特許 6367084 半導体チップの接合方法及び半導体チップの接合装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6367084

(24)【登録日】2018年7月13日

(45)【発行日】2018年8月1日

(54)【発明の名称】半導体チップの接合方法及び半導体チップの接合装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20180723BHJP

   B23K 20/00 20060101ALI20180723BHJP

   B23K 1/00 20060101ALI20180723BHJP

   B23K 3/00 20060101ALI20180723BHJP

   B23K 26/38 20140101ALI20180723BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/60 311Q

   B23K20/00 310L

   B23K1/00 330E

   B23K3/00 310F

   H01L21/60 311T

   B23K26/38 Z

【請求項の数】15

【全頁数】23

(21)【出願番号】特願2014-221907(P2014-221907)

(22)【出願日】2014年10月30日

(65)【公開番号】特開2016-92078(P2016-92078A)

(43)【公開日】2016年5月23日

【審査請求日】2017年2月27日

(73)【特許権者】

【識別番号】000003078

【氏名又は名称】株式会社東芝

(73)【特許権者】

【識別番号】317011920

【氏名又は名称】東芝デバイス＆ストレージ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002147

【氏名又は名称】特許業務法人酒井国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】栗田 洋一郎

【審査官】 柴山 将隆

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５５−０５２２２９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭４７−０２４２７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００７−０２７５４９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１２／１３３７６０（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２５１４０５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１４−０３３１００（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−２４６７８２（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２１／５２

Ｂ２３Ｋ １／００

Ｂ２３Ｋ ３／００

Ｂ２３Ｋ ２０／００

Ｂ２３Ｋ ２６／３８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

半導体チップの裏面がシートに貼り付けられた状態で前記半導体チップの活性化された表面と基板の活性化された表面とを対向させて配置することと、
前記シートにおける第１の領域の周囲の第２の領域を、前記基板の表面に垂直でない方向に移動可能である保持機構で保持することと、
前記シートにおける前記第２の領域が前記保持機構で保持された状態で前記第１の領域を介して前記半導体チップの裏面を押圧して前記半導体チップの活性化された表面を前記基板の活性化された表面に密着させることと、
前記半導体チップの活性化された表面が前記基板の活性化された表面に密着された状態を維持しながら前記シートにおける前記第２の領域が保持された状態で前記第１の領域を介した前記半導体チップの裏面の押圧を解除して前記シートを前記半導体チップの裏面から剥離することと、
を備えたことを特徴とする半導体チップの接合方法。

【請求項2】

前記配置することは、前記シートにおける外周領域を保持することを含み、
前記第２の領域は、前記シート内の前記外周領域より内側において前記第１の領域から離間して前記第１の領域の周囲に設けられる
請求項１に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項3】

前記剥離の後に前記半導体チップの裏面を加圧した状態で前記半導体チップを加熱することをさらに備えた
請求項１又は２に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項4】

前記配置は、
複数の前記半導体チップの裏面がシートに貼り付けられた状態で前記複数の半導体チップの活性化された表面と前記基板の活性化された表面とを対向させて配置することを含み、
前記密着は、
前記シートを介して、前記複数の半導体チップから選択された半導体チップの裏面を押圧して前記選択された半導体チップの活性化された表面を前記基板の活性化された表面に密着させることを含み、
前記剥離は、
前記シートを前記選択された半導体チップの裏面から剥離することを含む
請求項１から３のいずれか１項に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項5】

前記シートに半導体基板の裏面を貼り付けることと、
前記半導体基板を分割して複数の前記半導体チップに個片化することと、
をさらに備えた
請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項6】

第２のシートに半導体基板の表面を貼り付けることと、
前記半導体基板を分割して複数の前記半導体チップに個片化することと、
前記個片化された複数の半導体チップの裏面を前記シートに貼り付けて、前記複数の半導体チップを前記第２のシートから前記シートへ転写することと、
をさらに備えた
請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項7】

前記個片化の前に前記半導体基板の表面を平坦化することをさらに備えた
請求項５又は６に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項8】

前記平坦化は、前記半導体基板の表面を１ｎｍ以下の平坦度に平坦化することを含む
請求項７に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項9】

前記平坦化は、前記半導体基板の表面を０．３ｎｍ以下の平坦度に平坦化することを含む
請求項８に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項10】

前記個片化の後に前記半導体基板に対して洗浄と乾燥とを順次に行うことをさらに備えた
請求項５又は６に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項11】

前記個片化の後に前記複数の半導体チップの間隔を広げることをさらに備えた
請求項５又は６に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項12】

前記広げることは、前記複数の半導体チップの間隔を前記半導体チップの厚みより大きく広げることを含む
請求項１１に記載の半導体チップの接合方法。

【請求項13】

半導体チップの裏面がシートに貼り付けられた状態で前記半導体チップの活性化された表面と基板の活性化された表面とを対向させて配置する配置機構と、
前記基板の表面に垂直でない方向に移動可能であり、前記シートにおける第１の領域の周囲の第２の領域を保持する保持機構と、
前記シートにおける前記第２の領域が前記保持機構で保持された状態で前記第１の領域を介して前記半導体チップの裏面を押圧して前記半導体チップの活性化された表面を前記基板の活性化された表面に密着させ、前記半導体チップの表面が前記基板の表面に密着された状態を維持しながら前記シートにおける前記第２の領域が前記保持機構で保持された状態で前記第１の領域を介した前記半導体チップの裏面の押圧を解除して前記シートを前記半導体チップの裏面から剥離させる押圧機構と、
を備えたことを特徴とする半導体チップの接合装置。

【請求項14】

前記配置機構は、前記配置の際に前記シートにおける外周領域を保持し、
前記第２の領域は、前記シート内の前記外周領域より内側において前記第１の領域から離間して前記第１の領域の周囲に設けられる
請求項１３に記載の半導体チップの接合装置。

【請求項15】

前記押圧機構は、
前記半導体チップの裏面に対応した押圧面を有する押圧ヘッドと、
前記押圧面より前記押圧ヘッド側へ引っ込んだ状態と前記押圧面から突出した状態との間で変更可能であるピンと、
を有する
ことを特徴とする請求項１３又は１４に記載の半導体チップの接合装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

実施形態は、半導体チップの接合方法及び半導体チップの接合装置に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体装置を得るために、半導体チップが基板上に搭載・接合されることがある。このとき、半導体チップの熱変形を抑制したり、半導体チップと基板との熱膨張率の差に起因した接合の位置ずれを抑制しながら半導体チップを基板上に搭載させることが望まれる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特表２００８−５３５２７５号公報

【特許文献2】特開２０１４−１０３２９１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

一つの実施形態は、半導体チップの熱変形を抑制したり半導体チップと基板との熱膨張率の差に起因した接合の位置ずれや接合後の残留応力を抑制・低減しながら半導体チップを基板上に搭載できる半導体チップの接合方法及び半導体チップの接合装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

一つの実施形態によれば、半導体チップの接合方法が提供される。半導体チップの接合方法では、半導体チップの裏面がシートに貼り付けられた状態で半導体チップの活性化された表面と基板の活性化された表面とを対向させて配置する。半導体チップの接合方法では、第２の領域を保持機構で保持する。第２の領域は、シートにおける第１の領域の周囲の領域である。保持機構は、基板の表面に垂直でない方向に移動可能である。半導体チップの接合方法では、シートにおける第２の領域が保持機構で保持された状態で第１の領域を介して半導体チップの裏面を押圧して半導体チップの活性化された表面を基板の活性化された表面に密着させる。半導体チップの接合方法では、半導体チップの活性化された表面が基板の活性化された表面に密着された状態を維持しながらシートにおける第２の領域が保持された状態で第１の領域を介した半導体チップの裏面の押圧を解除してシートを半導体チップの裏面から剥離する。

