JP6568671B2 - 熱圧着ボンディングシステムおよび当該システムを動作させる方法 - Google Patents

Description

関連出願の相互参照
本出願は、この参照によりその内容が本明細書に組み込まれる、２０１４年２月２８日付けで出願された米国仮特許出願第６１／９４５，９１６号に対して利益を主張する。

本発明は、半導体パッケージにおける電気的な相互接続の形成に関し、より詳細には、改善された熱圧着ボンディングシステムおよびこれを動作させる方法に関する。

半導体パッケージング産業のいくつかの態様において、半導体素子がボンディング位置にボンディングされる。たとえば、従来のダイ取り付け（ダイボンディングとしても既知である）のアプリケーションにおいて、半導体ダイが、基板（たとえば、リードフレーム、積層ダイアプリケーション内の別のダイ、スペーサなど）のボンディング位置にボンディングされる。高度なパッケージングアプリケーションにおいて、半導体素子（たとえば、裸の半導体ダイ、パッケージされた半導体ダイなど）が、基板（たとえば、リードフレーム、ＰＣＢ、キャリア、半導体ウェハ、ＢＧＡ基板など）のボンディング位置にボンディングされる。導電性構造（たとえば、導電性バンプ、コンタクトパッド、はんだバンプ、導電性ピラー、銅ピラーなど）が、半導体素子とボンディング位置との間の電気的な相互接続を提供する。特定のアプリケーションにおいて、これらの導電性構造は、ワイヤーボンディング装置を使用して形成されるワイヤーループに類似する電気的な相互接続を提供することができる。

多くのアプリケーション（たとえば、半導体素子の熱圧着ボンディング）において、はんだ材料が導電性構造に含まれる。多くのそのような工程において、ボンディングされている半導体素子に熱が（たとえば、ボンドツールを保持するボンド・ヘッド・アセンブリの加熱装置を通じて）加えられる。加熱は、装置のスループット（たとえば、ＵＰＨ、すなわち毎時単位）が許容可能なレベルであるように迅速に達成されることが重要である。このような加熱は、加熱装置（または加熱装置の部分）が、異なる時間／場所において異なる温度（たとえば、熱圧着時のより高い温度とは対照的に、ウェハのような原料から構成要素を取り出す間はより低い温度）であることが望ましいため、困難である可能性がある。
この出願の発明に関連する先行技術文献情報としては、以下のものがある。
（先行技術文献）
（特許文献）
（特許文献１） 米国特許第６，１１３，７３２号明細書
（特許文献２） 米国特許出願公開第２０１３／０３３３７２６号明細書

したがって、半導体素子をボンディングするボンディング装置を動作させるための改善された方法を提供することが望ましい。

本発明の例示的な実施形態によれば、半導体素子をボンディングするための熱圧着ボンディングシステムが提供される。前記熱圧着ボンディングシステムは、（１）ボンディングされる半導体素子を加熱する加熱装置と冷却流体を受け入れるように構成された流体流路とを含むボンド・ヘッド・アセンブリと、（２）加圧冷却流体源と、（３）前記加圧冷却流体源から加圧冷却流体を受け入れ、前記受け入れられた加圧冷却流体の圧力を上昇させる増圧ポンプと、（４）前記増圧ポンプからの加圧冷却流体を受け入れる加圧流体リザーバと、（５）前記加圧流体リザーバから前記流体流路に向かう加圧冷却流体の供給を制御する制御弁とを含む。

本発明の別の例示的な実施形態によれば、半導体素子をボンディングするための別の熱圧着ボンディングシステムが提供される。前記熱圧着ボンディングシステムは、ボンディングされる半導体素子を加熱する加熱装置と冷却流体を受け入れるように構成された流体流路とを含むボンド・ヘッド・アセンブリと、加圧冷却流体源と、前記加圧冷却流体源から前記流体流路に向かう加圧冷却流体の供給を制御する流量制御弁と、前記流量制御弁を制御するコンピュータであって、熱圧着ボンディング工程の冷却工程における異なる段階の間、前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体の供給を制御して変化させるように構成されているものである、前記コンピュータとを含む。そのような熱圧着ボンディングシステムはまた、たとえば特に、増圧ポンプ、加圧流体リザーバ、制御弁（たとえば、デジタルオン／オフ弁）、および温度センサを含む、本明細書に記載する様々な他の要素も含むことができる。

本発明のまた別の例示的な実施形態によれば、熱圧着式ボンディング装置を動作させる方法が提供される。前記方法は、（ａ）加圧冷却流体源を提供する工程と、（ｂ）増圧ポンプにより前記加圧冷却流体源からの加圧冷却流体の圧力を上昇させる工程と、（ｃ）前記増圧ポンプからの加圧冷却流体を加圧流体リザーバで受け入れる工程と、（ｄ）前記加圧流体リザーバから前記熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路に向かう前記加圧冷却流体の流れを制御弁により制御する工程とを含む。

本発明のまた別の例示的な実施形態によれば、熱圧着ボンディングシステムを動作させる方法が提供される。前記方法は、（ａ）加圧冷却流体源を提供する工程と、（ｂ）流量制御弁により、前記加圧流体源から前記熱圧着ボンディングシステムのボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路に向かう加圧冷却流体の供給を制御する工程であって、熱圧着ボンディング工程の冷却工程における異なる段階の間、前記流量制御弁により前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体の供給が制御されて変化するものである、前記制御する工程とを含む。無論、そのような方法は、本明細書に記載するような他の工程を含むことができる。

本発明は、添付の図面とともに読まれるときに以下の詳細な説明から最良に理解される。慣行に従って、図面の様々な特徴は原寸に比例していないことを強調しておく。逆に、様々な特徴の寸法は、明瞭にするために適宜拡大または縮小される。図面には、以下の図が含まれる。

図１Ａは、本発明の例示的な実施形態による、半導体素子を基板にボンディングする構造および方法を図示する熱圧着式ボンディング装置の部分のブロック図である。 図１Ｂは、本発明の例示的な実施形態による、半導体素子を基板にボンディングする構造および方法を図示する熱圧着式ボンディング装置の部分のブロック図である。 図２は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを図示するブロック図である。 図３は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを図示するブロック図である。 図４は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを図示するブロック図である。 図５は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを図示するブロック図である。 図６は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを図示するブロック図である。 図７は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを図示するブロック図である。 本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムの要素の温度プロファイルのグラフ図である。 本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムの要素の温度プロファイルのグラフ図である。 本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムの要素の温度プロファイルのグラフ図である。 本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムの要素の温度プロファイルのグラフ図である。 本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムの要素の温度プロファイルのグラフ図である。 図１２は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを動作させる方法を図示する流れ図である。 図１３は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを動作させる方法を図示する流れ図である。 図１４は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを動作させる方法を図示する流れ図である。 図１５は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを動作させる方法を図示する流れ図である。 図１６は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを動作させる方法を図示する流れ図である。 図１７は、本発明の様々な例示的な実施形態による熱圧着ボンディングシステムを動作させる方法を図示する流れ図である。

