JP2023128986A - レーザリフロー方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】接合不良を抑制しかつ歩留まりを向上することができるレーザリフロー方法を提供すること。【解決手段】レーザリフロー方法は、基板と、一方の面にバンプを有しバンプを介して基板上に載置された半導体チップと、を含む被加工物を準備する準備ステップ２０１と、基板上に載置された半導体チップを撮像して撮像画像内における半導体チップの傾きを検出する傾き検出ステップ２０２と、一方の面の反対側の他方の面から、半導体チップに対してレーザ光を照射して被加工物の被照射範囲に含まれるバンプをリフローさせるレーザ光照射ステップ２０３と、を備え、レーザ光照射ステップ２０３では、傾き検出ステップ２０２で検出した半導体チップの傾きに対応するように空間光変調器に表示する位相パターンを回転させることで、レーザ光の照射範囲を、被加工物の被照射面内で回転させた状態でレーザ光照射する。【選択図】図１
Description
本発明は、レーザリフロー方法に関する。
半導体デバイスの製造工程において、チップと外部端子とを電気的に接続する方法のひとつに、チップの電極とパッケージ基板上の電極とを向かいあわせにしてバンプを介して接続するフリップチップ実装方式がある。
一般に、フリップチップ実装では、基板全体を加熱してボンディングするマスリフロー（Mass Reflow）プロセスや、各チップを加熱、加圧することでボンディングするＴＣＢ（Thermo-Compression Bonding；熱圧着）プロセス等が採用されている。しかしながら、マスリフロープロセスは、基板全体を加熱することによる熱ストレスが課題となっており、ＴＣＢプロセスは、ボンダーヘッドの冷却に時間がかかる等生産性が劣ることが課題となっている。
上記のようなプロセスに対して優位性のあるプロセスとして、レーザ照射によりチップを基板上の電極に接続するレーザリフロープロセスが提案されている（特許文献１、２参照）。レーザリフロープロセスでは、基板全体に熱がかかることがないため熱ストレスを低減でき、また、複数のチップに対してレーザ光を照射することでＴＣＢプロセスよりも高い生産性が得られるという利点がある。
ところで、上述したレーザリフロープロセスは、レーザ光を任意の形状にしてチップに照射しており、例えば、チップの外形が四角形の場合は、レーザ光を四角形に成形してチップに照射する。しかしながら、基板に対してチップが傾いて載置されている場合、レーザ光が予め定められた領域に照射されてしまうと、チップの一部のみが加熱されることとなり、ボンディングされる領域とボンディングされない領域とが形成されて接続不良が発生する可能性がある。この対策として、レーザ光照射装置に回転軸を有する保持テーブルを搭載し、チップの傾きに合わせて都度保持テーブルを回転させることで照射位置をアライメントする方法も考えられるが、回転軸の制御に時間がかかり生産性が下がるという課題が残る。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、接合不良を抑制しかつ歩留まりを向上することができるレーザリフロー方法を提供することである。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明のレーザリフロー方法は、レーザ光源と、該レーザ光源から出射されたレーザ光を結像する結像手段と、該レーザ光源と該結像手段との間に配設され、レーザ光源から出射された該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する空間光変調器と、を備えたレーザ光照射装置を用いて、半導体チップを基板に接続するレーザリフロー方法であって、基板と、一方の面にバンプを有し該バンプを介して該基板上に載置された半導体チップと、を含む被加工物を準備する準備ステップと、該基板上に載置された該半導体チップを撮像して撮像画像内における該半導体チップの傾きを検出する傾き検出ステップと、該一方の面の反対側の他方の面から、該半導体チップに対してレーザ光を照射して該被加工物の被照射範囲に含まれるバンプをリフローさせるレーザ光照射ステップと、を備え、該レーザ光照射ステップでは、該傾き検出ステップで検出した該半導体チップの該傾きに対応するように該空間光変調器に表示する位相パターンを回転させることで、該レーザ光の照射範囲を、該被加工物の被照射面内で回転させた状態でレーザ光を照射することを特徴とする。
