JP4769975B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体装置の製造方法に関し、特に、半導体素子と同等の大きさの小型な半導体装置の製造方法に関する。

従来、電子機器にセットされる回路装置は、携帯電話、携帯用のコンピューター等に採用されるため、小型化、薄型化、軽量化が求められている。これらの条件を満たすために、ＣＳＰ（Ｃｈｉｐ Ｓｃａｌｅ Ｐａｃｋａｇｅ）と呼ばれる、内蔵される半導体素子と同等のサイズを有する半導体装置が開発されている。

これらのＣＳＰの中でも、特に小型化なものとしてＷＬＰ（Ｗｅｆｅｒ Ｌｅｖｅｌ Ｐａｃｋａｇｅ）がある。このＷＬＰの製造方法の概略を、図６を参照して説明する（例えば下記特許文献１を参照。）。

図６（Ａ）を参照して、先ず、半導体ウェハ１００には、多数の半導体装置部１０２が形成されている。各半導体装置部１０２には、拡散工程によりトランジスタ等が形成されている。更に、半導体装置部１０２の上面は、基板内部の素子と接続された電極１０３が形成され、この電極１０３の上部を露出させた状態で絶縁層１０１が形成されている。この絶縁層１０１の上面には配線１０４がパターニングされる。また、配線１０４の上面には、例えば半田等から成る外部電極１０５が溶着されている。このような構成の半導体ウェハ１００の裏面は、ダイシングシート１０６の上面に貼着される。

図６（Ｂ）を参照して、次に、高速で回転するブレード１０７を用いてウェハ１００を切断して各半導体装置部１０２を分離する。ブレード１０７により半導体ウェハ１００および絶縁層１０１が完全に切断される。分離された半導体装置部１０２が半導体装置と成る。

図６（Ｃ）を参照して、次に、半導体装置１０８をダイシングシート１０６から剥離して、半導体基板１０９の上面にレーザー１１０を用いてマークを捺印する。レーザー１１０により捺印されるマークは、半導体装置１０８を製造したメーカー名、製造時期、特性等を表している。上記工程によりＷＬＰである半導体装置１０８が製造される。
特開２００４−１７２５４２号公報

しかしながら、上述した半導体装置の製造方法では、個々の半導体装置１０８をダイシングシート１０６から分離した後に、レーザー１１０による捺印を行っていた。従って、この捺印を行うためには、個別に半導体装置１０８の表裏や平面的な位置を検出する必要があり、このことが半導体装置の製造コストを高くしていた。更に、半導体基板１０９は硬い材料（例えばシリコン）から成るので、明瞭なマークをレーザーにより捺印することが困難であった。

この問題を解決する方法として、例えば、図６（Ｂ）を参照して、ダイシングシート１０６の裏面から、ダイシングシート１０６を透過してレーザー１１０を照射する方法がある。しかしながら、この方法を用いると、レーザーによりダイシングシートが溶けて破損してしまう問題が発生する。この理由は、硬い半導体ウェハ１００の裏面にマークを捺印するために、レーザーの出力が大きく設定してあるからである。

他の方法として、個々の半導体装置部１０２が分離されていない半導体ウェハ１００の裏面に（即ちダイシングシートを用いる前に）、レーザーを用いてマークを捺印する方法もある。この方法では、ダイシングシート１０６が破損する問題が発生しない。しかしながら、半導体ウェハ１００の裏面には位置を検出するマークが存在しないので、半導体ウェハ１００の表面に形成された配線１０４等を視覚的に確認しつつ、裏面からレーザーを照射する必要がある。このことから、レーザー照射装置の構成が複雑になり、製造コストが高くなってしまう問題があった。

本発明は、上述した問題を鑑みてなされ、本発明の主な目的は、明瞭な認識マークを低コストに捺印できる半導体装置の製造方法を提供することにある。

本発明の半導体装置の製造方法は、第１主面と、前記第１主面に対向する第２主面とを具備し、複数の半導体装置部が形成された半導体ウェハを用意する第１工程と、前記半導体ウェハの前記第１主面を、保護膜を介してダイシングシートに貼着する第２工程と、前記半導体ウェハおよび前記保護膜をダイシングして前記半導体装置部を互いに分離する第３工程と、前記ダイシングシートを透過して前記保護膜に光線を照射することにより、前記保護膜の表面に認識マークを形成する第４工程と、前記ダイシングシートから前記半導体装置部を剥離させる第５工程とを具備することを特徴とする。

