(57)【要約】【課題】厚さの異なる複数の積層チップであっても、同一圧力で一度に押圧して実装することができると共に、スループットを向上させることができる三次元実装装置を提供する。【解決手段】三次元実装装置１０は、密閉可能な処理室１１と、処理室１１内に配置され、積層チップ３０ａ〜３０ｃをそれぞれ載置する複数の載置台１４と、処理室１１に対向して配置された圧力室１２と、載置台１４に対応して設けられ、一端が処理室１１内に突出して複数の載置台１４の載置面とそれぞれ対向する押圧面１５ａを形成し、他端が圧力室１２内に突出して頂部平面１５ｂを形成する複数のピストン１５と、処理室１１内の圧力と圧力室１２内の圧力との差圧を形成する減圧ポンプ１３とを有し、複数のピストン１５の押圧面１５ａは、上記差圧に基づいて積層チップ３０ａ〜３０ｃを同じ押圧力で、一度に押圧して実装する。【選択図】図１
2013138077.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
密閉可能な処理室と、
該処理室内に配置され、複数のチップを積層した積層チップをそれぞれ載置する複数の載置台と、
前記処理室に対向して配置された圧力室と、
前記複数の載置台に対応して設けられ、一端が前記処理室内に突出して前記複数の載置台の載置面とそれぞれ対向する押圧面を形成し、他端が前記圧力室内に突出して頂部平面を形成する複数のピストンと、
前記処理室及び圧力室と連通し、前記処理室内の圧力と前記圧力室内の圧力との差圧を形成する圧力調整装置と
を有し、
前記複数のピストンの前記押圧面は、前記差圧に基づいて前記複数の載置台に載置される前記複数の積層チップを一度に押圧して実装することを特徴とする三次元実装装置。
【請求項２】
前記圧力室内の圧力が前記処理室内の圧力よりも高い時、前記複数のピストンの前記押圧面は前記複数の積層チップを押圧し、前記圧力室内の圧力が前記処理室内の圧力よりも低い時、前記押圧を解消することを特徴とする請求項１記載の三次元実装装置。
【請求項３】
前記複数のピストンにおける前記頂部平面の面積は、全て等しいことを特徴とする請求項１又は２記載の三次元実装装置。
【請求項４】
前記圧力室内に、前記ピストンの前記頂部平面の変位を微調整するための釣支部材が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の三次元実装装置。
【請求項５】
前記ピストンには、該ピストンの押圧面を加熱する加熱部材及び冷却する冷却部材が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の三次元実装装置。
【請求項６】
前記載置台には、該載置台の載置面を加熱する加熱部材及び冷却する冷却部材が埋設されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の三次元実装装置。
【請求項７】
前記処理室は、前記複数の載置台に対応して設けられた複数の単位処理室が連通管によって連通されたものであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の三次元実装装置。
【請求項８】
前記圧力室は、前記複数のピストンに対応して設けられた複数の単位圧力室が連通管によって連通されたものであることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか１項に記載の三次元実装装置。
【請求項９】
前記ピストンにおける前記押圧面と前記頂部平面とを連結する連結棒の前記処理室側の一部は耐圧用のベローズに囲まれており、該ベローズによって前記ピストンにおける前記押圧面が変位する際の前記処理室の密閉状態が確保されていることを特徴とする請求項１乃至８のいずれか１項に記載の三次元実装装置。
【請求項１０】
前記ピストンにおける前記連結棒の前記圧力室側の一部は耐圧用のベローズに囲まれており、該ベローズによって前記ピストンの前記頂部平面が変位する際の前記圧力室の密閉状態が確保されていることを特徴とする請求項１乃至９のいずれか１項に記載の三次元実装装置。
