半導体素子の製造方法
【課題】半導体素子を製造する際の実装工程において、多数の半導体素子を精度良く配列し一括して実装する方法を提供する。
【解決手段】エキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドするエキスパンド工程と、半導体素子チップを仮載置台に載置する載置工程と、液体供給手段と、前記各半導体素子チップと前記仮載置台との間に氷結層を形成する冷凍工程と、前記各半導体素子チップから前記拡大エキスパンドテープを剥離するエキスパンドテープ剥離工程と、氷結層を解凍する解凍工程とを具備する。
【解決手段】エキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドするエキスパンド工程と、半導体素子チップを仮載置台に載置する載置工程と、液体供給手段と、前記各半導体素子チップと前記仮載置台との間に氷結層を形成する冷凍工程と、前記各半導体素子チップから前記拡大エキスパンドテープを剥離するエキスパンドテープ剥離工程と、氷結層を解凍する解凍工程とを具備する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍手法を利用した半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は産業のコメとして我々の生活のあらゆる分野で使用されている。とりわけＬＥＤ素子の進歩は著しく通信機器や情報機器あるいは新世代照明器具等へと応用が拡大している。
この中でＬＥＤ素子の照明器具への応用では、省電力性や環境保護などの優れた特長で注目を集めているが、本格的な実用化までいくつかの課題が残されている。
そしてその課題とは経済性であり、小形薄型化である。すなわち多くの家庭で使われるためには、まずはＬＥＤ素子を大量に安く作る製造技術が必要であり、これまでにいくつかの技術が開示されている。
【０００３】
例えばサファイヤなどのウエハー上に、有機金属気相成長法などの手法を用い、予め多数のＬＥＤ素子を形成し、そののちダイシングにより個々のチップに分割し回路基板に個別に実装してワイヤボンドののち全体を樹脂封止する、という製造法が開示されている。（例えば特許文献１参照）。
以下、図８を用いて特許文献１に示す従来の製造法について説明する。
【０００４】
図８（ａ）に示す様に、ＬＥＤ素子ウエハー１にエキスパンドテープ２を貼付し、図８（ｂ）に示す様にＬＥＤ素子ウエハー１をダイシングにより各半導体素子チップ１Ａに分割したのち、図８（ｃ）に示す様にエキスパンドテープ２を引き延ばし、さらに図８（ｄ）の矢印Ｔに示す様に各半導体素子チップ１Ａを集合回路基板７に実装し、図８（ｅ）に示す様に集合回路基板７の各半導体素子チップ１Ａを含む上面に樹脂封止材１０を形成したのち、図８（ｆ）に示す様に集合基板７と樹脂封止材１０とを縦横に細断し、ＬＥＤ素子１０１を得るものである。
【０００５】
また別の技術としては、複数に分割されたＬＥＤチップ１を一まとめにして一度に配列させ、小形薄型化されたモジュールを効率良く製造する技術が開示されている。（例えば特許文献２参照）
【０００６】
以下、図９（ａ）を用いて特許文献２に示す従来の製造法について説明する。
図９（ａ）に示す様に、透光性を有しフィルム各所で導電性を有する第１のフィルム２０１およびフィルム表面に複数の電極２０４が形成された第２のフィルム２０２の間に、所定の平面パターンをもってＬＥＤチップ２００を配列し、さらに第１および第２のフィルム２０１，２０２の間にＬＥＤチップ２００と中間フィルム２０３を挟み込み、光半導体モジュール２０５を効率的に製造するものである。
【０００７】
また別の技術としては、ＬＥＤ素子を形成したウエハーにエキスパンドテープを貼付し、ダイシングで個々のＬＥＤ素子に分割したのちＬＥＤ素子からエキスパンドテープを剥離する工程において、冷凍を使ってエキスパンドテープの粘着力を弱め、エキスパンドテープの剥離を容易にする技術が開示されている。（例えば特許文献３参照）
【０００８】
以下、図９（ｂ）を用いて特許文献３に示す従来の半導体素子の製造法について説明する。
図９（ｂ）に示す様に、エキスパンドテープ３０５に貼付された半導体チップ３０２をピックアップコレット３０１によってエキスパンドテープ３０５から剥離する際に、半導体チップ３０２を押し上げる突き上げピン３０４と、エキスパンドテープ３０５を冷却装置３０３によって冷却し、エキスパンドテープ３０５の粘着力を弱めて半導体チップ３０２のピックアップを容易にするというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５２１２１０号公報（第６−７頁、第２−３図）
【特許文献２】特開平１１−１７７１４７号公報（第６頁、第２図、第１３図）
【特許文献３】特開平９−１６７７７９号公報（特許請求の範囲、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献１に開示された従来の製造法では、半導体素子チップ１Ａを拡大エキスパンドテープ２Ａから剥離し集合回路基板７に実装する際において半導体素子チップ１Ａと集合回路基板７との位置関係を厳密に管理する必要があり、生産の能率は高いとは言い難い。
また特許文献２で開示された従来の製造法では、分割されたＬＥＤチップを一度に配列する上で効率的であるが、一方では各ＬＥＤチップ２００からエキスパンドテープを剥離するという困難な作業についての工夫はなされておらず、工程の効率化が図られているとはいえない。
【００１１】
また特許文献３で開示された従来の製造法では、エキスパンドテープ等の接着力を冷却して弱めるのでエキスパンドテープを剥離する工程は効率化するが、半導体チップのピックアップに従来技術であるコレットを使うので、半導体チップが微小化した場合などでは品質上あるいは作業効率上の課題が生じる。
【００１２】
このように従来の製造法では、半導体素子チップからエキスパンドテープを剥離することが困難であったり、微小化した半導体素子チップをエキスパンドテープからピックアップする際にピックアップコレットで半導体素子チップを破壊したり、さらには多数の半導体素子チップの一括実装が困難であるなど、多くの課題を抱えていた。
本発明の目的は上記課題を解決し、半導体素子チップからエキスパンドテープの剥離を容易にし、かつまた多数の半導体素子チップを一括して精度良く実装出来る半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため本発明の半導体素子の製造方法は下記記載の工程を採用する。
【００１４】
本発明の半導体素子の製造方法はエキスパンドテープ上に粘着した半導体素子ウエハーを縦横に細断して各半導体素子チップを形成し、エキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドするエキスパンド工程と、エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ上の各半導体素子チップを仮載置台に載置する載置工程と、液体供給手段を設け、液体供給手段によって各半導体素子チップと仮載置台との間に液体を供給する液体供給工程と、仮載置台を冷凍する冷凍手段を設け、冷凍手段によって各半導体素子チップと仮載置台との間の液体を凍結し氷結層を形成する冷凍工程と、冷凍工程によって氷結層を形成したのちに、各半導体素子チップから拡大エキスパンドテープを剥離するエキスパンドテープ剥離工程と、エキスパンドテープ剥離工程によって各半導体素子チップからエキスパンドテープを剥離したのちに、各半導体素子チップと仮載置台との間の氷結層を解凍する解凍工程と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、半導体素子チップは凍結によって仮載置台上に固定されているので拡大エキスパンドテープは半導体素子チップから容易に剥がすことが可能であり、拡大エキスパンドテープの剥離ののち、各半導体素子チップと仮載置台との間の氷結層は解凍されるので、以後の工程に速やかに移ることが出来る。
