JP5534741B2 - 基板用保持フレームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェーハ等からなる基板を保持、保管、加工、搬送等する際に使用される基板用保持フレームの製造方法に関するものである。

従来の基板用保持フレームは、図示しないが、平面リング形に加工されたステンレス製の保持フレームを備え、この保持フレームの裏面に、中空部を覆うダイシング用の粘着テープからなる粘着保持層が貼着され、この粘着保持層の表面に、保持フレームの中空部に位置する半導体ウェーハが着脱自在に粘着保持されており、この半導体ウェーハにダイシング処理が施される。

ところで、従来の基板用保持フレームは、保持フレームがステンレス板の打ち抜きにより加工されているので、重くて取り扱いが不便であり、落下時には周囲に危険を及ぼすおそれがある。この点に鑑み、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）に剛性確保用のガラス繊維を充填混合した成形材料により樹脂製の保持フレームを射出成形する方法が提案されている（特許文献１、２、３参照）。

しかしながら、係る方法の場合には、保持フレームの軽量化や取り扱いの便宜等を図ることができるものの、保持フレームが厚くなり、しかも、保持フレームと粘着保持層のアクリル系接着剤との相性が悪いので、時間の経過に伴い、保持フレームから粘着保持層が剥がれて脱落してしまうという問題が新たに生じることとなる。

係る点に鑑み、ポリアミド系樹脂にガラス繊維を充填混合した成形材料により樹脂製の保持フレームを射出成形する方法が提案されている。この方法による場合には、保持フレームの軽量化や取り扱いの便宜等を図ることができる他、保持フレームと粘着保持層のアクリル系接着剤との相性が良好なので、時間の経過に伴い、保持フレームから粘着保持層が剥がれて脱落するのを防ぐことができる。

また、剛性を増すためのガラス繊維の分散性に優れるので、ガラス繊維の充填混合量を増やしてステンレス製の保持フレームの厚さに近い厚さの保持フレームを成形することができる。さらに、ステンレス製の保持フレームの厚さに近似した厚さの保持フレームを得ることができるので、既存の半導体製造装置の改造や調整を小規模に止めることが可能になる。

特開２００８‐２７３０８８号公報 特開２００８‐２７０５３０号公報 特開２００７‐３１４６５０号公報

しかし、ポリアミド系樹脂を含む成形材料により保持フレームを単に成形する場合、保持フレームに継続的な応力が作用すると、例え応力を解除しても、ポリアミド系樹脂の特性により保持フレームに残留歪みが生じて変形し、保持フレームをリユースすることができないという問題がある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、継続的な応力の作用に伴い、ポリアミド系樹脂製の保持フレームに残留歪みが生じて変形するのを抑制し、保持フレームをリユース等することのできる基板用保持フレームの製造方法を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、中空の保持フレーム内に基板を収容する基板用保持フレームの製造方法であって、
保持フレームを、ポリアミド系樹脂を含む成形材料により成形し、この成形した保持フレームの一方向から電子線を照射した後、被照射面を変更して電子線を照射し、電子線の照射量を、保持フレームに対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり１０〜５０ｋＧｙとすることにより、保持フレームの反りを０．３ｍｍ以下とすることを特徴としている。

なお、成形した保持フレームを包装箱に起立させた状態で複数収納し、この包装箱の上方向から複数の保持フレームに電子線を照射するとともに、電子線照射の度に包装箱を上下方向に９０°回転させ、この包装箱の上方向から複数の保持フレームに電子線を再度照射することができる。

ここで、特許請求の範囲における保持フレームは、平面リング形が主ではあるが、粘着保持層の脱落等の問題が生じないのであれば、中空の矩形や多角形等でも良い。この保持フレームは、基板の大きさに応じ、全体の大きさを拡大したり、縮小することができる。保持フレームに電子線を照射する場合には、保持フレームに電子線を直接照射しても良いし、保持フレームを包装した状態で電子線を照射しても良い。

保持フレームは、包装箱に収納される際、包装箱に直接収納されても良いし、内ケース等に収納された状態で包装箱に収納されても良い。さらに、基板には、少なくとも各種大きさの半導体ウェーハ（例えば、φ２００、３００、４５０、６００ｍｍ等のシリコンウェーハ）、ガラス基板、液晶基板等が含まれる。

本発明によれば、保持フレームに電子線を照射してポリアミド系樹脂の特性を改善するので、例えポリアミド系樹脂製の保持フレームに継続的な応力が作用したとしても、保持フレームに残留歪みが生じて永久変形するのを抑制することができる。

