(57)【要約】本発明は概して半導体処理産業で利用される取扱装置、運搬装置、キャリヤ、トレイ、同様の装置の成形プロセスに、ＰＥＥＫなどの薄い保護用閉じ込め熱可塑性ポリマーフィルムを用いるためのシステムと方法に関する。成形材料の所望する対象面との位置合わせのため、所定の寸法と形状の熱可塑性プラスチックフィルムが金型キャビティの成形面に選択的に載置される。成形プロセスにより、成形材料の接触面にフィルムの表面が結合されて、成形材料にフィルムが永久的に接着される。その結果、耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性、放出ガス閉じ込め、剛性強化、硬度、塑性変形の減少、流体吸収閉じ込め、その他の性能特性が必要とされる対象面のみに、適合性のあるポリマーフィルムが選択的に結合される。
2005521236.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
半導体ウェハー取扱装置であって、
当該ウェハー取扱装置の一部を構成する少なくとも一つのほぼ剛性の熱可塑性プラスチック部品構造と、
前記半導体ウェハー取扱装置に閉じ込め特性を導入するため、インサート成形プロセスを用いて前記少なくとも一つの熱可塑性プラスチック部品構造の一部に結合された少なくとも一枚の保護用熱可塑性プラスチックフィルムと、
を有する装置。
【請求項２】
前記少なくとも１枚の保護熱可塑性プラスチックフィルムが、耐摩耗性と耐薬品性と耐熱性と紫外線保護と流体吸収バリヤ特性と放出ガスバリヤ特性とからなるグループから選択された閉じ込め特性を備えるフィルムを含む請求項１の装置。
【請求項３】
前記少なくとも１枚の保護用熱可塑性プラスチックフィルムが少なくとも２枚のフィルム層を持つフィルム積層体であり、前記少なくとも２枚のフィルム層のうち少なくとも１つが保護用フィルムである請求項２の装置。
【請求項４】
前記少なくとも２枚のフィルム層の各々が異なる閉じ込め特性を持つ請求項３の装置。
【請求項５】
前記少なくとも２枚のフィルム層のうち少なくとも１枚が前記保護用フィルムと前記少なくとも一つの熱可塑性プラスチック部品構造との間の結合強度を向上させるための中間結合層である請求項３の装置。
【請求項６】
前記少なくとも一つの熱可塑性プラスチック部品構造が半導体ウェハーを収容するための複数の離間した支持シェルフを有する支持構造である請求項１の装置。
【請求項７】
前記少なくとも一つの熱可塑性プラスチック部品構造が半導体処理装置との機械的連結のための運動力学的結合装置である請求項１の装置。
【請求項８】
前記少なくとも一つの熱可塑性プラスチック部品構造がロボット装置との選択的係合連結のための取扱フランジである請求項１の装置。
【請求項９】
前記少なくとも一つの熱可塑性プラスチック部品構造が当該ウェハー取扱装置の本体シェル部分である請求項１の装置。
【請求項１０】
前記少なくとも１枚の保護用熱可塑性プラスチックフィルムがほぼ半透明である請求項１の装置。
【請求項１１】
前記少なくとも１枚の保護用フィルムがポリエステルとポリイミドとポリエーテルイミドとポリエーテルエーテルケトンとパーフロロアルコキシ樹脂とフッ化エチレンプロピレンコポリマーとフッ化ポリビニリデンとポリメチルメタクリレートとポリエーテルスルホンとポリスチレンとポリフェニレンスルフィドとからなるグループから選択された材料でほぼ構成される請求項１の装置。
【請求項１２】
前記少なくとも１枚の保護用フィルムがほぼポリエーテルエーテルケトンで構成される、請求項１の装置。
【請求項１３】
半導体部品の取扱装置であって、
ほぼ剛性の第１熱可塑性プラスチック部分と、
フィルムインサート成形プロセスにより前記第１熱可塑性プラスチック部品の少なくとも一部分に結合された少なくとも１枚の熱可塑性プラスチック閉じ込めフィルムとを有し、
前記熱可塑性プラスチック閉じ込めフィルムが、半導体部品の処理の際に敏感な半導体部品を保護する装置。
【請求項１４】
前記第１熱可塑性プラスチック部分が半導体ウェハー取扱装置の一部分であり、該ウェハー取扱装置が本体シェルと半導体ウェハーを受け入れるためのウェハー支持構造とを含む請求項１３の装置。
【請求項１５】
有害な粒子の空気への飛散を最小にするため、前記少なくとも一つの熱可塑性プラスチック閉じ込めフィルムが前記ウェハー支持構造の少なくとも一部分に結合される請求項１４の装置。
【請求項１６】
前記第１熱可塑性プラスチック部分が半導体チップ取扱トレイの一部分であり、該トレイが、半導体チップを収容するための複数の溝と複数の周辺側壁部とを含む請求項１３の装置。
【請求項１７】
前記周辺側壁部の少なくとも一つは別の半導体チップ取扱装置との互いに適合した積重ね係合のためのものである請求項１６の装置。
【請求項１８】
有害な粒子の空気への飛散を最小にするため、前記少なくとも一つの閉じ込めフィルムが複数の前記溝と前記周辺側壁部との少なくとも一つとに結合される、請求項１７の装置。
【請求項１９】
前記少なくとも一つの閉じ込めフィルムが複数のフィルム層を有するフィルム積層体であり、これらのフィルム層の少なくとも一つが閉じ込めフィルムである請求項１３の装置。
【請求項２０】
