JP2016086039A - 半導体装置の製造方法及び製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 光学部品などの実装部材貼付工程内で光学部品と半導体素子などの基板とのギャップを高精度に確保でき、さらに接着不良を判別し、接着不良品が後工程への流出防止可能な半導体装置の製造方法及び製造装置を提供する。【解決手段】 検出光６を実装部材１１及び接合部材１３の中を透過し照射することにより実装部材と基板１２との間の上下方向の距離を測定し、所定の距離まで接近させたまま、検出光を実装部材に対し上下方向かつ横方向には実装部材の少なくとも１つのコーナー部近傍に照射し、その反射光の波形により接着状態の良否を検査する。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、光学ガラス又はレンズなどの光学部品を、固体撮像素子などの半導体素子に実装して半導体装置を製造する、半導体装置の製造方法及び製造装置に関する。

近年、スマートフォン又はタブレット端末に代表される電子機器の小型化及び高性能化の進展に伴い、これらの端末に使用されるデバイスの小型化、及び、高密度化の流れが加速している。このようなデバイスの中に、光学部品と半導体素子との距離、すなわちギャップがデバイスの特性に大きく影響を与えるものがある。

このようなデバイスの一例として、撮像装置がある。撮像装置のパッケージ方法は、従来のパッケージ方法から、小型化が可能なチップサイズパッケージに移行しつつある。ここで、従来のパッケージ方法とは、光学ガラスと固体撮像素子とをセラミック等のパッケージによって気密封止する方法である。チップサイズパッケージ方式の撮像装置では、固体撮像素子の受光面直上又は受光部の外周部に、接合部材である接着樹脂を供給し、この接着樹脂の上に光学ガラスを接合することによって、受光部を封止する構造となっている。

撮像装置では、焦点距離を合わせるために、光学ガラスと固体撮像素子との距離を一定にしなければならない。従来方式の撮像装置では、セラミック多層基板又はガラス又は樹脂などから成る中空構造の中継基板によって、光学ガラスと固体撮像素子との距離は規正されていた。しかしながら、チップサイズパッケージでは、接着剤によって接合するため、光学ガラスと固体撮像素子との距離を規正する部材が無い。そのため、光学ガラスなどの光学部品と固体撮像素子などの半導体素子との間のギャップを高精度に実装する必要がある。

高精度実装の問題を解決する方法としては、光学部品と半導体素子との間隔を測長するために変位センサを設け、光学部品と半導体素子との間隔が正確に所望の値になるように、光学部品と半導体素子とを接合する半導体接合方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図６は、特許文献１で提案されている半導体接合装置の構成図である。図６のような半導体接合装置を用いた半導体装置製造方法について説明する。光学部品１０１をステージ１０４に保持し、半導体素子１０２をツール１０５に保持する。その後、光学部品１０１と半導体素子１０２とが所定の相対位置になるようにステージ１０４を水平方向に移動させる。次に、半導体素子１０２を固定したツール１０５を降下させると、半導体素子１０２と光学部品１０１上に設けられた接着剤１０３とが接触する。さらに、ツール１０５を所定の位置まで降下させた後、紫外光線照射により接着剤１０３を硬化させる。ここで、ステージ１０４上には変位センサ１０６が設けられ、ツール１０５とステージ１０４とのギャップを測定し、所定のギャップになるように押圧力を制御する。そのために、部材間ギャップを高精度に実装することが可能になる。

図７は、特許文献１で提案されている半導体接合方法により製造した半導体装置の構造を概念的に説明する断面図である。ステージ１０４に搭載された光学部品１０１と、ツール１０５に保持された半導体素子１０２とが、接着剤１０３によって接着された構造である。この構造は、光学部品１０１の中央部に１点塗布された接着剤１０３を、半導体素子１０２で押しつぶして広げることによって、製作される。ツール１０５とステージ１０４との間のギャップを制御しながら貼り付けられるため、半導体素子１０２と光学部品１０１との間のギャップが一定となる半導体装置が得られる。

ここで、半導体素子１０２により接着剤１０３を押しつぶす工程において、接着剤１０３は、半導体素子１０２の中央から外周部に向かって濡れ広がる。接着剤１０３の塗布量が少なく、半導体素子１０２と光学部品１０１とのギャップが広い場合、半導体素子１０２の平面方向のコーナー部近傍には接着剤１０３が濡れ広がらない。

スマートフォン又はタブレットなどのモバイル機器に搭載される撮像装置は、使用環境下において、耐落下衝撃性及び防湿性など高い信頼性が要求される。接着剤１０３が半導体素子１０２全面に濡れ広がらなければ、接着強度が確保できず、モバイル機器使用時の落下衝撃又は温度変化により半導体素子１０２と接着剤１０３との界面で剥離が発生したり、周囲環境から水分が浸入したりする接着不良になる。そのため、接着剤１０３は半導体素子１０２全面を覆うように濡れ広がる必要があり、量産現場の製造工程からは、接着不良の検査が求められる。

接着不良の検出方法としては、接着剤を用いて光学部品を貼り付けた接着製品に対し、レーザ光を斜めに照射しながら移動させ、反射光量に基づき、接着良否を判定する接着不良部検出方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。図８は、特許文献２で提案されている接着不良検出方法の一実施例を示す説明図である。図８に示すように、接着製品１１４においては、ガラスなどの光学部品１１３が、接着剤１１２により基板１１１と接着されている。この接着製品１１４の接着不良検出装置１１５は、接着製品１１４の上方の一方にレーザ発振器１１８が設けられ、もう一方には反射光を受光するパワーメーター１２０が設けられている。なお、レーザ発振器１１８及びパワーメーター１２０は、それぞれ枠１１６に固定され、光学部品１１３と接着剤１１２との界面１２４とのなす角度θは常に所定の値になる。

