JP2000174088A - ウエハローダ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 半導体ウエハ製造加工の各工程間において、
カセット内に収容されているウエハを表面濡れ状態で次
工程装置へ供給できる装置を提供すること。 【解決手段】 浸漬水がオーバーフロー可能に供給され
る水槽内でステージ機構によって水槽上方の予め定めら
れたウエハ取り出し位置まで上昇されたカセット内のウ
エハを、ハンドリングロボットで抜き出し、次工程のた
めの所定位置へ運ぶウエハローダ。前記カセット内にそ
れぞれほぼ水平な状態で互いに平行な間隔をあけて縦方
向に積層収容された複数枚のウエハのうち、前記取り出
し位置にある抜き出し対象のウエハより下段のウエハは
水槽内の浸漬水中に位置する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウエハの製
造加工の各工程間において、次工程の装置へウエハを供
給するためのウエハローダに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】一般的な半導体ウエハの製造加工工程に
おいては、まず、シリコン単結晶インゴットをワイヤソ
ーや内周刃等により一定の厚さにスライシングして一連
の薄板状のウエハを得る。このウエハの表面にはスライ
シングで生じた凹凸があったりウエハの厚さが不均一で
あったりするため、ラッピングを行なって、表面の凹凸
を平坦にすると共に加工歪みの深さを均一化してウエハ
の厚さを均一に調製している。

【０００３】ラッピング後のウエハには、加工によって
加工歪層が生じ、この加工歪層には微小なメタルや研磨
粉、シリコン屑等のパーティクルが付着しているため、
これらを除去するために、強酸およびフッ酸等を用いた
化学的腐食法によってエッチングを行なっている。

【０００４】エッチング後のウエハは、表面に付着して
いる酸をアルカリ中和し、水洗し乾燥させてから、片面
に鏡面研磨を行なう。通常、鏡面研磨には、粗研磨と仕
上げ研磨との二段階研磨があり、最終的には仕上げ研磨
で微細な表面粗さであるマイクロラフネスの向上、ヘイ
ズの除去を行なった後、最終洗浄工程へ進む。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】通常、上記の如き各工
程間のウエハの搬送は、複数枚のウエハをキャリアカセ
ットに収納し、カセット単位で前工程から次工程へ移動
されている。即ち、例えばエッチング後のウエハを所定
枚数キャリアカセットに収納し、次の研磨工程へ搬送
し、このキャリアカセット内から順次ウエハを取り出し
て、研磨装置へ供給する。また、研磨後のウエハを所定
枚数キャリアカセットに収納し、次の洗浄工程へ搬送
し、キャリアカセット内から順次ウエハを取り出して洗
浄装置へ供給する。

【０００６】しかしながら、現在、このようなウエハの
キャリアカセット内から次工程の装置への供給はドライ
環境中で行われている。そのため、ウエハ表面には前工
程の汚れが固着された状態となっており、研磨や洗浄工
程でその汚れが除去しずらく、その分、作業工程の負担
となってしまう。

【０００７】本発明の目的は、上記問題点に鑑み、半導
体ウエハの製造加工の各工程間において、キャリアカセ
ット内に収容されているウエハを次工程の装置へ供給す
る際に、ウエハ表面を濡れた状態で供給できる装置を提
供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に記載の発明に係るウエハローダは、浸漬
水がオーバーフロー可能に供給される水槽と、該水槽内
でウエハ収容カセットを昇降可能に保持するステージ機
構と、水槽上方の予め定められたウエハ取り出し位置
で、前記ステージ機構によって上昇され位置決めされた
前記カセット内のウエハをカセットから抜き出し、次工
程のための所定位置へ運ぶハンドリングロボットとを備
え、前記ウエハ収容カセット内には、複数枚のウエハが
それぞれほぼ水平な状態で互いに平行な間隔をあけて縦
方向に積層収容され、前記ステージ機構によって位置決
めされたウエハ取り出し位置は、抜き出し対象のウエハ
より下段のウエハが水槽内の浸漬水中に浸漬状態となる
位置であることを特徴とするものである。

【０００９】また、請求項２に記載の発明に係るウエハ
ローダは、請求項１に記載のウエハローダにおいて、前
記カセットは、ウエハの周縁の複数部位が縦方向に遊び
をもって挿入される溝を内壁面側に複数段有し、前記ウ
エハ取り出し位置は、抜き出し対象のウエハが浸漬水流
によって前記溝内で浮上し、ウエハ上面が水面上に来る
位置であることを特徴とするものである。

