JP2011228531A - コンパウンドウエハーの薬液加熱乾燥装置並びにその方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンパウンドウエハーの薬液の加熱乾燥工程において、反りを抑制しつつ薬液層に厚薄が発生しないように加熱乾燥できるコンパウンドウエハーの薬液加熱乾燥装置並びにその方法を提供する。
【解決手段】縦横に整列配置された半導体チップ３が一面に露出された状態で樹脂モールドされたコンパウンドウエハーＡの半導体チップ３の露出側の面４ａに塗布された薬液７を加熱乾燥するコンパウンドウエハーＡの加熱乾燥装置Ｃであって、内部の加熱乾燥領域Ｈに挿入されたウエハーＡの上下両面４ａ、４ｂを加熱する加熱源１５、１６と、上昇停止位置にてウエハーＡの下面４ｂが下側の加熱源１６に接触しない状態で下から支え、所定時間加熱されて降下停止位置において加熱時に発生した反りが下側の加熱源１６に接触しないようになった段階でウエハーＡを降下停止位置まで降下させて下側の加熱源１６に近接させ、薬液乾燥を継続させる支持部材１７とで構成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、切断された多数のチップを縦横に一定間隔で配置し、これらのチップを樹脂にてモールドした大型のコンパウンドウエハーの配線層形成時における薬液の乾燥装置並びにその方法に関する。

半導体製造プロセスの微細化技術の進展により、半導体パッケージの形態もＱＦＰからμＢＧＡ、ＣＳＰ（チップサイズパッケージ）、さらには半導体ベアーチップを直接回路基板にボンディングするフリップチップ実装ヘと変化している。フリップチップ実装は半導体素子が回路基板に半導体パッケージに設けられた多数のバンプを介して直接実装されるため、例えば携帯電話のように小型で高速信号処理を必要とする機器への適用が一層加速するものと考えられている。

ところが、半導体チップのサイズは微細化技術の進歩に伴って非常に小さくなり、半導体チップの表面に形成され、バンプが取り付けられる電極部分の面積もチップサイズの小型化に伴って非常に小さくなっている。これに対して回路基板の電極部分に直接接続するバンプはある程度の大きさが必要であってチップサイズの小型化に合わせて小さくすることが物理的にできない。

そこで、一つの半導体パッケージの中に１又は複数の半導体チップを埋設し、半導体パッケージの接合側表面に所定間隔で設けられた多数のバンプに半導体チップの電極部分を、配線層を介して接続するということが行われるようになってきた。このような半導体パッケージでは、複数の半導体チップを単層更には複数層にて埋設形成することにより、その電子機器に必要とされている機能のすべてが一つのパッケージにパッケージングされるというメリットがある。

このような半導体パッケージの製造は次のようにして行われる（図３(a)〜(l)）。円形のガラス基板(1)（例えば直径２００ｍｍ）上に接着層(2)を形成し、この上に切断された半導体チップ(3)を所定間隔で縦横に配置し固定する。続いて接着固定された半導体チップ(3)全体が埋没するように金型(10)を使用して樹脂モールドする。然る後、ガラス基板(1)を接着層(2)から取り外し、続いてこの接着層(2)も剥離する。これによりモールド樹脂(4)の一方の面(4a)に所定間隔で配置された半導体チップ(3)が面一で露出する。半導体チップ(3)の露出面(3a)にはバンプ(6)と接続すべき電極（図示せず）が表れている。このように形成されたウエハーがコンパウンドウエハー(A)と呼ばれるものである（図４）。

そしてこのコンパウンドウエハー(A)を使用して半導体チップ(3)の露出側の面(4a)に配線層(5)をフォトリソグラフィーで形成し、配線層(5)に所定間隔で設けられたバンプ(6)と半導体チップ(3)の電極部分とを配線層(5)内に設けられた配線（図示せず）にて接続し、このコンパウンドウエハー(A)を切断して所望の半導体パッケージ(B)を得る。この半導体パッケージ(B)は基板(20)にダイボンディングされることになる。

