(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】
(24)【登録日】2023-01-12
(45)【発行日】2023-01-20
(54)【発明の名称】半導体装置の製造装置および製造方法
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20230113BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 311T
【請求項の数】
7
(21)【出願番号】P 2021558328
(86)(22)【出願日】2020-11-12
(86)【国際出願番号】 JP2020042204
(87)【国際公開番号】W WO2021100591
(87)【国際公開日】2021-05-27
【審査請求日】2021-10-04
(31)【優先権主張番号】P 2019209095
(32)【優先日】2019-11-19
(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP
(73)【特許権者】
【識別番号】519294332
【氏名又は名称】株式会社新川
(74)【代理人】
【識別番号】110001210
【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】瀬山 耕平
【審査官】安田 雅彦
(56)【参考文献】
【文献】特開平０８－１２４９７２（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００７－２５８４８３（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１９－０３３１８８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１５－２３３１３８（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開平０９－２８９１５２（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｈ０１Ｌ ２１／６０－２１／６０７
Ｈ０１Ｌ ２１／５０－２１／５２
Ｈ０５Ｋ ３／３２－ ３／３４
Ｈ０５Ｋ １３／００－１３／０８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板が載置されるステージと、前記ステージと対向配置され、前記基板に半導体チップをボンディングするボンディングヘッドと、
コントローラと、
を備え、前記ボンディングヘッドは、
前記半導体チップを吸引保持するアタッチメントと、
前記アタッチメントを着脱自在に保持し、前記アタッチメントを加熱する加熱部であって、第一加熱エリアと、前記第一加熱エリアを水平方向に囲む第二加熱エリアと、を有する加熱部と、
前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアそれぞれの温度を検出する温度センサと、
を含み、
前記コントローラは、前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアのエリア目標温度を予めそれぞれ記憶しており、前記記憶されたエリア目標温度と、前記温度センサでのエリア検出温度との差分に応じて、前記第一加熱エリアと第二加熱エリアの発熱量を独立して制御し、
前記コントローラは、前記半導体チップのボンディングに先立って、前記エリア目標温度を取得する目標取得処理を実行するように構成され、
前記目標取得処理において、前記コントローラは、サンプルチップを前記ボンディングヘッドでボンディングさせるとともに、その際の前記サンプルチップの温度分布と前記第一加熱エリアおよび前記第二加熱エリアそれぞれのエリア検出温度とを取得し、得られたチップの温度分布およびエリア検出温度に基づいて前記第一加熱エリアおよび前記第二加熱エリアのエリア目標温度を算出する、
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項2】
請求項１に記載の半導体装置の製造装置であって、前記ボンディングヘッドは、さらに、前記第一加熱エリア、前記第二加熱エリアに対応して設けられるとともに互いに独立した冷却経路であって、冷媒が流れることで対応する前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアを冷却する冷却経路を有しており、
前記コントローラは、前記記憶されたエリア目標温度と、前記温度センサでのエリア検出温度との差分に応じて、前記発熱量及び前記冷媒の流量を制御する、
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項3】
基板が載置されるステージと、前記ステージと対向配置され、前記基板に半導体チップをボンディングするボンディングヘッドと、