本明細書において使用される場合、「半導体素子」という用語は、半導体チップまたはダイを含む（または後の工程において含むように構成される）任意の構造を指すように意図される。例示的な半導体素子は、特に、裸の半導体ダイ、基板（たとえば、リードフレーム、ＰＣＢ、キャリア、半導体チップ、半導体ウェハ、ＢＧＡ構造、半導体素子など）上の半導体ダイ、パッケージされた半導体デバイス、フリップチップ半導体デバイス、基板内に埋め込まれたダイ、半導体ダイのスタックを含む。さらに、半導体素子は、半導体パッケージにボンディングされるか、または他の様態で半導体パッケージ内に含まれるように構成されている要素（たとえば、積層ダイ構成、基板内にボンディングされるスペーサなど）を含むことができる。

本明細書において使用される場合、「基板」および「ワークピース」という用語は、半導体素子がボンディング（たとえば、熱圧着、超音波ボンディング、超音波熱圧着、ダイボンディングなど）することができる任意の構造を指すように意図される。例示的な基板は、たとえば、リードフレーム、ＰＣＢ、キャリア、半導体チップ、半導体ウェハ、ＢＧＡ基板、半導体素子などを含む。

本発明の特定の態様によれば、熱圧着ボンディングシステムは、たとえば、ボンディングされる半導体素子の相互接続の一部として含まれるはんだ材料の溶融および／または軟化のために、ボンド・ヘッド・アセンブリにおける熱を利用する熱圧着ボンディングシステムが開示される。ボンド・ヘッド・アセンブリによって保持されるボンドツール（加熱装置とは別個のものとすることができ、または、加熱装置の一部とすることもできる）は、半導体素子を基板に配置して、はんだバンプを溶融して配置／ボンディングされている半導体素子上で再固化することによって、ボンディングする。はんだバンプを溶融するためには、ボンドツールを急速に加熱することができることが重要である。ボンディングされている半導体素子の位置を（たとえば、１桁のマイクロメートル、またはより小さいレベルに）維持しながらボンドツールを急速に冷却することができることも望ましい。したがって、熱圧着ボンディングシステムが、ボンディング工程のすべての段階の間（たとえば、加熱段階／工程の間、冷却段階／工程の間など）にボンドツールの温度を精密に制御することができることが望ましい。

本発明の様々な態様によれば、ボンドヘッドの温度（たとえば、加熱装置／ボンドツールのようなボンドヘッドの一部）を、熱圧着ボンディング工程の冷却段階／工程の間に制御することができる。たとえば、本発明の特定の例示的な実施形態によれば、アナログの流量制御弁を使用して、加圧冷却流体の流速を制御する（たとえば、所定の測定温度を有するコマンドプロファイルをフィードバック信号として使用して、コンピュータプログラムの命令により可変冷却速度であるように制御される）ことができる。熱圧着ボンディング工程の間、最大システム性能以外の冷却速度がボンディング工程の制御に所望されることが多いため、これは特に有益である。たとえば、はんだの初期固化（すなわち、溶融後の再固化）の間、実質的に一貫した品質のボンディングによる相互接続をもたらすために高度に制御された（かつ反復可能な）冷却が望ましい。

温度センサ（たとえば、加熱装置／ボンドツールの下面の温度等を検知するように配置されたフィードバックセンサ）を、命令により実行される、冷却工程における急速冷却段階（たとえば、１秒の期間にわたって１００〜１５０℃）の間に熱圧着ヘッドアセンブリ内に設けることができる。そのようなフィードバック制御式冷却は、本明細書に記載するような多段階冷却工程（たとえば、最大冷却に満たない第１の制御式冷却段階および最大冷却での第２の冷却段階）とともに使用することができる。

さらに、そのようなフィードバック制御式冷却はまた、熱圧着ボンディング工程の間の様々な時点において使用することもできる。たとえば、一定量の熱（熱エネルギー）が、ボンド・ヘッド・アセンブリの、温度フィードバックセンサによって直接測定されない部分の中に残る。この熱エネルギーは、より温かい物体からちょうど冷却された物体（たとえば、加熱装置／ボンドツール）へと徐々に移動することになる。温度フィードバックデバイス上では温度のドリフトに見える。そのような状況においては、デジタル（たとえば、オン／オフ）冷却システムを使用することは、冷却の量が容易に制御されず、結果としてボンド・ヘッド・アセンブリの一部分が望ましくない量だけ冷却されることになるため、この状況においては望ましくない可能性がある。

本発明の様々な態様によれば、流入する加圧冷却流体の圧力を、通常利用可能であるもの（たとえば、工場圧縮空気）を上回って上昇させるために、増圧ポンプ（たとえば、機械式増圧器）を設けることができる。そのような流入する圧力の上昇は、加熱装置内の小さいチャネルにおける圧力降下を克服するのに使用することができる。主にチャネル壁の摩擦によって引き起こされる、そのようなチャネルを通じた圧力降下は、流体速度を急速に降下させ、冷却効率の損失をもたらす。そのような損失は、より圧力の高い流体を使用することによって軽減することができる。施設において利用可能な圧力（たとえば、圧縮空気）は、最大冷却をもたらすほど十分には高くないことが多い。増圧器を設けることによって、入力冷却流体圧を、所望のレベルまで上昇させることができる（たとえば、少なくとも５０％の圧力上昇、少なくとも１００％の圧力上昇などで、特定の例は０．６ＭＰａから１．２ＭＰａまでの上昇のような、１００％の上昇である）。

