JP2013093509A - 半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】吸着ツールに対する半導体チップの位置ずれを補正して被搭載体に搭載可能となり、被搭載体に対する半導体チップの位置精度の向上が図れる半導体装置の製造方法、および、製造装置を提供する。
【解決手段】半導体チップ２を吸着ツール１２で吸着する工程と、吸着ツールに吸着された半導体チップの裏面から赤外線カメラ１３で赤外線画像を撮影することにより半導体チップの表面にあるアライメントマークの位置を検出する工程と、赤外線カメラによって検出されたアライメントマークの位置に基づいて吸着ツールに対する半導体チップの位置ズレを補正して半導体チップを被搭載体３に搭載する工程と、を含む。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体チップを被搭載体に搭載した半導体装置の製造方法、及び半導体製造装置にする。

ダイシングされたウェハから取り出した半導体チップを被搭載体（リードフレーム、配線基板、チップ等）に搭載した半導体装置を製造するためには、ダイボンダ、フリップチップボンダ、チップマウンタ等の半導体製造装置が用いられる。このような半導体製造装置では、ダイシングされたウェハから半導体チップを吸着ツールで吸着し、吸着ツールに吸着された半導体チップを被搭載体上に運んで、半導体チップを被搭載体に対して位置合せして、半導体チップを被搭載体に搭載して、吸着ツールの吸着を解除する。従来の半導体製造装置では、ダイシンダされたウェハからチップを吸着する際、可視光線画像を撮影するカメラで、半導体チップの表面に設けられたアライメントマーク（例えば、特許文献１参照）を認識し位置確認してから、吸着ツールに半導体チップを吸着している。

特開２００５−２１７０７１号公報

以下の分析は、本願発明者により与えられる。

しかしながら、従来の半導体製造装置では、吸着ツール１２で半導体チップ２を吸着する前に、半導体チップ２の表面のアライメントマークを認識しているため、吸着ツール１２での吸着時又は吸着後に半導体チップ２の位置ズレが発生すると、半導体チップ２の位置ズレを検出する手段がなかった（図６参照）。そのため、吸着時又は吸着後に半導体チップ２の位置ズレが発生すると、吸着ツール１２に対する半導体チップ２の位置がずれた状態で、半導体チップ２が被搭載体３に搭載されるという問題があった。

一方、ＴＳＶ（Through Silicon Via：シリコン貫通電極）構造の半導体チップ（図８の２´）を積層した積層チップ４のように、積層時の位置精度が要求されるものについては、積層チップ４（最上部の半導体チップ２´）の表面のアライメントマーク等（図８の３７、３８に相当）、及び、吸着された半導体チップ２´の裏面のアライメントマーク等（図８の２２、２４に相当）のそれぞれを可視光線カメラ１８、１９で認識し、位置補正を行ってから積層している（図７参照）。半導体チップ２´の裏面にアライメントマーク等（図８の２２、２４に相当）を作成すると、半導体チップ２´において素子領域（図８の２１）に割り当てる面積が小さくなったり、半導体チップ２´におけるシリコン基板（図８の２５）においてＴＳＶ材料（例えば、銅）による拡散汚染のおそれがあった。

本発明の第１の視点においては、半導体装置の製造方法において、半導体チップを吸着ツールで吸着する工程と、前記吸着ツールに吸着された前記半導体チップの裏面から赤外線カメラで赤外線画像を撮影することにより前記半導体チップの表面にあるアライメントマークの位置を検出する工程と、前記赤外線カメラによって検出された前記アライメントマークの位置に基づいて前記吸着ツールに対する前記半導体チップの位置ズレを補正して前記半導体チップを被搭載体に搭載する工程と、を含むことを特徴とする。

本発明の第２の視点においては、半導体製造装置において、半導体チップを吸着する吸着ツールと、前記吸着ツールに吸着された前記半導体チップの移動又は回動を可能にするヘッドと、前記吸着ツールに吸着された前記半導体チップの裏面から赤外線画像を撮影することにより前記半導体チップの表面にあるアライメントマークの位置を検出する赤外線カメラと、前記赤外線カメラによって検出された前記アライメントマークの位置に基づいて前記吸着ツールに対する前記半導体チップの位置ズレを補正して前記半導体チップを被搭載体に搭載するように前記ヘッドを制御する制御部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、吸着ツールで半導体チップを吸着した後に、半導体チップの裏面側から赤外線画像を撮影することで、チップ内部を透過させて、吸着ツールで隠れたチップ表面側のアライメントマークを検出できるようになり、吸着ツールに対する半導体チップの位置ずれを補正して被搭載体に搭載可能となり、被搭載体に対する半導体チップの位置精度の向上が図れる。また、ＴＳＶ（シリコン貫通電極）構造の半導体チップのように裏面側にも配置していたアライメントマークが不要となり、半導体チップの素子領域に割り当てる面積を拡大できる。また、ＴＳＶ材料（例えば、銅）の拡散汚染も低減できる。

