JP7454385B2 - ウェハ搬送ユニット及びウェハ搬送方法 - Google Patents

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Description

本発明は、半導体故障解析装置においてウェハを保持しながら搬送するウェハ搬送ユニット及びウェハ搬送方法に関する。
半導体故障解析装置において、ウェハを保持しながら搬送する機構（ウェハ搬送機構）が知られている（例えば特許文献１参照）。
米国特許出願公開第２０１０／０３１５６１７号明細書
上述したようなウェハ搬送機構として、ウェハを載置して搬送するウェハチャックを含む構成が知られている。従来、ウェハチャックにウェハを強固に保持する方法として、テープでウェハチャックにウェハを固定する方法がある。近年、複数枚のウェハに対して自動で故障解析を実行すべく、ウェハ搬送ロボットによってウェハカセットからウェハチャックにウェハを移動させる場合があるところ、このようなウェハ搬送ロボットを用いる場合には、ウェハチャックにウェハをテープで固定する方法は採用し難い。そこで、テープで固定する以外の方法で搬送中のウェハを強固に保持することが求められている。
また、上述したような半導体故障解析装置においては、ウェハチャック等によりウェハが保持された状態において、ウェハの裏面側から、先端に半球状の部材を装着した固浸レンズと呼ばれる特殊なレンズを密着させて高分解能の画像を取得する場合がある。固浸レンズを密着させてウェハ内の任意のチップを解析するためには、ウェハ裏面の全体が露出している必要がある。このため、ウェハの裏面側から固浸レンズを密着させる構成においては、搬送中のウェハを強固に保持するための構成をウェハの裏面側以外に設ける必要がある。
さらに、上述したような半導体故障解析装置においては、ウェハの表面側からプローブカードの針をウェハのパッドにタッチダウンしてウェハにバイアスを印加するところ、ウェハの表面側に搬送中のウェハを強固に保持する固定具が設けられた場合には固定具がプローブカードの針のタッチダウン処理を妨げたり、プローブカードの針を破損させたりする可能性がある。以上のように、ウェハ搬送機構においては、テープ以外の方法で搬送中のウェハを強固に保持することが求められているものの、半導体故障解析装置の各機能を実現する上で、保持手段の位置及び厚み等に制限があり、適切な保持手段が見出されていない。
本発明は上記実情に鑑みてなされたものであり、半導体故障解析装置の各機能を妨げることなく、搬送中のウェハを適切に保持することができる、ウェハ搬送ユニット及びウェハ搬送方法を提供することを目的とする。
本発明の一態様に係るウェハ搬送ユニットは、半導体故障解析装置においてウェハを保持しながら搬送するウェハ搬送ユニットであって、所定の観察位置にウェハを固定する固定部と、観察位置までウェハを保持しながら搬送する搬送部と、を備え、搬送部は、ウェハの側面と対向するように設けられた複数の保持部材を有し、複数の保持部材によってウェハの周部を挟持することによりウェハを保持する。
本発明の一態様に係るウェハ搬送ユニットでは、ウェハが固定される観察位置まで、搬送部によってウェハが搬送される。そして、搬送部は、ウェハの側面と対向するように設けられた複数の保持部材によってウェハの周部を挟持する。このように、搬送部の保持部材がウェハの側面からウェハの周部を挟持する構成を採用することによって、搬送中のウェハを強固に保持するための新たな構成をウェハの裏面側及び表面側に設ける必要がない。このことにより、半導体故障解析装置の各機能を妨げることなく、搬送中のウェハを適切に保持することができる。
複数の保持部材は、ウェハの周部に当接する少なくとも３つの突出部を含んで構成されていてもよい。これにより、ウェハを安定的に挟持することができる。
複数の保持部材は、少なくとも４つの突出部を含んで構成されていてもよい。これにより、ウェハをより安定的に挟持することができる。
複数の保持部材は、ウェハの周部に当接する一又は複数の突出部を含む第１の保持部材と、一又は複数の突出部を含む第２の保持部材とを有し、ウェハを挟持する第１の保持部材がウェハに与える力の方向と、ウェハを挟持する第２の保持部材がウェハに与える力の方向とは互いに反対の方向であってもよい。第１の保持部材がウェハに与える力の方向と第２の保持部材がウェハに与える力の方向とを互いに反対の方向とすることにより、第１の保持部材及び第２の保持部材によってウェハを適切に挟持することができる。
上記のウェハ搬送ユニットは、第１の保持部材及び第２の保持部材のいずれか一方のみの位置を固定することにより、第１の保持部材及び第２の保持部材間の離間距離を変化させ、第１の保持部材及び第２の保持部材によるウェハの挟持状態を解除可能に構成された歯止め部を更に備えていてもよい。このような構成によれば、第１の保持部材及び第２の保持部材のいずれか一方のみの位置を固定するという簡易な構成によって、ウェハの挟持状態を適切に解除する（ウェハを開放する）ことができる。
