JP5164221B2 - ウェーハ用フレーム - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハ（例えば、半導体ウェーハ、ガラス基板ウェーハ等）の加工作業（例えばダイシング、エキスパンド等）や搬送作業に用いるフレーム（以下、ウェーハ用フレームという）に関するものである。

半導体ウェーハのウェーハ用フレーム１０は、通常図２０に図示した口径１５０ｍｍ（６ｉｎｃｈ）〜３００ｍｍ（１２ｉｎｃｈ）の半導体ウェーハＷを収納する金属製のウェーハ用フレーム１０で、該フレームに半導体ウェーハを保持するダイシングフィルム３１をウェーハ用フレーム１０の裏面に剥離可能に貼付する構造となっている。

そして、図２１に図示するように、このダイシングフィルム３１（図２０）の上に貼付された半導体ウェーハＷがダイシングマシーンのダイヤモンドブレード３０により複数のダイＤに切断（ダイシング）される。

上述した半導体ウェーハ用フレーム１０にダイシングフィルム３１および半導体ウェーハＷが貼付された後、ダイシングマシーンに１枚ずつセットされるまでは、図２２に図示するような半導体ウェーハ用フレーム１０を複数枚単位で整列収納した収納容器（カセット）９に収納されて運搬される。なお、図２２は収納容器の一部を拡大表示した収納容器（カセット）９の概略図である。
ウェーハ用フレーム１０は、従来ステンレス鋼板（厚み１．５ｍｍ程度）を所定の形状に切り出したもの（いわゆる無垢材）を使用しているので、ウェーハ用フレーム１０の重量は比較的大きな値となる。

近年大径のウェーハＷが生産されるようになり、ウェーハ用フレーム１０も大型化しており、ステンレス鋼板の無垢材からなるウェーハ用フレーム１０では、大型化によって重量が増大し、例えば、前記収納容器（カセット）９の総重量は、１２ｉｎｃｈウェーハ用フレーム１０では、２５枚セットで１８ｋｇ以上となり、ダイシングマシーンに収納容器（カセット）９を運搬し、セッティングする作業者には、大きな負担となっている。

そこで、ウェーハ用フレーム１０の軽量化を図る技術が種々検討されており、例えば、特許文献１には、樹脂からなるウェーハ用フレームが開示されている。この技術によればウェーハ用フレームの軽量化を達成できるが、樹脂を使用するため、剛性を保つには厚みを従来材の厚さ１．５ｍｍより厚くする必要があり、また長時間使用することによって特性が変化するという問題がある。さらに、ダイシングフィルムからウェーハを取り外す際に、フレーム全体に熱をかけるので、ウェーハ用フレームには耐熱性も求められる。

特開２００７−４８８８５号公報

本発明は、特性の変化を防止し、かつ十分な剛性と耐熱性を有する軽量のウェーハ用フレームを提供することを目的とする。

本発明の要旨は、下記の通りである。

第一の発明は、ウェーハの加工作業や搬送作業に用いるリング状のウェーハ用フレームであって、該フレームの天井部と底部と側壁とが金属材料から成り、かつ前記フレームの内部に空間を有し、前記天井部と前記側壁とを断面形状がコの字形状に一体成形する上蓋と、前記底部と前記側壁とを断面形状がコの字形状に一体成形する下蓋とを嵌合することによって空間を設け、前記下蓋の前記底部に粘着フィルム切断用カッタを収容する溝を有する梁を下蓋と一体成形して設けたことを特徴とするウェーハ用フレームである。

第二の発明は、前記上蓋と、前記下蓋との間に補強部材を固着することを特徴とする第一の発明に記載のウェーハ用フレームである。

第三の発明は、前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上、または前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上設けることを特徴とする第一の発明に記載のウェーハ用フレームである。

第四の発明は、前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上、および前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上設け、前記窪み同士が接触しないようにしたことを特徴とするに第一の発明に記載のウェーハ用フレームである。

第五の発明は、前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上、および前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上設け、前記窪みの底部同士が接するようにしたことを特徴とする第一の発明に記載のウェーハ用フレームである。

第六の発明は、前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する連続した窪みを全周に１条以上設け、または前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する連続した窪みを全周に１条以上設けたことを特徴とする第一の発明に記載のウェーハ用フレームである。

第七の発明は、前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する連続した窪みを全周に１条以上設け、および前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する連続した窪みを全周に１条以上設け、前記連続した窪みの底部同士が接するようにしたことを特徴とする第一の発明に記載のウェーハ用フレームである。

第八の発明は、前記空間に中空金属体および／または樹脂材料を充填することを特徴とする第一乃至第七の発明のいずれかに記載のウェーハ用フレームである。

第九の発明は、前記中空金属体として、中空鉄球を押圧して変形させた中空金属体を使用することを特徴とする第八の発明に記載のウェーハ用フレームである。

第十の発明は、前記上蓋、前記下蓋用部材を金属平板からプレス打抜きするプレス打抜き加工工程と前記部材から前記側壁を成形するプレス絞り加工工程とによって製造することを特徴とする第一の発明に記載のウェーハ用フレームの製造方法である。

