JP5343525B2 - 半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法 - Google Patents

半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法 Download PDF

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Description

この発明は、個片化された半導体チップを、粘着テープに貼付られた半導体ウェハからピックアップする半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法に関する。
従来、SiP(System in Package)と呼ばれる、多目的多機能の電子回路を一つのパッケージにまとめることで複合機能型の素子を構成する技術が提案されている。このSiPは、DSC(Digital Still Camera)やDVC(Digital Video Cassette)や携帯電話などの通信分野、ゲーム機やPC/AV(Personal Computer/Audio Visual)などのアミューズメント分野、CIS(Continuous Injection System)を代表とする自動車分野、MMC(Multi Media Card)やSD Cardなどの半導体固体素子を利用した大容量記憶媒体などの分野に応用されている。これらの分野では、実装面積の削減、高速化、低価格化、高信頼性、薄型化や大容量化が求められており、これらを実現するために、SiPを構成する様々なデバイス構造が提案されてきた。
次に、図6〜9を用いて、SiPを構成するデバイス構造の例について説明する。図6は、チップスタック構造について示す断面図であり、図7は、PoP(Package on Package)構造について示す断面図である。図6に示すように、チップスタック構造100は、単機能の電子回路基板101を縦に積み上げた構造である。プリント基板102のおもて面側には、接着剤フィルム103を介して電子回路基板101が接着されており、電子回路基板101同士も同様に、接着剤フィルム103によって接着されている。また、それぞれの電子回路基板101がボンディングワイヤ104によって、プリント基板102の各端子105に接続されている。プリント基板102のおもて面側には、樹脂モールド106が施され、電子回路基板101を保護している。また、プリント基板102の裏面側には、はんだバンプ107が設けられている。また、図7に示すように、PoP構造110は、単機能の電子回路基板101を積み上げたチップスタック構造100を、さらに複数積み上げた構造である。
また、図8は、平置き型構造について示す断面図であり、図9は、CoC(Chip on Chip)構造について示す断面図である。図8に示すように、平置き型構造120は、個別の機能を有する電子回路基板101をプリント基板102に平置きに並べた構造である。また、図9に示すように、CoC構造130は、個別の機能を有する電子回路基板101を接着剤フィルム103などで重ねて積み上げた構造である。
例えば、通信分野では、チップスタック構造100やPoP構造110などが開発され商品化されており、アミューズメントの分野では、平置き型構造120やCoC構造130などがすでに商品化されている。また、自動車分野のCISなどでは、平置き型構造120、またはWLCSP(Wafer Level Chip Size Package)と呼ばれる方法が用いられている。WLCSPは、超小型集積回路の一種であり、半導体チップの形成されたシリコンウェハを切り出す前に端子の形成や配線などをおこない、それからウェハを切断し半導体チップに個片化するという方法である。そして、大容量記憶媒体などの分野でも一般的にチップスタック構造100が採用されている。
ここで、上述したチップスタック構造100やPoP構造110を形成する際には、シリコンウェハを分離して、各デバイスとしての機能を有する半導体チップに個片化した後、この半導体チップを用いてチップスタック構造100やPoP構造110となるように組み立てる。なお、通信分野における、特に携帯電話などの分野では、小型で高周波特性に優れたGaAs(ガリウム砒素)半導体チップが用いられることもある。GaAsは、化合物半導体であり、シリコンよりも高速で動作が可能で、また消費電力もその1/3程度と少ない。したがって、GaAsを用いることで、シリコンを用いるよりも、チップを小型化することができる。
さらに、これらの分野において、比較的大きな電力を制御、整流するためにはパワーデバイスが用いられるが、その中でとくにIGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor:絶縁ゲートバイポーラトランジスタ)では、近年、高性能化および低コスト化が重要な課題となっている。このため、フィールドストップ(FS)層を用いた薄型のIGBT構造が用いられるようになっている。その理由は、スイッチング損失の低減と高速スイッチング特性の改善が可能であり、尚且つ低コスト化が可能であるからである。FS型IGBTでは、n型FZ(Floating Zone)ウェハなどの低価格のウェハを用いて製造される。
図10は、FZ結晶基板を用いたフィールドストップ(FS)型IGBTの断面図である。FS型IGBTでは、n+バッファ層をフィールドストップ層202として用いている。このようにすることで、キャリアの低注入、高輸送効率という基本動作を用いながら、従来のノンパンチスルー構造よりもベース層を薄くすることで更なるオン電圧、ターンオフ損失特性が改善されたものとなっている。
図10に示すようにn型FZウェハの表面構造(電子回路)は、例えば、n-ドリフト層203の表面層の一部に、pベース領域204が設けられている。また、pベース領域204の表面層の一部に、n+エミッタ領域205が設けられている。そして、n+エミッタ領域205を貫通し、n-ドリフト層203に達するトレンチ210が設けられている。トレンチ210の内部には、ゲート酸化膜206を介してゲート電極207が設けられている。また、ゲート酸化膜206およびゲート電極207の上には絶縁膜220が設けられており、絶縁膜220によってゲート電極207とエミッタ電極208とが離れている。エミッタ電極208は、pベース領域204と、n+エミッタ領域205と、に接するように設けられている。
