JP2006351874A - 半導体モジュールの製造方法および半導体モジュールの製造装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】 所望の実装精度を確保できる半導体モジュールの製造方法を提供する。
【解決手段】 本発明に係る半導体モジュールの製造方法は，
配線基板１６４の配線１６３と半導体素子１５０の電極とが対向するように、配線基板１６４の上方に半導体素子１５０を位置させる工程と、
配線基板１６４の下面側から観測して、配線１６３のバンプ部１６７と電極のパッド部１５４との位置合わせを行う工程と、
バンプ部１６７とパッド部１５４とを、接合部材１６５を介して接触させる工程と、
配線基板１６４の下面側から観測して、レーザ素子部から出射されたレーザ光１３７のスポット１３７ａとバンプ部１６７との位置合わせを行う工程と、
配線基板１６４の下面側から配線基板１６４の基板１６１を透過させてレーザ光１３７を照射することにより接合部材１６５を加熱して、バンプ部１６７とパッド部１５４とを接合する工程と，を含む。
【選択図】 図９

Description

本発明は、半導体モジュールの製造方法および半導体モジュールの製造装置に関する。
光通信の分野において、光素子や駆動ドライバなどを透明基板上に実装した簡易な構造の光モジュールの研究開発が行われている。この場合の実装工程において、各素子が熱的なダメージを受けて問題となる場合がある。
ところで、例えば、特開平９−５１０１６号公報には、レーザ光を用いて局部的な加熱を行い、ＩＣチップなどの部品の端子電極と、基板の導体とを、ワイヤレスボンディング法によって接続して、熱的なダメージを抑制する技術が開示されている。この公報には、部品（チップ）の上面の検出マークと基板の上面の基準マークを、これに正対するＣＣＤカメラによって読み取り、部品と基板の相対位置を検出してアライメントを行う方法が開示されている。
しかしながら、この方法では、部品（チップ）の検出マークが下面（基板と向かい合う面）に形成される場合や、高精度なアライメントを要求される光素子と透明基板との実装を行う場合などには、所望の実装精度を確保することが困難な場合がある。
特開平９−５１０１６号公報
本発明の目的は、所望の実装精度を確保できる半導体モジュールの製造方法および半導体モジュールの製造装置を提供することにある。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法は、
配線基板の配線と半導体素子の電極とが対向するように、該配線基板の上方に該半導体素子を位置させる工程と、
前記配線基板の下面側から観測して、前記配線のバンプ部と前記電極のパッド部との位置合わせを行う工程と、
前記バンプ部と前記パッド部とを、接合部材を介して接触させる工程と、
前記配線基板の下面側から観測して、レーザ素子部から出射されたレーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせを行う工程と、
前記配線基板の下面側から該配線基板の基板を透過させてレーザ光を照射することにより前記接合部材を加熱して、前記バンプ部と前記パッド部とを接合する工程と、を含む。
この半導体モジュールの製造方法では、前記配線基板の下面側から観測して、前記バンプ部と前記パッド部との位置合わせと、前記レーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせを行う。これにより、前記半導体素子の位置基準マークを下面（前記配線基板と向かい合う面）に形成しても、高精度な実装を行うことができる。言い換えるならば、所望の実装精度を確保しつつ、前記半導体素子の位置基準マークを下面に形成することができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法において、
前記バンプ部と前記パッド部との位置合わせを行う工程における観測、および、前記レーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせを行う工程における観測は、単一の位置観測部により行われることができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法において、
前記位置観測部の光軸と前記レーザ素子部の光軸とを、交差点において交差させ、
前記位置観測部に入射される光の前記配線から前記交差点までの経路を、前記レーザ光の該配線から該交差点までの経路と一致させることができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法において、
前記レーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせを行う工程における前記レーザ光の出力は、該バンプ部と前記パッド部とを接合する工程における該レーザ光の出力よりも小さくすることができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法において、
前記レーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせは、前記レーザ素子部の光軸を移動させることにより行うことができることができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法において、
前記レーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせは、該レーザ光の経路を変更することにより行うことができることができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法において、
