JP2005166938A

JP2005166938A - ダイ接合材形成装置

Info

Publication number: JP2005166938A
Application number: JP2003403485A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Takasu; 誠一高須
Original assignee: NEC Machinery Corp
Current assignee: Canon Machinery Inc
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2003-12-02
Publication date: 2005-06-23

Abstract

【課題】基板上又は基板に実装された半導体ダイ上に、半導体ダイよりも薄くかつ均一な厚さの接合材を形成すること。
【解決手段】基板２に実装された半導体ダイ３上に、吹付け手段２４によって液状の接合材原料４ｃを吹き付け、当該液状の接合材原料４ｃを変性手段２５によって所望の接合材組成に変性させて半導体ダイ３上に接合材４を形成する。液状の接合材原料４ｃの吹付けエリアの認識は、認識手段２３による画像処理等で行なう。
【選択図】図１

Description

本発明は、基板上又は該基板に実装された半導体ダイ上に、接合材を形成するダイ接合材形成装置に関するものである。

図４は、スタック型半導体装置１を例示している。スタック型半導体装置１は、基板２上に複数個の半導体ダイ３，３，…を接合材４，４，…を介して積層したものである。なお、図４において、５，５，…は、基板２及び半導体ダイ３，３，…間に接続した配線である。また、６は、配線５，５，…の接続スペースを確保するために、半導体ダイ３，３，…の相互間に介在させたスペーサ部材（例えば、不良ダイ、厚硬フィルム又はボール入りペーストなど）である。

接合材４の形成方法としては、半導体ダイ３，３，…の成形時に半導体ダイ３，３，…と一体に形成する第１の方法と、半導体ダイ３，３，…の積層時に形成する第２の方法とがある。以下、第１及び第２の方法に基づく半導体装置１の製造工程について説明する。

図５(Ａ)〜(Ｅ)は、第１の方法に基づく半導体装置１の製造工程を例示するフロー図である。図５(Ａ)の工程は、ウェハ３ａの回路面３ｂ側に表面保護テープ７を貼り付けた状態で、グラインダ８によってウェハ３ａの反回路面３ｃを研磨し、ウェハ３ａを薄片状に加工する工程である。図５(Ｂ)の工程は、ウェハ３ａから表面保護テープ７を剥がしたのち、フィルム状の接合材４ａを介してウェハ３ａの反回路面３ｃ側にダイシングテープ９を貼着し、ウェハ３ａを上下反転させる工程である。フィルム状の接合材４ａは、図４に示す半導体装置１の接合材４となる部材である。図５(Ｃ)の工程は、ダイシングソー１０によってウェハ３ａをフィルム状の接合材４ａと共に切断して、所定寸法の半導体ダイ３，３，…を成形する工程である。以上の図５(Ａ)〜(Ｃ)の工程により反回路面３ｃにフィルム状の接合材４ａを有する半導体ダイ３，３，…が成形される。図５(Ｄ)の工程は、半導体ダイ３の下方からピン１１を突き上げてフィルム状の接合材４ａと一緒に半導体ダイ３をダイシングテープ９から剥がし、かつ、コレット１２によって半導体ダイ３を吸着してピックアップする工程である。図５（Ｅ）の工程は、半導体ダイ３を作業台１３に載置された基板２上へ搬送して、半導体ダイ３を基板２に圧着する工程である。半導体ダイ３は、作業台１３に内蔵された加熱ヒータ１３ａによってフィルム状の接合材４ａが溶融され、この状態でコレット１２によって加圧されることにより基板２に圧着される。以下、図５(Ｄ)及び(Ｅ)の工程を繰り返して基板２上に半導体ダイ３，３，…を積層して、図４に示す半導体装置１が得られる。このように、図５(Ｄ)及び(Ｅ)に示す半導体装置１の製造工程は、半導体ダイ３の積層を容易に行なえるものである。

近年、半導体装置１の性能を向上させるために、半導体ダイ３，３，…の多層化・大判化が進められている。半導体ダイ３，３，…の多層化には、その積層高さが変わらないように、半導体ダイ３の薄片化、即ちウェハ３ａの薄片化（概ね２５μｍ程度）が要求される。また、半導体ダイ３，３，…の大判化には、ひとつのウェハ３ａから採れる半導体ダイ３，３，…の数が変わらないように、ウェハ３ａの大判化（概ね３００ｍｍφ程度）が要求される。しかし、図５(Ａ)〜(Ｃ)に示す第１の方法により、大判のウェハ３ａから大判の半導体ダイ３を成形する場合、大判のウェハ３ａを薄く加工してから表面保護テープ７の剥離を行なうことになるので、ウェハ３ａが破損し易く、歩留りが低下する。このため、大判のウェハ３ａから所望の半導体ダイ３，３，…を成形する場合には、歩留りの高い第２の方法、いわゆる先ダイシング製法（例えば特許文献１参照）が採用されている。

