JP2017034282A - 接合システム、接合方法、および半導体デバイスの製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】接合装置は、チップを保持するヘッドと基板を保持するステージとを備える。チップの接合表面に設けられたバンプ電極が温度TM1(<融点TMm)にまで昇温され、ヘッドが下降され、離間していた2つの被接合物(チップ、基板)が相対的に接近し、バンプ電極が固相状態で基板に接触する。バンプ電極が基板に接触したことが検出されると、接触時点でのヘッドのZ方向位置H(変位量)の値が基準値SVとして検出される。その後、接合装置は、当該変位量を基準値SVに対して相対的に制御することによって2つの保持部材(ヘッド、ステージ)の相互間距離を制御しつつ、温度TM2にまでバンプ電極をさらに昇温することによりバンプ電極を溶融させ、当該バンプ電極により2つの被接合物を接合する。
【選択図】図5
Description
<1−1.装置概要>
図1は、本発明の第1実施形態に係る接合装置1(1Aとも称する)を示す縦断面図である。なお、以下、各図においては、便宜上、XYZ直交座標系を用いて方向等を示している。
また、接合装置1は、被接合物91,92の水平位置(詳細にはX,Y,θ)を認識する位置認識部(位置計測部とも称される)28(図1)を備えている。ここでは、被接合物91,92として、赤外光(赤外線波長域の光)を透過するものが用いられるものとし、赤外光を用いて位置計測動作が実行される態様を例示する。
図4は、第1実施形態に係る動作を示すフローチャートである。また、図5は、第1実施形態に係る動作を示すタイミングチャートである。図5においては、バンプ電極BMの温度TMの変化曲線L1(上段)とヘッド22のZ方向位置Hの変化曲線L2(中段)と圧力センサ29(図1)の検出圧力値Pの変化曲線P3(下段)とが示されている。
BM1とチップ92のバンプ電極BM2との相互間距離DB、および基板91の下地金属UM1とチップ92の下地金属UM2との相互間距離DU等が変動する(図6参照)。
第2実施形態は、第1実施形態の変形例である。以下では、相違点を中心に説明する。
第3実施形態も、第1実施形態の変形例である。以下では、相違点を中心に説明する。
この第4実施形態においては、時刻T4から時刻T6(時刻T7)までの期間内に(バンプ電極BMの溶融中に)アライメント動作が実行される態様について例示する。第4実施形態は、第1実施形態の変形例であり、以下では、第1実施形態との相違点を中心に説明する。
この第5実施形態は、第4実施形態の変形例である。以下、第4実施形態との相違点を中心に説明する。
第6実施形態においては、第5実施形態に係るアライメント動作と第4実施形態に係るアライメント動作とが逐次的に実行される態様を例示する。なお、この実施形態では、ヘッド22のヒータによってチップ92のみが加熱されるものとする。
上記各実施形態では、各チップを基板表面に実装する際に、時刻T5〜時刻T6等において、比較的長期間(たとえば30秒間)に亘って加熱処理が行われている。
以上、この発明の実施の形態について説明したが、この発明は上記説明した内容のものに限定されるものではない。
12 ステージ
14 XY駆動機構
22 ヘッド
25 回転駆動機構
26 Z軸昇降駆動機構
27 撮像部
28 位置認識部
29 圧力センサ
31 リニアセンサ(位置検出センサ)
91 基板
92 チップ
BM,BM1,BM2 バンプ電極
DB (両バンプ電極の)相互間距離
DC (チップと基板との)相互間距離
DH (ヘッドとステージとの)相互間距離
DU (2つの下地金属の)相互間距離
UM,UM1,UM2 バンプ下地金属
Claims (32)
- 接合システムであって、
接合対象の2つの被接合物のうちの一方の被接合物である第1の被接合物を保持する第1の保持手段と、
前記2つの被接合物のうちの他方の被接合物である第2の被接合物を保持する第2の保持手段と、
前記第1の被接合物の接合表面に設けられたバンプ電極を当該バンプ電極の融点よりも低い温度である第1の温度にまで昇温する加熱手段と、
前記バンプ電極を前記第1の温度まで昇温した状態で、前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との相互間距離を変更して、所定方向に離間していた前記2つの被接合物を当該所定方向において相対的に接近させ、前記バンプ電極を固相状態で前記第2の被接合物に接触させる駆動手段と、
前記バンプ電極が前記第2の被接合物に接触したことを検出する接触検知手段と、
前記2つの保持手段の相互間距離に応じた変位量であって前記バンプ電極の接触時点での前記変位量の値を前記変位量の基準値として検出する変位量検出手段と、
前記変位量を前記基準値に対して相対的に制御することによって前記2つの保持手段の相互間距離を制御しつつ、前記融点以上の温度である第2の温度にまで前記バンプ電極を前記第1の温度からさらに昇温することにより前記バンプ電極を溶融させ、前記バンプ電極により前記2つの被接合物を接合する制御手段と、
