JP2004266163A - 接着シート及び接着剤つき半導体チップの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハへの貼付工程が一回で、接着剤も同時に切断でき、ダイシングの効率が高く、半切断の手法が用いることができる接着シートを提供する。
【解決手段】本発明接着シート１０は、粘着性を有する基材フィルム１上に接着剤を付設した接着剤層２を有し、接着剤層２は、所定位置に半導体素子形状の接着剤層を貫通する溝１１が形成されている構成を具備している。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接着シート及び接着剤つき半導体チップの製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、半導体素子と半導体素子搭載用支持部材の接合には銀ペーストが主に使用されていた。しかし、近年の半導体素子の小型化・高性能化に伴い、使用される支持部材にも小型化・細密化が要求されるようになってきている。こうした要求に対して、銀ペーストでは、はみ出しや半導体素子の傾きに起因するワイヤボンディング時における不具合の発生、接着剤層の膜厚の制御困難性、および接着剤層のボイド発生などにより前記要求に対処しきれなくなってきている。そのため、前記要求に対処するべく、近年、シート状の接着剤が使用されるようになってきた。
【０００３】
この接着シートは、個片貼付け方式、あるいはウエハ裏面貼付け方式において使用されている。前者の個片貼付け方式の接着シートを用いて半導体装置を製造する場合、リール状の接着シートをカッティング、あるいはパンチングによって個片に切り出した後、その個片を支持部材に接着し前記接着シート付き支持部材にダイシング工程によって個片化された半導体素子を接合して半導体素子付き支持部材を作製し、その後必要に応じてワイヤボンド工程、封止工程などを経ることによって半導体装置が得られることとなる。
しかし、前記個片貼付け方式の接着シートを用いるためには、接着シートを切り出して支持部材に接着する専用の組立装置が必要であることから、銀ペーストを使用する方法に比べて製造コストが高くなるという問題があった。
【０００４】
一方、後者のウエハ裏面貼付け方式の接着シートを用いて半導体装置を製造する場合、まず半導体ウエハの裏面に接着シートを貼付け、さらに接着シートの他面にダイシングテープを貼り合わせる。その後、前記ウエハからダイシングによって半導体素子を個片化し、個片化した接着シート付き半導体素子をピックアップしそれを支持部材に接合する。その後の加熱、硬化、ワイヤボンドなどの工程を経ることにより半導体装置が得られることとなる。
このウエハ裏面貼付け方式の接着シートは、接着シート付き半導体素子を支持部材に接合するため接着シートを個片化する装置を必要とせず、従来の銀ペースト用の組立装置をそのまま、あるいは熱盤を付加するなどの装置の一部を改良することにより使用できる。そのため、接着シートを用いた組立方法の中で製造コストが比較的安く抑えられる方法として注目されている。
【０００５】
しかしながら、ウエハ裏面貼付け方式の接着シートを用いる方法にあっては、前記ダイシング工程までに、接着シートとダイシングテープを貼付する２つの貼付工程が必要であったことから、作業工程の簡略化が求められており、接着シートをダイシングテープ上に付設し、これをウエハに貼り付ける方法が提案されている。（例えば、特許文献１〜３参照。）。
【０００６】
【特許文献１】
特開２００２−２２６７９６号公報
【特許文献２】
特開２００２−１５８２７６号公報
【特許文献３】
特開平２−３２１８１号公報
【特許文献４】
特開２００２−１９２３６７号公報
【特許文献５】
特開２００３−１４５７号公報
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
接着シートをダイシングテープ上に付設し、これをウエハに貼り付ける方法はウエハへの貼付工程が一回であり、ウエハのダイシング時に接着剤も同時に切断できる点で好ましいが、接着剤を同時に切断するためには、切断速度を遅くする必要があり、コストの上昇を招いていた。
