JP4197874B2 - 低拡張率エキスパンダおよび拡張フィルムシート固定方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体製造工程のうち、ダイシング済みのウェハーを角形小片であるチップへ分離するための低拡張率エキスパンダおよび拡張フィルムシート固定方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
半導体製造工程では、棒状のシリコン単結晶がスライシングされて薄い円板状のウェハーが切り出される。このウェハーは、表面が研磨されて鏡面状に仕上げられた後、薄膜形成、リソグラフィ、エッチング、不純物導入、洗浄、熱処理等が施され、ＶＬＳＩ・ＣＭＯＳ等のチップが格子状に複数割り付けられたウェハーとなる。
【０００３】
このウェハー上で格子状に割り付けられた複数のチップから一片のチップへ分割するために、専用のカッターにより一片のチップに切り離されるダイシングが行われる。
これら一片のチップがダイボンディング・ワイヤボンディング・パッケージングされ、ＩＣチップが製造されることとなる。
【０００４】
さて、上記した半導体製造工程で、ウェハーに対して、薄膜形成、リソグラフィ、エッチング、不純物導入、洗浄、熱処理等を行う場合に、直に触ることが許されないウェハーの取り扱いを容易ならしめるため、製造工程途中のウェハーは、ウェハーリングと呼ばれる治具上に取り付けられた上で取り扱われている。作業員・製造装置はこのウェハーリングを把持・握持することでウェハーに触れることなくウェハーを取り扱うことができる。
【０００５】
このウェハーリングについて説明する。図８はウェハーリングの構成図であり、図８（ａ）は表面図、図８（ｂ）はＢ−Ｂ線側断面図、図８（ｃ）は裏面図である。
図８（ａ），図８（ｃ）で示すように、ウェハーリング１０は一部切り欠き（図８（ａ）では上側）を有する環状の板であり、中央孔には伸縮性を有するフィルムシート１０ａが張り渡されている。このフィルムシート１０ａには、図８（ａ）で示される側のみに接着剤が塗布されており、皺等がないように張り渡された状態でウェハーリング１０に貼り付けられる。さらに、このフィルムシート１０ａの中央部にはウェハー１０ｂが配置・固着されることとなる。
【０００６】
このような取り付けを実現するため、図示しないが専用のマウンティング装置が開発されており、ウェハーリング１０・フィルムシート１０ａ・ウェハー１０ｂの位置決めを行いつつ接着することが可能になされている。
このようなウェハー１０ｂではウェハーリング１０を把持して搬送などが行われるため、換言すればウェハー１０ｂに直接接触することがなくなり、ウェハー１０ｂに対して塵埃の付着・過度な力が掛かるという事態の発生を回避している。
【０００７】
さて、半導体製造工程が進み、このウェハーリング１０のウェハー１０ｂがチップとして切り出されるダイシングが行われる。そしてダイシング終了後にはチップを取り出すこととなるが、この場合、あるチップと隣接する他のチップとの境界面が接していない状態として一片のチップの側部を摘んで取り出す必要がある。そこで、フィルムシート１０ａを拡張することでフィルムシート１０ａの上にあるダイシング済みのウェハー１０ｂも併せて移動・分離するという手法を採る。
【０００８】
このフィルムシートの拡張について概略説明する。図９はフィルムシート拡張を説明する説明図であり、図９（ａ）は拡張前のフィルムシート上のダイシング済みのウェハー、図９（ｂ）は拡張後のフィルムシート上のチップ群を示している。
図９（ａ）で示すようなダイシング済みのウェハー１０ｂが貼り付けられているフィルムシートに対し、図９（ａ）で示す矢印方向（放射方向）の力が加わると、ウェハー１０ｂは分離開始し、最終的には図９（ｂ）で示すようにチップ１０ｃが整然と配列した状態を維持しつつ間隔を開ける（以下、このような作業を単にフィルムシート拡張作業という）。
【０００９】
このようなフィルムシートの拡張作業に係る従来技術として、例えば、昭和６３年特許出願公告第２９４１２号公報に記載された「多数個の半導体素子を載せた伸縮性シートのウェハーリングへのセッティング方法」に係る発明が知られている。
具体的には伸縮性シートの外周をクランパで挟持して拡張しつつ拡張リングを取り付け、下側から上昇する昇降装置に取り付けられたカッターで伸縮性シートを切断して拡張リングに移し取るというものである。
