JP4799365B2 - 半導体装置の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体装置の製造方法に関し、特に複数の半導体集積回路素子を形成した半導体ウェーハ上の特定の電極に樹脂を塗布する技術に関するものである。

半導体集積回路素子は、半導体ウェーハ上に拡散プロセスを経て複数個形成され、個々の半導体デバイスへと分割されており、外部接続用のリードなどを付与され、樹脂やセラミックなどで封止されて製品となる。

半導体集積回路素子は、製造プロセスの微細化、多機能化が進むに伴って、製品の品質確保のために、そして実装後のトラブルを事前に防ぐために、バーンイン（スクリーニング）テストが必要不可欠となっている。バーンインテストは、半導体集積回路素子に温度、電気負荷をかけるもので、従来は製品の状態で実施されてきたのであるが、半導体集積回路素子を単体のデバイス（チップ）売りとする形態も増え、ウェーハ状態での品質保証が重要となってきたことから、ウェーハ状態での一括バーンインテストも実施されるようになっている。一括バーンインによれば、プロセス上の欠陥を組み立て前に見つけ出し、後工程での検査時間を短縮できることに加え、バーンインコストも低減できるので、生産性の向上、検査コストの削減を図ることができる。

一括ウェーハバーンインを実現するためには、半導体ウェーハ上の複数の半導体集積回路素子の各々に形成されたバーンイン検査に必要な電極（ＡＬパッド）に一括で電源を印加する必要があり、大口径３００ｍｍウェーハではその７万個以上もの電極を一括コンタクトさせることになる。

その際に、不良の半導体集積回路素子に電源供給すると、異常発熱し、良品素子を不良にしたり、ウェーハバーンイン用のプローブカードを焼損するなどの不具合が発生するので、事前のプローブ検査で不良と判定された半導体集積回路素子に対しては、電源供給を遮断することが必要となっている。そのために半導体ウェーハ上の１または複数の不良の半導体集積回路素子に存在する多数の電極を紫外線硬化性樹脂で被覆して電気絶縁させる方法がとられている。

樹脂の塗布方式としては、たとえば図１０に示すように、半導体ウェーハ上の所要の半導体集積回路素子２の電極３上に紫外線硬化性の樹脂１０をディスペンサー方式の塗布ノズル１１を接触させて吐出する塗布方式がある（特許文献１参照）。

塗布ノズルを対象物に接触させない塗布方式もある。たとえば、塗布ノズルを被塗布箇所に接触しない所定の高さに配置して液体を吐出させ、吐出液体が塗布箇所に接したところで、この吐出液体をノズルの先端から塗布箇所側に引き込ませるようにした方法がある（特許文献２参照）。インクジェット方式で樹脂を吐出する塗布も一般に行われている。
特開２００５−１０１４３９公報 特開２０００−１０２７５８公報

しかし、図１０に示した塗布方式は、塗布ノズル１１を電極３に直接に接触させて樹脂１０を転写するもので、電極３への接触衝撃を緩和する対策が種々にとられてはいるものの、電極３や電極下にストレスが発生してしまう。またこの塗布方式は、樹脂１０の高粘度な性質を利用したものであり、詰まりを防ぐために塗布ノズル１１の吐出穴径を３０μｍ程度としているため、吐出量が３０ピコリットル以上となり、微小な電極への塗布は困難である。

塗布ノズルを塗布対象物に接触させるか接触させないかにかかわらず、塗布状態の安定を図ることが重要である。そのために、樹脂材料を種々に変えて各々の粘性に応じた広がりにコントロールすることを検討したが、半導体ウェーハの表面状態によっては安定した広がりが得られない場所もあり、塗布した樹脂の膜厚が５μｍから２０μｍというようにばらついてしまい、絶縁されない電極ができてしまう。

本発明は、上記問題に鑑み、樹脂を、対象物にストレスを発生させることなく、微小量でも安定して塗布できるようにすることを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明の半導体装置の製造方法は、複数の半導体集積回路素子を形成した半導体ウェーハ上の特定の電極に樹脂を塗布する樹脂塗布工程を含む半導体装置の製造方法であって、前記樹脂塗布工程では、前記電極の近傍に配置した塗布ノズルより吐出される樹脂を加熱して粘度を低下させるとともに、前記電極を前記樹脂の加熱温度よりも低い温度に調節し、前記温度調節された電極上に前記加熱された樹脂を塗布ノズルより吐出し、前記吐出は、塗布ノズルより微小量の樹脂を電極の中心部に吐出し、その後に前記電極と電極外との境界部に吐出することを特徴とする。

