JP2009009996A - フリップチップボンディング方法およびフリップチップボンディング装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子のバンプと基板に形成された接続パッドとの位置ずれを抑えて、正確なフリップチップボンディングを可能とする。
【解決手段】ボンディングヘッド１００により半導体素子１０を加熱して支持し、半導体素子に形成されたバンプ１２を、基板２０の接続パッド２２に被着された接合用の導電材２４に接触させて押圧しながら導電材を溶融させる工程においては、規制手段４４ａ、４４ｂによりヘッド軸４０の横方向の変位を規制して半導体素子１０を基板２０に押圧し、導電材２４を溶融する工程に引き続いて、前記バンプ１２を前記接続パッド２２に当接させ、前記ボンディングヘッド１００により半導体素子を基板に加圧する工程においては、規制手段４４ａ、４４ｂによる規制を解除し、前記ガイド部４２により前記ヘッド軸４０をガイドして加圧する。
【選択図】図２

Description

本発明はフリップチップボンディング方法およびフリップチップボンディング装置に関し、より詳細には、半導体素子を支持してボンディングするボンディングヘッドの構成を特徴とするフリップチップボンディング装置に関する。

フリップチップボンディングは半導体素子を基板に実装する方法として広く行われている。図５は半導体素子をフリップチップボンディングする際に用いられるフリップチップボンディング装置のボンディングヘッド１００の構成とボンディング方法を示す。
図５（ａ）に示すように、ボンディングヘッド１００は半導体素子１０をエア吸着によって支持するヘッド部３０と、ヘッド部３０を昇降させるヘッド軸４０とを備える。ヘッド部３０は半導体素子１０を吸着支持するアタッチ部３０ａと、放熱フィン部３０ｂと、ヒータアタッチ部３０ｃとを備え、ヒータアタッチ部３０ｃ、放熱フィン部３０ｂ、アタッチ部３０ａの内部を経由して、アタッチ部３０ａの半導体素子１０の吸着面で一端が開口するエア流路３２が設けられている。ヘッド軸４０はエアベアリングを利用してガイド部４２により摺動可能に支持されている。

フリップチップボンディングでは、図５（ａ）に示すように、アタッチ部３０ａに半導体素子１０をエア吸着し、ベース２５に支持された基板２０の接続パッド２２と半導体素子１０のバンプ１２とを位置合わせし、次いで、図５(ｂ)に示すように、バンプ（例えば金バンプ）１２を接続パッド２２の表面にプリコートされているはんだ２４に接触させ加熱して溶融し、さらにバンプ１２を接続パッド２２に当接させて押圧し、はんだ２４を硬化させて接合する。

ヘッド軸４０をエアベアリングによって支持しているのは、ヘッド軸４０の摺動抵抗を低減させ、押圧荷重を高精度に制御して確実にフリップチップ接続できるようにするためである。ヘッド軸４０をエアベアリングによって支持する方法は、ローラによってヘッド軸４０をガイドして昇降させる方法と比較してはるかに摺動抵抗が小さく、高精度の接合精度が求められる製品には有効に用いられる。エアベアリング機能を備えた半導体素子のフリップチップボンディング装置が従来、提案されている（特許文献１、２参照）
特開平１１−２８７２１１号公報 特開２００２−１１８１２５号公報

ところで、近年は半導体素子が高密度化し、バンプが狭ピッチとなってきており、基板２０に形成される接続パッド２２も狭ピッチ化し、これとともに接続パッド２２のパターン幅も数十μｍときわめて微細に形成されている。このため、半導体素子１０を基板２０にフリップチップボンディングした際に、半導体素子１０のバンプ１２と接続パッド２２とが位置ずれし、正確に接続されないために製品不良になるという問題が生じている。

半導体素子１０を基板２０にフリップチップボンディングする際は、基板２０の接続パッド２２と半導体素子１０のバンプ１２の配置をカメラによって検知し、接続パッド２２とバンプ１２とを位置合わせして接合する。しかしながら、接続パッド２２とバンプ１２の製造上の公差による位置ずれ、フリップチップボンディングの際の半導体素子１０と基板２０との熱膨張差、認識カメラの測定誤差等によって、完全に位置ずれをゼロとして接合することは不可能である。その結果、接続パッド２２に対し半導体素子１０のバンプ１２が位置ずれした状態で接合されることが生じ得る。

