ウェーハ洗浄を最適化するビジョンポジショニングソリューション

プロジェクト紹介

　ウェーハ洗浄は、半導体製造プロセスにおいて極めて重要な工程です。この洗浄プロセスでは、感光材、有機物質、金属、微粒子、およびその他の不純物が除去されます。その後、化学溶剤や純水を用いてウェーハを研磨・洗浄することで、高水準で正確なウェハの歩留まりを確保します。 半導体製造ラインにおいては、各プロセスの前後に必ずウェハの洗浄工程が行われており、その時間は製造工程全体の約3分の1を占めています。競争が極めて激しいICウェハ製造ビジネスにおいて、メーカー各社はさらなる「高精度化」「効率向上」「プロセスの最適化」を常に追求し続けています。

プロジェクト要件

　半導体製造は、部材サプライヤーや設備ベンダーに対して極めて厳格な選定基準を設けており、サプライチェーンへの参入は認定されたシステムインテグレーターやベンダーのみに制限されています。アドバンテックは、台湾のトップティア（最先端）半導体メーカーにサービスを提供するシステムインテグレーター（SI）と長年にわたるパートナーシップを築いており、同メーカーが抱えていた「ウェハの洗浄および位置決め時間の最適化と短縮」という課題に対するソリューション開発に取り組んでいました。

　通常、洗浄プロセスの前段階には、カセットからウェハをピックアップした直後に位置決めと呼ばれる工程が存在します。これは、位置決めアルゴリズムを用いて各ウェーハの中心位置を再調整するためのもので、従来は一種の機械式グリッパー装置によって行われていました。しかしながら、ウェーハを慎重にセンタリングする際にどうしてもタイムロスが発生し、結果として全体の洗浄効率がわずかに低下するという課題がありました。さらに、グリッパー工具がウェハに直接接触するため、極めて低い確率ながらもウェーハにひび割れが生じる重大なリスクが常に潜んでおり、これが生産効率低下の要因となっていました。

　この課題に対し、アドバンテックは機械式の位置決め設備を刷新する「マシンビジョンソリューション」を提案しました。導入の結果、ウェーハに一切の損傷を与えることなく、従来は秒単位を要していた各ウェハの正確なセンタリングを、わずか数ミリ秒で完了させることに成功しました。

プロジェクト概要

　半導体製造においては、すべてのプロセスや機械的な動作によってウェーハの本来の絶対位置からわずかなズレが生じるため、次の工程で要求される精密な調整を行うには、正確な中心位置を都度再計算する必要があります。ピック＆搬送マシンの間には2つのステーションが存在します。1つはロボットがカセットキャリアからウェハを取り出し、センタリングのために中間ステーションへと搬送する「ピック・ステーション」。もう1つは、ロボットがウェーハの位置を測定し、洗浄用のスピンドルへ移送するプレース・ステーションです。ピック・ステーションでは、カセットキャリアの動作に伴い、カセット内のウェハに通常最大4mmの位置ズレが発生します。そのため、グリッパーツールがカセットから各ウェハをピックアップし、エラー補正を行うための中間ステーションへと配置します。

　本プロジェクトにおいて、システムインテグレーター（SI）は、位置補正を支援するために、中間ステーションへアドバンテック製シャーシ「IPC-7120」、マザーボード「AIMB-787」、およびフレームグラバーボード「PCIE-1674」を統合し、専用ソフトウェア「VisionNavi」を組み込みました。さらに、アドバンテックのメガピクセルPoE産業用カメラ「QCAM」を1台採用しました。このQCAMをウェハの上部に設置して視覚データをキャプチャし、そのデータを「IPC-7120 ＋ AIMB-787」およびVisionNaviへ送信して分析・制御を行います。

　一方のプレース・ステーションには、コンパクトビジョンシステム「AIIS-3411P」が設置され、VisionNaviおよび3台のQCAMと連携しています。ここでは、ウェーハが洗浄用のウェハスピンドルへ移動される前に、中心位置の判定に加えてウェーハの反りの有無を検査します。中心位置と反りが算出されるとロボットに通知され、ロボットはアンバランスや振動を引き起こさない正確な位置でウェーハを洗浄スピンドルへと配置し、最終的な洗浄プロセスを完結させます。

導入製品

• IPC-7120：ATXマザーボード用フロントI/Oインターフェイス搭載のデスクトップ/ウォールマウントシャーシ
• AIMB-787：第10世代インテル® Core™ i9/i7/i5/i3 （LGA1200）& Pentium®／Celeron® プロセッサ対応ATXマザーボード
• PCIE-1674：4ポート PCI Express PoE+ GigE Visionフレームグラバー
• AIIS-3411P：第10世代インテル® Core™ i プロセッサ搭載 コンパクトビジョンシステム
• QUARTZ：高解像度な外観検査・計測を実現する2,000万画素 PoE対応産業用カメラ
• VisionNavi：マシンビジョンエッジソリューション対応プラットフォーム

システム構成図

まとめ

　年間数百万枚ものウェーハを製造し、かつ工程全体にわたって複雑な物理的相互作用を伴うICウェーハ生産ビジネスにおいて、99.9%の歩留まりを達成・維持することは極めて困難な挑戦です。アドバンテックが提供するビジョン位置決めソリューションは、ウェーハ洗浄にかかる時間を従来の秒単位からミリ秒（ms）単位へと劇的に短縮しただけでなく、精密なピック＆搬送を可能にすることで、ウェーハの損傷・破損を完全に防止しました。

　本ソリューションは、2,000万画素の高解像度PoE産業用カメラに対応したハイパフォーマンス・ビジョン分析プラットフォームで構成されており、高速なウェハ寸法計算および中心位置の測定をリアルタイムに実行します。このインテリジェントなビジョン分析ソリューションにより、この半導体メーカーは従来のウェーハ洗浄工程を高度に最適化されたスマートなプロセスへと変革させることに成功しました。これにより、同社は生産歩留まりの継続的な管理・向上と業務効率化を実現し、半導体製造業界におけるトップ企業の地位を確固たるものにしています。