JP5167779B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

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Description

この発明は、半導体装置の製造方法に関する。
従来、下記の特許文献１に開示されているように、ボンディングヘッドやステージにヒータを内蔵させた半導体装置の製造装置が知られている。この装置では、先ず、バンプを有する半導体チップをボンディングヘッドで保持し、基板をステージに載せる。その後、ボンディングヘッドをステージ側に移動して、半導体チップのバンプを基板に当接させる。この配置が完了してから、ヒータの加熱温度を上昇させ、バンプを溶融させる。
特許文献１の技術では、上記の配置完了後にバンプを溶融するタイミング以外は、ヒータの温度を低くしている。例えば、毎工程の初めにボンディングヘッドが半導体チップを受け取る時や、ボンディングヘッドがステージ側へ移動している間や、ボンディングヘッドの下降中などの期間は、ヒータの温度をバンプ溶融点よりも十分に低い温度にしている。
一方、高い生産性という観点から、より高速に製造を行うことが出来る製造技術が望まれている。しかしながら、特許文献１の技術では、製造時間を短縮する上で難点があった。具体的には、特許文献１では、半導体チップと基板とを位置決めした後に、ヒータの温度の上昇を開始する。ヒータ温度の上げ下げのためには、ある程度の調整時間が必要不可欠である。このため、特許文献１の技術では、半導体チップと基板の位置決め後にバンプが溶融してボンディングが達成されるまでに、少なくとも当該調整時間以上の時間がかかってしまう。
これに対し、下記特許文献２および３に示すような技術による解決が試みられている。特許文献２および３では、ボンディングヘッド側に設けられたヒータでこのボンディングヘッドが保持している半導体チップのバンプを溶融させ、その後に、当該バンプ溶融状態の半導体チップと基板とを接合することとしている。この技術によれば、半導体チップと基板との接合を行うタイミングに先んじてバンプを溶融させているので、特許文献１のように半導体チップと基板とを位置決めした後にヒータの温度を上昇させる態様に比べて、接合時のヒータ温度の上昇にかかる時間を短縮（削減）することができる。その結果、高速にボンディング工程を進めていくことができる。
特開２００６−７３８７３号公報 特開２００５−２５９９２５号公報 特開平９−９２６８２号公報
ところで、ボンディングを行う際には、ボンディングヘッドの位置を適切に制御することが好ましい。つまり、ボンディングヘッドが半導体チップを保持し、且つ、ステージに基板が載せられている状態から、その後ステージ側に向かってボンディングヘッドを接近させる際の変位量（下降量）を、適切に定めることが好ましい。その理由としては、例えば、以下のような事項が挙げられる。半導体チップや基板の厚み、バンプの高さなどは、理想的には、同一仕様内でそれぞれ一定の寸法であることが望ましい。しかしながら、現実には、それらの寸法はある程度の公差範囲内でばらついている。従って、ボンディング時のボンディングヘッドとステージ間の距離の最適値は、毎回の工程でその都度変化する。例えば、ボンディング時におけるボンディングヘッドとステージ間の距離をある特定距離に固定した場合、ある半導体チップと基板の１セットについてバンプが好適に接触したとしても、他の半導体チップと基板の組については互いのバンプが近づきすぎる場合がある。
この点、特許文献１のように、半導体チップと基板とを当接させた後にバンプを溶融させる技術の場合には、ロードセルを用いた接触検知手法を用いることが可能であった（この手法は、特許文献１の中にも記載されている）。この接触検知手法では、ボンディングヘッド側にロードセルを搭載することにより、ボンディングヘッドの下降中に、半導体チップのバンプと基板のバンプとの当接により生ずる荷重を検出できるようにしている。当該荷重が検出されれば、その時点で、半導体チップと基板が互いにバンプを介して接触していると判断できるからである。
しかしながら、上記の接触検知手法を特許文献２および３に援用しようとすると、次のような難点があった。バンプが溶融している状態では、半導体チップのバンプと基板のバンプとが当接した際に生ずる荷重は極めて小さく、この荷重を検出することは現実的に難しい。このため、特許文献２および３に上記の接触検知手法を適用しても、ボンディングヘッドを適切な位置で停止することは困難である。そこで、本願発明者は、このような点に鑑みて鋭意研究を重ねたところ、ボンディングヘッドの動作を適切に制御することができる他の手法に想到した。
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、ボンディングを行う際のボンディングヘッド等の動作を適切に制御す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。
本発明の他の目的及び利点、並びに、本願に含まれる他の発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。
本発明の一実施例によれば、ボンディングヘッドと、ステージと、カメラと、を用いた半導体装置の製造方法が提供される。カメラは、ボンディングヘッドが第１のボンディング対象物を保持し且つステージが第２のボンディング対象物を載せた状態であって、第１、２のボンディング対象物を接触させる前の状態で、ボンディングヘッドとステージとの間の隙間を撮影することができる。制御部は、カメラの撮影画像に基づいてボンディングヘッドの変位量（下降量）を決定し、当該変位量に従ってボンディングヘッドを下降させる。
この実施例によれば、ボンディング工程における、ボンディング工程を行う際のボンディングヘッド等の変位量を適切に設定することができる。
以下の実施の形態の説明では、半導体チップや基板などボンディング接合の対象とされている種々の部品を、「ボンディング対象物」と総称することもある。例えば、バンプを備えている半導体チップの場合には、バンプと半導体チップを一体にみなして１つのボンディング対象物と考える。基板についても同様である。
また、ボンディング対象物が互いに接合する部位を、包括的に「接合部位」と称すこともある。この「接合部位」とは、半導体チップや基板がボンディング接合用にバンプを備える場合には当該バンプを意味し、半導体チップや基板がボンディング接合用にランドを備えている場合には当該ランドを意味する。
実施の形態１．
［実施の形態１の装置の構成］
図１は、本発明の実施の形態１にかかる半導体装置の製造装置の構成を示す図である。この装置は、ステージ１０とボンディングヘッド１２とを備えている。この装置は、ステージ１０とボンディングヘッド１２とを用いて、半導体チップを基板に接合する機能を有している。この装置は、例えばＢＧＡ（Ｂａｌｌ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプ又はＬＧＡ（Ｌａｎｄ Ｇｒｉｄ Ａｒｒａｙ）タイプのパッケージで構成される半導体装置を製造する際に使用され、具体的には、樹脂等の基板に半導体装置の外部電極及び該外部電極に接続される配線が形成された配線基板に、シリコンなどの基板上に集積回路の形成された半導体チップをいわゆるフリップチップ接合する工程において使用される。また、該配線基板以外にも、いわゆるチップオンチップ構造において半導体チップを、別の半導体チップ（シリコンなどの基板上にトランジスタを含む集積回路が形成されたいわゆるＩＣチップ，又は、シリコンなどの基板上に配線だけが形成されたチップなど）に接合させる工程に使用することもできる。
