JP2006351875A - 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

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 Download PDF

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Abstract

【課題】 レーザ光を実装に用いて信頼性の良好な半導体モジュールを作製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】 半導体モジュールの製造方法は，配線基板１６４の上方に半導体素子１５０を位置させる工程と、第１配線１５３の第１バンプ部１５７と第１電極の第１パッド部２５４とを、第１接合部材１５５を介して接触させ、第２配線１６３の第２バンプ部１６７と第２電極の第２パッド部１５４とを、第２接合部材１６５を介して接触させる工程と、レーザ素子部から出射されたレーザ光１３７を照射することにより第１接合部材１５５、第２接合部材１６５を加熱して接合する工程と、を含み、第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４とを接合する工程に用いられるレーザ光１３７の照射条件は，第２バンプ部１６７と第２パッド部１５４とを接合する工程に用いられるレーザ光１３７の照射条件とは異なる。
【選択図】 図１２

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。
特開平９−５１０１６号公報
本発明の目的は、レーザ光を実装に用いて信頼性の良好な半導体モジュールを作製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。
本発明に係る第１の半導体モジュールの製造方法は、
配線基板の第１配線と半導体素子の第１電極とが対向し、該配線基板の第２配線と該半導体素子の第２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、
前記第１配線の第１バンプ部と前記第１電極の第１パッド部とを、第１接合部材を介して接触させ、前記第２配線の第２バンプ部と前記第２電極の第２パッド部とを、第２接合部材を介して接触させる工程と、
レーザ素子部から出射されたレーザ光を照射することにより前記第１接合部材を加熱して、前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程と、
前記レーザ光を照射することにより前記第２接合部材を加熱して、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程と、を含み、
前記第１配線および前記第１電極の極性は、前記第２配線および前記第２電極の極性とは異なり、
前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射条件は、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射条件とは異なる。
この半導体モジュールの製造方法では、前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射条件を、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射条件と異ならせている。前記第１バンプ部と前記第１パッド部との接合と、前記第２バンプ部と前記第２パッド部との接合とでは、それぞれのパッド部の構造、材料、パッド部周辺の部材の構造、材料などにより、最適な前記レーザ光の照射光量が異なる。従って、この半導体モジュールの製造方法によれば、前記第１バンプ部と前記第１パッド部との接合と、前記第２バンプ部と前記第２パッド部との接合とを、最適な条件の下で行うことができるので、それぞれの接合において、良好な接合強度を得ることができる。その結果、良好な信頼性を有する半導体モジュールを提供することができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法において、
前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程において、複数に分岐した前記レーザ光を照射することにより、複数の前記第１接合部材を同時に加熱して、複数の前記第１バンプ部と複数の前記第１パッド部とを接合し、
前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程において、複数に分岐した前記レーザ光を照射することにより、複数の前記第２接合部材を同時に加熱して、複数の前記第２バンプ部と複数の前記第２パッド部とを接合することができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法において、
前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射時間に対する光強度の関係は、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射時間に対する光強度の関係とは異なることができる。
本発明に係る半導体モジュールの製造方法において、
前記第１電極は、前記半導体素子における共通電極であり、
前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の光強度は、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の光強度よりも大きいことができる。
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、面発光型半導体レーザであり、
前記面発光型半導体レーザは、
基板と、
前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を含み、
少なくとも、前記第１ミラーの一部、活性層、および、前記第２ミラーから柱状部が構成されており、