ここで図面を参照すると、図１Ａは、ボンドステージ１２０（たとえば、シャトル、加熱シャトル、ヒートブロック、アンビルなど）およびボンドステージ１２０によって支持される支持構造１０４を含むボンディング装置１００（たとえば、熱圧着フリップチップボンディング装置）の部分を示す（ここで、支持構造１０４およびボンドステージ１２０は、単一の要素に一体化することができる）。当業者には諒解されるように、支持構造１０４は、適用特定部（業界ではｐパートと称されることがある）と称される場合がある。基板１０２が支持構造１０４によって支持され、熱圧着ボンディング工程を通じて少なくとも１つの半導体素子を受け入れるように構成されている。下側導電性構造１０８ａ、１０８ｂ（たとえば、導電性トレース、導電パッドなど）が基板１０２上に設けられる。ボンディング装置１００はまた、半導体素子１１０を保持する加熱ボンドツール１１２を保持するボンド・ヘッド・アセンブリ１２２も含む。上側導電性構造１１４ａ、１１４ｂ（たとえば、はんだ接触子部分１１６ａ、１１６ｂを含んで図示されている、銅ピラーのような導電性ピラー）が、半導体素子１１０上に設けられる。ボンドツール１１２は、上側導電性構造１１４ａ、１１４ｂが下側導電性構造１０８ａ、１０８ｂに接触するように下降される（たとえば、図１Ｂ参照）。図１Ｂに図示されているように、熱圧着ボンディング工程を通じて、はんだ接触子部分１１６ａ、１１６ｂが軟化され、その後、上側導電性構造１１４ａ、１１４ｂの１つとそれぞれの下側導電性構造１０８ａ、１０８ｂとの間の持続的な導電性結合をもたらすはんだ接合部分１１８ａ、１１８ｂとして再固化される。図１Ａ〜図１Ｂは２対の導電性構造（対１１４ａ、１０８ａおよび対１１４ｂ、１０８ｂ）のみを図示しているが、これは無論、説明を容易にするための単純な例である。実際には、任意の数の導電性構造対を設けることができる（たとえば、数十対の導電性構造、数百対の導電性構造など）。

図２は、熱圧着式ボンディング装置２４０を含む例示的な熱圧着ボンディングシステム２００を図示する。装置２４０は、上側構造２２１（図示されていない様々な要素を含む）と、冷却構造２２２と、加熱装置２２４とを含むボンド・ヘッド・アセンブリ２２０を含む。加熱装置２２４は、半導体素子２２８（たとえば、ボンディングされる半導体ダイ）と接触している。当業者には諒解されるように、加熱装置２２４は、半導体素子２２８を保持し、これをワークピース２６０にボンディングするように構成されている加熱ボンドツールとすることができる。当業者には諒解されるように、加熱装置２２４は、（図１Ａ〜図１Ｂに図示されているツール１１２と同様の）加熱ボンドツールと考えることができる。すなわち、加熱装置およびボンドツールという用語は交換可能に使用することができ、（図１Ａ〜図１Ｂおよび図２〜図７に図示されている例示的な実施形態において示されているように）単一の構成要素に一体化することができるか、または、複数の別個の構成要素とすることができる。装置２４０はまた、コンピュータ２３６、および、ワークピース２６０を支持するためのボンドステージ２３２も含む。温度センサ２２６が、加熱装置２２４の温度を測定し、この温度に関係する情報を、温度信号２３４としてコンピュータ２３６に提供し戻す。

熱圧着ボンディングシステム２００はまた、熱圧着ボンディング工程の一部として加熱装置／ボンドツール２２４を冷却するために、ボンドヘッド２２０に加圧冷却流体（たとえば、圧縮空気）を提供するための要素も含む。より具体的には、システム２００は、加圧冷却流体を増圧ポンプ２０４に提供するための加圧冷却流体源２０２（たとえば、圧縮空気タンクまたはコンプレッサからの配管などのような、工場圧縮空気源）を含む。増圧ポンプ２０４は、流体源２０２からの加圧冷却流体を受け入れ、受け入れられた加圧冷却流体の圧力を上昇させる。本発明の特定の例示的な実施形態において、増圧ポンプ２０４は、流体源２０２からの加圧冷却流体の圧力を、少なくとも５０％、少なくとも１００％などだけ上昇させる。１つの非常に特定的な例では、流体源２０２からの加圧冷却流体は、約０．６ＭＰａの圧力において提供され、増圧ポンプ２０４は、加圧冷却流体の圧力を約１．２ＭＰａまで上昇させる（たとえば、約１００％の圧力上昇）。加圧冷却流体（この時点で上昇されている圧力）はその後、加圧流体リザーバ２０６（たとえば、圧縮空気タンク）によって受け入れられる。リザーバ２０６からの加圧流体は流量制御弁２０８（たとえば、アナログ制御弁）によって受け入れられ、ここで、流量制御弁２０８は、ボンド・ヘッド・アセンブリ２２０に提供される加圧冷却流体の圧力を調整するように構成されている。流量制御弁２０８の下流には、ボンド・ヘッド・アセンブリ２２０への加圧冷却流体の供給を制御する制御弁２１０（たとえば、オン／オフデジタル弁）がある。流量制御弁２０８および制御弁２１０は各々、（それぞれの制御信号２３８ａ、２３８ｂによって図示されるように）コンピュータ２３６によって制御される。弁２１０の下流において、加圧冷却流体は、ボンド・ヘッド・アセンブリ２２０の入口２１４に達するまで、流体流路２１２内を進む。流体流路２１５は、ボンド・ヘッド・アセンブリ２２０内に含まれており、入口流体流路２１６（上側構造２２１によって画成される）と、冷却経路２２２ａ（冷却構造２２２によって画成される）と、出口流体流路２１８（上側構造２２１によって画成される）とを含む。

図２〜図７に関連して図示および記載されている本発明の例示的な実施形態によれば、様々な要素は熱圧着ボンディングシステム（たとえば、システム２００、３００、４００、５００、６００、および７００）の一部であるが、対応する熱圧着式ボンディング装置（たとえば、装置２４０、３４０、４４０、５４０、６４０、および７４０）とは別個のものであるとして記載されている。図２におけるそのような要素の例は、要素２０４、２０６、２０８、および２１０である。本発明によれば、そのような要素のいずれかまたはすべては、対応する熱圧着式ボンディング装置に含むことができる。

図３〜図７の各々は、図２に示すシステム２００と同様のシステムを図示しており、同様の要素が、最初の数字が異なることを除いて同じ参照数字を含む参照符号を付されている。たとえば、ボンド・ヘッド・アセンブリは、要素２２０（図２）、要素３２０（図３）、要素４２０（図４）、要素５２０（図５）、要素６２０（図６）、要素７２０（図７）として参照符号を付されている。下記において別途記載しない限り、要素（およびその機能）は、図２に記載されているものと実質的に同様である。

特に図３を参照すると、図２と比較しての主な差は、流量制御弁３０８が、（図２において流量制御弁２０８が制御弁２１０の上流に配置されているのとは対照的に）制御弁３１０の下流に配置されていることである。図３は、熱圧着式ボンディング装置３４０を含む例示的な熱圧着ボンディングシステム３００を図示する。装置３４０は、上側構造３２１と、冷却構造３２２と、加熱装置３２４とを含むボンド・ヘッド・アセンブリ３２０を含む。加熱装置３２４は、半導体素子３２８と接触している。当業者には諒解されるように、加熱装置３２４は、半導体素子３２８を保持し、これをワークピース３６０にボンディングするように構成されている加熱ボンドツールとすることができる。装置３４０はまた、コンピュータ３３６、および、ワークピース３６０を支持するためのボンドステージ３３２も含む。温度センサ３２６が、加熱装置３２４の温度を測定し、この温度に関係する情報を、温度信号３３４としてコンピュータ３３６に提供し戻す。

