JP4953784B2 - 半導体ウェーハ用のクランプ治具 - Google Patents

Description

本発明は、半導体製造プロセスでロボットやアライナー等に取り付けられ、半導体ウェーハをクランプする半導体ウェーハ用のクランプ治具に関するものである。

ウェーハプロセスとも呼ばれる半導体製造プロセスは、イオン注入等のドーピング、絶縁膜の形成、リソグラフィ、エッチング等からなる前工程と、バックグラインドやダイシング、ボンディング等からなる後工程とに分類され、前工程においてはウェーハキャリアから半導体ウェーハを移載するロボットが使用されているが、このロボットのハンドには、半導体ウェーハ用の複数の接触部材が装着されている（特許文献１、２参照）。

各接触部材は、図示しないが、例えばＰＥＥＫ樹脂製の板体が切削加工されることにより、半導体ウェーハ用の保持溝を備えたチップ形に形成され、ハンドの半導体ウェーハに接触する接触領域に装着されており、半導体ウェーハのエッジ、すなわち周縁部をクランプして半導体ウェーハを保持するよう機能する。

ところで、半導体ウェーハの歩留まりは、様々な要因により左右されるが、その一つとして、半導体ウェーハの周縁部から発生して浮遊するパーティクルがあげられる。この点に鑑み、従来においては、接触部材の製造時に帯電防止機能を発揮するカーボンファイバーをフィラーとして練り込み、このカーボンファイバーにより、パーティクルを吸い寄せて半導体ウェーハに対するパーティクルの転写を抑制防止するようにしている。
特開２００４‐１７４６８６号公報 特開２００４‐１５３１５７号公報

従来における半導体ウェーハ用の接触部材は、以上のようにカーボンファイバーがフィラーとして単に練り込まれるに止まるので、板体の切削加工の際にカーボンファイバーの端部が露出してしまうことがある。この結果、露出したカーボンファイバーの端部が半導体ウェーハを削ったり、短いカーボンファイバーが脱落してパーティクルを発生させてしまうという問題がある。

本発明は上記に鑑みなされたもので、フィラーが露出して半導体ウェーハを切削したり、フィラーが脱落してパーティクルを発生させるのを抑制することのできる半導体ウェーハ用のクランプ治具を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、ロボットのアームに、半導体ウェーハの径以上の長さを有する板を装着し、この板の先端部側を二股に形成してその一対の最先端には半導体ウェーハの周縁部をクランプするクランプ部をそれぞれ設け、板の両側部から前後方向に回転可能な支持部材をそれぞれ側方に伸ばして各支持部材の先端部には半導体ウェーハの周縁部をクランプするクランプ部を設けたものであって、
各クランプ部を、体積抵抗率が１．０×１０ ⁰ 〜１．０×１０ ¹³ （Ω・ｃｍ）の熱可塑性樹脂コンパウンドにより射出成形し、熱可塑性樹脂コンパウンドに帯電防止付与材を含有するとともに、この帯電防止付与材には、繊維径０．５〜１５０ｎｍ、繊維長０．０１〜２０００μｍのカーボンナノチューブを含有し、各クランプ部をダイヤモンドライクカーボンにより被覆したことを特徴としている。

ここで、特許請求の範囲における半導体ウェーハは、口径２００ｍｍ、３００ｍｍ、４５０ｍｍのタイプやシリコンウェーハ、再生ウェーハ、化合物系ウェーハ等を特に問うものではない。

支持部材は、板の前後方向に回転可能（揺動可能）に支持されることが好ましい。さらに、クランプ部は、樹脂（化合物の有無を問わない）製であれば、透明、半透明、不透明タイプを特に問うものではない。

本発明によれば、クランプ治具の各クランプ部にダイヤモンドライクカーボンを生成するので、各クランプ部からカーボンファイバーの端部が露出したり、短いカーボンファイバーが脱落するのを防止することができる。また、各クランプ部に導電性、耐食性、耐磨耗性等を付与することができる。

本発明によれば、接触領域からフィラーが露出して半導体ウェーハを切削したり、あるいはフィラーが脱落してパーティクルを発生させるのを有効に抑制することができるという効果がある。すなわち、板のクランプ部にダイヤモンドライクカーボンを皮膜として生成し、カーボンファイバーの端部が露出したり、短いカーボンファイバーが脱落するのを防止するとともに、導電性、耐食性、耐磨耗性等を付与するので、アウトガスや低分子不純物の移行を低減したり、最近の回路の微細化要求（例えば、回路幅３５ｎｍ、６５ｎｍ、９０ｎｍ）を満たしながら半導体ウェーハの汚染を有効に抑制することができる。また、導電化による帯電防止により、静電気破壊やスパークを防止したり、パーティクルの発生を有効に防止することができる。

