JP2004230750A - Mold cleaning method and device - Google Patents

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JP2004230750A
JP2004230750A JP2003022970A JP2003022970A JP2004230750A JP 2004230750 A JP2004230750 A JP 2004230750A JP 2003022970 A JP2003022970 A JP 2003022970A JP 2003022970 A JP2003022970 A JP 2003022970A JP 2004230750 A JP2004230750 A JP 2004230750A
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residue
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Naoki Wakabayashi
直木 若林
Junichi Uehara
淳一 上原
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SAINEKKUSU KK
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Scinex Corp
Original Assignee
SAINEKKUSU KK
Sumitomo Heavy Industries Ltd
Scinex Corp
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To efficiently remove a residue adhering to a mold without damaging the mold. <P>SOLUTION: The mold 13 with the residue 14 adhering thereon is prepared. By making pulse laser beam, which has a property to penetrate the residue and reflect at an interface between the residue and the mold and consequently separate the residue at the reflected position from the mold, incident from the surface of the residue onto the mold, some part of the residue at the incident position is separated from the mold. <P>COPYRIGHT: (C)2004,JPO&NCIPI

Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、半導体チップを樹脂材料で封止成形するための半導体製造封止金型のクリーニングに適した金型クリーニング方法及び装置に関する。
【0002】
【従来の技術】
半導体製造封止金型によるLSIの封止処理では、金型に、たとえば、エポキシ樹脂を充填し、硬化させて処理を行う。そのたびに、金型表面には、徐々にエポキシ樹脂が、残渣として付着していく。付着する残渣の厚みが増すと、封止されたLSI製品外面に残渣の模様が転写されてしまうため、封止されたLSI製品は、性能に問題がなくとも、不良と判断されることがある。また、残渣が厚くなることで、封止後の製品が金型から剥がれにくくなる。このため、半導体製造封止用の金型は、定期的にクリーニングを行う必要がある。
【0003】
エポキシ樹脂の代わりに、メラニン樹脂で複数回、封止と同一の工程を行うことにより、徐々にメラニン樹脂にエポキシ樹脂を吸着させる金型クリーニング方法が知られている。このクリーニング方法においては、封止金型を分解し、エポキシ樹脂の残渣皮膜を剥ぎ取り、その後、金型を再び組み立てる場合もある。しかし、金型への残渣皮膜の密着性が高いため、このクリーニング方法は、手間を要する。通常、1回当たり約5時間以内のクリーニング時間で、週に1回ほど行われることが多い。近年、半導体封止処理に用いる添加剤の特殊化に伴い、数日に1回くらいまでクリーニング回数が増える傾向にある。
【0004】
半導体製造封止用の金型のクリーニングにレーザビームを用いる方法も提案されている。
【0005】
たとえば、インパルスレーザビームを金型に照射し、付着物を超音波振動により破壊して剥離する方法がある。(たとえば、特許文献1参照。)
また、金型の汚れの酷い箇所にレーザビームを照射し、ビームのエネルギにより、金型に付着した樹脂を燃焼させて炭化させたり、剥離させたりし、その後、金型に模擬フレームを固定して、適宜合成樹脂を金型内に注入するダミーショットを複数回繰り返し、炭化したものや剥離の不完全なものを、ダミーショットの合成樹脂とともに取り除く方法もある。(たとえば特許文献2参照。)
更に、金型に付着した残渣にレーザビームを照射し、ビームの断続的な熱衝撃波及び微小共鳴作用によって、金型面に付着蓄積した金型汚染物を効率よく分解して、剥離させる方法が考案されている。(たとえば特許文献3参照。)
また、最近、従来のアブレーション加工とは異なるレーザ加工方法が、本願発明者らによって、発明され、公開された。たとえば金属層上に積層された樹脂被覆層に、パルスレーザビーム、たとえばNd:YLFレーザの基本波(波長1047nm)を1ショット入射させる。樹脂被覆層は、Nd:YLFレーザの基本波に対して、ほぼ透明な樹脂材料で形成され、金属層は、Nd:YLFレーザの基本波の大部分を反射する金属材料で形成される。レーザビームの多くは、樹脂被覆層を透過し、樹脂被覆層と金属層との界面で反射する。樹脂被覆層のうち、レーザビームの入射した部分が、金属層から剥離して、樹脂被覆層に穴が開く。
【0006】
このレーザ加工方法により1ショットのパルスレーザビームで樹脂被覆層に形成される穴は、従来のアブレーション加工と比較して、金属層にほとんど損傷を与えることなく、樹脂被覆層に穴を開けることができる。(たとえば、特許文献4参照。)
特許文献4に記載されたレーザ加工方法において、樹脂被覆層の金属層からの剥離は、レーザビームが樹脂被覆層と金属層との界面で樹脂の熱分解を起こし、その圧力により樹脂被覆層の剥離を誘起した結果、形成されたものと考えられる。樹脂被覆層と金属層との界面が高圧力状態になり、この圧力によって上層の樹脂被覆層の一部が剥離する現象を「リフティング現象」と呼ぶこととする。また、「リフティング現象」を利用した加工を、「リフティング加工」と呼ぶこととする。
【0007】
【特許文献1】
登録実用新案3017755号公報
【0008】
【特許文献2】
特開平1−122417号公報
【0009】
【特許文献3】
特開2000−68306号公報
【0010】
【特許文献4】
特開2002−044970号公報
【0011】
【発明が解決しようとする課題】
本発明の目的は、リフティング現象を利用して、半導体製造封止用の金型に付着した樹脂の残渣を、高速、簡便に、また、金型にほとんど損傷を与えないで、除去するのに適した金型クリーニング方法及び金型クリーニング装置を提供することである。
【0012】
【課題を解決するための手段】
本発明の一観点によれば、残渣の付着した金型を準備する工程と、前記残渣を透過し、前記残渣と前記金型との界面で反射し、反射位置の前記残渣を前記金型から剥離させる性質を有するパルスレーザビームを、該パルスレーザビームの入射位置が、前記金型上を移動するように走査しながら、前記残渣の表面から前記金型に入射させて、入射位置の前記残渣の一部を前記金型から剥離させる工程とを有する金型クリーニング方法が提供される。
【0013】
レーザビームの照射により、照射位置の金型に付着している残渣が、リフティング現象によって、金型から剥離する。この金型クリーニング方法によると、金型にほとんど損傷を与えることなく、効率的に残渣を金型から剥離することができる。
【0014】
また、本発明の他の観点によれば、パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームを走査するビーム走査手段と、前記パルスレーザビームの入射位置が金型上を移動するように、前記ビーム走査手段を制御する第1の制御手段とを有する金型クリーニング装置が提供される。
【0015】
更に、本発明の他の観点によれば、パルス幅が10ns以上30ns以下であるパルスレーザビームを出射することのできるレーザ光源と、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームを金型上に入射させることのできる光学系であって、該光学系から出射するパルスレーザビームの出射方向を人手で変化させることのできる光学系と、前記レーザ光源と前記光学系とを光学的に接続するビーム伝送手段であって、前記光学系から出射するパルスレーザビームの出射方向が変化しても、前記レーザ光源と前記光学系との光学的な結合を確保することのできるビーム伝送手段とを有する金型クリーニング装置が提供される。
【0016】
これらの金型クリーニング装置を用いると、金型にレーザビームを照射し、リフティング現象を利用して、金型に付着した残渣を剥離させることができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