【００１０】また、請求項３に記載の発明に係るウエハ
ローダは、請求項２に記載の発明に係るウエハローダに
おいて、前記浸漬水の供給部は、オーバーフロー流量を
調節する制御手段を備え、該制御手段は、ウエハの抜き
出し時に抜き出し対象ウエハが前記溝内で浮上するよう
にオーバーフロー流量を制御するものである。

【００１１】さらに、請求項４に記載の発明に係るウエ
ハローダは、請求項１に記載の発明に係るウエハローダ
において、前記ハンドリングロボットは、ウエハの周縁
部を保持するクランプ部を有し、ウエハ保持の際には、
該クランプ部のみが浸漬水中に位置されるものである。

【００１２】本発明においては、キャリアカセットに収
納されたウエハをカセットごと水槽内の浸漬水中に浸漬
し、順次、ウエハを一枚ずつ浸漬水およびカセットから
抜き出されるものであるため、ウエハは抜き出される直
前まで浸漬水に接し、表面が乾燥することなく濡れたま
まの状態で次工程の装置へ供給することができる。従っ
て、ウエハ表面の汚れが乾燥と共に固着して除去しにく
くなるという問題は回避され、次工程への影響は軽減さ
れる。

【００１３】また、本発明のウエハローダでは、ウエハ
は引き抜かれるまで水槽中で待機状態となるため、ウエ
ハ表面に付着していた不純物等の汚れが浸漬水流に接し
て取り除かれ、浮上してオーバーフローと共に水槽外へ
排出されるという洗浄効果も得られる。前記水槽内に供
給される浸漬水は、洗浄水、純水、又は予め定められた
処理が施された機能水のいずれかを用いるが、特に、洗
浄水や機能水を用いることによって待機中のウエハ表面
に対する洗浄効果が向上する。

【００１４】機能水とは、主に純水を基にし特定の処理
を施したもので、パーティクル除去、金属不純物除去、
有機物除去、或は自然酸化膜除去や静電気除去等の機能
を持つ種々のものが選択できる。具体的には、例えば、
メガソニック（以下、ＭＳと記す）照射超純水や、オゾ
ン添加超純水、電解アノード水、電解カソード水、低溶
存酸素水、電気抵抗調整水、ＭＳ照射＋オゾン水、ＭＳ
照射＋アノード水、カソード水＋オゾン水、カソード水
＋低溶存酸素水、或はこれら機能水を組み合わせたもの
＋電気抵抗調整水等が挙げられる。

【００１５】また、ウエハが収納されるキャリアカセッ
トは、内壁面に縦方向に複数段形成された溝にウエハの
周縁が挿入されることによってウエハが保持される構成
となっているものが一般的である。通常、この溝は、幅
がウエハ厚より大きく、遊びを持ってウエハ周縁が挿入
される。しかしながら、実際にはウエハ周縁の下面が溝
の下側面上に当接して載置された状態となる。

【００１６】そこで、請求項２に記載したように、ウエ
ハ取り出し位置において、抜き出し対象のウエハを浸漬
水流によって溝内で浮上させれば、ウエハを溝側面から
離反させた状態で引き抜くことができるため、ウエハ面
が溝側面に擦れて傷つけられることがない。

【００１７】このように、引き抜き対象のウエハを溝内
で浮上させるためには、該ウエハの下側にウエハを浮上
させるのに必要な浸漬水流が形成されるようなオーバー
フロー流量に設定すれば良い。なお、このオーバーフロ
ー流量は浸漬水の供給部での供給量によって決定するこ
とができる。

【００１８】一方、ウエハを浮上させるためのオーバー
フロー流量も、ウエハ径（重量）によって異なる。そこ
で、浸漬水供給部にオーバーフロー流量を調整する制御
手段を設ければ、該制御手段によって、対象ウエハに適
した浮力を与えるオーバーフロー流量に制御することが
できる。また、抜き出し作業時以外のウエハ待機状態で
は、ウエハを浮上させるほどの流量は必要ないため、制
御手段によってオーバーフロー流量、即ち浸漬水供給量
を抑えることができ、浸漬水供給の無駄が省ける。

【００１９】なお、ウエハの溝内での浮上は、抜き出し
時のウエハへの部材の接触による損傷を防ぐためのもの
であることから、ウエハ上面が溝上側面に接するほど浮
上させることは避けねばならない。従って、ウエハ下面
が溝下側面から数ミリ程度離れる程度が望ましい。

