JP2005005304A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】熱膨張によるボンディング位置精度の劣化を抑制する。
【解決手段】テープ基板７の搬送方向の上流側にボンディングステージ１が延伸された延伸部２を設け、半導体チップ１２の熱膨張量に対応した熱膨張をリード電極１１ａ、１１ｂの形成領域に予め発生させてから、リード電極１１ａ、１１ｂの形成領域をボンディングステージ１上に搬送する。
【選択図】 図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関し、特に、ＣＯＦ（チップ・オン・フィルム）におけるＦＤＢ（フェイス・ダウン・ボンディング）に適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来の半導体装置では、例えば、特許文献１に開示されているように、熱圧着によりフレキシブル基板上に半導体チップを実装する方法がある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１３１４８号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、熱圧着によりフレキシブル基板上に半導体チップを実装する場合、フレキシブル基板および半導体チップに熱膨張が発生する。そして、フレキシブル基板と半導体チップとの間で熱膨張量が異なる場合、フレキシブル基板上に半導体チップをボンディングすると、ボンディング位置精度が劣化するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明の目的は、熱膨張によるボンディング位置精度の劣化を抑制することが半導体製造装置および半導体装置の製造方法を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上述した課題を解決するために、本発明の一態様に係る半導体製造装置によれば、回路基板を保持するボンディングステージと、前記回路基板上に半導体チップを配置するボンディングヘッドと、前記回路基板を搬送する搬送手段と、前記回路基板の搬送方向の上流側に前記ボンディングステージが延伸された延伸部と、前記ボンディングステージおよび前記延伸部の加熱制御を行う第１加熱制御手段と、前記ボンディングヘッドの加熱制御を行う第２加熱制御手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
これにより、ボンディングステージの上流側で回路基板を予め加熱することが可能となり、ボンディングステージ上に回路基板が搬送される際に、回路基板を予め熱膨張させることが可能となる。このため、半導体チップの熱膨張に対応させて回路基板を熱膨張させてから、半導体チップを回路基板上にボンディングすることが可能となり、半導体チップを回路基板上に精度よく実装することが可能となる。
【０００８】
また、搬送方向の上流側にボンディングステージを延伸させることにより、熱膨張させられた回路基板をボンディングステージ上に間隔を空けることなく搬送することが可能となる。このため、回路基板がボンディングステージに送られる途中に搬送が停止した場合においても、ボンディングステージに送られる回路基板の熱膨張状態を維持することが可能となり、ボンディング位置精度の劣化を防止することが可能となる。
【０００９】
また、本発明の一態様に係る半導体製造装置によれば、前記第１加熱制御手段は、前記ボンディングヘッドにより加熱される半導体チップの熱膨張量に対応した熱膨張が前記回路基板に発生するように、前記延伸部の加熱制御を行うことを特徴とする。
これにより、半導体チップの熱膨張量に対応した熱膨張を回路基板に発生させることが可能となり、ボンディングヘッドを介して半導体チップを加熱しながら回路基板上に半導体チップをボンディングする場合においても、半導体チップを回路基板上に精度よく実装することが可能となる。
【００１０】
また、本発明の一態様に係る半導体製造装置によれば、回路基板を保持するボンディングステージと、前記回路基板上に半導体チップを配置するボンディングヘッドと、前記回路基板を搬送する搬送手段と、前記ボンディングステージに送られる回路基板の予備加熱を行う予備加熱手段と、前記ボンディングステージの加熱制御を行う第１加熱制御手段と、前記ボンディングヘッドの加熱制御を行う第２加熱制御手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