このようなコンパウンドウエハー(A)の製造プロセスにおいて、半導体チップ(3)の露出側の面(4a)に形成される配線層(5)形成用の薬液(7)を塗布し、これを加熱乾燥することになるが、大型のコンパウンドウエハー(A)の厚みは非常に薄く（例えば、直径２００ｍｍ、厚みが４５０μｍ）、その全体の骨格は熱膨張によって変形しやすいモールド樹脂(4)で形成され、しかもその一面(4a)に露出するように半導体チップ(3)が多数埋設されているため、モールディング段階において熱膨張しない半導体チップ(3)が多数埋設されている埋設側表面(4a)に対してモールド樹脂(4)だけで構成されている裏面(4b)側はモールド樹脂(4)の冷却に伴って表面(4a)側より大きく収縮して埋設側表面(4a)が膨出するような大きな反り（例えば０．２ｍｍ程度）が出やすい（図３(h)）。

半導体チップ(3)の露出側の面(4a)を上にしてこのようなコンパウンドウエハー(A)を平面度の高いスピンチャック(図示せず)に真空吸着させて強制的にフラットにし、この状態で前記露出側の面(4a)、即ち、半導体チップ埋設側表面(4a)に薬液(7)を塗布し、塗布後、スピンチャック(19)からこれをロボットハンド（図示せず）にて外す。そして、このロボットハンドにて引き続きハンドリングさせて薬液加熱乾燥装置（図示せず）に移動させここで加熱乾燥させる。従来の薬液加熱乾燥装置は加熱源が1つだけであり、加熱乾燥時間を短縮するために加熱源に近接させて薬液加熱乾燥装置に挿入した。これが図６の線（イ）である。この場合ウエハー(A)は下面(4b)側からだけ加熱されるため、樹脂リッチな下面(4b)側が表面(4a)側に比べて大きく伸びて薄いウエハー(A)は上面(4a)側に位置する半導体チップ(3)の埋設側表面(4a)が凹むように逆に反り（２．２ｍｍ程度）、この段階ではある程度流動性を保っている薬液(7)はこの反りによって若干中央に流れ寄る。

そしてこれをそのまま加熱乾燥させた時、反りは一定値（１．５〜１．６ｍｍ程度）に収斂するが、この段階ではもはや薬液(7)は流動性を保っておらず、偏寄したそのままの状態で乾燥硬化するためウエハー(A)の中央部分と周辺部分とで厚みが相違することになる。その結果、これに続く露光現像工程において露光ムラが生じることになる。また、前記下方への凹みが過大となって加熱源（図示せず）に接触する場合もあり、この場合は加熱ムラを生じることになる。そのためにはウエハー(A)の両面を上下から加熱すれば上記問題点は解決するものと思われる。

そこで両面加熱をした場合の反りの変化を見た。これを示す破線が（ロ）で、両面加熱で、ウエハー(A)を直ぐに下側の加熱源に近接させて加熱乾燥させた場合である。上記片面加熱と同様に熱影響を大きく受けて予熱段階でやはり大きく反りを発生し、一定値に向かって収斂している。以上のように予熱段階で大きな反りが発生すると乾燥した薬液層に厚薄が発生して後工程でのトラブルを生じる。

また、先行技術文献にウエハーの両面加熱装置の例として以下のものが挙げられるが、これらはいずれも単に挿入されたウエハーを両面加熱するだけのものであって、ウエハーがコンパウンドウエハーでなく、反り対策などは全く行われていない。

特開平１１−６７８３６ 特開２００１−１５６０１１ 特開平１１−３２９９９１

なお、反りの測定方法は図５の通りで、水平に保持したウエハー(A)にレーザー出射装置(8)からのレーザー光を横からウエハー(A)に沿って当て、ウエハー(A)によって遮られた範囲(R)を受光器(9)で検出して反り（前記範囲(R)からウエハー(A)を引いた値）を検出する。

本発明の解決課題は、このような非常に熱の影響で反りやすい性質を有するコンパウンドウエハーの薬液の加熱乾燥工程において、露光ムラや加熱ムラを生じない程度に反りを抑制しつつ薬液層に厚薄が発生しないように加熱乾燥できるコンパウンドウエハーの薬液加熱乾燥装置並びにその方法を開発する事にある。

