JP2012186446A - ワーク分割装置及びワーク分割方法 - Google Patents

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Abstract

【課題】加熱によるダイシングテープの収縮の異方性を軽減するとともに、加熱源の走査に伴うチップの配列ずれを軽減する。
【解決手段】ダイシングテープに貼着されて、リング状のフレームにマウントされ、予め形成された分断予定ラインに沿って個々のチップにダイシング加工された半導体ウェハからなるワークを固定するフレーム固定手段と、前記ワークのダイシングテープをエキスパンドするエキスパンド手段と、前記ダイシングテープのエキスパンド状態を解除した後、前記ダイシングテープに発生する弛み部分を加熱するために、前記分割対象である半導体ウェハ外周のダイシングテープに熱を供給するように配置され、それぞれ加熱状態を周方向に独立して制御することが可能な光加熱装置と、を備えたことを特徴とするワーク分割装置及びワーク分割方法を提供する。
【選択図】図2

Description

本発明は、ワーク分割装置及びワーク分割方法に係り、特に、ダイシングテープを介してリング状のフレームにマウントされ、個々のチップにダイシング、グルービング加工された半導体ウェハに対し、ダイシング加工後にダイシングテープをエキスパンドして個々のチップに分割するワーク分割装置及びワーク分割方法に関するものである。
従来、半導体装置や電子部品等のワークを個々のチップに分割するワーク分割装置が知られている。
図19にこのようなワークの一例を示す。図19に示すように、ワークは、半導体ウェハWの表面に半導体装置や電子部品等が形成された板状物であり、上面に粘着層が形成された厚さ100μm程度のダイシングテープ(粘着シート)Sに、半導体ウェハWの裏面が貼付される。ダイシングテープSに貼着された半導体ウェハWは、ダイシングテープSを介して、剛性のあるリング状のフレームFにマウントされる。フレームFにマウントされた半導体ウェハWは、この状態でワーク分割装置において、チャックステージに載置され、ダイシングテープSがエキスパンドされる。ダイシングテープSがエキスパンドされると、半導体ウェハWに予め形成された分割予定ラインに沿って、半導体ウェハWが個々のチップTに分割(個片化)される。
その後、ダイシングテープSのエキスパンドを解除すると、半導体ウェハWの外周部のダイシングテープSに弛みが発生する。この弛みをそのままにしておくと、分割したチップT同士が再びくっついたりして、その後の工程で問題となるため、弛みを除去する必要がある。そこで従来、加熱すると収縮する材料でダイシングテープSを形成し、半導体ウェハWの外周部の弛んだ部分のダイシングテープSを加熱して収縮させて弛みを除去するようにしている。このとき半導体ウェハWの外周部のダイシングテープSを加熱するために、ワーク外周部に配置された熱源とワークとを相対的に回転させて走査することにより、ダイシングテープSの外周部を加熱するようにしている。
また、この半導体ウェハWの外周部のダイシングテープSを加熱する方式としては、外周部に温風を噴射する温風方式、リング状の加熱板を外周部に接触させる加熱板方式、リング状の光源により外周部を照射する光加熱方式などが知られていた。
例えば、特許文献1には、レーザ光照射により分割予定ラインに沿った変質層が内部に形成された被加工物を、保持テープを介してフレームに保持した状態で、前記被加工物の前記分割予定ラインに沿って外力を加えることにより、前記被加工物をチップ状に分割するブレーキング手段と、前記ブレーキング手段により分割された前記被加工物を保持する前記保持テープを伸張させることにより、当該被加工物のチップ間隔を拡張するチップ間隔拡張手段とを備えた加工装置が記載されている。
この特許文献1に記載の加工装置においては、保持テープを伸張させて被加工物のチップ間隔を拡張した後、加熱部により加熱して保持テープを収縮させることにより、伸張によって生じた保持テープの弛みを除去するようにしているが、加熱部の加熱源として、熱風を噴射する熱風源やヒータ加熱板等が用いられている。
特開2007−158152号公報
しかしながら、上記従来のように半導体ウェハの外周部の弛んだダイシングテープを加熱するに際し、熱源を一定温度でダイシングテープに対して相対的に走査したり、対称領域の全域を一括して加熱する方式では以下のような問題がある。すなわち、ワークに貼り付けられているダイシングテープはロール状に形成されているため、加熱時の収縮性が等方的ではなく、加熱により収縮しやすい方向とそうではない方向とを有する収縮異方性がある。従って、例えば熱源をワークに対して相対的に回転して走査して連続的に加熱して行くと、一番始めに加熱する部分は収縮が大きく、次第に収縮量が小さくなり、収縮する順序によってダイシングテープにねじれが発生して、チップの配列にずれが生じてしまうという問題がある。また、ダイシングテープの全領域を一括で加熱していると、ダイシングテープの収縮の異方性により方向によって収縮が異なるため、個片化された各チップ間の間隙が縦横で異なってしまうという問題がある。このように従来の加熱方法では、個片化された各チップ間の隙間が縦横で異なったり、チップの配列がずれてしまういわゆるミスアライメント等の問題があった。
本発明はこのような問題に鑑みて成されたものであり、加熱によるダイシングテープの収縮の異方性を軽減するとともに、加熱源の走査に伴うチップの配列ずれを抑制することのできるワーク分割装置及びワーク分割方法を提供することを目的とする。
前記目的を達成するために、本発明のワーク分割装置は、ダイシングテープに貼着されて、リング状のフレームにマウントされ、予め形成された分断予定ラインに沿って個々のチップにダイシング加工された半導体ウェハからなるワークを固定するフレーム固定手段と、前記ワークのダイシングテープをエキスパンドするエキスパンド手段と、前記ダイシングテープのエキスパンド状態を解除した後、前記ダイシングテープに発生する弛み部分を加熱するために、前記分割対象である半導体ウェハ外周のダイシングテープに熱を供給するように配置され、それぞれ加熱状態を周方向に独立して制御することが可能な光加熱装置と、を備えたことを特徴とする。
