JP2005268556A - ウェハ有無検出装置およびこれを用いた搬送ロボット装置 - Google Patents

Abstract

【課題】半導体製造装置用ロボットの先端部に装着されるエンドエフェクタ上のウェハの有無を検出するウェハ有無検出装置およびこれを用いた搬送ロボット装置において、ウェハの種類に依らずウェハの有無を検出できるようにするとともに、ウェハが周囲の障害物に衝突した場合に、ロボットのコントローラに衝突信号を送り、ロボットを停止させることによりウェハの損傷を軽減する。
【解決手段】磁性体ウェハ支持ピン１２Ａと、この磁性体ウェハ支持ピン１２Ａを支持する弾性体と、弾性体と隣接した磁気センサとで構成されるウェハ検出部１１および、磁気センサからの信号を処理する信号処理回路部１７を備え、磁気センサからの信号の直流成分と交流成分を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体製造装置用の搬送ロボットにおいてエンドエフェクタ上のウェハの有無を検出するウェハ有無検出装置およびこれを用いた搬送ロボット装置に関する。

従来のウェハ有無検出装置は、投光器と受光器を組み合わせ、投光器から受光器への光ビームの経路をウェハが遮ることを利用してウェハの有無を検知している（例えば、非特許文献１参照）。また、投光器と受光器を組み合わせ、投光器からの光ビームがウェハの表面で反射して受光器へ入ることを利用してウェハの有無を検知しているものもある（例えば、非特許文献２参照）。また静電容量センサを用いてウェハの有無を検知しているものもある（例えば、特許文献１参照）。
図６は第１の従来技術を示すウェハ有無検出装置の構成図である。
図６において、６１は投光器、６２は受光器、１３はエンドエフェクタ、１４はウェハであり、６３は投光器６１から発した光ビームを示している。
図７は光ビームの光路を示す図で、（ａ）はウェハがない時、（ｂ）はウェハがある時の光路を示している。ウェハが無い場合は、投光器６１から発した光ビーム６３は受光器６２に入るが、ウェハ１４がエンドエフェクタ上に載置されると、光ビーム６３はウェハ１４に遮られるので、受光器６２に到達しない。したがって、受光器６２の出力に差が発生し、この差でウェハ有無を判別する。
図８は第２の従来技術を示すウェハ有無検出装置の構成図である。
図８において、６１は投光器、６２は受光器、６３は投光器６１から発した光ビームを示している。
図９は光ビームの光路を示す図で、（ａ）はウェハがない時、（ｂ）はウェハがある時の光路を示している。ウェハが無い場合は、投光器６１から発した光ビーム６３は受光器６２に入らないが、ウェハ１４がエンドエフェクタ上に載置されると、光ビーム６３はウェハ１４に反射されて受光器６２に到達する。したがって、受光器６２の出力に差が発生し、この差でウェハ有無を判別する。
図１０は第３の従来技術を示すウェハ有無検出装置の構成図である。
図１０において、８１は静電容量センサある。ウェハ１４が無い場合と、ウェハ１４がエンドエフェクタ上に載置された場合との静電容量センサ８１の出力の差でウェハ有無を判別する。
図１１は従来の半導体製造装置用の搬送ロボットを示す斜視図で、上記のようなウェハ有無検出装置は例えば、水平多関節ロボットＲに適用されロボットＲにより、エンドエフェクタ１３上にウェハを載せ、ウェハを搬送している。
このように、従来のウェハ有無検出装置は、光の透過や反射、若しくは、静電容量の変化を利用してウェハの有無を検出するのである。
森山幸男「ＬＣＤ量産ライン向け搬送ロボット」電子材料、１９９５年７月号別冊、ｐ．１２２−１２６ 宮本潔「液晶・半導体製造装置向けセンサの応用技術動向」自動化技術、第２７巻１０号、１９９５年、ｐ．５９−６５ 特開２００２−３２９７６６号公報（第４頁、図１）

近年、半導体製造ラインでは単一ウェハだけでなく、シリコンウェハや液晶用ガラスウェハなどの複数の種類のウェハを扱う場面が増えてきている。この場合、従来のウェハ有無検出装置は、光透過式および光反射式のウェハ有無検出装置の場合、シリコンウェハは検知するが、透明なガラスウェハは光が透過してしまうので検知できないという問題があった。
また、静電容量式のウェハ有無検出装置の場合、洗浄工程などの後でウェハに水分が付着していると誘電率が変化するので、誤動作するというような問題もあった。
また、光透過式、光反射式、静電容量式のいずれのウェハ有無検出装置も、ウェハが万一、周囲の障害物に衝突した場合、衝突を検出することはできず、ロボットは動作を継続するのでウェハの破損にいたるという問題があった。衝突を検出するためには、別途ショックセンサなどを設置する必要があった。
本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、ウェハの種類によらずウェハの有無を検出するとともに、水分付着などのウェハ表面状態による検出信号への影響が小さく、また、ウェハが周囲の障害物に衝突した場合に、ロボットのコントローラに衝突信号を送り、ロボットを停止させることによりウェハの損傷を軽減することができるウェハ有無検出装置およびこれを用いた搬送ロボット装置を提供することを目的とする。

