半導体装置の製造方法
【課題】チップ厚の薄い半導体チップであっても、正確に画像取得を行うことができる半導体装置の製造方法を提供すること。
【解決手段】基板上に複数のチップを積層する半導体装置の一連の製造工程において、ダイシングテープ等の固定用シートからの半導体チップのピックアップ（ＳＴＥＰ８−３）に先立ち、半導体チップの薄厚化による応力によって反ってしまった半導体チップを、透明矯正板を押圧することによって平坦化させ（ＳＴＥＰ８−１）、この状態で半導体チップの撮像を行い、得られた画像から半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認をする（ＳＴＥＰ８−２）。
【解決手段】基板上に複数のチップを積層する半導体装置の一連の製造工程において、ダイシングテープ等の固定用シートからの半導体チップのピックアップ（ＳＴＥＰ８−３）に先立ち、半導体チップの薄厚化による応力によって反ってしまった半導体チップを、透明矯正板を押圧することによって平坦化させ（ＳＴＥＰ８−１）、この状態で半導体チップの撮像を行い、得られた画像から半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認をする（ＳＴＥＰ８−２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを基板上に積層する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージの高密度化に伴い、半導体チップの高密度実装技術が必要になる。半導体装置の製造工程においては、まず、半導体ウエハの表面に素子を形成し、半導体ウエハの裏面を研削して半導体ウエハの厚みを薄くするとともに、半導体ウエハを個々の半導体チップにダイシングし、これら個片化された半導体チップを順にピックアップする。次いで、ピックアップした半導体チップを配線基板やリードフレーム等の基板上にダイボンディングする。この後、基板上に実装された半導体チップと基板との間でワイヤボンディング及び樹脂封止を実施することによって、各種形状の半導体装置が作製される。
【０００３】
なお、ダイシングシートから半導体チップをピックチップする際、これに先立って、ウエハ検出器（たとえばウエハ認識カメラ）で、半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認を行う。従来、半導体チップを認識する場合、半導体チップにハロゲン照明やＬＥＤ照明などの同軸落射照明を使用し、その反射光をウエハ検出器で撮像することにより、半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認を行い、半導体チップが良品か否かを判断しピックアップを行っている。
【０００４】
半導体チップは、チップ厚が１００μｍ程度の薄膜化では、ほとんど変形は発生しない。しかしながら更に薄膜化を進めて８５μｍ程度にすると、半導体チップの内部応力によって凹状または凸状に変形する。そのため、従来の同軸落射照明では半導体チップからの光が均一に反射されず、ウエハ検出器で光を正確に捉えることができなくなり、認識率が低下し、半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認ができなくなる。
【０００５】
これに対して従来、面発光照明を用い、さらにその面発光照明からの照射光を拡散板を透過させた後にピックアップ対象の半導体チップの主面に照射し、その反射光をウエハ検出器によって受光することによって、ピックアップ対象の半導体チップの主面の画像を取得することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−６６４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記面発光照明からの照射光を拡散板を透過させた後に半導体チップの主面に照射する方法においては、半導体チップの変形量が小さい場合はよいが、変形量が大きくなると照明の数と光の入射角度などの調整が難しく、半導体チップの種類やサイズによって配置を変化させる必要があり調整に時間を有する。チップ厚が８５μｍ以下に薄厚化されている場合、ＵＶ照射後の接着剤層の硬さとエキスパンドによる固定用シートの張りにより、４０μｍ〜６０μｍもの反りが発生し、この方法では対処しきれず実質的に不可能であるという問題があった。
【０００８】
さらにチップ厚が８５μｍ以下に薄厚化されている場合、ＵＶ照射後の硬化した接着剤層の影響により、半導体チップのピックアップ時（剥離時）に大きな力が必要となり、半導体チップを固定用シートから剥離する際にクラックが発生するという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体チップの位置認識を画像取得によって行う工程において、チップ厚が薄く変形量が大きい半導体チップであっても、正確に画像取得を行うことができ、正確な位置認識を行うことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、基板上に複数のチップを積層する半導体装置の製造方法において、半導体素子が形成されたウエハのダイシングラインまたはチップ分割ラインに沿って、半導体素子の形成面側から完成時のチップの厚さよりも深い溝を形成し、ウエハの半導体素子の形成面上に表面保護シートを貼り付け、ウエハの裏面を完成時のチップの厚さまで研削して、ウエハを個々のチップに分離し、表面に接着剤層が形成された固定用シートを分離されたチップの裏面に貼り付け、表面保護シートを剥離し、分離されたチップに対応して、接着剤層を切断し、固定用シートをエキスパンドして、チップを剥がれやすい状態にし、チップの半導体素子の形成面を透明矯正板で押圧してチップの反りを矯正し、チップを撮像し得られた画像からチップの位置誤差を検出し、チップを固定用シートからピックアップし、ピックアップしたチップを位置誤差を補正して基板上にダイボンディングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、チップ厚の薄い半導体チップであっても、正確に画像取得を行うことができ、これにより半導体チップの位置認識を正確に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１の半導体装置の製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図２】図２は、ウエハの表面部に半導体素子を形成する半導体素子形成工程を示す図である。
【図３】図３は、形成された個々の半導体素子に基づいてウエハに溝を形成する工程を示す図である。
【図４】図４は、ウエハに表面保護テープを貼り付ける工程を示す図である。
【図５】図５は、ウエハの裏面部を研削及び研磨して複数の半導体チップに分割する工程を示す図である。
【図６】図６は、ウエハを固定用シートに搭載する工程を示す図である。
【図７】図７は、ウエハを固定用シートに搭載する工程を示す図である。
【図８】図８は、ウエハから表面保護テープを剥離する工程を示す図である。
【図９】図９は、レーザにて接着剤層を切断する工程を示す図である。
【図１０】図１０は、ダイシングテープをエキスパンドして接着剤層を割断する工程を示す図である。
【図１１】図１１は、分離した半導体チップをピックアップする工程を示す図である。
【図１２】図１２は、ピックアップした半導体チップをリードフレームにダイボンディングする工程を示す図である。
【図１３】図１３は、半導体チップを樹脂にてモールドする工程を示す図である。
【図１４】図１４は、図１のピックアップ・ダイボンディングの工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、実施の形態１のダイボンダ装置の斜視図である。
【図１６】図１６は、ウエハ検出器の模式側面図である。
【図１７】図１７は、透明矯正板の斜視図である。
【図１８】図１８は、透明矯正板、ウエハ検出器及びピックアップコレットの動作を示す模式図である。
【図１９】図１９は、ウエハ検出器の他の例を示す、透明矯正板、ウエハ検出器及びピックアップコレットの動作を示す模式図である。
【図２０】図２０は、実施の形態２のダイボンダの斜視図である。
【図２１】図２１は、本実施の形態のピックアップコレットの下面図である。
【図２２】図２２は、図２１のピックアップコレットの側断面図である。
【図２３】図２３は、実施の形態２のピックアップコレット及びウエハ検出器の動作を示す模式図である。
【図２４】図２４は、透明矯正板兼用型のピックアップコレットの他の例を示す下面図である。
【図２５】図２５は、図２４のピックアップコレットの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、半導体装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１３は、本実施の形態の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を模式的に示す横断面図である。半導体装置５０は、配線基板或いはリードフレームなどの基板４１上に積層された９枚の半導体チップ（チップ）４０を有している。個々の半導体チップ４０は、ボンディングワイヤ４２により基板４１と電気的に接続されている。基板４１及び個々の半導体チップ４０は、相互間に挟まれた接着剤層１６により固着されている。そして、積層された半導体チップ４０とボンディングワイヤ４２は、封止樹脂４３によって封止されている。基板４１の裏面には、はんだボール４４が設けられている。
