JP2015115347A - 封止シート貼付け方法 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体基板と封止シートの接着界面に気泡を巻き込むことなく当該封止シートを半導体基板に精度よく貼り付ける。
【解決手段】封止シートは、第１および第２剥離ライナの添設された半導体基板の形状以上の大きさを有する封止シートの当該第２剥離ライナの面を減圧室内に備えられた押圧部材によって保持し、第１剥離ライナを剥離し、ヒータの埋設された保持テーブルに半導体基板を載置し、半導体基板と封止シートを対向させる。減圧室内を減圧して真空状態した後に、減圧室内でヒータによって封止シートを加熱しながら押圧部材で加圧して半導体基板に封止シートを貼り付ける。
【選択図】図３

Description

本発明は、半導体装置を製造する過程で、回路基板を含む半導体基板の回路面に樹脂組成物からなる封止層の形成された封止シートを貼り付け、当該回路面を封止する封止シート貼付け方法に関する。

１個の半導体チップの周りを枠体で囲んだ後に、樹脂を含浸させたプリプレグから成る第１の封止用樹脂シートと第２の封止用樹脂シートによって当該半導体チップの両面をそれぞれから挟み込み、半導体チップを封止して半導体装置を製造している（特許文献１を参照）。

特開平５−２９１３１９号公報

しかしながら、上記従来方法では次のような問題が生じている。

すなわち、近年、アプリケーションの急速な進歩に伴う高密度実装の要求により、半導体装置が小型化される傾向にある。したがって、ダイシング処理によって半導体ウエハを半導体素子に分断した後に、半導体素子を個々に樹脂で封止しているので、スループットが低下し、ひいては生産効率を低下させるといった不都合が生じている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、半導体基板に封止シートを効率よく、かつ、精度よく貼り付けることのできる封止シート貼付け方法を提供することを主たる目的とする。

そこで、本発明者たちは、当該不都合を解決するために、実験やシミュレーションを繰り返して鋭意検討した結果、以下の知見を得た。

半導体基板の全面に樹脂組成物からなる封止層の形成された枚葉の封止シートを貼り付けて硬化させた後に、当該半導体装置に分断することを試みた。

しかしながら、ダイシング処理によって分断されたチップに比べて大面積の半導体基板と同形状の封止シートを当該半導体基板に貼り付ける当該方法の場合、封止シート自体が厚みおよび剛性を有している。その結果、貼付け過程で封止シートと半導体基板との接着界面に気泡が巻き込まれやすく、封止層内にボイドが発生する。特に、封止シートを貼り付けた後に、加熱よって封止層の重合反応を促進させて本硬化させる場合、気泡が膨張して半導体装置が不良品になるといった問題が新たに発生した。

また、減圧室内を真空状態にして封止シートを半導体基板に加熱しながら貼り付けたにも関わらず、接着界面に気泡が巻き込まれていた。

当該原因を究明すべく実験を繰り返した結果、貼付け処理を連続的に繰り返した場合に頻繁に生じることが判明した。すなわち、保持テーブル上の半導体基板に樹脂シートを載置したまま減圧室の減圧を開始すると、室内が真空状態に達するまでに保持テーブルの余熱または輻射熱の影響で封止層が軟化して気泡を巻き込むことが分かった。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。

すなわち、半導体装置を製造する過程で樹脂組成物からなる封止層の形成された封止シートを半導体基板に貼り付ける封止シート貼付け方法であって、
前記封止シートは、剥離ライナの添設された半導体基板の形状以上の大きさを有し、
減圧室内に備えられた加圧部材によって封止シートの剥離ライナの面を保持するとともに、ヒータの埋設された保持テーブルに半導体基板を載置し、半導体基板と封止シートを対向させる載置過程と、
前記減圧室内を減圧して真空状態する減圧過程と、
真空状態の前記減圧室内でヒータによって封止シートを加熱しながら加圧部材で加圧して半導体基板に貼り付ける貼付け過程と、
を備えたことを特徴とする。

