JP2006080345A - ウエハ搬送アームとウエハ搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの擦れによる塵の発生が抑えられたウエハ搬送装置を提供する。
【解決手段】ウエハ搬送アーム１１０は、アーム本体１３０と、アーム本体１３０の先端部に設けられた二つの固定爪１４０と、アーム本体１３０に対して±Ｘ方向に移動可能な一つの可動爪１６０と、ウエハ１０の外周縁を光学的に検出するための二つのセンサー１５０とを備えている。二つのセンサー１５０は搬送基準軸を挟んでウエハ１０のノッチ１２の幅より広い間隔を置いて配置されている。固定爪１４０はウエハ１０を把持して心出しするためのウエハ心出し把持面１４２とを有し、可動爪１６０はウエハ１０を把持して心出しするためのウエハ心出し把持面１６２とを有している。ウエハ心出し把持面１４２とウエハ心出し把持面１６２の幅はいずれもウエハ１０のノッチ１２の幅よりも広い。
【選択図】 図１

Description

本発明は、カセットに収納されたウエハを心出しして保持し、搬送するためのウエハ搬送装置に関する。

４インチ（１００ｍｍ）程度の外径のシリコンウエハを用いることによって本格的な生産が始まったＩＣ製造は、生産性を追求した結果、６インチウエハ、８インチウエハを経て、現在は１２インチウエハが主流になりつつある。

この間、シリコンウエハ面上に刻印される線幅はどんどん細くなって来た。そして、１２インチウエハでＩＣの生産が始まった頃には０．２ミクロン以下となり、製造途中で発生する塵がこれまで以上に大きな問題としてクローズアップされだした。１２インチウエハによるＩＣの製造は、ウエハの大型化による設備の大型化と線幅の微細化、塵対策など、この産業に大きな技術革新をもたらした。

その結果として、フープ（ＦＯＵＰ）カセットやフォスブ（ＦＯＳＢ）カセットと呼ばれる、収納ウエハのピッチ間隔が大きく、作業時以外はカセット内と外気が遮断される大型密閉カセットの導入や、塵発生の少ないウエハの外周縁把持や塵が付着してもＩＣ製造には悪影響を及ぼすことの少ない裏面外周辺チャック搬送装置の導入が行なわれた。

特開平７−２０１９４７号公報は、カセット内に侵入し、ウエハをカセット内で心出しし、カセット外にウエハを搬出するための３ツ爪チャック方式のウエハ搬送アームを開示している。このウエハ搬送アームは、アーム先端部にアーム表面から立ち上がった二つの固定爪と、固定爪にウエハを押し付け心出し把持する可動爪とを有している。

このウエハ搬送アームが提案されたのは６インチウエハが生産の主流である頃で、ウエハのオリエンテーションフラット（オリフラ）をカセット開口側に揃えた上で、アームによるカセット内ウエハ心出し搬送が想定されている。

ここで、オリフラとノッチについて説明をしておく。オリフラとノッチはいずれもウエハの結晶方向を示したり、ウエハ加工時の位置決めの基準としてウエハの外周に設けられた切り欠き指標である。オリフラは、ウエハ外周に５０ｍｍ程度の弦を設けたもので、６インチウエハはほとんどがこのタイプである。ノッチは、ウエハ外周に幅３ｍｍ程度のＶ字溝が切られたもので、８インチウエハでは９０％以上、１２インチウエハでは１００％このタイプである。

本発明は、ノッチ付き１２インチと８インチウエハを対象としている。一方、特開平７−２０１９４７号公報は、オリフラ付きウエハを対象としており、本発明とは対象が異なるが、二つの固定爪と一つの可動爪によるウエハの心出し把持についての説明には好適である。以下、特開平７−２０１９４７号公報のウエハ搬送アームによるウエハの心出し把持について説明する。

まず、二つの固定爪が先端に設けられたアームがカセット内のウエハとウエハの隙間に侵入し始める。このとき、ウエハがカセット開口側に位置していると、ウエハ把持開放位置にある可動爪がウエハのオリフラ部を押し、ウエハがカセット奥壁に当たらない位置（例えば、奥壁とウエハの間に２ｍｍ程度の隙間がある位置）まで押し込んでアームは停止する。この奥壁に当たらない位置とは、ウエハがカセット奥壁に当たるとカセットが倒れるか、ウエハが破損することを防ぐ意味である。このとき、ウエハとカセットのウエハ載置襞との間では、擦れが発生して塵を発生させる。例えば、ウエハがカセット奥壁から７ｍｍ開口側に位置していると、５ｍｍの擦れが発生する。

次に、アームが上昇するかカセットが下降するかしてウエハがアームに受け渡される。以下では、アームが上昇してウエハを受け取るものとして説明する。このとき、ウエハがカセット奥壁に接触して収納されている状態でも、固定爪とウエハの間にも数ｍｍ（３ｍｍ程度）の隙間が空くように固定爪の位置が設定されている。この隙間は、ウエハが固定爪上に乗り上げて、挟み込み求心ができなくなることを防ぐためのものである。ウエハがアームに受け渡されると、アームはウエハを載せたまま、数ｍｍ（例えば５ｍｍ程度）、カセット開口方向に後退する。この動きがないと、可動爪に押されたウエハが固定爪に当たる前に、カセットの奥壁に当たる。その後、可動爪はウエハを把持するために固定爪の方向に移動する。そして、ウエハを二つの固定爪に押し当てウエハの心出しを行なうと同時にウエハを固定把持すると可動爪は停止する。この後、アームはカセットから引き抜かれ、ウエハがカセット外に搬送される。

ここで、固定爪とウエハ外周縁との最大隙間は、ウエハがカセット奥壁に当たらないための隙間の量とウエハがカセット奥壁に接触して載置されていた場合のウエハと固定爪の隙間の和（＝５ｍｍ程度）となる。このことは、ウエハがアーム表面と５ｍｍの擦れ距離を生じさせ、その分の塵を発生させることを意味する。この他、アームが上昇する際に、可動爪とウエハの間でも擦れが発生する。

また、可動爪はカセット侵入時にウエハを押すことから、可動爪の背は高くなくてはならず、取り出すウエハに接近して侵入した場合など、アームがウエハ受け取るために上昇する際に、すぐ上のスロットのウエハを押し上げてしまうという恐れもある。