図10に示すようなFS型IGBTを製造する場合、上述したようなn型FZウェハの表面構造をウェハのおもて面側に形成した後に、n型FZウェハの裏面を削って薄化した後、裏面からボロンイオンを照射する。そして、ウェハのおもて面を冷却しながら裏面にレーザー光を照射してアニールする。これによって、ボロン原子を活性化させることで、p+コレクタ層201を形成する。そして、コレクタ電極209を形成する。
ここで、図10に示すようなFS型IGBTの特性を向上させるためには、耐圧に応じてn-ドリフト層203を薄くすればよい。具体的には、例えば、耐圧が1200VのIGBTを作製する場合、n-ドリフト層203の厚さを、120μmから130μm程度にすることで、十分に所望の性能を得ることができる。また、耐圧が600VのIGBTを作製する場合、n-ドリフト層203の厚さを、60μmから70μm程度にすればよい。n-ドリフト層203であるウェハの厚さを薄くする方法としては、例えば、研削、研磨、混酸エッチング、アルカリエッチングまたは有機酸エッチングなどの方法がある。
しかしながら、ウェハの厚さを薄くすると、ウェハの剛性が著しく低下する。このため、電子回路の形成されたウェハ全体が大きく変形し、ウェハを薄くした後の拡散工程や電極形成工程などにおいて、著しく取り扱いが難しくなるという問題がある。さらに、これらの問題は、例えば8インチ径などの比較的大口径のウェハにおいて顕著となる。
このような問題を解決するため、ウェハの裏面にリブ構造を設けたウェハ(以下、リブウェハとする)が提案されている。図11は、リブウェハの構造について示す平面図である。図11に示すように、リブウェハ300は、例えば、ウェハにおいて、電子回路の形成されていない領域の裏面側の外周端部の全周または一部を残して補強部(リブ部)302として、電子回路の形成されている領域301の裏面側のみを研削、研磨または混酸エッチングなどを組み合わせて薄化することで作製される。リブウェハ300を用いることで、ウェハの剛性が向上し、その後の工程でのウェハの取り扱いが容易となる。
また、IGBTのスイッチング特性を向上させる他の方法としては、シリコンとは異なる特性を有する化合物半導体を用いることで、スイッチング特性を飛躍的に向上させようとする試みが為されている。具体的には、シリコンカーバイト(SiC)やガリウムナイトライド(GaN)などのワイドバンドギャップである化合物半導体を用いることが提案されている。このような化合物半導体は、絶縁破壊強度が非常に大きいため、同様の耐圧を実現するために必要なドリフト層をシリコンを用いた場合よりも薄くかつ高い不純物濃度にすることができる。
上述したように、ウェハにデバイスを形成した後に、デバイス構造を組み立てるためには、ウェハに形成された各デバイスを切断し、半導体チップに個片化する必要がある。その方法としては、ダイシングブレードやレーザーを用いたダイシング方法が一般的である。薄化されたシリコンウェハをダイシングする際には、例えばダイシングブレードまたはレーザーを用い、脆性の高い化合物半導体ウェハをダイシングする際には、例えばレーザーを用いる。ダイシングブレードとしては、例えばダイヤモンドの砥粒が電着されたニッケル製のダイシングブレードが用いられる。また、レーザーとしては、例えばイットリウム、アルミニウムおよびガーネットの混合結晶にネオジムを含有したNd_YAGレーザーの第2高調波(532nm)や第3高調波(355nm)が用いられる。
ここで、いずれのダイシング方法においても、ステンレス鋼製のフレームにダイシング用テープが粘着面を上にして固着されたリングフレームを用い、このダイシング用テープの粘着面にウェハの裏面側が粘着された状態で、ウェハのおもて面側からダイシングをおこなう。このとき、ウェハが完全に切断され、ダイシング用テープを完全に切断しないようにダイシングをおこなう。
そして、ダイシング用テープが貼付られたまま個片化された半導体チップは、ダイシング用テープを然るべき長さまで拡張した状態で、ピックアップ装置と呼ばれる真空吸着機構を有した治具によりダイシング用テープから剥離されて、外部結線をするための台座であるリードフレームに移設される。そして、半導体チップに形成されたパッド部とリードフレームとを接続し、これらを樹脂モールドによって封止めする。さらに、様々な電気特性の評価をおこなって、評価が基準値以上のものが製品となる。
ここで、ダイシング処理の後に、ダイシング用テープから半導体チップを剥離する装置としては、以下の第1従来例〜第5従来例のピックアップ装置が提案されている。まず、第1従来例のピックアップ装置について説明する。図12は、第1従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。図12に示すように、第1従来例のピックアップ装置410は、複数の突き上げピン411の配列されたブロック412を有する吸着駒413と、真空吸着機構414を有するコレット415と、を備えている。
第1従来例のピックアップ装置410においては、ダイシング用テープ402を拡張させた状態でダイシング用テープ402の半導体チップ401が貼付られていない側の面に、突き上げピン411を押し当てる。そして、真空吸着をおこないながら突き上げピン411を上昇させて、押し当てた部分を持ち上げることで、半導体チップ401の外周部を起点として、半導体チップ401からダイシング用テープ402を剥離する。このとき、コレット415で半導体チップ401のダイシング用テープ402が貼付られていないおもて面側を吸着しながら、上方に引き上げることで、半導体チップ401をウェハからピックアップする。
次に、第2従来例のピックアップ装置について説明する。図13は、第2従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。図13に示すように、第2従来例のピックアップ装置420は、吸着駒424の内部に、中心の位置が同じでサイズの異なる複数のブロックを備えている。図13においては、中心ブロック421、内側ブロック422、最外周ブロック423の3つのブロックを備えていることとする。
