特許 7398612 半導体デバイス製造システムおよび半導体デバイス製造方法

(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】

(24)【登録日】2023-12-07

(45)【発行日】2023-12-15

(54)【発明の名称】半導体デバイス製造システムおよび半導体デバイス製造方法

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/607 20060101AFI20231208BHJP

   H01L 21/60 20060101ALI20231208BHJP

   H01L 25/07 20060101ALI20231208BHJP

   H01L 25/065 20230101ALI20231208BHJP

   H01L 25/18 20230101ALI20231208BHJP

   H01L 21/56 20060101ALI20231208BHJP

【ＦＩ】

H01L21/607 C

H01L21/607 B

H01L21/60 311S

H01L25/08 C

H01L21/56 R

【請求項の数】 12

(21)【出願番号】P 2019062141

(22)【出願日】2019-03-28

(65)【公開番号】P2020161751

(43)【公開日】2020-10-01

【審査請求日】2022-01-11

(73)【特許権者】

【識別番号】314012076

【氏名又は名称】パナソニックＩＰマネジメント株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100106116

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 健司

(74)【代理人】

【識別番号】100131495

【弁理士】

【氏名又は名称】前田 健児

(72)【発明者】

【氏名】園田 知幸

(72)【発明者】

【氏名】小塩 哲平

(72)【発明者】

【氏名】吉川 和俊

【審査官】平野 崇

(56)【参考文献】

【文献】特開２００９－１１０９９５（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００５－３０７１６９（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｈ０１Ｌ ２１／６０７

Ｈ０１Ｌ ２１／６０

Ｈ０１Ｌ ２５／０７

Ｈ０１Ｌ ２１／５６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

バンプが形成された下面に熱硬化性材料から成る接合フィルムが貼り付けられた構成を有する複数の部品をステージに保持された基板の上に積層して半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造システムであって、
超音波ヘッドにより前記基板の上に複数の部品を超音波接合により接合して積層する部品積層部と、
前記部品積層部により積層された複数の部品をまとめて加熱することにより前記複数の部品それぞれが備える前記接合フィルムを一括して熱硬化させる加熱部とを備え、
部品が接合される部品接合面の前記ステージからの高さである接合面高さに応じて前記超音波ヘッドにより部品を接合するときの接合条件を設定する半導体デバイス製造システム。

【請求項2】

前記部品積層部は、下側の部品の上面に上側の部品を接合するとき、加熱した前記ステージの上面側で前記上側の部品の前記バンプを前記下側の部品の上面に当接させ、所定の押圧力で前記上側の部品を前記下側の部品に押圧しながら前記上側の部品に超音波振動を与えることによって前記上側の前記バンプを前記下側の部品に超音波接合するようになっている請求項１に記載の半導体デバイス製造システム。

【請求項3】

前記ステージを昇降させるステージ昇降部をさらに備え、
前記ステージ昇降部で前記ステージを下降させることによって直前に接合した部品の上面である前記部品接合面を基準高さに位置合わせした状態で、前記超音波ヘッドが保持する部品を前記直前に接合した部品に接合する請求項１または２に記載の半導体デバイス製造システム。

【請求項4】

前記部品積層部は、前記接合面高さに応じて前記超音波ヘッドにより部品に押圧力と超音波荷重とを与える時間を変化させる請求項１または２に記載の半導体デバイス製造システム。

【請求項5】

前記部品積層部は、前記接合面高さに応じて前記超音波ヘッドにより前記上側の部品の前記下側の部品へ与える押圧力の大きさを変化させる請求項２に記載の半導体デバイス製造システム。

【請求項6】

前記部品積層部は、前記接合面高さに応じて前記超音波ヘッドの超音波出力の大きさを変化させる請求項１または２に記載の半導体デバイス製造システム。

【請求項7】

バンプが形成された下面に熱硬化性材料から成る接合フィルムが貼り付けられた構成を有する複数の部品をステージに保持された基板の上に積層して半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法であって、
超音波ヘッドにより前記基板の上に複数の部品を超音波接合により接合して積層する部品積層工程と、
前記部品積層工程で積層した複数の部品をまとめて加熱することにより前記複数の部品それぞれが備える前記接合フィルムを一括して熱硬化させる加熱工程とを含み、
部品が接合される部品接合面の前記ステージからの高さである接合面高さに応じて前記超音波ヘッドにより部品を接合するときの接合条件を設定する半導体デバイス製造方法。