前記フィルム積層体の前記フィルム層の各々が別個の保護特性を備える請求項１９の装置。
【請求項２１】
前記フィルム積層体の前記フィルム層の各々が、耐摩耗性と耐薬品性と耐熱性と紫外線保護と流体吸収バリヤ特性と放出ガスバリヤ特性とからなるグループから各々が選択された別個の保護特性を有する請求項２０の装置。
【請求項２２】
前記少なくとも一つの閉じ込めフィルムが、耐摩耗性と耐薬品性と耐熱性と紫外線保護と流体吸収バリヤ特性と放出ガスバリヤ特性とからなるグループから各々が選択された保護特性を有する請求項１３の装置。
【請求項２３】
前記少なくとも一つの閉じ込めフィルムが、ポリエステルとポリイミドとポリエーテルイミドとポリエーテルエーテルケトンとパーフロロアルコキシ樹脂とフッ化エチレンプロピレンコポリマーとフッ化ポリビニリデンとポリメチルポリメタクリレートとポリエーテルスルホンとポリスチレンとポリフェニレンスルフィドとからなるグループから選択された材料でほぼ構成される請求項１３の装置。
【請求項２４】
前記少なくとも一つの閉じ込めフィルムがほぼポリエーテルエーテルケトンで構成される請求項１３の装置。
【請求項２５】
少なくとも一つの閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムを熱可塑性プラスチック材料の少なくとも一部分へ溶融結合することによって半導体取扱装置部品をフィルムインサート成形する方法において、
少なくとも一つの閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムを形成する段階と、
少なくとも一つの成形面を含む金型キャビティを持つ成形ユニットにアクセスする段階と、
前記少なくとも一つの形成された閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムを、前記少なくとも一つの成形面の少なくとも一部分に沿って前記成形ユニットの前記金型キャビティ内に配置する段階と、
前記少なくとも一つの成形面の形状と一致するように、ほぼ溶融状態の熱可塑性プラスチック材料を前記成形ユニットの前記キャビティへ射出する段階と、
前記熱可塑性プラスチック材料がほぼ凝固して前記少なくとも一つの閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムと溶融結合する冷却時間を置くことで、前記半導体取扱装置部品に保護閉じ込め面を形成する段階と、
前記半導体取扱装置部品を前記成形ユニットから取り出す段階と、
を有する方法。
【請求項２６】
前記半導体取扱装置部品の成形により半導体ウェハー取扱装置の構成部分が形成される、請求項２５の方法。
【請求項２７】
前記半導体取扱装置部品の成形により、前記半導体ウェハー取扱装置の支持構造が形成され、該支持構造が複数の離間した支持シェルフを持ち、前記少なくとも一つの閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムが該離間した支持シェルフの一部分に結合される請求項２６の方法。
【請求項２８】
前記半導体取扱装置部品の成形により、複数のチップ収容溝を持つ半導体チップ取扱トレイの構成部分が形成され、前記少なくとも一つの閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムが、使用中の空気への粒子の放出を最小にするために前記複数のチップ収容溝に結合される請求項２５の方法。
【請求項２９】
前記半導体取扱い装置部品の成形により、複数のチップ収容溝と周辺側壁とを持つ半導体チップ取扱トレイの構成部分が形成され、前記少なくとも一つの閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムが、使用中の空気への粒子の放出を最小にするために前記周辺側壁の少なくとも一部分に結合される請求項２５の方法。
【請求項３０】
前記少なくとも一つの閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムの形成が、多層フィルム積層体の熱成形を含み、該フィルム層の少なくとも１枚が閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムである請求項２５の方法。
【請求項３１】
前記多層フィルム積層体が少なくとも２枚のフィルム層を含み、該少なくとも２枚のフィルム層の第１層が、該少なくとも２枚のフィルム層の第２層とは異なる閉じ込め特性を持つ請求項３０の方法。
【請求項３２】
前記少なくとも一つの閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムの形成が、ほぼ半透明な少なくとも１枚の閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムの形成を含む請求項２５の方法。
【請求項３３】
前記少なくとも１枚の閉じ込めフィルムが、耐摩耗性と耐薬品性と耐熱性と紫外線保護と流体吸収バリヤ特性と放出ガスバリヤ特性とからなるグループから選択された保護特性を持つ請求項２５の方法。
【請求項３４】
