JP2014187116A - ダイボンディング装置およびダイボンディング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体素子をサブマウントに接合する際に、サブマウントと半導体素子との温度差を小さくして、半導体素子の熱歪みを軽減可能なダイボンディング装置およびダイボンディング方法を提供する。
【解決手段】サブマウント３上に蒸着された共晶ロウ材ＳＬおよびサブマウント３に搭載された半導体素子４（ダイ）にレーザ光ＬＡを照射して加熱可能なレーザ装置６を有する構成のダイボンディング装置１，１０とし、サブマウント３の上に蒸着する共晶ロウ材ＳＬにレーザ光を照射して加熱溶融し、その上に半導体素子４を搭載する際に、半導体素子４にレーザ光を照射して加熱した後、接合する構成のダイボンディング方法とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体素子をサブマウントに接合するためのダイボンディング装置およびダイボンディング方法に関し、特に、半導体素子の熱歪みを軽減可能なダイボンディング装置およびダイボンディング方法に関する。

半導体レーザチップなどの半導体素子（ダイ）を、基板（サブマウント）に搭載して半導体パッケージを組み立てる工程には、半導体ウエハを製造するウエハ製造工程と、このウエハを分割して多数のダイを製造するダイシング工程と、分割されたそれぞれのダイをサブマウント上に搭載するダイボンディング工程とを有する。

ダイボンディング工程においては、ダイをサブマウント上の所定位置に接合するために、ＡｕＳｎなどの共晶ロウ材を接合部に蒸着して溶融し、ダイを位置合わせして搭載し、その後、共晶ロウ材を冷却凝固させて接合している。

例えば、従来のダイボンディング装置の一例を図７に示す。このダイボンディング装置１Ａは、パルスヒータなどの加熱装置を備えたヒートテーブル２Ａにサブマウント３Ａを載置し、ヒートテーブル２Ａを加熱昇温してサブマウント３Ａを加熱して、サブマウント３Ａ上に蒸着された共晶ロウ材ＳＬを加熱溶融させている。その後、コレット５Ａと呼ばれる吸着保持具を用いてダイ（半導体素子４Ａ）を吸着保持してサブマウント３Ａ上に搭載して接合する方法が採用されている。

しかし、ヒートテーブルを用いてサブマウントおよび共晶ロウ材を加熱する方式では、ヒートテーブルとサブマウントとの接触状態により、サブマウントや共晶ロウ材の到達温度に差が生じてしまい、共晶ロウ材の溶融状態が安定しない場合が生じる。また、サブマウントおよび共晶ロウ材を加熱する時間や冷却する時間が長くなってしまい、結果として、半導体素子（例えば、半導体レーザチップ）に熱歪みが残留して、製品となる半導体パッケージの性能や寿命が悪化する要因となる。

そのために、熱歪みを残留させずにダイボンディングすることが望まれており、例えば、レーザ光をサブマウントの裏面側から照射して、サブマウントおよび共晶ロウ材を短時間で加熱して、ダイボンディング工程に係る時間を短くして、生産効率を向上させると共に熱歪みも抑制するとしたダイボンディング方法およびダイボンディング装置が既に提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００３−１８８１９６号公報

ヒートテ−ブルを用いてサブマウントおよび共晶ロウ材を加熱する方式では、ヒートテーブルの温度を制御する温度コントロール機能を介してサブマウントや共晶ロウ材の温度をコントロールする必要がある。また、熱伝導性の良好なテーブルであること、さらに、サブマウントと接触する面に凹凸がないことや、耐摩耗性を有することなどが求められる。

そのために、ヒートテーブルを用いる加熱方法は、サブマウントおよび共晶ロウ材を加熱する時間や冷却する時間が長くなってしまい、サブマウントにダイを接合する際に、サブマウントとダイの温度差が大きくなることに起因して、ダイ（例えば、半導体レーザチップ）に熱歪みが残留してしまう問題に加えて、ヒートテーブルに求められる性能条件が厳しくなってしまい問題となる。

また、レーザ光を用いることにより、短時間で加熱して生産効率を向上させると共に熱歪みも抑制することは可能であるが、特許文献１記載の方法では、サブマウントの裏面側からレーザ光を照射して、サブマウントおよび共晶ロウ材を加熱しているので、サブマウント温度とサブマウント上に搭載したダイの温度との差が大きくなってしまい、ダイ（例えば、半導体レーザチップ）に熱歪みが残留し易くなる。すなわち、上記方法では、ダイを効率よく加熱することができず、接合するサブマウントとダイとの温度差を小さくすることができないので、熱歪みを抑制する効果は十分ではない。

特に、大容量化が求められるＨＤＤ（ハードディスクドライブ）用の熱アシスト方式の記録ヘッドに用いる半導体素子（例えば、半導体レーザチップ）は、高い熱的安定性が求められるので、さらに良好に熱歪みが残留しないダイボンディング工程であることが求められる。