上記問題を解決するため、本発明は、次のように構成したのである。
請求項１に記載のウェハ有無検出装置に係る発明は、エンドエフェクタ上のウェハの有無を検出するウェハ有無検出装置において、前記エンドエフェクタの表面上に配置されると共に磁性体ウェハ支持ピンと 前記磁性体ウェハ支持ピンを支持する弾性体と前記弾性体と隣接した磁気センサより構成されるウェハ検出部と、前記磁気センサからの電気信号を処理するための信号処理回路部を備えることを特徴としている。
また、請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前期信号処理回路部は、前記磁気センサからの電気信号の直流分を処理する直流分処理回路と、交流分を処理する交流分処理回路とを備えることを特徴としている。
また、請求項３に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前記磁性体ウェハ支持ピンは、鉄又は鉄合金であることを特徴としている。
また、請求項４に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前記磁性体ウェハ支持ピンは、永久磁石であることを特徴としている。
また、請求項５に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前記磁性体ウェハ支持ピンは、磁性体と非磁性体の複合体であることを特徴としている。
また、請求項６に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前記弾性体は、エラストマーであることを特徴としている。
また、請求項７に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前記弾性体は、金属バネであることを特徴としている。
また、請求項８に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前記磁気センサは、磁気インピーダンス素子であることを特徴としている。
また、請求項９に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前記磁気センサは、ＧＭＲ素子であることを特徴としている。
また、請求項１０に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前記磁気センサは、ホール素子であることを特徴としている。
また、請求項１１に記載の発明は、請求項１に記載のウェハ有無検出装置において、前記磁気センサは、ＭＲ素子であることを特徴としている。
また、請求項１２に記載の搬送ロボット装置に係る発明は、請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のウェハ有無検出装置と、これによって有無を検出されるウェハを搬送するロボットを備えることを特徴としている。

請求項１記載の発明によると、ウェハの種類に依らずウェハの有無を検知することができる。また、ウェハ表面状態による検出信号への影響が小さく、信頼性の高い検出ができる。
請求項２記載の発明によると、磁気センサからの電気信号の直流分と交流分をそれぞれ処理しているので、ウェハの有無の検知に加えて、ウェハが周囲の障害物に衝突した場合などの異常時の検知ができる。
請求項３記載の発明によると、磁性体ウェハ支持ピンの構成材料である鉄および鉄合金は安価であるので装置のコストを下げることができる。
請求項４記載の発明によると、永久磁石は漏洩磁界が大きく検出信号が大きくなるので、検出信号のＳ／Ｎが向上する。
請求項５記載の発明によると、磁性体ウェハ支持ピンは磁性体と非磁性体の複合体で構成されるので非磁性体部でウェハを支えることにより、非磁性体による支持を必要とするウェハに対応できる。
請求項６記載の発明によると、エラストマーは形状自由度が大きいので、設計が容易である。
請求項７記載の発明によると、金属バネは発ガスが少ないので、真空用途やウルトラクリーン用途にも対応できる。
請求項８記載の発明によると、磁気インピーダンス素子はセンサ感度が高いので、ばね定数の大きな弾性体あるいは漏れ磁界の小さな磁性体ウェハ支持ピンにも対応できる。
請求項９記載の発明によると、ＧＭＲ素子はセンサ感度が高いので、ばね定数の大きな弾性体あるいは漏れ磁界の小さな磁性体ウェハ支持ピンにも対応できる。
請求項１０記載の発明によると、ホール素子は形状が小さいのでウェハ検出部をより小型化できる。また、素子が低価格なので、装置のコストを下げられる。
請求項１１記載の発明によると、ＭＲ素子は温度特性が優れているので、温度変化の大きな用途にも対応できる。
請求項１２記載の発明によると、ウェハが周囲の障害物に衝突した場合には、ロボットを停止させてウェハの損傷を軽減することができる。

