JP2018142574A - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体装置の製造工程における所定部材による固定、押さえ、挟み、摘み、持ち上げ等を精度よくかつ確実に進めることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。【解決手段】支持体上に載置した基板に第１押さえピンと第２押さえピンを含む複数の押さえピンを上方から当接させて前記基板を固定し、前記第１押さえピンを前記基板から離間させ、その後前記第２押さえピンを前記基板から離間させて、前記複数の押さえピンを前記基板から離間させることを含む半導体装置の製造方法。【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関する。

従来から、電子機器等の工業製品の製造過程において、基板又はウェハ等を各種装置に挿入又は載置し、加熱、成膜、塗布、洗浄などの種々の処理が行われる。これらの処理では、場合によっては、基板又はウェハ等の被処理対象物は、所定の部材により支持され、所定の部材で固定し、押さえ、挟み、摘み、持ち上げるという種々の操作を受ける。このような処理において、基板又はウェハ等の状態、例えば、加熱、液剤等の塗布が行われた直後の状態によっては、支持、固定、押さえ等した部材が、基板又はウェハ等に固着、粘着又は密着等して、それらの部材から基板又はウェハ等を離間させることができないという状況が発生する。
これに対して、これらの作業を精度よくかつ確実に行うために、被処理対象物を適所に支持し、効率的に離間又は着脱等させて次工程に進める必要がある。
その一例として、基板等の被処理対象物に対して部品の実装等の作業を行う際に、被処理対象物を安定的かつ安全に支持するための部材支持装置等が提案されている（例えば、特許文献１）。

特開２０１０−１１４２４２号公報

上述したように、支持のみならず、固定、押さえ、挟み、摘み、持ち上げ等を行う部材に対しても、作業を精度よくかつ確実に行う方法が求められている。
本発明は、特に、半導体装置の製造工程における所定部材による固定、押さえ、挟み、摘み、持ち上げ等を精度よくかつ確実に進めることができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。

本願は以下の発明を含む。
支持体上に載置した基板に第１押さえピンと第２押さえピンを含む複数の押さえピンを上方から当接させて前記基板を固定し、
前記第１押さえピンを前記基板から離間させ、その後前記第２押さえピンを前記基板から離間させて、前記複数の押さえピンを前記基板から離間させることを含む半導体装置の製造方法。

本発明の半導体装置の製造方法によれば、半導体装置の製造工程における所定部材による固定、押さえ、挟み、摘み、持ち上げ等を精度よく進めることができる。

実施形態に係る半導体装置の製造方法と製造装置を示す概略側面図である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法と製造装置を示す概略側面図である。 実施形態に係る半導体装置の製造方法と製造装置を示す概略側面図である。 実施形態に係る半導体装置の製造装置を示す概略下面図である。 実施形態の変形例に係る半導体装置の製造装置の一部を示す概略断面図である。

以下に示す形態は、本発明の技術思想を具体化するための例示であって、本発明を以下に限定するものではない。また、各図面が示す部材の大きさや位置関係等は、説明を明確にするために誇張していることがある。さらに、同一の名称、符号については、原則として同一もしくは同質の部材を示しており、重複した説明は適宜省略する。

本願における半導体装置の製造方法は、例えば、図１Ａ〜１Ｃに示すように、支持体１４上に載置した基板１５に第１押さえピン１１と第２押さえピン１２を含む複数の押さえピンを上方から当接させて基板１５を固定する（図１Ａ）。そして、第１押さえピン１１を基板１５から離間させ（図１Ｂ）、その後第２押さえピン１２を基板１５から離間させて（図１Ｃ）、複数の押さえピンを基板１５から離間させることを含む。
ここでの半導体装置とは、発光ダイオード、半導体レーザ等の発光素子にかかわらず、記憶装置、集積回路、各種センサ等の種々の半導体装置を包含する。
このような半導体装置の製造方法は、半導体装置における各種製造工程に適用することができる。例えば、リフロー工程において、装置内に導入した基板を加熱する場合、基板又は基板上に適用された各種膜又は部品等に起因する揮発成分によって基板表面が粘着性を帯びる場合、基板等の上に流動性又は粘着性等を有する材料を塗工する場合等が挙げられる。