【００１５】
９枚の半導体チップ４０は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリを内蔵する８枚の半導体チップと、コントローラとしてのドライブ制御回路を内蔵する１枚の半導体チップとからなる。個々の半導体チップ４０は薄厚化され、その厚さは約２０μｍである。また、接着剤層１６の厚さは約４０μｍ、基板４１の厚さは約１１０μｍ、半導体装置５０全体の厚さは約７７０μｍである。
【００１６】
このような薄厚化された半導体チップ４０を積層して実装する半導体装置５０（実装する半導体チップ４０の厚さが概ね８５μｍ以下）の製造方法について説明する。なお、最初に極薄の半導体装置５０の一連の製造方法を最初から最後まで説明し、次いで特定の工程について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態の半導体装置の一連の製造方法の各工程を示すフローチャートである。また、図２は、ウエハの表面部に半導体素子を形成する半導体素子形成工程、図３は、形成された個々の半導体素子に基づいてウエハに溝を形成する工程、図４は、ウエハに表面保護テープを貼り付ける工程、図５は、ウエハの裏面部を研削及び研磨して複数の半導体チップに分割する工程、図６及び図７は、ウエハを固定用シート（ダイシングテープ）に搭載する工程、図８は、ウエハから表面保護テープを剥離する工程、図９は、レーザにて接着剤層を切断する工程、図１０は、固定用シート（ダイシングテープ）をエキスパンドして接着剤層を割断する工程、図１１は、分離した半導体チップをピックアップする工程、図１２は、ピックアップした半導体チップをリードフレームにダイボンディングする工程、及び図１３は、半導体チップを樹脂にてモールドする工程を示す図である。
【００１８】
図１のフローチャートに沿って、上記半導体装置５０の製造方法について説明する。実装する半導体チップ４０の厚さが概ね８５μｍ以下の非常に薄い半導体装置５０の製造においては、例えば以下のように行われる。
［半導体素子の形成］
まず、図２に示す如く、ウエハ１１の主表面に、周知のプロセスにより種々の半導体素子１２を形成する（ＳＴＥＰ１）。
【００１９】
［ウエハのハーフカット］
次に、図３に示す如く、主表面に各種の半導体素子１２が形成されたウエハ１１を、半導体素子形成面側を上にしてダイシング装置のチャックテーブル２３にバキュームその他の方法で吸着して固定する。そして、ダイシング用ブレード２４を任意の回転数で回転させ、切削水を掛けながら、ダイシングラインまたはチップ分割ラインに沿って、所定の深さまで溝２２を切り込む。この溝２２の深さは、完成時のチップの厚さよりも少なくとも５μｍ深くする（ＳＴＥＰ２）。その後、ウエハ１１の洗浄と乾燥処理を行う。
【００２０】
［表面保護テープ貼付］
その後、ウエハ１１の素子形成面側を保護する目的と、次工程のウエハ裏面研削により分割された半導体チップが互いに離れてしまうのを防止する目的で、図４に示す如く、ローラー２６等を用いてウエハ１１の素子形成面にＵＶ保護テープ（表面保護テープ）１４を貼り付ける（ＳＴＥＰ３）。なお、ＵＶ保護テープ１４は、後の工程にて糊材の接着力を低下させる目的で行うＵＶ照射を行わないのであれば、ＵＶ保護機能のないテープであってもよい。また、ＵＶ保護テープ１４は、ローラー２６に限らず他の方法にて貼り付けられてもよい。
【００２１】
［ウエハ裏面研削］
次いで、図示しない研削装置によりウエハ１１の裏面研削及び研磨を行ってウエハ１１の切断分離を行い、個々の半導体チップ４０に分割する（ＳＴＥＰ４）。図５に示す如く、砥石２８ａのついたホイール２８を４０００〜６０００ｒｐｍの高速で回転させながら、回転テーブル２９上のウエハ１１の裏面を研削してウエハ１１の厚さを薄くする。上記砥石は、例えば人工ダイヤモンドをフェノール樹脂で固めて成形したものである。回転テーブル２９とホイール２８を回転させながら砥石２８ａを降下させ、ウエハ１１の裏面を溝２２に達するまで削ると、ウエハ１１は個々の半導体チップ４０に分割される。
【００２２】
この裏面研削工程は、２軸で行うことが多い。１軸で予め３２０〜６００番で荒削りした後、２軸で１５００〜２０００番で鏡面に仕上げ削り（研磨）を行い、ウエハ１１裏面研削の条痕を除去する。ウエハ１１が個々の半導体チップ４０に分割された後も研削及び研磨を続け、少なくとも溝２２に達した後５μｍ以上研削及び研磨する。これによって、ダイシングによって形成された面と研削及び研磨によって形成された面とが交わる部分にチッピングが発生していても、この領域を除去することができる（ストレスリリーフ）。研削及び研磨する量を増加させれば、より大きなチッピングを除去できるが、この研削及び研磨量はウエハ１１の厚さや完成時の半導体チップ４０の厚さ等必要に応じて設定すれば良い。これによって、半導体チップ４０の完成時の厚さは、例えば２０μｍ程度まで薄厚化が可能となる。
【００２３】
［固定用シートへ搭載］
その後、個々の半導体チップ４０に分割されたウエハ１１を、半導体チップ４０が互いに離れないようにする目的と、搬送を容易にする目的で、素子形成面側を上に向けて固定用シート（ダイシングテープ）上に載置する（ＳＴＥＰ５）。図６に示すような環状のフラットリング３０の枠内に固定用シート（ダイシングテープ）３１を張り、固定用シート３１の弛みや皺などの発生を防止した状態で、図６及び図７に示す如く、フラットリング３０の開口内の固定用シート３１上にウエハ１１を載置する。ここで固定用シート３１上には、ＤＡＦ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ Ｆｉｌｍ）と呼ばれる接着剤層１６が形成されている。ウエハ１１は、この接着剤層１６上に固着される。
【００２４】
次に、ＵＶ照射を行ってＵＶ保護テープ１４の糊材の接着力を低下させたのち、図８に示す如く、ＵＶ保護テープ１４をウエハ１１から剥離する。
【００２５】
［レーザによる接着剤層を切断］
その後、図９に示す如く、ウエハ１１を固着した固定用シート３１及びフラットリング３０を、図示しないチャックテーブルに固定し、上記ウエハハーフカット工程にて形成した溝２２に沿ってレーザノズル３３を移動させ、接着剤層１６を個々の半導体チップ４０に対応させて切断する（ＳＴＥＰ６）。この接着剤層１６の切断工程が完了した時点では、個々の半導体チップ４０に対応して接着剤層１６に微細な切り込みが入った状態となる。
【００２６】
［エキスパンド・接着剤層の割段］
このようにしてレーザにて接着剤層１６が切断されたウエハ１１は、ＵＶ照射を行って接着剤層１６を硬化させて接着力を低下させたのち、後で説明するダイボンダ装置のウエハリングホルダ５５にセットされる。そして、図１０に示す如く、固定用シート３１を周囲に向けて広げるようにエキスパンドすることにより、隣接する接着剤層１６間を広げるように割段して、半導体チップ４０（接着剤層１６）を固定用シート３１から剥がれやすくした状態にする（ＳＴＥＰ７）。この時点で、切断分離された半導体チップ４０が固定用シート３１上に整列して担持されている状態にある。
【００２７】
［ピックアップ・ダイボンディング］
その後、ダイボンダ装置にて半導体チップ４０のピックアップ及びダイボンディングを行う（ＳＴＥＰ８）。切断分離され整列して担持されている半導体チップ４０の固定用シート３１からの引き剥がしは、次のようにして行われる。すなわち、図１１に示す如く、目標の半導体チップ４０を、ウエハリングホルダ５５の所定の場所に設けられた突き上げ部３４上に移動させ、固定用シート３１側をバッキューム吸着して保持する一方、多段突き上げジグ３５で半導体チップ４０の裏面を突き上げて、固定用シート３１の伸張性を利用して、固定用シート３１から半導体チップ４０を引き離すとともに、ピックアップコレット７１で半導体チップ４０を吸着把持して、図示しない位置修正ステージに移載する。そして、半導体チップ４０の位置・方向や必要に応じて表裏を修正した後、図１２に示す如く、ダイボンディングヘッド５３により基板４１上に移送する。
【００２８】
［ワイヤボンディング・モールド等］
次いで、図１３に示す如く、各半導体チップ４０の電極端子と基板４１のインナリードとの間をボンディングワイヤ４２で電気的に接続し、半導体チップ４０とボンディングワイヤ４２を封止樹脂４３によって封止し、基板４１の裏面にはんだボール４４を形成する等を行って、半導体装置５０が完成する（ＳＴＥＰ９）。
【００２９】
［ピックアップ・ダイボンディングの工程の詳細］
