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JP2014103378A - 半導体装置の製造方法、半導体装置、及び圧着装置 - Google Patents

半導体装置の製造方法、半導体装置、及び圧着装置 Download PDF

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晋 川上
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征宏 有福
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Abstract

【課題】簡単な手法で光硬化性の接着層を十分に硬化させることができ、半導体素子と基板との良好な接続性が得られる半導体装置の製造方法、これを用いた半導体装置、及び圧着装置を提供する。
【解決手段】この半導体装置の製造方法では、接着層１２よりもステージ２側に配置された光反射層１６によって光照射装置４からの光を接着層１２の底面側から照射することが可能となる。したがって、接着層１２の周囲のみから光照射を行う場合に比べて、十分な量の光を接着層１２に照射することができ、半導体素子１１と光透過性基板１３との良好な接続性が得られる。また、接着層１２よりもステージ２側に光反射層１６を設けるだけの簡単な構成で実現できるので、熱圧着装置１の改造コストが嵩んでしまうことも回避できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造方法、半導体装置、及び圧着装置に関する。
近年、半導体集積回路やディスプレイといった電子部品の小型化・薄型化・高精細化に伴い、電子部品と回路系とを高密度に接続するための接続材料として、異方導電性接着剤が着目されている。従来の異方導電性接着剤には、熱潜在性の重合開始剤と、エポキシ樹脂や（メタ）アクリルモノマとを用いた熱硬化系接着剤が多用されてきたが、接続時の熱による被接続体の劣化や変形が懸念となっていた。一方、光潜在性の重合開始剤を用いる場合には、加熱圧着時に光照射を行うことで比較的低温での接続が可能となっており、検討が進められている。
光潜在性の重合開始剤を含有する異方導電性接着剤を用いた半導体装置の製造方法では、例えば金属粒子やプラスチック粒子に金属メッキを施した導電粒子を分散させた光硬化系接着剤が異方導電性接着剤として用いられる。そして、この異方導電性接着剤を半導体素子と基板との間に挟み、加圧ヘッドで加圧しながら光照射が行われる（例えば特許文献１，２参照）。これにより、加圧された導電粒子が電気接続媒体となり、簡単な手法で多数の回路間の電気的な接続を同時に完了させることができる。また、接着剤の異方導電性により、接続回路間では低抵抗接続性が得られ、隣接回路間では高絶縁性が得られるようになっている。
実開平５−４１０９１号公報 特開昭６２−２８３５８１号公報
ところで、上述したような光潜在性の重合開始剤を含有する異方導電性接着剤を用いる場合、加圧ヘッドによる半導体素子と基板との加圧を行いつつ、半導体素子及び基板の周囲から光照射を行うことになる。しかしながら、周囲からの光照射のみでは接着層に対する光照射が不十分となり、接着層の硬化が不十分となる結果、半導体素子と基板との接続性が得られなくなるおそれがあった。
これに対し、上述した特許文献１，２の半導体素子の接続方法では、半導体素子及び基板を載置するステージの内部に光照射装置を配置し、基板の裏面側から接着層に対して光を照射する手法が記載されている。このような方法では、接着層に対する光照射量は十分に得られると考えられるが、ステージの構成が複雑化するため、圧着装置の改造コストが嵩んでしまうという問題があった。
本発明は、上記課題の解決のためになされたものであり、簡単な手法で光硬化性の接着層を十分に硬化させることができ、半導体素子と基板との良好な接続性が得られる半導体装置の製造方法、半導体装置、及び圧着装置を提供することを目的とする。
上記課題の解決のため、本発明に係る半導体装置の製造方法は、ステージに載置した光透過性基板に光硬化性の接着層を介して半導体素子を配置し、圧着ヘッドによる加圧及び光照射装置による光照射によって半導体素子を光透過性基板に接続する接続工程を備えた半導体装置の製造方法であって、接続工程において、接着層よりもステージ側に光反射層を設け、光照射装置からの光を光反射層で反射させて接着層に照射することによって接着層を硬化させることを特徴としている。