図６は、接続パッド２２に対してバンプ１２が位置ずれした状態を示したもので、図６(ａ)は、接続パッド２２に平坦状にはんだ２４をプリコートした場合、図６(ｃ)は接続パッド２２に山形に盛り上がった形状にはんだ２４をプリコートした場合について示す。
フリップチップボンディングでは、バンプ１２をはんだ２４に当接させ、はんだ２４を軟化させて若干押し下げながら溶融させる。したがって、バンプ１２が接続パッド２２に対して位置ずれした状態で押圧すると、図６(ｂ)、（ｄ）に示すように、はんだ２４の斜面にバンプ１２が当接し、バンプ１２に対してバンプ１２を横方向に偏位させる向きに横荷重が作用する。この横荷重は、図６（ｄ）に示すように、はんだ２４が山形にプリコートされている場合にはより強く作用し、エアベアリングは横方向の荷重に対しては弱いため、図６(ｃ)に示すように、ボンディング装置のヘッド軸４０が横方向に偏位し、バンプ１２が接続パッド２２に対してさらに位置ずれして接合されるという結果を招く。

図６(ｃ)、(ｄ)に示すように、接続パッド２２に山形に盛り上がるようにはんだ２４がプリコートされるようになってきたのは、接続パッド２２のパターン幅が２０μｍといったように狭幅になってきたため、接続パッド２２に供給するはんだ２４の量を厚さによって補完するためである。
ヘッド軸４０とガイド部４２とのエアベアリングによる空隙は５μｍ程度であるが、最近の半導体装置は接続パッド２２のピッチが狭くなっているから、数μｍ程度の位置ずれであっても製品の製造精度、信頼性、歩留まりの点で無視できない。はんだ２４の凸形を抑えるため、はんだ２４をプリコートした後に、平押し成形によってはんだ２４の頂部を平坦化する方法も考えられるが、この方法の場合は、押し型にはんだ２４が転写されるといった不具合も生じるため現実的ではない。

本発明はこれらの課題を解決すべくなされたものであり、エアベアリング作用を備えたボンディングヘッドを用いてフリップチップボンディングする際に、半導体素子のバンプと基板に形成された接続パッドとの位置ずれを抑えて、正確なフリップチップボンディングを可能とし、高密度化されている半導体装置の製造に好適に使用することができるフリップチップボンディング方法およびフリップチップボンディング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は次の構成を備える。
すなわち、ボンディングヘッドにより半導体素子を加熱して支持し、半導体素子に形成されたバンプを、基板の接続パッドに被着された接合用の導電材に接触させて押圧しながら導電材を溶融させる工程と、該導電材を溶融する工程に引き続いて、前記バンプを前記接続パッドに当接させ、前記ボンディングヘッドにより半導体素子を基板に加圧する工程とを備えるフリップチップボンディング方法において、前記ボンディングヘッドは、前記半導体素子を支持するヘッド部と、該ヘッド部を支持するヘッド軸と、前記ヘッド軸の押圧方向への移動をエアベアリング作用によりガイドするガイド部と、前記ヘッド軸の、前記押圧方向に直交する横方向への、変位を規制する規制手段とを備え、前記導電材を溶融させる工程においては、前記規制手段により前記ヘッド軸の横方向の変位を規制して前記半導体素子を前記基板に押圧し、前記半導体素子を基板に加圧する工程においては、前記規制手段による規制を解除し、前記ガイド部により前記ヘッド軸をガイドして加圧することを特徴とする。なお、ガイド部によりヘッド軸をガイドして加圧する際には、エアベアリング作用によってヘッド軸がガイドされて加圧される。

また、前記半導体素子をボンディングヘッドに支持し、前記基板をベースに支持した後、前記バンプと接続パッドとをボンディング位置に位置合わせする位置合わせ工程を備えることにより、バンプと接続パッドとが正確に接合される。
また、前記半導体素子を基板に加圧する工程に引き続き、前記ボンディングヘッドを強制的に冷却し、前記導電材を硬化させて半導体素子を基板に接合する工程を備えることにより、効率的に半導体素子が基板に接合される。

