WO2022049685A1 - 半導体装置の製造装置および製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造装置および製造方法 Download PDF

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Definitions

  • This specification discloses a manufacturing device for a semiconductor device having a plurality of bonding heads, and a method for manufacturing a semiconductor device using the manufacturing device.
  • a semiconductor device manufacturing apparatus that includes a stage on which a substrate is placed and a bonding head that holds a chip, drives the bonding head, and presses the chip against the substrate to bond them.
  • Some of the manufacturing devices for such semiconductor devices are provided with a plurality of bonding heads in order to improve the bonding efficiency of the chip.
  • a multi-head manufacturing apparatus usually, while some bonding heads are performing a pressurizing process for pressing a chip against a substrate, another bonding head is subjected to another process, for example, a bonding head. Positioning processing for horizontal positioning and grounding processing for grounding the chip to the substrate were performed. With such a configuration, the waiting time of the bonding head can be reduced and the bonding process can be made more efficient.
  • the position accuracy of the chip may be impaired. That is, in the pressure treatment, a large load is applied to the stage by the bonding head, and the stage is bent by receiving this load. Then, when the stage bends, the horizontal position of the electrodes provided on the substrate deviates from the original horizontal position. In this case, there arises a problem that the accurate horizontal position of the electrode cannot be detected, and a problem that the relative position between the electrode and the chip shifts even if the bonding head is positioned at the original horizontal position.
  • Patent Document 1 two heat crimping elements (corresponding to the bonding head) are used, and two film carriers (corresponding to the chip) are pressed against the display device, and the other two heat crimping elements are used.
  • a technique of grounding two film carriers and starting pressing is disclosed. In the case of such a technique, as described above, there is a possibility that the position shift due to the bending of the stage may occur.
  • Patent Document 2 discloses a technique of simultaneously pressing a plurality of chips with a plurality of crimping tools.
  • the crimping tool of Patent Document 2 presses a chip temporarily bonded to a substrate in advance, that is, a chip that has been placed in an appropriate position, and how the chip is arranged in an appropriate position. No mention is made of this.
  • the semiconductor device manufacturing device disclosed herein has a stage on which a substrate is placed and a bonding tool that holds a chip and can move vertically, and a plurality of devices that can move horizontally independently of each other.
  • the controller comprises a pressurizing process for applying a load and a controller for executing the pressurizing process.
  • the positioning process and the grounding process are executed independently of each other, and the pressurizing process is applied to at least two bonding heads that have completed the positioning process and the grounding process so that their execution periods overlap at least partially. It is characterized by being executed in parallel.
  • the controller may make the at least two bonding heads stand by in the grounded state until the grounding process by the other bonding head is completed after the grounding process of each of the two bonding heads is completed.
  • the plurality of bonding heads are provided with a single pickup unit that sequentially supplies the new chips, and the controller has an execution time of receiving processing for receiving the new chips by the plurality of bonding heads.
  • the execution timing of the receiving process of the plurality of bonding heads may be staggered so as not to overlap each other.
  • a plurality of pickup units provided corresponding to the plurality of bonding heads and supplying the new chips to the corresponding bonding heads are provided, and the controller is newly provided for each of the plurality of bonding heads.
  • the receiving process for receiving the chips, the positioning process, the grounding process, and the pressurizing process are executed in parallel with each other, and a predetermined waiting time is provided between the grounding process and the pressurizing process. It may be provided.
  • the method for manufacturing a semiconductor device disclosed in the present specification is a method for manufacturing a semiconductor device in which a chip is bonded to a substrate mounted on a stage to manufacture the semiconductor device, and the chip is held in the vertical direction.
  • a plurality of bonding heads having a movable bonding tool and capable of being horizontally movable independently of each other have a receiving step for receiving a new chip, a positioning step for horizontally positioning, and the chip being the substrate or the substrate.
  • a grounding step of descending until the other chip is grounded and a pressurizing step of applying a load for bonding to the grounded chip are executed, and the plurality of bonding heads are subjected to the above-mentioned addition to any of the bonding heads.
  • the positioning step and the grounding step are executed independently of each other, and at least two bonding heads that have completed the positioning step and the grounding step are subjected to the pressurizing step. Are executed in parallel so that their execution periods overlap at least partially.
  • the position accuracy of the chip can be further improved.
  • FIG. 1 is a schematic view showing the configuration of the manufacturing apparatus 10.
  • the manufacturing device 10 manufactures a semiconductor device by bonding a plurality of semiconductor chips 100 to a substrate 110.
  • the manufacturing apparatus 10 includes a pickup unit 12, two bonding heads 14f and 14s, a stage 16, and a controller 18.
  • the pickup unit 12 has a push-up pin 19 that pushes up the semiconductor chip 100 placed on the dicing tape 120, and a pickup head 20 that holds the pushed-up semiconductor chip 100 on its bottom surface.
  • the pickup head 20 is rotatable about a rotation axis O extending in the horizontal direction. By rotating the pickup head 20 by 180 degrees, the picked up semiconductor chip 100 can be inverted by 180 degrees in the thickness direction. As a result, the surface of the semiconductor chip 100 that is adhered to the dicing tape 120 faces upward.