そのために、接合するサブマウントと半導体素子との温度差を小さくしてダイボンディング可能な構成であることが望ましく、ダイボンディングの時間をさらに短くできて、半導体素子の生産効率をより向上させると共に熱歪みもさらに抑制できることが望ましい。

そこで本発明は、上記問題点に鑑み、半導体素子をサブマウントに接合する際に、サブマウントと半導体素子との温度差を小さくして、半導体素子の熱歪みを軽減可能なダイボンディング装置およびダイボンディング方法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、共晶ロウ材を介在してサブマウントに半導体素子を接合するダイボンディング装置であって、前記サブマウントを載置するステージと、該ステージの上方に沿って移動可能であり、前記半導体素子を吸引保持して当該半導体素子を前記サブマウント上の所定位置に搭載するコレットと、前記ステージの上方に配設され、前記サブマウント上に蒸着された前記共晶ロウ材および前記サブマウントに搭載された前記半導体素子にレーザ光を照射して加熱可能なレーザ装置と、を有することを特徴としている。

この構成によると、サブマウント上に蒸着された共晶ロウ材にレーザ光を照射して加熱できると共に、接合時には、接合部に搭載する半導体素子の上からレーザ光を照射して半導体素子を加熱できる。そのために、サブマウント上の共晶ロウ材を加熱溶融させることも短時間で行うことができ、半導体素子を搭載して接合する際には、半導体素子を短時間で加熱して、サブマウントの温度に近づけた状態で接合させることが可能になる。また、ステージを加熱する必要がないので、より効率的に加熱でき冷却可能な構成となり、共晶ロウ材の冷却時間も短くすることができて、短時間に凝固させることが可能になる。そのために、半導体素子をサブマウントに接合する際に、サブマウントと半導体素子との温度差を小さくして、半導体素子の熱歪みを軽減可能なダイボンディング装置を得ることができる。

また本発明は、上記構成のダイボンディング装置を用いてサブマウントに半導体素子を接合するダイボンディング方法であって、上面に共晶ロウ材を蒸着したサブマウントをステージに載置する工程と、サブマウント上の前記共晶ロウ材にレーザ光を照射して溶融する工程と、コレットを用いて前記半導体素子を吸引保持して前記サブマウント上に移動する工程と、前記コレットを下降して前記半導体素子を前記サブマウント上に載置する工程と、前記半導体素子にレーザ光を照射して加熱する工程と、加熱後に前記半導体素子と前記共晶ロウ材とを冷却する工程と、を備えることを特徴としている。

この構成によると、レーザ光を照射することにより、サブマウント上の共晶ロウ材を短時間で加熱して溶融させることができ、半導体素子を搭載して接合する際には、半導体素子を短時間で加熱して、サブマウントの温度に近づけた状態で接合させることが可能になる。そのために、半導体素子をサブマウントに接合する際に、両者の温度差をより小さくした状態で接合可能な構成となり、半導体素子の熱歪みを軽減可能なダイボンディング方法を得ることができる。

本発明によれば、サブマウント上に蒸着された共晶ロウ材にレーザ光を照射して溶融し、接合時には、接合部に搭載する半導体素子にレーザ光を照射して加熱するので、半導体素子をサブマウントに接合する際に、サブマウントと半導体素子との温度差を小さくして、半導体素子の熱歪みを軽減可能なダイボンディング装置およびダイボンディング方法を得ることができる。

本発明の第１実施形態のダイボンディング装置の構成を示す概略説明図である。 本発明のサブマウント上の共晶ロウ材を溶融する工程を示す概略説明図である。 本発明のコレットを用いて半導体素子を吸引保持してサブマウント上に移動する工程を示す概略説明図である。 本発明のコレットを用いて半導体素子を吸引保持した時の上面模式図である。 ハーフミラーと撮影装置を備えた本発明の第２実施形態のダイボンディング装置の構成を示す概略説明図である。 本発明に係るダイボンディング方法の操作工程を示すである。 従来のダイボンディング装置の構成を示す概略説明図である。 図７のダイボンディング装置により製造された半導体発光素子の正面図である。 図７のダイボンディング装置により製造された半導体発光素子の側面図である。

以下に本発明の実施形態を図面を参照して説明するが、本発明はこれにより何ら制限されるものではない。また、同一構成部材については同一の符号を用い、重複する説明は適宜省略する。まず本実施形態に係るダイボンディング装置の第１実施形態例について、図１を用いて説明する。図１は、本発明の第１実施形態のダイボンディング装置の構成を示す概略説明図である。

〈第１実施形態〉
図１に示すダイボンディング装置１は、半導体レーザチップなどの半導体素子４を基板（サブマウント３）に搭載した半導体パッケージを製造する際に用いられる装置である。このような半導体素子（ダイ）４を、基板（サブマウント３）に搭載して半導体パッケージを組み立てる製造工程には、半導体ウエハを製造するウエハ製造工程と、このウエハを分割して多数のダイを製造するダイシング工程と、分割されたそれぞれのダイをサブマウント上に搭載するダイボンディング工程などがある。