前記少なくとも１枚の閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムの形成が、ポリエステルとポリイミドとポリエーテルイミドとポリエーテルエーテルケトンとパーフロロアルコキシ樹脂とフッ化エチレンプロピレンコポリマーとフッ化ポリビニリデンとポリメチルメタクリレートとポリエーテルスルホンとポリスチレンとポリフェニレンスルフィドとからなるグループから選択された材料でほぼ構成される少なくとも１枚の閉じ込めフィルムの形成を含む請求項２５の方法。
【請求項３５】
前記少なくとも１枚の閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムの形成が、ポリエーテルエーテルケトン材料でほぼ構成される少なくとも１枚の閉じ込めフィルムの形成を含む請求項２５の方法。
【請求項３６】
半導体チップ取扱トレイであって、
半導体部品を収容できる複数の溝部分と、
他の半導体チップ取扱トレイとの積重ね性を向上させるための外周壁部分と、
インサート成形プロセスによって前記複数の溝部分に接着結合されて使用中の表面保護を行う少なくとも１枚の閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムと、
を有するチップ取扱トレイ。
【請求項３７】
前記少なくとも１枚の閉じ込め熱可塑性プラスチックフィルムが、さらに使用中の空気への粒子の放出を最小にするためにチップ取扱トレイの前記外周壁部分の少なくとも一部分に成形される請求項３６のチップ取扱トレイ。
【請求項３８】
前記少なくとも１枚の閉じ込めフィルムが、耐摩耗性と耐薬品性と耐熱性と紫外線保護と流体吸収バリヤ特性と放出ガスバリヤ特性とからなるグループから選択された保護特性を持つ請求項３６のチップ取扱トレイ。
【請求項３９】
前記少なくとも１枚の閉じ込めフィルムがほぼ半透明である請求項３６のチップ取扱トレイ。
【請求項４０】
前記少なくとも１枚の閉じ込めフィルムが、ポリエステルとポリイミドとポリエーテルイミドとポリエーテルエーテルケトンとパーフロロアルコキシ樹脂とフッ化エチレンプロピレンコポリマーとフッ化ポリビニリデンとポリメチルメタクリレートとポリエーテルスルホンとポリスチレンとポリフェニレンスルフィドとからなるグループから選択された材料でほぼ構成される請求項３６のチップ取扱いトレイ。
【請求項４１】
前記少なくとも１枚の閉じ込めフィルムがポリエーテルエーテルケトンでほぼ構成される請求項３６のチップ取扱いトレイ。
【請求項４２】
少なくとも１枚の閉じ込めフィルムを備える半導体部品取扱装置の少なくとも一部分を成形するためのフィルムインサート成形システムであって、
前記半導体取扱い装置の少なくとも一部分を成形するためのある量のほぼ溶融状態の熱可塑性プラスチック材料と、
成形キャビティと少なくとも一つの成形面とを有し、該成形キャビティと該少なくとも一つの成形面とが、前記ある量のほぼ溶融状態の熱可塑性プラスチック材料を受容する成形ユニットと、
成形プロセス中において、前記ある量のほぼ溶融状態の熱可塑性プラスチック材料を永久的に結合するために、前記少なくとも一つの成形面の少なくとも一部分に沿って前記成形キャビティ内に挿入可能な、少なくとも１枚の閉じ込めフィルムと、
を有するシステム。
【請求項４３】
前記少なくとも１枚の閉じ込めフィルムが、耐摩耗性と耐薬品性と耐熱性と紫外線保護と流体吸収バリヤ特性と放出ガスバリヤ特性とからなるグループから選択された保護特性を持つ請求項４２のシステム。
【請求項４４】
前記少なくとも１枚の閉じ込めフィルムがほぼ半透明である請求項４２のシステム。
【請求項４５】
前記少なくとも１枚の閉じ込めフィルムが、ポリエステルとポリイミドとポリエーテルイミドとポリエーテルエーテルケトンとパーフロロアルコキシ樹脂とフッ化エチレンプロピレンコポリマーとフッ化ポリビニリデンとポリメチルメタクリレートとポリエーテルスルホンとポリスチレンとポリフェニレンスルフィドとからなるグループから選択された材料でほぼ構成される請求項４２のシステム。
【請求項４６】
前記少なくとも１枚の閉じ込めフィルムがポリエーテルエーテルケトンでほぼ構成される請求項４２のシステム。
【請求項４７】
半導体部品取扱装置であって、
第１熱可塑性プラスチック部分と、
フィルムインサート成形プロセスにより、前記第１熱可塑性プラスチック部品の少なくとも一部分に結合された少なくとも一つの熱可塑性プラスチック寸法安定フィルムと、
を有する装置。
【請求項４８】
前記少なくとも１枚の熱可塑性プラスチック寸法安定フィルムが前記第１熱可塑性プラスチック部分の少なくとも一部分のクリープを減少させる請求項４７の装置。
【請求項４９】
前記少なくとも１枚の熱可塑性プラスチック寸法安定フィルムが、前記第１熱可塑性プラスチック部分の少なくとも一部分の剛性を向上させる請求項４７の装置。
【請求項５０】
前記少なくとも１枚の熱可塑性プラスチック寸法安定フィルムが、前記第１熱可塑性プラスチック部分の少なくとも一部分の硬度を向上させる請求項４７の装置。
【請求項５１】
前記少なくとも１枚の寸法安定フィルムが、ポリエステルとポリイミドとポリエーテルイミドとポリエーテルエーテルケトンとパーフロロアルコキシ樹脂とフッ化エチレンプロピレンコポリマーとフッ化ポリビニリデンとポリメチルメタクリレートとポリエーテルスルホンとポリスチレンとポリフェニレンスルフィドとからなるグループから選択された材料でほぼ構成される請求項４７の装置。