一方、チップの切断方法として、チップを完全に切断せずに、折り目となる溝を加工する方式であるハーフダイシング、レーザ照射によりウエハ内部に選択的に改質層を形成することで、容易に切断することができる方法であるレーザ加工方法（ステルスダイシング）などの技術（特許文献４、特許文献５参照）は、特にウエハの厚さが薄い場合にチッピングなどの不良を低減する効果があるが、これらの切断方法では、接着剤を同時に切断することができないため、上記の工程をとることはできなかった。以上の点から、接着シートをダイシングテープ上に付設し、これをウエハに貼り付ける方法はウエハへの貼付工程が一回であり、接着剤も同時に切断できるが、ダイシングの効率が低い、半切断の手法が用いることができないなどの課題があった。
【０００８】
【問題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するため、次の構成を有している。
本発明の接着シートは、粘着性を有する基材フィルム上に接着剤を付設した接着剤層を有し、接着剤層は、所定位置に溝が形成されている構成を具備している。
該溝は基材フィルム上に溝を有する形状に接着層を印刷により形成する、あるいは、シート状接着剤をエッチングまたは金型による打ち抜きで溝形状に除去して形成する方法のいずれかにより、半導体素子形状に基材フィルムのフィルム厚の途中まで、または接着層の途中まで形成されている。また、前記接着剤層または基材フィルム上にはウエハとの位置合わせ用の位置合わせ手段を有する。位置合わせ手段は、エッチングまたは金型による打ち抜き、あるいは、印刷、レーザ光による接着剤、基材フィルムの改質により形成された印である構成を有する。
【０００９】
上記接着シートを用いた接着剤付き半導体チップの製造方法は、接着シートの位置合わせ用印にウエハの所定位置を位置合わせした後、半導体素子形状にウエハを切断する、あるいは半切断する。このとき、ウエハの切断、半切断する箇所の下部近傍の接着シートには接着剤層が存在しない、あるいは溝がある。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明の接着シートを用いた接着剤つき半導体チップの製造方法においては、ダイシング時に接着剤を切断する必要がないため、ダイシングの速度を速くすることができる。また、ハーフダイシング、ステルスダイシングなどを行い、後にウエハを割り、チップを得る場合、チップ毎に接着シートが切断された状態になるため、容易に接着剤つき半導体チップを得ることができる。
【００１１】
本発明に使用する基材フィルムとしては、例えば、ポリテトラフルオロエチレンフィルム、ポリエチレンテレフタレートフィルム、ポリエチレンフィルム、ポリプロピレンフィルム、ポリメチルペンテンフィルム、ポリイミドフィルムなどのプラスチックフィルム等が挙げられる。また、必要に応じてプライマー塗布、ＵＶ処理、コロナ放電処理、研磨処理、エッチング処理等の表面処理を行っても良い。
基材フィルムは粘着性を有することが好ましく、基材フィルムの片面に粘着剤層を設けても良い。これは、樹脂組成物において特に液状成分の比率、高分子量成分のＴｇを調整することによって得られる適度なタック強度を有する樹脂組成物を塗布乾燥することで形成可能である。
接着層が適当な粘着性を有する場合には、基材フィルムが粘着性を有しなくとも良い。このような接着剤層としては、基材フィルムの片面に粘着剤層を設けても良い。この場合、基材フィルムに粘着層を設ける工程を省くことができるため、低コストで接着シートを製造可能となる。なお、粘着性を有する接着剤層は、液状エポキシ樹脂などの液状樹脂比率の増加、高分子量成分のＴｇの低下により、タック強度を増加させることが可能である。
【００１２】
本発明の接着シートは、半導体素子搭載用支持部材に半導体素子を実装する場合に要求される耐熱性および耐湿性を有するものであることが好ましい。
また、半導体装置を製造する際に用いた場合、ダイシング時には半導体素子が飛散しない接着力を有し、その後ピックアップ時には基材フィルムから剥離することが必要である。たとえば、接着剤の粘着性が高すぎると溝端部の樹脂が融着して、分離が困難になることがある。そのため、適宜、接着シートのタック強度を調節することが好ましく、その方法としては、接着剤の室温における流動性を上昇させることにより、接着強度及びタック強度も上昇する傾向があり、流動性を低下させれば接着強度及びタック強度も低下する傾向があることを利用すればよい。例えば、流動性を上昇させる場合には、可塑剤の含有量の増加、粘着付与材含有量の増加等の方法がある。逆に流動性を低下させる場合には、前記化合物の含有量を減らせばよい。前記可塑剤としては、例えば、単官能のアクリルモノマー、単官能エポキシ樹脂、液状エポキシ樹脂、アクリル系樹脂、エポキシ系のいわゆる希釈剤等が挙げられる。
