JP2008013372A - ウェハのためのハンドリング装置およびハンドリング方法 - Google Patents

Abstract

【課題】極めてウェハにやさしい方法で動作するハンドリング装置および、対応するウェハのハンドリング方法であって、特に厚さ1００μｍ未満のウェハを搬送するのに適したハンドリング方法を提供する。
【解決手段】１００μｍ以下の厚さを持つウェハ４のハンドリング装置およびハンドリング方法に関し、加圧媒体を供給あるいは除去することで容積を増減させることが可能な作業スペース８を、少なくとも１つに区切るために粘着膜が配置され、その作業スペースの容積を増減させることで、その粘着膜とウェハとの間の接触面積が調節可能なハンドリング装置およびハンドリング方法。
【選択図】図１ｂ

Description

本発明は請求項１及び１０のおいて書きに記載のウェハのハンドリング装置および、ハンドリング方法に関するものである。

半導体技術の分野では、ウェハ、あるいはウェハの一部を異なる製造段階で搬送し、様々な処理装置にそれらを付着させる（deposit）ことが必要である。このような目的のために、ウェハはこういった搬送作業を行うハンドリング装置に固定される。ウェハ固定には様々な方法がある。もっとも一般的な方法として、ウェハを、真空溝を備えたボード上に付着させ、真空を接続することによって、ウェハをボードに固定する方法がある。また、ウェハの端部をクランプ止めする方法も知られており、当該端部ではクランプ止めによってウェハに損傷が生じる場合がある。加えて、粘着フィルムにウェハを固定する方法も知られている。これは主にウェハを切断する際に用いられる方法である。保持装置に接着することによってウェハを固定するさらに別な方法もある。このような方法により、紫外線または温度の影響のような異なる効果の結果として、これらの接着部は永久に保持効果を有するように、または他の場合、接着特性が拘束的でない（non-captive）ように設計されている。

前記の全ての固定方法は限られた条件でのみ適切であるか、または極端に薄いウェハの固定には全く適していない。標準的なウェハは３００から８００μｍの厚みを持っている。しかしながら、約２μｍから約８０μｍのウェハを固定し、損傷すること無しに様々な処理装置間で進退自在に搬送したいという要求が存在する。このタイプの極端に薄いウェハは標準的なウェハのように平坦ではなく、薄いことと前処理工程とに起因して歪み（warping）が生じる結果、表面は波打ったようになっている。このタイプの薄いウェハを搬送および／または平坦化するために固定するための前記の問題があるにもかかわらず、その結晶構造により、極端に薄いウェハは、割れやすくもある。

本発明の第一の目的は、極めてウェハにやさしい方法で動作するハンドリング装置および、対応するウェハのハンドリング方法であって、特に厚さ1００μｍ未満のウェハを搬送するのに適したハンドリング方法を提案することである。

この目的は請求項１の特徴によって実現される装置および、請求項１０の特徴によって実現される方法により達成される。

本発明の有利な態様は従属請求項に開示されている。

本発明は、ウェハが受容され、および／または付着される際、ウェハにかかる力を可能な限り低くできるようなハンドリング装置を開発するというアイデアに基づいている。ウェハをハンドリング装置上に受容する際、あるいはハンドリング装置から解放する際に、操作は本発明によって非常に慎重に進められ、これにより、極めて薄いウェハを破壊してしまうリスクが低減される。本発明によると、粘着膜が設けられており、この粘着膜は、変化可能な容積を備えた作業スペースの一部とされている。作業スペース内の圧力を上げることによって、いいかえれば、少なくとも一つの供給経路を使って加圧媒体を作業スペース内に供給することによって、作業スペースの形状に依存して接触面は増大あるいは減少し、それによって粘着膜の粘着性のある外側部とウェハとの接触面積は変化する。加圧媒体の供給若しくは除去を適切に制御することによって、粘着膜にウェハを受容する工程、若しくは粘着膜からウェハを取り外す工程が可能となる。変化できる容積を備え、粘着膜を囲繞している作業スペースを提供することにより、粘着膜によってウェハ上にかかる力を最小にすることができ、ウェハまたはウェハの一部の割れを生じるであろう、ウェハ結晶構造に沿った一側に偏った力がウェハにかからないような形の力の特性を実現することができる。特に、本発明にあっては、ウェハにかかる力は徐々に増加され、公知の装置のように突然に力がかかることはない。ハンドリング装置にウェハを受容した後、ウェハはハンドリング装置と共に搬送される。本発明の更なる有利点は、本発明によるハンドリング装置とハンドリング方法とによれば、ウェハの緩やかな固定若しくは取り外しを確実ならしめ、同時にウェハと粘着面との接触面をゆっくりと増大させることにより、極めて薄いウェハも平坦化できるという点にある。これは、少なくとも一つの小さな最初の接触面から始まって、粘着膜がゆっくりと広がり、これにより緩やかにウェハの表面、特に表面全体に広がっていくからである。本発明による装置および方法は、極めて薄いウェハ若しくは標準的なウェハ及びそれらの一部を保持、搬送するのに適しており、特に約３００〜８００μｍの厚さのウェハに好適である。本発明によれば、膜若しくは粘着膜とは、ウェハを固定するために、粘着効果若しくは接着効果、または粘着層若しくは接着層を備えた、柔軟性のある平坦な要素を意味するものである。粘着膜は加圧媒体を透過しないことが望ましい。