【請求項8】

前記部品積層工程において、下側の部品の上面に上側の部品を接合するとき、加熱した前記ステージの上面側で前記上側の部品の前記バンプを前記下側の部品の上面に当接させ、所定の押圧力で前記上側の部品を前記下側の部品に押圧しながら前記上側の部品に超音波振動を与えることによって前記上側の前記バンプを前記下側の部品に超音波接合するようになっている請求項７に記載の半導体デバイス製造方法。

【請求項9】

ステージ昇降部で前記ステージを下降させることによって直前に接合した部品の上面である前記部品接合面を基準高さに位置合わせした状態で、前記超音波ヘッドが保持する部品を前記直前に接合した部品に接合する請求項７または８に記載の半導体デバイス製造方法。

【請求項10】

前記部品積層工程において、前記接合面高さに応じて前記超音波ヘッドにより部品に押圧力と超音波荷重とを与える時間を変化させる請求項７または８に記載の半導体デバイス製造方法。

【請求項11】

前記部品積層工程において、前記接合面高さに応じて前記超音波ヘッドにより前記上側の部品の前記下側の部品へ与える押圧力の大きさを変化させる請求項８に記載の半導体デバイス製造方法。

【請求項12】

前記部品積層工程において、前記接合面高さに応じて前記超音波ヘッドの超音波出力の大きさを変化させる請求項７または８に記載の半導体デバイス製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、複数の部品を基板の上に積層して半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造システムおよび半導体デバイス製造方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、小型高性能の半導体デバイスを製造する装置として、下面にバンプを有する複数の部品を基板の上に積層していく半導体デバイス製造装置が知られている。このような半導体デバイス製造装置では通常、部品のバンプ形成面（下面）に非導電性の熱硬化性材料から成る接合フィルムを貼り付けておき、部品を実装ヘッドによって加圧しながら加熱する動作を繰り返すことで、部品を積層していく。また、基板との間に熱硬化性の樹脂を介在させて部品を基板に実装する場合の技術として、加圧手段で部品を加熱する過程で、加熱と冷却を繰り返し実行することが接合信頼性の向上等の面から有効であることが知られている（例えば、下記の特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２００４－３１８８５号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、複数の部品を基板の上に積層して半導体デバイスの製造において、積層する部品のひとつひとつについて加熱と冷却を繰り返し実行すると、半導体デバイスのひとつ当たりの製造に多くの時間がかかってしまい、生産性が悪いという問題点があった。そして、その問題点は、製造する半導体デバイスが高積層数であるほど顕著であった。

【0005】

そこで本発明は、複数の部品が積層されて成る半導体デバイスを製造するにおいて、部品のひとつひとつの積層に要する時間を短縮して生産性を向上させることができる半導体デバイス製造システムおよび半導体デバイス製造方法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】

【0006】

本発明の半導体デバイス製造システムは、バンプが形成された下面に熱硬化性材料から成る接合フィルムが貼り付けられた構成を有する複数の部品をステージに保持された基板の上に積層して半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造システムであって、超音波ヘッドにより前記基板の上に複数の部品を超音波接合により接合して積層する部品積層部と、前記部品積層部により積層された複数の部品をまとめて加熱することにより前記複数の部品それぞれが備える前記接合フィルムを一括して熱硬化させる加熱部とを備え、部品が接合される部品接合面の前記ステージからの高さである接合面高さに応じて前記超音波ヘッドにより部品を接合するときの接合条件を設定する。

【0007】

本発明の半導体デバイス製造方法は、バンプが形成された下面に熱硬化性材料から成る接合フィルムが貼り付けられた構成を有する複数の部品をステージに保持された基板の上に積層して半導体デバイスを製造する半導体デバイス製造方法であって、超音波ヘッドにより前記基板の上に複数の部品を超音波接合により接合して積層する部品積層工程と、前記部品積層工程で積層した複数の部品をまとめて加熱することにより前記複数の部品それぞれが備える前記接合フィルムを一括して熱硬化させる加熱工程とを含み、部品が接合される部品接合面の前記ステージからの高さである接合面高さに応じて前記超音波ヘッドにより部品を接合するときの接合条件を設定する。

