JP4582338B2 - 配線基板及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、配線基板及び半導体装置の製造方法に関する。

ポリイミド等の絶縁基板の両面に、Ｃｕ等の金属箔から形成された配線パターンが形成されてなる配線基板が知られている（特許文献１参照）。また、配線基板に半導体チップを、フェースダウンボンディングすることも知られている。

従来、フェースダウンボンディングを行うときに、配線基板に形成されたアライメントマークを認識して、半導体チップの位置決めを行っていた。アライメントマークの認識は、配線基板に対して光を照射し、アライメントマークにて反射した光を検出することで行っていた。しかし、光が配線基板を透過して反対側の配線パターンで反射すると、アライメントマークを認識することが困難になるという問題があった。
特開２００１−８５４７５号公報

本発明は、上述したような課題を解決するものであり、その目的は、アライメントマークを容易に認識することができる配線基板及び半導体装置の製造方法を提供することにある。

（１）本発明に係る配線基板は、光透過性の基板と、
前記基板の第１の面に形成されたアライメントマーク及び第１の配線パターンと、
前記基板の第２の面に形成された第２の配線パターンと、
を含み、
前記第２の配線パターンは、前記第１の面への正射影が、前記アライメントマークの一対の部分に挟まれる状態で前記アライメントマークとオーバーラップするように形成されてなる。本発明によれば、アライメントマークの少なくとも一対の部分での反射光を検出して得られる像を、第２の配線パターンの反射光を検出して得られる像とは区別することができるので、アライメントマークを容易に認識することができる。
（２）この配線基板において、
前記アライメントマークは、多角形であり、
前記第２の配線パターンは、前記正射影が前記アライメントマークの角部とオーバーラップするように形成されていてもよい。
（３）この配線基板において、
前記アライメントマークは、多角形であり、
前記第２の配線パターンは、前記正射影が前記アライメントマークの角部とオーバーラップしないように形成されていてもよい。
（４）この配線基板において、
前記基板の前記第２の面に形成された、前記第２の配線パターンの少なくとも一部を覆う絶縁層をさらに含み、
前記絶縁層は、前記第１の面への正射影が前記アライメントマークとオーバーラップ及び接触のいずれもしないように形成されていてもよい。これによれば、アライメントマークの反射光を検出して得られる像が、絶縁層の反射光を検出して得られる像と連続しないので、アライメントマークを容易に認識することができる。
（５）本発明に係る半導体装置の製造方法は、配線基板と半導体チップとの相対的な位置合わせと、
前記配線基板への前記半導体チップのフェースダウンボンディングと、
を含み、
前記配線基板は、
光透過性の基板と、
前記基板の第１の面に形成されたアライメントマーク及び第１の配線パターンと、
前記基板の第２の面に形成された第２の配線パターンと、
を含み、前記第２の配線パターンは、前記第１の面への正射影が、前記アライメントマークの一対の部分に挟まれる状態で前記アライメントマークとオーバーラップするように形成され、
前記位置合わせは、
前記基板の前記第１の面へ光を照射すること、
前記アライメントマークで反射した前記光を検出すること、
検出された前記光に基づいて前記アライメントマークを認識すること、及び、
認識された前記アライメントマークの位置情報を使用して、予め設定された相対的位置情報に従って、前記半導体チップを配置すること、
を含む。本発明によれば、アライメントマークの少なくとも一対の部分での反射光を検出して得られる像を、第２の配線パターンの反射光を検出して得られる像とは区別することができるので、アライメントマークを容易に認識することができる。

以下に、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

図１（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る配線基板の一部断面図である。配線基板１は、基板１０を有する。基板１０は、ポリエチレンテレフタレートやポリイミド樹脂などの有機系材料で構成されていてもよいし、無機材料で構成されていてもよいし、これらの複合材料から構成されてもよい。基板１０は、テープであってもよいし、フィルムであってもよいし、フレキシブル基板であってもよい。基板１０は、光透過性を有する。ここで、光透過性とは、透明のみならず半透明も含む。光は、可視光のみならず、それ以外の波長の電磁波を含み、紫外線・赤外線も含む。基板１０は、第１及び第２の面１１，１２を有する両面基板（両面に配線パターンが形成された基板）である。