第2従来例のピックアップ装置420においては、まず、第1段階として、3つのブロックの表面の高さが一致した状態でダイシング用テープ402を介して半導体チップ401の裏面側から半導体チップ401をわずかに持ち上げる。次に、第2段階として、3つのブロックの内の最外周ブロック423を下降すると同時に、真空吸着をおこなうことで、最外周のブロック423の直上部に位置するダイシング用テープ402を吸着しながら引き下げる。これによって、半導体チップ401の外周部をダイシング用テープ402から剥離する。
次に、第3段階として、内側ブロック422を下降すると同時に、真空吸着をおこなうことで、内側ブロック422の直上部に位置するダイシング用テープ402を吸着しながら引き下げて、半導体チップ401をダイシング用テープ402から剥離する。そして、第4段階として、中心ブロック421を下降すると同時に、真空吸着をおこなうことで、中心ブロック421の直上部のダイシング用テープ402を吸着しながら引き下げて、半導体チップ401をダイシング用テープ402から剥離する。このように、半導体チップ401からダイシング用テープ402を剥離した後にコレット415によって上方に引き上げることで、ウェハから半導体チップ401をピックアップする。
第2従来例のピックアップ装置420においては、ブロックのダイシング用テープに接する面の表面積、ブロック数やブロックの形状などのブロック構成、ブロックの突き上げ・下降速度、ブロックの動作タイミングなどが適宜調節される。また、第2従来例の変形例として、可撓性の弾性体である単一のブロックによって半導体チップを押し上げる装置が提案されている(例えば、下記特許文献1参照。)。特許文献1の技術においては、ブロックの、半導体チップとダイシング用テープを介して接する面の形状が、コレット415の動作に合わせて平面形状から上に凸の形状に変形する。
次に、第3従来例のピックアップ装置について説明する。図14は、第3従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。図14に示すように、第3従来例のピックアップ装置430は、吸着駒431の内部に超音波で振動する突き上げ棒432を備えている。超音波は、振動数が数10kHz程度であり、振幅が10μmから20μm程度である。第3従来例のピックアップ装置430においては、突き上げ棒432を超音波振動させながら徐々に上昇させて、ダイシング用テープ402越しに半導体チップ401を持ち上げるとともに、真空吸着をおこなう。第3従来例のピックアップ装置430においては、突き上げ棒432の上昇動作に、超音波の運動エネルギーが加わる。
次に、第4従来例のピックアップ装置について説明する。図15は、第4従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。図15に示すように、第4従来例のピックアップ装置440は、上部に開口部の設けられた吸着駒441と、この吸着駒441の上部に接したまま横方向D1にスライド可能な板442と、を有している。このため、板442を横方向D1にスライドさせることによって、開口部の面積を可変することができる。
第4従来例のピックアップ装置440においては、半導体チップ401の中心付近の領域に、吸着駒441の開口部が位置するように配置し、真空吸着をおこないながら、板442を横方向D1にスライドさせて、徐々に開口部の面積を広げていく。半導体チップ401の中心付近の領域から、ダイシング用テープ402がゆっくりと下方に引っ張られ、この動きに伴って、ダイシング用テープ402が半導体チップ401から引き剥がされる。このように、第4従来例のピックアップ装置440においては、真空吸着をおこなう開口部の面積が徐々に大きくなることで、半導体チップ401からダイシング用テープ402がゆっくりと剥がされる。
次に、第5従来例について説明する。図16は、第5従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。また、図17および図18は、第5従来例のピックアップ装置を用いた半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。図16に示すように、第5従来例のピックアップ装置450は、吸着駒451の半導体チップ401とダイシング用テープ402を介して接する面の面積が半導体チップ401と同程度かわずかに大きく、この面に複数の突起452を配している。そして、突起452の谷の少なくとも一つ以上に、真空吸着用の吸着穴453が設けられている(例えば、下記特許文献2参照。)。
第5従来例のピックアップ装置450においては、まず、図17に示すように、突起452の谷の吸着穴453から真空吸着をおこない、突起452とダイシング用テープ402との間に負圧を生じさせる。この負圧によるダイシング用テープ402の表裏の圧力差により、半導体チップ401の裏側からダイシング用テープ402を引き剥がす。ついで、図18に示すように、コレット415によって半導体チップ401をおもて面側から真空吸着し、リードフレームなどに移設する。このように、第5従来例のピックアップ装置450によれば、半導体チップ401からダイシング用テープ402を引き剥がす際に、吸着駒451に配された複数の突起452の斜面にダイシング用テープ402が引きつけられる。
特開2007−109936号公報 特開2001−196443号公報
しかしながら、第1従来例のピックアップ装置410においては、例えば厚さが200μm以下の薄いシリコンウェハや、脆性の高い化合物半導体ウェハを用いて作製された半導体チップ401をピックアップする場合、ブロック412に配置された複数の突き上げピン411でダイシング用テープ402越しに半導体チップ401を突き上げた際に、半導体チップ401が破損する可能性があるという問題がある。
また、複数の突き上げピン411でダイシング用テープ402が突き上げられ拡張される動作によって、隣接する半導体チップ401同士が引き寄せられて、ダイシングによって切断された切断面が互いに擦れ合ってしまう。このように、隣接する半導体チップ同士が擦れ合うことを干渉と呼ぶが、この干渉が生じることによって、各半導体チップに設けられた種々のデバイス構造が損傷することがある。そして、この損傷によって、半導体チップの有する所定の電気的特性に重大な影響を与える可能性があるという問題がある。
