JP6405999B2 - チップボンディング装置およびチップボンディング方法 - Google Patents

Description

開示の技術は、チップボンディング装置およびチップボンディング方法に関する。

フリップチップ実装に使用されるチップボンディング装置（チップボンダ）に関して以下の技術が知られている。

例えば、突起状電極を有する半導体チップに熱及び圧力を伝え、半導体チップを基板に接合させるフリップチップボンダーに用いられるアタッチメントにおいて、半導体チップから投影される部分の中央部の熱伝導率を、周辺部よりも低くしたものが知られている。

また、複数の領域に分けられた圧着面を有し、圧着面を被熱圧着部品に当接させながら被熱圧着部品を押圧する熱圧着ヘッドと、圧着面の各領域を加熱する複数のヒータと、複数のヒータをそれぞれ制御する温度調節器とを備えた熱圧着ツールが知られている。

また、発熱体が埋設されたヒータ部と、当該ヒータ部と一体的に形成されて当該ヒータ部を固定するホルダー部とを備えたセラミック基材からなるボンディング用ヒータが知られている。ヒータ部は、ヒータ面の外周近傍部に、当該ヒータ面の外周に沿って設けられた溝を有する。この溝は、ヒータ面に装着固定されるツールヘッドによりその開口部分が塞がれて溝内が閉空間となる。

特開２０１３−９８２６４号公報 特開２００７−２５８４８３号公報 特開２０００−２７７５６７号公報

フリップチップ実装においては、加熱されたボンディングツールで半導体チップを加熱および加圧することにより、半導体チップの接合面に設けられた半田バンプを溶融させ、半導体チップと基板とを接合する。

ボンディングツール内を流れる熱は、ボンディングツールの外周部から外部に放出されるため、ボンディングツールの外周部の温度は中央部の温度よりも低くなる。これにより、ボンディング時における半導体チップの外周部の温度は、中央部よりも低くなる。ボンディング時における半導体チップの面内温度差は、半導体チップのサイズが大きくなる程、大きくなる。従来のチップボンディング装置を用いて、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの半導体チップのボンディングを行った場合には、半導体チップのコーナ部と中央部の温度差が４０℃程度となる場合がある。今後、ＩＣ（integrated circuit）の高機能化に伴いチップサイズは、更に大きくなることが予想され、これによりボンディング時のチップ面内における温度差は更に大きくなると考えられる。

ボンディング時において、半導体チップの外周部の温度を半田バンプの溶融温度に対して最適化した場合には、半導体チップの中央部の温度は、半田バンプを溶融させる最適温度よりも著しく高くなる。ボンディング時に過剰な熱が加えられた半導体チップ中央部の半田バンプは、好ましくない化合物（例えばＣｕ_３Ｓｎ）が異常形成され、信頼性が低下する。

ボンディング時の半導体チップ面内における温度を均一化させるべく、上記のような技術が提案されているが、いずれも十分なものではなく、例えば、１０ｍｍ×１０ｍｍの半導体チップの面内温度差を１０℃以下に抑えることは困難であった。

開示の技術は、１つの側面として、ボンディング時における半導体チップの面内温度差を抑制することを目的とする。

開示の技術に係るボンディング装置は、中央部に熱源を備えず、外周部に熱源を備え、前記熱源によって外周部が発熱する発熱面を有するヒータ部と、前記ヒータ部からの熱源によって加熱されるボンディングツールを含む。前記ボンディングツールは、中央部が前記発熱面の中央部に直接または間接的に当接され且つ外周部が前記発熱面の外周部に直接または間接的に当接された第１の面を有する。前記ボンディングツールは、前記第１の面とは反対側に設けられ、ボンディング時にボンディング対象に当接される第２の面を有する。前記ボンディングツールは、前記第１の面の中心部を囲む溝を有する。

開示の技術によれば、１つの側面として、ボンディング時における半導体チップの面内温度差を抑制することができる、という効果を奏する。

開示の技術の実施形態に係るチップボンディング装置の構成を示す側面図である。 開示の技術の実施形態に係るチップボンディング装置の構成を示す斜視図である。 開示の技術の実施形態に係るチップボンディング装置の構成を示す斜視図である。 開示の技術の実施形態に係るヒータ部の発熱面の構成を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係るボンディングツールの構成を示す斜視図である。 図１Ｂにおける４−４線に沿った断面図である。 開示の技術の実施形態に係るチップボンディング装置を用いた半導体チップのボンディング方法を示す図である。 開示の技術の実施形態に係るチップボンディング装置を用いた半導体チップのボンディング方法を示す図である。 第１の比較例に係るチップボンディング装置における熱の流れを示す断面図である。 第２の比較例に係るチップボンディング装置における熱の流れを示す断面図である。 開示の技術の実施形態に係るチップボンディング装置における熱の流れ示す断面図である。 ボンディング時に過剰な熱が加えられた場合の半田バンプの初期状態を示す図である。 ボンディング時に適切な熱が加えられた場合の半田バンプの初期状態を模式的に示す図である。 ボンディング時に過剰な熱が加えられた場合の半田バンプの高温放置試験後の状態を示す図である。 ボンディング時に適切な熱が加えられた場合の半田バンプの高温放置試験後の状態を示す図である。 第１の比較例に係るチップボンディング装置における温度分布をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。 第２の比較例に係るチップボンディング装置における温度分布をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。 開示の技術の実施形態に係るチップボンディング装置における温度分布をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。 開示の技術の第２の実施形態に係るチップボンディング装置の構成を示す斜視図である。 図９Ａにおける９Ｂ−９Ｂ線に沿った断面図である。 開示の技術の第３の実施形態に係るチップボンディング装置の構成を示す断面図である。 開示の技術の第３の実施形態に係る恒温機構の冷媒流通部の構成を示す平面図である。 開示の技術の第３の実施形態に係るヒータ部の発熱面の構成を示す平面図である。 開示の技術の第４の実施形態に係るチップボンディング装置の構成を示す断面図である。 開示の技術の第４の実施形態に係るヒータ部の発熱面の構成を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係るボンディングツールに設けられる溝の他の形態を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係るボンディングツールに設けられる溝の他の形態を示す平面図である。 開示の技術の実施形態に係るチップボンディング装置の他の構成を示す側面図である。 開示の技術の実施形態に係る冷却部の構成を示す平面図である。

