(57)【要約】【課題】ウェハシートに粘着されたウェハからダイシングされ前記ウェハシート上に保持されている複数の半導体チップを互いに分離させる際のチッピングを防止する。【解決手段】半導体チップ４間の間隔を広げるべくウェハシート１を伸張するエキスパンド装置を、ウェハシート１を支持するエキスパンドリング６と、エキスパンドリング６上のウェハシート１を伸張させるウェハリング押さえ７と、エキスパンドリング６上で伸張されたウェハシート１のウェハ外領域に装着されウェハシート１の伸張を保持する伸張保持リング11とを有した構造とする。ウェハシート１の伸張を最適に保持した状態でエキスパンドリング６から取り外し、再び設置できるので、ランク分類生産などで繰返しエキスパンドされるウェハシート１にかかる負荷を極力低減することができ、ウェハシート１の弛みに起因する隣接チップ間のチッピングも防止できる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハシートに粘着されたウェハからダイシングされ前記ウェハシート上に保持されている複数の半導体チップを互いに分離させるエキスパンド装置であって、
ウェハリングに展張された前記ウェハシートを支持するエキスパンドリングと、
前記ウェハリングを押圧してエキスパンドリング上のウェハシートを伸張させる押圧手段と、
前記エキスパンドリング上で伸張されたウェハシートのウェハ外領域に装着され前記ウェハシートの伸張を保持する伸張保持リングと
を有したエキスパンド装置。
【請求項２】
伸張保持リングは、ウェハシートを挟み込む上部材と下部材とで構成されている請求項１記載のエキスパンド装置。
【請求項３】
上部材と下部材のウェハシート接触面に互いに対応する凹凸部が形成されている請求項２記載のエキスパンド装置。
【請求項４】
上部材と下部材とに互いに引き合う磁性部が設けられている請求項２記載のエキスパンド装置。
【請求項５】
伸張保持リングのウェハシート接触面に、ウェハシートを貫通して当該ウェハシートを係止する微小な突起部が形成されている請求項１または請求項２のいずれかに記載のエキスパンド装置。
【請求項６】
伸張保持リングは、ウェハシートとの接触面を昇温させる加熱部を有している請求項１または請求項２のいずれかに記載のエキスパンド装置。
【請求項７】
伸張保持リングは、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、これらのいずれかを主体とした合金、および樹脂の内の少なくとも１種で形成されている請求項１または請求項２のいずれかに記載のエキスパンド装置。
【請求項８】
ウェハシートに粘着されダイシングされたウェハから個々の半導体チップを分離し、リードフレームにボンディングして、半導体装置を製造する方法であって、
前記ウェハを前記ウェハシートをウェハリングに展張したうえで、請求項１記載のエキスパンド装置に搬入して、エキスパンドリングに載せ、ウェハシートを伸張させる伸張工程と、
前記エキスパンドリング上で伸張されたウェハシートのウェハ外領域に前記ウェハシートの伸張を保持する伸張保持リングを装着する伸張保持工程と、
前記伸張保持リングが装着されたウェハシート上で互いに分離されている複数の半導体チップの内、所定の半導体チップをリードフレーム上にボンディングするボンディング工程と、
前記所定の半導体チップが取り除かれたウェハを前記伸張保持リングによりウェハシートの伸張が保持された状態でエキスパンド装置から待避させる待避工程とを行い、
その後に、ウェハ交換して、ウェハシートの伸張工程と伸張保持工程とボンディング工程と待避工程とを行い、
さらにその後に、エキスパンド装置から待避された各ウェハについて順次に、少なくとも伸張工程とボンディング工程と待避工程とを行なうことを、各ウェハ中の予め決めた半導体チップをボンディングし終わるまで繰り返す
半導体装置製造方法。
【請求項９】
エキスパンド装置から一旦待避されたウェハについて、伸張工程においてウェハシートの伸張状態を変更し、その伸張状態を保持するように伸張保持工程を行なう請求項８記載の半導体装置製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェハに形成した集積回路素子を個片の半導体チップに分離し、半導体装置を製造するためのエキスパンド装置および半導体装置製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