次に、特開平７−２０１９４７号公報の心出し精度を高めようとしたものに特開平１１−２２０００２号公報がある。特開平１１−２２０００２号公報は、二つの固定爪と一つの移動爪に加えて、可動爪を挟んで、ウエハ外周縁を押し、ウエハの心出しを助ける二つのローラを備えたアームを提案している。

このアームでは、二つのローラとカセットの奥壁の間にウエハを挟み込んでウエハの心出しを行なう。その後、アームが上昇してウエハを受け取り、二つの固定爪と一つの可動爪でウエハを把持する。

特開平１１−２２０００２号公報のアームでは、ウエハがカセット奥壁に当たるときのカセットの倒れを防止するために、可動爪にスプリングなどの弾性体を組み込み、ウエハを押し付ける力量、すなわち、カセットを押す力量を一定量より大きくならないようにしている。このため、カセットをしっかり固定しておく機構が必要である。また、多種あるカセットの奥壁の形状が一定ではないことや、カセットの素材が樹脂製であることから生じる変形などを考慮すると、高い心出し精度を得ることは難しい。

ウエハとカセットやアームとの擦れに関して述べると、ウエハをカセット奥までカセットの襞上を移動させること、ウエハを奥壁にぶつけること、ウエハが奥壁に当たり停止する位置が不安定なことから、アームの固定爪がウエハと干渉しないように、固定爪をカセット奥方向に深く挿入しなければならないこと（ウエハ受け取り時に、ウエハと固定爪間の距離が増大することから、ウエハとアーム表面の擦れ距離が長くなる）などから、特開平７−２０１９４７号公報よりも、塵の発生が大きい。

次に、爪の形状に関して、特開２００２−１３４５８６号公報は、ウエハとの接触部がより少ない爪を提案している。この爪の形状は、カセットからウエハを受け取る際に接触するウエハ受け面がウエハ裏面に対して緩斜面となっていることと、ウエハを挟み込み固定するウエハ把持面が急斜面となっていることに特徴がある。

アームがウエハを受け取るとき、ウエハが何かの原因で、心出しがうまく行なわれないときなど、ウエハの外周縁が急斜面部に当たっても、ウエハはこの斜面に沿って落下し、ウエハ載置部の緩斜面に載置される効果と、緩斜面とウエハの当接部がウエハ下面エッジのみとなる効果と、ウエハをカセットに戻す際にウエハ外周縁と急斜面との間の擦れが発生しない効果と、ウエハの把持時にウエハの水平を保つ効果とがある。

この場合、アームのウエハ載置面の緩斜面とウエハをカセットに返す際の急斜面の効果は十分認められるものの、ウエハをカセットから受け取る際には問題がある。例えば、カセットが変わって、カセットの奥壁位置が変わると、ウエハ受け取り時に、ウエハがこの急斜面に引っかかってしまう場合がある。三つの爪の急斜面にウエハ外周縁が同時に当たる場合は、引っかかりも発生せず、心出しされた状態でウエハは緩斜面に載置されるが、ウエハの中心位置が上記の理由などにより、所定の位置に心出しされない場合など、二つまたは一つの爪の急斜面にのみ引っかかる場合がある。このとき、引っかからない爪の緩斜面では、ウエハ外周縁は緩斜面との間で摩擦が生じウエハが移動せず、引っかかった爪の急斜面でウエハが引っかかったままの状態が出現する。すなわち、三つの爪すべての緩斜面に着地しない場合が発生する。

一般的に、３ツ爪チャック方式では、カセット内でアームがウエハを受け取るときは、心出しができるように、ウエハのオリフラもノッチも三つの爪に当たらないような位置にあらかじめ整列しておかなければならない。何故なら、円周を三点で挟まない限り、求心できないからである。ただし、ノッチの場合は切り欠きが小さいので、三つの爪のウエハ外周当接部をノッチの幅より大きくすれば、ウエハの求心は可能である。特開平１１−２２０００２号公報では、ウエハの心出しにローラを使っているが、ローラの径がノッチ幅より十分大きければ、求心誤差は無視できる。

次に、ウエハ外周検出・真空チャック方式のアームについて述べる。ウエハ外周検出・真空チャック方式のアームはウエハの外周縁位置を検出するセンサーを備えており、検出されたウエハ外周縁位置からウエハの中心を算出し、この位置とアームのウエハ載置基準位置（アーム上に設定した、ウエハ中心が載せられるべき位置＝設計値）が一致するようにアームを動かし、ウエハを載置し、真空吸着によりウエハを保持して搬出する。

特開平８−６４６５４号公報はウエハ外周縁のカセット開口側の位置を三つの透過型センサーで検出するものを、特開平８−９７２６９号公報は二つのセンサーで検出するものを、特開平９−８２７７６号公報は一つまたは三つの反射センサーで検出するものを開示している。これらの先行技術の真の目的は、ウエハを次工程の装置のステージや精密センタリング用のテーブルに、±０．５ｍｍ程度の精度で載置するためのプリアライメントにある。

これらの先行技術では、カセットの中で、ウエハの搬送方向（Ｘ方向）とその垂直方向（Ｙ方向）の中心位置を求めようとしていることから、一つのセンサーにオリフラやノッチがかかると、ウエハ中心の同定ができなくなり、同定できるまで、カセットに対するアームの侵入位置を変え、アームを侵入させる必要があり、タクトタイムが増大する。もちろん、オリフラなりノッチがこのセンサーにかからないように整列されていれば問題はないが、この当時の生産方式からすれば、ＩＣ製造の数十ある工程毎の検査では、作業者がウエハをカセットから真空ピンセットで取り出し、検査後も同ピンセットでカセットに収納することから、オリフラやノッチの整列は困難で、ランダムにオリフラが位置しているウエハの求心を如何に行なうかが、重要な目的である。

なお、これら三つの先行技術の求心アルゴリズムは基本的には同じであり、ウエハ外周の二点を結ぶ直線の垂直二等分線上に半径Ｒのウエハの中心があるとするもので、例えば、ウエハ外周三点を検出した場合、二点の組を三つ作り、中心を求めた上で、三つの中心位置が同じなら、真のウエハ中心とするものである。