これにより、半導体チップのボンディングが行われる前に回路基板を予め加熱することが可能となり、回路基板がボンディングステージ上に搬送される際に、回路基板を予め熱膨張させることが可能となる。このため、ボンディングステージ上における回路基板の滞留時間が異なる場合においても、半導体チップの熱膨張に対応させて回路基板を熱膨張させてから、半導体チップを回路基板上にボンディングすることが可能となり、回路基板の製品ピッチが異なる場合においても、半導体チップを回路基板上に精度よく実装することが可能となる。
【００１２】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体チップの熱膨張量に対応させて回路基板を熱膨張させてから、前記半導体チップを前記回路基板に実装することを特徴とする。
これにより、半導体チップを回路基板上に実装する際に半導体チップの加熱が行われる場合においても、半導体チップの熱膨張量に対応させて回路基板を熱膨張させることが可能となり、半導体チップを回路基板上に精度よく実装することが可能となる。
【００１３】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、回路基板を予備加熱する工程と、前記予備加熱された回路基板をボンディングステージ上に搬送する工程と、前記ボンディングステージ上に搬送された回路基板上に半導体チップをボンディングする工程とを特徴とする。
これにより、半導体チップのボンディングが行われる前に回路基板を予め加熱してから、回路基板をボンディングステージ上に搬送することが可能となり、回路基板がボンディングステージ上に搬送される際に、回路基板を予め熱膨張させることが可能となる。このため、半導体チップの熱膨張に対応させて回路基板を熱膨張させてから、半導体チップを回路基板上にボンディングすることが可能となり、半導体チップを回路基板上の実装する際に半導体チップの加熱が行われる場合においても、半導体チップを回路基板上に精度よく実装することが可能となる。
【００１４】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、半導体チップの熱膨張量に対応した熱膨張が回路基板に発生するように温度設定されたヒートブロック上に回路基板を搬送する工程と、前記ヒートブロック上に搬送された回路基板をボンディングステージ上に搬送する工程と、前記ボンディングステージ上に搬送された回路基板上に前記半導体チップをボンディングする工程とを特徴とする。
【００１５】
これにより、回路基板の下流側にて半導体チップのボンディングを行いながら、回路基板の上流側にて半導体チップの熱膨張量に対応させて回路基板を熱膨張させることが可能となる。このため、ボンディングステージ上における半導体チップの搬送タクトを考慮することなく、半導体チップの熱膨張量と回路基板の熱膨張量とを一致させることが可能となり、搬送効率の劣化を抑制しつつ、半導体チップを回路基板上に精度よく実装することが可能となる。
【００１６】
また、本発明の一態様に係る半導体装置の製造方法によれば、前記ヒートブロックは、前記ボンディングステージの上流側に一体的に形成されていることを特徴とする。
これにより、ヒートブロックにて熱膨張させられた回路基板をボンディングステージ上に間隔を空けることなく搬送することが可能となる。このため、回路基板がボンディングステージに送られる途中に搬送が停止した場合においても、ボンディングステージに送られる回路基板の熱膨張状態を維持することが可能となり、ボンディング位置精度の劣化を防止することが可能となる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態に係るボンディング装置およびボンディング方法について図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の第１実施形態に係るボンディング方法を示す断面図である。
図１において、ボンディングステージ１には、テープ基板７を吸着する吸引孔３ａ、３ｂが設けられるとともに、テープ基板７の搬送方向の上流側には、ボンディングステージ１が延伸された延伸部２が設けられている。また、ボンディングステージ１の上方には、半導体チップ９、１２を吸着保持しながら、半導体チップ９、１２をテープ基板７上に配置するボンディングヘッド５が設けられている。
【００１８】
ここで、半導体チップ９、１２には、突出電極１０ａ、１０ｂ、１３ａ、１３ｂがそれぞれ設けられ、テープ基板７上には、リード電極８ａ、８ｂ、１１ａ、１１ｂ、１４ａ、１４ｂが形成されている。
また、ボンディング装置には、ボンディングステージ１および延伸部２の加熱制御を行う加熱制御部４が設けられるとともに、ボンディングヘッド５の加熱制御を行う加熱制御部６が設けられている。
【００１９】
