JP4895635B2 - 搬送装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えば、薄い板状のウェハの搬送を行う搬送装置に関する。

ＩＣ（半導体集積回路）の製造工程では、シリコンウェハ上にＩＣ回路を作り込む前工程（拡散工程、エッチング工程、フォトリソ工程など）の後に、後工程（裏面研削工程、検査工程、組立工程など）が施される。
後工程における検査工程では、顕微鏡等を搭載した検査装置を用いて、ＩＣとしての基本的機能・特性が検査され、チップの合否が判定される。
拡散工程が終了したままのシリコンウェハは、そのままの厚みでは、裏面の電気抵抗が高い、パッケージに収まらない、などの不具合を生じてしまう。
そのため、拡散工程が終了したシリコンウェハは、裏面研削（バックグラインド）工程において、数百μｍにまで薄く削られる。

裏面研削工程において薄く研削された複数のシリコンウェハは、狭い間隔の仕切り（スリット）が設けられた専用のウェハキャリア（カセット）に収納される。
検査工程では、このウェハキャリアに収納された薄いシリコンウェハを取り出して、顕微鏡等の検査台（ステージ）上に載置する際に、ウェハローダと呼ばれる専用の搬送装置が用いられる。
従来、このような薄いシリコンウェハを搬送する技術が下記の特許文献に提案されている。
特開平１１−７１０２５号公報

特許文献１には、ウェハの重心を合わせた１本の搬送アームによる搬送時に生じていたウェハの自重による反りを、平行に配設された一対の支持バーを用いることによって低減させる技術が提案されている。

上述したような搬送装置を用いた場合であっても、裏面研削工程において数百μｍあるいはそれ以下にまで薄く研削されたシリコンウェハの取り扱いは難しく、製造工程における歩留まりを向上させることは困難であった。
本件出願人は、歩留まりの向上を妨げる要因が、シリコンウェハと、これを支持する搬送アーム（支持バー）とに帯電する静電気に起因するシリコンウェハの振動にあることを見出した。

詳しくは、シリコンウェハは、前工程および後工程における処理において、大量の静電気を帯びる場合がある。
静電気を帯びた状態で絶縁材からなるウェハキャリアに収納され、そして、同電位に帯電したフローティング状態の搬送アーム（支持バー）によって搬送される場合、シリコンウェハと搬送アームとの間に斥力が作用する。
すると、シリコンウェハには、この斥力（反発力）に起因する振動が生じる。
このような斥力により大きな振動が搬送中に生じた場合、ウェハがウェハキャリアの仕切り部等と接触して破損することにより、製造工程における歩留まりが低下することを究明した。

そこで本発明は、搬送中のウェハに生じる振動をより低減させることを目的とする。

請求項１に記載の発明では、非接地状態の搬送アームを用いて薄板状のシリコンウェハを搬送する搬送装置であって、前記搬送アームは、金属製のベース材からなり、該ベース材の表面には、静電気拡散性の高い物質であり、ベース材を構成する物質より帯電列が負側の物質である導電性ポリマー材、導電性フッ素樹脂材、導電性ポリエステル材、又はフッ素系グラファイト材でコーティングされている、ことを特徴とする搬送装置を提供する。
請求項２に記載の発明では、前記搬送アームは、前記搬送アームの基部から前記シリコンウェハを載置する載置面に沿って延びる２つの支持部を有し、前記支持部の一方の先端は前記載置されるシリコンウェハの仮想中心よりも前記基部側まで延び、前記支持部の他方の先端は前記載置されるシリコンウェハの仮想中心よりも前記基部と反対側まで延びている、ことを特徴とする請求項１記載の搬送装置を提供する。
請求項３に記載の発明では、前記搬送アームは、複数のシリコンウェハ収容部を有するカセットからのシリコンウェハの取り出し、前記カセットへのシリコンウェハの挿入を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の搬送装置を提供する。
請求項４に記載の発明では、前記搬送アームは、シリコンウェハの載置面に沿って延び、先端方向に近づくにつれて厚みが小さくなる支持部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一の請求項に記載の搬送装置を提供する。
請求項５に記載の発明では、薄円板状のシリコンウェハを搬送する搬送装置であって、前記搬送アームは、載置された状態におけるシリコンウェハの中心を中心とする扇形に配設された、シリコンウェハを吸着固定する複数の吸着孔を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一の請求項に記載の搬送装置を提供する。

