TWI727082B - 安裝裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種安裝裝置，在對暫時固定於半導體晶圓基板上之半導體晶片進行熱壓接並安裝時，一方面確保熱壓接位置之位置對準精度，一方面於半導體晶圓基板面內位置之安裝品質不易產生差異。具體而言，提供如下之安裝裝置，即，具備：保持部，其將半導體晶圓基板部分地固持；接合頭，其將半導體晶片熱壓接於由上述保持部固持之上述半導體晶圓基板；及支承台，其於上述接合頭進行熱壓接之區域，自相反面支持上述半導體晶圓基板；上述保持部具有吸附器件，該吸附器件吸附上述半導體晶圓基板之相反面，且由熱導率為1 W/mK以下之構件構成。

Description

安裝裝置
本發明係關於一種安裝裝置。詳細而言，本發明係關於一種將經由熱硬化性樹脂暫時固定於基板上之半導體晶片進行熱壓接並安裝之安裝裝置。
於半導體裝置製造領域，根據對高密度安裝之要求而集中關注於作為三維安裝之一種之晶圓覆晶封裝法(以下記作「COW(Chip on Wafer)法」)。COW法係將半導體晶片接合並安裝於形成有經分割成為半導體晶片之電路零件之半導體晶圓基板上的方法，如圖8般(圖8(a)係半導體晶圓基板之俯視圖，8(b)係其A-A剖視圖)，將多個半導體晶片C安裝於一片半導體晶圓基板W。
如此，將多個半導體晶片C安裝於半導體晶圓基板W上時，使用如下製程(以下記為「暫時正式分割製程」)，即，如圖9(a)般經由未硬化之熱硬化性接著劑R將半導體晶片C暫時固定於半導體晶圓基板W上後進行加熱壓接，使半導體晶片C之凸塊B熔融並接合於半導體晶圓基板W之電極E，並且使熱硬化性接著劑R硬化(圖9(b))而機械地固定。於該暫時正式分割製程中，可對處於暫時固定狀態之複數個半導體晶片C同時熱壓接。因此，與將半導體晶片逐個配置於特定部位而進行熱壓接之製程相比，能縮短整體之節拍時間。
即，於暫時正式分割製程中，將應安裝之多個半導體晶片C利用(未 硬化之)熱硬化性接著劑R暫時固定於半導體晶圓基板W上之後，對包含複數個半導體晶片C之範圍同時按壓而進行熱壓接(圖10(a))。具體而言，如圖10(b)般利用具有同時按壓複數個半導體晶片C之按壓面SA之接合頭7進行熱壓接(圖10(c))。圖10中，示出一次將4個半導體晶片C進行熱壓接之情形，利用接合頭7將4個半導體晶片C一面加熱一面朝半導體晶圓基板側加壓而進行熱壓接。
於暫時正式分割製程中，如上所述，將應安裝之多個半導體晶片C暫時固定於半導體晶圓基板W上之後使用接合頭7進行熱壓接。因此，於依序進行熱壓接之過程中，於熱壓接對象之半導體晶片C之周圍，鄰接有暫時固定狀態之半導體晶片C。然，該等暫時固定狀態之半導體晶片C並未實施熱壓接，故熱硬化性接著劑R開始硬化並不佳。即，若於進行熱壓接之前熱硬化性接著劑硬化，則有即便加壓，半導體晶片C之凸塊B與半導體晶圓基板W之電極間之距離亦不會縮小而導致接合不良之情況。
因此，必須防止將與接合頭7進行熱壓接之半導體晶片C相鄰之半導體晶片C暫時固定之熱硬化性接著劑R開始硬化。
因此，作為自暫時固定有半導體晶片C之面之相反側支持半導體晶圓基板W之器件，可代替如先前般支持整個面之平台400(圖11(a))而使用僅支持接合頭7進行熱壓接之區域SA之支承台4(圖11(b))(例如專利文獻1)。藉由此種構成，不會經由支持半導體晶圓基板W之平台而加熱至要被熱壓接之區域SA之外側。又，藉由利用接合頭7與支承台4同時加熱而可縮短熱壓接時間，亦能夠降低對熱壓接區域周圍之熱影響。