上記の製造方法は、樹脂の粘度の温度依存性を利用して、樹脂を、予め加熱して粘度を低下させて吐出し、電極への付着後は当該電極の温度まで降温させることで粘度を高め、広がりを最適にするものである。このようにすることにより樹脂を所望の広がりにて安定して塗布することができ、かつ、塗布ノズルは直接には電極に接触しないため荷重がかからず、ストレスを回避できる。

樹脂塗布工程は、半導体ウェーハ上の複数の半導体集積回路素子の内、不良の半導体集積回路素子の電極に絶縁被膜を形成する工程であってよい。上記のように塗布状態が安定するため、多数の電極であってもそれぞれを確実に絶縁できる。

樹脂が紫外線硬化性樹脂であるのが都合よい。樹脂の広がりを確認しながら紫外線を照射して硬化させることにより、所望の広がりで且つ均一な広がりの被膜を得ることができるからである。

塗布ノズルより微小量の樹脂を電極の中心部に吐出し、その後に前記電極と電極外との境界部に吐出しているのは、電極の中心部に吐出した樹脂が電極外まで広がりにくい場合に、境界部にも吐出することで電極外へ広がる流れを作ることができるからであり、膜厚のコントロールに有効である。

本発明によれば、電極等の被塗布箇所の近傍に配置した塗布ノズルより、樹脂等の粘性の液体を予め粘度を下げて吐出し、被塗布箇所上で粘度を高めて広がりを制御するので、前記の液体を被塗布箇所に所望の広がりにて安定に塗布することが可能であり、品質を向上することができる。塗布ノズルの種類によっては、超微量の塗布が可能であり、微細プロセスの微小電極にも塗布できる。また塗布ノズルを被塗布箇所に接触させないので、荷重がかからず、ストレスが発生しない。塗布ノズルを被塗布箇所に接触させる塗布方式に比べて、上下機構及び上下動作が必要でない分、塗布の高速化、リードタイムの短縮も図ることができる。

以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明する。
本発明にかかる半導体装置の製造装置は、複数の半導体集積回路素子を形成した半導体ウェーハ上の特定の電極に樹脂を塗布するための樹脂塗布機構を有するものであるため、まず処理対象の半導体ウェーハについて説明する。

図１に示すように、半導体ウェーハ１は、従来よりあるタイプのものであり、複数の半導体集積回路素子２が形成されている。各々の半導体集積回路素子２は、現在一般的なものでは、図２（ａ）に示すように、電極３は回路部４を囲むように素子周縁部に形成されている。図２（ｂ）に示す半導体集積回路素子２のように、素子周縁部だけでなく素子内部にも電極３が形成されたものもある。電極３のさらなる増加、狭ピッチ化、狭小化が予想されることから、微小量の樹脂を位置精度よく、電極３が素子内部まで形成されたときには特に位置精度よく、塗布することが要求される。

図３は、本発明の一実施形態の半導体装置の製造装置に備わる樹脂塗布機構の構成を示す。この樹脂塗布機構は、半導体ウェーハ上の複数の半導体集積回路素子の内、不良の半導体集積回路素子の電極に絶縁被膜を形成するためのものであるとして説明する。

図３（ａ）に示すように、半導体ウェーハ１を設置するためのウェーハステージ１２と、ウェーハステージ１２をＸ方向、Ｙ方向に移動させるＸＹテーブル１３と、ウェーハステージ１２上の半導体ウェーハ１の対象電極に電気絶縁性の樹脂を塗布するための塗布ユニット１４と、塗布ユニット１４の塗布動作を制御する塗布ユニットコントローラ１５と、半導体ウェーハ１上の対象電極およびその塗布位置を上方から認識するための位置認識カメラ１６および位置認識カメラコントローラー１７と、半導体ウェーハ１上の対象電極を塗布ユニット１４による塗布位置に配置するようにＸＹテーブル１３の動作を制御するウェーハステージコントローラー１８と、ウェーハステージ１２および塗布ユニット１４の温度を制御する温度制御コントローラー１９と、塗布ユニットコントローラ１５と位置認識カメラコントローラー１７とウェーハステージコントローラー１８と温度制御コントローラー１９とを統合的に制御する統合コントローラー２０とを有している。

