JP3832408B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体素子の回路形成面の裏面に接着材により補強部材を接合して成る半導体装置の製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
電子機器の基板などに実装される半導体装置は、ウェハ状態で回路パターン形成が行われた半導体素子にリードフレームのピンや金属バンプなどを接続するとともに樹脂などで封止するパッケージング工程を経て製造されている。最近の電子機器の小型化に伴って半導体装置の小型化も進み、中でも半導体素子を薄くする取り組みが活発に行われている。
【0003】
薄化された半導体素子は外力に対する強度が弱くハンドリング時のダメージを受けやすいことから、薄化された半導体素子を用いた半導体装置は、半導体素子の裏面に十分な剛性を有する補強部材を接着した構造が一般的である。この補強部材の接着は、シート状に形成された樹脂膜を貼着する方法や、個片化された半導体素子に補強用の樹脂部材を接着材によって個別に接着する方法が用いられる(例えば特許文献1参照)。
【0004】
【特許文献1】
特開2002−141439号公報
【0005】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら樹脂層形成に上述の方法を用いる場合には、従来より以下のような課題があった。まずシート状の樹脂膜を貼着する方法では、樹脂膜と半導体素子との貼着界面に空気が残留するボイドが発生しやすく、実装工程での加熱時にボイド内の空気の膨張により樹脂膜が口開きを生じるという問題があった。また樹脂部材を半導体素子に個別に接着する方法では、樹脂部材を正しい形状精度で半導体素子に接着することが困難で、正しい製品形状を確保することが困難であった。
【0006】
そこで本発明は、薄化された半導体素子にボイドや形状不良を生じることなく補強部材を接着することができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【0007】
【課題を解決するための手段】
請求項1記載の半導体装置の製造方法は、半導体素子の外部接続用の電極が形成された電極形成面の裏面に樹脂接着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、複数の半導体素子が形成された半導体ウェハ又は前記補強部材が個片毎に切り出される前の補強シートのいずれか一方を保持テーブルの上面に装着されたスペーサリングの内側に保持するとともに、前記他方を保持ヘッドに保持させる保持工程と、前記スペーサリングの内側に装着された前記補強シートまたは前記半導体ウェハの表面に液状の樹脂接着材を凸形状に形成した樹脂丘を供給する樹脂供給工程と、前記保持ヘッド下降させることにより樹脂供給工程後に半導体ウェハおよび補強シートを平行状態を保って相互に接近させ、前記保持ヘッドをスペーサリングの上面に当接させることにより樹脂接着材を半導体ウェハと補強シートの間に充填する工程と、前記半導体ウェハと補強シートとの間の空間内で前記樹脂接着材を硬化させて半導体ウェハと補強シートとを接合する樹脂硬化工程と、接合後の半導体ウェハと補強シートとを前記スペーサリングから取り外して個片の半導体装置に切断するダイシング工程とを含み、前記スペーサリングに形成された切り欠き部から余分な量の樹脂接着材を外部へ排出しながら、前記保持手段を前記スペーサリングの上面に当接させる。
【0008】
請求項2記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記樹脂接着材が熱硬化性樹脂であり、前記樹脂供給工程において、液状の樹脂接着剤を吐出して供給する。
【0009】
請求項3記載の半導体装置の製造方法は、請求項2記載の半導体装置の製造方法であって、前記樹脂硬化工程において、加熱により熱硬化性樹脂を熱硬化させる。
【0010】
請求項4記載の半導体装置の製造方法は、請求項1記載の半導体装置の製造方法であって、前記樹脂接着材が熱可塑性樹脂であり、前記樹脂供給工程において、固体状態で供給された熱可塑性樹脂を加熱により液状化する。
【0011】
本発明によれば、半導体ウェハまたは補強シートの表面に液状の樹脂接着材を凸形状に形成した樹脂丘を供給した後に、半導体ウェハおよび補強シートを平行状態を保って相互に接近させ、半導体ウェハと補強シートとの間の空間内で樹脂接着材を硬化させて半導体ウェハと補強シートとを接合することにより、ボイドの発生や形状不良を生じることなく、半導体装置を製造することができる。
