特許 6863767 実装装置および実装方法

(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】6863767

(24)【登録日】2021年4月5日

(45)【発行日】2021年4月21日

(54)【発明の名称】実装装置および実装方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/60 20060101AFI20210412BHJP

   H01L 21/683 20060101ALI20210412BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/60 311T

   H01L21/68 N

【請求項の数】5

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2017-28718(P2017-28718)

(22)【出願日】2017年2月20日

(65)【公開番号】特開2018-137262(P2018-137262A)

(43)【公開日】2018年8月30日

【審査請求日】2020年2月14日

(73)【特許権者】

【識別番号】000219314

【氏名又は名称】東レエンジニアリング株式会社

(72)【発明者】

【氏名】朝日 昇

(72)【発明者】

【氏名】水谷 義人

(72)【発明者】

【氏名】陣田 敏行

【審査官】 平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】 特開平１０−３３５３９１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／０５０２０９（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開２０１３−２３２５７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１６−１６２９２０（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２１／６８３

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

基板上の複数位置に仮圧着された半導体チップを熱圧着する実装装置であって、
１個以上の半導体チップを含む領域を加圧領域として加熱して押圧する機能を有するボンディングヘッドと、
前記加圧領域において、前記基板を反対面から支持するとともに加熱する機能を有するバックアップステージと、
前記基板周縁部の複数個所を部分的に把持する保持部を有し、前記バックアップステージに対する前記基板の位置を調整する機能を有する基板保持手段とを備え、
前記ボンディングヘッドと前記バックアップステージの間に配置される半導体チップを熱圧着するのに際して、
熱圧着対象の半導体チップの前記基板面内における位置と、前記保持部が前記基板を把持する位置の組み合わせに応じて、熱圧着時の前記バックアップステージの設定温度を調整する機能を有する実装装置。

【請求項2】

請求項１に記載の実装装置であって、
前記バックアップステージにパルスヒート可能なヒータが内蔵されている実装装置。

【請求項3】

基板上の複数位置に仮圧着された半導体チップを熱圧着する実装方法であって、
１個以上の半導体チップを含む領域を加圧領域として加熱して押圧するボンディングヘッドと、
前記加圧領域において、前記基板を反対面から支持するとともに加熱するバックアップステージと、
前記基板周縁部の複数個所を部分的に把持する保持部を有し、前記バックアップステージに対する前記基板の位置を調整する機能を有する基板保持手段とを用い、
前記ボンディングヘッドと前記バックアップステージの間に配置される半導体チップを熱圧着するのに際して、
熱圧着対象の半導体チップの前記基板面内における位置と、前記保持部が前記基板を把持する位置の組み合わせに応じて、熱圧着時の前記バックアップステージの設定温度を調整する実装方法。

【請求項4】

請求項３に記載の実装方法であって、
前記基板に仮圧着された半導体チップは、２段以上の積層状態で仮圧着されているものであることを特徴とする実装方法。

【請求項5】

請求項３または請求項４に記載の実装方法であって、
前記基板上の半導体チップは、未硬化の熱硬化性接着フィルムを介して仮圧着されているものであることを特徴とする実装方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、実装装置および実装方法に関する。詳しくは、基板上に積層された半導体チップを熱圧着して実装する実装装置および実装方法に関する。

【背景技術】

【0002】

半導体実装分野において、半導体チップを熱硬化性接着剤を介して基板上に仮圧着してしてから、熱圧着（本圧着）を行なう、所謂仮本分割プロセスがある。

【0003】

仮本分割プロセスでは、図９（ａ）に示すような、バンプＢが形成された面に熱硬化性接着剤Ｒの層を（バンプＢ高さより厚く）設けた半導体チップＣを用いる。半導体チップＣは、まず、図９（ｂ）のように基板Wの電極ＥとバンプＢが対向した状態で熱硬化性接着剤Ｒの硬化開始温度以下に加熱して仮圧着して仮固定する。次に、基板Ｗ上に仮圧着された半導体チップＣを、バンプＢを溶融しつつ熱硬化性接着剤Ｒが硬化する温度で熱圧着して、溶融したバンプＢと電極Ｅが接続した状態で熱硬化性接着剤Ｒが硬化される。その後、加熱圧着を止めて冷却すれば、図９（ｃ）のように半導体チップＣのバンプＢと基板Ｗの電極Ｅが接続された状態で、接続部周辺は硬化した熱硬化性接着剤Ｒにより機械的に固定され、半導体チップＣは基板Ｗに実装される。

