JP2007311689A - Semiconductor ultrasonic joining method and device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor ultrasonic joining method and a semiconductor ultrasonic joining device for preventing damage, chipping, or the like from occurring in a semiconductor device, even if using a low-permittivity material for a wafer or thinning the wafer. <P>SOLUTION: The back of a wafer that is divided into individual semiconductor elements 2 while a metal bump 2c is formed on the electrode 2a on the surface of each semiconductor element 2, and a wafer sheet 4 in a wafer sheet holding body 1, hold the wafer adhered with a thermally peelable layer 3 in the wafer sheet holding body 1. At the same time, a bump 2c of one semiconductor element 2 opposes the electrode of an electronic substrate for positioning. While the bump 2c of the semiconductor element 2 is in contact with the electrode of the electronic substrate, ultrasonic waves are applied while the semiconductor element 2 and the electronic substrate are heated. The bump 2c of the semiconductor element 2 is joined to the electrode of the electronic substrate with the ultrasonic waves for weakening the adhesive strength of the thermally peelable layer 3 by heating. As a result, the semiconductor element 2 joined to the electronic substrate is separated from the wafer sheet. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、電極付きの電子基板と電極及び金属バンプ付きの半導体素子とを超音波接合する半導体超音波接合方法及び装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor ultrasonic bonding method and apparatus for ultrasonic bonding an electronic substrate with an electrode and a semiconductor element with an electrode and a metal bump.

従来、この種の半導体超音波接合装置としては、例えば図15及び図16に示されるような従来例1の装置が知られている(例えば特許文献1及び特許文献2参照)。すなわち、従来例1の半導体超音波接合装置においては、図15に示すように、粘着シート113がリング形状のウェハーリング114の上部開口を塞ぐように引き延ばされた状態でウェハーリング114に固定されている。粘着シート113の上面には、ウェハーがダイシングされて複数に分割されることにより形成され、上面の回路形成面115bに複数のバンプ115aを有する複数の半導体素子115が粘着材により一時的に固定されている。   Conventionally, as this type of semiconductor ultrasonic bonding apparatus, for example, an apparatus of Conventional Example 1 as shown in FIGS. 15 and 16 is known (see, for example, Patent Document 1 and Patent Document 2). That is, in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of Conventional Example 1, as shown in FIG. 15, the adhesive sheet 113 is fixed to the wafer ring 114 in a state of being stretched so as to close the upper opening of the ring-shaped wafer ring 114. Has been. On the upper surface of the adhesive sheet 113, a wafer is diced and divided into a plurality of parts, and a plurality of semiconductor elements 115 having a plurality of bumps 115a on the circuit forming surface 115b on the upper surface are temporarily fixed by an adhesive material. ing.

半導体素子115は、ウェハーリング114の下方に配置された突上針上下運動部130の突上針135bが円筒状の突上針ホルダ132内より上昇することにより、粘着シート113を介して上方に突き上げられて粘着シート113から剥がされ、ウェハーリング114の上方に配置された供給ヘッド141に吸着によりピックアップされる。供給ヘッド141によりピックアップされた半導体素子115は、複数のバンプ115aが上向きの状態のままウェハーリング114の側方に配置された180°反転ヘッド140に受け渡され、吸着保持される。180°反転ヘッド140に吸着保持された半導体素子115は、吸着保持された状態で、180°反転ヘッド140に一体的に連結された反転機構142により180°反転され、反転ヘッド140の下方に配置された位置決めステージ143と複数のバンプ115aとが対向する位置まで移動されたのち、吸着保持状態を解除され、位置決めステージ143上に受け渡される。位置決めステージ143上に受け渡された半導体素子115は、位置決めステージ143上に摺動可能に設けられた位置決め用爪144によりXYθ方向の位置決めをされたのち、図16に示すように、上部がバキュームホース156を介して真空ポンプ157に接続されたマウントヘッド151に吸着によりピックアップされる。そして、マウントヘッド151に吸着によりピックアップされた半導体素子115は、マウントステージ150の上面に予めセットされ、上面に封止樹脂116を予め塗布された被装着物152に載置される。   The semiconductor element 115 is moved upward via the adhesive sheet 113 when the protruding needle 135b of the protruding needle up / down moving part 130 disposed below the wafer ring 114 is raised from within the cylindrical protruding needle holder 132. It is pushed up and peeled off from the adhesive sheet 113 and picked up by suction to the supply head 141 disposed above the wafer ring 114. The semiconductor element 115 picked up by the supply head 141 is transferred to the 180 ° reversing head 140 disposed on the side of the wafer ring 114 with the plurality of bumps 115a facing upward, and is sucked and held. The semiconductor element 115 sucked and held by the 180 ° reversing head 140 is turned 180 ° by the reversing mechanism 142 integrally connected to the 180 ° reversing head 140 while being sucked and held, and is disposed below the reversing head 140. After the positioning stage 143 and the plurality of bumps 115a are moved to a position where they face each other, the suction holding state is released and transferred to the positioning stage 143. The semiconductor element 115 delivered on the positioning stage 143 is positioned in the XYθ direction by a positioning claw 144 slidably provided on the positioning stage 143, and then the upper part is vacuumed as shown in FIG. The pickup is picked up by the mounting head 151 connected to the vacuum pump 157 via the hose 156. Then, the semiconductor element 115 picked up by the mount head 151 by suction is set in advance on the upper surface of the mount stage 150, and placed on an attachment 152 to which a sealing resin 116 is applied in advance on the upper surface.

被装着物152に載置された半導体素子115は、図16に示すように、封止樹脂116を介して被装着物152に接触した状態で、マウントヘッド151の上部に連結された超音波ホーン153を介して、加圧機構154が発生させる圧力を伝達されるとともに超音波発振器155が発振させる超音波を伝達されることで、被装着物152に超音波接合される。   As shown in FIG. 16, the semiconductor element 115 placed on the attachment object 152 is in contact with the attachment object 152 via the sealing resin 116 and is connected to the upper part of the mount head 151. The pressure generated by the pressurizing mechanism 154 is transmitted via the 153 and the ultrasonic wave oscillated by the ultrasonic oscillator 155 is transmitted, so that the object 152 is ultrasonically bonded.

しかしながら、従来例1の半導体超音波接合装置においては、半導体素子115が粘着シート113から剥がされて被装着物152に載置されるまでの受け渡し工程が複雑であるので、半導体素子115やバンプ115a等を損傷させる恐れがあるとともに、半導体素子115を被装着物152に供給するまでの時間が掛かり、また、前記受け渡し工程の途中で半導体素子115を落下させる恐れもある。   However, in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of Conventional Example 1, since the delivery process until the semiconductor element 115 is peeled off from the adhesive sheet 113 and placed on the attachment 152 is complicated, the semiconductor element 115 and the bump 115a. May be damaged, and it takes time until the semiconductor element 115 is supplied to the attachment 152, and the semiconductor element 115 may be dropped during the delivery process.

前記のような従来例1の半導体超音波接合装置の課題を解決する技術(以下、従来例2という)が、例えば特許文献3に開示されている。図17は、従来例2の半導体超音波接合装置の動作を説明するための概略図である。なお、半導体素子115が被装着物152に載置されて超音波接合されるまでの動作は、従来例1の半導体超音波接合装置と同様であり、従来例1と同様の装置に関しては、同じ符号を付している。   A technique for solving the problems of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to Conventional Example 1 as described above (hereinafter referred to as Conventional Example 2) is disclosed in Patent Document 3, for example. FIG. 17 is a schematic diagram for explaining the operation of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of Conventional Example 2. The operation until the semiconductor element 115 is placed on the workpiece 152 and is ultrasonically bonded is the same as that of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of Conventional Example 1, and the same apparatus as that of Conventional Example 1 is the same. The code | symbol is attached | subjected.

従来例2の半導体超音波接合装置においては、図17に示すように、回路形成面115b及び複数のバンプ115aが下向きになるように半導体素子115を保持するウェハーリング114が従来例1とは反転して位置決めされている。   In the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of Conventional Example 2, as shown in FIG. 17, the wafer ring 114 that holds the semiconductor element 115 so that the circuit forming surface 115b and the plurality of bumps 115a face downward is reversed from that of Conventional Example 1. Is positioned.

半導体素子115は、ウェハーリング114の上方に配置された突下針上下移動機構110が、ウェハーリング114の図17における上部開口を塞ぐように密閉プレート112をウェハーリング114の上面に当接させるとともに真空吸引させながら突下針111を下降させることにより、粘着シート113を介して下方に突き下げられて、粘着シート113から半導体素子115が剥がされ、回路形成面115b及び複数のバンプ115aが下向きの状態で位置決めステージ120上に半導体素子115が受け渡される。位置決めステージ120上に受け渡された半導体素子115は、位置決めステージ120の下部に備えられたXYθ移動機構122によりXYθ方向の位置決めをされたのち、XYθ移動機構122を図17の左右方向に移動可能に保持する移動ステージ123によりマウントヘッド151でピックアップ可能な位置まで搬送され、マウントヘッド151に吸着によりピックアップされる。マウントヘッド151に吸着によりピックアップされた半導体素子115は、マウントヘッド151によりマウントステージ150の上面に予めセットされ、上面に封止樹脂116を予め塗布された被装着物152に載置される(図16参照)。   In the semiconductor element 115, the downward needle up / down moving mechanism 110 disposed above the wafer ring 114 brings the sealing plate 112 into contact with the upper surface of the wafer ring 114 so as to close the upper opening of the wafer ring 114 in FIG. 17. By lowering the abutting needle 111 while being vacuumed, the semiconductor element 115 is peeled down from the adhesive sheet 113 by being pushed downward through the adhesive sheet 113, and the circuit forming surface 115b and the plurality of bumps 115a are directed downward. In this state, the semiconductor element 115 is transferred onto the positioning stage 120. The semiconductor element 115 delivered on the positioning stage 120 can be moved in the XYθ moving mechanism 122 by the XYθ moving mechanism 122 provided at the lower part of the positioning stage 120 and then moved in the left-right direction in FIG. Is moved to a position where it can be picked up by the mount head 151 and picked up by the mount head 151 by suction. The semiconductor element 115 picked up by the mount head 151 by suction is set in advance on the upper surface of the mount stage 150 by the mount head 151, and is placed on an object 152 to which a sealing resin 116 is previously applied. 16).

被装着物152に載置された半導体素子115は、図16に示すように、封止樹脂116を介して被装着物152に接触した状態で、マウントヘッド151の上部に連結された超音波ホーン153を介して、加圧機構154が発生させる圧力を伝達されるとともに超音波発振器155が発振させる超音波を伝達されることで、被装着物152に超音波接合される。   As shown in FIG. 16, the semiconductor element 115 placed on the attachment object 152 is in contact with the attachment object 152 via the sealing resin 116 and is connected to the upper part of the mount head 151. The pressure generated by the pressurizing mechanism 154 is transmitted via the 153 and the ultrasonic wave oscillated by the ultrasonic oscillator 155 is transmitted, so that the object 152 is ultrasonically bonded.

従来例2の半導体超音波接合装置は、前記のように構成されることにより、半導体素子115を180°反転させる工程をなくし、前記受け渡し工程を簡潔化したので、半導体素子115やバンプ115a等が損傷するのを抑え、半導体素子115を被装着物152に供給するまでの時間を短縮するとともに前記受け渡し工程の途中で半導体素子115が落下するのを防ぐことができる。   Since the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of Conventional Example 2 is configured as described above, the process of turning the semiconductor element 115 by 180 ° is eliminated and the delivery process is simplified, so that the semiconductor element 115, the bump 115a, etc. It is possible to suppress damage, to shorten the time until the semiconductor element 115 is supplied to the attachment 152, and to prevent the semiconductor element 115 from dropping during the delivery process.

特開平8−130230号公報JP-A-8-130230 特開平11−288975号公報Japanese Patent Laid-Open No. 11-288975 特開平11−45906号公報JP-A-11-45906

近年、半導体素子を構成するウェハーの厚みは薄くなる傾向にあり、従来は一般的に100μm程度であったものが、現在は50μm以下(例えば30μm)にまでウェハーの厚みは薄くなってきている。一方、ウェハーに用いられる材料としては、動作速度を落とさずに半導体素子を微細化するために、脆い性質を有する低誘電率(Low−K)材料が使われてきている。   In recent years, the thickness of a wafer constituting a semiconductor element tends to be thin, and the thickness of the wafer has been reduced to 50 μm or less (for example, 30 μm), which was generally about 100 μm in the past. On the other hand, as a material used for a wafer, a low dielectric constant (Low-K) material having a brittle property has been used in order to miniaturize a semiconductor element without reducing the operation speed.

前記のように、ウェハーに低誘電率材料が使われたり、ウェハーの厚みが薄くなってくると、従来例2の半導体超音波接合装置においても、例えば突下針111を下降させて半導体素子115を下方に突き下げて粘着シート113から剥がすときなどに、半導体素子115に局所的に応力がかかり、半導体素子115に破損や欠け等が発生する。   As described above, when a low dielectric constant material is used for the wafer or the thickness of the wafer becomes thin, in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of the conventional example 2, for example, the projecting needle 111 is moved down to move the semiconductor element 115. The semiconductor element 115 is locally stressed when it is pushed down and peeled off from the adhesive sheet 113, and the semiconductor element 115 is damaged or chipped.

従って、本発明の目的は、前記問題を解決することにあって、ウェハーに低誘電率材料が使われたり、ウェハーの厚みが薄くなっても、半導体素子の破損や欠け等の発生を防止することができる半導体超音波接合方法及び装置を提供することにある。   Accordingly, an object of the present invention is to solve the above-described problems, and prevents the occurrence of breakage or chipping of semiconductor elements even when a low dielectric constant material is used for the wafer or the thickness of the wafer is reduced. An object of the present invention is to provide a semiconductor ultrasonic bonding method and apparatus.

本発明の第1態様によれば、電極付きの電子基板と電極及び金属バンプ付きの半導体素子とを超音波接合する半導体超音波接合方法であって、
個々の半導体素子に相互に分割され且つ各半導体素子の表面の電極に金属バンプが形成されたウェハーの裏面とウェハーシート保持体のウェハーシートとが熱剥離層で接着されて前記ウェハーを前記ウェハーシート保持体に保持した状態で、前記ウェハーの前記半導体素子のうちの1つの半導体素子の前記バンプと、前記1つの半導体素子の前記バンプに対応する前記電子基板の電極とを対向させて位置決めし、
前記ウェハーシート保持体に前記ウェハーを保持した状態で、前記ウェハーの前記1つの半導体素子の前記バンプと前記電子基板の前記電極とを接触させつつ、前記1つの半導体素子と前記電子基板とを加熱しながら超音波を印加して、前記1つの半導体素子の前記バンプとそれに対応する前記電子基板の前記電極とを超音波接合すると同時的に、前記加熱により前記熱剥離層の接着力を弱めて、前記電子基板に接合された前記1つの半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させることを特徴とする半導体超音波接合方法を提供する。
According to the first aspect of the present invention, there is provided a semiconductor ultrasonic bonding method for ultrasonically bonding an electronic substrate with an electrode and a semiconductor element with an electrode and a metal bump,
The back surface of the wafer, which is divided into individual semiconductor elements and in which metal bumps are formed on the electrodes on the front surface of each semiconductor element, and the wafer sheet of the wafer sheet holder are bonded together by a heat release layer, and the wafer is bonded to the wafer sheet. In a state of being held by a holder, the bumps of one of the semiconductor elements of the wafer and the electrodes of the electronic substrate corresponding to the bumps of the one semiconductor element are positioned to face each other.
In a state where the wafer is held on the wafer sheet holder, the one semiconductor element and the electronic substrate are heated while contacting the bump of the one semiconductor element of the wafer and the electrode of the electronic substrate. While applying ultrasonic waves to ultrasonically bond the bumps of the one semiconductor element and the corresponding electrodes of the electronic substrate, the adhesive force of the thermal peeling layer is weakened by the heating. The semiconductor ultrasonic bonding method is characterized in that the one semiconductor element bonded to the electronic substrate is detached from the wafer sheet.

本発明の第2態様によれば、前記1つの半導体素子と前記電子基板を前記超音波接合するときに、前記1つの半導体素子の前記電極が形成された電極面と前記電子基板の前記電極が形成された電極面との間に配置された熱硬化層を前記加熱により熱硬化させて、前記1つの半導体素子と前記電子基板を接着させることを特徴とする第1態様に記載の半導体超音波接合方法を提供する。   According to the second aspect of the present invention, when the one semiconductor element and the electronic substrate are ultrasonically bonded, the electrode surface on which the electrode of the one semiconductor element is formed and the electrode of the electronic substrate are The semiconductor ultrasonic wave according to the first aspect, wherein the thermosetting layer disposed between the formed electrode surfaces is thermoset by the heating to bond the one semiconductor element and the electronic substrate. A bonding method is provided.

本発明の第3態様によれば、前記超音波接合と同時的に、前記加熱により、熱剥離シート、熱剥離フィルム又は熱剥離接着剤の内の一つで構成されている前記熱剥離層の接着力を弱めて、前記電子基板に接合された前記1つの半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させることを特徴とする第1又は2態様に記載の半導体超音波接合方法を提供する。   According to the third aspect of the present invention, simultaneously with the ultrasonic bonding, by the heating, the thermal peeling layer composed of one of a thermal peeling sheet, a thermal peeling film or a thermal peeling adhesive. The semiconductor ultrasonic bonding method according to the first or second aspect, wherein the one semiconductor element bonded to the electronic substrate is detached from the wafer sheet by weakening an adhesive force.

本発明の第4態様によれば、前記1つの半導体素子の前記バンプに対応する前記電子基板の電極とを対向させて位置決めする前に、前記1つの半導体素子の前記電極が形成された電極面に非導電性ペーストを塗布して熱硬化層を形成し、
前記位置決め後に、
前記超音波接合と同時的に、前記加熱により前記熱硬化層を熱硬化することを特徴とする第1〜3態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法を提供する。
According to the fourth aspect of the present invention, the electrode surface on which the electrode of the one semiconductor element is formed before positioning the electrode of the electronic substrate corresponding to the bump of the one semiconductor element to face each other. Apply a non-conductive paste to form a thermosetting layer,
After the positioning,
The semiconductor ultrasonic bonding method according to any one of the first to third aspects, wherein the thermosetting layer is thermally cured by the heating simultaneously with the ultrasonic bonding.

本発明の第5態様によれば、前記超音波接合時に、前記1つの半導体素子の裏面側から前記加熱を行うことを特徴とする第1〜4態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法を提供する。   According to a fifth aspect of the present invention, in the ultrasonic bonding, the semiconductor ultrasonic wave according to any one of the first to fourth aspects, wherein the heating is performed from a back surface side of the one semiconductor element. A bonding method is provided.

本発明の第6態様によれば、前記超音波接合時に、前記電子基板の裏面側から前記加熱を行うことを特徴とする第1〜5態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法を提供する。   According to a sixth aspect of the present invention, the semiconductor ultrasonic bonding method according to any one of the first to fifth aspects, wherein the heating is performed from the back side of the electronic substrate during the ultrasonic bonding. I will provide a.

本発明の第7態様によれば、前記超音波接合時に、前記半導体素子の裏面側から前記電子基板に向けて前記超音波を印加することを特徴とする第1〜6態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法を提供する。   According to a seventh aspect of the present invention, in the ultrasonic bonding, any one of the first to sixth aspects is characterized in that the ultrasonic wave is applied from the back surface side of the semiconductor element toward the electronic substrate. The semiconductor ultrasonic bonding method described in 1. is provided.

本発明の第8態様によれば、前記超音波接合時に、前記電子基板の裏面側から前記1つの半導体素子に向けて前記超音波を印加することを特徴とする第1〜6態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法を提供する。   According to an eighth aspect of the present invention, in the ultrasonic bonding, any one of the first to sixth aspects is characterized in that the ultrasonic wave is applied from the back surface side of the electronic substrate toward the one semiconductor element. A semiconductor ultrasonic bonding method according to one aspect is provided.

本発明の第9態様によれば、前記電子基板に前記複数の半導体素子を接合するときに、前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートに保持され且つ前記電子基板に接合されていない半導体素子と、前記電子基板に既に接合された半導体素子とが、干渉関係にならないように接合することを特徴とする第1〜8態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法を提供する。   According to the ninth aspect of the present invention, when bonding the plurality of semiconductor elements to the electronic substrate, a semiconductor element held on the wafer sheet of the wafer sheet holder and not bonded to the electronic substrate; The semiconductor ultrasonic bonding method according to any one of the first to eighth aspects, wherein bonding is performed so that the semiconductor element already bonded to the electronic substrate does not have an interference relationship.

本発明の第10態様によれば、前記複数の半導体素子の中の不良の半導体素子を不良半導体素子廃棄位置に搬送したのち、前記不良の半導体素子に対応する前記熱剥離層に前記加熱をして前記不良の半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させることを特徴とする第1〜9態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法を提供する。   According to a tenth aspect of the present invention, after the defective semiconductor element in the plurality of semiconductor elements is transported to a defective semiconductor element disposal position, the heating is performed on the thermal separation layer corresponding to the defective semiconductor element. The semiconductor ultrasonic bonding method according to any one of the first to ninth aspects, wherein the defective semiconductor element is detached from the wafer sheet.

本発明の第11態様によれば、前記電子基板に前記半導体素子を超音波接合するときに、1つの電子基板に対して1つの半導体素子のみを超音波接合することを特徴とする第1〜10態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法を提供する。   According to an eleventh aspect of the present invention, when the semiconductor element is ultrasonically bonded to the electronic substrate, only one semiconductor element is ultrasonically bonded to one electronic substrate. The semiconductor ultrasonic bonding method according to any one of 10 aspects is provided.

本発明の第12態様によれば、電極付きの電子基板と電極及び金属バンプ付きの半導体素子とを超音波接合する半導体超音波接合装置であって、
ウェハーシートと、個々の半導体素子に相互に分割され且つ各半導体素子の表面の電極に金属バンプが形成されたウェハーの裏面と前記ウェハーシートとを接着する熱剥離層とを備えて、前記ウェハーを前記熱剥離層を介して前記ウェハーシートに接着して保持可能なウェハーシート保持体と、
前記ウェハーを前記ウェハーシート保持体に保持した状態で、前記ウェハーシートの前記半導体素子のうちの1つの半導体素子の前記バンプと、前記1つの半導体素子の前記バンプに対応する前記電子基板の電極とを対向させて位置決めさせたのち、前記ウェハーの前記1つの半導体素子の前記バンプと前記電子基板の前記電極とを接触させつつ、前記1つの半導体素子と前記電子基板とを加熱しながら超音波を印加して、前記1つの半導体素子の前記バンプとそれに対応する前記電子基板の前記電極とを超音波接合すると同時的に、前記加熱により前記熱剥離層の接着力を弱めて、前記電子基板に接合された前記1つの半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させる超音波接合部と、
を備えることを特徴とする半導体超音波接合装置を提供する。
According to a twelfth aspect of the present invention, there is provided a semiconductor ultrasonic bonding apparatus for ultrasonically bonding an electronic substrate with an electrode and a semiconductor element with an electrode and a metal bump,
A wafer sheet, and a heat release layer for bonding the wafer sheet and the back surface of the wafer, which is divided into individual semiconductor elements and in which metal bumps are formed on the electrodes on the surface of each semiconductor element, A wafer sheet holder that can be adhered and held on the wafer sheet via the thermal release layer;
With the wafer held by the wafer sheet holder, the bumps of one of the semiconductor elements of the wafer sheet, and the electrodes of the electronic substrate corresponding to the bumps of the one semiconductor element, Are positioned so that the bumps of the one semiconductor element of the wafer are in contact with the electrodes of the electronic substrate, and the ultrasonic wave is heated while heating the one semiconductor element and the electronic substrate. And simultaneously applying ultrasonic bonding between the bumps of the one semiconductor element and the corresponding electrodes of the electronic substrate, the adhesive force of the thermal peeling layer is weakened by the heating, and applied to the electronic substrate. An ultrasonic bonding part for separating the bonded semiconductor element from the wafer sheet;
A semiconductor ultrasonic bonding apparatus is provided.

本発明の第13態様によれば、前記ウェハーシート保持体は、前記ウェハーシート保持体に保持された前記ウェハー上に、前記加熱による熱硬化により前記1つの半導体素子と前記電子基板とを電極接合状態で接着させる熱硬化層を配置した状態で、前記ウェハーを前記熱剥離層を介して前記ウェハーシートに接着して保持することを特徴とする第12態様に記載の半導体超音波接合装置を提供する。   According to a thirteenth aspect of the present invention, the wafer sheet holder is formed by electrode bonding the one semiconductor element and the electronic substrate on the wafer held by the wafer sheet holder by thermosetting by heating. The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the twelfth aspect, wherein the wafer is bonded and held to the wafer sheet via the thermal release layer in a state where a thermosetting layer to be bonded in a state is disposed. To do.

