JP6934327B2 - ウエーハの分割方法及び分割装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ウエーハを個々のチップに分割するウエーハの分割方法及び分割装置に関する。
近年、ウエーハの分割予定ラインのライン幅を狭くして、１枚のウエーハからチップの取り分を多くする方法が知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載のウエーハの分割方法は、ウエーハに対して透過性を有するレーザビームを照射して、ウエーハ内部に分割予定ラインに沿った改質層を形成する。その後、エキスパンド装置等によってリングフレームに貼られたテープを拡張することで、このテープの上面に貼着されたウエーハに外力を付与し、改質層を分割起点としてウエーハを個々のチップへと分割している。
テープの拡張によってチップ間隔が広がるが、テープの拡張が解除されると、シートに大きな皺（弛み）が生じて隣接するチップ同士が接触して破損する可能性がある。そこで、ウエーハの外周とリングフレームの内周の間のテープを加熱して熱収縮させることで、チップ間隔を維持する方法が提案されている（例えば、特許文献２参照）。また、ウエーハの周囲に生じたテープの皺を把持して熱圧着することでテープから皺を除去する方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。
特開２００５−１２９６０７号公報 特開２００２−３３４８５２号公報 特開２０１３−２３９５５７号公報
特許文献２及び３では、ウエーハの外周部分のテープを熱収縮或いは熱圧着するときに、拡張されたテープを保持テーブルで吸引保持してテープの形を維持するようにしている。一方、特にチップサイズが小さなウエーハを分割するためにはテープを大きく引き伸ばす必要がある。このようにテープを引き伸ばした場合、テープには大きなテンションが掛かり、熱収縮や熱圧着を行うときに、テープが弾性回復によって縮む力も大きくなる。このため、保持テーブルの吸引力でテープの形を維持することが困難になり、テープの熱収縮等を行う前に、テープの縮みによってチップ間の間隔が狭くなってチップのピックアップに支障が生じる、という問題がある。
本発明はかかる点に鑑みてなされたものであり、チップ同士の間隔を適切に維持することができるウエーハの分割方法及び分割装置を提供することを目的の１つとする。
本発明の一態様のウエーハの分割方法は、リングフレームの開口部を塞いで熱収縮性を有するテープを貼着し開口部のテープに分割予定ラインに沿って分割起点を形成したウエーハを貼着したワークセットのテープを介してウエーハを吸引保持するテーブルと、ワークセットのリングフレームを保持するリングフレーム保持部と、テーブルとリングフレーム保持部とを相対的に接近および離間する方向に上下移動させる昇降手段と、ワークセットのウエーハの外周とリングフレームの内周との間のリング状のテープを加熱するヒータと、を備え、リングフレーム保持部でワークセットを保持した状態で、昇降手段でテーブルを上昇方向にリングフレーム保持部を下降方向に相対的に離間する方向に移動させて開口部のテープを引き伸ばし分割起点でウエーハを分割させチップにする分割装置を用いたウエーハの分割方法であって、リングフレーム保持部でワークセットを保持する保持工程と、保持工程の後、昇降手段でテーブルとリングフレーム保持部とを離間する方向に移動させテープを引き伸ばし分割起点でウエーハを分割し、隣接するチップとチップとの間に所定の隙間を形成する分割工程と、分割工程の後、引き伸ばされたテープのウエーハが貼着されたエリアをテーブルで吸引保持するテープ保持工程と、テープ保持工程の後、テーブルとリングフレーム保持部とをさらに離間する方向に移動させウエーハの外周とリングフレームの内周との間のリング状のテープを引き伸ばすリングテープ拡張工程と、リングテープ拡張工程の後、昇降手段でテーブルとリングフレーム保持部とを接近する方向に移動させリング状のテープを弛ませると共にヒータでリング状のテープを加熱し熱収縮させ隣接するチップとチップとの間の所定の隙間を維持してワークセットを固定させる固定工程と、を備えることを特徴とする。
