(57)【要約】【課題】過剰な腐食対策を要することなく半導体デバイスの製造に関するスループットの低下を防止することができる半導体デバイス製造システムを提供する。【解決手段】積層チップ１３から半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造システム１０は、チップ還元装置１４及びチップ接合装置１５を備え、チップ還元装置１４は還元チャンバ２４を有し、該還元チャンバ２４内において各チップ１１の端子２７の表面の酸化膜を還元し、チップ接合装置１５は還元チャンバ２４から隔離されたリフローチャンバ２５を有し、該リフローチャンバ２５内において各チップ１１の端子２７への半田バンプ２６の接合を行い、チップ接合装置１５はチップ還元装置１４とは別に設けられる。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
端子に半田バンプが接合された半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造システムにおいて、
第１の処理室を有し、該第１の処理室内において前記端子の表面の酸化膜を還元する還元装置と、
該還元装置とは別に設けられるとともに、前記第１の処理室から隔離された第２の処理室を有し、該第２の処理室内において前記端子への前記半田バンプの接合を行う接合装置とを備えることを特徴とする半導体デバイス製造システム。
【請求項２】
前記還元装置及び前記接合装置は互いに接続されていることを特徴とする請求項１記載の半導体デバイス製造システム。
【請求項３】
前記還元装置は前記第１の処理室内へ窒素を供給する第１の窒素供給装置を有し、前記接合装置は前記第２の処理室内へ窒素を供給する第２の窒素供給装置を有することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体デバイス製造システム。
【請求項４】
前記還元装置は、前記第１の処理室内を減圧する減圧装置と、前記第１の処理室内に配置され、前記半導体デバイスが載置される載置台と、該載置台へ対向するように前記第１の処理室内へ突出する押圧装置とを有し、
該押圧装置は、内部が大気に開放され且つ前記第１の処理室内から前記内部を仕切るとともに、前記載置台へ向けて伸縮自在の筒状部と、該筒状部における前記載置台側の先端に設けられて前記筒状部が伸長した際に前記載置台に載置された半導体デバイスへ当接する当接部とを有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体デバイス製造システム。
【請求項５】
前記還元装置は前記第１の処理室内へカルボン酸を供給するカルボン酸供給装置を備えることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体デバイス製造システム。
【請求項６】
前記カルボン酸は蟻酸であることを特徴とする請求項５記載の半導体デバイス製造システム。
【請求項７】
端子に半田バンプが接合された半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造システムであって、第１の処理室を有し、該第１の処理室内において前記端子の表面の酸化膜を還元する還元装置と、該還元装置とは別に設けられるとともに、前記第１の処理室から隔離された第２の処理室を有し、該第２の処理室内において前記端子への前記半田バンプの接合を行う接合装置とを備える半導体デバイス製造システムにおいて実行される半導体デバイス製造方法であって、
前記還元装置において一の半導体デバイスにおける前記端子の表面の酸化膜を還元する間に、前記接合装置において他の半導体デバイスにおける前記端子及び前記半田バンプを接合することを特徴とする半導体デバイス製造方法。
【請求項８】
前記還元装置から前記接合装置へ前記半導体デバイスを移送する際、前記第１の処理室内及び前記第２の処理室内が窒素によって充填されることを特徴とする請求項７記載の半導体デバイス製造方法。
【請求項９】
前記還元装置において前記半導体デバイスが搬入された前記第１の処理室内を減圧した後、該第１の処理室内へカルボン酸を供給することを特徴とする請求項７又は８記載の半導体デバイス製造方法。
【請求項１０】
前記カルボン酸は蟻酸であることを特徴とする請求項９記載の半導体デバイス製造方法。
【請求項１１】