すなわち、図１に示すダイボンディング装置１は、分割されたダイ（半導体素子４）をサブマウント３上に搭載する装置である。また、サブマウント３の上面に予め設ける配線接合部に共晶ロウ材ＳＬを蒸着して溶融し、半導体素子４の電極部４１を位置合わせして接合する。この際に、サブマウント３は、吸引部２１を介して、ステージ２の所定位置に吸引保持されている。また、半導体素子４はコレット５に吸引部５３を介して吸引保持され、ステージ２に載置されたサブマウント３に対してその位置を調整されて搭載され接合される。

すなわち、コレット５は、図示しない昇降移動装置を介して移動可能に、また、昇降可能に支持されており、吸引部２１および吸引部５３は、共に、外部に設置する真空発生装置に接続されており、それぞれの吸引部を所定の吸引圧にて真空引きすることにより、吸引部２１を介してサブマウント３を吸引保持し、吸引部５３を介して半導体素子４を吸引保持することが可能に構成される。

半導体素子４はサブマウント３と接合される面に電極部４１を有し、反対側の面に配線層４２を有する。電極部４１はサブマウント３の配線層３１に設けられる配線接続部に電気的に接続され、配線層４２は、外部端子と電気的に接続される電極部を有する。そして、ステージ２の所定の部位にサブマウント３を載置して、コレット５を用いて半導体素子４の配線層４２側を吸引保持して移動させて、サブマウント３の配線接続部に対して電極部４１を合致させるように位置合わせして搭載し、少し押さえ付けながら共晶ロウ材ＳＬを凝固させて電気的に接合する。

すなわち、サブマウント３上には、予め配線層３１と配線接続部（接合部となる）が設けられており、この接合部に半田やＡｕＳｎペーストなどの共晶ロウ材ＳＬを予め蒸着しておき、この接合部に半導体素子４の電極部４１を合致させるように搭載して、共晶ロウ材ＳＬを溶融・凝固させて接合する。

上記したように、ダイボンディング工程においては、半導体素子４をサブマウント３上の所定位置に接合するために、半田やＡｕＳｎペーストなどの共晶ロウ材ＳＬを蒸着して加熱溶融させた後、半導体素子４の電極部４１を位置合わせして搭載し、少し押さえつけて、共晶ロウ材ＳＬを冷却凝固させて接合している。

例えば、図２に示すように、ステージ２の上にサブマウント３を載置して吸引部２１を介して吸着保持する。そして、上部に配設するレーザ装置６からレーザ光ＬＡを照射して、配線部３１の所定部位に蒸着した共晶ロウ材ＳＬを加熱して溶融する。

その後、図３に示すように、半導体素子４を保持したコレット５を移動させ、位置調整してサブマウント３上に搭載する。そして、レーザ装置６からレーザ光ＬＡを照射して、半導体素子４を加熱して（共晶ロウ材ＳＬも同時に加熱される）、共晶ロウ材ＳＬが溶融した状態を維持して半導体素子４を押し込み、その後、レーザ光ＬＡの照射を停止して冷却凝固させる。

上記したように、本実施形態では、共晶ロウ材ＳＬの加熱溶融と半導体素子４の搭載時の半導体素子４の加熱の両方に、レーザ装置６が照射するレーザ光ＬＡを用いている。例えば、サブマウント３上の所定部位に蒸着された共晶ロウ材ＳＬにレーザ光ＬＡを照射することにより短時間で加熱溶融させることができる。また、共晶ロウ材ＳＬ上に半導体素子４を搭載して、一旦、半導体素子４と接合部を一体に加熱し、その後、レーザ光ＬＡの照射を停止することにより、自然冷却して凝固する。

共晶ロウ材ＳＬの加熱溶融と冷却凝固をヒートテーブルを用いて行う従来装置は、例えば、前述したように、図７に示すダイボンディング装置１Ａが採用される。ダイボンディング装置１Ａは、加熱装置を備えたヒートテーブル２Ａにサブマウント３Ａを載置し、ヒートテーブル２Ａを昇温してサブマウント３Ａを加熱して、共晶ロウ材ＳＬを加熱溶融させる。それから、半導体素子４Ａを吸着保持しているコレット５Ａを移動して、吸引部２１Ａを介して吸着保持されるサブマウント３Ａ上に半導体素子４Ａを搭載し、その後、共晶ロウ材ＳＬを凝固させて接合する。

そのために、共晶ロウ材ＳＬ溶融時の熱Ｈ１は、ヒートテーブル２Ａからサブマウント３Ａへ、サブマウント３Ａから共晶ロウ材ＳＬへ伝導する。従って、ヒートテーブル２Ａが装備する加熱装置が作動されると、まず、ヒートテーブル２Ａが昇温し、次いで、ヒートテーブル２Ａに載置されたサブマウント３Ａが昇温し、その後、サブマウント３Ａの上面側の共晶ロウ材ＳＬが昇温して溶融する。

