フリップチップ実装方法
【課題】半導体チップを回路基板に効率よく実装することができるフリップチップ実装方法を提供する。
【解決手段】回路面Ｓに突起電極２を有しかつ回路面Ｓに絶縁性樹脂層３が形成された半導体チップ１０を、回路面Ｓを下にして支持具６上に載置するチップ準備工程と、支持具６上に載置された半導体チップ１０に対して、空気の吸引孔を備えた吸着面を下面に有する吸着ツール７を上方から近づけ、前記吸着面が半導体チップ１０と接触しない位置で、前記吸引孔による空気の吸引により半導体チップ１０を支持具６上からピックアップして前記吸着面に非接触で吸着させるチップピックアップ工程と、半導体チップ１０を加熱しながら吸着ツール７により半導体チップ１０の回路面Ｓを回路基板４に押圧して、回路基板４と半導体チップ１０とを電気的に接続するチップ実装工程とを備える。
【解決手段】回路面Ｓに突起電極２を有しかつ回路面Ｓに絶縁性樹脂層３が形成された半導体チップ１０を、回路面Ｓを下にして支持具６上に載置するチップ準備工程と、支持具６上に載置された半導体チップ１０に対して、空気の吸引孔を備えた吸着面を下面に有する吸着ツール７を上方から近づけ、前記吸着面が半導体チップ１０と接触しない位置で、前記吸引孔による空気の吸引により半導体チップ１０を支持具６上からピックアップして前記吸着面に非接触で吸着させるチップピックアップ工程と、半導体チップ１０を加熱しながら吸着ツール７により半導体チップ１０の回路面Ｓを回路基板４に押圧して、回路基板４と半導体チップ１０とを電気的に接続するチップ実装工程とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを回路基板に実装するフリップチップ実装方法に関し、特に、半導体チップの実装前に、半導体チップの回路面に予め絶縁性樹脂層を形成しておき、回路基板への実装と同時に半導体チップと回路基板との間の樹脂封止を行うフリップチップ実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどの電子機器の小型化や高性能化などに伴い、電子機器内に設けられる半導体集積回路の小型化・高密度化が益々図られている。この半導体集積回路の小型化や高密度化に伴い、半導体チップを回路基板に実装する方法として、従来のワイヤーボンディング接続方式に代えて、半導体チップにバンプと呼ばれる突起電極を形成することによって半導体チップを回路基板に直接接続するフリップチップ実装が着目され、近年ではこのフリップチップ実装が広く採用されるようになっている。フリップチップ実装は、半導体チップの回路面に対して半田などの材料でバンプ（突起電極）を複数形成し、このバンプを回路基板上に形成された複数の電極に加熱溶融により接合することによって、半導体チップと回路基板とを電気接続する方式のものである。このフリップチップ実装は、多数のバンプを回路基板上に一括で接合できるため、従来のワイヤーボンディング接続方式に比べて、実装面積を小さくできるうえ、電気的特性が良好、モールド封止が不要などの利点を有している。
【０００３】
一方、フリップチップ実装においては、半導体チップと回路基板との接合部の接続信頼性を確保するため、半導体チップと回路基板との隙間に、毛細管現象を利用して液状樹脂を注入し硬化させることにより、半導体チップと実装基板との間の空隙を樹脂封止することが一般的に行われている（アンダーフィル）。しかし、アンダーフィルを用いたフリップチップ実装方法においては、製造コストが高い、液状樹脂の充填に時間がかかるなどの問題を有するうえ、半導体チップが狭ピッチ化し、かつ、半導体チップと回路基板との間の隙間が狭くなりつつある近年の現状では、液状樹脂の注入が困難となるという問題も有している。
【０００４】
そこで、アンダーフィルを用いたフリップチップ実装方法に代わる手段として、半導体チップまたは回路基板に予め樹脂封止用のペースト状樹脂（ＮＣＰ）やフィルム状樹脂（ＮＣＦ）を設け、半導体チップと回路基板との接合と同時に樹脂を溶融・硬化させることにより、半導体チップと回路基板との間の樹脂封止を行う実装方法が提案されている。例えば特許文献１には、半導体ウェハのバンプが形成された回路面（突起電極側面）に対して絶縁性樹脂層を形成した後に、半導体ウェハの裏面を研削して薄化し、その後、半導体ウェハをダイシングして複数の半導体チップに小片化して、半導体チップを回路基板に対して加圧および加熱により接合することで、同時に絶縁性樹脂層を介して半導体チップと回路基板との間を樹脂封止したフリップチップ実装方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６０２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したフリップチップ実装方法においては、図１０に示すように、半導体ウェハ１００のダイシングにより形成された半導体チップ１０１を、まず、フリップチップボンダーなどの実装用装置の運搬用ステージ１０２に、バンプ１０３および絶縁性樹脂層１０７が設けられた回路面を下にして配置する。そして、半導体チップ１０１の回路面とは反対の裏面に、上方から吸着ツール１０４を密着させ、この状態で、吸着ツール１０４の下面に図示しない吸引機構により吸引力を作用させて、半導体チップ１０１を吸着ツール１０４の下面に吸着させることで、運搬用ステージ１０２から半導体チップ１０１のピックアップを行う。その後、吸着ツール１０４を下降させ、半導体チップ１０１をボンディングステージ１０５に保持された回路基板１０６に加熱させながら押し付けることで、半導体チップ１０１が回路基板１０６に実装される。半導体チップ１０１の実装後は、再び吸着ツール１０４により次の新たな半導体チップ１０１が運搬用ステージ１０２からピックアップされ、同様にボンディングステージ１０５に保持された回路基板１０６に実装される手順が繰り返される。
【０００７】
しかしながら、上記したフリップチップ実装方法において、吸着ツール１０４により運搬用ステージ１０２から半導体チップ１０１のピックアップを行う際に、吸着ツール１０４の温度が、半導体チップ１０１の実装時の温度と同程度の高い温度に設定されていると、熱によって半導体チップ１０１の回路面に形成された絶縁性樹脂層１０７が溶融し、この溶融した樹脂が垂れ下がって下方の運搬用ステージ１０２の上面に付着して、これを汚染するという問題が生じる。運搬用ステージ１０２の上面に樹脂が付着すると、次に運搬用ステージ１０２上に配置する半導体チップ１０１に樹脂が付着してしまうため、運搬用ステージ１０２上から樹脂をきれいに取り除く必要があるが、運搬用ステージ１０２上に樹脂が付着する度にこれを除去するのでは、その都度、実装用装置の駆動を止める必要があり、実装工程が長時間停止するなどの弊害が生じる。また、運搬用ステージ１０２に樹脂が付着しない場合であっても、樹脂が熱で軟化することにより、運搬用ステージ１０２の形状が絶縁性樹脂層１０７の樹脂面に転写されることがある。この場合、絶縁性樹脂層１０７の樹脂面に凹凸が生じるため、実装時に噛み込みボイドが発生しやすくなったり、絶縁信頼性が低下したりする恐れがある。一方、半導体チップ１０１の絶縁性樹脂層１０７の溶融を防ぐためには、実装後の吸着ツール１０４を十分に冷却した状態で半導体チップ１０１をピックアップする必要があるが、実装時に３００℃近くまで昇温させた吸着ツール１０４を十分に冷却させるためにはかなりの時間がかかるため、この冷却時間により実装作業の効率が著しく悪くなり、目標数の半導体チップの実装を短時間で達成するのが困難になるという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、半導体チップの実装前に、半導体チップの回路面に予め絶縁性樹脂層を形成しておき、回路基板への実装と同時に半導体チップと回路基板との間の樹脂封止を行うフリップチップ実装方法において、半導体チップを回路基板に効率よく実装することができるフリップチップ実装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】
【０００９】