前記第１電極は、前記基板または前記第１ミラーの上面と接しており、
前記第２電極は、前記第２ミラーの上面と接しており、
前記第１電極と前記基板または前記第１ミラーとの間の熱抵抗は、前記第２電極と前記第２ミラーとの間の熱抵抗よりも小さく、
前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の光強度は、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の光強度よりも大きいことができる。
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」に形成さ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が形成されているような場合と、Ａ上に他のものを介してＢが形成さ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。
本発明に係る第２の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、
前記配線のバンプ部と前記電極のパッド部とを、接合部材を介して接触させる工程と、
レーザ素子部から出射された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、を含み、
前記バンプ部と前記パッド部とを接合する工程において、複数に分岐した前記レーザ光を照射することにより、複数の前記接合部材を同時に加熱して、複数の前記バンプ部と複数の前記パッド部とを接合する。
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、レーザ光を出射するレーザ素子部と、を含み、
前記レーザ素子部は、分岐素子部を有し、
前記分岐素子部により複数に分岐させた前記レーザ光を照射することにより、複数の接合部材を同時に加熱して、前記配線基板の複数の配線のバンプ部と前記半導体素子の複数の電極のパッド部とを接合することができる。
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４チャンネルの面発光型半導体レーザ（以下「面発光レーザ」という）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（例えば図１２参照）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本の光線を回折角が異なる複数の光線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。回折角は、配線基板１６４における同じ極性を有する複数の配線の各バンプ部の間隔に応じて適宜決定される。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４本の均等な光強度を有する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１５３，１６３（例えば図１２参照）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１５７，１６３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１５７，１６３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１６を用いて述べる。図３〜図７、図１０〜図１２、図１４、図１６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１１、図１６は、それぞれ図２に示す前面図に対応しており、図４、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１５３，１６３（例えば図６参照）と半導体素子１５０の電極２０７，２０９（例えば図８参照）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７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の第１配線１５３の第１バンプ部１５７と、半導体素子１５０の第１電極２０７の第１パッド部２５４との位置合わせ、および、配線基板１６４の第２配線１６３の第２バンプ部１６７と、半導体素子１５０の第２電極２０９の第２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を利用することができる。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〜図９に示すように、配線基板１６４の４本の第１配線１５３の各第１バンプ部１５７の上方に、半導体素子１５０の第１電極２０７の４つの第１パッド部２５４がそれぞれ対向するように位置合わせを行うことができる。さらに、配線基板１６４の４本の第２配線１６３の各第２バンプ部１６７の上方に、半導体素子１５０の４つの第２電極２０９の各第２パッド部１５４がそれぞれ対向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。
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については、第１電極２０７の第１パッド部２５４および第２電極２０９の第２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７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配線基板１６４と半導体素子１５０との位置関係を模式的に示す平面図である。図６における配線基板１６４と半導体素子１５０とは、図７のVI−VI線における断面図に対応している。図８は、本実施形態に係る半導体素子（４チャンネルの面発光レーザ）１５０を模式的に示す平面図である。図９は、本実施形態に係る半導体素子１５０を模式的に示す断面図である。図９は、図８のIX−IX線における断面図である。
