JP6029334B2 - 分割装置 - Google Patents

Description

本発明は、分割起点が形成された板状物を分割起点に沿って分割する分割装置に関する。

従来、半導体ウェーハ、光デバイスウェーハ、セラミック、ガラス、樹脂等からなる各種の板状物を、分割予定ラインに沿って分割し、チップ等の個々の製品に分割することが行われている。

この分割については、例えば特許文献１に開示されるように、板状物について分割予定ラインに沿って分割起点を形成した後に、板状物を貼着したエキスパンドシート（熱収縮性粘着テープ）を放射状に拡張することで、板状物に外力を付与し、分割起点において破断をさせることが知られている。

また、分割起点を形成する方法については、分割予定ラインに沿ってレーザービームを照射して後に破断される改質層やレーザーグルーブを形成する形態（例えば、特許文献２，３参照）、高速回転する切削ブレードによって切削溝を形成する形態（例えば、特許文献４参照）が知られている。

特開２００７−１２３６５８号公報 特許第３４０８８０５号公報 特開２００４−１８８４７５号公報 特開平３−０８３６１３号公報

しかし、分割後に形成されるチップサイズが、例えば、１ｍｍ以下のように小さいものであると、特許文献１に開示されるようなエキスパンドシートを放射状に拡張して板状物を分割する方法では、板状物内で分割されない領域が発生し、分割不良が発生するおそれがある。

本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、チップサイズの大小によらずに分割起点が形成された板状物の全領域を確実に分割しうる分割装置を提供することである。

請求項１に記載の発明によると、分割起点が形成された板状物と板状物が貼着されるエキスパンドシートとエキスパンドシートの外周が貼着される環状フレームとからなる板状物ユニットの板状物側を表面側、エキスパンドシート側を裏面側とし、板状物ユニットの板状物を分割起点に沿って分割する分割装置であって、板状物ユニットの環状フレームが載置されて板状物が貼着された領域のエキスパンドシートを露出した状態に支持する載置台と、載置台に載置された環状フレームを固定するフレーム固定手段と、載置台に載置された環状フレームを含む板状物ユニットのエキスパンドシートとともに板状物ユニットの板状物を収容する密閉空間を板状物ユニットの表面側に画成するハウジングと、密閉空間に気体を供給して板状物ユニットのエキスパンドシートを板状物ユニットの裏面側に拡張する気体供給源と、気体供給源から密閉空間に気体が供給されてエキスパンドシートが裏面側に拡張された状態で、板状物ユニットの裏面側でエキスパンドシートを介して板状物を押圧して分割する凸状部材と、凸状部材を少なくとも板状物に対応する領域で移動させる凸状部材移動手段と、を備え、該凸状部材は、列状の尖端を備える突端部を複数有し、それぞれの突端部が該板状物を押圧する機能を有することを特徴とする分割装置が提供される。

請求項２に記載の発明によると、凸状部材移動手段は、凸状部材を一方向に移動させるものであり、ハウジングは、載置台に載置される環状フレームを含む板状物ユニットの板状物に対面した透明部を有し、分割装置は、ハウジングの透明部を介して板状物を撮像する撮像手段と、載置台を回転移動させる載置台回転移動手段と、を備えることで、板状物ユニットの分割起点と凸状部材との位置合わせを実施する、ことを特徴とする請求項１に記載の分割装置が提供される。

本発明によると、チップサイズの大小によらずに分割起点が形成された板状物の全領域を確実に分割しうる分割装置が提供される。具体的には、密閉空間に収容された板状物に対して気体が噴出されることで、エキスパンドシートが板状物ユニットの裏面側（エキスパンドシート側）に拡張された状態とし、この状態で板状物ユニットの裏面側からエキスパンドシートを介して板状物を凸状部材にて支持させる。そして、凸状部材を板状物の裏面側で移動させることにより、例えチップサイズが１ｍｍ以下と小さいものであっても、板状物の全領域を確実に分割可能となる。

