專利名稱：用于倒裝芯片接合的方法和裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般地涉及倒裝芯片接合(flip-chip bonding)方法和采用該方法的用于倒裝芯片接合的裝置，更具體而言，涉及通過調(diào)整激光束的直徑和輻照方向來對各種大小的半導體芯片進行倒裝芯片接合的方法和裝置。
背景技術：
隨著電子產(chǎn)品被制造成具有更小的尺寸和更多的功能，半導體芯片的集成密度和性能已經(jīng)增大了。為了保護高度集成的高性能半導體芯片免受諸如灰塵、潮濕以及電氣或機械負載等各種有害外部環(huán)境的侵害，對于輕薄緊湊多插針型的半導體封裝的需求增大了。
由于難以利用傳統(tǒng)金屬線接合(wire bonding)來提供緊湊且多插針的半導體封裝，已經(jīng)提出了各種新的接合技術來針對解決此局限性。凸點接合(bump bonding)，也稱為“倒裝芯片接合”是新接合技術之一，其包括以下步驟將凸點(例如焊料凸點或金凸點)放置在作為半導體芯片的輸入/輸出端的焊盤上；倒轉(zhuǎn)半導體芯片使得凸點朝下；并且將半導體芯片直接附著到承載襯底或電路帶上的電路樣式上。
傳統(tǒng)倒裝芯片接合技術主要分為兩類熱壓縮接合和激光接合。正如日本早期公開專利公布No.2002-141376中所公開的，由于傳熱部分的高熱損耗，熱壓縮接合要求對半導體芯片長時期加熱，這導致了產(chǎn)量的降低。由于要達到凸點的接合溫度需要較長的時間，因此這種方法不能被應用到對高溫敏感的材料。熱壓縮接合的另一個缺陷是半導體芯片和襯底之間的熱膨脹系統(tǒng)的差異可能導致半導體芯片和襯底之間的被接合部分處未對準。另一個缺陷是由于冷卻之后半導體芯片和襯底的收縮，因此在被接合的部分中可能發(fā)生諸如斷裂這樣的損害。
激光接合涉及將半導體芯片上的凸點移動到被接合位置，以面對襯底上的指定凸點，并且在按壓半導體芯片的同時利用激光施加熱量。使用激光可以產(chǎn)生高產(chǎn)量和低熱膨脹系數(shù)。
圖1是美國專利No.5,500,502中公開的用于通過利用激光束將引線端子接合到半導體芯片的凸點的傳統(tǒng)接合裝置10的框圖。參見圖1，具有凸點2A的半導體芯片1A擱在支撐基底1上，具有多個引線端子9的引線框架被放置于半導體芯片1A上。從激光輻照裝置3發(fā)射出的激光束11經(jīng)過光閘25，被分色鏡5反射，被聚光透鏡7聚焦，以輻照和加熱引線端子9和半導體芯片1A，以便引線端子9和半導體芯片1A被接合在一起。
在引線端子9和半導體芯片1A被加熱的同時，溫度傳感器13接收由引線端子9發(fā)射的紅外光線，以生成電信號。由溫度信號13生成的電信號首先被放大器15放大，然后被提供到濾波器電路17，從而消除高頻成分。然后濾波器電路17的輸出信號被模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換器19轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號，并被輸入到計算機21。計算機基于從A/D轉(zhuǎn)換器19提供來的信號，確定引線端子9和凸點2A之間的接觸狀態(tài)，確定結(jié)果被顯示在顯示單元23上。計算機還確定在其間形成的接合的狀態(tài)，并且根據(jù)確定結(jié)果光閘25被打開或關閉。
傳統(tǒng)的使用激光的接合只允許了在激光束被聚光透鏡7聚焦到的區(qū)域內(nèi)進行接合。另一個缺陷是當激光束被輻照到表面上時，它具有高斯型強度輪廓。從而，當接合期間激光束被輻照在中央部分處時，外圍部分處的光強度不足。當增大激光束的強度以充分輻照外圍部分時，在中央部分處光強度變得極高。在此情況下，通過聚光透鏡7輻照在受限區(qū)域上的激光束的能量在中央和外圍部分處具有非均勻分布。
