KR20030019474A - 범프 형성장치 및 방법 - Google Patents

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이케야마사히코
마에다카하루
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이마니시마코토
히가시가즈시
후쿠모토겐지
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마츠시타 덴끼 산교 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 예열장치(160)를 구비하고, 전극 부분(15)에의 범프(16)의 형성전에 반도체 기판(201)에 대하여, 범프 형성시에 있어서의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행한다. 따라서, 범프 형성전에, 상기 전극 부분의 금속 입자를 적절한 상태로 변화시킬 수 있고, 현상적으로는, 종전에 비해서 전극 부분과 범프와의 접합 상태의 개선을 도모할 수 있다. 그리고 또한, 본 발명은, 범프 형성후, 제어장치(317)의 가열 제어에 의해서 본딩 스테이지(316)에서 범프 형성 완료 반도체 부품(10)을 접합강도 개선 조건에 따라서 가열하도록 구성할 수도 있다.

Description

범프 형성장치 및 방법{DEVICE AND METHOD FOR FORMING BUMP}
최근, 예로서 휴대전화와 같이 전자부품이 부착되는 기기가 매우 소형화됨에 따라서 상기 전자부품도 소형화되고 있다. 따라서, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 각각의 회로 형성 부분을 상기 반도체 웨이퍼로부터 잘라 내지 않고, 상기 반도체 웨이퍼 상의 각각의 상기 회로 형성 부분에 있어서의 전극 부분에 범프를 형성하는 범프 형성장치가 존재한다. 이러한 범프 형성장치에는, 범프 형성전의 반도체 웨이퍼를 적재하는 제1적재용기로부터 상기 범프 형성전 웨이퍼를 꺼내는 반입장치와,상기 범프가 형성된, 범프 형성후 웨이퍼를 적재하는 제2적재용기와, 상기 범프 형성전 웨이퍼를 장착해서 상기 전극 부분과 범프와의 접합을 위해서 상기 반도체 웨이퍼를 통상 150℃ 정도까지 가열하는 본딩 스테이지와, 상기 범프 형성후 웨이퍼를 상기 제2적재용기에 적재하는 반출장치와, 상기 반입장치로부터 상기 본딩 스테이지에, 및 상기 본딩 스테이지로부터 상기 반출장치에 상기 웨이퍼의 이재(移載)를 실행하는 이재장치가 구비되어 있다.
한편, 예로서, 상기 휴대전화 등에 사용되는 SAW(Surface Acoustic wave; 표면 탄성파) 필터가 형성되는 압전 기판이나, 소위 미소(微小) 범프가 형성된 반도체 기판에서는, 상기 압전 기판이나 상기 미소 범프 형성 반도체 기판에 있어서의 각각의 전극 부분과 범프와의 접합이 불완전하게 되는 경우가 있다. 즉, 도 45에 나타내는 바와 같이, 상기 SAW 필터(10)는, 압전기판(11)상에, 각각 빗살 형상으로 구성되는 입력측 회로(12)와 출력측 회로(13)가 쌍을 이루어 형성되고, 입력측 회로(12)에서 발생시킨 진동이 출력측 회로(13)에 전파(傳播)하여, 전파된 진동에 의한 출력이 출력측 회로(13)로부터 출력되는 기능을 한다. 이러한 동작에 의해서 SAW 필터(10)는 특정 주파수의 신호만을 통과시킨다. 이러한 SAW 필터(10)의 구조 및 기능에 기인하여, 빗살 형상의 상기 입력측 회로(12) 및 출력측 회로(13)의 회로 형성 부분 및 이들 회로(12, 13)의 전극 부분에 있어서의 막 두께는, 약 2000Å이며, 예로서 Si으로 된 통상의 반도체 기판 상에 형성되는 전극 부분의 막 두께가 약 5000∼7000Å 정도인 것에 비해서 얇다. 따라서, 상기 전극 부분을 형성하는 금속재료의 입자, 예로서, 알루미늄 입자로써 이루어지는 층이 얇으므로, 범프와 전극 부분과의 접합이 불완전하게 되는 경우가 있다고 생각된다.
또한, 도 46에 나타내는 바와 같이, 상기 미소 범프 형성 반도체 기판(14)에 있어서, 전극 부분(15)에 형성한 범프(16)의 대좌(臺座) 부분(16a)의 직경(16b)은 약 40∼48㎛이고, 통상의 경우 상기 대좌 직경은 약 8㎛인 것에 대해서, 범프(16) 그 자체의 크기가 통상의 경우에 비해서 작다. 따라서, 범프(16)와 전극 부분(15)의 접합 면적은 작고, 접합이 불완전하게 되는 경우가 많다.
또한, 전자기기에 있어서의 최근의 소형화를 지탱하는 방법의 하나로서, 예로서, 반도체 웨이퍼에서 잘라낸 반도체 칩의 전극과, 회로기판 상의 전극부를 대향시켜서 와이어를 사용하지 않고 접속하는 방법이 있다. 이 방법을 채용하기 위해서, 상기 반도체 웨이퍼 및 상기 반도체 칩은 가열되면서, 도 63에 나타내는 바와 같이, 상기 반도체 웨이퍼의, 또는 상기 반도체 칩의 전극(51) 상에 금 등으로써 이루어지는 범프(52)가 형성된다.
또한, 상기 소형화에 따라서 상기 반도체 칩 자체도 미소화되고 있고, 상기 반도체 칩의 내열 온도는 저하하는 경향에 있다. 따라서, 범프 형성시에 있어서의 상기 가열 온도의 저감이 요구되고 있다.
본 발명은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 전극 부분에 형성되는 범프와 전극과의 접합강도를 종래에 비해서 향상시킬 수 있는 범프 형성장치 및 범프 형성방법을 제공하는 것을 목적으로 하고, 더욱 구체적으로는 이하의 것을 목적으로 한다.
즉, 본 발명은, 전극 부분과 범프와의 접합 상태의 안정이 이루어져서 접합강도를 종래에 비해서 향상시킬 수 있는, 범프 형성장치, 이 범프 형성장치에 의해서 실행되는 범프 형성방법, 이 범프 형성방법을 실행 가능한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체, 및 범프가 형성된 범프 형성 완료 반도체 기판을 제공하는 것을 제1의 목적으로 한다.
또한, 본 발명은, 범프 형성시에 있어서의 상기 가열 온도의 저감을 도모한 경우에 있어서도, 반도체 부품의 전극 상에 형성된 범프와 상기 전극과의 접합강도를 저하시키는 일없이, 상기 반도체 부품의 품질을 종래에 비해서 향상 가능한, 범프 강도 개선장치 및 방법, 및 범프 형성장치를 제공하는 것을 제2의 목적으로 한다.
본 발명은, 예로서 반도체 웨이퍼나, 반도체 칩의 전극 상에 범프(bump)를 형성한 범프 형성 완료 부품에 대하여, 상기 전극과 상기 범프와의 접합강도의 개선을 도모하기 위한 범프 강도 개선장치를 구비한 범프 형성장치, 및 이 범프 형성장치에 의해서 실행되는 범프 형성방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 본 발명은, 반도체 기판에 있어서의 전극 부분에 범프를 형성할 때, 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합 상태를 종래에 비해서 안정시킬 수 있는 범프 형성장치, 이 범프 형성장치에 의해서 실행되는 범프 형성방법, 이 범프 형성방법을 실행 가능한 프로그램을 기록한 기록매체, 및 범프가 형성된 범프 형성 완료 반도체 기판에 관한 것이다.
도 1은 본 발명에 의한 제1실시형태에 있어서의 범프 형성장치의 전체 구성을 나타내는 사시도.
도 2는 도 1에 나타내는 범프 형성장치의 주요부분의 상세한 구조를 나타내는 사시도.
도 3은 도1에 나타내는 범프 본딩 장치의 구조를 나타내는 도면.
도 4는 도 1 및 도 2에 나타내는 예열장치, 후가열장치, 및 본딩 스테이지에 있어서, 전하발생 반도체 기판과의 접촉면에 은 도금을 실시한 상태의 도면.
도 5는 도 1 및 도 2에 나타내는 반입장치의 구성의 상세를 나타내는 사시도.
도 6은 도 17에 나타내는 단계 8에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 반출측 이재장치에 의해서 지지된 범프 형성후 웨이퍼를 반출장치의 상방에 배치한 상태를 나타내는 도면.
도 7은 도 1 및 도 2에 나타내는 배향 및 평탄도(orientation-flat) 조정 장치의 구성의 상세를 나타내는 사시도.
도 8은 도 1 및 도 2에 나타내는 이재장치의 구성의 상세를 나타내는 사시도.
도 9는 도 1 및 도 2에 나타내는 반입측 이재장치 및 반출측 이재장치의 변형예를 나타내는 도면이며,
도 10은 도 8에 나타내는 웨이퍼 지지부의 제전(除電)용 접촉 부재의 구성의 상세를 나타내는 도면.
도 11은 예열장치 및 후가열장치의 사시도.
도 12는 도 11에 나타내는 예열장치 및 후가열장치의 동작 설명용 도면.
도 13은 도 11에 나타내는 예열장치 및 후가열장치의 동작 설명용 도면.
도 14는 도 11에 나타내는 예열장치 및 후가열장치의 알루미늄판 및 히터 플레이트 프레임의 사시도.
도 15는 범프 형성 장소 근방 부분의 표면에 있어서의, 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하기 전의 상태에서의 금속 입자를 나타내는 도면.
도 16은 범프 형성 장소 근방 부분의 표면에 있어서의, 형성전 접합 촉진용온도제어를 실행한 후의 상태에서의 금속 입자를 나타내는 도면.
도 17은 도 1에 나타내는 범프 형성장치의 동작을 나타내는 흐름도.
도 18은 도 17에 나타내는 단계 2에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 반입장치로써 웨이퍼를 상승시키고 있는 상태를 나타내는 도면.
도 19는 도 17에 나타내는 단계 2에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 반입측 이재장치로써 웨이퍼를 지지하기 직전의 상태를 나타내는 도면.
도 20은 도 17에 나타내는 단계 2에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 반입측 이재장치로써 웨이퍼를 지지한 직후의 상태를 나타내는 도면.
도 21은 도 17에 나타내는 단계 2에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 반입측 이재장치로써 웨이퍼를 지지한 상태를 나타내는 도면.
도 22는 도 1에 나타내는 범프 형성장치에 구비된 예열장치에 있어서의 예열 동작의 흐름도.
도 23은 도 17에 나타내는 단계 5에 있어서의, 예열장치로부터 범프 본딩 장치에의 이재 동작을 설명하기 위한 흐름도로서, 패널 히터 프레임 및 알루미늄판을 분리하는 경우의 동작을 나타내는 흐름도.
도 24는 도 17에 나타내는 단계 3에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 예열장치의 상방으로 범프 형성전 웨이퍼를 반송시킨 상태를 나타내는 도면.
도 25는 도 26에 나타내는 Ⅲ 부분의 확대도.
도 26은 도 1에 나타내는 범프 형성장치에 의해서 실행되는, 형성전 접합 촉진용 온도제어 및 형성후 접합 촉진용 온도제어에 있어서의 반도체 기판의 온도 변화를 나타내는 그래프.
도 27은 도 17에 나타내는 단계 3에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 범프 형성전 웨이퍼를 알루미늄판 상에 장착한 상태를 나타내는 도면.
도 28은 도 17에 나타내는 단계 3에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 웨이퍼 지지부에 의한 범프 형성전 웨이퍼의 지지를 해제한 상태를 나타내는 도면.
도 29는 도 17에 나타내는 단계 3에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 범프 형성전 웨이퍼를 장착한 알루미늄판을 하강시킨 상태를 나타내는 도면.
도 30은 전극 부분에 형성된 범프의 전단력(剪斷力)의 측정 방법을 설명하기 위한 도면.
도 31은 도 1에 나타내는 범프 형성장치에 의해서 실행되는, 형성전 접합 촉진용 온도제어 및 형성후 접합 촉진용 온도제어에 있어서의 반도체 기판의 온도 변화를 나타내는 그래프로서, 도 26의 변형 예를 나타내는 그래프.
도 32는 도 17에 나타내는 단계 5에 있어서의, 범프 본딩 스테이지에의 범프 형성전 웨이퍼의 이재 동작을 설명하기 위한 흐름도.
도 33은 도 17에 나타내는 단계 5에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 범프 형성전 웨이퍼를 본딩 스테이지의 상방에 배치한 상태를 나타내는 도면.
도 34는 도 17에 나타내는 단계 5에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 본딩 스테이지로써 웨이퍼를 지지하기 직전의 상태를 나타내는 도면.
도 35는 도 17에 나타내는 단계 5에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 본딩 스테이지로써 웨이퍼를 지지하고 반입측 이재장치가 웨이퍼의 지지를 해제한 상태를 나타내는 도면.
도 36은 도 17에 나타내는 단계 5에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 본딩 스테이지로써 웨이퍼를 지지한 상태를 나타내는 도면.
도 37은 도 1에 나타내는 범프 형성장치에 구비된 후가열장치에 있어서의 후가열 동작의 흐름도.
도 38은 상기 후가열 동작에 있어서, 형성후 접합 촉진용 온도와 그 온도의유지 시간과의 사이에 있어서의 상관 관계를 설명하기 위한 도면.
도 39는 도 26에 나타내는 Ⅳ부분의 확대도.
도 40은 도 17에 나타내는 단계 8에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 반출장치의 지지부를 범프 형성후 웨이퍼에 접촉시킨 상태를 나타내는 도면.
도 41은 도 17에 나타내는 단계 8에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 반출측 이재장치에 의한 웨이퍼의 지지를 해제한 직후의 상태를 나타내는 도면.
도 42는 도 17에 나타내는 단계 8에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 반출장치 지지부에 지지된 범프 형성후 웨이퍼를 지지대에 장착하기 직전의 상태를 나타내는 도면.
도 43은 도 17에 나타내는 단계 8에 있어서의 동작을 설명하기 위한 도면으로서, 상기 범프 형성후 웨이퍼를 지지대에 장착한 상태를 나타내는 도면.
도 44는 도 1에 나타내는 반출측 이재장치로부터 반출장치에 범프 형성후 웨이퍼를 이재할 때에, 이온 발생장치로써 이온을 웨이퍼에 작용시키는 상태를 나타내는 도면.
도 45는 SAW 필터의 구조를 나타내는 사시도.
도 46은 전극 부분에 범프가 형성되어 있는 상태를 나타내는 도면.
도 47은 본 발명의 제2실시형태의 범프 형성장치의 사시도.
도 48은 도 47에 나타내는 반도체 칩 반송장치를 확대한 사시도.
도 49는 도 47에 나타내는 본딩 스테이지의 확대 사시도.
도 50은 도 47에 나타내는 범프 형성부의 확대 사시도.
도 51은 도 47에 나타내는 레벨링 장치의 확대 사시도.
도 52는 범프와 전극과의 접합강도에 대해서, 가열 시간과의 관계를 가열 온도마다 나타낸 그래프.
도 53은 범프 형성용 온도와 범프의 접합강도와의 관계를 나타내는 그래프.
도 54는 상기 접합강도에 대해서, 가열 시간과 가열 온도와의 관계를 나타내는 그래프.
도 55는 도 47에 나타내는 레벨링 장치의 변형예에 있어서의 사시도.
도 56은 도 47에 나타내는 완성품 적재장치의 변형예에 있어서의 사시도.
도 57은 도 47에 나타내는 범프 형성장치의 변형예로서, 가열 스테이지를 설치한 경우의 배치도.
도 58은 도 47에 나타내는 범프 형성장치의 변형예로서 가열 스테이지를 복수의 구획으로 분할해서 각각의 구획마다 온도제어를 가능하게 하는 상기 가열 스테이지를 나타내는 도면.
도 59는 처리 대상이 반도체 웨이퍼인 경우의, 범프 형성 순서를 나타내는 도면.
도 60은 처리 대상이 반도체 웨이퍼인 경우의, 접합강도 개선 조건을 구하는 방법의 일례를 설명하기 위한 그래프로서, 접합강도와 범프 형성후가열 시간과의 관계를 나타내는 그래프.
도 61은 도 60을 참조한 상기 접합강도 개선 조건의 구하는 방법을 나타내는 흐름도.
도 62는 도 47에 나타내는 범프 형성장치의 변형예로서, 처리 대상이 반도체 웨이퍼인 경우, 가열 스테이지를 복수의 구획으로 분할해서 각각의 구획마다 온도제어를 가능하게 하는 상기 가열 스테이지를 나타내는 도면.
도 63은 전극상에 형성되는 범프의 형상을 나타내는 도면.
본 발명은 상기 제1의 목적을 달성하기 위해서, 이하와 같이 구성되어 있다.
본 발명의 제1특징에 의하면, 범프 형성장치는, 반도체 기판상의 전극 부분에 범프를 형성할 때의 범프 본딩용 온도(T2)에 있는 상기 반도체 기판에 대하여, 상기 전극 부분에 상기 범프를 형성하는 범프 형성 헤드를 구비한 범프 형성장치로서,
상기 전극 부분에의 범프 형성전에 상기 반도체 기판에 대하여, 범프 형성시에 있어서의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 예열장치를 구비하고 있다.
상기 예열장치의 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도(TB) 이하인 형성전 접합 촉진용온도(Tl)까지 상기 반도체 기판을 가열해도 좋다.
상기 예열장치의 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 또한, 상기 형성전 접합 촉진용 온도에서 형성전 접합 촉진용 시간(tl)으로 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 경과 후, 상기 범프 본딩 온도로 설정해도 좋다.
상기 예열장치의 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는 또한, 상기 전극 부분 및 상기 범프의 재질에 따라서 상기 형성전 접합 촉진용 온도 및 상기 형성전 접합 촉진용 시간을 설정해도 좋다.
상기 예열장치의 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 또한, 상기 전극 부분의 두께 및 상기 범프의 대좌 부분의 직경에 따라서 상기 형성전 접합 촉진용 온도 및 상기 형성전 접합 촉진용 시간을 설정해도 좋다.
상기 형성전 접합 촉진용 온도는, 상기 범프 본딩용 온도에 30∼60℃를 추가한 온도로 할 수 있다.
상기 형성전 접합 촉진용 시간은 10분∼30분으로 할 수 있다.
상기 전극 부분에의 상기 범프의 형성후, 상기 반도체 기판에 대하여, 범프 형성후의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 후가열장치를 또한 구비하도록 구성해도 좋다.
상기 후가열장치의 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도 이하인 형성후 접합 촉진용 온도(T3)까지 상기 반도체 기판을 가열해도 좋다.
상기 후가열장치의 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어는, 또한, 상기 형성후 접합 촉진용 온도에서 형성후 접합 촉진용 시간(t3)으로 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 경과 후, 강온(降溫)해도 좋다.
상기 예열장치에 의한 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어, 및 상기 후가열장치에 의한 형성후 접합 촉진용 온도제어를 서로 관련시켜서 상기 예열장치 및 상기 후가열장치를 제어하는 제어장치를 추가로 구비하도록 구성해도 좋다.
또한, 본 발명의 제2특징에 의하면, 범프 형성방법은, 반도체 기판상의 전극 부분에 범프를 형성할 때의 범프 본딩용 온도(T2)에 있는 상기 반도체 기판에 대하여, 상기 전극 부분에 상기 범프를 형성하는 범프 형성방법으로서,
상기 전극 부분에의 범프 형성전에 상기 반도체 기판에 대하여, 범프 형성시에 있어서의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행한다.
상기 범프 형성방법에 있어서, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도(TB) 이하인 형성전 접합 촉진용 온도(Tl)까지 상기 반도체 기판을 가열하고, 또한, 상기 형성전 접합 촉진용 온도에서 형성전 접합 촉진용 시간(t1)으로 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 경과 후, 상기 범프 본딩 온도로 설정하도록 해도 좋다.
상기 범프 형성방법에 있어서, 또한, 상기 전극 부분에의 상기 범프의 형성후, 상기 반도체 기판에 대하여, 범프 형성후의 상기 전극 부분과 상기 범프와의접합을 촉진시키는 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행해도 좋다.
상기 범프 형성방법에 있어서 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도 이하인 형성후 접합 촉진용 온도(T3)까지 상기 반도체 기판을 가열하고, 또한, 상기 형성후 접합 촉진용 온도에서 형성후 접합 촉진용 시간(t3)으로 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 경과후, 강온하도록 해도 좋다.
상기 범프 형성방법에 있어서, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어 및 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어를 서로 관련시켜서 제어해도 좋다.
본 발명의 제3특징에 의하면, 기록매체는, 반도체 기판상의 전극 부분에 범프를 형성할 때의 범프 본딩용 온도(T2)에 있는 상기 반도체 기판에 대하여, 상기 전극 부분에 상기 범프를 형성하는 범프 형성방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서,
상기 전극 부분에의 범프 형성전에 상기 반도체 기판에 대하여, 범프 형성시에 있어서의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 처리를 기록하였다.
또한, 본 발명의 제4특징에 있어서의 반도체 기판은, 상기 제1특징의 범프 형성장치에 의해서 범프 형성이 실행되었다.
또한, 상기 반도체 기판은, 전극 부분 상에 형성된 범프와 상기 전극 부분과의 접합강도에 대해서, 상기 범프는 이 범프의 대좌 부분에서 파단(破斷)하는 강도를 갖는다.
또한, 상기 반도체 기판은, 전극 부분에 형성된 범프의 대좌 부분의 직경이 대략 90㎛인 상기 범프는, 1범프당 대략 680∼800mN의 파단력을 갖는다.
상기한 제1특징의 범프 형성장치, 및 제2특징의 범프 형성방법에 의하면, 예열장치를 구비하여, 전극 부분에의 범프 형성전에, 반도체 기판에 대하여 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하도록 한다. 따라서, 범프 형성전에, 전극 부분의 금속 입자를 적절한 상태로 변화시킬 수 있고, 현상적으로는, 종전에 비해서 전극 부분과 범프와의 접합 상태의 개선을 도모할 수 있다. 따라서, 전극 부분과 범프와의 접합강도를, 전극 부분과 범프와의 접합 계면(界面) 부분에서의 파단이 아니라 범프의 대좌 부분에서 파단하는 정도로 향상시킬 수 있다.