従来技術はこのようなものである。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
近年ではフィルムシート１０ａから一つのチップを摘んで取り出す把持機構（例えばロボットハンドなどの機構）の改良が進み、把持機構の小型化が図られている。したがって、分離した二個のチップ１０ｃの間隔は従来より狭くてもよくなりつつある。
このようにフィルムシート１０ｓの拡張率を低くすることができるならば、拡張作業に係る時間を短縮でき、チップ製造の歩留まり向上に寄与することができる。
【００１１】
しかしながら、従来技術では機械的な要因により、フィルムシートを低拡張率にすることができなかった。この点について図を参照しつつ説明する。図１０は従来技術の問題点を説明する説明図である。
上記した従来技術では、伸縮性のフィルムシート１０ａを拡張する場合、図１０（ａ）で示すように、アッパークランプ１１ａおよびロウアークランパ１１ｂが上下からウェハーリング１０を把持固定した状態で昇降装置１２が拡張ステージ１３を上昇させ、図１０（ｂ）で示すように、フィルムシート１０ａを矢印で示す外側へ拡張する。
【００１２】
この場合、拡張ステージ１３は、少なくともアッパークランプ１１ａの厚みと図示しない拡張リングの移し取り作業領域確保用の高さとを加えた高さ（以下、制約高さという）まで上昇しなければならない（図１０（ｂ）参照）。この制約高さまで上昇しないと、図示しない拡張リングにフィルムシート１０ａとともにチップ１０ｃを移し取れないためである。
【００１３】
しかしながら、従来技術では、拡張ステージ１３の高さが高くなるにつれて、フィルムシート１０ａの拡張率もまた高くなるという性質を有している。
上記したように従来技術では、拡張ステージ１３が制約高さまで上昇した状態で拡張リングに移し取られるため、換言すれば制約高さ以下の箇所で所定の拡張率を下回るような低拡張率でフィルムシートを拡張リングに移し取ることができなかった。
このような事情から従来技術では所定の拡張率よりも低いような低拡張率でフィルムシートを拡張することが困難であった。
【００１４】
本発明は上記問題点を解決するためのものであり、その目的は、簡素な機構であり、かつ、低拡張率でフィルムシートを拡張できるようにした低拡張率エキスパンダの提供、および、この低拡張率エキスパンダを用いる拡張フィルムシート固定方法の提供を行うことにある。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の課題を解決するため、請求項１に係る発明の低拡張率エキスパンダによれば、
ウェハーリングの円開口に張り渡されたフィルムシートを引き延ばしてフィルムシート上に固着されたダイシング済みのウェハーを複数片のチップに分離するための低拡張率エキスパンダであって、
ウェハーリングを保持固定するためのクランプ部と、
クランプ部で支持されるウェハーリングのフィルムシートに対しウェハーが載置された面の裏面からフィルムシートを押圧する拡張ステージと、
拡張ステージを昇降させる昇降装置と、
拡張ステージのステージ面に円環状に形成される凹部と、凹部内に配置されてステージ面よりも低い高さを有する円環状の摩擦体と、凹部内から空気を排気する排気口と、を有する真空吸着部と、
を備え、
拡張ステージが所定高さに到達したときにフィルムシートの真空吸着を行って、フィルムシートを所定の拡張率に維持することを特徴とする。
【００１６】
また、請求項２に係る発明の低拡張率エキスパンダによれば、
請求項１に記載の低拡張率エキスパンダにおいて、
前記摩擦体はシリコーンゴムまたは軟質塩化ビニールにより形成されることを特徴とする。
【００１７】
また、請求項３に係る発明の低拡張率エキスパンダによれば、
請求項１または請求項２に記載の低拡張率エキスパンダにおいて、
前記拡張ステージは、
外側面に形成された下側拡張リング配置部と、
下側拡張リング配置部に配置された下側拡張リングと、
を備える、
ことを特徴とする。
【００１８】
また、請求項４に係る発明の拡張フィルムシート固定方法によれば、
請求項３に記載の低拡張率エキスパンダを用いる拡張フィルムシート固定方法であって、
クランプ部が保持固定するウェハーリングの下側から拡張ステージが上昇してフィルムシートを拡張しつつ押し上げ、
フィルムシートが所定拡張率に達した場合に排気口を通じて凹部内の排気を開始し、