図1は、本発明の第1の実施例による金型クリーニング方法に使用する金型クリーニング装置の概略図である。レーザ光源1、たとえばパルス発振するNd:YLFレーザ発振器から、Nd:YLFレーザの基本波(波長1047nm)が出射する。レーザビームは、光ファイバ2を伝って、筐体9に伝送される。筐体9には、ビーム整形光学系3、貫通孔4aを有するマスク4、集光レンズ5、レンズ移動機構6、ミラー7及びミラー回転機構8が組み込まれ、側面にウィンドウ10が設けられている。
【0018】
光ファイバ2により筐体9に伝送されたレーザビームは、ビーム整形光学系3に入射する。ビーム整形光学系3は、レンズを含む複数の光学部品で構成され、レーザビームを適切なビームサイズに修正し、平行光として出射する。
【0019】
ビーム整形光学系3を出射したレーザビームは、たとえば四角形または六角形の貫通孔4aを有するマスク4で、断面形状を四角形または六角形に整形される。
【0020】
マスク4を出射したレーザビームは、集光レンズ5に入射する。集光レンズ5は、マスク4の貫通孔4aをビーム照射面上に結像させる。集光レンズ5は、レンズ移動機構6に保持されている。レンズ移動機構6は、集光レンズ5をレーザビームの光軸方向に移動させることができる。集光レンズ5を出射したレーザビームは、ミラー7で反射され、たとえば平板な石英ガラスで形成されたウィンドウ10を通過して、半導体製造封止用の金型13に入射する。
【0021】
金型13は、上下2つの型から構成される。図示したのは、金型13の下型である。金型13の主面に、複数の凹部が形成されている。ミラー回転機構8は、ミラー7を回転し、金型13に入射するレーザビームの入射位置を変えることができる。ミラー回転機構8は、筐体9のウィンドウ10から出射するレーザビームの出射方向を、ウィンドウ10と垂直にすることができる。また、レーザビームの出射方向を、筐体9の長さ方向(図1における左右方向)及び幅方向(図1における紙面の表裏方向)のそれぞれに沿って、ウィンドウ10に垂直な方向から両側に、少なくとも各40°以上変えることができる。また、筐体駆動系11は、筐体9を、所望の速度で、金型13の略面内方向(2次元方向)に移動させ、レーザビームの入射位置を変えることができる。制御装置12は、レンズ移動機構6による集光レンズ5の移動、ミラー回転機構8によるミラー7の回転、及び筐体駆動系11による筐体9の移動を制御する。金型13の表面には、たとえば熱硬化エポキシまたはシリコン樹脂の残渣14が、たとえば皮膜状に付着している。レーザビームは、金型13表面の、残渣14が付着している部分に入射する。
【0022】
残渣14上に結ばれる、四角形または六角形状の貫通孔4aの像の面積は、たとえば5mmである。残渣14に、レーザビーム、たとえばNd:YLFレーザの基本波が入射すると、残渣14は、Nd:YLFレーザの基本波の多くを透過し、金型13は、これを大部分反射する。リフティング現象によって、レーザビームが入射した位置の残渣14が、金型13から剥離、分離し、残渣14に除去部分14aが形成される。除去部分14aは、レーザビームの結像面積とほぼ同じ面積の残渣14が、金型13から除去された結果、形成されたものである。
【0023】
金型13上をビーム入射位置が移動するように、パルスレーザビームを走査すると、金型13上の異なる位置に、次々と除去部分14aが形成される。ビームの入射位置の調整は、筐体駆動系11による筐体9の移動、及びミラー回転機構8によるミラー7の回転で行う。
【0024】
レーザビームの照射位置が変わると、集光レンズ5から金型13のビーム照射位置に至るレーザビームの光路長も変化し、貫通孔4aがビーム照射面に結像しなくなる。レンズ移動機構6は、集光レンズ5からビーム照射位置までの光路長が一定となるように、集光レンズ5をレーザビームの光軸方向に移動し、貫通孔4aがビームの入射位置に常に結像するようにする。
【0025】
金型13の型面の凹部の側面には、金型13の面内方向と垂直な方向に対して、たとえば6〜15°ほどのテーパがついている。このテーパ部分の残渣14を除去する際には、ミラー回転機構8によりミラー7を回転させ、金型13の他の部分に入射するレーザビームの入射角に対して、入射角の変動がなるべく小さくなるように、テーパ部分にレーザビームを入射させる。これは、金型13に入射するレーザビームの入射角が大きいほどビーム照射面におけるビームスポットが大きくなり、その結果、入射するビームのフルエンスが小さくなって、残渣14の剥離及び分離が十分に行われない可能性があるためである。また、金型13にレーザビームを走査し、ビームの入射位置を変化させるに当たっては、レンズ5をレンズ移動機構6によって移動させながら、筐体駆動系11によって筐体9を移動させ、また、ミラー回転機構8によりミラー7を回転させる。
【0026】
筐体駆動系11による筐体9の移動、ミラー回転機構8によるミラー7の回転、レンズ移動機構6による集光レンズ5の移動は、すべて制御装置12で制御される。制御装置12には、あらかじめ金型13の構造が入力されており、ビームを入射させる位置にしたがって、貫通孔4aが金型13上に結像するように、それらを制御する。
【0027】
レーザビームを照射し、リフティング現象を用いて、残渣14を金型13から分離、除去する際、金型13に与える損傷は、ほとんどない。したがって、レーザビームの重ね撃ち(同一位置に複数ショットのパルスレーザビームを入射させること。)が可能である。残渣14が1ショットでは分離できなかった場合も、重ね撃ちを行うことで、分離、除去することができる。また、レーザビームを走査しながら、重ね撃ちを行うことで、残渣14を全て、高速で簡便に、除去することができる。
【0028】
また、四角形または六角形の貫通孔4aを有するマスク4を用いて、金型13に入射するレーザビームのビームスポット(貫通孔4aの像)を四角形または六角形に形成するのは、金型13は角型で大きな面積を有するものが多いため、レーザビームの重ね撃ちを行い、大面積にわたる残渣14を、完全に、効率的に除去するのに適しているからである。
【0029】
更に、筐体9には、1つの面と、それに向かい合う面とに、ウィンドウ10が、1つずつ設けられている。それらが、それぞれ、金型13の上型及び下型の凹部に対向するように、金型クリーニング装置が設置される。これは、図1に示す金型クリーニング装置を、金型13の上型と下型との間に挿入し、上下の型ともに、効率的にクリーニングするためである。
【0030】
なお、金型13表面におけるレーザビームのビームスポット内の強度分布が均一に近いほど良好に残渣14を除去することができるため、ビーム照射面におけるビームの強度を均一に近づけるホモジナイザを、ビーム整形光学系3に加入することもできる。
【0031】
また、レーザ光源1から筐体9までビームを伝送するのに光ファイバ2を用いるのは、筐体駆動系11によって2次元方向に変位する筐体9に、ビームを導入するのに適しているからである。光ファイバ2は、筐体9が移動しても、レーザ光源1と筐体9との光学的な結合を確保することができる。
【0032】
更に、レーザ光源1と光ファイバ2とを別々に設けるかわりに、双方の機能をもつファイバレーザを使用することもできる。
【0033】
なお、マスク4を通過した後のレーザビームの干渉が無視できる場合には、図1に示した金型クリーニング装置から、集光レンズ5及びレンズ移動機構6を除いても、良好な残渣除去加工ができる。
【0034】
図2(A)は、第2の実施例による金型クリーニング装置の概略図である。図1に示す金型クリーニング装置から、集光レンズ5、レンズ移動機構6、ミラー7及びミラー回転機構8を除き、新たに筐体揺動系15を加入したものである。筐体揺動系15は、レーザビームの出射方向を2次元方向に振るように、筐体9を揺動する。なお、図2(A)に示す金型クリーニング装置には、ウィンドウ10は、筐体揺動系15と向かい合う、筐体9の一面に、1つだけ設けられている。そのウィンドウ10が残渣14を除去しようとする金型13の凹部に対向するように、金型クリーニング装置が設置される。また、制御装置12は、筐体駆動系11による筐体9の2次元方向への変位、及び筐体揺動系15による筐体9の揺動を制御する。図2(A)に示す金型クリーニング装置は、集光レンズ5及びレンズ変位機構6を含んでいないため、マスク4を通過した後のレーザビームの干渉が無視できる場合に使用することが望ましい。
【0035】
なお、マスク4とウィンドウ10との間に、金型13上に貫通孔4aを結像させる集光レンズ5、及び集光レンズ5をレーザビームの光軸方向に変位させるレンズ変位機構6を加入してもよい。この場合、制御装置12は、上記の制御に加えて、レーザビームの入射位置が変化しても、常に、金型13上に貫通孔4aが結像するようにレンズ変位機構6による集光レンズ5の変位を制御する。
【0036】
図2(B)は、筐体揺動系15により筐体9が揺動された、図2(A)に示す金型クリーニング装置の概略図である。筐体9が揺動することにより、ビームの出射方向を変え、金型13の主面に対するビームの入射角を変化させることができる。たとえば半導体製造封止用の金型13の凹部の側面のテーパ部分に向けてレーザビームを出射する際、筐体9を揺動させ、ビームの出射方向を変えて、金型13上をビーム入射位置が移動するように、パルスレーザビームを走査する。金型13の他の部分に入射するレーザビームの入射角に対して、入射角の変動がなるべく小さくなるように、テーパ部分にレーザビームを入射させる。
【0037】
なお、マスク4とウィンドウ10との間に、更に、ミラー7及びミラー回転機構8を加入してもよい。この場合、筐体9を揺動させずに、ビームの出射方向を変えて金型13上を走査することができる。
【0038】
次に、照射するパルスレーザビームの好適な条件について説明する。半導体製造封止用の金型は、主にクロムなどの金属で表面にメッキが施されている。メッキの厚さは、たとえば約2μmである。
