JP4329536B2 - 半導体ウェハーの収納具 - Google Patents

Description

本発明は、半導体ウェハーの運搬、保管に使用する半導体ウェハーの収納具に関するものである。

半導体ウェハーを製造工程の各工程間あるいはそれぞれの工程内で搬送する場合には、通常専用の搬送用容器が使用される。この目的に使用する容器として一般に円筒状の容器本体と、その円筒部の外周を覆う円筒を備えた蓋体との組み合わせからなる格納容器が用いられていた。

格納容器内には、円盤状のウェハーを多数枚重ね合わせて収納されるが、このような格納容器によるときには、円筒状のため横置きすると、転がるため、縦置きせざるを得ず、縦置きしたときには、容器本体の下段に収納されたウェハーは上段に収納されたウェハーやウェハー間のクッション材などの介在物の重量を受けて破損する恐れがあることを指摘し、特許文献１においては、横置き、縦置き自在の半導体ウェハー格納容器を提案している。

特許文献１に記載された半導体ウェハー格納容器は、要するに容器本体の底部を円形状または正方形状とし、蓋体の筒部を正四角柱形状に構成したというものである。半導体ウェハー格納容器をこのように構成することによって、多数のウェハーが水平姿勢で積み重ねられる場合に発生するウェハーの破壊を未然に防止することができる。

また、特許文献２には、ウェハー格納容器の従来例として専用容器の内壁面に多数の溝を形成しており、ウェハーをこれらの溝に挟持する収納構造のものや専用容器内にポリエチレンフィルムを順次介在させた状態でウェハーを積み重ねる収納構造のものを先行例として引用し、多数の溝を形成した専用容器による収納構造では、運搬時における振動や不慮の落下による衝撃が直接該容器を通してウェハーに達し、ウェハーが物理的に破損することを指摘している。

また、特許文献２においては、ポリエチレンフィルムを介在させる収納構造では、運搬時における振動等により、ポリエチレンフィルムとウェハーとが相互に微動することが多く、この微動により静電気が発生し、ポリエチレンフィルムやウェハーに電荷が蓄積され、その放電により回路が破損するという問題を指摘し、半導体ウェハーが多数枚重ねられて収納された導電性材料からなる容器と、前記半導体ウェハー間に介在したスペーサーシートと、前記多数枚重ねられて収納された半導体ウェハーの上下端部に配置された端部クッション材とからなる半導体ウェハーの収納構造を提案している。

この構造によれば積層されたウェハーは、弾性部材に挟まれた状態で容器内に収納され、運搬時の落下、振動により容器に与えられる衝撃は、弾性部材によって吸収され、ウェハーに伝達されることが阻止され、その物理的な破損を防止することができ、また、各ウェハー間に介在させるスペーサーシートを導電性とした場合には、運搬時における振動でウェハーとスペーサーシートの間に摩擦が生じても、静電気は発生しない（または、静電気が発生したとしても容器内には止まらない）、したがって、ウェハーに形成された回路が静電気による損傷を受けることがないという効果が得られる。

しかしながら、半導体ウェハーは一般に割れやすいが、それでも比較的機械的強度の大きいウェハーを扱うときには、このような収納構造によって運搬時の落下、振動により容器に与えられる衝撃からウェハーの破損を防止できるとしても、たとえばガリウム砒素ウェハーのようにシリコンウェハーよりさらに脆弱で割れやすいウェハーでは、特許文献２のように上下のウェハー間にスペーサーシートを介在させただけで上下段に多層に積層して格納容器内に収納したときには、下段のウェハーが上段ウェハーの重量を受けて破損するのは避けられないものと思われる。
特許第２９４１１２５号公報 特開平９−１２９７１９号公報

解決しようとする問題点は、脆弱なウェハーを格納容器内に多数枚を収容するに際しては、上下のウェハー間にスペーサーシートを介在させて多数枚を重ね合わせることができない点である。

本発明は、環状の立ち上がり部分を周縁に環状の立ち上がり部分を有するトレー内にウェハーを収納し、それぞれにウェハーを収納したトレーを多段に積層して格納容器内に収納することを最も主要な特徴とする。