また、第2従来例のピックアップ装置420においては、ブロックを下降するとともに、吸着駒424の内部に生じた負圧によって半導体チップ401からダイシング用テープ402を引き剥がす。このため、ダイシング用テープ402がピックアップ予定の半導体チップ401に向かって引き寄せられ、半導体チップ401同士が干渉してしまうという問題がある。また、ブロック数を多くするとブロックを下降する工程が増えるため作業効率が低下し、ブロック数を少なくするとブロックの表面積が比較的大きくなり、例えば一般的な感圧型ダイシング用テープのような粘着力の強いテープを半導体チップ401から剥離することが難しいという問題がある。
また、第3従来例のピックアップ装置430においては、突き上げ棒432で半導体チップ401を突き上げるため、この突き上げる動作によってダイシング用テープ402が引き寄せられ隣り合う半導体チップ401同士が干渉してしまうという問題がある。
また、第4従来例のピックアップ装置440においては、半導体チップ401の中央部から徐々にダイシング用テープ402が引き剥がされるため、ダイシング用テープ402の引き剥がされている一の半導体チップ401の周辺に位置する他の半導体チップ401が一の半導体チップ401側に引き寄せられて、半導体チップ401同士が干渉してしまうという問題がある。
また、第5従来例のピックアップ装置450においては、吸着駒451に複数の突起452が形成されているため、吸着駒451の表面の外周部において、ダイシング用テープ402との間に真空漏れを生じる可能性があるという問題がある。このため、半導体チップ401からダイシング用テープ402を剥離することが難しく、半導体チップ401をピックアップできないという問題がある。
この発明は、上述した従来技術による問題点を解消するため、ピックアップをおこなう予定の半導体チップのみを粘着テープから剥離させることができ、かつ半導体チップに割れや欠けが生じるのを抑えることができる半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するため、請求項1の発明にかかる半導体装置の製造装置は、おもて面側に複数の能動領域が形成され、裏面側に粘着テープが貼付られた半導体ウェハを貫通し、前記粘着テープを貫通しないようにダイシングすることでそれぞれの前記能動領域毎に分離された半導体チップを、当該粘着テープからピックアップする半導体装置の製造装置において、前記半導体チップの裏面側を、前記粘着テープを介して載置する吸着駒と、前記吸着駒の前記粘着テープと接する側に設けられた、上に凹状かつ略半球面状の吸着面と、前記吸着面に垂直に立ち上がるように設けられた、当該吸着面からの高さが同一の複数の突起と、前記突起間の谷もしくは前記突起の側面またはその両方に少なくとも一つ以上設けられた吸着穴と、前記吸着駒の前記粘着テープと接する面において、前記吸着面の外周部に設けられた側壁と、前記能動領域の設けられた前記半導体チップのおもて面側に接し、真空吸着機構を有するコレットと、を備え、前記突起の頂点が略半球面状に配置されており、前記側壁の、前記吸着駒の前記粘着テープと接する面における幅が0.4mm以下であり、前記側壁の高さは、前記吸着駒の表面において全周囲にわたって同じ高さであり、当該側壁の高さから1mm低い高さまでの間にすべての前記突起の高さが収まっていることを特徴とする。
また、請求項2の発明にかかる半導体装置の製造装置は、請求項1に記載の発明において、前記粘着テープの前記半導体チップが貼付られていない面を、40℃以上80℃以下の温度に加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項3の発明にかかる半導体装置の製造装置は、請求項1に記載の発明において、前記吸着駒の内部に、前記吸着面を、40℃以上80℃以下の温度に加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする。
また、請求項4の発明にかかる半導体装置の製造装置は、請求項1〜3のいずれか一つに記載の発明において、前記突起の頂点は、表面積が3.14平方メートル以下であり、隣接する突起の頂点との距離が前記吸着駒に載置する前記半導体チップの一辺の長さの半分を超えない距離であることを特徴とする。
また、請求項5の発明にかかる半導体装置の製造装置は、請求項1〜4のいずれか一つに記載の発明において、前記吸着面の曲率半径は、前記吸着駒に載置する前記半導体チップの最も短い辺の長さが3mm未満の場合、10mm以上30mm未満であり、前記吸着駒に載置する前記半導体チップの最も短い辺の長さが3mm以上7mm未満の場合、30mm以上100mm未満であり、前記吸着駒に載置する前記半導体チップの最も短い辺の長さが7mm以上の場合、100mm以上200mm以下であることを特徴とする。
また、請求項6の発明にかかる半導体装置の製造方法は、おもて面側に複数の能動領域が形成され、裏面側に粘着テープが貼付られた半導体ウェハを貫通し、前記粘着テープを貫通しないようにダイシングすることでそれぞれの前記能動領域毎に分離された半導体チップを当該粘着テープからピックアップする半導体装置の製造方法において、前記半導体チップの裏面側を、前記粘着テープを介して、上に凹状かつ略半球面状の吸着面と、当該吸着面の外周部に設けられた側壁と、を有する吸着駒に載置する載置工程と、真空機構を有するコレットを、前記吸着駒に載置された前記半導体チップのおもて面側に接するように配置するコレット配置工程と、前記吸着面に垂直に立ち上がるように設けられた、当該吸着面からの高さが同一の複数の突起間の谷もしくは当該突起の側面またはその両方に少なくとも一つ以上設けられた吸着穴から真空吸着をおこない、前記粘着テープを当該突起に吸い寄せて、前記半導体チップの裏面側から前記粘着テープを剥離する剥離工程と、前記コレットによって真空吸着をおこない、前記半導体チップのおもて面側を吸着させながら、前記吸着駒から離れる方向に移動させるピックアップ工程と、を含み、前記突起の頂点が略半球面状に配置されており、前記側壁の、前記吸着駒の前記粘着テープと接する面における幅が0.4mm以下であり、前記側壁の高さは、前記吸着駒の表面において全周囲にわたって同じ高さであり、当該側壁の高さから1mm低い高さまでの間にすべての前記突起の高さが収まっていることを特徴とする。
また、請求項7の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項6に記載の発明において、前記剥離工程の前に、前記粘着テープの前記半導体チップが貼付られていない面を、40℃以上80℃以下の温度に加熱する加熱工程をさらに含むことを特徴とする。
