JP4592270B2 - 半導体ウエハの支持材からの剥離方法およびこれを用いた装置 - Google Patents

半導体ウエハの支持材からの剥離方法およびこれを用いた装置 Download PDF

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Description

本発明は、両面接着シートを介して支持材が貼り合わされた半導体ウエハにダイシングテープを貼り合せてダイシングフレームに固定し、この半導体ウエハをダイシングフレームと一体にして支持材から剥離する半導体ウエハの剥離方法およびこれに用いる剥離装置に関する。
近年、アプリケーションの急速な進歩に伴って半導体ウエハの薄型化が求められており、１００μｍ〜５０μｍ、時には、２５μｍ程度にまで薄くすることが要望されている。このように薄い半導体ウエハは、脆くかつ歪みが生じやすくて取り扱いが極めて困難になるものである。そこで、例えばガラス板などの強度のある支持材に半導体ウエハをその表面側において両面接着シートを介して貼り合せ保持させ、このように支持材で裏打ち補強した上で半導体ウエハ裏面にバックグラインド処理を施し、処理後に半導体ウエハを支持材から剥離するようにしている。
従来、両面接着シートを介して支持材に貼り合せ保持させた半導体ウエハを剥離する手段としては、次のようにして行われている。両面接着シートを紫外線の照射によってその接着力が低下する紫外線硬化型のものとし、先ず、紫外線照射によって予め接着力を低下させる。次工程で半導体ウエハを上下２個のテーブルにより挟持して真空吸着した状態で加熱し、両面接着シートを収縮変形させることで、両面接着シートと半導体ウエハとの接触面積を小さくして半導体ウエハを浮き上がらせる。
収縮が終わり両面接着シートの剥離が終了すると、上部のテーブルの吸着を解除して上側に退避させる。その後、半導体ウエハを下部のテーブル上に吸着固定した状態で、保持部材を搬送アームで吸着して移動させることで、両面接着シートから半導体ウエハを剥離する手段が提案・実施されている（例えば、特許文献１参照）。
なお、使用される両面粘着シートとしては、紫外線硬化型の他に、加熱により発泡して接着力が消失する加熱剥離性のものも使用される。
特開２００１−７１７９号公報
上記従来手段においては、次のような問題がある。
すなわち、両面接着シートが加熱により発泡して接着力が消失する加熱剥離性のものである場合、半導体ウエハを上下２個のテーブルで挟持して拘束した状態であると、両面接着シートの発泡（膨張）を妨げて接着力を十分に消失させることができない。その結果、支持材から半導体ウエハを無理なく円滑に剥離することができないといった問題がある。
例えば、接着力の消失していない両面接着シートを支持材と一緒に半導体ウエハから剥離すると、半導体ウエハに局部的な剥離応力が作用して歪みや折損が発生するおそれがある。また、接着剤が残渣するといった問題もある。
本発明は、このような点に着目してなされたものであって、半導体ウエハをダイシングフレームと一体にして支持材から無理なく円滑に剥離することのできる半導体ウエハの支持材からの剥離方法および剥離装置を提供することを目的としている。
第１の本発明は、両面接着シートを介して支持材の貼り合わされた半導体ウエハにダイシングテープを貼り合せてダイシングフレームに固定し、この半導体ウエハをダイシングフレームと一体にして前記支持材から剥離する半導体ウエハの支持材からの剥離方法であって、
前記支持材を介して半導体ウエハとダイシングフレームを上昇させ両面接着シートを厚み方向に拘束しないで、当該両面接着シートを加熱して接着力を弱めるとともに、ダイシングテープを冷却しながら当該ダイシングテープを介してダイシングフレームに接着保持された半導体ウエハをダイシングフレームと一体にしたまま前記支持材から剥離することを特徴とする。
[作用・効果] この方法によると、両面接着シートの厚み方向が拘束されない状態で接着力が弱められるので、接着力が弱められる過程で、両面接着シートに余計な圧力などのストレスがかからない。したがって、両面接着シートの接着力を効率よく弱めることができ、接着力を十分に消失させることができる。その結果、半導体ウエハとダイシングフレームとを一体にして無理なく円滑に支持材から剥離することができる。
