JP2015119040A

JP2015119040A - 封止シート貼付け方法

Info

Publication number: JP2015119040A
Application number: JP2013261462A
Authority: JP
Inventors: 孝夫松下; Takao Matsushita; 橋本　淳; Atsushi Hashimoto; 淳橋本; 伸一郎森; Shinichiro Mori
Original assignee: Nitto Seiki Co Ltd; Nitto Denko Corp
Current assignee: Nitto Seiki Co Ltd; Nitto Denko Corp
Priority date: 2013-12-18
Filing date: 2013-12-18
Publication date: 2015-06-25

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】チャンバ内に備わった保持テーブルに載置されている半導体基板の上に当該半導体基板と同形状の封止シートを載置し（ステップＳ５）、チャンバ内が真空状態に達するまで、封止層が軟化を開始する未満の温度に保ち（ステップＳ７）、チャンバ内が真空状態に達した後に、封止層の軟化を開始する温度以上に上げ（ステップＳ８）、その後に封止シートを加圧して半導体基板に封止シートを貼り付ける（ステップＳ９）。【選択図】図３

Description

本発明は、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、封止層内にボイドを発生する。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。

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、
減圧室の保持テーブルに載置されている前記半導体基板上に当該半導体基板と同形状の封止シートを載置する載置過程と、
真空状態の前記減圧室内で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、真空状態の減圧室内で封止シートを加熱して加圧するので、封止シートと半導体基板の接着界面からエアーが排出される。したがって、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、貼付け過程で、減圧室内が真空状態に達するまで、封止層が軟化を開始する未満の温度に保ち、
前記減圧室が真空状態に達した後に、封止層の軟化を開始する温度以上に上げて封止シートを加圧することが好ましい。

この方法によれば、減圧室が真空状態になるまで封止シートの封止層は、シート形態を保っている。すなわち、半導体基板の表面の凹凸と封止シートの間のエアーが完全に排出された後に封止層が加熱されて軟化し、半導体基板の表面に密着させられる。したがって、封止シートと半導体基板の接着界面への気泡の巻き込みを確実に回避することができる。

また、上記方法において、載置過程で、保持テーブルの保持面から進退可能な支持部材によって当該保持テーブルから離間されて保持されたプレートに半導体基板を載置し、
貼付け過程では、前記プレートを昇降させて保持テーブルに当接させ、当該保持テーブルに埋設されたヒータによって封止シートを加熱することが好ましい。

例えば、プレートは、支持部材に着脱可能に構成されており、
前記載置過程では、半導体基板が予め載置されたプレートを支持部材に載置した後に、当該半導体基板上に封止シートを載置し、
前記封止シートの貼り付けを完了した半導体基板をプレートごと減圧室から搬出する。

この方法によれば、前処理で利用されたプレートの再利用が回避されるので、次の処理対処の半導体基板と封止シートの接着界面への気泡の巻き込みを回避することができる。前処理によって高温状態のプレートに次の処理対象の半導体基板と封止シートを載置することになる。つまり、減圧室が真空状態になる前に、保持テーブルの余熱によって封止シートが軟化されて半導体基板の表面に貼り付いてゆき、接着界面に気泡が巻き込まれる。

しかしながら、この方法によれば、貼付け処理後にプレートが保持テーブルから離間されるか、或いは搬出されて新しいプレートに交換されるので、プレートは、自然冷却されるか、或いは室温状態に保たれている。したがって、加圧前に封止層が軟化することがないので、封止シートの貼付け処理を繰り返しておこなっても、接着界面への気泡の巻き込みを確実に回避することができる。

本発明の封止シート貼付け方法によれば、半導体基板に封止シートを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。封止シート貼付け装置の全体構成を示す正面である。封止シートの貼付け処理を示すフローチャートである。基板の搬出動作を示す正面図である。保持テーブルに基板を載置する動作を示す正面図である。封止シートの搬出動作を示す正面図である。封止シートから第２剥離ライナを剥離する動作を示す正面図である。保持テーブル上の基板に封止シートを載置する動作を示す正面図である。封止シートの貼付け動作を示す正面図である。封止シートの貼付け動作を示す正面図である。封止シートの貼付け処理が完了した状態を示す正面図である。変形例の封止シート貼付け装置の要部を示す正面図である。変形例のプレートの縦断面図である。変形例の封止シートの貼付け動作を示す正面図である。変形例の封止シートの貼付け動作を示す正面図である。変形例の封止シートの貼付け動作を示す正面図である。変形例の封止シートの貼付け動作を示す正面図である。