本発明の第14態様によれば、前記超音波接合部により前記位置決めを行う前に前記電子基板の認識対象部を認識して電子基板認識データを出力する電子基板認識装置と、
前記1つの半導体素子と前記電子基板の接合前に前記1つの半導体素子の認識対象部を認識して半導体素子認識データを出力する半導体素子認識装置と、
をさらに備え、
前記超音波接合部は、
前記ウェハーシート保持体に保持された前記ウェハーの前記1つの半導体素子の前記電極が形成された電極面が、前記電子基板の前記電極が形成された電極面に対向状態で配置された状態で前記ウェハーシート保持体を搬送して、前記ウェハーシート保持体に保持された前記ウェハーの前記1つの半導体素子を半導体素子用接合位置に位置させる半導体素子搬送装置と、
前記半導体素子搬送装置により搬送されて前記半導体素子用接合位置に位置した前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーの前記1つの半導体素子を前記熱剥離層を介して接着している前記ウェハーシートに対向し且つ前記1つの半導体素子の裏面に対応する前記ウェハーシートの超音波印加領域に接触して前記超音波を印加可能な超音波接合ツールと、
前記半導体素子搬送装置により搬送されて前記半導体素子用接合位置に位置した、前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートの前記超音波印加領域に接触させるように前記超音波接合ツールを移動させる超音波接合ツール移動装置と、
接合前の前記電子基板の前記電極が、前記1つの半導体素子の前記電極面に対向可能に配置された状態で接合前の前記電子基板を、前記半導体素子用接合位置に位置する前記1つの半導体素子の前記電極面に対向する電子基板用接合位置に搬送し、前記電子基板用接合位置で前記1つの半導体素子の前記バンプに前記電子基板の前記電極を位置決めする電子基板搬送装置と、
前記半導体素子用接合位置に位置した前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートの前記超音波印加領域又は前記電子基板用接合位置で位置決めされた接合前の前記電子基板の少なくともいずれか一方に接触して、前記1つの半導体素子に対応する前記熱剥離層を加熱可能な加熱装置と、
前記半導体素子搬送装置と前記超音波接合ツールと前記超音波接合ツール移動装置と前記電子基板搬送装置と前記加熱装置と前記電子基板認識装置と前記半導体素子認識装置とが接続されて夫々の動作を制御することにより、前記ウェハーシート保持体を前記半導体素子搬送装置により前記半導体素子用接合位置に搬送し、前記半導体素子用接合位置に位置した前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートの前記超音波印加領域で前記超音波接合ツールを接触させるとともに、接合前の前記電子基板を前記電子基板搬送装置により前記電子基板用接合位置に搬送して、前記半導体素子認識装置により出力された前記半導体素子認識データと前記電子基板認識装置により出力された前記電子基板認識データとに基づき、前記1つの半導体素子のバンプに前記電子基板の前記電極が接合されるように前記半導体素子搬送装置と前記電子基板搬送装置とにより前記1つの半導体素子と前記電子基板とを位置決めし、前記1つの半導体素子と前記電子基板とを、前記加熱装置により加熱しながら前記超音波接合ツールにより前記超音波を印加して超音波接合するように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする第11又は12態様に記載の半導体超音波接合装置を提供する。
According to a fourteenth aspect of the present invention, an electronic substrate recognition apparatus that recognizes a recognition target portion of the electronic substrate and outputs electronic substrate recognition data before performing the positioning by the ultrasonic bonding portion,
A semiconductor element recognition device for recognizing a recognition target portion of the one semiconductor element and outputting semiconductor element recognition data before joining the one semiconductor element and the electronic substrate;
Further comprising
The ultrasonic bonding part is
The electrode surface on which the electrode of the one semiconductor element of the wafer held on the wafer sheet holding body is disposed in a state of being opposed to the electrode surface on which the electrode of the electronic substrate is formed. A semiconductor element transport device that transports a wafer sheet holder and positions the one semiconductor element of the wafer held by the wafer sheet holder at a bonding position for semiconductor elements;
Opposite to the wafer sheet, which is transferred by the semiconductor element transfer device and bonded to the one semiconductor element of the wafer of the wafer sheet holding body located at the bonding position for the semiconductor element through the thermal release layer. And an ultrasonic bonding tool capable of applying the ultrasonic wave in contact with an ultrasonic wave application region of the wafer sheet corresponding to the back surface of the one semiconductor element;
Ultrasonic bonding for moving the ultrasonic bonding tool to be brought into contact with the ultrasonic wave application region of the wafer sheet of the wafer sheet holder, which is transferred by the semiconductor element transfer device and located at the bonding position for the semiconductor element. A tool moving device;
The one semiconductor that is positioned at the junction position for the semiconductor element, with the electrode of the electronic substrate before the bonding disposed so as to face the electrode surface of the one semiconductor element. An electronic substrate transport device for transporting to an electronic substrate bonding position facing the electrode surface of the element, and positioning the electrode of the electronic substrate on the bump of the one semiconductor element at the electronic substrate bonding position;
Contacting at least one of the ultrasonic wave application area of the wafer sheet of the wafer sheet holding member positioned at the bonding position for the semiconductor element or the electronic substrate before bonding positioned at the bonding position for the electronic substrate. A heating device capable of heating the thermal release layer corresponding to the one semiconductor element;
The semiconductor element transfer device, the ultrasonic bonding tool, the ultrasonic bonding tool moving device, the electronic substrate transfer device, the heating device, the electronic substrate recognition device, and the semiconductor element recognition device are connected to perform respective operations. By controlling, the wafer sheet holding body is transferred to the semiconductor element bonding position by the semiconductor element transfer apparatus, and the ultrasonic wave application of the wafer sheet of the wafer sheet holding body positioned at the semiconductor element bonding position is performed. The semiconductor element recognition data output by the semiconductor element recognition device by bringing the ultrasonic bonding tool into contact with the region and conveying the electronic substrate before bonding to the electronic substrate bonding position by the electronic substrate transfer device. And the electronic substrate recognition data output by the electronic substrate recognition device. The one semiconductor element and the electronic substrate are positioned by the semiconductor element transfer device and the electronic substrate transfer device so that the electrode of the electronic substrate is bonded to the bump of the first substrate. A controller that controls the ultrasonic bonding by applying the ultrasonic wave by the ultrasonic bonding tool while heating the substrate by the heating device;
The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the eleventh or twelfth aspect is provided.

本発明の第15態様によれば、前記電子基板搬送装置は、前記電子基板の前記電極面に前記電子基板を接合する前に、前記加熱による熱硬化により前記1つの半導体素子と前記電子基板とを電極接合状態で接着させる熱硬化層を前記電子基板上に配置した状態で、接合前の前記電子基板を前記電子基板用接合位置に搬送することを特徴とする第12又は14態様に記載の半導体超音波接合装置を提供する。
なお、ここで電極接合状態とは、前記半導体素子の電極と前記電子基板の電極とが、前記半導体素子の電極上の金属バンプを介して接合される状態をいう。
According to a fifteenth aspect of the present invention, the electronic substrate transport apparatus may include the one semiconductor element, the electronic substrate, and the electronic substrate by thermosetting by heating before bonding the electronic substrate to the electrode surface of the electronic substrate. According to the twelfth or fourteenth aspect, the electronic substrate before bonding is transported to the bonding position for the electronic substrate in a state where the thermosetting layer for bonding the electrode in the electrode bonding state is disposed on the electronic substrate. A semiconductor ultrasonic bonding apparatus is provided.
Here, the electrode bonded state refers to a state in which the electrode of the semiconductor element and the electrode of the electronic substrate are bonded via metal bumps on the electrode of the semiconductor element.

本発明の第16態様によれば、接合前の前記電子基板の前記電極面に前記熱硬化層が配置され且つ前記電子基板の前記電極面が前記1つの半導体素子の前記電極面に対向可能に配置された状態で前記電子基板を供給可能に収納する電子基板供給装置をさらに備え、
前記電子基板搬送装置は、前記電子基板供給装置に収納された前記電子基板を前記電子基板用接合位置に搬送して、前記電子基板用接合位置で前記1つの半導体素子の前記バンプと前記電子基板の前記電極とを前記熱硬化層を介して位置決めすることを特徴とする第15態様に記載の半導体超音波接合装置を提供する。
According to the sixteenth aspect of the present invention, the thermosetting layer is disposed on the electrode surface of the electronic substrate before bonding, and the electrode surface of the electronic substrate can face the electrode surface of the one semiconductor element. An electronic board supply device for storing the electronic board in a state where the electronic board can be supplied;
The electronic substrate transport device transports the electronic substrate housed in the electronic substrate supply device to the electronic substrate bonding position, and the bumps of the one semiconductor element and the electronic substrate at the electronic substrate bonding position The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the fifteenth aspect, wherein the electrode is positioned through the thermosetting layer.

本発明の第17態様によれば、前記電子基板に前記1つの半導体素子を接合する前に前記電子基板の前記電極面に熱硬化接着剤を塗布することにより前記熱硬化層を形成して配置する塗布装置をさらに備えることを特徴とする第15態様に記載の半導体超音波接合装置を提供する。   According to a seventeenth aspect of the present invention, the thermosetting layer is formed and disposed by applying a thermosetting adhesive to the electrode surface of the electronic substrate before bonding the one semiconductor element to the electronic substrate. A semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the fifteenth aspect, further comprising a coating apparatus for performing the above operation.

本発明の第18態様によれば、前記超音波接合部は、前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートに保持された前記隣接する複数の半導体素子のうちの先に接合する半導体素子から見た、次に接合する半導体素子の配列方向と、前記1つの電子基板に前記複数の半導体素子を接合するときの先に半導体素子を接合する接合位置から見た、次に半導体素子を接合する接合位置との配列方向とが180度より小さい角度をなすように、前記複数の半導体素子を電子基板に接合することを特徴とする第12〜17態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合装置を提供する。   According to an eighteenth aspect of the present invention, the ultrasonic bonding portion is viewed from a semiconductor element bonded to the tip of the plurality of adjacent semiconductor elements held by the wafer sheet of the wafer sheet holding body, The arrangement direction of the semiconductor elements to be joined next, and the joining position where the semiconductor elements are joined next, as seen from the joining position where the semiconductor elements are joined before joining the plurality of semiconductor elements to the one electronic substrate The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to any one of the twelfth to seventeenth aspects, wherein the plurality of semiconductor elements are bonded to an electronic substrate so as to form an angle smaller than 180 degrees with respect to the arrangement direction. provide.

本発明の第19態様によれば、前記超音波接合部は、前記複数の半導体素子の中の不良の半導体素子を不良半導体廃棄位置に搬送したのち、前記不良半導体素子に対応する前記熱剥離層に前記加熱をして前記不良の半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させることを特徴とする第12〜18態様のいずれか1つに記載の半導体超音波接合装置を提供する。   According to a nineteenth aspect of the present invention, the ultrasonic bonding portion transports a defective semiconductor element among the plurality of semiconductor elements to a defective semiconductor disposal position, and then the thermal peeling layer corresponding to the defective semiconductor element. The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to any one of the twelfth to eighteenth aspects, wherein the defective semiconductor element is separated from the wafer sheet by heating.

本発明の第20態様によれば、前記制御部は、前記電子基板に前記1つの半導体素子を超音波接合したのち、前記電子基板搬送装置により、接合後の前記電子基板を前記電子基板用接合位置から退避させ、次に接合する電子基板を前記電子基板用接合位置に搬送するとともに、前記半導体素子搬送装置により次に接合する半導体素子を前記半導体素子用接合位置に搬送して、前記次に接合する電子基板と前記次に接合する半導体素子とを超音波接合するよう制御することを特徴とする第14態様に記載の半導体超音波接合装置を提供する。   According to the twentieth aspect of the present invention, the control unit ultrasonically bonds the one semiconductor element to the electronic substrate, and then bonds the electronic substrate after bonding to the electronic substrate by the electronic substrate transfer device. Retreating from the position, transporting the next electronic substrate to be bonded to the electronic substrate bonding position, and transferring the semiconductor element to be bonded next by the semiconductor element transfer device to the semiconductor element bonding position; The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the fourteenth aspect is provided, wherein the electronic substrate to be bonded and the semiconductor element to be bonded next are controlled to be ultrasonic bonded.

本発明の第1又は12態様によれば、前記ウェハーの裏面とウェハーシート保持体のウェハーシートとを熱剥離層により接着し、前記ウェハーを前記ウェハーシート保持体に保持した状態で、前記ウェハーの前記1つの半導体素子の前記バンプと、それに対応する前記電子基板の電極とを対向させ、前記1つの半導体素子の前記バンプと前記電子基板の前記電極とを接触させつつ、前記1つの半導体素子と前記電子基板とを加熱しながら前記超音波接合すると同時的に、前記加熱により前記熱剥離層の接着力を弱めて、前記電子基板に超音波接合された前記1つの半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させるようにしている。これにより、従来例2の装置のように、半導体素子を粘着シートから剥がすときに突下針等により半導体素子に局所的に応力をかけることなく、半導体素子を容易に且つ確実に剥がすことができ、半導体素子に破損や欠け等の発生を防止することができる。また、前記1つの半導体素子と前記電子基板とを超音波接合するときに前記熱硬化層に加える熱を利用して、前記1つの半導体素子が前記熱剥離層から剥がれるようにしているので、前記1つの半導体素子と前記電子基板とを超音波接合する時間も従来例2の装置と比べて大幅に短縮することができる。   According to the first or twelfth aspect of the present invention, the back surface of the wafer and the wafer sheet of the wafer sheet holder are bonded by a heat release layer, and the wafer is held in the wafer sheet holder in the state where the wafer is held. The bump of the one semiconductor element and the corresponding electrode of the electronic substrate are opposed to each other, and the bump of the one semiconductor element and the electrode of the electronic substrate are brought into contact with each other. Simultaneously with the ultrasonic bonding while heating the electronic substrate, the adhesive force of the thermal peeling layer is weakened by the heating, and the one semiconductor element ultrasonically bonded to the electronic substrate is removed from the wafer sheet. I try to let them leave. As a result, the semiconductor element can be easily and reliably peeled off without locally applying stress to the semiconductor element with a needle or the like when the semiconductor element is peeled off from the adhesive sheet as in the apparatus of Conventional Example 2. In addition, it is possible to prevent the semiconductor element from being damaged or chipped. In addition, since the one semiconductor element is peeled from the thermal peeling layer by using heat applied to the thermosetting layer when the one semiconductor element and the electronic substrate are ultrasonically bonded, The time for ultrasonic bonding of one semiconductor element and the electronic substrate can also be significantly reduced as compared with the apparatus of the second conventional example.

本発明の記述を続ける前に、添付図面において同じ部品については同じ参照符号を付している。
以下、本発明の最良の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
Before continuing the description of the present invention, the same parts are denoted by the same reference numerals in the accompanying drawings.
DESCRIPTION OF EXEMPLARY EMBODIMENTS Hereinafter, exemplary embodiments of the invention will be described with reference to the drawings.

《第1実施形態》
本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合方法及び装置に用いられる半導体素子2について、図1A〜図1D、図2A〜図2E、及び図3A〜図3Cを参照しつつ説明する。図1Aは、本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置のウェハーシート保持体1に、個々の半導体素子2に相互に分割されたウェハー2Aが保持されている状態を示す斜視図であり、図1Bは1つの半導体素子2の斜視図であり、図1Cは1つの半導体素子2の電極及び金属バンプの拡大断面図であり、図1Dは熱剥離層の一例である熱剥離シート3の断面図である。図2A〜図2Eは、個々の半導体素子2に相互に分割される前のウェハー2Aが、ウェハーシート保持体1の一部であるウェハーシート4に保持されている工程から、ウェハー2Aが個々の半導体素子2に相互に分割されて、ウェハーシート保持体1に保持されるまでの工程を説明するための概略説明図である。図3Aは、複数の半導体素子2を1つの電子基板7に超音波接合する状態を示す概略図であり、図3Bは、1つの半導体素子2を1つの電子基板7に超音波接合する状態を示す概略図であり、図3Cは、図3A及び図3Bの電極接合部分の部分拡大図である。
<< First Embodiment >>
The semiconductor element 2 used in the semiconductor ultrasonic bonding method and apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 1A to 1D, FIGS. 2A to 2E, and FIGS. 3A to 3C. FIG. 1A is a perspective view showing a state in which a wafer 2A divided into individual semiconductor elements 2 is held on a wafer sheet holder 1 of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention. 1B is a perspective view of one semiconductor element 2, FIG. 1C is an enlarged cross-sectional view of electrodes and metal bumps of one semiconductor element 2, and FIG. 1D is a thermal release sheet 3 which is an example of a thermal release layer. FIG. 2A to 2E show a process in which the wafer 2A before being divided into individual semiconductor elements 2 is held by a wafer sheet 4 which is a part of the wafer sheet holder 1, and the wafer 2A is individually separated. FIG. 3 is a schematic explanatory diagram for explaining a process of being divided into semiconductor elements 2 and being held on a wafer sheet holder 1. FIG. 3A is a schematic view showing a state in which a plurality of semiconductor elements 2 are ultrasonically bonded to one electronic substrate 7, and FIG. 3B is a state in which one semiconductor element 2 is ultrasonically bonded to one electronic substrate 7. FIG. 3C is a partially enlarged view of the electrode bonding portion of FIGS. 3A and 3B.

本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合方法及び装置に用いられる半導体素子2は、図1Aに示すように、ウェハーシート保持体1に保持されるウェハー2Aがダイシングにより相互に複数に分割されることにより形成される。各半導体素子2の電極面(表面)2bには、図1B及び図1Cに示すように、ニッケル、金、又ははんだ等で形成された複数の電極2aが設けられ、複数の電極2a上には夫々、金やはんだ等で形成された金属バンプ2cが設けられている。   As shown in FIG. 1A, the semiconductor element 2 used in the semiconductor ultrasonic bonding method and apparatus according to the first embodiment of the present invention is divided into a plurality of wafers 2A held by the wafer sheet holder 1 by dicing. Is formed. As shown in FIGS. 1B and 1C, a plurality of electrodes 2a formed of nickel, gold, solder, or the like are provided on the electrode surface (front surface) 2b of each semiconductor element 2, and on the plurality of electrodes 2a. Each is provided with metal bumps 2c formed of gold, solder or the like.

ウェハーシート保持体1は、図1Dに示すように、リング形状の外側リング体1aと、外側リング体1aより直径の短いリング形状の内側リング体1bと、外側リング1aよりも長い直径を有する円形のウェハーシート4と、ウェハーシート4の表面(上面)に接着している熱剥離シート3とで構成されている。   As shown in FIG. 1D, the wafer sheet holder 1 has a ring-shaped outer ring body 1a, a ring-shaped inner ring body 1b having a shorter diameter than the outer ring body 1a, and a circular shape having a diameter longer than that of the outer ring 1a. The wafer sheet 4 and the heat release sheet 3 adhered to the surface (upper surface) of the wafer sheet 4.

ウェハーシート4は、外側全周を外側リング体1aと内側リング体1bとの間に挟持されて、内側リング体1bの上面1b−1と、内側リング体1bの上面1b−1と対向する外側リング体1aの下面1a−1に挟持される位置に対する中央付近のたわみが例えば1mm以下となるように張設されている(ピンと張った状態で設けられている)。   The wafer sheet 4 is sandwiched between the outer ring body 1a and the inner ring body 1b on the entire outer periphery, and the outer surface facing the upper surface 1b-1 of the inner ring body 1b and the upper surface 1b-1 of the inner ring body 1b. The deflection near the center with respect to the position sandwiched by the lower surface 1a-1 of the ring body 1a is stretched so as to be, for example, 1 mm or less (provided in a tensioned state).

熱剥離シート3は、図1Dに示すように、熱剥離粘着剤層3a、ポリエステルフィルム基材層3b、及び感圧粘着剤層3cの3層構造で構成されている。熱剥離シート3は、感圧粘着剤層3cでウェハーシート4の表面(上面)に接着し、熱剥離粘着剤層3aで被接着物(ウェハー2Aの裏面)を接着するように構成されている。熱剥離シート3の熱剥離粘着剤層3aは、常温では通常の粘着シートと同様に接着力を有し、加熱(例えば100℃)されるとその接着力が弱く(例えば0)なり、被接着物が熱剥離粘着剤層3aから容易に剥がれるように形成されたものである。一方、熱剥離シート3の感圧粘着剤層3cは加熱されても被粘着物との接着力は弱くならないように形成されたものである。
熱剥離シート3の熱剥離粘着剤層3aの加熱前の接着力及び感圧粘着剤層3cの接着力は夫々、ウェハーシート保持体1の各半導体素子2の電極面2bを下向きにされたり、前記下向きの状態のまま搬送されるなどしても、各半導体素子2がウェハーシート4から落下及び位置ズレしないように設定されている。
熱剥離シート3の一例としては、日東電工製、商品名リバアルファが挙げられる。このリバアルファは、加熱前の被接着物との粘着力が例えば2.5〜7.3N/20mmであり、例えば90℃〜170℃で加熱されると被接着物との粘着力がほぼ0となり、被接着物が熱剥離粘着剤層3aから容易に剥離するようになっている。なお、熱剥離シート3に代えて、熱剥離層の一例である熱剥離フィルム又は熱剥離接着剤を用いても同様の効果を得ることができる。
As shown in FIG. 1D, the heat release sheet 3 is configured by a three-layer structure of a heat release adhesive layer 3a, a polyester film substrate layer 3b, and a pressure sensitive adhesive layer 3c. The heat release sheet 3 is configured to adhere to the surface (upper surface) of the wafer sheet 4 with the pressure sensitive adhesive layer 3c, and to adhere the adherend (back surface of the wafer 2A) with the heat release adhesive layer 3a. . The heat peelable adhesive layer 3a of the heat peelable sheet 3 has an adhesive force at normal temperature in the same manner as a normal pressure sensitive adhesive sheet. When heated (for example, 100 ° C.), the adhesive force becomes weak (for example, 0). The product is formed so as to be easily peeled off from the heat-release adhesive layer 3a. On the other hand, the pressure-sensitive adhesive layer 3c of the heat release sheet 3 is formed so as not to weaken the adhesive force with the object to be adhered even when heated.
The adhesive force before heating of the heat-peeling adhesive layer 3a of the heat-peeling sheet 3 and the adhesive force of the pressure-sensitive adhesive layer 3c are such that the electrode surface 2b of each semiconductor element 2 of the wafer sheet holder 1 is directed downward, Each semiconductor element 2 is set so as not to fall and be displaced from the wafer sheet 4 even if it is conveyed in the downward state.
An example of the thermal release sheet 3 is a product name Riva Alpha manufactured by Nitto Denko. This Ribaalpha has an adhesive strength with an adherend before heating of, for example, 2.5 to 7.3 N / 20 mm. For example, when heated at 90 ° C. to 170 ° C., the adhesive strength with the adherend is almost zero. Thus, the adherend is easily peeled from the heat-peeling pressure-sensitive adhesive layer 3a. In addition, it can replace with the heat | fever peeling sheet 3, and the same effect can be acquired even if it uses the heat | fever peeling film or heat | fever peeling adhesive which is an example of a heat | fever peeling layer.

次に、ウェハー2Aが個々の半導体素子2に相互に分割され、ウェハーシート保持体1に保持されるまでの工程について、図1A及び図2A〜図2Eを参照しつつ説明する。
なお、初期状態においては、図2Aに示すように、ウェハー2Aの表面(上面)、つまり電極面2bには、多数の電極2aが形成されており、電極2a上には夫々、金属バンプ(例えば金バンプ)2cが形成されている。ウェハー2Aの裏面(下面)には熱剥離層3の熱剥離粘着剤層3aが接着されているものとする。つまり、ウェハー2Aと熱剥離層3との接着力は、加熱されることにより弱くなるようになっている。また、ウェハーシート4の表面(上面)には、熱剥離層3の感圧粘着剤層3cが接着されているものとする。
Next, a process until the wafer 2A is divided into individual semiconductor elements 2 and held on the wafer sheet holder 1 will be described with reference to FIGS. 1A and 2A to 2E.
In the initial state, as shown in FIG. 2A, a large number of electrodes 2a are formed on the surface (upper surface) of the wafer 2A, that is, the electrode surface 2b, and metal bumps (for example, Gold bumps) 2c are formed. It is assumed that the heat peelable adhesive layer 3a of the heat peelable layer 3 is bonded to the back surface (lower surface) of the wafer 2A. That is, the adhesive force between the wafer 2A and the heat release layer 3 is weakened by heating. Further, it is assumed that the pressure-sensitive adhesive layer 3 c of the thermal peeling layer 3 is bonded to the surface (upper surface) of the wafer sheet 4.

この初期状態から、図2Bに示すように、ウェハー2Aの電極面2b、電極2a及び金属バンプ2cを覆うように熱硬化層5が塗布形成される。熱硬化層5は、非導電性ペーストで塗布形成され、加熱されることにより熱硬化して接合力を有するようになるものである。非導電性ペーストの例としては、エポキシ樹脂系接着剤、ポリイミド樹脂系接着剤、又はシリコン樹脂系接着剤等が挙げられる。   From this initial state, as shown in FIG. 2B, the thermosetting layer 5 is formed so as to cover the electrode surface 2b, the electrode 2a, and the metal bump 2c of the wafer 2A. The thermosetting layer 5 is formed by coating with a non-conductive paste, and is thermally cured by heating to have a bonding force. Examples of the non-conductive paste include an epoxy resin adhesive, a polyimide resin adhesive, a silicon resin adhesive, and the like.

次いで、図2Cに示すように、熱硬化シート5の上面に対してほぼ垂直に配置された円盤状のダイサー6により、熱硬化シート5、ウェハー2A、熱剥離層3及びウェハーシート4の一部がダイシングされて、図2Dに示すように複数の半導体素子2に分割される。このとき、ダイシングした後の隣り合う半導体素子2間の隙間は、例えば30μm〜50μmに形成される。
次いで、図2Eに示すように、ウェハーシート4の外側全周が外側リング体1aと内側リング体1bとの間で挟持されて、ウェハー2Aがエキスパンドされる。これにより、ウェハーシート4が外側リング体1aと内側リング体1bとで挟持される部分に対する中央付近のたわみが例えば1.0mm以下となるように張設されるとともに、隣り合う半導体素子2間の隙間が例えば0.5mm〜1.0mmに広げられる。
以上のようにして、ウェハー2Aが、図1Aに示すように個々の半導体素子2に相互に分割され、ウェハーシート保持体1に保持される。
Next, as shown in FIG. 2C, a part of the thermosetting sheet 5, the wafer 2 </ b> A, the heat release layer 3, and the wafer sheet 4 is formed by a disk-shaped dicer 6 that is disposed substantially perpendicular to the upper surface of the thermosetting sheet 5. Is diced and divided into a plurality of semiconductor elements 2 as shown in FIG. 2D. At this time, the gap between adjacent semiconductor elements 2 after dicing is formed to be 30 μm to 50 μm, for example.
Next, as shown in FIG. 2E, the entire outer periphery of the wafer sheet 4 is sandwiched between the outer ring body 1a and the inner ring body 1b, and the wafer 2A is expanded. As a result, the wafer sheet 4 is stretched so that the deflection in the vicinity of the center with respect to the portion sandwiched between the outer ring body 1a and the inner ring body 1b is 1.0 mm or less, and between the adjacent semiconductor elements 2 The gap is widened to, for example, 0.5 mm to 1.0 mm.
As described above, the wafer 2A is divided into individual semiconductor elements 2 as shown in FIG. 1A and held on the wafer sheet holder 1.

次に、前記のようにしてウェハーシート保持体1に保持されたウェハー2Aの接合対象となる1つの半導体素子2が、電子基板7に超音波接合される原理について、図3A〜図3Cを参照しつつ説明する。
なお、電子基板7の電極面7bには、例えば金メッキで形成された複数の電極7aが設けられている。
また、図3A及び図3B中の符号8は超音波接合ツールを示している。超音波接合ツール8は、ウェハーシート保持体1の前記1つの半導体素子2が半導体素子用接合位置A1(超音波接合ツール8により半導体素子2が電子基板7に接触して金属バンプ2cを介しての電極同士の超音波接合を行うときの半導体素子2の接合位置)に位置した状態で、超音波印加位置C1(超音波接合時に超音波接合ツール8により超音波を半導体素子2の金属バンプ2cに印加するときの超音波接合ツール8の位置)に移動することで、熱剥離層3を介して接着しているウェハーシート4に対向し且つ1つの半導体素子2の裏面に対応する超音波印加領域D1(超音波接合時に超音波接合ツール8により超音波を半導体素子2の金属バンプ2cに直接印加できないため、ウェハーシート4を介して半導体素子2に超音波を印加するときに超音波接合ツール8が接触するウェハーシート4の領域)に所定の圧力で接触して、超音波印加領域D1を介して前記1つの半導体素子2に対応する熱剥離層3を加熱しながら、前記1つの半導体素子2の金属バンプ2cに超音波を印加可能に構成されている。
また、電子基板7は、初期状態において、半導体素子用接合位置A1に位置する前記1つの半導体素子2の電極面2bに対向する電子基板用接合位置B1(超音波接合ツール8により半導体素子2が電子基板7に接触して金属バンプ2cを介しての電極同士の超音波接合を行うときの電子基板7の接合位置)に、例えば図3A及び図3Bに示すように後述する吸着ヘッド51に吸着保持され、位置決め固定されているものとする。
Next, the principle of ultrasonic bonding of one semiconductor element 2 to be bonded to the wafer 2A held on the wafer sheet holder 1 as described above to the electronic substrate 7 will be described with reference to FIGS. 3A to 3C. However, it will be explained.
The electrode surface 7b of the electronic substrate 7 is provided with a plurality of electrodes 7a formed by, for example, gold plating.
Moreover, the code | symbol 8 in FIG. 3A and 3B has shown the ultrasonic bonding tool. The ultrasonic bonding tool 8 is configured such that the one semiconductor element 2 of the wafer sheet holder 1 is bonded to the semiconductor element bonding position A1 (the ultrasonic bonding tool 8 causes the semiconductor element 2 to contact the electronic substrate 7 via the metal bump 2c. The ultrasonic wave is applied to the ultrasonic wave by the ultrasonic bonding tool 8 at the time of ultrasonic bonding in the state where the electrodes are positioned at the bonding position of the semiconductor element 2 when ultrasonic bonding is performed between the electrodes. To the position of the ultrasonic bonding tool 8 at the time of application to the ultrasonic wave, the ultrasonic wave application facing the wafer sheet 4 bonded via the thermal peeling layer 3 and corresponding to the back surface of one semiconductor element 2 Region D1 (because ultrasonic bonding tool 8 cannot apply ultrasonic waves directly to metal bumps 2c of semiconductor element 2 during ultrasonic bonding, ultrasonic waves are applied to semiconductor element 2 via wafer sheet 4. The region of the wafer sheet 4 to which the ultrasonic bonding tool 8 comes into contact at a predetermined pressure, and the thermal peeling layer 3 corresponding to the one semiconductor element 2 is heated via the ultrasonic application region D1. However, an ultrasonic wave can be applied to the metal bump 2c of the one semiconductor element 2.
In the initial state, the electronic substrate 7 has an electronic substrate bonding position B1 facing the electrode surface 2b of the one semiconductor element 2 located at the semiconductor element bonding position A1 (the ultrasonic bonding tool 8 allows the semiconductor element 2 to be connected). For example, as shown in FIGS. 3A and 3B, the suction head 51, which will be described later, is attached to the electronic substrate 7 when the electrodes are ultrasonically bonded to each other via the metal bumps 2 c. It is held and fixed in positioning.

