TWI579948B

TWI579948B - Semiconductor manufacturing apparatus and manufacturing method of semiconductor device

Info

Publication number: TWI579948B
Application number: TW104106094A
Authority: TW
Inventors: 藤田努
Original assignee: 東芝股份有限公司
Priority date: 2014-09-17
Filing date: 2015-02-25
Publication date: 2017-04-21
Also published as: CN105990187B; CN105990187A; JP6270671B2; TW201613009A; JP2016063016A

Description

半導體製造裝置及半導體裝置之製造方法

[相關申請案]

本申請案享受以日本專利申請案2014-188530號(申請日：2014年9月17日)為基礎申請案之優先權。本申請案藉由參照該基礎申請案而包含基礎申請案之全部內容。

實施形態之發明係關於一種半導體製造裝置及半導體裝置之製造方法。

已知如下方法：於半導體封裝體之製造步驟中，於將藉由切晶而分割之半導體晶片等複數個半導體零件隔著接著層貼附於擴張片上之狀態下，拉伸擴張片而對應於半導體零件將接著層分割。藉由將接著層分割，可與例如經分割之接著層一併拾取半導體零件，而直接貼附於另一基板等。

於藉由拉伸擴張片而將接著層分割之情形時，存在易於接著層之一部分產生未分割區域等問題。若於接著層產生未分割區域，則於例如拾取步驟中接著層容易自半導體零件剝離。為了抑制接著層之未分割區域之產生，例如考慮有加強擴張片之拉伸力之方法。然而，若對擴張片之拉伸力過強，則容易引起半導體零件之破裂或剝離等。

本發明之實施形態係於在將複數個半導體零件隔著接著層貼附於擴張片上之狀態下藉由拉伸擴張片而將接著層分割之情形時，抑制未分割區域之產生。

實施形態之半導體製造裝置包括：第2環，其係對被處理體壓接擴張片，該被處理體具備第1環、藉由上述第1環而固定之上述擴張片、及隔著接著層貼附於上述擴張片上且相互經分割之複數個半導體零件；第3環，其壓制上述第1環；及驅動機構，其使上述被處理體及上述第2環之至少一者升降，以使上述第1環與上述第2環之間產生高低差而拉伸上述擴張片；且上述第2環之外周或上述第3環之內周具有如下形狀：與第一方向之寬度相比，正交於上述第一方向之第二方向之寬度較小。

1‧‧‧被處理體

2‧‧‧壓住用環

3‧‧‧擴張環

4‧‧‧驅動機構

11‧‧‧晶圓環

12‧‧‧擴張片

13‧‧‧接著層

14‧‧‧被處理基板

14a‧‧‧半導體零件

14a‧‧‧被處理基板

31‧‧‧平台

32‧‧‧旋轉軸

33‧‧‧輥

D1‧‧‧間隔

D2‧‧‧間隔

MD‧‧‧樹脂行進方向

S1‧‧‧步驟

S2‧‧‧步驟

S3‧‧‧步驟

S4‧‧‧步驟

S5‧‧‧步驟

TD‧‧‧垂直方向

圖1係用以說明接著層之分割方法例之圖。

圖2係用以說明接著層之分割方法例之圖。

圖3(A)~(C)係表示拉伸試驗結果之圖。

圖4(A)及(B)係拉伸擴張片時之平面方向之被處理體之一部分之放大圖。

圖5(A)及(B)係用以說明拉伸時之擴張片之拉伸量之計算例之圖。

圖6係表示半導體裝置之製造方法例之流程圖。

圖7(A)及(B)係表示擴張環之構造例之圖。

圖8係用以說明半導體裝置之製造方法例之圖。

圖9係用以說明半導體裝置之製造方法例之圖。

以下，參照圖式對實施形態進行說明。再者，圖式係模式性者，存在例如厚度與平面尺寸之關係、各層之厚度之比率等與現實情況不同之情形。又，於實施形態中，對實質上相同之構成要素標附相同之符號並省略說明。

圖1及圖2係用以說明使用半導體製造裝置於將複數個半導體零件隔著接著層貼附於擴張片上之狀態下藉由拉伸擴張片而分割接著層之例(接著層之分割方法例)之圖。圖1係俯視圖，圖2係側視圖。再者，於圖1或圖2中，方便起見而省略一部分之構成要素。