【0004】

ところで、半導体チップＣが貫通電極を有し、図１０に示すようにバンプＢが形成された面の反対面に電極Ｅが設けられたものであれば、三次元実装の効率化が図れる。

【0005】

すなわち、半導体チップCを仮圧着状態で多段に積層してから熱圧着を行うことが出来る。その一例を図１１および図１２を用いて説明する。図１１（ａ）において、演算処理チップＣｐおよびメモリーチップＣｍはいずれも半導体チップであり、バンプ面側に未硬化の熱硬化性接着剤Ｒを設けている。この、演算処理チップＣｐおよびメモリーチップＣｍを仮圧着状態で積層した積層体は、仮圧着積層半導体Ｌｕとして基板Ｗ上に仮固定されている。この状態から、ステージ２０４上でボンディングヘッド７により熱圧着することにより（図１２（ａ）から図１２（ｂ））、対向する電極ＥとバンプＢが接合されるとともに熱硬化性接着剤Ｒが硬化して、基板Ｗ上に三次元実装半導体Ｌｃが形成される（図１１（ｂ））。このように、１回の熱圧着により、多段積層した仮圧着状態の半導体チップを一括で熱圧着して実装することが出来るので、半導体チップを一段一段熱圧着して実装するのに比べ、時間短縮および使用エネルギーの低減が図れ、生産効率が向上する。

【0006】

ところで、上記方法で三次元実装を行なう場合において、通常は図１３（ａ）に示した半導体ウェハのような基板Ｗの複数位置に、図１３（ｂ）にＡ−Ａ断面図を示すように仮圧着積層半導体Ｌｕを仮固定した状態として、各仮圧着積層半導体Ｌｕを順次熱圧着する。そこで、熱圧着を行なう装置が、図１４（ａ）に示す実装装置１００のように、基板Ｗ全面を支持するステージ１０４を備えている場合、熱圧着を行なう際の断面図は図１４（ｂ）のようになる。ところで、仮圧着積層半導体Ｌｕを熱圧着する場合、ボンディングヘッド７による加熱だけだと、ボンディングヘッド７に近い半導体チップと、ボンディングヘッド７から離れた（ステージ１０４に近い）半導体チップに温度差が生じるため、積層下段から上段で接合状態および熱硬化性樹脂Ｒの硬化状態に差が出てしまい、実装品質にとって好ましくない。そこで、ステージ１０４側からも仮圧着積層半導体Ｌｕ（および基板Ｗ）を加熱することが考えられるが、基板Ｗ全面を支持するステージ１０４を加熱すると、熱圧着を行なう前の仮圧着積層半導体Ｌｕの熱硬化性接着剤Ｒを硬化開始温度以上に加熱する可能性がある。

【0007】

このため、図１５（ａ）の実装装置１として例示するような、ボンディングヘッド７が熱圧着する仮圧着積層半導体Ｌｕのみを支持および加熱するバックアップステージ４（図１５（ｂ）を備えた実装装置が出現している（例えば特許文献１）。このような実装装置では、バックアップステージ４はボンディングヘッド７に対向する位置に固定し、基板Ｗの周縁部を保持部８０で把持して移動させる機能を有した基板保持手段８により、基板Ｗを移動させることで熱圧着対象の仮圧着積層半導体Ｌｕを変更する構成となっている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１５−１９２５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