以下、開示の技術の実施形態の一例を図面を参照しつつ説明する。なお、各図面において、同一または対応する構成要素および部分には、同一の参照符号を付与している。

［第１の実施形態］
図１Ａは、開示の技術の第１の実施形態に係るチップボンディング装置１０の構成を示す側面図である。チップボンディング装置１０は、ヒータ部２０と、ボンディングツール３０とを備える。また、チップボンディング装置１０は、ボンディングツール３０の位置決め機構（図示せず）やチップボンディング装置１０によって半導体チップと接合される基板等を載置するステージ（図示せず）を含み得る。図１Ｂは、ヒータ部２０側から眺めたチップボンディング装置１０の斜視図であり、図１Ｃは、ボンディングツール３０側から眺めたチップボンディング装置１０の斜視図である。ヒータ部２０は熱源を備え、この熱源によって発熱する発熱面Ｓ_ｈを有する。本実施形態において、ヒータ部２０は直方体を呈し、発熱面Ｓ_ｈの外形は長方形または正方形とされている。

ボンディングツール３０は、ヒータ部２０の発熱面Ｓ_ｈに接する入熱面Ｓ_１を有し、入熱面Ｓ_１の反対側にボンディング対象である半導体チップに当接されるチップ当接面Ｓ_２を有する。ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２には、真空吸着によってボンディング対象である半導体チップをチップ当接面Ｓ_２に保持するための吸着口３１が設けられている。ヒータ部２０は、チップ当接面Ｓ_２が所定の温度となるようにボンディングツール３０を加熱する。

本実施形態において、ボンディングツール３０は、ヒータ部２０側に配置された入熱面Ｓ_１を有する第１の部分３０ａと、ヒータ部２０とは反対側に配置されたチップ当接面Ｓ_２を有する第２の部分３０ｂと、を有する。本実施形態において、入熱面Ｓ_１は、チップ当接面Ｓ_２よりも大きくなっている。ボンディングツール３０は、比較的熱伝導率の高い例えばＳｉＣやＡｌＮ（熱伝導率：１７０〜２００Ｗ／ｍ・Ｋ）等を主体とする材料で構成され得る。

図２は、第１の実施形態に係るヒータ部２０の発熱面Ｓ_ｈの構成を示す平面図である。ヒータ部２０の発熱面Ｓ_ｈは、図２における縦方向および横方向に発熱面Ｓ_ｈを均等に３分割することにより特定される９つの領域を有する。ヒータ部２０は、上記９つの領域のうち、外周部に相当する８つの領域にそれぞれ熱源２１ａ〜２１ｈを有する。熱源２１ａ〜２１ｈは、独立に温度制御が可能とされている。例えば、熱源２１ａ〜２１ｈは、それぞれが独立したマイクロセラミックヒータ等の面状発熱体で構成されていてもよい。本実施形態において、ヒータ部２０のコーナ部に配置された熱源２１ａ、２１ｃ、２１ｆおよび２１ｈは、コーナ部の間に配置された熱源２１ｂ、２１ｄ、２１ｅおよび２１ｇよりも設定温度が高くなっている。すなわち、発熱面Ｓ_ｈの外周部において、コーナ部はコーナ部以外の部分よりも高い温度で発熱する。なお、熱源２１ａ〜２１ｈの設定温度を均一にしてもよい。

ヒータ部２０の中央部には、熱源２１ａ〜２１ｈからの熱伝導を抑制する断熱材２２が設けられている。断熱材２２として、例えば、マシナブルセラミックス（熱伝導率：１．４〜８．６Ｗ／ｍ・Ｋ）やジルコニアセラミックス（熱伝導率：３．０〜１５．０Ｗ／ｍ・Ｋ）を好適に用いることができる。

ボンディングツール３０は、入熱面Ｓ_１の中央部がヒータ部２０の断熱材２２に当接され、入熱面Ｓ_１の外周部がヒータ部２０の熱源２１ａ〜２１ｈに当接されるように、ヒータ部２０に接続されている。換言すれば、入熱面Ｓ_１の中央部がヒータ部２０の中央部に当接され、入熱面Ｓ_１の外周部がヒータ部２０の外周部に当接されている。

図３は、入熱面Ｓ_１側から眺めたボンディングツール３０の斜視図である。図４は、図１Ｂにおける４−４線に沿ったチップボンディング装置１０の断面図である。ボンディングツール３０は、入熱面Ｓ_１において、入熱面Ｓ_１の中心部Ｃを囲む矩形環状の溝３２を有する。溝３２は、図４に示すように、ヒータ部２０の中央部に配置された断熱材２２の外縁よりも内側に配置されていることが好ましい。また、溝３２の深さは、ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１とチップ当接面Ｓ_２との間の距離の５０％以上であることが好ましい。

図５Ａおよび図５Ｂは、本実施形態に係るチップボンディング装置１０を用いた半導体チップのボンディング方法の一例を示す図であり、一例として、半導体チップ１００を基板１１０にボンディングする場合が示されている。