また、クランプ部を、樹脂板の切削加工により製造するのではなく、１．０×１０ ⁰ 〜１．０×１０ ¹³ （Ω・ｃｍ）の体積抵抗率を有する帯電防止性の熱可塑性樹脂コンパウンドにより射出成形するので、金型に熱可塑性樹脂コンパウンドの熱を奪わせ、クランプ部の露出面に保護機能を発揮する薄いスキン層を形成することが可能となる。したがって、このスキン層の被覆保護作用により、カーボンファイバーの端部がクランプ部から露出して半導体ウェーハを削ったり、短いカーボンファイバーが脱落してパーティクルを発生させることが少ない。また、クランプ部の射出成形により、クランプ部の表面が粗れることがなく、安価かつ大量に製造することが可能になる。さらに、帯電防止付与材に、繊維径０．５〜１５０ｎｍ、繊維長０．０１〜２０００μｍのカーボンナノチューブを含有すれば、パーティクルの発生防止が期待できる。

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と、本実施形態における半導体ウェーハ用のクランプ治具は、図１ないし図５に示すように、半導体ウェーハＷの直径以上の長さを有するクランプ板１を備え、このクランプ板１の半導体ウェーハＷに接触する複数の接触領域を薄膜のダイヤモンドライクカーボン１０によりそれぞれ被覆して耐汚染性、耐食性、耐摩耗性を向上させており、多関節のロボット２０のアーム２２にハンドとして装着されて半導体ウェーハＷの周縁部を着脱自在にクランプする。

半導体ウェーハＷは、例えば口径３００ｍｍの薄く丸い円板にスライスされ、表面に酸化膜が積層されており、半導体製造プロセスの前工程でドーピング、絶縁膜の形成、リソグラフィ、エッチング等の加工が施される。

クランプ板１は、図１や図２に示すように、例えばアルミニウム、アルミニウム合金、セラミック等を用いて平板に形成され、先端部２が左右に膨張しながら先細りの二股に分岐するとともに、ロボット２０のアーム２２に締結具を介して螺着される末端部３が多角形の平面略ヘラ形に形成されており、全体として平面略Ｙ字形を呈する。このクランプ板１の分岐した一対の先端部２の表面における最先端４には、半導体ウェーハＷのエッジ、すなわち周縁部の前方をクランプする合成樹脂製のクランプチップ５が締結具を介しそれぞれ螺着され、各クランプチップ５が接触領域として機能する。

クランプ板１の裏面両側部には図１や図２に示すように、側方に伸びる平面略Ｌ字形の支持アーム６がそれぞれクランプ板１の前後方向に回転可能に軸支され、各支持アーム６の前方に指向する先端部には、半導体ウェーハＷの周縁部後方をクランプする合成樹脂製のクランプチップ５が締結具を介し螺着されており、このクランプチップ５が接触領域として機能する。

各クランプチップ５は、図３や図４に示すように、金型に所定の熱可塑性樹脂コンパウンドを充填する成形法によりチップに射出成形され、半導体ウェーハＷの周縁部に対向する周面の対向部には、半導体ウェーハＷの周縁部を保持する嵌合保持溝７が切り欠かれる。

所定の熱可塑性樹脂コンパウンドは、例えば１．０×１０⁰〜１．０×１０¹³（Ω・ｃｍ）（＝１Ｅ＋０〜１Ｅ＋１３（Ω・ｃｍ））の体積抵抗率を有し、帯電防止付与材がフィラーとして含有されており、この帯電防止付与材には、繊維径０．５〜１５０ｎｍ、繊維長０．０１〜２０００μｍのカーボンナノチューブ、カーボンファイバー、カーボウィスカー、金属ファイバー、有機導電体等が適宜含有される。

熱可塑性樹脂コンパウンドの熱可塑性樹脂は、具体的には脂環式構造含有重合体、難燃性のポリエーテルエーテルケトン、あるいはガラス繊維強化プラスチックとして優れ、低発塵性や寸法安定性を有するポリブチレンテレフタレートのいずれかが成形材料として選択される。

ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣともいう）１０は、高硬度、電気絶縁性、赤外線透過性等を有し、ダイヤモンドに類似するカーボン薄膜である。このダイヤモンドライクカーボン１０は、接触領域である各クランプチップ５の露出面にイオンプレーティング法により滑らかに硬く（同様の処理を鋼板に施した場合、ビッカース硬さでＨｖ＝２５００以上）１０〜１，０００μｍ程度の厚さに成膜され、クランプチップ５の露出面を改質して導電化するとともに、平坦性（鏡面性）、耐熱性、難燃性、耐食性、耐摩耗性、撥水性等を付与するよう機能する。

ロボット２０は、図５に示すように、Ｚ軸として機能する昇降可能な胴体２１を備え、この胴体２１の回転可能な上部には、Ｒ方向に移動したり、回転するアーム２２が軸支されており、このアーム２２の関節部には、図示しない磁性の流体シールが形成される。この様な構成のロボット２０は、アーム２２の先端部にクランプ治具のクランプ板１が螺着され、図示しないパソコンと複数のコントローラにより制御される。