図６および図７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４本の第１配線１５３と、基板１６１上に形成された４本の第２配線１６３と、を含む。第１配線１５３の極性は、第２配線１６３の極性とは異なる。例えば、第１配線１５３をカソードとし、第２配線１６３をアノードとすることができる。基板１６１としては、半導体素子（面発光レーザ）１５０から出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。第１配線１５３は、その端部に第１バンプ部１５７を有する。第２配線１６３は、その端部に第２バンプ部１６７を有する。
第１バンプ部１５７の上面、および、半導体素子１５０の第１電極２０７の第１パッド部２５４の下面のうちの少なくとも一方の面上には、第１接合部材１５５が形成されている。図示の例では、第１バンプ部１５７の上面上に第１接合部材１５５が形成されている。同様に、第２バンプ部１６７の上面、および、半導体素子１５０の第２電極２０９の第２パッド部１５４の下面のうちの少なくとも一方の面上には、第２接合部材１６５が形成されている。図示の例では、第２バンプ部１６７の上面上に第２接合部材１６５が形成されている。接合部材１５５，１６５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。
半導体素子（面発光レーザ）１５０は、図７〜図９に示すように、基板（例えばｎ型ＧａＡｓ基板）２０１と、基板２０１上に形成された垂直共振器（以下「共振器」という）２４０と、埋め込み絶縁層２０６と、第１電極２０７と、第２電極２０９と、を含む。第１電極２０７の極性は、第２電極２０９の極性とは異なる。例えば、第１電極２０７をカソードとし、第２電極２０９をアノードとすることができる。
共振器２４０は、例えば、分布ブラッグ反射型（ＤＢＲ）ミラーである第１ミラー２０２と、活性層２０３と、ＤＢＲミラーである第２ミラー２０４と、が順次積層されて構成されている。第２ミラー２０４を構成する層のうち活性層２０３に近い領域には酸化狭窄層２０５が形成されている。
第１ミラー２０２、活性層２０３、および第２ミラー２０４は、円柱状の半導体堆積体（以下「柱状部」という）２３０を構成している。なお、柱状部２３０は、第１ミラー２０２の一部、活性層２０３、および第２ミラー２０４から構成されることもできる。この場合、基板２０１は、第１ミラー２０２の他の部分によって覆われていることができる。柱状部２３０の側面、および、基板２０１の上面は、埋め込み絶縁層２０６により覆われている。
第１電極２０７は、基板２０１の上面２０１ａ上に設けられている。言い換えるならば、第１電極２０７は、基板２０１の上面と接している。なお、柱状部２３０が、第１ミラー２０２の一部、活性層２０３、および第２ミラー２０４から構成される場合、第１電極２０７は、第１ミラー２０２の上面と接していることができる。第１電極２０７は、図８に示すように、一体的に形成されており、半導体素子１５０における共通電極であることができる。第１電極２０７は、４つの第１パッド部２５４を有する。
第２ミラー２０４および埋め込み絶縁層２０６の上には、第２電極２０９が形成されている。言い換えるならば、第２電極２０９は、第２ミラー２０４の上面と接している。本実施形態では、半導体素子１５０として４チャンネルの面発光レーザを用いる場合について説明しているので、第２電極２０９は、図８に示すように、４つ設けられている。各第２電極２０９は、電気的に独立している。第２電極２０９は、第２ミラー２０４の上面と接する接続部２０９ａと、接続部２０９ａから第２パッド部１５４まで電極を引き出す引き出し部２０９ｂと、第２パッド部１５４と、を含む。第２電極２０９は、開口部２８０を有する。開口部２８０から、第２ミラー２０４の上面の一部が露出している。露出した第２ミラー２０４の上面がレーザ光の出射面２０８となる。出射面２０８は、図６に示すように、配線基板１６４の基板１６１の上面と対向するように配置される。
第１、第２電極２０７，２０９は、例えば金（Ａｕ）からなることができる。第１電極２０７は、基板２０１を介して第１ミラー２０２と電気的に接続され、第２電極２０９は、第２ミラー２０４と電気的に接続されている。第１電極２０７および第２電極２０９により活性層２０３に電流が注入される。
（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の第１配線１５３の第１バンプ部１５７と、半導体素子１５０の第１電極２０７の第１パッド部２５４とを、第１接合部材１５５を介して接触させ、配線基板１６４の第２配線１６３の第２バンプ部１６７と、半導体素子１５０の第２電極２０９の第２パッド部１５４とを、第２接合部材１６５を介して接触させる。
（９）次に、図１０〜図１２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、４本の第１配線１５３の各第１バンプ部１５７との位置合わせを行う。具体的には、以下の通りである。
図１０および図１１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、４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、例えば、図１２に示すように、レーザ光１３７のスポット１３７ａは、第１配線１５３の下面に現れる。なお、図１２には示されていないが、レーザ光１３７のスポット１３７ａは、例えば、４本の第１配線１５３の下面のそれぞれに現れる。つまり、分岐素子部１１６により分岐された４本の光線が、４つのスポット１３７ａを形成する。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１２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の位置および第１配線１５３の第１バンプ部１５７の位置を観測しながら、図１２に示すように、レーザ光１３７のスポット１３７ａが、第１配線１５３の第１バンプ部１５７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、第１バンプ部１５７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と第１バンプ部１５７との位置合わせは、例えば、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。
