JP5665158B1 - ボンディングステージ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

上面が平坦な複数の突起（１１）がその表面（１６）に設けられた剛体ブロック（１０）と、突起（１１）の上の支持面（１８）に固定された平板（２０）と、平板（２０）の上に吸着固定されたセラミック板（３０）と、平板（２０）の剛体ブロック（１０）側に配置された板状のヒータ（４０）と、ヒータ（４０）と剛体ブロック（１０）との間に設けられ、ヒータ（４０）を平板（２０）の剛体ブロック（１０）側の面に密着されるコイルスプリング（５０）と、を備えるボンディングステージ。

Description

本発明は、ボンディングステージの構造及びその製造方法に関する。

半導体チップの電極上のピラーの先端にはんだの皮膜を形成した後、半導体チップを反転させて、ピラーの先端に形成したはんだの皮膜を基板の電極に押し当て、加熱してはんだを溶融させて半導体チップを基板の上に実装するフリップチップボンディング方法が多く用いられている。このように、半導体チップを反転させて基板上に実装する装置は、フリップチップボンダと呼ばれている。

フリップチップボンディング方法では、半導体チップの複数の電極と基板上の複数の電極を同時に接続することから、半導体チップの電極上のピラーの先端に形成したはんだ皮膜の面が同時に基板の電極に接触するように、基板と半導体チップとを平行に保つことが重要となる。このため、フリップチップボンダのボンディングステージ表面には、高い平面度が要求される。また、多数のピラーの先端に形成したはんだの皮膜を基板の電極に押し当て、均等に加熱して同時にはんだを溶融させることが要求されるので、ボンディングステージ表面が均一に加熱されていることも同時に要求される。さらに、ボンディングの際に半導体チップをボンディングステージに押し付ける力は、ボンディングする半導体チップの大きさが大きくなるほど大きくなってくることから、ボンディングステージには高い剛性も同時に要求されるようになってきている。

そこで、基板を吸着保持するボンディングステージを上下方向に移動可能な３つの支持機構によって支持し、ボンディングステージとボンディングツールとの平行度を保つようにボンディングステージ表面の傾きを調整し、ボンディングステージの平面度を担保する方法が提案されている（例えば、特許文献１，２参照）。

また、半導体を製造する際の半導体薄膜の成膜処理、エッチング処理、レジスト膜の焼付け処理において半導体ウェーハを加熱するためにウェーハ加熱装置が用いられる。このウェーハ加熱装置は、表面に載置されたウェーハを均一に加熱することが要請されるので、ウェーハを載置するセラミック板の下面にヒータを構成してセラミック板を均一に加熱する方法をとっている（例えば、特許文献３参照）。

特開２０１０−１１４１０２号公報 特開２０１０−１１４１０３号公報 国際公開パンフレットＷＯ０１／０９１１６６

しかし、特許文献１に記載されたようなボンディングステージでは、ボンディングステージ表面の平面度を保つことは可能となっても、ボンディングステージを均等に加熱することはと難しかった。一方、特許文献３に記載されたウェーハ加熱装置では、表面に載置されたウェーハ等を均一に加熱することはできても、セラミック板は、円筒形の支持容器に嵌め込まれてその周囲が支持されるだけであるから、全体の剛性が不足し、ボンディングステージの構造に適用することが難しいという問題があった。

また、特許文献３に記載されたように構造に代えて、例えば、マイカ板に抵抗線をパターニングしたボンディングステージと略形状の薄型ヒータをボンディングステージの中間に挟み込む構造とする方法も考えられるが、この方法では、薄型ヒータの挟み込みによってボンディングステージ表面の平面度が変化してしまい、良好な平面度を確保できないという問題点がある。

そこで、本発明は、簡便な構造で、高剛性、高平面度、かつ、均一な加熱の可能で高いメンテナンス性を持つボンディングステージを提供することを目的とする。

本発明のボンディングステージは、上面が平坦な複数の突起がその表面に設けられた基体部と、突起の上面に固定された平板と、平板の上に吸着固定された表面板と、平板の基体部側に配置された板状のヒータと、ヒータと基体部との間に設けられ、ヒータを平板の基体部側の面に密着させる弾性部材と、を備えることを特徴とする。

