JP2007220703A - 半導体チップ分離装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ハーフカットされた半導体ウェハのクラッキングから切り離しまでの工程を統合し、且つ、完全自動化することで、前記半導体ウェハから個々の半導体チップに分離する一連の作業を迅速且つ効率よく行うことができる半導体チップ分離装置を提供することである。
【解決手段】 半導体ウェハを個々の半導体チップに分離する半導体チップ分離装置２１であって、前記半導体ウェハを押圧ローラ部３７によって押圧するブレーキング部２５と、このブレーキング部２５を経た半導体ウェハをピン部材５２の先端で押しながら擦る裏面擦り部２６と、前記半導体ウェハを前記ブレーキング部２５から裏面擦り部２６へ自動搬送するウェハ搬送部２７とを備えた。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ダイシング工程によってハーフカット溝が形成された半導体ウェハを個々の半導体チップに分離するための半導体チップ分離装置に関するものである。

複数の電極部や回路パターンが形成された半導体ウェハから個々の半導体チップに分離するには、前記半導体ウェハに設けられているチップ分離ラインに沿ってブレードをＸ軸方向及びＹ軸方向に走査することによって行われる。ただし、このブレードによるダイシングでは、半導体ウェハに掛かる負荷が大きいため、電極部や回路パターンを損傷してしまうおそれがある。また、分離された半導体チップが飛び散るなどして不良品が発生するおそれもある。

このため、前記ブレードを用いたダイシング工程では、半導体ウェハの厚みの中間位までの深さに切削する溝（ハーフカット溝）を形成しておき、この後のブレーキング工程において、前記ハーフカット溝が形成された半導体ウェハの表面と裏面を押圧ローラで均一に押圧することによって、個々の半導体チップに割り込んでいる。特に、表裏両面に一対の電極部を有する半導体デバイス、例えば、ＤＨＤ（ダブルヒートシンクダイオード）の製造に際しては、半導体ウェハを３０〜５０μｍ程度の切り残し部を持たせてハーフカットが行われている。このブレーキング処理は、従来、作業者が押圧ローラを使用して半導体ウェハを一枚づつ手作業で押圧して行っていたが、この作業を自動化することによって、チップ不良の防止や加工精度の向上を図ったブレーキング装置が特許文献１に示されている。

前記特許文献１に示されているブレーキング装置によれば、半導体ウェハをハーフカット溝に沿って自動で個々の半導体チップに割り込むことが可能となる。しかしながら、前述したＤＨＤのようなダイオードやトランジスタなどのチップに関しては、半導体ウェハの裏面に電極となる金属膜が形成されているため、このブレーキング装置のみでは金属膜を完全に切り離して分離することが困難となっている。このため、ブレーキング装置によって割り込まれた半導体ウェハの裏面を擦り上げるなどして、金属膜のバリ等を取り除く作業が必要となる。このバリ等を取り除く作業においても、従来は電気ドリルを備えた専用冶具によって手作業で行われていたが、これを自動化した裏面擦り装置が開示されている（特許文献２参照）。この裏面擦り装置は、ブレーキング処理が終了した半導体ウェハの裏面を回転しながら擦り上げる複数のピン部材を備えた構成になっている。
特開平１０−２８４４４３号公報 特開平１１−２５１４０８号公報

しかしながら、上記特許文献１及び特許文献２に示されているように、従来のブレーキング装置と裏面擦り装置は別個独立したものとなっているため、ブレーキング処理が終了した半導体ウェハは、手作業で回収した後、裏面擦り装置に再度セットしなければならない。このため、各装置の稼働率が低下すると共に、加工時間も多くかかり製造が効率的でないといった問題があった。また、半導体ウェハを各手段に移し替える際に、電極が形成されている表面を傷つけたり破損したりするおそれがあった。

また、従来のブレーキング装置は、押圧ローラが接触する半導体ウェハの表面及び裏面に剥離可能な保護シートを貼着して行うが、この保護シートを半導体ウェハごとに張り替えるための作業工数が多くかかるといった問題があった。また、前記保護シートの張り替え作業を行う際には、張りつめた状態で半導体ウェハに貼着しないとしわやたるみが生じてしまい、この部分を押圧ローラで押圧した場合にブレーキング処理が均一に行われないといった問題がある。従来は、このような張り替え作業を手作業で行っていたため、押圧ローラによる押圧力にムラが生じてしまい、半導体チップへの割り込み不良が発生するおそれがあった。

また、上記特許文献２に示されているような裏面擦り装置によれば、半導体ウェハの裏面を擦り上げる作業の自動化が可能となったが、ピン部材の先端に取り付けられた小球の回転がスムーズに行われず、半導体ウェハの裏面を均一に擦ることができない場合がある。これは、前記小球がピン部材の先端に設けられている空洞部内で保持されているだけであるため、摩擦が大きく回転が重くなるからである。また、長期間使用しているうちに、前記空洞部内にゴミなどの不純物が詰まり、これによって小球の回転が妨げられる場合がある。このように、前記小球の回転がスムーズに行われなくなると、半導体ウェハの裏面擦りが不十分になったり、擦る場所によってバラツキが生じたりする場合があった。このようなことから、金属膜の切り離しが完全に行われず、半導体チップへの分離が完全に行われないといった問題があった。