【図面の簡単な説明】

【0006】

【図1】実施形態にかかる半導体チップの接合方法を示す断面図。

【図2】実施形態にかかる半導体チップの接合装置の構成を示す断面図。

【図3】実施形態にかかる半導体チップの接合方法を示す断面図。

【図4】実施形態にかかる半導体チップの接合方法を示す断面図。

【図5】実施形態にかかる半導体チップの接合方法を示す断面図。

【図6】実施形態におけるプラズマ活性化接合のメカニズムを示す説明図。

【図7】実施形態の変形例にかかる半導体チップの接合方法を示す断面図。

【発明を実施するための形態】

【0007】

以下に添付図面を参照して、実施形態にかかる半導体チップの接合方法を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。

【0008】

（実施形態）
実施形態にかかる半導体チップの接合方法について説明する。半導体チップの接合方法は、半導体チップを基板上に搭載させるための方法である。

【0009】

例えば、積層型のデバイスを得るためには、デバイスのパッケージング工程において、複数のチップを積層する必要がある。このとき、積層させるべき複数のチップにおいてチップサイズの異なるチップが混在している場合、２つの基板同士を接合させてから一括して個片化して積層型のデバイスを得ることが困難である。このため、２つの基板の一方の基板（半導体基板）を複数の半導体チップに個片化してから半導体チップを他方の基板上に搭載する必要がある。

【0010】

あるいは、光デバイスを得るためには、光素子をテンプレート基板上に積層する必要がある。このとき、複数の光素子に個片化させるべき光素子用の基板と複数のテンプレート基板に個片化されるべきテンプレート基板用の基板との基板サイズが異なる場合、２つの基板同士を接合させると、光デバイスを得ることに寄与しない無駄な領域が発生する。このため、２つの基板の一方の光素子用の基板（半導体基板）を複数の半導体チップに個片化してからチップを他方の基板上に搭載する必要がある。

【0011】

このとき、仮に、半導体チップのパッド電極と基板のパッド電極との間にハンダバンプを介在させて導通を取る場合を考える。

【0012】

この場合、半導体チップのパッド電極と基板のパッド電極とのそれぞれにハンダバンプをハンダ接合するために、半導体チップ及び基板を高温（例えば、３５０〜４００℃）に加熱する必要があるので、半導体チップ及び基板が熱変形する可能性がある。半導体チップ及び基板が互いに熱膨張率の異なる材料で形成されている場合、半導体チップ及び基板が熱変形すると、半導体チップのパッド電極と基板のパッド電極との接合の位置合わせ精度が低下しやすく互いに導通が取れなくなる可能性がある。

【0013】

本実施形態では、図１〜図５に示すように、半導体チップの基板へのプラズマ活性化接合（Plasma Activated Bonding）することで、半導体チップを基板上に常温で搭載させる。すなわち、半導体チップの表面と基板の表面とをそれぞれプラズマにより活性化して半導体チップを基板に密着させることで、半導体チップを基板上に常温で仮接合させる。その後、半導体チップを加熱加圧して基板に本接合させる。基板上における半導体チップの接合位置は仮接合でほぼ固定できるので、本接合では、半導体チップの接合の位置合わせ精度を容易に向上できる。

【0014】

なお、上記のハンダバップを用いた半導体チップと基板との接合のように半導体チップと基板との間に電気的道通が必要な場合は、活性化する半導体チップと基板との表面の一部に導体電極を設けておき、プラズマ活性化による接合とは別に導体同士の電気的接続を取っても構わない。例えば、半導体チップ及び基板のそれぞれにおいて、表面に、絶縁膜（シリコン酸化膜）に囲まれたハンダ電極を用意しておく。半導体チップ及び基板のそれぞれにおける絶縁膜同士の接合後に加熱してハンダ電極を溶融させてハンダ電極同士を互いに接合させてもよい。

【0015】

図１（ａ）〜（ｇ）、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）は、半導体チップの接合方法を示す工程断面図である。図２（ａ）は、半導体チップの接合装置の構成を示す断面図である。図２（ｂ）は、接合装置における押圧ヘッドの下面図である。

【0016】

なお、プラズマ活性化接合における活性化とは、半導体チップの表面と基板の表面とをそれぞれ水酸基で終端させ水分子が結合されやすい状態にすることを指すものとする。また、プラズマ活性化接合は、酸化膜接合（Oxide Bonding）、フュージョン接合（Fusion Bonding）、又は自発接合などと呼ばれることもある。

【0017】

半導体チップの接合方法では、プラズマ活性化接合における仮接合の前処理として、図１（ａ）〜（ｄ）に示す工程と図１（ｅ）〜（ｇ）に示す工程とが並行して行われる。

【0018】

図１（ａ）に示す工程では、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６（図１（ｂ）参照）に個片化されるべき半導体基板１０を準備する。半導体基板１０における表面１０ａ近傍の（パッド電極を除く）部分は、シリコン、シリコン酸化物、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体の酸化物のいずれかを主成分とする材料で形成されている。半導体基板１０における表面１０ａ近傍の部分がシリコン酸化物を主成分とする材料で形成されている場合、半導体基板１０における表面１０ａ近傍の部分より深い領域は、シリコンを主成分とする材料、もしくはＩＩＩ−Ｖ族半導体を主成分とする材料で形成されていてもよい。半導体基板１０における表面１０ａ近傍の部分がＩＩＩ−Ｖ族半導体の酸化物を主成分とする材料で形成されている場合、半導体基板１０における表面１０ａ近傍の部分より深い領域は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を主成分とする材料で形成されていてもよい。ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮを含む。

【0019】

半導体基板１０における表面１０ａは、１ｎｍ以下、より好ましくは、０．３ｎｍ以下の平坦度を有することができる。仮に、表面１０ａの平坦度が０．３ｎｍ以下になると、個片化された各半導体チップ１１の表面１１ａの平坦度も０．３ｎｍ以下になる。各半導体チップ１１の表面１１ａの平坦度が０．３ｎｍ以下になると、本接合の工程（図５（ｄ）に示す工程）において、半導体チップ１１を基板２０に仮接合した際に接合界面にボイド（エアギャップ）が形成され、本接合の接合強度が要求される強度に満たなくなることを抑制できる。

【0020】

例えばＣＭＰ法などにより、半導体基板１０の表面１０ａを研磨しておくことで、表面１０ａの平坦度を１ｎｍ以下にすることができ、あるいは、０．３ｎｍ以下にすることができる。

【0021】

次に、準備された半導体基板１０の裏面１０ｂを接着シート（ダイシングテープ）１の表面１ａに貼り付ける。すなわち、半導体基板１０は表面１０ａが露出された状態（フェイスアップの状態）で接着シート１に貼り付けられる。接着シート１は、その表面１ａに接着剤が形成されている。接着剤は、例えば、ＵＶ硬化性を有する接着剤を用いることができる。接着シート１は、環状のフラットリング２の枠内に張られてフラットリング２に固定されている。接着シート１は、例えば、光透過性を有する透明樹脂で形成されている。

【0022】

図１（ｂ）に示す工程では、半導体基板１０を分割して、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６に個片化する。例えば、半導体基板１０をダイシングラインに沿ってダイシング加工する。ダイシング加工は、ダイシングラインに沿ってダイシングブレードで切削することで行ってもよい。このとき、水を細く噴射することにより形成したウォータージェットを切削箇所に導入しながらダイシングブレードで切削してもよい。これにより、切削屑（パーティクル）が半導体チップ１１の表面１１ａに付着することを防止できる。あるいは、ダイシング加工は、ダイシングラインに沿ってレーザーを照射してレーザー加工することで行ってもよい。

【0023】

その後、接着シート１に裏面１ｂ側からＵＶ照射を行って、接着シート１の表面１ａに形成されている接着剤を硬化させてその接着力を低下させる。

【0024】

また、各半導体チップ１１が接着シート１に貼り付けられた状態のまま、各半導体チップ１１の表面１１ａに対して、洗浄（例えば、超音波洗浄）と乾燥処理とを順次に行う。これにより、各半導体チップ１１の表面１１ａにパーティクルが付着している場合に、付着しているパーティクルを除去することができる。

【0025】

図１（ｃ）に示す工程では、接着シート１上における複数の半導体チップ１１−１〜１１−６の間隔を広げる。

【0026】

例えば、接着シート１をいったんフラットリング２から外してから、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６が貼り付けられた状態のまま接着シート１を周囲に向けて広げるように引っ張る。これにより、隣接する半導体チップ１１−１〜１１−６の間隔を広げることができる。