また、本発明のレーザリフロー方法において、該傾き検出ステップでは、該撮像画像内に存在する直線を検出することで該半導体チップの傾きを検出してもよい。
また、本発明のレーザリフロー方法において、前記結像手段は、前記空間光変調器が有する結像機能であってもよい。
本発明は、接合不良を抑制しかつ歩留まりを向上することができる。
本発明を実施するための形態（実施形態）につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。更に、以下に記載した構成は適宜組み合わせることが可能である。また、本発明の要旨を逸脱しない範囲で構成の種々の省略、置換または変更を行うことができる。
〔実施形態〕
本発明の実施形態に係るレーザリフロー方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るレーザリフロー方法の流れを示すフローチャート図である。図１に示すように、レーザリフロー方法は、準備ステップ２０１と、傾き検出ステップ２０２と、レーザ光照射ステップ２０３と、を備える。
本発明の実施形態に係るレーザリフロー方法を図面に基づいて説明する。図１は、実施形態に係るレーザリフロー方法の流れを示すフローチャート図である。図１に示すように、レーザリフロー方法は、準備ステップ２０１と、傾き検出ステップ２０２と、レーザ光照射ステップ２０３と、を備える。
（準備ステップ２０１）
図２は、図１に示す準備ステップ２０１で準備される被加工物１００の斜視図である。図３は、図２に示す被加工物１００の要部断面図である。図２および図３に示すように、被加工物１００は、基板１１０と、バンプ１３０を有する半導体チップ１２０と、を含む。
図２は、図１に示す準備ステップ２０１で準備される被加工物１００の斜視図である。図３は、図２に示す被加工物１００の要部断面図である。図２および図３に示すように、被加工物１００は、基板１１０と、バンプ１３０を有する半導体チップ１２０と、を含む。
準備ステップ２０１は、半導体チップ１２０が基板１１０上に載置された被加工物１００を準備するステップである。この際、半導体チップ１２０は、バンプ１３０を有する一方の面（表面１２１）を下向きにした状態で、バンプ１３０を介して、表面１１１側が上向きにされた基板１１０の表面１１１側に載置される。
基板１１０は、実施形態において、矩形状である。基板１１０は、例えば、ＰＣＢ基板（Printed Circuit Board）や、チップに分割される前のデバイスウェーハ等である。基板１１０の表面１１１側には、バンプ１３０を介して半導体チップ１２０が複数配置される。半導体チップ１２０は、表面１２１に１以上のバンプ１３０を有する。バンプ１３０は、半導体チップ１２０の表面１２１に設けられる突起状の端子である。
半導体チップ１２０は、バンプ１３０が加熱され溶けることによって、基板１１０上の電極に接続する。すなわち、準備ステップ２０１で準備される被加工物１００は、バンプ１３０をレーザ光２１（図５参照）でリフローさせることにより、半導体チップ１２０が基板１１０に対してフリップ実装されることが予定されるものである。
なお、被加工物１００は、実施形態における半導体チップ１２０がバンプ１３０を介して基板１１０に配列されたものの他に、複数の半導体チップ１２０が積層され、各々の半導体チップ１２０間にバンプ１３０が存在するもの等でもよい。