この半導体装置の製造方法では、接着層よりもステージ側に配置された光反射層によって光照射装置からの光を接着層の底面側から照射することが可能となる。したがって、接着層の周囲のみから光照射を行う場合に比べて、十分な量の光を接着層に照射することができ、半導体素子と光透過性基板との良好な接続性が得られる。また、本方法は、接着層よりもステージ側に光反射層を設けるだけの簡単な構成で実現できるので、圧着装置の改造コストが嵩んでしまうことも回避できる。
また、接着層とステージとの間に光反射層を設けることが好ましい。この場合、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性基板は、厚さ１ｍｍ以下のガラス基板であり、ガラス基板とステージとの間に光透過性部材を更に配置し、ガラス基板とステージとの間に光反射層を設けることが好ましい。この場合、ガラス基板が薄い場合であっても、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性部材において、ガラス基板側を向く面に光反射層を設けることが好ましい。このような構成においても、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性部材において、ステージ側を向く面に光反射層を設けることが好ましい。このような構成においても、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性部材の内部に光反射層を設けることが好ましい。このような構成においても、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性部材の内部において、ステージ側が凸となるように湾曲させた状態で光反射層を設けることが好ましい。この場合、光反射層での光の反射角を大きくすることが可能となり、光照射装置からの光を接着層に一層十分に照射することができる。
また、ステージの表面部を光透過性部材によって形成し、光透過性基板とステージの基部との間に光反射層を設けることが好ましい。この場合も、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光照射装置を光反射層に対して揺動させながら光照射を行うことが好ましい。こうすると、接着層に照射される光の均一化が図られる。
また、光照射装置をステージの表面よりも下方側に配置することが好ましい。圧着ヘッドの周囲は装置構成が複雑化し易い領域であるため、光照射装置をステージの表面よりも下方側に配置することで、圧着ヘッド周りの装置の配置自由度を確保できる。また、光照射装置の光軸は、ステージの上面に対して傾斜して配置されてもよい。また、半導体素子の端子と光透過性基板の配線とを電気的に接続してもよい。
また、本発明に係る半導体装置は、上記の半導体装置の製造方法を用いて製造されることを特徴としている。
この半導体装置では、半導体素子と光透過性基板とが十分な接続強度で接続される。したがって、長期間にわたって十分に接続抵抗が抑えられた半導体装置が得られる。
また、本発明に係る圧着装置は、光硬化性の接着層を介して半導体素子に接続される光透過性基板が載置されるステージと、ステージ上に載置される光透過性基板及び半導体素子を加圧する圧着ヘッドと、光透過性基板の載置領域の周囲に配置される光照射装置と、接着層よりもステージ側に設けられ、光照射装置からの光を接着層に向けて反射する光反射層と、を備えたことを特徴としている。
この圧着装置では、接着層よりもステージ側に配置された光反射層によって光照射装置からの光を接着層の底面側から照射することが可能となる。したがって、接着層の周囲のみから光照射を行う場合に比べて、十分な量の光を接着層に照射することができ、半導体素子と光透過性基板との良好な接続性が得られる。また、この圧着装置は、接着層よりもステージ側に光反射層を設けるだけの簡単な構成で実現できるので、装置の改造コストが嵩んでしまうことも回避できる。