第十一の発明は、さらに、プレス絞り加工工程に続いて、フレームの全体形状を成形するプレス成形工程を設けることを特徴とする第十の発明に記載のウェーハ用フレームの製造方法である。

本発明によれば、フレームの強度、剛性、耐熱性を維持しつつ、従来品に比較して顕著に軽量化されたウェーハ用フレームを得ることができる。

ウェーハ用フレームの外観の例を示す平面図である。 本発明のウェーハ用フレームに使用する型枠の例を示す平面図である。 本発明のウェーハ用フレームに使用する型枠の他の例を示す平面図である。 （ａ）本発明の第一の実施の形態に係るウェーハ用フレームの部分破断平面図である。（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。 （ａ）本発明の他の実施の形態に係るウェーハ用フレームの部分破断平面図である。（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。 （ａ）本発明の中空金属体を充填したウェーハ用フレームの部分破断平面図である。（ｂ）Ａ−Ａ断面図である。 （ａ）本発明の第二の実施の形態に係るウェーハ用フレームの平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。（ｃ）Ｂ−Ｂ断面図での嵌合前の状態を示す模式図である。 （ａ）本発明のウェーハ用フレームの他の例を示す部分破断平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。（ｃ）Ｂ−Ｂ断面図での嵌合前の状態を示す模式図である。 （ａ）本発明のウェーハ用フレームの他の例を示す部分破断平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。（ｃ）補強部材の外観の例を示す平面図である。 （ａ）本発明の第三の実施の形態に係るウェーハ用フレームを示す部分破断平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。 （ａ）本発明の第三の実施の形態に係るウェーハ用フレームの他の例を示す平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。 （ａ）本発明の第三の実施の形態に係るウェーハ用フレームの更に他の例を示す平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。（ｃ）Ｃ−Ｃ断面図である。 （ａ）本発明の第三の実施の形態に係るウェーハ用フレームの他の例を示す平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。 （ａ）本発明の第三の実施の形態に係る連続した窪みを有するウェーハ用フレームの例を示す平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。 （ａ）本発明の第三の実施の形態に係る連続した窪みを有するウェーハ用フレームの例を示す平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。 （ａ）本発明の中空金属体を充填したウェーハ用フレームの部分破断平面図である。（ｂ）Ｂ−Ｂ断面図である。 薄肉鋼管からのウェーハ用フレームの製造方法を説明する図である。 上蓋、下蓋の側壁形状を説明する図である。 嵌合部の接合方法を説明する図である。 半導体ウェーハのダイシング用フレームのダイシング作業状態を示す斜視図である。 半導体ウェーハのダイシング用フレームをエキスパンド装置にセットした状態を示す図である。 半導体ウェーハの収納容器（カセット）の概略を示す図である。 （ａ）荷重変形試験方法を説明する模式図である。（ｂ）フレームの固定位置を説明する平面図である。 反り量と軽量化率（＝１００−質量比）との関係を示す図である。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明する。
本発明のウェーハ用フレーム１０の形状は、特に限定しないが、本実施の形態におけるウェーハ用フレームは、図２０または図２１に示す半導体ウェーハＷを着脱自在に粘着保持する可撓性のダイシングフィルム３１を備えたリング状のフレーム１０と外観上の形状は類似しているが、規格品の形状のみでなく円形、四角形や楕円形等の形状であってもよい。

本発明のウェーハ用フレーム１０では、天井部、底部および側壁が金属材料で構成され、かつフレーム内部に空間を設けている。フレームを金属材料で構成することによって、耐熱性を維持し、かつ十分な強度、剛性を保つことが可能となる。また内部に空間を設けることによってウェーハ用フレーム１０の軽量化を達成できる。
本発明のウェーハ用フレーム１０で使用する金属材料は、鉄、ステンレス鋼、アルミニウム、チタン、マグネシウム等が好ましいが、現状、耐熱性、耐食性とコストバランスの観点からはステンレス鋼板を使用するのが好ましい。

第一の実施の形態
第一の実施の形態に係るウェーハ用フレーム１０は図１に示す外観形状の平坦な金属製の上板１と上板１と同じ形状の平坦な金属製の下板２を用いる。上板１と下板２の厚みは特に限定せずウェーハ用フレームの寸法や金属材料の種類に応じて適宜設定すれば良い。

さらにウェーハ用フレームの内部空間３ｃと側壁３ａを構成する部材として図２または図３に示す型枠３を使用する。本型枠３は、金属板を打抜き加工やレーザ切断加工によって製造できるので、型枠３の厚み、側壁３ａや梁３ｂの幅は図２や図３に限定されるものではなく、使用する金属材料の質量やウェーハ用フレーム１０の寸法に応じて適宜設定することによって、フレーム１０の軽量化に寄与する。