前記半導体素子は、光素子であり、
前記光素子の光の出射面または入射面は、前記配線基板の上面と対向するように配置されることができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造装置は、
配線基板および半導体素子を搭載できる搭載部と、
前記半導体素子を移動させて、前記配線基板の上方に前記半導体素子を搭載させる運搬部と、
前記配線基板の下面側に設けられた光学系部と、を含み、
前記光学系部は、
基体と、
前記基体の上方に設けられた位置観測部と、
前記基体の上方に設けられ、レーザ光を出射するレーザ素子部と、を含み、
前記配線基板の下面側から該配線基板の基板を透過させて前記レーザ光を照射することにより接合部材を加熱して、前記配線基板の配線のバンプ部と前記半導体素子の電極のパッド部とを接合することができ、
前記位置観測部は、前記バンプ部および前記パッド部の位置観測、並びに、前記レーザ光のスポットおよび該バンプ部の位置観測のうちの少なくとも一方の位置観測を、該配線基板の下面側から行う。
なお、本発明に係る記載では、「上方」という文言を、例えば、「特定のもの（以下「Ａ」という）の「上方」に設けられた他の特定のもの（以下「Ｂ」という）」などと用いている。本発明に係る記載では、この例のような場合に、Ａ上に直接Ｂが設けられているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが設けられているような場合とが含まれるものとして、「上方」という文言を用いている。
本発明に係る半導体モジュールの製造装置において、
前記位置観測部は、単一であって、前記バンプ部、前記パッド部、および前記レーザ光のスポットの位置観測を行うことができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造装置において、
前記位置観測部の光軸と前記レーザ素子部の光軸とは、交差点において交差し、
前記位置観測部に入射される光の前記配線から前記交差点までの経路は、前記レーザ光の該配線から該交差点までの経路と一致することができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造装置において、
前記光学系部は
前記基体の上方に設けられた全反射ミラーと、
前記基体の上方であって、前記交差点に設けられたダイクロイックミラーと、を含み、
前記搭載部は、
前記配線基板を搭載できるテーブルと、
前記テーブルを移動させることのできるステージと、を含み、
前記基体は、前記全反射ミラーを支持するアーム部を有し、
前記全反射ミラーは、前記テーブルと前記ステージとの間に設けられ、かつ、前記レーザ素子部から前記基体の上面と平行に出射される前記レーザ光を前記配線基板の下面に導くことができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造装置において、
前記半導体素子は、光素子であり、
前記光素子の光の出射面または入射面は、前記配線基板の上面と対向して配置されることができる。
以下、本発明の好適な実施形態について、図面を参照しながら説明する。
１． まず、本実施形態に係る半導体モジュールの製造装置１００について説明する。図１は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造装置１００を模式的に示す上面図であり、図２は、本実施形態に係る半導体モジュールの製造装置１００を模式的に示す前面図である。なお、図１において、運搬部１９０の図示は省略されている。
本実施形態に係る半導体モジュールの製造装置１００は、図１および図２に示すように、搭載部１８０と、運搬部１９０と、光学系部１３５と、を含む。
搭載部１８０は、Ｘ−Ｙステージ１８２と、θステージ１６６と、第１支持部１６２と、第１テーブル１６０と、第２支持部１４２と、第２テーブル１４０と、を含む。搭載部１８０は、配線基板１６４および半導体素子１５０を搭載できる。
Ｘ−Ｙステージ１８２は、図１および図２に示すように、直交する方向（ＸおよびＹ方向）に可動なステージである。Ｘ−Ｙステージ１８２の上には、θステージ１６６が設けられている。θステージ１６６は、Ｘ−Ｙ平面において回転移動できるステージである。θステージ１６６の上には、第１支持部１６２が設けられている。第１支持部１６２は、例えば４本の円柱から構成される。第１支持部１６２により、第１テーブル１６０が支持されている。
第１テーブル１６０は、その上に配線基板１６４を搭載することができる。配線基板１６４には、図１に示すように、半導体モジュール形成領域１７０が周期的に複数並べられている。図示の例では、半導体モジュール形成領域１７０は、４×４の升目状に並べられている。半導体モジュール形成領域１７０には、１つの半導体モジュールが有する配線パターンが形成されている。第１テーブル１６０としては、後述するレーザ発振器１１２から出射されるレーザ光１３７を透過させるものを用いる。例えば、第１テーブル１６０としては、石英のテーブルを用いることができる。第１テーブル１６０の平面形状は、例えば矩形とすることができる。なお、第１テーブル１６０には、必要に応じて、配線基板１６４を吸着して固定するための吸着穴などを設けることができる。
Ｘ−Ｙステージ１８２の上方であって、第１テーブル１６０の側方には、第２テーブル１４０が設けられている。第２テーブル１４０は、Ｘ−Ｙステージ１８２の上に設けられた第２支持部１４２により支持されている。第２支持部１４２は、例えば４本の円柱から構成される。
