JP2010118456A - 紫外線発光ダイオードを利用した紫外線照射装置 - Google Patents

Abstract

【課題】熱による発光ダイオードの動作不安定、照度不足、照射不均一、省電力化を解決する。
【解決手段】熱伝導性の良い金属材料を母材とした２４配線基板を採用し、さらに２５放熱器と一体化した１２紫外線発光ダイオード搭載２４基板構成として放熱する。照度不足は、光源として２４基板全体を覆う２３集光レンズの採用で紫外線の平行光化を図り、また、より多い複数個のダイオード搭載２４基板を採用し照度アップを図る。照射不均一は、１５特殊ガラスプレートによる１２被照射体の湾曲防止で光源部と被照射体の平行、平坦度を改善した。更に、２２紫外線発光ダイオードの配置を工夫する事で個々のダイオードの照射エリアばらつきを防止した。また、省電力対策として２５基板ブロックの個別制御で２２紫外線発光ダイオードのON/OFFを被照射体のサイズ、形状で設定できる４２制御部１（光源用）を設ける。
【選択図】図２

Description

本発明は照射対象物に紫外線を照射する為の紫外線照射装置に係り、更に詳しくは、発光ダイオードを用いた紫外線照射装置に関する。

半導体ウエハの処理装置においては、ウエハの回路裏面に紫外線硬化型粘着フイルムを貼付した状態でダイシング処理することが行われている。この紫外線硬化型粘着フイルムは、粘着面に紫外線硬化型樹脂が採用されており、紫外線照射装置により前記紫外線硬化型樹脂を硬化させることによって粘着力を弱め、剥離が容易に行える。

前記紫外線照射装置としては、ウエハ面に相対する位置にランプケースを配置するとともに、当該ランプケース内に高圧水銀ランプ若しくはメタルハライドランプ等を配置して構成された装置が知られている。

特開２００６−１５３７５9号公報 特開２００６−４０９４４号公報

特許文献１および特許文献２に記載の通り、従来紫外線硬化装置は光源体として水銀灯を備えて構成されることが一般的であるが、水銀灯への供給電流を安定させる安定器は大型化且つ重量の大きな物であり、水銀灯の出力が増加するのに応じて安定器のサイズ、重量が急激に増加する傾向がある。このため、上記のように発光体すなわち水銀灯のサイズが大型化すると、電力消費および発熱が増加するという問題に加えて、安定器がそれ以上に大型化、重量化するという問題がある。すなわち、発光体（水銀灯）が大型化すると、水銀灯の発熱量の増加に伴って、装置内部の排熱装置、排熱機構が大掛かりになり、紫外線硬化装置が大型化するという問題がある。例えば、装置保守について言えば、従来装置の高圧水銀灯やメタルハライド灯の交換頻度は使用状態にもよるが、通常の半導体生産工場であれば年間数回の光源交換のためのメンテナンスが必要であった。発光ダイオードに置き換えることにより、数年に一度のメンテナンスでよくなる。

本発明は、このような問題に鑑み、発光体（水銀灯）をできる限り小さくして、紫外線硬化装置すなわち照射装置を小型軽量化できるようにすることを目的とする。

以上に述べた従来型高圧水銀ランプ型紫外線照射装置の課題を紫外線発光ダイオードに置き換える事で解決する事を目的とする。同時に、発光ダイオードに置き換えた装置で課題として、発光ダイオードの発熱による照度低下、これによる不均一な被照射体への照射、さらなる省電力対策などがあった。

前記課題である発熱による紫外線発光ダイオードの動作不安定さと照度変化が原因で必要とする紫外線照射性能が得られなかった。この課題を解決するために熱伝導率の高い金属を母材として、矩形状の電気配線基板を使用した配線基板で効果的に熱が伝導される構造を採り、かつ、放熱器と基板を一体化する構造とする事で多くの紫外線発光ダイオードを同基板に配置する事を可能とし必要とされる照度を実現した。

前記課題である不均一な照射は、ダイシング フレームに貼付けられたフイルム上の被照射体が自重によって撓む事が原因のひとつである。この撓みは、光源部と被照射体の距離を不均一にし照射性能を低下させる。これを解決するために被照射体と前記紫外線発光ダイオードの間に有効紫外線波長を減衰させない特殊なガラスプレートを配置し平坦度が確保できる構成の紫外線照射装置とした。また、紫外線発光ダイオードが複数個配置される配線基板上での配列方法によっては個々のダイオードの照射エリアの重なり具合が前記課題である不均一な照射の原因となる。これを解決する為、１列目の紫外線発光ダイオードの配置と２列目で千鳥格子状にずらして配置する事で解決した。