【００１３】
上記特性を満足するものであれば特に制限はないが、適当なタック強度を有しシート状での取扱い性が良好であることから、熱硬化性成分及び高分子量成分の他、硬化促進剤、触媒、添加剤、フィラー、カップリング剤、高分子量成分等を含んでも良く、高分子量成分としてはポリイミド、（メタ）アクリル樹脂、ウレタン樹脂、ポリフェニレンエーテル樹脂、ポリエーテルイミド樹脂、フェノキシ樹脂、変性ポリフェニレンエーテル樹脂等が挙げられるが、これらに限定されるものではない。
【００１４】
熱硬化性成分としては、エポキシ樹脂、シアネート樹脂、フェノール樹脂及びその硬化剤等があるが、耐熱性が高い点で、エポキシ樹脂が好ましい。エポキシ樹脂は、硬化して接着作用を有するものであれば特に限定されない。ビスフェノールＡ型エポキシなどの二官能エポキシ樹脂、フェノールノボラック型エポキシ樹脂やクレゾールノボラック型エポキシ樹脂などのノボラック型エポキシ樹脂などを使用することができる。また、多官能エポキシ樹脂、グリシジルアミン型エポキシ樹脂、複素環含有エポキシ樹脂または脂環式エポキシ樹脂など、一般に知られているものを適用することができる。
【００１５】
接着剤層の厚みは、特に制限はないが、接着剤層、基材ともに５〜２５０μｍが好ましい。５μｍより薄いと応力緩和効果が乏しくなる傾向があり、２５０μｍより厚いと経済的でなくなる上に、半導体装置の小型化の要求に応えられない。
【００１６】
なお、基材フィルム上に接着シートを積層する方法としては、印刷のほか、予め作成した接着シートを基材フィルム上にプレス、ホットロールラミネート方法が挙げられるが、連続的に製造でき、効率が良い点でホットロールラミネート方法が好ましい。
粘着性を有する基材フィルム上に接着剤を付設した接着シートにおいて、接着剤層に溝を形成する方法としては、基材フィルム上に接着剤を印刷する方法、印刷またはシート状接着剤をラミネートした後、エッチング、金型で接着剤層を切断し、基材フィルムの途中まで切断する打ち抜き法などの方法で不要部を除去する方法が挙げられる。
溝の幅は、０〜５ｍｍ程度が好ましく、深さは接着剤層の厚さと同程度、またはそれ以上であることが好ましい。
また、接着剤層の厚さ１／１０以上１以下の溝を形成した場合も、同様の効果が得られる。この場合は、接着剤層を完全に切断するために、ウエハを切断または半切断した後、接着シートをエキスパンドする工程を入れることが好ましい。なお、溝の深さが接着剤層の厚さ１／１０以上１以下の場合、溝が接着剤層を貫通する場合に比べて、溝が形成しやすく、接着剤層の端部が剥離するなどの課題が生じにくいという利点がある。
【００１７】
ウエハを切断する方法としては、ダイヤモンドソーによる切断、レーザ光による切断などが挙げられる。ウエハを半切断する方法としては、ダイヤモンドソーによる切断、ステルスダイシングによる切断が挙げられる。
【００１８】
溝はウエハの切断箇所の近傍のみでもよいが、接着剤の全面にわたり、０．０１ｍｍ〜１ｍｍ刻みの網目になるように溝を形成しても良い。この場合、ウエハの切断箇所の近傍に常に溝が存在するため、位置合わせが不要であるか、高精度の位置合わせが不要になるため、製造コストの低減が図れる点で好ましい。なお、この場合、チップの下部の接着剤にも溝が残るが、貼り付け時の接着剤の流動により、溝は消失するため、信頼性の低下は起こらない。また、溝を多数形成するときは、低コストで溝を形成できる点で、金型で一括して形成することが好ましい。
【００１９】
溝をウエハの切断箇所の近傍のみに形成する場合は、粘着性を有する基材フィルム上に接着剤を付設した接着シートとウエハとを位置合わせすることが必要であり、その方法としては、半導体ウエハの外周の一部の直線部分と円の２つの交点を利用し、その交点と接着剤または基材フィルム上に設けた位置合わせ用の印を位置合わせするなどの方法がある。
この場合、接着剤層または基材フィルム上にウエハの位置合わせ用の印を有することが好ましく、位置合わせ用の印とウエハの外周部の数点とを位置合わせした後、貼り付けることで、切断箇所と溝の位置ずれを小さくすることができる。
【００２０】
（実施例）
以下、本発明の実施例を用いてより詳細に説明する。本発明はこれらに限定されるものではない。図１〜図８を参照しながら説明するが、図中同一の機能を有するものについては同一の符号を付してその説明を省略する。
図１は粘着フィルム１と接着剤層２とを備える接着シート１０の断面説明図である。