更に、本発明の半導体装置の製造方法は、前記第４工程では、個別に分離された前記半導体装置部の周辺部を位置認識して、前記光線を照射する照射装置と前記半導体装置部とを相対的に位置合わせすることを特徴とする。

更に、本発明の半導体装置の製造方法は、前記保護膜は、前記ダイシングシートよりも前記光線の吸収率が高いことを特徴とする。

更に、本発明の半導体装置の製造方法は、前記保護膜は、前記ダイシングシートよりも硬い材料から成ることを特徴とする。

更に、本発明の半導体装置の製造方法は、前記光線は、赤外線レーザーであることを特徴とする。

更に、本発明の半導体装置の製造方法は、前記ダイシングシートは、紫外線照射により粘着力が低下する接着材をその表面に有することを特徴とする。

本発明の半導体装置の製造方法に依れば、半導体ウェハの第１主面を被覆する保護膜に光線を照射して認識マークを捺印している。従って、半導体基板の表面に直に捺印を行っていた背景技術と比較すると、明瞭な認識マークを形成することができる。

更に、この保護膜は半導体基板よりも光線により捺印されやすい材料から成る。従って、ダイシングシートを透過して捺印を行っても、エネルギーの比較的小さい光線が使用できるので、光線によるダイシングシートの破損が抑制できる。

更にまた、本発明では、半導体ウェハをダイシングして半導体装置部を小片化した後に、認識マークを捺印している。従って、ダイシングシートを透過して、分離された半導体装置部の周縁部を視覚的に認識することができる。このことから、半導体装置部の位置認識および光線の照射を、ダイシングシートを透過して同時に行うことができるので、認識マークの捺印を容易に行うことができる。

以下、本実施の形態を図を参照して詳述する。

＜第１の実施の形態＞
先ず、図１を参照して本形態の製造方法により製造される半導体装置１０の構成を説明する。図１（Ａ）は半導体装置１０の断面図であり、図１（Ｂ）はその斜視図である。

図１（Ａ）を参照して、半導体装置１０は、半導体基板１１と、半導体基板１１の上面を被覆する保護膜１７と、半導体基板１１の下面に形成された配線１４等を具備している。

半導体基板１１は、例えばシリコン等の半導体材料から成り、その内部には拡散工程により素子が形成されている。例えば、バイポーラトランジスタ、ＭＯＳＦＥＴ、ダイオード、メモリ等が半導体基板１１に形成される。半導体基板１１の厚みは、例えば５０μｍ〜５００μｍ程度である。

保護膜１７は、半導体基板１１の上面の全域を被覆するように形成される。保護膜１７の材料としては、少なくとも半導体基板１１よりもレーザーにより捺印されやすい材料から成る。例えば、顔料、染料、シリカ等のフィラーが充填された樹脂は、保護膜１７の材料として好適である。これらの材料を保護膜１７に混入することにより、保護膜１７がレーザーを吸収する効率を高め、その表面に容易に認識マークを捺印することができる。ここで、保護膜１７を構成する樹脂としては、エポキシ樹脂等の熱硬化性樹脂や、ポリエチレン等の熱可塑性樹脂を全般的に採用することができる。保護膜１７の厚みは、例えば２０μｍ〜５０μｍ程度である。また、保護膜１７は、絶縁性接着材を用いて半導体基板１１の上面に貼着されても良いし、半導体基板１１の上面に直に形成されても良い。

半導体基板１１の下面には、内部の素子（活性領域）と電気的に接続された電極１３が形成されている。この電極１３が形成される部分を除いて、半導体基板１１の下面は絶縁層１２により被覆されている。絶縁層１２は、例えば窒化膜や樹脂膜から成る。更に、電極１３の下面は絶縁層１２から下方に露出している。