【0012】
【発明の実施の形態】
(実施の形態1)
図1(a)は本発明の実施の形態1の基板接着装置の断面図、図(b)は本発明の実施の形態1の基板接着装置の平面図、図2,図3,図4、図5,図6は本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法の工程説明図、図7は本発明の実施の形態1の基板接着装置の断面図である。
【0013】
まず図1を参照して、基板接着装置の構造を説明する。この基板接着装置は、半導体素子の外部接続用の電極が形成された電極形成面の裏面に、樹脂接着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を製造する製造過程において、複数の半導体素子が作り込まれた半導体ウェハと、補強部材が個片毎に切り出される前の補強シートとを樹脂接着材で接合する際に用いられる。
【0014】
図1(a)において、保持テーブル1の上面は半導体ウェハ4を保持するウェハ保持面1aとなっている。ウェハ保持面1a上にはスペーサリング2が装着されており、薄化工程において機械研磨などの方法によって薄化された状態の半導体ウェハ4がスペーサリング2の内側に載置される。スペーサリング2は接着対象の半導体ウェハ4および補強シート9の外径に対応した内径を有する円環状部材であり、後述するようにスペーサリング2の厚み寸法Tは、接着後に形成される半導体装置の厚み寸法に対応したものとなっている。スペーサリング2の上面には、複数箇所の切り欠き部2aが設けられており、切り欠き部2aは後述するように半導体ウェハ4と補強シート9との接着過程において余分な樹脂接着材を外部に排出する樹脂排出ゲート部として機能する。
【0015】
スペーサリング2の内側のウェハ保持面1aには、吸着孔1b(図1(b)も参照)が開口しており、吸着孔1bは吸引孔1cを介して第1吸引部5に接続されている。第1吸引部5を駆動することにより吸着孔1bから真空吸引し、これにより半導体ウェハ4はウェハ保持面1aに吸着保持される。ウェハ保持面1a、吸着孔1bおよび第1吸引部5は、半導体ウェハ4の保持手段となっている。保持テーブル1にはヒータ3が内蔵されており、ヒータ駆動部6によってヒータ3を駆動することにより、ウェハ保持面1aに載置された半導体ウェハ4を加熱することができる。
【0016】
保持テーブル1の上方には、保持ヘッド10がヘッド昇降機構11によって昇降自在に配設されている。保持ヘッド10の下面は補強シート9を保持するシート保持面10aとなっている。シート保持面10aは、保持テーブル1のウェハ保持面1aと平行になるように、平行度が調整されている。シート保持面10aには吸着孔10bが開口しており、吸着孔10bは吸引孔10cを介して第2吸引部8に接続されている。第2吸引部8を駆動することにより吸着孔10bから真空吸引し、補強シート9はシート保持面10aに吸着保持される。シート保持面10a、吸着孔10bおよび第2吸引部8は、補強シート9の保持手段となっている。
【0017】
補強シート9は樹脂やセラミックまたは金属などの材質を円形の薄板状に成型したものであり、各半導体素子毎に切り分けられて半導体装置を形成した状態で、半導体装置のハンドリング用の保持部として機能すると共に、半導体素子を外力や衝撃から保護する補強部材としての役割をも有するものである。このため補強シート9は、薄化された半導体素子の曲げ剛性よりも大きな曲げ剛性を有する厚さとなっている。
【0018】
第1吸引部5,第2吸引部8,ヒータ駆動部6およびヘッド昇降機構11はそれぞれ制御部7によって制御される。制御部7によって上記各部を制御することにより、以下に説明する半導体ウェハ4と補強シート9との接着作業が実行される。
【0019】
まず図2(a)に示すように、保持テーブル1のスペーサリング2内には半導体ウェハ4が回路形成面を下向きにして載置され、半導体ウェハ4上に重ねて補強シート9が載置される。次いで図2(b)に示すように、保持ヘッド10を保持テーブル1に対して下降させ、シート保持面10aをスペーサリング2の上面に当接させる。そして吸引孔1cから真空吸引して半導体ウェハ4を保持テーブル1に吸着保持させた状態で、保持ヘッド10の吸引孔10cから真空吸引し、スペーサリング2内の補強シート9をシート保持面10aに吸着保持させる。
【0020】