本発明の収納具は、トレーの凹部内に、環状の立ち上がり部分の高さの範囲内でスペーサーシートに挟んで半導体ウェハーを載置し、上段のトレーの立ち上がり部分を下段のトレーの環状の立ち上がり部分上に支えて各段のトレー内の半導体ウェハーに重量の負担をかけないので多段に積層しても各トレー内の半導体ウェハーが破損せず、また運搬時の振動や不慮の落下による衝撃に際しては、上下段のトレーの環状立ち上がり部分の重ね合わせ部分の緩衝作用によって衝撃、振動が吸収されて脆弱なウェハーであっても物理的な破損が防止される。

さらに、格納容器、スペーサーシート、クッションとともにトレーにも静電気対策として予め導電処理を施しておくことによって静電気による半導体ウェハーの破損を回避できる。

非常に脆弱で割れやすいウェハーであっても、多層に積層して格納容器内への収納を可能とし、運搬時に格納容器を誤って落下させても内部のウェハーを破損させない収納具を実現した。

図１（ａ）、（ｂ）に半導体ウェハーを格納容器１内に格納した状態を示す。格納容器１は、図１（ａ）に示すように容器本体１ａと、これを施蓋する蓋体１ｂとの組み合わせである。半導体ウェハーＷは、その上下面をスペーサーシート２ではさんでトレー３内に収容され、それぞれ半導体ウェハーＷを収容したトレー３，３、・・を２段以上積み重ね、その積層体を格納容器１内に格納するが、格納に際しては、容器本体１ａ内にクッションを介在させ、図１（ｂ）に示すように蓋体１ｂで施蓋することによりクッションを圧縮し、その圧縮力を各段のトレー３の積層体にのみ作用させて半導体ウェハーＷを重量や締め付け力による破損から保護する。

図１（ａ）において、容器本体１ａ内にクッションを介在させるに際しては、まず格納容器１の底に相対的に軟質のクッション（たとえばウレタンのクッション）４を敷設し、その上に半導体ウェハーＷを収容したトレー３の積層体を置き、トレー３の積層体の上面に相対的に軟質のクッション（ウレタンクッション）４を置いて容器本体１ａを蓋体１ｂで施蓋するが、この例では、トレー３の積層の最上段のトレー３ａ内にダミーのウェハーＷｄを収容し、軟質のクッション４上には、相対的に硬質のクッション（たとえばポリエチレンクッション）５を置いて施蓋している。

軟質のクッション４は、衝撃吸収のための緩衝材として作用させるとともに、容器本体１ａを蓋体１ｂで施蓋したときの圧力で各クッションを圧縮するとともに締め付け力を各段のトレー３に作用させて各段のトレー３の相互間を緊締させるために使用する。また、硬質のクッション５は、各段のトレー３の相互間の締め付け力を調整するためと、圧縮時の寸法誤差を吸収させるために使用するものである。ウェハーの格納容器１、クッション４，５、スペーサーシート２は、いずれも静電気対策として導電処理が施されている。

ウェハーの格納容器１は、図２に示すように有低円筒状の容器本体１ａと、この容器本体１に被せられる蓋体１ｂとの組合せである。容器本体１は、正方形の板状の基底部６の中央に円筒部７が突設されたもので、この円筒部７には、その先端の開口縁から基端に達するスリット８が所定の幅で形成されている。この実施例において、スリット８は、等間隔を置いて円筒部７の周面４箇所に形成している。基底部６の一辺の長さは後述する蓋体１ｂの角筒部の側辺の長さと同じである。スリット８は、蓋体１ｂを開いて半導体ウェハーを容器本体１ａ内から搬出するとき、あるいは逆に容器本体１ａ内に搬入するときにロボットアーム（図示略）を円筒部７内に差し込むための空間である。

一方、蓋体１ｂは、正四角柱状をなし、円筒部１０と、この円筒部１０に外接する角筒部９とにより構成されたものである。円筒部１０は、容器本体１ａの円筒部７を覆い、その下縁は容器本体１ａの基底部６の上面に着座させるものである、円筒部１０は、必ずしも必要ではないが、蓋体１ｂは容器本体１ａから着脱の際のガイドとして機能する。

図中、１１は、蓋体１ｂを容器本体１ａから着脱する際の操作用の把手である。なお、容器本体１ａおよび蓋体１ｂは、導電性フィラーを添加した導電性プラスチックス、あるいはポリマーアロイ処理した導電性プラスチックスを素材として一体成形されている。添加する導電性フィラーとしては、カーボンブラック、グラファイトカーボン、グラファイト、炭素繊維、金属粉末、金属繊維、金属酸化物の粉末、金属コートした無機質微粉末、有機質微粉末および繊維が使用できる。

