JP3859457B2

JP3859457B2 - 半導体装置の製造方法

Info

Publication number: JP3859457B2
Application number: JP2001089851A
Authority: JP
Inventors: 二郎松本
Original assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Current assignee: Oki Electric Industry Co Ltd
Priority date: 2001-03-27
Filing date: 2001-03-27
Publication date: 2006-12-20
Anticipated expiration: 2021-03-27
Also published as: US20020140114A1; KR100890956B1; CN1378254A; TW531865B; JP2002283388A; US20080038400A1; CN1221020C; KR20020076173A; US8044507B2; KR20080034116A; US20040135171A1; EP1246230A3; US7800221B2; US6682958B2; KR100899151B1; EP1246230A2; US7309919B2; US20110003026A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は複数の半導体素子が形成された半導体ウエハをウエハ状態のまま樹脂で封止する技術に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年、電子機器の小型化の要求に伴い半導体装置の小型化がますます求められている。そこで、半導体装置の小型化を実現する為の一つの方法として、半導体装置の形状を半導体素子（ＩＣチップ）に極力近づけたチップサイズパッケージ構造（ＣＳＰ構造）の半導体装置が提案されている。
【０００３】
このＣＳＰ構造の半導体装置は一般的には以下のような工程により形成されている。すなわち、複数の半導体素子を半導体ウエハ上に形成する工程の後、その半導体ウエハを金型内に装着し熱可塑性の樹脂でその半導体ウエハの半導体素子が形成された面を樹脂封止する工程、樹脂封止された半導体ウエハを金型から取り出して樹脂を所定の厚さだけ研磨し各半導体素子上の電極を露出させる工程、半導体ウエハを切断し個々の半導体装置に分離する工程が順に施されることにより、ＣＳＰ構造の半導体装置が得られる。露出した半導体素子の電極上に半田ボール等の外部電極を形成することも必要により行われる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、ＣＳＰ構造の半導体装置を得るための従来の製造方法、製造装置では、半導体ウエハを金型内に装着しウエハの表面を樹脂封止する工程において、半導体ウエハに非常に大きな力が加わり半導体ウエハにダメージが発生する可能性がある。さらに、樹脂封止された半導体ウエハを金型から取り出す際、半導体ウエハと金型とが密着し、取り出し作業が円滑に行えない等の課題が発生する可能性がある。
【０００５】
半導体ウエハが大口径化していくに従って、半導体ウエハと金型とが密着する面積が大きくなるので、このような課題は顕著になると思われる。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本願の代表的な発明の目的は、半導体ウエハを金型内に装着しウエハの表面を樹脂封止する工程において、半導体ウエハに加わる力を軽減させつつ、樹脂封止された半導体ウエハを金型から取り出す際に半導体ウエハと金型との密着を防ぐことにより、半導体ウエハへのダメージを低減させつつ、半導体ウエハの金型からの取り出し作業を円滑かつ正確に行うことである。
【００１０】
上述の目的を達成するため、本願の代表的な発明では、下金型における半導体ウエハを載置する領域のうち半導体ウエハの径よりも小さい領域が凹凸形状に加工されている。
【００１１】
下金型を上述のような凹凸形状に加工することにより、樹脂封止肯定において半導体ウエハに対して加わる局所的な圧力を低減することを実現しつつ、樹脂封止された半導体ウエハを金型から取り出す際、半導体ウエハと金型との密着を防ぎ、取り出し作業を円滑かつ正確に行うことが可能となる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
本欄では発明の理解を容易にする為、代表的な要素のみが説明される。この説明に供する図面は説明の都合に応じて適宜縮尺あるいは拡大されている。
【００１３】
図１には本発明の実施の形態に係る半導体ウエハ樹脂封止装置１００の要部断面図が示されている。この樹脂封止装置１００は下部装置２００と上部装置３００より構成される。下部装置２００内には後述される下金型が形成され、上部装置３００内には同様に後述される上金型が形成される。その為、下部装置２００を下金型或は下型、上部装置３００を上金型或は上型と呼称する場合もあるが、本実施の形態では後述の通り、協働して半導体ウエハを直接挟み込む部分を下金型及び上金型と定義して説明が記述される。
【００１４】
まず、図１に示される樹脂封止装置１００の要部断面図、図2に示される下部装置２００の上面図及び要部断面図を参照して下部装置２００について説明される。図2の要部断面図は説明の理解を容易にするため、上面図の構成を部分的に示したものである。
【００１５】
