TWI793766B - 半導體裝置的製造裝置及製造方法 - Google Patents

Abstract

半導體裝置的製造裝置的特徵在於包括：載台；接合頭，具有安裝工具、搭載於所述安裝工具的工具加熱器以及使所述安裝工具於鉛垂方向上移動的升降機構；以及控制器，進行接合處理，並且所述控制器於所述接合處理中進行：第一處理，於使晶片著落到基板後，開始所述晶片的加熱，同時對所述晶片向所述基板進行加壓；變形消除處理，於所述第一處理後且凸塊的熔融前，藉由在上升方向上驅動所述升降機構而消除所述接合頭的變形；以及第二處理，於所述變形消除處理後，藉由以使所述接合頭的熱膨縮抵消的方式對所述升降機構進行位置控制，從而將間隙量保持為規定的目標值。

Description

半導體裝置的製造裝置及製造方法

於本說明書中，揭示一種藉由將由安裝工具保持的晶片接合到基板來製造半導體裝置的製造裝置及製造方法。

自先前起，作為對基板安裝晶片的技術，已知有倒裝晶片接合機(flip chip bonder)。於倒裝晶片接合機中，在晶片的底面形成有被稱為凸塊的突起電極。而且，藉由安裝工具，將該晶片按壓到基板，同時對晶片進行加熱而使凸塊熔融，從而將晶片的凸塊結合、即接合(bonding)到基板的電極。

專利文獻1中揭示有此種倒裝晶片接合機技術。於專利文獻1中，在利用安裝工具使晶片著落到基板後，一面以一定載荷對該晶片進行加壓一面進行加熱而使凸塊熔融。而且，於專利文獻1中，若凸塊熔融，則以晶片底面與基板的間隙量成為所期望的值的方式，使安裝工具上升後，斷開加熱器，使凸塊硬化。

[現有技術文獻]

[專利文獻]

專利文獻1：日本專利第5014151號公報

但是，於專利文獻1中，直至凸塊完全熔融之前，以一定載荷持續對晶片進行加壓。該情況下，於凸塊剛熔融後，安裝工具的前端大幅下降，有可能大幅擠扁熔融的凸塊。尤其是，通常於以一定載荷對晶片進行加壓的情況下，安裝工具產生若干變形。若凸塊熔融而自晶片作用於安裝工具的反作用力降低，則該變形瞬間消除，安裝工具的前端向將熔融的凸塊壓扁的方向移動。結果，有時會以預想以上的程度大幅擠扁熔融的凸塊。該情況下，被壓扁的凸塊於面方向上擴展，亦有可能於與相鄰的凸塊之間產生短路不良。

即，於現有技術中，有可能產生短路不良，無法適當地保持半導體裝置的品質。因此，於本說明書中，揭示一種可適當地保持半導體裝置的品質的半導體裝置的製造裝置及製造方法。

本說明書中揭示的半導體裝置的製造裝置的特徵在於包括：載台，支撐基板；接合頭，具有對晶片底面設置有凸塊的晶片進行保持的安裝工具、為了對所述晶片進行加熱而搭載於所述安裝工具的工具加熱器、以及使所述安裝工具於鉛垂方向上移動的升降機構；以及控制器，進行控制所述接合頭的驅動並將所述晶片接合到所述基板的接合處理，並且所述控制器於所述接合處理中進行：第一處理，於使所述晶片著落到所述基板後，驅動 所述工具加熱器及所述升降機構，開始所述晶片的加熱，同時對所述晶片向所述基板進行加壓；變形消除處理，於所述第一處理後且所述凸塊的熔融前，藉由在上升方向上驅動所述升降機構而消除所述接合頭的變形；以及第二處理，於所述變形消除處理後，藉由以使所述接合頭的熱膨縮抵消的方式對所述升降機構進行位置控制，從而將所述晶片的底面與所述基板的上表面的間隙量保持為規定的目標值。

該情況下，亦可所述控制器於所述接合處理之前進行變形消除量檢測處理，於所述變形消除量檢測處理中，在將所述安裝工具及所述載台保持為預先規定的溫度的狀態下，驅動所述升降機構，利用所述安裝工具按壓所述基板，之後一面於上升方向上驅動所述升降機構，一面檢測所述安裝工具對所述基板的按壓載荷，並將自開始向所述上升方向的驅動起至所述按壓載荷的變動停止為止的所述升降機構的移動量作為變形消除量加以存儲，於所述變形消除處理中，基於所述變形消除量於上升方向上驅動所述升降機構。

另外，亦可所述控制器於將所述晶片接合到所述基板之前，進行檢測所述凸塊的熔融時間點的熔融時間點檢測處理，於所述熔融時間點檢測處理中，在使所述晶片著落到所述基板後，依照規定的溫度分佈對所述晶片進行加熱，並將自所述加熱的開始起至所述凸塊熔融為止的時間作為熔融時間加以存儲，所述控制器基於所述熔融時間，決定所述變形消除處理的執行時間點。

另外，亦可所述升降機構具有：滑動軸，與所述安裝工具機械性地連接；驅動源，使所述滑動軸升降；以及位置感測器，將所述滑動軸的軸向位置作為檢測位置來進行檢測，所述控制器於所述接合處理之前進行目標分佈生成處理，於所述目標分佈生成處理中，驅動所述升降機構，使所述安裝工具著落到所述基板後，依照規定的溫度分佈對所述安裝工具進行加熱，並基於此時獲得的由所述位置感測器檢測到的檢測位置的變化，取得所述接合頭的熱膨脹量，生成使所述熱膨脹量抵消的移動分佈作為目標分佈，於所述第二處理中，依照所述目標分佈對所述升降機構進行位置控制。