【００１６】
さらに解凍工程は、各半導体素子チップが載置された仮載置台を解凍容器に収納し、解凍容器内の圧力と温湿度とを制御して氷結層を昇華するフリーズドライ法を用いてもよい。
【００１７】
すなわち、半導体素子チップと仮載置台との間の氷結層はフリーズドライ法で昇華によって解凍されるため、解凍の過程で半導体素子チップと仮載置台の間に液体は存在せず、従って仮載置台上における各半導体素子チップの間の相対位置は変動しない。
【００１８】
さらにフリーズドライ法を用いた解凍工程によって氷結層を昇華したのちに、各半導体素子チップを集合回路基板に整列配置する整列配置工程と、整列配置工程ののちに、各半導体素子チップを集合回路基板に実装する実装工程と、をさらに具備してもよい。
【００１９】
すなわち整列配置工程と実装工程によって、各半導体素子チップは相互の相対位置を維持しつつ集合回路基板に実装されるので、多数の半導体素子チップを載置した集合回路基板を一括して製造できる。
【００２０】
さらに各半導体素子チップを集合回路基板に実装する実装工程は、フリップチップ実装を用いたものであることが望ましい。
【００２１】
すなわちフリップチップ実装によって、各半導体素子チップを実装した集合回路基板を、ひいては最終的な完成品である半導体素子を、小形かつ薄型にすることが出来る。
【００２２】
さらに実装工程によって各半導体素子チップを集合回路基板に実装したのちに、集合回路基板上の各半導体全体チップを覆う様に封止樹脂材を形成し、集合回路基板と封止樹脂材とを縦横に細断して個々の半導体素子に分離する分離工程を有することが望ましい。
【００２３】
すなわち分離工程によって、各半導体素子が効率よく分離され、大量の半導体素子を一括して製造することが出来る。
【００２４】
さらに各半導体素子チップはＬＥＤ素子チップであることが望ましい。
【００２５】
さらに冷凍手段は熱電効果素子を使用したものであることが望ましい。
【００２６】
すなわち本発明の製造方法は熱電効果素子を使用しているので小形で使い勝手に優れ、照明装置や表示装置に用いられる小形薄型のＬＥＤの効率的生産が可能になる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、多数の半導体素子チップを一括して精度良く実装出来る半導体素子の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による半導体素子の製造方法の第１の実施形態の工程を示す断面図である。
【図２】本発明による半導体素子の製造方法の第１の実施形態の工程を示す断面図および平面図である。
【図３】本発明による半導体素子の製造方法の第１の実施形態の平面図である。
【図４】本発明による半導体素子の製造方法の第１の実施形態の断面図である。
【図５】本発明による半導体素子の製造方法の第２の実施形態の工程を示す断面図および平面図である。
【図６】本発明による半導体素子の製造方法の第３の実施形態の工程を示す断面図である。
【図７】本発明による半導体素子の製造方法による半導体素子の構造を示す断面図である。
【図８】半導体素子の製造方法の従来例の工程を示す断面図である。
【図９】半導体素子の製造方法の従来例の工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の半導体素子の製造方法の概要は、半導体素子の実装工程においてウエハーを細断し形成した半導体素子チップを集合基板に載置する際に、エキスパンドテープで所定の間隔まで引き延ばした各半導体素子チップを、集合回路基板に載置するための治具である仮載置台に載置し、全体を凍結してエキスパンドテープの剥離を容易にし、さらにフリーズドライ法によって半導体素子チップの相対位置がずれない様に解凍したのち、集合回路基板に多数の半導体素子チップを一括して整列配置し実装するものである。
【００３０】
以下、図面により本発明の半導体素子の製造方法の実施の形態を詳述する。なお従来例と同じ要素については同じ要素番号を付与する。
（第１の実施形態）
【００３１】
［第１の実施形態の全図面説明：図１〜図４］
以下、図１から図４を用いて本発明の半導体素子の製造方法の第１の実施形態を詳述する。
なお第１の実施形態の概要は、凍結による効果を用いて半導体素子からエキスパンドテープの剥離を容易にするものである。
【００３２】
図１および図２は本発明の半導体素子の製造方法の第１の実施形態の工程を示す断面図および平面図である。
まず図１（ａ）に示す様に半導体素子ウエハー１にエキスパンドテープ２を貼付したのち、図１（ｂ）に示す様に半導体素子ウエハー１をダイシングによって半導体素子チップ１Ａに細断する。
【００３３】
そののち図１（ｃ）のエキスパンド工程に示す様に、各半導体素子チップ１Ａの配列上の一方の方向、これをＸ方向と呼称すると、各半導体素子チップ１ＡのＸ方向の間隔が所定間隔Ｃになる様に、エキスパンドテープ２を引き延ばす。
なお図示されていないがＸ方向と直角のＹ方向についても同様に、各半導体素子チップ１Ａの間隔が所定間隔Ｃとなる様に、エキスパンドテープ２を引き延ばす。
【００３４】
次に図１（ｄ）に示す様に、拡大エキスパンドテープ２Ａによって相互の相対位置が所定間隔Ｃになる様に引き延ばされた状態の半導体素子チップ１Ａを仮載置台３に載置し、図１（ｄ）に示す様に給水手段４を用いて各半導体素子チップ１Ａと仮載置台３との間に液体５０を供給する。
【００３５】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、仮載置台３と給水手段４の形状と構造の一例を示す平面図である。図３（ａ）に示す様に、仮載置台３は金属や多孔質セラミックを材料とした矩形板であり、給水手段４は純水などの液体５０を注入する注水ノズルである。なお仮載置台３と給水手段４の配置構造の一例としては、図３（ａ）に示す様に各半導体素子チップ１Ａを載置した仮載置台３の４面から４個の給水手段４で給水する方式と、図３（ｂ）の様に各半導体素子チップ１Ａを載置した仮載置台３の４カ所のコーナーから４個の給水手段４で給水する方式などがあり、仮載置台３や半導体素子チップ１Ａの大きさによって最適な方式を選択できる。
また図３（ｃ）に示す様に、給水手段４による液体の節約化や給水の効率化を図るため、仮載置台３にダムＤを設けても良い。
【００３６】
次に図１（ｅ）に示す様に、冷凍温度がマイナス２０〜３０℃の冷凍手段５を用いて仮載置台３を冷凍し、図１（ｆ）に示す様に、半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の液体５０を凍結し氷結層５０Ａを形成する。なお、図１（ｅ）には仮載置台３に冷凍手段５を密着させ仮載置台３を冷凍する方法を示したが、この方法以外に半導体素子チップ１Ａを載置した仮載置台３全体を冷凍庫に収納する方法でも良い。
【００３７】
そして半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の液体５０を凍結し氷結層５０Ａを形成されたのち、図１（ｇ）に示す様に拡大エキスパンドテープ２Ａを上方にＰ０の力で引き上げ、半導体素子チップ１Ａから拡大エキスパンドテープ２Ａを剥離する。
【００３８】
次に図２（ｈ）に示す様に、仮押さえ板１５を用いて各半導体素子チップ１Ａを仮載置台３に押しつけて固定し、冷凍手段５を撤去し、仮押さえ板１５で仮載置台３上の各半導体素子チップ１Ａを固定したまま室温に放置すると、各半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の氷結層５０Ａは解凍され液体５０となり、そののち気化される。そして図２（ｉ）に示す様に、各半導体素子チップ１Ａは仮載置台３の上に配列される。なお図２（ｉ１）は図２（ｉ）の各半導体素子チップ１Ａの仮載置台３上の配列状態を示す平面図である。また図２（ｉ２）は図２（ｈ）に示す仮押さえ板１５を使用しなかった場合の、各半導体素子チップ１Ａの仮載置台３上の配列状態を示す平面図である。
