JP2021145098A - 半導体製造装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】一つの実施形態は、適切にボンディングを行うことができる半導体製造装置を提供することを目的とする。【解決手段】一つの実施形態によれば、ボンディングツールと加熱部と第1の付与機構と第2の付与機構とを有する半導体製造装置が提供される。ボンディングツールは、フィルムを介して半導体チップを吸着する。加熱部は、半導体チップを加熱する。第1の付与機構は、ボンディングツールに対してフィルムの送り方向の上流側に配されている。第1の付与機構は、フィルムに張力を付与する。第2の付与機構は、ボンディングツールに対してフィルムの送り方向の下流側に配されている。第2の付与機構は、フィルムに張力を付与する。【選択図】図1
Description
本実施形態は、半導体製造装置に関する。
半導体チップをボンディングする半導体製造装置では、ボンディングツールの表面と半導体チップとの間にフィルム(フィルム)を介在させボンディングツールがフィルム越しに半導体チップを押圧することで基板に複数のバンプ電極を介してボンディングすることがある。このとき、適切にボンディングを行うことが望まれる。
一つの実施形態は、適切にボンディングを行うことができる半導体製造装置を提供することを目的とする。
一つの実施形態によれば、ボンディングツールと加熱部と第1の付与機構と第2の付与機構とを有する半導体製造装置が提供される。ボンディングツールは、フィルムを介して半導体チップを吸着する。加熱部は、半導体チップを加熱する。第1の付与機構は、ボンディングツールに対してフィルムの送り方向の上流側に配されている。第1の付与機構は、フィルムに張力を付与する。第2の付与機構は、ボンディングツールに対してフィルムの送り方向の下流側に配されている。第2の付与機構は、フィルムに張力を付与する。
以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体製造装置を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。
(実施形態)
実施形態にかかる半導体製造装置は、隙間が接着樹脂(アンダーフィル)で埋められた複数のバンプ電極を介して配線基板上に半導体チップを熱圧着(ボンディング)して半導体チップを構成するフリップチップ実装を行う。半導体製造装置は、半導体チップ裏面(回路が施された面と逆の裏面)と熱圧着ツール(以下、ボンディングツール)との間にフィルムを介在させたFAB(Film Assist Bonding)を行う。これにより、熱圧着時にチップの外形よりはみだした接着樹脂がボンディングツールに付着しないようにする。
実施形態にかかる半導体製造装置は、隙間が接着樹脂(アンダーフィル)で埋められた複数のバンプ電極を介して配線基板上に半導体チップを熱圧着(ボンディング)して半導体チップを構成するフリップチップ実装を行う。半導体製造装置は、半導体チップ裏面(回路が施された面と逆の裏面)と熱圧着ツール(以下、ボンディングツール)との間にフィルムを介在させたFAB(Film Assist Bonding)を行う。これにより、熱圧着時にチップの外形よりはみだした接着樹脂がボンディングツールに付着しないようにする。
FABでは、フリップチップ時のボンディングツールと半導体チップとの間に介在するフィルムがボンディングツールの熱でフィルムにしわがよることがある。チップの外形よりはみだした接着樹脂は、フィルムのしわを伝わり、顕著に飛び出すことがある。すなわち、FABを用いたフリップチップ実装において、チップ外周の基板上にフィルムのしわが原因で、基板上に接着樹脂の一部が飛び出したフィレット(以下、飛び出したフィレット)、チップと離れた場所に島状にフィレット(以下、島状のフィレット)が発生し得る。すなわち、飛び出したフィレット、チップと離れた場所に発生する島状のフィレットは、フィルムが垂れて基板に接触した状態で、接着樹脂がフィルムおよび基板表面を伝って基板と接触した場所に発生し得る。これにより、安定した接着樹脂のはみ出しが得られずチップの剥離などが生じたり、接着樹脂が隣接チップまたは隣接部品へ汚染し不良となったりする可能性がある。
そこで、本実施形態では、半導体製造装置において、ボンディングツールがフィルム越しに半導体チップを押圧する際にボンディングツールの上流側及び下流側のそれぞれについてフィルムの張力を付与する付与機構を設けることで、フィルムのしわの低減を図る。
具体的には、半導体製造装置において、ボンディングツールに対してフィルムの送り方向の上流側でフィルムに張力を付与する付与機構とフィルムの送り方向の下流側でフィルムに張力を付与する付与機構とを設ける。半導体製造装置は、1回目のボンディングにおいて、フィルムを介してボンディングツールに半導体チップを吸着させ、半導体チップをステージ上に載置された基板へ接触させ、ステージ及び基板を介して半導体チップを加熱する。半導体製造装置は、加熱によりフィルムが伸び始めると、上流側の付与機構及び下流側の付与機構によりフィルムの張力が所望の範囲内に維持されるようにそれぞれ制御する。このとき、半導体製造装置は、上流側の付与機構の動作量に応じて、加熱によるフィルムの上流側の伸び量を求め、下流側の付与機構の動作量に応じて、加熱によるフィルムの下流側の伸び量を求める。その後、半導体製造装置は、チップ用の吸着構造による半導体チップの吸着を解除し、ボンディングツールをステージから遠ざけ、フィルム用の吸着構造によるフィルムの吸着を解除し、フィルムを送る。半導体製造装置は、2回目以降のボンディングにおいて、フィルムを介してボンディングツールに半導体チップを吸着させ、半導体チップをステージ上に載置された基板へ接触させ、ステージ及び基板を介して導体装置を加熱する。このとき、半導体製造装置は、加熱によりフィルムが伸び始めるタイミングにおいて、1回目のボンディングで求められた上流側の伸び量に応じた動作量で上流側の付与機構をフィードフォワード動作させ、1回目のボンディングで求められた下流側の伸び量に応じた動作量で下流側の付与機構をフィードフォワード動作させる。その後、半導体製造装置は、チップ用の吸着構造による半導体チップの吸着を解除し、ボンディングツールをステージから遠ざけ、フィルム用の吸着構造によるフィルムの吸着を解除し、フィルムを送る。これにより、2回目以降のボンディングにおいて、1回目のボンディングで求めた上流側及び下流側の各伸び量に応じた付与機構のフィードフォワード動作を行うので、ボンディングツールの上流側及び下流側のそれぞれについてフィルムの張力を所望の範囲内に維持することができる。この結果、ボンディング時におけるフィルムのしわを低減できる。
