JP6322083B2 - 半導体ウエハの冷却方法および半導体ウエハの冷却装置 - Google Patents

Description

本発明は、加熱状態にある樹脂組成物からなる封止層の形成された封止シートまたは粘着テープによって被覆されている半導体ウエハを冷却する半導体ウエハの冷却方法および半導体ウエハの冷却装置に関する。

ダイシング処理後に良品のベアチップのみを選別し、複数個の当該ベアチップを樹脂によって被覆して再成形した半導体ウエハ（以下、適宜に「ウエハ」という）に所望の加工をしている。例えば、両面粘着テープによってキャリア用の支持板を貼り合わせた当該半導体ウエハの裏面研削を行って薄化する。その後に当該半導体ウエハを加熱することによって両面粘着テープの接着力を低減または減滅させて支持板をウエハから分離している。

支持板を分離した後の加熱状態にあるウエハを冷却している。すなわち、冷却処理のスループットを向上させるために、冷却ステージに搬送するまでの搬送過程で、加熱状態にあるウエハを非接触で浮上させて冷却ステージに搬送しながらエアーを吹き付けて予備冷却を行っている（特許文献１を参照）。

特開２０１２−１１９４３９号公報

しかしながら、上記従来方法では次のような問題が生じている。

すなわち、ウエハの大型化に伴って非接触でウエハを浮上させて搬送することが困難になっている。すなわち、支持板を除去されて剛性が低下するとともに、加熱よって樹脂が軟化しているので、ウエハの自重によってウエハに反りや撓みが発生しやすくなっている。当該反りなどの発生は、ウエハのハンドリングエラーを招き、ひいてはハンドリングエラーによってウエハを破損させるといった問題が生じている。

また、大型のウエハを冷却ステージに搬送するための予備冷却用の搬送装置は、設置面積が大きくなるといった不都合も生じている。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、簡素な構成で半導体ウエハを精度よく冷却するこのとのできる半導体ウエハの冷却方法および半導体ウエハの冷却装置を提供することを主たる目的とする。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。

すなわち、樹脂シートまたは粘着テープによって被覆された半導体ウエハを冷却する半導体ウエハの冷却方法であって、
加熱状態にある前記半導体ウエハを加熱された保持テーブルに載置する載置過程と、
前記保持テーブルから半導体ウエハを離反させ、前記保持テーブルの輻射熱が伝達される所定の位置へ前記半導体ウエハを昇降移動させる離反過程と、
前記保持テーブルから半導体ウエハを離反させるとともに前記所定の位置で保持させた状態で温度および時間を調整しながら半導体ウエハを冷却する冷却過程と、
を備え、
前記冷却過程は、前記輻射熱で前記半導体ウエハを間接的に加熱しながら前記半導体ウエハの温度を調整する
ことを特徴とする。

（作用・効果） 上記方法によれば、加熱状態にあるウエハを加熱された保持テーブルから離反させることにより、保持テーブルから輻射される熱によってウエハが徐々に冷却される。このとき、保持テーブルからウエハまでの距離と輻射熱による温度を調整することによって、急激に冷却された際に生じるウエハの反りが抑制される。
ができる。

なお、上記方法において、温度の調整は、例えば保持テーブルから半導体ウエハまでの距離または保持テーブルの加熱温度の少なくとも一方を変更して行われる。

また、上記方法において、温度の調整は、距離および加熱温度の変更に、さらに半導体ウエハに冷却用の気体を吹き付けて行ってもよい。あるいは、保持テーブルから半導体ウエハまでの距離を一定にして気体の風量や風速を調整してもよい。

また、上述の各方法において、半導体ウエハの表面の温度を検出器で検出し、当該検出結果に応じて温度を調整してもよい。

この方法によれば、検出器の検出結果に応じて、ウエハの温度低下を精度よく制御することができる。

さらに、上記方法において、検出器によって半導体ウエハの反りを検出する検出過程を備え、
離反過程において、半導体ウエハの外周の複数箇所を複数個の支持部材で支持するとともに、半導体ウエハの中央を吸着部材で吸着保持し、
冷却過程は、冷却時に検出器によって検出された半導体ウエハの反量に応じて支持部材と吸着部材を相対的に離反または接近移動させながら半導体ウエハを平坦にする。