상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 구체적으로는, 전극 부분을 형성전 접합 촉진용 온도까지 가열하고, 또한 이 형성전 접합 촉진용 온도에서 형성전 접합 촉진용 시간 동안, 유지함으로써 실행된다. 이렇게 구성함으로써, 전극 부분에 있어서의 금속 결정의 적정화를 도모할 수 있고, 범프의 완전한 접합 상태를 취득할 수 있다. 또한, 이것들의 형성전 접합 촉진용 온도 및 형성전 접합 촉진용 시간을, 전극 부분 및 범프의 재질이나, 크기에 따라서 설정함으로써, 각종 범프에 대응해서 가장 적절한 접합 상태를 얻을 수 있다.
상기 형성전 접합 촉진용 온도의 일례로서는, 범프 본딩용 온도에 30∼60℃를 추가한 온도로 함으로써, 범프 형성 동작의 택트(tact)의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 이 때의 형성전 접합 촉진용 시간으로서는, 10∼30분이 바람직하다.
상기 예열장치 이외에 추가로 후가열장치를 구비하여, 전극 부분에의 범프형성후에, 반도체 기판에 대하여 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행하도록 해도 좋다. 이 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행함으로써, 전극 부분에 형성된 범프와 전극 부분과의 접합강도를, 예열 동작만을 실행하는 경우에 비해서 더욱 향상시킬 수 있다.
그리고 또한, 제어장치를 설치할 수도 있다. 이 제어장치를 설치함으로써, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어, 및 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어를 서로 관련시켜서 제어를 실행할 수 있고, 반도체 기판의 종류 및 크기, 전극 부분의 재질, 두께 및 크기, 범프의 재질 및 크기 등에 따라서, 전극 부분에 범프가 더욱 접합하기 쉽도록, 그리고 범프와 전극 부분과의 접합강도가 더욱 향상되도록, 섬세한 형성전 접합 촉진용 온도제어, 및 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 것이 가능하게 된다.
또한, 상기의 제3특징의 기록매체에 의하면, 상기한 적어도 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 프로그램을 기록함으로써, 복수의 범프 형성장치에 대하여 용이하게 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행시킬 수 있다.
또한, 상기의 제4특징의 반도체 기판에 의하면, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 예열장치를 적어도 구비한 범프 형성장치에 의해서 범프가 전극 부분에 형성되므로, 범프와 전극 부분과의 접합강도가 종래에 비해서 향상된 반도체 기판을 제공할 수 있다. 따라서, 이러한 반도체 기판을 플립 칩(flip chip) 실장한 경우에 있어서도, 범프와 전극 부분과의 접합 계면 부분에서 범프가 전극 부분으로부터 떨어지지 않고, 플립 칩 실장의 신뢰성을 향상시킬 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기 제2목적을 달성하기 위해서, 이하와 같이 구성되어 있다.
본 발명의 제5특징의 범프 강도 개선장치는, 반도체 부품의 전극 상에 범프가 형성된 범프 형성 완료 부품에 대하여 범프 형성시의 상기 전극과 상기 범프와의 접합강도에 비해서 그 접합강도의 개선을 도모하는 접합강도 개선 조건으로써 가열을 실행하는 가열장치와,
상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어를 상기 가열장치에 실행하는 제어장치를 구비하였다.
상기 접합강도 개선 조건은, 필요로 하는 상기 접합강도를 취득하기 위한 가열 시간 및 그 가열 온도를 변수로 한 조건이고, 상기 제어장치는, 상기 반도체 부품의 재질, 상기 반도체 부품의 크기, 상기 전극의 재질, 상기 전극의 크기, 상기 범프의 재질 및 상기 범프의 크기의 최소한 하나에 대해서, 상기 필요한 접합강도에 도달하기 위한 가열 온도와 그 가열 시간과의 관계 정보로써 이루어지는 상기 접합강도 개선 조건을 구비하고, 이 접합강도 개선 조건에 따라서 상기 가열장치의 가열 제어를 실행할 수 있다.
상기 제어장치가 구비한 상기 접합강도 개선 조건은, 상기 반도체 부품의 재질 및 크기, 상기 전극의 재질 및 크기, 및 상기 범프의 재질 및 크기의 적어도 하나의 조합에 대해서, 또는 각각의 조합에 대해서, 상기 필요한 접합강도에 도달하기 위한 가열 온도와 그 가열 시간과의 관계 정보라도 좋다.
상기 반도체 부품은 반도체 웨이퍼로부터 잘라낸 칩 부품이라도 좋다.
상기 가열장치는, 각각이 적어도 1개의 상기 칩 부품을 장착하는 복수의 가열 처리부를 구비할 수도 있다.
상기 제어장치는, 상기 가열 처리부에 대하여 각각 독립해서, 각각의 가열 처리부에 구비된 각각의 상기 칩 부품에 있어서의 범프 형성후 경과 시간에 따른 온도 관리를 실행할 수 있다.
상기 가열장치는 상기 반도체 부품 상에 범프를 형성하는 본딩 스테이지, 또는 상기 범프 형성 완료 부품에 있어서의 범프 높이를 맞추기 위한 범프 레벨링 스테이지, 또는 상기 범프 형성 완료 부품을 적재하는 범프 형성 완료 부품 적재부 중, 어느 하나에 설치할 수 있다.
상기 반도체 부품이 반도체 웨이퍼일 때, 상기 제어장치는, 상기 반도체 웨이퍼 상에의 거의 모든 범프 형성에 필요한 범프 형성시간(TE-TS)에 따라서 상기 접합강도 개선 조건을 구하고, 구한 접합강도 개선 조건으로써 상기 가열장치의 가열 제어를 실행할 수 있다.
상기 가열에 의한 상기 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간(T)이 상기 범프 형성시간을 초과할 때, 상기 접합강도 개선 조건은, 상기 접합강도의 목표값(P0)을 얻는 제1가열 시간(TB)에 의한 상기 반도체 웨이퍼의 가열을 실행할 수 있다.
상기 가열에 의한 상기 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간(T)이 상기 범프 형성시간 이하일 때, 상기 접합강도 개선 조건은, 상기 범프 형성시간으로부터 상기 가열 적절 시간을 뺀 제2가열 시간(TA)에 의한 상기 반도체 웨이퍼의 가열을 실행할 수 있다.
상기 가열장치는, 상기 반도체 웨이퍼를 장착하여 상기 반도체 웨이퍼에 있어서의 범프 형성 순서에 대응하는 복수의 가열 처리부를 구비하고, 상기 제어장치는 상기 가열 처리부에 대하여 각각 독립해서, 각각의 가열 처리부에 대응하는 상기 반도체 웨이퍼에 있어서의 범프 형성후 경과 시간에 따른 온도 관리를 실행할 수 있다.
본 발명의 제6특징의 범프 형성장치는, 상기 제5특징의 범프 강도 개선장치와, 반도체 부품을 장착하고 또한 가열해서 상기 반도체 부품의 전극 상에 범프를 형성하는 범프 형성부를 구비하였다.
상기 범프 강도 개선장치에 구비된 제어장치는, 또한, 상기 범프 형성부에 있어서의 범프 형성시에 상기 반도체 부품에 손상을 발생시키지 않는 비손상 온도로 상기 범프 형성부를 온도 제어하고, 범프 형성후, 상기 가열장치에 대하여 상기 비손상 온도를 초과하는 온도에 의한 접합강도 개선 조건에 따른 가열 제어를 실행할 수 있다.
본 발명의 제7특징의 범프 강도 개선방법은, 반도체 부품의 전극 상에 범프가 형성된 범프 형성 완료 부품을 반입하고,
상기 범프 형성 완료 부품에 대하여, 범프 형성시의 상기 전극과 상기 범프와의 접합강도에 비해서 그 접합강도의 개선을 도모하는 접합강도 개선 조건에 따라서 가열 제어를 실행한다.
상기 접합강도 개선 조건은, 필요로 하는 상기 접합강도를 얻기 위한 가열시간 및 그 가열 온도를 변수로 한 조건으로서, 상기 반도체 부품의 재질, 상기 반도체 부품의 크기, 상기 전극의 재질, 상기 전극의 크기, 상기 범프의 재질, 및 상기 범프의 크기 중, 적어도 하나에 대해서, 상기 필요한 접합강도에 도달하기 위한 가열 온도와 그 가열 시간과의 관계 정보로써 이루어지는 조건이고, 이 관계 정보에 따라서 상기 가열 제어를 실행할 수 있다.
상기 접합강도 개선 조건은, 상기 반도체 부품의 재질 및 크기, 상기 전극의 재질 및 크기, 및 상기 범프의 재질 및 크기의 적어도 하나의 조합에 대해서 또는 각각의 조합에 대해서, 상기 필요한 접합강도에 도달하기 위한 가열 온도와 그 가열 시간과의 관계 정보로써 이루어지는 조건이고, 이 관계 정보에 따라서 상기 가열 제어를 실행할 수 있다.
상기 범프 형성 완료 부품의 반입전에, 상기 반도체 부품의 상기 전극상에 상기 범프를 형성하고,
이 범프 형성시에는, 상기 반도체 부품에 손상을 발생시키지 않는 비손상 온도로, 상기 범프가 형성되는 범프 형성부를 온도 제어하고,
상기 범프 형성후, 상기 비손상 온도를 초과하는 온도에 의한 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어를 실행할 수 있다.
거의 모든 범프 형성에 필요한 범프 형성시간(TE-TS)에 따라서 상기 접합강도 개선 조건을 구하고, 구한 접합강도 개선 조건으로써 상기 가열 제어를 실행할 수 있다.
상기 가열에 의한 상기 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간(T)이 상기 범프 형성시간을 초과할 때, 상기 접합강도 개선 조건은 상기 접합강도의 목표값(P0)을 얻는 제1가열 시간(TB)에 의한 가열을 실행할 수 있다.
상기 가열에 의한 상기 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간(T)이 상기 범프 형성시간 이하일 때, 상기 접합강도 개선 조건은 상기 범프 형성시간으로부터 상기 가열 적절 시간을 뺀 제2가열 시간(YA)에 의한 가열을 실행할 수 있다.
상기한 본 발명의 제5특징의 범프 강도 개선장치, 및 제6특징의 범프 강도 개선방법, 및 제7특징의 범프 형성장치에 의하면, 가열장치 및 제어장치를 구비하고, 범프 형성후에 있어서, 상기 접합강도의 개선을 도모하는 접합강도 개선 조건으로써 반도체 부품의 가열을 실행하도록 하였다. 따라서, 범프 형성시에는, 상기 반도체 부품의 각각의 범프에 있어서의 접합강도가 해당 반도체 부품에 있어서 불균일하더라도, 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열을 실행함으로써, 대략 균일화할 수 있다. 따라서, 상기 반도체 부품의 품질을 종래에 비해서 향상시킬 수 있다. 또한, 내열성이 약한 부품의 접합강도 확보에도 유익하다.
상기 접합강도 개선 조건은, 가열 시간 및 가열 온도를 변수로 한 조건이고, 예로서 반도체 부품의 재질 및 크기 등에 따라서 변화 가능하다. 따라서, 예로서 범프 형성시에 있어서의 범프 형성용 온도를 비교적 고온으로 하면, 재질상, 물리적으로 손상이 발생하는 반도체 부품에 대하여는, 상기 범프 형성용 온도를 비교적 낮은 온도에 설정하고, 상기 접합강도 개선 조건에 있어서도 비교적 저온으로 긴 시간에 걸쳐서 상기 반도체 부품을 가열함으로써, 상기 접합강도를 대략 균일화하여, 상기 반도체 부품의 품질을 종래에 비해서 향상시킬 수 있다.
또한, 상기 가열장치에는, 복수의 반도체 부품을 장착 가능하게 구성함으로써, 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열과, 기타의 동작을 병행 처리할 수 있고, 택트의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 처리 대상인 상기 반도체 부품이 반도체 웨이퍼인 때에는, 반도체 칩인 경우에 비해서, 범프 형성 개시로부터 종료까지의 시간이 길므로, 상기 범프 형성 개시로부터 종료까지의 시간과, 범프 형성후의 가열에 의해서 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간과의 관계에 따라서 상기 접합 개선 조건을 결정할 수 있다. 이렇게 상기 접합 개선 조건을 결정함으로써, 상기 반도체 웨이퍼 상의 전 범프의 상기 접합강도를 대략 균일화하여, 범프 형성 완료된 반도체 웨이퍼의 품질을 종래에 비해서 향상시킬 수 있다.
(제1실시형태)
이하, 도면을 참조해서 본 발명에 있어서의 제1실시형태를 상세히 설명한다.
본 발명의 실시형태인 범프 형성장치, 이 범프 형성장치에 의해서 실행되는 범프 형성방법, 이 범프 형성방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한 컴퓨터 판독 가능한 기록매체, 및 상기 범프 형성장치에 의해서 범프가 형성된 반도체 기판에 대해서, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 또한, 각각의 도면에 있어서 동일한구성 부분에 대해서는 동일한 부호가 붙여져 있다.
또한, 도 1 및 도 2에 나타내는, 본 실시형태의 범프 형성장치(101)는 상기 SAW 필터를 형성하는 웨이퍼 상(狀)의 압전기판(이하, "압전기판 웨이퍼"라고 기재한다)을 처리하는 데에 적합하고, 이하의 설명에서도, 도 46에 나타내는 바와 같이, 상기 압전기판 웨이퍼 상에 형성되어 있는 회로부분의 전극 부분(15)에 범프 (16)를 형성하는 경우를 예로서 채용한다. 또한, 이 압전기판 웨이퍼에 형성되어 있는 전극 부분(15)은 알루미늄을 주성분으로 하고 있고, 그 두께(15a)는 약 2000Å 정도이다. 또한, 이러한 전극 부분(15) 상에 형성되는 범프(16)는 금으로 되어 있고, 상기 대좌 부분(16a)의 직경이 약 90∼120㎛의 것이다.
그러나, 본 실시형태는 처리 대상을 이러한 압전기판 웨이퍼에 한정하는 것은 아니다. 즉, 전극 부분과 이 전극 부분 상에 형성되는 범프와의 접합 상태가 불안정하고 통상치에 비해서 접합강도가 약한 기판이 처리 대상이 된다. 구체적으로는, 상기한 바와 같이, 예로서, 상기 전극 부분의 두께(15a)가 약 2000Å 정도이고, 통상의 두께에 비해서 얇은 전극 부분(15)을 갖는 반도체 웨이퍼 및 반도체 칩이나, 상기의 소위 미소 범프가 형성되는 반도체 웨이퍼 및 반도체 칩 등이 상기 처리 대상이 된다. 또한, 상기 얇은 전극 부분(15)이라는 것은, 치수적으로는 약 2500Å 이하로서 예로서, 1800∼2200Å 정도의 두께를 갖는 전극 부분을 말한다. 또한, 상기 미소 범프라는 것은, 치수적으로는 상기 대좌 부분(16a)이 약 50㎛ 이하로서 예로서 40∼48㎛ 정도의 크기를 갖는 범프를 말한다.
또한, 상기 반도체 웨이퍼 및 반도체 칩을 구성하는 기재 부분의 재질은, 상기 SAW 필터를 형성할 때의 LiTaO3이나 LiNbO3 등의 화합물 반도체 이외에, 수정(水晶)이나 Si 등이고, 특히 한정되는 것이 아니다.
또한, 상기 범프 형성장치(101)는, 범프 형성전의 압전기판 웨이퍼(201)를 층상(層狀)으로 적재한 제1적재용기(205)와, 범프 형성후의 압전기판 웨이퍼(202)를 층상으로 적재하는 제2적재용기(206)의 양쪽을 구비한, 소위 양 매거진 (magazine) 타입이지만, 이 타입에 한정되는 것은 아니고, 상기 범프 형성전 압전기판 웨이퍼(201) 및 상기 범프 형성후 압전기판 웨이퍼(202)를 하나의 적재용기에 적재하는 소위 한쪽 매거진 타입을 구성할 수도 있다.
상기 범프 형성장치(101)는 대체로, 하나의 본딩 스테이지(110)와, 하나의 범프 형성 헤드(120)와, 반송장치(130)와, 반입측과 반출측에 각각 설치한 이재장치(140)와, 상기 적재용기(205, 206)에 대해서 각각 설치되어서 각각의 적재용기 (205, 206)를 승강시키는 승강 장치(150)와, 예열장치(160)와, 후가열장치(170)와, 제어장치(180)를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태의 범프 형성장치(101)에서는, 이하에 상세하게 설명하는 바와 같이, 상기 전극 부분에의 범프 형성전에, 상기 예열장치(160)로써 기판의 온도제어를 실행하는 것이 특징의 하나이므로, 가장 기본적인 구성 부분은, 범프를 형성하기 위한 상기 범프 형성 헤드(120) 및 상기 예열장치(160)이다.
이하에, 상기의 각각의 구성 부분에 대해서 설명한다.
상기 본딩 스테이지(110)는, 상기 범프 형성전의 압전기판 웨이퍼(이하, 간단히 "범프 형성전 웨이퍼"라고 기재한다)(201)를 장착하는 동시에, 이 범프 형성전 웨이퍼(201) 상에 형성되어 있는 회로에 있어서의 전극 부분(15) 상에 범프(16)를 형성할 때의 해당 범프 형성전 웨이퍼(201)의 온도로서, 범프 형성에 필요한 온도인 범프 본딩용 온도에 범프 형성전 웨이퍼(201)를 설정한다. 한편, 상기의 범프 형성에 필요한 범프 본딩용 온도라는 것은, 상기 전극 부분(15)과 범프(16)를 설계상의 강도로써 접합하기 위해서 필요한 온도이고, 범프(16)가 형성되는 웨이퍼나 기판의 재질이나 상기 설계상의 강도에 대응하여 설정되는 온도이며, 본 실시형태의 경우, 약150℃이다.
본딩 스테이지(110)에서는, 범프 형성전 웨이퍼(201)가 장착되는 웨이퍼 장착대(111)에, 도 3에 나타내는 바와 같이, 범프 형성전 웨이퍼(201)를 흡착하기 위한, 그리고 기체를 분출하기 위한 출입공(出入孔)(113)이 개구(開口)되어 있고, 이 출입공(113)에는 제어장치(180)에 의해서 동작 제어되는 흡인장치(114), 및 기체공급장치로서 기능을 하는 일례인 블로(blow) 장치(115)가 접속되어 있다. 그리고, 본 실시형태에서는, 상기 기체는 공기이다. 또한, 본딩 스테이지(110)의 웨이퍼 장착대(111)는, 히터(112)측에 접촉되어 있는 가열위치와, 상기 범프 형성전 웨이퍼 (201) 등의 반도체 기판을 이재하기 위한 이재 위치와의 사이를, 승강장치로써 승강 가능하다. 또한, 웨이퍼 장착대(111)에 있어서의 범프 형성전 웨이퍼(201)와의 접촉면에는, 도 4에 나타내는 바와 같이 금속 도금, 본 실시형태에서는 은 도금 (261)을 실시한다. 은 도금을 실시함으로써, 웨이퍼 장착대(111)와 범프 형성전 웨이퍼(201)와의 사이의 열전도율이 양호하게 되고, 또한, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 제전(除電)효과도 높아진다.
상기 범프 형성 헤드(120)는, 상기 본딩 스테이지(110)에 장착되어서 상기 범프 본딩용 온도에 유지된 범프 형성전 웨이퍼(201)의 상기 전극 부분(15)에 범프(16)를 형성하기 위한 공지된 장치이고, 도 1에 나타내는 바와 같이 범프(16)의 재료인 금선(金線)을 공급하는 와이어 공급부(121) 이외에, 상기 금선을 용융해서 볼(ball)을 형성하고, 이 용융 볼을 상기 전극 부분(15)에 압압하는 범프 제작부, 상기 압압시에 범프(16)에 초음파를 작용시키는 초음파 발생부 등을 구비하고 있다. 또한, 이와 같이 구성되는 범프 형성 헤드(120)는, 예로서, 볼 나사(ball screw) 구조를 가지며 평면상으로 서로 직교하는 X, Y 방향으로 이동 가능한 X, Y 테이블(122)상에 설치되어서, 고정되어 있는 상기 범프 형성전 웨이퍼(201)의 각각의 상기 전극 부분(15)에 범프(16)를 형성 가능하도록 상기 X, Y 테이블(122)에 의해서 상기 X, Y 방향으로 이동된다.
해당 범프 형성장치(101)에는, 상기 반송장치(130)로서 2 종류 설치되어 있다. 그 중 1개인 반입장치(131)는, 상기 제1적재용기(205)로부터 상기 범프 형성전 웨이퍼(201)를 취출하는 장치이고, 다른 1개의 반출장치(132)는, 범프 형성후의 압전기판 웨이퍼(이하, 간단히 "범프 형성후 웨이퍼"라고 기재한다)(202)를 상기 제2적재용기(206)에 반송하여 적재하는 장치이다. 도 5에 나타내는 바와 같이, 반입장치(131)에는, 범프 형성전 웨이퍼(201)를 흡착동작으로써 지지하는 지지대(1311)와, 이 지지대(1311)를 X 방향을 따라서 이동시키는 반입장치용 이동장치(1312)가 구비되어 있다. 반입장치용 이동장치(1312)에 포함되는 구동부(1313)는, 제어장치 (180)에 접속되어서 동작 제어된다. 따라서, 상기 구동부(1313)가 동작함으로써 지지대(1313)가 X 방향을 따라서 이동하고, 반입장치(131)는 제1적재용기(205)로부터 범프 형성전 웨이퍼(201)를 취출해 온다.
반출장치(132)도 반입장치(131)와 동일한 구조를 가지며, 동일하게 동작하므로, 대략적으로 설명한다. 요컨대 반출장치(132)는, 도 6에 나타내는 바와 같이, 범프 형성후 웨이퍼(202)를 본 실시형태에서는 흡착동작으로써 지지하는 지지대 (1321)와, 이 지지대(1321)를 X 방향을 따라서 이동시키고, 제2적재용기(206)에 상기 범프 형성후 웨이퍼(202)를 적재시키는 반출장치용 이동장치(1322)와, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 이면(202b)에 흡착하여 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지하는 지지부(1323)와, 상기 지지대(1321)의 하방에 배치되어 지지대(1321)에 지지되어 있는 범프 형성후 웨이퍼(202)의 두께 방향으로 지지부(1323)를 이동시키는 구동부 (1324)를 구비하고 있다. 상기 반출장치용 이동장치(1322) 및 구동부(1324)는, 제어장치(180)에 의해서 동작 제어된다.
