特許 5929683 半導体基板の分離移載方法及び半導体基板用分離移載装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5929683

(24)【登録日】2016年5月13日

(45)【発行日】2016年6月8日

(54)【発明の名称】半導体基板の分離移載方法及び半導体基板用分離移載装置

(51)【国際特許分類】

   H01L 21/677 20060101AFI20160526BHJP

【ＦＩ】

   H01L21/68 A

【請求項の数】7

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2012-224274(P2012-224274)

(22)【出願日】2012年10月9日

(65)【公開番号】特開2014-78559(P2014-78559A)

(43)【公開日】2014年5月1日

【審査請求日】2014年10月23日

(73)【特許権者】

【識別番号】000002060

【氏名又は名称】信越化学工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100079304

【弁理士】

【氏名又は名称】小島 隆司

(74)【代理人】

【識別番号】100114513

【弁理士】

【氏名又は名称】重松 沙織

(74)【代理人】

【識別番号】100120721

【弁理士】

【氏名又は名称】小林 克成

(74)【代理人】

【識別番号】100124590

【弁理士】

【氏名又は名称】石川 武史

(72)【発明者】

【氏名】森 力

(72)【発明者】

【氏名】渡部 武紀

(72)【発明者】

【氏名】大塚 寛之

【審査官】 内田 正和

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０６−０４８６０２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−２０２６７８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−１６５９２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１０−２３８７４０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１０／１０９１２３（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 国際公開第２００８／１２９９８２（ＷＯ，Ａ１）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｈ０１Ｌ ２１／６７７

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数の半導体基板が重ね合わされて積載された半導体基板群の最上部の１枚の半導体基板に吸着具を吸着させ、上記半導体基板群を該半導体基板群の共振周波数又はその近傍の周波数で加振しながら、上記吸着具を移動させて吸着している１枚の半導体基板を半導体基板群から分離し、該半導体基板群から分離した半導体基板を上記加振により破損した半導体基板と破損しない半導体基板とに区分し、破損しない半導体基板をキャリアに移載することを特徴とする半導体基板の分離移載方法。

【請求項2】

上記半導体基板は、シリコンインゴットから切り出されたシリコンウエハであることを特徴とする請求項１に記載の半導体基板の分離移載方法。

【請求項3】

上記半導体基板群を加振する周波数は、７５０〜９５０ｋＨｚであることを特徴とする請求項１又は２に記載の半導体基板の分離移載方法。

【請求項4】

上記半導体基板群を載置した載置台に付設した高周波発振器及び振動子からなる加振器により、該半導体基板群への加振を行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の半導体基板の分離移載方法。

【請求項5】

上記加振器の出力は、６００〜９００Ｗであることを特徴とする請求項４に記載の半導体基板の分離移載方法。

【請求項6】

重ね合わされた複数の半導体基板からなる半導体基板群を載置する載置台と、該半導体基板群の最上部の１枚の半導体基板に吸着する吸着具と、吸着具を移動させる移動機構と、上記載置台に付設され、上記半導体基板群を加振する高周波発振器及び振動子からなる加振器と、半導体基板のモニター画像の画像処理に基づいて該半導体基板の破損の有無を判定する破損判定部とを備え、半導体基板群の最上部の１枚の半導体基板に吸着具を吸着させ、上記半導体基板群を該半導体基板群の共振周波数又はその近傍の周波数で加振しながら、上記吸着具を移動させて吸着している１枚の半導体基板を半導体基板群から分離し、該半導体基板群から分離した半導体基板について破損判定部の判定結果から上記加振により破損した半導体基板と破損しない半導体基板とに区分し、破損しない半導体基板をキャリアに移載することを特徴とする半導体基板用分離移載装置。

【請求項7】

上記吸着具は、ベルヌーイの原理によって発生する負圧を利用して半導体基板に吸着するもの、又は真空吸引により半導体基板に吸着するものであることを特徴とする請求項６に記載の半導体基板用分離移載装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、重ね合わされて積載された複数の半導体基板を単枚に分離し、キャリアに互いに隔てて収納する分離移載方法及び半導体基板用分離移載装置に関するものである。

【背景技術】

【0002】

半導体プロセスにおいて、半導体基板、例えばシリコンウエハは、通常、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）、石英、ＳｉＣ等で作られた保管具（例えばキャリア、石英ボート等）に設置され、その状態で各工程で処理されたり、各工程間を移動したり、所定期間保管されたりする。また、必要な処理を施した後に上下に積み重ねられた複数のシリコンウエハを、キャリアのようなウエハ収納装置へ移し替える作業がたびたび行われることもある。