【請求項１１】
前記処理室及び前記圧力室には、それぞれ大気との連通部を開閉する大気開放部が設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の三次元実装装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数のチップを実装する三次元実装装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
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ＩＣ基板（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装置が開発されている。この三次元実装装置を用いた実装方法では、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。三次元実装方法としては、ＣＯＷ（Chip On Wafer）工法やＣＯＣ（Chip On Chip）工法等が知られている。いずれの工法においても、積層するチップのずれを防止するために、各チップ同士の本接合に先立って各チップ同士を仮接合し、仮接合された複数のチップ同士をリフローによって本接合することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００９−１１０９９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の三次元実装方法では、１つのチャンバ、例えば、リフロー炉内において半導体デバイスを構成する積層された複数のチップの組（以下、「積層チップ」という。）を１つずつリフローするが、個別の積層チップに対して同一圧力で積層チップ数だけリフローを行う方法では、操作が煩雑で、積層チップ当たりのコストが高騰し、積層チップ数が多いほどコストが高くなるという問題がある。
【０００５】
また、それぞれ厚さの異なる積層チップを同時にリフローする際に積層チップ相互間の層厚差を吸収する方法、例えばエラストマー部材を積層チップの下に敷く方法にあっては、各積層チップを同時に押圧する押圧部材が大型化することに伴って該押圧部材の昇温又は冷却時間が長くなるので熱効率が低下すると共に、使用環境条件に長期間耐え得るエラストマー材料が乏しいことから、却ってランニングコストが高くなるという問題がある。
【０００６】
一方、個々の積層チップを独立に加圧する治具を製作し、複数の積層チップをそれぞれ載置して治具又はその雰囲気の温度を調整する方法にあっては、各治具への積層チップの載置及び取り外しが煩雑となり、スループットが低下するという問題がある。
【０００７】
本発明の課題は、厚さの異なる複数の積層チップであっても、同一圧力で一度に押圧して実装することができると共に、積層チップの実装処理におけるスループットを向上させることができる三次元実装装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、請求項１記載の三次元実装装置は、密閉可能な処理室と、該処理室内に配置され、複数のチップを積層した積層チップをそれぞれ載置する複数の載置台と、前記処理室に対向して配置された圧力室と、前記複数の載置台に対応して設けられ、一端が前記処理室内に突出して前記複数の載置台の載置面とそれぞれ対向する押圧面を形成し、他端が前記圧力室内に突出して頂部平面を形成する複数のピストンと、前記処理室及び圧力室と連通し、前記処理室内の圧力と前記圧力室内の圧力との差圧を形成する圧力調整装置とを有し、前記複数のピストンの前記押圧面は、前記差圧に基づいて前記複数の載置台に載置される前記複数の積層チップを一度に押圧して実装することを特徴とする。
【０００９】
請求項２記載の三次元実装装置は、請求項１記載の三次元実装装置において、前記圧力室内の圧力が前記処理室内の圧力よりも高い時、前記複数のピストンの前記押圧面は前記複数の積層チップを押圧し、前記圧力室内の圧力が前記処理室内の圧力よりも低い時、前記押圧を解消することを特徴とする。