型枠３に梁部３ｂを設ける位置は特に限定しないが、例えば、図３に示す型枠３の形状では梁３ｂをウェーハ用フレーム１０の半径方向に一定間隔で設けるとともに、円周方向にも設けている。このように、使用する金属材料によってウェーハ用フレーム１０の強度、剛性を上昇させたい時は、図２、図３や図４、図５に示す梁３ｂを任意の間隔をおいて型枠３に設けるのが良い。しかし、図３に示す型枠３を使用すると、図２の型枠３に比べてウェーハ用フレーム１０の強度、剛性は高まるが、質量も大きくなるので、梁３ｂはウェーハ用フレーム１０に求められる剛性や質量に応じて適宜設定するのが好ましい。

上記した上板１と下板２の間に型枠３を積層することによって、天井部１、底部２および側壁３ａが金属材料からなり、かつフレーム内部に空間を有するウェーハ用フレームが成形される。なお、位置決め用ノッチ２６は、フレーム１０をダイシングマシーンにセットするときの位置決め用のノッチであるので、上板１、下板２及び型枠３を積層するときは、位置決め用ノッチ２６が同じ位置に来るように重ねる必要がある。

図４（ａ）は、本発明のウェーハ用フレーム１０の部分破断平面図である。
本ウェーハ用フレーム１０は図１に示す上板１、下板２と図２に示す型枠３から成形されており、型枠３は側壁３ａとフレームの半径方向に等間隔に配置された梁３ｂから成り立っている。 図４（ｂ）は図４（ａ）のＡ−Ａ断面図である。上板１、下板２と側壁３ａ、梁３ｂに囲まれた部位に空間３ｃが形成されており、本構成により軽量化が実現している。また、上板１、下板２と型枠３との接合は従来から知られている接着剤、ろう付け、溶接等の技術を適宜選択すれば良い。

図５は、本発明の他の実施の形態に係るウェーハ用フレームであり、型枠３として図３に示す型枠３を使用したものである。図５（ａ）は本発明のウェーハ用フレーム１０の部分破断平面図であり、図５（ｂ）は図５（ａ）のＡ−Ａ断面図である。本実施の形態では、図４の場合に比較して、さらにフレームの円周方向に梁３ｂが追加されて空間３ｃも細かく分布しており、強度、剛性が向上している。

図６は、本発明の他の実施の形態に係るウェーハ用フレーム１０であり、図４、図５に示す本発明のウェーハ用フレーム１０の空間３ｃに中空金属体４を充填した例である。中空金属体４を使用することによって重量の増加を抑制しつつ、更なる強度、剛性の向上を達成することができる。

図６（ａ）は、本発明のウェーハ用フレーム１０の部分破断平面図であり、図６（ｂ）は図６（ａ）のＡ−Ａ断面図である。中空金属体４の材質は、特に限定しないが、ウェーハ用フレームの内部に密閉格納されるので、それなりの耐食性、剛性を得る材質を選択する必要がある。一般的には、入手が容易な中空鉄球を使用するのが好ましい。

中空鉄球等の球形の中空金属体４を使用する場合は、その球形の中空金属体４を予め押圧して変形させたものを使用するのが好ましい。球形のままで使用すると、中空金属体４と上板１、下板２とが点接触となるので安定性が悪く剛性向上の効果が得られ難いからである。球形の中空金属体を変形させて使用すると、中空金属体４と上板１、下板２との接触面積が増加するので、大幅な剛性向上が期待できる。

また、ウェーハ用フレーム１０の内部の空間に中空金属体４を充填する場合は、ウェーハ用フレーム１０を使用することによって、中空金属体４が移動してウェーハ用フレーム１０の内部で偏在する恐れがあるので、接着材あるいは、ろう材を用いて中空金属体を固定することが好ましい。接着剤は、アウトガスが発生しない仕様と耐熱仕様を兼ね備えた加熱硬化型の接着剤が好適である。また、ろう付けに用いるろう材は、銅系ろう材、ニッケル系ろう材が好適であり、ろう付けに代えて錫等の低融点金属材料を接合面に溶かし込むこともできる。

第二の実施の形態
次に本発明の第二の実施の形態に係るウェーハ用フレーム１０について説明する。

本発明に係る第二の実施の形態に係るウェーハ用フレーム１０を図７に示す。図７（ａ）はウェーハ用フレーム１０の上面側を示す平面図である。図７（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。図７（ｃ）はＢ−Ｂ断面での上蓋２１と下蓋２２の嵌合前の状態を示す模式図である。上蓋２１は天井２１ｂと側壁２１ａとが平板から一体成形されており、上蓋２１のフレーム断面（Ｂ−Ｂ断面）は略コの字型となっている。下蓋２２も底部２２ｂと側壁２２ａとが上蓋２１と同様に平板から一体成形されており、下蓋２２のフレーム断面（Ｂ−Ｂ断面）も略コの字型となっている。

上蓋２１と下蓋２２の断面を共に略コの字型に成形したので、図７（ｂ）、（ｃ）に示すように上蓋２１と下蓋２２を嵌合でき、その断面を箱型とすることができる。このように断面を箱型に成形したので捩れや反りに強い構造とできる。また箱内部は空間３ｃが成形されているのでフレームの軽量化が図れる。さらに上蓋２１が下蓋２２の内側に嵌合するようにしたので、下蓋２２の底部２２ｂには上蓋２１の側壁２１ａの端部が現れないので底部２２ｂは平滑な面となり、図２０、２１に示すようにダイシングフィルム３１をウェーハ用フレーム１０の裏面側２２ｂに貼付してもフィルムを傷つけることがない。