ステージ１０上のボンディングヘッド１２下方の位置には、基板２が載せられている。基板２の紙面上方を向く面には、バンプ３が複数個設けられている。また、ボンディングヘッド１２は、図１に示すように、半導体チップ４を保持することが出来るように構成されている。半導体チップ４の下側面には、バンプ５が複数個設けられている。実施の形態１では、これらバンプ３、５は、ともに、半田によって形成されているものとする。
図１における、ボンディングヘッド１２の半導体チップ４と接触する部位には、半導体チップを真空吸着することができる機構が搭載されている。ボンディングヘッド１２は、ヒータ１４を内蔵している。ヒータ１４は、少なくとも半田溶融点（例えば、２６０℃）以上の高温まで、ボンディングヘッド１２の紙面下方側端部の温度を上昇させることができる。
ヒータ１４の温度を上昇させることにより、ボンディングヘッド１２が保持している半導体チップ４を加熱することができる。このような構成によれば、ヒータ１４から半導体チップ４を介してバンプ５へと熱が伝わることにより、バンプ５を穏やかに加熱、溶融することができる。
ボンディングヘッド１２は、ヘッド位置制御機構１６と接続されている。このヘッド位置制御機構１６は、ボンディングヘッド１２を紙面の上下方向に移動できるように構成されている。
実施の形態１の装置は、制御部２３を備えている。制御部２３は、ボンディングヘッド１２、ヘッド位置制御機構１６、ヒータ１４にそれぞれ接続されている。制御部２３側から制御信号が与えられることにより、ボンディングヘッド１２の動作（３次元方向の移動や、真空吸着など）およびヒータ１４の加熱温度が制御される。
実施の形態１の装置は、カメラ２０を備えている。カメラ２０は、半導体チップ４と基板２とが近接している様子を撮影することができる。具体的には、カメラ２０は、半導体チップ４と基板２の間の隙間の大きさを観察できるように、それらの横側に配置されている。カメラ２０の向かい側には、ＬＥＤ照明２２が配置されている。ＬＥＤ照明２２に照明光を照射させることにより、カメラ２０の撮影画像を鮮明なものにすることができる。
カメラ２０は、制御部２３に接続されている。制御部２３には、カメラ２０の撮影画像データの解析を行うプログラムが、予め記憶されている。このプログラムにより、撮影された構造物の現実のサイズを読み取ることができるようになっている。なお、このように画像データに基づいて現実の寸法を測定する技術は、従来の画像解析の分野で既に用いられている公知の技術である。このため、その詳細な説明は省略する。
制御部２３は、後述する装置動作の説明で述べるように、カメラ２０の撮影画像に基づいてボンディングヘッド１２を下降させる際の変位量(下降量)を算出するルーチンを記憶している。制御部２３は、当該ルーチンにより算出された下降量に基づいて、ボンディング工程を行う際におけるボンディングヘッド１２の動作を制御する。
［実施の形態１にかかる装置の動作および製造方法］
以下、図１を用いて、実施の形態１にかかる装置の動作ならびに実施の形態１にかかる製造方法について説明する。図１（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ステージ１０に載せられた基板２と、ボンディングヘッド１２に保持された半導体チップ４とがボンディング接合される過程を示している。
本実施形態では、ヒータ１４の温度は、制御部２３の制御によって、製造工程の間、バンプ溶融点程度（つまり、本実施形態で採用するはんだ融点２６０℃以上）に保つものとする。具体的には、本実施形態では、製造工程中、ヒータ１４の温度を２８０℃で一定とする。以下、これを前提として説明を進める。
（載置工程、受取工程、溶融工程）
実施の形態１では、まずステージ１０に基板２が載置される。一方、半導体チップ４は、製造装置内の別の場所でボンディングヘッド１２によって吸着され、ボンディングヘッド１２に受け渡されて保持される。ボンディングヘッド１２がステージ１０上方まで移動し、半導体チップ４を基板２と対向させる。その後、ボンディングヘッド１２を下降させてヘッド１２とステージ１０とを接近させるが、半導体チップ４と基盤２のそれぞれ半田バンプどうしが接触する前に、製造装置において予め設定された位置で一時停止する。図１（ａ）はこの状態を図示している。既述したようにヒータ１４の温度は高温に保たれているので、ボンディングヘッド１２が半導体チップ４を吸着保持して間もなく、バンプ５は溶融する。したがって、本実施形態では、図１（ａ）に示す時点で、バンプ５が既に溶融状態にある。一方、基板２のバンプ３は、固体状態である。
（測定工程）
次に、実施の形態１では、以下述べる手法により、ボンディングを行う際のボンディングヘッド１２の変位量（換言すれば、動作量）を的確に設定する。基本的には、先ず、ボンディングヘッド１２がボンディング対象物を保持し且つステージ１０がボンディング対象物を載せた状態であって、それらのボンディング対象物を接触させる前の状態（以下、この状態を「ボンディング前状態」とも称す。図１（ａ）はその一形態である）において、それらのボンディング対象物に対し、ボンディング前状態からボンディングヘッド１２を下降させる変位量を決定するための測定を行う。
本実施形態では、図１（ａ）のようにボンディングヘッド１２を一旦停止させた状態で、カメラ２０が半導体チップ４と基板２との間隙の画像を取得する。
図２は、カメラ２０が撮影する画像のイメージを図示したものである。制御部２３は、カメラ２０の撮影画像のデータを取得し、画像解析技術を使ってその画像データからボンディング対象物間の間隙の大きさを算出する。より具体的には、制御部２３は図２におけるバンプ３とバンプ５との間の距離（以下、この距離を、図２にも記載してあるように「ＧＡＰ寸法」とも称す）を算出する。実施の形態１では、図２において破線四角で囲った複数個のバンプの対に関して、それぞれＧＡＰ寸法を取得する。その後、得られた複数個のＧＡＰ寸法の平均値を算出する。
（接触工程）
制御部２３は、測定結果であるＧＡＰ寸法の平均値に基づき、図２の状態からその後ボンディングヘッド１２を下降させる下降量を決定する。具体的には、制御部２３は、ＧＡＰ寸法の平均値と同一距離又は該平均値に補正量を加えた距離を下降量として決定する。
続いて、ヘッド位置制御機構１６は、制御部２３からの制御信号に基づき、図１（ａ）のボンディング前状態からその決定された下降量だけボンディングヘッド１２を下降させる（図１（ｂ））。これにより、溶融状態のバンプ５がバンプ３と接触する。バンプ５の接触によりバンプ５から伝導される熱によりバンプ３も溶融する。本実施形態では、図１（ａ）（ｂ）の状態を通じて、ヒータ１４の温度は一定に保持されている。
実施の形態１によれば、ボンディングヘッド１２の下降量を適切に算出しているので、バンプ５が溶融している場合でも、バンプ３、５が近づきすぎたり離れすぎたりしない適切な位置までボンディングヘッド１２を下降させることができる。その結果、毎回の工程で、良好なボンディング接合を安定的に形成することができる。
（ヘッド分離工程）
