JP3105201B2 - ウェーハの搬送保持機構 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、負の空気圧を印加
してウェーハを吸着するいわゆる真空吸着方式の吸着ス
テージに搬送したウェーハを吸着させて保持するウェー
ハの搬送保持機構に関し、特にウェーハ上のデバイスが
完成した後電気的な検査を行うプローバやパターンの光
学的な検査を行うインスペクションマシンなどで使用さ
れるウェーハの搬送保持機構に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体デバイスの製造に使用されるウェ
ーハは、半導体材料のインゴットを結晶軸の方向に応じ
て薄板状に切り出したものを研磨したものである。ウェ
ーハ上にデバイスを形成するリソグラフィなどの生産工
程ではウェーハを固定する必要があり、通常は負の空気
圧を印加してウェーハを吸着するいわゆる真空吸着方式
の吸着ステージに吸着した状態で各種の処理を行う。ま
た、ウェーハ上のデバイスが完成した後、プローバでテ
スタとデバイスの電極パッドを接続して電気的に動作検
査を行う場合やインスペクションマシンで形成したパタ
ーンの光学的な検査を行う場合も、同様にウェーハを吸
着ステージに吸着した状態で検査を行う。このように、
真空吸着方式の吸着ステージは、半導体デバイスの製造
工程で広く使用されている。以下、プローバの吸着ステ
ージを例として説明を行うが、本発明はこれに限られる
ものではないが、半導体デバイスが形成された表面に接
触するため、プローバやインスペクションマシンなどの
ウェーハ上のデバイスが完成した後に使用される吸着ス
テージが適当である。ただし、表面の半導体デバイスを
損傷しないような条件で接触可能であれば、デバイスが
完成前のウェーハを吸着する吸着ステージにも適用可能
である。

【０００３】図１は、テスタを接続したオートプローバ
の概略構成を示す図である。オートプローバは、搬送機
構２２がストッカ２１に収容されたウェーハ１００を取
り出し、点線で示した位置に移動した吸着ステージ４の
上に載置する。吸着ステージ４は載置されたウェーハ１
００を吸着し、ステージ移動機構２０によりテスタ１に
接続されたプローブカード２の下に移動させる。そし
て、ウェーハ１００上の各デバイスの電極パッドにプロ
ーブカード２の触針（プローブ）を接触させて、テスタ
１からテスト信号を印加しそれに応じたデバイスの出力
を検出してデバイスが正常に動作するか検査する。この
ような検査をウェーハ１００上のすべてのデバイスにつ
いて行い、不良デバイスにはマークを付けてダイサによ
る切断後の組立工程から除く。ウェーハ１００上のすべ
てのデバイスの検査が終了すると、吸着ステージ４は再
び点線で示した位置に移動し、搬送機構２２が吸着ステ
ージ４上のウェーハ１００を取り上げてストッカ２１に
戻す。このような処理を、ストッカ２１に収容されたす
べてのウェーハ１００の検査が終了するまで自動的に行
う。

【０００４】図２は、吸着ステージ４の構成を示す図で
あり、（１）は上面図であり、（２）は中心軸を含む断
面図である。図示のように、吸着ステージ４の上面には
狭い溝５が設けられている。溝５は、空気経路６でつな
がっている。空気経路６は、ホース１１とバルブ１２を
介してポンプ１３に接続されており、空気経路６内の空
気圧を周囲より低くできる、すなわち空気経路６に負圧
が印加できるようになっている。ここでは空気経路６及
び溝５には負圧が印加されるので負圧室と称することと
する。吸着ステージ４の上面にウェーハ１００を載置し
た状態で負圧を印加すると、溝５の部分ではウェーハ１
００が負圧により吸着される。このようにしてウェーハ
１００が吸着されて固定される。

