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Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zum Schleifen eines Halbleiterwafers
mit auf einer Oberfläche
ausgebildeten Kontakthöckern
bzw. Bondhügeln,
insbesondere zum Schleifen der bondhügelfreien Oberfläche des
Halbleiterwafers, so daß der
Wafer auf eine vorgegebene Dicke geschliffen werden kann.
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Wie
aus 8 erkennbar, kann
durch Schneiden eines Halbleiterwafers W entlang kreuzweise angeordneten
Ritzgräben
S zum Trennen des Wafers in kleine Quadrate eine Vielzahl von Chips oder
Einzelelementen bereitgestellt werden, auf denen jeweils eine integrierte
Schaltkreisstruktur ausgebildet ist. Vor dem Vereinzeln wird die
Rückseite des
Halbleiterwafers auf eine vorgegebene Dicke geschliffen, um seine
Wärmespeicherkapazität zu verringern.
Dadurch wird außerdem
die Verkleinerungsanforderung erfüllt.
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Wie
aus 9 erkennbar, wird
die Vorderseite 61 des Halbleiterwafers W auf den Aufspannteller 62 einer
Schleifvorrichtung aufgelegt und angesaugt, und auf die Rückseite 60 des
Halbleiterwafers W wird unter einem vorgegebenen Druck eine Schleifscheibe 63 angewandt.
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Das
Schleifen kann auf gleiche Weise ausgeführt werden, gleichgültig um
welche Art von Halbleiterchips es sich handelt: zu kapselnde Einzelchips für die Oberflächenmontage,
wie z. B. extrem kleine Chipgehäuse
(CSP) oder Chipgehäuse
mit Lötpunkten
(BGA) oder auf Leiterplatten zu montierende Nacktchips.
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Auf
derartigen Einzelchips P sind jedoch Bondhügel ausgebildet, um erforderliche
Anschlüsse zu
ausgewählten
Elektroden in Leiterplatten herzustellen. Der Halbleiterwafer W
wird geschliffen, wobei er mit seiner bondhügelfreien Rückseite nach oben auf den Aufspannteller 62 aufgelegt
wird. Da der Halbleiterwafers W an den Aufspannteller 62 angedrückt wird,
bricht er leicht durch die Beanspruchung, was durch die Bond hügel als
Gegenkraft zu dem Schub verursacht wird, der dem Halbleiterwafer
W durch die Schleifscheibe 63 erteilt wird.
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Bei
einem Versuch, den Bruch des Halbleiterwafers zu verhindern, wird
auf die Vorderseite des Halbleiterwafers W ein Klebeband 64 aufgebracht, wodurch
die Bondhügel
in der Dicke der Klebstoffschicht versenkt werden können, wie
aus 10 erkennbar. Ein
derartiges Verfahren wird in JP-A-04-297 056 beschrieben. Die ungünstige Wirkung
kann jedoch durch Rückgriff
auf diese Maßnahme
nicht völlig
abgeschwächt
werden, und noch schlimmer ist, daß nach Entfernen des Bands 64 von dem
Halbleiterwafer der Klebstoff dazu neigt, mehr oder weniger auf
dem Halbleiterwafer W zurückzubleiben,
wodurch die Qualität
der Einzelchips erheblich vermindert wird.
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Nach
dem Bonden der Bondhügel
an ausgewählte
Elektroden einer Leiterplatte wird der Zwischenraum zwischen der
Leiterplatte und dem Einzelchip gewöhnlich mit Harz gefüllt, wodurch
die Kombination aus Einzelchip und Leiterplatte verfestigt wird.