図１５（ａ）に示すような実装装置１を用いて、基板Ｗ面上に仮固定された仮圧着積層半導体Ｌｕを熱圧着するのに際して、ボンディングヘッド７の加熱温度と加圧力の設定およびバックアップステージ４の加熱温度の設定が同じであるにも係らず、熱圧着後の三次元実装半導体Ｌｃの実装品質に差が生じることがある。例えば、図１６に示す基板Ｗの中心付近Ｃの三次元実装半導体Ｌｃ（Ｃ）と、基板外周部付近Ｅ１の三次元実装半導体Ｌｃ（Ｅ１）で実装品質に差が生じることがある。更に、基板外周部Ｅ１と基板外周部Ｅ２は基板Ｗの中心部Ｃからの位置関係は等しいにも係らず、三次元実装半導体Ｌｃ（Ｅ１）と三次元実装半導体Ｌｃ（Ｅ２）にも実装品質差が生じることがある。

【0010】

本発明は上記課題に鑑みてなされたものであり、基板上の複数個所に仮圧着状態で積層された半導体チップを熱圧着して実装するのに際して、基板の位置による実装品質差を抑制する実装装置および実装方法を提供するものである。

【課題を解決するための手段】

【0011】

上記の課題を解決するために、請求項１に記載の発明は、
基板上の複数位置に仮圧着された半導体チップを熱圧着する実装装置であって、
１個以上の半導体チップを含む領域を加圧領域として加熱して押圧する機能を有するボンディングヘッドと、前記加圧領域において、前記基板を反対面から支持するとともに加熱する機能を有するバックアップステージと、
前記基板周縁部の複数個所を部分的に把持する保持部を有し、前記バックアップステージに対する前記基板の位置を調整する機能を有する基板保持手段とを備え、
前記ボンディングヘッドと前記バックアップステージの間に配置される半導体チップを熱圧着するのに際して、熱圧着対象の半導体チップの前記基板面内における位置と、前記保持部が前記基板を把持する位置の組み合わせに応じて、熱圧着時の前記バックアップステージの設定温度を調整する機能を有する実装装置ある。

【0012】

請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の実装装置であって、
前記バックアップステージにパルスヒート可能なヒータが内蔵されている実装装置である。

【0013】

請求項３に記載の発明は、
基板上の複数位置に仮圧着された半導体チップを熱圧着する実装方法であって、
１個以上の半導体チップを含む領域を加圧領域として加熱して押圧するボンディングヘッドと、前記加圧領域において、前記基板を反対面から支持するとともに加熱するバックアップステージと、前記基板周縁部の複数個所を部分的に把持する保持部を有し、前記バックアップステージに対する前記基板の位置を調整する機能を有する基板保持手段とを用い、
前記ボンディングヘッドと前記バックアップステージの間に配置される半導体チップを熱圧着するのに際して、熱圧着対象の半導体チップの前記基板面内における位置と、前記保持部が前記基板を把持する位置の組み合わせに応じて、熱圧着時の前記バックアップステージの設定温度を調整する実装方法である。

【0014】

請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の実装方法であって、
前記基板に仮圧着された半導体チップは、２段以上の積層状態で仮圧着されているものであることを特徴とする実装方法である。

【0015】

請求項５に記載の発明は、請求項３または請求項４に記載の実装方法であって、
前記基板上の半導体チップは、未硬化の熱硬化性接着フィルムを介して仮圧着されているものであることを特徴とする実装方法である。

【発明の効果】

【0016】

本発明により、基板上の複数位置に仮圧着状態で積層された半導体チップを熱圧着して実装するのに際して、基板の位置による実装品質差が生じることを抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の実施形態に係る実装装置の制御構成を示すブロック図である。

【図2】本発明の実施形態に係る基板内の位置情報を説明する図である。

【図3】（ａ）基板内の中心部からの放熱について説明する図である（ｂ）基板内の周辺からの放熱について説明する図である。

【図4】（ａ）基板内の周辺からの放熱で保持部から離れている例を説明する図である（ｂ）基板内の周辺からの放熱で保持部から近い例を説明する図である。

【図5】（ａ）本発明の実施形態に係る基板内の位置情報に加えて保持部の位置を考慮する例を説明する図である（ｂ）同基板内の位置情報で保持部の位置が異なる例を説明する図である。

