(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2022-07-15
(54)【発明の名称】フリップチップレーザーボンディングシステム
(51)【国際特許分類】
H01L 21/60 20060101AFI20220708BHJP
【ＦＩ】
H01L21/60 311T
【審査請求】有
【予備審査請求】未請求
(21)【出願番号】P 2021565104
(86)(22)【出願日】2019-06-05
(85)【翻訳文提出日】2021-11-02
(86)【国際出願番号】 KR2019006792
(87)【国際公開番号】W WO2020226222
(87)【国際公開日】2020-11-12
(31)【優先権主張番号】10-2019-0052270
(32)【優先日】2019-05-03
(33)【優先権主張国・地域又は機関】KR
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】504115688
【氏名又は名称】プロテック カンパニー リミテッド
【氏名又は名称原語表記】ＰＲＯＴＥＣ ＣＯ．， ＬＴＤ．
(74)【代理人】
【識別番号】110000154
【氏名又は名称】特許業務法人はるか国際特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】コ ヨン スン
(72)【発明者】
【氏名】アン グン シク
【テーマコード（参考）】
5F044
【Ｆターム（参考）】
5F044KK01
5F044LL05
5F044PP16
5F044PP17
5F044PP19
5F044QQ03
5F044RR12
(57)【要約】
本発明は、フリップチップレーザーボンディングシステムに係り、さらに詳細には、フリップチップ型の半導体チップをレーザービームを用いて基板にボンディングするフリップチップレーザーボンディングシステムに関する。本発明によるフリップチップレーザーボンディングシステムは、半導体チップを加圧した状態で基板にレーザーボンディングすることにより、撓んでいるか撓むことが可能な半導体チップもはんだバンプの接触不良なしに基板にボンディングすることができるという効果がある。
【選択図】図１
【選択図】図１
【特許請求の範囲】
【請求項1】
基板の上面にボンディングするための複数の半導体チップが配置された状態の前記基板を供給する供給ユニットと、前記供給ユニットから前記基板を受け取って前記基板の下面を固定する固定ユニットと、
前記固定ユニットに固定された基板にレーザービームを照射して前記半導体チップと基板とをボンディングするレーザーヘッド、及び前記レーザーヘッドを移送するレーザー移送部を備えるレーザーユニットと、
前記レーザーユニットのレーザーヘッドから照射されるレーザービームを透過させ、波長３μｍ以上９μｍ以下の領域帯を含む赤外線を透過させる透過部を備えるマスクと、
前記マスクを前記固定ユニットの上側に据え置くマスク据置ユニットと、
前記マスクの透過部が前記固定ユニットに固定された前記基板の複数の半導体チップを加圧することができるように前記マスク据置ユニットと前記固定ユニットのうちのいずれか一つを他の一つに対して昇降させる加圧ユニットと、
前記固定ユニットから前記基板の伝達を受けて排出する排出ユニットと、
前記レーザーユニットのレーザーヘッドによってレーザービームが照射される前記半導体チップを撮影する赤外線カメラと、
前記供給ユニット、前記固定ユニット及び前記排出ユニットの作動を制御し、前記赤外線カメラで測定された値を用いて前記レーザーユニットのレーザーヘッドの作動を制御する制御部と、を含む、フリップチップレーザーボンディングシステム。
【請求項2】
前記マスクの透過部は、波長４μｍ以上６．５μｍ以下の領域帯を含む赤外線を透過させる、請求項１に記載のフリップチップレーザーボンディングシステム。
【請求項3】
基板の上面にボンディングするための複数の半導体チップが配置された状態の前記基板を供給する供給ユニットと、前記供給ユニットから前記基板の供給を受けて前記基板の下面を固定する固定ユニットと、
前記固定ユニットに固定された基板にレーザービームを照射して前記半導体チップと基板とをボンディングするレーザーヘッド、及び前記レーザーヘッドを移送するレーザー移送部を備えるレーザーユニットと、