また、両面接着シートを加熱するとともに、ダイシングテープを冷却することにより、両面接着シートの加熱で熱によってダイシングテープが変形したり、ガスが発生したりすることを防止することができる。したがって、ダイシングテープの変形やガスの発生により両面接着シートに余計なストレスが加わるの回避することができ、より円滑に半導体ウエハとダイシングフレームとを一体にして支持材から剥離することができる。
また、第２の本発明は、上記第１の発明方法において、前記両面接着シートは、加熱または冷却により接着力の弱くなるものであって、前記両面接着シートを加熱または冷却することを特徴とする。
[作用・効果] この方法によると、両面接着シートは、加熱または冷却により接着力の弱くなるものが好ましい。例えば、接着層が加熱発泡して接着力の低下または消失する加熱剥離性のものであれば、加熱時に両面接着シートが拘束されていないことにより、発泡による接着層の膨張が妨げられない。また、冷却により接着層が収縮するものであれば、その収縮が妨げられない。したがって、前記第１の発明方法を好適に実施することができる。
また、第３の本発明は、上記第１または第２の発明方法において、前記支持材の表面を上向き姿勢で保持しすることにより、支持材を介して半導体ウエハとダイシングフレームとを持ち上げ、この状態で前記両面接着シートの接着力を弱めることにより前記半導体ウエハとダイシングフレームの自重で、これらを一体にして前記支持材から剥離することを特徴とする。
[作用・効果] この方法によると、両面接着シートの接着力が弱められることにより、その接着力が半導体ウエハとダイシングフレームとの自重に耐えられなくなり、持ち上げられていたこれら半導体ウエハとダイシングフレームとが一体となって支持材から剥離する。したがって、前記第１の発明方法を好適に実施することができる。
また、第４の本発明は、上記第１または第２の発明方法において、前記ダイシングフレームを保持し、前記両面接着シートを弱めながら前記支持材に非接触状態で近接配備した吸引手段で支持材を吸引して剥離することにより、前記半導体ウエハとダイシングフレームとを一体にして前記支持材から剥離することを特徴とする。
[作用・効果] この方法によると、半導体ウエハとダイシングフレームの裏面側を保持した状態で、両面接着シートの接着力の弱めるとともに、非接触状態で吸引手段により支持材を吸引する。つまり、両面接着シートの厚み方向の拘束が開放されているので、両面接着シートへの圧力なでによるストレスが解消される。この状態を維持したまま支持材が剥離される。したがって、半導体ウエハとダイシングフレームとを一体にしてより効率よく支持材から剥離することがきる。その結果、第１の発明方法を好適に実施することができる。
また、第５の本発明は、両面接着シートを介して支持材の貼り合わされた半導体ウエハにダイシングテープを貼り合せてダイシングフレームに固定したワークについて、この半導体ウエハをダイシングフレームと一体にして支持材から剥離する半導体ウエハの支持材からの剥離装置であって、
前記両面接着シートは加熱により接着力の弱まるものであり、
前記ワークを載置保持する第１保持手段と、
前記第１保持手段に載置保持されたワークの支持材を上向き姿勢で保持する第２保持手段と、
前記第１および第２保持手段の少なくともいずれかを昇降移動させる駆動手段と、
前記第２保持手段に保持されたワークの両面接着シートを加熱する加熱手段と、
前記ダイシングテープを冷却する冷却手段とを備え、
前記第２保持手段にワークを保持した状態で、前記駆動手段により第１保持手段と第２保持手段とを相対移動させてワークを第１保持手段から離間し、この状態で前記加熱手段で両面接着シートを加熱して接着力を弱めるとともに、冷却手段でダイシングテープを冷却することにより前記半導体ウエハとダイシングフレームの自重で、ダイシングテープを介してダイシングフレームに接着保持された半導体ウエハをダイシングフレームと一体にしたまま支持材から剥離することを特徴とする。