この方法によれば、冷却過程でウエハに反りが発生した場合、支持部材と吸着部材を離反または接近させることにより、反りによって生じるウエハ中央と外縁とのギャップを小さく矯正することができる。すなわち、ウエハを平坦な状態で冷却することができる。

この発明は、このような目的を達成するために、次のような構成をとる。

すなわち、樹脂シートまたは粘着テープによって被覆された半導体ウエハを冷却する半導体ウエハの冷却装置であって、
加熱状態にある前記半導体ウエハを加熱しながら保持する保持テーブルと、
前記保持テーブルから半導体ウエハを離反させ、前記保持テーブルの輻射熱が伝達される所定の位置へ前記半導体ウエハを昇降移動させる離反機構と、
前記保持テーブルから半導体ウエハを離反させるとともに前記所定の位置で保持させた状態で温度および時間を調整しながら半導体ウエハを冷却させる制御部と、
を備え、
前記制御部は、前記輻射熱で前記半導体ウエハを間接的に加熱しながら前記半導体ウエハの温度を調整する
ことを特徴とする。

（作用・効果） この構成によれば、離反機構によって保持テーブルに載置されたウエハを当該保持テーブルから離反した状態で保持することができる。したがって、保持テーブルから半導体ウエハまでの距離および離反している時間を調整することにより、保持テーブルから輻射される熱によってウエハが徐々に冷却される。すなわち、上記方法を好適に実施することができる。

なお、当該構成において、制御部は、例えば、保持テーブルから半導体ウエハまでの距離または保持テーブルの加熱温度の少なくとも一方を調整して温度を制御する。

また、半導体ウエハに向けて冷却用の気体を吹き付ける気体供給部を備えた構成であってもよい。

この構成によれば、ウエハを積極的に冷却することができる。例えば、ウエハでの温度分布のバラツキが大きい場合、温度の高い部位に局所的に冷却用の気体を吹き付けることができる。

また、上記構成において、半導体ウエハの表面の温度を検出する検出器を備え、
制御部は、検出器の検出結果に応じて温度を調整してもよい。

この構成によれば、ウエハの温度変化を逐次に検出しているので、ウエハの温度を低下させる速度を精度よく調整することができる。

さらに、上記構成において、前記半導体ウエハの反りを検出する検出器を備え、
離反機構は、半導体ウエハの外周を複数箇所で支持する複数個の支持部材と、
半導体ウエハの中央部分を吸着保持する吸着部材と、
支持部材と吸着部材を相対的に離反および接近移動させる駆動機構とを備え、
制御部は、半導体ウエハの反量に応じて支持部材と吸着部材を相対的に接近または離反移動させながら半導体ウエハを平坦にする

この構成によれば、ウエハに反りが発生した場合、その反量の変化に応じて支持部材と吸着部材を離反または接近させることにより、当該反りを矯正して平坦な状態でウエハを冷却することができる。

本発明の半導体ウエハの冷却方法および半導体ウエハの冷却装置によれば、加熱状態にある封止シートまたは粘着テープで被覆された半導体ウエハに反りを発生させることなく精度よく冷却することができる。

半導体ウエハに支持板を貼合せて成るワークの側面図である。 半導体ウエハの断面図である。 冷却装置の正面図である。 冷却装置の動作を説明する平面図である。 冷却装置の平面図である。 変形例の冷却装置の平面図である。 変形例の冷却装置の動作を説明する平面図である。 変形例の冷却装置の動作を説明する平面図である。

以下、図面を参照して本発明の実施例を説明する。

本実施例で用いる半導体ウエハ（以下、適宜に「ウエハ」という）は、ウエハ表面への回路形成後にダイシング処理がされたベアチップを検査し、良品のベアチップのみを選別する。これらベアチップ１ａの電極面を下にし、図１に示すように、キャリア用の支持板２に貼り付けた両面粘着テープ３上に２次元アレー状に整列固定する。さらに、ベアチップ１ａ上から樹脂１ｂを被着し、ウエハ１の形状に再生している。