熱圧着ボンディングシステム３００はまた、増圧ポンプ３０４に加圧冷却流体を提供するための加圧冷却流体源３０２も含む。増圧ポンプ３０４は、流体源３０２からの加圧冷却流体を受け入れ、受け入れられた加圧冷却流体の圧力を（たとえば、少なくとも５０％、少なくとも１００％などだけ）上昇させる。加圧冷却流体（この時点で上昇されている圧力）はその後、加圧流体リザーバ３０６によって受け入れられる。リザーバ３０６からの加圧流体は、ボンド・ヘッド・アセンブリ３２０への加圧冷却流体の供給を制御するための制御弁３１０（たとえば、オン／オフデジタル弁）によって受け入れられる。制御弁３１０の下流には、流量制御弁３０８（たとえば、アナログ制御弁）があり、ここで、流量制御弁３０８は、ボンド・ヘッド・アセンブリ３２０に提供される加圧冷却流体の圧力を調整するように構成されている。制御弁３１０および流量制御弁３０８は各々、それぞれの制御信号３３８ａ、３３８ｂによって図示されるように、コンピュータ３３６によって制御される。流量制御弁３０８の下流において、加圧冷却流体は、ボンド・ヘッド・アセンブリ３２０の入口３１４に達するまで、流体流路３１２内を進む。流体流路３１５は、ボンド・ヘッド・アセンブリ３２０内に含まれており、入口流体流路３１６（上側構造３２１によって画成される）と、冷却経路３２２ａ（冷却構造３２２によって画成される）と、出口流体流路３１８（上側構造３２１によって画成される）とを含む。

特に図４を参照すると、図２〜図３と比較しての主な差は、流量制御弁４０８が、（それぞれ図２〜図３における流量制御弁２０８／３０８が制御弁２１０／３１０と直列であるのとは対照的に）制御弁４１０を含む流体流路と並列の流体流路内にあることである。図４は、熱圧着式ボンディング装置４４０を含む例示的な熱圧着ボンディングシステム４００を図示する。装置４４０は、上側構造４２１と、冷却構造４２２と、加熱装置４２４とを含むボンド・ヘッド・アセンブリ４２０を含む。加熱装置４２４は、半導体素子４２８と接触している。当業者には諒解されるように、加熱装置４２４は、半導体素子４２８を保持し、これをワークピース４６０にボンディングするように構成されている加熱ボンドツールとすることができる。装置４４０はまた、コンピュータ４３６、および、ワークピース４６０を支持するためのボンドステージ４３２も含む。温度センサ４２６が、加熱装置４２４の温度を測定し、この温度に関係する情報を、温度信号４３４としてコンピュータ４３６に提供し戻す。

熱圧着ボンディングシステム４００はまた、増圧ポンプ４０４に加圧冷却流体を提供するための加圧冷却流体源４０２も含む。増圧ポンプ４０４は、流体源４０２からの加圧冷却流体を受け入れ、受け入れられた加圧冷却流体の圧力を（たとえば、少なくとも５０％、少なくとも１００％などだけ）上昇させる。加圧冷却流体（この時点で上昇されている圧力）はその後、加圧流体リザーバ４０６によって受け入れられる。リザーバ４０６からの加圧流体は、２つの方向、すなわち、制御弁４１０（たとえば、オン／オフデジタル弁）を通って流体流路４１２に向かう第１の方向、および、流量制御弁４０８（たとえば、アナログ制御弁）を通って流体流路４１２に向かう第２の方向のいずれか（または場合によっては、必要に応じてその両方）を流れることができる。たとえば、特定の用途に応じて（および／またはボンディング工程のタイミング／段階に応じて）、加圧冷却流体を連続的に最大限に流すことが望ましい場合があり、この場合、制御弁４１０を開くことができる（流量制御弁４０８は閉じられる）。別の用途において、（および／またはボンディング工程のタイミング／段階に応じて）、加圧冷却流体を特定の圧力値において制御して（たとえば、アナログ制御して）流すことが望ましい場合があり、この場合、制御弁４１０を閉じることができる（流量制御弁４０８は、所望の圧力値をもたらすために選択された位置で開いている）。流量制御弁４０８および制御弁４１０は各々、それぞれの制御信号４３８ａ、４３８ｂによって図示されるように、コンピュータ４３６によって制御される。加圧冷却流体がいずれの方向に（すなわち、弁４１０または弁４０８のいずれを通じて）流れるかにかかわらず、加圧冷却流体は、ボンド・ヘッド・アセンブリ４２０の入口４１４に達するまで、流体流路４１２内を進む。流体流路４１５は、ボンド・ヘッド・アセンブリ４２０内に含まれており、入口流体流路４１６（上側構造４２１によって画成される）と、冷却経路４２２ａ（冷却構造４２２によって画成される）と、出口流体流路４１８（上側構造４２１によって画成される）とを含む。

図４において、流量制御弁４０８は、増圧ポンプ４０４によって流体の圧力が上昇された後に加圧冷却流体を受け入れることは特筆すべきである。したがって、設計検討事項に応じて、流量制御弁４０８は、増圧ポンプ４０４の最大出力圧力までの（たとえば、またはアナログ制御を使用して、設計制約を所与として所望される程度に低い）圧力レベルにおいて加圧冷却流体を提供することが可能であることができる。特に図５を参照すると、図４と比較しての主な差は、流量制御弁５０８がその入力において、増圧ポンプ５０４によって流体の圧力が上昇される前に流体源５０２から冷却流体を受け入れることである。それゆえ、加圧冷却流体は、（流体源４０２からの入力冷却流体が、増圧ポンプ４０４の下流でより高いレベルにおいて提供される図４とは対照的に）より低い圧力において提供される。

図５は、熱圧着式ボンディング装置５４０を含む例示的な熱圧着ボンディングシステム５００を図示する。装置５４０は、上側構造５２１と、冷却構造５２２と、加熱装置５２４とを含むボンド・ヘッド・アセンブリ５２０を含む。加熱装置５２４は、半導体素子５２８と接触している。当業者には諒解されるように、加熱装置５２４は、半導体素子５２８を保持し、これをワークピース５６０にボンディングするように構成されている加熱ボンドツールとすることができる。装置５４０はまた、コンピュータ５３６、および、ワークピース５６０を支持するためのボンドステージ５３２も含む。温度センサ５２６が、加熱装置５２４の温度を測定し、この温度に関係する情報を、温度信号５３４としてコンピュータ５３６に提供し戻す。