それから、共晶ロウ材ＳＬが溶融した状態で、コレット５Ａを下降して半導体素子４Ａを搭載する。そして、加熱装置を停止して冷却し、共晶ロウ材ＳＬを凝固させる。

上記構成の従来のダイボンディング装置１Ａは、ヒートテーブル２Ａを加熱し、サブマウント３Ａを加熱し、それから共晶ロウ材ＳＬを加熱するので、加熱時間が長く必要であり、加熱効率もよくない。また、共晶ロウ材ＳＬを冷却する際にも、サブマウント３Ａとヒートテーブル２Ａも同時に冷却する時間が必要であるので、冷却時間も長くなる。

また、共晶ロウ材ＳＬの上に搭載する半導体素子４Ａは、共晶ロウ材ＳＬの熱を受けて昇温するだけであって直接的には加熱されないので、温度は比較的低い状態を保つ。そのために、サブマウント３Ａとの間で温度差が生じた状態で、共晶ロウ材ＳＬの溶融・凝固を行う構成になり、結果として半導体素子４Ａに熱歪みが残留してしまう。

この熱歪みについて、横長の半導体素子４Ａとして図８Ａ、図８Ｂを用いて説明する。図８Ａは、図７のダイボンディング装置１Ａにより製造された半導体発光素子の正面図であり、図８Ｂは側面図である。

図８Ａおよび図８Ｂに示すように、例えば、半導体素子４Ａは横長の形状で、その一端側に発光点ＥＰを有する。この横長の半導体素子４Ａに熱歪みが残留する意味は、サブマウント３Ａと半導体素子４Ａとの温度差が大きい場合には、冷却接合する際に、図８Ｂに示すように、その長さ方向の端部に付加する熱応力Ｂ１、Ｂ３と中央部に付加される熱応力Ｂ２とにより、全体として熱歪みＢＨが生じることである。

半導体素子４Ａが半導体レーザチップであれば、熱歪みＢＨが生じると、レーザ性能が悪化し、寿命が劣化するので好ましくない。

そこで、本実施形態では、所定の部位を短時間で加熱でき、接合する両部材の温度を容易に揃えられるように、加熱装置としてレーザ装置を用いることとし、サブマウント３の上から共晶ロウ材ＳＬに向けてレーザ光ＬＡを照射するようにし、さらに、半導体素子４を吸引保持した状態のコレット５の上からレーザ光ＬＡを照射可能にして、半導体素子４を加熱してサブマウント３との温度差を小さくして接合するようにしたものである。

すなわち、本実施形態に係るダイボンディング装置は、共晶ロウ材ＳＬを介在してサブマウント３に半導体素子４を接合するダイボンディング装置１であって、サブマウント３を載置するステージ２と、該ステージ２の上方に沿って移動可能であり、半導体素子４を吸引保持して当該半導体素子４をサブマウント３上の所定位置に搭載するコレット５と、ステージ２の上方に配設され、サブマウント３上に蒸着された共晶ロウ材ＳＬおよびサブマウント３に搭載された半導体素子４にレーザ光ＬＡを照射して加熱可能なレーザ装置６と、を有する。

この構成であれば、サブマウント３上に蒸着された共晶ロウ材ＳＬにレーザ光ＬＡを照射して加熱できると共に、接合時には、共晶ロウ材ＳＬの上に搭載する、すなわち、接合部に搭載する半導体素子４の上からレーザ光ＬＡを照射して半導体素子４を直接的に加熱できる。また、この際に、共晶ロウ材ＳＬも接合部周辺のサブマウント３も同時に加熱する。

そのために、サブマウント３上の共晶ロウ材ＳＬを加熱溶融させることが短時間で行うことができ、半導体素子４を搭載して接合する際には、半導体素子４を短時間で加熱して、サブマウント３の温度に近づけた状態で接合させることが可能になる。また、ステージ２を加熱する必要がないので、より効率的に加熱可能で冷却可能な構成となり、共晶ロウ材ＳＬの冷却時間も短くすることができて、短時間に凝固させることが可能になる。そのために、半導体素子４をサブマウント３に接合する際に、サブマウント３と半導体素子４との温度差を小さくして、半導体素子４の熱歪みを軽減可能なダイボンディング装置１を得ることができる。

コレット５は、レーザ装置６が照射するレーザ光ＬＡを、吸引保持した状態の半導体素子４に向けて照射可能な導光部を有することが好ましい。この構成であれば、半導体素子４をサブマウント３に接合する際に、コレット５に保持された状態の半導体素子４に、導光部を介して直接的にレーザ光ＬＡを照射できる。従って、半導体素子４を短時間で昇温させることができ、予め加熱していたサブマウント３の接合部部分の温度に近づけることができて、共晶ロウ材ＳＬの溶融接合時に発生する半導体素子４の熱歪みを緩和することが可能になる。

導光部は、レーザ光ＬＡが通過する経路に沿っていることが求められるので、コレット５の上部から下部に向けてレーザ光ＬＡを照射する場合には、コレット５の上面から下面に至る所定部分が導光部となる。また、レーザ光ＬＡがコレット５の側部から入射し、中央部で下向きに導光される場合には、側部から下面に至る導光部を形成してもよい。

