JP2022029624A - デバイス製造装置の検査方法及びデバイス製造装置 - Google Patents

Abstract

【課題】チップの基板への実装位置のズレ量を精度良く算出できるデバイス製造装置の検査方法及びデバイス製造装置の提供に資する。【解決手段】デバイス製造装置の検査方法は、バンプを介して超音波接合されるチップと前記チップに対向する基板とを備えるデバイス装置を製造するデバイス製造装置の検査方法であって、前記バンプが押圧される電極の直下に、前記電極の中心から放射状に配列される複数のセンサが埋設されている基板に、前記チップに設けられる前記バンプが実装されるとき、前記複数のセンサの各々の抵抗値変化を測定するステップと、前記抵抗値変化に基づき、前記バンプの前記電極への押圧面と前記センサとの重なり領域を推定するステップと、前記重なり領域から、前記押圧面の輪郭を推定するステップと、前記押圧面の輪郭から、押圧面の中心を求めるステップと、前記押圧面の中心と電極の中心との位置ズレ量を算出するステップと、を含む。【選択図】図１

Description

本開示は、デバイス製造装置の検査方法及びデバイス製造装置に関する。

バンプを介して基板にチップを実装する方法として、固相接合の一つである超音波接合や熱圧着工法が知られている。バンプは、基板上の配線リード又はチップに形成された突起状の接続電極である。例えば、超音波接合によって基板にチップを実装する際、チップ及び基板の一方の電極に配置されるバンプには、チップ及び基板の他方の電極に押圧された状態で、超音波振動が与えられる。

これにより、バンプと電極の塑性変形が促され、バンプ及び電極の互いの新生面が緊密に接触し、バンプ及び電極の互いの金属原子が拡散する。その結果、バンプと電極とが接合する。

超音波接合や熱圧着工法で用いるフリップチップボンダには、プロセス中の実装荷重や超音波パワーのモニタリング機能を有したものがある。ところが、当該機能では、チップ全体に印加される実装荷重と超音波パワーの値のみモニタリングされるため、フリップチップボンダでは、チップ上又は基板上の電極とバンプとの接合部に作用する力、すなわち歪みの計測が困難である。

特許文献１に開示される従来技術は、バンプが形成される電極の直下に歪みゲージを設置し、実装プロセス中における歪みゲージの抵抗値の変化を計測することで、電極とバンプとの接合部に生じる歪みを計測できる。歪みゲージは、１本の抵抗素子に複数の導体を等ピッチで配置することで直線状に形成されている。歪みゲージは、電極の直下に１つ埋設されている。

特許第３５９９００３号公報

しかしながら、この種の従来技術では、直線状に形成された歪みゲージが電極の直下に１つ埋設されるため、バンプの電極への押圧力が一定であっても、電極上でバンプの位置が変わると、歪みゲージで計測される歪み量にバラツキが生じる。例えば、歪みゲージの計測値に基づいて、チップの基板への実装位置のズレ量（位置ズレ量）を算出する場合、歪み量にバラツキが生じると、位置ズレ量の算出精度が低下する。位置ズレ量は、デバイスの組立精度に影響するため、ＭＥＭＳ（Micro Electro Mechanical Systems）や光学デバイスの出来栄えを大きく左右する。このように従来技術では、位置ズレ量を算出する上で改善の余地がある。

本開示の非限定的な実施例は、チップの基板への実装位置のズレ量を精度良く算出できるデバイス製造装置の検査方法及びデバイス製造装置の提供に資する。

本開示の一実施例に係るデバイス製造装置の検査方法は、バンプを介して超音波接合されるチップと前記チップに対向する基板とを備えるデバイス装置を製造するデバイス製造装置の検査方法であって、前記バンプが押圧される電極の直下に、前記電極の中心から放射状に配列される複数のセンサが埋設されている基板に、前記チップに設けられる前記バンプが実装されるとき、前記複数のセンサの各々の抵抗値変化を測定するステップと、前記抵抗値変化に基づき、前記バンプの前記電極への押圧面と前記センサとの重なり領域を推定するステップと、前記重なり領域から、前記押圧面の輪郭を推定するステップと、前記押圧面の輪郭から、押圧面の中心を求めるステップと、前記押圧面の中心と電極の中心との位置ズレ量を算出するステップと、を含む。

本開示の一実施例に係るデバイス製造装置は、バンプを介して超音波接合されるチップと前記チップに対向する基板とを備えるデバイス装置を製造するデバイス製造装置であって、前記バンプが押圧される電極の直下に、前記電極の中心から放射状に配列される複数のセンサが埋設されている基板に、前記チップに設けられる前記バンプが実装されるとき、前記複数のセンサの各々の抵抗値変化を測定する測定部と、前記抵抗値変化に基づき、前記バンプの前記電極への押圧面と前記センサとの重なり領域を推定し、前記重なり領域から、前記押圧面の輪郭を推定し、その輪郭から押圧面の中心を求め、前記押圧面の中心と電極の中心との位置ズレ量を算出する処理部と、を備える。