以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。

図１は、本発明のウェハ有無検出装置の構成図である。図において、１１はウェハ検出部、１２Ａは磁性体ウェハ支持ピン、１２Ｂはウェハ支持ピン、１３はエンドエフェクタ、１４はウェハ、１７は信号処理回路部である。
図２は、本発明のウェハ有無検出装置であって、（ａ）はエンドエフェクタ上に配置されたウェハ検出部の詳細を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図で、（ｂ）はその信号処理を示すブロック図である。
図２（ａ）において、１２Ａは磁性体ウェハ支持ピン、１５は弾性体、１６は磁気センサである。磁性体ウェハ支持ピン１２Ａは、一部が弾性体１５に埋め込まれており、磁気センサ１６は、弾性体１５に隣接して配置してある。ウェハ検出部１１の磁性体ウェハ支持ピン１２Ａは、ウェハ支持ピン１２Ｂと同じ高さになるようにエンドエフェクタ１３に埋設されている。本実施例では、磁性体ウェハ支持ピン１２Ａは、磁性ステンレス鋼製、弾性体１５はシリコーンゴム、磁気センサ１６は磁気インピーダンス素子である。
また、図２（ｂ）において、１１はウェハ検出部、１７は信号処理回路部、１９はロボットコントローラ部である。信号処理回路部１７は、直流分処理回路１８Ａと交流分処理回路１８Ｂから構成される。
本発明が特許文献１、非特許文献１および非特許文献２と異なる部分は、ウェハの荷重を検出する検出部と、検出部の出力信号の交流成分を処理する信号処理回路部を備えた部分である。

次に、本発明のウェハ有無検出装置の動作について説明する。
まず、ウェハ有無検出における動作について述べる。
ウェハ１４がエンドエフェクタ１３上に載置されるとウェハ１４の重みによって磁性体ウェハ支持ピン１２Ａと磁気センサ１６の間にある弾性体１５が圧縮され、磁性体ウェハ支持ピン１２Ａと磁気センサ１６のギャップが縮まるので、磁性体ウェハ支持ピン１２Ａから磁気センサ１６に入る漏れ磁界の量が増えるため、磁気センサ１６の出力が変化する。直流分処理回路１８Ａは、磁気センサ１６の出力信号の直流成分があらかじめ設定したしきい値を越えた時に「ウェハ有り信号」を出力する。
図３は、本発明のウェハ有無検出装置のウェハ有無検出時の出力信号の一例を示すグラフである。半導体製造ラインで扱うウェハのうち最も軽量のウェハを基準としてしきい値を設定し、そのしきい値を超えたときにウェハ有りと認識するように設定しておけば、ウェハの種類に依らずウェハの有無を検知できる。

次に、衝突検出における動作について述べる。
ロボット通常動作時とエンドエフェクタ１３上のウェハ１４が障害物に衝突した時の周波数スペクトルの分析から、通常動作時の主なスペクトルが２０Ｈｚ以上であるのに対し、衝突時には２０Ｈｚ以下のスペクトルが顕著に出現することが分かった。そこで、交流分処理回路１８Ｂは、磁気センサ１６の出力信号の交流成分をローパスフィルタで処理し、このローパスフィルタ処理した信号があらかじめ設定したしきい値を越えた時に「衝突信号」を出力する。ロボットコントローラ部１９は、「衝突信号」を受けると緊急停止などの必要な命令を実行する。ローパスフィルタのカットオフ周波数は２０Ｈｚに設定されている。
図４はロボット通常動作時の磁気センサ１６の信号の一例を示すグラフであって、（ａ）はローパスフィルタ処理前の信号、（ｂ）はローパスフィルタ処理後の信号を示したものである。また、図５はウェハ１４がウェハカセットに衝突した時の磁気センサ１６の信号の一例を示すグラフであって、（ａ）はローパスフィルタ処理前の信号、（ｂ）はローパスフィルタ処理後の信号を示したものである。図４および図５において、横軸は時間、縦軸はセンサ出力電圧である。衝突検出のためのしきい値を図中の４１のように設定すれば、通常動作時には衝突信号は出ず、衝突時のみに衝突信号が出力される。