絶縁層１２の下面には、電極１３とコンタクトした配線１４が形成されている。ここで、電極１３は半導体装置１０の周辺部に設けられ、配線１４は周辺部から内部に延在している。配線１４の一部分はパッド状に形成され、このパッド状の部分に外部電極１５が溶着されている。外部電極１５は、半田等の導電性接着材から成る。上記のように配線１４を設けることにより、互いに接近して配置された電極１３を、外部電極１５として再配置することができる。更に、外部電極１５が形成される領域を除外して、樹脂等の絶縁性材料から成る被覆層１６により配線１４は被覆される。

図１（Ｂ）を参照して、保護膜１７の上面には認識マーク２０が捺印（印刷）されている。ここでは、認識マーク２０は位置マーク１９と記号マーク１８とから成る。位置マーク１９は、半導体装置１０の平面的な位置（角度）を検出するために設けられている。ここでは、位置マーク１９は、半導体装置１０の左下の角部に設けられている。一方、記号マーク１８は文字や数字等から成り、製造会社名、製造時期、製品名、ロット番号、内蔵される素子の特性等で構成されている。本形態では、これらの認識マーク２０は、光線であるレーザーを照射することにより、保護膜１７の上面を１０μｍ程度除去して設けられる。認識マーク２０の具体的な形成方法は後述する。

本形態では、保護膜１７を設けることにより、レーザーによる認識マークの刻印を容易にし、更に、半導体基板１１の機械的強度を補強している。半導体基板１１は例えば５０μｍ程度に極めて薄い場合があり、実装の工程等にて半導体基板１１が割れてしまう恐れがある。樹脂から成る保護膜１７を半導体基板１１の上面に設けることにより、この割れの危険性を低減することができる。

＜第２の実施の形態＞
本形態では、図２から図５を参照して、第１の実施の形態にて構成を説明した半導体装置の製造方法を説明する。

図２を参照して、先ず、半導体ウェハ２２を、ダイシングシート２１に貼り付ける。図２（Ａ）は本工程を示す斜視図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）のＢ−Ｂ’線での断面図である。

図２（Ａ）を参照して、ダイシングシート２１はロール状に巻かれて用意され、必要とされる長さ分だけ引き出して使用することができる。

ダイシングシート２１の上面には、半導体ウェハ２２およびウェハリング２３が貼着される。シリコン等の半導体材料から成る半導体ウェハ２２には、予め拡散工程により多数の素子（半導体装置部）が形成されている。ウェハリング２３は、例えばステンレス等の金属板をリング状に加工したものであり、その内径は半導体ウェハ２２の直径よりも大きい。

半導体ウェハ２２およびウェハリング２３をダイシングシート２１の上面に貼着した後に、ウェハリング２３の周辺部にてダイシングシート２１を切り取る。ここでは、切除する部分を点線にて示している。これらの作業により、半導体ウェハ２２が貼着されたダイシングシート２１がウェハリング２３により周囲から支持される構造が得られる。

図２（Ｂ）を参照して、ダイシングシート２１上には、接着層２５および保護膜１７が順次コーティングされている。ダイシングシート２１は、柔らかく且つ伸縮可能な樹脂材料から成りその厚さは例えば５０μｍ〜１００μｍ程度である。また、ダイシングシート２１は、少なくとも可視光、赤外線、紫外線を良好に透過させる材料から成る。ダイシングシート２１が可視光線を良好に透過させることにより、後の工程にてダイシングシート２１を透過する可視光線を用いて、分離された半導体装置部２４の位置を認識することができる。また、ダイシングシート２１が赤外線を良好に透過させることにより、ダイシングシート２１を透過する赤外線レーザーにより、保護膜１７の表面に認識マークを刻印することができる。更に、ダイシングシート２１が紫外線を透過させることにより、後の工程にて、ダイシングシート２１の下方から紫外線を照射して、接着層２５の接着力を低減させて、半導体装置部２４を容易に剥離させることができる。