また、本実施例では、図２に示すように、ステンレス鋼、ガラス基板またはシリコン基板からなる支持板２と同心状に両面粘着テープ３を介して貼り合わされたウエハ１のバックグラインド処理後に加熱処理によって支持体の除去されたウエハ１取り扱う装置である。

すなわち、両面粘着テープ３は、テープ基材３ａの両面に、加熱することで発泡膨張して接着力を失う加熱剥離性の粘着層３ｂと、紫外線の照射によって硬化して接着力が低下する紫外線硬化型または非紫外線硬化型の感圧性の粘着層３ｃを備えて構成されたものである。つまり、この両面粘着テープ３の粘着層３ｂに支持板２が貼り付けられるとともに、粘着層３ｃにウエハ１が貼付けられている。

図３は本発明に係る冷却装置の正面図、図４は冷却装置の平面図である。

この冷却装置は、保持テーブル５およびウエハ支持機構６などから構成されている。

保持テーブル５は、テーブル本体とチャックプレート５ａから構成されている。テーブル本体には、チャックプレート５ａを介してウエハ１を加熱するヒータ６が埋設されている。

チャックプレート５ａは、ウエハ１の外形よりも小さい金属製または多孔質のセラミック得などから構成されている。またチャックプレート５ａは、流路を介して外部の真空装置７と連通接続されている。つまり、チャックプレート５ａは、載置されたウエハ１を吸着保持する。さらに、チャックプレート５ａは、シリンダ９によって昇降するよう構成されている。

ウエハ支持機構６は、ウエハ１の外形よりも大きい環状部材１０を備えている。この環状部材１０は、ウエハ外周を支持する複数本の支持ピン１１を備えている。支持ピン１１は、保持テーブル５の中心に先端を向けた状態で水平配備されている。また、環状部材１０は、シリンダ１２によって昇降するよう構成されている。

さらに、環状部材１０には、温度センサ１３が備えられている。この温度センサ１３は、ウエハ１の上面の温度を検出し、当該検出信号を制御部１４に送信している。なお、制御部１４の機能については、後述する当該装置に動作説明にて詳述する。

次に、上記冷却装置の動作について、図３〜５を参照しながら説明する。

図しない搬送ロボットによって、支持板２の除去されたウエハ１が、図３に示すように、保持テーブル５に収納されて面一となっているチャックプレート５ａと支持ピン１１の上に載置される。

ウエハ１は、保持テーブル５に搬送されてくるまでに、ウエハ全面での温度分布にバラツキが生じているので、ウエハ１の温度分布を均一にするためにウエハ１を所定時間かけて所定温度に加熱する。この時点で、樹脂３ｂは、未硬化状態にある。

この加熱過程において、温度センサ１３によってウエハ１の表面または裏面の温度が検出され、当該検出信号が制御部１４に送信される。制御部１４は、予め決めた基準温度と実測による温度（実測値）を比較する。実測値が所定温度に達すると、制御部１４は、図５に示すように、チャックプレート５ａおよび環状部材１０を同じ所定高さまで上昇させる。すなわち、ヒータ８の埋設されたテーブル本体からウエハ１を所定の高さまで離反させて水平保持する。

ここで、離反させる高さは、ウエハ１を冷却するときの樹脂１ｂおよびベアチップ１ａの収縮特性に応じて適宜に設定される。つまり、実験またはシミュレーションなどによって、ウエハ１が反りにくい温度と時間の相関関係によって決められている。当該相関関係は、レシピとして制御部１４に保持されている。

例えば、距離を一定にして所定の温度（例えば室温）まで冷却する。この冷却過程において、ウエハ１が急激に冷却されて反りが生じないように、テーブル本体のヒータ８を作動させておき、ウエハ１の裏面にテーブル本体からの熱を輻射させて冷却速度を調整している。