  • the board 110 is placed on the stage 16. Inside the stage 16, a suction mechanism for sucking and holding the substrate 110, a heater for heating the substrate 110, and the like are incorporated. A plurality of electrodes (not shown) that are electrically and mechanically bonded to the semiconductor chip 100 are formed on the surface of the substrate 110.
  • first head 14f first head 14f
  • second head 14s second head 14s
  • each bonding head 14 Since the first head 14f and the second head 14s have basically the same structure, that is, each bonding head 14 is connected to the corresponding XY table 22, and is horizontally parallel to the upper surface of the stage 16. , Can move independently of each other. Further, each bonding head 14 has a bonding tool 24, an elevating mechanism, and a head camera 26. The bonding tool 24 sucks and holds the semiconductor chip 100, and is movable in the vertical direction by an elevating mechanism. As the bonding tool 24 descends toward the substrate 110, the semiconductor chip 100 is grounded to the substrate 110 and pressurized. Further, the bonding tool 24 is also provided with a heater for heating the holding semiconductor chip 100.
  • the head camera 26 is attached to the bonding head 14 in a posture in which the optical axis extends downward, and images a substrate 110 or the like mounted on the stage 16.
  • the controller 18 calculates the relative positional relationship between the bonding head 14 and the substrate 110 based on the image or the like captured by the head camera 26, and positions the bonding head 14 based on the calculation result.
  • the controller 18 controls the drive of each part of the manufacturing apparatus 10.
  • the controller 18 is physically a computer having a processor 28 and a memory 30.
  • This "computer” also includes a microcontroller that incorporates a computer system into an integrated circuit.
  • the processor 28 refers to a processor in a broad sense, and is a general-purpose processor (for example, CPU: Central Processing Unit, etc.) or a dedicated processor (for example, GPU: Graphics Processing Unit, ASIC: Application Specific Integrated Circuit, FPGA). Field Programgable Gate Array, programmable logic device, etc.) are included. Further, the operation of the processor 28 described below may be performed not only by one processor but also by a plurality of processors existing at physically separated positions in cooperation with each other.
  • the memory 30 does not have to be one physical element, and may be composed of a plurality of memories that are physically separated from each other. Further, the memory 30 may include at least one of a semiconductor memory (for example, RAM, ROM, solid state drive, etc.) and a magnetic disk (for example, a hard disk drive, etc.).
  • a semiconductor memory for example, RAM, ROM, solid state drive, etc.
  • a magnetic disk for example, a hard disk drive, etc.
  • a bonding terminal (for example, a bump or the like, not shown) provided on the bottom surface of the semiconductor chip 100 is bonded to an electrode (not shown) formed on the surface of the substrate 110.
  • this bonding terminal is bonded to the electrode of the substrate 110 by TCB (Thermal Compression Bonding) technology.
  • TCB is a technology in which the bonding terminals of the semiconductor chip 100 are crimped to the electrodes of the substrate 110 at high pressure under temperature conditions below their respective melting points, and the bonding terminals are primitively bonded by utilizing the diffusion of atoms generated between the bonding surfaces. be.
  • the bonding load Fb applied to the semiconductor chip 100 is relatively large, and the pressurizing process for pressing the semiconductor chip 100 against the substrate 110 with the bonding head 14 is relatively long.
  • the pressurization process by the second head 14s is executed in parallel with the pressurization process by the first head 14f. Further, the execution timing of each process of both bonding heads 14f and 14s is adjusted so that the positioning accuracy of the other bonding heads 14s and 14f does not deteriorate due to the pressurizing process by one bonding head 14f and 14s. There is.
  • FIG. 2 is a graph showing the transition of the position and the applied load of the bonding tool 24 in the grounding process and the pressurizing process.
  • FIG. 3 is an image diagram showing a state of the bonding process of this example
  • FIG. 4 is a diagram showing an example of a timing chart of the bonding process of this example.
  • FIG. 7 is an image diagram showing a state of the bonding process of the comparative example
  • FIG. 8 is a diagram showing an example of the timing chart of the bonding process of the comparative example.
  • the comparative example is a process that emphasizes shortening the processing time of the bonding process.
  • the controller 18 causes each bonding head 14 to sequentially execute a receiving process, a positioning process, a grounding process, and a pressurizing process.
  • the receiving process is a process of receiving a new semiconductor chip 100 from the pickup unit 12.
  • the controller 34 positions the bonding tool 24 in the horizontal direction so that the bonding terminal of the semiconductor chip 100 held by the bonding tool 24 is located directly above the corresponding electrode of the substrate 110. Execute the process.
  • this positioning process as shown in FIGS. 3A or 7A, the substrate 110 is imaged by the head camera 26, and the bonding head 14 is positioned horizontally with respect to the substrate 110 based on the obtained image. To get.
  • the controller 34 lowers the bonding tool 24 and executes a grounding process for grounding the semiconductor chip 100 to the substrate 110, as shown in FIG. 3 (b) or FIG. 7 (b). Then, when the grounding process is completed, the controller 34 executes a pressurizing process of applying a predetermined bonding load Fb to the semiconductor chip 100 with the bonding tool 24. By adding the joining load Fb, the joining terminal of the semiconductor chip 100 is joined to the electrode of the substrate 110. When this load is applied, the substrate 110 and the semiconductor chip 100 may be heated to a temperature lower than the melting temperature of the electrodes and the bonding terminals by the heaters provided on the stage 16 and the bonding tool 24.
