JP2009099840A - 半導体基板、及び半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体基板、及び半導体装置の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】微細なパターン状を有する認識マークの位置の検出精度を向上する。
【解決手段】複数の半導体チップが実装された実装領域２の外周部の枠部３に配置され認識カメラによって位置を巨視的に検出するための第１の認識マーク１１と、第１の認識マーク１１よりも小さく形成され認識カメラによって位置を微視的に検出するための第２の認識マーク１２と、を備える。第２の認識マーク１２は、中心線がダイシングライン４の延長線上に配置され、中心線に対して線対称に形成されたパターン形状を有している。このパターン形状は、ダイシングライン４に平行な方向に占める比率が、ダイシングライン４に垂直な方向に占める比率よりも大きく形成され、パターン形状を形成するためのエッチング液の流動を促す流動領域１３を含んでいる。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置の製造工程において、複数の半導体素子が配列されて実装される半導体基板、及びこの半導体基板を用いた半導体装置の製造方法に関する。
近年、半導体装置（以下、半導体パッケージと称する）は、例えば携帯電話機等の小型の電子機器に搭載するために、半導体パッケージの小型化の要求が高まってきている。そのため、ＢＧＡ（Ball Grid Array）型の半導体パッケージにおいては、半導体素子（以下、半導体チップと称する）が搭載される配線基板を小さくし、半導体装置を小型化することが進められている。
そして、半導体チップの寸法にほぼ等しい大きさの半導体パッケージが実用化されている。このため、配線基板において半導体チップが占める領域が大きくなっている。これに伴い、半導体パーケージの製造工程で必要とされる寸法公差はより一層厳しいものとなっている。一般に、半導体パッケージの製造過程では、複数の半導体チップが実装された半導体基板を、分割線（以下、ダイシングラインと称する）に沿って個々の半導体パッケージに切断して分離する基板ダイシングの工程が行われている。したがって、配線基板のダイシング位置の精度を向上させる必要が生じてきている。
このような基板ダイシングの工程では、まず始めに、半導体基板の４隅に配置された、比較的容易に検出することが可能な大形の認識マークを比較的低倍率で広視野な認識カメラで認識することによって、半導体基板の位置を検出する。続いて、認識カメラの倍率をそのままの状態で、各ダイシングライン上に配置された認識マークがなすパターン形状を認識することによって、ダイシングラインの位置を検出する。最後に、検出されたダイシングラインの位置に基づいて、半導体基板のダイシングを行う。この方法では、認識マークによってダイシングラインの位置を認識するときに、低倍率の認識カメラで行っている。このため、この方法は、ダイシング位置を高倍率の認識カメラで認識するウェハのダイシングの工程における加工精度と比較して精度が劣っている。
また、関連する半導体基板のダイシング技術としては、例えば、特許文献１に開示されている。この特許文献１における配線基板の周囲には、個々の半導体パッケージに切断するためのダイシングラインの延長線上に、０．３ｍｍ×０．５ｍｍの長方形をなす認識マークが設けられており、対向する位置の２つの認識マークに基づいて、ダイシングラインの位置を認識し、配線基板をダイシングする方法が開示されている。
特開２００２−２４６３３６号公報（図２）
ところで、上述したように、配線基板に設けられる認識マークは、製品部分としての配線パターンと同時にエッチング等を行うことによって形成されている。このため、配線基板の製造時に配線パターンをエッチングする際に、認識マークを構成するパターン形状の外周部の一部がエッチング液によって溶かされて形状が崩れた、いわゆるダレが発生する。このようなパターン形状のダレは、配線基板に形成する配線パターンが微細であるほど顕著である。このため、微細なパターン形状では、パターン中心を安定して検出できるような精度で仕上がりを得ることは難しい。
