TWI790747B - 基板保持具以及接合系統和接合方法 - Google Patents

Abstract

本發明的接合系統（90）包括：接合裝置（80），將半導體晶片（45）接合於單片基板（41）；以及基板保持具（10），保持單片基板（41），接合裝置（80）包括：平台（31），於載置面（13a）之上吸附固定基板保持具（10），基板保持具（10）包括：板狀的基座（11），於上表面（11a）載置單片基板（41），下表面（11b）吸附固定於載置面（31a）；以及定位構件（21），設於基座（11）之上，規定單片基板（41）的位置。

Description

基板保持具以及接合系統和接合方法

本發明是有關一種保持單片基板的基板保持具、包含基板保持具及接合裝置的接合系統、以及接合系統中的接合方法。

關於半導體晶片的接合，大多情況下於排列有多個供接合半導體晶片的接合區域的、多倒角基板的各接合區域之上，逐漸依序接合半導體晶片。然而，於接合後無法將基板切割（dicing）的情形、或如多層印刷基板般結構複雜而良率差的情形時，可使用下述方法，即：自多倒角基板切出單片基板，排列載置於托盤（palette）之上，搬送至接合裝置的平台，將各單片基板吸附固定於設於平台的凸部之上，於其上依序接合半導體晶片（例如參照專利文獻1）。

另一方面，近年來可使用下述金焊料熔融接合，即：於電子零件的多個電極成形金凸塊，於基板的多個銅電極的表面設置薄的焊料皮膜，將多個金凸塊的金與多個銅電極表面的焊料同時熱熔融接合（例如參照專利文獻2）。 [先前技術文獻] [專利文獻]

專利文獻1：日本專利特開2000-21932號公報 專利文獻2：日本專利特開2011-254032號公報

[發明所欲解決之課題]

再者，於將專利文獻2所記載般的金焊料熔融接合用於半導體晶片對基板的接合的情形時，需要對半導體晶片與基板同時施加熱及按壓荷重。然而，專利文獻1所記載的接合裝置的平台的凸部為了避免與托盤的干擾而較單片基板的大小更小，單片基板以周邊部自凸部向外側伸出的狀態受到支持。此時，如專利文獻1的圖9所記載，於半導體晶片的大小較凸部的大小更小的情形時不成問題。然而，近年來將與單片基板的大小為大致相同大小的半導體晶片接合於單片基板之上的要求逐漸變多。

此時，專利文獻1所記載的接合裝置中，周緣部的單片基板未由凸部支持，故而有時無法對周緣部的半導體晶片與單片基板充分施加熱及按壓荷重，無法將半導體晶片穩定地接合於單片基板。

因此，本發明的目的在於，將半導體晶片穩定地接合於單片基板之上。 [解決課題之手段]

本發明的基板保持具保持供接合半導體晶片的單片基板，且其特徵在於包括：板狀的基座，於上表面載置單片基板，下表面吸附固定於接合裝置的平台的載置面；以及定位構件，設於基座之上，規定載置於基座的上表面的、單片基板的位置。

藉此，單片基板的整個面由基座的上表面所保持，故而可將與單片基板為大致相同大小的半導體晶片穩定地接合於單片基板。

本發明的基板保持具中，基座亦可於載置單片基板的區域設有沿厚度方向貫通的貫通孔，貫通孔於下表面吸附固定於接合裝置的平台的載置面時，與設於接合裝置的平台的吸附孔連通。

藉此，可於吸附固定於平台的載置面的、基座的上表面，吸附固定單片基板。

本發明的基板保持具中，基座亦可於上表面載置多個單片基板，於載置各單片基板的各區域分別設有沿厚度方向貫通的多個貫通孔，各貫通孔於下表面吸附固定於接合裝置的平台的載置面時，與設於接合裝置的平台的至少一個吸附孔連通。

藉此，可於吸附固定於平台的載置面的、基座的上表面，同時吸附固定多個單片基板。

本發明的基板保持具中，基座亦可於下表面設有使多個貫通孔連通的槽。

藉此，可利用設於平台的一個吸附孔將多個貫通孔設為真空，於基座的上表面同時吸附固定多個各單片基板。

本發明的基板保持具中，基座亦可為，上表面的上平面度值及下表面的下平面度值為基準平面度值以下，且厚度的偏差為基準偏差以下。

藉此，基座於吸附固定於平台的載置面時，上表面的平面度值與平台的載置面的載置平面度值同等，能以與對平台的載置面直接吸附固定單片基板的情形相同的水平度將單片基板保持於基座之上。