［第１の実施形態の作用説明：図３］
【００３９】
次に図４を用いて本発明の半導体素子の製造方法の作用を説明する。図４は、図１（ｇ）に示した拡大エキスパンドテープ２Ａの剥離工程の断面図を拡大したものであり、拡大エキスパンドテープ２Ａの剥離強度Ｐ０と、拡大エキスパンドテープ２Ａと半導体素子チップ１Ａ間の接着強度Ｐ１と、半導体素子チップ１Ａと仮載置台３間の凍結による結合強度Ｐ２とが、矢印によって模式的に表されている。そして上記の接着強度Ｐ１や結合強度Ｐ２について、さらに詳細に説明すると以下の様になる。
【００４０】
すなわち、約マイナス２０〜３０℃の冷凍下で拡大エキスパンドテープ２Ａと半導体素子チップ１Ａとの接着強度Ｐ１は約６ｇｒ／ｍｍ２であり、一方氷結層５０Ａを介して結合状態にある半導体素子チップ１Ａと仮載置台３との結合強度Ｐ２は、氷結層５０Ａの厚みが約０．１ｍｍの場合では、約２５ｇｒ／ｍｍ２であることが確認されている。
すなわち、
Ｐ１≒６ｇｒ／ｍｍ２，Ｐ２≒２５ｇｒ／ｍｍ２
よってＰ１＜Ｐ２であるから、図４に示す様に、拡大エキスパンドテープ２Ａを６ｇｒ／ｍｍ２を超える力、すなわち、
Ｐ０＞６ｇｒ／ｍｍ２
で剥離すれば、拡大エキスパンドテープ２Ａを半導体素子チップ１Ａから剥離することが可能である。
【００４１】
［第１の実施形態の効果］
以上の様に本発明の半導体素子の製造方法によれば、半導体素子チップ１Ａに貼付した拡大エキスパンドテープ２Ａを剥離する作業が極めて容易にかつ短時間で可能になる。すなわち図４に示す様に、拡大エキスパンドテープ２Ａと半導体素子チップ１Ａ間の接着強度Ｐ１は半導体素子チップ１Ａと仮載置台３間の結合強度Ｐ２の１／４程度なので、拡大エキスパンドテープ２Ａは接着強度Ｐ１を僅かに超える剥離力Ｐ０で剥離でき、しかも半導体素子チップ１Ａと仮載置台３間の結合強度Ｐ２は、拡大エキスパンドテープ２Ａと半導体素子チップ１Ａ間の接着強度Ｐ１の４倍程度の結合強度を有しているので、半導体素子チップ１Ａと仮載置台３との結合状態に何ら変化を生じることがない。
【００４２】
また、近年半導体素子の小形薄型化が進んでおり、特に照明器具の光源として注目を集めているＬＥＤ素子のチップサイズに至っては、数百ミクロン程度まで微小化が進んでいることが少なくない。そしてこの様な小さい半導体チップを取り扱う中で最も問題になるのは、ウエハーをダイシングして個々の半導体チップを得る過程で不可欠な「エキスパンドテープの剥離工程」であり、以下に詳述する様に本発明はこの工程に多大の効果をもたらすことが出来る。
【００４３】
すなわち、再び図９（ｂ）を参照して従来例における課題を考察すると、エキスパンドテープ３０５からピックアップコレット３０１によって、数百ミクロン程度の微小半導体チップ３０２を剥離する工程には、半導体チップの破壊に加えて半導体チップのピックアップミスや作業の長時間化など、様々な課題がつきまとう。一方、本発明の半導体素子の製造方法によれば、半導体素子チップ１Ａに対する機械的ストレスを最小限に抑えつつ、拡大エキスパンドテープ２Ａの剥離を短時間で簡単に行なうことが出来るので、多数の半導体素子チップを一括して精度良く実装出来る半導体素子の製造方法を提供することが可能となる。
（第２の実施形態）
【００４４】
［第２の実施形態の全図面説明：図５］）
次に図５を用いて本発明の半導体素子の製造方法の第２の実施形態を詳述する。
第２の実施形態は、氷結層５０Ａの解凍方法が第１の実施形態と異なる。すなわち半導体素子チップ１Ａから拡大エキスパンドテープ２Ａを剥離したのち、半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の氷結層５０Ａを、フリーズドライ法で昇華によって解凍するものである。
なお以下の説明において、第１の実施形態と同一の要素は同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４５】
まず図５（ｈ）を用いてフリーズドライ法を用いた解凍工程を説明する。なおエキスパンドテープ２を半導体素子ウエハー１に貼付する工程から、拡大エキスパンドテープ２Ａを半導体素子チップ１Ａより剥離する剥離工程までは、図１（ａ）から図１（ｇ）に示す第１の実施形態と同じなので重複する説明は省略する。
【００４６】
まず図５（ｈ）に示す様に、半導体素子チップ１Ａを載置した仮載置台３を解凍容器６に収納し、解凍容器６内の圧力と温湿度とを制御してフリーズドライ法によって半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の氷結層５０Ａを昇華により解凍する。
また図５（ｉ）および図５（ｉ１）は整列配置工程であり、フリーズドライ法による解凍工程によって、各半導体１Ａが仮載置台３の上に整列して配置されている状態を、図５（ｉ）によって断面図で示し、図５（ｉ１）によって平面図で示してある。
【００４７】
なお、本実施例のフリーズドライ工程における解凍容器６の圧力ｐと温度ｔと湿度ｈの詳細は以下の様である。
ｐ≦１ｈｐａ，ｔ＝−５℃，ｈ＝０％，
［第２の実施形態の作用説明：図５］
【００４８】
次に図５を中心に図１を併用して本発明の半導体素子の製造方法の作用を説明する。
まず始めにフリーズドライ工程の作用とその理由を詳述する。
一般に凍結した液体を解凍する方法としては第一の実施形態で用いた通常解凍とフリーズドライ解凍の２種類の方法がある。通常解凍では氷結は溶けて液体になるので、物体と物体とが氷結によって固定されていても、解凍して液体になったときに流動してしまうため、物体と物体との相対位置が変動してしまう。
【００４９】
一方フリーズドライ解凍は、０℃以下の温度を保ちながら気圧を下げ、凍結している液体を固体から直接気体に昇華させるので液体の状態が存在しない。したがって通常解凍の様な、物体と物体の相対位置が変動するということがない。
すなわち図５（ｉ）および図５（ｉ１）の整列配置工程に示す様に、解凍後の各半導体素子チップ１Ａの間の相対位置は、Ｘ−Ｙいずれの方向においても図１（ｃ）に示す当初の所定間隔Ｃの状態が維持される。
【００５０】
［第２の実施形態の効果］
以上の様に本発明の半導体素子の製造方法によれば、半導体素子チップ１Ａに貼付した拡大エキスパンドテープ２Ａを凍結による効果を用いて容易に剥離したのちに、氷結層５０Ａを昇華によって解凍するので、解凍後の各半導体素子チップ１Ａは、相対位置に何ら変動を生じることなく整列配置することが可能となる。
すなわち第１の実施形態においては、図２（ｈ）に示す解凍工程において押さえ板１５を使用することによって図２（ｉ１）に示す様な整列配置が可能であり、仮に押さえ板１５を使用しなかったりあるいは押さえ方が不十分であれば、図２（ｉ２）の様に半導体素子チップ１Ａの相対位置は変動してしまう可能性が高い。本発明では図５（ｈ）に示す様に押さえ板１５を使用しなくても、各半導体素子チップ１Ａを整列配置させることが可能になるのである。
（第３の実施形態）
【００５１】
［第３の実施形態の全図面説明：図６］
次に図６，７を用いて本発明の半導体素子の製造方法の第３の実施形態を詳述する。
図６は本発明の半導体素子の製造方法の工程を示す断面図であり、図７は本発明の半導体素子の製造方法による半導体素子の構造を示す断面図である。
第３の実施形態の概要は、仮載置台３に凍結した半導体素子チップ１Ａから拡大エキスパンドテープ２Ａを剥離しフリーズドライ法で半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の氷結層５０Ａを昇華させたのち、仮載置台３に載置された各半導体素子チップ１Ａを、そのまま集合回路基板７に整列配置し実装するものであり、例えば多数のＬＥＤチップを同数のパターンを有する集合回路基板に位置を合わせ整列配置し、さらに一括して同時に実装することを可能とする発明である。