凹部内の摩擦体とフィルムシートとを接触させ環状の凹部の円内のフィルムシートを固定し、
凹部内のフィルムシートの固定を維持しつつ拡張ステージを上昇させ、
所定高さに達したときに下側拡張リングに上側拡張リングを嵌め込んで拡張リングを組み立てるとともに拡張したフィルムシートをウェハーリングから拡張リングへ移し取り、
拡張リングとともにフィルムシートの複数片のチップを取り出す、
ことを特徴とする。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図を参照しつつ説明する。
図１は本発明の低拡張率エキスパンダの実施形態の構成図、図２は拡張ステージの構成図、図３は低拡張率エキスパンダによるフィルムシートの拡張処理を説明する説明図、図４，図５は低拡張率エキスパンダによるフィルムシートの固定処理を説明する説明図、図６，図７はフィルムシートの拡張リングへの移し取り処理を説明する説明図である。なお、これら図は、図面の見やすさを特に優先し、簡略な図面としている。また、ウェハーリング１０については従来技術と同じであるため、従来技術の説明と同じ符号を用いて説明する。
【００２１】
本実施形態の低拡張率エキスパンダでは、図１，図２，図６で示すように、拡張ステージ１、下側拡張リング２、昇降装置３、ロウアークランプ４、アッパークランプ５、上側拡張リング６を備えている。
拡張ステージ１には、下側拡張リング２が取り外し自在となるように配置されている。下側拡張リング２は、図６，図７で示す上側拡張リング６が取り付けられるように構成されており、下側拡張リング２と上側拡張リング６とで拡張リング７を構成する。
この拡張ステージ１は昇降装置３により上下方向に昇降できるようになされている。
【００２２】
ロウアークランプ４には摩擦体４ａが取り付けられている。このロウアークランプ４は、例えば、断面凹字状である水盤のような構成を有している。この摩擦体４ａは、例えば、弾性体であるＯリングなどである。
アッパークランプ５にも摩擦体５ａが取り付けられている。このアッパークランプ５も、例えば、円環板状の構成を有している。この摩擦体５ａも、例えば、弾性体であるＯリングなどである。
なお、ロウアークランプ４およびアッパークランプ５は、本発明のクランプ部の一具体例であり、本実施形態以外にもウェハーリング１０を把持・固定できる各種の構成を採用することができる。
【００２３】
これらロウアークランプ４およびアッパークランプ５により、ウェハーリング１０が上下方向から挟まれて挟持固定（クランプ）される。この場合、ロウアークランプ４の摩擦体４ａ、および、アッパークランプ５の摩擦体５ａは、変形するとともにウェハーリング１０を強固に把持・固定する。
【００２４】
続いて、低拡張率エキスパンダの個々の構成について説明する。
拡張ステージ１は、詳しくは、図２で示すように、ステージ面１ａ、凹部１ｂ、摩擦体１ｃ、排気口１ｄ、結合コネクタ１ｅ、伸縮チューブ１ｆ、下側拡張リング配置部１ｇを備えている。
【００２５】
拡張ステージ１は回転体形状であって、概略円板状になるように構成されている。この拡張ステージ１の上面はステージ面１ａである。このステージ面１ａは梨地（なしぢ）仕上になされており、ステージ面１ａに接触するフィルムシート１０ａは、空気の存在により密着することなく滑らかに摺動するようになされている。
【００２６】
このステージ面１ａには円環状の凹部１ｂが形成されている。凹部１ｂの溝内には円環状に形成された摩擦体１ｃが配置されている。この摩擦体１ｃは、後述するも、フィルムシート１０ａと接触して摩擦力を付与するために設けられており、特にシリコーンゴム・軟質塩化ビニールが強固な摩擦力を付与することが、実験的に確認されている。なお、この摩擦体１ｃは、図４でも示すように、摩擦体１ｃの高さよりも凹部１ｂの溝深さが大きく、ステージ面１ａまで摩擦体１ｃが突出しないように構成される。
【００２７】
この凹部１ｂにはその溝内の底面に通じるように排気口１ｄが設けられ、この排気口１ｄには結合コネクタ１ｅが連接されている。この結合コネクタ１ｅには伸縮チューブ１ｆが取り付けられており、さらにこの伸縮チューブ１ｆの他端には図示しない排気ポンプが連結されている。
【００２８】
この拡張ステージ１の外周側面には、図７で示すように下側拡張リング配置部１ｇが形成されており、この下側拡張リング配置部１ｇには予め下側拡張リング２が配置されている。この下側拡張リング２は、下側拡張リング配置部１ｇに嵌め込んで配置する形状であって、容易に取り外せるように構成されている。