搬送部は、ベース部と、弾性部材を介してベース部に接続された第１部分と、第１部分に連続すると共に互いに対向しながら第１方向に延びる一対の第２部分と、一対の第２部分の先端に連続すると共にウェハを収容する収容スペースを区画するようにリング状に形成された第３部分と、を含むリング部と、ベース部に連続すると共に一対の第２部分間において第１方向に延びるコア部と、を有し、リング部の第３部分には、収容スペースに向かって突出した第１の保持部材が設けられており、コア部の先端には、収容スペースに向かって突出した第２の保持部材が設けられており、リング部の一対の第２部分には、歯止め部と係合可能に構成された孔部が形成されており、歯止め部は、孔部と係合することにより、リング部の位置を固定して第１の保持部材の位置を固定してもよい。このような構成によれば、収容スペースに向かって突出した第１の保持部材と第２の保持部材とによって、ウェハが適切に挟持される。そして、リング部の一対の第２部分の孔部が歯止め部と係合することにより、リング部が固定され第１の保持部材の位置が固定される。このような場合において、リング部とベース部とは弾性部材を介して接続されていることから、弾性部材が延びることによって、リング部の位置が固定された状態においてもベース部及びベース部に連続するコア部は変位可能となる。リング部の位置が固定された状態でコア部が収容スペースから離れる方向に変位することにより、リング部に設けられた第１の保持部材とコア部に設けられた第２の保持部材との離間距離が大きくなり、第１の保持部材及び第２の保持部材によるウェハの挟持状態が解除されることになる。以上のように、上述した構成によって、ウェハの適切な挟持及び解除（開放）を容易に行うことができる。
本発明の一態様に係るウェハ搬送方法は、半導体故障解析装置においてウェハを保持しながら搬送するウェハ搬送方法であって、ウェハの側面と対向するように設けられた複数の保持部材によってウェハの周部を挟持する工程と、複数の保持部材によってウェハの周部を挟持した状態で、ウェハを所定の観察位置まで搬送する工程と、を含む。
本発明によれば、半導体故障解析装置の各機能を妨げることなく、搬送中のウェハを適切に保持することができる。
本発明の実施形態に係る故障解析装置を模式的に示す図である。 ウェハ観察位置の構成を説明する図である。 ウェハの裏面観察について説明する図である。 ウェハ搬送ロボットによるウェハ交換を説明する図である。 ウェハチャックによるウェハ保持状態及びウェハ開放状態を説明する図である。 突出部の形状の一例を模式的に示す図である。 ウェハと突出部との接触構造及びウェハとウェハホルダとの接触構造の一例を模式的に示す図である。 ウェハチャックによるウェハ搬送工程を説明する図である。 ウェハチャックによるウェハ搬送工程を説明する図である。 ウェハチャックによるウェハ搬送工程を説明する図である。 ウェハチャックによるウェハ搬送工程を説明する図である。 ウェハチャックによるウェハ搬送工程を説明する図である。 ウェハチャックによるウェハ搬送工程を説明する図である。 ウェハチャックによるウェハ搬送工程を説明する図である。 ウェハチャックによるウェハ搬送工程を説明する図である。 ウェハチャックによるウェハ搬送工程を説明する図である。 比較例に係るウェハ固定方法を模式的に示す図である。 変形例に係るウェハチャックを模式的に示す図である。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、各図において同一又は相当部分には同一符号を付し、重複する説明を省略する。
図１は、本実施形態に係る故障解析装置１（半導体故障解析装置）を模式的に示す図である。故障解析装置１は、ウェハＷを検査する（ウェハＷの故障を解析する）装置である。ウェハＷ上には複数の半導体デバイスであるチップが形成されている。半導体デバイスとしては、ロジックデバイス、メモリデバイス、アナログデバイス、デジタルとアナログを混載したミックスドシグナルデバイス、パワーデバイスを含むディスクリートデバイス、光センサや発光素子を含むフォトデバイス、コンデンサやコイルを含む受動素子等がある。
図１に示されるように、故障解析装置１は、故障解析ユニット１０（ウェハ搬送ユニット）と、コントローラ５０とを備えている。コントローラ５０は、故障解析ユニット１０の各構成を制御する制御部である（詳細は後述）。故障解析ユニット１０は、図１及び図２に示されるように、ウェハＷの故障解析を行う観察位置の構成として、載置台１１（固定部）と、プラテン１３と、テストヘッド１４と、ケーブル１５と、プローブカード１６と、パフォーマンスボード４０と、コネクタボード４１と、ポゴタワー４２と、を有している。