この下部装置２００には複数の半導体素子がその表面に形成された半導体ウエハ２０１を載置する下金型２０２が第1ブロック２０３の略中央部分に設けられた凹部内に収容されている。すなわち、この第1ブロック２０３は下金型２０２を図示されない手段により支持している。さらに、これら下金型２０２及び第1ブロック２０３は第2ブロック２０４の略中央部分に設けられた凹部内に格納されている。すなわち、この第2ブロック２０４は下金型２０２及び第1ブロック２０３を支持している。下金型２０２は第1ブロック２０３及び第2ブロック２０４に滑合しているとも言える。図２では、説明の理解を助けるために半導体ウエハ２０１の外周のみを実線で表わしている。従って、下金型２０２のウエハ載置領域の様子が図面から伺える。
【００１６】
本実施の形態では、これら下金型２０２、第1ブロック２０３及び第2ブロック２０４は全て同一の金属材料で形成されている。後述する樹脂封止工程では、樹脂封止装置１００は通常１７０〜１８０℃の高温雰囲気に晒されるので、樹脂封止装置１００のほとんどの構成要素は耐熱性の高い金属材料により形成されている。さらに、この金属には樹脂封止装置内では同種の物が用いられている。このことは、異種の金属を用いた場合、その熱膨張係数の違いから高温雰囲気下で互いに膨張度合いに差が生じるため、装置内で発生することが予想される歪み等を防ぐためである。樹脂封止装置においては、半導体ウエハ上に樹脂を均一に形成する為、後述される説明にもあるように装置の水平方向のバランスの維持と、各部における歪み等の除去には大きな関心が払われている。
【００１７】
もちろん、耐熱性を兼ね備えれば金属以外の材料の適用も可能であると考えられるし、各々の熱膨張係数を確実にコントロールできるならば、異種材料の適用も可能であると考えられる。本実施の形態では、装置製造のコスト及び装置設計の容易性の観点から、現段階では最良と考えられている同種金属を適用した例が示される。以降の説明においても、特に明示がない場合、上述の下金型２０２、第1ブロック２０３及び第2ブロック２０４を構成する金属材料と同種の材料により、各構成要素の主要部分が形成されているものとする。
【００１８】
下金型２０２の下側、すなわち、第２ブロック２０４と対向する側の中央部分には、下金型２０２と同一の金属材料により形成された突出部２０２ａが設けられている。この突出部２０２ａは第2ブロック２０４を貫通し、第2ブロック２０４の下面から露出している。この突出部２０２ａは主に下金型２０２の水平方向のバランスを保つために設けられている。すなわち、この突出部２０２ａを配置することにより下金型２０２の水平方向の安定性がより向上する。本実施の形態では、この突出部２０２ａは下金型２０２の下部中央に一つ形成されている例が示されているがこれに限られない。すなわち、三〜四箇所の突出部を下金型２０２の下側に設けることも考えられる。この場合、下金型２０２の中心、すなわち、半導体ウエハ２０１を載置する領域の中心２０２ｃに対して対称となる位置に各々配置されることが望ましい。これは上述した下金型２０２の水平方向のバランスを維持するためである。
【００１９】
この下金型２０２の近傍には半導体ウエハ２０１に樹脂を供給する樹脂供給部の孔２０５が配置されている。この孔２０５は第１ブロック２０３及び第２ブロック２０４を貫通している。
【００２０】
この下金型２０２の半導体ウエハ２０１を載置する領域の周囲には、複数のサポートピン２０６が設けられている。このサポートピン２０６はウエハの載置領域を定義すると共に、ウエハの表面上を樹脂封止する際、ウエハがシフトすることを防ぐ機能を有するものである。載置される半導体ウエハ２０１の形状は図２に示されるものには限定されず種々の形状のものが考えられるので、そのウエハの形状、すなわち、ウエハの外形に応じてサポートピン２０６の配置される位置は適宜設定される。
【００２１】
この下金型２０２のウエハ載置領域は、凹凸形状２０７に加工されている。そのような凹凸形状を設けたことにより、樹脂封止された半導体ウエハ２０１を金型から取り出す際、半導体ウエハと金型との密着を防ぎ取り出し作業を円滑かつ正確に行うことが可能となる。すなわち、この凹凸形状２０７は半導体ウエハ２０１を下金型から離れ易くなるする為に設けられているものである。半導体ウエハ２０１の裏面はバックグラインド法により研磨されて用いられることが多く、この研磨された裏面は鏡面状に加工された金型とは密着し易い。さらに、樹脂封止工程で半導体ウエハを上金型と下金型とにより挟み込む際、半導体ウエハには大きな圧力が加わるため、金型と半導体ウエハとの密着度はより高まる。この樹脂封止装置１００には樹脂封止工程において数トン〜数十トン／ｃｍ^２の圧力が加えられる。それ故、上金型及び下金型にも数トン／ｃｍ^２の圧力が加わる。このような半導体ウエハと金型との密着性を低減するため、下金型の半導体が載地される領域に凹凸形状２０７が設けられるのである。この凹凸形状２０７は後述の通り樹脂封止された半導体ウエハを下金型から取り出す際、半導体ウエハと金型との密着を防ぎ、取り出し作業を円滑に行うために設けられているものである。
【００２２】
この凹凸形状２０７は放電加工により梨地状に形成されている。この梨地状とは、放電加工等の加工により金属材料の表面が粗面になっている状態を意味するものである。すなわち、下金型２０２の半導体ウエハの載置領域に無数の微細な突起部が形成され、表面がざらざらした状態を言う。本実施の形態では、この微細な突起部は８μｍから１２μｍの範囲で分布している。
【００２３】
さらに、この梨地状に加工された領域２０７は前記半導体ウエハ２０１の径より小さすることが望ましい。これは半導体ウエハ２０１の外周直下に微細な突起部の頂点が位置することを排除するためである。ウエハ２０１の外周直下に突起部が位置すると、その部分に大きな圧力が掛かる可能性があるからである。通常、樹脂封止工程では、数トンから数十トンの圧力が金型に掛かると言われているので、半導体ウエハに対して加わる局所的な圧力は極力低減した方が望ましいと考えられるからである。
【００２４】
この凹凸形状２０７は溝状に形成することも考えられる。例えば、この溝は図３に示されるように互いに平行に延在する複数のスリット２０７−１により形成することもできる。各スリットの幅及び隣接するスリット間の間隔は設計者が適宜設定できる。また、例えば、図４に示されるように連通する螺旋状の溝２０７−２により形成することもできる。螺旋状の溝２０７−２の幅及び間隔等は設計者が適宜設定できる。