また、これらの先行技術が提案された当時は、８インチ／６インチが生産の主流であって、ＩＣ製造に塵は禁物と言われても、実際にＩＣパターンの刻印されないウエハ裏面とアームの接触は許され、ウエハ裏面を吸着して搬送する方式が標準的に使われていた。

逆に、メカチャックは真空雰囲気の工程以外では、ウエハに歪みを与えるとか、カセット内のウエハの隙間にアームを侵入させることから、アーム先端の背の高い固定爪が、ウエハに接触することが多いとの理由でほとんど使われていなかった。

ところが、１２インチウエハが主流になりつつある現在、前述した線幅の微細化に伴う塵問題がクローズアップされ、ウエハの裏面さえアームと接触しないようにとの要望が出てきている。つまり、ウエハの外周縁を保持して搬送することが望まれている。従って、上記の三つの先行技術には、ウエハ裏面外周部を真空吸着しようとする意図は記述されていない。

幸い、ウエハが大型化したことにより、カセット内でのウエハ収納間隔は、６インチカセットの４．８ｍｍ、８インチカセットの６．４ｍｍから、１２インチカセットでは１０ｍｍまで広がってきた。また、フォスブやフープカセットではロボットがウエハをカセットに収納し、人が手でウエハに触ることもなくなり、ノッチのカセット内位置がカセット中心線上の開口側中心か奥側中心にほぼ整列されるようになった。
特開平７−２０１９４７号公報 特開平１１−２２０００２号公報 特開２００２−１３４５８６号公報

３ツ爪メカチャック方式では、カセット内のウエハ位置決めは、アームがカセット内のウエハの隙間に侵入する際に、アーム根本側の爪がウエハを一定位置まで押し込んで行ない、アームが上昇しウエハを受け取った後に、アームを数ｍｍ後退させ、三つの爪でウエハを心出し把持して行なっている。

この場合、アームがウエハを載置するために上昇する位置をウエハがカセット奥壁に当たる寸前とし、さらにアーム上昇時にアーム先端側の爪とウエハが干渉しないように十分なウエハと爪の隙間をもたせる必要がある。

このため、ウエハを押し込む際にウエハとカセットウエハ載置襞との擦れが生じる。また、ウエハがアームに載置された後にウエハが三つの爪によって求心される際にウエハとアーム表面との擦れが生じる。また、カセット奥壁にウエハをあてて心出しする方式では、ウエハがカセット奥壁に衝突する際にウエハとカセット奥壁との擦れが生じる。この結果、塵が発生し、塵のウエハヘの付着が生じる。

ウエハ外周検出・真空チャック方式では、センサーにオリフラやノッチがかかると一回の外周検出では求心できない求心アルゴリズムを用いており、アームのカセットヘの侵入位置を変え、求心できるまで侵入を繰り返さなければならないため、タクトタイムがかかる。また、裏面中央部の吸着による塵の付着が生じるという不具合がある。当時、ウエハの裏面吸着は、裏面の任意の位置が許され、ウエハがアームから落下しにくい位置が吸着位置として選ばれた。しかし、この吸着位置は現代のウエハ搬送の要求に合致していない。

本発明は、このような実状を考慮して成されたものであり、その目的は、ウエハの擦れによる塵の発生が抑えられたウエハ搬送装置を提供することである。また、一回の動作でウエハを心出しして保持し得るウエハ搬送装置を提供することである。

本発明は、ひとつには、カセットに収納されているウエハを心出しして保持するためのウエハ搬送アーム（ウエハ搬送装置のアーム）に向けられている。ここで、ウエハは、方位決めや位置決めのための指標が外周縁に設けられている。本発明のウエハ搬送アームは、アーム本体と、アーム本体に設けられた少なくとも一つの可動爪を含む三つの爪と、三つの爪でウエハの外周縁を挟み込むことによってウエハを心出しして把持するために可動爪を移動させる可動爪駆動部と、カセットに収納されているウエハのカセット開口側外周縁の位置を検出するための少なくとも二つのセンサーとを備えている。二つのセンサーはウエハのノッチの幅よりも広い間隔を置いて配置されている。三つの爪はいずれもウエハの外周縁と接触するウエハ心出し把持面を有し、ウエハ心出し把持面の幅はいずれもウエハの指標の幅より広い。

本発明は、ひとつには、カセットに収納されているウエハを心出しして保持し、搬送するためのウエハ搬送装置に向けられている。ここで、ウエハは、方位決めや位置決めのための指標が外周縁に設けられている。本発明のウエハ搬送装置は、ウエハを心出しして保持するためのアームと、アームを移動させるための駆動機構とを備えている。アームは、アーム本体と、アーム本体に設けられた少なくとも一つの可動爪を含む三つの爪と、三つの爪でウエハの外周縁を挟み込むことによってウエハを心出しして把持するために可動爪を移動させる可動爪駆動部と、カセットに収納されているウエハのカセット開口側外周縁の位置を検出するための二つのセンサーとを有している。二つのセンサーはウエハの指標の幅よりも広い間隔を置いて配置されている。ウエハ搬送装置は、二つのセンサーによって検出されたデータに基づいてウエハ搬送方向のウエハ中心位置を算出し、算出したウエハ中心位置に基づいてアームをウエハ受け取り位置に移動・停止する。

本発明は、ひとつには、カセットに収納されているウエハを心出しして保持するためのウエハ搬送アーム（ウエハ搬送装置のアーム）に向けられている。ここで、ウエハは、方位決めや位置決めのための指標が外周縁に設けられていて、指標が位置合わせされてカセットに収納されている。本発明のウエハ搬送アームは、アーム本体と、アーム本体に設けられたウエハ裏面の外周縁近くを受ける少なくとも三つのウエハ受け部と、カセットに収納されているウエハのカセット開口側外周縁の位置を検出するための二つのセンサーとを備えている。二つのセンサーはウエハの指標の幅よりも広い間隔を置いて配置されている。ウエハ受け部の少なくとも一つは、ウエハの指標と合致しない位置に、ウエハを真空吸着して固定するための吸着口を有している。