【図6】（ａ）本発明の実施形態に係る実装装置の動作を説明する図であり、熱圧着開始状態を示す図である（ｂ）同動作を説明する図であり、熱圧着終了後を示す図である（ｃ）同動作を説明する図であり、基板移動準備段階を示す図である。

【図7】（ｄ）本発明の実施形態に係る実装装置の動作を説明する図であり、基板移動後の状態を示す図である（ｅ）同動作を説明する図であり、基板移動後の熱圧着準備段階を示す図である（ｆ）同動作を説明する図であり、基板移動後の熱圧着開始状態を示す図である。

【図8】本発明の別の実施形態に係る基板内の位置情報を説明する図である。

【図9】（ａ）バンプ面側に熱硬化性接着剤を設けた半導体チップを説明する図である（ｂ）同半導体チップを基板上に仮圧着した状態を説明する図である（ｃ）同半導体チップを基板上に熱圧着して実装した状態を説明する図である。

【図10】貫通電極を有し、バンプ面側に熱硬化性接着剤を設けた半導体チップを説明する図である。

【図11】（ａ）仮圧着積層半導体を説明する図である（ｂ）三次元実装半導体を説明する図である。

【図12】（ａ）仮圧着積層半導体の熱圧着を説明する図である（ｂ）仮圧着積層半導体を熱圧着して三次元実装半導体とする状態を説明する図である。

【図13】（ａ）半導体ウェハ基板に複数位置に仮圧着積層半導体が仮固定されている状態の上面図である（ｂ）同状態の断面図である。

【図14】（ａ）基板全体を支持するステージを備えた実装装置の一例を示す図である（ｂ）同実装装置のステージに、仮圧着積層半導体を仮固定した基板を配置した断面図である。

【図15】（ａ）熱圧着する仮圧着積層半導体のみを支持するバックアップステージを備えた実装装置の一例を示す図である（ｂ）同実装装置のバックアップステージに、仮圧着積層半導体を仮固定した基板を配置した断面図である。

【図16】基板内の位置と三次元実装半導体の実装品質の関係を説明する図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の実施形態について、図面を用いて説明する。
本発明の一実施形態に係る実装装置の基本構成は、図１５（ａ）に示した実装装置１であり、図１にブロック図を示した制御構成を有している。

【0019】

まず、図１５（ａ）に基本構成を示した実装装置１について説明する。図１の説明において、図の左右方向をＸ方向、これに直交する奥行き方向をＹ方向、上下方向をＺ方向、Ｚ軸を中心として回転する方向をθ方向として説明する。

【0020】

実装装置１は、図１５（ｂ）に示したような、基板Ｗに仮固定された仮圧着積層半導体Ｌｕを熱圧着するものである。本実施形態において、基板Ｗとしてシリコンウェハを想定しているが本発明の対象はこれに限定されるものではなく、非シリコン系半導体、セラミックスおよびガラスエポキシ等を材質とする基板であってもよい。更に、シリコンウェハ等の薄板にサポート基板を貼り合せた積層基板であってもよい。

【0021】

仮圧着積層半導体Ｌｕは図１０に示したようにバンプＢが形成された面側に未硬化の熱硬化性接着剤Ｒが設けられ、バンプＢが形成された面の反対側にバンプＢに（貫通電極を経て）継がる電極Ｅを設けた半導体チップＣを仮圧着積層したものである。なお、仮圧着は熱硬化性接着剤Ｒを硬化開始温度以下で加熱して軟化させた状態で圧着するものである。ここで、熱硬化性接着剤Ｒとしては、熱硬化性樹脂を主成分とする非導電性フィルム（以下ＮＣＦと記す）を想定しているが、これに限定されるものではなく非導電性ペースト（ＮＣＰ）であってもよい。また、仮圧着積層半導体Ｌｕとして、本実施形態では、図１１（ａ）に示す様な、最下層に演算処理チップＣｐを配して、その上にメモリーチップＣｍを複数積層する構成となっているが、これに限定されるものではない。

