JP6390978B2 - 半導体装置の製造装置 - Google Patents

Description

本発明は、半導体素子を基板に実装して半導体装置を製造する半導体装置の製造装置に関する。

近年、スマートフォン又はタブレット端末に代表される電子機器の小型化及び高性能化の進展に伴い、これらの端末に使用される半導体素子の高密度化、電極端子の多ピン化、及び、狭ピッチ化の流れが加速している。そのため、基板に半導体素子を実装する実装装置においては、基板の限られた狭い領域に高精度で実装することが求められている。

通常、ダイボンディングと呼ばれる半導体実装方法においては、半導体素子の電極面に形成された認識マークと、基板の電極面に形成された認識マークとをカメラ等の認識手段によって読み取り、得られた相対位置情報に基づき位置合わせをした後、実装することにより、所定の精度に実装してきた。しかし、通常の実装装置においては、半導体素子の吸着ノズルが不透明な部材から成るため、吸着ノズルで半導体素子を吸着する前にＣＣＤカメラなどで半導体素子の認識マークを認識していた。そのために、半導体素子を吸着ノズルで吸着する際の位置ずれが補正されずに、認識の位置からずれたまま実装されることになり、高精度化が図れないといった問題があった。

このような要求に対応するものとして、吸着ノズル内に光路方向変換部材が設けられ、吸着ノズルの側方に設けられた認識手段によって、吸着ノズルで吸着した半導体素子の認識マークを読み取ることにより、吸着による位置ずれを取得し、取得した位置ずれを補正して、実装の精度を向上する実装装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図９Ａは、特許文献１で提案されている半導体装置の実装装置１０１を概念的に示す構成図である。実装装置１０１は、半導体素子１０２を基板１０３に実装する装置である。半導体素子１０２には、複数の位置合わせ用の認識マーク１０４が形成されており、基板１０３には、複数の位置合わせ用の認識マーク１０５が、半導体素子１０２を実装する領域よりも外側に形成されている。半導体素子１０２を吸着保持する吸着ノズル１０６の内部には、光路方向変換手段としてプリズム１０９が設けられ、プリズム１０９の斜面１０９ａで下方からの半導体素子１０２の認識マーク１０４及び基板１０３の認識マーク１０５の反射像を、全反射により、側方に方向変換するようになっている。光路におけるプリズム斜面１０９ａの下部及び側部は、透明ガラスで構成されている。このため、認識マーク１０４と認識マーク１０５との位置情報を、吸着ノズル１０６の側方に設けられたＣＣＤカメラ１１１で読み取ることができる。

図９Ｂは、図９Ａの実装装置１０１における認識マーク１０４、１０５の位置合わせの一例を示す、半導体素子１０２と基板１０３との平面図である。図９Ｂに示すように、半導体素子１０２の認識マーク１０４と、その外側に位置する基板１０３の認識マーク１０５とが、ＣＣＤカメラ１１１の視野幅Ｗ以下の範囲内に配列するようにして、位置合わせが行われる。これらの認識マーク１０４、１０５を１視野で読み取ることにより、ＣＣＤカメラ１１１をＸ又はＹ方向に位置制御するだけで、焦点を合わせて、各認識マーク１０４、１０５を認識できるようになる。

前記のような実装装置１０１によれば、ＣＣＤカメラ１１１が吸着ノズル１０６の駆動軸とは分離して配置されているため、吸着ノズル１０６の中央部、すなわち吸着ノズル１０６が保持している半導体素子１０２の中央部で加圧できるようになり、中央部でモーメントを発生することがなくなり、接合時の位置ずれを防止して、実装精度を大幅に向上することができるとされている。特に微小な半導体素子（例えば、一辺が０．２〜０．５ｍｍの正方形の半導体素子）において、位置合わせ及び接合を容易にできるとされている。

国際公開ＷＯ第２００３／０４１４７８号

半導体装置の高密度化に対する進展は著しく、大容量のメモリ又はアプリケーションプロセッサ等の外形が大きな高機能半導体素子を、従来よりも高精度に実装することが求められる。