（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、４本に分岐したレーザ光１３７を照射することにより、４つの第１接合部材１５５を同時に加熱して、４つの第１バンプ部１５７と４つの第１パッド部２５４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から所定の照射条件でレーザ光１３７を出射する。レーザ発振器１１２から出射された４本のレーザ光１３７は、基板１６１を透過し、４つの第１バンプ部１５７の直下であって、第１配線１５３と基板１６１との界面にそれぞれ照射される。これにより、第１配線１５３の第１バンプ部１５７が加熱される。そして、４つの第１バンプ部１５７の上に形成された各第１接合部材１５５が加熱される。その結果、第１接合部材１５５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。また、レーザ光１３７の照射条件としては、例えば、図１３に示すようなプロファイル（照射時間に対する光強度の関係）とすることができる。図１３に示す例では、時間幅を同一にし（Ｔｃ）、光強度を段階的に上げて（Ｉｃ/２からＩｃへ）、段階的に下げている（ＩｃからＩｃ/２へ）。後に詳述するが、第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４との接合工程におけるレーザ光１３７の光強度は、第２バンプ部１６７と第２パッド部１５４との接合工程におけるレーザ光１３７の光強度よりも大きくすることが好ましい。従って、本工程では、光強度を段階的に変化させた方が、半導体素子１５０における温度変化を緩やかにすることができ、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ので好ましい。
レーザ光１３７の照射が終了した後、第１接合部材１５５は冷却され、硬化されることができる。その結果、４つの第１バンプ部１５７と４つの第１パッド部２５４とを各第１接合部材１５５を介して接合することができる。
（１１）次に、図１０、図１１、図１４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、４本の第２配線１６３の各第２バンプ部１６７との位置合わせを行う。本工程は、上述したレーザ光１３７のスポット１３７ａと、第１配線１５３の第１バンプ部１５７との位置合わせの工程と同様に行うことができるので、詳細な説明を省略する。なお、図１４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１２に示す図に対応している。
なお、本工程は、上述した第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４とを接合する工程の前に行うこともできる。この場合、位置合わせ終了後の可動集光レンズ部１１８の位置を記憶させておくことができる。また、本工程では、レーザ光１３７を照射せずに、位置合わせを行うこともできる。つまり、上述したレーザ光１３７のスポット１３７ａと、第１配線１５３の第１バンプ部１５７との位置合わせを行うことにより、配線基板１６４の位置観測データを基にして、レーザ光１３７のスポット１３７ａの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。
（１２）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、４本に分岐したレーザ光１３７を照射することにより、４つの第２接合部材１６５を同時に加熱して、４つの第２バンプ部１６７と４つの第２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、上述した第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４とを接合する工程に用いたレーザ光１３７の照射条件とは異なる照射条件でレーザ光１３７を出射する。レーザ発振器１１２から出射された４本のレーザ光１３７は、基板１６１を透過し、４つの第２バンプ部１６７の直下であって、第２配線１６３と基板１６１との界面にそれぞれ照射される。これにより、第２配線１６３の第２バンプ部１６７が加熱される。そして、４つの第２バンプ部１６７の上に形成された各第２接合部材１６５が加熱される。その結果、第２接合部材１６５を溶解させることができる。レーザ光１３７の照射条件としては、例えば、図１５に示すようなプロファイル（照射時間に対する光強度の関係）とすることができる。図１５に示す例では、光強度Ｉａと時間幅Ｔａを有する矩形のパルス光となっている。後に詳述するが、第２バンプ部１６７と第２パッド部１５４との接合工程におけるレーザ光１３７の光強度は、上述した第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４との接合工程におけるレーザ光１３７の光強度よりも小さくすることが好ましい。従って、本工程では、光強度を一定にして、短時間の照射を行う方が、工程時間を短縮することができるので好ましい。
レーザ光１３７の照射が終了した後、第２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、４つの第２バンプ部１６７と４つの第２パッド部１５４とを各第２接合部材１６５を介して接合することができる。
（１３）なお、上述した例では、レーザ光１３７のスポット１３７ａと第１バンプ部１５７との位置合わせの工程、および、第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４とを接合する工程を行った後に、レーザ光１３７のスポット１３７ａと第２バンプ部１６７との位置合わせの工程、および、第２バンプ部１６７と第２パッド部１５４とを接合する工程を行う場合について説明したが、この順番は逆にすることも可能である。
