JP6851282B2 - ウエハ搬送機構、ウエハプローバおよびウエハ搬送機構の搬送位置調整方法 - Google Patents

Description

本発明は、各種半導体製造装置や評価装置のウエハステージ上にウエハを精度良く搬送するウエハ搬送機構に関し、特に、ウエハのステージ搬送技術の精度向上を可能とするウエハプローバに関するものである。

ウエハプローバは有効測定領域を有し、測定可能な領域には制限がある。ウエハプローバにウエハが受け渡される搬送位置とステージ上にウエハが設置される載置位置との位置ずれは、ウエハテストにおいて測定上の問題を引き起こす。特に、極薄厚ウエハ（例えば、ウエハ厚が７０ｕｍのウエハ）は、その薄さによる反りを防ぐ為にリム部を有しており、搬送位置がずれたままステージにウエハが吸着された場合、ウエハのリム部がステージ上へ乗り上げたり、有効測定領域との位置ずれが生じたりする。その結果、ウエハ上に形成されたチップにダメージが与えられたり、または、ウエハテストに必要な適正針圧が確保されなかったりするなど、測定上の問題が発生する。また、極薄厚ウエハのリム部は最終的にリングカット領域に沿ってカットされるため、リングカット領域に掛るチップはウエハプローバによる測定対象から除外される。リングカット領域と有効測定領域との位置ずれも測定上の問題となる。

特許文献１には、リフトアップピンの上端部に、半導体基板の外周縁部を下方から受け止める水平面と、その水平面の外側に連設された傾斜ガイド面とを有する半導体加工装置が開示されている。その傾斜ガイド面は、半導体基板の中心方向に向って徐々に下方に傾斜している。傾斜ガイド面は、半導体基板の外周縁部の位置を電極板の載置面に位置合わせする機能を有する。

特開２００１−３２６２６７号公報

特許文献１に記載のリフトアップピンによって極薄厚ウエハを搬送する場合、所定の搬送位置にてウエハがキャリアから取り出され、ステージ上の所定の載置位置に載置されて吸着されるまでの搬送過程にて、以下に示す３つの問題点がある。

１つ目は、搬送ローダーの停止位置精度に関する問題である。ステージに対する搬送ローダーの停止位置がばらついた場合、ウエハをリフトアップピンに受け渡す搬送位置とその停止位置との間に位置ずれが生じる。例えば、ウエハカセットからステージへの搬送工程において、搬送ローダーが９０度の回転駆動を含む場合、カセットから取りだされたウエハに対してノッチ合わせが行われる。その後、搬送ローダーはステージ方向に向かって９０度回転し、所定の搬送位置までウエハを搬送する。回転後の、停止位置のばらつきに伴う特定方向の位置ずれを抑制するため、既存の搬送ローダーはクサビ機構を有し、その停止位置を安定化させている。しかし、その位置ずれの度合いはクサビ機構の調整加減に依存するため、搬送精度の安定性が劣るという問題があった。

２つ目は、リフトアップピンの降下速度に関する問題である。リフトアップピンに極薄厚ウエハが渡された後、リフトアップピンが降下しステージ上にそのウエハを載置する過程において、リフトアップピンの降下速度が速い場合、空気抵抗によりウエハが動く。これは、極薄厚ウエハの重さが軽量であるためである。その結果、ステージ上の所定の載置位置と実際にウエハが載置される位置とにずれが生じる。この問題を回避する為、ウエハがずれないような適正な降下速度に調整する必要があった。

３つ目は、吸着圧に関する問題である。極薄厚ウエハをステージに吸着させる際、前工程から持ち込まれた異物が、ウエハとステージとの間に挟み込まれ、ウエハにクラックが発生する。この問題を回避するためには、吸着圧の減圧化を行う必要がある。しかし、その減圧化により所定の載置位置と吸着後のウエハの位置との間にずれが生じるという問題があった。

以上のように、リフトアップピンによるウエハの受け渡し動作においては、リフトアップピンの降下スピード、吸着時の吸着圧力、搬送ローダーの停止精度等の複合要因により、ステージ上の所定の載置位置と実際に載置されるウエハの位置とにずれが生じやすい。それゆえ、リフトアップピンにウエハが受け渡される所定の搬送位置における搬送精度の頻繁な調整が必要とされる。

この発明は上記のような問題点を解決する為になされたものであり、ウエハの受け渡し過程におけるウエハの位置ずれを矯正し、ステージに載置されるウエハの位置を位置決めするウエハ搬送機構の提供を目的とする。