コントローラと、
を備え、前記ボンディングヘッドは、
前記半導体チップを吸引保持するアタッチメントと、
前記アタッチメントを着脱自在に保持し、前記アタッチメントを加熱する加熱部であって、第一加熱エリアと、前記第一加熱エリアを水平方向に囲む第二加熱エリアと、を有する加熱部と、
冷媒が流れることで前記第一加熱エリアを冷却する第一冷却経路と、
前記第一冷却経路と独立して設けられ、冷媒が流れることで前記第二加熱エリアを冷却する第二冷却経路と、
を含み、前記コントローラは、前記第一加熱エリアと前記第二加熱エリアの発熱量、および、前記第一冷却経路および前記第二冷却経路に流れる冷媒量を独立して制御する、
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項4】
請求項３に記載の半導体装置の製造装置であって、前記ボンディングヘッドは、さらに、前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアの温度を検出する温度センサをそれぞれ有しており、
前記コントローラは、前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアのエリア目標温度を予めそれぞれ記憶しており、前記記憶されたエリア目標温度と、前記温度センサでのエリア検出温度との差分に応じて、前記第一加熱エリアと第二加熱エリアの発熱量を制御する、
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項5】
請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置であって、前記コントローラは、ボンディング実行時に前記半導体チップの面内温度分布が均一になるように、前記第一加熱エリアと第二加熱エリアの発熱量を制御する、
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項6】
請求項１，２，４，５のいずれか１項に記載の半導体装置の製造装置であって、前記第一加熱エリアの前記エリア目標温度は、前記第二加熱エリアの前記エリア目標温度よりも低い、
ことを特徴とする半導体装置の製造装置。
【請求項7】
半導体装置の製造方法であって、ステージに基板を載置するステップと、
前記ステージに対して移動を可能なボンディングヘッドを駆動して、前記基板に半導体チップをボンディングするステップと、
を含み、
前記ボンディングヘッドは、
前記半導体チップを吸引保持するアタッチメントと、
前記アタッチメントを着脱自在に保持し、前記アタッチメントを加熱する加熱部であって、第一加熱エリアと、前記第一加熱エリアを水平方向に囲む第二加熱エリアと、を有する加熱部と、
前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアそれぞれの温度を検出する温度センサと、
を含み、
前記ボンディングの実行時には、予め記憶した前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアのエリア目標温度と、前記温度センサでのエリア検出温度との差分に応じて、前記第一加熱エリアと第二加熱エリアの発熱量を独立して制御し、
前記半導体チップのボンディングに先立って、さらに、前記エリア目標温度を取得する目標取得ステップを備え、
前記目標取得ステップでは、サンプルチップを前記ボンディングヘッドでボンディングさせるとともに、その際の前記サンプルチップの温度分布と前記第一加熱エリアおよび前記第二加熱エリアそれぞれのエリア検出温度とを取得し、得られたチップの温度分布およびエリア検出温度に基づいて前記第一加熱エリアおよび前記第二加熱エリアのエリア目標温度を算出する、
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本明細書では、基板に１以上の半導体チップをボンディングすることで半導体装置を製造する半導体装置の製造装置、および、製造方法を開示する。
【背景技術】
【0002】
従来から、基板に１以上の半導体チップをボンディングすることで半導体装置を製造する半導体装置の製造装置が知られている。かかる製造装置には、通常、半導体チップを吸引保持して、基板または他の半導体チップの上にボンディングするボンディングツールが設けられている。ボンディングツールには、加熱手段で加熱される加熱部と、当該加熱部に着脱自在のアタッチメントと、が設けられている。半導体チップは、アタッチメントを介して吸着保持されており、アタッチメントは、取り扱う半導体チップのサイズ等に応じて適宜交換される。