本発明のボンディングステージにおいて、基体部は、複数の有底穴を備え、弾性部材は、有底穴の中に配置され、その初期高さは、有底穴の深さよりも高く、ヒータは突起が貫通する複数の孔を備え、突起に沿って基体部の厚さ方向に移動可能であり、弾性部材は、平板を基体部の突起の上面に固定した際に圧縮され、ヒータを平板に押し付け、密着させること、としても好適である。

本発明のボンディングステージの製造方法は、上面が平坦な複数の突起がその表面に設けられた基体部と、突起の上面に固定される平板とを準備する工程と、突起の上面に平板を固定する平板固定工程と、基体部と平板とを一体として平板の表面を平面加工する平面加工工程と、平面加工工程の後、平板を基体部から取り外す平板取り外し工程と、ヒータと基体部との間に板状のヒータと弾性部材とを配置するヒータ配置工程と、平板を突起の上面に固定し、ヒータが平板の基体部側の面に密着するように、基体部に平板を再固定する平板再固定工程と、を含むことを特徴とする。

本発明は、簡便な構造で、高剛性、高平面度、かつ、均一な加熱の可能で高いメンテナンス性を持つボンディングステージを提供することができるという効果を奏する。

本発明の実施形態におけるボンディングステージの断面を示す模式図である。 本発明の実施形態におけるボンディングステージの基体部を示す平面図である。 本発明の実施形態におけるボンディングステージのヒータを示す平面図である。 本発明の実施形態におけるボンディングステージの仮組み立て状態の断面を示す模式図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。図１は、本発明のボンディングステージ１００の断面を示す模式図であり、説明のために各部品の大きさの割合を変更して図示したものである。図１に示すように、本実施形態のボンディングステージ１００は、基体部である金属製の剛体ブロック１０と、剛体ブロック１０の上に取り付けられた金属製の平板２０と、平板２０の上に重ね合わされた表面板であるセラミック板３０と、平板２０の剛体ブロック１０の側に配置された板状のヒータ４０と、ヒータ４０の下側（剛体ブロック１０側）に配置されたヒータ押さえ板４５と、ヒータ押さえ板４５と剛体ブロック１０との間に配置された弾性体であるコイルスプリング５０とを備えている。

図２に示す様に、剛体ブロック１０は、円盤上で、図１、図２に示すように、平面状の表面１６には複数の突起１１と、複数の有底穴１７（図２においてハッチングの入った円で示す）とが配置されている。突起１１は、先端（上面）が平坦な円柱形状で、中央に孔１４（図２において黒丸で示す）があけられており、突起１１の上面の孔１４の周囲は円環状の支持面１８となっている。図１に示すように、剛体ブロック１０の下側の面の孔１４の位置には、有底穴１３が配置されており、突起１１の孔１４は、有底穴１３の上端面まで貫通している。従って、孔１４は、有底穴１３と連通して剛体ブロック１０の厚さ方向に貫通する貫通孔となっている。図１に示すように、突起１１の各支持面１８は、その上に平板２０の下面２６を平坦に支持できるように、同一平面に機械加工されている。そして、各孔１４及び有底穴１３には、剛体ブロック１０の下側から剛体ブロック１０と平板２０とを締結するボルト１５が貫通しており、ボルト１５の先端のねじ付部は、平板２０に設けられたねじ孔２１にねじ込まれ、平板２０を剛体ブロック１０に固定する。また、図１に示すように、剛体ブロック１０の表面１６に設けられた各有底穴１７には、それぞれ弾性体であるコイルスプリング５０が配置されている。

図３に示すように、ヒータ４０は、図１に示す剛体ブロック１０と同様の大きさの円板状のマイカ板４１の表面に抵抗線４２を折り返して配置したものである。マイカ板４１には、マイカ板４１を貫通する複数の孔４３が設けられている。この孔４３は、図１、図２に示す剛体ブロック１０の突起１１と同一の位置に配置されており、突起１１が貫通するものである。また、図１に示すヒータ押さえ板４５は、ヒータ４０と同一の円板で、同一の位置に突起１１が貫通する孔４３が設けられているものである。従って、ヒータ４０とヒータ押さえ板４５とは突起１１に沿って剛体ブロック１０の厚さ方向に移動可能となっている。また、ヒータ４０の抵抗線４２には電気入力端子４４が設けられている。