この検出装置１１５を用いた接着不良の検出方法を説明する。まず、接着製品１１４をある移動方向沿いに移動し、検査装置１１５を前記移動方向に対して直交する方向に往復動作させ、接着剤１１２を検査する。レーザ発振器１１８からのレーザ光１１７は、接着剤１１２に対して所定の角度θで照射され、接着剤１１２の屈折率に応じて屈折されながら透過し、光学部品１１３と接着剤１１２との界面１２４で反射し、所定の角度θで反射光となって接着製品１１４から放出される。放出された反射光はパワーメーター１２０で受光する。接着が良好であれば、パワーメーター１２０で受光した反射光量の出力値が閾値以上になり、接着不良があると、反射角度が不規則となり、パワーメーター１２０で受光した反射光量が閾値よりも低く出力される。このことにより、接着不良が検出できるとされている。

特開２００５−２５２００８号公報 特公平７−１１３６０９号公報

デバイスの小型化及び高機能化の進化は著しく、光学部品及び半導体素子の小型化の流れは一層加速している。接着強度を確保し、高い信頼性を確保するには、小さな光学部品に過不足なく接着剤が広がっていること、及び、接着剤の厚みを従来よりも高精度に制御することが求められる。

しかし、特許文献１に提案される半導体接合方法においては、ツール１０５とステージ１０４との間のギャップを制御しても、光学部品又は半導体素子の厚みがばらつくために、接着剤厚みがばらつく問題があった。

また、特許文献１に提案される半導体接合方法により作製された半導体装置は、接着剤１０３の濡れ広がり状態に関わらず、紫外線硬化され、不良品が後工程に流出する問題があった。

しかし、特許文献２に提案される接着不良検出方法によって検査した場合、光学部品の外周部又はコーナー部近傍では、光が乱反射して透過光の光量が低下し、接着良品であっても接着不良と判定する問題もあった。また、特許文献２で提案される接着不良検出装置は、特許文献１に提案された半導体装置の製造装置とは独立した機構であるため、半導体製造装置と接着不良検出装置とが個別に必要となり、生産現場において設備導入コストが高くなるとともに、接着不良を検知してから半導体製造条件に反映するまでに時間がかかり、その間に接着不良品を流出し続ける問題があった。

本発明は、上記課題を鑑み、半導体素子の実装工程内で光学部品と半導体素子などの基板とのギャップを高精度に確保でき、さらに接着部材の広がり不良を検知して接着不良品が後工程への流出を防ぐことができる半導体装置の製造方法及び製造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、本発明は以下のように構成する。

本発明の１つの態様によれば、矩形の実装部材を、接合部材を介して基板に実装する半導体装置の製造方法において、
前記接合部材を、前記実装部材又は前記基板のいずれかに供給したのち、吸着ツールを上下方向に移動させて前記実装部材を前記吸着ツールに吸着固定する吸着固定工程と、
前記吸着固定工程後に、位置情報取得装置により、前記吸着ツールで吸着した前記実装部材の、前記上下方向と交差する横方向の位置を測定して位置情報を取得する位置情報取得工程と、
前記位置情報取得工程後に、前記位置情報取得工程で取得した前記位置情報に基づいて、前記実装部材と前記基板とが対向するように前記吸着ツールの前記横方向の移動を制御装置で制御して前記横方向の位置を合わせる位置合わせ工程と、
前記位置合わせ工程後に、検出光を前記実装部材及び前記接合部材の中を透過して照射することにより、前記実装部材と前記基板との間の前記上下方向の距離を距離測定装置により測定し、前記制御装置により前記吸着ツールの駆動を制御して、前記距離測定装置で測定された測定値が所定の距離になる位置まで前記吸着ツールを下降させて前記実装部材と前記基板とを接近させる接近工程と、
前記接近工程後に、前記実装部材を透過する前記検出光を照射して前記接合部材の接着状態を接着状態検査装置により検査する接着状態検査工程と、
前記接近工程後に、硬化装置により前記接合部材を硬化する硬化工程とを備え、
前記接合部材の接着状態検査工程において、前記検出光を、前記実装部材の少なくとも１つのコーナー部近傍に前記上下方向沿いに照射し、その反射光の光量により接着状態の良否を前記接着状態検査装置で検査する、半導体装置の製造方法を提供する。

本発明の別の態様によれば、接合部材を、矩形の実装部材又は基板のいずれかに供給したのちに、上下方向に移動して前記実装部材を吸着固定する吸着ツールと、
前記吸着ツールで吸着した前記実装部材の、前記上下方向と交差する横方向の位置を測定して位置情報を取得する位置情報取得装置と、
前記位置情報取得装置で取得した前記位置情報に基づいて、前記実装部材と前記基板とが対向するように前記吸着ツールの前記横方向の移動を制御して前記横方向の位置を合わせる制御装置と、
前記横方向の位置を合わされた状態で、検出光を前記実装部材及び前記接合部材の中を透過して照射することにより、前記実装部材と前記基板との間の前記上下方向の距離を測定する距離測定装置と、
前記制御装置により前記吸着ツールの駆動を制御して、前記距離測定装置で測定された測定値が所定の距離になる位置まで前記吸着ツールを下降させて前記実装部材と前記基板とを接近させたのち、前記実装部材を透過する前記検出光を照射して前記接合部材の接着状態を検査する接着状態検査装置と、
前記接合部材を硬化する硬化装置とを備え、
前記接着状態検査装置は、前記検出光を、前記実装部材の少なくとも１つのコーナー部近傍に前記上下方向沿いに照射し、その反射光の波形により接着状態の良否を検査する、半導体装置の製造装置を提供する。

本発明の前記態様によれば、実装部材の基板への実装工程内で、実装部材と基板との間のギャップを高精度に確保できるとともに、接着不良を判別して接着不良品の後工程への流出を防ぐことが可能となる。

