半导体装置的制造装置以及制造方法与流程

1.在本说明书中，公开有通过使用具有仿形机构的接合头将半导体芯片接合到基板来制造半导体装置的制造装置以及制造方法。


背景技术：

2.自从前起，如下技术便广为人知：于在接合头的前端面(以下称为“保持面”)抽吸保持有半导体芯片的状态下，驱动接合头，将半导体芯片接合到基板，由此制造半导体装置。在所述半导体装置的制造技术中，为了将半导体芯片良好地接合到基板的表面，而要求保持面以高的精度与基板的平面平行。
3.为了以简易的顺序使保持面相对于基板平行，还已知有在接合头搭载有仿形机构的制造装置。此处，所谓仿形机构，是指如下机构：具有包含凹状球面及凸状球面的其中一者的固定构件、以及包含凹状球面及凸状球面的另一者的可动构件，且可动构件相对于固定构件可三维地摆动。仿形机构能够切换为能够实现可动构件的摆动的自由状态、以及可动构件的摆动受到限制的锁定状态。
4.专利文献1中公开有搭载有此种仿形机构的接合头。在专利文献1中，在将仿形机构设为自由的状态下，使由接合头保持的第二对象物抵接于保持于载物台上的第一对象物并进行按压，由此将第二对象物的抵接面调整为相对于第一对象物的面平行。
5.现有技术文献
6.专利文献
7.专利文献1：日本专利第3919684号公报


技术实现要素：

8.发明所要解决的问题
9.根据专利文献1的技术，能够以简易的顺序使接合头的保持面相对于载物台以某种程度平行。但是，在将接合头的保持面或由接合头保持的第二对象物单纯地推压到载物台或由载物台保持的第一对象物的情况下，有时因摩擦的影响等，保持面不会完全平行。即，在现有技术中，难以将接合头的保持面调整为相对于载物台的平面高精度地平行。
10.因此，在本说明书中，公开有一种半导体装置的制造装置及制造方法，其能够以简易的顺序将接合头的保持面调整为相对于载物台的平面高精度地平行。
11.解决问题的技术手段
12.本说明书中公开的半导体装置的制造装置的特征在于包括：载物台，载置基板；接合头，利用与所述载物台相向的保持面抽吸保持芯片，且相对于所述载物台而能够在所述载物台的面方向及法线方向上相对地移动；仿形机构，其是设置于所述接合头的仿形机构，且具有固定构件、以及可动构件，所述固定构件包含凹状球面及凸状球面的其中一者，所述可动构件包含凹状球面及凸状球面的另一者并以能够与所述保持面一起相对于所述固定构件摆动的方式设置；以及控制器，执行仿形处理，所述仿形处理中，通过使作为保持于所
述保持面的所述芯片的端面或所述保持面的相向面仿效作为由所述载物台保持的基板平面或所述载物台平面的基准面，而将所述相向面调整为相对于所述基准面平行，并且所述仿形机构能够切换为能够实现所述可动构件的摆动的自由状态、以及所述可动构件的摆动受到限制的锁定状态，所述控制器在所述仿形处理中，在所述接合头的轴向位置到达规定的基准位置之前，在所述仿形机构为所述自由状态的状态下，使所述相向面抵接于所述基准面，并保持所述状态使所述接合头在所述基准面的面方向上相对地移动，在所述轴向位置到达所述基准位置时，将所述仿形机构切换为所述锁定状态。
13.所述情况下，所述控制器可在所述仿形处理中，使所述接合头至少在与基准面平行的四个方向上移动。
14.另外，所述控制器可在所述仿形处理中，将在使所述接合头沿着预先规定的仿形路线移动的过程中，所述轴向位置最靠近所述载物台时的所述轴向位置确定为所述基准位置。
15.另外，所述基准位置是基于所述接合头14及载物台的配置、或者过去的仿形处理的结果而预先决定。
16.本说明书中公开的半导体装置的制造方法是通过对载置于载物台的基板接合由具有仿形机构的接合头的保持面抽吸保持的芯片来制造半导体装置，所述半导体装置的制造方法的特征在于包括：仿形步骤，通过使作为保持于所述保持面的所述芯片的端面或所述保持面的相向面仿效作为由所述载物台保持的基板平面或所述载物台平面的基准面，而将所述相向面调整为相对于所述基准面平行，并且所述仿形机构具有固定构件、以及可动构件，且能够切换为能够实现所述可动构件的摆动的自由状态、以及所述可动构件的摆动受到限制的锁定状态，所述固定构件包含凹状球面及凸状球面的其中一者，所述可动构件包含凹状球面及凸状球面的另一者并以能够与所述保持面一起相对于所述固定构件摆动的方式设置，在所述仿形步骤中，在所述接合头的轴向位置到达规定的基准位置之前，在所述仿形机构为所述自由状态的状态下，使所述相向面抵接于所述基准面，并保持所述状态使所述接合头在所述基准面的面方向上相对地移动，在所述轴向位置到达所述基准位置时，将所述仿形机构切换为所述锁定状态。