本発明の実施形態１に係る半導体製造装置の構成を模式的に示したブロック図である。 本発明の実施形態１に係る半導体製造装置の動作を模式的に示した（Ａ）吸着時の図、（Ｂ）アライメントマーク検出時の図、（Ｃ）圧着時の図である。 本発明の実施形態１に係る半導体製造装置のアライメントマークの検出結果に基づいて位置補正して圧着する動作の流れを示したイメージ図である。 本発明の実施形態１に係る半導体製造装置において用いられる半導体チップの構成を模式的に示した（Ａ）裏面側から見た平面図、（Ｂ）領域Ｒの拡大平面図、（Ｃ）Ｘ−Ｘ´間の断面図である。 本発明の実施形態２に係る半導体製造装置のアライメントマークの検出結果に基づいて位置補正して圧着する動作の流れを示したイメージ図である。 従来例１に係る半導体製造装置のアライメントマークの検出結果に基づいて位置補正して圧着する動作の流れを示したイメージ図である。 従来例２に係る半導体製造装置のアライメントマークの検出結果に基づいて位置補正して圧着する動作の流れを示したイメージ図である。 従来例２に係る半導体製造装置において用いられる半導体チップの構成を模式的に示した（Ａ）裏面側から見た平面図、（Ｂ）領域Ｒの拡大平面図、（Ｃ）Ｘ−Ｘ´間の断面図である。

［実施形態１］
本発明の実施形態１に係る半導体製造装置について図面を用いて説明する。図１は、本発明の実施形態１に係る半導体製造装置の構成を模式的に示したブロック図である。図２は、本発明の実施形態１に係る半導体製造装置の動作を模式的に示した（Ａ）吸着時の図、（Ｂ）アライメントマーク検出時の図、（Ｃ）圧着時の図である。図３は、本発明の実施形態１に係る半導体製造装置のアライメントマークの検出結果に基づいて位置補正して圧着する動作の流れを示したイメージ図である。

半導体製造装置１０は、ダイシングされたウェハ１から半導体チップ２を取り出して、取り出した半導体チップ２を、被搭載体３（例えば、リードフレーム、配線基板、チップ等；図２では配線基板をイメージ）に圧着（搭載）することにより半導体装置を製造する装置である（図１〜図３参照）。半導体製造装置１０の例として、ダイボンダ、チップマウンタ等が挙げられる。半導体製造装置１０は、赤外線（ＩＲ；infrared、波長約０．１μｍ〜１ｍｍ）を用いたチップ位置認識機能を有する。半導体製造装置１０は、ヘッド１１と、吸着ツール１２と、ＩＲカメラ１３と、制御部１４と、ステージ１５と、ステージ１６と、可視光線カメラ１７と、可視光線カメラ１８と、を有する。

ヘッド１１は、吸着ツール１２に吸着された半導体チップ２を、ステージ１５上からステージ１６上に搬送することが可能なツールである（図１〜図３参照）。ヘッド１１の下側の先端部には、吸着ツール１２が取り付けられている。ヘッド１１は、電気機械的に吸着ツール１２をＸＹＺ軸方向（左右、前後、上下）の移動、及び、水平面での回動が可能な機能を有する。ヘッド１１は、制御部１４に電気的に接続されており、制御部１４により吸着ツール１２のＸＹＺ軸方向の移動、及び、水平面での回転が制御される。

吸着ツール１２は、半導体チップ２を着脱可能に吸着するツールである（図１〜図３参照）。吸着ツール１２の下面は、半導体チップ２を吸着する吸着面となっている。吸着ツール１２は、ヘッド１１の下側の先端部にて、吸着面が水平となるように取り付けられている。吸着ツール１２は、電気機械的に気体を吸引（排気）することで半導体チップ２を吸着する機能を有する。吸着ツール１２は、制御部１４に電気的に接続されており、制御部１４により半導体チップ２の吸着の着脱が制御される。