このような半導体装置の製造方法では、特に、一旦上方から基板を押さえピンで押さえた後、その押さえピンを基板から離間させる際に、押さえピンの全てを同時に離間させるのではなく、第１押さえピン１１と第２押さえピン１２との離間のタイミングを変えることによって、第１押さえピン１１の先端が基板から離れる瞬間には、第２押さえピン１２の先端が引き続き基板を押さえ続けるために、第１押さえピン１１の離間の動作に伴って基板が移動したり、基板が第１押さえピン１１にくっついて持ち上げられたりすることを効果的に抑制することができる。また、第２押さえピン１２の離間時には、基板を押さえる複数の押さえピンのうちの一部のみの第２押さえピン１２では、基板を移動させたり、基板が第２押さえピン１２によって持ち上げられたりするほどの拘束力を発揮できないために、押さえ等を完全に解除した後においても、有効に基板の持ち上がり等の基板の意図しない移動を阻止することが可能となる。

（基板１５の固定）
まず、図１Ａに示すように、支持体１４上に基板１５を固定する。
ここで用いられる支持体１４は、半導体装置の製造工程に利用される装置等の支持体であれば、どのようなものでも利用することができる。なかでも、基板１５を加熱し得るヒーター１６等が内部に搭載されたもの、溶剤、液剤等の塗布又は部材の実装、配置等の際に基板を所定位置に載置し得るものが挙げられる。具体的には、リフロー装置、成膜装置、エッチング装置、スプレー装置、ポッティング装置、素子又は各種部材の実装装置、半田等の導電性ペースト等の印刷装置、接着剤等の塗布装置等、種々の装置の支持体が挙げられる。

支持体１４上に載置し、固定される基板１５としては、どのようなものでもよい。例えば、半導体素子の半導体層の成長基板又はウェハ、半導体素子に張り合わせるための張り合わせ基板、半導体素子が形成され、個々に分割される前の基板又はウェハ、個々に分割された半導体素子、半導体素子が実装されるためのパッケージ基板、回路基板、各種部材を構成するための基材となる基板等、種々のものが挙げられる。基板１５の材料としては、例えば、金属、樹脂、セラミックス、ガラス、これらの複合材料等があげられる。特に、樹脂を基材として用いる場合には、該基材から加熱する際に揮発性の粘着成分が発生する場合がある。このため、本実施形態の効果を有効に得ることができる。

基板１５を押さえるための押さえピンとしては、半導体装置の製造に使用される装置に搭載し得るものであればよい。
押さえピンの構成材料は、押さえる基板の種類、大きさ、搭載する装置等によって適宜調整することができる。例えば、金属製、樹脂製、セラミックス製、ガラス製、鉱物性及びこれらの複合材料製等、いずれの材料によって形成されたものでもよい。例えば、ＳＵＳが好ましい。
押さえピンの形状は、例えば、円柱状、多角形柱状、紡錘形状これらの変形等の形状が挙げられる。押さえピンの先端は、平面であってもよいし、曲面であってもよいし、基板表面を損傷しない程度に尖っていてもよいが、なかでも平面が好ましい。これにより、基板１５を安定して押さえることができる。しかし、その場合には基板１５の持ち上がりが発生しやすいため、本実施形態の効果を有効に得ることができる。

１つの押さえピンの大きさ及び数は、押さえる基板の種類、大きさ、基板の表面状態（接着力の強弱等）等によって適宜調整することができる。例えば、押さえピンの大きさとしては、基板との接触面積、つまり、基板と接触する先端の平面積が数ｍｍ^２〜数十ｍｍ^２程度であることが好ましい。押さえピンの長さ、つまり基板を押さえる方向の長さは、数センチ〜十数センチ程度のもの挙げられる。総数は、例えば、２本以上又は５本以上が挙げられ、５０本以下、３０本以下又は１５本以下が好ましい。例えば、１０本程度が好ましい。

