JP6055369B2 - 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

Description

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。

ウェーハの一方の面には多数の半導体装置の回路が形成されている。ウェーハの他方の面に接着剤層が形成される。

ダイシングブレードを用いてウェーハを個々の半導体チップに分割する際、半導体ウェーハ側からウェーハと共に、接着剤層をも分割する半導体装置の製造方法がある。この製造方法は、半導体チップと接着剤層の位置ずれを小さくすることができる。

一方、ウェーハを個々の半導体チップに分割する際、ウェーハにダイシングブレードを用いて溝を形成し、その後ウェーハの回路の形成されていない裏面から溝に達する厚さまで研削を行う、通称先ダイシングと呼ばれる半導体装置の製造方法がある。この製造方法は、半導体チップの厚さを薄くすることができる。

先ダイシングでは、裏面研削の際に半導体チップに分割するため、ウェーハの裏面にあらかじめ接着剤層を設けておくことができない。上記の２つの製造方向を組み合わせる事が出来ないため、厚さの薄い半導体チップに対し接着剤層の位置ずれを小さくすることが難しかった。

米国特許公開２００５／０００３６３６号明細書 米国特許公開２０１０／０２２７４５４号明細書

厚さの薄い半導体チップに対し接着剤層の位置ずれを小さくすることのできる半導体装置の製造装置、半導体装置の製造方法を提供する。

一実施形態に係る半導体装置の製造装置は、ロール状に巻かれたシートを供給するための供給部と、前記供給部のロール状に巻かれた前記シートから引き出された部分にウェーハを、前記シートの前記ウェーハの周囲に位置する余白部分に前記シートを引き延ばすためのリングを、貼り付けする貼り付け部と、を有し、前記シートは、基材と接着剤層とを備え、前記貼り付け部は、前記ウェーハに設けられた方向識別部を基準とした方向と、ロール状の前記シートの引き出し方向とのなす角が、１５〜７５度となるように貼り付けることを特徴とする。

一実施形態に係る半導体装置の製造方法は、ロール状に巻かれたシートから前記シートを引き出し、前記シートの引き出された部分に複数の半導体チップが設けられたウェーハと、前記シートの前記ウェーハの周囲に位置する余白部分にリングを貼り付け、前記ウェーハをステージに置き、前記ウェーハの前記シートに貼り付けられた面方向に前記ステージと前記リングとの距離を大きくすることにより、前記シートの接着剤層を前記半導体チップに応じた形状に分離し、前記接着剤層と共に個々の前記半導体チップを前記シートから剥離する半導体装置の製造方法であって、前記シートは、基材と、前記基材上に設けられた剥離促進層と、剥離促進層上に設けられた接着剤層とを備ることを特徴とする。

半導体装置の製造方法を示すフローチャート 半導体装置の製造過程を示す斜視図 半導体装置の製造過程を示す斜視図 半導体装置の製造過程を示す斜視図 半導体装置の製造過程を示す斜視図 半導体装置の製造過程を示す斜視図 半導体装置の製造過程を示す斜視図 半導体装置の製造過程を示す断面図 半導体装置の製造過程を示す斜視図 半導体装置の製造過程を示す断面図 半導体装置の製造過程を示す斜視図 製造装置を示す図 供給部材の断面構造図 供給部材の製造過程を示す図 製造装置を示す図 製造装置を示す図 製造装置を示す図 供給部材の伸び率と引張強度との関係図 距離と角度との関係図

以下、半導体装置の製造方法およびこの製造方法を適用した製造装置の一実施形態について、図１ないし図１１を参照して説明する。尚、各実施形態において、実質的に同一の構成部位には同一の符号を付し、説明を省略する。但し、図面は模式的なものであり、厚みと平面寸法との関係、各層の厚みの比率等は現実のものとは異なる。また、説明中の上下等の方向を示す用語は、後述する半導体基板の回路形成面側を上とした場合の相対的な方向を指し示し、重力加速度方向を基準とした現実の方向と異なる場合がある。