本発明によれば、搬送アームを、静電気拡散性の高い物質でコーティングすることにより、搬送アームに帯電した静電気がより大気に放電しやすくなるため、非接地状態の搬送アームにおける電位の上昇を抑制することができる。これにより、搬送アームとウェハとの間に働く斥力を低減することができるため、静電気の影響によりウェハに生じる振動を低減させることができる。

以下、本発明の好適な実施の形態について、図１〜図４を参照して詳細に説明する。
（１）実施形態の概要
ウェハキャリアの仕切り板（スリット）上に載せた状態で収容されている薄いシリコンウェハを、一枚ずつ搬送アームの表面に吸着固定させてウェハキャリアから搬送するウェハローダと呼ばれるウェハ搬送システムについて説明する。
シリコンウェハを搬送する搬送アームは、フォークリフトのフォークのような、突き出た２本のフォーク型（二叉）の支持部を有している。
支持部の先端部は、先方（先端）方向に近づくにつれて厚みが小さくなるように形成されている。
搬送アームのシリコンウェハの載置面には、扇形の領域の内部に複数の吸着孔が等間隔に設けられている。この扇形状に並べられた吸着孔に真空をかけることによって、シリコンウェハを搬送アームに吸着固定する。

シリコンウェハには、前工程（拡散工程、エッチング工程、フォトリソ工程など）や後工程の裏面研削工程における処理において、ウェハキャリアとの摩擦などによって、多くの静電気が帯電しており、これらの静電気が搬送アームに帯電する。
搬送アームの金属製の母材（ベース材）の表面には、大気への放電を促すために、導電性を有するフッ素系グラファイト材によるコーティングが施されている。
このようなコーティングを施すことにより、搬送アームにおける大気への放電速度が向上するため、フローティング状態における搬送アームの表面電位の上昇を適切に抑制することができる。
これにより、搬送アームとシリコンウェハとの間に働く静電気による斥力を低減することができるため、シリコンウェハの振動を低減することができる。

（２）実施形態の詳細
図１は、本実施の形態に係るウェハ搬送システムの概略構成を示した図である。
図１に示されるように、ウェハ搬送システムは、ウェハキャリア１および搬送アーム２を備えている。
ウェハ搬送システムは、ウェハキャリア１に収納されたシリコンウェハ３を、搬送アーム２を用いて取り出し特定の位置まで搬送させたり、シリコンウェハ３をウェハキャリア１に収納したりするシステムである。
このようなウェハ搬送システムは、例えば、ＩＣ（半導体集積回路）製造の検査工程における検査時に、シリコンウェハ３を顕微鏡等の検査装置にセットする場合や、検査後のシリコンウェハ３をウェハキャリア１に収納する場合等に用いられる。
また、図示されていないが、ウェハ搬送システムには、搬送アーム２の駆動制御装置やウェハキャリア１の駆動制御装置、ウェハの位置検出装置等が設けられている。

シリコンウェハ３は、半導体素子製造の材料であり、半導体インゴット（シリコン）をスライスした円盤（円板）状の薄板である。
なお、本実施の形態におけるシリコンウェハ３には、予めＩＣ回路を作り込む前工程や後工程の裏面研削工程における処理が施されている。
なお、シリコンウェハ３は、裏面研削工程において、数百μｍから百μｍ程度の厚みにまで研削（研磨）されているため、非常に薄い基板となっている。
ウェハキャリア１は、多数のシリコンウェハ３を搭載するための収納カセット（ボックス）である。