本発明の前記目的は、回路面に突起電極を有しかつ前記回路面に絶縁性樹脂層が形成された半導体チップを、前記回路面を下にして支持具上に載置するチップ準備工程と、前記支持具上に載置された前記半導体チップに対して、空気の吸引孔を備えた吸着面を下面に有する吸着手段を上方から近づけ、前記吸着面が前記半導体チップと接触しない位置で、前記吸引孔による空気の吸引により前記半導体チップを前記支持具上からピックアップして前記吸着面に非接触で吸着させるチップピックアップ工程と、前記半導体チップを加熱しながら前記吸着手段により前記半導体チップの前記回路面を回路基板に押圧して、前記回路基板と前記半導体チップとを電気的に接続するチップ実装工程とを備えるフリップチップ実装方法により達成される。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記チップピックアップ工程において、前記半導体チップのピックアップ時の前記吸着面と前記半導体チップとの距離が０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることを特徴としている。
【００１１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記チップピックアップ工程において、前記半導体チップのピックアップ時の前記吸着手段の温度が１００℃〜２００℃の範囲であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のフリップチップ実装方法によれば、吸着手段により支持具上の半導体チップをピックアップする際に、吸着手段を半導体チップに接触させることなく、吸引孔による空気吸引により半導体チップを支持具上から吸い上げて吸着面に吸着させるので、実装後の吸着手段が高い温度に保持されていたとしても、半導体チップに形成された絶縁性樹脂層が溶融して支持具上に付着したり、絶縁性樹脂層に支持具の形状が転写されたりすることを防止できる。さらに、吸着手段を高い温度に保持した状態で半導体チップのピックアップ作業を行うことができるので、実装後の吸着手段の冷却時間を短くすることができ、半導体チップの実装作業を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態であるフリップチップ実装方法を用いた半導体装置の製造方法の手順を説明する模式図である。
【図２】第１工程を示す図である。
【図３】第２工程を示す図である。
【図４】チップピックアップ工程を示す図である。
【図５】チップ実装工程を示す図である。
【図６】チップ実装工程を示す図である。
【図７】チップ実装工程を示す図である。
【図８】チップ実装工程を示す図である。
【図９】吸着ツールの冷却に要する時間を示すグラフである。
【図１０】従来のフリップチップ実装方法の手順を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るフリップチップ実装方法の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフリップチップ実装方法を用いた半導体装置の製造工程の手順を説明する模式図を示している。この半導体装置の製造方法においては、まず、半導体ウェハ１が用意される（第１工程）。半導体ウェハ１は、例えば、シリコン、ガリウム砒素などの半導体からなり、例えば円板状を有している。半導体ウェハ１の一方の面の回路面Ｓには、図２に示すように、例えば金、銅、銀−錫半田、アルミニウム、ニッケルなどによって形成された突起電極（バンプ）２が所定のピッチで複数設けられている。
【００１５】
次に、この半導体ウェハ１の突起電極２が設けられた回路面（以下、「突起電極側面」ともいう。）Ｓ上に、図３に示すように、絶縁性樹脂層３を形成する作業が行われる（第２工程）。絶縁性樹脂層３は、後述する半導体チップ１０の回路基板４への実装時に、半導体チップ１０と回路基板４との間の空隙を樹脂封止するためのものであり、例えばフィルム状樹脂をロールラミネータや真空ラミネータなどで半導体ウェハ１の回路面Ｓに貼り合わせることによって形成することができる。この他、絶縁性樹脂層３は、例えばペースト状樹脂を印刷法やスピンコート法などによって半導体ウェハ１の突起電極側面Ｓに塗布し、これを乾燥させることによっても形成することができる。
【００１６】
絶縁性樹脂層３を形成する材料としては、特に限定はされないが、例えば、エポキシ樹脂と硬化剤とを含有していることが好ましい。エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂を含有することが好ましい。上記多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂を含有することで、絶縁性樹脂層３により形成される半導体チップ１０と回路基板４との間の封止樹脂（以下、単に「封止樹脂」という。）は、剛直で分子の運動が阻害されるため、優れた機械的強度および耐熱性を発揮する。上記多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ジシクロペンタジエンジオキシド、ジシクロペンタジエン骨格を有するフェノールノボラックエポキシ樹脂等のジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂（以下、「ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂」ともいう。）、１−グリシジルナフタレン、２−グリシジルナフタレン、１，２−ジグリジジルナフタレン、１，５−ジグリシジルナフタレン、１，６−ジグリシジルナフタレン、１，７−ジグリシジルナフタレン、２，７−ジグリシジルナフタレン、トリグリシジルナフタレン、１，２，５，６−テトラグリシジルナフタレン等のナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂（以下、「ナフタレン型エポキシ樹脂」ともいう。）、テトラヒドロキシフェニルエタン型エポキシ樹脂、テトラキス（グリシジルオキシフェニル）エタン、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキサンカルボネートなどが挙げられる。中でも、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂を好ましく挙げることができる。
【００１７】
また、絶縁性樹脂層３を形成する材料には、上記エポキシ樹脂と反応可能な官能基を有する高分子化合物を含有してもよい。上記した高分子化合物は、造膜成分としての役割を果たす。また、上記した高分子化合物を含有することで、絶縁性樹脂層３により形成される封止樹脂は靭性をもち、優れた耐衝撃性を発揮することができる。上記した高分子化合物としては、特に限定されないが、例えば、アミノ基、ウレタン基、イミド基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基などを有する高分子化合物が挙げられる。中でも、エポキシ基を有する高分子化合物が好ましく、エポキシ基を有する高分子化合物を含有することで、絶縁性樹脂層３により形成される封止樹脂は、上記したエポキシ樹脂に由来する優れた機械的強度、耐熱性および耐湿性と、上記したエポキシ基を有する高分子化合物に由来する優れた靭性とを兼備するため、得られる半導体チップ積層体は、耐冷熱サイクル性、耐ハンダリフロー性、寸法安定性などに優れるものとなり、高い接合信頼性および接続信頼性を発揮する。さらに、絶縁性樹脂層３を形成する材料は、ベンゾオキサジン化合物やエピスルフィド化合物を含有していてもよい。
【００１８】
また、硬化剤としては、特に限定されないが、フェノール系硬化剤、酸無水物硬化剤、イミダゾール系硬化剤などを好ましく挙げることができる。これらは、単独または二種以上の混合物として使用することができる。
【００１９】
上記した構成の絶縁性樹脂層３において、１００℃〜２００℃の温度範囲内に最低溶融粘度が存在し、最低溶融粘度が、１０Ｐａ・ｓ〜１００，０００Ｐａ・ｓの範囲内にある絶縁性樹脂層３をより好適に用いることができる。本発明に係るフリップチップ実装方法を用いることにより、たとえ溶融粘度が低い樹脂であっても、効率よく実装することができる。
【００２０】
図１に戻って、次に、絶縁性樹脂層３が突起電極側面Ｓ上に形成された半導体ウェハ１を、必要に応じて接着シートなどに固定して、その裏面（突起電極側面Ｓとは反対の面）を研削して所望の厚さまで薄化した後、絶縁性樹脂層３も含めてダイシングして、複数の半導体チップ１０に個片化する作業が行われる（第３工程）。上記ダイシングの方法としては、特に限定されないが、例えば、従来公知のダイヤモンド製の回転砥石９などを用いて切断分離する方法やレーザーダイシング法などを用いることができる。
【００２１】