【0039】
図3は、クロムで形成された金属層に照射されたパルスレーザビーム(Nd:YLFレーザの基本波)のパルス終了直後における、金属層表面からの深さと温度上昇との関係を示すグラフ(シミュレーション結果)である。横軸は、金属層の表面からの深さを単位「m」で表し、縦軸は、温度上昇を単位「K」で表す。図中の曲線a、b、c、d、及びeは、それぞれパルス幅が1ns、10ns、20ns、50ns、及び100nsのパルスレーザビームを入射したときの温度上昇を示す。クロムのビーム反射率を80%として計算した。なお、金属層表面における温度が、クロムの融点1900℃よりも低い温度である1800℃となるように、照射するレーザビームのフルエンスを調節した。パルス幅が1ns、10ns、20ns、50ns、及び100nsのときの金属層表面におけるレーザビームのフルエンスは、それぞれ0.27J/cm、0.85J/cm、1.2J/cm、1.9J/cm、及び2.7J/cmであった。
【0040】
パルス幅が長くなるにつれ、金属層表面を1800℃まで昇温させるのに必要なフルエンスは増加するのがわかる。短いパルス幅のレーザビームを照射した方が、金属層内部まで熱が拡散する時間が短くなるため、低いフルエンスで昇温できる。
【0041】
しかし、残渣の付着した、クロムメッキされた金型13にレーザビームを照射して、残渣を除去する場合、短いパルス幅、低いフルエンスのビームを用いると、金型に十分な熱を与えるのは難しいと考えられる上、レーザビームを狭い領域に集光するため、金型13表面をアブレーションしてしまい、金型13に損傷を与える可能性もある。このため、10ns以上のパルス幅のレーザビームを照射するのが好ましいと考えられる。
【0042】
また、金型13のメッキはクロム以外の金属でなされていることもあり、パルス幅が長すぎると、金属皮膜(メッキ)が十分に加熱される前に、金型13内部に熱が拡散し、金属皮膜(メッキ)と金型13母材との界面が加熱され、熱膨張差によって両者が剥離する可能性もある。図3より、パルス幅100nsでは、深さ10μmの位置において、数十℃以上加熱されることがわかる。また、パルス幅が長くなるに従い、内部まで、より高温になる。金属皮膜(メッキ)は、一般に、10μm以下であるため、100nsより長いパルス幅では、剥離を誘起する可能性が高くなる。したがって、照射するレーザビームのパルス幅は、100ns以下であることが好ましい。
【0043】
図4は、厚さ約2μmのクロムメッキが施された金型13にNd:YLFレーザの基本波を入射させ、残渣14をクリーニングした金型13表面のSEM像である。レーザビームのパルス幅は20ns、金型13表面におけるフルエンスは1.4J/cmであった。金型13には、熱硬化エポキシの残渣が付着していた。
【0044】
図4から、熱硬化エポキシの残渣が剥ぎ取られ(金型13から剥離及び分離され)、清浄な金型13表面(クロム面)が、露出しているのがわかる。なお、図3に示したシミュレーションで使用したフルエンスよりも大きなフルエンスのビームを照射したのは、クロムの反射率がシミュレーションで用いた値よりも大きかったこと、熱硬化エポキシの残渣の中に含まれるシリカフィラーのために、レーザビームが散乱されたこと等により、エネルギの損失が大きくなったためである。しかし、図3に示すような金属層の深さ方向の温度分布は、照射するパルスレーザビームのパルス幅に依存する。このため、金型13のクロムメッキ内の温度分布は、図3に示したパルス幅が20nsの場合のシミュレーション結果(cのグラフ)と大差ないと思われる。パルス幅10〜30nsのレーザビームを用い、金型13上におけるビームのフルエンスを1.5J/cm以下に調整することで、残渣を金型13から効果的に除去することができるであろう。
【0045】
次に、第3の実施例による半導体製造封止用の金型クリーニング方法について説明する。使用する金型クリーニング装置は、図1または図2に示したものと同じである。第1の実施例による金型クリーニング方法においては、リフティング現象によって、残渣が金型13から剥離及び分離する大きさのフルエンスでレーザビームを照射し、金型13に付着した熱硬化エポキシまたはシリコン樹脂などで形成された残渣14を金型13から除去した。第3の実施例においては、リフティング現象によって、レーザビームが入射した位置の残渣14が金型13表面から剥離するが、金型13から分離しない大きさのフルエンスで、金型13にレーザビームを入射させる。
【0046】
第1の実施例による金型クリーニング方法と同様に、筐体駆動系11による筐体9の移動、ミラー回転機構8によるミラー7の回転を制御して、レーザビーム入射位置の残渣14が金型13表面から剥離はするが、金型13から分離はしない(入射位置の残渣14に穴が開かない)大きさのフルエンスで、レーザビームを、走査しながら金型13に入射させる。走査にあたっては、金型13表面上に貫通孔4aが常に結像されるように、レンズ移動機構6で集光レンズ5をレーザビームの光軸方向に移動する。第1の実施例による金型クリーニング方法と同じく、四角形または六角形状の貫通孔4aを有するマスク4を使用するのが望ましい。
【0047】
レーザビームを重ね撃ちしながら、ビームスポットを移動させ、ビーム入射位置の残渣14を、次々と金型13から剥離させる。ビームの照射で残渣14を剥離させた後は、たとえば粘着テープを金型13上の残渣14に貼り、剥離した残渣14を機械的に金型13から引き剥がす(分離する)。こうすることで、大面積の残渣14の皮膜を、1枚として金型13から剥がすことも可能である。複数ショットのパルスレーザビームで剥離させ、機械的に金型13から引き剥がされる(分離される)残渣14は、第1の実施例による金型クリーニング方法で、1ショットのパルスレーザビームの照射により剥離及び分離される残渣14よりも大きい。
【0048】
レーザビームを照射した後、残渣14の剥離部分を機械的に除去するだけでなく、従来の化学的な残渣除去方法を実施することもできる。たとえば、レーザビームを金型13に照射し、残渣14の皮膜が金型13から剥離されているが、分離されてはおらず、残渣14皮膜の一部分が破れている状態が生じたり、または、残渣14の一部は金型13から剥離及び分離されているが、一部は分離されていない状態が生じた場合には、更に、メラミン樹脂を用いてクリーニングを行ったり、離型をよくするために、離型剤を多めに入れて、LSIを入れずに、樹脂のみで封止工程を行ってもよい。破れたりめくれたりしている状態の残渣14の皮膜は、厚さが均一または平坦な状態のそれよりも、投入した樹脂に付着しやすいため、高いクリーニング効果が得られる。
【0049】
なお、金型13の型面の形状、金型13に施すメッキの種類、残渣14の皮膜の厚さ、照射するビームのフルエンス等によっては、ミラー7の回転及び筐体9の移動によって、パルスレーザビームの金型13上のビーム入射位置を変化させなくても、一定方向からのビーム照射で金型13から、残渣14を剥離させることができる。剥離させた後、残渣14を、たとえば粘着テープで機械的に金型13から分離したり(引き剥がしたり)、たとえばメラミン樹脂を用いて化学的なクリーニングを行い、残渣14を完全に除去する。
【0050】
図5(A)は、図2に示した金型クリーニング装置から、筐体駆動系11、筐体揺動系15及び制御装置20を除いた金型クリーニング装置の概略図である。この金型クリーニング装置は、筐体9を人間の手で任意の方向に移動させたり傾けたりし、レーザビームの出射方向を変化させ、ビームを金型13の所望の位置に入射させることができる。このため、筐体9を金型13の面内方向(2次元方向)に移動させる筐体駆動系11、筐体9を回転させる筐体揺動系15及びそれらを制御する制御装置20が除かれてある。光ファイバ2は、筐体9を変位させ、筐体9から出射するパルスレーザビームの出射方向が変化しても、レーザ光源1と筐体9との光学的な結合を確保することができる。
【0051】
図5(B)は、図1に示す金型クリーニング装置から筐体駆動系11を除いたものを、半導体製造封止装置のマジックハンド20に組み込んだ、半導体製造封止装置の金型クリーニング部を示す概略図である。マジックハンド20は、金型13内にLSIを搬送、設置したり、樹脂で封止されたLSI製品の取り出しを行うのに用いる。制御装置12は、マジックハンド20の動きに同期させて、レンズ移動機構6による集光レンズ5の変位、ミラー回転機構8によるミラー7の回転を制御する。たとえば、封止作業を何度か行うたびに、金型のクリーニングを行う。
【0052】
図5(A)及び(B)に示した装置は、ともに、第1の実施例による金型クリーニング方法、及び第3の実施例による金型クリーニング方法のいずれにも用いることができる。
【0053】
第1及び第2の実施例による金型クリーニング装置においては、Nd:YLFレーザ発振器を用いたが、Nd:YAGレーザ発振器等を用いることもできる。
【0054】
また、第1及び第3の実施例による金型クリーニング方法を用い、金型を生産ラインから外さずに、封止作業を一時中断して(オンライン)、金型の残渣除去作業を行うこともできるし、金型を一旦生産ラインから外して(オフライン)、金型の残渣除去作業を行うこともできる。
【0055】
以上、実施例に沿って本発明を説明したが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、種々の変更、改良、組み合わせ等が可能なことは当業者には自明であろう。
【0056】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、リフティング現象を利用して、半導体製造封止用の金型に付着した樹脂の残渣を、高速、簡便に、また、金型にほとんど損傷を与えずに、除去するのに適した金型クリーニング方法及び金型クリーニング装置を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】第1の実施例による金型クリーニング方法に使用する金型クリーニング装置の概略図である。