17.发明的效果
18.根据本说明书中公开的技术，能够以简易的顺序将接合头的保持面调整为相对于载物台的平面高精度地平行。
附图说明
19.图1是表示半导体装置的制造装置的结构的图。
20.图2是表示仿形机构的结构的图。
21.图3是说明仿形处理的原理的图。
22.图4是表示仿形路线的一例的图。
23.图5是表示仿形路线的另一例的图。
24.图6是表示仿形处理的流程的流程图。
25.图7是表示另一例的仿形处理的流程的流程图。
具体实施方式
26.以下，参照附图对半导体装置的制造装置10的结构进行说明。图1是表示制造装置10的结构的图。如图1所示，制造装置10包括：载置基板100的载物台12、以及抽吸保持半导体芯片102的接合头14。
27.载物台12能够抽吸保持基板100，且在其内部搭载有用于对基板100进行加温的加热器(未图示)。所述载物台12的加温及抽吸是由后述的控制器34控制。本例的载物台12是其铅垂方向及水平方向上的位置不变的固定载物台，但视情况，也可使载物台12在铅垂方向及水平方向的至少一方向上可动。
28.接合头14与载物台12相向地配置，且相对于载物台12而能够在水平方向及铅垂方向上移动。为了实现所述接合头14的移动，而设置有移动机构26。移动机构26例如具有马达或油压缸等驱动源、以及将所述驱动源的动作传递至接合头14的直动机构或齿轮等传递机构。所述移动机构26的驱动是由控制器34控制。
29.接合头14可在作为其前端面的保持面20，抽吸保持半导体芯片102。因此，在接合头14的前端部形成有用于抽吸保持半导体芯片102的抽吸孔(未图示)，所述抽吸孔经由空气配管31而与真空源30连结。另外，在接合头14的前端部内置有用于对所保持的半导体芯片102进行加热的加热器24。所述加热器24是由加热器驱动部28控制。
30.接合头14在利用保持面20抽吸保持半导体芯片102后，将所述半导体芯片102载置于基板100表面，并进行加压加热，由此将半导体芯片102接合到基板100。此处，近年来，通过半导体工艺的微细化，半导体装置实行高集成化。为了能够实现所述高集成化，需要高精度地保持基板100、和与所述基板100接合的半导体芯片102的平行度。作为此种平行调整的手段，从前提出有被称为测角台(goniostage)的手动角度调整设备、或夹着垫片对倾斜进行微调整的方法等。然而，此种现有的平行调整手段需要高的技巧与大量的调整时间。
31.因此，为了能够以简易的顺序进行平行调整，本例的接合头14搭载有仿形机构22。仿形机构22是内置有球面空气静压轴承44(参照图2)的空气压设备。以下，将接合头14中、所述仿形机构22更上侧称为“上部14u”，将更下侧称为“下部14d”。
32.图2是表示所述仿形机构22的结构的一例的图。仿形机构22具有固定构件40、相对于所述固定构件40可动的可动构件42、以及支持器43。由所述固定构件40及可动构件42构成球面空气静压轴承44。固定构件40的上端固定于接合头14的上部14u。固定构件40的底面呈凹状的半球面。另外，在固定构件40，形成有用于供给或抽吸空气的空气通路46。所述空气通路46自固定构件40的侧面贯通到底面(即凹状半球面)。在固定构件40的侧面，连接有用于将所述空气通路46、与仿形机构驱动部32流体连结的空气配管47(参照图1)。
33.可动构件42被保持为相对于固定构件40能够三维地摆动。可动构件42的下端固定于接合头14的下部14d，可动构件42能够与保持面20一起摆动。另外，可动构件42的上表面呈与固定构件40的凹状半球面对应的凸状半球面。保持器43以不妨碍可动构件42的摆动的方式保持可动构件42。