前記課題である充分な照度を確保する為には熱上昇を抑える放熱設計とより多くの紫外線発光ダイオード配置が求められる。紫外線発光ダイオード単体の光出力の大きいモデルを採用する事で解決するが、本発明では光源部配線基板全体を集光レンズで覆い紫外線を平行光線として被照射体に照射する事、または、レンズを収束ビームとして照射する事で照度アップを実現した。

前記課題である省電力対策は紫外線発光ダイオード化する事が最大の省電力であるが、本発明では光源部が被照射体の裏面を移動しながら照射する構造を生かして、移動速度を可変にして有効な照射光量を発光ダイオード電流でコントロールしたり、照射エリアを紫外線発光ダイオードのON/OFFでコントロール、また、照射開始点を任意に選択する事で被照射体の形状、サイズに応じたコントロールする事で省電力が可能である。片道照射や往復照射などの機能は作業時間短縮への対策となる。

本発明は、上記の構成からなるので以下の効果が期待できる。発光ダイオード化による光源部長寿命化、省電力化が期待できる。本発明を紫外線硬化用照射装置に適用する事で必要な照射照度と均一さが得られた。即ち、ダイオード基板と放熱器を一体化して熱対策を講じる事で発光ダイオードの性能が維持出来て、照度アップを実現した。照射バラツキは特殊ガラスの挿入でウエハーとの平行度を改善し均一照射を実現出来た。 光源部の照度アップは水銀ランプと同し紫外線照度が得られた。本発明は省電力、効率改善、操作性向上で省エネルギー化が期待できる。省電力の効果として２KW水銀ランプと比較すると、年間CO2削減１５．３トンに相当する。

以下に本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。

図１には本発明に係わる紫外線照射装置の概念構造が立体簡易図で示されている。
本装置は、図２で示す通り１１被照射部、２１光源部、３１移動機構部、４１制御部の主要４ブロックで構成されている。同図において、１２被照射体（半導体ウエハー）は１３紫外線硬化フイルムに貼付け後、ダイシングされた状態で１４ダイシングフレームに固定されている。この１４ダイシング フレームは１５ガラスプレートの上に置かれた状態で裏面から紫外線が照射される構造になっている。１５ガラスプレートの下側に位置する２１光源部(図２参照)は３３光源部支持柱にて３２ベースプレートに固定されている。３２ベースプレート部は１４リニアーレール上を移動できる構造なっており、３１移動機構部の３６駆動モーターと３４ベルトを経由してレール上を移動する構造となっている。これにより、移動する２１光源部が１２被照射体全体を照射出来る紫外線照射装置である。

本発明に係わる紫外線照射装置は、１２被照射体（半導体ウエハー）が前処理工程を終了して後工程に入る最初の工程であるダイシング後ウエハー貼付けテープである１３紫外線硬化フイルムを硬化する目的として使用される。この紫外線フイルム硬化によりダイシング後のチップ剥離を容易にする。紫外線光源となる２１光源部は、２２紫外線発光ダイオードを熱伝導性の良い金属材料を基板母材としている２４配線基板に複数個配置した構成となっておりその２４配線基板は直接に２５放熱器に固定されている。２１光源部の２２紫外線発光ダイオードエリアは２３集光レンズとそのフレームで覆われて出来ている。

紫外線照射装置の操作は、図６操作フローにより説明する。１２被照射体サイズ、（ウエハー サイズ）が決まればワーク選択を行い、２１光源部をワーク選択位置に移動する。１２被照射体の貼り付いた１４ダイシングフレームをワークエリアにセットする。操作ハ゜ネルよりスタートスイッチ（SW）をONにし２１光源部の紫外線発光ダイオード照射を開始、と同時に２１光源部の４２制御部（１）光源用で電流値監視を行う。 この２１光源部が移動しながら照射する事で１３紫外線硬化型のフイルムを硬化させる事ができる。その結果、１２被照射体のダイシングカットした個々のICチップは容易に１３紫外線硬化フイルムから剥離する事ができる。２１光源部はワーク設定した位置まで移動して停止し、照射を停止終了とする。

２２紫外線発光ダイオードは２５放熱器と一体化した２４矩形基板上に２列で多数個配列されている。個々の２２紫外線発光ダイオードは放射面から放射状に紫外線を発光する為に２１基板の周辺では外側に放射される事になる。本発明では、図４で示す通りこの外側放射を集光レンズとそのフレーム構造で基板上を覆う事で平行光もしくは、１２ウエハー表面で収束させ照度向上を図った。