また、接着層と前記ステージとの間に前記光反射層が設けられていることが好ましい。この場合、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性基板は、厚さ１ｍｍ以下のガラス基板であり、ガラス基板とステージとの間に光透過性部材が更に配置され、ガラス基板とステージとの間に光反射層が設けられていることが好ましい。この場合、ガラス基板が薄い場合であっても、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性部材において、ガラス基板側を向く面に光反射層が設けられていることが好ましい。このような構成においても、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性部材において、ステージ側を向く面に光反射層が設けられていることが好ましい。このような構成においても、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性部材の内部に光反射層が設けられていることが好ましい。このような構成においても、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光透過性部材の内部において、ステージ側が凸となるように湾曲させた状態で光反射層が設けられていることが好ましい。この場合、光反射層での光の反射角を大きくすることが可能となり、光照射装置からの光を接着層に一層十分に照射することができる。
また、ステージの表面部が光透過性部材によって形成され、光透過性基板とステージの基部との間に光反射層が設けられていることが好ましい。この場合も、光照射装置からの光を接着層に十分に照射することができる。
また、光照射装置が光反射層に対して揺動可能となっていることが好ましい。こうすると、接着層に照射される光の均一化が図られる。
また、光照射装置がステージの表面よりも下方側に配置されていることが好ましい。圧着ヘッドの周囲は装置構成が複雑化し易い領域であるため、光照射装置をステージの表面よりも下方側に配置することで、圧着ヘッド周りの装置の配置自由度を確保できる。また、光照射装置の光軸は、ステージの上面に対して傾斜して配置されてもよい。また、半導体素子の端子と光透過性基板の配線とを電気的に接続してもよい。
本発明によれば、簡単な手法で光硬化性の接着層を十分に硬化させることができ、半導体素子と基板との良好な接続性が得られる。
本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式図である。 光反射層の変形例を示す模式図である。 光反射層の別の変形例を示す模式図である。 光反射層の更に別の変形例を示す模式図である。 本発明の変形例に係る半導体装置の製造方法を示す模式図である。 本発明の別の変形例に係る半導体装置の製造方法を示す模式図である。 本発明の更に別の変形例に係る半導体装置の製造方法を示す模式図である。 実施例及び比較例に係る半導体装置の製造方法の条件を示す表である。 実施例及び比較例に係る半導体装置の製造方法の効果確認試験結果を示す表である。
以下、図面を参照しながら、本発明に係る半導体装置の製造方法、半導体装置、及び圧着装置の好適な実施形態について詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る半導体装置の製造方法を示す模式図である。図１に示すように、この半導体装置の製造方法は、ステージ２に載置した光透過性基板１３に光硬化性の接着層１２を介して半導体素子１１を配置し、熱圧着ヘッド（圧着ヘッド）３による加熱・加圧及び光照射装置４による光照射によって半導体素子１１を光透過性基板１３に接続する接続工程を備えている。かかる接続工程は、ステージ２、熱圧着ヘッド３、及び光照射装置４を含んで構成される熱圧着装置（圧着装置）１によって実現される。
半導体素子１１は、例えばＩＣチップ、ＬＳＩチップ、抵抗、コンデンサといった各種の素子である。半導体素子１１は、光透過性基板１３に対して接続可能なものであれば特に制限されるものではない。
光透過性基板１３は、例えば半導体素子１１のバンプ等の端子に電気的に接続される所定の配線を有する基板である。光透過性基板１３は、例えば厚さ１ｍｍ以下の薄型のガラス基板である。また、光透過性基板１３としては、ガラス基板のほか、ポリイミド基板、ポリエチレンテレフタラート基板、ポリカーボネート基板、ポリエチレンナフタレート基板、ガラス強化エポキシ基板、紙フェノール基板、セラミック基板、積層板などを用いることもできる。これらの中でも、紫外光に対する透過性に優れるガラス基板、ポリエチレンテレフタラート基板、ポリカーボネート基板、ポリエチレンナフタレート基板を用いることが好ましい。