【0003】

処理後のシリコンウエハとしては、例えばシリコンのインゴットから切り出しされた直後のウエハなどがあり、未研磨のウエハを直積みした状態（重ね合わされて積載された状態、ウエハ群）となっている。従って、そのままではシリコンウエハの処理が行えないため、ウエハ分離移載装置によりこの直積みされた状態のウエハを単枚に分離してキャリアに所定のピッチで互いに隔てて収納する必要がある。

【0004】

ここで、直積み状態のウエハ群からウエハを単枚に分離しようとする際、上下に積み重ねられたウエハが互いに貼りついていることがあるため、そのままでは単枚に分離して１枚ずつキャリアに収納することが困難であった。

【0005】

そこで、特開２０１０−１６５９２８号公報（特許文献１）では、液中で複数のウエハのうち最上位にあるものを吸着した状態で少なくともこの最上位のウエハに超音波を作用させつつ該ウエハを面内方向にスライドさせながらウエハを分離する方法が開示されている。また、特開２０１１−１２９６５２号公報（特許文献２）では、液中で気泡を含んだ水流を噴射させてウエハを１枚ずつ分離する方法が開示されている。
しかしながら、これらの方法によってもウエハの分離が困難であったり、複雑な機構となる場合があった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２０１０−１６５９２８号公報

【特許文献2】特開２０１１−１２９６５２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

本発明は、上記事情に鑑みなされたもので、簡便な方法で半導体基板群から容易に半導体基板を１枚ずつ分離することが可能な半導体基板の分離移載方法及び半導体基板用分離移載装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

本発明は、上記目的を達成するため、下記の半導体基板の分離移載方法及び半導体基板用分離移載装置を提供する。
〔１〕 複数の半導体基板が重ね合わされて積載された半導体基板群の最上部の１枚の半導体基板に吸着具を吸着させ、上記半導体基板群を該半導体基板群の共振周波数又はその近傍の周波数で加振しながら、上記吸着具を移動させて吸着している１枚の半導体基板を半導体基板群から分離し、該半導体基板群から分離した半導体基板を上記加振により破損した半導体基板と破損しない半導体基板とに区分し、破損しない半導体基板をキャリアに移載することを特徴とする半導体基板の分離移載方法。
〔２〕 上記半導体基板は、シリコンインゴットから切り出されたシリコンウエハであることを特徴とする〔１〕に記載の半導体基板の分離移載方法。
〔３〕 上記半導体基板群を加振する周波数は、７５０〜９５０ｋＨｚであることを特徴とする〔１〕又は〔２〕に記載の半導体基板の分離移載方法。
〔４〕 上記半導体基板群を載置した載置台に付設した高周波発振器及び振動子からなる加振器により、該半導体基板群への加振を行うことを特徴とする〔１〕〜〔３〕のいずれかに記載の半導体基板の分離移載方法。
〔５〕 上記加振器の出力は、６００〜９００Ｗであることを特徴とする〔４〕に記載の半導体基板の分離移載方法。
〔６〕 重ね合わされた複数の半導体基板からなる半導体基板群を載置する載置台と、該半導体基板群の最上部の１枚の半導体基板に吸着する吸着具と、吸着具を移動させる移動機構と、上記載置台に付設され、上記半導体基板群を加振する高周波発振器及び振動子からなる加振器と、半導体基板のモニター画像の画像処理に基づいて該半導体基板の破損の有無を判定する破損判定部とを備え、半導体基板群の最上部の１枚の半導体基板に吸着具を吸着させ、上記半導体基板群を該半導体基板群の共振周波数又はその近傍の周波数で加振しながら、上記吸着具を移動させて吸着している１枚の半導体基板を半導体基板群から分離し、該半導体基板群から分離した半導体基板について破損判定部の判定結果から上記加振により破損した半導体基板と破損しない半導体基板とに区分し、破損しない半導体基板をキャリアに移載することを特徴とする半導体基板用分離移載装置。
〔７〕 上記吸着具は、ベルヌーイの原理によって発生する負圧を利用して半導体基板に吸着するもの、又は真空吸引により半導体基板に吸着するものであることを特徴とする〔６〕に記載の半導体基板用分離移載装置。

【発明の効果】

【0009】

本発明によれば、半導体基板群を該半導体基板群の共振周波数又はその近傍の周波数で加振することにより、半導体基板群ごと共振するので、半導体基板同士の貼り付きの度合いが緩和され、半導体基板群から１枚単位で半導体基板を容易に分離し、キャリアに収納することができる。また本発明では、チッピング（欠け又は割れ）を有し製品として不適な半導体基板が含まれる場合には、上記加振時に共振してチッピング部分で破壊が進行し、チッピングのない半導体基板と容易に識別可能となるため、必要に応じて半導体基板の分離移載と共に基板の破壊検査も兼ねることができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本発明に係る半導体基板用分離移載装置の構成例を示す断面概略図である。

