JP6119551B2 - 弾性支持板、破断装置及び分断方法 - Google Patents

Description

本発明は半導体基板、セラミックス基板等の脆性材料基板の上に樹脂層がコーティングされた複合基板の破断時に用いられる弾性支持板、破断装置及び分断方法に関するものである。

半導体チップは、半導体ウエハに形成された素子領域を、その領域の境界位置で分断することにより製造される。従来、ウエハをチップに分断する場合には、ダイシング装置によってダイシングブレードを回転させて、切削によって半導体ウエハを小さく切断していた。

しかしダイシング装置を用いる場合には切削による排出屑を排出するための水が必要であり、その水や排出屑が半導体チップの性能へ悪影響を与えないように、半導体チップへの保護を施し、水や排出屑を洗浄するための前後工程が必要となる。従って工程が複雑となり、コスト削減や加工時間が短縮できないという欠点があった。又ダイシングブレードを用いた切削によって膜が剥がれたり欠けが生じるなどの問題が生じる。又微小な機械構造を有するＭＥＭＳ基板においては、水の表面張力による構造の破壊が引起こされるため水が使用できず、ダイシングによって分断できないといった問題が生じていた。

又特許文献１，２には、スクライブラインが形成された半導体ウエハを、スクライブラインが形成された面の裏面から、スクライブラインに沿って面に垂直に押圧することによりブレイクする基板ブレイク装置が提案されている。以下、このようなブレイク装置によるブレイクの概要を示す。ブレイクの対象となる半導体ウエハには、整列して多数の機能領域が形成されているものとする。分断する場合には、まず半導体ウエハに機能領域の間に等しい間隔を隔てて縦方向及び横方向にスクライブラインを形成する。そしてこのスクライブラインに沿ってブレイク装置で分断する。図１（ａ）は分断する前のブレイク装置に載置された半導体ウエハの断面図を示している。本図に示すように、複合基板１０１に機能領域１０１ａ，１０１ｂとその間にスクライブラインＳ１，Ｓ２，Ｓ３・・・が形成されている。分断する場合には複合基板１０１の裏面に粘着テープ１０２を貼り付け、その表面に保護フィルム１０３を貼り付ける。そしてブレイク時には図１（ｂ）に示すように受け刃１０５，１０６のちょうど中間にブレイクすべきスクライブライン、この場合にはスクライブラインＳ２を配置し、その上部よりブレード１０４をスクライブラインに合わせて降下させ、複合基板１０１を押圧する。このようにして一対の受け刃１０５，１０６とブレード１０４との三点曲げによるブレイクが行われていた。

特開２００４−３９９３１号公報 特開２０１０−１４９４９５号公報

このような構成を有するブレイク装置においては、ブレイク時にブレード１０４を押し下げて押圧した場合、複合基板１０１は僅かではあるが撓むので、複合基板１０１と受け刃１０５，１０６の前縁が接する部分に応力が集中する。このためブレイク装置の受け刃１０５，１０６の部分が図１（ａ）に示すように機能領域１０１ａ，１０１ｂに接触していると、ブレイク時に機能領域に力が加わってしまう。そのため半導体ウエハ上の機能領域が損傷する可能性があるという問題点があった。

又ブレイク装置を用いて破断する基板として、セラミックス基板上にシリコン樹脂がコーティングされた複合基板がある。複合基板には各機能領域に樹脂層から突出するレンズ等の機能領域を有する場合もある。このような複合基板ではセラミックス基板をブレイクした後に、樹脂層を直接ブレイクバーで押圧した場合には、樹脂層が変形して損傷し易いという問題点があった。又これを解消するためにレーザ光を用いて分断しようとすると、レーザによる熱の影響により損傷を受けたり、レーザを照射した後、飛散物が周辺に付着してしまうことがあるという問題点があった。