  • FIG. 2 shows the transition of the Z position of the bonding tool 24 in the grounding treatment and the pressure treatment
  • the lower part of FIG. 2 shows the transition of the additional load in the grounding treatment and the pressure treatment.
  • the controller 18 drives the elevating mechanism provided on the bonding head 14 to start the pressurizing process of applying the predetermined joining load Fb to the semiconductor chip 100.
  • the controller 34 raises the bonding tool 24 and ends the pressurization process.
  • the receiving process by the first head 14f and the receiving process by the second head 14s cannot be executed in parallel.
  • the second head 14s is other than the receiving process.
  • the process (pressurization process in the illustrated example) is executed, and during the execution period t11 to t12 of the receiving process by the second head 14s, the first head 14f performs a process other than the receiving process (positioning process and grounding process in the illustrated example). Just do it.
  • the waiting time for the bonding head 14 to stand by without doing anything can be eliminated, and the time required for manufacturing the semiconductor device can be shortened.
  • the positioning accuracy of the other bonding head 14 may decrease due to the pressurization process by the one bonding head 14. That is, in the comparative example, as shown in FIG. 8, during the period (t12 to t14) in which the first head 14f is executing the pressurizing process, the second head 14s performs the positioning process (region of the lattice hatching) and Grounding processing (horizontal line hatching area) is being performed. In the pressurizing treatment, as described above, a relatively large joining load Fb is applied to the substrate 110 and thus to the stage 16. As a result, the stage 16 and the substrate 110 may bend around the pressed portion as shown in FIG. 7 (b).
  • the horizontal position of the second head 14s with respect to the substrate 110 is displaced as compared with the state where the stage 16 is horizontal. Therefore, when the stage 16 is bent due to the pressurization treatment of the first head 14f and the positioning treatment or the grounding treatment is performed by the second head 14s, the semiconductor chip 100 held by the second head 14s is appropriate. It cannot be grounded at a suitable position, and the position accuracy of the chip joint is reduced.
  • the execution period of the pressurization process of the first head 14f and the execution period of the pressurization process of the second head 14s are at least partially overlapped, while the positioning process and the grounding process are performed by either bonding.
  • the head 14 is also configured to allow only during the non-pressurization period in which the pressurization process is not executed. That is, as shown in FIG. 4, even if the grounding process is completed at time t3, the first head 14f does not start the pressurizing process until the time t4 when the grounding process of the second head 14s is completed. , Waiting. Then, the pressurizing process of the first head 14f is started after the time t4 when the grounding process of the second head 14s is completed.
  • the positioning process and the grounding process of the second head 14s are not executed, and the pressurization of the second head 14s is performed.
  • the positioning process and the grounding process of the first head 14f are not executed.
  • the time required for the pressurization process is several to ten times longer than the time required from the receiving process to the completion of the grounding process.
  • the waiting time of the bonding heads 14 can be shortened, and the increase in the time required for manufacturing the semiconductor device can be suppressed to a small extent.
  • the pressurization process of the first head 14f and the pressurization process of the second head 14s are started at the same time.
  • the start timing of the pressurizing process of the two bonding heads 14 does not necessarily have to be simultaneous as long as the grounding process of both the first head 14f and the second head 14s is completed.
  • the start timing of the pressurization process of the two bonding heads 14 is set. It does not have to match. However, since it is desirable that the load applied to the stage 16 is less biased, it is desirable that the start timings of the pressurizing treatments of the two bonding heads 14 are substantially the same.
  • the position accuracy of the semiconductor chip 100 can be further improved.
  • the configuration described so far is an example, and the positioning process and the grounding process are independently performed on the plurality of bonding heads 14 during the non-pressurizing period in which none of the bonding heads 14 is subjected to the pressurizing process.
  • Other configurations are such that at least two bonding heads 14 that have been executed and have completed the positioning process and the grounding process are subjected to the pressurizing process in parallel so that the execution periods are at least partially overlapped. , May be changed as appropriate.
  • the number of bonding heads 14 provided in one manufacturing apparatus 10 is not limited to two, and may be larger.
  • FIG. 5 is an example of a timing chart when one manufacturing apparatus 10 has three bonding heads 14. In the example of FIG. 5, the pressure processing of each bonding head 14 is started after the time t2 when the grounding processing of all three bonding heads 14 is completed. Further, as shown in FIG. 5, the start timings of the pressurizing treatments of the plurality of bonding heads 14 do not have to be simultaneous and may be different.
  • the bonding head 14 is provided with only one pickup unit 12 for passing a new semiconductor chip 100, but the number of pickup units 12 may be the same as that of the bonding head 14.
  • FIG. 6 is an example of a timing chart when two pickup units 12 and two bonding heads 14 are provided. In this case, the pickup unit 12 supplies a new semiconductor chip 100 to the corresponding bonding head 14, respectively.
  • the two bonding heads 14 can execute the receiving process in parallel, and the start timings of the positioning process, the grounding process, and the pressurizing process, which are performed thereafter, can be made substantially the same.