[作用・効果] この発明装置によると、加熱により接着力が弱まる両面接着シートが利用される。この装置において、第１保持手段に載置保持されたワークは、第２保持手段によりその支持材を上向き姿勢で保持される。この状態のまま駆動手段により第１保持手段と第２保持手段とが相対移動してワークが第１保持手段から離間する。換言すれば、ワークの裏面側が開放されて両面接着シートの厚み方向が拘束されない状態となっている。この状態で加熱手段により両面接着シートが加熱される。したがって、加熱された両面接着シートはその接着力が弱まり半導体ウエハとダイシングフレームとが一体となって自重で支持材から剥離し、第１保持手段に落下して保持される。すなわち、第１の方法発明である半導体ウエハの支持材からの剥離方法を好適に実現することができる。
また、この発明装置は、ダイシングテープを冷却する冷却手段を備えている。つまり、両面接着シートを加熱するとともに、ダイシングテープを冷却することにより、両面接着シートの加熱で熱によってダイシングテープが変形したり、ガスが発生したりすることを防止することができる。したがって、第１発明方法である半導体ウエハの支持材からの剥離方法を好適に実現することができる。
また、第６の本発明は、第５の発明装置において、前記両面接着シートを加熱するときに、前記第２保持手段に保持されたワークを下方から吸引する吸引手段を備えたことを特徴とする。
[作用・効果] この発明装置によれば、ワークを吸引する吸引手段を備えることで、両面接着シートの接着力の弱められた状態で、半導体ウエハとダイシングフレームとを一体にして積極的に剥離する。このように構成することにより、第１発明方法である半導体ウエハの支持材からの剥離方法を好適に実現することができる。
この発明に係る半導体ウエハの剥離方法および剥離装置によれば、両面接着シートを拘束しないで、接着力を弱めることにより、接着力が弱められる過程で、両面接着シートに余計な圧力などのストレスがかからない。したがって、両面接着シートの接着力を効率よく弱めることができ、接着力を十分に消失させることができる。その結果、半導体ウエハとダイシングフレームとを一体にして無理なく円滑に支持材から剥離することができる。
以下、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。
図１に、両面接着シートを介してガラス板からなる支持材２が貼り合わされた半導体ウエハ１をダイシングテープ４を介してダイシングフレーム５に貼付け固定したワークＷの平面図が、また、図２に、その縦断側面図がそれぞれ示されている。また、図３に、両面接着シート３を介して支持材２が貼り合わされた半導体ウエハ１の側面図が示されている。
図２に示すように、支持材２は半導体ウエハ１の素子形成面（表面）に両面接着シート３を介して貼り合せられており、支持材２で裏打ち補強した状態で半導体ウエハ１の裏面がバックグラインド行程において所望厚さに研削加工される。その後、ダイシングテープ４を介してリング状のダイシングフレーム５に貼付け固定され、ダイシング装置に搬入される。
ここで、両面接着シート３は、図３に示すように、シート基材３ａの両面に、加熱することで発泡膨張して接着力を失う加熱剥離性の接着層３ｂと、紫外線硬化性の接着層３ｃを備えて構成されたものであり、かつ、加熱剥離性の接着層３ｂに支持材２が貼り合わされるとともに、紫外線硬化型の接着層３ｃに半導体ウエハ１が貼り合わされている。
上記のように構成されたワークＷをダイシング装置に搬入する前に、半導体ウエハ１をダイシングフレーム５と一体にして支持材２から剥離する必要があり、その剥離処理行程を図４〜図６に基づいて説明する。
図４に示すように、ワークＷは、先ず、ダイシングテープ４の背面（非接着面）が下向きになる姿勢で下部吸着台６の上に搬入されて、下部吸着台６の上面に真空吸着部６ａを介して吸着保持される。なお、下部吸着台６は、本発明の第１保持手段に相当する。