次に、複数の個片に分割された半導体チップ１０のうち、その１つがチップ供給装置５によって取り出されると、次に、チップ供給装置５から支持具６への半導体チップ１０の受け渡し作業が行われる（第４工程、チップ準備工程）。支持具６は、上下方向に昇降動作可能であるとともに、上下反転して実装用装置の吸着ツール７との間を往復動作可能に構成されており、半導体チップ１０を吸着保持できるように、その表面には吸引孔（図示せず）が形成されている。この吸引孔には、図示しない配管を介してポンプと接続されており、支持具６の表面を上方から半導体チップ１０の突起電極側面Ｓに接触させて、ポンプにより前記吸引孔に吸引力を作用させることで、半導体チップ１０を支持具６の表面に吸着させることができる。このように、支持具６への半導体チップ１０の受け渡しが完了すると、次に、支持具６を上下反転させることで、半導体チップ１０は突起電極側面Ｓを下にして支持具６上に載置され、この状態で、支持具６を実装用装置の吸着ツール７の下方に移送する。
【００２２】
吸着ツール７は、例えばセラミックなどの良好な熱伝導性を有する材料により形成されており、上下方向に昇降動作可能であるとともに、回路基板４を吸着保持する実装用装置のボンディングステージ８との間を往復動作可能に構成されている。吸着ツール７の下面には、図４に示すように、吸引孔７０が形成されている。この吸引孔７０には、図示しない配管を介してポンプと接続されており、ポンプによる空気吸引によって吸引孔７０に吸引力を発生させることができるようになっている。
【００２３】
支持具６が吸着ツール７の下方に移送されると、図１および図４に示すように、次に、吸着ツール７による半導体チップ１０のピックアップ作業が行われる（第５工程、チップピックアップ工程）。支持具６上に載置された半導体チップ１０に対して、吸着ツール７を上方から近づけると同時に、ポンプを駆動して吸着ツール下面の吸引孔７０に吸引力を発生させることで、支持具６上の半導体チップ１０は突起電極側面Ｓが下方を向いた状態で吸着ツール７の下面（吸着面）に吸着される。このとき、本実施形態では、前記ポンプの駆動を制御して、吸着ツール７の吸着面の吸引孔７０に発生させる吸引力の大きさ（吸引孔により吸引する空気吸引量）を調整することによって、吸着ツール７の吸着面が、半導体チップ１０の裏面とは全く接触しない半導体チップ１０の裏面よりも上方に位置した状態で、吸引孔７０による吸引作用により半導体チップ１０を支持具６上から吸い上げ、これを非接触で該吸着面に吸着させることで、半導体チップ１０のピックアップができるように構成されている。
【００２４】
上記した半導体チップ１０のピックアップ時における吸着ツール７の吸着面と半導体チップ１０の裏面との距離Ｄ（図４に示す）としては、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内にあることが好ましい。上記した距離Ｄが、１ｍｍよりも大きいと、半導体チップ１０を吸着できず吸着エラーが生じる場合がある。これを防ぐために、吸引孔７０に発生させる吸引力を大きくした場合、半導体チップ１０が勢いよく吸着ツール７の吸着面に吸着されるので、半導体チップ１０に破損などが生じたり、半導体チップ１０が大幅にずれた状態で吸着ツール７の吸着面に吸引され、アライメント時にエラーが生じたりする場合がある。一方、上記した距離Ｄが、０．１ｍｍよりも小さいと、ピックアップ時に吸着ツール７が半導体チップ１０に近づき過ぎてしまい、その結果、詳細は後述するが、吸着ツール７の温度が高い温度に設定されていると、この輻射熱によって半導体チップ１０の回路面Ｓに形成された絶縁樹脂層３が溶融し、この溶融した樹脂が垂れ下がって下方の支持具６の表面に付着してこれを汚染したり、絶縁性樹脂層３に支持具６の形状が転写されたりするおそれがある。よって、ピックアップ時の吸着ツール７の吸着面と半導体チップ１０の裏面との距離Ｄは、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内にあることが好ましく、さらに言えば、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。
【００２５】
なお、半導体チップ１０のピックアップ時に、吸着ツール７の吸着面の吸引孔７０に発生させる吸引力の大きさ（吸引孔により吸引する空気の吸引量）としては、吸着ツール７に設けられた吸引孔７０の数や形状、半導体チップ１０の大きさや重さ、また、ピックアップ時の吸着ツール７の吸着面と半導体チップ１０の裏面との距離などに応じて、適宜調整される。
【００２６】
半導体チップ１０が吸着ツール７に吸着されて、支持具６上からピックアップされると、次に、図１および図５〜図７に示すように、吸着ツール７をボンディングステージ８上に移送して、半導体チップ１０を回路基板４にボンディングする作業が行われる（第６工程、チップ実装工程）。ボンディングステージ８は、水平方向またはθ方向に位置調整できるようになっている。ボンディングステージ８には、回路面Ｓ´が上方を向くようにして回路基板４が載置されている。回路基板４の回路面Ｓ´には、例えば銅電極、または銅表面に錫めっき（あるいはニッケル表面に金めっき）が施された複数の電極４０が形成されており、吸着ツール７および／またはボンディングステージ８の位置を調整することで、半導体チップ１０の突起電極２を回路基板４の電極４０に対して位置合わせできるようになっている。この位置合わせは、図５に示す認識カメラ１１を用いることにより行われる。認識カメラ１１は、吸着ツール７とボンディングステージ８との間に挿入されるように往復動可能であり、半導体チップ１の突起電極側面Ｓおよび回路基板４の回路面Ｓ´にそれぞれ対応するように設けられたアライメントマーク（図示せず）を画像認識することができるように構成されている。認識カメラ１１が半導体チップ１と回路基板４との間に挿入され、各々のアライメントマークが認識カメラ１１により認識されると、検出された画像認識データに基づき、各々のアライメントマークが予め規定された位置関係となるように吸着ツール７またはボンディングステージ８の位置を調整することで、半導体チップ１０の突起電極２と回路基板４の電極４０とのアライメントが行われるようになっている。なお、この半導体チップ１０の突起電極２と回路基板４の電極４０とのアライメントにおいて、絶縁性樹脂層３は、ある程度の透明性を有していることが好ましい。具体的には、ヘイズ値が７５％以下、より好適には７０％以下であることが好ましい。
【００２７】
半導体チップ１０と回路基板４との位置合わせの後、半導体チップ１０を吸着保持させたまま吸着ツール７を下降させることで、半導体チップ１０の突起電極側面Ｓを回路基板４の回路面Ｓ´に接触させる。半導体チップ１０が回路基板４０に接触すると、吸着ツール７によって半導体チップ１０の突起電極側面Ｓを回路基板４の回路面Ｓ´に押圧しながら、吸着ツール７を図示しない加熱手段により予め設定されている加熱温度（約２２０℃〜３２０℃）まで加熱して、半導体チップ１０を加熱することで、半導体チップ１０と回路基板４とのボンディングが開始される。これにより、図７に示すように、半導体チップ１０の突起電極２と回路基板４の電極４０とが電気的に接続されると同時に、絶縁性樹脂層３が加熱によって溶融し、半導体チップ１０と回路基板４との間の空隙が絶縁性樹脂層３によって樹脂封止される。所定の時間の加圧および加熱により、半導体チップ１０と回路基板４とのボンディングが完了すると、吸着ツール７による半導体チップ１０の吸着保持が解除され、図８に示すように、吸着ツール７は上昇し待機位置に戻る。なお、半導体チップ１０の加熱ボンディングにあたっては、ボンディングステージ８を一定温度に加熱しながら行ってもよい。このとき、ボンディングステージ８の加熱温度としては、７０℃〜１５０℃程度であることが好ましい。
【００２８】
吸着ツール７が、ボンディングステージ８上方の待機位置に戻ると、図１に示すように、吸着ツール７は再び、支持具６上方に移送され、支持具６から次の新たな半導体チップ１０を同様に非接触で吸い上げてピックアップする。このとき、吸着ツール７は、上記したチップ実装工程において、半導体チップ１０と回路基板４とのボンディングのために、約２２０℃〜３２０℃の高温に加熱されているので、この熱によって、半導体チップ１０ピックアップ時に、支持具６上の半導体チップ１０の絶縁樹脂層３の溶融を防ぐためには、予め、実装後の吸着ツール７を冷却する必要がある。ここで、従来技術のように、吸着ツール７の吸着面を半導体チップ１０の裏面に、一旦、完全に接触させた上で半導体チップ１０をピックアップする方法では、ピックアップ時（つまりは、吸着ツール７と半導体チップ１０との接触時）に、吸着ツール７の熱が支持具６上の半導体チップ１０に直に伝わって樹脂が溶融し、これが支持具６上に垂れ落ちるおそれがある。そのため、絶縁性樹脂層３の溶融を防止できる温度（例えば４０℃〜１００℃程度）まで吸着ツール７を十分に冷却させる必要があるが、図９に示すように、実装時に３００℃近くまで加熱された吸着ツール７を、例えば６０℃まで冷却するためには、約１０秒程度の時間がかかるため、この冷却時間の分だけ、従来技術の方法では、新たな半導体チップ１０の回路基板４への実装作業が遅れることになる。