第２テーブル１４０は、その上にチップトレイ１４４を介して半導体素子１５０を搭載することができる。即ち、第２テーブル１４０の上には、チップトレイ１４４が搭載されており、チップトレイ１４４の上には、半導体素子１５０が搭載されている。チップトレイ１４４上には、図１に示すように、半導体素子１５０が周期的に複数並べられている。図示の例では、半導体素子１５０は、３×３の格子状に並べられている。半導体素子１５０は、例えば、面発光型半導体レーザやフォトダイオードなどの光素子、あるいは、ＩＣチップなどである。本実施形態では、半導体素子１５０が光素子である場合について説明する。第２テーブル１４０としては、例えば石英のテーブルを用いることができる。第２テーブル１４０の平面形状は、例えば矩形とすることができる。チップトレイ１４４としては、例えば、ワッフルトレイや、粘着シートを用いたトレイなどを用いることができる。
運搬部１９０は、コレット１９２と、Ｚステージ１９４と、テレセントリックレンズ１９６と、ＣＣＤカメラ１９８と、を含む。運搬部１９０は、半導体素子１５０を移動させて、配線基板１６４の上に半導体素子１５０を搭載させることができる。
コレット１９２は、半導体素子１５０を吸着してピックアップすることができる。コレット１９２は、吸着穴１９３（例えば図６参照）を有する。ポンプなどの吸気系（図示せず）を用いて吸着穴１９３内を吸気して、半導体素子１５０の上面をコレット１９２の下面に吸い付けて固定することができる。また、吸着穴１９３内の吸気を止めることにより、半導体素子１５０とコレット１９２との固定を解除することもできる。即ち、コレット１９２は、半導体素子１５０をピックアップした後、半導体素子１５０の吸着を所望の位置で止めることができる。
コレット１９２には、Ｚステージ１９４が取り付けられている。Ｚステージ１９４は、ＸおよびＹ方向に直交するＺ方向に可動なステージである。Ｚステージ１９４は、半導体素子１５０をピックアップする際、または、半導体素子１５０を配線基板１６４上に搭載する際に、コレット１９２をＺ方向に移動させることができる。Ｚステージ１９４の上方には、ＣＣＤカメラ１９８が設けられている。ＣＣＤカメラ１９８は、コレット１９２に対する半導体素子１５０の位置や配線基板１６４の位置を検出することができる。ＣＣＤカメラ１９８への結合レンズとして、ＣＣＤカメラ１９８の光の入射面側に、テレセントリックレンズ１９６を設けることができる。テレセントリックレンズ１９６は、例えば２枚のレンズから構成されることができる。
なお、運搬部１９０の移動は、搭載部１８０の位置に対して相対的に行うことができる。従って、運搬部１９０は、Ｘ−Ｙステージおよびθステージのうちの少なくとも一方を有することもできる。この場合、搭載部１８０は、Ｘ−Ｙステージ１８２およびθステージ１６６のうちの少なくとも一方を有しないことができる。また、運搬部１９０は、Ｚステージ１９４を有しないこともできる。この場合、搭載部１８０は、Ｚステージを有することもできる。
光学系部１３５は、基体１１０と、位置観測部１２０と、レーザ素子部１１５と、全反射ミラー１６８と、ダイクロイックミラー１３０と、を含む。光学系部１３５は、配線基板１６４の下面側に設けられている。
基体１１０は、板状部１１３と、板状部１１３からＹ方向に細く伸びたアーム部１１１と、を含む。基体１１０の板状部１１３の上に、位置観測部１２０、レーザ素子部１１５、およびダイクロイックミラー１３０が設置されている。板状部１１３の平面形状は、例えば図１に示すような矩形とすることができる。基体１１０のアーム部１１１の上に、全反射ミラー１６８が設置されている。アーム部１１１の平面形状は、例えば図１に示すような矩形とすることができる。
位置観測部１２０は、テレセントリックレンズ１２２と、ＣＣＤカメラ１２８と、を含む。ＣＣＤカメラ１２８は、配線基板１６４の位置、半導体素子１５０の位置、およびレーザ光１３７のスポット１３７ａ（図９参照）の位置を検出することができる。このことについては、後に詳述する。ＣＣＤカメラ１２８への結合レンズとして、ＣＣＤカメラ１２８の光の入射面側に、テレセントリックレンズ１２２を設けることができる。テレセントリックレンズ１２２は、例えば２枚のレンズから構成されることができる。必要に応じて、位置観測部１２０は、図１に示すように、照明部１２４およびハーフミラー１２６を有することができる。照明部１２４およびハーフミラー１２６により、位置観測部１２０と同軸の照明を行うことができる。ハーフミラー１２６は、位置観測部１２０の光軸１３２に対して、例えば４５°の傾斜となるように設置される。照明部１２４は、照明部１２４から出射された光のハーフミラー１２６への入射角が、例えば４５°となるように設置される。照明部１２４としては、例えば中心波長が６７０ｎｍのＬＥＤ（発光ダイオード）などを用いることができる。
レーザ素子部１１５は、レーザ発振器１１２と、コリメータレンズ１１４と、分岐素子部１１６と、可動集光レンズ部１１８と、を含む。レーザ発振器１１２は、レーザ光を発生させることができる。レーザ発振器１１２としては、例えば、基本波長が１０６４ｎｍのＹＡＧレーザ、ファイバレーザ、ガスレーザなどを用いることができる。レーザ発振器１１２のレーザ光の出射面側には、拡散光を平行光に変換することができるコリメータレンズ１１４が配置されている。コリメータレンズ１１４の平行光の出射面側には、１本の光線を回折などの作用により複数に分岐させることができる分岐素子部１１６が配置されている。分岐素子部１１６としては、例えば、計算機合成ホログラム（ＣＧＨ：Computer Generated Hologram）などを用いることができる。分岐素子部１１６は、例えば、１本の光線を２本の分岐光にすることができる。分岐素子部１１６の分岐光の出射面側には、配線基板１６４の配線１６３（例えば図９参照）の下面にレーザ光１３７の焦点を形成することができる可動集光レンズ部１１８が配置されている。可動集光レンズ部１１８は、例えば、集光レンズと、集光レンズを移動させることができるステージと、を含むことができる。このステージは、例えば、直交する方向（ＸおよびＺ方向）に可動である。可動集光レンズ部１１８の光軸は、例えば、コリメータレンズ１１４の光軸と一致させることができる。