まず、ウェハーシート保持体1に保持されたウェハー2Aの1つの半導体素子2の電極2a上の金属バンプ2cとそれに対応する電子基板7に形成された電極7aとを、対向させて位置決めする。
次いで、超音波接合ツール8を上昇させて前記1つの半導体素子2を、電子基板用接合位置B1で位置決め固定された電子基板7に向けて半導体用接合位置A1まで移動させる。これにより、図3A〜図3Cに示すように前記1つの半導体素子2と電子基板7との間に熱硬化層5を介在させた状態で、前記1つの半導体素子2の電極2a上の金属バンプ2cをそれに対応する電子基板7の電極7aに所定の圧力で接触させる。このとき、前記1つの半導体素子2は、ウェハーシート保持体1に保持されたウェハー2Aの隣接する他の半導体素子2−1よりも図3Aの上方へ(例えば0.5mm程度)突出し、他の半導体素子2−1は電子基板7と接触しないようになっている(なお、図3Aは理解を容易にするため、突出量を誇張して記載している)。
First, the metal bump 2c on the electrode 2a of one semiconductor element 2 of the wafer 2A held on the wafer sheet holder 1 and the corresponding electrode 7a formed on the electronic substrate 7 are positioned to face each other.
Next, the ultrasonic bonding tool 8 is raised to move the one semiconductor element 2 to the semiconductor bonding position A1 toward the electronic substrate 7 positioned and fixed at the electronic substrate bonding position B1. Thereby, as shown in FIGS. 3A to 3C, the metal bumps on the electrodes 2 a of the one semiconductor element 2 with the thermosetting layer 5 interposed between the one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7. 2c is brought into contact with the corresponding electrode 7a of the electronic substrate 7 at a predetermined pressure. At this time, the one semiconductor element 2 protrudes above the other semiconductor element 2-1 adjacent to the wafer 2A held by the wafer sheet holder 1 in FIG. 3A (for example, about 0.5 mm). The semiconductor element 2-1 is not in contact with the electronic substrate 7 (in FIG. 3A, the protruding amount is exaggerated for easy understanding).

この状態で、超音波接合ツール8により、ウェハーシート4を介して熱剥離層3及び熱硬化層5を加熱するとともに、ウェハーシート4、熱剥離層3を介して熱硬化層5を加熱しながら前記1つの半導体素子2に超音波を印加する。これにより、前記1つの半導体素子2と熱剥離層3との接着力が弱まる(例えば0になる)とともに、前記1つの半導体素子2の全ての電極2a上の金属バンプ2cが熱硬化層5を貫通して電子基板7の対応する電極7aと当接する。そして、当該当接した状態で熱硬化層5が熱硬化して、前記1つの半導体素子2と電子基板7とが前記1つの半導体素子2と加熱後の熱剥離層3との接着力よりも強い力で接合される。   In this state, while the thermal peeling layer 3 and the thermosetting layer 5 are heated via the wafer sheet 4 by the ultrasonic bonding tool 8, the thermosetting layer 5 is heated via the wafer sheet 4 and the thermal peeling layer 3. An ultrasonic wave is applied to the one semiconductor element 2. As a result, the adhesive force between the one semiconductor element 2 and the thermal peeling layer 3 is weakened (for example, becomes 0), and the metal bumps 2 c on all the electrodes 2 a of the one semiconductor element 2 are attached to the thermosetting layer 5. It penetrates and contacts the corresponding electrode 7 a of the electronic substrate 7. Then, the thermosetting layer 5 is thermoset in the contacted state, and the one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 are more than the adhesive force between the one semiconductor element 2 and the heat-release layer 3 after heating. Bonded with strong force.

次いで、超音波接合ツール8による押圧状態を解除して超音波接合ツール8をウェハーシート4から離すと、ウェハーシート4の張力により熱剥離層3及びウェハーシート4は電子基板7に接合された前記1つの半導体素子2から離れて、すなわち熱剥離層3及びウェハーシート4が電子基板7に接合された前記1つの半導体素子2から離れてほぼ元に戻る程度のウェハーシート4の張力(例えば数10g程度)により、超音波接合ツール8により押圧される前の初期の位置に戻る。
以上のようにして、ウェハーシート保持体1に保持されたウェハー2Aの前記1つの半導体素子2の電子基板7への超音波接合が完了する。
Next, when the pressed state by the ultrasonic bonding tool 8 is released and the ultrasonic bonding tool 8 is separated from the wafer sheet 4, the thermal release layer 3 and the wafer sheet 4 are bonded to the electronic substrate 7 by the tension of the wafer sheet 4. The tension (e.g., several tens of grams) of the wafer sheet 4 away from one semiconductor element 2, that is, the heat release layer 3 and the wafer sheet 4 are separated from the one semiconductor element 2 bonded to the electronic substrate 7 and almost return to the original state. To the initial position before being pressed by the ultrasonic bonding tool 8.
As described above, ultrasonic bonding of the wafer 2A held on the wafer sheet holder 1 to the electronic substrate 7 of the one semiconductor element 2 is completed.

次に、超音波接合ツール8の具体的構成について、図3A及び図3Bを参照しつつ説明する。
超音波接合ツール8は、超音波接合時に前記1つの半導体素子2に超音波を印加するものであって、超音波印加部8aと超音波ホーン8fと超音波発振器8gとより構成されている。
超音波印加部8aは、上部が直方体で形成されるとともに下部が細い円柱体で形成され、上部の直方体部分の上面に前記1つの半導体素子2の裏面と略同じ大きさの超音波印加面8cを持って前記1つの半導体素子2の裏面に超音波を印加する。
超音波ホーン8fは、円錘台形状に形成され且つ直径の短い側の部分が超音波印加部8aの下部の細い円柱体に連結されて超音波を伝達する。
超音波発振器8gは、超音波ホーン8fに接続されるとともに後述する制御部80に接続されて制御部80の制御の下に超音波を発振する。
Next, a specific configuration of the ultrasonic bonding tool 8 will be described with reference to FIGS. 3A and 3B.
The ultrasonic bonding tool 8 applies ultrasonic waves to the one semiconductor element 2 at the time of ultrasonic bonding, and includes an ultrasonic application unit 8a, an ultrasonic horn 8f, and an ultrasonic oscillator 8g.
The ultrasonic wave application unit 8a is formed with a rectangular parallelepiped upper part and a thin cylindrical part with a lower part, and an ultrasonic wave application surface 8c having substantially the same size as the back surface of the one semiconductor element 2 on the upper surface of the upper rectangular parallelepiped part. Is applied to the back surface of the one semiconductor element 2.
The ultrasonic horn 8f is formed in a frustum shape, and a portion on the short diameter side is connected to a thin cylindrical body below the ultrasonic wave application unit 8a to transmit ultrasonic waves.
The ultrasonic oscillator 8g is connected to the ultrasonic horn 8f and is connected to a control unit 80 described later, and oscillates ultrasonic waves under the control of the control unit 80.

超音波印加部8aの超音波印加面8cは、ウェハーシート保持体1の前記1つの半導体素子2が半導体素子用接合位置A1に位置した状態で、超音波接合ツール8が超音波印加位置C1に位置するように移動されることで、ウェハーシート4の超音波印加領域D1に接触可能に構成されている。超音波印加部8aの内部には、熱剥離層3及び熱硬化層5を加熱可能な加熱装置の一例であるヒータ300(図3B参照)が設けられている。超音波印加部8aは、制御部80により駆動を制御されたヒータ300が熱を発生させることにより、ウェハーシート4の超音波印加領域D1を介して熱剥離層3及び熱硬化層5を加熱可能に構成されている。
ヒータ300による加熱温度は、半導体素子2の電極2a及び金属バンプ2c、熱剥離層3、熱硬化層5、及び電子基板7の電極7aの材料に応じて最適温度が異なるが、熱硬化層5が熱硬化しかつ熱剥離層3が前記1つの半導体素子2から剥がれるとともに金属バンプ2cが溶融しない温度、例えば50℃から250℃の範囲で設定されることが好ましい。
なお、ヒータ300は、超音波接合ツール8の超音波印加部8aにのみ設けられることに限定されるものではなく、図3Bに示すように、超音波印加部8aに代えて、電子基板7を吸着保持する吸着ヘッド51に内蔵されてもよい。または、ヒータ300は、超音波接合ツール8の超音波印加部8a及び吸着ヘッド51の両方に設けられてもよい。
The ultrasonic wave application surface 8c of the ultrasonic wave application unit 8a is in a state where the one semiconductor element 2 of the wafer sheet holder 1 is positioned at the semiconductor element bonding position A1, and the ultrasonic bonding tool 8 is at the ultrasonic wave application position C1. By being moved so as to be positioned, the ultrasonic wave application region D1 of the wafer sheet 4 can be contacted. A heater 300 (see FIG. 3B), which is an example of a heating device that can heat the thermal peeling layer 3 and the thermosetting layer 5, is provided inside the ultrasonic wave application unit 8a. The ultrasonic wave application unit 8a can heat the thermal peeling layer 3 and the thermosetting layer 5 through the ultrasonic wave application region D1 of the wafer sheet 4 when the heater 300 whose drive is controlled by the control unit 80 generates heat. It is configured.
The heating temperature by the heater 300 differs depending on the materials of the electrodes 2a and metal bumps 2c of the semiconductor element 2, the thermal peeling layer 3, the thermosetting layer 5, and the electrodes 7a of the electronic substrate 7, but the thermosetting layer 5 Is set to a temperature at which the metal bumps 2c are not melted, for example, in the range of 50 ° C. to 250 ° C.
Note that the heater 300 is not limited to being provided only in the ultrasonic wave application unit 8a of the ultrasonic bonding tool 8, but instead of the ultrasonic wave application unit 8a, the electronic substrate 7 is replaced with an electronic substrate 7 as illustrated in FIG. 3B. It may be built in the suction head 51 that holds the suction. Alternatively, the heater 300 may be provided in both the ultrasonic application unit 8 a and the suction head 51 of the ultrasonic bonding tool 8.

超音波ホーン8fは、制御部80により駆動を制御された超音波発振器8gが発生させる超音波を、超音波印加部8a、ウェハーシート4、及び熱剥離層3を介して半導体素子2に、半導体素子2の電極面2b沿いに伝達できるように構成されている。なお、超音波発振器8gが発生させる超音波の周波数は、超音波接合を確実に行うために20kHz〜200kHzの範囲で設定されるのが好ましい。
以上のように、超音波接合ツール8は構成されている。
The ultrasonic horn 8f transmits the ultrasonic wave generated by the ultrasonic oscillator 8g controlled by the control unit 80 to the semiconductor element 2 via the ultrasonic application unit 8a, the wafer sheet 4, and the thermal peeling layer 3. It is configured to transmit along the electrode surface 2 b of the element 2. In addition, it is preferable that the frequency of the ultrasonic wave generated by the ultrasonic oscillator 8g is set in a range of 20 kHz to 200 kHz in order to reliably perform ultrasonic bonding.
As described above, the ultrasonic bonding tool 8 is configured.

なお、本第1実施形態においては、前記1つの半導体素子2の裏面と略同じ大きさの超音波印加面8cを有する超音波印加部8aのみがウェハーシート4を介して半導体素子2に接触して、前記1つの半導体素子2を電子基板7に超音波接合するように構成したが、本発明はこれに限定されない。例えば、図4Aに示すように、超音波印加部8aが四角筒形状の冷却ブロック8b内で上下動可能となるように構成されてもよい。このように構成されることで、前記1つの半導体素子2を電子基板7に超音波接合する際には、超音波印加部8aのみを図4Bに示すように上昇させてウェハーシート4を介して前記1つの半導体素子2に接触させ、超音波印加部8aにより前記1つの半導体素子2を電子基板7に超音波接合することができる。一方、このとき、冷却ブロック8bは、ウェハーシート4を介して他の半導体素子2−1に接触して、ヒータ300の熱が他の半導体素子2−1に伝達されないように、他の半導体素子2−1を冷却することができる。冷却ブロック8bの冷却方法としては、例えば、冷却ブロック8bの冷却面8b−1の近傍に冷却パイプを配置し、当該冷却パイプに熱剥離層3の接着力が弱くならない温度(例えば20℃)の冷却用流体を流す方法や、冷却ブロック8bが他の半導体素子2−1に伝達される熱を奪うように、冷却ブロック8bの熱容量を他の半導体素子2−1の熱容量よりも大きくする方法が挙げられる。   In the first embodiment, only the ultrasonic wave application unit 8 a having the ultrasonic wave application surface 8 c having the same size as the back surface of the one semiconductor element 2 contacts the semiconductor element 2 through the wafer sheet 4. Thus, although the one semiconductor element 2 is ultrasonically bonded to the electronic substrate 7, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 4A, the ultrasonic wave application unit 8a may be configured to be movable up and down within a rectangular cylindrical cooling block 8b. With this configuration, when the one semiconductor element 2 is ultrasonically bonded to the electronic substrate 7, only the ultrasonic wave application unit 8 a is lifted as illustrated in FIG. 4B via the wafer sheet 4. The one semiconductor element 2 can be brought into contact with the one semiconductor element 2, and the one semiconductor element 2 can be ultrasonically bonded to the electronic substrate 7 by the ultrasonic wave application unit 8 a. On the other hand, at this time, the cooling block 8b is in contact with the other semiconductor element 2-1 via the wafer sheet 4 so that the heat of the heater 300 is not transferred to the other semiconductor element 2-1. 2-1 can be cooled. As a cooling method of the cooling block 8b, for example, a cooling pipe is disposed in the vicinity of the cooling surface 8b-1 of the cooling block 8b, and a temperature (for example, 20 ° C.) at which the adhesive force of the thermal peeling layer 3 does not weaken the cooling pipe. There are a method of flowing a cooling fluid and a method of making the heat capacity of the cooling block 8b larger than the heat capacity of the other semiconductor elements 2-1, so that the cooling block 8b takes away the heat transferred to the other semiconductor elements 2-1. Can be mentioned.

また、図4Aに示すように、超音波接合ツール8に吸引穴8dを設けて、後述する制御部80に駆動を制御される吸引装置8eにより、吸引穴8dに前記1つの半導体素子2を吸着可能な吸引力を発生させ、その吸引力により前記1つの半導体素子2を吸着しながら、前記1つの半導体素子2を電子基板7に超音波接合するように構成してもよい。このように構成することで、前記1つの半導体素子2の位置ズレを防いで、前記1つの半導体素子2と電子基板7との超音波接合精度をより高くすることができる。   Further, as shown in FIG. 4A, a suction hole 8d is provided in the ultrasonic bonding tool 8, and the one semiconductor element 2 is sucked into the suction hole 8d by a suction device 8e whose drive is controlled by a control unit 80 described later. The one semiconductor element 2 may be ultrasonically bonded to the electronic substrate 7 while generating a possible suction force and attracting the one semiconductor element 2 by the suction force. With this configuration, it is possible to prevent the positional deviation of the one semiconductor element 2 and to further increase the ultrasonic bonding accuracy between the one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7.

次に、本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の全体構成を図5及び図6を参照しつつ説明する。図5は、本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の全体構成を示す斜視図であり、図6は、本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の横から見た概略説明図である。   Next, the overall configuration of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. FIG. 5 is a perspective view showing the overall configuration of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention, and FIG. 6 is a side view of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention. FIG.

本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置は、半導体素子供給装置10と、半導体素子搬送装置20と、加熱装置の一例であるヒータ300を備える超音波接合ツール8と、超音波接合ツール移動装置30と、電子基板供給装置40と、電子基板搬送装置50と、電子基板認識装置60と、半導体素子認識装置70と、制御部80と、記憶部81とを備えている。   The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention includes a semiconductor element supply apparatus 10, a semiconductor element transfer apparatus 20, an ultrasonic bonding tool 8 including a heater 300 which is an example of a heating apparatus, and an ultrasonic bonding. A tool moving device 30, an electronic substrate supply device 40, an electronic substrate transport device 50, an electronic substrate recognition device 60, a semiconductor element recognition device 70, a control unit 80, and a storage unit 81 are provided.

半導体素子供給装置10は、内部に複数の段を有する立方体形状の箱体で形成され、ウェハーシート保持体1に保持されたウェハー2Aの各半導体素子2の電極面2bが夫々電子基板7の電極面7bに対向状態で配置された状態(図5及び図6では電極面2bは上向き)の複数のウェハーシート保持体1を、前記各段に収納する半導体素子収納部11と、接合対象となる1つのウェハーシート保持体1が半導体素子収納部11内の搬送可能位置10A(図6参照)に位置するように半導体素子収納部11を昇降させる上下リフター12とを有している。   The semiconductor element supply device 10 is formed of a cubic box having a plurality of steps therein, and the electrode surface 2b of each semiconductor element 2 of the wafer 2A held by the wafer sheet holder 1 is an electrode of the electronic substrate 7, respectively. A plurality of wafer sheet holders 1 arranged in a state of being opposed to the surface 7b (in FIG. 5 and FIG. 6, the electrode surface 2b faces upward) and a semiconductor element storage portion 11 that stores the respective wafer stages 1 are to be joined. There is an upper and lower lifter 12 that raises and lowers the semiconductor element storage unit 11 so that one wafer sheet holder 1 is positioned at a transferable position 10A (see FIG. 6) in the semiconductor element storage unit 11.

上下リフター12は、上下方向(以下、±Z方向という)に延在するネジ軸13と、ネジ軸13の下端部に取り付けられ、制御部80により正逆方向の駆動を制御されることでネジ軸13を正逆方向に回転させることができる駆動用モータ14を備えている。
半導体素子収納部11は、ネジ軸13が正方向に回転することにより上方向(以下、+Z方向という)に移動可能であるとともに、ネジ軸13が逆方向に回転することにより下方向(以下、−Z方向という)に移動可能となるように、ネジ軸13の上端部に取り付けられている。
The upper and lower lifters 12 are attached to a screw shaft 13 extending in the vertical direction (hereinafter referred to as ± Z direction) and a lower end portion of the screw shaft 13. A drive motor 14 is provided that can rotate the shaft 13 in forward and reverse directions.
The semiconductor element housing portion 11 is movable upward (hereinafter referred to as + Z direction) by rotating the screw shaft 13 in the forward direction, and downward (hereinafter referred to as “screw shaft 13” by rotating in the opposite direction. It is attached to the upper end of the screw shaft 13 so as to be movable in the −Z direction.

半導体素子搬送装置20は、U字状に形成されるとともに図示しない係合部で半導体素子収納部11内の搬送可能位置10Aに位置するウェハーシート保持体1の外周部を保持可能に形成され、半導体素子供給装置10の搬送可能位置10Aに位置するウェハーシート保持体1を引き出し、半導体素子供給装置10の搬送可能位置10Aから±Z方向と直交する±Y方向に離れた半導体素子用接合位置A1(図3A参照)まで搬送可能な保持フレーム21と、基台200上で且つ保持フレーム21の下側に配置され、保持フレーム21を半導体素子供給装置10の搬送可能位置10Aと半導体素子用接合位置A1(図3A参照)との間で±Y方向に移動させるY軸テーブル(図示せず)とを備えている。
Y軸テーブルは、±Y方向に延在し、基台200に回転自在に固定されたネジ軸(図示せず)と、前記ネジ軸が回転することにより前記ネジ軸上を移動可能に構成され、保持フレーム21に固定されるナット部材(図示せず)と、前記ネジ軸を回転させるモータ20Mとで構成されている。
The semiconductor element transfer device 20 is formed in a U-shape and is formed so as to be able to hold the outer peripheral portion of the wafer sheet holder 1 located at the transferable position 10A in the semiconductor element storage portion 11 by an engaging portion (not shown). The wafer sheet holder 1 positioned at the transportable position 10A of the semiconductor element supply apparatus 10 is pulled out, and the semiconductor element bonding position A1 is separated from the transportable position 10A of the semiconductor element supply apparatus 10 in the ± Y direction perpendicular to the ± Z direction. (See FIG. 3A) A holding frame 21 that can be transported up to (see FIG. 3A), and disposed on the base 200 and below the holding frame 21. A Y-axis table (not shown) that moves in the ± Y direction between A1 (see FIG. 3A) is provided.
The Y-axis table extends in the ± Y direction, and is configured to be movable on the screw shaft by rotating the screw shaft (not shown) that is rotatably fixed to the base 200. And a nut member (not shown) fixed to the holding frame 21 and a motor 20M for rotating the screw shaft.

超音波接合ツール移動装置30は、±Y方向及び±Z方向と直交する±X方向に超音波接合ツール8を移動可能なX軸テーブル31と、X軸テーブル31上に配置され且つ超音波接合ツール8を±Y方向に移動可能なY軸テーブル32と、Y軸テーブル32上に配置されるとともに一端部に超音波接合ツール8が固定されて超音波接合ツール8を±Z方向に移動可能なZ軸テーブル33とを備えている。
超音波接合ツール移動装置30の各テーブル31〜33の夫々は、X、Y、又は±Z方向に延在するネジ軸(図示せず)と、前記ネジ軸が回転することにより前記ネジ軸上を移動可能なナット部材(図示せず)と、前記ネジ軸を回転させるモータ31M〜33Mとを備えている。X軸テーブル31のナット部材はY軸テーブル32に連結され、Y軸テーブル32のネジ軸が回転することにより前記ネジ軸上を移動可能なナット部材はZ軸テーブル33に連結され、Z軸テーブル33のネジ軸が回転することにより前記ネジ軸上を移動可能なナット部材は超音波接合ツール8に連結されている。これにより、超音波接合ツール8は、各テーブル31〜33の夫々のモータ31M〜33Mが正逆方向に駆動されることで±X方向、±Y方向及び±Z方向に夫々移動可能となっている。
超音波接合ツール移動装置30は、各テーブル31〜33のモータ31M〜33Mが駆動することにより、半導体素子搬送装置20により搬送されて半導体素子用接合位置A1(図3A参照)に位置したウェハーシート保持体1のウェハーシート4に対向し、且つウェハーシート4に保持されたウェハー2Aの前記1つの半導体素子2の裏面に対応する超音波印加位置C1(図3A参照)に超音波接合ツール8を移動させることができるように構成されている。
なお、ウェハーシート保持体1に保持された各半導体素子2は、ダイサー6により分割された方向と、本第1実施形態の半導体接合装置におけるX方向及びY方向とが略同一方向になるように配置されて、つまり各半導体素子2がX方向に整列するとともにY方向に整列するように配置されて、半導体素子収納部11内の搬送可能位置10Aから半導体素子用接合位置A1に搬送されるのが好ましい。以下の本発明の第2実施形態等においても、同様とする。
また、ウェハーシート保持体1に保持された各半導体素子2が、ダイサー6により分割された方向と、本第1実施形態の半導体接合装置におけるX方向及びY方向とが略同一方向にならないように配置された場合には、熱超音波接合ツール移動装置30に超音波接合ツール8をXY平面上で回動可能にするθ軸(図示しない)をさらに設けて、前記分割方向と前記X方向及びY方向とが略同一方向になるように調整可能に構成されることが好ましい。以下の本発明の第2実施形態等においても、同様とする。
The ultrasonic bonding tool moving device 30 is disposed on the X-axis table 31 and is ultrasonically bonded to the X-axis table 31 that can move the ultrasonic bonding tool 8 in the ± X direction orthogonal to the ± Y direction and the ± Z direction. The Y-axis table 32 that can move the tool 8 in the ± Y direction, and the ultrasonic bonding tool 8 that is arranged on one end and fixed on the Y-axis table 32 can move the ultrasonic bonding tool 8 in the ± Z direction. A Z-axis table 33 is provided.
Each of the tables 31 to 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30 includes a screw shaft (not shown) extending in the X, Y, or ± Z direction, and the screw shaft rotating on the screw shaft. And a motor 31M-33M that rotates the screw shaft. The nut member of the X-axis table 31 is connected to the Y-axis table 32, and the nut member movable on the screw shaft by the rotation of the screw shaft of the Y-axis table 32 is connected to the Z-axis table 33. The nut member that can move on the screw shaft by rotating the screw shaft 33 is connected to the ultrasonic welding tool 8. Thereby, the ultrasonic welding tool 8 can move in the ± X direction, the ± Y direction, and the ± Z direction, respectively, by driving the motors 31M to 33M of the tables 31 to 33 in the forward and reverse directions. Yes.
The ultrasonic bonding tool moving device 30 is driven by the motors 31M to 33M of the tables 31 to 33, so that the wafer sheet is transferred to the semiconductor element transfer device 20 and positioned at the semiconductor element bonding position A1 (see FIG. 3A). An ultrasonic bonding tool 8 is placed at an ultrasonic wave application position C1 (see FIG. 3A) facing the wafer sheet 4 of the holder 1 and corresponding to the back surface of the one semiconductor element 2 of the wafer 2A held by the wafer sheet 4. It is configured so that it can be moved.
Each semiconductor element 2 held by the wafer sheet holder 1 is divided so that the direction divided by the dicer 6 is substantially the same as the X direction and the Y direction in the semiconductor bonding apparatus of the first embodiment. In other words, the semiconductor elements 2 are aligned in the X direction and aligned in the Y direction, and are transported from the transportable position 10A in the semiconductor element storage portion 11 to the semiconductor element bonding position A1. Is preferred. The same applies to the following second embodiment of the present invention.
Further, the direction in which each semiconductor element 2 held by the wafer sheet holder 1 is divided by the dicer 6 and the X direction and the Y direction in the semiconductor bonding apparatus of the first embodiment are not substantially the same direction. When arranged, the thermosonic welding tool moving device 30 is further provided with a θ axis (not shown) that allows the ultrasonic welding tool 8 to rotate on the XY plane, and the division direction, the X direction, It is preferable to be configured to be adjustable so that the Y direction is substantially the same direction. The same applies to the following second embodiment of the present invention.

電子基板供給装置40は、内部に複数の段を有する直方体形状の箱体で形成され、複数の電子基板7が、電子基板7の電極面7bが半導体素子2の電極面2bに対向可能に配置された状態(ここでは電極面7bは下向き)で載置されたトレイ42を、前記各段に収納する電子基板収納部41と、接合対象となるトレイ42が電子基板収納部41内の搬送可能位置40A(図6参照)に位置するように電子基板収納部41を昇降させる上下リフター12−1とを有している。上下リフター12−1の構成は、半導体素子供給装置10の上下リフター12の構成と同様であるので説明は省略する。   The electronic substrate supply device 40 is formed of a rectangular parallelepiped box having a plurality of steps therein, and the plurality of electronic substrates 7 are arranged such that the electrode surface 7b of the electronic substrate 7 can face the electrode surface 2b of the semiconductor element 2. The electronic substrate storage unit 41 for storing the tray 42 placed in the above-described state (here, the electrode surface 7b is downward) and the tray 42 to be joined can be transported in the electronic substrate storage unit 41. It has the up-and-down lifter 12-1 which raises / lowers the electronic substrate storage part 41 so that it may be located in the position 40A (refer FIG. 6). The configuration of the upper and lower lifters 12-1 is the same as the configuration of the upper and lower lifters 12 of the semiconductor element supply device 10, and thus description thereof is omitted.