そこで、本発明の目的は、ハーフカットされた半導体ウェハの割り込みから切り離しまでの工程を統合し、且つ、完全自動化することで、前記半導体ウェハから個々の半導体チップに分離する一連の作業を迅速且つ効率よく行うことができる半導体チップ分離装置を提供することにある。

また、前記ブレーキング工程においては、半導体ウェハを保護するための保護シートの着脱が容易となり、前記裏面擦り工程においては、半導体ウェハの裏面をムラなく均等に擦り上げることによって、確実に個々の半導体チップに分離することが可能な半導体チップ分離装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明の半導体チップ分離装置は、半導体ウェハを個々の半導体チップに分離する半導体チップ分離装置であって、前記半導体ウェハを転動部材によって押圧する第１の分離手段と、前記第１の分離手段を経た半導体ウェハをピン部材の先端で押しながら擦る第２の分離手段と、前記半導体ウェハを前記第１の分離手段から第２の分離手段へ自動搬送するウェハ搬送手段とを備えたことを特徴とする。

また、前記第１の分離手段は、前記半導体ウェハを載置する支持台と、この支持台に載置された半導体ウェハに貼着される保護シートと、この保護シートを前記半導体ウェハに沿って連続的に供給する保護シート供給部と、前記支持台に載置された半導体ウェハに対してＸ軸方向及びＹ軸方向に切り替え可能に設けられ、前記保護シートを介して半導体ウェハのＸ軸方向及びＹ軸方向に押圧する転動部材とを備えた。

また、前記第２の分離手段は、前記半導体ウェハの裏面に向けて配設される複数のピン部材と、各ピン部材の先端にボールベアリングを介して回転保持される小球とを有する擦り機構部を備える。

本発明の半導体チップ分離装置は、同一ステージ上に第１の分離手段と第２の分離手段とが設けられると共に、前記ステージ上に設置されているウェハ搬送手段によって、前記第１の分離手段から第２の分離手段への連続処理が可能となるため、一連の半導体チップの分離作業を迅速且つ効率よく行うことができる。

第１の分離手段に関しては、従来、半導体ウェハのローラで押圧する面を保護するための保護シートの張り替えを手作業で行う必要があったが、本発明の半導体チップ分離装置では、搬送されてくる半導体ウェハごとに順次新しい保護シートの供給及び排出が自動で行われる。このため、ブレーキング手段に搬送されてくる半導体ウェハの投入タイミングに合わせての貼着、及びブレーキング処理の終了タイミングに合わせての剥離作業が迅速且つ確実に行えると共に、ブレーキングによって生じるチップカス等が次に搬送されてくる半導体ウェハに付着することがなくなるので、高品質のブレーキング加工が可能となる。また、前記保護シートの貼着及び剥離が送出ローラ及び巻取ローラを介して張りつめた状態で連続供給されるので、搬送されてくる半導体ウェハごとにしわやたるみが生じないようにきれに張り替えを行うことができ、ムラのないブレーキング処理が可能となる。また、前記保護シートの両面がシリコンコーティングされているので、半導体ウェハを挟む際に生じる気泡を効率よく排除することができ、半導体ウェハを均一且つ高精度にブレーキング処理することができる。

また、第２の分離手段に関しては、粘着シート面を介した半導体ウェハの裏面を擦る小球がボールベアリングを介して回転可能に保持されているので、小球の回転が妨げられることなく、前記半導体ウェハの裏面に沿って確実に擦ることができる。このため、半導体ウェハの裏面をムラなく擦ることによって、金属膜の切り離しを完全に行うことができると共に、切り離し部に生じるバリなどを確実に除去することができる。

以下、添付図面に基づいて本発明に係る半導体チップ分離装置の実施形態を詳細に説明する。ここで、図１は半導体チップ分離装置の平面図、図２は前記半導体チップ分離装置の正面図、図３は前記半導体チップ分離装置の背面図である。

本発明の半導体チップ分離装置は、ダイシング工程においてハーフカット溝が形成された半導体ウェハを前記ハーフカット溝の拡張によって分離可能な状態にする第１の分離手段と、この第１の分離手段によって分離されなかった部分を完全に切り離すための第２の分離手段との２段階の分離手段を備えた構成となっている。前記第１の分離手段は、前記半導体ウェハをローラ部材で転がせながら押圧「ブレーキング」を行うための工程であり、第２の分離手段は、前記第１の分離手段を経た半導体ウェハの裏面を細かく点状に回転させながら擦り上げ「裏面擦り」を行うための工程である。

図１乃至図３に示すように、本発明の半導体チップ分離装置２１は、平面状のステージ２２を有する筐体２３と、前記ステージ２２上に配置されるウェハ格納部２４、第１の分離手段（以下、ブレーキング部という）２５、第２の分離手段（以下、裏面擦り部という）２６、ウェハ搬送手段（ウェハ搬送部）２７を備えて構成されている。前記ウェハ格納部２４、ブレーキング部２５、裏面擦り部２６は、ウェハ搬送部２７を中心とした搬送経路内に配置される。なお、筐体２３には、前記各部の動作を司る制御部（図示せず）が設けられる。この制御部には、各部の動作をプログラム設定したりモニタリングしたりするための表示部やタッチキー又はバーコード等の入力装置が設けられる。