【図2】図１の分離移載装置の載置台の構成を示す平面図である。

【図3】図１の分離移載装置に用いる高周波発振器の構成例を示す概略図である。

【図4】本発明に係る半導体基板の分離移載方法の工程図であり、（ａ）は吸着具を半導体基板に吸着させた図、（ｂ）は加振しながら１枚の半導体基板を分離した図、（ｃ）は半導体基板をキャリアに収納する図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下に、本発明に係る半導体基板の分離移載方法及び半導体基板用分離移載装置の一実施の形態における構成について説明する。
図１に、本発明に係る半導体基板用分離移載装置の構成例を示す。
図１に示すように、半導体基板用分離移載装置１（以下、分離移載装置１）は、重ね合わされた複数の半導体基板２ｐからなる半導体基板群２を載置する載置台３と、該半導体基板群２の最上部の１枚の半導体基板２ｐに吸着する吸着具４と、吸着具４を移動させるアーム形状の移動機構５と、上記載置台３に付設され、半導体基板群２を半導体基板群２の共振周波数又はその近傍の周波数で加振する加振器６とを備え、半導体基板群２から半導体基板２ｐを１枚ずつ分離し、分離した半導体基板２ｐをキャリア８まで搬送し、収納するものである。図１では、その主要部分を示している。

【0012】

ここで、半導体基板群２は、複数枚の、同形状、同寸法の半導体基板２ｐからなり、例えば複数枚のシリコンウエハからなる。特に好適には、半導体基板群２を構成する半導体基板２ｐはシリコンインゴットから切り出された直後のシリコンウエハであり、このときの半導体基板２ｐはウエット状態にあって基板同士は水分の表面張力により貼り付いた状態にあり、半導体基板群２は１つの構造物となっている。

【0013】

半導体基板２ｐの厚みｔとしては、例えば半導体基板２ｐが２００ｍｍ径あるいは擬似正方形シリコンウエハであるときには１００〜３００μｍである。

【0014】

載置台３は、複数の半導体基板２ｐを板面に対して垂直方向に重ね合わせた半導体基板群２が載置され、該半導体基板群２を支持するベース板３ａと、ベース板３ａに立設され、半導体基板群２をその半導体基板２ｐの板面方向（水平方向）の四方を囲んで半導体基板群２の水平方向への移動を規制する囲い３ｂとからなる。ベース板３ａ、囲い３ｂともに、木材、ポリプロピレン、テフロン（登録商標）等からなる。

【0015】

また、囲い３ｂは、図２に示すように、ベース板３ａに固設され、半導体基板群２の水平方向の三方を囲む三方囲い３ｂ１と、三方囲い３ｂ１の開口している一方を取り外し可能に封鎖する封鎖部３ｂ２とからなる。

【0016】

載置台３への半導体基板２ｐの載置に際しては、まず三方囲い３ｂ１の開口した側から複数の半導体基板２ｐを、その端部を三方囲い３ｂ１に当接させながらベース板３ａ上に載置し、次いで三方囲い３ｂ１の開口部を封鎖部３ｂ２で封鎖する。これにより、半導体基板群２は、半導体基板２ｐそれぞれの端面が揃い、重ね合わされた状態で載置台３に載置される。

【0017】

載置台３に載置する半導体基板２ｐの枚数は、例えば半導体基板２ｐがシリコンウエハであるときには、シリコンウエハを収納するキャリア８の収納枚数に対応していることが好ましく、２５〜１５０枚程度である。

【0018】

吸着具４は、例えば特開２００２−３６８０６５号公報、特開２０１１−２４５５８８号公報に記載されているような、ベルヌーイの原理によって発生する負圧を利用して半導体基板に吸着する汎用の非接触吸着具であることが好ましい。これにより、半導体基板２ｐを非接触に懸垂するように浮上保持することができ、半導体基板２ｐへの接触による該半導体基板２ｐの破損を防止することが可能である。あるいは、吸着具４は、例えば特開２０１１−２９３８８号公報に記載されているような、真空吸引により半導体基板に吸着する真空吸着パッドであってもよい。

