JP2007234936A - ウェハ搬送アーム及びウェハ搬送装置 - Google Patents

ウェハ搬送アーム及びウェハ搬送装置 Download PDF

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Sadao Suzuki
貞雄 鈴木
Katsuyo Maruyama
勝代 丸山
Shizuko Hoshi
志津子 星
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Abstract

【課題】 ウェハ搬送アーム及びウェハ搬送装置に関し、簡単な構成・手法により、キャリア歪み、カセット・エレベータホームセンサーのズレ等が生じても、ウェハの欠け割れや傷の発生を未然に防ぐ。
【解決手段】 ウェハ4を装置内に搬送搬出する搬送アーム1に、アーム直下またはアーム直上のウェハ5との接触の可能性の有無を検出する機構を備える。
【選択図】 図1

Description

本発明はウェハ搬送アーム及びウェハ搬送装置に関するものであり、ウェハ等の板状体、特に、半導体ウェハの搬送工程における設備障害による半導体ウェハの欠け割れや傷の発生を防止するための構成に特徴のあるウェハ搬送アーム及びウェハ搬送装置に関するものである。
従来より、半導体製造工程において、各製造工程間におけるシリコンウェハの保管・搬送のためにキャリアが用いられており、このキャリアの内部に設けられた溝にシリコンウェハを一枚ずつ挿入している。
この様にシリコンウェハを収容したキャリアを各工程における製造装置のローダーにセットし、ローダーの搬送用ロボット・アームがシリコンウェハを抜き取って所要の処理を行うことになるので、ここで、図11を参照して従来のキャリアの一例を説明する。
図11参照
図11は、キャリアの概略的斜視図であり、キャリア30は樹脂製であり、基本構成としては天井板31、ウェハを挿入保持するウェハ挿入溝34を設けた側壁板33、底板に相当するHバー36からなる。
この様な基本構成に対して、ローダーにセットする際のハンドリング・固定のための係合手段として天井板31にはロボフランジ32が設けられ、側壁板33のウェハ挿入側にはトップフランジ35が設けられ、後方側には一対の脚幅部39が設けられており、さらに、Hバー36は、幅狭部37と幅広部38とによって構成されている。
なお、これらの名称は便宜上の通称名である。
近年、半導体用の製品収納キャリアは、ウェハとウェハとの間のピッチが、例えば、3mm程度と非常に狭くなってきているため、かなり高度の搬送精度が要求されている。
この時、キャリアの歪みやカセットキャリアエレベータのホームセンサのズレ等が発生した場合には、ロボット・アームが製品ウェハに接触する等の製品設備障害が発生する虞がある。
そこで、これらの障害が発生する前に、いち早くアラーム発報で知らせ、製品への被害を未然に防ぎ、さらに正常なポジションまで補正し戻すことで、処理を途切れることなく継続させることが必要となる。
現在は、通常、ウェハ搬送用のロボットにおいては、ロボット・アーム表面側でのみウェハの有無を検知して、上述の製品設備障害の発生に対処している。
例えば、ロータリエンコーダパルスと真空センサを用いてロボット・アームの上面とウェハの裏面の相対位置(間隙)を検出することが提案されている(例えば、特許文献1参照)。
或いは、搬送アームに振動子のセンサを設けて振動モードを検出することによって搬送アームの動作時の接触或いは接近部位を判定したり(例えば、特許文献2参照)、さらには、初期セットアップにおいて、実機キャリアと全く同じ構成のセットアップ用のキャリアを用いて距離センサによりウェハ載置板の上下方向の位置を非接触で測定すること(例えば、特許文献3参照)が提案されている。
特開平10−294349号公報 特開昭63−180824号公報 特開2004−072067号公報