本說明書中揭示的半導體裝置的製造方法對具有安裝工具、搭載於所述安裝工具的工具加熱器以及使所述安裝工具於鉛垂方向上移動的升降機構的接合頭進行驅動，從而將保持於所述安裝工具的晶片接合到支撐於載台的基板，所述半導體裝置的製造方法的特徵在於包括：第一步驟，於使所述安裝工具下降以使所述晶片著落到所述基板後，驅動所述工具加熱器及所述升降機構，開始所述晶片的加熱，同時對所述晶片向所述基板進行加壓；變形消除步驟，於所述第一步驟後且設置於所述晶片的底面的凸塊的熔融前，藉由在上升方向上驅動所述升降機構而消除所述接合頭的變形；以及第二步驟，於所述變形消除步驟後，藉由以使所述接合頭的熱膨縮抵消的方式對所述升降機構進行位置控制，從而將所述晶片的底面與所述基板的上表面的間隙量保持為 規定的目標值。

根據本說明書中揭示的技術，於凸塊的熔融前消除接合頭的變形，其後以使接合頭的熱膨縮抵消的方式控制升降機構。藉此，可防止熔融的凸塊被過度壓扁，因此可適當地保持半導體裝置的品質。

10:半導體裝置的製造裝置

12:載台

14:接合頭

16:控制器

16a:處理器

16b:記憶體

18:XY載台

20:安裝工具

24a:第一單元

24b:第二單元

26:工具加熱器

30:音圈馬達/VCM

30a:定子

30b:動子

32:滑動軸

34:板簧

36:引導構件

38:基座構件

40:升降馬達

42:導螺桿

44:移動塊

46:移動體

48:導軌

50:線性編碼器

50a:可動部

50b:固定部

90:參照分佈

90*:經偏移處理後的參照分佈

92:理想分佈

94:目標分佈

100:半導體晶片

102:晶片主體

104:凸塊

110:基板

112:電極

Aa:變形消除量

D1:高度

Dr:距離

Fd:檢測載荷

Fp:按壓載荷

Fs:標準載荷

G:間隙量

Gd:目標擠扁量

Pd:檢測位置

S10~S86:步驟

t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8、t9、ta:時刻

Ta:待機時間

Tb:硬化時間

Tm:熔融時間

△s:基準位移量

圖1是表示半導體裝置的製造裝置的結構的概念圖。

圖2是表示半導體晶片的接合的形態的概念圖。

圖3是表示接合頭熱膨脹後的形態的圖。

圖4是表示接合頭產生變形的形態的圖。

圖5是表示接合處理的流程的流程圖。

圖6是表示接合處理中的各種參數的時間變化的圖表。

圖7是表示變形消除量檢測處理的流程的流程圖。

圖8是表示變形消除量檢測處理中的各種參數的時間變化的圖表。

圖9是表示熔融時間點檢測處理的流程的流程圖。

圖10是表示熔融時間點檢測處理中的各種參數的時間變化的圖表。

圖11是表示目標分佈生成處理的流程的流程圖。

圖12是表示目標分佈生成處理中的各種參數的時間變化的 圖表。

以下，參照圖式對半導體裝置的製造裝置10進行說明。圖1是表示半導體裝置的製造裝置10的結構的概念圖。製造裝置10是藉由將作為電子零件的半導體晶片100以面朝下的狀態安裝到基板110上來製造半導體裝置的裝置。製造裝置10包括：具有安裝工具20的接合頭14、將半導體晶片100供給到安裝工具20的晶片供給部件(未圖示)、支撐基板110的載台12、使載台12於XY方向(水平方向)上移動的XY載台18、以及控制該些的驅動的控制器16等。

基板110被抽吸保持於載台12，且由設置於載台12的載台加熱器(未圖示)加熱。另外，半導體晶片100藉由晶片供給部件而被供給到安裝工具20。作為晶片供給部件的結構，可考慮各種結構，例如，可考慮如下般的結構：自載置於晶圓載台的晶圓，利用中轉臂拾取半導體晶片，並移送到中轉載台。該情況下，XY載台18將中轉載台移送到安裝工具20的正下方，安裝工具20自位於正下方的中轉載台拾取半導體晶片。

若由安裝工具20拾取了半導體晶片，則繼而藉由XY載台18將基板110移送到安裝工具20的正下方。若成為該狀態，則安裝工具20朝向基板110下降，將抽吸保持於末端的半導體晶片100壓接並接合到基板110。

安裝工具20抽吸保持半導體晶片100，同時對該半導體 晶片100進行加熱。因此，於安裝工具20，設置有與真空源連通的抽吸孔(未圖示)、或用於對半導體晶片100進行加熱的工具加熱器26等。於接合頭14，除了設置有此種安裝工具20以外，亦進而設置有使該安裝工具20升降的升降機構。

本例的升降機構大致分為第一單元24a與第二單元24b。第一單元24a使安裝工具20於Z軸方向(即鉛垂方向)上移動，藉此將半導體晶片100推壓到基板110，並對該半導體晶片100施加按壓載荷。第一單元24a具有音圈馬達(voice coil motor)30(以下，簡稱為「VCM 30」)、滑動軸32、板簧34、以及引導構件36。VCM 30是第一單元24a的驅動源。該VCM 30具有固著於移動體46的定子30a、以及相對於該定子30a而於Z軸方向上可動的動子30b。動子30b經由滑動軸32而機械地連結於安裝工具20。另外，滑動軸32經由能夠於Z軸方向上產生變形的板簧34而裝配於移動體46。進而，於移動體46，固著有引導構件36。滑動軸32插通至形成於該引導構件36的貫通孔中，並能夠沿著貫通孔滑動。