高斯型強度輪廓使得難以均勻地輻照半導體芯片9。半導體芯片9上的所有凸點2A不是都能被均勻加熱，從而導致半導體芯片9上的非均勻能量分布。此非均勻能量分布導致由于半導體芯片9的熱形變引起的變形，由于某些凸點2A的不充分加熱引起的接合強度降低，以及加熱時間的增加。從而，需要解決這些問題。尤其地，當安裝在襯度上的半導體芯片的大小不同時，這些問題變得更嚴重。
在解決上述缺陷并在半導體芯片1A的整個區(qū)域上執(zhí)行接合的一個嘗試中，支撐基底1必須被精確移動，以利用激光束輻照凸點2A所在的位置。但是，為了利用聚焦的激光束輻照所有位置，支撐基底1所必須移動的距離隨著半導體芯片1A的大小的增大而增大。從而，可以意識到，當半導體芯片1A大小較大時，難以精確地移動支撐基底1，并且支撐基底1還會變得體積較大。
考慮到前述內(nèi)容，改進后的利用激光來進行倒裝芯片接合的方法和系統(tǒng)將會是受歡迎的。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供了使用激光的倒裝芯片接合方法和裝置，其提供了高產(chǎn)量和高焊料接合可靠性。
本發(fā)明提供了利用激光光束均勻輻照半導體芯片的倒裝芯片接合方法和裝置。
本發(fā)明的還提供了以下倒裝芯片接合方法和裝置，這種方法和裝置被設計為消除了為在半導體芯片的整個區(qū)域上執(zhí)行接合而移動接合臺的需要。
根據(jù)本發(fā)明的一個方面，提供了一種倒裝芯片接合器，包括接合臺，襯底擱在其上；接合頭，用于拾取半導體芯片并將半導體芯片附著到襯底上；以及半導體芯片加熱單元，用于將半導體芯片加熱到接合溫度。半導體芯片加熱單元包括激光光源，用于發(fā)射激光束；以及透鏡組件，其折射激光束，以便激光束的中央位置在半導體芯片的頂面上變化。
透鏡組件還可包括至少一個掃描鏡，所述掃描鏡被放置在激光光源和半導體芯片之間的光徑中，以用于將激光束折射到半導體芯片的頂面。
另外，透鏡組件可包括聚焦透鏡，其被放置在激光光源和掃描鏡之間的光徑中，以用于調(diào)整被輻照在將要接合到襯底上的半導體芯片的頂面的激光束的直徑。透鏡組件還可包括線速度調(diào)整透鏡，其被放置在掃描鏡和半導體芯片之間的光徑中，以用于折射激光束，以便以恒定速度輻照半導體芯片的頂面。線速度調(diào)整透鏡可被放置在接合頭內(nèi)。
倒裝芯片接合器還可包括掃描鏡驅(qū)動器，其控制掃描透鏡的操作；以及激光驅(qū)動器，其控制激光光源。倒裝芯片接合器還可包括光纖，其形成激光束的從激光光源到透鏡組件的光徑。
在另一個實施例中，半導體芯片加熱單元包括激光光源；第一掃描鏡；以及與第一掃描鏡進行光學通信的第二掃描鏡。第一掃描鏡繞第一軸旋轉(zhuǎn)，以便由激光光源發(fā)射的激光束被折射，以在半導體芯片的表面上沿第一方向連續(xù)移動。第二掃描鏡繞第二軸旋轉(zhuǎn)，所述第二軸與所述第一軸的朝向不同，以便激光束被折射，以在半導體芯片的表面上沿第二方向連續(xù)移動。從而，第一和第二掃描鏡合作以致使中央激光束輻照位置在半導體芯片的頂面上沿兩個方向連續(xù)移動。第一軸可以與第二軸垂直。
根據(jù)本發(fā)明的另一個方面，提供了一種倒裝芯片接合方法，其包括以下步驟將半導體芯片對準在襯底上；通過激光光源生成激光束；利用激光束輻照半導體芯片的頂面，以便被輻照的激光束的中央位置在半導體芯片的頂面上連續(xù)移動；以及加熱半導體芯片的要與襯底接合的部分并且將半導體芯片接合到襯底。
在用激光束輻照半導體芯片的頂面的步驟中，至少一個掃描鏡被放置在激光光源和半導體芯片之間的光徑中，以用于在半導體芯片的表面上以線性方式連續(xù)移動激光束。激光束可被放置在激光光源和半導體芯片之間的光徑中的兩個掃描鏡折射。