一つの実施例では、有利には、ゲルフィルムはそれ自体が粘着膜として使用されている。ゲルフィルムはゲル層を備えており、このゲル層は、ウェハを保持する一方で、ウェハの表面の凹凸を平坦化する（even out）ために使用されている。

本発明の好適な実施例によると、粘着膜は受容本体（receiving body）に固定されている。この受容本体はハンドリング装置の一部で、本発明の一の発展態様では、粘着膜と共に作業スペースの壁部あるいは境界部を形成している。一般に、受容本体は剛性を有しており、従って、作業スペースが加圧媒体で加圧されるとき、作業スペースは粘着膜の領域のみで膨張する。作業スペースは好ましくは加圧手段に対して緊密であり、これは粘着膜が受容本体に結合され、シールされることにより達成される。

ウェハに中央から取り外しおよび受容の力を与えられるようにするために、本発明の一の発展態様においては、加圧媒体が加えられる際、粘着膜が風船のように膨らむようになっている。この膨張プロセスに伴って、接触面は受容本体の形態に依存して変形する。一例では、固定されたウェハを取り外すためには、作業スペースの容積が拡張され、これにより、接触面およびこれに伴いウェハと粘着膜との間の粘着力は低減される。反対に、固定プロセスの際は、作業スペースの容積は減少し、これに伴い接触面積は拡張され、これにより、粘着力も増大される。好適な実施例によると、加圧媒体による作業スペースの風船のような変化が得られ、粘着膜は丸みを帯び、特に輪郭が円状となる。

粘着膜を載置する、特に極小の作業スペース容量を有する受容本体の接合面（abutment face）の形成方法については、複数の可能性が存在する。したがって、接合面を平坦化することは可能である。加えて、特に波状の構造若しくは格子状の構造は、均一化しやすく、ウェハの離脱が簡単であることから有利である。所定の構造の接合面であれば、特に接合面の反対の面を押す際、ウェハへの接触圧を均一化することができる。

本発明の好適な発展例によると、多孔性材料が、少なくとも一つの作業スペース内に配置され、ウェハのための接合面はこの多孔性材料によって形成されている。ウェハが適切な反対面上にある場合、接触圧は、粘着膜を通して多孔性材料によってウェハ上に与えられうる。材料の多孔性構造によって、この多孔性材料上に配置された粘着膜を通して、加圧媒体が浸透するのを可能にしている。

そして固定のプロセスまたは取り外しのプロセスは、ウェハの異なる箇所で交互に時間間隔をもって、すなわち時間的なシーケンスで生じ、本発明の一実施例では、粘着膜は複数の作業スペースを区切り、その作業スペースには加圧媒体がそれぞれ供給されている。これによって、あるウェハ表面領域では、接触面を他の領域よりももっと早く拡張、または縮寸させることが可能である。接触はもはや中央部では開始されず、例えば、縁部から開始させることができる。

好適には、別異の発展形の多孔性材料が、様々な作業スペースに提供される。これによって、薄いウェハは、付着される際に、簡単且つ制御された方法で変形できるようになる。

本発明の更なる利点と好適な実施例は、更に特許請求の範囲、図面、および発明の説明に列挙されている。
同一の構成要素、および、同じ機能を持つ構成要素は、図中において同一の参照番号によって特定されている。

図１ａおよび図１ｂはハンドリング装置の第１の実施例を示している。特に実質上ロボットを使って動かすことができる移動可能なハンドリング装置は、ほぼ円形の断面を持った剛体の本体から構成されている。作業スペース内に加圧媒体を供給したり、取り除いたりするパイプ２は本体１を貫通するように示されており、本体１および、ゲルフィルムで作られた粘着膜３によって区切られている。円状の断面を持つ粘着膜３は、縁において密閉シールと粘着層を挟んで本体に固定されている。その他の固定方法、特に螺子あるいはクランプ機構などは任意に設定されている。