若對VCM 30施加電流，則動子30b相對於移動體46而於Z軸方向上移動。此時，滑動軸32及固著於滑動軸32的安裝工具20一面使板簧34彈性變形，一面與動子30b一起於Z軸方向上移動。為了檢測該滑動軸32的移動，而於第一單元24a設置有線性編碼器50。線性編碼器50具有設置於滑動軸32的上端附近的可動部50a、以及位置固定的固定部50b，線性編碼器50 輸出兩者的相對的位移量。所述線性編碼器50可為磁性地檢測位移的磁式編碼器，亦可為光學性地檢測位移的光學式編碼器。於光學式編碼器的情況下，固定部50b包括在位移方向上形成有多個狹縫孔的標尺，可動部50a包括隔著標尺而配置於兩側的光源及光接收元件。另外，於磁式編碼器的情況下，固定部50b包含磁尺，可動部50a包括磁感測器。藉由線性編碼器50所得的檢測值被輸出至控制器16。

第二單元24b使第一單元24a相對於基座構件38而於Z軸方向上升降。所述第二單元24b具有升降馬達40作為驅動源。於該升降馬達40，經由聯結器(coupling)而連結有於軸向上延伸的導螺桿(lead screw)42，導螺桿42伴隨升降馬達40的驅動而自轉。於導螺桿42，螺合有移動塊44，該移動塊44固著於VCM 30的定子30a的上表面。另外，於定子30a的側面，固著有移動體46。該移動體46能夠沿著固著於基座構件38的導軌48滑動。若對升降馬達40施加電流，則導螺桿42自轉，伴隨於此，移動塊44於Z軸方向上升降。而且，藉由移動塊44升降，固著於該移動塊44的第一單元24a及安裝工具20亦升降。藉由第二單元24b而產生的第一單元24a的升降量亦由感測器(例如裝配於升降馬達40的編碼器等)偵測，並發送到控制器16。

控制器16控制工具加熱器26、升降機構、載台12、以及XY載台18的驅動。該控制器16是物理上具有處理器16a及記憶體16b的電腦。於該「電腦」中，亦包括將電腦系統組入到一 個積體電路而成的微控制器。另外，所謂處理器16a，是指廣義的處理器，包括通用的處理器(例如，中央處理單元(Central Processing Unit，CPU)等)、或專用的處理器(例如，圖形處理單元(Graphics Processing Unit，GPU)、特殊應用積體電路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、現場可程式閘陣列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、可程式邏輯設備等)。另外，以下敘述的處理器16a的動作不僅由一個處理器完成，亦可由存在於物理上分開的位置的多個處理器協同完成。同樣地，記憶體16b亦無需於物理上為一個組件，亦可由存在於物理上分開的位置的多個記憶體構成。另外，記憶體16b亦可包括半導體記憶體(例如，隨機存取記憶體(Random Access Memory，RAM)、唯讀記憶體(Read Only Memory，ROM)、固體狀態驅動器等)及磁碟(例如，硬碟驅動器等)的至少一個。

接著，說明利用此種製造裝置10進行的半導體晶片100的接合方法。圖2是表示半導體晶片100的接合的形態的概念圖。如圖2的左圖所示，於基板110的上表面，形成有多個電極112。另外，半導體晶片100具有多個自晶片主體102的底面突出且包含焊料等導電金屬的凸塊104。於安裝半導體晶片100時，在使該凸塊104與基板110的電極112接觸的狀態下，對半導體晶片100進行加熱，從而如圖2的右圖所示般使凸塊104與電極112熔接。再者，於圖2中雖未圖示，但亦可於晶片主體102的底面進一步設置有熱硬化性樹脂層、例如非導電性膜的層等。

此處，為了良好地保持半導體裝置的品質，需要防止凸塊104的過度的擠扁，將接合後的晶片主體102的底面與基板110的上表面的間隙量G保持為目標值。若於接合的過程中，熔融的凸塊104被過度地壓扁而在橫向上擴展，則有可能於與鄰接的其他凸塊104之間導致短路不良。另外，若間隙量G產生偏差，則無法適當地保持半導體裝置的品質。因此，於接合時，需要正確地管理半導體晶片100的軸向位置，進而正確地管理安裝工具20的底面的軸向位置。然而，於管理此種安裝工具20的軸向位置的情況下，熱膨縮與變形成為問題。對此，參照圖3、圖4進行說明。

如上所述，於將半導體晶片100接合時，利用設置於安裝工具20的工具加熱器26對半導體晶片100進行加熱。藉由該加熱時產生的熱，工具加熱器26周邊的構件、具體而言是安裝工具20或滑動軸32等(以下，稱為「周邊構件」)熱膨縮。圖3的雙點劃線是表示周邊構件熱膨縮後的形態的圖。若周邊構件熱膨脹，則即便安裝工具20的底面的軸向位置沒有發生變化，線性編碼器50的可動部50a的軸向位置亦發生變化。因此，於產生熱膨縮的情況下，無法根據由線性編碼器50等獲得的檢測位置Pd正確地掌握實際的半導體晶片100的位置，進而無法正確地管理間隙量G。