在用激光束輻照半導體芯片的頂面的步驟中，穿過掃描鏡的激光束可被折射，以便以恒定速度輻照半導體芯片的頂面。在此步驟中，掃描透鏡和激光光源可被獨立驅(qū)動或一起驅(qū)動。在同一步驟中，激光束的直徑可根據(jù)半導體芯片的大小被調(diào)整。
或者，倒裝芯片接合方法還可包括以下步驟將半導體芯片對準在襯底上；通過激光光源生成激光束；根據(jù)半導體芯片的大小調(diào)整激光束的直徑；利用至少一個掃描鏡來連續(xù)移動激光束被折射的方向；折射穿過掃描鏡的激光束，以利用在頂面上以恒定線速度移動的激光束來輻照半導體芯片的頂面；利用激光束均勻輻照半導體芯片的頂面；以及加熱半導體芯片的要與襯底接合的部分并且將半導體芯片與襯底接合。
通過參考附圖詳細描述本發(fā)明的典型實施例，本發(fā)明的以上和其他特征和優(yōu)點將會變得更明顯，附圖中圖1是美國專利No.5,500,502中公開的用于通過利用激光束將引線端子接合到半導體芯片的凸點的傳統(tǒng)接合裝置的框圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的倒裝芯片接合器的框圖；圖3示出隨著圖2的倒裝芯片接合器中的掃描鏡的旋轉(zhuǎn)而變化的中央激光束輻照位置；圖4示出當中央激光束輻照位置按圖3所示的方式發(fā)生變化時半導體芯片的頂面上的激光束強度的變化；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的倒裝芯片接合器的框圖；圖6是圖5中所示的半導體芯片加熱單元的透視圖；圖7示出隨著圖5的倒裝芯片接合器中的第一和第二掃描鏡的旋轉(zhuǎn)而變化的中央激光束輻照位置；圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的一個方面的倒裝芯片接合方法的流程圖；
圖9是示出圖8中所示的步驟S30的流程圖；圖10A-10C示出圖8的倒裝芯片接合方法的步驟。
具體實施例方式
參見圖2，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的倒裝芯片接合器100包括接合臺140(例如平臺)、接合頭130和半導體芯片加熱單元150。由輸送器(未示出)傳送的襯底120順序地擱在接合臺140上。雖然在圖2中未示出，但是形成了多個彼此平行的吸引(例如真空)流動通道，以穿透到接合臺140的頂面中。通過吸引流動通道生成吸力，以使得襯底120能夠可靠地固定到接合臺140上。接合臺140可包括加熱器(未示出)，該加熱器將襯底120預加熱到預定溫度，以減少接合時間。
接合頭130在接合臺140上沿垂直方向移動，以便倒轉(zhuǎn)過來的半導體芯片110被按壓在位于接合臺140上的襯底120上。拾取(例如真空)流動通道132被形成在接合頭130內(nèi)，以便通過提供負向空氣壓力來拾取半導體芯片110。此外，接合頭130通過在流動通道132內(nèi)去除負向空氣壓力或者提供正向空氣壓力，來將半導體芯片110按壓到襯底120上。
導電凸點115被形成在半導體芯片110的電極的底面上，并且被焊接在半導體芯片110的電極和襯底120上的端子之間，以便半導體芯片110的電極被接合到襯底120上的端子。
半導體芯片加熱單元150包括激光光源152和透鏡組件153，該透鏡組件153利用由激光光源152發(fā)射的激光束L來輻照半導體芯片110。
透鏡組件153將激光束L折射到半導體芯片的頂面，以便中央激光束輻照位置在半導體芯片110的頂面上連續(xù)移動，從而導致激光束L被均勻地輻照到半導體芯片110的頂面上。即，中央激光束輻照位置并不是像圖1的傳統(tǒng)接合裝置所示的那樣固定在半導體芯片110的頂面的一個位置上的，相反，激光束L是在半導體芯片110的表面上移動的。通過在半導體芯片110的頂面上移動激光束L，被用激光束輻照的區(qū)域中的光能量被均勻分布。從而，由于在半導體芯片110的頂面的一部分中，光強度既不是不充分，也不是極高，所以半導體芯片110可被均勻地附著到襯底120上。