集積回路素子（以下、半導体素子という）を形成したウェハから半導体装置を製造する際のダイボンダ工程を図６を参照して説明する。
図６（ａ）に示すように、複数の半導体素子を形成したウェハ２をウェハシート１に粘着し、図６（ｂ）に示すように、ウェハシート１の周縁部をウェハリング５に貼付けたうえで、半導体素子間をダイシングブレード３により切断して個片の半導体チップ４に分割する。
【０００３】
次に、図６（ｃ）に示すように、分割された複数個の半導体チップ４が貼着しているウェハシート１を、ウェハリング５に貼付けたままで、エキスパンドリング６とウェハリング押さえ７とで構成されたエキスパンド装置に設置し、図６（ｄ）に示すように、ウェハリング押さえ７でウェハリング５を押さえ、それによりエキスパンドリング６上に載ったウェハシート１を放射方向に伸張させて、個々の半導体チップ４の間隔を広げる（エキスパンド）。
【０００４】
その後に、図６（ｅ）に示すように、ダイシング押さえ７を上方へ移動させてウェハシート１を無負荷状態にしたうえで、図６（ｆ）に示すように、個々の半導体チップ４を、突上げピン８にてウェハシート１から剥離させつつコレット９で吸着してピックアップし、図６（ｇ）に示すように、ペースト接着剤１０が塗布されたリードフレーム２１のパッド面に移送してボンディングする。
【０００５】
近年、半導体集積回路の微細化・高機能化やボンディングの積層化に伴って、半導体チップの薄型化が進み、厚さ５０μm未満の半導体チップも製造され始めており、非常に繊細なエキスパンドが必要となっている。
【０００６】
しかし従来のエキスパンド方式では、上述したようにウェハリング押さえ７を上方へ移動させてウェハシート１を無負荷状態にする際に、図７に示すように、伸張していたウェハシート１に弛み１ａが発生し、その弛み１ａの方向によっては隣接した半導体チップ４どうしが接触し、チッピングが発生することがあった。また、前工程のウェハダイシング工程で発生した半導体チップ４のシリコンくずが、エキスパンド時の衝撃により飛散してウェハシート１に付着し、ウェハシート１とエキスパンドリング６との間に挟まれ巻き込まれることによって、ウェハシート１の破れが発生することがあった。
【０００７】
新しいエキスパンド方式としては、たとえば、ウェハシート１を伸張させるに先立って、図８に示すように、ウェハシート１に温風吹出しノズル２２より温風２３を移動させながら吹き付けて、ウェハシート１全体を均一に加熱し、軟化させることで、ウェハシート１をほぼ均一に伸張させ、半導体チップ４どうしの間隔を均一化する方法が提案されている。半導体チップ４のピックアップやウェハ交換の際には、ウェハシート１の伸びを取り除くために再び熱風ブローすることになる（特許文献１）。
【０００８】
伸張したウェハシート１の伸びを取り除くために、図９に示すように、ウェハシート１をＸ−Ｙテーブル２４を用いて移動させながら、赤外線ヒータ２５より赤外線２６を照射して加熱する方法も提案されている（特許文献２）。
【特許文献１】特開平１１−２５１４０７号公報
【特許文献２】特開平１０−１２５７４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、ウェハシート１のエキスパンド後の伸びを熱で取り除くことは、均一に加熱する構造や温度管理が極めて困難であるため、現実的には不可能であり、弛みを低減させるに留まっている。上記した特許文献１、特許文献２の方法でも、エキスパンド後の弛みを無くすことはできず、弛みのあるウェハシート１上に半導体チップ４が波打って並んでいる状態となり、半導体チップ４のチッピングを回避することは極めて困難である。
【００１０】
特に半導体装置をランク分類生産する場合には、複数のウェハ２上の半導体チップ４をランク付けしておき、同一ランクの半導体チップ４をウェハ交換しながら連続してピックアップしてリードフレーム２１にボンディングするので、各ウェハを、そのウェハシート１がエキスパンドで引き伸ばされ弛んだ状態で、ダイボンダから取り出すことなくエキスパンド装置に着脱する必要があり、半導体チップ４のチッピングを回避することは事実上、不可能である。