図１に示されるように、ウェハキャリア１は、開口面を有する箱状の部材であり、開口面と隣接する左右の側面には、内側方向に突出する仕切り板１１が高さ方向に等間隔に多数設けられている。
そして、ウェハキャリア１に設けられた仕切り板１１にシリコンウェハ３の縁端部が載置されるようになっている。
なお、仕切り板１１の配設間隔は、製造ライン（装置）で共通な標準ピッチサイズに基づいて設定されている。
また、ウェハキャリア１は、例えば、プラスチック、フッ素樹脂などの絶縁材から構成されている。

図２（ａ）は搬送アーム２の平面図を示し、図２（ｂ）は、図２（ａ）のＸ−Ｘ’における搬送アーム２の断面を示した図である。
図に示されるように、搬送アーム２は、その基部からシリコンウェハ３の載置面に沿って延びる支持部２１、２２が形成されている。
本実施の形態に係る搬送アーム２では、支持部２１と支持部２２の長さが異なるように構成されているが、支持部２１、２２の形状はこれに限定されるものではない。例えば、フォーク（櫛）状に同一の長さで構成するようにしてもよい。
支持部２１、２２は、先端方向に近づくにつれて厚みが小さくなるように形成されている。図２のＡ部に示すように、支持部２１、２２は、先端部が尖形状に形成されている。
搬送アーム２の端部には、搬送アーム２を支持する連結部材に、搬送アーム２を固定するための締結部材の嵌め込み孔２８が設けられている。

また、搬送アーム２には、その基部にシリコンウェハ３を吸着するための複数の吸着孔２３が設けられている。
吸着孔２３は、搬送アーム２の板状の母材（ベース材）を厚み方向に貫通する孔であり、載置された状態におけるシリコンウェハ３の中心を中心とする扇形の領域に等間隔に複数に配設されている。
搬送アーム２の母材（ベース材）の裏面には、吸着孔２３の形成領域に沿って、凹部２４が設けられている。さらに搬送アーム２の母材（ベース材）の裏面には、凹部２４と連通する凹路２５、即ち、溝が形成されており、この凹路２５の端部には吸着制御装置４のダクトが接続されている。
搬送アーム２の母材（ベース材）の裏面には、凹部２４および凹路２５を封止する封止板２６が設けられている。
また、本実施の形態に係る搬送アーム２には、金属製、例えば、ＳＵＳ（ステンレス鋼）材の母材（ベース材）の表面に、フッ素系グラファイト材のコーティング２７が施されている。

次に、このように構成されたウェハ搬送システムにおけるシリコンウェハ３の搬送方法について説明する。
図示しないウェハキャリア１の駆動制御装置は、所定の位置、即ち、次に搬送するシリコンウェハ３が収納されている高さに合わせてウェハキャリア１の位置を調節する。
ウェハキャリア１の位置設定が終了した後、搬送アーム２の駆動制御装置は、搬送アーム２をウェハキャリア１に挿入する。
この時、図３に示すように、薄く形成されているシリコンウェハ３は、反った状態でウェハキャリア１に収納されているため、搬送アーム２におけるウェハの載置面が、シリコンウェハ３の裏面の一部と接触するように、搬送アーム２が挿入される。
十分な位置まで搬送アーム２を挿入した後、搬送アーム２の駆動制御装置は、吸着制御装置４を制御してシリコンウェハ３の吸着を開始する。

搬送アーム２の駆動制御装置は、シリコンウェハ３を搬送アーム２で吸着した状態でウェハキャリア１から引き出し（取り出し）、搬送先まで移動させる。
このとき、ウェハキャリア１の仕切り板１１とシリコンウェハ３との接触を避けるために、シリコンウェハ３を搬送アーム２で吸着した後、シリコンウェハ３を仕切り板１１から持ち上げるように、ウェハキャリア１または搬送アーム２を移動させることが好ましい。
シリコンウェハ３を目的の搬送先まで移動させた後、搬送アーム２の駆動制御装置は、シリコンウェハ３の吸着を終了し、シリコンウェハ３を離す。
このようにして、ウェハ搬送システムでは、シリコンウェハ３の搬送処理を行う。

