JP4398240B2 - ウェハキャリア - Google Patents

Description

本願は、米国特許法第１１９条第（ｅ）項の下で、２００１年７月１２日に出願された米国仮出願６０／３０４，９６０、および、２００２年７月１１日に出願された、出願番号が未知の米国特許出願の利益を主張する。これらの出願を援用して本文の記載の一部とする。

本発明はウェハキャリアに関する。より詳細には、本発明は、非常に薄い半導体ウェハディスクの保存および取扱いのための複合ウェハキャリアに関する。

ウェハディスクから集積回路チップへの加工には、しばしば、ディスクの加工、保存および輸送が繰り返される幾つかの工程が含まれる。ディスクの繊細な性質、および、ディスクが非常に高価なことにより、これらの処理の全体を通じてディスクを適切に保護することが重要である。ウェハキャリアの１つの目的はこの保護を行うことである。さらに、ウェハディスクの加工はほぼ自動化されているため、ディスクが加工装置に対して、ロボットによるウェハの取出しおよび挿入のために正確に配置されることが必要である。ウェハキャリアの第２の目的は、輸送中にウェハディスクを確実に保持することである。

慣用のウェハキャリアは一体成形品であり、概して、Ｈバー境界部を有する前端、パネルを有する後端、および、スロットと、ウェハの湾曲に適合した下側の湾曲または集束部とを有する側壁を含み、キャリアの上部および底部が開放されている。慣用のキャリアは、概して標準寸法を有して相対的に互換性があり、かつ、様々な製造業者のロボット加工装置と共に使用される。例えば、「ピッチ」、すなわち、隣り合うスロットに収容されたウェハの同じ面の間の距離は、典型的に０．６３５ｃｍ（０．２５０インチ）であり、各側壁のスロットの深さは、典型的に１．９０５ｃｍ（０．７５０インチ）である。

最近、半導体業界では、断面の非常に薄いウェハディスクが用いられ始めた。これらのウェハの厚みは、慣用の典型的なウェハの０．７５ｍｍの厚さとは対照的に０．１ｍｍ未満の薄さにもなる。これらの薄いウェハは設計上の独特の考慮事項を呈し、慣用のキャリアは、これらの薄いウェハに使用するには多くの点で不十分である。

ウェハをウェハ外周部にて支持し、ウェハの平坦面を地面に対して平行に向けると、薄いウェハは慣用のウェハよりも非常に高い程度まで撓む傾向がある。撓みの量が過剰であると、個々のウェハへの自動加工装置によるアクセスが妨げられる。隣り合うウェハが互いに接触してウェハの損傷を生じる場合もある。

薄いウェハの別の特性は、慣用のウェハよりもさらに破損し易く物理的損傷を受け易いことである。ウェハをウェハの最外周部付近のみにて支持する慣用のウェハキャリアは、ウェハ自体の静荷重による梁荷重（ｂｅａｍ ｌｏａｄｉｎｇ）をウェハに加えることになる。この梁荷重がもたらす応力により、ウェハは、衝撃または振動による物理的損傷をさらに一層受け易くなる。

薄いウェハのエッジは非常に鋭利であり得る。これは、薄いウェハが非常に硬い材料、例えばシリコンからつくられているからだけでなく、薄いエッジにて生じ得る高い単位圧力にも起因する。したがって、薄いウェハは、ウェハの周縁と接触する、より柔軟な材料
、例えばウェハキャリアプラスチックを切断することがある。

最後に、ウェハの厚さの標準化は今までにほとんど行われなかった。固定ピッチ寸法を有する慣用のウェハキャリアは、様々なウェハ厚さと、これによる広範な撓みに対応するには融通性が不十分である。

したがって、非常に薄いウェハのために好適に用いられるように特に設計されたウェハキャリアが必要である。

本発明は、薄いウェハに用いるのに特に適したキャリアである。本発明のキャリアは、慣用のキャリアと比較して、特に、非常に薄いウェハに用いることにおいて多くの明確な利点を有する。隣り合うウェハ間のピッチ寸法がより大きいことにより、ウェハ間のより大きい間隙がウェハ同士の接触を防止し、ウェハ自動処理ツールのための間隙が増大し、また、ウェハエッジと隣接する棚との接触を防止するための間隙が増大する。上向きに傾斜した棚が、棚の最も内側の縁における細いラインに沿ってのみウェハと接触し、したがって、ウェハと棚との接触領域を最小にし、ウェハを、ウェハの円周の大部分に沿って連続して支持し、支持領域をウェハの中央に可能な限り近づけて梁荷重およびウェハの撓みを最小にする。また、棚深さ寸法を増すことによりウェハ支持領域がウェハの中央に近づけられ、これもまた梁荷重およびウェハの撓みを最小にする。上記の棚の特徴は、１つのキャリアに全て同時に用いられても、あるいは選択して任意に組合せて用いられてもよく、これは、側壁組立体およびキャリアのその他の部分の構造が融通性を有することにより可能であり、こうして、特定の薄いウェハ構造物のいずれをも支持する最適な特徴を有するキャリアが得られる。個々の棚部材から構成されている側壁組立体は着脱可能に相互にロックされ、キャリアが、異なるピッチ寸法、棚深さ寸法、および棚角度を有するスロットにより迅速かつ容易に再構成されて、先に記載したように厚さおよび寸法の異なるウェハに適合することを可能にしている。