【0019】

移動機構５は、アーム先端に吸着具４を有し、アーム根元に駆動部（不図示）を有する搬送アームである。駆動部により搬送アームである移動機構５を水平方向、垂直方向に移動させることが可能であり、搬送アーム先端の吸着具４を水平方向に移動させて載置台３上の半導体基板群２の最上部の上方に配置したり、そこから離れたりする動作制御を行い、また吸着具４を垂直方向に移動させて載置台３上の半導体基板群２の最上部に接近させたり、遠ざけたりする動作制御を行うことにより、半導体基板２ｐへの吸着具４の吸着動作、及び半導体基板２ｐの分離移載動作を行うことができる。なお、図１においては、半導体基板群２から分離された半導体基板２ｐを後述するキャリア８に収納する移動機構を省略しているが、従来公知の機構を採用すればよい。

【0020】

加振器６は、載置台３の底部、即ちベース板３ａの半導体基板群２の載置面とは反対側の面に付設された高周波発振器及び振動子からなる。具体的には、加振器６は、高周波発振器が接続された電極間に振動子となる圧電セラミックスを挿入した構成のものであり、圧電セラミックス（振動子）がベース板３ａに固設されている。

【0021】

加振器６の駆動に当たっては、まず高周波発振器から電極間に高周波のパルス電圧又は交流電圧が印加され、この印加電圧に対応して圧電セラミックスが振動子として伸び縮みを繰り返して振動し、その振動が載置台３を経由して半導体基板群２に伝達され、該半導体基板群２を加振するようになる。

【0022】

この圧電セラミックスは、高純度な酸化チタン、酸化バリウム等の粉体を高温で焼き固めた多結晶体セラミックスであり、その形状は、図３に示すように、直径１０〜７０ｍｍφの円形振動子（図３（ａ））、あるいはドーナッツ型振動子（図３（ｂ））を基本とする。なお、図３では高周波発振器を省略している。

【0023】

次に、本発明に係る半導体基板の分離移載方法として、上記構造の分離移載装置１を用いた場合の処理手順を図４を参照しながら説明する。なお、半導体基板２ｐはシリコンインゴットから切り出された直後のシリコンウエハである。

【0024】

まず、分離移載装置１において、複数枚の半導体基板２ｐをそれぞれの端部を三方囲い３ｂ１に当接させながら載置台３のベース板３ａ上に載置し、三方囲い３ｂ１の開口部を封鎖部３ｂ２により封鎖し、半導体基板群２として配置する。
次に、移動機構５により吸着具４を移動させて、該吸着具４を半導体基板群２の最上部の１枚の半導体基板２ｐに近接させ、吸着具４を該半導体基板２ｐに吸着させる（ここまで図４（ａ））。

【0025】

次いで、加振器６を駆動させ、半導体基板群２を該半導体基板群２の共振周波数又はその近傍の周波数で加振する。このとき、半導体基板群２を加振する周波数は、７５０〜９５０ｋＨｚであることが好ましい。半導体基板群２を加振する周波数がその範囲を外れると、半導体基板群２は共鳴せずに振動しないため半導体基板２ｐ同士の貼り付き度合いを緩和させることができず、半導体基板２ｐを１枚ずつ分離することが困難となる場合がある。
また、加振器６の出力は、６００〜９００Ｗであることが好ましい。加振器６の出力が６００Ｗ未満では、半導体基板２ｐ同士の貼り付きを解消するのに不十分である場合があり、９００Ｗ超では、チッピングのない正常な半導体基板２ｐまでをも破壊してしまうおそれがある。
上記加振により、半導体基板２ｐ間の貼り付きが解消され、移動機構５により吸着具４を垂直方向に移動させることにより、半導体基板群２から１枚単位で半導体基板２ｐを容易に分離することができる（ここまで図４（ｂ））。

【0026】

また、シリコンインゴットから切り出された直後のシリコンウエハ（半導体基板２ｐ）からなる半導体基板群２には、チッピング（欠け又は割れ）を有し製品として不適な半導体基板２ｐが混在しているが、上記のような加振時にチッピング（欠け又は割れ）を有し製品として不適な半導体基板２ｐは半導体基板群２の共振により、チッピング部分で破壊が進行し、チッピングのない半導体基板と容易に識別可能となる。そこで、上記のようにして半導体基板群２から分離した半導体基板２ｐを上記加振により破損した半導体基板２ｐと破損しない半導体基板２ｐとに区分し、破損しない半導体基板２ｐを後述するキャリアに移載するとよい。なお、半導体基板２ｐの破損有無の識別は、モニター観察によってもよいし、モニター画像の画像処理に基づく破損判定によってもよい。
このように、本発明によれば、半導体基板２ｐの分離移載と共に基板の破壊検査も兼ねることが可能である。