【0027】

このとき、図１（ｃ）に示すように、隣接する半導体チップ１１−１〜１１−６の間隔を各半導体チップ１１の厚みより大きく広げることができる。仮に、隣接する半導体チップ１１−１〜１１−６の間隔が各半導体チップ１１の厚み以下である場合、半導体チップ１１を接着シート１越しに押圧する工程（図５（ａ）に示す工程）において、押圧される半導体チップ１１の側面１１ｃが隣接する半導体チップ１１の側面１１ｃに接触して、パーティクルを発生させる可能性がある。発生したパーティクルが仮接合されるべき面に付着すると、半導体チップ１１を基板２０に仮接合した際に接合界面にパーティクルを起点としたボイド（エアギャップ）が形成され、仮接合の接合強度が要求される強度に満たなくなる可能性がある。例えば、直径１μｍのパーティクルが接合面に介在すると、接合界面に沿った方向の幅が約１０００μｍのボイドが形成される可能性がある。

【0028】

図１（ｄ）に示す工程では、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６の表面１１ａを一括して活性化する。例えば、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６が貼り付けられ接着シート１を固定するフラットリング２をプラズマ処理装置（図示せず）の処理室内のステージ上に載置する。このとき、各半導体チップ１１は表面１１ａが上側になっている。そして、減圧下で複数の半導体チップ１１−１〜１１−６の表面１１ａにプラズマＰＬ１を照射すると、各半導体チップ１１−１〜１１−６の表面１１ａが活性化される。その後、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６が貼り付けられ接着シート１を固定するフラットリング２を処理室外に搬出する。

【0029】

これにより、各半導体チップ１１の表面１１ａに付着していた有機物等の汚染物を除去でき、表面１１ａを水酸基で終端させることができる。例えば、各半導体チップ１１の表面１１ａ近傍の（パッド電極を除く）部分は、シリコン、シリコン酸化物、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体の酸化物のいずれかを主成分とする材料で形成されている。いずれの場合でも、図１（ｃ）に示す工程により表面１１ａを活性化して表面１１ａを水酸基で終端させることができる。

【0030】

なお、各半導体チップ１１の表面１１ａの活性化は、各半導体チップ１１の表面１１ａにプラズマを照射する代わりに、各半導体チップ１１の表面１１ａにＡｒ等の原子又はイオンのエネルギービーム（ボンバートメント）を照射することでおこなってもよい。

【0031】

一方、図１（ｅ）に示す工程では、半導体チップ１１が搭載されるべき基板２０を準備する。基板２０は、例えば、半導体基板又はガラス基板を含む。基板２０が半導体基板である場合、基板２０における表面２０ａ近傍の（パッド電極を除く）部分は、シリコン、シリコン酸化物、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体の酸化物のいずれかを主成分とする材料で形成されている。基板２０における表面２０ａ近傍の部分がシリコン酸化物を主成分とする材料で形成されている場合、基板２０における表面２０ａ近傍の部分より深い領域は、シリコンを主成分とする材料、もしくはＩＩＩ−Ｖ族半導体を主成分とする材料で形成されていてもよい。半導体基板１０における表面１０ａ近傍の部分がＩＩＩ−Ｖ族半導体の酸化物を主成分とする材料で形成されている場合、半導体基板１０における表面１０ａ近傍の部分より深い領域は、ＩＩＩ−Ｖ族半導体を主成分とする材料で形成されていてもよい。ＩＩＩ−Ｖ族半導体は、例えば、ＩｎＰ、ＧａＡｓ、ＧａＮを含む。基板２０がガラス基板である場合、基板２０における表面２０ａ近傍の（パッド電極を除く）部分は、例えば、シリコン酸化物又はサファイアを主成分とする材料で形成されている。

【0032】

基板２０における表面２０ａは、１ｎｍ以下、より好ましくは、０．３ｎｍ以下の平坦度を有することができる。仮に、表面２０ａの平坦度が０．３ｎ以下になると、本接合の工程（図５（ｄ）に示す工程）において、半導体チップ１１を基板２０に仮接合した際に接合界面にボイド（エアギャップ）が形成され、本接合の接合強度が要求される強度に満たなくなることを抑制できる。

【0033】

例えばＣＭＰ法などにより、基板２０の表面２０ａを研磨しておくことで、表面２０ａの平坦度を１ｎｍ以下にすることができ、あるいは、０．３ｎｍ以下にすることができる。

【0034】

準備された基板２０の表面２０ａに対して、洗浄（例えば、超音波洗浄）と乾燥処理とを順次に行う。これにより、基板２０の表面２０ａにパーティクルが付着している場合に、付着しているパーティクルを除去することができる。

【0035】

図１（ｆ）に示す工程では、基板２０の表面２０ａを活性化する。例えば、基板２０を表面２０ａが上側になるようにプラズマ処理装置（図示せず）の処理室内のステージ上に載置する。そして、減圧下で基板２０の表面２０ａにプラズマＰＬ２を照射すると、基板２０の表面２０ａが活性化される。その後、基板２０を処理室外に搬出する。

【0036】

これにより、基板２０の表面２０ａに付着していた有機物等の汚染物を除去でき、表面２０ａを水酸基で終端させることができる。基板２０の表面２０ａ近傍の（パッド電極を除く）部分は、シリコン、シリコン酸化物、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体の酸化物のいずれかを主成分とする材料で形成されている。いずれの場合でも、図１（ｆ）に示す工程により表面２０ａを活性化して表面２０ａを水酸基で終端させることができる。

【0037】

図１（ｇ）に示す工程では、基板２０の表面２０ａに対して、洗浄（例えば、超音波洗浄）と乾燥処理とを順次に行う。これにより、基板２０の表面２０ａにパーティクルが付着している場合に、付着しているパーティクルを除去することができる。

【0038】

次に、半導体チップの接合方法では、プラズマ活性化接合における仮接合を行う。

【0039】

半導体チップ１１を基板２０へ仮接合させる場合、仮に、各半導体チップ１１をピックアップして接着シート１から外して基板２０へ搭載する場合を考える。この場合、半導体チップ１１の表面１１ａ又は側面１１ｃに触れた際に、半導体チップ１１の一部が欠けてパーティクルが発生し、発生したパーティクルが半導体チップ１１の表面１１ａに付着する可能性がある。発生したパーティクルが表面１１ａに付着すると、半導体チップ１１を基板２０に仮接合した際に接合界面にパーティクルを起点としたボイド（エアギャップ）が形成され、仮接合の接合強度が要求される強度に満たなくなる可能性がある。例えば、直径１μｍのパーティクルが接合界面に介在すると、接合界面に沿った方向の幅が約１０００μｍのボイドが形成される可能性がある。

【0040】

そこで、本実施形態では、半導体チップ１１を基板２０へ仮接合させる際に半導体チップ１１の活性化された表面１１ａに触れずに半導体チップ１１をハンドリングするための工夫を行う。すなわち、接着シート１に貼り付けられた半導体チップ１１の活性化された表面１１ａと基板２０の活性化された表面２０ａとを対向配置させ、接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧して半導体チップ１１を基板２０に仮接合させることでパーティクルの発生を抑制しながら仮接合を行う。

【0041】

具体的には、プラズマ活性化接合の仮接合は、図２（ａ），（ｂ）に示す接合装置１００を用いて行われる。

【0042】

接合装置１００は、図２（ａ）に示すように、配置機構１１０、アライメント機構１２０、押圧機構１３０、保持機構１４０、認識機構１５０、減圧機構１６０、及びコントローラ１７０を備える。図２（ａ），（ｂ）において、基板ステージ１１２の上面１１２ａに垂直な方向をＺ方向として、上面１１２ａに平行な平面内で互いに直交する２方向をＸ方向及びＹ方向とする。

【0043】

コントローラ１７０は、接合装置１００の各部を全体的に制御する。

【0044】

配置機構１１０は、各半導体チップ１１の裏面１１ｂが接着シート１の表面１ａに貼り付けられた状態で、各半導体チップ１１の活性化された表面１１ａと基板２０の活性化された表面２０ａとを対向させて配置する。例えば、配置機構１１０は、シートステージ１１１及び基板ステージ１１２を有する。