これにより、加熱によるダイシングテープの収縮の異方性を軽減するとともに、加熱源の走査に伴うチップの配列ずれを抑制することが可能となる。
また、一つの実施態様として、前記光加熱装置は、外周部に沿って等間隔かつ対称に配置され、少なくとも4個以上あることが好ましい。
また、一つの実施態様として、前記光加熱装置の個数は4の倍数であることが好ましい。
これにより、光加熱装置をダイシングテープの周囲に容易に等間隔で対称的に配置することができ、加熱によるダイシングテープの収縮の異方性を軽減することができる。
また、一つの実施態様として、本発明のワーク分割装置は、さらに、前記光加熱装置を、前記ダイシングテープに対して昇降させるとともに、前記ダイシングテープの外周に沿って回転させる昇降回転機構を備えたことが好ましい。
これにより、加熱しないときには光加熱装置を待機位置に待機させておくとともに、加熱時には、回転走査することでダイシングテープを均等に加熱することができる。
また、一つの実施態様として、前記昇降回転機構は、前記光加熱装置がある位置で前記ダイシングテープの外周部を加熱した後、隣り合う光加熱装置との中間の位置まで前記光加熱装置を回転させることが好ましい。
これにより、ダイシングテープを均等に加熱することが可能となる。
また、一つの実施態様として、前記光加熱装置は、前記回転中は電源をオフするか、加熱に寄与しない電圧を印加することが好ましい。
これにより、加熱する必要のない部分にまで連続して加熱し続けてしまうのを防ぎ、ダイシングテープを連続して加熱することによって発生するチップずれを軽減することができる。
また、一つの実施態様として、前記光加熱装置は、前記ダイシングテープの収縮異方性に対応して印加電圧が制御されることが好ましい。
これにより、ダイシングテープの収縮異方性に対応した加熱を行うことができる。
また、一つの実施態様として、前記光加熱装置は、前記ダイシングテープが収縮しやすい部分よりも収縮し難い部分に対して、前記光加熱装置に対する印加電圧を高く設定されることが好ましい。
これにより、収縮し難い部分も収縮しやすい部分と同じように収縮させることができ、加熱によるダイシングテープの収縮の異方性を軽減するとともに、加熱源の走査に伴うチップの配列ずれを抑制することが可能となる。
また、同様に前記目的を達成するために、本発明のワーク分割方法は、半導体ウェハを、ダイシングテープに貼着して、リング状のフレームにマウントし、前記半導体ウェハを予め分断予定ラインに沿って個々のチップにダイシング加工したワークを固定するフレーム固定工程と、前記ワークのダイシングテープをエキスパンドするエキスパンド工程と、前記ダイシングテープのエキスパンド状態を解除した後、前記ダイシングテープに発生する弛み部分を、前記ダイシングテープの外周部に沿って等間隔にかつ対称的に配置され、それぞれ加熱状態が独立に制御可能な、少なくとも4個以上の光加熱装置で加熱する加熱工程と、を備え、前記加熱工程においては、所定位置で前記光加熱装置により前記ダイシングテープの弛み部分を加熱した後、前記光加熱装置の電源をオフするか、加熱に寄与しない電圧を印加し、前記ダイシングテープの外周に沿って隣り合った前記光加熱装置との中間の位置までそれぞれの前記光加熱装置を回転し、その位置で再び前記ダイシングテープの弛み部分を加熱することを特徴とする。
これにより、加熱によるダイシングテープの収縮の異方性を軽減するとともに、加熱源の走査に伴うチップの配列ずれを抑制することが可能となる。
また、一つの実施態様として、前記光加熱装置は、前記ダイシングテープの弛み部分を加熱する際、前記ダイシングテープの収縮異方性に対応して印加電圧が制御されることが好ましい。
これにより、ダイシングテープの収縮異方性に対応した加熱を行うことができ、加熱によるダイシングテープの収縮の異方性を軽減するとともに、加熱源の走査に伴うチップの配列ずれを抑制することが可能となる。
以上説明したように、本発明によれば、加熱によるダイシングテープの収縮の異方性を軽減するとともに、加熱源の走査に伴うチップの配列ずれを抑制することが可能となる。
本発明に係るワーク分割装置の第1の実施形態を示す要部断面図である。 本実施形態の光加熱装置とワークの位置関係を示す平面図である。 図2の光加熱装置の加熱回転走査の様子を示す平面図である。 本実施形態において光加熱装置を8個にした場合を示す平面図である。 図4の光加熱装置の加熱回転走査の様子を示す平面図である。 本実施形態に対する比較例として従来の例を示す平面図である。 本発明の第2実施形態のワーク分割装置の要部を示す断面図である。 第2の実施形態のワーク分割装置の作用を示すフローチャートである。 同じく、第2の実施形態のワーク分割装置において弛んだダイシングテープを加熱して収縮する処理を示すフローチャートである。 第2の実施形態のワーク分割装置がエキスパンドを行っている状態を示す断面図である。 ウェハカバーを下降させた状態を示す断面図である。 ウェハカバーと突上げ用リングでダイシングテープを把持したまま降下した状態を示す断面図である。 ダイシングテープの弛んだ部分を光加熱装置で加熱している状態を示す断面図である。 ダイシングテープを加熱硬化した後の状態を示す断面図である。 光加熱装置で加熱したダイシングテープの測定位置を示す説明図である。 図15の各測定位置における測定方向を示す説明図である。 測定結果を示す説明図である。 比較例の測定結果を示す説明図である。 ワークを示す斜視図である。
以下、添付図面を参照して、本発明に係るワーク分割装置及びワーク分割方法について詳細に説明する。
図1は、本発明に係るワーク分割装置の第1の実施形態を示す要部断面図である。
図1に示すように、ワーク分割装置1は、突上げ用リング12、リング昇降機構16、フレーム固定機構18、光加熱装置22及び昇降回転機構23を備えている。
フレーム固定機構18は、ワーク2のフレームFを保持固定するものであり、これにより、図19に示したような、半導体ウェハWがダイシングテープSを介してフレームFにマウントされたワーク2がワーク分割装置1に設置される。半導体ウェハWには、図19に示すように、予めレーザ照射等によりその内部に分断予定ラインが格子状に形成されている。半導体ウェハWは、後述するようにしてワーク分割装置1によって分断予定ラインに沿って分割され各チップTに個片化される。