ＩＲカメラ１３は、赤外線（ＩＲ）画像を撮影することが可能な光学機器である（図１、図２（Ｂ）、図３参照）。ＩＲカメラ１３は、吸着ツール１２（ヘッド１１）に対する半導体チップ２の位置（吸着位置）を認識するために用いられる。ＩＲカメラ１３は、ステージ１５上からステージ１６上へ半導体チップ２を搬送する経路の途中に配置され、搬送されて一時的に停止した半導体チップ２の裏面側から撮影する。ＩＲカメラ１３は、半導体チップ２の裏面から赤外線画像を撮影することで、チップ裏面からチップ内部を透過させてチップ表面に形成されたアライメントマーク等（図４の表面側バンプ電極３７、表面側アライメントマーク３８）を認識（検出）することができる。なお、半導体チップ２は、チップ裏面にアライメントマーク等（図８の貫通電極２２、裏面用アライメントマーク２４に相当）が形成されていないものである。ＩＲカメラ１３は、制御部１４に電気的に接続されており、制御部１４により赤外線画像の撮影が制御される。

制御部１４は、各機能部１１〜１３、１５〜１８の動作を制御するコンピュータである（図１参照）。制御部１４は、所定のプログラムに基づいて制御処理及び情報処理を行う。制御部１４は、各機能部１１〜１３、１５〜１８と電気的に接続されている。制御部１４の動作（制御処理及び情報処理）については、後述する。

ステージ１５は、ダイシングされたウェハ１を搭載する搭載台である（図１、図２（Ａ）参照）。ステージ１５は、電気機械的にウェハ１をＸＹ軸方向（左右、前後）の移動、及び、水平面での回動が可能な機能を有する。ステージ１５は、制御部１４に電気的に接続されており、制御部１４によりウェハ１のＸＹ軸方向の移動、及び、水平面での回転が制御される。

ステージ１６は、被搭載体３を搭載する搭載台である（図１、図２（Ｃ）参照）。ステージ１６は、電気機械的に被搭載体３をＸＹ軸方向（左右、前後）の移動、及び、水平面での回動が可能な機能を有する。ステージ１６は、制御部１４に電気的に接続されており、制御部１４により被搭載体３のＸＹ軸方向の移動、及び、水平面での回転が制御される。

可視光線カメラ１７は、可視光線（波長約３６０ｎｍ〜８３０ｍｍ）画像を撮影することが可能な光学機器である（図１、図２（Ａ）参照）。可視光線カメラ１７は、ステージ１５上のウェハ１又は半導体チップ２の位置を認識するために用いられる。可視光線カメラ１７は、ステージ１５上のウェハ１又は半導体チップ２の表面を撮影する。可視光線カメラ１７は、半導体チップ２の表面から可視光線画像を撮影することで、チップ表面に形成されたアライメントマーク等（図４の表面側バンプ電極３７、表面側アライメントマーク３８）を認識することができる。可視光線カメラ１７は、制御部１４に電気的に接続されており、制御部１４により可視光線画像の撮影が制御される。

可視光線カメラ１８は、可視光線（波長約３６０ｎｍ〜８３０ｍｍ）画像を撮影することが可能な光学機器である（図１、図２（Ｃ）参照）。可視光線カメラ１８は、ステージ１６上の被搭載体３の位置を認識するために用いられる。可視光線カメラ１８は、ステージ１６上の被搭載体３を撮影する。可視光線カメラ１８は、被搭載体３の可視光線画像を撮影することで、被搭載体３の位置を認識することができる。可視光線カメラ１８は、制御部１４に電気的に接続されており、制御部１４により可視光線画像の撮影が制御される。

なお、半導体チップ２は、シリコン基板２５上に素子２７（例えば、ＭＯＳＦＥＴ）が形成され、素子２７を含むシリコン基板２５上に層間絶縁膜２８〜３２が形成され、層間絶縁膜２８〜３２において配線３３ａ、３３ｂ、ビルドアップ配線３４、配線３５ａ、３５ｂが形成され、配線３５ａ、３５ｂを含む層間絶縁膜３２上にカバー膜３６が形成され、カバー膜３６上に配線３５ａに通ずる表面側バンプ電極３７と、配線３５ｂに通ずる表面側アライメントマーク３８とが形成され、カバー膜３６上に表面側バンプ電極３７及び表面側アライメントマーク３８と接触しないポリイミド膜３９が形成され、シリコン基板２５の底面にカバー膜２６が形成されている（図４参照）。半導体チップ２は、図８の半導体チップ２´に対して貫通電極２２及び裏面用アライメントマーク２４に相当する部分がないものである。