半導体チップをボンディングする際、ボンディングツールは、ボンディング対象の半導体チップを加圧しつつ加熱する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【文献】特開２００４－２９５７６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ここで、半導体チップをボンディングする際、加熱対象物（例えば半導体チップ等）の温度分布が目的通りの分布になることが求められる。例えば、フリップチップボンダでは、半導体チップの底面に形成された複数のバンプを熱溶融させて、基板または他の半導体チップの表面に形成された電極と接合させる。このとき、半導体チップの温度分布が不均一であると、場所によって、バンプの溶融状態が異なり、接合不良や、半導体チップと基板（または他の半導体チップ）との間のギャップ量が不均一になる等の問題を招く。そのため、フリップチップボンダでは、加熱対象物である半導体チップの温度分布が均等になることが求められる。また、ボンディングや加熱対象物の種類によっては、加熱対象物の周縁部を中心部よりも高温にしたい場合や、加熱対象物の中心部を周縁部よりも高温にしたい場合もある。
【0005】
しかしながら、加熱対象物（例えば半導体チップ）側の吸熱レートが場所によって異なるにもかからず、従来のボンディングツールでは、加熱系統が一つしか設けられていなかった。その一方で、加熱対象物の吸熱レートは、通常、中心部より周縁近傍のほうが高い。そのため、ボンディングツールで加熱した際の加熱対象物の温度は、周縁に近づくほど、低くなりやすかった。すなわち、従来の技術では、加熱対象物の温度分布を目的通りの分布にすることは難しかった。
【0006】
なお、特許文献１には、表示パネルの接続用の周縁部に、異方性導電膜を配置し、仮圧着用ヒーターツールで加熱しつつ押圧することで、異方性導電膜を周縁部に貼り付ける技術が開示されている。この特許文献１では、異方性導電膜の両端部における仮圧着不良を防止するために、仮圧着用ヒーターツールを、異方性導電膜の中間部分を押圧する主ヒーターツールと、異方性導電膜の両端部を押圧する端部ヒーターツールと、に分割し、異方性導電膜の両端部が、中間部分より高温になるように、主ヒーターツールおよび端部ヒーターツールの温度を制御している。この特許文献１の技術は、あくまで、異方性導電膜の圧着に関する技術であり、半導体チップのボンディングには適用できない。
【0007】
そこで、本明細書では、ボンディング時における加熱対象物の温度分布を制御できる半導体装置の製造装置および製造方法を開示する。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本明細書で開示する半導体装置の製造装置は、基板が載置されるステージと、前記ステージと対向配置され、前記基板に半導体チップをボンディングするボンディングヘッドと、コントローラと、を備え、前記ボンディングヘッドは、前記半導体チップを吸引保持するアタッチメントと、前記アタッチメントを着脱自在に保持し、前記アタッチメントを加熱する加熱部であって、第一加熱エリアと、前記第一加熱エリアを水平方向に囲む第二加熱エリアと、を有する加熱部と、を含み、前記コントローラは、前記第一加熱エリアと第二加熱エリアの温度を独立して制御する、ことを特徴とする。
【0009】
この場合、前記コントローラは、ボンディング実行時に前記半導体チップの面内温度分布が均一になるように、前記第一加熱エリアと第二加熱エリアの発熱量を制御してもよい。
【0010】
また、前記ボンディングヘッドは、さらに、前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアの温度を検出する温度センサをそれぞれ有しており、前記コントローラは、前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアのエリア目標温度を予めそれぞれ記憶しており、前記記憶されたエリア目標温度と、前記温度センサでのエリア検出温度との差分に応じて、前記第一加熱エリアと第二加熱エリアの発熱量を制御してもよい。
【0011】
また、前記ボンディングヘッドは、さらに、前記第一加熱エリア、前記第二加熱エリアに対応して設けられるとともに互いに独立した冷却経路であって、冷媒が流れることで対応する前記第一加熱エリア及び前記第二加熱エリアを冷却する冷却経路を有しており、前記コントローラは、前記記憶されたエリア目標温度と、前記温度センサでのエリア検出温度との差分に応じて、前記発熱量及び前記冷媒の流量を制御してもよい。
【0012】
また、前記コントローラは、前記半導体チップのボンディングに先立って、前記エリア目標温度を取得する目標取得処理を実行するように構成され、前記目標取得処理において、前記コントローラは、サンプルチップを前記ボンディングヘッドでボンディングさせるとともに、その際の前記サンプルチップの温度分布と前記第一加熱エリアおよび前記第二加熱エリアそれぞれのエリア検出温度とを取得し、得られたチップの温度分布およびエリア検出温度に基づいて前記第一加熱エリアおよび前記第二加熱エリアのエリア目標温度を算出してもよい。
