JP2015177060A - 半導体製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】エキスパンドテープの撓みや破れを抑制する。【解決手段】エキスパンドテープ上に半導体部品に分離された被処理体を貼り付けた状態で、半導体部品のピックアップを行う半導体製造装置であって、エキスパンドリングと、エキスパンドテープの張力を求め、求めた張力に応じてウェハリングとエキスパンドリングとの高低差を設定することにより、エキスパンドテープの引き伸ばし力を調整する調整部と、を備える。ウェハリングは、中空部を有し、中空部においてエキスパンドテープ上の被処理体を露出させつつエキスパンドテープの周縁を固定する。エキスパンドリングは、ウェハリングの中空部に重畳するように設けられ、ウェハリングとの高低差によりエキスパンドテープを引き伸ばす。【選択図】図１

Description

実施形態の発明は、半導体製造装置および半導体装置の製造方法に関する。

半導体パッケージの製造工程では、ウェハリングにより周縁が固定されたエキスパンドテープ上に被処理体を貼り付けてダイシングが行われ、半導体部品に分離された被処理体をエキスパンドテープに貼り付けた状態のまま該半導体部品のピックアップを行う。上記ダイシングやピックアップはエキスパンドテープを引き伸ばして行われるため、エキスパンドテープに負荷がかかる。特にピックアップは、半導体部品の動作試験等の品質評価により設定されたランク毎に複数回行われるため、引き伸ばしによりエキスパンドテープにかかる負荷が大きい。このため、毎回のピックアップにおいて、同等の引き伸ばし力でエキスパンドテープを引き伸ばす場合であっても、ピックアップを行う毎にエキスパンドテープ自体が伸びてしまい、撓みが生じる場合がある。

また、ピックアップを行う際に、半導体部品の画像認識が行われる。このとき、エキスパンドテープが撓んでいると、半導体部品の画像認識不良が発生しやすくなる。一方、エキスパンドテープに対する引き伸ばし力が強すぎると、エキスパンドテープが破れ、半導体部品の剥がれ等が起こりやすくなる。よって、エキスパンドテープの引き伸ばし力を適正な値に制御することが要求される。

米国特許出願公開２０１２／１９９９９３号明細書

実施形態の発明が解決しようとする課題は、エキスパンドテープの撓みや破れを抑制することである。

実施形態の半導体製造装置は、エキスパンドテープ上に半導体部品に分離された被処理体を貼り付けた状態で、半導体部品のピックアップを行う半導体製造装置であって、エキスパンドリングと、エキスパンドテープの張力を求め、求めた張力に応じてウェハリングとエキスパンドリングとの高低差を設定することにより、エキスパンドテープの引き伸ばし力を調整する調整部と、を備える。ウェハリングは、中空部を有し、中空部においてエキスパンドテープ上の被処理体を露出させつつエキスパンドテープの周縁を固定する。エキスパンドリングは、ウェハリングの中空部に重畳するように設けられ、ウェハリングとの高低差によりエキスパンドテープを引き伸ばす。

半導体製造装置の構成例を説明するための図である。 半導体製造装置の構成例を説明するための図である。 半導体装置の製造方法例を説明するためのフローチャートである。 調整部の一例を説明するための図である。 半導体装置の製造方法例を説明するための図である。 調整部の別の例を説明するための図である。 半導体装置の製造方法例を説明するための図である。

以下、実施形態について、図面を参照して説明する。なお、図面は模式的なものであり、例えば厚さと平面寸法との関係、各層の厚さの比率等は現実のものとは異なる場合がある。また、実施形態において、実質的に同一の構成要素には同一の符号を付し説明を省略する。

図１および図２は、半導体製造装置の構成例を説明するための図である。図１に示す半導体製造装置１は、ウェハリング１１と、被処理体１５が貼り付けられたエキスパンドテープ１４を引き伸ばすためのエキスパンドリング１２と、調整部１３と、を具備する。さらに、ウェハリング１１およびエキスパンドリング１２の上面レイアウト例を図２に示す。