電子基板搬送装置50は、基台200上に配置され、電子基板供給装置40の搬送可能位置40Aに位置するトレイ42を引き出し、電子基板収納部41の外部に搬送可能なトレイ搬送装置45と、トレイ搬送装置45により電子基板収納部41の外部に引き出されたトレイ42に載置された複数の電子基板7の中の1つの電子基板7を吸着し、電子基板用接合位置B1に搬送可能に配置された吸着ヘッド51とを備えている。また、電子基板搬送装置50は、トレイ搬送装置45より上方で基台200に立設された取付壁201に側部を固定され、吸着ヘッド51を±Y方向に移動可能なY軸テーブル53と、Y軸テーブル53上に配置され、吸着ヘッド51を±X方向に移動可能なX軸テーブル52と、X軸テーブル52上に配置され、吸着ヘッド51を±Z方向に移動可能なZ軸テーブル54と、Z軸テーブル54の下端部に配置され、別途設けられたモータ(図示せず)により吸着ヘッド51をXY平面上で回動可能にするθ軸55とを備えている。   The electronic substrate transport device 50 is disposed on the base 200, pulls out the tray 42 located at the transportable position 40A of the electronic substrate supply device 40, and can transport the tray 42 to the outside of the electronic substrate storage unit 41; One electronic board 7 of the plurality of electronic boards 7 placed on the tray 42 drawn out of the electronic board storage part 41 by the tray transfer device 45 is sucked and can be transferred to the electronic board bonding position B1. The suction head 51 is arranged. Further, the electronic substrate transport device 50 includes a Y-axis table 53 whose side is fixed to a mounting wall 201 erected on the base 200 above the tray transport device 45 and capable of moving the suction head 51 in the ± Y direction. The X-axis table 52 arranged on the Y-axis table 53 and capable of moving the suction head 51 in the ± X direction, and the Z-axis table arranged on the X-axis table 52 and movable in the ± Z direction. 54 and a θ-axis 55 that is disposed at the lower end of the Z-axis table 54 and that allows the suction head 51 to be rotated on the XY plane by a separately provided motor (not shown).

トレイ搬送装置45は、複数の電子基板7が載置されたトレイ42を保持可能に形成された保持台46と、基台200に固定され、保持台46を±Y方向に移動可能なY軸テーブル47とを備えている。Y軸テーブル47は、±Y方向に延在するネジ軸(図示せず)と、前記ネジ軸が回転することにより前記ネジ軸上を移動可能なナット部材(図示せず)と、前記ネジ軸を回転させるモータ47Mとを備えている。Y軸テーブル47のナット部材には保持台46が固定されている。これにより、保持台46は、Y軸テーブル47のモータ47Mが正逆方向に駆動されることで±Y方向に移動可能となっている。
トレイ搬送装置45は、前記のように±Y方向に移動可能に構成された保持台46により、電子基板供給装置40の搬送可能位置40Aに位置するトレイ42を引き出し、電子基板収納部41の外部に搬送可能に構成されている。
The tray transfer device 45 includes a holding base 46 formed to be able to hold a tray 42 on which a plurality of electronic boards 7 are placed, and a Y axis fixed to the base 200 and capable of moving the holding base 46 in the ± Y direction. And a table 47. The Y-axis table 47 includes a screw shaft (not shown) extending in the ± Y direction, a nut member (not shown) that can move on the screw shaft as the screw shaft rotates, and the screw shaft. And a motor 47M for rotating the motor. A holding base 46 is fixed to the nut member of the Y-axis table 47. As a result, the holding base 46 can move in the ± Y directions by driving the motor 47M of the Y-axis table 47 in the forward and reverse directions.
The tray transport device 45 pulls out the tray 42 located at the transportable position 40A of the electronic substrate supply device 40 by the holding base 46 configured to be movable in the ± Y direction as described above, and is external to the electronic substrate storage unit 41. It is configured to be transportable.

電子基板搬送装置50の各テーブル52〜54の夫々は、±X、±Y、又は±Z方向に延在するネジ軸(図示せず)と、前記ネジ軸が回転することにより前記ネジ軸上を移動可能なナット部材(図示せず)と、前記ネジ軸を回転させるモータ52M〜54Mとを備えている。Y軸テーブル53のネジ軸が回転することにより前記ネジ軸上を移動可能なナット部材はX軸テーブル52に連結され、X軸テーブル52のネジ軸が回転することにより前記ネジ軸上を移動可能なナット部材はZ軸テーブル54に連結されている。Z軸テーブル54のネジ軸が回転することにより前記ネジ軸上を移動可能なナット部材はθ軸55に連結されている。これにより、吸着ヘッド51は、各テーブル52〜54の夫々のモータ52M〜54Mが正逆方向に駆動されることにより±X方向、±Y方向及び±Z方向に夫々移動可能となり、θ軸55のモータが正逆方向に回転駆動を制御されることによりXY平面上で正逆回動可能となっている。また、吸着ヘッド51は、吸引穴51h(図3B参照)を備え、吸引装置56が吸引穴51hに電子基板7及び、超音波接合後の電子基板7及び半導体素子2を吸着可能な吸引力を発生させることにより、電子基板7を吸着可能に構成されている。   Each of the tables 52 to 54 of the electronic substrate transport apparatus 50 includes a screw shaft (not shown) extending in the ± X, ± Y, or ± Z directions, and the screw shaft rotating on the screw shaft. And a motor 52M to 54M that rotates the screw shaft. A nut member that can move on the screw shaft by rotating the screw shaft of the Y-axis table 53 is connected to the X-axis table 52, and can move on the screw shaft by rotating the screw shaft of the X-axis table 52. The nut member is connected to the Z-axis table 54. A nut member that can move on the screw shaft as the screw shaft of the Z-axis table 54 rotates is connected to the θ shaft 55. As a result, the suction head 51 can move in the ± X direction, ± Y direction, and ± Z direction by driving the motors 52M to 54M of the tables 52 to 54 in the forward and reverse directions, respectively, and the θ axis 55 These motors can be rotated forward and backward on the XY plane by being controlled to rotate in forward and reverse directions. Further, the suction head 51 includes a suction hole 51h (see FIG. 3B), and the suction device 56 has a suction force capable of sucking the electronic substrate 7 and the electronic substrate 7 and the semiconductor element 2 after ultrasonic bonding into the suction hole 51h. By being generated, the electronic substrate 7 can be adsorbed.

電子基板搬送装置50は、前記のように構成された吸着ヘッド51により、トレイ搬送装置45により電子基板収納部41の外に搬送された前記1つのトレイ42に載置された前記1つの電子基板7を吸着して、半導体素子用接合位置A1に位置する前記1つの半導体素子2の電極面2bに対向する電子基板用接合位置B1(図3A参照)に搬送し、電子基板用接合位置B1で前記1つの半導体素子2の電極2a上の金属バンプ2cに前記1つの電子基板7の電極7aを位置決め可能に構成されている。   The electronic substrate transport device 50 is configured to have the one electronic substrate placed on the one tray 42 transported out of the electronic substrate storage unit 41 by the tray transport device 45 by the suction head 51 configured as described above. 7 is sucked and conveyed to the electronic substrate bonding position B1 (see FIG. 3A) facing the electrode surface 2b of the one semiconductor element 2 located at the semiconductor element bonding position A1, and at the electronic substrate bonding position B1. The electrodes 7a of the one electronic substrate 7 can be positioned on the metal bumps 2c on the electrodes 2a of the one semiconductor element 2.

電子基板認識装置60は、電子基板搬送装置50が吸着ヘッド51により1つの電子基板7をトレイ42より吸着し電子基板用接合位置B1に位置させる電子基板搬送経路の下方で基台200に固定されたカメラ61より構成されている。電子基板認識装置60は、電子基板搬送装置50により前記位置決めを行う前に、前記1つの電子基板7の認識対象部(図示せず、例えば電極7aの位置や電子基板7に設けられた認識マーク等の基準位置)をカメラ61で認識して、電子基板認識データを制御部80に出力するように構成されている。   The electronic substrate recognition device 60 is fixed to the base 200 below the electronic substrate conveyance path where the electronic substrate conveyance device 50 adsorbs one electronic substrate 7 from the tray 42 by the adsorption head 51 and positions it at the electronic substrate bonding position B1. The camera 61 is configured. The electronic board recognizing device 60 recognizes a recognition target portion (not shown, for example, the position of the electrode 7a or a recognition mark provided on the electronic board 7) before the positioning is performed by the electronic board transfer device 50. Are recognized by the camera 61 and the electronic substrate recognition data is output to the control unit 80.

半導体素子認識装置70は、電子基板搬送装置50のZ軸テーブル54に固定されたカメラ71より構成されている。半導体素子認識装置70は、前記1つの半導体素子2と前記1つの電子基板7の超音波接合前に、前記1つの半導体素子2の認識対象部(図示せず、例えば電極2aの位置や前記1つの半導体素子2に設けられた認識マーク等の基準位置)をカメラ71で認識して、半導体素子認識データを制御部80に出力するように構成されている。   The semiconductor element recognition device 70 is composed of a camera 71 fixed to the Z-axis table 54 of the electronic substrate transfer device 50. The semiconductor element recognition device 70 is configured to recognize a recognition target portion (not shown, for example, the position of the electrode 2a or the 1) of the one semiconductor element 2 before ultrasonic bonding of the one semiconductor element 2 and the one electronic substrate 7. The reference position of a recognition mark or the like provided on one semiconductor element 2) is recognized by the camera 71, and the semiconductor element recognition data is output to the control unit 80.

制御部80は、半導体素子供給装置10と、半導体素子搬送装置20と、超音波接合ツール8のヒータ300及び超音波発振器8gと、超音波接合ツール移動装置30と、電子基板供給装置40と、電子基板搬送装置50と、吸着装置56と、電子基板認識装置60と、半導体素子認識装置70と、記憶部81とに接続されて、記憶部81に予め記憶された動作プログラム及び実装データに基づいて夫々の動作を制御するように構成されている。制御部80の制御動作は、以下で詳しく説明する。   The control unit 80 includes the semiconductor element supply device 10, the semiconductor element transfer device 20, the heater 300 and the ultrasonic oscillator 8g of the ultrasonic bonding tool 8, the ultrasonic bonding tool moving device 30, the electronic substrate supply device 40, Based on an operation program and mounting data that are connected to the electronic substrate transport device 50, the suction device 56, the electronic substrate recognition device 60, the semiconductor element recognition device 70, and the storage unit 81, and stored in the storage unit 81 in advance. And control each operation. The control operation of the control unit 80 will be described in detail below.

なお、本第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置においては、半導体素子搬送装置20と、ヒータ300を備える超音波接合ツール8と、超音波接合ツール移動装置30と、電子基板供給装置40と、電子基板搬送装置50と、吸引装置56と、制御部80と、記憶部81とにより超音波接合部を構成している。
本第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置は、以上のように構成されている。
In the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment, the semiconductor element transfer apparatus 20, the ultrasonic bonding tool 8 including the heater 300, the ultrasonic bonding tool moving apparatus 30, and the electronic substrate supply apparatus 40 are provided. The electronic substrate transfer device 50, the suction device 56, the control unit 80, and the storage unit 81 constitute an ultrasonic bonding unit.
The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment is configured as described above.

次に、本第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の接合動作を、図5、図6、図7A〜図7Fを参照しつつ説明する。図7A〜図7Fは、本第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の接合動作を示す概略説明図であって、この接合動作は制御部80の制御の下に行われる。なお、ここでは、前記1つの半導体素子2と前記1つの電子基板7とは、略同じ形状及び大きさ(例えば1mm角〜40mm角の正方形)を有しているものとする。   Next, the bonding operation of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment will be described with reference to FIGS. 5, 6, and 7A to 7F. 7A to 7F are schematic explanatory views showing the bonding operation of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment, and this bonding operation is performed under the control of the control unit 80. Here, it is assumed that the one semiconductor element 2 and the one electronic substrate 7 have substantially the same shape and size (for example, a square of 1 mm square to 40 mm square).

まず、半導体素子供給装置10の上下リフター12のモータ14の駆動を制御して、上下リフター12により半導体素子収納部11を昇降させ、半導体素子収納部11内の接合対象となる1つのウェハーシート保持体1を搬送可能位置10Aに位置させるとともに、電子基板供給装置40の上下リフター12−1のモータ14−1の駆動を制御して、上下リフター12−1を昇降させ、電子基板収納部41の接合対象となる1つのトレイ42を搬送可能位置40Aに位置させる。   First, driving of the motor 14 of the upper and lower lifters 12 of the semiconductor element supply apparatus 10 is controlled, and the semiconductor element storage portion 11 is moved up and down by the upper and lower lifters 12 to hold one wafer sheet to be bonded in the semiconductor element storage portion 11. The body 1 is positioned at the transportable position 10A, and the drive of the motor 14-1 of the upper and lower lifters 12-1 of the electronic board supply device 40 is controlled to move the upper and lower lifters 12-1 up and down. One tray 42 to be joined is positioned at the transportable position 40A.

次いで、半導体素子搬送装置20のY軸テーブル(図示せず)のモータ20Mの駆動を制御して、保持フレーム21により、半導体素子収納部11内で搬送可能位置10Aに位置するウェハーシート保持体1を半導体素子収納部11内から引き出して、ウェハーシート保持体1内で最初に接合対象となる1つの半導体素子2を半導体素子用接合位置A1(図7A参照)に+Y方向(図5参照)に搬送して位置決めさせる。このウェハーシート保持体1が搬送可能位置10Aから半導体素子用接合位置A1に向けて+Y方向(図5参照)に移動する間に、電子基板搬送装置50の駆動により半導体素子認識装置70を移動させて、半導体素子認識装置70が、ウェハーシート保持体1のうちの前記最初に接合対象となる1つの半導体素子2の認識対象部を認識して、半導体素子認識装置70から制御部80に半導体素子認識データを出力する。   Next, the driving of the motor 20M of the Y-axis table (not shown) of the semiconductor element transfer device 20 is controlled, and the wafer sheet holder 1 positioned at the transferable position 10A in the semiconductor element storage portion 11 by the holding frame 21. Is pulled out from the inside of the semiconductor element storage unit 11, and one semiconductor element 2 to be bonded first in the wafer sheet holder 1 is placed in the semiconductor element bonding position A1 (see FIG. 7A) in the + Y direction (see FIG. 5). Transport and position. While the wafer sheet holder 1 is moved in the + Y direction (see FIG. 5) from the transferable position 10A toward the semiconductor element bonding position A1, the semiconductor element recognition device 70 is moved by driving the electronic substrate transfer device 50. Then, the semiconductor element recognition device 70 recognizes the recognition target portion of the first semiconductor element 2 to be bonded in the wafer sheet holder 1, and the semiconductor element recognition device 70 transfers the semiconductor element to the control unit 80. Output recognition data.

また、このとき、電子基板搬送装置50のトレイ搬送装置45のモータ47Mの駆動を制御して、保持基台46により、電子基板収納部41内で搬送可能位置40Aに位置するトレイ42を電子基板収納部41の外部に搬送させる。その後、電子基板搬送装置50の各テーブル52〜54の夫々のモータ52M〜54Mの駆動及び吸引装置56の駆動を夫々制御して、吸着ヘッド51により、トレイ42内で前記最初に接合対象となる1つの電子基板7を吸着してトレイ42から上方にピックアップし、電子基板用接合位置B1の上方の電子基板用接合準備位置B2(電子基板用接合位置B1の上方でかつ電子基板用接合位置B1から離れた位置であって次の接合対象となる電子基板7の超音波接合のための準備位置)へ搬送させる(図7A参照)。この前記最初に接合対象となる1つの電子基板7が、搬送可能位置40Aから電子基板用接合準備位置B2に移動する間に、電子基板認識装置60の上方を通過することにより、電子基板認識装置60が、電子基板7の認識対象部(図示せず)を認識して、電子基板認識装置60から制御部80に電子基板認識データを出力する。
次いで、超音波接合ツール移動装置30の各テーブル31〜33の夫々のモータ31M〜33Mの駆動を夫々制御して、超音波接合ツール8を、前記接合対象の1つの半導体素子2の裏面に接触するウェハーシート4の超音波印加領域D1の下方で前記超音波印加領域D1に対向する超音波印加準備位置C2(超音波印加領域D1の下方でかつ超音波印加領域D1に対向して離れた位置であって超音波印加のための超音波接合ツール8の準備位置)に移動させる(図7A参照)。
At this time, the driving of the motor 47M of the tray transport device 45 of the electronic substrate transport device 50 is controlled, and the tray 42 positioned at the transportable position 40A in the electronic substrate storage unit 41 is moved by the holding base 46 to the electronic substrate. It is conveyed outside the storage unit 41. Thereafter, the respective motors 52M to 54M of the respective tables 52 to 54 of the electronic substrate transport device 50 and the suction device 56 are controlled so as to be joined first in the tray 42 by the suction head 51. One electronic substrate 7 is adsorbed and picked up from the tray 42, and the electronic substrate bonding preparation position B2 above the electronic substrate bonding position B1 (above the electronic substrate bonding position B1 and the electronic substrate bonding position B1). To the next position to be bonded (preparation position for ultrasonic bonding of the electronic substrate 7) (see FIG. 7A). The electronic substrate recognition apparatus is configured such that one electronic substrate 7 to be bonded first passes over the electronic substrate recognition device 60 while moving from the transportable position 40A to the electronic substrate bonding preparation position B2. 60 recognizes a recognition target portion (not shown) of the electronic substrate 7 and outputs electronic substrate recognition data from the electronic substrate recognition device 60 to the control unit 80.
Next, the driving of the respective motors 31M to 33M of the respective tables 31 to 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30 is controlled to bring the ultrasonic bonding tool 8 into contact with the back surface of the one semiconductor element 2 to be bonded. The ultrasonic wave application preparation position C2 facing the ultrasonic wave application area D1 below the ultrasonic wave application area D1 of the wafer sheet 4 to be performed (position below the ultrasonic wave application area D1 and away from the ultrasonic wave application area D1) Then, it is moved to the preparation position of the ultrasonic bonding tool 8 for applying ultrasonic waves (see FIG. 7A).

このようにして、前記接合対象となる1つの半導体素子2が半導体素子用接合位置A1に位置決めされたのち、超音波接合ツール8を超音波印加準備位置C2に位置決めするとき、制御部80に入力された半導体素子認識装置70の半導体素子認識データに基づいて、超音波接合ツール移動装置30の各テーブル31〜33の夫々のモータ31M〜33Mの駆動を夫々制御部80により制御されて、位置決め補正されている。また、電子基板用接合準備位置B2に、前記接合対象となる1つの電子基板7が位置決めされるとき、制御部80に入力された電子基板認識装置60の電子基板認識データに基づいて、電子基板搬送装置50のX軸テーブル52、Y軸テーブル53及びZ軸テーブル54の夫々のモータ52M〜54M、及びθ軸55のモータ(図示せず)の駆動が夫々制御部80により制御されて、位置決め補正されている。   In this way, after one semiconductor element 2 to be bonded is positioned at the semiconductor element bonding position A1, when the ultrasonic bonding tool 8 is positioned at the ultrasonic wave application preparation position C2, it is input to the control unit 80. On the basis of the semiconductor element recognition data of the semiconductor element recognition device 70, the driving of the respective motors 31M to 33M of the respective tables 31 to 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30 is controlled by the control unit 80, thereby positioning correction. Has been. Further, when one electronic board 7 to be joined is positioned at the electronic board joining preparation position B2, the electronic board is based on the electronic board recognition data of the electronic board recognition device 60 input to the control unit 80. The driving of the motors 52M to 54M of the X-axis table 52, the Y-axis table 53 and the Z-axis table 54 of the transport device 50, and the motor (not shown) of the θ-axis 55 is controlled by the control unit 80 to perform positioning. It has been corrected.

次いで、超音波接合ツール移動装置30のZ軸テーブル33のモータ33Mの駆動を制御して、超音波接合ツール8を超音波印加準備位置C2から超音波印加位置C1に上昇させて超音波印加面8cをウェハーシート4の超音波印加領域D1に接触させるとともに、電子基板搬送装置50のZ軸テーブル54のモータ54Mの駆動を制御して、吸着ヘッド51を下降させて前記1つの電子基板7を電子基板用接合準備位置B2から電子基板用接合位置B1に下降させ、超音波接合ツール8の超音波印加面8cと吸着ヘッド51との間で、前記1つの電子基板7の複数の電極7aとそれに対応する前記1つの半導体素子2の複数の電極2a上の金属バンプ2cとを、半導体素子2上の熱硬化層5を介して、夫々所定の圧力で押圧接触させる(図7B及び図7C参照)。なお、前記所定の圧力は、超音波接合を確実に行うために、10gから50g/バンプの範囲で設定されることが好ましい。   Next, the driving of the motor 33M of the Z-axis table 33 of the ultrasonic welding tool moving device 30 is controlled to raise the ultrasonic welding tool 8 from the ultrasonic wave application preparation position C2 to the ultrasonic wave application position C1, and thereby the ultrasonic wave application surface. 8c is brought into contact with the ultrasonic wave application region D1 of the wafer sheet 4, and the driving of the motor 54M of the Z-axis table 54 of the electronic substrate transport apparatus 50 is controlled to lower the suction head 51 so that the one electronic substrate 7 is moved. The plurality of electrodes 7a of the one electronic substrate 7 are moved down from the electronic substrate bonding preparation position B2 to the electronic substrate bonding position B1 and between the ultrasonic application surface 8c of the ultrasonic bonding tool 8 and the suction head 51. Correspondingly, the metal bumps 2c on the plurality of electrodes 2a of the one semiconductor element 2 are pressed and contacted with a predetermined pressure through the thermosetting layer 5 on the semiconductor element 2 (see FIG. Referring B and FIG. 7C). The predetermined pressure is preferably set in the range of 10 g to 50 g / bump in order to reliably perform ultrasonic bonding.

次いで、超音波接合ツール8及び吸着ヘッド51とで前記1つの半導体素子2及び前記1つの電子基板7を挟んで所定の圧力で押圧した状態で、超音波接合ツール8の超音波発振器8g及びヒータ300の駆動を制御して、前記1つの半導体素子2と前記1つの電子基板7との超音波接合を加熱しながら行う。なお、ヒータ300は、ウェハーシート4の超音波印加領域D1に接触する前に加熱を開始されていても構わない。
この超音波接合及び加熱動作により、前記1つの半導体素子2の電極2a上の金属バンプ2cと前記1つの電子基板7の電極7bとが超音波接合されるとともに、ウェハーシート4を介して熱剥離層3も加熱されて、前記1つの半導体素子2と熱剥離層3との接着力が弱まるとともに、ウェハーシート4、熱剥離層3及び半導体素子2を介して熱硬化層5が加熱されて、前記1つの半導体素子2の全ての電極2aが熱硬化層5を貫通して前記電子基板7の電極7aと夫々当接した状態で熱硬化層5が熱硬化して、前記1つの半導体素子2と前記電子基板7とが、前記1つの半導体素子2と加熱後の熱剥離層3との接着力よりも強い力で接合される。
Next, the ultrasonic oscillator 8g and the heater of the ultrasonic bonding tool 8 are pressed with a predetermined pressure with the one semiconductor element 2 and the one electronic substrate 7 sandwiched between the ultrasonic bonding tool 8 and the suction head 51. By controlling the driving of 300, ultrasonic bonding between the one semiconductor element 2 and the one electronic substrate 7 is performed while heating. The heater 300 may be started to be heated before coming into contact with the ultrasonic wave application region D1 of the wafer sheet 4.
By this ultrasonic bonding and heating operation, the metal bumps 2c on the electrodes 2a of the one semiconductor element 2 and the electrodes 7b of the one electronic substrate 7 are ultrasonically bonded, and heat separation is performed via the wafer sheet 4. The layer 3 is also heated, and the adhesive force between the one semiconductor element 2 and the thermal peeling layer 3 is weakened, and the thermosetting layer 5 is heated via the wafer sheet 4, the thermal peeling layer 3 and the semiconductor element 2, The thermosetting layer 5 is thermoset in a state where all the electrodes 2a of the one semiconductor element 2 pass through the thermosetting layer 5 and are in contact with the electrodes 7a of the electronic substrate 7, respectively. And the electronic substrate 7 are bonded with a force stronger than the adhesive force between the one semiconductor element 2 and the heat-release layer 3 after heating.

次いで、超音波接合ツール移動装置30のZ軸テーブル33のモータ33Mの駆動を制御して、超音波接合ツール8を超音波印加位置C1から超音波印加準備位置C2に下降させるとともに、電子基板搬送装置50のZ軸テーブル54のモータ54Mの駆動を制御して、吸着ヘッド51で吸着保持され且つ前記1つの半導体素子2が超音波接合された前記1つの電子基板7を、電子基板用接合位置B1から電子基板用接合準備位置B2に上昇させる。このとき、前記1つの半導体素子2は、前記電子基板7との接合力が加熱後の熱剥離層3との接着力よりも強いために、熱剥離層3から離れる(図7D参照)。   Next, the driving of the motor 33M of the Z-axis table 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30 is controlled to lower the ultrasonic bonding tool 8 from the ultrasonic application position C1 to the ultrasonic application preparation position C2 and to carry the electronic substrate. The driving of the motor 54M of the Z-axis table 54 of the apparatus 50 is controlled so that the one electronic board 7 sucked and held by the sucking head 51 and the one semiconductor element 2 is ultrasonically bonded is connected to an electronic board bonding position. The position is raised from B1 to the electronic substrate bonding preparation position B2. At this time, the one semiconductor element 2 is separated from the thermal peeling layer 3 because the bonding strength with the electronic substrate 7 is stronger than the adhesive strength with the heated thermal peeling layer 3 (see FIG. 7D).

次いで、電子基板搬送装置50の各テーブル52〜54の夫々のモータ52M〜54M及び吸引装置56の駆動を夫々制御して、接合後の前記1つの電子基板7及び前記1つの半導体素子2を、電子基板用接合準備位置B2からトレイ42(又は別途設けられたトレイ)の上方まで搬送し、当該トレイ42(又は別途設けられたトレイ)の接合完了部品載置スペースに載置させ、吸着ヘッド51の電子基板7の吸着状態を解除させる。
このとき、超音波接合ツール移動装置30の各テーブル31〜33の夫々のモータ31M〜33Mの駆動を夫々制御して、超音波接合ツール8を超音波印加準備位置C2から、次の超音波印加準備位置C2−1まで移動させる(図7E及び図7F参照)。
Next, the respective motors 52M to 54M of the respective tables 52 to 54 of the electronic substrate transport device 50 and the driving of the suction device 56 are controlled so that the one electronic substrate 7 and the one semiconductor element 2 after bonding are The electronic board is transported from the joining preparation position B2 to above the tray 42 (or a separately provided tray), placed on the joining completion component placement space of the tray 42 (or a separately provided tray), and the suction head 51. The suction state of the electronic substrate 7 is released.
At this time, the driving of the motors 31M to 33M of the respective tables 31 to 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30 is controlled, and the ultrasonic bonding tool 8 is applied with the next ultrasonic wave from the ultrasonic wave application preparation position C2. It moves to the preparation position C2-1 (refer FIG. 7E and FIG. 7F).