半導体チップ１００は、接合面に設けられた複数の半田バンプ１０１を有する。基板１１０の接合面には、半田バンプ１０１の各々に対応する複数の電極パッド１１１が設けられている。

はじめに、基板１１０の表面に、電極パッド１１１を覆うように、熱硬化性の接着剤１２０が塗布される。その後、基板１１０は、チップボンディング装置１０のステージ１４０上に保持される。

半導体チップ１００は、ヒータ部２０によって加熱されたボンディングツール３０によってピックアップされ、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２に保持される。ボンディングツール３０が、チップボンディング装置１０の位置決め機構（図示せず）によって位置制御されることにより、半導体チップ１００と基板１１０との位置合わせが行われる（図５Ａ）。

続いて、ボンディングツール３０は、半導体チップ１００を保持したまま降下し、半田バンプ１０１を基板１１０上の電極パッド１１１に接触させる。ボンディングツール３０は、半田バンプ１０１を電極パッド１１１に接触させた状態を維持しながら半導体チップ１００に熱および押圧を加える。これにより、半田バンプ１０１が溶融するとともに接着剤１２０が硬化する。その後、ボンディングツール３０は、半導体チップ１００の保持を解除して上昇する。半田バンプ１０１は、自然冷却によって凝固し、半導体チップ１００の基板１１０へのボンディングが完了する。

図６Ａは、第１の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘの断面図である。なお、図６Ａに示す断面は、図４に対応する断面である。第１の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘは、ヒータ部２０Ｘとボンディングツール３０Ｘとを含む。第１の比較例に係るヒータ部２０Ｘは、本実施形態に係るヒータ部２０が備える断熱材２２に相当する断熱構造を備えておらず、発熱面Ｓ_ｈの温度は、全域に亘り略均一となっている。また、第１の比較例に係るボンディングツール３０Ｘは、本実施形態に係るボンディングツール３０が備える溝３２を備えていない。

図６Ａにおいて、ボンディングツール３０Ｘにおける熱の流れが模式的に示されている。第１の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘによれば、ヒータ部２０Ｘからボンディングツール３０Ｘに供給された熱は、ボンディングツール３０Ｘの外周部から外部に放出されるとともに、ボンディングツール３０Ｘの中央部に蓄積される。これにより、ボンディングツール３０Ｘのチップ当接面Ｓ_２の中央部の温度は、外周部の温度よりも高くなる。すなわち、第１の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘによれば、ボンディングツール３０Ｘのチップ当接面Ｓ_２における面内温度差が大きくなりやすい。これにより、ボンディング時においてチップ当接面Ｓ_２に当接された半導体チップは、中央部の温度が外周部の温度よりも高くなる。ボンディング時において、半導体チップの外周部の温度を半田バンプの溶融温度に対して最適化した場合には、半導体チップの中央部の温度は、半田バンプを溶融させる最適温度よりも著しく高くなる。

図６Ｂは、第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｙの断面図である。なお、図６Ｂに示す断面は、図４に対応する断面である。第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｙは、本実施形態に係るヒータ部２０と同一のヒータ部２０と、第１の比較例に係るボンディングツール３０Ｘと同一のボンディングツール３０Ｘと、を含む。

図６Ｂにおいて、ボンディングツール３０Ｘにおける熱の流れが模式的に示されている。第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｙによれば、ヒータ部２０の中央部には、断熱材２２が設けられているので、ヒータ部２０の中央部は発熱せず、また、ヒータ部２０の外周部に設けられた熱源２１ａ〜２１ｈからの中央部への熱伝導も抑制される。これにより、ヒータ部２０の発熱面Ｓ_ｈの中央部の温度は、発熱面Ｓ_ｈの外周部の温度よりも低くなる。従って、ボンディングツール３０Ｘは、外周部が中央部より高い温度で加熱される。すなわち、ボンディングツール３０Ｘの中央部における入熱量が抑制される。しかしながら、ボンディングツール３０Ｘに供給された熱は、ボンディングツール３０Ｘの外周部から外部に放出されるとともに、ボンディングツール３０Ｘの中央部に蓄積される。第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｙによれば、ボンディングツール３０Ｘのチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を第１の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘを用いた場合よりも小さくすることができるが、十分ではない。

ここで、図７Ａは、ボンディング時に過剰な熱が加えられた場合の半田バンプ１０１の初期状態を示す図である。図７Ｂは、ボンディング時に適切な熱が加えられた場合の半田バンプ１０１の初期状態を模式的に示す図である。半田バンプ１０１は、例えばＣｕポスト１０２を介して半導体チップ１００に接合され得る。半田バンプ１０１は、例えば、ＳｎＡｇ半田であり、基板１１０上に設けられた電極パッド１１１は、Ｃｕを含んで構成され得る。図７Ａと図７Ｂとを比較して明らかなように、ボンディング時に過剰な熱が加えられた場合には、適切な熱が加えられた場合と比較して、初期状態におけるＣｕ_３Ｓｎ等のはんだ化合物１３０の生成量が著しく多くなる。

図７Ｃは、ボンディング時に過剰な熱が加えられた場合の半田バンプ１０１の高温放置試験後の状態を模式的に示す図である。図７Ｄは、ボンディング時に適切な熱が加えられた場合の半田バンプ１０１の高温放置試験後の状態を模式的に示す図である。なお、高温放置試験とは、試験対象に熱ストレスを加えることにより、当該試験対象の劣化の進行を加速させる信頼性試験における加速試験の一種である。図７Ｃと図７Ｄを比較して明らかなように、ボンディング時に過剰な熱が加えられた場合には、適切な熱が加えられた場合と比較して、高温放置試験後におけるはんだ化合物１３０の成長がより著しくなる。図７Ｃに示すように、半田バンプ１０１に占めるはんだ化合物１３０の割合が大きくなると、Ｓｎプアーの状態となり、カーケンダルボイド１３１が発生する。これにより、当該接合部における抵抗値が増加し、またはバンプオープンに至る場合がある。

