(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
チップに形成したバンプを基板に形成したパッドに接合するに際し、
バンプが形成されたチップを保持するツール内にヒータが埋設されており、
前記ヒータの埋設部に隣接させた流路にパージガスを通してパージガスを加熱し、
チップと基板との間を開放状態に保ちつつ、少なくともバンプ周囲部分に向けて加熱されたパージガスを前記ツールの下面側に設けられた吹出口から局部的に流し、該パージガス雰囲気下でバンプをパッドに接合することを特徴とするチップ実装方法。
【請求項２】
バンプが形成されたチップを保持するツールと、該ツールの下方に設けられ、パッドが形成された基板を保持する基板保持ステージとを有するチップ実装装置において、チップの基板への接合前に開放状態にあるチップと基板との間隙のうち少なくともバンプ周囲部分に向けて局部的にパージガスを吹き出すパージガス吹出手段を設け、
前記パージガス吹出手段が、
前記ツール内に埋設されたヒータと、
前記ヒータの埋設部に隣接させた流路とを備え、
前記流路内で加熱されたパージガスを、前記ツールの下面側の吹出口から吹き出す構成であることを特徴とするチップ実装装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、チップ実装方法および装置に関し、とくにバンプが形成されたチップを基板に実装するに際し、バンプの二次酸化（加熱に起因する酸化）を効率よく防止できるようにしたチップ実装方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
チップにバンプを形成し、チップをフェイスダウンの形で基板に近づけ、バンプを基板のパッドに当接させた後、チップのバンプを加熱溶融させて基板のパッドと接合するようにしたチップの実装方法はよく知られている。このようなバンプを使用したフリップチップ工法においては、加熱によりバンプが酸化性ガス雰囲気下で二次酸化するおそれがあり、二次酸化が生じると、つまりバンプの表面に酸化物が存在すると、バンプと基板のパッドとの目標とする接合状態が得られないおそれがある。基板のパッドには、通常金メッキ等が施されているので、基板のパッド側には二次酸化のおそれはない。
【０００３】
従来から、バンプの二次酸化を防止するために、チップと基板との間に窒素ガスをパージガスとして吹き込む方法が知られており、窒素ガス雰囲気下でバンプを基板のパッドに接合するようにしている。たとえば図７に示すように、基板１０１の周囲を囲むようにチャンバ１０２を設け、このチャンバ１０２内に窒素ガスを吹き込んでチャンバ１０２内の空気を窒素ガスで置換するとともに、上方からツール１０３に保持されたチップ１０４を降下させ、チャンバ１０２内の窒素ガス雰囲気下でチップ１０４のバンプ１０５を基板１０１のパッド１０６に接合するようにしている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記のような従来のチャンバ１０２を用いた方法では、とくにチャンバ１０２のツール昇降用開口部１０７から外部空気を巻き込んでしまい、現実的には、チャンバ１０２内の窒素ガス濃度を二次酸化防止に有効な濃度にまで上げることは困難であった。
【０００５】
また、二次酸化防止の観点からすれば、バンプ周囲部分のみが窒素ガスで酸化性空気からシールされればよいわけであるが、チャンバ１０２内全体に対して窒素ガスを吹き込んでいること、および、巻き込んだ空気が渦状にあるいはランダムにチャンバ１０２内を流動することから、バンプ周囲部分のみ窒素ガス濃度を上げることはできなかった。
【０００６】