まず、本実施形態の半導体装置の製造方法について説明する。図１に、半導体装置の製造方法を示す。図２ないし図１１に半導体装置の製造過程を示す。

まず、図２に示すように、複数の集積回路が形成されたウェーハ１００の、各集積回路間に確保されたダイシングストリートに沿って、ブレード１０１を用いウェーハ１００に溝１０２を形成する（ダイシング工程１）。この時、ウェーハ１００の厚さより浅く、集積回路が形成された面（表面）側から、溝１０２を形成する。すなわち、ダイシング工程１の段階では、各集積回路は溝で区切られてはいるものの、それぞれ表面とは反対側の面（裏面）側において繋がっている状態となっている。

次に、図３に示すように、溝１０２が形成されたウェーハ１００の表面に保護シート１０３を設ける。保護シート１０３は、集積回路を研削屑等のダストから保護するために設ける。また、保護シート１０３は、後述する裏面研削後に分離された各集積回路のそれぞれの位置を保持するために設ける。保護シートには、例えば塩化ビニルやポリオレフィンを主成分とする汚染物質の侵入を防止するための良好な接着性と、良好な剥離性とを兼ね備えたフィルムを用いる事ができる。

続いて、図４に示すように、回転する砥石やスラリーの供給されたパッド等の研削ツール１０４を用いて、ウェーハ１００の裏面を研削する（裏面研磨工程２）。ウェーハ１００の研削は、ウェーハ１００の残厚が少なくともダイシング工程１において形成した溝１０２の深さに達するまで行う。溝１０２の深さに達するまで研削されたウェーハ１００は、図５に示すように、各集積回路のそれぞれが分離された状態となる。

図６に示すように、各集積回路のそれぞれが分離された状態となったウェーハ１００を、表面にダイアタッチフィルム（ＤＡＦ１０５）が設けられたテープ１０６に載置する（ウェーハマウント工程３）。テープ１０６のウェーハ１００の周囲に位置する余白部分には、ウェーハ１００を支持し搬送するためのリング１０７を載置する。ＤＡＦ１０５は、ウェーハマウント工程３において、ウェーハ１００の裏面側に貼り付けられた状態となる。ＤＡＦ１０５には例えばエポキシやポリイミド、アクリルを主成分とする粘着シートを用いる事ができる。テープ１０６には、例えば塩化ビニルやポリオレフィンを主成分とする伸長しやすい基材１０８上に、ポリテトラフルオロエチレン等のフッ素樹脂や紫外線を照射すると硬化して剥離しやすくなるエポキシを主成分とする紫外線硬化樹脂などを用いた剥離促進層（ＲＬ）１０９を設けた積層フィルムを用いることができる。

図７に示すように、テープ１０６に載置されたウェーハ１００から、保護シート１０３を除去する。保護シート１０３が除去されたウェーハ１００は、その表面側が露出し、裏面側はＤＡＦ１０５が貼り付けられた状態となる。なお、この段階において、図８に示す通り、ウェーハ１００は各集積回路のそれぞれが分離された状態となっているが、ＤＡＦ１０５は各集積回路に応じた形状に分離はされておらず、ウェーハ１００全体の外形と略同一形状となっている。

図８および図９、図１０に示すように、テープ１０６に載置されたウェーハ１００の裏面側、すなわち基材１０８面側をステージ１１０に載置する。ウェーハ１００のステージ１１０への載置後、リング１０７をウェーハ１００に対して裏面側に相対的に距離Ｅｘだけ離れる方向に移動させる（エキスパンド工程４）。ウェーハ１００をステージ１１０に載置した状態でリング１０７を移動させると、テープ１０６には張力が加わり、各集積回路同士の距離が離れる様にテープ１０６は伸長する。

テープ１０６に張力が加わると、テープ１０６に一方の面が貼り付けられているＤＡＦ１０５にも張力が加わる。テープ１０６の他方の面はウェーハ１００に貼り付けられている。ここで、ウェーハ１００にはシリコンやサファイア、ガリウムヒ素等の半導体材料を用いる。これら半導体材料はテープ１０６やＤＡＦ１０５に比べて弾性率は１０倍以上と張力に対して伸長しにくい。すなわち、ＤＡＦ１０５に加わった張力の大部分が、各集積回路間のダイシングストリート部分の伸長に作用する。この結果、リング１０７の移動がある一定限度を超えた時、ＤＡＦ１０５はダイシングストリート部分にて破断し、ダイシングストリートで区画された部分（後述するチップ１１１）と略同一（厳密にはダイシングストリートで区画された部分に対し若干大き目の相似形）の形状に分離される。