第１および第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘおよび１０Ｙによれば、ボンディングツール３０Ｘのチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を十分に（例えば１０℃以下に）抑制することは困難であり、半導体チップの外周部と中央部との間で、接合品質に差が生じるおそれがある。

図６Ｃは、本実施形態に係るチップボンディング装置１０の断面図である。なお、図６Ｃに示す断面は、図４に対応する断面である。図６Ｃにおいて、ボンディングツール３０における熱の流れが模式的に示されている。本実施形態に係るチップボンディング装置１０によれば、ヒータ部２０の中央部には、断熱材２２が設けられているので、ヒータ部２０の中央部は発熱せず、また、ヒータ部２０の外周部に設けられた熱源２１ａ〜２１ｈからの中央部への熱伝導も抑制される。これにより、発熱面Ｓ_ｈの中央部の温度は、外周部の温度よりも低くなる。従って、ボンディングツール３０は、外周部が中央部より高い温度で加熱される。また、ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１に形成された環状の溝３２が断熱効果を発揮するので、ボンディングツール３０の外周部から中央部への熱伝導が抑制される。

このように、本実施形態に係るチップボンディング装置１０によれば、ヒータ部２０の中央部に熱源が配置されないことによってボンディングツール３０の中央部における入熱量が抑制される。さらに、ボンディングツール３０に設けられた環状の溝３２によってボンディングツール３０の外周部から中央部への熱伝導が抑制される。これにより、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２の中央部の温度を第１および第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘおよび１０Ｙよりも低くすることが可能となる。その結果、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を第１および第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘおよび１０Ｙよりも小さくすることが可能となる。

さらに、本実施形態に係るチップボンディング装置１０において、ヒータ部２０のコーナ部に配置された熱源２１ａ、２１ｃ、２１ｆおよび２１ｈの設定温度は、コーナ部の間に配置された熱源２１ｂ、２１ｄ、２１ｅおよび２１ｇの設定温度よりも高くなっている。従って、ボンディングツール３０は、コーナ部が最も高い温度で加熱され、外周部におけるコーナ部以外の部分がコーナ部よりも低い温度で加熱され、中央部が最も低い温度で加熱される。ボンディングツール３０は、コーナ部における放熱量が最も大きいので、ヒータ部２０における複数の熱源２１ａ〜２１ｈの温度設定を上記のようにすることで、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を更に小さくすることが可能となる。

図８Ａおよび図８Ｂは、それぞれ、上記した第１および第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘおよび１０Ｙにおける温度分布をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。図８Ｃは、本実施形態に係るチップボンディング装置１０における温度分布をシミュレーションにより求めた結果を示す図である。図８Ａ、８Ｂおよび８Ｃには、それぞれ、チップボンディング装置１０Ｘ、１０Ｙおよび１０をチップ当接面Ｓ_２側から眺めた斜視図とともに温度分布が示されている。

シミュレーションの条件は、以下のとおりである。チップボンディング装置１０Ｘ、１０Ｙおよび１０の温度分布の解析ツールとしてPro/Mechanicaを使用した。断熱材２２を除くヒータ部２０、２０Ｘおよびボンディングツール３０、３０Ｘの材料としてＳｉＣを使用した場合を想定し、これらの比熱を０．６７Ｊ／ｇ・Ｋとし、熱伝導率を２００Ｗ／ｍ・Ｋとした。ヒータ部２０の断熱材２２としてマシナブルセラミックスを使用した場合を想定し、断熱材２２の比熱を０．１９Ｊ／ｇ・Ｋとし、熱伝導率を１．７Ｗ／ｍ・Ｋとした。

ヒータ部２０および２０Ｘは、発熱面Ｓ_ｈのサイズを３０ｍｍ×３０ｍｍとし、厚さを４ｍｍとした。ヒータ部２０においては、９つの分割領域（図２参照）の各々のサイズを１０ｍｍ×１０ｍｍとした。ボンディングツール３０および３０Ｘは、第１の部分３０ａ、３０Ｘａの入熱面Ｓ_１のサイズを２４ｍｍ×２４ｍｍとし、厚さを２ｍｍとした。また、第２の部分３０ｂ、３０Ｘｂのチップ当接面Ｓ_２のサイズを１６ｍｍ×１６ｍｍとし、厚さを６ｍｍとした。

第１の比較例に係るヒータ部２０Ｘの熱荷重を２．２×１０^９ｍＷとした。第２の比較例に係るヒータ部２０のコーナ部に配置された熱源２１ａ、２１ｃ、２１ｆ、２１ｈの熱荷重をそれぞれ、１．４×１０^９ｍＷとした。本実施形態に係るヒータ部２０のコーナ部に配置された熱源２１ａ、２１ｃ、２１ｆ、２１ｈの熱荷重を１．４５×１０^９ｍＷとした。また、第２の比較例および本実施形態に係る熱源２１ｂ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｇの熱荷重を１．０×１０^５ｍＷとした。ヒータ部２０および２０Ｘにおける上記の熱荷重の設定は、ボンディングツール３０および３０Ｘのチップ当接面Ｓ_２の中心部の温度を略３００℃に設定するための条件である。また、雰囲気温度を３０℃とし、チップボンディング装置１０、１０Ｘ、１０Ｙと、雰囲気との間の熱伝達係数を２．８５Ｗ／（ｍ^２・Ｋ）とした。