（作用・効果） 上記方法によれば、減圧室内が真空状態に達するまで、半導体基板と封止シートが対向している。すなわち、半導体基板と封止シートは、非接触状態が保たれている。したがって、真空状態に達するまでに封止層が保持テーブルの熱によって軟化するのを抑制させるとともに、半導体基板に封止シートが接触するのを回避させる。その結果、封止シートと半導体基板の接着界面からエアーが完全に排出されるので、当該接着界面に気泡が巻き込まれるのを回避することができ、ひいては半導体装置の不良率を低減させることができる。

なお、上記方法において、圧部材は、ヒータを備え、
貼付け過程は、保持テーブルと加圧部材によって封止シートを加熱させてもよい。

この方法によれば、加熱部材と保持テーブルとによって挟み込まれた封止シートに熱を効率よく伝達させることができる。

また、上記方法において、封止シートの保持は、次のように実施してもよい。
例えば、封止シートの封止層は、半導体基板に形成された複数個の半導体素子群を被覆するよう当該半導体素子群の輪郭と同形状をしており、
剥離ライナは、半導体基板の外形以上の大きさを有し、
載置過程では、封止層の外側の領域の剥離ライナを保持する。

この方法によれば、封止シートを保持するときの外力が当該封止シートの剥離ライナ上に形成された封止層にかかるのを回避し、封止層の変形を抑制することができる。また、剥離ライナが半導体基板の外形より大きい場合に封止シートを好適に保持することができる。例えば、封止シートの外周の複数箇所をニップし、外側に引っ張ることにより、封止シートに適度のテンションを付与することができる。

本発明の封止シート貼付け方法によれば、封止シートを半導体基板に精度よく貼り付けることができる。

封止シートの断面図である。 封止シートの平面図である。 封止シートの貼付け処理を示すフローチャートである。 封止シートの搬送を示す図である。 押圧部材への封止シートの受け渡し動作を示す正面図である。 第１剥離ライナの剥離動作を示す正面図である。 基板の搬送を示す正面図である。 基板と封止シートの位置合わせを示す正面図である。 封止シートの貼り付け動作を示す正面図である。 封止シートの貼り付け動作を示す正面図である。 変形例の封止シートを示す平面図である。 変形例の封止シートの貼付け処理を示すフローチャートである。 押圧部材への封止シートの受け渡し動作を示す正面図である。 第２剥離ライナの保持動作を示す正面図である。 第１剥離ライナの剥離動作を示す正面図である。 減圧室を形成する説明図である。 封止シートの貼り付け動作を示す正面図である。 封止シートの貼り付け動作を示す正面図である。 変形例の第２剥離ライナの保持動作を示す正面図である。 変形例の第２剥離ライナの保持動作を示す平面図である。

以下、図面を参照して本発明の一実施例を説明する。表面に複数個の半導体素子が形成された半導体基板に、樹脂組成物からなる封止層の形成された封止シートを貼り付ける場合を例に取って説明する。

＜封止シート＞
封止シートＴは、例えば、図１に示すように、半導体基板Ｗ（以下、単に「基板Ｗ」という）と同形状のもが利用される。また、当該封止シートＴは、封止層Ｍの両面に保護用の第１剥離ライナＳ１および第２剥離ライナＳ２が添設されている。本実施例では、封止層Ｍは、図２に示すように、基板Ｗに形成された複数個の半導体素子群の輪郭を被覆できる程度で同形状をしている。また、第１剥離ライナＳ１およびＳ２は、基板Ｗと同じ大きさで、かつ、同じ形状をしている。なお、第１剥離ライナＳ１および第２剥離ライナＳ２は、半導体素子群の形状に関わらず、基板Ｗと同形状または矩形で、かつ、基板Ｗのサイズ以上のものを利用することができる。

封止層Ｍは、封止材料からシート形状に形成されている。封止材料としては、例えば、熱硬化性シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、熱硬化性ポリイミド樹脂、フェノール樹脂、ユリア樹脂、メラミン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、熱硬化性ウレタン樹脂、などの熱硬化性樹脂が挙げられる。また、封止材料として、上記した熱硬化性樹脂と、添加剤を適宜の割合で含有する熱硬化性樹脂組成物を挙げることもできる。