本開示の一実施例によれば、チップの基板への実装位置のズレ量を精度良く算出できるデバイス製造装置の検査方法及びデバイス製造装置を構築できる。

本開示の一実施例における更なる利点及び効果は、明細書及び図面から明らかにされる。かかる利点及び／又は効果は、いくつかの実施形態並びに明細書及び図面に記載された特徴によってそれぞれ提供されるが、１つ又はそれ以上の同一の特徴を得るために必ずしも全てが提供される必要はない。

本開示の実施の形態１におけるデバイス製造装置３００の構成図 Ｚ軸方向から見た基板電極１０５及び基板１０６の透過図 基板１０６のＡ－Ａ線断面図 本開示の実施の形態１におけるデバイス製造装置３００の検査装置１０１の変形例の構成図 デバイス製造装置３００の検査方法を説明するためのフローチャート 本開示の実施の形態２におけるデバイス製造装置３００が備える基板電極２０５及び基板２０６の構成例を示す図

以下に添付図面を参照しながら、本開示の好適な実施形態について詳細に説明する。尚、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能を有する構成要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略する。

（実施の形態１）
＜デバイス製造装置３００の構成＞
図１を参照して、本開示の実施の形態１におけるデバイス製造装置３００の構成例を説明する。図１は本開示の実施の形態１におけるデバイス製造装置３００の構成図である。

デバイス製造装置３００は、デバイス装置２００を製造する装置である。デバイス装置２００は、半導体を伴う電気部品で構成される装置、半導体を伴わない電気部品で構成される装置などである。

本実施の形態では、半導体を伴う電気部品で構成される装置の製造装置を、デバイス製造装置３００として説明する。

図１以降において、Ｘ軸方向、Ｙ軸方向、及びＺ軸方向は、それぞれ、Ｘ軸に平行な方向、Ｙ軸に平行な方向、Ｚ軸に平行な方向を表す。Ｘ軸方向とＹ軸方向は、互いに直交する。Ｘ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。Ｙ軸方向とＺ軸方向は、互いに直交する。ＸＹ平面は、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に平行な仮想平面を表す。ＸＺ平面は、Ｘ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面を表す。ＹＺ平面は、Ｙ軸方向及びＺ軸方向に平行な仮想平面を表す。また、Ｘ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスＸ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスＸ軸方向とする。Ｙ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスＹ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスＹ軸方向とする。Ｚ軸方向のうち、矢印で示す方向はプラスＺ軸方向とし、当該方向とは逆の方向はマイナスＺ軸方向とする。Ｚ軸方向は、例えば鉛直方向に等しく、Ｘ軸方向及びＹ軸方向は、例えば水平方向に等しい。

デバイス装置２００は、チップ１０２、チップ電極１０３、バンプ１０４、基板電極１０５、及び基板１０６が、超音波接合又は熱圧着工法で一体に構成された機器である。

チップ１０２には、複数のチップ電極１０３が配置される。チップ電極１０３の表面には、導電性材料からなるバンプ１０４が形成されている。

＜デバイス製造装置３００の検査装置１０１の構成＞
デバイス製造装置３００の検査装置１０１は、測定部１０８、及び処理部１０９を備える。

基板１０６には、バンプ１０４と対向する位置に複数の基板電極１０５が配置される。基板電極１０５の材料は、バンプ１０４の材料と固相接合が可能な金属であればよく、例えば、金、アルミニウムなどが挙げられる。

基板電極１０５の直下において、基板１０６には、複数のピエゾ抵抗型センサ１０７が埋設される。ピエゾ抵抗型センサ１０７は、機械的歪が加わると抵抗値が変化するピエゾ抵抗効果を有する。ピエゾ抵抗型センサ１０７の構成の詳細は後述する。

ピエゾ抵抗型センサ１０７には、内部配線１１０の一端が接続される。内部配線１１０の他端は、測定部１０８に接続される。処理部１０９は、電気配線を介して、測定部１０８と電気的に接続される。処理部１０９は、本実施の形態の位置ズレ量算出部の一例である。

次に、図２及び図３を参照してピエゾ抵抗型センサ１０７の構成などを説明する。

＜ピエゾ抵抗型センサ１０７の構成＞
図２は、Ｚ軸方向から見た基板電極１０５及び基板１０６の透過図であり、図３は、基板１０６のＡ－Ａ線断面図である。

基板電極１０５の直下には、ピエゾ抵抗型センサ１０７_ａ、ピエゾ抵抗型センサ１０７_ｂ、ピエゾ抵抗型センサ１０７_ｃ、及びピエゾ抵抗型センサ１０７_ｄが配置される。