또한, 반입장치(131)의 설치 개소에는, 제1적재용기(205)로부터 반입장치 (131)로써 취출한 범프 형성전 웨이퍼(201)의 배향 및 평탄도(orientation-flat)를 소정 방향으로 배향하는, 배향 및 평탄도 조정장치(133)가 설치되어 있다. 이 배향 및 평탄도 조정장치(133)에는, 도 7에 나타내는 바와 같이, 구동부(1332)에 의해서 Y 방향으로 이동되어 범프 형성전 웨이퍼(201)를 사이에 끼워 지지하는 협지판(挾持板)(1331)과, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 두께 방향으로 이동 가능하면서, 범프 형성전 웨이퍼(201)를 지지 가능하고, 또한 지지한 범프 형성전 웨이퍼(201)의 배향 및 평탄도의 배향을 실행하기 위해서 범프 형성전 웨이퍼(201)의 주위 방향으로회전 가능한 지지부(1333)와, 이 지지부(1333)의 구동부(1334)가 구비되어 있다. 상기 구동부(1332, 1334)는 제어장치(180)에 의해서 동작 제어된다.
이재장치(140)는, 해당 범프 형성장치(101)에서는, 반입측 이재장치(141)와 반출측 이재장치(142)를 구비하고 있다. 반입측 이재장치(141)는, 상기 반입장치 (131)의 지지대(1311)에 지지된 상기 범프 형성전 웨이퍼(201)를 협지하여, 예열장치(160)에의 반송과, 예열장치(160)로부터 본딩 스테이지(110)에의 반송을 실행한다. 한편, 반출측 이재장치(142)는, 본딩 스테이지(110)상에 지지되어 있는 상기 범프 형성후 웨이퍼(202)를 협지하여, 후가열장치(170)에의 반송과, 후가열장치 (170)로부터 상기 반출장치(132)의 지지대(1321)에의 반송을 실행한다.
이러한 반입측 이재장치(141)는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 범프 형성전 웨이퍼(201)를 협지하면서 범프 형성전 웨이퍼(201)의 표면 및 이면(裏面)의 대전을 제거하는 웨이퍼 지지부(1411)와, 상기 협지동작을 위해서 웨이퍼 지지부(1411)를 구동하는, 본 실시형태에서는 에어실린더를 구비한 구동부(1412)와, 이 웨이퍼 지지부(1411) 및 구동부(1412) 전체를 X 방향으로 이동시키는, 본 실시형태에서는 볼 나사 기구로써 구성되는 이동장치(1413)를 구비하고 있다. 상기 구동부(1412) 및 이동장치(1413)는, 제어장치(180)에 접속되어, 동작 제어된다.
반출측 이재장치(142)도, 상기 반입측 이재장치(141)와 마찬가지로, 웨이퍼 지지부(1421)와, 구동부(1422)와, 이동장치(1423)를 구비하고, 구동부(1422) 및 이동장치(1423)는 제어장치(180)에 의해서 동작 제어된다.
상기 웨이퍼 지지부(1411, 1421)에 대해서 설명한다. 웨이퍼 지지부(1411)는, 도 8에 나타내는 바와 같이, 상기 구동부(1412)에 의해서 X 방향으로 이동 가능한, 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)와, 이 지지부재들 사이에 끼워져서 배치되는 제전용 부재(1416)가 서로 평행으로 배열되어 있다. 이 제1지지부재 (1414), 제2지지부재(1415), 및 제전용 부재(1416)는, 모두 철 또는 기타의 도전성 재료로 제작되어 있다. 웨이퍼 지지부(1421)도, 웨이퍼 지지부(1411)와 마찬가지로, 제1지지부재(1424) 및 제2지지부재(1425)와, 이 지지부재들 사이에 끼워져서 배치되는 제전용 부재(1426)가 서로 평행으로 배열되어 있다. 이들 제1지지부재 (1424), 제2지지부재(1425), 및 제전용 부재(1426)는, 모두 철 또는 기타의 도전성 재료로 제작되어 있다. 또한, 웨이퍼 지지부(1411, 1421)는 동일한 구조로 구성되어 있으므로, 이하에는 대표적으로 웨이퍼 지지부(1411)를 예로 설명한다.
제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)에는, 철이나, 도전성 수지로써 제작되고, 도시한 바와 같이 범프 형성전 웨이퍼(201)를 지지하기 위한 L자형의 지지 핑거(finger)(1417)가 각각 2개씩 설치되어 있다. 또한, 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재 (1415)와 함께, 지지 핑거(1417)를 철 또는 도전성 재료로써 제작하는 것은, 지지하는 범프 형성전 웨이퍼(201)의 이면(201b)의 대전을 접지 가능하게 하기 위한 것이다.
또한, 바람직하게는 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)와 함께, 지지 핑거(1417)의 외면 전면에, 도 9에 나타내는 바와 같이 절연 재료로써 코팅을 실시하는 것이 바람직하다.
제전용 부재(1416)에는, 이 웨이퍼 지지부(1411)에 의해서 지지되는 범프 형성전 웨이퍼(201)의 표면(201a)에 있어서의 주변 가장자리 부분(201c)에 접촉 가능하도록, 본 실시형태에서는 웨이퍼(201)의 직경 방향을 따른 2개소에서 웨이퍼 (201)의 두께 방향으로 돌출해서 제전용 접촉 부재(14161)가 설치되어 있다. 제전용 접촉 부재(14161)는, 도 10에 나타내는 바와 같이 제전용 부재(1416)에 대하여 접동(摺動) 가능하게 관통하여 부착되어서, 제전용 접촉 부재(14161)의 축 방향으로 스프링(14162)에 의해서 가세(加勢)되어 있다. 또한, 제전용 접촉 부재(14161)에 있어서의 웨이퍼 접촉 단부에는, 완충재로서 도전성 수지(14163)가 배치되어 있다.
이러한 제전용 접촉 부재(14161)는, 상기 도전성 수지(14163)가 범프 형성전 웨이퍼(201)의 표면(201a)에 접촉함으로써, 그 표면(201a)에 있어서의 대전(帶電)을 접지시킨다. 또한, 지지 핑거(1417)에 의해서 범프 형성전 웨이퍼(201)가 지지되기 전의 상태에서는, 제전용 접촉 부재(14161)는, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 두께 방향에 있어서, 지지 핑거(1417)와 동일한 레벨로 또는 지지 핑거(1417)를 초과하여 돌출되어 있다. 이러한 구성으로써, 해당 웨이퍼 지지부(1411)가 범프 형성전 웨이퍼(201)를 지지하려고 할 때, 지지부(1411)가 범프 형성전 웨이퍼(201)에 접촉하기 전에 제전용 접촉부재(14161)가 범프 형성전 웨이퍼(201)의 표면(201a)에 접촉 가능하게 된다. 따라서, 우선, 상기 표면(201a)의 제전을 실행할 수 있다. 또한, 제전용 접촉 부재(14161)에 직접, 접지선을 접속하는 구성을 채용할 수도 있다.
상기 예열장치(160)는, 본 실시형태의 범프 형성장치(101)에 있어서 특징적인 동작의 하나를 실행하는 장치이다. 즉, 예열장치(160)는, 범프 형성전 웨이퍼 (201)의 전극 부분(15)에 범프(16)를 형성하기 전에, 범프 형성전 웨이퍼(201)에 대하여, 범프 형성시에 있어서의 상기 전극 부분(15)과 범프(16)와의 접합을 촉진시키는 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 장치이고, 대체로, 범프 형성전 웨이퍼(201)를 가열하는 전(前) 가열부와, 이 전 가열부에 대하여 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 제어부를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 상기 제어부는 제어장치(180)에 상당한다.
상기 전 가열부는, 이하와 같이 구성된다.
도 11∼도 13에 나타내는 바와 같이, 열원으로서의 패널 히터(161)를 구비한 패널 히터 프레임(162) 상에 열확산 부재로서의, 본 실시형태에서는 6mm 두께의 알루미늄판(163)을 장착하고 있다. 알루미늄판(163)의 웨이퍼 장착면(163a)에는, 도 4에 나타내는 바와 같이 금속 도금, 본 실시형태에서는 은 도금(261)을 실시하고 있다. 은 도금을 실시함으로써, 알루미늄판(163)과 범프 형성전 웨이퍼(201)와의 사이의 열전도율이 좋아지고, 또한, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 제전 효과도 높아진다. 패널 히터(161)에 의한 승온 동작은, 알루미늄판(163)의 온도를 측정하는, 예로서, 열전대 등 온도 센서(166)로부터의 온도 정보를 참조하면서 제어장치(180)에 의해서 제어된다. 또한, 상기 열확산 부재(163)의 재질은, 상기 알루미늄에 한정되는 것은 아니고, 열전도율이 양호한 재질로서 범프 형성전 웨이퍼(201)와 화학적 반응을 일으키지 않는 재질, 예로서 듀랄루민 등이라도 좋다.
본 실시형태에서는, 상기 반입측 이재장치(141) 및 반출측 이재장치(142)는,어느 것도 웨이퍼 지지부(1411) 및 웨이퍼 지지부(1421)를, 이 것들이 지지하고 있는 범프 형성전 웨이퍼(201) 및 범프 형성후 웨이퍼(202)의 두께 방향으로 이동시키는 기구를 구비하고 있지 않다. 따라서, 예열장치(160)는, 범프 형성전 웨이퍼 (201)를 상기 알루미늄판(163)상에 장착하기 위해서, 패널 히터(161)를 갖춘 패널 히터 프레임(162) 및 알루미늄판(163)을 상기 두께 방향으로 도 12에 나타내는 하강위치(167)와 도 13에 나타내는 상승위치(168)와의 사이에서 승강시키는 승강기구를 구비하고 있다. 이 승강기구는, 상기 두께 방향으로의 승강 동작을 하기 위한 구동원으로서의 에어실린더(1601)와, 이 에어실린더(1601)에 의해서 승강되는 T자형의 지지부재(1602)와, 이 지지부재(1602)에 세워져 설치되어서 패널 히터 프레임 (162) 및 알루미늄판(163)을 지지하는 2개의 지지봉(1603)을 구비하고 있다. 그리고, 상기 에어실린더(1601)는, 제어장치(180)에 의해서 동작 제어되는 실린더 구동장치(1604)에 의해서 동작된다. 또한, 본 실시형태에서는, 이후에 설명하는 바와 같이 에어실린더(1601)에 의한 승강 동작에 의해서, 패널 히터 프레임(162) 및 알루미늄판(163)과는 분리하여 알루미늄판(163)의 냉각을 촉진시키므로, 상기 실린더 구동장치(1604) 및 상기 에어실린더(1601)는 분리장치로서의 기능을 갖는다.
본 실시형태에서는, 도시하는 바와 같이 지지봉(1603)은 패널 히터 프레임 (162)을 관통하여, 그 선단부가 알루미늄판(163)에 삽입되어 있다. 지지봉(1603)이 관통된 상태에서 패널 히터 프레임(162)은 지지봉(1603)의 축방향으로 미끄러지게 이동 가능하고, 지지봉(1603)의 선단부에서 알루미늄판(163)은 지지봉(1603)에 고정된다. 또한, 패널 히터 프레임(162)은 가세(加勢)수단의 일례인 스프링(1605)에의해서 알루미늄판(163)에 압압되어 있다. 따라서, 에어실린더(1601)가 동작함으로써, 도 12에 나타내는 바와 같이 하강위치(167)로부터 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)은 일체적으로 승강하지만, 상승시, 접촉위치에 설치되어 있는 스토퍼(stopper)(1606)에 패널 히터 프레임(162)이 맞닿은 후는, 도 13에 나타내는 바와 같이 스토퍼(1606)에 의해서 패널 히터 프레임(162)의 상승이 정지되므로, 알루미늄판(163)만이 상승하고, 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)과의 분리가 실행된다. 그리고 알루미늄판(163)이 상승위치(168)까지 상승한다. 본 실시형태에서는, 분리 완료시에 있어서의 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)과의 간극(間隙)은, 약 2~4mm이다. 이 분리후의 강하시에는, 상기 상승위치(168)로부터 상기 스토퍼(1606)가 설치되어 있는 상기 접촉위치까지는 알루미늄판(163)만이 하강하고, 상기 접촉위치부터는 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)이 일체적으로 상기 하강위치(167)까지 하강한다.
이후에 상세하게 설명하는 예열후에, 다음의 새로운 범프 형성전 웨이퍼 (201)를 장착하는 경우에 알루미늄판(163)의 온도를 약 40℃까지 낮출 필요가 있지만, 상기한 바와 같이, 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)을 분리 가능한 구조로 함으로써, 종래에 비해서 알루미늄판(163)의 냉각속도를 향상시킬 수 있어서 택트의 단축을 도모할 수 있다. 또한, 양산전에 실행하는 시작단계시에, 또는 동일한 종류의 웨이퍼에 대해서 1, 2매 정도밖에 범프 형성을 실행하지 않을 때에, 상기 분리 구조를 채택함으로써 상기 냉각속도의 향상을 도모할 수 있으므로 택트에 있어서, 특히 유효하게 된다.
또한, 알루미늄판(163)의 온도가 내려간 시점에서 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)을 합체시키면 좋고, 패널 히터 프레임(162)이 상기 약 40℃까지 내려가는 것을 기다릴 필요는 없으므로, 패널 히터 프레임(162)에서의 온도차는 종래에 비해서 작게 된다. 따라서, 패널 히터(161)의 부하를 저감시킬 수 있으므로, 종래에 비해서 패널 히터(161)의 수명을 길게 할 수도 있다.
그리고, 상기한 바와 같이 본 실시형태에서는 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)은 분리 가능한 구조로 했지만, 간이형으로서 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)은 분리시키지 않고 항상 일체로서 승강하도록 구성할 수도 있다.
또한, 상기한 바와 같이 2개의 지지봉(1603)으로써 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)을 지지하고 있으므로, 패널 히터 프레임(162)로부터의 열이 지지부재(1602)나 에어실린더(1601) 등에 전달되기 어렵다. 따라서, 패널 히터 프레임 (162)으로부터의 열은, 대부분 알루미늄판(163)에 전도시킬 수 있으므로, 알루미늄판(163)에서의 온도분포를 대략 균일하게 할 수 있어서, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 전체를 균일하게 가열할 수 있다. 더욱이, 연속 운전해도, 지지부재(1602) 등이 열을 띠지도 않는다.
알루미늄판(163)의 웨이퍼 장착면(163a)에는, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 이재시에 상기 웨이퍼 지지부(1411)에 구비된 지지 핑거(1417)가 진입하기 위한 탈출 홈(1607), 및 공기 출입공(1608)이 형성되어 있다. 공기 출입공(1608)은, 도 14에 나타내는 바와 같이, 알루미늄판(163)내에 형성된 블로(blow) 흡인용 통로(1609)에 연통되어 있고, 이후의 동작 설명에서도 설명하지만, 범프 형성전 웨이퍼(201)를반송할 때에 범프 형성전 웨이퍼(201)와 웨이퍼 장착면(163a)을 분리시키기도 하고, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 이면의 대전을 제거하기도 할 때에 공기를 분출하기 위한 구멍이며, 또는 본 실시형태에서는 기본적으로는 실행하지 않지만 범프 형성전 웨이퍼(201)를 웨이퍼 장착면(163a)에 흡착 지지시킬 때의 공기 흡인용 구멍이다. 그리고, 상기 블로 흡인용 통로(1609)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제어장치(180)에 의해서 동작 제어되는 블로 흡인장치(1611)에 연결관(1610)을 통해서 접속된다. 또한, 본 실시형태에서는, 분출하는 기체로서 상기와 같이 공기를 이용하지만, 기타의 기체를 이용해도 좋다. 또한, 상기 블로 흡인장치(1611)는, 기체 공급에 의해서 범프 형성전 웨이퍼(201)의 휨 교정동작 및 제전동작을 실행하는 경우의 기체공급장치로서의 기능을 달성한다.
더욱이, 알루미늄판(163)내에는, 알루미늄판(163)을 냉각하기 위한 냉매용 통로(1612)가 형성되어 있다. 본 실시형태에서는, 냉매로서 상온의 공기를 사용하지만, 기타의 기체나 물 등을 사용해도 좋다. 냉매용 통로(1612)는, 도 11에 나타내는 바와 같이, 제어장치(180)에 의해서 동작 제어되는 냉각공기 공급장치(1613)에 연결관(11614)을 통해서 접속되어 있다. 그리고, 냉매용 통로(1612)에 공급된 냉매용 공기는, 도시된 화살표를 따라서 이 냉매용 통로(1612)를 흘러서, 연결관 (1615)을 통해서 배기된다.
이러한 구성을 갖는 예열장치(160)에 있어서, 상기 제어장치(180)의 제어에 의해서 실행되는 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어에 대해서 설명한다.
종래 기술의 문제점으로서 상기한 바와 같이, 전극 부분(15)의 막 두께가 통상의 것에 비해서 얇은 경우, 상기 미소 범프의 경우나, 전극 부분(15)의 재질이 특히 알루미늄의 경우에는, 범프(16)의 접합 상태가 불안정하게 되어서 필요한 접합강도를 취득할 수 없는 경우가 있다. 이 원인은 이하와 같이 생각된다. 즉, 반도체 기판에 형성된 회로부분(20)에 있어서의 전극 부분(15)은, 예로서, 증착법으로써 전극 부분(15)을 형성하는 금속, 예로서, 알루미늄이 상기 회로부분(20) 상에 필요로 하는 막 두께까지 형성된다. 그러나, 전극 부분(15)의 형성시에 있어서의 상기 금속은, 알루미늄 입자가 퇴적(堆積)되고 있는 상태이지만, 그 알루미늄 입자가 직경이 0.05∼0.3㎛ 정도로 크기 때문에, 특히, 상기 막 두께가 상기한 바와 같이 통상에 비해서 얇은 경우, 예로서 상기한 바와 같이 약 2000Å(＝0.2㎛)인 경우에는, 상기한 바와 같이 입자가 굵은 상태의 불완전함에 기인해서 전극 부분(15)이 약한 상태라고 생각된다. 한편, 전극 부분(15)위에 범프(16)를 형성할 때에는, 범프(16)가 되는 용융 상태의 금속 볼을 초음파 진동시키면서 전극 부분(15)에 압압하므로, 약한 상태의 전극 부분(15)에 상기 초음파 진동 등이 작용하고, 굵은 입자의 금속이 무너지는 등의 현상이 발생하고, 결과적으로, 전극 부분(15)과 범프(16)와의 안정된 접합이 가능하지 않다고 생각된다. 특히, 전극 부분(15)에 알루미늄을 사용하고, 막 두께(22)가 얇은 경우에, 상기 불안정한 접합이 현저하게 발생한다.
그래서, 본 실시형태에서는, 전극 부분(15)이 형성되어 있는 상기 범프 형성전 웨이퍼(201)에 대하여, 범프(16)의 형성을 실행하기 전에, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어에 의한 가열을 실행한다. 구체적으로는 이후에 설명하는, 해당 범프 형성장치(101)의 범프 형성 동작 설명에서 설명하지만, 상기 형성전 접합 촉진용온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 범프 형성전 웨이퍼(201)의 손상 방지 온도 이하인 형성전 접합 촉진용 온도까지 상기 범프 형성전 웨이퍼(201)를 가열하는 제어이고, 또한, 본 실시형태에서는, 상기 형성전 접합 촉진용 온도에서 형성전 접합 촉진용 시간으로 범프 형성전 웨이퍼(201)를 유지하고, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 경과후, 상기 범프 본딩 온도에 범프 형성전 웨이퍼(201)를 설정하는 제어이다.
이러한 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행함으로써, 현상적으로는, 종전에 비해서 전극 부분(15)과 범프(16)와의 접합 상태의 개선을 도모할 수 있다. 이것은, 상기한 바와 같이 입경이 큰 금속 입자가, 예로서 입경(粒徑)이 약 2/3∼1/3 정도로 금속 입자가 미세화된 상태로 변화되어 전극 부분(15)의 강도가 향상된 것이라고 생각된다. 또한, 도 15는 범프 형성 장소의 근방 부분에서의 기판 표면에 있어서의, 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하기 전의 상태를 찍은 전자현미경 사진을 기본으로 하여 작성한 도면이고, 도 16은, 상기 근방 부분에 있어서의 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행한 후의 상태에서의 전자현미경 사진을 기본으로 하여 작성한 도면이고, 기본이 되는 상기 전자현미경 사진은 양자 모두 배율은 10 만배이다. 또한, 부호 21로써 나타내는 것이 전극 부분(15)을 형성하는 알루미늄의 입자이고, 도 15에 나타내는 입자(21)보다도 도 16에 나타내는 입자(21)쪽이 작게 되어 있고, 형성전 접합 촉진용 온도제어의 실행에 의해서 알루미늄 입자가 미세화가 진행된 것을 알 수 있다.
이어서, 상기 후가열장치(170)에 대해서 설명하지만, 이 후가열장치(170)도,본 실시형태의 범프 형성장치(101)에 있어서 특징적인 동작의 하나를 실행하는 장치이다. 즉, 후가열장치(170)는, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 전극 부분(15)에 범프 (16)를 형성한 후에, 범프 형성후 웨이퍼(202)에 대하여 상기 전극 부분(15)과 범프(16)와의 접합을 촉진시키는 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 장치이고, 대체로, 범프 형성후 웨이퍼(202)를 가열하는 후(後)가열부와, 이 후가열부에 대하여 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 제어부를 구비하고 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 상기 제어부는 제어장치(180)에 상당한다.
상기 후가열부는, 이하와 같이 구성된다.
구조적으로는 상기의 예열장치(160)와 동일한 구조를 가지며, 본 실시형태에서는 패널 히터 프레임과 알루미늄판과는 분리하는 구조이다. 요컨대, 상기의 예열장치(160)의 각각의 구성부분에 대응하여, 후가열장치(170)에 있어서도, 패널 히터 (171), 패널 히터 프레임(172), 알루미늄판(173), 온도 센서(176), 에어실린더 (1701), 지지부재(1702), 지지봉(1703), 실린더 구동장치(1704), 스프링(1705), 스토퍼(1706), 탈출 홈(1707), 공기 출입공(1708), 블로 흡인용 통로(1709), 연결관 (1710), 블로 흡인장치(1711), 냉매용 통로(1712), 냉각공기 공급장치(1713), 연결관(1714, 1715)을 구비하고 있다. 따라서, 도 11~도 14에는, 예열장치(160) 및 후가열장치(170) 양자의 부호를 기재하고 있다. 단, 패널 히터(171)는, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 온도를 제어하기 위해서 제어장치(180)에 의해서 동작 제어된다. 그리고, 알루미늄판(173)의 웨이퍼 장착면(173a)에는, 알루미늄판(163)의 경우와 동일하게, 도 4에 나타내는 바와 같이 금속 도금, 본 실시형태에서는 은 도금(261)을실시한다. 은 도금을 실시함으로써, 알루미늄판(173)과 범프 형성후 웨이퍼(202)와의 사이의 열전도율이 양호하게 되고, 또한, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 제전효과도 높아진다.
