JPH07122614A

JPH07122614A - ウェハーフォーク

Info

Publication number: JPH07122614A
Application number: JP26622593A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Shioda; 武塩田
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1993-10-25
Filing date: 1993-10-25
Publication date: 1995-05-12

Abstract

(57)【要約】【目的】静電気によるごみの付着や不純物によるウェハ
ーの汚染が少なく、またそり等の発生が少なく高強度で
高寸法精度を有し、かつ加工が容易なウェハーフォーク
を提供する。【構成】半導体製造工程において半導体ウェハーを保持
して順次搬送するウェハーフォーク１において、少なく
とも半導体ウェハー８と接触する部位を導電性セラミッ
クスで形成したことを特徴とする。また導電性セラミッ
クスの電気抵抗は１０^-1Ω・cm以下に設定するとよい。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は半導体製造工程において
半導体ウェハーの移送搬送用に使用されるウェハーフォ
ークに係り、特に静電気によるごみの付着や不純物によ
るウェハーの汚染等が少なく、またそり等の発生が少な
く高強度で高寸法精度を有し、かつ加工が容易なウェハ
ーフォークに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から半導体製造工程の半導体ウェハ
ーの熱処理工程や搬送ラインにおいては、単結晶シリコ
ンをスライスした多数の半導体ウェハーを順次、移送搬
送するために、ウェハーフォークやウェハーチャック等
の各種保持具が使用されている。ウェハーフォークは平
板状の本体中央部に、半導体ウェハーが嵌入する浅い凹
部を形成して構成される一方、ウェハーチャックは、真
空吸着または静電作用に基づいてウェハーを吸着保持す
る保持具である。

【０００３】上記ウェハーフォークは、例えば搬送ロボ
ットのアーム先端部に固着され、微細な間隙を介して多
段にウェハーを収納するカートリッジやキャリアの間隙
部に挿通され、ウェハーを凹部にすくい上げて保持し、
次工程の処理部等に搬送する。

【０００４】従来、上記のウェハーフォークとしてステ
ンレス鋼板を所定形状に切削加工した後に、加工表面を
ふっ素樹脂被膜等でコーティングしたものやフォーク全
体を石英ガラスで構成したものが主として使用されてい
た。

【０００５】しかしながらステンレス鋼表面に樹脂コー
ティングしたウェハーフォークでは、コーティング層が
短期間に破れ、鉄やアルカリ塩などの不純物がウェハー
側に転移し易く汚染を引き起し易い欠点がある。また本
体を構成するステンレス鋼が塑性変形を起こし易く、高
精度の搬送動作が困難となる場合が多い。一方ステンレ
ス鋼自体の靭性が高いため、万一搬送装置自体が誤動作
した場合にはウェハーフォークによって高価なロボット
等の周辺設備が破損され、製造工程が停止するおそれも
あった。

【０００６】一方、石英ガラスで構成したウェハーフォ
ークでは、コーティング層を形成しない場合でも不純物
汚染の心配は少なく、また熱的に安定で有利である一
方、強度および剛性がやや低いため、繰り返して使用す
る構造体として使用するには難点があった。特に近年、
複数のウェハーを収納するカートリッジやキャリアにも
より多くのウェハーを装填することが求められ、隣接す
るウェハー間の間隙も狭められる傾向にあり、必然的
に、その間隙部に挿通されるウェハーフォークもより薄
型化する要請が高まっている。しかしながら、薄型化に
伴ってその機械的強度も小さくなり、短期にたわみを生
じ易くなり、寿命が短縮される問題点がある。

【０００７】上記問題点を解決する手段として、純度９
９．０％以上のアルミナ（Ａｌ₂Ｏ₃）焼結体を研磨加
工して形成したウェハーフォークも一部で使用されてい
る。このＡｌ₂Ｏ₃製ウェハーフォークは、円柱状のカ
ップ砥石の円形端面をＡｌ₂Ｏ₃焼結体の被研削部に当
接して凹部を形成して製造されている。すなわち凹部は
ウェハー外周の曲率に合わせた曲面状に形成されるた
め、特に円形端面を有するカップ砥石による研削法が一
般的に採用されている。

【０００８】しかしながらカップ砥石による端面研削で
は、被研削部と面接触状態で砥石を回転させるため、研
削抵抗が過大になり易い。その結果、研削加工後にウェ
ハーフォークに加工影響としてのそりが発生し易く、ウ
ェハーの高精度の搬送操作が困難となり易い。また硬脆
材料である焼結体の研削加工は高価なダイヤモンド砥石
を使用しても加工効率が低く、必然的に製造コストの上
昇を招き易い。さらに研削加工時に作用する衝撃力が大
きくなるため、クラック等の欠陥が発生し易くなる問題
点もある。