【発明の効果】

【0008】

本発明によれば、複数の部品が積層されて成る半導体デバイスを製造するにおいて、部品のひとつひとつの積層に要する時間を短縮して生産性を向上させることができる。

【図面の簡単な説明】

【0009】

【図1】本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造システムの構成図

【図2】本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造システムが備える部品積層部の概略構成図

【図3】本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造システムが備える部品積層部の要部拡大図

【図4】本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造システムにより半導体デバイスを製造する手順を示すフローチャート

【図5】（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造システムが備える部品積層部の動作説明図

【図6】（ａ）（ｂ）本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造システムが備える部品積層部の動作説明図

【図7】本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造システムが備える制御装置に記憶される（ａ）接合面高さと接合時間との対応関係のデータの一例を示すグラフ（ｂ）接合面高さと押圧力との対応関係のデータの一例を示すグラフ（ｃ）接合面高さと超音波ヘッドの超音波出力との対応関係のデータの一例を示すグラフ

【発明を実施するための形態】

【0010】

以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。図１は本発明の一実施の形態における半導体デバイス製造システム１を示している。半導体デバイス製造システム１は、上流側ストッカ１１、部品積層部１２、下流側ストッカ１３および加熱部（オーブン）１４を備えている。

【0011】

上流側ストッカ１１は内部にマガジンＭＧを備えており、マガジンＭＧ内には複数の基板２が収納されている。部品積層部１２は、上流側ストッカ１１のマガジンＭＧから送られてきた基板２の上に複数の部品３を積層して部品積層体４を生成する（詳細は後述）。下流側ストッカ１３は内部にマガジンＭＧを備えており、部品積層部１２で生成された部品積層体４をストックする。加熱部１４には、作業者によって、下流側ストッカ１３内のマガジンＭＧが搬入される。加熱部１４は、下流側ストッカ１３から搬入されたマガジンＭＧごと、複数の部品積層体４をまとめて加熱する。

【0012】

ここで、部品積層部１２の構成について説明する。図２において、部品積層部１２は、部品供給部２１、ステージ２２、ヘッド移動機構２３．超音波ヘッド２４および制御装置２５を備えている。

【0013】

図２において、部品供給部２１は部品３を上面に載置させた状態で供給する。部品３は下面に複数のバンプ３Ｂを有しており、部品３の下面には更に、被導電性の熱硬化性材料から成る接合フィルム３Ｆが貼り付けられている（図３も参照）。接合フィルム３Ｆは、常温では軟性のシート状部材であるが、所定の温度以上の温度に晒されると熱硬化して固くなり、接合材として機能する。部品３の上面には、その部品３の上に積層される部品３が有する複数のバンプ３Ｂが接合される複数の電極３Ｄが設けられている（図３）。

【0014】

図２において、ステージ２２は上面が平らに形成されたブロック状の部材から構成されている。ステージ２２の上面には複数の吸着開口（図示せず）が形成されており、ステージ２２の内部にはそれら吸着開口と繋がる吸着機構（図示せず）が設けられている。ステージ２２の上面に基板２が載置された状態で吸着機構が吸着開口から真空吸引すると、ステージ２２の上面に基板２が吸着保持される。ステージ２２の下方にはステージ昇降部２２Ｋが設けられており、ステージ２２はステージ昇降部２２Ｋによって昇降される。

【0015】

図２において、ステージ２２にはステージ用ヒータ２２Ｈとステージ用熱電対２２Ｎが設けられている。ステージ用ヒータ２２Ｈはステージ２２を加熱し、ステージ用熱電対２２Ｎはステージ２２の温度を計測する。ステージ用ヒータ２２Ｈはステージ２２を加熱することによって、ステージ２２に保持された基板２を加熱する。

【0016】

図２において、ヘッド移動機構２３は、ステージ２２の上方に設けられている。ヘッド移動機構２３は、ヘッド昇降部２３Ａとヘッド水平移動部２３Ｂを有している。ヘッド昇降部２３Ａはここではシリンダから構成されており、ピストンロッド２３Ｒの先端を下方に向けている。超音波ヘッド２４はピストンロッド２３Ｒの先端（下端）に取り付けられており、ヘッド昇降部２３Ａはピストンロッド２３Ｒを作動させることで、超音波ヘッド２４を昇降させる。ヘッド水平移動部２３Ｂはヘッド昇降部２３Ａを超音波ヘッド２４とともに水平方向に移動させる。