（レーザ光照射装置）
図４は、図１に示す傾き検出ステップ２０２およびレーザ光照射ステップ２０３を実施するレーザ光照射装置１の構成例を示す斜視図である。図５は、図４に示すレーザ光照射装置１の光学系の構成例を示す図である。なお、以下の説明において、Ｘ軸方向は、水平面における一方向である。Ｙ軸方向は、水平面において、Ｘ軸方向に直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向である。
図４は、図１に示す傾き検出ステップ２０２およびレーザ光照射ステップ２０３を実施するレーザ光照射装置１の構成例を示す斜視図である。図５は、図４に示すレーザ光照射装置１の光学系の構成例を示す図である。なお、以下の説明において、Ｘ軸方向は、水平面における一方向である。Ｙ軸方向は、水平面において、Ｘ軸方向に直交する方向である。Ｚ軸方向は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直交する方向である。
実施形態のレーザ光照射装置１は、保持テーブル１０に保持された被加工物１００の基板１１０上に載置された半導体チップ１２０に対してレーザ光２１を照射することにより、バンプ１３０をリフローさせて半導体チップ１２０を基板１１０に接続することが可能な装置である。実施形態のレーザ光照射装置１は、保持テーブル１０と、レーザ光照射ユニット２０と、移動ユニット３０と、撮像ユニット７０と、表示ユニット８０と、制御ユニット９０と、を備える。
保持テーブル１０は、被加工物１００を保持面１１で保持する。保持面１１は、ポーラスセラミック等から形成された円板形状である。保持面１１は、実施形態において、水平方向と平行な平面である。保持面１１は、例えば、真空吸引経路を介して真空吸引源と接続している。保持テーブル１０は、保持面１１上に載置された被加工物１００を吸引保持する。
保持テーブル１０は、回転ユニット１３によりＺ軸方向と平行な軸心回りに回転される。回転ユニット１３は、Ｘ軸方向移動プレート１４に支持される。回転ユニット１３および保持テーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４を介して、移動ユニット３０のＸ軸方向移動ユニット４０によりＸ軸方向に移動される。回転ユニット１３および保持テーブル１０は、Ｘ軸方向移動プレート１４、Ｘ軸方向移動ユニット４０、およびＹ軸方向移動プレート１５を介して、移動ユニット３０のＹ軸方向移動ユニット５０によりＹ軸方向に移動される。
レーザ光照射ユニット２０は、保持テーブル１０に保持された被加工物１００にレーザ光２１を照射させるユニットである。図５に示すように、レーザ光照射ユニット２０は、レーザ光源２２と、均一照射ユニット２３と、導光ユニット２４と、空間光変調器２５と、結像手段２６と、を含む。
レーザ光源２２は、レーザ光２１を出射する。レーザ光源２２は、例えば、ファイバレーザ、単一のレーザダイオード（ＬＤ）を有する単一光源、または複数のレーザダイオードが配置されるマルチ光源等を含む。レーザ光源２２から出射されるレーザ光２１は、被加工物１００（半導体チップ１２０）に対して吸収性を有する波長の連続波（ＣＷ）である。
均一照射ユニット２３は、レーザ光源２２の後段に配置される。均一照射ユニット２３は、均一照射ユニット２３から出射されるレーザ光２１によって、後述の空間光変調器２５に対する均一照射面を形成するためのものである。この均一照射面では、レーザ光２１のパワー密度が均一なものとなる。
均一照射ユニット２３は、レーザ光源２２がマルチ光源である場合には、特に設けられることが好ましい。均一照射ユニット２３は、単一光源の場合にも、ガウシアン分布をなす光源の場合には、完全なトップハット分布にするために設けられることが好ましく、また、トップハット分布をなす光源の場合においてもより完全なトップハット分布にするために設けられることが好ましい。