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Abstract

半導体装置の製造装置（１０）は、ステージ（１６）と、互いに独立して水平方向に移動可能な２つのボンディングヘッド（１４ｆ），（１４ｓ）と、２つのボンディングヘッド（１４ｆ），（１４ｓ）それぞれに、水平方向に位置決めする位置決め処理と、前記チップ（１００）が基板（１１０）に接地するまで下降する接地処理と、接地させた前記チップ（１００）にボンディングのための荷重を付加する加圧処理と、を実行させるコントローラ（１８）と、を備え、前記コントローラ（１８）は、いずれのボンディングヘッド（１４ｆ），（１４ｓ）も前記加圧処理を実行していない非加圧期間中に、２つのボンディングヘッド（１４ｆ），（１４ｓ）に前記位置決め処理および前記接地処理を互いに独立して実行させ、前記位置決め処理および前記接地処理を終えた２つのボンディングヘッド（１４ｆ），（１４ｓ）に、前記加圧処理を並行して実行させる。

Description

半導体装置の製造装置および製造方法
　本明細書は、複数のボンディングヘッドを有する半導体装置の製造装置、および、当該製造装置を用いた半導体装置の製造方法を開示する。
　従来から、基板が載置されるステージと、チップを保持するボンディングヘッドと、を備え、ボンディングヘッドを駆動して、チップを基板に押圧して接合させる半導体装置の製造装置が知られている。かかる半導体装置の製造装置の中には、チップのボンディング効率を高めるために、ボンディングヘッドを複数設けたものがある。複数ヘッド型の製造装置では、通常、一部のボンディングヘッドが、チップを基板に押圧する加圧処理を実行している期間中に、他のボンディングヘッドに、別の処理、例えば、ボンディングヘッドの水平方向位置決めを行う位置決め処理や、チップを基板に接地させる接地処理等を行っていた。かかる構成とすることで、ボンディングヘッドの待機時間を低減でき、ボンディング処理を効率化できる。
特開平０６－２１６２０１号公報 特開２００２－３２４８２１号公報
　しかし、一部のボンディングヘッドによる加圧処理が実行されている期間中に、他のボンディングヘッドによる位置決め処理または接地処理を実行した場合、チップの位置精度が損なわれるおそれがあった。すなわち、加圧処理では、ボンディングヘッドにより、ステージに、大きな荷重が付与されるが、この荷重を受けて、ステージに撓みが生じる。そして、ステージが撓むと、基板に設けられた電極の水平位置が、本来の水平位置からずれてしまう。この場合、電極の正確な水平位置が検出できないという問題や、ボンディングヘッドを本来の水平位置に位置決めしても、電極とチップとの相対位置がズレてしまう、といった問題が生じる。
　なお、特許文献１には、二つの熱圧着素子（ボンディングヘッドに対応）で、二つのフィルムキャリア（チップに対応）を表示デバイスに押圧した状態で、他の二つの熱圧着素子を、他の二つのフィルムキャリアに接地させ、押圧開始する技術が開示されている。かかる技術の場合、上述した通り、ステージの撓みに起因する位置ずれが生じる恐れがあった。
　また、特許文献２には、複数のチップを、複数の圧着ツールで同時に押圧する技術が開示されている。ただし、この特許文献２の圧着ツールは、予め基板に対して仮接合されたチップ、すなわち、適正な位置に配置済みのチップを押圧しており、チップを、適切な位置にどのように配置するかについては、何ら言及されていない。
　以上の通り、従来の技術では、ステージの撓みに起因して、チップの位置精度が低下するおそれがあった。そこで、本明細書では、チップの位置精度をより向上できる半導体装置の製造装置、および、製造方法を開示する。
　本明細書で開示する半導体装置の製造装置は、基板が載置されるステージと、チップを保持して鉛直方向に移動可能なボンディングツールを有し、互いに独立して水平に移動可能な複数のボンディングヘッドと、前記複数のボンディングヘッドそれぞれに、水平方向に位置決めする位置決め処理と、前記チップが前記基板または他のチップに接地するまで下降する接地処理と、接地させた前記チップにボンディングのための荷重を付加する加圧処理と、を実行させるコントローラと、を備え、前記コントローラは、いずれのボンディングヘッドも前記加圧処理を実行していない非加圧期間中に、前記複数のボンディングヘッドに前記位置決め処理および前記接地処理を互いに独立して実行させ、前記位置決め処理および前記接地処理を終えた少なくとも二つのボンディングヘッドに、前記加圧処理を、その実行期間が少なくとも部分的に重複するように、並行して実行させる、ことを特徴とする。
　この場合、前記コントローラは、前記少なくとも二つのボンディングヘッドを、それぞれ、自身の接地処理が完了した後、他のボンディングヘッドによる接地処理が完了するまで、接地状態のまま待機させてもよい。
　また、さらに、前記複数のボンディングヘッドに、新たな前記チップを順番に供給する単一のピックアップユニットを備え、前記コントローラは、前記複数のボンディングヘッドによる、新たなチップを受け取る受取処理の実行時間が、互いに重複しないように、前記複数のボンディングヘッドの前記受取処理の実行タイミングをずらしてもよい。
　また、さらに、前記複数のボンディングヘッドそれぞれに対応して設けられ、対応するボンディングヘッドに、新たな前記チップを供給する複数のピックアップユニットを備え、前記コントローラは、前記複数のボンディングヘッドそれぞれに、新たなチップを受け取る受取処理と、前記位置決め処理と、前記接地処理と、前記加圧処理と、を互いに並行して実行させるとともに、前記接地処理と前記加圧処理との間に所定の待機時間を設けてもよい。
