KR20030094026A

KR20030094026A - 본딩 스테이지

Info

Publication number: KR20030094026A
Application number: KR10-2003-0034574A
Authority: KR
Inventors: 야마모또가쯔꼬; 후지오까아끼후미; 나까이데쯔오
Original assignee: 스미토모덴키고교가부시키가이샤
Priority date: 2002-05-31
Filing date: 2003-05-30
Publication date: 2003-12-11
Also published as: JP2003347360A; CN1462067A; TW200405526A

Abstract

본 발명의 과제는 반도체 소자를 기판 등에 실장할 때에 압착 스테이지로서 사용되는 본딩 스테이지에 있어서, 반도체 소자 및 기판에 고밀도로 전극이 배치된 설계에 대해서도 고정밀도로 접합 가능한 스테이지를 제공하는 데 있다.

반도체 소자에 접하는 스테이지 상면은 고열전도율 물질로 구성되어 면 내 온도 분포가 양호하고, 스테이지 본체의 외주 부분은 열전도율이 낮은 재질로 구성되므로 주변 부품으로의 열복사가 억제된다. 또한, 스테이지 표면은 수지 재료에 대해 습윤성이 낮은 재료를 사용하므로 사용중에 수지 재료가 부착하기 어렵고, 부착한 수지의 제거도 용이하다.

Description

본딩 스테이지{Bonding Stage}

본 발명은 반도체 제조 공정에 있어서 반도체 소자를 기판의 전극에 접합시킬 때 이용하는 본딩 스테이지에 관한 것이다.

COG(Chip on glass) 기판 또는 COF(Chip on film), FPC(Flexible Printed Circuit) 등의 필름 캐리어에 설치된 전극 단자나 리드 프레임에 반도체 소자를 실장할 때에, 종래는 접합재의 융점 이상으로 가열한 본딩 공구만으로 반도체 소자를 가열 및 압박하고 있었다. 최근에는 택트 타임의 단축과 실장의 신뢰성을 향상시키기 위해 본딩 공구로부터의 가열에다가, 기판이나 필름 캐리어와 반도체 소자를 접합시키기 위해 하면으로부터 지지하는 스테이지도 가열하고, 기판 및 반도체 소자의 양측으로부터 가열하는 수법이 취해지도록 되어 왔다. 상기 방법에서는, 스테이지의 가열 온도는 접합재의 융점보다 낮고, 본딩 공구의 온도보다도 200 내지 300 ℃ 낮은 것으로 되어 있었다. 그러나, 반도체 소자의 다단자화와 비용 경쟁의 격화가 진행하여 더 이상의 택트 타임의 단축과, 접합의 신뢰성을 한층 향상시키기 위해 반도체 소자에 투입하는 열량을 많게 하는 것이 필요하게 되었다. 이로 인해 스테이지의 가열 온도를 본딩 공구와 대략 동등할 때까지 올려 실장하는 것이 필수가 되는 경향이 있다. 이 스테이지는 실장 장치에 내장된 금속제의 히터 홀더의 상면에 부착하여 사용하고, 스테이지 자체는 가열 기구를 갖지 않는다.

본딩 공구는 통상 실장 설비 내의 비교적 주위에 간섭하는 것이 없는 위치에 조립되지만, 스테이지는 주위에 필름 캐리어의 클램퍼나 기판 홀더, 반도체 소자 홀더, 픽업 등의 부품이 고밀도로 조립된 위치에 있어, 이하와 같은 문제가 생기고 있다.

① 고온으로 가열하면 주위로의 복사열로 부품 온도가 상승하여 열팽창에 의해 접합 위치 정밀도를 저하시킨다.

② 고온으로 함으로써 스테이지 표면으로부터의 방열의 영향이 강해지고, 온도 제어하기 위한 출력이 커지며, 전원의 부하가 높아진다.

③ 실장 설비 내장 히터와의 온도의 괴리가 커진다.