より具体的には、半導体製造装置1は、図1に示すように構成され得る。図1は、半導体製造装置1の構成を示す図である。
半導体製造装置1は、ステージ10、ボンディングツール20、コントローラ30、駆動機構41、駆動機構42、送りリール51、巻き取りリール52、フィルム53、付与機構70、付与機構80、温度センサ61、加圧センサ62、排気系90を有する。付与機構70は、可動ローラ71、ローラ72、可動ニップローラ75、ニップローラ73、押え74、駆動機構76、駆動機構77を有する。付与機構80は、可動ローラ81、ローラ82、可動ニップローラ83、ニップローラ84、押え85、駆動機構86、駆動機構87を有する。排気系90は、排気管91及び真空装置92を有する。以下では、ステージ10の主面10aに垂直な方向をZ方向とし、Z方向に垂直な面内で互いに直交する2方向をX方向及びY方向とする。
ステージ10は、その表面10aにおける−Y側の領域に針部11が配され、表面10aにおける+Y側の領域に基板100が載置される。またステージ10に針部11が配置されていなく、ステージ10と針部のユニットが別でも構わない。基板100は、配線基板又はプリント回路基板(PCB)とも呼ばれる。基板100は、ステージ10の表面10aに載置された姿勢において、表面100aにおける半導体チップのバンプ電極に対応した位置に基板のSR(Solder Resist)開口を有する。表面100aは、基板100における+Z側の主面である。SR開口の底面には、半導体チップのバンプ電極が接合されるべき配線が配されている。基板100の表面100a、基板のSR開口の底面、及び配線は、接着樹脂(アンダーフィル)110で部分的に覆われる。接着樹脂110は、例えば、NCP(Non Conducting Paste)であってもよいし、NCF(Non Conducting Film)であってもよい。またNCFにおいては、基板側を部分に覆うのではなく、予め半導体チップ側の電極が施されたチップ表面(全面)を覆っていても良い。
ステージ10内には、ヒータ等の加熱素子(加熱部)12が埋め込まれている。加熱素子12は、コントローラ30による制御に従い、ステージ10を介して基板100を加熱し、基板100に半導体チップ200がボンディングされる際に、基板100を介して半導体チップ200を加熱する。なお、加熱素子(加熱部)は、ステージ10に代えてボンディングヘッド2内に埋め込まれていてもよい。
ボンディングツール20は、半導体チップ200を吸着固定する。ボンディングツール20は、その+Z側に配されたボンディングヘッド2により吸着等で保持されている。ボンディングツール20は、半導体チップのサイズよりも大きく、半導体チップ200のサイズよりも大きい外周位置にフィルム53を吸着できる吸着構造が付与されている。
ボンディングツール20は、ベース部21及び突起部22を有する。ボンディングツール20は一つの材料から切削加工等を施し、ベース部21及び突起部22を有するようにしてもよい。この場合ベース部21と突起部22とは一体のツールである。
ベース部21は、XY方向に沿って延びた板形状を有する。ベース部21は、XY平面視において、略矩形状を有していてもよい。突起部22は、ベース部21の表面に台座状に隆起している。ベース部21の表面は、ベース部21における−Z側の主面である。
突起部22は、ベース部21の表面における中心を含む領域に配され、ベース部21の表面に固定されていてもよい。突起部22は、XY平面視において、略矩形状を有していてもよい。突起部22は、表面、吸着構造23、吸着構造24を有する。突起部22の表面は、突起部22における−Z側の主面である。
吸着構造23は、吸着穴23a及び排気孔23bを有する。吸着穴23aは、突起部22の表面における中心付近に配されている。排気孔23bは、Z方向に延び、吸着穴23aをボンディングヘッド2の排気孔2aに連通させる。吸着構造23は、突起部22の表面における中心付近に複数の吸着穴23aを有していてもよい。
吸着構造24は、複数の吸着穴24a及び排気孔24b,24cを有する。各吸着穴24aは、突起部22の表面における吸着穴23aより外側に配されている。排気孔24bは、XY方向に延び、吸着穴24aを排気孔24cに連通させる。排気孔24cは、Z方向に延び、排気孔24bをボンディングヘッド2の排気孔2aに連通させる。吸着構造24の排気孔24cは、吸着構造23の排気孔23bと共通化されていてもよい。
駆動機構41及び駆動機構42は、コントローラ30による制御に従い、ステージ10及びボンディングツール20をX方向、Y方向、及びZ方向に相対的に移動可能である。例えば、駆動機構41は、コントローラ30による制御に従い、ステージ10をX方向及びY方向に移動可能である。駆動機構42は、コントローラ30による制御に従い、ステージ10をZ方向の移動も可能である。
送りリール51は、ボンディングツール20の−Y側に配されている。巻き取りリール52は、ボンディングツール20の+Y側に配されている。フィルム53は、送りリール51から+Y側に送り出され、ボンディングツール20の突起部22の表面(−Z側の面)の−Z側を通り、+Y側に進んで巻き取りリール52で巻き取られる。すなわち、フィルム53がボンディングツール20の突起部22の表面に介在する状態で設けられている。これにより、接着樹脂110がボンディングツール20の突起部22の表面に付着し無いようにすることができる。