이러한 구성을 갖는 후가열장치(170)에 있어서, 상기 제어장치(180)의 제어에 의해서 실행되는 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어에 대해서 설명한다.
상세하게는, 이후에 설명하는 해당 범프 형성장치(101)의 범프 형성 동작 설명에서 설명하지만, 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 범프 형성후 웨이퍼(202)의 손상 방지 온도 이하인 형성후 접합 촉진용 온도까지 상기 범프 형성후 웨이퍼(202)를 가열하는 제어이고, 또한 본 실시형태에서는, 상기 형성후 접합 촉진용 온도에서 형성후 접합 촉진용 시간으로 범프 형성후 웨이퍼(202)를 유지하고, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 경과 후, 대략 실온까지 범프 형성후 웨이퍼(202)를 강온하는 제어이다.
이러한 형성후 접합 촉진용 온도제어는, 예열장치(160)에 의해서 실행되는 형성전 접합 촉진용 온도제어와 같은 전극 부분(15)의 금속 입자의 적정화를 실행하는 것이 아니고, 범프(16)와 전극 부분(15)과의 접합 계면 부분에 있어서의 양쪽 재료의 확산을 촉진시키기 위한 제어이다. 이 형성후 접합 촉진용 온도제어가 실행됨으로써, 상기의 금속 확산에 의해서, 전극 부분(15) 상에 형성된 범프(16)와, 전극 부분(15)과의 접합 상태가 개선되고, 전극 부분(15)과 범프(16)가 더욱 견고하게 접합 가능하게 된다.
본 실시형태에서는, 상기의 형성전 접합 촉진용 온도제어, 및 형성후 접합촉진용 온도제어를 실행하기 위한 프로그램을, 제어장치(180)에 구비된 기억장치 (181)에 저장하고 있다. 그러나 이것에 한정되지 않고, 상기 프로그램을 기록한, 예로서 CD-ROM, 플로피디스크 등의 기록매체(182)로부터 판독장치(183)를 통해서 제어장치(180)에 상기 프로그램을 공급하도록 해도 좋고, 또한, 통신선을 통해서 공급하도록 구성할 수도 있다.
또한, 형성전 접합 촉진용 온도제어 및 형성후 접합 촉진용 온도제어를 각각 단독으로서 실행할 수도 있고, 또한, 예로서 상기 형성전 접합 촉진용 시간을 길게 했을 때에는 형성후 접합 촉진용 시간을 짧게 하는 등, 상기 제어장치(180)로써, 양쪽 제어를 관련시켜서 제어할 수도 있다.
이어서, 상기 승강장치(150)는, 상기 제1적재용기(205)를 장착하는 제1승강장치(151)와, 상기 제2적재용기(206)를 장착하는 제2승강장치(152)를 구비하고 있다. 제1승강장치(151)는, 상기 범프 형성전 웨이퍼(201)가 상기 반입장치(131)에 의해서 취출 가능한 위치에 배치되도록, 상기 제1적재용기(205)를 승강한다. 제2승강장치(152)는, 상기 반출장치(132)에 의해서 지지되어 있는 범프 형성후 웨이퍼 (202)를 제2적재용기(206) 내의 소정 위치에 적재 가능하도록, 제2적재용기(206)를 승강한다.
이상 설명한 바와 같은 구성을 갖는 본 실시형태의 범프 형성장치(101)에 있어서의 동작, 즉, 범프 형성방법에 대해서 이하에 설명한다. 상기한 각각의 구성부분은 제어장치(180)에 의해서 동작 제어가 실행됨으로써, 범프 형성전 웨이퍼(201)에 범프가 형성되고, 그리고 범프 형성후 웨이퍼(202)가 제2적재용기(206)에 적재되는, 일련의 동작이 실행된다. 또한, 상기한 바와 같이 제어장치(180)는, 예열장치(160)로써 범프 형성전 웨이퍼에 대해서 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하고, 또한, 예열장치(160)로써 실행 가능한 범프 형성전 웨이퍼(201)에 대한 제전용 블로 동작이나 휨 교정용 블로 동작을 제어할 수도 있다. 또한 상기한 바와 같이 제어장치(180)는, 후가열장치(170)로써 범프 형성후 웨이퍼(202)에 대해서 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행하고, 또한 후가열장치(170)로써 실행 가능한 범프 형성후 웨이퍼(202)에 대한 제전용 블로 동작이나 휨 교정용 블로 동작을 제어할 수도 있다.
본 실시형태의 범프 형성장치(101)에서는, 도 17에 나타내는 단계(도면에서는 "S"로 나타낸다) 1로부터 단계 10까지의 각각의 공정에 따라서, 범프 형성전 웨이퍼(201)에 범프가 형성되고, 범프 형성후 웨이퍼(202)가 제2적재용기(206)에 적재된다.
즉, 단계 1에서는, 제1적재용기(205)로부터 범프 형성전 웨이퍼(201)가 반입장치(131)에 의해서 취출 가능한 위치로 배치되도록, 제1승강장치(151)에 의해서 제1적재용기(205)가 승강하고, 그 후, 범프 형성전 웨이퍼(201)가 반입장치(131)에 의해서 제1적재용기(205)로부터 취출된다. 또한, 반입장치(131)에 의해서 지지된 범프 형성전 웨이퍼(201)는, 배향 및 평탄도 조정장치(133)에 의해서 배향 및 평탄도의 배향이 실행된다.
배향 및 평탄도의 배향 종료후, 단계 2에서는, 반입장치(131)의 지지대 (1311)에 지지되어 있는 범프 형성전 웨이퍼(201)가 반입측 이재장치(141)에 의해서 협지된다. 이 동작에 대해서 도 18~도 21을 참조하여 상세하게 설명한다.
도 18에 나타내는 바와 같이, 상기 배향후, 배향 및 평탄도 조정장치(133)의 지지부(1333)가 상승하고, 지지대(1311)로부터 범프 형성전 웨이퍼(201)를 흡착 지지하여 상승한다. 한편, 웨이퍼 지지부(1411)가 범프 형성전 웨이퍼(201)의 상방에 배치되고, 또한 구동부(1412)에 의해서 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)가 X 방향을 따라서 열린 방향으로 이동한다. 이어서, 도 19에 나타내는 바와 같이, 지지부(1333)가 상승하고, 이에 따라서 우선, 웨이퍼 지지부(1411)의 제전용 접촉부재(14161)의 선단이 범프 형성전 웨이퍼(201)의 표면(201a)에 접촉한다. 따라서, 제전용 접촉부재(14161)의 접촉 직전에 상기 표면(201a)이 대전되어 있다고 하더라도, 제전용 접촉부재(14161)의 접촉에 의해서 제전이 실행된다.
그리고, 도 20에 나타내는 바와 같이, 구동부(1412)에 의해서 제1지지부재 (1414) 및 제2지지부재(1415)가 X 방향을 따라서 닫히는 방향으로 이동된다.
이어서, 도 21에 나타내는 바와 같이, 상기 지지대(1311)가 하강하고, 범프 형성전 웨이퍼(201)는 웨이퍼 지지부(1411)의 지지 핑거(1417)에 의해서 지지된다. 이 때, 제전용 접촉부재(14161) 부분에 설치된 스프링(14162)에 의한 가세력에 의해서 범프 형성전 웨이퍼(201)는 지지 핑거(1417)에 압압된다. 그리고, 이 압압력(押壓力)은, 웨이퍼 지지부(1411)에 의한 범프 형성전 웨이퍼(201)의 반송시에 낙하 등의 지장을 일으키지 않는 정도이고, 범프 형성전 웨이퍼(201)에 변형을 일으키는 것은 아니다.
또한, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 이면(201b)과 지지 핑거(1417)가 접촉함으로써, 상기 이면(201b)에서의 전하의 일부는 접지된다.
이후의 단계 3에서는, 도 2에 나타내는 바와 같이, 범프 형성전 웨이퍼(201)를 지지한 상태에서 웨이퍼 지지부(1411)가 이동장치(1413)에 의해서 예열장치 (160)의 상방에 반송되어 배치된다. 그리고, 다음 단계 4에서는, 범프 형성전 웨이퍼(201)에 대하여 예열장치(160)로써, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어에 의한 예열 동작이 실행된다.
한편, 도 11에 나타내는 바와 같이, 본 실시형태에서는, 예열장치(160)는 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)과는 분리 가능한 구조이다. 따라서, 알루미늄판(163)이 상온 이상의 온도일 때에는, 범프 형성전 웨이퍼(201)가 예열장치 (160)의 상방에 반송되어 오기 전에, 즉 단계 3이 실행되기 전에, 도 22에 나타내는 단계 510~515가 실행되어 알루미늄판(163)의 냉각이 실행된다. 이 단계 510~515에 대해서는, 도 23을 참조하여 이후에 설명한다.
알루미늄판(163)이 예열 개시 온도, 본 실시형태에서는 약 40℃까지 냉각된 시점에서 알루미늄판(163)은 상기 하강위치(167)까지 내려간다. 그리고, 이후의 상기 단계 3에서, 도 24에 나타내는 바와 같이, 범프 형성전 웨이퍼(201)를 지지한 상태에서 웨이퍼 지지부(1411)가 이동장치(1413)에 의해서 예열장치(160)의 상방에 반송되어 배치된다. 그리고 상기 단계 4가 개시된다. 단계 4에 있어서의 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어에 의한 상세한 동작을 도 22의, 단계 401∼408에 나타낸다.
도 22에 나타내는 단계 401에서는, 상기 예열 개시 온도 T0인 약 40℃로 되어 있는 알루미늄판(163)의 상방에, 이동장치(1413)에 의해서 범프 형성전 웨이퍼 (201)가 배치됨으로써, 범프 형성전 웨이퍼(201)는 알루미늄판(163)으로부터의 방사열에 의해서 완만하게 가열된다. 이와 같이 범프 형성전 웨이퍼(201)를 직접 알루미늄판(163)에 접촉시키지 않고, 우선 공중(空中)에 지지해서 가열함으로써, 실온 상태에 있는 범프 형성전 웨이퍼(201)에 열 스트레스를 부여하는 것을 방지할 수 있고, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 물리적 손상이나 형성되어 있는 회로의 파괴의 발생을 방지할 수 있다. 본 실시형태에서는 이 단계 401의 가열 시간은 약 1∼3분이고, 상기 실온으로서 약 27℃의 범프 형성전 웨이퍼(201)는, 도 25에 나타내는 바와 같은 승온 곡선으로 40℃ 전후까지 가열된다. 또한, 상기 가열 시간, 및 범프 형성전 웨이퍼(201)의 승온 온도는 상기의 예에 한정되는 것은 아니고, 예로서 범프 형성전 웨이퍼(201)의 종류, 재질 및 크기 등, 또한 전극 부분(15) 및 범프(16)의 각각의 재질 및 크기, 특히 전극 부분(15)의 막 두께, 범프(16)의 대좌 부분 (16a)의 직경 등에 따라서 변경된다. 또한, 상기 도 25는, 도 26에 나타내는 Ⅲ 부분의 확대도이다.
다음 단계(402)에서는, 다시, 알루미늄판(163)을 상승위치(168)까지 상승시킨다. 이 때, 웨이퍼 지지부(1411)에 구비되어 있는 지지 핑거(1417)는, 도 27에 나타내는 바와 같이, 알루미늄판(163)에 형성되어 있는 상기 탈출 홈(1607) 내에 진입한다. 따라서, 웨이퍼 지지부(1411)에 지지되어 있는 범프 형성전 웨이퍼(201)는, 알루미늄판(163)상에 장착된다. 또한, 상기한 바와 같이, 본 실시형태에서는 반입측 이재장치(141) 및 반출측 이재장치(142)에는 승강기구를 설치하고 있지 않으므로, 예열장치(160)에의 범프 형성전 웨이퍼(201)의 반입 동작 및 알루미늄판 (163)에의 장착 동작을 실행하기 위해서, 알루미늄판(163)의 승강을 실행할 필요가 있다.
다음 단계 403에서는, 도 28에 나타내는 바와 같이, 반입측 이재장치(141)의 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)가 열리고, 다음 단계 404에서, 도 29에 나타내는 바와 같이, 알루미늄판(163)을 상기 하강위치(167)까지 하강시킨다.
다음 단계 405에서는, 도 26에 나타내는 바와 같이, 패널 히터(161)로의 통전에 의해서 알루미늄판(163)을 승온시키고, 알루미늄판(163)과 범프 형성전 웨이퍼(201)가 접촉한 상태에서, 범프 형성전 웨이퍼(201)를 상기 예열 개시 온도 T0 부근의 온도로부터 형성전 접합 촉진용 온도 T1까지 가열한다. 이 형성전 접합 촉진용 온도 T1은, 범프 본딩용 온도 T2 이상이고, 반도체 기판의 일례로서의 해당 범프 형성전 웨이퍼(201)의 손상 방지 온도 TB 이하인 온도이다. 또한, 손상 방지 온도 TB라는 것은, 해당 범프 형성전 웨이퍼(201)가 물리적 손상이 발생하거나, 회로 파괴가 발생하거나 해서, 해당 범프 형성전 웨이퍼(201)에 지장을 초래하는 온도이고, 구체적으로는, 상기 범프 본딩용 온도 T2+약 150℃ 정도의 온도이다. 상기 형성전 접합 촉진용 온도 T1을 범프 본딩용 온도 T2 이상으로 하는 이유는, 범프 본딩용 온도 T2 미만으로 가열했다고 해도, 전극 부분(15)의 표면의 산화가 진행하는 것만으로, 상기한 바와 같은 전극 부분(15)의 금속 입자를 미세화하도록 하는 적정화 등을 기대할 수 없고, 따라서 범프(16)의 접합 상태의 개선을 도모할 수 없기 때문이다.
본 실시형태에서는, 상기 범프 본딩용 온도 T2는 150℃이고, 상기 손상 방지 온도 TB는 약 300℃이므로, 상기 형성전 접합 촉진용 온도 T1을 약 210℃로 설정하고 있다. 또한, 상기 형성전 접합 촉진용 온도 T1까지의 승온 구배(勾配)는, 본 실시형태에서는 30℃/분으로 하고 있다. 물론, 이러한 범프 본딩용 온도 T2, 형성전 접합 촉진용 온도 T1, 및 승온 구배는 상기의 값에 한정되는 것은 아니고, 예로서 범프 형성전 웨이퍼(201)의 종류, 재질 및 크기 등, 또한 전극 부분(15) 및 범프(16)의 각각의 재질, 크기, 특히, 전극 부분(15)의 막 두께, 범프(16)의 대좌 부분(16a)의 직경 등에 따라서 변경된다.
다음 단계 406에서는, 상기 약 210℃의 형성전 접합 촉진용 온도 T1에 범프 형성전 웨이퍼(201)가 대략 도달한 시점에서, 상기 약 210℃의 형성전 접합 촉진용 온도 T1을 형성전 접합 촉진용 시간 t1 동안 유지한다. 이러한 유지 시간을 배치함으로써, 전극 부분(15)의 금속 입자를 미세화하도록 하는 금속 입자의 적정화의 촉진을 도모하고 있다. 본 실시형태에서는, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 t1을 약 10분으로 하고 있다. 물론, 이 형성전 접합 촉진용 시간 t1은 이 값에 한정되는 것은 아니고, 예로서, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 종류, 재질 및 크기 등, 또한 전극 부분(15) 및 범프(16)의 각각의 재질 및 크기, 특히 전극 부분(15)의 막 두께, 범프(16)의 대좌 부분(16a)의 직경 등에 따라서 변경된다.
또한, 예열장치(160)의 온도 측정은, 상기한 바와 같이 알루미늄판(163)에 설치한 온도 센서(166)에 의해서 실행되고 있지만, 알루미늄판(163)과 범프 형성전 웨이퍼(201)와는 접촉되어 있고, 또한, 범프 형성전 웨이퍼(201)는 얇으므로, 알루미늄판(163)의 온도와 범프 형성전 웨이퍼(201)의 온도는 동일하다고 간주할 수 있다.
다음 단계 407에서는, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 t1이 경과한 시점에서 범프 형성전 웨이퍼(201)의 강온을 시작한다. 즉, 패널 히터(161)에의 통전을 제어해서 알루미늄판(163)의 냉각을 실행하고, 상기 약 210℃의 형성전 접합 촉진용 온도 T1로부터 상기 범프 본딩용 온도 T2까지 범프 형성전 웨이퍼(201)의 온도를 내린다. 여기서, 강온 목표온도를 범프 본딩용 온도 T2로 하는 이유는, 후속해서 범프 본딩용 온도 T2에서 범프(16)의 형성을 실행하기 때문이다. 본 실시형태에서는, 상기 강온 구배는, 상기 승온 구배와 동일한 30℃/분으로 설정하고 있다. 물론, 이 강온 구배는 상기 값에 한정되는 것은 아니고, 예로서 범프 형성전 웨이퍼(201)의 종류, 재질 및 크기 등, 또한 전극 부분(15) 및 범프(16)의 각각의 재질 및 크기, 특히 전극 부분(15)의 막 두께, 범프(16)의 대좌 부분(16a)의 직경 등에 따라서 변경되고, 또한, 상기 승온 구배와 강온 구배를 상이하게 해도 좋다. 단, 범프 형성전 웨이퍼(201)가 온도 변화에 따라서 전하를 발생하는 등의 웨이퍼인 경우에는, 강온 구배가 크면 범프 형성전 웨이퍼(201)에 손상이 발생할 확률이 높아진다. 따라서 이러한 경우에는, 승온 구배보다도 강온 구배를 완만하게 하는 것이 바람직하다.
다음 단계 408에서는, 예열 동작을 종료한다. 이 때, 본 실시형태에서는, 알루미늄판(163)의 온도와 범프 형성전 웨이퍼(201)와의 온도차를 저감 가능하도록 예로서 0∼1분 동안, 범프 형성전 웨이퍼(201)와 알루미늄판(163)를 접촉 상태로유지해 둔다. 이러한 조작을 실행함으로써, 예로서 온도 변화에 민감한 범프 형성전 웨이퍼(201)의 경우라도 문제없고, 약 150℃인 범프 본딩용 온도 T2의 본딩 스테이지(110)에 이재가 가능하다.
이렇게 하여 범프 형성전 웨이퍼(201)에 대하여 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어에 의한 예열 동작이 실행된 후, 범프 형성전 웨이퍼(201)에 대해서는 단계 5의 동작이 실행된다. 한편, 예열장치(160)에 대해서는, 상기 예열 개시 온도 T0으로의 강온 동작이 실행된다.
이러한 형성전 접합 촉진용 온도제어에 의한 예열 동작이 실행됨으로써, 상기한 바와 같이, 전극 부분(15)에 있어서 입경이 크고 굵은 금속 입자가, 입자의 미세화된 상태로 변화되어서 전극 부분(15)의 강도가 향상된다. 따라서, 범프(16)가 형성되었을 때에는, 전극 부분(15)과 범프(16)와의 접합강도를 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 상기 예열 동작을 실행한 웨이퍼의 각각의 전극 부분(15)상에, 대좌 부분(16a)의 직경이 90㎛ 정도로 된다, 금 범프(16)를 형성한 후, 도 30에 나타내는 바와 같이, 대좌 부분(16a)에 전극 부분(15)의 표면으로부터 3㎛의 위치에 전단(剪斷) 측정용 부재(17)를 부착하여, 전단 상태를 측정하였다. 그 결과, 40개 정도의 전극 부분(15)에 형성된 모든 금 범프(16)가 대좌 부분(16a)에 파단면을 형성해서 파단(破斷)되는, 소위 금중(金中) 파단을 일으켰다. 즉, 전극 부분(15)과 범프(16)와의 접합 계면 부분에서 파단되지 않고, 종래에 비해서 견고한 접합이 실행되는 것을 알았다. 또한, 전단력의 편차도 약 200mN 이하로 되었다.
또한, 상기한 바와 같은 본 실시형태의 예열 동작을 실행하지 않는 종래에있어서는, 범프 형성 자체를 거의 달성할 수 없고, 범프 형성이 실행된 것도 그 전단력은 예로서 240∼500mN 정도이며, 전단력도 낮고 그 편차도 크기 때문에, 실용적으로 견딜 수 있는 것은 아니었다.
또한, 상기 형성전 접합 촉진용 온도 T1은, 상기 범프 본딩용 온도 T2 이상의 온도이고, 상기 실시형태에서는, 범프 본딩용 온도 T2를 150℃로 설정하고 있으므로, 범프 본딩용 온도 T2에 약 60℃를 더한 약 210℃로 하고 있다. 형성전 접합 촉진용 온도 T1은 상기 범프 본딩용 온도 T2와 관계되므로, 예로서 범프 본딩용 온도 T2가 약 210℃이면, 약 30∼40℃를 더하는 것이 바람직하고, 약 240∼250℃가 된다. 따라서, 형성전 접합 촉진용 온도 T1은 상기 범프 본딩용 온도 T2에 30∼60℃를 가산한 값이 바람직하다. 또한, 범프 형성전 웨이퍼(201)에 손상을 일으키지 않도록 승온 속도에 비해서 강온 속도를 완만하게 할 필요가 있으므로, 과잉으로 형성전 접합 촉진용 온도 T1을 높게 설정하면 범프 본딩용 온도 T2까지의 강온에 시간을 필요로 한다. 따라서, 택트를 고려하면, 형성전 접합 촉진용 온도 T1의 최적치는, 범프 본딩용 온도 T2에 약 60℃를 가산한 값이다.
또한, 상기의 실시형태에서는, 상기 형성전 접합 촉진용 온도 T1은, 상기 범프 본딩용 온도 T2를 초과하는 온도로 했지만, 택트를 무시하면 도 31에 나타내는 바와 같이, 상기 범프 본딩용 온도 T2와 동일한 온도로 할 수도 있다.
또한, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 t1은, 상기의 실시형태에서는 10분으로 했지만, 형성전 접합 촉진용 온도 T1에 따라서 변화시킬 필요가 있고, 형성전 접합 촉진용 온도 T1이 범프 본딩용 온도 T2에 상기 30∼60℃를 가산한 범위일 때에는,약 10∼30분으로 하는 것이 바람직하다. 따라서, 상기 손상 방지 온도 TB 이하에 서, 형성전 접합 촉진용 온도 T1이 범프 본딩용 온도 T2에 60℃를 초과하는 온도를 더한 온도로 설정될 때에는, 형성전 접합 촉진용 시간 t1은 약 1초∼약10분으로 설정된다. 예로서, 형성전 접합 촉진용 온도 T1을 대략 상기 손상 방지 온도에 설정했을 때에는, 형성전 접합 촉진용 시간 t1은 약 1초로 설정된다. 왜냐하면, 약 1초를 초과하는 시간을 설정했을 때에는, 전극 부분(15)의 금속 결정의 반응이 과잉으로 되기 때문이고, 또한, 만일 문제가 발생했을 때의 대응이 곤란하게 되기 때문이다.
