JP2006024805A

JP2006024805A - 半導体薄板の位置合わせ装置

Info

Publication number: JP2006024805A
Application number: JP2004202586A
Authority: JP
Inventors: Mutsumi Osawa; 睦大澤; Fumio Miyamoto; 文夫宮本; Shigenori Takei; 成紀武居
Original assignee: Hitachi Industries Co Ltd
Current assignee: Hitachi Plant Technologies Ltd
Priority date: 2004-07-09
Filing date: 2004-07-09
Publication date: 2006-01-26

Abstract

【課題】
半導体薄板の位置合わせ装置において、構造が簡単で再度の受け渡しをすることなく確実にウェハを保持でき、しかもウェハに損傷を与えることが殆どないようにしたい。
【解決手段】
保持したウェハＷをその主面と垂直方向の軸を中心として回転させ、周縁部をセンシングしてウェハの位置合わせを行う位置合わせ装置であり、放射状に配置したクランプバー１２を放射状配置の中心側で半径方向に移動自由に支持した保持本体２と、この保持本体２をウェハの主面と垂直方向には移動自由に支持し垂直方向の軸を中心として回転させる円筒体３と、円筒体を垂直方向の軸を中心として回転させる駆動体５と、保持本体を弾性材１０を介して垂直方向に移動させる駆動体９と、円筒体と各クランプバーに各端部を軸支連結したリンクバー１４を有し、各クランプバーは放射状配置の外側端部に各クランプバーの半径方向への移動でウェハの周縁部に接しあるいは離脱する保持爪１５を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、保持した円形の半導体薄板をその主面と垂直方向の軸を中心として回転させ、円周部をセンシングして半導体薄板の位置合わせを行う半導体薄板の位置合わせ装置に関する。

半導体製造・検査装置では、処理・検査前に円形の半導体薄板（以下、ウェハと略記）内のデバイス位置を合わせるためにウェハの中心及びノッチ又はオリフラの角度合わせを行っている。その際のウェハを保持する方式として、下記の特許文献１に記載されるようなウェハの外周部のみを保持するエッジグリップ方式が近年主流となってきている。

この方式は、半導体素子の不良発生の一因となるウェハ保持時の異物発生を、ウェハ裏面外周部のみのデバイス形成範囲外に限定することができ、不良品の作り込みを抑えることができる。

特開２０００−２１９５６号公報

上記従来技術では、通常、本体ベース部，クランプ部，クランプ用の水平動作機構と駆動源，ノッチ又はオリフラ検出用センシング部，位置合わせ用の回転動作機構と駆動源，クランプ部にノッチやオリフラが重なった場合やノッチやオリフラを指定の位置に合わせた時にクランプ部がウェハ搬送ロボットと干渉する場合などに一旦ウェハを仮置きしクランプ位置を変えるための仮置きステージ、クランプ部と仮置きステージとの間でウェハ等の薄板の受け渡しを行うための上下動作機構と駆動源などで構成され、複雑な構造となっている。

それゆえ本発明の目的は、構造が簡単で再度の受け渡しをすることなく確実にウェハを保持でき、しかもウェハに損傷を与えることが殆どない半導体薄板の位置合わせ装置を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の特徴とするところは、保持した円形の半導体薄板をその主面と垂直方向の軸を中心として回転させ、円周部をセンシングして半導体薄板の位置合わせを行う半導体薄板の位置合わせ装置において、少なくとも3本の放射状に配置したクランプバーを放射状配置の中心側で半径方向に移動自由に支持した保持本体と、この保持本体を半導体薄板の主面と垂直方向には移動自由に支持し該垂直方向の軸を中心として回転させる円筒体と、該円筒体を該垂直方向の軸を中心として回転させる第1の駆動体と、該保持本体を弾性材を介して該垂直方向に移動させる第2の駆動体と、該円筒体と各クランプバーに各端部を軸支連結したリンクバーを有し、各クランプバーは放射状配置の外側端部に各クランプバーの半径方向への移動で該半導体薄板の周縁部に接しあるいは離脱する該半導体薄板の保持爪を備えていることにある。

本発明によれば、円筒体に対し保持本体を上昇させるとリンクバーがクランプバーを中心方向に移動させ、保持爪はウェハ（半導体薄板）の外周部をそっとクランプする。このときリンクバーとクランプバーも保持本体と一緒に上昇するのでウェハも持ち上げられる。