本発明の第１実施形態における半導体装置の製造装置の構成を示す概略断面図。 本発明の第１実施形態における半導体装置の製造装置の構成を示す半導体装置の平面図。 本発明の第１実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図。 本発明の第１実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図。 本発明の第１実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図。 本発明の第１実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図。 本発明の第１実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図。 本発明の第１実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図。 本発明の第１実施形態における光学部品と半導体素子との間のギャップの推移を説明する相関図。 本発明の第１実施形態における光学部品と半導体素子との間のギャップの推移を説明する相関図。 本発明の第２実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図。 図４Ａの状態での半導体装置の平面図。 本発明の第２実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図。 図４Ｃの状態での半導体装置の平面図。 本発明の第２実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図。 図４Ｅの状態での半導体装置の平面図。 本発明の第３実施形態における半導体装置の製造装置の構成を示す概略断面図。 本発明の第３実施形態における半導体装置の製造装置の構成を示す概略断面図。 本発明の第３実施形態における半導体装置の平面図。 従来の半導体装置の実装方法を示す概略断面図。 従来の半導体装置の実装方法による半導体装置の構造を示す概略断面図。 従来の接着不良検出方法を示す概略断面図。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施形態）
図１Ａ及び図１Ｂは、本発明の第１実施形態における半導体装置９７の製造装置の構成を示す概略断面図及び半導体装置９７の平面図である。

図１Ａに示す第１実施形態の半導体装置の製造装置は、ステージ７と、吸着ツールの一例として機能する実装ヘッド１と、実装ヘッド駆動機構９０と、距離測定装置の一例及び接着状態検査装置の一例として機能する非接触距離測定機構４と、測定機構駆動機構９１と、位置情報取得装置９２と、制御装置１００とを備えている。

ステージ７は、接合部材１３が形成された基板１２を固定する。

実装ヘッド１は、直方体の箱形状の本体１ｂと、透明吸着板２と、透明板８と、真空室３とを備えている。本体１ｂは、内部に内部空間が形成されている。透明吸着板２は、本体１ｂの下端面（底部）を構成しかつ中央部に実装部材１１を吸着可能な吸着孔２ａが貫通形成されている。透明板８は、本体１ｂの内部空間の中間部に透明吸着板２と平行に固定される。真空室３は、本体１ｂの内部空間の下部に透明吸着板２と透明板８と側壁１ａとで囲まれて形成されている。真空室３は、真空ポンプ５と接続されて、真空室３が真空になると、吸着孔２ａを介して実装部材１１を透明吸着板２の下面に吸着可能としている。

実装ヘッド駆動機構９０は、トレイ９及びステージ７の表面（上面）に対して垂直方向（図１Ａでは上下方向）及び垂直方向と直交する横方向（図１Ａでは左右方向）に実装ヘッド１を移動可能としている。

実装部材１１は、例えば光学ガラスから構成されており、例えばその屈折率は１．６３、光透過率は９６％、寸法は一辺が０．９５〜１．０５ｍｍの正方形で、厚さ３８０〜４２０μｍである。また、基板１２は、例えば固体撮像素子などの半導体素子であり、寸法は一辺が１．２〜１．６ｍｍの正方形で、厚さ２３０〜２７０μｍである。さらに、接合部材１３は、例えば紫外線硬化接着剤であり、例えばその屈折率は１．４９であり、光透過率は９０％である。一例として、図１Ｂに平面図で示すように、長方形又は正方形の基板１２の上に、基板１２より小さい長方形又は正方形の接合部材１３が配置されている。接合部材１３上に、接合部材１３より小さい長方形又は正方形の実装部材１１が配置されている。

さらに、非接触距離測定機構４が、実装ヘッド１の上部であって真空室３の外部でかつ透明板８に対して上下方向に一定距離だけ上方に離れた位置に配置され、かつ、横方向に移動可能に設けられている。測定機構駆動機構９１は、実装ヘッド１に配置され、トレイ９及びステージ７に対して、上下方向と直交する横方向に非接触距離測定機構４を実装ヘッド１上で移動させる。非接触距離測定機構４は、測定機構駆動機構９１により、実装部材１１の少なくとも中央部と１つのコーナー部近傍位置１１ａの付近との間で移動可能となっている。非接触距離測定機構４は、例えば分光干渉方式レーザ変位計であり、レーザ光６を発して、透明な実装部材１１と接合部材１３とを透過した後、基板１２の表面で反射した光を検出し、分析することで、実装部材１１と基板１２との間の距離Ｇを測定することができる。分光干渉方式レーザ変位計は、レーザ光６が進行した物質の各界面での反射光の干渉光を分光することで距離に換算しているため、少なくとも１台の分光干渉方式レーザ変位計で距離Ｇを測定することができる。非接触距離測定機構４での測定結果は、制御装置１００に出力されて、接合状態の良否が制御装置１００で判定される。

位置情報取得装置９２は、測定装置１４と、測定装置１４で測定されたデータを演算する演算部４４とで構成されている。測定装置の一例としての認識カメラ１４は、相対的に実装部材１１の下方に配置されている。相対的に実装部材１１の下方に配置されているとは、例えば、実装ヘッド駆動機構９０により実装ヘッド１を横方向に移動して、認識カメラ１４の上方の位置まで移動させることができること、又は、実装ヘッド１を静止させておき、実装ヘッド１の下方の位置まで認識カメラ１４を横方向に移動させることができることを意味する。認識カメラ１４により実装ヘッド１に吸着された実装部材１１を認識し、認識結果に基づき、実装ヘッド１に対する実装部材１１の位置ずれを演算部４４で算出する。算出した位置ずれの情報を、位置情報として制御装置１００に出力する。制御装置１００は、位置情報に基づき、実装ヘッド駆動機構９０を駆動制御して、実装ヘッド１に吸着された実装部材１１と基板１２との位置合わせを可能としている。

制御装置１００は、位置情報取得装置９２で取得した位置情報と、非接触距離測定機構４で測定した測定値とが入力され、入力された情報と予め記憶された製造工程の情報とを基に、実装ヘッド駆動機構９０の駆動と、測定機構駆動機構９１の駆動と、位置情報取得装置９２の駆動と、非接触距離測定機構４の駆動と、真空ポンプ５の駆動（又は、真空ポンプ５と真空室３との間に設けた制御弁の開閉動作）のそれぞれの動作を独立して制御している。なお、制御装置１００と各装置等との接続関係は、一部の図面では、図面の簡素化のため、図示を省略している。