また、半導体素子を支持するヘッド部と、該ヘッド部を支持するヘッド軸と、該ヘッド軸の押圧方向への移動ををエアベアリング作用によりガイドするガイド部と、前記ヘッド軸の、前記押圧方向に直交する横方向への、変位を規制する規制手段とを有するボンディングヘッドを備えたフリップチップボンディング装置であって、前記ヘッド軸と前記ガイド部との一方に規制手段を、他方に前記規制手段と干渉しない非干渉部を設け、前記ボンディングヘッドにより半導体素子を支持して半導体素子に形成されたバンプを、基板の接続パッドに被着された接合用の導電材に接触させて押圧しながら導電材を溶融させる工程においては、前記規制手段により前記ヘッド軸の横方向の変位を規制して前記半導体素子を前記基板に押圧し、前記導電材が溶融し、前記半導体素子を基板に加圧する工程においては、前記ヘッド軸と前記ガイド部とを相対的に移動させ、前記規制手段を前記非干渉部に位置させ、前記ガイド部により前記ヘッド軸をガイドして加圧することを特徴とする。

また、前記規制手段が、前記ガイド部に取り付けられ、前記ヘッド軸の側面に当接して転動するローラであり、前記非干渉部が、前記ヘッド軸の側面に形成された逃げ凹部であることにより、規制手段によってヘッド軸の横方向への変位が規制される状態と、規制を解除する状態とを容易に切り替えることが可能となる。
また、前記ヘッド部は、半導体素子をエア吸着して支持するアタッチ部と、前記導電材を硬化させる際にヘッド部を冷却するための放熱フィン部と、前記導電材を溶融する温度にヘッド部を加圧するヒータが内蔵されたヒータアタッチ部とを備えることにより、フリップチップボンディング操作を効率的に行うことができる。

本発明に係るフリップチップボンディング方法およびフリップチップボンディング装置によれば、導電材を溶融する工程においては、ボンディングヘッドのヘッド軸が横方向に変位することが規制されることにより、バンプが接続パッドに対して位置ずれすることが防止され、半導体素子を基板に加圧する工程においては規制手段が解除され、エアベアリング作用によって半導体素子が基板に加圧されることにより、所定の加圧力に精度よく制御されて加圧される。これにより、バンプと接続パッドとを高精度にフリップチップボンディングすることができ、半導体装置の信頼性を向上させることができ、製造段階における不良品の発生を抑えることが可能となる。

以下、本発明の好適な実施の形態について添付図面とともに詳細に説明する。
（フリップチップボンディング装置の構成）
図１は本発明に係るフリップチップボンディング装置の主要構成部分であるボンディングヘッドの構成を示す。本実施形態のボンディングヘッド１００は、半導体素子１０を支持するヘッド部３０と、ヘッド部３０を昇降駆動するヘッド軸４０とを備える。ヘッド部３０は、半導体素子１０を吸着支持するアタッチ部３０ａと、放熱フィン部３０ｂと、ヒータアタッチ部３０ｃとから構成される。ヘッド軸４０はガイド部４２により、エアベアリング作用によって昇降方向がガイドされる。

アタッチ部３０ａは吸着支持する半導体素子１０と同一の平面形状となるブロック体に形成される。放熱フィン部３０ｂは、ヘッド部３０を熱放散させるために設けられたもので、外周側に放熱フィンが形成されている。
ヒータアタッチ部３０ｃは、はんだ２４が溶融する温度にまでヘッド部３０を加熱するためのもので、ヒータ（不図示）を内蔵している。ヒータには通電装置が接続され、通電装置は制御部によってヒータへの通電が制御される。ヒータアタッチ部３０ｃも平面形状が矩形に形成される。

半導体素子１０をアタッチ部３０ａにエア吸着するためのエア流路３２が、アタッチ部３０ａ、放熱フィン部３０ｂ、ヒータアタッチ部３０ｃのそれぞれの内部を連通して設けられている。エア流路３２の一端３２ａは、半導体素子１０の裏面が当接するアタッチ部３０ａの下面中央部で開口する。エア流路３２の他端は、ヒータアタッチ部３０ｃの側面に開口し、エア流路３２に連通してヒータアタッチ部３０ｃの側面に、エア吸引装置に連絡する配管（不図示）が取り付けられる。
放熱フィン部３０ｂにはエアブロー装置（不図示）が接続され、放熱フィン部３０ｂから放熱させる際に放熱フィンの間から冷却用のエアが放出されるよう構成される。
上記アタッチ部３０ａ、放熱フィン部３０ｂおよびヒータアタッチ部３０ｃは、銅あるいはアルミニウム等の熱伝導性の良好な素材によって形成される。