前記図６操作フローでワークサイズ選択により予め、不要照射部分の２２紫外線発光ダイオードを４２制御部２（光源用）でOFFに設定することで２４−１基板１と２４−６基板６を消灯でき不要部の２１光源部の節電が実現する。本装置の２１光源部は６分割された２４基板で構成されており各基板は個別に独立して光源のコントロールが出来る４２制御部１（光源用）を備えている。

以上のように、本発明を実施する最良の構成、方法は前記記載の通りであるが本発明は、これに限定されるものではない。すなわち、本発明は主に特定の実施形態に関して図示、説明されているが本発明の技術思想および目的から逸脱する事なく以上に説明した実施形態に対して、形状、位置、もしくは配置等に関して、必要に応じて当業者が様々な変更を加えることが出来るものである。

本発明において、前記発光ダイオードは配線基板に直接半田付けで配線取り付けされてもよい、また配線ソケットを用いて着脱可能としてもよい。

前記発光ダイオードは被照射体の形状や面積に応じて自由なレイアウトで前記配線基板に取り付けるとよい。

本発明において、前記配線基板は適当な長さと面積に分割された配線基板を、複数個前記の放熱器に取り付けるとよい。また、被照射体全エリアをカバーする長さ、または面積を有した配線基板にすることもできる。また、この配線基板は金属配線基板の使用のみに限定されず、他の材料の配線基板を使うことができる。

本発明において、前記放熱器は空気冷却のみに限定されなくてもよい。水冷冷却構造であっても、ペルチェ素子による冷却を採ることもできる。

本発明において、前記集光レンズの作用は紫外線を平行光線として前記被照射体に照射することを目的としてもよく、また収束ビームとして被照射体に照射することを目的としても良い。又、この集光レンズは一個あるいは一枚のレンズである場合も、複数のレンズ群の構成を成しても良いし、また、レンズが使われなくても良い。

前記ガラスプレートは被照射体に応じた大きさや、形状を採用するとよい。また前記発光部との距離、前記被照射体との距離を目的や用途に応じて変えることもできる。ガラスプレートを取り去った構造で使用することもできる。ガラスプレートは紫外線の有効波長を減衰させないものであればその材質にこだわらない。

紫外線照射装置の概略構成図。 正面概略図。 側面概略図。 集光レンズ概念図 被照射体と光源部概略図。 動作を説明するフローチャート。

符号の説明

１１ 被照射部
１２ 半導体ウエハー
１３ 紫外線硬化フイルム
１４ ダイシングフレーム
１５ ガラスプレート
２１ 光源部
２２ 紫外線発光ダイオード
２３ 集光レンズとそのフレーム
２４ 配線基板
２５ 放熱器
３１ 移動機構部
３２ ベースプレート
３３ 光源部支持柱
３４ ゴムベルト
３５ プーリー
３６ 駆動モーター
３７ リニアーレール
３８ ベルト接続部
４１ 制御部
４２ 制御部（１）光源用
４３ 制御部（２）移動機構部用

Claims (6)

1. ダイシングフレーム枠を持つ紫外線硬化フイルムに貼り付けられた半導体ウエハーが被照射体であるところの紫外線照射装置において、被照射体を受けるガラスプレートと、ガラスプレートの下側に設けられた紫外線照射光源部であり、当該紫外線光源部は光源部と光源部をガラスプレートの下側を水平方向に移動可能にする移動機構部を備え、それにより紫外線光をガラスプレートに透過して被照射体全域に照射することを特徴とする紫外線照射装置。
2. 請求項１の光源部は、熱伝導率の高い金属を母材とした矩形の電気配線基板であり、基板上に複数の紫外線発光ダイオードを千鳥配列に設けている事を特徴とする、請求項１に記載の紫外線照射装置。
3. 請求項１の光源部は、複数の紫外線発光ダイオードを覆う１つ以上の集光レンズを設けた事を特徴とする請求項目２に記載の紫外線照射装置。
4. 記電気配線基板の下に放熱器を取付けた一体構造である事を特徴とする請求項目３に記載の紫外線照射装置。
5. 請求項１の移動機構部は、装置べース上に間隔を離して対抗して設けられた一 対のリニアーレールと、一対のリニアーレール上を移動可能に設けられた移動ベースプレート部を備え、光源部は支持柱を通して移動機構部に取付けられている事を特徴とする紫外線照射装置。
6. 請求項１の光源部は、光源部支持柱を介して移動機構部の上面に取付けられている事を特徴とする請求項５に記載の紫外線照射装置。