そこで本発明の課題は、上記のような従来法における問題点に着目し、空気からのシールが実際に必要なバンプ周囲部分のパージガス濃度（たとえば、窒素ガス濃度）を効率よく上げることができ、バンプの二次酸化をより確実に防止可能なチップ実装方法およびその装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明に係るチップ実装方法は、チップに形成したバンプを基板に形成したパッドに接合するに際し、バンプが形成されたチップを保持するツール内にヒータが埋設されており、前記ヒータの埋設部に隣接させた流路にパージガスを通してパージガスを加熱し、チップと基板との間を開放状態に保ちつつ、少なくともバンプ周囲部分に向けて加熱されたパージガスを前記ツールの下面側に設けられた吹出口から局部的に流し、該パージガス雰囲気下でバンプをパッドに接合することを特徴とする方法からなる。本発明において使用するパージガスとしては、窒素ガスやアルゴンガス等の不活性ガス、還元性ガス、置換ガス（たとえば、バンプ側の表面においてフッ素基に置換可能なガス）等を用いることができる。要するに、空気に代表される酸化性雰囲気を形成している気体をパージし、非酸化性雰囲気を形成できるガスであればよい。また、本発明におけるチップとは、たとえばＩＣチップ、半導体チップ、光素子、ウエハーなど基板と接合させる側の全ての形態のものを含む。さらに、基板とは、たとえば樹脂基板、ガラス基板、フィルム基板など、チップやウエハーなどと接合される対象物の全ての形態のものを含む。
【０００８】
このチップ実装方法においては、パージガスは、周囲から空気を巻き込まないように低速で局部的に流入される。パージガスを、チップを保持しているツール側に設けられた吹出口から少なくともバンプ周囲部分に向けてゆっくりと吹き出す。
【０００９】
また、パージガス吹出によりバンプ接合時の加熱温度を大きく低下させないようにするため、パージガスを加熱した後、バンプ周囲部分に向けて流す。
【００１０】
本発明に係るチップ実装装置は、バンプが形成されたチップを保持するツールと、該ツールの下方に設けられ、パッドが形成された基板を保持する基板保持ステージとを有するチップ実装装置において、チップの基板への接合前に開放状態にあるチップと基板との間隙のうち少なくともバンプ周囲部分に向けて局部的にパージガスを吹き出すパージガス吹出手段を設け、前記パージガス吹出手段が、前記ツール内に埋設されたヒータと、前記ヒータの埋設部に隣接させた流路とを備え、前記流路内で加熱されたパージガスを、前記ツールの下面側の吹出口から吹き出す構成であることを特徴とするものからなる。
【００１２】
このようにしているので、パージガス吹出によるバンプ接合時の加熱温度の低下を防止または抑制できる。
【００１４】
上記のような本発明に係るチップ実装方法および装置においては、チップと基板との間を開放状態にしてこの間にパージガスが吹き込まれるので、従来のチャンバ方式の場合のような、空気を巻き込みやすい特定の部位（たとえば、図７に示した開口部１０７）は形成されず、また、チャンバの存在しない開放状態であるから、パージガス吹出口をチップ下面、とくにバンプに近接させてパージガスを吹き出すことが可能になる。そして吹き出されるパージガスの流速を、周囲から多量の空気を巻き込まない流速、たとえば層流を形成する程度のゆっくりとした流速とすることにより、比較的少量の吹き出しパージガス量でありながら、吹き出されたパージガスを効率よくバンプ周囲部分に流す、あるいは貯めることができ、その部分のパージガス濃度が局部的に高濃度に保たれる。その結果、バンプの二次酸化が効果的に防止され、二次酸化の発生のない状態で基板のパッドとの接合が行われる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の望ましい実施の形態を、図面を参照して説明する。
図１は、本発明の一実施態様に係るチップ実装装置１を示している。チップ実装装置１は、バンプ２（たとえば、ハンダバンプ）が形成されたチップ３を吸着等により保持するツール４と、パッド５が形成された基板６を吸着等により保持する基板保持ステージ７を有している。ツール４にはヒータが内蔵されており、チップ３を下降させてバンプ２を基板のパッド５に当接させた後、バンプ２を加熱溶融させてパッド５と接合するようになっている。
【００１６】