この構成によれば、分割工程によってウエーハを分割した後、引き伸ばされたテープをテーブルで吸引保持してウエーハが貼着されたエリアのテープの形を維持しつつ、リング状のテープを更に引き伸ばしてから固定工程で熱収縮させている。これにより、固定工程中、リング状のテープを弛ませても、ウエーハが貼着されたエリアのテープの形を維持することができ、隣接するチップの間隔も適切に維持することが可能となる。
本発明の一態様の分割装置は、上記の分割起点が形成されたウエーハの分割方法を可能にする分割装置であって、リングフレームの開口部を塞いで熱収縮性を有するテープを貼着し開口部のテープに分割予定ラインに沿って分割起点を形成したウエーハを貼着したワークセットのテープを介してウエーハを吸引保持するテーブルと、ワークセットのリングフレームを保持するリングフレーム保持部と、テーブルとリングフレーム保持部とを相対的に接近および離間する方向に上下移動させる昇降手段と、ワークセットのウエーハの外周とリングフレームの内周との間のリング状のテープを加熱するヒータと、昇降手段を制御する制御手段とを備え、制御手段は、分割工程を実施するためにテーブルとリングフレーム保持部とを相対的に離間する方向に移動させ第１の間隔を形成してテープを引き伸ばす第１の制御部と、リングテープ拡張工程を実施するためにテーブルとリングフレーム保持部とを相対的に第１の間隔よりさらに離間させる方向に移動させ第２の間隔を形成しリング状のテープを引き伸ばす第２の制御部と、を備えることを特徴とする。
本発明によれば、ウエーハとリングフレームとの間のリング状のテープを分割工程で引き伸ばした後、リングテープ拡張工程で更に引き伸ばしているので、テープを熱収縮しても隣接するチップ同士の間隔を適切に維持することができる。
本実施の形態の分割装置の斜視図である。 図２Ａは保持工程の一例、図２Ｂは分割工程の一例、図２Ｃはテープ保持工程の一例の説明図である。 チップの間隔の不具合例を示す説明図である。 図４Ａはリングテープ拡張工程の一例、図４Ｂは固定工程の一例の説明図である。
以下、添付図面を参照して、本実施の形態の分割装置について説明する。図１は、本実施の形態の分割装置の斜視図である。なお、分割装置は、図１に記載された構成に限定されず、適宜変更することが可能である。
図１に示すように、分割装置１は、リングフレームＦにテープＴを介して支持されたウエーハＷを、テープＴの拡張によって個々のチップＣ（図２Ａ参照）に分割するように構成されている。また、分割装置１は、テープＴの拡張の解除時にウエーハＷの外周とリングフレームＦの内周の間に生じるテープＴの弛みを熱収縮（ヒートシュリンク）によって除去するように構成されている。このように、テープＴが引き伸ばされて弛んだ箇所だけを熱収縮させて、ウエーハＷの分割後のチップＣ同士が接触して破損しないようにチップＣの間隔が維持されている。
ウエーハＷの表面には格子状の分割予定ラインＬが設けられており、分割予定ラインＬによって区画された各領域に各種デバイス（不図示）が形成されている。なお、ウエーハＷは、シリコン、ガリウム砒素等の半導体基板にＩＣ、ＬＳＩ等のデバイスが形成された半導体ウエーハでもよいし、セラミック、ガラス、サファイア系の無機材料基板にＬＥＤ等の光デバイスが形成された光デバイスウエーハでもよい。ウエーハＷはリングフレームＦに貼られたテープＴに貼着され、ウエーハＷとリングフレームＦとテープＴを一体化させたワークセットＷＳが分割装置１に搬入される。
ワークセットＷＳのリングフレームＦは熱収縮性を有するテープＴによって開口部が塞がれており、開口部の内側のテープＴにウエーハＷが貼着されている。ウエーハＷの内部には、分割予定ラインＬに沿った分割起点として改質層（不図示）が形成されている。なお、改質層は、レーザーの照射によってウエーハＷの内部の密度、屈折率、機械的強度やその他の物理的特性が周囲と異なる状態となり、周囲よりも強度が低下する領域のことをいう。改質層は、例えば、溶融処理領域、クラック領域、絶縁破壊領域、屈折率変化領域であり、これらが混在した領域でもよい。