再者，於使熱壓接對象之區域移動時，使用先前之平台400之情形時使平台400整體移動，但支承台4較理想為固定於與接合頭7對向之位置， 故於使用支承台4之情形時另外需要用以使半導體晶圓基板W移動之器件。
因此，採用如圖12中一例所示之使用保持部8部分地固持半導體晶圓基板W之周緣部之方法。如圖12(a)所示，保持部8具有以保持區域8C保持半導體晶圓基板之功能，藉由保持部8於固持有半導體晶圓基板W之狀態下移動，可使半導體晶圓基板W移動，而相對於接合頭7與支承台4進行位置對準。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1：日本專利特開2009-302232號公報
於藉由保持部8固持半導體晶圓基板W之狀態下對暫時固定之半導體晶片C進行熱壓接並安裝時，有因半導體晶圓基板W之面內位置而導致安裝品質產生差異之情況。即，於圖13中，存在如下情形：即便於區域SA1可獲得良好之安裝品質但於區域SA2產生熱硬化性樹脂R之硬化不良，於在區域SA2獲得良好之安裝品質之情形時於區域SA1產生安裝不良。此種因半導體晶圓基板W之面內位置而導致之安裝品質差異於使用加熱溫度之製程範圍狹窄之凸塊材料或熱硬化性接著劑R之情形時顯著。
因該半導體晶圓基板W之面內位置導致之安裝品質之差異起因於經由保持部8之熱傳導引起之散熱。因此，越靠近保持部8之部分散熱越大，加熱半導體晶片C之溫度越難上升。
因此，為了降低經由保持部8之熱傳導，考慮如圖14般使保持區域8C 變窄，但若使保持區域8C變窄，則難以將半導體晶圓基板W穩定地固持，從而會導致半導體晶圓基板W之位置對準精度降低。
本發明係鑒於上述問題而完成者，提供一種安裝裝置，在對暫時固定於半導體晶圓基板上之半導體晶片進行熱壓接並安裝時，一方面確保熱壓接位置之位置對準精度，一方面於半導體晶圓基板面內位置之安裝品質不易產生差異。
為解決上述問題，技術方案1之發明係一種安裝裝置，其係將經由熱硬化性接著劑暫時固定於半導體晶圓基板上之複數個半導體晶片進行熱壓接者，具備：保持部，其將上述半導體晶圓基板部分地固持；接合頭，其將上述半導體晶片熱壓接於由上述保持部固持之上述半導體晶圓基板；及支承台，其於上述接合頭進行熱壓接之區域，自相反面支持上述半導體晶圓基板；且上述保持部具有吸附器件，該吸附器件吸附上述半導體晶圓基板之相反面，且由熱導率為1W/mK以下之構件構成。
技術方案2之發明係如技術方案1之安裝裝置，其中上述吸附器件之前端部相對於上述保持部上表面能夠變位，以能夠使上述半導體晶圓基板之相反面與上述保持部之上表面之距離可變。
技術方案3之發明係如技術方案2之安裝裝置，其中於使上述半導體晶圓基板移動時，使上述吸附器件之前端部與上述保持部之上表面一致，於進行上述熱壓接時，使上述吸附器件之前端部自 上述保持部之上表面突出。
技術方案4之發明係如技術方案3之安裝裝置，其中進行上述熱壓接時之上述吸附器件之前端部自上述上表面突出之高度為0.1mm以上且2.0mm以下。
技術方案5之發明係如技術方案1至4中任一項之安裝裝置，其中上述保持部之至少與上述半導體晶圓基板接觸之範圍中，使用熱導率為1W/mK以下之構件。
根據本發明，在對暫時固定於半導體晶圓基板上之半導體晶片進行熱壓接並安裝時，一方面確保熱壓接位置之位置對準精度，一方面於半導體晶圓基板面內位置之安裝品質不易產生差異。
1:安裝裝置
2:基台
3:可動台
3a:Y方向可動部
3b:X方向可動部
3c:θ方向可動部
4:支承台
5:框架
6:壓接單元