接合前においては、チップ３と基板６との間は、チャンバ等の存在しない開放状態にあり、この間隙の側方に、局部的にパージガスを吹き出すパージガス吹出手段８が設けられる。本実施態様では、吹き出されるパージガスとして、窒素ガスが用いられている。このパージガス吹出手段８は、出没可能に設けられてもよく、固定配置されていてもよい。パージガス吹出手段８には吹出口９が設けられており、吹出口９からはパージガス１０（窒素ガス）が、とくにチップ３のバンプ２周囲部分に向けて局部的に吹き出される。このパージガス１０の吹出により、チップ３と基板６との間に存在していた空気１１は反対側の側方へと押し出され、とくにバンプ２周囲部分がパージガスで置換されて、非酸化性雰囲気とされる。
【００１７】
上記パージガスによる置換の際に、空気を効率よく押し出し、かつ、周囲からの空気を極力巻き込まないようにするには、パージガスの吹出流速を低く抑える必要がある。たとえば、吹き出されたパージガスの流れが層流状態になる程度の流速に抑えることが好ましい。このような吹出流速に制御するために、吹出口９に向けてパージガスを供給する流路１２に、吹き出されるパージガスの流速または流量を制御可能な流量制御弁１３が設けられている。流量制御弁１３の上流側は、図示を省略した適当なパージガス供給源へと接続すればよい。
【００１８】
上記のように構成されたチップ実装装置１においては、チップ３が基板６に接合される前に、パージガス吹出手段８から吹き出されたパージガスにより、とくにチップ３のバンプ２周囲部分の空気が排除されてパージガスに置換される。このとき、周囲からの空気の巻き込みも抑えられるから、少なくともバンプ２周囲部分は局部的に高いパージガス濃度に保たれる。したがって、接合前のバンプの二次酸化が極めて効率よく防止される。この状態でバンプ２が基板のパッド５に当接され、加熱溶融によってパッド５に接合される。二次酸化の発生が防止されているから、バンプ２とパッド５とは不都合を生じることなく電気的に良好に接合される。
【００１９】
この接合に際しては、接合前あるいは接合後に、たとえば図２に示すように、チップ３と基板６との間にアンダーフィル剤１４が充填されてもよい。アンダーフィル剤１４の充填により、接合部が外部雰囲気からシールされるとともに、チップ３と基板６との接合状態が一層強固なものとされる。
【００２０】
図３は、本発明の別の実施態様に係るチップ実装装置２１を示している。本実施態様においては、パージガス吹出手段２２が、ツール２３と一体的に構成されている。ツール２３の下面側にパージガス吹出口２４が斜め下方に向けて開口されており、基板２５側に向けて、とくにバンプ２６が形成されたチップ２７の下面側に向けてパージガス２８が吹き出されるようになっている。吹き出されたパージガス２８は、チップ２７と基板２５との間に存在していた空気２９、とくにバンプ２６周囲部分の空気を押し出す。このパージガス吹出においても、周囲の空気を巻き込まないように、前記実施態様と同様にゆっくりと吹き出されることが好ましい。
【００２１】
この実施態様は、ツール２３側から局部的にパージガスが吹き出されるので、図３に示したように、これからチップ実装を行う位置の周囲に既に実装されたチップ３０や他部品３１がある場合、たとえばマルチチップ実装の場合等に、とくに好適なものである。
【００２２】
図４〜図６は、本発明のさらに別の実施態様に係るチップ実装装置のツール側の構成を示している。ツール４１のホルダー４２の下端には、交換可能な、好ましくは自動交換可能なアタッチメント４３が装着されており、このアタッチメント４３の下面に吸着によってバンプ４４が形成されたチップ４５が保持されるようになっている。アタッチメント４３は、ホルダー４２の下面に形成された環状のツール吸着溝４６からの吸引により、ホルダー４２の下面に吸着保持され、吸引通路４７を介しての吸引動作の制御により、容易に自動交換可能となっている。チップ４５は、ホルダー４２とアタッチメント４３とを貫通して延びるチップ吸着孔４８による吸引により吸着保持される。
【００２３】