（１４）次に、コレット１９２による半導体素子１５０の吸着を止め、図１６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。
（１５）以上の工程によって、図１６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。
（１６）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、第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４とを接合する工程に用いられるレーザ光１３７の照射条件を、第２バンプ部１６７と第２パッド部１５４とを接合する工程に用いられるレーザ光１３７の照射条件と異ならせている。第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４との接合と、第２バンプ部１６７と第２パッド部１５４との接合とでは、それぞれのパッド部の構造、材料、パッド部周辺の部材の構造、材料などにより、最適なレーザ光の照射光量が異なる。従って、本実施形態によれば、第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４との接合と、第２バンプ部１６７と第２パッド部１５４との接合とを、最適な条件の下で行うことができるので、それぞれの接合において、良好な接合強度を得ることができる。その結果、良好な信頼性を有する半導体モジュール１０２を提供することができる。
また、例えば、第１電極２０７が半導体素子１５０における共通電極である場合、例えば図８に示すように、平面視において、第１電極２０７の全面積は、第２電極２０９の全面積に比べ、大きくすることができる。これにより素子特性の安定化を図ることができる。このとき、第１電極２０７とその下層との間の熱抵抗は、第２電極２０９とその下層との間の熱抵抗よりも小さくなり、第１電極２０７の厚みと第２電極２０９の厚みとが同程度である場合には、第１電極２０７の熱容量は、第２電極２０９の熱容量よりも大きくなる。従ってこのような場合、例えば、第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４とを接合する工程に用いられるレーザ光１３７の光強度を、第２バンプ部１６７と第２パッド部１５４とを接合する工程に用いられるレーザ光１３７の光強度よりも大きくすることにより、それぞれの接合において、良好な接合強度を得ることができる。
また、半導体素子１５０が本実施形態のような面発光レーザである場合、図９に示すように、第１電極２０７は、基板２０１の上面と接することができ、第２電極２０９は、第２ミラー２０４の上面と接することができる。図８および図９に示すように、第２電極２０９は、柱状部２３０上で第２ミラー２０４と接しているため、第２電極２０９が第２ミラー２０４と接している面積は、第１電極２０７が基板２０１と接している面積よりも小さい。また、第２電極２０９と埋め込み絶縁層２０６との間の単位面積当りの熱抵抗は、第１電極２０７と基板２０１との間の単位面積当りの熱抵抗よりも大きい。従って、第２電極２０９とその下層との熱抵抗は、第１電極２０７とその下層との熱抵抗よりも大きくなる。従ってこのような場合、例えば、第１バンプ部１５７と第１パッド部２５４とを接合する工程に用いられるレーザ光１３７の光強度を、第２バンプ部１６７と第２パッド部１５４とを接合する工程に用いられるレーザ光１３７の光強度よりも大きくすることにより、それぞれの接合において、良好な接合強度を得ることができる。
また、本実施形態によれば、複数に分岐したレーザ光１３７を照射することにより、複数の第１接合部材１５５を同時に加熱して、複数の第１バンプ部１５７と複数の第１パッド部２５４とを接合することができる。また、同様に、複数の第２接合部材１６５を同時に加熱して、複数の第２バンプ部１６７と複数の第２パッド部１５４とを接合することができる。これらにより、製造工程時間の短縮化を図ることができる。また、同時に複数のバンプ部１５７，１６７と複数のパッド部２５４，１５４とを接合できるため、接合条件のばらつきを抑えることができ、延いては、良好な信頼性を有する半導体モジュール１０２を提供することができる。
４． 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、半導体素子１５０が４チャンネルの面発光レーザである場合について説明したが、チャンネル数は特に限定されない。また、例えば、上述した例では、半導体素子１５０が通常の面発光レーザである場合について説明したが、半導体素子１５０は、例えば、モニタフォトダイオード付きの面発光レーザなどであることもできる。
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の要部を模式的に示す図。 本実施形態の配線基板と半導体素子との位置関係を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る半導体素子を模式的に示す平面図。 本実施形態に係る半導体素子を模式的に示す断面図。 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の要部を模式的に示す図。 レーザ光の照射時間に対する光強度の関係の一例を模式的に示す図。 本実施形態の半導体モジュールの製造工程の要部を模式的に示す図。 レーザ光の照射時間に対する光強度の関係の一例を模式的に示す図。 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前面図。