押さえピン１３は、第１押さえピン１１と第２押さえピン１２との２種類の押さえピンを含む複数の押さえピンである。
本願においては、複数のピンのうち、最後に基板１５から離間する押さえピンを第２押さえピン１２と称し、第２押さえピン１２以外の全ての押さえピンを第１押さえピン１１と称する。
第１押さえピン１１及び第２押さえピン１２は、全部又は一部が同じ材料、同じ形状、同じ大きさ、同じ数を有していてもよいし、異なる材料、異なる形状、異なる大きさ、異なる数を有していてもよい。なかでも、全部が同じ材料、同じ形状、同じ平面積であることが好ましい。
押さえピン１３は、基板１５の周縁部にあたる位置に配置することが好ましい。また、基板１５の同じ辺を押さえる隣接する押さえピン１３の間隔がほぼ均等になるよう配置することが好ましい。

一実施形態では、第２押さえピン１２は１本以上であればよい。第１押さえピン１１の数は、第２押さえピン１２よりも少なくても、同じでもよいが、多いことが好ましい。第１押さえピン１１の数と第２押さえピン１２の数との比は、例えば、１０：１〜５が挙げられ、１０：２〜３が好ましい。特に、第２押さえピン１２の数は、押さえる基板の大きさ、重量、表面状態（接着力の強弱等）、第２押さえピン１２の基板との接触面積等によって適宜調整することができるが、例えば、基板を移動させる又は持ち上げることができる総力よりも小さい拘束力しか発揮させない程度の本数とすることが好ましい。具体的には、１〜５本程度が挙げられ、２〜３本程度が好ましい。図２の支持体１７と押さえピン１３の下面図に示すように、基板１５が略四角形である場合、第２押さえピン１２を基板１５の対向する２辺、または対向する２つの角部の近傍に配置することにより、基板１５を安定して保持しかつ基板１５の持ち上がりを低減させることができる。

別の実施形態では、第２押さえピン１２は、第１押さえピン１１よりも、平面積が大きくても、小さくてもよい。１本あたりの平面積が数十から数千μｍ^２程度大きくても、小さくてもよい。なかでも、第２押さえピン１２は、第１押さえピン１１と同程度の平面積であることが好ましい。また、第２押さえピン１２は、第１押さえピン１１よりも、１〜５ｍｍ長いことが好ましく、１〜３ｍｍ長いことがより好ましい。

さらに別の実施形態では、押さえピンの平面積を考慮して、第１押さえピン１１と基板との総接触面積が、第２押さえピン１２と基板との総接触面積よりも大きくする平面積及び／又は本数以上とすることが好ましい。先に離間させる第１押さえピン１１の数を多くする又は接触面積を大きくすることにより、第２押さえピン１２で押さえが維持されている状況下で、確実に全ての第１押さえピン１１を基板１５から離間させることができるからである。また、第１押さえピン１１の数を多くすることにより、第２押さえピン１２を基板から離間させる際に、第２押さえピン１２は、基板を移動させたり、持ち上げたりする力よりも小さな力しか発揮することができず、第２押さえピン１２の離間に起因する基板の持ち上がり等、基板の意図しない移動を阻止することが可能となる。

第１押さえピン１１及び第２押さえピン１２の基板１５への当接位置は、任意の位置に設定することができる。押さえピンの配列は、基板１５を適切に固定することができれば、規則的であってもよく、不規則的であってもよい。なかでも、図２に示すように、第２押さえピン１２の少なくとも１つが、基板１５の端部、例えば、縁又は角等の近傍に当接されることが好ましい。具体的には、基板１５の形状が上面視において矩形である場合、その角の１つを第２押さえピン１２によって当接されることが好ましい。第１押さえピン１１の当接位置は、基板１５の縁又は角の近傍であることが好ましい。