ここで、今回ボンディングされるテープ基板７の回路ブロックにはリード電極８ａ、８ｂが形成され、次回ボンディングされるテープ基板７の回路ブロックにはリード電極１１ａ、１１ｂが形成され、次々回ボンディングされるテープ基板７の回路ブロックにはリード電極１４ａ、１４ｂが形成されているものとする。
そして、図１（ａ）に示すように、今回ボンディングされるリード電極８ａ、８ｂの形成領域がボンディングステージ１上に搬送されるとともに、次回ボンディングされるリード電極１１ａ、１１ｂの形成領域が延伸部２上に搬送される。そして、吸引孔３ａ、３ｂを介してテープ基板７の吸引が行われながら、ボンディングヘッド５により吸着保持された半導体チップ９が今回ボンディングされるリード電極８ａ、８ｂの形成領域上に配置され、半導体チップ９に設けられた突出電極１０ａ、１０ｂがリード電極８ａ、８ｂに接合される。
【００２０】
ここで、ボンディングヘッド５により吸着保持された半導体チップ９はボンディングヘッド５を介して加熱される。また、ボンディングステージ１上に搬送されたリード電極８ａ、８ｂの形成領域は、ボンディングステージ１を介して加熱され、ボンディングステージ１の延伸部２上に搬送されたリード電極１１ａ、１１ｂの形成領域は、ボンディングステージ１の延伸部２を介して加熱される。
【００２１】
ここで、ボンディングステージ１および延伸部２の温度は、ボンディングヘッド１により加熱される半導体チップ９の熱膨張量に対応した熱膨張がテープ基板７に発生するように設定することができる。例えば、ボンディングヘッド５の温度は４６５℃程度、ボンディングステージ１および延伸部２の温度は１１５±１５℃程度に設定することができる。
【００２２】
そして、半導体チップ９に設けられた突出電極１０ａ、１０ｂがリード電極８ａ、８ｂに接合されると、テープ基板７が搬送される。そして、図１（ｂ）に示すように、今回ボンディングされるリード電極１１ａ、１１ｂの形成領域がボンディングステージ１上に搬送されるとともに、次回ボンディングされるリード電極１４ａ、１４ｂの形成領域が延伸部２上に搬送される。
【００２３】
そして、図１（ｃ）に示すように、吸引孔３ａ、３ｂを介してテープ基板７の吸引が行われながら、ボンディングヘッド５により吸着保持された半導体チップ１２が今回ボンディングされるリード電極１１ａ、１１ｂの形成領域上に配置され、半導体チップ１２に設けられた突出電極１３ａ、１３ｂがリード電極１１ａ、１１ｂに接合される。
【００２４】
ここで、今回ボンディングされるリード電極１１ａ、１１ｂの形成領域は、ボンディングステージ１上に搬送される前に延伸部２にて加熱され、半導体チップ１２の熱膨張量に対応した熱膨張をリード電極１１ａ、１１ｂの形成領域に予め発生させてから、リード電極１１ａ、１１ｂの形成領域をボンディングステージ１上に搬送することが可能となる。このため、ボンディングステージ１上にリード電極１１ａ、１１ｂの形成領域が留まっている時間に依存することなく、半導体チップ１２の熱膨張に対応させてリード電極１１ａ、１１ｂの形成領域を熱膨張させた状態で、半導体チップ１２をテープ基板７上にボンディングすることが可能となり、半導体チップ１２をテープ基板７上に精度よく実装することが可能となる。
【００２５】
また、テープ基板７の搬送方向の上流側にボンディングステージ１を延伸させることにより、熱膨張させられたテープ基板７をボンディングステージ１上に間隔を空けることなく搬送することが可能となる。このため、トラブルなどの発生によりテープ基板７の搬送が途中で停止した場合においても、ボンディングステージ１に送られるテープ基板７の熱膨張状態を維持することが可能となり、ボンディング位置精度の劣化を防止することが可能となる。
【００２６】
なお、突出電極１０ａ、１０ｂ、１３ａ、１３ｂとしては、例えば、Ａｕバンプ、Ａｕ／Ｎｉバンプ、半田材などで被覆されたＣｕバンプやＮｉバンプ、あるいは半田ボールなどを用いることができる。また、リード電極８ａ、８ｂ、１１ａ、１１ｂ、１４ａ、１４ｂとしては、例えば、銅Ｃｕ、鉄Ｆｅ、金Ａｕ、銀Ａｇ、半田材で被覆された銅Ｃｕ、金Ａｕで被覆された銅Ｃｕなどを用いることができる。
【００２７】