したがって、本発明は、軸方向に位置合わせされた複数の薄い円形ウェハを支持するためのウェハキャリアとしての現在最も好ましい実施形態において特徴付けられる。キャリアは、複数の側方支持部材により連結された１対の端部部材により形成されたフレーム構造部を有する。１対の対向する側壁組立体が１対の端部部材の間に配置され、前記複数の側方支持部材の少なくとも１つに取り付けられている。各側壁組立体は、ウェハを収容するための複数のスロットを画成する複数の棚を有し、積み重ねられた複数の個々の棚部材を含む。各棚部材は、上面および底面を有する本体部を有する。底面は複数の突出したペグを有し、上面は、直ぐ隣りの個々の棚部材の複数のペグを受け入れるための複数の開口部を有する。

本発明のさらなる目的、利点および新規の特徴は、一部は以下の記載により説明され、また一部は、当業者が以下の説明を考察することにより明らかになり、または本発明を実施することにより理解されるであろう。本発明の目的および利点は、特許請求の範囲において特に示された手段および組合せにより理解され、また達成され得る。

添付図面は、本発明のウェハコンテナの実施形態、ならびにその特徴物および構成要素を示す。前後、左右、上下、上方および下方、ならびに水平方向および垂直方向から見た図は、いずれも説明の便宜上のものであり、本発明およびその構成要素をいずれか１つの位置または空間的方位にも限定するものでは全くない。添付図面および本明細書に詳細に示された寸法のいずれも、本発明の実施形態の可能な設計および意図される用途により、本発明の範囲から逸脱せずに変化し得る。本文中、寸法に関する記載で「約」が用いられ
ている場合、記載された寸法から２０％の範囲をさらに有することを示す。

図１および図２を参照すると、薄いウェハのための複合キャリアの好ましい実施形態の全体が番号１００で示されており、キャリア１００は、非常に薄い断面を有する円形の半導体ウェハディスクＷの輸送および貯蔵に用いられる。装置１００はフレーム構造部１０１を有し、フレーム構造部１０１は、第１の部材、すなわち、装置境界部１０４を有する直立Ｈバーである前端部材１０２と、第２の部材、すなわち、パネル１０８として構成された中間部を有する直立後端部材１０６と、キャリアに構造剛性をもたらす上部および底部の側方フレーム部材１１８，１１９とにより形成されている。着脱可能であり得る側壁組立体１１０が複数の突出棚１１１を有して、ウェハＷを保持するための複数のスロット１１２を形成している。スロット１１２は、複合ウェハキャリア１００による貯蔵、輸送、およびロボット操作中にウェハディスクＷを保持および拘束するのに好適である。キャリア１００は、ウェハを受け入れるための開放上部１１４および開放底部１１６を有する。

図２〜図７に最良に示されているように、側壁組立体１１０は、積み重ねられた複数の個々の棚部材１５０を含む。個々の棚部材１５０は、各々、内側に突出した棚部１８０を有する本体部１８２を有する。本体部１８２は、底面１８９から突出する複数のペグ１５８を有し、ペグ１５８は、隣りの個々の棚部材１５０の上面１９１に形成された開口部１５９に受け入れられて、棚部材１５０を互いに固定する。また、個々の棚部材１５０は、個々の棚部材１５０のループ１５７を通って延在する補強ロッド１５４により連結される。補強ロッド１５４は、また、側壁組立体１１０に長手方向の剛性をもたらし、かつ組立体１１０を長手方向に位置合わせする。ナット１５６が補強ロッド１５４を所定位置に固定する。任意の適切な材料を、個々の棚部材１５０、補強ロッド１５４、および、キャリアのその他全てのウェハ接触部のために用い得るが、これらの部品に用いられる現在最も好ましい材料は、硬さ、強度、および、粒子の低摩耗性により、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）である。また、個々の棚部材１５０に用いられる材料に、炭素繊維充填または他の手段により導電性を付与することができる。個々の棚部材１５０は、接着剤または他の永久的手段により結合されてもよいが、部材が互いに着脱可能であることが最も好ましい。

