JP5060571B2 - ウェーハホルダフレームの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造工程において半導体ウェーハやガラス基板ウェーハ等（以下、ウェーハと総称する）を収納保持するウェーハホルダを構成するウェーハホルダフレーム（以下、ホルダフレームと略称する）の製造方法に関する。

半導体製造工程等においては、ウェーハ製造元から供給されたウェーハを１枚ずつ保持して各工程間を搬送して所定の工程を施し或いは保管等を行う際のウェーハ保持治具としてウェーハホルダが用いられる。ウェーハホルダは、リング状のホルダフレームと、このホルダフレームの一方側面側に開口部を閉塞して接合固定されたシート状のウェーハ保持体とから構成される。ウェーハホルダは、ウェーハ保持体により底面を閉塞された開口部をウェーハ収納空間部として構成し、その内部に主面上に多数の集積回路を形成して導通試験やバックグラインド処理等を施したウェーハを収納保持する。ウェーハホルダは、ウェーハの取扱い用ばかりでなくチップ形成のためのダイシング工程における保持治具としても用いられる。
ホルダフレームは、一般に機械的強度が大きく耐化学的特性を有するステンレス材等の金属材によってリング状に形成されていた。ホルダフレームは、ウェーハが１．５ｍｍ厚であることから、ほぼ同等の厚みの金属材により形成されていた。ホルダフレームは、ウェーハの８インチ、１２インチ等の大口径化に伴って大型となり、所定の規格仕様を満たす機械的剛性を得るために板厚の大きな金属素材を用いて形成されるようになり、材料費コストがアップするとともに重量も大きくなるといった問題があった。また、金属製ホルダフレームは、小口径用の場合に精密な位置決め部等を打抜き加工時に同時に形成することが困難であるため、後加工を施す必要があるためにコストアップとなる。
ホルダフレームとしては、上述した金属製ホルダフレームの問題を解消する合成樹脂製ホルダフレームも提供されている（例えば特許文献１を参照）。この先願合成樹脂製ホルダフレームは、１２インチの大径ウェーハ用であり、合成樹脂材を素材として所定の曲げ強度や曲げ弾性率の範囲として２〜３ｍｍの厚みに形成される。先願合成樹脂製ホルダフレームは、合成樹脂素材を用いることにより軽量化が図られ、これにより作業性や利便性の向上が図られる。

ところで、先願合成樹脂製ホルダフレームにおいては、キャビティ内の全域に亘って安定した状態で溶融樹脂の充填が行われるようにすることで所定の機械的特性を得るようにするために、上述したように１．５ｍｍ厚のウェーハよりも大きな厚みの２〜３ｍｍに形成される。合成樹脂製ホルダフレームは、ウェーハとほぼ同等の１．５ｍｍ厚に形成する場合に、金型温度を高温に保つとともに溶融樹脂を高圧でキャビティ内に充填させる等の対応を図っても形成することが困難であった。かかる対応は、生産効率も低く、また歩留りも悪くなるといった問題がある。
先願合成樹脂製ホルダフレームにおいては、上述したように大きな厚みとなることにより、ウェーハ収納空間部にウェーハを着脱する作業が面倒になり、また重ね合わせた状態での搬送や保管に際して嵩張るといった問題があった。さらに、先願合成樹脂製ホルダフレームにおいては、従来の金属製ホルダフレームよりも大きな厚みで形成されるために、ハンドリング装置等の従来設備をそのまま用いることができないといった問題点あった。

特開２００７−４８８８５公報

本願発明は、軽量で低コストであり作業性や利便性の向上が図られる合成樹脂製ホルダフレームの特徴を踏襲してその問題を解決する合成樹脂製ホルダフレームであり、既存設備の変更を要せず、ウェーハを確実に保護する充分な機械的剛性を保持しながら薄型、軽量化或いは低コスト化や作業性の向上を図ることができるウェーハホルダフレームの製造方法を提供することを目的とする。