次に、上記ピックアップ・ダイボンディングの工程をさらに詳細に説明する。ピックアップ・ダイボンディングの工程は、図１４に示すように、目標とする半導体チップ４０の反りを矯正する工程（ＳＴＥＰ８−１）と、反りが矯正された状態の半導体チップ４０の位置・方向及び良／不良マークを確認する工程（ＳＴＥＰ８−２）と、位置・方向及び良／不良マークの確認が終了した半導体チップ４０をピックアップする工程（ＳＴＥＰ８−３）と、ピックアップした半導体チップ４０を基板４１にダイボンディングする工程（ＳＴＥＰ８−４）とを含んでいる。そして、半導体チップ４０を１枚引き剥がすたびに、上記ＳＴＥＰ８−１〜ＳＴＥＰ８−４の工程を繰り返す。
【００３０】
［ダイボンダ装置］
図１５は、これらの工程にて用いられる本実施の形態のダイボンダ装置（半導体製造装置）の斜視図である。図１６は、ウエハ検出器の模式側面図である。図１７は、透明矯正板の斜視図である。図１８は、透明矯正板、ウエハ検出器及びピックアップコレットの動作を示す模式図である。図１５に示すように、ダイボンダ装置１００は、レーザにて接着剤層１６が切断分離されたウエハ１１が供給されるウエハ供給部５１と、供給されたウエハ１１がウエハ供給部５１を介して装着されるウエハリングホルダ５５と、半導体チップ４０を実装する基板４１を搬送するフィーダー５２と、半導体チップ４０を基板４１に圧着するダイボンディングヘッド５３と、半導体チップ４０の位置・方向を修正する位置修正ステージ５６と、半導体チップ４０を吸着して把持するピックアップコレット７１及びこのピックアップコレット７１を移動させるピックアップヘッド７０と、ウエハ検出器（ウエハ認識カメラ）６０とを備えている。また、マン・マシンインターフェースとしてモニタ８１、カラータッチパネル８２、ジョイスティック８３が装備されている。そして、本実施の形態のダイボンダ装置１００においては、半導体チップ４０の反りを矯正する透明矯正板７６と、この透明矯正板７６を移動させる透明矯正板移動用ヘッド７５が設けられている。ここで、ピックアップヘッド７０は、ピックアップコレット７１を移動させる移動手段を構成している。また、透明矯正板移動用ヘッド７５は、透明矯正板７６を移動させる移動手段を構成している。
【００３１】
ウエハリングホルダ５５は、固定用シート３１の周縁をクランプして周囲に広げるエキスパンド構造を有している。また、ウエハリングホルダ５５は、目標となる半導体チップ４０を所定の位置へ移動させるために、Ｘ軸、Ｙ軸の移動及びθ軸（Ｚ軸回り）の回転ができるようにされている。ピックアップヘッド７０は、ピックアップコレット７１をＹ軸及びＺ軸に沿って移動可能に支持する。ピックアップコレット７１には、半導体チップ４０を把持する吸着構造が設けられている。透明矯正板移動用ヘッド７５は、ピックアップヘッド７０から独立した状態で、透明矯正板７６をＹ軸及びＺ軸に沿って移動可能に支持する。ダイボンディングヘッド５３においては、半導体チップ吸着把持部５３ａが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の移動及びθ軸（Ｚ軸回り）の回転をするようにされており、位置修正ステージ５６からピックアップした半導体チップ４０の位置・向きを補正して基板４１上に押圧（ダイボンディング）できるようにされている。なお、位置修正ステージ５６を経由せず、ウエハリングホルダ５５から基板４１上にピックアップコレット７１により直接移送する場合もある。
【００３２】
［ウエハ検出器］
ウエハ検出器（ウエハ認識カメラ）６０は、ウエハリングホルダ５５上のウエハ１１（半導体チップ４０）が撮像可能な位置に取り付けられ、図１６に示すように、筒状の鏡筒６１と、鏡筒６１の一方の開口端部に設けられたカメラ６２と、鏡筒６１の他方の開口端外周部に設けられたリング照明６３とを有している。リング照明６３から照射された光が、半導体チップ４０の表面にてはね返り、鏡筒６１を介してカメラ６２に入射されて、半導体チップ４０の画像が撮像される。なお、図１６は、本実施の形態の透明矯正板７６を用いずに半導体チップ４０を撮像する様子を示している。半導体チップ４０の薄厚化に伴い、半導体チップ４０の内部応力及び裏面の接着剤層１６の影響により半導体チップ４０が沿ってしまい光が正常に戻らないので正確に撮像することが困難となる場合がある。
【００３３】
［透明矯正板］
透明矯正板７６は、図１７に示す如く、矩形平板状を成し、アクリル等の透明樹脂で、半導体チップ４０のパターンが認識できる透過率の材料で作製されている。そして、ＸＹ方向大きさは、対象となる半導体チップ４０のＸＹ方向大きさと同じかそれ以上の大きさになっている。透明矯正板７６は、半導体チップ４０のパターンが認識できる透過率の材料であればよく、例えばガラスなどにより作製されてもよい。なお、透明矯正板７６の大きさを半導体チップ４０のダイシングラインまたはチップ分割ラインを超える大きさとしてもよい。このような大きさとすることにより、隣接する半導体チップの変形による固定用シート３１の変形も矯正することができる。
【００３４】
次に、上記目標とする半導体チップ４０の反りを矯正する工程（ＳＴＥＰ８−１）と、反りが矯正された状態の半導体チップ４０の位置及び良／不良マークを確認する工程（ＳＴＥＰ８−２）と、位置及び良／不良マークの確認が終了した半導体チップ４０をピックアップする工程（ＳＴＥＰ８−３）の動作を図１８に沿って説明する。まず、上記レーザによる接着剤層１６を切断の工程を終了したウエハ１１が、ウエハ供給部５１からウエハリングホルダ５５にセットされる。そして、このウエハリングホルダ５５上にて、固定用シート３１を周囲に向けて広げるエキスパンドが行われる。
【００３５】
その後、ウエハリングホルダ５５をＸ軸Ｙ軸にて移動させて、これからピックアップしようとする半導体チップ４０がウエハ検出器６０の撮像位置（本実施の形態においてはウエハ検出器６０の鉛直下）に来るようにする。次いで、透明矯正板移動用ヘッド７５は、ピックアップしようとする半導体チップ４０の上方に透明矯正板７６を移動させ（図１８の（ａ））、その後、所定の高さまで透明矯正板７６を下げる。これにより、透明矯正板７６は、半導体チップ４０の素子形成面を所定の圧力で押圧する。目標の半導体チップ４０は、透明矯正板７６の下面にて押圧されて押し広げられるように延びて平坦化する。
【００３６】
この状態でウエハ検出器６０が半導体チップ４０の表面を撮像し、この撮像により得た画像データを二値化もしくは多値化して半導体チップ４０の位置検出、及び良品／不良品を判別するためのマーク検出等を行う。ウエハ検出器６０から照射された光は、半導体チップ４０の表面で均一に反射する。なお、半導体チップ４０の良品／不良品の判別は、上位工程にてウエハ１１内に記憶させた良品／不良品の存在位置のデータを使用して行ってもよい。そして、不良品と判断した場合には、該当する半導体チップ４０を破棄する等の動作をする。その後、透明矯正板移動用ヘッド７５は、透明矯正板７６は、ピックアップコレット７１の稼動範囲外に退避する（図１８の（ｂ））。
【００３７】
続く工程は、周知の半導体装置の製造方法と同様に、多段突き上げジグ３５にて裏面より突き上げることで（図１１）、固定用シート３１の伸張性を利用して固定用シート３１から半導体チップ４０を引き剥がすとともに、半導体チップ４０をピックアップコレット７１で吸着把持して、位置修正ステージ５６に移載する。そして、半導体チップ４０の位置や方向、必要に応じて表裏を修正した後、半導体チップ４０をダイボンディングヘッド５３によりリードフレーム上に移送し、基板４１或いは先に実装されている半導体チップ４０に重ねて圧着する（図１８の（ｃ））。
【００３８】
なお、ウエハ検出器６０は、図１６に示すタイプのものに限らず、図１９に示すようなタイプのものであってもよい。図１９に示すウエハ検出器６０Ｂにおいては、装置の側部に設けられた面発光照明６６から照射された平行光が、ハーフミラー６７にて半導体チップ４０方向に屈折される。リング照明６３からの光の照射も同時に行われる。両照明の光が組合わされ、その平行光が半導体チップ表面にてはね返り、鏡筒６１を介してカメラ６２に入射されて、半導体チップ４０の画像が撮像される。このようなタイプのウエハ検出器６０Ｂを用いると、より解像度の高い画像が得られ、信頼性が向上する。
【００３９】
上記のように、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、配線基板或いはリードフレームなどの基板４１上に複数の半導体チップ４０を積層する半導体装置５０の一連の製造工程のなかの半導体チップ４０のピックアップ工程において、ダイシングテープ等の固定用シートからの半導体チップ４０のピックアップに先立ち、半導体チップ４０の薄厚化による応力によって反ってしまった半導体チップ４０を、透明矯正板によって平坦化させ、この状態で半導体チップ４０の撮像を行い、半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認をする。チップ厚が薄く変形量が大きい半導体チップであっても、ウエハ検出器６０から照射された光は、半導体チップ４０の表面で均一に反射する。これにより、正確に画像取得を行うことができ、半導体チップの位置認識を正確に行うことができる。
【００４０】
また、半導体チップ４０のピックアップ工程において、ダイシングテープ等の固定用シート３１から半導体チップ４０を引き剥がす前に、反ってしまった半導体チップ４０を透明矯正板７６によって平坦化させるので、半導体チップ４０の応力が開放されるとともに、半導体チップ４０が固定用シート３１上で形状変化することにより、固定用シート３１との固着が解け、より剥がしやすい状態となり、半導体チップ剥離時のクラックの発生が減少する。