【0013】
また、前記第一加熱エリアの前記エリア目標温度は、前記第二加熱エリアの前記エリア目標温度よりも低くてもよい。
【0014】
また、本明細書で開示する半導体装置の製造方法は、ステージに基板を載置するステップと、前記ステージに対して移動を可能なボンディングヘッドを駆動して、前記基板に半導体チップをボンディングするステップと、を含み、前記ボンディングヘッドは、前記半導体チップを吸引保持するアタッチメントと、前記アタッチメントを着脱自在に保持し、前記アタッチメントを加熱する加熱部であって、第一加熱エリアと、前記第一加熱エリアを水平方向に囲む第二加熱エリアと、を有する加熱部と、を有しており、前記ボンディングの実行時に、コントローラが、前記第一加熱エリアと第二加熱エリアの温度を独立して制御する、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【0015】
本明細書で開示の半導体装置の製造装置および製造方法によれば、ボンディングヘッドの加熱部が、第一加熱エリアと第二加熱エリアとに分割されており、さらに、コントローラが、第一加熱エリアと第二加熱エリアの温度を独立して制御するため、ボンディング時における加熱対象物の温度分布を制御することができる。
【図面の簡単な説明】
【0016】
【図1】製造装置の構成を示す模式図である。
【図2】半導体チップおよび基板の模式図である。
【図3】半導体チップの温度分布の一例を示すグラフである。
【図4】ボンディングヘッドの構成を示す模式図である。
【図5】ボンディングヘッドの加熱部の概略平面図である。
【図6】半導体チップをボンディングする際のエリア検出温度の経時的変化を示すグラフである。
【図7】目標取得処理の流れを示すフローチャートである。
【図8】従来のボンディングヘッドの構成を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0017】
以下、図面を参照して半導体装置の製造装置１０の構成について説明する。図１は、製造装置１０の構成を示す模式図である。この製造装置１０は、基板１００に複数の半導体チップ１１０をボンディングすることで半導体装置を製造する。
【0018】
製造装置１０は、ピックアップユニット１２と、ボンディングヘッド１４と、ステージ１６と、コントローラ１８と、を有している。ピックアップユニット１２は、ダイシングテープ１２０に載置された半導体チップ１１０を突き上げる突き上げピン２０と、突き上げられた半導体チップ１１０をその底面で保持するピックアップヘッド２２と、を有する。ピックアップヘッド２２は、水平方向に延びる回転軸Ｏを中心に回転可能となっている。ピックアップヘッド２２が、１８０度回転することで、ピックアップした半導体チップ１１０を厚み方向に１８０度反転させることができる。これにより、半導体チップ１１０のうちダイシングテープ１２０に接着されていた面が上方に向く。
【0019】
ボンディングヘッド１４は、図示しないＸＹ駆動機構により、ステージ１６の上面と平行な水平方向に移動し、図示しないＺ軸駆動機構により、水平方向と直交する鉛直方向に移動する。このボンディングヘッド１４には、半導体チップ１１０を吸着保持するアタッチメント（図１では図示せず）と、当該アタッチメント３３を加熱するヒータ（図１では図示せず）と、が設けられている。また、アタッチメント３３は、半導体チップ１１０の種類に応じて選択される。このボンディングヘッド１４の具体的な構成については後述する。
【0020】
また、ボンディングヘッド１４には、さらに、第一カメラ２６も設けられている。第一カメラ２６は、光軸が下方に延びる姿勢でボンディングヘッド１４に取り付けられており、ステージ１６に載置された基板１００等を撮像する。コントローラ１８は、この第一カメラ２８で撮像された画像等に基づいて、ボンディングヘッド１４と基板１００と、の相対位置関係を算出し、その算出結果に基づいてボンディングヘッド１４を位置決めする。ステージ１６は、図示しない搬送機構により搬送された基板１００を真空吸着して支持する。このステージ１６には、ヒータ（図示せず）が内蔵されており、載置された基板１００を加熱できる。
【0021】
コントローラ１８は、製造装置１０の各部の駆動を制御するもので、例えば、各種演算を実行するプロセッサと、各種プログラムおよびデータを記憶するメモリと、を有する。このコントローラ１８は、ピックアップユニット１２およびボンディングヘッド１４を駆動して、基板１００上に複数の半導体チップ１１０をボンディングさせる。このボンディングの際、コントローラ１８は、半導体チップ１１０を適切に加熱するために、ボンディングヘッド１４およびステージ１６に設けられたヒータの温度を制御するが、これについては、後述する。
【0022】