上述した目的を達成するため、請求項１に係る発明は、中央領域に開口部を有し、厚みが１ｍｍ乃至１．９ｍｍであるリング状のフレーム体と、該フレーム体の一方の開口部を閉塞するシート状のウェーハ保持体と、を備え、前記開口部内に外径が８インチ以下のウェーハを収納可能なウェーハホルダフレームの作製方法であって、材料としてウィスカー強化型の超高剛性合成樹脂材を用いると共に、前記フレーム体を形成する環状のキャビティに対して、前記フレーム体の外周縁部に近接した外側であり周方向に対して互いに等間隔を以って複数のゲートが配置されるとともに、前記複数のゲートそれぞれの上流側に湯溜まりが設けられた成形金型を用いて、前記フレーム体を形成することを特徴とする。
また請求項２に係る本発明は、前記成形金型には、複数の前記ゲートが前記環状のキャビティに対してそれぞれ前記フレーム体の直線状の外周縁部を形成する部位に配置されていることを特徴とする。

本発明によれば、ウィスカー強化型の超高剛性合成樹脂材により従来の金属製ホルダフレームとほぼ同等の１ｍｍ乃至１．９ｍｍの厚みを有するウェーハホルダフレームを作製することができるので、ウェーハを確実に保護する充分な機械的剛性を保持しながら薄型、軽量化或いは低コスト化が図られ、既存設備にそのまま使用することが可能である。

本発明の実施の形態として示す第２のホルダフレーム中間体の正面図である。 同ホルダフレームを形成する成形金型の概略構成図である。 同成形金型のゲート構造の詳細図である。 ホルダフレームの中間体の背面図である。 同中間体の側面図である。

以下、本発明の実施の形態として示すホルダフレーム１について図面を参照して詳細に説明する。ホルダフレーム１は、ウィスカー強化型の超高剛性合成樹脂材を素材にして、図１に示すように中央に所定の内径を有する円形の開口部２を構成して全体がリング状のフレーム体として形成された樹脂製ホルダフレームである。ホルダフレーム１には、後述するように第１の側面３側に開口部２を閉塞してシート状のウェーハ保持体４が外周部を全域に亘って固定され、このウェーハ保持体４が底面を構成して開放された第２の側面５側からウェーハ６が着脱されるウェーハ収納空間部７を構成する。
ホルダフレーム１は、ウェーハ収納空間部７内において所定の回路形成工程等を経て主面上に多数の集積回路が形成されたウェーハ６をウェーハ保持体４上に保持し、工程間の搬送用、保管用或いはチップ化のダイシング工程を施す際のダイシング用の保持治具として用いられる。ホルダフレーム１は、ウィスカー強化型の超高剛性合成樹脂材を素材として、後述する成形金型２０によりリング状の薄板部材として形成される。
ホルダフレーム１は、ウェーハ収納空間部７が８インチ以下のウェーハ６を収納する内径寸法を有し、また全体の厚みが１ｍｍ乃至１．９ｍｍ、好ましくは従来の金属製ホルダフレームとほぼ同等の１．５ｍｍに形成される。ホルダフレーム１は、１．５ｍｍ厚に形成することにより、１．５ｍｍ厚の金属製ホルダフレームを取り扱う既存設備をそのまま使用することが可能であり、新たな設備投資等を不要とさせる。
ホルダフレーム１は、上述したウィスカー強化型の超高剛性合成樹脂材を素材として、後述する成形金型２０により形成された合成樹脂製ホルダフレームであり、ウェーハ６を確実に保護する充分な機械的剛性を保持しながら薄型、軽量化或いは低コスト化が図られる。ウィスカー強化型の超高剛性合成樹脂材には、例えば三菱エンジニアリング株式会社製の超高剛性合成樹脂材Ｗ−１１０（商品名レニー）やＸ−１１５が好適に用いられる。