「請求項１」は
(1a) 縦横に整列配置された半導体チップ(3)がその一面(4a)に露出された状態で樹脂モールドされたコンパウンドウエハー(A)の半導体チップ(3)の露出側の面(4a)に塗布された薬液(7)を加熱乾燥するコンパウンドウエハー(A)の加熱乾燥装置(C)であって、
(1b) 内部の加熱乾燥領域(H)に挿入されたコンパウンドウエハー(A)の上下両面(4a)(4b)を個別に加熱する加熱源(15)(16)と、
(1c) 上昇停止位置にて、該ウエハー(A)の下面(4b)が下側の加熱源(16)に接触しない状態で下から支え、所定時間加熱されて降下停止位置において加熱した際に発生した反りが下面側の加熱源(16)に接触しないようになった段階でコンパウンドウエハー(A)を降下停止位置まで降下させて下側の加熱源(16)に近接させ、薬液乾燥を継続させる支持部材(17)とで構成されたことを特徴とする。

「請求項２」は、請求項１に記載の加熱乾燥装置(C)の薬液加熱乾燥方法で、
(2a) 縦横に整列配置された半導体チップ(3)がその一面に露出された状態で樹脂モールドされたコンパウンドウエハー(A)を、その半導体チップ(3)の露出側の面(4a)に薬液(7)が塗布された状態で、該露出側の面(4a)を上にして加熱乾燥領域(H)に挿入し、
(2b) 上昇停止位置にて、該ウエハー(A)の下面(4b)が下側の加熱源(16)に接触しない状態でその下面(4b)を支持しつつ該ウエハー(A)を上下両面(4a)(4b)から所定時間加熱し、
(2c) 降下停止位置において加熱した際に発生した反りが下面側の加熱源(16)に接触しないようになった段階でコンパウンドウエハー(A)を降下停止位置まで降下させて下側の加熱源(16)に近接させて薬液(7)の乾燥を行い、
(2d) 薬液(7)の乾燥終了後、コンパウンドウエハー(A)を加熱乾燥領域(H)から取り出すことを特徴とする。

「請求項３」は上下の加熱源(15)(16)の温度設定条件に関し、上側の加熱源(15)の設定温度を下側の加熱源(16)の設定温度より高くすることを特徴とする。

本発明によれば、最初の予熱段階では上昇停止位置、即ち、下側の加熱源(16)から遠く、上側の加熱源(15)に近い状態でウエハー(A)に反りが大きく発生しないような状態で均熱加熱し、その後、熱の影響を受けて下側に向かって膨出した場合でもウエハー(A)の下面(4b)が下側の加熱源(16)に接触しない程度になった時に降下停止位置まで下げて下側の加熱源(16)で専ら加熱乾燥する。予熱段階が終了した時点で降下停止位置まで下げ、反りが発生したとしても、その段階では薬液(7)はその流動性を失っており、乾燥した状態で層厚にばらつきを生じず、ウエハー(A)の上面(4a)の塗布薬液(7)は、ウエハー(A)全面において均一な厚さとなる。

また、上側の加熱源(15)の設定温度を下側の加熱源(16)の設定温度より高くしておけば、上側の加熱源(15)に近く下側の加熱源(16)より遠い上昇停止位置で保持されていることと相俟って、この予熱時点ではウエハー(A)はウエハー(A)の半導体チップ(3)が露出している上面(4a)が樹脂リッチな下面(4b)より温度が高くなり、その樹脂部分が大きく伸び、全体として反りを小さいものにする。

そして予熱段階が終了すると、ウエハー(A)を降下させて下側の加熱源(16)に近接させて、迅速に塗布薬液(7)を乾燥させる。

本発明では、従来のシリコンウエハーと比べて熱の影響を受け易くて反りの非常に大きい、そしてその半導体チップ露出側面に薬液が塗布されたコンパウンドウエハーを、その全面にわたって薬液層の厚みに厚薄が発生しないように加熱乾燥することができる。