34.此种仿形机构22通过自固定构件40的凹状半球面喷出压缩空气，而使可动构件42与固定构件40分开，并以非接触状态进行支撑。由此，可动构件42的滑动阻力大幅降低，能够以极轻的力精密地进行旋转运动。另外，通过停止压缩空气的供给并真空抽吸可动构件42，而可将可动构件42固定为规定的姿势。以下，将喷出压缩空气并允许可动构件42的摆动
的状态称为“自由状态”，将真空抽吸可动构件42并限制可动构件42的摆动的状态称为“锁定状态”。
35.此种仿形机构22的自由状态及锁定状态的切换是通过仿形机构驱动部32来进行。仿形机构驱动部32具有用于供给压缩空气的压缩机(compressor)、或用于进行真空抽吸的真空源等。另外，仿形机构驱动部32的驱动是由控制器34控制。
36.控制器34控制制造装置10的各部的驱动。具体而言，控制器34执行安装处理，所述安装处理中，驱动移动机构26或加热器驱动部28、真空源30等而将半导体芯片102接合到基板100。另外，本例的控制器34在所述安装处理之前，也执行仿形处理，所述仿形处理中，通过使保持于保持面20的半导体芯片102的端面或保持面20仿效由载物台12保持的基板100平面或载物台12平面，而将两者调整为平行。再者，以下，将保持于保持面20的半导体芯片102的端面或保持面20称为“相向面50”，将由载物台12保持的基板100平面或载物台12平面称为“基准面110”。
37.此种控制器34是具有执行各种运算的处理器、以及存储数据及程序的存储器的计算机。本例的控制器34在执行半导体芯片102的安装处理之前，执行将保持面20调整成相对于载物台12平面平行的仿形处理。以下，对所述仿形处理进行说明。
38.图3是表示仿形处理的原理的图像图。在图3中，将保持面20设为相向面50，将载物台12平面设为基准面110。通常，装置中存在轴或面的倾斜的偏移。由于此种偏移，有时相向面50会相对于基准面110倾斜。在图3的例子中，接合头14的上部14u的轴a相对于理想的轴a*倾斜。
39.为了校正此种倾斜，近年来提出有利用仿形机构22。具体而言，提出有在将仿形机构22设为自由状态后，使保持面20抵接于基准面110，由此进行保持面20的平行调整。在为自由状态的情况下，可动构件42能够以极小的力摆动。因此，理论上，如图3的左侧所示，可动构件42摆动，直至相向面50整体与基准面110接触且相向面50与基准面110平行的姿势。然后，若在变为平行的时间点，将仿形机构22切换为锁定状态，并限制可动构件42的摆动，则可高精度地保持相向面50相对于基准面110的平行度。
40.但是，现实是，通过微小的阻力或配管等的自重等的影响，如图3的右侧所示，仅使相向面50抵接于基准面110，无法完全消除相向面50的倾斜，有时会残留平行偏差。于在残留有平行偏差的状态下锁定仿形机构22的情况下，无法高精度地维持相向面50相对于基准面110的平行度。
41.在本例中，为了更确实地减低残留平行偏差，在将仿形机构22设为自由状态的状态下，使相向面50抵接于基准面110，并保持所述状态使接合头14在基准面110的面方向上相对地移动。通过所述移动，而容易诱发可动构件42的摆动，从而使相向面50相对于基准面110平行。
42.即，在可动构件42自图3的右侧所示那样的存在残留平行偏差的状态进行摆动以成为图3的左侧所示那样的完全平行时，相向面50与基准面110的接点p在外侧方向(图3右图中的右方向)上滑动。通过以诱发所述滑动的方式使接合头14在水平方向上、尤其是自接点p观察时的外侧方向上移动，而可动构件42容易摆动，结果，相向面50容易相对于基准面110平行。
43.此处，如由图3而明确那样，在变成完全平行的情况下，与存在残留平行偏差的状
态相比，接合头14的轴向位置pz靠近载物台12侧。因此，接合头14的轴向位置pz反映相向面50的平行度。
44.因此，在本例中，于在将仿形机构22设为自由状态的状态下，使接合头14在基准面110的面方向上相对地移动时，观察接合头14的轴向位置pz，在所述轴向位置pz到达规定的基准位置pzdef时，将仿形机构22切换为锁定状态。此处，基准位置pzdef可在使接合头14在面方向上移动的过程中确定，也可根据载物台12及接合头14的配置等预先决定。无论哪种情况，均将可判断为相向面50整体与基准面110接触的轴向位置pz设定为基准位置。
