JP4344629B2 - 金型クリーニング方法 - Google Patents

Description

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に関する。

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。

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。

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。

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レーザの基本波の多く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。

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、レーザビームが金属層表面近傍で吸収され、この熱で界面において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。

登録実用新案３０１７７５５号公報 特開平１−１２２４１７号公報 特開２０００−６８３０６号公報 特開２００２−０４４９７０号公報

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を提供することである。

本発明の一観点によれば、（ａ）残渣の付着した金型であって、母材表面上に金属メッキ薄膜の形成された金型を準備する工程と、（ｂ）前記残渣を透過し、前記残渣と前記金型との界面で多くが反射し、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、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し、前記残渣の熱分解温度をＴ_Ｘとし、前記金属メッキ薄膜の融点をＴ_Ｙとし、パルスレーザビームが入射する前の前記金型の温度をＴ_０とし、前記金属メッキ薄膜の熱拡散率をａとし、前記金属メッキ薄膜の熱伝導率をλとし、前記金型に入射するパルスレーザビームのパルス幅をｔとし、前記金属メッキ薄膜の入射レーザビームに対する反射率を表した値をＲとしたとき、前記工程（ｂ）において、前記金型に入射させるパルスレーザビームの１パルス当たりのフルエンスが、

以上であり、かつ

未満である金型クリーニング方法が提供される。

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。

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を提供することが可能になる。

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、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。

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。

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。

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。マスク４と集光レンズ５は、移動機構６に保持されている。移動機構６は、マスク４と集光レンズ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。

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、移動機構６によるマスク４と集光レンズ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。

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５ｍｍ²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。

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。

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。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、マスク４と集光レンズ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。

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、マスク４とレンズ５を移動機構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。

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、移動機構６によるマスク４と集光レンズ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。

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、たとえば蓄熱効果による損傷が入らない程度まで、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。

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。

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。

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。

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。

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。

なお、マスク４を通過した後のレーザビームの干渉が加工品質に対して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及び移動機構６を除いても、良好な残渣除去加工ができる。

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、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及び移動機構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加工品質に与える影響が無視できる場合に使用することが望ましい。

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、及びマスク４と集光レンズ５をレーザビームの光軸方向に変位させる移動機構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が結像するように移動機構６によるマスク４及び集光レンズ５の変位を制御する。

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。

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。

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。

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／ｃｍ²、０．８５Ｊ／ｃｍ²、１．２Ｊ／ｃｍ²、１．９Ｊ／ｃｍ²、及び２．７Ｊ／ｃｍ²であった。

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。

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。

また、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内部にまで熱が拡散し、金属皮膜（メッキ）と金型１３母材との界面が加熱され、熱膨張差によって金属皮膜が剥離する可能性もある。図３より、パルス幅１００ｎｓでは、パルス終了時点で、深さ１０μｍの位置において、数十℃以上加熱されており、パルス終了後に表面付近の熱が移動してくるので、さらに高温にさらされる。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。

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／ｃｍ²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。

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／ｃｍ²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。

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。

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、移動機構６でマスク４及び集光レンズ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。

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。

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。

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。

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。

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、移動機構６によるマスク４及び集光レンズ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。

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。

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。

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。

以下、たとえばクロムメッキの施された金型にパルスレーザビームを照射する場合における１パルス当たりの適当なフルエンスについて考察を深める。

クロムのメッキされた金型にパルスレーザビームを照射するとき、半無限固体についての１次元熱伝導方程式は、下記式（１）で表される。

ここで、Ｔは伝導温度、Ｔ_０は初期温度（パルスレーザビームが金型に入射する前の金型の温度）、ｑ_０は金型表面の熱流束、ｘはレーザ照射面からの深さ、ａは金型（クロムメッキ薄膜）の熱拡散率、λは金型（クロムメッキ薄膜）の熱伝導率、ｔは金型に入射するパルスレーザビームのパルス幅、Ｒは金型（クロムメッキ薄膜）の入射レーザビームに対する反射率である。また、関数ｅｒｆｃ（ｘ）は誤差関数ｅｒｆ（ｘ）に対して、ｅｒｆｃ（ｘ）＝１−ｅｒｆ（ｘ）の関係を有する関数である。

式（１）を変形すると、次の式（２）を得る。

この式（２）にｘ＝０を代入すると、

を得る。

ここで半導体の封止に用いる樹脂材料として熱硬化性エポキシ樹脂を想定する。熱硬化性エポキシ樹脂は、組成や添加物によっても異なるが約３５０℃で熱分解する。よって金型のレーザクリーニングを行うことの可能なフルエンスの下限は、この熱分解温度に達するのに必要な値で規定される。一方、フルエンスの上限は、クロムに熱損傷を与えないように、レーザ照射面（金型表面）での最大温度がクロムの融点である１９００℃よりも低いことが必要である。このため３５０（℃）≦Ｔ（℃）＜１９００（℃）である。これと式（３）より