図１ａではパイプを通して作業スペースが真空化され、粘着膜３が本体の支持面の高さまで平坦化することで、事実上、作業スペースの体積がゼロになっている。これによって薄いウェハと粘着面の間の円形の接触面は最大になっている。接触面はウェハの平坦側の全体面とほぼ一致している。この最大接触面によって、ウェハと粘着膜あるいは、ウェハとハンドリング装置の間の粘着力は最大となる。

ウェハを格納するため、加圧媒体、とくに圧縮空気はパイプ２を通して作業スペースに供給され、作業スペースあるいは粘着膜が風船のように大きくなり、その後、接触面粘着力の減少に伴って接触面が減少する。ウェハは特に本体を持ち上げることによって、離脱される。ウェハを取り出す工程の間、図１ｂに示される状態からスタートし、図１ａに示される状態に調整される。言い換えれば、接触面は連続して最大化し、ウェハの中心からスタートし、接触面が最大化する間に本体がウェハに近づく。図１ａおよび図１ｂに示される実施例とは対照的に、図２ａおよび図２ｂによる実施例においては、真空にすることによって、接触面は減少する。これは粘着面の接合面を凸形状にすることで達成されている。ウェハは最初に中央の領域のみに接触することが可能となる。例えば、大気圧の適用で、図２ｂの状態から図２ａの状態へ調整され、ウェハは徐々に取り付けられる。一方、図２ａの状態から図２ｂの状態へ、パイプにより真空状態にすると、徐々にウェハを離脱させることができる。

図３ａおよび図３ｂの実施例によれば、接合面７は波状になっている（undulated or corrugated）。また、波状のデザインは９０°オフセットして実施することができ、その結果、格子状構造の接合面がもたらされる。パイプ２に真空を適用すると、粘着膜３は、インターロック嵌合（interlocking fit）をもって受容本体の構造的な接合面に引き寄せられる。これにより、粘着膜３とウェハ４との接触面の減少が実現され、ウェハ４をわずかに緩めることが可能となる。特にパイプ２を真空にする前に、ウェハ４上に接触圧がかかる。すなわち基板上でウェハを取り外す前に、受容本体１および構造的な接合面７の波形の頂部によって、ウェハ４は、例えば接合のために波形の頂部を介して、別のウェハ（図示せず）に押し付けられ得る。粘着膜３はこの場合、とりわけ本体の接触圧を均一にするために使用される。図３ａの状態、言い換えれば、作業スペース８が最大容積になる時、ウェハ４と粘着膜３との接触面は最大になる。真空状態が適用されているとき（図３ｂ参照）、接触面９は最小となる。

図４の実施例では作業スペース８の全体が多孔性材料６あるいは多孔性挿入物で満たされている。接触圧をウェハ４に作用させることができ、ここでは粘着膜３を介した多孔性かつ耐久性のある材料６を通して、対応する反対面が存在している。

図５に示す実施例において、物理的に３つに分割された作業スペース８が与えられており、おのおのの作業スペース８にはパイプ２によって加圧媒体あるいは真空が供給されうる。図示した実施例においては、作業スペース８は多孔性材料６ａ，６ｂ，６ｃに満たされている。個々、あるいは全ての作業スペース８は必ずしも多孔性材料を含んでいる必要はなく、実際には空間になることもありうる。異なるパイプ２を通して、それぞれの作業スペースに送られる加圧媒体の時間的あるいは量的な違い、あるいは、真空処理が時間的にふらつくことによって、ウェハと反対面（図示せず）との接触点を定めることができるのである。上記に関する例を挙げると、図の左側の作業スペース８に圧力を加え、同時に図の中央の作業スペース８に同時に大気圧、図の右側の作業スペース８を真空にすると、ウェハ４とその反対側の面（図示せず）の接触が図の左半分に位置する作業スペース８の反対側で発生する。処理によっては、ウェハ４を受け取る際、粘着膜３とウェハ４の接触が中央で始まるのではなく、他の場所から始まることが利点となる。したがって、例えば、受け取り工程や粘着膜３とウェハ４の接触を図の右半分にある作業スペース８から始めることが可能となる。多孔性材料６ａ，６ｂ，６ｃの形状により接合面７が異なった形状になることによって、薄いウェハ４は受け取りあるいは離脱の際、わずかながらだが変形しうる。