本発明に係るウエハ搬送機構は、載置面を備え、ウエハを載置面に載置可能なステージに、ウエハを受け渡す機能を有する。ウエハ搬送機構は、複数のリフトピンと位置調整機構とを含む。複数のリフトピンは、ステージの載置面の外縁よりも外側に配置され、ステージよりも大きい直径を有するウエハの裏面を支持して上下方向に駆動することにより、ステージの上方の搬送位置にてウエハを受け渡す。位置調整機構は、複数の支持体を含む。その複数の支持体の各々は、ステージの半径方向に延在する棒状の形状を有する。各リフトピンは、ステージの載置面に対して平行に設けられ、ウエハの外周に設けられるリム部の裏面に接してウエハを支持する支持面と、支持面に支持されるウエハの外縁の外側に位置し、かつ、支持面に対して垂直に設けられる垂直面と、垂直面よりも上方に位置し、かつ、ステージの中心から外側かけて上方に傾斜して設けられる傾斜面と、を含む。位置調整機構の複数の支持体は、複数のリフトピンがステージの半径方向に移動可能なように、それら複数のリフトピンをそれぞれ支持している。

本発明によれば、ウエハの受け渡し過程におけるウエハの位置ずれを矯正し、ステージに載置されるウエハの位置を位置決めするウエハ搬送機構の提供が可能である。

実施の形態におけるウエハ搬送機構を含むウエハプローバの構成の一部を示す概略図である。 実施の形態におけるウエハ搬送機構を含むウエハプローバの構成の一部を示す断面図である。 実施の形態におけるステージの載置面を示す平面図である。 実施の形態におけるリフトピンの上部を示す拡大図である。 実施の形態における所定の搬送位置から所定の載置位置に搬送されるウエハの搬送過程の一部を示す図である。 実施の形態におけるリフトピン位置決め治具による複数のリフトピンの位置調整方法を示す図である。 実施の形態におけるリフトピンのエアブローの構成を示す図である。

本発明に係るウエハ搬送機構およびウエハ搬送機構の搬送位置調整方法の実施の形態を説明する。本実施の形態では、ウエハプローバに設けられるウエハ搬送機構を一例として説明する。

図１は、本実施の形態におけるウエハ搬送機構を含むウエハプローバの構成の一部を示す概略図である。ウエハプローバには、ウエハを載置面１ａに載置可能なステージ１が設けられている。ウエハ搬送機構は、複数のリフトピン２と駆動機構３とを備え、ステージ１にウエハを受け渡す機能を有する。

図２は、ウエハ搬送機構を含むウエハプローバの構成の一部を示す断面図であり、ステージ１にウエハ４が載置された状態を示す。

ステージ１は、載置面１ａの所定の載置位置にウエハ４を載置可能である。ウエハ４は、極薄厚ウエハであり、ウエハ４の外周にはリム部４ａが設けられている。また、リム部４ａの内側に位置する有効領域には、複数のチップが形成されている。ウエハプローバは、図示しないプローブを、ステージ１の載置面１ａの上方に、すなわち載置面１ａに対面するよう備える。ウエハプローバは、載置面１ａに載置されるウエハ４内の個々のチップにプローブを接触させてテストする。図３は、ステージ１の載置面１ａの平面図である。ステージ１は、載置面１ａに複数の吸着孔５を有する。複数の吸着孔５は、ウエハ４の全面に均等に吸着圧をかけてウエハ４を固定する。このような吸着孔５は、極薄厚ウエハの部分的な浮き上がりを防止する。

図２に示すように、各リフトピン２は、ステージ１の外縁よりも外側に配置される。各リフトピン２はセラミックス製で、例えば、フッ素樹脂によりコーティングされている。このコーティングは、リフトピン２とウエハ４とが接触した際の摩擦または摩耗を低減し、ウエハ４に加わるダメージを小さくする働きがある。各リフトピン２は、ステージ１よりも大きい直径を有するウエハ４が有するリム部４ａの裏面４ｂを支持する。

駆動機構３は、各リフトピン２に接続して設けられ、各リフトピン２を上下方向に同期して駆動させる。詳細は後述するが、各リフトピン２は、駆動機構３により上下方向に駆動し、ステージ１の上方の所定の搬送位置にて、ウエハ４をここでは図示しない搬送ローダーに渡す、または、搬送ローダーからウエハ４を受け取る。