前記半導体チップ分離装置２１は、図４に示すように、シリコン基板１２の表面にバンプ１３、裏面に金属膜１４が形成され、表面からハーフカット溝１５が形成された半導体ウェハ１１を加工対象としている。前記シリコン基板１２は、６〜８インチサイズの径を有したシリコンインゴットから所定の厚みスライスカットされたもので、複数の半導体チップ１９が形成されている。前記バンプ１３及び金属膜１４は、ワイヤ接続の電極部となるもので、Ａｇ（またはＡｇ／ＡｕＳｂ）等で蒸着形成されている。このような構造の半導体ウェハ１１は、例えば、２極のＤＨＤ（ダブルヒートシンクダイオード）などがある。

前記半導体ウェハ１１は、図４及び図５に示すように、半導体ウェハ分離装置２１にかける前のダイシング工程において、金属製のフレーム１７に張られた粘着シート１６の中央部に裏面の金属膜１４が粘着保持される。この半導体ウェハ１１の粘着保持位置は、オリエンテーションフラット１８を基準にして決められる。そして、表面からブレードによって、図５に示したような個々のチップ領域１９に沿ったハーフカット溝１５が形成される。このハーフカット溝１５は、半導体ウェハ１１の表面に形成された桝目状の分離ラインに沿って、Ｘ軸方向及びＹ軸方向から順にブレードを走査することによって形成される。前記ハーフカット溝１５の深さｈは、図４に示したように、バンプ１３が形成されている表面から金属膜１４にかかる直前にまで達するように設定される。このようなハーフカット溝１５が形成された半導体ウェハ１１に対して、ブレーキング部２５から裏面擦り部２６での処理が行われる。なお、この半導体チップ分離装置２１内では、前記半導体ウェハ１１が粘着シート１６及びフレーム１７に保持された状態で搬送からブレーキング部２５、裏面擦り部２６でのチップ分離加工が行われる。なお、以下の説明において半導体ウェハ１１の表面とは、バンプ１３及びハーフカット溝１５が形成されている面のことを指し、裏面とは、金属膜１４が形成されている面を指すものとする。

前記半導体ウェハ１１は、ウェハキャリア３１に複数枚まとめて収納され、図２に示されるように、ステージ２２上のウェハ格納部２４にセットされる。このウェハ格納部２４は、後述するウェハ搬送部２７によって、ステージ２２面と水平方向に出し入れ可能な高さに昇降させるための昇降機構２４ａを備えている。このため、ウェハキャリア３１から取り出された半導体ウェハ１１は、ブレーキング部２５及び裏面擦り部２６で処理された後、再び元の取り出し位置に格納されるようになっている。

ウェハ搬送部２７は、前記ステージ２２上に配置されたウェハ格納部２４、ブレーキング部２５、裏面擦り部２６に向けて回転可能な回転駆動部３２と、この回転駆動部３２に一端が取り付けられ、他端がスライド伸縮可能なアーム部３３と、このアーム部３３の先端に設けられ、前記半導体ウェハ１１が保持されているフレーム１７を把持して回転可能な把持部３４とで構成されている。前記回転駆動部３２は、前記ウェハ格納部２４、ブレーキング部２５、裏面擦り部２６の間を往復回転可能となっている。アーム部３３は、固定レール部３３ａとこの固定レール部３３ａに対してスライド可能に取り付けられる可動レール部３３ｂとによって構成され、半導体ウェハ１１を各部内に搬送又は搬出する際に前記可動レール部３３ｂが伸び、各部に向けて移動回転する際に前記可動レール部３３ｂが固定レール部３３ａ内に収容されるようになっている。前記把持部３４は、フレーム１７の縁部を掴んだり離したりする一対の挟持片と、この一対の挟持片を一回転することによって、前記半導体ウェハ１１の表面と裏面を反転させる反転機構とを備えている。この反転機構は、ウェハ格納部２４からブレーキング部２５に搬送させるときと、ブレーキング部２５において、半導体ウェハ１１の表面と裏面を入れ替えて処理するときに作動する。

図６に示すように、前記ウェハキャリア３１の所定位置にセットされた分離処理前の半導体ウェハ１１は、フレーム１７の一端を前記把持部３４によって把持された状態でウェハキャリア３１からそのまま水平方向に引き出される。この引き出された位置で、半導体ウェハの表面が下向きになるように、フレーム１７ごと反転する。そして、このフレーム１７の一端を把持した状態でアーム部３３が９０°左方向に回転して、ブレーキング部２５の正面で停止させる。次に、可動レール部３３ｂが伸びて半導体ウェハ１１を支持台３５上に移動させた後、前記把持部３４を離間させて支持台３５上に載置する。この半導体ウェハ１１の載置が終了すると、前記可動レール部３３ｂを固定レール部３３ａに収納した状態でそのまま半導体ウェハ１１の裏面のブレーキング処理が終了するまで待機する。