本発明はこのような問題点に着目してなされたものであって、既に脆性材料基板がブレイクされている複合基板の全面を損傷なく破断できるようにすることを目的とする。

この課題を解決するために、本発明の弾性支持板は、一方の面に縦方向及び横方向に整列して形成された多数の機能領域を有する脆性材料基板上に樹脂がコーティングされ、前記機能領域を分断するように格子状に形成されたブレイクラインを有する複合基板の樹脂層を破断する際に、前記複合基板を支持する弾性支持板であって、前記複合基板より大きい形状の弾性部材から成る平板と、前記平板上に設けられ、前記複合基板よりも大きく、複合基板に相当する厚さを有する枠状部と、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明の破断装置は、一方の面に機能領域を有する脆性材料基板上に樹脂がコーティングされ、前記機能領域を分断するように前記脆性材料基板にブレイクラインが形成された複合基板の樹脂層を破断する破断装置であって、テーブルと、弾性部材から成る平板及び前記平板上に設けられ、前記複合基板よりも大きく、複合基板に相当する厚さを有する枠状部を有し、前記テーブル上に配置され、ブレイクラインが形成された面を上面として前記枠状部内に前記複合基板を保持する弾性支持板と、エキスパンドバーを有するエキスパンダと、前記テーブルをその面に沿って移動させる移動機構と、前記複合基板とエキスパンドバーとを平行に保ちつつ、前記弾性支持板上の複合基板の面に向けて前記エキスパンダを昇降させる昇降機構と、を具備するものである。

この課題を解決するために、本発明の分断方法は、一方の面に機能領域を有する脆性材料基板上に樹脂がコーティングされ、前記機能領域を分断するようにブレイクラインが形成された複合基板の樹脂層を破断する分断方法であって、前記弾性支持板上の枠状部内に前記複合基板を配置し、ブレイクされたラインに沿ってエキスパンドバーを押下することによって樹脂層を破断するものである。

ここで前記エキスパンドバーは下端の断面が円弧状に形成されたものとしてもよい。

このような特徴を有する本発明によれば、複合基板を弾性支持板上に配置し、複合基板の外周部に枠状部が位置するようにしている。そしてブレイクラインに筋状のエキスパンドバーの最下端ラインが対応するように位置合わせして破断している。そのため、機能領域の端部も内側のチップと同様の力が加わり、損傷することなく樹脂層をブレイクラインに沿って破断することができるという効果が得られる。

図１は従来の半導体ウエハのブレイク時の状態を示す断面図である。 図２は本発明の実施の形態の分断の対象となる基板の正面図及び側面図である。 図３は本実施の形態による樹脂層の破断装置の一例を示す斜視図である。 図４は本実施の形態による破断時に用いられるエキスパンダの一例を示す斜視図である。 図５は本発明の実施の形態の弾性支持板を示す斜視図である。 図６はこの実施の形態による複合基板の分断の過程を示す概略図である。 図７はこの実施の形態による樹脂層の破断過程を示す概略図である。 図８は弾性支持板４０に枠状部４２を有しない場合の異なった方向からの破断の過程を示す断面図である。 図９はこの実施の形態による樹脂層の破断過程を示す図７と異なった方向からの概略図である。

次に本発明の実施の形態について説明する。図２はこのような基板の一例として長方形状の半導体素子が形成された複合基板１０の正面図及び側面図を示している。この実施の形態においては分断の対象となる複合基板１０をセラミックス基板１１上に樹脂層、例えばシリコン樹脂１２がコーティングされた複合基板１０とする。ここで複合基板１０のセラミックス基板１１のみの分断は、基板に垂直にスクライブが浸透して一気に分断が進むので「ブレイク」と表現し、シリコン樹脂層１２の分断は、力を加えることによって樹脂層の亀裂が徐々に押し広げられて裂けていくので「破断」と表現している。又複合基板１０の全体の分断を「分断」として表現している。複合基板１０の製造工程でｘ軸，ｙ軸に平行なラインに沿って縦横に整列して格子状に多数の機能領域１３が形成されている。この機能領域１３は、例えばＬＥＤとする。各機能領域はレンズなど複合基板１０の面から突出する構造体１４を有している。そして各機能領域毎に分断して半導体チップとするために、一点鎖線で示すように縦方向に等間隔のラインをスクライブ予定ラインＳ_y1〜Ｓ_yn、横方向の等間隔のラインをスクライブ予定ラインＳ_x1〜Ｓ_xmとし、これらのスクライブ予定ラインで囲まれる正方形の中央に機能領域の部品が位置するようにする。

