JP5535011B2

JP5535011B2 - 基板用の保持治具

Info

Publication number: JP5535011B2
Application number: JP2010198685A
Authority: JP
Inventors: 智小田嶋
Original assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Current assignee: Shin Etsu Polymer Co Ltd
Priority date: 2010-09-06
Filing date: 2010-09-06
Publication date: 2014-07-02
Anticipated expiration: 2030-09-06
Also published as: JP2012059748A

Description

本発明は、薄く脆い半導体ウェーハ等の基板を加工したり、搬送等する際に使用される基板用の保持治具に関するものである。

半導体ウェーハは、薄い半導体パッケージに適合させる観点から、バックグラインドにより１００μｍ以下（場合により５０μｍ以下）に薄片化され、ハンダリフロー工程やダイシング工程等に供されるが、薄片化に伴い、非常に薄く脆く反りやすくなるので、そのままの状態で加工したり、搬送すると、損傷するおそれが少なくない。そこで従来においては、薄く脆い半導体ウェーハの剛性を確保して損傷を防止するため、基板用の保持治具が使用されている（特許文献１、２、３参照）。

この種の基板用の保持治具は、図示しないが、相互に嵌脱可能な内リングと外リングとを備え、これら内リングと外リングとの間に、可撓性を有する粘着層の周縁部が挟持されており、この粘着層の表面に薄く脆い半導体ウェーハが着脱自在に粘着して一体化される。

特開２０１０‐１５３４１０号公報特開２０１０‐２８０３１号公報特開２００９‐１８７９６９号公報

従来における基板用の保持治具は、以上のように構成され、粘着層に半導体ウェーハの表裏いずれかの全面を隙間なく粘着する際、粘着層と半導体ウェーハとの間から空気が速やかに流出しないので、半導体ウェーハの粘着作業が遅延化したり、煩雑化するという問題がある。また近年、半導体ウェーハの特性等に応じて粘着層の粘着性を変更すること、換言すれば、粘着性を制御することが求められているが、粘着層の材料を変更して粘着性を制御するのは実際のところ容易ではなく、実用性に支障を来たすおそれがある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、空気を円滑に流出させて基板を簡単に粘着することができ、しかも、材料を変更することなく、基板に対する粘着性を制御することのできる実用的な基板用の保持治具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、薄く脆い基板よりも大きい可撓性の耐熱板に粘着層を設け、この粘着層に基板を着脱自在に保持させる保持治具であって、
粘着層の表面に、基板用の複数の保持突起を立設してこれら複数の保持突起間には空気流通用の隙間を区画形成し、各保持突起を柱形に形成してその先端を平坦な粘着面とし、
粘着層の表面周縁部に、基板の周縁部よりも外側に位置し、かつ複数の保持突起を包囲する周壁を周設するとともに、この周壁の内周面に、基板の周縁部を支持する複数の支持櫛歯を配列形成して隣接する支持櫛歯と支持櫛歯との間には空気流通空間を区画形成し、各支持櫛歯を保持突起の径よりも長く伸長して粘着層の中心部方向に向け、
複数の保持突起、周壁、及び複数の支持櫛歯を同じ高さに揃えたことを特徴としている。

なお、薄く脆い基板を、バックグラインドされた薄い半導体ウェーハとすることができる。
また、耐熱板をガラス繊維にエポキシ樹脂を浸透させたガラスエポキシ樹脂製とするとともに、粘着層をシリコーンゴム製とし、これら耐熱板と粘着層とを一体成形することができる。

ここで、特許請求の範囲における基板には、φ２００、３００、４５０ｍｍのシリコンウェーハ等からなる半導体ウェーハ、太陽電池のシリコン等が含まれる。また、耐熱板に粘着層を設ける方法としては、耐熱板に粘着層を接着剤等で積層接着する方法、耐熱板と粘着層とを一体成形する方法等があげられる。保持突起は、先端の粘着面が平らな円柱形、角柱形、円錐台形、角錐台形等に形成される。

本発明によれば、保持治具に薄く脆い基板を保持させる場合には、基板に保持治具の複数の保持突起を端から徐々に粘着し、複数の支持櫛歯に基板の周縁部を支持させれば、基板に剛性を付与して安全に保持することができる。この際、基板と粘着層との間の空気は、空気流通用の隙間から空気流通空間を経由して外部に流出するので、滞留することが少なく、基板を従来よりも簡単に粘着することができる。

また、保持治具に保持した基板を固定して加工等する場合には、各種のテーブルや装置に基板を固定し、保持治具の耐熱板と粘着層とを端部から徐々にしならせて剥離すれば、基板から保持治具を剥離し、基板に所定の加工を施すことができる。この際、空気が保持治具の外部から空気流通空間を経由して内部の隙間に流入するので、基板を速やかに剥離することができる。

