JP2009224533A - 半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＦＣバンプの形状や、リフロー温度のばらつきなどに依存することなく、半導体装置を製造することができる技術を提供する。
【解決手段】半導体チップに塗布されたフラックスの量を測定するフラックス量測定装置を備えるマウント装置と、半導体チップを基板に接続するときの半導体チップの周囲の温度を測定する温度測定装置を備えるリフロー装置と、フラックスを洗浄する洗浄装置とを具備する半導体装置の製造装置を構成する。ここで、洗浄装置は、フラックス量測定装置によって得られたフラックスの量と、温度測定装置によって得られた半導体チップの周囲の温度とに基づいて、フラックス洗浄条件を決定する。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体装置の製造方法および半導体装置の製造装置に関する。

フリップチップ方式によるボンディングでは、ＦＣバンプや金バンプなどのバンプ（以下、ＦＣバンプと呼ぶ。）が使用されている。ＦＣバンプによる接続は、半導体チップにＦＣバンプを形成した後、フリップチップマウント装置によりＦＣバンプに一定条件でフラックスを塗布する。そして、実装基板にＦＣバンプ付き半導体素子をマウントする。さらにリフロー装置によりＦＣバンプをリフローした後、フラックス洗浄装置により一定条件でフラックス除去洗浄を実施する。従来の製造方法では、洗浄後にフラックス残渣が発生する場合があった。フラックス残渣を低減する技術が知られている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

特許文献１（特開平０７−１４２８５２号公報）には、半田付け供試基板全域の温度プロファイルを非接触温度センサーにより計測把握し、コンピュータに記録させた最適温度データと比較演算して不具合信号の出力時に供試基板にマーキングするとともに、供試基板の搬送速度制御、プリヒータ温度制御、噴流半田の温度制御を行うモニター方法及び装置に関する技術が記載されている。

また、特許文献２（特開平０９−１９１０１３号公報）には、バンプの変形や素子へのダメージがなく、洗浄が容易であり、且つ腐食の原因になるイオン性残渣のないバンプ付き半導体装置の製造に関する技術が記載されている。

また、特許文献３（特開２００７−１１５８５７号公報）には、フラックスを塗布する工程およびフラックス残渣を除去する工程や、フラックス残渣の除去のために用いる有機溶剤の回収および処理を行うことなく電子部品の端子を形成することで、半導体装置の製造における工数を低減する技術が記載されている。

特開平０７−１４２８５２号公報 特開平０９−１９１０１３号公報 特開２００７−１１５８５７号公報

ＦＣバンプの高さ、ＦＣバンプ接続の際のフラックス塗布量およびＦＣバンプリフロー条件のばらつきなどにより、フラックスを適切に除去できない場合があった。たとえば、フリップマウントの際にはフラックスを一定条件により塗布するが、その塗布量がハンダバンプ高さのばらつきにより必要以上に多くなったり、あるいはリフロー温度のばらつきによりフラックスの焼きつきがおこり、洗浄条件の不足により、洗浄後フラックス残渣となったりする。

フラックス残渣の発生は、半導体装置の信頼性を低下させてしまう。本発明が解決しようとする課題は、ＦＣバンプの形状や、リフロー温度のばらつきなどに依存することなく、半導体装置を製造することができる技術を提供することにある。

以下に、［発明を実施するための最良の形態］で使用される番号を用いて、課題を解決するための手段を説明する。これらの番号は、［特許請求の範囲］の記載と［発明を実施するための最良の形態］との対応関係を明らかにするために付加されたものである。ただし、それらの番号を、［特許請求の範囲］に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

半導体チップに塗布されたフラックスの量を測定するフラックス量測定装置を備えるマウント装置と、前記半導体チップを基板に接続するときの前記半導体チップの周囲の温度を測定する温度測定装置を備えるリフロー装置と、前記フラックスを洗浄する洗浄装置とを具備する半導体装置の製造装置を構成する。ここで、前記洗浄装置は、前記フラックス量測定装置によって得られた前記フラックスの量と、前記温度測定装置によって得られた前記半導体チップの周囲の温度とに基づいて、フラックス洗浄条件を決定する。