【００１０】
請求項３記載の三次元実装装置は、請求項１又は２記載の三次元実装装置において、前記複数のピストンにおける前記頂部平面の面積は、全て等しいことを特徴とする。
【００１１】
請求項４記載の三次元実装装置は、請求項１乃至３のいずれか１項に記載の三次元実装装置において、前記圧力室内に、前記ピストンの前記頂部平面の変位を微調整するための釣支部材が設けられていることを特徴とする。
【００１２】
請求項５記載の三次元実装装置は、請求項１乃至４のいずれか１項に記載の三次元実装装置において、前記ピストンには、該ピストンの押圧面を加熱する加熱部材及び冷却する冷却部材が埋設されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項６記載の三次元実装装置は、請求項１乃至５のいずれか１項に記載の三次元実装装置において、前記載置台には、該載置台の載置面を加熱する加熱部材及び冷却する冷却部材が埋設されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項７記載の三次元実装装置は、請求項１乃至６のいずれか１項に記載の三次元実装装置において、前記処理室は、前記複数の載置台に対応して設けられた複数の単位処理室が連通管によって連通されたものであることを特徴とする。
【００１５】
請求項８記載の三次元実装装置は、請求項１乃至７のいずれか１項に記載の三次元実装装置において、前記圧力室は、前記複数のピストンに対応して設けられた複数の単位圧力室が連通管によって連通されたものであることを特徴とする。
【００１６】
請求項９記載の三次元実装装置は、請求項１乃至８のいずれか１項に記載の三次元実装装置において、前記ピストンにおける前記押圧面と前記頂部平面とを連結する連結棒の前記処理室側の一部は耐圧用のベローズに囲まれており、該ベローズによって前記ピストンにおける前記押圧面が変位する際の前記処理室の密閉状態が確保されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項１０記載の三次元実装装置は、請求項１乃至９のいずれか１項に記載の三次元実装装置において、前記ピストンにおける前記連結棒の前記圧力室側の一部は耐圧用のベローズに囲まれており、該ベローズによって前記ピストンの前記頂部平面が変位する際の前記圧力室の密閉状態が確保されていることを特徴とする。
【００１８】
請求項１１記載の三次元実装装置は、請求項１乃至１０のいずれか１項に記載の三次元実装装置において、前記処理室及び前記圧力室には、それぞれ大気との連通部を開閉する大気開放部が設けられていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、複数の載置台が配設された処理室と、該処理室に対向配置された圧力室と、複数の載置台に対応して設けられたピストンであって一端が処理室内に突出して複数の載置台の載置面とそれぞれ対向する押圧面を形成し、他端が圧力室内に突出して頂部平面を形成する複数のピストンと、処理室内の圧力と圧力室内の圧力との差圧を形成する圧力調整装置とを有し、処理室内の圧力と圧力室内の圧力との差圧に基づいて各ピストンの押圧面が、載置台に載置された複数の積層チップを一度に押圧するので、厚さの異なる複数の積層チップであっても、同一圧力で一度に押圧して実装することができる。また、これによって、積層チップの実装処理におけるスループットを向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明の実施の形態に係る三次元実装装置の構成を概略的に示す断面図である。
【図２】図１における三次元実装装置が実装処理を施す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、実装処理を施す前の構成を示し、図２（Ｂ）は実装処理を施した後の構成を示す。
【図３】図１の三次元実装装置が実行する積層チップの三次元実装方法の工程を説明するための図である。