図６(Ａ)〜(Ｆ)は、先ダイシング製法に基づく半導体装置１の製造工程を例示するフロー図である。図６(Ａ)の工程は、ダイシングソー１０によってウェハ３ａの回路面３ｂを切削して多数の溝３ｄ，３ｄ，…を設ける工程である。図６(Ｂ)の工程は、ウェハ３ａの回路面３ｂ側に表面保護テープ７を貼り付けたのちウェハ３ａを上下反転させた状態で、グラインダ８によってウェハ３ａの反回路面３ｃを研磨し、ウェハ３ａを図６(Ｃ)に示す所定寸法の半導体ダイ３，３，…に分割する工程である。図６(Ｃ)の工程は、半導体ダイ３，３，…の反回路面３ｃ側にピックアップテープ１４を貼着したのち、これらを上下反転させ、半導体ダイ３，３，…から表面保護テープ７を剥がし取る工程である。図６(Ｄ)の工程は、半導体ダイ３の下方からピン１１を突き上げてピックアップテープ１４から剥がした半導体ダイ３を、コレット１２で吸着してピックアップする工程である。この図６(Ｄ)の工程と並行して、図６（Ｅ）の工程を行なう。図６(Ｅ)の工程は、ディスペンサ１５によって、作業台１３に載置された基板２上にペースト状の接合材４ｂを供給する工程である。ペースト状の接合材４ｂは、図４に示す半導体装置１の接合材４となる部材である。図６(Ｆ)の工程は、基板２上に搬送された半導体ダイ３をコレット１２によって加圧して、ペースト状の接合材４ｂを押し広げつつ半導体ダイ３を基板２に圧着する工程である。以下、図６(Ｄ)乃至(Ｆ)の工程を繰り返して図４に示す半導体装置１が得られる。

先ダイシング製法では、大判のウェハ３ａを細分化して半導体ダイ３を成形してから表面保護テープ７の剥離を行なっているので、半導体ダイ３，３，…に対して過大な負荷がかからず、歩留りが高くなる。しかしながら、先ダイシング製法では、半導体ダイ３，３，…が接合材４とは別体に成形されるので、図６(Ｅ)の如く、半導体ダイ３，３，…の積層時に基板２上又は基板２に実装された半導体ダイ３上にペースト状の接合材４ｂを供給する必要がある。

従来、ペースト状の接合材４ｂを基板２上に供給する装置としては、接合材４ｂを一点又は多点に供給する接触式又は非接触式のディスペンサ１５（例えば特許文献１参照）のほか、接触式でかつペースト状の接合材４ｂを一筆書き供給するライティング装置（例えば特許文献１参照）や、スクリーン印刷装置（例えば特許文献２参照）などがある。

ペースト状の接合材４ｂは、基板２及び半導体ダイ３の間又は半導体ダイ３，３，…の積層方向相互間にボイド（気泡）が発生しないように、高精度で均一に塗布することが要求される。しかし、図６(Ｅ)(Ｆ)の如く、基板２上に一点供給されたペースト状の接合材４ｂをコレット１２による半導体ダイ３の加圧時に押し広げる手法では、ペースト状の接合材４ｂが均一に広がらない。特に、大判の半導体ダイ３を接合する場合は、ペースト状の接合材４ｂを半導体ダイ３の全域に均一に広げることが困難である。

一方、ディスペンサ１５によるペースト状の接合材４ｂの多点供給や、ライティング装置による一筆書き供給、或いはスクリーン印刷装置による印刷供給の場合は、一点供給の場合と比較してペースト状の接合材４ｂを均一に塗布できる。しかし、図６(Ｅ)の工程で多点供給や一筆書き供給を行なうと、ペースト状の接合材４ｂの塗布に要する時間が長くなり、半導体装置１の生産効率が低下する。特に、大判の半導体ダイ３に対して多点供給や一筆書き供給を行なう場合は、ペースト状の接合材４ｂの供給範囲が広くなるので、余計に時間がかかる。また、スクリーン印刷装置によるペースト状の接合材４ｂの供給は、大判の半導体ダイ３であっても短時間で行なえる反面、塗布対象エリアからペースト状の接合材４ｂがはみ出し易い。したがって、スクリーン印刷装置による供給は、主として基板２上に供給する場合に採用され、基板２に実装された半導体ダイ３上に供給する場合には殆ど採用されていない。