　本明細書で開示する半導体装置の製造方法は、ステージに載置された基板に、チップをボンディングして半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、前記チップを保持して鉛直方向に移動可能なボンディングツールを有し、互いに独立して水平に移動可能な複数のボンディングヘッドそれぞれが、新たな前記チップを受け取る受取ステップと、水平方向に位置決めする位置決めステップと、前記チップが前記基板または他のチップに接地するまで下降する接地ステップと、接地させた前記チップにボンディングのための荷重を付加する加圧ステップと、を実行し、前記複数のボンディングヘッドは、いずれのボンディングヘッドも前記加圧ステップを実行していない非加圧期間中に、前記位置決めステップおよび前記接地ステップを互いに独立して実行し、前記位置決めステップおよび前記接地ステップを終えた少なくとも二つのボンディングヘッドは、前記加圧ステップを、その実行期間が少なくとも部分的に重複するように、並行して実行する、ことを特徴とする。
　本明細書で開示する技術によれば、チップの位置精度をより向上できる。
製造装置の構成を示す概略図である。 接地処理および加圧処理におけるボンディングツールの位置および付加荷重の推移を示すグラフである。 ボンディング処理の様子を示すイメージ図である ボンディング処理のタイミングチャートの一例を示す図である。 ボンディング処理のタイミングチャートの他の例を示す図である。 ボンディング処理のタイミングチャートの他の例を示す図である。 比較例のボンディング処理の様子を示すイメージ図である。 比較例のボンディング処理のタイミングチャートの一例を示す図である。
　以下、図面を参照して半導体装置の製造装置１０の構成について説明する。図１は、製造装置１０の構成を示す概略図である。この製造装置１０は、基板１１０に複数の半導体チップ１００をボンディングすることで半導体装置を製造する。
　製造装置１０は、ピックアップユニット１２と、二つのボンディングヘッド１４ｆ，１４ｓと、ステージ１６と、コントローラ１８と、を有している。ピックアップユニット１２は、ダイシングテープ１２０に載置された半導体チップ１００を突き上げる突き上げピン１９と、突き上げられた半導体チップ１００をその底面で保持するピックアップヘッド２０と、を有する。ピックアップヘッド２０は、水平方向に延びる回転軸Ｏを中心に回転可能となっている。ピックアップヘッド２０が、１８０度回転することで、ピックアップした半導体チップ１００を厚み方向に１８０度反転させることができる。これにより、半導体チップ１００のうちダイシングテープ１２０に接着されていた面が上方に向く。
　ステージ１６には、基板１１０が載置されるものである。このステージ１６の内部には、基板１１０を吸着保持するための吸引機構や、基板１１０を加温するヒータ等が組み込まれている。基板１１０の表面には、半導体チップ１００と電気的かつ機械的に接合される電極（図示せず）が複数形成されている。
　ステージ１６の上方には、二つのボンディングヘッド１４ｆ、１４ｓが設けられている。以下では、二つのボンディングヘッドのうち、一方を「第一ヘッド１４ｆ」、他方を「第二ヘッド１４ｓ」と呼ぶ。また、両者を区別する必要がない場合は、添え字アルファベットを省略し、「ボンディングヘッド１４」と呼ぶ。
　第一ヘッド１４ｆおよび第二ヘッド１４ｓは、基本的に同じ構造であるため、すなわち、各ボンディングヘッド１４は、それぞれ対応するＸＹテーブル２２に連結されており、ステージ１６の上面と平行な水平方向に、互いに独立して移動可能となっている。また、各ボンディングヘッド１４は、ボンディングツール２４と、昇降機構と、ヘッドカメラ２６と、を有している。ボンディングツール２４は、半導体チップ１００を吸引保持するものであり、昇降機構により、鉛直方向に移動可能となっている。ボンディングツール２４が、基板１１０に向かって下降することで、半導体チップ１００が基板１１０に接地され、加圧される。また、ボンディングツール２４には、保持している半導体チップ１００を加熱するためのヒータも設けられている。
　ヘッドカメラ２６は、光軸が下方に延びる姿勢でボンディングヘッド１４に取り付けられており、ステージ１６に載置された基板１１０等を撮像する。コントローラ１８は、このヘッドカメラ２６で撮像された画像等に基づいて、ボンディングヘッド１４と基板１１０と、の相対位置関係を算出し、その算出結果に基づいてボンディングヘッド１４を位置決めする。