次に、製造装置１０で取り扱う半導体チップ１１０について簡単に説明する。図２は、半導体チップ１１０および基板１００の模式図である。半導体チップ１１０の底面には、バンプ１１６と呼ばれる金属突起が形成されている。バンプ１１６は、導電性金属からなり、所定の溶融温度で溶融する。基板１００のうち、このバンプ１１６と対応する位置には、基板電極１０２が形成されている。半導体装置を製造する際には、当該バンプ１１６を溶融させて、基板電極１０２と接合させる。
【0023】
半導体チップ１１０の底面には、バンプ１１６を覆うように、非導電性フィルム（以下「ＮＣＦ」という）１１８が貼り付けられている。ＮＣＦ１１８は、半導体チップ１１０と、基板１００または他の半導体チップ１１０とを接着する接着剤として機能するもので、非導電性の熱硬化性樹脂、例えば、ポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、フェノキシ樹脂、ポリエーテルスルホン樹脂等からなる。このＮＣＦ１１８の厚みは、バンプ１１６の平均高さよりも大きく、バンプ１１６は、このＮＣＦ１０８によりほぼ完全に覆われている。ＮＣＦ１１８は、常温下では、固体のフィルムであるが、所定の軟化開始温度を超えると、徐々に、可逆的に軟化して流動性を発揮し、所定の硬化開始温度を超えると、不可逆的に硬化し始める。なお、軟化開始温度は、ＮＣＦ１１８の硬化開始温度およびバンプ１１６の溶融温度よりも低い。
【0024】
半導体チップ１１０を基板１００にボンディングする際には、仮圧着工程と、本圧着工程と、を実行する。仮圧着工程では、基板１００に載置された半導体チップ１１０を仮圧着用温度で加熱しつつ加圧する。この仮圧着用温度は、ＮＣＦ１１８の軟化開始温度より高く、バンプ１１６の溶融温度およびＮＣＦ１１８の硬化開始温度よりも低い。仮圧着用温度まで加熱することで、ＮＣＦ１１８が、軟化し、流動性を持つ。そして、これにより、ＮＣＦ１１８が、半導体チップ１１０と基板１００との隙間に流れ込み、当該隙間を確実に埋めることができる。
【0025】
本圧着工程では、仮圧着された半導体チップ１１０を本圧着用温度で加熱しつつ加圧する。この本圧着用温度は、バンプ１１６の溶融温度およびＮＣＦ１１８の硬化開始温度よりも高い。本圧着用温度まで加熱することで、バンプ１１６が、溶融し、対向する基板電極１０２に溶着できる。また、この加熱により、ＮＣＦ１１８が、半導体チップ１１０と基板１００との隙間を埋めた状態で硬化するため、半導体チップ１１０と基板１００とが強固に固定される。
【0026】
仮圧着工程、本圧着工程のいずれにおいても、半導体チップ１１０は、均一に加熱されることが望まれる。すなわち、仮圧着工程において、半導体チップ１１０は、その中心も端部も、仮圧着用温度となることが求められる。同様に、本圧着工程において、半導体チップ１１０は、その中心も端部も、本圧着用温度となることが求められる。しかしながら、従来のボンディングヘッド１４には、加熱系統が、一つしか設けられていないため、半導体チップ１１０の温度分布を均一にすることは難しかった。
【0027】
これについて、図８を参照して説明する。図８は、従来のボンディングヘッド１４の構成を示す模式図である。ボンディングヘッド１４には、上側から順に、ベース部２９、断熱部３０、加熱部３１、アタッチメント３３が、並んで設けられている。ベース部２９は、図示しない移動機構に取り付けられており、例えば、ステンレス等で構成される。加熱部３１は、発熱抵抗体３６が内蔵された部位である。加熱部３１は、平板形であり、窒化アルミ等のセラミックスで構成される。この加熱部３１の内部には、発熱抵抗体３６が埋め込まれている。発熱抵抗体３６は、例えば、白金あるいはタングステン等で構成され、電源を有したドライバ３８に電気的に接続されている。この発熱抵抗体３６に電流を印加することで、発熱抵抗体３６が発熱し、加熱部３１全体が加熱される。断熱部３０は、加熱部３１の熱をベース部２９に伝えないようにするもので、例えば、アドセラム（登録商標）等のセラミックスで構成される。
【0028】
加熱部３１の下側には、アタッチメント３３が取り付けられている。アタッチメント３３は、矩形板状のベース３３ａと、当該ベース３３ａの底面から突出するアイランド３３ｂと、を有している。ベース３３ａは、加熱部３１とほぼ同じ外形を有している。アイランド３３ｂは、ベース３３ａよりも小さく、半導体チップ１１０と略同一サイズの四角形状である。このアタッチメント３３は、加熱部３１に対して着脱自在であり、取り扱う半導体チップ１１０の種類に応じて適宜交換される。なお、図８には、図示していないが、このアタッチメント３３には厚み方向に貫通し、吸引ポンプに連通される吸引孔が形成されている。また、加熱部３１や断熱部３０、ベース部２９には、この吸引孔と吸引ポンプとを連通する連通通路が形成されている。半導体チップ１１０は、この吸引孔を介して、アタッチメント３３に吸着保持される。
【0029】