【0022】

実装装置１は、基台２、ＸＹθ可動機構３、バックアップステージ４、フレーム５、圧着ユニット６、ボンディングヘッド７および基板保持手段８により構成され、制御部１０によって各構成要素は制御される。

【0023】

基台２は実装装置１を構成する主な構造体であり、ＸＹθ可動機構３、バックアップステージ４およびフレーム５を支持している。

【0024】

ＸＹθ可動機構３は、基板保持手段８によって把持された基板Ｗを（基板Ｗ面方向の）任意の位置に移動させるものである。図１５（ａ）の実装装置１においては、基台２に対しＹ方向に移動可能なＹ方向可動部３ａを設け、Ｙ方向可動部３ａ上にＸ方向可動部３ｂを設け、Ｘ方向可動部３ｂ上にθ方向可動部３ｃを設けた構成となっているが、これに限定されるものではなく、Ｘ、Ｙおよびθの各方向の位置調整が可能な構成であれば良い。ただし、ＸＹθ可動機構３の可動範囲内において、ＸＹθ可動機構３がバックアップステージ４に接触しない構造である必要がある。

【0025】

バックアップステージ４は、ボンディングヘッド７により基板Ｗ上の半導体チップＣを熱圧着する際に半導体チップＣが仮固定されていない裏面から基板Ｗを支持するものであり、図示しない吸着機構により基板Ｗを吸着保持する機能を備えていることが望ましい。バックアップステージ４はヒータを内臓している。このヒータは、ボンディングヘッド７による熱圧着時に基板Ｗ側から加熱を行うものであり、急速加熱可能なものが望ましく、パルスヒート可能なセラミックヒータ等が好適である。
バックアップステージ４の上面は、ボンディングヘッド７によって押圧される領域を支持する形状である。ボンディングヘッド７の押圧面とバックアップステージ４の上面は一対を成すことになるので、基板Ｗの位置とは無関係に同一の平行度で加圧を行うことができる。

【0026】

フレーム５は、圧着ユニット６を支持するものである。図１５（ａ）の実装装置１において、支持フレーム５は門型形状としている。これは、圧着ユニット６による加圧力が大きな場合にも適しているためである。

【0027】

圧着ユニット６は、ボンディングヘッド７をＺ軸方向に移動させるものである。圧着ユニット６は、図示しないサーボモータとボールねじとから構成される。圧着ユニット６は、サーボモータによってボールねじを回転させることによりボールねじの軸方向の駆動力を発生するように構成されている。圧着ユニット６は、ボールねじの軸方向がバックアップステージ４の上面に対して垂直なＺ方向になるように支持フレーム５に取り付けられている。つまり、圧着ユニット６は、Ｚ方向の駆動力（加圧力）を発生できるように構成されている。圧着ユニット６は、サーボモータの出力を制御することによりＺ方向の加圧力を任意に設定できるように構成されている。なお、本実施形態において、圧着ユニット６は、サーボモータとボールねじの構成としたが、これに限定されるものではなく、空圧アクチュエータ、油圧アクチュエータやボイスコイルモータから構成してもよい。

【0028】

ボンディングヘッド７は、圧着ユニット６の駆動力を半導体チップＣに伝達するとともに、半導体チップＣを加圧して熱圧着を行うものである。ボンディングヘッド７には、半導体チップＣを加熱するためのヒータが内蔵されている。このヒータも、バックアップステージ４に内蔵するヒータと同様、急速加熱可能なものが望ましく、セラミックヒータ等が好適である。

【0029】

ボンディングヘッド７は、圧着ユニット６を構成している図示しないボールねじナットに取り付けられている。つまり、ボンディングヘッド７は、バックアップステージ４と平行に対向するように配置されている。すなわち、ボンディングヘッド７は圧着ユニット６によってＺ軸方向に移動されることで、バックアップステージ４に近接する。