なお、この半導体装置の製造方法で作製される半導体装置１４とは、半導体素子１１を光透過性基板１３に電気的に接続してなる装置であれば特に制限はなく、例えば液晶ディスプレイや有機ＥＬディスプレイのように、半導体素子１１が光透過性基板１３の端部のみに配置されるような装置も含む。
接着層１２は、例えば光潜在性の重合開始剤、及び重合性化合物を含有する光硬化系の接着材料によって形成される。このような接着材料としては、異方導電性フィルム（ＡＣＦ）、異方導電性ペースト（ＡＣＰ）、絶縁性フィルム（ＮＣＦ）、絶縁性ペースト（ＮＣＰ）などが挙げられる。さらに、熱潜在性の重合開始剤及び重合性化合物を上記光硬化系の接着材料に含有させることにより、光及び熱により硬化可能な接着材料としてもよい。
接着層１２の硬化にあたっては、光照射装置４からの光を導く光透過性部材１５が用いられる。光透過性部材１５は、例えば上記の光透過性基板１３と同様の材料からなる板状部材であり、ステージ２上に配置されている。光透過性部材１５の厚さは、光透過性基板１３の厚さに対して十分な厚さを有していることが好ましく、具体的には１ｍｍ〜１０ｍｍ程度となっている。また、光透過性部材１５の平面形状は、熱圧着時の半導体素子１１及び光透過性基板１３の姿勢の安定性を確保する観点から、光透過性基板１３の平面形状と同等とすることが好ましい。光透過性部材１５はステージ２に固定されていてもよいし、ステージ２に固定されずに載置されていてもよい。
この光透過性部材１５には、光照射装置４からの光を反射させる光反射層１６が形成されている。本実施形態の光反射層１６は、光透過性部材１５の底面、すなわち、ステージ２側を向く面の全面にわたって形成されている。光反射層１６は、例えば３６０ｎｍの波長の光に対する鏡面反射率が５０％以上であることが好ましい。このような光反射層１６を形成する材料としては、例えばアルミニウム、銅、ベリリウム、銀、金、チタン、鉄、又はこれらの一つを含む合金などが挙げられる。なお、上記鏡面反射率は、例えばＪＩＳ Ｚ８７４１−１９９７に記載される方針で測定可能である。
光反射層１６の反射率を高めるため、金属の表面に電解研磨や化学研磨によって光沢仕上げを施してもよい。また、これとは反対に、アルマイト処理などの処理によって金属の表面を粗化させてもよい。この場合、光反射層１６からの反射光には散乱成分が多く含まれることとなる。
光反射層１６としては、光を強め合う作用を奏する多層膜を用いてもよい。このような多層膜としては、例えばモリブデン層とシリコン層とを交互に積層したＭｏ／Ｓｉ多層膜、或いはモリブデン層とベリリウム層とを交互に積層したＭｏ／Ｂｅ多層膜などが挙げられる。
光照射装置４は、例えば紫外線等の活性光線を照射する装置であり、ステージ２における光透過性基板１３の載置領域に近接して配置されている。また、光照射装置４の光軸は、ステージ２の上面に対して所定の角度θを持つように配置されており、光照射装置４から出射した光は、光透過性部材１５の底面側の光反射層１６で反射した後、接着層１２に入射するようになっている。光照射装置４からの光の入射位置は、例えば光透過性基板１３の上面或いは側面であってもよく、接着層１２の側面であってもよい。
ステージ２に対する光照射装置４の光軸の角度θを固定する場合、接着層１２と光反射層１６との間の距離に応じて角度θを決定することが好ましい。例えば、距離が１ｍｍ以下である場合にはθを３５°以下とすることが好ましく、距離が３ｍｍ以下である場合にはθを５０°以下とすることが好ましい。また、距離が１０ｍｍ以下である場合にはθを８０°以下とすることが好ましい。なお、光照射装置４を揺動装置（不図示）によって支持し、光照射中に光軸とステージ上面との角度θを所定の周期で変動させるようにしてもよい。なお、本実施形態において、一つの光照射装置４を用いる形態を示したが、複数の光照射装置４を使用してもよい。
以上のような熱圧着装置１を用いた半導体装置の製造方法では、接着層１２よりもステージ２側に配置された光反射層１６によって光照射装置４からの光を接着層１２の底面側から照射することが可能となる。したがって、接着層１２の周囲のみから光照射を行う場合に比べて、十分な量の光を接着層１２に照射することができ、半導体素子１１と光透過性基板１３との良好な接続性が得られる。また、接着層１２よりもステージ２側に光反射層１６を設けるだけの簡単な構成で実現できるので、熱圧着装置１の改造コストが嵩んでしまうことも回避できる。