図２は、ウェハ観察位置の構成を説明する図である。図２（ａ）は載置台１１にウェハＷが載置されていない状態を示しており、図２（ｂ）は載置台１１にウェハＷが載置されている状態を示している。載置台１１は、所定の観察位置にウェハを固定する固定部である。プラテン１３は、プローブカード１６を保持する平板状部材である。プラテン１３は、載置台１１の下部に設置されたＺステージ（不図示）によって上下方向に移動可能とされている。テストヘッド１４は、パフォーマンスボード４０、ケーブル１５、コネクタボード４１、ポゴタワー４２を介してプローブカード１６の針１６ａに電圧を印加する構成である。プローブカード１６は、ウェハＷのチップの電気的検査に用いられる治具である。プローブカード１６は、載置台１１方向に突出した針１６ａを有している。図２（ｂ）に示されるように、載置台１１にウェハＷが固定された状態において、プラテン１３が下降することによりプローブカード１６の針１６ａがウェハＷの表面のチップ上に形成されたパッドにタッチダウンし、テストヘッド１４によって適切な電圧が印可されることにより、チップの故障状態が再現され、検査対象のチップについて故障解析が実施される。
図３は、ウェハＷの裏面観察について説明する図である。ウェハ観察位置におけるウェハＷの故障解析においては、図３（ａ）に示されるように、ウェハＷの裏面Ｗｂに固浸レンズ８０の先端を密着させて、ウェハＷの裏面Ｗｂ側の高分解能画像が取得される。載置台１１には、複数のウェハ吸着溝１１ａが形成されている。ウェハ吸着溝１１ａが形成されていることによって、上述した適切な電圧印加による故障再現状態における裏面Ｗｂ側の検査を実施している際には、真空チャックによりウェハＷが載置台１１に適切に固定される。図３（ｂ）に示されるように、ウェハチャック１２によってウェハＷが移動させられ、ウェハＷの任意のチップについて故障解析が行われる。
図１に戻り、故障解析ユニット１０は、ウェハＷを保持しながら搬送するための構成として、ウェハチャック１２（搬送部）と、Ｘステージ２１，２１と、Ｙステージ２２と、を有している。Ｘステージ２１，２１は、ウェハＷを保持しているウェハチャック１２をＸ方向（第１方向）に移動させるステージである。Ｙステージ２２は、ウェハＷを保持しているウェハチャック１２をＹ方向に移動させるステージである。Ｘ方向及びＹ方向とは、ウェハチャック１２におけるウェハＷの載置面に沿った方向であり、互いに交差する方向である。図１に示されるように、本実施形態では、ウェハチャック１２がＸステージ２１，２１に沿ってＸ方向に移動することにより、ウェハチャック１２と故障解析ユニット１０の載置台１１との離間距離が変化する。Ｘステージ２１，２１は、互いに対向するようにＸ方向に延びている。Ｙステージ２２は、Ｘステージ２１，２１間に架設されており、Ｘステージ２１，２１に沿ってＸ方向に移動可能に設けられている。ウェハチャック１２は、Ｙステージ２２に沿ってＹ方向に移動可能に設けられている。このような構成によれば、Ｙステージ２２がＸステージ２１，２１に沿って移動することによりウェハチャック１２がＸ方向に移動する。
ウェハチャック１２は、観察位置である載置台１１までウェハＷを保持しながら搬送する搬送部である。上述したように、ウェハチャック１２は、Ｘステージ２１，２１及びＹステージ２２によって、Ｘ方向及びＹ方向（ウェハチャック１２におけるウェハＷの載置面に沿った方向）に移動可能とされている。ウェハチャック１２は、例えばウェハ搬送ロボット６０（図４参照）によって自動で交換される複数枚のウェハＷを、順次、載置台１１まで搬送する。
図４は、ウェハ搬送ロボット６０によるウェハ交換を説明する図である。図４には、ウェハ交換に係る構成として、ウェハ搬送ロボット６０と、ウェハカセット７０とが図示されている。図４に示されるように、ウェハカセット７０には、故障解析対象の複数のウェハＷが仕切りで分けられ、各仕切り上に載置された状態で積層されている。ウェハ搬送ロボット６０は、ハンド６１によってウェハカセット７０からウェハＷの１枚を裏面から持ち上げて吸着して移動し、ウェハチャック１２に受け渡す。この際、ウェハ搬送ロボット６０は、後述するウェハホルダ１９及びウェハベース５１（図９参照）を介して、ウェハチャック１２にウェハＷを受け渡してもよい。ウェハチャック１２は、後述する保持部材によってウェハＷを保持しながら載置台１１までウェハＷを搬送し、載置台１１においてウェハＷの故障解析が終了すると、該ウェハＷをウェハ搬送ロボット６０の近傍まで搬送する。そして、ウェハ搬送ロボット６０は、故障解析が終了したウェハＷをウェハチャック１２から取り出し、ウェハカセット７０に積層されている次のウェハＷを保持・搬送してウェハチャック１２の載置面に載置する。以上がウェハ搬送ロボット６０によるウェハ交換である。
ウェハ搬送ロボット６０及びウェハカセット７０が設けられたウェハ交換箇所の近傍には、図８及び図９等に示されるように、ウェハベース５１及びウェハホルダ１９が設けられている。ウェハベース５１は、ウェハ交換時にウェハＷを載置する載置台である。ウェハベース５１は、ウェハＷをスライドさせて移動させるべく、載置台１１と同じ高さに設定されていてもよい。また、ウェハベース５１及びウェハホルダ１９を含んだ構成ではなく、単に載置台１１中にウェハホルダ１９が配置された構成であってもよい。ウェハホルダ１９は、上下に昇降可能に構成されており、ウェハベース５１に載置されたウェハＷを裏面側から押し上げることにより、ウェハ搬送ロボット６０との間でウェハＷの受け渡しを行う（詳細は後述）。