前記レーザーユニットのレーザーヘッドから照射されるレーザービームを透過させ、ＢａＦ２及びＺｎＳｅのうちのいずれか一つで形成される透過部を備えるマスクと、
前記マスクを前記固定ユニットの上側に据え置くマスク据置ユニットと、
前記マスクの透過部が前記固定ユニットに固定された前記基板の複数の半導体チップを加圧することができるように前記マスク据置ユニットと前記固定ユニットのうちのいずれか一つを他の一つに対して昇降させる加圧ユニットと、
前記固定ユニットから前記基板の伝達を受けて排出する排出ユニットと、
前記レーザーユニットのレーザーヘッドによってレーザービームが照射される前記半導体チップを撮影する赤外線カメラと、
前記供給ユニット、前記固定ユニット及び前記排出ユニットの作動を制御し、前記赤外線カメラで測定された値を用いて前記レーザーユニットのレーザーヘッドの作動を制御する制御部と、を含む、フリップチップレーザーボンディングシステム。
【請求項4】
前記赤外線カメラは、前記レーザーユニットのレーザーヘッドによって前記半導体チップにレーザービームが照射されるときに前記半導体チップを撮影し、前記制御部は、前記赤外線カメラで測定された値を受け取って前記レーザーユニットのレーザーヘッドから照射されるレーザービームの強度を調節する、請求項１乃至３のいずれか一項に記載のフリップチップレーザーボンディングシステム。
【請求項5】
前記マスクを前記マスク据置ユニットに対して供給又は排出するマスク交換ユニットをさらに含む、請求項４に記載のフリップチップレーザーボンディングシステム。
【請求項6】
前記マスクの下側から前記マスクに対して光を照射する検査ランプと、前記マスク又は基板を上側から撮影する検査カメラと、をさらに含み、
前記制御部は、前記検査カメラが前記マスクを撮影した画像を用いて前記マスクの汚染有無を判断する、請求項４に記載のフリップチップレーザーボンディングシステム。
【請求項7】
前記検査ランプは、マスク交換ユニットに設置され、前記検査カメラは、前記レーザーユニットに設置されて前記レーザー移送部によって移送される、請求項６に記載のフリップチップレーザーボンディングシステム。
【請求項8】
前記マスクの複数の透過部の上面には、それぞれウエイト窪みが凹設され、前記マスクは、前記基板に配置された複数の半導体チップをそれぞれ加圧する重さを増やすことができるように、前記透過部のウエイト窪みに据え置かれるウエイトをさらに含む、請求項４に記載のフリップチップレーザーボンディングシステム。
【請求項9】
前記マスクの透過部には無反射コーティングが施された、請求項４に記載のフリップチップレーザーボンディングシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、フリップチップレーザーボンディングシステムに係り、さらに詳細には、フリップチップ型の半導体チップをレーザービームを用いて基板にボンディングするフリップチップレーザーボンディングシステムに関する。
【背景技術】
【0002】
電子製品の小型化に伴い、ワイヤーボンディングを使用しないフリップチップ型の半導体チップが広く使われている。フリップチップ型の半導体チップは、半導体チップの下面にはんだバンプ型の多数の電極が形成され、基板に形成されたはんだバンプに対応する位置にボンディングする方式で基板に実装される。
【0003】
このようにフリップチップ方式で半導体チップを基板に実装する方法は、リフロー方式とレーザーボンディング方式に大別される。リフロー方式は、はんだバンプにフラックスが塗布された半導体チップを基板上に配置した状態で高温のリフローを経由するようにすることにより、半導体チップを基板にボンディングする方式である。レーザーボンディング方式は、リフロー方式と同様に、はんだバンプにフラックスが塗布された半導体チップを基板上に配置した状態で、半導体チップにレーザービームを照射してエネルギーを伝達することにより、瞬間的にはんだバンプが溶融してから固まりながら半導体チップが基板にボンディングされるようにする方式である。
【0004】