そのために、コレット５が、半導体素子４を吸引保持した状態の半導体素子４の上部領域が、レーザ装置６が照射するレーザ光ＬＡを透過する材質から成る構成であれば、接合部の真上からレーザ光ＬＡを照射可能になって、接合する際に、共晶ロウ材ＳＬの温度と半導体素子４の温度とを同程度に昇温できて、共晶ロウ材ＳＬの溶融接合時に発生する半導体素子４の熱歪みを緩和できる。

コレット５のレーザ光ＬＡを透過する領域はガラス材から成ることが好ましい。この構成であれば、半導体素子４の上方から接合部に向けて照射するレーザ光ＬＡを効率よく透過させて、半導体素子４を直接加熱できる。

例えば、図４の上面模式図に示すように、コレット５は、硬質材質から成る枠５１とガラス体５２とから成る平面視円形とされ、その中心部に半導体素子４を吸引保持するために吸引部５３が設けられている。

ガラス体５２は、レーザ光ＬＡを、吸引保持した状態の半導体素子４に向けて照射可能な導光部である。また、ガラス体５２は、吸引保持する平面視矩形の半導体素子４の全体が透視可能な大きさであることが好ましく、このような大きさのガラス体５２を有するコレット５であれば、コレット５の上方から半導体素子４を視認でき、吸引保持した半導体素子４の位置を容易に確認可能になる。

そのために、コレット５の上部に撮影装置を配設することにより、コレット５が吸引保持した半導体素子４の位置を確認して、サブマウント３上に搭載する位置を微調整することが可能になる。次に、図５を用いて、コレット５の上部に撮影装置を配設した構成の第２実施形態のダイボンディング装置について説明する。

〈第２実施形態〉
図５に示す第２実施形態のダイボンディング装置１０は、前述した第１実施形態のダイボンディング装置１と同様に、サブマウント３を載置するステージ２と、該ステージ２の上方に沿って移動可能であり、半導体素子４を吸引保持して当該半導体素子４をサブマウント３上の所定位置に搭載するコレット５と、ステージ２の上方に配設され、サブマウント３と半導体素子４との接合部にレーザ光ＬＡを照射して加熱可能なレーザ装置６と、を有する。

ただし、レーザ装置６をコレット５の上から側方に変位させた位置に設けて、ハーフミラー７を介して、側方から照射されるレーザ光ＬＡを下向きに導光し、コレット５の上部には撮影装置９を設けた点が異なる。ハーフミラー７は、側方から照射されるレーザ光ＬＡを下向きに導光し、撮影装置９による撮影を可能にする光学部材であり、例えば、側面視三角形の長辺部にレーザ光ＬＡを反射して可視光を透過させる面を設けた光学部材から成る。

撮影装置９は、例えば、ＣＣＤカメラであり、焦点調整用レンズ８（第１レンズ８Ａ、第２レンズ８Ｂ）を備えて、半導体素子４にピントを合わせることもサブマウント３にピントを合わせることも可能であり、半導体素子４のサブマウント３に対する搭載位置を認識可能にしている。

また、コレット５を移動可能にしていることに加えて、ステージ２をＸＹθ方向に調整可能にしておくことにより、半導体素子４のサブマウント３に対する搭載位置を微調整可能になる。すなわち、ステージ２をＸＹθ補正機能を有する位置補正テーブルとし、撮影装置９により撮影された半導体素子４の位置に合わせて、サブマウント３の位置を調整する構成としてもよい。

ハーフミラー７は、側方から照射されるレーザ光ＬＡを下向きに反射する反射機能と、半導体素子４の像を撮影装置９により撮影可能な可視光透過機能を有しておればよく、ビームスプリッターやダイクロイックミラーなどの光学部材であってもよい。

上記構成のダイボンディング装置１０であれば、半導体素子４を保持したコレット５の真上に撮影装置９を配設しても、側方に配設するレーザ装置６を用いて、レーザ光ＬＡをコレット５の導光部を透過させて半導体素子４に照射できる。

さらに、接合前のサブマウント３と半導体素子４の位置を認識して、これらの位置をＸＹθ補正することにより、高精度にダイボンディングすることが可能になる。

次に、図６を用いて本実施形態に係るダイボンディング方法について説明する。図６は、本発明に係るダイボンディング方法の操作工程を示すフローチャートである。

ダイボンディング処理が開始されると、半導体素子吸着工程Ｓ１が実行され、ダイシング工程において分割された多数のダイ（半導体素子）から一つのダイを吸着してピックアップする。それから、サブマウント吸着・載置工程Ｓ２の、ステージ２にサブマウント３を載置して吸着保持する操作を行い、サブマウント３の位置合わせを行うサブマウントセンタリング工程Ｓ３を実行する。