ヘッド部３０を支持するヘッド軸４０は、平面形状が四角形のブロック体に形成される。図１(ｂ)は、ヘッド軸４０とガイド部４２の平面配置を示したもので、ヘッド軸４０を囲む配置に、ヘッド軸４０の側面との間に５μｍ程度の摺動用の隙間をあけてガイド部４２が配置されている。
本実施形態においては、ヘッド軸４０が横方向に偏位することを防止する規制手段として、ガイド部４２の下端と上端にヘッド軸４０の側面に当接して転動する規制用のローラ４４ａ、４４ｂを設けたことを特徴とする。

ヘッド軸４０とガイド部４２とは半導体素子１０を基板２０に押圧する方向（上下方向）に相対的に移動可能に形成されている。ヘッド軸４０の側面には、ヘッド軸４０がガイド部４２に対して相対的に下動した際に、ローラ４４ａ、４４ｂがヘッド軸４０の側面から離間し、ローラ４４ａ、４４ｂがヘッド軸４０の横方向（水平方向）の偏位を規制する作用を回避する逃げ凹部４６ａ、４６ｂが設けられている。逃げ凹部４６ａ、４６ｂは、各々のローラ４４ａ、４４ｂの配置位置に隣接して設けられ、逃げ凹部４６ａ、４６ｂとヘッド軸４０の側面との間は傾斜面に形成される。

（フリップチップボンディング工程）
図２、３に上記ボンディングヘッドを備えたフリップチップボンディング装置を用いて半導体素子１０を基板２０にフリップチップボンディングする工程を示す。
図２（ａ）は、ベース２５に基板２０を位置合わせしてセットし、ボンディングヘッドに半導体素子１０をエア吸着した状態を示す。基板２０はベース２５にエア吸着して支持される。半導体素子１０はエア流路３２を介してエア吸引機構によりアタッチ部３０ａの下面に裏面がエア吸着されて支持される。

本実施形態では、基板２０に形成した接続パッド２２にはSn系のはんだ２４を供給して半導体素子１０を基板２０に接合する。ヘッド部３０に半導体素子１０を吸着支持した後、ヒータアタッチ部３０ｃに接続されている通電装置によるヒータ加熱をONとし、Sn系のはんだ２４が溶融する３００℃程度にヒータアタッチ部３０ｃを加熱開始する。基板２０を支持するベース２５は１００℃程度に加温する。なお、半導体素子１０のバンプ１２を接続パッド２２に接合するはんだ材にはSn系のはんだに限らず、適宜導電材が使用され、使用する導電材に合わせて半導体素子１０の加熱温度、ベース２５の加熱温度を設定すればよい。

図２（ｂ）は、ヘッド部３０に支持された半導体素子１０のバンプ１２（本実施形態では金バンプ）と基板２０に形成された接続パッド２２の平面位置をカメラ５０によって検知し、バンプ１２と接続パッド２２とを位置合わせする工程である。この位置合わせ工程では、カメラ５０によって検知されたバンプ１２の配置と接続パッド２２の配置の位置ずれを補正するようにボンディングヘッドを移動（平面方向およびθ方向）させて位置合わせする。ボンディングヘッドを移動させるかわりに、ベース２５を回転調整機構付きのX-Yステージに支持して位置合わせすることもできる。

半導体素子１０と基板２０とを位置合わせした後、接続パッド２２に被着されているはんだ２４に半導体素子１０のバンプ１２が接触する位置までヘッド部３０を降下させ、はんだ２４を溶融させる（図２（ｃ））。バンプ１２をはんだ２４に当接させるまで降下させる際には、ボンディングヘッド１００のヘッド軸４０とガイド部４２とは相対的に位置ずれせずに降下する。すなわち、ローラ４４ａ、４４ｂはヘッド軸４０の側面に当接した状態で降下する。
ヘッド部３０のヒータアタッチ部３０ｃは３００℃程度に加熱されており、放熱フィン部３０ｂおよびアタッチ部３０ａから半導体素子１０に熱伝導し、バンプ１２がはんだ２４に接触することによってはんだ２４が溶融しはじめる。