図２Ａ〜図２Ｆは、本発明の第１実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図である。以下の製造方法の工程は、すべて、制御装置１００の制御の下に行われる。

まず、制御装置１００の制御の下に、図２Ａに示すように、トレイ９上に搭載された実装部材１１に対向する位置の上方に、実装ヘッド駆動機構９０により実装ヘッド１を移動した後、実装ヘッド駆動機構９０により実装ヘッド１を下降させて実装部材１１に接近させる。

次に、制御装置１００の制御の下に、図２Ｂに示すように、実装部材１１は、真空ポンプ５の駆動による真空吸着動作により、実装ヘッド１の透明吸着板２に吸着固定される。なお、真空吸着動作を行う際に、実装部材１１と透明吸着板２との間に空隙がある場合、負圧によって吸い寄せられ空中に浮いた実装部材１１は、周囲の気流の流れ又は実装部材１１の空中での傾き角度によって揺らぎ、吸着孔２ａの中心座標と実装部材１１の中心座標との間に位置ズレが生じる。

次に、制御装置１００の制御の下に、実装ヘッド１で実装部材１１を真空吸着したまま、実装ヘッド１を実装ヘッド駆動機構９０により上方に移動させた後、認識カメラ１４を相対的に実装部材１１の下方に配置する。例えば、実装ヘッド駆動機構９０により実装ヘッド１を横方向に移動して、認識カメラ１４の上方の位置まで移動させる。又は、実装ヘッド１を静止させておき、実装ヘッド１の下方の位置まで認識カメラ１４を横方向に移動させる。

次いで、制御装置１００の制御の下に、認識カメラ１４により、実装部材１１の平面方向の位置（実装部材１１の、上下方向と直交する平面内の位置）を測定し、透明吸着板２の吸着孔２ａの中心に対する実装部材１１の中心座標の相対座標、即ち位置ズレ量を演算部４４で算出する。例えば、認識カメラ１４の認識及び認識結果に基づく演算部４４での演算により吸着孔２ａの外周部３点の座標から中心座標を求めた後、実装部材１１の中心に対して点対称にある２頂点の位置を認識カメラ１４で測定し、実装部材１１の中心座標を演算部４４で求め、演算部４４で実装部材１１の中心座標から吸着孔２ａの中心座標を減じた座標を相対座標とすればよい。演算部４４で算出した相対座標は、位置情報として、演算部４４から制御装置１００に出力する。

さらに、制御装置１００の制御の下に、図２Ｃに示すように、ステージ７上に基板１２を搭載した後、図示しない認識カメラにより基板１２に設けられた認識マーク（図示せず）の平面方向の座標を測定し、その座標を基に基板１２上の所定の位置に接合部材１３を接合部材供給装置（図示せず）により供給する。接合部材供給装置による接合部材１３の供給方法としては、例えば、ディスペンサー、スクリーン印刷、又は、転写により供給される。その後、制御装置１００の制御の下に、制御装置１００に入力された位置情報を基に、実装ヘッド駆動機構９０により、実装ヘッド１を、基板１２の所定の位置、即ち基板１２に設けられた２箇所の認識マーク（図示しない）の中心座標と、実装部材１１の中心座標とが一致するように平面方向に移動させる。その後、制御装置１００の制御の下に、演算部４４から位置情報として制御装置１００に入力された相対座標を基に、実装ヘッド駆動機構９０により、実装部材１１を吸着した実装ヘッド１を基板１２に接近する。すなわち、図２Ｄに示すように、制御装置１００の制御の下に、実装ヘッド駆動機構９０により、接合部材１３と実装部材１１とが密着するように、実装部材１１を基板１２に接近させる。この接近状態で、制御装置１００の制御の下に、非接触距離測定機構４により、実装部材１１と基板１２との間の距離Ｇを測定する。非接触距離測定機構４により測定した測定値は、制御装置１００に出力して、距離Ｇの制御及び接合状態の良否の判定に使用される。すなわち、例えば、実装部材１１の中心部で実装部材１１と基板１２との間の距離Ｇを測定して、測定値を基に、制御装置１００は、実装ヘッド駆動機構９０を介して実装ヘッド１の下降量を制御する。すなわち、制御装置１００の制御の下に、実装ヘッド駆動機構９０により、非接触距離測定機構４により測定した測定値が所望の値になるように、実装ヘッド１を基板１２に接近させる。実装ヘッド１が基板１２に接近されるとともに、接合部材１３は、実装部材１１と基板１２との間で押しつぶされ、実装部材１１の周縁に向かって実装部材１１の表面を伝って濡れ広がる。ここで、非接触距離測定機構４は、実装部材１１と基板１２との傾きの影響を受けにくい、吸着孔２ａ又は実装部材１１の中心位置に配置させるように、非接触距離測定機構４を測定機構駆動機構９１により移動させることが望ましい。非接触距離測定機構４から発せられたレーザ光６は、透明な実装部材１１と接合部材１３とを透過した後、基板１２の表面で反射した光を検出し、分析することで、実装部材１１と基板１２との間の距離を直接測定することができる。なお、使用環境において実装部材１１と接合部材１３との間での剥離及び破壊の発生を防ぐために、実装部材１１と接合部材１３との間の界面は、十分な接着強度を確保する必要がある。そのために、接合部材１３は、実装部材１１の下面全面と密着するように濡れ広がることが望ましく、図１Ｂに示すように、実装部材１１の縁より外側に接合部材１３がはみ出していると、なお良い。

次に、制御装置１００の制御の下に、図２Ｅに示すように、所定のギャップに保ったまま、実装ヘッド駆動機構９０により非接触距離測定機構４を実装部材１１の中心位置からコーナー部近傍位置１１ａの付近に移動し、コーナー部近傍位置１１ａの付近に対してレーザ光６を発して、コーナー部近傍位置１１ａでの接着状態を検査し、検査結果を非接触距離測定機構４から制御装置１００に出力して、接着状態の良否を制御装置１００で判定する。接合部材１３は、実装部材１１に中心部で接触した後は中心部から同心円上に広がっていくため、図１Ｂに示すように、矩形の実装部材１１の２つの交差する対角線１１ｂ上にあるコーナー部近傍位置１１ａを少なくとも１点測定すればよい。