【００４１】
実施の形態２．
図２０は、実施の形態２のダイボンダ（半導体製造装置）の斜視図である。図２１は、本実施の形態のピックアップコレットの下面図である。図２２は、図２１のピックアップコレットの側断面図である。本実施の形態のダイボンダ装置１０１においては、ピックアップコレット７７は、上記実施の形態１の透明矯正板の機能も兼ね備えている。すなわち、本実施の形態においては、ピックアップコレットと透明矯正板とが兼用となっている。そのため、図２０に示すように、本実施の形態のダイボンダ装置１０１は、図１５に示す実施の形態１のダイボンダ装置１００と比較して、透明矯正板７６と透明矯正板移動用ヘッド（移動手段）７５が省略されている。
【００４２】
図２１及び図２２において、ピックアップコレット７７は、アクリル等の透明樹脂で、半導体チップ４０のパターンが認識できる透過率の材料で作製された矩形平板状のコレット本体７７ａを有している。コレット本体７７ａのＸＹ方向大きさは、対象となる半導体チップ４０のＸＹ方向大きさと同じかそれ以上の大きさになっている。また、コレット本体７７ａのＺ方向厚さａは、抗折強度が３Ｎ（ニュートン）以上となるような厚さになっている。
【００４３】
コレット本体７７ａの下面には、概略中央部に吸着構造として半導体チップ４０を吸着把持するための複数の吸引口７７ｂが形成されている。吸引口７７ｂは、中央に１つと９０度ずつ等間隔に離れた位置に４つが形成されている。吸引口７７ｂに連通する吸引通路７７ｃは、中央部から各吸引口７７ｂに向かって十字型に延びるが、吸引口７７ｂ及び吸引通路７７ｃは、ウエハ検出器６０が行う半導体チップ４０の位置及び良／不良マークの確認動作に、支障がない位置に形成されている。つまり、ウエハ検出器６０Ｂは、半導体チップ４０の位置（向きを含む）を認識する際、例えば半導体チップ４０の周囲の輪郭形状を検出して行い、中央部の画像は使わない。また、良／不良マークは、多少位置がズレても吸引口７７ｂ及び吸引通路７７ｃと重ならない位置に印されている。
【００４４】
吸着した半導体チップ４０の有無を検知する図示しない圧力センサが良好に動作するために、吸引口７７ｂの開口径ｂは、半導体チップ４０を吸着している場合としていない場合とで５ｋｐａ以上の差となるような通路径となっている。
【００４５】
図２３は、本実施の形態のピックアップコレット及びウエハ検出器の動作を示す模式図である。透明矯正板兼用型のピックアップコレット７７の動作は、以下のようになる。まず、ピックアップヘッド７０は、これからピックアップしようとする半導体チップ４０の上方にピックアップコレット７７を移動させ（図２３の（ａ））、その後、所定の高さまでピックアップコレット７７を下げる。目標の半導体チップ４０は、ピックアップコレット７７にて押圧されて押し広げられるように延びて平坦化する。この状態でウエハ検出器６０Ｂにより半導体チップ４０の位置および良／不良マークの確認が行われる（図２３の（ｂ））。
【００４６】
その後、多段突き上げジグ３５にて裏面より突き上げて（図１１）、固定用シート３１の伸張性を利用して固定用シート３１から半導体チップ４０を引き剥がすとともに、ピックアップコレット７７の吸引口７７ｂから空気を吸引して半導体チップ４０を吸着把持して、位置修正ステージ５６に移載する。そして、半導体チップ４０の位置や必要に応じて表裏を修正した後、ダイボンディングヘッド５３によりリードフレーム上に移送する（図２３の（ｃ））。
【００４７】
なお、本実施の形態のピックアップコレット７７は、アクリル等の透明樹脂で作製されているが、半導体チップ４０のパターンが認識できる透過率の材料であればよく、例えばガラスなどにより作製されてもよい。
【００４８】
このような構成の半導体装置の製造方法によれば、実施の形態１の半導体装置の製造方法と同様の効果が得られることに加えて、半導体製造装置の構成が簡素化されるので、装置のコストダウンを図ることができる。また、製造タクトが短縮されるので、製品である半導体装置のコストダウンを図ることができる。
【００４９】
図２４は、透明矯正板兼用型のピックアップコレットの他の例を示す下面図である。図２５は、図２４のピックアップコレットの側断面図である。図２４及び図２５に示すピックアップコレット７８においては、コレット本体７８ａの下面に、半導体チップ４０を吸着把持するための十字型の吸引溝７８ｂが形成されている。吸引溝７８ｂは、幅が０．５ｍｍ程度、深さが０．２ｍｍ程度である。吸引溝７８ｂに連通する吸引通路７８ｃは、中央部からコレット本体７８ａの一端に向けて延びている。吸引溝７８ｂ及び吸引通路７８ｃは、図２１及び図２２に示すものと同様に、ウエハ検出器６０が行う半導体チップ４０の位置及び良／不良マークの確認動作に、支障がない位置に形成されている。
【００５０】
また、吸着した半導体チップ４０の有無を検知する図示しない圧力センサが良好に動作するために、吸引通路７８ｃの通路径ｃは、半導体チップ４０を吸着している場合としていない場合とで５ｋｐａ以上の差となるような通路径となっている。その他の構成は、図２１及び図２２に示すものと概略同様である。このような形状のピックアップコレット７８においても、図２１及び図２２に示すものと概略同様の動作をさせることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１１ ウエハ
１２ 半導体素子
１４ 保護テープ
１６ 接着剤層
２２ 溝
２３ チャックテーブル
２４ ダイシング用ブレード
２６ ローラー
２８ ホイール
２８ａ 砥石
２９ 回転テーブル
３０ フラットリング
３１ 固定用シート（ダイシングテープ）
３３ レーザノズル
３４ 突き上げ部
３５ 多段突き上げジグ
４０ 半導体チップ（チップ）
４１ 基板
４２ ボンディングワイヤ
４３ 封止樹脂
４４ はんだボール
５０ 半導体装置
５１ ウエハ供給部
５２ フィーダー
５３ ダイボンディングヘッド
５５ ウエハリングホルダ
５６ 位置修正ステージ
６０，６０Ｂ ウエハ検出器
６１ 鏡筒
６２ カメラ
６３ リング照明
６６ 面発光照明
６７ ハーフミラー
７０ ピックアップヘッド
７１，７７，７８ ピックアップコレット
７５ 透明矯正板移動用ヘッド
７６ 透明矯正板
７７ａ コレット本体
７７ｂ 吸引口
７７ｃ，７８ｃ 吸引通路
７８ａ コレット本体
７８ｂ 吸引溝
８１ モニタ
８２ カラータッチパネル
８３ ジョイスティック
１００，１０１ ダイボンダ装置
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体チップを基板上に積層する半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体パッケージの高密度化に伴い、半導体チップの高密度実装技術が必要になる。半導体装置の製造工程においては、まず、半導体ウエハの表面に素子を形成し、半導体ウエハの裏面を研削して半導体ウエハの厚みを薄くするとともに、半導体ウエハを個々の半導体チップにダイシングし、これら個片化された半導体チップを順にピックアップする。次いで、ピックアップした半導体チップを配線基板やリードフレーム等の基板上にダイボンディングする。この後、基板上に実装された半導体チップと基板との間でワイヤボンディング及び樹脂封止を実施することによって、各種形状の半導体装置が作製される。
【０００３】
なお、ダイシングシートから半導体チップをピックチップする際、これに先立って、ウエハ検出器（たとえばウエハ認識カメラ）で、半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認を行う。従来、半導体チップを認識する場合、半導体チップにハロゲン照明やＬＥＤ照明などの同軸落射照明を使用し、その反射光をウエハ検出器で撮像することにより、半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認を行い、半導体チップが良品か否かを判断しピックアップを行っている。
【０００４】
半導体チップは、チップ厚が１００μｍ程度の薄膜化では、ほとんど変形は発生しない。しかしながら更に薄膜化を進めて８５μｍ程度にすると、半導体チップの内部応力によって凹状または凸状に変形する。そのため、従来の同軸落射照明では半導体チップからの光が均一に反射されず、ウエハ検出器で光を正確に捉えることができなくなり、認識率が低下し、半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認ができなくなる。
【０００５】
これに対して従来、面発光照明を用い、さらにその面発光照明からの照射光を拡散板を透過させた後にピックアップ対象の半導体チップの主面に照射し、その反射光をウエハ検出器によって受光することによって、ピックアップ対象の半導体チップの主面の画像を取得することが提案されている（例えば、特許文献１）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−６６４５２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、上記面発光照明からの照射光を拡散板を透過させた後に半導体チップの主面に照射する方法においては、半導体チップの変形量が小さい場合はよいが、変形量が大きくなると照明の数と光の入射角度などの調整が難しく、半導体チップの種類やサイズによって配置を変化させる必要があり調整に時間を有する。チップ厚が８５μｍ以下に薄厚化されている場合、ＵＶ照射後の接着剤層の硬さとエキスパンドによる固定用シートの張りにより、４０μｍ〜６０μｍもの反りが発生し、この方法では対処しきれず実質的に不可能であるという問題があった。