【０００９】さらにＡｌ₂Ｏ₃製ウェハーフォークで
は、半導体製造工程の温度条件や雰囲気ガスによって、
強度特性や耐久性が大きく異なり、均質な信頼性が得ら
れない欠点もある。一方、半導体基板の集積度も１Ｍビ
ットから４Ｍビットへと急増するに伴って、半導体ウェ
ハーに対する不純物の許容限度もより厳格化し、従来の
Ａｌ₂Ｏ₃製ウェハフォークでは、対応不可能な状態に
なりつつある。

【００１０】またウェハーフォークを取り付けるロボッ
トアームに対する荷重負荷を低減し、搬送ロボットの高
速稼動を実現するために、ウェハーフォーク自体の剛性
を高めると同時に小型軽量化を図るために密度が小さい
ウェハーフォークも求められている。

【００１１】一方、上記Ａｌ₂Ｏ₃焼結体を含むセラミ
ックス焼結体は、一般に絶縁体であるため、繰り返しの
搬送動作中に発生する静電気が蓄積され易く、ごみ等が
付着し易い問題点がある。ウェハーフォークに付着した
ごみは半導体ウェハーを汚染し、ウェハー上に形成する
電子回路を損傷し、最終的に半導体製品の歩留りを低下
させる。

【００１２】上記の静電気の影響を回避するために、あ
る程度の導電性を有するＳｉＣ焼結体でウェハーフォー
クを形成することも試行されている。この場合、フォー
ク本体が僅かな導電性を有しているため、静電気に起因
するごみ等の付着は、ある程度までは防止できる。

【００１３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、ＳｉＣ
焼結体は多数の気孔を有しており、この気孔にごみが物
理的に引っ掛かり易い上に、半導体ウェハーとの接触時
の衝撃によって欠け易く、半導体ウェハーの物理化学的
な汚染を効果的に防止する対策にはなり得ないという問
題点があった。

【００１４】本発明は上記の問題点を解決するためにな
されたものであり、静電気によるごみの付着や不純物に
よるウェハーの汚染が少なく、またそり等の発生が少な
く高強度で高寸法精度を有し、かつ加工が容易なウェハ
ーフォークを提供することを目的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明に係るウェハーフォークは、半導体製造工程
において半導体ウェハーを保持して順次搬送するウェハ
ーフォークにおいて、少なくとも半導体ウェハーと接触
する部位を導電性セラミックスで形成したことを特徴と
する。また導電性セラミックスの電気抵抗は１０^-1Ω・
cm以下に設定するとよい。さらに導電性セラミックスと
して、２５〜５０重量％の炭化チタン（ＴｉＣ）および
０．５〜３重量％の酸化イットリウム（Ｙ₂Ｏ₃）を含
有する酸化アルミニウム（Ａｌ₂Ｏ₃）焼結体を使用す
るとよい。

【００１６】ここで上記導電性セラミックスを構成する
材料としては、アルミナ（Al₂Ｏ₃），窒化けい素（Ｓ
ｉ₃Ｎ₄），サイアロン（Ｓｉ−Ａｌ−Ｏ−Ｎ），ジル
コニア（ＺｒＯ₂）等が使用できる。また導電性付与剤
としては、Ｔｉ等の４Ａ，５Ａ，６Ａ族元素の炭化物，
窒化物等を使用し、これらの導電性付与剤は、原料セラ
ミックス材料に対して０．５〜５０重量％の割合で添加
される。上記導電性付与剤は単独では難焼結性を呈する
ものが多いが、各種セラミックス材料中に所定量含有さ
せることにより、気孔の少ない緻密な導電性セラミック
ス焼結体が得られる。

【００１７】一方、導電性を高めるために上記導電性付
与剤の含有割合を高めると、焼結性が低下し、低密度の
焼結体が形成される場合もある。この場合、Ｙ₂Ｏ₃等
の希土類酸化物を焼結助剤として添加することにより、
焼結性が大幅に改善され、導電性と強度特性とが共に良
好な導電性セラミックス材が得られる。特に２５〜５０
重量％の炭化チタン（ＴｉＣ）および０．５〜３重量％
のＹ₂Ｏ₃を含有するＡｌ₂Ｏ₃焼結体は、導電性およ
び強度の双方の特性において優れている。