【0045】

シートステージ１１１は、フラットリング２に対応して、Ｚ方向から見た場合に略リング形状を有している。フラットリング２は、各半導体チップ１１の表面１１ａが下側になる向きで、シートステージ１１１の上面１１１ａに載置される。シートステージ１１１は、真空吸着又は静電吸着によりフラットリング２を吸着して保持してもよい。

【0046】

基板ステージ１１２は、基板２０に対応して、Ｚ方向から見た場合に基板２０を内側に含む平面形状を有している。基板２０は、表面２０ａが上側になる向きで、基板ステージ１１２の上面１１２ａに載置される。基板ステージ１１２は、真空吸着又は静電吸着により基板２０を吸着して保持してもよい。

【0047】

アライメント機構１２０は、コントローラ１７０による制御のもと、半導体チップ１１及び基板２０の相対的な位置をアライメントする。例えば、アライメント機構１２０は、駆動機構１２１，１２２を有する。駆動機構１２１は、コントローラ１７０から受けた駆動量の指令に従って、シートステージ１１１をＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向に駆動する。θ方向は、Ｚ軸回りの回転方向である。駆動機構１２２は、コントローラ１７０から受けた駆動量の指令に従って、基板ステージ１１２をＸ方向、Ｙ方向、及びθ方向に駆動する。

【0048】

なお、アライメント機構１２０は、半導体チップ１１及び基板２０の相対的な位置をアライメント可能であれば、駆動機構１２１及び駆動機構１２２の一方が省略された構成であってもよい。

【0049】

減圧機構１６０は、真空ポンプ１６１及び真空排気路１６２，１６３−１，１６３−２を有する。

【0050】

押圧機構１３０は、コントローラ１７０による制御のもと、接着シート１を介して半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧して半導体チップ１１の活性化された表面１１ａを基板２０の活性化された表面２０ａに密着させる（図５（ａ）参照）。これにより、半導体チップ１１を基板２０に仮接合させる。また、押圧機構１３０は、半導体チップ１１の活性化された表面１１ａが基板２０の活性化された表面２０ａに密着された状態を維持しながら接着シート１を半導体チップ１１の裏面１１ｂから剥離させる（図５（ｂ）、（ｃ）参照）。例えば、押圧機構１３０は、押圧ヘッド１３１、ヘッド駆動部１３２、ピン１３５、及びピン駆動部１３６を有する。

【0051】

押圧ヘッド１３１は、半導体チップ１１の裏面１１ｂに対応した押圧面１３１ｆを有する。押圧面１３１ｆは、Ｚ方向から見た場合に、押圧すべき半導体チップ１１の裏面１１ｂを含み隣接する半導体チップ１１に干渉しない平面形状を有する。押圧面１３１ｆは、例えば、半導体チップ１１の裏面１１ｂに均等な平面形状を有していてもよい。ヘッド駆動部１３２は、コントローラ１７０による制御のもと、押圧ヘッド１３１をＺ方向に駆動させる。これにより、押圧ヘッド１３１は、接着シート１を介して半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧できる。

【0052】

押圧ヘッド１３１は、押圧面１３１ｆに緩衝部材１３１ａを有する。緩衝部材１３１ａは、押圧ヘッド１３１が接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧する際に半導体チップ１１の裏面１１ｂに加わる力を緩衝させると同時に、チップ表面と基板表面との平行度のズレを吸収することで活性化面に均一に圧力が加わる事を可能にする。緩衝部材１３１ａは、例えば、ゴムなどの弾性体で形成することができる。

【0053】

押圧ヘッド１３１は、押圧ヘッド１３１が接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧する際に接着シート１を吸着するための吸着構造１３１ｂを有する。吸着構造１３１ｂは、図２（ｂ）に示すように、孔１３４とピン１３５との隙間と連通路１３７とにより形成されている。孔１３４とピン１３５との隙間は、連通路１３７を介して真空排気路１６２に連通されており、真空排気路１６２を介して真空ポンプ１６１により真空排気され得る。これにより、吸着構造１３１ｂは、接着シート１を真空吸着することができる。なお、吸着構造１３１ｂは、押圧ヘッド１３１の押圧面１３１ｆに接着シート１を真空吸着することができれば、他の形態であってもよい。例えば、吸着構造１３１ｂは、ピン１３５が挿通される孔とは別に押圧面１３１ｆから連通路１３７まで連通された孔と連通路１３７とにより形成されていてもよい。

【0054】

ピン１３５は、押圧面１３１ｆより押圧ヘッド１３１側へ引っ込んだ状態と押圧面１３１ｆから突出した状態との間で変更可能である。ピン１３５は、孔１３４内をＺ方向に移動可能である。孔１３４は、押圧ヘッド１３１内をＺ方向に延びている。ピン駆動部１３６は、コントローラ１７０による制御のもと、ピン１３５を孔１３４に沿ってＺ方向に移動させる。これにより、ピン１３５は、押圧面１３１ｆより押圧ヘッド１３１側へ引っ込んだり、押圧面１３１ｆから突出したりする。

【0055】

保持機構１４０は、押圧機構１３０の周囲に配されている。保持機構１４０は、接着シート１における押圧機構１３０で押圧すべき領域の周囲の領域を保持する。保持機構１４０は、接着シート１における押圧機構１３０で押圧すべき領域の周囲の領域を真空吸着する。例えば、保持機構１４０は、保持するための構成を複数セット有する。複数セットの構成は、Ｚ方向から見た場合に、押圧機構１３０に関して互いに回転対称となる位置に配されている。複数セットの構成のそれぞれは、保持ヘッド１４１−１，１４１−２、及びヘッド駆動部１４２−１，１４２−２を有する。

【0056】

ヘッド駆動部１４２−１，１４２−２は、コントローラ１７０による制御のもと、保持ヘッド１４１−１，１４１−２をＺ方向に駆動させる。これにより、保持ヘッド１４１−１，１４１−２は、接着シート１を真空吸着できる。

【0057】

各保持ヘッド１４１−１，１４１−２は、接着シート１に接触する面１４１ｆに緩衝部材１４１ａ−１，１４１ａ−２を有する。緩衝部材１４１ａ−１，１４１ａ−２は、各保持ヘッド１４１−１，１４１−２が接着シート１を真空吸着する際に半導体チップ１１の裏面１１ｂに加わる力を緩衝させる。緩衝部材１４１ａ−１，１４１ａ−２は、例えば、ゴムなどの弾性体で形成することができる。

【0058】

各保持ヘッド１４１−１，１４１−２は、接着シート１を吸着するための吸着構造１４１ｂ−１，１４１ｂ−２を有する。吸着構造１４１ｂ−１，１４１ｂ−２は、孔１４４−１，１４４−２と連通路１４７−１，１４７−２とにより形成されている。孔１４４−１，１４４−２は、連通路１４７−１，１４７−２を介して真空排気路１６３−１，１６３−２に連通されており、真空排気路１６３−１，１６３−２を介して真空ポンプ１６１により真空排気され得る。これにより、吸着構造１４１ｂ−１，１４１ｂ−２は、接着シート１を真空吸着することができる。

【0059】

認識機構１５０は、半導体チップ１１及び基板２０をそれぞれ認識する。例えば、認識機構１５０は、半導体チップ１１の位置と基板２０上における半導体チップ１１を搭載すべき位置とをそれぞれ認識する。認識機構１５０は、例えば、鏡筒１５１、カメラ１５２、及びリング照明１５３を有する。認識機構１５０は、リング照明１５３で被写体（例えば、半導体チップ１１及び基板２０）を照明し、その反射光を鏡筒１５１経由でカメラ１５２により受光する。これにより、認識機構１５０は、半導体チップ１１及び基板２０を撮像し、撮像して得られた画像をコントローラ１７０へ供給できる。