【図４】押圧面と連結棒との接続部に球面軸受を介在させたピストンの部分拡大図断面である。
【図５】図１の三次元実装装置の変形例を示す部分拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しながら詳述する。
【００２２】
図１は、本発明の実施の形態に係る三次元実装装置の構成を示す断面図である。
【００２３】
図１において、三次元実装装置１０は、密閉可能な処理室１１と、該処理室１１に対向してその上部に配置された圧力室１２と、処理室１１と圧力室１２とに連結され、その間の差圧を形成する圧力調整装置としての減圧ポンプ１３とから主として構成されている。
【００２４】
処理室１１内には、複数、例えば３つの載置台１４が配置されている。３つ載置台１４の載置面には、例えば、それぞれ厚さが異なる積層チップ３０ａ〜３０ｃが載置され、該積層チップ３０ａ〜３０ｃに対して実装処理が施される。ここで、積層チップとは、半導体デバイスを構成するために積層された複数のチップの組をいい、実装処理とは、積層チップを所定温度で加熱、押圧して各チップの半田バンプを溶かして各チップを電気的に導通させて半導体デバイスを形成する処理をいう。
【００２５】
図２は、図１における三次元実装装置が実装処理を施す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、実装処理を施す前の構成を示し、図２（Ｂ）は実装処理を施した後の構成を示す。
【００２６】
図２（Ａ）において、積層チップ３０は、一番下に配置された、ベースチップ３１に複数のチップ３２を積層して構成される。ベースチップ３１の上面には複数の電極パッド３３が形成され、各チップ３２の下面には複数の半田バンプ３４が形成されるとともに、該半田バンプ３４を避けるようにストッパー３５が形成される一方、チップ３２の上面には複数の電極パッド３６が形成されている。チップ３２の下面の半田バンプ３４は、チップ３２の下面に付着した半田ペーストによって形成される。また、各半田バンプ３４の表面にはフラックス（図示省略）の層が形成されている。各チップ３２において下面の半田バンプ３４は上面の電極パッド３６と当該チップ３２を厚み方向に貫通する配線、例えば、ＴＳＶ（図示しない）によって接続されている。
【００２７】
積層チップ３０が形成される際、ベースチップ３１の上面の各電極パッド３３にチップ３２の下面の各半田バンプ３４を当接させるようにベースチップ３１へチップ３２を重ね、さらに、チップ３２の上面の各電極パッド３６に他のチップ３２の下面の各半田バンプ３４を当接させるようにベースチップ３１へチップ３２を重ね、以後、チップ３２の積み重ねを繰り返す。このとき、電極パッド３６及び半田バンプ３４の厚さの合計はストッパー３５の厚さよりも大きいため、積層チップ３０へ実装処理を施す前は、下のチップ３２の上面に上のチップ３２のストッパー３５が当接することはない。
【００２８】
一方、積層チップ３０へ実装処理を施すと、上のチップ３２の半田バンプ３４が溶融して下のチップ３２の電極パッド３６と接合されるが、このとき、半田バンプ３４の形状が崩れるため、上のチップ３２は下のチップ３２へ向けて沈下し、上のチップ３２のストッパー３５が下のチップ３２の上面に当接する（図２（Ｂ））。これにより、積層チップ３０から半導体デバイスが製造される。
【００２９】
図１に戻って、各載置台１４と対応して、その上部に載置台１４と同数のピストン１５がそれぞれ設けられている。ピストン１５の一端は処理室１１内に突出しており、他端は圧力室１２内に突出している。ピストン１５の処理室１１内に突出する一端であって、載置台１４の上部平面と対向する端部には押圧面１５ａが形成されており、他端である圧力室１２内に突出する端部には頂部平面１５ｂが形成されている。各ピストン１５の押圧面１５ａの面積はそれぞれ等しく設定され、各ピストン１５の頂部平面１５ｂの面積もそれぞれ等しく設定される。
【００３０】
圧力室１２は、各ピストン１５に対応する３つの単位圧力室１２ａの連結体からなり、各単位圧力室は連通管１６によって一体に連通されて圧力室１２を形成している。