圖1及圖2中，圖示有被處理體1、壓住用環2、擴張環3、及驅動機構4。被處理體1具備晶圓環11、擴張片12、接著層13、及被處理基板14。實施形態之半導體製造裝置至少具備壓住用環2、擴張環3、及驅動機構4即可，被處理體1例如於使用半導體製造裝置時自外部被搬送。

晶圓環11具備中空部。晶圓環11具有固定擴張片12之功能。晶圓環11之中空部例如具有圓狀之平面形狀。

擴張片12之周緣藉由晶圓環11而被固定。擴張片12具有例如用以搭載被處理基板14之第1黏著區域、及設置於第1接著區域之外周且貼附於晶圓環11之第2黏著區域。此時，以於晶圓環11之中空部露出第1黏著區域之方式被固定。

擴張片12之平面形狀並無特別限定，但例如較佳為圓形狀。作為擴張片12，例如可使用具有以氯乙烯、聚烯烴等為主成分之基材、及設置於基材上且以環氧樹脂等紫外線硬化型樹脂為主成分之黏著層之積層膜等。

由於擴張片12係將樹脂成形為片材狀而形成，因此具有樹脂行進方向(Machine Direction：MD)、及垂直於樹脂行進方向之垂直方向(Transverse Direction：TD)。例如，於將擴張片形成為片材狀並切下片材之一部分用作擴張片12之情形時，擴張片12之片材之長軸方向成為樹脂行進方向(MD)。再者，所謂垂直，亦可包含垂直方向±10度以內之狀態(大致垂直)。

接著層13設置於擴張片12上。接著層13具有接著擴張片12與被處理基板14之功能。較佳為接著層13相對於被處理基板14之接著強度高於相對於擴張片12之接著強度。作為接著層13，例如可使用晶粒黏著膜(Die Attach Film：DAF)等。作為DAF，例如可使用以環氧樹脂、聚醯亞胺樹脂、丙烯酸系樹脂等為主成分之黏著片材。再者，於圖1中，接著層13具有圓狀之平面形狀，但亦可根據被處理基板14之平面形狀而使用具有不同之平面形狀之接著層13。

被處理基板14隔著接著層13貼附於擴張片12。被處理基板14具有經分割之複數個半導體零件14a。圖1中，被處理基板14具有圓狀之平面形狀，但不限定於此，亦可具有例如四邊形狀之平面形狀。

作為被處理基板14，例如可列舉形成有半導體元件之半導體基板、或具有配線基板及積層於配線基板上之複數個半導體晶片之封裝體基板等。例如，可藉由將半導體基板分割而形成半導體晶片作為半導體零件14a。又，可藉由將封裝體基板分割而形成封裝體零件(半導體封裝體)作為半導體零件14a。

作為封裝體零件，例如可列舉具有使複數個半導體晶片積層而成之TSV(Through Silicon Via，矽穿孔)方式之積層構造之半導體封裝體。TSV方式之積層構造之半導體封裝體例如具備引線框架等基板、及積層於基板上之複數個半導體晶片。複數個半導體晶片藉由設置於半導體晶片之凸塊及貫通半導體晶片之貫通電極而相互電性連接。如此，藉由使用TSV方式之積層構造之半導體封裝體，而可減小晶片面積，可增加連接端子數量，因此，可抑制連接不良等。

壓住用環2具有中空部。壓住用環2具有如下功能：以拉伸擴張片12時於中空部中至少露出複數個半導體零件14a之方式壓住晶圓環11。

擴張環3以於拉伸擴張片12時相對於被處理體1重疊於擴張片12之方式被抵壓。圖1中，擴張環3為具有中空部之環狀構造，但不限定於此，亦可未必設置中空部。

圖1中，擴張環3之外周具有正交於第一方向之第二方向之寬度小於第一方向之寬度之形狀，例如具有以第一方向為長徑且以第二方向為短徑之橢圓形狀。此時，壓住用環2之內周例如具有圓形狀，擴張環3之長徑與晶圓環11之內周之直徑及壓住用環2之內周之直徑相比較短。又，擴張環3之短徑大於被處理基板14之直徑。藉此，可使擴張片12之拉伸量於擴張片12之樹脂行進方向(MD)與垂直方向(TD)上不同。