【００２９】
これに対して、本実施形態においては、上記したように、吸着ツール７は、その吸着面が半導体チップ１０の裏面とは全く接触しない非接触の状態で、半導体チップ１０を支持具６上から吸い上げてピックアップするから、このピックアップ時には、吸着ツール７の熱が支持具６上の半導体チップ１０には直接的には伝わらない。よって、ピックアップ時の吸着ツール７の温度が比較的高い温度に設定されていたとしても、支持具６上で半導体チップ１０の絶縁性樹脂層３が溶融することはなく、これが支持具６上に垂れ落ちるおそれがないので、吸着ツール７の冷却時間を短縮させることができる。本実施形態におけるピックアップ時の吸着ツール７の温度（吸着面の温度）としては、例えば、１００℃から最高で２００℃程度にまで設定することが可能である。これにより、図９に示すように、３００℃近くの吸着ツール７を、例えば１５０℃まで冷却するのにかかる時間としては、約３秒程度であるため、本実施形態では、従来技術と比べると、実装後の吸着ツール７の冷却時間を大幅に短縮することができる。よって、次々に半導体チップ１０をピックアップして回路基板４に実装できるので、実装タクトタイムを短縮することができ、半導体チップ１０の実装作業を効率よく行うことができる。
【００３０】
上記したとおり、本実施形態に係るフリップチップ実装方法（第４工程〜第６工程）では、吸着ツール７により支持具６上の半導体チップ１０をピックアップする際に、吸着ツール７の吸着面が半導体チップ１０の裏面と接触しない所定の間隔をあけた状態で、半導体チップ１０を支持具６上から吸い上げて非接触で吸着面に吸着されるように、前記吸着面の吸引孔７０に発生させる吸引力の大きさ（吸引孔により吸引する空気吸引量）を調整するから、実装後の高温に加熱された吸着ツール７が比較的高い温度状態であっても、支持具６上の半導体チップ１０を不具合なくピックアップすることができるので、実装後の吸着ツール７の冷却時間を短くすることができ、優れた半導体チップ１０の実装効率を実現できる。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されない。絶縁性樹脂層の材料としては、下記に示す各材料（１）〜（８）を、固形分濃度５０重量％となるようにメチルエチルケトンに加え、ホモディスパーを用いて攪拌混合することにより調整した。得られた配合液を、５μｍメッシュで遠心濾過した後、離型処理したＰＥＴフィルム上にアプリケーター（テスター産業社製）を用いて塗工し、１００℃５分で乾燥させて、厚み４０μｍのフィルム状絶縁性樹脂を得た。
（１）エポキシ樹脂
・ＨＰ−７２００（ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ＤＩＣ社製）
・ＥＸＡ−４７１０（ナフタレン型エポキシ樹脂、ＤＩＣ社製）
（２）エポキシ基を有する高分子化合物
・Ｇ−２０５０Ｍ（グリシジル基含有アクリル樹脂、重量平均分子量２０万、エポキシ当量３４０、日油社製）
（３）硬化剤
・ＹＨ−３０９（ビシクロ骨格を有する酸無水物、三菱化学社製）
（５）硬化促進剤
・フジキュア７０００（液状イミダゾール、Ｔ＆Ｋ ＴＯＫＡ社製）
（６）接着性付与剤
・エポキシシランカップリング剤（ＫＢＭ−４０３、信越化学社製）
（７）チキソトロピー付与剤
・ＡＣ４０３０（応力緩和ゴム系高分子、ガンツ化成社製）
（８）シリカフィラー
・ＳＥ−１０５０−ＳＰＴ（フェニルトリメトキシシラン表面処理球状シリカ、平均粒子径０．３μｍ、アドマテックス社製）
・ＳＸ００９−ＭＪＦ（フェニルトリメトキシシラン表面処理球状シリカ、平均粒子径０．０５μｍ、アドマテックス社製）
【００３２】
直径３０ｃｍおよび厚み７５０μｍであり、表面に、高さ３０μｍおよび直径３０μｍの円形状の銅ピラー電極の上に高さ１５μｍの半田電極が形成された、トータル高さ４５μｍの突起電極（バンプ）が５０μｍピッチで多数形成されている半導体ウェハ（シリコンウェハ）を用意し、この半導体ウェハの突起電極側面に、上記した方法により作製したフィルム状絶縁性樹脂を、真空ラミネーターによって貼り合わせることによって絶縁性樹脂層を形成した。これを半導体ウェハの厚さが約１００μｍになるまで研削した後、ダイシング装置（ＤＦＤ６３６１：ＤＩＳＣＯ社製）を用いて、送り速度５０ｍｍ／秒で、半導体ウェハを７ｍｍ×７ｍｍのチップサイズに分割して、半導体チップを得た。
【００３３】
得られた半導体チップを、表面が凹凸形状の支持具上に、絶縁性樹脂層が形成された突起電極側面を下にして載置した。なお、支持具上には、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルムを成膜した。半導体チップに対して、空気の吸引孔を下面に備えた吸着ツールを上方から近づけ、吸着ツール下面の吸着面が半導体チップの裏面（突起電極側面と反対側の面）と接触しない、半導体チップの裏面から上方に０．５ｍｍ離れた位置で、吸引孔に吸引力を作用させることにより、半導体チップを支持具上から吸い上げて非接触で吸着面に吸着させた。このときの吸着ツールの温度を、それぞれ、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃、１２０℃、１５０℃に設定した場合について、絶縁性樹脂層の樹脂面に支持具の凹凸形状が転写されたかどうか、また支持具上に樹脂が付着しているか否かについて観察を行った。樹脂面に支持具の凹凸形状が転写されておらず、かつ支持具上に樹脂が付着していない場合を「○」と、支持具上に樹脂は付着していないが樹脂面に支持具の凹凸形状が転写されている場合を「△」と、支持具上に樹脂が付着し支持具が樹脂で汚染されている場合を「×」と、それぞれ評価した。その評価結果を、表１に示す。なお、比較例として、従来技術と同じように、吸着ツールの吸着面を半導体チップの裏面に、一旦、完全に接触させた上で、吸引孔に吸引力を作用させることにより、半導体チップを支持具上からピックアップした場合について、吸着ツールの温度を、それぞれ、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃、１２０℃、１５０℃に設定した場合についても同様の評価を行った。比較例の評価結果も表１に併せて示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１から分かるように、実施例のフリップチップ実装方法の方が、比較例のフリップチップ実装方法よりも、吸着ツールの温度がより高温の状態でも、支持具に樹脂が付着するなどの不具合が生じることなく、支持具から半導体チップをピックアップ可能であることが確認された。よって、実施例のフリップチップ実装方法では、実装により高温（２２０℃〜３２０℃程度）に加熱された吸着ツールの冷却時間を短くすることが可能であり、優れた半導体チップの実装効率を実現できることが確認された。
【符号の説明】
【００３６】
２ 突起電極
３ 絶縁性樹脂層
４ 回路基板
６ 支持具
７ 吸着ツール
１０ 半導体チップ
Ｓ 回路面
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを回路基板に実装するフリップチップ実装方法に関し、特に、半導体チップの実装前に、半導体チップの回路面に予め絶縁性樹脂層を形成しておき、回路基板への実装と同時に半導体チップと回路基板との間の樹脂封止を行うフリップチップ実装方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話、ノート型パーソナルコンピュータなどの電子機器の小型化や高性能化などに伴い、電子機器内に設けられる半導体集積回路の小型化・高密度化が益々図られている。この半導体集積回路の小型化や高密度化に伴い、半導体チップを回路基板に実装する方法として、従来のワイヤーボンディング接続方式に代えて、半導体チップにバンプと呼ばれる突起電極を形成することによって半導体チップを回路基板に直接接続するフリップチップ実装が着目され、近年ではこのフリップチップ実装が広く採用されるようになっている。フリップチップ実装は、半導体チップの回路面に対して半田などの材料でバンプ（突起電極）を複数形成し、このバンプを回路基板上に形成された複数の電極に加熱溶融により接合することによって、半導体チップと回路基板とを電気接続する方式のものである。このフリップチップ実装は、多数のバンプを回路基板上に一括で接合できるため、従来のワイヤーボンディング接続方式に比べて、実装面積を小さくできるうえ、電気的特性が良好、モールド封止が不要などの利点を有している。