接着層２５は、ダイシングシート２１の上面全域を被覆するように形成され、半導体ウェハ２２（または保護膜１７）をダイシングシート２１に貼着させる機能を有する。接着層２５の厚さは、例えば２０μｍ〜４０μｍ程度である。また、接着層２５としては、外力が加わると硬化して粘着力が低減するものが好ましい。この外力としては、例えば熱や所定の波長の光線がある。例えば、紫外線が照射されると硬化して粘着力が低減する樹脂材料は、接着層２５の材料として好適である。このようなタイプの接着層２５が表面に塗布されたダイシングシート２１は、一般的にＵＶシートと称されている。

保護膜１７は、接着層２５の上面に形成されて半導体ウェハ２２の裏面を被覆する層となる。保護膜１７の厚みは、例えば１０μｍ〜２０μｍ程度であり、染料、顔料またはフィラーが充填された樹脂から成る。顔料等が保護膜１７に充填されることにより、保護膜１７の赤外線の吸収率が向上され、赤外線等のレーザーを照射してマークを印刷する工程を容易に行える。更に、フィラーが保護膜１７に充填されることにより、保護膜１７の機械的強度が向上されるので、製造される半導体装置が補強される。

更に、保護膜１７は、上述したダイシングシート２１や接着層２５よりも硬い材料から成る。このことにより、後のダイシングの工程にて半導体ウェハ２２の破損を防止することができる。更にまた、保護膜１７は、ダイシングシート２１や接着層２５よりも光線の吸収率が高い材料から成る。このことにより、レーザー等の光線を用いて認識マークの刻印する工程にて、ダイシングシート２１および接着層２５を透過したレーザーにより、明瞭な刻印を保護膜１７に対して行うことができる。

半導体ウェハ２２は、外部電極１５等が形成された上面（第２主面）と、平坦な半導体から成る下面（第１主面）とを具備し、その下面が保護膜１７に貼着されている。ここで、半導体ウェハ２２は、保護膜１７自体を接着材として貼着されても良いし、絶縁性接着材を介して保護膜１７に貼着されても良い。シリコン等の半導体材料から成る半導体ウェハ２２の厚みは、例えば５０μｍ〜５００μｍ程度である。

更に、半導体ウェハ２２には、マトリックス状に多数個（例えば数百個）の半導体装置部２４が形成されている。ここで、半導体装置部２４とは、１つの半導体装置となる部位である。各半導体装置部２４では、拡散工程によりトランジスタ等の素子が半導体ウェハ２２に形成されている。更に、この素子と接続された電極１３が半導体ウェハ２２の上面に形成される。半導体ウェハ２２の上面には、電極１３の上面が露出された状態で、樹脂等の絶縁材料から成る絶縁層１２が形成されている。また、絶縁層１２の上面には、電極を再配置するための配線１４が、半導体装置部２４の周辺部から中心部に向かって形成されている。パッド状に形成された配線１４の裏面には、半田等から成る外部電極１５が溶着されている。

図３を参照して、次に、半導体ウェハ２２をダイシングして各半導体装置部２４を分離する。図３（Ａ）は本工程を示す斜視図であり、図３（Ｂ）は断面図である。

図３（Ａ）および図３（Ｂ）を参照して、本工程では、半導体ウェハ２２が貼着されたダイシングシート２１は、ウェハリング２３にて機械的に支持された状態となっている。この状態で、高速で回転するブレード２６をダイシングライン２７に沿って移動させて、半導体ウェハ２２を各半導体装置部２４に分割する。半導体装置部２４はマトリックス状に配置されているので、ブレード２６を用いて一方向に多数回のダイシングを行った後に、ウェハリング２３を９０℃回転させて、再び多数回のダイシングを行う。

図３（Ｂ）を参照して、本工程では、少なくとも絶縁層１２、半導体ウェハ２２、保護膜１７が切断されるように、ダイシングを行う。実際は、この切断を確実に行うために、接着層２５が切除され、更にダイシングシート２１が部分的に切除されるようにダイシングが行われる。