本發明的基板保持具中，定位構件亦可為形成有供嵌入單片基板的至少一個開口的、板狀構件，以開口構成規定單片基板的載置位置的凹部的方式重合於基座之上。

藉由如此般設為使定位構件與基座為不同構件並重合於基座之上的結構，從而無需對基座進行規定單片基板的位置的、凹部的加工。藉此，基座的加工變簡單，並且可減小基座的平面度值。

本發明的基板保持具中，基座亦可為上表面及下表面經研磨的陶瓷構件，且定位構件為金屬製。

藉此，可減小基座的上表面及下表面的平面度值並且可減小厚度的偏差。另外，藉由將平面度值並無限制的定位構件設為價廉的金屬製，從而加工變容易，可實現成本的降低。

本發明的接合系統包括：接合裝置，將半導體晶片接合於單片基板；以及基板保持具，保持單片基板，且所述接合系統的特徵在於，接合裝置包括：平台，於載置面之上吸附固定基板保持具，基板保持具包括：板狀的基座，於上表面載置單片基板，下表面吸附固定於平台的載置面；以及定位構件，設於基座之上，規定載置於基座的上表面的、單片基板的位置。

如此，以基座的上表面來保持單片基板的整個面，故而可將與單片基板為大致相同大小的半導體晶片穩定地接合於單片基板。

本發明的接合系統中，平台亦可包括吸附孔，基座於載置單片基板的區域設有沿厚度方向貫通的貫通孔，貫通孔於下表面吸附固定於載置面之上時，與設於平台的吸附孔連通，將單片基板吸附固定於基座的上表面。

如此，可於吸附固定於平台的載置面的、基座的上表面，吸附固定單片基板，故而可將與單片基板為大致相同大小的半導體晶片穩定地接合於單片基板。

於本發明的接合系統中，基板保持具亦可於上表面載置多個單片基板，定位構件分別規定載置於基座的上表面的、多個單片基板的各位置，平台包括至少一個吸附孔，基座於載置多個單片基板的各區域分別設有沿厚度方向貫通的貫通孔，各貫通孔於下表面吸附固定於載置面時，與至少一個吸附孔連通，將各單片基板分別吸附固定於基座的上表面。

藉此，可於吸附固定於平台的載置面的、基座的上表面，同時吸附固定多個單片基板，有效率地進行接合。

本發明的接合系統中，基座亦可於下表面設有使多個貫通孔連通的槽。

藉此，可利用設於平台的一個吸附孔將多個貫通孔設為真空，於基座的上表面同時吸附固定多個各單片基板。

本發明的接合系統中，基座亦可為，上表面的上平面度值及下表面的下平面度值為基準平面度值以下，且厚度的偏差為基準偏差以下。

藉此，能以與對平台的載置面直接吸附固定單片基板的情形相同的水平度將單片基板保持於基座之上，可進行穩定的接合。

本發明的接合系統中，定位構件亦可為形成有供嵌入單片基板的至少一個開口的、板狀構件，以開口構成規定單片基板的載置位置的凹部的方式重合於基座之上。

本發明的接合系統中，基座亦可為上表面及下表面經研磨的陶瓷構件，且定位構件為金屬製。

本發明的接合方法將半導體晶片接合於單片基板，且其特徵在於包含：準備步驟，準備基板保持具及接合裝置，所述基板保持具包括於上表面載置多個單片基板的基座、及設於基座之上且規定載置於基座的上表面的多個單片基板的各位置的定位構件，於載置多個單片基板的各區域分別設有沿厚度方向貫通的貫通孔，所述接合裝置包括具有至少一個吸附孔的平台，將半導體晶片按壓於單片基板並接合；載置步驟，於基板保持具的載置面載置多個單片基板，使各貫通孔與至少一個吸附孔連通，將基板保持具載置於平台的載置面；吸附固定步驟，將接合裝置的至少一個吸附孔設為真空，將基板保持具吸附固定於平台的載置面，並且將各單片基板分別吸附固定於基座的上表面；以及接合步驟，將半導體晶片依序接合於多個單片基板之上。