【0017】

超音波ヘッド２４は、ヘッド移動機構２３によって移動されることで、ステージ２２に保持された基板２の上面に部品３を接合し、更に、基板２の上面に接合した部品３の上面に部品３を接合していくことによって、基板２の上面に複数の部品３を積層していく。図２および図３において、超音波ヘッド２４は、支持部材３１、ホーン３２、超音波振動子３３および接合ツール３４を備えている。支持部材３１はヘッド昇降部２３Ａのピストンロッド２３Ｒの先端に結合されており、ホーン３２を支持している。

【0018】

ホーン３２は水平方向に延びた棒状の金属部材から構成されている。超音波振動子３３はホーン３２の一端側に取り付けられており（図３）、超音波振動することによってホーン３２を長手方向に振動（縦振動）させる。

【0019】

図２および図３において、接合ツール３４はホーン３２の下面側に取り付けられており、ホーン３２の下方に突出して延びている。ホーン３２が超音波振動子３３によって超音波振動されると、接合ツール３４はホーン３２と一体となってホーン３２の長手方向に振動する。

【0020】

ホーン３２の内部には図示しない吸引機構が設けられている。図示しない真空源から供給される真空圧を吸引機構によって制御することで、接合ツール３４の下端に吸引力を発生させることができる。このため接合ツール３４の下端面を部品３の上面に当接させた状態で接合ツールの下端に吸引力を発生させると、接合ツール３４の下端面に部品３が真空吸着される。

【0021】

図２および図３において、ホーン３２にはヘッド用ヒータ２４Ｈとヘッド用熱電対２４Ｎが設けられている。ヘッド用ヒータ２４Ｈはホーン３２を通じて接合ツール３４を加熱し、接合ツール３４に部品３が吸着される場合には、更に接合ツール３４を通じて部品３も加熱する。ヘッド用熱電対２４Ｎはホーン３２を通じて接合ツール３４の温度を計測する。

【0022】

図２において、制御装置２５は、移動制御部２５ａ、吸着制御部２５ｂ、加熱制御部２５ｃ、接合制御部２５ｄおよび記憶部２５ｅを備えている。移動制御部２５ａは、ステージ昇降部２２Ｋの制御を行ってステージ２２を昇降させる。また移動制御部２５ａは、ヘッド昇降部２３Ａの制御を行って超音波ヘッド２４を昇降させ、ヘッド水平移動部２３Ｂの制御を行って超音波ヘッド２４を水平方向に移動させる。吸着制御部２５ｂは、ステージ２２の内部に設けられた前述の吸着機構を作動させてステージ２２の上面に基板２を吸着させる。また吸着制御部２５ｂは、超音波ヘッド２４のホーン３２内に設けられた前述の吸引機構を作動させて、接合ツール３４の下端に部品３を吸着させる。

【0023】

図２において、ステージ用熱電対２２Ｎが計測するステージ２２の温度は制御装置２５に入力される。制御装置２５の加熱制御部２５ｃは、ステージ用熱電対２２Ｎによって計測されるステージ２２の温度に基づいて、ステージ用ヒータ２２Ｈの加熱制御を行う。また、図２において、ヘッド用熱電対２４Ｎが計測する接合ツール３４の温度は制御装置２５に入力される。加熱制御部２５ｃは、ヘッド用熱電対２４Ｎによって計測される接合ツール３４の温度に基づいて、ヘッド用ヒータ２４Ｈの加熱制御を行う。

【0024】

制御装置２５の接合制御部２５ｄは、超音波ヘッド２４により部品３を部品接合面に接合するときの接合条件を設定する。ここで「部品接合面」とは、これから接合しようとする部品３が接合される面であり、基板２の上面あるいは基板２の上面に接合された部品３の上面がこれに相当する。

【0025】

超音波ヘッド２４により部品３を部品接合面に接合するときの接合条件としては、上側の部品３（これから接合しようとする部品３）を下側の部品３（部品３が接合される部品３）に押圧するときの押圧力と超音波荷重とを与える時間（接合時間）、上側の部品３を下側の部品３に押圧するときの押圧力、超音波ヘッド２４の超音波出力、接合時の上側および下側の双方の部品３の温度等がある。制御装置２５の記憶部２５ｅには、部品３の接合作業時に接合制御部２５ｄが用いるデータをはじめ、種々のデータが記憶されている。

