JP7203891B2 - Ｖｃｓｅｌ素子を用いたフリップチップボンディング装置 - Google Patents

Description

本発明は、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置に係り、さらに詳しくは、ＶＣＳＥＬ素子から発生する赤外線レーザ光を用いて基板にボンディングする、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置に関する。

電子製品の小型化に伴い、ワイヤ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用されている。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半田バンプ型の多数の電極が形成されて、基板に形成された半田バンプに対応する位置にボンディングする方式により基板上に実装される。

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ボンディング方式に大別される。リフロー方式は、半田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させることにより、半導体チップを基板にボンディングする方式である。レーザボンディング方式は、リフロー方式と同様に、半田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、瞬間的に半田バンプが溶融してから固化することで半導体チップが基板にボンディングされる方式である。

最近使用されているフリップチップ型の半導体チップは、数百マイクロメートル以下の厚さ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曲がったり歪んだり（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は、半導体チップの半田バンプのうち、基板の対応する半田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ある。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を上昇させる場合、資材内部の材質の熱膨張係数の違いにより、半導体チップまたは基板が部分的に曲がったり歪んだりする現象が発生することがあり、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引き起こす。

このリフロー方式は、高温への長時間暴露により半導体チップが曲がるという問題があり、半導体チップの冷却に要する時間によって半導体チップの生産性が低下するという問題がある。

レーザボンディング方式は、レーザ光発生装置とホモジナイザー（ｈｏｍｏｇｅｎｉｚｅｒ）を用いる。このようなレーザ光源を用いる方式は、ホモジナイザーから発生するレーザのエネルギー準位が高すぎるため、複雑な光学系を用いてエネルギー準位を低減して使用する。また、照射面積に対して均一なエネルギー密度のレーザ光を照射するためにも複雑な光学系が必要になる。このような従来のレーザ光照射方式は複雑な光学系を必要とし、装置全体の構造に複雑で使い勝手が悪いという問題がある。

本発明は、かかる問題を解決するためになされたものであり、複雑な光学系を用いることなく、レーザ光を用いて、フリップチップ半導体チップを基板に迅速かつ効率よくボンディングできる、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置を提供することを目的とする。

上記目的を達成するためのＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置は、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が据え置かれる基板据置きユニット；前記基板据置きユニットに据え置かれた基板上の前記半導体チップに赤外線レーザ光を照射して、前記基板に前記半導体チップをボンディングできるように赤外線レーザを発光する複数の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）素子を備える複数のＶＣＳＥＬアレイと、前記複数のＶＣＳＥＬアレイが設けられるヘッド本体と、を備えるレーザヘッド；前記レーザヘッドを搬送するヘッド搬送ユニット；及び前記レーザヘッドとヘッド搬送ユニットの作動を制御する制御部；を含み、前記レーザヘッドの前記複数のＶＣＳＥＬアレイと複数のＶＣＳＥＬ素子のうちの少なくとも一部は、それぞれ前記ヘッド本体に着脱可能に設けられることを特徴とする。

本発明によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置は、レーザ光を速やかに且つ迅速に制御することにより、半導体チップを高い生産性と品質で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。

本発明の一実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の概略斜視図である。 図１に示すＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の部分底面図である。 図１に示すＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の正面図である。 本発明の他の実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の正面図である。 図４に示すＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の部分平面図。

以下、添付図面に基づき、本発明によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の概略斜視図であり、図２は、図１に示すＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の部分底面図であり、図３は、図１に示すＶＣＳＥＬ素子を用いたＶＣＳＥＬチップボンディング装置の正面図である。

この実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置は、ＶＣＳＥＬ素子３２１から発生する赤外線レーザ光を用いて半導体チップＣを基板Ｓ上にボンディングするための装置である。基板Ｓ及び半導体チップＣのいずれか一方又は両方にはそれぞれ半田バンプが形成されていて、赤外線レーザ光により伝達されるエネルギーによって半田バンプが瞬間的に溶融してから固化することで半導体チップＣが基板Ｓにボンディングされる。