また、請求項8の発明にかかる半導体装置の製造方法は、請求項6に記載の発明において、前記剥離工程の前に、前記吸着面の表面を、40℃以上80℃以下の温度に加熱する加熱工程をさらに含むことを特徴とする。
上述した各請求項の発明によれば、ピックアップをおこなう予定の半導体チップのみ粘着テープとの粘着力を低下させることができる。また、半導体チップと粘着テープとの粘着力を低下させるときに、吸着駒の吸着面の突起に吸い寄せることで、粘着テープが半導体チップの裏面側に沿った方向に大きく変位することを防ぐことができる。このため、粘着テープとの粘着力が低下した半導体チップに隣接する他の半導体チップが、粘着テープとの粘着力が低下した半導体チップに引き寄せられることを抑えることができる。したがって、半導体チップ同士が干渉せず、半導体チップにクラックが生じるのを抑えることができる。
また、請求項2、3、7、8の発明によれば、粘着テープを軟化させることで、半導体チップと粘着テープとの粘着力を、短時間で効率よく低下させることができる。
本発明にかかる半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法によれば、ピックアップをおこなう予定の半導体チップのみを粘着テープから剥離させることができ、かつ半導体チップに割れや欠けが生じるのを抑えることができるという効果を奏する。
以下に添付図面を参照して、この発明にかかる半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法の好適な実施の形態を詳細に説明する。
(実施の形態1)
図1は、実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置について示す断面図である。図1に示すように、実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置は、ダイシング用テープ2を介して半導体チップ1の裏面側を載置する吸着駒10と、半導体チップ1のダイシング用テープ2が貼付られていないおもて面側を吸着させながら引き上げるコレット20と、を備えている。すなわち、実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置は、ダイシング用テープ2の貼付られた半導体ウェハから半導体チップ1をピックアップするピックアップ装置である。
吸着駒10の幅は、ピックアップをおこなう予定の半導体チップ1と同程度かわずかに大きい幅である。また、吸着駒10において、ダイシング用テープ2を介して半導体チップ1を載置する面(以下、「吸着駒10の表面」とする)には、上に凹状かつ略半球形状の吸着面11が設けられている。また、吸着面11には、同一の高さの複数の突起12が、吸着面11からそれぞれ垂直に立ち上がるように設けられている。そして、突起12同士の間の谷もしくは突起12の側面またはその両方の少なくとも一つ以上に吸着穴13が設けられている。また、吸着駒10の表面において、吸着面11の外周部には、全周囲にわたって側壁14が設けられている。
ここで、側壁14の幅は、吸着駒10の表面において0.4mm以下であることが好ましい。その理由は、吸着駒10の表面における側壁14の幅が0.4mmよりも厚いと、ダイシング用テープ2を半導体チップ1が貼付られていない裏面側から真空吸着をする際に、ダイシング用テープ2への側壁14の沈み込みが効果的に為されないため、ダイシング用テープ2と側壁14との間の気密が保たれなくなり、真空漏洩の原因となるからである。側壁14の幅の下限値は、特に限定しないが、吸着駒10の作製が可能で、かつ十分な強度を保つことができる程度であればよい。また、側壁14の高さは、吸着駒10の表面において全周囲にわたって同じ高さであり、当該側壁14の高さから1mm低い高さまでの間にすべての突起12の高さが収まっていることが好ましい。その理由は、突起12の高さが側壁14の高さを越えると、ダイシング用テープ2を半導体チップ1が貼付られていない裏面側から真空吸着する際に、ダイシング用テープ2と吸着駒10の側壁14の全周囲とを密着させる事が出来ないためである。また、突起12の高さが側壁14の高さよりも1mm以上低くなると、ダイシング用テープ2の真空吸着力による引き剥がし効果が小さくなり、良好に引き剥がすことが難しくなるためである。
突起12の頂点の表面積は、好ましくは、3.14平方ミリメートル以下がよい。ここで、ダイシング用テープ2を半導体チップ1が貼付られていない裏面側から真空吸着する際に、該半導体チップ1は僅かに変形して吸着駒10の表面に沿う。その後、余剰の真空吸着力を以って該半導体チップ1の裏面側からダイシング用テープ2を引き剥がす。この時、突起12の頂点の表面積が3.14平方ミリメートルを越えると、ダイシング用テープ2の粘着力が強く半導体チップ1の裏面側から引き剥がす事が出来なくなるため、突起12の頂点の表面積は、3.14平方ミリメートル以下がよい。また、隣接する突起12の頂点間の距離は、好ましくは、半導体チップ1の一辺の長さの半分以下の長さであればよい。その理由は、隣接する突起12の頂点間の距離が半導体チップ1の一辺の長さの半分を超える長さであると、ダイシング用テープ2が半導体チップ1の裏面側から剥がれる際の該半導体チップ1を裏面側から支える支点の密度が少なくなり上手く剥がれなくなるためである。また、該半導体チップ1の裏面全体からダイシング用テープ2を完全に引き剥がす為に必要な吸着駒10の吸着面状の突起12の高さが深くなり、そのために過大な真空度が必要となってしまうためである。その結果、酷い場合は該半導体チップ1が破損してしまうことがある。
吸着面11の曲率の適正値は、半導体チップ1の大きさにより異なる。具体的には、最も短い辺の長さが3mm未満の半導体チップ1を剥離する場合、吸着面11の曲率半径の適正値は10mm以上30mm未満である。また、最も短い辺の長さが3mm以上7mm未満の半導体チップを剥離する場合、吸着面11の曲率半径の適正値は30mm以上100mm未満である。さらに、最も短い辺の長さが7mm以上の半導体チップ1を剥離する場合、吸着面11の曲率半径の適正値は100mm以上200mm以下である。その理由は、吸着面11の曲率半径が上述の範囲を超えると、ダイシング用テープ2が吸着駒10の側壁14に沈み込まなくなり、真空が漏洩するリスクが高くなるためである。また、吸着面11の曲率半径の下限値は、吸着面11に垂直に設けられた突起12が互いに干渉しない径であればよい。