本発明装置に於ける予熱段階の概略断面図 図１の装置に於ける乾燥段階の概略断面図 本発明が適用されるコンパウンドウエハーの製造手順を示す断面図 本発明が適用されるコンパウンドウエハーの斜視図 本発明が適用されるコンパウンドウエハーの反り測定の正面図 本発明装置に於ける加熱状態の比較グラフ

以下、本発明を図示実施例に従って説明する。本発明である薬液加熱乾燥装置(C)に供されるコンパウンドウエハー(A)は前述のように例えば、直径２００ｍｍ、厚みが４５０μｍ円形の基板であってモールド樹脂(4)の一方の面に、切断された多数の半導体チップ(3)が所定間隔で縦横に埋設されている。半導体チップ(3)はその電極形成面(3a)が一方の基板表面(4a)から面一にて露出している。

そして図３の実施例では半導体チップ(3)は一層であるが、その間に配線層（図示せず）を設けて多層に設けることも可能である。このようなコンパウンドウエハー(A)を使用して半導体チップ(3)の露出側である電極形成面(3a)に設けられた多数の電極部分と、パッケージングされた時に形成されるバンプ(6)との間にフォトリソグラフィーにより両者を接続する配線層(5)が形成される。

このようなウエハー(A)において、半導体チップ(3)は殆ど熱膨張しないが、モールド樹脂(4)はこれに対して大きく熱膨張する。図３(h)はコンパウンドウエハー(A)が形成された時の反り(R’)の状態を示す断面図で、この時点では前述のように全面がモールド樹脂(4)で構成されている裏面(4b)が、半導体チップ(3)が多数露出する表面(4a)より熱収縮が大きいためモールド樹脂(4)の温度低下とともに表面(4a)側に膨出するように反る。

これに対して、図５はコンパウンドウエハー(A)が両面加熱されている予熱時の反りの状態を測定する場合の断面図で、熱による熱膨張差の影響により下面(4b)側が大きく伸び、下向きに膨出する。

加熱乾燥装置(C)は、箱状のケーシング(11)内に上下に加熱源(15)(16)が配置されており、内部にシーズヒーターや面発熱体のような熱源（図示せず）が配置され、加熱源(15)(16)の間が加熱乾燥領域(H)となる。そして下側の加熱源(16)には内部に挿入されたコンパウンドウエハー(A)を下から３点支持するためのピン状の支持部材(17)が設けられている。この支持部材(17)は例えば既知のシリンダ駆動又はモータ駆動機構により昇降し、昇降タイミングは装置付属の制御装置(18)により制御される。また、上下の加熱源(15)(16)、特に下側の加熱源(16)は塗布される薬液(7)の種類により最適の温度が選定できるように制御装置(18)にて個別制御される。この場合、下側の加熱源(16)を基準として上の加熱源(15)がこの温度に加算されることになる。勿論、上側の加熱源(15)を下側よりも低くすること或いは同じ温度にすることも可能である。

ケーシング(11)には加熱乾燥領域(H)に一致してウエハー(A)を挿脱するための開口部(12)が設けられている。そして、加熱中、ケーシング(11)内を不活性雰囲気に保つために窒素ガスまたはアルゴンガスのような不活性ガス供給ノズル(13)が設けられている。

しかして、パッケージング・プロセスの薬液加熱乾燥工程において、ウエハー(A)をロボットハンドで薬液加熱乾燥装置(C)の開口部(12)から内部に挿入すると、支持部材(17)が上昇位置で停止しており、その上にウエハー(A)を載置する。ケーシング(11)内の加熱源(15)(16)は所定温度に加熱されており、ケーシング(11)に挿入された時点からウエハー(A)は加熱され始める（予熱段階）。