図２（ｄ）は、はんだ２４中にバンプ１２をゆっくりと沈み込ませるようにヘッド部３０を降下させてはんだ２４を溶融させる工程である。
バンプ１２をはんだ２４に接触させる操作は、はんだ２４を溶融させることを主たる目的とするが、はんだ２４は溶融するまでは固体であるから、ヘッド部３０によって半導体素子１０を押し下げてバンプ１２によってはんだ２４を加圧すると、前述したようにヘッド部３０は横荷重を受ける。

これに対して、本実施形態では、はんだ２４にバンプ１２が接触して溶融する状態においては、図２（ｄ）に示すように、ヘッド軸４０の側面にガイド部４２に支持されたローラ４４ａ、４４ｂが当接しているから、ローラ４４ａ、４４ｂによってヘッド軸４０が横方向に偏位することが規制される。すなわち、半導体素子１０のバンプ１２が接続パッド２２にプリコートされたはんだ２４に接触し、バンプ１２に横方向の荷重が作用しても本実施形態では、ヘッド軸４０が横方向に偏位することがなく、あらかじめ設定された位置決め位置にしたがってバンプ１２が降下しながらはんだ２４が溶融される。

このバンプ１２をはんだ２４に接触させてはんだ２４を溶融させる操作においては、はんだ２４にはそれほど強い加圧力を作用させるものではないが、エアベアリングは横方向に偏位しやすいことから、ローラ４４ａ、４４ｂによってヘッド軸４０の横方向への偏位を規制してはんだ２４を溶融させる操作は、フリップチップボンディングにおいて半導体素子１０を位置ずれさせずに基板２０に搭載する方法として有効である。

はんだ２４が溶融したら、ヘッド部３０をさらに下降させ、接続パッド２２の表面にバンプ１２を当接させた状態で所定の加圧力によってバンプ１２を加圧し、バンプをつぶすようにする（図３（ａ））。この接続パッド２２にバンプ１２を当接させてバンプ１２をつぶす操作は、半導体素子１０に形成されたすべてのバンプ１２を確実に接続パッド２２に接合するための操作であり、接合部に所定の加圧力が作用するように、エアベアリングによってヘッド軸４０をガイド支持し、低摺動抵抗下において加圧することが有効である。

本実施形態では、バンプ１２が接続パッド２２に当接する位置までヘッド部３０が下降した状態で、ヘッド軸４０の側面に当接していたローラ４４ａ、４４ｂがヘッド軸４０の側面に形成した逃げ凹部４６ａ、４６ｂの位置に移動し、ヘッド軸４０とガイド部４２とがエアベアリングによって支持される。図３（ａ）は、ヘッド軸４０がガイド部４２に対して相対的に下動し、ローラ４４ａ、４４ｂがヘッド軸４０の側面に形成された逃げ凹部４６ａ、４６ｂの位置まで移動した状態を示す。ローラ４４ａ、４４ｂが逃げ凹部４６ａ、４６ｂの位置まで移動することによって、ローラ４４ａ、４４ｂはヘッド軸４０の側面から離間し、ヘッド軸４０とは干渉しない状態になる。これによって、ヘッド軸４０はガイド部４２によって摺動支持され、半導体素子１０は所定の加圧力で基板２０に加圧される。

図３（ｂ）は、バンプ１２を所定圧力で接続パッド２２に加圧した後、ヘッド部３０を冷却開始し、はんだ２４を硬化させる工程を示す。通電装置によるヒータアタッチ部３０ｃへの通電をOFFにするとともに、エアブロー装置を起動させ放熱フィン部３０ｂからエアを放出させ、放熱フィン部３０ｂにより半導体素子１０、バンプ１２を介してはんだ２４を強制的に冷却開始する。
この冷却工程は、半導体素子１０をエア流路３２を介してエア吸引しアタッチ部３０ａにエア吸着した状態で行う。放熱フィン部３０ｂの放熱作用を利用することによってはんだ２４を効率的に硬化させることができる。図３（ｃ）は、ヘッド部３０が温度降下し、はんだ２４が硬化した状態を示している。