另外，於將半導體晶片100接合時，安裝工具20對半導體晶片100賦予規定的標準載荷Fs，將半導體晶片100推壓到基板110。此時，自半導體晶片100向安裝工具20作用規定的反 作用力。滑動軸32受到該反作用力而有時如於圖4中雙點劃線所示般產生變形。若滑動軸32產生變形，則線性編碼器50的可動部50a的軸向位置當然會相應地發生變化。而且，該情況下，亦無法根據由線性編碼器50等獲得的檢測位置Pd正確地掌握實際的半導體晶片100的位置，進而無法正確地管理間隙量G。

另外，於在滑動軸32產生變形的狀態下持續凸塊104的加熱及加壓的情況下，在凸塊104熔融的時點，來自半導體晶片100的反作用力急劇地下降。而且，該情況下，滑動軸32的變形被瞬間消除，安裝工具20的底面急速下降。該情況下，熔融的凸塊104被安裝工具20按壓，凸塊104有可能被過度地壓扁。

於本例中，為了避免此種問題，於凸塊104的熔融前，在上升方向上驅動升降機構，消除滑動軸32的變形。另外，藉由以使周邊構件的熱膨縮抵消的方式對安裝工具20進行位置控制，從而將間隙量G維持為規定的目標值。以下，參照圖5、圖6對此種接合的詳細的順序進行說明。圖5是表示接合處理的流程的流程圖。圖6是表示接合處理中的各種參數的時間變化的圖表。圖6的(a)是表示根據設置於升降機構的位置感測器(線性編碼器50等)的檢測值而求出的安裝工具20的軸向位置(以下，稱為「檢測位置Pd」)的圖表。圖6的(b)是表示安裝工具20保持有半導體晶片100時的以載台12的上表面為基準的直至安裝工具20的底面的實際的距離(以下，稱為「距離Dr」)的圖表。圖6的(c)是表示利用升降機構對半導體晶片100賦予的按壓載荷Fp 的變化的圖表。圖6的(d)是表示工具加熱器26的驅動狀態的圖表。再者，關於距離Dr，因載台12的變形或熱膨脹而距離的基準位置發生變化。

於將半導體晶片100接合到基板110時，控制器16驅動升降機構，使半導體晶片100下降，使半導體晶片100著落到基板110(S10、S12)。具體而言，控制器16首先驅動升降馬達40，使安裝工具20以高速下降到基板110的附近。繼而，於停止升降馬達40的狀態下，驅動VCM 30，使安裝工具20以低速下降。此時，監視檢測位置Pd的變化，若檢測位置Pd未發生變化，則判斷為已著落。再者，如上所述，由於滑動軸32等產生若干變形，因此實際的著落時間點、與由控制器16檢測到的著落時間點有若干誤差。

於圖6的例子中，在時刻t1，半導體晶片100實際上著落到基板110，在時刻t1以後，距離Dr不發生變化。其中，於半導體晶片100實際上著落後，由於滑動軸32等產生變形，因此檢測位置Pd亦發生變化。因此，控制器16於滑動軸32等充分地產生變形、檢測位置Pd不發生變化的時刻t2判斷為已著落。

若檢測到著落(S12中為是(Yes))，則控制器16執行以一定載荷對半導體晶片100進行加壓及加熱的第一處理(S14~S18)。具體而言，控制器16以對半導體晶片100賦予預先規定的標準載荷Fs的方式開始升降機構的載荷控制(S14)。即，由於VCM 30輸出與所施加的電流成比例的扭矩，因此控制器16持續 對VCM 30施加與標準載荷Fs相應的一定電流。於圖6中，在時刻t2至時刻t4的期間內，對半導體晶片100賦予標準載荷Fs。

若賦予有標準載荷Fs，則繼而，控制器16接通工具加熱器26，開始半導體晶片100的加熱(S16)。於圖6的例子中，在時刻t4，接通工具加熱器26。藉此，半導體晶片100的溫度開始上升。

控制器16監視自開始加熱起的經過時間是否達到待機時間Ta(S18)。此處，待機時間Ta是從自加熱開始起至凸塊104熔融為止的時間(以下，稱為「熔融時間Tm」)中減去若干富餘量α而得的時間。即，Ta=Tm-α。從另一角度來看，可謂是經過了待機時間Ta的時間點是凸塊104即將熔融之前。所述待機時間Ta、熔融時間Tm可預先藉由實驗來取得，對於此將於以後敘述。於自加熱開始起經過了待機時間Ta的情況下(S18中為是)，控制器16判斷為是凸塊104即將熔融之前。於圖6的例子中，時刻t4為經過待機時間Ta且凸塊104即將熔融之前的時間點。

若為即將熔融之前，則控制器16執行使接合頭14的變形消除的變形消除處理(S20)。具體而言，控制器16使VCM 30向使安裝工具20上升的方向上升規定的變形消除量Aa的量(S20)。此處，變形消除量Aa是用於消除以標準載荷Fs對半導體晶片100進行加壓時升降機構所產生的變形所需的VCM 30的移動量。該變形消除量Aa亦與待機時間Ta及熔融時間Tm同樣地，可預先藉由實驗取得，對於此將於以後敘述。總之，藉由在 上升方向上以變形消除量Aa的量驅動VCM 30，從而消除接合頭14、尤其是滑動軸32的變形。於圖6的例子中，在自時刻t4至時刻t5的期間內，驅動VCM 30直至檢測位置Pd上升變形消除量Aa的量為止。此時，安裝工具20的距離Dr並未變化，滑動軸32的變形被消除，另外，按壓載荷Fp急劇地下降。