本発明によれば、継続的な応力の作用に伴い、ポリアミド系樹脂製の保持フレームに残留歪みが生じて変形するのを抑制し、保持フレームをリユース等することができるという効果がある。また、保持フレーム内に基板を粘着保持層を介して収容する場合、保持フレームと粘着保持層のアクリル系接着剤との相性が良好なので、時間の経過に伴い、保持フレームの裏面から粘着保持層が剥離して脱落するのを防止することができる。また、電子線の照射量を、保持フレームに対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり、１０〜５０ｋＧｙの範囲とするので、経時応力に対して残留歪みが生じたり、ポリアミド系樹脂の劣化を招くおそれが少ない。

なお、成形した保持フレームを包装箱に起立させた状態で複数収納し、この包装箱の上方向から複数の保持フレームに電子線を照射すれば、複数の保持フレームに電子線をまとめて照射したり、保持フレームや包装箱を減菌したり、あるいは保持フレームの出荷作業の迅速化等を図ることができる。
また、電子線照射の度に包装箱を上下方向に９０°回転させ、この包装箱の上方向から複数の保持フレームに電子線を再度照射すれば、保持フレームに電子線の未照射領域が発生するのを減少させることができる。

本発明に係る基板用保持フレームの製造方法の実施形態における基板用保持フレームの使用状態を模式的に示す斜視説明図である。 本発明に係る基板用保持フレームの製造方法の実施形態における基板用保持フレームを模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る基板用保持フレームの製造方法の実施形態における保持フレームに対する電子線の照射状態を模式的に示す断面説明図である。 本発明に係る基板用保持フレームの製造方法の実施形態における内ケースに保持フレームを収納した状態を模式的に示す斜視説明図である。 本発明に係る基板用保持フレームの製造方法の実施形態における段ボール箱の上方向から電子線を照射する状態を模式的に示す斜視説明図である。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明すると、本実施形態における基板用保持フレームの製造方法は、図１ないし図５に示すように、中空の保持フレーム１内に半導体ウェーハＷを可撓性の粘着保持層１０を介して収容する基板用保持フレームの製法であり、保持フレーム１を、少なくともポリアミド系樹脂を含む成形材料により成形し、その後、樹脂製の保持フレーム１に電子線を満遍なく照射して機械的強度を高めるようにしている。

保持フレーム１は、図１や図２に示すように、半導体ウェーハＷの大きさに応じ、少なくともポリアミド系樹脂を含む成形材料により平面リング形の平板に射出成形され、内周面２が所定の角度で傾斜形成されており、中空部３に半導体ウェーハＷを隙間を介して収容する。成形材料は、例えばポリアミド樹脂やナイロン等からなるポリアミド系樹脂に剛性向上用のフィラー等が充填混合されることにより調製される。

半導体ウェーハＷは、例えば６、８、１２インチの薄く丸いシリコンウェーハからなり、表面に回路パターンや半導体デバイスが形成されるとともに、裏面がバックグラインドされており、保持フレーム１に収容され、かつ冷却洗浄水の供給された状態でダイシングブレードによりダイシング処理される。

粘着保持層１０は、例えばポリオレフィンや塩化ビニール樹脂からなる基材層の表面にアクリル系の接着剤からなる接着層が積層されることにより薄膜に一体形成され、保持フレーム１の裏面に着脱自在に粘着されて中空部３を被覆し、半導体ウェーハＷを着脱自在に粘着保持する。

さて、保持フレーム１は、上記成形材料により射出成形された後、図３ないし図５に示すように、矩形の内ケース２０に複数収納されるとともに、この内ケース２０が出荷用の包装箱である段ボール箱２１に起立した状態で複数並べて収納され、この収納された状態で矢印で示す電子線が外側の図示しない電子線照射装置から照射される。

内ケース２０や段ボール箱２１を透過する電子線の照射量は、図３に示すように、保持フレーム１に対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり、１０〜５０ｋＧｙの範囲とされる。電子線の照射量が１０〜５０ｋＧｙ以下なのは、１０ｋＧｙ未満の場合には、経時応力に対して残留歪みが生じ、逆に５０ｋＧｙを超える場合には、ポリアミド系樹脂の劣化を招くからである。

電子線の照射量を測定する場合には図３に示すように、保持フレーム１の内外周面に電子線用の線量計２１をそれぞれ貼着して測定すれば良い。この線量計２１としては、特に限定されるものではないが、例えばＣＴＡ線量計（富士フィルム製）があげられる。また、電子線照射装置には、スキャンタイプ、エリアビームタイプ、自己シールドタイプ等があるが、特に限定されるものではない。