ウェハリング１１は、エキスパンドテープ１４の周縁を固定する機能を有する。ウェハリング１１は、中空部を有する。ウェハリング１１の中空部で露出するようにエキスパンドテープ１４の上面には被処理体１５が貼り付けられている。このとき、エキスパンドテープ１４における被処理体１５の貼付面は、粘着性を有していることが好ましい。

エキスパンドリング１２は、ウェハリング１１の中空部に重畳するように設けられる。エキスパンドリング１２は、例えば図２に示すように輪状である。これに限定されず、例えば円状や四角形状であってもよい。図１に示す半導体製造装置１では、例えばウェハリング１１またはエキスパンドリング１２が上下に移動し、ウェハリング１１とエキスパンドリング１２との高低差を設けることにより、エキスパンドテープ１４が放射状に引っ張られ、エキスパンドテープ１４が引き伸ばされる。エキスパンドテープ１４の張力は、ウェハリング１１とエキスパンドリング１２との高低差により設定される。

調整部１３は、エキスパンドテープ１４の張力を求め、求めた張力に応じてエキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整する機能を有する。例えば、調整部１３により、ウェハリング１１とエキスパンドリング１２との高低差を設定することにより、エキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整する。調整部１３は、例えばエキスパンドテープ１４の張力を求めるためのパラメータを測定する測定器と、エキスパンドテープ１４の張力に応じてウェハリング１１とエキスパンドリング１２との高低差を制御する制御回路と、を備える。

次に、上記半導体製造装置１を用いた半導体装置の製造方法例について説明する。図３は、半導体装置の製造方法例を説明するためのフローチャートである。図３に示す半導体装置の製造方法例は、ウェハリング１１にエキスパンドテープ１４を固定する工程Ｓ１（テープ固定）と、被処理体１５をエキスパンドテープ１４上に貼り付ける工程Ｓ２（被処理体貼付）と、被処理体１５を分離することにより半導体部品を形成する工程Ｓ３（被処理体分離）と、エキスパンドテープ１４を引き伸ばす工程Ｓ４（テープ引き伸ばし）と、エキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整する工程Ｓ５（引き伸ばし力調整）と、半導体部品の画像認識を行う工程Ｓ６（画像認識）と、半導体部品のピックアップを行う工程Ｓ７（ピックアップ）と、を具備する。これらの工程の動作は、例えば半導体製造装置に設けられる制御回路により制御することができる。なお、本実施形態における半導体装置の製造方法例の工程内容および工程順は、必ずしも上記工程に限定されない。

工程Ｓ１（テープ固定）では、ウェハリング１１にエキスパンドテープ１４の周縁を固定する。例えば、クランプ等を用いてウェハリング１１にエキスパンドテープ１４の周縁を固定してもよい。

工程Ｓ２（被処理体貼付）では、ウェハリング１１の中空部において露出するように、エキスパンドテープ１４上に被処理体１５を貼り付ける。例えば、搬送アーム等を用いてエキスパンドテープ１４上に被処理体１５を貼り付けることができる。このとき、エキスパンドテープ１４が撓まないように、例えばウェハリング１１の高さを調整することによりエキスパンドテープ１４の張力を調整することが好ましい。

被処理体１５としては、例えば半導体素子が形成された半導体基板や、配線基板と配線基板上に積層された複数の半導体チップとを有するパッケージ基板等が挙げられる。

工程Ｓ３（被処理体分離）では、例えばダイヤモンドブレード等を用いたダイシングにより半導体素子に応じて被処理体１５を分離することにより半導体部品を形成する。例えば、被処理体１５として半導体基板を分離することにより半導体部品として半導体チップを形成することができる。また、被処理体１５としてパッケージ基板を分離することにより、半導体部品としてパッケージ部品（半導体パッケージ）を形成することができる。このとき、エキスパンドテープ１４を切断しないようにする。また、ダイシングの前に例えばウェハリング１１の高さを調整することにより、エキスパンドテープ１４を引き伸ばしてもよい。