本発明は、ひとつには、カセットに収納されているウエハを心出しして保持し、搬送するためのウエハ搬送装置に向けられている。ここで、ウエハは、方位決めや位置決めのための指標が外周縁に設けられていて、指標が位置合わせされてカセットに収納されている。本発明のウエハ搬送装置は、ウエハを心出しして保持するためのアームを備え、アームは、アーム本体と、アーム本体に設けられたウエハ裏面の外周縁近くを受ける少なくとも三つのウエハ受け部と、カセットに収納されているウエハの搬送方向のウエハ外周縁位置を検出するための二つのセンサーとを有し、二つのセンサーはウエハの指標の幅よりも広い間隔を置いて配置されており、ウエハ受け部の少なくとも一つは、ウエハの指標と合致しない位置に、ウエハを真空吸着して固定するための吸着口を有している。ウエハ搬送装置はさらに、アームを移動させるための駆動機構と、ウエハが搬出される搬送経路中に配置された、搬送方向に垂直な方向のウエハ外周縁位置を検出するためのセンサーとを備えている。ウエハ搬送装置は、二つのセンサーによって検出されたデータに基づいてウエハ搬送方向のウエハ中心位置を算出し、算出したウエハ中心位置に基づいてアームをウエハ受け取り位置に移動・停止する。さらにウエハ搬送装置は、ウエハの搬送方向のウエハ外周縁位置を検出するための二つのセンサーから算出されるウエハ搬送方向のウエハ中心位置と、搬送方向に垂直な方向のウエハ外周縁位置を検出するためのセンサーから得られる搬送方向に垂直な方向のウエハ中心位置とに基づいて、ウエハを載置台の所定位置に載置する。

本発明によれば、ウエハの擦れによる塵の発生が抑えられたウエハ搬送装置が提供される。また、一回の動作でウエハを心出しして保持し得るウエハ搬送装置が提供される。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。

第一実施形態
本実施形態は、カセットに収納されているウエハを心出しして保持し、搬送するためのウエハ搬送装置、特にそのアーム（ウエハ搬送アーム）に向けられている。

図１は、本発明の第一実施形態によるウエハ搬送アームの平面図であり、ウエハの心出し終了時の状態を示している。図２は、図１に示されたウエハ搬送アームの可動爪周辺部を拡大して示す平面図である。図３は、図１に示されたウエハ搬送アームの可動爪周辺部の断面図である。図４は、図２に示されたIV−IVに沿った断面を示している。図５は、図１に示されたウエハ搬送アームのＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面を示している。

続く説明のため、図１に示されるように、次のように座標系を設定する。搬送基準軸（カセット２０内の所定位置に載置されたウエハ１０の中心を通り、ウエハ１０の搬送方向にひいた軸）に平行にＸ軸をとり、カセット２０から離れる方向を＋とする。また、搬送基準軸に垂直な軸に平行にＹ軸をとり、図１の上側を＋とする。さらに、図１の紙面に垂直な軸に平行にＺ軸をとり、図１の紙面の上方を＋とする。

図１と図２に示されるように、ウエハ１０は１２インチウエハであり、方位決めや位置決めのための指標として、外周縁の一個所にＶ字状の溝すなわちノッチ１２が設けられている。

図１において、カセット２０は、フォスブカセットまたはフープカセットと呼ばれるカセットである。

フープカセットは、開口フタがオープナーと呼ばれる装置であけられるため、フープカセット内のウエハ１０は、Ｘ軸方向およびＹ軸方向ともほぼ１ｍｍ程度に整列されている。さらに、ノッチ１２の位置は、フープカセットの後方または前方に位置し、フープカセットのほぼ中心位置に対して±３度程度以内に整列されている。

フォスブカセットは、検査装置などのカセット台に載せる際に手でフタをあけて載せられることから、Ｙ軸方向に±２ｍｍ程度、Ｘ軸方向に＋５ｍｍ程度、所定の位置からずれることがある。ノッチ１２の位置は、ウエハ１０がフォスブカセット内で回転をしないことから、フォスブカセットの開口のほぼ中心位置に±３度程度で整列されている。

フォスブカセットにおいて、Ｙ軸方向に±２ｍｍ程度のずれは、カセットウエハ載置部（ウエハスロットの襞部）の幅がウエハ径より４ｍｍほど広いことに起因し、Ｘ軸方向に＋５ｍｍ程度のずれは、検査装置などにはウエハ１０の出っ張りセンサーが一般的に設けられており、５ｍｍ以上は警告が表示されるようになっていることを起因している。

図１に示されるように、ウエハ搬送アーム１１０は、アーム本体１３０と、アーム本体１３０の先端部に設けられた二つの固定爪１４０と、アーム本体１３０に対して±Ｘ方向に移動可能な一つの可動爪１６０と、ウエハ１０の外周縁を光学的に検出するための二つのセンサー１５０とを備えている。

図１において、ウエハ搬送アーム１１０は、図示しないコントローラーからの指示に従って図示しない搬送ロボットなどの駆動機構によって、Ｘ軸（搬送基準軸）方向とＹ軸方向とＺ軸方向とに移動可能となっている。言い換えれば、本実施形態によるウエハ搬送装置は、ウエハ搬送アーム１１０と、ウエハ搬送アーム１１０を移動させる搬送ロボットなどの駆動機構とを備えている。

図３に示されるように、可動爪１６０の裏側にはリニアガイドケース１３５が設けられている。リニアガイドケース１３５は、アーム本体１３０に固定されたリニアガイド１３６に沿って移動可能である。これにより、可動爪１６０はアーム本体１３０に対して±Ｘ方向に滑らかに移動可能になっている。

図２に示されるように、アーム本体１３０にはピン１３３が、可動爪１６０には係止穴１６６が設けられている。ピン１３３と係止穴１６６の間にはバネ１３４が配置され、バネ１３４は伸ばされていて、バネ１３４の両端部はそれぞれピン１３３と係止穴１６６に固定されている。これにより、バネ１３４は常に可動爪１６０を−Ｘ方向に移動させる力を可動爪１６０に与えている。モーター１８０はアーム本体１３０に固定されており、±Ｘ方向に移動可能な軸１８１を備えている。軸１８１は、可動爪１６０に設けられた溝部１６７を通って延びており、先端にはＴ型部材１８２が固定されている。溝部１６７のＴ型部材１８２の側には、緩衝リング１８３が設けられている。モーター１８０は、図示しないコントローラーからの指示により、軸１８１を＋Ｘ方向に移動させることにより、バネ１３４の力に抗して可動爪１６０を＋Ｘ方向に移動させることが可能になっている。