送りリール51は、ボンディングに使用されていないフィルム53が巻かれている。送りリール51は、コントローラ30による制御に従い、フィルム53を送り出し可能である。巻き取りリール52は、コントローラ30による制御に従い、フィルム53を巻き取り可能である。巻き取りリール52は、半導体チップの実装が1つ終了する毎に回転してフィルム53を巻き取っていく。フィルム53は、ボンディングツール20の突起部22の表面と半導体チップ200との間に挟まれ、半導体チップ200が基板100に実装されるときに接着樹脂110がボンディングツール20の突起部22の表面に付着することを防止する。
付与機構70は、ボンディングツール20に対してフィルム53の送り方向の上流側に配され、送りリール51及びボンディングツール20の間に配されている。付与機構70は、フィルム53に張力を付与する。付与機構70は、フィルム53への接触箇所に対して近づく方向又は遠ざかる方向にフィルム53を部分的に移動させて、フィルム53に張力を付与する。付与機構70は、フィルム53の送り方向と逆方向にフィルム53を巻き取って、フィルム53に張力を付与する。
付与機構70は、可動ローラ71、ローラ72、可動ニップローラ75、ニップローラ73、押え74、駆動機構76、駆動機構77、駆動機構78を有する。
可動ローラ71は、ボンディングツール20の−Y側に配され、突起部22の表面に対してフィルム53の送り方向の上流側に配される。可動ローラ71は、フィルム53に+Y側から接触し得る。駆動機構76は、例えばリニアモータであり、コントローラ30からの制御のもと、一点鎖線の矢印で示すように、可動ローラ71の回転軸を+Y方向及び−Y方向に移動可能である。すなわち、駆動機構76は、可動ローラ71の回転軸をフィルム53への接触箇所に対して近づく方向(−Y方向)と遠ざかる方向(+Y方向)とに移動(水平駆動)可能である。これにより、可動ローラ71がフィルム53への接触箇所でフィルム53に作用させるフィルム53の表面に垂直な方向の応力を調整し得る。なお、可動ローラ71は、その回転については駆動されず、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
ローラ72は、ボンディングツール20の−Y側に配され、可動ローラ71に対してフィルム53の送り方向の上流側に配される。ローラ72は、フィルム53に−Y側から接触し得る。ローラ72は、回転軸の位置が固定されている。ローラ72は、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
可動ニップローラ75は、ボンディングツール20の−Y側に配され、ローラ72に対してフィルム53の送り方向の上流側に配される。可動ニップローラ75は、フィルム53に−Z側から接触し得る。可動ニップローラ75は、回転軸の位置が固定されている。駆動機構77は、例えば回転モータであり、送り方向の逆方向に対応した回転方向(YZ平面視で左回り)に可動ニップローラ75を回転駆動可能である。これにより、可動ニップローラ75がフィルム53に作用させるフィルム53の表面に沿った方向における上流側の応力を調整し得る。
ニップローラ73は、ボンディングツール20の−Y側に配され、ローラ72に対してフィルム53の送り方向の上流側に配される。ニップローラ73は、フィルム53に+Z側から接触し得る。ニップローラ73は、回転軸の位置が固定されている。ニップローラ73は、フィルム53を間にして可動ニップローラ75の反対側に配され、可動ニップローラ75との間にフィルム53が非接触となるようなクリアランスを有する。
押え74は、ボンディングツール20の−Y側に配され、ニップローラ73の+Z側に配される。押え74は、ニップローラ73から+Z側に離間して位置する。駆動機構78は、例えばリニアモータであり、押え74を−Z側へ押圧駆動可能である。
定常時において、駆動機構76は、可動ローラ71の回転軸の水平駆動を解除しており、可動ローラ71は、その回転軸の位置が一定である。駆動機構78は、押え74の−Z側へ押圧駆動を解除しており、ニップローラ73は、可動ニップローラ75との間にフィルム53が非接触となるクリアランスを有する。駆動機構77は、可動ニップローラ75の回転駆動を解除しており、可動ニップローラ75は、フィルム53の送り方向に対応した回転方向(YZ平面視で右回り)に受動的に回転され得る。
半導体チップ200のボンディングの際の加熱素子12による加熱時に、駆動機構76は、可動ローラ71の回転軸を−Y方向又は+Y方向に移動(水平駆動)させる。これにより、可動ローラ71がフィルム53に作用させるフィルム53の表面に垂直な方向の応力を調整し得る。駆動機構78は、押え74を−Z側へ押圧駆動する。これにより、押え74がニップローラ73を−Z側へ押圧し、ニップローラ73及び可動ニップローラ75がフィルム53をZ方向の両側から押圧するようにすることができる。駆動機構77は、送り方向の逆方向に対応した回転方向に可動ニップローラ75を回転駆動する。これにより、可動ニップローラ75がフィルム53に作用させるフィルム53の表面に沿った方向における上流側の応力を調整し得る。
例えば、コントローラ30は、可動ローラ71のY位置が−Y方向の可動限界位置と+Y方向の可動限界位置との中間になるように駆動機構76を制御しつつ、駆動機構77による駆動トルクを監視する。コントローラ30は、駆動機構77の制御量と駆動トルクとの関係を示すテーブルが予め実験的に決められて設定されており、駆動機構77の制御量とそのテーブルとから駆動トルクを求めて監視することができる。コントローラ30は、駆動トルクに基づいて、ボンディングツール20の上流側(−Y側)のフィルム53の張力を推定する。コントローラ30は、推定される張力が所望の範囲内に収まるように、駆動機構77を動作させる。このとき、コントローラ30は、可動ニップローラ75の直径と可動ニップローラ75の回転角とに応じて、フィルム53の伸び量を求める。可動ニップローラ75の直径をd75、円周率をπ、回転角度をθ75(°)とすると、コントローラ30は、次の数式1により、フィルム53の上流側の伸び量ΔL70を求めてもよい。
ΔL70=d75×π×(θ75/360°)・・・数式1
ΔL70=d75×π×(θ75/360°)・・・数式1