を備えることを特徴とする接合システム。 - 請求項1に記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、前記第1の保持手段と前記第2の保持手段と前記第1の被接合物と前記第2の被接合物とのうちの少なくとも1つの熱膨張量と前記バンプ電極の温度との対応関係であって事前測定によって得られた当該対応関係に基づいて、前記2つの被接合物の相互間距離を所望の値に制御するための調整量を算出し、当該調整量に基づいて前記2つの保持手段の相互間距離を変更することを特徴とする接合システム。 - 請求項2に記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、前記バンプ電極が溶融している期間において、前記2つの保持手段のうちの少なくとも一方の前記所定方向における位置を制御することにより前記2つの保持手段の相互間距離を前記調整量増大し、前記2つの被接合物の相互間距離を前記所望の値に制御することを特徴とする接合システム。 - 請求項2に記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、前記バンプ電極が溶融している期間において、前記2つの保持手段のうちの少なくとも一方の前記所定方向における位置を制御することにより前記2つの保持手段の相互間距離を前記調整量低減し、前記2つの被接合物の相互間距離を前記所望の値に制御することを特徴とする接合システム。 - 請求項2に記載の接合システムにおいて、
前記接触検知手段は、
前記2つの被接合物の相互間に作用する圧力を検知する圧力センサを有し、
前記圧力センサによる圧力検出値の急激な減少を検出することによって、前記バンプ電極が溶融したことを検出し、
前記制御手段は、前記バンプ電極の溶融が検出された後、前記変位量を前記基準値に対して増加あるいは減少させた状態で、前記第2の温度での加熱処理を行うことを特徴とする接合システム。 - 請求項1に記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、前記2つの保持手段の相互間距離を維持しつつ、前記バンプ電極を溶融させた状態での加熱処理を行うことを特徴とする接合システム。 - 請求項1に記載の接合システムにおいて、
前記第2の温度は、前記融点よりも高い温度であり、
前記制御手段は、前記第1の温度から前記第2の温度にまでさらに昇温した状態で加熱処理を継続し、前記第1の保持手段および前記第2の保持手段の少なくとも一方の熱膨張により前記2つの被接合物の相互間距離を低減させることを特徴とする接合システム。 - 請求項1ないし請求項7のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、前記バンプ電極を溶融させた状態での加熱処理を所定期間継続した後、前記バンプ電極の温度を低減させるとともに、前記第1の保持手段による前記第1の被接合物の保持を解除することを特徴とする接合システム。 - 請求項2に記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、前記バンプ電極を溶融させた状態での加熱処理を所定期間継続した後、前記バンプ電極の温度を融点近傍温度にまで低減させた時点での前記2つの被接合物の相互間距離が所定値になるように、前記2つの保持手段の相互間距離を前記対応関係に基づいて制御し、前記バンプ電極の温度を前記融点近傍温度にまで低減させた時点で前記第1の保持手段による前記第1の被接合物の保持を解除することを特徴とする接合システム。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、前記2つの被接合物が前記所定方向に離間しており且つ前記前記バンプ電極が前記第1の温度まで昇温された状態で、前記所定方向に垂直な平面内における前記2つの被接合物のアライメント動作を実行することを特徴とする接合システム。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、前記バンプ電極の接触後に前記バンプ電極が溶融している期間において、前記所定方向に垂直な平面内における前記2つの被接合物のアライメント動作を実行することを特徴とする接合システム。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、前記バンプ電極の接触後に前記変位量を制御して前記2つの被接合物の相互間距離を増大させて前記バンプ電極の接触を一旦解除した後に、前記所定方向に垂直な平面内における前記2つの被接合物のアライメント動作を実行することを特徴とする接合システム。 - 請求項11または請求項12に記載の接合システムにおいて、
前記加熱手段は、前記アライメント動作時に前記第1の被接合物を加熱し前記バンプ電極を前記第2の温度よりも高い温度にまで昇温するとともに、前記変位量を前記基準値に対して変更して、前記2つの保持手段の相互間距離を増大させることを特徴とする接合システム。 - 請求項1ないし請求項8のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記制御手段は、