【図2】(A)及び(B)は、第2の実施例による金型クリーニング装置の概略図である。
【図3】クロムで形成された金属層に照射されたパルスレーザビームのパルス終了直後における、金属層表面からの深さと温度上昇との関係を示すシミュレーション結果である。
【図4】クロムメッキが施された金型に、レーザビームを入射させ、残渣をクリーニングした金型表面のSEM像である。
【図5】(A)は、金型クリーニング装置の概略図であり、(B)は、半導体製造封止装置のマジックハンドに組み込まれた金型クリーニング部を示す概略図である。
【符号の説明】
1 レーザ光源
2 光ファイバ
3 ビーム整形光学系
4 マスク
4a 貫通孔
5 集光レンズ
6 レンズ移動機構
7 ミラー
8 ミラー回転機構
9 筐体
10 ウィンドウ
11 筐体駆動系
12 制御装置
13 金型
14 残渣
14a 除去部分
15 筐体揺動系
20 マジックハンド
[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a mold cleaning method and apparatus suitable for cleaning a semiconductor manufacturing mold for encapsulating a semiconductor chip with a resin material.
[0002]
[Prior art]
In an LSI sealing process using a semiconductor manufacturing sealing mold, the mold is filled with, for example, an epoxy resin and cured to perform processing. Each time, the epoxy resin gradually adheres to the mold surface as a residue. When the thickness of the attached residue increases, the pattern of the residue is transferred to the outer surface of the sealed LSI product. Therefore, the sealed LSI product may be determined to be defective even if there is no problem in performance. . In addition, the thickened residue makes it difficult for the product after sealing to peel off from the mold. For this reason, it is necessary to periodically clean the semiconductor manufacturing sealing mold.
[0003]
There is known a mold cleaning method in which the same process as sealing is performed a plurality of times with a melanin resin instead of an epoxy resin, so that the epoxy resin is gradually adsorbed on the melanin resin. In this cleaning method, the sealing mold may be disassembled, the residual film of the epoxy resin may be peeled off, and then the mold may be assembled again. However, since the adhesion of the residual film to the mold is high, this cleaning method requires time and effort. Usually, cleaning is performed once a week with a cleaning time of about 5 hours or less at a time. In recent years, with the specialization of additives used for semiconductor encapsulation, the number of times of cleaning tends to increase to about once every few days.
[0004]
A method of using a laser beam for cleaning a mold for semiconductor manufacturing sealing has also been proposed.
[0005]
For example, there is a method in which a mold is irradiated with an impulse laser beam, and the adhered substance is broken by ultrasonic vibration to be separated. (For example, see Patent Document 1)
In addition, a laser beam is radiated to a severely dirty part of the mold, and the resin adhering to the mold is burned and carbonized or peeled off by the energy of the beam, and then the simulation frame is fixed to the mold. There is also a method in which a dummy shot in which a synthetic resin is appropriately injected into a mold is repeated a plurality of times, and carbonized or incompletely peeled ones are removed together with the synthetic resin of the dummy shot. (For example, see Patent Document 2)
Further, there is a method of irradiating a laser beam to a residue attached to a mold and efficiently decomposing and removing mold contaminants adhered and accumulated on the mold surface by intermittent thermal shock waves and microresonance of the beam. Has been devised. (For example, see Patent Document 3)
Recently, a laser processing method different from the conventional ablation processing has been invented and published by the present inventors. For example, one shot of a pulsed laser beam, for example, a fundamental wave (wavelength: 1047 nm) of a Nd: YLF laser is incident on a resin coating layer laminated on a metal layer. The resin coating layer is formed of a resin material that is substantially transparent to the fundamental wave of the Nd: YLF laser, and the metal layer is formed of a metal material that reflects most of the fundamental wave of the Nd: YLF laser. Most of the laser beam passes through the resin coating layer and is reflected at the interface between the resin coating layer and the metal layer. A portion of the resin coating layer where the laser beam is incident is separated from the metal layer, and a hole is opened in the resin coating layer.