以下では、ピエゾ抵抗型センサ１０７_ａ、ピエゾ抵抗型センサ１０７_ｂ、ピエゾ抵抗型センサ１０７_ｃ、及びピエゾ抵抗型センサ１０７_ｄを区別しない場合、単にセンサ１０７と称する。

センサ１０７は、基板１０６を構成する絶縁層１１１に埋設される（図３参照）。センサ１０７の形状は、矩形状である（図２参照）。センサ１０７の短辺と長辺の長さは、それぞれＷ、Ｌ_ｎ（ｎは１以上の自然数）で表される。

複数のセンサ１０７は、基板電極１０５の中心Ｏに対して放射状に配列される。

具体的には、複数のセンサ１０７は、基板電極１０５の中心Ｏを取り囲むように配列される。また複数のセンサ１０７のそれぞれの短辺は、互いに対向している。また、複数のセンサ１０７のそれぞれの長辺は、基板電極１０５の中心Ｏから放射状に伸びる仮想線に沿うように配置される。

複数のセンサ１０７は、基板電極１０５の中心Ｏを中心点とする仮想円上に等間隔に配置されていることが好ましい。

なお、本実施の形態では、センサ１０７が４つ用いられているが、センサ１０７の数は４つに限定されず、２つ以上であればよい。

センサ１０７の材料は、例えば、ピエゾ抵抗効果を有するｎ型Ｓｉである。なお、センサ１０７の材料はｎ型Ｓｉに限定されるものではない。センサ１０７は、例えば、ＣｕＮｉ系、ＮｉＣｒ系、Ｔｉなどの金属で構成されたものでもよいし、ピエゾ抵抗効果を利用したＧｅ、ＧａＡｓなどの半導体で構成されたものでもよい。

なお、本実施の形態では、ピエゾ抵抗型センサ１０７が用いられているが、ピエゾ抵抗型センサ１０７以外にも、加圧されたときに物性が変化するセンサであれば、何れのセンサを用いてもよい。

センサ１０７の２つの短辺のそれぞれには、内部配線１１０が接続される。内部配線１１０は、センサ１０７の一方の短辺からセンサ１０７の他方の短辺までにおける、センサ１０７の抵抗値Ｒ_ｎを測定するための配線である。

複数のセンサ１０７の内、少なくとも１つのセンサ１０７の内部に、内部配線１１２が接続される。図２に示す「ｒ」は、内部配線１１２のセンサ１０７への接続位置を表す。

内部配線１１２は、測定部１０８と電気的に接続される。内部配線１１２は、センサ１０７の抵抗値Ｒ_ｒｅｆを測定するための配線である。

抵抗値Ｒ_ｒｅｆは、センサ１０７の長辺方向の抵抗値の内、センサ１０７に内部配線１１０が接続される箇所から接続位置ｒまでの領域の抵抗値である。

＜ピエゾ抵抗効果による抵抗値変化＞
基板電極１０５にバンプ１０４が押し付けられると、仮想的な環状の破線で囲まれる押圧面Ｓ（バンプ押圧面）に、バンプ１０４の押圧力が作用する。この押圧力により、基板電極１０５の直下に配置されるセンサモジュール２０７に歪みｅが誘起される。

押圧面Ｓは、実装プロセス中の所定時刻において、基板電極１０５へのバンプ１０４の押圧面を、Ｚ軸方向から平面視した面である。

センサ１０７に対して歪みｅが一様に加わった場合、センサ１０７の長辺方向の抵抗値Ｒ_ｎ（ｎは１以上の自然数）は、Ｒ_ｎ０から、Ｒ_ｎ０＋ΔＲ_ｅへと変化する。

Ｒ_ｎ０は、バンプ１０４が基板電極１０５に押圧される前における、センサ１０７の長辺方向における抵抗値である。ΔＲ_ｅは、歪みｅが生したセンサ１０７の抵抗値増加量である。

抵抗値Ｒ_ｎの変化率ΔＲ_ｅ／Ｒ_ｎ０は、式（１）で表される。

ΔＲ_ｅ／Ｒ_ｎ０＝Ｋ_ｘ×ｅ_ｘｘ＋Ｋ_ｙ×ｅ_ｙｙ＋Ｋ_ｚ×ｅ_ｚｚ・・・（１）

式（１）のｅ_ｘｘは、歪みｅのＸ軸方向の垂直歪成分を表す。ｅ_ｘｘは、基板電極１０５をＸ軸方向に広げる歪成分である。

式（１）のＫ_ｘは、ｅ_ｘｘのゲージ率（歪に対するピエゾ抵抗係数）を表す。Ｋの値は、センサ１０７を構成する材料の種類によって異なり、またセンサ１０７を構成する材料の結晶方向によって異なる。

式（１）のｅ_ｙｙは、歪みｅのＹ軸方向の垂直歪成分である。ｅ_ｙｙは、基板電極１０５をＹ軸方向に広げる歪成分である。式（１）のＫ_ｙは、ｅ_ｙｙのゲージ率を表す。