コレット20は、半導体チップ1を真空吸着可能な構成で、かつ上下に移動可能な構成となっている。コレット20の半導体チップ1と接触する接触面の大きさは、接触する半導体チップ1の表面積より小さい表面積、すなわちコレット20によって半導体チップ1を吸着する際に、コレット20の接触面が半導体チップ1の外端からはみ出ないような大きさとする。
実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置には、ダイシング用テープ2を加熱する加熱手段を備えていてもよい。または、吸着駒10自体を加熱する加熱手段を備え、吸着駒10を加熱することによって、吸着駒10に接するダイシング用テープ2を加熱してもよい。加熱温度は、40℃以上80℃以下である。その理由は、ダイシング用テープ2を40℃以上80℃以下に加熱することで、ダイシング用テープ2が軟化し、半導体チップ1からダイシング用テープ2を短時間で効率よく剥離することが可能となるためである。
図1においては、吸着駒10を加熱する加熱手段の一例として、吸着駒10の内部に電熱線ヒーター15が設けられている。この電熱線ヒーター15によって吸着面11の温度を40℃以上80℃以下に保持することができる。そして、これによって、吸着駒10に載置されるダイシング用テープ2を加熱することができる。ここでは、吸着駒10に電熱線ヒーター15を設けた例について説明したが、これに限らず、加熱手段は、ダイシング用テープ2または吸着駒10の吸着面11を加熱できるものであればよい。
具体的には、例えば、ダイシング用テープ2を加熱する手段としては、ハロゲンヒーターなどの近赤外線熱源、セラミックシースヒーターなどの遠赤外線熱源、キセノンヒーターなどの紫外線から近赤外領域に光源が分布する熱源などが挙げられる。また、あらかじめ抵抗加熱ヒーターなどで加温した気体を、導入管などを用いて吸着駒10の内部に誘引してもよい。さらに、吸着駒10を加熱する手段としては、吸着駒を構成する部材内部に液体または気体の流路を設ける手段が挙げられる。そして、この流路に、あらかじめ所定の温度に加熱した液体または気体を誘引して、熱伝導により吸着面11の加熱温度を調節してもよい。
以上説明したように、実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置によれば、半導体チップの裏面側に貼付られたダイシング用テープを剥離する際に、ダイシング用テープ2が、上に凹状かつ略半球面状の吸着面11に設けられた複数の突起12に吸い寄せられる。その際、突起12がストッパとなってダイシング用テープ2を水平方向に動かないように留めるので、ダイシング用テープが半導体チップの裏面側に沿った水平方向に大きく変位せず、ダイシング用テープを剥離した半導体チップに隣接する他の半導体チップが、ダイシング用テープを剥離した半導体チップの方向に向かって引き寄せられない。このため、隣接された半導体チップ同士が干渉を起こさず、半導体チップのダイシングによる切断面にクラックが生じることを抑えることができる。
(実施の形態2)
次に、実施の形態2において、実施の形態1に示す半導体装置の製造装置を用いた半導体装置の製造方法について説明する。図2および図3は、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法について順に示す断面図である。ここで、図1に示すように、ダイシング用テープ2は、粘着面を上側にした状態で、図示省略したリングフレームに固着されていることとする。そして、ダイシング用テープ2の粘着面にウェハの裏面側が貼付られている。さらに、ダイシング処理によって、ウェハのおもて面側からダイシング用テープ2の厚さの途中まで切断されている。すなわち、ウェハに形成された半導体チップ1は互いに切り離されて個片化された状態でダイシング用テープ2に貼り付いており、ダイシング用テープ2は切り離されず一体となっている。なお、図1〜図3においては、ウェハからすでに幾つかの半導体チップ1が剥離された状態を模式的に示している。
まず、図1に示すように、吸着駒10の表面にダイシング用テープ2を介して半導体チップ1の裏面側を押し当てる。このとき、ダイシング用テープ2の弾力性の範囲内で吸着駒10の側壁14と吸着面11との間にダイシング用テープ2がわずかに沈み込むようにする。このようにすることで、吸着駒10の側壁14と、ダイシング用テープ2との間に、隙間を生じさせないことができる。一方、半導体チップ1のおもて面側のほぼ中央に、コレット20の接触面が軽く接触するように配置する。
次に、図2に示すように、吸着穴13から真空吸着をおこなう。ここで、真空吸着の真空度は、20kPa以上200kPa以下程度に設定することが好ましい。また、このとき、電熱線ヒーター15によって吸着面11が40℃以上80℃以下の温度に保持されていてもよい。
このように、吸着穴13からの真空吸着をおこなうと、図2に示すように、ダイシング用テープ2が吸着駒10の突起12に吸い寄せられる。これによって、半導体チップ1からダイシング用テープ2が剥離されるか、半導体チップ1とダイシング用テープ2との粘着面積が減少し、半導体チップ1とダイシング用テープ2との粘着強度が著しく減少する。このとき、ダイシング用テープ2は、複数の突起12に固定される。このため、突起12がストッパとなってダイシング用テープ2を水平方向に動かないように留めるので、ダイシング用テープ2が半導体チップ1の裏面側に沿った水平方向に大きく変位しない。したがって、ダイシング用テープ2を剥離した半導体チップ1に隣接する他の半導体チップ1が、ダイシング用テープ2を剥離した半導体チップ1の方向に向かって引き寄せられない。このため、隣接された半導体チップ1同士が干渉を起こさず、半導体チップ1のダイシングによる切断面にクラックを生じることを抑えることができる。
ついで、図3に示すように、ダイシング用テープ2が剥離された半導体チップ1、もしくはダイシング用テープ2との粘着強度が著しく減少した半導体チップ1のおもて面側に軽く接しているコレット20によって真空吸着をおこない、吸着駒10から離れる方向に引き上げる。このようにすることで、ダイシング用テープ2から半導体チップ1をピックアップすることができ、例えば、図示しないリードフレームなどに移設することができる。