前記接合装置において前記第２の処理室内へ搬入された前記半導体デバイスにおける前記半田バンプを溶融して前記端子へ接合する際、前記第２の処理室内は減圧されることを特徴とする請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の半導体デバイス製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、端子に半田バンプが接合された半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造システム及び半導体デバイス製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体デバイスを製造する際、半導体ウエハから形成されたＩＣ基板（チップ）において金属からなる端子へ半田バンプを接合することが行われている。端子は蒸着等によって形成された後、大気中の酸素に触れる等して表面に酸化膜が形成され、該酸化膜は端子及び半田バンプの接合を阻害する。
【０００３】
そこで、従来、端子へ半田バンプを接合する前に、端子の表面の酸化膜をフラックスによって除去することが行われていた。具体的には、フラックスは端子の表面を活性化して酸化膜を除去（還元）しながら、該表面を被覆して新たな酸化を防止して端子の表面の活性状態を維持する。ところが、フラックスは端子の表面及び半田バンプの間に残渣として残ることがある。
【０００４】
また、半田バンプを溶融して端子に接合する際、加熱されたフラックスから生じたガスが半田バンプの中にボイドとして残ることがある。
【０００５】
これに対応して、減圧雰囲気中でチップへカルボン酸、例えば、蟻酸の蒸気を供給し且つチップを加熱する方法が利用されている（例えば、特許文献１参照。）。この方法において、蟻酸は残渣を生じさせることなくチップの端子の表面の酸化膜を還元し、また、蟻酸は加熱されてもガスを発生せず、且つ雰囲気が減圧されているため、ガスが生じても半田バンプから排出される。加熱された半田バンプは溶融して端子に接合される。
【０００６】
近年、半導体デバイスのフットプリントを低減するために、複数のチップを積層して半導体デバイスを製造する三次元実装方法が開発されている。この三次元実装方法では、各チップにおいて当該チップを厚み方向に貫通する導体からなる配線、例えば、ＴＳＶ（Through Silicon Via）が形成され、一のチップの配線の端部に形成された電極パッド（端子）が他のチップの配線の端部に形成された半田バンプと接合されて三次元的に回路が形成される。上記三次元実装方法における一のチップにおける電極パッドと他のチップにおける半田バンプとの接合にも、特許文献１に記載された方法が適用される。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特許３３７８８５２号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、特許文献１に記載された方法では、蟻酸による端子の表面の酸化膜を還元と、加熱による半田バンプの溶融接合とが同じ処理室内で行われているため、端子の表面の還元を行っている間、半田バンプの溶融接合が行えず、半導体デバイスの製造に関するスループットが低下するという問題がある。
【０００９】
本発明の目的は、半導体デバイスの製造に関するスループットの低下を防止することができる半導体デバイス製造システム及び半導体デバイス製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上記目的を達成するために、請求項１記載の半導体デバイス製造システムは、端子に半田バンプが接合された半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造システムにおいて、第１の処理室を有し、該第１の処理室内において前記端子の表面の酸化膜を還元する還元装置と、該還元装置とは別に設けられるとともに、前記第１の処理室から隔離された第２の処理室を有し、該第２の処理室内において前記端子への前記半田バンプの接合を行う接合装置とを備えることを特徴とする。
【００１１】
請求項２記載の半導体デバイス製造システムは、請求項１記載の半導体デバイス製造システムにおいて、前記還元装置及び前記接合装置は互いに接続されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項３記載の半導体デバイス製造システムは、請求項１又は２記載の半導体デバイス製造システムにおいて、前記還元装置は前記第１の処理室内へ窒素を供給する第１の窒素供給装置を有し、前記接合装置は前記第２の処理室内へ窒素を供給する第２の窒素供給装置を有することを特徴とする。
