JP2005093893A - ウェハ搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 反りが生じ易い薄いウェハを搬送する場合においても、ウェハを確実に保持してその脱落を防止することが可能な搬送アームを提供する。
【解決手段】 ウェハＷを支承して搬送を行う搬送アームであって、搬送を行う搬送路に沿って移動される支持部１０と、支持部１０に支持されウェハＷの裏面の複数箇所に当接してウェハを支承する複数本の支持バー１１とを備え、支持バー１１はウェハＷを支承する領域に開口された吸着孔１１１と、吸着孔に連通され支持バーの内部に長さ方向に沿って延設されて真空源に接続される吸着路１１２と、支持バー１１をバーの長さ方向の軸線回り方向に回転可能な状態で前記支持部に支持する回転支持手段１３とを備える。ウェハＷの反りに応じて支持バー１１が回転して支承面が傾斜されるので、吸着孔１１１がウェハＷの裏面に密接して安定したウェハ吸着、搬送ができる。
【選択図】 図２

Description

本発明はウェハキャリアと半導体装置の製造部との間でウェハを搬送するための搬送アームに関し、特に厚さの薄いウェハをウェハキャリアに対して収納し、あるいは取り出すのに用いて好適な搬送アームを備えるウェハ搬送装置に関する。

従来、半導体製造装置においてウェハキャリアに収納されているウェハを製造部に搬送し、あるいは製造部からウェハキャリアにまで搬送するためにウェハ搬送装置が設けられる。このウェハ搬送装置ではウェハの表面に装置の一部が接触することがないように、ウェハの裏面の両側寄りの２箇所において線接触状態で支承する一対の支持バーを備えた搬送アームが設けられ、この搬送アームを用いてウェハを保持し、かつ移動させる構成がとられている。

このような搬送アームとしては、特許文献１に記載のものが用いられている。図８（ａ），（ｂ）は特許文献１に記載の搬送アームの概略構成を示す平面図と側面図であり、断面が矩形の棒状をした一対の支持バー１１と、これら支持バーを基端において支持する支持部１０とで構成されており、これら一対の支持バー１１の先端領域においてウェハＷの両側寄りの縁端部を裏面において支承し、支持部１０を図には表れない駆動機構によって移動させることでウェハＷを搬送するようになっている。また、この搬送アームでは、支持バー１１の先端部にはウェハＷの円周一部を係止するための突起部１１ａを設けている。この突起部１１ａは、一対の支持バー１１上にウェハＷを支承したときにウェハの重みで支持バー１１が先端部が下方に湾曲した場合でもウェハＷの円周一部が突起部１１ａに係止されるためその脱落が防止される。

また、図９（ａ），（ｂ）は従来の他の搬送アームの平面図と側面図であり、基本的には図８のものと同じであるが、一対の支持バー１１を中空構造として内部に吸着路１１２を形成するとともに、支持バー１１の先端部寄りの位置に吸着路１１２につながる真空吸着用の吸着孔１１１を開口している。前記吸着路１１２には図には表れない真空源が接続される。この搬送アームはウェハＷを支持バー１１上に保持したときに、吸着孔１１１がウェハＷの裏面に密接し、吸着路１１２を通して真空引きすることで吸着孔１１１においてウェハＷを真空吸着することでウェハの脱落を防止している。
特開平１１−７１０２５号公報

ところで、図１０（ａ）に正面図を示すように、ウェハを収納しているウェハキャリアＣは、上下に長くかつ一側面が開口された矩形の箱状に形成されるとともに、その両側内面には上下に所要の間隔をおいて水平方向にキャリアスロットＳが形成されており、収納されるウェハＷは、その両側縁部がキャリアスロットＳに挿入され、このキャリアスロットＳにおいて両側縁部が支承された状態で支持されている。そのため、ウェハの厚さが薄い場合には、ウェハキャリアＣ内に収納されているウェハＷは自重によって中央部が下方に湾曲する反りが生じる。このような反りが生じると、図８の搬送アームでは、ウェハＷの縁端部の裏面が支持バー１１の上面に対して傾斜して浮いた状態となり、ウェハＷの縁部が支持バー１１に設けた突起部１１ａに係止されない状態が生じ、搬送アーム１１において生じる振動等によって支持バー１１上でウェハＷが移動され、突起部１１ａによる係止から外れてウェハＷが支持バー１１から脱落してしまうことがある。