【００２９】
続いて、このような低拡張率エキスパンダを用いる拡張フィルムシート固定方法について説明する。
まず、図１で示すように、ロウアークランプ４の上にウェハーリング１０を配置する。この場合、フィルムシート１０ａにはダイシング済みのウェハー１０ｂが載置されているものとする。
【００３０】
その後、図示しないクランパ用昇降装置を操作してアッパークランプ５を下降させ、ウェハーリング１０を上下方向から押圧しつつ把持固定する。この際、摩擦体４ａ，５ａは変形するとともに、ウェハーリング１０が移動しないような強固な摩擦力を付与する。
【００３１】
続いて、昇降装置３が拡張ステージ１を上昇させ、図３で示すように、フィルムシート１０ａを押し上げていく。この場合、フィルムシート１０ａはステージ面１ａに沿って半径方向へ拡張しつつ移動する。このフィルムシート１０ａが拡張しつつ移動する際、図４で示すように拡張ステージ１の凹部１ｂ内にある摩擦体１ｃとフィルムシート１０ａとが接触しないため、円滑に移動することができる。
【００３２】
このように拡張ステージ１が上昇していくにつれて格子状にダイシングされたウェハー１０ｂは複数のチップ１０ｃへ分割する（図３参照）。最終的に所定の高さまで上昇したとき、つまり、フィルムシート１０ａが所定の拡張率となったとき、昇降装置３は昇降を一時停止する。
なお、この一時停止を行うため、昇降装置３を操作員が図示しない操作入力装置（スイッチ・ジョイスティック・制御卓など）を操作して、昇降装置３を駆動制御することで停止させてもよい。
また、所定高さへ到達したか否かを図示しないセンサが検出し、この検出信号が入力された図示しない自動制御装置（例えば、プログラマブル・ロジック・コントローラなど）により自動的に上昇停止するようにしてもよい。これら構成は適宜選択される。
【００３３】
拡張ステージ１の上昇停止後、図示しない排気ポンプを稼働させて凹部１ｂ内の空気の排気動作を開始する。
排気前のフィルムシート１０ａは図４で示すように張った状態であるが、排気が進むにつれて、図５で示すように、フィルムシート１０ａが真空吸着により下降していき、摩擦体１ｃとフィルムシート１０ａが接触した状態となる。
これにより、環状である摩擦体１ｃの円内では所定拡張率まで拡張されたフィルムシート１０ａが固定される（図３で示すようにフィルムシート１０ａが水平方向へ拡張されなくなる）。
【００３４】
続いて、拡張リング７にフィルムシート１０ａを移し取ることとなるが、フィルムシート１０ａを低拡張率で固定している現在の高さでは、拡張リング７にフィルムシート１０ａを移し取る作業は困難であるため、拡張リング７への移し変え作業ができる高さまで拡張ステージ１を上昇させる。
この場合もフィルムシート１０ａの真空吸着を続けているため、図５で示すように、フィルムシート１０ａが固定された状態を維持し、環状の凹部１ｂの中にあるフィルムシート１０ａは所定の低拡張率から変化することはない。
【００３５】
そして、拡張リング７への移し取り作業が可能な高さまで、拡張ステージ１が上昇した場合に、昇降装置３の上昇動作を停止させる。
停止後、図６で示すように、下側拡張リング２と対になっている上側拡張リング６を嵌め込み、拡張リング７を完成させる。その後、フィルムシート１０ａを切断する（図６参照）。
【００３６】
この後に、図示しない排気ポンプの稼働を停止すると、凹部１ｂ内へ空気が入り込んで取り外しが可能となる。図７で示すように、拡張リング７を拡張ステージ１から取り外したとき、拡張リング７には従来よりも低拡張率で張り渡されたフィルムシート１０ａが移し取られている。
【００３７】
以上、本発明の実施形態について説明した。本発明では、以下のような利点を有する。
（１）拡張ステージ１の構造が簡素であり、製造コストを低減している点。
（２）拡張ステージ１は実質旋盤があれば製造可能である点。
（３）機械的に高精度な部品をあえて不要としている点。
（４）部品点数が著しく少ない点。
（５）組立等も少ない点。
これらが相俟って、拡張ステージ１、つまり、低拡張率エキスパンダの製造原価を著しく低減させている。
【００３８】
さらには、その他の必要な構成を、Ｏリング等の摩擦体、チューブ、排気ポンプなど、既存・市販の装置を採用して安価に調達できるようにしており、この点からも製造コストを低減させている。