ウェハチャック１２によるウェハＷの保持に係る構成について、図５を参照して説明する。図５は、ウェハチャック１２によるウェハ保持状態（図５（ａ））及びウェハ開放状態（図５（ｂ））を説明する図である。ウェハチャック１２は、ウェハＷの側面と対向するように設けられた複数の保持部材を有している。当該複数の保持部材は、４つの突出部１２ｘ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｙを含んで構成されている。突出部１２ｘ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｙは、ウェハＷを挟持する構成である。詳細には、複数の保持部材は、ウェハＷの周部に当接する２つの突出部１２ｙ，１２ｙを含む第１の保持部材と、２つの突出部１２ｘ，１２ｘを含む第２の保持部材とを有している。
ウェハチャック１２は、ベース部１２ａと、コア部１２ｂと、弾性部材１２ｃと、リング部１２ｄと、を含んで構成されている。ベース部１２ａは、Ｙステージ２２に接続される部分である。リング部１２ｄは、一対の弾性部材１２ｃ，１２ｃを介してベース部１２ａに接続される第１部分１２ｋと、第１部分１２ｋに連続すると共に互いに対向しながらＸ方向（第１方向）に延びる一対の第２部分１２ｅ，１２ｅと、一対の第２部分１２ｅの先端（Ｘ方向における第１部分１２ｋに連続する側と反対側の端部）に連続すると共にウェハＷを収容（載置）する平面視略円形の収容スペースを区画するようにリング状に形成された第３部分１２ｇと、を含んでいる。
一対の第２部分１２ｅ，１２ｅには、ラチェット機構１８（歯止め部。図９参照）と係合可能に構成された孔部１２ｆ，１２ｆが形成されている。ラチェット機構１８，１８は、孔部１２ｆ，１２ｆと係合することにより、孔部１２ｆ，１２ｆが形成された第２部分１２ｅ，１２ｅの位置を固定する。ラチェット機構１８は、第２部分１２ｅ，１２ｅの位置を固定することにより、第１の保持部材である突出部１２ｙ，１２ｙの位置を固定し、突出部１２ｙ，１２ｙ及び突出部１２ｘ，１２ｘ間の離間距離を変化させ、突出部１２ｙ，１２ｙ及び突出部１２ｘ，１２ｘによるウェハＷの挟持状態を解除可能に構成されている（詳細は後述）。すなわち、ラチェット機構１８が第２部分１２ｅと係合することによりリング部１２ｄの位置（すなわち突出部１２ｙ，１２ｙの位置）が固定された状態で、図１０に示されるようにコア部１２ｂのみがＸ方向（且つウェハＷから離間する方向）に移動することによって、突出部１２ｙ，１２ｙ及び突出部１２ｘ，１２ｘ間の距離が開き、突出部１２ｘ，１２ｘがウェハＷに接触しなくなり、ウェハＷの挟持状態が解除される。
弾性部材１２ｃは、弾性を有するばね部材であってもよいし、ゴム（シリコンゴムの輪ゴム等）であってもよい。コア部１２ｂは、ベース部１２ａに連続すると共に、一対の第２部分１２ｅ，１２ｅ間においてＸ方向（第１方向）に延びている。コア部１２ｂの先端（Ｘ方向におけるベース部１２ａに連続する側と反対側の端部）には、ウェハＷが載置（収容）される収容スペースに向かって突出した第２の保持部材である突出部１２ｘ，１２ｘが設けられている。また、リング部１２ｄの第３部分１２ｇには、ウェハＷを収容（載置）する平面視略円形の収容スペースに向かって突出した第１の保持部材である突出部１２ｙ，１２ｙが設けられている。図５（ａ）に示されるように、ウェハＷを挟持する第２の保持部材である突出部１２ｘ，１２ｘがウェハＷに与える力の方向と、ウェハＷを挟持する第１の保持部材である突出部１２ｙ，１２ｙがウェハＷに与える力の方向とは、Ｘ方向において互いに反対の方向である。突出部１２ｘ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｙが設けられている位置については特に限られないが、例えば突出部１２ｙ，１２ｙが設けられている位置は、Ｙ方向において、突出部１２ｘ，１２ｘが設けられている位置よりも外側である。
図５（ａ）に示されるように、ウェハ保持状態においては、ウェハチャック１２は、第２の保持部材である突出部１２ｘ,１２ｘ及び第１の保持部材である突出部１２ｙ，１２ｙによってウェハＷの周部を挟持することにより、ウェハＷを保持する。また、図５（ｂ）に示されるように、ウェハ開放状態においては、ウェハチャック１２は、第２の保持部材である突出部１２ｘ,１２ｘ及び第１の保持部材である突出部１２ｙ，１２ｙがウェハＷに接触しておらず、ウェハＷを挟持していない。
突出部１２ｘ（及び突出部１２ｙ）の詳細な構成について、図６及び図７を参照して説明する。図６は、保持部材である突出部１２ｘ（及び突出部１２ｙ）の形状の一例を模式的に示す図である。図６（ａ）及び図６（ｂ）に示される突出部１２ｘは、いずれも挟持するウェハＷを挟み込む形状であり、中央部ほど凹んだ形状とされている。図６（ａ）に示される突出部１２ｘは、ウェハＷを挟み込む部分の面が曲面になっている。一方で、図６（ｂ）に示される突出部１２ｘは、ウェハＷを挟み込む部分の面が曲面になっておらず、中央部が凹んだ谷状に形成されている。図６（ｃ）に示される突出部１２ｘは、ウェハＷを下方へ押し付ける形状である。