【００１１】
半導体チップの更なる薄型化が求められている今日、上述した熱風ブローや赤外線加熱だけでなく、エキスパンド装置の構造を含めた根本的な対策が必要とされており、ウェハシートにかかる負荷を極力低減できるエキスパンド装置および半導体装置製造方法の開発が課題となっている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために本発明は、ウェハシートに粘着されたウェハからダイシングされ前記ウェハシート上に保持されている複数の半導体チップを互いに分離させるエキスパンド装置を、ウェハリングに展張された前記ウェハシートを支持するエキスパンドリングと、前記ウェハリングを押圧してエキスパンドリング上のウェハシートを伸張させる押圧手段と、前記エキスパンドリング上で伸張されたウェハシートのウェハ外領域に装着され前記ウェハシートの伸張を保持する伸張保持リングとを有した構造としたことを特徴とする。これによれば、ウェハシートの伸張に伴って個々の半導体チップに分離されたウェハを、ウェハシートの伸張を最適に保持した状態でエキスパンドリングから取り外し、再び設置できるので、ランク分類生産などで繰返しエキスパンドされるウェハシートにかかる負荷を極力低減することができ、ウェハシートの弛みに起因する隣接チップ間のチッピングも防止できる。
【００１３】
伸張保持リングは、ウェハシートを挟み込む上部材と下部材とで構成することができる。上部材と下部材のウェハシート接触面に互いに対応する凹凸部が形成されているのが好ましい。上部材と下部材とに互いに引き合う磁性部が設けられているのも好ましい。
【００１４】
また、伸張保持リングのウェハシート接触面に、ウェハシートを貫通して当該ウェハシートを係止する微小な突起部が形成されているのが好ましい。伸張保持リングが、ウェハシートとの接触面を昇温させる加熱部を有しているのも好ましい。
【００１５】
伸張保持リングの材料は、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼、チタン、これらのいずれかを主体とした合金、および樹脂の内の少なくとも１種とすることができる。
また本発明は、ウェハシートに粘着されダイシングされたウェハから個々の半導体チップを分離し、リードフレームにボンディングして、半導体装置を製造する際に、前記ウェハを前記ウェハシートをウェハリングに展張したうえで、上記エキスパンド装置に搬入して、エキスパンドリングに載せ、ウェハシートを伸張させる伸張工程と、前記エキスパンドリング上で伸張されたウェハシートのウェハ外領域に前記ウェハシートの伸張を保持する伸張保持リングを装着する伸張保持工程と、前記伸張保持リングが装着されたウェハシート上で互いに分離されている複数の半導体チップの内、所定の半導体チップをリードフレーム上にボンディングするボンディング工程と、前記所定の半導体チップが取り除かれたウェハを前記伸張保持リングによりウェハシートの伸張が保持された状態でエキスパンド装置から待避させる待避工程とを行い、その後に、ウェハ交換して、ウェハシートの伸張工程と伸張保持工程とボンディング工程と待避工程とを行い、さらにその後に、エキスパンド装置から待避された各ウェハについて順次に、少なくとも伸張工程とボンディング工程と待避工程とを行なうことを、各ウェハ中の予め決めた半導体チップをボンディングし終わるまで繰り返すことを特徴とする。
【００１６】
エキスパンド装置から一旦待避されたウェハについて、伸張工程においてウェハシートの伸張状態を変更し、その伸張状態を保持するように伸張保持工程を行なうようにしてもよい。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のエキスパンド装置は、ウェハシートに粘着されたウェハを前記ウェハシートの伸張を伸張保持リングにより最適に保持した状態でエキスパンドリングから取り外し、再び設置できるので、半導体装置のランク分類生産などにおいて、繰返しエキスパンドされるウェハシートにかかる負荷を極力低減することができ、ウェハシートの弛みに起因する隣接チップ間のチッピングを防止することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明で使用する従来タイプの半導体装置製造装置（ダイボンダ）の概略構成を示し、ウェハローダ部１００、リードフレームローダ部１０１、投入マガジンローダ部１０２、リードフレーム加熱部１０３、ダイスボンド部１０４、エキスパンド部１０５、リードフレーム収納部１０６を備えている。