また、半導体ダイ３と同程度又はそれ以上の厚さでペースト状の接合材４ｂを塗布すると、ペースト状の接合材４ｂが硬化する際に収縮して、半導体ダイ３に反りが発生する。このため、半導体ダイ３，３，…を薄く成形するのと同時に、ペースト状の接合材４ｂも薄く塗布することが要求される。しかし、上記のいずれの供給方法であっても、基板２上又は基板２に実装された半導体ダイ３上に、ペースト状の接合材４ｂが厚塗りされ、ペースト状の接合材４ｂを薄く塗布できない。

他方、図６(Ｅ)の工程では、ペースト状の接合材４ｂに換えて、半導体ダイ３と同じ大きさに裁断したフィルム状の接合材４ａを個別供給することも行なわれている。しかし、フィルム状の接合材４ａは、薄く形成するほど、その供給時にしわが寄って均一に貼り付けられず、ボイドが発生し易くなる。供給時にしわが寄らないように比較的厚めのフィルム状の接合材４ａを使用すると、ペースト状の接合材４ｂと同様に、半導体ダイ３の接合時にフィルム状の接合材４ａが収縮して半導体ダイ３に反りが発生する。

特開２００２−１１０７０９号公報特開平８−３１６４９６号公報

本発明は、斯かる実情に鑑み創案されたものであって、その目的は、基板上又は基板に実装された半導体ダイ上に、薄くかつ均一な厚さの接合材を短時間で形成できるダイ接合材形成装置を提供することにある。

本発明のダイ接合材形成装置は、基板上又は該基板に実装された半導体ダイ上に、液状の接合材原料を微小な粒状態で吹き付ける吹付け手段と、前記基板上又は該基板に実装された半導体ダイ上で液状の接合材原料を所望の接合材組成に変性させて接合材を形成する変性手段とを備えたことを特徴としている。

本発明の上記構成によれば、以下のような作用が得られる。吹付け手段によって噴霧された液状の接合材原料は、基板上又は該基板に実装された半導体ダイ上に、微小な粒状（略球状）の状態で吹き付けられる。液状の接合材原料は、半導体ダイに吹き付けたのち、粒状から薄く広がりつつ隣接するもの同士で結合する。これにより、半導体ダイの反回路面側に、液状の接合材原料からなる薄くかつ均一な液膜が形成される。この状態で、加熱、乾燥又は光照射等の作用を奏する変性手段によって、液状の接合材原料を所望の接合材組成に変性させると、半導体ダイの反回路面に半導体ダイよりも十分に薄く、かつ、均一な厚さの接合材が形成される。なお、接合材は、加熱時間、乾燥時間又は光照射時間等を適宜変更することで、ペースト状にも固体状にも形成できる。ペースト状の接合材は、品質保持期限が短く概ね数週間以下である。他方、固体状の接合材は、品質保持期限が長く数ヶ月程度である。したがって、接合材の形成後、直ぐに半導体チップの積層を行なう場合は接合材をペースト状に形成し、半導体チップの積層を直ぐに行なわない場合は接合材を固体状に形成することが望ましい。

このようにして形成された接合材は、従前のフィルム状又はペースト状の接合材４ａ，４ｂと比較して、薄くかつ均一であるから、薄い半導体ダイに形成しても、その積層時に当該半導体ダイに反りや気泡が発生しない。また、吹付け手段は、基板上又は基板に実装した半導体ダイ上の吹付けエリアの広狭に関係なく、液状の接合材原料を均一に吹き付けられるものであるから、大判の半導体ダイに対して均一に液状の接合材原料を塗布できる。さらに、従来例で示したフィルム状又はペースト状の接合材４ａ，４ｂを供給する場合と比較して、液状の接合材原料の供給を短時間で行なえる。したがって、薄くかつ大判の半導体ダイを積層して、高品質の半導体装置を短時間で製造することが可能になる。