認識マークを構成するパターン形状にダレが発生した場合には、パターン中心の位置を安定して認識できずに、配線基板のダイシング位置にズレが生じてしまう。このダイシング位置のズレが生じた場合には、配線基板の配線パターンや、配線基板と半導体チップとを電気的に接続するワイヤを切断してしまうおそれがある。
また、基板ダイシングの工程において、ダイシング位置をダイシング装置に認識させるための認識マークを構成するパターン形状は、検出を容易に行えるように特徴的な形状であり、かつ、充分な精度を得るために対称的な形状が望まれている。そして、視野が狭い高倍率の認識カメラを用いて、より高精度な認識を実現するために、認識マークのパターン形状を微細な形状に形成することが考えられる。しかしながら、基板に配線パターンを形成する工程で、認識マークとしての微細なパターン形状を形成した場合、認識マークのパターン形状の仕上がりが安定せず、パターン形状として使用不能となる。このため、基板ダイシングの工程では、高倍率の認識カメラを利用した位置の検出を採用することが困難であるため、寸法公差を大きく確保する必要があり、半導体パッケージの小型化を図ることの妨げになっている。
また、上述した特許文献１に開示されている認識マークは、長方形状をなすパターン形状の角部がエッチング液で溶かされて、パターン形状が崩れやすく、検出が困難になる問題がある。加えて、この認識マークは、長方形状をなすパターン形状が、配線基板に形成された配線パターンと類似しているので、誤認しやすい問題がある。
そこで、本発明は、上述した課題を解決し、微細に形成することが可能な第２の認識マークによって、位置の検出精度を向上することができる半導体基板、及び半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上述した目的を達成するため、本発明に係る第１の半導体基板は、複数の半導体素子がマトリックス状に配列されて実装され、実装された複数の半導体素子ごとに個々に切断して分離するための分割線を備える半導体基板であって、
複数の半導体素子が実装された実装領域の外周部の枠部に配置され検出手段によって位置を巨視的に検出するための第１の認識マークと、第１の認識マークよりも小さく形成され検出手段によって位置を微視的に検出するための第２の認識マークと、を備える。そして、第２の認識マークは、中心線が分割線の延長線上に配置され、中心線に対して線対称に形成されたパターン形状を有している。パターン形状は、分割線に平行な方向に占める比率が、分割線に垂直な方向に占める比率よりも大きく形成され、このパターン形状を形成するためのエッチング液の流動を促す流動領域を含んでいる。
また、本発明に係る第２の半導体基板は、複数の半導体素子がマトリックス状に配列されて実装され、実装された複数の半導体素子ごとに個々に切断して分離するための分割線を備える半導体基板であって、
複数の半導体素子が実装された実装領域の外周部の枠部に配置され検出手段によって位置を巨視的に検出するための第１の認識マークと、第１の認識マークよりも小さく形成され検出手段によって位置を微視的に検出するための第２の認識マークと、を備える。そして、第２の認識マークは、中心線が分割線の延長線上に配置され、中心線に対して線対称に形成されたパターン形状を有し、このパターン形状が、複数の単純図形を組み合わせて構成されている。
また、本発明に係る半導体装置の製造方法は、上述した本発明に係る半導体基板を用いた、半導体装置の製造方法であって、
認識カメラによって第１の認識マークを認識することによって半導体基板の位置を検出する第１工程と、認識カメラの倍率を高くして第２の認識マークを認識することによって半導体基板の分割線の位置を検出する第２工程と、半導体基板を分割線に沿って切断する第３工程と、を有する。
本発明によれば、微細なパターン形状を有する第２の認識マークの位置の検出精度を向上することができる。したがって、本発明によれば、半導体基板の寸法公差を小さくし、半導体装置の小型化を図ることができる。
以下、本発明の具体的な実施形態について、図面を参照して説明する。
図１に、第１の実施形態の半導体実装基板１の平面図を示す。図１に示すように、半導体実装基板１は、複数の半導体チップがマトリックス状に配列されて実装される実装領域２と、この実装領域２の外周側に配置された四角形をなす枠部３と、実装領域２に実装された複数の半導体チップごとに個々に切断して分離するための複数のダイシングライン（分割線）４とを備えている。