第１押さえピン１１と第２押さえピン１２とは、基板１５に対して上方から当接させられる限り、どのような仕組みで押さえを実行してもよい。ここでの上方とは、基板１５に対して上であれば、どのような角度で基板１５に当接してもよい。なかでも、基板表面に対して９０度±２０度であり、９０度±１０度が好ましい。第１押さえピン１１と第２押さえピン１２との押さえの順序は、同時でもよいし、任意のタイミングであってもよい。第１押さえピン１１の全て、第２の押さえピンの全てが、それぞれ同じタイミングで押さえを実行しなくてもよい。

第１押さえピン１１及び第２押さえピン１２を基板１５に当接させた後の基板の固定のための押圧は、基板１５にダメージを与えず、かつ、基板の移動、ずれ等を適切に抑制可能な力を負荷する程度であればよい。なかでも、第１押さえピン１１及び第２押さえピン１２は、いずれも、略等しい押圧力で基板を押圧することが好ましい。

（基板１５からの押さえピンの離間）
基板１５を押さえピンによって支持体１４上に固定した後、基板１５に対して任意の処理を行う。
ここでの処理は、どのような処理であってもよい。例えば、発光素子を基板１５に実装する処理、基板１５を加熱する処理、半田等の導電性ペーストを印刷する処理、各種部材を基板１５上に搭載（接着させる）する処理、基板１５上に流動剤又は半流動剤をポッティング又は塗布等する処理等が挙げられる。この場合、基板１５の持ち上がりが起こりやすい、揮発性成分、粘着性又は接着性成分、加熱により揮発するか、粘着又は接着性を発揮する成分等を用いる処理に対して、好適に適用することができる。
処理後、基板１５から、まず、図１Ｂに示すように、第１押さえピン１１を離間させる。この場合、第１押さえピン１１は、その数にかかわらず、全部を同時に離間させてもよいし、任意のタイミングで離間させてもよい。どのような離間状態であっても、第２押さえピン１２による基板１５の固定が確保されているためである。
その後、図１Ｃに示すように、第２押さえピン１２を基板１５から離間させる。この場合、第２押さえピン１２は、その数にかかわらず、全部を同時に離間させることが好ましい。

（押さえピン１３の離間の機構）
押さえピン１３は、押さえピン１３を保持する保持体１７の下方向の移動によって、基板１５に対して、第１押さえピン１１及び第２押さえピン１２の双方が、時間差があっても、基板に対して上述した適度の固定を実現し得る圧力によって基板を固定することができる機構を備えることが好ましい。さらに、押さえピン１３を基板１５から離間させる場合、保持体１７の上方向の移動によって、基板１５に対して、まず、第１押さえピン１１が基板１５から離間し、次いで、第２押さえピン１２が基板１５から離間させることができる機構を備えることが好ましい。また、上述したように、基板１５を固定した後、基板１５に処理を施す間、第１押さえピン及び第２押さえピンの双方が、基板１５に対して均等な圧力の負荷により、基板のずれ、移動等が起こらないような機構とすることがより好ましい。
このような機能を実現するために、公知の押さえピンの機構、例えば、特開２０１０−１１４２４２号公報等に記載の機構を利用してもよい。

第１押さえピン１１と第２押さえピン１２の長さを異ならせ、少なくとも第２押さえピン１２にばねを取り付ける方法が挙げられる。具体的には、複数の押さえピン１３を、押さえピンを挿し込む貫通孔を有する押さえピンの保持体１７に組み付ける際、保持体１７とそれぞれの押さえピン１３とが保持体１７の中に設けられたばねを介して固定されるように構成する。このようにすると、図１Ａに示すように、基板１５に押さえピン１３の全てを当接させた際、第２押さえピン１２の第１押さえピン１１よりも長さが長い部分は、ばねが縮むことによって保持体１７の上方向に突き出る。次に、図１Ｂに示すように、基板１５から押さえピン１３を離間させる際には、保持体１７と第２押さえピン１２とを固定しているばねが伸びることで、第２押さえピン１２の保持体１７の上側に突き出していた部分の長さだけ、第１押さえピン１１が離間した後も、保持体１７の下方に残る。これにより、基板１５を、第１押さえピン１１が離間した後も、第２押さえピン１２によって押さえることができる。