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、ワークよりも大形かつ矩形のもが利用される。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。

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。

＜封止シート貼付け装置＞
以下、本発明の封止シート貼付け方法を実施可能な一実施形態の封止シート貼付け装置について説明する。

図２は、封止シート貼付け装置の全体構成を示す平面図である。

封止シート貼付け装置は、保持テーブル１およびチャンバ２などから構成されている。なお、チャンバ２は、本発明の減圧室に相当する。

保持テーブル１は、チャンバ２を構成する上下一対の上ハウジング２Ａと下ハウジング２Ｂのうち、下ハウジング２Ｂに収納されている。

また、下ハウジング２Ｂは、ガイドレール３に沿って、装置本体の前側の半導体基板Ｗ（以下、単に「基板Ｗ」という）の受け取り位置と上ハウジング２Ａの下方の間を往復移動するよう構成されている。

チャンバ２を構成する上ハウジング２Ａには、昇降駆動機構５に備えてられている。この昇降駆動機構５は、可動台６、可動枠７、アーム８、支軸９などから構成されている。

可動台６は、縦壁１０の背部に縦向きに配置されたレール１１に沿って昇降可能に構成されている。すなわち、ネジ軸１２をモータ１３によって正逆転することでねじ送り昇降されるようになっている。

可動枠７は、可動台６に高さ調節可能に支持されている。この可動枠７から前方に向けて、アーム８が延出されている。さらに、このアーム８の先端部から下方に延出する支軸９に上ハウジング２Ａが装着されている。

また、上ハウジング２Ａの内部には、基板Ｗよりも大形の押圧部材１５が内装されている。この押圧部材１５には、底面が平坦なブロック状であり、昇降可能に構成されている。なお、押圧部材１５には、ヒータ１６が埋設されている。

なお、チャンバ２は、外部の真空源と流路を介して連通接続されており、内部を真空状態に減圧するよう構成されている。

次に、上記実施例装置を用いて封止シートＴを基板Ｗの表面に貼り付けるための一連の動作を図３に示す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、基板搬送機構のロボットアームの先端に備わったベルヌーイチャック２０をカセット台に載置されたカセットＣに向けて移動させる。ベルヌーイチャック２０は、図４に示すように、カセットＣに所定間隔において多段に収容されている基板Ｗ同士の隙間に挿入される。ベルヌーイチャック２０によって基板Ｗを非接触で吸着保持したロボットアームは、屈曲進退および昇降しながらカセットＣから基板Ｗを搬出してアライメントステージに載置する（ステップＳ１）。

アライメントステージに載置された基板Ｗは、外周に形成されているノッチを利用して位置合わせされる（ステップＳ２）。位置合わせの済んだ基板Ｗは、ベルヌーイチャック２０によって再び搬出される。ベルヌーイチャック２０は、図５に示すように、受け渡し位置で待機している保持テーブル１に基板Ｗを載置する（ステップＳ３）。保持テーブル１は、基板Ｗを吸着保持したまま、上ハウジング２Ａの下方へと移動する。

他方のシート搬送機構が、封止シートＴを積層収納したシート供給部２１の上方に移動し、図６に示すように、所定高さまでシート保持部２２を下降させる。この第１搬送機構のシート保持部２２が、封止シートＴを搬出する（ステップＳ４）。

シート保持部２２によって吸着保持された封止シートＴは、保持テーブル１に搬送されるまでに、剥離ユニットによって裏面側の第２剥離ライナＳ２が剥離される。すなわち、図７に示すように、剥離ユニットの貼付けローラ２５が、封止シートＴの裏面側の端部に達すると、シリンダ２６によって貼付けローラ２５が上昇して剥離テープＴｓを第２剥離ライナＳ２に貼り付ける。その後、剥離ユニットは、貼付けローラ２５を移動させながら剥離テープＴｓを第２剥離ライナＳ２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をテープ回収部２７に巻き取る。このとき、第２剥離ライナＳ２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Ｓ５）。