板状物ユニットについて示す斜視図である。 分割装置の分解斜視図である。 分割装置の分解斜視図である。 分割装置の斜視図である。 分割装置の側断面図である。 凸状部材の斜視図である。 凸状部材の突起部と分割予定ラインの関係について説明する斜視図である。 他の実施形態の凸状部材の斜視図である。 他の実施形態の凸状部材を備える分割装置の側断面図である。 その他の実施形態の凸状部材の斜視図である。 他の実施形態の凸状部材を備える分割装置の側断面図である。

本発明は、分割起点が形成された板状物を分割して個々のチップ（小片の部品、製品）を製造するために用いられる分割装置についてのものであり、以下、本発明の実施形態を図面を参照して詳細に説明する。

図１は、加工対象となる板状物の一実施形態である半導体ウェーハ１１（以下、単に「ウェーハ１１」とも記載される）について示す図である。ウェーハ１１は、例えば厚さが７００μｍのシリコンウェーハからなっており、表面１１ａに複数の交差する分割予定ライン（ストリート）１３ａ，１３ｂが格子状に形成されているとともに、複数の分割予定ライン１３，１３ｂによって区画された複数の領域にそれぞれデバイス１５が形成されている。

このように構成されたウェーハ１１は、デバイス１５が形成されているデバイス領域１７と、デバイス領域１７を囲繞する外周余剰領域１９を備えている。ウェーハ１１の外周にはシリコンウェーハの結晶方位を示すマークとしてのノッチ１２が形成されている。

なお、被加工物となるウェーハ１１の形状については、図１に示すような円盤形状のものに限定されるものではなく、四角形状（正四角形、長方形）などの矩形のものも想定される。また、半導体ウェーハのほか、光デバイスウェーハ、セラミック、ガラス、樹脂等からなる各種の板状物なども被加工物とされることが想定される。

ウェーハ１１は、エキスパンドシートＴによって内側の貫通部分が塞がれる環状フレームＦに対して固定される。エキスパンドシートＴの表面Ｔａは粘着面で構成されており、ウェーハ１１の裏面１１ｂがエキスパンドシートＴに対して貼着される。エキスパンドシートＴの表面Ｔａの外周は環状フレームＦの裏側に貼着され、エキスパンドシートＴと環状フレームＦが一体化される。

以上のようにして、板状物であるウェーハ１１とウェーハ１１が貼着されるエキスパンドシートＴとエキスパンドシートＴの外周が貼着される環状フレームＦとからなる板状物ユニットＵが構成される。この板状物ユニットＵにおいて、ウェーハ１１が配置される側が表面側とされ、その反対側、即ち、エキスパンドシートＴ側が裏面側とされる。

板状物ユニットＵに貼着されたウェーハ１１は、詳しくは後述する分割装置により個々のチップ（小片の部品、製品）に分割される。この分割の前段階において、分割起点が形成される。

分割起点を形成する方法については、例えば、図１に示すように周知のレーザー照射ユニット２０を用い、分割予定ライン１３，１３ｂに沿ってレーザービームを照射して、改質層を形成することが考えられる。このほか、レーザーグルーブ（レーザー加工溝）を形成して分割起点とすることや、高速回転する切削ブレードにより形成される切削溝を分割基点とすることなども考えられる。

分割起点の形成は、図１に示すように、位置固定されたレーザー照射ユニット２０に対するＸ軸方向のウェーハ１１の加工送りと、ウェーハ１１のＹ軸方向のインデックス送りを交互に繰り返すことで、図１におけるＸ軸方向と平行な第一の方向の全ての分割予定ライン１３ａについて改質層を形成し、次いで、ウェーハ１１を９０度回転させ、第二の方向の分割予定ライン１３ｂについても同様に改質層を形成することで行われる。