しかし、特許文献１に提案される半導体装置の製造装置においては、外形が大きな半導体素子を１視野で認識するために、ＣＣＤカメラの倍率を低倍率に設定する必要がある。しかしながら、画像の解像度が低下するため、認識精度が低下し、実装精度のばらつきが大きくなるといった問題があった。例えば、半導体素子の外形寸法が１２ｍｍ×１２ｍｍの大型を用いるとともに倍率０．３倍のＣＣＤカメラを用いた場合、１画素あたりの分解能が１２〜１５μｍとなり、実装精度は±１５〜±２０μｍとなる。

一方、大型の半導体素子１０２を１視野ではなく２視野で認識しようとした場合、認識マークを個々に認識するために、ＣＣＤカメラ１１１を駆動しなければならない。しかし一方向に駆動するのみでは焦点が合わなくなるため、ＣＣＤカメラ１１１から半導体素子１０２上の認識マーク１０４までの光路長を一定に保つように、ＣＣＤカメラ１１１を駆動させる必要がある。そのために、認識までの時間が長くなり、生産性に問題があった。

本発明の半導体装置の製造装置は、前記課題を鑑み、外形が大きな半導体素子であっても、非常に高い精度で短時間で基板に半導体素子を実装することができる半導体装置の実装装置を提供することを目的とする。

前記目的を達成するために、本発明の１つの態様にかかる半導体装置の製造装置は、複数の位置合わせ用の認識マークが形成された被実装部材を、実装ヘッドを用いて、接合層を介して基板に実装する半導体装置の製造装置であって、
前記認識マークが形成された面に接触して前記被実装部材を吸着保持する吸着保持部材と、
前記吸着保持部材で吸着保持した前記被実装部材を加熱する第１加熱装置と、
前記実装ヘッドの外側に、前記被実装部材の前記認識マークを同時に認識して画像認識の情報を取得する画像認識装置と、
前記実装ヘッドの内側に、吸着保持した前記被実装部材の前記複数の認識マークの画像情報を前記画像認識装置に同時に導く複数の光学部品と、
前記画像認識装置で取得した前記画像認識の情報に基づき前記被実装部材の位置を算出する位置算出部とを備え、
前記複数の光学部品が、全て、１つのベース上の同一平面に固定されているとともに、
前記被実装部材の線膨張係数をα _１ とし、前記ベースの線膨張係数をα _２ とし、前記被実装部材の温度をＴ _１ とし、前記ベースの温度をＴ _２ とし、室温をＲＴとすると、
０．５ ≦ α _２ ×（Ｔ _２ −ＲＴ）／｛α _１ ×（Ｔ _１ −ＲＴ）｝ ≦ ２．０
である。

本発明の前記態様によれば、外形が大きな半導体素子であっても、非常に高い精度で、短時間で基板に実装することが可能になる。

本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造装置の構成を示す概略断面図 本発明の第１実施の形態における実装ヘッド内部の光学部品の構成を示す概略平面図 本発明の第１実施の形態における半導体素子の平面図 本発明の第１実施の形態における半導体素子の認識カメラによる観察像を示す概念図 本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造装置の構成を示す概略断面図 本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図 本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図 本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図 本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図 本発明の第２実施の形態における半導体装置の製造装置を示す概略断面図 本発明の第３実施の形態における半導体装置の製造装置を示す概略断面図 特許文献１で提案されている半導体装置の実装装置を概念的に示す概略構成図 図９Ａの実装装置における認識マークの位置合わせの一例を示す、半導体素子と基板の平面図

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

（第１実施の形態）
図１は、本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造装置の構成を示す概略断面図である。図１に示す本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造装置は、半導体素子２を吸着可能な吸着孔５ａを有する透明な吸着ノズル５を備えた実装ヘッド１と、実装ヘッド１に対向するように設けられた基板１３を固定するステージ１２と、ステージ１２の平面に対し垂直方向に実装ヘッド１を駆動するヘッド昇降駆動機構４０とを備えている。半導体素子２は被実装部材の一例として機能する。吸着ノズル５は吸着保持部材の一例として機能する。制御装置５１は、ヘッド昇降駆動機構４０と、後述するヒーター６と真空ポンプ４１とヘッド移動機構５２と画像処理装置４２と位置算出部５０とをそれぞれ駆動制御する。