【００１８】上記のような導電性付与剤を所定量添加し
た導電性セラミックスによれば、電気抵抗は１０^-1Ω・
cm以下となり、静電気の蓄積を防止する上で充分な導電
性がウェハーフォークに確保される。また、上記良導電
性セラミックスをウェハーフォークの素材として使用す
ることにより、放電加工（ＥＤＭ）が可能となり、複雑
で微細な形状への加工も容易となり、ウェハーフォーク
の小形化，高精度化にも充分対応することができる。

【００１９】ここで半導体ウェハーと直接接触する部位
のみを上記導電性セラミックスで形成してもよい。例え
ばＴｉＣやＴｉＮ等を汎用のＣＶＤ法を使用して絶縁性
セラミックス焼結体表面に蒸着させ、導電性皮膜を一体
に形成してもよい。

【００２０】しかしながら、上記方法においては、焼結
体母材と導電性皮膜との熱膨脹係数の差に起因する剥離
が発生する危険性が高いため、ウェハーフォーク全体を
上記導電性セラミックスから形成することがより望まし
い。そしてウェハーフォークの素材全体を導電性セラミ
ックスで形成することにより、素材に対して放電加工が
可能となり、微細で複雑形状を有するウェハーフォーク
を容易に製造することができる。

【００２１】また本発明に係るウェハーフォークの形状
および製造方法は、特に限定されないが、例えば半導体
ウェハーを載置したときにウェハーの周辺部と接触して
ウェハーを所定位置に保持する周縁段部と、上記ウェハ
ーと非接触となる凹部とを形成した形状を有し、ウェハ
ーフォークの凹部に対応する部位は、平形砥石を使用し
て研削加工したり、または放電加工して製造される。

【００２２】特に最終製品形状に近い、いわゆるニアネ
ットシェイプのウェハーフォークを効率的に製造する方
法として、ウェハーフォークの素材となるセラミックス
成形体をレーザ加工してウェハーフォークの輪郭部を精
密に切断加工し、しかる後に、加工したセラミックス成
形体を脱脂焼結し、得られた焼結体を研摩加工または放
電加工して周縁段部および凹部を高い寸法精度および表
面精度で形成してもよい。

【００２３】上記ウェハーフォークは下記のような手順
で製造される。まず、酸化アルミニウム等のセラミック
ス原料粉末に対して、ＴｉＣ，ＴｉＮ等の導電性付与剤
を０．５〜５０重量％、必要に応じてＹ₂Ｏ₃粉末等の
焼結助剤を０．５〜５重量％を添加して均一に混合して
原料混合体を調製し、この原料混合体を金型プレス等に
よって加圧成形し、均一な厚さを有する矩形のセラミッ
クス成形体が得られる。次に得られたセラミックス成形
体をレーザ加工により切断し、所定の輪郭を有するウェ
ハーフォーク成形体を形成する。次にこのウェハーフォ
ーク成形体を所定条件で脱脂しさらに焼結し、得られた
ウェハー焼結体を放電加工して周縁段部および凹部を形
成して製造される。

【００２４】上記のように成形体の段階でレーザ加工に
よってセラミックス成形体を切断加工する場合には、切
断による衝撃力が極めて小さいため、加工影響が少な
く、軟質な成形体であっても変形やクラックを生じるお
それがなく、最終製品形状に極めて近い寸法精度が高い
フォーク成形体を効率的に形成することができる。

【００２５】一方、前記ウェハー焼結体に周縁段部およ
び凹部を形成する場合には、図２に示すように、ウェハ
ーフォーク１の長手方向に対向するように形成される一
対の周縁段部２，２の間に形成される凹部３を放電加工
によって形成する。周縁段部２は、半導体ウェハー８の
周辺部と接触してウェハー８を所定位置に保持する形状
を有し、凹部３は上記ウェハー８と非接触で対向するよ
うに周縁段部２よりもさらに深く研削加工される。ウェ
ハー８とウェハーフォーク１との接触による不純物汚染
を防止するため、周縁段部２の幅は可及的に小さく設定
する。

【００２６】上記のように導電性セラミックスをウェハ
ーフォークの素材として使用することにより、放電加工
が可能となり、複雑で微細な形状を有するウェハーフォ
ークも容易に加工製作でき、ウェハーフォークの小型
化，高精度化にも充分対応することができる。さら放電
加工による研削によれば、従来の砥石による研削加工と
比較して研削抵抗が少なく、また研削による衝撃力も砥
石と比較して少ない。このようにウェハー本体の被研削
加工部の大部分を占める加工領域を、研削抵抗が少ない
放電加工によって研削加工できるため、完成品としての
ウェハーフォークに対する加工影響が少なく、ウェハー
フォークのそりの発生を効果的に防止することもでき
る。