ホルダー４２内には、パージガス加熱用のヒータ４９が埋設されており、そのヒータ４９の埋設部に隣接させて、一対の半円弧状に延びる加熱ループ５０が、パージガス加熱用流路として形成されている。パージガスはパージガス吹出通路５３より加熱ループ５０内に流入され、加熱ループ５０内で加熱されたパージガスが、下方へと延びる流路５１を通して、アタッチメント４３の下面側の開口されたパージガス吹出口５２から吹き出される。パージガスは、チップ４５のバンプ４４周囲部分に向けて局部的にゆっくりとした流速で吹き出される。
【００２４】
吹き出されるパージガスを予め加熱しておくことで、パージガス吹出しによる温度低下を抑え、バンプ４４を接合する際に、高温に維持された状態にて引き続きバンプ４４を加熱接合できるようになる。この態様においても、局部的に吹き出されたパージガスによりバンプ４４の周囲部分のパージガス濃度が高められ、二次酸化が防止されて所望の接合が効率よく行われる。
【００２５】
また、アタッチメント４３にパージガス吹出口５２を開口してあり、アタッチメント４３も容易に自動交換できるようにしてあるから、チップ４５の種類やサイズに応じて最適なパージガス吹出状態を実現できる。
【００２６】
なお、上記各実施態様において、基板６、２５に設けられたパッド５は、電気的な配線を伴った電極、電気的な配線を伴っていないダミー電極など通電に関係なくチップに設けられたバンプ２、２６、４４と当接する側の全ての形態（部分）を示す。
【００２７】
また、チップ３、２７、４５に設けられたバンプ２、２６、４４は、電気的な配線を伴っているいないなど通電に関係なく基板６、２５に設けられたパッド５と当接する側の全ての形態（部分）を示す。
【００２８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明のチップ実装方法および装置によれば、接合直前のチップのとくにバンプ周囲部分を高濃度のパージガス雰囲気に保つことができるので、バンプの二次酸化を効率よく防止でき、基板のパッドとの望ましい接合を容易にかつ確実に行うことができるようになる。
【００３０】
さらに、パージガスを吹出前に加熱しておくことで、パージガス吹出による接合部の温度低下を抑えて、より効率よく短時間でバンプを基板のパッドに接合することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施態様に係るチップ実装装置の概略部分側面図である。
【図２】図１の装置におけるチップと基板との接合後の一状態を示す概略断面図である。
【図３】本発明の別の実施態様に係るチップ実装装置の概略部分側面図である。
【図４】本発明のさらに別の実施態様に係るチップ実装装置のツール側の概略縦断面図である。
【図５】図４の装置のＶ−Ｖ線に沿う横断面図である。
【図６】図４の装置のＶＩ−ＶＩ線に沿う横断面図である。
【図７】従来のチップ実装装置の概略構成図である。
【符号の説明】
１、２１  チップ実装装置
２、２６、４４  バンプ
３、２７、４５  チップ
４、２３、４１  ツール
５  パッド
６、２５  基板
７  基板保持ステージ
８、２２  パージガス吹出手段
９、２４、５２  パージガス吹出口
１０、２８  パージガス（窒素ガス）
１１、２９  空気
１２  パージガスの流路
１３  流量制御弁
１４  アンダーフィル剤
３０  チップ
３１  他部品
４２  ホルダー
４３  アタッチメント
４６  吸着溝
４７  吸引通路
４８  チップ吸着孔
４９  ヒータ
５０  加熱ループ
５１  パージガス流路
５３  パージガス吹出通路
【図１】
0004598914.tif 000002
【図２】
0004598914.tif 000003
【図３】
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【図４】
0004598914.tif 000005
【図５】
0004598914.tif 000006
【図６】
0004598914.tif 000007
【図７】
0004598914.tif 000008