図４と図５に示されるように、センサー１５０は、上方に向いた発光受光窓１５１を有し、発光受光窓１５１を通して光を射出するとともに、ウエハ１０からの反射光を取り込むことによってウエハ１０の外周縁を検出する。センサー１５０はファイバー部が板１３２によって保持されている。

二つのセンサー１５０は、図１と図２に示されるように、搬送基準軸を挟んで、ノッチ１２の幅より広い間隔を置いて配置されている。搬送基準軸の付近にセンサー１５０が置かれる理由は、ウエハ１０がカセット２０内で偏心していたとしても、ウエハ１０の外周縁を測定する際に誤差がわずかしか発生しないからである。二つのセンサー１５０がノッチ１２の幅より広い間隔を置いて配置されている理由は、このような配置であれば、センサー１５０の少なくとも一方は確実にウエハ１０の外周縁を正しく検出するからである。そして、一般的には、最初に検出される側が正常なウエハ１０の外周縁である。しかし、ウエハ１０が偏心していると必ずしも先に検出した値が正常なウエハ１０の外周縁でない場合がある。

図６は、ノッチがセンサーにかかる場合に発生する誤差を説明する概念図である。

図６では、二つのセンサー１５０は搬送基準軸から１０ｍｍ離して配置されており、ウエハ１０の偏心を２ｍｍとして試算する。偏心していないウエハ１０がセンサー１５０を通過した場合、ウエハ１０の外周縁の検出値はウエハ１０の最凸部から０．３３ｍｍ遅れて（減算されての意）検出されるが、この値は、補正値として処理部にあらかじめ記憶されており、ウエハ１０の外周縁の検出時にセンサー１５０による検出値に加算される。

ウエハ１０が右側に２ｍｍ偏心している場合、偏心がない場合に比べて、偏心方向側すなわち右側のセンサー１５０は、０．１１ｍｍ早く（＋側）ウエハ１０の外周縁を検出するので、真の値より０．１１ｍｍ＋側に外周縁があると判断する。これが、センサー１５０にノッチ１２がかからないときの誤差である。

次に、センサー１５０にノッチ１２がかかるときの誤差について述べる。

ウエハ１０の中心が搬送基準軸上を搬送される場合、ノッチ１２にかかる側のセンサー１５０によるウエハ１０の外周縁検出は、ノッチ１２がかからない側のセンサー１５０より必ず遅れるので、問題はない。しかし、図６に一点鎖線で示されるように、ウエハ１０が右側に２ｍｍ偏心して搬送され、ノッチ１２が右側のセンサー１５０にかかる場合、ウエハ１０の外周縁検出点Ｐはノッチ１２の角度に依存して点Ｐ１から点Ｐ２までの間に存在し、左側のセンサー１５０より先に右側のセンサー１５０がウエハ１０の外周縁を検出するため、本来の位置よりウエハ１０の内側をデータとして取り込む。このために誤差が発生する。

このとき、右側のセンサー１５０と左側のセンサー１５０が同時にウエハ１０の外周縁を検出するときに、最大誤差を生じさせる。このとき、点Ｐ５はウエハ１０の外周縁から０．４８ｍｍ減算されて測定されるとともに０．３３ｍｍの補正値が加算される結果、真の値より−０．１５ｍｍして測定される。つまり、計算されるウエハ１０の中心はＸ軸上で０．１５ｍｍカセット２０の奥方向にずれる。

しかし、これら二つの値は、本実施形態において必要な精度に対して無視できる程度の値であるので、これらの誤差は問題とならない。

なお、本実施形態では、センサー１５０に反射型センサーで構成されているが、透過型センサーで構成されてもよい。昨今、光ファイバーを用いたセンサーは、径が２ｍｍ程度のロッド形状で、狭い場所にも設置できるサイドビュータイプのものが発売されている。例えば、オムロン社の型番Ｅ３２−Ｄ２４Ｒなどは、外径が２ｍｍで、物体の検出可能距離が７ｍｍ程度である。このようなセンサーはアーム本体１３０の肉厚よりも薄いので、アーム本体１３０に設けた凹部１３１の中に埋め込むことにより、アーム本体１３０の表面から突出させることなく配置できる。

図１に示されるように、二つの固定爪１４０は、アーム本体１３０の先端部に搬送基準軸に対称に設けられており、ウエハ１０の中心Ｏに向けられている。二つの固定爪１４０は可動爪１６０と共働してウエハ１０を把持するとともに心出しを行なう。ウエハ１０が偏心すると、ウエハ搬送アーム１１０のウエハ受け取り位置でのウエハ１０の外周縁と爪（固定爪１４０と可動爪１６０）との距離が変化するので、すべての爪（固定爪１４０と可動爪１６０）は搬送基準軸から３０度以内に配置されるとよく、また、ウエハ１０の心出し効果を考えると１５度以上に配置されるとよい。ウエハ心出し把持面の幅は、すべての爪（固定爪１４０と可動爪１６０）において、ノッチ１２の幅より大きく、例えば１０ｍｍから２０ｍｍ程度である。また、図７に示されるように、ウエハ１０の外周縁が爪のウエハ心出し把持面の全面に当たらないように凹部が設けられてもよい。

図５に示されるように、固定爪１４０は、カセット２０からウエハ１０を受けるためのウエハ受け面１４１と、ウエハ１０を把持して心出しするためのウエハ心出し把持面１４２とを有している。同様に、可動爪１６０は、カセット２０からウエハ１０を受けるためのウエハ受け面１６１と、ウエハ１０を把持して心出しするためのウエハ心出し把持面１６２とを有している。

ウエハ受け面１４１とウエハ受け面１６１はいずれも、同一の角度θ１（５度〜２０度程度）をもった緩い円錐面の一部で構成されている。可動爪１６０のウエハ受け面１６１の幅は、ウエハ１０を安定に支持するため、固定爪１４０のウエハ受け面１４１の幅より広く、例えば３０ｍｍ〜５０ｍｍ程度となっている。