図８Ａに示すように、第１の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘにおいて、チップ当接面Ｓ_２の中心部であるＡ点の温度は、２９９．１℃であり、コーナ部であるＢ点およびＣ点の温度は、それぞれ、２７４．４℃および２７５．３℃であった。すなわち、第１の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘのチップ当接面Ｓ_２における面内温度差は２４．７℃であった。

図８Ｂに示すように、第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｙにおいて、チップ当接面Ｓ_２の中心部であるＡ点の温度は、３０３．０℃であり、コーナ部であるＢ点およびＣ点の温度は、それぞれ、２８３．４℃および２８２．４℃であった。すなわち、第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｙのチップ当接面Ｓ_２における面内温度差は２０．６℃であった。

図８Ｃに示すように、本実施形態に係るチップボンディング装置１０において、チップ当接面Ｓ_２の中心部であるＡ点の温度は、３００．２℃であり、コーナ部であるＢ点およびＣ点の温度は、それぞれ、２９１．５℃および２９１．１℃であった。すなわち、本実施形態に係るチップボンディング装置１０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差は９．１℃であった。このように、本実施形態に係るチップボンディング装置１０によれば、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を１０℃以下とすることができた。すなわち、本実施形態に係るチップボンディング装置１０によれば、チップ当接面Ｓ_２における面内温度差を第１および第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ｘおよび１０Ｙよりも大幅に小さくできた。

以上のように、本実施形態に係るチップボンディング装置１０によれば、ヒータ部２０の中央部に熱源が配置されないことによってボンディングツール３０の中央部における入熱量が抑制される。さらに、ボンディングツール３０に設けられた環状の溝３２によってボンディングツール３０の外周部から中央部への熱伝導が抑制される。これにより、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を抑制することができるので、ボンディング時における半導体チップの面内温度差を抑制することが可能となる。これにより、フリップチップ実装において、半導体チップの外周部と中央部との間で接合品質に差が生じることを防止できる。

［第２の実施形態］
図９Ａは、開示の技術の第２の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ａの構成を示す斜視図である。図９Ｂは、図９Ａにおける９Ｂ−９Ｂ線に沿った断面図である。第２の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ａは、第１の実施形態に係るヒータ部２０とは異なる構成のヒータ部２０Ａを有する。第２の比較例に係るチップボンディング装置１０Ａにおけるボンディングツール３０の構成は、第１の実施形態のボンディングツール３０と同一である。

第２の実施形態に係るヒータ部２０Ａは、第１の実施形態に係るヒータ部２０と同様、外周部に、それぞれ、独立に温度制御が可能な複数の熱源２１ａ〜２１ｈを有する。第２の実施形態に係るヒータ部２０Ａは、中央部に空洞部２３が設けられている。すなわち、第２の実施形態に係るヒータ部２０Ａは、第１の実施形態に係るヒータ部２０における断熱材２２を空洞部２３に置き換えた構成を有する。

ボンディングツール３０は、入熱面Ｓ_１の中央部が、ヒータ部２０における空洞部２３の形成位置に配置され、入熱面Ｓ_１の外周部がヒータ部２０Ａの熱源２１ａ〜２１ｈに当接されるようにヒータ部２０Ａに接続されている。ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１に設けられた溝３２は、ヒータ部２０の中央部に配置された空洞部２３の外縁よりも内側に配置されていることが好ましい。

第２の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ａによれば、第１の実施形態に係るチップボンディング装置１０と同様、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を抑制することが可能である。これにより、ボンディング時における半導体チップの面内温度差を抑制することが可能となるので、フリップチップ実装において、半導体チップの外周部と中央部との間で接合品質に差が生じることを防止することができる。

更に、第２の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ａによれば、ヒータ部２０Ａの中央部が空洞であるので、ヒータ部２０の中央部に断熱材２２を有する第１の実施形態に係るヒータ部２０と比較して、ヒータ部の中央部における断熱性を高めることができる。これにより、ボンディングツール３０の中央部における入熱量を抑制する効果を第１の実施形態に係るチップボンディング装置１０よりも高めることができる。従って、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を、第１の実施形態に係るチップボンディング装置１０よりも小さくすることが可能である。

［第３の実施形態］
図１０Ａは、開示の技術の第３の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｂの構成を示す断面図である。なお、図１０Ａに示す断面は、図４に対応する断面である。第３の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｂは、ヒータ部２０Ｂの発熱面Ｓ_ｈの中央部の温度を、発熱面Ｓ_ｈの外周部の温度よりも低い略一定の温度に保つ恒温機構４０を有する。

恒温機構４０は、液体または気体からなる冷媒を循環させるための循環流路４２を内部に有し、ヒータ部２０Ｂに対して離間して配置された冷媒流通部４０ａと、冷媒流通部４０ａに接続され、ヒータ部２０Ｂの中央部に嵌入された突出部４０ｂと、を有する。恒温機構４０の冷媒流通部４０ａおよび突出部４０ｂは、例えば、比較的熱伝導率の高いＡｌ等の金属により構成され得る。

図１０Ｂは、恒温機構４０の冷媒流通部４０ａの構成の一例を示す平面図である。冷媒流通部４０ａは、内部に冷媒の循環流路４２を有する。循環流路４２は、冷媒流通部４０ａの内部を蛇行するように設けられている。循環流路４２の一端は、冷媒の流入口４３に接続され、循環流路４２の他端は冷媒の流出口４４に接続されている。流出口４４から流出した冷媒は、熱交換器（図示せず）によって冷却された後、再び流入口４３に流入する。循環流路４２を流れる冷媒は、常に一定温度となるように制御されている。循環流路４２に一定温度の冷媒を流通させることにより、突出部４０ｂの端面Ｓ_ｔの温度は、略一定に維持される。