本発明によると、ＦＣバンプ接続、フラックス洗浄後のフラックス残渣に影響するパラメータをモニターし、その値を洗浄条件にフィードバックすることにより、フラックス残渣を低減し、かつ洗浄効率をよくすることができる。

具体的には、ＦＣバンプ（半田バンプ、金バンプ）の高さ、フラックス塗布量、リフロー温度をモニターし、その結果をフラックス洗浄条件に反映している。これにより、フラックス残渣がなく、洗浄効率のよい半導体装置の製造を行うことができる。

以下に、図面を参照して本発明を実施するための形態について説明を行う。なお、以下では、ＦＣバンプがハンダバンプである場合を例示して、本実施形態の説明を行う。図１は、本実施形態における製造対象の半導体装置１０の構成を例示するブロック図である。本実施形態の半導体装置１０は、実装基板８と、その実装基板８に実装される半導体チップ１とを含んでいる。図１に示されているように、半導体チップ１と実装基板８とは、半田バンプ（ＦＣバンプ）２を介して接続されている。

図２は、半導体装置１０を製造する半導体装置製造装置１１の構成を例示するブロック図である。本実施形態の半導体装置製造装置１１は、ＦＣバンプ形成部１２と、フリップチップマウント部１３と、リフロー部１４と、洗浄部１５と、最適洗浄条件テーブル１６とを含んでいる。ＦＣバンプ形成部１２は、所定の半導体チップ１に半田バンプ（ＦＣバンプ）２形成する。フリップチップマウント部１３は、半田バンプ（ＦＣバンプ）２が形成された半導体チップ１を、実装基板８のアイランドにマウントする。

図２に示されているように、フリップチップマウント部１３は、バンプ高さ測定装置３と、フラックス量測定装置４とを備えている。バンプ高さ測定装置３は、半導体チップ１に形成された半田バンプ（ＦＣバンプ）２に高さを計測する。本実施形態では、バンプ高さ測定装置３がＣＣＤセンサー等の光学的機器である場合を例示する。フラックス量測定装置４は、半田バンプ（ＦＣバンプ）２が形成された半導体チップ１に塗布されたフラックスの量を測定する。本実施形態では、フラックス量測定装置４が重量を測定する重量計測機器である場合を例示する。

リフロー部１４は、半導体チップ１がマウントされた実装基板８を、加熱してハンダ付け（以下、リフローと呼ぶ場合もある）を行う。図２に示されているように、リフロー部１４は、温度測定装置６を備えている。温度測定装置６は、リフローが行われるときのリフロー炉の温度を計測する。本実施形態では、温度測定装置６がパイロメータである場合を例示する。洗浄部１５は、リフローが終了した半導体装置１０を洗浄して、残されているフラックスを除去する。最適洗浄条件テーブル１６は、洗浄部１５が半導体装置１０を洗浄するときの条件を保持している。

図３は、本実施形態の半導体装置製造装置１１の動作を例示するフローチャートである。図３は、ダイシング後の半導体チップ１をパッケージング可能な状態にするまでの動作を例示している。ステップＳ１０１において、ＦＣバンプ形成部１２は、半導体チップ１に半田バンプ（ＦＣバンプ）２を形成する。ステップＳ１０２において、フリップチップマウント部１３は、ハンダバンプ付半導体チップ１を、実装基板８にマウントする。

ここにおいて、フリップチップマウント部１３は、バンプ高さ測定装置３でバンプ上部からバンプ下部までの距離を計測する。例えば、バンプ高さ測定装置３に備えられたオートフォーカス機能を使用し、焦点深度測定によって、バンプ上部からバンプ下部（半導体チップ１表面）までを測定し、ハンダバンプ高さＨ１とする。

図４は、本実施形態におけるバンプ高さＨ１を測定する動作を例示する図である。図４に示されているように、バンプ高さ測定装置３は、複数の半田バンプ（ＦＣバンプ）２のうち、少なくとも１つを特定し、バンプ高さＨ１を測定する。