【００１３】
請求項４記載の半導体デバイス製造システムは、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の半導体デバイス製造システムにおいて、前記還元装置は、前記第１の処理室内を減圧する減圧装置と、前記第１の処理室内に配置され、前記半導体デバイスが載置される載置台と、該載置台へ対向するように前記第１の処理室内へ突出する押圧装置とを有し、該押圧装置は、内部が大気に開放され且つ前記第１の処理室内から前記内部を仕切るとともに、前記載置台へ向けて伸縮自在の筒状部と、該筒状部における前記載置台側の先端に設けられて前記筒状部が伸長した際に前記載置台に載置された半導体デバイスへ当接する当接部とを有することを特徴とする。
【００１４】
請求項５記載の半導体デバイス製造システムは、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の半導体デバイス製造システムにおいて、前記還元装置は前記第１の処理室内へカルボン酸を供給するカルボン酸供給装置を備えることを特徴とする。
【００１５】
請求項６記載の半導体デバイス製造システムは、請求項５記載の半導体デバイス製造システムにおいて、前記カルボン酸は蟻酸であることを特徴とする。
【００１６】
上記目的を達成するために、請求項７記載の半導体デバイス製造方法は、端子に半田バンプが接合された半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造システムであって、第１の処理室を有し、該第１の処理室内において前記端子の表面の酸化膜を還元する還元装置と、該還元装置とは別に設けられるとともに、前記第１の処理室から隔離された第２の処理室を有し、該第２の処理室内において前記端子への前記半田バンプの接合を行う接合装置とを備える半導体デバイス製造システムにおいて実行される半導体デバイス製造方法であって、前記還元装置において一の半導体デバイスにおける前記端子の表面の酸化膜を還元する間に、前記接合装置において他の半導体デバイスにおける前記端子及び前記半田バンプを接合することを特徴とする。
【００１７】
請求項８記載の半導体デバイス製造方法は、請求項７記載の半導体デバイス製造方法において、前記還元装置から前記接合装置へ前記半導体デバイスを移送する際、前記第１の処理室内及び前記第２の処理室内が窒素によって充填されることを特徴とする。
【００１８】
請求項９記載の半導体デバイス製造方法は、請求項７又は８記載の半導体デバイス製造方法において、前記還元装置において前記半導体デバイスが搬入された前記第１の処理室内を減圧した後、該第１の処理室内へカルボン酸を供給することを特徴とする。
【００１９】
請求項１０記載の半導体デバイス製造方法は、請求項９記載の半導体デバイス製造方法において、前記カルボン酸は蟻酸であることを特徴とする。
【００２０】
請求項１１記載の半導体デバイス製造方法は、請求項７乃至１０のいずれか１項に記載の半導体デバイス製造方法において、前記接合装置において前記第２の処理室内へ搬入された前記半導体デバイスにおける前記半田バンプを溶融して前記端子へ接合する際、前記第２の処理室内は減圧されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、端子への半田バンプの接合を行う接合装置が、端子の表面の酸化膜を還元する還元装置とは別に設けられるので、還元装置において一の半導体デバイスにおける端子の表面の酸化膜を還元する間に、接合装置において他の半導体デバイスにおける端子及び半田バンプを接合することができ、もって、半導体デバイスの製造に関するスループットの低下を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の実施の形態に係る半導体デバイス製造システムの構成を概略的に示す水平断面図である。
【図２】図１における積層チップの構成を概略的に示す断面図であり、図２（Ａ）は還元処理及びリフロー処理を施す前の構成を示し、図２（Ｂ）は還元処理及びリフロー処理を施した後の構成を示す。
【図３】図１における線III−IIIに沿う断面図であり、図１におけるチップ還元装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図４】図１における線IV−IVに沿う断面図であり、図１におけるチップ接合装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図５】図１の半導体デバイス製造システムにおいて実行される還元処理及びリフロー処理を説明するための工程図である。