最近使用されるフリップチップ型の半導体チップは、厚さが数十マイクロメートル以下に薄くなる傾向にある。このように半導体チップが薄い場合には、半導体チップ自体の内部応力により半導体チップが微細に撓んだり歪んだり（ｗａｒｐｅｄ）している場合が多い。このように半導体チップが変形している場合には、半導体チップのはんだバンプのうち、基板の対応するはんだバンプと接触していない状態でボンディングされることが発生し得る。このような状況は、半導体チップボンディング工程の不良をもたらす。また、半導体チップを基板にボンディングするために、半導体チップ及び基板の温度が上昇する場合に資材内部材質の熱膨張係数の差により半導体チップ又は基板が部分的に撓んだり歪んだりする現象が発生し得る。このような現象も、半導体チップボンディング工程の不良をもたらす。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
本発明は、かかる問題点を解決するためになされたもので、その目的は、撓んだり歪んだりしている半導体チップ、又は温度の上昇によって撓んだり歪んだりする可能性のある半導体チップを、はんだバンプの接触不良を防止しながら効果的に基板にボンディングすることができるフリップチップレーザーボンディングシステムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0006】
上記の目的を達成するための本発明によるフリップチップレーザーボンディングシステムは、基板の上面にボンディングするための複数の半導体チップが配置された状態の前記基板を供給する供給ユニットと、前記供給ユニットから前記基板を受け取って前記基板の下面を固定する固定ユニットと、前記固定ユニットに固定された基板にレーザービームを照射して前記半導体チップと基板とをボンディングするレーザーヘッド、及び前記レーザーヘッドを移送するレーザー移送部を備えるレーザーユニットと、前記レーザーユニットのレーザーヘッドから照射されるレーザービームを透過させ、波長３μｍ以上９μｍ以下の領域帯を含む赤外線を透過させる透過部を備えるマスクと、前記マスクを前記固定ユニットの上側に据え置くマスク据置ユニットと、前記マスクの透過部が前記固定ユニットに固定された前記基板の複数の半導体チップを加圧することができるように前記マスク据置ユニットと前記固定ユニットのうちのいずれか一つを他の一つに対して昇降させる加圧ユニットと、前記固定ユニットから前記基板の伝達を受けて排出する排出ユニットと、前記レーザーユニットのレーザーヘッドによってレーザービームが照射される前記半導体チップを撮影する赤外線カメラと、前記供給ユニット、前記固定ユニット、及び前記排出ユニットの作動を制御し、前記赤外線カメラで測定された値を用いて前記レーザーユニットのレーザーヘッドの作動を制御する制御部と、を含んでなることに特徴がある。
【発明の効果】
【0007】
本発明によるフリップチップレーザーボンディングシステムは、半導体チップを加圧した状態で基板にレーザーボンディングすることにより、撓んでいるか撓むことが可能な半導体チップもはんだバンプの接触不良なしに基板にボンディングすることができるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
【0008】
【図1】本発明の一実施形態によるフリップチップレーザーボンディングシステムの斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【0009】
以下、添付図面を参照して、本発明によるフリップチップレーザーボンディングシステムについて詳細に説明する。
【0010】
【0011】
本実施形態のフリップチップレーザーボンディングシステムは、レーザービームを用いて基板に半導体チップをフリップチップの形でボンディングするための装置である。基板と半導体チップのいずれか一方又は両方にはそれぞれはんだバンプが形成されており、レーザービームによって伝達されるエネルギーではんだバンプが瞬間的に溶融してから固まりながら半導体チップが基板にボンディングされる。
【0012】
【0013】
供給ユニット１１０は、レーザーボンディングを行うための基板を固定ユニット１２０に供給する構成である。基板は、複数の半導体チップが配置された状態で供給される。通常、基板にフラックスが塗布され、その上に半導体チップが配置される。プラックスの粘性又は粘着性によって、半導体チップは基板に仮接着された状態となる。比較的大きい振動や外力が加えられない限り、基板に配置された半導体チップは、フラックスによって、揺れずに基板に対する位置が維持される。
【0014】