7:接合頭
8:保持部
8A:保持部上表面
8C:保持區域
9:保持部可動器件
80:低熱導部
81:吸附器件
81B:波紋管
81P:吸附墊
81S:衝程部
81T:外筒
81V:排氣管
400:平台
B:凸塊
C:半導體晶片
E:電極
R:熱硬化性接著劑
SA1:區域
SA2:區域
W:半導體晶圓基板
WA:半導體晶圓基板上表面(半導體晶圓基板之半導體晶片搭載面)
WB:半導體晶圓基板下表面(半導體晶圓基板之相反面)
圖1係表示本發明之實施形態之安裝裝置之構成之圖。
圖2(a)係本發明之實施形態之安裝裝置之保持部之俯視圖，(b)係其剖視圖。
圖3(a)係於本發明之實施形態之安裝裝置中進行半導體晶圓基板之位置對準時之剖視圖，(b)係位置對準完成後之剖視圖，(c)係實施熱壓接之狀態之剖視圖。
圖4(a)係根據本發明之實施形態之保持部之一例使半導體晶圓基板移動時之剖視圖，(b)係表示該保持部之一例之熱壓接時之狀態之剖視圖。
圖5(a)係根據本發明之實施形態之保持部之另一例使半導體晶圓基板移動時之剖視圖，(b)係表示該保持部之另一例之熱壓接時之狀態之剖視圖。
圖6(a)係本發明之實施形態之保持部之另一例中未吸附半導體晶圓基板之狀態之剖視圖，(b)係該保持部之另一例中開始半導體晶圓基板之吸附保持之狀態之剖視圖。
圖7(a)係本發明之另一實施形態之安裝裝置之保持部之俯視圖，(b)係其剖視圖。
圖8(a)係於半導體晶圓基板上安裝有多個半導體晶片之狀態之俯視圖，(b)係該狀態之剖視圖。
圖9(a)係利用未硬化之熱硬化性接著劑將半導體晶片暫時固定於半導體晶圓基板上之狀態之剖視圖，(b)係對該半導體晶片進行熱壓接之後之剖視圖。
圖10(a)係表示將暫時固定於半導體晶圓基板上之半導體晶片以複數個為單位進行熱壓接之例之俯視圖，(b)係該圖之部分放大圖，(c)係一併表示該放大圖之剖視圖與接合頭之剖面之圖。
圖11(a)係對暫時固定於半導體晶圓基板上之半導體晶片進行熱壓接時之一般的接合平台之剖視圖，(b)係僅支持加熱壓接區域之支承台之剖視圖。
圖12(a)係表示部分地固持半導體晶圓基板之周緣部之保持部之一例之俯視圖，(b)係其剖視圖。
圖13係用以就將半導體晶圓基板之周緣部利用保持部部分地固持時之半導體晶圓基板之面內位置與安裝品質進行說明之圖。
圖14(a)係表示使保持半導體晶圓基板之周緣部時之保持區域變窄之例之俯視圖，(b)係其剖視圖。
使用圖式對本發明之實施形態進行說明。
首先，對圖1所示之本發明之一實施形態之安裝裝置1進行說明。於圖1之說明中，將圖之左右方向設為X方向，將與X方向正交之深度方向設為Y方向，將上下方向設為Z方向，且將以Z方向為旋轉軸而旋轉之方向設為θ方向進行說明。
安裝裝置1係對以如圖10所示之狀態暫時固定於半導體晶圓基板W上之半導體晶片C進行熱壓接者。於本實施形態中，假定矽作為半導體晶圓基板W之材質，但並不限定於矽，可為碳化矽(SiC)或氮化鎵(GaN)等化合物半導體，亦可為與支撐基板等貼合之積層體。本發明對由熱導率較高之材質構成之半導體晶圓基板W有效地發揮作用。
安裝裝置1係能夠將暫時固定於半導體晶圓基板W之半導體晶片C以複數個為單位同時熱壓接者，具備基台2、可動台3、支承台4、框架5、壓接單元6、接合頭7、保持部8及保持部可動器件9。
基台2係構成安裝裝置1之主要構造體，其支持可動台3、支承台4及框架5。