【図６】図１の半導体デバイス製造システムにおいて実行される還元処理及びリフロー処理を説明するための工程図である。
【図７】図１の半導体デバイス製造システムにおいて実行される還元処理及びリフロー処理を説明するための工程図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
【００２４】
図１は、本実施の形態に係る半導体デバイス製造システムの構成を概略的に示す水平断面図である。なお、図１では、説明を簡単にするために、半導体デバイス製造システムが備える各種装置の上部機構が取り除いた状態の水平断面図が示される。
【００２５】
図１において、半導体デバイス製造システム１０は、複数のＩＣ回路（チップ）１１を積層するチップ積層装置１２と、複数のチップ１１が積層されたチップの組（以下、「積層チップ」という。）１３に還元処理を施すチップ還元装置１４と、積層チップ１３にリフロー処理を施すチップ接合装置１５と、チップ積層装置１２、チップ還元装置１４及びチップ接合装置１５に亘って架け渡されるガイド１６とを備える。
【００２６】
チップ積層装置１２、チップ還元装置１４及びチップ接合装置１５は一列に配置され、特に、チップ還元装置１４及びチップ接合装置１５は互いに接続して配置されている。
【００２７】
チップ積層装置１２は、複数のチップ１１が並べられたダイシングフィルム１７を載置するチップ置き場１８と、ガイド１６に担持される搬送トレイ１９と、チップ１１を移動させるピックアップユニット２０と、半田ペーストが満たされている浸漬ユニット２１と、ピックアップユニット２０にピックされたチップ１１の下面を撮影するカメラユニット２２と、チップ１１の種類に交換されるピックアップユニット２０の各種ヘッドツールが載置されるツール交換ユニット２３とを備える。
【００２８】
チップ積層装置１２では、ピックアップユニット２０が、チップ置き場１８からチップ１１を１つピックして浸漬ユニット２１へ移動させ、チップ１１の下面を半田ペーストに浸漬させて該下面に半田ペーストを付着させ、さらに、チップ１１をカメラユニット２２へ移動させてチップ１１の下面を撮影させて該下面に付着した半田ペーストの状態を確認する。その後、チップ１１を搬送トレイ１９へ移動させて該搬送トレイ１９上に既に配置されている他のチップ１１の上に重ね置く。これにより、搬送トレイ１９上において、複数のチップ１１が積層された積層チップ１３が構成される。本実施の形態では、搬送トレイ１９上において８つの積層チップ１３が構成される。
【００２９】
搬送トレイ１９は、ガイド１６に支持される矩形板状の支持トレイ１９ａと、該支持トレイ１９ａに着脱自在に載置される２つのチップトレイ１９ｂとを有する。本実施の形態では、チップトレイ１９ｂの各々に上述した積層チップ１３が４つずつ１列に配置される。また、ガイド１６は積層チップ１３を載置する搬送トレイ１９をチップ積層装置１２からチップ還元装置１４へ、さらに、チップ還元装置１４からチップ接合装置１５へ搬送する。
【００３０】
チップ積層装置１２からチップ還元装置１４へ搬送された搬送トレイ１９における２つのチップトレイ１９ｂはチップ還元装置１４の還元チャンバ２４内に収容され、該還元チャンバ２４内において各積層チップ１３に還元処理が施される。また、チップ還元装置１４からチップ接合装置１５へ搬送された搬送トレイ１９における２つのチップトレイ１９ｂはチップ接合装置１５のリフローチャンバ２５内に収容され、該リフローチャンバ２５内において各積層チップ１３にリフロー処理が施される。チップ還元装置１４及びチップ接合装置１５の構成、作用の詳細については後述する。
【００３１】
図２は、図１における積層チップの構成を概略的に示す断面図であり、図２（Ａ）は還元処理及びリフロー処理を施す前の構成を示し、図２（Ｂ）は還元処理及びリフロー処理を施した後の構成を示す。
【００３２】
図２（Ａ）に示すように、積層チップ１３は、一番下に配置された、ベースチップ２８に複数のチップ１１を積層して構成される。ベースチップ２８の上面には複数の電極パッド２９が形成され、各チップ１１の下面には複数の半田バンプ２６が形成されるとともに、該半田バンプ２６を避けるように絶縁層３０が形成される一方、チップ１１の上面には複数の端子２７が形成される。チップ１１の下面の半田バンプ２６は、浸漬ユニット２１においてチップ１１の下面に付着した半田ペーストによって形成される。各チップ１１において下面の半田バンプ２６は上面の端子２７と当該チップ１１を厚み方向に貫通する配線、例えば、ＴＳＶ（図示しない）によって接続される。