【0027】

次に、分離した１枚の半導体基板２ｐをキャリア８に移載する（図４（ｃ））。
ここで、キャリア８は、例えば半導体基板２ｐをウエット洗浄するために半導体基板２ｐを１枚ずつ収納する治具であって、ＰＦＡ（四フッ化エチレン・パーフルオロアルコキシエチレン共重合体）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）等の耐薬品性に優れたフッ素樹脂材料等からなり、底板と側板から構成される上部が開口した矩形箱型の容器であり、互いに対向する一方の両側板８ａ，８ａ内面には、それぞれ半導体基板２ｐの両端部を保持する基板保持溝（あるいは棚）が半導体基板２ｐの基板面に対して垂直方向、即ち半導体基板２ｐの並列配置方向に一定間隔で複数設けられている。

【0028】

半導体基板２ｐのキャリア８への移載に際しては、例えば図４（ｃ）に示すように上部が開口部となるように配置したキャリア８に対して、キャリア８における並列配置方向にその主面を向けて垂直に立てた状態の半導体基板２ｐをキャリア８の上方からキャリア８に向けて下降させ、その半導体基板２ｐの両端部をキャリア８の両側板８ａに設けた対向する基板保持溝に挿入するようにする。あるいは、キャリア８をその開口部が側方を向くように立てられて両側板８ａ，８ａに設けられた対向する１対の基板保持溝（棚）が垂直方向に互いに平行となるように配置し、半導体基板２ｐの主面を上に向けた状態で、キャリア８の側方からキャリア８に向けてスライド移動させ、その半導体基板２ｐの両端部をキャリア８の両側板８ａに設けた対向する基板保持溝に挿入するようにしてもよい。これにより、複数の半導体基板２ｐは基板保持溝により１枚ずつ支持され、並列配置された状態で収納される。以降、このように半導体基板２ｐが収納されたキャリア８を用いて、定法に従ってスライスダメージを除去するエッチング、テクスチャ形成、洗浄、リンス、水きり乾燥までのウエット処理を行う。

【0029】

以上のように、本発明によれば、半導体基板群２を該半導体基板群２の共振周波数又はその近傍の周波数で加振することにより、半導体基板群２が共振するので、半導体基板２ｐ同士の貼り付きの度合いが緩和され、半導体基板群２から１枚単位で半導体基板２ｐを容易に分離し、キャリア８に収納することができる。また本発明では、チッピングを有し製品として不適な半導体基板２ｐは上記加振時の共振によりチッピング部分で破壊が進行し、チッピングのない半導体基板２ｐと容易に識別可能となるため、半導体基板２ｐの分離移載と共に基板の破壊検査も兼ねることができる。即ち、本発明によると、強度として強い実用的な半導体基板２ｐを１枚ずつ移載することが可能である。

【0030】

また、本発明に係る半導体基板の分離移載方法及び半導体基板用分離移載装置は、例えば、シリコン太陽電池の製造ラインに適用することができる。具体的には、本発明は、太陽電池の製造ラインでの基板受け入れ工程で使用できる。太陽電池の製造ラインでは、シリコンインゴットからスライスされて得られたシリコンウエハがスタックされた状態で受け入れられており、通常、その製造ラインにおける最初の工程はテクスチャ形成である。ここで、テクスチャ形成工程は、シリコン基板表面に微細な凹凸を形成し、基板の反射率を低下させる工程であり、一般にその量産性の高さからウエットエッチングが用いられることが多いため、スタックされた状態のシリコンウエハをキャリアに移載して処理する必要がある。その際、本発明を適用すれば貼り付きなくシリコンウエハを確実に１枚ずつ移載でき、チッピングのない強度の強いシリコンウエハを次工程に送ることができる。

【0031】

なお、本発明は、上述した実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上述した実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより種々の発明を形成できる。例えば、上述した実施の形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除しても良い。

【0032】

例えば、上述した実施の形態では、半導体基板２ｐをキャリア８に収容する場合について説明したが、これに限らず、半導体基板２ｐを単に単枚に分離する場合に使用できる。
また、上述した実施の形態では、大気中で半導体基板群２を載置台３に載置した状態で半導体基板２ｐを分離する場合について説明したが、これに限らず、界面活性剤が添加された純水等の液体中で載置台３上に半導体基板群２を載置した状態で、上記のように加振して半導体基板２ｐを１枚ずつ分離するようにしてもよい。

【符号の説明】

【0033】

１ 半導体基板用分離移載装置（分離移載装置）
２ 半導体基板群
２ｐ 半導体基板
３ 載置台
３ａ ベース板
３ｂ 囲い
３ｂ１ 三方囲い
３ｂ２ 封鎖部
４ 吸着具
５ 移動機構
６ 加振器
８ キャリア
８ａ 側板

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】