なお、ここで例えば、半導体ウェハWは厚さ50μm程度、ダイシングテープSは熱収縮性の材料で形成され厚さ数μmから100μm程度であるとする。
突上げ用リング12は、フレーム固定機構18によって保持されたワーク2の下側で、半導体ウェハWの周囲を囲むように配置されたリング状の部材である。突上げ用リング12は、リング昇降機構16によって昇降可能に構成されている。なお、このリングには摩擦力低減のためのコロ(ローラ)を設けてもよい。図1では、突上げ用リング12は、下降位置(待機位置)に位置している。
詳しくは後述するが、突上げ用リング12は、上昇することにより下からダイシングテープSを押し上げて、ダイシングテープSをエキスパンドするものである。このようにダイシングテープSを引き伸ばすことにより、分断予定ラインが分断されて半導体ウェハWが個々のチップTに分割される。
光加熱装置22は、突上げ用リング12を上昇させてダイシングテープSをエキスパンドして半導体ウェハWを分割した後、突上げ用リング12を下降させた際生じる半導体ウェハWの周囲のダイシングテープSの弛みを加熱することによって解消するものである。
光加熱装置22は、例えば、スポットタイプのハロゲンランプヒータである。また、光加熱装置22は、光を照射して輻射により加熱するものであれば、その他に、レーザやフラッシュランプなどでもよい。
こうした光加熱型装置の場合、光の照射状態を目視で確認することができる。また、光が照射された領域は、輻射現象により加熱されるのに対して、光が照射されない領域は加熱されない。すなわち、光を照射するとき、その照射領域を視認することができるので、その照射が視認できる領域を輻射により加熱する領域として局所的に限定することが可能となる。
本実施形態においては、光加熱装置22としてスポットタイプのハロゲンランプヒータを用いている。具体的には、インフリッヂ工業(株)のハロゲンスポットヒータLCB−50(ランプ定格12V/100W)を用いた。焦点距離は35mm、集光径は2mmである。しかし、本実施形態では後述する図11に示すように、ちょうど集光する部分を用いて加熱するのではなく、光源から対象物までの距離(照射距離)を46mmとして、焦点距離35mmに対して11mmオフセットし、照射径を17.5mmとしている。実際の照射径は、15mmであり、ダイシングテープSのワークWの外側の径15mmのエリアを加熱するようにしている。
このようにスポットタイプのハロゲンランプヒータを用いることにより、加熱したい部分のみを選択的に(局所的に)加熱することができ、それ以外の部分への熱ストレスを最小限に抑制することができる。
また、ハロゲンランプ用電源としては、(株)ミューテックのハロゲンランプ用電源KPS−100E−12を使用した。このハロゲンランプ用電源の出力は定格電圧12Vである。また、ソフトスタート(スロースタート)機能を有しており、ハロゲンランプに突入電流が流れるのを防止している。
これらの組み合わせにより、ヒータ電源ON指令よりスロースタート0.75秒を経てヒータ最大照度に到達するまでにかかる時間は3秒以内である。これは温風ヒータや赤外線ヒータと比較すると非常に短時間である。同様に最大照度から電源OFFまでの時間も同様である。また、所定の照度から別の照度への変更応答性も3秒以内である。このようにハロゲンランプを用いることにより、短時間で目的の照度つまり温度を得ることができる。これは一般的な赤外線ヒータや温風ヒータでの実現は困難である。このように制御性が良いこともハロゲンランプヒータを用いることが好ましい一つの理由である。
光加熱装置22は、フレーム固定機構18によって保持されたワーク2の上側で、半導体ウェハWの周囲を囲むように配置されている。断面図である図1には2つの光加熱装置22が表示されているが、本実施形態においては、4個以上の光加熱装置22を配置することが好ましい。また、後述するように(図2参照)、光加熱装置22は、ダイシングテープSの外周に沿って等間隔で対称的に配置される。
光加熱装置22は、弛んだダイシングテープSの部分のみを局所的に加熱する選択的加熱手段として用いられたものである。昇降回転機構23は、光加熱装置22を昇降させるとともに、光加熱装置22をワーク2(ダイシングテープS)の周囲に回転させるものである。これにより、光加熱装置22は、ダイシングテープSの外周に沿って走査され、ダイシングテープSに対して均等に熱を加えることができる。なお、光加熱装置22によって半導体ウェハWの周囲の弛んだダイシングテープSを加熱する方法の詳細については後述する。
図2に、本実施形態の光加熱装置22とワーク2(ダイシングテープS)との位置関係を平面図で示す。光加熱装置22は、スポットタイプのハロゲンランプヒータである。
図2に示すように、この例では、ワーク2のダイシングテープSの周囲に等間隔で対称的に4つの光加熱装置22が配置されている。なお、図2では、ワーク2のフレームFや半導体ウェハWは省略し、中央にチップTを一つだけ表示している。
図に示すようにチップTは略正方形であり、光加熱装置22は、チップTの各辺に対向する位置に配置されている。この位置で各光加熱装置22の電源をオンにすると、熱収縮性の材料で形成されたダイシングテープSは、加熱されて図に矢印Aで示したように収縮する。その結果、チップTはX方向及びY方向に引っ張られる。
ここで、例えばダイシングテープSは、図のX方向(横方向)は収縮し難く、Y方向(縦方向)は収縮しやすいとする。このような収縮異方性を解消するために、収縮し難いX方向に配置された光加熱装置22に対しては、収縮しやすいY方向に配置された光加熱装置22よりも(ハロゲンランプヒータに対する)印加電圧を高めに設定するようにする。これにより、ダイシングテープSは、縦方向及び横方向に均等に収縮し、各チップTは外周方向に均等に引っ張られるので、チップT同士がくっついてしまったり、配列ずれを生じることはない。
またこのとき、図に矢印Bで示すように、光加熱装置22を、昇降回転機構23によってワーク2(ダイシングテープS)の周囲に回転走査させる。
図3に、光加熱装置22を回転走査する様子を示す。