　コントローラ１８は、製造装置１０の各部の駆動を制御する。このコントローラ１８は、物理的には、プロセッサ２８およびメモリ３０を有したコンピュータである。この「コンピュータ」には、コンピュータシステムを一つの集積回路に組み込んだマイクロコントローラも含まれる。また、プロセッサ２８とは、広義的なプロセッサを指し、汎用的なプロセッサ（例えばＣＰＵ：Ｃｅｎｔｒａｌ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、等）や、専用のプロセッサ（例えばＧＰＵ：Ｇｒａｐｈｉｃｓ　Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ　Ｕｎｉｔ、ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　Ｓｐｅｃｉｆｉｃ　Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ　Ｃｉｒｃｕｉｔ、ＦＰＧＡ：Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ、プログラマブル論理デバイス、等）を含むものである。また、以下に述べるプロセッサ２８の動作は、１つのプロセッサによって成すのみでなく、物理的に離れた位置に存在する複数のプロセッサが協働して成すものであってもよい。同様に、メモリ３０も、物理的に一つの要素である必要はなく、物理的に離れた位置に存在する複数のメモリで構成されてもよい。また、メモリ３０は、半導体メモリ（例えばＲＡＭ、ＲＯＭ、ソリッドステートドライブ等）および磁気ディスク（例えば、ハードディスクドライブ等）の少なくとも一つを含んでもよい。
　半導体装置を製造する際には、半導体チップ１００の底面に設けられた接合端子（例えばバンプ等、図示せず）を、基板１１０の表面に形成された電極（図示せず）に接合する。本例では、この接合端子を、ＴＣＢ（Thermal Compression Bonding：熱圧着）技術により、基板１１０の電極に接合している。ＴＣＢは、半導体チップ１００の接合端子を、基板１１０の電極に、それぞれの融点未満の温度条件で、高圧で圧着させ、接合面間に生じる原子の拡散を利用して原始的に接合する技術である。このＴＣＢの場合、半導体チップ１００に付加する接合荷重Ｆｂが比較的大きく、また、ボンディングヘッド１４で半導体チップ１００を基板１１０に押圧する加圧処理の時間が比較的、長くなる。
　ここで、本例では、第一ヘッド１４ｆによる加圧処理と並行して、第二ヘッド１４ｓによる加圧処理を実行する。また、一方のボンディングヘッド１４ｆ，１４ｓによる加圧処理に起因して、他方のボンディングヘッド１４ｓ，１４ｆの位置決め精度が低下しないように、両ボンディングヘッド１４ｆ，１４ｓの各処理の実行タイミングを調整している。
　これについて、比較例と本例とを比較して説明する。図２は、接地処理および加圧処理におけるボンディングツール２４の位置および付加荷重の推移を示すグラフである。図３は、本例のボンディング処理の様子を示すイメージ図であり、図４は、本例のボンディング処理のタイミングチャートの一例を示す図である。また、図７は、比較例のボンディング処理の様子を示すイメージ図であり、図８は、比較例のボンディング処理のタイミングチャートの一例を示す図である。比較例は、ボンディング処理の処理時間短縮を重視した処理となっている。
　半導体チップ１００を基板１１０にボンディングするボンディング処理では、コントローラ１８は、各ボンディングヘッド１４に、受取処理と、位置決め処理と、接地処理と、加圧処理と、を順番に実行させる。受取処理は、新たな半導体チップ１００をピックアップユニット１２から受け取る処理である。受取処理が完了すれば、コントローラ３４は、ボンディングツール２４で保持する半導体チップ１００の接合端子が、基板１１０の対応する電極の真上に位置するように、ボンディングツール２４を水平方向に位置決めする位置決め処理を実行する。この位置決め処理では、図３（ａ）または図７（ａ）に示すように、基板１１０をヘッドカメラ２６で撮像し、得られた撮像画像に基づいて、ボンディングヘッド１４の基板１１０に対する水平方向位置を取得する。
　位置決め処理が完了すれば、コントローラ３４は、図３（ｂ）または図７（ｂ）に示すように、ボンディングツール２４を下降させ、半導体チップ１００を基板１１０に接地させる接地処理を実行する。そして、接地処理が完了すれば、コントローラ３４は、ボンディングツール２４で半導体チップ１００に所定の接合荷重Ｆｂを付加する加圧処理を実行する。この接合荷重Ｆｂの付加により、半導体チップ１００の接合端子が、基板１１０の電極に接合される。なお、この荷重付加の際には、ステージ１６およびボンディングツール２４に設けられたヒータで、基板１１０および半導体チップ１００を、電極および接合端子の溶融温度未満の温度に加熱してもよい。
　この接地処理および加圧処理について、図２を参照して、より詳細に説明する。図２の上段は、この接地処理および加圧処理におけるボンディングツール２４のＺ位置の推移を、図２の下段は、接地処理および加圧処理における付加荷重の推移を、それぞれ示している。図２に示すように、接地処理では、ボンディングツール２４を基板１１０に向かって下降させる。時刻ｔａにおいて、半導体チップ１００が基板１１０に接触し始めると、荷重が徐々に上昇する。そして、半導体チップ１００に所定の接地荷重Ｆａを付加した状態で、ボンディングツール２４の変位が停止すれば、接地が完了したと判断される。図２の例では、時刻ｔｂにおいて、接地が完了したと判断される。接地が完了すれば、コントローラ１８は、ボンディングヘッド１４に設けられた昇降機構を駆動して、所定の接合荷重Ｆｂを半導体チップ１００に付加する加圧処理を開始する。この加圧が一定時間経過した時刻ｔｃになれば、コントローラ３４は、ボンディングツール２４を上昇させ、加圧処理を終了させる。