熱圧着ボンディングシステム５００はまた、増圧ポンプ５０４および／または流量制御弁５０８に加圧冷却流体を提供するための加圧冷却流体源５０２も含む。増圧ポンプ５０４は、流体源５０２からの加圧冷却流体を受け入れ、受け入れられた加圧冷却流体の圧力を（たとえば、少なくとも５０％、少なくとも１００％などだけ）上昇させる。加圧冷却流体（この時点で上昇されている圧力）はその後、加圧流体リザーバ５０６によって受け入れられる。リザーバ５０６からの加圧流体は、制御弁５１０（たとえば、オン／オフデジタル弁）を通じて流体流路５１２へと流れる。たとえば、特定の用途に応じて（および／またはボンディング工程のタイミング／段階に応じて）、加圧冷却流体を連続的に最大限に流すことが望ましい場合があり、この場合、制御弁５１０を開くことができる（流量制御弁５０８は閉じられる）。別の用途において、（および／またはボンディング工程のタイミング／段階に応じて）、加圧冷却流体を特定の圧力値において制御して（たとえば、アナログ制御して）流すことが望ましい場合があり、この場合、制御弁５１０を閉じることができる（流量制御弁５０８は、所望のフロー値をもたらすために選択された位置で開いている）。流量制御弁５０８および制御弁５１０は各々、それぞれの制御信号５３８ａ、５３８ｂによって図示されるように、コンピュータ５３６によって制御される。いずれの弁（すなわち、弁５１０または弁５０８）が加圧冷却流体の流れを制御するかにかかわらず、加圧冷却流体は、ボンド・ヘッド・アセンブリ５２０の入口５１４に達するまで、流体流路５１２内を進む。流体流路５１５は、ボンド・ヘッド・アセンブリ５２０内に含まれており、入口流体流路５１６（上側構造５２１によって画成される）と、冷却経路５２２ａ（冷却構造５２２によって画成される）と、出口流体流路５１８（上側構造５２１によって画成される）とを含む。

図２〜図５に示す例示的な構成の各々は、別個の制御弁（たとえば、デジタル「オン／オフ」弁）および流量制御弁（たとえば、他のプロファイルのコンピュータプログラムに従って加圧冷却流体の供給を制御するためのアナログ制御弁）を含む熱圧着ボンディングシステムを図示している。当業者には明らかであろうように、本発明の特定の態様は、システムに含まれるこれら２つの弁の１つのみを用いて達成することができる。図６〜図７は、そのような構成の２つの例を図示している。

特に図６を参照して、図４と比較しての主な差は、加圧冷却流体の制御が、（アナログ流量制御弁４０８およびオン／オフ制御弁４１０の両方を含む図４とは対照的に）対応するデジタルオン／オフ制御弁ではなく、流量制御弁６０８によって制御されることである。たとえば、熱圧着ボンディング工程の冷却段階／工程のすべての段階の間に加圧冷却流体の流れ／供給を制御するのに十分にロバストである流量制御弁が設けられる段取りが考えられる。図６は、熱圧着式ボンディング装置６４０を含む例示的な熱圧着ボンディングシステム６００を図示する。装置６４０は、上側構造６２１と、冷却構造６２２と、加熱装置６２４とを含むボンド・ヘッド・アセンブリ６２０を含む。加熱装置６２４は、半導体素子６２８と接触している。当業者には諒解されるように、加熱装置６２４は、半導体素子６２８を保持し、これをワークピース６６０にボンディングするように構成されている加熱ボンドツールとすることができる。装置６４０はまた、コンピュータ６３６、および、ワークピース６６０を支持するためのボンドステージ６３２も含む。温度センサ６２６が、加熱装置６２４の温度を測定し、この温度に関係する情報を、温度信号６３４としてコンピュータ６３６に提供し戻す。

熱圧着ボンディングシステム６００はまた、増圧ポンプ６０４に加圧冷却流体を提供するための加圧冷却流体源６０２も含む。増圧ポンプ６０４は、流体源６０２からの加圧冷却流体を受け入れ、受け入れられた加圧冷却流体の圧力を（たとえば、少なくとも５０％、少なくとも１００％などだけ）上昇させる。加圧冷却流体（この時点で上昇されている圧力）はその後、加圧流体リザーバ６０６によって受け入れられる。加圧冷却流体はリザーバ６０６から流量制御弁６０８へと方向付けられる。流量制御弁６０８は、加圧冷却流体の供給を制御する（たとえば、流れ／供給がボンディング工程のタイミング／段階に応じて変化する可能性があるコンピュータプログラムによるアナログ制御）。流量制御弁６０８を通過する加圧冷却流体は、ボンド・ヘッド・アセンブリ６２０の入口６１４に達するまで、流体流路６１２内を進む。流体流路６１５は、ボンド・ヘッド・アセンブリ６２０内に含まれており、入口流体流路６１６（上側構造６２１によって画成される）と、冷却経路６２２ａ（冷却構造６２２によって画成される）と、出口流体流路６１８（上側構造６２１によって画成される）とを含む。

特に図７を参照して、図６と比較しての主な差は、加圧冷却流体の制御が、（流量制御弁６０８を含む図６とは対照的に）対応するアナログ流量制御弁ではなく、制御弁７１０によって制御されることである。たとえば、加圧冷却流体の供給のアナログ制御が必要とされず、または所望されず、流体圧を上昇させるために増圧ポンプを加えることで、単純なデジタルオン／オフ制御弁を介して所望の冷却が可能になる用途が考えられる。図７は、熱圧着式ボンディング装置７４０を含む例示的な熱圧着ボンディングシステム７００を図示する。装置７４０は、上側構造７２１と、冷却構造７２２と、加熱装置７２４とを含むボンド・ヘッド・アセンブリ７２０を含む。加熱装置７２４は、半導体素子７２８と接触している。当業者には諒解されるように、加熱装置７２４は、半導体素子７２８を保持し、これをワークピース７６０にボンディングするように構成されている加熱ボンドツールとすることができる。装置７４０はまた、コンピュータ７３６、および、ワークピース７６０を支持するためのボンドステージ７３２も含む。温度センサ７２６が、加熱装置７２４の温度を測定し、この温度に関係する情報を、温度信号７３４としてコンピュータ７３６に提供し戻す。