また、加熱部３１の上側には、冷媒が流れる冷却通路４２が形成されている。この冷却通路４２は、冷媒供給源４４に連通されており、冷却通路４２の途中には、バルブ４６が設けられている。コントローラ１８は、バルブ４６の開き量をコントロールすることで、冷媒の流量をコントロールする。冷却通路４２に冷媒が流れることで、加熱部３１およびこれに取り付けられたアタッチメント３３が冷却される。
【0030】
ここで、従来のボンディングヘッド１４においても、発熱抵抗体３６を加熱部３１に均等に分散配置することで加熱部３１の温度分布をある程度均一にできる。しかしながら、加熱対象である半導体チップ１１０の吸熱レートは、当該半導体チップ１１０の外側に近づくにつれて高くなる。そのため、従来技術では、加熱部３１の温度分布を均一にしたとしても、加熱対象である半導体チップ１１０の温度は、外側に近づくにつれて低くなりやすかった。
【0031】
図３は、半導体チップ１１０の温度分布の一例を示すグラフである。図３において、横軸は、半導体チップ１１０内の位置を、縦軸は、半導体チップ１１０の温度（以下「チップ温度」と略す）を、それぞれ示している。また、図３において、「Ｃｃ」は、半導体チップ１１０の中心位置を、「Ｃｏ」は、半導体チップ１１０の端部位置を、それぞれ示している。
【0032】
加熱系統を一つしか有さないボンディングヘッド１４で半導体チップ１１０を加熱した場合、チップ温度は、図３の実線で示すように、端部に近づくにつれて低くなる。換言すれば、従来のボンディングヘッド１４では、半導体チップ１１０の温度分布にばらつきが生じやすかった。このように半導体チップ１１０の温度分布が不均一な場合、バンプ１１６の溶融状態やＮＣＦ１１８の軟化または硬化状態が場所によって異なってしまい、半導体チップ１１０の接合不良や、半導体チップ１１０と基板１００（または他の半導体チップ１１０）との間のギャップ量が不均一になる等の問題が招く。
【0033】
そこで、本明細書では、チップ温度の分布を均一にするために、加熱部３１を水平方向に複数の加熱エリアに分割するとともに、各加熱エリアを互いに異なるドライバに電気的に接続している。これについて、図４、図５を参照して説明する。
【0034】
図４は、製造装置１０に搭載されるボンディングヘッド１４の構成を示す模式図である。また、図５は、このボンディングヘッド１４の加熱部３１の概略平面図である。このボンディングヘッド１４は、従来のボンディングヘッド１４と同様に、上側から順に、ベース部２９、断熱部３０、加熱部３１、およびアタッチメント３３が並んで配置されている。このうち、ベース部２９、断熱部３０、アタッチメント３３の構成は、従来のボンディングヘッド１４とほぼ同じである。
【0035】
一方、本例の加熱部３１は、第一加熱エリア３２ａおよび第二加熱エリア３２ｂに分割されている点で従来技術と相違する。具体的に説明すると、本例の加熱部３１は、略矩形の第一加熱エリア３２ａと、当該第一加熱エリア３２ａの外周囲を取り囲む角環形状の第二加熱エリア３２ｂと、に分割されている。第一加熱エリア３２ａには、第一発熱抵抗体３６ａが、第二加熱エリア３２ｂには、第二発熱抵抗体３６ｂが、それぞれ、埋め込まれている。さらに、第一加熱エリア３２ａには、当該第一加熱エリア３２ａの温度を検出する第一温度センサ３４ａが、第二加熱エリア３２ｂには、当該第二加熱エリア３２ｂの温度を検出する第二温度センサ３４ｂが、それぞれ取り付けられている。
【0036】
ここで、一つの加熱エリアに対応する温度センサ３４ａ，３４ｂは、隣接する他の加熱エリアとの境界から離間した位置に設けてもよい。例えば、第一温度センサ３４ａは、第一加熱エリア３２ａの中央付近に、第二温度センサ３４ｂは、第二加熱エリア３２ｂの外側端部付近に、取り付けてもよい。かかる構成とすることで、各温度センサ３４ａ，３４ｂが、隣接する他の加熱エリアの温度の影響を受けにくくなる。
【0037】
第一発熱抵抗体３６ａおよび第二発熱抵抗体３６ｂは、それぞれ、第一ドライバ３８ａおよび第二ドライバ３８ｂにより通電される。第一ドライバ３８ａは、所望の電流を第一発熱抵抗体３６ａに印加するための電源回路を有する。この第一ドライバ３８ａには、第一温度センサ３４ａでの検出温度（以下「第一エリア検出温度Ｔａ１」という）、および、コントローラ１８に記憶されている第一エリア目標温度Ｔａ１＊、が入力される。第一ドライバ３８ａは、第一エリア検出温度Ｔａ１と第一エリア目標温度Ｔａ１＊との差分に応じて、第一発熱抵抗体３６ａに印加する電流値を制御する。
【0038】
第二ドライバ３８ｂは、所望の電流を第二発熱抵抗体３６ｂに印加するための電源回路を有する。この第二ドライバ３８ｂには、第二温度センサ３４ｂの検出温度（以下「第二エリア検出温度Ｔａ２」という）、および、コントローラ１８に記憶されている第二エリア目標温度Ｔａ２＊、が入力される。第二ドライバ３８ｂは、第二エリア検出温度Ｔａ２と第二エリア目標温度Ｔａ２＊との差分に応じて、第二発熱抵抗体３６ｂに印加する電流値を制御する。
【0039】