次いで、電子基板搬送装置50の各テーブル52〜54の夫々のモータ52M〜54M及び吸引装置56の駆動を夫々制御して、吸着ヘッド51により次に接合対象となる1つの電子基板7をトレイ42内から吸着してピックアップし、次の電子基板用接合準備位置B2−1へ搬送させる。
以下、前述したように、吸着ヘッド51により保持された電子基板7と、超音波接合ツール8の上方の半導体素子2とが、吸着ヘッド51と超音波接合ツール8との間で加熱しながら超音波接合される。
以下、本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置は、前記と同様の動作を行うことで、複数の接合後の前記1つの電子基板7及び前記1つの半導体素子2を順に得ることができる。
なお、トレイ42に載置され且つ接合対象となる複数の電子基板7の全てが半導体素子2と接合されると、トレイ搬送装置45のモータ47Mの駆動を制御して、接合が完了したトレイ42を電子基板供給装置40の電子基板収納部41内にトレイ搬送装置45により戻し、接合前の複数の電子基板7を載置した新たな1つのトレイ42を、電子基板収納部41内の搬送可能位置40Aから電子基板収納部41外にトレイ搬送装置45により搬送させる。同様に、ウェハーシート保持体1の接合対象となる全ての半導体素子2の接合が完了した場合には、半導体素子搬送装置20のY軸テーブル(図示せず)のモータ20Mの駆動を制御して、接合が完了したウェハーシート保持体1を半導体素子供給装置10の半導体素子収納部11に戻し、接合前の複数の半導体素子2を保持した新たなウェハーシート保持体1を、半導体素子収納部11内で搬送可能位置10Aから半導体素子収納部11外の半導体素子用接合位置A1に搬送させる。
Next, the driving of the respective motors 52M to 54M and the suction device 56 of the respective tables 52 to 54 of the electronic substrate transport apparatus 50 is controlled, and the electronic head 7 to be joined next by the suction head 51 is placed on the tray 42. It is adsorbed and picked up from the inside and transported to the next electronic substrate bonding preparation position B2-1.
Hereinafter, as described above, the electronic substrate 7 held by the suction head 51 and the semiconductor element 2 above the ultrasonic bonding tool 8 are heated while being heated between the suction head 51 and the ultrasonic bonding tool 8. Sonic bonded.
Hereinafter, the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention sequentially obtains the one electronic substrate 7 and the one semiconductor element 2 after a plurality of bonding by performing the same operation as described above. Can do.
When all of the plurality of electronic substrates 7 placed on the tray 42 and to be joined are joined to the semiconductor element 2, the drive of the motor 47M of the tray transport device 45 is controlled to complete the joining of the tray 42. Is returned to the electronic substrate storage unit 41 of the electronic substrate supply device 40 by the tray transfer device 45, and a new tray 42 on which a plurality of electronic substrates 7 before bonding are placed can be transferred in the electronic substrate storage unit 41. The tray 40 is transported from the position 40 </ b> A to the outside of the electronic substrate storage unit 41. Similarly, when the bonding of all the semiconductor elements 2 to be bonded to the wafer sheet holder 1 is completed, the driving of the motor 20M of the Y-axis table (not shown) of the semiconductor element transfer device 20 is controlled. Then, the bonded wafer sheet holder 1 is returned to the semiconductor element storage unit 11 of the semiconductor element supply apparatus 10, and a new wafer sheet holder 1 holding a plurality of semiconductor elements 2 before bonding is replaced with the semiconductor element storage unit 11. The semiconductor element is transported from the transportable position 10 </ b> A to the semiconductor element joint position A <b> 1 outside the semiconductor element housing 11.

本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合方法及び装置は、ウェハーシート保持体1のウェハーシート4とウェハー2Aとを熱剥離層3により接着し、ウェハー2Aをウェハーシート保持体1に保持した状態で、ウェハー2Aの1つの半導体素子2の電極2aとそれに対応する電子基板7の電極7aとを対向させ、1つの半導体素子2の電極2aと電子基板7の電極7aとを接触させつつ、前記1つの半導体素子2と電子基板7とをヒータ300で加熱しながら超音波発振器8gにより超音波を印加して超音波接合すると同時的に、ヒータ300の熱により熱硬化層5が熱硬化されつつ熱剥離層3の接着力を弱めて、電子基板7に超音波接合された前記1つの半導体素子2がウェハーシート4から離脱させるようにしている。これにより、従来例2の装置のように、半導体素子を粘着シートから剥がすときに突下針等により半導体素子に局所的に応力をかけることなく、半導体素子を容易にかつ確実に剥がすことができ、半導体素子に破損や欠け等の発生を防止することができる。また、前記1つの半導体素子2と電子基板7とを超音波接合するときに熱硬化層5に加える熱を利用して、前記1つの半導体素子が熱剥離層3から剥がれるようにしているので、1つの半導体素子2と電子基板7とを接合する時間も従来例2の装置と比べて大幅に短縮することができる。   In the semiconductor ultrasonic bonding method and apparatus according to the first embodiment of the present invention, the wafer sheet 4 and the wafer 2A of the wafer sheet holder 1 are bonded by the heat release layer 3, and the wafer 2A is held by the wafer sheet holder 1. In this state, the electrode 2a of one semiconductor element 2 of the wafer 2A is opposed to the electrode 7a of the electronic substrate 7 corresponding thereto, and the electrode 2a of one semiconductor element 2 and the electrode 7a of the electronic substrate 7 are in contact with each other. When the one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 are heated by the heater 300 and an ultrasonic wave is applied by the ultrasonic oscillator 8g and ultrasonic bonding is performed, the thermosetting layer 5 is thermoset by the heat of the heater 300 simultaneously. However, the adhesive force of the heat release layer 3 is weakened so that the one semiconductor element 2 ultrasonically bonded to the electronic substrate 7 is detached from the wafer sheet 4. As a result, the semiconductor element can be easily and reliably peeled off without locally applying stress to the semiconductor element with a needle or the like when the semiconductor element is peeled off from the adhesive sheet as in the apparatus of Conventional Example 2. In addition, it is possible to prevent the semiconductor element from being damaged or chipped. In addition, since the one semiconductor element is peeled off from the thermal peeling layer 3 by using heat applied to the thermosetting layer 5 when the one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 are ultrasonically bonded, The time for bonding one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 can also be significantly reduced as compared with the apparatus of the conventional example 2.

なお、本第1実施形態においては、前記1つの半導体素子2と前記1つの電子基板7とは、略同じ大きさを有しているものとしたが、本発明はこれには限定されない。例えば、半導体素子2を1つのみ、電子基板7に接合する場合には、前記1つの電子基板7のサイズが前記1つの半導体素子2のサイズよりも大きく形成されてもよい。   In the first embodiment, the one semiconductor element 2 and the one electronic substrate 7 have substantially the same size, but the present invention is not limited to this. For example, when only one semiconductor element 2 is bonded to the electronic substrate 7, the size of the one electronic substrate 7 may be larger than the size of the one semiconductor element 2.

また、本第1実施形態においては、超音波接合ツール8と吸着ヘッド51の両方を移動させて、前記1つの半導体素子2の裏面側と前記電子基板7の裏面側の両方から押圧するように構成したが、本発明はこれには限定されない。例えば、前記1つの半導体素子2の裏面側と前記電子基板7の裏面側のいずれか一方を例えば固定台に載置するなどして固定し、その他方から押圧されるように構成されても同様の効果を得ることができる。   In the first embodiment, both the ultrasonic bonding tool 8 and the suction head 51 are moved so as to be pressed from both the back surface side of the one semiconductor element 2 and the back surface side of the electronic substrate 7. Although configured, the present invention is not limited to this. For example, even if it is configured such that either one of the back surface side of the one semiconductor element 2 and the back surface side of the electronic substrate 7 is fixed, for example, by being placed on a fixing base, and pressed from the other side. The effect of can be obtained.

《第2実施形態》
本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合方法及び装置について、図8及び図9を用いて、参照しつつ説明する。図8は、本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置の全体構成を示す斜視図であり、図9は、本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置の横から見た概略説明図である。本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置は、第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の半導体素子搬送装置20、超音波接合ツール移動装置30及び電子基板搬送装置50に代えて、半導体素子搬送装置20a、超音波接合ツール移動装置30a及び電子基板搬送装置50aを備え、さらに吸着ステージ9を備える点で、本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置と異なる。それ以外の点については、本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置と同様であるので、重複する説明は省略する。
<< Second Embodiment >>
A semiconductor ultrasonic bonding method and apparatus according to a second embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS. 8 and 9. FIG. 8 is a perspective view showing the entire configuration of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention, and FIG. 9 is a side view of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention. FIG. The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention is replaced with the semiconductor element transfer apparatus 20, the ultrasonic bonding tool moving apparatus 30, and the electronic substrate transfer apparatus 50 of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment. The semiconductor element transfer apparatus 20a, the ultrasonic bonding tool moving apparatus 30a, and the electronic substrate transfer apparatus 50a are different from the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention in that they further include an adsorption stage 9. Since the other points are the same as those of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention, overlapping description is omitted.

本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合方法及び装置は、電子基板7の電極面7bが上向きの状態で電子基板用接合位置B1a(超音波接合ツール8により半導体素子2が電子基板7に接触して金属バンプ2cを介しての電極同士の接合を行うときの電子基板7の接合位置)(図10A参照)に搬送されて吸着ステージ9に載置されたのち、半導体素子2の電極面2bが下向きの状態でウェハーシート保持体1に保持されて半導体素子用接合位置A1a(図9参照)(超音波接合ツール8により半導体素子2が電子基板7に接触して金属バンプ2cを介しての電極同士の接合を行うときの半導体素子2の接合位置)に搬送され、前記1つの半導体素子2の上方から超音波接合ツール8を接触させて前記1つの半導体素子2の電極2a上の金属バンプ2cをそれに対応する電子基板7の電極7aに接触させるとともに、超音波接合ツール8と吸着ステージ9との間で挟み込んで前記1つの半導体素子2と電子基板7とを加熱しながら超音波を印加して、超音波接合するようにしたものである。   In the semiconductor ultrasonic bonding method and apparatus according to the second embodiment of the present invention, the electronic substrate bonding position B1a (with the ultrasonic bonding tool 8 is used to connect the semiconductor element 2 to the electronic substrate 7) with the electrode surface 7b of the electronic substrate 7 facing upward. The electrode of the semiconductor element 2 is transferred to the bonding position of the electronic substrate 7 when the electrodes are bonded to each other through the metal bumps 2c (see FIG. 10A) and placed on the suction stage 9. The semiconductor element bonding position A1a (see FIG. 9) is held by the wafer sheet holder 1 with the surface 2b facing downward (see FIG. 9) (the ultrasonic bonding tool 8 causes the semiconductor element 2 to contact the electronic substrate 7 via the metal bump 2c). The electrode 2a of the one semiconductor element 2 by bringing the ultrasonic bonding tool 8 into contact therewith from above the one semiconductor element 2. The metal bump 2c is brought into contact with the corresponding electrode 7a of the electronic substrate 7 and sandwiched between the ultrasonic bonding tool 8 and the suction stage 9 to heat the one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 while heating. Ultrasonic bonding is performed by applying a sound wave.

本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置において、半導体素子供給装置10の半導体素子収納部11は、各半導体素子2の電極面2bが下向き(−Z方向)の状態でウェハーシート保持体1を収納しており、電子基板供給装置40の電子基板収納部41は、各電子基板7の電極面7bが上向き(+Z方向)の状態でトレイ42を保持している。   In the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention, the semiconductor element storage portion 11 of the semiconductor element supply apparatus 10 holds the wafer sheet with the electrode surface 2b of each semiconductor element 2 facing down (−Z direction). The electronic substrate storage unit 41 of the electronic substrate supply device 40 holds the tray 42 with the electrode surface 7b of each electronic substrate 7 facing upward (+ Z direction).

半導体素子搬送装置20aは、U字状に形成されるとともに図示しない係合部で半導体素子収納部11内の搬送可能位置10Aに位置するウェハーシート保持体1の外周部を保持可能に形成され、半導体素子供給装置10の搬送可能位置10Aに位置するウェハーシート保持体1を引き出し、半導体素子用接合位置A1aの上方の半導体素子用接合準備位置A2a(半導体素子用接合位置A1aの上方でかつ半導体素子用接合位置A1aから離れた位置であって次の接合対象となる1つの半導体素子2の超音波接合のための準備位置)(図10B参照)を経由して、半導体素子用接合位置A1aまで搬送可能な保持フレーム21aを備えている。また、半導体素子搬送装置20aは、保持フレーム21aが固定され、保持フレーム21aをモータ(図示せず)によりXY平面上で回動可能にするθ軸25aと、保持フレーム21aをモータ24aMの正逆駆動により±Z方向に進退移動可能なZ軸テーブル24aと、Z軸テーブル24aが固定され、保持フレーム21aをモータ23aMの正逆駆動により±Y方向に進退移動可能なY軸テーブル23aと、Y軸テーブル23aが固定されるとともに一端部が基台200に立設された取付壁201に固定され、保持フレーム21aをモータ22aMの正逆駆動により±X方向に進退移動させるX軸テーブル22aとを備えている。   The semiconductor element transfer device 20a is formed in a U-shape and is formed so as to be able to hold the outer peripheral portion of the wafer sheet holder 1 located at the transferable position 10A in the semiconductor element storage portion 11 with an engaging portion (not shown). The wafer sheet holder 1 positioned at the transportable position 10A of the semiconductor element supply apparatus 10 is pulled out, and a semiconductor element bonding preparation position A2a above the semiconductor element bonding position A1a (above the semiconductor element bonding position A1a and the semiconductor element). Is transported to a semiconductor element bonding position A1a via a position (see FIG. 10B) which is a position distant from the bonding position A1a for ultrasonic bonding of one semiconductor element 2 to be bonded next. A possible holding frame 21a is provided. Further, the semiconductor element transfer device 20a has a holding frame 21a fixed thereto, a θ axis 25a that allows the holding frame 21a to be rotated on an XY plane by a motor (not shown), and a holding frame 21a that is a forward / reverse of the motor 24aM. A Z-axis table 24a capable of moving back and forth in the ± Z direction by driving, a Y-axis table 23a fixed to the Z-axis table 24a, and capable of moving the holding frame 21a back and forth in the ± Y direction by forward / reverse driving of the motor 23aM; An axis table 23a is fixed, and one end is fixed to a mounting wall 201 erected on the base 200, and the holding frame 21a is moved forward and backward in the ± X direction by forward / reverse driving of the motor 22aM. I have.

超音波接合ツール移動装置30aは、XYZ軸テーブル31〜33がウェハーシート保持体1の上方に配置されている以外は、半導体素子搬送装置20aと同様に構成されている。   The ultrasonic bonding tool moving device 30a is configured in the same manner as the semiconductor element transfer device 20a except that the XYZ axis tables 31 to 33 are arranged above the wafer sheet holder 1.

電子基板搬送装置50aは、トレイ搬送装置45と、トレイ搬送装置45により電子基板収納部41内の搬送可能位置40Aから電子基板収納部41の外部に引き出されたトレイ42に載置された多数の電子基板7のうちから、接合対象となる1つの電子基板7を吸着保持可能であるとともに、電子基板用接合位置B1aまで搬送可能に配置された吸着ヘッド51aとを備えている。また、電子基板搬送装置50aは、下端部に吸着ヘッド51aが固定されてZ軸回転駆動モータ55aMにより吸着ヘッド51aをXY平面上で正逆回転させるZ軸55aと、Z軸55aを垂下しかつZ軸55aを介して吸着ヘッド51aをモータ54aMの正逆駆動により±Z方向に進退移動可能なZ軸テーブル54aと、Z軸テーブル54aを垂下するように支持してZ軸テーブル54aを介して吸着ヘッド51aをモータ52aMの正逆駆動により±X方向に進退移動可能なX軸テーブル52aと、基台200上に配置されるとともにX軸テーブル52aを上面側に支持し、Z軸テーブル54a及びX軸テーブル52aを介して吸着ヘッド51aを、トレイ42から前記1つの電子基板7を吸着保持可能な位置と、吸着ステージ9上の電子基板7の電子基板用接合位置B1aとの間でモータ53aMの正逆駆動により±Y方向に進退移動可能なY軸テーブル53aとを備えている。
吸着ヘッド51aは、180度位相を異ならせて配置された2つの吸引ノズル51a−1,51a−2を有している。2つの吸引ノズル51a−1,51a−2の夫々には、吸引装置56aが独立に各吸引ノズル51a−1,51a−2に働くように接続されている。
The electronic substrate transport device 50a is equipped with a tray transport device 45 and a large number of trays 42 placed on the tray 42 drawn out of the electronic substrate storage portion 41 from the transportable position 40A in the electronic substrate storage portion 41 by the tray transport device 45. Among the electronic substrates 7, there is provided an adsorption head 51 a that can adsorb and hold one electronic substrate 7 to be bonded and can be conveyed to the electronic substrate bonding position B 1 a. In addition, the electronic substrate transport apparatus 50a has a suction head 51a fixed to the lower end and a Z-axis 55a that causes the suction head 51a to rotate forward and backward on the XY plane by a Z-axis rotation drive motor 55aM and a Z-axis 55a. A Z-axis table 54a, which can move the suction head 51a forward / backward in the ± Z direction by forward / reverse driving of the motor 54aM via the Z-axis 55a, and a Z-axis table 54a supported so as to hang down are supported via the Z-axis table 54a. An X-axis table 52a capable of moving the suction head 51a forward and backward in the ± X directions by forward / reverse driving of a motor 52aM, and the X-axis table 52a supported on the upper surface side while being disposed on the base 200, and a Z-axis table 54a and The suction head 51a is placed via the X-axis table 52a at a position where the one electronic substrate 7 can be sucked and held from the tray 42, and the electric power on the suction stage 9. A Y-axis table 53a that can move forward and backward in the ± Y direction by forward / reverse driving of a motor 53aM between the electronic substrate bonding position B1a of the sub-substrate 7 is provided.
The suction head 51 a has two suction nozzles 51 a-1 and 51 a-2 arranged with a phase difference of 180 degrees. A suction device 56a is independently connected to each of the two suction nozzles 51a-1 and 51a-2 so as to work on each of the suction nozzles 51a-1 and 51a-2.

電子基板搬送装置50aは、例えば、トレイ側では、吸引ノズル51a−1,51a−2の一方の吸引ノズルにより、一方の吸引ノズルに吸着保持されかつ半導体素子2が接合された接合後の電子基板7をトレイ42に収納して吸着解除し、前記吸着解除した吸引ノズルで、トレイ搬送装置45により電子基板収納部41の外に搬送された接合対象となる1つのトレイ42に載置された多数の電子基板7の中から次に接合対象となる1つの電子基板7を吸着する。なお、前記では吸着解除した吸引ノズルで前記次に接合対象となる1つの電子基板7を吸着するようにしたが、Z軸回転駆動モータ55aMによりZ軸55aを180度回転させて、他方の吸引ノズルで前記次に接合対象となる1つの電子基板7を吸着するようにしてもよい。
また、吸着ステージ9側では、吸引ノズル51a−1,51a−2の一方の吸引ノズルにより、吸着ステージ9の電子基板用接合位置B1aに位置した、接合後の電子基板7を吸着保持し、Z軸回転駆動モータ55aMによりZ軸55aを180度回転させたのち、他方の吸引ノズルにより、トレイ側で他方の吸引ノズルに吸着保持した接合対象の電子基板7を吸着ステージ9の電子基板用接合位置B1aに載置して吸着解除する。
For example, on the tray side, the electronic substrate transfer device 50a is bonded and held by one of the suction nozzles 51a-1 and 51a-2 by one suction nozzle and the semiconductor element 2 is bonded. 7 is stored in the tray 42 to release the suction, and the suction nozzles that have been released from the suction are placed on one tray 42 to be joined, which is transported out of the electronic substrate storage unit 41 by the tray transport device 45. One electronic substrate 7 to be joined next is adsorbed from among the electronic substrates 7. In the above description, the electronic substrate 7 to be bonded next is sucked by the suction nozzle whose suction is released. However, the Z-axis rotation drive motor 55aM rotates the Z-axis 55a by 180 degrees to suck the other suction substrate. You may make it adsorb | suck the one electronic substrate 7 used as the joining object next with a nozzle.
On the suction stage 9 side, the bonded electronic substrate 7 located at the electronic substrate bonding position B1a of the suction stage 9 is sucked and held by one of the suction nozzles 51a-1 and 51a-2. After the Z-axis 55a is rotated 180 degrees by the shaft rotation drive motor 55aM, the electronic substrate 7 to be bonded, which is suction-held on the other suction nozzle on the tray side by the other suction nozzle, is bonded to the suction stage 9 on the electronic substrate. Place on B1a to release suction.

吸着ステージ9は、一例として前記1つの半導体素子2の電極面2bよりも大きい矩形の保持板9aと、上端部が保持板9aの下面に固定されるとともに下端部が基台200に固定されて、保持板9aを別途設けられたモータ(図示せず)が正逆方向に駆動されることにより昇降可能に構成されたZ軸テーブル9bとを備えて構成している。保持板9aには多数の吸引穴(図示せず)が形成されており、別途設けられた吸引装置(図示せず)により、前記吸引穴から吸引して保持板9a上に載置され位置決めされた電子基板7を吸着保持できるようにしている。   As an example, the suction stage 9 has a rectangular holding plate 9a larger than the electrode surface 2b of the one semiconductor element 2, an upper end portion fixed to the lower surface of the holding plate 9a, and a lower end portion fixed to the base 200. A Z-axis table 9b configured to be movable up and down by driving a motor (not shown) separately provided with a holding plate 9a in the forward and reverse directions is provided. A number of suction holes (not shown) are formed in the holding plate 9a. The suction plate (not shown) provided separately is sucked from the suction holes and placed on the holding plate 9a for positioning. The electronic substrate 7 can be sucked and held.

電子基板認識装置60aは、電子基板搬送装置50aのZ軸テーブル54の−Y方向側に固定されたカメラ61aより構成されている。電子基板認識装置60aは、電子基板搬送装置50aにより保持板9a上に載置され位置決めされ吸着保持された電子基板7の認識対象部(図示せず、例えば電極7aの位置や電子基板7に設けられた認識マーク等の基準位置)をカメラ61aで認識して、電子基板認識データを制御部80に出力するように構成されている。   The electronic board recognition device 60a is composed of a camera 61a fixed to the −Y direction side of the Z-axis table 54 of the electronic board transfer device 50a. The electronic board recognizing device 60a is placed on the holding plate 9a by the electronic board conveying device 50a, positioned on the electronic board 7 that is positioned and held by suction (not shown, for example, the position of the electrode 7a or the electronic board 7 is provided on the electronic board 7). The reference position of the recognized recognition mark or the like) is recognized by the camera 61a, and the electronic substrate recognition data is output to the control unit 80.

半導体素子認識装置70aは、半導体素子搬送装置20aによる半導体素子搬送経路(搬送可能位置10Aと半導体素子用接合位置A1aとを通る経路)の下方でかつ吸着ステージ9の保持板9aの近傍で基台200に固定されたカメラ71aより構成されている。半導体素子認識装置70aは、前記1つの半導体素子2と前記電子基板7の接合前に、前記1つの半導体素子2の認識対象部(図示せず、例えば電極2aの位置や1つの半導体素子2に設けられた認識マーク等の基準位置)をカメラ71aで認識して、半導体素子認識データを制御部80に出力するように構成されている。   The semiconductor element recognizing device 70a has a base below a semiconductor element transport path (a path passing through the transportable position 10A and the semiconductor element joint position A1a) by the semiconductor element transport apparatus 20a and in the vicinity of the holding plate 9a of the suction stage 9. The camera 71 a is fixed to 200. The semiconductor element recognizing device 70a is configured to recognize a recognition target portion of the one semiconductor element 2 (not shown, for example, the position of the electrode 2a or one semiconductor element 2) before the one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 are joined. The reference position of the provided recognition mark or the like) is recognized by the camera 71a, and the semiconductor element recognition data is output to the control unit 80.

本第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置は、以上のように構成されている。
次に、本第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置の接合動作を、図8、図9、図10A〜図10Eを参照しつつ説明する。図10A〜図10Eは、本第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置の接合動作を示す概略説明図であって、この接合動作は制御部80の制御の下に行われる。なお、ここでは、前記1つの電子基板7のサイズは、前記1つの半導体素子2のサイズよりも十分大きなもの(例えば10倍のサイズ)とする。
The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment is configured as described above.
Next, the bonding operation of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment will be described with reference to FIGS. 8, 9, and 10A to 10E. 10A to 10E are schematic explanatory views showing the bonding operation of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment, and this bonding operation is performed under the control of the control unit 80. Here, it is assumed that the size of the one electronic substrate 7 is sufficiently larger than the size of the one semiconductor element 2 (for example, 10 times the size).

まず、半導体素子供給装置10の上下リフター12のモータ14の駆動を制御して、上下リフター12により半導体素子収納部11を昇降させ、半導体素子収納部11内の接合対象となる1つのウェハーシート保持体1を搬送可能位置10Aに位置させるとともに、電子基板供給装置40の上下リフター12−1のモータ14−1の駆動を制御して、上下リフター12−1を昇降させ、電子基板収納部41の接合対象となる1つのトレイ42を搬送可能位置40Aに位置させる。   First, driving of the motor 14 of the upper and lower lifters 12 of the semiconductor element supply apparatus 10 is controlled, and the semiconductor element storage portion 11 is moved up and down by the upper and lower lifters 12 to hold one wafer sheet to be bonded in the semiconductor element storage portion 11. The body 1 is positioned at the transportable position 10A, and the drive of the motor 14-1 of the upper and lower lifters 12-1 of the electronic board supply device 40 is controlled to move the upper and lower lifters 12-1 up and down. One tray 42 to be joined is positioned at the transportable position 40A.

次いで、電子基板搬送装置50aのトレイ搬送装置45のモータ47Mの駆動を制御して、保持台46により、電子基板収納部41内で搬送可能位置40Aに位置するトレイ42を電子基板収納部41の外部に搬送する。その後、電子基板搬送装置50aの各テーブル52a〜54aの夫々のモータ52aM〜54aMの駆動及び吸引装置56aの駆動を制御して、吸着ヘッド51aの吸引ノズル51a−1により、トレイ42内で接合対象となる1つの電子基板7を吸着してトレイ42から上方にピックアップし、電子基板用接合位置B1aへ搬送させる(図10A参照)。なお、最初に接合対象となる電子基板7を電子基板用接合位置B1aに移動させる時には、吸引ノズル51a−1,51a−2の両方にトレイ42から最初に接合対象となる電子基板7又は次に接合対象となる電子基板7を吸着させて動作するようにし、一方の吸引ノズルに吸着された最初に接合対象となる電子基板7と前記1つの半導体素子2が接合されたときには、次に接合対象となる接合前の電子基板7が他方の吸引ノズルに吸着されている状態にしておく。   Next, the driving of the motor 47M of the tray transfer device 45 of the electronic substrate transfer device 50a is controlled, and the tray 42 located at the transferable position 40A in the electronic substrate storage unit 41 is moved by the holding base 46 in the electronic substrate storage unit 41. Transport outside. Thereafter, the motors 52aM to 54aM of the respective tables 52a to 54a of the electronic substrate transport apparatus 50a and the driving of the suction device 56a are controlled, and the objects to be joined in the tray 42 by the suction nozzle 51a-1 of the suction head 51a. One electronic substrate 7 to be absorbed is picked up from the tray 42 and conveyed to the electronic substrate bonding position B1a (see FIG. 10A). When the electronic substrate 7 to be bonded first is moved to the electronic substrate bonding position B1a, the electronic substrate 7 to be bonded first from the tray 42 or next to both the suction nozzles 51a-1 and 51a-2. When the electronic substrate 7 to be bonded is operated by being sucked and the electronic substrate 7 to be bonded and the one semiconductor element 2 are first bonded to one of the suction nozzles, the bonding target is next. The electronic substrate 7 before joining becomes a state where it is adsorbed by the other suction nozzle.