[0006]
Holes formed in the resin coating layer by a one-shot pulsed laser beam by this laser processing method can be perforated in the resin coating layer with almost no damage to the metal layer as compared with conventional ablation processing. it can. (For example, see Patent Document 4.)
In the laser processing method described in Patent Document 4, peeling of the resin coating layer from the metal layer is caused by a laser beam that causes thermal decomposition of the resin at the interface between the resin coating layer and the metal layer, and the pressure of the resin coating layer causes the resin coating layer to be decomposed. It is considered that the film was formed as a result of inducing peeling. The phenomenon in which the interface between the resin coating layer and the metal layer is in a high pressure state and a part of the upper resin coating layer peels off due to this pressure is referred to as “lifting phenomenon”. Processing using the “lifting phenomenon” is referred to as “lifting processing”.
[0007]
[Patent Document 1]
Registered utility model 3017755 gazette
[0008]
[Patent Document 2]
JP-A-1-122417
[0009]
[Patent Document 3]
JP-A-2000-68306
[0010]
[Patent Document 4]
JP-A-2002-044970
[0011]
[Problems to be solved by the invention]
An object of the present invention is to remove a resin residue attached to a semiconductor manufacturing sealing mold at high speed, easily, and with little damage to the mold by using the lifting phenomenon. An object of the present invention is to provide a suitable mold cleaning method and a mold cleaning apparatus.
[0012]
[Means for Solving the Problems]
According to one aspect of the present invention, a step of preparing a mold to which a residue is attached, and transmitting the residue, reflecting at an interface between the residue and the mold, and removing the residue at a reflection position from the mold. While scanning the pulse laser beam having the property of peeling so that the incident position of the pulse laser beam moves on the mold, the pulse laser beam is incident on the mold from the surface of the residue, and the residue at the incident position is And a step of peeling off a part of the mold from the mold.
[0013]
The residue adhering to the mold at the irradiation position is separated from the mold by the lifting phenomenon due to the laser beam irradiation. According to this mold cleaning method, the residue can be efficiently removed from the mold without substantially damaging the mold.
[0014]
According to another aspect of the present invention, there is provided a laser light source for emitting a pulse laser beam, a beam scanning unit for scanning the pulse laser beam emitted from the laser light source, and an incident position of the pulse laser beam on a mold. And a first control means for controlling the beam scanning means so as to move the tool.
[0015]
Further, according to another aspect of the present invention, a laser light source capable of emitting a pulse laser beam having a pulse width of 10 ns or more and 30 ns or less, and the pulse laser beam emitted from the laser light source is incident on a mold. An optical system capable of manually changing the emission direction of a pulsed laser beam emitted from the optical system, and a beam transmission means for optically connecting the laser light source and the optical system. A mold cleaning device having a beam transmission unit capable of securing optical coupling between the laser light source and the optical system even when the emission direction of the pulse laser beam emitted from the optical system changes. An apparatus is provided.
[0016]
When using these mold cleaning devices, the mold can be irradiated with a laser beam, and the residue attached to the mold can be peeled off by utilizing the lifting phenomenon.
[0017]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
FIG. 1 is a schematic diagram of a mold cleaning apparatus used in a mold cleaning method according to a first embodiment of the present invention. A fundamental wave (wavelength: 1047 nm) of the Nd: YLF laser is emitted from the laser light source 1, for example, a pulsed Nd: YLF laser oscillator. The laser beam is transmitted to the housing 9 along the optical fiber 2. A beam shaping optical system 3, a mask 4 having a through hole 4a, a condenser lens 5, a lens moving mechanism 6, a mirror 7, and a mirror rotating mechanism 8 are incorporated in a housing 9, and a window 10 is provided on a side surface. .
[0018]
The laser beam transmitted to the housing 9 by the optical fiber 2 enters the beam shaping optical system 3. The beam shaping optical system 3 includes a plurality of optical components including a lens, corrects a laser beam to an appropriate beam size, and emits the laser beam as parallel light.
[0019]
The laser beam emitted from the beam shaping optical system 3 is shaped into a rectangular or hexagonal cross section by a mask 4 having a rectangular or hexagonal through hole 4a, for example.
[0020]
The laser beam emitted from the mask 4 enters the condenser lens 5. The condenser lens 5 forms an image of the through hole 4a of the mask 4 on the beam irradiation surface. The condenser lens 5 is held by a lens moving mechanism 6. The lens moving mechanism 6 can move the condenser lens 5 in the direction of the optical axis of the laser beam. The laser beam emitted from the condenser lens 5 is reflected by the mirror 7, passes through a window 10 made of, for example, a flat quartz glass, and enters a mold 13 for semiconductor manufacturing sealing.
[0021]
The mold 13 includes two upper and lower molds. The lower mold of the mold 13 is shown in the figure. A plurality of recesses are formed in the main surface of the mold 13. The mirror rotation mechanism 8 can rotate the mirror 7 and change the incident position of the laser beam incident on the mold 13. The mirror rotation mechanism 8 can make the emission direction of the laser beam emitted from the window 10 of the housing 9 perpendicular to the window 10. In addition, the emission direction of the laser beam is changed from the direction perpendicular to the window 10 to both sides along the length direction (the left-right direction in FIG. 1) and the width direction (the front-back direction of the paper surface in FIG. 1). , At least 40 ° or more. Further, the housing drive system 11 can move the housing 9 at a desired speed in a substantially in-plane direction (two-dimensional direction) of the mold 13 to change the incident position of the laser beam. The control device 12 controls the movement of the condenser lens 5 by the lens moving mechanism 6, the rotation of the mirror 7 by the mirror rotation mechanism 8, and the movement of the housing 9 by the housing drive system 11. Residues 14 of, for example, thermosetting epoxy or silicone resin adhere to the surface of the mold 13 in the form of a film, for example. The laser beam is incident on the surface of the mold 13 where the residue 14 is attached.
[0022]
The area of the image of the square or hexagonal through hole 4a formed on the residue 14 is, for example, 5 mm. 2 It is. When a laser beam, for example, a fundamental wave of an Nd: YLF laser is incident on the residue 14, the residue 14 transmits most of the fundamental wave of the Nd: YLF laser, and the mold 13 reflects most of the fundamental wave. Due to the lifting phenomenon, the residue 14 at the position where the laser beam is incident is separated and separated from the mold 13, and a removed portion 14 a is formed in the residue 14. The removed portion 14a is formed as a result of removing the residue 14 having substantially the same area as the laser beam imaging area from the mold 13.
[0023]
When the pulsed laser beam is scanned so that the beam incident position moves on the mold 13, the removed portions 14 a are sequentially formed at different positions on the mold 13. Adjustment of the beam incident position is performed by moving the housing 9 by the housing drive system 11 and rotating the mirror 7 by the mirror rotating mechanism 8.
[0024]
When the irradiation position of the laser beam changes, the optical path length of the laser beam from the condenser lens 5 to the irradiation position of the mold 13 also changes, and the through hole 4a does not form an image on the beam irradiation surface. The lens moving mechanism 6 moves the condenser lens 5 in the direction of the optical axis of the laser beam so that the optical path length from the condenser lens 5 to the beam irradiation position is constant, and the through hole 4a is always located at the beam incident position. Make an image.