なお以下の説明において、第２の実施形態と同一の要素は同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図６は本発明の半導体素子の製造方法の工程を示す断面図である。なお、エキスパンドテープ２を半導体素子ウエハー１に貼付する工程から、各半導体素子チップ１Ａを仮載置台３に配置する整列配置工程までは、第１の実施形態および第２の実施形態における工程を示す図１（ａ）から図１（ｇ）、および図５（ｈ）から図５（ｉ１）までと同じなので重複する説明は省略する。
【００５３】
まず図６（ｊ）および図６（ｋ）を用いて実装工程を説明する。
図６（ｊ）に示す様に、半導体素子チップ１Ａを仮接着剤８を用いて、仮載置台３から集合回路基板７に移し換える。すなわち仮載置台３に整列配置されている半導体素子チップ１Ａを、図６（ｊ）に示す矢印のように集合回路基板７の所定の位置に合わせ、仮接着剤８によって仮接着を行なう。そののち図６（ｋ）に示す様に半導体素子チップ１Ａを仮接着した集合回路基板７を上下反転したのち、半導体素子チップ１Ａと集合回路基板７とをダイボンド部９によって固着する。
なお図６（ｋ）においてはダイボンド部９の詳細は図示されていないが、図７（ａ）に示す様にダイボンド部９は、半導体素子チップ１Ａに設けたバンプ１２と、集合回路基板７の各々の位置に設けられた基板電極１４とを、超音波圧着法によって熔着する方法を用いている。なおダイボンド部９としては、他に銀を含むエポキシ系やポリイミド系の接着剤あるいは同種の接着テープなどを用いる方法も可能であることは言うまでもない。
【００５４】
次に図６（ｌ）に示す様に樹脂封止材１０によって全体を封止し、点線Ｃで示す様に細断して、最終的に図６（ｍ）に示す様な各半導体素子３００が完成する。
図７（ａ）は上述した製造方法による半導体素子３００の断面図であり、半導体素子チップ１Ａと回路基板７Ｂとの固着は、バンプ１２と基板電極１４との超音波熔着によってなされている。
なお図７（ｂ）の様に、半導体素子チップ１Ａと回路基板７Ｂとを接着剤または接着テープで固着し、半導体素子チップ１Ａの素子電極１３と基板電極１４をワイヤ１１により接続する方法も可能である。
【００５５】
［第３の実施形態の作用］
以上の様に本発明の半導体素子の製造方法によれば、拡大エキスパンドテープ２Ａを半導体素子チップ１Ａから凍結を利用して容易に剥離し、さらにフリーズドライ法によって氷結層５０Ａを解凍し、各半導体素子チップ１Ａを集合回路基板７の各々の所定位置に合わせて配置し実装することができる。
【００５６】
［第３の実施形態の効果］
以上の様に本発明の半導体素子の製造方法によれば、拡大エキスパンドテープ２Ａの剥離は凍結の利用によって容易になり、さらにフリーズドライ法によって多数の半導体素子チップ１Ａを集合回路基板７に一括して整列配置し実装することが可能となるので、微小化した半導体素子チップからのエキスパンドテープの剥離という従来の大きな課題を解決し、かつまた多数の半導体素子チップを一括して精度良く実装出来る半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００５７】
［全体説明まとめ］
以上述べたように本発明の半導体素子の製造方法によれば、多数の半導体素子を一括して精度良く効率的に製造することが可能であるばかりでなく、近年急速に進みつつある半導体素子チップの微小化に対しても、半導体素子チップ破損などの問題を生じることなく対応が可能であり、効率的かつ経済的かつ高品質の半導体素子の製造方法を提供することが出来る。
なお、以上説明した実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば任意に変更することができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は半導体素子の製造方法を中心に述べたが、特に対象を半導体素子に限定するものではなく、一般的な電子部品や機能材料などをマトリクス状に配列して一括して製造する場合などにも適用可能である。また近年ＬＥＤ素子の微少化がさらに進んでおり、超微少ＬＥＤ素子を平面上に数多く並べて映像機器として製造する際にも適用可能な発明であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
１ 半導体素子ウエハー
１００，１０１ 半導体素子
１Ａ 半導体素子チップ
２ エキスパンドテープ
２Ａ 拡大エキスパンドテープ
３ 仮載置台
４ 給水手段
５ 冷凍手段
５０ 液体
５０Ａ 氷結層
６ 解凍容器
７ 集合回路基板
７Ｂ 回路基板
８ 仮接着剤
９ ダイボンド部
１０ 樹脂封止材
１１ ワイヤ
１２ バンプ
１３ 素子電極
１４ 基板電極
１５ 仮押さえ板
２００ ＬＥＤチップ
２０１ 第１のフィルム
２０２ 第２のフィルム
２０３ 中間フィルム
２０４ 電極
３０１ ピックアップコレット
３０２ 半導体チップ
３０３ 冷却装置
３０４ 突き上げピン
３０５ エキスパンドテープ
Ｃ （各半導体素子チップ間の）所定間隔
Ｄ ダム
Ｐ０ 拡大エキスパンドテープの剥離強度
Ｐ１ 拡大エキスパンドテープと１Ａ間の接着強度
Ｐ２ 半導体素子チップ１Ａと仮載置台３間の結合強度
【技術分野】
【０００１】
本発明は冷凍手法を利用した半導体素子の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体素子は産業のコメとして我々の生活のあらゆる分野で使用されている。とりわけＬＥＤ素子の進歩は著しく通信機器や情報機器あるいは新世代照明器具等へと応用が拡大している。
この中でＬＥＤ素子の照明器具への応用では、省電力性や環境保護などの優れた特長で注目を集めているが、本格的な実用化までいくつかの課題が残されている。
そしてその課題とは経済性であり、小形薄型化である。すなわち多くの家庭で使われるためには、まずはＬＥＤ素子を大量に安く作る製造技術が必要であり、これまでにいくつかの技術が開示されている。
【０００３】
例えばサファイヤなどのウエハー上に、有機金属気相成長法などの手法を用い、予め多数のＬＥＤ素子を形成し、そののちダイシングにより個々のチップに分割し回路基板に個別に実装してワイヤボンドののち全体を樹脂封止する、という製造法が開示されている。（例えば特許文献１参照）。
以下、図８を用いて特許文献１に示す従来の製造法について説明する。
【０００４】
図８（ａ）に示す様に、ＬＥＤ素子ウエハー１にエキスパンドテープ２を貼付し、図８（ｂ）に示す様にＬＥＤ素子ウエハー１をダイシングにより各半導体素子チップ１Ａに分割したのち、図８（ｃ）に示す様にエキスパンドテープ２を引き延ばし、さらに図８（ｄ）の矢印Ｔに示す様に各半導体素子チップ１Ａを集合回路基板７に実装し、図８（ｅ）に示す様に集合回路基板７の各半導体素子チップ１Ａを含む上面に樹脂封止材１０を形成したのち、図８（ｆ）に示す様に集合基板７と樹脂封止材１０とを縦横に細断し、ＬＥＤ素子１０１を得るものである。
【０００５】
また別の技術としては、複数に分割されたＬＥＤチップ１を一まとめにして一度に配列させ、小形薄型化されたモジュールを効率良く製造する技術が開示されている。（例えば特許文献２参照）
【０００６】
以下、図９（ａ）を用いて特許文献２に示す従来の製造法について説明する。
図９（ａ）に示す様に、透光性を有しフィルム各所で導電性を有する第１のフィルム２０１およびフィルム表面に複数の電極２０４が形成された第２のフィルム２０２の間に、所定の平面パターンをもってＬＥＤチップ２００を配列し、さらに第１および第２のフィルム２０１，２０２の間にＬＥＤチップ２００と中間フィルム２０３を挟み込み、光半導体モジュール２０５を効率的に製造するものである。
【０００７】
また別の技術としては、ＬＥＤ素子を形成したウエハーにエキスパンドテープを貼付し、ダイシングで個々のＬＥＤ素子に分割したのちＬＥＤ素子からエキスパンドテープを剥離する工程において、冷凍を使ってエキスパンドテープの粘着力を弱め、エキスパンドテープの剥離を容易にする技術が開示されている。（例えば特許文献３参照）