さらに、嵌合強度を上昇したい場合は、上蓋２１と下蓋２２との嵌合部２１ａ、２２ａは図７では、直線形状を図示したが、図１８（ａ）に示すように、上蓋側壁２１ａや下蓋側壁２２ａにノッチ形状の嵌合部を設けることによって直線形状よりも嵌合強度を大きくできる。また図１８（ｂ）に示すように、下蓋側壁２２ａ先端部に屈曲部を設けることによっても嵌合強度を上昇させることができる。さらに嵌合面に接着剤を塗布しても良い。

また、図１９（ａ）、（ｂ）、（ｃ）に示すように嵌合部を溶接部４２で接合してさらに強度アップを図ることができる。溶接方法は、電子ビーム溶接、レーザ溶接、マイクロプラズマ溶接やTIG溶接等公知の溶接方法を適宜適用できる。

また、図１９（ｄ）に示すように、溶接に代えてろう付け４３を用いることも可能である。ろう材としては、銅系ろう材やニッケル系ろう材が好適であり、ろう付けに代えて錫等の低融点金属材料を嵌合面に溶かし込むこともできる。

また、接着剤を用いる場合は、接着剤はアウトガスが発生しない仕様と耐熱仕様を兼ね備えた加熱硬化型の接着剤が好適である。

上蓋、下蓋の一体成形前の素材は金属平板（コスト、使い勝手面からはステンレス鋼板が好ましいがこれに限られるものではない）からプレス打抜き加工やレーザ切断加工により、ウェーハ用フレーム１０の肉厚、寸法に応じて適宜加工法を選択すれば良い。また、上蓋２１、下蓋２２の天井部２１ｂまたは底部２２ｂと側壁２１ａ、２２ａとの一体成形はプレス加工やスピニング加工等により側壁を目的寸法に適宜立ち上げて制作される。

プレス加工は、上蓋、下蓋用部材を金属平板からプレス打抜きする工程と前記部材から側壁部を成形するプレス絞り加工工程とから成り立っている。本制作工程では、プレス絞り加工工程の後に全体の形状を整えるためのプレス成形工程を追加しても良い。さらに、上蓋、下蓋の嵌合部は嵌合精度が高い場合は、特に接合材を必要としない場合もあるが、洗浄水の侵入等を防止する観点からは、接合部に接着剤を塗布するか、ろう付け、レーザ溶接等を適宜取り入れるのが良い。

図８は、本発明の他の実施の形態を示す図であり、上蓋２１、下蓋２２は図７と同様に天井部２１ｂと側壁２１ａ、底部２２ｂと側壁２２ａは一体成形されている。図８（ａ）は、本発明のウェーハ用フレーム１０の部分破断平面図であり、図８（ｂ）は図８（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。図８（ｃ）はＢ−Ｂ断面での上蓋２１と下蓋２２の嵌合前の状態を示す模式図である。

本実施の形態は、図８（ｂ）に示すように下蓋２２の底部２２ｂに貼付された粘着フィルム（ウェーハＷを搭載保持するダイシングフィルム３１）を切断するカッタを収容する溝を有する梁２２ｃを一体成形したことである。該梁２２ｃは図８（ａ）に示すようにウェーハ用フレーム１０の底部２２ｂの円周方向に設けられており、捩れ、反り等を防止し剛性を付加する梁としての機能を有している。また前記梁２２ｃはウェーハ用フレーム１０の底部２２ｂに粘着フィルム（ウェーハＷを搭載保持するダイシングフィルム３１）を貼付し、ウェーハ用フレーム１０の径に合わせて前記粘着フィルムを切断する際に、カッタの刃先が前記ウェーハ用フレーム１０に接触するのを防止する溝である。従って、溝の幅、深さ、溝斜面の傾斜角度等はダイシングマシーンやフレームサイズ等に合わせて適宜決定すれば良い。また、カッタを収容する溝を作らない場合は、梁２２ｃは上蓋２１に一体成形しても良い。

図９は、本発明のさらに他の実施の形態を示す図であり上蓋２１、下蓋２２は図７と同様に天井部２１ｂと側壁２１ａ、底部２２ｂと側壁２２ａは一体成形されている。図９（ａ）は、本発明のウェーハ用フレーム１０の部分破断平面図であり、図９（ｂ）は図９（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。

本実施の形態は、図９（ｂ）に図示すように上蓋天井２１ｂと下蓋底部２２ｂとの間に補強部材２３を固着する構造である。補強部材２３は図９（ｃ）に外観の例を示す平面図に図示するようにウェーハ用フレーム１０の幅部の円周方向にバンド状に設置した補強用梁である。本実施の形態は、ウェーハ用フレーム１０が大型化した場合にフレーム１０の肉厚を増加させて剛性を上げるより、肉厚は小径サイズと同じにして本補強部材２３を１枚固着するほうが軽量化できる場合に有効な処置となる。