【００３１】
処理室１１及び圧力室１２の境界は、処理室１１を形成する上部壁面及び圧力室１２を形成する下部壁面を兼用する境界壁１７となっており、該境界壁１７と、各ピストン１５との摺接面にはベアリング等の軸受（以下、「ベアリング」という。）１８が配置されている。
【００３２】
境界壁１７には、各単位圧力室１２ａに対応して、図１中、上下に貫通するスリット１７ａが設けられており、該スリット１７ａの一端は大気に開放し、他端は境界壁１７と摺接するピストン１５の連結棒の処理室１１側の一部を囲む空間１７ｂと連通している。すなわち、ピストン１５の連結棒の一部は、処理室１１及び圧力室１２のいずれにも属さない空間である大気に開放されている。ここで、空間１７ｂとは、処理室１１内においてピストン１５の連結棒における押圧面１５ａ側の一部を囲むベローズ１９によって処理室１１内の空間と隔絶された空間をいう。
【００３３】
すなわち、ベローズ１９は、例えば、円筒状を呈する耐圧用のベローズであって、ピストン１５の押圧面１５ａの外周部と、該外周部に対向する境界壁１７の下面であって、ピストン１５が貫通する貫通孔とスリット１７ａとが連通する部分を包含する面の外周部とを連結するように配置され、該ベローズ１９の外側の空間である処理室１１内の空間と、内側の空間であって、ピストン１５の連結棒の一部を囲む空間１７ａとを隔絶している。従って、ベローズ１９によって、ピストン１５の押圧面１５ａが変位する際の処理室１１の密閉状態が確保される。
【００３４】
また、ピストン１５の連結棒であって圧力室１２側の一部は、例えば、円筒状を呈する耐圧用のベローズ２０によって囲まれている。すなわち、ベローズ２０は、ピストン１５の頂部平面１５ｂの外周部と該外周部に対向する隔壁１７の上面であって、ベアリング１８を包含する面の外周部とを連結するように配設されており、該ベローズ２０によってピストン１５の頂部平面１５ｂが変位する際の圧力室１２の密閉状態が確保されている。
【００３５】
積層チップ３０ａ〜３０ｃを押圧するピストン１５には、該ピストン１５の押圧面１５ａを加熱する加熱部材１５ｃ及び冷却する冷却部材（図示省略）が埋設されている。また、積層チップ３０ａ〜３０ｃを載置する載置台１４には、該載置台１４の載置面を加熱する加熱部材１４ａ及び冷却する冷却部材（図示省略）が埋設されている。加熱部材１５ｃ、１４ａとしては、例えば、それぞれ電気配線１５ｄ及び１４ｂが接続された電熱ヒータが好適に用いられる。なお、載置台１４の載置面又はピストン１５の押圧面１５ａを冷却する場合は、例えば、電熱ヒータの電源をＯＦＦにし、熱交換機能を備えた載置台１４又はピストン１５に冷却用のエアーが供給される。
【００３６】
処理室１１及び圧力室１２はそれぞれＴ字状の連通配管２１によって圧力調整装置としての減圧ポンプ１３に連通されている。Ｔ字状の連通配管２１における処理室１１との連結部には開閉バルブ２２が設けられ、圧力室１２との連結部には開閉バルブ２３が設けられ、さらに減圧ポンプ１３との連結部には開閉バルブ２４が設けられている。
【００３７】
また、処理室１１及び圧力室１２には、それぞれ大気解放部としての開放バルブ２５及び大気に連通する連結配管２８に付設されたマスフローコントローラ２７が設けられている。
【００３８】
三次元実装装置１０における減圧ポンプ１３、開閉バルブ２２〜２４をはじめとする各種機器の動作は、例えば、三次元実装装置１０が備える制御部（図示省略）のＣＰＵが三次元実装方法に対応するプログラムに応じて制御する。
【００３９】
次に、図１の三次元実装装置が実行する積層チップの三次元実装方法について説明するが、先ず、図１の三次元実装装置１０を用いた実装方法におけるピストン１５の移動原理について説明する。
【００４０】
図１において、ピストン１５はベアリング１８を介して境界壁１７を図１中、上下方向に貫通する貫通孔の内壁面に対して摺動自在に支持されている。
【００４１】