パッケージ部品としては、例えば複数の半導体チップを積層させたＴＳＶ（Ｔｈｒｏｕｇｈ Ｓｉｌｉｃｏｎ Ｖｉａ）方式の積層構造を有する半導体パッケージが挙げられる。ＴＳＶ方式による積層構造の半導体パッケージは、例えばリードフレーム等の基板と、基板上に積層された複数の半導体チップと、を備える。複数の半導体チップは、バンプ電極および貫通電極により互いに電気的に接続される。このように、ＴＳＶ方式の積層構造の半導体パッケージを用いることにより、チップ面積を小さくすることができ、接続端子数を多くすることができるため、接続不良等を抑制することができる。

工程Ｓ４（テープ引き伸ばし）では、エキスパンドリング１２の高さを調整することにより、エキスパンドテープ１４を引き伸ばす。このとき、半導体部品間に隙間ができるようにエキスパンドテープ１４を引き伸ばすことにより、半導体部品のピックアップがしやすくなる。

工程Ｓ５（引き伸ばし力調整）では、工程Ｓ４（テープ引き伸ばし）で引き伸ばされたエキスパンドテープ１４の張力を求め、求めた張力に応じてエキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整する。例えば、調整部１３により求めた張力に応じてエキスパンドリング１２の高さを調整することにより、エキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整することができる。エキスパンドテープ１４の張力は、例えばエキスパンドテープ１４を押圧したときの弾力（荷重）、またはエキスパンドテープ１４を振動させたときの振動数を測定することにより算出することができる。なお、工程Ｓ４（テープ引き伸ばし）の前に予めエキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整してもよい。

図４は、調整部１３の一例を説明するための図である。調整部１３は、エキスパンドテープ１４を押圧する押圧器２１と、押圧器２１によるエキスパンドテープ１４に対する荷重を測定する荷重センサ２２と、荷重センサ２２により測定された荷重のデータに基づいてエキスパンドテープ１４の張力を算出し、算出した張力に応じてエキスパンドリング１２のウェハリング１１に対する高さを制御する制御回路２３と、を備える。

押圧器２１としては、エキスパンドテープ１４の押圧が可能なものを用いればよく、例えばいわゆるプッシャと呼ばれるものを用いることができる。なお、押圧器２１の先端を曲面とすることによりエキスパンドテープ１４に対するダメージを抑制することができる。

荷重センサ２２は、例えばひずみゲージまたはロードセルを有する。なお、荷重センサ２２を押圧器２１の表面に設けてもよい。

制御回路２３は、荷重センサ２２から入力される荷重のデータに基づいてエキスパンドリング１２のウェハリング１１に対する高さを制御する機能を有する。制御回路２３は、例えばＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）、メモリ、論理回路等を用いる。さらに、エキスパンドリング１２を上下に駆動させる駆動回路を制御回路２３に設けてもよい。また、制御回路２３によりウェハリング１１の高さを制御してもよい。

図４に示す調整部１３では、まず押圧器２１によりエキスパンドテープ１４を押圧する。このとき、エキスパンドテープ１４に加わる荷重Ｆ（Ｎ）は、エキスパンドテープ１４の張力をＴ（Ｎ）としたとき、Ｆ＝Ｔｓｉｎθで表される。ｓｉｎθは、押圧前のエキスパンドテープ１４に対する押圧後のエキスパンドテープ１４の角度である。よって、荷重Ｆを測定することにより、エキスパンドテープ１４の張力を算出することができる。なお、図４では、下からエキスパンドテープ１４を押圧する例について図示しているが、上からエキスパンドテープ１４を押圧してもよい。また、押圧器２１により押圧する位置は、特に限定されない。