なお、補強部材としては、金属、特に鉄、ステンレス、アルミ、チタン等が好適であり、ゼンマイ等のバネ材や、座金等を空間内に保持出来るものなら何でも使用しても良い。また、補強部材として樹脂を使用することもできる。この場合は、樹脂をリング状にしてもよいし、上蓋断面全体または一部に樹脂板を使用することもできる。補強部材の形状は特に限定はしない。

第三の実施の形態
次に本発明の第三の実施の形態に係るウェーハ用フレーム１０について説明する。

本発明の第三の実施の形態に係るウェーハ用フレーム１０を図１０に示す。図１０（ａ）はウェーハ用フレーム１０の上面側を示す平面図である。図１０（ｂ）はＢ−Ｂ断面図である。上蓋２１は天井２１ｂと側壁２１ａとが平板から一体成形されるが、本実施の形態では、上蓋天井部２１ｂに下蓋底部２２ｂに接する窪み２１ｄを任意の間隔で複数個設置した。窪み２１ｄの幅、長さは任意であるが深さは下蓋底部２２ｂに接するようにし、フレームの周長に非連続した配置とする。本窪みも上蓋と一体成形するのが好ましい。

断面形状は第二の実施例と同様に、上蓋２１のフレーム断面（Ｂ−Ｂ断面）は略コの字型となっている。下蓋２２も底部２２ｂと側壁２２ａとが上蓋２１と同様に平板から一体成形されており、下蓋２２のフレーム断面（Ｂ−Ｂ断面）も略コの字型となっている。

このようにすることによって、図９に示した補強部材２３に代えてウェーハ用フレーム１０の剛性を上げることができる。ウェーハ用フレーム１０の捩れ等を考慮すると窪み２１ｄは上蓋天井部２１ｂの全体に複数個を均等に、非連続配置（図１０では対角に配置）とするのが好ましい。窪み２１ｄは図１０（ｂ）では鋭角に描いたが壁面は傾斜を持たせても良いし、角部も鈍角としたり、丸みをもたせても良い。また幅、長さもウェーハ用フレーム１０の大きさ、必要な剛性や捩れ、反り特性を勘案して適宜決定すれば良い。

またフレーム内部には空間３ｃが成形されているのでフレームの軽量化が図れる。さらに上蓋２１が下蓋２２の内側に嵌合するようにしたので、下蓋２２の底部２２ｂには上蓋２１の側壁２１ａの端部が現れないので底部２２ｂは平滑な面となり、図２０、２１に示すようにダイシングフィルム３１をウェーハ用フレーム１０の裏面側２２ｂに貼付してもフィルムを傷つけることがない。

図１１は、図１０と同様に下蓋２２に非連続の窪み２２ｄを複数個設けた例であり、基本的構造は図１０と同じである。

図１２は上蓋、下蓋共に窪み２１ｄ、２２ｄを有し、各窪み２１ｄ、２２ｄ同士はお互いに接触しないように複数個配置されている。本実施の形態では、上蓋、下蓋の各々に設置する窪み２１ｄ、２２ｄの数は少なくてもウェーハ用フレーム１０全体としては数を倍増できる。本ケースはウェーハ用フレーム１０の幅が狭く、窪みのプレス成形時に歪みが発生し易い場合には上、下蓋当たりの窪みの数を減らせるので有効である。

図１３は、上蓋、下蓋に設置した窪み２１ｄ、２２ｄのウェーハ用フレーム１０の周長さ方向位置を同じにして、窪みの底部がお互いに接するようにしたものである。本実施の形態は、窪み２１ｄ、２２ｄの深さを深くプレス成形できない場合に有効である。窪み２１ｄ、２２ｄ同士が接しているので剛性の向上、捩れ防止に効果的である。

図１４に示す実施の形態は、上蓋２１または下蓋２２の片方にウェーハ用フレーム１０の周長さ方向に連続した窪み２１ｄを配置した例である。窪みの幅は任意であり、狭幅にして幅方向に２条以上設けてもよい。窪みの底部は上蓋天井部または下蓋底部に接するのを基本とするが、捩れ等が問題無い場合は接しないで浮いた状態でもよい。

図１５に示す実施の形態は、上蓋２１および下蓋２２の両方にウェーハ用フレーム１０の周長さ方向に連続した窪み２１ｄ、２２ｄを配置した例である。窪みの底部同士は互いに接している。このように構成することで剛性がより向上し、捩れ防止にも有効である。本ケースもフレームの幅が許せば２条以上設置しても良い。

図１６は、ウェーハ用フレーム１０の剛性をさらに向上するために図６のケースと同様に図７〜１５に図示したウェーハ用フレーム１０の内部の空間３ｃに中空金属体４を充填した例である。図１６（ａ）は、本発明のウェーハ用フレーム１０の部分破断平面図であり、図１６（ｂ）は図１６（ａ）のＢ−Ｂ断面図である。中空金属体４を使用することによって重量の増加を抑制しつつ剛性の向上を達成できるので好適である。