はんだ２４が硬化した後、エア流路３２によるエア吸引を停止し、ヘッド部３０を上昇させる。図３（ｄ）は、半導体素子１０が基板２０に接合され、ヘッド部３０が上位置に上昇した状態を示している。ヒータアタッチ部３０ｃは通電がOFFとなって温度降下し、放熱フィン部３０ｂもエアブローによって温度降下している。
この状態から次回のフリップチップボンディング操作に移行する。すなわち、ヘッド部３０が温度降下した状態でヘッド部３０に次の半導体素子１０がエア吸着され、上述したサイクルにしたがって、次回のフリップチップボンディング操作がなされる。

本実施形態のフリップチップボンディング方法によれば、半導体素子１０のバンプ１２が接続パッド２２の表面にプリコートされたはんだ２４に当接して溶融する際に、バンプ１２に横荷重が作用してもヘッド軸４０が横方向に変位することがなく、したがって、バンプ１２と接続パッド２２との位置ずれを防止することが可能となる。また、バンプ１２を最終的に接続パッド２２に加圧して接合する際にはエアベアリングによってヘッド軸４０を支持して加圧することによって高精度の加圧接合が可能になる。

なお、上記実施形態では、バンプ１２をはんだ２４に接触させる際に、ガイド部４２に対してヘッド軸４０を相対的に下動させたが、ヘッド軸４０が下動する際にガイド部４２をヘッド軸４０よりも大きく下動させることによって、ヘッド軸４０がローラ４４ａ、４４ｂによって規制される状態からヘッド軸４０がローラ４４ａ、４４ｂによって規制されない状態に変換するように構成することも可能である。

図４に、この場合のボンディングヘッドの構成例を示す。ヘッド軸４０の側面に形成する逃げ凹部４６ａ、４６ｂを通常時のローラ４４ａ、４４ｂの位置よりも下側に形成し、バンプ１２をはんだ２４に接触させて溶融させる際には、ヘッド軸４０とローラ４４ａ、４４ｂとを相対的に移動させずにボンディングヘッド全体を下動させる（図４（ａ））。そして、バンプ１２が接続パッド２２に当接した状態からは、ガイド部４２をヘッド軸４０に対して相対的に下降させ、ローラ４４ａ、４４ｂをヘッド軸４０の側面から離間した状態としてエアベアリングの作用により半導体素子１０を基板２０に向けて加圧して接合する（図４（ｂ）ことにより、バンプ１２を接続パッド２２に対して位置ずれさせずに接合することができる。

なお、ヘッド軸４０をガイド部４２に対して規制する手段としては、上述したようにローラ４４ａ、４４ｂを設けるかわりに、ヘッド軸４０の側面に対して容易に摺動する部材、たとえば耐磨耗性の高い硬質板をヘッド軸４０の側面に当接させて規制する構成とすることもできる。このように、規制手段はヘッド軸４０をガイド部４２に対して所定の隙間間隔を維持するように規制するものであれば適宜素材によって形成することができる。

また、上述した各実施の形態では、ガイド部４２に規制手段としてローラ４４ａ、４４ｂを設ける構成としたが、規制手段はガイド部４２に設けるかわりに、ヘッド軸４０に設ける構成とすることもできる。規制手段はヘッド軸４０とガイド部４２との相互位置が変位しないように規制する目的で設けるものだからである。ヘッド軸４０にローラ等の規制手段を設けた場合は、ガイド部４２の内側面に規制手段と干渉しない逃げ凹部等の非干渉部を設け、バンプ１２がはんだ２４に接触する状態と、バンプ１２が接続パッド２２の表面に当接して加圧される状態とで、ヘッド軸４０とガイド部４２とが相互に規制される状態と、規制が解除される状態とに切り替わるように設定すればよい。

本発明に係るフリップチップボンディング装置によれば、基板２０に形成された接続パッド２２の表面に山形に盛り上がった形状にはんだ２４が被着されている場合であっても、接続パッド２２に対してバンプ１２を位置決めした状態から位置ずれさせることなく半導体素子１０をフリップチップボンディングすることが可能となる。これによって、接続パッド２２がきわめて狭ピッチに形成された基板２０に半導体素子１０をフリップチップボンディングする場合であっても高精度にバンプ１２と接続パッド２２とを接続することができ、フリップチップボンディングによって製造する半導体装置の製造歩留まりを向上させることができ、あわせて半導体装置の信頼性を向上させることができる。