本発明によれば、空気を円滑に流出させて基板を簡単に粘着することができ、しかも、粘着層の材料を変更することなく、基板に対する粘着性を容易に制御することができるという効果がある。また、簡易な構成で実用的な基板用の保持治具を提供することができる。

また、保持突起の径よりも長い支持櫛歯に基板の周縁部を支持させるので、保持突起よりも外側に基板の周縁部が食み出すことがなく、基板の全周縁部を安全に支持し、基板周縁部の損傷を抑制することができる。また、各支持櫛歯を粘着層の周方向等に傾けて向けるのではなく、中心部方向に向けるので、基板の全周縁部を確実に支持することが可能になる。さらに、複数の保持突起、周壁、及び複数の支持櫛歯を同じ高さとするので、基板を傾けることなく、水平に保持してその姿勢を安定させることが可能になる。

本発明に係る基板用の保持治具の実施形態における使用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の保持治具の実施形態における半導体ウェーハの保持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の保持治具の実施形態を模式的に示す平面説明図である。本発明に係る基板用の保持治具の実施形態を模式的に示す底面説明図である。本発明に係る基板用の保持治具の実施形態を模式的に示す正面説明図である。本発明に係る基板用の保持治具の実施形態を模式的に示す側面説明図である。本発明に係る基板用の保持治具の実施形態における複数の保持突起と支持櫛歯とを模式的に示す要部拡大平面説明図である。本発明に係る基板用の保持治具の実施形態における半導体ウェーハの保持状態を模式的に示す部分断面説明図である。本発明に係る基板用の保持治具の実施形態における半導体ウェーハの保持状態を模式的に示す他の部分断面説明図である。

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の保持治具は、図１ないし図９に示すように、半導体ウェーハＷよりも大きい耐熱板１と粘着層２とを一体化し、粘着層２に薄く脆い半導体ウェーハＷを着脱自在に保持させる治具であり、粘着層２の表面に複数の保持突起３と周壁６とを配設し、この周壁６に複数の支持櫛歯７を形成するようにしている。

半導体ウェーハＷは、特に限定されるものではないが、例えばバックグラインド装置のバックグラインドにより、１００μｍ以下に薄片化されたφ２００ｍｍのシリコンウェーハからなる。この半導体ウェーハＷは、非常に薄く脆く反りやすく、特に周縁部が欠け易いという特徴を有する。

耐熱板１は、図１ないし図３等に示すように、所定の材料を使用して表裏面がそれぞれ平坦な円板に形成され、少なくとも可撓性が付与されており、専用のロボットにハンドリングされる。この耐熱板１の所定の材料としては、特に限定されるものではないが、例えばガラス繊維にエポキシ樹脂を浸透させたガラスエポキシ樹脂や特殊なガラス等があげられる。

この中でも、機械的特性、化学的特性、寸法精度に優れ、撓み易く、割れにくい安価なガラスエポキシ樹脂の採用が好ましい。また、耐熱板１は、ハンダリフロー装置に半導体ウェーハＷと共にセットされ、高温の環境に晒される関係上、少なくとも２５０℃以上の耐熱性が付与される。

耐熱板１は、半導体ウェーハＷよりも僅かに１〜２ｍｍ程度、好ましくは１ｍｍ程度拡径に形成される。したがって、半導体ウェーハＷがφ２００ｍｍの場合、耐熱板１は２０１〜２０２ｍｍの大きさとされる。これは、耐熱板１が半導体ウェーハＷよりも１〜２ｍｍ程度大きくないと、ロボットのハンドリングに支障を来たし、半導体ウェーハＷの周縁部を充分に保護することができず、しかも、半導体ウェーハＷを端から剥離する作業が困難になるおそれがあるからである。また、耐熱板１を半導体ウェーハＷよりも２ｍｍ以上大きくしても、作業性を著しく向上させることができず、逆に耐熱板１に要する材料に無駄が生じたり、既存のロボットをそのまま使用できなくなるからである。

耐熱板１の厚さは、半導体ウェーハＷの口径、薄く脆い半導体ウェーハＷに対する剛性付与、及び耐熱板１の可撓性を勘案して決定される。半導体ウェーハＷがφ２００ｍｍの場合、耐熱板１は４００μｍ程度の厚さが好ましい。

粘着層２は、自己粘着性を有する所定の材料を使用して平面円形の薄膜に形成され、耐熱板１の全表面に一体化される。この粘着層２の所定の材料としては、特に限定されるものではないが、例えば耐熱性、耐候性、難燃性、粘度温度特性等に優れるシリコーンゴムやフッ素ゴム等があげられる。