この冷却過程でも温度センサ１３によってウエハ１の温度が検出されており、当該検出信号が制御部１４に送信される。制御部１４は、ウエハ１の温度が所定温度に達すると、テーブル本体から離反された状態で搬送ロボットによって受け取られる。

その後、チャックプレート５ａおよび環状部材１０は、テーブル本体のウエハ受け取り位置まで下降する。以上で一巡の動作が完了し、以後所定の枚数のウエハ１の冷却処理が繰り返し実行される。

この構成によれば、加熱によって樹脂１ｂが軟化状態にあるウエハ１を冷却する過程で、テーブル本体からウエハ１を離反させ、輻射熱によってウエハ１を間接的に加熱しながらウエハ１の温度を調整しながら低下させてゆくので、ウエハ１の反りの発生を抑制することができる。したがって、ウエハ１の反りに伴うハンドリングエラーの発生を防止し、ひてはハンドリングエラーによって発生するウエハ１の破損を回避することができる。

なお、本発明は以下のような形態で実施することも可能である。

（１）上記実施例では、冷却過程において反りが発生ない場合について説明したが、反りが発生した場合は、次のように実施すればよい。

図６に示すように、環状部材１０上に光センサまたは超音波センサなどの２組の検出器１５を、ウエハ１を挟んでそれぞれ対向配備し、ウエハ１の反りをモニタするように構成する。

当該構成において、例えば、ウエハ１の中心が高くなるよう凸曲状に反っている場合、図７に示すように、一方の投光器１５ａからの光が遮断される。このとき、受光器１５ｂから送信される遮断信号によって制御部１４が、図７の一点鎖線で示すチャックプレート５ａのように下方に下降調整される。この下降調整の過程で、図６に示すように、受光器１５ｂから受光信号を制御部１４が再度受信した時点で、制御部１４は、ウエハ１の反りが解消し、平坦な状態にあると判断して下降動作を停止させる。以後、ウエハ１の温度が所定の温度に達するまで、反りをモニタし、適時に反りを矯正する処理が繰り返し実行される。

なお、樹脂１ｂなどの特性によってウエハ１の反りの方向が特定されている場合、チャックプレート５ａの移動方向は、一方向でよいし、検出器１５も一組で可能となる。したがって、検出器１５の個数は、２組に限定されない。

この構成によれば、冷却時のウエハ１の反りを確実に解消させることができる。

（２）上記実施例において、テーブル本体からウエハ１を離反させる距離を時間の経過とともに、変化させてもよい。

（３）上記各実施例において、ウエハ１を冷却する過程で、ノズルからウエハ１に向けて連続または間欠的に冷却風を吹き付けてもよい。例えば、温度センサ１３によってウエハ１の表面をモニタしている過程で、一部分が他の部分よりも温度が高い場合に、局所的に冷却風を吹き付けてもよい。

この構成によれば、ウエハ１の全面の温度が均一な状態で冷却されるので、反りの発生を抑制することができる。
（４）上記実施例において、樹脂の特性などにおいて、輻射熱用のヒータの温度、冷却時間、距離および反りとの相関関係が予め決まっていれば、温度センサを利用せずに当該パラメータに従ってウエハ１を冷却してもよい。

１ … 半導体ウエハ
１ａ … ベアチップ
１ｂ … 樹脂
２ … 支持板
３ … 両面粘着テープ
５ … 保持テーブル
５ａ … チャックプレート
６ … ヒータ
７ … 真空装置
９ … シリンダ
１０ … 環状部材
１１ … 支持ピン
１２ … シリンダ
１３ … 温度センサ
１４ … 制御部
１５ … センサ

Claims (10)