第１の面１１には、少なくとも１つ（通常、複数）のアライメントマーク１４が形成されている。アライメントマーク１４は、位置決めのためのもので、その形状は、図１（Ｂ）に示すように、丸形状であってもよいし、角形状であってもよい。第１の面１１には、第１の配線パターン２１（図４参照）が形成されている。第１の配線パターン２１は、電子部品間の電気的な接続のために使用される。アライメントマーク１４及び第１の配線パターン２１は、同一の材料で形成してもよく、多くの場合、同時に形成される。アライメントマーク１４及び第１の配線パターン２１は、分離（電気的に絶縁）されている。アライメントマーク１４及び第１の配線パターン２１は、相対的な位置が決められており、一方の位置情報を使用して、他方の位置を知ることができる。

第１の面１１には、絶縁層（例えばソルダーレジスト）３０が形成されている。絶縁層３０は、第１の配線パターン２１（図４参照）の少なくとも一部を（あるいは、第１の配線パターン２１をその一部を除いて）覆っている。絶縁層３０は、開口（又は貫通穴）３２を有する。開口３２内に、アライメントマーク１４が配置されている。アライメントマーク１４は、絶縁層３０に覆われておらず、接触すらしていない。また、第１の面１１の一部（アライメントマーク１４を囲む部分）も、開口３２を介して、絶縁層３０から露出している。

第２の面１２には、第２の配線パターン２２が形成されている。第２の配線パターン２２も、電子部品間の電気的な接続のために使用される。第２の配線パターン２２は、第１の配線パターン２１と電気的に接続されている。その接続は、基板１０に形成されたスルーホール（図示せず）によってなされる。第１及び第２の配線パターン２１，２２は、同一の材料で形成してもよい。

第２の面１２には、絶縁層（例えばソルダーレジスト）４０が形成されている。絶縁層４０は、第２の配線パターン２２の少なくとも一部を（あるいは、第２の配線パターン２２をその一部を除いて）覆っている。

図１（Ｂ）は、第２の面１２に形成された第２の配線パターン２２の、第１の面１１への正射影１２２を示す図である。図１（Ｂ）には、第１の面１１を投影面として、正投影法によって表した、第２の配線パターン２２の正射影１２２（正確にはこれらの裏面）が示されている。

本実施の形態では、第２の配線パターン２２の正射影１２２は、アライメントマーク１４の一対の部分１３，１５に挟まれる状態でアライメントマーク１４とオーバーラップするように形成されている。これによる効果は、後述するように半導体装置を製造するときに得られる。

図２（Ａ）は、本実施の形態に係る配線基板の変形例を示す図である。図２（Ａ）において、アライメントマーク１１４（その平面形状）は、多角形（矩形）である。また、第２の配線パターン２２の正射影１２２が、多角形をなすアライメントマーク１１４のいずれの角部１１１ともオーバーラップしないように（辺と交差するように）なっている。この例でも、第２の配線パターン２２の正射影１２２は、アライメントマーク１１４の一対の部分１１３，１１５に挟まれる状態でアライメントマーク１１４とオーバーラップするように形成されている。

図２（Ｂ）は、本実施の形態に係る配線基板の変形例を示す図である。図２（Ｂ）において、アライメントマーク２１４（その平面形状）は、多角形（矩形）である。また、第２の配線パターン２２の正射影１２２が、多角形をなすアライメントマーク２１４の少なくとも１つの角部（矩形の対角に位置する２つの角部２１１）とオーバーラップするようになっている。この例でも、第２の配線パターン２２の正射影１２２は、アライメントマーク２１４の一対の部分２１３，２１５に挟まれる状態でアライメントマーク２１４とオーバーラップするように形成されている。

なお、図２（Ａ）及び図２（Ｂ）の例を組み合わせて（図示せず）、第２の配線パターン２２の正射影１２２が、多角形をなすアライメントマークの辺と交差する部分（図２（Ａ）参照）と、１つの角部とオーバーラップする部分（図２（Ｂ）参照）と、を有していてもよい。

図３（Ａ）は、本実施の形態に係る配線基板の変形例を示す図である。この例では、第２の面１２に設けられた絶縁層５０は、開口（又は貫通穴）５２を有する。第２の面１２の一部が、開口５２を介して、絶縁層５０から露出している。図３（Ｂ）は、第２の面１２に形成された第２の配線パターン２２及び絶縁層５０の、第１の面１１への正射影１２２，１５０を示す図である。絶縁層５０の正射影１５０は、アライメントマーク１４とオーバーラップせず、接触もしないように形成されている。なお、第２の配線パターン２２とアライメントマーク１４との位置関係は、図１（Ａ）に示す例と同じである。本発明は、この例も含む。

図４は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。本実施の形態では、半導体チップ６０の配線基板１へのフェースダウンボンディングを行う。

半導体チップ６０には、集積回路６２が形成されている。半導体チップ６０の一方の面（能動面）には、バンプ６４が形成されている。バンプ６４は、集積回路６２と電気的に接続されている。バンプ６４は、例えばアルミニウム又は銅、金等で形成されている。