【請求項５２】
前記少なくとも１枚の寸法安定フィルムがポリエーテルエーテルケトンでほぼ構成される請求項４７の装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願の相互参照）
本発明は、ＰＥＲＦＯＲＭＡＮＣＥ ＰＯＬＹＭＥＲ ＦＩＬＭ ＩＮＳＥＲＴ ＭＯＬＤＩＮＧ ＦＯＲ ＷＡＦＥＲ ＣＡＲＲＩＥＲＳ（ウェハーキャリヤのための性能ポリマーフィルムインサート成形）という名称の、２００１年１１月２７日出願の仮出願第６０／３３３，６８９号の優先権を主張しており、同出願を参照によって導入する。
【０００２】
本発明は、概ねフィルムインサート成形に関し、さらに詳しくは、半導体部品取扱装置またはキャリヤの成形の際の薄い保護用閉じ込め(containment)ポリマーフィルムのインサート成形に関する。
【背景技術】
【０００３】
従来のフィルムインサート成形技術は概ね、様々な民生用製品における美的魅力を高めるための製造プロセスに利用されている。つまり、インサート成形プロセスで使用するための薄い透明ポリマーフィルムの一表面に、装飾的ステッカー、使用説明、ロゴ、他の視覚的グラフィックスが印刷されるのである。その後の開発によって、製品へのバーコードなどの永久的に固定された機能的特徴にまで、フィルムの用途が拡大した。いずれの状況においても、成形材料の射出前にフィルムが型の一部分に載置される。これにより、安価な装飾またはしるしが成形部分に選択的に載置されるように、フィルムと成形部分との間に結合が生じ、同時に、複雑な輪郭や到達が困難な箇所でのしるしの使用を簡単にする。同様に、このようなフィルムインサート成形または装飾的成形は、型自体の実際の表面にしるしをエッチングまたは成形する必要を無くすことによって製造プロセスを単純にする。こうして、設計と製造の柔軟性、そして最終製品に含めることのできる精細さのレベルが高くなる。
【０００４】
半導体産業では、製品の設計・製造プロセスの開発と実施に、従来には見られなかった独自の清潔さと汚染防止の要件を取り入れた。最も重要なのは、部品とアセンブリの製造、保管、輸送では材料選択が不可欠だということである。ウェハーキャリヤとチップトレーの製作に組み込まれた部品と構造を製造する際には、例えば、ポリエチレン(ＰＥ)、ポリカーボネート（ＰＣ）、パーフロロアルコキシ（ＰＦＡ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、その他といった多様なポリマー材料が一般的に使用される。
【０００５】
ウェハーキャリヤ
集積回路チップへのウェハーディスクの処理には、ディスクの処理、保管、輸送が繰り返される幾つかの段階を伴うことが多い。ディスクのデリケートな性質とその極値のため、この手順を通じて適切に保護されることが極めて重要である。ウェハーキャリヤの目的の一つは、この保護を行うことである。さらに、ウェハーディスクの取扱いは概ね自動化されているので、ロボットによるウェハーの取出しと挿入では取扱い装置に対してディスクを正確に配置する必要がある。ウェハーキャリヤの第二の目的は、輸送中にウェハーディスクをしっかりと保持することである。
【０００６】
キャリヤは一般的に、ウェハーまたはディスクをシェルフまたはスロットに軸方向に配列して、ウェハーまたはディスクをその周縁によってまたはその付近で支持するように構成されている。ウェハーまたはディスクは従来、径方向上向きまたは横向きにキャリヤから取外し可能である。キャリヤは、ウェハーまたはディスクを囲繞するため、補足的な上部カバーと底部カバーと囲いとを持つ。キャリヤのタイプと該当キャリヤの特定部分とに応じて、ウェハーキャリヤに有益かつ好都合な材料特性がいくつかある。
【０００７】
半導体ウェハーまたは磁気ディスクの処理中に、粒子の存在または発生は非常に重要な汚染問題を発生させる。半導体産業において汚染は、それのみで歩留りロスの大きな原因となるものであるとされている。集積回路のサイズが小型化の一途を辿っているので、集積回路を汚染する可能性のある粒子の寸法も小さくなっており、汚染物質の極小化がなおさら深刻である。粒子の形の汚染物質は、キャリヤがウェハーまたはディスクと、キャリヤカバーまたは覆いと、保管ラックと、他のキャリヤと、処理装置とこすれたりすれたりするなど、摩擦により発生する。そのため、最も望ましいキャリヤの特性は、プラスチック成形材料の摩擦、こすれ、すれの際に起きる粒子の発生に対する耐性である。米国特許第５，７８０，１２７号には、このような材料のウェハーキャリヤとしての適合性に関連するプラスチックの様々な特性が記されており、ここで参考にする。
【０００８】