まず図3に符号1で示す位置で光加熱装置22の電源をオンにして加熱を行う。このとき、前述したように、ダイシングテープSはX方向(横方向)は収縮し難く、Y方向(縦方向)は収縮しやすいとしているので、図の符号Hの位置にある光加熱装置22は、図の符号Lの位置にある光加熱装置22よりも印加電圧を高く設定する。
次に、光加熱装置22の電源をオフにするか、加熱に寄与しない電圧を印加して、ちょうど符号1の中間の位置である符号2の位置まで、光加熱装置22を昇降回転機構23によって45度回転する。
次に、符号2の位置でまた光加熱装置22の電源をオンにしてダイシングテープSを加熱する。この符号2の位置においては、X方向とY方向の中間の方向であるので、全ての光加熱装置22の印加電圧は等しくする。
このようにして、ダイシングテープSを、横方向、縦方向及び斜め方向の全ての方向に対して均等に収縮させることができる。その結果、各チップTの間隔が縦横で異なったり、チップの配列ずれを起こすことなく、ダイシングテープSを均等に収縮させることが可能となる。
なお、本発明において、光加熱装置22の個数はこの例のように4個に限定されるものではなく、図2に示す4個の光加熱装置22の間にそれぞれ1個ずつ光加熱装置を追加して8個の光加熱装置を備えてもよい。
図4に、8個の光加熱装置を備えた例を示す。
図4に示すように、図2の4つの光加熱装置22に対して、各光加熱装置22の間にそれぞれ一つずつ光加熱装置22が配置され、全体で8個の光加熱装置22がワーク2の周囲に等間隔で配置されている。
この場合も、8個の光加熱装置22は、昇降回転機構23によってワーク2(ダイシングテープS)に対して昇降可能かつその周囲に回転走査させることができる。
図5に、8個の光加熱装置22を回転走査する様子を示す。
例えば、8個の光加熱装置22は始め図8の数字1の位置においてワーク2の周囲のダイシングテープSを加熱するとする。次に、図に矢印Bで示すように、光加熱装置22を昇降回転機構23によって数字2の位置まで22.5度(=360度÷8÷2)だけ回転する。このとき回転中は光加熱装置22は電源オフするか、加熱に寄与しない電圧を印加する。そして次に図の数字2の位置においてワーク2の周囲のダイシングテープSを加熱する。
なお、このとき前と同様にチップTに対して示したX方向(横方向)はY方向(縦方向)よりもダイシングテープSが収縮し難いとしているので、図に破線で示した範囲Hにある光加熱装置22は、図に破線で示した範囲Lにある光加熱装置22よりも印加電圧を高くするようにする。
なお、光加熱装置22の個数は、4個と8個に限定されるものではなく、少なくとも4個以上で、ダイシングテープSの外周に沿って等間隔に対称的に配置することができればよい。また例えば、6個の光加熱装置は、ダイシングテープSの外周に沿って等間隔に対称的に配置することができるので、6個でもよい。
また、図2の4個の光加熱装置22の間にそれぞれ2個の光加熱装置を追加して12個としてもよいし、図2の4個の光加熱装置22の間にそれぞれ3個の光加熱装置を追加して16個としてもよい。このように、光加熱装置22の個数は、4の倍数個とすることが望ましい。
このように本実施形態においては、少なくとも4個以上の光加熱装置をワーク2の周囲に均等に配置して、ダイシングテープSの収縮し難い方向については、光加熱装置に対する印加電圧をより高くして加熱するようにして、加熱と所定角度の回転を繰り返すことで、ダイシングテープSを、横方向、縦方向及び斜め方向の全ての方向に対して均等に収縮させることができる。その結果、各チップTの間隔が縦横で異なったり、チップの配列ずれを起こすことなく、ダイシングテープSを均等に収縮させることが可能となる。
また、これに対して、比較例として加熱手段が2個の従来の場合について説明する。
図6に示すように、加熱手段122は、ダイシングテープSの周囲の対称的な位置に2個配置されているとする。そして図に矢印で示すように、加熱手段122をダイシングテープSの外周に沿って走査しながら連続的に加熱してダイシングテープSを収縮させるようにしている。
このとき、加熱手段122としては、温風方式、加熱板方式、リング状光加熱方式などが用いられるが、これらの方式では、ダイシングテープSの収縮しやすい領域と収縮し難い領域とで加熱量を変えることができず、ダイシングテープSを均等に収縮させることがでない。その結果、各チップTの間隔が縦横で異なったり、チップの配列ずれを起こしてしまう。
また、仮に加熱手段122として、本発明と同じように光加熱装置を用いたとしても、2個だけでは、例えば図6のように2個の光加熱装置で加熱して縦方向にダイシングテープSを収縮しているとき、横方向には加熱していないので、縦方向にばかり収縮して、チップTの間隔が縦横で異なったり、配列ずれが生じてしまう。たとえ、この後2個の光加熱装置を90度回転して横方向から加熱しても、すでにダイシングテープSは縦方向にかなり収縮してしまっているので、ダイシングテープSを均等に収縮させることは不可能であり、チップTの配列ずれを修正することはできない。
以上説明した例では、半導体ウェハWを直接ダイシングテープSに貼り付けたワーク2を扱っていたが、半導体ウェハWをDAF(Die Attach Film ダイアタッチフィルム)と呼ばれるダイボンディング用のフィルム状接着剤が付いたダイシングテープを介してダイシングテープSに貼り付けるようにしてもよい。
またこの場合には、ダイシングテープSをエキスパンドして半導体ウェハWをチップTに分割して個片化する際に、DAFも同じように分割されるように、DAFを冷却する必要がある。以下、本発明の第2の実施形態として、DAFを有するワーク2に対応するワーク分割装置について説明する。
図7に、本発明の第2実施形態の、DAFを有するワーク2に対応するワーク分割装置の要部を断面図で示す。
図7に示すように、第2の実施形態のワーク分割装置100は、DAF(D)を冷却するための冷凍チャックテーブル10を備えている。冷凍チャックテーブル10上に、図19に示したような、半導体ウェハWがダイシングテープSを介してフレームFにマウントされたワーク2が設置される。ここで例えば、半導体ウェハWは厚さ50μm程度、DAF(D)及びダイシングテープSはそれぞれ厚さ数μmから100μm程度であるとする。