45.另外，根据相向面50的倾斜的朝向，可减少所述倾斜的接合头14的移动方向不同。例如，在图3的右图中，相向面50向右下倾斜。所述情况下，与使接合头14向左方向移动的情况相比，使接合头14向右方向移动情况可减低残留偏差的可能性高。但是，难以事先掌握相向面50的倾斜的朝向。因此，在使接合头14在面方向上移动时，使其至少在与基准面110平行的四个方向上移动。例如，使接合头14在 x方向、-x方向、 y方向、-y方向上移动。通过如此使接合头14在四个方向上移动，无论相向面50向哪一朝向倾斜，均可更确实地消除所述倾斜。
46.图4是表示使接合头14移动时的路线(以下称为“仿形路线60”)的一例的图。在图4的例子中，仿形路线60呈自载物台12的中心朝向外侧的矩形的旋涡状。其中，仿形路线60的形态可适宜变更，例如如图5所示，也可为一笔画成的十字状。无论哪种情况，此种仿形路线60均是预先存储于控制器34的存储部中。
47.接着，对将相向面50调整为相对于基准面110平行的仿形处理的流程进行说明。图6是表示仿形处理的流程的流程图。在执行仿形处理的情况下，接合头14可保持某些芯片构件，也可不保持。在保持有芯片构件的情况下，所述芯片构件的底面成为相向面50。另外，在没有保持芯片构件的情况下，接合头14的保持面20成为相向面50。同样地，载物台12也可保持基板100，也可不保持。在保持有基板100的情况下，所述基板100的上表面成为基准面110，在没有保持基板100的情况下，载物台12的上表面成为基准面110。
48.在执行仿形处理时，控制器34首先驱动仿形机构驱动部32，将仿形机构22切换为自由状态(s10)。继而，控制器34驱动移动机构26，使接合头14下降，直至相向面50抵接于基准面110(s12)。关于所述抵接的有无，例如可检测来自基准面110的反作用力来判断，也可根据接合头14的轴向位置pz的变动来判断。
49.若相向面50抵接于基准面110，则控制器34将仿形机构22维持为自由状态，并保持所述状态驱动移动机构26，使接合头14沿着仿形路线60移动(s14)。所述移动时，接合头14的轴向位置pz是由设置于移动机构26的位置传感器检测。控制器34定期检测由所述位置传感器检测到的轴向位置pz，并存储于存储部中(s16)。
50.若沿着规定的仿形路线60的移动结束(s18中为是(yes))，则控制器34确定存储于存储部中的轴向位置pz中成为最小的(即最靠近载物台12的)最低点高度pzmin，将所述最低点高度pzmin设定为基准位置pzdef(s20)。继而，控制器34判定接合头14的当前的轴向位置pz是否为基准位置pzdef(s22)。在当前的轴向位置pz为基准位置pzdef的情况下(s22中为是)，控制器34判断为残留平行偏差被消除，并驱动仿形机构驱动部32，将仿形机构22切换为锁定状态(s26)。另一方面，在当前的轴向位置pz没有在基准位置pzdef出现的情况下(s22中为否(no))，控制器34驱动移动机构26，使接合头14在与基准面110平行的方向上移
动(s24)。此时的移动路线可与仿形路线60相同，也可不同。无论哪种情况，若移动的结果是当前的轴向位置pz到达基准位置pzdef(s22中为是)，则将仿形机构22切换为锁定状态(s26)。
51.如由以上说明而明确那样，在本例中，在使相向面50抵接于基准面110后，也维持自由状态，并保持所述状态使接合头14在面方向上移动。结果，可更确实地减轻因摩擦或配管的自重等而产生的残留平行偏差，可高地维持相向面50相对于基准面110的平行度。另外，在本例中，基于使接合头14在面方向上移动的过程中所获得的轴向位置pz，设定基准位置pzdef。结果，即便接合头14与载物台12的配置由于经年变化等而与设计时相比发生变化，也可设定适当的基准位置pzdef。