透鏡組件153包括至少一個掃描鏡155。掃描鏡155被放置在激光光源152和半導體芯片110之間的光徑中，以用于激光束L在半導體芯片110的頂面上線性地掃描或者移動，如圖3所示。
參見圖3，當掃描鏡155位于第一位置155_1處時，中央激光束輻照位置位于半導體芯片110的一端A_1處。隨著掃描鏡155旋轉(zhuǎn)過預定角度，中央激光束輻照位置沿著半導體芯片110的頂面移動。當掃描鏡155旋轉(zhuǎn)到第二位置155_2時，中央輻照位置位于另一端A_2處。從而，隨著掃描鏡155旋轉(zhuǎn)過預定角度，中央輻照位置在芯片110的表面上從一端A_1到另一端A_2線性移動，從而輻照整個頂面。
在此情況下，當掃描鏡155以預定速度旋轉(zhuǎn)時，并且更優(yōu)選地以恒定速度旋轉(zhuǎn)時，半導體芯片110的頂面上的每個位置被以激光束L輻照相同的時間段，如圖4所示。從而，雖然在激光束L的中心位置處的束強度可能高于束的外圍區(qū)域處的束強度，但是通過移動激光束L，從而使得在半導體芯片110的頂表面上光強度分布是均勻的。這使得能夠通過以掃描鏡155掃描激光束L而不是通過移動半導體芯片110來加熱半導體芯片110的接合到襯底120的部分。
轉(zhuǎn)到圖2，聚焦透鏡154被放置在激光光源152和掃描鏡155之間的光徑中，以用于調(diào)整半導體芯片110要接合到襯底120的位置(以下稱為“被接合位置”)處的激光束L的直徑。聚焦透鏡154可以是被配置為在一個方向上調(diào)整入射激光束L的直徑的柱面透鏡。從而，即使當半導體芯片110的大小發(fā)生變化時，聚焦透鏡154也調(diào)整激光束L的直徑(例如等于半導體芯片110的頂面)，并且掃描鏡155折射激光束L，以在縱向上沿著半導體芯片110的表面移動，從而允許了激光束L的有效掃描。
另外，當半導體芯片110的大小發(fā)生變化時，由半導體芯片110和襯底120之間的位置對準引起的偏移值被補償。即，由于正如現(xiàn)有技術中那樣，接合臺140的行程(stroke)不需要被改變，因此可以精確控制接合臺140的移動。
線速度調(diào)整透鏡156被放置在掃描鏡155和半導體芯片110之間的光徑中，以用于以以下方式折射激光束L以預定的線速度輻照半導體芯片110的頂面，更優(yōu)選地以恒定線速度輻照半導體芯片110的頂面。
即，由于激光束L經(jīng)由掃描鏡155被掃描時的角移動，激光束L可被投射到半導體芯片110的表面上，并且以非均勻的線速度在半導體芯片110的表面上移動。由于被掃描在半導體芯片110上的光的量與線速度正比例，所以當激光束L以相等的角速度被輻照在半導體芯片110的表面上時，激光束L的線速度發(fā)生變化，以使得在半導體芯片110的表面上被掃描的光的量發(fā)生變化。為了防止這一點，線速度調(diào)整透鏡156被放置在掃描鏡155和芯片110之間，以通過使激光束L的線速度在半導體芯片110的表面上均勻來控制光的非均勻性。如圖所示，線速度調(diào)整透鏡156可被放置在接合頭130內(nèi)，但是也可以按其他方式來放置。
半導體芯片110還可包括光纖157，該光纖157例如將來自激光光源152的激光束L遞送到透鏡組件153。倒裝芯片接合器100還包括用于驅(qū)動掃描鏡155的掃描鏡驅(qū)動器165和用于驅(qū)動激光光源152的激光驅(qū)動器162。更具體而言，掃描鏡驅(qū)動器165驅(qū)動掃描鏡155，以使得被輻照在半導體芯片110上的激光束L根據(jù)半導體芯片110的大小而進行掃描。當激光束L被輻照時，在某個時間段中，激光驅(qū)動器162以預定功率驅(qū)動激光光源152。掃描鏡驅(qū)動器165和激光驅(qū)動器162的操作可被單個驅(qū)動控制器160所控制，但是也可提供更多的控制器。