配線基板１は、テーブル７０上に配置する。テーブル７０は、図示しないアクチュエータ等によって、２次元的に又は３次元に移動するようになっていてもよいが、動かないように固定されていてもよい。テーブル７０の、配線基板１を支持する面は、アライメントマーク１４よりも光の反射率が低くてもよい。配線基板１は、第２の面１２をテーブル７０に向けて配置される。したがって、第１の面１１が上（テーブル７０とは反対方向）を向いている。

テーブル７０の上方にはボンディングツール７２が配置されている。半導体チップ６０は、ボンディングツール７２に吸着される。ボンディングツール７２は、図示しないアクチュエータ等によって、上下方向（テーブル７０に対して接近する方向及び離れる方向）に移動できるようになっている。また、ボンディングツール７２は、図示しないヒータによって、半導体チップ６０を加熱できるようになっている。

テーブル７０の上方には、撮像器（例えばカメラ）８０が配置されている。撮像器８０は、他の部品（ボンディングツール７２等）によって妨げられずに、テーブル７０上の配線基板１を撮影できる位置にある。

半導体装置の製造方法は、配線基板１と半導体チップ６０との相対的な位置合わせを含む。位置合わせでは、アライメントマーク１４が撮像器８０の撮像範囲内に入るように、配線基板１を配置する。アライメントマーク１４が撮像範囲よりも、かなり小さいので、この配置に正確さは要求されない。

そして、第１の面１１に向けて（例えば垂直に）光８２を照射する。光８２は、絶縁層３０の開口３２内では、アライメントマーク１４で反射する。

次に、アライメントマーク１４で反射した光８２を検出する。検出は、撮像器８０によって行う。撮像器８０が受光素子を有していれば、光８２を電気信号に変換する。続いて、検出された光８２（例えばその電気信号）に基づいてアライメントマーク１４を認識する。アライメントマーク１４の画像をディスプレイ（図示せず）に表示してこれを作業者が認識してもよい。自動化する場合、アライメントマーク１４の形状を予めメモリ（図示せず）に記憶しておき、その形状と撮像された形状とを比較して、決められた条件下で一致すると判断された場合に、これをアライメントマーク１４として認識する。

開口３２内では、基板１０が光透過性を有するため、アライメントマーク１４がない部分では光８２が基板１０を透過する。なお、光８２は、基板１０を透過するときに減衰するので、第２の配線パターン２２で反射するとしても、その反射光は、アライメントマーク１４での反射光よりもエネルギーが小さい。

図３（Ａ）に示す変形例を適用した場合、基板１０を透過した光８２は、絶縁層５０の開口５２内に出射し、テーブル７０で反射するとしても、開口５２内で空気中を進行するため大きく減衰される。テーブル７０の表面が非反射処理してあればさらに反射しにくい。

本実施の形態によれば、図１（Ｂ）に示すように、第２の配線パターン２２の正射影１２２は、アライメントマーク１４の一対の部分１３，１５に挟まれる状態でアライメントマーク１４とオーバーラップするように形成されている。したがって、アライメントマーク１４の像と第２の配線パターン２２の像がオーバーラップしていても、アライメントマーク１４の少なくとも一対の部分１３，１５の像を、第２の配線パターン２２とは区別して認識することができるので、アライメントマーク１４を容易に認識することができる。図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示す配線基板を使用した場合であっても、同様の効果を得ることができる。

さらに、図３（Ａ）に示す配線基板を使用した場合、絶縁層５０が開口５２を有するので、光８２が基板１０を透過して絶縁層５０で反射したとしても、アライメントマーク１４の像が、絶縁層５０の像とオーバーラップしないし、連続もしない。これにより、アライメントマーク１４をさらに容易に認識することができる。

そして、認識されたアライメントマーク１４の位置情報を取得する。例えば、予め設定された座標系において、アライメントマーク１４の座標を算出する。こうして得られたアライメントマーク１４の位置情報を使用して、予め設定された相対的位置情報に従って、半導体チップ６０を配置する。詳しくは、予め設定された座標系でアライメントマーク１４の座標（位置情報）が得られると、アライメントマーク１４に対する第１の配線パターン２１の相対的な位置が予め決まっているので、この相対的位置情報にしたがって、第１の配線パターン２１の座標（位置情報）を算出することができる。こうして、第１の配線パターン２１の位置情報（詳しくは、バンプ６４と対向すべき部分（ランド）の位置情報）を取得することができ、半導体チップ６０を搭載する位置情報を算出することができる。