前記バンプ電極の接触後に前記変位量を制御して前記2つの被接合物の相互間距離を増大させて前記バンプ電極の接触を一旦解除した後に、前記所定方向に垂直な平面内における前記2つの被接合物の第1のアライメント動作を実行し、
溶融した前記バンプ電極を前記第1のアライメント動作後に前記第2の被接合物に再接触させ、前記バンプ電極が溶融している期間において、前記所定方向に垂直な平面内における前記2つの被接合物の第2のアライメント動作を実行させることを特徴とする接合システム。 - 請求項1ないし請求項14のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記接触検知手段は、
前記2つの被接合物の相互間に作用する圧力を検知する圧力センサを有し、
前記圧力センサによる圧力検出値の急激な増大を検出することによって、前記バンプ電極が前記第2の被接合物に接触したことを検出し、
前記第1の被接合物は、チップであり、
前記第1の保持手段は、チップ載置用のヘッド部を有しており、
前記ヘッド部は、
前記駆動手段によって駆動されるベース部材と、
前記ベース部材に対して前記圧力センサを介して固定されている先端側部材であって非摺動式の先端側部材と、
を有することを特徴とする接合システム。 - 請求項1ないし請求項14のいずれかに記載の接合システムにおいて、
前記第1の被接合物はチップであり、
前記第2の被接合物は基板であり、
前記接合システムは、
前記制御手段によって同一基板上に仮接合された複数のチップを、纏めて再加熱する再加熱手段、
をさらに備えることを特徴とする接合システム。 - 接合方法であって、
a)接合対象の2つの被接合物のうちの第1の被接合物の接合表面に設けられたバンプ電極を当該バンプ電極の融点よりも低い温度である第1の温度にまで昇温するステップと、
b)前記バンプ電極を前記第1の温度まで昇温した状態で、前記第1の被接合物を保持する第1の保持手段と第2の被接合物を保持する第2の保持手段との2つの保持手段の相互間距離を変更して、所定方向に離間していた前記2つの被接合物を当該所定方向において相対的に接近させ、前記バンプ電極を固相状態で前記第2の被接合物に接触させるステップと、
c)前記バンプ電極が前記第2の被接合物に接触したことを検出するとともに、前記第1の保持手段と前記第2の保持手段との2つの保持手段の相互間距離に応じた変位量であって前記バンプ電極の接触時点での当該変位量の値を当該変位量に関する基準値として検出するステップと、
d)前記変位量を前記基準値に対して相対的に制御することによって前記2つの保持手段の相互間距離を制御しつつ、前記融点以上の温度である第2の温度にまで前記バンプ電極を前記第1の温度からさらに昇温することにより前記バンプ電極を溶融させ、前記バンプ電極により前記2つの被接合物を接合するステップと、
を備えることを特徴とする接合方法。 - 請求項17に記載の接合方法において、
前記ステップd)は、
d−1)前記第1の保持手段と前記第2の保持手段と前記第1の被接合物と前記第2の被接合物とのうちの少なくとも1つの熱膨張量と前記バンプ電極の温度との対応関係であって事前測定によって得られた当該対応関係に基づいて、前記2つの被接合物の相互間距離を所望の値に制御するための調整量を算出し、当該調整量に基づいて前記2つの保持手段の相互間距離を変更するステップ、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項18に記載の接合方法において、
前記ステップd−1)は、
前記バンプ電極が溶融している期間において、前記2つの保持手段のうちの少なくとも一方の前記所定方向における位置を制御することにより前記2つの保持手段の相互間距離を前記調整量増大して、前記2つの被接合物の相互間距離を前記所望の値に制御するステップ、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項18に記載の接合方法において、
前記ステップd−1)は、
前記バンプ電極が溶融している期間において、前記2つの保持手段のうちの少なくとも一方の前記所定方向における位置を制御することにより前記2つの保持手段の相互間距離を前記調整量低減して、前記2つの被接合物の相互間距離を前記所望の値に制御するステップ、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項17に記載の接合方法において、
前記ステップd)は、
d−2)前記バンプ電極の溶融を検出するステップと、
d−3)前記ステップd−2)で前記バンプ電極の溶融が検出された後、前記変位量を前記基準値に対して増加あるいは減少させた状態で、前記第2の温度での加熱処理を行うステップと、
を有し、