또한, 반도체 소자와 기판의 접합에 높은 신뢰성이 요구되게 되고, 종래보다 더욱더 스테이지 상면의 평탄도가 요구되게 되었다.

한편, ACF(Anisotropic Conductive Film), ACP(Anisotropic Conductive Paste), NCP(Non Conductive Paste) 등의 수지 재료를 거쳐 이루어지는 접합에 대해서는, 접합 온도는 낮지만 스테이지나 본딩 공구에 수지가 부착하기 때문에, 정기적으로 스테이지 및 공구 표면을 클리닝할 필요가 있었다. 이들의 수지는 부착 후에도 실장을 계속하기 위해 가열에 의해 응착하고, 스테이지나 공구의 본딩 면을 손상하는 일 없이 이를 제거하기 위해서는 유기 용매로 장시간 침지해야만 하므로 취급이 번거로왔다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고, 실장 설비 내로의 열부하가 작고, 반도체 소자의 전체 단자를 기판 전극 또는 필름 캐리어의 리드에 고정밀도로 접합시킬 수 있는 본딩 스테이지를 제공하는 것을 과제로 한다. 또한, 수지 재료를 거쳐 이루어지는 접합법에 있어서는, 수지가 표면에 부착하기 어렵고, 부착한 수지를 제거하기 쉬운 본딩 스테이지를 제공하는 것을 과제로 한다.

도1은 본 발명에 의한 본딩 스테이지의 예를 도시한 도면.

도2a 내지 도2c는 제1 실시예에서 제조한 본딩 스테이지의 구조 개념도.

도3은 제1 실시예에서 실시한 본딩의 구성도.

도4는 제2 실시예에서 실시한 본딩의 구성도.

도5는 제3 실시예에서 실시한 본딩의 구성도.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

1, 2 : 본체부

3 : 외주부

11 : 본딩 스테이지

12 : 반도체 소자

13 : 본딩 공구

24 : 열전대

25 : 가열 히터

본 발명에 의한 본딩 스테이지에서는 본체부가 100 W/mK 이상의 열전도율을 갖는 부재로 이루어지고, 상기 본체부의 외주연의 적어도 일부에 열전도율이 50 W/mK 이하인 부재로 이루어지는 외주부가 존재하고 있는 것을 특징으로 한다. 반도체 소자에 형성되어 있는 각 전극 단자가 확실하게 기판 전극 단자에 접합되기 위해서는 본딩 스테이지의 스테이지 면 내의 온도 분포가 균일할 것이 요구된다. 그 최상면에서 스테이지 면을 구성하는 본체부는 열전도율이 높은 물질이 적합하고, 열전도율은 100 W/mK 이상인 것이 바람직하다. 스테이지를 일정 온도로 가열하여 사용하는 정상 가열 방식에서는 열전도율이 100 W/mK보다 작은 경우는 필요한 온도 균일성을 얻을 수 없다. 또한, 일정 사이클로 급격히 승온 및 강온시키는 펄스 가열 방식에서는 열전도율이 보다 높은 120 W/mK 이상인 것이 바람직하다. 또한, 주변 부품으로의 열복사를 저감하기 위해서는 본딩 스테이지의 외주부의 재질은 열전도율이 낮은 재질이 적합하고, 열전도율은 50 W/mK 이하인 것이 바람직하다. 50 W/mK 이상에서는 표면으로부터의 방열량이 커져 주변 부품의 온도 상승을 위해 부품의 열팽창을 유인하고, 실장 위치 정밀도를 현저하게 저하시켜 버린다. 또한, 큰 투입 열량을 필요로 하므로 히터에 투입되는 전력을 증대시킨다. 본 발명에 의한 본딩 스테이지의 일예를 도1에 도시한다.