このとき、吸着ステージ9のZ軸テーブル9bのモータ(図示せず)の駆動及び吸引装置(図示せず)の駆動を制御して、保持板9aを電子基板用接合位置B1aの下方の電子基板保持準備位置E2(電子基板用接合位置B1aの下方でかつ電子基板用接合位置B1aから離れた位置であってかつ保持板9aにより電子基板7の下面を支持するための準備位置)から電子基板保持位置E1(電子基板用接合位置B1aの下方でかつ電子基板用接合位置B1aの電子基板7の下面を保持板9aにより支持して保持する位置)に上昇させ、電子基板保持位置E1に位置した保持板9aに、吸引ノズル51a−1に吸着保持されて電子基板用接合位置B1aまで移動して当該電子基板用接合位置B1aに位置決めされた接合対象となる1つの電子基板7を、吸着保持させる。また、このとき、電子基板搬送装置50aの吸引装置56aの駆動を制御して、吸引ノズル51a−1による前記最初に接合対象となる1つの電子基板7の吸着保持状態を解除する。
次いで、電子基板搬送装置50aの駆動を制御して、吸着ステージ9上に吸着保持された前記接合対象となる1つの電子基板7の上方に、電子基板搬送装置50aに固定される電子基板認識装置60aを移動させることにより、電子基板認識装置60aが、前記接合対象となる1つの電子基板7の認識対象部(図示せず)を認識して、電子基板認識装置60aから制御部80に電子基板認識データを出力する。
At this time, the driving of the motor (not shown) of the Z-axis table 9b of the suction stage 9 and the driving of the suction device (not shown) are controlled, so that the holding plate 9a is placed on the electronic board below the electronic board bonding position B1a. Holding the electronic substrate from the holding preparation position E2 (a preparation position for supporting the lower surface of the electronic substrate 7 by the holding plate 9a below the electronic substrate bonding position B1a and away from the electronic substrate bonding position B1a). A position E1 (position below the electronic substrate bonding position B1a and a position where the lower surface of the electronic substrate 7 at the electronic substrate bonding position B1a is supported and held by the holding plate 9a) is held at the electronic substrate holding position E1. One electronic substrate to be bonded to the plate 9a, which is attracted and held by the suction nozzle 51a-1 and moved to the electronic substrate bonding position B1a and positioned at the electronic substrate bonding position B1a. 7, is held by suction. At this time, the suction device 56a of the electronic substrate transport device 50a is controlled to release the suction holding state of the first electronic substrate 7 to be bonded by the suction nozzle 51a-1.
Next, the electronic substrate recognition device fixed to the electronic substrate transfer device 50a is controlled above the one electronic substrate 7 to be bonded and held on the suction stage 9 by controlling the driving of the electronic substrate transfer device 50a. By moving 60a, the electronic substrate recognition device 60a recognizes a recognition target portion (not shown) of one electronic substrate 7 to be bonded, and the electronic substrate recognition device 60a transfers the electronic substrate to the control unit 80. Output recognition data.

次いで、半導体素子搬送装置20aの各テーブル22a〜24aの夫々のモータ22aM〜24aM及びθ軸25aのモータの駆動を夫々制御して、保持フレーム21aにより、半導体素子保管庫11内で搬送可能位置10Aに位置するウェハーシート保持体1を半導体素子保管庫11内から引き出して、ウェハーシート保持体1内で最初に接合対象となる1つの半導体素子2を半導体素子用接合準備位置A2aに+Y方向に搬送して位置決めさせる(図10B参照)。このウェハーシート保持体1が搬送可能位置10Aから半導体素子用接合準備位置A2aに向けて移動する間に、ウェハーシート保持体1が半導体素子認識装置70a上を通過して、半導体素子認識装置70aが、ウェハーシート保持体1のうちの前記最初に接合対象となる1つの半導体素子2の認識対象部(図示せず)を認識して、半導体素子認識装置70aから制御部80に半導体素子認識データを出力する。
また、このとき、超音波接合ツール移動装置30aの各テーブル31〜33の夫々のモータ31M〜33Mの駆動を夫々制御して、超音波接合ツール8を、前記接合対象の1つの半導体素子2の裏面に接触するウェハーシート4の超音波印加領域D1aの上方で対向する超音波印加準備位置C2a(超音波印加領域D1aの上方でかつ超音波印加領域D1aから離れた位置であって超音波接合ツール8により超音波を印加するための準備位置)に向けて搬送させる(図10B参照)。
Next, the respective motors 22aM to 24aM of the respective tables 22a to 24a of the semiconductor element transport device 20a and the drive of the motor of the θ-axis 25a are controlled, and the transportable position 10A in the semiconductor element storage 11 by the holding frame 21a. The wafer sheet holding body 1 positioned at the position 1 is pulled out from the semiconductor element storage 11 and one semiconductor element 2 to be bonded first in the wafer sheet holding body 1 is conveyed to the semiconductor element bonding preparation position A2a in the + Y direction. (See FIG. 10B). While the wafer sheet holder 1 moves from the transportable position 10A toward the semiconductor element bonding preparation position A2a, the wafer sheet holder 1 passes over the semiconductor element recognition apparatus 70a, and the semiconductor element recognition apparatus 70a The recognition target portion (not shown) of one semiconductor element 2 to be bonded first in the wafer sheet holder 1 is recognized, and the semiconductor element recognition data is sent from the semiconductor element recognition device 70a to the control unit 80. Output.
At this time, the driving of the respective motors 31M to 33M of the respective tables 31 to 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30a is controlled so that the ultrasonic bonding tool 8 is connected to the one semiconductor element 2 to be bonded. The ultrasonic application preparation position C2a (above the ultrasonic application area D1a and away from the ultrasonic application area D1a and facing the ultrasonic application area D1a of the wafer sheet 4 in contact with the back surface. 8 to a preparation position for applying an ultrasonic wave) (see FIG. 10B).

このようにして、前記接合対象となる1つの半導体素子2が半導体素子用接合準備位置A2aに位置決めされたのち、超音波接合ツール8を超音波印加準備位置C2aに位置決めするとき、超音波接合ツール8は、制御部80に入力された半導体素子認識装置70aの半導体素子認識データに基づいて、超音波接合ツール移動装置30aの各テーブル31〜33の夫々のモータ31M〜33Mの駆動を夫々制御部80により制御されて、位置決め補正されている。   In this manner, when the ultrasonic bonding tool 8 is positioned at the ultrasonic wave application preparation position C2a after one semiconductor element 2 to be bonded is positioned at the semiconductor element bonding preparation position A2a, the ultrasonic bonding tool is used. 8, based on the semiconductor element recognition data of the semiconductor element recognition device 70 a input to the control unit 80, the control units respectively drive the motors 31 </ b> M to 33 </ b> M of the tables 31 to 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30 a. Positioning correction is performed under the control of 80.

次いで、半導体素子搬送装置20aの各テーブル22a〜24aの夫々のモータ22aM〜24M及びθ軸25aのモータの駆動を夫々制御して、ウェハーシート保持体1を半導体素子用接合準備位置A2aから半導体素子用接合位置A1aに下降させて、前記接合対象となる1つの半導体素子2の複数の電極2a上の金属バンプ2cとそれに対応する電子基板7の複数の電極7aとを夫々接触させる(図10C参照)。このとき同時に、超音波接合ツール移動装置30aのZ軸テーブル33のモータ33Mの駆動を制御して、超音波接合ツール8を超音波接合準備位置C2aから超音波印加位置C1a(超音波接合時に超音波接合ツール8により超音波を半導体素子2の金属バンプ2cに印加するときの超音波接合ツール8の位置)に下降させて、超音波接合ツール8の超音波印加面8cを、ウェハーシート4の超音波印加領域D1aを介して前記接合対象となる1つの半導体素子2の裏面に接触させる(図10C参照)。なお、図10C中の右側の2つの半導体素子2は、前記1つの電子基板7に接触していない。   Next, the driving of the motors 22aM to 24M of each table 22a to 24a and the motor of the θ axis 25a of each table 22a to 24a of the semiconductor element transport device 20a is controlled to move the wafer sheet holder 1 from the semiconductor element bonding preparation position A2a to the semiconductor element. The metal bumps 2c on the plurality of electrodes 2a of one semiconductor element 2 to be bonded are brought into contact with the corresponding plurality of electrodes 7a on the electronic substrate 7 respectively (see FIG. 10C). ). At the same time, the driving of the motor 33M of the Z-axis table 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30a is controlled to move the ultrasonic bonding tool 8 from the ultrasonic bonding preparation position C2a to the ultrasonic wave application position C1a (supersonic wave at the time of ultrasonic bonding). The ultrasonic bonding tool 8 is lowered to the position of the ultrasonic bonding tool 8 when applying ultrasonic waves to the metal bumps 2 c of the semiconductor element 2, and the ultrasonic application surface 8 c of the ultrasonic bonding tool 8 is moved to the wafer sheet 4. It is made to contact with the back surface of the one semiconductor element 2 to be bonded through the ultrasonic wave application region D1a (see FIG. 10C). Note that the two semiconductor elements 2 on the right side in FIG. 10C are not in contact with the one electronic substrate 7.

次いで、超音波接合ツール8及び保持板9aとで前記1つの半導体素子2及び前記1つの電子基板7を挟んで押圧した状態で、超音波接合ツール8の超音波発振器8g及びヒータ300の駆動を制御して、前記1つの半導体素子2と前記1つの電子基板7との超音波接合を加熱しながら行う。なお、ヒータ300は、ウェハーシート4の超音波印加領域D1aに接触する前に加熱を開始されていても構わない。
この超音波接合及び加熱動作により、前記1つの半導体素子2の電極2a上の金属バンプ2cと前記1つの電子基板7の電極7bとが超音波接合されるとともに、ウェハーシート4を介して熱剥離層3も加熱されて、前記1つの半導体素子2と熱剥離層3との接着力が弱まるとともに、ウェハーシート4、熱剥離層3及び半導体素子2を介して熱硬化層5が加熱されて、前記1つの半導体素子2の全ての電極2aが熱硬化層5を貫通して前記電子基板7の電極7aと夫々当接し、当該当接した状態で熱硬化層5が熱硬化して前記1つの半導体素子2と前記電子基板7とが、前記1つの半導体素子2と加熱後の熱剥離層3との接着力よりも強い力で接合される。
Next, the ultrasonic oscillator 8g and the heater 300 of the ultrasonic bonding tool 8 are driven while the one semiconductor element 2 and the one electronic substrate 7 are sandwiched and pressed by the ultrasonic bonding tool 8 and the holding plate 9a. The ultrasonic bonding between the one semiconductor element 2 and the one electronic substrate 7 is performed while heating. The heater 300 may be started to be heated before coming into contact with the ultrasonic wave application region D1a of the wafer sheet 4.
By this ultrasonic bonding and heating operation, the metal bumps 2c on the electrodes 2a of the one semiconductor element 2 and the electrodes 7b of the one electronic substrate 7 are ultrasonically bonded, and heat separation is performed via the wafer sheet 4. The layer 3 is also heated, and the adhesive force between the one semiconductor element 2 and the thermal peeling layer 3 is weakened, and the thermosetting layer 5 is heated via the wafer sheet 4, the thermal peeling layer 3 and the semiconductor element 2, All the electrodes 2a of the one semiconductor element 2 pass through the thermosetting layer 5 and come into contact with the electrodes 7a of the electronic board 7, respectively. The semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 are bonded with a force stronger than the adhesive force between the one semiconductor element 2 and the heat-release layer 3 after heating.

次いで、超音波接合ツール移動装置30aのZ軸テーブル33のモータ33Mの駆動を制御して、超音波接合ツール8を超音波印加位置C1aから超音波印加準備位置C2aに上昇させるとともに、半導体素子搬送装置20aのZ軸テーブル24aのモータ24aMの駆動を制御して、ウェハーシート保持体1を半導体素子用接合位置A1aから半導体素子用接合準備位置A2aに上昇させる。これにより、吸着ステージ9の保持板9a上に吸着保持され且つ前記1つの半導体素子2が接合された前記電子基板7は、前記半導体素子2との接合力が加熱後の熱剥離層3との接着力よりも強いために熱剥離層3から離れる(図10D参照)。   Next, the driving of the motor 33M of the Z-axis table 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30a is controlled to raise the ultrasonic bonding tool 8 from the ultrasonic application position C1a to the ultrasonic application preparation position C2a and to transport the semiconductor element. The driving of the motor 24aM of the Z-axis table 24a of the apparatus 20a is controlled to raise the wafer sheet holder 1 from the semiconductor element bonding position A1a to the semiconductor element bonding preparation position A2a. As a result, the electronic substrate 7 that is sucked and held on the holding plate 9a of the suction stage 9 and to which the one semiconductor element 2 is bonded has a bonding force with the semiconductor element 2 and the heat release layer 3 after heating. Since it is stronger than the adhesive force, it moves away from the thermal release layer 3 (see FIG. 10D).

次いで、超音波接合ツール移動装置30aの各テーブル31〜33の夫々のモータ31M〜33Mの駆動を制御するとともに、半導体素子搬送装置20aの各テーブル22a〜24aの夫々のモータ22aM〜24aMの駆動を制御して、電子基板搬送装置50aが吸着ステージ9の保持板9a上に吸着保持された前記1つの半導体素子が接合された前記電子基板7を搬送できるように、超音波接合ツール8及びウェハーシート保持体1を移動させる。   Next, the driving of the motors 31M to 33M of the respective tables 31 to 33 of the ultrasonic bonding tool moving device 30a is controlled, and the driving of the respective motors 22aM to 24aM of the respective tables 22a to 24a of the semiconductor element transfer device 20a is controlled. The ultrasonic bonding tool 8 and the wafer sheet are controlled so that the electronic substrate transfer device 50a can transfer the electronic substrate 7 to which the one semiconductor element adsorbed and held on the holding plate 9a of the adsorption stage 9 is bonded. The holding body 1 is moved.

次いで、電子基板搬送装置50aの各テーブル52a〜54aの夫々のモータ52aM〜54aMの駆動及び吸引装置56aの駆動を制御して、吸引ノズル51a−2により、前記次の接合対象となる1つの電子基板7を吸着保持させたままで、もう一方の吸引ノズル51a−1により、前記1つの半導体素子2が接合された前記電子基板7を吸着保持させると同時的に、又はその吸着保持の直前に、吸着ステージ9の吸引装置(図示せず)の駆動を制御して、前記1つの半導体素子2が接合された前記電子基板7の吸着ステージ9による吸着を解除する。
次いで、吸着ステージ9のZ軸テーブル9bのモータの駆動を制御して、保持板9aを電子基板保持位置E1から電子基板保持準備位置E2に下降させ、前記1つの半導体素子2が接合された前記電子基板7と保持板9aとの接触状態を解除させる。このとき、一方の吸引ノズル51a−1により、前記1つの半導体素子2が接合された前記電子基板7を吸着保持された状態が維持されている。
次いで、電子基板搬送装置50aのZ軸55aのZ軸回転駆動モータ55aMの駆動を制御して、吸着ヘッド51aを180°回転させ、他方の吸引ノズル51a−2に吸着保持され且つ前記次の接合対象となる1つの電子基板7を電子基板用接合位置B1aに移動させる(図10E参照)とともに、一方の吸引ノズル51a−1に吸着保持され且つ前記半導体素子2が接合された前記電子基板7を電子基板用接合位置B1aから退避させる。このとき同時的に、吸着ステージ9のZ軸テーブル9bのモータ(図示せず)の駆動及び吸引装置(図示せず)の駆動を制御して、保持板9aを電子基板保持準備位置E2から電子基板保持位置E1に上昇させて、前記電子基板用接合位置B1aで前記次の接合対象となる1つの電子基板7を保持板9aに吸着保持させるとともに、電子基板搬送装置50aの吸引装置56aの駆動を制御して、吸引ノズル51a−2による前記次の接合対象となる1つの電子基板7の吸着保持状態を解除させる。
Next, the driving of the respective motors 52aM to 54aM and the driving of the suction device 56a of each of the tables 52a to 54a of the electronic substrate transport apparatus 50a is controlled, and one electron to be joined next by the suction nozzle 51a-2. While holding the substrate 7 by suction, the other suction nozzle 51a-1 sucks and holds the electronic substrate 7 to which the one semiconductor element 2 is bonded, or immediately before the suction holding. By controlling the driving of a suction device (not shown) of the suction stage 9, the suction by the suction stage 9 of the electronic substrate 7 to which the one semiconductor element 2 is bonded is released.
Next, the driving of the motor of the Z-axis table 9b of the suction stage 9 is controlled to lower the holding plate 9a from the electronic substrate holding position E1 to the electronic substrate holding preparation position E2, and the one semiconductor element 2 is bonded. The contact state between the electronic substrate 7 and the holding plate 9a is released. At this time, the state in which the electronic substrate 7 to which the one semiconductor element 2 is bonded is held by suction is maintained by the one suction nozzle 51a-1.
Next, the driving of the Z-axis rotation drive motor 55aM of the Z-axis 55a of the electronic substrate transport apparatus 50a is controlled to rotate the suction head 51a by 180 °, and is sucked and held by the other suction nozzle 51a-2 and the next bonding is performed. The target electronic substrate 7 is moved to the electronic substrate bonding position B1a (see FIG. 10E), and the electronic substrate 7 adsorbed and held by one suction nozzle 51a-1 and bonded to the semiconductor element 2 is moved. The electronic substrate is retracted from the bonding position B1a. At the same time, the driving of the motor (not shown) of the Z-axis table 9b of the suction stage 9 and the driving of the suction device (not shown) are controlled to move the holding plate 9a from the electronic substrate holding preparation position E2 to the electron. The electronic substrate 7 is moved up to the substrate holding position E1, and the electronic substrate 7 to be bonded next is attracted and held by the holding plate 9a at the electronic substrate bonding position B1a, and the suction device 56a of the electronic substrate transport apparatus 50a is driven. And the suction holding state of one electronic substrate 7 to be joined next by the suction nozzle 51a-2 is released.

次いで、電子基板搬送装置50aの駆動を制御して、吸着ステージ9上に吸着保持された前記次の接合対象となる1つの電子基板7の上方に、電子基板搬送装置50aに固定される電子基板認識装置60aを移動させることにより、電子基板認識装置60aが、前記次の接合対象となる1つの電子基板7の認識対象部(図示せず)を認識して、電子基板認識装置60aから制御部80に電子基板認識データを出力する。この後、電子基板搬送装置50aの吸着ヘッド51aを、吸着ノズル51a−2により前記1つの半導体素子2が接合された前記電子基板7を吸着保持させたまま、トレイ42の方に移動させる。
電子基板搬送装置50aの吸着ヘッド51aがトレイ42の方に移動した後、又は移動すると同時に、半導体素子搬送装置20aの各テーブル22a〜24aの夫々のモータ22aM〜24aMの駆動を制御してウェハーシート保持体1を半導体素子認識装置70aの上方に移動させ、半導体素子認識装置70aにより、次の接合対象となる1つの半導体素子2の認識対象部(図示せず)を認識させて、制御部80に半導体素子認識データを出力させたのち、次の1つの半導体素子2を半導体素子用接合準備位置A2aに位置させる。
Next, by controlling the driving of the electronic substrate transfer device 50a, the electronic substrate fixed to the electronic substrate transfer device 50a above the one electronic substrate 7 to be bonded and held on the suction stage 9 is next. By moving the recognizing device 60a, the electronic substrate recognizing device 60a recognizes a recognition target portion (not shown) of one electronic substrate 7 to be joined next, and the electronic substrate recognizing device 60a controls the control unit. The electronic board recognition data is output to 80. Thereafter, the suction head 51a of the electronic substrate transport apparatus 50a is moved toward the tray 42 while holding the electronic substrate 7 to which the one semiconductor element 2 is bonded by the suction nozzle 51a-2.
After the suction head 51a of the electronic substrate transfer device 50a moves toward the tray 42 or simultaneously with the movement, the wafer sheet is controlled by controlling the driving of the motors 22aM to 24aM of the respective tables 22a to 24a of the semiconductor element transfer device 20a. The holding body 1 is moved above the semiconductor element recognizing device 70a, and the semiconductor element recognizing device 70a is caused to recognize a recognition target portion (not shown) of one semiconductor element 2 to be a next bonding target. After outputting the semiconductor element recognition data, the next one semiconductor element 2 is positioned at the semiconductor element junction preparation position A2a.

次いで、前記次の接合対象となる1つの電子基板7に前記1つの半導体素子2が超音波接合されるまでの間に、電子基板搬送装置50aの各テーブル52a〜54aの夫々のモータ52aM〜54aMの駆動及び吸引装置56aの駆動を制御して、吸引ノズル51a−1により吸着保持された前記1つの半導体素子2が接合された前記電子基板7をトレイ42上で吸着保持状態を解除して載置するとともに、吸引ノズル51a−1によりトレイ42のさらに次の接合対象となる1つの電子基板7を吸着保持し、前記さらに次の接合対象となる電子基板7を電子基板用接合位置B1aの近傍まで移動させておく。   Next, the respective motors 52aM to 54aM of the respective tables 52a to 54a of the electronic substrate transport apparatus 50a until the one semiconductor element 2 is ultrasonically bonded to the one electronic substrate 7 to be joined next. The electronic substrate 7 to which the one semiconductor element 2 attracted and held by the suction nozzle 51a-1 is bonded is released from the suction holding state on the tray 42 by controlling the driving of the suction device 56a and the suction device 56a. And the suction nozzle 51a-1 sucks and holds one electronic substrate 7 that is the next bonding target of the tray 42, and holds the electronic substrate 7 that is the next bonding target in the vicinity of the bonding position B1a for the electronic substrate. Move it up.

以下、本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置は、前記と同様の動作を行うことで、複数の接合後の1つの電子基板7及び1つの半導体素子2を得ることができる。
なお、トレイ42に載置された多数の電子基板7の全てが半導体素子2と超音波接合される場合、及びウェハーシート保持体1の複数の半導体素子2の超音波接合が完了した場合の動作は、第1実施形態の半導体超音波接合装置と同様であるので説明は省略する。
Hereinafter, the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention can obtain one electronic substrate 7 and one semiconductor element 2 after a plurality of bonding by performing the same operation as described above.
The operation when all of the many electronic substrates 7 placed on the tray 42 are ultrasonically bonded to the semiconductor element 2 and when the ultrasonic bonding of the plurality of semiconductor elements 2 of the wafer sheet holder 1 is completed. Since this is the same as the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of the first embodiment, the description thereof is omitted.

本発明の第2実施形態の半導体超音波接合装置は、電子基板7の電極面7bが上向きの状態で電子基板用接合位置B1aに搬送され、半導体素子2の電極面2bが下向きの状態でウェハーシート保持体1に保持されて半導体素子用接合位置A1aに搬送され、1つの半導体素子2の上方から超音波接合ツール8を接触させて前記1つの半導体素子2の電極2a上の金属バンプ2cをそれに対応する電子基板7の電極7aに接触させるとともに電子基板7の裏面(下面)から吸着ステージ9を接触させて、半導体素子2と電子基板7とをヒータ300で加熱しながら超音波発振器8gにより超音波を印加して、超音波接合するように構成されることにより、本発明の第1実施形態の半導体超音波接合装置と同様の効果を得ることができる。すなわち、従来例2の装置のように、半導体素子を粘着シートから剥がすときに突下針等により半導体素子に局所的に応力をかけることなく、半導体素子を容易に剥がすことができ、半導体素子に破損や欠け等が発生するのを抑えることができる。また、前記1つの半導体素子2と電子基板7とを超音波接合するときに熱硬化層5に加える熱を利用して、前記1つの半導体素子2が熱剥離層3から剥がれるようにしているので、前記1つの半導体素子2と電子基板7とを接合する時間も従来例2の装置と比べて大幅に短縮することができる。   The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention is transferred to the electronic substrate bonding position B1a with the electrode surface 7b of the electronic substrate 7 facing upward, and the wafer with the electrode surface 2b of the semiconductor element 2 facing downward. The metal bump 2c on the electrode 2a of the one semiconductor element 2 is held by the sheet holder 1 and conveyed to the semiconductor element bonding position A1a, and the ultrasonic bonding tool 8 is brought into contact with the semiconductor element 2 from above. The ultrasonic oscillator 8g is brought into contact with the corresponding electrode 7a of the electronic substrate 7 and the suction stage 9 is brought into contact with the back surface (lower surface) of the electronic substrate 7 while the semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 are heated by the heater 300. By applying ultrasonic waves and performing ultrasonic bonding, the same effects as those of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention can be obtained. That is, as in the apparatus of Conventional Example 2, the semiconductor element can be easily peeled off without locally applying stress to the semiconductor element with a needle or the like when peeling the semiconductor element from the adhesive sheet. The occurrence of breakage or chipping can be suppressed. In addition, since the one semiconductor element 2 is peeled off from the heat release layer 3 by using heat applied to the thermosetting layer 5 when the one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 are ultrasonically bonded. The time for joining the one semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 can be greatly reduced as compared with the apparatus of the second conventional example.

また、本発明の第2実施形態の半導体超音波接合装置によれば、吸着ヘッド51aを180°回転させるだけの動作で、2つの吸引ノズル51a−1,51a−2により、接合前の1つの電子基板7と接合後の1つの電子基板7とを同時に吸着できるようにしたので、本発明の第1実施形態の半導体超音波接合装置のように、1つの電子基板7に1つの半導体素子2を接合する毎に吸着ヘッド51aを±Y方向に移動させる必要がなく、短時間で複数の電子基板7と複数の半導体素子2とを接合することができる。
なお、本発明の第2実施形態の半導体超音波接合装置においては、前記接合対象となる電子基板7を、電子基板搬送装置50aにより、トレイ42の中から吸着ステージ9上に搬送し、電子基板用接合位置B1aに位置させるように構成したが、本発明はこれに限定されない。例えばコンベアのような搬送装置によって、前記接合対象となる電子基板7を吸着ステージ9上に位置決めするようにしてもよい。
Moreover, according to the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of the second embodiment of the present invention, one operation before bonding is performed by two suction nozzles 51a-1 and 51a-2 by simply rotating the suction head 51a by 180 °. Since the electronic substrate 7 and one electronic substrate 7 after bonding can be adsorbed at the same time, one semiconductor element 2 per one electronic substrate 7 as in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention. It is not necessary to move the suction head 51a in the ± Y direction each time the two are bonded, and the plurality of electronic substrates 7 and the plurality of semiconductor elements 2 can be bonded in a short time.
In the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention, the electronic substrate 7 to be bonded is transferred from the tray 42 onto the suction stage 9 by the electronic substrate transfer device 50a, and the electronic substrate is transferred. However, the present invention is not limited to this. For example, the electronic substrate 7 to be joined may be positioned on the suction stage 9 by a transport device such as a conveyor.

以上、本発明の実施形態について説明してきたが、本発明は前記各実施形態に限定されるものではなく、様々な変形が可能である。
例えば、本発明の第1及び第2実施形態の第1変形例として、本発明の第1及び第2実施形態の半導体超音波接合装置においては、前記電子基板7に前記1つの半導体素子2を接合する毎に吸着ヘッド51,51aを上下方向(±Z方向)に移動させたが、本発明はこれには限定されるものではない。例えば、ウェハーシート保持体1のウェハーシート4と電子基板7との隙間寸法を大略一定に(例えば1mm)維持した状態で、ウェハーシート4と電子基板7との隙間寸法をほとんど変えることなく(言い換えれば、ウェハーシート4と電子基板7とを相対的に離すようにいずれか一方の部材を他方の部材に対して上昇又は下降させることなく)、1つの電子基板7に複数の半導体素子2を超音波接合ツール8で連続的に超音波接合するように制御部80で動作制御させてもよい。
As mentioned above, although embodiment of this invention has been described, this invention is not limited to each said embodiment, A various deformation | transformation is possible.
For example, as a first modification of the first and second embodiments of the present invention, in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of the first and second embodiments of the present invention, the one semiconductor element 2 is disposed on the electronic substrate 7. The suction heads 51 and 51a are moved in the vertical direction (± Z direction) every time they are joined, but the present invention is not limited to this. For example, in a state where the gap dimension between the wafer sheet 4 and the electronic substrate 7 of the wafer sheet holder 1 is maintained substantially constant (for example, 1 mm), the gap dimension between the wafer sheet 4 and the electronic substrate 7 is hardly changed (in other words, (For example, without raising or lowering one member relative to the other member so that the wafer sheet 4 and the electronic substrate 7 are relatively separated from each other) The operation may be controlled by the control unit 80 so as to continuously ultrasonically bond with the sonic bonding tool 8.