次に、本発明の実施形態１に係る半導体製造装置の動作（制御部１４の動作）について説明する。

まず、制御部１４は、可視光線カメラ１７を用いてステージ１５上のダイシングされたウェハ１の半導体チップ２の位置を認識し、認識した半導体チップ２の位置に基づいて吸着ツール１２を半導体チップ２の位置に合わせ、吸着ツール１２で半導体チップ２を吸着し、半導体チップ２をピックアップするようにヘッド１１を制御する（ステップＡ１；図２（Ａ）参照）。

次に、制御部１４は、吸着ツール１２に吸着された半導体チップ２をＩＲカメラ１３の上方まで搬送するようにヘッド１１を制御し、ＩＲカメラ１３を用いて半導体チップ２の裏面から赤外線画像を撮影し、撮影した赤外線画像に基づいて吸着ツール１２（ヘッド１１）に対する半導体チップ２の位置ズレを認識する（ステップＡ２；図２（Ｂ）参照）。半導体チップ２の裏面側から赤外線画像を撮影することで、チップ内部を透過させて、吸着ツール１２で隠れたチップ表面側のアライメントマーク等（３７、３８）を検出できるようになる。

次に、制御部１４は、可視光線カメラ１８を用いてステージ１６上の被搭載体３の位置を認識する（ステップＡ３；図２（Ｃ）参照）。なお、ステップＡ３は、ステップＡ２と同時又は前に行ってもよい。

最後に、制御部１４は、吸着ツール１２に吸着された半導体チップ２をステージ１６上の被搭載体３の上方に搬送し、認識した吸着ツール１２（ヘッド１１）に対する半導体チップ２の位置ズレを補正（ヘッド１１をＸＹ軸方向及び回転方向に制御）し、認識した被搭載体３の位置に半導体チップ２の位置が合うようにヘッド１１を制御し、その後、吸着ツール１２での吸着を解除する（ステップＡ４；図２（Ｃ）参照）。これにより、吸着時や吸着後に生じる半導体チップ２の位置ずれを反映して被搭載体３との位置合せを行うことができる（図３参照）。なお、吸着ツール１２に対する半導体チップ２の位置ズレの補正は、被搭載体３の上方で行っているが、半導体チップ２の赤外線画像を撮影した後に行えばよい。

実施形態１によれば、吸着ツール１２で半導体チップ２を吸着した後に、半導体チップ２の裏面側から赤外線画像を撮影することで、チップ内部を透過させて、吸着ツール１２で隠れたチップ表面側のアライメントマーク等（３７、３８）を検出できるようになり、吸着ツール１２（ヘッド１１）に対する半導体チップ２の位置ずれを補正して被搭載体３に搭載可能となり、被搭載体３に対する半導体チップ２の位置精度の向上が図れる。

また、実施形態１によれば、図８のＴＳＶ（Through Silicon Via：シリコン貫通電極）構造の半導体チップ２´のように裏面側にも配置していたアライメントマーク等（２２、２４）が不要となり、図４（Ａ）のように半導体チップ２の素子領域２１に割り当てる面積を拡大できる。また、ＴＳＶ材料（例えば、銅）の拡散汚染も低減できる。

さらに、実施形態１によれば、今後さらに小チップ化、小パッケージ化が進み、またＴＳＶ構造ではさらに狭ピッチ化が要求されることから、実施形態１に係る技術のニーズが高まると予想される。

［実施形態２］
本発明の実施形態２に係る半導体製造装置について図面を用いて説明する。図５は、本発明の実施形態２に係る半導体製造装置のアライメントマークの検出結果に基づいて位置補正して圧着する動作の流れを示したイメージ図である。

実施形態２に係る半導体製造装置は、赤外線を用いたチップ位置認識機能をフリップチップボンダに適用したものである。従来のフリップチップボンダでは、もともと裏面認識用の可視光線カメラ（図７の１９参照）を有するが、実施形態２に係る半導体製造装置では、従来のフリップチップボンダにおける裏面認識用の可視光線カメラを赤外線カメラに置き換えたものである。実施形態２に係る半導体製造装置の基本的な構成、原理、及び動作は、実施形態１に係る半導体製造装置と同様である。