ところで、シリコンウェハ３は、前工程（拡散工程、エッチング工程、フォトリソ工程など）や後工程の裏面研削工程における処理や、ウェハキャリア１との摩擦などによって、多くの静電気に帯電している。詳しくは、シリコンウェハ３は、プラス（正の）帯電状態にある。
ウェハキャリア１は、絶縁材により構成されているため、シリコンウェハ３に帯電した静電気は、逃げ難く（放電され難く）ウェハキャリア１内に溜まってしまう。
本実施の形態では、搬送アーム２もまた、ウェハ搬送システムの構成の都合上、接地処理が施されていないためフローティング状態にある。
シリコンウェハ３に帯電している静電気は、搬送時にその一部が搬送アーム２へ逃げる（放電）される。
搬送アーム２は、フローティング状態にあるため、シリコンウェハ３から逃げて来た静電気（帯びた静電気）を大気との摩擦による放電でしか放出できない。

搬送アーム２における放電が十分になされない場合、シリコンウェハ３からの帯電により、搬送アーム２の表面電位が段々高くなってしまう。
搬送アーム２の表面電位が高い状態にあると、プラス帯電状態のシリコンウェハ３との間に働く斥力、即ち、互いにはね返す力が大きくなる。
この影響により、シリコンウェハ３の振動が大きくなり、安定したシリコンウェハ３の搬送が困難になるだけでなく、シリコンウェハ３がウェハキャリア１の仕切り板１１と接触し破損するおそれがあった。

そこで、本実施の形態では、搬送アーム２における放電速度を向上させて、搬送アーム２の表面電位の上昇を抑制するために、搬送アーム２の表面が適度な抵抗を有する導電性を有するように、フッ素系グラファイト材のコーティング２７が施されている。
なお、コーティング２７は、フッ素系グラファイト材に限定されるものではなく、静電気拡散性の高い物質であればよい。
静電気拡散性の高い物質とは、帯電した静電気をゆっくりとリークさせる性質を有する物質であり、例えば、表面抵抗率が１０Ｅ５〜１０Ｅ１２Ω／ｓｑ．程度の物質を示す。
静電気拡散性の高い物質としては、搬送アーム２の母材（例えば、ＳＵＳ材、鉄、アルミ、セラミックなど）よりも帯電列が負側の物質、即ち、大気との摩擦で搬送アーム２の母材（ベース材）より、よりマイナス（−）に帯電しやすい物質が望ましい。
搬送アーム２における静電気拡散性（放電速度）を向上させるコーティング２７の材質としては、例えば、導電性ポリマー材、導電性フッ素樹脂材、導電性ポリエステル材などを用いることができる。
本実施の形態で用いたフッ素系グラファイト材のコーティング２７は、コスト、金属製の母材（ベース材）との相性や密着性の面で大変有効である。
また、フッ素系グラファイト材のコーティング２７は、母材（ベース材）の耐摩耗性を著しく向上させることができる。

このような物質により搬送アーム２をコーティングすることにより、搬送アーム２に溜まった静電気（帯電したプラス電荷）がシリコンウェハ３の搬送中に大気へ放出（放電）し易くなるため、搬送アーム２の表面電位の上昇を抑制することができる。
これにより、搬送アーム２とシリコンウェハ３との間に働く斥力をより小さくすることができるため、シリコンウェハ３の振動の影響をより低減（軽減）することができる。
従って、シリコンウェハ３の破損率を低減させることができるため、製造工程における歩留まりの向上を図ることができる。
シリコンウェハ３の振動の影響をより低減（軽減）することができるため、より薄いシリコンウェハ３の搬送に適用することができる。
また、シリコンウェハ３の振動の影響をより低減（軽減）することができるため、ウェハキャリア１における仕切り板１１の間隔をより狭く構成することができる。