冷凍チャックテーブル10は、ワーク2を真空吸着により保持して、ワーク2を冷凍チャックテーブル10に接触させて、接触した部分を介して熱伝達によりDAF(D)を0℃以下、例えば−5℃〜−10℃程度に冷却するものである。なお、同一物質内で熱が伝わることを熱伝導と言い、異なる物質同士が接触して熱が伝わることを熱伝達と呼ぶ。冷凍チャックテーブル10でDAF(D)を冷却することによりDAF(D)が脆性化され分断しやすくなる。
なお、冷凍する方式としては、チャック内に冷媒を供給することにより冷凍する方式などもあるが、ペルチェ効果を利用してチャック表面を氷結させる方式でも良い。冷凍チャックテーブルは、ダイシングテープとDAFを介して、ウェハ裏面を真空吸着する。その特徴として、上で述べたことからもわかるように、その吸着領域は熱伝達によりすぐに冷却される一方、吸着領域以外は、あまり冷却されずに済むことである。これは、単に対流等によって雰囲気を冷やすこととは異なり、熱伝達による冷却は、局所的に冷却したい部分のみ冷却させることができるからである。
このように冷凍チャックテーブルによってウェハ分割領域のみを選択的に冷却することができることがわかるが、その理由を以下さらに詳しく説明する。
先にも述べたように、DAF及び粘着テープの厚みは、せいぜい100μm程度である。よって、冷凍チャックテーブル表面からの距離は、DAF、及び粘着テープ、ウェハまでの距離はせいぜい大きくて0.2mm以内である。それに対して、冷凍チャックテーブルの外周からDAFの外周までの径の差は12mmであるため、片側6mm程度はある。
ここで、熱の伝わる現象についてみると、熱量は温度勾配と断面積に比例して伝導、伝達される。
厚さΔx、面積Sで囲われたある微小区間SΔx内の断面を通過する熱の総量ΔQは、熱伝導率λ、接触面積S、温度u、温度勾配Δu/Δx、微小時間Δtとして、次式で表すことができる。
ΔQ=λS(Δu/Δx)Δt ・・・・・・(1)
なお、異種材料間を伝わる熱伝達においては、同種材料内を伝わる熱伝導と基本的には同じであり、熱伝導率の変わりに熱伝達係数が適用されるだけである。
よって、冷凍チャックテーブルを、例えば、−5℃に冷却したとする。すると、ウェハ領域内は、DAF及び粘着テープの厚みΔxはせいぜい0.2mmであるのに対して、熱が伝わる断面積Sはウェハ領域全域に相当する。そのため、熱伝達によって移動する熱量は非常に大きく、DAFや粘着テープの熱伝達係数や熱伝導率が多少低くても、熱伝達によってすぐさまウェハ領域内のDAFは冷却される。
一方、DAFの外径部分は、先の事例では、冷凍チャックの外径より6mmも離れている。すなわち、熱が伝導する距離に相当するΔxは6mmとなる。また、DAFを貼り付けているダイシングテープはポリエチレン等の樹脂で形成されているため熱伝導率λも低い。さらに、そのポリエチレンの厚みが100μmと非常に薄いため、すなわち熱が伝わる断面積Sも非常に小さくなる。その結果、ウェハへの熱伝達性と比較して、ダイシングテープやDAFを伝わる熱伝導性は極めて低くなる。
そのため、冷凍チャックが接触しない部分、実質的にダイシングテープの厚み以上に距離が離れているDAF外周部分は、冷凍チャックからの熱伝達によって冷却される影響を受けることはない。また、冷凍チャックから離れたダイシングテープの部分は、ほとんどの面積が周りの雰囲気に晒されているため、冷凍チャックの温度ではなく、冷凍チャック以外の周囲の雰囲気の温度に支配されるようになる。そのため、例えば、周囲の雰囲気を室温に保持している場合は、冷凍チャックが接触している領域以外は、ほとんど周囲の雰囲気の温度になる。すなわち、冷凍チャックの冷凍域で、実質上の温度の境界領域を形成することが可能となる。
以上のような境界領域を形成することは、DAFテープの厚みやダイシングテープの厚みを、ウェハ領域(厳密にはウェハとDAFの双方を分割する領域)よりも外周部にはみ出たDAFまでの距離よりも小さく(薄く)、しているためである。
それにより、熱伝達による冷却エリアを限定し、効率よく所定領域(分割したい領域)だけを冷却することが可能となる。
そうしたことから、従来、DAFテープは伸縮性の材料であるから、ウェハ裏面に確実に貼り付けるためには、貼り付け精度上のマージンからDAF外径はウェハ径よりも10mm程度、少なくともDAF外径は2mm以上(片側1mm以上)は、ウェハ径よりも大きくなければならなかった。
その状態でDAF全域を低温にすると、ウェハが存在しない外周部のDAFは、低温になることで脆化し、その結果、DAFの下に存在するダイシングテープとの伸縮性の差でDAFは粘着テープからめくれ上がってしまっていた。めくれ上がったDAFは、一部が分離してウェハ上に降りかかり、DAFが異物としてウェハ上に付着するという問題が起こっていた。
しかし、DAFが貼り付けられた状態であっても、熱伝達を考慮して、十分薄いDAFとダイシングテープを使用し、冷凍チャックを使用し、ウェハ領域を真空でチャックするとともに、チャックされたウェハ領域のみを効率的に、熱伝達現象で局所冷却することによって、ウェハより外周にはみ出たDAFが冷却されることはない。そのため、外周のDAFが冷却により脆化し、めくれ上がってウェハ上に降りかかるという問題は起こらない。
また一方、冷却された部分においてDAFの分断性は向上するため、ダイシングテープを引っ張ることで、ウェハが割断されると同時に、DAFもきれいに分断することができる。
冷凍チャックテーブルの大きさは、ウェハ領域とほぼ同等の大きさである。例えば、ウェハが8インチサイズ(直径200mm)の大きさの場合、冷凍チャックテーブルもウェハ裏面のDAFの分断性を良好にすればよいため、ウェハとほぼ同じ面積の8インチサイズ(直径200mm)がよい。
ウェハを保持するエキスパンド性のダイシングテープは、エキスパンドさせることが必要となるため、当然ウェハよりも大きい領域となる。例えば、ウェハが200mmサイズの場合、エキスパンドするダイシングテープは、300mm程度の大きさのフレームに貼られており、その内側にウェハがある。ウェハとフレームの間も25mm〜40mm以上はある。