その後、サブマウント３上の共晶ロウ材ＳＬを溶融させて（共晶ロウ材溶融工程Ｓ４）、この上に半導体素子４を移動し（半導体素子移動工程Ｓ５）、搭載し（半導体素子搭載工程Ｓ６）、この半導体素子４をサブマウント３と共に加熱し（半導体素子加熱工程Ｓ７）、加熱を停止して半導体素子４とサブマウント３と共晶ロウ材ＳＬを一体に冷却し接合して（冷却工程Ｓ８）ダイボンディング処理が終了する。このダイボンディング処理終了後に、半導体素子４の保持を開放したコレット５を上昇させる工程を有することは明らかである。

共晶ロウ材ＳＬを溶融する工程および半導体素子４を加熱する工程は、ステージ２の上方に配設されるレーザ装置６から照射されるレーザ光ＬＡを用いるので、短い加熱時間でよいことに加えて、接合する際に、サブマウント３と半導体素子４との温度差を小さくして接合でき、共晶ロウ材ＳＬの溶融接合時に発生する半導体素子４の熱歪みを緩和できる。

上記した半導体素子吸着工程Ｓ１から冷却工程Ｓ８に至る製造工程は、第１実施形態のダイボンディング装置１を製造する際のダイボンディング方法である。ハーフミラー７と撮影装置９を備えた第２実施形態のダイボンディング装置１０の製造工程は、半導体素子移動工程Ｓ５と半導体素子搭載工程Ｓ６の間に、半導体素子ハンドリング工程Ｓ１０を設けた点が異なる。

すなわち、第１実施形態のダイボンディング装置１のダイボンディング方法は、ステージ２に載置する下面と反対の上面に共晶ロウ材ＳＬを蒸着したサブマウント３をステージ２に載置する工程（サブマウント吸着・載置工程Ｓ２）と、サブマウント３上の共晶ロウ材ＳＬを溶融する工程（共晶ロウ材溶融工程Ｓ４）と、コレット５を用いて半導体素子４を吸引保持してサブマウント３上に移動する工程（半導体素子移動工程Ｓ５）と、コレット５を下降して半導体素子４をサブマウント３上に搭載する工程（半導体素子搭載工程Ｓ６）と、半導体素子４を加熱する工程（半導体素子加熱工程Ｓ７）と、加熱後に半導体素子４と共晶ロウ材ＳＬとを冷却する工程（冷却工程Ｓ８）と、を備える。

半導体素子加熱工程Ｓ７は半導体素子搭載工程Ｓ６の後に開始してもよく、半導体素子搭載工程Ｓ６と同時に、また、半導体素子搭載工程Ｓ６の前から開始してもよい。この半導体素子加熱工程Ｓ７においては、レーザ光ＬＡを照射して半導体素子４を加熱する際に、共晶ロウ材ＳＬとサブマウント３を同時に加熱していることは明らかである。

また、第２実施形態のダイボンディング装置１０のダイボンディング方法は、コレット５を用いて半導体素子４を吸引保持してサブマウント３上に移動する工程と、コレット５を下降して半導体素子４をサブマウント３上に載置する工程と、の間に、サブマウント３の位置、方向、角度を含む姿勢を補正する工程をさらに備える。この構成であれば、サブマウント３に搭載する半導体素子４の配設位置を微調整して正確な位置にダイボンディング可能になる。

第１実施形態のダイボンディング装置１でも第２実施形態のダイボンディング装置１０でも、ステージ２は加熱せず熱伝導する必要はないので、熱伝導性の良否を勘案する必要はない。そのために、本実施形態のステージ２は、耐熱性と耐摩耗性を有するセラミックやガラスを用いる構成にしている。

従って、加熱装置を備えたヒートテーブル２Ａを用いる従来装置に比較して、温度コントロール制御が不要で、熱伝導性が良好な材質を選択する必要がなくなって、設備コストを低減できる。

上記したように、本実施形態は、加熱装置としてレーザ装置６を用いているので、高出力レーザを用いることで短時間で共晶ロウ材ＳＬを加熱溶融可能になり、接合操作時には、半導体素子４を短時間で加熱してサブマウント３との温度差を小さくして接合できる。また、光透過性を有するコレット５を用いて半導体素子４を吸着保持しているので、コレット５の上部からレーザ光ＬＡを照射して、半導体素子４および共晶ロウ材ＳＬを同時に加熱することができる。

また、光透過性を有するコレット５を用いた構成であれば、コレット５の上方から、ボンディング直前の半導体素子４の位置と姿勢を撮影装置９を介して確認でき、搭載する位置や姿勢を調整することが可能になる。

さらに、半導体素子４およびサブマウント３と半導体素子４の接合部領域とをレーザ光ＬＡを用いて同時に加熱できるので、接合部領域のサブマウント３の温度と半導体素子４の温度の差がなくなり、ダイボンディング工程における半導体素子４の熱歪みを軽減できる。

また、サブマウント３の上に蒸着された共晶ロウ材ＳＬを直接加熱できるので、サブマウント３の裏側から加熱する従来方法と比較して、共晶ロウ材ＳＬの温度コントロールが容易であり、短時間でのコントロールが可能になる。