【００２５】
下金型２０２の下方には、下金型と上金型により半導体ウエハ２０１を挟み込む際、下金型２０２への衝撃を緩和するため、すなわち、半導体ウエハ２０１へ加わる応力を緩和するために複数の衝撃緩和手段２０８が設けられている。図２の平面図には、この複数の衝撃緩和手段２０８が配置されている部位が模式的に示されている。本実施の形態では、図２に示されるように半導体ウエハ２０１を載置する領域の中心２０２ｃに対して互いに対称な位置に四つの衝撃緩和手段２０８が設けられている。衝撃緩和手段２０８の数は適宜設定できるが、いずれの場合も半導体ウエハ２０１を載置する領域の中心２０２ｃに対して互いに対称な位置に設けることが望ましい。なお、図１には、説明の都合上、衝撃緩和手段２０８は一つのみ示されている。この衝撃緩和手段２０８は上述の半導体ウエハ２０１への応力を緩和する機能に加え、複数の半導体ウエハ間で発生する可能性のある半導体ウエハの厚さのバラツキも吸収できる機能を有する。
【００２６】
これら衝撃緩和手段２０８は下金型２０２等を構成する金属と同種の金属により形成された金属性の圧縮ばねである。上述した通り樹脂封止装置１００は通常１７０〜１８０℃の高温雰囲気に晒されるので、ここでも耐熱性の高い金属性の圧縮ばねが用いられている。この衝撃緩和手段２０８は所定の長さを有するボルト２０８ａを介して固定手段２０８ｂにより第３ブロック２０９に固定されている。この場合、図１に示されるようにブロック２０９との間にはボルト２０８ａが僅かに下降できる程度の隙間が設けられている。このボルト２０８ａは後述される下部装置２００から下金型２０２を浮かせる工程の際、用いられるものである。ここでは、衝撃緩和手段２０８には後述の下部装置２００から下金型２０２を浮かせる工程で用いられるボルトが内蔵されているが、このボルトの有する機能を衝撃緩和手段２０８と分離して別の構成要素とすることも考えられる。
【００２７】
この第３ブロック２０９には、複数のイジェクタピン２１０をそれぞれ昇降させる駆動部２１１も設けられている。図２の平面図には、この複数の駆動部２１１が配置されている部位が模式的に示されている。本実施の形態では、図２に示されるように半導体ウエハ２０１を載置する領域の中心２０２ｃに対して互いに対称な位置に四つの駆動部２１１が設けられている。駆動部２１１の数は適宜設定できるが、いずれの場合も半導体ウエハ２０１を載置する領域の中心２０２ｃに対して互いに対称な位置に設けることが望ましい。
【００２８】
これらイジェクタピン２１０は、後述される通り樹脂で被覆された半導体ウエハ２０１を下金型２０２のウエハ載置領域から取り出す際、駆動部２１１により上昇させられる。それにより、半導体ウエハ２０１が下金型２０２から引き離される。イジェクトピン２１０は、第２ブロック２０４及び下金型２０２を貫通して下金型２０２の表面、すなわち、半導体ウエハを載置する面にまで達している。下金型２０２のウエハ載置領域には、図２に示されるようにイジェクタピン２１０用の穴が設けられている。イジェクタピン２１０も駆動部２１１と同様に半導体ウエハ２０１を載置する領域の中心２０２ｃに対して互いに対称な位置に設けられている。
【００２９】
これらイジェクタピン２１０は、後述される通り樹脂で被覆された半導体ウエハ２０１を下金型２０２から引き離す際、駆動部２１１により上昇させられる。それにより、半導体ウエハ２０１が下金型２０２のウエハ載置領域から引き離される。
【００３０】
そして、樹脂を金型に導入する工程では、駆動部２１１が電磁弁２１２に応答してイジェクタピン２１０を降下させることにより、イジェクタピン２１０の先端が下金型２０２のウエハ載置領域と実質的に同一面を構成する位置、もしくはウエハ載置面からわずかに後退した位置（図１下方側）になるようイジェクタピン２１０は固定されている。
【００３１】
すなわち、樹脂導入工程では、イジェクタピン２１０の先端は下金型２０２内に位置していると言える。また、樹脂で封止された半導体ウエハ２０１を下金型から離型する工程において、駆動部２１１がイジェクタピン２１０を上昇させることにより、イジェクタピン２１０の先端が下金型２０２の表面から突き出す。
【００３２】
この駆動部２１１は下金型２０２等を構成する金属と同種の金属により形成された金属性の圧縮ばね２１１ａ、シリンダー部２１１ｂ、そのシリンダー部２１１ｂを密封するＯリング２１１ｃから構成される。この駆動部２１１は固定手段２１１ｄにより第３ブロック２０９に固定されている。この駆動部２１１では、電磁弁２１２から制御管２１２ａを介して供給されるエアーによりシリンダー部２１１ｂの動作が制御され、そのシリンダー部２１１ｂの動作により圧縮ばね２１１ａの伸縮が制御される。
【００３３】
樹脂供給部２１３は第１ブロック２０３に設けられた孔２０５に連通する樹脂供給管２１３ａ、樹脂２１４を樹脂供給管２１３ａから押し出す供給棒２１３ｂか構成される。この樹脂供給管２１３ａは第１ブロック２０３、第２ブロック２０４及び第３ブロック２０９を貫通している。この樹脂２１４にはタブレット型のエポキシ樹脂が用いられている。この樹脂２１４は１７０〜１８０℃で溶融した後、供給棒２１３ｂにより孔２０５から押し出される。
【００３４】
さらに、第２ブロック２０４の下方には、下金型と上金型により半導体ウエハ２０１を挟み込む際、下金型２０２及び第２ブロック２０４への衝撃を緩和するため、すなわち、半導体ウエハ２０１へ加わる応力を緩和するために複数の衝撃緩和手段２１５が設けられている。この衝撃緩和手段２１５は応力を緩和するという機能に加え、第３ブロック２０９を定位置に保持するという機能を有する。図２の平面図には、これら衝撃緩和手段２１５が配置されている部位が模式的に示されている。本実施の形態では、図２に示されるように半導体ウエハ２０１を載置する領域の中心２０２ｃに対して互いに対称な位置に二つの衝撃緩和手段２１５が設けられている。衝撃緩和手段２１５の数は適宜設定できるが、いずれの場合も半導体ウエハ２０１を載置する領域の中心２０２ｃに対して互いに対称な位置に設けることが望ましい。なお、図１には、説明の都合上、衝撃緩和手段２１５は一つだけ示されている。