また、この半導体装置の製造方法では、厚さ１ｍｍ以下の光透過性基板１３の底面側に光透過性基板１３に対して十分に厚い光透過性部材１５を更に配置し、この光透過性部材１５の底面側に光反射層１６を設けている。したがって、光透過性基板１３が薄いガラス基板であっても、光透過性部材１５によって接着層１２に対する光の到達距離を確保でき、光照射装置４からの光を接着層１２の底面全体に十分に照射することができる。光照射装置４を光反射層１６に対して揺動させる場合、接着層１２に照射される光の均一化が図られ、半導体素子１１と光透過性基板１３との接続性が一層良好なものとなる。
また、この半導体装置の製造方法を用いて得られた半導体装置１４では、半導体素子１１と光透過性基板１３とが十分な接続強度で接続される。この結果、長期間にわたって十分に接続抵抗が抑えられた半導体装置１４を得ることが可能となる。
上述した実施形態では、光反射層１６を光透過性部材１５の底面側に形成したが、図２に示すように、光反射層１６を光透過性部材１５の上面側に形成してもよく、図３に示すように、光反射層１６を光透過性部材１５の内部に形成してもよい。また、図２のように光反射層１６を光透過性部材１５の上面側に形成する場合には、光透過性を有しない部材の上面側に光反射層１６を形成してもよい。
光反射層１６を光透過性部材１５の内部に形成する場合、図４に示すように、ステージ２側が凸となるように湾曲させた状態で光反射層１６を設けるようにしてもよい。この場合、光反射層１６での光の反射角を大きくすることが可能となり、光照射装置４からの光を接着層１２の底面全体に一層十分に照射できる。また、光反射層１６と光透過性部材１５とは、一体の部材であってもよいし、各々独立した部材であってもよい。
また、図５は、本発明の変形例に係る半導体装置の製造方法を示す模式図である。同図に示す半導体装置の製造方法は、光透過性部材１５を用いず、光透過性基板１３の底面側に光反射層１６を直接設けている点で上記実施形態と異なっている。この場合も、光反射層１６と光透過性基板１３は一体の部材であってもよいし、各々独立した部材であってもよい。
このような半導体装置の製造方法においても、接着層１２よりもステージ２側に配置された光反射層１６によって光照射装置４からの光を接着層１２の底面側から照射することが可能となる。したがって、接着層１２の周囲のみから光照射を行う場合に比べて、十分な量の光を接着層１２に照射することができ、半導体素子１１と光透過性基板１３との良好な接続性が得られる。また、接着層１２よりもステージ２側に光反射層１６を設けるだけの簡単な構成で実現できるので、熱圧着装置１の改造コストが嵩んでしまうことも回避できる。
また、図６は、本発明の別の変形例に係る半導体装置の製造方法を示す模式図である。同図に示す半導体装置の製造方法は、光透過性部材１５をステージ２に設けている点で上記実施形態と異なっている。
すなわち、この半導体装置の製造方法では、ステージ２の表面部２ａを光透過性部材１５によって形成し、表面部２ａの底面側に光反射層１６を設けることにより、光透過性基板１３とステージ２の基部２ｂとの間に光反射層を配置している。
このような半導体装置の製造方法においても、接着層１２よりもステージ２側に配置された光反射層１６によって光照射装置４からの光を接着層１２の底面側から照射することが可能となる。したがって、接着層１２の周囲のみから光照射を行う場合に比べて、十分な量の光を接着層１２に照射することができ、半導体素子１１と光透過性基板１３との良好な接続性が得られる。また、接着層１２よりもステージ２側に光反射層１６を設けるだけの簡単な構成で実現できるので、熱圧着装置１の改造コストが嵩んでしまうことも回避できる。
また、図７は、本発明の更に別の変形例に係る半導体装置の製造方法を示す模式図である。同図に示す半導体装置の製造方法は、光照射装置４からの光をステージ２の上方側からではなく、ステージ２の下方側からとしている点で上記実施形態と異なっている。この方法は、例えばアルミ系合金によって形成された電極パターンが光透過性基板１３の上面側に形成されている場合に好適である。
より具体的には、この半導体装置の製造方法では、ステージ２のサイズを光透過性基板１３に対して十分に小さくすると共に、ステージ２の上面に光反射層１６を設ける。また、ステージ２の上面よりも下方側において、ステージ２の両側にそれぞれ光照射装置４を配置する。