図１１は、第３の実施形態に係るヒータ部２０Ｂの発熱面Ｓ_ｈの構成を示す平面図である。第３の実施形態に係るヒータ部２０Ｂは、第１の実施形態に係るヒータ部２０と同様、外周部に、それぞれ、独立に温度制御が可能な複数の熱源２１ａ〜２１ｈを有する。ヒータ部２０Ｂの中央部は、空洞となっており、この空洞に恒温機構４０の突出部４０ｂが嵌入されている。突出部４０ｂの端面Ｓ_ｔは、発熱面Ｓ_ｈと同一面内に延在している。これにより、発熱面Ｓ_ｈの中央部の温度は、発熱面Ｓ_ｈの外周部の温度よりも低い略一定の温度に維持される。

第３のチップボンディング装置１０Ｂにおけるボンディングツール３０の構成は、第１の実施形態に係るボンディングツール３０と同一である。ボンディングツール３０は、入熱面Ｓ_１の中央部が恒温機構４０の突出部４０ｂに当接され、入熱面Ｓ_１の外周部がヒータ部２０Ｂの熱源２１ａ〜２１ｈに当接されるようにヒータ部２０Ｂに接続されている。ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１に設けられた溝３２は、ヒータ部２０の中央部に配置された恒温機構４０の突出部４０ｂの外縁よりも内側に配置されていることが好ましい。

第３の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｂによれば、第１の実施形態に係るチップボンディング装置１０と同様、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を抑制することが可能である。これにより、ボンディング時における半導体チップの面内温度差を抑制することが可能となるので、フリップチップ実装において、半導体チップの外周部と中央部との間で接合品質に差が生じることを防止することができる。

更に、第３の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｂによれば、ヒータ部２０Ｂの発熱面Ｓ_ｈの中央部の温度を、発熱面Ｓ_ｈの外周部の温度よりも低い略一定の温度に制御することが可能である。これにより、ボンディングツール３０の中央部における入熱量を抑制する効果を第１の実施形態に係るチップボンディング装置１０よりも高めることができる。従って、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を、第１の実施形態に係るチップボンディング装置１０よりも小さくすることが可能である。

［第４の実施形態］
図１２Ａは、開示の技術の第４の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｃの構成を示す断面図である。なお、図１２Ａに示す断面は、図４に対応する断面である。第４の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｃは、第１の実施形態に係るヒータ部２０とは異なる構成のヒータ部２０Ｃを有する。第３の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｃにおけるボンディングツール３０の構成は、第１の実施形態に係るチップボンディング装置１０と同一である。

図１２Ｂは、第４の実施形態に係るヒータ部２０Ｃの発熱面Ｓ_ｈの構成を示す平面図である。ヒータ部２０Ｃの発熱面Ｓ_ｈは、図１２Ｂにおける縦方向および横方向に発熱面Ｓ_ｈを均等に３分割することにより特定される９つの領域を有する。ヒータ部２０Ｃは、上記９つの領域のうち、コーナ部に相当する４つの領域にそれぞれ熱源２１ａ、２１ｃ、２１ｆ、２１ｈを有する。熱源２１ａ、２１ｃ、２１ｆ、２１ｈは、独立に温度制御が可能とされている。

ヒータ部２０Ｃは、外周部におけるコーナ部以外の部分、すなわち、熱源２１ａと２１ｃとの間、熱源２１ａと２１ｆとの間、熱源２１ｃと２１ｈとの間、熱源２１ｆと２１ｈとの間にそれぞれ、熱伝導性を有する熱伝導部材２４を有する。熱伝導部材２４は、ヒータ部２０Ｃの各コーナ部に配置された熱源２１ａ、２１ｃ、２１ｆ、２１ｈによって加熱される。

ヒータ部２０Ｃの中央部には、熱源２１ａ、２１ｃ、２１ｆ、２１ｈおよび熱伝導部材２４からの熱伝導を抑制する断熱材２２が設けられている。このように、第４の実施形態に係るヒータ部２０Ｃは、第１の実施形態に係るヒータ部２０における熱源２１ｂ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｇを熱伝導部材２４に置き換えた構成を有する。

ボンディングツール３０は、入熱面Ｓ_１の中央部が断熱材２２に当接され、入熱面Ｓ_１の外周部が熱源２１ｂ、２１ｄ、２１ｅ、２１ｇおよび熱伝導部材２４に当接されるようにヒータ部２０Ｃに接続されている。

チップボンディング装置１０Ｃによれば、ヒータ部２０Ｃの発熱面Ｓ_ｈの中央部の温度は、発熱面Ｓ_ｈの外周部の温度よりも低くなる。また、熱伝導部材２４は、それ自体が発熱しないので、ヒータ部２０Ｃの発熱面Ｓ_ｈの外周部において、コーナ部の温度は、コーナ部以外の部分の温度よりも高くなる。すなわち、チップボンディング装置１０Ｃによれば、ヒータ部２０Ｃの発熱面Ｓ_ｈにおいて、第１の実施形態の場合と同様の温度分布を形成することが可能である。これにより、ボンディングツール３０は、コーナ部が最も高い温度で加熱され、外周部におけるコーナ部以外の部分部がコーナ部よりも低い温度で加熱され、中央部が最も低い温度で加熱される。なお、熱伝導部材２４の熱伝導率を調整することにより、すなわち、熱伝導部材２４の材料を適宜選択することにより、ヒータ部２０Ｃの発熱面Ｓ_ｈにおいて所望の温度分布を形成することが可能である。熱伝導部材２４の候補材料として、例えば、アルミナセラミックス（熱伝導率：３０〜３５Ｗ／ｍ・Ｋ）や炭素鋼（熱伝導率：４０〜８５Ｗ／ｍ・Ｋ）などが挙げられる。

