JP2006222190A - ウェハのアライナー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】アライナー装置において、機械的な変更をせずに、異なる径のウェハのセンタリング、オリフラ又はノッチのアライメントを可能とする装置を提供すること。
【解決手段】把持部１０３の複数のスライドアーム３を把持部駆動モータ２３によって、同時に同じ移動量でウェハ中心方向に開閉駆動される構成とし、複数のスライドアーム３は、径が異なるウェハを把持できるための移動量を備えた。また、把持部１０３を搭載する旋回部１０４の旋回部駆動モータ８と把持部駆動モータ２３とを協調回転させることによって把持部１０３が把持したウェハを回転させ、所定のアライメント動作をさせる構成とした。
【選択図】図１

Description

半導体の製造装置や検査装置に使用され、ウェハのセンタリングやノッチ等の角度合わせを行うエッジグリップ式（ウェハの外周を保持する方法）のアライナー装置において、本発明は特に、様々なウェハ径を自動で認識し、ウェハ把持部の位置を機械的に変更することなくウェハのアライメントを可能にしたアライナー装置に関する。

半導体の製造においては、６インチ、８インチおよび１２インチなどの様々な径のウェハが使用されており、これら異なった径のウェハを把持できるエッジグリップ式のアライナー装置が求められている。エッジグリップ方式のアライナー装置では、その把持部の駆動方法において、エアシリンダ単体、エアシリンダとローラカム、エアシリンダとリンク式、などエア系アクチュエータによる把持方法が代表的である。しかしいずれの把持部駆動方法を用いても、異なる径のウェハを１台のアライナー装置で把持することができず、ウェハ径に合わせて把持部の部品を変更するか、各ウェハ径専用のアライナー装置に入れ替えるなどして対応する以外に方法がない。

ところが、以上のようにエアシリンダ単体による把持部駆動方法の場合、アライナー装置が８インチと１２インチのウェハ径の両方に対応すると想定すると、把持部の開閉動作に必要なストロークは５０ｍｍとなる。このストロークを動かすためのエアシリンダを考えた場合、ストローク分と把持を開放するストローク分を合わせた移動量を備え、また８インチのウェハ径を把持する際にストロークの途中で停止する多段階調節の可能なエアシリンダが必要となる。これらの理由により、エアシリンダのサイズが大きくなり、結果として把持部全体の構成も大きくなる。またエアシリンダの停止位置精度が悪いことやエアシリンダへのエア供給圧の変動によりウェハ把持位置や把持力のバラツキが大きくなりアライメント精度が悪くなる。
また、エアシリンダとローラカムの組み合わせの場合、上記同様に装置を８インチと１２インチに対応させようとすると、必要なストロークを動かすカムが必要となるので把持部構成は大きくなることが考えられる。
また、エアシリンダとリンク式の組み合わせの場合も、必要なストロークを動かすものになるとカムと同様に把持部が大きくなる。
そこで、本発明の目的は上述した従来の問題点を解消し、少ないモータ軸数で複数のウェハ径に対応できる長いストロークを高精度で動作させることができる把持機構と、機械的な変更をすることなく複数のウェハ径を把持することを可能とするアライナー装置を提供する。