前記ステップd−2)においては、前記2つの被接合物の相互間に作用する圧力を検知する圧力センサの検出値の急激な減少を検出することによって、前記バンプ電極が溶融したことが検出されることを特徴とする接合方法。 - 請求項17に記載の接合方法において、
前記ステップd)は、
d−4)前記2つの保持手段の相互間距離を維持しつつ、前記バンプ電極を溶融させた状態での加熱処理を行うステップ、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項17に記載の接合方法において、
前記第2の温度は、前記融点よりも高い温度であり、
前記ステップd)は、
d−5)前記第1の温度から前記第2の温度にまでさらに昇温した状態で加熱処理を継続することによって、前記第1の保持手段および前記第2の保持手段の少なくとも一方の熱膨張により前記2つの被接合物の相互間距離をさらに低減させるステップ、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項17ないし請求項23のいずれかに記載の接合方法において、
前記ステップd)は、
d−6)前記バンプ電極を溶融させた状態での加熱処理を所定期間継続した後、前記バンプ電極の温度を低減させるとともに、前記第1の保持手段による前記第1の被接合物の保持を解除するステップ、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項2に記載の接合システムにおいて、
前記ステップd)は、
前記バンプ電極を溶融させた状態での加熱処理を所定期間継続した後、前記バンプ電極の温度を融点近傍温度にまで低減させた時点での前記2つの被接合物の相互間距離が所定値になるように、前記2つの保持手段の相互間距離を前記対応関係に基づいて制御するとともに、前記バンプ電極の温度を前記融点近傍温度にまで低減させた時点で前記第1の保持手段による前記第1の被接合物の保持を解除するステップ、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項17ないし請求項24のいずれかに記載の接合方法において、
前記ステップa)は、
前記バンプ電極を前記第1の温度まで昇温した状態で、前記所定方向に互いに離間した前記2つの被接合物の前記所定方向に垂直な平面内におけるアライメント動作を行うステップ、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項17ないし請求項24のいずれかに記載の接合方法において、
前記ステップd)は、
d−7)前記バンプ電極の接触後に前記バンプ電極が溶融している期間において、前記所定方向に垂直な平面内における前記2つの被接合物のアライメント動作を実行するステップ、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項17ないし請求項24のいずれかに記載の接合方法において、
前記ステップd)は、
d−8)前記バンプ電極の接触後に前記変位量を制御して前記2つの保持手段の相互間距離を増大させて前記バンプ電極の接触を一旦解除するステップと、
d−9)前記ステップd−8)の後に、前記バンプ電極を加熱して溶融させ、当該バンプ電極が溶融している期間において、前記所定方向に垂直な平面内における前記2つの被接合物のアライメント動作を実行するステップと、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項27または請求項28に記載の接合方法において、
前記アライメント動作時においては、前記第1の被接合物を加熱し前記バンプ電極を前記融点よりも高い温度にまで昇温するとともに、前記変位量を前記基準値に対して変更して、前記2つの保持手段の相互間距離を増大させることを特徴とする接合方法。 - 請求項17ないし請求項24のいずれかに記載の接合方法において、
前記ステップd)は、
前記バンプ電極の接触後に前記変位量を制御して前記2つの被接合物の相互間距離を増大させて前記バンプ電極の接触を一旦解除した後に、前記所定方向に垂直な平面内における前記2つの被接合物の第1のアライメント動作を実行するステップと、
溶融した前記バンプ電極を前記第1のアライメント動作後に前記第2の被接合物に再接触させ、前記バンプ電極が溶融している期間において、前記所定方向に垂直な平面内における前記2つの被接合物の第2のアライメント動作を実行するステップと、
を有することを特徴とする接合方法。 - 請求項17ないし請求項30のいずれかに記載の接合方法において、
前記第1の被接合物はチップであり、
前記第2の被接合物は基板であり、
前記接合方法は、
e)前記ステップa)〜前記ステップd)を繰り返し実行することによって同一基板上に複数のチップを仮接合するステップと、
f)同一基板上に仮接合された複数のチップを纏めて再加熱するステップと、
をさらに備えることを特徴とする接合方法。 - 請求項17ないし請求項31のいずれかに記載の接合方法によって接合された半導体デバイス。
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