【０００８】
以下、図９（ｂ）を用いて特許文献３に示す従来の半導体素子の製造法について説明する。
図９（ｂ）に示す様に、エキスパンドテープ３０５に貼付された半導体チップ３０２をピックアップコレット３０１によってエキスパンドテープ３０５から剥離する際に、半導体チップ３０２を押し上げる突き上げピン３０４と、エキスパンドテープ３０５を冷却装置３０３によって冷却し、エキスパンドテープ３０５の粘着力を弱めて半導体チップ３０２のピックアップを容易にするというものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特表２００８−５２１２１０号公報（第６−７頁、第２−３図）
【特許文献２】特開平１１−１７７１４７号公報（第６頁、第２図、第１３図）
【特許文献３】特開平９−１６７７７９号公報（特許請求の範囲、第１図）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら特許文献１に開示された従来の製造法では、半導体素子チップ１Ａを拡大エキスパンドテープ２Ａから剥離し集合回路基板７に実装する際において半導体素子チップ１Ａと集合回路基板７との位置関係を厳密に管理する必要があり、生産の能率は高いとは言い難い。
また特許文献２で開示された従来の製造法では、分割されたＬＥＤチップを一度に配列する上で効率的であるが、一方では各ＬＥＤチップ２００からエキスパンドテープを剥離するという困難な作業についての工夫はなされておらず、工程の効率化が図られているとはいえない。
【００１１】
また特許文献３で開示された従来の製造法では、エキスパンドテープ等の接着力を冷却して弱めるのでエキスパンドテープを剥離する工程は効率化するが、半導体チップのピックアップに従来技術であるコレットを使うので、半導体チップが微小化した場合などでは品質上あるいは作業効率上の課題が生じる。
【００１２】
このように従来の製造法では、半導体素子チップからエキスパンドテープを剥離することが困難であったり、微小化した半導体素子チップをエキスパンドテープからピックアップする際にピックアップコレットで半導体素子チップを破壊したり、さらには多数の半導体素子チップの一括実装が困難であるなど、多くの課題を抱えていた。
本発明の目的は上記課題を解決し、半導体素子チップからエキスパンドテープの剥離を容易にし、かつまた多数の半導体素子チップを一括して精度良く実装出来る半導体素子の製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記課題を解決するため本発明の半導体素子の製造方法は下記記載の工程を採用する。
【００１４】
本発明の半導体素子の製造方法はエキスパンドテープ上に粘着した半導体素子ウエハーを縦横に細断して各半導体素子チップを形成し、エキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドするエキスパンド工程と、エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ上の各半導体素子チップを仮載置台に載置する載置工程と、液体供給手段を設け、液体供給手段によって各半導体素子チップと仮載置台との間に液体を供給する液体供給工程と、仮載置台を冷凍する冷凍手段を設け、冷凍手段によって各半導体素子チップと仮載置台との間の液体を凍結し氷結層を形成する冷凍工程と、冷凍工程によって氷結層を形成したのちに、各半導体素子チップから拡大エキスパンドテープを剥離するエキスパンドテープ剥離工程と、エキスパンドテープ剥離工程によって各半導体素子チップからエキスパンドテープを剥離したのちに、各半導体素子チップと仮載置台との間の氷結層を解凍する解凍工程と、を具備することを特徴とする。
【００１５】
すなわち、半導体素子チップは凍結によって仮載置台上に固定されているので拡大エキスパンドテープは半導体素子チップから容易に剥がすことが可能であり、拡大エキスパンドテープの剥離ののち、各半導体素子チップと仮載置台との間の氷結層は解凍されるので、以後の工程に速やかに移ることが出来る。
【００１６】
さらに解凍工程は、各半導体素子チップが載置された仮載置台を解凍容器に収納し、解凍容器内の圧力と温湿度とを制御して氷結層を昇華するフリーズドライ法を用いてもよい。
【００１７】
すなわち、半導体素子チップと仮載置台との間の氷結層はフリーズドライ法で昇華によって解凍されるため、解凍の過程で半導体素子チップと仮載置台の間に液体は存在せず、従って仮載置台上における各半導体素子チップの間の相対位置は変動しない。
【００１８】
さらにフリーズドライ法を用いた解凍工程によって氷結層を昇華したのちに、各半導体素子チップを集合回路基板に整列配置する整列配置工程と、整列配置工程ののちに、各半導体素子チップを集合回路基板に実装する実装工程と、をさらに具備してもよい。
【００１９】
すなわち整列配置工程と実装工程によって、各半導体素子チップは相互の相対位置を維持しつつ集合回路基板に実装されるので、多数の半導体素子チップを載置した集合回路基板を一括して製造できる。
【００２０】
さらに各半導体素子チップを集合回路基板に実装する実装工程は、フリップチップ実装を用いたものであることが望ましい。
【００２１】
すなわちフリップチップ実装によって、各半導体素子チップを実装した集合回路基板を、ひいては最終的な完成品である半導体素子を、小形かつ薄型にすることが出来る。
【００２２】
さらに実装工程によって各半導体素子チップを集合回路基板に実装したのちに、集合回路基板上の各半導体全体チップを覆う様に封止樹脂材を形成し、集合回路基板と封止樹脂材とを縦横に細断して個々の半導体素子に分離する分離工程を有することが望ましい。
【００２３】
すなわち分離工程によって、各半導体素子が効率よく分離され、大量の半導体素子を一括して製造することが出来る。
【００２４】
さらに各半導体素子チップはＬＥＤ素子チップであることが望ましい。
【００２５】
さらに冷凍手段は熱電効果素子を使用したものであることが望ましい。
【００２６】
すなわち本発明の製造方法は熱電効果素子を使用しているので小形で使い勝手に優れ、照明装置や表示装置に用いられる小形薄型のＬＥＤの効率的生産が可能になる。
【発明の効果】
【００２７】
本発明によれば、多数の半導体素子チップを一括して精度良く実装出来る半導体素子の製造方法を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明による半導体素子の製造方法の第１の実施形態の工程を示す断面図である。
【図２】本発明による半導体素子の製造方法の第１の実施形態の工程を示す断面図および平面図である。
【図３】本発明による半導体素子の製造方法の第１の実施形態の平面図である。
【図４】本発明による半導体素子の製造方法の第１の実施形態の断面図である。
【図５】本発明による半導体素子の製造方法の第２の実施形態の工程を示す断面図および平面図である。
【図６】本発明による半導体素子の製造方法の第３の実施形態の工程を示す断面図である。
【図７】本発明による半導体素子の製造方法による半導体素子の構造を示す断面図である。
【図８】半導体素子の製造方法の従来例の工程を示す断面図である。
【図９】半導体素子の製造方法の従来例の工程を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
本発明の半導体素子の製造方法の概要は、半導体素子の実装工程においてウエハーを細断し形成した半導体素子チップを集合基板に載置する際に、エキスパンドテープで所定の間隔まで引き延ばした各半導体素子チップを、集合回路基板に載置するための治具である仮載置台に載置し、全体を凍結してエキスパンドテープの剥離を容易にし、さらにフリーズドライ法によって半導体素子チップの相対位置がずれない様に解凍したのち、集合回路基板に多数の半導体素子チップを一括して整列配置し実装するものである。