또한, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 종류에 따라서는, 상기의 예열 동작에 의한 범프 형성전 웨이퍼(201)의 온도 변화에 의해서, 범프 형성전 웨이퍼(201)에 전하가 발생하는 경우가 있다. 그러나, 범프 형성전 웨이퍼(201)는 알루미늄판(163)에 장착되어 있으므로, 전하는 알루미늄판(163)을 통해서 접지되어서 제전 가능하다.
상기의 예열 동작에 이어서, 단계 5가 실행된다. 단계 5에서는, 우선 도 23에 나타내는 바와 같이, 예열장치(160)로부터 본딩 스테이지(110)에 범프 형성전 웨이퍼(201)의 이재 동작이 실행된다.
도 23의 단계 501에서는, 반입측 이재장치(141)의 구동부(1412)의 동작에 의해서 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)가 열리는 방향으로 이동한다. 다음 단계 502에서는 예열장치(160)의 알루미늄판(163)을 하강위치(167)로부터 상승위치 (168)까지 이동시킨다. 이 때, 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)에 구비된각각의 지지 핑거(1417)는 알루미늄판(163)의 각각의 탈출 홈(1607)에 진입한다. 그리고, 다음 단계 503에서 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)를 닫는다. 다음 단계 504에서는, 블로 흡인장치(1611)를 동작시켜서 알루미늄판(163)의 공기 출입공(1608)으로부터 공기를 분출하고, 알루미늄판(163)과 범프 형성전 웨이퍼(201)를 분리시킨다. 그리고, 분출시키는 공기의 온도는, 예열된 범프 형성전 웨이퍼 (201)의 온도 저하를 극력 방지 가능한 정도의 온도, 예로서 약 160℃ 전후이다. 그리고, 이러한 블로 동작중에, 단계 505에서 알루미늄판(163)을 하강시키고, 범프 형성전 웨이퍼(201)를 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)를 구비한 웨이퍼 지지부(1411)에 지지시킨다. 다음 단계 506에서는 상기 블로 흡인장치(1611)의 동작을 정지시켜서 블로 동작을 정지하고, 단계 507에서, 승온된 범프 형성전 웨이퍼 (201)를 지지하고 있는 상기 웨이퍼 지지부(1411)를 본딩 스테이지(110)의 상방으로 이동시킨다. 이후, 후에 설명하는 본딩 스테이지(110)에의 장착 동작으로 이행한다.
한편, 약 150℃까지 승온된 예열장치(160)의 알루미늄판(163)은, 다음의 범프 형성전 웨이퍼(201)를 장착하기 전에 다시 상기 예열 개시 온도 T0까지 강온시킬 필요가 있다. 그래서, 도 23에 나타내는 단계 510에서, 냉각공기 공급장치 (1613)를 동작시켜서 알루미늄판(163) 내의 냉매용 통로(1612)에 냉각용 공기를 공급한다. 또한, 다음의 단계 511 및 단계 512에서는, 예열장치(160)의 에어실린더 (1601)를 동작시켜서 상기 하강위치(167)로부터 상기 상승위치(168)까지 알루미늄판(163)을 상승시키고, 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)을 분리시켜서 알루미늄판(163)의 온도를 약 40℃까지 냉각시킨다. 그리고, 본 실시형태에서는 알루미늄판(163)의 냉각 온도를 상기 약 40℃로 설정하고 있지만, 이 온도에 한정하는 것은 아니다.
상기한 바와 같이, 패널 히터 프레임(162)과 알루미늄판(163)을 분리시킴으로써 알루미늄판(163)을 효율적으로 냉각할 수 있다. 알루미늄판(163)의 온도가 약 40℃까지 냉각된 후, 단계 513에서 냉각공기 공급장치(1613)의 동작을 정지하고 냉각용 공기의 공급을 종료한다. 그리고, 단계 514에서 알루미늄판(163)을 하강시키고, 단계 515에서 반입측 이재장치(141)의 웨이퍼 지지부(1411)를 반송장치(130)의 상방에 복귀시킨다.
이어서, 예열장치(160)로부터 본딩 스테이지(110)에의 범프 형성전 웨이퍼 (201)의 이재 동작에 대해서 설명한다. 또한, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 온도와 본딩 스테이지(110)의 온도와의 차에 기인하여, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 재질에 따라서는 휨이 발생하는 경우가 있다. 따라서, 이 휨 교정용 동작으로서, 본딩 스테이지(110) 상에 장착된 범프 형성전 웨이퍼(201)에 대하여 열풍 불어냄 동작이 실행되는 경우도 있다. 이하에는, 상기 열풍 불어냄 동작을 실행하는 경우를 예로 들어 설명한다.
도 32에 나타내는 단계 507에서는, 도 33에 나타내는 바와 같이, 반입측 이재장치(141)의 웨이퍼 지지부(1411)에 지지되어 있는 범프 형성전 웨이퍼(201)가 본딩 스테이지(110) 상에 반입된다. 다음 단계 531에서는, 본딩 스테이지(110)에의 범프 형성전 웨이퍼(201)의 반입각도 조정을 위해서 본딩 스테이지(110)의 회전이실행된다. 또 다음 단계 532에서는, 도 34에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 장착대 (111)가 범프 형성전 웨이퍼(201)의 두께 방향으로 상승하여, 범프 형성전 웨이퍼 (201)의 이면(201b)에 접촉하고, 또한 웨이퍼(201)를 약간 밀어올린다. 그리고, 웨이퍼 장착대(111)가 상승했을 때, 상기 웨이퍼 지지부(1411)의 각각의 지지 핑거 (1417)는 웨이퍼 장착대(111)에 형성되어 있는 탈출 홈(116)에 진입한다.
이 밀어올림의 경우에, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 표면(201a)에 접촉하고 있는 제전용 접촉부재(14162)는, 스프링(14162)의 가세력에 대항하면서 상기 표면 (201a)에 접촉한 상태를 유지한 채로 밀어올려진다.
다음 단계 533에서는, 도 35에 나타내는 바와 같이, 반입측 이재장치(141)의 구동부(1412)의 동작에 의해서 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)가 열리는 방향으로 이동하고, 웨이퍼 지지부(1411)에 의한 범프 형성전 웨이퍼(201)의 지지가 해제된다.
이 상태에서, 다음 단계 534에서, 블로 장치(115)를 동작시켜서, 웨이퍼 장착대(111)에 개구되어 있는 공기 출입공(113)으로부터 약 160℃ 정도의 상기 휨 교정용 열풍을 범프 형성전 웨이퍼(201)에 불어낸다. 이 블로 동작에 의해서, 약 0.5mm 정도, 범프 형성전 웨이퍼(201)는 웨이퍼 장착대(111)로부터 떠오르지만, 범프 형성전 웨이퍼(201)의 주위에는 제1지지부재(1414) 및 제2지지부재(1415)의 지지 핑거(1417)가 존재하므로, 떠오른 범프 형성전 웨이퍼(201)가 웨이퍼 장착대 (111) 위에서 탈락하는 것은 아니다.
상기 열풍 불어냄 시간의 경과후, 단계 535에서 블로 장치(115)의 동작을 정지하여 휨 교정용 열풍 불어냄을 종료한다. 그리고, 단계 536에서는, 흡인장치 (114)를 동작시켜서 상기 공기 출입공(113)으로부터 흡인을 개시하여 범프 형성전 웨이퍼(201)를 웨이퍼 장착대(111)상에 흡착한다. 단계 537에서 상기 흡착이 실행된 것을 검출하고, 단계 538에서, 도 36에 나타내는 바와 같이 웨이퍼 장착대(111)가 범프 형성전 웨이퍼(201)를 지지한 상태인 채로, 원래의 위치까지 하강한다.
이상의 동작으로써 상기 휨 교정동작은 종료된다. 이 후에, 반입측 이재장치 (141)의 웨이퍼 지지부(1411)가 상기 반송장치(130)의 상방으로 이동한다.
이상 설명한 바와 같은 휨 교정용 동작 후, 본딩 스테이지(110) 상에 장착되어 있는 범프 형성전 웨이퍼(201) 상의 회로에 있어서의 전극 부분(15)에 범프 형성 헤드(120)에 의해서 범프(16)가 형성된다. 본 실시형태에서는, 범프 형성시에 있어서의 범프 형성전 웨이퍼(201)의 온도는, 상기한 바와 같이 150℃로 되도록 설정되어 있다.
상기 범프 형성후, 단계 6에서는, 반출측 이재장치(142)의 웨이퍼 지지부 (1421)의 제1지지부재(1424) 및 제2지지부재(1425)로써 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지하고, 반출측 이재장치(142)의 이동장치(1423)의 구동으로써 웨이퍼 지지부 (1421)를 X 방향으로 이동시켜서, 도 2에 나타내는 바와 같이, 후가열장치(170)의 상방에 범프 형성후 웨이퍼(202)가 배치되고, 그 후, 단계 7에서, 후가열장치(170)에 장착되어서, 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어를 포함하는 후가열 동작이 실행된다. 이 것에 대한 더욱 상세한 동작에 대해서 도 37을 참조해서 이하에 설명한다.
단계 601에서는 후가열장치(170)의 알루미늄판(173)을 상기 범프 본딩용 온도 T2인 상기 150℃로 가열한다. 이어서, 단계 6에 이행하여, 웨이퍼 지지부(1421)에 지지되어 있는 범프 형성후 웨이퍼(202)를 후가열장치(170)의 상방에 반입한다.
이어서, 단계 7을 구성하고 있는 단계 701에서는, 상기 가열된 알루미늄판 (173)을 하강위치(167)로부터 상승위치(168)에 상승시킨다. 이 상승 동작에 의해서, 상기 범프 형성후 웨이퍼(202)는 알루미늄판(173)에 접촉하여 장착된다. 또한 이 때, 반출측 이재장치(142)의 웨이퍼 지지부(1421)에 있어서의 제1지지부재 (1424) 및 제2지지부재(1425)에 구비되어 있는 각각의 지지 핑거(1417)는, 알루미늄판(173)에 형성되어 있는 탈출 홈(1707)에 진입한다. 그리고 다음 단계 702에서, 반출측 이재장치(142)의 웨이퍼 지지부(1421)에 있어서의 제1지지부재(1424) 및 제2지지부재(1425)를 개방하고, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 지지를 해제한다. 다음 단계 703에서는, 상기 범프 형성후 웨이퍼(202)를 장착하고 있는 알루미늄판(173)을 상승위치(168)로부터 하강위치(167)에 하강시킨다.
다음 단계 704에서는, 도 26에 나타내는 바와 같이, 패널 히터(161)로의 통전에 의해서 알루미늄판(173)을 승온함으로써, 알루미늄판(173)과 범프 형성후 웨이퍼(202)가 접촉한 상태에서, 범프 형성후 웨이퍼(202)를 상기 범프 본딩용 온도 T2로부터 형성후 접합 촉진용 온도 T3까지 가열한다. 이 형성후 접합 촉진용 온도 T3은, 범프 본딩용 온도 T2 이상이고, 반도체 기판의 일례로서의 해당 범프 형성후 웨이퍼(202)의 손상 방지 온도 TB 이하인 온도이다. 또한, 손상 방지 온도 TB라는 것은, 상기한 바와 같이, 해당 범프 형성후 웨이퍼(202)가 물리적 손상이 발생하거나, 회로 파괴가 발생하거나 해서, 해당 범프 형성후 웨이퍼(202)에 지장을 초래하는 온도이고, 구체적으로는, 상기 범프 본딩용 온도 T2+약 150℃ 정도의 온도이다.
본 실시형태에서는, 상기 형성후 접합 촉진용 온도 T3은, 상기한 형성전 접합 촉진용 온도 T1과 동일한 약 210℃로 설정하고 있지만, 물론, 상이하게 할 수도 있다. 또한, 상기 범프 본딩용 온도 T2로부터 상기 형성후 접합 촉진용 온도 T3까지의 승온 구배는, 본 실시형태에서는, 상기의 예열 동작의 경우와 동일하게 30℃/분으로 하고 있다. 물론, 이 승온 구배는 상기의 값에 한정되는 것은 아니고, 예로서, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 종류, 재질 및 크기 등, 또한 전극 부분(15) 및 범프(16)의 각각의 재질 및 크기, 특히 전극 부분(15)의 막 두께, 범프(16)의 대좌 부분(16a)의 직경 등에 따라서 변경된다.
다음 단계 705에서는, 상기 약 210℃의 형성후 접합 촉진용 온도 T3에 범프 형성후 웨이퍼(202)가 대략 도달한 시점에서, 상기 약 210℃의 형성후 접합 촉진용 온도 T3을 형성후 접합 촉진용 시간 t3 동안 유지한다. 이러한 유지 시간을 배치함으로써, 전극 부분(15) 상에 형성된 범프(16)와 전극 부분(15)에 있어서의 양쪽 금속 사이에서의 확산이 더욱 효과적으로 실행되어서 범프(16)와 전극 부분(15)과의 접합 상태를 더욱 향상시킬 수 있다. 본 실시형태에서는, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 t3을 약 10분으로 하고 있다.
본 실시형태에서는, 상기한 바와 같이 상기 형성후 접합 촉진용 온도 T3을 10분간 유지하고 있지만, 형성후 접합 촉진용 온도 T3과 이 온도 유지 시간과의 사이에는, 도 38에 나타내는 바와 같이 상관 관계가 있고, 범프(16)와 전극 부분(15)의 접합강도를 향상시킬 수 있는 영역(185)이 존재한다. 즉, 상기한 바와 같이 후가열 동작은, 범프(16)와 전극 부분(15)과의 금속 확산을 촉진시키기 위한 동작이므로, 형성후 접합 촉진용 온도 T3을 상기 범프 본딩용 온도 T2보다 조금 높은 온도로 설정했을 때에는, 비교적 긴 유지 시간을 필요로 하고, 반대로, 형성후 접합 촉진용 온도 T3을 상기 범프 본딩용 온도 T2보다도 상당히 높은 온도로 설정했을 때에는, 비교적 짧은 유지 시간으로 완료된다. 단, 과잉으로 형성후 접합 촉진용 온도 T3을 높게 설정했을 때에는, 범프(16)와 전극 부분(15)과의 반응이 과잉으로 진행되어 범프(16)와 전극 부분(15)과의 접합강도는 반대로 약하게 된다. 따라서, 범프(16)와 전극 부분(15)과의 접합강도를 향상시킬 수 있는 상기 영역(185)이 존재한다.
또한, 도 38은, 상기 상관 관계 및 영역(185)의 개념을 나타낸 도면이다.
물론, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 t3은 상기의 값에 한정되는 것은 아니고, 예로서 범프 형성후 웨이퍼(202)의 종류, 재질 및 크기 등, 또한 전극 부분 (15) 및 범프(16)의 각각의 재질 및 크기 등에 따라서 변경된다. 특히, 전극 부분 (15)의 두께(15a), 범프(16)의 대좌 부분(16a)의 크기가 상기 형성후 접합 촉진용 온도 T3 및 상기 형성후 접합 촉진용 시간 t3의 설정에 중요한 요소이다.
예로서, 상기 미소 범프가 형성되는, 기재가 Si로써 구성되는 반도체 기판의 경우에 있어서는, 일례로서, 상기 범프 본딩용 온도 T2는 약 270℃, 상기 형성후 접합 촉진용 온도 T3은 약 300℃로 설정된다.
다음의 단계 706에서는, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 t3이 경과한 시점에서 범프 형성후 웨이퍼(202)의 강온을 시작한다. 즉, 패널 히터(171)에의 통전을 제어해서 알루미늄판(173)의 냉각을 실행하여, 상기 약 210℃의 형성후 접합 촉진용 온도 T3으로부터 약 40℃까지 범프 형성후 웨이퍼(202)의 온도를 내린다. 본 실시형태에서는 강온 구배는, 상기 승온 구배와 동일한 30℃/분으로 설정하고 있다. 물론, 이 강온 구배는, 이 값에 한정되는 것은 아니고, 예로서 범프 형성후 웨이퍼 (202)의 종류, 재질 및 크기 등, 또한 전극 부분(15) 및 범프(16)의 각각의 재질 및 크기, 특히 전극 부분(15)의 막 두께, 범프(16)의 대좌 부분(16a)의 직경 등에 따라서 변경되고, 또한, 상기 승온 구배와 강온 구배를 상이하게 해도 좋다.
다음 단계 707에서는, 반출측 이재장치(142)의 웨이퍼 지지부(1421)를 후가열장치(170)의 상방에 배치한 후, 후가열장치(170)의 알루미늄판(173)을 하강위치 (167)로부터 상승위치(168)에 상승시키고, 상기 웨이퍼 지지부(1421)에 있어서의 제1지지부재(1424) 및 제2지지부재(1425)로써 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지시킨다. 또한, 이 지지 동작 시, 블로 흡인장치(1711)를 동작시켜서 알루미늄판(173)의 공기 출입공(1708)으로부터 블로용 공기를 분출시켜서, 상기 범프 형성후 웨이퍼 (202)를 알루미늄판(173)으로부터 부상시킨다.
상기 지지후, 알루미늄판(173)을 상승위치(168)로부터 하강위치(167)에 강하시킨다. 한편, 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지하고 있는 반출측 이재장치(142)의 웨이퍼 지지부(1421)는, 그대로 후가열장치(170)의 상방에 배치한다. 따라서, 범프 형성후 웨이퍼(202)는, 도 39에 나타내는 바와 같이, 후가열장치(170)의 상방, 즉 공중에서 서서히 냉각된다. 또한, 상기 도 39는, 도 26에서 Ⅳ로서 나타낸 부분의확대도이다. 이렇게 후가열장치(170)의 상방에서 범프 형성후 웨이퍼(202)의 냉각을 실행하는 이유는, 상기 약 40℃로부터 실온인 약 27℃로 일거에 강온시켰을 때에는, 범프 형성후 웨이퍼(202)에 손상이 발생할 가능성이 있으므로, 그 손상을 방지하기 위한 것이다. 본 실시형태에서는, 상기 공중에서의 냉각 시간은, 0∼약 2분으로 설정하고 있고, 이 공중 냉각에 의해서 범프 형성후 웨이퍼(202)는 약 37℃로 된다. 물론, 상기 냉각 시간은 범프 형성후 웨이퍼(202)의 종류, 재질 등에 따라서 변경 가능하다.
다음 단계 708에서는, 상기 공중에서의 냉각 시간이 경과한 시점에서, 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지한 상태에서 반출측 이재장치(142)의 웨이퍼 지지부 (1421)를 X 방향으로 이동시켜서 후가열장치(170)의 상방으로부터 떨어지게 하여, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 자연 냉각을 실행한다. 이 자연 냉각으로써 범프 형성후 웨이퍼(202)를 상기 실온까지 냉각한다.
이 단계 708의 종료 후, 범프 형성후 웨이퍼(202)에 대해서는 단계 8의 동작이 실행된다. 한편, 후가열장치(170)에 대해서는 다음 범프 형성후 웨이퍼(202)의 장착 준비를 위해서, 패널 히터(171)에 통전을 시작하여 알루미늄판(173)이 상기 범프 본딩용 온도 T2까지 승온된다.
또한, 상기 실시형태에서는, 상기 형성후 접합 촉진용 온도 T3은 상기 범프 본딩용 온도 T2를 초과하는 온도로 했지만, 도 31에 나타내는 바와 같이, 상기 범프 본딩용 온도 T2와 동일한 온도로 할 수도 있다.
상기한 후가열 동작을 실행함으로써, 상기한 바와 같이 범프(16)와 전극 부분(15)과의 접합강도를 향상시킬 수 있다. 그리고 또한, 본 실시형태와 같이, 상기 예열 동작을 실행하고 또한 후가열 동작을 실행함으로써, 양자의 상승 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로는, 예로서, 알루미늄으로써 형성되는 두께 약 2000Å의 전극 부분(15)에, 범프 대좌 직경이 대략 90㎛인 금 범프(16)가 형성되어 있는 경우에 있어서, 상기 예열 동작만을 실행한 경우에 있어서의 1범프당 전단 강도는, 평균 약 680mN이고, 그 편차는 약 200mN이다. 이것에 대하여, 추가로 상기 후가열 동작도 실행함으로써, 1범프당 전단 강도는 평균 약 800mN으로 향상될 수 있고, 그 편차도 약 140mN 정도로 저감할 수 있다.
또한, 특히 웨이퍼상의 각각의 전극 부분(15)에 범프(16)를 형성하는 등의 경우에는, 범프 형성 수가 많다. 따라서 초기 단계에서 범프 본딩된 범프(16)에 대해서는, 나머지 범프(16)가 본딩 종료될 때까지의 시간 동안, 범프 본딩용 온도 T2로 유지되기 때문에, 상기 후가열 동작에 유사한 작용이 발생하게 된다. 따라서, 상기 후가열 동작에 있어서의 상기 형성후 접합 촉진용 제어에서는, 특히 웨이퍼에 형성된 회로부분의 수, 나아가서는 범프 형성 수에 따라서, 상기 형성후 접합 촉진용 온도 T3이나, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 t3을 결정하도록 해도 좋다.
또한, 상기 예열 동작 및 후가열 동작 모두를 실행하는 경우에는, 상기 예열 동작에 있어서의 상기 형성전 접합 촉진용 제어와, 상기 후가열 동작에 있어서의 상기 형성후 접합 촉진용 제어를 관련시켜서 제어할 수 있다. 이러한 관련된 제어는 제어장치(180)로써 실행 가능하다. 상기 관련된 제어의 일례로서, 상기 형성전 접합 촉진용 제어에 있어서의 상기 형성전 접합 촉진용 시간 t1을 길게 했을 때에는, 상기 형성후 접합 촉진용 제어에 있어서의 상기 형성후 접합 촉진용 시간 t3을 상기 형성전 접합 촉진용 시간 t1에 비해서 짧게 하거나, 반대로, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 t1을 짧게 했을 때에는, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 t3을 상기 형성전 접합 촉진용 시간 t1에 비해서 길게 하거나 한다. 이렇게, 전극 부분(15)과 범프(16)와의 접합 상태를 향상시키기 위해서, 상기 형성전 접합 촉진용 제어 및 상기 형성후 접합 촉진용 제어에 있어서, 서로 보완하도록 제어할 수 있다.