以上のように格子状に分割起点を形成したウェーハ１１について、図２に示す分割装置３０を用いることで、ウェーハ１１が分割起点を起点として個々のチップへと分割される。

図２乃至図５に示すように、本実施形態の分割装置３０は、板状物ユニットＵの環状フレームＦが載置されて板状物であるウェーハ１１が貼着された領域のエキスパンドシートＴを露出した状態に支持する載置台３２と、載置台３２に載置された環状フレームＦを固定するクランプ（フレーム固定手段）３４，３４と、載置台３２に載置された環状フレームＦを含む板状物ユニットＵのエキスパンドシートＴとともに板状物ユニットＵのウェーハ１１を収容する密閉空間４２（図５）を板状物ユニットＵの表面側に画成するハウジング３６と、密閉空間４２に気体を供給して板状物ユニットＵのエキスパンドシートＴを板状物ユニットＵの裏面側に拡張する気体供給源４４と、気体供給源４４から密閉空間４２に気体が供給されてエキスパンドシートＴが裏面側に拡張された状態で、板状物ユニットＵの裏面側でエキスパンドシートＴを介してウェーハ１１を押圧して分割する凸状部材５０と、凸状部材５０を少なくともウェーハ１１に対応する領域で移動させる凸状部材移動機構（凸状部材移動手段）６０と、を備える構成としている。

以下詳述すると、載置台３２は、円筒状の部材にて構成されており、図において上側の円形の開口部３２ａと、図において下側の円形の開口部３２ｂと、周方向に連続する壁面３２ｃと、開口部３２ａを取り囲む載置表面３２ｄを有して構成される。

載置台３２は、載置台３２よりも径の大きい支持台６１に載置される。載置台３２の壁面３２ｃの端部を構成する周縁部３２ｆは、支持台６１に形成された環状溝部６１ｍ内に挿入されることで、載置台３２と支持台６１の位置決めがなされる。また、後述するように載置台３２は角度調整されるものであり、周縁部３２ｆが環状溝部６１ｍ内を摺動すべく構成される。

載置台３２の載置表面３２ｄには、開口部３２ａを取り囲むように複数のクランプ３４，３４が配置される。このクランプ３４，３４により、載置表面３２ｄに載置される板状物ユニットＵの環状フレームＦが保持されることで、板状物ユニットＵが載置台３２に支持される。

板状物ユニットＵが載置台３２に支持された状態では、エキスパンドシートＴにより載置台３２の開口部３２ａが塞がれた状態となる。また、この開口部３２ａの直径は、ウェーハ１１の直径よりも大きく形成されており、エキスパンドシートＴにおいてウェーハ１１が貼着された領域が、開口部３２ａを通じて凸状部材５０側に露出される状態が形成される。

以上のように構成される載置台３２に対し、板状物ユニットＵを収容するようにしてハウジング３６が取りつけられる。ハウジング３６は、周方向に連続する壁面３６ｃを有する円筒状の部材にて構成されており、筒軸方向の一端側は開放部３６ｂ（図５）にて構成され、他端側は閉塞部３５ｄにて構成される。

ハウジング３６の壁面３６ｃの端部を構成する周縁部３６ｆは、載置台３２の載置表面３２ｄに載置された状態で密着し、これにより、ハウジング３６の開放部３６ｂが載置表面３２ｄと、板状物ユニットＵのエキスパンドシートＴによって閉じられ、図５に示すように、ハウジング３６の内側に密閉空間４２が形成される。

この密閉空間４２は、図５に示すように、エキスパンドシートＴの表面側である板状物ユニットＵの表面側、つまりは、ウェーハ１１が配置される側に画成され、この密閉空間４２内にウェーハ１１が収容された状態となる。

ハウジング３６には、ハウジング３６の内外空間を連通させるポート３６ｍ，３６ｎが形成されており、一方のポート３６ｍは外部の気体供給源４４（図４）に接続され、他方のポート３６ｎは排気経路４５に接続される。

気体供給源４４から密閉空間４２内に高圧気体が供給されることで、密閉空間４２が高圧雰囲気となり、ウェーハ１１、および、エキスパンドシートＴが図５において上側から下側へと押圧される。これにより、エキスパンドシートＴが板状物ユニットＵの裏面側、つまりは、エキスパンドシートＴを挟んでウェーハ１１と反対側へと拡張する荷重（下側に押圧される荷重）がエキスパンドシートＴに付与される。

エキスパンドシートＴを挟んでウェーハ１１と反対側には、凸状部材５０が位置づけられる。この凸状部材５０は、エキスパンドシートＴを介してウェーハ１１を押圧することで、ウェーハ１１を個々のチップに分割するものである。