充填する中空金属体４の数量は、ウェーハ用フレーム１０内部の空間の寸法や中空金属体４の大きさ等に応じて適宜設定することができる。そのため中空金属体４の材質、形状については、第一の実施の形態の図６の説明で述べたことと基本的に変わるところはない。

なお、本実施例では、中空金属体について述べたが、ウェーハ用フレーム１０の内部の空間３ｃの充填材として樹脂材料を用いることができる。樹脂材料としては、アクリル系樹脂、エポキシ系樹脂、シリコン系樹脂、ポリカーボネード樹脂、ナイロン樹脂、ポリエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ＰＢＴ樹脂（ポリブチレンテレフタレート樹脂）、ＰＰＳ樹脂（ポリフェニレンサルファイド樹脂）およびＡＢＳ樹脂等が充填材として好適である。更には、上記した樹脂材料をガラス繊維で強化した樹脂材料（以下、ＧＦＲＰと呼ぶ）とすることができる。その場合は、アウトガスの発生が無く、しかも線膨張係数が低いポリカーボネード樹脂をマトリックスとし、ガラス繊維を体積分率で１０〜２０％含有することが好適である。なお、ガラス繊維は断面が丸型形状や扁平形状の単独または複合添加がより好適である。

ウェーハ用フレームの製造方法
プレス加工による上蓋、下蓋一体成形する場合（図７または図１０）に示す上蓋２１と下蓋２２）は、金属平板（例えばステンレス薄鋼板）をプレス打抜き加工により上蓋原板または下板原板を作成する。次いで、打抜かれた上蓋原板または下板原板を型絞りプレスにて側壁２１ａ、２２ａを成形していく。さらにフレームの全体形状を整えるためのプレス成形工程を経るのが好ましい。また、図１０に示す窪み２１ｄは、型絞りプレス工程で側壁成形後に窪み部を絞りプレスするか、側壁成形と同時に絞りプレスにて窪み部を成形する。

第四の実施の形態
以上、ウェーハ用フレームを金属平板から製造する場合について述べたが、本実施の形態では、薄肉鋼管を使ってウェーハ用フレームを成形する工程について述べる。

薄肉鋼管からウェーハ用フレームを具体的に成形する工程を図１７により説明する。
図１７（ａ）工程では薄肉鋼管を管軸方向に曲げて略円形の円筒体を作成する。（ｂ）工程では円筒体の両端面を溶接にて接合してリング状とする。（ｃ）工程では、ウェーハ用フレームの位置決め用ノッチをプレスにて成形する。（ｄ）工程では、円筒体をプレス成形して箱型フレーム形状とする。なお、剛性を上げるために薄肉鋼管に中空金属体および／または樹脂材料を充填することもでき、その場合は、（ａ）工程の円筒体成形前に薄肉鋼管に中空金属体や樹脂材料を充填しておくのが良い。

評価試験について
重量比測定
ウェーハ用フレーム１０の重量を測定し、従来材ウェーハ用フレーム１０の質量を１００とした場合の比を質量比と表した。
評価結果は、質量比５０未満を◎、質量比５０以上７０未満を○、質量比７０以上を×と表記した。

荷重変形試験
ウェーハ用フレーム１０の一端に特定荷重を一定時間加えた後に荷重を除荷してフレームに生じた反り量を評価する試験である。試験方法を図２３に図示する。
図２３（ａ）はウェーハ用フレーム１０の固定方法、荷重方法を説明する模式図である。図２３（ｂ）はウェーハ用フレーム１０の固定位置を説明する平面図である。

ウェーハ用フレーム１０の一端から全幅の３／４の位置または１／４の位置を治具により固定し、固定部と相対する自由端部に３／４の位置を固定する場合は３０Ｎ、１／４の位置を固定する場合は１０Ｎの力をそれぞれ６０秒間加えた後に力を解放し、ウェーハ用フレーム１０を定盤上に置いて変形反り量を高さゲージにて測定した。
試験結果は、変形反り量０．３ｍｍ未満を◎、変形反り量０．３ｍｍ以上０．５ｍｍ未満を○、変形反り量０．５ｍｍ以上を×と表記した。

平坦度試験
ウェーハ用フレーム１０を定盤上に置き、高さゲージによりフレーム上の最高点と最低点を測定し、この差を平坦度とした。
試験結果は、平坦度０．３ｍｍ未満を◎、平坦度０．３ｍｍ以上０．４ｍｍ未満を○、平坦度０．４ｍｍ以上を×と表記した。

以下具体的実施例について説明する。
試験Ｎｏ．１〜７は請求項１〜３に対応する実施例であり、図１に示す形状の上板１、下板２を０．２０ｍｍ厚のステンレス鋼板から作成し、型枠３は図２に示す形状（表１コア材：型枠Ａ）または、図３に示す形状（表１コア材：型枠Ｂ）を１．０ｍｍ厚のステンレス鋼板から作成し、上板１、下板２と型枠３を組み合わせてフレーム寸法外径４００ｍｍ、内径３５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのウェーハ用フレーム（全厚１．５ｍｍ）を作成した。上板１と型枠３の接合、下板２と型枠３の接合はアウトガスが発生しない耐熱仕様の接着剤、ロウ付け及びレーザ溶接により接合した。