半導体実装基板１の実装領域２には、半導体パッケージを構成する複数の単位基板２ａがマトリックス状に配列されている。そして、この半導体実装基板１の枠部３には、検出手段としての認識カメラ（不図示）によって半導体実装基板１の位置を巨視（マクロ）的に検出するための複数の第１の認識マーク１１と、認識カメラによってダイシングライン４の位置を微視（ミクロ）的に検出するための複数の第２の認識マーク１２と、がそれぞれ配置されている。
第１の認識マーク１１は、枠部３の４隅のコーナー部にそれぞれ配置されており、十字状のパターン形状を有している。第２の認識マーク１２は、第１の認識マーク１１よりも小さく形成され、ダイシングライン４の延長線上の枠部３に配置されている。
なお、この第１の認識マーク１１は直径が１ｍｍ程度に形成されており、第２の認識マーク１２は直径が４００μｍ程度に形成されている。また、第１の認識マーク１１及び第２の認識マーク１２は、半導体実装基板１を覆うソルダー（半田）レジストの円形状の開口部６から露出されている。
また、第２の認識マーク１２は、中心線がダイシングライン４の延長線上に配置され、この中心線に対して線対称に形成されたパターン形状を有している。図２に、微細なパターン形状をなす第２の認識マーク１２の平面図を示す。このパターン形状は、図２に示すように、ダイシングライン４の延長線上に長軸が位置する楕円形状に形成されており、ダイシングライン４に平行な方向に占める比率が、ダイシングライン４に垂直な方向に占める比率よりも大きく形成されている。そして、このパターン形状は、楕円形状の外周部に、パターン形状を形成するときのエッチング液の流動を促す直線状の流動領域１３を含んでいる。
すなわち、第２の認識マーク１２を構成する微細なパターン形状は、流動領域１３を含んでいるので、半導体実装基板１に配線パターンを形成するためのエッチングと同時にパターン形状を形成するときに、パターン形状に対してエッチング液が均一に流れるようなる。このため、エッチング液によって、微細なパターン形状の例えば外周部の一部が崩れる等のダレが生じることが抑制される。したがって、第２の認識マーク１２は、微細なパターン形状であっても、パターン中心に対して形状が安定した仕上がりを得ることができる。
そして、このような構成で、高倍率の認識カメラによる比較的狭い視野にも収まるサイズで第２の認識マーク１２のパターン形状を形成することで、ダイシング位置をより一層高精度に検出することが可能になり、基板ダイシングの工程の加工精度を向上することができる。
次に、実施形態の半導体パッケージの製造方法について、図３〜図５を参照して説明する。
まず、図１及び図３（ａ）に示すように、複数の単位基板２ａがマトリックス状に配列され、枠部３の所定の位置に第１の認識マーク１１及び第２の認識マーク１２が形成された半導体実装基板１を準備する。図３（ｂ）に示すように、単位基板２ａの一方の面に半導体チップ８がそれぞれ搭載され、半導体チップ８の電極パッドと単位基板２ａの配線パターンとが、例えばワイヤ９によって電気的に接続される。
続いて、それぞれの単位基板２ａに半導体チップ８がそれぞれ搭載された半導体実装基板１には、図３（ｃ）に示すように、複数の単位基板２ａを一括的に覆う封止部１０が形成される。本実施形態では、単位基板２ａの反りを抑制するために、封止部１０を２つに分割する構成を採っている。
次に、封止部１０が形成された半導体実装基板１は、図１及び図３（ｄ）に示すように、単位基板２の他方の面に設けられた複数のランド７の上に、それぞれ半田ボール１１をそれぞれ搭載する。
続いて、本実施形態の半導体実装基板１について、半導体実装基板１及びダイシングライン４の位置を検出する工程、基板ダイシングの工程を説明する。
本実施形態の半導体パッケージの製造方法は、半導体パッケージの組み立て工程後に、第１の認識マーク１１を認識することで半導体実装基板１の位置を巨視的に検出する第１工程と、第２の認識マーク１２によってダイシングライン４の位置を微視的に検出する第２工程と、ダイシングライン４に沿って半導体実装基板１を切断して単位基板２ａごとに個片化する第３工程とを有している。