第２剥離ライナＳ２が封止シートＴから剥離されると、シート保持部２２は、保持テーブル１へと移動し、図８に示すように、保持テーブル１の上に予め載置されている基板Ｗの上に封止シートＴを載置する（ステップＳ６）。

上ハウジング２Ａの下端が下ハウジング２Ｂの上端に当接する位置まで下降する。つまり、上ハウジング２Ａと下ハウジング２Ｂが協働してチャンバ２を形成する（ステップＳ７）。その後、チャンバ２の内部が真空に達するまで減圧してゆく（ステップＳ８）。このとき、チャンバ２の内部は、室温状態（例えば、２５℃）に保たれている。なお、チャンバ２の内部の温度は、使用する封止シートＴの特性によって適宜に設定変更されるものであって、封止シートＴの封止層Ｍが軟化を開始する未満の温度に設定されていればよい。また、チャンバ２の内部に配備されている押圧部材１５および保持テーブル１も同様に、封止層Ｍが軟化を開始する未満の温度に保たれている。

チャンバ２の内部が真空状態に達すると、図９に示すように、押圧部材１５を下降させて封止シートＴに当接させるとともに、保持テーブル１および押圧部材１５に備わったヒータ４、１６を作動させて加熱する（ステップＳ９）。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、押圧部材１５を所定高さまで下降させて封止シートＴを押圧する（ステップＳ１０）。

加熱および加圧処理が所定時間に達すると、ヒータ４、１６の作動を停止させる。また、押圧部材１５を上昇させて封止シートＴの加圧を解除する。さらに、チャンバ２の内部の気圧を徐々に上げて大気状態に戻す。

その後、チャンバ２の内部が大気状態に達した時点で、図１１に示すように、上ハウジング２Ａを上昇させた後に（ステップＳ１１）、保持テーブル１を基板搬送機構の受け渡し位置まで移動させる。受け渡し位置で、封止シートＴの貼り付けられた基板Ｗをベルヌーイチャック２０によって非接触で次の工程に搬送またはカセットに収納する（ステップＳ１２）。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Ｓ１３）。

上述の封止シート貼付け方法によれば、封止シートＴを基板Ｗに載置した状態でチャンバ２の内部を減圧して真空状態にした後に、封止シートを加熱して軟化させるので、封止シートＴと基板Ｗの接着界面に気泡を巻き込むのを回避される。したがって、封止シートを貼り付けた後に、封止シート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）上記実施例装置において、封止シートＴの加熱を開始するまで、保持テーブル１と非接触状態でチャンバ２の内部に基板Ｗを保持するよう構成してもよい。

例えば、保持テーブル１は、図１２に示すように、基板Ｗよりも大形の四角形または円形のプレート３０を備える。このプレート３０は、保持テーブル１から進退可能な複数個の支持部材３１とバネ３２の組によって保持テーブル１から離間するように上向きに弾性付勢されている。

プレート３０の表面は、平坦であってもよいし、或いは、図１３に示すように、基板Ｗを収納可能なように、基板Ｗよりも僅かに大きく切り欠いた段部３３を形成したものであってもよい。段部３３を有するプレート３０を利用すると、プレート３０が吸着機能を有さずとも基板Ｗの位置合わせ状態を維持することが可能になる。

この保持テーブル１を利用して封止シートＴを基板Ｗに貼り付ける動作について図１１４から図１８を参照して説明する。

図１４に示すように、プレート３０の上に基板Ｗおよび封止シートＴを重ね合わせて載置する。上ハウジング２Ａを下降させてチャンバ２を形成し、内部を真空状態にする。

その後、ヒータ４、１６を作動させるとともに、図１５に示すように、押圧部材１５を下降させて封止シートＴに当接させる。さらに、押圧部材１５を所定高さまで下降させる過程で、図１６に示すように、バネ３２の付勢力に抗して支持部材３１が保持テーブル１の内部に後退してゆき、プレート３０の底面が保持テーブル１の上面に当接する。この状態で所定の押圧が封止シートＴにかけられ、封止シートＴの封止層Ｍが軟化して基板Ｗに密着してゆく。