また、接着状態が良品である場合には、その所定のギャップに保ったまま、紫外線照射装置のような硬化装置９８から紫外線を照射し、接合部材１３を硬化させる。なお、硬化工程は、接着検査工程の前後いずれでも構わない。

最後に、制御装置１００の制御の下に、図２Ｆに示すように真空吸着動作を停止し、実装ヘッド１を実装部材１１から離間し、半導体装置９７が完成する。

次に、非接触距離測定機構４を用いた接着状態の検査方法について説明する。図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第１実施形態における光学部品と半導体素子との間のギャップ（距離）Ｇの推移を説明する相関図である。図３Ａに示すように、非接触距離測定機構４に分光干渉方式レーザ変位計を用いる場合、検出波形をギャップＧと光量との関係で制御装置１００に出力することができる。レーザ光６が照射された位置に、接合部材１３が隙間なく充填されている場合、光が物質中を透過する光路長は、空気中の光路長に屈折率を乗じた長さになるため、実装部材１１の厚み及び接合部材１３にそれぞれの屈折率を乗じた値が、ギャップＧとして制御装置１００に出力される。

図３Ａに示すように、実装部材１１の厚みｇ１は、光量ピークｐ１を有する波形として出力される。一方、実装部材１１と基板１２とが接近し、実装部材１１と接合部材１３とが密着したときの、実装部材１１と基板１２との間のギャップＧ、すなわち接合部材１３の厚みｇ２０は、光量ピークｐ２を有する波形として非接触距離測定機構４から出力され、実装部材１１と基板１２とがさらに接近して、接合部材１３が、実装部材１１と基板１２との間で押しつぶされるに伴い、光量ピークｐ２を有する波形のギャップの値は減少方向に移動し、所望のギャップｇ２１に到る。ここで、光量ピークは、光が透過する部材の透過率に伴い増減する。例えば、光透過率が、空気、実装部材１１、接合部材１３の順に大きい場合、光量ピークもこの順に大きくなる。また、実装部材１１と基板１２との間隙に接合部材１３が充填されずに空気が存在する場合、所望のギャップｇ２１における波形のピーク値は、接合部材が充填されている場合の光量ピークｐ２より大きな値の光量ピークｐ２２として出力される。

このために、実装部材１１と基板１２との間隙に接合部材１３が充填されている場合（良品の場合）の光量ピークｐ２を予め測定しておくことにより、所定のギャップでの光量がｐ２を上回れば、実装部材１１と基板１２との間隙に接合部材１３が充填されていない状態、すなわち接合不良として制御装置１００で判定することが可能になる。

なお、出力される実装部材１１の厚みｇ１は、実際の実装部材１１の厚みに実装部材１１の屈折率を乗じた値であり、接合部材１３の厚みｇ２０、ｇ２１は、実際の接合部材１１の厚みに接合部材１３の屈折率を乗じた値になる。

図３Ｂを用いて、接合状態の良否検査の工程について説明する。まず、時間ｔ０において、実装部材１１と接合部材１３とが接触し、ギャップはｇ２０として検出される。実装部材１１が接合部材１３に接近するにつれギャップは小さくなり、時間ｔ１において所望のギャップｇ２１に到った後、時間ｔ２まで保持する。この時間ｔ１と時間ｔ２との間に、実装部材１１のコーナー部近傍位置１１ａに非接触距離測定機構４を移動し、レーザ光６をコーナー部近傍位置１１ａに照射し、コーナー部近傍位置１１ａでの光量及びギャップを測定する。この検査工程により、コーナー部近傍位置１１ａにおいて接合部材１３が実装部材１１と基板１２との間隙に充填されていると制御装置１００で判定した場合、紫外線又は熱エネルギを照射し接合部材１３を硬化させるが、充填されていないと制御装置１００で判定した場合は、不良品として分類する。この工程により、後工程不良が流出することを抑制でき、高精度に実装部材１１と基板１２とのギャップを確保することができる。

第１実施形態における製造方法により、上述の部材を用いて半導体装置を作製した。実装部材１１と基板１２との間のギャップが１５μｍ、すなわちｇ２１＝２２．４μｍになるように設定し、上述の方法を用いて作製した。接合部材１３の検査は、実装部材１１の対角線１１ｂ上にあり、垂直で交わる２つの辺からそれぞれ１５０μｍ離れた位置の１点を直径５０μｍのレーザ光６により測定した。実装部材１１の吸着孔２ａの直径が５００μｍ、かつ最大吸着位置ズレ量が±２００μｍの場合において、接合部材１３が吸着孔２ａの中心に対して位置ずれがあっても、接合状態を検査して制御装置１００で良否判定できることを確認した。また、実装部材１１と基板１２との間の接合ギャップＧは１５±２μｍであった。

以上のように、第１実施形態によれば、実装部材１１の貼り付け工程内で、後工程への不良流出を抑制することができ、高精度に実装部材１１と基板１２とのギャップを確保することができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態は、第１実施形態の実装部材１１よりも小さな実装部材３１を用い、距離測定装置の一例及び接着状態検査装置の一例として機能する非接触距離測定機構２４の非接触距離測定部２４ａが固定されかつミラーが移動すること、及び、検査工程におけるレーザ光２６の測定箇所が２点あることで第１実施形態と異なる。

図４Ａ〜図４Ｆは、それぞれ、本発明の第２実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図及び半導体装置の平面図である。

図４Ａ及び図４Ｂに示す、第２実施形態の半導体装置の製造装置の構成について説明する。第２実施形態の半導体装置の製造装置は、ステージ２７と、吸着ツールの一例として機能する実装ヘッド２１と、実装ヘッド駆動機構９０と、距離測定装置の一例として機能する非接触距離測定機構２４と、測定機構駆動機構９１と、位置情報取得装置９２と、制御装置１００とを備えている。