ブレーキング部２５は、前のダイシング工程において、ハーフカット溝１５が形成された半導体ウェハ１１（例えば、直径１２５ｍｍ）を個々の半導体チップに分割するものである。なお、以下に示す実施形態は、ＤＨＤタイプのガラス封止式ダイオードに用いられる素子からなる半導体チップの場合の構成例である。

前記ブレーキング部２５は、図７に示すように、半導体ウェハ１１が載置される支持台３５と、前記支持台３５にセットされた半導体ウェハ１１の表面及び裏面に貼着される連続した上保護シート２８、下保護シート２９と、この上保護シート２８及び下保護シート２９を供給する保護シート供給部３６（図３参照）と、前記上保護シート２８又は下保護シート２９を介して半導体ウェハ１１の表面及び裏面を押圧する転動部材（押圧ローラ部）３７を備えた押圧機構部３８と、前記押圧ローラ部３７を前記半導体ウェハ１１に沿って、Ｘ軸方向とＹ軸方向に切り替えて平面移動させる移動手段と、前記押圧ローラ部３７を介して半導体ウェハ１１に圧力を掛けるためのエアシリンダ３９と、このエアシリンダ３９と連結し且つ前記圧力の大きさを調整する図示しない加圧制御部（例えば、リリーフレギュレータ）とから構成されている。

前記支持台３５は、前記押圧ローラ部３７によって押圧される半導体ウェハ１１を支えるための土台となるもので、半導体ウェハ１１が直接接する上面がこの半導体ウェハ１１と略同じ径を有した円盤状の加工面３５ａになっている。この加工面３５ａは、凹凸のない平坦面に仕上げられ、前記押圧ローラ部３７によって半導体ウェハ１１に形成されているハーフカット溝１５を拡張させて割り込むために必要な硬度を備える必要がある。また、無理な力がかかった場合でも半導体ウェハ１１を損傷させないようなある程度の弾性を要することも重要となる。このため、前記支持台３５は、厚みが１０ｍｍ以上の硬質性のゴムやシリコーン等の樹脂材によって形成されるのが好ましい。

前記支持台３５の半導体ウェハ１１が直接接する上面サイズは、前記押圧ローラ部３７よりも小さく、半導体ウェハ１１よりも大きく設定する必要がある。このようなサイズに設定することで、前記押圧ローラ部３７と支持台３５の間に半導体ウェハ１１、上保護シート２８、下保護シート２９が挟まれた状態で押圧ローラ部３７により押圧されることになる。このときに各層間にある空気が圧縮されるが、圧縮された空気が各層間に残ると気泡となり、半導体ウェハ１１に異常圧力が加わり、部分的にＸ,Ｙ方向とは異なる方向に割れが入る。この割れが半導体チップ１９のクラック、欠け、割れなどの製品不良となる。なお、前記押圧ローラ部３７よりも支持台３５の方が大きいと、押圧時に押圧ローラ部３７が支持台３５に食い込む状態になり圧縮された空気の逃げ道がなくなる。逆に押圧ローラ部３７よりも支持台３５の方が小さいと、支持台３５のエッジ部分が開放状態になり空気の逃げ道を確保できることになる。このため、前記支持台３５は押圧ローラ部３７よりも小さく設定する必要がある。

前記上保護シート２８、下保護シート２９は、押圧ローラ部３７によって押圧される半導体ウェハ１１の被加工面（表面又は粘着シートを介した裏面）を保護するために貼着されるもので、前記被加工面に貼着される面にシリコンコーティングが施される。このようなシリコンコーティングを施すことによって、押圧ローラ部３７による押圧処理後の剥離が容易となり、半導体ウェハ１１の被加工面を損傷するおそれがなくなる。また、ブレーキングを行う際に、前記半導体ウェハ１１の表面に生じる気泡等を効率よく排除することができ、密着性を高めることができる。本実施形態のブレーキング部２５に備える保護シート供給部３６では、前記上保護シート２８及び下保護シート２９を半導体ウェハ１１の表面と裏面に沿って連続して送り出すと共に巻取り回収するための送出機構４１及び巻取機構４２が設けられている。この保護シート供給部３６で使用される上保護シート２８、下保護シート２９は、ロール状の連続シートであり、搬送されてくる半導体ウェハ１１ごとに順次新しいシートを供給することができるので、前の半導体ウェハ１１をブレーキング処理した際に生じるチップカス等を次の半導体ウェハ１１に付着させることなく処理することができる。このため、ブレーキング処理にムラがなくなり、高品質の半導体ウェハ１１のブレーキング加工を行うことができる。図３に示したように、前記送出機構４１及び巻取機構４２は、ステージ２２の背面側に配設され、前記支持台３５を挟んだ左右方向から前記上保護シート２８及び下保護シート２９を張りつめた状態で、半導体ウェハ１１の上方側及び下方側から挟み込むようにして移動させる。また、前記保護シート供給部３６には、前記送出機構４１から巻取機構４２に向けて張りつめられた保護シート２８，２９を移動する際には、半導体ウェハ１１の表面及び裏面から離間させ、押圧ローラ部３７による押圧時には、密着させるための上下動可能な補助ローラを備えた昇降機構４３が設けられる。なお、前記送出機構４１、巻取機構４２及び昇降機構４３は、ブレーキング部２５に対する半導体ウェハ１１の搬入、搬出及び押圧ローラ部３７に押圧動作の駆動に連動して制御される。