この後、保持ヘッド10を上昇させることにより、図2(c)に示すように、半導体ウェハ4は保持テーブル1のウェハ保持面1aによって、また補強シート9は保持ヘッド10のシート保持面10aによって保持された状態となる。すなわち、複数の半導体素子が形成された半導体ウェハ4および補強部材が個片毎に切り出される前の補強シート9を、それぞれの保持手段に保持させる(保持工程)。
【0021】
次に図3(a)に示すように、スペーサリング2内の半導体ウェハ4表面の中央部分に、液状の熱硬化性の樹脂接着材13をディスペンサ12によって吐出して供給する。このとき、保持テーブル1はヒータ3によって加熱されており、樹脂接着材13は加熱によって一旦粘度が低下して流動し、これにより半導体ウェハ4の表面に、中央部の樹脂厚みが周囲よりも厚い丘形状で供給される。すなわち、半導体ウェハ4の表面に液状の樹脂接着材13を凸形状に形成した樹脂丘が供給される(樹脂供給工程)。
【0022】
この後図3(b)に示すように、補強シート9を保持した保持ヘッド10を保持テーブル1に対して下降させる。すなわち樹脂供給工程後に、半導体ウェハ4および補強シート9を平行状態を保って相互に接近させる。この過程において、補強シート9の下面が樹脂接着材13に接触し、樹脂接着材13を押し広げる。
【0023】
このとき樹脂接着材13は中央部が高い凸形状の樹脂丘の形で供給されていることから、樹脂接着材13は中央部から周辺部へ向かって順次押し広げられ、押し広げられる過程で樹脂接着材13の内部に気体が閉じ込められて残留するボイドを生じることがない。そして図3(c)に示すように、保持ヘッド10がスペーサリング2の上面に当接することにより、液状の樹脂接着材13は半導体ウェハ4と補強シート9との間の空間内を完全に充填し、余分な量の樹脂接着材13はスペーサリング2に設けられた切り欠き部2aから外部へ排出される。
【0024】
そしてこの状態でヒータ3による保持テーブル1の加熱を継続することにより、半導体ウェハ4と補強シート9との間の空間内で樹脂接着材13の熱硬化反応が進行し、これにより半導体ウェハ4と補強シート9とが樹脂接着材13によって接合される(樹脂硬化工程)。このとき、半導体ウェハ4、樹脂接着材13および補強シート9とを積層して形成された接合体14の厚みは、スペーサリング2の厚み寸法Tに正確に保たれる。
【0025】
なおこの樹脂硬化工程においては、樹脂接着材13を完全硬化させる必要はなく、接合体14の形状を保持できる程度に樹脂接着材13の熱硬化が進行していればよい。また上記例では半導体ウェハ4を保持テーブル1に保持させ、補強シート9を保持ヘッド10に保持させるようにしているが、半導体ウェハ4と補強シート9とを上下入れ替えて、保持テーブル1に保持された補強シート9上に樹脂接着材13を供給するようにしてもよい。
【0026】
そしてスペーサリング2から接合体14を取り外すことにより、図4(a)に示す半導体ウェハ4と補強シート9を接合した接合体14が完成し、接合体14はこの後ダイシング工程に送られる。すなわち、図4(b)に示すように、接合体14は、半導体ウェハ4側からダイシングツール15によって切断され、個片毎に分離される。これにより、図4(c)に示すように半導体素子4aに補強部材9aを接着した半導体装置16が完成する。
【0027】
なお補強シート9の材質が半導体ウェハ4と同質である場合には、上述のように片面側からのダイシングが可能であるが、補強シート9として樹脂系の軟らかい材質を用いている場合には、図5に示すようにダイシング工程を2段階に分けて行う。すなわち、図5(a)に示すように補強シート9が上側になるように接合体14を載置し、次いで図5(b)に示すように、まず補強シート9と樹脂接着材13のみをダイシングツール15によって切断する。これにより図5(c)に示すように、ダイシング溝14aが形成される。そして接合体14を上下反転して半導体ウェハ4を上側にした後に、ダイシング溝14aの位置をダイシングツール15によって再度切断する。これにより、.図5(e)に示すように半導体素子4aに補強部材9aを接着した半導体装置16が完成する。
【0028】
なお上記実施の形態では、樹脂接着材13として熱硬化性の樹脂を用いる例を示しているが、熱可塑性の樹脂接着材を用いてもよい。この場合には、樹脂供給形態としてタブレット状の樹脂など固体状態で提供されるものを用いる。すなわち、図6(a)に示すように、スペーサリング2内に載置された半導体ウェハ4表面の中央部に、熱可塑性樹脂を直方体形状に整形した樹脂タブレット17を載置する。そしてこの後図6(b)に示すように、保持テーブル1を加熱することにより樹脂タブレット17を昇温させて液状化し、同様に中央部の樹脂厚みが周囲よりも厚い丘形状の樹脂を供給する。