これに対し、図９の構成の搬送アームでは吸着孔１１１がウェハＷの裏面に対して真空吸着しているため、支持バー１１に振動が生じた場合でもウェハＷを支持バー１１に対して固定状態に支承することが可能であり、ウェハが支持バーから脱落し難くいものになる。しかし、図１０（ｂ）に示すように、ウェハＷの反りがある程度大きくなってウェハＷの裏面が支持バー１１の上面に対して傾斜する程度が大きくなると、吸着孔１１１においてウェハＷの裏面と支持バー１１の上面との間に隙間ｄが生じるようになり、吸着孔１１１においてウェハＷを確実に真空吸着することが難しくなる。

本発明の目的は、反りが生じ易い薄いウェハを搬送する場合においても、ウェハを確実に保持してその脱落を防止することが可能な搬送アームを備えた半導体製造装置を提供することにある。

本発明は、ウェハを支承して搬送を行う搬送アームであって、搬送を行う搬送路に沿って移動される支持部と、支持部に支持されウェハの裏面の複数箇所に当接してウェハを支承する複数本の支持バーとを備え、支持バーはウェハを支承する領域に開口された吸着孔と、吸着孔に連通され支持バーの内部に長さ方向に沿って延設されて真空源に接続される吸着路と、支持バーをバーの長さ方向の軸線回り方向に回転可能な状態で前記支持部に支持する回転支持手段とを備えることを特徴とする。

本発明によれば、薄ウェハの反りに応じて支承面が傾斜される支持バーを備えることにより、安定したウェハ吸着、搬送ができる。これは、搬送アームの支持バー自体が回転する構造になっているために、ウェハが反りにより傾斜が生じても、ウェハの自重により、支持バーを傾斜させることによるためである。なお、特開平７−３０２８３０号公報には、ウェハを支承する真空吸着構造のウェハステージにおいて、ウェハステージの一部をステージ面の方向が自由に変えられる機構を備えることによって、ウェハの反りに対して当該ステージの一部のステージ面をウェハに対応させて真空吸着を確実ならしめる構成が開示されている。しかしながら、この技術はステージの裏面側にウェハの裏面と垂直な方向に副軸を延長させた構成であるため、ウェハの裏面側にスペースが必要であり、図 に示したようにウェハをウェハキャリア内に積層状態に収納し、かつ取り出す搬送アームにこの技術をそのまま適用することは困難である。

本発明における回転支持手段は、支持バーと一体に長さ方向に連結された支持シャフトと、支持シャフトを支持部に対して軸線回り方向に回転可能に支持するベアリングとを備える構成とする。あるいは、本発明における回転支持手段は、支持バーと平行に延長されて支持部に支持された支持ロッドと、支持バーを支持ロッドに支持すると共に軸線回り方向に沿って弾性変形する板ばねとを備える構成とする。

また、本発明においては、支持バーの軸線回り方向の回転角度を規制するためのストッパ手段を備えることが好ましい。このストッパ手段は、支持バーが回転規制されたときの回転角度位置における上下方向の最大寸法がウェハキャリア内に積層状態に収納されている複数枚のウェハの上下間隔よりも小さくなるように設定される。