若可消除變形，則控制器16執行用於將間隙量G保持為目標值的第二處理(S22~S26)。具體而言，控制器16依照預先生成的目標分佈，開始VCM 30的位置控制(S22)。目標分佈是規定了升降機構的目標移動位置的移動分佈。控制器16以使根據該目標分佈求出的指令位置與檢測位置Pd的差量接近零的方式對VCM 30進行位置反饋控制。此處，如上所述，檢測位置Pd受到安裝工具20、載台12的熱膨縮的影響而於與載台12的上表面和安裝工具20的底面的距離Dr之間產生背離。即，控制器16檢測藉由載台12、安裝工具20的熱膨脹而與距變形消除後的載台12的高度D1的距離Dr不同的位置作為檢測位置Pd。目標分佈是以使由該熱膨縮引起的誤差抵消而實際的間隙量G保持目標值的方式設定。

具體而言，參照圖6進行說明。於以變形消除後的高度D1為基準將安裝工具20的距離Dr保持為一定的情況下，檢測位置Pd受到安裝工具20的熱膨縮的影響，因此如圖6的(a)中的雙點劃線般發生變化。即，維持為Dr=D1時的檢測位置Pd於接通工具加熱器26的時刻t3以上逐漸上升，於斷開工具加熱器26 的時刻t8以後逐漸下降。另一方面，為了將間隙量G設為目標值，需要使距離Dr自高度D1進一步縮小目標擠扁量Gd。為了實現此種距離Dr的移動，只要將自雙點劃線所表示的位置減去目標擠扁量Gd後的位置作為指令位置，對升降機構進行位置控制即可。

步驟S22中所使用的目標分佈是表示自該雙點劃線所表示的位置減去目標擠扁量Gd後的位置的分佈。依照所述目標分佈，藉由對VCM 30進行位置控制，可將距離Dr保持為一定，可將間隙量G保持為目標值。再者，此種目標分佈是於接合之前生成，對於此亦將於以後敘述。

控制器16依照事先設定的溫度分佈斷開工具加熱器26(S24)。藉此，一度熔融的凸塊104的溫度急劇降低，並硬化。於圖6的例子中，在時刻t8，斷開工具加熱器26。藉此，凸塊104硬化。另外，藉由斷開工具加熱器26，升降機構(尤其是滑動軸32)的溫度亦降低，升降機構的熱膨縮得以消除。於溫度降低後、或同時，依照目標分佈使安裝工具20下降。

然後，若自斷開工具加熱器26起經過了規定的硬化時間Tb(S26中為是)，則控制器16判斷為凸塊104硬化。再者，硬化時間Tb可基於事先的實驗、或過去的經驗等預先規定。若經過了硬化時間Tb，則控制器16解除安裝工具20對半導體晶片100的保持，其後使安裝工具20上升(S28)。然後，藉此，一個半導體晶片100的接合處理結束。以後，對於其他半導體晶片100亦重覆相同的處理。

如根據以上的說明而明確般，於本例中，在凸塊104即將熔融之前，藉由在上升方向上驅動VCM 30，從而消除接合頭14的變形。結果，於凸塊104熔融時，可有效地防止安裝工具20過度地向下方移動而過度地壓扁凸塊104的情況。

另外，於本例中，預先取得凸塊104熔融的時間點(即熔融時間Tm)，在凸塊104熔融之前，自載荷控制切換為位置控制。藉由設為所述結構，可防止過度地壓扁凸塊104的情況。即，現有技術大多進行對半導體晶片100賦予一定的載荷的載荷控制，此時，若檢測位置Pd下降一定以上，則判斷為凸塊104熔融。於此種技術的情況下，在凸塊104熔融的時點，安裝工具20大幅下降，間隙量G變得小於目標值。例如，於專利文獻1中，在凸塊104熔融的時點，間隙量G變得小於目標值。因此，於專利文獻1中，在間隙量G變得小於目標值之後，藉由使安裝工具上升，從而將間隙量G修正為目標值。然而，若暫且如專利文獻1般大幅壓扁凸塊104，則橫向擴展的凸塊104與鄰接的凸塊104接觸，有可能引起短路不良。另一方面，如本例般，藉由自凸塊104即將熔融之前切換為位置控制，從而凸塊104不會被過度地擠扁，可有效地防止短路不良。

接著，對此種接合處理中使用的變形消除量Aa、待機時間Ta、目標分佈的取得進行說明。製造裝置10於開始半導體裝置的製造之前，進行變形消除量檢測處理、熔融時間點檢測處理、以及目標分佈生成處理。以下，對該些處理進行說明。

首先，參照圖7、圖8對變形消除量檢測處理進行說明。如上所述，於接合處理中，在凸塊104即將熔融之前，於上升方向上以變形消除量Aa的量驅動VCM 30，藉此，消除接合頭14(尤其是安裝工具20及滑動軸32)的變形。此時所使用的變形消除量Aa是藉由在接合處理之前進行的變形消除量檢測處理而檢測出。圖7是表示該變形消除量檢測處理的流程的流程圖，圖8是表示變形消除量檢測處理中的檢測位置Pd及檢測載荷Fd的變化的圖表。