次にこの実施の形態の樹脂層の破断に用いられる破断装置２０について説明する。破断装置２０は、図３に示すようにｙ方向への移動及び回転することが可能なテーブル２１を有している。破断装置２０はテーブル２１の下方にテーブル２１をその面に沿ってｙ軸方向に移動させ、更にその面に沿って回転させる移動機構が設けられている。そしてテーブル２１の上に後述する弾性支持板４０を介して分断対象となる複合基板１０が載置される。テーブル２１の上部にはコ字状の水平固定部材２２が設けられ、その上部にはサーボモータ２３が保持されている。サーボモータ２３の回転軸にはボールネジ２４が直結され、ボールネジ２４の下端は、別の水平固定部材２５にて回転できるように支持されている。上移動部材２６は中央部にボールネジ２４に螺合する雌ネジ２７を備え、その両端部から下方に向けて支持軸２８ａ，２８ｂを備えている。支持軸２８ａ，２８ｂは水平固定部材２５の一対の貫通孔を貫通して下移動部材２９に連結されている。下移動部材２９の下面には後述するエキスパンダ３０がテーブル２１の面に平行に取付けられている。これにより、サーボモータ２３によりボールネジ２４を回転させた場合、上移動部材２６と下移動部材２９とが一体となって上下動し、エキスパンダ３０も同時に上下動することとなる。ここでサーボモータ２３と水平固定部材２２，２５、上下の移動部材２６，２９はエキスパンダ３０を昇降させる昇降機構を構成している。

次に樹脂層１２の破断の際に用いるエキスパンダ３０について説明する。エキスパンダ３０は例えば図４に斜視図を示すように、平面状のベース３１に平行な筋状のエキスパンドバー３２ａ〜３２ｎが多数並列に形成されているものとする。この各エキスパンドバーの全ての稜線は１つの平面を構成している。又エキスパンドバーの間隔は一定でスクライブ予定ラインの間隔の２以上の整数倍であればよく、本実施の形態では２倍とする。そして各エキスパンドバーの断面はブレイクラインに沿って押圧することのできる突出部を有する形状であれば特に限定されないが、後述するように湾曲した円弧状とすることが好ましい。尚図４ではエキスパンドバー３２ａ〜３２ｎを明示するためそれらが上面となるように示しているが、使用時にはエキスパンドバー３２ａ〜３２ｎが下方となるように下移動部材２９に取付けられる。

本実施の形態では、複合基板１０の樹脂層を破断する際に弾性支持板４０を用いる。弾性支持板４０は図５に斜視図を示すように長方形の平板のゴム製等の弾性を有する治具であって、複合基板１０より１回り大きい大きさであり、例えば厚さを数ｍｍ程度とする。この弾性支持板４０は複合基板１０の各機能領域を含む領域に対応する位置に、ｘ方向及びｙ方向のラインに沿って縦横に整列する多数の円形の保護穴４１を有している。これらの保護穴４１のピッチは破断の対象となる複合基板１０のスクライブ予定ラインＳ_x1〜Ｓ_xm，Ｓ_y1〜Ｓ_ynのピッチと正確に一致させておき、スクライブ予定ラインＳ_x1〜Ｓ_xm，Ｓ_y1〜Ｓ_ynで囲まれる各領域の中心に前述した各保護穴４１が位置するように形成する。この保護穴４１は破断時に複合基板１０のレンズ等の構造体１４に力が加わらないようにするためのものであり、ここでは構造体１４より大きい貫通孔とする。

又この弾性支持板４０は多数の保護穴が形成されている領域の外側に枠状部４２が形成されている。この枠状部４２の厚さは破断しようとする複合基板１０の厚さに等しいものとし、枠の内側に複合基板１０がそのまま入り込む大きさとする。

次に複合基板１０を分断する方法について説明する。図６は分断する過程を示す図であり、図６（ａ）は複合基板１０の一部分を示している。まず図６（ｂ）に示すように、セラミックス基板１１の面を上面として図示しないスクライブ装置によりスクライビングホイール５０を移動させ、スクライブ予定ラインに沿ってスクライブする。そして図２（ａ）に示すようにｘ方向のスクライブラインＳ_x1〜Ｓ_xm、ｙ方向のスクライブラインＳ_y1〜Ｓ_ynを形成する。

次にブレイク工程では、図６（ｃ）に示すように、まず複合基板１０を反転させる。そして図示しないブレイク装置を用いて既に形成されているスクライブラインの真上にブレイクバー５１が位置するようにし、ブレイクバー５１を押し下げることによってセラミックス基板１１のみをブレイクする。

これによってセラミックス基板１１のみがスクライブラインＳ_x1〜Ｓ_xm，Ｓ_y1〜Ｓ_ynに沿ってブレイクされた状態となる。図６（ｄ）はｘ方向及びｙ方向の各スクライブラインに沿ってブレイクされた複合基板１０の一部を示している。尚スクライブラインＳ_x1〜Ｓ_xm，Ｓ_y1〜Ｓ_ynは全てブレイクされているので、以下ではブレイクラインＢ_x1〜Ｂ_xm，Ｂ_y1〜Ｂ_ynという。