次に、本発明の実施例を図面を参照して説明する。図１は本発明にかかる搬送アーム１の実施例１の要部の斜視図である。また、図２（ａ），（ｂ）はその平面図とＡ−Ａ線断面図である。図には表れない駆動機構に連結されている支持部１０には、水平方向に所要の間隔をおいて一対の支持バー１１が各基端において支持されている。前記支持部１０は前記駆動機構によって上下方向及び支持バーの長さ方向に移動可能であり、この移動によって図１０に示したようなウェハキャリア と、図には表れないウェハに各種処理を行う製造部との間で移動される。前記一対の支持バー１１は長さ方向に直交する方向の断面形状が横長の矩形に形成されており、両支持バー１１の間隔は搬送するウェハＷの径寸法よりも若干小さい寸法であり、従来と同様に各支持バー１１の先端寄りの箇所においてウェハＷの裏面を支承するようになっている。また、前記各支持バー１１の前記ウェハＷを支承する領域の上面（支承面）には吸着孔１１１が開口されるとともに、この吸着孔１１１から基端部にわたる領域は中空に形成され、これにより前記吸着孔１１１に連通される吸気路１１２が支持バー１１の長さ方向に沿って形成されている。

前記各支持バー１１の基端部には細径をした断面形状が円形の支持シャフト１２が連設されており、前記吸気路１１２はこの支持シャフト１２の内部にまで延長されている。また、前記支持シャフト１２はその長さ方向の中間部において前記支持部１０に設けられたベアリング１３によって軸周り方向に回転可能に支持されている。さらに、前記支持バー１１の基端部に対向するように前記支持部１０の下側部にはストッパ１４が設けられ、前記支持バー１１の軸線回り方向の回転角度を規制するようになっている。前記ストッパ１４は支持部１０から支持バーに沿って突出されたステム１４１の先端部に、支持バー１１の幅方向の両側下面に対向して一対のストッパロッド１４２が上方に向けて突出されており、支持バー１１が回転されたときにいずれか一方側の下面がストッパロッド１４２の上端部に当接することでその回転が規制される。ここでは、ストッパロッド１４２はネジで構成されており、ステム１４１を貫通した下端部に螺合されるナット１４３により上方への突出量が調整できるようになっている。

また、前記各支持シャフト１１の端部には図には表れない真空源に接続された真空チューブ１５が連結されており、この真空源によって前記吸着路１１２ないし吸着孔１１１が真空引きされるようになっている。ここで使用する真空チューブ１５は前記したような支持バー１１の回転を妨げないように、例えばシリコンチューブのような軟性の高いチューブが使用される。

次に、実施例１の搬送アーム１の動作について説明する。ここでは、製造装置の一部に固定的に設置されている図１０に示したようなウェハキャリアＣに対してウェハＷを収納し、あるいは取り出すように構成されているものとしているが、搬送アーム位置を固定して、ウェハキャリアが上下動作する構成の場合でも同様である。

図３は、支持バー１１とウェハキャリアＣ内のウェハＷとの位置関係を示す正面図である。図１０に示したように、ウェハキャリアＣは両内側面に上下方向に微小間隔おいた複数のキャリアスロットＳが形成されており、ウェハＷはその両側の縁端部においてキャリアスロットＳにより支承される。はじめに、図には表れない駆動機構によって支持部１０を所定位置まで移動し、図１０及び図３（ａ）に示すように支持バー１１をウェハキャリアＣ内に上下方向に積層状態に収納されている複数枚のウェハＷ間のほぼ中央に挿入する。次に、図３（ｂ）のように、支持バー１１を上昇し、ウェハＷの裏面に当接した後もさらに微小寸法だけ上昇させ、ウェハＷの縁端部をキャリアスロットＳのほぼ中央高さ位置まで持ち上げる。その際、吸気路１１２を通して真空引きすることで支持バー１１の吸着孔１１１はウェハＷの裏面を真空吸着させる。

このとき、図３（ｃ）に要部を拡大図示するようにウェハＷの自重により生じる反りによってウェハＷの縁端部が水平方向に対して傾斜する状態となる。このとき、支持バー１１の上面が水平であると、ウェハＷの裏面と支持バー１１の吸着孔１１１との間に隙間が生じてしまうが、支持バー１１は支持シャフト１２において支持されているベアリング１３によって軸線回り方向の回転が可能であるため、支持バー１１はその上面がウェハＷの反りに追従して回転され、ウェハＷの反った際の傾斜角度θと同等に傾斜する。この結果、支持バー１１の上面、すなわち吸着孔１１１は常にウェハＷの裏面に対して平行な状態で接触することになり、吸着孔１１１におけるウェハＷの裏面との間の隙間がなくなり、安定してウェハＷを吸着することができる。その後、支持部１０と共に支持バー１１を後方に移動することによりウェハキャリアＣからウェハＷを取出すことができる。