位置観測部１２０の光軸１３２とレーザ素子部１１５の光軸１３４とは、交差点１３６において交差させることができる。ダイクロイックミラー１３０は、その反射面上に交差点１３６が位置するように配置されることができる。ダイクロイックミラー１３０は、レーザ素子部１１５から出射されたレーザ光を透過させ、位置観測部１２０に入射される光を反射させることができる。
全反射ミラー１６８は、基体１１０のアーム部１１１に支持されることができる。全反射ミラー１６８は、例えば、アーム部１１１の先端部の上に配置されることができる。全反射ミラー１６８は、第１テーブル１６０とθステージ１６６との間に設けられることができる。即ち、アーム部１１１の少なくとも一部が、第１テーブル１６０とθステージ１６６との間に位置できるように、光学系部１３５と、搭載部１８０とを配置することができる。全反射ミラー１６８は、レーザ素子部１１５から基体１１０の上面と平行に出射されるレーザ光１３７を配線基板１６４の下面に導くことができる。この点については、後に詳述する。
光学系部１３５および搭載部１８０の各部は、全反射ミラー１６８により反射される光が配線基板１６４に対して垂直に入射されるように配置されることが望ましい。これにより、配線基板１６４上への半導体素子１５０の実装の精度を向上させることができる。
また、光学系部１３５の各部は、後述する位置観測の工程において、位置観測部に入射される光の経路のうち、配線１６３の下面から交差点１３６までの経路を、レーザ光１３７の経路のうち、配線１６３の下面から交差点１３６までの経路と一致させるように配置されている。
２． 次に、本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法について、図３〜図１１を用いて述べる。図３〜図１１は、本実施形態に係る半導体モジュールの一製造工程を模式的に示す図である。図３、図５、図８、図１１は、それぞれ図２に示す前面図に対応しており、図４、図７、図１０は、それぞれ図１に示す上面図に対応している。
（１）まず、チップトレイ１４４上の所定の半導体素子１５０が、コレット１９２の直下にほぼ位置するように、Ｘ−Ｙステージ１８２を移動させる。この際、コレット１９２が半導体素子１５０に当たらないように、予めＺステージ１９４を用いてコレット１９２を上方に移動させておくことができる。本工程では、運搬部１９０のＣＣＤカメラ１９８を用いて位置合わせをすることもできるし、ＣＣＤカメラ１９８を用いずに予め設定されたＸ−Ｙステージ１８２の移動量に基づいて位置合わせをすることもできる。
（２）次に、運搬部１９０のＣＣＤカメラ１９８により、半導体素子１５０の位置を観測し、半導体素子１５０をコレット１９２によりピックアップできる位置に移動させる。具体的には、コレット１９２の吸着穴１９３（例えば図６参照）が半導体素子１５０の上面の真上に位置するように半導体素子１５０を移動させることができる。半導体素子１５０の移動は、Ｘ−Ｙステージ１８２を移動させることにより行うことができる。
（３）次に、Ｚステージ１９４を降下させて、半導体素子１５０を吸着後、図３に示すように、Ｚステージ１９４を上昇させる。
（４）次に、配線基板１６４上の所定の半導体モジュール形成領域１７０が、コレット１９２に吸着された半導体素子１５０の直下にほぼ位置するように、Ｘ−Ｙステージ１８２を移動させる。この際、コレット１９２に吸着された半導体素子１５０が配線基板１６４に当たらないように、予めＺステージ１９４を用いてコレット１９２を上方に移動させておくことができる。本工程では、運搬部１９０のＣＣＤカメラ１９８を用いて位置合わせをすることもできるし、ＣＣＤカメラ１９８を用いずに予め設定されたＸ−Ｙステージ１８２の移動量に基づいて位置合わせをすることもできる。
（５）次に、Ｚステージ１９４を降下させて、配線基板１６４と半導体素子１５０とが接触しない程度に、半導体素子１５０を配線基板１６４に接近させる。
（６）以上の工程により、配線基板１６４の配線１６３（例えば図６参照）と半導体素子１５０の電極とが対向するように、配線基板１６４の上方に半導体素子１５０を位置させることができる。
（７）次に、図４〜図６に示すように、位置観測部１２０を用いて、配線基板１６４の下面側から観測して、配線基板１６４の配線１６３のバンプ部１６７と、半導体素子１５０の電極のパッド部１５４との位置合わせを行う。具体的には、以下の通りである。
図４および図５に示すように、位置観測部１２０の照明部１２４から出射された光は、ハーフミラー１２６により反射され、テレセントリックレンズ１２２の一部を透過し、位置観測部１２０から出射される。この出射光は、ダイクロイックミラー１３０により反射され、全反射ミラー１６８により反射され、第１テーブル１６０を透過し、配線基板１６４を照らすことができる。さらに、配線基板１６４を透過した光が、半導体素子１５０を照らすことができる。配線基板１６４および半導体素子１５０を照らした光は、各部材により反射され、逆の経路をたどり、位置観測部１２０のハーフミラー１２６を透過し、テレセントリックレンズ１２２の一部を透過し、ＣＣＤカメラ１２８に入射される。このようにして、ＣＣＤカメラ１２８は、配線基板１６４および半導体素子１５０の位置基準マークを検出することができる。つまり、配線基板１６４の下面側から照明光を照射して配線基板１６４および半導体素子１５０の位置観測を行うことができる。