なお、前記のように動作させる場合、ウェハーシート保持体1又は電子基板7の移動の方向によっては、電子基板7に接合後の半導体素子2に、ウェハーシート保持体1に保持された接合前の半導体素子2が接触することが有り得る。そのため、制御部80が、前記ウェハーシート保持体1の前記ウェハーシート4に保持された前記隣接する複数の半導体素子2のうちの先に接合する半導体素子2から見た、次に接合する半導体素子2の配列方向と、前記1つの電子基板7に前記複数の半導体素子2を接合するときの先に半導体素子2を接合する接合位置から見た、次に半導体素子2を接合する接合位置との配列方向とが180度とならないように(0度以上でかつ180度より小さい角度をなすように)、前記複数の半導体素子2を電子基板7に超音波接合するようにすればよい。   In the case of operating as described above, depending on the direction of movement of the wafer sheet holder 1 or the electronic substrate 7, the semiconductor element 2 after being bonded to the electronic substrate 7 may have a pre-bonding state held by the wafer sheet holder 1. The semiconductor element 2 may come into contact. Therefore, when the control unit 80 is viewed from the semiconductor element 2 bonded to the tip of the plurality of adjacent semiconductor elements 2 held on the wafer sheet 4 of the wafer sheet holder 1, the semiconductor element to be bonded next. 2 and the joining position where the semiconductor element 2 is joined next, as seen from the joining position where the semiconductor element 2 is joined before joining the plurality of semiconductor elements 2 to the one electronic substrate 7. The plurality of semiconductor elements 2 may be ultrasonically bonded to the electronic substrate 7 so that the arrangement direction does not become 180 degrees (makes an angle of 0 degrees or more and smaller than 180 degrees).

このように構成される例を以下に説明する。
ここで、ウェハー2Aは、図11Aに上から見た透視図として示すように、±y方向(前記±Y方向と同一の方向でもよいし、前記±Y方向とは全く異なる方向でもよい。)に3列、±x方向(前記±X方向と同一の方向でもよいし、前記±X方向とは全く異なる方向でもよい。)に3行の合計9つの半導体素子S11〜S13,S21〜S23,S31〜S33に分割されてウェハーシート保持体1に保持されているものとする。すなわち、図11Aのウェハー2Aにおいて、+x方向の最も上流側でかつ+y方向の最も上流側には半導体素子S11が配置され、+y方向の最も上流側の列には、半導体素子S11,S21,S31が+x方向の上流側から下流側に向けて夫々順に配置され、次いで、+y方向の上流側と下流側の中間の列には、半導体素子S12,S22,S32が+x方向の上流側から下流側に向けて夫々順に配置され、次いで、+y方向の最も下流側には、半導体素子S13,S23,S33が+x方向の上流側から下流側に向けて夫々順に配置されているとする。
An example of such a configuration will be described below.
Here, as shown in a perspective view seen from above in FIG. 11A, the wafer 2A may be in the ± y direction (may be the same direction as the ± Y direction or may be a completely different direction from the ± Y direction). 9 rows of nine semiconductor elements S11 to S13, S21 to S23, in three rows and three rows in the ± x direction (may be the same direction as the ± X direction or may be completely different from the ± X direction). It is assumed that the wafer sheet holder 1 is divided into S31 to S33. That is, in the wafer 2A of FIG. 11A, the semiconductor element S11 is arranged on the most upstream side in the + x direction and the most upstream side in the + y direction, and the semiconductor elements S11, S21, and S31 are arranged in the most upstream column in the + y direction. Are arranged in order from the upstream side in the + x direction toward the downstream side, and then, in the middle row between the upstream side and the downstream side in the + y direction, the semiconductor elements S12, S22, and S32 are arranged from the upstream side in the + x direction to the downstream side. Next, it is assumed that the semiconductor elements S13, S23, S33 are sequentially arranged from the upstream side to the downstream side in the + x direction on the most downstream side in the + y direction.

前記したようなウェハー2Aにおいて、例えば、図11B及び図11Cに示すように、半導体素子用接合位置A1−1〜A1−3が+y方向の上流側から下流側に向けて直列に配列されている場合には、ウェハーシート保持体1が+y方向にのみ搬送されれば、半導体素子S11〜S13を電子基板7の半導体素子用接合位置A1−1〜A1−3に順に超音波接合可能である。
このような場合には、以下のように制御部80で動作制御する。
例えば、まず、図11Dに示すように、ウェハー2Aの+y方向の最も上流側に位置する半導体素子S11を、電子基板7の+y方向の最も上流側に位置する半導体素子用接合位置A1−1に前記したように超音波接合する。
次いで、図11Eに示すように、ウェハー2Aの+y方向の2番目に上流側に位置する半導体素子S12を、電子基板7の+y方向の2番目に上流側に位置する半導体素子用接合位置A1−2に前記したように超音波接合する。
次いで、図11Fに示すように、ウェハー2Aの+y方向の最も下流側に位置する半導体素子S13を、電子基板7の+y方向の最も下流側に位置する半導体素子用接合位置A1−3に前記したように超音波接合する。
すなわち、ウェハーシート保持体1の単一の搬送方向である+y方向の上流側に位置する半導体素子2から下流側に向けて順に、複数の半導体素子2を、電子基板7の搬送方向と同一方向に配列された複数の接合位置のうちの搬送方向である+y方向の上流側に位置する接合位置から順に複数の接合位置に夫々超音波接合するように動作制御すればよい。
In the wafer 2A as described above, for example, as shown in FIGS. 11B and 11C, the semiconductor element bonding positions A1-1 to A1-3 are arranged in series from the upstream side to the downstream side in the + y direction. In this case, if the wafer sheet holder 1 is conveyed only in the + y direction, the semiconductor elements S11 to S13 can be ultrasonically bonded to the semiconductor element bonding positions A1-1 to A1-3 of the electronic substrate 7 in order.
In such a case, the operation is controlled by the control unit 80 as follows.
For example, first, as shown in FIG. 11D, the semiconductor element S11 located on the most upstream side in the + y direction of the wafer 2A is changed to the semiconductor element bonding position A1-1 located on the most upstream side in the + y direction of the electronic substrate 7. Ultrasonic bonding is performed as described above.
Next, as shown in FIG. 11E, the semiconductor element S12 located on the second upstream side in the + y direction of the wafer 2A is connected to the semiconductor element junction position A1- located on the second upstream side in the + y direction of the electronic substrate 7. 2 is ultrasonically bonded as described above.
Next, as shown in FIG. 11F, the semiconductor element S13 located on the most downstream side in the + y direction of the wafer 2A is described above as the semiconductor element bonding position A1-3 located on the most downstream side in the + y direction of the electronic substrate 7. So that ultrasonic bonding.
That is, the plurality of semiconductor elements 2 are arranged in the same direction as the transport direction of the electronic substrate 7 in order from the semiconductor element 2 located on the upstream side in the + y direction, which is a single transport direction of the wafer sheet holder 1, toward the downstream side. Operation control may be performed so that ultrasonic bonding is performed to the plurality of bonding positions in order from the bonding position located on the upstream side in the + y direction, which is the conveyance direction, among the plurality of bonding positions arranged in a row.

言い換えれば、隣接する複数の半導体素子S11〜S13の内の先に超音波接合した半導体素子S11から見た、次に接合対象となる半導体素子S12の配列方向(例えば図11Aの半導体素子S11からS12の右方向)と、前記1つの電子基板7に前記複数の半導体素子S11とS12を順に超音波接合するときの先に半導体素子S11を超音波接合する半導体素子用接合位置A1−1から見た、次に半導体素子S12を超音波接合する半導体素子用接合位置A1−2の配列方向(例えば図11Cの電子基板7の半導体素子用接合位置A1−1からA1−2の右方向)とが同じ方向になるようにすればよい。逆に言えば、まず、半導体素子S12を半導体素子用接合位置A1−1に超音波接合したのち、半導体素子S11を超音波接合するために、例えば固定された電子基板7に対してウェハーシート保持体1を図11Aの+y方向(右方向)に搬送しようとすると、ウェハーシート保持体1に保持された半導体素子S11が、半導体素子用接合位置A1−1に超音波接合された半導体素子S12と接触することになり、このような超音波接合動作を避ける必要がある。
先に超音波接合された半導体素子と、ウェハーシート保持体1に保持された半導体素子との接触を避けるためには、図11A〜図11Fで説明したように、半導体素子2の配列方向と半導体素子用接合位置の配列方向とを同一にするものに限られるものではなく、本発明の第1及び第2実施形態の第2変形例として図12A〜図12Dに示すように、半導体素子2の配列方向と半導体素子用接合位置の配列方向とが、ある所定の角度をなすようにしてもよい。
In other words, when viewed from the semiconductor element S11 that is ultrasonically bonded first among the plurality of adjacent semiconductor elements S11 to S13, the arrangement direction of the semiconductor element S12 to be bonded next (for example, the semiconductor elements S11 to S12 in FIG. 11A). And the semiconductor element bonding position A1-1 where the semiconductor element S11 is ultrasonically bonded before the semiconductor elements S11 and S12 are ultrasonically bonded to the one electronic substrate 7 in order. Next, the arrangement direction of the semiconductor element bonding position A1-2 for ultrasonic bonding of the semiconductor element S12 (for example, the semiconductor element bonding position A1-1 to the right direction of A1-2 on the electronic substrate 7 in FIG. 11C) is the same. It should be in the direction. In other words, first, the semiconductor element S12 is ultrasonically bonded to the semiconductor element bonding position A1-1, and then, for example, in order to ultrasonically bond the semiconductor element S11, a wafer sheet is held on a fixed electronic substrate 7, for example. When the body 1 is to be conveyed in the + y direction (right direction) of FIG. 11A, the semiconductor element S11 held by the wafer sheet holder 1 is ultrasonically bonded to the semiconductor element bonding position A1-1. It is necessary to avoid such an ultrasonic bonding operation.
In order to avoid contact between the semiconductor element previously ultrasonically bonded and the semiconductor element held on the wafer sheet holder 1, as described with reference to FIGS. As shown in FIGS. 12A to 12D as a second modified example of the first and second embodiments of the present invention, the semiconductor element 2 is not limited to the same arrangement direction of the element bonding positions. The arrangement direction and the arrangement direction of the semiconductor element bonding positions may form a predetermined angle.

すなわち、例えば、図11Aのウェハー2Aを使用する場合であって、図12Aに示すように、半導体素子用接合位置が一列に配列されているのではなく、半導体素子用接合位置A1−4,A1−5が、+x方向の上流側から下流側に向けて直線的に配置され、半導体素子用接合位置A1−6が、半導体素子用接合位置A1−4,A1−5の中間位置から+y方向の下流側に離れて配置されていると仮定する。
このような場合に超音波接合動作時間を短縮化するためには、まず、ウェハーシート保持体1を+x方向に搬送して半導体素子用接合位置A1−4,A1−5で夫々半導体素子2を超音波接合したのち、+x方向及び+y方向に搬送して半導体素子用接合位置A1−6で半導体素子2を超音波接合すればよい。
より具体的には、図12Bに示すように、図11Aのウェハー2Aにおいて+x方向の最も上流側で且つ+y方向の最も上流側に位置する半導体素子S11を、電子基板7の+x方向の最も上流側で且つ+y方向の最も上流側に位置する半導体素子用接合位置A1−4に前記したように超音波接合する。
次いで、図12Cに示すように、図11Aのウェハー2Aにおいて+x方向の2番目に上流側で且つ+y方向の最も上流側に位置する半導体素子S21を、電子基板7の+x方向の2番目に上流側で且つ+y方向の最も上流側に位置する半導体素子用接合位置A1−5に超音波接合する。
次いで、図12Dに示すように、図11Aのウェハー2Aにおいて+x方向の最も下流側で且つ+y方向の最も上流側に位置する半導体素子S31を、電子基板7の+y方向の最も下流側に位置する半導体素子用接合位置A1−6に超音波接合する。
すなわち、ウェハーシート保持体1の半導体素子S11,S21,S31の配列方向(図12B〜図12Dの下方向)と、電子基板7の接合位置の配列方向(接合位置A1−4と接合位置A1−5とでの配列方向は図12B〜図12Dの下方向、接合位置A1−5と接合位置A1−6とでの配列方向は図12B〜図12Dの斜め右上方向)とが同一及び所定の角度をなすように配置されている。
従って、半導体素子2の配列方向と半導体素子用接合位置の配列方向とが、逆方向(180度位相が異なる方向)以外の方向にすれば、すなわち、0度以上でかつ180度より小さい角度をなすようにすれば、ウェハーシート保持体1に保持された半導体素子2が、半導体素子用接合位置に超音波接合された半導体素子2と接触することを避けることができる。
なお、1つの電子基板7に対して1つの半導体素子2のみを接合するようにすれば、次に接合対象となる半導体素子2が接合後の半導体素子2と接触する恐れがないので、制御部80の制御を簡潔にすることができる。
That is, for example, in the case of using the wafer 2A of FIG. 11A, as shown in FIG. 12A, the semiconductor element bonding positions are not arranged in a line, but the semiconductor element bonding positions A1-4, A1. −5 is linearly arranged from the upstream side to the downstream side in the + x direction, and the semiconductor element junction position A1-6 extends in the + y direction from the intermediate position between the semiconductor element junction positions A1-4 and A1-5. Suppose that they are located farther downstream.
In order to shorten the ultrasonic bonding operation time in such a case, first, the wafer sheet holder 1 is conveyed in the + x direction, and the semiconductor elements 2 are respectively mounted at the semiconductor element bonding positions A1-4 and A1-5. After ultrasonic bonding, the semiconductor element 2 may be ultrasonically bonded at the semiconductor element bonding position A1-6 by being conveyed in the + x direction and the + y direction.
More specifically, as shown in FIG. 12B, the semiconductor element S11 located on the most upstream side in the + x direction and the most upstream side in the + y direction in the wafer 2A in FIG. As described above, ultrasonic bonding is performed to the semiconductor element bonding position A1-4 that is positioned on the side and on the most upstream side in the + y direction.
Next, as shown in FIG. 12C, in the wafer 2A of FIG. 11A, the semiconductor element S21 located at the second upstream side in the + x direction and the most upstream side in the + y direction is the second upstream side of the electronic substrate 7 in the + x direction. The ultrasonic bonding is performed at the bonding position A1-5 for the semiconductor element located on the uppermost side in the + y direction.
Next, as shown in FIG. 12D, the semiconductor element S31 located on the most downstream side in the + x direction and the most upstream side in the + y direction in the wafer 2A in FIG. 11A is located on the most downstream side in the + y direction of the electronic substrate 7. Ultrasonic bonding is performed at the semiconductor element bonding position A1-6.
That is, the arrangement direction of semiconductor elements S11, S21, and S31 (downward direction in FIGS. 12B to 12D) of the wafer sheet holder 1 and the arrangement direction of the bonding position of the electronic substrate 7 (bonding position A1-4 and bonding position A1- 5 is the same as the downward direction of FIGS. 12B to 12D, and the arrangement direction at the joining position A1-5 and the joining position A1-6 is the same and a predetermined angle as shown in FIGS. 12B to 12D. It is arranged to make.
Therefore, if the arrangement direction of the semiconductor elements 2 and the arrangement direction of the junction positions for the semiconductor elements are directions other than the reverse direction (the direction in which the phase is different by 180 degrees), that is, an angle of 0 degree or more and less than 180 degrees. If it makes it, it can avoid that the semiconductor element 2 hold | maintained at the wafer sheet holding body 1 contacts the semiconductor element 2 ultrasonically joined to the joining position for semiconductor elements.
If only one semiconductor element 2 is bonded to one electronic substrate 7, there is no fear that the semiconductor element 2 to be bonded next will contact the semiconductor element 2 after bonding. 80 controls can be simplified.

以上のように、1つの電子基板7における、先に半導体素子2を接合する位置と次に半導体素子2を接合する位置との関係と、ウェハーシート保持体1に保持されている、先に接合する半導体素子2と次に接合する半導体素子2との位置との関係から、前記1つの電子基板7に複数の半導体素子2を超音波接合するときには、ウェハーシート保持体1に保持され且つ前記1つの電子基板7に接合されていない半導体素子2と、前記1つの電子基板7に既に接合された半導体素子2とが、接触しないように制御部80で制御するようにして、超音波接合を繰り返していくようにする。
言い換えれば、前記1つの電子基板7にウェハーシート保持体1に保持されている複数の半導体素子2を超音波接合するときには、前記接合する半導体素子2以外の前記ウェハーシート4上に残された半導体素子2と、前記1つの電子基板に既に接合されている半導体素子2とが、干渉関係にならないように超音波接合を行うようにする。このようにすれば、前記1つの電子基板7に複数の半導体素子2を超音波接合できる。
As described above, in one electronic substrate 7, the relationship between the position where the semiconductor element 2 is first bonded and the position where the semiconductor element 2 is next bonded, and the position where the semiconductor sheet 2 is bonded, which is held by the wafer sheet holder 1, is bonded first. From the relationship between the position of the semiconductor element 2 to be bonded and the semiconductor element 2 to be bonded next, when the plurality of semiconductor elements 2 are ultrasonically bonded to the one electronic substrate 7, the wafer is held by the wafer sheet holder 1 and the 1 The ultrasonic bonding is repeated by controlling the control unit 80 so that the semiconductor element 2 not bonded to one electronic substrate 7 and the semiconductor element 2 already bonded to the one electronic substrate 7 do not come into contact with each other. To go.
In other words, when a plurality of semiconductor elements 2 held by the wafer sheet holder 1 are ultrasonically bonded to the one electronic substrate 7, the semiconductors remaining on the wafer sheet 4 other than the semiconductor elements 2 to be bonded. Ultrasonic bonding is performed so that the element 2 and the semiconductor element 2 already bonded to the one electronic substrate are not in an interference relationship. In this way, a plurality of semiconductor elements 2 can be ultrasonically bonded to the one electronic substrate 7.

一方、本発明の第1及び第2実施形態の第3変形例として、ウェハーシート保持体1に保持される複数の半導体素子2の中には、製造不良等で、超音波接合すべきではない半導体素子(以下、不良半導体素子という)S100が含まれる場合がある。ウェハーシート保持体1のどの半導体素子2が不良半導体素子S100であるかどうかは、一般的に、例えば半導体素子2を製造した半導体製造装置で生成された不良半導体素子の検出情報や、他の検査装置などにより検出されて上位コンピュータ等に記憶された不良半導体素子の検出情報が、データ(以下、ウェハーマッピングデータという)として、制御部80に予め送られて記憶部81に記憶されたり、半導体素子2上に不良マークを直接つけるという形で示される。   On the other hand, as a third modification of the first and second embodiments of the present invention, some of the semiconductor elements 2 held by the wafer sheet holder 1 should not be ultrasonically bonded due to manufacturing defects or the like. A semiconductor element (hereinafter referred to as a defective semiconductor element) S100 may be included. Which semiconductor element 2 of the wafer sheet holder 1 is the defective semiconductor element S100 is generally determined by, for example, detection information of a defective semiconductor element generated by a semiconductor manufacturing apparatus that manufactured the semiconductor element 2 or other inspections. Detection information of a defective semiconductor element detected by an apparatus or the like and stored in a host computer or the like is sent in advance to the control unit 80 as data (hereinafter referred to as wafer mapping data) and stored in the storage unit 81. It is shown in the form of attaching a defect mark directly on 2.

そこで、例えば、図13に示すように、不良半導体素子S100の廃棄箱90を(例えば半導体素子搬送装置20による半導体素子搬送経路(搬送可能位置10Aと接合位置A1との間)の下方)にさらに設けて、制御部80が、ウェハーマッピングデータ又は、半導体素子認識装置70が認識した前記不良マークに基づいて、不良半導体素子S100を廃棄箱90に入れるように各装置を制御するよう構成されるのが好ましい。
つまり、制御部80が、次に超音波接合される半導体素子2が不良半導体素子S100である場合には、不良半導体素子S100が廃棄箱90の上方に位置する廃棄位置までウェハーシート保持体1を搬送し、超音波接合ツール8で不良半導体素子S100の裏面から加熱しながら超音波を印加して、不良半導体素子S100の裏面とウェハーシート4の熱剥離層3の熱剥離粘着剤層3aとの間の接着力を弱めて、不良半導体素子S100をウェハーシート4の熱剥離層3から離脱させて廃棄箱90に入れるように各装置を制御するよう構成されるのが好ましい。このように構成されることにより、ウェハーシート保持体1に保持される複数の半導体素子2の中に不良半導体素子S100が含まれていても、不良半導体素子S100を電子基板7に超音波接合せずに容易にかつ確実に廃棄することができる。なお、この廃棄動作は、超音波接合動作開始前に、予め、不良半導体素子S100のみを廃棄するようにしてもよい。
Therefore, for example, as shown in FIG. 13, the disposal box 90 of the defective semiconductor element S100 is further moved (for example, below the semiconductor element transport path (between the transportable position 10A and the joining position A1) by the semiconductor element transport apparatus 20). The controller 80 is configured to control each device so that the defective semiconductor element S100 is placed in the disposal box 90 based on the wafer mapping data or the defect mark recognized by the semiconductor element recognition device 70. Is preferred.
That is, when the semiconductor element 2 to be ultrasonically bonded next is the defective semiconductor element S100, the control unit 80 moves the wafer sheet holder 1 to the disposal position where the defective semiconductor element S100 is located above the disposal box 90. The ultrasonic wave is applied while heating from the back surface of the defective semiconductor element S100 with the ultrasonic bonding tool 8, and the back surface of the defective semiconductor element S100 and the heat release adhesive layer 3a of the heat release layer 3 of the wafer sheet 4 are connected. It is preferable that each device is controlled so that the defective semiconductor element S100 is detached from the thermal peeling layer 3 of the wafer sheet 4 and placed in the disposal box 90 by weakening the adhesive force therebetween. With this configuration, even when the defective semiconductor element S100 is included in the plurality of semiconductor elements 2 held by the wafer sheet holder 1, the defective semiconductor element S100 is ultrasonically bonded to the electronic substrate 7. And can be disposed of easily and reliably. In this discarding operation, only the defective semiconductor element S100 may be discarded in advance before starting the ultrasonic bonding operation.

また、本発明の第1及び第2実施形態の第4変形例として、本発明の第1又は2実施形態の半導体超音波接合装置においては、熱硬化層5を、一例として、半導体素子2の電極面2b上又は電子基板7の電極面7b上に予め塗布して形成することについても言及しているが、この塗布形成について、以下に、詳細に説明する。
例えば、図14A〜図14Fに示されるように、熱硬化接着剤5aを収納保持する熱硬化接着剤注入器91を別途備えて、XYZ軸テーブルなどによりXYZ方向に夫々熱硬化接着剤注入器91を移動可能に構成している。そして、半導体素子2と電子基板7とを超音波接合する直前に、熱硬化接着剤注入器91により熱硬化接着剤5aを電子基板7の電極面7b上(又は半導体素子2の電極面2b上)に塗布して熱硬化層5を形成するように構成されてもよい。なお、この場合、熱硬化接着剤5aを電子基板7に塗布する前に、熱硬化接着剤5aの温度を超音波接合ツール8の加熱設定温度近くまで予め引き上げておくと、半導体素子2と電子基板7との超音波接合時に、熱硬化接着剤5aを溶融させるのに要する加熱時間を短縮することができる。したがって、1つの又は複数の電子基板7に複数の半導体素子2を超音波接合するのに要する時間を短縮することができる。
As a fourth modification of the first and second embodiments of the present invention, in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of the first or second embodiment of the present invention, the thermosetting layer 5 is used as an example of the semiconductor element 2. Reference is also made to pre-coating and forming on the electrode surface 2b or the electrode surface 7b of the electronic substrate 7, and this coating formation will be described in detail below.
For example, as shown in FIGS. 14A to 14F, a thermosetting adhesive injector 91 that separately stores and holds the thermosetting adhesive 5a is separately provided, and each thermosetting adhesive injector 91 is moved in the XYZ directions by an XYZ axis table or the like. Is configured to be movable. Then, immediately before the semiconductor element 2 and the electronic substrate 7 are ultrasonically bonded, the thermosetting adhesive 5a is applied on the electrode surface 7b of the electronic substrate 7 (or on the electrode surface 2b of the semiconductor element 2) by the thermosetting adhesive injector 91. ) To form the thermosetting layer 5. In this case, before applying the thermosetting adhesive 5a to the electronic substrate 7, if the temperature of the thermosetting adhesive 5a is raised to near the heating set temperature of the ultrasonic bonding tool 8 in advance, the semiconductor element 2 and the electron At the time of ultrasonic bonding with the substrate 7, the heating time required to melt the thermosetting adhesive 5a can be shortened. Therefore, the time required for ultrasonic bonding the plurality of semiconductor elements 2 to one or a plurality of electronic substrates 7 can be shortened.

また、本発明の第1又は2実施形態の半導体超音波接合装置においては、超音波接合ツール8を半導体素子2の裏面側に対応するウェハーシート4の超音波印加領域D1に接触させて、半導体素子2の裏面側から熱及び超音波を加えるように構成したが、本発明はこれには限定されない。例えば、電子基板7の裏面側、又は半導体素子2の裏面側及び電子基板7の裏面側の両方から熱及び超音波を加えるように構成されても同様の効果を得ることができる。   Further, in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first or second embodiment of the present invention, the ultrasonic bonding tool 8 is brought into contact with the ultrasonic wave application region D1 of the wafer sheet 4 corresponding to the back surface side of the semiconductor element 2, and the semiconductor Although heat and ultrasonic waves are applied from the back side of the element 2, the present invention is not limited to this. For example, the same effect can be obtained even when heat and ultrasonic waves are applied from the back surface side of the electronic substrate 7 or from both the back surface side of the semiconductor element 2 and the back surface side of the electronic substrate 7.

また、前記各実施形態のうちの任意の実施形態を適宜組み合わせることにより、夫々の有する効果を奏するようにすることができる。   In addition, by appropriately combining arbitrary embodiments among the above-described embodiments, the respective effects can be achieved.

本発明の半導体超音波接合方法及び装置は、ウェハーに低誘電率材料が使われたり、ウェハーの厚みが薄くなっても、半導体素子の破損や欠け等が発生するのを抑えることができるので、電極付きの電子基板と電極及び金属バンプ付きの半導体素子とを超音波接合する半導体超音波接合方法及び装置に有用である。   The semiconductor ultrasonic bonding method and apparatus of the present invention can suppress the occurrence of damage or chipping of a semiconductor element even when a low dielectric constant material is used for the wafer or the thickness of the wafer is reduced. The present invention is useful for a semiconductor ultrasonic bonding method and apparatus for ultrasonic bonding an electronic substrate with electrodes and a semiconductor element with electrodes and metal bumps.