【0029】
また上記実施の形態では、接合体14の厚み寸法Tを確保するためにスペーサリング2を用いる例を示しているが、図7に示すように金型を用いて厚み寸法Tを確保するようにしてもよい。すなわち、図7に示すように、ヒータ3を内蔵した加熱テーブル1A上に、スペーサリング2の内部と同様の内径、深さ寸法Tの凹部20aが設けられた金型20を装着する。凹部20aの底面には吸着孔20bが形成されており、金型20を加熱テーブル1A上に載置した状態では、吸着孔20bは吸引孔21に連通し、吸引孔21を真空吸引することにより凹部20a内に半導体ウェハ4を吸着保持することができる。
【0030】
そして凹部20a内には、図2(a)に示す例と同様に、半導体ウェハ4,補強シート9が重ねて載置される。このような金型20を用いた基板接着装置を用いることによっても、図2、図3に示す例と同様のプロセスで半導体ウェハ4と補強シート9の接合を行うことができる。
【0031】
さらに、スペーサリング2や金型20を用いることなく、保持テーブル1に対する保持ヘッド10の上下方向の相対位置を制御することによって、半導体ウェハ4と補強シート9との間の隙間を所定隙間に保つようにしてもよい。
【0032】
(実施の形態2)
図8,図9,図10,図11は本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方法の工程説明図である。本実施の形態2においては、半導体素子の回路形成面に外部接続用の端子電極であるバンプが予め形成された半導体ウェハを接着対象とする例を示している。本実施の形態2においても、実施の形態1と同様の基板接着装置が用いられる。ここで、本実施の形態2において用いられるスペーサリング22は、実施の形態1におけるスペーサリング2よりも以下に説明するクッションシート23の厚み分だけ厚みが増加したものとなっている。
【0033】
図8(a)に示すように、保持テーブル1のスペーサリング2内のウェハ保持面1aには、バンプ形成面にクッションシート23が予め貼着された半導体ウェハ24が載置される。クッションシート23は軟質膜状のシートであり、バンプ24bが軟質膜に埋入することによりバンプ24bを保護する。半導体ウェハ4上には、実施の形態1と同様に補強シート9が重ねて載置される。
【0034】
この後、図8(b)〜図9(c)に示す各工程が実行される。これらの工程は、実施の形態1においてスペーサリング2内に載置された半導体ウェハ4を対象として行われる各工程(図2(b)〜図3(c)参照)を、バンプ24bが形成されスペーサリング22内に載置された半導体ウェハ24を対象として行うものである。本実施の形態2においても、樹脂接着材13は中央部が高い凸形状の樹脂丘の形で供給されていることから、樹脂接着材13が押し広げられる過程で内部に気体が閉じ込められて残留するボイドを生じることなく、樹脂接着材13は半導体ウェハ24と補強シート9との間の空間内を完全に充填する。
【0035】
そしてスペーサリング22から半導体ウェハ24に補強シート9が接合された接合体25を取り外すことにより、図10(a)に示す接合体25が完成し、接合体25はこの後ダイシング工程に送られる。すなわち、図10(b)に示すように、半導体ウェハ24と補強シート9を接合した接合体25は、半導体ウェハ24側からダイシングツール15によって切断され、個片毎に分離される。これにより、図10(c)に示すように半導体素子24aに補強部材9aを接着した半導体装置26が完成する。
【0036】
なお補強シート9の材質が半導体ウェハ24と同質である場合には、実施の形態1に示すように片面側からのダイシングが可能であるが、補強シート9として樹脂系の材質を用いている場合には、同様にダイシング工程を2段階に分けて行う。すなわち、図11(a)に示すように補強シート9が上側になるように接合体25を載置し、図11(b)に示すように、まず補強シート9と樹枝接着材13のみをダイシングツール15によって切断する。これにより図11(c)に示すように、ダイシング溝25aが形成される。そして接合体25を上下反転して半導体ウェハ24を上側にした後に、ダイシング溝25aの位置をダイシングツール15によって再度切断する。これにより、.図11(e)に示すように半導体素子24aに補強部材9aを接着した半導体装置26が完成する。
【0037】