ウエハー(A)は支持部材(17)の上昇停止位置に支持された状態であるから、下側の加熱源(16)から離れ、上側の加熱源(15)に近接した状態に保持されている。これによりウエハー(A)の上下両面(4a)(4b)は熱膨張差の小さい状態でそれぞれ加熱され、その結果、生じたとしても小さい下向き（或いは温度状況によっては上向き）の反りで次第に昇温して行く。所定時間（予熱段階）が過ぎ、薬液(7)の流動性がなくなり、反りがある程度小さい状態で、少なくとも支持部材(17)を降下停止位置まで下げた時にウエハー(A)の下面(4b)が下側の加熱源(16)に接しない状態にあるとき、支持部材(17)を下げてウエハー(A)を下側の加熱源(16)に近接させてこの状態を保持し、上面(4a)の塗布薬液(7)を加熱乾燥させる。この間、ウエハー(A)は均熱状態となっていてその反りは小さいため、塗布薬液(7)はウエハー(A)全面において均一な厚さを保ったまま乾燥して行く（乾燥段階）。

乾燥が終ったところで、ウエハー(A)を支持したまま支持部材(17)を上昇停止位置まで上昇させ、続いて開口部(12)からロボットハンドを挿入して乾燥の終わったウエハー(A)を取り出し、次工程に移送する。

図６の線（ハ）（ニ）は本発明の加熱乾燥方法で、下側の加熱源(16)の温度を１１５℃とし、上側の加熱源(15)の温度を１２０℃とした。支持部材(17)の保持時間は、３０秒（Ｐ１）、６０秒（Ｐ２）及び１００秒（Ｐ３）である。この場合、最大予熱時間は３０秒ということになる。薬液(7)の種類によってはこの時間は変わる。（Ｐ１）、（Ｐ２）の時点では、ウエハー(A)全体の温度が炉内温度より低いため、降下停止位置までウエハー(A)を下げると、表裏面(4a)(4b)の温度差が生じて反りを発生させるが、この時点ではウエハー(A)の下面(4b)が下側の加熱源(16)に接触するほどには反らない。（Ｐ３）に至れば降下停止位置までウエハー(A)を下げてもウエハー(A)が炉内温度に殆ど近いため反りを発生しない。

(A) コンパウンドウエハー
(C) 加熱乾燥装置
(H) 加熱乾燥領域
(3) 半導体チップ
(4) モールド樹脂
(4a) 露出側面（上面）
(4b) 下面
(5) 配線層
(6) バンプ
(7) 薬液
(15) 上側の加熱源
(16) 下側の加熱源
(17) 支持部材

Claims (3)

1. (1a) 縦横に整列配置された半導体チップがその一面に露出された状態で樹脂モールドされたコンパウンドウエハーの半導体チップの露出側の面に塗布された薬液を加熱乾燥するコンパウンドウエハーの加熱乾燥装置であって、
   (1b) 内部の加熱乾燥領域に挿入されたコンパウンドウエハーの上下両面を個別に加熱する加熱源と、
   (1c) 上昇停止位置にて、該ウエハーの下面が下側の加熱源に接触しない状態で下から支え、所定時間加熱されて降下停止位置において加熱した際に発生した反りが下面側の加熱源に接触しないようになった段階でコンパウンドウエハーを降下停止位置まで降下させて下側の加熱源に近接させ、薬液乾燥を継続させる支持部材とで構成されたことを特徴とするコンパウンドウエハーの薬液加熱乾燥装置。
2. (2a) 縦横に整列配置された半導体チップがその一面に露出された状態で樹脂モールドされたコンパウンドウエハーを、その半導体チップの露出側の面に薬液が塗布された状態で、該露出側の面を上にして加熱乾燥領域に挿入し、
   (2b) 上昇停止位置にて、該ウエハーの下面が下側の加熱源に接触しない状態でその下面を支持しつつ該ウエハーを上下両面から所定時間加熱し、
   (2c) 降下停止位置において加熱した際に発生した反りが下面側の加熱源に接触しないようになった段階でコンパウンドウエハーを降下停止位置まで降下させて下側の加熱源に近接させて薬液の乾燥を行い、
   (2d) 薬液の乾燥終了後、コンパウンドウエハーを加熱乾燥領域から取り出すことを特徴とするコンパウンドウエハーの薬液加熱乾燥方法。
3. 上側の加熱源の設定温度を下側の加熱源の設定温度より高くすることを特徴とする請求項２に記載のコンパウンドウエハーの薬液加熱乾燥方法。
   
   

Images