キャリヤ材料はまた、やはりウェハーとディスクとを損傷させ得る汚染物質を構成する揮発性成分がフィルムを通過する際にこの成分の放出ガスを最小にすべきである。キャリヤ材料は、キャリヤが装填された際に適切な寸法的安定性つまり剛性を備えなければならない。寸法安定性は、ウェハーまたはディスクに対する損傷を防止するためと、キャリヤ内でのウェハーまたはディスクの移動を最小にするために必要である。ウェハーとディスクを保持するスロットの公差は一般的に極めて小さく、ウェハーまたはディスクがキャリヤへ、またはキャリヤから、またはキャリヤ内で移動する時に、キャリヤのいかなる変形も、非常にもろいウェハーに直接的な損傷を与えるか、摩擦ひいては粒子の発生を高める。寸法安定性はまた、キャリヤが輸送中に積み重ねられる時あるいはキャリヤが処理装置と一体化する時など、キャリヤがある方向に装填される時に極めて重要である。キャリヤ材料はまた、保管または洗浄中に生じる高温下において一体性を維持すべきである。
【０００９】
閉じた容器内のウェハーが見えることが非常に望ましく、エンドユーザにはこれが必要である。ポリカーボネートなど、このような容器に適した透明なプラスチックはこのようなプラスチックが低コストであるという点で望ましいが、耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性、放出ガス閉じ込め、剛性、塑性変形の減少、流体吸収閉じ込め、ＵＶ保護などの充分な機能特性をこのようなプラスチックは備えていない。
【００１０】
他の重要な検討事項には、キャリヤ材料のコストと材料の成形し易さとが含まれる。キャリヤは一般的に、ＰＣ、アクリロニトリルブタジエンスチレン（ＡＢＳ）、ポリプロピレン（ＰＰ）、ＰＥ、ＰＦＡ、ＰＥＥＫ、および同様の材料などの射出成形プラスチックで形成される。
【００１１】
特殊ポリマーの主要な利点の一つは、その耐摩耗性である。典型的な安価の従来プラスチックは、磨り減る時に、または他の材料や物体とこすれる時でさえ、細かい粒子を空気に放出する。これらの粒子は一般的に肉眼には見えないが、処理中の半導体部品に付着する、ダメージを与える可能性のある汚染物質を、制御の必要のある環境へと導入するという結果を生む。しかし、特殊な熱可塑性ポリマーは、従来のポリマーよりも著しく高価である。事実、多様な特殊熱可塑性ポリマーそのものが大きく異なる。つまりＰＥＥＫはＰＣよりもはるかに高価である。
【００１２】
従来の慣行には、挙げられた性能特性のいずれか一つを得るための材料で、ウェハーキャリヤ／取扱装置全体を製作することが含まれる。しかし上述したように、ＰＥＥＫなどの材料の製造と使用は著しく高価で、大型取扱装置部品の製作にこの材料を利用することは望ましくなく、また実行不可能でさえあることがよくある。さらにＰＥＥＫは、このような半導体取扱装置の製造に必要な方法での取扱いと成形が困難である。現在、ウェハーキャリヤの製造者は、特定の熱可塑性物質の機能的性能特性という利点と、この材料から製品全体、またはその実質的部分を製造するコストとの間で、決定を余儀なくされている。機能的熱可塑性材料は、デリケートな半導体部品または処理装置と接触するキャリヤの特定部分または部品表面での特定の用途のみに必要とされるが、取扱装置の全体または一部は一般的に機能的ポリマーで製作される。上述のように、コストと製造完全性の両方の点でこれは非効率的である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
その結果、不必要な製造プロセスをかなり減少させ、機能的熱可塑性材料の的確かつ局所的な使用を可能にして、対象となる取扱装置表面での性能特性を向上させる製造技術が、半導体産業において求められている。このような新技術によって、望ましいが大抵は高価な熱可塑性ポリマーを選択的に使用できることで、製造と設計のコストを大きく削減するであろう。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明は概ね、半導体処理産業で利用される取扱装置、運搬装置、キャリヤ、トレイ、及び同様の装置のための成形プロセスに薄い保護用閉じ込め(containment)熱可塑性ポリマーフィルムを用いるためのシステムと方法に関連する。所定の寸法と形状の熱可塑性プラスチックフィルムが、成形材料の所望の対象面との位置合わせのために、金型キャビティ内の成形面に選択的に載置される。成形プロセスによって、フィルムの表面が成形材料の接触面と結合し、フィルムが成形材料に永久的に接着される。その結果、耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性、放出ガス閉じ込め(outgassing containment)、剛性向上、硬度、クリープの減少、流体吸収閉じ込め(fluid absorption containment)、その他の性能特性が必要とされる対象面のみに、適合ポリマーフィルムが選択的に結合される。例えば、半導体ウェハーキャリヤ支持構造には、収容固定可能なウェハーのための耐摩耗性接触面を設けるため、少なくとも一部分にこのようなポリマーフィルムを含めることができる。さらに、保護用閉じ込めフィルムには、半導体部品処理装置への結合のためのフィルム積層体を含めるためと、様々な機能的性能特性を持つポリマー層を追加するために、追加フィルム層を含めることができる。
【００１５】
本発明の特定の実施例の目的と特徴は、望ましいポリマーを選択的に利用するコスト効率の高い方法と、ポリマーの対応する機能的特性とを提供することであり、必要以上にポリマーを使用する必要はない。
【００１６】