本実施形態の押圧機構部３８には、図７に示したように、２系統の押圧ローラ部３７が設けられている。これは、分離される半導体チップのサイズによって、前記２種類の押圧ローラ部３７を使い分けるためである。前記２系統の押圧ローラ部３７は、図７に示されるように、先端に前記上保護シート２８及び下保護シート２９を介して当接される主ローラ４４と、この主ローラ４４よりも大きな直径を有し、エアシリンダ３９からの荷重を前記主ローラ４４に伝達するための一対の補助ローラ４５とで構成される。この補助ローラ４５は前記主ローラ４４に接した状態で回転方向の前後に設けられている。本実施形態では、一方の押圧ローラ部が直径７ｍｍの主ローラ４４で構成され、他方の押圧ローラ部が直径１６ｍｍの主ローラ４４で構成されている。例えば、分離する半導体チップのサイズが０．５×０．５ｍｍの場合は、直径１６ｍｍの主ローラ４４を備えた押圧ローラ部３７が使用され、分離する半導体チップのサイズが０．２５×０．２５ｍｍの場合であれば、直径７ｍｍの主ローラ４４備えた押圧ローラ部が使用される。この２系統の押圧ローラ部の選択は、ブレーキング処理の開始時に制御部によって設定され、選択された押圧ローラ部が下方に突出することで使用可能となる。なお、本実施形態では、押圧ローラ部を２系統備えたが、分離する半導体チップのサイズに応じて、１系統あるいは多系統設けることが可能であり、それに応じて主ローラ４４サイズも適宜設定することができる。

前記エアシリンダ３９には、加圧側の流路と排圧側の流路の両側に高性能なリリーフレギュレータが取り付けられており、このリリーフレギュレータによって前記主ローラ４４の加圧設定及び排圧設定を行うことができる。リリーフレギュレータは、２次側の圧力を微調整可能とするもので、これによって、前記エアシリンダ３９のレスポンスを向上させることができる。したがって、本実施形態のブレーキング部２５にあっては、前述したような高性能なリリーフレギュレータを有することによって、半導体ウェハの被加工面の厚みや凹凸状態に応じて、前記被加工面にかかる圧力の大きさを微調整することができる。

前記押圧機構部３８には前記押圧ローラ部３７の移動手段が備えられている。この移動手段によれば、最初に図８（ａ）に示すように、前記押圧ローラ部３７を半導体ウェハ１１の被加工面に沿ってＸ軸方向に沿って押圧走査し、次に、図８（ｂ）に示すように、９０°方向を変えてＹ軸方向に沿って押圧走査させることができる。このような移動手段を実現するために、前記押圧機構部３８には、ガイドレールとこのガイドレールに係合し、且つ押圧機構部全体を回転可能に支持する水平移動機構とを備えている。

このブレーキング部２５では、最初に粘着シート１６を介した半導体ウェハ１１の裏面を押圧ローラ部３７で押圧するが、その際には、図９（ａ）に示すように、上保護シート２８を下保護シート２９の上に重ねた状態にし、前記上保護シート２８の上面に半導体ウェハ１１の表面が密着される。この状態で半導体ウェハ１１の裏面が粘着シート１６を介して押圧される。次に、図９（ｂ）に示すように、半導体ウェハ１１を反転してハーフカット溝１５が形成されている表面を上にして再度ブレーキング部２５に搬入する。ここでは、半導体ウェハ１１を上方から上保護シート２８で、下方からは下保護シート２９で挟み込み、前記上保護シート２８を介した半導体ウェハ１１の表面を前記押圧ローラ部３７によって押圧される。このように、最初のブレーキング処理において、押圧ローラ部３７が当接する部分に上保護シート２８を介さないのは、半導体ウェハ１１の裏面が粘着シート１６で保護されているからである。逆に上保護シート２８を介すると、押圧する面が厚くなり、ブレーキング処理が十分に行われなくなるおそれがある。したがって、前記上保護シート２８に関しては、表面と裏面の両方にシリコンコーティングが施される。

前記押圧ローラ部３７の種類や数、主ローラ４４及び補助ローラ４５の径などは、加工対象となる半導体ウェハ１１やこの半導体ウェハから分離される半導体チップのサイズによって適宜設定される。

なお、前記押圧機構部３８には、エアシリンダ３９に連結され、且つこのエアシリンダ３９からの荷重を補助ローラによって主ローラ４４に伝達する伝達部材と、前記補助ローラ４５及び主ローラ４４が固定されるローラ固定台と、押圧ローラ部３７の高さを調整するためのマイクロメータとが設けられる。