上記説明したように、本実施の形態1,2においては、半導体素子に補強用の樹脂層を形成した半導体装置の製造過程において従来発生していた不具合、すなわち半導体素子と樹脂層との貼着界面に空気が残留することによるボイドの発生や、樹脂層形成後の形状精度不良を生じることなく、簡便な構成の基板接着装置を用いて半導体装置を製造することができる。
【0038】
【発明の効果】
本発明によれば、半導体ウェハまたは補強シートの表面に液状の樹脂接着材を凸形状に形成した樹脂丘を供給した後に、半導体ウェハおよび補強シートを平行状態を保って相互に接近させ、半導体ウェハと補強シートとの間の空間内で樹脂接着材を硬化させて半導体ウェハと補強シートとを接合するようにしたので、ボイドの発生や形状不良を生じることなく、半導体装置を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】(a)本発明の実施の形態1の基板接着装置の断面図
(b)本発明の実施の形態1の基板接着装置の平面図
【図2】本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図3】本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図4】本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図5】本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図6】本発明の実施の形態1の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図7】本発明の実施の形態1の基板接着装置の断面図
【図8】本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図9】本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図10】本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方法の工程説明図
【図11】本発明の実施の形態2の半導体装置の製造方法の工程説明図
【符号の説明】
1 保持テーブル
1a ウェハ保持面
2 スペーサリング
4、24 半導体ウェハ
4a、24a 半導体素子
9 補強シート
9a 補強部材
10 保持ヘッド
10a シート保持面
13 樹脂接着材
14,25 接合体
16、26 半導体装置
Claims (4)
- 半導体素子の外部接続用の電極が形成された電極形成面の裏面に樹脂接着材を介して補強部材を接合して成る半導体装置を製造する半導体装置の製造方法であって、複数の半導体素子が形成された半導体ウェハ又は前記補強部材が個片毎に切り出される前の補強シートのいずれか一方を保持テーブルの上面に装着されたスペーサリングの内側に保持するとともに、前記他方を保持ヘッドに保持させる保持工程と、前記スペーサリングの内側に装着された前記補強シートまたは前記半導体ウェハの表面に液状の樹脂接着材を凸形状に形成した樹脂丘を供給する樹脂供給工程と、前記保持ヘッド下降させることにより樹脂供給工程後に半導体ウェハおよび補強シートを平行状態を保って相互に接近させ、前記保持ヘッドをスペーサリングの上面に当接させることにより樹脂接着材を半導体ウェハと補強シートの間に充填する工程と、前記半導体ウェハと補強シートとの間の空間内で前記樹脂接着材を硬化させて半導体ウェハと補強シートとを接合する樹脂硬化工程と、接合後の半導体ウェハと補強シートとを前記スペーサリングから取り外して個片の半導体装置に切断するダイシング工程とを含み、前記スペーサリングに形成された切り欠き部から余分な量の樹脂接着材を外部へ排出しながら、前記保持手段を前記スペーサリングの上面に当接させることを特徴とする半導体装置の製造方法。
- 前記樹脂接着材が熱硬化性樹脂であり、前記樹脂供給工程において、液状の樹脂接着材を吐出して供給することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
- 前記樹脂硬化工程において、加熱により熱硬化性樹脂を熱硬化させることを特徴とする請求項2記載の半導体装置の製造方法。
- 前記樹脂接着材が熱可塑性樹脂であり、前記樹脂供給工程において、固体状態で供給された熱可塑性樹脂を加熱により液状化することを特徴とする請求項1記載の半導体装置の製造方法。
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