本発明の特定の実施例の別の目的と特徴は、敏感な部分、部品、処理装置と接触するウェハーキャリヤ、チップトレイ、他の半導体部品取扱装置または運搬装置の一部分に機能的熱可塑性プラスチックフィルムが選択的に結合されることである。
【００１７】
本発明の特定の実施例のさらなる目的と特徴は、半導体処理産業で使用される部品に好適な耐摩耗性ポリマーフィルムが選択的に使用されることである。
【００１８】
本発明の特定の実施例のまた別の目的と特徴は、透明または半透明のポリマーフィルム表面領域を備えつつ選択された表面の機能的性能を向上させる半導体部品処理装置を形成することである。このような取扱装置は、装置の選択された対象構造に充分に薄い材料の層を利用し、中間層の有無に関わらず、ＰＣなどの材料で製作された実質的に透明または半透明の装置本体にこの構造を積層成形することにより形成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
図１から９において、本発明は、成形ユニット２０を用いて、半導体部品処理装置１２の選択された対象面に少なくとも１枚の保護または閉じ込め(containment)用熱可塑性プラスチックフィルム１０をインサート成形することを含む。
【００２０】
保護／閉じ込めフィルム
少なくとも１枚の保護または閉じ込めフィルム１０は、機能的性能特性を持つ熱可塑性ポリマーである。機能的性能特性には、半導体処理の分野において考慮されるべきことが知られている耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性、放出ガス封じ込め、流体吸収閉じ込め、紫外線保護、その他が含まれる。付加的な機能的性能特性には、剛性、クリープの減少、硬度、他の無数の寸法安定特性が含まれる。フィルム１０は、限定された厚さによって少なくとも部分的に規定される。例えば、およそ０．４０インチ（１０００分の４０）以下の単一のフィルム層厚さが考えられる。単一のフィルム層はおよそ．０３０（１０００分の３０）以下であることが望ましい。言うまでもなく、多層の積層体を実行することによってこの好適な厚さの基準は変わる。このような機能的性能特性を達成するためのいかなる適合材料も、フィルム１０に利用される。例えば、ポリエステル、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ＰＥＥＫ、パーフロロアルコキシ樹脂（ＰＦＡ）、フッ化エチレンプロピレンコポリマー（ＦＥＰ）、フッ化ポリビニリデン（ＰＶＤＦ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスチレン（ＰＳ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、その他無数の適合ポリマーが利用可能である。半導体部品取扱装置１２の製造に性能強化フィルム１０を使用するには、結合用途の特定の要求に応じて、フィルム１０は一般的に所定の形状と寸法に切断される。切断後、フィルム１０は熱成形が可能である。フィルム１０は、成形性をより促進させるとともに、材料の透明または半透明の特性を利用するためには、一般には薄いシート状である。本出願人の名義の、“ＳＥＭＩＣＯＮＤＵＣＴＯＲ  ＣＯＭＰＯＮＥＮＴ  ＨＡＮＤＬＩＮＧ  ＤＥＶＩＣＥ  ＨＡＶＩＮＧ  ＡＮ  ＥＬＥＣＴＲＯＳＴＡＴＩＣ  ＤＩＳＳＩＰＡＴＩＮＧ  ＦＩＬＭ”（静電気放出フィルムを備える半導体部品取扱い装置）という名称の共に係属中の米国出願第＿＿＿＿＿＿＿号の全体を、参照によって導入する。
【００２１】
単一のフィルム１０のインサート成形に加えて、半導体部品取扱い装置１２への成形結合のための複合フィルム構造を成すように、複数のフィルム１０を積層することが可能である。例えば、様々なフィルム層が上に挙げた様々な性能または閉じ込め特性を備えるか、これらの組み合わせを与えることができる。本発明には、フィルム積層業者に周知の無数のフィルム積層技術の使用が考えられる。例えば、米国特許第３，６６０，２００号、第４，６０５，５９１号、第５，１９４，３２７号、第５，３４４，７０３号、第５，８１１，１９７号には熱可塑性プラスチック積層技術が開示されており、これらの特許をここに参照によって導入する。
【００２２】
性能フィルムインサート成形
図１から７を主として参照すると、成形ユニット２０は概ね、金型キャビティ２２とカバー部分２４と少なくとも一つの射出通路部分２８とを含む。この少なくとも一つの射出通路２８は、金型キャビティ２２と流体連通状態にある。金型キャビティ２２は、成形プロセス中に射出成形材料３０および／またはフィルム１０を成形するように設計された単数または複数の成形面２６を含む。カバー部分２４は、金型キャビティ２２と選択的に嵌合する、つまりこれを被覆する。成形ユニット２０の様々な実施例には、フィルム１０などの物体を金型キャビティ２２に固定する際に真空吸引を行うため、型キャビティ２２および／または成形面２６と連通する少なくとも一つの真空通路２９が含まれる。静的固定および強制係合によりキャビティ２２および成形面２６にフィルム１０を固定適合させるための他の周知の技術の本発明での使用が考えられる。様々な図において、例示のみを目的としてフィルム１０が対応する取扱装置と比較して不釣合いに大きく図示されていることが理解されるであろうが、これは本発明のための実際の大きさを表すものではない。