[0025]
The side surface of the concave portion of the mold surface of the mold 13 has a taper of, for example, about 6 to 15 degrees with respect to a direction perpendicular to the in-plane direction of the mold 13. When removing the residue 14 in the tapered portion, the mirror 7 is rotated by the mirror rotating mechanism 8 so that the fluctuation of the incident angle with respect to the incident angle of the laser beam incident on the other part of the mold 13 is as small as possible. The laser beam is incident on the tapered portion so that the laser beam is incident. This is because as the incident angle of the laser beam incident on the mold 13 increases, the beam spot on the beam irradiation surface increases, and as a result, the fluence of the incident beam decreases, and the separation and separation of the residue 14 can be performed sufficiently. This is because it may not be possible. Further, when the laser beam is scanned on the mold 13 and the incident position of the beam is changed, the housing 9 is moved by the housing driving system 11 while the lens 5 is moved by the lens moving mechanism 6, and the mirror is moved. The mirror 7 is rotated by the rotation mechanism 8.
[0026]
The movement of the housing 9 by the housing drive system 11, the rotation of the mirror 7 by the mirror rotating mechanism 8, and the movement of the condenser lens 5 by the lens moving mechanism 6 are all controlled by the control device 12. The structure of the mold 13 is input to the control device 12 in advance, and the control unit 12 controls them so that the through-hole 4a forms an image on the mold 13 according to the position where the beam is incident.
[0027]
When the laser beam is irradiated and the residue 14 is separated and removed from the mold 13 by using the lifting phenomenon, there is almost no damage to the mold 13. Therefore, it is possible to perform a laser beam overlapping shot (a plurality of shots of a pulse laser beam are incident on the same position). Even when the residue 14 cannot be separated by one shot, the residue 14 can be separated and removed by performing the overlapping shot. Further, by performing the superimposition shooting while scanning the laser beam, all the residues 14 can be easily removed at high speed.
[0028]
The use of the mask 4 having the square or hexagonal through-holes 4a to form the beam spot (image of the through-holes 4a) of the laser beam incident on the mold 13 into a square or hexagon is performed by the mold 13; This is because many are rectangular and have a large area, and thus are suitable for completely and efficiently removing the residue 14 over a large area by performing a laser beam overlapping shot.
[0029]
Further, the housing 9 is provided with one window 10 on each of one surface and a surface facing the window. A mold cleaning device is installed such that they face the concave portions of the upper mold and the lower mold of the mold 13, respectively. This is because the mold cleaning device shown in FIG. 1 is inserted between the upper mold and the lower mold of the mold 13 to efficiently clean both the upper and lower molds.
[0030]
Since the residue 14 can be removed more favorably as the intensity distribution in the beam spot of the laser beam on the surface of the mold 13 is closer to uniform, a homogenizer that makes the beam intensity closer to uniform on the beam irradiation surface is provided by a beam shaping optics. You can also join system 3.
[0031]
The use of the optical fiber 2 to transmit the beam from the laser light source 1 to the housing 9 is suitable for introducing the beam into the housing 9 that is displaced in a two-dimensional direction by the housing drive system 11. Because. The optical fiber 2 can ensure optical coupling between the laser light source 1 and the housing 9 even when the housing 9 moves.
[0032]
Further, instead of separately providing the laser light source 1 and the optical fiber 2, a fiber laser having both functions can be used.
[0033]
If the interference of the laser beam after passing through the mask 4 can be neglected, even if the condenser lens 5 and the lens moving mechanism 6 are removed from the mold cleaning apparatus shown in FIG. Can be.
[0034]
FIG. 2A is a schematic diagram of a mold cleaning device according to a second embodiment. In the mold cleaning apparatus shown in FIG. 1, a case swinging system 15 is newly added except for the condenser lens 5, the lens moving mechanism 6, the mirror 7, and the mirror rotating mechanism 8. The housing swing system 15 swings the housing 9 so as to change the emission direction of the laser beam in a two-dimensional direction. In the mold cleaning device shown in FIG. 2A, only one window 10 is provided on one surface of the housing 9 facing the housing swinging system 15. The mold cleaning device is installed such that the window 10 faces the concave portion of the mold 13 from which the residue 14 is to be removed. The control device 12 controls the displacement of the housing 9 in the two-dimensional direction by the housing drive system 11 and the swing of the housing 9 by the housing swing system 15. Since the mold cleaning apparatus shown in FIG. 2A does not include the condenser lens 5 and the lens displacement mechanism 6, it is desirable to use the mold cleaning apparatus when the interference of the laser beam after passing through the mask 4 can be ignored.
[0035]
A condenser lens 5 for forming an image of the through hole 4a on the mold 13 and a lens displacement mechanism 6 for displacing the condenser lens 5 in the optical axis direction of the laser beam are added between the mask 4 and the window 10. May be. In this case, in addition to the above control, the control device 12 controls the condensing lens by the lens displacement mechanism 6 so that the through hole 4a always forms an image on the mold 13 even if the incident position of the laser beam changes. 5 is controlled.
[0036]
FIG. 2B is a schematic view of the mold cleaning device shown in FIG. 2A in which the housing 9 has been swung by the housing swinging system 15. By swinging the housing 9, the beam emission direction can be changed, and the angle of incidence of the beam on the main surface of the mold 13 can be changed. For example, when a laser beam is emitted toward a tapered portion on the side surface of a concave portion of a mold 13 for semiconductor manufacturing sealing, the housing 9 is swung to change the beam emission direction, and the beam enters the mold 13. The pulse laser beam is scanned so that the position moves. The laser beam is made incident on the tapered portion so that the variation of the incident angle with respect to the incident angle of the laser beam incident on the other part of the mold 13 is as small as possible.
[0037]
Note that a mirror 7 and a mirror rotating mechanism 8 may be further provided between the mask 4 and the window 10. In this case, it is possible to scan the mold 13 by changing the beam emission direction without swinging the housing 9.
[0038]
Next, suitable conditions for the pulsed laser beam to be irradiated will be described. The surface of a mold for semiconductor manufacturing sealing is mainly plated with a metal such as chromium. The thickness of the plating is, for example, about 2 μm.
[0039]
FIG. 3 is a graph (simulation) showing the relationship between the depth from the metal layer surface and the temperature rise immediately after the end of the pulse of the pulse laser beam (Nd: the fundamental wave of the YLF laser) applied to the metal layer formed of chromium. Result). The horizontal axis represents the depth from the surface of the metal layer in units of "m", and the vertical axis represents the temperature rise in units of "K". The curves a, b, c, d, and e in the figure show the temperature rise when the pulse laser beams having the pulse widths of 1 ns, 10 ns, 20 ns, 50 ns, and 100 ns are incident, respectively. The calculation was performed on the assumption that the beam reflectance of chromium was 80%. The fluence of the laser beam to be irradiated was adjusted so that the temperature on the surface of the metal layer was 1800 ° C., which was lower than the melting point of chromium of 1900 ° C. When the pulse width is 1 ns, 10 ns, 20 ns, 50 ns, and 100 ns, the fluence of the laser beam on the metal layer surface is 0.27 J / cm, respectively. 2 , 0.85 J / cm 2 , 1.2J / cm 2 1.9 J / cm 2 , And 2.7 J / cm 2 Met.
[0040]
It can be seen that the fluence required to raise the temperature of the metal layer surface to 1800 ° C. increases as the pulse width increases. Irradiating a laser beam with a short pulse width shortens the time required for heat to diffuse into the metal layer, so that the temperature can be increased with a low fluence.