上記荷重を荷重センサ２２により測定し、得られた荷重のデータを制御回路２３に送る。制御回路２３では、荷重のデータに基づいてエキスパンドテープ１４の張力を算出し、エキスパンドテープ１４の弾力が所定の値になるようにエキスパンドリング１２の高さを調整してエキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整する。

例えば、制御回路２３において、算出した張力の値と基準値とを論理回路等により比較する。エキスパンドテープ１４の張力が基準値よりも低い場合、エキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を増やすことでエキスパンドテープ１４の張力が基準値になるまでエキスパンドリング１２の高さを調整するようにＣＰＵ等を用いて制御する。荷重に対する引き伸ばし力を予めデータテーブルとしてメモリに記憶させておいてもよい。なお、引き伸ばし力が一定値を超えると、エキスパンドテープ１４が破れてしまう場合があるため、引き伸ばし力の上限値を予め設定しておく必要がある。このとき、引き伸ばし力の上限値を超えるエキスパンドリング１２の高さになった時点でエキスパンドテープ１４を交換することをオペレータに促すことが好ましい。

以上のように、エキスパンドテープ１４に荷重を加え、該荷重を測定することにより、エキスパンドテープ１４の張力を算出し、算出した張力のデータに基づいてエキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整することができる。

なお、調整部１３に押圧器を設ける場合、半導体部品のピックアップに用いられる移送ヘッドを押圧器として用いてもよい。図５は、移送ヘッドを押圧器として用いた場合の半導体装置の製造方法例を説明するための図である。図５に示す押圧器５０は、移送ヘッド５１を有し、移送ヘッド５１は、押圧治具、またはピックアップ治具の取り付けが可能な取付部５２を有する。

押圧器５０を用いる場合、工程Ｓ５（引き伸ばし力調整）において、移送ヘッド５１の取付部５２に押圧治具５３を取り付けてエキスパンドテープ１４に荷重を加えて測定する。さらに、エキスパンドテープ１４の張力を算出し、算出した張力のデータに基づいてエキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整する。その他、工程Ｓ５の説明については、図４を参照した工程Ｓ５の説明を適宜援用することができる。

次に、移送ヘッド５１の取付部５２に取り付けられた押圧治具５３をピックアップ治具５４に交換する工程Ｓｘ（治具交換）を行う。ピックアップ治具５４としては、例えばコレットを用いることができる。

工程Ｓ７（ピックアップ）では、ピックアップ治具５４を用いて半導体部品１５ａ（被処理体１５を分離することにより形成されたもの）のピックアップを行う。このとき、ピックアップの際に別の押圧器を用いてエキスパンドテープ１４の半導体部品１５ａの貼付面と反対側の面を押圧することにより、半導体部品１５ａ間の隙間を広げることができるため、半導体部品１５ａのピックアップが容易になる。

以上のように、押圧器として押圧治具とピックアップ治具との交換が可能なものを用いることにより、既存の半導体製造装置に一部の改良を加えるのみで本実施形態における半導体製造装置を構成することができるため、イニシャルコスト等を削減することができる。

調整部１３の構成は、上記構成に限定されない。図６は、調整部１３の別の例を説明するための図である。調整部１３は、エキスパンドテープ１４を振動させる振動器３１と、振動器３１によるエキスパンドテープ１４の振動数を測定する振動センサ３２と、振動センサ３２により測定された振動数のデータに基づいてエキスパンドテープ１４の張力を算出し、算出した張力に応じてエキスパンドリング１２の高さを制御する制御回路３３と、を備える。

振動器３１としては、エキスパンドテープ１４を振動させることが可能なものを用いればよく、例えば図６における押圧器２１を上下に連続して動作させることにより振動器３１として用いてもよい。

振動センサ３２は、例えばアコースティックエミッションセンサを有する。例えば、振動センサ３２を振動器３１に設けてもよい。また、エキスパンドリング１２に振動センサ３２を設けてもよい。