Um sicherzustellen, daß zwischen
jedem Bondhügel
und der Gegenelektrode eine gute elektrische Verbindung hergestellt
wird, muß der
Bondhügel
0,09 mm hoch sein; um aber die Möglichkeit
eines Bruchs des Halbleiterwafers weitgehend zu verringern, muß der Bondhügel eine
Höhe von
0,05 mm oder weniger aufweisen. Ungünstigerweise ist diese Notwendigkeit
eine Ursache für
unvollständiges
Bonden zwischen Bondhügeln
und Elektroden und führt zu
Unterbrechungen zwischen Leiterplatte und Einzelchips.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein verbessertes
Verfahren zum Schleifen von Halbleiterkörpern bereitzustellen. Diese
Aufgabe wird mit dem Gegenstand der Ansprüche gelöst.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Bereitstellung eines
Verfahrens zum Schleifen von Halbleiterkörpern, ohne einen Bruch am
Halbleiterwafer oder eine Verunreinigung mit Klebstoff zu verursachen,
obwohl Bondhügel
verwendet werden, die hoch genug sind, um ein gutes Bonden zwischen Bondhügeln und
Elektroden sicherzustellen.
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Ein
erfindungsgemäßes Verfahren
zum Schleifen von Halbleiterkörpern
weist die folgenden Schritte auf: Trennen bzw. Vereinzeln eines
Halbleiterwafers mit auf einer Oberfläche ausgebildeten Bondhügeln in
separate Einzelchips; Auflegen der Chips auf eine Leiterplatte mit
ihrer flachen, bondhügelfreien
Oberfläche
nach oben; Bonden jedes Einzelchips an einen ausgewählten Bereich
der Leiterplatte mittels seiner Bondhügel, auf diese Weise Ausbilden
einer Chip-Leiterplatte-Kombination; und Fixieren der Chip-Leiterplatte-Kombination
auf dem Aufspannteller einer Schleifvorrichtung, um die flachen,
bondhügelfreien
Oberflächen
der Einzelchips zu schleifen, bis sie eine vorgegebene geringere
Dicke aufweisen.
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Die
Leiterplatte kann eine Platte sein, deren Oberfläche für die Montage von Elektronikteilen
und Bauelementen vorgesehen ist.
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Nach
dem Bonden der Einzelchips an die Leiterplatte werden ihre flachen,
bondhügelfreien Oberflächen geschliffen,
und daher wird die Kraft, die durch die Schleifscheibe auf jeden
Einzelchip ausgeübt
wird, über
die gesamte Oberfläche
der Leiterplatte verteilt und auf diese Weise ein Bruch des Einzelchips
verhindert, der sonst verursacht würde, indem man eine Eingrenzung
der Kraft auf die Bondhügel des
Einzelchips zuließe.
Eine Verunreinigungsquelle, wie z. B. ein Klebstoff, ist nicht vorhanden,
und die Höhe
der Bondhügel
braucht nicht verringert zu werden, um einen Bruch des Halbleiterwafers
zu verhindern.
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Alle
Einzelchips des Halbleiterwafers können gleichzeitig auf die gleiche
Dicke geschliffen werden, und daher ist sichergestellt, daß alle Einzelchips
die gleiche Dicke aufweisen, wie für die Endprodukte erforderlich.
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Das
Schleifen von Einzelchips erfolgt nach dem Vereinzeln, und daher
können
winzige Späne, die
beim Vereinzeln erzeugt wurden, während des Schleifens von den
Einzelchips entfernt werden.
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Weitere
Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der
nachstehenden Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
eines erfindungsgemäßen Schleifverfahrens
für Halbleiterkörper verständlich,
die in beigefügten
Zeichnungen dargestellt ist.
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1 zeigt eine perspektivische
Ansicht einer Trenn- bzw.
Vereinzelungsvorrichtung, auf die das Schleifverfahren gemäß der vorliegenden
Erfindung angewandt werden kann;
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2 zeigt eine Draufsicht
eines Halbleiterwafers, der durch die Vereinzelungsvorrichtung gemäß 1 vereinzelt werden soll;
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3 zeigt eine Seitenansicht
einer CSP-Leiterplatte (Leiterplatte für extrem kleine Chipgehäuse) mit
darauf gebondeten Einzelchips;
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4 zeigt eine ähnliche
Seitenansicht der CSP-Leiterplatte,
deren Zwischenraum zwischen Einzelchips und Leiterplatte mit Harz
gefüllt
ist;
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5 zeigt eine perspektivische
Ansicht der CSP-Leiterplatte,
deren Zwischenraum zwischen Einzelchips und Leiterplatte mit Harz
gefüllt
ist;
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6 zeigt eine perspektivische
Ansicht des Hauptschleifteils der Schleifvorrichtung;
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7 zeigt die Konstruktion
der Schleifvorrichtung,
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8 zeigt eine Draufsicht
eines Halbleiterwafers;
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9 veranschaulicht, wie die
Rückseite des
Halbleiterwafers geschliffen werden kann; und
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10 zeigt eine perspektivische
Ansicht eines Halbleiterwafers mit einem auf einer Seite aufgebrachten
Klebeband zum Schutz seiner Bondhügel.