【００３５】
この衝撃緩和手段２１５は下金型２０２等を構成する金属と同種の金属により形成された金属性の圧縮ばねである。この衝撃緩和手段２１５はボルト２１５ａを介して固定手段２１５ｂにより基盤２１６に固定されている。
【００３６】
以上の構成要素を備える下部装置２００は基盤２１６上に搭載されている。この基盤２１６は昇降手段２１６ａ、２１６ｂを備えており、下部装置２００を昇降させることができる。
【００３７】
次に、図１に示される樹脂封止装置１００の要部断面図、図５に示される上部装置の上面図及び要部断面図を参照して上部装置３００について説明される。図５の要部断面図は説明の理解を容易にするため、上面図の構成を部分的に示したものである。
【００３８】
この上部装置３００には下金型２０２と協働して半導体ウエハ２０１を金型内部に挟み込む上金型３０１が第1ブロック３０２に設けられた凹部内に収容されている。この上金型３０１は樹脂供給部２１３から供給される樹脂２１４を半導体ウエハ２０１上に導入する空洞部３０１ａを備える。この半導体ウエハ２０１上の空洞部３０１ａはキャビティと称される場合もある。
【００３９】
下部装置２００と同様に、これら上金型３０１及び第1ブロック３０２は下金型２０２を構成する金属材料と同一の材料で形成されている。
【００４０】
この上金型３０１の空洞部３０１ａは半導体ウエハ２０１の外周上に対応する位置でゲート部３０１ｂに連通する。このゲート部３０１ｂは、上金型３０１と下金型２０２とが合体してその内部に樹脂が導入された場合、半導体ウエハ２０１上に形成される樹脂の高さよりもゲート部３０１ｂでの樹脂の高さが低くなるようにその深さが設定されている。さらに、カル部３０１ｃに形成される樹脂の高さよりもゲート部３０１ｂでの樹脂の高さが低くなるようにその深さが設定されている。この場合の深さとは、半導体ウエハ２０１を上金型３０１と下金型２０２で挟持した場合、半導体ウエハ２０１から上金型３０１表面までの距離のことを示す。すなわち、空洞部３０１ａでの半導体ウエハ２０１から上金型３０１の表面までの高さは、ゲート部３０１ｂでのそれよりも高くなるように設定されている。さらに、カル部３０１ｃでの半導体ウエハ２０１から上金型３０１の表面までの高さは、ゲート部３０１ｂでのそれよりも高くなるように設定されている。
【００４１】
このゲート部３０１ｂは、樹脂供給部２１３及び孔２０５の上に形成されたカル部３０１ｃに連通している。すなわち、空洞部３０１ａ、ゲート部３０１ｂ及びカル部３０１ｃは連通した空間として上金型３０１に形成される。換言すれば、上金型３０１は連通した窪みを備えるものである。この窪みの内表面は樹脂が導入される経路を構成する。このゲート部３０１ｂはカル部３０１ｃから空洞部３０１ａに向かって扇状に広がるように形成されている、これは導入された樹脂が空洞部３０１ａ内に広がり易くするためである。
【００４２】
この上金型３０１は下金型２０２と協働して半導体ウエハ２０１を挟み込む。その場合、下金型２０２のサポートピン２０６に上金型３０１のサポートピン穴３０３が係合し、下金型２０２上に載置された半導体ウエハ２０１の外周を下金型２０２と上金型３０１とにより挟み入れるようにして、半導体ウエハ２０１を下金型２０２と上金型３０１で構成された金型内に半導体ウエハ２０１が装着される。図５の上面図に示される点線２０１’は半導体ウエハ２０１が金型内に装着された場合の半導体ウエハ２０１の外周部を示すものである。
【００４３】
この外周部（点線２０１）を上金型３０１で覆うことにより、後述される樹脂封止工程において外周部が樹脂により被覆されない。すなわち、外周部を樹脂の未充填領域とするのである。本実施形態では、この未充填領域は半導体ウエハ２０１の端部から３ｍｍに設定されている。もちろん、未充填領域は半導体ウエハ２０１の端部から３ｍｍに限定されるものではなく、適宜設定されるものである。発明者の知見によれば、未充填領域は数ミリ程度が望ましい。
【００４４】
本実施の形態では、樹脂封止工程の際、上金型３０１内に存在する空気を逃す為、上金型３０１のゲート部３０１ｂと対向する位置に空気を逃す為の複数の空気孔３０４ａが設けられている。この空気孔３０４ａは下金型２０２と上金型３０１とが合体した後、上金型３０１の空洞部３０１ａ等に溜まった空気を外部へ逃がす穴である。この空気孔３０４ａを設けたことにより、樹脂の導入をスムーズに行うことが可能になる。ここでは、空気孔３０４ａはゲート部３０１ｂと対向する位置に４個設けられているが、さらに、上金型３０１の側部３０４ｂ（図５の上下側）、ゲート部３０１ｂの近傍３０４ｃに設けることもできる。これら空気孔を設けたことと、扇状のゲート部３０１ｂの形成により、導入される樹脂は空洞部３０１ａ内、すなわち、半導体ウエハ２０１上に短時間で拡がり易くなる。
【００４５】
それぞれの空気孔の大きさ、或はその数は設計者が適宜選択できるが、ゲート部３０１ｂと対向する位置には、他の部分より多くの空気孔を配置することが望ましい。これはゲート部３０１ｂから導入される樹脂により押される空気を効率良く外部へ排出するためである。
【００４６】
上金型３０１及び第１ブロック３０２は駆動部３０５により第２ブロック３０６に連結されている。この第２ブロック３０６は基盤３０６に固定されている。この駆動部３０５は複数のイジェクタピン３０８をそれぞれ昇降させる機能を有している図５の平面図には、この駆動部３０５が配置されている部位が模式的に示されている。本実施の形態では、図５に示されるように半導体ウエハ２０１を載置する領域の中心２０２ｃの直上に位置する中心２０２ｃ’に対して互いに対称な位置に二つの駆動部３０５が設けられている。駆動部３０５の数は適宜設定できるが、いずれの場合も中心２０２ｃ’に対して互いに対称な位置に設けることが望ましい。