下部吸着台６の上方には、図示されない駆動手段を介して昇降される上部吸着台７が待機している。この上部吸着台７の下面には真空吸着部７ａが備えられるとともに、その内部にはヒータ８が埋設され、かつ、上部吸着台７が断熱材９で覆われて下面以外からの熱の放散が抑制されており、所定の温度にまで加熱した上部吸着台７を下降させないようになっている。なお、上部吸着台７は、本発明の第２保持手段に相当する。なお、ヒータ８は、本発明の加熱手段に相当する。
図５に示すように、ワークＷの支持材２の上面を吸着保持するように上部吸着台７を下降させる。上部吸着台７により支持材２が吸着保持されると、下部吸着台６の吸着を解除する。同時に、図６に示すように、ワークＷを吸着保持した状態のまま上部吸着台７を上昇させ、下部吸着台６から微小距離をおいた高さで停止し、支持材２を介して両面接着シート３を加熱する。
なお、上部吸着台７がワークＷを吸着保持するとき、ワークＷに過剰な力が加わらないように、バランスバネやバランスウエイトを利用して押圧荷重が設定範囲（例えば５００g〜１０００ｇ程度）に収まるようにしておくことが好ましい。
また、ダイシングテープ４に耐熱性の低いものを使用している場合には、下部吸着台６の内部に形成した冷却流路１０に冷却流体（気体あるいは液体）を循環流動させて、上部吸着台７からの熱によってダイシングテープ４が熱変形したりガスを発生したりするのを防止するのが好ましい。なお、冷却流路１０は、本発明の冷却手段に相当する。
上部吸着台７による加熱が所定の時間が経過すると、両面接着シート３における加熱剥離性接着層３ｂの接着力が加熱によって大きく低下あるいは略消滅する。そのため、図７に示すように、半導体ウエハ１は両面接着シート３を貼付けた状態でダイシングフレーム５と一体にその自重によって支持材２から剥離して落下する。なお、この落下衝撃による半導体ウエハ１の破損を防止するために、落差は0.1ｍｍ〜1.0ｍｍ程度が適切である。
このようにしてダイシングフレーム５と一体に支持材２から剥離された半導体ウエハ１の素子形成面には、保護シートの機能を備えた両面接着シート３が残されており、実際のダイシング処理に先立って、紫外線照射によって接着層３ｃの接着力を低下させた上で従来手段である表面保護シート剥離機構を用いて両面接着シート３を剥離除去することになる。
表面保護シート剥離機構としては、例えば、半導体ウエハ１の表面に残った両面接着シートの表面に剥離バーまたは剥離ローラを介して剥離テープを貼り付け、両面接着シートを剥離テープと一体にして剥離する構成が挙げられる。
上述のように構成することにより、ワークＷを吸着保持した状態のまま上部吸着台７を上昇させ、下部吸着台６から微小距離をおいた高さで停止することにより、両面接着シート３を加熱するときに、この両面接着シート３の厚み方向が拘束されない。すなわち、加熱により加熱剥離接着層３ｂが発泡して熱膨張するのを妨げるものがないので、接着力を十分に消失させることができる。その結果、半導体ウエハ１とダイシングフレーム５とを一体にして無理なく円滑に剥離することができる。
また、ダイシングテープ４の下面を冷却することにより、ダイシングテープ４の熱変形やガスの発生を効率よく防止することができる。
本実施例では、ダイシングフレーム５の両端部が、板材や搬送ベルトなどの下部保持部材の上端にワークが載置される場合を例に採って説明する。
図９はワークを載置保持した平面図が、図１０〜図１３は剥離手段による剥離行程を説明する側面図がそれぞれ示されている。
図９に示すように、ダイシングフレーム５の両端部が、板材や搬送ベルトなどの下部保持部材１１の上端に載置されるようワークＷが搬入される。また、下部保持部材１１の間に冷却台１２が配備されている。なお、下部保持部材１１は、本発明の第１保持手段に、冷却台１２は冷却手段にそれぞれ相当する。
この冷却台１２には冷却素子１３が埋設されるとともに、上面に冷却風噴出し部１４が備えられており、ダイシングテープ４に下面から冷却風を吹き付けることで、ダイシングテープ４が熱変形したりガスを発生したりするのを防止している。
次に、半導体ウエハ１をダイシングフレーム５と一体にして支持材２から剥離する。その剥離処理行程を図１０〜図１３に基づいて説明する。