添加剤としては、例えば、充填剤、蛍光体などが挙げられる。充填剤としては、例えば、シリカ、チタニア、タルク、アルミナ、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの無機微粒子、例えば、シリコーン粒子、などの有機微粒子などが挙げられる。蛍光体は、波長変換機能を有しており、例えば、青色光を黄色光に変換することのできる黄色蛍光体、青色光を赤色光に変化することのできる赤色蛍光体などを挙げることができる。黄色蛍光体としては、例えば、Ｙ_３Ａｌ_５Ｏ_１２：Ｃｅ（ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）：Ｃｅ）などのガーネット型蛍光体が挙げられる。赤色蛍光体としては、例えば、ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、ＣａＳｉＮ_２：Ｅｕなどの窒化物蛍光体などが挙げられる。

封止層Ｍは、半導体素子を封止する前において、半固形状に調整されており、具体的には、封止材料が熱硬化性樹脂を含有する場合には、例えば、完全硬化（Ｃステージ化）する前、つまり、半硬化（Ｂステージ）状態で調整されている。

封止層Ｍの寸法は、半導体素子および基板の寸法に応じて適宜に設定されている。具体的には、封止シートが長尺のシートとして用意される場合における封止層Ｍの左右方向における長さ、つまり、幅は、例えば、１００ｍｍ以上、好ましくは、２００ｍｍ以上であり、例えば、１５００ｍｍ以下、好ましくは、７００ｍｍ以下である。また、封止層Ｍの厚みは、半導体素子に寸法に対応して適宜に設定され、例えば、３０μｍ以上、好ましくは、１００μｍ以上であり、また、例えば、３０００μｍ以下、好ましくは、１０００μｍ以下である。

第１剥離ライナＳ１および第２剥離ライナＳ２は、例えば、ポリエチレンシート、ポリエステルシート（ＰＥＴなど）、ポリスチレンシート、ポリカーボネートシート、ポリイミドシートなどのポリマーシート、例えば、セラミックシート、例えば、金属箔などが挙げられる。剥離ライナにおいて、封止層Ｍと接触する接触面には、フッ素処理などの離型処理を施すこともできる。第１剥離ライナおよび第２剥離ライナの寸法は、剥離条件に応じて適宜に設定され、厚みが、例えば、１５μｍ以上、好ましくは、２５μｍ以上であり、また、例えば、１２５μｍ以下、好ましくは、７５μｍ以下である。

＜封止シート貼付け方法＞
封止シートを基板に貼り付ける一巡の動作を図３のフローチャートおよび図４から図１１に基づいて説明する。

貼付け指令が出されると、搬送機構１および基板搬送機構２が略同時に作動する。

搬送機構１は、吸着プレート３をシート供給部４の上方へ移動させる。その後、図４に示すように、吸着プレート３を下降させて積層されている封止シートＴを吸着保持する。

封止シートＴを吸着保持して上方に移動した吸着プレート３は、貼付け工程へと封止シートＴを搬送する（ステップＳ１Ａ）。この搬送過程で、封止シートＴを反転させて上向きにする。図５に示すように、減圧室５を構成する上ハウジング５Ｂ内で昇降する押圧部材６の下方に吸着プレート３が移動し、封止シートＴを押圧部材６の吸着面へと受け渡す（ステップＳ２Ａ）。このとき、押圧部材６は、封止シートＴの第２剥離ライナＳ２の封止層Ｍの形成されていない領域（非アクティブ領域）を吸着保持する。すなわち、基板Ｗに形成された複数個の半導体素子群（アクティブ領域）を被覆する封止層Ｍに不要な外力がかからないように、非アクティブ領域を吸着保持する。なお、押圧部材６は、本発明の加圧部材に相当する。