上記課題を解決するために本発明は、以下のように構成した。
請求項１記載の発明は、ウェハ搬送ロボットによって搭載されるウェハの中心位置と方向をアライメントするアライナー装置であって、ウェハの中心軸に設置された駆動プーリと、該駆動プーリの放射状の位置に設置された複数の受動プーリと、前記駆動プーリと前記複数の受動プーリとの間に張られたベルトに接続され、同時に同じ移動量の開閉動作によってウェハの外周に当接する複数のスライドアームとからなる把持部と、前記把持部の駆動プーリを回転させる把持部駆動モータと、前記把持部を搭載する旋回部と、前記旋回部を回転させる旋回部駆動モータと、前記ウェハの切り欠きおよび外周を検出するセンサ部とを具備したアライナー装置とした。
請求項２記載の発明は、前記複数のスライドアームは、径が異なるウェハを把持できるための移動量を備えたアライナー装置とした。
請求項３記載の発明は、前記把持部駆動モータと前記旋回部駆動モータとが協調回転することによって前記把持部が把持したウェハを回転させるアライナー装置とした。
請求項４記載の発明は、前記把持部は、ウェハを把持したときの把持部駆動モータに発生するトルクの値によってウェハの把持状態を認識するアライナー装置とした。
請求項５記載の発明は、前記把持部は、ウェハを把持したときの把持部駆動モータに発生するトルクを制御することによりウェハの把持力を維持させるアライナー装置とした。
請求項６記載の発明は、前記センサ部は、径が異なるウェハの外周が検出できる位置に複数の検出センサを備え、ウェハ搬送ロボットが搬送してきたウェハの径を認識するアライナー装置とした。
請求項７記載の発明は、前記把持部の複数のスライドアームは、前記検出センサによって認識されたウェハの径を把持できる位置に移動してからウェハを把持するアライナー装置とした。

以上の本発明によれば、把持部駆動モータを駆動させることにより、複数のスライドアームを同時に同じ移動量動かすことが可能となったため、各々のスライドアームがばらばらに動作することがなく、ウェハを高い位置決め精度で把持し、その中心位置合わせが容易に確実にできるようになる。
更に、把持部のスライドアームは十分な移動量を確保できるため、半導体製造において使用される、例えば８インチと１２インチのような異なった径のウェハであっても、機械的な変更を伴うことなく把持が可能となる。
また、旋回部駆動モータと把持部駆動モータとを協調回転させることによって、把持部が把持したウェハを旋回させ、その回転中にセンサ部にてウェハの外周を検知でき、所定のアライメントを行うことが可能となる。つまり２軸の駆動部（モータ）で把持、旋回の動作を可能とすることができるため、少ない駆動源でコンパクトに構成されたアライナーを提供することができる。
また、把持部がウェハを把持する際に把持部駆動モータにかかるトルクをフィードバックし、ウェハを適切に把持しているか認識をすることができる。
更に、そのフィードバックされたトルクを基に、把持部駆動モータにトルク制御をおこなうことで、把持部のウェハ把持力を最適に維持することができ、アライメント時にウェハを高速回転させることができるので素早いアライメントが可能となる。
また、センサ部には異なるウェハ径の外周が検出できる位置に複数の検出センサを備えているため、ウェハ搬送ロボットが搬送してきたウェハのウェハ径を検知でき、それによって把持部のスライドアームをウェハが把持できる位置まで移動させることが可能になった。従って、機械的な把持部の変更を必要とすることなく、異なる径のウェハを把持でき、アライメントができるようになった。

以下、本発明の実施の一形態について図を参照して説明する。

まず、図１と図２によって本発明の構成の概要を説明する。図１は本発明のアライナー装置の側断面図である。なお図２は図１の上面図を示している。本発明のアライナー装置は、図示しないウェハ搬送ロボットによって搬送されたウェハ１０５のウェハ径をセンサ部１０２によって認識し、そのウェハ径に合わせて把持部１０３の把持位置を変え、把持部１０３が把持したウェハ１０５を旋回部１０４が旋回させることによって、前記センサ部１０２がウェハ１０５の外周に形成されたノッチ及びオリフラを検出して、所定の位置に回転させるよう構成されている。１０１は本装置の本体部であり、その上部に把持部１０３と旋回部１０４が搭載されている。センサ部１０２は本体部１に固定されている。