その後、円筒体の回転で保持本体を回転させると、ウェハは回転しセンシングができる。

円筒体に対し保持本体を下降させるとリンクバーがクランプバーを外側方向に移動させ、保持爪はウェハ（半導体薄板）の外周部をアンクランプする。

従って、構造が簡単で再度の受け渡しをすることなく確実にウェハを保持でき、しかもウェハに損傷を与えることが殆どない

以下、図に示した実施形態について、説明する。

図１は、本発明の一実施形態である半導体薄板の位置合わせ装置の概略構成を示しており、１はフレーム、２は保持本体、３は円筒体、４はベアリング、５はサーボモータ（第１の駆動体）、６はプーリ、７は無端ベルト、９はエアシリンダ（第２の駆動体）、１０はばね、１１はベアリング、１２はクランプバー、１３はガイド、１４はリンクバー、１５は保持爪、１６はウェハＷの載置柱、１７は光学センサである。

円筒体３は内部で保持本体２とスプライン結合をしており、外側をベアリング４を介して回転可能に支持してある。円筒体３は、無端ベルト７とプーリ６でサーボモータ５と結合してあり、サーボモータ５の作動で回転する。保持本体２は円筒体３とスプライン結合してあるから、円筒体３が回転すると、保持本体２も一緒に回転する。

保持本体２は、ばね１０とベアリング１１を介してエアシリンダ９の主軸で支えており、保持本体２はエアシリンダ９の主軸やばね１０に対し自由に回転できる。エアシリンダ９の作動で主軸が上下する場合、円筒体３とはスプライン結合となっているから、保持本体２は円筒体３に対し自由に上下できる。

３本もしくは5本のクランプバー１２は放射状にガイド１３を介して保持本体２に設けてあり、ガイド１３はクランプバー１２を半径方向に移動できるようにしている。

各クランプバー１２は円筒体３とリンクバー１４で結合してある。円筒体３は上下に移動しないので、円筒体３とリンクバー１４の結合個所は、保持本体２が上下移動するときにリンクバー１４の回転中心となり、リンクバー１４における各クランプバー１２との連結部は各クランプバー１２を半径方向に移動させる。

ウェハＷの載置柱１６は３本あるいは５本程度設けてあり、各載置柱１６の上端部でウェハＷの周縁部を支える。なお、載置柱１６上へのウェハＷの載置や取り出しは、図示していない公知のロボットハンドなどにより行う。

保持爪１５は各クランプバー１２の外側端部に設けてあり、保持本体２が上昇したとき、ウェハＷの周縁部に同時に接触するようになっている。ウェハＷの周縁部に接触する保持爪１５はウェハＷを汚染することがなく、また破損しないような素材で作ってある。

光学センサ１７はウェハＷの周縁部に一条の光を照射し、周縁部からの反射あるいは透過光を受けて、ウェハＷの周縁部におけるオリフラあるいはノッチの位置を検出する。

次に、図１に示す位置合わせ装置の動作について説明する。

作業開始前では、各クランプバー１２は円筒体３とともに回転する円周方向における載置柱１６と干渉しない位置において、エアシリンダ９の主軸を下げて保持本体２を下降させ、リンクバー１４で半径方向外側に向けて移動させてある。

これは保持本体２の下降で円筒体３とリンクバー１４の連結位置がガイド１３と接近するために、リンクバー１４はガイド１３で半径方向での移動が自由になっているクランプバー１２を外側に向けて移動させることによる。

先ず、図示していないロボットハンドで、ウェハＷを載置柱１６上に置く。この場合、ロボットハンド側の操作部は、図１に示す位置合わせ装置の原点位置を予め知っているので、載置柱１６上にウェハＷを置き損じることはない。

次に、エアシリンダ９で保持本体２を上昇させる。この場合、上記動きとは逆になり、図２に示すように、リンクバー１４は各クランプバー１２を上昇させつつ半径方向中心に向けて移動させる。各クランプバー１２の上昇と半径方向中心に向けての移動で、保持爪１５はウェハＷの周縁部に接触する。

保持爪１５の一つがウェハＷのオリフラやノッチの位置になってしまった場合は、一旦ウェハＷを少し回転させてから、載置柱１６上に置き、保持爪１５の回転を戻してから、ウェハＷを保持し直すようにするとよい。

保持爪１５がウェハＷの周縁部に接触するとき、エアシリンダ９とベアリング１１の間にばね１０があるので、保持爪１５はウェハＷの周縁部をウェハＷが破損しない程度の力で保持する。即ち、保持爪１５がウェハＷの周縁部を強く押圧しようとしても、ばね１０が変形して押圧力を吸収し、ウェハＷの周縁部を破損することはない。

各クランプバー１２の上昇は、保持爪１５を載置柱１６の上端部より上方に位置させることになるので、保持爪１５でウェハＷの周縁部を保持したら、サーボモータ５を作動させる。