於進行變形消除量檢測處理時，在不保持半導體晶片100的狀態下使用安裝工具20。另外，預先於安裝工具20的底面、或基板110的上表面配置載荷感測器(例如，測力器(load cell)等)，以便可將安裝工具20對基板110的按壓載荷作為檢測載荷Fd來進行檢測。進而，將安裝工具20及基板110設為彼此相同的預先規定的溫度。若此種事先的準備完備，則控制器16驅動升降機構，使未保持半導體晶片100的安裝工具20下降直至著落到基板110為止(S30、S32)。於圖8的例子中，在檢測位置Pd的變動停止的時刻t2判斷為已著落。再者，此時，按照安裝工具20以標準載荷Fs按壓基板110的方式調整對VCM 30施加的電流。再者，預先規定的溫度例如為室溫(20℃)，亦可利用加熱器對安裝工具及載台進行加熱而設為50℃或100℃。另外，於本例中，將藉由變形消除量檢測處理而檢測出的變形消除量Aa設為變形消除處理中的VCM 30的上升量。然而，變形消除處理中的VCM 30的上升量亦可為對該變形消除量Aa進行了某些校正後的值。

若使安裝工具20著落到基板110，則控制器16將該時點的檢測位置Pd作為P[0]存儲於記憶體中(S34)。於圖8的例子中，將時刻t2時的檢測位置Pd作為P[0]加以存儲。繼而，控制器16對參數i進行初始化，設為i=1(S35)。其後，控制器16對VCM 30於上升方向上以規定的單位間距進行驅動(S36)。即，驅動VCM 30，直至由線性編碼器50檢測出的檢測位置Pd變化單位間距的量。單位間距的值並無特別限定，可設定為較由滑動軸32的變形引起的檢測誤差而言充分小的值。於圖8的例子中，在時刻t3，完成第一次的單位間距的量的上升驅動。藉由在上升方向上驅動VCM 30，從而按壓載荷稍微降低，相應地，滑動軸32等的變形亦稍微得到消除。

若單位間距量的向上升方向的驅動完成，則控制器16將該時點的檢測載荷Fd及檢測位置Pd分別作為F[i]、P[i]存儲於記憶體中(S38)。繼而，控制器16將當前的檢測載荷F[i]、與N次前的檢測載荷F[i-N]加以比較(S40)。再者，N為1以上的整數。於比較的結果是F[i]≒F[i-N]不成立的情況下(S40中為否(No))，可判斷為因單位間距的上升而檢測載荷Fd發生變化。該情況下，控制器16前進到步驟S42，使參數i增量，然後再次執行步驟S38、步驟S40。另外，雖然於流程圖中並未記載，但是於i<N、不存在N次前的檢測負荷F[i-N]的情況下，亦前進到步驟S42。

另一方面，於F[i]≒F[i-N]成立的情況下(S40中為是)，即、即便於上升方向上驅動VCM 30而檢測載荷Fd亦不變動的情況下，將P[i-N]-P[0]作為變形消除量Aa存儲於記憶體中(S44)。P[i-N]-P[0]是自開始VCM 30向上升方向的驅動起至檢測載荷Fd的變動停止為止的升降機構的移動量。

作為N=3，若參照圖8的例子進行說明，則於時刻t8的時點，由於F[i]為Fa、F[i-3]為Fb，因此F[i]≠F[i-N]。因此，該情況下，控制器16不前進到步驟S44，而是前進到步驟S42。繼而，若成為時刻t9，則F[i]=Fa、F[i-3]=Fa，因此F[i]≒F[i-N]成立。該情況下，控制器16前進到步驟S44。此處，於時刻t9，P[i-3]為時刻t6時的檢測位置Pd，P[0]為時刻t2時的檢測位置Pd。因此，該情況下，變形消除量Aa成為如圖8所示般。如此，藉由事先藉由實驗取得變形消除量Aa，可於接合處理中更確實地消除升降機構的變形。

接著，參照圖9、圖10對熔融時間點檢測處理進行說明。如上所述，於接合處理中，在凸塊104即將熔融之前執行變形消除處理。為了於所述時間點執行變形消除處理，需要事先掌握凸塊104熔融的時間點。因此，於本例中，在接合處理之前，進行熔融時間點檢測處理。圖9是表示該熔融時間點檢測處理的流程的流程圖，圖10是表示熔融時間點檢測處理中的檢測位置Pd、按壓載荷、以及工具加熱器26的驅動狀態的圖表。

於進行熔融時間點檢測處理時，預先利用安裝工具20 保持半導體晶片100。然後，控制器16驅動升降機構，使安裝工具20下降直至半導體晶片100著落到基板110為止(S50、S52)。若半導體晶片100著落到基板110(S52中為是)，則控制器16以將預先規定的標準載荷Fs賦予到半導體晶片100的方式開始升降機構的載荷控制(S54)，並接通工具加熱器26(S56)。於圖10的例子中，在時刻t1檢測到著落，其後將一定載荷賦予到半導體晶片100。進而，於時刻t2，接通工具加熱器26。

若工具加熱器26接通，則控制器16監視由線性編碼器50檢測出的檢測位置Pd的變動，於檢測位置Pd降低了規定的基準位移量△s以上的情況下，判斷為凸塊104熔融。具體而言，控制器16將參數i初始化，設為i=0(S58)。進而，將當前的檢測位置Pd作為P[i]存儲於記憶體中(S60)。進而，控制器16將當前的檢測位置P[i]與上次的檢測位置P[i-1]的差量值、和預先規定的基準位移量△s加以比較(S62)。於比較的結果是P[i]-P[i-1]<△s的情況下(S62中為否)，控制器16前進到步驟S64，使參數i增量，之後再次進行步驟S60、步驟S62。另外，雖然於流程圖中並未記載，但i=0、P[i-1]不存在的情況下，亦不前進到步驟S66，而是前進到步驟S64。