【０００８】
さらにチップ厚が８５μｍ以下に薄厚化されている場合、ＵＶ照射後の硬化した接着剤層の影響により、半導体チップのピックアップ時（剥離時）に大きな力が必要となり、半導体チップを固定用シートから剥離する際にクラックが発生するという問題もあった。
【０００９】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、半導体チップの位置認識を画像取得によって行う工程において、チップ厚が薄く変形量が大きい半導体チップであっても、正確に画像取得を行うことができ、正確な位置認識を行うことができる半導体装置の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる半導体装置の製造方法は、基板上に複数のチップを積層する半導体装置の製造方法において、半導体素子が形成されたウエハのダイシングラインまたはチップ分割ラインに沿って、半導体素子の形成面側から完成時のチップの厚さよりも深い溝を形成し、ウエハの半導体素子の形成面上に表面保護シートを貼り付け、ウエハの裏面を完成時のチップの厚さまで研削して、ウエハを個々のチップに分離し、表面に接着剤層が形成された固定用シートを分離されたチップの裏面に貼り付け、表面保護シートを剥離し、分離されたチップに対応して、接着剤層を切断し、固定用シートをエキスパンドして、チップを剥がれやすい状態にし、チップの半導体素子の形成面を透明矯正板で押圧してチップの反りを矯正し、チップを撮像し得られた画像からチップの位置誤差を検出し、チップを固定用シートからピックアップし、ピックアップしたチップを位置誤差を補正して基板上にダイボンディングすることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明にかかる半導体装置の製造方法によれば、チップ厚の薄い半導体チップであっても、正確に画像取得を行うことができ、これにより半導体チップの位置認識を正確に行うことができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、実施の形態１の半導体装置の製造方法の各工程を示すフローチャートである。
【図２】図２は、ウエハの表面部に半導体素子を形成する半導体素子形成工程を示す図である。
【図３】図３は、形成された個々の半導体素子に基づいてウエハに溝を形成する工程を示す図である。
【図４】図４は、ウエハに表面保護テープを貼り付ける工程を示す図である。
【図５】図５は、ウエハの裏面部を研削及び研磨して複数の半導体チップに分割する工程を示す図である。
【図６】図６は、ウエハを固定用シートに搭載する工程を示す図である。
【図７】図７は、ウエハを固定用シートに搭載する工程を示す図である。
【図８】図８は、ウエハから表面保護テープを剥離する工程を示す図である。
【図９】図９は、レーザにて接着剤層を切断する工程を示す図である。
【図１０】図１０は、ダイシングテープをエキスパンドして接着剤層を割断する工程を示す図である。
【図１１】図１１は、分離した半導体チップをピックアップする工程を示す図である。
【図１２】図１２は、ピックアップした半導体チップをリードフレームにダイボンディングする工程を示す図である。
【図１３】図１３は、半導体チップを樹脂にてモールドする工程を示す図である。
【図１４】図１４は、図１のピックアップ・ダイボンディングの工程の詳細を示すフローチャートである。
【図１５】図１５は、実施の形態１のダイボンダ装置の斜視図である。
【図１６】図１６は、ウエハ検出器の模式側面図である。
【図１７】図１７は、透明矯正板の斜視図である。
【図１８】図１８は、透明矯正板、ウエハ検出器及びピックアップコレットの動作を示す模式図である。
【図１９】図１９は、ウエハ検出器の他の例を示す、透明矯正板、ウエハ検出器及びピックアップコレットの動作を示す模式図である。
【図２０】図２０は、実施の形態２のダイボンダの斜視図である。
【図２１】図２１は、本実施の形態のピックアップコレットの下面図である。
【図２２】図２２は、図２１のピックアップコレットの側断面図である。
【図２３】図２３は、実施の形態２のピックアップコレット及びウエハ検出器の動作を示す模式図である。
【図２４】図２４は、透明矯正板兼用型のピックアップコレットの他の例を示す下面図である。
【図２５】図２５は、図２４のピックアップコレットの側断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下に、半導体装置の製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施の形態によりこの発明が限定されるものではない。
【００１４】
実施の形態１．
図１３は、本実施の形態の半導体装置の製造方法により製造された半導体装置を模式的に示す横断面図である。半導体装置５０は、配線基板或いはリードフレームなどの基板４１上に積層された９枚の半導体チップ（チップ）４０を有している。個々の半導体チップ４０は、ボンディングワイヤ４２により基板４１と電気的に接続されている。基板４１及び個々の半導体チップ４０は、相互間に挟まれた接着剤層１６により固着されている。そして、積層された半導体チップ４０とボンディングワイヤ４２は、封止樹脂４３によって封止されている。基板４１の裏面には、はんだボール４４が設けられている。
【００１５】
９枚の半導体チップ４０は、ＮＡＮＤ型フラッシュメモリを内蔵する８枚の半導体チップと、コントローラとしてのドライブ制御回路を内蔵する１枚の半導体チップとからなる。個々の半導体チップ４０は薄厚化され、その厚さは約２０μｍである。また、接着剤層１６の厚さは約４０μｍ、基板４１の厚さは約１１０μｍ、半導体装置５０全体の厚さは約７７０μｍである。
【００１６】
このような薄厚化された半導体チップ４０を積層して実装する半導体装置５０（実装する半導体チップ４０の厚さが概ね８５μｍ以下）の製造方法について説明する。なお、最初に極薄の半導体装置５０の一連の製造方法を最初から最後まで説明し、次いで特定の工程について詳細に説明する。
【００１７】
図１は、本実施の形態の半導体装置の一連の製造方法の各工程を示すフローチャートである。また、図２は、ウエハの表面部に半導体素子を形成する半導体素子形成工程、図３は、形成された個々の半導体素子に基づいてウエハに溝を形成する工程、図４は、ウエハに表面保護テープを貼り付ける工程、図５は、ウエハの裏面部を研削及び研磨して複数の半導体チップに分割する工程、図６及び図７は、ウエハを固定用シート（ダイシングテープ）に搭載する工程、図８は、ウエハから表面保護テープを剥離する工程、図９は、レーザにて接着剤層を切断する工程、図１０は、固定用シート（ダイシングテープ）をエキスパンドして接着剤層を割断する工程、図１１は、分離した半導体チップをピックアップする工程、図１２は、ピックアップした半導体チップをリードフレームにダイボンディングする工程、及び図１３は、半導体チップを樹脂にてモールドする工程を示す図である。
【００１８】
図１のフローチャートに沿って、上記半導体装置５０の製造方法について説明する。実装する半導体チップ４０の厚さが概ね８５μｍ以下の非常に薄い半導体装置５０の製造においては、例えば以下のように行われる。
［半導体素子の形成］
まず、図２に示す如く、ウエハ１１の主表面に、周知のプロセスにより種々の半導体素子１２を形成する（ＳＴＥＰ１）。
【００１９】
［ウエハのハーフカット］
次に、図３に示す如く、主表面に各種の半導体素子１２が形成されたウエハ１１を、半導体素子形成面側を上にしてダイシング装置のチャックテーブル２３にバキュームその他の方法で吸着して固定する。そして、ダイシング用ブレード２４を任意の回転数で回転させ、切削水を掛けながら、ダイシングラインまたはチップ分割ラインに沿って、所定の深さまで溝２２を切り込む。この溝２２の深さは、完成時のチップの厚さよりも少なくとも５μｍ深くする（ＳＴＥＰ２）。その後、ウエハ１１の洗浄と乾燥処理を行う。
【００２０】
［表面保護テープ貼付］
その後、ウエハ１１の素子形成面側を保護する目的と、次工程のウエハ裏面研削により分割された半導体チップが互いに離れてしまうのを防止する目的で、図４に示す如く、ローラー２６等を用いてウエハ１１の素子形成面にＵＶ保護テープ（表面保護テープ）１４を貼り付ける（ＳＴＥＰ３）。なお、ＵＶ保護テープ１４は、後の工程にて糊材の接着力を低下させる目的で行うＵＶ照射を行わないのであれば、ＵＶ保護機能のないテープであってもよい。また、ＵＶ保護テープ１４は、ローラー２６に限らず他の方法にて貼り付けられてもよい。
【００２１】
［ウエハ裏面研削］