半導体素子２は、例えばシリコーン、窒化ガリウム、又はシリコーンカーバイド等の不透明な材料から成る薄い板状部材である。半導体素子２の一方の面（図１では上面）２ａには、認識マーク３が、もう一方の面（図１では下面）２ｂには、例えば、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、又はシリコーン樹脂などの熱硬化型接着剤、熱可塑性接着剤、導電性接着剤、又はクリームはんだで構成される接着層４が形成されている。接着層４は、接合層の一例である。

また、基板１３は、例えばシリコーン、ガラス、ステンレス、又は樹脂基板などから成り、平面形状は、円形、又は矩形状などである。

実装ヘッド１は、下部に配置されて透明な材質から構成される吸着ノズル５と、吸着ノズル５の上側に隣接するように設けられかつ第１加熱装置の一例として機能する長方形板状のヒーター６と、ヒーター６の上方に配置されかつヒーター６と吸着ノズル５に対し平行に配置された長方形板状の透明板８で囲まれた真空室７とを備えている。真空室７は、実装ヘッド１の下部の内部に形成されている。実装ヘッド１の内側の上部には、複数個の光学部品１０が１つの平面９ａに固定された長方形板状のベース９を備える。なお、真空室７は真空ポンプ４１と接続されており、半導体素子２を真空吸着する機能を備えている。吸着ノズル５は、例えば、サファイヤ、石英、ガラス、又は耐熱プラスチックなどから構成されている。ヒーター６は、例えば光透過性に優れた酸化インジウムスズの薄膜部６ａを表面（下面）に形成するとよい。このように構成すれば、薄膜部６ａに通電加熱した状態でも、可視光を透過することができる。各光学部品１０としては、例えばミラー、又はプリズムなどを用いるとよい。

さらに、実装ヘッド１の側面には、光学部品１０と同じ高さに、光を透過する窓部１４が設けられている。さらに、実装ヘッド１の外部（外側）でかつ光学部品１０と同じ高さに、窓部１４を介して光学部品１０によって光路変換された画像が認識できる方向に認識カメラ１１が設けられている。認識カメラ１１には、画像処理装置４２が接続されており、認識カメラ１１と画像処理装置４２とで画像認識装置の一例として機能する。認識カメラ１１からの画像情報から、認識マーク３の位置を画像処理装置４２で背景差分法などの公知の画像処理を行って読み取ることができる。吸着された半導体素子２の認識マーク３の画像は、吸着ノズル５とヒーター６と透明板８とを透過したのち、光学部品１０によって半導体素子２の面から認識カメラ１１の撮像面に方向変換し、認識カメラ１１に取り込まれて、認識マーク３の位置情報を画像処理装置４２で読み取られる。ここで、半導体素子２上の２箇所の認識マーク３の位置情報から、吸着ノズル５の重心の座標に対する半導体素子２の相対座標を位置ずれ量として、画像処理装置４２に接続された位置算出部５０で算出する。半導体素子２の２箇所の認識マーク３が認識できるように、半導体素子２から認識カメラ１１に至るまでの光路は、複数個の光学部品１０を用いて少なくとも２つに分岐される。

次に、実装ヘッド１の内部の光学部品１０とベース９の構成について説明する。もし光学部品１０毎に異なるベース９に取り付けられていると、光学部品１０を１個ずつ所望の光路長になるよう調整することが必要になり、生産現場において品種切り替えに非常に時間を要する。さらに、ヒーター６を加熱すると、透明板８を介してヒーター６の輻射熱により、光学部品１０が加熱される。すると、光学部品１０が取り付けてあるベース９に熱が伝わり、複数のベース９がそれぞれの熱膨張により相互の距離が不規則に変化し、さらに光学部品１０の位置調整が困難になる。そこで、光路長を温度で制御できるように、複数個の光学部品１０（１０ａ〜１０ｆ）は全て同一の１つのベース９の１つの平面９ａに固定しておく必要がある。熱膨張による平面方向の２つの光路Ｌ１，Ｌ２のそれぞれの光路長の変化量は、ベース９の熱膨張量と同等になるため、光路長の制御が容易になる。