上述するエキスパンド工程４の際、ＤＡＦ１０５の破断伸度は１３０％以下であることが好ましく、より好ましくは５０％以下であることが好ましい。これは、一辺２０ｍｍの正方形に半導体チップが分割されたφ３００ｍｍウェーハ１００が、ＤＡＦ１０５付きテープ１０６に貼り付けられた状態で３０ｍｍエキスパンドした（リング１０７をＥｘ＝３０ｍｍだけ裏面側に移動させた）場合、３０μｍのカーフ幅（半導体チップ間の距離）が１３０％に広がると算出されたことによる。この時、テープ１０６は均等に伸びると仮定している。さらに、エキスパンド工程４後のウェーハ自動搬送装置でのウェーハ１００搬送性を考えると、エキスパンドする（リング１０７を裏面側に移動させる）距離Ｅｘは１２ｍｍ以下とすることが好ましい。この時、上記仮定におけるダイシングラインの広がりは５０％であることによる。ただし、破断伸度が１％未満の場合は、供給部２０１にて引き出し方向１１４に引き出す際にＤＡＦ１０５が破断してしまう可能性が高くなるため、適当でない。

図１２は製造装置を示す図である。テープ１０６の半導体ウェーハ１００の周りに高弾性率テープ１１７を付与することで、ウェーハ１００外周の優先的な引き伸ばしを防ぎ、ウェーハ１００面内均一に半導体素子間を広げることが可能となる。この時の高弾性率テープ１１７のサイズは、内径はφ３０５ｍｍより大きく、外径は３４０ｍｍ以下とすることが好ましい。弾性率は、ＤＡＦ１０５とテープ１０６との合成弾性率（積層体の見かけの弾性率）よりも高い弾性率が良い。

ＤＡＦ１０５が分離された後、各集積回路毎に分離されたウェーハ１００の各個片（チップ１１１）とＤＡＦ１０５とを１組毎にテープ１０６から剥離し、フレーム１１２にＤＡＦ１０５を介してチップ１１１を貼りつける（マウント工程５）。フレーム１１２にチップ１１１を貼りつけ後、フレーム１１２をオーブンやホットプレートを用いて加熱し、チップ１１１とフレーム１１２とを強固に固着する。

上述した半導体装置の製造方法によれば、裏面研削工程２に先立ってダイシング工程１を行った場合であってもＤＡＦ１０５をチップ１１１の外形と略同一形状をチップ１１１の裏面に設ける事ができる。また、ＤＡＦ１０５のチップ１１１に対する位置は、ＤＡＦ１０５がウェーハ１００に貼り付けられた状態で、ダイシングストリートに沿って自己整合的に分離するので精度が高い。また、高い位置精度でＤＡＦ１０５を設けるための特別に必要な工程は、エキスパンド工程４のみである。エキスパンド工程４は、ウェーハ１００に対して１回行うだけで済む。例えば、１ウェーハあたり３００個のチップ１１１が設けられ、エキスパンド工程に３秒かかったとした場合、追加の必要がある特別な工程にかかる時間は、１つのチップ１１１あたり僅か０．０１ｓｅｃであり、量産性が高い。

上述した半導体装置の製造方法に用いるＤＡＦ１０５およびテープ１０６について説明する。図１３に示すように、テープ１０６には、基材１０８の一方の面に剥離促進層１０９が形成されている。テープ１０６の剥離促進層１０９の面側には、ウェーハ１００を載置する前に、あらかじめＤＡＦ１０５が設けられた状態となっている。

テープ１０６は、図１４に示すように、シート状の基材１０８の上にシート状の剥離促進層１０９とシート状のＤＡＦ１０５とを貼り合わせて形成することができる。基材１０８と剥離促進層１０９、ＤＡＦ１０５とは、それぞれロール状に巻き取られた状態の材料を引き出し方向１１４の方向に引き出し、基材１０８と剥離促進層１０９、ＤＡＦ１０５とを重ね合わせる。重ねあわされた基材１０８と剥離促進層１０９、ＤＡＦ１０５とを、例えば加熱されたローラーを用いて圧力を加え、貼り合わせる。貼り合された基材１０８と剥離促進層１０９、ＤＡＦ１０５とは、再びロール状の供給部材（シート）１１３として引き出し方向１１４の方向に巻き取られる。