しかし、上述の方法の場合、装置構成が複雑化するとともに、ウェハの出し入れ時にロボットアーム、及び、キャリア上下のセンサの位置ズレ発生等により、下側に位置するウェハと接触してしまう場合があるという問題がある。
この時、ウェハがせり出した場合は、上述のキャリアキャリアエレベータ等に装備した検出センサで検知することは可能であるが、ウェハがせり出さない程度の軽い接触の場合、検知する術がなかった。
そのため、設備異常対応及び、製品ウェハの処置対応が後手後手となる危険性が大いにある。
また、上記特許文献3のように、実機キャリアと全く同じ構成のセットアップ用のキャリアを用いた場合には、キャリアは使用後に洗浄・乾燥して繰り返し使用するものであるので、初期には全く同じであっても、洗浄・乾燥等により変形が生ずるので、精度の高い位置(高さ)合わせが困難であるという問題がある。
したがって、本発明は、簡単な構成・手法により、キャリア歪み、キャリア・エレベータホームセンサのズレ等が生じても、ウェハの欠け割れや傷の発生を未然に防ぐことを目的とする。
図1は本発明の原理的構成図であり、ここで図1を参照して、本発明における課題を解決するための手段を説明する。
図1参照
上記課題を解決するために、本発明は、ウェハ4を装置内に搬送搬出する搬送アーム1であって、アーム直下またはアーム直上のウェハ5との接触の可能性の有無を検出する機構を備えたことを特徴とする。
このように、ウェハ4,5の欠け割れや傷の発生の対象となるアーム直下またはアーム直上のウェハ5との接触の可能性の有無を検出する機構を備えることによって、キャリア6のズレやウェハ搬送アーム1のズレ等が発生した場合に検知機能が働き、ウェハとウェハとの間のピッチが狭い場合にもアーム直下またはアーム直上のウェハ5との接触によるウェハ4,5の欠け割れや傷の発生を確実に防止することができる。
なお、ウェハとは、半導体ウェハが典型的なものであるが、強誘電体ウェハ、サファイバウェハ、ガラス基板等の他のウェハ状の板状体を意味する。
この場合、ウェハ5との接触の可能性の有無を、レーザ光で検出することが望ましく、そのためには、レーザ光で検出する機構を構成する光源3を、レーザ光がウェハ5の主面と平行になるように設置すれば良く、それによって、レーザ光の反射或いは遮断を検知することによって、キャリア6のズレやウェハ搬送アーム1のズレ等を精度良く検知することができる。
また、レーザ光を放出する光源3としては、半導体レーザが望ましく、例えば、ウェハ搬送アーム1を構成するブレード2の先端部に設ければ良く、反射型センサを構成する場合には、ウェハ搬送アーム1を構成するブレード2の先端部に半導体レーザと受光素子とを設ければ良い。
なお、アーム直下のウェハ5との接触の可能性の有無を検出する場合には、ブレード2の先端部の下側に半導体レーザを設ければ良く、また、アーム直上のウェハ5との接触の可能性の有無を検出する場合には、ブレード2の先端部の上側に半導体レーザを設ければ良く、両方を同時に検知する場合には、ブレード2の先端部の上下に半導体レーザを設ければ良い。
或いは、レーザ光で検出する機構を、発光用ファイバと受光用ファイバとで構成しても良く、この場合には、発光用ファイバと受光用ファイバとを近接して配列配置しても良いし、或いは、受光用ファイバを発光用ファイバの周囲に同軸に複数配置しても良いものである。
また、上述のウェハ搬送アーム1を備えたウェハ搬送装置を構成する場合には、ウェハ5との接触の可能性の有無を検出する機構が接触の可能性を検知した場合に、自動的にウェハ搬送アーム1を直ちに停止し、引き続いてウェハ4,5を収納するキャリア6或いはウェハ搬送アーム1の位置を補正して、レーザ光を正常受光する位置に戻す機構を備えることが望ましく、それによって、搬送作業を中止して装置設定を再構築することなく、搬送作業を続けて行うことができる。