式（１）のｅ_ｚｚは、歪みｅのＺ軸方向の垂直歪成分である。ｅ_ｚｚは、基板電極１０５を圧縮する歪成分である。式（１）のＫ_ｚは、ｅ_ｚｚのゲージ率を表す。

＜ピエゾ抵抗型センサ１０７の役割＞
押圧面Ｓは、実装プロセス中に、バンプ１０４の変形と共に増大する。図２に示すＬ´_ｎ（ｎは１以上の自然数）は、センサ１０７と押圧面Ｓとが重なる領域の、センサ１０７の長辺方向における長さを表す。

センサ１０７と押圧面Ｓとが重なる領域の面積は、面積≒Ｗ×Ｌ´_ｎにより表すことができる。Ｗは、センサ１０７の短辺方向の長さである。

押圧面Ｓにバンプ１０４の押圧力が作用すると、センサ１０７と押圧面Ｓとが重なる領域に、歪みｅ_Ｓが誘起される。

このとき、複数のセンサ１０７のそれぞれには、歪みｅ_Ｓによって抵抗値が変化する領域（≒Ｗ×Ｌ´_ｎ）と、抵抗値が変化しない領域（≒Ｗ×（Ｌ－Ｌ´_ｎ）とが存在する。

熱圧着工法の場合、実装荷重が印加されることによって、押圧面Ｓ内に、圧縮歪（垂直歪みｅ_ｚｚ）が均一に発生する。

このとき、垂直歪みｅ_ｘｘは、垂直歪みｅ_ｚｚに対して非常に小さな値となる。センサ１０７の材料のポアソン比νｘが、νｘ＜＜１になるためである。同様に、垂直歪みｅ_ｙｙは、センサ１０７の材料のポアソン比νｙがνｙ＜＜１になるため、垂直歪みｅ_ｚｚに対して非常に小さな値となる。

これより、センサ１０７と押圧面Ｓとが重なる領域の歪みｅ_Ｓの値は、押圧面Ｓ内の何れの位置（領域）でも一様（均一）となる。

超音波接合の場合、センサ１０７と押圧面Ｓとが重なる領域の歪みｅ_Ｓには、垂直歪みｅ_ｘｘ、垂直歪みｅ_ｙｙ、及び垂直歪みｅ_ｚｚが発生すると共に、超音波振動による平面方向（ＸＹ平面に対して平行な方向）の歪が重畳される。

この平面方向の歪みの重畳量は、押圧面Ｓの中央付近の領域から外周部寄りの領域に近づくほど、大きくなる。

しかしながら、平面方向の歪みは、超音波振動の繰り返し応力であるため、平面方向の歪みを微小時間で平均化した値として扱えば、センサ１０７と押圧面Ｓとが重なる領域の歪みｅ_Ｓの値は、押圧面Ｓ内の何れの位置（領域）でも一様（均一）となる。

センサ１０７に歪みｅ_Ｓが一様に加わったときの抵抗変化率を、ΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０とした場合、センサ１０７の長辺方向の抵抗値Ｒ_ｎは、式（２）で表される。

Ｒ_ｎ＝ΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０×（Ｌ´_ｎ／Ｌ_ｎ）×Ｒ_ｎ０＋（Ｌ_ｎ－Ｌ´_ｎ）／Ｌ_ｎ×Ｒ_{ｎ０・・・}（２）

式（２）のΔＲ_Ｓは、歪みｅ_Ｓが生したセンサ１０７の抵抗値増加量である。

一方、センサ１０７の長辺方向の抵抗値の内、センサ１０７に内部配線１１０が接続される箇所から接続位置ｒまでの領域は、押圧面Ｓ内に収まっている。

このため、センサ１０７の当該領域には、一様に歪みｅ_Ｓが誘起され、その抵抗変化率ΔＲ_ｒｅｆ／Ｒ_ｒｅｆ０は、式（３）で表される。

ΔＲ_ｒｅｆ／Ｒ_ｒｅｆ０＝ΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０・・・（３）

式（３）のＲ_ｒｅｆ０は、バンプ１０４が基板電極１０５に押圧される前における、センサ１０７に内部配線１１０が接続される箇所から、接続位置ｒまでの領域の抵抗値である。

各センサ１０７の抵抗値Ｒ_ｎの変化と、少なくとも一つ以上の抵抗値Ｒ_ｒｅｆの変化とを測定することで、式（２）及び式（３）に基づき、センサ１０７の長辺方向における長さＬ´_ｎを推定することが可能となる。