以上説明したように、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法によれば、上述した実施の形態1と同様の効果を得ることができる。
(実施例)
実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置を用いて、実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法を実施した一例について説明する。まず、厚さが100μmで、径が8インチのシリコンウェハのおもて面側に1辺の長さが1mmから10mmまで、1mm間隔で異なる長さの正方形状の能動領域が形成された試料を、各条件で5枚ずつ合計980枚用意した。そして、チップサイズが6mmおよび10mmのウェハについて、リブ構造を設けたウェハと、リブ構造を設けないウェハを同数ずつ作製した。また、チップサイズが6mmおよび10mm以外のウェハについては、リブ構造を設けないウェハとした。また、厚さが500μmで、径が4インチのガリウム砒素ウェハのおもて面側に1辺の長さがそれぞれ1mm、2mm、3mmの正方形状の能動領域が形成された試料を各条件で5枚ずつ合計170枚用意した。そして、ガリウム砒素ウェハについては、チップサイズに関わらず、リブ構造を設けないウェハとした。
次に、それぞれのウェハの裏面側をダイシング用テープにリングフレームを用いて固着させた。具体的には、チップサイズが6mmおよび10mmのシリコンウェハについては、ポリオレフィン系の厚さが90μmの基材フィルムに、厚さが10μmの紫外線硬化型の糊を塗布したダイシング用テープによって固着させた試料と、厚さが10μmの一般感圧型の糊を塗布したダイシング用テープによって固着させた試料と、をそれぞれ同数ずつ作製した。また、チップサイズが6mmおよび10mm以外のシリコンウェハについては、紫外線硬化型の糊を塗布したダイシング用テープによって固着させた。さらに、チップサイズが3mmのガリウム砒素ウェハについては、紫外線硬化型の糊を塗布したダイシング用テープによって固着させた試料と、一般感圧型の糊を塗布したダイシング用テープによって固着させた試料と、をそれぞれ同数ずつ作製した。また、チップサイズが3mm以外のガリウム砒素ウェハについては、紫外線硬化型の糊を塗布したダイシング用テープによって固着させた。
次に、各ウェハにダイシング処理をおこなった。シリコンウェハを用いた試料については、ニッケル基材にダイヤモンドの砥粒を電着させた電界鋳造ブレードを用いて、ブレードダイシングをおこなった。また、ガリウム砒素ウェハを用いた試料については、波長が532nmのNd_YAGレーザーの第2高調波を用いてレーザーダイシングをおこなった。
そして、実施の形態1にかかるピックアップ装置(実施例のピックアップ装置、図1〜図3参照)と、第1従来例〜第5従来例のピックアップ装置(図12〜図18参照)と、によって各条件によって作製された試料5枚ずつから半導体チップのピックアップをおこない、半導体チップを良好にピックアップすることができたか否かを検証した。図4は、実施例のピックアップ装置と、第1従来例〜第5従来例のピックアップ装置と、の検証結果を示す説明図である。
また、図5は、実施例のピックアップ装置における曲率半径の検証結果を示す説明図である。図5に示すように、実施例のピックアップ装置においては、曲率半径が上述した適正値の範囲内のものに加え、比較例として、曲率半径が適正値以外のものについても検証した。
また、紫外線硬化型の糊を用いたダイシング用テープが貼付られている場合、ピックアップをおこなう6時間程度前に、窒素雰囲気中において波長が365nmの紫外線を80W/cmのエネルギー密度で、60秒間照射した。
図4および図5においては、ピックアップすることができなかった半導体チップを含むウェハの枚数、ピックアップする際に割れが生じた半導体チップを含むウェハの枚数、および半導体チップ同士が干渉して、半導体チップの端部にクラックが生じた半導体チップを含むウェハの枚数を計数した値を示している。
第1従来例のピックアップ装置においては、いずれの試料に対しても、割れやクラックの生じた半導体チップが観察された。また、突き上げピンにより裏面に傷が生じた半導体チップが観察された。
第2従来例のピックアップ装置においては、一般感圧型の糊を塗布したダイシング用テープが貼付られた場合、半導体チップをピックアップすることができなかった。さらに、紫外線硬化型の糊を塗布したダイシング用テープが貼付られた場合、半導体チップ同士が干渉し、半導体チップの端部にクラックが生じた。
第3従来例のピックアップ装置においては、一般感圧型の糊を塗布したダイシング用テープが貼付られた場合、ほとんどの試料において、半導体チップをピックアップすることができなかった。また、紫外線硬化型の糊を塗布したダイシング用テープが貼付られた場合、半導体チップをピックアップできない試料があった。
第4従来例のピックアップ装置においては、リブ構造の設けられていない試料に対しては、良好にピックアップをおこなうことができた。一方、リブ構造の設けられた試料に対しては、ウェハの周辺部に形成された半導体チップをピックアップする際に、スライドさせた板の縁がリブ構造に接触し、それによって半導体チップに損傷が生じた。
第5従来例のピックアップ装置においては、半導体チップの裏面側に粘着されたダイシング用テープを剥がすことができず、半導体チップをウェハからピックアップすることができなかった。
実施例のピックアップ装置においては、吸着面の曲率半径が適正値の範囲内の場合、良好にピックアップをおこなうことができた(図5:網掛け部分)。一方、吸着面の曲率半径が適正値の範囲外の場合、半導体チップの裏面側に粘着されたダイシング用テープを剥がすことができず、半導体チップをウェハからピックアップすることができなかった。
以上のように、本発明にかかる半導体装置の製造装置および半導体装置の製造方法は、デバイス厚の薄い半導体装置や脆性の高い半導体装置を製造するのに有用であり、特に、異なる機能を有する複数の半導体チップや面積の小さいメモリを積層するシステムインパッケージ構造、または電力変換装置などに使用されるパワー半導体装置を製造するのに適している。