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Im
folgenden wird die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme auf den
Fall beschrieben, in dem Halbleiterchips oder Einzelchips an eine
CSP-Leiterplatte gebondet werden, die Zwischenräume zwischen den Einzelchips
und der Platte mit Harz gefüllt und
die oberen Flächen
der Einzelchips geschliffen werden.
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Wie
aus 1 erkennbar, wird
eine Trennvorrichtung 10 zu Zertrennen bzw. Vereinzeln
von Halbleiterwafern verwendet. Alle Halbleiterwafer W werden durch
Klebebänder
T an Trägern
oder Rahmen F befestigt, und die Wafer-Rahmen-Kombinationen in einer
Kassette 11 aufeinandergelegt.
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Eine
ausgewählte
Wafer-Rahmen-Kombination wird durch eine Trägereinrichtung 12 aus
der Kassette 11 zu einem vorläufigen Speicherbereich 13 transportiert,
und dann wird die Wa fer-Rahmen-Kombination an eine erste Transporteinrichtung 14 angesaugt.
Die erste Transporteinrichtung 14 dreht sich, um die Wafer-Rahmen-Kombination
zu einem Aufspannteller 15 zu bringen. Beim Auflegen der
Wafer-Rahmen-Kombination auf den Aufspannteller 15 wird
sie angesaugt und darauf festgehalten.
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Dann
wird der Aufspannteller 15 in Richtung der X-Achse bewegt,
um die Wafer-Rahmen-Kombination unmittelbar unter eine Justiereinrichtung 16 zu bringen,
so daß die
kreuzweise angeordneten Ritzgräben
S mit Hilfe des Mustervergleichsverfahrens erfaßt werden können. Auf diese Weise wird
eine Trennscheibe 17 auf einen ausgewählten Ritzgraben S in Richtung
der Y-Achse ausgerichtet. Danach wird der Aufspannteller 15 in
Richtung der X-Achse bewegt, damit die Trennscheibe 17 den
Halbleiterwafer W entlang dem ausgewählten Ritzgraben S trennen kann.
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Das
Trennen wird kreuzweise entlang den Ritzgräben S wiederholt, um den Halbleiterwafer
W in kleine Quadrate oder Einzelchips zu trennen, wie aus 2 ersichtlich (Vereinzelungsschritt).
Jeder Einzelchip P weist mehrere Bondhügel 20 auf, wie aus dem
eingekreisten Teil von 2 erkennbar.
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Die
vereinzelten Wafer-Rahmen-Kombinationen werden durch eine zweite
Transporteinrichtung 18 zu einer Waschstation 19 befördert, in
der sie gewaschen werden. Danach werden sie durch Schleudern getrocknet,
und die trockenen Artikel werden durch die erste Transporteinrichtung 14 transportiert, um
in dem vorläufigen
Speicherbereich 13 abgelegt zu werden. Schließlich werden
sie durch die Trägereinrichtung 12 zur
Kassette 11 transportiert.
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Vereinzelte
Wafer-Rahmen-Kombinationen werden nacheinander aus der Kassette 11 entnommen,
und von den Klebebändern
T werden Einzelchips P entfernt (Abnahmeschritt). Jeder Einzelchip P
wird auf eine CSP-Leiterplatte 21 aufgelegt, wobei seine
Bondhügel 20 auf
ausgewählte
Elektroden der Leiterplatte 21 aufgesetzt und die Bondhügel 20 an die
Elektroden angelötet
werden, wie aus 3 erkennbar.