付与機構80は、ボンディングツール20に対してフィルム53の送り方向の下流側に配され、ボンディングツール20及び巻き取りリール52の間に配されている。付与機構80は、フィルム53に張力を付与する。付与機構80は、フィルム53への接触箇所に対して近づく方向又は遠ざかる方向にフィルム53を部分的に移動させて、フィルム53に張力を付与する。付与機構80は、フィルム53の送り方向にフィルム53を巻き取って、フィルム53に張力を付与する。
付与機構80は、可動ローラ81、ローラ82、可動ニップローラ85、ニップローラ83、押え84、駆動機構86、駆動機構87、駆動機構88を有する。
可動ローラ81は、ボンディングツール20の−Y側に配され、突起部22の表面に対してフィルム53の送り方向の下流側に配される。可動ローラ81は、フィルム53に−Y側から接触し得る。駆動機構86は、例えばリニアモータであり、コントローラ30からの制御のもと、一点鎖線の矢印で示すように、可動ローラ81の回転軸を+Y方向及び−Y方向に移動可能である。すなわち、駆動機構86は、可動ローラ81の回転軸をフィルム53への接触箇所に対して近づく方向(+Y方向)と遠ざかる方向(−Y方向)とに移動(水平駆動)可能である。これにより、可動ローラ81がフィルム53への接触箇所でフィルム53に作用させるフィルム53の表面に垂直な方向の応力を調整し得る。なお、可動ローラ81は、その回転については駆動されず、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
ローラ82は、ボンディングツール20の+Y側に配され、可動ローラ81に対してフィルム53の送り方向の下流側に配される。ローラ82は、フィルム53に+Y側から接触し得る。ローラ82は、回転軸の位置が固定されている。ローラ82は、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
可動ニップローラ85は、ボンディングツール20の+Y側に配され、ローラ82に対してフィルム53の送り方向の下流側に配される。可動ニップローラ85は、フィルム53に−Z側から接触し得る。可動ニップローラ85は、回転軸の位置が固定されている。駆動機構87は、例えば回転モータであり、送り方向に対応した回転方向(YZ平面視で右回り)に可動ニップローラ85を回転駆動可能である。これにより、可動ニップローラ85がフィルム53に作用させるフィルム53の表面に沿った方向における下流側の応力を調整し得る。
ニップローラ83は、ボンディングツール20の+Y側に配され、ローラ82に対してフィルム53の送り方向の下流側に配される。ニップローラ83は、フィルム53に+Z側から接触し得る。ニップローラ83は、回転軸の位置が固定されている。ニップローラ83は、フィルム53を間にして可動ニップローラ85の反対側に配され、可動ニップローラ85との間にフィルム53が非接触となるようなクリアランスを有する。
押え84は、ボンディングツール20の+Y側に配され、ニップローラ83の+Z側に配される。押え84は、ニップローラ83から+Z側に離間して位置する。駆動機構88は、例えばリニアモータであり、押え84を−Z側へ押圧駆動可能である。
定常時において、駆動機構86は、可動ローラ81の回転軸の水平駆動を解除しており、可動ローラ81は、その回転軸の位置が一定である。駆動機構88は、押え84の−Z側へ押圧駆動を解除しており、ニップローラ83は、可動ニップローラ85との間にフィルム53が非接触となるクリアランスを有する。駆動機構87は、可動ニップローラ85の回転駆動を解除しており、可動ニップローラ85は、フィルム53の送り方向に対応した回転方向(YZ平面視で右回り)に受動的に回転され得る。
半導体チップ200のボンディングの際の加熱素子12による加熱時に、駆動機構86は、可動ローラ81の回転軸を−Y方向又は+Y方向に移動(水平駆動)させる。これにより、可動ローラ81がフィルム53に作用させるフィルム53の表面に垂直な方向の応力を調整し得る。駆動機構88は、押え84を−Z側へ押圧駆動する。これにより、押え84がニップローラ83を−Z側へ押圧し、ニップローラ83及び可動ニップローラ85がフィルム53をZ方向の両側から押圧するようにすることができる。駆動機構87は、送り方向に対応した回転方向に可動ニップローラ85を回転駆動する。これにより、可動ニップローラ85がフィルム53に作用させるフィルム53の表面に沿った方向における下流側の応力を調整し得る。
例えば、コントローラ30は、可動ローラ81のY位置が−Y方向の可動限界位置と+Y方向の可動限界位置との中間になるように駆動機構86を制御しつつ、駆動機構87による駆動トルクを監視する。コントローラ30は、駆動機構87の制御量と駆動トルクとの関係を示すテーブルが予め実験的に決められて設定されており、駆動機構87の制御量とそのテーブルとから駆動トルクを求めて監視することができる。コントローラ30は、駆動トルクに基づいて、ボンディングツール20の下流側(−Y側)のフィルム53の張力を推定する。コントローラ30は、推定される張力が所望の範囲内に収まるように、駆動機構87を動作させる。このとき、コントローラ30は、可動ニップローラ85の直径と可動ニップローラ85の回転角とに応じて、フィルム53の伸び量を求める。可動ニップローラ85の直径をd85、円周率をπ、回転角度をθ85(°)とすると、コントローラ30は、次の数式2により、フィルム53の下流側の伸び量ΔL80を求めてもよい。
ΔL80=d85×π×(θ85/360°)・・・数式2
ΔL80=d85×π×(θ85/360°)・・・数式2
温度センサ61は、ボンディングヘッド2のボンディングツール20を保持する表面に配され得る。またボンディングツール20内に埋め込まれている場合もある。温度センサ61は、ボンディングツール20の温度を検知し、検知結果をコントローラ30へ供給する。
加圧センサ62は、ボンディングツール20又はボンディングヘッド2に配されている。加圧センサ62は、ボンディングツール20が半導体チップ200を吸着固定する際に、ボンディングツール20から半導体チップ200への加圧力を検知し、検知結果をコントローラ30へ供給する。