図５に示す本実施形態では、凸状部材５０の突端部５２が、載置台３２の開口部３２ａに突入されることで、エキスパンドシートＴの裏面側を下方から上方へ突き上げられ、これにより、ウェーハ１１を下側から押圧する荷重が作用し、ウェーハ１１が分割起点において分割されるようになっている。

凸状部材５０は、図６に示すように、ウェーハ１１の直径１１Ｌと略同一、又は同一よりも大きい幅寸法Ｗ１を有し、突端部５２が幅寸法Ｗ１の直線状の突条部にて構成されるようになっている。これにより、図６のＹ軸方向におけるウェーハ１１の全範囲について、局所的に下側から押圧する荷重を作用させることができる。

凸状部材５０は、図５に示すように、ウェーハ１１の直径１１Ｌと略同一、又は同一よりも大きい範囲、つまりは、少なくともウェーハ１１に対応する領域Ｍにおいて、凸状部材移動機構６０によって移動されるようになっている。これにより、図６のＸ軸方向におけるウェーハ１１の全範囲について、局所的に下側から押圧する荷重を作用させることができる。

図２及び図５に示すように、本実施形態の凸状部材移動機構６０は、支持台６１に水平方向に設けたボールねじ６２をモータ６４で回転駆動させ、ボールねじ６２に螺合する凸状部材５０を図５においてＸ軸方向に移動させるべく構成されている。

以上の構成において、ウェーハ１１の分割を行う際には、まず、気体供給源４４から密閉空間４２内に高圧気体を供給し、密閉空間４２を高圧雰囲気とする。これにより、エキスパンドシートＴは、図５において下側へ押圧（拡張）された状態となる。

この状態で、凸状部材５０をウェーハ１１の直径１１Ｌ（図６）の長さをカバーする領域、つまりは、端点Ｍ１から端点Ｍ２に至る領域ＭｘをＸ軸方向に移動させると、突端部５２によりエキスパンドシートＴが随時突き上げられることでウェーハ１１に荷重が作用し、ウェーハ１１が分割起点において分割される。

また、このＸ軸方向の凸状部材５０の移動に際し、図６に示すＹ軸方向においてもウェーハ１１の直径１１Ｌをカバーする領域、つまりは、領域ＭｙにおいてエキスパンドシートＴが突き上げられる。

以上のようになされるウェーハ１１の分割は、単なる凸状部材５０による突き上げのみならず、高圧気体によるエキスパンドシートＴ（ウェーハ１１）の押圧がなされた状態で行われるため、ウェーハ１１の分割起点には、上からの荷重（高圧気体）と下からの荷重（凸状部材５０）が作用することになり、分割起点における破断がより確実になされる。

なお、凸状部材５０のＸ軸方向の移動に加え、図示せぬエアシリンダなどの昇降機構により凸状部材５０全体、或いは、凸状部材５０の突端部５２が上下方向に移動される構成とし、この移動によってウェーハ１１に作用させる荷重を大きくし、ウェーハ１１の破断がより確実に実施されるようにしてもよい。

以上のようにして、ウェーハ１１が高圧雰囲気によって上側から抑えられつつ、随時凸状部材５０によって下側から押圧されることで、分割起点においてウェーハ１１が分割される。

また、この分割を確実に行うためには、図７に示すように、直線状の分割予定ライン１３ａの向きと、突端部５２の直線状の仮想線５２ａの角度（向き）を一致させ、下側から分割起点を押圧する荷重を確実に作用させることが好ましい。

このため、本実施形態では、図２乃至図５に示すように、凸状部材移動機構（凸状部材移動手段）６０は、凸状部材５０を一方向（Ｘ軸方向）に移動させるものであり、ハウジング３６は、載置台３２に載置される環状フレームＦを含む板状物ユニットＵのウェーハ１１に対面した透明部３７を有し、分割装置３０は、ハウジング３６の透明部３７を介してウェーハ１１を撮像する撮像ユニット（撮像手段）７０と、載置台３２を回転移動させる載置台回転移動機構（載置台回転移動手段）８０と、を備えることで、板状物ユニットＵの分割起点と凸状部材５０との位置合わせを実施する、こととしている。