【0030】

基板保持手段８は、ＸＹθ可動機構３に設けられ、基板Ｗの周縁部を保持部８０により部分的に把持するものである。基板保持手段８に把持された基板Ｗは、ＸＹθ可動機構３によって任意な位置に移動し、Ｚ軸を中心に回転させることができる。このような動作により、ボンディングヘッド７とバックアップステージ４によって押圧される領域に、熱圧着対象の半導体チップCのＸＹ位置およびθ方向が合うよう、基板Wが配置される。なお、熱圧着対象の半導体チップＣをボンディングヘッド７と位置合わせするのに際して、図示していないが、画像認識手段９を用いることが望ましい。

【0031】

基板保持手段８を構成する保持部８０は、基板Ｗの周縁部を部分的に把持するものであり、保持部８０は１個でも良いが、安定的に把持するためには複数個設けることが望ましい。また、保持部８０は基板Ｗを確実に把持するために、吸着機能を備えていることが望ましいが、マイクロ吸盤や粘着物質により把持力を増す構成としてもよい。一方において、保持部８０を介した伝熱影響は少ないほど好ましく、保持部８０の熱伝導率は１ｗ／ｍｋ以下であることが望ましい。

【0032】

制御部１０は、図１に示すように、ＸＹθ可動機構３、バックアップステージ４、圧着ユニット６、ボンディングヘッド７、基板保持手段８と接続されており、実装装置１が画像認識手段９を備えている場合は画像認識手段９とも接続される。

【0033】

制御部１０は、実体的には、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＨＤＤ等がバスで接続される構成であってもよく、あるいはワンチップのＬＳＩからなる構成であっても良い。制御部１０は接続先から信号を取得したり制御するために種々のプログラムやデータが格納されている。

【0034】

制御部１０は、ＸＹθ可動機構３に接続され、Ｙ方向可動部３ａ、Ｘ方向可動部３ｂ、θ方向可動部３ｃを個々に制御して、ＸＹθ可動機構３に設けられた基板保持手段８の位置情報を入手するとともに、Ｘ方向、Ｙ方向、およびθ方向の移動量を制御することができる。

【0035】

制御部１０は、バックアップステージ４に接続され、バックアップステージ４に内蔵されたヒータを制御することができる。

【0036】

制御部１０は、圧着ユニット６に接続され、圧着ユニット６のＺ方向への加圧力を制御することができる。

【0037】

制御部１０は、ボンディングヘッド７に接続され、ボンディングヘッド７に内蔵されたヒータを制御することができる。

【0038】

制御部１０は、基板保持手段８に接続され、保持部８０による基板Ｗの吸着把持有無およびバックアップステージ４の上面に対する把持基板Ｗの高さ制御を行なうことができる。

【0039】

また、実装装置１が画像認識手段９を備える場合、制御部１０は画像認識手段９に接続され、画像認識手段９の位置制御を行うとともに画像信号を取得することができる。

【0040】

本実施形態では、制御部１０は、半導体ウェハからなる基板Ｗに仮固定されている仮圧着積層半導体Ｌｕを順次熱圧着するに際して、基板Ｗ内における位置に応じて、バックアップステージ４のヒータの設定温度を調整する機能を有している。すなわち、図２に示すような（Ｘｎ、Ｙｎ）からなる位置情報（図２においてｎは１、２、３、４、５のいずれか）に応じて、バックアップステージ４を加熱する際の設定温度を変更する機能を有している。

【0041】

バックアップステージ４の設定温度を決定するに際しては、まず、基板Ｗ内の位置による放熱性を考慮すると良い。例えば図３（ａ）に示す基板Ｗ中心付近にある仮圧着積層半導体Ｌｕを熱圧着する際に基板Ｗに達した熱は面内各方向に伝熱して放熱するのに対して、図３（ｂ）の示す基板Ｗ周辺にある基板Ｗに仮固定されている仮圧着積層半導体Ｌｕを順次熱圧着するに際して、基板Ｗ内における位置に基板Ｗに達した熱は空気の断熱性の影響で伝熱し難い方向を有した放熱となる。このため、基板Ｗ周辺部の仮圧着積層半導体Ｌｕを熱圧着する際の、バックアップステージ４の設定温度は中心部よりも低く設定する必要がある。