塗布ユニット１４は、対象電極の近傍に開口部が配置されるインクジェット式の塗布ノズル１１と、塗布ノズル１１に樹脂を供給する樹脂貯蔵部２１と、塗布ノズル１１および樹脂貯蔵部２１の外側に配置された加熱部２２とを有している。ウェーハステージ１２には、図３（ｂ）に示すように、当該ウェーハステージ１２を冷却可能な温度調節部２３が内蔵されている。塗布ノズル１１およびウェーハステージ１２には温度センサー２４,２５が設けられている。加熱部２２および温度調節部２３は上述の温度制御コントローラー１９に接続されている。

そして、統合コントローラー２０によって、温度制御コントローラー１９，加熱部２２，温度調節部２３を通じて、塗布ノズル１１と樹脂貯蔵部２１とウェーハステージ１２の温度が制御されるとともに、塗布ノズル１１からの吐出タイミングが制御されるようになっている。塗布ノズル１１および樹脂貯蔵部２２が制御される温度は、内部の樹脂の粘度が所定値まで低下する所定の温度であり、ウェーハステージ１２が制御される温度は、その上に設置された半導体ウェーハ１が前記樹脂の温度よりも低い温度となる所定の温度である。

上記構成により、塗布ノズル１１，樹脂貯蔵部２１，ウェーハステージ１２が所定温度に制御される状態において、半導体ウェーハ１上の対象電極が位置認識カメラ１６により確認されつつ塗布ノズル１１の直下に位置決めされ、その後に統合コントローラー２０から発せられる射出信号によって、塗布ノズル１１から対象電極上に樹脂が吐出される。このステップが対象電極数だけ繰り返される。

図４に示すように、加熱によって粘度が低下されて吐出された樹脂１０は、対象の電極３に付着し（実線で示す）、次第に広がる。この際に、電極３の温度が低いと、樹脂１０は付着直後に高粘度になり、ほぼそのままの形状で電極３上に残ることとなり（仮想線で示す右部）、電極３の温度が高いと、樹脂１０の粘度が低くなり、電極３より外周に広がることとなる（仮想線で示す左部）。図中のＬはスクライブレーンである。

図５を参照して詳述する。半導体ウェーハ１が設置されたウェーハステージ１２は、温度調節部２３としてペルチェ素子を内蔵し、ウェーハ設置面に温度センサー２５を有しており、温度調節部２３によってウェーハステージ１２が温度制御されるに伴い、半導体ウェーハ１がその上の電極３を含めてその温度に均一に制御される。

このため、電極３上に吐出された樹脂１０は、実線で示すように電極３上に付着した後、当該電極３の温度（したがって半導体ウェーハ１の温度）まで冷却されて粘度が高まり、広がりが抑制されつつ実線で示すように電極外へ均一に広がる。つまり低粘度とした樹脂１０を、塗布ノズル１１に応じた量で迅速にかつ安定に吐出したうえで、電極３上で所望の広がりとし、最適な塗布状態を確保することが可能である。塗布ノズル１１は直接には電極３に接触しないので、電極３や電極下に荷重がかかることはなく、ストレスなく塗布できる。

なお塗布ノズル１１はインクジェット式であるため、吐出量は数ピコリットルという微小量であり、吐出された樹脂１０が保有する熱量は半導体ウェーハ１が保有する熱量に比べて非常に小さいので、電極３への付着後に速やかに半導体ウェーハ１の温度まで冷却されることとなる。

温度調節部２３として用いたペルチェ素子は、印加電圧によって加熱冷却を容易にコントロールすることができるので、このペルチェ素子の加熱冷却の両機能を使うようにしてもよい。たとえば、樹脂１０の吐出時には、半導体ウェーハ１の温度を下げて樹脂１０が広がらないように保持しつつ、絶縁被膜が必要な半導体集積回路素子２の全て、つまり不良の半導体集積回路素子２の全ての、対象の電極３の全てに紫外線硬化性の樹脂１０を吐出する。そして吐出完了後に、半導体ウェーハ１の温度を上げて全電極３の樹脂１０を一括で広げ、適度に広がった時点で再び半導体ウェーハ１の温度を下げて樹脂１０の広がりを止める。このようにすれば、対象の全電極３上に適度に広がった樹脂１０を一括で紫外線照射によって硬化させることができる。

図６は、紫外線硬化性樹脂の粘度の温度特性を示したグラフである。樹脂Ａ，Ｂとも、電気絶縁性かつ紫外線硬化性の樹脂として一般に用いられているものであり、温度が上昇すると粘度が小さくなるという特性を有している。樹脂Ａの粘度は、８０℃のときに１０ｍＰａ・S付近であり、２５℃付近（常温）で７００ｍＰａ・Sである。樹脂Ｂの粘度は、６０℃のときに１０ｍＰａ・S付近であり、２５℃付近で１００ｍＰａ・Sである。ここで、１０ｍＰａ・S付近という粘度は、インクジェット方式の塗布ノズルで使用できる粘度である。