次に図７に示すようにセラミックス基板１１に形成されたブレイクラインをシリコン樹脂層にも浸透させて基板１０の分断を完了する方法について説明する。図７は樹脂層１２を破断する過程を示す図であり、図７（ａ）は複合基板の一部分を示している。まず、前述した破断装置２０のテーブル２１上に弾性支持板４０を配置し、更にその上面に複合基板１０を配置する。このとき弾性支持板４０の保護穴４１に複合基板１０の機能領域１３の構造体１４が完全に含まれるように位置決めして複合基板１０を配置する。そして図７（ａ）に示すようにシリコン樹脂層１２が弾性支持板４０に当接するように配置する。こそうすれば全ての構造体１４は保護穴４１に対応する位置となり、弾性支持板４０には直接接触しなくなる。

セラミックス基板１１のブレイクライン、例えばＳ_x1を上面とする。次いでこのエキスパンダ３０のいずれかのエキスパンドバー、例えば３２ａの最下部の稜線をブレイクラインに合わせるように位置決めする。

次にサーボモータ２３を駆動し、上移動部材２６と下移動部材２９とを同時に低下させてエキスパンダ３０のエキスパンドバーをテーブル２１に対して平行に保ちつつ徐々に降下させる。そして図７（ｂ）に示すようにエキスパンドバー３２ａをブレイクラインＢ_x1の真上からセラミックス基板１１を押圧する。こうすれば図７（ｃ）に示すようにセラミックス基板１１がエキスパンドバー３２ａに押されて変形し、沈み込んで弾性支持板４０が同様にＶ字状に変形する。このとき図７（ｂ）に示すようにエキスパンドバー３２ａを押し込んだときにわずかに複合基板１０が沈み込むこととなるが、その左右の機能領域１３に対応する部分には保護穴４１が設けられているため、機能領域１３の突出する構造体１４が弾性支持板４０には直接接触することなく、複合基板１０の樹脂層１２を破断することができる。このときエキスパンドバー３２ａの押し込みに応じてセラミックス基板の左右が均等に変形していくことで、亀裂をブレイクラインに沿って下方に浸透させることができる。ここでエキスパンドバーの下方の断面の形状は特に限定されないが、例えば、三角形状の場合には、頂点をブレイクラインに揃える位置決めを高精度に行なう必要性が相対的に高くなる。そこでセラミックス基板１１、シリコン樹脂１２をこのようにバランスよく変形させるために、各エキスパンドバーの下方の断面は円弧状としている。これにより、エキスパンドバーの稜線をブレイクラインに揃える位置決めの精度の許容範囲が相対的に広くなっている。そしてエキスパンドバーを十分降下させることによって、樹脂内の亀裂が進展して左右に押し開く力が加わり、破断が完了することとなる。破断が完了すると、サーボモータ２３を逆転させてエキスパンダ３０を上昇させる。

このときエキスパンダ３０は多数のエキスパンドバーが並列に形成されており、その間隔はスクライブラインの２倍であるため、１つおきに複数のブレイクラインに沿って同時にシリコン樹脂１２を破断することができる。

ここで図８，図９は異なった軸からの側面図であり、図８は枠状部がない場合、図９は枠状部４２を設けた場合を示している。枠状部がなければ図８（ａ）に示すようにエキスパンドバー３２ａを押下したときに弾性支持板４０が変形するが、その最外部で異なった力が加わり、破断の精度が悪くなる。一方本実施の形態では図９（ａ）に示すように複合基板１０の最外周のチップの外側に複合基板１０の厚さと同一の前述した弾性支持板の枠状部４２が形成されている。このため図９（ｂ）に示すように、エキスパンダ３２ａで押下したときに複合基板１０と同様に枠状部４２も押し込まれて、その下部の弾性支持板４０が変形する。従って最外周チップについても内側のチップと同様の力を受けることとなり、周辺部で破断の精度が悪化することはなくなる。

尚図９では複合基板１０の端部と枠状部４２との間に空隙を設けているが、枠状部４２は複合基板１０の端部と接触するようにして配置してもよい。

そしてテーブル２１をｙ軸方向にブレイクラインのピッチ分だけ移動させて、同様にしてエキスパンダ３０を降下させることによって他の隣接するブレイクラインについても樹脂層の破断を完了することができる。ここではエキスパンドバーの間隔がスクライブラインのピッチの２倍であるので、１回テーブル２１をシフトさせて破断することによって複合基板１０の全てのｘ軸方向の破断を完了することができる。又エキスパンドバーの間隔がスクライブラインのピッチの３倍の場合には、２回テーブル２１を移動させて破断することで全てのｘ軸方向の破断を完了することができる。