従来、ＳＵＳ（ステンレス鋼）材からなる母材（ベース材）のみで搬送アーム２を形成した場合には、搬送アーム２の表面電位が、例えば、２００Ｖ程度あったものが、同一条件において、フッ素系グラファイト材からなるコーティング２７を施した場合では、搬送アーム２の表面電位が、例えば、０〜２０Ｖ程度にまで減少させることができる。
即ち、フッ素系グラファイト材からなるコーティング２７を施すことにより、搬送アーム２に帯電する電荷量（静電気量）を約１０％程度にまで低減させることができる。
このように、フッ素系グラファイト材からなるコーティング２７を施すことにより、フローティング状態における搬送アーム２における静電気対策を、除電装置などの特殊な装置を用いなくても十分に施すことができる。

本実施の形態によれば、搬送アーム２にフッ素系グラファイト材のコーティング２７を施すことにより、搬送アーム２の表面における滑りがよくなり、搬送アーム２をウェハキャリア１へ挿入する際に、シリコンウェハ３の裏面に傷が生じることを抑制することができる。
また、本実施の形態によれば、搬送アーム２における支持部２１、２２の先端の上面を削り尖らせることにより、搬送アーム２をウェハキャリア１へ挿入する際における、シリコンウェハ３の裏面への接触抵抗を低減させることができる。これにより、シリコンウェハ３をより安定した状態で搬送することができる。

本実施の形態によれば、搬送アーム２におけるシリコンウェハ３の吸着孔２３をシリコンウェハ３の中心を中心とする扇形の領域に設けることにより、即ち、シリコンウェハ３の外周形状に対応した領域で吸着することにより、吸着領域の拡大を容易に図ることができるため、シリコンウェハ３をより安定した状態で搬送することができる。
また、吸着領域を扇形に形成することにより、シリコンウェハ３と搬送アーム２との接触部（吸着部）に生じる応力を適切に分散させることができるため、即ち、従来のように応力が集中することを抑制できるため、搬送時におけるシリコンウェハ３の損傷を抑制することができる。

次に、上述したウェハ搬送システムを搭載したウェハ外観検査装置の例について説明する。
図４は、ウェハ外観検査装置の一例の概略構成を示した図である。
なお、図４に示されるウェハ外観検査装置は、６インチウェハおよび８インチウェハ兼用装置である。
図４に示されるように、ウェハ外観検査装置は、ウェハキャリア台１０１、搬送アーム１０２、ステージ２０１、検知センサ２０２、回転アーム２０３、検査台２０４を備えている。

ウェハキャリア台１０１は、図１に示す、ウェハ搬送システムにおけるウェハキャリア１をのせる台である。ウェハキャリア台１０１に載置されたウェハキャリア１には、複数の半導体ウェハ１０３が所定ピッチで収納されている。
搬送アーム１０２は、上述したウェハ搬送システムにおける搬送アーム２と同様のものであり、連結アームに接合されている。
ステージ２０１は、回転アーム２０３と搬送アーム１０２との間で半導体ウェハ１０３の受け渡しをする際に、一時的に半導体ウェハ１０３を載置するための台である。
検知センサ２０２は、半導体ウェハ１０３のサイズや位置を検出（検知）するためのセンサである。
回転アーム２０３は、ステージ２０１と検査台２０４との間における半導体ウェハ１０３の搬送を行う装置である。
検査台２０４は、半導体ウェハ１０３の外観検査を行う場所である。

次に、このように構成されるウェハ外観検査装置の動作について説明する。
搬送アーム１０２は、ウェハキャリア台１０１に載置されたウェハキャリア１内に収納されている未検査の半導体ウェハ１０３を吸着保持しながら、ステージ２０１の位置まで搬送する。
ステージ２０１まで搬送された半導体ウェハ１０３は、検知センサ２０２により半導体ウェハ１０３の位置を検知しながら半導体ウェハ１０３の位置補正をする。
位置補正が終了した後、搬送アーム１０２は、半導体ウェハ１０３をステージ２０１上にリリースする。
続いて、ステージ２０１に載置された半導体ウェハ１０３を、回転アーム２０３の所定の支持面（載置部）で吸着保持させる。

