供する段階と、バンピング部位において支持テーブル上の半導体デバイス上にバンプを形成する段階と、バンピング後に、チャンバシステム内に不活性ガスを供給しながら、半導体デバイスをバンピング部位からチャンバシステムへと移動させる段階とを含む。
【０００９】
以下で、本発明の１実施形態を図示する添付図面を参照して、本発明についてさらに詳細に説明することが好都合である。図面および関連する説明の詳細を、特許請求の範囲によって定義される本発明の全体的な広範な認識に優先するものとして理解すべきではない。
【００１０】
ここで、本発明による装置および方法の一例について、添付図面に即して説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は、ウエハアレイ１８に含まれるような複数の半導体デバイスの上に配置された、スタッドバンピングに使用可能なバンピングアセンブリ１０の平面図である。端部にキャピラリを含んだ超音波振動子ワイヤボンダのボンディングホーン（bonding horn）１２の形態をしたバンプ形成デバイスが、バンピング部位２３で、ウエハアレイ１８を形成するダイスの表面上にボールバンプを創り出す。ボンディングホーン１２およびキャピラリの隣に、ボールバンプを形成するための電気火花を提供する放電電極１４が位置決めされている。バンピングには通常のバンピング温度で酸化しやすいワイヤ、この場合には銅線が使用されるので、形成される銅ボールバンプの酸化を低減するために、バンピング部位２３に窒素やアルゴンガス（もしくは窒素と水素ガスの組合せ）などの不活性ガスを吹き付ける不活性ガスノズル１７を備えた酸化低減デバイス１６が、ボンディングホーン１２に隣接して位置決めされている。
【００１２】
着脱可能なウィンドウカバー２２を備えた固定シュラウド２０が、ウエハ１８の一部分を覆っており、１つまたは複数のバンプ加工済み半導体デバイスを覆うようにバンピング部位２３の周りに位置決めされている。着脱可能なウィンドウカバー２２は、必要とされるバンピング部位２３の面積に基づいて様々な開口サイズを与えるように変更することができる。着脱可能なウィンドウカバー２２は、通常、標準的な金属で作製されるが、カバー２２の本体を通り抜ける不活性ガスの供給を生み出すことが望ましい場合、多孔質の金属材料で作製することができる。また、シュラウド２０にも、ウエハ１８上、特にバンピング部位２３上に不活性ガスを吹き付けるノズルまたは排出口を設けて、酸化の危険をさらに低減することが好ましい。
【００１３】
図２は、バンピングアセンブリ１０によるバンピング中に、ウエハ１８上の周囲のダイスを酸化から保護する、着脱可能なウィンドウカバー２２を備えたシュラウド２０の等角図である。前述したように、バンピング部位２３から離れたところにあるバンプ加工済みダイスの酸化の危険をさらに低減するために、シュラウド２０の底部表面に、バンピング中にウエハ１８表面上に不活性ガスを継続して誘導する、いくつかのガスノズル２４を含めることが好ましい。
【００１４】
図３は、チャンバシステムの一端から見た、チャンバシステムを含む本発明の好ましい実施形態による装置の等角図である。チャンバシステムは、外部チャンバ３０と、当該外部チャンバ内に収容可能な内部チャンバ４０（図５参照）とを含む。外部チャンバ３０では、３つの側部が密閉されており、開いた１つの側部から、ウエハテーブル３４の形態にできる支持テーブルを外部チャンバ３０にスライドさせて出し入れすることができる。外部チャンバ３０は、上部カバー３２を有しており、当該上部カバー３２を開いて外部チャンバ３０の内容物に接近すなわちアクセス可能である。
【００１５】
ウエハテーブル３４は、ボンディングホーン１２によってバンピングを実施できるように、ウエハアレイ１８を相対的固定位置で支持かつ保持するように設計されている。この実施形態では、外部チャンバ３０の開口部に隣接した、外部チャンバ３０の境界のすぐ外側のバンピング部位２３で、バンピングが実施される。ウエハテーブル３４は、バンピング後にウエハアレイ１８の半導体デバイスをバンピング部位２３からチャンバシステムへと移動させる働きをする。シュラウド２０は、ダイスがバンプ加工されるバンピング部位２３にシュラウド２０の着脱可能なウィンドウ２２が配置されるように、外部チャンバ３０の開口部のすぐ外側にバンピングアセンブリ１０とともに固定される。したがって、ウエハ１８は、概ね、バンピングアセンブリ１０およびシュラウド２０に対して相対的に移動するので、相対的固定位置が維持される。ウエハテーブル１８には、加熱ブロック（図示せず）と、加熱ブロックの上部に取り付けられた着脱可能な上部プレート３５（図６参照）とが含まれる。
【００１６】
図４は、図３のチャンバシステムとは反対の端部から見た装置の等角図である。ウエハ１８が載せられたウエハテーブル３４をスライドさせて、外部チャンバ３０に出し入れすることができる。バンピングアセンブリ１０に対するウエハテーブル３４の相対位置、したがってウエハ１８の相対位置を制御するために、チャンバシステムのウエハテーブルおよび外部チャンバ３０を、位置決めデバイス、好ましくはＸＹテーブルに結合させることができる。ウエハテーブル３４は、ＸＹテーブルのＹステージ３６に結合させることができ、一方、外部チャンバ３０は、ＸＹテーブルのＸステージ３８に結合させることができる。ウエハテーブル３４が外部チャンバ３０に対して第１軸線に沿ってＹ方向にスライド可能であるので、Ｙステージ３６は、ウエハテーブル３４が外部チャンバ３０内に引っ込められる程度を決定することができる。このことを、第１軸線に垂直な第２軸線に沿ったＸステージ３８の運動と合わせると、相対的に固定されたバンピングアセンブリ１０による、ウエハ１８上のあらゆる半導体デバイスへの接近が可能になる。