また、以下の説明では、分割起点としてウエーハＷの内部に形成された改質層を例示するが、この構成に限定されない。分割起点は、ウエーハＷの分割時の起点になればよく、例えば、レーザー加工溝、切削溝、スクライブラインで構成されてもよい。さらに、テープＴは、伸縮性を有すると共に熱収縮性を有するものであればよく、特に材質は限定されない。なお、テープ基材は、例えば、ＰＯ（Polyolefin）、ＰＶＣ（Polyvinyl Chloride）で形成されることが好ましい。
分割装置１には、ワークセットＷＳのテープＴを介してウエーハＷを吸引保持可能なテーブル１０が配置され、テーブル１０の周囲にはワークセットＷＳのリングフレームＦを保持するリングフレーム保持部２０が配置されている。テーブル１０は、複数の支柱部１１によって支持されており、テーブル１０の上面には多孔質のポーラス板１２が配置されている。この多孔質のポーラス板１２によってテーブル１０の上面にウエーハＷを吸引保持する保持面１３が形成されている。保持面１３にはテーブル１０内の流路を通じて吸引源１６（図２Ａ参照）に接続され、保持面１３に生じる負圧によってウエーハＷが吸引保持される。
また、保持面１３から吸引源１６に連なる流路には開閉バルブ１４（図２Ａ参照）が設けられており、開閉バルブ１４によってウエーハＷに対する保持面１３の吸引保持と吸引解除が切り替えられている。テーブル１０の外周エッジには、全周に渡って複数のローラ部１５が回転可能に設けられている。複数のローラ部１５は、保持面１３にウエーハＷが保持された状態で、ウエーハＷの周囲のテープＴに下側から転接されている。複数のローラ部１５がテープＴに転接されることで、テープＴの拡張時にテーブル１０の外周エッジで生じるテープＴの摩擦が抑えられている。
リングフレーム保持部２０は、載置テーブル２１上のリングフレームＦを、カバープレート２２で上方から挟み込むようにして、載置テーブル２１上にリングフレームＦを保持している。載置テーブル２１及びカバープレート２２の中央には、テーブル１０よりも大径の円形開口２３、２４がそれぞれ形成されている。載置テーブル２１上にカバープレート２２が被せられると、カバープレート２２と載置テーブル２１によってリングフレームＦが保持されると共に、載置テーブル２１及びカバープレート２２の円形開口２３、２４からウエーハＷとテープＴの一部とが外部に露出される。
リングフレーム保持部２０は、載置テーブル２１上のリングフレームＦにカバープレート２２が被せられた状態で、例えば、不図示のクランプ部によってカバープレート２２が載置テーブル２１に固定される。リングフレーム保持部２０は、テーブル１０とリングフレーム保持部２０とを、相対的に離間及び接近させる方向に上下移動させる昇降手段２６に支持されている。昇降手段２６は、載置テーブル２１の四隅を支持する４つの電動シリンダで構成されている。昇降手段２６のシリンダロッド２７の突出量が制御されることで、テーブル１０上のウエーハＷとリングフレーム保持部２０との距離が調節される。
リングフレーム保持部２０の上方には、テープＴに生じた弛みを収縮させる収縮手段３０が設けられている。収縮手段３０はウエーハＷの中心軸上に設けられており、ウエーハＷの中心を挟んで対向するように旋回アーム３１の両端に一対のヒータ３２を配置している。ヒータ３２は、例えば、金属材料に吸収され難い２．５μｍ〜３０μｍをピーク波形とする遠赤外線をスポット照射するように構成されている。これにより、装置各部の加熱を抑えてウエーハＷの外周とリングフレームＦの内周との間のリング状のテープＴの弛みが部分的に加熱されて熱収縮される。
また、収縮手段３０の旋回アーム３１には、一対のヒータ３２を上下動させる上下動作部３３と、一対のヒータ３２をウエーハＷの中心軸回りに回転させる回転モータ３４とが設けられている。上下動作部３３は、リングフレーム保持部２０の昇降動作に合わせて、テープＴに対する一対のヒータ３２の高さを調整する。回転モータ３４は、ウエーハＷの周囲のテープＴの弛みが全周に亘って加熱されるように一対のヒータ３２を旋回する。上下動作部３３及び回転モータ３４によって一対のヒータ３２がテープＴに対して適切に位置付けられることで、ウエーハＷの周囲のテープＴが良好に加熱される。