上記したように、本発明の請求項１に対応した課題を解決する手段は、共晶ロウ材ＳＬを介在してサブマウント３に半導体素子４を接合するダイボンディング装置であって、前記サブマウント３を載置するステージ２と、該ステージ２の上方に沿って移動可能であり、前記半導体素子４を吸引保持して当該半導体素子４を前記サブマウント３上の所定位置に搭載するコレット５と、前記ステージ２の上方に配設され、前記サブマウント３上に蒸着された前記共晶ロウ材ＳＬおよび前記サブマウント３に搭載された前記半導体素子４にレーザ光ＬＡを照射して加熱可能なレーザ装置６と、を有する構成のダイボンディング装置１、１０としたことである。

この請求項１に対応した効果は、サブマウント３上に蒸着された共晶ロウ材ＳＬをレーザ光ＬＡを照射して加熱できると共に、接合時には、共晶ロウ材ＳＬの上に搭載する半導体素子４の上からレーザ光ＬＡを照射して半導体素子４を加熱できる。そのために、サブマウント３上の共晶ロウ材ＳＬを加熱溶融させることも短時間で行うことができ、半導体素子４を搭載して接合する際には、半導体素子４を短時間で加熱して、サブマウント３の温度に近づけた状態で接合させることが可能になる。また、ステージ２を加熱する必要がないので、より効率的に加熱でき冷却可能な構成となり、共晶ロウ材ＳＬの冷却時間も短くすることができて、短時間に凝固させることが可能になる。そのために、半導体素子４をサブマウント３に接合する際に、サブマウント３と半導体素子４との温度差を小さくして、半導体素子４の熱歪みを軽減可能なダイボンディング装置１、１０を得ることができる。

請求項２に対応した課題を解決する手段は、前記コレット５は、前記半導体素子４を吸引保持した状態において、前記レーザ光ＬＡを前記半導体素子４に向けて照射可能な導光部を有することである。この請求項２に対応した効果は、半導体素子４をサブマウント３に接合する際に、半導体素子４を吸引保持したままレーザ光ＬＡを照射して半導体素子４を短時間で昇温させることができ、予め加熱していたサブマウント３の接合部部分の温度に近づけることができて、共晶ロウ材ＳＬの溶融接合時に発生する半導体素子４の熱歪みを緩和できる。

また、前記コレット５は、前記半導体素子４を吸引保持した状態の前記半導体素子４の上部領域が、前記レーザ光ＬＡを透過する材質から成ることが好ましい。この場合の効果は、接合部の真上から半導体素子４に向けてレーザ光ＬＡを照射可能になり、接合する際に、共晶ロウ材ＳＬの温度と半導体素子４の温度とを同程度に昇温できて、共晶ロウ材ＳＬの溶融接合時に発生する半導体素子４の熱歪みを緩和できる。

また、前記コレット５のレーザ光ＬＡを透過する領域はガラス材から成ることが好ましい。この場合の効果は、半導体素子４の上方から接合部に向けて照射するレーザ光ＬＡを効率よく透過させて、半導体素子４と共晶ロウ材ＳＬを直接加熱できる。

請求項３に対応した課題を解決する手段は、前記ステージ２の上方に、前記半導体素子４を撮影可能で、サブマウント３に対する相対位置を認識可能な撮影装置９を配設したダイボンディング装置１０としたことである。この請求項５に対応した効果は、サブマウント３に搭載する半導体素子４の設置位置を微調整して正確な位置にダイボンディング可能になる。

請求項４に対応した課題を解決する手段は、前記サブマウント３上に移動した前記コレット４と前記撮影装置９との間に、側方から照射されるレーザ光ＬＡを下向きに導光し、前記撮影装置９による撮影を可能にするハーフミラー７を配設したことである。この請求項６に対応した効果は、半導体素子４を保持したコレット５の真上に撮影装置５を配設しても、側方に配設するレーザ装置６を用いて、レーザ光ＬＡをコレット５を透過させて半導体素子４と接合部に向けて照射できる。

請求項５に対応した課題を解決する手段は、上記構成のダイボンディング装置１、１０を用いてサブマウント３に半導体素子４を接合するダイボンディング方法であって、上面に共晶ロウ材ＳＬを蒸着したサブマウント３をステージ２に載置する工程と、サブマウント３上の前記共晶ロウ材ＳＬにレーザ光を照射して溶融する工程と、コレット５を用いて前記半導体素子４を吸引保持して前記サブマウント３上に移動する工程と、前記コレット５を下降して前記半導体素子４を前記サブマウント３上に載置する工程と、前記半導体素子４にレーザ光を照射して加熱する工程と、加熱後に前記半導体素子４と前記共晶ロウ材ＳＬとを冷却する工程と、を備えることである。