粘着剤１‘を設けた粘着フィルム１には古河電工（株）製を用いた。接着剤層２はＨＳ−２３２（日立化成工業（株）製、商品名）を用いた。これらをホットロールラミネータ（Ｄｕ Ｐｏｎｔ製Ｒｉｓｔｏｎ）でラミネートした。これを４０℃で一定時間保持して接着シート１０を形成する。
【００２１】
この接着シート１０に金型でプレスを行い、半導体素子形状に対応した溝１１を形成する（図２参照）。
溝１１は粘着（基材）フィルム１の途中までの（止まっている）形成となっているので、接着シート１０はフィルムとして扱える。この接着シート１０の接着剤層２とウエハ表面が密着するようにして所定の作業台上に載置する。
【００２２】
次に、図３に示すようにして、この接着剤層２の上面にダイシング加工すべき半導体ウエハＡを貼着する。この際のラミネート温度は通常２０℃〜２００℃の間で行われる。ラミネート温度としてはウエハのそりが少ない点で、２０℃〜１３０℃が好ましく、基材フィルムの伸びが小さい点で、２０℃〜８０℃がさらに好ましい。
続いて、この貼着状態で半導体ウエハＡにハーフダイシング、洗浄、乾燥の工程が加えられる。その後、ウエハＡを曲げることにより、完全にチップに切断できる。この際、接着剤層２により半導体ウエハＡは接着シート１０に充分に粘着保持されているので、上記各工程の間にチップが脱落することはない。尚、図４、５にはダイシングカッターを用いてウエハＡをダイシング６することにより半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３が得られることが示されている。
【００２３】
図６に示されるようにしてピックアップすべき半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を、例えば吸引コレット４によりピックアップする。この際、吸引コレット４に換えて又は吸引コレット４と併用するようにして、ピックアップすべき半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を基材フィルム１の下面から、例えば針扞等により突き上げることもできる。
半導体素子Ａ１と接着剤層２との間の粘着力は、接着剤層２と基材フィルム１との間の粘着力よりも大きいため、半導体素子Ａ１のピックアップを行うと、接着剤層２は半導体素子Ａ１の下面に付着した状態で剥離する（図６参照）。
【００２４】
次いで、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３を接着剤層２を介して半導体素子搭載用支持部材５に載置し加熱する。加熱により接着剤層２は接着力が発現され、半導体素子Ａ１、Ａ２、Ａ３と半導体素子搭載用支持部材５との接着が完了する（図７参照）。
ここで、接着シート１０とウエハＡとの位置合わせ用の位置合わせ手段（印）の形成を図８を参照して説明する。
接着シート１０上に載置するウエハＡの外形上の丸形状Ａ２０とオリエンテーションフラット（直線部）Ａ１０との交点に対応する位置に、第一の印２０、第一の印２０に対応するウエハＡの丸形状Ａ２０との交点に対応する接着シート１０位置に第二の印２２を形成する。第一・第二の印２０，２２の形成は、エッチングまたは金型による打ち抜きにより接着シート１０に形成される穴である。または、印刷、レーザ光による接着剤層２、基材フィルム１の改質により形成された印である。
また、図９に示す接着シート１００は溝１１０を接着剤層２の途中まで形成した例を示す。この接着シート１００も上述の接着シート１０と同様の効果を奏する。さらに、溝１１０の形成が容易となる。このような接着シート１００の接着剤層２を完全に切断するためには、ウエハを載置した後ダイシングし、エキスパンドしてチップをピックアップする。
【００２５】
上記と同様な方法で、半導体素子及び接着シートと厚み２５μｍのポリイミドフィルムを基材に用いた配線基板を貼り合せた半導体装置サンプル（片面にはんだボールを形成）を作製し、耐熱性及び耐湿性を調べた。
耐熱性の評価方法には、耐リフロークラック性と耐温度サイクル試験を適用した。耐リフロークラック性の評価は、サンプル表面の最高温度が２４０℃でこの温度を２０秒間保持するように温度設定したＩＲリフロー炉にサンプルを通した後、室温で放置することにより冷却する処理を２回繰り返した。そして、サンプル中のクラックを目視と超音波顕微鏡で視察した。試料１０個すべてでクラックの発生していないものを○とし、１個以上発生していたものを×とした。
【００２６】