したがって、樹脂Ａについては、塗布ノズル（および樹脂貯蔵部）の温度を８０℃にすると１０ｍＰａ・S付近の粘度となって容易に吐出可能となり、その一方でウェーハ温度を２５℃に保持すると電極上に吐出された樹脂の粘度が高まり、適度に広げることが可能となる。同様に、樹脂Ｂについては、塗布ノズル（および樹脂貯蔵部）の温度を６０℃にすると１０ｍＰａ・S付近の粘度となって容易に吐出可能となり、その一方でウェーハ温度を２５℃に保持すると電極上に吐出された樹脂の粘度が高まり、適度に広げることが可能となる。つまり、常温（２５℃）で１００ｍＰａ・S以上ある樹脂を加熱によって１０ｍＰａ・S以下の低粘度に変化させることで、インクジェット方式の塗布ノズルから射出することが可能になり、射出先で粘度を高めて適度に広げることができるのである。

樹脂１０を電極３上の１箇所のみに吐出するのでなく複数箇所に吐出してもよい。たとえば、図７に示すように、塗布ノズル１１を移動させて、樹脂１０を、電極３の中心部と、電極３とその周囲のウェーハ上との境界部とに吐出するようにしてもよい。この方法は、電極３の中心部に吐出した樹脂１０があまり広がらずに電極３上に残ってしまい、厚みが１０μｍ以上ともなるときなどに採用するとよい。先の樹脂１０（中心部）よりも外周側に樹脂１０（境界部）を追加することで、先の樹脂１０の外周側への流れおよび広がりを誘導して、仮想線で示すような電極外までの適度な広がりとすることが可能になる。最適な膜厚および広がりを確保するために、中心部に１回から複数回、境界部に１回から複数回、吐出してもよい。

図８に示すように、複数の塗布ノズル１１ａ，１１ｂを有するマルチノズル用いて、樹脂１０を電極３の中心部と境界部とに一括で吐出することで、仮想線で示すような電極外までの広がりを確保するようにしてもよい。このようにすれば電極３上の樹脂１０厚を１０μｍ以下に抑えることができる。ノズル数は、電極３の大きさと吐出される樹脂量等に基づいて決めればよい。例えば、樹脂１ピコリットルを吐出したときには電極３上に直径５μｍ程度の大きさで付着するので、電極３が５０μｍの幅であれば、単純計算では１０個のノズルを並べることになるが、実際には付着後の樹脂１０の広がりをたとえば２倍として計算して、５個のノズルを並べることになる。このように、電極３の大きさと樹脂１０の吐出量や広がりを勘案して複数の塗布ノズル１１ａ，１１ｂ・・・を配置することにより、電極３上の複数箇所に一括で樹脂１０を吐出して最適な広がりを得ることが可能である。

図９（ａ）（ｂ）に示すように、半導体集積回路素子２の電極３を、検査装置との間に介在させるプローブカードに設けられた検査針２６（プローブ針）を接続させる検査針接続領域３ａと、ウェーハバーンイン用プローブカードに設けられたバンプ電極２７を接続させるバンプ接続領域３ｂとに区分しておき、それぞれの領域でそれぞれの検査を実施することもできる。図中の２８は検査針２６の針跡を示す。

上述の絶縁被膜は、半導体ウェーハ１上の複数の半導体集積回路素子２の全数に対応するバンプ電極２７を持ったプローブカードで一括ウェーハバーンインするのに先立って、検査針２６を接続させる検査で不良と判断された半導体集積回路素子２の電極３を絶縁するべく形成するものであるため、このように区分された電極３についてはバンプ接続領域３ｂのみに被膜形成すればよい。

そこで、本発明にかかる半導体装置の製造装置によって、半導体ウェーハ１を適切に温度管理しつつ、図示したように、バンプ接続領域３ｂにのみ樹脂１０を微小な突起状に等間隔などで吐出すれば、各突起状の樹脂１０は広がらずにバンプ接続領域３ｂ内に留まり、それより形成される非連続的な絶縁被膜が電極３（バンプ接続領域３ｂ）をバンプ電極２７から絶縁することとなる。絶縁被膜の膜厚が１０μｍ以上にならない樹脂吐出量としておけば、良品素子に同時に接続される他のバンプ電極２７の接続の支障になることはない。検査針２６によって再検査する場合は直接に電極３（検査針接続領域３ａ）に接続させることができる。