なお、センサ１０７は、センサ１０７の短辺と長辺のアスペクト比がＬ＞＞Ｗとなるように構成することが好ましい。押圧面Ｓの輪郭に曲率がある場合、センサ１０７と、押圧面Ｓとが重なる領域は、厳密には矩形とならず、式（２）、式（３）に基づき推定されたＬ´_ｎは、誤差を含む。しかし、Ｌ＞＞Ｗとすれば、その誤差は小さくすることができ、Ｌ´_ｎの正確性は向上する。

なお、各センサ１０７は、基板電極１０５の中心Ｏに対して放射状に配置されると共に、実装プロセス中に取りうる最大の押圧面Ｓの外側まで延伸されていることが好ましい。これにより、Ｌ´_ｎの検出範囲を広げることが可能となる。

なお、円柱状のバンプ１０４が利用される場合、接続位置ｒから基板電極１０５の中心Ｏまでの長さは、バンプ１０４の頭頂半径から、実装バラつき最大値を減じた値よりも、短くすることが好ましい。

また、バンプ１０４がスタッドバンプの場合、接続位置ｒから基板電極１０５の中心Ｏまでの長さは、バンプ１０４の台座半径から、実装バラつき最大値を減じた値よりも、短くすることが好ましい。

このように、接続位置ｒから基板電極１０５の中心Ｏまでの長さを、短くすることによって、実装プロセス開始後、実装荷重が印加されてバンプがつぶれ始めた瞬間に、抵抗値Ｒ_ｒｅｆの測定範囲が、押圧面Ｓ内に収まるようになる。従って、実装プロセス初期から、Ｌ´_ｎの変化を計測することが可能となる。

なお、抵抗値Ｒ_ｒｅｆの測定数は、センサ１０７の材料と配置方向によって決定される。

例えば、センサ１０７の材料がＳｉ、Ｇｅのような立方晶であり、このような立方晶の面方位（１００）の単結晶の層から、エッチングによって、隣接するセンサ１０７の長辺の成す角度が９０°になるように、複数のセンサ１０７が形成された仮定する。この場合、結晶構造の対称性により、それぞれのセンサ１０７のピエゾ抵抗効果の感度と機械的性質が同じになる。

つまり、各センサ１０７間で、ＸＹ平面における長辺方向のゲージ率Ｋ_Ｌと、ＸＹ平面において長辺方向と垂直な方向（短辺方向）のゲージ率Ｋ_Ｗと、Ｚ軸方向のゲージ率Ｋ_ｚとが、それぞれ同値となる。

また、各センサ１０７の長辺方向のポアソン比νＬと、短辺方向のポアソン比νＷが、全て同じ値となる。また、Ｚ軸方向の圧縮によって、長辺方向に誘起される垂直歪みｅ_ＬＬと、短辺方向に誘起される垂直歪みｅ_ＷＷが、同じ値となる。

従って、歪みｅ_Ｓがセンサ１０７に一様に加わったときの抵抗変化率ΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０は、式（４）で表すことができ、全てのセンサ１０７の抵抗変化率ΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０は、同じ値となる。

ΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０＝Ｋ_Ｌ×ｅ_ＬＬ＋Ｋ_Ｗ×ｅ_ＷＷ＋Ｋ_ｚ×ｅ_{ｚｚ・・・}（４）

これより、複数のセンサ１０７のうち、何れか一つのセンサ１０７のＲ_ｒｅｆを測定することによって、全てのセンサ１０７の重なり長さＬ´_ｎを推定することができる。

なお、センサ１０７の各方向におけるピエゾ抵抗効果の感度と機械的性質が、複数のセンサ１０７間で異なる場合、各センサ１０７のＲ_ｒｅｆをそれぞれ測定すれば良い。

次に、図４を参照して、本開示の実施の形態１におけるデバイス製造装置３００の検査装置１０１の変形例を説明する。

図４は本開示の実施の形態１におけるデバイス製造装置３００の検査装置１０１の変形例の構成図である。

変形例に係るデバイス製造装置３００の検査装置１０１は、複数のセンサ１０７を備えると共に、Ｒ_ｒｅｆ測定専用のピエゾ抵抗型センサ１１３をさらに備える。

ピエゾ抵抗型センサ１１３の形状は、四角形状であり、ピエゾ抵抗型センサ１１３は、例えば、基板電極１０５の中心Ｏの直下に埋設されている。

ピエゾ抵抗型センサ１１３には、２本の内部配線１１２が接続される。例えば、一方の内部配線１１２は、ピエゾ抵抗型センサ１１３の中心部に接続される。他方の内部配線１１２は、ピエゾ抵抗型センサ１１３の４つの辺の内、１つの辺に接続される。

測定部１０８では、ピエゾ抵抗型センサ１１３に一方の内部配線１１２が接続される箇所から、ピエゾ抵抗型センサ１１３に他方の内部配線１１２が接続される箇所までの領域の抵抗値Ｒ_ｒｅｆが測定される。