図１０に示すように、下部保持部材１１に載置されて搬入される。次いで図１１に示すように、ワークＷの上部吸着台７が下降し、支持材２の表面を吸着保持する。
支持材２の吸着保持が完了すると同時に、図１２に示すように、ワークＷを吸着保持したまま所定高さまで上昇し、支持材２を介してヒータ８による両面接着シート３の加熱を開始する。このとき、ワークＷの下部に配備された冷却台１２からダイシングテープ４の背面に向けて冷却風を吹き付け冷却開始する。
両面接着シート３の加熱が所定時間経過すると、接着層３ｂの接着力が弱まりまたは略消滅し、シート基材３ａを残した状態で、ワークＷは下部保持部材に落下する。以上で一連の剥離工程が終了する。
上述のように構成することにより、両面接着シート３をその厚み方向に拘束することなく加熱し、加熱剥離接着層３ｂを発泡させて接着力を十分に消失させることができる。その結果、半導体ウエハ１とダイシングフレーム５とを一体にして支持材２から無理なく円滑に剥離することができる。
また、ダイシングテープ４の下面から冷却風を吹き付けることにより、ダイシングテープ４の熱変形を効率よく防止することができる。さらに、下部保持部材１１が搬送ベルトであれば、ワークＷを次工程にそのままの状態で搬送することができ、作業効率の向上を図ることもできる。
なお、この発明は以下のような形態に変形して実施することもできる。
（１） 上記各実施例では、両面接着シート３におけるウエハ側の接着層３ｃを支持材側の接着層３ｂと同様に加熱剥離性のものを利用することもできる。但し、この場合、ウエハ側の接着層３ｃはその接着力が消滅する温度が支持材側の接着層３ｂのそれよりも高いものを選択しておく必要がある。
（２） 上記各実施例では、両面接着シート３における接着層３ｂ，３ｃを冷却によって接着力が低下するものとして実施することもできる。
（３） 上記実施例１では、下部吸着台６も昇降可能に構成し、下降させた上部吸着台７に支持材２を吸着保持させた状態で、吸着解除した下部吸着台６を所定量下降させて上記と同様な剥離作動を行わせることもできる。
（４） 半導体ウエハ１とダイシングフレーム５とを一体にして剥離するとき、図８に示すように、支持材２側に両面接着シート３が残るようにしてもよい。この場合、両接着層３ｂ，３ｃをそれぞれ加熱剥離性のものを利用するとともに、ウエハ側の接着層３ｃを支持材側の接着層３ｂよりも低温で発泡して接着力が消失するものにすればよい。
（５） 上記各実施例では、半導体ウエハ１とダイシングフレーム５とが自重により落下して剥離する形態であったが、ダイシングフレーム５の下部に吸引手段を配備し、両面接着シート３を加熱しながらワークＷを積極的に吸着して剥離するように構成してもよい。
（６） 上記各実施例では、半導体ウエハ１とダイシングフレーム５とが自重により落下して剥離する形態であったが、次のように構成してもよい。
ヒータ８を埋設した下部吸着代台７に吸着保持したワークＷについて、両面接着シート３を加熱して接着力を弱めながら支持材２を浮き上がらせて剥離するように構成してもよい。例えば、支持材２の上方に吸引手段を近接させて支持材２を浮き上がらせるように構成してもよい。また、他の構成として、支持材２の表面側から噴出された気体により下部吸着台７と支持材２との間隙で大気圧との差圧を発生させ、所定距離を維持した空間で支持材２を懸垂保持するようにしてもよい。このように構成することによっても、上述の実施例と同様の効果を奏する。なお、この場合の下部吸着台７は、本発明の第３保持手段に相当する。
半導体ウエハをダイシングフレームに貼付け固定したワークの平面図である。 ワークの縦断面図である。 支持材を貼り合せた半導体ウエハの側面図である。 実施例１の剥離手段による剥離行程を説明する側面図である。 実施例１の剥離手段による剥離行程を説明する側面図である。 実施例１の剥離手段による剥離行程を説明する側面図である。 実施例１の剥離手段による剥離行程を説明する側面図である。 実施例１の剥離手段の変形例による剥離行程を説明する側面図である。 実施例２のワークを載置保持した平面図である。 実施例２の剥離手段による剥離行程を説明する側面図である。 実施例２の剥離手段による剥離行程を説明する側面図である。 実施例２の剥離手段による剥離行程を説明する側面図である。 実施例２の剥離手段による剥離行程を説明する側面図である。