続いて、図１（ｃ）に示すように、制御部２３は、ボンディングヘッド１２に吸着を停止させてボンディングヘッド１２から半導体チップ４を離すとともに、ボンディングヘッド１２を上昇させるようヘッド位置制御機構１６を制御する。本実施形態では、ボンディングヘッド１２の上昇の際にも、ヒータ１４の温度は高温状態に保持されている。つまり、ボンディングヘッド１２と半導体チップ４が分離する直前まで、ボンディングヘッド１２側から半導体チップ４に熱が伝わっている。そして、ボンディングヘッド１２が半導体チップ４から離れた瞬間、半導体チップ４への加熱が止み、半導体チップ４およびバンプ５の温度が低下し始める。やがて、バンプ５の温度が半田溶融点を十分に下回り、バンプ５が固化する。その結果、半導体チップ４、バンプ５、バンプ３、基板２が接合し、ボンディングが完了する。
図３は、実施の形態１におけるヒータ１４の温度、ボンディングヘッド１２の位置変化およびカメラ２０の画像撮影タイミングについて説明するための図である。図３は、ヒータ１４の温度と、ボンディングヘッド１２の高さ方向の位置（ヘッド位置）との対応を、時間を追って示す図である。紙面左側から右側へ向かう方向が、時間軸に対応している。
既述したように、実施の形態１では、製造工程中はヒータ１４の温度を２８０℃に保持する。半導体チップ４を受け取った後、ボンディングヘッド１２がバンプ５が溶融している半導体チップ４を保持した状態（Ｓ１）から説明する。ボンディングヘッド１２は高さは一定で横方向に移動する。ボンディングヘッド１２がステージ１０と対向し、半導体チップ４が基板２の上方に位置すると（Ｓ２）、水平方向の位置決めを完了し、アライメントを行う。
その後、ボンディングヘッド１２を途中まで下降させて一旦停止する（Ｓ３）。停止位置でカメラ２０により画像撮影を行い、ＧＡＰ寸法を計測し、ＧＡＰ寸法の平均値を算出する。その後、当該平均値に基づきボンディングヘッド１２をさらに下降し、バンプ３、５を接触させる（Ｓ４）。続いて、ヒータ１４の温度を保ったまま、ボンディングヘッド１２は半導体チップ４を離して上昇する（Ｓ５）。その後、ボンディングヘッド１２は他の半導体チップを受け取るために横方向に移動し始める。複数の半導体チップについてステップＳ１〜Ｓ５のプロセスを繰り返す。
なお、ステージ４には特段ヒータを設ける必要はないが、ステージ４にもヒータを設け、製造工程中、基板２の材料の耐熱性を超えない低い温度範囲（例えば１００℃程度）で、ステージ側ヒータで基板２を加熱する形態でもよい。
［比較例を用いた実施の形態１の効果説明］
以下、実施の形態１の効果について、以下の比較例を用いながら説明する。
（比較例）
図４には、本実施形態の効果を説明するため、便宜上、比較例として、ヒータの温度をボンディングの都度、上昇、下降した場合の態様を示している。図４は、ヒータ１４の温度とボンディングヘッド１２の高さ方向の位置（ヘッド位置）との対応を、時間を追って示す図である。紙面左側から右側へ向かう方向が、時間軸に対応している。なお、図４では、ボンディングヘッド１２が既に半導体チップ４を保持している状態から、ヘッド位置がどのように変化していくかを示している。
比較例では、ボンディングヘッド１２の下降前は、ヒータ１４の温度を１５０℃にしている。このため、ボンディングヘッド１２が半導体チップ４を保持していても、バンプ５は固体状態にある。
その後、比較例では、ボンディングヘッド１２が所定の位置まで下降して停止してから、ヒータ１４の温度を上昇させる。既述したように、ボンディングヘッド１２を停止すべき位置は、バンプ５とバンプ３とを接合させる位置である。比較例の場合、バンプ５が固体のままボンディングヘッド１２が下降するので、ボンディングヘッド１２が停止する位置はバンプ５とバンプ３が当接する位置になる。
加熱開始後、ヒータ１４の温度を２８０℃まで上昇させる。図４では、ヒータの温度上昇にかかる時間を、Δｔ１として図示している。その後、比較例では、Δｔ２が経過した後、ヒータ１４の温度を低下させて再び１５０℃にする。これにより、バンプ５が固化して、半導体チップ４と基板２がバンプ３、５を介して接合される。図４では、ヒータ１４の温度の低下時にかかる時間を、Δｔ３として図示している。
Δｔ３の経過後、半導体チップ４を離して、ボンディングヘッド１２を上昇させる。そして、他の半導体チップ４を受け取り、再び同様の手順を繰り返す。このように、比較例によれば、ボンディングヘッド１２を下降させて半導体チップ４と基板２をバンプ３、５が当接させてから、時間Δｔ１、Δｔ２、Δｔ３が経過したのち、ヘッドを上昇させて、１回のボンディング工程が終了することになる。
（実施の形態１の効果）
実施の形態１と比較例とを比較すると、実施の形態１は、図３に示すように、ヒータ１４の温度を製造工程中常に２８０℃に保っている点で比較例と相違している。
その結果、比較例との関係では、実施の形態１は、先ず、Δｔ１の削減効果を備えている。比較例との違いは、ボンディングヘッド１２の下降前、半導体チップ４を保持している時点で、バンプ５が溶融状態にあることである。その後、バンプ５が、すでに溶融している状態で、固体状態のバンプ３に接触する。したがって、比較例のようにバンプ溶融時間Δｔ１が必要とならない。
また、実施の形態１は、比較例におけるΔｔ３を削減する効果を奏する。すなわち、実施の形態１では、ヘッド分離工程の説明でも述べたように、ヒータ１４の温度を２８０℃に保ったまま半導体チップ４を離してボンディングヘッド１２の上昇を開始する。このため、比較例と異なりヒータ１４の温度を低下させる時間が生じない。
したがって、一旦ボンディングヘッド１２の温度を下げてから当該ボンディングヘッド１２を上昇させる場合に比して、実施の形態１はボンディング工程を少なくともバンプの固化のための冷却時間Δｔ３分だけ迅速に進めることができる。その結果、製造時間を短縮できる。比較例において、温度上昇は、ヒータのパワーを上げるなどして容易に加速できるが、温度下降はヒータをオフし自然冷却によるため、一般的に時間Δｔ１に比べて時間Δｔ３は長い。典型的には、Δｔ１は１〜２秒、Δｔ３は４〜５秒と、時間Δｔ３は２倍以上長い。従って、実施の形態１のように、加熱時間Δｔ１を省略することに比して冷却時間Δｔ３を省略することは時間短縮の上でより効果的である。
しかも、実施の形態１によれば、バンプ５が溶融状態にあるまま半導体チップ４を離すので、ボンディングヘッド１２からの外力が取り払われた自然な状態でバンプ５を固化させることができる。このような場合、バンプに残存する内部応力を小さくすることができるという利点がある。比較例のように、ヒータ１４の温度を低下させることによりバンプ５を冷却固化する手法によれば、バンプ５の冷却固化の過程でボンディングヘッド１２側から力が加えられてしまう。この力により、固化後のバンプ５内に不必要な応力が残存してしまう。
実施の形態１によれば、比較例と比べて、バンプ５を固化させたときに残存する応力を小さく抑えることができ、少なくとも、ボンディングヘッド１２に起因する残存応力は削除できる。その結果、残存応力の抑制という観点からは、より高品質なバンプ接合を得ることが出来る。このように、実施の形態１では、ヒータ１４を高温にしたまま半導体チップ４を離してボンディングヘッド１２を上昇させることにより、バンプの接合状態の高品質化も達成できる。
また、上記説明したとおり、実施の形態１では、ヒータ１４の温度をバンプ材料の溶融点より高く保ちながら、半導体チップ４を基板２の上に置くというプロセスを繰り返している。このように、バンプ溶融点を上回る温度にヒータ１４の出力を維持しつづければ、ヒータ側の制御の状況を考慮することなく、ボンディングヘッド１２の動作を最大限に高速化することができる。