次いで、図示しない研削装置によりウエハ１１の裏面研削及び研磨を行ってウエハ１１の切断分離を行い、個々の半導体チップ４０に分割する（ＳＴＥＰ４）。図５に示す如く、砥石２８ａのついたホイール２８を４０００〜６０００ｒｐｍの高速で回転させながら、回転テーブル２９上のウエハ１１の裏面を研削してウエハ１１の厚さを薄くする。上記砥石は、例えば人工ダイヤモンドをフェノール樹脂で固めて成形したものである。回転テーブル２９とホイール２８を回転させながら砥石２８ａを降下させ、ウエハ１１の裏面を溝２２に達するまで削ると、ウエハ１１は個々の半導体チップ４０に分割される。
【００２２】
この裏面研削工程は、２軸で行うことが多い。１軸で予め３２０〜６００番で荒削りした後、２軸で１５００〜２０００番で鏡面に仕上げ削り（研磨）を行い、ウエハ１１裏面研削の条痕を除去する。ウエハ１１が個々の半導体チップ４０に分割された後も研削及び研磨を続け、少なくとも溝２２に達した後５μｍ以上研削及び研磨する。これによって、ダイシングによって形成された面と研削及び研磨によって形成された面とが交わる部分にチッピングが発生していても、この領域を除去することができる（ストレスリリーフ）。研削及び研磨する量を増加させれば、より大きなチッピングを除去できるが、この研削及び研磨量はウエハ１１の厚さや完成時の半導体チップ４０の厚さ等必要に応じて設定すれば良い。これによって、半導体チップ４０の完成時の厚さは、例えば２０μｍ程度まで薄厚化が可能となる。
【００２３】
［固定用シートへ搭載］
その後、個々の半導体チップ４０に分割されたウエハ１１を、半導体チップ４０が互いに離れないようにする目的と、搬送を容易にする目的で、素子形成面側を上に向けて固定用シート（ダイシングテープ）上に載置する（ＳＴＥＰ５）。図６に示すような環状のフラットリング３０の枠内に固定用シート（ダイシングテープ）３１を張り、固定用シート３１の弛みや皺などの発生を防止した状態で、図６及び図７に示す如く、フラットリング３０の開口内の固定用シート３１上にウエハ１１を載置する。ここで固定用シート３１上には、ＤＡＦ（Ｄｉｅ Ａｔｔａｃｈ Ｆｉｌｍ）と呼ばれる接着剤層１６が形成されている。ウエハ１１は、この接着剤層１６上に固着される。
【００２４】
次に、ＵＶ照射を行ってＵＶ保護テープ１４の糊材の接着力を低下させたのち、図８に示す如く、ＵＶ保護テープ１４をウエハ１１から剥離する。
【００２５】
［レーザによる接着剤層を切断］
その後、図９に示す如く、ウエハ１１を固着した固定用シート３１及びフラットリング３０を、図示しないチャックテーブルに固定し、上記ウエハハーフカット工程にて形成した溝２２に沿ってレーザノズル３３を移動させ、接着剤層１６を個々の半導体チップ４０に対応させて切断する（ＳＴＥＰ６）。この接着剤層１６の切断工程が完了した時点では、個々の半導体チップ４０に対応して接着剤層１６に微細な切り込みが入った状態となる。
【００２６】
［エキスパンド・接着剤層の割段］
このようにしてレーザにて接着剤層１６が切断されたウエハ１１は、ＵＶ照射を行って接着剤層１６を硬化させて接着力を低下させたのち、後で説明するダイボンダ装置のウエハリングホルダ５５にセットされる。そして、図１０に示す如く、固定用シート３１を周囲に向けて広げるようにエキスパンドすることにより、隣接する接着剤層１６間を広げるように割段して、半導体チップ４０（接着剤層１６）を固定用シート３１から剥がれやすくした状態にする（ＳＴＥＰ７）。この時点で、切断分離された半導体チップ４０が固定用シート３１上に整列して担持されている状態にある。
【００２７】
［ピックアップ・ダイボンディング］
その後、ダイボンダ装置にて半導体チップ４０のピックアップ及びダイボンディングを行う（ＳＴＥＰ８）。切断分離され整列して担持されている半導体チップ４０の固定用シート３１からの引き剥がしは、次のようにして行われる。すなわち、図１１に示す如く、目標の半導体チップ４０を、ウエハリングホルダ５５の所定の場所に設けられた突き上げ部３４上に移動させ、固定用シート３１側をバッキューム吸着して保持する一方、多段突き上げジグ３５で半導体チップ４０の裏面を突き上げて、固定用シート３１の伸張性を利用して、固定用シート３１から半導体チップ４０を引き離すとともに、ピックアップコレット７１で半導体チップ４０を吸着把持して、図示しない位置修正ステージに移載する。そして、半導体チップ４０の位置・方向や必要に応じて表裏を修正した後、図１２に示す如く、ダイボンディングヘッド５３により基板４１上に移送する。
【００２８】
［ワイヤボンディング・モールド等］
次いで、図１３に示す如く、各半導体チップ４０の電極端子と基板４１のインナリードとの間をボンディングワイヤ４２で電気的に接続し、半導体チップ４０とボンディングワイヤ４２を封止樹脂４３によって封止し、基板４１の裏面にはんだボール４４を形成する等を行って、半導体装置５０が完成する（ＳＴＥＰ９）。
【００２９】
［ピックアップ・ダイボンディングの工程の詳細］
次に、上記ピックアップ・ダイボンディングの工程をさらに詳細に説明する。ピックアップ・ダイボンディングの工程は、図１４に示すように、目標とする半導体チップ４０の反りを矯正する工程（ＳＴＥＰ８−１）と、反りが矯正された状態の半導体チップ４０の位置・方向及び良／不良マークを確認する工程（ＳＴＥＰ８−２）と、位置・方向及び良／不良マークの確認が終了した半導体チップ４０をピックアップする工程（ＳＴＥＰ８−３）と、ピックアップした半導体チップ４０を基板４１にダイボンディングする工程（ＳＴＥＰ８−４）とを含んでいる。そして、半導体チップ４０を１枚引き剥がすたびに、上記ＳＴＥＰ８−１〜ＳＴＥＰ８−４の工程を繰り返す。
【００３０】
［ダイボンダ装置］
図１５は、これらの工程にて用いられる本実施の形態のダイボンダ装置（半導体製造装置）の斜視図である。図１６は、ウエハ検出器の模式側面図である。図１７は、透明矯正板の斜視図である。図１８は、透明矯正板、ウエハ検出器及びピックアップコレットの動作を示す模式図である。図１５に示すように、ダイボンダ装置１００は、レーザにて接着剤層１６が切断分離されたウエハ１１が供給されるウエハ供給部５１と、供給されたウエハ１１がウエハ供給部５１を介して装着されるウエハリングホルダ５５と、半導体チップ４０を実装する基板４１を搬送するフィーダー５２と、半導体チップ４０を基板４１に圧着するダイボンディングヘッド５３と、半導体チップ４０の位置・方向を修正する位置修正ステージ５６と、半導体チップ４０を吸着して把持するピックアップコレット７１及びこのピックアップコレット７１を移動させるピックアップヘッド７０と、ウエハ検出器（ウエハ認識カメラ）６０とを備えている。また、マン・マシンインターフェースとしてモニタ８１、カラータッチパネル８２、ジョイスティック８３が装備されている。そして、本実施の形態のダイボンダ装置１００においては、半導体チップ４０の反りを矯正する透明矯正板７６と、この透明矯正板７６を移動させる透明矯正板移動用ヘッド７５が設けられている。ここで、ピックアップヘッド７０は、ピックアップコレット７１を移動させる移動手段を構成している。また、透明矯正板移動用ヘッド７５は、透明矯正板７６を移動させる移動手段を構成している。
【００３１】
ウエハリングホルダ５５は、固定用シート３１の周縁をクランプして周囲に広げるエキスパンド構造を有している。また、ウエハリングホルダ５５は、目標となる半導体チップ４０を所定の位置へ移動させるために、Ｘ軸、Ｙ軸の移動及びθ軸（Ｚ軸回り）の回転ができるようにされている。ピックアップヘッド７０は、ピックアップコレット７１をＹ軸及びＺ軸に沿って移動可能に支持する。ピックアップコレット７１には、半導体チップ４０を把持する吸着構造が設けられている。透明矯正板移動用ヘッド７５は、ピックアップヘッド７０から独立した状態で、透明矯正板７６をＹ軸及びＺ軸に沿って移動可能に支持する。ダイボンディングヘッド５３においては、半導体チップ吸着把持部５３ａが、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の移動及びθ軸（Ｚ軸回り）の回転をするようにされており、位置修正ステージ５６からピックアップした半導体チップ４０の位置・向きを補正して基板４１上に押圧（ダイボンディング）できるようにされている。なお、位置修正ステージ５６を経由せず、ウエハリングホルダ５５から基板４１上にピックアップコレット７１により直接移送する場合もある。
【００３２】
［ウエハ検出器］
ウエハ検出器（ウエハ認識カメラ）６０は、ウエハリングホルダ５５上のウエハ１１（半導体チップ４０）が撮像可能な位置に取り付けられ、図１６に示すように、筒状の鏡筒６１と、鏡筒６１の一方の開口端部に設けられたカメラ６２と、鏡筒６１の他方の開口端外周部に設けられたリング照明６３とを有している。リング照明６３から照射された光が、半導体チップ４０の表面にてはね返り、鏡筒６１を介してカメラ６２に入射されて、半導体チップ４０の画像が撮像される。なお、図１６は、本実施の形態の透明矯正板７６を用いずに半導体チップ４０を撮像する様子を示している。半導体チップ４０の薄厚化に伴い、半導体チップ４０の内部応力及び裏面の接着剤層１６の影響により半導体チップ４０が沿ってしまい光が正常に戻らないので正確に撮像することが困難となる場合がある。
【００３３】
［透明矯正板］