【００２０】さらに、本発明においては、オアーバーフ
ロー方向は、ウエハ抜き出し方向に対して逆の方向であ
ることが望ましい。これは、溝内で浮上したウエハは、
オーバーフロー流方向にも付勢されるため、その付勢方
向に何も規制がなければそのまま水面上を移動してしま
い、ハンドリングロボットでのウエハ保持が困難になっ
てしまうためである。

【００２１】ウエハの抜き出しは、通常カセットの開放
端からハンドリンロボットの保持機構をカセット内へ進
入させ、ウエハを保持した状態の保持機構を、進入方向
と逆方向へ戻すことによって行われる。この抜き出し方
向とオーバーフロー流の方向が一致すると、ウエハはオ
ーバーフロー流によって浮上すると共に引き抜き方向へ
移動し、カセットの外へ出てしまうが、オアーバーフロ
ー方向を、抜き出し方向と逆方向となるように設定して
おけば、ウエハはカセット内の奥側へ付勢され、常にカ
セット奥側の壁面に突き当たり、それ以上の移動は規制
され、常に水面上の一定位置に留まることになるため、
ハンドリングロボットによる保持が容易となる。

【００２２】また、ウエハをカセットから抜き出すハン
ドリングロボットのウエハ保持機構として、ウエハ周縁
部を保持するクランプ部を備える構成が挙げられる。こ
の場合、ウエハ保持の際にクランプ部のみが浸漬水中に
位置するものとすれば、ロボット側から水槽側への不純
物汚染は極めて少なくできる。またこのクランプ部を不
純物溶出のない材質で形成することによって、水槽汚染
はさらに低減でき、ウエハへの汚染物質の付着も無視で
きるものとなる。

【００２３】なお、本発明によるウエハローダは、ミラ
ーウエハ製造プロセスに限らず、ＳＯＩプロセスやデバ
イスのＣＭＰプロセス、またガラス基板、各種ディスク
等の研磨、洗浄工程など、各加工プロセスにおける工程
間でウエハ様の被加工物が表面濡れ状態で搬送・供給さ
れることが望ましいものであれば広く応用可能である。

【００２４】

【発明の実施の形態】本発明の一実施の形態として、半
導体用ウエハの製造加工工程において、粗研磨工程、仕
上げ研磨工程、最終洗浄工程、の各工程間で用いられ、
ウエハの周縁部を４点で保持するクランプ部を有するハ
ンドリングロボットを備えたウエハローダを図１に示
す。図１（ａ）は概略縦断面図、（ｂ）は上から見た概
略平面図である。

【００２５】本実施形態のウエハローダは、四角柱形状
の水槽１と、水槽１の上方のウエハ取り出し位置で、カ
セット１１からウエハ１０を抜き出して次工程のための
所定位置へ運ぶハンドリングロボット５とから主に構成
されるものである。

【００２６】水槽１には、ウエハ収容カセット１１を水
槽１内で昇降させるステージ機構２が備えられており、
このステージ機構２は、カセット１１内の縦方向にそれ
ぞれほぼ水平な状態で互いに平行な間隔をあけて積層収
容された複数枚のウエハ１０が、カセット最上部位置に
あるウエハから下方へ順次、浸漬水面上のウエハ取り出
し位置に上昇させるものであり、少なくとも各ウエハ間
隔毎に段階的な昇降を制御できるものである。

【００２７】本実施形態において用いるカセット１１
は、各ウエハ１０を互いに平行な所定間隔をあけて保持
するために、カセット内壁面の縦方向に、溝１２を複数
段互いに平行に形成したものである。この溝１２に、ウ
エハ周縁部が挿入されることによってウエハ１０がカセ
ット１１内に保持される。

【００２８】ここでは、カセット１１を、ウエハ１０の
約半分が収納されるハーフキャリアカセットとし、互い
に対面する両側内壁面の対称位置に複数段の溝１２を形
成し、ウエハ１０は直径方向に対向する両端周縁部が溝
１２内に挿入されて保持される。実際には、溝１２の下
側内壁面上にウエハ周縁部の下面が当接して載置された
状態となる。

【００２９】一方、水槽１内には、装置系外の供給源
（不図示）から浸漬水が供給管３を通して噴射供給され
るが、その浸漬水供給量は、流量制御部４を介して制御
される。水槽上面でのオーバーフロー流量は、浸漬水供
給量によって決定するため、所望のオーバーフロー流量
は、流量制御部４での調整によって得ることができる。