【００２３】
一実施例において、カバー部分２４は、フィルム１０の挿入と、完成された取扱装置部すなわち部分３２の取出しを容易にするため、金型キャビティ２２に着脱自在に固定される。成形部分３２は一般的に、完成した取扱い装置１２の一部である。例えば、ウェハーキャリヤの側壁インサートおよびシェルフが別々に成形され、キャリヤの本体とは異なるプラスチックで成形されることが多いのが一般的である。様々な射出およびインサート成形技術が当業者に周知であり、本発明の精神または範囲を逸脱することなく実行可能である。
【００２４】
成形材料３０は、半導体処理産業で使用されるいかなる取扱装置の部品の成形にも共通して使用される実質的に非導電性の熱可塑性材料であることが望ましい。また、材料３０は、ＰＦＡ、ＰＥ、ＰＣ、及び同様な周知の材料である。さらに詳しくは、成形材料３０はウェハーキャリヤ、チップトレイ、またその部品および部分の製作に従来使用されている材料でよい。
【００２５】
作業時に、性能フィルム１０は一般的に所定の形状に切断されて、必要な形に熱成形される。熱成形されたフィルム１０は、金型キャビティ２２の少なくとも一つの成形面２６の少なくとも一部分と面接触するように成形ユニット２０に載置される。上記のように、キャビティ２２または成形面２６へのフィルム１０の正しい配置を容易にするため、真空、静電気、強制固定など様々な技術が実施可能である。次に、材料３０の射出準備のためカバー部分２４が閉じられる。プロセスのこの段階で、成形材料３０が、少なくとも一つの射出通路２８を通ってほぼ溶融状態でキャビティへ射出される。所要の冷却時間を置いた後、成形ユニット２０内の成形材料３０が冷却されてほぼ硬化した成形部分３２となる。冷却プロセスと組み合わされた溶融射出により、少なくとも１枚のフィルム１０と成形部分３２との間の永久的な接着結合が行われる。
【００２６】
成形プロセスの終了後、性能強化フィルム１０を備える部分３２が選択的対象面に永久的に結合された状態で成形ユニット３２から取り出される。当業者に周知の従来の工具類、技術、慣行が、材料３０の射出と部分３２の取出しに使用できる。
【００２７】
ウェハー取扱装置／キャリヤ
図４から７には、様々な従来のウェハー取扱装置３４および装置３４の部品または部分が図示されている。フィルム１０またはフィルム積層体は、上述したフィルムインサート成形プロセスによりウェハー取扱装置３４（すなわちウェハーキャリヤ）の選択的部品および／または部分に結合できる。ウェハー取扱装置３４は一般的に、少なくとも二種類の異なる溶融処理が可能な材料から形成される。結果的に、上述のようにウェハー取扱装置３４の部分３２が射出成形されると、ウェハー取扱装置３４の別の成形部分または部品と積層成形するため、後で部分３２を第２の成形キャビティに載置する必要のあることが多い。これは、耐久性のあるポリマープラスチックでフィルム１０を製作する必要があることの、また別の理由である。成形プロセスでせん断力と高温に繰返しさらされるため、好適な熱可塑性ポリマーの使用が必要である。本出願人の名義の共に係属中の米国特許出願第０９／３１７，９８９号には、ウェハーキャリヤの製造に積層成形を使用することが開示されており、同出願をここで参照によって導入する。さらに米国特許第６，４３９，９８４号には、ウェハーキャリヤの成形技術が開示され、やはり同特許も参照によって導入する。
【００２８】
米国特許第６，４２８，７２９号と第６，０３９，１８６号と第５，４８５，０９４号と第５，９４４，１９４号には、ウェハー取扱装置３４を製作するための特定の構造とプロセスが開示されており、これらをここで参照によって導入する。一実施例においてウェハー取扱装置３４は、少なくとも本体部分３８と、ウェハーまたはディスクをその周縁によってまたは周縁付近で収容支持できる複数の軸方向支持シェルフを有する支持構造４０とを含む。ウェハーまたはディスクは、従来どおりに径方向上向きまたは横方向にキャリヤ３４のシェルフ４２から取外し可能である。シェルフ４２は、ウェハーとキャリヤ３４との主な接触点として機能する。その結果、本発明の一実施例は、この支持構造４０および／または支持シェルフ４２の少なくとも一部分への保護フィルム１０のインサート成形を含む。保護フィルム１０は、成形部分の全面または全側面を被覆するように、成形ユニット２０の型キャビティ２２に選択的に配置され、ここで成形部分３２は、支持体４０、支持シェルフ４２、シェルフ４２の限定的な所定の部分、或いは他の様々な組合せを含む。さらに、保護の拡大のため、フィルム１０はウェハー取扱装置２３の他の隣接または接合部品との位置合わせのために特に結合することができる。ウェハー取扱装置３４のほぼいかなる表面または部品表面にもフィルム１０を選択的結合可能に載置していくことにより、耐摩耗性、耐熱性、耐薬品性、放出ガス閉じ込め、紫外線保護、剛性、塑性変形の減少、硬度、流体吸収閉じ込めなどが導入または強化される。
【００２９】