透明矯正板７６は、図１７に示す如く、矩形平板状を成し、アクリル等の透明樹脂で、半導体チップ４０のパターンが認識できる透過率の材料で作製されている。そして、ＸＹ方向大きさは、対象となる半導体チップ４０のＸＹ方向大きさと同じかそれ以上の大きさになっている。透明矯正板７６は、半導体チップ４０のパターンが認識できる透過率の材料であればよく、例えばガラスなどにより作製されてもよい。なお、透明矯正板７６の大きさを半導体チップ４０のダイシングラインまたはチップ分割ラインを超える大きさとしてもよい。このような大きさとすることにより、隣接する半導体チップの変形による固定用シート３１の変形も矯正することができる。
【００３４】
次に、上記目標とする半導体チップ４０の反りを矯正する工程（ＳＴＥＰ８−１）と、反りが矯正された状態の半導体チップ４０の位置及び良／不良マークを確認する工程（ＳＴＥＰ８−２）と、位置及び良／不良マークの確認が終了した半導体チップ４０をピックアップする工程（ＳＴＥＰ８−３）の動作を図１８に沿って説明する。まず、上記レーザによる接着剤層１６を切断の工程を終了したウエハ１１が、ウエハ供給部５１からウエハリングホルダ５５にセットされる。そして、このウエハリングホルダ５５上にて、固定用シート３１を周囲に向けて広げるエキスパンドが行われる。
【００３５】
その後、ウエハリングホルダ５５をＸ軸Ｙ軸にて移動させて、これからピックアップしようとする半導体チップ４０がウエハ検出器６０の撮像位置（本実施の形態においてはウエハ検出器６０の鉛直下）に来るようにする。次いで、透明矯正板移動用ヘッド７５は、ピックアップしようとする半導体チップ４０の上方に透明矯正板７６を移動させ（図１８の（ａ））、その後、所定の高さまで透明矯正板７６を下げる。これにより、透明矯正板７６は、半導体チップ４０の素子形成面を所定の圧力で押圧する。目標の半導体チップ４０は、透明矯正板７６の下面にて押圧されて押し広げられるように延びて平坦化する。
【００３６】
この状態でウエハ検出器６０が半導体チップ４０の表面を撮像し、この撮像により得た画像データを二値化もしくは多値化して半導体チップ４０の位置検出、及び良品／不良品を判別するためのマーク検出等を行う。ウエハ検出器６０から照射された光は、半導体チップ４０の表面で均一に反射する。なお、半導体チップ４０の良品／不良品の判別は、上位工程にてウエハ１１内に記憶させた良品／不良品の存在位置のデータを使用して行ってもよい。そして、不良品と判断した場合には、該当する半導体チップ４０を破棄する等の動作をする。その後、透明矯正板移動用ヘッド７５は、透明矯正板７６は、ピックアップコレット７１の稼動範囲外に退避する（図１８の（ｂ））。
【００３７】
続く工程は、周知の半導体装置の製造方法と同様に、多段突き上げジグ３５にて裏面より突き上げることで（図１１）、固定用シート３１の伸張性を利用して固定用シート３１から半導体チップ４０を引き剥がすとともに、半導体チップ４０をピックアップコレット７１で吸着把持して、位置修正ステージ５６に移載する。そして、半導体チップ４０の位置や方向、必要に応じて表裏を修正した後、半導体チップ４０をダイボンディングヘッド５３によりリードフレーム上に移送し、基板４１或いは先に実装されている半導体チップ４０に重ねて圧着する（図１８の（ｃ））。
【００３８】
なお、ウエハ検出器６０は、図１６に示すタイプのものに限らず、図１９に示すようなタイプのものであってもよい。図１９に示すウエハ検出器６０Ｂにおいては、装置の側部に設けられた面発光照明６６から照射された平行光が、ハーフミラー６７にて半導体チップ４０方向に屈折される。リング照明６３からの光の照射も同時に行われる。両照明の光が組合わされ、その平行光が半導体チップ表面にてはね返り、鏡筒６１を介してカメラ６２に入射されて、半導体チップ４０の画像が撮像される。このようなタイプのウエハ検出器６０Ｂを用いると、より解像度の高い画像が得られ、信頼性が向上する。
【００３９】
上記のように、本実施の形態の半導体装置の製造方法は、配線基板或いはリードフレームなどの基板４１上に複数の半導体チップ４０を積層する半導体装置５０の一連の製造工程のなかの半導体チップ４０のピックアップ工程において、ダイシングテープ等の固定用シートからの半導体チップ４０のピックアップに先立ち、半導体チップ４０の薄厚化による応力によって反ってしまった半導体チップ４０を、透明矯正板によって平坦化させ、この状態で半導体チップ４０の撮像を行い、半導体チップの位置・方向および良／不良マークの確認をする。チップ厚が薄く変形量が大きい半導体チップであっても、ウエハ検出器６０から照射された光は、半導体チップ４０の表面で均一に反射する。これにより、正確に画像取得を行うことができ、半導体チップの位置認識を正確に行うことができる。
【００４０】
また、半導体チップ４０のピックアップ工程において、ダイシングテープ等の固定用シート３１から半導体チップ４０を引き剥がす前に、反ってしまった半導体チップ４０を透明矯正板７６によって平坦化させるので、半導体チップ４０の応力が開放されるとともに、半導体チップ４０が固定用シート３１上で形状変化することにより、固定用シート３１との固着が解け、より剥がしやすい状態となり、半導体チップ剥離時のクラックの発生が減少する。
【００４１】
実施の形態２．
図２０は、実施の形態２のダイボンダ（半導体製造装置）の斜視図である。図２１は、本実施の形態のピックアップコレットの下面図である。図２２は、図２１のピックアップコレットの側断面図である。本実施の形態のダイボンダ装置１０１においては、ピックアップコレット７７は、上記実施の形態１の透明矯正板の機能も兼ね備えている。すなわち、本実施の形態においては、ピックアップコレットと透明矯正板とが兼用となっている。そのため、図２０に示すように、本実施の形態のダイボンダ装置１０１は、図１５に示す実施の形態１のダイボンダ装置１００と比較して、透明矯正板７６と透明矯正板移動用ヘッド（移動手段）７５が省略されている。
【００４２】
図２１及び図２２において、ピックアップコレット７７は、アクリル等の透明樹脂で、半導体チップ４０のパターンが認識できる透過率の材料で作製された矩形平板状のコレット本体７７ａを有している。コレット本体７７ａのＸＹ方向大きさは、対象となる半導体チップ４０のＸＹ方向大きさと同じかそれ以上の大きさになっている。また、コレット本体７７ａのＺ方向厚さａは、抗折強度が３Ｎ（ニュートン）以上となるような厚さになっている。
【００４３】
コレット本体７７ａの下面には、概略中央部に吸着構造として半導体チップ４０を吸着把持するための複数の吸引口７７ｂが形成されている。吸引口７７ｂは、中央に１つと９０度ずつ等間隔に離れた位置に４つが形成されている。吸引口７７ｂに連通する吸引通路７７ｃは、中央部から各吸引口７７ｂに向かって十字型に延びるが、吸引口７７ｂ及び吸引通路７７ｃは、ウエハ検出器６０が行う半導体チップ４０の位置及び良／不良マークの確認動作に、支障がない位置に形成されている。つまり、ウエハ検出器６０Ｂは、半導体チップ４０の位置（向きを含む）を認識する際、例えば半導体チップ４０の周囲の輪郭形状を検出して行い、中央部の画像は使わない。また、良／不良マークは、多少位置がズレても吸引口７７ｂ及び吸引通路７７ｃと重ならない位置に印されている。
【００４４】
吸着した半導体チップ４０の有無を検知する図示しない圧力センサが良好に動作するために、吸引口７７ｂの開口径ｂは、半導体チップ４０を吸着している場合としていない場合とで５ｋｐａ以上の差となるような通路径となっている。
【００４５】
図２３は、本実施の形態のピックアップコレット及びウエハ検出器の動作を示す模式図である。透明矯正板兼用型のピックアップコレット７７の動作は、以下のようになる。まず、ピックアップヘッド７０は、これからピックアップしようとする半導体チップ４０の上方にピックアップコレット７７を移動させ（図２３の（ａ））、その後、所定の高さまでピックアップコレット７７を下げる。目標の半導体チップ４０は、ピックアップコレット７７にて押圧されて押し広げられるように延びて平坦化する。この状態でウエハ検出器６０Ｂにより半導体チップ４０の位置および良／不良マークの確認が行われる（図２３の（ｂ））。
【００４６】
その後、多段突き上げジグ３５にて裏面より突き上げて（図１１）、固定用シート３１の伸張性を利用して固定用シート３１から半導体チップ４０を引き剥がすとともに、ピックアップコレット７７の吸引口７７ｂから空気を吸引して半導体チップ４０を吸着把持して、位置修正ステージ５６に移載する。そして、半導体チップ４０の位置や必要に応じて表裏を修正した後、ダイボンディングヘッド５３によりリードフレーム上に移送する（図２３の（ｃ））。
【００４７】
なお、本実施の形態のピックアップコレット７７は、アクリル等の透明樹脂で作製されているが、半導体チップ４０のパターンが認識できる透過率の材料であればよく、例えばガラスなどにより作製されてもよい。
【００４８】
このような構成の半導体装置の製造方法によれば、実施の形態１の半導体装置の製造方法と同様の効果が得られることに加えて、半導体製造装置の構成が簡素化されるので、装置のコストダウンを図ることができる。また、製造タクトが短縮されるので、製品である半導体装置のコストダウンを図ることができる。
【００４９】