試験Ｎｏ．８〜２１は請求項４〜６に対応する実施例であり、上蓋、下蓋の素材は０．２０ｍｍ厚のステンレス鋼板を使用して、プレス絞り加工により天井部２１ｂと側壁２１ａを、底部２２ｂと側壁２２ａを一体成形した。側壁の高さは、上蓋は１．３ｍｍ高さに、下蓋は１．５ｍｍ高さとして、フレーム寸法外径４００ｍｍ、内径３５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのウェーハ用フレーム（全厚１．５ｍｍ）を作成した。なお、試験Ｎｏ．１３〜１６の図９（ｃ）に図示する補強部材２３（表１のコア材：型枠Ｃ）は、板厚１．０ｍｍの鋼板から中心径φ３７０ｍｍで幅３ｍｍのリングを打抜いたもので、フレームの内部に接着剤またはロウ付けにより接合した。

また、試験Ｎｏ．１７〜２１の図８に図示するカッタを収容する溝を有する梁２２ｃは、プレス絞り加工前にプレス加工により下蓋のフレームに設けた。

試験Ｎｏ．２２〜３３は請求項７〜１５に対応する実施例であり、上蓋、下蓋の素材は０．２０ｍｍ厚のステンレス鋼板を使用して、プレス絞り加工により上蓋側壁２１ａ、上蓋天井２１ｂと上蓋窪み２１ｄを、下蓋側壁２２ａ、下蓋底部２２ｂと下蓋窪み２２ｄを一体成形した。側壁の高さは、上蓋は１．３ｍｍ高さに、下蓋は１．５ｍｍ高さとして、フレーム寸法外径４００ｍｍ、内径３５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのウェーハ用フレーム（全厚１．５ｍｍ）を作成した。上蓋と下蓋、中空鉄球は、接着剤により接合した。

試験Ｎｏ．３４〜３５は請求項１６〜１７に対応する実施例であり、薄肉鋼管４１を管軸方向に略円形に成形して、管端面同士をレーザ溶接して円筒体を成形し、円筒体を扁平プレス成形して１．５ｍｍ高さのウェーハ用フレーム（全厚１．５ｍｍ）を作成した。

試験Ｎｏ．３６は従来例でありフレーム素材は１．５ｍｍ厚のステンレス鋼板を使用してフレーム寸法外径４００ｍｍ、内径３５０ｍｍ、厚さ１．５ｍｍのウェーハ用フレームを作成した。

以上、各試験材の構造と重量測定結果、平坦度試験結果および荷重変形試験結果をまとめて表１および表２に示す。

上述したが、あらためて述べると、表１および表２に示す「コア材」（上板、下板ないし上蓋、下蓋の間に積層、固着または充填される材料）欄のうち、型枠Ａは図２に図示する型枠３を、型枠Ｂは図３に図示する型枠３を、型枠Ｃは図９（ｃ）に図示するリング状補強部材２３をそれぞれ意味する。

作成したウェーハ用フレームの基本構造は表１の「フレーム構造の図番号対応」欄に記載されているが、試験Ｎｏ．１〜７は上、下板に型枠を積層した構造であり、このうち図４に図示する構造は試験Ｎｏ．１、２、７で、図５に図示する構造は試験Ｎｏ．３〜６で試験した。なお試験Ｎｏ．４と６では、図５に図示する構造にさらに中空鉄球４を充填した構造と、同じく試験Ｎｏ．２では図４に図示する構造にさらに中空鉄球４が充填された構造となっている（図６）。

上蓋、下蓋と側壁部を一体成形した実施例は試験Ｎｏ．８〜２１である。このうち、試験Ｎｏ．８〜１２は梁を有しない図７に図示する構造であり、Ｎｏ．１１、１２はさらに中空鉄球を充填した構造となっている（図１６）。また、試験Ｎｏ．１３〜１６は図９に図示する構造であり、図７に図示する構造にウェーハ用フレーム１０の補強部材２３を設けた構造となっている。試験Ｎｏ．１７〜２１は図８に図示する構造であり、下蓋のフレームには粘着フィルム３１を切断するカッタを収容する溝を有する梁２２ｃが設けられている。なお試験Ｎｏ．１８と２０では、図８に図示する構造にさらに中空鉄球４を充填した構造となっている。