上記において、基板用保持フレームを製造する場合には、先ず、保持フレーム１用の金型を型締めして射出成形機にポリアミド系樹脂を含む成形材料を投入し、この成形材料を溶融して金型内に射出することにより保持フレーム１を成形し、保圧する。こうして成形材料を射出したら、金型から保持フレーム１を脱型することにより、成形した保持フレーム１を取り出す。

次いで、成形した保持フレーム１を内ケース２０に重ねて複数（例えば、２０〜２５枚）収納し（図４参照）、この内ケース２０を段ボール箱２１に起立した状態で複数整列収納し、この段ボール箱２１をパレット３０に載せるとともに、このパレット３０をコンベヤで搬送しながら（図５参照）その上方向から電子線を電子線照射装置により照射することで、複数の保持フレーム１の一部に電子線を照射する。

各保持フレーム１の一部に電子線を照射したら、パレット３０上で段ボール箱２１を上下方向に９０°回転させ、この未照射面を上方に向けた段ボール箱２１をコンベヤで搬送しながらその上方向から複数の保持フレーム１に電子線を再度照射することにより、保持フレーム１の未照射領域の一部に電子線を照射する。

電子線の照射後、パレット３０上で段ボール箱２１を上下方向に再び９０°回転させ、この照射面を上方に向けた段ボール箱２１をコンベヤで搬送しながら上方向から複数の保持フレーム１に電子線を再度照射し、以下、このような作業を繰り返して複数回（合計４回）電子線を照射すれば、保持フレーム１の全域に電子線を照射することができる。

このように保持フレーム１に電子線を単に一方向から照射するのではなく、保持フレーム１を所定の角度で回転させながら電子線を複数回照射するので、保持フレーム１に電子線の未照射領域が発生することがなく、しかも、保持フレーム１の表裏面で電子線の照射量が大きく異なることもないので、保持フレーム１の性質に著しく相違が生じるのを有効に抑制防止することができる。

出荷先の製造工場に到着した保持フレーム１は、段ボール箱２１や内ケース２０から順次取り出された後、半導体ウェーハＷを粘着保持した粘着保持層１０が粘着され、半導体ウェーハＷにダイシング処理が施される。

上記構成によれば、保持フレーム１に内ケース２０や段ボール箱２１を透過する電子線を照射してポリアミド系樹脂の架橋密度を調整し、ポリアミド系樹脂の特性を改善して形状回復能力を向上させるので、例えポリアミド系樹脂からなる保持フレーム１を使用して継続的な応力が作用したとしても、保持フレーム１に残留歪みが生じて永久変形するのを抑制することができる。したがって、保持フレーム１を確実にリユースすることができる。

また、保持フレーム１の軽量化や取り扱いの便宜を図ることができる他、保持フレーム１と粘着保持層１０のアクリル系接着剤との相性が良好なので、時間の経過に伴い、保持フレーム１の裏面から粘着保持層１０が剥離して脱落するのを防止することができる。さらに、電子線は常温・短時間で扱うことができるので、専用設備の省略や削減が大いに期待できる。

なお、上記実施形態では保持フレーム１を平面リング形に成形したが、何らこれに限定されるものではなく、例えば保持フレーム１の外周面に位置合わせ用の切り欠きや直線部等を形成しても良い。また、成形した保持フレーム１を内ケース２０に収納し、この内ケース２０を段ボール箱２１に寝かせた状態で複数収納しても良い。さらに、特に支障を来たさなければ、段ボール箱２１の下方向や左右方向等から電子線を照射しても良い。

次に、本発明の実施例を比較例と共に説明する。
〔実施例１〕
先ず、６インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを製造するため、専用の金型を型締めして射出成形機にナイロン（三菱エンジニアリング株式会社製：商品名レニー）を含む成形材料を投入し、この成形材料を溶融して金型内に射出することにより保持フレームを成形し、保圧した。成形材料は、ナイロンとガラス繊維とを混合して調製した。成形材料を射出したら、金型を脱型することにより、６インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを取り出した。この６インチの半導体ウェーハ用の保持フレームは、内径１９４ｍｍ、外径２２８ｍｍ、厚さ１．５ｍｍの大きさであるのを確認した。

次いで、取り出した保持フレームの内外周面に線量計をそれぞれ取り付け、この保持フレームに１０ＭｅＶによる電子線を電子線照射装置により合計４回照射した。電子線の照射に際しては、電子線照射の度に起立した保持フレームを９０°回転させ、被照射面を変更して４回照射した。このような条件で電子線を照射したところ、電子線の照射量は、保持フレームに対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり、２４．２〜３５．１ｋＧｙの範囲であった。