【0026】

図２において、ヘッド昇降部２３Ａには押圧センサ２３Ｓが設けられている。押圧センサ２３Ｓは例えば圧電素子から成り、接合ツール３４の下端面に作用する上向き荷重を検出して制御装置２５に送信する。制御装置２５は、押圧センサ２３Ｓからの検出情報に基づいて、部品３の接合作業時に超音波ヘッド２４が部品３を下方に押圧している押圧力を検知する。

【0027】

次に、図４に示すフローチャートを用いて、半導体デバイス製造システム１により半導体デバイス５（図１）を製造する手順（半導体デバイス製造方法）を説明する。ここでは基板２の上面に２つ以上の部品３を接合して半導体デバイス５を製造するものとする。

【0028】

半導体デバイス製造システム１は、半導体デバイス５の製造を行うときには先ず、部品積層部１２のステージ用ヒータ２２Ｈとヘッド用ヒータ２４Ｈによって、ステージ２２と接合ツール３４がそれぞれ所定の温度になるように調整される。部品積層部１２のステージ用ヒータ２２Ｈとヘッド用ヒータ２４Ｈの温度が調整されたら、これから部品３が接合される基板２が上流側ストッカ１１内のマガジンＭＧから取り出されて部品積層部１２に投入される（ステップＳＴ１）。

【0029】

部品積層部１２は、基板２が投入されたら、図示しない基板移載部によって、基板２をステージ２２の上面に移載する。部品積層部１２は、基板２がステージ２２の上面に移載されたら、ステージ２２に内蔵された前述の図示しない吸着機構を作動させてステージ２２に基板２を保持させる（ステップＳＴ２）。これにより基板２はステージ２２を通じてステージ用ヒータ２２Ｈによって加熱される。

【0030】

ステージ２２が基板２を保持したら、ステージ昇降部２２Ｋはステージ２２を上下方向に移動させて、部品接合面である基板２の上面を、部品積層部１２に固定して定められた基準面ＭＬからの所定の高さである基準高さＢＨ（図２及び図３）に一致させる（図５（ａ）。ステップＳＴ３）。部品接合面である基板２の上面が基準高さＢＨに一致したら、超音波ヘッド２４は部品供給部２１が供給する部品３をピックアップする（ステップＳＴ４）。具体的には、超音波ヘッド２４は先ず、ヘッド水平移動部２３Ｂの作動によって部品供給部２１の上方に移動し、ヘッド昇降部２３Ａの作動によって下降する。そして、接合ツール３４の下端面を部品供給部２１が供給する部品３の上面に接触させて真空吸引し、接合ツール３４によって部品３を吸着する。超音波ヘッド２４は接合ツール３４によって部品３を吸着したら、ヘッド昇降部２３Ａの作動によって上昇する。これにより超音波ヘッド２４による部品３のピックアップが完了する。

【0031】

超音波ヘッド２４は、部品３をピックアップしたら、ヘッド水平移動部２３Ｂの作動によってステージ２２の上方、すなわち基板２の上方に移動する。そして、ヘッド昇降部２３Ａの作動によって下降し、部品３を基板２の上面に押圧して接合する（ステップＳＴ５の部品接合工程。図５（ａ）→図５（ｂ））。超音波ヘッド２４が部品３を基板２の上面に押圧することで、部品３の下面に設けられたバンプ３Ｂはその部品３の下面に貼り付けられた接合フィルム３Ｆを下方に突き破り、基板２の上面側に設けられた電極（基板電極２Ｔ）に当接する。

【0032】

ステップＳＴ５の部品接合工程において、超音波ヘッド２４は、接合制御部２５ｄで設定された所定の押圧力で部品３を押圧するとともに、接合制御部２５ｄで設定された所定の接合時間だけ超音波振動を与えて部品３を接合する。部品３に超音波振動が与えられることによってバンプ３Ｂと基板電極２Ｔとの間に熱ストレスが発生し、バンプ３Ｂが基板電極２Ｔに接合される。なお、この間、超音波ヘッド２４が部品３を押圧することによって、バンプ３Ｂは若干上下方向に潰れるように変形する（接合フィルム３Ｆに変化は生じない）。

【0033】

部品３が部品接合面（基板２の上面）に接合されている間、制御装置２５は、超音波ヘッド２４の高さを検出することによってバンプ３Ｂの高さをモニタリングし、そのモニタリングしたバンプ３Ｂの高さに基づいてバンプ３Ｂの形状の変化をリアルタイムで把握する。そして、その把握したバンプ３Ｂの高さが所望の高さになるように所定のプロファイルで超音波ヘッド２４によって部品３を押圧する。