【００１７】
ここで、典型的なスタッドバンピングプロセスについて説明することができる。プロセスは、ウエハ全部が露出しているような、ウエハテーブル３４の開位置から始まる。ウエハテーブル３４は、ウエハ１８のバンピングの準備のために、２００℃〜３００℃の温度に加熱される。バンピングアセンブリ１０ならびにバンピング部位２３を画定するウィンドウカバー２２が、ウエハアレイ１８上の最も内側の半導体デバイスの上、すなわち外部チャンバ３０の最も近くにあるウエハ１８の部分の上に配置されるように、ＸＹテーブルのＹステージ３６およびＸステージ３８が、それぞれウエハテーブル３４および外部チャンバ３０を位置決めする。次いで、ウエハ１８のＹ位置が固定され、ウエハ１８がＸ方向に移動して、ダイスの列を次々にバンプ加工する。バンピングアセンブリ１０は、ウエハ表面上で銅スタッドバンピングもしくはボンディングを実施する。バンピングの間、酸化低減デバイス１６がバンピング部位２３に不活性ガスを吹き付けて、形成された銅ボールを酸化から保護する。また、固定シュラウド２０の下にあるガスノズル２４もバンピング部位２３およびその先へと不活性ガスを吹き付けて、シュラウド２０の下およびバンピング部位２３の内部のバンプ加工済みスタッドを保護する。
【００１８】
Ｙ位置で１列のダイスがバンプ加工された後、ウエハテーブル３４上のそのダイス列が、雰囲気からの保護のために外部チャンバ３０（および内部チャンバ４０）内へと移動される。次いで、Ｘ方向の運動によって、次のＹ位置にある次のダイス列が次々にバンプ加工される。このプロセスは、ウエハアレイ１８内のダイス列すべてがバンプ加工されるまで継続される。次いで、全ウエハ１８がスライドして外部チャンバ３０（および内部チャンバ４０）に入る。ウエハ１８が依然として高温であり、完成した銅スタッドを酸素に曝してはならないので、引き続きチャンバシステムの内部チャンバ４０内に不活性ガスを供給するガス供給手段が必要である。
【００１９】
図５は、開いた外部チャンバカバー３２が取外し可能な内部チャンバ４０を露出させている、図３および図４の装置の等角図である。内部チャンバ４０は、外部チャンバ３０から取外し可能であり、その場所に別の内部チャンバを置いて、別のウエハ上にスタッドバンピングを実施することができる。取外可能な内部チャンバ４０の有用性は、バンピング中にウエハ１８が高温に加熱されるので、ウエハ１８が十分に冷えるまで、ウエハ１８上の銅スタッドバンプが依然として酸化を起こしやすいという事実にある。ウエハ１８を密閉された内部チャンバ４０の内部に入れることで、ウエハ１８が十分に冷えるまでウエハ１８が雰囲気に曝されるのを防ぐ。内部チャンバ４０を取外すと、完成したウエハ１８に冷える時間を与えながら、別のウエハをバンプ加工することができる。
【００２０】
内部チャンバ４０は、手動もしくは自動で、外部チャンバ３０に挿入することができ、または外部チャンバ３０から取外すことができる。内部チャンバ４０は、初めに外部チャンバカバー３２を開くことによって取外可能であるが、外部チャンバカバー３２を開かずに、外部チャンバ３０の開口端からスライドさせて出すことによっても取外可能である。
【００２１】
図６は、外部チャンバ３０から取外された、取外可能な内部チャンバ４０の等角図である。内部チャンバ４０には、ウエハテーブル３４を相対的にスライドさせるブラケットを備えた内部チャンバカバー４２が含まれる。ウエハテーブル３４が完全に引っ込められているときには、ウエハテーブル３４が内部チャンバカバー４２とともに、それぞれウエハ１８のためのエンクロージャを形成する。ウエハテーブル３４を完全に拡張させて、ウエハ１８全体をバンピングのために露出させることができ、または、ウエハテーブル３４を完全に引っ込めて、加熱されたウエハ１８を雰囲気中の酸素から保護することができる。内部チャンバ４０の取外可能な部分は、ウエハアレイ１８のバンプ加工済み半導体デバイスの周りにエンクロージャを形成する、内部チャンバカバー４２と、ウエハテーブル３４の上部プレート３５（加熱ブロックは除く）とを含む。
【００２２】
さらに、好ましい実施形態では、内部チャンバカバー４２は、その内表面上に、ウエハテーブル３４が引っ込められているときに内部チャンバ４０内のウエハ１８上へと不活性ガスを吹き付けるためのガスノズルをいくつか有する。また、内部チャンバ４０が外部チャンバから取外される前に内部チャンバカバー４２を上部プレート３５上に落下させることができるように、内部チャンバカバー４２がその内表面上に陥凹部分を有することが好ましく、これで、ウエハ１８を当該陥凹部分の内部に設置して、より一層保護することができる。
【００２３】