【００３０】本実施形態では、ウエハ取り出し位置は、
水槽１からオーバーフロー状態にある浸漬水面上とし、
その時点で最も上位置にある抜き出し対象のウエハ１０
のみが浸漬水面から出て、それより下方にあるウエハ１
０は浸漬水中に留まるものとする。

【００３１】即ち、ウエハ１０は取り出し直前まで水中
に浸漬状態にあり、次行程の所定位置に供給されるまで
表面濡れ状態が維持されるため、表面乾燥による不純物
の固着等の次作業効率の低下を招く悪影響は回避される
だけでなく、浸漬水中での待機状態において水槽１内水
流による洗浄効果が得られる。

【００３２】なお、本実施形態では、ウエハ１０の最終
的な取り出し位置への到達は、オーバーフロー流による
若干の浮上によって成されるものとした。ステージ機構
２によるカセット１１の上昇によって、対象ウエハ１０
が浸漬水面付近まできた時点で充分なオーバーフロー流
があれば、ウエハ１０は下面側から浮力を与えられ、溝
１２内で浮上することができる。なお、オーバーフロー
方向は、浮上したウエハ１０がカセット１１奥壁面に突
き当たって留まり、カセット外へ流れ出ることのないよ
うに、抜き出し方向と逆方向とした。

【００３３】このような溝１２内の浮上によって、ウエ
ハ１０の下面は溝１２の下側内壁面から離れ、カセット
１１とは非接触状態となる。この浸漬水面上に浮上して
いるウエハ１０をハンドリングロボットで保持して水平
方向へ引き抜けば、ウエハ１０に接触部材の引っ掻き傷
が生じることがない。

【００３４】ウエハ１０の溝１２内での浮上は、ウエハ
１０下面の溝下側内壁面との接触を避けるためのもので
あるため、上側の溝内壁面に接触するほど浮上させる必
要はなく、数ｍｍ程度で良い。

【００３５】たとえば、水槽１が５１０ｍｍ×４６０ｍ
ｍ，深さ２６０ｍｍで、ウエハ１０が直径４００ｍｍ，
重さ２４１ｇである場合、制御部４による浸漬水供給量
の調整でオーバーフロー流量を１Ｌ／min とすると、ウ
エハ１０は、溝１２内の下側壁面から２〜３ｍｍ上方へ
浮上され、上面が水面上から露出する。

【００３６】一方、ハンドリングロボットは、水平方向
に伸縮するアーム部５の先端にクランプ機構６を備えて
おり、上記のごとく浮上状態にあるウエハ１０を、周縁
部４点で保持するものである。クランプ機構６は、アー
ム部５から水平方向に伸縮可能にアーム部先端に取付け
られた第１クランプ部６ａと、第１クランプ部６ａに対
して間隔を拡げ且つ狭められるように摺動する第２クラ
ンプ部６ｂとで構成され、第１クランプ部６ａの先端下
部に突設された２つのクランプ突起８ａと、第２クラン
プ部６ｂの下部に突設された２つのクランプ突起８ｂと
の間にウエハ１０を挟持する。

【００３７】またこのクランプ機構６は、アーム部５の
伸張によって水槽１の上部へ移動され、第１クランプ部
６ａの位置決め後、第２クランプ部６ｂがカセット１１
内の対象ウエハ１０上をその表面に沿って移動し、アー
ム部５側のクランプ突起８ａとこれに対向する位置のク
ランプ突起８ｂとでウエハ１０を挟んで保持する。

【００３８】このようにハンドリングロボットで実際に
浸漬水に接するのはクランプ突起（８ａ，８ｂ）のみで
あるため、水槽１への汚染の問題は非常に小さい。特
に、クランプ突起（８ａ，８ｂ）の材質に、不純物溶出
のない、たとえば、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケ
トン）を用いることによって水槽１へのハンドリングロ
ボットからの汚染は極めて少なくなる。

【００３９】また、水槽１内へ供給される浸漬水には、
少なくとも清浄な超純水が用いられるが、よりウエハ１
０表面に付着している不純物の除去効果を高めるため、
洗浄水や予め定められた処理が施された機能水とするこ
とが好ましい。

【００４０】機能水としては、例えば、メガソニック
（以下、ＭＳと記す）照射超純水や、オゾン添加超純
水、電解アノード水、電解カソード水、低溶存酸素水、
電気抵抗調整水、ＭＳ照射＋オゾン水、ＭＳ照射＋アノ
ード水、カソード水＋オゾン水、カソード水＋低溶存酸
素水、或はこれら機能水を組み合わせたもの＋電気抵抗
調整水等が挙げられる。