図７は、ウェハＷと突出部１２ｘとの接触構造の一例（図７（ａ）及び図７（ｂ））並びにウェハＷとウェハホルダ１９との接触構造の一例（図７（ｃ））を模式的に示す図である。後述するように、ウェハチャック１２からウェハＷを取り出す際には、下からウェハホルダ１９によってウェハＷが持ち上げられる。この場合、図７（ａ）に示されるように、ウェハチャック１２の突出部１２ｘの斜面をウェハＷが滑って上昇することが好ましい。このように滑って上昇することが困難である場合であっても、例えば図７（ｂ）に示されるように、ウェハＷの上昇に伴ってウェハチャック１２の突出部１２ｘが歪む（ウェハＷが上昇しやすくなる方向に歪む）ことにより、ウェハチャック１２からウェハＷを適切に取り出すことができる。この場合、突出部１２ｘは一定の可塑性を有する材質で構成される。なお、図７（ｃ）に示されるように、ウェハホルダ１９に斜面を設け、ウェハＷを滑らせることによって積極的にウェハＷをずらして、ウェハＷを取り出しやすくしてもよい。
図１に戻り、コントローラ５０は、コンピュータであって、物理的には、ＲＡＭ、ＲＯＭ等のメモリ、ＣＰＵ等のプロセッサ（演算回路）、通信インターフェイス、ハードディスク等の格納部を備えて構成されている。かかるコントローラ５０としては、例えばパーソナルコンピュータ、クラウドサーバ、スマートデバイス（スマートフォン、タブレット端末など）などが挙げられる。コントローラ５０は、メモリに格納されるプログラムをコンピュータシステムのＣＰＵで実行することにより機能する。コントローラ５０は、Ｘステージ２１、Ｙステージ２２、及びＺステージ（不図示）等を制御する。コントローラ５０は、Ｘステージ２１及びＹステージ２２を制御することによって、ウェハ保持状態及びウェハ開放状態を切り替えると共に、ウェハＷを搬送する。
次に、図８～図１６を参照して、ウェハチャック１２によるウェハ搬送工程を説明する。図８～図１６は、連続する工程を示している。図８～図１１は、例えば故障解析後のウェハＷをウェハ交換箇所（ウェハ搬送ロボット６０の近傍）まで搬送する工程を示しており、図１２は、ウェハ搬送ロボット６０によるウェハ交換の工程を示しており、図１３～図１６は、新たなウェハＷを載置台１１まで搬送する工程を示している。なお、図８～図１６の各図面において、同じ図番号の（ａ）～（ｃ）（又は（ａ）～（ｂ））は互いに同じタイミングの状態を示している。なお、以下ではＸ方向とは図の右方向（載置台１１からウェハベース５１に向かう方向）を、－Ｘ方向とは図の左方向（載置台１１からウェハベース５１に向かう方向とは反対方向）を、それぞれ示すとして説明する。
図８（ａ）に示されるように、いま、コントローラ５０によるＸステージ２１の制御によって、ウェハＷを保持するウェハチャック１２が－Ｘ方向に移動している。なお、前提として、コントローラ５０によるＹステージ２２の制御によって、ウェハ交換箇所の近傍に設けられたラチェット機構１８，１８のＹの位置と、ウェハチャック１２の孔部１２ｆ，１２ｆのＹの位置とは一致している。図８（ａ）に示される状態においては、ウェハチャック１２の孔部１２ｆ，１２ｆのＸの位置が、ラチェット機構１８，１８のＸの位置に到達していない。図８（ｂ）に示されるように、ラチェット機構１８にはばね力で上方向に力が加わっているところ、ラチェット機構１８に孔部１２ｆが到達する前段階においては、ラチェット機構１８の上方向への力は第２部分１２ｅの裏面に抑えられている。また、図８（ｃ）に示されるように、図８（ａ）の状態においては、ウェハベース５１の一部にウェハＷの一部が既に載置されている。
ここから更にウェハチャック１２が－Ｘ方向に移動すると、図９（ａ）に示されるように、ウェハベース５１の中央とウェハＷの中央とが一致するようにウェハベース５１にウェハＷが載置されると共に、ラチェット機構１８，１８とウェハチャック１２の孔部１２ｆ，１２ｆとが係合する（図９（ｂ）参照）。ラチェット機構１８は、バネ機構により孔部１２ｆを通過し上方に飛び出すことによりリング部１２ｄの－Ｘ方向への移動（動き）を阻害する。ラチェット機構１８と孔部１２ｆとが係合した状態においては、リング部１２ｄの位置が固定され、リング部１２ｄに係る構成（突出部１２ｙ，１２ｙを含む）の位置が変化しなくなる。以降に、同じ方向にウェハチャック１２が移動すると、ベース部１２ａ及びコア部１２ｂのみが同じ方向に移動し、リング部１２ｄの位置は変化しない。このようなベース部１２ａ及びコア部１２ｂとリング部１２ｄとの位置の相違は、弾性部材１２ｃが延び縮みすることにより吸収される。
図１０に示されるように、ベース部１２ａ及びコア部１２ｂが更に同じ－Ｘ方向に移動すると、コア部１２ｂの先端に設けられた突出部１２ｘ，１２ｘがウェハＷから離間し、ウェハＷの挟持状態が解除される。コントローラ５０によるＸステージ２１の制御によって、コア部１２ｂは、突出部１２ｘ，１２ｘのオーバーハング内径よりも大きなスペースが開放される位置まで移動し停止する。