そして、回転アーム２０３を１８０°回転駆動させ、半導体ウェハ１０３を検査台２０４の位置まで搬送する。
検査台２０４において所定の外観検査が施された後、再び、回転アーム２０３を１８０°回転駆動させ、半導体ウェハ１０３をステージ２０１に載置する。
ステージ２０１上に置かれた半導体ウェハ１０３を搬送アーム１０２で吸着保持し、半導体ウェハ１０３を保持した状態で搬送アーム１０２を駆動させて、半導体ウェハ１０３をウェハキャリア台１０１に載置されたウェハキャリア１内に収納（挿入する）。

搬送アーム１０２も上述した搬送アーム２と同様に、ＳＵＳ材の母材の表面に、フッ素系グラファイト材のコーティングが施されている。
フローティング状態の搬送アーム１０２における大気への放電速度が向上するため、搬送アームの表面電位の上昇を適切に抑制することができる。
これにより、搬送アーム１０２と半導体ウェハ１０３との間に働く静電気による斥力を低減することができるため、半導体ウェハ１０３の振動を低減することができる。

本実施の形態に係るウェハ搬送システムの概略構成を示した図である。 （ａ）は搬送アームの平面図を示し、（ｂ）は、（ａ）のＸ−Ｘ’における搬送アームの断面を示した図である。 搬送アームをウェハキャリアへ挿入する様子を模式的に示した図である。 ウェハ外観検査装置の一例の概略構成を示した図である。

符号の説明

１ ウェハキャリア
２ 搬送アーム
３ シリコンウェハ
４ 吸着制御装置
１１ 仕切り板
２１ 支持部
２２ 支持部
２３ 吸着孔
２４ 凹部
２５ 凹路
２６ 封止板
２７ コーティング
２８ 嵌め込み孔
１０１ ウェハキャリア台
１０２ 搬送アーム
１０３ 半導体ウェハ
２０１ ステージ
２０２ 検知センサ
２０３ 回転アーム
２０４ 検査台

Claims (5)

1. 非接地状態の搬送アームを用いて薄板状のシリコンウェハを搬送する搬送装置であって、
   前記搬送アームは、金属製のベース材からなり、該ベース材の表面には、静電気拡散性の高い物質であり、ベース材を構成する物質より帯電列が負側の物質である導電性ポリマー材、導電性フッ素樹脂材、導電性ポリエステル材、又はフッ素系グラファイト材でコーティングされている、
   ことを特徴とする搬送装置。
2. 前記搬送アームは、前記搬送アームの基部から前記シリコンウェハを載置する載置面に沿って延びる２つの支持部を有し、前記支持部の一方の先端は前記載置されるシリコンウェハの仮想中心よりも前記基部側まで延び、前記支持部の他方の先端は前記載置されるシリコンウェハの仮想中心よりも前記基部と反対側まで延びている、
   ことを特徴とする請求項１記載の搬送装置。
3. 前記搬送アームは、複数のシリコンウェハ収容部を有するカセットからのシリコンウェハの取り出し、前記カセットへのシリコンウェハの挿入を行うことを特徴とする請求項１または請求項２記載の搬送装置。
4. 前記搬送アームは、シリコンウェハの載置面に沿って延び、先端方向に近づくにつれて厚みが小さくなる支持部を有することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか一の請求項に記載の搬送装置。
5. 薄円板状のシリコンウェハを搬送する搬送装置であって、
   前記搬送アームは、載置された状態におけるシリコンウェハの中心を中心とする扇形に配設された、シリコンウェハを吸着固定する複数の吸着孔を有することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一の請求項に記載の搬送装置。

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