図１から図３を参照すると、この実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置は、基板据置きユニット１００、レーザヘッド３００、ヘッド搬送ユニット４００、基板搬送ユニット２００及び制御部８００を備えてなる。

基板据置きユニット１００には基板Ｓが配置される。この実施形態では、基板据置きユニット１００に基板Ｓの下面が吸着されて固定される。基板据置きユニット１００としては、基板Ｓの下面を支持しつつ基板Ｓを固定するための様々な構造が使用できる。

基板据置きユニット１００には、複数の半導体チップｄが配置された基板Ｓが据え置かれる。基板据置きユニット１００は基板搬送ユニット２００により前後左右に搬送される。基板搬送ユニット２００は、基板据置きユニット１００を水平方向に移動させて基板据置きユニット１００の位置を調整する

レーザヘッド３００は基板据置きユニット１００の上側に配置される。レーザヘッド３００は、複数のＶＣＳＥＬアレイ３２０とヘッド本体３１０とを備える。ヘッド本体３１０はブラケット又はフレーム状に形成され、ＶＣＳＥＬアレイ３２０はヘッド本体３１０に着脱可能に設けられる。ＶＣＳＥＬアレイ３２０は複数のＶＣＳＥＬ素子３２１を備える。この実施形態に用いられるＶＣＳＥＬ素子３２１は、すべて垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）素子３２１からなる。このようにＶＣＳＥＬ型のＶＣＳＥＬ素子３２１を用いることで、優れた直線性、高エネルギー、制御が容易な赤外線レーザ光を生成することができる。ＶＣＳＥＬアレイ３２０は、このような複数のＶＣＳＥＬ素子３２１を、一定間隔をおいた行及び列に沿って配列して構成される。さらに、ヘッド本体３１０は、この種のＶＣＳＥＬアレイ３２０を行及び列に沿って一定間隔で配列するように構成される。ＶＣＳＥＬ素子３２１及びＶＣＳＥＬアレイ３２０の数、間隔及び種類は、用途によって異なる場合がある。ＶＣＳＥＬアレイ３２０を構成するＶＣＳＥＬ素子３２１は同じ構成でも良いし、ＶＣＳＥＬアレイ３２０は、ボンディングの対象となる半導体チップＣの構造に応じて位置によって異なる種類のＶＣＳＥＬ素子３２１を配置できるように構成されてもよい。ＶＣＳＥＬアレイ３２０単位で、そのＶＣＳＥＬアレイ３２０を構成するＶＣＳＥＬ素子３２１を異ならせてもよい。ＶＣＳＥＬアレイ３２０を、１列又は２列のＶＣＳＥＬアレイ３２０で構成してよいし、１行又は２行のＶＣＳＥＬ素子３２１で構成してもよいなど、様々な形態で構成することができる。

この実施形態において、各ＶＣＳＥＬアレイ３２０は、ボンディングされる半導体チップＣの大きさ及び形状に合わせて形成される

また、この実施形態のＶＣＳＥＬアレイ３２０は、それぞれヘッド本体３１０に着脱可能に設けられる。ＶＣＳＥＬアレイ３２０を構成するＶＣＳＥＬ素子３２１の組み合わせを必要に応じて変更できるように、それぞれのＶＣＳＥＬ素子３２１が着脱可能に設けられてＶＣＳＥＬアレイ３２０を構成してヘッド本体３１０に設けられる。この場合、ヘッド本体３１０は、それぞれ異なる出力を持つか或いはそれぞれ異なる周波数の赤外線レーザ光を放出するＶＣＳＥＬ素子３２１又はＶＣＳＥＬアレイ３２０の組み合わせで構成されてもよい。

レーザヘッド３００は、ヘッド搬送ユニット４００によって搬送される。この実施形態において、ヘッド搬送ユニット４００は、レーザヘッド３００を昇降可能に構成される。この実施形態によれば、ヘッド搬送ユニットを水平方向及び垂直方向に移動及び回転させるヘッド搬送ユニット４００を用いてもよい