藉此，可將與單片基板為大致相同大小的半導體晶片穩定地接合於單片基板。

本發明的接合方法中，接合裝置亦可包含：載置台，於基板保持具的載置面載置多個單片基板， 載置步驟利用載置台於基板保持具的載置面載置多個單片基板後，將載置有多個單片基板的基板保持具搬送至平台之上，將所搬送的基板保持具載置於平台的載置面之上。

利用基板保持具來進行單片基板的搬送，故而可利用簡便的方法進行接合。 [發明的效果]

本發明可將半導體晶片穩定地接合於單片基板之上。

以下，一方面參照圖式一方面對實施形態的接合系統90進行說明。如圖1所示，接合系統90包含：接合裝置80，將半導體晶片45接合於單片基板41；以及基板保持具10，保持單片基板41。再者，以下的說明中，設水平方向為XY方向、上下方向為Z方向來進行說明。

接合裝置80包括：平台31，吸附固定基板保持具10。平台31的上表面為平坦的載置面31a，於載置面31a設有多個第一吸附孔32及多個第二吸附孔33。第一吸附孔32及第二吸附孔33連接於未圖示的真空裝置，以真空將基板保持具10吸附固定於載置面31a之上。

如圖2、圖3所示，基板保持具10包含基座11及定位構件21。基座11為上表面11a及下表面11b經研磨加工的板狀的陶瓷構件。再者，圖2表示基板保持具10設定於載置台50之上的狀態，所述載置台50配置於接合裝置80的附近。

定位構件21為形成有供嵌入單片基板41的至少一個開口22的、金屬製的板狀構件。如圖3所示，定位構件21於端部設有向基座11延伸的銷23，藉由銷23嵌入至設於基座11的孔14從而重合於基座11的上表面11a之上。若定位構件21重合於基座11的上表面11a之上，則如圖2所示，開口22構成規定單片基板41的載置位置的凹部13。凹部13劃分載置單片基板41的區域。再者，基座11的孔14的大小較定位構件21的銷23更大，以可吸收基座11與定位構件21的熱膨脹差。

於基座11的凹部13的區域中，設有將基座11沿厚度方向貫通的貫通孔12。貫通孔12如圖4所示，於將基板保持具10載置於平台31的載置面31a之上時，與設於載置面31a的第二吸附孔33連通。

基座11的上表面11a的上平面度值及下表面11b的下平面度值分別為基準平面度值以下，基座11的厚度的偏差為基準偏差以下。此處，所謂平面度值，為以既定長度的幾何學平行二平面夾持平面形體時，平行二平面的間隔達到最小時的、二平面間的間隔的數值，以二平面間的間隔值（μm）/既定距離（mm）的單位表示。基準平面度值可自由設定，例如可設定於1（μm）/100（mm）～10（μm）/100（mm）之間。另外，厚度的偏差為既定範圍的厚度的變化程度，例如可設定於1（μm）/100（mm）～10（μm）/100（mm）之間。

藉由規定基座11的上表面11a的上平面度值及下表面11b的下平面度值、以及厚度的偏差，從而於將基板保持具10吸附固定於平台31的載置面31a時，上表面11a的平面度值與平台31的載置面31a的載置平面度值同等。因此，能以與對平台31的載置面31a直接吸附固定單片基板41的情形相同的水平度將單片基板41保持於基座11之上。

對使用如以上般構成的接合系統90將與單片基板41為大致相同大小的半導體晶片45接合於單片基板41之上的方法進行說明。首先，準備接合裝置80及基板保持具10（準備步驟）。

首先如圖2所示，將基板保持具10設定於載置台50。繼而，利用未圖示的筒夾（collet）將單片基板41逐漸載置於基板保持具10的凹部13中。於配置於各單片基板41的上表面的電極42之上，如圖4所示般形成有焊料層43。

於所有凹部13載置單片基板41後，於單片基板41的上表面塗佈底部填充劑44，如圖4所示，將基板保持具10載置於接合裝置80的平台31的載置面31a之上。此時，基板保持具10的基座11的下表面11b覆蓋設於載置面31a的第一吸附孔32，基座11的貫通孔12與設於載置面31a的第二吸附孔33連通（載置步驟）。