以上説明したように、ブレーキング部２５では、前記押圧ローラ部３７を半導体ウェハ１１の被加工面に押し付けながら半導体ウェハ１１の表面に形成されているハーフカット溝１５に沿って移動させて割り込みを行うが、その際に、前記被加工面に掛かる押圧ローラ部３７の押圧力をエアシリンダ３９によって適度に調整することができる。このため、半導体ウェハ１１に無理な力が掛かることなく、割り込みを確実に行うことができる。

次に、第２の分離手段である裏面擦り部２６について説明する。図１０に示すように、前述したブレーキング部２５において、表面及び裏面の押圧処理が完了した半導体ウェハ１１はフレーム１７に保持され、表面を上にした状態で前記ウェハ搬送部２７によって引き出され、そのまま９０°左方向に回転して裏面擦り部２６に搬入される。この裏面擦り部２６では、前記ブレーキング部２５において、ハーフカット溝１５に沿ってある程度割り込みがなされた状態の半導体ウェハ１１の裏面側から粘着シート１６面を介して擦することにより、前記半導体ウェハ１１の裏面に形成されたＡｇ又はＡｇ／ＡｕＳｂ等の金属膜１４を確実に切り離す。これによって、個々の半導体チップに完全に分離することができる。

図１１に示すように、この裏面擦り部２６は、前記半導体ウェハ１１が保持されているフレーム１７の外周部を介して載置されるフレーム支持部５１と、回転及び移動自在に支持されると共に、先端部に小球５５を有し、前記半導体ウェハ１１を裏面側から粘着シート１６面を介して擦り上げる複数のピン部材５２と、これらピン部材５２を半導体ウェハ１１の裏面の略全体に亘って移動させ、且つ回転させる擦り機構部５３と、前記フレーム支持部５１に載置されている半導体ウェハ１１に上方から圧力を掛けて固定するための加圧手段５４とで構成されている。

前記ピン部材５２は、図１１及び図１４に示されるように、先端に金属等の剛性を有する小球５５が回転自在に保持され、この小球５５に接するようにしてボールベアリング５６が取付ピン５７を介して組み込まれている。この実施形態では、前記擦り機構部５３を前記小球５５とボールベアリング５６との組み合わせによって構成したので、前記小球５５が半導体ウェハ１１の裏面に接した際に、前記ボールベアリング５６の回転によって、滑らかに回転しながら移動することができる。このように前記小球５５の回転移動がスムーズに行えることによって、前記ブレーキング部２５で略分離できるまでに割り込まれた半導体ウェハ１１の金属膜１４の裏面をムラなく擦り上げることができる。これによって、個々の半導体チップに完全に分離することができると共に、分離された金属膜１４のバリ等を取り除くことが可能となる。このため、前記小球５５の径は、分離される個々の半導体チップ１９の平面サイズと同じか２倍程度に設定されるのが好ましい。

また、前記擦り機構部５３は、図示しない２種類のモータを備えたモータ駆動部によって駆動される。この擦り機構部５３を構成する各ピン部材５２は、図１１及び図１２に示されるように、一対の自転ロータ５８ａ，５８ｂ及び公転ロータ５９とによって、自転若しくは公転するように取り付けられる。これによって、前記それぞれの自転ロータ５８ａ，５８ｂの先端に立設される計８本のピン部材５２が半導体ウェハ１１の裏面に接して螺旋運動を行うようになっている。なお、擦り機構部５３の中心に位置している主ギヤ６１は、前記モータ駆動部からの回転動力を公転ロータ５９や自転ロータ５８ａ，５８ｂに伝達するために設けられている。

前記擦り機構部５３は、前記モータ駆動部によって、長円形の公転ロータ５９が回転し、さらに、この公転ロータ５９の回転に伴って、各自転ロータ５８ａ，５８ｂに４本づつ配置されているピン部材５２が公転する。また、前記主ギヤ６１に係合した２つの自転ロータ５８ａ，５８ｂが回転することで、ピン部材５２が自転する。

これにより、半導体ウェハ１１の裏面側において、８本のピン部材５２は、図１３に示すような螺旋運動による軌跡６０を描きながら遊星回転するとともに、半導体ウェハ１１の裏面を粘着シート１６面から押し上げるようにして擦られる。

前記粘着シート１６は樹脂で形成されたものであり、半導体ウェハ１１の金属膜１４はＡｇ（Ａｇ／Ｓｂでも同じ）であるため、両者の伸び率の差（樹脂の方がＡｇより伸び率が大きい）によって、図１４に示すように、半導体ウェハ１１の裏面に形成されている金属膜１４を確実に切断することができる。

なお、前記それぞれの自転ロータ５８ａ，５８ｂに配設されている十字形のピン保持部材６２は、その腕部の長さが調節（交換）可能となっている。これにより、８本のピン部材５２が半導体ウェハ１１の裏面全体を略均一に移動するように調節できる。したがって、前記腕部の長さを調整することによって、半導体ウェハ１１のサイズ（直径）に対応させた裏面擦りを行うことができる。