이상 설명한 후가열 동작의 종료 후, 단계 8로 이행하여 이하의 동작이 실행된다. 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지하고 있는 반출측 이재장치(142)의 웨이퍼 지지부(1421)는 이동장치(1423)의 구동에 의해서 X 방향을 따라 반출장치(132)의 상방으로 이동한다. 이동 후의 상태를 도 6에 나타낸다.
상기 이동 후, 반출장치(132)의 구동부(1324)가 동작하고, 도 40에 나타내는 바와 같이, 지지부(1323)가 범프 형성후 웨이퍼(202)의 이면(202b)에 접촉하고 또한 범프 형성후 웨이퍼(202)가 웨이퍼 지지부(1421)의 지지 핑거(1417)로부터 약 1mm 정도 부상하도록 상승한다. 이 상승 후, 지지부(1323)는 흡착 동작으로써 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지한다.
지지부(1323)가 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지한 후, 도 41에 나타내는 바와 같이, 웨이퍼 지지부(1421)의 제1지지부재(1424) 및 제2지지부재(1425)가 구동부(1422)에 의해서 열려서, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 지지를 해제한다.
상기 지지 해제 후, 도 42 및 도 43에 나타내는 바와 같이, 상기 지지부 (1323)가 하강하여 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지대(1321) 상에 장착한다. 이 장착 후, 지지대(1321)는, 본 실시형태에서는 흡착 동작으로써 범프 형성후 웨이퍼 (202)를 지지한다.
다음 단계 9에서는, 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지한 상기 지지대(1321)가 반출장치용 이동장치(1322)의 동작에 의해서 X 방향으로 이동하여 범프 형성후 웨이퍼(202)를 제2적재용기(206) 측에 반송한다.
또한, 본 실시형태에서 처리 대상으로 하고 있는 압전기판 웨이퍼와 같이, 반도체 기판의 종류에 따라서는 그 기판의 온도 변화에 따른 전하를 발생하고, 그 전하에 기인해서 초전(焦電) 파괴 등이 발생하는 경우도 있다. 따라서, 제2적재용기(206)에의 적재 전에는 범프 형성후 웨이퍼(202)의 대전량을 감소시켜 둘 필요가 있으므로, 도 44에 나타내는 바와 같이, 반출측 이재장치(142)의 웨이퍼 지지부 (1421)로부터 반출장치(132)에의 범프 형성후 웨이퍼(202)의 인수, 인도 동작 동안에, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 적어도 이면(202b)측, 바람직하게는 추가로 표면 (202a)측도 추가한 양면측에, 이온 발생장치(190)를 설치하는 것이 바람직하다. 상기 인수, 인도시, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 이면(202b)에는 부전하(負電荷)가, 표면(202a)에는 정전하가 각각 대전되어 있으므로, 각각의 전하를 중화시키기 위해서, 이면(202b)측에 배치된 이온 발생장치(190-1)는 정 이온을, 표면(202a)측에 배치된 이온 발생장치(190-2)는 부 이온을 발생한다. 각각의 이온 발생장치(190-1, 190-2)는 제어장치(180)에 접속되어 동작 제어된다. 또한, 도 44는 범프 형성후 웨이퍼(202)를 지지한 웨이퍼 지지부(1421)가 반출장치(132)의 상방에 배치되었을 때에, 이온 발생장치(190-1, 190-2)로부터 이온을 범프 형성후 웨이퍼(202)에 작용시키고 있는 상태를 도시하고 있지만, 상기한 바와 같이 인수, 인도 동작 동안, 즉, 도 40으로부터 도 43에 이르기까지의 각각의 동작 동안, 범프 형성후 웨이퍼(202)에 이온을 작용시킨다.
이와 같이, 이온 발생장치(190)를 설치함으로써, 설치하지 않는 경우에 비해서, 이하와 같이 대전량을 더욱 저감시킬 수 있다. 그리고, 하기의 대전량 값은 일례이다. 본 실시형태에서의 상기의 온도상승 제어나 온도강하 제어를 실행하지 않는 경우에 있어서, 웨이퍼 지지부(1421)가 반출장치(132)의 상방에 배치되었을 때, 범프 형성후 웨이퍼(202)의 표면(202a)의 대전량은 약 +18V이고, 이면(202b)은 상기한 바와 같이 약 -1000V이다. 이러한 범프 형성후 웨이퍼(202)의 표리(表裏) 양면에 이온 발생장치(190)로써 이온을 4분간 작용시킴으로써, 표면(202a)의 대전량은 약 +22V로 되고, 이면(202b)은 약 +22V로 할 수 있다. 따라서, 본 실시형태에서의 상기의 온도상승 제어나 온도강하 제어를 실행하고, 또한 이온 발생장치(190)로써 적어도 상기 이면(202b)에 이온을 작용시킴으로써, 이면(202b)의 대전량을 더욱 저감시킬 수 있다.
그리고 또한, 이온 발생장치(190-1, 190-2)로부터 발생된 이온을, 더욱 효율적으로 적어도 상기 이면(202b)에 작용시키기 위해서, 도 44에 나타내는 바와 같이, 적어도 이면(202b)측에는, 발생한 이온을 이면(202b)에 더욱 효율적으로 이동시키기 위한 송풍장치(191)를 설치해도 좋다. 또한, 송풍장치(101)는 제어장치 (181)에 의해서 동작 제어된다.
또한, 도 44에 나타내는 바와 같이, 정전(靜電) 센서(251)를 설치하여, 적어도 이면(202b), 바람직하게는 또한 표면(202a)도 추가한 양면의 대전량을 정전 센서(251)로써 측정하면서, 측정된 대전량에 따라서 제어장치(180)로써 상기 이온 발생장치(190)의 이온 발생량이나, 송풍장치(191)의 송풍량을 제어하도록 해도 좋다.
또한, 웨이퍼 지지부(1421)로부터 반출장치(132)에의 범프 형성후 웨이퍼 (202)의 인수, 인도 동작전의, 상기 후가열 동작에 있어서도 더욱 효율적으로 제전을 실행하기 위하여, 상기 이온 발생장치(190)에 의한 이온을 작용시키도록 구성해도 좋다.
또한, 상기 예열 동작에 있어서도 상기 이온 발생장치(190)에 의한 이온을 작용시키도록 구성해도 좋다.
그리고 다음 단계 10에서는, 지지대(1321)는 범프 형성후 웨이퍼(202)를 제2적재용기(206)에 적재한다.
이상 설명한 공정에 의해서, 순차적으로, 각각의 범프 형성전 웨이퍼(201)에 대하여 범프(16)가 형성되고, 각각 제2적재용기(206)에 적재된다.
상기한 본 실시형태에서는, 예열 동작에 의한 형성전 접합 촉진용 온도제어 및 후가열 동작에 의한 형성후 접합 촉진용 온도제어 모두를 실행했지만, 최소한, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하면 좋다. 이 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행함으로써, 종래, 접합이 불완전하게 되지 않을 수 없었던 범프(16) 및 전극 부분(15)에 대해서도, 전극 부분(15)의 표면 부분에 있어서의 금속 결정의 적정화, 즉, 금속 입자를 미세화해서 적정화할 수 있고, 접합 상태를 완전하게 할 수 있기 때문이다.
본 실시형태의 범프 형성장치(101)에 의해서 제조되는 범프 형성 완료된 반도체 기판에서는, 최소한, 예열장치(160)에 의해서 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어가 실행되므로, 상기한 바와 같이, 전극 부분(15)에 있어서의 금속 결정 상태가 종래에 비해서 개선되어서, 종래에는 범프(16)의 형성이 불가능하였던, 또는 범프 형성은 가능해도 필요로 하는 접합강도를 얻을 수 없었던 반도체 기판에 대해서도 범프 형성이 가능하게 되고, 또한 그 접합강도를 범프(16)의 대좌 부분(16a)에서 전단되는 정도까지 향상시킬 수 있다. 따라서, 범프(16)와 전극 부분(15)이 이러한 접합강도를 갖는 반도체 칩에 대해서, 플립 칩 실장을 실행한 경우, 종래에 발생했던 바와 같은, 범프(16)와 전극 부분(15)과의 접합 계면 부분에서 범프(16)가 전극 부분(15)으로부터 떨어지는 문제의 발생은 없어지게 된다. 따라서, 플립 칩 실장을 실행할 때의 신뢰성을 종래에 비해서 향상시킬 수도 있다.
(제2실시형태)
이하, 도면을 참조해서 본 발명에 있어서의 제2실시형태를 상세히 설명한다.
본 발명의 제2실시형태인, 범프 강도 개선장치 및 이 범프 강도 개선장치에 의해서 실행되는 방법, 및 상기 범프 강도 개선장치를 구비한 범프 형성장치에 대해서, 도면을 참조하면서 이하에 설명한다. 또한, 각각의 도면에 있어서 동일한 구성 부분에 대해서는 동일한 부호를 붙인다.
도 47은, 본 제2실시형태의 일례인 상기 범프 강도 개선장치를 구비한 상기 범프 형성장치(301)를 나타내고 있다. 이 범프 형성장치(301)에서는, 처리 대상인 반도체 부품은, 반도체 웨이퍼 상에 형성된 각각의 전자회로를 잘라내어서 얻을 수있는 반도체 칩이고, 이 반도체 칩의 전극(51) 상에 범프(52)가 형성된다. 그러나 상기 반도체 부품은 상기 반도체 칩에 한정되는 것은 아니고, 상기 반도체 웨이퍼라도 좋으며, 이 경우, 반도체 웨이퍼의 전극(51) 상에 범프(52)를 형성하는 범프 형성장치가 구성된다.
상기 범프 형성장치(301)는, 반도체 칩 공급 장치(311)와, 반도체 칩 반송장치(312)와, 범프 형성부(313)와, 레벨링 장치(314)와, 완성품 적재장치(315)와, 본딩 스테이지(316)와, 제어장치(317)를 구비하고 있다.
상기 반도체 칩 공급 장치(311)는, 상기 반도체 칩을 상기 반도체 칩 반송장치(312)에 공급하는 장치이고, 적재 트레이(tray)부(3111)와, 트레이 반송장치 (3112)를 구비하고 있다. 상기 적재 트레이부(3111)에는, 상기 반도체 칩을 적재하는 트레이를 도시하는 바와 같이 층상(層狀)으로 적재할 수 있다. 트레이 반송장치 (3112)는, 상기 적재 트레이부(3111)를 도시하는 X 방향을 따라서 적재 위치와 취출 위치와의 사이에서 반송하는 장치이고, 본 제2실시형태에서는 볼 나사를 구동 모터(3113)로써 구동해서 이동 동작을 실행하는 이송 기구를 구비하고 있다. 또한, 상기 적재 위치는 트레이 반송장치(3112)에 적재 트레이부(3111)을 적재 가능한 위치이고, 상기 취출 위치는 상기 반도체 칩 반송장치(312)로써 적재 트레이부(3111)로부터, 적재되어 있는 반도체 칩을 취출 가능한 위치이다. 또한, 트레이 반송장치 (3112)는 제어장치(317)에 접속되어서 동작 제어된다.
상기 반도체 칩 반송장치(312)는, 상기 반도체 칩 공급 장치(311)로부터 상기 반도체 칩을 취출하여 상기 본딩 스테이지(316) 상에 장착하고, 또한, 이후에설명하는 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 상기 본딩 스테이지(316) 상으로부터 이후에 설명하는 레벨링 장치(314)를 통해서 완성품 적재장치(315)까지 반송하는 장치이고, 칩 반송 기구(3121)와, 칩 규정(規正) 기구(3122)를 구비하고 있다.
상기 칩 반송 기구(3121)는, 도 48에 나타내는 바와 같이, 상기 X 방향으로의 반송을 실행하는 X 방향 이동 기구(31211)와, 상기 X 방향에 직교하는 Y 방향으로의 반송을 실행하는 Y 방향 이동 기구(31212)와, 칩 지지부(31213)를 구비하고 있다.
상기 X 방향 이동 기구(31211)는, 본 제2실시형태에서는 볼 나사를 구동 모터(31214)로써 구동시켜서 이동 동작을 실행하는 이송 기구를 포함하고, 이 이송 기구에는 상기 Y 방향 이동 기구(31212)가 부착되어 있다. 상기 Y 방향 이동 기구 (31212)는, 구동 모터(31215)로써 구동시키는 이송 기구를 포함하고, 이 이송 기구에는 상기 칩 지지부(31213)가 부착되어 있다. 이 칩 지지부(31213)는, 본 제2실시형태에서는 흡인장치(31216)에 의한 흡착 동작으로써 상기 반도체 칩을 지지한다. 상기 구동 모터(31214), 상기 Y 방향 이동 기구(31212), 상기 구동 모터(31215) 및 상기 흡인장치(31216)는 제어장치(317)에 의해서 동작 제어된다. 이러한 칩 반송 기구(3121)는 이하와 같이 동작한다.
즉, X 방향 이동 기구(31211) 및 Y 방향 이동 기구(31212)를 구동하여 칩 지지부(31213)를 상기 취출 위치에 배치시켜서, 칩 지지부(31213)로써 상기 반도체 칩 공급 장치(311)로부터 상기 반도체 칩을 취출하여 지지한다.
이 지지 후, 다시 X 방향 이동 기구(31211) 및 Y 방향 이동 기구(31212)를구동시켜서, 상기 반도체 칩을 지지하고 있는 칩 지지부(31213)를 상기 본딩 스테이지(316)까지 이동시키고, 상기 반도체 칩을 상기 본딩 스테이지(316)상에 장착한다. 상기 반도체 칩의 전극(51)상에 범프(52)가 형성된 후, 다시 칩 지지부(31213)로써 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 지지하고, 이 지지 후, 다시 X 방향 이동 기구(31211) 및 Y 방향 이동 기구(31212)를 구동시켜서, 상기 본딩 스테이지(316)상으로부터 상기 레벨링 장치(314)의 레벨링 스테이지(3141)상에 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 장착한다. 또한, 레벨링 장치(314)로써 범프 높이를 맞춘 후, 칩 지지부(31213)로써 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 지지하고, 이 지지 후, 다시 X 방향 이동 기구(31211) 및 Y 방향 이동 기구(31212)를 구동시켜서, 레벨링 스테이지(3141)상으로부터 완성품 적재장치(315)에 반송한다.
상기 칩 규정 기구(3122)는 상기 본딩 스테이지(316)상에 장착된 반도체 칩의 위치 규정을 실행하는 장치이고, 위치 규정용 부재(31221)와 이 위치 규정용 부재(31221)를 X, Y 방향으로 이동시키는 부재 이동 기구(31222)를 구비하고 있다.
상기 본딩 스테이지(316)는, 장착되어 위치 규정된 상기 반도체 칩을, 본 제2실시형태에서는 흡착에 의해 지지하는 동시에 범프 형성용 온도로 가열하는 스테이지이고, 이 본딩 스테이지(316)에는 상기 흡착용 흡인장치(3161) 및 상기 가열용 가열장치(3162)가 접속되어 있다. 또한, 흡인장치(3161) 및 상기 가열용 가열장치(3162)는, 제어장치(317)에 접속되어서 각각 동작 제어된다.
또한, 본 제2실시형태에서는, 상기 본딩 스테이지(316)는 도 49에 나타내는 바와 같이, 2개의 반도체 칩(60)을 장착 가능한 스페이스를 구비하고 있어서, 이 2개의 스페이스에 번갈아서 반도체 칩(60)을 장착함으로써 택트의 향상을 도모할 수 있다. 또한, 본딩 스테이지(316)의 크기는, 반도체 칩(60)을 2개 장착 가능한 크기에 한정되는 것은 아니고, 3개 이상 장착 가능한 크기라도 좋으며, 한편, 택트 향상을 고려하지 않으면 1개의 반도체 칩(60)을 장착 가능한 크기라도 좋다.
또한, 본 제2실시형태에서는, 상기 가열장치(3162)는 반도체 칩(60)의 전극 (51)상에 범프(52)가 형성된, 범프 형성 완료 부품에 상당하는 범프 형성 완료 반도체 칩(61)에 대하여 전극(51)과 범프(52)와의 접합강도의 개선을 도모하는 접합강도 개선 조건에 의한 가열도 실행한다. 이 접합강도 개선 조건에 의한 가열의 상세에 대해서는 이후에 설명한다. 또한, 본 제2실시형태에서는, 본딩 스테이지(316)에 있어서 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열이 실행되는, 가열 처리부에 상당하는 접합강도 개선용 스페이스(3163)는, 그물눈 모양으로서 나타낸 장소이지만, 이 위치에 한정되는 것은 아니고, 예로서 도 49에 점선으로써 나타내는 바와 같은 장소에 설치할 수도 있고, 또한 이후에 설명하는 바와 같이 본딩 스테이지(316) 이외의 구성 부분에 설치할 수도 있다. 또한, 접합강도 개선용 스페이스(3163)는, 본 제2실시형태에서는, 2개의 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 장착 가능한 크기를 갖지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 3개 이상 또는 1개의 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 장착 가능한 크기라도 좋다.
상기 범프 형성부(313)는, 상기 본딩 스테이지(316)상에 지지되어 있는 반도체 칩(60)의 전극(51)에 범프(52)를 형성하는 장치이고, 범프 형성용 헤드(3131)와 X, Y테이블(3132)을 포함한다. 또한, 본 제2실시형태에서는, 1대의 범프 형성부(313)로써 범프 형성을 실행한다. 상기 범프 형성용 헤드(3131)는, 도 50에 나타내는 바와 같이, 범프(52)로 되는 금선(金線)을 공급함과 동시에 이 금선 선단 부분을 용융시켜서 범프(52)가 되는, 이니셜 볼(initial ball)이라고 하는 용융 볼을 형성하는 금선 공급부와, 전극(51) 상에서의 범프 형성시에 상기 용융 볼을 상기 전극(51) 위에 압압함과 동시에, 초음파 진동을 부여하는 압압진동부(31311)를 포함하고, 상기 X, Y테이블(3132)에 부착되어 있다. X, Y테이블(3132)은 범프 형성용 헤드(3131)를 X 방향으로 이동시키는, 예로서, 모터로써 구성되는 제1구동원 (31321)과, 범프 형성용 헤드(3131)를 Y 방향으로 이동시키는, 예로서, 모터로써 구성되는 제2구동원(31322)을 구비하고, 제1구동원(31321) 및 제2구동원(31322)에 의한 구동에 의해서 범프 형성용 헤드(3131)를 X, Y 방향으로 이동시켜서, 반도체 칩(60)의 필요로 하는 전극(51) 상에 상기 용융 볼을 배치한다.
상기 제1구동원(31321), 제2구동원(31322) 및 압압진동부(31311)는 제어장치 (317)에 접속되어서, 상기한 바와 같이 반도체 칩(60)의 필요로 하는 전극(51) 상에 상기 용융 볼을 배치하고, 또한 전극(51)상에 범프(52)를 형성하도록, 제어장치 (317)에 의해서 동작 제어된다.
상기 레벨링 장치(314)는, 상기 범프 형성부(313)에 의해서 상기 반도체 칩(60)의 전극(51) 상에 형성된 범프(52)의 높이를 맞추기 위한 장치이고, 도 51에 나타내는 바와 같이, 레벨링 스테이지(3141)와, 프레스 장치(3142)와, 범프 높이 검사 장치(3143)를 포함한다. 상기 레벨링 스테이지(3141)는 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 장착해서 흡착으로써 지지하는 동시에, 예로서 모터로써 구성되는 구동원(31412)을 갖는 이동 기구(31411)에 의해서 Y 방향으로 이동 가능하다. 상기 프레스 장치(3142)는, 범프 형성 완료 반도체 칩(61) 상에 형성되어 있는 모든 범프(52)에 접촉하는 압압판(31421)을 구비하고, 스테이지(314) 상에 지지되어 있는 범프 형성 완료 반도체 칩(61)의 두께 방향으로 상기 압압판(31421)을 이동시킴으로써, 각각의 범프(52)를 압압하여, 범프 형성 완료 반도체 칩(61)의 예로서, 범프 형성면으로부터의 범프(52)의 높이를 맞춘다. 범프 높이 검사 장치(3143)는, 상기 프레스 장치(3142)에 의해서 처리된 범프(52)의 높이를 검사하는 장치이고, 예로서 모터로써 구성되는 구동원(31432)을 갖는 이동 기구(31431)에 부착되어서 X 방향으로 이동 가능하다. 또한, 상기 구동원(31412, 31432), 프레스 장치(3142) 및 범프 높이 검사 장치(3143)의 각각은 제어장치(317)에 접속되어서 동작 제어된다.
상기 완성품 적재장치(315)는, 상기 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 적재하는 장치이고, 상기의 반도체 칩 공급 장치(311)와 마찬가지로, 상기 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 적재하는 적재 트레이(3151)와, 이 적재 트레이(3151)를 반송하는 트레이 반송장치를 포함한다. 또한, 완성품 적재장치(315)는 제어장치(317)에 의해서 동작 제어된다.
이상 설명한 바와 같은 범프 형성장치(301)에서는, 특징적인 구성 부분의 하나로서, 추가로, 상기 제어장치(317)를 포함하는 범프 강도 개선장치가 설치되어 있다. 이 범프 강도 개선장치에 대해서 이하에 상세하게 설명한다.
도 52는, Si 반도체 기판으로써 이루어지는 반도체 칩의, 또는 Si 반도체 웨이퍼의 알루미늄 전극(51) 상에 금으로써 이루어지는 범프(52)를 형성한 범프 형성완료 반도체 칩에 대해서, 50℃ 및 100℃로 각각 가열한 경우, 전극(51)과 범프 (52)와의 접합 계면에 있어서의 전단력과 범프 형성후의 경과 시간과의 관계를 나타내고 있다. 이 도 52로부터 명백한 바와 같이, 범프 형성후, 적절한 온도에서 범프 형성 완료 반도체 칩 또는 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼를 적절한 시간 동안 보온함으로써, 상기 전단력, 즉 전극(51)과 범프(52)와의 접합강도를 증가시킬 수 있는 것을 알 수 있었다. 이 현상은, 적절한 온도에서 범프 형성 완료 반도체 칩 또는 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼를 보온함으로써, 상기 접합 계면 부분에 있어서 전극(51)의 알루미늄과 범프(52)의 금과의 재료 확산이 진행되고, 이에 따라서 상기 접합강도가 증가하는 것이라고 생각된다.