なお、図４、図５では、二つの加熱エリア３２ａ，３２ｂの境界を明確にするために、二つの加熱エリア３２ａ，３２ｂの間に隙間を図示している。しかし、実際には、二つの加熱エリア３２ａ，３２ｂの間の隙間は無くてもよい。また、第一加熱エリア３２ａと第二加熱エリア３２ｂは、機械的に分離している必要はなく、第一発熱抵抗体３６ａが埋め込まれる第一加熱エリア３２ａと、第二発熱抵抗体３６ｂが埋め込まれる第二加熱エリア３２ｂと、は、切れ目なく繋がっていてもよい。すなわち、加熱部３１は、単一のセラミックスで構成されてもよい。このように加熱部３１を単一のセラミックスで構成することで、加熱部３１の平坦度等が担保しやすくなり、半導体チップ１１０をより均等に加圧できる。
【0040】
また、本例では、加熱系統だけでなく、冷却系統も複数設けている。すなわち、加熱部３１の上側には、第一加熱エリア３２ａおよび第二加熱エリア３２ｂそれぞれに対応して設けられた第一冷却通路４２ａおよび第二冷却通路４２ｂが設けられている。各冷却通路４２ａ，４２ｂは、冷媒供給源４４に連通されており、当該冷却通路４２ａ，４２ｂの途中に設けられたバルブ４６ａ，４６ｂの開閉量を制御することで、各冷却通路４２ａ，４２ｂに流れる冷媒流量を変更できる。このバルブ４６ａ，４６ｂの開閉量は、コントローラ１８により制御される。換言すれば、コントローラ１８は、二つの冷却通路４２ａ，４２ｂそれぞれの冷媒の流れを互いに独立して制御できる。各冷却通路４２ａ，４２ｂに、冷媒が流れることで、対応する加熱エリア３２ａ，３２ｂが冷却される。
【0041】
ここで、これまでの説明で明らかな通り、本例では、第一加熱エリア３２ａおよび第二加熱エリア３２ｂそれぞれの加熱温度を独立して制御可能である。コントローラ１８は、半導体チップ１１０をボンディングする際には、当該半導体チップ１１０の温度分布が均一になるように、２つ加熱エリア３２ａ，３２ｂの温度を制御する。具体的には、コントローラ１８は、半導体チップ１１０の温度分布を均一にでき得るエリア目標温度Ｔａ１＊，Ｔａ２＊を第一、第二ドライバ３８ａ，３８ｂに入力する。より具体的には、コントローラ１８は、外側に位置する第二加熱エリア３２ｂのエリア目標温度Ｔａ２＊として、内側に位置する第一加熱エリア３２ａのエリア目標温度Ｔａ１＊より高温の値を第二ドライバ３８ｂに入力する。
【0042】
図６は、半導体チップ１１０をボンディングする際のエリア検出温度Ｔａ１，Ｔａ２の経時的変化を示すグラフである。図６において、横軸は、時間を、縦軸は、エリア検出温度を示している。また、図６において、太線は、第一エリア検出温度Ｔａ１を、細線は、第二エリア検出温度Ｔａ２を、それぞれ示している。図６に示すように、本例では、第一エリア検出温度Ｔａ１が、第一エリア目標温度Ｔａ１＊になり、第二エリア検出温度Ｔａ２が、第一エリア目標温度Ｔａ１＊よりも高い。第二エリア目標温度Ｔａ２＊になるように、二つのヒータ３６ａ，３６ｂの駆動を制御している。
【0043】
なお、発熱抵抗体３６ａ，３６ｂの通電制御のみでは、微妙な温度コントロールが難しい場合がある。その場合には、発熱抵抗体３６ａ，３６ｂの通電と並行して、冷却通路４２ａ，４２ｂへの冷媒供給を行ってもよい。例えば、第二エリア検出温度Ｔａ２の昇温レートが、目標よりも高い場合、コントローラ１８は、第二冷却通路４２ｂに設けられたバルブ４６ｂの開度を増加させて、第二冷却通路４２ｂに流れる冷媒流量を一時的に増加させてもよい。このように、発熱抵抗体３６ａ，３６ｂの通電制御と、冷媒流量の制御と、を並行して行うことで、各加熱エリア３２ａ，３２ｂをより精度よく加熱できる。
【0044】
いずれにしても、外側に位置する第二加熱エリア３２ｂが内側に位置する第一加熱エリア３２ａよりも高温になることで、吸熱レートの高い半導体チップ１１０の端部付近も、中央付近と同様に温度上昇させることができる。そして、結果として、本例によれば、半導体チップ１１０の温度分布を均一に近づけることができる。
【0045】
コントローラ１８は、半導体チップ１１０を均等に加熱するために、第一エリア目標温度Ｔａ１＊および第二エリア目標温度Ｔａ２＊を予めメモリに記憶している。このエリア目標温度Ｔａ１＊，Ｔａ２＊は、工程ごとに用意されている。すなわち、コントローラ１８は、仮圧着工程で用いるエリア目標温度Ｔａ１＊，Ｔａ２＊と、本圧着工程で用いるエリア目標温度Ｔａ１＊，Ｔａ２＊と、を記憶している。
【0046】
また、半導体チップ１１０の吸熱レートの分布は、半導体チップ１１０の種類によって異なるため、半導体チップ１１０を均一に加熱できるエリア目標温度Ｔ１＊，Ｔ２＊は、半導体チップ１１０の種類に応じて異なる。そのため、エリア目標温度Ｔａ１＊，Ｔａ２＊は、取り扱う半導体チップ１１０の種類ごとにも用意されている。
【0047】
コントローラ１８は、こうしたエリア目標温度Ｔａ１＊，Ｔａ２＊を取得するために、半導体装置の製造に先立って、エリア目標温度を取得する目標取得処理を実行してもよい。図７は、目標取得処理の流れを示すフローチャートである。
【0048】