図２は、本発明の第１実施の形態における実装ヘッド内部の光学部品１０の一例としての第１光学部品１０ａ〜第６光学部品１０ｆの構成を示す概略平面図である。図２には、ベース９と平行な一平面９ａにおいて、認識カメラ１１から、ベース９に対し垂直方向に光路変換する第１光学部品１０ａとベース９の平面９ａに対してそれぞれ平行な方向に光路変換する第２光学部品１０ｂと第３光学部品１０ｃとに至るまでの第１光路Ｌ１と、ベース９に対し垂直方向に光路変換する第４光学部品１０ｄとベース９の平面９ａに対してそれぞれ平行な方向に光路変換する第５光学部品１０ｅと第６光学部品１０ｆとに至るまでの第２光路Ｌ２とを構成するように配置している。このように配置すれば、複数の認識マーク３ａ，３ｂの画像情報を、これらの光学部品１０ａ〜１０ｆにより認識カメラ１１に同時に導くことができる。言い換えれば、第１及び第２光路Ｌ１、Ｌ２は、認識カメラ１１から第３光学部品１０ｃと第２光学部品１０ｂとを介して第１光学部品１０ａへ至る第１光路Ｌ１と、認識カメラ１１から第６光学部品１０ｆと第５光学部品１０ｅとを介して第４光学部品１０ｄへ至る第２光路Ｌ２とに２つに分岐される。第１光学部品１０ａと第４光学部品１０ｄとによってそれぞれ光路変換された半導体素子２の２つの認識マーク３（図２では図示しない。）近傍の画像は、認識カメラ１１に同時に取り込まれる。ここで、個々の認識マーク３に対し、焦点調整が不要になるように、認識カメラ１１から第３光学部品１０ｃと第２光学部品１０ｂとを介して第１光学部品１０ａまでの第１光路Ｌ１の距離と、認識カメラ１１から第６光学部品１０ｆと第５光学部品１０ｅとを介して第４光学部品１０ｄまでの第２光路Ｌ２の距離とが等しくなるようにするとよい。ここで、ベース９と吸着ノズル５とは平行な位置関係にあるため、相互の距離は等しくなり、平面方向の光路Ｌ１，Ｌ２のみが等しくなればよい。

図３は、本発明の第１実施の形態における半導体素子２の平面図である。図３に示すように、半導体素子２には、第１認識マーク３ａと第２認識マーク３ｂといった複数の認識マーク３が半導体素子２の対角線上かつ半導体素子２の中点を挟む２つの位置、例えば中点を中心に点対称の位置に形成されている。但し、認識マーク３の位置はこれに限られるものではない。半導体素子２の任意の位置に、少なくとも２箇所形成されていれば構わない。

図４は、本発明の第１実施の形態における半導体素子２の認識カメラ１１による観察像を示す概念図である。図３に示す半導体素子２を実装ヘッド１で吸着したまま認識カメラ１１で観察した場合、実装ヘッド１の内部の複数の光学部品１０を経て反射した半導体素子２の認識マーク３の画像は、１つの画面内に第１認識マーク３ａと第２認識マーク３ｂとの近傍の拡大像が観察され、その他の光路を通らなかった部分は、影として黒色の像が得られる。この画像から得られた第１認識マーク３ａと第２認識マーク３ｂとの位置座標をそれぞれ画像処理装置４２で求めることにより、半導体素子２の平面方向の位置座標を位置算出部５０で算出することができる。そして、この位置座標を基に、制御装置５１により、ヘッド昇降駆動機構４０及びヘッド移動機構５２をそれぞれ駆動制御して、半導体素子２と基板１３との位置合わせを行いつつ実装して、半導体装置を製造することができる。

この方法によれば、低倍率のカメラを用いなくても、一例として対角にある２つの第１及び第２認識マーク３ａ，３ｂが認識カメラ１１の１つの視野で同時に観察できるため、認識マーク３ａ，３ｂの解像度を高めることができ、実装精度を大幅に向上することができる。各認識マーク３ａ，３ｂの近傍の視野サイズは、外形サイズ全体ではなく、吸着ノズル５で吸着する際の最大位置ずれのばらつきの範囲内に抑えればよい。例えば、半導体素子２の外形寸法が、１０ｍｍ×１０ｍｍの大型の半導体素子２を実装する場合、視野サイズを１０ｍｍ×１０ｍｍではなく、吸着時の位置ばらつきを考慮し、５０〜５００μｍとすることであれば構わない。第１実施の形態によれば、例えば１画素あたり０．１〜２μｍまで認識マーク３ａ，３ｂの解像度を高めることができる。