また、ウェハ搬送アーム1をブレード2の先端部に半導体レーザを設けたウェハ搬送アーム1を用いる場合には、ウェハ4,5を収納するキャリア6を挟んだ対向位置に、光源3からの光を受光する受光素子7を、キャリア6に収納するウェハ4,5の位置に高さを合わせて配置して遮断/透過検知型センサを構成すれば良い。
さらに、ウェハ搬送アーム1のアーム1位置補正量や補正頻度から予め決められたルールにより通知・記録する機能を備えることが望ましく、それによって、通知ルールを任意にいつでも変更して、ウェハ搬送実施状況を最適化することができる。
本発明によれば、搬送ロボットアームとウェハとのズレが瞬時に検知できるため、搬送取り合い等の設備異常時の早期発見及び、ウェハのキズ発生等の対応を早急に図ることができる。
また、搬送ロボットアームとの接触によるウェハのキズ、引きずりでのウェハ欠け割れの障害が発生する前に事前に感知できるため、不良の早期発見、発生改善・歩留り低下等の防止抑制を図ることができる。
本発明は、ウェハ搬送アームに、例えば、ブレードの先端部に半導体レーザ等の光源を少なくとも備えたアーム直下或いはアーム直上の少なくとも一方のウェハとの接触の可能性の有無を検出する機構を設け、光源から光、例えば、レーザ光の遮断或いは反射を受光素子で検出し、接触の可能性を検知した場合に、自動的にウェハ搬送アームを直ちに停止し、引き続いてウェハを収納するキャリア或いはウェハ搬送アームの位置を補正して、レーザ光を正常受光する位置に戻すものである。
ここで、図2乃至図6を参照して、本発明の実施例1の搬送ロボットアームを説明する。
図2参照
図2は、本発明の実施例1の搬送ロボットアームの概略的斜視図であり、この搬送ロボットアーム10は、アーム11、アーム11に取り付けたブレードホルダ12、ブレードホルダ12に保持・固定されたブレート本体部13、及び、ブレード本体部13の上に設けられて搬送するウェハ22をガイドするウェハガイド14から構成されるとともに、その光軸がブレード本体部13の主面と平行になるように設置した半導体レーザ15からなる。
なお、この場合の半導体レーザ15は、ブレードホルダ12側に設けても良いし、或いは、ブレード本体部13側に設けても良く、この半導体レーザが、搬出或いは搬入しようとするウェハの直下に位置するウェハとブレード本体部13との接触の可能性を有無を検出するものである。
なお、ここでは、ブレード本体部13側に設けている。
次に、図3を参照して、このような搬送ロボットアームを備えたウェハ搬送装置を説明する。
図3参照
図3は、本発明の実施例1の搬送ロボットアームを備えたウェハ搬送装置の概念的構成図であり、半導体レーザ15を備えた搬送ロボットアーム10、受光素子21をキャリア30に収納するウェハ22の高さピッチと整合するように設置固定した受光ポスト20、検知結果を収納するデータ格納部24を備えた中央処理装置23、中央処理装置23の指令により搬送ロボットアーム10の動作を制御するコントローラ25から構成される。
図4参照
図4は、受光部を示す概念的斜視図であり、キャリア30の後端に設けた脚幅部39の間の空間に臨むように、複数の受光素子21をキャリア30に設けたウェハ挿入溝34の高さに一致するように配置する。
図5参照
図5は、正常動作時の動作状態を示す概念的側面図であり、
a.まず、搬送ロボットアーム10を動作させてホームポジションからキャリア30側に 移動させ、
b.半導体レーザ15からレーザ光16を照射し、
c.レーザ光16が受光素子21で正常に検出された場合には、ブレード本体部13は正 常な高さにあると判断して、
d.ウェハ22の搬送を実施する。
図6参照
図6は、異常検知時の動作状態を示す概念的側面図であり、
a.まず、搬送ロボットアーム10を動作させてホームポジションからキャリア30側に 移動させ、
b.半導体レーザ15からレーザ光16を照射し、
c.レーザ光16が受光素子21で正常に検出されない場合には、レーザ光16を直下の ウェハ22が遮断しているため、ブレード本体部13と接触する高さにあると判断し て、