본 발명에 의한 다른 태양에서는, 본딩 스테이지 본체부가 모두 100 W/mK 이상의 열전도율을 갖는 적어도 2개의 부재로 이루어지는 것이 바람직하다. 이는 본체부가 본딩 스테이지 전체의 설계에 따라 복잡한 형상을 갖는 경우가 있기 때문이다. 본 발명에서 본체부로서 사용되는 고열전도 재료는 그 대부분이 가공성 재료이고 복잡한 형상으로 가공하는 것이 어려워 비용도 높아지기 때문이다. 이와 같은 경우, 본체부를 복수의 단순한 형상의 부재를 조합시킴으로써 구성하면, 복잡한 형상의 본체부를 저비용으로 정밀도 좋게 제조할 수 있다.

또, 혹은 상기 적어도 2개의 부재가 일체로 접합되어 이루어지는 것이 바람직하다. 상기 적어도 2개의 부재 사이의 접합 방법은 금속 접합재를 거친 접합법에 의해 일체화시키는 것이 바람직하다. 또한, 사용시의 고온에 견딜 수 있는 구조라면 기계적인 방법에 의해 고정해도 상관없다. 금속 접합재를 거친 접합 방법에서는 반도체 소자를 실장하는 온도보다 고온으로 접합될 필요가 있다. 예를 들어, 반도체 소자의 실장시에 본딩 스테이지가 가열되는 최고 온도는 Au-Sn 접합시의 450 내지 500 ℃이고, 부재의 접합 온도는 이를 초과하는 600 ℃ 이상인 것이 바람직하다.

본딩 스테이지 본체부를 상기와 같이 적어도 2개의 부재로 구성하는 경우는 2개의 인접하는 부재의 열팽창 계수의 차가 실온과 최고 사용 온도 사이에서 3 × 10^-6/℃ 이하인 것이 바람직하다. 이는 실온과 최고 사용 온도에서의 열팽창률의 차가 3 × 10^-6를 초과하는 경우는 스테이지 상면의 평탄도가 커져 반도체 소자의 실장 정밀도를 악화시키기 때문이다.

본 발명에 의한 본딩 스테이지의 또 다른 태양에서는 본체부의 스테이지 면이 질화물 세라믹스 막으로 피복되어 있는 것이 바람직하고, 또한 상기 본체부의스테이지 면에 피복된 질화물 세라믹스 막의 에폭시 수지에 대한 접촉각이 55°이상인 것이 바람직하다. 이들 요구를 만족시키는 것으로서는 질화물 세라믹스로서 질화크롬을 이용할 수 있다. 반도체 제조 라인에 있어서는, 전술한 바와 같이 금속 재료에 의한 접합에다가 도전성 수지 시트나 페이스트를 거친 접합이 계속해서 확대되고 있다. 수지 재료에 의한 접합은 금속에 비해 접합 온도가 낮다는 이점이 있지만, 수지가 스테이지나 본딩 공구에 부착하게 되는 결점이 있다. 수지 재료의 대부분은 에폭시 수지를 주성분으로 하고 있고, 에폭시 수지가 부착하기 어렵거나, 또는 제거하기 쉬운 재질이 요구되고 있다. 에폭시 수지가 부착하면 유기 용제에 장시간 침지한 다음 닦아내야 하고, 기계적으로 조립할 수 있는 작업이 아니므로 비용 상승으로 이어지고 있다.

본 발명자들은 예의 연구 끝에 에폭시 수지에 대한 접촉각이 55 ℃ 이상이 되는 질화물 세라믹스의 표면은 에폭시 수지를 부착시키기 어려운데다가 열경화 후에도 매우 제거하기 쉽다는 것을 규명하였다. 스테이지의 선단부면을 형성하는 재질이 벌크로 이루어질 필요는 없고, 표면에 세라믹스 막을 코팅하면 된다.