そして、半導体チップ６０を、搭載すべき位置の上方に配置する。続いて、配線基板１への半導体チップ６０のフェースダウンボンディングを行う。フェースダウンボンディングでは、ボンディングツール７２を介して、半導体チップ６０を配線基板１に押圧し、バンプ６４及び第１の配線パターン２１を加熱する。バンプ６４及び第１の配線パターン２１は、金属接合又は図示しない異方性導電フィルム等を介して電気的に接続する。以上の工程を含むプロセスによって、半導体装置を製造することができる。

本発明は、上述した実施の形態に限定されるものではなく、種々の変形が可能である。例えば、本発明は、実施の形態で説明した構成と実質的に同一の構成（例えば、機能、方法及び結果が同一の構成、あるいは目的及び結果が同一の構成）を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成の本質的でない部分を置き換えた構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成と同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成を含む。また、本発明は、実施の形態で説明した構成に公知技術を付加した構成を含む。さらに、本発明は、実施の形態で説明した技術的事項のいずれかを限定的に除外した内容を含む。あるいは、本発明は、上述した実施の形態から公知技術を限定的に除外した内容を含む。

図１（Ａ）は、本発明の実施の形態に係る配線基板の一部断面図であり、図１（Ｂ）は、第２の面に形成された第２の配線パターンの、第１の面への正射影を示す図である。 図２（Ａ）及び図２（Ｂ）は、本実施の形態に係る配線基板の変形例を示す図である。 図３（Ａ）及び図３（Ｂ）は、本実施の形態に係る配線基板の変形例を示す図である。 図４は、本発明の実施の形態に係る半導体装置の製造方法を説明する図である。

符号の説明

１…配線基板、 １０…基板、 １１…第１の面、 １２…第２の面、 １３…部分、 １４…アライメントマーク、 １５…部分、 ２１…第１の配線パターン、 ２２…第２の配線パターン、 ３０…絶縁層、 ３２…開口、 ４０…絶縁層、 ５０…絶縁層、 ５２…開口、 ６０…半導体チップ、 ６２…集積回路、 ６４…バンプ、 ７０…テーブル、 ７２…ボンディングツール、 ８０…撮像器、 ８２…光、 １１１…角部、 １１３…部分、 １１４…アライメントマーク、 １１５…部分、 １２２…正射影、 １５０…正射影、 ２１１…角部、 ２１３…部分、 ２１４…アライメントマーク、 ２１５…部分

Claims (5)

1. 光透過性の基板と、
   前記基板の第１の面に形成されたアライメントマーク及び第１の配線パターンと、
   前記基板の第２の面に形成された第２の配線パターンと、
   を含み、
   前記第２の配線パターンは、前記第１の面への正射影が、前記アライメントマークの一対の部分に挟まれる状態で前記アライメントマークとオーバーラップするように形成されてなる配線基板。
2. 請求項１に記載された配線基板において、
   前記アライメントマークは、多角形であり、
   前記第２の配線パターンは、前記正射影が前記アライメントマークの角部とオーバーラップするように形成されてなる配線基板。
3. 請求項１に記載された配線基板において、
   前記アライメントマークは、多角形であり、
   前記第２の配線パターンは、前記正射影が前記アライメントマークの角部とオーバーラップしないように形成されてなる配線基板。
4. 請求項１から３のいずれか1つに記載された配線基板において、
   前記基板の前記第２の面に形成された、前記第２の配線パターンの少なくとも一部を覆う絶縁層をさらに含み、
   前記絶縁層は、前記第１の面への正射影が前記アライメントマークとオーバーラップ及び接触のいずれもしないように形成されてなる配線基板。
5. 配線基板と半導体チップとの相対的な位置合わせと、
   前記配線基板への前記半導体チップのフェースダウンボンディングと、
   を含み、
   前記配線基板は、
   光透過性の基板と、
   前記基板の第１の面に形成されたアライメントマーク及び第１の配線パターンと、
   前記基板の第２の面に形成された第２の配線パターンと、
   を含み、前記第２の配線パターンは、前記第１の面への正射影が、前記アライメントマークの一対の部分に挟まれる状態で前記アライメントマークとオーバーラップするように形成され、
   前記位置合わせは、
   前記基板の前記第１の面へ光を照射すること、
   前記アライメントマークで反射した前記光を検出すること、
   検出された前記光に基づいて前記アライメントマークを認識すること、及び、
   認識された前記アライメントマークの位置情報を使用して、予め設定された相対的位置情報に従って、前記半導体チップを配置すること、
   を含む半導体装置の製造方法。

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