制御部８００は、レーザヘッド３００、ヘッド搬送ユニット４００及び基板搬送ユニット２００の作動を制御する。制御部８００は、ヘッド搬送ユニット４００を作動させてレーザヘッド３００の高さを調整し、基板搬送ユニット２００を作動させて基板Ｓの位置を調整する。また、制御部８００は、レーザヘッド３００の作動を制御することで、レーザヘッド３００の各ＶＣＳＥＬ素子３２１を点滅させ、それぞれのＶＣＳＥＬ素子３２１の出力を調整する。さらに、制御部８００は、予め入力されたプロファイルにより経時的に各ＶＣＳＥＬ素子の点滅と、出力される赤外線レーザ光の強度とを調整する。さらにまた、制御部８００は、ＶＣＳＥＬアレイ３２０単位でＶＣＳＥＬ素子の作動を制御することもできる。すなわち、制御部８００は、同一のＶＣＳＥＬアレイ３２０に属するＶＣＳＥＬ素子３２１が同時に点滅し同期して出力が調整されるように、各ＶＣＳＥＬアレイ３２０の作動を制御することもできる。このように制御部８００がＶＣＳＥＬアレイ３２０を効果的に制御するためにＶＣＳＥＬアレイ３２０をコンパクトに構成できるように、同じＶＣＳＥＬアレイ３２０に属するＶＣＳＥＬ素子３２０を互いに直列につながるように構成することも可能である。

この実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンド装置は、上記構成のレーザヘッド３００を用いて赤外線レーザを半導体チップＣの大きさに対応する面積から発生させ、半導体チップＣに直接照射する。したがって、この実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置は、レーザヘッド３００と半導体チップＣとの間に、赤外線レーザを集光したり、分光したり、経路を変更したりする別途の光学系を必要としないという利点がある。

以下、上記構成のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の作動について説明する。

まず、基板Ｓ上に複数の半導体チップＣが配置された状態で基板Ｓが基板据置きユニット１００上に配置される。このような状態で、基板搬送ユニット２００は、基板据置きユニット１００を水平方向に移動させ、基板Ｓ上のそれぞれの半導体チップＣに対するボンディング作業を行うための位置に基板を搬送する。基板Ｓにフラックスが塗布された状態でそれぞれの半導体チップＣが基板Ｓの上に配置されるので、フラックスの粘性又は粘着性により半導体チップＣは基板Ｓに仮接着された状態になる。基板Ｓ上に配置された半導体チップＣは、比較的大きな振動や外力が加わらない限り、フラックスによって揺れることなく基板Ｓに対する位置が維持される。カメラ等の光学装置を用いて、基板Ｓ上に配置された半導体チップＣを撮影し、それぞれの半導体チップＣの位置を把握し、制御部８００は、このような情報を用いて基板Ｓの位置を調整することもできる。

このような状態で、制御部８００は、ヘッド搬送ユニット４００を作動させてレーザヘッド３００を下降させる。制御部８００は、レーザヘッド３００がチップＣに接触するまでレーザヘッド３００を下降させることもでき、チップＣに接触しないもののレーザヘッド３００をチップＣの上面に非常に近い位置まで下降させることもできる。