【0042】

更に、基板Ｗ内の位置による放熱性に加えて、保持部８０が基板Ｗを把持する位置も考慮すると良い。すなわち、保持部８０の材質は一般的に空気より伝熱性が高いので、図４（ａ）と図４（ｂ）に示すように、基板Ｗ中心からの距離が等しい位置であっても、近くに保持部８０がある方が放熱しやすいので、仮圧着積層半導体Ｌｕを熱圧着する際の、バックアップステージ４の設定温度を上げることが望ましい。したがって、基板Ｗに仮固定されている仮圧着積層半導体Ｌｕを順次熱圧着するに際して、保持部８０が基板Ｗを把持する位置を考慮して、基板Ｗ内における位置によりバックアップステージ４の設定温度を調整する必要がある。このため、図５（ａ）と図５（ｂ）では、基板Ｗの位置が同じであっても、基板Ｗに仮固定されている仮圧着積層半導体Ｌｕを熱圧着する際のバックアップステージ４の設定温度は異なる。すなわち、同じ基板Ｗ周辺部であっても、仮圧着積層半導体Ｌｕを熱圧着する際の、バックアップステージ４の設定温度は、保持部８０付近では熱流出があるため、高く設定する必要がある。

【0043】

ここで、基板Ｗ内の位置に応じた設定温度を決定するのに際して、上記の放熱性をシミュレーション演算のみによって求めてもよいし、仮圧着積層半導体Ｌｕの層間の温度測定をしながら実験的に求めてもよい。更に、シミュレーション演算と実験を組合わせてもよい。

【0044】

なお、熱圧着対象となる仮圧着積層半導体Ｌｕの基板Ｗの位置および保持部８０が基板Ｗを把持する位置は、基板保持手段８を設けたＸＹθ可動機構３の位置情報から演算して求めることも可能であるが、画像認識手段９による画像情報から求めてもよい。また、画像認識手段９で基板ＷのアライメントマークＭの位置情報を取得して、ＸＹθ可動機構３の位置情報を修正してもよい。

【0045】

実装装置１による熱圧着動作については、図６および図７を用いて説明する。図６および図７は、実装装置１により、図２に示した基板ＷのＹ３行にある仮圧着積層半導体Ｌｕを（Ｘ１、Ｙ３）から熱圧着して行く際の断面図を示したものである。

【0046】

まず、図６（ａ）は（Ｘ１、Ｙ３）の仮圧着積層半導体Ｌｕの熱圧着を開始した状態であり、この状態になった段階でボンディングヘッド７およびバックアップステージ４は所定の設定温度に加熱される。ここで、仮圧着積層半導体Ｌｕが４層以下の半導体チップからなる場合は、バンプＢを形成しているハンダの溶融と熱硬化性接着剤Ｒの硬化は、主にボンディングヘッド７による加熱により行なわれ、バックアップステージ４による加熱は補助的なものである。しかし、仮圧着積層体Ｌｕが５層以上の場合はハンダ溶融温度以上に設定することが望ましく、８層以上であればハンダ溶融店以上にすることは必須である。

【0047】

熱圧着が完了した状態が図６（ｂ）であり、この段階でこの後にボンディングヘッド７およびバックアップステージ４は降温されるとともに、ボンディングヘッド７が上昇してから、保持部８０が上昇して基板Ｗがバックアップステージ４から離れる。その状態が図６（ｃ）であり、この状態からＸＹθ可動機構３により基板Ｗを保持した保持部８０が移動し、ボンディングヘッド７とバックアップステージ４の間には、（Ｘ２、Ｙ３）の仮圧着積層半導体Ｌｕが配置される（図７（ｄ））。それから、保持部８０が基板Ｗがバックアップステージ４に密着するまで下降（図７（ｅ））してから、ボンディングヘッド７が更に下降してボンディングヘッド７が仮圧着積層半導体Ｌｕの最上部に接触（図７（ｆ））した後に、ボンディングヘッド７による熱圧着を開始する。