繼而，若藉由接合裝置80的未圖示的真空裝置將第一吸附孔32及第二吸附孔33設為真空，則基座11的下表面11b吸附保持於載置面31a。另外，若第二吸附孔33成為真空，則與第二吸附孔33連通的基座11的貫通孔12亦成為真空。藉此，對於載置於基座11的凹部13的單片基板41而言，整個面吸附保持於凹部13的區域的基座11的上表面11a（吸附固定步驟）。

接合裝置80利用內置於平台31的加熱器將平台31加熱，如圖5所示，使單片基板41的溫度上升至接合開始溫度T1。此處，圖5的實線a表示由導熱率低的陶瓷構成基座11的情形的、單片基板41的溫度變化，圖5的一點鏈線b表示由導熱率高於實線a的情形的陶瓷構成基座11的情形的、單片基板41的溫度變化。關於圖5的實線a及一點鏈線b，將於下文中說明。

另一方面，接合裝置80於安裝於接合頭35的頂端的、接合工具36的頂端吸附保持半導體晶片45，移動至單片基板41的正上方。於半導體晶片45的電極之上形成有金凸塊46。接合頭35內置有用以加熱半導體晶片45的加熱器。

單片基板41的溫度上升至接合開始溫度T1後，接合裝置80利用內置於接合頭35的加熱器使半導體晶片45的溫度上升，並且使接合頭35下降，將半導體晶片45的金凸塊46按壓於單片基板41的電極42之上的焊料層43。繼而，如圖5所示，接合裝置80使半導體晶片45、單片基板41的溫度上升至焊料的熔融溫度以上的接合溫度T2，將金凸塊46的金與焊料層43同時熱熔融接合，進行金焊料熔融接合。另外，於單片基板41的上表面與半導體晶片45的下表面之間，填充有熔融的底部填充劑44。

然後，接合裝置80於內置於接合頭35的冷卻通路中送入空氣，使半導體晶片45及單片基板41的溫度降低，使熔融金屬固化。此時，單片基板41的上表面與半導體晶片45的下表面之間的底部填充劑44固化。藉此，接合結束（接合步驟）。

如以上所說明，實施形態的接合系統90中，單片基板41的整個面由基座11的凹部13的區域的上表面11a保持，藉由貫通孔12而吸附固定於上表面11a。因此，即便半導體晶片45的大小與單片基板41的大小大致相同，亦可對單片基板41與半導體晶片45充分施加熱及按壓荷重，可將半導體晶片45穩定地接合於單片基板41。

另外，對於基座11而言，上表面11a的上平面度值及下表面11b的下平面度值、以及厚度的偏差經規定，故而能以與對平台31的載置面31a直接吸附固定單片基板41的情形相同的水平度將單片基板41保持於基座11之上。藉此，可於多個焊料層43之上均等地按壓半導體晶片45的多個金凸塊46，可進行良好的金焊料熔融接合。尤其於焊料層43的厚度薄至10 μm左右的情形時，亦可進行良好的金焊料熔融接合。

另外，基板保持具10設為下述構成，即：於作為上表面11a及下表面11b經研磨的板狀的陶瓷構件的、基座11之上，重合金屬製的定位構件21，故而可減小基座11的平面度值及厚度的偏差，並且藉由將平面度值並無限制的定位構件21設為價廉的金屬製，從而加工變容易而可實現成本的降低。

繼而，對圖5的實線a及一點鏈線b加以說明。陶瓷材料中，有具有導熱率低的特性的陶瓷材料、及具有導熱率較其更高的特性的陶瓷材料。如上文所說明，圖5的實線a表示由導熱率低的陶瓷構成基座11的情形的、單片基板41的溫度變化，圖5的一點鏈線b表示由導熱率較實線a的情形更高的陶瓷構成基座11的情形的、單片基板41的溫度變化。

如圖5的實線a所示，導熱率低的陶瓷材料的情形時，即便藉由平台31的加熱器將單片基板41加熱，來自平台31的熱傳遞至單片基板41的速度亦慢，單片基板41的溫度達到接合開始溫度T1耗費時間。然而，利用內置於接合頭35的加熱器將半導體晶片45加熱，來自半導體晶片45的熱進入單片基板41時，熱不會自單片基板41向平台31散逸，故而自接合開始溫度T1至接合溫度T2的溫度上升的時間變短。