ウエハ心出し把持面１４２とウエハ心出し把持面１６２の幅はいずれも、ウエハ１０のノッチ１２の幅よりも広い。またウエハ心出し把持面１４２とウエハ心出し把持面１６２はいずれも、ウエハ１０の径に等しい径をもち、その中心軸がウエハ１０の主面に垂直な円筒面の一部で構成されている。この構造は、爪（固定爪１４０と可動爪１６０）がウエハ１０を挟み込んだときに、ウエハ１０を滑らかに動かして心出しするとともに、ウエハ１０を傾きなく把持することを可能にする。また、ウエハ１０と接触する部位が三個所となり塵の防止に有利である。

可動爪１６０はさらに、ウエハ搬送アーム１１０がウエハ１０を受け取るために上昇した際にすぐ上のスロットのウエハ１０を押し上げないための逃げ１６３を有している。逃げ１６３は、固定爪１４０と同じ高さで、長さＬは１０ｍｍ〜１５ｍｍ程度である。アーム本体１３０と固定爪１４０の合計の高さは５ｍｍ程度で、１２インチカセットのウエハ１０とウエハ１０の間に入り込むには十分に薄い。

なお、本実施形態では、二つの固定爪と一つの可動爪をもつタイプの３ツ爪チャックを例示しているが、３ツ爪チャックは一つの固定爪と二つの可動爪をもつタイプであってもよい。また、ウエハ外周縁に当接する爪の部分の幅が十分に広ければ、一つの固定爪と一つの可動爪をもつタイプも実質的に３ツ爪チャックの範中に含まれる。

ウエハ心出し把持の手順
まず、ウエハ搬送アーム１１０があらかじめ記憶されたカセット内のウエハ１０とウエハ１０の隙間のほぼ中間位置にコントローラーからの指示に従い挿入される。このとき、二つのセンサー１５０はウエハ１０のカセット開口側のウエハ外周縁位置を検出する。そして、ウエハ径を３００ｍｍとして、この検出位置から３００ｍｍ先にウエハ１０のカセット奥側外周縁があり、１５０ｍｍ先にウエハ１０のＸ方向中心があるとする。そして、Ｘ方向に関して、爪（固定爪１４０と可動爪１６０）の内接円の中心とウエハ１０の中心とを合致させてウエハ搬送アーム１１０は停止する。

図８は、ウエハと固定爪とカセット奥壁の位置関係を示している。ウエハ搬送アーム１１０は、検出されたウエハ１０の外周縁と開放状態にある可動爪１６０のウエハ心出し把持面１６２との距離Ｌ１を２ｍｍ程度として停止する。このとき、固定爪１４０のウエハ心出し把持面１４２とウエハ１０の外周縁との間の距離Ｌ２は２ｍｍ程度である。なお、ウエハ１０の外周縁とカセット奥壁２４との間の距離Ｌ３は、ウエハ１０のカセット内の初期位置によって様々な値をとる。

このような状態で、ウエハ搬送アーム１１０は上昇し、ウエハ１０をカセット２０からウエハ搬送アーム１１０に移し替える。このとき、ウエハ１０は、爪（固定爪１４０と可動爪１６０）に干渉することなく、確実に爪（固定爪１４０と可動爪１６０）の緩斜面（ウエハ受け面１４１とウエハ受け面１６１）上に載置される。そして、ウエハ搬送アーム１１０をカセット２０の開口側に５ｍｍほど移動（後退）させ、その後、可動爪１６０を固定爪１４０の側に動かしウエハ１０を挟み込み心出ししてウエハ搬送アーム１１０に固定する。このとき、ウエハ１０は可動爪１６０によって押され、緩斜面（ウエハ受け面１４１とウエハ受け面１６１）上を相対的に移動し、最終的に緩斜面（ウエハ受け面１４１とウエハ受け面１６１）と直角面（ウエハ心出し把持面１４２とウエハ心出し把持面１６２）の交わる位置で心出しされ把持される。この後、ウエハ１０はカセット外に搬出される。

ここで、ウエハ搬送アーム１１０を５ｍｍほど後退させるのは、ウエハ１０がカセット奥壁２４に当たっている場合など、開口側に移動させておかないと、可動爪１６０がウエハ１０を押したときにウエハ１０がカセット２０を押し倒すおそれがあるからである。

これまでの説明から分かるように、本実施形態によれば、センサー１５０にノッチ１２がかかる場合でも、誤差の少ないウエハ１０のＸ方向の求心が一回の動作で可能であり、ウエハ１０に対するウエハ搬送アーム１１０のウエハ受け取り位置を正確に制御できるため、ウエハ１０が爪（固定爪１４０と可動爪１６０）に乗り上げたり、爪（固定爪１４０と可動爪１６０）の急斜面に擦れ落ちることがなくなる。また、ウエハ１０とカセット襞の擦れはなく、ウエハ１０とウエハ搬送アーム１１０の擦れは２ｍｍと小さくできるので、塵の発生が良好に抑えられ、従ってウエハ１０へ塵の付着も良好に抑えられる。さらに、ウエハ１０のカセット奥壁２４への衝突もないので、カセット２０の倒れも発生しない。

第二実施形態
図９は、本発明の第二実施形態によるウエハ搬送装置の構成を概略的に示している。図１０は、図９に示されたウエハ搬送アームのセンサー周辺部の断面図である。

本実施形態の説明においても、図９に示されるように、座標系は第一実施形態と同様に設定されている。

本実施形態のウエハ搬送装置２００は、図９に示されるように、ウエハ１０を心出しして保持するためのウエハ搬送アーム２１０と、ウエハ搬送アーム２１０を移動させるための図示しないロボットなどからなる駆動機構と、ウエハ１０がカセット２０から搬送基準軸に沿って搬出される際に搬送方向に垂直な方向のウエハ外周縁位置を検出するためのセンサー２６０とを備えている。

ウエハ搬送アーム２１０は、アーム本体２３０と、ウエハ１０の裏面の外周縁を真空吸着するための二つの吸着パッド２４０と、ウエハ１０の載置時の安定を図るための二つの補助パッド２３２と、カセット２０に収納されているウエハ１０のカセット開口側外周縁の位置を検出するための二つのセンサー２５０とを備えている。