次に、各部の構成の詳細な説明をする。
把持部１０３のスライドアーム３は、旋回部１０４の旋回ベース４の上面に配置され、搭載されたウェハの外周に当接できるような形状となっている。スライドアーム３は２個以上で構成され、それぞれが旋回ベース４に固定されたリニアガイド１１によってウェハの中心方向に移動可能に支持されている。一方、スライドアーム３はベルト１２にも固定されている。ベルト１２は、旋回ベース４の中心にある中空を通る旋回軸１９に固定された駆動プーリ１８と、旋回ベース４の上面に配置された複数の受動プーリ１５との間にそれぞれ張られている。駆動プーリ１８は１つであり、複数の受動プーリ１５に対して、図１のように異なった高さでベルト１２を張ることができるよう、受動プーリ１５のそれぞれが高さを異なって旋回ベース４に設置されている。ここで、ベルト１２を駆動させる方法として、図６のように、従動プーリ１５の下部にギア２７を連結させ、駆動プーリ１８に同じく連結させた駆動ギア３０とのギアによる駆動で構成させることも考えられる。従って、いずれの構成にせよ駆動プーリ１８の回転によってベルト１２が回転することで、複数のスライドアーム３はリニアガイド１１に案内されながらウェハの中心に対して放射状に前後し、ウェハを把持したり開放したりする。なお旋回軸１９は旋回ベース４に対して軸受１０で支持されている。また、旋回軸１９の下部にはプーリ２０が固定されており、把持部駆動モータ２３に設置されたプーリ２１との間に張られたベルト２２を介して、把持部駆動モータ２３によって回転可能となっている。以上により、スライドアーム３は把持部駆動モータ２３によって駆動されることになる。
旋回部１０４の旋回ベース４は本体部１０１に軸受１３によって回転可能に支持され、その上部に突出して配置されている。旋回ベース４は本体部１内にあるプーリ５に結合され、旋回部駆動モータ８に設置されたプーリ６との間に張られたベルト７に連結されている。つまり旋回部１０４は旋回部駆動モータ８によって、旋回軸１９を中心に回転可能である。
センサ部１０２は、図１が示すように略コの字形状となっており、コの字の上側または下側に複数の検出センサ３２（３２ａ、３２ｂ、３３ｂ）が固定されている。検出センサ３２は投光側センサと受光側センサがあり、その上下位置は問わない。センサ部１０２は、スライドアーム３が把持しようとする最大径のウェハを把持する際に回転部１０４によって回転されても干渉しない位置に配置される。検出センサ３２（３２ａ、３２ｂ、３３ｂ）は、数種類の径のウェハ外周が検出できる位置に設置され、その機械的な変更をしなくても、これらのノッチ及びオリフラ位置の検出ができるように予め複数個配置されている。

次に、上記のように構成されたアライナー装置において、ウェハ径を自動認識する方法について、図３、図４、図５に基づいて説明する。
図３は、図示しないウェハ搬送ロボットによって搬送されてきた小さな径のウェハ１０５ａのウェハ径を認識する場合を示している。センサ部１０２はロボットによってウェハがスライドアーム３に搭載される直前に、３２ａ、３２ｂ、３２ｃの複数の検出センサ３２の透過または遮光状態の信号を図示しない本装置のコントローラに送信し、コントローラは小ウェハ１０５ａの径の大きさを判定する。この場合、３２ａは遮光、３２ｂは透過、３２ｃは透過の状態の信号を送信する。
図４の中ぐらいの径のウェハ１０５ｂ、図５の大きな径のウェハ１０５ｃも上記と同様にその大きさを判定する。

次に、上記のように本装置がウェハ径を自動認識した後、ウェハを把持する方法について説明する。図２において、駆動プーリ１８が図において反時計回りに回転するよう把持部駆動モータ２３を駆動させると、複数のスライドアーム３は同時に放射状に広がるように移動する。また、駆動プーリ１８を時計回りに回転するよう把持部駆動モータ２３を駆動させると複数のスライドアーム３は同時に中心に向かって移動する。よって、本装置はウェハ径を自動認識すると、スライドアーム３をウェハが搭載できる位置まで移動させ、図示しないウェハ搬送ロボットがウェハを搭載するのを待機する。ウェハが搭載されると、さらに駆動プーリ１８を回転させ、ウェハを把持する。以上の動作によって、ウェハの把持と同時にウェハの中心位置決めも可能となる。ここで、従来のアライナー装置ではセンサ部および把持部を機械的に交換しなければ異なる径のウェハを把持できなかったが、本装置においてはこれが解決されている。