図５は、本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造装置の構成を示す概略断面図である。半導体素子２（図示しない）を搭載する移載ステージ１５と、基板１３（図示しない）を搭載するステージ１２とが一定距離離れた位置に設けられている。実装ヘッド１は、移載ステージ１５とステージ１２との間の往復移動を可能にする水平方向のヘッド移動機構５２と垂直方向のヘッド昇降駆動機構４０を備えて、制御装置５１でそれぞれ駆動制御している。認識カメラ１１は、ステージ１２の近傍の上方に固定されている。なお、認識カメラ１１は、実装ヘッド１に固定しても構わない。そのように実装ヘッド１に固定すれば、実装ヘッド１の移動動作中に認識カメラ１１で認識動作を行うことができるため、生産時間を短縮することができる。

図６Ａ〜図６Ｄは、本発明の第１実施の形態における半導体装置の製造方法を順に示す概略断面図である。これらの一連の動作は制御装置５１により動作制御されている。

まず、図６Ａに示すように、制御装置５１の制御の下で、移載ステージ１５上に搭載された半導体素子２に実装ヘッド１をヘッド昇降駆動機構４０により接近させた後、吸着用認識カメラ５３で半導体素子２に形成された認識マーク３を認識し、制御装置５１からの実装ヘッド１の位置情報を読み取った後、認識マーク３の認識情報（認識マーク３の相対座標の位置情報）と実装ヘッド１の位置情報（実装ヘッド１の絶対座標の位置情報）とに基づき、ヘッド移動機構５２とヘッド昇降駆動機構４０との駆動制御により、実装ヘッド１をＸ、Ｙ、及びθ方向に位置合わせして下降させて実装ヘッド１を半導体素子２に接触させる。なお、移載ステージ１５に、それぞれの半導体素子２が収納可能な凹形状になっているなどの位置合わせ機構がある場合は、吸着用認識カメラ５３を用いなくとも構わない。ここで、実装時間を短縮するために、実装ヘッド１は、ヒーター６により予め加熱していても構わない。

次に、図６Ｂに示すように、制御装置５１の制御の下で、半導体素子２は、真空吸着動作により実装ヘッド１の吸着ノズル５に吸着固定される。なお、真空吸着動作を行う際に半導体素子２と吸着ノズル５との間に空隙がある場合、負圧によって吸い寄せられて空中に浮いた半導体素子２は、周囲の気流の流れ又は半導体素子２の空中での傾き角度によって揺らぎ、吸着孔５ａの中心座標と半導体素子２の中心座標との間に位置ずれが生じる。その後、実装ヘッド１をヘッド昇降駆動機構４０により上方に引き上げる。

次に、図６Ａ〜図６Ｂの動作の間、制御装置５１の制御の下で、ステージ１２上に搭載された基板１３の複数の認識マークを基板用認識カメラ（図示しない）により認識し、認識結果に基づいて基板１３の位置座標を基板用の位置座標算出部で算出し、制御装置５１に基板位置情報として入力する。一方、図６Ｂの動作後、図６Ｃに示すように、制御装置５１の制御の下で、実装ヘッド１は、ヘッド移動機構５２により、ステージ１２上の停止位置まで水平方向に移動させる。そして、制御装置５１の制御の下で、ステージ１２上の停止位置において、支柱５４で支持された認識カメラ１１と画像処理装置４２とにより、実装ヘッド１に吸着された半導体素子２上の２つの認識マーク３ａ，３ｂを同時に画像認識し、画像認識結果を基に、基板１３に対する半導体素子２の相対座標を位置算出部５０により算出する。