なお、第２実施形態において、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付して、説明を省略する。

ステージ２７は、第１実施形態のステージ７に対応し、接合部材３３が形成された基板３２を固定する。

実装ヘッド２１は、第１実施形態の実装ヘッド１に対応するが、形状及び構成が異なっている。すなわち、実装ヘッド２１は、実装部材３１を吸着可能な吸着孔２２ａを有する透明吸着板２２と、透明板２８と、側壁２１ａと、真空室３とを備えている。透明吸着板２２は、矩形筒形状の側壁２１ａの下端面（底部）を構成しかつ中央部に実装部材１１を吸着可能な吸着孔２ａが貫通形成されている。透明板８は、側壁２１ａの上端に透明吸着板２２と平行に固定される。よって、真空室２３は、透明吸着板２２と透明板２８と側壁２１ａとで囲まれて形成されている。真空室２３は、真空ポンプ５と接続されて、真空室３が真空になると、吸着孔２２ａを介して実装部材３１を透明吸着板２２の下面に吸着可能としている。

実装ヘッド駆動機構９０は、第１実施形態と同様に、ステージ２７の平面に対して垂直方向（図４Ａでは上下方向）及び垂直方向と直交する横方向（図４Ａでは左右方向）に実装ヘッド２１を移動可能としている。

実装部材３１は、例えば光学ガラスから構成されており、例えばその屈折率は１．５１、光透過率は９８％、寸法は一辺が０．４５〜０．５５ｍｍの正方形、厚さ３８０〜４２０μｍである。また、基板３２は、例えば固体撮像素子などの半導体素子であり、寸法は０．７ｍｍ×１．０ｍｍ、厚さ２８０〜３２０μｍである。さらに、接合部材３３は、例えば紫外線硬化接着剤であり、例えばその屈折率は１．４９であり、光透過率は９０％である。

さらに、非接触距離測定機構２４は、以下のように構成されている。真空室２３の外部の一側面２１ｃに隣接するように非接触距離測定部２４ａが固定されている。その非接触距離測定部２４ａから上下方向の下向きに出力されるレーザ光２６の光軸上には、非接触距離測定部２４ａに対して４５°の傾きを有する固定ミラー３４ａが設置されている。また、固定ミラー３４ａと同じ高さでかつ透明板２８に対して上下方向に一定の距離を離れた位置には、反射角４５°の駆動ミラー３４ｂが設けられている。駆動ミラー３４ｂは、駆動ミラー駆動機構９５により、固定ミラー３４ａからの横方向の光軸上で横方向に移動可能となっている。非接触距離測定部２４ａは、例えば分光干渉方式レーザ変位計であり、固定ミラー３４ａと駆動ミラー３４ｂとを介して反射したレーザ光２６により、実装部材３１と基板３２との間の距離Ｇを測定することができる。

制御装置１００は、位置情報取得装置９２で取得した位置情報と、非接触距離測定機構２４で測定した測定値とが入力され、入力された情報を基に、実装ヘッド駆動機構９０の駆動と、測定機構駆動機構９１の駆動と、位置情報取得装置９２の駆動と、駆動ミラー駆動機構９５の駆動と、真空ポンプ５の駆動（又は、真空ポンプ５と真空室２３との間に設けた制御弁の開閉動作）のそれぞれの動作を独立して制御している。

次に、第２実施形態における半導体装置の製造方法について述べる。以下の製造方法の工程も、すべて、制御装置１００の制御の下に行われる。

まず、制御装置１００の制御の下に、第１実施形態と同様に、実装ヘッド駆動機構９０により実装ヘッド２１を移動制御して、図示しないトレイ上に搭載された実装部材３１を真空吸着により実装ヘッド２１で吸着固定する。

その後、制御装置１００の制御の下に、認識カメラ１４（第１実施形態参照）により実装部材３１の平面方向（実装部材２１の、上下方向と直交する平面内の位置）の吸着位置を測定し、透明吸着板２２の吸着孔２２ａの中心に対する実装部材２１の中心座標の相対座標、即ち位置ズレ量を演算部４４で算出する。

次に、制御装置１００の制御の下に、実装ヘッド駆動機構９０により、実装ヘッド２１に固定された実装部材３１と基板３２とが対向するように実装ヘッド２１を平面移動した後、実装ヘッド２１を基板３２に接近するように下降させる。図４Ａ及び図４Ｂに示すように、接合部材３３と実装部材３１とが密着したとき、制御装置１００の制御の下に、非接触距離測定機構２４により、実装部材３１と基板３２との間の距離Ｇを測定する。非接触距離測定機構２４で測定した測定値は、非接触距離測定機構２４から制御装置１００に出力して、距離Ｇの制御に使用される。すなわち、例えば、実装部材３１の中心部で実装部材３１と基板３２との間の距離Ｇを測定して、測定値を基に、制御装置１００は、実装ヘッド駆動機構９０を介して実装ヘッド２１の下降量を制御する。すなわち、制御装置１００の制御の下に、実装ヘッド駆動機構９０により、非接触距離測定機構２４により測定した測定値が所望の値になるように、実装ヘッド２１を基板３２に接近させる。すると、接合部材３３は、実装部材３１と基板３２との間で押しつぶされ、実装部材２１の周縁に向かって実装部材３１の表面を伝って濡れ広がる。ここで、非接触距離測定部２４ａから発せられたレーザ光２６は、固定ミラー３４ａと中央部に位置する駆動ミラー３４ｂとで反射した後、透明板２８と吸着孔２２ａと実装部材３１との順に透過し、基板３２の表面で反射し、その逆の順序で非接触距離測定部２４ａに返り、実装部材３１と基板３２との間の距離Ｇを直接測定することができる。なお、駆動ミラー３４ｂの横方向の位置は、レーザ光２６が吸着孔２２ａの内側を通る中央部の位置にするとよい。レーザ光２６が、吸着孔２２ａの外周部に当たる場合、又は、吸着時に位置ずれが生じて実装部材３１の周縁部に当たる場合、乱反射により距離Ｇの測定精度が低下するためである。