本発明の他の実施例では、ウェハー取扱装置３４は、半導体処理中におけるロボット装置による係合を含めた運搬を容易にするため、取扱装置本体３８の外側部分に沿うフランジ４４（図６）を含むことが可能である。これらのフランジ４４も同様に、耐摩耗性を促進するためインサート成形による性能フィルム１０を含むことができる。そのため本体３８の残りの部分および表面を、より安価でより機能性の低いポリマーで製作できる。また別の実施例では、運動力学的結合構造４６の選択された表面に成形による保護フィルム１０を含めることができ、ここで運動力学的結合４６（図７）は、米国特許第６，０１０，００８号に記載されているように、取扱い装置３４との装置係合を容易にするのに適している。
【００３０】
場合によっては、インサート成形フィルム１０が他のポリマーに充分に接着しないことがある。例えば、ＰＥＥＫ（つまりフィルム１０）は、積層成形されたＰＣ（つまり本体３８などのウェハー取扱装置３４の部品）にどのような場合にも結合するわけではない。図５を参照すると、ＰＥＩなどの中間フィルムまたは結合層がＰＥＥＫとＰＣ材料の両方に結合することが分かっている。ゆえに、中間フィルムがフィルム１０と溶融成形可能なＰＣ材料３０との間に配置された状態でＰＣ材料を射出するに先立って、少なくとも２種類のポリマーフィルムからなるフィルム積層体１０が積層体として金型に個々に挿入される。あるいは、真空成形、上述した積層プロセスにより、または２枚の層またはフィルムが成形ユニット２０への挿入および配置に先立って結合されるような他の手段により、２枚のフィルムが相互に接着されてもよい。
【００３１】
このように少なくとも１枚の性能または機能的フィルム１０を選択的に結合することにより、特定の対象表面および取扱装置部品に特定材料を選択的に使用することが可能である。所望または必要なフィルム１０材料は、残るウェハーキャリヤ３４の構造または特定部分３２の製作に必要とされるものとは全く異なる材料であり得るので、この選択的な対象特定は製造とコストの効率を高める。
【００３２】
チップ取扱装置／トレイ
別の実施例では、取扱い装置１２は、図８及び９に図示されているように複数のチップを固定するのに適した複数の着座溝５０または溝センブリと、周辺側壁５２とを含むチップトレイ３６である。米国特許第５，４８４，０６２号と第６，０７９，５６５号には、このようなチップトレイが開示されおり、これら特許をここで参照によって導入する。ウェハー取扱装置３４についてこれらで説明されたプロセスと材料を用いて、トレイ３６の特定表面または部分の機能的性能特性を導入または強化することが有益である。例えば、着座溝５０に結合された耐磨耗フィルム１０は、大抵は頻繁に行われるチップの着座により生じる接触またはこすれによる粒子の飛散の可能性を最小にする。
【００３３】
本発明の一実施例は、着座溝５０などのチップトレイ３６の選択された部分または表面に性能フィルム１０をインサート成形することを含む。他の実施例は、溝５０と側壁５２とその組合せを含むトレイ３６の上面全体にフィルム１０をインサート成形することを含む。例えば、処理装置または自動機械類およびロボットとの接触または係合によって生じる磨耗に対する耐性を高めるため、側壁５２の部分にフィルム１０を選択的に結合できる。
【００３４】
さらにチップトレイ３６の周辺側壁５２は一般的に、他のチップトレイ３６との積重ね係合に適した形状である。トレイ３６の底部にある積重ねポスト／部材および／または周壁棚部は、トレイ３６の上面にある対応する溝またはリップとの位置合わせに適した寸法および形状を持つ。当業者に周知の他の積重ね技術とトレイ設計も、本発明の実行に考えられる。保護層を設けるため、フィルム１０を周辺側壁５２の積重ね係合領域に成形してもよい。
【００３５】
ウェハー取扱装置３４と同様に、少なくとも１枚の保護性能フィルム１０をチップトレイ３６の選択された対象面に選択的に結合すると、熱可塑性を向上させる性能が得られて好適であるのと同時に、製造者は他の好適なポリマーでトレイ３６の残りの部分を製作できる。
【００３６】
本発明は、その精神および本質的な属性から逸脱することなく他の特定態様で具体化でき、従って、本実施例はいかなる点においても例示的なものであり限定的なものとは考えられないことを望むものである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施例による性能フィルムインサート成形システムを示す側方断面図である。
【図２】図１の性能フィルムインサート成形システムの一部を示す側方断面図である。
【図３】本発明の実施例による性能フィルムインサート成形システムを示す側方断面図である。
【図４】本発明の実施例による成形部分と結合された性能フィルムとを示す側方断面図である。
【図５】本発明の実施例による成形部分と結合された性能フィルム積層体とを示す側方断面図である。
【図６】本発明の実施例による半導体ウェハー取扱装置を示す斜視図である。
【図７】本発明の実施例による半導体ウェハー取扱装置を示す展開斜視図である。
【図８】本発明の実施例による積重ねチップ取扱装置を示す斜視図である。
【図９】本発明の実施例による積重ねチップ取扱装置を示す側方断面図である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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