ウェハとダイシングテープの間にはDAFが貼られている。DAFはウェハとほぼ同径ではあるが、実質はウェハよりも少し大きくしている。なぜならば、DAFは伸縮性の材料であるので、全く同一サイズとした場合、ウェハが、DAFに対して、少しずれて貼り付けられてしまう場合があるからである。こうした微妙なずれがあっても、必ずDAF上にウェハを載せ置いて貼り付けるために、DAFはそのずれ量も考慮して多少ウェハよりも大きめ、すなわち、外形にして約1cm程度大きくすることが好ましい。しかし、必ずしもこれに限定されるものではなく、極端な場合、DAFはダイシングテープと同じようにフレームFいっぱいの大きさとしてもよい。
また、突上げ用リング12が、冷凍チャックテーブル10の周りを囲むように配置されている。突上げ用リング12は、リング昇降機構16によって昇降可能に構成されたリングである。図では、突上げ用リング12は、下降位置(待機位置)に位置している。
半導体ウェハWには、図19に示すように、予めレーザ照射等によりその内部に分断予定ラインが格子状に形成されている。突上げ用リング12は、上昇することにより下からダイシングテープSを押し上げて、ダイシングテープSをエキスパンドする。このようにダイシングテープSを引き伸ばすことにより、分断予定ラインが分断されて半導体ウェハWがDAF(D)とともに個々のチップTに分割される。
また、ダイシングテープSのエキスパンドを解除した後に弛んだダイシングテープSの部分を加熱して収縮させるために光加熱装置22が、ウェハカバー20の外側で対称的な位置に配置されている。
前の実施形態と同様、光加熱装置22は、例えば、スポットタイプのハロゲンランプヒータである。また、光加熱装置22は、光を照射して輻射により加熱するものであれば、その他に、レーザやフラッシュランプなどでもよい。
こうした光加熱型装置の場合、光の照射状態を目視で確認することができる。また、光が照射された領域は、輻射現象により加熱されるのに対して、光が照射されない領域は加熱されない。すなわち、光を照射するとき、その照射領域を視認することができるので、その照射が視認できる領域を輻射により加熱する領域として局所的に限定することが可能となる。
光加熱装置22は、昇降回転機構23によって昇降可能であり、またダイシングテープSの周囲に沿って回転可能である。光加熱装置22の個数は4の倍数であればよく、特に限定されるものではないが、ここでは図4に示すように、8個の光加熱装置22がダイシングテープSの周囲に沿って均等に配置されているものとする。
また、ワーク分割装置100は、半導体ウェハWを覆うように昇降可能に配置されたウェハカバー20を備えて、半導体ウェハWに貼着されたDAF(D)を光加熱装置22の熱から熱的に分離するようにしてもよい。
例えば、ウェハカバー20は、有底の高さの低い円筒形状をしており、底面20aと側面20bとからなり、底面20aは半導体ウェハWよりも一回り大きく形成されている。また、ウェハカバー20は、カバー昇降機構21によって昇降可能に設置されており、下降した位置において、半導体ウェハWを覆うようになっている。また一方、ウェハカバー20の側面20bの先端面は、上昇した突上げ用リング12の先端面と突き合わされるようになっており、これにより半導体ウェハWの領域はウェハカバー20によって完全に密閉され、光加熱装置22によって加熱されるダイシングテープSの領域に対して熱的に分離される。
以下、図8及び図9のフローチャートに沿って、図7に示すように光加熱装置22とウェハカバー20を備えたワーク分割装置100の作用を説明する。
まず、図8のステップS100において、図7に示すように、半導体ウェハWの裏面にDAF(D)を介してダイシングテープSが接着されたワーク2のフレームFをフレーム固定機構18により固定する。そして、半導体ウェハWが存在する領域が冷凍チャックテーブル10の上に位置するように配置する。なお、半導体ウェハWには、図19に示すように、予めレーザ照射等によりその内部に分断予定ラインが格子状に形成されている。
次に図8のステップS110において、冷凍チャックテーブル10は、ワーク2の裏面を真空吸着により吸着して冷凍チャックテーブル10の表面に確実に接触させ、熱伝達によってワーク2を冷却する。冷凍チャックテーブル10は、所定時間ワーク2を真空吸着して、DAF(D)が脆性化するように冷却した後、真空吸着を解除する。
次に、図8のステップS120において、図10に示すように、リング昇降機構16によって突上げ用リング12を上昇させて、ダイシングテープSをエキスパンドする。このときの突上げ用リング12の突き上げは、前の実施形態と同様に、例えば400mm/secの速度で、15mmの高さまでダイシングテープSを突き上げる。
これによりダイシングテープSが放射状に拡張されて半導体ウェハWが分断予定ラインに沿ってDAF(D)と一緒になって、各チップTに分割される。
次に、図8のステップS130において、図11に示すように、ウェハカバー20及び光加熱装置22を、それぞれカバー昇降機構21及び昇降回転機構23によって下降させ、ウェハカバー20でワーク2の半導体ウェハWの部分を被覆する。このとき図11に示すように、ウェハカバー20の側面20bの先端面と、突上げ用リング12の先端面とを突き合わせて、ウェハカバー20と突上げ用リング12との間でダイシングテープSを把持する。
このウェハカバー20と突上げ用リング12との間でダイシングテープSを把持する力は、例えば40kgf程度である。
次に、図8のステップS140において、図12に示すように、ウェハカバー20と突上げ用リング12との間でダイシングテープSを把持したまま、ウェハカバー20と突上げ用リング12を、半導体ウェハWの下側のダイシングテープSの裏面が冷凍チャックテーブル10の上面に接触する位置まで下降させる。これにより、ダイシングテープSの、ウェハカバー20と突上げ用リング12とで把持された部分の周辺部が弛緩し、弛み部が発生する。なお、このとき、ウェハカバー20と突上げ用リング12との間でダイシングテープSを把持する力は40kgfを維持している。またこのとき、同時に光加熱装置22も昇降回転機構23によりダイシングテープSの周辺部を加熱する位置まで下降させる。
次に、図8のステップS150において、図13に示すように、ウェハカバー20と突上げ用リング12との間で把持した部分の外側の弛緩したダイシングテープSの部分に対してのみ、光加熱装置22でスポット光を当てて選択的に加熱する。このとき、もしDAF(D)も同時に加熱されてしまうとDAF(D)が溶けてチップT間の隙間がなくなってしまう虞があるので、ダイシングテープSの弛んだ部分のみを選択的に加熱する必要がある。