本形態では、半導体ウェハ２２とダイシングシート２１との間に保護膜１７を設けることにより、本工程での半導体ウェハ２２の破損が防止されている。具体的には、ダイシングシート２１は、柔らかい樹脂材料から成る。従って、ブレード２６による押圧力を上方から半導体ウェハ２２に加えると、ブレード２６が当接する部分の下方のダイシングシート２１が沈み込んで、半導体ウェハ２２に曲げ応力が作用し破損が生じる恐れがある。本形態では、ダイシングシート２１よりも硬く機械的強度に優れる保護膜１７を、半導体ウェハ２２の下面に設けている。従って、保護膜１７により上記した曲げ応力が低減されて、半導体ウェハ２２の割れが防止されている。

本工程により、半導体ウェハ２２から個別の半導体装置部２４が得られる。個々の半導体装置部２４は電気的にも分離しているので、プローブを外部電極１５に当接させて個々の半導体装置部２４の電気的特性等をテストすることができる。このテストの結果は、後の工程にて半導体装置部２４に刻印される。

図４を参照して、次に、レーザー（光線）を照射することにより、半導体装置部２４に認識マークを刻印する。図４（Ａ）は本工程を示す斜視図であり、図４（Ｂ）はカメラに映し出された画像２９であり、図４（Ｃ）は本工程の断面図である。

図４（Ａ）を参照して、本工程では、先ず、不図示のウェハリングを上下反転させて、ダイシングシート２１の下面に半導体装置部２４が貼着された状態にする。各半導体装置部２４は、上層の保護膜１７がダイシングシート２１の下面に貼着されている。

ここで、ダイシングシート２１の上面に半導体装置部２４を貼着して、ダイシングシート２１の下方にカメラ３２および反射板３１等を配置しても良い。

本工程では、ダイシングシート２１の上方から、半導体装置部２４の位置認識およびレーザー２８の照射を行っている。このことにより、レーザーを行う機構（例えば反射板３１等）や、位置認識の為のカメラ３２を、ダイシングシート２１が載置されるステージの上方に設けることができる。従って、レーザー照射装置の構成を簡素化して、製造コストを低減させることができる。

更に、本工程では、先ず、図４（Ａ）を参照して、ＣＣＤ等の固体撮像素子が内蔵されたカメラ３２により、ダイシングシート２１の上方から、半導体装置部２４を撮影する。上述したように、ダイシングシート２１は可視光線を充分に透過させる透明な材料から成る。従って、前工程のダイシングにより分離された各半導体装置部２４の外周端部は明瞭に映し出すことができる。

次に、カメラ３２により撮影された画像を用いて半導体装置部２４の位置を認識する。カメラ３２により取得される画像２９を図４（Ｂ）に示す。ここでは、矩形の半導体装置部２４の４隅を画像認識することにより、半導体装置部２４の平面的な位置を認識している。従って、ダイシングシート２１の上方に設けたカメラ３２により、半導体装置部２４の平面的な位置は極めて正確に把握できる。ここで、カメラ３２は、位置合わせされる半導体装置部２４の直上に配置される。

認識された半導体装置部２４の位置に基づいて、レーザーを照射する反射板３１（照射装置）の位置と、刻印される半導体装置部２４との相対的な位置が調整される。例えば、反射板３１の直下に半導体装置部２４が位置するように、両者の相対的な位置が調整される。この位置合わせは、個別の半導体装置部２４に対して行っても良いし、複数個（例えば４個）の半導体装置部２４の位置合わせを一括して行っても良い。また、反射板３１の位置は、刻印される半導体装置部２４の直上以外の場所にセットされても良く、この場合は、レーザー２８は半導体装置部２４の上面に斜めに照射される。

位置合わせが終了した後は、半導体装置部２４の上面に対して、レーザー２８を照射し、認識マークを刻印する。不図示の光源から発生したレーザー２８は、反射板３１により反射されて半導体装置部２４の保護膜１７に照射される。本形態では、レーザー２８として、波長が１０．６μｍ程度の赤外線レーザー（赤外線）を採用している。赤外線レーザーは出力を制御することが容易であり、波長が短いＹＡＧレーザー等と比較すると、ダイシングシート２１を破損させる恐れが少ない。