　ここで、本例では、ボンディングヘッド１４を二つ設けているが、ピックアップユニット１２は、一つしか設けていない。この場合、当然ながら、第一ヘッド１４ｆによる受取処理と第二ヘッド１４ｓによる受取処理と、を並行して実行できない。かかる場合において、処理時間の短縮を優先するのであれば、図８に示す比較例のように、第一ヘッド１４ｆによる受取処理の実行期間ｔ１０～ｔ１１に、第二ヘッド１４ｓは、受取処理以外の処理（図示例では加圧処理）を実行し、第二ヘッド１４ｓによる受取処理の実行期間ｔ１１～ｔ１２に、第一ヘッド１４ｆは、受取処理以外の処理（図示例では位置決め処理および接地処理）を実行すればよい。かかる構成とすれば、ボンディングヘッド１４が、何もせずに待機する待機時間をなくすことができ、半導体装置の製造に要する時間を短縮できる。
　しかし、比較例の構成では、一方のボンディングヘッド１４による加圧処理に起因して、他方のボンディングヘッド１４の位置決め精度が低下する恐れがあった。すなわち、比較例では、図８に示すように、第一ヘッド１４ｆが加圧処理を実行している期間中（ｔ１２～ｔ１４）に、第二ヘッド１４ｓが位置決処理（格子ハッチングの領域）および接地処理（横線ハッチングの領域）を行っている。加圧処理では、上述した通り、比較的、大きな接合荷重Ｆｂを基板１１０、ひいては、ステージ１６に付加する。これにより、ステージ１６および基板１１０が、図７（ｂ）に示すように、押圧個所を中心として、撓むことがあった。ステージ１６が撓んだ状態では、ステージ１６が水平な状態に比べて、基板１１０に対する第二ヘッド１４ｓの水平方向位置がズレてしまう。そのため、第一ヘッド１４ｆの加圧処理に起因してステージ１６が撓んだ状態で、第二ヘッド１４ｓによる位置決め処理または接地処理を行った場合、第二ヘッド１４ｓで保持する半導体チップ１００を適正な位置に接地させることができず、チップ接合の位置精度が低下する。
　そこで、本例では、第一ヘッド１４ｆの加圧処理の実行期間と第二ヘッド１４ｓの加圧処理の実行期間とを少なくとも部分的に重複させる一方で、位置決め処理および接地処理は、いずれのボンディングヘッド１４も加圧処理を実行していない非加圧期間中にのみ許容する構成としている。すなわち、図４に示すように、第一ヘッド１４ｆは、時刻ｔ３において、接地処理が完了したとしても、第二ヘッド１４ｓの接地処理が完了する時刻ｔ４までは、加圧処理を開始することなく、待機している。そして、第二ヘッド１４ｓの接地処理が完了した時刻ｔ４以降に、第一ヘッド１４ｆの加圧処理を開始する。換言すれば、本例では、第一ヘッド１４ｆの加圧処理の実行期間中（ｔ４～ｔ５）には、第二ヘッド１４ｓの位置決め処理および接地処理を実行せず、第二ヘッド１４ｓの加圧処理の実行期間中（ｔ４～ｔ５）には、第一ヘッド１４ｆの位置決め処理および接地処理を実行しない。かかる構成とすることで、位置決め処理および接地処理の実行期間中、加圧処理に起因するステージ１６の撓みが生じないため、位置決めおよび接地を正確に行うことができ、チップ接合の位置精度を向上できる。
　また、ＴＣＢの場合、加圧処理に要する時間は、受取処理から接地処理完了までに要する時間に比べて、数倍から十数倍長い。このように所要時間が長い加圧処理を、複数のボンディングヘッド１４で並行して実行することで、ボンディングヘッド１４の待機時間を短くでき、半導体装置の製造に要する時間の増加を小さく抑えられる。なお、図４の例では、第一ヘッド１４ｆの加圧処理と、第二ヘッド１４ｓの加圧処理と、を同時に開始している。しかし、二つのボンディングヘッド１４の加圧処理の開始タイミングは、第一ヘッド１４ｆおよび第二ヘッド１４ｓの双方の接地処理が完了した後であれば、必ずしも、同時である必要はない。すなわち、半導体チップ１００は、一度、適正な位置に接地すれば、そのあと、ステージ１６の撓みが生じたとしても、位置ずれは生じにくい。したがって、接地した後であれば、他のボンディングヘッド１４による加圧処理の開始、ひいては、ステージ１６の撓みが生じても、問題は少ないため、二つのボンディングヘッド１４の加圧処理の開始タイミングは一致していなくてもよい。ただし、ステージ１６にかかる荷重の偏りは少ないほうが望ましいため、二つのボンディングヘッド１４の加圧処理の開始タイミングは、ほぼ同じにすることが望ましい。
　いずれにしても、本明細書で開示する半導体装置の製造装置１０によれば、半導体チップ１００の位置精度をより向上できる。なお、これまで説明した構成は、一例であり、いずれのボンディングヘッド１４も加圧処理を実行していない非加圧期間中に、複数のボンディングヘッド１４に位置決め処理および接地処理を互いに独立して実行させ、位置決め処理および接地処理を終えた少なくとも二つのボンディングヘッド１４に、加圧処理を、その実行期間が少なくとも部分的に重複するように、並行して実行させるのであれば、その他の構成は、適宜、変更されてもよい。
　例えば、一つの製造装置１０に設けられるボンディングヘッド１４の個数は、２つに限らず、より多数でもよい。図５は、一つの製造装置１０が三つのボンディングヘッド１４を有する場合のタイミングチャートの一例である。図５の例では、三つのボンディングヘッド１４全ての接地処理が完了した時刻ｔ２以降に、各ボンディングヘッド１４の加圧処理を開始している。また、図５に示すように、複数のボンディングヘッド１４の加圧処理の開始タイミングは、同時である必要はなく、ズレていてもよい。