相反地，若由導熱率較所述更高的陶瓷來構成基座11，則熱自平台31向單片基板41的傳遞速度快，如一點鏈線b所示，相較於實線a的情形而達到接合開始溫度T1的時間變短。另一方面，自半導體晶片45流入單片基板41的熱量中，自基座11向平台31散逸的熱量變多，故而溫度自接合開始溫度T1上升至接合溫度T2的時間較實線a所示的情形更慢。

因此，藉由準備多種適當選定構成基座11的陶瓷材料的導熱率的、基板保持具10，從而僅更換基板保持具10便可進行與單片基板41或半導體晶片45的特性相符的接合。

繼而，一方面參照圖6一方面對另一實施形態的基板保持具100的結構進行說明。基板保持具100包含基座111及定位構件121。定位構件121為形成有供嵌入單片基板41的多個開口122的、金屬製的板狀構件，重合於基座111之上。於定位構件121的兩端，設有向下側突出的銷124。銷124卡合於基座11的外表面，規定定位構件121相對於基座111的位置。

於基座111的載置單片基板41的多個區域，分別設有貫通上表面111a及下表面111b的貫通孔112。於下表面111b，設有將多個貫通孔112橫向連通的槽115。

如圖6所示，若以基板保持具100的槽115覆蓋於設於平台31的載置面31a的共通吸附孔34之上的方式，將基板保持具100載置於平台31之上，並將共通吸附孔34設為真空，則各貫通孔112成為真空，可於基座111的上表面111a吸附固定單片基板41，同時將基座111吸附保持於平台31的載置面31a。

藉由該構成，即便於設於平台31的載置面31a的共通吸附孔34的個數少的情形、或如圖4所示般基座11的貫通孔12與第二吸附孔33的位置未對準的情形時，亦可將基座111及單片基板41同時吸附固定。此處，共通吸附孔34只要於平台31的載置面31a設有至少一個即可，可為一個亦可為多個。

10、100:基板保持具

11、111:基座

11a、111a:上表面

11b、111b:下表面

12、112:貫通孔

13:凹部

14:孔

21、121:定位構件

22、122:開口

23、124:銷

31:平台

31a:載置面

32:第一吸附孔

33:第二吸附孔

34:共通吸附孔

35:接合頭

36:接合工具

41:單片基板

42:電極

43:焊料層

44:底部填充劑

45:半導體晶片

46:金凸塊

50:載置台

80:接合裝置

90:接合系統

115:槽

T1:接合開始溫度

T2:接合溫度

a:實線

b:一點鏈線

圖1為表示實施形態的接合系統的立體圖。 圖2為表示圖1所示的接合系統的基板保持具的立體圖。 圖3為圖2所示的基板保持具的分解剖面圖。 圖4為表示利用實施形態的接合系統將半導體晶片接合於基板保持具的凹部所保持的單片基板的狀態的立面圖。 圖5為表示利用圖1所示的接合系統將半導體晶片接合於單片基板時的、單片基板的溫度的時間變化的圖。 圖6為另一基板保持具的分解剖面圖。

10:基板保持具

11:基座

11b:下表面

13:凹部

21:定位構件

31:平台

31a:載置面

32:第一吸附孔

33:第二吸附孔

41:單片基板

45:半導體晶片

80:接合裝置

90:接合系統

Claims (16)