激光束L可以是波長足以穿過半導體芯片110的紅外光。激光光源152可以是基于硅的激光二極管，其發(fā)射波長約為1,064nm的近紅光，以便穿過半導體芯片110。即，激光束L被輻照在半導體芯片110的與形成導電凸點115的表面相反的表面上，并且穿過半導體芯片110，以便激光能量加熱導電凸點115。另外，當接合形成在半導體芯片110和襯底120上的接觸焊盤上的導電凸點115時，根據(jù)本發(fā)明的使用激光的倒裝芯片接合方法使用激光束L來加熱半導體芯片110和導電凸點115。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的倒裝芯片接合器200的框圖，圖6是圖5中所示的半導體芯片加熱單元的透視圖。參見圖5和6，倒裝芯片接合器200包括接合臺140、接合頭130和半導體芯片加熱單元250。半導體芯片加熱單元250包括激光光源152以及第一和第二掃描鏡255a和255b。
由于接合臺140和激光光源152與其在圖2的倒裝芯片接合器100中的對應物有相同的結(jié)構(gòu)和功能，為了簡明起見，將不會給出對其的詳細說明。
第一掃描鏡255a繞第一軸(例如圖6中所示的垂直軸)旋轉(zhuǎn)，并且折射激光光源152所發(fā)射的激光束L。在此情況下，隨著第一掃描鏡255a旋轉(zhuǎn)，激光束L被折射的角度連續(xù)變化。
第二掃描鏡255b繞與第一軸朝向不同方向的第二軸(例如圖6中所示的水平軸)旋轉(zhuǎn)，并且將穿過第一掃描鏡255a的激光束L輻照到半導體芯片110的表面上。在此情況下，隨著第二掃描鏡255b旋轉(zhuǎn)，從第一掃描鏡255a發(fā)射的激光束被反射到半導體芯片110的頂面的角度連續(xù)變化，從而允許了中央激光束輻照位置在與半導體芯片110的頂面基本共面的平面上沿著兩個方向連續(xù)移動。
當使用一個掃描鏡時，提供了一個方向上的掃描。從而，當半導體芯片110的大小較大時，可能難以在半導體芯片110的表面上均勻地進行掃描。但是，當使用第一和第二掃描鏡255a和255b時，可以以二維方式掃描半導體芯片110的頂面中的每個位置(例如沿兩個方向移動激光束L，所述兩個方向例如是水平平面中的x和y方向)。如圖6所示，倒裝芯片接合器200還可包括至少一個漫射鏡253，用于漫射激光束L。
在此實施例中，第一掃描鏡255a的第一旋轉(zhuǎn)軸的朝向可以大體上與第二掃描鏡255b的第二旋轉(zhuǎn)軸垂直。例如，如圖7中所示，第一掃描鏡255a可繞作為第一軸的X-軸旋轉(zhuǎn)，以使得激光束L在一個方向上被輻照，而第二掃描鏡255b可繞作為第二軸的Y-軸旋轉(zhuǎn)，以使得激光束L在另一個方向上被輻照，從而允許了激光束L以Z字形樣式均勻地掃描半導體芯片110的頂面。從而，不論半導體芯片110的大小如何，都可以在不必移動芯片110或臺140的情況下輻照芯片110的整個表面。具體而言，當以高速重復掃描激光束L時，由于時間平均作用，可以使輻照在半導體芯片110的頂面上的激光束L的強度分布均勻。
回到圖5，半導體芯片加熱單元250還包括聚焦透鏡254。聚焦透鏡254被放置在激光光源152和第一掃描鏡255a之間的光徑中，以用于控制激光束L在半導體芯片110的被接合位置處的直徑。聚焦透鏡254與其在圖2的倒裝芯片接合器100中的對應物具有相同的結(jié)構(gòu)和功能，從而將省略對其的詳細說明。
光纖257例如可產(chǎn)生從激光光源152到聚焦透鏡154或從激光光源152到第一掃描鏡255a的光徑。
倒裝芯片接合器200還包括線速度調(diào)整透鏡256。如圖所示，線速度調(diào)整透鏡256被放置在第二掃描鏡255b和半導體芯片110之間的光徑中，以用于折射激光束L，以便以預定線速度，并且更優(yōu)選地以恒定線速度來輻照半導體芯片的頂面。由于線速度調(diào)整透鏡256與其在圖2的半導體芯片110中的對應物具有相同的結(jié)構(gòu)和功能，因此將省略對其的詳細說明。線速度調(diào)整透鏡256例如可被放置在接合頭130內(nèi)。