본 발명에 의한 본딩 스테이지에서는 상기 본체부의 스테이지 면에 피복된 질화물 세라믹스 막의 경도가 1800 ㎏/㎟ 이상인 것이 바람직하다. 이는 부착 수지를 제거할 때에 일반적으로 사용되고 있는 지석이나 브러시에 의한 클리닝시에 스테이지 면을 손상시키지 않기 위함이고, 스테이지 면에 피복된 질화물 세라믹스 막의 경도가 1800 ㎏/㎟ 이상이면, 이들 처리에 의해 스테이지 면에 찰과흔이 남는 일은 없다.

또한, 본 발명에 의한 본딩 스테이지에서는 상기 본체부의 스테이지 면에 피복된 질화물 세라믹스 막의 표면 거칠기가 0.05 ㎛ 이상 0.2 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 표면 거칠기가 0.2 ㎛를 초과하면 수지가 부착하기 쉬워진다. 0.05 ㎛ 미만의 표면 거칠기로 마무리하는 것은 기술적으로 가능하다. 그러나, 연마에 매우 시간이 걸려 제조 비용을 상승시키는 한편, 수지에 대한 부착성과 제거의 용이함에 대한 효과는 변하지 않게 된다.

질화물 세라믹스 중에서 상기의 요건을 만족시키는 것으로서는 질화크롬이 가장 우수하다. 질화크롬 이외의 질화물 세라믹스로서는 질화규소, 질화알루미늄 등을 사용할 수도 있다.

본 발명에 의한 본딩 스테이지에서는 상기 본체부가 입방정 질화 붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 단결정 다이아몬드, 기상 합성 다이아몬드, 질화알루미늄 소결체, 몰리브덴, 텅스텐으로부터 선택되는 적어도 1종 이상으로 이루어지고, 상기 외주부가 니켈-코발트 합금, 초경합금, 철-니켈-코발트 합금, 알루미나 세라믹스 소결체, 지르코니아 세라믹스 소결체로부터 선택되는 적어도 1종 이상으로 이루어지는 것이 바람직하다. 본체부에 이용하는 재질은 열전도율, 열팽창 계수, 반도체 칩 재질인 Si나 금속 접합재의 부착을 제거하는 지석에 대한 내마모성 등을 고려하여 상기의 조합 중에서 선택할 수 있다. 또한, 외주부는 열전도율이 낮은 것으로 하여 동일하게 상기의 조합 중에서 선택할 수 있다.

본 발명에 의한 본딩 스테이지에서는 본체부의 스테이지 면의 평탄도가 1 ㎛ 이하인 것이 바람직하다. 최근의 반도체 소자의 소형화 및 고밀도 단자화에 의해본딩 공구의 평탄도는 저감되고, 실장 온도에서 2 ㎛ 이하, 1 ㎛ 이하라는 정밀도도 요구되고 있으며, 스테이지의 평탄도로서는 1 ㎛ 이하의 볼록면인 것이 바람직하다.

본 발명에 의한 또 다른 태양의 본딩 스테이지에서는, 상기 본체부 중 적어도 1군데에 온도를 계측하기 위한 온도계를 삽입하는 구멍을 갖는 것이 바람직하다. 종래의 스테이지는 스테이지 고정 기능을 갖는 금속제의 히터 홀더 부분의 온도를 계측하여 히터의 출력을 제어하고 있었다. 이 때문에 히터 제어 온도와 스테이지 상면의 온도에 괴리가 생기고 있었다. 본 발명품에서는 스테이지 내에 온도계를 삽입하여 온도 제어를 행할 수 있으므로, 실장 온도의 제어성이 우수하다. 온도 계측은 보다 스테이지 상면에 가까운 쪽이 바람직하다.

(제1 실시예)

도2a 내지 도2c에 도시한 3종류의 형상의 본딩 스테이지를 시험 제작하였다. 도2a는 본체부(1)가 일체 부재로 이루어지며 외주부(3)와 접합되어 있다. 도2b는 본체부(1, 2)가 접합된 2부재로 이루어지고, 본체부를 구성하는 2 부재 중 부재와 외주부(3)가 접합되어 있다. 도2c는 본체부(1)가 일체 부재로 이루어지고, 본체부와 외주부는 접합되어 있지 않다. 제작한 본딩 스테이지의 재질의 조합을 표1에, 사용한 재질의 열전도율과 열팽창률을 표2에 나타낸다.