均一照射ユニット２３としては、例えば、コリメートレンズと非球面レンズの組み合わせにより均一照射面が形成されるもの、コリメートレンズ、ＤＯＥ（Diffractive Optical Element；回折光学素子）および集光レンズの組み合わせにより均一照射面が形成されるもの、ロッドレンズ（ガラスからなる筒状部材）またはライトパイプ（鏡で囲まれた中空の筒状部材であり、ホモジナイザーロッドとも呼ぶ）と導光ユニット（リレーレンズや光ファイバ）との組み合わせにより均一照射面が形成されるもの、コリメートレンズと第一レンズアレイおよび第二レンズアレイ（複数のロッドレンズを束ねてアレイ状にしたものや、レンズをアレイ状に面加工したもの）と集光レンズとの組み合わせにより均一照射面が形成されるもの、等を利用することができる。
導光ユニット２４は、均一照射ユニット２３によって形成された均一照射面の光を、空間光変調器２５に転写するためのユニットである。なお、レーザ光照射ユニット２０が均一照射ユニット２３を含まない場合、導光ユニット２４は、レーザ光源２２からの直接の光を、空間光変調器２５に転写する。導光ユニット２４は、例えば、光ファイバやリレーレンズ（組みレンズ）により構成される。
空間光変調器２５は、レーザ光源２２と結像手段２６との間に配設される。空間光変調器２５は、空間光変調素子を含み、表示させる位相パターンに応じて、レーザ光源２２から出射されたレーザ光２１を変調して出射する。空間光変調器２５は、出射されるレーザ光２１の強度（パワー密度）の空間密度分布を制御することで、レーザ光２１を変調する、所謂、ＳＬＭ（Spatial Light Modulator）と称されるものである。
空間光変調器２５は、表示させる位相パターンを変更することによって、被加工物１００へレーザ光２１を照射する際の被加工物１００の被照射範囲の形状を変更する。空間光変調器２５としては、例えば、周知の反射型液晶ＬＣＯＳ（Liquid-Crystal on Silicon）、透過型液晶ＬＣＰ（Liquid Crystal Panel）、Deformable Mirror、ＤＭＤ（Digital Micro-mirror Device）、等の周知のＳＬＭデバイスを利用することができる。実施形態の空間光変調器２５は、ＬＣＯＳである。
結像手段２６は、入射されるレーザ光２１を、被加工物１００の被照射面に結像する。実施形態のレーザ光照射ユニット２０は、結像手段２６によって、保持テーブル１０上の被加工物１００における半導体チップ１２０の裏面１２２に対応する領域に、レーザ光２１を結像する。なお、レーザ光照射ユニット２０では、複数の半導体チップ１２０に対して同時に照射するようにしてもよい。実施形態の結像手段２６は、結像系２７と、拡大結像レンズ２８と、テレセントリックレンズ２９と、を含む。
結像系２７は、単一のレンズや、組みレンズからなる結像レンズで構成され、図５に示す一例では、両凸レンズと両凹レンズとを順に配置して構成される。なお、結像系２７は、空間光変調器２５が空間光変調素子により結像系２７（結像レンズ）の機能も兼ね備える場合には、省略されてもよい。
拡大結像レンズ２８は、結像系２７で結像される像（共役像）を拡大して被加工物１００の被照射面に結像するものである。なお、拡大結像レンズ２８は、省略されてもよい。
テレセントリックレンズ２９は、被加工物１００の被照射面に対して、レーザ光２１を垂直に入射させる、すなわち、光軸と平行に入射させるためのものである。なお、結像系２７をテレセントリックレンズ２９に構成することもでき、また、テレセントリックレンズ２９を省略して光学系を構成することとしてもよい。
図４に示す移動ユニット３０は、保持テーブル１０と、レーザ光照射ユニット２０とを相対的に移動させるユニットである。移動ユニット３０は、Ｘ軸方向移動ユニット４０と、Ｙ軸方向移動ユニット５０と、Ｚ軸方向移動ユニット６０と、を含む。