なお、認識カメラ１１を、図６Ｃに示す支柱５４の上方の位置ではなく、支柱５４の下方のステージ１２の近傍の位置に設け、実装ヘッド１を水平方向に移動した後、実装ヘッド１を、ステージ１２の近傍のカメラ１１の位置まで下降させて一時的に停止して画像認識したのち、さらに下降して実装するようにしても良い。このような構成によれば、認識カメラ１１をステージ１２に近い位置で画像認識ができるため、画像認識時に、実装ヘッド１の移動中の振動によるずれの影響を減らすことができる。

次に、図６Ｄに示すように、制御装置５１の制御の下で、位置算出部５０での算出結果に基づき、実装ヘッド１及びステージ１２のいずれか又は両方を、ヘッド移動機構５２によりＸ、Ｙ、θ方向に移動させ、基板１３に半導体素子２を加圧しながらヘッド昇降駆動機構４０により下降させて実装する。ここで、実装ヘッド１の吸着ノズル５を伝って半導体素子２の裏面の接着層４にヒーター６の熱が伝わり、熱によって軟化した接着層４は、基板１３に押し当てられて接着される。

この方法によれば、１個の認識カメラ１１を支柱５４でステージ１２の側方に固定したまま、２つの認識マーク３ａ，３ｂを１個の認識カメラ１１と画像処理装置４２とで同時に画像認識するため、複数個のカメラの精度の差及びカメラ又は実装ヘッド１の移動によって生じる認識精度ばらつきを考慮しなくて良く、かつ実装直前の位置情報に基づき実装できるため、非常に高い精度で実装して、半導体装置を製造することが可能になる。

接着層４の接着力を十分確保するためには、吸着ノズル５に吸着された半導体素子２は高温に加熱する必要がある。接着層４が熱可塑性材料から成る場合は、熱可塑性材料の軟化点以上に上げればよく、熱硬化性材料からなる場合は硬化開始温度以上に上げればよく、金属から成る場合は金属の融点以上に上げるとよい。一方、実装ヘッド内部、特に光学部品１０の近傍は、高温に曝されると、陽炎のような気流の揺れが発生し、画像が乱れて画像認識できなかったり、光学部品１０がベース９から剥離するといった問題が発生する。このため、光学部品１０が固定されたベース９の温度を、半導体素子２よりも低温に保つ必要がある。例えば、半導体素子２は１５０〜２００℃、光学部品１０は８０℃以下に保つことが望ましい。

しかし、半導体素子２の２つの認識マーク３ａ，３ｂ間の距離が大きく離れており、かつベース９と半導体素子２との線膨張係数が同等である場合、高温の半導体素子２の２つの認識マーク３ａ，３ｂ間の距離の熱膨張量が、低温のベース９上の認識マーク３ａ，３ｂに対応する複数の光学部品１０（１０ａ〜１０ｆ）間の距離の熱膨張量よりも大きくなる。このため、半導体素子２の２つの認識マーク３ａ，３ｂのいずれかあるいは両方が認識カメラ１１の視野から外れる問題が生じることがある。このような問題を防ぐために、温度差がある半導体素子２とベース９との熱膨張量を同等にする必要がある。半導体素子２とベース９との線膨張係数をそれぞれα_１、α_２とし、半導体素子２とベース９との温度をＴ_１、Ｔ_２とし、室温をＲＴとすると、
０．５ ≦ α_２×（Ｔ_２−ＲＴ）／｛α_１×（Ｔ_１−ＲＴ）｝ ≦ ２．０
・・・・・・式（１）
となるように、半導体素子２とベース９との線膨張係数を設定するとよい。α_２×（Ｔ_２−ＲＴ）／｛α_１×（Ｔ_１−ＲＴ）｝が０．５未満になると、半導体素子２の熱膨張量がベース９の熱膨張量を大きく上回るため、視野から外れる。また、α_２×（Ｔ_２−ＲＴ）／｛α_１×（Ｔ_１−ＲＴ）｝＞２．０の場合、ベース９の熱膨張量が半導体素子２の熱膨張量を大きく上回るため、視野から外れる。

