JP5528509B2

JP5528509B2 - 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

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Publication number: JP5528509B2
Application number: JP2012138512A
Authority: JP
Inventors: エリッヒ・タールナー
Original assignee: エリッヒ・タールナー
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2012-06-20
Publication date: 2014-06-25
Anticipated expiration: 2027-07-06
Also published as: AT503848A2; US20110127785A1; JP2008013372A; AT503848A3; DE102006031434A1; US8087708B2; US7909374B2; AT503848B1; US20110133500A1; US20080008565A1; DE102006031434B4; JP2012195609A; US8157307B2

Description

本発明は請求項１から５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。

この目的は下記の項目１、２、及び４の特徴によって実現される装置および、下記の項目３及び５の特徴によって実現される方法により達成される。

１．ウェハ（４）用のハンドリング装置であって、該ハンドリング装置は、受け本体（１）と、前記受け本体（１）に取り付けられた粘着膜（３）であって該粘着膜（３）に前記ウェハ（４）を着脱自在に固定するための前記粘着膜（３）と、を備え、前記粘着膜（３）及び前記受け本体（１）の間に少なくとも１つの作動空間（８）が形成され、前記受け本体（１）が前記粘着膜（３）に当接する当接面（７）を有しており、前記作動空間（８）から加圧媒体を除去することによって前記粘着膜（３）と前記ウェハ（４）との間の接触面（９）が縮小するように前記当接面（７）が凸形状になっていることを特徴とするハンドリング装置。

２．ウェハ（４）用のハンドリング装置であって、該ハンドリング装置は、受け本体（１）と、前記受け本体（１）に取り付けられた粘着膜（３）であって該粘着膜（３）に前記ウェハ（４）を着脱自在に固定するための前記粘着膜（３）と、を備え、前記粘着膜（３）及び前記受け本体（１）の間に複数の作動空間（８）が形成されており、前記複数の作動空間（８）のうちの少なくとも２つの作動空間（８）に加圧媒体を個別に供給することができ、それによって前記２つの作動空間（８）の容積が個別に変化され、且つ、多孔性材料（６）が前記複数の作動空間（８）内に配置され、前記粘着膜（３）のための当接面（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ハンドリング装置。

３．ウェハ（４）のハンドリング方法であって、受け本体（１）と、前記ウェハ（４）を着脱自在に付着させることが可能な粘着膜（３）と、を提供するステップであって、前記粘着膜（３）が前記受け本体（１）に取り付けられ、それによって前記粘着膜（３）及び前記受け本体（１）の間に複数の作動空間（８）が形成され、多孔性材料（６）が前記複数の作動空間（８）内に配置される、ステップと、加圧媒体を、前記複数の作動空間（８）のうちの少なくとも２つの作動空間（８）の中に供給する、又は前記少なくとも２つの作動空間（８）から除去することにより、前記複数の作動空間（８）のうちの少なくとも２つの作動空間（８）の容積を変化させ、それによって前記粘着膜（３）と前記ウェハ（４）との間の接触面（９）を縮小させる、又は拡張させるステップと、を含むことを特徴とするハンドリング方法。

４．ウェハ（４）用のハンドリング装置であって、該ハンドリング装置は、受け本体（１）と、前記受け本体（１）に取り付けられた粘着膜（３）であって該粘着膜（３）に前記ウェハ（４）を着脱自在に固定するための前記粘着膜（３）と、を備え、単一の供給パイプ（２）が前記粘着膜（３）及び前記受け本体（１）を貫通して延在しており、前記ウェハ（４）を前記粘着膜（３）から分離させるように前記単一の供給パイプ（２）を介して前記粘着膜（３）と前記ウェハ（４）との間に加圧媒体を供給することが可能であることを特徴とするハンドリング装置。

５．ウェハ（４）のハンドリング方法であって、受け本体（１）と、前記ウェハ（４）を着脱自在に付着させることが可能な粘着膜（３）と、を提供するステップであって、前記粘着膜（３）が前記受け本体（１）に取り付けられていると共に単一の供給パイプ（２）が前記粘着膜（３）及び前記受け本体（１）を貫通して延在しており、前記ウェハ（４）を前記粘着膜（３）から分離させるように前記単一の供給パイプ（２）を介して前記粘着膜（３）と前記ウェハ（４）との間に加圧媒体を供給することが可能である、ステップと、加圧媒体を、前記単一の供給パイプ（２）の中に供給する、又は前記単一の供給パイプ（２）から除去することにより、前記粘着膜（３）と前記ウェハ（４）との間の接触面（９）を縮小させる、又は拡張させるステップと、を含むことを特徴とするハンドリング方法。

本発明の有利な態様は従属請求項に開示されている。

６．前記粘着膜（３）がゲルフィルムであることを特徴とする前記項目２に記載のハンドリング装置。

７．前記粘着膜（３）が丸みを帯びた輪郭を備えていることを特徴とする前記項目２に記載のハンドリング装置。

８．前記粘着膜（３）の前記輪郭が円形であることを特徴とする前記項目７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つの前記作業空間（８）内に別に形成されていることを特徴とする前記項目２に記載のハンドリング装置。

１０．前記複数の作業空間（８）が、互いにシールされていることを特徴とする前記項目２に記載のハンドリング装置。

１１．前記接触面（９）は、前記ウェハ（４）を分離させるために縮小され、および／または、前記ウェハ（４）を固定するために拡張されることを特徴とする前記項目３に記載のハンドリング方法。