再者，擴張環3之外周亦可具有以第1方向為長邊方向且以第2方向為短邊方向之大致長方形形狀。

再者，亦可取代擴張環3而壓住用環2之內周具有正交於第一方向之第二方向之寬度小於第一方向之寬度之形狀、例如以第一方向為長徑且以第二方向為短徑之橢圓形狀。此時，擴張環3之外周具有圓形狀，擴張環3之直徑小於壓住用環2之內周之短徑，且大於被處理基板14之直徑。

再者，於此情形時，壓住用環2之內周亦可具有以第1方向為長邊方向且以第2方向為短邊方向之大致長方形形狀。

驅動機構4具有如下功能：使被處理體1及擴張環3之至少一者升降，以使晶圓環11與擴張環3之間產生高低差而拉伸擴張片12。驅動機構4例如具備使被處理體1及擴張環3之至少一者升降之驅動部、及控制驅動部之控制部。控制部例如具有CPU(Central Processing Unit，中央處理單元)、記憶體、邏輯電路等。再者，於圖2中，驅動機構4連接於擴張環3，但不限定於此，亦可連接於壓住用環2。

於接著層之分割方法例中，於拉伸擴張片12時，擴張片12之垂直方向(TD)上之壓住用環2之內周與擴張環3之外周之間隔(D1)小於樹脂行進方向(MD)上之壓住用環2之內周與擴張環3之外周之間隔 (D2)(D1<D2)。

多數情況下擴張片具有樹脂行進方向(MD)之伸長率與垂直方向(TD)之伸長率不同之各向異性。認為上述各向異性係因於例如擴張片之製造步驟中一面於抽出方向抽出捲取為捲筒狀之片材狀之擴張片一面施加壓力而產生或因材料特性而產生。

圖3係表示使用擴張片之拉伸試驗結果之一例的圖。圖3(A)至圖3(C)之各者中，表示有沿樹脂行進方向(MD)拉伸之樣品之拉伸試驗結果(實線)與沿垂直方向(TD)拉伸之樣品之拉伸試驗結果(虛線)。

如圖3(A)至圖3(C)所示，片伸長率為100%時之沿樹脂行進方向(MD)拉伸之樣品相對於沿垂直方向(TD)拉伸之樣品之拉伸強度之比(σ_MD/σ_TD)分別為1.1、1.6、1.9。無論哪種結果，均係沿樹脂行進方向(MD)拉伸之樣品之拉伸強度高於沿垂直方向(TD)拉伸之樣品之拉伸強度。由此可知，擴張片具有如下特性：與樹脂行進方向(MD)相比，容易於垂直方向(TD)上降伏。

於使用上述具有與樹脂行進方向(MD)相比容易於垂直方向(TD)上降伏之特性之擴張片作為圖1及圖2所示之擴張片12之情形時，若例如壓住用環2之內周與擴張環3之外周之間隔為D1=D2，則拉伸擴張片12時之接著層13之伸長難易度亦於樹脂行進方向(MD)與垂直方向(TD)方向上不同。

圖4係拉伸擴張片時之平面方向之被處理體之一部分之放大圖。於D1=D2之情形時，由於擴張片12於樹脂行進方向(MD)上容易伸長，因此，如圖4(A)所示，複數個半導體零件14a間之接著層13充分地擴展。另一方面，由於擴張片12於垂直方向(TD)上難以伸長，因此複數個半導體零件14a間之接著層13難以擴展。因此，於垂直方向(TD)上容易產生接著層13之未分割區域。

相對於此，於D1<D2之情形時，可於垂直方向(TD)上增大擴張片12之拉伸量。因此，如圖4(B)所示，於垂直方向(TD)上，複數個半導體零件14a間之接著層13之擴展變大，可容易地將接著層13分割。

若考慮圖3所示之拉伸試驗結果，則垂直方向(TD)與樹脂行進方向(MD)之拉伸強度之比(σ_MD/σ_TD)為大於1.0且小於2.0之範圍。因此，為了減小垂直方向(TD)之複數個半導體零件14a間之接著層13之擴展與樹脂行進方向之複數個半導體零件14a間之接著層13之擴展之差，較佳為增大垂直方向(TD)之擴張片12之拉伸量。