次に、ウェハＷをウェハキャリアＣに収納する時の動作について説明する。図３（ｃ）のように、支持バー１１にウェハＷが保持されている状態で、図３（ｂ）のように、キャリアスロットＣのほぼ中央に挿入する。その後、図３（ａ）のように、支持バー１１の吸着孔１１１の真空を切り、支持バー１１をキャリアスロットＳのほぼ中央まで下降させる。この時、支持バー１１はウェハＷの負荷がなくなるため、自由に傾斜しようとするが、図４（ａ）のように支持バー１１の下面がストッパ１４のいずれか一方のストッパロッド１４２の上端部に当接して支持バー１１の傾斜角度θｘが制限されるため、支持バーが上下のウェハとの間に一定の隙間を保持してこれらのウェハと干渉することなく支持バーａを後方に移動することができる。

すなわち、支持バー１１は軸線回り方向に回転可能な構造になっているため、傾斜角度θが大きくなると、図４（ｂ）に破線で示すように、ウェハキャリア内に支持バーａを挿入した時に、上下に積層されているウェハＷとの隙間に余裕が少なくなり、同図に破線で示すように上下のウェハＷに接触する危険性がある。したがって、ストッパロッド１４２の上方突出長さを調整することで、図４（ａ）のように、支持バー１１の傾斜角度θをウェハＷの反りに応じた最低限の傾斜角度θｘに制限することが可能になる。また、支持バー１１の幅が広いと傾斜時にウェハキャリアＣ内のウェハＷとの隙間に余裕がなくなるため、必要最低限の吸着面積を確保した上で、出来るだけ狭い方が望ましい。

次に実施例２について説明する。図５は実施例２の要部の斜視図、図６（ａ），（ｂ）はその平面図とＢ−Ｂ線断面図である。支持部１０と支持バー１１の基本的な構成は実施例１と同様であるので、実施例１と等価な部分には同一符号を付してある。すなわち、支持部１０には一対の支持バー１１が支持されており、各支持バー１１の上面には吸着孔１１１が開口され、支持バー１１の内部には前記吸着孔１１１に連通して長さ方向に延長された吸気路１１２が形成されている。ただし、実施例２では実施例１の支持シャフトは設けられておらず、支持バー１１の基端部に吸着路１１２に連通する真空チューブ１５が直接接続されている。また、実施例１のような支持シャフトが存在しない代わりに、前記支持バー１１は前記支持バー１１の長さ方向に沿って延長されて前記支持部１０に基端が支持された支持ロッド１６によって支持されている。前記支持ロッド１６は円柱ロッドで構成されており、前記支持バー１１は前記支持ロッド１６の長さ方向の複数箇所、ここでは２箇所において板ばね１７を介して連結されている。前記板ばね１７は水平方向に向けられており、前記支持バー１１に加えられる負荷によって支持ロッド１６を支点として板厚方向、すなわち上下方向に弾性変形され、他端部に連結した支持バー１１を上下方向に傾動させ、結果として実施例１とほぼ同様に支持バー１１の軸線回り方向に沿って回転させることが可能とされている。