【００１９】
ウェハローダ部１００には、ウェハシート１に粘着されダイシングされたウェハ２が複数枚投入される。ウェハシート１の周縁部には予めウェハリング５が固着される。
リードフレームローダ部１０１にはリードフレーム２１が直接に複数枚投入され、また投入マガジンローダ部１０２にはリードフレーム２１が挿入されたマガジンが複数枚投入されるが、用途に応じていずれかを選択できる機構になっている。リードフレーム２１は、詳細な図示は省略するが、半導体チップを所定の間隔で搭載するべく、複数のダイパッド部およびリード部とフレーム枠とで構成されている。ただし、リードフレーム２１に代えて分割可能な配線基板を用いてもよく、その場合はそれに適合する基板ローダ部、投入マガジンローダ部とされる。
【００２０】
エキスパンド部１０５は、本発明に係るエキスパンド装置を備えており、ウェハ２からダイシングされウェハシート１上に保持されている複数の半導体チップを互いに分離させる。
【００２１】
ダイスボンド部１０４は、エキスパンド部１０５で分離された個々の半導体チップをリードフレーム２１のダイパッド部にボンディングするもので、半導体チップを吸着するコレット９を有するとともに、用途に応じてペースト接着剤と熱圧着用接着剤のいずれかを選択できる機構になっている。
【００２２】
リードフレーム収納部１０６には、複数の半導体チップが搭載された加工済みのリードフレーム２１が収納される。
エキスパンド部１０５に設けられたエキスパンド装置について詳述する。
【００２３】
図２（ａ）（ｂ）において、６はエキスパンドリングであり、ダイシングされたウェハ２を粘着しウェハリング５に固着されたウェハシート１を下方から支持する。７はウェハリング押さえであり、エキスパンドリング６の外周側にエキスパンドリング６と同心状に且つ上下移動自在に配置されていて、ウェハリング５を押圧することで、エキスパンドリング６上のウェハシート１を伸張させる。１１は伸張保持リングであり、上部材１１ａと下部材１１ｂとで構成されていて、エキスパンドリング６上で伸張されたウェハシート１をウェハ外周とエキスパンドリング６との間で上下から挟み込んでウェハシート１の伸張を保持する。
【００２４】
図２（ｂ）に示すように、上述のウェハシート１がエキスパンドリング６上に載せられると、図２（ｃ）に示すように、ウェハリング押さえ７が下降して、ウェハリング５を押圧し、それによりウェハシート１が放射状に伸張されて、ウェハシート１上の半導体チップ４どうしの間隔が均一に広げられる。次に、図２（ｄ）に示すように、ウェハシート１のウェハ外周とエキスパンドリング６との間の部分を挟み込むように伸張保持リング１１が装着され、それによりウェハシート１の伸張が保持される。
【００２５】
この後には、図２（ｅ）に示すように、ダイシング押さえ７を上方へ移動させて、ウェハシート１を無負荷状態にしたうえで、個々の半導体チップ４をピックアップすることができる。ピックアップ終了後には、この状態で、ウェハシート１をエキスパンドリング６から取り外すことができる。
【００２６】
なおウェハシート１を無負荷状態にするときも、ウェハシート１は放射状に伸張した状態が伸張保持リング１１によって保持されていることから、均一に広げられた半導体チップ４どうしの間隔は保持され、チッピングを防止することができる。引き伸ばされたウェハシート１の弛み１ａは、伸張保持リング１１とウェハリング５との間に生じる。
【００２７】
図１および図２を参照しながら、半導体装置をランク分類生産する方法を説明する。
リードフレームローダ部１０１もしくは投入マガジンローダ部１０２に収納されていたリードフレーム２１がリードフレーム加熱部１０３に搬送され、そこで上（下）方から１００℃〜２００℃に加熱される。
【００２８】