このような状態で、制御部８００は、半導体チップＣに赤外線レーザ光を照射するように、レーザヘッド３００の各ＶＣＳＥＬ素子３２１を点灯させる。この実施形態において、各ＶＣＳＥＬアレイ３２０の面積は、ボンディング対象の半導体チップＣの面積に等しく形成され、各ＶＣＳＥＬアレイ３２０間の間隔は、基板Ｓの上に配置された半導体チップＣ間の間隔に等しく配置されてレーザヘッド３００が構成される。また、図２に示すように、４つの半導体チップＣを同時にボンディングできるように、レーザヘッド３００には、４つのＶＣＳＥＬアレイ３２０が構成されて配置される。制御部８００は、予め保存されたプロファイルに合わせて時間に沿って各ＶＣＳＥＬ素子３２１を点滅したり出力を調整したりして半導体素子の温度を上げることができる。ＶＣＳＥＬ素子３２１から放出された赤外線レーザ光は、半導体素子の温度を上昇させたり、半導体チップＣを透過して半導体チップＣの下面の半田バンプの温度を上昇させたりする。このように半田バンプを溶融させて半導体チップＣを基板Ｓ上にボンディングできるように、制御部８００は、レーザヘッド３００の作動を制御する。

このとき、レーザヘッド３００を半導体チップ３００の上面に接触させて、半導体チップＣの上面をレーザヘッド３００により加圧しながら半導体チックＣを基板Ｓにボンディングすると、半導体チップＣの温度上昇によりチップＣが曲がるのを防ぎながらボンディングすることができるという利点がある。このように接触式のボンディングを行うために、各ＶＣＳＥＬアレイ３２０を覆う透明材質のカバーをさらに備えるようにレーザヘッド３００を構成してもよい。

ＶＣＳＥＬ素子３２１は、点火及び出力を高速かつ正確に制御することができる。特に、ＶＣＳＥＬ素子３２１の場合、高出力エネルギーを放出するため、制御部８００は、様々な方法でレーザヘッド３００の作動を制御することで、半導体チップＣを速やかに正確にボンディングすることができる。このように半導体チップＣを迅速に行えるため、本発明のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置は、半導体チップＣの温度を長時間にわたって不必要に上昇させ、半導体チップＣの損傷や撓み（ｂｅｎｄｉｎｇ）を防止することができるという利点がある。

このように４つの半導体チップＣのボンディングを完了すると、ヘッド搬送ユニット４００がレーザヘッド３００を上昇させる。基板搬送ユニット２００は、レーザヘッド３００の下側に次の４つの半導体チップＣが配置されるように基板据置きユニット１００を搬送する。ヘッド搬送ユニット４００はレーザヘッド３００を再び下降させ、制御部８００はレーザヘッド３００を作動させて４つの半導体チップＣのボンディング作業を行う。

このようなプロセスをシーケンシャルに実行し、半導体チップＣのボンディング作業を迅速かつ高品質に行うことができる。

場合によっては、上記のようにレーザヘッド３００を接触式で駆動することなく、非接触式で作動させることも可能である。すなわち、ヘッド搬送ユニット４００により、レーザヘッド３００の半導体チップＣへの接触に近い位置まで近接させた状態でレーザヘッド３００を作動させ、半導体チップＣをボンディングすることも可能である。このように、半導体チップＣをボンディングする際のレーザヘッド３００と半導体チップＣとの間の間隔は、０ｃｍより大きく３０ｃｍより小さいのがよい。すなわち、レーザヘッド３００と半導体チップＣとの間隔を０ｃｍより大きくして接触しないようにするが、３０ｃｍより小さくしてレーザヘッド３００から発生する赤外線レーザ光が分散しすぎないようにするのが良い。レーザヘッド３００と半導体チップＣとの間の間隔が狭い場合、各ＶＣＳＥＬ素子３２１に対応する位置での半導体チップＣの温度を個別に精度よく制御することが容易であるという利点がある。レーザヘッド３００と半導体チップＣとの間の間隔が徐々に広がるにつれて、半導体チップＣの温度を比較的均一に制御することができる。