平板２０は、剛体ブロック１０と同様の円板形状で、先に説明した剛体ブロック１０の突起１１上面の支持面１８に接する下面２６は、平板２０が支持面１８によって平坦に支持されるように機械加工によって平面度を確保している。また、平板２０の上面２５は、下面２６との平行度を確保するように機械加工されている。図１に示すように、平板２０の上面２５にはセラミック板３０の下面３１を吸着固定する吸着溝２２が設けられており、セラミック板３０の上面３２には、図示しないウェーハを吸着固定する吸着溝３３が設けられている。また、図１に示すように、平板２０の周縁には、円環状の押さえリング６０が配置されている。押さえリング６０は、ボルト６１を剛体ブロック１０にねじ込むことによってその間に平板２０の周縁を挟み込んで固定する。

図１に示すボンディングステージ１００の組み立ては、まず、剛体ブロック１０を、例えば、定盤の上などに載置し、コイルスプリング５０を剛体ブロック１０の有底穴１７の中に入れ、次に、ヒータ押さえ板４５、ヒータ４０の孔４３を剛体ブロック１０の突起１１に入れてヒータ押さえ板４５の下面にコイルスプリング５０を接触させる。その後、平板２０のねじ孔２１の位置を剛体ブロック１０の孔１４の位置に合わせ、平板２０を剛体ブロック１０の突起１１上面の支持面１８に支持させた後、剛体ブロック１０の下面からボルト１５を有底穴１３、孔１４に差し込んで、ボルト１５を締めて、剛体ブロック１０と平板２０とを固定する。コイルスプリング５０の初期高さは、剛体ブロック１０に配置された有底穴１７の深さよりも高いので、平板２０を剛体ブロック１０に固定する際にコイルスプリング５０が圧縮されると、その反発力によってコイルスプリング５０は、ヒータ押さえ板４５とヒータ４０とを押し上げ（剛体ブロック１０の厚さ方向に移動させ）、ヒータ４０を平板２０の下面２６（剛体ブロック１０側の面）に押し付け、密着させる。この際、ヒータ押さえ板４５と剛体ブロック１０の表面１６との間には僅かな隙間ができるので、ヒータ４０、ヒータ押さえ板４５は剛体ブロック１０の表面１６に密着しなくなる。そして、平板２０の上面２５の周縁に押さえリング６０を載置してボルト６１で固定する。また、ヒータの電気入力端子４４を図示しない電源に接続し、最後に、ボンディングステージ１００を真空装置に接続し、平板２０の上面２５にセラミック板３０の下面３１を吸着させる。ボンディングステージ１００を使用する場合には、真空装置によってセラミック板３０の上面に配置された吸着溝３３を真空とし、その上にウェーハを吸着し、電源からヒータ４０に通電して平板２０を加熱する。

以上述べたように、剛体ブロック１０の突起１１の各支持面１８は、同一面になるように機械加工されており、平板２０の下面２６も機械加工により平面度を確保しているので、平板２０の下面２６は各支持面１８によって同一平面に平坦に支持される。また、平板２０の上面２５は下面２６との平行度を確保するように機械加工されているので、平板２０の上面２５は良好な平面度を有すると共に、剛体ブロック１０によって高剛性が付与される。そして、コイルスプリング５０によって平板２０の下面２６にヒータ４０が押しつけられているので、平板２０の下面２６を均一に加熱することができる。これらによって本実施形態のボンディングステージ１００は、高剛性、高平面度を有し、かつ、均一な加熱が可能となる。また、本実施形態のボンディングステージ１００では、ウェーハを吸着するセラミック板３０にヒータ４０が取り付けられていない上、セラミック板３０は真空吸着によって平板２０の上面２２に固定されるので、ボンディングの途中でセラミック板３０の表面３２が汚損した場合でも、簡単にセラミック板３０の交換をすることができ、メンテナンス作業効率を向上させることができる。また、本実施形態のボンディングステージ１００では、ヒータ４０は、剛体ブロック１０、あるいは平板２０に固定されていないので、ヒータ４０が故障した場合でも、ヒータ４０を簡単に交換することができる。このため、本実施形態のボンディングステージ１００は高いメンテナンス性を有するものである。さらに、本実施形態のボンディングステージ１００では、ヒータ４０、ヒータ押さえ板４５と剛体ブロック１０の表面１６とが密着せず、僅かに隙間が空いているので、ヒータ４０の熱が剛体ブロック１０の表面１６に伝わりにくく、剛体ブロック１０の表面１６より下の部分の温度を低く保つことができる。なお、本実施形態では、弾性体としてコイルスプリング５０を用いることとして説明したが、弾性体はコイルスプリング５０に限定されず、例えば、板ばねなどを用いるようにしてもよい。