このような半導体装置の製造方法では、光透過性基板１３を通して光照射装置４からの光を接着層１２の底面側から照射することが可能となる。また、光透過性基板１３の上面側に形成された電極パターンや半導体素子裏面（接着層と接する側の面）によってステージ２側に反射した一部の光がステージ２の上面の光反射層１６によって反射し、接着層１２に対する光の到達距離を確保できる。したがって、接着層１２の周囲のみから光照射を行う場合に比べて、十分な量の光を接着層１２に照射することができ、半導体素子１１と光透過性基板１３との良好な接続性が得られる。また、接着層１２よりもステージ２側に光反射層１６を設けるだけの簡単な構成で実現できるので、熱圧着装置１の改造コストが嵩んでしまうことも回避できる。
さらに、この半導体装置の製造方法では、光照射装置４をステージ２の上面よりも下方側に配置している。熱圧着ヘッド３の周囲は装置構成が複雑化し易い領域であるため、光照射装置４をステージ２の上面よりも下方側に配置することで、熱圧着ヘッド３周りの装置の配置自由度を確保できる。
以下、本発明の実施例について説明する。
［異方導電性接着剤］
接着層として用いる異方導電性接着剤には、フェノキシ樹脂（東都化成製、商品名：ＰＫＨＣ、４０質量％トルエン溶液）、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂（東都化成製、商品名：ＹＤ−１２７）、光硬化剤（ＡＤＥＫＡ、品名：ＳＰ−１７０）、添加剤（東レダウコーニングシリコーン製、商品名：ＳＨ６０４０）及び導電粒子（積水化学製、商品名：ＡＵ−２０３Ａ）を用いた。そして、これらを質量比４０：５５：５：５：３０の割合で混合した後に、厚み４０μｍのＰＥＴ樹脂フィルムにナイフコーターを用いて塗布し、７０℃、５分の熱風乾燥によって厚みが２０μｍのフィルム状の接着層を得た。
［光反射層］
光反射層としては、以下の光反射層Ａ〜Ｃを作製した。光反射層Ａでは、４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み６ｍｍのアルミ平面ミラーＴＦＡ−４０Ｓ０６−１（シグマ光機株式会社製）のアルミ反射層側とは反対側の面に、接着剤ハイスーパー５（セメダイン株式会社製）を用いて４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み１ｍｍのコーニング製パイレックス（登録商標）ガラスを積層した。
光反射層Ｂでは、アルミ平面ミラーＴＦＡ−４０Ｓ０６−１のアルミ反射層側の面に、接着剤ハイスーパー５（セメダイン株式会社製）を用いて４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み１ｍｍのコーニング製パイレックス（登録商標）ガラスを積層した。
光反射層Ｃでは、アルミ平面ミラーＴＦＡ−４０Ｓ０６−１のアルミ反射層側の面に、接着剤ハイスーパー５（セメダイン株式会社製）を用いて４０ｍｍ×４０ｍｍ、厚み６ｍｍのコーニング製パイレックス（登録商標）ガラスを積層した。そして、各光反射層をフリップチップボンダＦＣＢ−３（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社製）のステージ上にそれぞれ配置した。
［光照射装置］
光照射装置としては、高圧水銀灯スポットキュアＳＰ−７（ウシオ電機株式会社製）を用いた。この装置をフリップチップボンダＦＣＢ−３（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社製）のステージ上に配置し、光ファイバによる光出射端の光軸が光反射層に対して所定の入射角θとなるように保持した。なお、光照射装置による露光量の測定点を、光透過性基板の底面における光照射装置側の辺の近傍に配置した。光照射装置の光出射端と測定点との距離は約４ｃｍとした。
［半導体素子の接続］
（実施例）
上記製法により得たフィルム状の接着層をガラス基板（コーニング＃１７３７、外形３８ｍｍ×２８ｍｍ、厚さ０．５ｍｍ、表面にＩＴＯ（酸化インジウム錫）配線パターン（パターン幅５０μｍ、ピッチ５０μｍ）を有するもの）に２ｍｍ×２０ｍｍの大きさでＰＥＴ樹脂フィルムから転写した。そして、このガラス基板をステージ上の光反射層の上に配置し、露光をしながらＩＣチップ（外形１．７ｍｍ×１７．２ｍｍ、厚さ０．５５ｍｍ、バンプの大きさ５０μｍ×５０μｍ、バンプのピッチ５０μｍ）をフリップチップボンダＦＣＢ−３（Ｐａｎａｓｏｎｉｃ社製）で加熱・加圧して実装した。接着層の底面から光反射層の上面までの距離は、光反射層Ａの場合では０．５ｍｍ、光反射層Ｂでは１．５ｍｍ、光反射層Ｃでは６．５ｍｍとなった。実施例１〜１２における光の入射角θ、光反射層の種類、接着層と光反射層との間の距離、露光量、接続温度、時間、及び圧力については、図８のとおりである。また、加熱圧着と露光とは同時に実施した。