본딩 스테이지의 재질의 조합

번호	형상	외주부	본체부
번호	형상	외주부	본체부(1)	본체부(2)	열팽창차
1	(b)	Ni-Co	cBN	AlN	0.5 ×10^-6
2	(a)	Fe-Ni-Co	다이아 소결체	Mo	2.7 ×10^-6
3	(c)	지르코니아	W	-	-
4	(b)	알루미나	CVD 다이아	Mo	1.7 ×10^-6
5	(b)	초경 금속	단결정 다이아	Mo	1.7 ×10^-6
6	(a)	W	cBN	-	-
7	(a)	Ni-Co	알루미나	-	-
8	(b)	지르코니아	단결정 다이아	Cu	14.7 ×10^-6

스테이지에 사용한 부재의 물성치

재질명	열전도율	열팽창률
재질명	W/mㆍK	×10^-6
Ni-Co	30	5.0
Fe-Ni-Co	17	5.0
지르코니아	3	10.0
초경 합금	20	5.0
cBN	100	5.0
다이아 소결체	300	2.3
W	140	4.5
CVD 다이아	1000	2.3
단결정 다이아	2000	2.3
알루미나	17	6.7
AlN	170	4.5
Mo	130	5.0
Cu	400	17.0

이하 제조 공정을 나타낸다.

두께 3 ㎜의 cBN 소결체, 다이아몬드 소결체, 표면에 CVD법에 의해 다결정 다이아몬드 막을 합성한 두께 3 ㎜의 세라믹스, 두께 1 ㎜의 단결정 다이아몬드를 본딩 스테이지 선단부 재료로서 준비하였다.

cBN 소결체, 소결 다이아, CVD 다이아몬드를 합성한 세라믹스는 약 20 ㎜ × 20 ㎜로, 단결정 다이아몬드는 약 4 ㎜ × 4 ㎜로 YAG 레이저에 의해 절단하였다. 레이저 출력이나 발진 주파수는 피가공 재질에 따라 다르지만, 출력 3 내지 100 W, 발진 주파수는 1 내지 10 ㎑의 범위에서 조정하였다.

Mo, W, Fe-Ni-Co, Ni-Co, Cu 부재는 와이어 방전 가공, 다이아몬드 지석에 의한 평면 연삭 가공 및 선반에 의한 기계 가공으로 가공하였다. AlN은 다이아몬드 지석에 의한 연삭 가공에 의해 정형하였다. 본체부끼리의 접합은 활성 땜납을 거친 진공 납땜에 의해, 본체부와 외주부의 접합은 대기 중에서의 Au-Au 압착에 의해 행하였다.

형상(a 및 b)의 본딩 스테이지는 모든 부재의 접합 후, 형상(c)은 본체 부분만 상하면을 평면 연삭 가공한 후, 열전대에 의해 계측하면서 히터로 과열하여 스테이지 면을 실장 온도보다도 50 내지 100 ℃ 저온으로 유지하면서 다이아몬드 지석에 의해 스테이지 면을 연마하였다.

이와 같이 하여 시험 제작한 본딩 스테이지를 열전대에서 온도 계측하면서 실장 온도로 히터로 가열하고, 레이저 간섭계에 의해 표면 평탄도를 측정하였다.

스테이지 선단부면의 온도 분포는 실장 설비에 부착하기 전에 스테이지 표면에 흑체 도료를 도포한 후, 서모뷰어에 의해 계측하였다. 이 때의 스테이지 중앙부의 온도와 히터 제어 온도의 차를 히터 온도와 표면 온도의 괴리량으로서 기록하였다. 또한, 실장 중에 실장 장치의 테이프 기판 클램퍼의 온도를 열전대를 은 페이스트로 접착시켜 계측하고, 주변 온도로 하였다.