[0041]
However, when a laser beam is applied to the chromium-plated mold 13 to which the residue is attached and the residue is removed, a short pulse width, low fluence beam is used to give sufficient heat to the mold. It is considered difficult, and since the laser beam is focused on a narrow area, the surface of the mold 13 is ablated, and the mold 13 may be damaged. Therefore, it is considered preferable to irradiate a laser beam having a pulse width of 10 ns or more.
[0042]
Further, the plating of the mold 13 may be made of a metal other than chromium. If the pulse width is too long, heat is diffused into the mold 13 before the metal film (plating) is sufficiently heated. Also, the interface between the metal film (plating) and the base material of the mold 13 is heated, and the two may be separated due to a difference in thermal expansion. From FIG. 3, it can be seen that at a pulse width of 100 ns, heating is performed at several tens of degrees Celsius or more at a depth of 10 μm. In addition, as the pulse width becomes longer, the temperature inside becomes higher. Since a metal film (plating) is generally 10 μm or less, a pulse width longer than 100 ns increases the possibility of inducing peeling. Therefore, it is preferable that the pulse width of the irradiated laser beam be 100 ns or less.
[0043]
FIG. 4 is an SEM image of the surface of the mold 13 in which a fundamental wave of an Nd: YLF laser is incident on the mold 13 having a thickness of about 2 μm and on which chrome plating is applied, and the residue 14 is cleaned. The pulse width of the laser beam is 20 ns, and the fluence on the surface of the mold 13 is 1.4 J / cm. 2 Met. Residue of the thermosetting epoxy adhered to the mold 13.
[0044]
From FIG. 4, it can be seen that the residue of the thermosetting epoxy is peeled off (peeled off and separated from the mold 13), and the clean mold 13 surface (chrome surface) is exposed. The reason for irradiating a beam with a fluence larger than the fluence used in the simulation shown in FIG. 3 is that the reflectance of chromium was larger than the value used in the simulation and that the chromium was included in the residue of the thermosetting epoxy. This is because the silica filler scattered the laser beam, resulting in a large energy loss. However, the temperature distribution in the depth direction of the metal layer as shown in FIG. 3 depends on the pulse width of the pulsed laser beam to be irradiated. For this reason, it is considered that the temperature distribution in the chrome plating of the mold 13 is not much different from the simulation result (graph c) in the case where the pulse width is 20 ns shown in FIG. Using a laser beam having a pulse width of 10 to 30 ns, the fluence of the beam on the mold 13 is set to 1.5 J / cm. 2 By adjusting below, the residue can be effectively removed from the mold 13.
[0045]
Next, a method of cleaning a mold for sealing semiconductor production according to a third embodiment will be described. The mold cleaning device used is the same as that shown in FIG. 1 or FIG. In the mold cleaning method according to the first embodiment, a thermosetting epoxy or silicon resin adhered to the mold 13 is irradiated with a laser beam at a fluence of a size such that a residue is separated and separated from the mold 13 by a lifting phenomenon. The residue 14 formed by, for example, was removed from the mold 13. In the third embodiment, the residue 14 at the position where the laser beam is incident is separated from the surface of the mold 13 due to the lifting phenomenon, but the laser beam is applied to the mold 13 with a fluence of a size that does not separate from the mold 13. Make it incident.
[0046]
Similarly to the mold cleaning method according to the first embodiment, the movement of the housing 9 by the housing drive system 11 and the rotation of the mirror 7 by the mirror rotation mechanism 8 are controlled to remove the residue 14 at the laser beam incident position from the mold. The laser beam is incident on the mold 13 while scanning, with a fluence of a size that separates from the surface of the 13 but does not separate from the mold 13 (a hole is not formed in the residue 14 at the incident position). In scanning, the condenser lens 5 is moved by the lens moving mechanism 6 in the optical axis direction of the laser beam so that the through-hole 4a is always formed on the surface of the mold 13. Similar to the mold cleaning method according to the first embodiment, it is desirable to use a mask 4 having a square or hexagonal through hole 4a.
[0047]
The beam spot is moved while the laser beam is repeatedly shot, and the residue 14 at the beam incident position is peeled off from the mold 13 one after another. After the residue 14 is peeled off by beam irradiation, for example, an adhesive tape is attached to the residue 14 on the mold 13, and the peeled residue 14 is mechanically peeled off (separated) from the mold 13. By doing so, it is also possible to peel off the film of the large area residue 14 from the mold 13 as one sheet. The residue 14 that is separated by a plurality of shots of the pulsed laser beam and mechanically peeled off (separated) from the mold 13 is irradiated with a one-shot pulsed laser beam by the mold cleaning method according to the first embodiment. It is larger than the residue 14 to be separated and separated.
[0048]
After the irradiation with the laser beam, not only the part where the residue 14 is peeled off is removed mechanically, but also a conventional chemical residue removal method can be performed. For example, the mold 13 is irradiated with a laser beam, and a film of the residue 14 is peeled off from the mold 13 but is not separated, and a part of the film of the residue 14 may be broken, or If a part of 14 is peeled off and separated from the mold 13 but a part is not separated, in order to further perform cleaning using a melamine resin or to improve mold release. Alternatively, the encapsulating step may be performed using only a resin without adding an LSI with a large amount of a release agent. The film of the residue 14 in the state of being torn or turned up is more likely to adhere to the charged resin than that of the state in which the thickness is uniform or flat, so that a high cleaning effect can be obtained.
[0049]
Depending on the shape of the mold surface of the mold 13, the type of plating applied to the mold 13, the thickness of the film of the residue 14, the fluence of the beam to be irradiated, and the like, the rotation of the mirror 7 and the movement of the housing 9 may cause a pulse. The residue 14 can be separated from the mold 13 by irradiating the laser beam from a certain direction without changing the beam incident position on the mold 13 of the laser beam. After the peeling, the residue 14 is mechanically separated from the mold 13 with, for example, an adhesive tape (peeled off) or chemically cleaned with, for example, a melamine resin to completely remove the residue 14.
[0050]
FIG. 5A is a schematic view of the mold cleaning device in which the housing drive system 11, the housing swing system 15, and the control device 20 are removed from the mold cleaning device shown in FIG. This mold cleaning device can move or tilt the housing 9 in an arbitrary direction with a human hand, change the emission direction of the laser beam, and make the beam enter a desired position of the mold 13. . Therefore, the housing drive system 11 for moving the housing 9 in the in-plane direction (two-dimensional direction) of the mold 13, the housing swinging system 15 for rotating the housing 9, and the control device 20 for controlling them are omitted. There is. The optical fiber 2 can secure optical coupling between the laser light source 1 and the housing 9 even when the housing 9 is displaced and the emission direction of the pulse laser beam emitted from the housing 9 changes.
[0051]
FIG. 5B shows a mold cleaning unit of the semiconductor manufacturing sealing apparatus in which the mold cleaning apparatus shown in FIG. 1 except for the casing drive system 11 is incorporated in a magic hand 20 of the semiconductor manufacturing sealing apparatus. FIG. The magic hand 20 is used to transport and install the LSI in the mold 13 and to take out an LSI product sealed with resin. The control device 12 controls the displacement of the condenser lens 5 by the lens moving mechanism 6 and the rotation of the mirror 7 by the mirror rotating mechanism 8 in synchronization with the movement of the magic hand 20. For example, the mold is cleaned every time the sealing operation is performed several times.
[0052]
The apparatus shown in FIGS. 5A and 5B can be used for both the mold cleaning method according to the first embodiment and the mold cleaning method according to the third embodiment.
[0053]
In the mold cleaning apparatuses according to the first and second embodiments, the Nd: YLF laser oscillator is used, but an Nd: YAG laser oscillator or the like may be used.