熱圧着ボンディングシステム７００はまた、増圧ポンプ７０４に加圧冷却流体を提供するための加圧冷却流体源７０２も含む。増圧ポンプ７０４は、流体源７０２からの加圧冷却流体を受け入れ、受け入れられた加圧冷却流体の圧力を（たとえば、少なくとも５０％、少なくとも１００％などだけ）上昇させる。加圧冷却流体（この時点で上昇されている圧力）はその後、加圧流体リザーバ７０６によって受け入れられる。加圧冷却流体はリザーバ７０６から制御弁７１０へと方向付けられる。制御弁７１０は、加圧冷却流体の流れを制御する（たとえば、コンピュータプログラムによる「オン／オフ」デジタル制御）。制御弁７１０を通過する加圧冷却流体は、ボンド・ヘッド・アセンブリ７２０の入口７１４に達するまで、流体流路７１２内を進む。流体流路７１５は、ボンド・ヘッド・アセンブリ７２０内に含まれており、入口流体流路７１６（上側構造７２１によって画成される）と、冷却経路７２２ａ（冷却構造７２２によって画成される）と、出口流体流路７１８（上側構造７２１によって画成される）とを含む。

当業者には諒解されるように、図２〜図７に図示されているシステムは、本発明の特定の例示的な実施形態に従って、追加の要素、またはより少ない要素を含むことができる。追加の要素（複数の場合もあり）の例は、加圧冷却流体の逆流を防止する逆流防止弁である。特定の用途に応じてシステムの１つから取り外すことができる要素（複数の場合もあり）の例は、特に、増圧ポンプ、加圧流体リザーバである。

図２〜図７の各々は、それぞれのボンド・ヘッド・アセンブリ内に含まれている例示的な流体流路２１５、３１５、４１５、５１５、６１５、および７１５を図示している。これらの流体流路は各々、単純に、入口流体流路、冷却構造によって画成される冷却経路、および出口流体流路を含むように図示されているが、当業者には諒解されるように、流体流路は、図示されているものよりもはるかに複雑である可能性がある。すなわち、熱圧着ボンディングシステムにおいて、ボンド・ヘッド・アセンブリの部分の急速な加熱および冷却は重要である可能性がある。多くの流路を含む複雑な冷却システムが利用される可能性がある。

本発明の様々な例示的な実施形態のいくつかの利点を、図８、図９Ａ〜図９Ｂ、図１０、および図１１にグラフで示す。特に図８を参照すると、２つの異なるタイプの熱圧着ボンディングシステムについて、（たとえば、図１Ａに示すはんだ材料１１６ａ、１１６ｂと同様の）熱圧着ボンディング工程において形成される相互接続部に含まれるはんだ材料の加熱および冷却を示す時間対温度のプロットが提供される。この図において、「ユニット１」システムは、（それぞれ図２〜図７に図示されている増圧ポンプ２０４、３０４、４０４、５０４、６０４および７０４と同様の）増圧ポンプを含む。「ユニット２」システムはそのような増圧ポンプを含まず、代わりに工場圧縮空気圧に依拠する。この例において、両方のシステムについて加熱工程は同一であるが、ユニット１システムにおいては加圧冷却流体がより高い圧力において提供されるため、冷却工程は異なる。図８に示すように、ユニット１システムは、ユニット２システムと比較してより速く冷却し、具体的には、より速く臨界溶融／再固化温度に達し、約１秒速く（たとえば、ユニット２の３．２秒に対して、ユニット１では約２．２秒）工程完了温度（約７０度）に達する。当業者には諒解されるように、この「工程完了温度」に達した後、さらなる処理（たとえば、ボンディングされる次の半導体素子を取り上げるための工程を開始すること）を開始することができる。さらなる処理（たとえば、ボンディングされる次の半導体素子を取り上げる工程）は、実際には、たとえば、再固化温度に達している限り、「工程完了温度」に達する前に開始することができることが諒解されよう。したがって、本発明によるユニット１システムのより速い処理時間の結果として、ＵＰＨレートが改善される。

熱圧着ボンディングシステムにおける加熱装置／ボンドツールの冷却における別の重要な考慮事項は、工程の一貫性に関係する。たとえば、同じ工程を実行する各システムが行程中にほぼ同時に溶融／再固化温度に達することが非常に望ましい。しかしながら、たとえ同じであるように設計されたとしても、各熱圧着ボンディングシステムは実際には若干異なるように機能する。図９Ａは、同じ設計の２つの熱圧着ボンディングシステム（すなわち、「ユニット１」および「ユニット２」）の時間対温度のプロットを図示している。図９Ａに示し、図９Ｂに詳細に示すように、ユニット１が再固化温度に達するのにかかる時間と、ユニット２が再固化温度に達するのにかかる時間との間には大幅な時間差（すなわち、Ｔ_Ｄ）がある。図９Ａ〜図９Ｂに示す例は、（問題の説明を容易にするために）通常よりも大きい変動を有するが、結果としてのＴ_Ｄは、熱圧着における現実世界の移植性の問題である。

図１０は、本発明による熱圧着ボンディングシステムにおける２段階冷却工程に関する時間対温度のプロットを図示している。図１０に示すように、約１．２５秒において「加熱」工程が完了した後、冷却工程の「制御冷却」段階が開始する。冷却工程のこの制御冷却段階の間、冷却速度はコンピュータプログラムによって定義され（また、フィードバック制御することができ、ここで、温度信号がフィードバック信号である）、ボンド・ヘッド・アセンブリ（加熱装置／ボンドツールを含む）が、所定の事象が発生するまで（たとえば、所定の温度が検出されるまで）所定の冷却プロファイルに従って冷却される。図１０に示す例において、この所定の事象は、冷却工程が再固化温度に達することである。再固化温度に達した後、冷却工程の「最大冷却」段階が開始して、工程完了温度（たとえば、図１０における約７０℃）に可能な限り早期に達するために、最大（または所定の最大）量の冷却がもたらされる。そのような２段階冷却工程を使用して、１つの熱圧着ボンディングシステムから別の熱圧着ボンディングシステムへの特定の移植性の問題を克服することができる。たとえば、図１１は、２つの異なる熱圧着ボンディングシステム（すなわち、「ユニット１」および「ユニット２」）における２段階冷却工程に関する時間対温度のプロットを図示している。図１１に示すように、２段階冷却工程を使用して、各システムは、ほぼ同時に再固化温度に達することが可能である。

図１２〜図１７は、熱圧着ボンディングシステムを動作させる例示的な方法を図示している。当業者には諒解されるように、本発明の範囲内で、特定の工程を追加することができ、特定の工程を削除することができ、および／または、いくつかの工程の順序を変えることができる。

特に図１２を参照すると、工程１２００において、熱圧着ボンディング工程における加熱段階／工程の間、熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリによって保持されている半導体素子が、加熱装置により加熱される。工程１２０２において、加圧冷却流体源（たとえば、工場圧縮空気）が提供される。工程１２０４において、加圧冷却流体源からの加圧冷却流体の圧力が、増圧ポンプにより上昇される。工程１２０６において、増圧ポンプからの加圧冷却流体が、加圧流体リザーバで受け入れられる。工程１２０８において、熱圧着ボンディング工程における冷却段階／工程の間、加圧流体リザーバから熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路に向かう加圧冷却流体の流れが、制御弁（たとえば、オン／オフデジタル弁）により制御される。たとえば、図７に図示されているシステム７００の構成を、図１２の方法を実施するのに使用することができる。