다음에 이 본딩 스테이지를 이용하고 도3에 도시한 방법에 의해 반도체 소자를 실장하였다. 본딩 공구(13)는 열전대(24)에 의해 온도를 계측하면서 가열 히터(25)로 320 ℃로, 본딩 스테이지(11)는 히터 근방의 열전대(16)에 의해 온도 계측하면서 350 ℃로 보유 지지하여 반도체 소자의 상면을 압박하고, 반도체 소자(12)의 이면에 형성된 전극과 기판의 전극을 접합시켰다. 접합 방식은 공정(共晶) 땜납이다. 스테이지의 형상 정밀도나 제어성, 실장시의 상황과 소자의 단자와 기판측 전극의 접합 상태를 평가하였다. 결과를 표3에 정리한다.

본딩 스테이지의 측정 결과

번호	평탄도	표면 온도 분포	히터 온도와 괴리	주변 온도	접합 상태
1	1.0 ㎛	4 ℃ 이하	60 ℃	50 ℃	○
2	0.8 ㎛	2 ℃ 이하	65 ℃	45 ℃	○
3	0.8 ㎛	4 ℃ 이하	40 ℃	40 ℃	○
4	1.0 ㎛	2 ℃ 이하	60 ℃	45 ℃	○
5	0.8 ㎛	2 ℃ 이하	65 ℃	45 ℃	○
6	0.8 ㎛	4 ℃ 이하	55 ℃	80 ℃	△
7	0.8 ㎛	10 ℃ 이하	100 ℃	50 ℃	△
8	5.0 ㎛	2 ℃ 이하	30 ℃	40 ℃ 이하	△

외주부의 열전도율이 50W/mㆍK보다 작고, 본체부의 열전도율이 100W/mㆍK 이상이며, 본체부가 일체의 부재로 이루어지거나, 2개의 부재로 이루어져 있고, 그 열팽창률의 차이가 3 × 10^-6이하가 되는 번호 1 내지 5에서는 스테이지 면의 평탄도는 1 ㎛ 이하에서 면 내 온도 분포는 5 ℃ 이하와, 실장에 적합한 상태가 얻어졌으며, 반도체 소자 실장 평가는 양호한 결과를 얻을 수 있었다. 번호 6은 스테이지 주변의 온도가 상승하여 반도체 소자를 실장하는 수지제의 테이프형 기판에 변형이 생겼다. 번호 7에서는 제어 온도와 히터 온도의 괴리가 크기 때문에, 스테이지 온도를 최적 온도로 제어할 수 없었다. 또한, 번호 8에서는 스테이지 면의 평탄도가 약간 나쁘고, 접합의 정도에 불균일한 부분이 있었다.

(제2 실시예)

제1 실시예에서 제조한 번호 1의 본딩 스테이지의 스테이지 면에 TiN, CrN, TiAlN, DLC(다이아몬드형 카본)의 4종류의 막을 PVD 법에 의해 1 내지 10 ㎛ 제막하였다. TiN, CrN에 대해서는 막 표면의 최대 면 거칠기가 다른 2종류를 작성하였다. 피복 막의 경도는 마이크로 누프 압자를 이용하여 얇은 막경도 측정계로 측정하였다. 코팅 막과 에폭시 수지와의 접촉각은 코팅 막 상에 에폭시계 접착재를 미소량 적하하여 액적 표면의 접선과 막 표면 사이의 각도를 굴절식 확대경에 의해 측정하였다. 또한 면 거칠기는 표면 거칠기계로 다이아몬드 접촉침을 이용하여 측정하였다.