拉伸時之擴張片之拉伸量可自拉伸前之擴張片12之長度與拉伸時之擴張片12之長度之差求出。例如，於將拉伸時之壓住用環2之內周與擴張環3之外周之間的擴張片12之長度設為L_after，將拉伸前之壓住用環2之內周與擴張環3之外周之間的擴張片12之長度設為L_before，將決定擴張片12之拉伸力之壓住用環2與擴張環3之高低差設為Ex'd時，根據畢氏定理(Pythagorean theorem)，L_after=(L_before ²+Ex'd²)^0.5之關係成立。因此，藉由求出L_after-L_before之值，可求出拉伸時之擴張片12之拉伸量。

此時，下述式(1)所表示之拉伸擴張片12時之擴張片12之垂直方向(TD)之拉伸量相對於樹脂行進方向(MD)之拉伸量之比L_rate例如較佳為大於1.0且小於2.0，進而較佳為1.1以上且1.9以下。

(式(1)中，分別為，L_{before_MD}表示拉伸前之樹脂行進方向(MD)上之壓住用環2之內周與擴張環3之外周之間的擴張片12之長度，L_{before_TD}表示拉伸前之垂直方向(TD)上之壓住用環2之內周與擴張環3之外周之間的擴張片12之長度，Ex'd表示壓住用環2與擴張環3之高低差。)

圖5係用以說明擴張片之拉伸量之計算例之圖。例如，將拉伸前之被處理基板14之直徑設為300mm，將擴張環3之短徑設為330mm，將擴張環3之長徑設為332mm，將晶圓環11之內周之直徑設為350mm，將壓住用環2之內周之直徑設為340mm，將壓住用環2與擴張環3之高低差(Ex'd)設為10mm，藉由接著層13之擴展使樹脂行進方向(MD)之拉伸後之被處理基板14之直徑為312.4mm，藉由接著層13之擴展使垂直方向(TD)之拉伸後之被處理基板14之直徑為314.2mm。

此時，如圖5(A)所示，樹脂行進方向(MD)上之L_{after_MD}-L_{before_MD}成為(11.2mm-5mm)=6.2mm，兩端合計為12.4mm。另一方面，如圖5(B)所示，垂直方向(TD)上之L_{after_TD}-L_{before_TD}成為(10.8mm-4mm)=6.8mm，兩端合計為13.6mm。又，此時之L_rate成為6.8/6.2≒1.1。如此，藉由使擴張環3之長徑相對於擴張環3之短徑大0.6%左右，可使垂直方向(TD)上之擴張片12之拉伸量增大10%左右。

如上所述，於本實施形態之半導體製造裝置中，可藉由於拉伸擴張片時使擴張片之垂直方向(TD)上之壓住用環之內周與擴張環之外周之間隔小於樹脂行進方向(MD)上之壓住用環之內周與擴張環之外周之間隔，而增大垂直方向(TD)上之擴張片之拉伸量。因此，可抑制接著層之未分割區域之產生。

又，可藉由減小垂直方向(TD)上之接著層之擴展量與樹脂行進方向(MD)上之接著層之擴展量之差，而使接著層更加均勻地擴展，故而，可抑制因局部之接著層之擴展而導致之半導體零件之破裂或剝離等。

繼而，參照圖6對半導體裝置之製造方法例進行說明。圖6係用以說明半導體裝置之製造方法例之流程圖。圖6所示之半導體裝置之製造方法例包括分割被處理基板之步驟S1(被處理基板分割)、配置包括貼附於擴張片上之被處理基板之被處理體之步驟S2(被處理體配置)、拉伸擴張片之步驟S3(片拉伸)、進行半導體零件之圖像識別之步驟S4(圖像識別)、及進行半導體零件之拾取之步驟S5(拾取)。再者，半導體裝置之製造方法例之步驟內容及步驟順序未必限定於上述步驟。