또한, 예로서 반도체 칩의 전극(51)상에 범프(52)를 형성하는 경우에는, 종래부터 상기 반도체 칩의 가열을 실행하고 있지만, 도 52의 결과로부터, 범프 형성시에 있어서의 반도체 칩의 가열 온도는 비교적 저온의 범프 형성시 온도라도, 범프 형성후, 상기 범프 형성시 온도를 초과하는 온도로 범프 형성 완료 반도체 칩을 가열함으로써, 상기 접합강도를 향상시킬 수 있는 것을 알 수 있었다.
또한, 도 52로부터 알 수 있는 바와 같이, 필요 이상으로 상기 범프 형성 완료 반도체 칩 또는 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼를 가열하면, 반대로 상기 접합강도는 열화(劣化)하게 된다. 이것은 전극(51)의 알루미늄이 열(熱)에 의해서 열화하게 되는 것에 기인한다고 생각된다.
또한, 도 53은, 범프 형성시에 있어서의 상기 반도체 칩 또는 상기 반도체 웨이퍼의 범프 형성시 온도와, 상기 전단력과의 관계를 나타내고 있고, 이 도 53으로부터 알 수 있는 바와 같이, 상기 전단력을 향상시키기 위해서는 비교적 고온, 즉, 도 53으로부터 판단하면 약 100∼약 250℃ 정도에서 범프를 형성하는 것이 바람직하다. 또한, 도 52를 참조해서 상기한 바와 같이, 필요 이상의 가열은 상기 전단력의 열화를 초래하기 때문에, 예로서 도 54에 나타내는 바와 같은, 가열 온도와 가열 시간과의 관계가 존재한다.
따라서, 범프(52)의 형성후, 상기 접합강도를 증가시키도록 접합강도의 개선을 도모하는 접합강도 개선 조건으로서는, 상기 범프 형성 완료 반도체 칩 또는 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼를 가열하는 온도 및 시간을 변수로 하는 조건이라고 할 수 있다.
또한, 도 54에 있어서, 예로서 상기 범프 형성 완료 반도체 칩에 대해서, 100℃에서 가열할 때에는 일례로서 약 3시간±α시간의 가열 시간이 바람직하고, 200℃에서 가열할 때에는 일례로서 약 1시간±β분의 가열 시간이 바람직하고, 300℃에서 가열할 때에는 일례로서 약 1분±γ초의 가열 시간이 바람직하다. 여기서, 상기 α시간의 일례로서는 약 1시간이고, 상기 β분의 일례로서는 약 15분이며, 상기 γ초의 일례로서는 약 20초이다.
상기와 같이 상기 접합강도의 증가는 전극(51)의 재료와 범프(52)의 재료와의 확산의 촉진에 기인한다고 생각되기 때문에, 이러한 접합강도 개선 조건은 전극(51)의 재질, 전극(51)의 크기, 범프(52)의 재질, 범프(52)의 크기, 상기 반도체 칩이나 상기 반도체 웨이퍼를 구성하는 반도체 기판의 재질, 및 이 반도체 기판의 크기 중, 적어도 하나에 대해서 결정되고, 바람직하게는, 전극(51)의 재질 및크기, 범프(52)의 재질 및 크기, 또한 상기 반도체 칩이나 상기 반도체 웨이퍼를 구성하는 반도체 기판의 재질 및 크기의 적어도 하나의 조합에 대해서, 또는 이들 각각의 조합에 의해서 결정된다.
상기 접합강도 개선 조건의 일례로서, Si 반도체 기판의 1변 6mm의 정방형상의 반도체 칩으로서, 전극(51)은 알루미늄으로써 형성되어서 하나의 크기가 1변 100㎛의 정방형이며 두께가 1㎛m이고, 범프(52)는 금으로써 형성되어 도 63에 나타내는 D 치수가 φ80㎛, 대좌 높이인 H 치수가 20㎛이다. 이와 같은 반도체 칩에 대하여, 범프 형성후, 200℃에서 1시간의 가열을 실행하였다. 이 결과, 상기 전단력은 범프 형성시에서는 500mN이었던 것이 가열 처리 후에 800mN으로 향상되었다.
상기 반도체 칩에 있어서도, 1칩당 예로서 100개 전후의 전극(51)이 존재하고 이 전극들에 순차적으로 범프(52)가 형성되므로, 첫 번째로 범프(52)가 형성되고 나서 모든 전극(51)에 범프(52)가 형성되기까지는 시간이 경과한다. 상기한 바와 같이, 범프 형성시에는 반도체 칩이나 반도체 웨이퍼는 가열되어 있고, 범프 형성후의 가열에 의해서 상기 접합강도는 향상되므로, 예로서 첫 번째로 형성된 범프(52)의 접합강도와, 최후에 형성된 범프(52)의 접합강도와는 차이가 생긴다. 따라서, 1칩 내에 있어서의 각각의 범프(52)의 접합강도는 불균일하다는 문제가 있다. 이 문제는, 반도체 웨이퍼 상의 모든 전극(51)에 범프(52)를 형성할 때에는 더욱 커지게 된다.
또한, Si 반도체 기판의 경우에는, 범프 형성시의 온도 및 그 후의 가열 온도는, 모두 비교적 대략적인 온도관리라도 좋지만, GaAs, LiTaO3 및 LiNbO3과 같은화합물 반도체 기판의 경우나 수정(水晶) 기판의 경우에는, Si 기판의 경우에 있어서의 온도에서 범프 형성을 실행했을 때에는 휨 등에 의한 기판 손상 발생의 가능성이 높다. 따라서 범프 형성시에는, 상기 손상이 발생하지 않는 비손상 온도에서, 구체적으로는 Si 기판의 경우보다도 낮은 온도에서 반도체 칩이나 반도체 웨이퍼의 가열을 실행하고, 또한 범프 형성후의 가열 온도도 비교적 저온으로 실행할 필요가 있다. 또한, Si 반도체 기판의 경우에는, 범프 형성용 온도를 초과하는 온도에서 범프 형성후의 가열을 실행할 수 있다. 따라서, 상기 비손상 온도를 초과하는 온도에서 범프 형성후의 가열을 실행할 수 있다.
따라서, 도 52∼도 54를 참조해서 설명한 바와 같이 범프 형성후의 가열 온도 및 가열 시간으로써 상기 접합강도를 증대시킬 수 있는 것을 이용하여, 본 제2실시형태에서는, 상기 접합강도의 불균일함을 개선하여 반도체 부품의 품질을 종래에 비해서 향상시키는 상기 범프 강도 개선장치를 구비하고 있다.
이 범프 강도 개선장치는, 본 제2실시형태의 범프 형성장치(301)에서는, 상기 제어장치(317)와, 상기 접합강도 개선용 스페이스(3163)를 갖는 본딩 스테이지 (316)에 구비된 가열장치(3162)로써 구성된다. 제어장치(317)는 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어를 상기 가열장치에 실행한다. 본 제2실시형태와 같이, 본딩 스테이지(316)에 가열장치(3162) 및 접합강도 개선용 스페이스(3163)를 설치함으로써, 가열장치(3162)를 범프 형성할 때의 가열용과, 범프 형성후의 가열용의 양쪽으로 겸용할 수 있는 점에서 유익하다. 본 제2실시형태에서는, 가열장치(3162)는 히터와 그 히터 전력 공급부로 구성된다.
그러나, 상기 접합강도의 향상을 위해서, 범프 형성후의 범프 형성 완료 반도체 부품을 가열하면 되므로, 가열장치(3162), 및 이 가열장치(3162)에 의해서 가열 제어되는 부분인 접합강도 개선용 스페이스(3163)는, 상기 본딩 스테이지(316)에 설치되는 형태에 한정되는 것은 아니다. 예로서, 도 55에 나타내는 바와 같이, 상기 레벨링 장치(314)의 레벨링 스테이지(3141)에 상당하는 레벨링 장치(414)에 있어서의 스테이지(4141)를 상기 접합강도 개선용 스페이스(3163)로 하고, 상기 스테이지(4141)에 상기 가열장치(3126)를 구비하여, 범프(52)의 높이를 맞추기 위해서 스테이지(4141) 상에 장착된 하나 또는 복수의 범프 형성 완료 반도체 부품에 대해서 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어를 실행하도록 구성할 수도 있다. 이러한 구성을 채용함으로써, 범프(52)의 높이 맞춤 동작과 병행해서, 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어를 실행할 수 있기 때문에, 택트의 향상을 도모할 수 있다.
또한, 도 56에 나타내는 바와 같이, 상기 완성품 적재장치(315)의 적재 트레이(3151)에 상당하는 완성품 적재장치(415)의 적재 트레이(4151)에 상기 가열장치 (3162)를 구비하고, 하나 또는 복수의 범프 형성 완료 반도체 부품에 대해서 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어를 실행하도록 구성할 수도 있다. 더욱 구체적으로 설명하면, 상기 가열장치(3162)로서, 예로서, 적재 트레이(4151)를 구성하는 케이스 측면에 히터를 설치하거나, 또는 적재 트레이(3151)를 이동시키는 상기 트레이 반송장치에 히터를 설치하고, 이 히터의 가열을 제어하여 이 적재 트레이 (4151), 또는 적재 트레이(3151) 내에 적재되는 상기 범프 형성 완료 반도체 부품에 대해서 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어를 실행한다. 이 경우, 상기 적재 트레이(4151)의 내부, 및 적재 트레이(3151)의 내부가 상기 접합강도 개선용 스페이스(3163)에 상당한다. 또한, 이 경우, 상기 범프 형성 완료 반도체 부품을 적재 트레이(4151)에 적재하고 있는 동안에 접합강도의 개선이 도모되기 때문에, 택트면에서도 유리하다.
그리고 또한, 도 57에 나타내는 바와 같이, 범프 형성장치에 새로이 가열 스테이지(480)를 설치하고, 이 가열 스테이지(480) 상에 하나 또는 복수의 범프 형성 완료 반도체 부품을 장착하고, 이 범프 형성 완료 반도체 부품에 대해서 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어를 실행하도록 구성할 수도 있다.
상기 제어장치(317)가 상기 가열장치(3162)에 대하여 실행하는 상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어에 대해서 설명한다.
도 52∼도 54를 참조해서 상기한 바와 같이, 상기 접합강도 개선 조건은, 전극(51)의 재질 및 크기, 범프(52)의 재질 및 크기, 또한 상기 반도체 칩이나 상기 반도체 웨이퍼를 구성하는 반도체 기판의 재질 및 크기의 각각에 대해서, 또는 이들의 조합에 의해 결정되고, 범프 형성 완료 반도체 부품에 상당하는 범프 형성 완료 반도체 칩이나 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼를 가열하는 온도 및 시간을 변수로 하는 조건이다. 따라서, 본 제2실시형태에서는 제어장치(317)의 기억부(3171)에, 미리, 도52∼도 54를 참조해서 상기한 상기 접합강도 개선 조건에 의한 상기 가열 온도 및 시간을 제어하는 접합강도 개선용 프로그램을 저장하고 있다. 또한, 이 프로그램은, 기억부(3171)에 미리 저장하지 않아도 좋고, 상기 접합강도 개선용프로그램을 기록한 CD-ROM 등의 기록매체로부터 판독하여 저장하도록 해도 좋으며, 또한, 통신선을 통해서 저장하도록 해도 좋다.
상기 접합강도 개선용 프로그램의 일례로서, 예로서, Si 반도체 기판으로써 이루어지는 반도체 칩이나 반도체 웨이퍼의 경우, 상기 본딩 스테이지(316) 상에서의 범프(52)의 형성시의 반도체 칩이나 반도체 웨이퍼의 가열 온도는, 약 200℃로 하고, 범프 형성후, 상기 접합강도 개선용 스페이스(3163)에 장착한 범프 형성 완료 반도체 칩이나 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼의 접합강도 개선용의 온도는, 약 250℃로 하고, 가열 시간은 30분으로 한다. 상기한 바와 같이 반도체 기판의 재질이 Si일 때에는, 범프 형성시 온도 및 접합강도 개선용의 온도는 비교적 대략적으로 제어할 수 있고, 상기 접합강도 개선용 온도는 범프 형성시 온도에 비해서, 높아도, 낮아도, 또는 동일한 온도라도 상관없다.
한편, 상기의 화합물 반도체 기판으로 이루어지는 반도체 칩이나 반도체 웨이퍼나, 물리적인 손상을 받기 쉬운 반도체 칩이나 반도체 웨이퍼의 경우에는, 범프 형성시 온도를 약 250℃ 이상으로 하면 깨어짐 등의 손상이 발생할 가능성이 있으므로, 범프 형성시 온도 및 접합강도 개선용 온도 모두, Si 반도체 기판으로 이루어지는 경우에 비해서 낮은 상기 비손상 온도로 한다. 따라서, 접합강도 개선용 온도에 의한 가열 시간은 Si 반도체 기판의 경우에 비해서 길어진다. 구체예로서는, 범프 형성시에 있어서의 범프 형성용 온도는, 150℃이고, 범프 형성후에 있어서의 접합강도 개선용 온도는 200℃이며, 접합강도 개선용 온도에 의한 가열 시간은 1시간이다.
그리고 또한, 상기 제어장치(317)는 다음과 같은 동작 제어를 실행할 수도 있다.
상기한 바와 같이 상기 접합강도 개선용 스페이스(3163)에는, 상기 범프 형성 완료 반도체 칩이나 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼가 복수 개 배치되고, 또한, 상기한 바와 같이 범프 형성후의 가열 시간의 경과에 따라서 상기 접합강도는 향상된다. 따라서, 예로서 상기 가열 스테이지(480)를 예로서 채용해 도 58을 참조해서 설명하지만, 가열 스테이지(480)에 있어서의 접합강도 개선용 스페이스(3163)를 미리 복수로 구획하고, 각각의 구획마다 가열장치(3162)를 설치한다. 도 58에 나타내는 예에서는, 접합강도 개선용 스페이스(3163)를 5개 구획(4801-1∼4801-5)으로 분할해서, 각각의 구획(4801-1∼4801-5)을 가열 처리부로 하여 별개로 가열 제어 가능하도록, 각각의 구획(4801-1∼4801-5)마다에, 가열장치(3162-1∼3162-5)를 배치하고, 또한, 각각의 구획(4801-1∼4801-5)마다의 온도 측정을 실행하는, 예로서 열전대인 온도측정 센서(4802-1∼4802-5)를 설치하고 있다. 가열장치(3162-1∼3162-5) 및 온도측정 센서(4802-1∼4802-5)는 제어장치(317)에 접속되어 있다.
이러한 구성에 있어서, 제어장치(317)는 각각의 구획(4801-1∼4801-5)마다에, 상기 범프 형성 완료 반도체 칩이나 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼의 장착후의 경과 시간과 가열 온도를, 각각의 구획(4801-1∼4801-5)에 장착된 범프 형성 완료 반도체 칩이나 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼에 있어서의 상기 접합강도가 적정치 이상이 되도록, 상기 접합강도 개선 조건으로써 제어한다.
그리고 또한, 도 59에 나타내는 바와 같이, 각각의 반도체 칩(60)으로 잘라내기 전의 반도체 웨이퍼(70)에 대하여, 각각의 반도체 칩(60)이 되는 회로부분에서 첫 번째의 회로부분(71-1)으로부터 최후의 회로부분(71-n)까지, 화살표로서 나타내는 순서로서, 모든 회로부분(71)의 전극(51)에, 1대의 범프 형성부(313)로써 범프(52)를 형성하도록 하는 경우, 상기 제어장치(317)는 특히 다음과 같은 동작 제어를 실행하는 것이 바람직하다.
즉, 특히 반도체 웨이퍼(70)의 경우, 상기 회로부분(71-1)에 범프(52)가 형성된 후, 상기 회로부분(71-n)에 범프(52)가 형성 종료될 때까지 비교적 장시간을 필요로 하므로, 범프 형성후의 가열 시간이 각각의 회로부분(71)에 따라서 상이하다. 이 반도체 웨이퍼(70)에 범프(52)가 형성된 후의 범프 형성후 반도체 칩 및 범프 형성후 반도체 웨이퍼에 대하여 가열을 실행한 경우, 상기의 설명에서도 설명했지만 상기 접합강도의 변화는, 구체적으로는 예로서, 도 52에 나타내는 바와 같이, 개념적으로는 도 60에 나타내는 접합강도 곡선(390)과 같이, 범프 형성후, 어느 시간까지는 가열 시간의 경과와 함께 증가하지만, 피크 값을 지나면 저하한다는 경과를 따른다. 즉, 필요 이상으로 범프 형성후의 가열을 실행했을 때에는 상기 접합강도는 열화한다. 따라서, 초기에 범프 형성이 실행된 회로부분(71)에 대한 범프 형성후의 가열은, 단시간 또는 불필요하고, 후기에 범프 형성이 된 회로부분(71)에 대해서는 상기 초기의 것에 비해서 긴 시간의 가열이 가능하다. 이렇게, 범프(52)의 상기 접합강도는 각각의 회로부분(71)에서 상이하기 때문에, 반도체 웨이퍼(70)의 모든 회로부분(71)에 있어서, 범프(52)의 접합강도를 향상시키고 또한 될 수 있는 한 균일화하기 위해서는, 제어장치(317)에 의한 이하에 설명하는 바와 같은 가열 제어가 필요하게 된다.
즉, 도 61에 나타내는 바와 같이, 제어장치(317)는, 단계(도면에서는 S로써 나타낸다) 801에서, 반도체 웨이퍼(70) 상에 최초로 범프(52)를 형성하기 시작했을 때의 개시 시각 TS와, 모든 전극(51)에 범프(52)를 형성 완료했을 때의 종료 시각 TE를 계측하여 기억한다. 다음 단계 802에서는, 상기 반도체 칩 반송장치(312)에 대응하는 웨이퍼용 반송장치로써, 본딩 스테이지(316)로부터, 예로서, 상기 가열 스테이지(480)에 있어서의 접합강도 개선용 스페이스(3163)에 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼(70)를 장착한다.
이어서, 단계 803에서 제어장치(317)는 상기 종료 시각 TE로부터 상기 개시 시각 TS를 뺀 시간인 전 범프 형성시간(TE-TS)에 따라서 상기 접합강도 개선 조건을 구하고, 구한 접합강도 개선 조건에 따라서 상기 가열장치(3162)의 가열 제어를 실행한다. 즉, 상기 접합강도 곡선(390)으로써 나타내는 바와 같이 미리 상기 접합강도의 변화를 알고 있고, 또한 범프 형성후의 가열에 의해서 취득되는 최대 접합강도 값 P2를 알고 있으며, 또한, 범프 형성후의 가열에 의해서 취득하고 싶은 최저의 접합강도 값인 최저 접합강도 값 P1을 설정했을 때, 단계 803에 있어서, 우선, 제어장치(317)는, 상기 접합강도 곡선(390)이 상기 최저 접합강도 값 P1을 통과하는 시각인 T4 및 시각 T1로부터 구하는 시간, 즉, 범프 형성후에 있어서의 가열에 의해서 상기 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간 T를 구한다. 이어서, 제어장치(317)는 모든 범프 형성에 필요한 실제의 시간인 상기 전 범프 형성시간(TE-TS)을, 상기 가열 적절 시간 T가 초과하는가 아닌가를 판단한다.
상기 가열 적절 시간 T가 상기 전 범프 형성시간(TE-TS)을 초과할 때, 환언하면, 범프 형성후 가장 오래 가열이 실행되고 있는, 첫 번째로 범프 형성을 실행한 상기 회로부분(71-1)에 대해서, 더욱 가열을 속행해도 상기 접합강도의 열화가 시작되지 않고 상기 접합강도의 향상이 확실할 때, 단계 804 및 단계 805가 실행된다. 단계 804에서는, 상기 접합강도의 목표값 P0를 얻을 수 있는 상기 접합강도 개선 조건을 제어장치(317)는 구한다. 구체적으로는, 상기 접합강도 곡선(390)에 따라서 상기 목표값 P0 이상의 접합강도를 얻을 수 있는 시간 TB를 구하고, 이 시간 TB에 대응하는 제1가열 시간 T0B를 구한다. 그리고 단계 8O5에서, 제어장치(317)는, 상기 접합강도 개선 조건으로써, 구체적으로는 상기 제1가열 시간 T0B로 상기 가열장치(3162)의 가열 제어를 실행하여 상기 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼(70)의 범프 형성후 가열을 실행한다. 이 때의 가열 온도는, 상기한 바와 같이, 반도체 기판의 재질이나, 전극(51)의 재질 및 크기나, 범프(52)의 재질 및 크기 등에 따라서, 제어장치(317)에 의해서 결정된다.
한편, 단계 803에서 상기 가열 적절 시간 T가 상기 전 범프 형성시간(TE-TS) 이하일 때, 환언하면, 범프 형성후 가장 오래 가열이 실행되고 있는, 첫 번째로 범프 형성을 실행한 상기 회로부분(71-1)에 대해서, 더 이상, 가열을 속행하면 상기 접합강도가 상기 최저 접합강도 값 P1 미만이 될 때, 단계 806 및 단계 807이 실행된다. 단계 806에서는, 상기 접합강도 개선 조건에 상당하는, 상기 전 범프 형성시간(TE-TS)으로부터 상기 가열 적절 시간 T를 뺀 시간 TA를 제어장치(317)는 구하고, 이 시간 TA에 대응하는 제2가열 시간 T0A를 구한다. 그리고 단계 807에서, 제어장치(317)는, 상기 접합강도 개선 조건으로써, 구체적으로는 상기 제2가열 시간 T0A로 상기 가열장치(3162)의 가열 제어를 실행하여 상기 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼(72)의 범프 형성후 가열을 실행한다. 이 때의 가열 온도도, 상기한 바와 같이, 반도체 기판의 재질이나, 전극(51)의 재질 및 크기나, 범프(52)의 재질 및 크기 등에 따라서, 제어장치(317)에 의해서 결정된다.
이어서, 단계 808에서는, 웨이퍼용의 상기 반송장치로써, 상기 가열 스테이지(480)에 있어서의 접합강도 개선용 스페이스(3163)로부터 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼(72)를, 다음 공정의 상기 레벨링 장치(314)의 스테이지 상에 반송한다.
상기의 설명에서는, 상기 전 범프 형성시간(TE-TS)에 따라서 상기 접합강도 개선 조건을 구했지만, 모든 범프(52)의 형성시간에 따르지 않더라도, 대략 모든 범프(52)의 형성시간에 따라서 상기 접합강도 개선 조건을 구해도 좋다. 여기서, 대략 모든 범프(52)라는 것은, 전 범프의 약 8할 이상의 범프(52)에 상당한다.