【００２７】

【作用】上記構成に係るウェハーフォークによれば、少
なくとも半導体ウェハーと接触する部位を導電性セラミ
ックスで形成しているため、半導体ウェハーの搬送操作
に伴って発生する静電気の蓄積が防止でき、静電気に起
因するごみの付着が防止でき、ウェハーフォークとウェ
ハーとの接触による不純物汚染も大幅に低減される。

【００２８】さらにウェハーフォーク素材の一部に導電
性セラミックスを用いることにより、素材に対して放電
加工が可能となり、微細で複雑形状を有するウェハーフ
ォークを容易に製造することが可能になる。すなわち、
研削抵抗が少ない放電加工法を利用して凹部を研削加工
できるため、加工影響が少なく、そりの発生が少ないウ
ェハーフォークが得られる。またセラミックス焼結体を
放電加工して所定形状を有するウェハーフォークを形成
することができるため、切断加工による衝撃力が少なく
なり、加工影響が少なく、変形やクラックを生じること
なく寸法精度および信頼性が高いウェハーフォークを効
率的に製造することができる。

【００２９】

【実施例】次に本発明を以下の実施例および図面を参照
してより具体的に説明する。

【００３０】実施例１〜６酸化アルミニウム原料粉末に対して、ＴｉＣ，ＴｉＮま
たはＴｉＢ₂等の導電性付与剤と，必要に応じて焼結助
剤としてのＹ₂Ｏ₃とを表１の左欄に示す組成となるよ
うに均一に添加した混合粉末を調合し、８００kg／cm²
の圧力で金型プレス成形し、得られた厚さ５mmのセラミ
ックス成形体を機械加工により切断してフォーク成形体
を形成し、得られたフォーク成形体を窒素ガス雰囲気中
で温度７００℃で３時間脱脂し、引き続き、窒素ガス雰
囲気中にて温度１５００〜１８００℃で６時間焼結して
ウェハーフォーク焼結体５を調製した。

【００３１】次に得られた各ウェハーフォーク焼結体に
ついて図２に示すように、凹部３に対応する被研削部を
放電加工によって研削加工し、深さ０．９mmの凹部３を
形成するとともに、周縁段部２，２に対応する被研削部
も放電加工によって研削加工し、図２に示すように幅
４．２５mm、深さ０．８mmの周縁段部２，２を形成し、
最終的に図１に示すような縦６０mm×横１９２mm×厚さ
１．８mmの寸法を有する実施例１〜６に係るウェハーフ
ォーク１をそれぞれ多数製造した。

【００３２】比較例１〜３一方、比較例として導電性付与剤を添加せず、またウェ
ハーフォークを構成するセラミックス材料としてＡｌ₂
Ｏ₃（比較例１），Ｓｉ₃Ｎ₄（比較例２），ＳｉＣ
（比較例３）を使用して実施例１〜５と同様に成形焼結
し、得られた比較例１〜２のウェハーフォーク焼結体を
砥石によって研削加工し、また比較例３については放電
加工によって研削し実施例１〜５と同一寸法を有する比
較例１〜３に係るウェハーフォークをそれぞれ調製し
た。

【００３３】そして実施例１〜６および比較例１〜３に
係る各ウェハーフォークについて、電気抵抗，密度，ヤ
ング率を測定して下記表１に示す結果を得た。

【００３４】

【表１】

【００３５】表１に示す特性値から明らかなように実施
例１〜６に係るウェハーフォークは、被保持物である半
導体基板との接触部分を含む全体の電気抵抗が１０^-2Ω
・cm以下であり、優れた導電性を有しているため、静電
気の発生蓄積によるごみの付着が効果的に防止できるこ
とがわかる。また難焼結性のＴｉＣやＴｉＮを多量に含
有する場合においても密度およびヤング率が高く、優れ
た強度特性が発揮される。実施例５のＴｉＢ₂製ウェハ
ーフォークおよび実施例６のＴｉＮ製ウェハーフォーク
については、電気抵抗がそれぞれ１０^-5Ω・cm以下，１
０^-2Ω・cm以下であり、優れた放電加工性および防塵効
果を発揮するが、密度がやや高く、軽量を旨とする高速
搬送用のウェハーフォークとしては、若干の難点があっ
た。