フリップチップマウント部１３は、その結果により、フラックス塗布量を決定する。フリップチップマウント部１３は決定した量のフラックスを半導体チップ１の半田バンプ（ＦＣバンプ）２に塗布する。フラックスの塗布が完了したフリップチップマウント部１３は、フラックス量測定装置４を使用して、実際のフラックス塗布量を測定する。フリップチップマウント部１３は、この値をフリップチップマウント装置のメモリ（図示されず）に記憶する。

図５は、本実施形態における実際のフラックス塗布量を測定する動作を例示する図である。図５の（ａ）は、フラックス５が塗布される前の半導体チップ１の重量を測定するフラックス量測定装置４を例示している。図５の（ｂ）は、フラックス５が塗布された後の半導体チップ１の重量を測定するフラックス量測定装置４を例示している。フラックス量測定装置４は、フラックス５が塗布される前後の重量に基づいて、実際のフラックス塗布量を算出する。フリップチップマウント部１３は、算出された値を保持する。

図３に戻り、ステップＳ１０３において、リフロー部１４は、半導体チップ１と実装基板８とをリフローする。ここにおいて、リフロー部１４は、温度測定装置６によって加えられる温度をモニターし、その値をリフロー部１４に備えられたメモリ（図示されず）に記憶する。

図６は、リフロー部１４がリフローするときの様子を例示する図である。リフロー部１４は、ヒーターブロック７を備え、実装基板８と、半導体チップ１との間の半田バンプ（ＦＣバンプ）２を一度に加熱する。図６に示されているように、温度測定装置６は、半導体チップ１の近傍の温度を計測する。リフロー部１４は、その毛側によって得られた値を記憶する。

図３に戻り、ステップＳ１０４において、フラックス洗浄工程では、洗浄部１５は、あらかじめ保持されている最適洗浄条件テーブル１６を読み出す。洗浄部１５は、上記のフラックス塗布量とリフローデータを取り込み、最適洗浄条件テーブル１６を参照して、フラックス塗布量とリフローデータに対応する洗浄条件を選択設定して洗浄を行う。

上述のように、本実施形態では、フリップチップマウント装置にハンダバンプ高さ測定機構およびフラックス塗布量の測定機構を取り付け、フラックス塗布量をモニターする。さらにハンダバンプリフロー装置に温度測定機構を取り付ける。そして、フラックス塗布量、リフロー装置の温度のモニター結果を、洗浄条件にフィードフォーワードして最適な洗浄条件を決定する。このような構成・動作によって、洗浄残渣がなく、かつ、洗浄効率のよい半導体装置の製造を行うことができる。

上述の実施形態では、フラックス塗布量を重量測定によりモニターしたが、たとえば光学的なフラックス膜厚測定方法を用いてモニターしても、本実施形態と同様な結果を得ることができる。また、温度測定装置６がパイロメータである場合を例示したが、熱電対測定方法によるモニターによっても本実施形態と同様な結果を得ることができる。

図１は、本実施形態における製造対象の半導体装置１０の構成を例示するブロック図である。 図２は、半導体装置１０を製造する半導体装置製造装置１１の構成を例示するブロック図である。 図３は、本実施形態の半導体装置製造装置１１の動作を例示するフローチャートである。 図４は、本実施形態におけるバンプ高さＨ１を測定する動作を例示する図である。 図５は、本実施形態における実際のフラックス塗布量を測定する動作を例示する図である。 図６は、リフロー部１４がリフローするときの様子を例示する図である。

符号の説明

１…半導体チップ
２…半田バンプ（ＦＣバンプ）
３…バンプ高さ測定装置
４…フラックス量測定装置
５…フラックス
６…温度測定装置
７…ヒーターブロック
８…実装基板
１０…半導体装置
１１…半導体装置製造装置
１２…ＦＣバンプ形成部
１３…フリップチップマウント部
１４…リフロー部
１５…洗浄部
１６…最適洗浄条件テーブル
Ｈ１…バンプ高さ

Claims (10)