ウェーハ保持体４は、ダイシング用として用いられる場合に、例えば厚みが約０．３ｍｍ程度のポリプロピレン或いはＰＥＴのフィルム材（シート材）を基材としてその表面に例えばアクリル系粘着接着剤を塗布した可撓性を有するものが用いられる。ウェーハ保持体４は、ウェーハ収納空間部７に収納されたウェーハ６をアクリル系粘着接着剤により粘着保持する。
ホルダフレーム１は、半導体技術に関するスタンダード・仕様・ガイドラインの規格であるＳＥＭＩ規格の「テープフレーム」規格に適合する形状仕様に形成される。ホルダフレーム１には、図１に示すように保管用等の収納容器内に位置決めして収納されるようにするために、外周縁部の互いに９０°の間隔を以って３箇所に直線部位からなる係合外縁部８Ａ乃至８Ｃ（以下、個別に説明する場合を除いて係合外縁部８と総称する）が形成されている。ホルダフレーム１には、中央の係合外縁部８Ｂと対向する外周縁部にも直線部位からなる位置決め外縁部９が形成される。ホルダフレーム１には、この位置決め外縁部９に、中心軸を挟む対称位置にダイシングマシーン側の位置決めピンが相対係合する一対の位置決め用凹部１０Ａ、１０Ｂが形成されている。

ホルダフレーム１は、詳細を省略するが、外周縁部が全域に亘って垂直面として形成されるとともに、内周縁部が全域に亘ってウェーハ保持体４を固定する第１の側面３側から開口部２の開放側の第２の側面５側に向かって次第に開口径を大きくするように傾斜面として形成される。ホルダフレーム１は、図１に示すように直線部位の係合外縁部８及び位置決め外縁部９が互いに円弧状の外縁部１１Ａ乃至１１Ｄにより連結された構造となっている。
ホルダフレーム１は、同図鎖線で示すように直線部位を構成する４箇所の係合外縁部８及び位置決め外縁部９に配置された詳細を後述するゲート部２７Ａ乃至２７Ｄ（以下、個別に説明する場合を除いてゲート部２７と総称する）から溶融樹脂材をキャビティ２３内に充填する成形金型２０により形成される。ホルダフレーム１は、このように直線部位にゲート部２６を配置した成形金型２０により形成されることにより、１．５ｍｍ厚と薄形であっても溶融樹脂が安定した状態でキャビティ２３内に充填されて大きな機械的剛性を以って形成される。

成形金型２０は、図示しない射出成形機に設置され、図２に示すように相対する固定型２２と可動型２１を型締めした状態で、その型合わせ面にホルダフレーム１を形成するキャビティ２３が構成される。成形金型２０は、キャビティ２３を、高さが１．５ｍｍのリング状空間部として形成する。成形金型２０には、詳細を省略するが可動型２１側に射出成形機のスプルー等を有する溶融樹脂供給部から上述した素材の超高剛性合成樹脂材を溶融状態にしてキャビティ２３内へと充填する樹脂充填部が設けられる。なお、成形金型２０は、周知の成形金型と同様に形成したホルダフレーム１を突き出すノック機構、形締め機構、冷却機構等を一体化したものである。
成形金型２０は、樹脂充填部をいわゆる２段スプルー構造により構成して上述したように４個のゲート部２７からキャビティ２３内に溶融樹脂が均一な状態で充填されるようにする。成形金型２０は、図２に示すようにキャビティ２３の中心軸上に位置してメインの溶融樹脂供給路となる第１スプルー２４が設けられ、この第１スプルー２４から周方向に対して互いに９０°の間隔を以って４つのランナー２５Ａ乃至２５Ｄ（以下、個別に説明する場合を除いてランナー２５と総称する）を分岐連設する。成形金型２０は、ランナー２５の先端部においてそれぞれ第２スプルー２６Ａ乃至２６Ｄ（以下、個別に説明する場合を除いて第２スプルー２６と総称する）を連設する。成形金型２０は、第２スプルー２６の先端部においてキャビティ２３に開口するゲート部２７をそれぞれ連設する。