これに対し、樹脂を単に吐出する従来法によっては、電極３の全体に樹脂が広がって被膜が形成されることになるため、検査針２６によって再検査する場合には検査針２６を被膜に貫通させる必要があり、検査針２６自体を損傷させてしまったり、被膜の剥れ、それによるダストの発生を招き、良品の半導体集積回路素子２に悪影響を与えてしまう。

以上の実施形態では、インクジェット式の塗布ノズルを用いるものとして説明してきたが、これに限定されない。微小電極への塗布には、上述のインクジェット式の塗布ノズルが１ピコリットル以下でも吐出できるため好ましいが、ディスペンサー方式の塗布ノズルであれば、３０ピコリットル程度が最小吐出量である反面、粘度が高い樹脂を吐出できるし、５０μｍ×５０μｍ程度の大きな電極面積にも効率的に塗布可能である。

なおディスペンサー方式とは、エアーの圧力と吐出時間（数ミリ秒から数秒）とをコントロールすることで、液状物を適量、吐出させる方式を言う。高粘度の液状物も吐出が可能であることから、半導体装置の製造に際して、樹脂、粘性のある液体などの吐出方式として一般的に使用されている。ここで用いているような紫外線硬化性樹脂（粘度１００ｍＰａ・S）をノズルの先端にある針穴直径２０から３０μｍ程度から吐出した場合、針穴径、樹脂粘度（常温使用）などから、安定した吐出量は上述のように３０ピコリットル以上となる。

以上の実施形態ではまた、半導体ウェーハ上に形成した複数の半導体集積回路素子の内、不良の半導体集積回路素子の電極に絶縁被膜を形成するために電気絶縁性の樹脂を塗布するものとして説明してきたが、導電性樹脂を用いて電極上に導電性のバンプを形成することも可能である。さらには樹脂でない粘性の液体の塗布も同様に行える。

本発明に係る塗布方式によれば、粘性の液体を微小量でも安定して塗布することができるので、微細化が進む半導体ウェーハの半導体集積回路素子の微小電極に対し、特定の位置に樹脂を塗布する用途に特に有用である。

処理対象である従来よりある半導体ウェーハの平面図 図１の半導体ウェーハ上に複数個形成されている半導体集積回路素子の平面図 本発明にかかる半導体装置の製造装置の樹脂塗布機構の構成図 半導体ウェーハの電極上に吐出された樹脂の広がりを示す説明図 半導体ウェーハの電極上に吐出された樹脂の広がりを示す他の説明図 紫外線硬化性樹脂の粘度の温度特性を示したグラフ 半導体ウェーハの電極上の複数箇所に単一の塗布ノズルで樹脂を吐出する状態を示す説明図 半導体ウェーハの電極上の複数箇所に複数の塗布ノズルで樹脂を吐出する状態を示す説明図 電極上の一部領域に樹脂を吐出した状態を示す説明図 従来の塗布ノズルによる塗布方式を示す説明図

符号の説明

１ 半導体ウェーハ
２ 半導体集積回路素子
３ 電極
3a 検査針接続領域
3b バンプ接続領域
10 樹脂
11 塗布ノズル
13 ウェーハステージ
21 樹脂貯蔵部
22 加熱部
23 温度調節部
24,25 温度センサー
26 検査針
27 バンプ電極

Claims (3)

1. 複数の半導体集積回路素子を形成した半導体ウェーハ上の特定の電極に樹脂を塗布する樹脂塗布工程を含む半導体装置の製造方法であって、
   前記樹脂塗布工程では、前記電極の近傍に配置した塗布ノズルより吐出される樹脂を加熱して粘度を低下させるとともに、前記電極を前記樹脂の加熱温度よりも低い温度に調節し、前記温度調節された電極上に前記加熱された樹脂を塗布ノズルより吐出し、前記吐出は、塗布ノズルより微小量の樹脂を電極の中心部に吐出し、その後に前記電極と電極外との境界部に吐出することを特徴とする半導体装置の製造方法。
2. 樹脂塗布工程は、半導体ウェーハ上の複数の半導体集積回路素子の内、不良の半導体集積回路素子の電極に絶縁被膜を形成する工程であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。
3. 樹脂が紫外線硬化性樹脂であることを特徴とする請求項１記載の半導体装置の製造方法。

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