d.ウェハ22の搬送作業を一旦中断する。
次に、上述の図5及び図6の基本的動作を踏まえて、再び、図3を参照して、本発明の実施状態を説明する。
再び、図3参照
A.まず、搬送ロボットアーム10を動作させてホームポジションからキャリア30側に 移動させ、
B.半導体レーザ15からレーザ光16を照射し、
C.レーザ光16が受光素子21で正常に検出されない場合には、レーザ光16を直下の ウェハ22が遮断しているため、ブレード本体部13と接触する高さにあると判断し て、
D.ウェハ22の搬送作業を一旦停止して、搬送ロボットアーム10をホームポジション に戻し、
E.予め設定した補正ルールに従って、アーム位置補正により正常状態位置まで復帰させ て、レーザ正常受光ポジションに戻す。
F.次いで、正常状態復帰のち、再び、搬送ロボットアーム10を動作させてキャリア3 0側に移動させて、ウェハ搬送を再開する。
G.この時、正常状態復帰の際のアーム位置補正量及び補正頻度等をデータ格納部24に 収納してデータベース化する。
H.データベースとして記録した発生状況・頻度を基にして、予め定めておいた通知ルー ルを随時任意に変更して、最適な実施状況を実現する。
この場合、アーム位置補正量の変動傾向と発生頻度を把握することによって、補正量がある範囲に収まるように補正できるか否かを判断し、補正が頻発する場合、アームの機械的な欠陥が原因であると判断して、発生状況等からみて自動補正が困難になる傾向にあることを現場の装置管理責任者等へ通知する。
このように、本発明の実施例1においては、搬送ロボットアームに接触可能性検知機構を設けているので、実機キャリアに対してリアルタイムに接触可能性を検出することができ、搬送ロボットアームとの接触によるウェハのキズ、引きずりでのウェハ欠け割れの障害が発生する前に事前に検知して、不良の早期発見、発生改善・歩留り低下等の防止抑制を図ることができる。
次に、図7及び図8を参照して、本発明の実施例2の搬送ロボットアームを説明する。 図7参照
図7は、本発明の実施例2の搬送ロボットアームの概略的斜視図であり、この搬送ロボットアーム10は、アーム11、アーム11に取り付けたブレードホルダ12、ブレードホルダ12に保持・固定されたブレート本体部13、及び、ブレード本体部13の上に設けられて搬送するウェハ22をガイドするウェハガイド14から構成されるとともに、その光軸がブレード本体部13の主面と平行になるように設置した半導体レーザ15と半導体レーザ15に並列に配置した受光素子17とからなる。
なお、この場合の半導体レーザ15と受光素子17は、ブレード本体部13の先端部に並列に配置する。
図8参照
図8は、本発明の実施例2の搬送ロボットアームを用いた検出原理の説明図であり、搬送ロボットアーム10のブレード本体部13が、搬送対象となるウェハの直下に収納されたウェハ22と接触する可能性がある場合には、半導体レーザ15から出射されたレーザ光16はウェハ22の端面に反射されてその一部が受光素子17に入射するので、異常状態が検出される。
一方、搬送ロボットアーム10のブレード本体部13が、搬送対象となるウェハの直下に収納されたウェハ22と接触する可能性がない場合には、半導体レーザ15から出射されたレーザ光16はそのまま透過して、受光素子17には光が入射しないので、正常状態と判断して、ウェハ搬送作業を行う。
この様に、本発明の実施例2においては、反射型センサを構成しているので、実施例1のような受光素子アレイを設けた受光ポストを設ける必要がなく、したがって、受光素子をウェハの高さに精度良く位置合わせする必要がなくなり、搬送ロボットアーム自体のみで接触可能性検知機構を構成しているので、構成が簡素化される。
次に、図9を参照して、本発明の実施例3の搬送ロボットアームを説明する。
図9参照