吸着パッド２４０と補助パッド２３２はいずれもアーム本体２３０に設けられており、ウエハ１０の外周縁から４ｍｍ以内の部分に接触するように配置されている。二つの吸着パッド２４０はウエハ１０の搬送基準軸上に配置されている。補助パッド２３２は吸着パッド２４０と同じ高さで、アーム本体２３０の先端部に搬送基準軸から離れて配置されている。吸着パッド２４０は、それぞれ、ウエハ１０を真空吸着して固定するための二つの吸着口２４２を有している。吸着口２４２は、ウエハ１０のノッチ１２と合致しない位置に配置されている。吸着口２４２はいずれもアーム本体２３０に設けられた真空通路２４４に連絡されている。真空通路２４４は、アーム本体２３０の下面に溝を設け、アーム本体２３０の下面に接着板２４８を貼り付けることによって形成されている。真空通路２４４は図示しないポンプに連絡されている。

一般的に、ウエハ１０の外周縁から５ｍｍ程度以内の部分は、ＩＣ製品として使用されないことから、裏面を吸着してもよいとされる部分である。吸着パッド２４０と補助パッド２３２は、ウエハ１０がカセット２０内で偏心していた場合を想定して、ウエハ１０がウエハ搬送アーム２１０に載せられたとき、ウエハ１０の裏面の外周縁から４ｍｍ以内の部分に接触するように配置されている。

吸着パッド２４０は、厚さ０．５ｍｍ、円弧長さ４０ｍｍ程度、幅４ｍｍであり、その内側に二つの吸着口２４２が設けられている。二つの吸着口２４２は１５ｍｍ程度離れており、それぞれ、幅１ｍｍ、長さ１０ｍｍ程度である。二つの吸着口２４２が１５ｍｍ離れているのは、このあたりにノッチ１２が整列されているからで、角度にすると３度程度である。ノッチ１２はカセット２０の開口中心付近に精度良く整列されているので、二つの吸着口２４２がこの程度離れていれば、吸着口２４２とノッチ１２が合致することはない。

補助パッド２３２は、厚さは吸着パッド２４０と同じで、径５ｍｍ程度の大きさで、搬送基準軸から５０ｍｍ程度離れた位置に貼り付けられている。ウエハ１０が２ｍｍ程度偏心していると、この位置ではウエハ１０の外周縁は±１ｍｍ程度Ｘ軸方向に変化するので、ウエハ１０の外周縁から５ｍｍより内側に入り込まないように、外側に貼り付けられている。

二つのセンサー２５０は、図９に示されるように、ウエハ１０のノッチ１２の幅よりも広い間隔を置いて配置されている。センサー２５０はいずれも、アーム本体２３０に取り付けられている。センサー２５０は透過型ファイバーセンサーからなり、図１０に示されるように、発光部２５２と受光部２５４とを備えている。発光部２５２は発光窓２５３を有し、受光部２５４は受光窓２５５を有し、発光窓２５３と受光窓２５５は互いに向き合っている。発光部２５２と受光部２５４は、ファイバー止め２５６によって、Ｚ軸方向に所定の間隔をおいてアーム本体２３０に取り付けられている。受光部２５４は、アーム本体２３０の厚さより径が小さく、アーム本体２３０に設けられた凹部２３４の中に、アーム本体２３０の上面から上に突出することなく、配置されている。

心出し搬送手順
ウエハ搬送アーム２１０は、コントローラーからに指示に従い、カセット２０内のウエハ１０とウエハ１０の中間位置に侵入し、センサー２５０がウエハ１０のカセット開口側外周縁を検出してＸ方向の中心を求め停止する。このとき、第一実施形態と同様に、最初に検出する外周縁を求心に用いる外周縁とする。その後、このデータに基づき、ウエハ搬送アーム２１０はカセット開口側に後退し、ウエハ１０の外周縁近くと吸着パッド２４０とが合致する位置で停止する。このとき、二つのセンサー２５０は、ウエハ１０の外周縁から十分外側に逃げて位置する。この理由は、ウエハ搬送アーム２１０がウエハ１０を受け取るために上昇するとき、取り出そうとするウエハ１０のすぐ上のスロットにあるウエハ１０と干渉しないようにするためである。この後、ウエハ搬送アーム２１０は上昇し、ウエハ１０を受け取り停止した後、吸着を開始してウエハ１０を固定し、ウエハ１０をカセット２０の外に搬送基準軸に沿って搬出する。

この搬送経路中に、Ｙ方向のウエハ外周縁位置を検出する一つのセンサー２６０が配置されている。このセンサー２６０によって、ウエハ１０のＹ軸方向の偏心量が求められる。もちろん、Ｙ方向の両側の外周縁を測定して平均化するのもよい。

ウエハ搬送アーム２１０はセンサー２６０を通過した後、カセット内で求めたＸ方向のウエハ中心位置に基づいてウエハ載置台２７０上に停止し、さらにセンサー２６０で求められたＹ軸方向の偏心量（言い換えればＹ方向のウエハ中心位置）に基づいてＹ軸方向に移動する。その後、ウエハ搬送アーム２１０は降下してウエハ１０をウエハ載置台２７０に載置する。

このように、本実施形態によれば、第一実施形態と同様に、センサー２５０にノッチ１２がかかる場合でも、誤差の少ないウエハ１０のＸ方向の求心が一回の動作で可能である。さらに、センサー２６０によってウエハ１０のＹ方向の求心が可能であるため、次工程のウエハ載置台２７０にウエハ１０を良好に位置決めして載置するができる。また、ウエハ裏面とアームの間の擦れがないため、塵の発生が良好に抑えられ、従ってウエハ１０へ塵の付着も良好に抑えられる。

これまで、図面を参照しながら本発明の実施形態を述べたが、本発明は、これらの実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において様々な変形や変更が施されてもよい。

ウエハの外周縁位置を検出するためのセンサーは、第一実施形態では反射型センサーで構成されており第二実施形態では透過型センサーで構成されているように、透過型センサーと反射型センサーのいずれで構成されてもよい。反射型センサーはウエハ１０の外周縁の面取りによる誤差を生じるので、検出精度の点では透過型センサーの方が好ましい。一方、透過型センサーは、ウエハ１０を挟むようにしてウエハ１０の外周縁を検出するため、ウエハ１０の収納ピッチ（すなわちスロットのピッチ）が小さいカセット２０に対しては配置が難しい。