可動台3係使藉由保持部8固持之半導體晶圓基板W移動至(半導體晶圓基板W之面方向之)任意位置者。於圖1之安裝裝置1中，成為如下構造，即，設置有能夠相對於基台2於Y方向上移動之Y方向可動部3a，於Y方向可動部3a上設置有X方向可動部3b，且於X方向可動部3b上設置有θ方向可動部3c，但並不限定於此，只要為能夠於X、Y及θ之各方向移動而進行位置調整之構成即可。但是，必須為於可動台3之可動範圍內，可動台3與支承台4不接觸之構造。
支承台4係於藉由接合頭7對半導體晶圓基板W上之半導體晶片C進行 熱壓接時自暫時固定有半導體晶片C之面(上表面)之相反面(下表面)支持半導體晶圓基板W者，較理想為具備藉由未圖示之吸附機構將半導體晶圓基板W部分地吸附保持之功能。又，支承台4亦可內置作為加熱器件之加熱器。該加熱器係於以接合頭7實施熱壓接時自半導體晶圓基板W側進行加熱者。
支承台4之上表面必須為支持由接合頭7按壓之區域之形狀，若過大，則易引起與其他機械要素之干涉，故欠佳。藉由形成為恰當之形狀而使接合頭7之按壓面與支承台4之上表面成為一對，從而可無關於半導體晶圓基板W之位置而以同一平行度進行加壓。
框架5係支持壓接單元6者。於圖1之安裝裝置1中，支持框架5設為門型形狀。其目的係亦能適合於壓接單元之加壓力較大之情形。
壓接單元6係使接合頭7於Z方向上移動者。壓接單元6包含未圖示之伺服馬達與滾珠螺桿。壓接單元6之構成為，藉由利用伺服馬達使滾珠螺桿旋轉而產生滾珠螺桿之軸向之驅動力。壓接單元6係以使滾珠螺桿之軸向成為相對於支承台4之上表面垂直之Z方向之方式安裝於支持框架5。亦即，壓接單元6以可產生Z方向之驅動力(加壓力)之方式構成。壓接單元6構成為藉由控制伺服馬達之輸出而可任意地設定Z方向之加壓力。再者，於本實施形態中，壓接單元6設為伺服馬達與滾珠螺桿之構成，但並不限定於此，亦可包含空壓致動器、油壓致動器或音圈馬達。
接合頭7係將壓接單元6之驅動力傳達至半導體晶片C，並且對半導體晶片C加壓而進行熱壓接者。於接合頭7中內置有用以加熱半導體晶片C之加熱器。又，接合頭7之前端部具有對複數個半導體晶片C同時加壓之形狀。
接合頭7安裝於構成壓接單元6之未圖示之滾珠螺桿螺母。亦即，接合頭7以與支承台4平行地對向之方式配置。即，接合頭7藉由壓接單元6而於Z方向上移動，以此接近於支承台4。
保持部8係將半導體晶圓基板W部分地固持者。自平衡性良好地固持之觀點而言，較佳為保持半導體晶圓基板W之周緣部。
將其例示於圖2。圖2(a)係表示X方向上對向之保持部8與半導體晶圓基板W之位置關係之俯視圖，圖2(b)係圖2(a)之A-A部之剖視圖。圖2(a)、圖2(b)中，為了說明保持部8與半導體晶圓基板W之位置關係而省略了半導體晶片C之圖示，但實際上於半導體晶圓基板上表面WA側暫時固定有多個半導體晶片C。
於圖2(b)中，於保持部8設置有吸附保持半導體晶圓基板W之吸附器件81，吸附器件81具有吸附墊81P。吸附墊81P位於吸附器件81之前端部，將半導體晶圓基板下表面WB側(半導體晶圓基板W之相反面側)部分地吸附保持。吸附墊81P之吸附保持藉由經由排氣管81V之減壓而進行。此處，較理想為吸附墊81P具有隔熱性，且使用熱導率為1W/mk以下之材質。
又，吸附器件81具有使吸附墊81P朝相對於保持部上表面8A垂直之方向變位之功能。此處，保持部上表面8A較佳為平坦且與半導體晶圓基板下表面WB(半導體晶圓W之相反面)平行，於該情形時，藉由使吸附墊81P之吸附面與保持部上表面8A一致而能夠使半導體晶圓基板下表面WB密接保持於保持部上表面8A。另一方面，若設為吸附墊81P自保持部上表面8A突出之狀態，則於吸附墊81P以外之區域，可以半導體晶圓基板下表面WB與保持部上表面8A之間設有空間之狀態而保持。藉由產生該空間而 減少自半導體晶圓基板W向保持部8之傳熱。該吸附墊81P之突出高度只要為0.1mm以上則有效，突出高度越大則傳熱性越降低，但越是加大突出高度則越需要動作時間從而對節拍時間造成影響。根據實測研究，吸附墊81P之突出高度較佳為2.0mm以下。