このように、本実施例では、ウェハを弾性体に埋設した磁性体ウェハ支持ピンで支え、弾性体の圧縮による漏れ磁界の変化を弾性体と隣接した磁気センサで検出し、磁気センサからの信号の直流成分からウェハの静的な荷重を検出しているので、ウェハの種類に依らずウェハの有無を検知することができ、また、水分付着などのウェハ表面状態による検出信号への影響が小さく、信頼性の高い検出が出来る。さらに、磁気センサからの信号の交流成分からウェハの動的な振動を検出し、この信号で、ロボットを停止させているのでウェハの損傷を軽減することができる。
なお、本実施例では磁気センサとして磁気インピーダンス素子を用いたが、ＧＭＲ素子、ＭＲ素子、ホール素子などの磁気センサを用いてもよい。
また、弾性体としてシリコーンゴムを用いたが、フッ素ゴム、ウレタンゴム、天然ゴムなどのエラストマーを用いてもよく、コイルばね、板ばねなどのばねを用いてもよい。
また、磁性体ウェハ支持ピンとして磁性ステンレス鋼を用いたが、永久磁石やフェライト、鉄および鉄合金などの磁性を有するものであれば同様の効果が得られる。
また、ローパスフィルタのカットオフ周波数を２０Ｈｚに設定したが、ロボットやエンドエフェクタの形状や材質により、最適のカットオフ周波数は異なる場合がある。

ウェハの荷重を検出することによってウェハの有無を検出することができ、また、ウェハの振動を検出することによってウェハの衝突を検出することができるので、飲料や薬品など壊れやすい製品のハンドリング時の有無検出や衝突検出という用途にも適用できる。

本発明の第１実施例を示すウェハ有無検出装置の構成図である。 本発明のウェハ有無検出装置であって、（ａ）はエンドエフェクタ上に配置されたウェハ検出部の詳細を示す図１のＡ−Ａ線に沿う断面図で、（ｂ）はその信号処理を示すブロック図である。 本発明のウェハ有無検出装置のウェハ有無検出時の出力信号の一例を示すグラフである。 本発明のウェハ有無検出装置のロボット通常動作時の磁気センサの信号の一例であって（ａ）はローパスフィルタ処理前の信号を示すグラフ、（ｂ）はローパスフィルタ処理後の信号を示すグラフである。 本発明のウェハ有無検出装置のウェハがウェハカセットに衝突した時の磁気センサの信号の一例を示すグラフであって、（ａ）はローパスフィルタ処理前の信号を示すグラフ、（ｂ）はローパスフィルタ処理後の信号を示すグラフである。 第１の従来技術を示すウェハ有無検出装置の構成図である。 従来のウェハ有無検出装置の第１の例の光ビームの光路を示す図であって、（ａ）はウェハがない時の光路を示す図、（ｂ）はウェハがある時の光路を示す図である。 第２の従来技術を示すウェハ有無検出装置の構成図である。 従来のウェハ有無検出装置の第２の例の光ビームの光路を示す図であって、（ａ）はウェハがない時の光路を示す図、（ｂ）はウェハがある時の光路を示す図である。 第３の従来技術を示すウェハ有無検出装置の構成図である。 従来の半導体製造装置用の搬送ロボットを示す斜視図である。

符号の説明

１１ ウェハ検出部
１２Ａ 磁性体ウェハ支持ピン
１２Ｂ ウェハ支持ピン
１３ エンドエフェクタ
１４ ウェハ
１５ 弾性体
１６ 磁気センサ
１７ 信号処理回路部
１８Ａ 直流分処理回路
１８Ｂ 交流分処理回路
１９ ロボットコントローラ部
４１ しきい値
６１ 投光器
６２ 受光器
６３ 光ビーム
８１ 静電容量センサ

Claims (12)

1. エンドエフェクタ上のウェハの有無を検出するウェハ有無検出装置において、
   前記エンドエフェクタの表面上に配置されると共に、磁性体ウェハ支持ピンと、前記磁性体ウェハ支持ピンを支持する弾性体と、前記弾性体と隣接した磁気センサより構成されるウェハ検出部と、
   前記磁気センサからの電気信号を処理するための信号処理回路部と、
   を備えることを特徴とするウェハ有無検出装置。
2. 前期信号処理回路部は、前記磁気センサからの電気信号の直流分を処理する直流分処理回路と、交流分を処理する交流分処理回路とを備えることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
3. 前記磁性体ウェハ支持ピンは、鉄又は鉄合金であることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
4. 前記磁性体ウェハ支持ピンは、永久磁石であることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
5. 前記磁性体ウェハ支持ピンは、磁性体と非磁性体の複合体であることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
6. 前記弾性体は、エラストマーであることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
7. 前記弾性体は、金属バネであることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
8. 前記磁気センサは、磁気インピーダンス素子であることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
9. 前記磁気センサは、ＧＭＲ素子であることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
10. 前記磁気センサは、ホール素子であることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
11. 前記磁気センサは、ＭＲ素子であることを特徴とする請求項１記載のウェハ有無検出装置。
12. 請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載のウェハ有無検出装置と、これによって有無を検出されるウェハを搬送するロボットを備えることを特徴とする搬送ロボット装置。

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