排気系90は、排気管91及び真空装置92を有する。排気管91は、ボンディングヘッド2及び真空装置92の間に配され、ボンディングヘッド2の排気孔2aを真空装置92へ連通させる。
真空装置92は、排気管91、排気孔2a、排気孔23bを介して吸着穴23aの負圧を供給する。これにより、吸着穴23aによる半導体チップ200の真空吸着が可能である。
真空装置92は、排気管91、排気孔2a、排気孔24c、排気孔24bを介して吸着穴24aの負圧を供給する。これにより、吸着穴24aによるフィルム54の真空吸着が可能である。
半導体製造装置1は、半導体チップ200の裏面とボンディングツール20との間にフィルム53を介在させながら、隙間が接着樹脂110で埋められた基板100上の複数のバンプ電極に半導体チップ200を熱圧着する。
例えば、付与機構70,80を動作させない場合、半導体チップ200の加熱時に、図2に示すように、フィルム53におけるボンディングツール20の上流側及び下流側の各部分にしわCR1,CR2がよる可能性がある。図2は、付与機構70,80を動作させない場合の半導体製造装置1の動作を示す図である。半導体チップ200の外形よりはみだした接着樹脂110は、図3に示すように、フィルム53のしわCR1,CR2を伝わり、顕著に飛び出す可能性がある。図3は、付与機構70,80を動作させない場合の半導体装置の実装状態を示す図である。すなわち、FABを用いたフリップチップ実装において、半導体チップ200外周の基板100上にフィルム53のしわが原因で接着樹脂110の飛び出しフィレット110a、飛び島フィレット110bが発生し得る。すなわち、飛び出しフィレット110a、飛び島フィレット110bは、フィルム53が垂れた状態で、接着樹脂110がフィルム53を伝って基板100に接触した場所に発生し得る。これにより、安定した接着樹脂110のはみ出しが得られず半導体チップの基板100からの剥離などが生じたり、接着樹脂110が隣接チップまたは隣接部品へ汚染し不良となったりする可能性がある。
それに対して、半導体製造装置1では、加熱によりフィルム53が伸び始めると、上流側の付与機構70及び下流側の付与機構80によりフィルム53の張力が所望の範囲内に維持されるようにそれぞれ制御する。これにより、フィルム53のしわCR1,CR2の発生を抑制でき、実装の不良を防止し得る。
次に、半導体製造装置1の動作について図4〜図11を用いて説明する。図4は、半導体製造装置1の動作を示すフローチャートである。図5、図6、図10、図11は、半導体チップの製造方法を示す工程断面図である。図7は、半導体製造装置1のボンディング時の動作を示すタイミングチャートである。図8は、半導体製造装置1のボンディング時の動作を示す図である。図9は、半導体製造装置1のボンディング時の動作を示すシーケンスチャートである。
半導体製造装置1は、1回目のボンディングを行う(S10)。S10では、S1〜S7の処理が行われる。
図5(a)に、予め所定の軌跡で接着樹脂110が塗布された基板100及び、その一部の拡大部を示す。図5(a)では、複数の半導体チップに対応した複数の矩形領域を含む基板100において、各矩形領域の対角線に沿った軌跡で接着樹脂110が塗布される場合が例示されている。接着樹脂110は、例えば、NCPである。基板100は半導体製造装置1に投入される。半導体製造装置1は、半導体チップをフリップチップ実装するための装置である。投入された基板100は、加熱素子12により加温されているステージ(熱圧着ステージ)10まで搬送される(S1)。
半導体ウエハをダイシングフィルムに貼り付けてダイシングを行い、複数の半導体チップへ個片化し、個片化された半導体チップ200をダイシングフィルムから剥離する(S2)。
送りリール51から、図5(b)に点線の矢印で示す送り方向へ、ローラ72、可動ローラ71を介しながらフィルム53が送られる(S3)。また、可動ローラ81、ローラ82を介しながらフィルム53が巻き取りリール52で巻き取られる(S3a)。
半導体製造装置1は、図5(b)に示すように、ボンディングツール20の吸着構造23,24でフィルム53を真空吸着する。半導体製造装置1は、その吸着固定されたフィルム53に、図5(c)に示すように、所定の配置で針部(ピン)11で穴53aを開ける(S4)。
その後、搬送系からボンディングツール20への半導体チップの受け渡しを行い(S5)、図6(a)に示すように、半導体チップ200をフィルム53の穴53a及びボンディングツール20の吸着穴23aを介して裏面200bから真空吸着し固定する。半導体チップ200において、表面200aは、素子のパターンが形成された面であり、裏面200bは、表面200aと反対側の面である。半導体チップ200の表面200aには電極パッドが配され、その電極パッドにはバンプ電極210が接合されている。
そして、半導体製造装置1は、ボンディング動作を行う(S6)。具体的には、図7〜図9に示すような動作が行われる。図7は、半導体製造装置1の動作を示すタイミングチャートである。図8は、半導体製造装置1の動作を示す図である。図9は、半導体製造装置1の動作を示すシーケンスチャートである。
図7に示す期間TP1において、半導体製造装置1は、撮像素子(図示せず)で半導体チップ200のアライメントマークを撮像し取得された画像を解析し半導体チップ200のXY方向の中心位置を演算することなどにより、半導体チップ200の位置を認識する(S6a)。半導体製造装置1は、撮像素子(図示せず)で基板100のアライメントマークを撮像し取得された画像を解析し基板100のXY方向の中心位置を演算することなどにより、基板100の位置を認識する(S6b)。半導体製造装置1は、半導体チップ200のアライメントマークと基板100のアライメントマークとが所定の位置関係になるようにステージ10を稼働させて、半導体チップ200及び基板100のアライメントを行う。このとき、図8に示すように、加熱素子12による1段階目の加温(加温1st)を行う加温制御(図9参照)が開始されるが、ボンディングヘッド2による半導体チップ200及び基板100への荷重(ヘッド荷重)が加えられておらず、荷重Fhが初期値F0になっている。