まず、半導体実装基板１の枠部３の４隅に配置された、検出が比較的容易な比較的大形の第１の認識マーク１１のパターン形状を、図４（ａ）に示すように、比較的低倍率で広視野な認識カメラの認識エリア２１で認識して、半導体実装基板１の位置を検出する。その後、低倍率から高倍率の認識カメラに切り替え、図４（ｂ）に示すように、認識カメラの認識エリア２２で、各ダイシングライン４の延長線上に配置された第２の認識マーク１２の微細なパターン形状を認識して、ダイシングライン４の位置を検出する。最後に、検出されたダイシングライン４の位置に基づいて、図４（ｃ）に示すように、半導体実装基板１のダイシングを行う。
基板ダイシングの工程では、図５に示すように、半導体実装基板１の封止部８をダイシングテープ１３に接着固定し、ダイシング装置によって高速回転させたダイシングブレード１４で、第２の認識マーク１２を構成するパターン形状によって認識されたダイシングライン４の位置に沿って回転研削することで、個々の半導体パッケージ１６に切断して分離する。
そして、半導体実装基板１を単位基板２毎に切断して分離することで、図３（ｅ）に示すように、複数の半導体パッケージ１６が得られる。
本実施形態では、高倍率の認識カメラによる認識幅が５００μｍ以内にされ、第２の認識マークが４００μｍ程度の大きさにされ、エッチング液でダレが比較的生じ難い楕円形をなすパターン形状に形成された第２の認識マーク１２を高倍率の認識カメラで検出している。このため、微細なパターン形状がない配線基板と比較して、位置をより一層高精度に検出することができる。その結果、配線基板の切断位置の精度を向上することができるため、半導体チップの寸法にほぼ等しい大きさの半導体パッケージを製造することができる。
上述したように、本実施形態によれば、微細なパターン形状がない配線基板と比較して、位置をより高精度に検出することができる。その結果、配線基板の切断位置(ダイシング位置)の精度を向上することができるため、寸法公差を小さく設定することが可能になり、半導体チップの大きさとほぼ等しい大きさの半導体パッケージを製造することができる。
基板ダイシングの工程の他、他の加工装置で利用する認識マークとしても第２の認識マーク１２を適用することで、位置の検出精度の向上が図られ、寸法公差が厳しい高密度な実装を実現した半導体パッケージを提供することができる。
（他の実施形態）
上述した実施形態では、第２の認識マーク１２として楕円形をなすパターン形状に形成されたが、エッチング液が均一に流れてダレが生じるのが抑えられる形状であれば、楕円形状以外の他の形状であっても良い。エッチング液が均一に流れる形状の他の例としては、例えば図６（ａ）に示すような形状が挙げられる。
図６（ａ）に示すように、第２の認識マーク２３のパターン形状は、ダイシングライン４の延長線上に配置された直線部２３ａと、この直線部２３ａを挟んで平行に配置された一対の直線部２３ｂ，２３ｃとを有している。このパターン形状においては、各直線部２３ａ，２３ｂ，２３ｃの間が、パターン形状を形成するときのエッチング液の流動を促す流動領域１３として作用する。したがって、このパターン形状によれば、パターン中心に対して形状が安定した仕上がりを得ることが可能になる。
また、パターン形状にダレが生じた場合であっても、パターン形状を検出することを可能にする形状としては、図６（ｂ）に示すような形状が挙げられる。
図６（ｂ）に示すように、第２の認識マーク２４のパターン形状は、ダイシングライン４上に位置する直線部２４ａと、中心線がダイシングライン４上に位置する円形部２４ｂと、この円形部２４ｂを包囲する四角形状の枠部２４ｃとを有しており、複数の単純図形を組み合わせて構成されている。なお、本発明における単純図形とは、例えば円形、四角形、直線等の比較的簡素な図形を指しており、例えば１つの単純図形の内側に、他の単純図形が配置されるように組み合わされてなる。
このように単純図形を組み合わせて構成することで、微細なパターン形状は、いずれかの単純図形の形状が崩れた場合であっても、他の図形や、複数の図形によって相互的に、パターン中心の位置を検出することが可能になる。
また、図７に示すように、例えば自動測定機における基板寸法測定の際の測定基準点として、第２の認識マーク１２が使用されても良い。
さらに、上述した実施形態では、第２の認識マーク１２を構成するパターン形状を、ソルダーレジストの開口部６から露出させた構成を採っているが、図８に示すように、第１及び第２の認識マーク１１，１２のパターン形状がソルダーレジストで覆われた構成が採られても良い。