図６に示された実施例においては、パイプ２はウェハ４にまで届いている。加圧媒体によって圧力がかけられたとき、加圧媒体がすぐに粘着面３とウェハ４の間に到達するので、粘着膜３からウェハ４の分離を早めることができる。

粘着膜を備えたハンドリング装置であって、作業スペースの容積が真空の適用によって最小になっている様子を示す図である。 加圧媒体によって加圧された作業スペースを備えた図１ａのハンドリング装置を示す図である。 ハンドリング装置の別な実施例であって、粘着膜とウェハとの接触面が最大になっている様子を示す図である。 図２ａのハンドリング装置であって、作業スペースの容積が真空の適用によって最小になり、粘着膜とウェハとの接触面が最小になっている様子を示す図である。 ハンドリング装置の第３の実施例であって、受容本体の接合面が波状の構造を備えており、粘着膜とウェハとの接触面が最小になっている様子を示す図である。 図３ａのハンドリング装置であって、作業スペースに真空を適用し、結果として接触面が最小になっている様子を示す図である。 ハンドリング装置の第４の実施例であって、一つの作業スペースが多孔性材料で満たされている様子を示す図である。 ３つの作業スペースを備えたハンドリング装置の第５の実施例であって、当該作業スペースは物理的に分離され、それぞれ互いに密封されると共に多孔性材料で満たされている様子を示す図である。 ハンドリング装置の第６の実施例であって、作業スペースの内部とウェハの表面との間に接続部を備えている様子を示す図である。

符号の説明

１ 受容本体
２ パイプ
３ 粘着面
４ ウェハ
５ 封印シールと粘着層
６ 多孔性の材料
７ 接合面
８ 作業スペース
９ 接触面

Claims (11)

1. ウェハ（４）、特に１００μmより小さい厚さのウェハ（４）を、着脱自在に固定するための粘着膜（３）を備えたハンドリング装置において、
   前記粘着膜（３）が少なくとも一つの作業スペース（８）を区切るよう配置され、前記作業スペースの容積は加圧媒体を供給あるいは除去することによって変化可能であると共に、前記粘着膜（３）と前記ウェハ（４）との間の接触面（９）の大きさは前記作業スペースの容積を変化させることによって調整しうることを特徴とするハンドリング装置。
2. 前記粘着膜（３）がゲルフィルムであることを特徴とする請求項１に記載のハンドリング装置。
3. 前記粘着膜（３）が、特に移動可能に配置された本体（１）に、特に加圧媒体に対して緊密な状態で固定されたことを特徴とする請求項１または２に記載のハンドリング装置。
4. 前記粘着膜（３）が、特に広範囲にシールされるように、前記本体（１）に端部領域のみにおいて、特に接着、またはクランプ止めで固定されたことを特徴とする請求項３に記載のハンドリング装置。
5. 前記粘着膜（３）が丸形、特に円形状の輪郭を備えていることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のハンドリング装置。
6. 前記粘着膜（３）のための前記本体（１）の接合面が、平坦、または特に波状若しくは格子状に構成されていることを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載のハンドリング装置。
7. 多孔性材料（６）が前記作業スペース（８）内に配置され、前記粘着膜（３）のための接合面（７）が、前記多孔性材料（６）によって形成されていることを特徴とする請求項１から６のいずれか１項に記載のハンドリング装置。
8. 前記粘着膜（３）が複数の作業スペース（８）を区切るよう配置され、前記作業スペース（８）は好ましくはお互いにシールされており、少なくとも２つの作業スペース（８）に対して個別に加圧媒体が供給され得ることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載のハンドリング装置。
9. 前記多孔性材料（６）が、少なくとも２つの前記作業スペース（８）内に別に形成されていることを特徴とする請求項９に記載のハンドリング装置。
10. 望ましくは請求項１から９のいずれか１項に記載のハンドリング装置のための、特に１００μｍより小さい厚さのウェハ（４）のハンドリング方法において、
    前記ウェハ（４）を粘着膜（３）に対して着脱自在に固定するステップと、
    前記粘着膜（３）と前記ウェハ（４）との間の接触面（９）を、前記粘着膜（３）によって区切られた作業スペース（８）の容積を増減することによって変化させるステップと、
    を具備していることを特徴とする、ハンドリング方法。
11. 前記接触面（９）の接触面積を、前記ウェハ（４）を分離するために減少させ、および／または、前記ウェハ（４）を固定するために増大させるステップを具備していることを特徴とする請求項１０に記載のハンドリング方法。

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