제조한 스테이지를 이용하여 반도체 소자를 기판에 실장하였다. 접합재는 ACF를 이용하고, 도4의 방법에서 스테이지(11) 상에 반도체 소자(12)가 접하고, 기판 이면으로부터 본딩 공구(13)를 압박하여 열압착시키는 접합을 행하였다. 스테이지 온도는 220 ℃에 본딩 공구의 온도는 200 ℃에 모두 열전대에 의해 온도 계측하면서 가열 히터로 가열하였다. 반도체 소자를 100개 실장한 후, ACF 수지의 스테이지에의 부착을 조사하였다. 또한, 200개의 반도체 소자를 실장한 후 스테이지 상면에 반도체 소자와의 마찰 및 소자의 파손 부재에서의 상처 등이 없는지 조사하였다. 결과를 표4에 나타낸다.

스테이지 면의 피복 막의 평가 결과

피복 재질	경도	접촉각	면 거칠기㎛	부착의 제거	내마모성
TiN	2000	60 °	0.03	아르코니아솜으로 3회 불식	마모 및 손상 없음
TiN	2000	60 °	0.05	아르코니아솜으로 3회 불식	마모 및 손상 없음
TiAlN	4000	55 °	0.2	아르코니아솜으로 3회 불식	마모 및 손상 없음
TiAlN	4000	55 °	0.3	아르코니아솜으로 5회 불식	마모 및 손상 없음
CrN	1800	60 °	0.2	아르코니아솜으로 1회 불식	마모 및 손상 없음
DLC	3000	38 °	0.1	아세톤 2시간 보유 지지 ＋알코올솜으로 불식	마모 및 손상 없음
없음(cBN)	4500	46 °	0.1	아세톤 1시간 보유 지지 ＋알코올솜으로 불식	마모 및 손상 없음
없음(PCD)	8000	53 °	0.1	아세톤 5시간 보유 지지 ＋알코올솜으로 불식	마모 및 손상 없음
없음(AlN)	1200	50 °	0.1	아세톤 5시간 보유 지지 ＋알코올솜으로 불식	마모 있음

에폭시 수지와의 접촉각이 55° 이상인 TiN, TiAlN, CrN은 수지 부착하기 어렵고, 알코올솜으로 불식하는(닦아내는) 것만으로 간편하게 제거할 수 있었다. 비커스 경도가 1800 이상인 이들 재질은, Si 부스러기에 의한 마모나 마찰흔도 보이지 않고, 내마모성도 우수하다는 결과를 얻을 수 있었다. 특히 CrN은 부착하기 어려움도 제거하기 쉬움도 가장 좋은 결과를 얻었다. 또한 TiN은 표면 거칠기를 바꾸어 2종류의 평가를 행하였지만, 이 제2 실시예에서는 면 거칠기에 의한 성능의 차이는 얻을 수 없고, 면 거칠기는 0.05 ㎛이면 됨을 알았다. 면 거칠기는 스테이지 면의 연마 시간과 상관이 강하고, 경질 재료의 연마는 가공 시간이 길고 비용 상승이 되므로 필요 이상의 면 거칠기는 바람직하지 못하다. 또한 TiAlN의 면 거칠기를 바꾼 비교에서는 면 거칠기가 0.3 ㎛ 이상이 되면 마모나 상처는 없지만 접합재의 부착이 떨어지기 어렵고, 면 거칠기는 0.05 이상 0.2 ㎛ 이하가 바람직한것을 알았다. 스테이지 면에 질화물 세라믹스를 코팅한 것은 DLC 피복 막 및 피복 막을 부착하지 않은 물건에 비하여 내부착성 및 박리가 쉬운 동시에 양호한 결과를 얻을 수 있었다.

(제3 실시예)

제1 실시예의 번호 2에서 작성한 본딩 스테이지를 이용하여 열전대의 삽입 위치를 3과 같이 바꾸어 가열용 히터로 가열하고, 온도 제어성을 비교하였다. 스테이지의 표면 온도는 방사 온도계에 의해 계측하여 제어 온도와 비교하였다. 또한, 550 ℃에 스테이지를 보유 지지하여 도5의 방법에 의해 Au 압착으로 반도체 소자를 필름 기판의 리드 단자와 접합시키고, 접합 상태의 평가를 행하였다. 결과를 표 5에 나타낸다.