この実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置３２１は、数ミリメートル未満の大きさのＶＣＳＥＬ素子３２１を用いるので、半導体チップＣの局所領域ごとに温度を異ならせる制御も可能である。例えば、半導体チップＣの半田バンプが配置された位置の周囲に対してのみ赤外線レーザ光が照射されるように、レーザヘッド３００を作動させてもよい。半導体チップＣの種類によっては複数の素子を組み合わせたパッケージ状の半導体チップＣも存在する。この種の半導体チップＣをボンディングする場合、制御部８００は、各素子の大きさ、厚さ及び種類に応じて当該素子の位置ごとに異なるエネルギー準位の赤外線レーザが照射されるように、レーザヘッド３００を作動させてもよい。このとき、制御部８００が個別温度の制御や赤外線レーザ光の出力の制御を容易にするために個々の素子の領域に対応するように異なる特性のＶＣＳＥＬアレイ３２０を構成し、同じＶＣＳＥＬアレイ３２０に属するＶＣＳＥＬ素子３２１が互いに同一の種類になるようレーザヘッド３００を構成してもよい。

また、前述のように、ＶＣＳＥＬ素子３２１又はＶＣＳＥＬアレイ３２０がそれぞれ着脱可能にヘッド本体３１０に設けられることから、ボンディングの対象となる半導体チップＣの種類によって毎回異なる組み合わせでレーザヘッド３００を構成して使用することもできる。すなわち、半導体チップＣの領域に応じて適切な温度及び強度で赤外線レーザ光を照射するために、別の種類のＶＣＳＥＬ素子３２１を組み合わせてレーザヘッド３００を構成してもよい。この場合、出力赤外線レーザ光の周波数特性が異なるか或いは赤外線レーザ光の放出特性が異なるＶＣＳＥＬ素子３２１を組み合わせてレーザヘッド３００を構成することになる。この方法による本発明のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置は、ボンディング対象の半導体チップＣの特性に合わせて構成されたレーザヘッド３００を用いてボンディング作業を行うことができるという利点がある。

以上、本発明の一実施形態について図１から図３を参照して説明したが、本発明の範囲は前述した形態に限定されるものではない。

例えば、先ほど基板搬送ユニット１００を水平方向に搬送する構造の基板搬送ユニット２００を例に挙げて説明したが、コンベアベルト形態で基板Ｓを搬送する形態のヘッド搬送ユニットを使用してもよい。この場合には、ヘッド搬送ユニットを昇降だけでなく、水平方向の搬送も可能となるように構成し、基板Ｓに対するレーザヘッドの位置を調整することができる。

基板搬送ユニット及びヘッド搬送ユニットのいずれか一方のみを備える、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置を構成することもできる。

また、レーザヘッド３００を構成するＶＣＳＥＬ素子３２１及びＶＣＳＥＬアレイの組み合わせでは、互いに異なるＶＣＳＥＬ素子を使用してもよいし、すべて同じ仕様のＶＣＳＥＬ素子３２１を使用してもよい。

また、ＶＣＳＥＬ素子３２１又はＶＣＳＥＬアレイ３２０は、ヘッド本体３１０に着脱可能に設けられると説明しているが、場合によっては、ＶＣＳＥＬ素子及びＶＣＳＥＬアレイがヘッド本体に結合固定される構造のレーザヘッドを構成してもよい。場合によってはヘッド本体を着脱可能に構成してもよい。

次に、図４及び図５に基づき、本発明の他の実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置について説明する。図４は、他の実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の正面図であり、図５は、図４に示すＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置の部分平面図である。

図４及び図５を参照すると、この実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置は、マスク部材５００、マスク搬送ユニット６００及び赤外線カメラ７００をさらに含むことを除いては、先ほど図１から図３を参照して説明した一実施形態によるＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置とほとんどの構成が同様である。以下、図１から図３の一実施形態と同一の構成要素には同一の符号を付する。

マスク部材５００は、レーザヘッド３００と基板据置きユニット１００との間に配置される。マスク部材５００は、透明材料からなる透過部５１０を備える。透過部５１０は、レーザヘッド３００から発生する赤外線レーザ光を透過して、下側の半導体チップＣに伝達する。