半導体素子１５０の位置基準マークは、半導体素子１５０の下面に設けることができる。半導体素子１５０の位置基準マークは、所望の位置および形状に形成されることができる。これにより、配線基板１６４の下面側から観測する際に、配線基板１６４の配線１６３と半導体素子１５０の位置基準マークとが重ならないように半導体素子１５０の位置基準マークを設けることができる。また、配線基板１６４の配線パターンの制約を受けることのないように半導体素子１５０の位置基準マークの位置および形状を決定することができる。半導体素子１５０の位置基準マークとして、例えば、半導体素子１５０の下面に設けられた電極パターン（パッド部１５４など）を利用することができる。例えば、半導体素子１５０が面発光型半導体レーザである場合、位置基準マークとして、例えば共振器の部分を利用することもできる。配線基板１６４の位置基準マークとして、例えば、配線基板１６４の上面に設けられた配線パターンを利用することができる。
次に、この位置観測データを基にして、図６に示すように、配線基板１６４の配線１６３のバンプ部１６７の上方に、半導体素子１５０の電極のパッド部１５４が位置するように、位置合わせを行うことができる。位置合わせは、Ｘ−Ｙステージ１８２およびθステージ１６６のうちの少なくとも一方を用いて配線基板１６４を移動させることにより行うことができる。なお、図６は、本実施形態に係る半導体モジュールの一製造工程における要部を模式的に示す図である。図６において、半導体素子１５０の電極については、パッド部１５４のみを図示しており、その他の部分については図示を省略している。
図６に示すように、配線基板１６４は、基板１６１と、基板１６１上に形成された配線１６３と、を含む。配線１６３は、その端部などにバンプ部１６７を有する。バンプ部１６７の上面、および、半導体素子１５０の電極のパッド部１５４の下面のうちの少なくとも一方の面上には、接合部材１６５が形成されている。図示の例では、バンプ部１６７の上面上に接合部材１６５が形成されている。接合部材１６５としては、例えばスズ（Ｓｎ）、Ａｕ−Ｓｎ合金、銀ペースト等の導電性接着剤などを用いることができる。また、半導体素子（光素子）１５０は、図６に示すように、発光または受光することが可能な光学部１５２を有する。電極のパッド部１５４は、光学部１５２の下に形成されている。電極のパッド部１５４は、例えば金（Ａｕ）からなることができる。光学部１５２の下面には、光の出射面または入射面１５６が設けられている。出射面または入射面１５６は、基板１６１の上面と対向している。基板１６１としては、光学部１５２から出射される光、または、光学部１５２に入射される光を透過させるものを用いることができる。基板１６１としては、例えばガラス基板などを用いることができる。
（８）次に、Ｚステージ１９４を降下させて、即ち、半導体素子１５０を降下させて、配線基板１６４の配線１６３のバンプ部１６７と、半導体素子１５０の電極のパッド部１５４とを、接合部材１６５を介して接触させる。
（９）次に、図７〜図９に示すように、配線基板１６４の下面側から観測して、レーザ素子部１１５から出射されたレーザ光１３７のスポット１３７ａと、配線１６３のバンプ部１６７との位置合わせを行う。具体的には、以下の通りである。
図７および図８に示すように、レーザ素子部１１５のレーザ発振器１１２から出射されたレーザ光は、コリメータレンズ１１４により平行光に変換される。この平行光は、分岐素子部１１６により、例えば２本の光線に分岐される。この分岐光は、可動集光レンズ部１１８により集光されて、レーザ素子部１１５から出射される。この出射光は、ダイクロイックミラー１３０を透過し、全反射ミラー１６８により反射され、第１テーブル１６０を透過し、配線基板１６４に照射される。そして、レーザ光１３７のスポット１３７ａは、例えば図９に示すように、配線１６３の下面に現れる。このレーザ光１３７のスポット１３７ａの位置を、上述した配線基板１６４および半導体素子１５０の位置観測と同様にして、ＣＣＤカメラ１２８により検出することができる。つまり、配線基板１６４の下面側からレーザ光１３７のスポット１３７ａの位置を観測することができる。なお、図９は、本実施形態に係る半導体モジュールの一製造工程における要部を模式的に示す図であり、図６に示す図に対応している。
次に、レーザ光１３７のスポット１３７ａの位置および配線１６３のバンプ部１６７の位置を観測しながら、図９に示すように、レーザ光１３７のスポット１３７ａが、配線１６３のバンプ部１６７の直下に位置するように、位置合わせを行うことができる。図示の例では、矢印ａの方向にレーザ光１３７を移動させることにより、レーザ光１３７のスポット１３７ａを、バンプ部１６７の直下に位置させることができる。レーザ光１３７のスポット１３７ａとバンプ部１６７との位置合わせは、レーザ素子部１１５の可動集光レンズ部１１８を移動させて、即ち、レーザ素子部１１５の光軸１３４を移動させて、レーザ光１３７の進行方向を変更することにより行うことができる。