於步驟S1(被處理基板分割)中，例如可藉由利用使用金剛石刀片或雷射光等之切晶對應於半導體零件14a將被處理基板14切斷，而對應於半導體零件14a分割被處理基板14。於被處理基板14為半導體基板之情形時，亦可藉由切晶於被處理基板14形成切口，並以覆蓋切口之方式貼附以氯乙烯或聚烯烴等為主成分之保護片，自保護片之貼附面之相反面即被處理基板14之露出面研削被處理基板14之一部分，藉此分割被處理基板14。

再者，亦可於將被處理基板14隔著接著層13貼附於周緣被晶圓環11固定之擴張片12上之狀態下，藉由切晶對應於半導體零件14a切斷被處理基板14。此時，亦可使用搬送臂等將被處理基板14貼附於擴張片12上。又，亦可使用預先形成有接著層13之擴張片作為擴張片12，藉由於接著層13上貼附被處理基板14並進行熱處理且其後進行冷卻，而接著被處理基板14。

於步驟S1(被處理基板分割)中，亦可切斷接著層13之至少一部分。此時，不切斷擴張片12。進而，亦可藉由於切晶前調整例如晶圓環11之高度，而以擴張片12不撓曲之方式拉伸。

於步驟S2(被處理體配置)中，以擴張片12重疊於擴張環3之方式配置被處理體1。例如，於擴張環3之外周或壓住用環2之內周具有橢圓形狀之情形時，以周之短徑位於擴張片12之樹脂行進方向(MD)、長徑位於擴張片12之垂直方向(TD)之方式配置擴張環3。藉此，可使擴張片12之垂直方向(TD)上之壓住用環2之內周與擴張環3之外周之間隔(D1)小於樹脂行進方向(MD)上之壓住用環2之內周與擴張環3之外周之間隔(D2)。

又，可藉由壓住用環2以中空部中露出複數個半導體零件14a之方式壓住晶圓環11。例如，藉由利用壓住用環2自上方向壓住晶圓環11，可將晶圓環11固定。

於步驟S3(片拉伸)中，於晶圓環11與擴張環3之間設置高低差而拉伸擴張片12。例如，藉由驅動機構4使擴張環3上下移動。藉此，擴張片12呈放射狀地被拉伸，可拉伸擴張片12。擴張片12之拉伸力係根據晶圓環11與擴張環3之高低差而適當設定。再者，亦可藉由驅動機構4使壓住用環2上下移動。

若拉伸擴張片12，則接著層13之複數個半導體零件14a間之區域擴展，接著層13對應於半導體零件14a被分割。本實施形態中，藉由設為D1<D2，而以垂直方向(TD)之擴張片12之拉伸量大於樹脂行進方向(MD)上之擴張片之拉伸量之方式拉伸擴張片12。藉此，可抑制接著層13中之未分割區域之產生。又，藉由減小垂直方向(TD)上之接著層13之擴展量與樹脂行進方向(MD)上之接著層13之擴展量之差，可抑制半導體零件之破裂或剝離等。

再者，於步驟S1(切晶)中，於在擴張片12上進行被處理基板14之切晶之情形時，由於接著層13具有軟性，因此，有於至少一部分產生接著層13之未切斷區域之情形或於切斷後因加熱而導致已被切斷之區域彼此再次接著之情形。即便於上述情形時，亦可於步驟S3(片拉伸)中對應於半導體零件14a將接著層13分割。

再者，作為擴張環3，亦可使用具有旋轉軸之擴張環。圖7係表示具有旋轉軸之擴張環之構造例之圖，圖7(A)係俯視圖，圖7(B)係側視圖。圖7所示之擴張環3具備平台31、旋轉軸32、及複數個輥33。

平台31之外周例如具有橢圓形狀。再者，亦可於拉伸擴張片12 時將平台31整體抵壓於擴張片12。

旋轉軸32係沿擴張環3之高度方向(擴張片12之厚度方向)設置。因此，可將擴張環3之外周視為橢圓形。旋轉軸32具有使平台31沿擴張片12之平面旋轉之功能。旋轉軸32之旋轉角度例如藉由驅動機構4控制。