【００３０】
以下、図面により本発明の半導体素子の製造方法の実施の形態を詳述する。なお従来例と同じ要素については同じ要素番号を付与する。
（第１の実施形態）
【００３１】
［第１の実施形態の全図面説明：図１〜図４］
以下、図１から図４を用いて本発明の半導体素子の製造方法の第１の実施形態を詳述する。
なお第１の実施形態の概要は、凍結による効果を用いて半導体素子からエキスパンドテープの剥離を容易にするものである。
【００３２】
図１および図２は本発明の半導体素子の製造方法の第１の実施形態の工程を示す断面図および平面図である。
まず図１（ａ）に示す様に半導体素子ウエハー１にエキスパンドテープ２を貼付したのち、図１（ｂ）に示す様に半導体素子ウエハー１をダイシングによって半導体素子チップ１Ａに細断する。
【００３３】
そののち図１（ｃ）のエキスパンド工程に示す様に、各半導体素子チップ１Ａの配列上の一方の方向、これをＸ方向と呼称すると、各半導体素子チップ１ＡのＸ方向の間隔が所定間隔Ｃになる様に、エキスパンドテープ２を引き延ばす。
なお図示されていないがＸ方向と直角のＹ方向についても同様に、各半導体素子チップ１Ａの間隔が所定間隔Ｃとなる様に、エキスパンドテープ２を引き延ばす。
【００３４】
次に図１（ｄ）に示す様に、拡大エキスパンドテープ２Ａによって相互の相対位置が所定間隔Ｃになる様に引き延ばされた状態の半導体素子チップ１Ａを仮載置台３に載置し、図１（ｄ）に示す様に給水手段４を用いて各半導体素子チップ１Ａと仮載置台３との間に液体５０を供給する。
【００３５】
図３（ａ）および図３（ｂ）は、仮載置台３と給水手段４の形状と構造の一例を示す平面図である。図３（ａ）に示す様に、仮載置台３は金属や多孔質セラミックを材料とした矩形板であり、給水手段４は純水などの液体５０を注入する注水ノズルである。なお仮載置台３と給水手段４の配置構造の一例としては、図３（ａ）に示す様に各半導体素子チップ１Ａを載置した仮載置台３の４面から４個の給水手段４で給水する方式と、図３（ｂ）の様に各半導体素子チップ１Ａを載置した仮載置台３の４カ所のコーナーから４個の給水手段４で給水する方式などがあり、仮載置台３や半導体素子チップ１Ａの大きさによって最適な方式を選択できる。
また図３（ｃ）に示す様に、給水手段４による液体の節約化や給水の効率化を図るため、仮載置台３にダムＤを設けても良い。
【００３６】
次に図１（ｅ）に示す様に、冷凍温度がマイナス２０〜３０℃の冷凍手段５を用いて仮載置台３を冷凍し、図１（ｆ）に示す様に、半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の液体５０を凍結し氷結層５０Ａを形成する。なお、図１（ｅ）には仮載置台３に冷凍手段５を密着させ仮載置台３を冷凍する方法を示したが、この方法以外に半導体素子チップ１Ａを載置した仮載置台３全体を冷凍庫に収納する方法でも良い。
【００３７】
そして半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の液体５０を凍結し氷結層５０Ａを形成されたのち、図１（ｇ）に示す様に拡大エキスパンドテープ２Ａを上方にＰ０の力で引き上げ、半導体素子チップ１Ａから拡大エキスパンドテープ２Ａを剥離する。
【００３８】
次に図２（ｈ）に示す様に、仮押さえ板１５を用いて各半導体素子チップ１Ａを仮載置台３に押しつけて固定し、冷凍手段５を撤去し、仮押さえ板１５で仮載置台３上の各半導体素子チップ１Ａを固定したまま室温に放置すると、各半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の氷結層５０Ａは解凍され液体５０となり、そののち気化される。そして図２（ｉ）に示す様に、各半導体素子チップ１Ａは仮載置台３の上に配列される。なお図２（ｉ１）は図２（ｉ）の各半導体素子チップ１Ａの仮載置台３上の配列状態を示す平面図である。また図２（ｉ２）は図２（ｈ）に示す仮押さえ板１５を使用しなかった場合の、各半導体素子チップ１Ａの仮載置台３上の配列状態を示す平面図である。
［第１の実施形態の作用説明：図３］
【００３９】
次に図４を用いて本発明の半導体素子の製造方法の作用を説明する。図４は、図１（ｇ）に示した拡大エキスパンドテープ２Ａの剥離工程の断面図を拡大したものであり、拡大エキスパンドテープ２Ａの剥離強度Ｐ０と、拡大エキスパンドテープ２Ａと半導体素子チップ１Ａ間の接着強度Ｐ１と、半導体素子チップ１Ａと仮載置台３間の凍結による結合強度Ｐ２とが、矢印によって模式的に表されている。そして上記の接着強度Ｐ１や結合強度Ｐ２について、さらに詳細に説明すると以下の様になる。
【００４０】
すなわち、約マイナス２０〜３０℃の冷凍下で拡大エキスパンドテープ２Ａと半導体素子チップ１Ａとの接着強度Ｐ１は約６ｇｒ／ｍｍ２であり、一方氷結層５０Ａを介して結合状態にある半導体素子チップ１Ａと仮載置台３との結合強度Ｐ２は、氷結層５０Ａの厚みが約０．１ｍｍの場合では、約２５ｇｒ／ｍｍ２であることが確認されている。
すなわち、
Ｐ１≒６ｇｒ／ｍｍ２，Ｐ２≒２５ｇｒ／ｍｍ２
よってＰ１＜Ｐ２であるから、図４に示す様に、拡大エキスパンドテープ２Ａを６ｇｒ／ｍｍ２を超える力、すなわち、
Ｐ０＞６ｇｒ／ｍｍ２
で剥離すれば、拡大エキスパンドテープ２Ａを半導体素子チップ１Ａから剥離することが可能である。
【００４１】
［第１の実施形態の効果］
以上の様に本発明の半導体素子の製造方法によれば、半導体素子チップ１Ａに貼付した拡大エキスパンドテープ２Ａを剥離する作業が極めて容易にかつ短時間で可能になる。すなわち図４に示す様に、拡大エキスパンドテープ２Ａと半導体素子チップ１Ａ間の接着強度Ｐ１は半導体素子チップ１Ａと仮載置台３間の結合強度Ｐ２の１／４程度なので、拡大エキスパンドテープ２Ａは接着強度Ｐ１を僅かに超える剥離力Ｐ０で剥離でき、しかも半導体素子チップ１Ａと仮載置台３間の結合強度Ｐ２は、拡大エキスパンドテープ２Ａと半導体素子チップ１Ａ間の接着強度Ｐ１の４倍程度の結合強度を有しているので、半導体素子チップ１Ａと仮載置台３との結合状態に何ら変化を生じることがない。
【００４２】
また、近年半導体素子の小形薄型化が進んでおり、特に照明器具の光源として注目を集めているＬＥＤ素子のチップサイズに至っては、数百ミクロン程度まで微小化が進んでいることが少なくない。そしてこの様な小さい半導体チップを取り扱う中で最も問題になるのは、ウエハーをダイシングして個々の半導体チップを得る過程で不可欠な「エキスパンドテープの剥離工程」であり、以下に詳述する様に本発明はこの工程に多大の効果をもたらすことが出来る。
【００４３】
すなわち、再び図９（ｂ）を参照して従来例における課題を考察すると、エキスパンドテープ３０５からピックアップコレット３０１によって、数百ミクロン程度の微小半導体チップ３０２を剥離する工程には、半導体チップの破壊に加えて半導体チップのピックアップミスや作業の長時間化など、様々な課題がつきまとう。一方、本発明の半導体素子の製造方法によれば、半導体素子チップ１Ａに対する機械的ストレスを最小限に抑えつつ、拡大エキスパンドテープ２Ａの剥離を短時間で簡単に行なうことが出来るので、多数の半導体素子チップを一括して精度良く実装出来る半導体素子の製造方法を提供することが可能となる。
（第２の実施形態）
【００４４】
［第２の実施形態の全図面説明：図５］）
次に図５を用いて本発明の半導体素子の製造方法の第２の実施形態を詳述する。
第２の実施形態は、氷結層５０Ａの解凍方法が第１の実施形態と異なる。すなわち半導体素子チップ１Ａから拡大エキスパンドテープ２Ａを剥離したのち、半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の氷結層５０Ａを、フリーズドライ法で昇華によって解凍するものである。