つづいて、図１１（ｃ）に示されるように、コントローラ５０による制御によって、ウェハホルダ１９が上昇しウェハＷを裏面側から押し上げる。ウェハホルダ１９が上昇することによりウェハホルダ１９の斜面によってウェハＷがスライドし、ウェハホルダ１９の中心とウェハＷの中心とが合致する位置にウェハＷを載置することができる。
つづいて、図１２（ｃ）に示されるように、ウェハホルダ１９が上昇した状態において、コントローラ５０によってウェハ搬送ロボット６０が制御されることにより、故障解析後のウェハＷであるウェハＷ１のアンロード（取り外し）が実施され、つづいて、故障解析前のウェハＷであるウェハＷ２のロードが実施される。なお、ウェハＷ２がロードされる際には、例えばノッチセンサ４３によってウェハＷ２のノッチの場所が特定され、ウェハＷ２の傾きが調整されて、正しい角度にウェハＷ２がセットされる。図１２（ａ）には、ウェハＷ（ウェハＷ１）がアンロードされた状態のウェハチャック１２、ウェハベース５１、及びウェハホルダ１９が示されている。
つづいて、図１３（ｃ）に示されるように、コントローラ５０による制御によって、ウェハホルダ１９が下降しウェハベース５１上にウェハＷが載置される。ウェハホルダ１９は、ウェハベース５１よりも下方に退避する。
つづいて、図１４（ａ）に示されるように、コントローラ５０によるＸステージ２１の制御によって、ベース部１２ａ及びコア部１２ｂがＸ方向に移動し、突出部１２ｘ，１２ｘがウェハＷの周部に接触する。なお、この状態において、リング部１２ｄは、ラチェット機構１８，１８とウェハチャック１２の孔部１２ｆ，１２ｆとが係合する（図１４（ｂ）参照）ことによってＸ方向への移動が規制されている。
つづいて、図１５（ａ）に示されるように、コントローラ５０によるＸステージ２１の制御によって、ベース部１２ａ及びコア部１２ｂがＸ方向にさらに移動し、突出部１２ｘ，１２ｘがウェハＷをＸ方向に押すことにより、リング部１２ｄの突出部１２ｙ，１２ｙにウェハＷの周部が接触する。突出部１２ｘ，１２ｘ及び突出部１２ｙ，１２ｙによって両側からウェハＷに力がかかりウェハＷが挟持されることにより、搬送中のウェハＷが固定される。そして、この時点で、リング部１２ｄにＸ方向の力がかかり始め、図１５（ｂ）に示されるように、ラチェット機構１８，１８とウェハチャック１２の孔部１２ｆ，１２ｆとの係合状態が解除される。すなわち、リング部１２ｄがラチェット機構１８から開放される。
そして、ウェハＷの周部が突出部１２ｘ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｙによって挟持された状態で、図１６（ａ）に示されるように、コントローラ５０によるＸステージ２１の制御によって、ウェハチャック１２がＸ方向に移動する。すなわち、ウェハチャック１２は、ウェハベース５１から離間し、載置台１１に向かって移動する。ウェハチャック１２の根本に設けられた弾性部材１２ｃによって、ウェハＷを左右（両側）から挟み込み挟持することができる。
次に、本実施形態に係る故障解析ユニット１０の作用効果について、比較例に係る構成（図１７参照）を比較しながら説明する。
故障解析ユニット１０におけるウェハ搬送機構として、ウェハＷを載置して搬送するウェハチャック１２を含む構成が知られている。ウェハチャック１２にウェハＷを強固に保持する方法として、図１７（ａ）に示されるように、テープ３００でウェハチャック１２にウェハＷの表面側を固定する方法がある。テープ３００は、高さが低い。そのため、ウェハＷの表面側からプローブカード１６の針１６ａをウェハＷのパッドにタッチダウンさせる際において、ウェハエッジ近傍のチップまでアクセスが可能になる点で優位である。しかしながら、近年、複数枚のウェハＷに対して自動で故障解析を実行すべく、ウェハ搬送ロボット６０によってウェハカセット７０からウェハチャック１２にウェハＷを移動させる場合があるところ、このようなウェハ搬送ロボット６０を用いる場合には、ウェハチャック１２にウェハＷをテープ３００で固定する方法は採用し難い。そこで、テープ３００で固定する以外の構成で搬送中のウェハＷを強固に保持する構成が求められている。
このような構成として、例えばウェハＷの表面側に搬送中のウェハＷを強固に保持する固定具を設ける構成を採用することが考えられる。しかしながら、例えば図１７（ｂ）に示されるように、比較的高さが高い固定具２００ａを用いた場合には、固定具２００ａの高さがプローブカード１６の底面から針１６ａの先端までの高さよりも高くなってしまい、上述したタッチダウンが不可能になるおそれがある。また、例えば図１７（ｃ）に示されるように、比較的高さが低い固定具２００ｂを用いた場合には、固定具２００ａのようにタッチダウン不可になることはないが、ウェハエッジ近傍においてプローブカード１６の設計によっては干渉が生じるおそれがある。以上のように、ウェハ搬送機構においては、テープ以外の方法で搬送中のウェハＷを強固に保持することが求められているものの、半導体故障解析装置の各機能を実現する上で、保持手段の位置及び厚み等に制限があり、適切な保持手段が見出されていない。