１２．前記粘着膜（３）がゲルフィルムであることを特徴とする前記項目４に記載のハンドリング装置。

１３．前記粘着膜（３）が丸みを帯びた輪郭を備えていることを特徴とする前記項目４に記載のハンドリング装置。

１４．前記粘着膜（３）の前記輪郭が円形であることを特徴とする前記項目１３に記載のハンドリング装置。

１５．前記単一の供給パイプ（２）が前記粘着膜（３）の中央に配置されていることを特徴とする前記項目４に記載のハンドリング装置。

１６．前記接触面（９）は、前記ウェハ（４）を分離させるために縮小され、および／または、前記ウェハ（４）を固定するために拡張されることを特徴とする前記項目５に記載のハンドリング方法。

本発明は、ウェハが受け取られる、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け取る際、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動空間の一部とされている。作動空間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動空間内に供給することによって、作動空間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け取る工程、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動空間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け取った後、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、粘着膜は受け本体（receiving body）に固定されている。この受け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、粘着膜と共に作動空間の壁部あるいは境界部を形成している。一般に、受け本体は剛性を有しており、従って、作動空間が加圧媒体で加圧されるとき、作動空間は粘着膜の領域のみで膨張する。好ましくは、作動空間は、加圧媒体が漏れ出さないようになっており、これは、相応にシールされるように粘着膜が受け本体に結合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け取り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、接触面は受け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、作動空間の容積が拡張され、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、作動空間の容積は減少し、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、加圧媒体による作動空間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、特に極小の作動空間容量を有する受け本体の当接面（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、当接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。所定の構造の当接面であれば、特に当接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動空間内に配置され、ウェハのための当接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、粘着膜は複数の作動空間を区切り、その作動空間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、または縮小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、様々な作動空間に提供される。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。

粘着膜を備えたハンドリング装置であって、作動空間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動空間を備えた図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、作動空間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、受け本体の当接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、作動空間に真空を適用し、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、一つの作動空間が多孔性材料で満たされている様子を示す図である。３つの作動空間を備えたハンドリング装置の第５の実施例であって、当該作動空間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、作動空間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。

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、ほぼ円形の縦断面を持った剛体の受け本体１を備えている。作動空間８内に加圧媒体を供給したり、取り除いたりするパイプ２は受け本体１を貫通するように示されており、受け本体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受け本体１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動空間８が真空化され、粘着膜３が受け本体１の支持面の高さまで平坦化することで、事実上、作動空間８の体積がゼロになっている。これによって薄いウェハ４と粘着膜３との間の円形の接触面９は最大になっている。接触面９はウェハ４の平坦側の全体面とほぼ一致している。この最大の接触面９によって、ウェハ４と粘着膜３との間、あるいは、ウェハ４とハンドリング装置との間の粘着力は最大となる。

ウェハ４を格納するため、加圧媒体、とくに圧縮空気はパイプ２を通して作動空間８に供給され、作動空間８あるいは粘着膜３が風船のように大きくなり、その後、粘着力の減少に伴って接触面９が減少する。ウェハ４は特に受け本体１を持ち上げることによって、離脱される。ウェハ４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９は連続して最大化し、ウェハ４の中心からスタートし、接触面９が最大化する間に受け本体１がウェハ４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９は減少する。これは粘着膜３に当接する当接面７を凸形状にすることで達成されている。これによって、ウェハ４は最初に中央の領域のみに接触し、例えば、大気圧の適用で、図２ｂの状態から始まって図２ａの状態へ調整することが可能であり、それによって、ウェハが徐々に受け取られることができる。一方、パイプ２により真空状態にすると、図２ａの状態から始まって図２ｂの状態へ調整され、徐々にウェハ４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、当接面７は波状になっている（undulated or corrugated）。また、波状のデザインはそこから９０°オフセットして実施することができ、その結果、格子状構造の当接面７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）をもって受け本体１の構造的な当接面７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９の減少が実現され、ウェハ４をわずかに解くことが可能となる。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４を取り外す前に、受け本体１および構造的な当接面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、とりわけ受け本体１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、作動空間８が最大容積になる時、ウェハ４と粘着膜３との接触面９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の実施例では作動空間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つに分割された作動空間８が与えられており、おのおのの作動空間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、作動空間８は多孔性材料６ａ，６ｂ，６ｃに満たされている。個々、あるいは全ての作動空間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、それぞれの作動空間８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ずれることによって、ウェハ４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、図の左側の作動空間８に圧力を加え、同時に図の中央の作動空間８に同時に大気圧、図の右側の作動空間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動空間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動空間８から始めることが可能となる。多孔性材料６ａ，６ｂ，６ｃの形状により当接面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、供給パイプ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。

１受け本体
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当接面
８作動空間
９接触面

Claims

ウェハ（４）用のハンドリング装置であって、
該ハンドリング装置は、受け本体（１）と、前記受け本体（１）に取り付けられた粘着膜（３）であって該粘着膜（３）に前記ウェハ（４）を着脱自在に固定するための前記粘着膜（３）と、を備え、
前記粘着膜（３）及び前記受け本体（１）の間に少なくとも１つの作動空間（８）が形成され、前記受け本体（１）が前記粘着膜（３）に当接する当接面（７）を有しており、前記作動空間（８）から加圧媒体を除去することによって前記粘着膜（３）と前記ウェハ（４）との間の接触面（９）が縮小するように前記当接面（７）が単一の凸形状になっていることを特徴とするハンドリング装置。