図４は、１つのリフトピン２の上部の拡大図である。リフトピン２は、支持面２ａ、垂直面２ｂおよび傾斜面２ｃを有する。支持面２ａは、ウエハ４が載置されるステージ１の載置面１ａに対して平行に設けられる。支持面２ａは、リム部４ａの裏面４ｂに接してウエハ４を支持する。垂直面２ｂは、支持面２ａに支持されるウエハ４の輪郭の外側に位置し、かつ、支持面２ａに対して垂直に設けられる。垂直面２ｂは、ステージ１に対するウエハ４の位置を位置決めする。傾斜面２ｃは、垂直面２ｂよりも上方に位置し、かつ、ステージ１の中心から外側にかけて上方に傾斜して設けられる。傾斜面２ｃは、所定の搬送位置にて渡されるウエハ４のステージ１に対する位置を矯正する。

図５は、ステージ１の上方に位置する所定の搬送位置からステージ１の所定の載置位置に搬送されるウエハ４の搬送過程の一部を示す図である。

図５（ａ）は、搬送ローダーによりキャリアから搬送されるウエハ４の状態を示す。各リフトピン２は、ウエハ４を受け取るため所定の搬送位置の高さまで駆動機構３によって上昇している。各リフトピン２の位置は、後述するリフトピン位置決め治具により、所定の搬送位置に予め調整されている。図５（ａ）に示すウエハ４は、搬送ローダーの停止位置の位置ずれにより、所定の搬送位置から左側にずれている。

図５（ｂ）に示すように、位置ずれしたウエハ４は、リフトピン２の傾斜面２ｃに沿って自重により下方に移動し、図５（ｃ）に示すように、リム部４ａの裏面４ｂが支持面２ａに接触して支持されるように落とし込まれる。すなわち、ウエハ４の位置が傾斜面２ｃにより矯正された上で、各リフトピン２はウエハ４を受け取る。

その後、各リフトピン２は駆動機構３により下降する。その際、各リフトピン２の垂直面２ｂは、ウエハ４が面内方向にずれることを抑制する。例えば、降下する際の空気抵抗によりウエハ４が前後左右に動いたとしても、垂直面２ｂはその動きを制限することで、ステージ１の面内方向における定められた領域内に止める。

図５（ｄ）に示すように、各リフトピン２が降下することにより、ウエハ４はステージ１の所定の載置位置に載置される。ウエハ４は、図３に示した複数の吸着孔５により吸着されて位置が固定される。

以上のように、図５に示す搬送方法においては、ステージ１の周辺に設置された複数のリフトピン２の位置により、ウエハ４のステージ１上での吸着位置が決定される。搬送位置における位置ずれによらず搬送精度を保証することができる。

上述した各リフトピン２の位置、すなわちウエハ搬送機構の搬送位置は、リフトピン位置決め治具により調整される。図６は、リフトピン位置決め治具６によるウエハ搬送機構の搬送位置調整方法を示す図である。本実施の形態におけるウエハプローバでのウエハ搬送機構は、各リフトピン２の位置をステージ１の半径方向に移動させる位置調整機構７を備える。位置調整機構７は、複数のリフトピン２の各々の位置を個別に微調整する微動機構である複数の位置調整治具７ａを含む。なお、図６においては、説明を簡単にするため、位置調整機構７と駆動機構３とが同じ機構で図示されているが、それぞれ異なる機構であってもよい。

リフトピン位置決め治具６は、セラミックス製である。リフトピン位置決め治具６は、ウエハ４と同じ直径またはウエハ４よりも所定の寸法公差だけ大きい直径を有する円盤状であることが好ましいが、これに限るものではない。各リフトピン２もセラミックス製であるため、それらは変形が少なく、位置精度を保つことが出来る。

リフトピン２の位置の調整過程は、まず、図６（ａ）に示すように、ステージ１にリフトピン位置決め治具６が設置、固定される。リフトピン位置決め治具６により規定される位置は、ウエハ４が載置されるべき載置位置と一致するようにする。よって、リフトピン位置決め治具６により規定される位置に、各リフトピン２の位置を合わせることにより、各リフトピン２の位置は所定の載置位置に一致する。

図６（ｂ）に示すように、各リフトピン２は、位置調整機構７によって、ステージ１の半径方向に個別に移動する。リフトピン位置決め治具６によって規定される位置に一致するように、各リフトピン２の位置を各位置調整治具７ａにより微調整する。これにより、ユーザーは容易に各リフトピン２の位置調整を行うことが可能である。