第１スプルー２４は、４個のゲート部２７からキャビティ２３内に溶融樹脂を供給するに足る大径に形成される。ランナー２５は、それぞれの先端部が上述した直線部位を構成する４箇所の係合外縁部８及び位置決め外縁部９の外側に対向位置するようにキャビティ２３の外径よりも長軸とされて形成される。ゲート部２７は、ランナー２５の先端部において、係合外縁部８及び位置決め外縁部９に対応するキャビティ２３の外周部に形成される。
ゲート部２７は、全て同一形状に形成され、図３に示すようにそれぞれゲート２８と、ゲートランナー２９と、湯溜り３０と、型抜きガイド３１の部位から構成される。ゲート部２７は、ゲート２８が、周知のように小口径部位からなり上述した各部を介して射出成形機の溶融樹脂供給部から供給された溶融樹脂に射出圧を付与してキャビティ２３内へと充填させる。ゲート２８は、詳細を省略するがキャビティ２３との連通部位が最小口径であり、その口径ｄ１が約３ｍｍ径である。
ゲートランナー２９は、ゲート２８と湯溜り３０との間に設けられたやや大口径の部位であり、ゲート２８にある程度の量の溶融樹脂が供給される状態とすることにより溶融樹脂がゲート２８から安定した状態でキャビティ２３内に充填されるようにする。ゲートランナー２９は、適宜の断面形状に形成され、例えばキャビティ２３の高さよりもやや小さい高さとされるとともに８ｍｍ幅で形成される。

湯溜り３０は、口径を絞ったゲート２８の直前においてより多くの溶融樹脂を滞留させることによりその温度低下を抑制する部位である。湯溜り３０は、溶融樹脂が高温状態のままでゲート２８からキャビティ２３内に充填されるようにすることで、両側からの流れが突き当たる部位において良好に混合して当該部位においてウェルドラインの発生を低減する。湯溜り３０は、例えばゲート２８から上述したゲートランナー２９の長さを含んで間隔ｄ４が約９ｍｍの位置で直径ｄ３が約１０ｍｍの部位として形成される。
型抜きガイド３１は、上述したように大型部位として形成される湯溜り３０に連設されて、成形後に湯溜り３０内に残って硬化した樹脂が固定型２２内に残留せずに可動型２１とともに型抜きされるように作用する。型抜きガイド３１は、図３（Ｂ）に示すようにキャビティ２３側の側面に型抜き方向のテーパが付されて形成される。

以上のように構成された成形金型２０は、複数個（４個）のゲート部２７を、環状のキャビティ２３に対して周方向に等間隔を以って形成するとともに、これらゲート部２７を直線部位を構成する係合外縁部８及び位置決め外縁部９に対応位置して形成する。成形金型２０においては、ゲート部２７を精度よく形成することが可能でありまたこれらゲート部２７から溶融樹脂を安定した状態でキャビティ２３内に充填することが可能である。成形金型２０は、ゲート部２７から充填された溶融樹脂がキャビティ２３内において全周に亘って均一な状態で流れることにより、流れの突き当たる部位におけるウェルドラインの発生が低減されて仕上がり外観とともに全体の均一化によって機械的強度が保持されたホルダフレーム１を形成する。