耐温度サイクル性は、サンプルを−５５℃雰囲気に３０分間放置し、その後１２５℃の雰囲気に３０分間放置する工程を１サイクルとして、１０００サイクル後において超音波顕微鏡を用いて剥離やクラック等の破壊が試料１０すべてで発生していないものを○、１個以上発生したものを×とした。
その結果は、耐リフロークラック性：試料１０個すべてで発生していなかった（○）
耐温度サイクル性：試料１０個すべてで発生していなかった（○）
【００２７】
以上のように、本発明の接着シートは耐熱性及び耐湿性に優れ、ダイシング時の半導体素子飛びも無く、ピックアップ性も良好である。
【００２８】
【発明の効果】
本発明の接着シートは、ダイシング工程ではダイシングテープとして、半導体素子と支持部材の接合工程では接続信頼性に優れる接着剤として使用することができ、また、半導体搭載用支持部材に半導体素子を実装する場合に必要な耐熱性、耐湿性を有し、かつ作業性に優れるものである。
また、本発明の接着シートを使用した半導体チップ（素子）の製造方法は、製造工程を簡略化でき、しかも製造した半導体装置は、半導体搭載用支持部材に半導体素子を実装する場合に必要な耐熱性、耐湿性および作業性を兼ね備えるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る接着シートの一例の断面図である。
【図２】本発明に係る接着シートに溝を形成した状態の断面図である。
【図３】本発明に係る接着シートに半導体ウエハを貼着した状態を示す図である。
【図４】本発明に係る接着シートを半導体ウエハのダイシング工程に用い、ハーフダイシングした場合の説明図である。
【図５】ウエハを曲げ、チップに破断した場合の説明図である。
【図６】ピックアップされた半導体素子と接着剤層を示す図である。
【図７】半導体素子を半導体素子搭載用支持部材に熱圧着した状態を示す図である。
【図８】位置合わせの印、およびチップの形状に溝、印を形成した接着シートの外観図である。
【図９】接着シートの他の例を示し、溝が接着剤層の途中まで形成されている例の断面図である。
【符号の説明】
１ 粘着フィルム
１’ 粘着剤層
２ 接着剤層
４ 吸引コレット
５ 半導体素子搭載用支持部材
１０、１００ 接着シート
１１、１１０ 溝
Ａ 半導体ウエハ
Ａ１、Ａ２、Ａ３ 半導体素子

Claims (8)

1. 基材フィルム上に接着剤を付設した接着剤層を有する接着シートであって、接着剤層は、所定位置に溝が形成されていることを特徴とする接着シート。
2. 前記接着剤層または基材フィルム上にはウエハとの位置合わせ用の位置合わせ手段を有することを特徴とする請求項１記載の接着シート。
3. 前記接着剤層の溝は、基材フィルム上に溝を有する形状に接着層を印刷により形成する、あるいは、シート状接着剤をエッチングまたは金型による打ち抜きで溝形状に除去して形成する方法のいずれかにより形成されていることを特徴とする請求項１または２記載の接着シート。
4. 前記の溝は、半導体素子形状に基材フィルムのフィルム厚の途中まで形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいづれか１項に記載の接着シート。
5. ウエハの位置合わせ用の位置合わせ手段は、エッチングまたは金型による打ち抜き、あるいは、印刷、レーザ光による接着剤、基材フィルムの改質により形成された印であることを特徴とする請求項１乃至４のいづれか１項に記載の接着シート。
6. 接着シートを用いた接着剤付き半導体チップの製造方法において、
   接着シートは請求項１乃至５のいづれか１項に記載の接着シートを用いると共に、接着シートの位置合わせ用印にウエハの所定位置を位置合わせした後、半導体素子形状にウエハを切断するとき、ウエハの切断する箇所の下部近傍の接着シートには接着剤層が存在しない、あるいは溝があることを特徴とする接着剤つき半導体チップの製造方法。
7. 接着シートを用いた接着剤付き半導体チップの製造方法において、
   接着シートは請求項１乃至５のいづれか１項に記載の接着シートを用いると共に、接着シートの位置合わせ用印にウエハの所定位置を位置合わせした後、半導体素子形状にウエハを半切断するとき、ウエハの半切断する箇所の下部近傍の接着シートには接着剤層がない、あるいは溝があることを特徴とする接着剤つき半導体チップの製造方法。
8. ウエハの所定の位置を切断しやすくする加工が半切断、またはレーザ光による改質によることを特徴とする請求項６または７記載の接着剤つき半導体チップの製造方法。

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