次に、図４に示すように、平板２０と剛体ブロック１０とをボルト１５によって固定（平板固定工程）した仮組み立ての状態で平板２０の上面２５の機械加工（平面加工）を行う実施形態について説明する。先に図１から図３を参照して説明した実施形態と同様、剛体ブロック１０の突起１１の各支持面１８は、同一面になるように機械加工されており、平板２０の下面２６も機械加工により平面度を確保しているので、平板２０の下面２６は各支持面１８によって同一平面に平坦に支持される。この状態で、図４に示す様に平板２０の上面２５の機械加工を行うことによって（平面加工工程）、剛体ブロック１０に対する平板２０の上面２５の平面度をさらに高く確保することができる。また、仮組み立ての状態で平面度を加工することで、各部品の微小な歪みが積み重なることによる組み立て後の平面度悪化を防ぎ、更に高い平面度を確保している。

そして、平板２０の上面２５の機械加工が終了したら、ボルト１５をはずして剛体ブロック１０と平板２０とを分解し（平板取り外し工程）、剛体ブロック１０の有底穴１７にコイルスプリング５０を入れ、ヒータ押さえ板４５、ヒータ４０の孔４３を剛体ブロック１０の突起１１に通し（ヒータ配置工程）、再度、ボルト１５によって平板２０を剛体ブロック１０に固定し、コイルスプリング５０の付勢力によってヒータ４０を平板２０の下面２６に押しつけ、密着させる（平板再固定工程）。

本実施形態のボンディングステージも先に説明した実施形態と同様、簡便な構成で高剛性、高平面度を有し、かつ、均一な加熱が可能で高いメンテナンス性を持つものである。

本発明は以上説明した実施形態に限定されるものではなく、請求の範囲により規定されている本発明の技術的範囲ないし本質から逸脱することない全ての変更及び修正を包含するものである。

１０ 剛体ブロック、１１ 突起、１３，１７ 有底穴、１５ ボルト、１６ 表面、１８ 支持面、２０ 平板、２１ ねじ孔、２２，３３ 吸着溝、２５，３２ 上面、２６，３１ 下面、３０ セラミック板、４０ ヒータ、４１ マイカ板、４２ 抵抗線、４３ 孔、４４ 電気入力端子、４５ ヒータ押さえ板、５０ コイルスプリング、６０ 押さえリング、６１ ボルト、１００ ボンディンステージ。

Claims (3)

1. 上面が平坦な複数の突起がその表面に設けられた基体部と、
   前記突起の上面に固定された平板と、
   前記平板の上に吸着固定された表面板と、
   前記平板の前記基体部側に配置された板状のヒータと、
   前記ヒータと前記基体部との間に設けられ、前記ヒータを前記平板の前記基体部側の面に密着させる弾性部材と、
   を備えるボンディングステージ。
2. 請求項１に記載のボンディングステージであって、
   前記基体部は、複数の有底穴を備え、
   前記弾性部材は、前記有底穴の中に配置され、その初期高さは、前記有底穴の深さよりも高く、
   前記ヒータは前記突起が貫通する複数の孔を備え、前記突起に沿って基体部の厚さ方向に移動可能であり、
   前記弾性部材は、前記平板を前記基体部の突起の上面に固定した際に圧縮され、前記ヒータを前記平板に押し付け、密着させるボンディングステージ。
3. ボンディングステージの製造方法であって、
   上面が平坦な複数の突起がその表面に設けられた基体部と、前記突起の上面に固定される平板とを準備する工程と、
   前記突起の上面に平板を固定する平板固定工程と、
   前記基体部と前記平板とを一体として前記平板の表面を平面加工する平面加工工程と、
   平面加工工程の後、前記平板を前記基体部から取り外す平板取り外し工程と、
   前記ヒータと前記基体部との間に板状のヒータと弾性部材とを配置するヒータ配置工程と、
   前記平板を前記突起の上面に固定し、前記ヒータが前記平板の前記基体部側の面に密着するように、前記基体部に平板を再固定する平板再固定工程と、
   を含むボンディングステージの製造方法。

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