1. 一種基板保持具，保持供接合半導體晶片的單片基板，且其特徵在於包括：板狀的基座，於上表面載置所述單片基板，下表面吸附固定於接合裝置的平台的載置面；以及定位構件，設於所述基座的所述上表面，規定載置於所述基座的所述上表面的、所述單片基板的位置。
2. 如請求項1所述的基板保持具，其中所述基座於載置所述單片基板的區域設有沿厚度方向貫通的貫通孔，所述貫通孔於所述下表面吸附固定於所述接合裝置的所述平台的載置面時，與設於所述接合裝置的所述平台的吸附孔連通。
3. 如請求項1所述的基板保持具，其中所述基座於上表面載置多個所述單片基板，於載置各所述單片基板的各區域分別設有沿厚度方向貫通的多個貫通孔，各所述貫通孔於所述下表面吸附固定於所述接合裝置的所述平台的載置面時，與設於所述接合裝置的所述平台的至少一個吸附孔連通。
4. 如請求項3所述的基板保持具，其中所述基座於所述下表面設有使所述多個貫通孔連通的槽。
5. 如請求項1至請求項4中任一項所述的基板保持具，其中 對於所述基座而言，所述上表面的上平面度值及所述下表面的下平面度值為基準平面度值以下，且厚度的偏差為基準偏差以下。
6. 如請求項1所述的基板保持具，其中所述定位構件為形成有供嵌入所述單片基板的至少一個開口的、板狀構件，以所述開口構成規定所述單片基板的載置位置的凹部的方式重合於所述基座之上。
7. 如請求項1所述的基板保持具，其中所述基座為所述上表面及所述下表面經研磨的陶瓷構件，所述定位構件為金屬製。
8. 一種接合系統，包括：接合裝置，將半導體晶片接合於單片基板；以及基板保持具，保持所述單片基板，且所述接合系統的特徵在於，所述接合裝置包括：平台，於載置面之上吸附固定所述基板保持具，所述基板保持具包括：板狀的基座，於上表面載置所述單片基板，下表面吸附固定於所述平台的所述載置面；以及定位構件，設於所述基座的所述上表面，規定載置於所述基座的所述上表面的、所述單片基板的位置。
9. 如請求項8所述的接合系統，其中所述平台包括吸附孔，所述基座於載置所述單片基板的區域設有沿厚度方向貫通的 貫通孔，所述貫通孔於所述下表面吸附固定於所述載置面之上時，與設於所述平台的所述吸附孔連通，將所述單片基板吸附固定於所述基座的所述上表面。
10. 如請求項8所述的接合系統，其中所述基板保持具於所述上表面載置多個所述單片基板，所述定位構件分別規定載置於所述基座的所述上表面的、多個所述單片基板的各位置，所述平台包括至少一個吸附孔，所述基座於載置多個所述單片基板的各區域分別設有沿厚度方向貫通的貫通孔，各所述貫通孔於所述下表面吸附固定於所述載置面時，與至少一個所述吸附孔連通，將各所述單片基板分別吸附固定於所述基座的所述上表面。
11. 如請求項10所述的接合系統，其中所述基座於所述下表面設有使所述多個貫通孔連通的槽。
12. 如請求項8至請求項11中任一項所述的接合系統，其中對於所述基座而言，所述上表面的上平面度值及所述下表面的下平面度值為基準平面度值以下，且厚度的偏差為基準偏差以下。
13. 如請求項8所述的接合系統，其中 所述定位構件為形成有供嵌入所述單片基板的至少一個開口的、板狀構件，以所述開口構成規定所述單片基板的載置位置的凹部的方式重合於所述基座之上。
14. 如請求項8所述的基板保持具，其中所述基座為所述上表面及所述下表面經研磨的陶瓷構件，所述定位構件為金屬製。
15. 一種接合方法，將半導體晶片接合於單片基板，且其特徵在於包含：準備步驟，準備基板保持具及接合裝置，所述基板保持具包括：基座，於上表面載置多個所述單片基板；以及定位構件，設於所述基座之上，規定載置於所述基座的所述上表面的、多個所述單片基板的各位置，且所述基板保持具於載置多個所述單片基板的各區域分別設有沿厚度方向貫通的貫通孔，所述接合裝置包括具有至少一個吸附孔的平台，將所述半導體晶片按壓於所述單片基板並接合；載置步驟，於所述基板保持具的所述載置面載置多個所述單片基板，使各所述貫通孔與至少一個所述吸附孔連通，將所述基板保持具載置於所述平台的所述載置面；吸附固定步驟，將所述接合裝置的至少一個所述吸附孔設為真空，將所述基板保持具吸附固定於所述平台的所述載置面，並且將各所述單片基板分別吸附固定於所述基座的所述上表面；以及 接合步驟，將所述半導體晶片依序接合於多個所述單片基板之上。
16. 如請求項15所述的接合方法，其中所述接合裝置包含：載置台，於所述基板保持具的所述載置面載置多個單片基板，所述載置步驟利用所述載置台於所述基板保持具的所述載置面載置多個單片基板後，將載置有所述多個單片基板的所述基板保持具搬送至所述平台之上，將所搬送的所述基板保持具載置於所述平台的所述載置面之上。

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