変形例によれば、ピエゾ抵抗型センサ１１３を備えることにより、各センサ１０７の長辺方向の長さが短い場合でも、測定したＲ_ｒｅｆ及びＲ_ｎに基づき、Ｌ´_ｎを推定することができる。また、各センサ１０７の長辺方向の長さを短くすることができるため、基板１０６の設計の自由度が向上する。

＜デバイス製造装置３００の検査方法＞
次に図５を参照してデバイス製造装置３００の検査方法について説明する。図５はデバイス製造装置３００の検査方法を説明するためのフローチャートである。

デバイス製造装置３００の検査装置１０１は、例えば図１に示すボンディング装置１１４に設置して使用される。

ボンディング装置１１４は、基板１０６が設置されるステージ１１５と、チップ１０２を保持及び押圧するヘッド１１６とを備える。

ボンディング装置１１４は、ヘッド１１６の先端部にチップ１０２が固定された状態で、基板１０６に向けチップ１０２を搬送し、チップ１０２がバンプ１０４を介して基板１０６に接触するように動作する（ステップＳ１）。

そして、チップ１０２がバンプ１０４を介して基板１０６に接触したとき、ボンディング装置１１４が、荷重、超音波パワー、熱などを加えることで、チップ１０２が基板１０６に実装される（ステップＳ２）。

このとき、バンプ１０４と基板電極１０５には、弾性変形と塑性変形が誘起され、それらに伴い、絶縁層１１１を介してセンサ１０７にも機械的歪みが誘起される。

センサ１０７の抵抗値は、ピエゾ抵抗効果により、機械的歪み量に応じて変化する。測定部１０８は、実装プロセス中に変化する複数のセンサ１０７の抵抗値をリアルタイムに測定し、測定したデータを処理部１０９に送信する（ステップＳ３）。

なお、超音波接合においては、センサ１０７の抵抗値は、超音波振動に合わせて変動するため、測定部１０８は、微小時間の抵抗値の平均値を、測定データとして処理部１０９に送信する。

測定データを取得した処理部１０９は、測定データに基づき、各センサ１０７と押圧面Ｓとの重なり長さＬ´_ｎを算出する（ステップＳ４）。

次に処理部１０９は、各センサ１０７の位置に関する位置情報と、各センサ１０７の寸法に関する寸法情報から、算出したＬ´_ｎを、基板電極１０５の中心基板Ｏを原点したときの押圧面Ｓの輪郭上の点である座標Ｐ_ｎ（ｎは１以上の自然数）に変換する（ステップＳ５）。

これにより、押圧面Ｓの輪郭とセンサ１０７とが重なる複数の点が明らかになるため、処理部１０９は、隣接する座標Ｐ_ｎをつないだ多角形から、押圧面Ｓの輪郭を推定する（ステップＳ６）。

なお、各センサ１０７の位置情報及び寸法情報は、処理部１０９の記憶手段に予め設定されたものでもよいし、処理部１０９の外部の装置から送信されるものでもよい。

押圧面Ｓの輪郭は、中心Ｏ´を原点とする押圧面Ｓの周囲を形づくる線を表す。

次に処理部１０９は、推定した押圧面Ｓの輪郭から、基板電極１０５の中心基板Ｏを原点したときの押圧面Ｓの中心Ｏ´の座標を算出し（ステップＳ７）、押圧面Ｓの中心Ｏ´と基板電極１０５の中心Ｏとのズレ量（実装位置ズレ量）を算出する（ステップＳ８）。実装位置ズレ量は、バンプの基板電極１０５への実装位置のズレ量を表す。

なお、バンプ形状が円形の場合、熱圧着工法では、押圧面Ｓも円形となる。その場合、座標Ｐが、少なくとも３点あれば、ただちに、押圧面Ｓの半径と中心位置を推定することが可能であるため、センサ１０７は、基板電極１０５の直下に３個配置すれば良い。

また、バンプ形状が楕円形で、かつ熱圧着工法の場合、または、バンプ形状が円形で、超音波接合の場合、押圧面Ｓは楕円形となる。押圧面Ｓの輪郭が楕円形の場合、２つのセンサ１０７が、楕円形の長軸方向に長辺方向が沿い、かつ、短辺同士が対向するように配置される。さらに、これらのセンサ１０７以外の２つのセンサ１０７が、楕円形の短軸方向に長辺方向が沿い、かつ、短辺同士が対向するように配置される。これにより、押圧面Ｓの輪郭上の４つの座標Ｐ_ｎを求めることができ、これらの座標Ｐ_ｎに基づき、押圧面Ｓの輪郭を推定することが可能となる。なお、超音波接合では、超音波振動方向が、長軸方向となる。

押圧面Ｓが実装プロセス中に、殆ど変化しない場合、基板電極１０５の直下に２つのセンサ１０７を埋設すればよい。

本実施の形態によれば、複数のセンサ１０７を放射状に配置して、実装プロセス中に変化する複数のセンサ１０７の抵抗値に基づき、基板電極１０５への押圧面Ｓの形状と実装位置ズレ量とを、非破壊で推定することができる。