次に、制御装置１００の制御の下に、図４Ｃ及び図４Ｄに示すように、所定のギャップＧに保ったまま、駆動ミラー駆動機構９５により、駆動ミラー３４ｂを、中央部の位置から実装部材３１の１つのコーナー部３１ａの近傍付近に移動させ、非接触距離測定部２４ａからレーザ光２６を発して、コーナー部３１ａでの接着状態を検査し、検査結果を非接触距離測定部２４ａから制御装置１００に出力して、接着状態の良否を制御装置１００で判定する。

ここで、第２実施形態の実装部材３１は、第１実施形態の実装部材１１の半分程度の小さい部材であり、小さな実装部材３１と基板３２との短辺方向の寸法差は小さいので、接合部材３３が基板３２からはみ出さないように、接合部材３３の塗布量を微量に供給しなければならない。しかし、接合部材３３が微量の場合、供給方向の影響を受け、塗布形状は点対称にならないことが多く、実装部材３１の対角線３１ｂ上のコーナー部３１ａ，３１ｃの近傍部の少なくとも２箇所を検査することが望ましい。

さらに、図４Ｅ及び図４Ｆに示すように、所定のギャップＧに保ったまま、駆動ミラー３４ｂを、実装部材３１のコーナー部３１ａの近傍付近と点対称にあるもう１つのコーナー部３１ｃの近傍付近とに移動し、レーザ光２６を発してそれぞれのコーナー部３１ａ，３１ｃで接着状態を検査し、接着状態の良否を制御装置１００で判定する。この２回の検査の両方で良品と制御装置１００で判定した場合、良品と制御装置１００で判定する。

第２実施形態における製造方法により、上述の部材を用いて半導体装置を作製した。実装部材３１と基板３２の間のギャップが２０μｍ、すなわちｇ２１＝２２．４μｍになるように設定し、上述の方法を用いて作製した。接合部材３３の検査は、実装部材３１の対角線３１ｂ上にあり、垂直で交わる２つの辺からそれぞれ１００μｍ離れた、点対称の位置２点３１ａ，３１ｃを直径５０μｍのレーザ光２６により測定した。実装部材３１の吸着孔２２ａの直径が３００μｍ、かつ最大吸着位置ズレ量が±１００μｍの場合において、接合部材３３が吸着孔２２ａの中心に対して位置ずれがあっても、接合状態を検査できることを確認した。また、実装部材３１と基板３２との間の接合ギャップＧは２０±１μｍであった。また、実装部材３１の短辺と交わる２個のコーナー部３１ａ，３１ｃの近傍において、接合部材３３が充填されていない半導体装置を不良と制御装置１００で判定することができた。

以上のように、第２実施形態によれば、小さな実装部材３３であっても実装部材３３の貼り付け工程内で、後工程への不良流出を抑制することができ、高精度に実装部材３３と基板３２とのギャップを確保することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態は、第１実施形態における半導体装置の製造装置の構成と同じだが、反りの大きな実装部材４１を用いる点と、検査工程におけるレーザ光６の測定箇所が４点である点とが、第１実施形態及び第２実施形態と異なる。なお、第３実施形態において、第１実施形態と同じ構成については、同じ符号を付して、説明を省略する。

第３実施形態における半導体装置の検査工程を説明する。図５Ａ〜図５Ｃは、本発明の第３実施形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図及び半導体装置の平面図である。以下の製造方法の工程も、すべて、制御装置１００の制御の下に行われる。

まず、制御装置１００の制御の下に、図５Ａのように、実装ヘッド駆動機構９０により、下に凸に反った実装部材４１を実装ヘッド１で吸着して基板４２に接近させると、実装部材４１が接合部材４３に密着する。そして、制御装置１００の制御の下に、非接触距離測定機構４により実装部材４１と基板４２との間のギャップＧを測定しながら、所望のギャップになるように実装ヘッド駆動機構９０により実装ヘッド１を下降制御する。実装部材４１は下に凸に反っているので、接合部材４３の量が少ない場合、最も反りの大きな実装部材４１のコーナー部近傍では、基板４２とのギャップが面内で最大になり、接合部材４３の充填不良が最も発生しやすい。しかし、実装部材４１の反りが最大になるコーナー部は、実装部材毎にばらつく。そのため、４つのコーナー部４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅの近傍位置で、それぞれ接着状態を検査することが望ましい。

そこで、図５Ｂのように、一定のギャップに保ったまま非接触距離測定機構４をそれぞれのコーナー部４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅの近傍位置に測定機構駆動機構９１で順に移動させて、レーザ光６を照射して実装部材４１と基板４２との間のギャップＧを測定し、接着状態をそれぞれ検査する。

図５Ｃに示す平面図を用いて、レーザ光６の測定位置を説明する。まず、吸着孔２ａの中心位置４１ａでレーザ光６を照射してギャップを測定し接着状態を検査する。その後、第１のコーナー部近傍位置４１ｂと、第２のコーナー部近傍位置４１ｃと、第３のコーナー部近傍位置４１ｄと、第４のコーナー部近傍位置４１ｅとでレーザ光６をそれぞれ個別に照射し、それぞれの測定位置での接着状態を検査する。各検査結果は、非接触距離測定機構４から制御装置１００に出力して、接着状態の良否を制御装置１００で判定する。全ての測定位置において接合部材４３が充填されていると制御装置１００で判定された場合、接合状態の良品となる。

例えば、実装部材４１は、例えば光学カラスから構成されており、例えばその屈折率は１．６３、光透過率は９６％、寸法は一辺が２．０〜２．１ｍｍの正方形、厚さ１８０〜２００μｍ、反り量１０μｍである。また、基板４２は、例えば固体撮像素子などの半導体素子であり、寸法は２．８ｍｍ×３．５ｍｍ、厚さ１８０〜２００μｍである。さらに、接合部材４３は、例えば紫外線硬化及び熱硬化併用接着剤から成り、例えばその屈折率は１．４９であり、光透過率は９２％である。