またフィルムシート１０ａを広げる大小比率である拡張率は、拡張ステージ１の高さを変更することで調節が可能であり、その製造工程でそれぞれ要求が異なる拡張率に対して簡単に応じることができる。拡張ステージ１の高さは実際の拡張作業時に適宜拡張率を考慮して決定される事項であり、所望の拡張率を選択することが可能である。
【００３９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、簡素な機構であり、かつ、低拡張率でフィルムシートを拡張できるようにした低拡張率エキスパンダの提供、および、この低拡張率エキスパンダを用いる拡張フィルムシート固定方法の提供を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の低拡張率エキスパンダの実施形態の構成図である。
【図２】拡張ステージの構成図である。
【図３】低拡張率エキスパンダによるフィルムシートの拡張処理を説明する説明図である。
【図４】低拡張率エキスパンダによるフィルムシートの固定処理を説明する説明図である。
【図５】低拡張率エキスパンダによるフィルムシートの固定処理を説明する説明図である。
【図６】フィルムシートの拡張リングへの移し取り処理を説明する説明図である。
【図７】フィルムシートの拡張リングへの移し取り処理を説明する説明図である。
【図８】ウェハーリングの構成図である。
【図９】フィルムシート拡張を説明する説明図である。
【図１０】従来技術の問題点を説明する説明図である。
【符号の説明】
１ 拡張ステージ
１ａ ステージ面
１ｂ 凹部
１ｃ 摩擦体
１ｄ 排気口
１ｅ 結合コネクタ
１ｆ チューブ
１ｇ 下側拡張リング配置部
２ 下側拡張リング
３ 昇降装置
４ ロウアークランプ
４ａ 摩擦体
５ アッパークランプ
５ａ 摩擦体
６ 上側拡張リング
７ 拡張リング
１０ ウェハーリング
１０ａ フィルムシート
１０ｂ ウェハー
１０ｃ チップ

Claims (4)

1. ウェハーリングの円開口に張り渡されたフィルムシートを引き延ばしてフィルムシート上に固着されたダイシング済みのウェハーを複数片のチップに分離するための低拡張率エキスパンダであって、
   ウェハーリングを保持固定するためのクランプ部と、
   クランプ部で支持されるウェハーリングのフィルムシートに対しウェハーが載置された面の裏面からフィルムシートを押圧する拡張ステージと、
   拡張ステージを昇降させる昇降装置と、
   拡張ステージのステージ面に円環状に形成される凹部と、凹部内に配置されてステージ面よりも低い高さを有する円環状の摩擦体と、凹部内から空気を排気する排気口と、を有する真空吸着部と、
   を備え、
   拡張ステージが所定高さに到達したときにフィルムシートの真空吸着を行って、フィルムシートを所定の拡張率に維持することを特徴とする低拡張率エキスパンダ。
2. 請求項１に記載の低拡張率エキスパンダにおいて、
   前記摩擦体はシリコーンゴムまたは軟質塩化ビニールにより形成されることを特徴とする低拡張率エキスパンダ。
3. 請求項１または請求項２に記載の低拡張率エキスパンダにおいて、
   前記拡張ステージは、
   外側面に形成された下側拡張リング配置部と、
   下側拡張リング配置部に配置された下側拡張リングと、
   を備える、
   ことを特徴とする低拡張率エキスパンダ。
4. 請求項３に記載の低拡張率エキスパンダを用いる拡張フィルムシート固定方法であって、
   クランプ部が保持固定するウェハーリングの下側から拡張ステージが上昇してフィルムシートを拡張しつつ押し上げ、
   フィルムシートが所定拡張率に達した場合に排気口を通じて凹部内の排気を開始し、
   凹部内の摩擦体とフィルムシートとを接触させ環状の凹部の円内のフィルムシートを固定し、
   凹部内のフィルムシートの固定を維持しつつ拡張ステージを上昇させ、
   所定高さに達したときに下側拡張リングに上側拡張リングを嵌め込んで拡張リングを組み立てるとともに拡張したフィルムシートをウェハーリングから拡張リングへ移し取り、
   拡張リングとともにフィルムシートの複数片のチップを取り出す、
   ことを特徴とする拡張フィルムシート固定方法。

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