【0060】

例えば、認識機構１５０は、半導体チップ１１及び基板２０のそれぞれの輪郭を認識することで半導体チップ１１及び基板２０のそれぞれの位置を認識することができる。あるいは、例えば、半導体チップ１１及び基板２０のそれぞれにアライメントマークが形成されている場合、認識機構１５０は、半導体チップ１１及び基板２０のそれぞれのアライメントマークを認識することで半導体チップ１１及び基板２０のそれぞれの位置を認識することができる。

【0061】

なお、認識機構１５０は、リング照明１５３に代えて、同軸照明を有していてもよい。同軸照明は、例えば鏡筒１５１内に設けられ、その光軸がカメラ１５２の光軸と同軸になっている。あるいは、認識機構１５０は、リング照明１５３に代えて、下方（例えば、基板ステージ１１２の上面１１２ａ）に設けられた照明を有していてもよい。例えば、基板２０がガラス基板である場合、照明は、基板ステージ１１２の上面１１２ａにおける基板２０が載置される領域に設けられていてもよい。例えば、基板２０が半導体基板である場合、照明は、基板ステージ１１２の上面１１２ａにおける基板２０が載置される領域の周囲に設けられていてもよい。

【0062】

あるいは、認識機構１５０は、リング照明１５３に代えて、図２（ａ）に一点鎖線で示すＩＲ照明１５４を有していてもよい。この場合、カメラ１５２は、ＩＲカメラであってもよい。これにより、認識機構１５０は、ＩＲ照明１５４から出射されたＩＲ光（赤外光）で被写体（例えば、半導体チップ１１及び基板２０）を照明し、その透過光（ＩＲ光）を鏡筒１５１経由でカメラ１５２により受光することができる。

【0063】

あるいは、図示しないが、認識機構１５０は、カメラ１５２に代えて、上下同時認識カメラを有していてもよい。上下同時認識カメラは、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６と基板２０との間の空間に挿入され、半導体チップ１１と基板２０とを同時に撮像可能である。これにより、認識機構１５０は、半導体チップ１１及び基板２０のそれぞれの位置を同時に認識することができる。

【0064】

また、半導体チップの接合方法では、プラズマ活性化接合における仮接合として、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）に示す工程が行われる。

【0065】

図３（ａ）に示す工程では、配置機構１１０が、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６の活性化された表面１１ａと基板２０の活性化された表面２０ａとを対向させて配置する。複数の半導体チップ１１−１〜１１−６の裏面１１ｂは、接着シート１の表面１ａに貼り付けられた状態になっている。

【0066】

このとき、半導体チップ１１の活性化された表面１１ａと基板２０の活性化された表面２０ａとは、それぞれ水酸基で終端されているが、図６（ａ）に示すように、水酸基（−Ｏ−Ｈ）に水分子（Ｈ−Ｏ−Ｈ）が水素結合で結合されていることが多い。なお、図６（ａ）〜（ｄ）は、プラズマ活性化接合のメカニズムを示す図である。図６（ａ）〜（ｄ）では、半導体チップ１１において表面１１ａ近傍がシリコン酸化膜１１ｉでありシリコン酸化膜１１ｉより深い位置にシリコン領域１１ｊが配されており、基板２０において表面２０ａ近傍がシリコン酸化膜２１でありシリコン酸化膜２１より深い位置にシリコン領域２２が配されている場合について例示されている。

【0067】

そして、図３（ａ）に示すように、認識機構１５０は、基板２０における半導体チップ１１が搭載されるべき位置を認識する。例えば、認識機構１５０は、リング照明１５３で基板２０を照明し、その反射光を鏡筒１５１経由でカメラ１５２により受光する。これにより、認識機構１５０は、基板２０を撮像し、図３（ａ）に破線で示す位置を、基板２０における半導体チップ１１−４が搭載されるべき位置として認識できる。認識機構１５０は、認識結果をコントローラ１７０へ供給する。

【0068】

図３（ｂ）に示す工程では、保持機構１４０が、接着シート１における押圧機構１３０により押圧されるべき領域の周囲の領域を保持する。例えば、コントローラ１７０は、吸着構造１４１ｂ−１，１４１ｂ−２を真空吸着できる状態にさせるとともに、ヘッド駆動部１４２−１，１４２−２を制御して、保持ヘッド１４１−１，１４１−２を−Ｚ方向に移動させる（図２（ａ）参照）。これにより、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６のうち半導体チップ１１−４が押圧されるべき半導体チップとして選択された場合、接着シート１における半導体チップ１１−４に対応した領域の周囲の領域が保持機構１４０により真空吸着される。図３（ｂ）では、保持ヘッド１４１−１，１４１−２で接着シート１における半導体チップ１１−２，１１−３，１１−５，１１−６に対応した領域を保持ヘッド１４１−１，１４１−２で真空吸着する場合が例示されているが、半導体チップ１１−４に対応した領域の周囲であれば、半導体チップ１１−２，１１−３，１１−５，１１−６に対応した領域に限定されない。これにより、接着シート１における押圧機構１３０により押圧されるべき領域の撓みを制御できる。

【0069】

図３（ｃ）に示す工程では、認識機構１５０が、接着シート１における押圧機構１３０により押圧されるべき位置を認識する。例えば、認識機構１５０は、リング照明１５３で接着シート１及び半導体チップ１１−４を照明し、その反射光を鏡筒１５１経由でカメラ１５２により受光する。これにより、認識機構１５０は、接着シート１及び半導体チップ１１−４を撮像し、図３（ｃ）に破線で示す位置を、接着シート１における押圧機構１３０により押圧されるべき位置として認識できる。認識機構１５０は、認識結果をコントローラ１７０へ供給する。

【0070】

なお、図３（ｂ）に示す工程で保持機構１４０が接着シート１を真空吸着する際に接着シート１及び半導体チップ１１−４の位置（絶対位置、又は基板２０に対する相対位置）がずれる可能性があるが、図３（ｃ）に示す工程では、ずれた後の位置を認識できるので、認識される位置は、ずれの影響を受けにくい。

【0071】

図４（ａ）に示す工程では、押圧機構１３０が、接着シート１を真空吸着する。例えば、コントローラ１７０は、認識機構１５０による認識結果に応じて、接着シート１における押圧機構１３０により押圧されるべき位置を押圧機構１３０の下に位置させるためのシートステージ１１１の駆動量を求めてアライメント機構１２０の駆動機構１２１へ供給する。駆動機構１２１は、駆動量の指令に従って、シートステージ１１１を駆動させる。これにより、接着シート１における押圧機構１３０により押圧されるべき位置が押圧機構１３０の下に位置決めされる。そして、コントローラ１７０は、吸着構造１３１ｂを真空吸着できる状態にさせるとともに、ヘッド駆動部１３２を制御して、押圧ヘッド１３１を−Ｚ方向に移動させる（図２（ａ）参照）。これにより、押圧ヘッド１３１の押圧面１３１ｆに接着シート１が真空吸着される。このとき、ピン１３５は、押圧面１３１ｆから押圧ヘッド１３１側に引っ込んだ状態に維持されている。

【0072】

図４（ｂ）に示す工程では、認識機構１５０が、半導体チップ１１の位置（絶対位置、又は基板２０に対する相対位置）を認識する。例えば、認識機構１５０は、リング照明１５３で半導体チップ１１−４を照明し、その反射光を鏡筒１５１経由でカメラ１５２により受光する。これにより、認識機構１５０は、半導体チップ１１−４を撮像し、半導体チップ１１の位置を認識できる。認識機構１５０は、認識結果をコントローラ１７０へ供給する。

【0073】

なお、図４（ａ）に示す工程で押圧機構１３０が接着シート１を真空吸着する際に接着シート１及び半導体チップ１１−４の位置（絶対位置、又は基板２０に対する相対位置）がずれる可能性があるが、図４（ｂ）に示す工程では、ずれた後の位置を認識できるので、認識される位置は、ずれの影響を受けにくい。