【００４７】
これらイジェクタピン３０８は、後述される通り導入された樹脂を上金型３０１の空洞部３０１ａ、ゲート部３０１ｂ及びカル部３０１ｃから引き離す際、駆動部３０５により下降させられる。それにより、半導体ウエハ２０１上の樹脂、ゲート部３０１ｂ及びカル部３０１ｃの樹脂が上金型３０１の内表面から引き離される。
【００４８】
これらイジェクトピン３０８は第２ブロック３０６に固定手段３０８ａによりそれぞれ固定されている。上金型３０１の内表面には、図５に示されるようにイジェクタピン３０８用の穴が設けられている。イジェクトピン３０８は、第２ブロック３０６、第１ブロック３０２及び上金型３０１を貫通して上金型３０１の内表面にまで達している。
【００４９】
そして、樹脂を金型に導入する工程では、駆動部３０５が第１ブロック３０２を下降させることにより、イジェクタピン３０８の先端が内表面と実質的に同一面を構成する位置、もしくは内表面からわずかに後退した位置（図１上方側）になるようイジェクタピン３０８は固定されている。すなわち、樹脂導入工程では、イジェクタピン３０８の先端は上金型３０１の空洞部３０１ａ、ゲート部３０１ｂ及びカル部３０１ｃの連通する窪みの外側に位置していると言える。また、樹脂で封止された半導体ウエハ２０１を金型から離型する工程において、駆動部３０５が第１ブロック３０２を上昇させることにより、イジェクタピン３０８の先端が上金型３０１の内表面から突き出す。すなわち、離型工程では、イジェクタピン３０８の先端は上金型３０１の空洞部３０１ａ、ゲート部３０１ｂ及びカル部３０１ｃの連通する窪み内に位置していると言える。
【００５０】
この駆動部３０５は他の要素と同様に同種の金属により形成された金属性の圧縮ばねで構成され、固定手段３０５ａにより基盤３０７に固定されている。すなわち、この上部装置３００は基盤３０７に固定され、下部装置２００のように昇降可能に駆動するものではない。駆動部３０５はイジェクタピン３０８を昇降するためのものであるので、大きな駆動能力を要しない。
【００５１】
次に、この樹脂封止装置１００の動作が図面を参照して説明される。
【００５２】
まず、図１に示されるように下部装置２００と上部装置３００とが離間した状態で半導体ウエハ２０１が下金型２０２のウエハ載置領域、すなわち、凹凸領域２０７上に搭載される。さらに、樹脂２１４が樹脂供給部２１３の樹脂供給管２１３ａ内に投入される。ここでは、上部装置３００及び下部装置２００は図示されない加熱手段により１７０〜１８０℃の温度に加熱される。この温度は樹脂２１４を溶融するための温度である。厳密に言えば、樹脂供給部２１３の樹脂供給管２１３ａにおける温度が樹脂２１４の溶融温度である１７０〜１８０℃の温度になるように上部装置３００及び下部装置２００が昇温されるということになる。従って、樹脂供給管２１３ａに投入された樹脂２１４は溶融化される。
【００５３】
この際、イジェクタピン２１０は駆動部２１１により下金型２０２内に格納されている。イジェクタピン３０８は駆動部３０５により任意の場所に位置する。図１では、イジェクタピン３０８は上金型３０１の内表面から突き出した状態で保持されている。
【００５４】
次に、図６に示されるように昇降手段２１６ａ、２１６ｂにより下部装置２００は上昇し、上部装置３００と下部装置２００とが合体する。これにより、下金型２０４上に載置された半導体ウエハ２０１の外縁が上金型３０１と下金型２０４により挟み込まれる。上金型３０１と下金型２０４とにより構成される金型内に半導体ウエハが装着されると言うこともできる。これにより、樹脂供給部２１３からカル部３０１ｃ、ゲート部３０１ｂを介して空洞部３０１ａまでの連通する空間、すなわち、樹脂の導入経路が確保される。この時、半導体ウエハ２０１の外周部、厳密には、空気孔３０４を除いた半導体ウエハ２０１の外縁が上金型３０１により押さえられ、下金型２０２のサポートピン２０６と上金型３０１のサポートピン穴３０３とが係合している。
【００５５】
この際、駆動部３０５が第１ブロック３０２を下降させることにより、イジェクタピン３０８の先端が内表面と実質的に同一面を構成する位置、もしくは内表面からわずかに後退した位置（図６上方側）になるようイジェクタピン３０８が保持される。
すなわち、イジェクタピン３０８の先端は上金型３０１の空洞部３０１ａ、ゲート部３０１ｂ及びカル部３０１ｃの連通する窪みの外側に位置している。
【００５６】
上部装置３００と下部装置２００とが合体する工程において、下金型２０２上の半導体ウエハ２０１と上金型３０１とが接触する時、半導体ウエハ２０１に加わる応力は衝撃緩和手段２０８により緩和される。すなわち、下部装置２００が上昇して半導体ウエハ２０１の表面が上金型３０１に押し当たった時、衝撃緩和手段２０８を構成する金属性のばねが縮むことによりその応力が低減される。その時、第２ブロック２０４を支える衝撃緩和手段２１５も同様に半導体ウエハ２０１に加わる応力を緩和するように機能する。
【００５７】
この上部装置３００と下部装置２００とが合体する工程において、固定された上部装置３００に下部装置２００が上昇して合体する理由は以下の通りである。すなわち、上部装置及び下部装置の重さは数百ｋｇにも及ぶものであり、それら自体を駆動する駆動手段は必然的に大きな駆動力を要求されると共に大型化する傾向にある。それ故、そのような大型化した駆動手段を上部装置の上方に設けることは非常に困難性が高いと共に装置コストにも影響を及ぼす。さらに、水平方向のバランスが特に要求される樹脂封止装置において、装置上方に大型かつ重量の大きい駆動手段を設けることは樹脂封止装置全体の水平バランスの保持にも少なからずの影響を与える可能性がある。このようなことは装置設計の困難性をも高めることになる可能性がある。
【００５８】