この請求項５に対応した効果は、サブマウント３に搭載する半導体素子４にレーザ光ＬＡを照射して加熱する際に、共晶ロウ材ＳＬとサブマウント３を同時に加熱し、その後同時に冷却するので、サブマウント３と半導体素子４との温度を大きく異ならせることなく略同じ温度にして短時間で溶融させ凝固させることが可能になる。そのために、半導体素子４をサブマウント３に接合する際に、両者の温度差をより小さくした状態で接合可能な構成となり、半導体素子４の熱歪みを軽減可能なダイボンディング方法を得ることができる。

また、前記共晶ロウ材ＳＬを溶融する工程は、ステージ２の上方に配設されるレーザ装置６から照射されるレーザ光ＬＡを用いることが好ましい。この場合の効果は、短時間で共晶ロウ材ＳＬを加熱できる。

また、前記コレット５は、前記半導体素子４を吸引保持した状態の前記半導体素子４に向けて前記レーザ光を透過する材質から成る導光部を有し、前記半導体素子４を加熱する工程は、前記レーザ装置６から照射され前記コレット５を透過するレーザ光ＬＡによることが好ましい。この場合の効果は、接合部の真上からレーザ光ＬＡを照射可能になり、接合する際に、半導体素子４の温度をサブマウント３の接合部の温度と同程度に短時間に昇温できて、共晶ロウ材ＳＬを介した溶着接合時に発生する半導体素子４の熱歪みを緩和できる。

また、コレット５を用いて前記半導体素子４を吸引保持して前記サブマウント３上に移動する工程と、前記コレット５を下降して前記半導体素子４を前記サブマウント３上に載置する工程と、の間に、前記サブマウント３の位置、方向、角度を含む姿勢を補正する工程をさらに備えていてもよい。この場合の効果は、サブマウント３に搭載する半導体素子４の設置位置を微調整して正確な位置にダイボンディング可能になる。また、この補正工程は、半導体素子４を撮影可能で、サブマウント３に対する相対位置を認識可能な撮影装置９を接合部の上部に配設することにより実行できる。

上記したように本発明によれば、サブマウント上に蒸着された共晶ロウ材にレーザ光を直接照射して溶融し、この上に搭載する半導体素子にレーザ光を照射して加熱した後、接合するので、半導体素子をサブマウントに接合する際に、サブマウントと半導体素子との温度差を小さくして、半導体素子の熱歪みを軽減可能なダイボンディング装置およびダイボンディング方法を得ることができる。

そのために、本発明に係るダイボンディング装置およびダイボンディング方法は、半導体レーザ発光装置に用いられ、より良好な熱的安定性が求められる半導体レーザチップなどの半導体素子のダイボンディング工程に好適に利用可能となる。

１ ダイボンディング装置（本発明の第１実施形態）
１Ａ ダイボンディング装置（従来の）
２ ステージ
３ サブマウント
４ 半導体素子
５ コレット
６ レーザ装置
７ ハーフミラー
８ 焦点調整用レンズ
９ 撮影装置
１０ ダイボンディング装置（本発明の第２実施形態）
２１ 吸引部
３１ 配線部
４１ 電極部
５１ 枠
５２ ガラス体
５３ 吸引部
ＬＡ レーザ光
ＳＬ 共晶ロウ材

Claims (5)

1. 共晶ロウ材を介在してサブマウントに半導体素子を接合するダイボンディング装置であって、
   前記サブマウントを載置するステージと、
   当該ステージの上方に沿って移動可能であり、前記半導体素子を吸引保持して当該半導体素子を前記サブマウント上の所定位置に搭載するコレットと、
   前記ステージの上方に配設され、前記サブマウント上に蒸着された前記共晶ロウ材および前記サブマウントに搭載された前記半導体素子にレーザ光を照射して加熱可能なレーザ装置と、
   を有することを特徴とするダイボンディング装置。
2. 前記コレットは、前記半導体素子を吸引保持した状態において、前記レーザ光を前記半導体素子に向けて照射可能な導光部を有することを特徴とする請求項１に記載のダイボンディング装置。
3. 前記ステージの上方に、前記半導体素子を撮影可能で、前記サブマウントに対する相対位置を認識可能な撮影装置を配設したことを特徴とする請求項１または２に記載のダイボンディング装置。
4. 前記サブマウント上に移動した前記コレットと前記撮影装置との間に、側方から照射されるレーザ光を下向きに導光し、前記撮影装置による撮影を可能にするハーフミラーを配設したことを特徴とする請求項３に記載のダイボンディング装置。
5. 請求項１から４のいずれかに記載のダイボンディング装置を用いてサブマウントに半導体素子を接合するダイボンディング方法であって、
   上面に共晶ロウ材を蒸着したサブマウントをステージに載置する工程と、
   サブマウント上の前記共晶ロウ材にレーザ光を照射して溶融する工程と、
   コレットを用いて前記半導体素子を吸引保持して前記サブマウント上に移動する工程と、
   前記コレットを下降して前記半導体素子を前記サブマウント上に載置する工程と、
   前記半導体素子にレーザ光を照射して加熱する工程と、
   加熱後に前記半導体素子と前記共晶ロウ材とを冷却する工程と、
   を備えることを特徴とするダイボンディング方法。

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