【００３３】
積層チップ１３が構成される際、チップ積層装置１２において、ベースチップ２８の上面の各端子２７にチップ１１の下面の各半田バンプ２６を当接させるようにベースチップ２８へチップ１１を重ね、さらに、チップ１１の上面の各端子２７に他のチップ１１の下面の各半田バンプ２６を当接させるようにベースチップ２８へチップ１１を重ね、以後、チップ１１の積み重ねを繰り返す。このとき、端子２７及び半田バンプ２６の厚さの合計は絶縁層３０の厚さよりも大きいため、積層チップ１３へリフロー処理を施す前は、下のチップ１１の上面に上のチップ１１の絶縁層３０が当接されることはない。
【００３４】
一方、積層チップ１３へリフロー処理を施すと、上のチップ１１の半田バンプ２６が溶融して下のチップ１１の端子２７と接合されるが、このとき、半田バンプ２６の形状が崩れるため、上のチップ１１は下のチップ１１へ向けて沈下し、上のチップ１１の絶縁層３０が下のチップ１１の上面に当接する（図２（Ｂ））。
【００３５】
本実施の形態では、チップ積層装置１２において構成された各積層チップ１３が搬送トレイ１９とともにチップ還元装置１４へ搬送され、該チップ還元装置１４は、各積層チップ１３におけるチップ１１の各々の端子２７の表面の酸化膜をカルボン酸、例えば、蟻酸で還元し（還元処理）、チップ接合装置１５は、還元処理が施された積層チップ１３において或るチップ１１の半田バンプ２６を熱で溶融して他のチップ１１における表面から酸化膜が除去された端子２７と接合させる（リフロー処理）。これにより、積層チップ１３から半導体デバイスが製造される。
【００３６】
図３は、図１における線III−IIIに沿う断面図であり、図１におけるチップ還元装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００３７】
図３において、チップ還元装置１４は、搬送トレイ１９における２つのチップトレイ１９ｂを収容する筐体状の還元チャンバ２４（第１の処理室）と、還元チャンバ２４内において底部に配置された下部ステージ３１（載置台）と、還元チャンバ２４の天井部において還元チャンバ２４内へ突出する押圧シリンダ３２（押圧装置）と、還元チャンバ２４内へ還元剤としてのカルボン酸の蒸気、例えば、蟻酸の蒸気を供給する還元剤供給装置３３（カルボン酸供給装置）と、還元チャンバ２４内を減圧するドライポンプ３４（減圧装置）と、還元チャンバ２４内へ窒素ガスを供給する窒素ガス供給管３５と、還元チャンバ２４内の雰囲気を加熱するヒータ（図示しない）とを備える。
【００３８】
下部ステージ３１は還元チャンバ２４内に搬入された搬送トレイ１９における２つのチップトレイ１９ｂに対応する部分に２つの突出部３１ａを有する。押圧シリンダ３２は、内部３２ａが還元チャンバ２４の外部と連通して大気に開放され且つ還元チャンバ２４内から内部３２ａを仕切る筒状の伸縮自在なベローズからなる伸縮部３２ｂ（筒状部）と、伸縮部３２ｂにおける下部ステージ３１側の先端に設けられる板状の当接部３２ｃとを有し、下部ステージ３１の突出部３１ａへ対向するように配置される。チップ還元装置１４では、搬送トレイ１９に載置された積層チップ１３の数と同じ数、すなわち、８つの押圧シリンダ３２が配置されている。
【００３９】
還元チャンバ２４は上部２４ａ及び下部２４ｂに分割可能であり、還元チャンバ２４が上部２４ａ及び下部２４ｂに分割された際、ガイド１６によって搬送トレイ１９が上部２４ａ及び下部２４ｂの間に搬入され、搬入された搬送トレイ１９はチップトレイ１９ｂが下部ステージ３１と対向するように位置が調整される。搬送トレイ１９のガイド１６による搬送方向に垂直な方向（以下、「幅方向」という。）に関する長さは、幅方向に関する還元チャンバ２４の長さよりも大きく、これにより、搬送トレイ１９が上部２４ａ及び下部２４ｂの間に搬入される際、上部２４ａの側壁部及び下部２４ｂの側壁部に間には搬送トレイ１９の一部、具体的には、支持トレイ１９ａの一部が存在する。また、下部ステージ３１の各突出部３１ａの幅方向に関する長さは各チップトレイ１９ｂの幅方向に関する長さよりも小さくなるように設定される。
【００４０】
還元剤供給装置３３は、カルボン酸として蟻酸だけでなく、酢酸、アクリル酸、プロピオン酸、プチリック酸、カプロン酸、蓚酸、コハク酸、サリチル酸、マロン酸、エナント酸、カプリル酸、ペラルゴン酸、乳酸、カプリン酸等を供給してもよい。