図６に示すように、剥離ユニット１０に備わった貼付けローラ１１が、押圧部材６の下方へと移動する。封止シートＴの端部に貼付けローラ１１が達すると上昇し、封止シートＴよりも幅の狭い剥離テープＴｓを第１剥離ライナＳ１に貼り付ける。その後、剥離ユニット１０は、貼付けローラ１１を移動させながら剥離テープＴｓを第１剥離ライナＳ１に貼り付けるとともに、当該移動速度に同期させて剥離テープＴｓを巻き取る。このとき、第１剥離ライナＳ１は、剥離テープＴｓと一体となって封止シートＴから剥離される（ステップＳ３Ａ）。第１剥離ライナＳ１の剥離が完了すると、貼付けローラ１１は、減圧室５の外側の待機位置へと戻る。

他方、昇降可能なカセット台に載置されたカセットＣに所定間隔をおいて多段に収納されている基板Ｗが、基板搬送機構２を構成するベルヌーイチャック１３によって表面を非接触で懸垂保持される。ベルヌーイチャック１３は、図７に示すように、カセットＣから取り出した基板Ｗをアライナ１４へと搬送し、保持面中央から突出する吸着パッド１５に受け渡す（ステップＳ１Ｂ）。

アライナ１４は、基板Ｗに形成されたノッチなどに基づいて位置合わせをする（ステップＳ２Ｂ）。その後、基板Ｗは、再度ベルヌーイチャック１３によってアライナ１４から下ハウジング５Ａに収納されている保持テーブル１７に搬送および載置される（ステップＳ３Ｂ）。

保持テーブル１７は、図８に示すように、基板Ｗの裏面を吸着保持したまま、ガイドレール１８に沿って押圧部材６の下方へと移動する。押圧部材６と保持テーブル１７とが対向する位置合わせが完了すると、上ハウジング５Ｂが、下ハウジング５Ａに向けて所定高さまで下降する。下ハウジング５Ａの上端と上ハウジング５Ｂの下端とが突き合わされて減圧室５が形成される（ステップＳ４）。その後、減圧室５の内部が真空に達するまで減圧してゆく（ステップＳ５）。

減圧室５の内部が真空状態に達すると、図９に示すように、上ハウジング５Ｂ内でシリンダ２０によって昇降可能な押圧部材６を下降させて基板Ｗに封止シートＴに当接させる。このとき、保持テーブル１７に備わったヒータ２２を作動させて封止シートＴを加熱する（ステップＳ６）。加熱により封止シートＴが軟化を開始するのに伴って、図１０に示すように、さらに押圧部材６を所定高さまで下降させて封止シートＴを押圧し、封止シートＴを基板Ｗの表面に貼り付ける（ステップＳ７）。

加熱および加圧処理が所定時間に達すると、ヒータ２２の作動を停止させる。また、押圧部材６を上昇させて封止シートＴの加圧を解除する（ステップＳ８）。さらに、減圧室５の内部の気圧を徐々に上げて大気状態に戻す。

その後、減圧室５の内部が大気状態に達した時点で、上ハウジング５Ｂを上昇させた後に、封止シートＴの貼り付けられた基板Ｗをロボットアームなどの搬送機構によって保持して次の工程に搬送またはカセットに収納する（ステップＳ９）。以上で一連の動作が終了する。その後、所定の処理枚数に達するまで、この一連の処理が繰り返される（ステップＳ１０）。

上述の封止シート貼付け方法によれば、減圧室５が真空状態に達するまで、封止シートＴと基板Ｗが、互いに離間した状態を保っているので、保持テーブル１７の熱の伝達が遮断されるとともに、保持テーブル１７からの輻射熱の影響で封止層Ｍが軟化するのを抑制される。したがって、封止シートＴを基板Ｗに貼り付けるまでに、封止シートＴと基板Ｗの接着界面に気泡が巻き込まれるのを回避することができる。したがって、封止シートＴを貼り付けた後に、封止シートＴを完全に硬化させる本硬化処理を行っても、封止層Ｍにボイドが発生して製品不良を招くことがない。