個々の棚部材１５０上のタブ１５２が、底部側方部材１１９の底部スロット１５３と係合して側壁組立体１１０をウェハキャリア１１０内の底部の所定位置に固定する。各棚部材１５０は突出フック１６０を有し、フック１６０は上部側方部材１１８に引っ掛けられ、切欠き１２０と係合して側壁組立体１１０をウェハキャリア１００内の上部の所定位置に固定する。フック１６０を所定位置に保持するために補強クランプ部材（図示せず）を設け、それにより、側壁組立体１１０がキャリアから不都合に外れることを防止することもできる。

図４〜図７に、個々の棚部材１５０の詳細が見られる。棚部１８０は、上面１８１、底面１８３、縁部１８４、および、棚部１８０と本体部１８２とを連結するウェブ部１８６を有する。図５および７に最良に見られるように、棚部１８０はウェブ部１８６から縁部１８４へ上向きに僅かに傾斜している。傾斜角度はαで示されており、角度αは、現在好ましくは約５度であるが、選択される正確な角度は、以下にさらに詳細に説明するように、棚上に保持されるウェハの撓み特性に基づいて決定され得る。棚部１８０の上向きの傾斜が、棚部１８０の縁部１８４の全体に沿った連続したウェハ接触面１９０をもたらす。スロット１１２内に載置されているウェハＷが重力により自然に撓むため、ウェハの周縁が、ウェハの中心の沈みにより上昇することがあるが、この撓みはウェハ上に形成されるデバイスにより変化する。こうして、ウェハＷは棚部１８０と、縁部１８４に沿った方向づけられたウェハ接触部１９０のラインにてのみ接触する。

図５に示されている、ピッチ寸法（ｐ）および棚深さ寸法（ｄ）は、薄いウェハに用いられるように最適化され得る。非常に薄いウェハには、ピッチ寸法（ｐ）が少なくとも０．７６２ｃｍ（０．３インチ）であることが現在好ましく、より好ましくは約１．２７ｃｍ（０．５インチ）であり、これらの寸法が、ウェハの中央の沈みのための十分な間隙をもたらし、かつ、これに伴うウェハエッジの上昇のために、隣りの棚の下に十分な空間をもたらす。さらに、現在好ましくは、棚深さ寸法（ｄ）は少なくとも２．５４ｃｍ（１．０インチ）であり、より好ましくは約３．１７５ｃｍ（１．２５インチ）である。この寸法は、標準的な１．９０５ｃｍ（０．７５インチ）の棚深さとは対照的に大きく、ウェハの支持をウェハの中央のより近くにし、それにより、重力による梁荷重の大きさ、および、これによるウェハの撓みを低減する。当業者は、また、他の厚さ、材料および直径を有するウェハに最適な棚の構造を得るために、ピッチ寸法（ｐ）、棚深さ寸法（ｄ）および角度αのいずれかまたは全てを必用に応じて変更できることを理解するであろう。また、当業者は、スペーサ部材（図示せず）を側壁組立体１１０の個々の棚部材１５０の代わりに用いることによりピッチ寸法の融通性を増すことができることを理解するであろう。例えば、棚部材１５０のピッチが１．２７ｃｍ（０．５インチ）である場合、棚部材１５０を１つおきに、同一ピッチ寸法のスペーサに替えると、隣りのウェハとの間に２．５４ｃｍ（１．０インチ）の有効ピッチが得られる。また、構成部品を替えるだけで所望のピッチ寸法のほぼ全てが得られるように、スペーサ部材のピッチを棚部材１５０と同一ピッチまたは異なるピッチにし得ることが理解されるであろう。

本発明のキャリアを、本発明の譲受人により共有されている米国特許第６，０３９，１８６号に記載されている複合キャリアと組み合わせることによりさらなる融通性が得られ、この特許の全て援用して本文の記載の一部とする。本発明の融通性のある棚装置を、前記参照特許に示された融通性のあるフレーム構造物と組み合わせれば、ウェハキャリアが、いかなる数の、またはいかなる構造のウェハにもほぼ適応するように構成され得ることが当業者に理解されるであろう。