【００４１】
還元チャンバ２４では、搬送トレイ１９が分割された上部２４ａ及び下部２４ｂの間に搬入された後、上部２４ａ及び下部２４ｂが間に支持トレイ１９ａの一部を挟んで結合される。これにより、各チップトレイ１９ｂを還元チャンバ２４の外部から遮断する。
【００４２】
また、還元チャンバ２４内が減圧されて圧力が大気圧より低下すると、押圧シリンダ３２が還元チャンバ２４内へ引き込まれて伸縮部３２ｂが伸長し、当接部３２ｃが、後述するように、下部ステージ３１の突出部３１ａに載置されたチップトレイ１９ｂ上の積層チップ１３に当接する。
【００４３】
図４は、図１における線IV−IVに沿う断面図であり、図１におけるチップ接合装置の構成を概略的に示す断面図である。
【００４４】
図４において、チップ接合装置１５は、搬送トレイ１９における２つのチップトレイ１９ｂを収容する筐体状のリフローチャンバ２５（第２の処理室）と、リフローチャンバ２５内において底部に配置された下部ステージ３６と、リフローチャンバ２５の天井部においてリフローチャンバ２５内へ突出する押圧ピストン３７と、リフローチャンバ２５内へ大気を導入する大気導入管３８と、リフローチャンバ２５内へ窒素ガスを供給する窒素ガス供給管３９と、リフローチャンバ２５内を減圧するドライポンプ４０とを備える。なお、チップ接合装置１５はチップ還元装置１４と別に設けられるので、リフローチャンバ２５は還元チャンバ２４から隔離される。
【００４５】
チップ接合装置１５では、搬送トレイ１９に載置された積層チップ１３の数と同じ数、すなわち、８つの押圧ピストン３７が配置され、搬送トレイ１９における２つのチップトレイ１９ｂに対応して２つの下部ステージ３６が設けられる。各押圧ピストン３７は下部ステージ３６へ対向するように配置され、モータ（図示しない）等によって下部ステージ３６へ向けて移動自在に構成される。各押圧ピストン３７における下部ステージ３６側の先端に設けられる押圧部３７ａ及び各下部ステージ３６にはヒータ及び冷却機構、例えば、ペルチェ素子（ともに図示しない）が埋設される。
【００４６】
リフローチャンバ２５も、還元チャンバ２４と同様に、上部２５ａ及び下部２５ｂに分割可能であり、リフローチャンバ２５が上部２５ａ及び下部２５ｂに分割された際、ガイド１６によって搬送トレイ１９が上部２５ａ及び下部２５ｂの間に搬入され、搬入された搬送トレイ１９は各チップトレイ１９ｂが各下部ステージ３６と対向するように位置が調整される。搬送トレイ１９の幅方向に関する長さは、幅方向に関するリフローチャンバ２５の長さよりも大きく、これにより、搬送トレイ１９が上部２５ａ及び下部２５ｂの間に搬入される際、上部２５ａの側壁部及び下部２５ｂの側壁部に間には搬送トレイ１９の一部、具体的には、支持トレイ１９ａの一部が存在する。また、各下部ステージ３６の幅方向に関する長さは各チップトレイ１９ｂの幅方向に関する長さよりも小さくなるように設定される。
【００４７】
リフローチャンバ２５では、搬送トレイ１９が分割された上部２５ａ及び下部２５ｂの間に搬入された後、上部２５ａ及び下部２５ｂが間に支持トレイ１９ａの一部を挟んで結合される。これにより、各チップトレイ１９ｂをリフローチャンバ２５の外部から遮断する。このとき、後述するように、各下部ステージ３６はチップトレイ１９ｂを載置し、各押圧ピストン３７の押圧部３７ａは載置されたチップトレイ１９ｂ上の各積層チップ１３を押圧する。
【００４８】
次に、半導体デバイス製造システム１０において実行される還元処理及びリフロー処理について説明する。
【００４９】
図５乃至図７は、図１の半導体デバイス製造システムにおいて実行される還元処理及びリフロー処理を説明するための工程図である。
【００５０】
まず、図５（Ａ）に示すように、チップ還元装置１４において還元チャンバ２４が上部２４ａ及び下部２４ｂに分割されて、上部２４ａ及び下部２４ｂの間に搬送トレイ１９が搬入され、各チップトレイ１９ｂが下部ステージ３１の各突出部３１ａと対向するように搬送トレイ１９の位置が調整される。
【００５１】
次いで、図５（Ｂ）に示すように、上部２４ａ及び下部２４ｂが結合されて各チップトレイ１９ｂが還元チャンバ２４の外部から遮断されるが、このとき、各突出部３１ａは下部２４ｂとともに上昇してチップトレイ１９ｂを持ち上げ、該チップトレイ１９ｂを支持トレイ１９ａから離間させる。
【００５２】