図7に示す期間TP2において、半導体製造装置1は、半導体チップ200及び基板100がアライメントされる(サーチ検知される)と、ボンディングヘッド2をZ方向に移動させるヘッドZ軸制御(図9参照)を開始し、図6(b)に示すように、ボンディングヘッド2を−Z方向に下降させて(S6c)、半導体チップ200の−Z側のバンプ電極210が接着樹脂110に接触する位置までボンディングツール20をステージ10に近づける。バンプ電極210が接着樹脂110に接触すると、ボンディングツール20の下降速度を若干緩め、ボンディングツール20を−Z方向にその緩めた速度で下降させ、半導体チップ200のバンプ電極210を基板100上の電極パッドに接触させる。
この状態で、加温制御(図9参照)に応じて、加熱素子12によりステージ10及び基板100を介して半導体チップ200を加熱する加温動作が行われ(S6d)、半導体チップ200の温度ThがT1に制御される。また、ボンディングヘッド2により半導体チップ200及び基板100へ荷重を作用させるヘッド荷重制御(図9参照)が開始され、ヘッド荷重動作が行われ(S6c)、半導体チップ200及び基板100への荷重FhがF1に制御される。
図7に示す期間TP3において、半導体製造装置1は、半導体チップ200及び基板100へ荷重FhがF1に維持されるようにボンディングツール20及びステージ10の距離を相対的に制御するとともに、半導体チップ200の温度ThをT1からT2(>T1)へ上昇させる。
これにより、1段階目の加工(1st加工)が行われ、半導体チップ200と基板100の配線との間に介在するバンプ電極が適度に変形してバンプ電極と基板との接触面積がそれぞれ確保され得る。
図7に示す期間TP4において、半導体製造装置1は、半導体チップ200及び基板100へ荷重FhがF1に維持されるようにボンディングツール20及びステージ10の距離を相対的に制御するとともに、半導体チップ200の温度ThをT2に保持する。このとき、加圧力が目標圧力Fh=F1に維持されるようにボンディングツール20のZ位置を+Z方向又は−Z方向に制御する。図7には、徐々に+Z方向にボンディングツール20のZ位置を制御する場合について例示されている。
これにより、2段階目の加工(2nd加工)が行われ、バンプ電極と基板との接触面積が確保された状態でバンプ電極が溶融し得る。これにより、バンプ電極の周辺への溶出を抑制でき、バンプ電極と基板との接合が円滑に行われ得る。
また、期間TP3とほぼ同時に開始され期間TP4の途中で終了する期間TP11において、半導体製造装置1は、加温動作(S6d)及びヘッド荷重動作(S6c)に並行して、フィルム53の伸びについてのキャリブレーション量の取得を行う(S6f)。
具体的には、半導体製造装置1は、図10(a)に一点鎖線の矢印で示すように、可動ローラ71のY位置が−Y方向の可動限界位置と+Y方向の可動限界位置との中間になるように駆動機構76を制御しつつ、押え74がニップローラ73をフィルム53及び可動ニップローラ75へ押し付けた状態で駆動機構77による可動ニップローラ75の駆動トルクを監視する。半導体製造装置1は、駆動機構77の制御量と駆動トルクとの関係を示すテーブルが予め実験的に決められて設定されており、駆動機構77の制御量とそのテーブルとから駆動トルクを求めて監視することができる。半導体製造装置1は、駆動トルクに基づいて、ボンディングツール20の上流側(−Y側)のフィルム53の張力を推定する。半導体製造装置1は、図10(b)に点線の矢印で示すように、推定される張力が所望の範囲内に収まるように、駆動機構76,77を動作させる。これにより、ボンディングツール20の上流側(−Y側)のフィルム53の巻き戻しが行われる(S6f1)。このとき、コントローラ30は、可動ニップローラ75の直径と可動ニップローラ75の回転角とに応じて、フィルム53の伸び量を求める。可動ニップローラ75の直径をd75、円周率をπ、回転角度をθ75(°)とすると、半導体製造装置1は、数式1により、フィルム53の上流側の伸び量ΔL70を求める。すなわち、供給側のテンション力が監視され、供給側のフィルム53が巻き取られるとともに、フィルムの巻き取り量が計測される(図9参照)。
また、半導体製造装置1は、図10(a)に一点鎖線の矢印で示すように、可動ローラ81のY位置が−Y方向の可動限界位置と+Y方向の可動限界位置との中間になるように駆動機構86を制御しつつ、押え84がニップローラ83をフィルム53及び可動ニップローラ85へ押し付けた状態で駆動機構87による可動ニップローラ85の駆動トルクを監視する。半導体製造装置1は、駆動機構87の制御量と駆動トルクとの関係を示すテーブルが予め実験的に決められて設定されており、駆動機構87の制御量とそのテーブルとから駆動トルクを求めて監視することができる。半導体製造装置1は、駆動トルクに基づいて、ボンディングツール20の下流側(−Y側)のフィルム53の張力を推定する。半導体製造装置1は、推定される張力が所望の範囲内に収まるように、駆動機構87を動作させる。これにより、ボンディングツール20の下流側(+Y側)のフィルム53の巻き取りが行われる(S6f2)。このとき、半導体製造装置1は、可動ニップローラ85の直径と可動ニップローラ85の回転角とに応じて、フィルム53の伸び量を求める。可動ニップローラ85の直径をd85、円周率をπ、回転角度をθ85(°)とすると、半導体製造装置1は、数式2により、フィルム53の下流側の伸び量ΔL80を求める。すなわち、回収側のテンション力が監視され、回収側のフィルム53が巻き取られるとともに、フィルムの巻き取り量が計測される(図9参照)。
半導体製造装置1は、フィルム53の伸びについてのキャリブレーション量が取得されると、2回目以降のボンディングにおけるフィルムの巻き取り量の制御(図9参照)のために、キャリブレーション量を保持する。
図7に示す期間TP5において、図11に示すように、その状態でボンディングツール20を+Z方向に上昇させ(S7)、ボンディングツール20をステージ10から相対的に遠ざける。
半導体製造装置1は、n回目のボンディングを行う(S20)。nは、2以上の任意の整数である。S20では、基本的にS10と同様であるが、次の点でS10と異なる動作が行われる。