また、既述したように、実施の形態１では、特許文献１に開示されたロードセルを用いた手法とは異なり、カメラ２０等を用いた測定工程を経て、ボンディングヘッド１２の下降量を適切に設定している。
つまり、実施の形態１では、ボンディング前状態で一旦カメラ２０による測定を行い、測定値に基づいてボンディングヘッド１２の下降量を設定している。そして、この下降量だけボンディング前状態からさらにボンディングヘッド１２を下降させている。
これにより、バンプ５が溶融している場合でも、バンプ３、５が近づきすぎたり離れすぎたりしない適切な位置までボンディングヘッド１２を下降させることができる。従って、毎回の工程で、良好なボンディング接合を安定的に形成することができる。
特に、実施の形態１のようなカメラを用いた画像解析による計測方法は、ボンディング対象物に対して非接触的な計測を行うことができる。つまり、ボンディング対象物側から光（より正確には、ＬＥＤ照明２２等の光源により形成される、２つのボンディング対象物の間の間隙部分からの光と２つのボンディング対象物自身からの光とのコントラスト）を検出するという光学的な測定方法を利用することにより、半導体チップやボンディング対象物に対して非接触的な計測を行うことができる。このため、バンプが溶融状態にあるタイミングでも支障なく距離の測定を行うことができる。
また、画像解析を利用した計測方法であるため、図３に示すＧＡＰ検出に要する時間は、例えば図４の比較例に示した時間Δｔ１に比べて１０分の１程度短い。たとえばＧＡＰ検出には０．１秒要する。従って実施の形態１では、時間Δｔ１を削除できる代わりにＧＡＰ検出時間を追加されたとしても時間短縮が図れる。また、この計測方法は、複数の部位の距離の情報を一括して取得できるので、複数の部位のＧＡＰ寸法の平均値等を求める観点からは極めて効果的である。
また、特許文献１のようにロードセルを用いた接触検知手法では、ボンディングヘッドの下降停止時期を予測できていないので、ボンディングヘッド１２の下降速度をある程度抑えて（遅くして）ボンディングヘッド１１２を下降させる必要が生じうる。一方、実施の形態１では、アライメント後、ボンディングヘッド１２を装置動作前に予め決めた下降量だけ下降させて一旦停止させ、ＧＡＰ測定期間経過後に、測定結果に基づき決定された下降量だけ下降させる、すなわちボンディングヘッド１２の下降量を決定した上でボンディングヘッド１２を制御するので、ボンディングヘッドの移動速度に制約を設けなくともよい。すなわちボンディングヘッド１２の下降速度はロードセルを用いた接触検知手法によるヘッドの下降速度より大きくすることができるという利点がある。このように、本実施形態にかかる位置制御手法は、ボンディング工程の更なる高速化にも資する、優れた手法である。
以上述べたように、実施の形態１によれば、ボンディング工程の高速化と、ボンディングヘッド１２の適切な下降量調整とを両立することができる。従って、均質なバンプ接触状態を毎回実現しながら、高速かつ安定的なボンディング工程を行うことができる。
［実施の形態１の変形例］
（第１変形例）
実施の形態１では、ボンディングヘッド１２のみにヒータ１４を内蔵させている。しかしながら、本発明はこれに限られず、ボンディングヘッド１２ではなくステージ１０にヒータを内蔵させたり、ボンディングヘッド１２とステージ１０の両方にヒータを内蔵させてもよい。この場合は、バンプを有する半導体チップをステージ１０に載せて、ヒータ１４に対して適用したバンプ溶融温度以上に加熱する温度調整の内容を、ステージ１０のヒータに対しても同様に適用することができる。
また、本実施形態とは異なり、ボンディングヘッド１２側のボンディング対象物にバンプを備え、ステージ側のボンディング対象物にはバンプを設けない態様でもよい。この場合には、ボンディングヘッドの下降量を決定するための測定は、実施の形態１と同様の手法を使い、例えば、半導体チップのバンプ先端と、基板における当該バンプが接合するランド（又は当該ランド近傍における基板表面）との距離を計測することになる。
（第２変形例）
実施の形態１では、ボンディングを行う前後のそれぞれについてヒータ１４の温度をバンプ溶融点以上に保ち、比較例における時間Δｔ１と時間Δｔ３の両方を削減している。しかしながら、時間Δｔ３の時間削減の思想のみ（言い換えれば、実施の形態１中のヘッド分離工程に関する技術のみ）を、独立に利用することが可能である。
具体的には、先ず、比較例と同じくヒータ１４を低温にしてボンディングヘッド１２を下降させ、バンプ３、５の当接後にヒータ温度を上昇させる。ボンディングヘッド１２の下降量は、実施の形態１と同様にカメラ２０などの光学的手段によりボンディング対象物を外観測定して決定されてもよいが、従来のとおり、ロードセルをボンディングヘッド１２に設け、ロードセルによりバンプの接点検知をして下降量が決定してもよい。その後、時間Δｔ２相当時間が経過したら、Δｔ３を削減すべくヒータ１４を高温にしたままボンディングヘッド１２を上昇させる。これにより、少なくとも、時間Δｔ３の削減効果およびバンプ内残存応力の低減効果を得ることができるからである。
なお、時間Δｔ３の時間削減の思想のみを利用する場合、実施の形態１が備えるボンディング前状態における測定や変位量の算出といった技術は必須ではない。ヘッド分離工程に至る前の製造プロセスがどのようなものであっても、ヒータ温度を高温に保ったままボンディングヘッド１２を半導体チップ４から分離すれば、既述した時間Δｔ３の削減効果や、バンプ内残存応力の抑制といった効果を得ることが可能だからである。
（第３変形例）
実施の形態１では、図３にも示したように、ヒータ１４の温度を、プロセス中、バンプ溶融点を上回る温度（具体的には、実施の形態１では２８０℃以上）に固定した。しかしながら、本発明はこれに限られるものではない。時間Δｔ１の削減という観点からは、バンプ５が溶融している状態でバンプ３と接触すれば良いからである。このため、図１（ｂ）に示したバンプ３、５の接触状態以外の時期に、瞬間的に或いは一定時間、ヒータ１４が低温にされても構わない。
例えば、ボンディングヘッド１２が半導体チップ４を受け取る瞬間にヒータ１４が低温であっても、その後半導体チップ４がボンディング前状態までに搬送される間にヒータ１４を高温にし、バンプ３、５の接触前にバンプ５を溶融状態にすることもできる。
（第４変形例）
実施の形態１は、融点が２６０℃の半田を用いてバンプ３、５を形成している。しかしながら、バンプの材料はこのような材料に限られない。具体的には、例えば、鉛が含まれていないか、又は環境負荷が少ない程度（０．１ｗｔ％未満）の鉛しか含まれていないいわゆる鉛フリー半田を用いることができる。例えば、鉛フリー半田として、ＳｎにＣｕが１〜４％含有したものを用いることができる。また、鉛フリー半田として、Ｓｎ−Ｂｉ系、Ｓｎ−Ａｇ系、もしくは純Ｓｎのものなどを用いてもよい。
製造工程中のヒータ１４の温度は、各バンプ形成材料の融点に応じた温度に適宜変更すればよい。ボンディングヘッド１２、半導体チップ４を介してバンプ５に実際に現れる温度がバンプ形成材料の溶融点以上の温度になるように、ヒータ１４の出力を十分に大きくすればよい。なお、一例を示すと、Ｓｎ１％Ａｇ０．５％Ｃｕの半田材料を用いる場合は、当該半田材料の融点は２１０℃となる。
（第５変形例）
なお、実施の形態１は、２つのボンディング対象物間の間隙において、一方のボンディング対象物の接合部位の先端（半導体チップ４のバンプ５の下端）と、他のボンディング対象物の接合部位の先端（基板２のバンプ３の上端）との距離を計測している（図２の「ＧＡＰ寸法」）。そして、複数のＧＡＰ寸法の計測値の平均値に基づいて、ボンディングヘッド１２の位置制御を行っている。