가열 시험 결과

열전대 장입 위치	정상 가열시	실장 결과
열전대 장입 위치	제어 온도	표면 온도	상태	비고
도5의 열전대 위치	550 ℃	530 ℃	◎	균일하게 접속되어 있다
히터 홀더 상부	550 ℃	450 ℃	○	접합되는 쪽이 불균일하다
히터 홀더 하부	650 ℃	540 ℃	×	접합 강도 약하고, 리드와 접속이 떨어진 단자 있음

실장 온도가 높아지면 히터 홀더 하부에서의 온도계측에 의한 제어에서는 표면 온도와의 괴리가 커지고, 제어가 곤란해졌다. 온도 제어에 이용하는 열전대의 부착 위치는 본딩 스테이지의 스테이지 면이 되도록 가까운 쪽이 좋은 결과를 얻을 수 있다. 적어도 히터 홀더의 상부, 바람직하게는 본딩 스테이지의 부분에 설치하면 좋다는 것을 알았다.

본 발명에 의한 본딩 스테이지에서는 본체부에 고열전도율을 갖는 부재를 이용하기 때문에 스테이지 면의 온도 분포가 양호하고, 주변부에 저열 전도율을 갖는 부재를 이용하기 때문에 스테이지 전체의 열효율이 높으며, 또한, 주변부로의 열 영향을 낮게 억제할 수 있다. 또한, 스테이지 면에 질화물 세라믹스를 이용함으로써 수지 등의 부착이 적고, 수지가 부착한 경우에도 쉽게 제거할 수 있다.

이 본딩 스테이지를 사용함으로써 반도체 제조 장치의 본딩 수율의 향상과 택트 타임의 단축이 가능해지고, 또한 보수의 빈도, 시간을 저감함으로써 라인 전체의 생산성을 향상할 수 있다.

Claims

본체부가 100 W/mK 이상의 열전도율을 갖는 부재로 이루어지고, 상기 본체부의 외주연의 적어도 일부에 열전도율이 50 W/mK 이하인 부재로 이루어지는 외주부가 존재하고 있는 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제1항에 있어서, 상기 본체부가 모두 100 W/mK 이상의 열전도율을 갖는 적어도 2개의 부재로 이루어지는 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제2항에 있어서, 상기 본체부를 구성하는 적어도 2개의 부재가 일체로 접합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제2항 또는 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부를 구성하는 적어도 2개가 인접하는 부재의 열팽창 계수의 차가 3 × 10^-6/℃ 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부의 스테이지 면이 질화물 세라믹스 막으로 피복되어 있는 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부의 스테이지 면에 피복된 질화물 세라믹스 막의 에폭시 수지에 대한 접촉각이 55°이상인 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부의 스테이지 면에 피복된 질화물 세라믹스 막의 경도가 1800 ㎏/㎟ 이상인 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부의 스테이지 면에 피복된 질화물 세라믹스 막의 표면 거칠기가 0.05 ㎛ 이상 0.2 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부의 스테이지 면에 피복된 질화물 세라믹스 막이 질화크롬인 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부가 입방정 질화붕소 소결체, 다이아몬드 소결체, 단결정 다이아몬드, 기상 합성 다이아몬드, 질화알루미늄 소결체, 몰리브덴, 텅스텐으로부터 선택되는 적어도 1종 이상으로 이루어지고, 상기 외주부가 니켈-코발트 합금, 초경합금, 철-니켈-코발트 합금, 알루미나 세라믹스 소결체, 지르코니아 세라믹스 소결체로부터 선택되는 적어도 1종 이상으로 이루어지는 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 본체부의 스테이지 면의 평탄도가 1㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 본체부의 적어도 1군데에 온도를 계측하기 위한 온도계를 삽입하는 구멍을 갖는 것을 특징으로 하는 본딩 스테이지.