具体的には、図５に示すように、凸状部材移動機構６０は、支持台６１に水平方向に設けたボールねじ６２をモータ６４で回転駆動させ、ボールねじ６２に螺合する凸状部材５０を水平面内において、Ｘ軸方向に移動させるべく構成されている。

また、ハウジング３６においては、板状物ユニットＵと対向する位置に配置される閉塞部３５ｄに、開口部３５ｋが形成されており、開口部３５ｋにガラス等の透明部材からなる透明部３７が配置される。閉塞部３５ｄと透明部３７は、密閉空間４２を構成するための壁部としても機能する。

このハウジング３６の外側において、透明部３７に対向する位置には、透明部３７を介してウェーハ１１を撮像する撮像ユニット７０が設けられる。撮像ユニット７０では、ウェーハ１１の表面に形成されたパターンが撮像され、このパターンに基づいて直線状の分割予定ライン１３ａ（図７）を検出し、この分割予定ライン１３ａの角度などからウェーハ１１の向き（角度）を認識できるようになっている。

撮像ユニット７０は、図示せぬ制御装置と接続されており、制御装置は、載置台回転移動機構８０により載置台３２の角度を変更することで、載置台３２に載置されたウェーハ１１の向きを補正する。この補正は、あらかじめ制御装置に記憶される突端部５２の直線状の仮想線５２ａ（図７）と、撮像ユニット７０にて認識された分割予定ライン１３ａの角度を一致させるように行う。なお、分割予定ライン１３ａと直交する分割予定ライン１３ｂと仮想線５２ａの角度を一致させるように補正を行ってもよい。

図３に示すように、載置台３２を回転させる載置台回転移動機構８０は、モータ８１と、モータ８１の出力軸８１ａと載置台３２の壁面３２ｃに巻回されるベルト等から構成される連結部材８２にて構成することができる。出力軸８１ａは載置台３２よりも軸径が小さく構成され、正逆方向に回転させる構成とすることで、載置台３２の角度を細かく調整できる構成とすることが好ましい。

そして、以上のように突端部５２の仮想線５２ａと分割予定ライン１３ａとを一致させた後、図５に示すように、気体供給源４４から高圧気体を供給して密閉空間４２内を高圧雰囲気とする。

次いで、仮想線５２ａと直交する方向であるＸ軸方向において、端点Ｍ１から端点Ｍ２に至るまで凸状部材５０を移動させる。この際に、第一の方向である分割予定ライン１３ａが全範囲において余すことなく確実に押圧され、その際に付与される荷重により分割予定ライン１３ａに形成された分割起点が確実に破断される。

凸状部材５０が端点Ｍ２に到達した後、気体供給源４４からの高圧気体の供給を停止し、排気経路４５を開放する。これにより、密閉空間４２内が大気圧となって、高圧気体によるエキスパンドシートＴの拡張が開放される。

次いで、載置台３２を９０度回転させることで、図７における突端部５２の仮想線５２ａと分割予定ライン１３ｂの角度を一致させた後、再び気体供給源４４から高圧気体を供給して密閉空間４２内を高圧雰囲気とする。

次いで、凸状部材５０を端点Ｍ２から端点Ｍ１に至るまで移動させることで、第二の方向である分割予定ライン１３ｂが全範囲において余すことなく確実に押圧され、その際に付与される荷重により分割予定ライン１３ｂに形成された分割起点が確実に破断される。

以上のようにして、第一、第二の方向の分割予定ライン１３ａ，１３ｂについて、それぞれ分割起点が破断し、ウェーハ１１を全体的に確実に分割させることができる。

図８は、他の実施形態の凸状部材５５について示す図である。この凸状部材５５の構成では、複数列（本実施形態では５列）の突端部５６，５６が設けられる構成とし、各突端部５６，５６において、ウェーハ１１の下側からの押圧がなされることとしている。

これにより、図９に示す構成において、凸状部材５５の最も端の列の突端部５６が端点Ｍ２により早く到達するため、凸状部材５５を端点Ｍ１から端点Ｍ２に至らせることにより分割をさせる時間を、上述の一列の突端部５２を有する凸状部材５０を用いた場合と比較して、短くすることができ、より短時間で分割を実施することが可能となる。