供給ユニット１１０は、このように半導体チップが仮接着された状態の多数の基板を順次固定ユニット１２０に供給する。本実施形態の場合、供給ユニット１１０は、基板の両側を支持するベルトを用いて固定ユニット１２０に基板を供給する。
【0015】
固定ユニット１２０も、基板の両側を支持するベルトを用いて、供給ユニット１１０から受け取った基板を作業位置に移送する。固定ユニット１２０は、基板の下面を吸着する方法で固定する。
【0016】
レーザーユニット２００は、固定ユニット１２０の上側に配置される。レーザーユニット２００は、レーザーヘッド２１０とレーザー移送部２２０を備える。レーザーヘッド２１０は、固定ユニット１２０に固定された基板にレーザービームを照射してエネルギーを伝達する。レーザー移送部２２０は、レーザーヘッド２１０を上下方向と水平方向に移送する。レーザーヘッド２１０が、固定ユニット１２０に固定された基板の半導体チップの上側に順次動きながらレーザービームを照射するように、制御部５００がレーザーユニット２００を作動させる。
【0017】
基板が固定される固定ユニット１２０の上側には、マスク４００が配置される。マスク４００はマスク据置ユニット３００によって支持される。マスク４００は、レーザー光を透過させることができる透過部４４０を備える。レーザーヘッド２１０から照射されるレーザービームは、マスク４００の透過部４４０を通過して下側の半導体チップに伝達される。本実施形態によるフリップチップレーザーボンディングシステムの場合、透過部４４０はＢａＦ２で形成される。可視光線と短波長領域の赤外線のみを透過させるクォーツ（Ｑｕａｒｔｚ）とは異なるように、ＢａＦ２は、比較的長波長領域の赤外線も透過させる透明材料である。クォーツは、波長０．１８μｍ乃至３．５μｍの光を透過させる材料であるのに対し、ＢａＦ２は、波長０．１５μｍ乃至１２μｍの光まで透過させる。マスク４００の具体的な構造については後述する。
【0018】
加圧ユニット３５０は、マスク据置ユニット３００と固定ユニット１２０のうちのいずれか一方を他の一方に対して昇降させて、マスク４００の透過部４４０によって、基板に付着した半導体チップを加圧するための構成である。本実施形態の場合、加圧ユニット３５０は基板を昇降させる。図２を参照すると、加圧ユニット３５０は、固定ユニット１２０で基板の下面を吸着する構成を昇降させる。マスク据置ユニット３００にマスク４００が据え置かれた状態で加圧ユニット３５０が基板を持ち上げると、マスク４００の透過部４４０の重さが半導体チップにのせられながら半導体チップを加圧する。
【0019】
排出ユニット１３０は、固定ユニット１２０から半導体チップレーザーボンディング済みの基板の伝達を受けて排出する。供給ユニット１１０及び固定ユニット１２０と同様に、排出ユニット１３０は、基板の両側を支持するベルトを用いて固定ユニット１２０から基板の伝達を受けてアンローダーに排出する。
【0020】
制御部５００は、供給ユニット、固定ユニット１２０、レーザーユニット２００、排出ユニット１３０などの構成を始めとした本発明の主要構成の作動を制御する。
【0021】
検査カメラ２３０は、固定ユニット１２０の上側に配置される。本実施形態の場合、検査カメラ２３０は、レーザーユニット２００に設置され、レーザー移送部２２０によってレーザーヘッド２１０と一緒に動く。検査カメラ２３０は、下側に配置された基板又はマスク４００を撮影して、制御部５００が半導体チップの位置を把握するか或いはマスク４００の汚染有無を判断するようにする。
【0022】
検査ランプ６１０は検査カメラ２３０の下側に配置される。本実施形態の場合、検査ランプ６１０は、後述するマスク交換ユニット６００に設置される。検査ランプ６１０は、マスク４００が移送される経路の下側に配置される。検査ランプ６１０は、マスク４００の下側から光を照射する。検査ランプ６１０から発生した光は、マスク４００の透過部４４０を経て上側の検査カメラ２３０に伝達される。検査ランプ６１０の照明を用いて、検査カメラ２３０は、さらに効果的にマスク４００の透過部４４０を撮影することができる。検査カメラ２３０で撮影された画像の伝達を受けた制御部５００は、マスク４００の透過部４４０が汚染したか否かを検査し、これに基づいてマスク４００の交換の必要性を検査する。
【0023】