また、分割装置１には、昇降手段２６を含む装置各部を統括制御する制御手段４０が設けられている。制御手段４０は、各種処理を実行するプロセッサやメモリ等により構成される。メモリは、用途に応じてＲＯＭ（Read Only Memory）、ＲＡＭ（Random Access Memory）等の一つ又は複数の記憶媒体で構成される。制御手段４０によってテーブル１０とリングフレーム保持部２０が相対移動されてテープＴの拡張動作が制御され、また、収縮手段３０の一対のヒータ３２でテープＴの弛みが除去されてテープＴの収縮動作が制御される。さらに、制御手段４０は、昇降手段２６によるリングフレーム保持部２０の移動を後述のように制御する第１の制御部４０ａ及び第２の制御部４０ｂを備えている。
続いて、図２ないし図４を参照して、本実施の形態の分割装置によるウエーハの分割方法について説明する。図２Ａは保持工程の一例、図２Ｂは分割工程の一例、図２Ｃはテープ保持工程の一例の説明図である。図３は、チップの間隔の不具合例を示す説明図である。図４Ａはリングテープ拡張工程の一例、図４Ｂは固定工程の一例の説明図である。
図２Ａに示すように、先ず保持工程が実施される。保持工程では、テーブル１０の保持面１３と、リングフレーム保持部２０の載置テーブル２１の上面とが同一面上に配置された状態で、テーブル１０上にテープＴを介してウエーハＷが載置される。その後、ウエーハＷの周囲のリングフレームＦがリングフレーム保持部２０に保持される、言い換えると、ワークセットＷＳがリングフレーム保持部２０に保持される。このとき、開閉バルブ１４が閉じられており、吸引源１６からのテーブル１０への吸引力が遮断されている。
図２Ｂに示すように、保持工程の後に分割工程が実施される。分割工程では、リングフレーム保持部２０でワークセットＷＳを保持した状態で、制御手段４０における第１の制御部４０ａの制御によって、テーブル１０を上昇方向に、リングフレーム保持部２０を下降方向に相対的に離間する方向に移動される。つまり、リングフレーム保持部２０が下降されてテーブル１０とリングフレーム保持部２０とが上下に離間される。このとき、テーブル１０の保持面１３と載置テーブル２１の上面との高さが異なるようになり、それらの間に第１の間隔１０１が形成される。これにより、テープＴが放射方向に引き伸ばされ、テープＴを介して強度が低下した改質層を分割起点にしてウエーハＷが個々のチップＣに分割される。この分割によって、隣接するチップＣとチップＣとの間には所定の隙間Ｓが形成される。
図２Ｃに示すように、分割工程の後にテープ保持工程が実施される。テープ保持工程では、隣接するチップＣとチップＣとの間に隙間Ｓが形成された状態で、開閉バルブ１４が開かれる。これにより、テーブル１０の保持面１３に吸引力が発生され、引き伸ばされたテープＴのウエーハＷが貼着されたエリアが保持面１３にて吸引保持される。
ところで、ウエーハＷの分割後にリングフレームＦを上昇してテープＴの引き伸ばしが解除されると、テープＴのテンションが緩められる。このとき、従来の分割装置では、ウエーハＷの外周とリングフレームＦの内周（開口部）との間のリング状のテープＴが弛まないように、かかるテープＴを加熱して熱収縮している。このテープＴの加熱時には、テーブルにてウエーハＷが貼着されたエリアのテープＴを吸引保持するものの、テープＴのテンションが大きくなると、テープＴが熱収縮される前に弾性回復によって縮んでしまう。このため、図３に示すように、特に、ウエーハＷの外周部分における隣接するチップＣの隙間Ｓの間隔Ｃａが、それ以外の部分で予め設定した所定間隔となる間隔Ｃｂより小さくなり、チップＣのピックアップができなくなる場合がある。