또한, 상기의 설명에서는, 처리 대상으로서의 반도체 부품에 반도체 웨이퍼를 예로서 채용했지만, 상기 반도체 칩에서 대하여도 상기 전 범프 형성시간(TE-TS)에 따라서 상기 접합강도 개선 조건을 구하는, 상기의 제어방법을 적용할 수도 있다.
또한, 상기한 단계 801∼단계 808의 제어 동작은, 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼(72)의 전체를 똑같이 가열하는 경우의 동작이지만, 도 58을 참조해서 설명한 가열 제어방법에 준해서 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼(72)를 가열할 수도 있다.
예로서, 도 62에 도시하는 바와 같이, 구획(4801-1)에서는, 최초에 범프(52)가 형성된 회로부분(71-1)을 포함하는 제1군의 회로부분(71)이 배치되고, 다음 구획(4801-2)에는, 상기 제1군보다도 시간적으로 늦게 범프(52)가 형성된 제2군의 회로부분(71)이 배치되고, 다음 구획(4801-3)에는, 상기 제2군보다도 시간적으로 늦게 범프(52)가 형성된 제3군의 회로부분(71)이 배치되고, 다음 구획(4801-4)에는, 상기 제3군보다도 시간적으로 늦게 범프(52)가 형성된 제4군의 회로부분(71)이 배치되고, 다음 구획(4801-5)에는, 최후에 범프(52)가 형성된 회로부분(71-n)을 포함하는 제5군의 회로부분(71)이 배치된다.
따라서, 제어장치(317)의 제어에 의해서, 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼(72) 내에 있어서, 기타의 회로부분(71)에의 범프 형성을 위한 가열에 의한 범프 형성후의 가열시간이 비교적 긴 상기 제1군의 회로부분(71)이 배치되어 있는 구획(4801-1)에 설치되어 있는 가열장치(3162-1)에 대해서는 가열을 실행하지 않고, 또는 비교적 단시간의 가열을 실행하고, 또는 가열 온도를 기타의 구획(4801)에 비해서 낮게 해서 가열을 실행할 수 있다. 이하, 구획(4801-2)∼구획(4801-5)의 가열장치 (3162-2)∼가열장치(3162-5)에 대해서, 제어장치(317)는, 범프 형성후 경과 시간에 따른 온도 관리를 실행할 수 있다. 구체적으로는, 구획(4801-2)∼구획(4801-5)의 가열장치(3162-2)∼가열장치(3162-5)에 대하여, 순차적으로, 가열 온도를 높게 설정하거나, 또는 가열 시간을 길게 설정하거나, 또는 가열 온도를 높게 또한 가열 시간을 길게 설정하거나 할 수 있다.
이와 같이 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼(72)에 있어서, 범프 형성후 경과 시간에 따라서 구획된 각각의 영역을 각각 독립해서 가열 제어하는 것이라도, 범프형성 완료 반도체 웨이퍼(72)의 모든 회로부분(71)에 있어서 범프(52)의 접합강도를 향상시키고, 또한 균일화할 수 있다.
이상과 같이 구성되는 범프 형성장치(301)에 있어서, 반도체 부품이 반입되어 범프 형성 완료 부품이 완성품 적재장치(315)에 적재될 때까지의 동작에 대해서 설명한다. 또한, 상기 동작은 제어장치(317)에 의해서 제어된다. 또한, 상기 반도체 부품은 상기 반도체 칩을 예로서 채용한다.
반도체 칩 공급 장치(311)의 적재 트레이(3111)로부터, 반도체 칩 반송장치 (312)에 구비되어 있는 칩 지지부(31213)에 의해서 반도체 칩(60)이 지지되고, 이 칩 지지부(31213)가 반도체 칩 반송장치(312)에 구비되어 있는 X 방향 이동 기구 (31211) 및 Y 방향 이동 기구(31212)에 의해서 이동되어서, 반도체 칩(60)이 본딩 스테이지(316) 상에 장착된다.
본딩 스테이지(316) 상에 장착된 반도체 칩(60)은, 범프 형성용 온도로 가열되면서, 반도체 칩(60)의 각각의 전극(51)에 대하여 범프 형성부(313)에 의해서 범프(52)가 형성된다.
범프(52)가 형성된 범프 형성 완료 반도체 칩(61)은, 상기 칩 지지부(31213)에 의해서, 해당 본딩 스테이지(316)에 구비되어 있는 접합강도 개선용 스페이스 (3163)상에 배치되고, 상기한 바와 같이, 제어장치(317)에 의한 접합강도 개선 조건으로써 범프 형성후의 가열이 실행된다.
이 범프 형성후의 가열이 종료된 후, 범프 형성 완료 반도체 칩(61)은, 다시 칩 지지부(31213)에 의해서 지지되어서, 레벨링 장치(314)의 레벨링 스테이지(3141) 상에 장착된다. 장착된 범프 형성 완료 반도체 칩(61)에 대하여 레벨링 장치(314)에 의해서 범프 높이가 균일화된다.
범프 높이가 균일화된 범프 형성 완료 반도체 칩(61)은, 다시 칩 지지부 (31213)에 의해서 지지되고, 반송되어서, 완성품 적재장치(315)의 적재 트레이 (3151)에 적재된다.
또한, 상기한 바와 같이 본 제2실시형태에서는, 본딩 스테이지(316) 및 접합강도 개선용 스페이스(3163)에는 복수의 범프 형성 완료 반도체 칩(61)이 장착 가능하므로, 본딩 스테이지(316)에서의 범프 형성시에 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 접합강도 개선용 스페이스(3163)에 이송하거나, 접합강도 개선 조건에 의한 가열을 시작하기 전 또는 대략 동시에, 이미 접합강도 개선 조건에 의한 가열이 실행된 범프 형성 완료 반도체 칩(61)을 레벨링 장치(314)에 이송하거나 할 수 있다. 이 동작에 의해서, 택트의 개선을 도모할 수 있다.
상기한 제2실시형태는, 범프 형성장치(301)에 상기 범프 강도 개선장치를 구비한 경우를 예로서 채용하고 있다. 그러나 이것에 한정되는 것은 아니고, 상기 제어장치(317) 및 상기 가열장치(3162)를 구비한, 예로서, 상기 본딩 스테이지(316)를 구비한 범프 강도 개선장치를 별개로 독립적으로 구성해도 좋다. 또한, 이렇게 구성한 경우, 상기 독립적인 범프 강도 개선장치에는, 이미 범프(52)가 형성된 범프 형성 완료 반도체 칩(61)이나 범프 형성 완료 반도체 웨이퍼(72)를 반입하게 된다.
명세서, 청구의 범위, 도면, 요약서를 포함하는 2000년7월4일에 출원된 일본특허출원 제2000-202700호, 및 2000년5월23일에 출원된 일본 특허출원 제2000-151287호에 개시된 것 모두는, 참고로서 여기에 모두 포함된다.
본 발명은, 첨부 도면을 참조하면서 바람직한 실시형태에 관련하여 충분히 기재되어 있지만, 이 기술에 숙련된 사람들에 있어서는 다양한 변형이나 수정은 명백하다. 이러한 변형이나 수정은, 첨부한 청구의 범위에 의한 본 발명의 범위로부터 벗어나지 않는 한에 있어서, 본 발명에에 포함되는 것으로 이해되어야 한다.

Claims (44)

  1. 반도체 기판(201) 상의 전극 부분(15)에 범프(16)를 형성할 때의 범프 본딩용 온도(T2)에 있는 상기 반도체 기판에 대하여, 상기 전극 부분에 상기 범프를 형성하는 범프 형성 헤드(120)를 갖는 범프 형성장치로서,
    상기 전극 부분에의 범프 형성전에 상기 반도체 기판에 대하여, 범프 형성시에 있어서의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 예열장치(160)를 구비한 범프 형성장치.
  2. 제1항에 있어서, 상기 예열장치의 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도(TB) 이하인 형성전 접합 촉진용 온도(Tl)까지 상기 반도체 기판을 가열하는 범프 형성장치.
  3. 제2항에 있어서, 상기 예열장치의 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 또한, 상기 형성전 접합 촉진용 온도에서 형성전 접합 촉진용 시간(tl) 동안 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 경과후, 상기 범프 본딩 온도로 설정하는 범프 형성장치.
  4. 제3항에 있어서, 상기 예열장치의 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 또한, 상기 전극 부분 및 상기 범프의 재질에 따라서 상기 형성전 접합 촉진용 온도및 상기 형성전 접합 촉진용 시간을 설정하는 범프 형성장치.
  5. 제3항에 있어서, 상기 예열장치의 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 또한, 상기 전극 부분의 두께(15a) 및 상기 범프의 대좌 부분(16a)의 직경에 따라서 상기 형성전 접합 촉진용 온도 및 상기 형성전 접합 촉진용 시간을 설정하는 범프 형성장치.
  6. 제2항에 있어서, 상기 형성전 접합 촉진용 온도는, 상기 범프 본딩용 온도에 30∼60℃를 가산한 온도인 것을 특징으로 하는 범프 형성장치.
  7. 제6항에 있어서, 상기 형성전 접합 촉진용 시간은 10분∼30분인 것을 특징으로 하는 범프 형성장치.
  8. 제1항에 있어서, 상기 전극 부분에의 상기 범프의 형성후, 상기 반도체 기판에 대해서, 범프 형성후의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 후가열장치(170)를 추가로 구비한 범프 형성장치.
  9. 제8항에 있어서, 상기 후가열장치의 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도 이하인 형성후 접합 촉진용 온도(T3)까지 상기 반도체 기판을 가열하는 것을 특징으로 하는 범프 형성장치.
  10. 제9항에 있어서, 상기 후가열장치의 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어는, 또한, 상기 형성후 접합 촉진용 온도에서 형성후 접합 촉진용 시간(t3) 동안 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 경과후, 강온하는 것을 특징으로 하는 범프 형성장치.
  11. 제8항에 있어서, 상기 예열장치에 의한 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어, 및 상기 후가열장치에 의한 형성후 접합 촉진용 온도제어를 서로 관련시켜서 상기 예열장치 및 상기 후가열장치를 제어하는 제어장치(180)를 추가로 구비한 범프 형성장치.
  12. 반도체 기판(201) 상의 전극 부분(15)에 범프(16)를 형성할 때의 범프 본딩용 온도(T2)에 있는 상기 반도체 기판에 대해서, 상기 전극 부분에 상기 범프를 형성하는 범프 형성방법으로서,
    상기 전극 부분에의 범프 형성전에 상기 반도체 기판에 대하여, 범프 형성시에 있어서의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 범프 형성방법.
  13. 제12항에 있어서, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도(TB) 이하인 형성전 접합 촉진용 온도(Tl)까지 상기 반도체 기판을 가열하고, 또한, 상기 형성전 접합 촉진용 온도에서 형성전 접합 촉진용 시간(tl) 동안 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 경과후, 상기 범프 본딩 온도로 설정하는 범프 형성방법.
  14. 제12항에 있어서, 또한, 상기 전극 부분에의 상기 범프의 형성후, 상기 반도체 기판에 대해서, 범프 형성후의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 범프 형성방법.
  15. 제14항에 있어서, 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도 이하인 형성후 접합 촉진용 온도(T3)까지 상기 반도체 기판을 가열하고, 또한, 상기 형성후 접합 촉진용 온도에서 형성후 접합 촉진용 시간(t3) 동안 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 경과 후, 강온하는 범프 형성방법.
  16. 제14항에 있어서, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어 및 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어를 서로 관련시켜서 제어하는 범프 형성방법.
  17. 반도체 기판(201) 상의 전극 부분(15)에 범프(16)를 형성할 때의 범프 본딩용 온도(T2)에 있는 상기 반도체 기판에 대해서, 상기 전극 부분에 상기 범프를 형성하는 범프 형성방법을 실행하기 위한 프로그램을 기록한, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체로서,
    상기 전극 부분에의 범프 형성전에 상기 반도체 기판에 대해서, 범프 형성시에 있어서의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성전 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 처리를 기록한, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  18. 제17항에 있어서, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용 온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도(TB) 이하인 형성전 접합 촉진용 온도(Tl)까지 상기 반도체 기판을 가열하고, 또한, 상기 형성전 접합 촉진용 온도에서 형성전 접합 촉진용 시간(tl) 동안 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성전 접합 촉진용 시간 경과후, 상기 범프 본딩 온도로 설정하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  19. 제17항에 있어서, 또한, 상기 전극 부분에의 상기 범프의 형성후, 상기 반도체 기판에 대해서, 범프 형성후의 상기 전극 부분과 상기 범프와의 접합을 촉진시키는 형성후 접합 촉진용 온도제어를 실행하는 처리를 기록한, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  20. 제19항에 있어서, 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어는, 상기 범프 본딩용온도 이상이고 상기 반도체 기판의 손상 방지 온도 이하인 형성후 접합 촉진용 온도(T3)까지 상기 반도체 기판을 가열하고, 또한, 상기 형성후 접합 촉진용 온도에서 형성후 접합 촉진용 시간(t3) 동안 상기 반도체 기판을 유지하고, 상기 형성후 접합 촉진용 시간 경과후, 강온하는 것을 특징으로 하는, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  21. 제19항에 있어서, 상기 형성전 접합 촉진용 온도제어 및 상기 형성후 접합 촉진용 온도제어를 서로 관련시켜서 제어하는 처리를 추가로 기록한, 컴퓨터 판독 가능한 기록매체.
  22. 제1항에 기재된 범프 형성장치에 의해서 범프 형성이 실행된 반도체 기판.
  23. 전극 부분(15) 상에 형성된 범프(16)와 상기 전극 부분과의 접합강도에 대해서, 상기 범프는, 해당 범프의 대좌 부분(16a)에서 파단(破斷)하는 강도를 갖는 반도체 기판.
  24. 전극 부분(15) 상에 형성된 범프(16)의 대좌 부분(16a)의 직경이 대략 90㎛인 상기 범프는, 1범프당 대략 680∼800mN의 파단력(破斷力)을 갖는 반도체 기판.
  25. 반도체 부품(60, 70)의 전극(51) 상에 범프(52)가 형성된 범프 형성 완료 부품(61, 72)에 대하여 범프 형성시의 상기 전극과 상기 범프와의 접합강도에 비해서 그 접합강도의 개선을 도모하는 접합강도 개선 조건으로써 가열을 실행하는 가열장치(3162)와,
    상기 접합강도 개선 조건에 의한 가열 제어를 상기 가열장치에 실행하는 제어장치(317)를 구비한 범프 강도 개선장치.
  26. 제25항에 있어서, 상기 접합강도 개선 조건은, 필요로 하는 상기 접합강도를 얻기 위한 가열 시간 및 그 가열 온도를 변수로 한 조건이고, 상기 제어장치는, 상기 반도체 부품의 재질, 상기 반도체 부품의 크기, 상기 전극의 재질, 상기 전극의 크기, 상기 범프의 재질, 및 상기 범프의 크기 중, 적어도 하나에 대해서, 상기 필요 접합강도에 도달하기 위한 가열 온도와 그 가열 시간과의 관계 정보로써 이루어지는 상기 접합강도 개선 조건을 구비하여, 이 접합강도 개선 조건에 따라서 상기 가열장치의 가열 제어를 실행하는 범프 강도 개선장치.
  27. 제26항에 있어서, 상기 제어장치가 갖는 상기 접합강도 개선 조건은, 상기 반도체 부품의 재질 및 크기, 상기 전극의 재질 및 크기, 또한 상기 범프의 재질 및 크기 중, 적어도 하나의 조합에 대해서, 또는 각각의 조합에 대해서, 상기 필요 접합강도에 도달하기 위한 가열 온도와 그 가열 시간과의 관계 정보인 것을 특징으로 하는 범프 강도 개선장치.
  28. 제25항에 있어서, 상기 반도체 부품은, 반도체 웨이퍼로부터 잘라낸 칩 부품인 것을 특징으로 하는 범프 강도 개선장치.
  29. 제28항에 있어서, 상기 가열장치는, 각각 적어도 1개의 상기 칩 부품을 장착하는 복수의 가열 처리부(4801)를 갖는 범프 강도 개선장치.
  30. 제29항에 있어서, 상기 제어장치는, 상기 가열 처리부에 대하여 각각 독립적으로, 각각의 가열 처리부에 구비되는 각각의 상기 칩 부품에 있어서의 범프 형성후 경과 시간에 따른 온도 관리를 실행하는 범프 강도 개선장치.
  31. 제25항에 있어서, 상기 가열장치는, 상기 반도체 부품 상에 범프를 형성하는 본딩 스테이지(316), 또는 상기 범프 형성 완료 부품에 있어서의 범프 높이를 맞추기 위한 범프 레벨링 스테이지(314), 또는 상기 범프 형성 완료 부품을 적재하는 범프 형성 완료 부품 적재부(315) 중, 어느 하나에 설치되는 범프 강도 개선장치.
  32. 제25항에 있어서, 상기 반도체 부품이 반도체 웨이퍼일 때, 상기 제어장치는, 상기 반도체 웨이퍼 상에의 대략 모든 범프 형성에 필요한 범프 형성시간(TE-TS)에 따라서 상기 접합강도 개선 조건을 구하고, 구한 접합강도 개선 조건으로써 상기 가열장치의 가열 제어를 실행하는 범프 강도 개선장치.
  33. 제32항에 있어서, 상기 가열에 의한 상기 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간(T)이 상기 범프 형성시간을 초과할 때, 상기 접합강도 개선 조건은, 상기 접합강도의 목표값(P0)을 얻는 제1가열 시간(TB)에 의한 상기 반도체 웨이퍼의 가열인 것을 특징으로 하는 범프 강도 개선장치.
  34. 제32항에 있어서, 상기 가열에 의한 상기 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간(T)이 상기 범프 형성시간 이하일 때, 상기 접합강도 개선 조건은, 상기 범프 형성시간으로부터 상기 가열 적절 시간을 뺀 제2가열 시간(TA)에 의한 상기 반도체 웨이퍼의 가열인 것을 특징으로 하는 범프 강도 개선장치.
  35. 제32항에 있어서, 상기 가열장치는, 상기 반도체 웨이퍼를 장착하고 상기 반도체 웨이퍼에 있어서의 범프 형성 순서에 대응하는 복수의 가열 처리부(4801)를 구비하고, 상기 제어장치는, 상기 가열 처리부에 대하여 각각 독립적으로, 각각의 가열 처리부에 대응하는 상기 반도체 웨이퍼에 있어서의 범프 형성후 경과 시간에 따른 온도 관리를 실행하는 범프 강도개선장치.
  36. 제25항에 기재된 범프 강도 개선장치(317, 3162)와,
    반도체 부품(60, 70)을 장착하고 또한 가열해서 상기 반도체 부품의 전극 (51)상에 범프(52)를 형성하는 범프 형성부(313)를 구비한 범프 형성장치.
  37. 제36항에 있어서, 상기 범프 강도 개선장치에 구비되어 있는 제어장치(317)는, 또한, 상기 범프 형성부에 있어서의 범프 형성시에 상기 반도체 부품에 손상을 발생하지 않는 비손상 온도로 상기 범프 형성부를 온도 제어하고, 범프 형성후, 상기 가열장치에 대하여 상기 비손상 온도를 초과하는 온도에 의한 접합강도 개선 조건에 따른 가열 제어를 실행하는 범프 형성장치.
  38. 반도체 부품(60, 70)의 전극(51) 상에 범프(52)가 형성된 범프 형성 완료 부품(61, 72)을 반입하고,
    상기 범프 형성 완료 부품에 대하여, 범프 형성시의 상기 전극과 상기 범프와의 접합강도에 비해서 그 접합강도의 개선을 도모하는 접합강도 개선 조건에 따라서 가열 제어를 실행하는 범프 강도 개선방법.
  39. 제38항에 있어서, 상기 접합강도 개선 조건은, 필요로 하는 상기 접합강도를 얻기 위한 가열 시간 및 그 가열 온도를 변수로 한 조건으로서, 상기 반도체 부품의 재질, 상기 반도체 부품의 크기, 상기 전극의 재질, 상기 전극의 크기, 상기 범프의 재질, 및 상기 범프의 크기 중, 적어도 하나에 대해서, 상기 필요 접합강도에 도달하기 위한 가열 온도와 그 가열 시간과의 관계 정보로써 이루어지는 조건이고, 이 관계 정보에 따라서 상기 가열 제어가 실행되는 범프 강도 개선방법.
  40. 제39항에 있어서, 상기 접합강도 개선 조건은, 상기 반도체 부품의 재질 및크기, 상기 전극의 재질 및 크기, 또한 상기 범프의 재질 및 크기의 적어도 하나의 조합에 대해서, 또는 각각의 조합에 대해서, 상기 필요 접합강도에 도달하기 위한 가열 온도와 그 가열 시간과의 관계 정보로서 이루어지는 조건이고, 이 관계 정보에 따라서 상기 가열 제어가 실행되는 범프 강도 개선방법.
  41. 제38항에 있어서, 상기 범프 형성 완료 부품의 반입 전에, 상기 반도체 부품의 상기 전극 상에 상기 범프를 형성하고,
    이 범프 형성시에는, 상기 반도체 부품에 손상을 발생시키지 않는 비손상 온도로, 상기 범프가 형성되는 범프 형성부를 온도 제어하고,
    상기 범프 형성후, 상기 비손상 온도를 초과하는 온도에 의한 상기 접합강도 개선 조건에 따른 가열 제어를 실행하는 범프 강도 개선방법.
  42. 제38항에 있어서, 대략 모든 범프 형성에 필요한 범프 형성시간(TE-TS)에 따라서 상기 접합강도 개선 조건을 구하고, 구한 접합강도 개선 조건으로써 상기 가열 제어를 실행하는 범프 강도 개선방법.
  43. 제42항에 있어서, 상기 가열에 의한 상기 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간(T)이 상기 범프 형성시간을 초과할 때, 상기 접합강도 개선 조건은, 상기 접합강도의 목표값(P0)을 얻는 제1가열 시간(TB)에 의한 가열인 것을 특징으로 하는 범프 강도 개선방법.
  44. 제42항에 있어서, 상기 가열에 의한 상기 접합강도의 개선을 얻을 수 있는 가열 적절 시간(T)이 상기 범프 형성시간 이하일 때, 상기 접합강도 개선 조건은, 상기 범프 형성시간으로부터 상기 가열 적절 시간을 뺀 제2가열 시간(YA)에 의한 가열인 것을 특징으로 하는 범프 강도 개선방법.
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