【０００５】ウェーハ１００を吸着した状態でバルブ１
２を開放して負圧室の空気圧を周囲と同じにするとウェ
ーハ１００は吸着されない状態になる。しかし、単に負
圧の印加を停止しただけではウェーハ１００が吸着ステ
ージ４の上面から容易に離れないことがあるので、３本
の上下ピン７をエアーシリンダ８で上方に移動させてウ
ェーハ１００を吸着ステージ４の上面から離す。そし
て、上方に移動した上下ピン７の上に載置されたウェー
ハ１００の下に移動した搬送機構２２がウェーハ１００
を取り上げる。搬送機構２２が吸着ステージ４の上面に
ウェーハ１００を載置する場合も、上下ピン７は上方に
移動した状態にあり、ウェーハ１００を載せた搬送機構
２２が３本の上下ピン７の間に移動して降下し、ウェー
ハ１００が上下ピン７の上に載置される。その後、上下
ピン７を降下させると、ウェーハ１００は吸着ステージ
４の上面に載置される。なお、搬送機構２２にも真空吸
着による吸着機構を設け、搬送機構２２がウェーハ１０
０を確実に保持できるようにするのが一般的である。

【０００６】ボールねじ１０とＺ軸方向のガイド９は、
移動機構５のＺ軸移動機構を構成部分で、吸着ステージ
４はボールねじ１０を回転することによりＺ軸方向のガ
イド９に沿って移動可能に支持されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】半導体デバイスの製造
では、ウェーハの直径を大きくして生産効率を向上する
ことが行われており、ウェーハの直径は益々大きくなっ
ている。また、１本のインゴットより取れるウェーハの
枚数を増加すればその分ウェーハの製造コストが低下す
るので、ウェーハの厚さも小さくなる傾向にある。ウェ
ーハは、直径が大きくなるほどまた薄くなるほど、たと
え研磨したものであっても歪のために反りが発生する。
特に、表面に半導体デバイスを形成すると反りが発生し
やすくなる。近年使用されるようになってきた非常に大
きな直径の薄いウェーハは、発生する反りも非常に大き
くなっており、例えば図３の（１）に示すようなポテト
チップのような反りを生じるものも出現している。この
ような反りの程度が大きいものでも、各デバイスに切断
すれば十分に使用できるので、プローバやインスペクシ
ョンマシンで検査を行う必要がある。

【０００８】しかし、図３の（２）に示すように、反り
の大きなウェーハ１００を吸着ステージ４の上面に載置
すると、溝５とウェーハ１００の間に大きな隙間がで
き、たとえ負圧を印加してもこの隙間から溝５に空気が
流れ込むためにウェーハ１００を吸着することができな
いという問題が発生する。このような問題を解決するた
め、ポンプ１３の駆動能力を大きくして負圧を大きくす
る、すなわち空気経路６と溝５の空気圧をより低くする
ことも行われるが、そのためには駆動能力の大きなポン
プを用意する必要があり、コストなどの各種の問題を生
じる上、隙間が大きい場合には対処不能である。

【０００９】そこで、図４に示すように、空気口３２か
ら空気を吹き出す円板形の部材３１を設け、吸着ステー
ジ４にウェーハ１００を載置した後部材３１をウェーハ
１００上に移動し、負圧を印加した状態で空気を吹き付
けてウェーハ１００を吸着ステージ４に押し付けて吸着
させることが行われている。一旦吸着されたウェーハ１
００は溝５に接して隙間がなくなるので、空気の吹き付
けを停止しても吸着した状態が維持される。

【００１０】しかし、図４の装置を実際に使用すると、
反りがある程度以上のウェーハに対してはあまり効果が
なく、吸着させることができなかった。本発明は、この
ような問題を解決するためのもので、反りの大きなウェ
ーハであっても確実に吸着できるウェーハの搬送保持機
構の実現を目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】図５は本発明のウェーハ
の搬送保持機構の基本構成を説明する図である。図５の
（１）に示すように、上記目的を実現するため、本発明
のウェーハの搬送保持機構では、ウェーハ押し付け手段
４１として動作する搬送機構が反ったウェーハ１００の
表面に接触しながら吸着ステージに押し付ける。