【0074】

図４（ｃ）に示す工程では、アライメント機構１２０が、半導体チップ１１及び基板２０の相対的な位置をアライメントする。例えば、コントローラ１７０は、図３（ａ）に示す工程で受けた認識結果と図４（ｂ）に示す工程で受けた認識結果とに基づいて、アライメントのための駆動量を求める。例えば、コントローラ１７０は、基板２０における半導体チップ１１−４が搭載されるべき位置と半導体チップ１１−４の位置との差分ΔＬ（図４（ｂ）参照）をＸ方向、Ｙ方向、θ方向のそれぞれについて求める。コントローラ１７０は、差分ΔＬをキャンセルするようなＸ方向、Ｙ方向、θ方向のそれぞれの駆動量を求めてアライメント機構１２０の駆動機構１２２へ供給する。駆動機構１２２は、駆動量の指令に従って、基板ステージ１１２を駆動させる。これにより、半導体チップ１１−４の位置と基板２０における半導体チップ１１−４が搭載されるべき位置とが相対的にアライメントされる。

【0075】

図５（ａ）に示す工程では、押圧機構１３０が、接着シート１を介して半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧する。例えば、コントローラ１７０は、ヘッド駆動部１３２を制御して、押圧ヘッド１３１をさらに−Ｚ方向に移動させる（図２（ａ）参照）。これにより、押圧ヘッド１３１が、接着シート１を介して半導体チップ１１−４の裏面１１ｂを押圧し、半導体チップ１１−４の活性化された表面１１ａを基板２０の活性化された表面２０ａに密着させる。これにより、半導体チップ１１−４が基板２０に仮接合される。また、接着シート１は、弾性変形し、押圧機構１３０で押圧された領域と保持機構１４０（保持ヘッド１４１−１，１４１−２）で保持された領域との間に張力が発生する。

【0076】

このとき、半導体チップ１１の活性化された表面１１ａと基板２０の活性化された表面２０ａとは、図６（ｂ）に示すように、水酸基に結合された水分子（Ｈ−Ｏ−Ｈ）同士が水素結合で互いに結合されることで仮接合される。

【0077】

図５（ｂ）に示す工程では、押圧機構１３０は、半導体チップ１１の活性化された表面１１ａが基板２０の活性化された表面２０ａに密着された状態を維持しながら接着シート１を半導体チップ１１の裏面１１ｂから剥離する。例えば、コントローラ１７０は、ピン駆動部１３６を制御して、ピン１３５が接着シート１を介して半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧するようにする。コントローラ１７０は、減圧機構１６０を制御して、吸着構造１３１ｂの真空吸着を解除させる。コントローラ１７０は、ピン駆動部１３６を制御してピン１３５が接着シート１を介して半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧した状態を維持させながら、ヘッド駆動部１３２を制御して押圧ヘッド１３１を＋Ｚ方向に移動させる（図２（ａ）参照）。すなわち、押圧ヘッド１３１が半導体チップ１１の裏面１１ｂから離れて＋Ｚ方向に移動するに従い、ピン１３５は、接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧した状態を維持しながら、押圧面１３１ｆから突出した状態になる。

【0078】

このとき、接着シート１の表面１ａに形成された接着剤の接着力が図１（ｂ）に示す工程で低下されている。このため、接着シート１における押圧機構１３０で押圧された領域と保持機構１４０で保持された領域との間の張力により、半導体チップ１１−４の裏面１１ｂにおけるピン１３５で押圧された領域の周囲から接着シート１が容易に剥離される。

【0079】

図５（ｃ）に示す工程では、押圧機構１３０が、接着シート１の半導体チップ１１の裏面１１ｂからの剥離を完了させる。例えば、コントローラ１７０は、ピン駆動部１３６を制御して、ピン１３５を＋Ｚ方向に移動させ、接着シート１を介して半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧した状態を解除する。コントローラ１７０は、ピン駆動部１３６を制御して、ピン１３５を押圧面１３１ｆより押圧ヘッド１３１側へ引っ込んだ状態にしてもよい。

【0080】

ここで、仮に、ピン１３５が接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧することを行わずに、押圧ヘッド１３１による押圧を解除して半導体チップ１１の裏面１１ｂへの押圧を一気に解除する場合を考える。この場合、半導体チップ１１−４の裏面１１ｂの略全面が接着シート１に接着されており、半導体チップ１１−４の裏面１１ｂにおける接着シート１に接着された領域の面積が大きい。このため、接着シート１の張力及び接着力で半導体チップ１１−４を上向きに引っ張る力が、半導体チップ１１−４の基板２０への仮接合の力で半導体チップ１１−４を下向きに引っ張る力より大きくなる可能性がある。これにより、半導体チップ１１−４が基板２０へ仮接合された状態を維持できずに半導体チップ１１−４が基板２０から剥離される可能性がある。

【0081】

それに対して、本実施形態では、図５（ｃ）に示す工程において、半導体チップ１１−４の裏面１１ｂにおける接着シート１に接着された領域の面積が小さくなっている。このため、半導体チップ１１−４の基板２０への仮接合の力で半導体チップ１１−４を下向きに引っ張る力が接着シート１の張力及び接着力で半導体チップ１１−４を上向きに引っ張る力に容易に打ち勝つことができる。これにより、半導体チップ１１−４が基板２０へ仮接合された状態を維持しながら、接着シート１の半導体チップ１１の裏面１１ｂからの剥離を完了させることができる。

【0082】

同様に、接着シート１に貼り付けられた他の半導体チップ１１−１〜１１−３，１１−５，１１−６についても、図３（ａ）〜（ｃ）、図４（ａ）〜（ｃ）、図５（ａ）〜（ｃ）の工程を行うことで、基板２０上へ仮接合させることができる。

【0083】

次に、半導体チップの接合方法では、プラズマ活性化接合における本接合として、図５（ｄ）に示す工程が行われる。

【0084】

図５（ｄ）に示す工程では、半導体チップ１１の裏面１１ｂを物理的に加圧した状態で半導体チップ１１を加熱する。例えば、（耐熱材料で形成された）緩衝シートを介して半導体チップ１１の裏面１１ｂをホットプレートに熱的に接触させ、例えば２５０℃以下で加熱する。また、基板２０を裏面２０ｂ側から別のホットプレートに接触させて２５０℃以下で加熱することを併せて行ってもよい。加熱温度は半導体チップや基板の材料・構造によって適切に（例えば、最適に）設定する事が望ましく、例えば熱膨張係数の等しい材料同士の場合は１０００℃以上にすることが可能で、これにより後記の接合プロセスの時間を短縮でき、生産性を高めることが出来る。一方でシリコンとＩＩＩ−Ｖ族半導体といったように異なる熱膨張係数を持つものの接合では、接合プロセス終了後の温度降下による残留熱応力を低減するため、可能な限り低温、望ましくは１５０℃以下であることが推奨される。

【0085】

上記の加圧・加熱のプロセスにおいて、半導体チップ１１と基板２０との接合界面では、図６（ｃ）に示すように、接合界面から水分子（Ｈ−Ｏ−Ｈ）が抜けて、水分子（Ｈ−Ｏ−Ｈ）同士の水素結合が水酸基（−Ｏ−Ｈ）同士の水素結合に変わったり、酸素原子（−Ｏ−）を介した共有結合に変わったりする。これにより、半導体チップ１１の表面１１ａと基板２０の表面２０ａとは、接合界面幅がＧ１からＧ２（＜Ｇ１）に狭められる。さらに接合プロセスが進むことで、半導体チップ１１と基板２０との接合界面では、図６（ｄ）に示すように、水酸基（−Ｏ−Ｈ）同士の水素結合から水分子（Ｈ−Ｏ−Ｈ）が抜けて酸素原子（−Ｏ−）を介した共有結合に変わる。これにより、半導体チップ１１の表面１１ａと基板２０の表面２０ａとは、接合界面幅がＧ２からＧ３（＜＜Ｇ２）に狭められ、表面の酸化膜１１ｉ，２１同士がほぼ一体化した形で本接合される。

【0086】

以上のように、実施形態では、半導体チップの接合方法において、半導体チップ１１の表面１１ａと基板２０の表面２０ａとをそれぞれプラズマにより活性化して半導体チップ１１を基板２０に密着させる。これにより、ハンダバンプを介在させずに半導体チップ１１を基板２０上に常温で仮接合させることができるので、半導体チップ１１の熱変形を抑制しながら半導体チップ１１を基板２０上に搭載できる。この結果、仮接合時における半導体チップの接合の位置合わせ精度を容易に向上できる。また、その後に半導体チップ１１を加熱加圧して基板２０に本接合させるが、基板２０上における半導体チップ１１の接合位置は仮接合でほぼ固定できるので、本接合における半導体チップの接合の位置合わせ精度を容易に向上できる。