目標取得処理では、まず、サンプルチップに、内側温度センサおよび外側温度センサを取り付ける（Ｓ１０）。ここで、サンプルチップは、実際の半導体装置の製造で用いられる半導体チップ１１０と同種の半導体チップ１１０である。内側温度センサは、このサンプルチップの中央付近に、外側温度センサは、サンプルチップの端部付近に取り付けられる。以下では、内側温度センサでの検出温度を「第一チップ検出温度Ｔｃ１」と呼び、外側温度センサでの検出温度を「第二チップ検出温度Ｔｃ２」と呼ぶ。
【0049】
コントローラ１８は、ボンディングヘッド１４を駆動して、このサンプルチップを基板１００に載置させる（Ｓ１２）。サンプルチップが基板１００に載置されれば、続いて、コントローラ１８は、第一エリア検出温度Ｔａ１が、第一仮目標温度Ｔｔ１に、第二エリア検出温度Ｔａ２が、所定の第二仮目標温度Ｔｔ２に、達するまで発熱抵抗体３６ａ，３６ｂを加熱させる（Ｓ１４）。ここで、第一仮目標温度Ｔｔ１および第二仮目標温度Ｔｔ２は、互いに同じ値でもよいし、異なっていてもよい。
【0050】
Ｔａ１＝Ｔｔ１、Ｔａ２＝Ｔｔ２となれば、コントローラ１８は、その時点での第一チップ検出温度Ｔｃ１および第二チップ検出温度Ｔｃ２を取得する（Ｓ１６）。コントローラ１８は、取得されたチップ検出温度Ｔｃ１，Ｔｃ２と、半導体チップ１１０の目標温度Ｔｄｅｆと、の差分を第一差分値ΔＴ１、第二差分値ΔＴ２として算出する（Ｓ１８）。ここで、仮圧着工程で用いるエリア目標温度Ｔａ１＊，Ｔａ２＊を取得する場合、目標温度Ｔｄｅｆは、仮圧着用温度である。また、本圧着工程で用いるエリア目標温度Ｔａ１＊，Ｔａ２＊を取得する場合、目標温度Ｔｄｅｆは、本圧着用温度である。
【0051】
続いて、コントローラ１８は、この第一差分値の絶対値｜ΔＴ１｜および第二差分値の絶対値｜ΔＴ２｜を、許容誤差Δｄｅｆと比較する（Ｓ２０）。比較の結果、｜ΔＴ１｜が許容誤差Δｄｅｆ以下、かつ、｜ΔＴ２｜が許容誤差Δｄｅｆ以下の場合（Ｓ２０でＹｅｓの場合）、現在の仮目標温度Ｔｔ１，Ｔｔ２が適切であると判断できる。したがって、この場合、コントローラ１８は、現在の第一仮目標温度Ｔｔ１を第一エリア目標温度Ｔａ１＊、第二仮目標温度Ｔｔ２を第二エリア目標温度Ｔａ２＊としてメモリに記憶する（Ｓ２４）。
【0052】
一方、比較の結果、｜ΔＴ１｜が許容誤差Δｄｅｆ超過、または、｜ΔＴ２｜が許容誤差Δｄｅｆ超過の場合（Ｓ２０でＮｏの場合）、コントローラ１８は、仮目標温度Ｔｔ１，Ｔｔ２を修正する（Ｓ２２）。この仮目標温度Ｔｔ１，Ｔｔ２の修正方法は、差分値ΔＴ１，ΔＴ２を低減できるようなものであれば、特に限定されない。したがって、例えば、差分値ΔＴ１，ΔＴ２に所定の係数Ｋ１，Ｋ２を乗算した値を、現在の仮目標温度Ｔｔ１，Ｔｔ２から減算した値を修正後の仮目標温度Ｔｔ１，Ｔｔ２として算出してもよい。すなわち、Ｔｔ１＝Ｔｔ１－ΔＴ１・Ｋ１、Ｔｔ２＝Ｔｔ２－ΔＴ２・Ｋ２としてもよい。
【0053】
仮目標温度Ｔｔ１，Ｔｔ２が算出できれば、コントローラ１８は、再び、ステップＳ１４～Ｓ２２の処理を繰り返す。そして、最終的に、｜ΔＴ１｜≦Δｄｅｆ、かつ、｜ΔＴ２｜≦Δｄｅｆとなり、ステップＳ２４が実行されれば、エリア目標温度の取得処理は終了となる。
【0054】
なお、これまで説明した構成は、一例であり、加熱部３１が、第一加熱エリアと、第一加熱エリアを水平方向に囲む第二加熱エリアと、に分割され、この第一、第二加熱エリアが独立して温度制御可能であれば、その他の構成は、変更されてもよい。例えば、これまでの説明では、加熱部３１を、第一加熱エリア３２ａと、その周囲を取り囲む第二加熱エリア３２ｂと、に分割しているが、加熱部３１は、より多数のエリアに分割されてもよい。例えば、加熱部３１は、略矩形の第一加熱エリアと、第一加熱エリアを取り囲むロ字状の第二加熱エリアと、第二加熱エリアを取り囲むロ字状の第三加熱エリアと、に分割されてもよい。また、上述の説明では、加熱対象物の温度分布が均一になるように、二つの加熱エリアを独立して温度制御している。しかし、加熱対象物の温度分布は、ボンディングの種類や加熱対象物の種類に応じて、適宜、変更されてもよい。例えば、コントローラは、加熱対象物の周縁部が中心部より高温になるように、第一、第二加熱エリアの温度を制御してもよい。
【符号の説明】
【0055】
１０ 製造装置、１２ ピックアップユニット、１４ ボンディングヘッド、１６ ステージ、１８ コントローラ、２０ 突き上げピン、２２ ピックアップヘッド、２６ 第一カメラ、２９ ベース部、３０ 断熱部、３１ 加熱部、３２ａ 第一加熱エリア、３２ｂ 第二加熱エリア、３３ アタッチメント、３３ａ ベース、３３ｂ アイランド、３４ 温度センサ、３６ 発熱抵抗体、３８ ドライバ、４２ 冷却通路、４４ 冷媒供給源、４６ バルブ、１００ 基板、１０２ 基板電極、１１０ 半導体チップ、１１６ バンプ、１２０ ダイシングテープ。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】