【０００３】
一方、フリップチップ実装においては、半導体チップと回路基板との接合部の接続信頼性を確保するため、半導体チップと回路基板との隙間に、毛細管現象を利用して液状樹脂を注入し硬化させることにより、半導体チップと実装基板との間の空隙を樹脂封止することが一般的に行われている（アンダーフィル）。しかし、アンダーフィルを用いたフリップチップ実装方法においては、製造コストが高い、液状樹脂の充填に時間がかかるなどの問題を有するうえ、半導体チップが狭ピッチ化し、かつ、半導体チップと回路基板との間の隙間が狭くなりつつある近年の現状では、液状樹脂の注入が困難となるという問題も有している。
【０００４】
そこで、アンダーフィルを用いたフリップチップ実装方法に代わる手段として、半導体チップまたは回路基板に予め樹脂封止用のペースト状樹脂（ＮＣＰ）やフィルム状樹脂（ＮＣＦ）を設け、半導体チップと回路基板との接合と同時に樹脂を溶融・硬化させることにより、半導体チップと回路基板との間の樹脂封止を行う実装方法が提案されている。例えば特許文献１には、半導体ウェハのバンプが形成された回路面（突起電極側面）に対して絶縁性樹脂層を形成した後に、半導体ウェハの裏面を研削して薄化し、その後、半導体ウェハをダイシングして複数の半導体チップに小片化して、半導体チップを回路基板に対して加圧および加熱により接合することで、同時に絶縁性樹脂層を介して半導体チップと回路基板との間を樹脂封止したフリップチップ実装方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２６０２１３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記したフリップチップ実装方法においては、図１０に示すように、半導体ウェハ１００のダイシングにより形成された半導体チップ１０１を、まず、フリップチップボンダーなどの実装用装置の運搬用ステージ１０２に、バンプ１０３および絶縁性樹脂層１０７が設けられた回路面を下にして配置する。そして、半導体チップ１０１の回路面とは反対の裏面に、上方から吸着ツール１０４を密着させ、この状態で、吸着ツール１０４の下面に図示しない吸引機構により吸引力を作用させて、半導体チップ１０１を吸着ツール１０４の下面に吸着させることで、運搬用ステージ１０２から半導体チップ１０１のピックアップを行う。その後、吸着ツール１０４を下降させ、半導体チップ１０１をボンディングステージ１０５に保持された回路基板１０６に加熱させながら押し付けることで、半導体チップ１０１が回路基板１０６に実装される。半導体チップ１０１の実装後は、再び吸着ツール１０４により次の新たな半導体チップ１０１が運搬用ステージ１０２からピックアップされ、同様にボンディングステージ１０５に保持された回路基板１０６に実装される手順が繰り返される。
【０００７】
しかしながら、上記したフリップチップ実装方法において、吸着ツール１０４により運搬用ステージ１０２から半導体チップ１０１のピックアップを行う際に、吸着ツール１０４の温度が、半導体チップ１０１の実装時の温度と同程度の高い温度に設定されていると、熱によって半導体チップ１０１の回路面に形成された絶縁性樹脂層１０７が溶融し、この溶融した樹脂が垂れ下がって下方の運搬用ステージ１０２の上面に付着して、これを汚染するという問題が生じる。運搬用ステージ１０２の上面に樹脂が付着すると、次に運搬用ステージ１０２上に配置する半導体チップ１０１に樹脂が付着してしまうため、運搬用ステージ１０２上から樹脂をきれいに取り除く必要があるが、運搬用ステージ１０２上に樹脂が付着する度にこれを除去するのでは、その都度、実装用装置の駆動を止める必要があり、実装工程が長時間停止するなどの弊害が生じる。また、運搬用ステージ１０２に樹脂が付着しない場合であっても、樹脂が熱で軟化することにより、運搬用ステージ１０２の形状が絶縁性樹脂層１０７の樹脂面に転写されることがある。この場合、絶縁性樹脂層１０７の樹脂面に凹凸が生じるため、実装時に噛み込みボイドが発生しやすくなったり、絶縁信頼性が低下したりする恐れがある。一方、半導体チップ１０１の絶縁性樹脂層１０７の溶融を防ぐためには、実装後の吸着ツール１０４を十分に冷却した状態で半導体チップ１０１をピックアップする必要があるが、実装時に３００℃近くまで昇温させた吸着ツール１０４を十分に冷却させるためにはかなりの時間がかかるため、この冷却時間により実装作業の効率が著しく悪くなり、目標数の半導体チップの実装を短時間で達成するのが困難になるという問題が生じる。
【０００８】
本発明は、上記した問題に着目してなされたもので、半導体チップの実装前に、半導体チップの回路面に予め絶縁性樹脂層を形成しておき、回路基板への実装と同時に半導体チップと回路基板との間の樹脂封止を行うフリップチップ実装方法において、半導体チップを回路基板に効率よく実装することができるフリップチップ実装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】
【０００９】
本発明の前記目的は、回路面に突起電極を有しかつ前記回路面に絶縁性樹脂層が形成された半導体チップを、前記回路面を下にして支持具上に載置するチップ準備工程と、前記支持具上に載置された前記半導体チップに対して、空気の吸引孔を備えた吸着面を下面に有する吸着手段を上方から近づけ、前記吸着面が前記半導体チップと接触しない位置で、前記吸引孔による空気の吸引により前記半導体チップを前記支持具上からピックアップして前記吸着面に非接触で吸着させるチップピックアップ工程と、前記半導体チップを加熱しながら前記吸着手段により前記半導体チップの前記回路面を回路基板に押圧して、前記回路基板と前記半導体チップとを電気的に接続するチップ実装工程とを備えるフリップチップ実装方法により達成される。
【００１０】
本発明の好ましい実施態様においては、前記チップピックアップ工程において、前記半導体チップのピックアップ時の前記吸着面と前記半導体チップとの距離が０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることを特徴としている。
【００１１】
本発明のさらに好ましい実施態様においては、前記チップピックアップ工程において、前記半導体チップのピックアップ時の前記吸着手段の温度が１００℃〜２００℃の範囲であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明のフリップチップ実装方法によれば、吸着手段により支持具上の半導体チップをピックアップする際に、吸着手段を半導体チップに接触させることなく、吸引孔による空気吸引により半導体チップを支持具上から吸い上げて吸着面に吸着させるので、実装後の吸着手段が高い温度に保持されていたとしても、半導体チップに形成された絶縁性樹脂層が溶融して支持具上に付着したり、絶縁性樹脂層に支持具の形状が転写されたりすることを防止できる。さらに、吸着手段を高い温度に保持した状態で半導体チップのピックアップ作業を行うことができるので、実装後の吸着手段の冷却時間を短くすることができ、半導体チップの実装作業を効率よく行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】本発明の一実施形態であるフリップチップ実装方法を用いた半導体装置の製造方法の手順を説明する模式図である。
【図２】第１工程を示す図である。
【図３】第２工程を示す図である。
【図４】チップピックアップ工程を示す図である。
【図５】チップ実装工程を示す図である。
【図６】チップ実装工程を示す図である。
【図７】チップ実装工程を示す図である。
【図８】チップ実装工程を示す図である。
【図９】吸着ツールの冷却に要する時間を示すグラフである。