図３を参照すると、固定ユニット１２０の上側には赤外線カメラ２４０が設置される。赤外線カメラ２４０は、固定ユニット１２０に固定された基板の半導体チップを撮影する。レーザービームが照射されてはんだバンプが溶融する過程で半導体チップの温度も上昇する。一般的に、半導体チップの温度は５０℃～５００℃の間で変化する。ウィーンの変位則によれば、５０℃～５００℃の間で変わる半導体チップから放射される赤外線の波長は、約３μｍ以上９μｍ以下である。マスク４００が基板の上側に配置された場合には、マスク４００の透過部４４０を介して半導体チップを撮影する。上述したように、本実施形態のマスク４００の透過部４４０はＢａＦ２で構成されるので、波長０．１５μｍ～１２μｍの光を透過させる。すなわち、透過部４４０は、レーザーヘッド２１０から発生するレーザー光をすべて透過させるだけでなく、波長３μｍ～９μｍの赤外線をすべて透過させる。このため、透過部４４０の下側に配置された半導体チップにレーザービームを照射して加熱しながら、同時に赤外線カメラ２４０が透過部４４０を介して半導体チップを撮影することができる。つまり、５０℃～５００℃の間で変化する半導体チップの温度を赤外線カメラ２４０が透過部４４０を介して正確に測定することができる。実際、半導体チップを加熱する温度は２００℃～４００℃である場合が多いので、レーザービームを透過させながら、このような温度範囲の赤外線も透過させることができる透過部４４０を用いても、半導体チップをレーザーで加熱しながら温度を確認することができる。この場合、２００℃～４００℃に該当する赤外線の波長は、約４μｍ～６μｍに該当する。上述したように、ＢａＦ２は、レーザービームと一緒にこのような波長帯域の赤外線も透過させるので、透過部４４０の材料として使用可能である。
【0024】
制御部５００は、赤外線カメラ２４０で撮影された値を用いて、半導体チップの領域別温度を把握することができる。制御部５００は、赤外線カメラ２４０の測定値を用いてレーザーユニット２００のレーザーヘッド２１０の作動を制御する。
【0025】
マスク交換ユニット６００は、複数のマスク４００を収納する構成であり、必要に応じてマスク据置ユニット３００に据え置かれたマスク４００を交換する構成である。制御部５００は、必要に応じてマスク４００の交換命令をマスク交換ユニット６００に伝達し、マスク交換ユニット６００は、マスク据置ユニット３００に据え置かれたマスク４００を新しいマスク４００で交換する。上述したように、検査ランプ６１０はマスク交換ユニット６００に設置されているので、交換対象であるマスク４００は、検査ランプ６１０の上側に配置された状態で汚染有無が検査される。検査カメラ２３０によって撮影された画像を制御部５００が検査した結果、汚染していないと判断されると、マスク４００は、再びマスク据置ユニット３００に伝達される。マスク４００が汚染したと制御部５００によって判断される場合には、汚染したマスク４００は、マスク交換ユニット６００に収納され、新しいマスク４００が引き出されてマスク据置ユニット３００に伝達される。
【0026】
【0027】
本実施形態で使用されるマスク４００は、マスク本体４１０、複数の透過孔４２０及び透過部４４０を備える。
【0028】
マスク本体４１０は、平板形状に形成される。マスク本体４１０は、基板の形状と対応する形状に製作され、基板の大きさを考慮して、それと類似の大きさに製作される。
【0029】
マスク本体４１０は、複数の透過孔４２０を備える。透過孔４２０は、マスク４００の下側に配置される基板の半導体チップの位置と対応する位置にそれぞれ形成される。透過孔４２０は、半導体チップの大きさ及び形状と類似の大きさ及び形状に製作される。本実施形態の場合、半導体チップの大きさよりも少し大きく形成された透過孔４２０を備えるマスク本体４１０を使用する。
【0030】
それぞれの透過孔４２０には、それぞれ内側に突出するように係止段部４３０が形成される。本実施形態の場合、図４に示されているように、透過孔４２０に対応する形状に係止段部４３０が形成された。係止段部４３０の形状は、図４に示された場合に加えて、他の様々な形状が使用できる。
【0031】