なお、レーザ光１３７のスポット１３７ａとバンプ部１６７との位置合わせは、例えば、図１０に示すような半導体モジュールの製造装置１００を用いて、レーザ光１３７の経路を変更することにより行うこともできる。図１０に示す半導体モジュールの製造装置１００は、レーザ素子部１１５に全反射ミラー１１７を有する。この全反射ミラー１１７を回転移動させて、レーザ光１３７の進行方向を変更して、レーザ光１３７の経路を変更することができる。全反射ミラー１１７は、例えば、コリメータレンズ１１４から出射された光を反射させて、分岐素子部１１６に入射させることができる。レーザ素子部１１５の各部は、図示の例では、コリメータレンズ１１４の光軸と可動集光レンズ部１１８の光軸とが、９０°の角度で交差するように配置されている。
レーザ光１３７のスポット１３７ａと、配線１６３のバンプ部１６７との位置合わせの工程において用いられるレーザ光１３７の出力は、後述するバンプ部１６７とパッド部１５４とを接合する工程におけるレーザ光１３７の出力よりも小さくすることができる。これにより、本工程において、レーザ光１３７による半導体素子１５０へのダメージを抑制することができる。
なお、上述した例では、レーザ光１３７のスポット１３７ａおよびバンプ部１６７の位置観測を行いながら位置合わせを行う場合について説明したが、例えば、以下のように位置合わせを行うこともできる。つまり、位置合わせを行う前のレーザ光１３７のスポット１３７ａの位置観測データと、配線基板１６４の位置観測データとを基にして、レーザ光１３７のスポット１３７ａ移動量を決定して位置合わせを行うことができる。この場合、予め、可動集光レンズ部１１８の移動量に対するレーザ光１３７のスポット１３７ａの移動量を計測しておくことができる。この方法によれば、レーザ光１３７のスポット１３７ａの位置観測を行いながらレーザ光１３７の位置合わせを行う必要がないため、レーザ光１３７の照射時間を短くすることができ、半導体素子１５０に与えるダメージを軽減することができる。
（１０）次に、配線基板１６４の下面側から配線基板１６４の基板１６１を透過させてレーザ光１３７を照射することにより接合部材１６５を加熱して、バンプ部１６７とパッド部１５４とを接合する。具体的には、以下の通りである。
まず、レーザ発振器１１２から所定の出力と所定の時間幅を有するパルス光を出射し、基板１６１を透過させて、バンプ部１６７の直下であって、配線１６３と基板１６１との界面にレーザ光１３７を照射する。これにより、配線１６３のバンプ部１６７が加熱される。そして、バンプ部１６７の上に形成された接合部材１６５が加熱される。その結果、接合部材１６５を溶解させることができる。レーザ光１３７の照射は局部的に行われるので、半導体素子１５０に加わる熱的なダメージを抑制することができる。レーザ光１３７の照射が終了した後、接合部材１６５は冷却され、硬化されることができる。その結果、バンプ部１６７とパッド部１５４とを接合部材１６５を介して接合することができる。
（１１）次に、コレット１９２による半導体素子１５０の吸着を止め、図１１に示すように、コレット１９２と半導体素子１５０とを分離させ、Ｚステージ１９４を用いてコレット１９２を上昇させる。次に、必要に応じて、実装位置の確認を行うことができる。
（１２）以上の工程によって、図１１に示すように、配線基板１６４上に半導体素子１５０が実装された半導体モジュール１０２を作製することができる。
（１３）なお、この後、必要に応じて、上述の半導体モジュールの製造工程を繰り返して、複数の半導体素子１５０を異なる位置の複数の半導体モジュール形成領域１７０に実装して複数の半導体モジュール１０２を作製することができる。また、必要に応じて、１つの半導体モジュール形成領域１７０内に、異なる機能を有する複数の半導体素子（例えば、面発光型半導体レーザと、その駆動ドライバなど）１５０を実装して半導体モジュール１０２を作製することができる。また、必要に応じて、配線基板１６４をダイシングすることにより、１つずつ分離された複数の半導体モジュール１０２を作製することができる。
３． 本実施形態では、配線基板１６４の下面側から観測して、配線１６３のバンプ部１６７と電極のパッド部１５４との位置合わせと、レーザ素子部１１５から出射されたレーザ光１３７のスポット１３７ａとバンプ部１６７との位置合わせを行う。これにより、半導体素子１５０の位置基準マークを下面（配線基板１６４と向かい合う面）に形成しても、高精度な実装を行うことができる。言い換えるならば、所望の実装精度を確保しつつ、半導体素子１５０の位置基準マークを下面に形成することができる。特に、半導体素子１５０が光素子である場合、光素子の光の出射面または入射面１５６は、半導体素子１５０の下面に形成されている。従って、配線基板１６４の下面側、即ち、半導体素子１５０の下面側から位置観測を行うことにより、出射面または入射面１５６の位置を高精度に検出することができる。そして、光素子の出射面または入射面１５６を配線基板１６４に対して所望の精度で実装することができる。その結果、半導体モジュール１０２に光導波路などの外部素子を取り付ける場合に、外部素子の光の入射面または出射面に対して、半導体素子（光素子）１５０の出射面または入射面１５６を高精度にアライメントすることができる。延いては、半導体素子（光素子）１５０と外部素子との光の結合効率を向上させることができる。
また、本実施形態では、バンプ部１６７、パッド部１５４、およびレーザ光１３７のスポット１３７ａの位置観測を、単一の位置観測部１２０で行うことができる。これにより、バンプ部１６７、パッド部１５４、およびレーザ光１３７のスポット１３７ａの相対的な位置関係をより正確に検出することができる。その結果、配線基板１６４上に半導体素子１５０をより高精度に実装することができる。
また、本実施形態では、位置観測部１２０の光軸１３２とレーザ素子部１１５の光軸１３４との交差点１３６にダイクロイックミラー１３０が配置されている。そして、位置観測部に入射される光の経路のうち、配線１６３の下面から交差点１３６までの経路は、レーザ光１３７の経路のうち、配線１６３の下面から交差点１３６までの経路と一致している。これにより、バンプ部１６７、パッド部１５４、およびレーザ光１３７のスポット１３７ａの位置観測を行う際に、単一の位置観測部１２０へ位置観測用の光を確実に導入することができる。