しかしながら、ボンディングヘッド１２の位置制御に計測する値は、ＧＡＰ寸法のみを意味するものではない。ボンディング対象物には接合部位（バンプ）と非接合部位（半導体チップや基板の表面）とがあり、ボンディング対象物の表面はいわば凹凸形状になっている。このため、２つのボンディング対象物間の間隙の大きさは面方向に見て一定ではない。
接合部位を向かい合わせて２つのボンディング対象物を位置させた場合、当該２つのボンディング対象物の間の最短距離は、互いの接合部位先端の間隔（対向するバンプ間の距離すなわちＧＡＰ寸法）である。また、当該２つのボンディング対象物の間の最長距離は、互いの非接合部位の間隔（非バンプ形成部位の間の距離、例えば半導体チップ表面と基板表面との距離）である。「ボンディング対象物間の間隙の大きさ」には、少なくともこれら２つの値がある。
寸法ばらつきを反映させるという観点からすれば、例えば、非バンプ形成部位の間の距離を計測して利用することもできる。具体的には、実施の形態１の変形例として、ＧＡＰ寸法ではなく、半導体チップ４下面と基板２上面との距離（以下、「チップ−基板間距離」とも称す）を測定してもよい。
この場合には、測定した今回のチップ−基板間距離と予め定められた基準距離との差分を計算し、この差分の値だけボンディングヘッド１２を下降させ、ボンディングを行う。これにより、半導体チップと基板の間を、毎回同じ距離だけ離間させることができる。その結果、均一なチップ−基板間距離を持つ、複数の半導体装置を製造していくことができる。製造する半導体装置の仕様上、特にチップ−基板間の寸法が重要になる場合には、このような態様を採用することもできる。また、一方のボンディング対象物のバンプ先端と、他方のボンディング対象物の非バンプ形成面との間の距離を測定して、この測定値に基づいてボンディングヘッド１２の位置制御を行ってもよいのはもちろんである。
（第６変形例）
実施の形態１では、半導体チップ４と基板２とを接合させるときにボンディングヘッド１２を下降させる形態を採用しているが、ステージ１０を上昇させることにより半導体チップ４と基板２とを接合させることも可能である。この場合は、制御部２３により決定された下降量を、ボンディング前状態からステージ１０とボンディングヘッド１２とを近接させる変位量とし、ボンディング前状態からその変位量だけステージ１０をボンディングヘッド１２の方向に上昇させることになる。また、ステージ１０とボンディングヘッド１２をともに可動とし、上記変位量に従って、ステージ１０とボンディングヘッド１２の双方を近づけるという態様も可能である。
実施の形態２．
以下、図５を用いて、本発明の実施の形態２について説明する。実施の形態２は、ボンディング前状態に測定を行ってボンディングヘッド１２の下降量を決定し、その後のボンディングヘッド１２の位置制御を適切に行うという点で、実施の形態１と共通している。
実施の形態２では、実施の形態１のごとくボンディング対象物間の間隙を計測するのではなく、各ボンディング対象物の寸法を個別に計測して、当該計測結果に基づいて下降量を算出する。
［実施の形態２の構成］
図５に示すように、実施の形態２にかかる装置は、レーザ変位計３０及びレーザ変位計３２を備えている。レーザ変位計３０は半導体チップ４の厚み寸法を測定するためにボンディングヘッド１２より下側で対向する位置に離間して配置される。レーザ変位計３２はレーザ変位計３０は基板２の厚み寸法を測定するためにステージ１０より上側で対向する位置に離間して配置される。このようなレーザ変位計の原理や構成は、すでに公知である。このため、ここではこれ以上の詳細な説明は行わない。
実施の形態２の装置は、制御部３４を備えている。制御部３４は、実施の形態１の制御部２３と同様に、ボンディングヘッド１２、ヘッド位置制御機構１６、ヒータ１４と接続し、それらの制御を行う。また、制御部３４は、レーザ変位計３０、３２と接続しており、レーザ変位計３０、３２の測定データを取得することができる。
なお、制御部３４は、ステージ１０に対するボンディングヘッド１２の相対位置を把握できるように構成されている。これは、例えば、ヘッド位置制御機構１６が数値制御の機構である場合には、制御値を参照することにより容易に把握することができる。または、位置を計測する機器を個別に設けて、制御部３４に接続してもよい。
［実施の形態２の装置の動作および製造方法］
次に、実施の形態２における装置の動作と製造方法について、図５（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。なお、実施の形態２も、実施の形態１と同様に、ヒータ１４の出力は２８０℃で一定に保つ。ヒータ１４の温度調整に関しては実施の形態１と同様のため、これ以降は温度調整に関しては説明を省略する。
実施の形態２では、レーザ変位計３０を用いて半導体チップ４の厚みを測定する。具体的には、まず、レーザ変位計３０は、半導体チップ４と接触するボンディングヘッドの面（以下、「接触面」と称す）との高さ方向の距離が一定となるように配置される。レーザ変位計３０は、ボンディングヘッド１２の接触面に半導体チップ４その他何も保持されない状態で該接触面にレーザを照射し、その反射光を検出することにより、レーザ変位計３０とボンディングヘッド１２との高さ方向の間隔を事前に測定する（測定結果をＨ１とする）。
ボンディング工程中、ボンディングヘッド１２に半導体チップ４を保持した後、図５（ａ）のように保持した状態で、レーザ変位計３０は半導体チップ４の表面のうちのバンプ５が形成されていない部分にレーザを照射する。レーザ変位計３０は、その反射光を検出することにより、レーザ変位計３０と半導体チップ４の表面との間隔を測定する（測定結果をＨ２とする）。
レーザ変位計３２は、基板４が載置されるステージ１０の面（以下、「載置面」と称す）との高さ方向の距離が一定されるように配置される。レーザ変位計３２は、ステージ１０の載置面に基板４その他何も載置されない状態で該載置面にレーザを照射し、その反射光を検出することにより、レーザ変位計３２とステージ１０との高さ方向の間隔を事前に測定する（測定結果をＨ３とする）。
ボンディング工程中、ステージ１０に基板２を搭載した後、図５（ａ）のように搭載した状態で、レーザ変位計３２は基板２の表面のうちのバンプ３が形成されていない部分にレーザを照射する。レーザ変位計３２は、その反射光を検出することにより、レーザ変位計３２と基板２との間隔を測定する（測定結果をＨ４とする）。
レーザ変位計３０、３２は測定結果Ｈ２、Ｈ４を同時に計測され、制御部３４はレーザ変位計３０、３２から測定結果Ｈ２、Ｈ４を取得する。むろんこの時点で、制御部２３はすでに測定結果Ｈ１、Ｈ３を取得している。その後、制御部３４は、図５（ａ）の状態からボンディングヘッド１２をステージ１０側に平行移動させ、図５（ｂ）のように基板２上に半導体チップ４を位置させる。
既述したように、制御部３４は、ボンディングヘッド１２のステージ１０に対する相対位置を随時把握することができる。つまり、図５（ｂ）における、ボンディングヘッド１２とステージ１０との距離（図５（ｂ）における距離Ｈ）を取得することができる。このように、実施の形態２によれば、図５（ｂ）の時点で、半導体チップ４と基板２のそれぞれの厚み寸法および距離Ｈが、既知となる。