上蓋、下蓋、側壁部および窪みを一体成形した実施例は試験Ｎｏ．２２〜３３である。試験Ｎｏ．２２〜２３は図１０に示す構造であり、上蓋２１に下蓋２２の底部２２ｂに接する窪み２１ｄがフレームの周長さ方向に設けられている。Ｎｏ．２４〜２５は図１１に示す構造であり、下蓋２２に上蓋の天井２１ｂに接する窪み２２ｄがフレームの周長さ方向に設けられている。Ｎｏ．２６〜２７は図１２に示す構造であり、上蓋２１および下蓋２２に、窪み２１ｄおよび２２ｄがフレームの周長さ方向に、相互に異なる箇所に上蓋２１の天井２１ｂ又は下蓋２２の底部２２ｂに接するように設けられている。Ｎｏ．２８〜２９は図１３に示す構造であり、上蓋２１および下蓋２２に窪み２１ｄおよび２２ｄがフレームの周長さ方向の同一箇所に窪み同士が接触するように設けられている。Ｎｏ．３０〜３１は図１４に示す構造であり、上蓋２１のフレームの周長さ方向に連続した窪み２１ｄが１条設けられている。Ｎｏ．３２〜３３は図１５に示す構造であり、上蓋２１および下蓋２２にそれぞれフレームの周長さ方向に連続した窪み２１ｄおよび２２ｄが相互に接触するように各１条設けられている。

Ｎｏ．３４〜３５は図１７に示す構造であり、薄肉鋼管４１を管軸方向に略円形に成形して、管端面同士をレーザ溶接４２して円筒体を成形し、更に、その円筒体を扁平プレス成形したものである。

試験Ｎｏ．１〜３５は本願発明の構造を有しているので、従来例のウェーハ用フレームの質量を１００とした場合に質量比で３０〜６２の値を示すウェーハ用フレームが得られた。また、このように軽量化したにもかかわらず、平坦度試験、荷重変形試験の値は従来例のウェーハ用フレームと何ら遜色のない値が得られた。

図２４に表１および表２に示す試験結果を反り量評価と軽量化率（＝１００−質量比）との関係で図式化したものを示す。側壁部一体成形、側壁部嵌入溝一体成形および側壁部窪み一体成形のコア材を有するフレーム構造にすると、従来例のウェーハ用フレームと反り量の変化は少ないが、軽量化率が４８％〜６２％に達することが分かる。

本発明は軽量で耐熱性に優れたフレームが得られるので、フレーム構造を有する部材の軽量化に適用することができる。

１ 上板
１ａ 天井部
２ 下板
２ａ 底部
３ 型枠
３ａ 側壁
３ｂ 梁
３ｃ 空間
４ 中空金属体
９ 収納容器
１０ フレーム
２１ 上蓋
２１ａ上蓋側壁
２１ｂ上蓋天井
２１ｄ上蓋窪み
２２ 下板
２２ａ下蓋側壁
２２ｂ下蓋底部
２２ｃカッタを収容する溝を有する梁
２２ｄ下蓋窪み
２３ 補強部材
２６ 位置決め用ノッチ
３０ ダイヤモンドブレード
３１ ダイシングフィルム
４１ 鋼管
４２ 溶接部
４３ ろう付け部
Ｄ ダイ
Ｗ 半導体フェーハ

Claims (11)

1. ウェーハの加工作業や搬送作業に用いるリング状のウェーハ用フレームであって、該フレームの天井部と底部と側壁とが金属材料から成り、かつ前記フレームの内部に空間を有し、前記天井部と前記側壁とを断面形状がコの字形状に一体成形する上蓋と、前記底部と前記側壁とを断面形状がコの字形状に一体成形する下蓋とを嵌合することによって空間を設け、前記下蓋の前記底部に粘着フィルム切断用カッタを収容する溝を有する梁を下蓋と一体成形して設けたことを特徴とするウェーハ用フレーム。
2. 前記上蓋と、前記下蓋との間に補強部材を固着することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ用フレーム。
3. 前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上、または前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上設けることを特徴とする請求項１に記載のウェーハ用フレーム。
4. 前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上、および前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上設け、前記窪み同士が接触しないようにしたことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ用フレーム。
5. 前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上、および前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する窪みを周方向に任意の間隔で１個以上設け、前記窪みの底部同士が接するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ用フレーム。
6. 前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する連続した窪みを全周に１条以上設け、または前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する連続した窪みを全周に１条以上設けたことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ用フレーム。
7. 前記上蓋の前記天井部に前記下蓋の前記底部に接する連続した窪みを全周に１条以上設け、および前記下蓋の前記底部に前記上蓋の前記天井部に接する連続した窪みを全周に１条以上設け、前記連続した窪みの底部同士が接するようにしたことを特徴とする請求項１に記載のウェーハ用フレーム。
8. 前記空間に中空金属体および／または樹脂材料を充填することを特徴とする請求項１乃至７のいずれかに記載のウェーハ用フレーム。
9. 前記中空金属体として、中空鉄球を押圧して変形させた中空金属体を使用することを特徴とする請求項８に記載のウェーハ用フレーム。
10. 前記上蓋、前記下蓋用部材を金属平板からプレス打抜きするプレス打抜き加工工程と前記部材から前記側壁を成形するプレス絞り加工工程とによって製造することを特徴とする請求項１に記載のウェーハ用フレームの製造方法。
11. さらに、プレス絞り加工工程に続いて、フレームの全体形状を成形するプレス成形工程を設けることを特徴とする請求項１０に記載のウェーハ用フレームの製造方法。

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