【0034】

超音波ヘッド２４は、所定の接合時間が経過したら超音波振動を停止させ、接合ツール３４による部品３の吸着を解除したうえで、ヘッド昇降部２３Ａの作動によって上昇する。これにより基板２への部品３の接合作業が終了する。

【0035】

ステップＳＴ５の部品接合工程が終了したら、基板２に接合すべき全ての部品３を接合して部品３の積層が完了したかどうかを判定する（ステップＳＴ６）。そして、部品３の積層が完了していなかった場合にはステップＳＴ３に戻り、部品３の積層が完了していた場合には、部品３の接合作業を終了する。ここでは部品３はまだ１つしか積層されていないので、ステップＳＴ３に戻る。

【0036】

戻ったステップＳＴ３では、ステージ２２を下降させることによって、次の部品接合面（直前に接合した一層目の部品３の上面）を基準高さＢＨに一致させる（図６（ａ））。そして、前述の基板２への部品３の接合作業と同様の要領により、部品３をピックアップしたうえで（ステップＳＴ４）、その部品３（上側の部品３）を直前に接合した部品３（下側の部品３）の上面に接合する（ステップＳＴ５の部品接合工程。図６（ａ）→図６（ｂ））。下側の部品３の上面に上側の部品３を接合する場合には、上側の部品３のバンプ３Ｂは下側の部品３の上面に設けられた電極３Ｄに接合される。

【0037】

ステップＳＴ５の部品接合工程が終了したら、基板２に接合すべき全ての部品３を接合して部品３の積層が完了したかどうかを判定する（ステップＳＴ６）。そして、部品３の積層が完了していなかった場合にはステップＳＴ３に戻り、ステップＳＴ３～ステップＳＴ５の工程を繰り返す。ステップＳＴ６で、部品３の積層が完了していた場合には、部品３の積層作業を終了する。部品３の積層作業が終了することによって部品積層体４が生成される。部品積層体４が生成されたら、部品積層部１２は、前述の図示しない基板移載部によって、その部品積層体４を下流側ストッカ１３内のマガジンＭＧに搬出する（ステップＳＴ７）。

【0038】

部品積層体４が部品積層部１２から下流側ストッカ１３内のマガジンＭＧに搬出されることによって、下流側ストッカ１３内のマガジンＭＧに部品積層体４が一定量ストックされたら、作業者は、下流側ストッカ１３からマガジンＭＧを取り出して加熱部１４に入れる（ステップＳＴ８）。

【0039】

作業者は、加熱部１４にマガジンＭＧを入れたら、加熱部１４によってマガジンＭＧの全体を加熱する（ステップＳＴ９の加熱工程）。これによりマガジンＭＧ内の各部品積層体４が加熱される。なお、加熱部１４によるマガジンＭＧの加熱は、複数のマガジンＭＧについてまとめて行ってもよい。

【0040】

加熱工程における加熱部１４内の温度は、部品３に貼り付けられている接合フィルム３Ｆが熱硬化を始める温度以上の所定の温度に設定される。このため各部品積層体４では、各部品３の下面に貼り付けられている接合フィルム３Ｆが軟化した後、熱硬化する。これにより上下に隣接する部品３同士は熱硬化した接合フィルム３Ｆによって相互に固く結合され、半導体デバイス５が製造される（図１）。加熱工程が終了したら、作業者は、加熱部１４からマガジンＭＧを取り出す（ステップＳＴ１０）。

【0041】

このように、本実施の形態における半導体デバイス製造システム１（半導体デバイス製造方法）では、超音波ヘッド２４により基板２の上に複数の部品３を超音波接合により接合して積層した後（ステップＳＴ３～ステップＳＴ５の部品積層工程）、積層した複数の部品３をまとめて加熱することにより複数の部品３それぞれが備える接合フィルム３Ｆを一括して熱硬化させるようになっている（ステップＳＴ９の加熱工程）。部品積層工程では、極めて短時間で行うことができる超音波接合によって部品３の接合を行うので（また、接合フィルム３Ｆの加熱は関係しないので）、部品３の積層に要する時間は非常に短いものとなる。そして、加熱部１４は積層された複数の部品３（すなわち部品積層体４）の全体を加熱し、各部品３の接合フィルム３Ｆを一括して熱硬化するので、部品３の層数には無関係に、全ての部品３の接合フィルム３Ｆを短時間で熱硬化することができる。