図５を参照すると、透過部４４０は、透過孔４２０にそれぞれ一つずつ挿入される。このとき、透過部４４０の下部は、係止段部４３０に係止されるように形成される。透過部４４０の下面は平面状に形成される。加圧ユニット３５０の作動によって透過部４４０がそれぞれ基板上の半導体チップを加圧するとき、下面が平らに形成された透過部４４０によって半導体チップを均一に平面的に加圧する。透過部４４０は、レーザービームが透過し得る透明材料で構成される。上述したように、本実施形態の場合、透過部４４０はＢａＦ２で形成される。マスク本体４１０は、レーザービームが透過し得ない不透明材料で形成される。マスク本体４１０は、透過部４４０を除いた領域にはレーザービームが通過することを防止する役割を果たす。
【0032】
本実施形態の場合、透過部４４０の上面にはウエイト窪み４４１が凹設される。ウエイト窪み４４１にはそれぞれウエイト（おもり）４４２が配置される。ウエイト４４２は、透過部４４０によって半導体チップを加圧する力をさらに増加させる役割を果たす。
【0033】
以下、上述したように構成された本実施形態によるフリップチップレーザーボンディングシステムの作動について説明する。
【0034】
まず、半導体チップが配置された基板を用意する。上述したように半導体チップの下面に形成されたはんだバンプにフラックスが塗布された半導体チップを基板に仮接着する方法で半導体チップが配置された基板を供給ユニット１１０で順次供給する。
【0035】
供給ユニット１１０は、基板を固定ユニット１２０に供給する。固定ユニット１２０は、基板の伝達を受け、基板の下面を吸着する方法で固定する。
【0036】
このような状態で、レーザーユニット２００のレーザー移送部２２０は、検査カメラ２３０を基板の上で動かしながら基板の半導体チップを撮影する。制御部５００は、検査カメラ２３０から伝達された画像を用いて、各半導体チップの位置を把握する。
【0037】
次に、マスク交換ユニット６００は、マスク４００を固定ユニット１２０の上側に移送する。マスク据置ユニット３００は、マスク４００の伝達を受けて基板の上側に据え置く。
【0038】
このような状態で、加圧ユニット３５０は、固定ユニット１２０に固定された基板を上昇させる。
【0039】
加圧ユニット３５０によって基板が上昇すると、基板の半導体チップは、それぞれマスク４００の透過部４４０の下面に接触する。加圧ユニット３５０が基板を上昇させ続けると、それぞれの半導体チップがマスク本体４１０に対して透過部４４０を持ち上げる。上述したように、透過部４４０は、マスク本体４１０の係止段部４３０に係止されている状態なので、半導体チップを上昇させ続けると、透過部４４０は、半導体チップによって上方に持ち上げられる。つまり、マスク本体４１０は、停止した状態で透過部４４０のみ上昇する。その結果、透過部４４０の荷重が各半導体チップに伝達されながら、半導体チップの上面を平らに加圧する。この時、上述したように透過部４４０のウエイト窪み４４１にウエイト４４２が配置されていれば、ウエイト４４２の重量だけ半導体チップを加圧する力の大きさが増加する。
【0040】
このような状態で、制御部５００は、レーザーユニット２００を作動させて基板の半導体チップを順次ボンディングする。レーザー移送部２２０がレーザーヘッド２１０を順次それぞれの半導体チップ上に配置し、レーザーヘッド２１０がレーザービームを照射すると、半導体チップが基板にボンディングされる。レーザービームが透過部４４０と半導体チップの本体を透過してはんだバンプに伝達され、温度を上げてはんだバンプを基板のパッドに接着させる。
【0041】
レーザービームは、瞬間的にはんだバンプの温度を高めるので、半導体チップ自体の温度を必要以上に上げないという利点がある。これにより、レーザービームが短時間ではんだバンプのボンディング作業を完了するので、半導体チップが長時間高温で加熱されないという利点がある。このとき、半導体チップが歪んでいるか熱変形が発生しても、マスク４００の透過部４４０が半導体チップの上面を押しているので、半導体チップが歪んだり撓んだりすることを防止することができるという利点がある。このように、半導体チップが撓むのを防止すると、半導体チップのはんだバンプの一部が基板にボンディングされない不良の発生を防止することができる。
【0042】
前述したように、レーザービームは、マスク４００の透過部４４０のみを通過することができ、マスク本体４１０は通過することができないので、レーザーヘッド２１０から照射されるレーザービームは、半導体チップにのみ伝達される。このように透過部４４０とマスク本体４１０で構成されたマスク４００を用いることにより、レーザービームのエネルギーが伝達される必要のない基板部分にレーザービームが照射されることを防止することができるという効果がある。