また、突出電極１０ａ、１０ｂ、１３ａ、１３ｂをリード電極８ａ、８ｂ、１１ａ、１１ｂにそれぞれ接合する場合、例えば、半田接合や合金接合などの金属接合を用いるようにしてもよく、ＡＣＦ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）接合、ＮＣＦ（Ｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｆｉｌｍ）接合、ＡＣＰ（Ａｎｉｓｏｔｒｏｐｉｃ Ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）接合、ＮＣＰ（Ｎｏｎｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ Ｐａｓｔｅ）接合などの圧接接合を用いるようにしてもよい。また、上述した実施形態では、ＣＯＦ（チップ・オン・フィルム）を例にとって説明したが、ＴＣＰ（テープ・キャリア、パッケージ）、ＣＯＧ（チップ・オン・グラス）、ＴＣＭ（テープキャリアモジュール）などに適用するようにしてもよい。
【００２８】
図２は、本発明の第２実施形態に係るボンディング方法を示す断面図である。
図２において、ボンディングステージ２１には、テープ基板２７を吸着する吸引孔２３ａ、２３ｂが設けられるとともに、テープ基板２７の搬送方向の上流側には、テープ基板２７を予備加熱するヒートブロック２２が設けられている。また、ボンディングステージ２１の上方には、半導体チップ２９、３２を吸着保持しながら、半導体チップ２９、３２をテープ基板２７上に配置するボンディングヘッド２５が設けられている。
【００２９】
ここで、半導体チップ２９、３２には、突出電極３０ａ、３０ｂ、３３ａ、３３ｂがそれぞれ設けられ、テープ基板２７上には、リード電極２８ａ、２８ｂ、３１ａ、３１ｂ、３４ａ、３４ｂが形成されている。
また、ボンディング装置には、ボンディングステージ２１およびヒートブロック２２の加熱制御をそれぞれ行う加熱制御部２４ａ、２４ｂが設けられるとともに、ボンディングヘッド２５の加熱制御を行う加熱制御部２６が設けられている。
【００３０】
ここで、今回ボンディングされるテープ基板２７の回路ブロックにはリード電極２８ａ、２８ｂが形成され、次回ボンディングされるテープ基板２７の回路ブロックにはリード電極３１ａ、３１ｂが形成され、次々回ボンディングされるテープ基板２７の回路ブロックにはリード電極３４ａ、３４ｂが形成されているものとする。
【００３１】
そして、図２（ａ）に示すように、今回ボンディングされるリード電極２８ａ、２８ｂの形成領域がボンディングステージ２１上に搬送されるとともに、次回ボンディングされるリード電極３１ａ、３１ｂの形成領域が延伸部２２上に搬送される。そして、吸引孔２３ａ、２３ｂを介してテープ基板２７の吸引が行われながら、ボンディングヘッド２５により吸着保持された半導体チップ２９が今回ボンディングされるリード電極２８ａ、２８ｂの形成領域上に配置され、半導体チップ２９に設けられた突出電極３０ａ、３０ｂがリード電極２８ａ、２８ｂに接合される。
【００３２】
ここで、ボンディングヘッド２５により吸着保持された半導体チップ２９はボンディングヘッド２５を介して加熱される。また、ボンディングステージ２１上に搬送されたリード電極２８ａ、２８ｂの形成領域は、ボンディングステージ２１を介して加熱され、ヒートブロック２２上に搬送されたリード電極３１ａ、３１ｂの形成領域は、ヒートブロック２２を介して加熱される。
【００３３】
ここで、ボンディングステージ２１およびヒートブロック２２の温度は、ボンディングヘッド２１により加熱される半導体チップ２９の熱膨張量に対応した熱膨張がテープ基板２７に発生するように設定することができる。例えば、ボンディングヘッド２５の温度は４６５℃程度、ボンディングステージ２１およびヒートブロック２２の温度は１１５±１５℃程度に設定することができる。
【００３４】
そして、半導体チップ２９に設けられた突出電極３０ａ、３０ｂがリード電極２８ａ、２８ｂに接合されると、テープ基板２７が搬送される。そして、図２（ｂ）に示すように、今回ボンディングされるリード電極３１ａ、３１ｂの形成領域がボンディングステージ２１上に搬送されるとともに、次回ボンディングされるリード電極３４ａ、３４ｂの形成領域がヒートブロック２２上に搬送される。
【００３５】
そして、図２（ｃ）に示すように、吸引孔２３ａ、２３ｂを介してテープ基板２７の吸引が行われながら、ボンディングヘッド２５により吸着保持された半導体チップ３２が今回ボンディングされるリード電極３１ａ、３１ｂの形成領域上に配置され、半導体チップ３２に設けられた突出電極３３ａ、３３ｂがリード電極３１ａ、３１ｂに接合される。
【００３６】
ここで、今回ボンディングされるリード電極３１ａ、３１ｂの形成領域は、ボンディングステージ２１上に搬送される前にヒートブロック２２にて加熱され、半導体チップ３２の熱膨張量に対応した熱膨張をリード電極３１ａ、３１ｂの形成領域に予め発生させてから、リード電極３１ａ、３１ｂの形成領域をボンディングステージ２１上に搬送することが可能となる。このため、ボンディングステージ２１上にリード電極３１ａ、３１ｂの形成領域が留まっている時間に依存することなく、半導体チップ３２の熱膨張に対応させてリード電極３１ａ、３１ｂの形成領域を熱膨張させた状態で、半導体チップ３２をテープ基板２７上にボンディングすることが可能となる。