上記において、クランプ板１に半導体ウェーハＷをクランプさせたい場合には、クランプ板１の表面に半導体ウェーハＷを複数のクランプチップ５を介して搭載し、ロボット２０の制御下で各支持アーム６をクランプ板１の後方から前方に水平に回転させて各嵌合保持溝７に半導体ウェーハＷの周縁部を保持させれば、クランプ板１に半導体ウェーハＷを安定した姿勢でクランプさせることができる。

上記構成によれば、クランプ板１の接触領域であるクランプチップ５にダイヤモンドライクカーボン１０を皮膜として生成し、カーボンファイバーの端部が露出したり、短いカーボンファイバーが脱落するのを防止するとともに、導電性、耐食性、耐磨耗性等を付与するので、アウトガスや低分子不純物の移行を大幅に低減したり、最近の回路の微細化要求（例えば、回路幅３５ｎｍ、６５ｎｍ、９０ｎｍ）を満たしながら半導体ウェーハＷの汚染をきわめて有効に抑制することができる。また、導電化による帯電防止により、静電気破壊やスパークを防止したり、パーティクルの発生を有効に防止することができる。

また、クランプチップ５を、樹脂板の切削加工により製造するのではなく、１．０×１０⁰〜１．０×１０¹³（Ω・ｃｍ）の体積抵抗率を有する帯電防止性の熱可塑性樹脂コンパウンドにより射出成形するので、金型に熱可塑性樹脂コンパウンドの熱を奪わせ、クランプチップ５の露出面に保護機能を発揮する薄いスキン層を形成することができる。したがって、このスキン層の被覆保護作用により、カーボンファイバーの端部がクランプチップ５から露出して半導体ウェーハＷを削ったり、短いカーボンファイバーが脱落してパーティクルを発生させることがない。

また、クランプチップ５を射出成形するので、クランプチップ５の表面が粗れることがなく、安価かつ大量に製造することが可能になる。また、熱可塑性樹脂コンパウンドの熱可塑性樹脂を、ポリエーテルエーテルケトン又はポリブチレンテレフタレートとすれば、半導体ウェーハＷの接触部分との耐磨耗性を著しく向上させ、アウトガスの発生を大幅に低減することが可能になる。さらに、帯電防止付与材に、繊維径０．５〜１５０ｎｍ、繊維長０．０１〜２０００μｍのカーボンナノチューブを含有すれば、パーティクルの発生防止が大いに期待できる。

なお、上記実施形態ではクランプ板１の側部に別体の支持アーム６を螺着したが、支持機能を営む各種形状の板材等を支持アーム６の代わりに設けても良い。また、ロボット２０のアーム２２にクランプ治具をハンドとして装着したが、何らこれに限定されるものではない。例えば、ロボット２０の複数のアーム２２にクランプ治具をそれぞれ装着しても良い。また、大気用ウェーハ搬送ロボット、ＥＦＦＭのロボット、ウェハソータのロボット、ストッカーのロボットのアームにクランプ治具を装着しても良い。

本発明に係る半導体ウェーハ用のクランプ治具の実施形態を模式的に示す平面説明図である。 本発明に係る半導体ウェーハ用のクランプ治具の実施形態を模式的に示す側面説明図である。 図２のＩＩＩ部を示す拡大説明図である。 図２のＩＶ部を示す拡大説明図である。 本発明に係る半導体ウェーハ用のクランプ治具の実施形態における多関節のロボットを模式的に示す全体説明図である。

符号の説明

１ クランプ板（板）
２ 先端部
３ 末端部
４ 最先端
５ クランプチップ（接触領域、クランプ部）
６ 支持アーム（支持部材）
７ 嵌合保持溝
１０ ダイヤモンドライクカーボン
２０ ロボット
２１ 胴体
２２ アーム
Ｗ 半導体ウェーハ

Claims (1)

1. ロボットのアームに、半導体ウェーハの径以上の長さを有する板を装着し、この板の先端部側を二股に形成してその一対の最先端には半導体ウェーハの周縁部をクランプするクランプ部をそれぞれ設け、板の両側部から前後方向に回転可能な支持部材をそれぞれ側方に伸ばして各支持部材の先端部には半導体ウェーハの周縁部をクランプするクランプ部を設けた半導体ウェーハ用のクランプ治具であって、
   各クランプ部を、体積抵抗率が１．０×１０ ⁰ 〜１．０×１０ ¹³ （Ω・ｃｍ）の熱可塑性樹脂コンパウンドにより射出成形し、熱可塑性樹脂コンパウンドに帯電防止付与材を含有するとともに、この帯電防止付与材には、繊維径０．５〜１５０ｎｍ、繊維長０．０１〜２０００μｍのカーボンナノチューブを含有し、各クランプ部をダイヤモンドライクカーボンにより被覆したことを特徴とする半導体ウェーハ用のクランプ治具。