制御回路３３は、振動センサ３２から入力される振動数のデータに基づいてエキスパンドリング１２の高さを制御する機能を有する。制御回路３３は、例えばＣＰＵ、メモリ、論理回路等を用いて構成される。さらに、エキスパンドリング１２を上下に駆動させる駆動回路を制御回路３３に設けてもよい。また、制御回路３３によりウェハリング１１の高さを制御してもよい。

図６に示す調整部１３では、まず振動器３１によりエキスパンドテープ１４を振動させる。このとき、エキスパンドテープ１４の振動数ｆ（Ｈｚ）は、エキスパンドテープ１４の張力をＴ（Ｎ）とし、エキスパンドテープ１４の長さをＬ（ｍ）とし、エキスパンドテープ１４の線密度をρ（ｋｇ／ｍ）としたとき、次の式（１）で表される。

よって、振動数ｆを測定することにより、エキスパンドテープ１４の張力を算出することができる。なお、図６では、下からエキスパンドテープ１４を振動させる例について図示しているが、上からエキスパンドテープ１４を振動させてもよい。

上記振動数を振動センサ３２により測定し、得られた振動数のデータを制御回路３３に送る。制御回路３３では、振動数のデータに基づいてエキスパンドテープ１４の張力を算出し、算出したエキスパンドテープ１４の張力が所定の値になるようにエキスパンドリング１２の高さを調整してエキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整する。振動数に対する引き伸ばし力を予めデータテーブルとしてメモリに記憶させておいてもよい。エキスパンドリング１２の高さの調整方法は、図４に示す構成の調整部１３の場合と同様であるため、図４に示す調整部１３の説明を適宜援用することができる。

以上のように、エキスパンドテープ１４を振動させることにより、振動数を元にエキスパンドテープ１４の張力を算出し、算出した張力のデータに基づいてエキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整することができる。

なお、エキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整する工程は、工程Ｓ５に限られず、例えば被処理体１５をエキスパンドテープ１４に貼り付ける工程の後であって、被処理体１５を分離する工程の前に行ってもよい。

工程Ｓ６（画像認識）では、エキスパンドテープ１４上に貼りつけられた半導体部品を撮像することにより、半導体部品の画像認識を行う。

図７は、工程Ｓ６（画像認識）の例を説明するための図である。図７では、図１に示す半導体製造装置１と撮像素子６０とを図示している。工程Ｓ６では、図７に示すように、撮像素子６０により、被処理体１５が分離されることで形成された半導体部品１５ａを撮像する。撮像素子６０は、例えばＣＣＤセンサまたはＣＭＯＳセンサ等の光学式センサや赤外線センサ等を有する。

半導体部品１５ａからの反射光を撮像素子６０で検知することにより、半導体部品１５ａを撮像することができる。このとき、エキスパンドテープ１４が撓んでいると反射光の方向が変わり、うまく画像認識を行うことができない。これに対し、本実施形態の半導体製造装置を用いることにより、エキスパンドテープ１４の引き伸ばし力を調整することができるため、エキスパンドテープ１４の撓みが抑制され、画像認識不良を抑制することができる。

工程Ｓ７（ピックアップ）では、画像認識が行われた半導体部品のピックアップを行う。例えば、画像認識により得られた半導体部品の位置情報および角度情報等に基づいて半導体部品のピックアップを行う。これにより、正確に所定の半導体部品のピックアップを行うことができる。ピックアップは、例えばコレット等を用いて行うことができる。その他、動作試験等を行うことにより、動作周波数や温度特性等の観点から半導体部品のランク付けを行い、ランク毎に半導体部品のピックアップを複数回に分けて行ってもよい。上記ピックアップを繰り返すほど、エキスパンドテープ１４は劣化して張力が変化しやすくなるため、張力の調整が可能な本実施形態における半導体製造装置を用いることが好適となる。

ピックアップが行われた半導体部品は、例えばマーキング工程等を経て一つの半導体パッケージとして製造される。さらに、上記パッケージを一つの半導体チップとして別の配線基板上に搭載後、再び上記工程Ｓ１ないし工程Ｓ７を行い、異なる機能を有する複数の半導体チップが積層されたＳＩＰ（Ｓｙｓｔｅｍ ｉｎ Ｐａｃｋａｇｅ）型の半導体パッケージを形成してもよい。