【0087】

また、実施形態では、半導体チップの接合方法において、ハンダバンプを介在させずに半導体チップ１１を基板２０上に接合させることができるので、半導体チップ１１におけるパッド電極の配置密度を向上させることが容易である。例えば、半導体チップにおけるパッド電極の配置ピッチを数μｍ程度にすることができる。これにより、半導体チップ１１の実装密度を容易に向上できる。

【0088】

また、実施形態では、半導体チップの接合方法において、接着シート１に貼り付けられた半導体チップ１１の活性化された表面１１ａと基板２０の活性化された表面２０ａとを対向配置させ、接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧して半導体チップ１１を基板２０に仮接合させる。そして、半導体チップ１１の活性化された表面１１ａが基板２０の活性化された表面２０ａに密着された状態を維持しながら接着シート１を半導体チップ１１の裏面１１ｂから剥離する。これにより、半導体チップ１１を基板２０へ仮接合させる際に半導体チップ１１の活性化された表面１１ａに触れずに半導体チップ１１をハンドリングすることができ、パーティクルの発生を抑制しながら仮接合を完了させることができる。

【0089】

また、実施形態では、半導体チップの接合方法において、複数の半導体チップ１１の裏面１１ｂが接着シート１に貼り付けられた状態で複数の半導体チップ１１の活性化された表面１１ａと基板２０の活性化された表面２０ａとを対向配置させる。そして、複数の半導体チップ１１から選択された半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧して半導体チップ１１の活性化された表面１１ａを基板２０の活性化された表面２０ａに密着させ、その密着させた状態を維持しながら接着シート１を半導体チップ１１の裏面１１ｂから剥離する処理を各半導体チップ１１について順次に行う。これにより、パーティクルの発生を抑制しながら、複数の半導体チップ１１の基板２０への仮接合を効率的に行うことができる。

【0090】

また、実施形態では、半導体チップの接合方法において、複数の半導体チップ１１の活性化された表面１１ａと基板２０の活性化された表面２０ａとを対向配置させる前に、接着シート１上における複数の半導体チップ１１の間隔を広げる。例えば、接着シート１上における複数の半導体チップ１１の間隔を半導体チップ１１の厚みより大きく広げる。これにより、半導体チップ１１を接着シート１越しに押圧する工程において、押圧される半導体チップ１１の側面１１ｃが隣接する半導体チップ１１の側面１１ｃに接触しにくくなり、パーティクルの発生を抑制できる。

【0091】

また、実施形態では、半導体チップの接合方法において、接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧する工程は、接着シート１における押圧すべき領域の周囲の領域が保持機構１４０により保持された状態で行われる。これにより、接着シート１の撓みが適切に制御された状態で接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧できるので、その後に、接着シート１の半導体チップ１１の裏面１１ｂからの剥離を適切に行うことができる。

【0092】

また、実施形態では、半導体チップの接合装置において、押圧機構１３０は、接着シート１を介して半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧して半導体チップ１１の活性化された表面１１ａを基板２０の活性化された表面２０ａに密着させる。また、押圧機構１３０は、半導体チップ１１の活性化された表面１１ａが基板２０の活性化された表面２０ａに密着された状態を維持させながら接着シート１を半導体チップ１１の裏面１１ｂから剥離させる。これにより、半導体チップ１１を基板２０へ仮接合させる際に半導体チップ１１の活性化された表面１１ａに触れずに半導体チップ１１をハンドリングすることができ、パーティクルの発生を抑制しながら仮接合を行うことができる。

【0093】

また、実施形態では、半導体チップの接合装置の押圧機構１３０において、押圧ヘッド１３１が、半導体チップ１１の裏面１１ｂに対応した押圧面１３１ｆを有する。これにより、半導体チップ１１の裏面１１ｂを平面内に略一様な力で押圧することができる。

【0094】

また、実施形態では、半導体チップの接合装置の押圧機構１３０において、ピン１３５が、押圧面１３１ｆより押圧ヘッド１３１側へ引っ込んだ状態と押圧面１３１ｆから突出した状態との間で変更可能である。これにより、押圧ヘッド１３１が接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧する際にピン１３５を押圧面１３１ｆより押圧ヘッド１３１側へ引っ込んだ状態とすることでピン１３５が押圧ヘッド１３１による押圧動作の邪魔にならないようにすることができる。また、押圧ヘッド１３１による押圧が解除された際にピン１３５を押圧面１３１ｆから突出した状態にしておくことで、半導体チップ１１−４が基板２０へ仮接合された状態を維持しながら、接着シート１の半導体チップ１１の裏面１１ｂからの剥離を容易に完了させることができる。

【0095】

また、実施形態では、半導体チップの接合装置において、押圧機構１３０は、接着シート１における押圧機構１３０で押圧すべき領域の周囲の領域が保持機構１４０により保持された状態で、接着シート１を介して半導体チップ１１の裏面１１ｂを基板２０側へ押圧する。これにより、接着シート１の撓みが適切に制御された状態で接着シート１越しに半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧できるので、その後に、接着シート１の半導体チップ１１の裏面１１ｂからの剥離を適切に行うことができる。

【0096】

また、実施形態では、半導体チップの接合装置において、アライメント機構１２０は、認識機構１５０の認識結果に基づいて、接着シート１における押圧機構１３０で押圧すべき領域を位置決めする。また、アライメント機構１２０は、認識機構１５０の認識結果に基づいて、半導体チップ１１及び基板２０の相対的な位置をアライメントする。そして、押圧機構１３０は、半導体チップ１１及び基板２０の相対的な位置がアライメントされた状態で接着シート１を介して半導体チップ１１の裏面１１ｂを押圧する。これにより、押圧機構１３０が精度よく押圧でき、接着シート１に貼り付けられた複数の半導体チップ１１のそれぞれを基板２０上における適切な位置に搭載できる。

【0097】

なお、図１（ｃ）に示す工程では、例えば、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６を間引くことで隣接する半導体チップ１１−１〜１１−６の間隔を広げることもできる。例えば、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６から半導体チップ１１−２，１１−４，１１−６を間引くことで、隣接する半導体チップ１１−１〜１１−６の間隔を１チップ幅相当に広げることができる。ただし、半導体チップ１１−２，１１−４，１１−６を間引く際にパーティクルが発生する可能性がある。このため、間引いた後は、各半導体チップ１１が接着シート１に貼り付けられた状態のまま、各半導体チップ１１の表面１１ａに対して、洗浄（例えば、超音波洗浄）と乾燥処理とを順次に行う。これにより、各半導体チップ１１の表面１１ａに付着しているパーティクルを除去することができる。

【0098】

また、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６の間隔を広げる工程（図１（ｄ）に示す工程）を行うタイミングは、半導体チップ１１と基板２０とが対向配置される工程（図３（ａ）に示す工程）の前であれば良く、図１（ｂ）に示す工程の後に限定されない。例えば、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６の間隔を広げる工程（図１（ｄ）に示す工程）を行うタイミングは、図１（ｄ）に示す工程の後図３（ａ）に示す工程の前であってもよい。

【0099】

また、半導体チップの接合方法では、図１（ａ），（ｂ）に示す工程に代えて、図７（ａ）〜（ｄ）に示す工程が行われてもよい。

【0100】

図７（ａ）に示す工程では、図１（ａ）に示す工程で準備されたものと同様の半導体基板１０を準備する。準備された半導体基板１０の表面１０ａを接着シート（ダイシングテープ）３の表面３ａに貼り付ける。すなわち、半導体基板１０は裏面１０ｂが露出された状態（フェイスダウンの状態）で接着シート３に貼り付けられる。接着シート３は、その表面３ａに接着剤が形成されている。接着剤は、例えば、ＵＶ硬化性を有する接着剤を用いることができる。接着シート３は、環状のフラットリング４の枠内に張られてフラットリング４に固定されている。接着シート３は、例えば、光透過性を有する透明樹脂で形成されている。