図３に示すように、第１押さえピン１１と第２押さえピン１２として略同じ長さの押さえピンを用い、第１押さえピン１１を支持体１７に組み付ける際、例えば、支持体１７の上方に設けられた押さえピンを固定するナット１８と支持体１７との間にワッシャー１９等のスペーサを挟むことで、第１押さえピンの先端の位置を第２押さえピンの先端の位置よりも上側になるように調整することができる。
なお、第２押さえピン１２だけでなく、第１押さえピン１１を含む押さえピン１３に同様のばね機構を備えつけることで、押さえピン１３の長さや基板１５の凹凸等による距離のばらつきを吸収することができ、より基板１５を安定して保持することができる。

（実施例１）
まず、ガラスエポキシの基材の上面に一対の電極が設けられた基板１５を準備する。この基板の電極の上面に、Ａｕ−Ｓｎの粒子の半田材料と揮発性成分の溶融助剤であるフラックスを混合した接合材料を配置する。次に、発光素子の一対の電極と基板１５の一対の電極とが対向するように、発光素子を、接合材料を介して基板１５上に配置する。次に、基板１５を支持体上に配置し、保持体１７に配置された８本の第１押さえピン１１と２本の第２押さえピン１２で基板１５を押さえ、固定する。次に、基板１５を押さえピン１３で固定した状態で、２３０度に設定したリフロー炉に通し、半田を溶融させ、発光素子と基板１５とを接合する。次に、保持体１７を上昇させる。この時、まず第１押さえピン１１を基板１５から離間させ、次に、第２押さえピン１２を離間させる。

このように、基板の基材が樹脂を含む場合、基板１５はリフローの加熱の際、反る、つまり基板１５の端部と中央部で高さの差が出る場合がある。この反りが起こると、リフロー時又は続く後工程において工程流動性等の観点で問題となる場合がある。このような反りの抑制のために、押さえピン１３を用いて基板１５を押さえる。しかし、加熱による影響で基板１５から揮発性の粘着成分（例えば樹脂成分）が発生する、フラックスが揮発するなどして、押さえピン１３と基板１５との間の密着性が不要に高まってしまう。しかし、本実施例のように第１押さえピン１１と第２押さえピン１２とが離間するタイミングを異ならせることで、基板１５の持ち上がりの発生を低減させることができる。

本発明の半導体装置の製造方法は、光半導体装置をはじめとする種々の半導体装置（記憶装置、集積回路、各種センサ等）の製造に利用することができる。

１１ 第１押さえピン
１２ 第２押さえピン
１３ 押さえピン
１４ 支持体
１５ 基板
１６ ヒーター
１７ 保持体
１８ ナット
１９ ワッシャー（スペーサ）

Claims (8)

1. 支持体上に載置した基板に第１押さえピンと第２押さえピンを含む複数の押さえピンを上方から当接させて前記基板を固定し、
   前記第１押さえピンを前記基板から離間させ、その後前記第２押さえピンを前記基板から離間させて、前記複数の押さえピンを前記基板から離間させることを含む半導体装置の製造方法。
2. 前記基板を支持体上に固定した後、前記第１押さえピンを前記基板から離間させる前に、発光素子を前記基板に実装する請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
3. 前記基板を支持体上に固定した後、前記基板を加熱し、その後、前記第１押さえピンを前記基板から離間させる請求項１〜２のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
4. 前記発光素子を前記基板に実装する際、揮発性成分を含む材料を用いる請求項２又は３に記載の半導体装置の製造方法。
5. 前記第１押さえピンと前記第２押さえピンとの長さを異ならせる請求項１〜４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
6. 前記第１押さえピンと前記第２押さえピンとの長さの差を約１〜５ｍｍとする請求項５に記載の半導体装置の製造方法。
7. 前記基板が上面視において矩形であって、前記基板の矩形の角の一つにおいて前記第２押さえピンを当接する請求項１〜６のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
8. 前記第１押さえピンと前記基板との総接触面積を、前記第２押さえピンと前記基板との総接触面積よりも大きくする請求項１〜７のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。