【0048】

なお、（Ｘ２、Ｙ３）の仮圧着積層半導体Ｌｕの熱圧着開始に際して、ボンディングヘッド７およびバックアップステージ４は所定の設定温度に加熱されが、この際のバックアップステージ４の設定温度は前述の説明のとおり、（Ｘ１、Ｙ３）の仮圧着積層半導体Ｌｕの熱圧着とは異なる温度に調整することが望ましい。特に、バックアップステージ４の設定温度が高いほど、基板Ｗ内における位置に応じた調整が実装品質均一化には必要になる。すなわち、仮圧着積層体Ｌｕの積層数が多いほど基板Ｗ内における位置に応じた調整が必要となり、特に８層以上の積層においては必須となる。

【0049】

ところで、バックアップステージ４の設定温度のみならず、ボンディングヘッド７の設定温度も調整しても良い。図７（ｆ）の状態から熱圧着を実施した後は、図６（ｂ）から図７（ｅ）と同様な動作により、仮圧着積層半導体Ｌｕを順次熱圧着して行けばよい。
なお、ここまでの説明において、仮圧着積層半導体Ｌｕを１つ単位で熱圧着した例を示したが、ボンディングヘッド７およびバックアップステージ４が２つ以上の仮圧着積層半導体Ｌｕを一括で熱圧着しても良い。図８には、別の実施形態として、仮圧着積層半導体Ｌｕを２つ同時に熱圧着する例を示す。

【0050】

この例では、ボンディングヘッド７およびバックアップステージ４が仮圧着積層半導体Ｌｕを２つ同時に熱圧着できない位置も生じ、仮圧着積層半導体Ｌｕを１しか熱圧着しない位置では過熱状態となることもある。このような場合においては、仮圧着積層半導体Ｌｕの基板Ｗ内の位置および保持部８０が基板Ｗを把持する位置に加えて、一度に熱圧着する仮圧着積層半導体Ｌｕの数に応じて、バックアップステージ４の設定温度を調整必要があり、必要に応じてボンディングヘッド７の設定温度も調整する必要がある。

【0051】

以上のようにバックアップステージ４（場合によっては、これに加えてボンディングヘッド７）の設定温度を調整することにより、基板Ｗの位置によらず仮圧着積層半導体Ｌｕを熱圧着する際の積層上下間の温度条件をほぼ同一にして、実装品質差が生じることを抑制できる。この効果は、基板Ｗの熱伝導率が大きい場合に大きく、厚みが４００μｍ以上２ｍｍ以下のシリコン基板や、サポート基板上にシリコン薄板を積層した積層基板を用いる場合において顕著な効果が得られている。

【0052】

ところで、ここまでの説明において、熱硬化性接着剤Ｒは半導体チップのバンプ面側に形成することを前提としているが、これに限定するものではなく、半導体チップおよび基板の電極Ｅ側に形成されたものであってもよい。

【0053】

更には、熱硬化性接着剤Ｒを用いずに、バンプＢのハンダによる粘性を利用して半導体チップを仮圧着積層するような例においても、実装品質差を抑制する観点から、本発明は有効である。

【符号の説明】

【0054】

１ 実装装置（本圧着装置）
２ 基台
３ ＸＹθ可動機構
３ａ Ｙ方向可動部
３ｂ Ｘ方向可動部
３ｃ θ方向可動部
４ バックアップステージ
５ フレーム
６ 圧着ユニット
７ ボンディングヘッド
８ 基板保持手段
９ 画像認識手段
１０ 制御部
８０ 保持部
Ｂ バンプ
Ｃ 半導体チップ
Ｃｍ メモリーチップ（半導体チップ）
Ｃｐ 演算処理チップ（半導体チップ）
Ｅ 電極
Ｌｕ 仮圧着積層半導体
Ｌｃ 三次元実装半導体
ＴＦ 伝熱
Ｗ 基板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】

【図16】