【図１０】従来のフリップチップ実装方法の手順を説明する模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
以下、本発明に係るフリップチップ実装方法の好適な実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係るフリップチップ実装方法を用いた半導体装置の製造工程の手順を説明する模式図を示している。この半導体装置の製造方法においては、まず、半導体ウェハ１が用意される（第１工程）。半導体ウェハ１は、例えば、シリコン、ガリウム砒素などの半導体からなり、例えば円板状を有している。半導体ウェハ１の一方の面の回路面Ｓには、図２に示すように、例えば金、銅、銀−錫半田、アルミニウム、ニッケルなどによって形成された突起電極（バンプ）２が所定のピッチで複数設けられている。
【００１５】
次に、この半導体ウェハ１の突起電極２が設けられた回路面（以下、「突起電極側面」ともいう。）Ｓ上に、図３に示すように、絶縁性樹脂層３を形成する作業が行われる（第２工程）。絶縁性樹脂層３は、後述する半導体チップ１０の回路基板４への実装時に、半導体チップ１０と回路基板４との間の空隙を樹脂封止するためのものであり、例えばフィルム状樹脂をロールラミネータや真空ラミネータなどで半導体ウェハ１の回路面Ｓに貼り合わせることによって形成することができる。この他、絶縁性樹脂層３は、例えばペースト状樹脂を印刷法やスピンコート法などによって半導体ウェハ１の突起電極側面Ｓに塗布し、これを乾燥させることによっても形成することができる。
【００１６】
絶縁性樹脂層３を形成する材料としては、特に限定はされないが、例えば、エポキシ樹脂と硬化剤とを含有していることが好ましい。エポキシ樹脂としては、特に限定されないが、多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂を含有することが好ましい。上記多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂を含有することで、絶縁性樹脂層３により形成される半導体チップ１０と回路基板４との間の封止樹脂（以下、単に「封止樹脂」という。）は、剛直で分子の運動が阻害されるため、優れた機械的強度および耐熱性を発揮する。上記多環式炭化水素骨格を主鎖に有するエポキシ樹脂としては、特に限定されないが、例えば、ジシクロペンタジエンジオキシド、ジシクロペンタジエン骨格を有するフェノールノボラックエポキシ樹脂等のジシクロペンタジエン骨格を有するエポキシ樹脂（以下、「ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂」ともいう。）、１−グリシジルナフタレン、２−グリシジルナフタレン、１，２−ジグリジジルナフタレン、１，５−ジグリシジルナフタレン、１，６−ジグリシジルナフタレン、１，７−ジグリシジルナフタレン、２，７−ジグリシジルナフタレン、トリグリシジルナフタレン、１，２，５，６−テトラグリシジルナフタレン等のナフタレン骨格を有するエポキシ樹脂（以下、「ナフタレン型エポキシ樹脂」ともいう。）、テトラヒドロキシフェニルエタン型エポキシ樹脂、テトラキス（グリシジルオキシフェニル）エタン、３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキシルメチル−３，４−エポキシ−６−メチルシクロヘキサンカルボネートなどが挙げられる。中でも、ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ナフタレン型エポキシ樹脂、アントラセン型エポキシ樹脂を好ましく挙げることができる。
【００１７】
また、絶縁性樹脂層３を形成する材料には、上記エポキシ樹脂と反応可能な官能基を有する高分子化合物を含有してもよい。上記した高分子化合物は、造膜成分としての役割を果たす。また、上記した高分子化合物を含有することで、絶縁性樹脂層３により形成される封止樹脂は靭性をもち、優れた耐衝撃性を発揮することができる。上記した高分子化合物としては、特に限定されないが、例えば、アミノ基、ウレタン基、イミド基、水酸基、カルボキシル基、エポキシ基などを有する高分子化合物が挙げられる。中でも、エポキシ基を有する高分子化合物が好ましく、エポキシ基を有する高分子化合物を含有することで、絶縁性樹脂層３により形成される封止樹脂は、上記したエポキシ樹脂に由来する優れた機械的強度、耐熱性および耐湿性と、上記したエポキシ基を有する高分子化合物に由来する優れた靭性とを兼備するため、得られる半導体チップ積層体は、耐冷熱サイクル性、耐ハンダリフロー性、寸法安定性などに優れるものとなり、高い接合信頼性および接続信頼性を発揮する。さらに、絶縁性樹脂層３を形成する材料は、ベンゾオキサジン化合物やエピスルフィド化合物を含有していてもよい。
【００１８】
また、硬化剤としては、特に限定されないが、フェノール系硬化剤、酸無水物硬化剤、イミダゾール系硬化剤などを好ましく挙げることができる。これらは、単独または二種以上の混合物として使用することができる。
【００１９】
上記した構成の絶縁性樹脂層３において、１００℃〜２００℃の温度範囲内に最低溶融粘度が存在し、最低溶融粘度が、１０Ｐａ・ｓ〜１００，０００Ｐａ・ｓの範囲内にある絶縁性樹脂層３をより好適に用いることができる。本発明に係るフリップチップ実装方法を用いることにより、たとえ溶融粘度が低い樹脂であっても、効率よく実装することができる。
【００２０】
図１に戻って、次に、絶縁性樹脂層３が突起電極側面Ｓ上に形成された半導体ウェハ１を、必要に応じて接着シートなどに固定して、その裏面（突起電極側面Ｓとは反対の面）を研削して所望の厚さまで薄化した後、絶縁性樹脂層３も含めてダイシングして、複数の半導体チップ１０に個片化する作業が行われる（第３工程）。上記ダイシングの方法としては、特に限定されないが、例えば、従来公知のダイヤモンド製の回転砥石９などを用いて切断分離する方法やレーザーダイシング法などを用いることができる。
【００２１】
次に、複数の個片に分割された半導体チップ１０のうち、その１つがチップ供給装置５によって取り出されると、次に、チップ供給装置５から支持具６への半導体チップ１０の受け渡し作業が行われる（第４工程、チップ準備工程）。支持具６は、上下方向に昇降動作可能であるとともに、上下反転して実装用装置の吸着ツール７との間を往復動作可能に構成されており、半導体チップ１０を吸着保持できるように、その表面には吸引孔（図示せず）が形成されている。この吸引孔には、図示しない配管を介してポンプと接続されており、支持具６の表面を上方から半導体チップ１０の突起電極側面Ｓに接触させて、ポンプにより前記吸引孔に吸引力を作用させることで、半導体チップ１０を支持具６の表面に吸着させることができる。このように、支持具６への半導体チップ１０の受け渡しが完了すると、次に、支持具６を上下反転させることで、半導体チップ１０は突起電極側面Ｓを下にして支持具６上に載置され、この状態で、支持具６を実装用装置の吸着ツール７の下方に移送する。
【００２２】
吸着ツール７は、例えばセラミックなどの良好な熱伝導性を有する材料により形成されており、上下方向に昇降動作可能であるとともに、回路基板４を吸着保持する実装用装置のボンディングステージ８との間を往復動作可能に構成されている。吸着ツール７の下面には、図４に示すように、吸引孔７０が形成されている。この吸引孔７０には、図示しない配管を介してポンプと接続されており、ポンプによる空気吸引によって吸引孔７０に吸引力を発生させることができるようになっている。
【００２３】
支持具６が吸着ツール７の下方に移送されると、図１および図４に示すように、次に、吸着ツール７による半導体チップ１０のピックアップ作業が行われる（第５工程、チップピックアップ工程）。支持具６上に載置された半導体チップ１０に対して、吸着ツール７を上方から近づけると同時に、ポンプを駆動して吸着ツール下面の吸引孔７０に吸引力を発生させることで、支持具６上の半導体チップ１０は突起電極側面Ｓが下方を向いた状態で吸着ツール７の下面（吸着面）に吸着される。このとき、本実施形態では、前記ポンプの駆動を制御して、吸着ツール７の吸着面の吸引孔７０に発生させる吸引力の大きさ（吸引孔により吸引する空気吸引量）を調整することによって、吸着ツール７の吸着面が、半導体チップ１０の裏面とは全く接触しない半導体チップ１０の裏面よりも上方に位置した状態で、吸引孔７０による吸引作用により半導体チップ１０を支持具６上から吸い上げ、これを非接触で該吸着面に吸着させることで、半導体チップ１０のピックアップができるように構成されている。