本発明の第一実施形態によるウエハ搬送アームの平面図であり、ウエハの心出し終了時の状態を示している。 図１に示されたウエハ搬送アームの可動爪周辺部を拡大して示す平面図である。 図１に示されたウエハ搬送アームの可動爪周辺部の断面図である。 図２に示されたIV−IVに沿った断面を示している。 図１に示されたウエハ搬送アームのＡ−Ｏ−Ｂ線に沿った断面を示している。 ノッチがセンサーにかかる場合に発生する誤差を説明する概念図である。 図１〜図５に示された爪に代えて適用可能な別の爪の形状を示している。 ウエハと固定爪とカセット奥壁の位置関係を示している。 本発明の第二実施形態によるウエハ搬送装置の構成を概略的に示している。 図９に示されたウエハ搬送アームのセンサー周辺部の断面図である。

符号の説明

１０…ウエハ、１２…ノッチ、２０…カセット、２４…カセット奥壁、１１０…ウエハ搬送アーム、１３０…アーム本体、１３１…凹部、１３２…板、１３３…ピン、１３４…バネ、１３５…リニアガイドケース、１３６…リニアガイド、１４０…固定爪、１４１…ウエハ受け面、１４２…ウエハ心出し把持面、１５０…センサー、１５１…発光受光窓、１６０…可動爪、１６１…ウエハ受け面、１６２…ウエハ心出し把持面、１６６…係止穴、１６７…溝部、１８０…モーター、１８１…軸、１８２…Ｔ型部材、１８３…緩衝リング、２００…ウエハ搬送装置、２１０…ウエハ搬送アーム、２３０…アーム本体、２３２…補助パッド、２３４…凹部、２４０…吸着パッド、２４２…吸着口、２４４…真空通路、２４８…接着板、２５０…センサー、２５２…発光部、２５４…受光部、２６０…センサー、２７０…ウエハ載置台。

Claims (6)

1. カセットに収納されているウエハを心出しして保持するためのウエハ搬送アームであり、ウエハは、方位決めや位置決めのための指標が外周縁に設けられており、ウエハ搬送アームは、
   アーム本体と、
   アーム本体に設けられた少なくとも一つの可動爪を含む三つの爪と、
   三つの爪でウエハの外周縁を挟み込むことによってウエハを心出しして把持するために可動爪を移動させる可動爪駆動部と、
   カセットに収納されているウエハのカセット開口側外周縁の位置を検出するための少なくとも二つのセンサーとを備え、
   二つのセンサーはウエハのノッチの幅よりも広い間隔を置いて配置されており、
   三つの爪はいずれもウエハの外周縁と接触するウエハ心出し把持面を有し、ウエハ心出し把持面の幅はいずれもウエハの指標の幅より広い、ウエハ搬送アーム。
2. 請求項１において、三つの爪のウエハ心出し把持面はいずれも、ウエハの径と同じ径の円筒面の一部で構成されている、ウエハ搬送アーム。
3. 請求項１において、三つの爪はいずれもウエハを受けるためのウエハ受け面を有し、ウエハ受け面は、ウエハ裏面に対する傾斜面であり、ウエハ心出し把持面を構成するウエハの径と同じ径の円筒面と同心の円錐面の一部で構成されている、ウエハ搬送アーム。
4. カセットに収納されているウエハを心出しして保持し、搬送するためのウエハ搬送装置であり、ウエハは、方位決めや位置決めのための指標が外周縁に設けられており、ウエハ搬送装置は、
   ウエハを心出しして保持するためのアームであって、アーム本体と、アーム本体に設けられた少なくとも一つの可動爪を含む三つの爪と、三つの爪でウエハの外周縁を挟み込むことによってウエハを心出しして把持するために可動爪を移動させる可動爪駆動部と、カセットに収納されているウエハのカセット開口側外周縁の位置を検出するための二つのセンサーとを有し、二つのセンサーはウエハの指標の幅よりも広い間隔を置いて配置されている、アームと、
   アームを移動させるための駆動機構とを備えており、
   二つのセンサーによって検出されたデータに基づいてウエハ搬送方向のウエハ中心位置を算出し、算出したウエハ中心位置に基づいてアームをウエハ受け取り位置に移動・停止する、ウエハ搬送装置。
5. カセットに収納されているウエハを心出しして保持するためのウエハ搬送アームであり、ウエハは、方位決めや位置決めのための指標が外周縁に設けられていて、指標が位置合わせされてカセットに収納されており、ウエハ搬送アームは、
   アーム本体と、
   アーム本体に設けられたウエハ裏面の外周縁近くを受ける少なくとも三つのウエハ受け部と、
   カセットに収納されているウエハのカセット開口側外周縁の位置を検出するための二つのセンサーとを備えており、
   二つのセンサーはウエハの指標の幅よりも広い間隔を置いて配置されており、
   ウエハ受け部の少なくとも一つは、ウエハの指標と合致しない位置に、ウエハを真空吸着して固定するための吸着口を有している、ウエハ搬送アーム。
6. カセットに収納されているウエハを心出しして保持し、搬送するためのウエハ搬送装置であり、ウエハは、方位決めや位置決めのための指標が外周縁に設けられていて、指標が位置合わせされてカセットに収納されており、ウエハ搬送装置は、
   ウエハを心出しして保持するためのアームであって、アーム本体と、アーム本体に設けられたウエハ裏面の外周縁近くを受ける少なくとも三つのウエハ受け部と、カセットに収納されているウエハの搬送方向のウエハ外周縁位置を検出するための二つのセンサーとを有し、二つのセンサーはウエハの指標の幅よりも広い間隔を置いて配置されており、ウエハ受け部の少なくとも一つは、ウエハの指標と合致しない位置に、ウエハを真空吸着して固定するための吸着口を有している、アームと、
   アームを移動させるための駆動機構と、
   ウエハが搬出される搬送経路中に配置された、搬送方向に垂直な方向のウエハ外周縁位置を検出するためのセンサーとを備えており、
   二つのセンサーによって検出されたデータに基づいてウエハ搬送方向のウエハ中心位置を算出し、算出したウエハ中心位置に基づいてアームをウエハ受け取り位置に移動・停止し、
   ウエハの搬送方向のウエハ外周縁位置を検出するための二つのセンサーから算出されるウエハ搬送方向のウエハ中心位置と、搬送方向に垂直な方向のウエハ外周縁位置を検出するためのセンサーから得られる搬送方向に垂直な方向のウエハ中心位置とに基づいて、ウエハを載置台の所定位置に載置する、ウエハ搬送装置。

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