上述した課題を解決する構成として、本実施形態に係る故障解析ユニット１０は、半導体故障解析装置においてウェハＷを保持しながら搬送するウェハ搬送ユニットであって、所定の観察位置にウェハＷを固定する載置台１１と、観察位置までウェハＷを保持しながら搬送するウェハチャック１２と、を備え、ウェハチャック１２は、ウェハＷの側面と対向するように設けられた複数の保持部材（突出部１２ｘ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｙ）を有し、複数の保持部材によってウェハＷの周部を挟持することによりウェハＷを保持する。
本実施形態に係る故障解析ユニット１０では、ウェハＷが固定される観察位置まで、ウェハチャック１２によってウェハＷが搬送される。そして、ウェハチャック１２は、ウェハＷの側面と対向するように設けられた複数の突出部１２ｘ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｙによってウェハＷの周部を挟持する。このように、ウェハチャック１２の突出部１２ｘ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｙがウェハＷの側面からウェハＷの周部を挟持する構成を採用することによって、搬送中のウェハＷを強固に保持するための新たな構成をウェハＷの裏面側及び表面側に設ける必要がない。このことにより、半導体故障解析装置の各機能を妨げることなく、搬送中のウェハＷを適切に保持することができる。
複数の保持部材は、少なくとも４つの突出部１２ｘ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｙを含んで構成されていてもよい。これにより、ウェハＷをより安定的に挟持することができる。
複数の保持部材は、ウェハＷの周部に当接する複数の突出部１２ｙ，１２ｙを含む第１の保持部材と、複数の突出部１２ｘ，１２ｘを含む第２の保持部材とを有し、ウェハＷを挟持する第１の保持部材がウェハＷに与える力の方向と、ウェハＷを挟持する第２の保持部材がウェハＷに与える力の方向とは互いに反対の方向であってもよい。第１の保持部材がウェハＷに与える力の方向と第２の保持部材がウェハＷに与える力の方向とを互いに反対の方向とすることにより、第１の保持部材及び第２の保持部材によってウェハＷを適切に挟持することができる。
上記の故障解析ユニット１０は、第１の保持部材のみの位置を固定することにより、第１の保持部材及び第２の保持部材間の離間距離を変化させ、第１の保持部材及び第２の保持部材によるウェハＷの挟持状態を解除可能に構成されたラチェット機構１８を更に備えていてもよい。このような構成によれば、第１の保持部材のみの位置を固定するという簡易な構成によって、ウェハＷの挟持状態を適切に解除する（ウェハＷを開放する）ことができる。
ウェハチャック１２は、ベース部１２ａと、弾性部材１２ｃを介してベース部１２ａに接続された第１部分１２ｋと、第１部分１２ｋに連続すると共に互いに対向しながらＸ方向に延びる一対の第２部分１２ｅ，１２ｅと、一対の第２部分１２ｅの先端に連続すると共にウェハを収容する収容スペースを区画するようにリング状に形成された第３部分１２ｇと、を含むリング部１２ｄと、ベース部１２ａに連続すると共に一対の第２部分１２ｅ，１２ｅ間においてＸ方向に延びるコア部１２ｂと、を有し、リング部１２ｄの第３部分１２ｇには、収容スペースに向かって突出した突出部１２ｙ，１２ｙが設けられており、コア部１２ｂの先端には、収容スペースに向かって突出した突出部１２ｘ，１２ｘが設けられており、リング部１２ｄの一対の第２部分１２ｅには、ラチェット機構１８と係合可能に構成された孔部１２ｆが形成されており、ラチェット機構１８は、孔部１２ｆと係合することにより、リング部１２ｄの位置を固定して突出部１２ｙ，１２ｙの位置を固定してもよい。このような構成によれば、収容スペースに向かって突出した突出部１２ｙ，１２ｙと突出部１２ｘ，１２ｘとによって、ウェハＷが適切に挟持される。そして、リング部１２ｄの一対の第２部分１２ｅの孔部１２ｆがラチェット機構１８と係合することにより、リング部１２ｄが固定され突出部１２ｙ，１２ｙの位置が固定される。このような場合において、リング部１２ｄとベース部１２ａとは弾性部材１２ｃを介して接続されていることから、弾性部材１２ｃが延びることによって、リング部１２ｄの位置が固定された状態においてもベース部１２ａ及びベース部１２ａに連続するコア部１２ｂは変位可能となる。リング部１２ｄの位置が固定された状態でコア部１２ｂが収容スペースから離れる方向に変位することにより、リング部１２ｄに設けられた突出部１２ｙ，１２ｙとコア部１２ｂに設けられた突出部１２ｘ，１２ｘとの離間距離が大きくなり、突出部１２ｙ，１２ｙ及び突出部１２ｘ，１２ｘによるウェハＷの挟持状態が解除されることになる。以上のように、上述した構成によって、ウェハＷの適切な挟持及び解除（開放）を容易に行うことができる。また、ウェハのチャック／アンチャックはＸステージの動作で実現しており、別のチャック／アンチャック駆動機構を設けなくともよい。これにより、ウェハロード／アンロードシステムとしての信頼性の向上を図ることができる。