Ｘ軸方向移動ユニット４０は、保持テーブル１０と、レーザ光照射ユニット２０とをＸ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｘ軸方向移動ユニット４０は、実施形態において、保持テーブル１０をＸ軸方向に移動させる。Ｘ軸方向移動ユニット４０は、実施形態において、レーザ光照射装置１の装置本体２上に設置されている。
Ｘ軸方向移動ユニット４０は、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。Ｘ軸方向移動ユニット４０は、実施形態において、周知のボールねじ４１と、周知のパルスモータ４２と、周知のガイドレール４３と、を含む。ボールねじ４１は、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータ４２は、ボールねじ４１を軸心回りに回転させる。ガイドレール４３は、Ｘ軸方向移動プレート１４をＸ軸方向に移動自在に支持する。ガイドレール４３は、Ｙ軸方向移動プレート１５に固定して設けられる。
Ｙ軸方向移動ユニット５０は、保持テーブル１０と、レーザ光照射ユニット２０とをＹ軸方向に相対的に移動させるユニットである。Ｙ軸方向移動ユニット５０は、実施形態において、保持テーブル１０をＹ軸方向に移動させる。Ｙ軸方向移動ユニット５０は、実施形態において、レーザ光照射装置１の装置本体２上に設置されている。
Ｙ軸方向移動ユニット５０は、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。Ｙ軸方向移動ユニット５０は、実施形態において、周知のボールねじ５１と、周知のパルスモータ５２と、周知のガイドレール５３と、を含む。ボールねじ５１は、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータ５２は、ボールねじ５１を軸心回りに回転させる。ガイドレール５３は、Ｙ軸方向移動プレート１５をＹ軸方向に移動自在に支持する。ガイドレール５３は、装置本体２に固定して設けられる。
Ｚ軸方向移動ユニット６０は、図５に示す結像手段２６によって結像されたレーザ光２１の結像点を、光軸方向に移動させるユニットである。光軸方向は、保持テーブル１０の保持面１１と直交する方向であるＺ軸方向である。Ｚ軸方向移動ユニット６０は、保持テーブル１０と、レーザ光照射ユニット２０の少なくとも結像手段２６とを、Ｚ軸方向に相対的に移動させる。Ｚ軸方向移動ユニット６０は、実施形態において、レーザ光照射装置１の装置本体２から立設した立壁部３に設置されている。
Ｚ軸方向移動ユニット６０は、レーザ光照射ユニット２０のうち、少なくとも結像手段２６をＺ軸方向に移動自在に支持する。Ｚ軸方向移動ユニット６０は、実施形態において、周知のボールねじ６１と、周知のパルスモータ６２と、周知のガイドレール６３と、を含む。ボールねじ６１は、軸心回りに回転自在に設けられる。パルスモータ６２は、ボールねじ６１を軸心回りに回転させる。ガイドレール６３は、レーザ光照射ユニット２０をＺ軸方向に移動自在に支持する。ガイドレール６３は、立壁部３に固定して設けられる。
撮像ユニット７０は、保持テーブル１０の保持面１１に保持された被加工物１００を撮像する。撮像ユニット７０は、保持面１１に保持された被加工物１００を撮像するＣＣＤ（Charge Coupled Device）カメラまたは赤外線カメラを含む。撮像ユニット７０は、例えば、レーザ光照射ユニット２０の結像手段２６（図５参照）に隣接するように固定されている。撮像ユニット７０は、被加工物１００を撮像して、半導体チップ１２０の輪郭１２３を含む撮像画像７１（図７参照）を得て、得た撮像画像７１を制御ユニット９０に出力する。