このような大型かつ重量の大きい駆動手段を本実施の形態では、下部装置２００の下方のみに設け、上部装置３００は固定されている。そして、固定された上部装置３００に下部装置２００が上昇して、両者が合体して一体化される。
【００５９】
従って、大型で重量の大きい駆動手段は樹脂封止装置が設置される基準面上に載置されることになるので、樹脂封止装置の重心が低くなり装置全体の水平バランスの保持も容易になると共に装置設計の容易化も図れる。このようなことは装置を製造するコストにも反映されてくる。
【００６０】
その後、図７に示されるように供給棒２１３ｂが図示されない駆動手段により上昇させられて、溶融化された樹脂２１４が樹脂供給部２１３より押し出される。押し出された樹脂２１４は孔２０５を介してカル部３０１ｃに与えられる。カル部３０１ｃに与えられた樹脂２１４’は供給棒２１３ｂの上昇によりさらに圧力を加えられ、ゲート部３０１ｂを介して空洞部３０１ａ内、すなわち、半導体ウエハ２０１上に充填される。この際、上述した通り空洞部３０１ａ内の空気は空気孔３０４ａ、３０４ｂ、３０４ｃから外部へ排出される。半導体ウエハ２０１上に形成された樹脂２１４’、すなわち、空洞部３０１ａ、ゲート部３０１ｂ及びカル部３０１ｃの空間を充填した樹脂は所定時間、供給棒２１３ｂにより圧力を加え続けられる。この所定時間とは、樹脂が硬化するまでの時間を言う。本実施の形態では、充填された樹脂は約１００秒間保圧される。
【００６１】
このようにして半導体ウエハ２０１の表面上は樹脂２１４’により被覆される。ここでは、半導体ウエハ２０１の外周部は上述の通り上金型３０１と下金型２０２で覆われているので、外周部が樹脂により被覆されない。すなわち、半導体ウエハ２０１の外周部は樹脂の未充填領域と言える。本実施の形態では、この工程のことを樹脂封止工程と称する場合がる。
【００６２】
その後、図８に示されるように昇降手段２１６ａ、２１６ｂにより下部装置２００が降下する。これにより半導体ウエハ２０１が上金型３０１と下金型２０２とにより挟み込まれた状態、すなわち、半導体ウエハ２０１が金型内に装着された状態が開放される。ここで、下部装置２００の降下開始と同時に、駆動部３０５により上部装置３００の第１ブロック３０２が上昇することにより、イジェクタピン３０８の先端が上金型３０１の内表面から突き出す。すなわち、この工程では、イジェクタピン３０８の先端は上金型３０１の空洞部３０１ａ、ゲート部３０１ｂ及びカル部３０１ｃの連通する窪み内に位置するように飛び出す。それにより、半導体ウエハ２０１上の樹脂、ゲート部３０１ｂ及びカル部３０１ｃの樹脂が上金型３０１の内表面から引き離される。下部装置２００の降下開始と同時に、樹脂供給部２１３の供給棒２１３ｂも降下し初期の状態に戻る。すなわち、図１及び図６に示される押圧を開始する前、つまり樹脂封止工程の前の状態に供給棒２１３ｂは降下する。
【００６３】
ここで樹脂２１４’で被覆された半導体ウエハ２０１及びゲート部３０１ｂに形成された樹脂３０１ｂ’の形状が図９（ａ）の上面図及び図９（ｂ）の断面図に示されている。ゲート部３０１ｂに形成された樹脂３０１ｂ’は溶融された樹脂２１４がゲート部３０１ｂを通過した痕跡とも言える。図９（ｂ）から明らかなように半導体ウエハ２０１上に形成される樹脂２１４’の高さよりも半導体ウエハの外周部２０１’上におけるゲート部３０１ｂの樹脂３０１ｂ’の高さは低い。さらに、前出の説明及び図面から明らかな通り、カル部３０１ｃに形成される樹脂３０１ｃ’の高さよりも半導体ウエハの外周部２０１’上におけるゲート部３０１ｂの樹脂３０１ｂ’の高さは低い。
【００６４】
さらに、ゲート部３０１ｂはカル部３０１ｃから空洞部３０１ａに向かって扇状に広がるように形成されているので、ゲート部３０１ｂの樹脂３０１ｂ’もそれを反映した形状を有する。
【００６５】
上述の通り下金型２０２上に載置された半導体ウエハ２０１の外周を下金型２０２と上金型３０１とにより挟み入れるようにして、半導体ウエハ２０１を下金型２０２と上金型３０１で構成された金型内に半導体ウエハ２０１が装着されるので、外周部２０１’は樹脂により被覆されない。すなわち、外周部２０１’は樹脂の未充填領域となっている。
【００６６】
その後、図１０に示されるように下部装置２００は昇降手段２１６ａ及び２１６ｂにより更に降下される。そして、下部装置２００の降下が所定の位置を超えた時、すなわち、衝撃緩和手段２１５のボトル２１５ａで定義された距離を越えた場合、第１ブロック２０３及び第２ブロック２０４はボルト２１５ａが制約となり、それ以上降下することができなくなる。同時に、下金型２０２はボルト２０８ａが制約となり、それ以上降下することができなくなる。さらに下部装置２００の降下が続けられると、下金型２０２が第１ブロック２０３及び第２ブロック２０４から押し上げられ、所定距離だけ離間する。この時、樹脂供給部２１３の供給棒２１３ｂもカル部３０１ｃに形成された樹脂３０１ｃ’及びゲート部３０１ｂに形成された樹脂３０１ｂ’を押し上げるように再び上昇する。この供給棒２１３ｂの上昇は下金型２０２の上昇と同期するものである。すなわち、下金型２０２がボルト２０８ａにより上昇を開始すると同時に、供給棒２１３ｂも樹脂３０１ｂ’及び３０１ｃ’を押し上げる。この下金型２０２の上昇及び供給棒２１３ｂの上昇は基盤２１６に設けられた図示されない制御手段によりそのタイミングが制御されている。
【００６７】
ここで下金型２０２の上昇に併せて供給棒２１３ｂを上昇させる理由が図１１の部分的に拡大された断面図を参照して述べられる。
【００６８】
図１１（ａ）には、下金型２０２上に半導体ウエハ２０１を載置した状態が部分的に拡大されて示されている。図示されるように半導体ウエハ２０１を下金型２０２のウエハ載置領域に搭載した際、半導体ウエハ２０１と第１ブロック２０３との間には微小な隙間Ｇが形成される。ここで下金型２０２と上金型３０１とを合体させる、すなわち、半導体ウエハ２０１を金型内に装着すると、隙間Ｇはゲート部３０１ｂの空間と連通する。
【００６９】