また、ウエハ搬送機構の各リフトピン２は、エアブローを含む。図７は、エアブロー８からエアーがブローされている状態を示す図である。エアブロー８は、ステージ１に向かってエアーをブローする。エアブロー８は、ウエハ４がステージ１に吸着される前に、ウエハ４と各リフトピン２とが接触することで発生する異物を、ステージ１上から除去する。それにより、クラックの発生を抑制することができる。

以上をまとめると、本実施の形態におけるウエハ搬送機構は、載置面１ａを備えウエハ４を載置面１ａに載置可能なステージ１にウエハ４を受け渡すウエハ搬送機構であって、各々がステージ１の載置面１ａの外縁よりも外側に配置され、ステージ１よりも大きい直径を有するウエハ４の裏面を支持して上下方向に駆動することにより、ステージ１の上方の搬送位置にてウエハ４を受け渡す複数のリフトピン２を備える。

各リフトピン２は、ステージ１の載置面１ａに対して平行に設けられ、リム部４ａの裏面４ｂに接してウエハ４を支持する支持面２ａと、支持面２ａに支持されるウエハ４の外縁の外側に位置し、かつ、支持面２ａに対して垂直に設けられる垂直面２ｂと、垂直面２ｂよりも上方に位置し、かつ、ステージ１の中心から外側かけて上方に傾斜して設けられる傾斜面２ｃとを含む。各リフトピン２は、ウエハ４の外周に設けられるリム部４ａの裏面４ｂを支持して上下方向に駆動する。

以上の構成を含むウエハ搬送機構によれば、各リフトピン２がウエハ４の有効領域の裏面に接触することなく、リム部４ａの裏面４ｂを支持して搬送する。それにより、従来よりも少ない接触面積でステージ１と搬送位置との間でウエハ４を受け渡すことが可能であり、ウエハ４の裏面へのダメージ付与を回避することができる。

ウエハ４が搬送ローダーから渡される位置が所定の搬送位置からずれたとしても、各リフトピン２の傾斜面２ｃによりその位置ずれが補正される。また、各リフトピン２の垂直面２ｂは、ウエハ４が各リフトピン２の支持面２ａに渡された後、各リフトピン２が降下する過程においても、空気抵抗によるウエハ４の位置ずれを抑制する。すなわち、複数のリフトピン２が段差を有するＬ字型形状を有することで、その段差をなす垂直面２ｂによりウエハ４が支持面２ａに落とし込まれ、ステージ１の所定の載置位置に対するウエハ４の位置決めが行われる。よって、本実施の形態におけるウエハ搬送機構は、ウエハ４の搬送過程における搬送精度のケア、すなわち頻繁な調整が不要である。

また、ウエハ搬送機構の各リフトピン２はセラミックス製である。

このような構成により、リフトピン位置決め治具６を用いてリフトピン２の位置を調整する際にも、リフトピン２は変形しにくい。よって、各リフトピン２の位置調整を精度良く行うことができる。

また、ウエハ搬送機構の各リフトピン２は、ステージ１に向けてエアーをブローするエアブロー８を含む。

このような構成により、ウエハ４の載置前にステージ１上のクリーニングが可能である。ウエハ４とリフトピン２との接触により発生するステージ１上の異物を除去することが可能である。

また、ウエハ搬送機構のステージ１は、載置面１ａに設けられ、ウエハ４を吸着して固定する複数の吸着孔５を含む。

ウエハ４の吸着の際、ウエハ４の全面に吸着圧が均等に加わり、ウエハ４が極薄厚ウエハであっても、ウエハ４の部分的な浮き上がりを防止することが可能である。特に、複数の吸着孔５がステージ１の外周近くまで配置されることにより、極薄厚ウエハの浮き上がりが抑えられる。

また、ウエハ搬送機構は、各リフトピン２に接続し、各リフトピンをステージ１の半径方向に移動させる位置調整機構７をさらに備える。位置調整機構７は、複数のリフトピン２の各々の位置を微調整する複数の位置調整治具７ａを含む。

このような構成により、各リフトピン２の位置調整を精度よくかつ容易に行うことが可能となる。搬送位置精度の向上が可能である。

また、本実施の形態におけるウエハプローバは、上述したウエハ搬送機構と、ステージ１と、ステージ１の載置面１ａに対面して設けられ、載置面１ａに載置されるウエハ４に接触可能なプローブと、を備える。