S2の後に、真空装置92の稼働が停止され、配管91の減圧状態が解除され、ボンディングツール20の吸着構造23,24による吸着が解除されて、使用済みのフィルム53が剥離される(S21)。そして、図11に矢印で示すように、送りリール51から巻き取りリール52までテープ53を所定量巻き取り、ボンディングツール20の突起部22の表面22aの−Z側に、新しいテープ53が位置するようにする(S21a)。なお、ボンディング後の吸着構造23,24による吸着を解除するタイミングとボンディングヘッドをステージから遠ざけるタイミングは、半導体チップサイズ等により任意に変えられる。その後、S3が行われる。
S5の後に、半導体製造装置1は、ボンディング動作を行う(S26)。ボンディング動作(S26)では、図7に示す期間TP1〜TP5において、S10と同様に、ヘッド下降動作(S6c)、加温動作(S6d)、ヘッド荷重動作(S6c)、ヘッド上昇動作(S7)が行われる。
また、図7に示す期間TP11において、S6fで取得されたキャリブレーション量を用いたフィルム53の張力制御のための巻き取り動作等が行われる(S26f)。
具体的には、半導体製造装置1は、図10(b)に点線の矢印で示すように、可動ローラ71のY位置が−Y方向の可動限界位置と+Y方向の可動限界位置との中間になるように駆動機構76を制御しつつ、押え74がニップローラ73をフィルム53及び可動ニップローラ75へ押し付けた状態で駆動機構77によりキャリブレーション量に応じた動作量で可動ニップローラ75を回転させる。これにより、ボンディングツール20の上流側において、フィルム53の張力が所望の範囲内に収まるように、フィルム53が巻き戻される(S26f1)。
また、半導体製造装置1は、図10(b)に点線の矢印で示すように、可動ローラ81のY位置が−Y方向の可動限界位置と+Y方向の可動限界位置との中間になるように駆動機構86を制御しつつ、押え84がニップローラ83をフィルム53及び可動ニップローラ85へ押し付けた状態で駆動機構87によりキャリブレーション量に応じた動作量で可動ニップローラ85を回転させる。これにより、ボンディングツール20の下流側において、フィルム53の張力が所望の範囲内に収まるように、フィルム53が巻き取られる(S26f2)。
半導体製造装置1は、半導体基板の取り数分(指定分)の半導体チップが処理されるまで(S30でNo)、S20(S2〜S7)を繰り返す。半導体基板の取り数分(指定分)の半導体チップが処理され、処理すべき他のチップがない状態になると、半導体基板内の全ての半導体チップの熱圧着が終了した(S30でYes)ものとして、終了した半導体基板が、装置から払い出され、次の工程に運ばれる。
以上のように、本実施形態では、半導体製造装置1において、ボンディングツール20がフィルム53越しに半導体チップ200を押圧する際にボンディングツール20の上流側及び下流側のそれぞれについてフィルム53の張力を付与する付与機構70,80を設ける。これにより、ボンディング時のテープが伸びはじめる期間においてフィルム53の張力が所望の範囲に収まるように制御でき、フィルムのしわを低減できる。この結果、ボンディング実装の不良を防止できる。
なお、半導体製造装置101における付与機構170,180は、図12に示すように、水平駆動に代えて垂直駆動でフィルム53に張力を付与してもよい。図12は、実施形態の変形例にかかる半導体製造装置101の構成を示す図である。図12では、図示の簡略化のため、駆動機構41、駆動機構42、温度センサ61、加圧センサ62、排気系90の図示を省略している。
付与機構170は、可動ローラ71、駆動機構76(図1参照)に代えてローラ71a、駆動機構176を有し、可動ローラ171、ローラ172a、ローラ172bをさらに有する。
ローラ71aは、ボンディングツール20の−Y側に配され、突起部22の表面に対してフィルム53の送り方向の上流側に配される。ローラ71aは、フィルム53に+Y側から接触し得る。ローラ71aは、回転軸の位置が固定されている。ローラ71aは、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
可動ローラ171は、ボンディングツール20の−Y側に配され、突起部22の表面に対してフィルム53の送り方向の上流側に配される。可動ローラ171は、ローラ72と可動ニップローラ75、ニップローラ73との間に配される。可動ローラ71は、フィルム53に+Z側から接触し得る。駆動機構176は、例えばリニアモータであり、コントローラ30からの制御のもと、一点鎖線の矢印で示すように、可動ローラ171の回転軸を+Z方向及び−Z方向に移動可能である。すなわち、駆動機構176は、可動ローラ171の回転軸をフィルム53への接触箇所に対して近づく方向(−Z方向)と遠ざかる方向(+Z方向)とに移動(垂直駆動)可能である。これにより、可動ローラ171がフィルム53への接触箇所でフィルム53に作用させるフィルム53の表面に垂直な方向の応力を調整し得る。なお、可動ローラ171は、その回転については駆動されず、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
ローラ172aは、ボンディングツール20の−Y側に配され、可動ローラ171に対してフィルム53の送り方向の上流側に配される。ローラ172aは、フィルム53に−Z側から接触し得る。ローラ172aは、回転軸の位置が固定されている。ローラ172aは、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
ローラ172bは、ボンディングツール20の−Y側に配され、可動ローラ171に対してフィルム53の送り方向の下流側に配される。ローラ172bは、フィルム53に−Z側から接触し得る。ローラ172bは、回転軸の位置が固定されている。ローラ172bは、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
付与機構180は、可動ローラ81、駆動機構86(図1参照)に代えてローラ81a、駆動機構186を有し、可動ローラ181、ローラ182a、ローラ182bをさらに有する。