【００３７】
この結果、テープ基板２７の製品ピッチが異なる場合においても、半導体チップ３２をテープ基板２７上に精度よく実装することが可能となる。また、ボンディングステージ２１の上流側にヒートブロック２２を設けることにより、ボンディングステージ２１を改造することなく、半導体チップ３２の熱膨張に対応させてリード電極３１ａ、３１ｂの形成領域を熱膨張させることができ、ボンディングステージ２１のコストアップを伴うことなく、半導体チップ３２をテープ基板２７上に精度よく実装することが可能となる。
【００３８】
なお、ヒートブロック２２はボンディングステージ２１に接触するように配置してもよい。これにより、ヒートブロック２２にて熱膨張させられたテープ基板２７をボンディングステージ２１上に間隔を空けることなく搬送することが可能となる。このため、トラブルなどの発生によりテープ基板２７の搬送が途中で停止した場合においても、ボンディングステージ２１に送られるテープ基板２７の熱膨張状態を維持することが可能となり、ボンディング位置精度の劣化を防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係るボンディング方法を示す断面図。
【図２】本発明の第２実施形態に係るボンディング方法を示す断面図。
【符号の説明】
１、２１ ボンディングステージ、２ 延伸部、３ａ、３ｂ、２３ａ、２３ｂ吸引孔、４、６、２４、２６ 加熱制御部、５、２５ ボンディングヘッド、７、２７ テープ基板、８ａ、８ｂ、１１ａ、１１ｂ、１４ａ、１４ｂ、２８ａ、２８ｂ、３１ａ、３１ｂ、３４ａ、３４ｂ リード電極、９、１２、２９、３２ 半導体チップ、１０ａ、１０ｂ、１３ａ、１３ｂ、３０ａ、３０ｂ、３３ａ、３３ｂ 突出電極、２２ ヒートブロック

Claims (7)

  1. 回路基板を保持するボンディングステージと、
    前記回路基板上に半導体チップを配置するボンディングヘッドと、
    前記回路基板を搬送する搬送手段と、
    前記回路基板の搬送方向の上流側に前記ボンディングステージが延伸された延伸部と、
    前記ボンディングステージおよび前記延伸部の加熱制御を行う第１加熱制御手段と、
    前記ボンディングヘッドの加熱制御を行う第２加熱制御手段とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
  2. 前記第１加熱制御手段は、前記ボンディングヘッドにより加熱される半導体チップの熱膨張量に対応した熱膨張が前記回路基板に発生するように、前記延伸部の加熱制御を行うことを特徴とする請求項１記載の半導体製造装置。
  3. 回路基板を保持するボンディングステージと、
    前記回路基板上に半導体チップを配置するボンディングヘッドと、
    前記回路基板を搬送する搬送手段と、
    前記ボンディングステージに送られる回路基板の予備加熱を行う予備加熱手段と、
    前記ボンディングステージの加熱制御を行う第１加熱制御手段と、
    前記ボンディングヘッドの加熱制御を行う第２加熱制御手段とを備えることを特徴とする半導体製造装置。
  4. 半導体チップの熱膨張量に対応させて回路基板を熱膨張させてから、前記半導体チップを前記回路基板に実装することを特徴とする半導体装置の製造方法。
  5. 回路基板を予備加熱する工程と、
    前記予備加熱された回路基板をボンディングステージ上に搬送する工程と、
    前記ボンディングステージ上に搬送された回路基板上に半導体チップをボンディングする工程とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  6. 半導体チップの熱膨張量に対応した熱膨張が回路基板に発生するように温度設定されたヒートブロック上に回路基板を搬送する工程と、
    前記ヒートブロック上に搬送された回路基板をボンディングステージ上に搬送する工程と、
    前記ボンディングステージ上に搬送された回路基板上に前記半導体チップをボンディングする工程とを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 前記ヒートブロックは、前記ボンディングステージの上流側に一体的に形成されていることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
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