成形金型２０には、固定型２２に対して可動型２１を型締めした状態で、上述した素材の超高剛性合成樹脂材が溶融された状態で射出成形機の溶融樹脂供給部から供給される。溶融樹脂は、大径の第１スプル２４内を充分な供給量を以って先端部へと流れ、この先端部に互いに同一形状を以って分岐連設したランナー２５内にそれぞれ同量が流れ込む。溶融樹脂は、ランナー２５内を先端部へと流れ、それぞれの先端部に互いに同一形状を以って形成したゲート部２７内にそれぞれ流れ込む。
溶融樹脂は、ゲート部２７内においてランナー２５から湯溜り３０とゲートランナー２９を介してゲート２８に達し、ゲート２８において噴射圧を付与されてキャビティ２３内に充填される。溶融樹脂は、ゲート２８において滞留が生じるが、湯溜り３０に溜まることで温度低下が抑制され、高温状態を保持してゲート２８からキャビティ２３内へと充填される。溶融樹脂は、キャビティ２３内で隣り合うゲート２８から充填されて流れが突き当たるが、それぞれが同等の条件により保持されるので当該部位においてウェルドラインが生じることは無い。
成形金型２０は、溶融樹脂の充填から当該溶融樹脂が硬化する所定時間の間、型締め状態を保持した後に固定型２２に対する可動型２１の型開き動作が行われる。成形金型２０は、キャビティ２３内に上述した形状のホルダフレーム１を形成するとともに、樹脂充填部を構成する各部に残った樹脂が硬化することにより図４及び図５に示したホルダフレーム中間体４０を形成する。成形金型２０は、型開き動作に際して可動型２１側に添着したホルダフレーム中間体４０を適宜のイジェクト機構によって突き落として回収されるようにする。成形金型２０は、上述したようにゲート部２７に型抜きガイド３１を設けたことによりホルダフレーム中間体４０が固定型２２側に残ることなく可動型２１側に添着して型開き動作が行われるようにする。

ホルダフレーム中間体４０は、ホルダフレーム１とともに、第１スプルー２４内に残った樹脂が硬化して第１スプルー樹脂部４１が形成され、ランナー２５内に残った樹脂が硬化してランナー樹脂部４２Ａ乃至４２Ｄが形成され、第２スプルー２６内に残った樹脂が硬化してゲート樹脂部２７が一体に形成される。ホルダフレーム中間体４０は、仕上げ処理が施されて製品部位であるホルダフレーム１と不要部位である上述した各樹脂部が分離される。なお、各樹脂部は、再利用される。
ホルダフレーム中間体４０は、仕上げ処理がゲート２８に残ったゲート樹脂部をホルダフレーム１の外周縁部から切断することにより行う。仕上げ処理は、ホルダフレーム中間体４０を射出成形機から取り出した後工程で自動切断機等を用いて行うが、例えば成形金型２０内にゲート切断構造を組み込んで自動切断することも可能である。
なお、本発明は、図面を参照して説明した上述した各実施の形態に限定されるものではなく、添付の特許請求の範囲及びその要旨を逸脱することなく、様々な変更、置換或いは同等に構成されることは当業者にとって明らかである。

１ ホルダフレーム、２ 開口部、３ 第１の側面、４ ウェーハ保持体、５ 第２の側面、６ ウェーハ、７ ウェーハ収納空間部、８ 係合外縁部、９ 位置決め外縁部、１０ 位置決め用凹部、２０ 成形金型、２１ 可動型、２２ 固定型、２３ キャビティ、２４ 第１スプルー、２５ ランナー、２６ 第２スプルー、２７ ゲート部、２８ ゲート、２９ ゲートランナー、３０ 湯溜り、３１ 型抜きガイド、４０ ホルダフレーム中間体

Claims (2)

1. 中央領域に開口部を有し、厚みが１ｍｍ乃至１．９ｍｍであるリング状のフレーム体と、該フレーム体の一方の開口部を閉塞するシート状のウェーハ保持体と、を備え、前記開口部内に外径が８インチ以下のウェーハを収納可能なウェーハホルダフレームの作製方法であって、
   材料としてウィスカー強化型の超高剛性合成樹脂材を用いると共に、
   前記フレーム体を形成する環状のキャビティに対して、前記フレーム体の外周縁部に近接した外側であり周方向に対して互いに等間隔を以って複数のゲートが配置されるとともに、前記複数のゲートそれぞれの上流側に湯溜まりが設けられた成形金型を用いて、前記フレーム体を形成することを特徴とするウェーハホルダフレームの製造方法。
2. 前記成形金型には、複数の前記ゲートが前記環状のキャビティに対してそれぞれ前記フレーム体の直線状の外周縁部を形成する部位に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のウェーハホルダフレームの製造方法。

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