於圖2中，保持部8配置於2處，於兩保持部8各設置2個共計4個吸附器件81，但並不限定於此。但是，為了吸附保持之穩定性，保持部8較佳為配置於半導體晶圓基板W之周緣上之2處以上，且吸附器件81於各保持部設置1個以上，共計3個以上。但是，保持部8越多則越難以呈現平坦性，故配置部位較理想為4個以下。又，若吸附器件81過多，則無法忽視經由吸附器件81之傳熱，故較佳為於各保持部為3個以下。
保持部可動器件9係具有使相對於可動台3之保持部8之位置可變之功能者。保持部可動器件9具有依照可動台3之移動而使保持部8於與半導體晶圓基板W平行之面內移動之功能。又，保持部可動器件9亦具有使保持部8於Z方向(與半導體晶圓基板W之面垂直之方向)移動而進行位置調整之功能。
以下，使用圖3，以保持部8之動作為中心對藉由安裝裝置1將半導體晶片C熱壓接於半導體晶圓基板W之前後之狀態進行說明。
圖3(a)係表示將半導體晶圓基板W之所需部位位置對準於藉由接合頭7與支承台4進行熱壓接之區域之狀態之剖視圖。此處，接合頭7為於上部待機之狀態，半導體晶圓基板W維持被固持於保持部8且半導體晶圓基板下表面WB(半導體晶圓基板W之相反面)未與支承台4之上表面接觸之狀態。又，吸附器件81使吸附墊81P之吸附面為與保持部上表面8A一致之高度，以使保持部上表面8A密接於半導體晶圓基板下表面WB。因此，半導 體晶圓基板W被密接固持於保持部8，可穩定地進行依照保持部8之移動之半導體晶圓基板W之位置調整。
圖3(b)係表示半導體晶圓基板W之位置對準結束且開始熱壓接之前之狀態之剖視圖。於半導體晶圓基板W之位置對準結束之後，藉由保持部可動器件9使保持部8下降，半導體晶圓基板下表面WB成為與支承台4之上表面接觸之狀態。於該狀態下，藉由使支承台4之吸附功能運轉，能夠由支承台4吸附保持半導體晶圓基板W之(應熱壓接之)所需部位。此後，藉由使接合頭7下降而可進行熱壓接。再者，為了縮短節拍時間，亦可按照半導體晶圓基板W吸附於支承台4之時序使接合頭7下降。
圖3(c)係表示進行熱壓接之狀態之剖視圖。於自圖3(b)之狀態至開始熱壓接之階段，保持部8之吸附器件81使吸附墊81P自保持部上表面8A突出。因此，半導體晶圓基板W與保持部8之間之傳熱相較密接之狀態可大幅降低。作為結果，可降低因半導體晶圓基板W之面內位置引起之熱壓接時之升溫特性之不均，亦降低安裝品質之不均。
然，於圖3(c)中，表示有進行半導體晶圓基板W之中心附近之熱壓接時使吸附墊81P突出之狀態，但關於半導體晶圓基板W之中心附近之熱壓接，亦可省略吸附墊81P之突出。即，於熱壓接時使吸附墊81P突出亦可限定於經由保持部8之散熱成問題之保持部8附近之區域之熱壓接。
如圖3(b)至圖3(c)所示，作為使吸附墊81P以突出之方式變位之機構之一例，有如圖4所示之構成。於圖4中，吸附器件81係藉由附球花接緩衝器之墊構成，且藉由使衝程部81S相對於外筒81T滑動而發揮功能。
又，作為使吸附墊81P之位置變位之機構之另一例，亦能使用如圖5所示之波紋管81B。波紋管81B能夠以蛇腹狀伸縮，故藉由自如圖5(a)般 保持部上表面8A密接於半導體晶圓基板下表面WB之狀態起利用保持部運轉器件9使保持部8下降，而(只要為將半導體晶圓基板W保持於支承台4之狀態)吸附墊81P突出，於保持部上表面8A與半導體晶圓基板下表面WB之間產生間隙。