図４（Ｃ）を参照して、上方から照射されるレーザー２８は、ダイシングシート２１および接着層２５を透過して、半導体装置部２４の保護膜１７の上面に到達する。ダイシングシート２１および接着層２５は、保護膜１７と比較すると赤外線に対して透明であるので、その吸収率は低い。

保護膜１７に到達したレーザー２８により、保護膜１７の上面が例えば１０μｍ程度除去されて、認識マーク２０が刻印される。ここでは、認識マーク２０として、記号マーク１８と位置マーク１９が刻印されている。上述したように、保護膜１７は染料、顔料、フィラー等が混入された樹脂から成る。従って、保護膜１７の赤外線（レーザー２８）の吸収率は非常に高いので、レーザー２８による刻印は短時間で容易に行える。

本工程では、ダイシングシート２１の下面に貼着された全ての半導体装置部２４に対して、レーザー２８を用いた刻印が行われる。

図５を参照して、次に、半導体装置部２４をダイシングシート２１から分離する。図５（Ａ）は本工程を示す斜視図であり、図５（Ｂ）は断面図である。

図５（Ａ）を参照して、認識マークを刻印する前工程が終了した後に、ウェハリング２３は反転されて、半導体装置部２４は、ダイシングシート２１の上面に位置している。このようにすることで、ダイシングシート２１から分離された半導体装置部２４の落下が防止される。

図５（Ｂ）を参照して、本形態では、各半導体装置部２４は、接着層２５を介してダイシングシート２１の上面に接着されている。そして、この接着層２５は、紫外線が照射されると硬化して粘着力が低減する性質を有する。従って本工程では、ダイシングシート２１の下方から紫外線３０を照射して、接着層２５を硬化して接着力を低減させ、半導体装置部２４の剥離を容易にしている。ここでは、各半導体装置部２４の保護膜１７が、接着層２５の表面から剥離される。

紫外線３０が照射された後は、不図示の吸着コレット等により半導体装置部２４は搬送されて、外部電極を溶融させるリフローの工程等により実装基板等に実装される。

ここで、接着層２５が加熱により硬化して接着力が低減する性質を有する場合は、接着層２５を加熱した後に、各半導体装置部２４がダイシングシート２１から分離される。

上記した工程により、図１に構造を示す半導体装置が製造される。

本発明の半導体装置の製造方法により製造される半導体装置を示す図であり、（Ａ）は断面図であり、（Ｂ）は斜視図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は撮影される画像を示す図であり、（Ｃ）は断面図である。 本発明の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）は斜視図であり、（Ｂ）は断面図である。 従来の半導体装置の製造方法を示す図であり、（Ａ）−（Ｃ）は断面図である。

符号の説明

１０ 半導体装置
１１ 半導体基板
１２ 絶縁層
１３ 電極
１４ 配線
１５ 外部電極
１６ 被覆層
１７ 保護膜
１８ 記号マーク
１９ 位置マーク
２０ 認識マーク
２１ ダイシングシート
２２ 半導体ウェハ
２３ ウェハリング
２４ 半導体装置部
２５ 接着層
２６ ブレード
２７ ダイシングライン
２８ レーザー
２９ 画像
３０ 紫外線
３１ 反射板
３２ カメラ

Claims (4)

1. 樹脂から成り、染料、顔料またはフィラーが充填された保護層が設けられたダイシングシートに、複数の半導体装置部が形成された半導体ウェハの裏面に前記保護膜が付着するように、前記半導体ウェハを貼りあわせ、
   前記半導体ウェハおよび前記保護膜をダイシングして前記半導体装置部を互いに分離し、
   前記ダイシングシートを透過して前記保護膜にレーザー光線を照射することにより、前記保護膜に認識マークを形成し、
   分離された前記半導体装置部の裏面に前記保護膜に設けられた認識マークが残る様に、前記ダイシングシートから前記半導体装置部を剥離させる事を特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 前記保護膜は、前記ダイシングシートよりも前記光線の吸収率が高い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。
3. 前記保護膜は、前記ダイシングシートよりも硬い材料から成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。
4. 前記顔料を前記保護層に充填して吸収効率を高め、更に前記フィラーを充填して前記硬度を高めた請求項３に記載の半導体装置の製造方法。

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