【0043】
また、複数の半導体チップを同時に基板にボンディングすることも可能である。レーザーヘッド２１０を操作してレーザービームの照射面積を広げると、２つ以上の半導体チップに対して同時にレーザービームを照射することができる。マスク４００のマスク本体４１０は、レーザービームが通過することができないので、広い領域にレーザービームを照射しても、ボンディングが必要な半導体チップにのみレーザービームのエネルギーを伝達することが可能である。このような方法で複数の半導体チップを同時に基板にボンディングすることにより、全体的に工程の生産性を向上させることができる。場合によっては、マスク４００全体にレーザービームを照射して半導体チップ全体を同時に基板にボンディングすることも可能である。
【0044】
一方、透過部４４０のウエイト窪み４４１とウエイト４４２が配置される領域は、半導体チップのはんだバンプが形成されない領域に形成される。本実施形態の場合、半導体チップの中央部にははんだバンプが存在せず、半導体チップの縁部にのみはんだバンプが存在するので、図示の如く、透過部４４０の中央部にウエイト窪み４４１とウエイト４４２が配置される。
【0045】
上述した過程を経てボンディングが完了した基板は、固定ユニット１２０から排出ユニット１３０に伝達される。排出ユニット１３０は、当該基板の伝達を受けてアンローダーに伝達する。
【0046】
制御部５００は、マスク４００の使用回数が一定回数を超えると、汚染検査又は交換を行うようにマスク交換ユニット６００を作動させる。
【0047】
例えば、マスク４００を２０回使用した後には、制御部５００は、マスク交換ユニット６００によってマスク４００をマスク据置ユニット３００から検査ランプ６１０の上側に移送する。このような状態で、制御部５００は、検査ランプ６１０を点灯させ、検査カメラ２３０によってマスク４００を撮影する。マスク４００の撮影画像に透過部４４０が汚染して粉塵粒子などが発見されると、制御部５００は、マスク４００を交換するようにマスク交換ユニット６００を作動させる。マスク交換ユニット６００は、汚染したマスク４００を交換して新しいマスク４００をマスク据置ユニット３００に移送して据え置く。制御部５００の検査結果、マスク４００が汚染していないと判定された場合には、検査ランプ６１０の上側にあったマスク４００を再びマスク据置ユニット３００に移送して再使用する。
【0048】
一方、本実施形態に係るフリップチップレーザーボンディングシステムは、マスク４００の透過部４４０が半導体チップの上面を押した状態で半導体チップの温度変化をリアルタイムで測定することができる。従来は、代表的な透明材料であるクォーツを用いて透過部を構成した。赤外線カメラでクォーツを介して温度を測定するとき、５００℃以下の温度範囲は測定することが不可能である。上述したように、クォーツが波長３．５μｍ以上の赤外線を透過させるができないからである。本実施形態によるフリップチップレーザーボンディングシステムは、透過部４４０がＢａＦ２で形成される。ＢａＦ２は、波長０．１５μｍ～１２μｍの光を透過させることができる。すなわち、透過部４４０は、５０℃～５００℃の温度を有する物質から放射される赤外線をすべて透過させることが可能である。このため、透部過４４０が半導体チップの上面を加圧した状態でも、赤外線カメラ２４０は透過部４４０を介して半導体チップの温度を正確に測定することができる。よって、透過部４４０を介してレーザービームを照射して半導体チップを加熱しながら、同時に赤外線カメラ２４０を用いて半導体チップの温度を測定することが可能である。
【0049】