第４の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｃによれば、第１の実施形態に係るチップボンディング装置１０と同様、ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２における面内温度差を抑制することが可能である。これにより、ボンディング時における半導体チップの面内温度差を抑制することが可能となるので、フリップチップ実装において、半導体チップの外周部と中央部との間で接合品質に差が生じることを防止することができる。

更に、第４の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｃによれば、ヒータ部２０Ｃの発熱面Ｓ_ｈにおける温度分布を熱伝導部材２４の熱伝導率によって調整することができる。これにより、第１〜第３の実施形態と比較して、ヒータ部における熱源の数を減らすことができ、チップボンディング装置の省電力化を図ることが可能となる。

なお、上記の各実施形態において、ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１に設けられた溝３２の形状を矩形環状とする場合を例示したが、これに限定されるものではなく、ボンディングツール３０の中心部Ｃを囲む形態であれば、いかなる形態であってもよい。図１３Ａおよび図１３Ｂは、ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１に設けられる溝の形態のバリエーションを示す図である。図１３Ａに示すように、ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１に設けられる溝３２は、円環形状を有していてもよい。また、図１３Ｂに示すように、複数の直線状の溝３２ａ、３２ｂ、３２ｃおよび３２ｄが、ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１の中心部Ｃを囲むように設けられていてもよい。

また、上記の各実施形態において、ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１が、ヒータ部の発熱面Ｓ_ｈに直接接続された構成を例示したが、ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１とヒータ部の発熱面Ｓ_ｈとの間に熱伝導部材等が介在していてもよい。すなわち、ボンディングツール３０は、ヒータ部２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの発熱面Ｓ_ｈに間接的に当接されていてもよい。

また、上記の各実施形態において、ヒータ部２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃの外周部に独立に温度制御が可能な複数の熱源を配置する構成を例示したが、この態様に限定されるものではない。ヒータ部の発熱面Ｓ_ｈの外周部において、コーナ部とそれ以外の部分とで温度差を設けない場合には、ヒータ部は、発熱面Ｓ_ｈの外周部を一体的に発熱させる単一の熱源を有していてもよい。

また、上記の各実施形態において、ヒータ部の発熱面Ｓ_ｈを９つの領域に分割する場合を例示したが、この態様に限定されるものではない。ヒータ部の発熱面Ｓ_ｈは、熱源を有する外周部と熱源を有しない中央部の少なくとも２つの領域を有していればよい。また、発熱面Ｓ_ｈの領域の分割数を９よりも大きくし、各分割領域毎に独立に温度制御が可能な熱源を設けてもよい。

また、第４の実施形態に係る熱伝導部材２４を、第２の実施形態に係るヒータ部２０Ａおよび第３の実施形態に係るヒータ部２０Ｂに適用してもよい。

また、図１４Ａに示すように、第１、第２および第４の実施形態に係るチップボンディング装置１０、１０Ａ、１０Ｃは、ヒータ部２０、２０Ａ、２０Ｃの発熱面Ｓ_ｈとは反対側の面に冷却部５０を備えていてもよい。冷却部５０は、ヒータ部２０、２０Ａ、２０Ｃよりも上方に配置されたチップボンディング装置の他の構成要素との間に介在することにより、ヒータ部から当該他の構成要素への熱の移動を遮断する。

図１４Ｂは冷却部５０の構成を示す図である。冷却部５０は、内部に液体または気体からなる冷媒を循環させるための循環流路５１を内部に有する。循環流路５１の一端は冷媒の流入口５２に接続され、循環流路５１の他端は冷媒の流出口５３に接続されている。循環流路５１に冷媒を流通させることにより、冷却部５０は断熱機能を発揮する。なお、第３の実施形態に係るチップボンディング装置１０Ｂ（図１０Ａ参照）においては、恒温機構４０が、冷却部５０と同様の役割をも担う。

なお、チップボンディング装置１０、１０Ａ、１０Ｂおよび１０Ｃは、開示の技術におけるチップボンディング装置の一例である。ヒータ部２０、２０Ａ、２０Ｂおよび２０Ｃは、開示の技術におけるヒータ部の一例である。発熱面Ｓ_ｈは、開示の技術における発熱面の一例である。ボンディングツール３０は、開示の技術におけるボンディングツールの一例である。ボンディングツール３０の入熱面Ｓ_１は、開示の技術における第１の面の一例である。ボンディングツール３０のチップ当接面Ｓ_２は、開示の技術における第２の面の一例である。溝３２は、開示の技術における溝の一例である。断熱材２２は、開示の技術における断熱材の一例である。空洞部２３は、開示の技術における空洞部の一例である。恒温機構４０は、開示の技術における恒温機構の一例である。熱伝導部材２４は、開示の技術における熱伝導部材の一例である。

以上の第１および第２の実施形態に関し、更に以下の付記を開示する。

（付記１）
中央部に熱源を備えず、外周部に熱源を備え、前記熱源によって外周部が発熱する発熱面を有するヒータ部と、
中央部が前記発熱面の中央部に直接または間接的に当接され且つ外周部が前記発熱面の外周部に直接または間接的に当接された第１の面、前記第１の面とは反対側に設けられ、ボンディング時にボンディング対象に当接される第２の面、および前記第１の面に設けられた前記第１の面の中心部を囲む溝を有するボンディングツールと、
を含むチップボンディング装置。