なおこの時、ウェーハ１００およびリング１０７が載置される部分以外の余白部分については、ＤＡＦ１０５は特に必ず必要な部分ではない。従って図１４に示す様に、不要ＤＡＦ１０５−２としてウェーハ１００を貼りつける前に除去しておくことができる。

上述した半導体装置の製造方法を適用した製造装置の一実施形態について説明する。図１５に半導体装置の製造方法を適用した製造装置の一部を図示する。製造装置にはロール状の供給部材１１３を供給する供給部２０１が設けられている。供給部２０１は供給部材１１３を引き出し方向１１４の方向に引き出して供給する。

引き出された供給部材１１３のＤＡＦ１０５が設けられている位置に、ウェーハ１００とリング１０７とを貼り付けするための貼り付け部２０２が設けられている。貼り付け部２０２にはウェーハ１００とリング１０７とを載置するための載置部１１５が設けられている。

載置部１１５にてウェーハ１００とリング１０７とを供給部材１１３に貼り付けした後、リング１０７の周囲にある不要供給部材１１３−２は、回収部２０３にて回収される。

供給部材１１３にウェーハ１０３とリング１０７とを貼りつけるために、供給部１１３を支持するための支持部２０４が設けられている。支持部２０４は、載置部１１５を供給部材１１３に向かって貼りつけるために距離を小さくし、最終的に貼りつけるために、供給部材１１３を支持する。

ここで、ウェーハ１００には方向識別部１１６が設けられている。方向識別部１１６は、２方向あるダイシングストリートのうちのいずれか一方を基準とした方向に対して、ウェーハ１００の方向を識別可能となるように設けられている。

貼り付け部２０２は、方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度とが、１５〜７５度となるように貼り付ける。方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度とが、１５〜７５度となるように貼り付けるためには、例えば図１６に示す様に、載置部１１５にウェーハ１００とリング１０７とを載置した後、方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度とが１５〜７５度となるようにウェーハ１００を載置したまま回転させ、その後供給部材１１３と張り付けることができる。

もしくは、図１７に示す様に、載置部１１５にリング１０７を載置した後、方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度とが１５〜７５度となるように方向を合わせた状態でウェーハ１００を載置部１１５に載置し、その後供給部材１１３と張り付けることができる。

図１８と図１９とを用いて、ウェーハ１００に設けられたダイシングストリートの一方を基準とした方向識別部１１６と、引き出し方向１１４とのなす角度について説明する。図１７は、供給部材１１３の引き出し方向１１４と引き出し方向と直行する方向１１７における、供給部材１１３を引っ張った際の伸び率とその際にかかる力、すなわち引っ張り強度との関係を示した図である。

図１８に示した通り、引き出し方向１１４と方向１１７とで引っ張り強度と延びとの関係が異なる。この異方性のある供給部材１１３をエキスパンド工程４において伸長させると、その伸長する量が引き出し方向１１４と方向１１７とで異なってしまう。これは、供給部材１１３の製造工程において、ロール状に巻き取られた基材１０８と剥離促進層１０９やＤＡＦ１０５を引き出し方向に引き出しながら圧力を加えているためと思われる。

そこで、図１９に示した通り、方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度とを変化させながら、エキスパンド工程４を実施し、ＤＡＦ１０５の分離状態および剥離促進層１０９の状態を評価した。距離Ｅｘが２．５ｍｍではどの様に方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度とを変化させても、ウェーハ１００面内の一部において、ＤＡＦ１０５を完全に分離できなかった。一方、方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度がいずれの角度であっても、距離Ｅｘが３．０ｍｍであった場合にはＤＡＦ１０５は良好に分離できた。

方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度が０度および９０度の場合、距離Ｅｘが３．５ｍｍであった場合には、ＤＡＦ１０５は良好に分離できたものの、剥離促進層１０９についてまでも分離されてしまった。

また、方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度が１５度および７５度の場合、距離Ｅｘが３．０ｍｍ〜４．０ｍｍであった場合にはＤＡＦ１０５は良好に分離できた。距離Ｅｘが５．０ｍｍであった場合には、ＤＡＦ１０５は良好に分離できたものの、剥離促進層１０９についてまでも分離されてしまった。すなわち、角度１５〜７５度については、距離Ｅｘについて広いマージンをもって製造することができる。