距離Ｈから半導体チップ４の厚み寸法と基板２の厚み寸法の和を減算した結果は、図５（ｂ）の状態におけるチップと基板との間の距離Ｄに相当する。そして距離Ｄから予め定められた基準距離Ｒを減算することをボンディングヘッド１２の下降量とする。この基準距離は、予め、製造する半導体装置の仕様に応じて決定しておく。従って制御部３２は、距離Ｈ−（測定結果Ｈ１−測定結果Ｈ３）−（測定結果Ｈ２−測定結果Ｈ４）−基準距離Ｒを演算し、その演算結果をボンディングヘッド１２の下降量として決定する。制御部３４は位置制御機構１６を制御し、その決定した下降量だけボンディングヘッド１２を下降させ、バンプ３、５を接合する。これにより、部品の寸法にばらつきがあっても、半導体チップと基板の間を毎回同じ距離だけ離間させることができる。これにより、チップ−基板間距離を均一に保ちながら、複数の半導体装置を製造していくことができる。
以上説明したように、実施の形態２によれば 、実施の形態１とは異なる手法によって、ボンディングヘッド１２の位置制御を的確に行うことができる。これにより、実施の形態２においても、実施の形態１と同様に良好なバンプ接触状態を毎回実現しながら、実施の形態１で述べた高速かつ安定的なボンディング工程を行うことができる。
また、実施の形態２のように光学的な測定方法を利用することにより、半導体チップやボンディング対象物に対して非接触的な計測を行うことができる。このため、バンプが溶融状態にあるタイミングでも支障なく距離の測定を行うことができる。
なお、実施の形態１で述べた種々の変形例の内容を、必要に応じて、実施の形態２に適用してもよい。
実施の形態３．
実施の形態３は、半導体チップ同士を接合する所謂チップオンチップ構造向けの、高速なボンディング工程を提供する。
［実施の形態３の構成］
図６は、実施の形態３にかかる製造装置の構成および製造方法を説明するための図である。実施の形態３は、ボンディングヘッド１２と、ヒータ１９を内蔵したステージ１８を備えている。但し、実施の形態３では、ボンディングヘッド１２はヒータ１４を備えていないものとする。
図６に示すように、実施の形態３では、ステージ１８上に、基板２に代えて半導体チップ７が載せられている。半導体チップ７としては、シリコンなどの基板上にトランジスタを含む集積回路が形成されたいわゆるＩＣチップ，又は、シリコンなどの基板上に配線だけが形成されたチップが該当する。半導体チップ７は、紙面上側の面に、複数のバンプ８を備えている。このように、実施の形態３の製造装置は、半導体チップ４と半導体チップ７とをボンディング接合して、所謂チップオンチップ構造とする。
ヒータ１９は、少なくとも半田溶融点（例えば、２６０℃）以上の高温までステージ１８の表面側の温度を上昇させることができる。ヒータ１９の温度を上昇させることにより、ステージ１８上の半導体チップ７を加熱することができる。ヒータ１９から半導体チップ７を介してバンプ８へと熱が伝わることにより、バンプ８を穏やかに加熱、溶融することができる。
また、図６に示すように、実施の形態３の装置は、アーム１７を備えている。このアーム１７は、接合後の半導体チップ４、７を、ステージ１８上から他の場所へと搬送することができる。実施の形態３の装置は、制御部１５を備えている。制御部１５は、ボンディングヘッド１２およびアーム１７の動作の制御、ヒータ１９の温度制御を行うことができる。なお、図６に示すように、実施の形態３は、実施の形態１のカメラ２０等の測定機器は備えていないものとする。
［実施の形態３にかかる装置の動作および製造方法］
以下、図６を用いて、実施の形態３にかかる装置の動作ならびに実施の形態３にかかる製造方法について説明する。図６（ａ）（ｂ）（ｃ）は、ステージ１８に載せられた半導体チップ７と、ボンディングヘッド１２に保持された半導体チップ４とがボンディング接合される過程を示している。
本実施形態では、ヒータ１９の温度を、実施の形態１のヒータ１４と同様に、製造工程の間、半田溶融点程度（つまり、本実施形態では２６０℃以上）に保つものとする。具体的には、本実施形態では、製造工程中、ヒータ１４の温度を２８０℃で一定とする。以下、これを前提として説明を進める。
（載置工程、受取工程、溶融工程）
実施の形態３では、まず、図６（ａ）に示すように、ステージ１８に半導体チップ７を載せ、ボンディングヘッド１２に半導体チップ４を保持させる。既述したようにヒータ１９の温度は高温に保たれているので、半導体チップ７がステージ１８に載せられて間もなく、バンプ８は溶融する。このように、実施の形態１の図１（ａ）の時点でバンプ５が溶融状態にあったのと同様に、実施の形態３では図６（ａ）に示す時点でバンプ８が既に溶融状態にある。一方、バンプ５は固体状態である。
（接触工程）
その後、実施の形態１と同様、図６（ｂ）に示すようにボンディングヘッド１２が所定量だけ下降させられる。これにより、固体状態のバンプ５が、溶融状態のバンプ８に接触する。実施の形態３でも、実施の形態１と同様、図６（ａ）（ｂ）の状態を通じてヒータ１９の温度は一定に保持されている。
（ヘッド分離工程）
続いて、図６（ｃ）に示すように、半導体チップ４の保持をやめてボンディングヘッド１２を上昇させる。ボンディングヘッド１２の上昇の際にも、ヒータ１９の温度は継続的に高温状態に保持される。これにより、ボンディングヘッド１２と半導体チップ４が分離する瞬間も、バンプ８は引き続き溶融状態におかれることになる。
その後、実施の形態３では、アーム１７により、半導体チップ４、バンプ５、８および半導体チップ７のチップオンチップ構造を、ステージ１８上から他の場所へと移動する。このとき、アーム１７が当該チップオンチップ構造をステージ１８上から離間した瞬間に、半導体チップ７への加熱が止み、バンプ８の温度が低下し始める。その結果、バンプ８の温度が半田溶融点を十分に下回ってバンプ８が固化し、バンプ５、８が結合してボンディングが完了する。
［実施の形態３の効果］
実施の形態３によれば、ステージ１８上の半導体チップ７のバンプ８が溶融している状態で、ボンディングヘッド１２を下降させてボンディングを行っている。したがって、バンプ溶融加熱のために、ボンディングヘッド１２の動作を停止してヒータの温度上昇を行う時間（実施の形態１の比較例で述べたΔｔ１）が必要ない。
また、実施の形態３によれば、バンプ８が溶融状態のまま半導体チップ４をボンディングヘッド１２から離して、その後アーム１７を用いてステージ１８上から接合されたボンディング対象物を取り除いている。これにより、ヒータ１９の温度を低下する時間をかけずに、迅速に製造を進めることができる。よって、実施の形態１の比較例で述べたΔｔ３に相当する時間が必要とならず、迅速にボンディング工程を進めることができる。また、実施の形態１で述べたように、ボンディングヘッド１２からの外力を取り除いた状態でバンプを固化させることができ、バンプ内残存応力の低減が図れるという利点がある。
また、上記説明したとおり、実施の形態３では、ヒータ１９の温度をバンプ材料の溶融点より高く保ちながら、半導体チップ４を半導体チップ７の上に置くというプロセスを繰り返している。このように、バンプ溶融点を上回る温度にヒータ１９の出力を維持しつづければ、ヒータ側の制御の状況を考慮することなく、ボンディングヘッド１２の動作を最大限に高速化することができる。
［実施の形態３の変形例］
（第１変形例）