表示ユニット８０は、液晶表示装置等により構成される表示部である。表示ユニット８０は、例えば、加工条件の設定画面、撮像ユニット７０が撮像した撮像画像７１、加工動作の状態等を、表示面に表示させる。表示ユニット８０の表示面がタッチパネルを含む場合、表示ユニット８０は、入力部を含んでもよい。入力部は、オペレータが加工内容情報を登録する等の各種操作を受付可能である。入力部は、キーボード等の外部入力装置であってもよい。表示ユニット８０は、表示面に表示される情報や画像が入力部等からの操作により切り換えられる。表示ユニット８０は、報知装置を含んでもよい。報知装置は、音および光の少なくとも一方を発してレーザ光照射装置１のオペレータに予め定められた報知情報を報知する。報知装置は、スピーカーまたは発光装置等の外部報知装置であってもよい。
制御ユニット９０は、レーザ光照射装置１の上述した各構成要素をそれぞれ制御して、被加工物１００に対する加工動作等をレーザ光照射装置１に実行させる。制御ユニット９０は、レーザ光照射ユニット２０、移動ユニット３０、撮像ユニット７０、および表示ユニット８０を制御する。制御ユニット９０は、演算手段としての演算処理装置と、記憶手段としての記憶装置と、通信手段としての入出力インターフェース装置と、を含むコンピュータである。演算処理装置は、例えば、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等のマイクロプロセッサを含む。記憶装置は、ＲＯＭ（Read Only Memory）またはＲＡＭ（Random Access Memory）等のメモリを有する。演算処理装置は、記憶装置に格納された所定のプログラムに基づいて各種の演算を行う。演算処理装置は、演算結果に従って、入出力インターフェース装置を介して各種制御信号を上述した各構成要素に出力し、レーザ光照射装置１の制御を行う。
制御ユニット９０の記憶装置は、例えば、レーザ光照射ユニット２０の空間光変調器２５に表示させる少なくとも１つの位相パターンを記憶する。記憶装置に記憶される位相パターンは、例えば、保持テーブル１０に保持された被加工物１００の半導体チップ１２０に対応する被照射範囲にレーザ光２１が結像するように変調する位相パターンを含む。また、記憶装置に記憶される位相パターンは、半導体チップ１２０に後述の傾き７４がない場合の基準となる位相パターンを含む。演算処理装置は、例えば、表示させる位相パターンを、半導体チップ１２０に後述の傾き７４に応じて回転させる。なお、記憶装置には、多様な照射範囲に対応する複数の位相パターンが記憶されてもよいが、照射範囲の回転のみ行う場合は１つの位相パターンのみ記憶されてもよい。
（傾き検出ステップ２０２）
図６は、図１に示す傾き検出ステップ２０２の一例を説明する図である。図７は、図６の傾き検出ステップ２０２で撮像された撮像画像７１の一例を示す図である。傾き検出ステップ２０２は、基板１１０上に載置された半導体チップ１２０を撮像して撮像画像７１内における半導体チップ１２０の傾き７４を検出するステップである。実施形態の傾き検出ステップ２０２は、図４に示すレーザ光照射装置１によって実施される。
図６は、図１に示す傾き検出ステップ２０２の一例を説明する図である。図７は、図６の傾き検出ステップ２０２で撮像された撮像画像７１の一例を示す図である。傾き検出ステップ２０２は、基板１１０上に載置された半導体チップ１２０を撮像して撮像画像７１内における半導体チップ１２０の傾き７４を検出するステップである。実施形態の傾き検出ステップ２０２は、図４に示すレーザ光照射装置１によって実施される。
傾き検出ステップ２０２では、まず、保持テーブル１０の保持面１１に被加工物１００を保持する。この際、保持面１１が基板１１０の裏面１１２側を保持し、基板１１０は表面１１１側にバンプ１３０を介して半導体チップ１２０が載置された状態である。次に、図６に示すように、撮像ユニット７０によって保持テーブル１０上の被加工物１００を撮像し、図７に示すような半導体チップ１２０の輪郭１２３を含む撮像画像７１を得て、得た撮像画像７１を制御ユニット９０に出力する。