そこで、本実施の形態では、テープ保持工程の後であってテープＴを加熱して熱収縮される固定工程の実施前に、図４Ａに示すように、リングテープ拡張工程が実施される。リングテープ拡張工程では、テープ保持工程での保持手段１０によるテープＴの吸引保持を維持しつつ、リングフレーム保持部２０が下降されてテーブル１０とリングフレーム保持部２０とが上下にさらに離間される。この離間においては、制御手段４０における第２の制御部４０ｂで昇降手段２６が制御され、テーブル１０の保持面１３が載置テーブル２１の上面より更に高くなるように移動され、それらの間に第１の間隔１０１（図２Ｂ参照）より大きくなる第２の間隔１０２が形成される。これにより、分割工程時よりも、ウエーハＷとリングフレームＦとの間のリング状のテープＴが更に引き伸ばされ、かかるリング状のテープＴを弾性回復し難くすることができる。このとき、テーブル１０によってテープＴのウエーハＷが貼着されたエリアが吸引保持されるため、このエリアではテープＴが引き伸ばされずに隣接するチップＣの所定の隙間Ｓが維持される。
図４Ｂに示すように、リングテープ拡張工程の後に固定工程が実施される。固定工程では、保持手段１０によるテープＴの吸引保持を維持しつつ、制御手段４０で昇降手段２６が制御されてテーブル１０とフレーム保持手段２０とが接近する方向に移動される。この移動によって、ウエーハＷとリングフレームＦとの間のリング状のテープＴに弛みが発生するが、ウエーハＷの上方に位置付けられる収縮手段３０にて、回転モータ３４によって一対のヒータ３２が旋回されてテープＴの弛みが熱収縮される。このとき、テーブル１０とフレーム保持手段２０との接近移動に合わせて、上下動作部３３によってヒータ３２の高さが調整される。ウエーハＷ周囲のリング状のテープＴだけが熱収縮されるため、テーブル１０の吸引保持が解除されても隣接するチップＣとチップＣとの間の隙間Ｓが所定の間隔に維持された状態でワークセットＷＳが固定される。
そして、固定工程後は開閉バルブ１４が閉じられ、テーブル１０によるテープＴの吸引が解除されてワークセットＷＳの搬送を可能にしている。
以上のように、本実施の形態においては、ウエーハＷとリングフレームＦとの間のリング状のテープＴを分割工程で引き伸ばした後、リングテープ拡張工程で更に引き伸ばしているので、リング状のテープＴを弛ませたときの弾性回復する力を弱めることができる。これにより、固定工程でリング状のテープＴを熱収縮するときに、ウエーハＷの外周領域に貼着されたテープＴに作用する縮む方向の力を抑制することができ、特に、ウエーハＷの外周部分における隣接するチップＣの隙間Ｓが小さくなることを回避することができる。この結果、後工程でのチップＣのピックアップを正常に行うことができ、ピッカーを規定の動作プログラムに従って動かすことで、全てのチップＣを適切にピックアップさせることができる。
なお、収縮手段３０は、上記実施の形態と同様にテープＴを熱収縮できる限りにおいて種々の変更が可能である。例えば、ヒータ３２を１体として旋回アーム３１の一端部に配置したり、ウエーハＷとリングフレームＦとの間のリング状のテープＴに対応し、ヒータをリング状に形成して旋回アーム３１や回転モータ３４を省略した構成としたりしてもよい。
また、本実施の形態では、昇降手段がテーブルに対してリングフレーム保持部を昇降させる構成にしたが、この構成に限定されない。昇降手段は、テーブルとリングフレーム保持部とを相対的に接近及び離間させる構成であればよく、例えば、リングフレーム保持部に対してテーブルを昇降させる構成にしてもよい。また、昇降手段は電動シリンダに限定されず、２段で伸縮するエアシリンダや、２つのエアシリンダを伸縮方向に連結させて一体化させた他のアクチュエータで構成されていてもよい。
また、本発明の実施の形態を説明したが、本発明の他の実施の形態として、上記実施の形態及び変形例を全体的又は部分的に組み合わせたものでもよい。
また、本発明の実施の形態は上記の実施の形態及び変形例に限定されるものではなく、本発明の技術的思想の趣旨を逸脱しない範囲において様々に変更、置換、変形されてもよい。さらには、技術の進歩又は派生する別技術によって、本発明の技術的思想を別の仕方で実現することができれば、その方法を用いて実施されてもよい。したがって、特許請求の範囲は、本発明の技術的思想の範囲内に含まれ得る全ての実施形態をカバーしている。