マスク搬送ユニット６００は、マスク部材５００を搬送する役割を果たす。

この実施形態において、マスク部材５００は、吸着孔５１１と真空流路５３０とをさらに含む。吸着孔５１１及び真空流路５３０は、マスク部材５００の透過部５１０に形成される。吸着孔５１１は、半導体チップＣの上面に対応する位置に形成される。この実施形態では、図５に示すように、各半導体チップＣに対応する透過部５１０の領域毎に、透過部５２０の内部が空洞のキャビティ５２０が形成され、各キャビティ５２０毎にそれぞれ４つの吸着孔５１１が形成される。真空流路５３０はキャビティ５２０につながる。真空流路５３０には真空ポンプがつながる。真空ポンプを作動させて真空流路５３０を通して空気を吸い込むと、吸着孔５１１を通して負圧が伝わり、半導体チップＣの上面は透過部５１０の下面に吸着される。このように半導体チップＣが吸着孔５１１によって透過部５１０に吸着されると、赤外線レーザ光によって半導体チップＣが加熱されている間も、半導体チップＣは曲げられず平面状態を維持できるという利点がある。このような構成により、フリップチップ型の半導体チップＣの基板Ｓへのボンディング工程の品質を向上させることができる

前述のように、マスク搬送ユニット６００はマスク部材５００を搬送する。制御部８００はマスク部材５００を作動させる。基板搬送ユニット２００により基板Ｓを搬送する間、又は基板Ｓの位置を整列させる間には、マスク搬送ユニット６００は、マスク部材５００を上昇させて半導体チップＣとの接触を防止する。基板搬送ユニット２００により基板Ｓが整列されると、マスク搬送ユニット６００は、マスク部材５００を下降させて半導体チップＣに接触させる。この状態で、制御部８００は、真空ポンプを作動させ、半導体チップＣをマスク部材５００の透過部５１０に吸着させた後、レーザヘッド３００を作動させ、半導体チップＣを基板Ｓに順次ボンディングする。

一方、赤外線カメラ７００は、レーザヘッド３００によって赤外線レーザ光が照射された半導体チップＣを撮影して半導体チップＣの温度を測定する。制御部８００は、赤外線カメラ７００により測定された温度のフィードバックを受け、レーザヘッド３００の作動を制御することができる。

レーザヘッド３００とマスク部材５００との間にある程度間隔が空いている状態でレーザヘッド３００が赤外レーザを発生させる場合、赤外線カメラ７００は、半導体チップＣの温度をリアルタイムで測定することができる。

レーザヘッド３００がマスク部材５００に接触して又は非常に近接して赤外レーザを発生させる場合には、レーザヘッド３００による作業後にレーザヘッド３００を上昇させた状態で赤外線カメラ７００が半導体チップＣを撮影する。

この実施形態において、透過部５１０はＢａＦ_２から形成される。可視光線と短波長領域の赤外線だけを透過させるクォーツ（Ｑｕａｒｔｚ）とは異なり、長波長領域の赤外線を透過させる透明な材料からなる。クォーツは波長０．１８μｍ～３．５μｍの光を透過させる一方、ＢａＦ_２は波長０．１５μｍ～１２μｍの光を透過させる。半導体チップＣの温度は、赤外線レーザ光が照射されて半導体チップＣの半田バンプが溶融する過程で上昇する。一般に、半導体チップＣの温度は５０℃～５００℃の間で変化する。ウィーンの変位法則によれば、５０℃～５００℃の間で変化する半導体チップＣから放射される赤外線の波長は約３μｍ～９μｍである。前述のとおり、この実施形態のマスク部材５００の透過部５１０はＢａＦ_２からなるので、波長０．１５μｍ～１２μｍの光を透過させる。すなわち、透過部５１０は、レーザヘッド３００から発生するレーザ光を全て透過させるのみならず、３μｍ～９μｍの波長を有する全ての赤外線を透過させる。このため、透過部５１０の下側に配置された半導体チップＣに赤外線レーザ光を照射して加熱すると同時に赤外線カメラ７００が透過部５１０を通じて半導体チップＣを撮影できる。すなわち、赤外線カメラ７００は、５０℃～５００℃の間で変化する半導体チップＣの温度を、透過部５１０を通じて正確に測定できる。多くの場合、実際の半導体チップＣが加熱される温度は２００℃～４００℃の間であるため、レーザ光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５１０を使用し、赤外線レーザ５１０により半導体チップＣを加熱しつつ半導体チップＣの温度を確認できる。