実施の形態３では、ボンディングを行う前後のそれぞれについてヒータ１９の温度をバンプ溶融点以上に保ち、実施の形態１の比較例で述べた時間Δｔ１と時間Δｔ３の両方を削減している。しかしながら、ボンディングの後半における時間短縮（比較例のΔｔ３に相当する時間の削減）のみを行うことができる。例えば、実施の形態３とは異なりヒータ１９の温度をボンディングヘッド１２の下降後に上昇させることとし、ボンディングヘッド１２を上昇させる際には実施の形態３と同じくヒータ１９の温度を高温に保持する。その後、適宜のタイミングでヒータ１９の温度を下げて次の半導体チップを受け取り、同様のプロセスを繰り返す。このような態様でも、少なくともΔｔ３相当時間の高速化が可能である。
（第２変形例）
また、実施の形態３では、ボンディングの前半における時間短縮（比較例のΔｔ１に相当する時間の削減）のみを行うこともできる。具体的には、ボンディングヘッド１２の下降時（図６（ａ）のとき）に実施の形態３と同じく既にヒータ１９を高温にしておき、バンプを溶融状態で接触させた後、ヒータ１９の温度を下げてからボンディングヘッド１２を上昇させることもできる。その後、適宜のタイミングでヒータ１９の温度を上げて次の半導体チップを受け取り、同様のプロセスを繰り返す。このような態様によれば、少なくともΔｔ１相当時間の高速化が可能である。
（その他の変形例）
実施の形態１の各種変形例で述べたのと同様に、実施の形態３でも、ヒータ１９の温度は常にバンプ溶融点を上回る温度に固定されていなくともよい。また、バンプ５、８の材料や、これに応じたヒータ１９の温度制御の変更なども、実施の形態１の変形例と同様に行えばよい。
なお、実施の形態３を、ヒータ１４を備えたボンディングヘッド１２と、ヒータ１９を備えたステージ１８とを備える装置構成とすることもできる。そして、ヒータ１４、１９のそれぞれの出力を、各実施形態で既述したように、ボンディング対象物のバンプ同士が接触する前に、例えば２８０℃程度の高温を発するように温度制御する。このような場合には、ボンディングヘッド１２側のボンディング対象物のバンプと、ステージ１８側のボンディング対象物のバンプとが、ともに溶融状態で互いに接触することになる。
また、その後のボンディングヘッド１２の上昇時には、実施の形態３で述べたように、アームを用いて接合後のボンディング対象物（チップオンチップ構造）を移動することができる。このような態様によっても、バンプの形状変化やバンプ材料の飛散といった弊害を回避しつつボンディング工程を迅速に進める効果が得られる。なお、耐熱性の観点から、このような態様は、実施の形態３と同様、チップオンチップ構造の装置を製造する場合に用いることが好ましい。
また、実施の形態３に、実施の形態１、２で述べたボンディングヘッド１２の下降量の算出の手法を組み合わせても良い。つまり、実施の形態３の装置に、実施の形態１と同様にカメラ２０やＬＥＤ照明２２を設けたり、実施の形態２と同様にレーザ変位計を設けたりしてもよい。このような装置構成において、実施の形態１、２と同様の手法を用い、ボンディング前状態において、２つのボンディング対象物に対して測定を行い、その測定結果から、ボンディングヘッド１２とステージ１０とを近接させる変位量を決定し、その変位量に基づきボンディング前状態からボンディングヘッド１２を下降させる（またはステージ１０を上昇させる形態でもよい）。
また、ステージ１０側のボンディング対象物にバンプを備え、ボンディングヘッド１２側のボンディング対象物にはバンプを設けない態様としてもよい。
実施の形態４．
半導体チップをチップ保持台（具体的には、半導体チップトレイなどが想定される）に載せて保管（あるいは待機）する場合に、バンプ側を下に向けて半導体チップを置く場合がある。このような場合に、実施の形態１以降述べてきたようにボンディングヘッドを高温状態にして半導体チップを受け取ろうとすると、ボンディングヘッドが半導体チップに触れた瞬間、即座に半導体チップが高温になってバンプが溶融してしまう。
その結果、バンプが潰れて変形したり、溶融したバンプ材料がチップ保持台に付着したりして、半導体チップの受け取りが良好に行われなくなってしまう。そこで、実施の形態４では、このような問題を防止するために、以下述べる手法により、半導体チップ４を受け渡すこととする。
［実施の形態４の構成］
図７は、本願に含まれる発明にかかる第４の実施の形態を説明する図であって、実施の形態４にかかる半導体チップ受け渡し方法を実現する構成の一例を示す図である。図７（ａ）には、チップ保持台４０が図示されている。チップ保持台４０は、ゴムコレット４２を備えている。このゴムコレット４２の上には、バンプ５を備えた半導体チップ４が載せられている。バンプ５は、半田で形成されている。
図示しないが、ゴムコレット４２とチップ保持台４０には、それぞれ、紙面上下方向に延びる貫通穴が設けられている。ゴムコレット４２の貫通穴とチップ保持台４０の貫通穴とは、連通して紙面上下方向に延びている。チップ保持台４０の紙面下方には、エア噴射機構４３が備えられている。エア噴射機構４３は、紙面下方側から、上記の貫通穴を通じて図７の矢印のようにエアを噴射することができる。これにより、ゴムコレット４２上の半導体チップ４を紙面上方に向かって押し上げることができる。
ゴムコレット４２の周囲には、ガイド４４が配置されている。実施の形態１では、ガイド４４をゴム製の板状の部材として、当該部材をゴムコレット４２を四方から囲うように配置する。その結果、ガイド４４が、半導体チップ４の周囲を囲う凸部を形成する。図７（ａ）では、説明の便宜上、紙面の左右側に位置するガイド４４のみを図示し、紙面手前側と置く側のガイド４４は省略している。ガイド４４の高さは、ゴムコレット４２上の半導体チップ４の表面よりも高くしておく。
図７（ａ）には、半導体チップ４を保持するためのボンディングヘッド４８が図示されている。ボンディングヘッド４８は、実施の形態１乃至３と同様に、ヒータおよび真空吸着機構を備えている。真空吸着機構を適宜制御することにより、図７に示す矢印のように紙面上方に向かって半導体チップ４を吸いつけることができる。
［実施の形態４の動作］
半導体チップ４の受け渡しの際には、図７（ａ）に示すように、ボンディングヘッド４８を半導体チップ４から所定距離（例えば、０．５〜１ｍｍ程度）だけ離した位置で停止させる。この所定距離は、ボンディングヘッド４８内部のヒータが高温（バンプ溶融点を上回る温度）になっていても、半導体チップ４のバンプ５が溶融しない程度の距離である。
この状態で、ボンディングヘッド４８側は真空吸着機構を作動させて半導体チップ４を吸い付け、同時に、エア噴射機構４３を作動させてゴムコレット４２側から半導体チップ４を押し上げる。これにより、図７（ｂ）に示すように、半導体チップ４が投げ渡され、ボンディングヘッド４８に吸着される。このとき、ガイド４４があることにより、半導体チップ４を紙面上方に高い位置決め精度で投げ渡すことができる。
このように、本実施形態では、ボンディングヘッド４８を半導体チップ４から所定距離だけ離間させて配置して、半導体チップ４の受け渡しを行っている。従って、溶融したバンプ５がゴムコレット４２に付着したり潰れて変形してしまったりする事態を回避できる。更に、ガイド４４により、半導体チップ４を高い位置決め精度で投げ渡すことができる。
ボンディングヘッド４８に受け渡された半導体チップ４は、即座に高温になり、バンプ５が溶融する。その後、実施の形態１乃至３と同様にボンディングを行うことができる。バンプ５を溶融した状態で半導体チップ４のボンディング工程を行うことができるので、実施の形態１乃至３と同様に、ヒータの温度の上昇にかかる時間を削減することができる。
［実施の形態４の変形例］
実施の形態４では、半導体チップの受け渡し精度を高めるために、ガイド４４を設けている。しかしながら、このガイド４４は必ずしも必須ではなく、ガイド４４を設けずに受け渡しを行ってもよい。