次いで、ドライポンプ３４が還元チャンバ２４内を減圧する。このとき、還元チャンバ２４内の圧力は大気圧よりも低下するため、押圧シリンダ３２が還元チャンバ２４内へ引き込まれて当接部３２ｃがチップトレイ１９ｂ上の積層チップ１３へ当接する（図５（Ｃ））。
【００５３】
その後、還元剤供給装置３３が蟻酸の蒸気を還元チャンバ２４内へ供給する。これにより、各積層チップ１３におけるチップ１１の各々の端子２７の表面の酸化膜が還元され、該酸化膜が除去される。さらに、一定時間経過後、ドライポンプ３４が還元チャンバ２４内を減圧して該還元チャンバ２４内に存在する蟻酸の蒸気を排出する。酸化膜の除去及び蟻酸の蒸気の排出の間、各積層チップ１３は各押圧シリンダ３２の当接部３２ｃによって押さえられるので、各積層チップ１３において各チップ１１が浮き上がることがなく、また、各チップ１１の位置がずれることがない。
【００５４】
次いで、窒素ガス供給管３５が還元チャンバ２４内へ窒素ガスを供給し、該還元チャンバ２４内を窒素ガスで満たす。このとき、還元チャンバ２４内の圧力は大気圧以上となるため、押圧シリンダ３２は還元チャンバ２４内から押し返されるように移動し、当接部３２ｃが積層チップ１３から離間する（図６（Ａ））。また、還元チャンバ２４内が窒素ガスで満たされて蟻酸の蒸気が還元チャンバ２４内に残留しなくなるので、還元チャンバ２４が上部２４ａ及び下部２４ｂに再度分割される際、蟻酸の蒸気が大気中に放出されるのを防止することができる。
【００５５】
次いで、還元チャンバ２４が上部２４ａ及び下部２４ｂに分割される。このとき、下部２４ｂとともに突出部３１ａも下降するため、チップトレイ１９ｂも支持トレイ１９ａまで下降して該支持トレイ１９ａに再び載置される（図６（Ｂ））。
【００５６】
次いで、図５（Ａ）乃至図６（Ｂ）に示す還元処理が施された積層チップ１３を載置する搬送トレイ１９が、ガイド１６によって上部２４ａ及び下部２４ｂの間から搬出されてチップ接合装置１５のリフローチャンバ２５へ搬入される。具体的には、図６（Ｃ）に示すように、チップ接合装置１５においてリフローチャンバ２５が上部２５ａ及び下部２５ｂに分割されて、上部２５ａ及び下部２５ｂの間に搬送トレイ１９が搬入され、各チップトレイ１９ｂが各下部ステージ３６と対向するように搬送トレイ１９の位置が調整される。このとき、搬送トレイ１９の搬入に先立って、窒素ガス供給管３９はリフローチャンバ２５内へ窒素ガスを供給し、リフローチャンバ２５内を窒素ガスで充填する。したがって、搬送トレイ１９はいずれも窒素ガスで充填された還元チャンバ２４内及びリフローチャンバ２５内を移動する。
【００５７】
次いで、図７（Ａ）に示すように、上部２５ａ及び下部２５ｂが結合されて各チップトレイ１９ｂがリフローチャンバ２５の外部から遮断されるが、このとき、各下部ステージ３６は下部２５ｂとともに上昇してチップトレイ１９ｂを持ち上げ、該チップトレイ１９ｂを支持トレイ１９ａから離間させる。
【００５８】
次いで、各押圧ピストン３７が下部ステージ３６に載置されたチップトレイ１９ｂへ向けて下降し、各押圧部３７ａが所定値の荷重で各チップトレイ１９ｂ上の各積層チップ１３を押圧する（図７（Ｂ））。このとき、押圧部３７ａ及び各下部ステージ３６のヒータが各積層チップ１３を加熱し、或るチップ１１の半田バンプ２６を熱で溶融して他のチップ１１の端子２７と接合させる。
【００５９】
次いで、一定の時間、押圧部３７ａ及び各下部ステージ３６のヒータによって各積層チップ１３を加熱した後、押圧部３７ａ及び各下部ステージ３６の冷却機構が各積層チップ１３を急速に冷却して溶融した半田バンプ２６を硬化させる（図７（Ｂ））。
【００６０】
また、図６（Ｃ）の工程（搬送トレイ１９の搬入）乃至図７（Ｂ）の工程（積層チップ１３の冷却）においてリフローチャンバ２５内は窒素ガスで充填され、圧力が大気圧に維持される。すなわち、リフローチャンバ２５内とリフローチャンバ２５の外部とでは圧力差が存在せず、該圧力差によって押圧ピストン３７の押圧部３７ａが積層チップ１３へ付与する所定値の荷重が変化することがない。したがって、半田バンプ２６及び端子２７の接合を安定して行うことができ、もって、安定した品質の半導体デバイスを製造することができる。
【００６１】
次いで、ドライポンプ４０がリフローチャンバ２５内を減圧してリフローチャンバ２５内から窒素ガスを除去し、続いて、大気導入管３８がリフローチャンバ２５内へ大気を導入する（図７（Ｂ））。これにより、搬送トレイ１９を搬出するためにリフローチャンバ２５を上部２５ａ及び下部２５ｂへ分割した際に窒素ガスが大気に放出されることがない。
【００６２】