また、図９に示すように、基板ダイシングの工程では、半導体実装基板１の端部側から中央側に向かうような順序、つまり位置Ｌ１〜Ｌ４、Ｌ５〜Ｌ８の順序で、第２の認識マーク１２によって検出されたダイシングライン４に沿って切断することによって、切断によって各半導体パッケージに加わる応力集中を均等にすることができるので、切断位置の精度を更に向上させることができる。
なお、本発明に係る半導体基板は、半導体装置の製造工程において、半導体基板の位置の認識を行うすべての工程に採用されて好適である。
本実施形態の半導体実装基板を示す平面図である。 上記半導体実装基板の第２の認識マークを示す平面図である。 上記半導体実装基板を用いた、半導体装置の製造方法を説明するための断面図である。 上記半導体実装基板の第１の認識マーク及び第２の認識マークを説明するための図である。 基板ダイシングの工程を示す断面図である。 上記第２の認識マークの他の例を示す平面図である。 上記第２の認識マークが設けられた他の半導体実装基板を示す平面図である。 他の第２の認識マークが設けられた他の半導体実装基板を示す平面図である。 基板ダイシングの工程における切断方法を説明するための平面図である。
符号の説明
１ 半導体実装基板
２ 実装領域
３ 枠部
４ ダイシングライン（分割線）
８ 半導体チップ
１１ 第１の認識マーク
１２ 第２の認識マーク
１３ 流動領域
１６ 半導体パッケージ

Claims (6)

  1. 複数の半導体素子がマトリックス状に配列されて実装され、実装された前記複数の半導体素子ごとに個々に切断して分離するための分割線を備える半導体基板であって、
    前記複数の半導体素子が実装された実装領域の外周部の枠部に配置され、検出手段によって位置を巨視的に検出するための第１の認識マークと、
    前記第１の認識マークよりも小さく形成され、前記検出手段によって位置を微視的に検出するための第２の認識マークと、を備え、
    前記第２の認識マークは、中心線が前記分割線の延長線上に配置され、該中心線に対して線対称に形成されたパターン形状を有し、
    前記パターン形状は、前記分割線に平行な方向に占める比率が、前記分割線に垂直な方向に占める比率よりも大きく形成され、前記パターン形状を形成するためのエッチング液の流動を促す流動領域を含んでいる、ことを特徴とする半導体基板。
  2. 前記第２の認識マークの前記パターン形状は、前記分割線の延長線上に長軸が位置する楕円形状である、請求項１に記載の半導体基板。
  3. 前記第２の認識マークの前記パターン形状は、前記分割線の延長線上に配置された直線部と、該直線部を挟んで平行に配置された一対の直線部とを有している、請求項１に記載の半導体基板。
  4. 複数の半導体素子がマトリックス状に配列されて実装され、実装された前記複数の半導体素子ごとに個々に切断して分離するための分割線を備える半導体基板であって、
    前記複数の半導体素子が実装された実装領域の外周部の枠部に配置され、検出手段によって位置を巨視的に検出するための第１の認識マークと、
    前記第１の認識マークよりも小さく形成され、前記検出手段によって位置を微視的に検出するための第２の認識マークと、を備え、
    前記第２の認識マークは、中心線が前記分割線の延長線上に配置され、該中心線に対して線対称に形成されたパターン形状を有し、該パターン形状が、複数の単純図形を組み合わせて構成されている、ことを特徴とする半導体基板。
  5. 前記第２の認識マークの前記パターン形状は、前記分割線上に位置する円形部と、該円形部を包囲する四角形状の枠部とを有している、請求項５に記載の半導体基板。
  6. 請求項１ないし５のいずれか１項に記載の半導体基板を用いた、半導体装置の製造方法であって、
    認識カメラによって前記第１の認識マークを認識することによって前記半導体基板の位置を検出する第１工程と、
    前記認識カメラの倍率を高くして前記第２の認識マークを認識することによって前記半導体基板の前記分割線の位置を検出する第２工程と、
    前記半導体基板を前記分割線に沿って切断する第３工程と、
    を有する、半導体装置の製造方法。
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