図３にトレー３の構造を示す。トレー３は円形の合成樹脂シート（たとえばポリエチレンテレフタート、ポリアミド、ポリエチレン、ポリスチレン、ポリプロピレンなどのシート）の周縁部分の一定範囲をシートと同心上の環状に立ち上がらせてその立ち上がり部分をトレー３の支え１２とし、環状の支え１２内に半導体ウェハーＷの収納部１３を形成したものである。環状の支え１２は、断面が中空の台形をなし、内周壁面と、外周壁面との立ち上がり角度を末広がり状に拡径させている。

合成樹脂シートの真空成形加工によれば、真空成形型の型面（図示略）からの抜き勾配として傾斜面が立ち上がり部分に形成され、真空成形型の型面に接する支え１２の上面は型面の形状を倣って台形の角部がシャープに仕上げられるが、型面には接することのない支え１２の内面の角部は、自ずからなだらかな曲面となる。

トレー３の導電処理に際しては、トレーに加工する合成樹脂シートに導電性粒子を含む樹脂材料を用いればよいが、シートの両面をポリピロールやポリアニリンなどで被覆することによって導電処理を施したシートを用いるときには、シートの切断面は導電性がないため、トレーに加工後、シートの切断面が現れる外周縁に対して改めて導電処理を行う必要がある。

トレー３を上下段に積層したときには、図４に示すように上段トレー３ａの支え１２ａの内面が鞘となって下段のトレー３ｂの支え１２ｂの上面が一定の高さまで受け入れられ、各段のトレーの収納部１３ａ、１３ｂ上には一定高さのウェハー収納空間が形成される。

上下に積層された各段のトレー３ａ、３ｂ・・・の各収納部に形成される収納空間の高さにあわせてスペーサーシート２，２間に挟んだ半導体ウェハーＷの積層厚みを設定し、その収納空間内に半導体ウェハーＷを収納する。容器本体を蓋体で施蓋したときに、上下の軟質クッション４，４が圧縮され、その圧縮力Ｐは各段のトレー３に作用するが、図４の例では、その圧縮力Ｐは上段トレー３ａの支え１２ａと、上段トレー３ａの支え１２ａ内に嵌合した下段トレー３ｂの支え１２ｂとの間を緊締させるだけで上下のトレー３ａ、３ｂ間に形成される収納空間内に収容されている半導体ウェハーＷに対してはほとんど圧縮力Ｐは加えられることがない。

なお、半導体ウェハーＷの直径と、トレー３の支え１２の内径との差を０．５ｍｍ程度のわずかの隙間の範囲に抑えることが望ましい。半導体ウェハーＷの直径とトレー３の支え１２の内径との間の隙間が小さければ小さいほど、半導体ウェハーを格納した格納容器１を搬送するときに衝撃や振動を受けて横揺れが生じても半導体ウェハーＷは各トレー上の収納空間内で移動することがなく、したがって静電気が生ずることがない。

各段のトレー３，３、・・間は、上下段の支え１２の部分が互いに接触することによって導通し、トレー３とスペーサーシート２間、トレー３とクッション４間、さらにはクッション４、５と格納容器１間は互いに導通して各段のトレー３内の半導体ウェハーＷは帯電することがない。

本発明にいう半導体ウェハーには、シリコンウェハー上にハンダボールＨＢを載せたバンプウェハーＢＷも含まれる。バンプウェハーＢＷは、たとえば６インチウェハーに約１万個のハンダボールＨＢが搭載されたものである。図５において、バンプウェハーＢＷ用のトレー２３についてもトレー２３は円形の合成樹脂シートの周縁部分の一定範囲を環状に立ち上がらせてその立ち上がり部分をトレーの支え３２とし、支え３２内に半導体ウェハーの収納部３３を形成する点は先のトレーとまったく同じであるが、バンプウェハー用のトレー２３は、支え３２の内周縁に台座部３４を環状に有している。

この台座部３４は、支え３２の内周で一定の立ち上がり高さを有し、合成樹脂シートを真空成形するときに支え３２と一体に形成された部分である。台座３４上には、ハンダボールＨＢの形成面を下向きにしてバンプウェハーＢＷの周縁部分を保持させ、ハンダボールＨＢを台座３２に囲まれた空間内に収納させ、バンプウェハーＢＷは、支え３２に囲まれた収納空間内に収容し、適宜スペーサーシートを介してバンプウェハーＢＷを収納したトレー２３を上下段に積層し、前述の要領でウェハー格納容器内に収容する。この実施例では、バンプウェハーＢＷのバンプ形成面が下向きでしかも非接触でトレー内に保管されるため、バンプ面が傷つかず、埃が付着することもない。