【００３６】一方、比較例１〜２に係るウェハーフォー
クは、電気抵抗が１０¹⁴Ω・cm以上であり、電気絶縁性
が顕著であるため、防塵効果が少なく、ごみの付着によ
る半導体ウェハーの汚染が発生した。さらに比較例３に
係るＳｉＣ製ウェハーフォークでは、僅かな導電性を示
し、放電加工も可能であったが、焼結体自身が多孔質で
あるため、ごみの引っ掛かりがあり、完全なる防塵効果
は得られなかった。

【００３７】また実施例１〜６および比較例１〜３に係
る各ウェハーフォークを５枚ずつ、図１〜２に示すよう
にウェハー搬送装置のロボットアーム６に締着ねじ７を
介して固定し、３ケ月間の連続運転に供し、半導体ウェ
ハー８を搬送する搬送装置の故障トラブルの発生状況を
記録した。

【００３８】この結果、実施例１〜４に係るウェハーフ
ォークによれば、ヤング率がいずれも大きく耐久性が優
れ、たわみの発生による半導体ウェハーの移載ミス等の
トラブル発生も未然に防止できることが判明した。

【００３９】また実施例１〜６および比較例１〜３にて
それぞれ調製した各１０枚のウェハーフォークについ
て、研削加工部の加工影響を調査した。すなわち加工影
響は、各ウェハーフォークを蛍光探傷法（ＰＴ）によっ
てクラックの発生状況をチェックし、１ケ所でもクラッ
クが発生しているものを不良品とした。その結果、放電
加工によってウェハー焼結体を研削加工してウェハーフ
ォークを形成した実施例１〜５および比較例３の場合に
は加工影響が少なくクラックなどの欠陥がないウェハー
フォークを効率的に製造することができた。

【００４０】一方、ウェハー焼結体の段階で周縁段部お
よび凹部を従来法の通り平形砥石を使用してそれぞれ形
成した比較例１〜２の場合には、研削時の衝撃によって
クラックが発生し易く、加工影響によって発生するそり
が大きく、高い寸法精度を有するウェハーフォークが得
られなかった。

【００４１】このように実施例１〜６に係るウェハーフ
ォークを採用することにより、静電気に起因するごみの
付着が効果的に防止できるとともに、たわみが少なく耐
久性に優れているため、ウェハー搬送の信頼性および半
導体製造装置の稼動率が大幅に向上し、半導体装置の生
産性を大幅に向上させることができた。またフォーク構
成材として導電性セラミックスを採用することにより、
放電加工性が向上し、高品位のウェハーフォークを効率
的かつ高い歩留りで製造することが可能になった。

【００４２】

【発明の効果】以上説明の通り、本発明に係るウェハー
フォークによれば、少なくとも半導体ウェハーと接触す
る部位を導電性セラミックスで形成しているため、半導
体ウェハーの搬送操作に伴って発生する静電気の蓄積が
防止でき、静電気に起因するごみの付着が防止でき、ウ
ェハーフォークとウェハーとの接触による不純物汚染も
大幅に低減される。

【００４３】さらにウェハーフォーク素材の一部に導電
性セラミックスを用いることにより、素材に対して放電
加工が可能となり、微細で複雑形状を有するウェハーフ
ォークを容易に製造することが可能になる。すなわち、
研削抵抗が少ない放電加工式を利用して凹部を研削加工
できるため、加工影響が少なく、そりの発生が少ないウ
ェハーフォークが得られる。またセラミックス焼結体を
放電加工して所定形状を有するウェハーフォークを形成
することができるため、切断加工による衝撃力が少なく
なり、加工影響が少なく、変形やクラックを生じること
なく寸法精度および信頼性が高いウェハーフォークを効
率的に製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウェハーフォークの一実施例を示
す平面図。

【図２】図１におけるII−II線に沿う断面図。

【符号の説明】

１ウェハーフォーク２周縁段部３凹部５ウェハーフォーク焼結体６ロボットアーム７締着ねじ８半導体ウェハー

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】半導体製造工程において半導体ウェハー
を保持して順次搬送するウェハーフォークにおいて、少
なくとも半導体ウェハーと接触する部位を導電性セラミ
ックスで形成したことを特徴とするウェハーフォーク。
【請求項２】導電性セラミックスの電気抵抗が１０^-1
Ω・cm以下であることを特徴とする請求項１記載のウェ
ハーフォーク。
【請求項３】導電性セラミックスが２５〜５０重量％
の炭化チタン(TiC)および０．５〜３重量％の酸化イッ
トリウム（Ｙ₂Ｏ₃）を含有する酸化アルミニウム（Ａ
ｌ₂Ｏ₃）焼結体から成ることを特徴とする請求項１記
載のウェハーフォーク。