粘着層２の周縁部を除く表面には図１ないし図３、図７ないし図９に示すように、半導体ウェーハＷ用の複数の保持突起３が所定の間隔で一体的に立設され、この複数の保持突起３の間には空気流通用の隙間４が区画形成されており、この隙間４が空気を流通させて半導体ウェーハＷの粘着作業や剥離作業を容易化するよう機能する。

隣接する保持突起３と保持突起３との間のピッチは、半導体ウェーハＷに対する粘着性を考慮して決定される。すなわち、半導体ウェーハＷに対する粘着性を向上させたい場合には、ピッチが狭く調整され、半導体ウェーハＷに対する粘着性を低下させたい場合には、ピッチが広く調整される。本実施形態の場合、保持突起３と保持突起３との間のピッチは５００μｍ程度に設定される。

各保持突起３は、円柱形に形成され、その先端が平坦な粘着面５に形成されており、この粘着面５に半導体ウェーハＷが着脱自在に粘着する。この保持突起３は、１００μｍ程度の高さと径とにそれぞれ形成され、粘着面５から粘着層２の底面までの高さが２５０μｍ程度とされる。保持突起３の高さが１００μｍ程度なのは、高過ぎると、保持突起３が外力で座屈しやすく、半導体ウェーハＷの破壊のおそれが生じ、逆に低すぎると、空気の流通が不十分になるおそれが生じるからである。

保持突起３の径は、上記ピッチ同様、半導体ウェーハＷに対する粘着性を考慮して決定される。すなわち、半導体ウェーハＷに対する粘着性を向上させたい場合には、拡径に形成され、半導体ウェーハＷに対する粘着性を低下させたい場合には、縮径に形成される。また、保持突起３の粘着面５から粘着層２の底面までの高さが２５０μｍ程度なのは、高過ぎると、保持治具全体の厚さが増し、半導体ウェーハＷのハンドリング等に支障を来たすおそれが生じ、逆に低すぎると、粘着層２の機械強度が不十分となるおそれがあるからである。

粘着層２の表面周縁部には図３や図７に示すように、半導体ウェーハＷの周縁部よりも外側に位置し、かつ複数の保持突起３を外側から包囲する平面リング形の周壁６が周設され、この周壁６の内周面には、半導体ウェーハＷの欠けやすい周縁部を支持する複数の支持櫛歯７が配列形成される。隣接する支持櫛歯７と支持櫛歯７との間には、隙間４に連通する空気流通空間８が区画形成され、この空気流通空間８が隙間４と共に空気を流通させて半導体ウェーハＷの粘着や剥離に寄与する。

各支持櫛歯７は、半導体ウェーハＷの周縁部を確実に支持する観点から、保持突起３の径よりも長く伸長形成され、その湾曲した先端部が粘着層２の中心部方向に指向する。本実施形態の場合、各支持櫛歯７は、２．５ｍｍ程度の長さに形成され、周壁６の外周面から先端部までの長さが４．５ｍｍ程度とされる。

複数の保持突起３、周壁６、及び複数の支持櫛歯７は、半導体ウェーハＷを水平に粘着する観点から同じ高さに揃えて整合される。本実施形態の場合、複数の保持突起３、周壁６、及び複数の支持櫛歯７は、１００μｍの高さに揃えて整合される。

上記構成において、保持治具を製造する場合には、先ず、専用のスタンパに粘着層２用のシリコーンゴムをセットし、型締めして耐熱板１用のガラスエポキシ樹脂を充填することによりプレス成形し、その後、所定の大きさ・形状に打ち抜き加工すれば、保持治具を製造することができる。

次に、保持治具に薄く脆い半導体ウェーハＷを保持させる場合には、複数の保持突起３の平坦な粘着面５に半導体ウェーハＷを粘着保持させ、複数の支持櫛歯７上に半導体ウェーハＷの周縁部を支持させれば、薄く脆い半導体ウェーハＷに剛性を付与して安全に保持することができる。

また、図１に示す吸着テーブル１０に真空吸着された薄く脆い半導体ウェーハＷを保持治具に保持する場合には、半導体ウェーハＷの露出面に曲げた保持治具の複数の保持突起３を端から徐々に粘着し、複数の支持櫛歯７に半導体ウェーハＷの周縁部を支持させた後、吸着テーブル１０の真空吸着を解除すれば、半導体ウェーハＷに剛性を付与して安全に保持できる。

なお、吸着テーブル１０は、特に限定されるものではないが、例えば多孔質セラミック製の円板を備え、この円板が真空ポンプに配管を介して接続されており、この真空ポンプが駆動して矢印で示す空気を排気することにより、半導体ウェーハＷを表面に吸着保持する。