【００２４】
上記した半導体チップ１０のピックアップ時における吸着ツール７の吸着面と半導体チップ１０の裏面との距離Ｄ（図４に示す）としては、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内にあることが好ましい。上記した距離Ｄが、１ｍｍよりも大きいと、半導体チップ１０を吸着できず吸着エラーが生じる場合がある。これを防ぐために、吸引孔７０に発生させる吸引力を大きくした場合、半導体チップ１０が勢いよく吸着ツール７の吸着面に吸着されるので、半導体チップ１０に破損などが生じたり、半導体チップ１０が大幅にずれた状態で吸着ツール７の吸着面に吸引され、アライメント時にエラーが生じたりする場合がある。一方、上記した距離Ｄが、０．１ｍｍよりも小さいと、ピックアップ時に吸着ツール７が半導体チップ１０に近づき過ぎてしまい、その結果、詳細は後述するが、吸着ツール７の温度が高い温度に設定されていると、この輻射熱によって半導体チップ１０の回路面Ｓに形成された絶縁樹脂層３が溶融し、この溶融した樹脂が垂れ下がって下方の支持具６の表面に付着してこれを汚染したり、絶縁性樹脂層３に支持具６の形状が転写されたりするおそれがある。よって、ピックアップ時の吸着ツール７の吸着面と半導体チップ１０の裏面との距離Ｄは、０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲内にあることが好ましく、さらに言えば、０．２ｍｍ〜０．８ｍｍの範囲内にあることがより好ましい。
【００２５】
なお、半導体チップ１０のピックアップ時に、吸着ツール７の吸着面の吸引孔７０に発生させる吸引力の大きさ（吸引孔により吸引する空気の吸引量）としては、吸着ツール７に設けられた吸引孔７０の数や形状、半導体チップ１０の大きさや重さ、また、ピックアップ時の吸着ツール７の吸着面と半導体チップ１０の裏面との距離などに応じて、適宜調整される。
【００２６】
半導体チップ１０が吸着ツール７に吸着されて、支持具６上からピックアップされると、次に、図１および図５〜図７に示すように、吸着ツール７をボンディングステージ８上に移送して、半導体チップ１０を回路基板４にボンディングする作業が行われる（第６工程、チップ実装工程）。ボンディングステージ８は、水平方向またはθ方向に位置調整できるようになっている。ボンディングステージ８には、回路面Ｓ´が上方を向くようにして回路基板４が載置されている。回路基板４の回路面Ｓ´には、例えば銅電極、または銅表面に錫めっき（あるいはニッケル表面に金めっき）が施された複数の電極４０が形成されており、吸着ツール７および／またはボンディングステージ８の位置を調整することで、半導体チップ１０の突起電極２を回路基板４の電極４０に対して位置合わせできるようになっている。この位置合わせは、図５に示す認識カメラ１１を用いることにより行われる。認識カメラ１１は、吸着ツール７とボンディングステージ８との間に挿入されるように往復動可能であり、半導体チップ１の突起電極側面Ｓおよび回路基板４の回路面Ｓ´にそれぞれ対応するように設けられたアライメントマーク（図示せず）を画像認識することができるように構成されている。認識カメラ１１が半導体チップ１と回路基板４との間に挿入され、各々のアライメントマークが認識カメラ１１により認識されると、検出された画像認識データに基づき、各々のアライメントマークが予め規定された位置関係となるように吸着ツール７またはボンディングステージ８の位置を調整することで、半導体チップ１０の突起電極２と回路基板４の電極４０とのアライメントが行われるようになっている。なお、この半導体チップ１０の突起電極２と回路基板４の電極４０とのアライメントにおいて、絶縁性樹脂層３は、ある程度の透明性を有していることが好ましい。具体的には、ヘイズ値が７５％以下、より好適には７０％以下であることが好ましい。
【００２７】
半導体チップ１０と回路基板４との位置合わせの後、半導体チップ１０を吸着保持させたまま吸着ツール７を下降させることで、半導体チップ１０の突起電極側面Ｓを回路基板４の回路面Ｓ´に接触させる。半導体チップ１０が回路基板４０に接触すると、吸着ツール７によって半導体チップ１０の突起電極側面Ｓを回路基板４の回路面Ｓ´に押圧しながら、吸着ツール７を図示しない加熱手段により予め設定されている加熱温度（約２２０℃〜３２０℃）まで加熱して、半導体チップ１０を加熱することで、半導体チップ１０と回路基板４とのボンディングが開始される。これにより、図７に示すように、半導体チップ１０の突起電極２と回路基板４の電極４０とが電気的に接続されると同時に、絶縁性樹脂層３が加熱によって溶融し、半導体チップ１０と回路基板４との間の空隙が絶縁性樹脂層３によって樹脂封止される。所定の時間の加圧および加熱により、半導体チップ１０と回路基板４とのボンディングが完了すると、吸着ツール７による半導体チップ１０の吸着保持が解除され、図８に示すように、吸着ツール７は上昇し待機位置に戻る。なお、半導体チップ１０の加熱ボンディングにあたっては、ボンディングステージ８を一定温度に加熱しながら行ってもよい。このとき、ボンディングステージ８の加熱温度としては、７０℃〜１５０℃程度であることが好ましい。
【００２８】
吸着ツール７が、ボンディングステージ８上方の待機位置に戻ると、図１に示すように、吸着ツール７は再び、支持具６上方に移送され、支持具６から次の新たな半導体チップ１０を同様に非接触で吸い上げてピックアップする。このとき、吸着ツール７は、上記したチップ実装工程において、半導体チップ１０と回路基板４とのボンディングのために、約２２０℃〜３２０℃の高温に加熱されているので、この熱によって、半導体チップ１０ピックアップ時に、支持具６上の半導体チップ１０の絶縁樹脂層３の溶融を防ぐためには、予め、実装後の吸着ツール７を冷却する必要がある。ここで、従来技術のように、吸着ツール７の吸着面を半導体チップ１０の裏面に、一旦、完全に接触させた上で半導体チップ１０をピックアップする方法では、ピックアップ時（つまりは、吸着ツール７と半導体チップ１０との接触時）に、吸着ツール７の熱が支持具６上の半導体チップ１０に直に伝わって樹脂が溶融し、これが支持具６上に垂れ落ちるおそれがある。そのため、絶縁性樹脂層３の溶融を防止できる温度（例えば４０℃〜１００℃程度）まで吸着ツール７を十分に冷却させる必要があるが、図９に示すように、実装時に３００℃近くまで加熱された吸着ツール７を、例えば６０℃まで冷却するためには、約１０秒程度の時間がかかるため、この冷却時間の分だけ、従来技術の方法では、新たな半導体チップ１０の回路基板４への実装作業が遅れることになる。
【００２９】
これに対して、本実施形態においては、上記したように、吸着ツール７は、その吸着面が半導体チップ１０の裏面とは全く接触しない非接触の状態で、半導体チップ１０を支持具６上から吸い上げてピックアップするから、このピックアップ時には、吸着ツール７の熱が支持具６上の半導体チップ１０には直接的には伝わらない。よって、ピックアップ時の吸着ツール７の温度が比較的高い温度に設定されていたとしても、支持具６上で半導体チップ１０の絶縁性樹脂層３が溶融することはなく、これが支持具６上に垂れ落ちるおそれがないので、吸着ツール７の冷却時間を短縮させることができる。本実施形態におけるピックアップ時の吸着ツール７の温度（吸着面の温度）としては、例えば、１００℃から最高で２００℃程度にまで設定することが可能である。これにより、図９に示すように、３００℃近くの吸着ツール７を、例えば１５０℃まで冷却するのにかかる時間としては、約３秒程度であるため、本実施形態では、従来技術と比べると、実装後の吸着ツール７の冷却時間を大幅に短縮することができる。よって、次々に半導体チップ１０をピックアップして回路基板４に実装できるので、実装タクトタイムを短縮することができ、半導体チップ１０の実装作業を効率よく行うことができる。
【００３０】