【００１２】すなわち、本発明のウェーハの搬送保持機
構は、ウェーハ１００を吸着する吸着ステージ４と、ウ
ェーハ１００を吸着ステージ４上に搬送する搬送機構と
を備えるウェーハの搬送保持機構において、搬送機構は
吸着ステージ４上に搬送されたウェーハ１００に接触し
て、ウェーハを吸着ステージに押し付けるウェーハ押し
付け手段４１として動作することを特徴とする。

【００１３】これまで、半導体デバイスの形成されたウ
ェーハ１００の表面に接触しながら押し付けることは、
半導体デバイスを損傷する恐れがあるという理由で行わ
れていなかった。しかし、本発明者が実際にウェーハ押
し付け手段４１の押し付け面に弾性部材４２を設けてウ
ェーハ１００の表面を直接押し付けたところ、半導体デ
バイスは損傷せず、しかも確実にウェーハ１００を確実
に吸着させることができた。

【００１４】上記のように、ウェーハ１００は表面に半
導体デバイスを形成する工程を経ることにより歪が増大
して反りが大きくなる。プローバやインスペクションマ
シンなどで検査を行う場合には、半導体デバイスの電極
パッドを除く部分には保護膜が形成されており、ウェー
ハ１００の表面に直接接触しても半導体デバイスを損傷
する恐れは少ない。そのため、本発明は、ウェーハ１０
０の表面に直接接触しても半導体デバイスを損傷する恐
れの少ないプローバやインスペクションマシンなどのウ
ェーハ上のデバイスが完成した後に使用される吸着ステ
ージに吸着する場合に適用することが望ましい。しか
し、ウェーハ押し付け手段４１のウェーハ表面に接触す
る部分の材料や押し付け圧力を適当な条件に設定するこ
とで半導体デバイスを損傷することがなければ、デバイ
スが完成前のウェーハを吸着する吸着ステージにも適用
可能である。

【００１５】反ったウェーハを押し付ける場合には、ウ
ェーハのできるだけ広い範囲を押し付けることが望まし
い。隙間のある部分などの一部のみを押し付けると他の
部分が反って隙間ができる。吸着用の溝との間に一部で
も大きな隙間があると負圧室の空気圧が低くならないの
で吸着することはできない。そのため、例えば、ウェー
ハ押し付け手段４１を図５の（２）に示すようにウェー
ハとほぼ同じ円板とし、下面の複数の箇所に弾性部材を
設けて、ウェーハを全面に渡って押し付けることが望ま
しい。なお、押し付け用の円板の下面全体に弾性部材を
設けて押し付けるようにしてもよい。更に、ウェーハ押
し付け手段４１を円板としない場合でも、図５の（３）
に示すようにウェーハの周辺の３箇所を押せるような形
状とし、ウェーハの中心が周辺の３箇所を結んだ多角形
内に入るようにすることが必要である。

【００１６】図５の（１）の参照番号６１は、負圧室の
空気圧を検出する圧力計である。ウェーハが吸着された
状態では負圧室の空気圧が低下するので、ウェーハが吸
着されているかは圧力計６１の検出値が所定の値以下で
あるかで判定できる。そこで、吸着ステージ４にウェー
ハを載置してバルブ１２を接続して負圧を印加する。こ
の時圧力計の値が所定値以下になれば吸着されているの
で、ウェーハ押し付け手段４１でウェーハを押し付ける
必要はない。もし圧力計の値が所定値以下にならなけれ
ば、ウェーハ押し付け手段４１でウェーハを押し付け
る。これであれば不必要な押し付け動作が不要になる。
更に、負圧を印加すると共にウェーハ押し付け手段４１
でウェーハを押し付ける場合に、圧力計６１の検出値が
所定値以下になれば吸着されたことになるのでその時点
で押し付けを停止する。また、載置されたウェーハを押
し付けてウェーハを吸着した後押し付けを解除した状態
で、圧力計の検出値が所定値以上の場合は、吸着してい
ないので再度同じ動作を繰り返す。オートプローバのよ
うな自動化された装置では、上記のような動作をコンピ
ュータ制御で自動的に行う。