特に図１３を参照すると、工程１３００において、熱圧着ボンディング工程における加熱段階／工程の間、熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリによって保持されている半導体素子が、加熱装置により加熱される。工程１３０２において、加圧冷却流体源（たとえば、工場圧縮空気）が提供される。工程１３０４において、加圧冷却流体源からの加圧冷却流体の圧力が、増圧ポンプにより上昇される。工程１３０６において、増圧ポンプからの加圧冷却流体が、加圧流体リザーバで受け入れられる。工程１３０８において、熱圧着ボンディング工程における冷却段階／工程の間、加圧流体リザーバから熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路に向かう加圧冷却流体の流れが、制御弁（たとえば、オン／オフデジタル弁）により制御される。工程１３１０において、熱圧着ボンディング工程における冷却段階／工程の間、流体流路に提供される加圧冷却流体の供給が、制御弁と直列に配置されている流量制御弁により制御される。たとえば、それぞれ図２〜図３に図示されているシステム２００および３００の構成を、図１３の方法を実施するのに使用することができる。

特に図１４を参照すると、工程１４００において、熱圧着ボンディング工程における加熱段階／工程の間、熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリによって保持されている半導体素子が、加熱装置により加熱される。工程１４０２において、加圧冷却流体源（たとえば、工場圧縮空気）が提供される。工程１４０４において、熱圧着ボンディング工程における冷却段階／工程の間、加圧冷却流体源から熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路に向かう加圧冷却流体の供給が、流量制御弁により制御される。たとえば、図６に図示されているシステム６００の構成を、図１４の方法を実施するのに使用することができる。

特に図１５を参照すると、工程１５００において、熱圧着ボンディング工程における加熱段階／工程の間、熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリによって保持されている半導体素子が、加熱装置により加熱される。工程１５０２において、加圧冷却流体源（たとえば、工場圧縮空気）が提供される。工程１５０４において、加圧冷却流体源からの加圧冷却流体の圧力が、増圧ポンプにより上昇される。工程１５０６において、増圧ポンプからの加圧冷却流体が、加圧流体リザーバで受け入れられる。工程１５０８において、熱圧着ボンディング工程における冷却段階／工程の間、加圧流体リザーバから熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路に向かう加圧冷却流体の供給が、流量制御弁により制御される。たとえば、図６に図示されているシステム６００の構成を、図１５の方法を実施するのに使用することができる。

特に図１６を参照すると、工程１６００において、熱圧着ボンディング工程における加熱段階／工程の間、熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリによって保持されている半導体素子が、加熱装置により加熱される。工程１６０２において、加圧冷却流体源（たとえば、工場圧縮空気）が提供される。工程１６０４において、加圧冷却流体源からの加圧冷却流体の圧力が、増圧ポンプにより上昇される。工程１６０６において、増圧ポンプからの加圧冷却流体が、加圧流体リザーバで受け入れられる。工程１６０８において、熱圧着ボンディング工程における冷却段階／工程の第１の段階の間、流体流路に提供される加圧冷却流体の供給が、流量制御弁により調整される。工程１６１０において、熱圧着ボンディング工程における冷却段階／工程の第２の段階の間、加圧流体リザーバから熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路に向かう加圧冷却流体の流れが、制御弁により制御される。たとえば、熱圧着ボンディング工程の冷却段階／工程の間のそのような多段階冷却手法は、図１０〜図１１に示すものと同様の結果をもたらすことができる。たとえば、それぞれ図４〜図５に図示されているシステム４００および５００の構成を、図１６の方法を実施するのに使用することができる。

特に図１７を参照すると、工程１７００において、熱圧着ボンディング工程における加熱段階／工程の間、熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリによって保持されている半導体素子が、加熱装置により加熱される。工程１７０２において、加圧冷却流体源（たとえば、工場圧縮空気）が提供される。工程１７０４において、加圧冷却流体源からの加圧冷却流体の圧力が、増圧ポンプにより上昇される。工程１７０６において、増圧ポンプからの加圧冷却流体が、加圧流体リザーバで受け入れられる。工程１７０８において、熱圧着ボンディング工程における冷却段階／工程の間、熱圧着式ボンディング装置のボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路への加圧冷却流体の流れが、（制御弁および流量制御弁の少なくとも１つにより）制御される（ここで、冷却段階／工程は第１の段階および第２の段階を含み、第１の段階の間の加圧冷却流体の供給は、第２の段階とは異なる）。たとえば、それぞれ図２〜図６に図示されているシステム２００、３００、４００、５００、および６００の構成を、図１７の方法を実施するのに使用することができる。

本明細書において特定の実施形態を参照して本発明を図示および説明したが、本発明は、示されている詳細に限定されるようには意図されていない。むしろ、本発明から逸脱することなく、特許請求項の範囲および領域の中で、その詳細に様々な変更を行うことができる。

Claims (32)