上記作業の際、各保持突起３の粘着面５が半球形等に湾曲しておらず、平坦で実質的な接触面積が広いので、半導体ウェーハＷの露出面に保持突起３を的確に粘着することができる。また、また、粘着層２と半導体ウェーハＷとの間の空気は、空気流通用の隙間４から空気流通空間８を経由して保持治具の外部に流出するので、半導体ウェーハＷを簡単確実に粘着することができる。したがって、真空装置を用いた真空下で半導体ウェーハＷと保持治具の複数の保持突起３とを時間をかけて慎重に粘着する必要がない。

次に、保持治具に保持した半導体ウェーハＷを吸着テーブル１０に吸着して加工したい場合には、吸着テーブル１０の平坦な表面に半導体ウェーハＷを真空吸着して位置決めし、その後、保持治具の耐熱板１と粘着層２とを共に端部から徐々にしならせて上方に剥離（図１の上方の矢印参照）すれば、半導体ウェーハＷから保持治具を剥離し、半導体ウェーハＷに所定の加工を施すことができる。この際、空気が保持治具の外部から空気流通空間８を経由して隙間４に流入するので、半導体ウェーハＷを速やかに剥離することができる。

上記構成によれば、粘着層２に半導体ウェーハＷを粘着する際、隙間４と空気流通空間８とを用い、粘着層２と半導体ウェーハＷとの間から空気を速やかに流出させることができるので、半導体ウェーハＷの粘着作業の著しい円滑化、迅速化、容易化を図ることができる。また、複数の保持突起３間のピッチや各保持突起３の径を変更すれば、粘着層２の材料を変更することなく、粘着性を自由に制御することができ、実用性を向上させることができる。また、保持治具は、半導体ウェーハＷと略同じサイズであり、半導体ウェーハＷよりも極度に厚くなることがないので、簡易な構成で操作性や取扱性を向上させることができる。

また、長い支持櫛歯７に半導体ウェーハＷの脆い周縁部を支持させるので、半導体ウェーハＷの損傷を有効に防止することができる。この点について詳しく説明すると、例えば保持突起３に半導体ウェーハＷの非常に脆い周縁部を支持させる場合には、保持突起３よりも外側に半導体ウェーハＷの周縁部が食み出し、半導体ウェーハＷの全周縁部を安全に支持できないおそれが少なくない。その結果、半導体ウェーハＷがふらついてその周縁部が衝突等に伴い簡単に欠けることがある。

これに対し、本実施形態では保持突起３の径よりも長い支持櫛歯７に半導体ウェーハＷの周縁部を支持させるので、保持突起３よりも外側に半導体ウェーハＷの脆い周縁部が食み出すことが全くなく、半導体ウェーハＷの全周縁部を安全かつ適切に支持し、ふらつきに伴う欠けを抑制防止することが可能になる。

また、各支持櫛歯７を粘着層２の周方向に向けるのではなく、中心部方向に向けるので、例え半導体ウェーハＷが大口径のタイプでも、半導体ウェーハＷの周縁部を十分に支持する長さを確保することができ、半導体ウェーハＷの全周縁部の確実な支持が大いに期待できる。さらに、従来のような別体の内リングや外リング、及び粘着層を要しないので、部品点数の削減が期待できる。

なお、粘着層２の周縁部を除く表面と複数の保持突起３とには、有彩色や黒色等を適宜着色しても良い。また、支持櫛歯７は、粘着性を有していても良いし、有していなくても良い。

本発明に係る基板用の保持治具は、半導体や太陽電池等の製造分野で使用することができる。

１耐熱板
２粘着層
３保持突起
４隙間
５粘着面
６周壁
７支持櫛歯
８空気流通空間
１０吸着テーブル
Ｗ半導体ウェーハ（薄く脆い基板）

Claims

薄く脆い基板よりも大きい可撓性の耐熱板に粘着層を設け、この粘着層に基板を着脱自在に保持させる基板用の保持治具であって、
粘着層の表面に、基板用の複数の保持突起を立設してこれら複数の保持突起間には空気流通用の隙間を区画形成し、各保持突起を柱形に形成してその先端を平坦な粘着面とし、
粘着層の表面周縁部に、基板の周縁部よりも外側に位置し、かつ複数の保持突起を包囲する周壁を周設するとともに、この周壁の内周面に、基板の周縁部を支持する複数の支持櫛歯を配列形成して隣接する支持櫛歯と支持櫛歯との間には空気流通空間を区画形成し、各支持櫛歯を保持突起の径よりも長く伸長して粘着層の中心部方向に向け、
複数の保持突起、周壁、及び複数の支持櫛歯を同じ高さに揃えたことを特徴とする基板用の保持治具。