撮像画像７１は、基準線７２を含む。基準線７２は、例えば、実施形態において、撮像画像７１の中心を通るＸ軸方向に平行な線である。なお、基準線７２がＸ軸方向に平行な線である場合、傾き検出ステップ２０２では、半導体チップ１２０の輪郭１２３のうち、ほぼＸ軸方向に延びる輪郭１２３を含む撮像画像７１を撮像する。
傾き検出ステップ２０２において、制御ユニット９０は、得た撮像画像７１内に存在する直線７３を検出する。直線７３は、すなわち、半導体チップ１２０の輪郭１２３に相当する。直線７３は、例えば、ハフ変換を適用して、撮像画像７１内の半導体チップ１２０と基板１１０との境界である輪郭１２３を構成する複数の点群の座標値に基づいて取得することができる。
制御ユニット９０は、次に、基準線７２と直線７３がなす角度である直線７３の傾き７４を算出する。傾き７４は、半導体チップ１２０の輪郭１２３のＸ軸方向に対する傾きに相当する。すなわち、傾き検出ステップ２０２では、傾き７４を、半導体チップ１２０のＸ軸方向に対する傾きとみなす。
（レーザ光照射ステップ２０３）
図８は、図１に示すレーザ光照射ステップ２０３の一例を説明する図である。図９は、図８のレーザ光照射ステップ２０３で照射されるレーザ光２１の照射範囲２１－１を示す図である。レーザ光照射ステップ２０３は、半導体チップ１２０に対してレーザ光２１を照射して被加工物１００の被照射範囲に含まれるバンプ１３０をリフローさせるステップである実施形態のレーザ光照射ステップ２０３は、図５に示す光学系を備えるレーザ光照射装置１によって実施される。
図８は、図１に示すレーザ光照射ステップ２０３の一例を説明する図である。図９は、図８のレーザ光照射ステップ２０３で照射されるレーザ光２１の照射範囲２１－１を示す図である。レーザ光照射ステップ２０３は、半導体チップ１２０に対してレーザ光２１を照射して被加工物１００の被照射範囲に含まれるバンプ１３０をリフローさせるステップである実施形態のレーザ光照射ステップ２０３は、図５に示す光学系を備えるレーザ光照射装置１によって実施される。
レーザ光照射ステップ２０３では、まず、傾き検出ステップ２０２で検出した半導体チップ１２０の傾き７４に対応するように、レーザ光照射ユニット２０の空間光変調器２５に表示する位相パターンを回転させる。これにより、図９に示すように、レーザ光２１の照射範囲２１－１は、被加工物１００の被照射面内で傾き７４の角度だけ回転する。
レーザ光照射ステップ２０３では、次に、半導体チップ１２０のバンプ１３０を有する一方の面（表面１２１）とは反対側の他方の面（裏面１２２）から、半導体チップ１２０に対してレーザ光２１を照射する。この際、レーザ光２１の照射範囲２１－１は、傾き検出ステップ２０２で検出した半導体チップ１２０の傾き７４に基づいて空間光変調器２５に表示させる位相パターンを回転させているため、半導体チップ１２０の形状に合わせてＸ軸方向に対して傾いた形状である。実施形態のレーザ光照射ステップ２０３では、被加工物１００に対して、１ｓｅｃ間、レーザ光２１を照射する。
これにより、レーザ光２１の照射範囲２１－１に相当するバンプ１３０がリフローされる。レーザ光２１の照射範囲２１－１は、Ｘ軸方向に対して傾き７４の分傾いているので、レーザ光２１が照射される被加工物１００の被照射範囲は、半導体チップ１２０の形状に沿う。したがって、レーザ光２１が照射された半導体チップ１２０の一方の面（表面１２１）側のバンプ１３０がリフローされて、半導体チップ１２０が基板１１０に接合される。
以上説明したように、実施形態に係るレーザリフロー方法は、半導体チップ１２０が基板１１０上に傾いた状態で載置されていても、半導体チップ１２０の傾き７４に合わせてレーザ光２１の照射範囲２１－１を回転させることにより、半導体チップ１２０全体にレーザ光２１を照射することができる。
例えば、マスリフロープロセスにおいては、基板に対して半導体チップが傾いて配置されていても、熱によるバンプやフラックスの溶融で全てのチップがセルフアライメントされる。これに対し、実施形態のレーザリフロー方法においても、半導体チップ１２０に配設されたバンプ１３０を均等に加熱し溶融させることができるので、溶融したバンプ１３０の表面張力による半導体チップ１２０のセルフアライメントが誘起される。