【0042】

このため本実施の形態における半導体デバイス製造システム１（半導体デバイス製造方法）によれば、複数の部品３を積層されて成る半導体デバイス５を製造するにおいて、部品３のひとつひとつの積層に要する時間を短縮することができ、結果として半導体デバイス５の生産性を大幅に向上させることができる。

【0043】

ところで、部品３の上面に部品３を接合して積層を進めていくと、次の部品３が接合される部品接合面のステージ２２からの高さは次第に高くなっていき、上層側になるほど（接合面高さＳＨが大きくなるほど）、接合時における部品３の温度がそれよりも下層側の部品３を接合したときの温度よりも低くなる。従って、本実施の形態では、前述のステップＳＴ５の部品接合工程において、超音波ヘッド２４により部品３を接合するときの接合条件を、これから部品３を接合しようとする部品接合面のステージ２２からの高さ（「接合面高さＳＨ」と称する。図３）に応じて設定するようになっている。具体的には、超音波ヘッド２４により部品３に押圧力と超音波荷重とを与える時間である接合時間、超音波ヘッド２４により上側の部品３を下側の部品３に押圧する力である押圧力或いは超音波ヘッド２４の超音波出力を、接合面高さＳＨによらず一定とするのではなく、接合面高さＳＨに応じて可変に設定するようになっている。

【0044】

本実施の形態では、具体的には、接合面高さＳＨに応じて接合時間を変化させ、或いは接合面高さＳＨに応じて押圧力を変化させ、また或いは、接合面高さＳＨに応じて超音波ヘッド２４の超音波出力を変化させる。接合面高さＳＨに応じて接合時間を変化させる場合には、例えば、記憶部２５ｅに記憶された図７（ａ）のグラフによって示される接合面高さＳＨと接合時間Ｔｖの対応関係のデータに基づいて、接合面高さＳＨに対する接合時間Ｔｖの値を読み出して設定するようにする。また、接合面高さＳＨに応じて押圧力を変化させる場合には、例えば、記憶部２５ｅに記憶された図７（ｂ）のグラフによって示される接合面高さＳＨと押圧力Ｐとの対応関係のデータに基づいて、接合面高さＳＨに対する押圧力Ｐの値を読み出して設定するようにする。また、接合面高さＳＨに応じて超音波ヘッド２４の超音波出力を変化させる場合には、例えば、記憶部２５ｅに記憶された図７（ｃ）のグラフによって示される接合面高さＳＨと超音波ヘッド２４の超音波出力Ｖの対応関係のデータに基づいて、接合面高さＳＨに対する超音波出力Ｖの値を読み出して設定するようにする。

【0045】

このように本実施の形態では、超音波ヘッド２４により部品３を接合するときの接合条件を、部品３が接合される部品接合面（直前に接合した部品３の上面）のステージ２２からの高さである接合面高さＳＨに応じて設定するようになっているので、次の部品３が接合される部品接合面のステージ２２からの高さが次第に高くなっていき、上層側になるほど（接合面高さＳＨが大きくなるほど）、接合時における部品３の温度が低くなる場合であっても、これを是正して良好な接合をすることができる。

【0046】

以上説明したように、本実施の形態における半導体デバイス製造システム１および半導体製造方法によれば、複数の部品３が積層されて成る半導体デバイス５を製造するにおいて、部品３のひとつひとつの積層に要する時間を短縮して生産性を向上させることができる。

【産業上の利用可能性】

【0047】

複数の部品が積層されて成る半導体デバイスを製造するにおいて、部品のひとつひとつの積層に要する時間を短縮して生産性を向上させることができる半導体デバイス製造システムおよび半導体デバイス製造方法を提供する。

【符号の説明】

【0048】

１ 半導体デバイス製造システム
２ 基板
３ 部品
３Ｂ バンプ
３Ｆ 接合フィルム
４ 部品積層体
５ 半導体デバイス
１２ 部品積層部
１４ 加熱部
２２ ステージ
２４ 超音波ヘッド
ＳＨ 接合面高さ
Ｔｖ 接合時間
Ｐ 押圧力

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】