ローラ81aは、ボンディングツール20の+Y側に配され、突起部22の表面に対してフィルム53の送り方向の下流側に配される。ローラ81aは、フィルム53に−Y側から接触し得る。ローラ81aは、回転軸の位置が固定されている。ローラ81aは、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
可動ローラ181は、ボンディングツール20の+Y側に配され、突起部22の表面に対してフィルム53の送り方向の下流側に配される。可動ローラ181は、ローラ82と可動ニップローラ85、ニップローラ83との間に配される。可動ローラ81は、フィルム53に+Z側から接触し得る。駆動機構186は、例えばリニアモータであり、コントローラ30からの制御のもと、一点鎖線の矢印で示すように、可動ローラ181の回転軸を+Z方向及び−Z方向に移動可能である。すなわち、駆動機構186は、可動ローラ181の回転軸をフィルム53への接触箇所に対して近づく方向(−Z方向)と遠ざかる方向(+Z方向)とに移動(垂直駆動)可能である。これにより、可動ローラ181がフィルム53への接触箇所でフィルム53に作用させるフィルム53の表面に垂直な方向の応力を調整し得る。なお、可動ローラ181は、その回転については駆動されず、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
ローラ182aは、ボンディングツール20の+Y側に配され、可動ローラ181に対してフィルム53の送り方向の下流側に配される。ローラ182aは、フィルム53に−Z側から接触し得る。ローラ182aは、回転軸の位置が固定されている。ローラ182aは、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
ローラ182bは、ボンディングツール20の+Y側に配され、可動ローラ181に対してフィルム53の送り方向の上流側に配される。ローラ182bは、フィルム53に−Z側から接触し得る。ローラ182bは、回転軸の位置が固定されている。ローラ182bは、フィルム53の表面に沿った方向の応力を受けて受動的に回転する。
このように、半導体製造装置101における付与機構170,180は、可動ローラ171,181の回転軸を垂直駆動することによっても、フィルム53に張力を付与することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
1,101 半導体製造装置、12 加熱素子、20 ボンディングツール、30 コントローラ、70,80,170,180 付与機構、71,81,171,181 可動ローラ、75,85 可動ニップローラ。
Claims (8)
- フィルムを介して半導体チップを吸着するボンディングツールと、
前記半導体チップを加熱する加熱部と、
前記ボンディングツールに対して前記フィルムの送り方向の上流側に配され、前記フィルムに張力を付与する第1の付与機構と、
前記ボンディングツールに対して前記フィルムの送り方向の下流側に配され、前記フィルムに張力を付与する第2の付与機構と、
を備えた半導体製造装置。 - 前記第1の付与機構及び前記第2の付与機構の動作量に応じて、前記フィルムの伸び量を求めるコントローラをさらに備えた
請求項1に記載の半導体製造装置。 - 前記コントローラは、第1の半導体チップを処理する第1の期間に、前記フィルムの伸び量を求め、
前記第1の付与機構及び前記第2の付与機構は、第2の半導体チップを処理する第2の期間に、前記求められた伸び量に応じて、前記フィルムに張力を付与する
請求項2に記載の半導体製造装置。 - 基板が載置されるステージをさらに備え、
前記ボンディングツールは、前記フィルムを介して前記半導体チップを前記ステージの主面に対向した状態で吸着し、
前記第1の付与機構及び前記第2の付与機構は、それぞれ、前記フィルムへの接触箇所に対して近づく方向又は遠ざかる方向に前記フィルムを部分的に移動させて張力を付与する
請求項1に記載の半導体製造装置。 - 前記第1の付与機構は、送り方向と逆方向に前記フィルムを巻き取って張力を付与し、
前記第2の付与機構は、送り方向に前記フィルムを巻き取って張力を付与する
請求項4に記載の半導体製造装置。 - 前記第1の付与機構は、
前記ボンディングツールに対して前記フィルムの送り方向の上流側に配され、前記フィルムに接触する第1のローラと、
前記第1のローラの回転軸を前記フィルムへの接触箇所に対して近づく方向と遠ざかる方向とに移動可能である第1の駆動機構と、
を有し、
前記第2の付与機構は、
前記ボンディングツールに対して前記フィルムの送り方向の下流側に配され、前記フィルムに接触する第2のローラと、
前記第2のローラの回転軸を前記フィルムへの接触箇所に対して近づく方向と遠ざかる方向とに移動可能である第2の駆動機構と、
を有する
請求項4に記載の半導体製造装置。 - 前記第1の付与機構は、
前記ボンディングツールに対して前記フィルムの送り方向の上流側に配され、前記フィルムに接触する第3のローラと、
送り方向の逆方向に対応した回転方向に前記第3のローラを回転駆動可能である第3の駆動機構と、
をさらに有し、
前記第2の付与機構は、
前記ボンディングツールに対して前記フィルムの送り方向の下流側に配され、前記フィルムに接触する第4のローラと、
送り方向に対応した回転方向に前記第4のローラを回転駆動可能である第4の駆動機構と、
をさらに有する
請求項6に記載の半導体製造装置。 - 前記第1の駆動機構による前記第1のローラの移動量と前記第3の駆動機構による前記第3のローラの回転量とを連動制御し、前記第2の駆動機構による前記第2のローラの移動量と前記第4の駆動機構による前記第4のローラの回転量とを連動制御するコントローラをさらに備えた
請求項7に記載の半導体製造装置。
Priority Applications (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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