４． なお、上述した例では、位置観測部１２０の光軸１３２と、レーザ素子部１１５の光軸１３４との交差点１３６にダイクロイックミラー１３０を設ける場合について説明したが、例えば、図１２に示すような光学系部１３５を用いることもできる。具体的には、図１２に示すように、ダイクロイックミラー１３０を設けずに、交差点１３６に全反射ミラー１６８が位置するように、位置観測部１２０およびレーザ素子部１１５を配置することができる。図１２は、この変形例に係る半導体モジュールの製造装置１００を模式的に示す上面図である。この変形例では、位置観測部１２０は、全反射ミラー１６８により反射される位置観測用の光が配線基板１６４に対して垂直に入射されるように配置されることが望ましい。これにより、配線基板１６４上への半導体素子１５０の実装の精度を向上させることができる。
この変形例の場合、レーザ光１３７のスポット１３７ａの位置観測には、配線１６３の下面でレーザ光１３７が反射する際の散乱光成分を利用することができる。必要に応じて、配線１６３の下面でのレーザ光１３７の散乱状態を調整することができる。また、位置観測部１２０の光軸１３２とレーザ素子部１１５の光軸１３４とが成す角θの角度は、できる限り小さい方が望ましい。これにより、レーザ光１３７のスポット１３７ａの位置観測を行う際に、上述したレーザ光１３７の散乱光成分を位置観測部１２０に入射させやすくすることができる。
この変形例によれば、ダイクロイックミラー１３０を設けないことができるので、光学系部１３５の構成を簡素化することができる。これにより、光学系部１３５における光の表面反射の面数を少なくすることができるので、光利用効率を向上させることができる。
５． 上記のように、本発明の実施形態について詳細に説明したが、本発明の新規事項および効果から実体的に逸脱しない多くの変形が可能であることは当業者には容易に理解できるであろう。従って、このような変形例はすべて本発明の範囲に含まれるものとする。
例えば、上述した例では、バンプ部１６７、パッド部１５４、およびレーザ光１３７のスポット１３７ａの位置観測を、単一の位置観測部１２０で行う場合について説明したが、例えば、２台の位置観測部１２０で位置観測を行うこともできる。例えば、バンプ部１６７およびパッド部１５４の位置観測を第１位置観測部で行い、バンプ部１６７およびレーザ光１３７のスポット１３７ａの位置観測を第２位置観測部で行うことができる。この場合、例えば、第１位置観測部と第２位置観測部とを平行に並べ、レーザ素子部１１５の光軸１３４上に、第１位置観測部と第２位置観測部のそれぞれに対して、ダイクロイックミラー１３０を１つずつ配置することができる。
また、例えば、上述した例では、位置観測部１２０の光軸１３２とレーザ素子部１１５の光軸１３４とを交差させる場合について説明したが、これらの光軸を交差させないこともできる。この場合、位置観測部１２０およびレーザ素子部１１５は、これらの光軸同士が交差しないように、かつ、これらの光軸が全反射ミラー１６８の反射面と交差するように配置されることができる。
また、例えば、上述した例では、第１テーブル１６０と第２テーブル１４０とを別個に設ける場合について説明したが、第１テーブル１６０と第２テーブル１４０とを一体的なテーブルとすることもできる。この場合、第１支持部１６２および第２支持部１４２の数を減らすこともできる。
本実施形態に係る半導体モジュールの製造装置を模式的に示す上面図。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造装置を模式的に示す前面図。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を模式的に示す前面図。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を模式的に示す上面図。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を模式的に示す前面図。 本実施形態の半導体モジュールの製造工程における要部を模式的に示す図。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を模式的に示す上面図。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を模式的に示す前面図。 本実施形態の半導体モジュールの製造工程における要部を模式的に示す図。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を模式的に示す上面図。 本実施形態に係る半導体モジュールの製造方法を模式的に示す前面図。 変形例に係る半導体モジュールの製造装置を模式的に示す上面図。
符号の説明
１００ 半導体モジュールの製造装置、１０２ 半導体モジュール、１１０ 基体、１１１ アーム部、１１２ レーザ発振器、１１３ 板状部、１１４ コリメータレンズ、１１５ レーザ素子部、１１６ 分岐素子部、１１７ 全反射ミラー、１１８ 可動集光レンズ部、１２０ 位置観測部、１２２ テレセントリックレンズ、１２４ 照明部、１２６ ハーフミラー、１２８ ＣＣＤカメラ、１３０ ダイクロイックミラー、１３２ 光軸、１３４ 光軸、１３５ 光学系部、１３６ 交差点、１３７ レーザ光、１３７ａ スポット、１４０ 第２テーブル、１４２ 第２支持部、１４４ チップトレイ、１５０ 半導体素子、１５２ 光学部、１５４ パッド部、１５６ 出射面（入射面）、１６０ 第１テーブル、１６１ 基板、１６２ 第１支持部、１６３ 配線、１６４ 配線基板、１６５ 接合部材、１６６ θステージ、１６７ バンプ部、１６８ 全反射ミラー、１７０ 半導体モジュール形成領域、１８０ 搭載部、１８２ Ｘ−Ｙステージ、１９０ 運搬部、１９２ コレット、１９３ 吸着穴、１９４ Ｚステージ、１９６ テレセントリックレンズ，１９８ ＣＣＤカメラ