サーボモータ５でプーリ６−無端ベルト７―円筒体３を介して保持本体２を回転させ、ウェハＷを１周させつつ、光学センサ１７からウェハＷの周縁部に照射した光でウェハＷの中心を算出し、角度合わせや位置合わせを行う。

ウェハＷの位置合わせが済んだら、載置柱１６とクランプバー１２が干渉しあわない位置で、エアシリンダ９を作動させ、保持本体２を下降させる。保持本体２の下降は、既に説明したようにクランプバー１２の下降と半径方向外側への移動となり、保持爪１５上のウェハＷは載置柱１６上に移載される。

載置柱１６上のウェハＷは、図示していないロボットハンドで次の工程に廻す。なお、保持爪１５が僅かに開いたところで、図示していないロボットハンドにウェハＷを受け取らせても良い。

以上説明したように、保持本体２の上下動で、載置柱１６との間のウェハＷの保持・受け渡しができ、しかも簡単な構成である。

図３は他の実施形態を示しており、２０は高圧空気の配管、２１はレギュレータ、２２，２３はソレノイドバルブで、エアシリンダ９の主軸とベアリング１１の間のばね１０を省略し、エアシリンダ９の主軸をベアリング１１と直結している。

当初は高圧空気をエアシリンダ９に供給して高速で保持本体２を押し上げ、保持爪１５がウェハＷの周縁部に接触する頃、ソレノイドバルブ２２，２３を切り替えて、レギュレータ２１を介して低圧空気をエアシリンダ９に供給してゆっくり、しかも優しく保持爪１５がウェハＷの周縁部に接触するようにしている。

図３は更に他の実施形態を示しており、円筒体３とリンクバー１４の間にばね３０を設けて、図３と同様に、エアシリンダ９の主軸とベアリング１１の間のばね１０を省略し、エアシリンダ９の主軸をベアリング１１と直結している。

エアシリンダ９の主軸を高速に動作させ、保持爪１５がウェハＷの周縁部を強く押圧しようとしても、ばね３０が押圧力を吸収して保持爪１５がウェハＷの周縁部に優しく接触するようにしている。

バネ３０は、クランプバー１２とリンクバー１４の連結部に介装させてもよい。
また、図１，図４の実施例でエアシリンダ９は他の直動機能を持つ駆動源としてもよい。

本発明の一実施形態である半導体薄板の位置合わせ装置の概略構成図である。図１に示した半導体薄板の位置合わせ装置でウェハを保持する状況を説明する図である。本発明の他の実施形態である半導体薄板の位置合わせ装置における要部を示す概略図である。本発明のさらに他の実施形態である半導体薄板の位置合わせ装置における要部を示す概略構成図である。

符号の説明

１‥フレーム
２‥保持本体
３‥円筒体
４，１１‥ベアリング
５‥サーボモータ（第１の駆動体）
６‥プーリ
７‥無端ベルト
９‥エアシリンダ（第２の駆動体）
１０‥ばね
１２‥クランプバー
１３‥ガイド
１４‥リンクバー
１５‥保持爪
１６‥載置柱
１７‥光学センサ

Claims

保持した円形の半導体薄板をその主面と垂直方向の軸を中心として回転させ、円周部をセンシングして半導体薄板の位置合わせを行う半導体薄板の位置合わせ装置において、
少なくとも3本の放射状に配置したクランプバーを放射状配置の中心側で半径方向に移動自由に支持した保持本体と、この保持本体を半導体薄板の主面と垂直方向には移動自由に支持し該垂直方向の軸を中心として回転させる円筒体と、該円筒体を該垂直方向の軸を中心として回転させる第1の駆動体と、該保持本体を弾性材を介して該垂直方向に移動させる第2の駆動体と、該円筒体と各クランプバーに各端部を軸支連結したリンクバーを有し、各クランプバーは放射状配置の外側端部に各クランプバーの半径方向への移動で該半導体薄板の周縁部に接しあるいは離脱する該半導体薄板の保持爪を備えていることを特徴とする半導体薄板の位置合わせ装置。
上記請求項１において、該保持本体と第2の駆動体の間に介在した弾性材に代えて、各リンクバーの一端を該円筒体および各クランプバーの何れかと弾性材を介して連結したことを特徴とする半導体薄板の位置合わせ装置。
上記請求項１において、該保持本体と第2の駆動体の間に介在した弾性材および該第2の駆動体に代えて、作動力可変型の駆動体を設けたことを特徴とする半導体薄板の位置合わせ装置。
上記請求項１において、さらに、各クランプバーが半径方向外側への移動で該各保持爪が半導体薄板から離脱した状態における該各保持爪の位置より内側に半導体薄板をその周縁部で支える半導体薄板の載置柱を有することを特徴とする半導体薄板の位置合わせ装置。