次いで、リフローチャンバ２５が上部２５ａ及び下部２５ｂに分割される。このとき、下部２５ｂとともに下部ステージ３６も下降するため、チップトレイ１９ｂも支持トレイ１９ａまで下降して該支持トレイ１９ａに再び載置される。
【００６３】
その後、搬送トレイ１９をガイド１６によって上部２５ａ及び下部２５ｂの間から搬出し、還元処理及びリフロー処理を終了する。
【００６４】
本発明の実施の形態に係る半導体デバイス製造システム１０によれば、チップ接合装置１５がチップ還元装置１４とは別に設けられるので、チップ還元装置１４において一の積層チップ１３における端子２７の表面の酸化膜を還元する間に、チップ接合装置１５において他の積層チップ１３における端子２７及び半田バンプ２６を接合することができる。すなわち、図６（Ａ）乃至図６（Ｂ）に示す還元処理と、図６（Ｃ）乃至図７（Ｃ）に示すリフロー処理とを同時に実行することができる。その結果、半導体デバイスの製造に関するスループットの低下を防止することができる。また、チップ接合装置１５のリフローチャンバ２５はチップ還元装置１４の還元チャンバ２４から隔離されるので、リフローチャンバ２５の各種装置に腐食対策を施す必要が無く、もって、過剰な腐食対策を行う必要を無くすことができる。
【００６５】
上述した半導体デバイス製造システム１０では、チップ還元装置１４及びチップ接合装置１５は互いに接続されているので、チップ還元装置１４において端子２７の表面の酸化膜が除去された積層チップ１３を直ちにチップ接合装置１５へ搬送することができ、もって、端子２７の表面が大気に触れる時間を削減することができる。より具体的には、搬送トレイ１９をチップ還元装置１４からチップ接合装置１５へ移送する際、還元チャンバ２４内及びリフローチャンバ２５内を窒素で充填することによって端子２７の表面が大気に触れるのを防止することができる。これにより、酸化膜が除去された端子２７の表面に再度、自然酸化膜が形成されるのを防止することができる。
【００６６】
また、上述した半導体デバイス製造システム１０では、還元処理において還元チャンバ２４内を減圧した後、該還元チャンバ２４内へ蟻酸の蒸気を供給するので、蟻酸の相対濃度を高めることができ、もって、端子２７の表面の酸化膜の除去を迅速に行うことができるとともに、積層チップ１３において互いに当接する半田バンプ２６及び端子２７の間からガスを除去することができ、もって、半田バンプ２６及び端子２７の間にボイドが生じるのを防止することができる。
【００６７】
さらに、上述した半導体デバイス製造システム１０では、リフロー処理において積層チップ１３における半田バンプ２６を溶融して端子２７へ接合する際、リフローチャンバ２５内は減圧されるので、半田バンプ２６において生じたガスを除去することができ、もって、半田バンプ２６の中にボイドが残るのを防止することができる。
【００６８】
以上、本発明について、上記実施の形態を用いて説明したが、本発明は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００６９】
上述したチップ還元装置１４は押圧シリンダ３２を備えたが、還元反応には積層チップ１３の押圧が不要であるため、積層チップ１３からチップ１１が飛散しない程度に蟻酸の蒸気の供給や窒素ガスの供給を緩やかに行うことが可能であれば、チップ還元装置１４は押圧シリンダ３２を必ずしも備える必要はない。
【００７０】
上述した半導体デバイス製造システム１０では、積層チップ１３に還元処理及びリフロー処理が施されたが、チップを積層することなく、１つのチップにおいて端子へ半田バンプを接合する際にも、半導体デバイス製造システム１０を用いて図５乃至図７に示す還元処理及びリフロー処理を実行してもよい。さらに、搬送トレイ１９はガイド１６によって搬送されたが、搬送トレイ１９の搬送手段はこれに限られず、例えば、ベルトコンベアを用いてもよい。
【符号の説明】
【００７１】
１０  半導体デバイス製造システム
１１  チップ
１３  積層チップ
１４  チップ還元装置
１５  チップ接合装置
２４  還元チャンバ
２５  リフローチャンバ
２６  半田バンプ
２７  端子
３１，３６  下部ステージ
３１ａ  突出部
３２  押圧シリンダ
３３  還元剤供給装置
３４，４０  ドライポンプ
３５，３９  窒素ガス供給管
３７  押圧ピストン
【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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