【0101】

図７（ｂ）に示す工程では、半導体基板１０を分割して、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６に個片化する。例えば、半導体基板１０をダイシングラインに沿ってダイシング加工する。ダイシング加工は、ダイシングラインに沿ってダイシングブレードで切削することで行ってもよい。あるいは、ダイシング加工は、ダイシングラインに沿ってレーザーを照射してレーザー加工することで行ってもよい。

【0102】

このとき、半導体基板１０は裏面１０ｂが露出された状態（フェイスダウンの状態）で接着シート３に貼り付けられているので、パーティクルが半導体チップ１１の表面１１ａに付着することを防止できる。

【0103】

その後、接着シート３に裏面３ｂ側からＵＶ照射を行って、接着シート３の表面３ａに形成されている接着剤を硬化させてその接着力を低下させる。

【0104】

また、各半導体チップ１１が接着シート３に貼り付けられた状態のまま、各半導体チップ１１の裏面１１ｂに対して、洗浄（例えば、超音波洗浄）と乾燥処理とを順次に行ってもよい。これにより、各半導体チップ１１の裏面１１ｂにパーティクルが付着している場合に、付着しているパーティクルを除去することができる。

【0105】

図７（ｃ）に示す工程では、個片化された複数の半導体チップ１１−１〜１１−６の裏面１１ｂに接着シート１の表面１ａを貼り付ける。このとき、接着シート３の表面３ａに形成された接着剤の接着力が図７（ｂ）に示す工程で低下している。これにより、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６は接着シート３から接着シート１へ容易に転写される。すなわち、半導体基板１０は表面１０ａが露出された状態（フェイスアップの状態）で接着シート１に貼り付けられる。

【0106】

図７（ｄ）に示す工程では、複数の半導体チップ１１−１〜１１−６が転写された接着シート１を環状のフラットリング２の枠内に張ってフラットリング２で固定する。

【0107】

その後は、図１（ｃ）に示す工程以降が行われる。

【0108】

このように、半導体基板１０がフェイスダウンの状態で半導体基板１０のダイシング加工を行うので、ダイシング加工時に発生するパーティクルが個片化される各半導体チップ１１の表面１１ａに付着することをさらに低減でき、半導体チップ１１の基板２０への仮接合時に接合界面にパーティクルが介在することを効果的に抑制できる。

【0109】

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、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。

【0110】

（付記１）
半導体チップの裏面がシートに貼り付けられた状態で前記半導体チップの活性化された表面と基板の活性化された表面とを対向させて配置することと、
前記シートを介して前記半導体チップの裏面を押圧して前記半導体チップの活性化された表面を前記基板の活性化された表面に密着させることと、
前記半導体チップの活性化された表面が前記基板の活性化された表面に密着された状態を維持しながら前記シートを前記半導体チップの裏面から剥離することと、
を備えた半導体チップの接合方法。
（付記２）
前記配置の前に前記半導体チップの裏面がシートに貼り付けられた状態で前記半導体チップの表面にプラズマ又はエネルギービームを照射して活性化することをさらに備えた
付記１に記載の半導体チップの接合方法。
（付記３）
前記剥離の後に前記半導体チップの裏面を加圧した状態で前記半導体チップを加熱することをさらに備えた
付記１に記載の半導体チップの接合方法。
（付記４）
前記半導体チップの表面近傍は、シリコン、シリコン酸化物、ＩＩＩ−Ｖ族半導体、及びＩＩＩ−Ｖ族半導体の酸化物のいずれかを主成分とする材料で形成されている
付記１に記載の半導体チップの接合方法。
（付記５）
前記基板は、半導体基板又はガラス基板を含む
付記１に記載の半導体チップの接合方法。
（付記６）
前記半導体基板の表面近傍は、シリコン又はシリコン酸化物を主成分とする材料で形成されている
付記５に記載の半導体チップの接合方法。
（付記７）
前記半導体チップの表面は、１ｎｍ以下の平坦度を有する
付記１に記載の半導体チップの接合方法。
（付記８）
前記基板の表面は、１ｎｍ以下の平坦度を有する
付記１に記載の半導体チップの接合方法。
（付記９）
前記配置は、
複数の前記半導体チップの裏面がシートに貼り付けられた状態で前記複数の半導体チップの活性化された表面と前記基板の活性化された表面とを対向させて配置することを含み、
前記密着は、
前記シートを介して、前記複数の半導体チップから選択された半導体チップの裏面を押圧して前記選択された半導体チップの活性化された表面を前記基板の活性化された表面に密着させることを含み、
前記剥離は、
前記シートを前記選択された半導体チップの裏面から剥離することを含む
付記１に記載の半導体チップの接合方法。
（付記１０）
前記配置の前に、前記複数の半導体チップの間隔を広げることをさらに備えた
付記９に記載の半導体チップの接合方法。
（付記１１）
前記広げることは、前記複数の半導体チップの間隔を前記半導体チップの厚みより大きく広げることを含む
付記１０に記載の半導体チップの接合方法。
（付記１２）
前記密着は、前記シートにおける前記選択された半導体チップの周囲の領域を保持した状態で前記シートを介して前記選択された半導体チップの裏面を押圧することを含む
付記９に記載の半導体チップの接合方法。
（付記１３）
前記保持は、前記シートにおける前記選択された半導体チップの周囲の領域を吸着して保持することを含む
付記１２に記載の半導体チップの接合方法。
（付記１４）
第２のシートに第２の半導体基板の表面を貼り付けることと、
前記第２の半導体基板を分割して前記複数の半導体チップに個片化することと、
個片化された前記複数の半導体チップの裏面を前記シートに貼り付けて、前記複数の半導体チップを前記第２のシートから前記シートへ転写することと、
をさらに備えた
付記９に記載の半導体チップの接合方法。
（付記１５）
半導体チップの裏面がシートに貼り付けられた状態で前記半導体チップの活性化された表面と基板の活性化された表面とを対向させて配置する配置機構と、
前記シートを介して前記半導体チップの裏面を押圧して前記半導体チップの活性化された表面を前記基板の活性化された表面に密着させ、前記半導体チップの活性化された表面が前記基板の活性化された表面に密着された状態を維持しながら前記シートを前記半導体チップの裏面から剥離させる押圧機構と、
を備えた半導体チップの接合装置。
（付記１６）
前記押圧機構は、
前記半導体チップの裏面に対応した押圧面を有する押圧ヘッドと、
前記押圧面より前記押圧ヘッド側へ引っ込んだ状態と前記押圧面から突出した状態との間で変更可能であるピンと、
を有する
付記１５に記載の半導体チップの接合装置。
（付記１７）
前記押圧ヘッドは、前記押圧面に緩衝部材を有する
付記１６に記載の半導体チップの接合装置。
（付記１８）
前記押圧ヘッドは、前記シートを吸着する吸着構造を有する
付記１６に記載の半導体チップの接合装置。
（付記１９）
前記押圧機構の周囲に配された保持機構をさらに備え、
前記押圧機構は、前記シートにおける前記押圧機構で押圧すべき領域の周囲の領域が前記保持機構により保持された状態で、前記シートを介して前記半導体チップの裏面を前記基板側へ押圧する
付記１５に記載の半導体チップの接合装置。
（付記２０）
前記基板及び前記半導体チップをそれぞれ認識する認識機構と、
前記認識機構の認識結果に基づいて、前記半導体チップ及び前記基板の相対的な位置をアライメントするアライメント機構と、
をさらに備え、
前記押圧機構は、前記半導体チップ及び前記基板の相対的な位置がアライメントされた状態で前記シートを介して前記半導体チップの裏面を押圧する
付記１５に記載の半導体チップの接合装置。

【符号の説明】

【0111】

１，３ 接着シート、１１，１１−１〜１１−６ 半導体チップ、２０ 基板、１００ 接合装置、１１０ 配置機構、１２０ アライメント機構、１３０ 押圧機構、１４０ 保持機構、１５０ 認識機構。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】