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、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、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、１５３ 第１配線、１５４ 第２パッド部、１５５ 第１接合部材、１５７ 第１バンプ部、１６０ 第１テーブル、１６１ 基板、１６２ 第１支持部、１６３ 第２配線、１６４ 配線基板、１６５ 第２接合部材、１６６ θステージ、１６７ 第２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、２０１ 基板、２０２ 第１ミラー、２０３ 活性層、２０４ 第２ミラー、２０５ 酸化狭窄層、２０６ 埋め込み絶縁層、２０７ 第１電極、２０８ 出射面、２０９ 第２電極、２３０ 柱状部、２４０ 共振器、２５４ 第１パッド部，２８０ 開口部

Claims (7)

  1. 配線基板の第１配線と半導体素子の第１電極とが対向し、該配線基板の第２配線と該半導体素子の第２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、
    前記第１配線の第１バンプ部と前記第１電極の第１パッド部とを、第１接合部材を介して接触させ、前記第２配線の第２バンプ部と前記第２電極の第２パッド部とを、第２接合部材を介して接触させる工程と、
    レーザ素子部から出射されたレーザ光を照射することにより前記第１接合部材を加熱して、前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程と、
    前記レーザ光を照射することにより前記第２接合部材を加熱して、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程と、を含み、
    前記第１配線および前記第１電極の極性は、前記第２配線および前記第２電極の極性とは異なり、
    前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射条件は、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射条件とは異なる、半導体モジュールの製造方法。
  2. 請求項１において、
    前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程において、複数に分岐した前記レーザ光を照射することにより、複数の前記第１接合部材を同時に加熱して、複数の前記第１バンプ部と複数の前記第１パッド部とを接合し、
    前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程において、複数に分岐した前記レーザ光を照射することにより、複数の前記第２接合部材を同時に加熱して、複数の前記第２バンプ部と複数の前記第２パッド部とを接合する、半導体モジュールの製造方法。
  3. 請求項１または２において、
    前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射時間に対する光強度の関係は、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の照射時間に対する光強度の関係とは異なる、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、
    前記第１電極は、前記半導体素子における共通電極であり、
    前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の光強度は、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の光強度よりも大きい、半導体モジュールの製造方法。
  5. 請求項１〜３のいずれかにおいて、
    前記半導体素子は、面発光型半導体レーザであり、
    前記面発光型半導体レーザは、
    基板と、
    前記基板の上方に形成された第１ミラーと、
    前記第１ミラーの上方に形成された活性層と、
    前記活性層の上方に形成された第２ミラーと、を含み、
    少なくとも、前記第１ミラーの一部、活性層、および、前記第２ミラーから柱状部が構成されており、
    前記第１電極は、前記基板または前記第１ミラーの上面と接しており、
    前記第２電極は、前記第２ミラーの上面と接しており、
    前記第１電極と前記基板または前記第１ミラーとの間の熱抵抗は、前記第２電極と前記第２ミラーとの間の熱抵抗よりも小さく、
    前記第１バンプ部と前記第１パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の光強度は、前記第２バンプ部と前記第２パッド部とを接合する工程に用いられる前記レーザ光の光強度よりも大きい、半導体モジュールの製造方法。
  6. 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、
    前記配線のバンプ部と前記電極のパッド部とを、接合部材を介して接触させる工程と、
    レーザ素子部から出射された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、を含み、
    前記バンプ部と前記パッド部とを接合する工程において、複数に分岐した前記レーザ光を照射することにより、複数の前記接合部材を同時に加熱して、複数の前記バンプ部と複数の前記パッド部とを接合する、半導体モジュールの製造方法。
  7. 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、レーザ光を出射するレーザ素子部と、を含み、
    前記レーザ素子部は、分岐素子部を有し、
    前記分岐素子部により複数に分岐させた前記レーザ光を照射することにより、複数の接合部材を同時に加熱して、前記配線基板の複数の配線のバンプ部と前記半導体素子の複数の電極のパッド部とを接合することができる、半導体モジュールの製造装置。
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