【００４１】なお、上記実施の形態においては、水槽下
方の供給管からの浸漬水の噴射供給によって浸漬水流が
形成されているが、抜き出し対象ウエハを浮上させるた
めのオーバーフロー水流を、供給管とは別にもうけた浸
漬水噴射手段によって形成する構成としてもよい。例え
ば、水槽上部の対象ウエハの下面相当高さ位置に、水平
方向に浸漬水を噴射する噴射管を備え、通常の水槽内へ
の浸漬水供給のための下部供給管からの供給と、ウエハ
抜き出し時の浮上のための上部噴射管からの供給とを適
宜切換える構成が可能である。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したとおり、本発明のウエハロ
ーダによれば、表面の濡れ状態を維持したままウエハを
次行程へ供給できるため、表面乾燥による汚れの固着で
研磨や洗浄工程への負担が増すという問題が解消される
だけでなく、他の待機中のカセット内ウエハに対して、
浸漬水による洗浄効果が得られる。

【００４３】また、本発明では、ウエハの取り出す際
に、浸漬水面上にウエハを浮上させることによって、ウ
エハ収納カセットとの接触を避け、ウエハ引き抜き時の
損傷を防ぐことができる。

【００４４】また、ウエハをカセットから抜き出して次
行程へ供給するハンドリングロボットにおいて、ウエハ
周縁部を保持するクランプ部のみが浸漬水に接触する構
成とすることによって、ハンドリングロボット側からの
水槽への不純物汚染を極めて小さくでき、クランプ部の
材質を不純物溶出のないものとすれば、汚染はほとんど
無視できるほど小さくなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのウエハローダを示
す概略構成図であり、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は上か
ら見た平面図である。

【符号の説明】

１：水槽 ２：ステージ機構 ３：浸漬水供給管 ４：浸漬水供給量制御部 ５：ハンドリングロボットアーム部 ６：クランプ機構 ６ａ：第１クランプ部 ６ｂ：第２クランプ部 ８ａ，８ｂ：クランプ突起 １０：ウエハ １１：カセット １２：溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 林 健郎 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 川副 公之 群馬県安中市中野谷555番地の１ 株式会 社スーパーシリコン研究所内 (72)発明者 波田野 光一 東京都港区港南３丁目５番16号 ラップマ スターエスエフティ株式会社内 (72)発明者 松本 康男 東京都港区港南３丁目５番16号 ラップマ スターエスエフティ株式会社内 (72)発明者 三浦 弘之 東京都港区港南３丁目５番16号 ラップマ スターエスエフティ株式会社内 Ｆターム(参考） 5F031 CA02 DA01 FA01 FA07 FA11 FA13 GA08 GA61 HA48 HA58 HA72 MA22 MA23

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 浸漬水がオーバーフロー可能に供給され
   る水槽と、 該水槽内でウエハ収容カセットを昇降可能に保持するス
   テージ機構と、 水槽上方の予め定められたウエハ取り出し位置で、前記
   ステージ機構によって上昇され位置決めされた前記カセ
   ット内のウエハをカセットから抜き出し、次工程のため
   の所定位置へ運ぶハンドリングロボットとを備え、 前記ウエハ収容カセット内には、複数枚のウエハがそれ
   ぞれほぼ水平な状態で互いに平行な間隔をあけて縦方向
   に積層収容され、前記ステージ機構によって位置決めさ
   れたウエハ取り出し位置は、抜き出し対象のウエハより
   下段のウエハが水槽内の浸漬水中に浸漬状態となる位置
   であることを特徴とするウエハローダ。
2. 【請求項２】 前記カセットは、ウエハの周縁の複数部
   位が縦方向に遊びをもって挿入される溝を内壁面側に複
   数段有し、前記ウエハ取り出し位置は、抜き出し対象の
   ウエハが浸漬水流によって前記溝内で浮上し、ウエハ上
   面が水面上に来る位置であることを特徴とする請求項１
   に記載のウエハローダ。
3. 【請求項３】 前記浸漬水の供給部は、オーバーフロー
   流量を調節する制御手段を備え、該制御手段は、ウエハ
   の抜き出し時に抜き出し対象ウエハが前記溝内で浮上す
   るようにオーバーフロー流量を制御することを特徴とす
   る請求項２に記載のウエハローダ。
4. 【請求項４】 前記ハンドリングロボットは、ウエハの
   周縁部を保持するクランプ部を有し、ウエハ保持の際に
   は、該クランプ部のみが浸漬水中に位置されることを特
   徴とする請求項１に記載のウエハローダ。