また、処理室１１内におけるベローズ１９で囲まれた空間は処理室１１内の空間とは隔絶されており、圧力室１２におけるベローズ２０で囲まれた空間も圧力室１２内の空間と隔絶されている。従って、ピストン１５は、ベローズ１９で囲まれた空間及びベローズ２０で囲まれた空間の圧力を所定圧力、例えば、大気圧に保持しつつ、図１中を上下方向に摺動自在に構成されている。この状態で、例えば、圧力室１２内の圧力を大気圧に保持したまま処理室１１内の圧力を大気圧よりも低い圧力に減圧すると、処理室１１及び圧力室１２の全内壁面に、処理室１１内の容積を減少させると共に圧力室１２内の容積を増大させて両室内の圧力をバランスさせる力が作用し、この作用力はピストン１５の頂部平面１５ｂにも作用する。作用力を受けた頂部平面１５ｂは、図１中下方に変位しようとし、これによって、ピストン１５全体が下方に押圧されて処理室１１内に引き込まれ、結果としてピストン１５の下方端に設けられた押圧面１５ａによって載置台１４に載置された積層チップ３０の上面を押圧する。
【００４２】
上述した両室内の圧力をバランスさせる力の大きさは、処理室１１内の圧力と圧力室１２内の圧力との差（差圧）によって決定される。図１の三次元実装装置１０では、各ピストン１５に対応する３つの単位圧力室１２ａ内の圧力は連通管１６によって一体に連通されているために同一に維持される一方、各ピストン１５は同一圧力に維持される処理室１１内に面する。さらに、各ピストン１５の頂部平面１５ｂの面積はそれぞれ等しく設定される。したがって、差圧に起因する各ピストン１５への作用力は全て等しくなる。これにより、各ピストン１５の押圧面１５ａによって載置台１４に載置された複数の積層チップ３０ａ〜３０ｃを、各積層チップ３０ａ〜３０ｃの厚さにかかわらず、同一圧力で一度に押圧することができる。
【００４３】
図３（（Ａ）〜（Ｄ））は、図１の三次元実装装置が実行する積層チップの三次元実装方法の工程を説明するための図である。
【００４４】
図３において、先ず、各ピストン１５が上下方向の最上位に位置し、処理室１１内の圧力と圧力室１２内の圧力が共に同じ、例えば大気圧である初期状態において、図示省略した搬送装置によって処理室１２内へ高さの異なる積層チップ３０ａ〜３０ｃを搬入し、各載置台１４上にそれぞれ載置する。また、加熱部材１４ａ及び１５ｃによって各載置台１４の載置面及び各ピストン１５の押圧面１５ａを、例えば、半田のリフロープロファイルに合わせて加熱する（図３（Ａ））。
【００４５】
次いで、各載置台１４に載置した積層チップ３０ａ〜３０ｃがそれぞれ載置台１４の表面温度と等しくなるまで放置し、その後、処理室１１及び圧力室１２を密閉状態にし、連通配管２１における開閉のバルブ２３を閉じ、開閉バルブ２２及び２４を開いて減圧ポンプ１３を起動し、処理室１１の内部圧力を、例えば１３３Ｐａ（１Ｔｏｒｒ）に減圧する。処理室１１内の圧力が減圧されると、処理室１１と、例えば大気圧である圧力室１２内の圧力との間に圧力差ΔＰが生じ、上述したように、この差圧ΔＰに基づいて各ピストン１５が処理室１１内に引き込まれ、ピストン１５の押圧面１５ａが変位して積層チップ３０ａ〜３０ｃの上面を下方に向かって同じ押圧力で押圧する。
【００４６】
このとき、先ず、最も厚い積層チップに３０ａに対向するピストン１５の押圧面１５ａが積層チップ３０ａの上面に当接して該積層チップ３０ａを押圧し（図３（Ｂ））、次いで、２番目に厚い積層チップ３０ｂに対向するピストン１５の押圧面１５ａが積層チップ３０ｂの上面に当接して該積層チップ３０ｂを押圧し（図３（Ｃ））、最後に、最も薄い積層チップ３０ｃに対向するピストン１５の押圧面１５ａが積層チップ３０ｃの上面に当接して該積層チップ３０ｃを押圧する（図３（Ｄ））。積層チップ押圧時における処理室１１内の圧力（圧力２）と、圧力室１２内の圧力（圧力３）との関係は、式（１）のようになる。
【００４７】
圧力２  ＜  圧力３・・・・・（１）
処理室１１と圧力室１２との間に差圧ΔＰを形成する際、処理室１１に設けた開放バルブ２５及び圧力室１２に連結した連通配管２８のマスフローメータ２７を併用することもできる。このとき、マスフローメータ２７を用いて、例えば外部空気又はＮ２ガス等の不活性ガスを圧力室１２内に導入して、該圧力室１２内の圧力を高めることもできる。