（比較例）
比較例１では、実施例２と同様のガラス基板をステージ上の光反射層に配置し、接着層の露光を行わないこと以外は同様の条件で半導体素子とガラス基板との接続を実施した。また、比較例２では、パイレックス（登録商標）ガラスを積層したアルミ平面ミラーを介在させずに実施例２と同様のガラス基板をステージ上に配置し、それ以外は実施例２と同様の条件で半導体素子とガラス基板との接続を実施した。
［効果確認試験］
図８に示した条件で接続した実施例１〜１２及び比較例１，２の接続体から半導体素子を除去し、露出した接着層を収集した。そして、赤外線吸収スペクトルにより、接続前のエポキシ基のシグナル強度の面積と、接続後のエポキシ基のシグナル強度の面積との比に基づいて、接着層の硬化率を算出した。また、半導体素子とガラス基板との接続体について、接続直後のせん断接着強度をボンドテスタ（Ｄａｇｅ社製）を用いて測定した。さらに、半導体素子とガラス基板との接続体について、隣接回路間の抵抗値（全１４端子中の最大値）を測定した。この抵抗値の測定は、温度８５℃、湿度８５％、１００時間の耐湿試験後にも再度実施した。
図９は、その試験結果を示す表である。同表に示すように、比較例１では接着層の硬化が進行せず、比較例２では１５％程度の硬化であったのに対し、実施例１〜１２では比較例に比べて十分な接着層の硬化が見られた。光反射層Ａを用いた実施例１〜４では、光の入射角θを小さくすることで硬化率が高まる傾向にあったが、光反射層Ｂ，Ｃを用いた実施例５〜１２では、入射角θに対する依存性は殆ど見られず、実施例５を除いて９６％〜９８％の高い硬化率となった。
以上の結果から、光反射層によって接着層の硬化を促進することができることが確認できた。また、接着層と光反射層との距離を十分に設けることにより、接着層の硬化を更に確実なものにできることが確認できた。また、接着強度は、概ね接着層の硬化率に比例し、硬化率が９０％を超えている実施例４，６〜１２では、４０Ｎ／ｍ以上の高い接着強度を実現できた。
接続抵抗については、比較例１，２では、抵抗値が測定範囲を超えて高くなっており、半導体素子とガラス基板との間の電気的な接続がなされていなかった。これに対し、一部の実施例では、接続抵抗が大きくなっていたものの、硬化率が９０％を超えている実施例４，６〜１２では、耐湿試験の実施後も５Ω未満の低い接続抵抗を維持できることが確認できた。
１…熱圧着装置（圧着装置）、２…ステージ、２ａ…表面部、２ｂ…基部、３…熱圧着ヘッド（圧着ヘッド）、１１…半導体素子、１２…接着層、１３…光透過性基板、１４…半導体装置、１５…光透過性部材、１６…光反射層。

Claims (25)

  1. ステージに載置した光透過性基板に光硬化性の接着層を介して半導体素子を配置し、圧着ヘッドによる加圧及び光照射装置による光照射によって前記半導体素子を前記光透過性基板に接続する接続工程を備えた半導体装置の製造方法であって、
    前記接続工程において、前記接着層よりも前記ステージ側に光反射層を設け、前記光照射装置からの光を前記光反射層で反射させて前記接着層に照射することによって前記接着層を硬化させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  2. 前記接着層と前記ステージとの間に前記光反射層を設けることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  3. 前記光透過性基板は、厚さ１ｍｍ以下のガラス基板であり、
    前記ガラス基板と前記ステージとの間に光透過性部材を更に配置し、
    前記ガラス基板と前記ステージとの間に前記光反射層を設けることを特徴とする請求項１又は２記載の半導体装置の製造方法。
  4. 前記光透過性部材において、前記ガラス基板側を向く面に前記光反射層を設けることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
  5. 前記光透過性部材において、前記ステージ側を向く面に前記光反射層を設けることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
  6. 前記光透過性部材の内部に前記光反射層を設けることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