　また、上述の例では、ボンディングヘッド１４に、新たな半導体チップ１００を渡すピックアップユニット１２を一つのみ設けているが、ピックアップユニット１２は、ボンディングヘッド１４と同数、設けられてもよい。図６は、ピックアップユニット１２およびボンディングヘッド１４がともに二つ設けられている場合のタイミングチャートの一例である。この場合、ピックアップユニット１２は、それぞれ、対応するボンディングヘッド１４に、新たな半導体チップ１００を供給する。かかる構成の場合、二つのボンディングヘッド１４は、受取処理を並行して実行でき、その後に行う、位置決め処理、接地処理、加圧処理の開始タイミングを、ほぼ同じにすることができる。ただし、複数のボンディングヘッド１４における各処理の実行時間を完全に同じにすることは難しく、接地処理の終了タイミングは、微小にズレる。そこで、図６に示すように、接地処理と加圧処理との間に所定の待機時間（白抜き箇所）を設けてもよい。かかる待機時間を設けることで、接地処理の終了タイミングのズレを当該待機時間で吸収することができ、各ボンディングヘッド１４が、他のボンディングヘッド１４の進捗状況を考慮せずに、処理を進めることができる。その結果、複数のボンディングヘッド１４の制御を簡易化できる。また、上述の説明では、半導体チップ１００を基板１１０にボンディングする場合を例に挙げて説明したが、本明細書で開示の技術は、一つの半導体チップ１００を、他の半導体チップ１００の上にボンディングする場合に適用してもよい。
　１０　製造装置、１２　ピックアップユニット、１４　ボンディングヘッド、１６　ステージ、１８　コントローラ、１９　突き上げピン、２０　ピックアップヘッド、２２　ＸＹテーブル、２４　ボンディングツール、２６　ヘッドカメラ、２８　プロセッサ、３０　メモリ、３４　コントローラ、１００　半導体チップ、１１０　基板、１２０　ダイシングテープ。

Claims (5)

  1. 　基板が載置されるステージと、
    　チップを保持して鉛直方向に移動可能なボンディングツールを有し、互いに独立して水平に移動可能な複数のボンディングヘッドと、
    　前記複数のボンディングヘッドそれぞれに、水平方向に位置決めする位置決め処理と、前記チップが前記基板または他のチップに接地するまで下降する接地処理と、接地させた前記チップにボンディングのための荷重を付加する加圧処理と、を実行させるコントローラと、
    　を備え、前記コントローラは、いずれのボンディングヘッドも前記加圧処理を実行していない非加圧期間中に、前記複数のボンディングヘッドに前記位置決め処理および前記接地処理を互いに独立して実行させ、前記位置決め処理および前記接地処理を終えた少なくとも二つのボンディングヘッドに、前記加圧処理を、その実行期間が少なくとも部分的に重複するように、並行して実行させる、
    　ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
  2. 　請求項１に記載の半導体装置の製造装置であって、
    　前記コントローラは、前記少なくとも二つのボンディングヘッドを、それぞれ、自身の接地処理が完了した後、他のボンディングヘッドによる接地処理が完了するまで、接地状態のまま待機させる、ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
  3. 　請求項１または２に記載の半導体装置の製造装置であって、さらに、
    　前記複数のボンディングヘッドに、新たな前記チップを順番に供給する単一のピックアップユニットを備え、
    　前記コントローラは、前記複数のボンディングヘッドによる、新たなチップを受け取る受取処理の実行時間が、互いに重複しないように、前記複数のボンディングヘッドの前記受取処理の実行タイミングをずらす、
    　ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
  4. 　請求項１または２に記載の半導体装置の製造装置であって、さらに、
    　前記複数のボンディングヘッドそれぞれに対応して設けられ、対応するボンディングヘッドに、新たな前記チップを供給する複数のピックアップユニットを備え、
    　前記コントローラは、前記複数のボンディングヘッドそれぞれに、新たなチップを受け取る受取処理と、前記位置決め処理と、前記接地処理と、前記加圧処理とを、互いに並行して実行させるとともに、前記接地処理と前記加圧処理との間に所定の待機時間を設けている、ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
  5. 　ステージに載置された基板に、チップをボンディングして半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、
    　前記チップを保持して鉛直方向に移動可能なボンディングツールを有し、互いに独立して水平に移動可能な複数のボンディングヘッドそれぞれが、水平方向に位置決めする位置決めステップと、前記チップが前記基板または他のチップに接地するまで下降する接地ステップと、接地させた前記チップにボンディングのための荷重を付加する加圧ステップと、を実行し、
    　前記複数のボンディングヘッドは、いずれのボンディングヘッドも前記加圧ステップを実行していない非加圧期間中に、前記位置決めステップおよび前記接地ステップを互いに独立して実行し、
    　前記位置決めステップおよび前記接地ステップを終えた少なくとも二つのボンディングヘッドは、前記加圧ステップを、その実行期間が少なくとも部分的に重複するように、並行して実行する、
    　ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
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