また、本実施の形態では、本発明を分割装置に適用した構成について説明したが、テープを適切に拡張する他のエキスパンド装置に適用することも可能である。
以上説明したように、本発明は、チップ同士の間隔が適切となるようにウエーハを分割することができるという効果を有し、特に、半導体ウエーハを分割する分割方法及び分割装置に有用である。
１ 分割装置
１０ テーブル
１３ 保持面
２０ リングフレーム保持部
２６ 昇降手段
３２ ヒータ
４０ 制御手段
４０ａ 第１の制御部
４０ｂ 第２の制御部
５１ 改質層（分割起点）
Ｃ チップ
Ｆ リングフレーム
Ｓ 隙間
Ｔ テープ
Ｗ ウエーハ
ＷＳ ワークセット

Claims (2)

  1. リングフレームの開口部を塞いで熱収縮性を有するテープを貼着し該開口部の該テープに分割予定ラインに沿って分割起点を形成したウエーハを貼着したワークセットの該テープを介してウエーハを吸引保持するテーブルと、該ワークセットの該リングフレームを保持するリングフレーム保持部と、該テーブルと該リングフレーム保持部とを相対的に接近および離間する方向に上下移動させる昇降手段と、該ワークセットのウエーハの外周と該リングフレームの内周との間のリング状の該テープを加熱するヒータと、を備え、該リングフレーム保持部で該ワークセットを保持した状態で、該昇降手段で該テーブルを上昇方向に該リングフレーム保持部を下降方向に相対的に離間する方向に移動させて該開口部の該テープを引き伸ばし該分割起点でウエーハを分割させチップにする分割装置を用いたウエーハの分割方法であって、
    該リングフレーム保持部で該ワークセットを保持する保持工程と、
    該保持工程の後、該昇降手段で該テーブルと該リングフレーム保持部とを離間する方向に移動させ該テープを引き伸ばし該分割起点でウエーハを分割し、隣接するチップとチップとの間に所定の隙間を形成する分割工程と、
    該分割工程の後、引き伸ばされた該テープのウエーハが貼着されたエリアを該テーブルで吸引保持するテープ保持工程と、
    該テープ保持工程の後、該テーブルと該リングフレーム保持部とをさらに離間する方向に移動させウエーハの外周とリングフレームの内周との間のリング状の該テープを引き伸ばすリングテープ拡張工程と、
    該リングテープ拡張工程の後、該昇降手段で該テーブルと該リングフレーム保持部とを接近する方向に移動させ該リング状のテープを弛ませると共に該ヒータで該リング状のテープを加熱し熱収縮させ隣接するチップとチップとの間の該所定の隙間を維持してワークセットを固定させる固定工程と、を備えるウエーハの分割方法。
  2. 請求項１記載の分割起点が形成されたウエーハの分割方法を可能にする分割装置であって、
    リングフレームの開口部を塞いで熱収縮性を有するテープを貼着し該開口部の該テープに分割予定ラインに沿って分割起点を形成したウエーハを貼着したワークセットの該テープを介してウエーハを吸引保持するテーブルと、該ワークセットの該リングフレームを保持するリングフレーム保持部と、該テーブルと該リングフレーム保持部とを相対的に接近および離間する方向に上下移動させる昇降手段と、該ワークセットのウエーハの外周と該リングフレームの内周との間のリング状の該テープを加熱するヒータと、該昇降手段を制御する制御手段とを備え、
    該制御手段は、
    該分割工程を実施するために該テーブルと該リングフレーム保持部とを相対的に離間する方向に移動させ第１の間隔を形成して該テープを引き伸ばす第１の制御部と、
    該リングテープ拡張工程を実施するために該テーブルと該リングフレーム保持部とを相対的に該第１の間隔よりさらに離間させる方向に移動させ第２の間隔を形成し該リング状のテープを引き伸ばす第２の制御部と、を備える分割装置。
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