[0054]
In addition, using the mold cleaning method according to the first and third embodiments, the sealing operation may be temporarily interrupted (on-line) to remove the mold residue without removing the mold from the production line. Alternatively, the mold can be once removed from the production line (off-line), and the mold residue can be removed.
[0055]
As described above, the present invention has been described with reference to the examples. However, the present invention is not limited to these examples. For example, it will be apparent to those skilled in the art that various modifications, improvements, combinations, and the like can be made.
[0056]
【The invention's effect】
As described above, according to the present invention, utilizing the lifting phenomenon, the residue of the resin adhered to the mold for semiconductor manufacturing sealing, high-speed, simple, also, and hardly damage the mold In addition, it is possible to provide a mold cleaning method and a mold cleaning device suitable for removal.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic view of a mold cleaning device used in a mold cleaning method according to a first embodiment.
FIGS. 2A and 2B are schematic diagrams of a mold cleaning device according to a second embodiment.
FIG. 3 is a simulation result showing the relationship between the depth from the metal layer surface and the temperature rise immediately after the end of the pulse of the pulsed laser beam applied to the metal layer formed of chromium.
FIG. 4 is an SEM image of a mold surface after a laser beam has been incident on a chrome-plated mold and residues have been cleaned.
FIG. 5A is a schematic diagram of a mold cleaning device, and FIG. 5B is a schematic diagram showing a mold cleaning unit incorporated in a magic hand of a semiconductor manufacturing sealing device.
[Explanation of symbols]
1 Laser light source
2 Optical fiber
3 Beam shaping optical system
4 Mask
4a Through hole
5 Condensing lens
6. Lens moving mechanism
7 Mirror
8 Mirror rotation mechanism
9 Case
10 windows
11 Housing drive system
12 Control device
13 Mold
14 residue
14a Removal part
15 Housing swing system
20 Magic Hand

Claims (12)

残渣の付着した金型を準備する工程と、
前記残渣を透過し、前記残渣と前記金型との界面で反射し、反射位置の前記残渣を前記金型から剥離させる性質を有するパルスレーザビームを、該パルスレーザビームの入射位置が、前記金型上を移動するように走査しながら、前記残渣の表面から前記金型に入射させて、入射位置の前記残渣の一部を前記金型から剥離させる工程と
を有する金型クリーニング方法。
A step of preparing a mold to which the residue has adhered;
A pulse laser beam having the property of transmitting the residue, reflecting at the interface between the residue and the mold and separating the residue at the reflection position from the mold, the incident position of the pulsed laser beam is A step of causing the residue to enter the mold from the surface of the residue while scanning so as to move on the mold, and removing a part of the residue at the incident position from the mold.
前記残渣が、熱硬化エポキシまたはシリコン樹脂で形成されている請求項1に記載の金型クリーニング方法。The mold cleaning method according to claim 1, wherein the residue is formed of a thermosetting epoxy or a silicone resin. 更に、前記パルスレーザビームが、貫通孔を通過した後、該貫通孔が前記金型上に結像する条件で、前記金型に入射する請求項1または2に記載の金型クリーニング方法。The mold cleaning method according to claim 1, further comprising, after the pulsed laser beam passes through the through-hole, incident on the mold under a condition that the through-hole forms an image on the mold. 前記金型上に結ばれる貫通孔の像の形状が四角形または六角形である請求項3に記載の金型クリーニング方法。The mold cleaning method according to claim 3, wherein the shape of the image of the through-hole formed on the mold is a square or a hexagon. 前記パルスレーザビームのパルス幅が、10ns以上100ns以下である請求項1〜4のいずれかに記載の金型クリーニング方法。The mold cleaning method according to claim 1, wherein a pulse width of the pulse laser beam is 10 ns or more and 100 ns or less. 前記パルスレーザビームのパルス幅が10ns以上30ns以下であり、前記金型に入射するパルスレーザビームのフルエンスが1.5J/cm以下である請求項1〜4のいずれかに記載の金型クリーニング方法。The mold cleaning according to any one of claims 1 to 4, wherein a pulse width of the pulse laser beam is 10 ns or more and 30 ns or less, and a fluence of the pulse laser beam incident on the mold is 1.5 J / cm 2 or less. Method. 前記残渣の一部を、前記金型から剥離させる工程が、前記剥離された残渣の一部を前記金型から分離する工程を含む請求項1〜6のいずれかに記載の金型クリーニング方法。The mold cleaning method according to any one of claims 1 to 6, wherein the step of peeling a part of the residue from the mold includes a step of separating a part of the peeled residue from the mold. パルスレーザビームを出射するレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームを走査するビーム走査手段と、
前記パルスレーザビームの入射位置が金型上を移動するように、前記ビーム走査手段を制御する第1の制御手段と
を有する金型クリーニング装置。
A laser light source for emitting a pulsed laser beam,
Beam scanning means for scanning a pulse laser beam emitted from the laser light source,
A first control unit for controlling the beam scanning unit such that an incident position of the pulse laser beam moves on the die.
更に、前記ビーム走査手段を2次元方向に移動させる第1の移動手段を有する請求項8に記載の金型クリーニング装置。9. The mold cleaning apparatus according to claim 8, further comprising a first moving unit that moves the beam scanning unit in a two-dimensional direction. 更に、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームの光路上に設置され、前記パルスレーザビームのビーム断面形状を整形する貫通孔を有するマスクと、
前記マスクの貫通孔を前記金型表面上に結像させる結像レンズと、
前記結像レンズを前記パルスレーザビームの光軸方向に移動させる第2の移動手段と、
前記ビーム走査手段により前記金型上を走査する前記パルスレーザビームが、前記マスクの貫通孔が前記金型上に結像する条件で前記金型に入射するように、前記第2の移動手段を制御する第2の制御手段と
を含む請求項8または9に記載の金型クリーニング装置。
Further, a mask which is provided on an optical path of a pulse laser beam emitted from the laser light source and has a through hole for shaping a beam cross-sectional shape of the pulse laser beam,
An imaging lens that forms an image of the through hole of the mask on the mold surface;
Second moving means for moving the imaging lens in the optical axis direction of the pulse laser beam;
The second moving unit so that the pulsed laser beam that scans the mold by the beam scanning unit is incident on the mold under a condition that the through hole of the mask forms an image on the mold. The mold cleaning apparatus according to claim 8, further comprising: a second control unit configured to perform control.
更に、前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームを、前記第1の移動手段に伝送する光ファイバを含む請求項8〜10のいずれかに記載の金型クリーニング装置。The mold cleaning apparatus according to claim 8, further comprising an optical fiber that transmits a pulse laser beam emitted from the laser light source to the first moving unit. パルス幅が10ns以上30ns以下であるパルスレーザビームを出射することのできるレーザ光源と、
前記レーザ光源から出射したパルスレーザビームを金型上に入射させることのできる光学系であって、該光学系から出射するパルスレーザビームの出射方向を人手で変化させることのできる光学系と、
前記レーザ光源と前記光学系とを光学的に接続するビーム伝送手段であって、前記光学系から出射するパルスレーザビームの出射方向が変化しても、前記レーザ光源と前記光学系との光学的な結合を確保することのできるビーム伝送手段とを有する金型クリーニング装置。
A laser light source capable of emitting a pulsed laser beam having a pulse width of 10 ns or more and 30 ns or less,
An optical system capable of causing a pulse laser beam emitted from the laser light source to be incident on a mold, and an optical system capable of manually changing an emission direction of the pulse laser beam emitted from the optical system,
A beam transmission unit for optically connecting the laser light source and the optical system, wherein an optical communication between the laser light source and the optical system is performed even when an emission direction of a pulse laser beam emitted from the optical system changes. And a beam transmitting means capable of ensuring a proper coupling.
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