符号の説明
１ … 半導体ウエハ
２ … 支持材
３ … 両面接着シート
３ａ… 基材
３ｂ… 接着層
３ｃ… 接着層
８ … ヒータ

Claims (6)

  1. 両面接着シートを介して支持材の貼り合わされた半導体ウエハにダイシングテープを貼り合せてダイシングフレームに固定し、この半導体ウエハをダイシングフレームと一体にして前記支持材から剥離する半導体ウエハの支持材からの剥離方法であって、
    前記支持材を介して半導体ウエハとダイシングフレームを上昇させ両面接着シートを厚み方向に拘束しないで、当該両面接着シートを加熱して接着力を弱めるとともに、ダイシングテープを冷却しながら当該ダイシングテープを介してダイシングフレームに接着保持された半導体ウエハをダイシングフレームと一体にしたまま前記支持材から剥離することを特徴とする半導体ウエハの支持材からの剥離方法。
  2. 請求項１に記載の半導体ウエハの支持材からの剥離方法において、
    前記両面接着シートは、加熱または冷却により接着力の弱くなるものであって、
    前記両面接着シートを加熱または冷却することを特徴とする半導体ウエハの支持材からの剥離方法。
  3. 請求項１または請求項２に記載の半導体ウエハの支持材からの剥離方法において、
    前記支持材の表面を上向き姿勢で保持することにより、支持材を介して半導体ウエハとダイシングフレームとを持ち上げ、
    この状態で前記両面接着シートの接着力を弱めることにより前記半導体ウエハとダイシングフレームの自重で、これらを一体にして前記支持材から剥離することを特徴とする半導体ウエハの支持材からの剥離方法。
  4. 請求項１または請求項２に記載の半導体ウエハの支持材からの剥離方法において、
    前記ダイシングフレームを保持し、
    前記両面接着シートを弱めながら前記支持材に非接触状態で近接配備した吸引手段で支持材を吸引して剥離することにより、前記半導体ウエハとダイシングフレームとを一体にして前記支持材から剥離することを特徴とする半導体ウエハの支持材からの剥離方法。
  5. 両面接着シートを介して支持材の貼り合わされた半導体ウエハにダイシングテープを貼り合せてダイシングフレームに固定したワークについて、この半導体ウエハをダイシングフレームと一体にして支持材から剥離する半導体ウエハの支持材からの剥離装置であって、
    前記両面接着シートは加熱により接着力の弱まるものであり、
    前記ワークを載置保持する第１保持手段と、
    前記第１保持手段に載置保持されたワークの支持材を上向き姿勢で保持する第２保持手段と、
    前記第１および第２保持手段の少なくともいずれかを昇降移動させる駆動手段と、
    前記第２保持手段に保持されたワークの両面接着シートを加熱する加熱手段と、
    前記ダイシングテープを冷却する冷却手段とを備え、
    前記第２保持手段にワークを保持した状態で、前記駆動手段により第１保持手段と第２保持手段とを相対移動させてワークを第１保持手段から離間し、この状態で前記加熱手段で両面接着シートを加熱して接着力を弱めるとともに、冷却手段でダイシングテープを冷却することにより前記半導体ウエハとダイシングフレームの自重で、ダイシングテープを介してダイシングフレームに接着保持された半導体ウエハをダイシングフレームと一体にしたまま支持材から剥離することを特徴とする半導体ウエハの支持材からの剥離装置。
  6. 請求項５に記載の半導体ウエハの支持材からの剥離装置であって、
    前記両面接着シートを加熱するときに、前記第２保持手段に保持されたワークを下方から吸引する吸引手段を備えたことを特徴とする半導体ウエハの支持材からの剥離装置。
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