上記したとおり、本実施形態に係るフリップチップ実装方法（第４工程〜第６工程）では、吸着ツール７により支持具６上の半導体チップ１０をピックアップする際に、吸着ツール７の吸着面が半導体チップ１０の裏面と接触しない所定の間隔をあけた状態で、半導体チップ１０を支持具６上から吸い上げて非接触で吸着面に吸着されるように、前記吸着面の吸引孔７０に発生させる吸引力の大きさ（吸引孔により吸引する空気吸引量）を調整するから、実装後の高温に加熱された吸着ツール７が比較的高い温度状態であっても、支持具６上の半導体チップ１０を不具合なくピックアップすることができるので、実装後の吸着ツール７の冷却時間を短くすることができ、優れた半導体チップ１０の実装効率を実現できる。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例を掲げて本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこの実施例のみに限定されない。絶縁性樹脂層の材料としては、下記に示す各材料（１）〜（８）を、固形分濃度５０重量％となるようにメチルエチルケトンに加え、ホモディスパーを用いて攪拌混合することにより調整した。得られた配合液を、５μｍメッシュで遠心濾過した後、離型処理したＰＥＴフィルム上にアプリケーター（テスター産業社製）を用いて塗工し、１００℃５分で乾燥させて、厚み４０μｍのフィルム状絶縁性樹脂を得た。
（１）エポキシ樹脂
・ＨＰ−７２００（ジシクロペンタジエン型エポキシ樹脂、ＤＩＣ社製）
・ＥＸＡ−４７１０（ナフタレン型エポキシ樹脂、ＤＩＣ社製）
（２）エポキシ基を有する高分子化合物
・Ｇ−２０５０Ｍ（グリシジル基含有アクリル樹脂、重量平均分子量２０万、エポキシ当量３４０、日油社製）
（３）硬化剤
・ＹＨ−３０９（ビシクロ骨格を有する酸無水物、三菱化学社製）
（５）硬化促進剤
・フジキュア７０００（液状イミダゾール、Ｔ＆Ｋ ＴＯＫＡ社製）
（６）接着性付与剤
・エポキシシランカップリング剤（ＫＢＭ−４０３、信越化学社製）
（７）チキソトロピー付与剤
・ＡＣ４０３０（応力緩和ゴム系高分子、ガンツ化成社製）
（８）シリカフィラー
・ＳＥ−１０５０−ＳＰＴ（フェニルトリメトキシシラン表面処理球状シリカ、平均粒子径０．３μｍ、アドマテックス社製）
・ＳＸ００９−ＭＪＦ（フェニルトリメトキシシラン表面処理球状シリカ、平均粒子径０．０５μｍ、アドマテックス社製）
【００３２】
直径３０ｃｍおよび厚み７５０μｍであり、表面に、高さ３０μｍおよび直径３０μｍの円形状の銅ピラー電極の上に高さ１５μｍの半田電極が形成された、トータル高さ４５μｍの突起電極（バンプ）が５０μｍピッチで多数形成されている半導体ウェハ（シリコンウェハ）を用意し、この半導体ウェハの突起電極側面に、上記した方法により作製したフィルム状絶縁性樹脂を、真空ラミネーターによって貼り合わせることによって絶縁性樹脂層を形成した。これを半導体ウェハの厚さが約１００μｍになるまで研削した後、ダイシング装置（ＤＦＤ６３６１：ＤＩＳＣＯ社製）を用いて、送り速度５０ｍｍ／秒で、半導体ウェハを７ｍｍ×７ｍｍのチップサイズに分割して、半導体チップを得た。
【００３３】
得られた半導体チップを、表面が凹凸形状の支持具上に、絶縁性樹脂層が形成された突起電極側面を下にして載置した。なお、支持具上には、厚さ５０μｍのＰＥＴフィルムを成膜した。半導体チップに対して、空気の吸引孔を下面に備えた吸着ツールを上方から近づけ、吸着ツール下面の吸着面が半導体チップの裏面（突起電極側面と反対側の面）と接触しない、半導体チップの裏面から上方に０．５ｍｍ離れた位置で、吸引孔に吸引力を作用させることにより、半導体チップを支持具上から吸い上げて非接触で吸着面に吸着させた。このときの吸着ツールの温度を、それぞれ、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃、１２０℃、１５０℃に設定した場合について、絶縁性樹脂層の樹脂面に支持具の凹凸形状が転写されたかどうか、また支持具上に樹脂が付着しているか否かについて観察を行った。樹脂面に支持具の凹凸形状が転写されておらず、かつ支持具上に樹脂が付着していない場合を「○」と、支持具上に樹脂は付着していないが樹脂面に支持具の凹凸形状が転写されている場合を「△」と、支持具上に樹脂が付着し支持具が樹脂で汚染されている場合を「×」と、それぞれ評価した。その評価結果を、表１に示す。なお、比較例として、従来技術と同じように、吸着ツールの吸着面を半導体チップの裏面に、一旦、完全に接触させた上で、吸引孔に吸引力を作用させることにより、半導体チップを支持具上からピックアップした場合について、吸着ツールの温度を、それぞれ、４０℃、６０℃、８０℃、１００℃、１２０℃、１５０℃に設定した場合についても同様の評価を行った。比較例の評価結果も表１に併せて示す。
【００３４】
【表１】
【００３５】
表１から分かるように、実施例のフリップチップ実装方法の方が、比較例のフリップチップ実装方法よりも、吸着ツールの温度がより高温の状態でも、支持具に樹脂が付着するなどの不具合が生じることなく、支持具から半導体チップをピックアップ可能であることが確認された。よって、実施例のフリップチップ実装方法では、実装により高温（２２０℃〜３２０℃程度）に加熱された吸着ツールの冷却時間を短くすることが可能であり、優れた半導体チップの実装効率を実現できることが確認された。
【符号の説明】
【００３６】
２ 突起電極
３ 絶縁性樹脂層
４ 回路基板
６ 支持具
７ 吸着ツール
１０ 半導体チップ
Ｓ 回路面
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回路面に突起電極を有しかつ前記回路面に絶縁性樹脂層が形成された半導体チップを、前記回路面を下にして支持具上に載置するチップ準備工程と、
前記支持具上に載置された前記半導体チップに対して、空気の吸引孔を備えた吸着面を下面に有する吸着手段を上方から近づけ、前記吸着面が前記半導体チップと接触しない位置で、前記吸引孔による空気の吸引により前記半導体チップを前記支持具上からピックアップして前記吸着面に非接触で吸着させるチップピックアップ工程と、
前記半導体チップを加熱しながら前記吸着手段により前記半導体チップの前記回路面を回路基板に押圧して、前記回路基板と前記半導体チップとを電気的に接続するチップ実装工程とを備えるフリップチップ実装方法。
【請求項２】
前記チップピックアップ工程において、前記半導体チップのピックアップ時の前記吸着面と前記半導体チップとの距離が０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項３】
前記チップピックアップ工程において、前記半導体チップのピックアップ時の前記吸着手段の温度が１００℃〜２００℃であることを特徴とする請求項１または２に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項１】
回路面に突起電極を有しかつ前記回路面に絶縁性樹脂層が形成された半導体チップを、前記回路面を下にして支持具上に載置するチップ準備工程と、
前記支持具上に載置された前記半導体チップに対して、空気の吸引孔を備えた吸着面を下面に有する吸着手段を上方から近づけ、前記吸着面が前記半導体チップと接触しない位置で、前記吸引孔による空気の吸引により前記半導体チップを前記支持具上からピックアップして前記吸着面に非接触で吸着させるチップピックアップ工程と、
前記半導体チップを加熱しながら前記吸着手段により前記半導体チップの前記回路面を回路基板に押圧して、前記回路基板と前記半導体チップとを電気的に接続するチップ実装工程とを備えるフリップチップ実装方法。
【請求項２】
前記チップピックアップ工程において、前記半導体チップのピックアップ時の前記吸着面と前記半導体チップとの距離が０．１ｍｍ〜１ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項１に記載のフリップチップ実装方法。
【請求項３】
前記チップピックアップ工程において、前記半導体チップのピックアップ時の前記吸着手段の温度が１００℃〜２００℃であることを特徴とする請求項１または２に記載のフリップチップ実装方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１２−１７４８６１（Ｐ２０１２−１７４８６１Ａ）
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−３４７８２（Ｐ２０１１−３４７８２）
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年９月１０日（２０１２．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年２月２１日（２０１１．２．２１）
【出願人】（０００００２１７４）積水化学工業株式会社 (5,781)
【Ｆターム（参考）】
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