（付記２）
前記ヒータ部は、独立して温度制御が可能な複数の熱源を有する
付記１に記載のチップボンディング装置。

（付記３）
前記発熱面は矩形形状を有し、前記発熱面の外周部において、コーナ部の各々は前記コーナ部以外の部分よりも高い温度で発熱する
付記２に記載のチップボンディング装置。

（付記４）
前記ヒータ部は、中央部に前記熱源からの熱伝導を抑制する断熱材を有する
付記１から付記３のいずれか１つに記載のチップボンディング装置。

（付記５）
前記ヒータ部は、中央部に空洞部を有する
付記１から付記３のいずれか１つに記載のチップボンディング装置。

（付記６）
前記発熱面の中央部の温度を、前記発熱面の外周部の温度よりも低い温度に保つ恒温機構を更に含む
付記１から付記３のいずれか１つに記載のチップボンディング装置。

（付記７）
前記ヒータ部は、外周部に前記熱源によって加熱される熱伝導部材を有する
付記１から付記６のいずれか１つに記載のチップボンディング装置。

（付記８）
前記熱伝導部材は、前記ヒータ部のコーナ部以外の部分に配置されている
付記７に記載のチップボンディング装置。

（付記９）
前記ヒータ部は、前記熱源として複数の面状ヒータを備える
付記１から付記８のいずれか１つに記載のチップボンディング装置。

（付記１０）
前記溝の深さは、前記第１の面と前記第２の面との間の距離の５０％以上である
付記１から付記９のいずれか１つに記載のチップボンディング装置。

（付記１１）
前記溝は、前記断熱材の外縁よりも内側に設けられている
付記４に記載のチップボンディング装置。

（付記１２）
前記溝は、前記空洞部の外縁よりも内側に設けられている
付記５に記載のチップボンディング装置。

（付記１３）
前記溝は、前記恒温機構の前記発熱面に延在する部分の外縁よりも内側に設けられている
付記６に記載のチップボンディング装置。

（付記１４）
中央部に熱源を備えず、外周部に熱源を備え、前記熱源によって外周部が発熱する発熱面を有するヒータ部と、
中央部が前記発熱面の中央部に直接または間接的に当接され且つ外周部が前記発熱面の外周部に直接または間接的に当接された第１の面、前記第１の面とは反対側に設けられ、ボンディング時にボンディング対象に当接される第２の面、および前記第１の面に設けられた前記第１の面の中心部を囲む溝を有するボンディングツールと、
を含むチップボンディング装置の前記第２の面を、前記ボンディング対象である半導体チップに当接させて前記半導体チップに前記熱源からの熱を加えて前記半導体チップを基板にボンディングするチップボンディング方法。

（付記１５）
前記発熱面は矩形形状を有し、前記発熱面の外周部において、コーナ部の各々は前記コーナ部以外の部分よりも高い温度で発熱する
付記１４に記載のチップボンディング方法。

１０、１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ チップボンディング装置
２０、２０Ａ、２０Ｂ、２０Ｃ ヒータ部
２１ａ〜２１ｈ 熱源
２２ 断熱材
２３ 空洞部
２４ 熱伝導部材
３０ ボンディングツール
３２ 溝
４０ 恒温機構
１００ 半導体チップ
１１０ 基板
Ｓ_ｈ 発熱面
Ｓ_１ 入熱面
Ｓ_２ チップ当接面

Claims (9)

1. 中央部に熱源を備えず、外周部に熱源を備え、前記熱源によって外周部が発熱する発熱面を有するヒータ部と、
   中央部が前記発熱面の中央部に直接または間接的に当接され且つ外周部が前記発熱面の外周部に直接または間接的に当接された第１の面、前記第１の面とは反対側に設けられ、ボンディング時にボンディング対象に当接される第２の面、および前記第１の面に設けられた前記第１の面の中心部を囲む溝を有するボンディングツールと、
   を含むチップボンディング装置。
2. 前記ヒータ部は、独立して温度制御が可能な複数の熱源を有する
   請求項１に記載のチップボンディング装置。
3. 前記発熱面は矩形形状を有し、前記発熱面の外周部において、コーナ部の各々は前記コーナ部以外の部分よりも高い温度で発熱する
   請求項２に記載のチップボンディング装置。
4. 前記ヒータ部は、中央部に前記熱源からの熱伝導を抑制する断熱材を有する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のチップボンディング装置。
5. 前記ヒータ部は、中央部に空洞部を有する
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のチップボンディング装置。
6. 前記発熱面の中央部の温度を、前記発熱面の外周部の温度よりも低い温度に保つ恒温機構を更に含む
   請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のチップボンディング装置。
7. 前記ヒータ部は、外周部に前記熱源によって加熱される熱伝導部材を有する
   請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のチップボンディング装置。
8. 前記熱伝導部材は、前記ヒータ部のコーナ部以外の部分に配置されている
   請求項７に記載のチップボンディング装置。
9. 中央部に熱源を備えず、外周部に熱源を備え、前記熱源によって外周部が発熱する発熱面を有するヒータ部と、
   中央部が前記発熱面の中央部に直接または間接的に当接され且つ外周部が前記発熱面の外周部に直接または間接的に当接された第１の面、前記第１の面とは反対側に設けられ、ボンディング時にボンディング対象に当接される第２の面、前記第１の面に設けられた前記第１の面の中心部を囲む溝と、を有するボンディングツールと、
   を含むチップボンディング装置の前記第２の面を、前記ボンディング対象である半導体チップに当接させて前記半導体チップに前記熱源からの熱を加えて前記半導体チップを基板にボンディングするチップボンディング方法。