52.接着，对另一例的仿形处理的流程进行说明。图7是表示另一例的仿形处理的流程的流程图。在所述仿形处理中，控制器34预先设定基准位置pzdef，并存储于存储部中。所述基准位置pzdef可根据载物台12及接合头14的配置关系、即两者的设计上的尺寸值及位置来决定。另外，作为另一形态，基准位置pzdef也可根据过去的仿形处理的结果来决定。例如，也可将以图6的顺序在过去进行仿形处理时所获得的最低点高度pzmin设定为基准位置pzdef。
53.在执行仿形处理时，与图6的例子同样地，控制器34在将仿形机构22切换为自由状态后，使接合头14下降，直至相向面50抵接于基准面110(s30)。继而，控制器34使接合头14沿着规定的仿形路线60在面方向上移动(s34)。此时，控制器34定期检测接合头14的轴向位置pz(s36)，同时将所检测到的轴向位置pz与基准位置pzdef进行比较(s38)。
54.在比较的结果是轴向位置pz超过基准位置pzdef的情况下，控制器34返回到步骤s34，继续接合头14的面方向上的移动。另一方面，在轴向位置pz为基准位置pzdef以下的情况下，控制器34判断为残留平行偏差被消除，并驱动仿形机构驱动部32，将仿形机构22切换为锁定状态(s40)。
55.如由以上的说明而明确那样，在本例中，也是在使相向面50抵接于基准面110后，也维持自由状态，并保持所述状态使接合头14在面方向上移动，因此可高地维持相向面50相对于基准面110的平行度。另外，在本例中，在轴向位置pz到达预先设定的基准位置pzdef的时间点，停止接合头14的面方向上移动。结果，与图6的处理相比，可比较早地结束仿形处理。
56.再者，此前说明的结构均是一例，若在保持自由状态的状态下使接合头14在面方向上移动，并在轴向位置pz到达规定的基准位置pzdef时切换为锁定状态，则其他结构也可适宜地变更。例如，在所述例子中，使接合头14在与基准面110平行的四个方向上移动，但未必必须使接合头14在四个方向上移动。
57.例如，在可预先预测相向面50的倾斜的朝向的情况下，也可使接合头14仅在可消除所预测到的倾斜的方向上移动。即，在可动构件42及仿形机构22的下部14d连接有用于供给或抽吸空气的配管、或电气配线等。通过此种配管及电气配线的重量，仿形机构22在刚切换为自由状态后，有时会向一个方向大幅倾斜。此种大的倾斜容易成为残留平行偏差的原因。在为由所述配管及电气配线引起的残留平行偏差的情况下，可根据配管及电气配线的位置来预测相向面50的倾斜的朝向。因此，也可根据配管及电气配线的位置预测相向面50的倾斜的朝向，使接合头14仅在可消除所预测到的倾斜的方向、即、为右下的情况下为右方
向上移动。另外，在使接合头14在四个方向上移动的情况下，也可预测相向面50的倾斜的朝向，首先使接合头14在可消除所述预测到的倾斜的方向上移动。通过设为所述结构，可在初期的动作中大幅减低残存的倾斜，因此若为图7的处理，则可缩短处理所需的时间。
58.另外，在所述说明中，仿形机构22的固定构件40具有凹状球面，可动构件42具有凸状球面，这些也可相反，固定构件40可具有凸状球面，可动构件42可具有凹状球面。另外，在所述说明中，为接合头14移动的结构，但也可代替接合头14而使载物台12活动，或者除了接合头14以外，也使载物台12活动。另外，在图3的例子中，将保持面20设为相向面50，但也可在仿形处理中，在保持面20保持芯片构件、例如平行调整专用的芯片构件，并将所述芯片的端面处理为相向面50。同样地，在图3的例子中，将载物台12的上表面设为基准面110，但也可在仿形处理中，在载物台12保持基板100、例如平行调整专用的基板100，并将所述基板100的上表面处理为基准面110。
59.符号的说明
60.10：制造装置
61.12：载物台
62.14：接合头
63.20：保持面
64.22：仿形机构
65.24：加热器
66.26：移动机构
67.28：加热器驱动部
68.30：真空源
69.31：空气配管
70.32：仿形机构驱动部
71.34：控制器
72.40：固定构件
73.42：可动构件
74.43：支持器
75.44：球面空气静压轴承
76.50：相向面
77.60：仿形路线
78.100：基板
79.102：半导体芯片
80.110：基准面