ここで光加熱装置22によってダイシングテープSの弛んだ部分を選択的に加熱する処理を図5を参照しながら、図9のフローチャートを用いて説明する。
まず、図9のステップS151において、上述したように、光加熱装置22を昇降回転機構23によりダイシングテープSの周辺部を加熱する位置まで下降させる。そしてステップS152において、図5の数字1で示す位置において、8個の光加熱装置22の電源をオンにしてダイシングテープSの弛んだ外周部を加熱する。このとき、図5に破線Hで囲んだ領域においては、光加熱装置22の印加電圧を、破線Lで囲んだ領域よりも高く設定する。これにより、ダイシングテープSの収縮し難い横方向(X方向)についても収縮しやすい縦方向(Y方向)と同じように収縮し、収縮の異方性が抑制される。
次に、ステップS153において、光加熱装置22の電源をオフにするか、加熱に寄与しない電圧を印加して図5に矢印Bで示したように、昇降回転機構23により光加熱装置22を数字2で示す位置まで回転する。
次に、ステップS154において、図5の数字2の位置において光加熱装置22の電源をオンにしてダイシングテープSの外周部を加熱する。このときも、図5に破線Hで囲んだ領域においては、光加熱装置22の印加電圧を、破線Lで囲んだ領域よりも高く設定する。
そして、ステップS155において、光加熱装置22の電源をオフにして、昇降回転機構23により、光加熱装置22を待機位置まで上昇させる。
これにより、ダイシングテープSが全ての方向について均等に収縮され、分割された各チップTの間隔及び配列が維持される。
最後に図8のステップS160において、図14に示すように、ウェハカバー20(と光加熱装置22)を上昇させるとともに、突上げ用リング12を降下させて、ダイシングテープSの把持を解放する。そしてフレームFをはずしてワークを次の工程に搬送する。
このように光加熱装置によりダイシングテープSの弛んだ部分のみを選択的にまた均等加熱することにより、ダイシングテープSが全ての方向について均等に収縮され、分割された各チップTの間隔及び配列を維持することができ、拡張されたダイシングテープSが再び元に戻ってチップTの間隔が狭まってチップ同士が接触するようなことはない。
本実施形態では、加熱手段として光加熱装置を用いているため、ダイシングテープ外周部の弛んだ部分だけに選択的に加熱できるとともに、光加熱装置は電源のオンオフにより、加熱状態と非加熱状態との区別がはっきりしており、滞留熱もなく、また印加電圧を各光加熱装置毎に設定することにより収縮しやすい部分と収縮し難い部分とで加熱量を調整し、ダイシングテープの収縮の異方性に対応して加熱することができる。さらに、4個以上(特に4の倍数個の)光加熱装置を、ダイシングテープの外周に沿って均等に配置するとともに、外周に沿って回転走査することで、ダイシングテープの全ての部分が均等に収縮するように加熱することができる。
このようにして、本実施形態によれば、加熱によるダイシングテープの収縮の異方性を軽減するとともに、加熱源の走査に伴うチップの配列ずれを抑制することができ、その結果各チップの間隔が十分維持されるとともに、周囲のダイシングテープに弛みのないワークを製造することが可能となる。
また、光加熱装置がダイシングテープSの周囲に沿って等間隔に8個配置された場合のその他の加熱制御方法について説明する。
すなわち、例えば図4に示すように、ダイシングテープSの周囲に沿って等間隔に8個の光加熱装置22としてスポットタイプのハロゲンランプヒータが配置されている。ただし、このときチップTは、図4に示すような略正方形ではなく、図のX方向(横方向)とY方向(縦方向)とにおける長さの比(アスペクト比)は、1:2.4の縦長の長方形状であるとする(図16参照)。
各光加熱装置22は、ダイシングテープSの周囲に45度の間隔で並んでいる。この45度の間隔を8等分して、5.6度ずつ各光加熱装置22をダイシングテープSの周囲に沿って回転し、5.6度回転する毎にその位置で加熱するようにする。このとき、最初は図15において、光加熱装置22としてのハロゲンランプヒータに対する印加電圧は、LeftとRightの位置では12Vとし、TopとBottomの位置では5Vとする。
このようして、5.6度ずつ回転しながら、8回加熱したら、次は、最初の位置より5.6度の半分の2.8度ずらした位置から初めるようにする。今度は、ハロゲンランプヒータに対する印加電圧は、LeftとRightの位置では12Vとし、TopとBottomの位置では11Vとする。そして、また5.6度ずつ回転しながら、8回加熱する。
このようにして加熱し、ダイシングテープS上の各チップTの間隔を、図15に示す、Center、Left、Right、Top、Bottomの5か所について、図16に示すような5つのポイントで、それぞれHorizontal及びVerticalの2方向について測定した。
図17に、それぞれの箇所について各ポイント毎の測定結果を示す。この結果を見ると、上記のような加熱制御により、チップ間の間隔はどの場所においても平均20〜30程度であり、それほど大きな違いは発生しないことがわかる。
これに対して、比較のために、このような加熱制御をすることなく、単にダイシングテープSの全周囲から同じように加熱した場合の測定結果を図18に示す。
図18を見ると、チップTのアスペクト比が1:2.4で異方性を有する場合に、全方向から同じように加熱した場合には、ダイシングテープS上の場所及び方向によって、チップ間隔が、平均で10台から50台までと、大きく変化していることがわかる。
このように、上述したような加熱制御を行うことにより、チップが正方形から大きくはずれたような形状をしており、異方性がある場合でも、全方向について同じようにダイシングテープSを収縮することができる。また、逆にチップが等方的で異方性がなく、ダイシングテープSの側に異方性がある場合でも、上記加熱制御方法で対応することができる。