倒裝芯片接合器200還包括用于驅(qū)動第一和第二掃描鏡255a和255b的掃描鏡驅(qū)動器165以及用于驅(qū)動激光光源152的激光驅(qū)動器162。雖然掃描鏡驅(qū)動器165和162被示為由單個驅(qū)動控制器160所控制，但是也可提供更多的控制器。
參見圖5，倒裝芯片接合器200包括至少一個按所需方向折射激光束L的反射透鏡158。雖然在圖2至4中未被示出，但是倒裝芯片接合器100的第一實施例還可以包括至少一個反射透鏡。
圖8是示出根據(jù)本發(fā)明的另一個方面的倒裝芯片接合方法的流程圖，圖9是示出圖8中所示的步驟S30的流程圖。圖10A-10C示出了圖8的倒裝芯片接合方法的步驟。現(xiàn)參見圖8，倒裝芯片接合方法包括以下步驟將半導體芯片對準到襯底上(S10)；從激光光源發(fā)射激光束(S20)；利用激光束輻照半導體芯片的頂面，以便中央激光束輻照位置在半導體芯片的頂面上連續(xù)移動(S30)；并且加熱半導體芯片并將半導體芯片接合到襯底上(S40)。
現(xiàn)將參考圖8、9以及10A-10C更充分地描述倒裝芯片接合方法的步驟。如圖10A中所示，襯底120被放置在接合臺140上，該接合臺140可能被加熱到了預設的溫度。視覺系統(tǒng)(未示出)使用形成在襯底120上的對準標記127來獲得位置信息。半導體芯片110首先通過接合頭130內(nèi)的拾取流動通道132被真空吸引到接合頭130的底部，然后通過接合頭130的移動，半導體芯片110在襯底120上被對準位置。在此情況下，視覺系統(tǒng)識別形成在半導體芯片110的底面上的對準標記117，以獲得半導體芯片110的位置信息。半導體芯片110和襯底120之間的相對位置偏移被計算和校正。然后接合頭130向下移動，以使得半導體芯片110上的導電凸點115與襯底120上的電極125接觸。
如圖10B所示，在步驟S20中，激光束L被激光光源152發(fā)射，并且在步驟S30中，由激光光源152發(fā)射的激光束L被輻照在半導體芯片110的頂面上，以便中央激光束輻照位置在半導體芯片的頂面上連續(xù)移動。更具體而言，參見圖9和10B，在步驟S31中，由激光光源152發(fā)射的激光束L被光纖157引導以穿過用于確定激光束L的直徑的聚焦透鏡154。穿過聚焦透鏡154的激光束L穿過至少一個掃描鏡155，并且被輻照在半導體芯片110的頂面上。在此情況下，在步驟S32中，隨著掃描鏡155繞一個軸旋轉(zhuǎn)，被輻照在半導體芯片110的頂面上的激光束L的中央位置連續(xù)移動。
在某些實施例中，穿過聚焦透鏡154的激光束L可以在半導體芯片110的表面上沿兩個方向連續(xù)移動。為了完成這一點，可使用兩個掃描鏡，如圖5中所示。例如，如圖7中所示，已穿過聚焦透鏡154的激光束L在穿過第一掃描鏡255a時沿X-軸方向連續(xù)掃描，同時在其穿過第二掃描鏡255b時沿Y-軸方向連續(xù)掃描。
由于半導體芯片110的大小被驅(qū)動控制器160在識別對準標記117時預設，因此掃描鏡驅(qū)動器165被驅(qū)動控制器160控制，以將掃描鏡155旋轉(zhuǎn)經(jīng)過適當角度。驅(qū)動控制器160還控制激光驅(qū)動器162，以便在所需時間段中以所需功率生成激光束L。
在步驟S33中，被掃描鏡155折射向半導體芯片110的頂面的激光束L的線速度被線速度調(diào)整透鏡156變得均勻。從而，在步驟S34中，隨著中央激光束輻照位置在半導體芯片110的頂面上移動，激光束L以恒定速度連續(xù)掃描。在此情況下，通過以高速重復掃描激光束L，由于時間平均作用，可以使輻照在半導體芯片110上的激光束L的強度分布均勻。