以上、本発明の実施形態について説明したが本発明は上記実施形態に限定されない。例えば、上記実施形態では、保持部材として少なくとも４つの突出部が設けられているとして説明したが、図１８に示されるように、突出部が３つであってもよい。すなわち、図１８（ａ）及び図１８（ｂ）に示されるウェハチャックでは、コア部５１２ｂの先端に２つの突出部５１２ｘ，５１２ｘが設けられており、また、リング部５１２ｄの第３部分５１２ｇに１つの突出部５１２ｙが設けられている。突出部５１２ｘ，５１２ｘ，５１２ｙが設けられている位置については特に限られないが、例えば突出部５１２ｘ，５１２ｘが設けられている位置は、Ｙ方向において、突出部５１２ｙが設けられている位置よりも外側である。
１０…故障解析ユニット（ウェハ搬送ユニット）、１１…載置台（固定部）、１２…ウェハチャック（搬送部）、１２ａ…ベース部、１２ｂ…コア部、１２ｃ…弾性部材、１２ｄ…リング部、１２ｅ…第２部分、１２ｆ…孔部、１２ｇ…第３部分、１２ｋ…第１部分、１２ｘ，１２ｘ，１２ｙ，１２ｙ…突出部、１８…ラチェット機構（歯止め部）、１９…ウェハホルダ、２１…Ｘステージ、２２…Ｙステージ、４０…パフォーマンスボード、４１…コネクタボード、４２…ポゴタワー、４３…ノッチセンサ、５０…コントローラ、５１…ウェハベース、６０…ウェハ搬送ロボット、６１…ハンド、７０…ウェハカセット、８０…固浸レンズ、２００ａ，２００ｂ…固定具、３００…テープ、５１２ｂ…コア部、５１２ｄ…リング部、５１２ｘ…突出部、５１２ｙ…突出部、Ｗ…ウェハ。

Claims (8)

  1. 半導体故障解析装置においてウェハを保持しながら搬送するウェハ搬送ユニットであって、
    所定の観察位置にウェハを固定する固定部と、
    前記観察位置まで前記ウェハを保持しながら搬送する搬送部と、を備え、
    前記搬送部は、前記ウェハの側面と対向するように設けられた複数の保持部材を有し、前記複数の保持部材によって前記ウェハの側面から前記ウェハの周部を挟持することにより前記ウェハを保持する、ウェハ搬送ユニット。
  2. 前記複数の保持部材は、前記ウェハの周部に当接する少なくとも３つの突出部を含んで構成されている、請求項１記載のウェハ搬送ユニット。
  3. 前記複数の保持部材は、少なくとも４つの前記突出部を含んで構成されている、請求項２記載のウェハ搬送ユニット。
  4. 前記複数の保持部材は、前記ウェハの周部に当接する一又は複数の突出部を含む第１の保持部材と、一又は複数の前記突出部を含む第２の保持部材とを有し、
    前記ウェハを挟持する前記第１の保持部材が前記ウェハに与える力の方向と、前記ウェハを挟持する前記第２の保持部材が前記ウェハに与える力の方向とは互いに反対の方向である、請求項１～３のいずれか一項記載のウェハ搬送ユニット。
  5. 前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材のいずれか一方のみの位置を固定することにより、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材間の離間距離を変化させ、前記第１の保持部材及び前記第２の保持部材による前記ウェハの挟持状態を解除可能に構成された歯止め部を更に備える、請求項４記載のウェハ搬送ユニット。
  6. 前記搬送部は、
    ベース部と、
    弾性部材を介して前記ベース部に接続された第１部分と、前記第１部分に連続すると共に互いに対向しながら第１方向に延びる一対の第２部分と、前記一対の第２部分の先端に連続すると共にウェハを収容する収容スペースを区画するようにリング状に形成された第３部分と、を含むリング部と、
    前記ベース部に連続すると共に前記一対の第２部分間において第１方向に延びるコア部と、を有し、
    前記リング部の前記第３部分には、前記収容スペースに向かって突出した前記第１の保持部材が設けられており、
    前記コア部の先端には、前記収容スペースに向かって突出した前記第２の保持部材が設けられており、
    前記リング部の前記一対の第２部分には、前記歯止め部と係合可能に構成された孔部が形成されており、
    前記歯止め部は、前記孔部と係合することにより、前記リング部の位置を固定して前記第１の保持部材の位置を固定する、請求項５記載のウェハ搬送ユニット。
  7. 前記搬送部は、前記ウェハを収容する平面視略円形の収容スペースを区画するようにリング状に形成された第３部分を有する、請求項１記載のウェハ搬送ユニット。
  8. 半導体故障解析装置においてウェハを保持しながら搬送するウェハ搬送方法であって、
    前記ウェハの側面と対向するように設けられた複数の保持部材によって前記ウェハの周部を挟持する工程と、
    前記複数の保持部材によって前記ウェハの周部を挟持した状態で、前記ウェハを所定の観察位置まで搬送する工程と、を含むウェハ搬送方法。
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