なお、いままで説明してきた例においては、光加熱装置は、スポットタイプのハロゲンランプヒータとしていたが、ウェハカバー20が存在することにより、温風ヒータを用いることも可能である。すなわち、ノズル等から局所的な領域のみに温風を吹き出すようにしすれば、ウェハカバー20により、温風がダイレクトに半導体ウェハWの領域にはいかないようにすることができるので、ダイシングテープSの弛み部のみを選択的に加熱することが可能となる。
また、上述した実施形態においては、光加熱装置22による熱輻射によって加熱しているので、ダイシングテープSの弛んだ部分にのみ局所的に(選択的に)加熱することができる。また特に本実施形態では、半導体ウェハWをウェハカバー20で覆っているため熱を遮蔽して、光加熱装置22によってワークが貼着されたDAF(D)が加熱されてしまうのを防ぐことができ、より一層光加熱装置22による局所的な加熱を可能としている。
また、ウェハカバー20と突上げ用リング12とによってダイシングテープSの弛んだ部分の近くを把持しているので、弛んだ部分を加熱することによってウェハカバー20や突上げ用リング12も加熱されるが、この熱は熱伝達によってウェハカバー20や突上げ用リング12を通じて逃げて行く。従って、ウェハカバー20及び突上げ用リング12の内部に囲われたワークが貼着されたDAF(D)は、熱的に遮蔽されており、加熱されることはない。
ただし、温風を吹き出して加熱する場合は、熱の与える形態としては、対流現象を利用することになるため、温かい風が空間内に蔓延してくると、局所的な加熱性については限界がある場合がある。
それに対して、光加熱装置の場合、輻射現象を用いることで周りの雰囲気(ランプとテープの間の空間に充填されている気体の性質等)に関係なく、例えば真空状態であっても、局所的にダイシングテープを加熱することができる。光さえ透過させる環境にあれば、極めて精度よく、テープの異方性に対応させてその収縮を制御することができる。
こうした選択的な熱供給手段を使用するとともに、その局所的な熱を供給する位置として、分割対象であるウェハの周囲において、周方向に独立して制御できる位置に熱供給手段を配することにより、仮に、ダイシングテープの物理伸縮性、及び、加熱による収縮特性においてダイシングテープ毎に変化する固有の異方性があったとしても、ダイシング及びチップ分割特有の課題であるX方向、Y方向へのチップ離間状態の均等化を実現するために、精度よい制御をすることが可能になる。
以上、本発明のワーク分割装置及びワーク分割方法について詳細に説明したが、本発明は、以上の例には限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、各種の改良や変形を行ってもよいのはもちろんである。
1、100…ワーク分割装置、2…ワーク、10…冷凍チャックテーブル、12…突上げ用リング、16…リング昇降機構、18……フレーム固定機構、20…ウェハカバー、21…カバー昇降機構、22…光加熱装置、23…昇降回転機構

Claims (10)

  1. ダイシングテープに貼着されて、リング状のフレームにマウントされ、予め形成された分断予定ラインに沿って個々のチップにダイシング加工された半導体ウェハからなるワークを固定するフレーム固定手段と、
    前記ワークのダイシングテープをエキスパンドするエキスパンド手段と、
    前記ダイシングテープのエキスパンド状態を解除した後、前記ダイシングテープに発生する弛み部分を加熱するために、前記分割対象である半導体ウェハ外周のダイシングテープに熱を供給するように配置され、それぞれ加熱状態を周方向に独立して制御することが可能な光加熱装置と、
    を備えたことを特徴とするワーク分割装置。
  2. 前記光加熱装置は、外周部に沿って等間隔かつ対称に配置され、少なくとも4個以上あることを特徴とする請求項1に記載のワーク分割装置。
  3. 前記光加熱装置の個数は4の倍数であることを特徴とする請求項2に記載のワーク分割装置。
  4. 請求項1〜3のいずれかに記載のワーク分割装置であって、さらに、前記光加熱装置を、前記ダイシングテープに対して昇降させるとともに、前記ダイシングテープの外周に沿って回転させる昇降回転機構を備えたことを特徴とするワーク分割装置。
  5. 前記昇降回転機構は、前記光加熱装置がある位置で前記ダイシングテープの外周部を加熱した後、隣り合う光加熱装置との中間の位置まで前記光加熱装置を回転させることを特徴とする請求項4に記載のワーク分割装置。
  6. 前記光加熱装置は、前記回転中は電源をオフするか、加熱に寄与しない電圧を印加することを特徴とする請求項5に記載のワーク分割装置。
  7. 前記光加熱装置は、前記ダイシングテープの収縮異方性に対応して印加電圧が制御されることを特徴とする請求項1〜6のいずれかに記載のワーク分割装置。
  8. 前記光加熱装置は、前記ダイシングテープが収縮しやすい部分よりも収縮し難い部分に対して、前記光加熱装置に対する印加電圧を高く設定されることを特徴とする請求項7に記載のワーク分割装置。
  9. 半導体ウェハを、ダイシングテープに貼着して、リング状のフレームにマウントし、前記半導体ウェハを予め分断予定ラインに沿って個々のチップにダイシング加工したワークを固定するフレーム固定工程と、
    前記ワークのダイシングテープをエキスパンドするエキスパンド工程と、
    前記ダイシングテープのエキスパンド状態を解除した後、前記ダイシングテープに発生する弛み部分を、前記ダイシングテープの外周部に沿って等間隔にかつ対称的に配置され、それぞれ加熱状態が独立に制御可能な、少なくとも4個以上の光加熱装置で加熱する加熱工程と、を備え、
    前記加熱工程においては、所定位置で前記光加熱装置により前記ダイシングテープの弛み部分を加熱した後、前記光加熱装置の電源をオフするか、加熱に寄与しない電圧を印加し、前記ダイシングテープの外周に沿って隣り合った前記光加熱装置との中間の位置までそれぞれの前記光加熱装置を回転し、その位置で再び前記ダイシングテープの弛み部分を加熱することを特徴とするワーク分割方法。
  10. 前記光加熱装置は、前記ダイシングテープの弛み部分を加熱する際、前記ダイシングテープの収縮異方性に対応して印加電圧が制御されることを特徴とする請求項9に記載のワーク分割方法。
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