この場合、２００℃～４００℃に該当する赤外線の波長は、約４μｍ～６μｍである。前述したように、ＢａＦ_２は赤外線レーザ光とともに、このような波長帯域の赤外線も透過させるので、透過部５１０の材料としても使用可能である。透過部５１０の材料は、ＢａＦ_２に限らず、他の透明な材料で透過部５１０を構成してもよい。上述のように、レーザ赤外線レーザ光を照射する過程で半導体チップＣの温度は、５０℃～５００℃の間で変わる。この際、半導体チップＣに照射される赤外線の波長は約３～９μｍである。したがって、波長３μｍ～９μｍ以下の赤外線を透過させる様々な材料で透過部５１０を形成できる。例えば、ＺｎＳｅなどの材料で透過部５１０を形成してもよい。ＺｎＳｅは波長０．６μｍ～１６μｍの赤外線を透過させる。透過部５１０を、波長２μｍ～１６μｍの赤外線を透過させるＧｅなどの材料で形成してもよい。場合によっては、波長４μｍ～６．５μｍの赤外線を透過させる透過部５１０を用いてマスク部材を構成してもよい。このような材料としては、ＣａＦ_２やＭｇＦ_２などが挙げられる。

以上、本発明について好適な実施形態を挙げて説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではない。

例えば、先ほど赤外線カメラ７００を備えた、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置を例に挙げて説明したが、赤外線カメラを備えない、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置を構成してもよい。

また、マスク部材５００の透過部の材料も、ＢａＦ_２、ＺｎＳｅ、ＣａＦ_２、ＭｇＦ_２等の材料に限らず、クォーツを含む他の様々な材料で透過部を構成してもよい。

さらに、先ほど吸着孔５１１及び真空流路５３０を有するマスク部材５００を例に挙げて説明したが、このような構成を備えないマスク部材を使用する、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置を構成してもよい。この場合、マスク搬送ユニット又はマスク部材自体の重量を用いて半導体チップを加圧するように、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置を構成してもよい。

さらにまた、先ほどマスク部材５００を搬送するマスク搬送ユニット６００を備えた、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置を例に挙げて説明したが、マスク搬送ユニットを備えない、ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置を構成してもよい。

Ｓ 基板
Ｃ 半導体チップ
１００ 基板据置きユニット
２００ 基板搬送ユニット
３００ レーザヘッド
３１０ ヘッド本体
３２０ ＶＣＳＥＬアレイ
３２１ ＶＣＳＥＬ素子
４００ ヘッド搬送ユニット
５００ マスク部材
５１０ 透過部
５２０ キャビティ
５１１ 吸着孔
５３０ 真空流路
６００ マスク搬送ユニット
７００ 赤外線カメラ
８００ 制御部

Claims (17)