そしてテーブル２１を９０°回転させてｙ軸のブレイクラインについても同様にエキスパンダ３０を降下させ、樹脂層を破断する。そしてテーブル２１をｙ軸方向にブレイクラインのピッチ分だけ移動させて、同様にしてエキスパンダ３０を降下させる。こうすれば全面の破断が完了し、各ブレイクラインに沿って樹脂を引き裂いて正方形状の機能領域を分断してＬＥＤチップを多数形成することができる。

この実施の形態では、ベースとなっている基板としてセラミックス基板について説明しているが、本発明は半導体基板やガラス基板等の種々の脆性材料基板にも適用することができる。

又この実施の形態では、セラミックス基板に塗布する樹脂としてシリコン樹脂について説明しているが、その他の種々の材質の層、例えばガラス基板に対して積層するものとして偏光板等の層であってもよい。

尚、この実施の形態では弾性支持板４０の外周部に枠状部４２を形成しているが、枠状部のみを別の部材とし、これを弾性支持板上に配置して破断を行うようにしてもよい。この場合には破断される複合基板１０の厚さや形状に合わせて種々の枠状部を準備しておき、適宜選択して使用することができる。この場合に枠状部は弾性を有していてもよく、又複合基板と同一の固さを有する部材であってもよい。

又この実施の形態では複合基板１０は機能領域から突出する構造体を有するものとしているが、構造体は必ずしも必要ではなく、複合基板の表面から突出する構造体がないものであってもよい。この場合には弾性支持板の保護穴は不要となる。

本発明は保護すべき領域を有する脆性材料基板を破断する際に、保護すべき領域を損傷することなく破断することができるため、機能領域が形成された基板の破断装置に有効に適用することができる。

１０ 複合基板
１１ セラミックス基板
１２ シリコン樹脂
１３ 機能領域
１４ 構造体
２０ 破断装置
２１ テーブル
２２，２５ 水平固定部材
２３ サーボモータ
２４ ボールネジ
２６，２９ 移動部材
３０ エキスパンダ
３１ ベース
３２ａ〜３２ｎ エキスパンドバー
４０ 弾性支持板
４１ 保護穴
４２ 枠状部

Claims (5)

1. 一方の面に縦方向及び横方向に整列して形成された多数の機能領域を有する脆性材料基板上に樹脂がコーティングされ、前記機能領域を分断するように格子状に形成されたブレイクラインを有する複合基板の樹脂層を破断する際に、前記複合基板を支持する弾性支持板であって、
   前記複合基板より大きい形状の弾性部材から成る平板と、
   前記平板上に設けられ、前記複合基板よりも大きく、複合基板に相当する厚さを有する枠状部と、を具備する弾性支持板。
2. 一方の面に機能領域を有する脆性材料基板上に樹脂がコーティングされ、前記機能領域を分断するように前記脆性材料基板にブレイクラインが形成された複合基板の樹脂層を破断する破断装置であって、
   テーブルと、
   弾性部材から成る平板及び前記平板上に設けられ、前記複合基板よりも大きく、複合基板に相当する厚さを有する枠状部を有し、前記テーブル上に配置され、ブレイクラインが形成された面を上面として前記枠状部内に前記複合基板を保持する弾性支持板と、
   エキスパンドバーを有するエキスパンダと、
   前記テーブルをその面に沿って移動させる移動機構と、
   前記複合基板とエキスパンドバーとを平行に保ちつつ、前記弾性支持板上の複合基板の面に向けて前記エキスパンダを昇降させる昇降機構と、を具備する破断装置。
3. 前記エキスパンダのエキスパンドバーは、下端の断面が円弧状に形成されたものである請求項２記載の破断装置。
4. 一方の面に機能領域を有する脆性材料基板上に樹脂がコーティングされ、前記機能領域を分断するようにブレイクラインが形成された複合基板の樹脂層を破断する分断方法であって、
   請求項１記載の弾性支持板上の枠状部内に前記複合基板を配置し、
   ブレイクされたラインに沿ってエキスパンドバーを押下することによって樹脂層を破断する分断方法。
5. 前記エキスパンドバーは下端の断面が円弧状に形成されたものである請求項４記載の分断方法。