另一方面，於P[i]-P[i-1]≧△s的情況下(S62中為是)，可判斷為凸塊104熔融。該情況下，控制器16將自接通工具加熱器26起的經過時間作為熔融時間Tm存儲於記憶體中(S66)。於圖10的例子中，在時刻t3，檢測位置Pd急劇地降低，因此在該 時刻t3，可判斷為凸塊104熔融。而且，該情況下，將自時刻t2至時刻t3為止的時間作為熔融時間Tm存儲於記憶體中。若可取得熔融時間Tm，則控制器16斷開工具加熱器26，使安裝工具20上升(S68)。藉此，熔融時間點檢測處理結束。

於接合處理時，將自該熔融時間Tm中減去若干富餘量α而得的值用作待機時間Ta。如此，藉由在接合處理之前，預先藉由實驗檢測凸塊104的熔融時間點，可於凸塊104即將熔融之前進行變形消除處理。結果，可防止於凸塊104熔融時安裝工具20瞬間大幅下降的情況。而且，結果，可防止凸塊104的過度的擠扁。

接著，參照圖11、12對目標分佈生成處理進行說明。如上所述，於接合處理中，在凸塊104熔融之後，藉由以使接合頭14的熱膨縮抵消的方式對升降機構進行位置控制，從而將間隙量G保持為規定的目標值。於目標分佈生成處理中，生成該位置控制中所使用的目標分佈。圖11是表示該目標分佈生成處理的流程的流程圖，圖12是表示目標分佈生成處理中的各種參數的變化的圖。更具體而言，圖12的(a)是表示目標分佈生成處理中所取得的參照分佈90的圖表，圖12的(b)是表示目標分佈生成處理中的工具加熱器26的驅動狀態的圖表。圖12的(c)是表示經偏移處理後的參照分佈90*、理想分佈92、目標分佈94的圖表。

於進行目標分佈生成處理時，安裝工具20設為未保持半導體晶片100的狀態。然後，控制器16驅動升降機構，使未保 持半導體晶片100的安裝工具20下降直至著落到基板110為止(S70、S72)。若安裝工具20著落到基板110，則控制器16開始工具加熱器26的控制(S76)。該工具加熱器26的控制是與接合處理同樣地依照溫度分佈進行。即，於接合處理中，接通工具加熱器26的時間點、或斷開工具加熱器26的時間點被預先規定，將此種時間點作為溫度分佈存儲於控制器16的記憶體中。於步驟S76中，開始依照該溫度分佈的工具加熱器26的控制。另外，控制器16使參數i初始化，設為i=0(S78)。若開始工具加熱器26的控制，則控制器16以規定的採樣間隔重覆將當前的檢測位置Pd作為P[i]存儲於記憶體中的處理(S80)、以及使參數i增量的處理(S84)直至到達接合處理的結束時間點為止(直至S82中為是為止)。

於圖12的例子中，在時刻t1，開始工具加熱器26的控制，在時刻t1，接通工具加熱器26。該時刻t1時的檢測位置Pd(參照圖12的(a)的圖表)作為初始位置P[0]而被存儲於記憶體中。藉由溫度分佈開始並接通工具加熱器26，從而安裝工具20及滑動軸32的溫度逐漸上升，該些發生熱膨脹。結果，儘管安裝工具20的底面的位置沒有發生變化，但由線性編碼器50檢測出的檢測位置Pd仍逐漸上升。進而，在圖12的例子中，在時刻t3，滑動軸32等的熱膨脹收斂，檢測位置Pd亦變得一定。其後，於時刻t4，若為了開始冷卻而斷開工具加熱器26，則滑動軸32等的溫度降低，熱膨脹得到消除。因此，於時刻t4以後，檢測位置Pd 逐漸下降。而且，於滑動軸32等的溫度返回到預先規定的溫度的時刻t5以後，檢測位置Pd保持一定值。而且，於作為結束時間點的時刻t6，結束檢測位置Pd的取得。於步驟S80~步驟S84中，取得該圖12的(a)所示的資料作為參照分佈90。自該參照分佈90中減去熔融時間Tm-富餘量α(圖12的時刻ta)時的位置P[i]的值而得的值為接合頭14的熱膨脹量。

若獲得參照分佈90，則控制器16基於預先存儲的理想分佈92、與該參照分佈90生成目標分佈94(S86)。理想分佈92是接合頭14為不產生熱膨脹或變形的理想狀態時的移動分佈。

於圖12的(c)中，實線表示目標分佈94，雙點劃線表示理想分佈92，一點劃線表示使時刻ta時的位置與理想分佈92一致、即經偏移處理後的參照分佈90*。如圖12所示，於理想分佈92中，在凸塊104熔融的時刻t2，下降目標擠扁量Gd，以後，維持相同的高度位置。然後，於凸塊104硬化的時刻t6以後上升。

目標分佈94可藉由對該理想分佈92加上根據參照分佈90求出的接合頭14的熱膨脹量而獲得。如上所述，熱膨脹量是藉由自參照分佈90中減去熔融時間Tm-富餘量α(時刻ta)時的位置P[i]的值而求出。藉由將所述熱膨脹量與理想分佈92相加，可獲得圖12的(c)的圖表中實線所示般的目標分佈94。於實際的接合處理時，依照該目標分佈94對升降機構進行位置控制。而且，藉由使用所述目標分佈94，即便接合頭14熱膨脹，亦可將安裝工具20的底面位置、進而間隙量G保持為一定。