1. 半導体素子をボンディングするための熱圧着ボンディングシステムであって、
   ボンディングされる半導体素子を加熱する加熱装置を含むとともに、当該熱圧着ボンディングシステムのボンディングサイクルにおける冷却段階の間に加圧冷却流体を受け入れるように構成された流体流路とを含むボンド・ヘッド・アセンブリと、
   加圧冷却流体源と、
   前記加圧冷却流体源から加圧冷却流体を受け入れ、前記受け入れられた加圧冷却流体の圧力を上昇させる増圧ポンプと、
   前記増圧ポンプからの加圧冷却流体を受け入れる加圧流体リザーバと、
   前記加圧流体リザーバから前記流体流路に向かう加圧冷却流体の供給を制御する制御弁であって、前記ボンディングサイクルの前記冷却段階の間の異なる段階において供給量が異なるように前記加圧冷却流体を制御するものである、前記制御弁と
   を有する熱圧着ボンディングシステム。
2. 請求項１記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、さらに、
   前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体の供給を調整する流量制御弁を有するものである熱圧着ボンディングシステム。
3. 請求項２記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記流量制御弁は前記制御弁と直列に配置されているものである熱圧着ボンディングシステム。
4. 請求項３記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記流量制御弁は前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体の流れに対して前記制御弁の下流に配置されている熱圧着ボンディングシステム。
5. 請求項３記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記流量制御弁は前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体の流れに対して前記制御弁の上流に配置されている熱圧着ボンディングシステム。
6. 請求項２記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記流量制御弁は前記制御弁を含む流体流路と並列に配置された流体流路に含まれるものである熱圧着ボンディングシステム。
7. 請求項２記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記増圧ポンプは前記流量制御弁に加圧冷却流体を提供するものである熱圧着ボンディングシステム。
8. 請求項２記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記流量制御弁は、前記増圧ポンプと、前記加圧流体リザーバと、前記制御弁とを含む流体流路と並列に配置された流体流路に含まれるものである熱圧着ボンディングシステム。
9. 請求項２記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、さらに、
   前記制御弁および前記流量制御弁の少なくとも１つを制御するコンピュータを有するものである熱圧着ボンディングシステム。
10. 請求項９記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、さらに、
    前記加熱装置の温度を検知する温度センサを有し、前記コンピュータは前記温度センサによって検知される前記加熱装置の温度に関係する情報を受信するものである熱圧着ボンディングシステム。
11. 請求項２記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記流量制御弁はアナログ制御弁である熱圧着ボンディングシステム。
12. 請求項１記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記制御弁はデジタルオン／オフ制御弁である熱圧着ボンディングシステム。
13. 請求項１記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記増圧ポンプは、前記加圧冷却流体源から受け入れる前記加圧冷却流体の圧力を少なくとも５０％上昇させるものである熱圧着ボンディングシステム。
14. 請求項１記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記ボンド・ヘッド・アセンブリは、さらに、
    前記半導体素子を基板にボンディングするボンドツールを有し、前記加熱装置は、当該ボンドツールを加熱することによって前記半導体素子を加熱するとともに、前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体によって冷却されるものである熱圧着ボンディングシステム。
15. 請求項１記載の熱圧着ボンディングシステムにおいて、前記加熱装置は前記半導体素子を基板にボンディングするボンドツールとして機能するとともに、前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体によって冷却されるものである熱圧着ボンディングシステム。
16. 熱圧着ボンディングシステムを動作させる方法であって、
    加圧冷却流体源を提供する工程と、
    増圧ポンプにより前記加圧冷却流体源からの加圧冷却流体の圧力を上昇させる工程と、
    前記増圧ポンプからの加圧冷却流体を加圧流体リザーバで受け入れる工程と、
    前記加圧流体リザーバから前記熱圧着ボンディングシステムのボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路に向かう前記加圧冷却流体の流れを制御弁により制御する工程であって、前記熱圧着ボンディングシステムのボンディングサイクルにおける冷却段階の間の異なる段階において供給量が異なるように前記加圧冷却流体の流れを制御するものである、前記制御する工程と
    を有する方法。
17. 請求項１６記載の方法において、さらに、
    流量制御弁により前記流体流路に提供される加圧冷却流体の供給を調整する工程を有するものである方法。
18. 請求項１７記載の方法において、前記流量制御弁は前記制御弁と直列に配置されているものである方法。
19. 請求項１８記載の方法において、前記流量制御弁は前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体の前記流れに対して前記制御弁の下流に配置されているものである方法。
20. 請求項１８記載の方法において、前記流量制御弁は前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体の前記流れに対して前記制御弁の上流に配置されているものである方法。
21. 請求項１７記載の方法において、前記流量制御弁は前記制御弁を含む流体流路と並列に配置されているものである方法。
22. 請求項１７記載の方法において、さらに、
    前記増圧ポンプにより前記流量制御弁に加圧冷却流体を提供する工程を有するものである方法。
23. 請求項１７記載の方法において、前記流量制御弁は、前記増圧ポンプと、前記加圧流体リザーバと、前記制御弁とを含む流体流路と並列に配置されているものである方法。
24. 請求項１７記載の方法において、さらに、
    コンピュータにより前記制御弁および前記流量制御弁の少なくとも１つを制御する工程を有するものである方法。
25. 請求項２４記載の方法において、さらに、
    温度センサにより前記ボンド・ヘッド・アセンブリの加熱装置の温度を検知する工程と、
    コンピュータにより前記温度センサによって検知される前記加熱装置の温度に関係する情報を受信する工程と
    を有するものである方法。
26. 請求項１７記載の方法において、前記流量制御弁はアナログ制御弁である方法。
27. 請求項１６記載の方法において、前記制御弁はデジタルオン／オフ制御弁である方法。
28. 請求項１６記載の方法において、前記加圧冷却流体源からの前記加圧冷却流体の圧力は、前記増圧ポンプにより少なくとも５０％上昇されるものである方法。
29. 請求項１６記載の方法において、前記ボンド・ヘッド・アセンブリは、半導体素子を基板にボンディングするボンドツールを含み、前記ボンド・ヘッド・アセンブリの加熱装置は前記ボンドツールを加熱することによって前記半導体素子を加熱するとともに、前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体によって冷却されるものである方法。
30. 請求項１６記載の方法において、前記ボンド・ヘッド・アセンブリは、半導体素子を基板にボンディングするボンドツールとして構成された加熱装置を含み、当該加熱装置は、前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体によって冷却されるものである方法。
31. 半導体素子をボンディングするための熱圧着ボンディングシステムであって、
    ボンディングされる半導体素子を加熱する加熱装置を含むとともに、当該熱圧着ボンディングシステムのボンディングサイクルにおける冷却段階の間に加圧冷却流体を受け入れるように構成された流体流路とを含むボンド・ヘッド・アセンブリと、
    加圧冷却流体源と、
    前記加圧冷却流体源から前記流体流路に向かう加圧冷却流体の供給を制御する流量制御弁であって、前記ボンディングサイクルの前記冷却段階の間の異なる段階において供給量が異なるように前記加圧冷却流体を制御するものである、前記流量制御弁と、
    前記流量制御弁を制御するように構成されたコンピュータであって、前記ボンディングサイクルの前記冷却段階の間の異なる段階において、前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体の供給量が異なるように前記流量制御弁を制御するものである、前記コンピュータと
    を有する熱圧着ボンディングシステム。
32. 熱圧着ボンディングシステムを動作させる方法であって、
    熱圧着ボンディング工程の加熱段階において、前記熱圧着ボンディングシステムのボンド・ヘッド・アセンブリの加熱装置を加熱する工程と、
    加圧冷却流体源を提供する工程と、
    前記加熱段階の後、流量制御弁により、前記加圧冷却流体源から前記熱圧着ボンディングシステムの前記ボンド・ヘッド・アセンブリに含まれる流体流路に向かう加圧冷却流体の供給を制御する工程であって、前記流体流路に提供される前記加圧冷却流体の供給は、前記熱圧着ボンディング工程の冷却段階の間の異なる段階において、前記流量制御弁により異なる圧力を有するように制御されるものである、前記制御する工程と
    を有する方法。

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