在形成在半導體芯片110的底面上的導電凸點115處，穿透半導體芯片110的激光束L被轉(zhuǎn)換成熱能，以使得導電凸點115被加熱，以便與襯底上的電極125接合。在步驟S40中，接合頭130在垂直方向上向半導體芯片110施加壓力，以便被激光束L加熱的導電凸點115被向下按壓，并被接合到襯底120上的電極125。
如圖10C所示，當在經(jīng)由接合頭130的激光束L的輻照終止之后半導體芯片110冷卻時，導電凸點115的溫度也下降。當導電凸點115冷卻并凝固時，用于吸引半導體芯片110的真空被去除，并且接合頭130向上移動，以與半導體芯片110分離，從而完成倒裝芯片接合過程。
在其他實施例中，通過在襯底120上形成熱固樹脂(未示出)，可以將半導體芯片110以倒裝方式接合到襯底120。在此情況下，半導體芯片110與襯底120上的端子熱結(jié)合，同時半導體芯片110和襯底120被加熱，以使半導體芯片110和襯底120上的端子之間的熱固樹脂硫化。這消除了對于以下單獨步驟的需要密封半導體芯片110和襯底120之間的縫隙以防止外部腐蝕。
根據(jù)本發(fā)明的倒裝芯片接合方法和采用該方法的倒裝芯片接合器使用了激光以允許了倒裝芯片和凸點的迅速加熱，從而即使在使用對溫度敏感的襯底的情況下，也會提供高產(chǎn)量和優(yōu)秀的接合可靠性。
本發(fā)明通過在半導體芯片的整個頂面上均勻移動激光束輻照的中央位置，允許了半導體芯片的均勻加熱，從而防止了由于不規(guī)則加熱而引起的半導體芯片變形。
本發(fā)明允許了用于激光輻照的掃描鏡根據(jù)半導體芯片的大小而旋轉(zhuǎn)，從而消除了改變接合臺的行程的需要，同時允許對接合臺的精確控制。
雖然已參考本發(fā)明的典型實施例具體示出和描述了本發(fā)明，但是本領域的普通技術人員將會理解，可在其內(nèi)做出各種形式和細節(jié)上的改變，而不脫離由所附權(quán)利要求書所限定的本發(fā)明的精神和范圍。
權(quán)利要求
1.一種倒裝芯片接合裝置，包括接合臺，襯底擱在其上；接合頭，其拾取半導體芯片并將所述半導體芯片放置在所述襯底上；激光光源，其發(fā)射激光束；透鏡組件，其將所述激光束折射到所述半導體芯片的頂面；以及掃描鏡，其被放置在所述激光光源和所述半導體芯片之間的光徑中，所述掃描鏡轉(zhuǎn)動以在所述半導體芯片的頂面上移動所述激光束。
2.如權(quán)利要求1所述的倒裝芯片接合裝置，其中所述透鏡組件還包括聚焦透鏡，其被放置在所述激光光源和所述掃描鏡之間的光徑中，以用于調(diào)整所述激光束的直徑。
3.如權(quán)利要求1所述的倒裝芯片接合裝置，其中所述透鏡組件還包括線速度調(diào)整透鏡，其被放置在所述掃描鏡和所述半導體芯片之間的光徑中，以用于折射所述激光束，以便所述激光束以恒定線速度在所述半導體芯片的頂面上移動。
4.如權(quán)利要求3所述的倒裝芯片接合裝置，其中所述線速度調(diào)整透鏡被放置在所述接合頭內(nèi)。
5.如權(quán)利要求1所述的倒裝芯片接合裝置，還包括掃描鏡驅(qū)動器，其控制所述掃描透鏡的旋轉(zhuǎn)；以及激光驅(qū)動器，其控制所述激光光源。
6.如權(quán)利要求1所述的倒裝芯片接合裝置，還包括光纖，其為所述激光束形成從所述激光光源到所述透鏡組件的光徑。
7.一種倒裝芯片接合裝置，包括接合臺，襯底擱在其上；接合頭，其拾取半導體芯片并將所述半導體芯片放置在所述襯底上；激光光源，其發(fā)射激光束；第一掃描鏡，其與所述激光光源進行光學通信，并且繞第一軸旋轉(zhuǎn)，以便所述激光束被折射的角度連續(xù)變化；以及第二掃描鏡，其與所述第一掃描鏡進行光學通信，并且繞第二軸旋轉(zhuǎn)，其中所述第二軸與所述第一軸的朝向不同，以便所述激光束被折射的角度連續(xù)變化，其中所述第一和第二掃描鏡合作以在所述半導體芯片的頂面上連續(xù)移動所述激光束。