なお、積層チップ３０ａ〜３０ｃにおける押圧が開始される時間的な差はごく僅かなものであり、積層チップ３０ａ〜３０ｃは、実質的に同じ圧力で一度に押圧される。
【００４８】
このようにして押圧された積層チップ３０ａ〜３０ｃにおいて、積層チップの構成部材である各チップの半田バンプが溶融して隣接する、例えば下側のチップの電極パッドと接合することによって、それぞれ厚さの異なる半導体デバイスが製造される。
【００４９】
次いで、減圧ポンプ１３、開閉バルブ２２〜２４等を制御して処理室１１内の圧力を圧力室１２内の圧力と同じ圧力、例えば大気圧に戻して各ピストン１５を最上位である初期状態に戻し、必要に応じて半導体デバイスを所定温度、例えば常温まで冷却した後、処理室１１の密閉状態を解除して製品である半導体デバイスを搬出する。
【００５０】
本実施の形態に係る三次元実装装置１０によれば、複数の載置台１４が配設された処理室１１と、該処理室１１に対向配置された圧力室１２と、複数の載置台４に対応して設けられた複数のピストン１５と、処理室１１と圧力室１２の差圧を形成する減圧ポンプ１３とを有し、該減圧ポンプ１３を作動させることによって生じた処理室１１と圧力室１２の差圧に基づいてピストン１５の押圧面１５ａによって載置台１４に載置された複数の積層チップ３０ａ〜３０ｃを押圧するので、厚さの異なる複数の積層チップであっても、同一圧力で一度に押圧し、実装して複数の半導体デバイスを製造することができる。
【００５１】
また、本実施の形態によれば、各ピストン１５の押圧面１５ａを変位させるためのモータ、アクチュエータ等の動力源が不要となるので、従来技術に比べて必要部品点数が減少するとともに、処理室１１と圧力室１２の間で差圧ΔＰを設け、該差圧ΔＰを所定時間維持した後、差圧ΔＰを解消させるという簡単な操作で複数の積層チップに対して実装処理を施すことができる。従って、煩雑な操作が不要となり、実装処理におけるスループットを向上させることができる。
【００５２】
また、本実施の形態によれば、従来装置で必要であった複数の積層チップ相互間の厚さの差異を吸収するための、例えばエラストマー材料からなる敷物が不要になり、ランニングコストの低減を図ることができる。さらにまた、各積層チップ３０ａ〜３０ｃを載置する載置台１４及び押圧するピストン１５の押圧面１５ａを、各積層チップ３０ａ〜３０ｃにそれぞれ対応する個別の載置台及び押圧面としてので、一体ものの大型の載置台又は押圧面を用いる従来技術に比べて積層チップ３０ａ〜３０ｃを昇温及び冷却する際における熱効率が向上する。
【００５３】
本実施の形態において、処理室１１と圧力室１２の圧差ΔＰは、予め実験等によって求めた、ピストン１５の押圧面１５ａによって積層チップ３０ａ〜３０ｃを押圧するのに必要な押圧力が得られるΔＰに設定することが好ましい。これによって、容易に必要な押圧力が得られるΔＰを設定することが可能となる。
【００５４】
本実施の形態において、大気圧（圧力１）と、処理室１１内の圧力（圧力２）と、圧力室１２内の圧力（圧力３）との関係は、実装処理時においては下記式（２）の関係を満足し、製品である半導体デバイスの取り出し時においては下記式（３）の関係を満足することが好ましい。
【００５５】
圧力１  ≦    圧力２  ＞  圧力３・・・・・（２）
圧力１  ≦    圧力２  ≦  圧力３・・・・・（３）
これによって、圧力室１２が誤って大気に開放された場合であっても、ピストン１５が図１中、上方に移動する方向に変位するので、積層チャック３０ａ〜３０ｃに対する押圧力が突然増大するという不都合を回避することができる。
【００５６】
本実施の形態において、処理室１１と圧力室１２の内容積は、通常、同じ容積に設定されるが、必ずしも同じである必要はない。処理室１２内の圧力を大気に近い圧力に設定し、圧力室１２内の圧力を処理室１１内の圧力よりも高くして実装処理を施す際は、処理室１２の内容積に比べて圧力室１２の内容積を小さくすることが好ましく、これによって減圧ポンプ１３の消費動力を節約することができる。一方、圧力室１２の内容積を処理室１１の内容積よりも大きくすることによって、減圧ポンプ１３の駆動力又は稼働時間に対する圧力室１２内の圧力の変化量が小さくなるので、ピストン１５の押圧面１５ａの変位を微調整することができる。