なお以下の説明において、第１の実施形態と同一の要素は同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００４５】
まず図５（ｈ）を用いてフリーズドライ法を用いた解凍工程を説明する。なおエキスパンドテープ２を半導体素子ウエハー１に貼付する工程から、拡大エキスパンドテープ２Ａを半導体素子チップ１Ａより剥離する剥離工程までは、図１（ａ）から図１（ｇ）に示す第１の実施形態と同じなので重複する説明は省略する。
【００４６】
まず図５（ｈ）に示す様に、半導体素子チップ１Ａを載置した仮載置台３を解凍容器６に収納し、解凍容器６内の圧力と温湿度とを制御してフリーズドライ法によって半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の氷結層５０Ａを昇華により解凍する。
また図５（ｉ）および図５（ｉ１）は整列配置工程であり、フリーズドライ法による解凍工程によって、各半導体１Ａが仮載置台３の上に整列して配置されている状態を、図５（ｉ）によって断面図で示し、図５（ｉ１）によって平面図で示してある。
【００４７】
なお、本実施例のフリーズドライ工程における解凍容器６の圧力ｐと温度ｔと湿度ｈの詳細は以下の様である。
ｐ≦１ｈｐａ，ｔ＝−５℃，ｈ＝０％，
［第２の実施形態の作用説明：図５］
【００４８】
次に図５を中心に図１を併用して本発明の半導体素子の製造方法の作用を説明する。
まず始めにフリーズドライ工程の作用とその理由を詳述する。
一般に凍結した液体を解凍する方法としては第一の実施形態で用いた通常解凍とフリーズドライ解凍の２種類の方法がある。通常解凍では氷結は溶けて液体になるので、物体と物体とが氷結によって固定されていても、解凍して液体になったときに流動してしまうため、物体と物体との相対位置が変動してしまう。
【００４９】
一方フリーズドライ解凍は、０℃以下の温度を保ちながら気圧を下げ、凍結している液体を固体から直接気体に昇華させるので液体の状態が存在しない。したがって通常解凍の様な、物体と物体の相対位置が変動するということがない。
すなわち図５（ｉ）および図５（ｉ１）の整列配置工程に示す様に、解凍後の各半導体素子チップ１Ａの間の相対位置は、Ｘ−Ｙいずれの方向においても図１（ｃ）に示す当初の所定間隔Ｃの状態が維持される。
【００５０】
［第２の実施形態の効果］
以上の様に本発明の半導体素子の製造方法によれば、半導体素子チップ１Ａに貼付した拡大エキスパンドテープ２Ａを凍結による効果を用いて容易に剥離したのちに、氷結層５０Ａを昇華によって解凍するので、解凍後の各半導体素子チップ１Ａは、相対位置に何ら変動を生じることなく整列配置することが可能となる。
すなわち第１の実施形態においては、図２（ｈ）に示す解凍工程において押さえ板１５を使用することによって図２（ｉ１）に示す様な整列配置が可能であり、仮に押さえ板１５を使用しなかったりあるいは押さえ方が不十分であれば、図２（ｉ２）の様に半導体素子チップ１Ａの相対位置は変動してしまう可能性が高い。本発明では図５（ｈ）に示す様に押さえ板１５を使用しなくても、各半導体素子チップ１Ａを整列配置させることが可能になるのである。
（第３の実施形態）
【００５１】
［第３の実施形態の全図面説明：図６］
次に図６，７を用いて本発明の半導体素子の製造方法の第３の実施形態を詳述する。
図６は本発明の半導体素子の製造方法の工程を示す断面図であり、図７は本発明の半導体素子の製造方法による半導体素子の構造を示す断面図である。
第３の実施形態の概要は、仮載置台３に凍結した半導体素子チップ１Ａから拡大エキスパンドテープ２Ａを剥離しフリーズドライ法で半導体素子チップ１Ａと仮載置台３の間の氷結層５０Ａを昇華させたのち、仮載置台３に載置された各半導体素子チップ１Ａを、そのまま集合回路基板７に整列配置し実装するものであり、例えば多数のＬＥＤチップを同数のパターンを有する集合回路基板に位置を合わせ整列配置し、さらに一括して同時に実装することを可能とする発明である。
なお以下の説明において、第２の実施形態と同一の要素は同一の番号を付し、重複する説明は省略する。
【００５２】
図６は本発明の半導体素子の製造方法の工程を示す断面図である。なお、エキスパンドテープ２を半導体素子ウエハー１に貼付する工程から、各半導体素子チップ１Ａを仮載置台３に配置する整列配置工程までは、第１の実施形態および第２の実施形態における工程を示す図１（ａ）から図１（ｇ）、および図５（ｈ）から図５（ｉ１）までと同じなので重複する説明は省略する。
【００５３】
まず図６（ｊ）および図６（ｋ）を用いて実装工程を説明する。
図６（ｊ）に示す様に、半導体素子チップ１Ａを仮接着剤８を用いて、仮載置台３から集合回路基板７に移し換える。すなわち仮載置台３に整列配置されている半導体素子チップ１Ａを、図６（ｊ）に示す矢印のように集合回路基板７の所定の位置に合わせ、仮接着剤８によって仮接着を行なう。そののち図６（ｋ）に示す様に半導体素子チップ１Ａを仮接着した集合回路基板７を上下反転したのち、半導体素子チップ１Ａと集合回路基板７とをダイボンド部９によって固着する。
なお図６（ｋ）においてはダイボンド部９の詳細は図示されていないが、図７（ａ）に示す様にダイボンド部９は、半導体素子チップ１Ａに設けたバンプ１２と、集合回路基板７の各々の位置に設けられた基板電極１４とを、超音波圧着法によって熔着する方法を用いている。なおダイボンド部９としては、他に銀を含むエポキシ系やポリイミド系の接着剤あるいは同種の接着テープなどを用いる方法も可能であることは言うまでもない。
【００５４】
次に図６（ｌ）に示す様に樹脂封止材１０によって全体を封止し、点線Ｃで示す様に細断して、最終的に図６（ｍ）に示す様な各半導体素子３００が完成する。
図７（ａ）は上述した製造方法による半導体素子３００の断面図であり、半導体素子チップ１Ａと回路基板７Ｂとの固着は、バンプ１２と基板電極１４との超音波熔着によってなされている。
なお図７（ｂ）の様に、半導体素子チップ１Ａと回路基板７Ｂとを接着剤または接着テープで固着し、半導体素子チップ１Ａの素子電極１３と基板電極１４をワイヤ１１により接続する方法も可能である。
【００５５】
［第３の実施形態の作用］
以上の様に本発明の半導体素子の製造方法によれば、拡大エキスパンドテープ２Ａを半導体素子チップ１Ａから凍結を利用して容易に剥離し、さらにフリーズドライ法によって氷結層５０Ａを解凍し、各半導体素子チップ１Ａを集合回路基板７の各々の所定位置に合わせて配置し実装することができる。
【００５６】
［第３の実施形態の効果］
以上の様に本発明の半導体素子の製造方法によれば、拡大エキスパンドテープ２Ａの剥離は凍結の利用によって容易になり、さらにフリーズドライ法によって多数の半導体素子チップ１Ａを集合回路基板７に一括して整列配置し実装することが可能となるので、微小化した半導体素子チップからのエキスパンドテープの剥離という従来の大きな課題を解決し、かつまた多数の半導体素子チップを一括して精度良く実装出来る半導体素子の製造方法を提供することができる。
【００５７】
［全体説明まとめ］
以上述べたように本発明の半導体素子の製造方法によれば、多数の半導体素子を一括して精度良く効率的に製造することが可能であるばかりでなく、近年急速に進みつつある半導体素子チップの微小化に対しても、半導体素子チップ破損などの問題を生じることなく対応が可能であり、効率的かつ経済的かつ高品質の半導体素子の製造方法を提供することが出来る。
なお、以上説明した実施形態は、これに限定されるものではなく、本発明の要旨を満たすものであれば任意に変更することができることはいうまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明は半導体素子の製造方法を中心に述べたが、特に対象を半導体素子に限定するものではなく、一般的な電子部品や機能材料などをマトリクス状に配列して一括して製造する場合などにも適用可能である。また近年ＬＥＤ素子の微少化がさらに進んでおり、超微少ＬＥＤ素子を平面上に数多く並べて映像機器として製造する際にも適用可能な発明であることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００５９】