従って、破壊試験のｎ増しによる統計的な保証に依存することなく、押圧面Ｓの形状や実装位置ズレ量に関して、不良品と判定され得る製品の市場への流出を防ぐことが可能になる。

また、本実施の形態によれば、実装プロセス中の押圧面Ｓの形状の変化と実装位置ズレ量とをリアルタイムに監視できるため、実装位置ズレが発生したタイミングの検知や、所望のバンプ押圧面形状になる実装条件の導出が、容易に行えるようになる。従って、不良解析や開発期間の大幅な短縮が期待できる。

（実施の形態２）
図６は本開示の実施の形態２におけるデバイス製造装置３００が備える基板電極２０５及び基板２０６の構成例を示す図である。図６には、Ｚ軸方向から見た基板電極２０５及び基板２０６の透過図が示される。図６において、図２に示す構成要素と同じ構成要素については同じ符号を用い、説明を省略する。

実施の形態２のデバイス製造装置３００は、実施の形態１の１０５の代わりに、基板電極２０５を備える。

また、実施の形態２のデバイス製造装置３００は、実施の形態１の複数のピエゾ抵抗型センサ１０７の代わりに、ピエゾ抵抗型センサ２０８_ａ、ピエゾ抵抗型センサ２０８_ｂ、ピエゾ抵抗型センサ２０８_ｃ、及びピエゾ抵抗型センサ２０８_ｄを備える。

以下では、ピエゾ抵抗型センサ２０８_ａ、ピエゾ抵抗型センサ２０８_ｂ、ピエゾ抵抗型センサ２０８_ｃ、及びピエゾ抵抗型センサ２０８_ｄを区別しない場合、単にセンサ２０８と称する。

複数のセンサ２０８は、実施の形態１の複数のセンサ１０７と同様に、基板電極２０５の中心Ｏに対して放射状に配列される。センサ２０８は、複数のセンサモジュール２０７を備える。

センサモジュール２０７の材料は、例えば、ピエゾ抵抗効果を有するｎ型Ｓｉである。複数のセンサモジュール２０７は、互いに離れて直線状に配列されると共に、図３に示す基板１０６に埋設される。

センサモジュール２０７の形状は、四角形状である。センサモジュール２０７には、２本の内部配線２１０が接続される。

例えば、一方の内部配線２１０は、センサモジュール２０７を形作る４つの辺の内、第１辺に接続される。

他方の内部配線２１０は、センサモジュール２０７を形作る４つの辺の内、センサモジュール２０７の第１辺側とは反対側の第２辺に接続される。

１つのセンサ２０８を構成する各センサモジュール２０７のそれぞれの同じ位置に、内部配線２１０が接続される。内部配線２１０は、図１に示す測定部１０８に接続される。

なお、本実施の形態では、センサ２０８が４つ用いられているが、センサ２０８の数は４つに限定されず、２つ以上であればよい。

＜ピエゾ抵抗型センサ２０８の役割＞
図６に示すＣ_ｎ（ｎは１以上の自然数）は、センサ２０８を構成する複数のセンサモジュール２０７の内、バンプ１０４の押圧面Ｓ内に存在するセンサモジュール２０７を表す。

図６に示すＤ_ｎ（ｎは１以上の自然数）は、センサ２０８を構成する複数のセンサモジュール２０７の内、バンプ１０４の押圧面Ｓ外に存在するセンサモジュール２０７を表す。

押圧面Ｓにバンプ１０４の押圧力が作用したとき、バンプ１０４の押圧面Ｓ内に存在するセンサモジュール２０７に、歪みｅ_Ｓが誘起される。

このとき、各センサ２０８のそれぞれには、Ｃ_ｎの範囲内のセンサモジュール２０７、及び、Ｄ_ｎの範囲内のセンサモジュール２０７が存在する。

Ｃ_ｎの範囲内のセンサモジュール２０７は、歪みｅ_Ｓによって抵抗値が変化する１又は複数のセンサモジュールである。

Ｄ_ｎの範囲内のセンサモジュール２０７は、歪みｅ_Ｓによって抵抗値が変化しない１又は複数のセンサモジュールである。

センサモジュール２０７に歪みｅ_Ｓが一様に加わったときの抵抗変化率を、ΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０とした場合、Ｃ_ｎの範囲の複数のセンサモジュール２０７の内、その全体が押圧面Ｓに重なっているものの抵抗変化率は、ΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０となる。また、Ｃ_ｎの範囲の複数のセンサモジュール２０７の内、その一部が押圧面Ｓに重なっているものの抵抗変化率は、０からΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０までの範囲の値となる。