第３実施形態における半導体装置の製造方法により、半導体装置を製作した。ギャップＧ＝５０μｍとなるように制御した結果、実装部材４１の中央部の反りを５０±５μｍに抑えることができた。また、少なくとも１箇所のコーナー部近傍位置にて接合部材１３が未充填な半導体装置を不良品として排除することができ、貼り付け工程内で高精度にギャップを確保しながら、後工程への不良流出を抑えることができた。

以上のように、第３実施形態によれば、反りの大きな実装部材１１であっても実装部材１１の貼り付け工程内で、後工程への不良流出を抑制することができ、高精度に実装部材１１と基板１２とのギャップを確保することができる。

なお、第１実施形態から第３実施形態において、実装ヘッド１が基板１２を吸着するステージ７よりも上方に位置する事例で説明したが、これに限られない。基板１２を吸着するステージ７を上方に、実装部材１１を吸着する実装ヘッドを下方に配置し、実装ヘッドが上昇する構成をとっても構わない。

なお、上記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明に係る半導体装置の製造方法及び製造装置は、実装部材と基板とのギャップを高精度に確保する効果と、接着不良を判別して接着不良品が後工程への流出を防ぐ効果とを有し、小型の光学ガラス、レンズ、又はプリズムなどを実装する半導体実装分野において特に有用である。

１、２１ 実装ヘッド
１ａ 側壁
１ｂ 本体
２、２２ 透明吸着板
２ａ、２２ａ 吸着孔
３、２３ 真空室
４、２４ 非接触距離測定機構
５ 真空ポンプ
６、２６ レーザ光
７、２７ ステージ
８、２８ 透明板
１１、３１、４１ 実装部材
１１ａ、１１ｃ コーナー部
１１ｂ 対角線
１２、３２、４２ 基板
１３、３３、４３ 接合部材
１４ 認識カメラ
２４ａ 非接触距離測定部
４１ａ 中心位置
４１ｂ，４１ｃ，４１ｄ，４１ｅ コーナー部
４４ 演算部
９０ 実装ヘッド駆動機構
９１ 測定機構駆動機構
９２ 位置情報取得装置
９５ 駆動ミラー駆動機構
９７ 半導体装置
９８ 硬化装置
１００ 制御装置

Claims (5)

1. 矩形の実装部材を、接合部材を介して基板に実装する半導体装置の製造方法において、
   前記接合部材を、前記実装部材又は前記基板のいずれかに供給したのち、吸着ツールを上下方向に移動させて前記実装部材を前記吸着ツールに吸着固定する吸着固定工程と、
   前記吸着固定工程後に、位置情報取得装置により、前記吸着ツールで吸着した前記実装部材の、前記上下方向と交差する横方向の位置を測定して位置情報を取得する位置情報取得工程と、
   前記位置情報取得工程後に、前記位置情報取得工程で取得した前記位置情報に基づいて、前記実装部材と前記基板とが対向するように前記吸着ツールの前記横方向の移動を制御装置で制御して前記横方向の位置を合わせる位置合わせ工程と、
   前記位置合わせ工程後に、検出光を前記実装部材及び前記接合部材の中を透過して照射することにより、前記実装部材と前記基板との間の前記上下方向の距離を距離測定装置により測定し、前記制御装置により前記吸着ツールの駆動を制御して、前記距離測定装置で測定された測定値が所定の距離になる位置まで前記吸着ツールを下降させて前記実装部材と前記基板とを接近させる接近工程と、
   前記接近工程後に、前記実装部材を透過する前記検出光を照射して前記接合部材の接着状態を接着状態検査装置により検査する接着状態検査工程と、
   前記接近工程後に、硬化装置により前記接合部材を硬化する硬化工程とを備え、
   前記接合部材の接着状態検査工程において、前記検出光を、前記実装部材の少なくとも１つのコーナー部近傍に前記上下方向沿いに照射し、その反射光の光量により接着状態の良否を前記接着状態検査装置で検査する、半導体装置の製造方法。
2. 前記実装部材の前記横方向の前記位置情報取得工程において前記実装部材の前記吸着ツールに対する位置ズレ量を前記位置情報取得装置で算出した後、
   前記接着状態検査工程において、前記１つのコーナー部近傍の位置を含む前記実装部材の複数の位置に、順に、前記検出光を照射して前記接合部材の接着状態を前記接着状態検査装置により検査する、請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記接着状態検査工程において、前記複数の位置は、前記実装部材の対角線上の、前記１つのコーナー部近傍の位置を含む２つのコーナー部近傍の位置である、請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記接近工程において、前記検出光が、前記吸着ツールの内部に設けられた真空吸着孔内を通る、請求項１〜３のいずれか１つに記載の半導体装置の製造方法。
5. 接合部材を、矩形の実装部材又は基板のいずれかに供給したのちに、上下方向に移動して前記実装部材を吸着固定する吸着ツールと、
   前記吸着ツールで吸着した前記実装部材の、前記上下方向と交差する横方向の位置を測定して位置情報を取得する位置情報取得装置と、
   前記位置情報取得装置で取得した前記位置情報に基づいて、前記実装部材と前記基板とが対向するように前記吸着ツールの前記横方向の移動を制御して前記横方向の位置を合わせる制御装置と、
   前記横方向の位置を合わされた状態で、検出光を前記実装部材及び前記接合部材の中を透過して照射することにより、前記実装部材と前記基板との間の前記上下方向の距離を測定する距離測定装置と、
   前記制御装置により前記吸着ツールの駆動を制御して、前記距離測定装置で測定された測定値が所定の距離になる位置まで前記吸着ツールを下降させて前記実装部材と前記基板とを接近させたのち、前記実装部材を透過する前記検出光を照射して前記接合部材の接着状態を検査する接着状態検査装置と、
   前記接合部材を硬化する硬化装置とを備え、
   前記接着状態検査装置は、前記検出光を、前記実装部材の少なくとも１つのコーナー部近傍に前記上下方向沿いに照射し、その反射光の波形により接着状態の良否を検査する、半導体装置の製造装置。

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