この実施例２の搬送アームでは、基本的には実施例１と同様な動作によってウェハキャリアに対してウェハを収納し、取り出すことが可能である。ただし、支持バー１１の回転、すなわち傾動は前述のように板ばね１７が弾性変形することによって、反りが生じたウェハＷの裏面に追従して傾斜し、これにより支持バー１１の上面がウェハＷの裏面と密接状態となり、吸着孔によるウェハの真空吸着が実現される。すなわち、図７（ａ）のように、ウェハキャリアＣ内において上下のウェハＷ間に挿入した支持バー１１を上昇させ、自重により反りが生じているウェハＷの裏面に接触させると、図７（ｂ）に要部を拡大図示するように、支持バー１１は板ばね１７が弾性変形して支持ロッド１６を支点に下方に傾動するため、支持バー１１は常にウェハＷの裏面と平行な状態で接触することになり、ウェハＷを吸着孔１１１において安定した状態で吸着することができる。逆に、ウェハキャリアＣ内にウェハＷを収納させた後に支持バー１１を下降させると、ウェハＷの負荷がなくなるため板ばね１７により支持バー１１はほぼ水平状態に復帰される。これにより、実施例１と同様にウェハキャリアＣ内において支持バー１１が上下に積層されたウェハＷに干渉することが防止できる。

この実施例２では、実施例１に比較するとベアリングが不要であり構成部品も少ないので、構造をシンプルに実施できる利点がある。また、板ばね１７はウェハの自重により変形する程度のばね定数の小さいものを選択するようにすれば、支持バー１１が大きく傾斜することが抑制できるため、実施例１のようなストッパも不要になる。なお、支持バーの傾斜角度を確実に規制するためには実施例１のようなストッパを設けるようにしてもよい。

本発明の実施例１の要部の斜視図である。 実施例１の平面図とＡ−Ａ線断面図である。 実施例１のウェハを収納する動作を説明する図である。 実施例１の支持バーの回転動作を説明する図である。 本発明の実施例２の要部の斜視図である。 実施例２の平面図とＢ−Ｂ線断面図である。 実施例２のウェハを収納する動作を説明する図である。 ウェハキャリアの正面図とその一部の拡大図である。 従来の搬送アームの一例の平面図と側面図である。 従来の搬送アームの他の例の平面図と側面図である。

符号の説明

１ 搬送アーム
１０ 支持部
１１ 支持バー
１２ 支持シャフト
１３ ベアリング
１４ ストッパ
１５ 真空チューブ
１６ 支持ロッド
１７ 板ばね
１１１ 吸着孔
１１２ 吸着路

Claims (6)

1. ウェハを支承して搬送を行う搬送アームであって、前記搬送を行う搬送路に沿って移動される支持部と、前記支持部に支持され前記ウェハの裏面の複数箇所に当接してウェハを支承する複数本の支持バーとを備え、前記支持バーは前記ウェハを支承する領域に開口された吸着孔と、前記吸着孔に連通され前記支持バーの内部に長さ方向に沿って延設されて真空源に接続される吸着路と、前記支持バーをバーの長さ方向の軸線回り方向に回転可能な状態で前記支持部に支持する回転支持手段とを備えることを特徴とするウェハ搬送装置。
2. 前記回転支持手段は、前記支持バーと一体に長さ方向に連結された支持シャフトと、前記支持シャフトを前記支持部に対して前記軸線回り方向に回転可能に支持するベアリングとを備えることを特徴とする請求項１に記載のウェハ搬送装置。
3. 前記回転支持手段は、前記支持バーと平行に延長されて前記支持部に支持された支持ロッドと、前記支持バーを前記支持ロッドに支持すると共に前記軸線回り方向に沿って弾性変形する板ばねとを備えることを特徴とする請求項１に記載のウェハ搬送装置。
4. 前記支持バーは軸線方向と直交する方向の断面が矩形に形成され、その上側面に前記吸着孔が開口されていることを特徴とする請求項２または３に記載のウェハ搬送装置。
5. 前記支持バーの前記軸線回り方向の回転角度を規制するためのストッパ手段を備えることを特徴とする請求項４に記載のウェハ搬送装置。
6. 前記ストッパ手段は、前記支持バーが回転規制されたときの回転角度位置における上下方向の最大寸法がウェハキャリア内に積層状態に収納されている複数枚のウェハの上下間隔よりも小さくなるように設定されていることを特徴とする請求項５に記載のウェハ搬送装置。
   

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