1. 樹脂シートまたは粘着テープによって被覆された半導体ウエハを冷却する半導体ウエハの冷却方法であって、
   加熱状態にある前記半導体ウエハを加熱された保持テーブルに載置する載置過程と、
   前記保持テーブルから半導体ウエハを離反させ、前記保持テーブルの輻射熱が伝達される所定の位置へ前記半導体ウエハを昇降移動させる離反過程と、
   前記保持テーブルから半導体ウエハを離反させるとともに前記所定の位置で保持させた状態で温度および時間を調整しながら半導体ウエハを冷却する冷却過程と、
   を備え、
   前記冷却過程は、前記輻射熱で前記半導体ウエハを間接的に加熱しながら前記半導体ウエハの温度を調整する
   ことを特徴とする半導体ウエハの冷却方法。
2. 請求項１に記載の半導体ウエハの冷却方法において、
   前記温度の調整は、保持テーブルから半導体ウエハまでの距離または保持テーブルの加熱温度の少なくとも一方を変更して行う
   ことを特徴とする半導体ウエハの冷却方法。
3. 請求項１または請求項２に記載の半導体ウエハの冷却方法において、
   前記温度の調整は、半導体ウエハに冷却用の気体を吹き付けて行う
   ことを特徴とする半導体ウエハの冷却方法。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の半導体ウエハの冷却方法において、
   前記半導体ウエハの表面の温度を検出器で検出し、当該検出結果に応じて温度を調整する
   ことを特徴とする半導体ウエハの冷却方法。
5. 請求項１ないし請求項４のいずれかに記載の半導体ウエハの冷却方法において、
   検出器によって半導体ウエハの反りを検出する検出過程を備え、
   前記半導体ウエハの外周の複数箇所を複数個の支持部材で支持するとともに、半導体ウエハの中央を吸着部材で吸着保持し、
   前記冷却過程は、冷却時に検出器によって検出された半導体ウエハの反量に応じて支持部材と吸着部材を相対的に離反または接近移動させながら半導体ウエハを平坦にする
   ことを特徴とする半導体ウエハの冷却方法。
6. 樹脂シートまたは粘着テープによって被覆された半導体ウエハを冷却する半導体ウエハの冷却装置であって、
   加熱状態にある前記半導体ウエハを加熱しながら保持する保持テーブルと、
   前記保持テーブルから半導体ウエハを離反させ、前記保持テーブルの輻射熱が伝達される所定の位置へ前記半導体ウエハを昇降移動させる離反機構と、
   前記保持テーブルから半導体ウエハを離反させるとともに前記所定の位置で保持させた状態で温度および時間を調整しながら半導体ウエハを冷却させる制御部と、
   を備え、
   前記制御部は、前記輻射熱で前記半導体ウエハを間接的に加熱しながら前記半導体ウエハの温度を調整する
   ことを特徴とする半導体ウエハの冷却装置。
7. 請求項６に記載の半導体ウエハの冷却装置において、
   前記制御部は、保持テーブルから半導体ウエハまでの距離または保持テーブルの加熱温度の少なくとも一方を調整して温度を制御する
   を備えたことを特徴とする半導体ウエハの冷却装置。
8. 請求項６または請求項７に記載の半導体ウエハの冷却装置において、
   前記半導体ウエハに向けて冷却用の気体を吹き付ける気体供給部を備えた
   ことを特徴とする半導体ウエハの冷却装置。
9. 請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の半導体ウエハの冷却装置において、
   前記半導体ウエハの表面の温度を検出する検出器を備え、
   前記制御部は、検出器の検出結果に応じて温度を調整する
   ことを特徴とする半導体ウエハの冷却装置。
10. 請求項６ないし請求項８のいずれかに記載の半導体ウエハの冷却装置において、
    前記半導体ウエハの反りを検出する検出器を備え、
    前記離反機構は、半導体ウエハの外周を複数箇所で支持する複数個の支持部材と、
    前記半導体ウエハの中央部分を吸着保持する吸着部材と、
    前記支持部材と吸着部材を相対的に離反および接近移動させる駆動機構とを備え、
    前記制御部は、半導体ウエハの反量に応じて支持部材と吸着部材を相対的に接近または離反移動させながら半導体ウエハを平坦にする
    ことを特徴とする半導体ウエハの冷却装置。

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