一方、１つのセンサ２０８を構成する複数のセンサモジュール２０７の内、基板電極２０５の中心Ｏに最も近いものは、実装プロセス中の最も早い時刻に、その全体が押圧面Ｓ内に重なる。

このことから、処理部１０９は、１つのセンサ２０８を構成する複数のセンサモジュール２０７の内、基板電極２０５の中心Ｏに最も近いセンサモジュール２０７の抵抗変化率と、その他のセンサモジュール２０７の抵抗変化率とを比較する。これにより、処理部１０９は、押圧面Ｓと重なっているセンサモジュール２０７を判定できる。

ここで、各センサ２０８の位置に関する位置情報と、各センサ２０８の寸法に関する寸法情報は、既知である。

そのため、処理部１０９は、各センサ２０８の位情情報、寸法情報、及び押圧面Ｓと重なるセンサモジュール２０７に関する情報に基づき、距離ＰＣ_ｎ（ｎは１以上の自然数）を算出する。

距離ＰＣ_ｎは、基板電極２０５の中心Ｏから、抵抗変化率が、ΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０もしくは、０からΔＲ_Ｓ／Ｒ_ｎ０までの範囲の値となった、基板電極２０５の最も外周側に位置するセンサモジュール２０７までの距離である。

実施の形態２によれば、複数のセンサモジュール２０７を備えるセンサ２０８を放射状に配置することで、基板電極２０５の中心Ｏから、抵抗変化率が変化したセンサモジュール２０７までの距離を算出することができる。これにより、基板電極２０５への押圧面Ｓの形状と実装位置ズレ量とを、非破壊で推定することができる。

また実施の形態２では、センサ２０８を構成するセンサモジュール２０７のサイズや配置間隔を自由に設計できるため、同一の基板電極２０５に、押圧面Ｓの形状及び実装位置ズレ量の検査以外の機能を付加することが容易となる。

本発明のデバイス製造装置の検査方法と及びデバイス製造装置は、固相接合を用いて組み立てるデバイス製造装置やデバイス製造工程において、実装プロセス中のバンプ押圧部の挙動を可視化することを可能とし、製造条件の条件出し作業の効率化と、生産品品質の向上を可能とする。

１０１ 検査装置
１０２ チップ
１０３ チップ電極
１０４ バンプ
１０５ 基板電極
１０６ 基板
１０７ ピエゾ抵抗型センサ
１０８ 測定部
１０９ 処理部
１１０ 内部配線
１１１ 絶縁層
１１２ 内部配線
１１３ ピエゾ抵抗型センサ
１１４ ボンディング装置
１１５ ステージ
１１６ ヘッド
２００ デバイス装置
２０５ 基板電極
２０６ 基板
２０７ センサモジュール
２０８ ピエゾ抵抗型センサ
２１０ 内部配線
３００ デバイス製造装置

Claims (6)

1. バンプを介して超音波接合されるチップと前記チップに対向する基板とを備えるデバイス装置を製造するデバイス製造装置の検査方法であって、
   前記バンプが押圧される電極の直下に、前記電極の中心から放射状に配列される複数のセンサが埋設されている基板に、前記チップに設けられる前記バンプが実装されるとき、前記複数のセンサの各々の抵抗値変化を測定するステップと、
   前記抵抗値変化に基づき、前記バンプの前記電極への押圧面と前記センサとの重なり領域を推定するステップと、
   前記重なり領域から、前記押圧面の輪郭を推定するステップと、
   前記押圧面の輪郭から、押圧面の中心を求めるステップと、
   前記押圧面の中心と電極の中心との位置ズレ量を算出するステップと、
   を含むデバイス製造装置の検査方法。
2. 前記センサは、矩形状のピエゾ抵抗型センサである、請求項１に記載のデバイス製造装置の検査方法。
3. 前記センサは、互いに離れて直線状に配列された複数のピエゾ抵抗型センサを含む、請求項１に記載のデバイス製造装置の検査方法。
4. バンプを介して超音波接合されるチップと前記チップに対向する基板とを備えるデバイス装置を製造するデバイス製造装置であって、
   前記バンプが押圧される電極の直下に、前記電極の中心から放射状に配列される複数のセンサが埋設されている基板に、前記チップに設けられる前記バンプが実装されるとき、前記複数のセンサの各々の抵抗値変化を測定する測定部と、
   前記抵抗値変化に基づき、前記バンプの前記電極への押圧面と前記センサとの重なり領域を推定し、前記重なり領域から、前記押圧面の輪郭を推定し、その輪郭から押圧面の中心を求め、前記押圧面の中心と電極の中心との位置ズレ量を算出する処理部と、
   を備えるデバイス製造装置。
5. 前記センサは、矩形状のピエゾ抵抗型センサである、請求項４に記載のデバイス製造装置。
6. 前記センサは、互いに離れて直線状に配列された複数のピエゾ抵抗型センサを含む、請求項４に記載のデバイス製造装置。
   

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