図２４は、透明矯正板兼用型のピックアップコレットの他の例を示す下面図である。図２５は、図２４のピックアップコレットの側断面図である。図２４及び図２５に示すピックアップコレット７８においては、コレット本体７８ａの下面に、半導体チップ４０を吸着把持するための十字型の吸引溝７８ｂが形成されている。吸引溝７８ｂは、幅が０．５ｍｍ程度、深さが０．２ｍｍ程度である。吸引溝７８ｂに連通する吸引通路７８ｃは、中央部からコレット本体７８ａの一端に向けて延びている。吸引溝７８ｂ及び吸引通路７８ｃは、図２１及び図２２に示すものと同様に、ウエハ検出器６０が行う半導体チップ４０の位置及び良／不良マークの確認動作に、支障がない位置に形成されている。
【００５０】
また、吸着した半導体チップ４０の有無を検知する図示しない圧力センサが良好に動作するために、吸引通路７８ｃの通路径ｃは、半導体チップ４０を吸着している場合としていない場合とで５ｋｐａ以上の差となるような通路径となっている。その他の構成は、図２１及び図２２に示すものと概略同様である。このような形状のピックアップコレット７８においても、図２１及び図２２に示すものと概略同様の動作をさせることができる。
【符号の説明】
【００５１】
１１ ウエハ
１２ 半導体素子
１４ 保護テープ
１６ 接着剤層
２２ 溝
２３ チャックテーブル
２４ ダイシング用ブレード
２６ ローラー
２８ ホイール
２８ａ 砥石
２９ 回転テーブル
３０ フラットリング
３１ 固定用シート（ダイシングテープ）
３３ レーザノズル
３４ 突き上げ部
３５ 多段突き上げジグ
４０ 半導体チップ（チップ）
４１ 基板
４２ ボンディングワイヤ
４３ 封止樹脂
４４ はんだボール
５０ 半導体装置
５１ ウエハ供給部
５２ フィーダー
５３ ダイボンディングヘッド
５５ ウエハリングホルダ
５６ 位置修正ステージ
６０，６０Ｂ ウエハ検出器
６１ 鏡筒
６２ カメラ
６３ リング照明
６６ 面発光照明
６７ ハーフミラー
７０ ピックアップヘッド
７１，７７，７８ ピックアップコレット
７５ 透明矯正板移動用ヘッド
７６ 透明矯正板
７７ａ コレット本体
７７ｂ 吸引口
７７ｃ，７８ｃ 吸引通路
７８ａ コレット本体
７８ｂ 吸引溝
８１ モニタ
８２ カラータッチパネル
８３ ジョイスティック
１００，１０１ ダイボンダ装置
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基板上に複数のチップを積層する半導体装置の製造方法において、
半導体素子が形成されたウエハのダイシングラインまたはチップ分割ラインに沿って、前記半導体素子の形成面側から完成時のチップの厚さよりも深い溝を形成し、
前記ウエハの半導体素子の形成面上に表面保護シートを貼り付け、
前記ウエハの裏面を前記完成時のチップの厚さまで研削して、ウエハを個々のチップに分離し、
表面に接着剤層が形成された固定用シートを前記分離されたチップの裏面に貼り付け、 前記表面保護シートを剥離し、
前記分離されたチップに対応して、前記接着剤層を切断し、
前記固定用シートをエキスパンドして、前記チップを剥がれやすい状態にし、
前記チップの半導体素子の形成面を透明矯正板で押圧してチップの反りを矯正し、
前記チップを撮像し得られた画像から前記チップの位置誤差を検出し、
前記チップを前記固定用シートからピックアップし、
ピックアップした前記チップを位置誤差を補正して基板上にダイボンディングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記チップを前記固定用シートからピックアップするコレットと前記透明矯正板とを同一の移動手段にて移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記透明矯正板に、前記チップを吸着して保持可能な吸着構造を構成し
前記チップを前記透明矯正板で押圧して前記チップの反りを矯正した状態から、前記透明矯正板にて前記チップをピックアップする
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記吸着構造を前記透明矯正板の中央部に構成し、
前記チップの外周部の画像を画像処理することにより前記チップの位置誤差を検出する ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記チップを撮像をする工程の前に、チップの検査を行い、検査結果をチップにマーキングしておき、前記画像からこのマーキングの確認も行う
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
個々に切断分離された半導体チップが固定用シート上に整列して担持されている状態から、前記半導体チップをピックアップし、このピックアップされた半導体チップを基板上にダイボンディングする半導体チップのピックアップ方法であって、
前記固定用シートをエキスパンドして、前記チップを剥がれやすい状態にし、
前記チップの半導体素子の形成面を透明矯正板で押圧してチップの反りを矯正し、
前記チップを撮像し得られた画像から前記チップの位置誤差を検出し、
前記チップを前記固定用シートからピックアップし、
ピックアップした前記チップを位置誤差を補正して基板上にダイボンディングする
ことを特徴とする半導体チップのピックアップ方法。
【請求項１】
基板上に複数のチップを積層する半導体装置の製造方法において、
半導体素子が形成されたウエハのダイシングラインまたはチップ分割ラインに沿って、前記半導体素子の形成面側から完成時のチップの厚さよりも深い溝を形成し、
前記ウエハの半導体素子の形成面上に表面保護シートを貼り付け、
前記ウエハの裏面を前記完成時のチップの厚さまで研削して、ウエハを個々のチップに分離し、
表面に接着剤層が形成された固定用シートを前記分離されたチップの裏面に貼り付け、 前記表面保護シートを剥離し、
前記分離されたチップに対応して、前記接着剤層を切断し、
前記固定用シートをエキスパンドして、前記チップを剥がれやすい状態にし、
前記チップの半導体素子の形成面を透明矯正板で押圧してチップの反りを矯正し、
前記チップを撮像し得られた画像から前記チップの位置誤差を検出し、
前記チップを前記固定用シートからピックアップし、
ピックアップした前記チップを位置誤差を補正して基板上にダイボンディングする
ことを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項２】
前記チップを前記固定用シートからピックアップするコレットと前記透明矯正板とを同一の移動手段にて移動させる
ことを特徴とする請求項１に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項３】
前記透明矯正板に、前記チップを吸着して保持可能な吸着構造を構成し
前記チップを前記透明矯正板で押圧して前記チップの反りを矯正した状態から、前記透明矯正板にて前記チップをピックアップする
ことを特徴とする請求項２に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項４】
前記吸着構造を前記透明矯正板の中央部に構成し、
前記チップの外周部の画像を画像処理することにより前記チップの位置誤差を検出する ことを特徴とする請求項３に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項５】
前記チップを撮像をする工程の前に、チップの検査を行い、検査結果をチップにマーキングしておき、前記画像からこのマーキングの確認も行う
ことを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項６】
個々に切断分離された半導体チップが固定用シート上に整列して担持されている状態から、前記半導体チップをピックアップし、このピックアップされた半導体チップを基板上にダイボンディングする半導体チップのピックアップ方法であって、
前記固定用シートをエキスパンドして、前記チップを剥がれやすい状態にし、
前記チップの半導体素子の形成面を透明矯正板で押圧してチップの反りを矯正し、
前記チップを撮像し得られた画像から前記チップの位置誤差を検出し、
前記チップを前記固定用シートからピックアップし、
ピックアップした前記チップを位置誤差を補正して基板上にダイボンディングする
ことを特徴とする半導体チップのピックアップ方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１１−４４４９７（Ｐ２０１１−４４４９７Ａ）
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１９０３９７（Ｐ２００９−１９０３９７）
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年３月３日（２０１１．３．３）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年８月１９日（２００９．８．１９）
【出願人】（０００００３０７８）株式会社東芝 (54,554)
【Ｆターム（参考）】
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