制御部５００は、赤外線カメラ２４０を用いてリアルタイムで半導体チップの温度を測定し、これを反映してレーザーヘッド２１０の作動を制御することができる。レーザービームが半導体チップに照射される間、赤外線カメラ２４０がマスク４００の透過部４４０を介して半導体チップの温度を測定する。レーザービームの照射によりはんだバンプが溶融する過程ではんだバンプに隣接した半導体チップの温度も一緒に上昇する。すなわち、赤外線カメラ２４０は、半導体チップの温度を介してはんだバンプの温度を間接的に測定する。制御部５００は、赤外線カメラ２４０が測定した半導体チップの温度情報を受け取ってレーザーヘッド２１０の作動をリアルタイムで制御する。半導体チップと基板との間に存在する複数のはんだバンプにレーザービームが均一に照射されるのが良い。つまり、はんだバンプの温度が均一に上昇するのが良い。赤外線カメラ２４０は、半導体チップの表面温度を測定する。制御部５００は、半導体チップの表面温度が低い部分にレーザービームがより高い強度で照射されるようにレーザーヘッド２１０の作動を制御する。このように、制御部５００がレーザーヘッド２１０を制御してすべてのはんだバンプが均一な温度に上昇することができる。これは、すべてのはんだバンプにレーザービームが均一に照射されたことを意味する。本発明の場合、広い帯域の赤外線も透過させることができる透過部４４０を用いて、半導体チップの上面が均一に加熱されるか否かを赤外線カメラ２４０を用いてリアルタイムで確認することが可能である。結果的に、本発明は、レーザービームの強度が位置に応じて均一に維持されるように制御することが可能である。
【0050】
以上、本発明について好適な例を挙げて説明したが、本発明の範囲は前述及び図示した形態に限定されるものではない。
【0051】
例えば、マスク４００の透過部４４０がＢａＦ２で形成されると前述したが、マスクの透過部を他の透明材料で形成することも可能である。上述したように、レーザービーム照射過程で、半導体チップの温度は５０℃～５００℃の間で変わる。このとき、半導体チップから照射される赤外線の波長は、約３μｍ以上９μｍ以下である。よって、波長３μｍ以上９μｍ以下の赤外線を透過させる様々な材料で透過部を形成することができる。例えば、ＺｎＳｅなどの材料で透過部を構成することも可能である。ＺｎＳｅは波長０．６μｍ～１６μｍの赤外線を透過させる。透過部を波長２μｍ～１６μｍの赤外線を透過させるＧｅなどの材料で形成することも可能である。
【0052】
また、場合によっては、波長４μｍ以上６．５μｍ以下の赤外線を透過させる透過部でマスクを構成することも可能である。このような材料としては、ＣａＦ２やＭｇＦ２などの材料を挙げることができる。
【0053】
また、透過部には無反射コーティングを施して使用することも可能である。本発明の目的に合わせて赤外線をよく透過させる材料で透過部を構成する場合、透過部の材料に応じて、レーザービームの透過率が相対的に低くなることもある。この場合、透過部にレーザービームの反射を減少させるための無反射コーティングを施して使用することもできる。このように透過部に無反射コーティングを施すことにより、本発明の目的に合わせて半導体チップを加熱するためのレーザービームと半導体チップの温度を測定するための赤外線の両方をうまく透過させる透過部を構成することが可能である。
【0054】
また、加圧部材が基板を上昇させると前述したが、加圧部材がマスク４００を下降させる方法で半導体チップを加圧することも可能である。
【0055】
また、マスク４００の透過部４４０にはウエイト窪み４４１が設けられてウエイト４４２が配置されると前述したが、ウエイト窪み４４１とウエイト４４２を備えない構造のマスク４００を使用することも可能である。場合によっては、ウエイト窪みとウエイトのみを備えた透過部を備えるマスクを使用することも可能である。
【0056】
また、マスク交換ユニット６００を備える構造のフリップチップレーザーボンディングシステムを例として前述したが、マスク交換ユニット６００を備えない構造のフリップチップレーザーボンディングシステムを構成することも可能である。この場合、マスク４００の汚染有無を検査せずに使用し続けることもでき、手作業でマスク４００を交換して使用するようにフリップチップレーザーボンディングシステムを構成することができる。
【0057】
また、赤外線カメラ２４０、検査ランプ６１０、検査カメラ２３０などを備えない構造のフリップチップレーザーボンディングシステムを構成することも可能である。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【手続補正書】
【提出日】2021-11-02
【手続補正1】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図1】
【手続補正2】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図3】
【国際調査報告】