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が据え置かれる基板据置きユニット；
   前記基板据置きユニットに据え置かれた基板上の前記半導体チップに赤外線レーザ光を照射して、前記基板に前記半導体チップをボンディングできるように赤外線レーザを発光する複数の垂直共振器型面発光レーザ（ＶＣＳＥＬ：Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ｃａｖｉｔｙ Ｓｕｒｆａｃｅ Ｅｍｉｔｔｉｎｇ Ｌａｓｅｒ）素子を備える複数のＶＣＳＥＬアレイと、前記複数のＶＣＳＥＬアレイが設けられるヘッド本体と、を備えるレーザヘッド；
   前記レーザヘッドを搬送するヘッド搬送ユニット；及び
   前記レーザヘッドとヘッド搬送ユニットの作動を制御する制御部；
   を含み、
   前記レーザヘッドの前記複数のＶＣＳＥＬアレイと複数のＶＣＳＥＬ素子のうちの少なくとも一部は、それぞれ前記ヘッド本体に着脱可能に設けられる、
   ＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
2. 前記レーザヘッドの複数のＶＣＳＥＬ素子のうちの一部は、それぞれ出力と放出レーザの周波数のうちの少なくとも一つが互いに異なる、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
3. 前記レーザヘッドでは、前記複数のＶＣＳＥＬ素子のうちの一部領域のＶＣＳＥＬ素子は、出力と放出レーザの周波数のうちの少なくとも一つが、他の領域のＶＣＳＥＬ素子とは互いに異なる、請求項２に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
4. 前記制御部は、前記複数のＶＣＳＥＬアレイがそれぞれ個別に作動するように制御し、前記ＶＣＳＥＬ素子のうち同一のＶＣＳＥＬアレイに属するＶＣＳＥＬ素子が同様に作動するように制御する、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
5. 前記制御部は、前記複数のＶＣＳＥＬ素子がそれぞれ個別に作動するように制御する、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
6. 前記制御部は、前記ヘッド搬送ユニットによって前記レーザヘッドが前記複数の半導体チップのうちのいずれか一つに直接的に接触した状態で、前記複数のＶＣＳＥＬ素子を点灯してその半導体チップを前記基板にボンディングする、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
7. 前記制御部は、前記ヘッド搬送ユニットによって前記レーザヘッドを、前記複数の半導体チップのうちのいずれか一つに対して０ｃｍより高く３０ｃｍより低い高さに配置した状態で、前記複数のＶＣＳＥＬ素子を点灯してその半導体チップを前記基板にボンディングする、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
8. 前記複数のＶＣＳＥＬ素子から発生する赤外線レーザ光は、前記半導体チップに直接照射される、請求項７に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
9. 前記制御部は、前記レーザヘッドの複数のＶＣＳＥＬ素子の出力を経時的に変化させることにより、前記半導体チップのうちのいずれか一つを前記基板にボンディングする、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
10. 前記基板据置きユニットを前記レーザヘッドに対して搬送する基板搬送ユニットをさらに含み、
    前記制御部は、前記基板搬送ユニットの作動を制御する、請求項９に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
11. 赤外線レーザ光を透過させる透過部を備え、前記基板上に配置された複数の半導体チップの上面に接触できるように、前記基板据置きユニットの上側に配置されるマスク部材をさらに含む、請求項１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
12. 前記マスク部材を搬送するマスク搬送ユニットをさらに含む、請求項１１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
13. 前記マスク部材は、前記半導体チップを吸着できるように前記透過部の下面に形成される吸着孔と、前記吸着孔を通して負圧を伝達できるようにするために前記吸着孔とつながるように前記透過部に形成される真空流路と、をさらに含む、請求項１１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
14. 前記マスク部材の透過部は、前記レーザヘッドから照射される赤外線レーザを透過させ、波長３μｍ以上９μｍ以下の領域帯を含む赤外線を透過させる材料からなり、
    前記レーザヘッドによって赤外線レーザ光が照射された前記半導体チップを撮影する赤外線カメラをさらに含む、請求項１１に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
15. 前記マスク部材の透過部は、
    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１４に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
16. 前記マスク部材の透過部は、
    前記レーザヘッドから照射される赤外線レーザを透過させ、ＢａＦ_２及びＺｎＳｅのいずれか一方からなる、請求項１４に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。
17. 前記赤外線カメラは、前記レーザヘッドにより前記半導体チップに赤外線レーザ光が照射される際に前記半導体チップを撮影し、
    前記制御部は、前記赤外線カメラにより測定された値のフィードバックを受け、前記レーザヘッドの複数のＶＣＳＥＬ素子の作動を制御する、請求項１４に記載のＶＣＳＥＬ素子を用いたフリップチップボンディング装置。

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