図１〜７に示した本発明のキャリアが、慣用のキャリアと比較して多数の明確な利点を、特に非常に薄いウェハに用いることに関して有することが理解されるであろう。個々の棚部材から構成されている側壁組立体は着脱可能に相互にロックされ、キャリアが、異なるピッチ寸法、棚深さ寸法、および棚角度を有するスロットにより迅速かつ容易に再構成されて、先に記載したように厚さおよび寸法の異なるウェハに適合することを可能にしている。隣り合うウェハ間のピッチ寸法がより大きくなると、ウェハとウェハの接触を防止するためのウェハ間の間隙がより大きくなり、ウェハ自動ハンドリングツールのための間隙が増大し、また、ウェハエッジと隣接する棚との接触を防止するための間隙が増大される。上向きに傾斜した棚が、棚の最も内側の縁の狭いラインに沿ってのみの接触をもたらし、これにより、ウェハと棚との接触領域を最小にし、ウェハをウェハの円周の大部分に沿って連続して支持し、また、支持領域をウェハの中央に向って、梁荷重およびウェハの撓みを最小にするように可能な限り近づける。また、棚深さ寸法を増大させることによりウェハ支持領域がウェハの中央に近づけられ、これもまた梁荷重およびウェハの撓みを最小にする。当業者は、上記の棚の特徴が、１つのキャリアに全て同時に用いられても、あるいは選択して任意に組合せて用いられてもよく、これは、側壁組立体およびキャリアのその他の部分の構造が融通性を有することにより可能であり、こうして、特定の薄いウェハ構造物のいずれをも支持する最適な特徴を有するキャリアが得られることを理解するであろう。

以上の記載には多くの特性が含まれているが、これらの特性は本発明の範囲を限定するものではなく、本発明の現在好ましい実施形態の幾つかを例示しているに過ぎないと解釈されるべきである。したがって、本発明の範囲は、示された例によってではなく、特許請
求の範囲およびそれらの法的均等物により決定されるべきである。

本発明の好適な実施形態によって組み立てられたキャリアの斜視図。 図１に示したキャリアの分解斜視図。 図１に示したウェハキャリアの上面図。 図３に示したウェハキャリアの断面図。 図３に示したキャリアの一部の上面図。 本発明の好ましい実施形態に従う個々の棚部材の底面図。 図６の棚部材の断面図。

Claims (11)

1. 軸方向に位置合わせされた複数の薄い円形ウェハを支持するためのウェハキャリアにおいて、
   複数の側方支持部材により連結された１対の端部部材を有するフレーム構造部と、
   前記１対の端部部材間に配置された１対の対向する側壁組立体と、各側壁組立体は前記複数の側方支持部材の少なくとも１つに取り付けられていることと、各側壁組立体はウェハを収容するための複数のスロットを画成する、相互にロックされ着脱可能であるとともに積み重ねられた複数の個々の棚部材を備えることと、前記棚部材の各々は上面および底面を有する本体部を有することと、前記上面および底面が、直ぐ隣りの個々の棚部材の複数のペグを受け入れるための、前記面に形成された複数の開口部を有することと、前記棚部材は各棚部材内のループを貫通して延びる補強ロッドによって固定されることとを備える、ウェハキャリア。
2. 前記積み重ねられた複数の個々の棚部材のうちのそれぞれは互いに着脱可能である請求項１に記載のキャリア。
3. 前記個々の棚部材の各々は、縁部および上面を有する棚部を有し、前記棚部が本体部から前記縁部へ向かって上向きに傾斜されている請求項１に記載のキャリア。
4. 前記本体部の前記上面により画成される面と、前記棚部の上面により画成される面とが成す角度が約５度である請求項３に記載のキャリア。
5. 前記複数の棚部材はそれら棚間のピッチ寸法を画成し、前記ピッチ寸法が少なくとも約０．７６２ｃｍ（約０．３インチ）である請求項１に記載のキャリア。
6. 前記側壁組立体の各々がループを貫通して延びる補強ロッドをさらに備える請求項１に記載のキャリア。
7. 複数の側方支持部材により連結された１対の端部部材を有するフレーム構造部と、前記
   端部部材の一方はＨバーからなることと、
   前記端部部材の間に配置された１対の対向する側壁組立体と、各側壁組立体は内側に突出する複数の棚を有するとともに、前記対向する側壁組立体の内側に突出する棚が共に複数のスロットを画成することと、各スロットは１つのウェハの収容に適切であることと、前記側壁組立体の各々は互いに着脱可能であるとともに移動可能に積み重ねられた複数の個々の棚部材からなり、かつ各棚部材内のループを貫通して延びる補強ロッドによって固定されることとを備える、軸方向に位置合わせされた複数の薄い円形ウェハを支持するためのウェハキャリア。
8. 前記棚部材の各々は、上面および底面を有する本体部を有し、前記底面が、底面から突出する複数のペグを有し、前記上面が、直ぐ隣りの個々の棚部材の複数のペグを収容するための、上面に形成された複数の開口部を有する請求項７に記載のキャリア。
9. 前記個々の棚部材の各々は、縁部および上面を有する棚部を有し、前記棚部が前記本体部から前記縁部へ向かって上向きに傾斜されている請求項７に記載のキャリア。
10. 前記本体部の前記上面により画成される面と、前記棚部の上面により画成される面とが成す角度が約５度である請求項９に記載のキャリア。
11. 前記複数の棚が棚間のピッチ寸法を画成し、前記ピッチ寸法が少なくとも約０．７６２ｃｍ（約０．３インチ）である請求項７に記載のキャリア。

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