一方で、ウェハローダ部１００に収納されていたウェハ２、すなわちウェハシート１に粘着されダイシングされたウェハ２がエキスパンド部１０５に搬送され、そこでウェハシート１が上述したように放射状に伸張され、その伸張状態が伸張保持リング１１により保持される。
【００２９】
そしてウェハシート１上で互いの間隔が均一に広がった個々の半導体チップ４が突上げピン（図示せず）にてウェハシート１から剥離され、コレット９によってピックアップされ、リードフレーム加熱部１０３に搬送され、そこでダイスボンド部１０４によって予めペースト接着剤１０が塗布されているリードフレーム２１のパッド面に搭載され、ペースト接着剤１０の熱硬化に伴ってボンディングされる。
【００３０】
この際に、ランク分類生産であるため、Ａランクの半導体チップ４（以下Ａランク品）がピックアップされボンディングされることが、エキスパンド部１０５に搬送されたウェハ２中のＡランク品がなくなるまで繰り返される。そしてＡランク品が取り除かれたウェハ２がウェハローダ部１００へと待避される。
【００３１】
その後に、別途のウェハ２がエキスパンド部１０５に搬送されて、ウェハシート１の伸張および伸張保持、Ａランク品のボンディングが行なわれ、Ａランク品が全て取り除かれたウェハ２が伸張保持リング１１によりウェハシート１の伸張が保持された状態でウェハローダ部１００へと待避される。このことは所定枚数のウェハ２について繰り返される。
【００３２】
その後に、Ａランク品が取り終えられた各ウェハについて、同様にして、ウェハシート１の伸張および伸張保持、Ｂランク品のボンディング、ウェハローダ部１００への待避が行われる。
【００３３】
さらに、同様にして、ウェハ交換しながら、Ｃランク品、Ｄランク品、・・・のボンディングが行なわれる。
この間、同一ランクの半導体チップ４が所定数だけボンディングされたリードフレーム２１は逐次、リードフレーム収納部１０６に搬送されて収納マガジンに収納され、新たなリードフレーム２１がダイスボンド部１０４に搬送される。
【００３４】
ボンディングの完了後には、リードフレーム収納部１０６に収納されたリードフレーム２１は装置外に取り出され、そのリード部と半導体チップ４の電極とが金属細線などにより電気的に接続され、半導体チップ４とリードの一部とパッド部と金属細線とを覆うように封止樹脂が設けられ、半導体チップ４ごとに構成される半導体装置単体が最後にフレーム枠から分離される。
【００３５】
以上のランク分類生産では、各ウェハ２はエキスパンド部１０５とウェハローダ部１００との間を何度も往復することになるが、伸張保持リング１１によってウェハシート１の適度な伸張状態が保持されるため、ウェハシート１にかかる負荷を極力低減することができ、ウェハシートの弛みに起因する隣接チップ間のチッピングも防止できる。またエキスパンドの回数が低減されるため、ウェハシート１の破れも防止できる。
【００３６】
一旦エキスパンド部１０５から待避されたウェハ２については、再びエキスパンド部１０５に搬入されエキスパンドリング６上に載せられたときに、伸張保持リング１１を取り外しつつウェハリング５を押圧することによりウェハシート１の伸張量を再調整し、そのうえで伸張保持リング１１を再装着するようにしてもよい。このことにより、残存するＢランク品、Ｃランク品、・・の偏在等の影響をなくして、常に最適な伸張量を保持することができ、ウェハシート１の弛みによるチッピングを確実に無くすことが可能となる。
【００３７】
図３に伸張保持リング１１の詳細図を示す。上部材１１ａと下部材１１ｂとにリング周方向に沿って等間隔をおいて複数個のヒータ１２が内蔵されている。このヒータ１２は、伸張保持リング１１のシート接触面を昇温させることで、ウェハシート１を加熱して熱硬化させ、強度を高め、伸張量を保持させる。
【００３８】
図４に他の伸張保持リング１１を示す。上部材１１ａと下部材１１ｂの対向面（シート接触面）が互いに噛み合う波状の凹凸形状部１３とされている。また上部材１１ａと下部材１１ｂの対向面に、ウェハシート１を貫通する鋭利な固定ピン１４とそれを収容するピン挿入穴１５とがリング周方向に沿って等間隔をおいて複数対設けられている。各固定ピン１４には鍔部１４ａが形成され、各ピン挿入穴１５には鍔部１４ａが嵌合する溝部１５ａが形成されていて、専用治具でのみ取り外しできる抜け防止の機能を担っている。