例えば、半導体素子２とベース９とがそれぞれ１５０℃と４０〜５０℃とであり、室温が３０℃であり、半導体素子２の線膨張係数が３ｐｐｍである場合、式（１）に基づき、ベース９は、線膨張係数が１８〜３６ｐｐｍとなる材料を選定するとよく、例えばステンレス、鉄、銅、アルミニウム、又は、耐熱プラスチック樹脂などを用いるとよい。半導体素子２が高温に加熱された場合、認識マーク３ａ，３ｂ間の距離の伸びを、低温の複数の光学部品１０間の距離の伸びに追従させることができる。そのため、両方の認識マーク３ａ，３ｂが視野から外れることなく観察できる。以上のような実装ヘッド１の構成をとれば、温度を上げても容易に視野から外れずに、２つの認識マーク３ａ，３ｂを認識できるようになる。

前記第１実施の形態の方法により、一例として、外形寸法が１０ｍｍ×１０ｍｍの半導体素子を直径３００ｍｍのシリコーンウエハから成る基板に実装した。ベース９には線膨張係数が１７ｐｐｍのＳＵＳ３０４を用い、半導体素子２の温度を１５０℃に設定した。なお光学部品１０及びベース９の温度は、４０〜５０℃であった。半導体素子２の頂点近傍に設けられた２つの認識マークは視野から外れることなく実装でき、実装時間は０．８秒であり、実装精度は±３μｍであった。

以上のように、第１実施の形態によれば、第１認識マーク３ａと第２認識マーク３ｂとの画像情報を認識カメラ１１の１つの画面内に複数の光学部品１０（１０ａ〜１０ｆ）で同時に導いて、第１認識マーク３ａと第２認識マーク３ｂとの位置座標を画像処理装置４２でそれぞれ求めることにより、半導体素子２の平面方向の位置座標を位置算出部５０で算出することができる。その結果、低倍率のカメラを用いなくとも、２つの第１及び第２認識マーク３ａ，３ｂが認識カメラ１１の１つの視野で同時に観察できて認識マーク３ａ，３ｂの解像度を高めることができ、外形が例えば１０ｍｍ×１０ｍｍのように大きな半導体素子であっても、非常に高い精度で、短時間で基板１３に実装することができる。また、複数の光学部品１０（１０ａ〜１０ｆ）が、全て、１つのベース９上の同一平面９ａに固定されているため、熱膨張による平面方向の２つの光路Ｌ１，Ｌ２のそれぞれの光路長の変化量は、ベース９の熱膨張量と同等になって、温度による光路長の制御が容易になる。

（第２実施の形態）
第１実施の形態において、実装ヘッド１には光透過性に優れた膜が形成されたヒーター６を有することについて述べたが、これに限られるものではない。より高温に加熱できるように光透過膜よりも熱容量を大きくするために、ヒーター６は、局所的に光透過部が設けられたヒーターであってもよい。

図７は、本発明の第２実施の形態における半導体装置の製造装置を示す概略断面図である。図１とは、実装ヘッド１に光透過部３１ａが局所的に設けられたヒーター３１を有している点で異なる。吸着ノズル５に吸着された半導体素子２の認識マーク３の近傍の画像が光学部品１０を介して認識カメラ１１で撮像できるように、ヒーター３１には、例えばガラスのような光透過材３１ｂの内部に配置されて、認識マーク３の近傍の領域以上を透過する光透過部３１ａを設ける。ヒーター３１は、一例として面状ヒーターから構成され、光路を通すための複数個の貫通穴が、局所的な光透過部３１ａとして面状ヒーターの任意の位置に設けられている。なお、局所的な光透過部３１ａの形成方法はこれに限られるものではない。前記光透過部３１ａを回避するように、導電ペースト又は導電膜から成る通電加熱用の配線形成を施したり、ライン状ヒーターを挿入してもよい。この方法によれば、例えば半導体素子２の温度を４００℃まで上げることができるようになり、接合層の別の例として金スズなどの高融点材料を用いた接合が可能になる。

（第３実施の形態）
また、熱膨張量をより精緻に制御できるように、ベース９に接するように第２のヒーター３２をベース９の上面に設けても構わない。第２のヒーター３２は第２加熱装置の一例として機能する。図８は、本発明の第３実施の形態における半導体装置の製造装置を示す概略断面図である。ベース９に接するように、温度制御機能が付いた第２のヒーター３２が設けられている。制御装置５１で制御することにより、第２のヒーター３２によりベース９の温度を所定の温度に設定できるため、ベース９の熱膨張量を制御することができるようになり、例えば１０ｍｍ×１０ｍｍのように外形の大きな半導体素子であっても、視野から外れることなく認識カメラ１１で認識でき、高精度で実装できるようになる。