封止層Ｍが軟化して基板Ｗに密着可能な予め決めた時間が経過すると、ヒータ４、１６を停止するとともに、押圧部材１５を上昇させる。ことのき、上向きのバネ付勢力によって突き上がる支持部材３１によって、図１７に示すように、プレート３０も保持テーブル１から離間して所定高さまで上昇する。また、チャンバの内部を室内と同じ大気状態に戻す。その後、上ハウジング２Ａを上昇させて封止シートＴの貼り付けられた基板Ｗを搬出する。

なお、支持部材３１は、バネ３２によって付勢される構成に限定されるものではなく、例えば、エアーシリンダやパルスモータのどによって、保持テーブル１からプレート３０を離間可能にする構成であればよい。

この方法によれば、封止シートＴの貼付け処理が完了する度に、プレート３０が上昇するので、ヒータ４をオフにした状態で保持テーブル１からプレート３０への余熱の伝達を断つことができる。換言すれば、貼付け処理完了ごとにプレート３０を効率よく自然冷却させることができる。したがって、前処理後に次の処理対象の基板Ｗおよび封止シートＷを直ちにプレート３０に載置しても、チャンバ２の内部が真空状態に達する前に、保持テーブル１の余熱によって封止層Ｍが軟化して基板Ｗに密着するのを回避することができる。

この方法の場合、基板Ｗを予め載置した複数個のプレート３０を用意しておき、プレート３０を保持テーブル１の支持部材３１の上に搬入および搬出するようにしてもよい。この場合、室温に保たれたプレート３０によって基板Ｗを保持テーブル１に供給するので、基板Ｗに載置される封止シートＴの封止層Ｍが、ヒータ４の余熱によって軟化することがない。

（２）上記各実施例において、ヒータ４、１６は、保持テーブル１と押圧部材１５の両方に備えていてもよいし、いずれか一方に備えた構成であってもよい。

（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）上記実施例では、封止シートＴのサイズが基板Ｗと同じあってが、基板Ｗよりも小さくてもよい。つまり、貼付け過程で押圧されて基板Ｗと同じサイズに封止シートを延伸するようにしてもよい。

１ … 保持テーブル
２ … チャンバ
４ … ヒータ
１５ … 押圧部材
１６ … ヒータ
３０ … プレート
３１ … 支持部材
３２ … バネ
Ｔ … 封止シート
Ｍ … 封止層
Ｓ１ … 第２カバーフィルム
Ｓ２ … 第２カバーフィルム
Ｗ … 半導体基板

Claims

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、
減圧室の保持テーブルに載置されている前記半導体基板上に当該半導体基板と同形状の封止シートを載置する載置過程と、
真空状態の前記減圧室内で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。
請求項１に記載の封止シート貼付け方法において、
前記貼付け過程で、減圧室内が真空状態に達するまで、封止層が軟化を開始する未満の温度に保ち、
前記減圧室が真空状態に達した後に、封止層の軟化を開始する温度以上に上げて封止シートを加圧する
ことを特徴とする封止シート貼付け方法。
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、
前記載置過程で、保持テーブルの保持面から進退可能な支持部材によって当該保持テーブルから離間されて保持されたプレートに半導体基板を載置し、
前記貼付け過程では、前記プレートを昇降させて保持テーブルに当接させ、当該保持テーブルに埋設されたヒータによって封止シートを加熱する
ことを特徴とする封止シート貼付け方法。
請求項３に記載の封止シート貼付け方法において、
前記プレートは、支持部材に着脱可能に構成されており、
前記載置過程では、半導体基板が予め載置されたプレートを支持部材に載置した後に、当該半導体基板上に封止シートを載置し、
前記封止シートの貼り付けを完了した半導体基板をプレートごと減圧室から搬出する
ことを特徴とする封止シート貼付け方法。