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JP2015053418A - 半導体製造装置 - Google Patents

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真哉 深山
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幸史 尾山
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Keishi Tsukiyama
慧至 築山
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Abstract

【課題】半導体チップに曲げ応力が生じるのを抑制できる半導体製造装置を提供する。【解決手段】半導体製造装置は、主面にバンプが設けられた半導体チップを吸着するコレットと、コレットを駆動して、吸着された半導体チップを実装基板もしくは他の半導体チップ上に載置する駆動機構とを備え、コレットは、半導体チップの吸着面に、バンプとの当接を避けるための窪みが設けられている。【選択図】図１

Description

半導体装置を製造する半導体製造装置に関する。
半導体パッケージの小型化、薄型化が進んでいる。このため、パッケージ内において、複数枚の半導体チップ（以下、チップと記載）を積層したものがある。積層された各チップ間は、ボンディングワイヤにより電気的に接続されることが多いが、近年では、積層された各チップ間を貫通ビアにより接続したものが開発されている。
ところで、各チップ間を貫通ビアにより接続するためには、チップの両主面（表面及び裏面）にバンプを備える必要がある。しかしながら、チップの両主面にバンプが設けられていると、ピックアップ機の吸着面にバンプが干渉する。このため、吸着時にチップに曲げ応力が生じる。また、チップを積層する際に、チップに荷重を与えながらバンプ同士を接続するが、この際に、バンプに荷重が集中する。この結果、チップにダメージが生じ、チップやチップ間の接続信頼性が低下する。
米国特許出願公開第２０１３／１３７２１６号明細書
半導体チップに曲げ応力が生じるのを抑制できる半導体製造装置を提供する。
実施形態に係る半導体製造装置は、主面にバンプが設けられた半導体チップを吸着するコレットと、コレットを駆動して、吸着された半導体チップを実装基板もしくは他の半導体チップ上に載置する駆動機構とを備える。コレットは、半導体チップの吸着面に、バンプとの当接を避けるための窪みが設けられている。
実施形態に係る半導体製造装置の構成図 実施形態に係る半導体製造装置が備えるコレットの構成図 実施形態に係るコレットにチップを吸着した断面図 比較例に係るコレットにチップを吸着した断面図 半導体チップの平面図 実施例に係るコレットにチップを吸着した際の変形量を示す図 比較例に係るコレットにチップを吸着した際の変形量を示す図
以下、半導体装置の製造方法および半導体造装置の一実施形態について、図１ないし図７を参照して説明する。尚、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。説明中の上下等の方向を示す用語は、後述する半導体基板の回路形成面側を上とした場合の相対的な方向を指し示し、重力加速度方向を基準とした現実の方向と異なる場合がある。
（実施形態）
図１は、実施形態に係る半導体製造装置１００の構成図である。半導体製造装置１００は、半導体チップ（以下、チップと記載）を実装基板や他のチップにフリップチップ接続するフリップチップボンダーである。
半導体製造装置１００は、少なくとも、チップＣを真空吸着するコレット１１０と、コレット１１０を駆動して、コレット１１０に真空吸着されたチップＣを実装基板Ｍもしくは他のチップＣ上に載置する駆動機構１２０とを備える。半導体製造装置１００は、チップＣを真空吸着によりピックアップし（図１（ａ）参照）、このピックアップしたチップＣを実装基板Ｍもしくは他のチップＣ上に実装する（図１（ｂ）参照）。
チップＣには、両主面（表面及び裏面）に接続用のバンプＢが設けられている。また、両主面のバンプＢは、図示しない貫通ビアにより電気的に接続されている。この実施形態では、両主面に設けられたバンブＢ同士を接続することにより、チップＣが積層され、電気的に接続される。なお、図１（ｂ）に示すように、積層されるチップＣのうち、実装基板Ｍとは反対側を上とした場合の最上段に積層されるチップＣについては、上面側のバンプＢは省略することができる。
図２は、コレット１１０の構成図である。図２（ａ）は、コレット１１０の平面図（裏面側）、図２（ｂ）は、図２（ａ）の線分Ｘ−Ｘにおけるコレット１１０の断面図である。図２（ａ）に示すように、コレット１１０の裏面１１０Ｒは、チップＣの形状に合わせて上面視で矩形状となっている。コレット１１０の裏面１１０Ｒは、チップＣの吸着面となっており、チップＣを真空吸着するための溝１１１が設けられている。
図２（ｂ）に示すように、コレット１１０内部には、裏面１１０Ｒに設けられた溝１１１と連通する孔１１０ａが設けられている。該孔１１０ａは、図示しない真空ポンプに接続されている。孔１１０ａを真空引きすることにより、コレット１１０の裏面１１０ＲにチップＣを真空吸着することができる。
さらに、コレット１１０の裏面１１０Ｒには、チップＣのバンプＢとの当接をさけるための窪み１１２が設けられている。図２（ａ）では、窪み１１２は、裏面１１０Ｒの周囲及び中央に設けられているが、窪み１１２を設ける位置は任意であり、チップＣに設けられたバンプＢの位置に応じて適宜変更される。
窪み１１２内には、弾性体１１２ａが設けられている。窪み１１２内に弾性体１１２ａが設けられていることで、チップＣに曲げ応力が生じるのを抑制して、チップＣに十分に圧力を付与することができる。弾性体１１２ａには、後述するヒータ１１３の熱がチップＣに伝達されるように、熱伝導率性及び耐熱性の高い材料、例えば、シリコーン樹脂やフッ素樹脂、エチレン・酢酸ビニル等のゴム、またはこれらの発泡材を用いることが好ましい。また、弾性体１１２ａ表面と裏面１１０Ｒとは、略平坦となっている。