このような構成により、ウエハプローバは、ウエハ４の受け渡し過程におけるウエハ４の位置ずれを矯正することが可能である。その結果、例えば、ウエハプローバは、ウエハ４の面内に形成された所望のチップに対し正確にプローブを接触させることができる。

また、本実施の形態におけるウエハ搬送機構の搬送位置調整方法は、ステージ１にリフトピン位置決め治具６を設置するステップと、ウエハ４が載置されるステージ１の載置面１ａの外縁よりも外側に配置される複数のリフトピン２をステージ１の半径方向に移動させるステップと、リフトピン位置決め治具６によって規定される位置に各リフトピン２の位置が一致するように各位置調整治具７ａにより各リフトピン２の位置を微調整して位置決めするステップと、を備える。

このような構成により、各リフトピン２の位置調整を精度よくかつ容易に行うことが可能となり、搬送位置精度の向上が可能である。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。本発明は詳細に説明されたが、上記した説明は、すべての態様において、例示であって、本発明がそれに限定されるものではない。例えば、ウエハ搬送機構はウエハプローバのみならず、各種の半導体製造装置や半導体評価装置において適用が可能であることは言うまでもなく、例示されていない無数の変形例が、本発明の範囲から外れることなく想定され得るものと解される。

１ ステージ、１ａ 載置面、２ リフトピン、２ａ 支持面、２ｂ 垂直面、２ｃ 傾斜面、３ 駆動機構、４ ウエハ、４ａ リム部、４ｂ 裏面、５ 吸着孔、６ 治具、７ 位置調整機構、７ａ 位置調整治具、８ エアブロー。

Claims (6)

1. 載置面を備え、ウエハを前記載置面に載置可能なステージに、前記ウエハを受け渡すウエハ搬送機構であって、
   各々が前記ステージの前記載置面の外縁よりも外側に配置され、前記ステージよりも大きい直径を有する前記ウエハの裏面を支持して上下方向に駆動することにより、前記ステージの上方の搬送位置にて前記ウエハを受け渡す複数のリフトピンと、
   各々が前記ステージの半径方向に延在する棒状の形状を有する複数の支持体を含む位置調整機構と、を備え、
   各前記リフトピンは、
   前記ステージの前記載置面に対して平行に設けられ、前記ウエハの外周に設けられるリム部の前記裏面に接して前記ウエハを支持する支持面と、
   前記支持面に支持される前記ウエハの外縁の外側に位置し、かつ、前記支持面に対して垂直に設けられる垂直面と、
   前記垂直面よりも上方に位置し、かつ、前記ステージの中心から外側かけて上方に傾斜して設けられる傾斜面と、を含み、
   前記位置調整機構の前記複数の支持体は、前記複数のリフトピンが前記ステージの前記半径方向に移動可能なように、前記複数のリフトピンをそれぞれ支持する、ウエハ搬送機構。
2. 各前記リフトピンはセラミックス製である請求項１に記載のウエハ搬送機構。
3. 各前記リフトピンは、前記ステージに向けてエアーをブローするエアブローを含む請求項１または請求項２に記載のウエハ搬送機構。
4. 前記位置調整機構は、
   前記複数の支持体にそれぞれ設けられる複数の位置調整治具をさらに含み、
   各前記位置調整治具は、各前記支持体の延在方向に対応する前記ステージの前記半径方向における各前記リフトピンの位置を微調整する、請求項１から請求項３のいずれか一項に記載のウエハ搬送機構。
5. 請求項１から請求項４のいずれか一項に記載のウエハ搬送機構と、
   前記ステージと、
   前記ステージの前記載置面の上方に設けられ、前記載置面に載置される前記ウエハに接触可能なプローブと、を備えるウエハプローバ。
6. 請求項４に記載のウエハ搬送機構の搬送位置調整方法であって、
   前記ステージにリフトピン位置決め治具を設置するステップと、
   前記ウエハが載置される前記ステージの前記載置面の外縁よりも外側に配置される前記複数のリフトピンの各々を、前記位置調整機構によって、各前記支持体の前記延在方向に対応する前記ステージの前記半径方向に移動させるステップと、
   前記リフトピン位置決め治具によって規定される位置に各前記リフトピンの位置が一致するように各前記位置調整治具により各前記リフトピンの前記位置を微調整して位置決めするステップと、を備えるウエハ搬送機構の搬送位置調整方法。

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