また、図８（ａ）のように、くの字型の横断面形状を有する柱状の部材を、ガイドとして四隅に配置してもよい。また、図８（ｂ）のように、ゴムコレット４２の周囲を連続的に囲う凸部を設け、その内部に半導体チップ４を収納してもよい。また、ガイドは、必ずしも、半導体チップ４を四方全てから囲うように設けられていなくとも良い。半導体チップ４の面方向の動きを規制して、垂直方向の受け渡しを精度良く行うことができればよいからである。また、ガイド４４の材料としてゴム以外の材料を用いてもよい。
実施の形態５．
図９は、本願に含まれる発明にかかる第５の実施の形態を説明する図である。実施の形態５は、半導体チップをボンディングヘッドに受け渡しの手法に特徴を有している点で、実施の形態４と共通している。しかしながら、実施の形態５は、半導体チップの保持の仕方を工夫している点で、実施の形態４と相違する。
図９（ａ）に示すように、実施の形態５の構成は、図７でも述べたチップ保持台４０とゴムコレット４２とを含んでいる。図９（ａ）、（ｂ）に示すように、ゴムコレット４２の周囲には、ゴム針５４が配置されている。このゴム針５４は、半導体チップ４のバンプ５側の面における、バンプが形成されていない部位（以下、非バンプ形成部位とも称す）と接するように配置される。本実施形態では、半導体チップ４の外周四隅を支持できるように、ゴムコレット４２の四隅のそれぞれの近傍にゴム針５４が１つずつ配置されている。
図９（ｃ）は、図９（ａ）の紙面裏面側からゴム針５４および半導体チップ４を見上げた図である。このように、半導体チップ４の四隅に、一本ずつ、ゴム針５４が接している。また、ゴム針５４の長さは、少なくとも、半導体チップ４を支持した時にバンプ５がゴムコレット４２に接触しない程度の長さにする。
チップ保持台４０の紙面下方には、負圧発生機構５３が備えられている。負圧発生機構５３は、チップ保持台４０下側に負圧を発生し、上記の貫通穴を通じて吸引力を作用させる。これにより、図９の矢印方向に半導体チップ４を引っ張ることができる。
図９（ａ）に示すように、実施の形態５も、ボンディングヘッド４８を用いて半導体チップ４を保持する。
［実施の形態５の動作］
実施の形態５では、半導体チップ４をゴム針５４に載せた状態で、負圧発生機構５３によって図９（ａ）の矢印方向に吸引力を生じさせる。このようにすることで、半導体チップ４を紙面下方側に引っ張り、図９（ａ）の位置関係に半導体チップ４を固定する。
そして、図９（ａ）に示すようにボンディングヘッド４８を半導体チップ４に接触させた状態で、真空吸着により半導体チップの受取を行う。既述したように、バンプ５とゴムコレット４２とが接触することなく、半導体チップ４が支持されている。従って、高温のボンディングヘッド４８が半導体チップ４に接触してバンプ５が溶融しても、バンプ５が潰れるなどの不具合が生じない。
特に、実施の形態５によれば、ゴム針５４により、半導体チップ４のバンプ形成面側の隅の領域を有効に活用して、半導体チップ４を支持することができる。なお、ゴム針５４は弾力性を有しているので、受け渡しの際の半導体チップ４の破損を効果的に防止できるという利点もある。
ボンディングヘッド４８に受け渡された半導体チップ４は、即座に高温になり、バンプ５が溶融する。その後、実施の形態１乃至３と同様にボンディングを行うことができる。バンプ５を溶融した状態で半導体チップ４のボンディング工程を行うことができるので、実施の形態１乃至３と同様に、ヒータの温度の上昇にかかる時間を削減することができる。
なお、実施の形態５では半導体チップの受け渡し時点でバンプが他の物体に接触しておらず、実施の形態４では半導体チップの受け渡し時点でバンプがゴムコレット４２に接している点で、実施の形態４、６は相違している。
［実施の形態５の変形例］
ゴム針５４に代えて、例えば、図１０（ａ）（ｂ）に示すような種々の支持部材を用いることができる。また、ゴム針５４に替えて、ゴム以外の他の材料を用いて形成した部材を用いてもよい。
本発明の実施の形態１にかかる製造装置の構成を示す図である。 実施の形態１においてカメラ２０が撮影する画像のイメージ図である。 実施の形態１にかかる製造方法中のヒータの温度とボンディングヘッドの位置を、時間の経過に沿って説明するための図である。 実施の形態１に対する比較例を示す図である。 本発明の実施の形態２にかかる装置構成を示す図である。 本発明の実施の形態３にかかる製造装置の構成を示す図である。 本発明の実施の形態４にかかるチップ授受方法を行う装置構成を示す図である。 実施の形態４の変形例を示す図である。 本発明の実施の形態５にかかるチップ授受方法を行う装置構成を示す図である。 実施の形態５の変形例を示す図である。
符号の説明
２ 基板
３、５、８ バンプ
４、７ 半導体チップ
１０ ステージ
１２ ボンディングヘッド
１４ ヒータ
１５ 制御部
１６ ヘッド位置制御機構
１７ アーム
１８ ステージ
１９ ヒータ
２０ カメラ
２２ ＬＥＤ照明
２３ 制御部
３０ レーザ変位計
３２ レーザ変位計
３４ 制御部
４０ チップ保持台
４２ ゴムコレット
４３ エア噴射機構
４４ ガイド
４８ ボンディングヘッド
５３ 負圧発生機構
５４ ゴム針

Claims (3)

  1. それぞれが先端を備える複数の第１バンプを有する半導体チップを、ヒータ付のボンディングヘッドで保持する保持工程と、
    それぞれが前記第１バンプの前記先端と対応する先端を有しかつ前記半導体チップに接続すべき複数の第２バンプを有する基板をステージに載せる載置工程と、
    前記半導体チップの前記第１バンプが前記基板の前記第２バンプと対向するように前記半導体チップを保持するボンディングヘッドを前記ステージの上部に配置する配置工程と、
    前記ボンディングヘッドの降下距離を決める決定工程と、
    前記ボンディングヘッドを前記降下距離分、下方に移動させ、前記半導体チップの前記第１バンプを前記基板の前記第２バンプに接触させる接触工程と、
    前記接触工程の後、前記ボンディングヘッドを前記半導体チップから離す離脱工程と、を有し、
    前記保持工程、前記載置工程、前記配置工程、前記決定工程、前記接触工程および前記離脱工程の各々は、前記半導体チップの前記第１バンプが前記ヒータにより加熱されて溶融した状態で行われ、
    前記決定工程は、
    前記複数の第１バンプの複数の前記先端から前記複数の第２バンプの複数の前記先端までの距離を測定するために前記半導体チップおよび前記基板の側方に設けられたカメラで画像を取得する工程と、
    前記カメラで取得された前記画像に基づいて、前記複数の第１バンプの複数の前記先端から前記複数の第２バンプの複数の前記先端までの前記距離の平均値を算出する工程と、
    前記平均値に基づいて、前記ボンディングヘッドの前記降下距離を決定する工程と、
    を含むことを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記ステージはヒータを含み、
    前記ステージは前記接触工程中に前記ヒータで加熱されることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記第２バンプを有する前記基板は、半導体チップであることを特徴とする請求項１または２に記載の半導体装置の製造方法。
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