１ 半導体素子ウエハー
１００，１０１ 半導体素子
１Ａ 半導体素子チップ
２ エキスパンドテープ
２Ａ 拡大エキスパンドテープ
３ 仮載置台
４ 給水手段
５ 冷凍手段
５０ 液体
５０Ａ 氷結層
６ 解凍容器
７ 集合回路基板
７Ｂ 回路基板
８ 仮接着剤
９ ダイボンド部
１０ 樹脂封止材
１１ ワイヤ
１２ バンプ
１３ 素子電極
１４ 基板電極
１５ 仮押さえ板
２００ ＬＥＤチップ
２０１ 第１のフィルム
２０２ 第２のフィルム
２０３ 中間フィルム
２０４ 電極
３０１ ピックアップコレット
３０２ 半導体チップ
３０３ 冷却装置
３０４ 突き上げピン
３０５ エキスパンドテープ
Ｃ （各半導体素子チップ間の）所定間隔
Ｄ ダム
Ｐ０ 拡大エキスパンドテープの剥離強度
Ｐ１ 拡大エキスパンドテープと１Ａ間の接着強度
Ｐ２ 半導体素子チップ１Ａと仮載置台３間の結合強度
【特許請求の範囲】
【請求項１】
エキスパンドテープ上に粘着した半導体素子ウエハーを縦横に細断して各半導体素子チップを形成し、前記エキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドするエキスパンド工程と、
エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ上の前記各半導体素子チップを仮載置台に載置する載置工程と、
液体供給手段を設け、前記液体供給手段によって前記各半導体素子チップと前記仮載置台との間に液体を供給する液体供給工程と、
前記仮載置台を冷凍する冷凍手段を設け、前記冷凍手段によって前記各半導体素子チップと前記仮載置台との間の前記液体を凍結し氷結層を形成する冷凍工程と、
前記冷凍工程によって前記氷結層を形成したのちに、前記各半導体素子チップから前記拡大エキスパンドテープを剥離するエキスパンドテープ剥離工程と、
前記エキスパンドテープ剥離工程によって前記各半導体素子チップから前記エキスパンドテープを剥離したのちに、前記各半導体素子チップと前記仮載置台との間の前記氷結層を解凍する解凍工程と、
を具備することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記解凍工程は、前記各半導体素子チップが載置された前記仮載置台を解凍容器に収納し、前記解凍容器内の圧力と温湿度とを制御して前記氷結層を昇華するフリーズドライ法を用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記フリーズドライ法を用いた前記解凍工程によって前記氷結層を昇華したのちに、前記各半導体素子チップを集合回路基板に整列配置する整列配置工程と、
前記整列配置工程ののちに、前記各半導体素子チップを前記集合回路基板に実装する実装工程と、
をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記各半導体素子チップを前記集合回路基板に実装する前記実装工程は、フリップチップ実装を用いたものであることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記実装工程によって前記各半導体素子チップを前記集合回路基板に実装したのちに、前記集合回路基板上の前記各半導体全体チップを覆う様に封止樹脂材を形成し、前記集合回路基板と前記封止樹脂材とを縦横に細断して個々の半導体素子に分離する分離工程を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記各半導体素子チップはＬＥＤ素子チップであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記冷凍手段は熱電効果素子を使用したものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項１】
エキスパンドテープ上に粘着した半導体素子ウエハーを縦横に細断して各半導体素子チップを形成し、前記エキスパンドテープを所定の大きさまでエキスパンドするエキスパンド工程と、
エキスパンドされた拡大エキスパンドテープ上の前記各半導体素子チップを仮載置台に載置する載置工程と、
液体供給手段を設け、前記液体供給手段によって前記各半導体素子チップと前記仮載置台との間に液体を供給する液体供給工程と、
前記仮載置台を冷凍する冷凍手段を設け、前記冷凍手段によって前記各半導体素子チップと前記仮載置台との間の前記液体を凍結し氷結層を形成する冷凍工程と、
前記冷凍工程によって前記氷結層を形成したのちに、前記各半導体素子チップから前記拡大エキスパンドテープを剥離するエキスパンドテープ剥離工程と、
前記エキスパンドテープ剥離工程によって前記各半導体素子チップから前記エキスパンドテープを剥離したのちに、前記各半導体素子チップと前記仮載置台との間の前記氷結層を解凍する解凍工程と、
を具備することを特徴とする半導体素子の製造方法。
【請求項２】
前記解凍工程は、前記各半導体素子チップが載置された前記仮載置台を解凍容器に収納し、前記解凍容器内の圧力と温湿度とを制御して前記氷結層を昇華するフリーズドライ法を用いたものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項３】
前記フリーズドライ法を用いた前記解凍工程によって前記氷結層を昇華したのちに、前記各半導体素子チップを集合回路基板に整列配置する整列配置工程と、
前記整列配置工程ののちに、前記各半導体素子チップを前記集合回路基板に実装する実装工程と、
をさらに具備することを特徴とする請求項２に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項４】
前記各半導体素子チップを前記集合回路基板に実装する前記実装工程は、フリップチップ実装を用いたものであることを特徴とする請求項３に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項５】
前記実装工程によって前記各半導体素子チップを前記集合回路基板に実装したのちに、前記集合回路基板上の前記各半導体全体チップを覆う様に封止樹脂材を形成し、前記集合回路基板と前記封止樹脂材とを縦横に細断して個々の半導体素子に分離する分離工程を有することを特徴とする請求項４に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項６】
前記各半導体素子チップはＬＥＤ素子チップであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【請求項７】
前記冷凍手段は熱電効果素子を使用したものであることを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の半導体素子の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２０１１−９６９２９（Ｐ２０１１−９６９２９Ａ）
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２５０９６５（Ｐ２００９−２５０９６５）
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月１２日（２０１１．５．１２）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月３０日（２００９．１０．３０）
【出願人】（０００１３１４３０）シチズン電子株式会社 (798)
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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