本発明の第３実施の形態の方法により、一例として、外形寸法が１５ｍｍ×１５ｍｍの半導体素子２を外形寸法が２５０ｍｍ×３００ｍｍのガラスから成る基板に実装した。半導体素子２の線膨張係数は３ｐｐｍである。また、ベース９には線膨張係数が１７ｐｐｍのＳＵＳ３０４を用いた。半導体素子２の温度を２００℃に設定し、式（１）に基づき、ベース９の温度は、５６℃に設定した。半導体素子２の頂点近傍に設けられた２つの認識マーク３は視野から外れることなく同時に認識でき、実装時間は１．０秒で、実装精度は±２μｍであった。

以上のように、本発明の第３実施の形態によれば、外形が一層大きな半導体素子であっても非常に高い精度で、短時間で基板に実装することができる。また、本発明の第３実施の形態によれば、ステージ１２を加熱することなく実装できるため、複数個の半導体素子を大きな基板に実装する場合も、全ての半導体素子の加熱時間を一定に保つことができ、品質ばらつきの少ない生産が可能になるといった効果もある。

なお、前記様々な実施形態又は変形例のうちの任意の実施形態又は変形例を適宜組み合わせることにより、それぞれの有する効果を奏するようにすることができる。また、実施形態同士の組み合わせ又は実施例同士の組み合わせ又は実施形態と実施例との組み合わせが可能であると共に、異なる実施形態又は実施例の中の特徴同士の組み合わせも可能である。

本発明に係る半導体装置の製造装置は、基板に対し半導体素子を高精度に、短時間で実装する効果を有し、高速大容量メモリ、アプリケーションプロセッサ、ＣＰＵなどの大型の半導体素子の実装時に使用する半導体装置の製造装置において特に有用である。

１ 実装ヘッド
２ 半導体素子
３、３ａ、３ｂ 認識マーク
４ 接着層
５ 吸着ノズル
５ａ 吸着孔
６、３１、３２ ヒーター
７ 真空室
８ 透明板
９ ベース
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ、１０ｅ、１０ｆ 光学部品
１１ 認識カメラ
１２ ステージ
１３ 基板
１４ 窓部
１５ 移載ステージ
３１ａ 光透過部
３１ｂ 光透過材
４０ ヘッド昇降駆動機構
４１ 真空ポンプ
４２ 画像処理装置
５０ 位置算出部
５１ 制御装置
５２ ヘッド移動機構
５３ 吸着用認識カメラ
５４ 支柱

Claims (2)

1. 複数の位置合わせ用の認識マークが形成された被実装部材を、実装ヘッドを用いて、接合層を介して基板に実装する半導体装置の製造装置において、
   前記認識マークが形成された面に接触して前記被実装部材を吸着保持する吸着保持部材と、
   前記吸着保持部材で吸着保持した前記被実装部材を加熱する第１加熱装置と、
   前記実装ヘッドの外側に、前記被実装部材の前記認識マークを同時に認識して画像認識の情報を取得する画像認識装置と、
   前記実装ヘッドの内側に、吸着保持した前記被実装部材の前記複数の認識マークの画像情報を前記画像認識装置に同時に導く複数の光学部品と、
   前記画像認識装置で取得した前記画像認識の情報に基づき前記被実装部材の位置を算出する位置算出部とを備え、
   前記複数の光学部品が、全て、１つのベース上の同一平面に固定されているとともに、
   前記被実装部材の線膨張係数をα _１ とし、前記ベースの線膨張係数をα _２ とし、前記被実装部材の温度をＴ _１ とし、前記ベースの温度をＴ _２ とし、室温をＲＴとすると、
   ０．５ ≦ α _２ ×（Ｔ _２ −ＲＴ）／｛α _１ ×（Ｔ _１ −ＲＴ）｝ ≦ ２．０
   である、半導体装置の製造装置。
2. 前記ベースを加熱する第２加熱装置をさらに備える請求項１に記載の半導体装置の製造装置。

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