【００１７】更に、通常はウェーハを吸着ステージ上に
搬送する搬送機構が設けられるが、本発明では搬送機構
がウェーハ押し付け手段として動作するようにする。こ
れにより、別にウェーハ押し付け手段を設ける必要はな
く、構成が簡単になる。例えば、従来の一般的な構成と
同様に、搬送機構を上面に吸着口を有し、上面にウェー
ハを吸着して搬送する平板で構成した場合、その下面で
ウェーハを吸着ステージに押し付けるような動作ができ
るようにする。

【００１８】

【発明の実施の形態】以下、本発明をオートプローバの
吸着ステージに適用した実施例を説明する。図６は、本
実施例のオートプローバで吸着ステージにウェーハを受
け渡すウェーハの搬送保持機構の概略構成を示す図であ
る。テスタが接続される部分は、図１に示した従来例と
同様の構成を有する。この搬送保持機構は、プローバへ
のウェーハの供給（ロード）とプローバからのウェーハ
の搬出（アンロード）が別の系統で行われるようになっ
ている。また、搬送保持機構を構成する各要素は図示し
ていないコンピュータシステムによって制御される。

【００１９】図６において、参照番号１００ａは図示し
ていないストッカから未検査のウェーハが供給（ロー
ド）される位置を示し、搬送円板４１がこの位置でウェ
ーハを受け取り、図示の位置にある吸着ステージ４の上
に載置する。図示はしていないが、吸着ステージ４には
図２に示すような上下ピン７が設けられている。検査の
終了すると、吸着ステージ４は点線の位置に移動し、搬
送円板４１がこの位置でウェーハを受け取り、１００ｂ
で示す位置まで搬送する。ここで図示していない検査済
ウェーハのストッカに戻す機構に渡される。搬送円板４
１は移動軸５１に沿って移動可能な移動部材５０に支持
されており、移動軸５１は移動軸５２ａと５２ｂに移動
可能に支持されている。

【００２０】図７は、搬送円板４１の部分の構成を示す
図であり、（１）は上面図を、（２）は側面図を示し、
（３）は搬送円板４１がウェーハ１００を押し付けてい
る状態を示している。なお、図示の都合上、上面図で一
部を省略している。図示のように、搬送円板４１は部材
４４に取り付けられている。搬送円板４１の上面の両側
には真空吸着用の開口４３ａと４３ｂが設けられてい
る。開口４３ａと４３ｂはそれぞれ空気経路４５ａと４
５ｂを介して部材４４のターミナル４６ａと４６ｂに接
続され、更にターミナル４６ａと４６ｂはホース４７ａ
と４７ｂを介して図示していないポンプとバルブに接続
され、開口４３ａと４３ｂは真空吸着用の開口として働
く。開口４３ａは未検査のウェーハ１００を破線で示す
ように吸着して保持できるようになっており、同様に開
口４３ｂは検査済のウェーハを吸着して保持できる。部
材４４は、移動部材５０に対して上下方向に移動可能に
支持されており、移動部材５０に設けられたエアシリン
ダ４８の先端に接続されており、エアシリンダ４８を動
作させることにより搬送円板４１が上下方向に移動す
る。

【００２１】図８は、本実施例のウェーハの搬送保持機
構における吸着ステージ４、搬送円板４１及びウェーハ
の移動を説明する図である。搬送円板４１は破線の位置
に移動して１００ａの位置の未検査のウェーハを上面に
吸着して保持し、４ａの位置にいる吸着ステージ４の上
に載置する。この時、吸着ステージの上下ピン７は上方
へ移動した状態にあり、未検査のウェーハ１００は上下
ピン７の上に載置される。その後、搬送円板４１は図の
上方に退避し、上下ピン７が下方に移動しウェーハ１０
０は吸着ステージ４の上に載置される。