なお、図１１（ａ）において半導体ウエハ２０１の上面と第１ブロック２０３の上面との間には段差が生じていたが、下金型２０２と上金型３０１とを合体させる時にその段差は解消される。この段差が解消される際に生じる半導体ウエハ２０１への下方向への応力も前述した衝撃緩和手段２０８及び２１５により緩和されている。
【００７０】
その後、樹脂封止工程において、ゲート部３０１ｂ、空洞部３０１ａに樹脂２１４が導入されると、図１１（ｃ）に示されるようにこの隙間Ｇにも同様に樹脂が導入される。この隙間Ｇは概ね半導体ウエハ２０１の全周に形成されているので、樹脂封止工程の直後、隙間Ｇに形成された樹脂で半導体ウエハ２０１が取り囲まれていることになる。この状態はゲート部３０１ｂの樹脂３０１ｂ’の半導体ウエハ２０１及び第１ブロック２０３への密着力に加え、半導体ウエハ２０１の側壁と第１ブロック２０３への密着力が存在していることを示している。当然、この密着力はゲート部３０１ｂの周辺において特に顕著である。
【００７１】
このような状態のまま、例えば下金型２０２のみを上昇させて半導体ウエハ２０１を下金型２０２から引き離そうとすると、上述の密着力によりゲート部３０１ｂに近い半導体ウエハ２０１の一部に過大な応力が発生する可能性がある。この過大な応力は半導体ウエハ２０１を破損する可能性、破損しないまでもウエハの反り等の何らかの影響を半導体ウエハに与える可能性がある。
【００７２】
そこで、ゲート部３０１ｂの樹脂３０１ｂ’及びカル部３０１ｃ’の樹脂３０１ｃ’と第１ブロック２０３との密着を主に供給棒２１３ｂの上昇により剥離しつつ、隙間Ｇの樹脂の密着を主に下金型２０２の上昇により剥離するようにした。このように下金型２０２と供給棒２１３ｂを同時に上昇させるので、半導体ウエハ２０１の外周部２０１’に樹脂の密着による局部的な応力が集中するのを防ぐことが可能となる。すなわち、この下金型２０２と供給棒２１３ｂの上昇工程は、半導体ウエハを取り囲む樹脂及びゲート部及びカル部の樹脂と第１ブロック２０３との密着を下金型の上昇力と供給棒の上昇力により破壊するものである。
【００７３】
再び樹脂封止装置１００の動作の説明が述べられる。
【００７４】
下金型２０２が第１ブロック２０３及び第２ブロック２０４から押し上げられ、所定距離だけ離間した後、電磁弁２１２に応答して駆動部２１１がイジェクトピン２１０を上昇させる。これにより、イジェクタピン２１０の先端が下金型２０２の表面から突き出し、半導体ウエハ２０１は下金型２０２のウエハ載置領域から引き離される。下部装置２００は図１に示されるように初期の状態まで上昇する。
【００７５】
同時に供給棒２１３ｂは再び下降して初期の状態に戻る。この半導体ウエハ２０１を下金型２０２から離型した後、半導体ウエハ２０１及びウエハを被覆する樹脂２１４’、ゲート部の樹脂３０１ｂ’及びカル部の樹脂３０１ｃ’は、複数のイジェクトピン２１０によりのみ支持された状態となる。図１２には、イジェクタピン２１０が下金型２０２の表面より突き出して、半導体ウエハ２０１を支持している様子が拡大されて示されている。
【００７６】
上述の通り、下金型２０２のウエハ載置領域は、凹凸形状２０７に加工されているので、樹脂封止された半導体ウエハを下金型から取り出す際、半導体ウエハと金型との密着を防ぎ取り出し作業を円滑かつ正確に行うことが可能となる。
【００７７】
この後、イジェクタピン２１０により下金型２０２から浮かされた半導体ウエハ２０１は図１４（ａ）に示されるように樹脂封止装置１００から搬出する。続いて、ゲート部の樹脂３０１ｂ’及びカル部の樹脂３０１ｃ’を半導体ウエハの外周（例えば、線分Ｘ−Ｘ’）に沿って切断する。それにより、図１４（ｂ）に示されるような樹脂２１４’で被覆された半導体ウエハ２０１を得る。
【００７８】
ゲート部３０１ｂに形成された樹脂３０１ｂ’の厚さは半導体ウエハ２０１上の樹脂２１４’及びカル部３０１ｃに形成された樹脂３０１ｃ’より薄いので、この切断工程は正確かつ容易に実施するすることが可能となる。すなわち、半導体ウエハ２０１の外周２０１’上でゲート部の樹脂３０１ｂ’の厚さが薄くなっているので、その部分の樹脂層は他の部分の樹脂層に比べ脆くなっている。従って、その脆くなった部分に機械的な力を加えれば、正確かつ容易に切断が行える。カッター等で切断する場合においても、切断に要する時間が短くなると共に、切断時に発生する樹脂の塵埃も低減することができる。
【００７９】
ゲート部の位置が半導体ウエハの外周から離間した位置、すなわち半導体ウエハの外縁よりさらに内側或は外側（カル部側）に設置された場合、図１４（ａ）に示される切断工程が実施されると、上述のような効果は得られないことは明らかであろう。さらには、ゲート部に近接する半導体ウエハ上の樹脂の部分的な剥がれ、或は半導体ウエハの外側にゲート部の樹脂の残留などが発生する可能性もある。これらは、その後の工程に影響を及ぼすものであり、発生を防止することが望ましい。
【００８０】
続いて、図１４（ｃ）に示されるように樹脂２１４’の表面を研磨装置Ｐにより研磨する。この研磨により半導体ウエハ上に形成された複数の回路素子にそれぞれ接続される複数の電極が露出される。この研磨工程の実施には、樹脂２１４’が半導体ウエハ２０１上に均一に形成されていることが前提であるので、上述した通りこの樹脂封止装置では装置の水平方向のバランスの維持に特に着目されている。
【００８１】
続いて、必要により露出した電極上に外部電極Ｅが形成される。図１４（ｄ）には、この外部電極としてボール状の電極が示されているが、その形状はこれに限らない。例えば、平面状の電極パッド等を用いることも可能である。ここでダイシングカッターＤＣを用いて半導体ウエハ２０１から図１４（ｅ）に示されるように個々の半導体装置ＳＤを分離する。この半導体装置ＳＤはチップサイズパッケージ構造（ＣＳＰ構造）と呼ばれる小型化された装置である。詳述した本実施の形態は、このＣＳＰ構造を有する半導体装置を製造する方法に適用されることが望ましい。
【００８２】