図５の実施例においても、ウェハーの格納容器内で受ける圧縮力は、上下に積層されたトレー２３の支え３２にて受けられ、各段のトレー内に収容されたバンプウェハーＢＷには圧縮力が作用せず、また、トレーに導電処理を施すことによって静電気は、トレー間からウェハー格納容器に放電してバンプウェハーＢＷが静電気によって破壊されることはない。

破損しやすい半導体ウェハー、特に割れやすいガリウム砒素ウェハーであっても、それぞれトレー内に収容することによって、その多数枚を容器内に安全に収納ででき、搬送中の振動や衝撃による破損から有効に保護することができ、製品の歩留りを大幅に向上できる。

（ａ）は、トレー内に半導体ウェハーを収容して格納容器内に格納する要領を示す図、（ｂ）は格納容器を施蓋した状態を示す図である。 格納容器の構成を示す図である。 （ａ）は、トレー内に半導体ウェハーを収容する要領を示す図、（ｂ）は半導体ウェハーを収容したトレーの断面図である。 トレーの積層状態を示す図である。 バンプウェハーを収容するトレーの構成を示す図である。

符号の説明

１ 収納容器
２ スペーサーシート
３ トレー
４ 軟質クッション
５ 硬質クッション
６ 基底部
７ 円筒部
８ スリット
９ 各筒部
１０ 円筒部
１１ 把手
１２、３２ 支え
１３、３３ 収納部
２３ バンプトレー
３４ 台座
Ｗ 半導体ウェハー
ＢＷ バンプウェハー

Claims (5)

1. トレーと、格納容器とを有する半導体ウェハーの収納具であって、
   トレーは、半導体ウェハーを収容するものであり、円形の合成樹脂シートの周縁部分の一定範囲を環状に立ち上がらせて環状の支えとし、
   トレーに形成された環状の支えは、断面が中空の台形をなし、内周壁面と、外周壁面との立ち上がり角度を末広がり状に拡径させたものであり、半導体ウェハーは上下面をスペーサーシートではさんでトレー内に収容され、
   半導体ウェハーを収容して２段以上積み重ねられた各段のトレーは、上段トレーの支え内に下段トレーの支えが嵌合し、半導体ウェハーは、圧縮力が加えられることなく上下のトレー間に形成される収納空間内に収容されるものであり、
   格納容器は、半導体ウェハーを収容したトレーを２段以上積み重ね、クッションを介してその積層体を格納するものであり、
   クッションは、施蓋された格納容器内で圧縮され、その圧縮力を各段のトレーの積層体にのみに作用させて半導体ウェハーを破損から保護するものであることを特徴とする半導体ウェハーの収納具。
2. クッションは相対的に軟質のクッションと、硬質のクッションとの組み合わせであり、
   軟質のクッションは、衝撃吸収のための緩衝材として作用させるとともに、格納容器を施蓋したときの圧力で圧縮され、圧縮による締め付け力を各段のトレーにのみ作用させて各段のトレーを相互に緊締させるものであり、
   硬質のクッションは、各段のトレーに対する締め付け力を調整するとともに圧縮時の寸法誤差を吸収させるものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハーの収納具。
3. トレーは、合成樹脂シートの真空成形により加工されたものであり、真空成形型の型面からの抜き勾配として傾斜面が立ち上がり部分に形成され、真空成形型の型面に接する支えの上面は型面を倣って台形の角部がシャープに仕上げられ、型面に接することのない支えの内面の角部はなだらかな曲面となっているものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハーの収納具。
4. トレーは、バンプウェハーの収納用であり、支えの内周縁に台座部を環状に有し、
   台座部は、支えの内周で一定の立ち上がり高さを有し、台座上には、ハンダボールの形成面を下向きにしてバンプウェハーの周縁部分を保持させ、ハンダボールを台座に囲まれた空間内に収容させ、バンプウェハーは、支えに囲まれた収納空間内に収容するものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハーの収納具。
5. 格納容器、トレー、クッション、スペーサーシートは、いずれも静電気対策として導電処理が施されているものであることを特徴とする請求項１に記載の半導体ウェハーの収納具。
   

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