さらに、方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度が３０度〜６０度の場合、距離Ｅｘを９．０ｍｍとした場合であっても、ＤＡＦ１０５は良好に分離でき、かつ剥離促進層１０９は分離されなかった。すなわち、角度３０〜６０度については、距離Ｅｘについてさらに広いマージンをもって製造することができる。

上述した製造装置によれば、上述した半導体製造装置の製造方法と同様に、裏面研削工程２に先立ってダイシング工程１を行った場合であってもＤＡＦ１０５をチップ１１１の外形と略同一形状をチップ１１１の裏面に設ける事ができる。また、ＤＡＦ１０５のチップ１１１に対する位置は、ＤＡＦ１０５がウェーハ１００に貼り付けられた状態で、ダイシングストリートに沿って自己整合的に分離するので精度が高い。また、高い位置精度でＤＡＦ１０５を設けるため、特別に必要な工程は、エキスパンド工程４のみである。エキスパンド工程４は、ウェーハ１００に対して１回行うだけで済む。

さらに、方向識別部１１６にて識別された方向と引き出し方向１１４とのなす角度を２６〜７５度にした場合においては、広いマージンをもって製造することができる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、各実施形態に示した構成、各種条件に限定されることはなく、これらの実施形態は、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。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、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ともに、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。

１００…ウェーハ、１０１…ブレード、１０２…溝、１０３…保護シート、１０４…研削ツール、１０５…ＤＡＦ、１０６…テープ、１０７…リング、１０８…基材、１０９…剥離促進層、１１０…ステージ、１１１…チップ、１１２…フレーム、１１３…供給部材、１１４…引き出し方向、１１５…載置部、１１６…方向識別部、１１７…高弾性率テープ、２０１…供給部、２０２…貼り付け部、２０３…回収部、２０４…支持部

Claims (5)

1. ロール状に巻かれたシートから前記シートを引き出し、
   前記シートの引き出された部分に複数の半導体チップが設けられたウェーハと、前記シートの前記ウェーハの周囲に位置する余白部分にリングを貼り付け、
   前記ウェーハをステージに置き、前記ウェーハの前記シートに貼り付けられた面方向に前記ステージと前記リングとの距離を大きくすることにより、前記シートの接着剤層を前記半導体チップに応じた形状に分離し、
   前記接着剤層と共に個々の前記半導体チップを前記シートから剥離する半導体装置の製造方法であって、
   前記シートは、基材と、前記基材上に設けられた剥離促進層と、剥離促進層上に設けられた前記接着剤層とを備え、前記シートの引き出し方向における引っ張り強度と前記引き出し方向と直行する方向における引っ張り強度が異なり、
   前記貼り付け部は、前記ウェーハに設けられた方向識別部を基準とした方向と、ロール状の前記シートの引き出し方向とのなす角が、１５〜７５度となるように貼り付けることを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. ロール状に巻かれたシートを供給するための供給部と、
   前記供給部のロール状に巻かれた前記シートから引き出された部分にウェーハを、前記シートの前記ウェーハの周囲に位置する余白部分に前記シートを引き延ばすためのリングを、貼り付けする貼り付け部と、を有し、
   前記シートは、基材と接着剤層とを備え、前記シートの引き出し方向における引っ張り強度と前記引き出し方向と直行する方向における引っ張り強度が異なり、
   前記貼り付け部は、前記ウェーハに設けられた方向識別部を基準とした方向と、ロール状の前記シートの引き出し方向とのなす角が、１５〜７５度となるように貼り付けること
   を特徴とする半導体装置の製造装置。
3. 前記貼り付け部は、前記ウェーハと前記リングとを置くための載置部と、
   前記載置部に置かれた前記ウェーハと前記リングに対し、前記シートを貼り付けるために距離を近づけるために前記シートを引き出し方向に支持する支持部と、
   を有する、ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造装置。
4. 前記貼り付け部は、前記方向識別部を基準とした方向と、前記角が、１５〜７５度となる方向に、前記載置部に前記ウェーハを置かれた後、前記シートを貼りつけることを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置。
5. 前記載置部は、前記方向識別部を基準とした方向と、前記角が、１５〜７５度となる方向となるように、前記ウェーハが載置された状態で回転することを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造装置。

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