  7. 前記光透過性部材の内部において、前記ステージ側が凸となるように湾曲させた状態で前記光反射層を設けることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記ステージの表面部を光透過性部材によって形成し、
    前記光透過性基板と前記ステージの基部との間に前記光反射層を設けることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
  9. 前記光照射装置を前記光反射層に対して揺動させながら光照射を行うことを特徴とする請求項１〜８のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
  10. 前記光照射装置を前記ステージの表面よりも下方側に配置することを特徴とする請求項１〜９のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
  11. 前記光照射装置の光軸は、前記ステージの上面に対して傾斜して配置される、請求項１〜１０のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
  12. 前記半導体素子の端子と前記光透過性基板の配線とを電気的に接続する、請求項１〜１１のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法。
  13. 請求項１〜１２のいずれか一項記載の半導体装置の製造方法を用いて製造される半導体装置。
  14. 光硬化性の接着層を介して半導体素子に接続される光透過性基板が載置されるステージと、
    前記ステージ上に載置される前記光透過性基板及び前記半導体素子を加圧する圧着ヘッドと、
    前記光透過性基板の載置領域の周囲に配置される光照射装置と、
    前記接着層よりも前記ステージ側に設けられ、前記光照射装置からの光を前記接着層に向けて反射する光反射層と、を備えたことを特徴とする圧着装置。
  15. 前記接着層と前記ステージとの間に前記光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１４記載の圧着装置。
  16. 前記光透過性基板は、厚さ１ｍｍ以下のガラス基板であり、
    前記ガラス基板と前記ステージとの間に光透過性部材が更に配置され、
    前記ガラス基板と前記ステージとの間に前記光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１４又は１５記載の圧着装置。
  17. 前記光透過性部材において、前記ガラス基板側を向く面に前記光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１６記載の圧着装置。
  18. 前記光透過性部材において、前記ステージ側を向く面に前記光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１６記載の圧着装置。
  19. 前記光透過性部材の内部に前記光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１６記載の圧着装置。
  20. 前記光透過性部材の内部において、前記ステージ側が凸となるように湾曲させた状態で前記光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１９記載の圧着装置。
  21. 前記ステージの表面部が光透過性部材によって形成され、
    前記光透過性基板と前記ステージの基部との間に前記光反射層が設けられていることを特徴とする請求項１４記載の圧着装置。
  22. 前記光照射装置が前記光反射層に対して揺動可能となっていることを特徴とする請求項１４〜２１のいずれか一項記載の圧着装置。
  23. 前記光照射装置が前記ステージの表面よりも下方側に配置されていることを特徴とする請求項１４〜２２のいずれか一項記載の圧着装置。
  24. 前記光照射装置の光軸は、前記ステージの上面に対して傾斜して配置される、請求項１４〜２３のいずれか一項記載の圧着装置。
  25. 前記半導体素子の端子と前記光透過性基板の配線とを電気的に接続する、請求項１４〜２４のいずれか一項記載の圧着装置。
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