如根據以上說明而明確般，根據本例，事先取得了變形消除量Aa、熔融時間點、目標分佈。然後，於實際的接合處理時，在凸塊104的熔融前，於上升方向上以變形消除量Aa的量驅動升降機構，消除接合頭14的變形，之後依照使熱膨脹抵消的目標分佈驅動升降機構。藉由設為所述結構，可有效地防止將熔融的凸塊104過度地擠扁，可良好地保持半導體裝置的品質。再者，目前為止所說明的結構是一例，只要在凸塊104的熔融前，於上升方向上驅動升降機構來消除接合頭14的變形，之後以使熱膨脹抵消的方式驅動升降機構，則其他結構亦可適宜變更。例如，在所述說明中，藉由事先的實驗(變形消除量檢測處理)取得了變形消除處理中的升降機構的移動量即變形消除量Aa，但變形消除量Aa亦可藉由其他方法取得。例如，亦可設為基於接合頭14的剛性或於第一處理中對半導體晶片100附加的標準載荷Fs進行模擬，取得變形消除量Aa。

另外，變形消除處理的執行時間點只要為凸塊104的熔融前，則未必為即將熔融之前。另外，於所述說明中，在熔融時間點檢測處理中，基於檢測位置Pd的變化來判斷凸塊104的熔融，但亦可基於其他參數、例如按壓載荷的變化等來判斷凸塊104的熔融。另外，本例的升降機構具有以VCM 30為驅動源的第一單元24a、以及以升降馬達40為驅動源的第二單元24b，但升降機構只要可進行載荷控制及位置控制兩者，其結構亦可適宜變更。

S10~S28:步驟

Claims (5)

1. 一種半導體裝置的製造裝置，其特徵在於包括：載台，支撐基板；接合頭，具有對晶片底面設置有凸塊的晶片進行保持的安裝工具、為了對所述晶片進行加熱而搭載於所述安裝工具的工具加熱器、以及使所述安裝工具於鉛垂方向上移動的升降機構；以及控制器，進行控制所述接合頭的驅動並將所述晶片接合到所述基板的接合處理，並且所述控制器於所述接合處理中進行：第一處理，於使所述晶片著落到所述基板後，驅動所述工具加熱器及所述升降機構，開始所述晶片的加熱，同時對所述晶片向所述基板進行加壓；變形消除處理，於所述第一處理後且所述凸塊的熔融前，藉由在上升方向上驅動所述升降機構而消除所述接合頭的變形；以及第二處理，於所述變形消除處理後，藉由以使所述接合頭的熱膨縮抵消的方式對所述升降機構進行位置控制，從而將所述晶片的底面與所述基板的上表面的間隙量保持為規定的目標值。
2. 如請求項1所述的半導體裝置的製造裝置，其中所述控制器於所述接合處理之前進行變形消除量檢測處理，於所述變形消除量檢測處理中，在將所述安裝工具及所述載台保持為預先規定的溫度的狀態下，驅動所述升降機構，利用所 述安裝工具按壓所述基板，之後一面於上升方向上驅動所述升降機構，一面檢測所述安裝工具對所述基板的按壓載荷，並將自開始向所述上升方向的驅動起至所述按壓載荷的變動停止為止的所述升降機構的移動量作為變形消除量加以存儲，於所述變形消除處理中，基於所述變形消除量於上升方向上驅動所述升降機構。
3. 如請求項1或請求項2所述的半導體裝置的製造裝置，其中所述控制器於將所述晶片接合到所述基板之前，進行檢測所述凸塊的熔融時間點的熔融時間點檢測處理，於所述熔融時間點檢測處理中，在使所述晶片著落到所述基板後，依照規定的溫度分佈對所述晶片進行加熱，並將自所述加熱的開始起至所述凸塊熔融為止的時間作為熔融時間加以存儲，所述控制器基於所述熔融時間，決定所述變形消除處理的執行時間點。
4. 如請求項1或請求項2所述的半導體裝置的製造裝置，其中所述升降機構具有：滑動軸，與所述安裝工具機械性地連接；驅動源，使所述滑動軸升降；以及位置感測器，將所述滑動軸的軸向位置作為檢測位置來進行檢測，所述控制器於所述接合處理之前進行目標分佈生成處理，於所述目標分佈生成處理中，驅動所述升降機構，使所述安 裝工具著落到所述基板或載台後，依照規定的溫度分佈對所述安裝工具進行加熱，並基於此時獲得的由所述位置感測器檢測到的檢測位置的變化，取得所述接合頭的熱膨脹量，生成使所述熱膨脹量抵消的移動分佈作為目標分佈，於所述第二處理中，依照所述目標分佈對所述升降機構進行位置控制。
5. 一種半導體裝置的製造方法，對具有安裝工具、搭載於所述安裝工具的工具加熱器以及使所述安裝工具於鉛垂方向上移動的升降機構的接合頭進行驅動，從而將保持於所述安裝工具的晶片接合到支撐於載台的基板，所述半導體裝置的製造方法的特徵在於包括：第一步驟，於使所述安裝工具下降以使所述晶片著落到所述基板後，驅動所述工具加熱器及所述升降機構，開始所述晶片的加熱，同時對所述晶片向所述基板進行加壓；變形消除步驟，於所述第一步驟後且設置於所述晶片的底面的凸塊的熔融前，藉由在上升方向上驅動所述升降機構而消除所述接合頭的變形；以及第二步驟，於所述變形消除步驟後，藉由以使所述接合頭的熱膨縮抵消的方式對所述升降機構進行位置控制，從而將所述晶片的底面與所述基板的上表面的間隙量保持為規定的目標值。

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