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Abweichend
von der herkömmlichen
Reihenfolge, bei welcher der Bondschritt auf den Schleifschritt
folgt, wird das Bonden ausgeführt,
bevor die bondhügelfreien
Oberflächen
der Einzelchips P geschliffen werden, und daher bleibt jeder Ein zelchip
P dick genug, um sowohl dem Druck, der beim Bonden auf den Einzelchip
P ausgeübt
wird, als auch der Spannung zu widerstehen, die aufgrund der Wärmeausdehnung
zwischen dem Einzelchip P und der CSP-Leiterplatte 21 entsteht.
Daher ist nicht zu befürchten,
daß die
Einzelchips P beim Bonden reißen oder
brechen.
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Beim
Bonden der Einzelchips P an die CSP-Leiterplatte 21 entsteht
zwischen den Einzelchips P und der CSP-Leiterplatte 21 ein Zwischenraum
von der Höhe
der Bondhügel 20 (siehe 3). Der Zwischenraum wird
mit Harz gefüllt,
um die Einzelchips fest an der CSP-Leiterplatte 21 zu fixieren und
die elektrische Leitung zwischen jedem Bondhügel und der Gegenelektrode
zu sichern (siehe 4: Integrationsschritt).
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Nach
Beendigung der Vereinzelungs- und Integrationsschritte in der genannten
Reihenfolge ergeben sich CSP-Leiterplatten 21,
auf denen jeweils mehrere Einzelchips P montiert sind, wie in 5 dargestellt. Die flachen
oder bondhügelfreien
Oberflächen
der Halbleiterchips oder Halbleiterkörper P können durch die Schleifvorrichtung 30 geschliffen werden,
wie in den 6 und 7 dargestellt.
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In 6 weist die Schleifvorrichtung 30 auf ihrem
Bett 31 einen Drehtisch 32 auf, und auf dem Drehtisch 32 sind
zwei Aufspannteller 33 angebracht. In jedem Aufspannteller 33 ist
eine Saugfläche 34 ausgebildet,
und eine ausgewählte
CSP-Leiterplatte 21 wird
mit der flachen oder bondhügelfreien
Fläche jedes
Einzelchips P nach oben auf die Saugfläche 34 aufgelegt und
darauf angesaugt. Der Aufspannteller 33 kann durch einen
Servoantrieb 36 und einen dazugehörigen Codierer 37 unter
der Steuerung einer Zentraleinheit (CPU) 35 gedreht werden,
wie aus 7 ersichtlich.
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In 7 steht eine aufrechte Wand 39 an
der Rückseite
des Betts 31, und an der Vorderseite der aufrechten Wand 39 sind
zwei parallele Schienen 40 befestigt. An der Rückseite
der aufrechten Wand 39 erstreckt sich in vertikaler Richtung
eine Schraubenspindel 41. Die Schraubenspindel 41 ist
mit einem dazugehörigen
Schrittmotor 43 verbunden, der durch einen von der CPU 35 gesteuerten
Schrittmotorantrieb 42 angetrieben wird. Ein beweglicher
Block 44 befindet sich im Gewindeein griff mit der Schraubenspindel 41.
Bei einer Drehung des Schrittmotors 43 unter der Steuerung
der CPU 35 wird die Schraubenspindel 41 in Drehung
versetzt, um den beweglichen Block 44 anzuheben oder abzusenken.
Der bewegliche Block 44 ist mit einer Gleitplatte 45 an
der Vorderseite der aufrechten Wand 39 verbunden. Die Gleitplatte 45 läuft auf
den parallelen Schienen 40 und trägt eine Schleifeinheit 46.
Bei dieser Anordnung wird durch Drehung der Schraubenspindel 41 die
Schleifeinheit 46 durch die Kombination aus dem beweglichen
Block und der Gleitplatte auf und ab bewegt.