半導体ウエハ２０１上の全面が樹脂で覆われている場合、切断箇所の特定が難しいのでこの分離は困難な工程になることが予想される。一方、本実施の形態では、上述通り半導体ウエハ２０１の外周部２０１’は樹脂により被覆されていないので、図１５に示されるように半導体ウエハ２０１上で複数の回路素子ＩＣを互いに分離するグリッドラインＧＬが外周部２０１’に露出している。このグリッドラインＧＬは半導体ウエハ２０１上に縦横に延在している。従って、外周部２０１’に露出されたグリッドラインＧＬを目印にすれば、半導体ウエハを縦横に、すなわち、個々の半導体装置ＳＤに正確に切断することが可能となる。すなわち、上述の工程を経て形成された半導体ウエハ２０１は、ウエハから個々の半導体装置を分離するダイシング工程を正確にし、かつ、容易に実施することを可能とするものである。
【００８３】
本発明は例証的な実施態様を用いて説明されたが、この説明は限定的な意味に受け取られてはならない。この例証的な実施態様の様々な変更、並びに本発明のその他の実施態様は当業者にはこの説明を参考にすることによって明らかになるであろうと考えられる。従って、特許請求の範囲はそれら全ての変更または実施態様を本発明の真の範囲に含むものであろうと考えられる。
【００８４】
【発明の効果】
本願の代表的な発明では、下金型における半導体ウエハを載置する領域のうち半導体ウエハの径よりも小さい領域が凹凸形状に加工されているので、樹脂封止工程において半導体ウエハに対して加わる局所的な圧力を低減することを実現しつつ、樹脂封止された半導体ウエハを金型から取り出す際、半導体ウエハと金型との密着を防ぎ、取り出し作業を円滑かつ正確に行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】樹脂封止装置に半導体ウエハが搭載された工程を示す断面図である。
【図２】下金型を部分的に示す上面図及び断面図である。
【図３】下金型の半導体ウエハ載置領域の第１変形例を示す上面図である。
【図４】下金型の半導体ウエハ載置領域の第２変形例を示す上面図である。
【図５】上金型を部分的に示す上面図及び断面図である。
【図６】半導体ウエハが金型内に装着された工程を示す断面図である。
【図７】半導体ウエハ上に樹脂を封止する工程を示す断面図である。
【図８】上部装置から下部装置を引き離す工程を示す断面図である。
【図９】半導体ウエハ上及びゲート部に形成された樹脂層の形状を部分的に示す上面図及び断面図である。
【図１０】半導体ウエハ上、ゲート部及びカル部に規制された樹脂を第１ブロックより引き離す工程を示す断面図である。
【図１１】半導体ウエハの外周部及びゲート部との関係を説明する部分的な断面図である。
【図１２】樹脂で被覆された半導体ウエハを下金型から引き離す工程を示す断面図である。
【図１３】半導体ウエハを下金型から引き離す工程における半導体ウエハとイジェクトピンとの関係を部分的に示す断面図である。
【図１４】樹脂封止された半導体ウエハから半導体装置を製造するまでの工程を順に示す断面図である。
【図１５】樹脂封止された半導体ウエハを示す上面図である。
【符号の説明】
１００樹脂封止装置
２００下部装置
３００上部装置
２０１半導体ウエハ
２０１’半導体ウエハの外周部
２０２下金型
２０７凹凸形状領域（半導体ウエハ載置領域）
２０８衝撃緩和手段
２１３樹脂供給部
２１４樹脂
３０１上金型
３０１ａ空洞部（キャビティ部）
３０１ｂゲート部
３０１ｃカル部
２１０、３０８イジェクトピン
Ｐ研磨装置
ＤＣダイシングカッター
ＳＤチップサイズパッケージ型の半導体装置
ＧＬグリッドライ

Claims

半導体ウエハを載置する領域のうち半導体ウエハの径よりも小さい領域が凹凸形状に加工された下金型と前記半導体ウエハの主表面へ樹脂を導入する樹脂導入部を備えた上金型とにより構成された金型内に前記半導体ウエハを装着する工程と、
前記下金型及び前記上金型とが協働して前記半導体ウエハを挟み込み、前記樹脂導入部を介して樹脂を導入し前記半導体ウエハの主表面上を樹脂で封止する工程と、
その後、前記半導体ウエハを前記金型から離型する工程とを有することを特徴とする半導体装置の製造方法。
前記装着する工程は、固定された前記上金型に前記半導体ウエハを載置した前記下金型が上昇して合体することにより前記半導体ウエハが前記金型内に装着され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。
前記離型する工程は、
前記下金型が下降して前記半導体ウエハと前記上金型とを引き離す工程と、
その後、前記半導体ウエハを押し上げて前記下金型と前記半導体ウエハとを引き離す工程とを有す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。
前記凹凸形状は放電加工により形成されていることを特徴とする請求項３記載の半導体装置の製造方法。
前記凹凸形状の突起部は８μｍ乃至１２μｍの範囲であることを特徴とする請求項４記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体ウエハを前記金型から離型した後、前記半導体ウエハ上を封止する樹脂を研磨する工程を有する工程を有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。
前記下金型と前記上金型とにより前記半導体ウエハを挟み込む際、前記半導体ウエハの外周部を挟み込み、この状態で前記樹脂封止することにより前記半導体ウエハの外周部を露出させることを特徴とする請求項６記載の半導体装置の製造方法。
前記半導体ウエハの外周部には、前記半導体ウエハ上に形成された複数の半導体素子を区画するスクライブラインの一部が露出していることを特徴とする請求項７記載の半導体装置の製造方法。
前記樹脂を研磨する工程の後、前記露出したスクライブラインに沿って前記半導体ウエハを切断することにより前記複数の半導体素子を個々の半導体素子に分離することを特徴とする請求項８記載の半導体装置の製造方法。