8.如權(quán)利要求1所述的倒裝芯片接合裝置，其中所述第一軸大體上與所述第二軸垂直。
9.如權(quán)利要求7所述的倒裝芯片接合裝置，還包括聚焦透鏡，其被放置在所述激光光源和所述第一掃描鏡之間的光徑中，以用于調(diào)整所述激光束的直徑。
10.如權(quán)利要求7所述的倒裝芯片接合裝置，還包括光纖，其為所述激光束形成從所述激光光源到所述聚焦透鏡的光徑。
11.如權(quán)利要求7所述的倒裝芯片接合裝置，還包括線速度調(diào)整透鏡，其被放置在所述第二掃描鏡和所述半導體芯片之間的光徑中，以用于折射所述激光束，以便所述激光束以恒定線速度輻照所述半導體芯片的頂面。
12.如權(quán)利要求11所述的倒裝芯片接合裝置，其中所述線速度調(diào)整透鏡被放置在所述接合頭內(nèi)。
13.如權(quán)利要求7所述的倒裝芯片接合裝置，還包括掃描鏡驅(qū)動器，其控制所述第一和第二掃描鏡的旋轉(zhuǎn)；以及激光驅(qū)動器，其控制所述激光光源。
14.如權(quán)利要求7所述的倒裝芯片接合裝置，還包括光纖，其為所述激光束形成從所述激光光源到所述第一掃描鏡的光徑。
15.一種倒裝芯片接合方法，包括將半導體芯片放置在襯底上；將所述半導體芯片的凸點與所述襯底的凸點對準；通過激光光源生成激光束；在所述半導體芯片的頂面上移動所述激光束以基本上輻照所述頂面；并且將所述半導體芯片按壓在所述襯底上，其將所述半導體芯片的凸點與所述襯底的凸點相接合。
16.如權(quán)利要求15所述的倒裝芯片接合方法，其中所述移動步驟包括將第一掃描鏡放置在所述激光光源和所述半導體芯片之間的光徑中；并且繞第一軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)所述第一掃描鏡以在第一方向上沿所述半導體芯片的頂面折射所述激光束。
17.如權(quán)利要求16所述的倒裝芯片接合方法，其中所述移動步驟還包括將第二掃描鏡放置成與所述第一掃描鏡進行光學通信；并且繞第二軸連續(xù)旋轉(zhuǎn)所述第二掃描鏡，以在第二方向上沿所述半導體芯片的頂面折射所述激光束。
18.如權(quán)利要求17所述的倒裝芯片接合方法，其中在旋轉(zhuǎn)所述第一掃描鏡和旋轉(zhuǎn)所述第二掃描鏡的步驟中，所述第一和第二掃描鏡合作，以沿所述頂面以恒定線速度移動所述激光束。
19.如權(quán)利要求17所述的倒裝芯片接合方法，其中所述第一和第二掃描透鏡是獨立旋轉(zhuǎn)的。
20.如權(quán)利要求15所述的倒裝芯片接合方法，還包括確定所述半導體芯片的大??；并且根據(jù)來自所述確定步驟的大小調(diào)整所述激光束的直徑。
21.如權(quán)利要求17所述的倒裝芯片接合方法，還包括使所述第一軸和所述第二軸的朝向大體上垂直的步驟。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種具有高產(chǎn)量和優(yōu)秀接合可靠性的激光倒裝芯片接合方法，以及采用該方法的倒裝芯片接合器。該倒裝芯片接合器包括接合臺，襯底擱在其上；接合頭，其拾取半導體芯片并將半導體芯片附著到襯底上；以及半導體芯片加熱單元，其將半導體芯片加熱到接合溫度。半導體芯片加熱單元包括激光光源；以及透鏡組件，其將由激光光源發(fā)射的激光束折射到半導體芯片的頂面，以便激光束的中央位置在半導體芯片的頂面上變化。
文檔編號H01L21/60GK1913115SQ20061000594
公開日2007年2月14日 申請日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年8月11日
發(fā)明者金相哲 申請人:三星Techwin株式會社