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Die
vertikale Position des beweglichen Blocks 44 kann an einer
linearen Skala 47 bestimmt werden, die an der Rückseite
der aufrechten Wand 39 befestigt ist. Als Reaktion auf
die momentane Position der Schleifeinheit 46, angegeben
in Einheiten der linearen Skala 47, führt die CPU eine genaue Steuerung
der Vertikalbewegung der Schleifeinheit 46 aus.
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Wie
aus den 6 und 7 erkennbar, weist die Schleifeinheit 46 eine
Drehspindel 49 in ihrem Gehäuse 48 auf, und an
der Spitze der Drehspindel 49 ist mittels einer dazugehörigen Halterung 50 eine Schleifscheibe 51 befestigt.
Ein Teil der Schleifscheibe 51 wird von einem Schleifstein 52 gebildet.
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Beim
Schleifen der oberen Flächen 22 der Einzelchips
P durch die Schleifvorrichtung 30 werden zwei CSP-Leiterplatten 21 jeweils
auf die Saugflächen 34 der
Aufspannteller 33 aufgelegt und angesaugt.
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Der
Drehtisch 32 wird um einen solchen Winkel gedreht, daß eine ausgewählte CSP-Leiterplatte 21 direkt
unter der Schleifeinheit 46 angeordnet werden kann. Die
Schleifeinheit 46 wird durch Drehen der Spindel 49 so
abgesenkt, daß sie
an die Einzelchips P anstößt, wodurch
deren obere Flächen
mit dem Schleifstein 52 um den gleichen Betrag abgeschliffen
werden können
(Schleifschritt).
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Alle
Einzelchips P werden an der CSP-Leiterplatte 21 befestigt,
indem ihre Bondhügel
an die Elektroden der Platte 21 angelötet werden und der Zwischenraum
zwischen Einzelchips und Platte mit Harz gefüllt wird, und daher wird die
Spannung, die durch den Angriff des Schleifsteins 52 an
den Oberseiten der Einzelchips P verursacht wird, gleichmäßig über die
gesamte Oberfläche
der darunterliegenden Platte 21 verteilt. Auf diese Weise
können
keine Einzelchips P reißen
oder brechen, während
sie geschliffen werden, und daher können Einzelchips dünner geschliffen
werden als bisher zulässig.
Für den Schutz
der Bondhügel
ist kein Klebeband erforderlich, und daher ist nicht zu befürchten,
daß die
Qualität
von Halbleiterprodukten durch den zurückbleibenden Klebstoff beeinträchtigt werden
kann.
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Vorteilhafterweise
ist es unnötig,
die Höhe der
Bondhügel
auf weniger als den erforderlichen Wert von etwa 0,09 bis 0,10 mm
zu verringern, weil ein Bruch von Einzelchips befürchtet wird,
der andernfalls beim Schleifen oft verursacht würde, wie man es beim herkömmlichen
Verfahren erlebt. Wegen des Vorbondens und der Harzabdichtung können weder
ein Bruch von Einzelchips noch eine Unterbrechung zwischen Elektroden
und Bondhügeln hervorgerufen
werden.
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Außerdem ermöglicht das
gleichzeitige Schleifen von Einzelchip-Leiterplatte-Kombinationen vorteilhafterweise,
daß einzelne
Halbleiterkörper eine
genau gesteuerte gleiche Dicke aufweisen und daher alle Halbleiterprodukte
von gleichmäßig hoher Qualität sein können.
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Das
Schleifen nach dem Vereinzeln ermöglicht, daß winzige Späne, die
im Verlauf des Vereinzelns entstehen, von den Einzelchips entfernt
werden.
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In
dieser speziellen Ausführungsform
wird das erfindungsgemäße Verfahren
in der Anwendung auf eine CSP-Leiterplatte
beschrieben, auf deren Oberfläche
Halbleiterchips angebracht sind. Es kann ebenso auf eine BGA-Leiterplatte
oder eine Flip-Chip-Leiterplatte angewandt werden.
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Anstelle
des Bondens und Verfüllens
mit Harz können
Bondhügel
durch einen isotropen Leiter an Gegenelektroden gebondet werden.