以上のように、本実施形態における半導体製造装置では、エキスパンドテープの張力に応じてエキスパンドテープの引き伸ばし力を調整することにより、エキスパンドテープの張力を適正な値に保持することができる。よって、例えばエキスパンドテープが徐々に劣化した場合であっても、劣化の度合いに応じてエキスパンドテープの引き伸ばし力を調整することができる。よって、エキスパンドテープの撓みや破れを抑制することができる。

なお、上記実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。上記新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施し得るものであり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…半導体製造装置、１１…ウェハリング、１２、エキスパンドリング、１３…調整部、１４…エキスパンドテープ、１５…被処理体、１５ａ…半導体部品、２１…押圧器、２２…荷重センサ、２３…制御回路、３１…振動器、３２…振動センサ、３３…制御回路、５０…押圧器、５１…移送ヘッド、５２…取付部、５３…押圧治具、５４…ピックアップ治具、６０…撮像素子

Claims (5)

1. エキスパンドテープ上に半導体部品に分離された被処理体を貼り付けた状態で、前記半導体部品のピックアップを行う半導体製造装置であって、
   エキスパンドリングと、
   前記エキスパンドテープの張力を求め、求めた前記張力に応じてウェハリングと前記エキスパンドリングとの高低差を設定することにより、前記エキスパンドテープの引き伸ばし力を調整する調整部と、を備え、
   前記ウェハリングは、中空部を有し、前記中空部において前記エキスパンドテープ上の前記被処理体を露出させつつ前記エキスパンドテープの周縁を固定し、
   前記エキスパンドリングは、前記ウェハリングの前記中空部に重畳するように設けられ、前記ウェハリングとの高低差により前記エキスパンドテープを引き伸ばす半導体製造装置。
2. 前記調整部は、
   前記エキスパンドテープを押圧する押圧器と、
   前記押圧器による前記エキスパンドテープに対する荷重を測定する荷重センサと、
   前記荷重センサにより測定された前記荷重のデータを用いて前記エキスパンドテープの張力を算出し、算出した前記張力に基づいて前記エキスパンドリングの高さを制御する制御回路と、を備える請求項１に記載の半導体製造装置。
3. 前記押圧器は、移送ヘッドを有し、
   前記移送ヘッドは、前記エキスパンドテープを押圧する押圧治具または前記半導体部品のピックアップを行うピックアップ治具の取り付けが可能な取付部を有する請求項２に記載の半導体製造装置。
4. 前記調整部は、
   前記エキスパンドテープに振動を与える振動器と、
   前記エキスパンドテープの振動数を測定する振動センサと、
   前記振動センサにより測定された前記振動数のデータを用いて前記エキスパンドテープの張力を算出し、算出した前記張力に基づいて前記エキスパンドリングの高さを制御する制御回路と、を備える請求項１に記載の半導体製造装置。
5. 中空部を有するウェハリングにエキスパンドテープの周縁を固定し、
   前記ウェハリングの前記中空部において露出するように、被処理体を前記エキスパンドテープ上に貼り付け、
   前記エキスパンドテープに貼りつけられた状態で前記被処理体を分離することにより半導体部品を形成し、
   前記ウェハリングと前記ウェハリングの中空部に重畳するように設けられたエキスパンドリングとの間に高低差を設けることにより前記エキスパンドテープを引き伸ばし、
   前記エキスパンドテープを引き伸ばす工程により引き伸ばされた前記エキスパンドテープの張力を求め、求めた前記張力に応じて前記エキスパンドリングの高さを調整し、
   前記半導体部品を撮像することにより前記半導体部品の画像認識を行い、
   前記画像認識を行った前記半導体部品のピックアップを行う半導体装置の製造方法。

Images