Claims (12)

  1. 配線基板の配線と半導体素子の電極とが対向するように、該配線基板の上方に該半導体素子を位置させる工程と、
    前記配線基板の下面側から観測して、前記配線のバンプ部と前記電極のパッド部との位置合わせを行う工程と、
    前記バンプ部と前記パッド部とを、接合部材を介して接触させる工程と、
    前記配線基板の下面側から観測して、レーザ素子部から出射されたレーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせを行う工程と、
    前記配線基板の下面側から該配線基板の基板を透過させてレーザ光を照射することにより前記接合部材を加熱して、前記バンプ部と前記パッド部とを接合する工程と、を含む、半導体モジュールの製造方法。
  2. 請求項１において、
    前記バンプ部と前記パッド部との位置合わせを行う工程における観測、および、前記レーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせを行う工程における観測は、単一の位置観測部により行われる、半導体モジュールの製造方法。
  3. 請求項２において、
    前記位置観測部の光軸と前記レーザ素子部の光軸とを、交差点において交差させ、
    前記位置観測部に入射される光の前記配線から前記交差点までの経路を、前記レーザ光の該配線から該交差点までの経路と一致させる、半導体モジュールの製造方法。
  4. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
    前記レーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせを行う工程における前記レーザ光の出力は、該バンプ部と前記パッド部とを接合する工程における該レーザ光の出力よりも小さくする、半導体モジュールの製造方法。
  5. 請求項１〜４のいずれかにおいて、
    前記レーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせは、前記レーザ素子部の光軸を移動させることにより行うことができる、半導体モジュールの製造方法。
  6. 請求項１〜５のいずれかにおいて、
    前記レーザ光のスポットと前記バンプ部との位置合わせは、該レーザ光の経路を変更することにより行うことができる、半導体モジュールの製造方法。
  7. 請求項１〜６のいずれかにおいて、
    前記半導体素子は、光素子であり、
    前記光素子の光の出射面または入射面は、前記配線基板の上面と対向するように配置される、半導体モジュールの製造方法。
  8. 配線基板および半導体素子を搭載できる搭載部と、
    前記半導体素子を移動させて、前記配線基板の上方に前記半導体素子を搭載させる運搬部と、
    前記配線基板の下面側に設けられた光学系部と、を含み、
    前記光学系部は、
    基体と、
    前記基体の上方に設けられた位置観測部と、
    前記基体の上方に設けられ、レーザ光を出射するレーザ素子部と、を含み、
    前記配線基板の下面側から該配線基板の基板を透過させて前記レーザ光を照射することにより接合部材を加熱して、前記配線基板の配線のバンプ部と前記半導体素子の電極のパッド部とを接合することができ、
    前記位置観測部は、前記バンプ部および前記パッド部の位置観測、並びに、前記レーザ光のスポットおよび該バンプ部の位置観測のうちの少なくとも一方の位置観測を、該配線基板の下面側から行う、半導体モジュールの製造装置。
  9. 請求項８において、
    前記位置観測部は、単一であって、前記バンプ部、前記パッド部、および前記レーザ光のスポットの位置観測を行う、半導体モジュールの製造装置。
  10. 請求項８または９において、
    前記位置観測部の光軸と前記レーザ素子部の光軸とは、交差点において交差し、
    前記位置観測部に入射される光の前記配線から前記交差点までの経路は、前記レーザ光の該配線から該交差点までの経路と一致する、半導体モジュールの製造装置。
  11. 請求項１０において、
    前記光学系部は
    前記基体の上方に設けられた全反射ミラーと、
    前記基体の上方であって、前記交差点に設けられたダイクロイックミラーと、を含み、
    前記搭載部は、
    前記配線基板を搭載できるテーブルと、
    前記テーブルを移動させることのできるステージと、を含み、
    前記基体は、前記全反射ミラーを支持するアーム部を有し、
    前記全反射ミラーは、前記テーブルと前記ステージとの間に設けられ、かつ、前記レーザ素子部から前記基体の上面と平行に出射される前記レーザ光を前記配線基板の下面に導く、半導体モジュールの製造装置。
  12. 請求項８〜１１のいずれかにおいて、
    前記半導体素子は、光素子であり、
    前記光素子の光の出射面または入射面は、前記配線基板の上面と対向して配置される、半導体モジュールの製造装置。
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