【００３９】
これによれば、伸張保持リング１１がウェハシート１を上下方向から挟み込む際の接触面積が凹凸形状部１３によって増えるため、摩擦抵抗が大きくなり、挟み込み強度を確保できる。また挟み込んだウェハシート１の伸張状態を固定ピン１４，ピン挿入穴１５とその抜け防止機構１４ａ，１５ａとにより確実に保持できる。
【００４０】
図５にさらに他の伸張保持リング１１を示す。上部材１１ａと下部材１１ｂの対向面（シート接触面）が互いに噛み合う波状の凹凸形状部１３とされている。また上部材１１ａと下部材１１ｂとに互いに引き合う磁性部１６，１７がリング周方向に沿って等間隔をおいて複数対設けられている。
【００４１】
これによれば、伸張保持リング１１がウェハシート１を上下方向から挟み込む際の接触面積が凹凸形状部１３によって増えるため、摩擦抵抗が大きくなり、挟み込み強度を確保できる。また挟み込んだウェハシート１の伸張状態を磁性部１６，１７の引き合う力で確実に保持できる。この構造はウェハシート１を貫通できない場合、たとえばウェハシート１の基材の厚みが１００μｍ未満の薄型タイプのシートを採用した場合に好適である。薄型タイプのシートに貫通穴を空けるとその貫通穴を基点にシート破れが発生してしまうことがあるので、このようなシートについては、貫通穴を設けるのでなく、伸張保持リングの接触面積を拡大し、接触抵抗を大きくすることが、有効であり、好ましいのである。
【００４２】
なお、ウェハシート１とエキスパンドリング６との接触による静電気の発生等が問題となる場合は、イオナイザを設置して静電気を除去する処置がとられる。
ウェハシート１は当然ながら伸張性のある材料で形成され、たとえばポリオレフィン樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニール樹脂、エポキシ樹脂等が用いられる。伸張保持リング１１は、ウェハシート１の材料や厚みに応じて、熱伝導率や強度を確保できるように、鉄、アルミニウム、ステンレス鋼（ＳＵＳ）、チタン、これらのいずれかを主体とした合金、樹脂の内の少なくとも１種の材料を選択して形成される。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
本発明のエキスパンド装置および半導体装置製造方法は、ダイボンダ工程での半導体チップのチッピングを防止できるので、ますます薄型化が進む半導体チップに対処できる。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】本発明で使用する従来タイプの半導体装置製造装置の概略構成図
【図２】図１の半導体装置製造装置に設けられる本発明のエキスパンド装置の構成図
【図３】図２のエキスパンド装置に設けられる伸張保持リングの構成図
【図４】図２のエキスパンド装置に設けられる他の伸張保持リングの構成図
【図５】図２のエキスパンド装置に設けられるさらに他の伸張保持リングの構成図
【図６】従来より行われているダイボンダ工程のフローを説明する工程図
【図７】図６のダイボンダ工程で使用される従来のエキスパンド装置でチッピングが起こる状況を示す断面図
【図８】従来の他のエキスパンドを示す断面図
【図９】従来のさらに他のエキスパンドを示す断面図
【符号の説明】
【００４５】
１      ウェハシート
２      ウェハ
４      半導体チップ
５      ウェハリング
６      エキスパンドリング
７      ウェハリング押さえ
11      伸張保持リング
12      ヒータ
13      凹凸形状部
14      固定ピン
15      ピン挿入穴
16,17   磁性部
【図１】
2007134527.tif 000003
【図２】
2007134527.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2007134527.tif 000008
【図７】
2007134527.tif 000009
【図８】
2007134527.tif 000010
【図９】
2007134527.tif 000011