図１０及び図１１は、さらに他の実施形態の凸状部材９０について示す図である。この凸状部材９０は、上面に多くの突起９２，９２が突設された回転テーブル９１を有して構成され、回転テーブル９１がモータ９３によって回転駆動される構成としている。

また、回転テーブル９１とモータ９３をつなぐシャフト９４は、図示せぬエアシリンダなどの昇降機構により上下方向に移動可能に構成されており、これにより回転テーブル９１が上下方向に移動可能に構成されることが好ましい。

突起９２，９２の形状や配置については特に限定されるものではないが、その尖端部が分割起点を点で押圧することができるように、チップの大きさ（分割予定ラインの間隔）に応じて適宜設計されることが好ましい。

このように構成した凸状部材９０において、凸状部材９０を回転させることにより、突起９２，９２がエキスパンドシートＴを介してウェーハ１１が断続的に下側から押圧され（突き上げられ）、分割起点における破断が実施されることになる。

また、同時に、凸状部材９０を上下に移動させてエキスパンドシートＴを拡張させることで、ウェーハ１１の面内方向に広がる荷重を発生させることで、分割起点での破断をより確実に実施できる。

また、回転テーブル９１の直径は、少なくともウェーハ１１のデバイス領域と同等、或いは、それよりも大きく構成されるものであるが、仮に、回転テーブル９１の直径をウェーハ１１の直径と同一に構成することによれば、回転テーブル９１を含んで構成される凸状部材９０の設置面積を、ウェーハ１１の面積と同一にすることができる。

これにより、凸状部材９０全体としてコンパクトに構成することができ、ひいては、分割装置全体の大きさをコンパクトにすることができる。

１１ ウェーハ
１３ａ 分割予定ライン
１３ｂ 分割予定ライン
２０ レーザー照射ユニット
３０ 分割装置
３２ 載置台
３６ ハウジング
３７ 透明部
４２ 密閉空間
４４ 気体供給源
４５ 排気経路
５０ 凸状部材
５２ 突端部
６０ 凸状部材移動機構
７０ 撮像ユニット
８０ 載置台回転移動機構
Ｆ 環状フレーム
Ｔ エキスパンドシート
Ｕ 板状物ユニット

Claims (2)

1. 分割起点が形成された板状物と該板状物が貼着されるエキスパンドシートと該エキスパンドシートの外周が貼着される環状フレームとからなる板状物ユニットの該板状物側を表面側、該エキスパンドシート側を裏面側とし、該板状物ユニットの該板状物を該分割起点に沿って分割する分割装置であって、
   板状物ユニットの環状フレームが載置されて板状物が貼着された領域のエキスパンドシートを露出した状態に支持する載置台と、
   該載置台に載置された該環状フレームを固定するフレーム固定手段と、
   該載置台に載置された該環状フレームを含む該板状物ユニットの該エキスパンドシートとともに該板状物ユニットの該板状物を収容する密閉空間を該板状物ユニットの該表面側に画成するハウジングと、
   該密閉空間に気体を供給して該板状物ユニットの該エキスパンドシートを該板状物ユニットの該裏面側に拡張する気体供給源と、
   該気体供給源から該密閉空間に気体が供給されて該エキスパンドシートが該裏面側に拡張された状態で、該板状物ユニットの該裏面側で該エキスパンドシートを介して該板状物を押圧して分割する凸状部材と、
   該凸状部材を少なくとも該板状物に対応する領域で移動させる凸状部材移動手段と、を備え、
   該凸状部材は、列状の尖端を備える突端部を複数有し、それぞれの突端部が該板状物を押圧する機能を有する、
   ことを特徴とする分割装置。
2. 前記凸状部材移動手段は、前記凸状部材を一方向に移動させるものであり、
   前記ハウジングは、前記載置台に載置される前記環状フレームを含む前記板状物ユニットの該板状物に対面した透明部を有し、
   前記分割装置は、
   該ハウジングの該透明部を介して該板状物を撮像する撮像手段と、
   前記載置台を回転移動させる載置台回転移動手段と、を備えることで、
   該板状物ユニットの前記分割起点と該凸状部材との位置合わせを実施する、
   ことを特徴とする請求項１に記載の分割装置。

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