弾性体１１２ａの厚みＴは、１０μｍ以上５０μｍ以下であることが好ましい。弾性体１１２ａが厚すぎると、チップＣに熱が伝達されにくくなる。弾性体１１２ａが薄すぎると、チップＣに曲げ応力が生じるのを抑制することが難しくなる。なお、弾性体１１２ａがない状態でも、チップＣに十分に圧力を付与することができる場合は、弾性体１１２ａは必ずしも必要ではない。
コレット１１０内には、ニクロム線やセラミック等の図示しないヒータが内蔵されている。ヒータに通電することにより、コレット１１０が１００〜３００℃程度に加熱される。チップＣを実装基板Ｍや他のチップＣ上に実装する際には、チップＣに下向きの圧力が印加された状態で上記ヒータ１１３により加熱される。該加熱により半田が溶解し、チップＣのバンプＢが接続される。
図３は、コレット１１０にチップＣを吸着した断面図である。図４は、比較例に係るコレット１１０ＡにチップＣを吸着した断面図である。図３では、コレット１１０の裏面１１０ＲにチップＣのバンプＢとの当接をさけるための窪み１１２が設けられている。この窪み１１２によりコレット１１０とバンプＢとが直接当接しない。また、弾性体１１２ａにより、バンプＢにより生じる応力が吸収・緩和される。このため、チップＣに曲げ応力が生じるのを抑制することができる。
一方、図４では、コレット１１０の裏面１１０ＲにチップＣのバンプＢとの当接をさけるための窪み１１２が設けられていない。このため、コレット１１０とバンプＢとが直接当接し、チップＣに曲げ応力が生じる。
以上のように、半導体製造装置１００は、主面にバンプＢが設けられたチップＣを真空吸着するコレット１１０と、コレット１１０を駆動して、真空吸着されたチップＣを実装基板Ｍもしくは他のチップＣ上に載置する駆動機構１２０とを備える。コレット１１０は、チップＣの吸着面である裏面１１０Ｒに、バンプＢとの当接を避けるための窪み１１２が設けられている。このため、チップＣに曲げ応力が生じるのを抑制できる。
また、窪み１１２内には、弾性体１１２ａが設けられている。このため、チップＣをフリップチップ接続する際に、チップＣに十分な圧力を印加することができる。このため、バンプ接続の信頼性が向上する。
さらに、弾性体１１２ａの厚みＴを、１０μｍ以上としているので、チップＣに曲げ応力が生じるのを抑制できる。また、弾性体１１２ａの厚みＴを、５０μｍ以下としているので、チップＣに熱が伝達されにくくなるのを抑制することができる。このためチップＣの接続信頼性がさらに向上する。
次に、実施例について説明する。この実施例では、図２を参照して説明したバンプとの当接を避けるために裏面に窪みを設けたコレット（実施例）と、バンプとの当接を避けるための窪みが設けられていないコレット（比較例）とで、チップを吸着した際のチップの変形量を測定した。なお、実施例に係るコレットの窪みには、弾性体は充填されていない。
図５は、チップの平面図である。図５に、チップの変形量を測定した個所を実線及び鎖線で示している。図５に示すように、この実施例では、チップの対角線に沿ってチップの変形量を測定した。
図６は、実施例のコレット（窪みあり）で吸着した際のチップの変形量を示している。なお、図６では、図５において実線で示した対角線の変形量を実線で、鎖線で示した対角線の変形量を鎖線で示している。図６に示すように、実施例のコレットでは、窪みによりチップに設けられたバンプがコレットと当接しない。このため、チップの変形量がバンプの存在する領域（０−２μｍ及び１０−１２μｍ）においても３μｍ程度に抑制されている。
図７は、比較例のコレット（窪みなし）で吸着した際のチップの変形量を示している。図７では、図５において実線で示した対角線の変形量を実線で、鎖線で示した対角線の変形量を鎖線で示している。図７に示すように、比較例のコレットでは、窪みがないためチップに設けられたバンプがコレットと当接し、チップに曲げ応力が生じる。このため、チップの変形量がバンプの存在する領域（０−２μｍ及び１０−１２μｍ）において急激に上昇している。
以上のように、この実施例では、コレットのチップ吸着面（裏面）に、バンプとの当接を避けるための窪みを設けることによりチップに曲げ応力が生じるのを効果的に抑制できることがわかった。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、各実施形態に示した構成、各種条件に限定されることはなく、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
１００…半導体製造装置、１１０，１１０Ａ…コレット、１１０Ｒ…裏面、１１０ａ…孔、１１１…溝、１１２…窪み、１１２ａ…弾性体、１１３…ヒータ、１２０…駆動機構、Ｂ…バンプ、Ｃ…チップ、Ｍ…実装基板。

Claims (4)

  1. 主面にバンプが形成された半導体チップを吸着するコレットと、
    前記コレットを駆動して、吸着された前記半導体チップを実装基板もしくは他の半導体チップ上に載置する駆動機構とを備え、
    前記コレットは、
    前記半導体チップの吸着面に窪みが設けられ、
    前記窪み内には、厚さ１０μｍ以上５０μｍ以下の弾性体が設けられている半導体製造装置。
  2. 主面にバンプが設けられた半導体チップを真空吸着するコレットと、
    前記コレットを駆動して、真空吸着された前記半導体チップを実装基板もしくは他の半導体チップ上に載置する駆動機構とを備え、
    前記コレットは、
    前記半導体チップの吸着面に、前記バンプとの当接を避けるための窪みが設けられている半導体製造装置。
  3. 前記窪み内には、弾性体が設けられている、請求項２に記載の半導体製造装置。
  4. 前記弾性体の厚みは、１０μｍ以上５０μｍ以下である、請求項３に記載の半導体製造装置。
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