なお、吹付け手段としては、インクジェット機構や霧吹き装置などが挙げられる。これらの吹付け手段で液状の接合材原料を吹き付けると、大判の半導体ダイであっても液状の接合材原料をほぼ均一に吹き付けることができる。特に、インクジェット機構の場合は、半導体ダイに反りが発生しない程度に薄い（具体的には、２〜１０μｍ程度）接合材の形成が可能になる。また、半導体ダイの全面に吹き付けたり、所定の部位にのみ吹き付けるなど、吹付けエリアの設定変更が容易である。

また、前記基板上又は該基板に実装された半導体ダイ上の吹付けエリアを認識する認識手段を設けておくと、吹付けエリアのみに液状の接合材原料を吹き付けることができる。これにより、接合材が吹付けエリアからはみ出して形成されず、しかも液状の接合材原料を過剰に使用しなくてよいから、接合材の形成に要するコストを低減できる。

本発明のダイ接合材形成装置によれば、基板上又は該基板に実装された半導体ダイ上に、薄くかつ均一な厚さの接合材を短時間で形成できる。これにより薄くかつ大判の半導体ダイを積層して半導体装置を製造する際に半導体ダイに反りや気泡が発生せず、高品質の半導体装置を提供できる。

以下、図面を参照しつつ本発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明のダイ接合材形成装置２１を例示する概略図であって、図中、図４乃至図６と同一の符号を付した部分は従来例と同一物を表わし、基本的な構成は従来例のものと同様である。

本実施形態のダイ接合材形成装置２１は、図１の如く、複数個の半導体ダイ３，３，…が等間隔で実装された基板２を順次搬送する作業台２２と、基板２に実装された半導体ダイ３，３，…上の吹付けエリアを認識する認識手段２３と、当該吹付けエリアに液状の接合材原料４ｃを噴霧する吹付け手段２４と、作業台２２に内蔵され、液状の接合材原料４ｃを変性させて半導体ダイ３上に接合材４を形成する変性手段２５（図２参照）とを備えたものである。

作業台２２は、基板２を所定距離だけ搬送したのち停止し、基板２に対する所望の工程が終わった段階で、再度基板２を所定距離だけ搬送することを繰り返し行なうものである。

認識手段２３は、基板２に実装された半導体ダイ３，３，…上の吹付けエリアを画像処理等によって認識し、当該認識結果を吹付け手段２４へ伝送するものである。

吹付け手段２４は、いわゆるインクジェット機構（インクジェット式プリンタ等に利用されているインクその他の液体の噴出機構）であって、図の矢印の如く前後左右上下の３方向に移動可能に構成してある。吹付け手段２４は、認識手段２３による吹付けエリアの認識結果に基づいて高精度に位置決め制御が行なわれ、半導体ダイ３の上方の所定位置から液状の接合材原料４ｃを微小な粒状態で噴霧する。液状の接合材原料４ｃは、吹付け手段２４であるインクジェット機構によって噴霧できる程度の粘度、即ちインクジェット式プリンタ用のインクと同程度の粘度に調整すると共に、所望の化学変化を起さないと固まらないようにした液状の樹脂（例えば、熱硬化性樹脂など）である。

変性手段２５は、液状の接合材原料４ｃに化学変化を起こさせ、所望の接合材組成に変性させるものであって、液状の接合材原料４ｃが熱硬化性樹脂である場合には、加熱ヒータとする。

次に、図２(Ａ)〜(Ｃ)及び図３(Ａ)〜(Ｃ)を参照してダイ接合材形成装置２１による接合材形成工程について説明する。

図２(Ａ)の工程は、作業台２２によって基板２を順次搬送して所定の位置で停止させると共に、吹付け手段２４を半導体ダイ３の上方所定位置に移動させる工程である。作業台２２は、認識手段２３で基板２に実装された半導体ダイ３を認識することに基づいて基板２の搬送を停止してもよいし、他のセンサ（図示略）によって作業台２２による基板２の搬送距離等を検出して基板２の搬送を停止してもよい。また、認識手段２３は、吹付け対象となる半導体ダイ３自体を直接認識して、その位置を認識するようにしてもよいし、吹付け対象の後続の半導体ダイ３を認識することで、その進行方向前方に所定距離を隔てた位置にある吹付け対象となる半導体ダイ３の位置を認識するようにしてもよい。吹付け手段２４は、認識手段２３による認識結果に基づいて移動し、その位置を微調整する。