【００２２】この状態で吸着ステージ４の負圧室に負圧
が印加されウェーハ１００が吸着される。この時、圧力
計６１の示す負圧室の空気圧が検出され、所定値以下で
あるか判定される。検出した空気圧が所定値以下であれ
ば、ウェーハ１００は吸着されているので、吸着ステー
ジ４はそのままオートプローバの本体部に移動する。検
出した空気圧が所定値以上である場合にはウェーハ１０
０は吸着されていないので、搬送円板４１は４ａの位置
の吸着ステージ４の真上に移動し、更に降下してウェー
ハ１００を押し付け、圧力計６１の検出値が所定値以下
になったら上昇する。これでウェーハ１００は吸着ステ
ージ４に吸着される。なお、搬送円板４１が上昇したら
圧力計６１の検出値が所定値以上に戻った場合には再度
搬送円板４１を降下させてウェーハ１００を押し付け
る。数回同じ動作を繰り返しても、搬送円板４１が上昇
したら圧力計６１の検出値が所定値以上に戻る場合に
は、吸着できないウェーハであるので、不良を示す信号
を出力する。

【００２３】なお、圧力計６１の検出値が所定値以下に
なったら搬送円板４１を上昇させるのではなく、搬送円
板４１を降下してウェーハ１００を押し付けた後直ちに
上昇し、その状態で圧力計６１の検出値が所定値以下で
あることを確認するようにしてもよい。この場合も、圧
力計６１の検出値が所定値以上の場合には再度同じ動作
を行い、数回繰り返しても圧力計６１の検出値が所定値
以下にならない時には不良を示す信号を出力する。

【００２４】搬送円板４１が上昇しても圧力計６１の検
出値が所定値以下である時には吸着されているので、吸
着ステージ４はオートプローバの本体部に移動し、テス
タによる検査が行われる。検査の間搬送円板４１は図の
下側に退避している。検査が終了すると、吸着ステージ
４は４ｂで示す位置に移動し、上下ピン７を上方に移動
する。搬送円板４１は図の中央に移動し検査済ウェーハ
を吸着して１００ｂの位置に移動し、ストッカに戻す機
構に渡す。以下、同じ動作を繰り返す。

【００２５】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
反りの大きなウェーハも確実に吸着できるようになる。
従って、ウェーハの直径を大きくしたりウェーハの厚さ
を薄くすることが可能になるので、生産効率を向上して
コストを低減できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】オートプローバの概略構成を示す図である。

【図２】吸着ステージの構成を示す図である。

【図３】ウェーハの反りが大きい場合の問題を説明する
図である。

【図４】ウェーハの反りが大きい場合の従来の対策を示
す図である。

【図５】本発明の基本構成を示す図である。

【図６】本発明の実施例のウェーハの搬送保持機構の概
略構成を示す図である。

【図７】実施例の搬送機構の構成を示す図である。

【図８】実施例における搬送機構、吸着ステージ及びウ
ェーハの移動経路を示す図である。

【符号の説明】

４…吸着ステージ ５…吸着用溝 １３…ポンプ ２０…ステージ移動機構 ４１…ウェーハ押し付け手段（円板） ６１…圧力計 １００…ウェーハ

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ウェーハを吸着する吸着ステージと、 前記ウェーハを前記吸着ステージ上に搬送する搬送機構
   とを備えるウェーハの搬送保持機構において、前記搬送機構は、 前記吸着ステージ上に搬送された前記
   ウェーハに接触して、該ウェーハを前記吸着ステージに
   押し付けるウェーハ押し付け手段として動作することを
   特徴とするウェーハの搬送保持機構。
2. 【請求項２】 請求項１に記載のウェーハの搬送保持機
   構であって、 前記搬送機構は、上面に吸着口を有する平板を備え、該
   平板の上面に前記ウェーハを吸着して搬送し、下面で前
   記ウェーハを前記吸着ステージに押し付けるウェーハの
   搬送保持機構。