加圧手段５４は、前記フレーム支持部５１上にセットされた半導体ウェハ１１の表面側を密封するための空間を有する加圧処理部６４と、この加圧処理部６４内にエアー（例えば、ドライエアー）を供給するためのエアー供給部６３とで構成されている。前記エアー供給部６３によって、所定量のドライエアーを前記加圧処理部６４内に満たすことで、前記フレーム１７に保持された半導体ウェハ１１を表面から無接触で確実に固定することができる。

このように、前記加圧手段５４によれば、エアーの圧力によって、前記複数のピン部材５２で押し上げられる半導体ウェハ１１の表面を押さえることができるので、半導体ウェハ１１の表面に形成されているバンプ１３を傷つけるようなおそれがない。このため、前記擦り機構部５３によって確実に金属膜１４を切り離すことができると共に、切り離された半導体チップ１９の不良率を低減させることが可能となる。

なお、前記エアー供給部６３には、エアーの流量を調整するための調整弁と、加圧処理部６４内での圧力をモニタする圧力表示部が設けられ、半導体ウェハ１１の種類やサイズ等に応じて、制御部で予めプログラム設定されると共に適宜自動調整される。

次に、ブレーキング工程から裏面擦り工程に至る一連の動作を以下に説明する。本発明の半導体チップ分離装置２１にセットされる半導体ウェハ１１は、フレーム１７に張られた粘着シート１６面に半導体ウェハ１１の裏面が貼着された状態で、予めダイシング工程によって表面にハーフカット溝１５が形成される（図４、図５参照）。
（１）前記フレーム１７によって保持された半導体ウェハ１１をウェハキャリア３１に格納し、このウェハキャリア３１をウェハ格納部２４にセットする（図２参照）。
（２）ウェハ搬送部２７によってウェハキャリア３１からフレーム１７の端部を把持部３４で保持し、一枚づつ引き出し、半導体ウェハ１１の裏面（粘着シート１６面）が上になるように反転した後、ブレーキング部２５に向けて回転移動する（図２、図６参照）。
（３）ブレーキング部２５では、支持台３５上に下保護シート２９と上保護シート２８を重ねた状態で待機させ、半導体ウェハ１１の表面が上保護シート２８の上面に載置されるようにセットする（図９（ａ）参照）。
（４）粘着シート１６面を介した半導体ウェハ１１の裏面を押圧ローラ部３７でＸ軸方向とＹ軸方向に切り替えて押圧する（図８（ａ），（ｂ）参照）。
（５）前記半導体ウェハ１１の裏面の押圧が終了した後、半導体ウェハ１１をウェハ搬送部２７によって一端引き出す。その際、上保護シート２８が上昇し、下保護シート２９との間に一定の隙間を空けた状態で保持する。
（６）前記半導体ウェハ１１の表面を上にした状態で、再びブレーキング部２５に搬入し、上保護シート２８を介して前記半導体ウェハ１１の表面をＸ軸方向からＹ軸方向に押圧する（図９（ｂ）参照）。
（７）上記ブレーキング処理が終了した半導体ウェハ１１をそのままウェハ搬送部２７によって引き出し、そのまま左方向に９０°回転し、裏面擦り部２６内に搬入する（図１０参照）。
（８）フレーム１７によって保持された半導体ウェハ１１を裏面擦り部２６内に搬入してセットした後、半導体ウェハ１１の上方から加圧手段５４によって、一定のエアー圧力を加えて固定する（図１１参照）。
（９）続いて、擦り機構部５３に備えるピン部材５２の自転又は公転によって、半導体ウェハ１１の裏面側を粘着シート１６面から押し上げながら擦る（図１１参照）。
（１０）この裏面擦り処理が終了した半導体ウェハ１１をウェハ搬送部２７によって引き出し、１８０°回転し、元のウェハキャリア３１内に格納される。
上記（２）〜（１０）までの処理をウェハキャリア３１内に格納された半導体ウェハ１１ごとに連続して行う。

前記筐体２３内には、ウェハ格納部２４、ブレーキング部２５、裏面擦り部２６、ウェハ搬送部２７の各部の動作を司るプログラム可能な制御部が設けられ、この制御部によって上記（２）〜（１０）までの処理が半導体ウェハ１１や分離する半導体チップ１９のサイズや種類に応じて適宜設定される。

なお、上記実施形態では、半導体ウェハ１１をウェハ格納部２４からブレーキング部２５、裏面擦り部２６へと順次搬送することによって、個々の半導体チップ１９に分離する手順を示したが、半導体ウェハ１１の種類によっては、ブレーキング部２５の処理だけを行わせたり、再度裏面擦り部２６の処理だけを繰り返して行わせたりするように制御することも可能である。