次いで、保持フレームの反りが０．３ｍｍ以下であるのを確認し、この保持フレームの裏面に粘着保持層を粘着し、保持フレーム用カセットに保持フレームを収納してその中心部に質量０．２Ｎの錘体を載せ、保持フレームを撓ませた。錘体は、幅が２７．５ｍｍ、長さ２１７ｍｍの大きさとした。保持フレームに錘体を載せて撓ませたら、この状態で２週間放置し、２週間経過後に錘体を外し、その後、保持フレームを保持フレーム用カセットから作業テーブル上に移し替えて保持フレームの反りを測定し、表１にまとめた。

〔実施例２〕
先ず、８インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを製造するため、専用の金型を型締めして射出成形機にナイロン（三菱エンジニアリング株式会社製：商品名レニー）を含む成形材料を投入し、実施例１と同様、８インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを成形して取り出した。この半導体ウェーハ用の保持フレームは、内径２５０ｍｍ、外径２９６ｍｍ、厚さ２ｍｍの大きさであるのを確認した。

次いで、取り出した保持フレームの内外周面に線量計をそれぞれ取り付け、この保持フレームに１０ＭｅＶによる電子線を電子線照射装置により合計４回照射した。電子線の照射に際しては、電子線照射の度に起立した保持フレームを９０°回転させ、被照射面を変更して４回照射した。このような条件で電子線を照射したところ、電子線の照射量は、保持フレームに対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり、２３．３〜５０ｋＧｙの範囲であった。

次いで、保持フレームの反りが０．３ｍｍ以下であるのを確認し、この保持フレームの裏面に粘着保持層を粘着し、以下、実施例１と同様にして保持フレームの反りを測定し、表１にまとめた。

〔比較例１〕
実施例１と同様にして６インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを製造したが、電子線の照射は省略した。電子線を照射することなく、保持フレームを製造したら、実施例１と同様にしてその反りを測定し、表１にまとめた。

〔比較例２〕
実施例１と同様にして８インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを製造したが、電子線の照射は省略した。電子線を照射せずに保持フレームを製造したら、実施例１と同様にしてその反りを測定し、表１に記載した。

〔比較例３〕
実施例１と同様にして６インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを製造したが、電子線の照射量は、保持フレームに対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり、１．４〜５．２ｋＧｙの範囲とした。保持フレームを製造したら、実施例１と同様にしてその反りを測定し、表１に記載した。

〔比較例４〕
実施例１と同様にして８インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを製造したが、電子線の照射量は、保持フレームに対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり、２．３〜７．８ｋＧｙの範囲とした。保持フレームを製造したら、実施例１と同様にしてその反りを測定し、表１に記載した。

〔比較例５〕
実施例１と同様にして６インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを製造したが、電子線の照射量は、保持フレームに対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり、６２．１〜８６．９ｋＧｙの範囲とした。保持フレームを製造したら、実施例１と同様にしてその反りを測定し、表１に記載した。

〔比較例６〕
実施例１と同様にして８インチの半導体ウェーハ用の保持フレームを製造したが、電子線の照射量は、保持フレームに対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり、５１．４〜９３．８ｋＧｙの範囲とした。保持フレームを製造したら、実施例１と同様にしてその反りを測定し、表１にまとめた。

表１から明らかなように、実施例１、２の保持フレームは、比較例１、２、３、４、５、６と異なり、反りの少ない良好な結果を得た。これにより、保持フレームを確実にリユースできるのが判明した。

１ 保持フレーム
２ 内周面
３ 中空部
１０ 粘着保持層
２０ 内ケース
２１ 段ボール箱（包装箱）
Ｗ 半導体ウェーハ（基板）

Claims (2)

1. 中空の保持フレーム内に基板を収容する基板用保持フレームの製造方法であって、保持フレームを、ポリアミド系樹脂を含む成形材料により成形し、この成形した保持フレームの一方向から電子線を照射した後、被照射面を変更して電子線を照射し、電子線の照射量を、保持フレームに対する電子線の照射深さ１０ｍｍ当たり１０〜５０ｋＧｙとすることにより、保持フレームの反りを０．３ｍｍ以下とすることを特徴とする基板用保持フレームの製造方法。
2. 成形した保持フレームを包装箱に起立させた状態で複数収納し、この包装箱の上方向から複数の保持フレームに電子線を照射するとともに、電子線照射の度に包装箱を上下方向に９０°回転させ、この包装箱の上方向から複数の保持フレームに電子線を再度照射する請求項１記載の基板用保持フレームの製造方法。

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