実施の形態1にかかる半導体装置の製造装置について示す断面図である。 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。 実施の形態2にかかる半導体装置の製造方法について示す断面図である。 実施例のピックアップ装置と、第1従来例〜第5従来例のピックアップ装置と、の検証結果を示す説明図である。 実施例のピックアップ装置における曲率半径の検証結果を示す説明図である。 チップスタック構造について示す断面図である。 PoP構造について示す断面図である。 平置き型構造について示す断面図である。 CoC構造について示す断面図である。 FZ結晶基板を用いたフィールドストップ型IGBTの断面図である。 リブウェハの構造について示す平面図である。 第1従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。 第2従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。 第3従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。 第4従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。 第5従来例のピックアップ装置の構造について示す断面図である。 第5従来例のピックアップ装置を用いた半導体装置の製造方法について示す断面図である。 第5従来例のピックアップ装置を用いた半導体装置の製造方法について示す断面図である。
符号の説明
1 半導体チップ
2 ダイシング用テープ
10 吸着駒
11 吸着面
12 突起
13 吸着穴
14 側壁
15 電熱線ヒーター
20 コレット

Claims (8)

  1. おもて面側に複数の能動領域が形成され、裏面側に粘着テープが貼付られた半導体ウェハを貫通し、前記粘着テープを貫通しないようにダイシングすることでそれぞれの前記能動領域毎に分離された半導体チップを、当該粘着テープからピックアップする半導体装置の製造装置において、
    前記半導体チップの裏面側を、前記粘着テープを介して載置する吸着駒と、
    前記吸着駒の前記粘着テープと接する側に設けられた、上に凹状かつ略半球面状の吸着面と、
    前記吸着面に垂直に立ち上がるように設けられた、当該吸着面からの高さが同一の複数の突起と、
    前記突起間の谷もしくは前記突起の側面またはその両方に少なくとも一つ以上設けられた吸着穴と、
    前記吸着駒の前記粘着テープと接する面において、前記吸着面の外周部に設けられた側壁と、
    前記能動領域の設けられた前記半導体チップのおもて面側に接し、真空吸着機構を有するコレットと、
    を備え、
    前記突起の頂点が略半球面状に配置されており、
    前記側壁の、前記吸着駒の前記粘着テープと接する面における幅が0.4mm以下であり、前記側壁の高さは、前記吸着駒の表面において全周囲にわたって同じ高さであり、当該側壁の高さから1mm低い高さまでの間にすべての前記突起の高さが収まっていることを特徴とする半導体装置の製造装置。
  2. 前記粘着テープの前記半導体チップが貼付られていない面を、40℃以上80℃以下の温度に加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造装置。
  3. 前記吸着駒の内部に、前記吸着面を、40℃以上80℃以下の温度に加熱する加熱部をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体装置の製造装置。
  4. 前記突起の頂点は、表面積が3.14平方メートル以下であり、隣接する突起の頂点との距離が前記吸着駒に載置する前記半導体チップの一辺の長さの半分を超えない距離であることを特徴とする請求項1〜3のいずれか一つに記載の半導体装置の製造装置。
  5. 前記吸着面の曲率半径は、前記吸着駒に載置する前記半導体チップの最も短い辺の長さが3mm未満の場合、10mm以上30mm未満であり、前記吸着駒に載置する前記半導体チップの最も短い辺の長さが3mm以上7mm未満の場合、30mm以上100mm未満であり、前記吸着駒に載置する前記半導体チップの最も短い辺の長さが7mm以上の場合、100mm以上200mm以下であることを特徴とする請求項1〜4のいずれか一つに記載の半導体装置の製造装置。
  6. おもて面側に複数の能動領域が形成され、裏面側に粘着テープが貼付られた半導体ウェハを貫通し、前記粘着テープを貫通しないようにダイシングすることでそれぞれの前記能動領域毎に分離された半導体チップを当該粘着テープからピックアップする半導体装置の製造方法において、
    前記半導体チップの裏面側を、前記粘着テープを介して、上に凹状かつ略半球面状の吸着面と、当該吸着面の外周部に設けられた側壁と、を有する吸着駒に載置する載置工程と、
    真空機構を有するコレットを、前記吸着駒に載置された前記半導体チップのおもて面側に接するように配置するコレット配置工程と、
    前記吸着面に垂直に立ち上がるように設けられた、当該吸着面からの高さが同一の複数の突起間の谷もしくは当該突起の側面またはその両方に少なくとも一つ以上設けられた吸着穴から真空吸着をおこない、前記粘着テープを当該突起に吸い寄せて、前記半導体チップの裏面側から前記粘着テープを剥離する剥離工程と、
    前記コレットによって真空吸着をおこない、前記半導体チップのおもて面側を吸着させながら、前記吸着駒から離れる方向に移動させるピックアップ工程と、
    を含み、
    前記突起の頂点が略半球面状に配置されており、
    前記側壁の、前記吸着駒の前記粘着テープと接する面における幅が0.4mm以下であり、前記側壁の高さは、前記吸着駒の表面において全周囲にわたって同じ高さであり、当該側壁の高さから1mm低い高さまでの間にすべての前記突起の高さが収まっていることを特徴とする半導体装置の製造方法。
  7. 前記剥離工程の前に、前記粘着テープの前記半導体チップが貼付られていない面を、40℃以上80℃以下の温度に加熱する加熱工程をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
  8. 前記剥離工程の前に、前記吸着面の表面を、40℃以上80℃以下の温度に加熱する加熱工程をさらに含むことを特徴とする請求項6に記載の半導体装置の製造方法。
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