複數個輥33係沿平台31之周緣設置。此時，亦可將複數個輥33之形成區域視為擴張環3之環部分。輥33具有沿平台31之周緣之切線之旋轉軸。作為輥33，例如可使用軸承輥等。藉由使輥33之各者旋轉而放射狀地拉伸擴張片12，從而力容易傳遞至擴張片12，擴張片12與擴張環3之摩擦係數變小，因此，可高效率地拉伸擴張片12。再者，亦可未必設置輥33。

參照圖8及圖9對使用圖7所示之擴張環3之情形時之步驟S2(被處理體配置)及步驟S3(片拉伸)進行說明。圖8及圖9係用以說明半導體裝置之製造方法例之圖。

於步驟S2(被處理體配置)中，如上所述，以擴張片12重疊於擴張環3之方式配置被處理體1，利用壓住用環2以壓住用環2之中空部中露出複數個半導體零件14a之方式壓住晶圓環11。

於步驟S2(被處理體配置)之前之步驟中，存在擴張片12之樹脂行進方向(MD)與擴張環3之長徑方向不一致之情形。於此情形時，可如圖8所示般藉由利用旋轉軸32使平台31旋轉而以長徑位於擴張片12之樹脂行進方向(MD)之方式配置擴張環3。例如，可預先於被處理基板14之一部分形成對準標記，根據基於對準標記之方向資料，藉由驅動機構4控制旋轉軸32之旋轉角度。關於其他說明，由於與上述說明相同，故而此處省略說明。

於步驟S3(片拉伸)中，如圖9所示，於晶圓環11與擴張環之間設置高低差而拉伸擴張片12。關於其他拉伸方法，由於與上述說明相同，故而此處省略說明。

如此，於擴張環之外周具有橢圓形之外周時，藉由使用具有沿高度方向之旋轉軸之擴張環，而即便於擴張片之樹脂行進方向(MD)與擴張環之長徑之方向不一致之情形時，亦能夠以長徑位於擴張片之樹脂行進方向(MD)之方式配置擴張環。

於步驟S4(圖像識別)中，藉由對貼附於擴張片12上之半導體零件14a進行拍攝而進行半導體零件14a之圖像識別。例如，可利用CCD(Charge Coupled Device，電荷耦合器件)感測器或CMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor，互補性金屬氧化半導體)感測器等光學式感測器或紅外線感測器等攝像元件拍攝半導體零件14a，並利用攝像元件檢測來自半導體零件14a之反射光，藉此進行圖像識別。

於步驟S5(拾取)中，進行與經分割之接著層13一併被進行圖像識別後之半導體零件14a之拾取。例如，根據藉由圖像識別而獲得之半導體零件14a之位置資訊及角度資訊等進行半導體零件14a之拾取。藉此，可準確地進行特定之半導體零件14a之拾取。拾取例如可利用吸嘴等進行。

於拾取時亦可使用按壓器按壓擴張片12之與供半導體零件14a貼附之面為相反側之面。藉此，可使半導體零件14a間之間隙擴大，故而，半導體零件14a之拾取變得容易。另外，亦可藉由進行動作試驗等，而自動作頻率或溫度特性等觀點出發進行半導體零件14a之分級，從而針對各等級分複數次進行半導體零件之拾取。

經拾取後之半導體零件14a經由例如標記步驟等而被製造為一個半導體封裝體。進而，亦可於將上述封裝體作為一個半導體晶片搭載於另一配線基板上後，再次進行上述步驟S1至步驟S5，從而形成積層有具有不同功能之複數個半導體晶片之SIP(System in Package，系統級封裝)型之半導體封裝體。

如上所述，本實施形態中之半導體裝置之製造方法例中，可藉由於拉伸擴張片時增大垂直方向(TD)上之擴張片之拉伸量，而抑制垂直方向(TD)上之接著層之未分割區域之產生。又，可藉由減小垂直方向(TD)上之接著層之擴展量與樹脂行進方向(MD)上之接著層之擴展量之差，而抑制半導體零件之破裂或剝離等。

再者，上述實施形態係作為示例而提示者，並不意圖限定發明之範圍。上述新穎之實施形態能夠以其他各種形態實施，可於不脫離發明之主旨之範圍內進行各種省略、置換、變更。該等實施形態或其變化包含於發明之範圍或主旨內，並且包含於申請專利範圍中所記載之發明及其均等之範圍內。