本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置のウェハーシート保持体に、個々の半導体素子に相互に分割されたウェハーが保持されている状態を示すウェハーシート保持体の斜視図The perspective view of the wafer sheet holding body which shows the state by which the wafer divided | segmented into each semiconductor element is hold | maintained at the wafer sheet holding body of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置のウェハーシート保持体内に保持される1つの半導体素子の拡大斜視図The expanded perspective view of one semiconductor element hold | maintained in the wafer sheet holding body of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置のウェハーシート保持体内に保持される1つの半導体素子の電極及び金属バンプの拡大断面図The expanded sectional view of the electrode and metal bump of one semiconductor element hold | maintained in the wafer sheet holding body of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置のウェハーシート保持体内に半導体素子が保持された状態を示すウェハーシート保持体の概略断面図1 is a schematic cross-sectional view of a wafer sheet holder showing a state in which a semiconductor element is held in a wafer sheet holder of a semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to a first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置において、個々の半導体素子に相互に分割される前のウェハーが、ウェハーシート保持体の一部であるウェハーシートに保持されている工程を説明するための概略説明図In the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention, a process in which a wafer before being divided into individual semiconductor elements is held by a wafer sheet that is a part of a wafer sheet holder is described. Schematic explanatory diagram for 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置において、図2Aに続いて、ウェハーの上面に熱硬化層が配置される工程を説明するための概略説明図Schematic explanatory drawing for demonstrating the process by which a thermosetting layer is arrange | positioned on the upper surface of a wafer in FIG. 2A in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置において、図2Bに続いて、ウェハーが個々の半導体素子に相互に分割される工程を説明するための概略説明図In the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention, a schematic explanatory view for explaining a process of dividing a wafer into individual semiconductor elements, following FIG. 2B. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置において、図2Cに続いて、ウェハーが個々の半導体素子に相互に分割された状態を説明するための概略説明図In the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention, a schematic explanatory view for explaining a state in which the wafer is divided into individual semiconductor elements, following FIG. 2C. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置において、図2Dに続いて、ウェハーが個々の半導体素子に相互に分割されたウェハーが、ウェハーシート保持体に保持される工程を説明するための概略説明図In the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention, subsequent to FIG. 2D, a process in which a wafer obtained by dividing a wafer into individual semiconductor elements is held by a wafer sheet holder is described. Schematic illustration of 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置において、複数の半導体素子を1つの基板に超音波接合する状態を示す概略図1 is a schematic view showing a state in which a plurality of semiconductor elements are ultrasonically bonded to one substrate in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置において、1つの半導体素子を1つの電子基板に超音波接合する状態を示す概略図1 is a schematic view showing a state in which one semiconductor element is ultrasonically bonded to one electronic substrate in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention. 図3A又は図3Bの電極接合部分の部分拡大図Partial enlarged view of the electrode joint portion of FIG. 3A or 3B 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の超音波接合ツールの変形例を示す斜視図The perspective view which shows the modification of the ultrasonic bonding tool of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 図4Aの本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の超音波接合ツールの変形例を示す断面図Sectional drawing which shows the modification of the ultrasonic bonding tool of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention of FIG. 4A. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の全体構成の示す斜視図The perspective view which shows the whole structure of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置の横から見た概略説明図Schematic explanatory drawing seen from the side of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first embodiment of the present invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置の全体構成を示す斜視図The perspective view which shows the whole structure of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置の横から見た概略説明図Schematic explanatory drawing seen from the side of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第2実施形態にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning 2nd Embodiment of this invention. 本発明の第1及び第2実施形態の第1及び第2変形例にかかる半導体超音波接合装置において複数の半導体素子を保持するウェハーシート保持体の透視説明図FIG. 7 is a perspective explanatory view of a wafer sheet holder that holds a plurality of semiconductor elements in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the first and second modifications of the first and second embodiments of the present invention. 前記第1変形例にかかる半導体超音波接合装置において半導体素子用接合位置を示す概略平面図The schematic plan view which shows the joining position for semiconductor elements in the semiconductor ultrasonic joining apparatus concerning the said 1st modification. 前記第1変形例にかかる半導体超音波接合装置において半導体素子用接合位置を示す概略側面図The schematic side view which shows the joining position for semiconductor elements in the semiconductor ultrasonic joining apparatus concerning the said 1st modification. 本前記第1変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning this said 1st modification. 前記第1変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning the said 1st modification. 前記第1変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning the said 1st modification. 前記第2変形例にかかる半導体超音波接合装置において半導体素子用接合位置を示す概略平面図The schematic plan view which shows the joining position for semiconductor elements in the semiconductor ultrasonic joining apparatus concerning the said 2nd modification. 前記第2変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す透視説明図FIG. 7 is a perspective explanatory view showing an ultrasonic bonding operation by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second modification. 前記第2変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す透視説明図FIG. 7 is a perspective explanatory view showing an ultrasonic bonding operation by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second modification. 前記第2変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す透視説明図FIG. 7 is a perspective explanatory view showing an ultrasonic bonding operation by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to the second modification. 前記第3変形例にかかる半導体超音波接合装置において不良半導体素子の廃棄動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the discard operation | movement of a defective semiconductor element in the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning the said 3rd modification. 前記第4変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning the said 4th modification. 前記第4変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning the said 4th modification. 前記第4変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning the said 4th modification. 前記第4変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning the said 4th modification. 前記第4変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning the said 4th modification. 前記第4変形例にかかる半導体超音波接合装置による超音波接合動作を示す概略説明図Schematic explanatory drawing which shows the ultrasonic bonding operation | movement by the semiconductor ultrasonic bonding apparatus concerning the said 4th modification. 従来例1の半導体超音波接合装置の動作を説明するための概略図Schematic for demonstrating operation | movement of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of the prior art example 1. FIG. 従来例1又は2の半導体超音波接合装置の動作を説明するための他の概略図The other schematic for demonstrating operation | movement of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of the prior art example 1 or 2 従来例2の半導体超音波接合装置の動作を説明するための概略図Schematic for demonstrating operation | movement of the semiconductor ultrasonic bonding apparatus of the prior art example 2.

符号の説明Explanation of symbols

1 ウェハーシート保持体
2 半導体素子
2A ウェハー
3 熱剥離層
4 ウェハーシート
5 熱硬化層
6 ダイサー
7 電子基板
8 超音波接合ツール
8a 超音波印加部
8b 冷却ブロック
8c 超音波印加面
8d 吸引穴
8e 吸引装置
8f 超音波ホーン
8g 超音波発振器
8h 加圧機構
9 吸着ステージ
10 半導体素子供給装置
11 半導体素子収納部
12 上下リフター
13 ネジ軸
14 駆動用モータ
20 半導体素子搬送装置
21 保持フレーム
31,52 X軸テーブル
32,47,53 Y軸テーブル
33,54 Z軸テーブル
30 超音波接合ツール移動装置
40 電子基板供給装置
41 電子基板収納部
42 トレイ
45 トレイ搬送装置
46 保持台
50 電子基板搬送装置
51 吸着ヘッド
55 θ軸
60 電子基板認識装置
70 半導体素子認識装置
80 制御部
81 記憶部
90 廃棄箱
91 熱硬化接着剤注入器
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Wafer sheet holding body 2 Semiconductor element 2A Wafer 3 Thermal peeling layer 4 Wafer sheet 5 Thermosetting layer 6 Dicer 7 Electronic substrate 8 Ultrasonic bonding tool 8a Ultrasonic application part 8b Cooling block 8c Ultrasonic application surface 8d Suction hole 8e Suction device 8f Ultrasonic horn 8g Ultrasonic oscillator 8h Pressurization mechanism 9 Suction stage 10 Semiconductor element supply device 11 Semiconductor element storage portion 12 Upper and lower lifter 13 Screw shaft 14 Driving motor 20 Semiconductor element transport device 21 Holding frame 31, 52 X-axis table 32 , 47, 53 Y-axis table 33, 54 Z-axis table 30 Ultrasonic bonding tool moving device 40 Electronic substrate supply device 41 Electronic substrate storage unit 42 Tray 45 Tray transport device 46 Holding base 50 Electronic substrate transport device 51 Suction head 55 θ axis 60 Electronic substrate recognition device 70 Semiconductor element recognition device 80 Control unit 81 Storage unit 90 Disposal box 91 Thermosetting adhesive injector

Claims (20)

電極付きの電子基板と電極及び金属バンプ付きの半導体素子とを超音波接合する半導体超音波接合方法であって、
個々の半導体素子に相互に分割され且つ各半導体素子の表面の電極に金属バンプが形成されたウェハーの裏面とウェハーシート保持体のウェハーシートとが熱剥離層で接着されて前記ウェハーを前記ウェハーシート保持体に保持した状態で、前記ウェハーの前記半導体素子のうちの1つの半導体素子の前記バンプと、前記1つの半導体素子の前記バンプに対応する前記電子基板の電極とを対向させて位置決めし、
前記ウェハーシート保持体に前記ウェハーを保持した状態で、前記ウェハーの前記1つの半導体素子の前記バンプと前記電子基板の前記電極とを接触させつつ、前記1つの半導体素子と前記電子基板とを加熱しながら超音波を印加して、前記1つの半導体素子の前記バンプとそれに対応する前記電子基板の前記電極とを超音波接合すると同時的に、前記加熱により前記熱剥離層の接着力を弱めて、前記電子基板に接合された前記1つの半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させることを特徴とする半導体超音波接合方法。
A semiconductor ultrasonic bonding method for ultrasonic bonding an electronic substrate with an electrode and a semiconductor element with an electrode and a metal bump,
The back surface of the wafer, which is divided into individual semiconductor elements and in which metal bumps are formed on the electrodes on the front surface of each semiconductor element, and the wafer sheet of the wafer sheet holder are bonded together by a heat release layer, and the wafer is bonded to the wafer sheet. In a state of being held by a holder, the bumps of one of the semiconductor elements of the wafer and the electrodes of the electronic substrate corresponding to the bumps of the one semiconductor element are positioned to face each other.
In a state where the wafer is held on the wafer sheet holder, the one semiconductor element and the electronic substrate are heated while contacting the bump of the one semiconductor element of the wafer and the electrode of the electronic substrate. While applying ultrasonic waves to ultrasonically bond the bumps of the one semiconductor element and the corresponding electrodes of the electronic substrate, the adhesive force of the thermal peeling layer is weakened by the heating. A semiconductor ultrasonic bonding method, wherein the one semiconductor element bonded to the electronic substrate is detached from the wafer sheet.
前記1つの半導体素子と前記電子基板を前記超音波接合するときに、前記1つの半導体素子の前記電極が形成された電極面と前記電子基板の前記電極が形成された電極面との間に配置された熱硬化層を前記加熱により熱硬化させて、前記1つの半導体素子と前記電子基板を接着させることを特徴とする請求項1に記載の半導体超音波接合方法。   When ultrasonically bonding the one semiconductor element and the electronic substrate, the electrode is disposed between the electrode surface of the one semiconductor element on which the electrode is formed and the electrode surface of the electronic substrate on which the electrode is formed. The semiconductor ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the thermosetting layer is thermally cured by the heating to bond the one semiconductor element and the electronic substrate. 前記超音波接合と同時的に、前記加熱により、熱剥離シート、熱剥離フィルム又は熱剥離接着剤の内の一つで構成されている前記熱剥離層の接着力を弱めて、前記電子基板に接合された前記1つの半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させることを特徴とする請求項1又は2に記載の半導体超音波接合方法。   Simultaneously with the ultrasonic bonding, by the heating, the adhesive force of the thermal peeling layer composed of one of a thermal peeling sheet, a thermal peeling film or a thermal peeling adhesive is weakened to the electronic substrate. The semiconductor ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the bonded semiconductor element is detached from the wafer sheet. 前記1つの半導体素子の前記バンプに対応する前記電子基板の電極とを対向させて位置決めする前に、前記1つの半導体素子の前記電極が形成された電極面に非導電性ペーストを塗布して熱硬化層を形成し、
前記位置決め後に、
前記超音波接合と同時的に、前記加熱により前記熱硬化層を熱硬化することを特徴とする請求項1〜3のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法。
Before positioning the electrodes of the electronic substrate corresponding to the bumps of the one semiconductor element so as to face each other, a non-conductive paste is applied to the electrode surface on which the electrodes of the one semiconductor element are formed. Forming a hardened layer,
After the positioning,
The semiconductor ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the thermosetting layer is thermoset by the heating simultaneously with the ultrasonic bonding.
前記超音波接合時に、前記1つの半導体素子の裏面側から前記加熱を行うことを特徴とする請求項1〜4のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法。   The semiconductor ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the heating is performed from a back surface side of the one semiconductor element during the ultrasonic bonding. 前記超音波接合時に、前記電子基板の裏面側から前記加熱を行うことを特徴とする請求項1〜5のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法。   The semiconductor ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the heating is performed from the back side of the electronic substrate during the ultrasonic bonding. 前記超音波接合時に、前記半導体素子の裏面側から前記電子基板に向けて前記超音波を印加することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法。   The semiconductor ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the ultrasonic wave is applied from a back surface side of the semiconductor element toward the electronic substrate during the ultrasonic bonding. 前記超音波接合時に、前記電子基板の裏面側から前記1つの半導体素子に向けて前記超音波を印加することを特徴とする請求項1〜6のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法。   The semiconductor ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the ultrasonic wave is applied from the back surface side of the electronic substrate toward the one semiconductor element during the ultrasonic bonding. . 前記電子基板に前記複数の半導体素子を接合するときに、前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートに保持され且つ前記電子基板に接合されていない半導体素子と、前記電子基板に既に接合された半導体素子とが、干渉関係にならないように接合することを特徴とする請求項1〜8のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法。   When bonding the plurality of semiconductor elements to the electronic substrate, a semiconductor element that is held on the wafer sheet of the wafer sheet holder and is not bonded to the electronic substrate, and a semiconductor element that is already bonded to the electronic substrate The semiconductor ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein bonding is performed so as not to cause an interference relationship. 前記複数の半導体素子の中の不良の半導体素子を不良半導体素子廃棄位置に搬送したのち、前記不良の半導体素子に対応する前記熱剥離層に前記加熱をして前記不良の半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させることを特徴とする請求項1〜9のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法。   The defective semiconductor element in the plurality of semiconductor elements is transported to a defective semiconductor element discarding position, and then the heat release layer corresponding to the defective semiconductor element is heated to remove the defective semiconductor element from the wafer sheet. The semiconductor ultrasonic bonding method according to claim 1, wherein the method is separated from the semiconductor ultrasonic bonding method. 前記電子基板に前記半導体素子を超音波接合するときに、1つの電子基板に対して1つの半導体素子のみを超音波接合することを特徴とする請求項1〜10のいずれか1つに記載の半導体超音波接合方法。   11. When ultrasonic bonding the semiconductor element to the electronic substrate, only one semiconductor element is ultrasonic bonded to one electronic substrate. Semiconductor ultrasonic bonding method. 電極付きの電子基板と電極及び金属バンプ付きの半導体素子とを超音波接合する半導体超音波接合装置であって、
ウェハーシートと、個々の半導体素子に相互に分割され且つ各半導体素子の表面の電極に金属バンプが形成されたウェハーの裏面と前記ウェハーシートとを接着する熱剥離層とを備えて、前記ウェハーを前記熱剥離層を介して前記ウェハーシートに接着して保持可能なウェハーシート保持体と、
前記ウェハーを前記ウェハーシート保持体に保持した状態で、前記ウェハーシートの前記半導体素子のうちの1つの半導体素子の前記バンプと、前記1つの半導体素子の前記バンプに対応する前記電子基板の電極とを対向させて位置決めさせたのち、前記ウェハーの前記1つの半導体素子の前記バンプと前記電子基板の前記電極とを接触させつつ、前記1つの半導体素子と前記電子基板とを加熱しながら超音波を印加して、前記1つの半導体素子の前記バンプとそれに対応する前記電子基板の前記電極とを超音波接合すると同時的に、前記加熱により前記熱剥離層の接着力を弱めて、前記電子基板に接合された前記1つの半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させる超音波接合部と、
を備えることを特徴とする半導体超音波接合装置。
A semiconductor ultrasonic bonding apparatus for ultrasonic bonding an electronic substrate with an electrode and a semiconductor element with an electrode and a metal bump,
A wafer sheet, and a heat release layer for bonding the wafer sheet and the back surface of the wafer, which is divided into individual semiconductor elements and in which metal bumps are formed on the electrodes on the surface of each semiconductor element, A wafer sheet holder that can be adhered and held on the wafer sheet via the thermal release layer;
With the wafer held by the wafer sheet holder, the bumps of one of the semiconductor elements of the wafer sheet, and the electrodes of the electronic substrate corresponding to the bumps of the one semiconductor element, Are positioned so that the bumps of the one semiconductor element of the wafer are in contact with the electrodes of the electronic substrate, and the ultrasonic wave is heated while heating the one semiconductor element and the electronic substrate. And simultaneously applying ultrasonic bonding between the bumps of the one semiconductor element and the corresponding electrodes of the electronic substrate, the adhesive force of the thermal peeling layer is weakened by the heating, and applied to the electronic substrate. An ultrasonic bonding part for separating the bonded semiconductor element from the wafer sheet;
A semiconductor ultrasonic bonding apparatus comprising:
前記ウェハーシート保持体は、前記ウェハーシート保持体に保持された前記ウェハー上に、前記加熱による熱硬化により前記1つの半導体素子と前記電子基板とを電極接合状態で接着させる熱硬化層を配置した状態で、前記ウェハーを前記熱剥離層を介して前記ウェハーシートに接着して保持することを特徴とする請求項12に記載の半導体超音波接合装置。   In the wafer sheet holder, a thermosetting layer is disposed on the wafer held by the wafer sheet holder to bond the one semiconductor element and the electronic substrate in an electrode bonded state by thermosetting by heating. The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to claim 12, wherein the wafer is bonded and held to the wafer sheet through the thermal release layer in a state. 前記超音波接合部により前記位置決めを行う前に前記電子基板の認識対象部を認識して電子基板認識データを出力する電子基板認識装置と、
前記1つの半導体素子と前記電子基板の接合前に前記1つの半導体素子の認識対象部を認識して半導体素子認識データを出力する半導体素子認識装置と、
をさらに備え、
前記超音波接合部は、
前記ウェハーシート保持体に保持された前記ウェハーの前記1つの半導体素子の前記電極が形成された電極面が、前記電子基板の前記電極が形成された電極面に対向状態で配置された状態で前記ウェハーシート保持体を搬送して、前記ウェハーシート保持体に保持された前記ウェハーの前記1つの半導体素子を半導体素子用接合位置に位置させる半導体素子搬送装置と、
前記半導体素子搬送装置により搬送されて前記半導体素子用接合位置に位置した前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーの前記1つの半導体素子を前記熱剥離層を介して接着している前記ウェハーシートに対向し且つ前記1つの半導体素子の裏面に対応する前記ウェハーシートの超音波印加領域に接触して前記超音波を印加可能な超音波接合ツールと、 前記半導体素子搬送装置により搬送されて前記半導体素子用接合位置に位置した、前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートの前記超音波印加領域に接触させるように前記超音波接合ツールを移動させる超音波接合ツール移動装置と、
接合前の前記電子基板の前記電極面が、前記1つの半導体素子の前記電極面に対向可能に配置された状態で接合前の前記電子基板を、前記半導体素子用接合位置に位置する前記1つの半導体素子の前記電極面に対向する電子基板用接合位置に搬送し、前記電子基板用接合位置で前記1つの半導体素子の前記バンプに前記電子基板の前記電極を位置決めする電子基板搬送装置と、
前記半導体素子用接合位置に位置した前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートの前記超音波印加領域又は前記電子基板用接合位置で位置決めされた接合前の前記電子基板の少なくともいずれか一方に接触して、前記1つの半導体素子に対応する前記熱剥離層を加熱可能な加熱装置と、
前記半導体素子搬送装置と前記超音波接合ツールと前記超音波接合ツール移動装置と前記電子基板搬送装置と前記加熱装置と前記電子基板認識装置と前記半導体素子認識装置とが接続されて夫々の動作を制御することにより、前記ウェハーシート保持体を前記半導体素子搬送装置により前記半導体素子用接合位置に搬送し、前記半導体素子用接合位置に位置した前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートの前記超音波印加領域で前記超音波接合ツールを接触させるとともに、接合前の前記電子基板を前記電子基板搬送装置により前記電子基板用接合位置に搬送して、前記半導体素子認識装置により出力された前記半導体素子認識データと前記電子基板認識装置により出力された前記電子基板認識データとに基づき、前記1つの半導体素子のバンプに前記電子基板の前記電極が接合されるように前記半導体素子搬送装置と前記電子基板搬送装置とにより前記1つの半導体素子と前記電子基板とを位置決めし、前記1つの半導体素子と前記電子基板とを、前記加熱装置により加熱しながら前記超音波接合ツールにより前記超音波を印加して超音波接合するように制御する制御部と、
を備えることを特徴とする請求項12又は13に記載の半導体超音波接合装置。
An electronic substrate recognition device that recognizes a recognition target portion of the electronic substrate and outputs electronic substrate recognition data before the positioning by the ultrasonic bonding portion;
A semiconductor element recognition device for recognizing a recognition target portion of the one semiconductor element and outputting semiconductor element recognition data before joining the one semiconductor element and the electronic substrate;
Further comprising
The ultrasonic bonding part is
The electrode surface on which the electrode of the one semiconductor element of the wafer held on the wafer sheet holding body is disposed in a state of being opposed to the electrode surface on which the electrode of the electronic substrate is formed. A semiconductor element transport device that transports a wafer sheet holder and positions the one semiconductor element of the wafer held by the wafer sheet holder at a bonding position for semiconductor elements;
Opposite to the wafer sheet, which is transferred by the semiconductor element transfer device and bonded to the one semiconductor element of the wafer of the wafer sheet holding body located at the bonding position for the semiconductor element through the thermal release layer. And an ultrasonic bonding tool capable of applying the ultrasonic wave in contact with the ultrasonic wave application region of the wafer sheet corresponding to the back surface of the one semiconductor element, and the bonding for the semiconductor element transferred by the semiconductor element transfer device An ultrasonic bonding tool moving device that moves the ultrasonic bonding tool to be in contact with the ultrasonic wave application region of the wafer sheet of the wafer sheet holding body, which is located at a position;
The electronic substrate before bonding is positioned at the semiconductor element bonding position in a state where the electrode surface of the electronic substrate before bonding is disposed so as to face the electrode surface of the one semiconductor element. An electronic substrate transport device that transports the semiconductor substrate to an electronic substrate bonding position facing the electrode surface, and positions the electrode of the electronic substrate on the bump of the one semiconductor element at the electronic substrate bonding position;
Contacting at least one of the ultrasonic wave application area of the wafer sheet of the wafer sheet holding member positioned at the bonding position for the semiconductor element or the electronic substrate before bonding positioned at the bonding position for the electronic substrate. A heating device capable of heating the thermal release layer corresponding to the one semiconductor element;
The semiconductor element transfer device, the ultrasonic bonding tool, the ultrasonic bonding tool moving device, the electronic substrate transfer device, the heating device, the electronic substrate recognition device, and the semiconductor element recognition device are connected to perform respective operations. By controlling, the wafer sheet holding body is transferred to the semiconductor element bonding position by the semiconductor element transfer apparatus, and the ultrasonic wave application of the wafer sheet of the wafer sheet holding body positioned at the semiconductor element bonding position is performed. The semiconductor element recognition data output by the semiconductor element recognition device by bringing the ultrasonic bonding tool into contact with the region and conveying the electronic substrate before bonding to the electronic substrate bonding position by the electronic substrate transfer device. And the electronic substrate recognition data output by the electronic substrate recognition device. The one semiconductor element and the electronic substrate are positioned by the semiconductor element transfer device and the electronic substrate transfer device so that the electrode of the electronic substrate is bonded to the bump of the first substrate. A controller that controls the ultrasonic bonding by applying the ultrasonic wave by the ultrasonic bonding tool while heating the substrate by the heating device;
The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to claim 12 or 13, characterized by comprising:
前記電子基板搬送装置は、前記電子基板の前記電極面に、前記電子基板を接合する前に、前記加熱による熱硬化により前記1つの半導体素子と前記電子基板とを電極接合状態で接着させる熱硬化層を前記電子基板上に配置した状態で、接合前の前記電子基板を前記電子基板用接合位置に搬送することを特徴とする請求項12又は14に記載の半導体超音波接合装置。   The electronic substrate transfer device is a thermosetting in which the one semiconductor element and the electronic substrate are bonded in an electrode-bonded state by thermosetting by heating before bonding the electronic substrate to the electrode surface of the electronic substrate. The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to claim 12 or 14, wherein the electronic substrate before bonding is transported to the bonding position for the electronic substrate in a state where the layer is disposed on the electronic substrate. 接合前の前記電子基板の前記電極面に前記熱硬化層が配置され且つ前記電子基板の前記電極面が前記1つの半導体素子の前記電極面に対向可能に配置された状態で前記電子基板を供給可能に収納する電子基板供給装置をさらに備え、
前記電子基板搬送装置は、前記電子基板供給装置に収納された前記電子基板を前記電子基板用接合位置に搬送して、前記電子基板用接合位置で前記1つの半導体素子の前記バンプと前記電子基板の前記電極とを前記熱硬化層を介して位置決めすることを特徴とする請求項15に記載の半導体超音波接合装置。
The electronic substrate is supplied in a state where the thermosetting layer is disposed on the electrode surface of the electronic substrate before bonding and the electrode surface of the electronic substrate is disposed so as to be opposed to the electrode surface of the one semiconductor element. An electronic board supply device that can be stored is further provided,
The electronic substrate transport device transports the electronic substrate housed in the electronic substrate supply device to the electronic substrate bonding position, and the bumps of the one semiconductor element and the electronic substrate at the electronic substrate bonding position The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to claim 15, wherein the electrode is positioned through the thermosetting layer.
前記電子基板に前記1つの半導体素子を接合する前に前記電子基板の前記電極面に熱硬化接着剤を塗布することにより前記熱硬化層を形成して配置する塗布装置をさらに備えることを特徴とする請求項15に記載の半導体超音波接合装置。   The apparatus further comprises a coating device that forms and arranges the thermosetting layer by applying a thermosetting adhesive to the electrode surface of the electronic substrate before bonding the one semiconductor element to the electronic substrate. The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to claim 15. 前記超音波接合部は、前記ウェハーシート保持体の前記ウェハーシートに保持された前記隣接する複数の半導体素子のうちの先に接合する半導体素子から見た、次に接合する半導体素子の配列方向と、前記1つの電子基板に前記複数の半導体素子を接合するときの先に半導体素子を接合する接合位置から見た、次に半導体素子を接合する接合位置との配列方向とが180度より小さい角度をなすように、前記複数の半導体素子を電子基板に接合することを特徴とする請求項12〜17のいずれか1つに記載の半導体超音波接合装置。   The ultrasonic bonding portion is an array direction of semiconductor elements to be bonded next, as viewed from the semiconductor element bonded first among the plurality of adjacent semiconductor elements held on the wafer sheet of the wafer sheet holding body. An angle smaller than 180 degrees with respect to a bonding position where the semiconductor element is bonded next, as viewed from a bonding position where the semiconductor element is bonded first when bonding the plurality of semiconductor elements to the one electronic substrate The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to claim 12, wherein the plurality of semiconductor elements are bonded to an electronic substrate so as to form the following. 前記超音波接合部は、前記複数の半導体素子の中の不良の半導体素子を不良半導体廃棄位置に搬送したのち、前記不良半導体素子に対応する前記熱剥離層に前記加熱をして前記不良の半導体素子を前記ウェハーシートから離脱させることを特徴とする請求項12〜18のいずれか1つに記載の半導体超音波接合装置。   The ultrasonic bonding portion transports the defective semiconductor element among the plurality of semiconductor elements to a defective semiconductor disposal position, and then heats the thermal separation layer corresponding to the defective semiconductor element to perform the defective semiconductor element. The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to claim 12, wherein an element is detached from the wafer sheet. 前記制御部は、前記電子基板に前記1つの半導体素子を超音波接合したのち、前記電子基板搬送装置により、接合後の前記電子基板を前記電子基板用接合位置から退避させ、次に接合する電子基板を前記電子基板用接合位置に搬送するとともに、前記半導体素子搬送装置により次に接合する半導体素子を前記半導体素子用接合位置に搬送して、前記次に接合する電子基板と前記次に接合する半導体素子とを超音波接合するよう制御することを特徴とする請求項14に記載の半導体超音波接合装置。
The control unit ultrasonically bonds the one semiconductor element to the electronic substrate, then retracts the electronic substrate after bonding from the bonding position for the electronic substrate by the electronic substrate transfer device, and then bonds the electronic substrate The substrate is transferred to the electronic substrate bonding position, and the semiconductor element to be bonded next by the semiconductor element transfer device is transferred to the semiconductor element bonding position and bonded to the next electronic substrate to be bonded next. The semiconductor ultrasonic bonding apparatus according to claim 14, wherein the semiconductor ultrasonic bonding apparatus is controlled to ultrasonically bond the semiconductor element.
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