実施形態２によれば、実施形態１と同様な効果を奏する。

なお、本出願において図面参照符号を付している場合は、それらは、専ら理解を助けるためのものであり、図示の態様に限定することを意図するものではない。

また、本発明の全開示（請求の範囲及び図面を含む）の枠内において、さらにその基本的技術思想に基づいて、実施形態ないし実施例の変更・調整が可能である。また、本発明の請求の範囲の枠内において種々の開示要素（各請求項の各要素、各実施例の各要素、各図面の各要素等を含む）の多様な組み合わせないし選択が可能である。すなわち、本発明は、請求の範囲及び図面を含む全開示、技術的思想にしたがって当業者であればなし得るであろう各種変形、修正を含むことは勿論である。

１ ウェハ
２、２´ 半導体チップ
３ 被搭載体
４ 積層チップ
１０ 半導体製造装置
１１ ヘッド
１２ 吸着ツール
１３ ＩＲカメラ
１４ 制御部
１５ ステージ
１６ ステージ
１７ 可視光線カメラ（他のカメラ）
１８ 可視光線カメラ（カメラ）
１９ 可視光線カメラ
２１ 素子領域
２２ 貫通電極
２３ 絶縁リング
２４ 裏面用アライメントマーク
２５ シリコン基板
２６ カバー膜
２７ 素子
２８〜３２ 層間絶縁膜
３３ａ、３３ｂ 配線
３４ ビルドアップ配線
３５ａ、３５ｂ 配線
３６ カバー膜
３７ 表面側バンプ電極
３８ 表面側アライメントマーク
３９ ポリイミド膜

Claims (6)

1. 半導体チップを吸着ツールで吸着する工程と、
   前記吸着ツールに吸着された前記半導体チップの裏面から赤外線カメラで赤外線画像を撮影することにより前記半導体チップの表面にあるアライメントマークの位置を検出する工程と、
   前記赤外線カメラによって検出された前記アライメントマークの位置に基づいて前記吸着ツールに対する前記半導体チップの位置ズレを補正して前記半導体チップを被搭載体に搭載する工程と、
   を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記被搭載体の位置をカメラで検出する工程を含み、
   前記半導体チップを被搭載体に搭載する工程では、前記カメラで検出された前記被搭載体の位置に前記半導体チップの位置が合うようにして前記半導体チップを被搭載体に搭載することを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記半導体チップを吸着ツールで吸着する工程では、ダイシングしたウェハにおける半導体チップの位置を他のカメラで検出し、前記他のカメラで検出された前記半導体チップの位置に基づいて前記半導体チップを吸着ツールで吸着し、
   前記アライメントマークの位置を検出する工程では、前記ウェハから前記被搭載体に前記半導体チップを搬送する経路の途中で前記アライメントマークの位置を検出することを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
4. 半導体チップを吸着する吸着ツールと、
   前記吸着ツールに吸着された前記半導体チップの移動又は回動を可能にするヘッドと、
   前記吸着ツールに吸着された前記半導体チップの裏面から赤外線画像を撮影することにより前記半導体チップの表面にあるアライメントマークの位置を検出する赤外線カメラと、
   前記赤外線カメラによって検出された前記アライメントマークの位置に基づいて前記吸着ツールに対する前記半導体チップの位置ズレを補正して前記半導体チップを被搭載体に搭載するように前記ヘッドを制御する制御部と、
   を備えることを特徴とする半導体製造装置。
5. 前記被搭載体の位置を検出するカメラを備え、
   前記制御部は、前記カメラで検出された前記被搭載体の位置に前記半導体チップの位置が合うように前記ヘッドを制御することを特徴とする請求項４記載の半導体製造装置。
6. ダイシングしたウェハにおける半導体チップの位置を検出する他のカメラを備え、
   前記制御部は、前記他のカメラで検出された前記半導体チップの位置に基づいて前記吸着ツールが前記半導体チップを吸着できるように前記ヘッド及び前記吸着ツールを制御し、
   前記赤外線カメラは、前記ウェハから前記被搭載体に前記半導体チップを搬送する経路の途中に配置されていることを特徴とする請求項４又は５記載の半導体製造装置。

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