これにより、実施形態のレーザリフロー方法は、半導体チップ１２０に対応する範囲にのみレーザ光２１を照射するため、基板１１０全体を加熱するマスフロープロセスと比較して熱ストレスが抑制されるとともに、半導体チップ１２０が基板１１０の正しい位置に配置され、接合不良を抑制することが可能となり歩留まりの向上に貢献することができる。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。即ち、本発明の骨子を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、結像手段２６は、実施形態では空間光変調器２５とは別個に設けられる結像系２７、拡大結像レンズ２８、およびテレセントリックレンズ２９を含んで構成されるが、空間光変調器２５が有する結像機能であってもよい。
また、レーザリフロー方法は、傾き検出ステップ２０２の後、傾き７４があるか否かを判定する判定ステップを更に備えてもよい。この判定ステップにおいて傾き７４がないと判定された場合には、位相パターンを回転させずにレーザ照射を行う。
１ レーザ光照射装置
１０ 保持テーブル
２０ レーザ光照射ユニット
２１ レーザ光
２１－１ 照射範囲
２２ レーザ光源
２５ 空間光変調器
２６ 結像手段
３０ 移動ユニット
７０ 撮像ユニット
７１ 撮像画像
７２ 基準線
７３ 直線
７４ 傾き
８０ 表示ユニット
９０ 制御ユニット
１００ 被加工物
１１０ 基板
１１１ 表面
１１２ 裏面
１２０ 半導体チップ
１２１ 表面（一方の面）
１２２ 裏面（他方の面）
１２３ 輪郭
１３０ バンプ
１０ 保持テーブル
２０ レーザ光照射ユニット
２１ レーザ光
２１－１ 照射範囲
２２ レーザ光源
２５ 空間光変調器
２６ 結像手段
３０ 移動ユニット
７０ 撮像ユニット
７１ 撮像画像
７２ 基準線
７３ 直線
７４ 傾き
８０ 表示ユニット
９０ 制御ユニット
１００ 被加工物
１１０ 基板
１１１ 表面
１１２ 裏面
１２０ 半導体チップ
１２１ 表面（一方の面）
１２２ 裏面（他方の面）
１２３ 輪郭
１３０ バンプ
Claims (3)
- レーザ光源と、
該レーザ光源から出射されたレーザ光を結像する結像手段と、
該レーザ光源と該結像手段との間に配設され、レーザ光源から出射された該レーザ光を位相パターンに応じて変調して出射する空間光変調器と、
を備えたレーザ光照射装置を用いて、半導体チップを基板に接続するレーザリフロー方法であって、
基板と、一方の面にバンプを有し該バンプを介して該基板上に載置された半導体チップと、を含む被加工物を準備する準備ステップと、
該基板上に載置された該半導体チップを撮像して撮像画像内における該半導体チップの傾きを検出する傾き検出ステップと、
該一方の面の反対側の他方の面から、該半導体チップに対してレーザ光を照射して該被加工物の被照射範囲に含まれるバンプをリフローさせるレーザ光照射ステップと、
を備え、
該レーザ光照射ステップでは、
該傾き検出ステップで検出した該半導体チップの該傾きに対応するように該空間光変調器に表示する位相パターンを回転させることで、該レーザ光の照射範囲を、該被加工物の被照射面内で回転させた状態でレーザ光を照射することを特徴とする、
レーザリフロー方法。 - 該傾き検出ステップでは、
該撮像画像内に存在する直線を検出することで該半導体チップの傾きを検出することを特徴とする、
請求項１に記載のレーザリフロー方法。 - 前記結像手段は、前記空間光変調器が有する結像機能であることを特徴とする、
請求項１または２に記載のレーザリフロー方法。
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