本発明の半導体チップ分離装置の平面図である。 上記半導体チップ分離装置の正面図である。 上記半導体チップ分離装置の背面図である。 ハーフカット溝が形成された半導体ウェハの断面図である。 粘着シートに保持された半導体ウェハの平面図である。 半導体ウェハをウェハ格納部からブレーキング部へ搬送する過程を示す説明図である。 押圧ローラ部を中心としたブレーキング部の概略構成を示す側面図である。 半導体ウェハに対するブレーキング方向を示す説明図である。 押圧ローラ部によって押圧される半導体ウェハの断面図である。 半導体ウェハをブレーキング部から裏面擦り部へ搬送する過程を示す説明図である。 裏面擦り部の概略構成を示す断面図である。 半導体ウェハの表面から見た擦り機構部の構成を示す平面図である。 ピン部材の自転及び公転による軌跡を示す説明図である。 ピン部材の擦り上げによって半導体ウェハの金属膜が切断される様子を示す説明図である。

符号の説明

１１ 半導体ウェハ
１２ シリコン基板
１３ バンプ
１４ 金属膜
１５ ハーフカット溝
１６ 粘着シート
１７ フレーム
１９ 半導体チップ
２１ 半導体チップ分離装置
２２ ステージ
２３ 筐体
２４ ウェハ格納部
２４ａ 昇降機構
２５ ブレーキング部（第１の分離手段）
２６ 裏面擦り部（第２の分離手段）
２７ ウェハ搬送部（ウェハ搬送手段）
２８ 上保護シート
２９ 下保護シート
３１ ウェハキャリア
３２ 回転駆動部
３３ アーム部
３３ａ 固定レール部
３３ｂ 可動レール部
３４ 把持部
３５ 支持台
３５ａ 加工面
３６ 保護シート供給部
３７ 押圧ローラ部（転動部材）
３８ 押圧機構部
３９ エアシリンダ
４１ 送出機構
４２ 巻取機構
４３ 昇降機構
４４ 主ローラ
４５ 補助ローラ
５１ フレーム支持部
５２ ピン部材
５３ 擦り機構部
５４ 加圧手段
５５ 小球
５６ ボールベアリング
５７ 取付ピン
５８ａ，５８ｂ 自転ローラ
５９ 公転ローラ
６０ 軌跡
６１ 主ギア
６２ ピン保持部材
６３ エアー供給部
６４ 加圧処理部

Claims (11)

1. 半導体ウェハを個々の半導体チップに分離する半導体チップ分離装置であって、
   前記半導体ウェハを転動部材によって押圧する第１の分離手段と、
   前記第１の分離手段を経た半導体ウェハをピン部材の先端で押しながら擦る第２の分離手段と、
   前記半導体ウェハを前記第１の分離手段から第２の分離手段へ自動搬送するウェハ搬送手段とを備えたことを特徴とする半導体チップ分離装置。
2. 前記半導体ウェハには、表面にハーフカット溝、裏面に金属膜が形成され、裏面側が粘着シートに保持された状態で前記ウェハ搬送手段によって搬送される請求項１記載の半導体チップ分離装置。
3. 前記第１の分離手段によって半導体ウェハの表面側及び裏面側が押圧され、第２の分離手段によって前記半導体ウェハの裏面側が擦られることで、前記ハーフカット溝に沿って半導体チップに分離される請求項１又は２記載の半導体チップ分離装置。
4. 前記ウェハ搬送手段は、前後方向にスライドし且つ水平方向に回転可能なアーム部と、このアーム部の先端に回転可能に設けられる把持部とを備える請求項１記載の半導体チップ分離装置。
5. 前記ウェハ搬送手段の搬送経路内に前記半導体ウェハを格納するウェハ格納部が設けられ、このウェハ格納部から前記ウェハ搬送手段によって取り出された半導体ウェハが第１の分離手段、第２の分離手段とに順次自動搬送される請求項１記載の半導体チップ分離装置。
6. 前記第１の分離手段は、前記半導体ウェハを載置する支持台と、この支持台に載置された半導体ウェハに貼着される保護シートと、この保護シートを前記半導体ウェハに沿って連続的に供給する保護シート供給部と、前記支持台に載置された半導体ウェハに対してＸ軸方向及びＹ軸方向に切り替え可能に設けられ、前記保護シートを介して半導体ウェハのＸ軸方向及びＹ軸方向に押圧する転動部材とを備えた請求項１記載の半導体チップ分離装置。
7. 前記保護シート供給部には、前記支持台の両側に前記保護シートの送出機構及び巻取機構が設けられ、半導体ウェハに沿って前記保護シートを連続的に供給する請求項６記載の半導体チップ分離装置。
8. 前記保護シートは、前記半導体ウェハに接する面がシリコンコーティングされている請求項６又は７記載の半導体チップ分離装置。
9. 前記第２の分離手段は、前記半導体ウェハの裏面に向けて配設される複数のピン部材と、各ピン部材の先端にボールベアリングを介して回転保持される小球とを有する擦り機構部を備える請求項１記載の半導体チップ分離装置。
10. 前記擦り機構部は、前記半導体ウェハの裏面側が前記小球によって押圧され、且つ、前記ピン部材が自転又は公転するように駆動される請求項９記載の半導体チップ分離装置。
11. 前記第２の分離手段は、前記擦り機構部によって半導体ウェハの裏面側を擦る際、前記半導体ウェハの表面側から一定の圧力を加える加圧手段を備える請求項１０記載の半導体チップ分離装置。

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