図２(Ｂ)の工程は、吹付け手段２４によって液状の接合材原料４ｃを噴霧して、半導体ダイ３上の吹付けエリアに対して均一に吹き付ける工程である。吹付けエリアは、半導体ダイ３の上面全体であってもよいし、上面の所定部位であってもよい。液状の接合材原料４ｃは、図３(Ａ)の如く、半導体ダイ３の厚さ寸法と比較して十分に小さな粒状態で半導体ダイ３上に吹き付けられる。半導体ダイ３に吹き付けられた液状の接合材原料４ｃは、図３(Ｂ)の如く、粒状態から薄く広がりつつ隣接するもの同士で結合する。そして、図３(Ｃ)の如く、基板２上に液状の接合材原料４ｃからなる薄くかつ均一な液膜が形成される。

図２(Ｃ)の工程は、作業台２２によって基板２を搬送し、液状の接合材原料４ｃが吹き付けられた先行の半導体ダイ３を作業台２２に内蔵された変性手段２５の上方位置まで移動させると共に、その後続の半導体ダイ３を液状の接合材原料４ｃの吹付け作業位置まで移動させる工程である。先行の半導体ダイ３に吹き付けられた液状の接合材原料４ｃは、変性手段２５によって加熱され、所望の接合材組成に変性する。これにより先行の半導体ダイ３上にペースト状又は固体状の接合材４が形成される。変性手段２５によって液状の接合材原料４ｃを変性させている間に、図２(Ａ)(Ｂ)の如く、後続の半導体ダイ３に対する吹付け手段２４の位置決めと、液状の接合材原料４ｃの吹付けとを行なう。

以上の工程を繰り返して、基板２に実装された各半導体ダイ３上に、半導体ダイ３よりも十分に薄くかつ均一な厚さの接合材４が形成される。

なお、接合材４をペースト状又は固体状のいずれの状態に形成するかは、変性手段２５による加熱時間・加熱温度等の調節によって適宜変更可能である。また、接合材４は、ペースト状又は固体状のいずれの状態に形成するかで、その品質保持期限が異なる。したがって、図６(Ｆ)に示す半導体ダイ３の積層工程を、接合材４の形成直後に作業台２２上で行なう場合は接合材４をペースト状に形成し、接合材４の形成直後に行なわない場合は接合材４を固体状に形成することが望ましい。

以上、本発明の一実施形態につき説明したが、本発明は上記実施形態に限定されることなく種々の変更が可能であって、例えば液状の接合材原料４ｃは、熱硬化性樹脂のほか、乾燥、光照射、その他の手段により硬化する樹脂であっても構わない。この場合、変性手段２５は、液状の接合材原料４ｃの性質に合せて適宜変更するものとし、作業台２２の上方等に配置しても構わない。また、上記実施形態では、基板２に実装された半導体ダイ３に対して接合材４を形成する場合について説明したが、１段目の半導体ダイ３を基板２に圧着するために、基板２上に形成する接合材４については、本装置２１によって形成してもよいし、従来例のスクリーン印刷装置によって形成しても構わない。

本発明のダイ接合材形成装置を例示する概略斜視図である。 (Ａ)〜(Ｃ)は、本発明のダイ接合材形成装置による接合材形成工程を示すフロー図である。 (Ａ)〜(Ｃ)は、液状の接合材原料からなる液膜の形成過程を例示するフロー図である。半導体装置を例示する側面図である。 (Ａ)〜(Ｅ)は、半導体ダイを成形する第１の従来方法に基づく半導体ダイの製造工程を示すフロー図である。 (Ａ)〜(Ｆ)は、半導体ダイを成形する第２の従来方法に基づく半導体ダイの製造工程を示すフロー図である。

符号の説明

２１ダイ接合材形成装置
２２作業台
２３認識手段
２４変性手段
２４吹付け手段
２５変性手段

Claims

基板上又は該基板に実装された半導体ダイ上に、液状の接合材原料を微小な粒状態で吹き付ける吹付け手段と、前記基板上又は該基板に実装された半導体ダイ上で液状の接合材原料を所望の接合材組成に変性させて接合材を形成する変性手段とを備えたダイ接合材形成装置。
前記吹付け手段が、インクジェット機構である請求項１に記載のダイ接合材形成装置。
前記基板上又は該基板に実装された半導体ダイ上の吹付けエリアを認識する認識手段を備えた請求項１又は２に記載のダイ接合材形成装置。