再者，此處使用之波紋管81B如圖6(a)般於並非吸附狀態時包含吸附墊81P之前端部自保持部上表面8A突出，吸附墊81P密接於半導體晶圓基板下表面WB而開始吸附(圖6(b))，藉此內部被減壓並收縮而如圖5(a)般使保持部上表面8A密接於半導體晶圓基板下表面WB。
以上，作為本發明之實施形態，對藉由將吸附器件81設置於保持部8而於熱壓接時在半導體晶圓基板W與保持部8間設置空隙從而降低熱傳導之例進行了說明，對於藉由其他手段而降低熱傳導之例亦使用圖7進行說明。
圖7(a)係表示於X方向上對向之保持部8與半導體晶圓基板W之位置關係之俯視圖，圖7(b)係圖7(a)之A-A部之剖視圖。圖7(a)、圖7(b)中，為了說明保持部8與半導體晶圓基板W之位置關係而省略了半導體晶片C之圖示，但實際上於半導體晶圓基板上表面WA側暫時固定有多個半導體晶片C。
圖7(a)、圖7(b)中，於保持部8之至少與半導體晶圓基板W接觸之範圍設置有低熱導部80。低熱導部80可使用熱導率為1W/mk以下之材質。作為具體之材質，保持部8藉由不鏽鋼材等金屬構成，相對於此，低熱導部藉由水泥、玻璃布、陶瓷纖維或陶瓷而構成。再者，亦可將保持部8整體藉由低熱導部80構成。但是，必須於低熱導部80設置用以固持半導體晶圓基板W之吸附器件。
於保持部8設置有低熱導部80之情形時，相比於半導體晶圓基板W與保持部8間設有空間之情形，降低熱導之效果較小，但可以簡易之構成降低經由保持部8之散熱。因此，可根據加熱溫度之製程範圍而有效地活用。
進而，設置於低熱導部80之吸附器件亦可與圖1之吸附器件81同樣地構成為，以能夠於半導體晶圓基板W之垂直方向變位之方式設置，且能夠自低熱導部80上表面突出。
8‧‧‧保持部
8A‧‧‧保持部上表面
81‧‧‧吸附器件
81P‧‧‧吸附墊
81V‧‧‧排氣管
W‧‧‧半導體晶圓基板
WA‧‧‧半導體晶圓基板上表面(半導體晶圓基板之半導體晶片搭載面)
WB‧‧‧半導體晶圓基板下表面(半導體晶圓基板之相反面)

Claims (5)

  1. 一種安裝裝置，其係將經由熱硬化性接著劑暫時固定於半導體晶圓基板上之複數個半導體晶片進行熱壓接者，且具備： 保持部，其將上述半導體晶圓基板部分地固持； 接合頭，其將上述半導體晶片熱壓接於由上述保持部固持之上述半導體晶圓基板；及 支承台，其於上述接合頭進行熱壓接之區域，自相反面支持上述半導體晶圓基板；且 上述保持部具有吸附器件，該吸附器件吸附上述半導體晶圓基板之相反面，且由熱導率為1 W/mK以下之構件構成。
  2. 如請求項1之安裝裝置，其中 上述吸附器件之前端部相對於上述保持部上表面能夠變位， 以能夠使上述半導體晶圓基板之相反面與上述保持部之上表面之距離可變。
  3. 如請求項2之安裝裝置，其中 於使上述半導體晶圓基板移動時，使上述吸附器件之前端部與上述保持部之上表面一致， 於進行上述熱壓接時，使上述吸附器件之前端部自上述保持部之上表面突出。
  4. 如請求項3之安裝裝置，其中 進行上述熱壓接時之上述吸附器件之前端部自上述上表面突出之高度為0.1 mm以上且2.0 mm以下。
  5. 如請求項1至4中任一項之安裝裝置，其中 上述保持部之至少與上述半導體晶圓基板接觸之範圍中，使用熱導率為1 W/mK以下之構件。
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