フリップチップボンディング装置のボンディングヘッドの構成を示す断面図（ａ）および平面図（ｂ）である。 半導体素子を基板にフリップチップボンディングする製造工程を示す説明図である。 半導体素子を基板にフリップチップボンディングする製造工程を示す説明図である。 ボンディングヘッドの他の構成例を示す断面図である。 従来のボンディングヘッドの構成を示す断面図である。 バンプがはんだに当接した際のヘッド軸の動きを示す説明図である。

符号の説明

１０ 半導体素子
１２ バンプ
２０ 基板
２２ 接続パッド
２４ はんだ
３０ ヘッド部
３０ａ アタッチ部
３０ｂ 放熱フィン部
３０ｃ ヒータアタッチ部
３２ エア流路
４０ ヘッド軸
４２ ガイド部
４４ａ、４４ｂ ローラ
４６ａ、４６ｂ 逃げ凹部
５０ カメラ

Claims (6)

1. ボンディングヘッドにより半導体素子を加熱して支持し、半導体素子に形成されたバンプを、基板の接続パッドに被着された接合用の導電材に接触させて押圧しながら導電材を溶融させる工程と、
   該導電材を溶融する工程に引き続いて、前記バンプを前記接続パッドに当接させ、前記ボンディングヘッドにより半導体素子を基板に加圧する工程とを備えるフリップチップボンディング方法において、
   前記ボンディングヘッドは、前記半導体素子を支持するヘッド部と、該ヘッド部を支持するヘッド軸と、前記ヘッド軸の押圧方向への移動をエアベアリング作用によりガイドするガイド部と、前記ヘッド軸の、前記押圧方向に直交する横方向への、変位を規制する規制手段とを備え、
   前記導電材を溶融させる工程においては、前記規制手段により前記ヘッド軸の横方向の変位を規制して前記半導体素子を前記基板に押圧し、
   前記半導体素子を基板に加圧する工程においては、前記規制手段による規制を解除し、前記ガイド部により前記ヘッド軸をガイドして加圧することを特徴とするフリップチップボンディング方法。
2. 前記半導体素子をボンディングヘッドに支持し、前記基板をベースに支持した後、
   前記バンプと接続パッドとをボンディング位置に位置合わせする位置合わせ工程を備えることを特徴とする請求項１記載のフリップチップボンディング方法。
3. 前記半導体素子を基板に加圧する工程に引き続き、前記ボンディングヘッドを強制的に冷却し、前記導電材を硬化させて半導体素子を基板に接合する工程を備えることを特徴とする請求項１または２記載のフリップチップボンディング方法。
4. 半導体素子を支持するヘッド部と、該ヘッド部を支持するヘッド軸と、該ヘッド軸の押圧方向への移動ををエアベアリング作用によりガイドするガイド部と、前記ヘッド軸の、前記押圧方向に直交する横方向への、変位を規制する規制手段とを有するボンディングヘッドを備えたフリップチップボンディング装置であって、
   前記ヘッド軸と前記ガイド部との一方に規制手段を、他方に前記規制手段と干渉しない非干渉部を設け、
   前記ボンディングヘッドにより半導体素子を支持して半導体素子に形成されたバンプを、基板の接続パッドに被着された接合用の導電材に接触させて押圧しながら導電材を溶融させる工程においては、前記規制手段により前記ヘッド軸の横方向の変位を規制して前記半導体素子を前記基板に押圧し、
   前記導電材が溶融し、前記半導体素子を基板に加圧する工程においては、前記ヘッド軸と前記ガイド部とを相対的に移動させ、前記規制手段を前記非干渉部に位置させ、前記ガイド部により前記ヘッド軸をガイドして加圧することを特徴とするフリップチップボンディング装置。
5. 前記規制手段が、前記ガイド部に取り付けられ、前記ヘッド軸の側面に当接して転動するローラであり、
   前記非干渉部が、前記ヘッド軸の側面に形成された逃げ凹部であることを特徴とする請求項４記載のフリップチップボンディング装置。
6. 前記ヘッド部は、半導体素子をエア吸着して支持するアタッチ部と、前記導電材を硬化させる際にヘッド部を冷却するための放熱フィン部と、前記導電材を溶融する温度にヘッド部を加圧するヒータが内蔵されたヒータアタッチ部とを備えることを特徴とする請求項４または５記載のフリップチップボンディング装置。

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