1. 半導体チップに塗布されたフラックスの量を測定するフラックス量測定装置を備えるマウント装置と、
   前記半導体チップを基板に接続するときの前記半導体チップの周囲の温度を測定する温度測定装置を備えるリフロー装置と、
   前記フラックスを洗浄する洗浄装置と
   を具備し、
   前記洗浄装置は、
   前記フラックス量測定装置によって得られた前記フラックスの量と、前記温度測定装置によって得られた前記半導体チップの周囲の温度とに基づいて、フラックス洗浄条件を決定する
   半導体装置の製造装置。
2. 請求項１に記載の半導体装置の製造装置において、
   前記マウント装置は、さらに、
   前記半導体チップに形成されるバンプの高さを測定するバンプ高さ測定装置
   を具備し、
   前記マウント装置は、
   前記バンプ高さ測定装置によって得られた前記バンプの高さに基づいて、前記半導体チップに塗布するフラックスの量を決定する
   半導体装置の製造装置。
3. 請求項２に記載の半導体装置の製造装置において、
   前記高さ測定装置は、フォーカス機能を有する光学的機器を含み、
   前記光学的機器は、
   前記バンプの上部にピントを合わせたときの焦点深度と、前記バンプの下部にピントを合わせたときの焦点深度とに基づいて前記バンプの高さを測定する
   半導体装置の製造装置。
4. 請求項２または３に記載の半導体装置の製造装置において、
   前記フラックス量測定装置は、前記フラックスを含む前記半導体チップの重量を測定する重量測定器を含み、
   前記重量測定器は、
   前記フラックスが塗布される前の前記半導体チップの重量と、前記フラックスが塗布された後の前記半導体チップの重量の差に基づいて、前記フラックスの量を測定する
   半導体装置の製造装置。
5. 請求項２から４の何れか１項に記載の半導体装置の製造装置において、さらに、
   フラックス塗布量とリフロー温度と前記フラックス洗浄条件との対応を示す最適洗浄条件テーブルを備え、
   前記洗浄装置は、
   前記フラックス量測定装置によって得られた前記フラックスの量と、前記温度測定装置によって得られた前記半導体チップの周囲の温度とに基づいて、前記最適洗浄条件テーブルを参照して前記フラックス洗浄条件を決定する
   半導体装置の製造装置。
6. （ａ）半導体チップに塗布されたフラックスの量を測定するステップと、
   （ｂ）前記半導体チップを基板に接続するときの前記半導体チップの周囲の温度を測定するステップと、
   （ｃ）前記フラックスを洗浄するステップと
   を具備し、
   前記（ｃ）ステップは、
   前記測定された前記フラックスの量と、前記半導体チップの周囲の温度とに基づいて、フラックス洗浄条件を決定するステップを含む
   半導体装置の製造方法。
7. 請求項６に記載の半導体装置の製造方法において、さらに、
   （ｄ）前記半導体チップに形成されるバンプの高さを測定するステップ
   を具備し、
   前記（ａ）ステップは、
   前記バンプの高さに基づいて、前記半導体チップに塗布する前記フラックスの量を決定する
   半導体装置の製造方法。
8. 請求項７に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ｄ）ステップは、
   前記バンプの上部にピントを合わせたときの焦点深度と、前記バンプの下部にピントを合わせたときの焦点深度とに基づいて前記バンプの高さを測定するステップを含む
   半導体装置の製造方法。
9. 請求項７または８に記載の半導体装置の製造方法において、
   前記（ａ）ステップは、
   前記フラックスが塗布される前の前記半導体チップの重量と、前記フラックスが塗布された後の前記半導体チップの重量の差に基づいて、前記フラックスの量を測定するステップを含む
   半導体装置の製造方法。
10. 請求項７から９の何れか１項に記載の半導体装置の製造方法において、さらに、
    （ｅ）フラックス塗布量とリフロー温度と前記フラックス洗浄条件との対応を示す最適洗浄条件テーブルを読み出すステップ
    を具備し、
    前記（ｃ）ステップは、
    前記フラックスの量と、前記半導体チップの周囲の温度とに基づいて、前記最適洗浄条件テーブルを参照して前記フラックス洗浄条件を決定するステップを含む
    半導体装置の製造方法。

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