なお、本発明は以下のような形態で実施することもできる。

（１）上記各実施例において、封止シートＴを構成する第１、第２剥離ライナＳ１、Ｓ２のうち押圧部材６よって吸着される側の第２剥離ライナＳ２の外形を基板Ｗの外形よりも大きく設定してもよい。その形状は、円形、矩形または長方形であってもよい。当該変形例において、図１１に示すように、第１、第２剥離ライナＳ１、Ｓ２は、基板Ｗよりも大きい矩形である場合を例にとって説明する。なお、第１、第２剥離ライナＳ１、Ｓ２は、封止層Ｍを被覆する形状および大きさであればよく、基板Ｗよりも大きくてもよいし、第１、第２剥離ライナＳ１、Ｓ２の形状は、異なる形状であってもよい。

次に、当該封止シートＴを基板Ｗに貼り付ける一巡の動作について、図１２に示すフローチャートおよび図１３から図１８に基づいて説明する。なお、上記実施例と同一の処理については、説明を省略し、異なる動作の処理について説明する。したがって、基板Ｗの搬出から押圧部材６との対向位置合わせまでの説明については省略する。

搬送機構１の吸着プレート３Ａは、少なくともアクティブ領域を吸着保持する。したがって、第２剥離ライナＳ２の角部は、吸着プレート３Ａによって吸着保持されていない。封止シートＴは、この状態で上下反転させられ、押圧部材６の下方に移動する（ステップＳ１Ａ）。

押圧部材６の保持面は、第２剥離ライナＳ２の形状よりも大きく設定されている。図１３に示すように、押圧部材６と吸着プレート３Ａによって封止シートＴを挟持する（ステップＳ２Ａ）。この状態で、基板Ｗを吸着保持した保持テーブル１７Ａが、下方へと移動してくる。押圧部材６と保持テーブル１７Ａとが対向する位置合わせが完了すると、保持テーブル１７Ａの保持面の外周角部に形成された段部２５の低い位置からシリンダなどのアクチュエータ２６によって進退可能な保持部材２７が上昇する。すなわち、吸着プレート３Ａと保持部材２７によって第２剥離ライナＳ２の４箇所の角部が挟持される（ステップＳ３Ａ）。なお、挟持する部分は４箇所に限定されず、非アクティブ領域に相当する第２剥離ライナＳ２の部分であれば４箇所以上であってもよい。

搬送機構１は、吸着プレート３Ａの吸着を解除して減圧室５の外側のシート供給部４へと戻り、次の封止シートＴの搬送の準備をする。

次に、図１５に示すように、剥離ユニットの剥離テープＴｓを巻きかけた基板Ｗの直径よりも短い貼付けローラ１１が、封止シートＴと基板Ｗの間に移動する。封止シートＴの端部に貼付けローラ１１が達すると、貼付けローラ１１が上昇して剥離テープＴｓを第１剥離ライナＳ１に貼り付ける。その後、剥離ユニットは、貼付けローラ１１を移動させながら剥離テープＴｓを第１剥離ライナＳ１に貼り付けるとともに、当該移動速度に同期させて剥離テープＴｓを巻き取る（ステップＳ４Ａ）。このとき、第１剥離ライナＳ１は、剥離テープＴｓと一体となって封止シートＴから剥離される。第１剥離ライナＳ１の剥離が完了すると、貼付けローラ１１は、減圧室５の外側の待機位置へと戻る。

図１６に示すように、上ハウジング５Ｂが、下ハウジング５Ａに向けて所定高さまで下降する。このとき、上ハウジング５Ｂの下降に同期して保持部材２７が、第２剥離ライナＳ２に適度に押圧を付与しながら下降する。上下ハウジング５Ａ、５Ｂの上端と下端とが突き合わされて減圧室５が形成される（ステップＳ５）。その後、減圧室５の内部が真空に達するまで減圧されてゆく（ステップＳ６）。

減圧室５の内部が真空状態に達すると、図１７に示すように、上ハウジング５Ｂ内でシリンダ２０によって昇降可能な押圧部材６を下降させて基板Ｗに封止シートＴに当接させる。ヒータ２２によって封止シートＴを加熱し（ステップＳ７）、封止シートＴが軟化を開始するのに伴って、図１８に示すように、さらに押圧部材６を所定高さまで下降させて封止シートＴを押圧し、封止シートＴを基板Ｗの表面に貼り付ける（ステップＳ８）。