図７は、図６とは反対の端部から見た、取外可能な内部チャンバ４０の等角図であり、その着脱可能なガスチューブコネクタ４６を示す図である。これらのコネクタ４６は、ガス源の外側に取り付けられた着脱可能なチューブ（図示せず）を受けるように設計されており、これらチューブを内部チャンバ４０に着脱式に連結して、バンピング中に不活性ガスを内部チャンバ４０へと導くことができる。前述したように、これは、形成されたスタッドバンプが内部チャンバ４０の内部にあるときに酸化しないようにするためである。したがって、内部チャンバカバー４２内に、不活性ガスを内部チャンバカバー４２の内表面上のガスノズルへと誘導する、内部トンネル（図示せず）を設けることが好ましい。内部チャンバ４０の内部のウエハ１８のバンピングが完了したら、着脱可能なチューブを当該内部チャンバ４０から外すことができ、これで、内部チャンバ４０を外部チャンバ３０から取外すことができるようになる。別のウエハを備えた別の内部チャンバを外部チャンバ３０内に置き、この新しい内部チャンバにチューブを連結することができる。
【００２４】
ここに記載した本発明の実施形態が、スタッドバンピングから完成したウエハの移動までの全プロセスの間、銅スタッドバンピングもしくはボンディングに酸化防止をもたらすことが理解されるはずである。当該装置は、様々な直径のウエハ１８に対応することができ、操作が比較的容易であるので、柔軟性が促進され、コストが削減される。当該チャンバシステムをＸＹテーブルとともに移動させることによって、比較的小型の装置を得ることができる。したがって、小型化された装置に必要な不活性ガスの量が比較的少量になる。さらに、機械から除去する前に完成したウエハもしくは加熱ブロックを冷却する時間が必要ないので、機械のアイドリング時間が最小限に抑えられる。完成したウエハは、スタッドバンピングの完了直後に外部チャンバ３０から取り除くことができ、別のウエハをプロセス処理することができる。
【００２５】
本明細書に記載した発明には、特に記載した以外の変形、修正、および/または追加の余地があり、本発明に、前述した記載内容の精神および範囲内に入るそのようなすべての変形、修正、および/または追加が含まれることを理解すべきである。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】ウエハアレイの上に配置されたバンピングアセンブリの平面図であり、バンピングアセンブリに隣接して位置決めされた、バンピング中の酸化を低減する酸化低減デバイスを含む図である。
【図２】バンピングアセンブリによるバンピング中に周囲のダイスを酸化から保護する、着脱可能なウィンドウカバーを備えたシュラウドの等角図である。
【図３】チャンバシステムの一端から見た、チャンバシステムを含む本発明の好ましい実施形態による装置の等角図である。
【図４】図３のチャンバシステムとは反対の端部から見た装置の等角図である。
【図５】開いた外部チャンバカバーが取外し可能な内部チャンバを露出させている、図３および図４の装置の等角図である。
【図６】外部チャンバから取外された、取外可能な内部チャンバの等角図である。
【図７】６とは反対の端部から見た、取外可能な内部チャンバの等角図であり、その着脱可能なチューブコネクタを示す図である。
【符号の説明】
【００２７】
１０  バンピングアセンブリ
１２  ボンディングホーン
１４  放電電極
１６  酸化低減デバイス
１７、２４  ガスノズル
１８  ウエハアレイ、ウエハ
２０  シュラウド
２２  ウィンドウカバー
２３  バンピング部位
３０  外部チャンバ
３２  上部カバー
３４  ウエハテーブル
３５  上部プレート
３６  Ｙステージ
３８  Ｘステージ
４０  内部チャンバ
４２  内部チャンバカバー
４６  チューブコネクタ
【図１】
2005026697.tif 000003
【図２】
2005026697.tif 000004
【図３】
2005026697.tif 000005
【図４】
2005026697.tif 000006
【図５】
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【図６】
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【図７】
2005026697.tif 000009
【外国語明細書】
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2005026697.tif 000012
2005026697.tif 000013
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2005026697.tif 000016
2005026697.tif 000017
2005026697.tif 000018
2005026697.tif 000019
2005026697.tif 000020
2005026697.tif 000021
2005026697.tif 000022
2005026697.tif 000023
2005026697.tif 000024
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