を得る。
式（４）の両辺にパルス幅ｔをかけると次の式（５）を得る。

ｑ_０ｔは金型のレーザクリーニングを行うのに適当な金型表面におけるフルエンスである。式（５）で示される範囲のフルエンスで金型にレーザビームを照射させることで好適にクリーニングを行うことができる。

なお、式（５）は、母材上にクロムメッキの施された（クロムメッキ薄膜の形成された）金型にパルスレーザビームを照射して、熱硬化性エポキシ樹脂を封止材料として用いた半導体封止作業後の金型レーザクリーニングにおける適切なフルエンス（金型表面におけるフルエンス）範囲を示す式である。より一般化して、半導体封止作業に用いられる封止材料の熱分解温度をＴ_Ｘ、母材上にメッキされる金属材料の融点をＴ_Ｙとすると、以下の式（６）が得られる。

この場合、ａは金型（金属メッキ薄膜）の熱拡散率、λは金型（金属メッキ薄膜）の熱伝導率、Ｒは金型（金属メッキ薄膜）の入射レーザビームに対する反射率である。

ここで初期温度Ｔ_０について補足する。一般に半導体の封止はシリカフィラーなどを混ぜ込んだ熱硬化性の樹脂材料を金型に押し出し、高温で保持された金型の熱で樹脂を熱硬化させることで行われている。使用する樹脂材料や組成、添加物により金型の保持温度は異なるが、たとえば金型の温度は１８０℃に保持されている。よって金型を封止装置に装着したままクリーニングを行う場合には、Ｔ_０＝１８０（℃）となる。

また、金型を封止装置からはずして室温（２０℃）でクリーニングする場合にはＴ_０＝２０（℃）となる。

一方、式（３）を、

と変形し、式（７）の右辺にａ＝１．５８８×１０^−４ｍ^２／ｓ、λ＝６７．０４Ｗ／ｍ／Ｋ、Ｒ＝０．９、ｔ＝１．５×１０^−８ｓを代入し、単位をＪ／ｃｍ^２に変換すると、

（数１０）
ｑ_０t＝５．７７×１０^−４×（Ｔ−Ｔ_０）＝（Ｔ−Ｔ_０）／１７３２．０４・・・（８）
を得る。ここで室温をＴ_ｒとすると、温度Ｔ_ｋまで金型の温度を上昇させるのに必要なフルエンスは、

（数１１）
ｑ_０t＝（Ｔ_ｋ−Ｔ_ｒ）／１７３２．０４・・・（９）
となる。実際は、金型が温度Ｔ_ｋに保持されているので、式（９）で表されるフルエンス分を加工できるフルエンスから引くことになる。ここで式（５）に上記ａ、λ、Ｒ、ｔの値及び室温Ｔ_０＝２０℃とし、これを代入すると、ｑ_０ｔの単位をＪ／ｃｍ^２で表したとき、

（数１２）
０．２≦ｑ_０ｔ＜１．０・・・（１０）
式（９）及び式（１０）より、次の式（１１）を得る。

（数１３）
０．２−（Ｔ_ｋ−Ｔ_ｒ）／１７３２．０４≦ｑ_０ｔ＜１．０−（Ｔ_ｋ−Ｔ_ｒ）／１７３２．０４ ・・・（１１）
ここでＴ_ｋは金型保持温度、Ｔ_ｒは室温を表す。なお、ａ、λ、Ｒはクロムの特性から得られる定数である。

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、移動機構６をレンズを移動させるレンズ移動機構と、マスクを移動させるマスク移動機構に分別する等、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。

半導体製造封止金型等のクリーニングに利用することができる。

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。 （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。 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。 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。 （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 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

Claims (6)

1. （ａ）残渣の付着した金型であって、母材表面上に金属メッキ薄膜の形成された金型を準備する工程と、
   （ｂ）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、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
   を有し、
   前記残渣の熱分解温度をＴ_Ｘとし、前記金属メッキ薄膜の融点をＴ_Ｙとし、パルスレーザビームが入射する前の前記金型の温度をＴ_０とし、前記金属メッキ薄膜の熱拡散率をａとし、前記金属メッキ薄膜の熱伝導率をλとし、前記金型に入射するパルスレーザビームのパルス幅をｔとし、前記金属メッキ薄膜の入射レーザビームに対する反射率を表した値をＲとしたとき、
   前記工程（ｂ）において、前記金型に入射させるパルスレーザビームの１パルス当たりのフルエンスが、
   以上であり、かつ
   未満である金型クリーニング方法。
2. 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。
3. 更に、前記パルスレーザビームが、前記パルスレーザビームの光路上に配置されたマスクの貫通孔を通過することによって、断面形状を整形された後、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。
4. 前記パルスレーザビームは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し、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。
5. 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。
6. 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１〜５のいずれかに記載の金型クリーニング方法。