加熱および加圧処理が所定時間に達すると、ヒータ２２の作動を停止させる。また、押圧部材６を上昇させて封止シートＴの加圧および第２剥離ライナＳ２の挟持を解除する（ステップＳ９）。このとき、保持部材２７は、保持テーブ１７Ａの段部２５に収納される。減圧室５の内部の気圧を徐々に上げて大気状態に戻す。

その後、上記実施例と同様に、減圧室５の内部が大気状態に達した時点で、上ハウジング５Ｂを上昇させた後に、封止シートＴの貼り付けられた基板Ｗをロボットアームなどの搬送機構によって保持して次の工程に搬送またはカセットに収納する（ステップＳ１０）。その後、所定の処理枚数に達するまで、この一連の処理が繰り返される（ステップＳ１２）

なお、当該変形例において、第２剥離ライナＳ２の角部を、図１９および図２０に示すように、保持部材２７に換えて把持部３０で把持してもよい。すなわち、進退する支持部３１の先端に、可動片３２と固定片３３を備え、当該可動片３２を昇降させて第２剥離ライナＳ２の角部の把持または解除を行う。なお、支持部３１は、保持テーブル１７Ａの段部において進退する。

さらに、把持部３０または支持部３１を水平移動させて第２剥離ライナＳ２に適度のテンションを付与するように構成してもよい。

（２）上記各実施例において、押圧部材６にヒータを備えた構成であってもよい。ただし、当該ヒータをオフにした後に、押圧部材６が、即時に室温まで低下するようペルチェ素子やヒートシンクなどによって冷却することが好ましい。

（３）上記実施例では、円形の基板Ｗを例にとって説明したが、基板形状は、正方形、長方形または多角形であってもよい。

（４）上記実施例において、基板Ｗを搬送する搬送機構は、先端が馬蹄形で吸着機能を有するロボットアームを利用してもよい。ロボットアームを利用する場合、基板Ｗの裏面をロボットアームで吸着保持して搬送すればよい。また、保持テーブル１７は、アライナ１４と同様に、保持面の中央から出退する吸着パッドを備え、当該吸着パッドで基板Ｗを受け取るように構成すればよい。

（５）上記各実施例において、押圧部材６による封止シートＴの保持は、上記方法に限定されず、静電チャックによって保持してもよい。

５ … 減圧室
６ … 押圧部材
１０ … 剥離ユニット
１７ … 保持テーブル
２２ … ヒータ
２３ … ヒータ
２６ … アクチュエータ
２７ … 保持部材
Ｔ … 封止シート
Ｍ … 封止層
Ｓ１ … 第１剥離ライナ
Ｓ２ … 第２剥離ライナ
Ｗ … 半導体基板

Claims (3)

1. 半導体装置を製造する過程で樹脂組成物からなる封止層の形成された封止シートを半導体基板に貼り付ける封止シート貼付け方法であって、
   前記封止シートは、剥離ライナの添設された半導体基板の形状以上の大きさを有し、
   減圧室内に備えられた加圧部材によって封止シートの剥離ライナ面を保持するとともに、ヒータの埋設された保持テーブルに半導体基板を載置し、半導体基板と封止シートを対向させる載置過程と、
   前記減圧室内を減圧して真空状態する減圧過程と、
   真空状態の前記減圧室内でヒータによって封止シートを加熱しながら加圧部材で加圧して半導体基板に貼り付ける貼付け過程と、
   を備えたことを特徴とする封止シート貼付け方法。
2. 請求項１に記載の封止シート貼付け方法において、
   前記加圧部材は、ヒータを備え、
   前記貼付け過程は、保持テーブルと加圧部材によって封止シートを加熱させる
   ことを特徴とする封止シート貼付け方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の封止シート貼付け方法において、
   前記封止シートの封止層は、半導体基板に形成された複数個の半導体素子群を被覆するよう当該半導体素子群の輪郭と同形状をしており、
   前記剥離ライナは、半導体基板の外形以上の大きさを有し、
   前記載置過程では、封止層の外側の領域の剥離ライナを保持する
   ことを特徴とする封止シート貼付け方法。

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