次に、上記のように把持部１０３が把持したウェハの把持状態の確認方法および把持状態の維持について説明する。ウェハを把持部１０３が把持すると、ベルト等を介して、その把持力は把持部駆動モータ２３にトルクとして伝わる。本装置はこのモータに帰ってきたトルク（フィードバックトルク）を、図示しない本装置のコントローラに送信し、該トルクが一定の値以上であれば把持部がウェハを把持していると判断する。また、把持部駆動モータ２３を所定値駆動させても該トルクがフィードバックされない場合は、ウェハが搭載されていないと判断する。
また把持確認後は、把持部駆動モータ２３のトルクをコントローラにて制御することによって、把持部の把持力を制御することも可能となり、ウェハを最適な力で把持することが出来る。

次に、上記のように把持部１０３がウェハを把持したまま旋回動作、すなわちアライメント動作を行う方法を説明する。アライメント動作は、旋回部１０３を回転させる旋回部駆動モータ８と、把持部駆動モータ２３を同回転方向に、同時に動作を開始し、同速度、同移動量回転させる。すなわち旋回部駆動モータ８と把持部駆動モータ２３を協調回転させることによって、プーリ５とプーリ２０を同時に回転させ、その相対位置が変わらないようにすることでスライドアーム３の位置を保ち、ウェハを把持したまま旋回することが出来る。この旋回動作時にセンサ部１０２の検出センサ３２から送出されるノッチまたはオリフラの位置の信号をコントローラにて処理することで、ウェハのノッチ等の位置を特定し、再び上記の旋回動作を繰り返すことでウェハを所望の位置に回転させる。

本発明の一形態によるアライナー装置の側断面図である。 図１の上面図である。 小さい径のウェハを把持した状態を示す簡易的な上面図である。 中程度の径のウェハを把持した状態を示す簡易的な上面図である。 大きい径のウェハを把持した状態を示す簡易的な上面図である。 スライドアームの他の駆動方法を示す部分上面図である。

符号の説明

１０３ 把持部
２３ 把持部駆動モータ
１０４ 旋回部
８ 旋回部駆動モータ
１８ 駆動プーリ
１５ 受動プーリ
１２ ベルト
３ スライドアーム
１０２ センサ部
３２ 検出センサ

Claims (7)

1. ウェハ搬送ロボットによって搭載されるウェハの中心位置と方向をアライメントするアライナー装置であって、
   ウェハの中心軸に設置された駆動プーリと、該駆動プーリの放射状の位置に設置された複数の受動プーリと、前記駆動プーリと前記複数の受動プーリとの間に張られたベルトに接続され、同時に同じ移動量の開閉動作によってウェハの外周に当接する複数のスライドアームとからなる把持部と、
   前記把持部の駆動プーリを回転させる把持部駆動モータと、
   前記把持部を搭載する旋回部と、
   前記旋回部を回転させる旋回部駆動モータと、
   前記ウェハの切り欠きおよび外周を検出するセンサ部とを具備したことを特徴としたアライナー装置。
2. 前記複数のスライドアームは、径が異なるウェハを把持できるための移動量を備えたことを特徴とする請求項１記載のアライナー装置。
3. 前記把持部駆動モータと前記旋回部駆動モータとが協調回転することによって前記把持部が把持したウェハを回転させることを特徴とした請求項１記載のアライナー装置。
4. 前記把持部は、ウェハを把持したときの把持部駆動モータに発生するトルクの値によってウェハの把持状態を認識することを特徴とした請求項１記載のアライナー装置。
5. 前記把持部は、ウェハを把持したときの把持部駆動モータに発生するトルクを制御することによりウェハの把持力を維持させること特徴とする請求項１記載のアライナー装置。
6. 前記センサ部は、径が異なるウェハの外周が検出できる位置に複数の検出センサを備え、ウェハ搬送ロボットが搬送してきたウェハの径を認識することを特徴とする請求項１記載のアライナー装置。
7. 前記把持部の複数のスライドアームは、前記検出センサによって認識されたウェハの径を把持できる位置に移動してからウェハを把持すること特徴とする請求項６記載のアライナー装置。

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