【００５７】
本実施の形態において、境界壁１７に設けられたスリット１７ａ及び該スリット１７ａに連通する空間１７ｂは大気に開放されているので、配管又は配線スペースとして利用することが容易である。なお、スリット１７ａ及び該スリット１７ａに連通する空間１７ｂの圧力は大気圧に限定されるものではなく、圧力変動を伴わなければ大気圧以外の圧力であってもよい。
【００５８】
本実施の形態において、処理室１２内の載置台１４の数を３つとしたが、載置台１４の数、すなわち、一度に実装処理を施す積層チップ３０の数は、限定されるものではなく、４つ又はそれ以上であってもよい。
【００５９】
本実施の形態において、ピストン１５における押圧面１５ａと連結棒との接続部に球面軸受を介在させることができる。
【００６０】
図４は、押圧面１５ａと連結棒との接続部に球面軸受を介在させたピストン１５の部分拡大図断面である。
【００６１】
図４において、ピストン１５における連結棒４１の押圧面１５ａ側の端部に、該押圧面１５ａの反対側において球欠状の凸部４２を有し、該欠状の凸部４２と対向する連結棒４１の端部に、球欠状の凹部４３を有し、該凹部４３に凸部４２が嵌合されている。凹部４３の曲率半径は凸部４２の曲率半径よりもわずかに大きく設定されているため、凸部４２が凹部４３へ嵌合され、且つ凸部４２は凹部４３内において該凹部４３の球欠表面をなぞるように動く。これにより、押圧面１５ａの鉛直方向に対する傾きの自由度が向上するので、例えば、上面が水平でない積層チップであっても、その表面に押圧面１５ａを正確に当接して確実に押圧することができる。
【００６２】
また、載置台１４における載置面と、該載置面を支持する載置台本体との間に図４に示したような球面軸受を介在させることもでき、これによっても、上記と同様の効果が得られる。
【００６３】
本実施の形態において、各ピストン１５の頂部平面１５ｂの面積の誤差をはじめ、圧力室１２内における各ピストン１５の頂部平面の変位量における固体差を調整するための釣支部材を設けることが好ましい。
【００６４】
図５は、本実施の形態における変形例を示す三次元実装装置の部分断面図である。
【００６５】
図５において、単位圧力室１２ａ内のピストン１５の頂部平面１５ｂが圧力室１２ａの上部壁面に固定された支持部材５１ａに一端が固定された弾性部材としての、例えばばね部材５１ｂによって釣支されている。支持部材５１ａとばね部材５１ｂとによって釣支部材５１が構成されている。
【００６６】
このような釣支部材５１において、ばね部材５１ｂの復元力を調整することによって、処理室１１と圧力室１２との差圧ΔＰに基づいて変位する頂部平面１５ｂの変位量を加減して複数のピストン１５における頂部平面１５ｂの変位量、換言すれば押圧面１５ａの変位量を調整して各ピストン１５における固体差をなくすることができる。なお、上記の場合とは逆に、各積層チップ３０ａ〜３０ｃにおいて、各ピストン１５による押圧力に差を設けたい場合には、ばね部材５１ｂの復元力をそのように調整することもできる。このような運用は、例えば、装置組み上げ直後の機器の固体差の調整に利用される。
【００６７】
以上、本発明を実施の形態を用いて詳細に説明したが、本発明は、これらの実施の形態に限定されるものではない。
【符号の説明】
【００６８】
１０  三次元実装装置
１１  処理室
１２  圧力室
１３  減圧ポンプ
１４  載置台
１５  ピストン
１５ａ  押圧面
１５ｂ  頂部平面
３０ａ〜３０ｃ  積層チップ
【図１】
2013138077.tif 000003
【図２】
2013138077.tif 000004
【図３】
2013138077.tif 000005
【図４】
2013138077.tif 000006
【図５】
2013138077.tif 000007