図9は、本発明の実施例3の搬送ロボットアームの概略的斜視図であり、この搬送ロボットアーム10は、アーム11、アーム11に取り付けたブレードホルダ12、ブレードホルダ12に保持・固定されたブレート本体部13、及び、ブレード本体部13の上に設けられて搬送するウェハ22をガイドするウェハガイド14から構成されるとともに、ブレード本体部13の下面に光照射用光ファイバ42と受光用光ファイバ43とを近接配置した並列型ファイバセンサ41を設ける。
この場合、図示を省略するが、光照射用光ファイバ42の他端は半導体レーザ等の光源からの光を伝達してウェハ側に光を照射し、一方、受光用光ファイバ43の端には受光素子が設けられており、ウェハから反射した光を受光するように構成されている。
この様に、本発明の実施例3においては、光ファイバを用いて反射型センサを構成しているので、ブレードの先端部がウェハや他の部材に誤って接触した場合にも、実施例2の場合とは異なって半導体レーザや受光素子が破損することがない。
次に、図10を参照して、本発明の実施例4の搬送ロボットアームを説明する。
図10参照
図10は、本発明の実施例4の搬送ロボットアームの概略的斜視図であり、この搬送ロボットアーム10は、アーム11、アーム11に取り付けたブレードホルダ12、ブレードホルダ12に保持・固定されたブレート本体部13、及び、ブレード本体部13の上に設けられて搬送するウェハ22をガイドするウェハガイド14から構成されるとともに、ブレード本体部13の下面に光照射用光ファイバ45と光照射用光ファイバ45の周囲を取り囲むように同軸状に配置した複数の受光用光ファイバ46と一体化した同軸型ファイバセンサ44を配置する。
この場合も図示を省略するが、光照射用光ファイバ45の他端は半導体レーザ等の光源からの光を伝達してウェハ側光を照射し、一方、受光用光ファイバ46の端には受光素子が設けられており、ウェハから反射した光を受光するように構成されている。
この様に、本発明の実施例4においては、実施例3と同様に、光ファイバを用いて反射型センサを構成しているので、ブレードの先端部がウェハや他の部材に誤って接触した場合にも、実施例2の場合とは異なって半導体レーザや受光素子が破損することがない。
以上、本発明の各実施例を説明してきたが、本発明は各実施例に記載された構成・条件等に限られるものではなく各種の変更が可能であり、例えば、上記の各実施例においては光源として半導体レーザを用いているが半導体レーザに限られるものではなく、例えば、赤外光発光ダイオード、特に、指向性に優れたスーパーラジアントLEDを用いても良いものである。
また、上記の各実施例の説明においては、搬送対象となるウェハの直下に収納されたウェハとの接触を問題にしているが、ウェハを中抜きする場合には、搬送対象となるウェハの直上に収納されたウェハとの接触も問題になるので、その場合には、半導体レーザ或いは半導体レーザと受光素子とをウェハガイドの先端面の上部に設ければ良い。
また、上記の各実施例においては、搬送ロボットアームをブレードを用いた搬送アームとして説明しているが、このような搬送アームに限られるものではなく、フォーク状の搬送部材を用いた搬送アームにも適用されるものである。
また、上記の各実施例においては、異常が発生した場合に、ホームポジションまで戻した状態でアーム位置補正を行っているが、動作を停止した位置でアーム位置補正を行っても良いものである。
また、上記の各実施例においては、異常が発生した場合に、予め設定した補正ルールに従ってアーム位置補正を行っているが、アーム位置補正ではなくカセットキャリアエレベータ上のキャリア位置の補正を行っても良いものであり、或いは、その両方を行っても良いものである。
ここで、再び図1を参照して、本発明の詳細な特徴を改めて説明する。
再び、図1参照
(付記1) ウェハ4を装置内に搬送搬出する搬送アーム1であって、アーム直下またはアーム直上のウェハ5との接触の可能性の有無を検出する機構を備えたことを特徴とするウェハ搬送アーム。
(付記2) 上記ウェハ5との接触の可能性の有無を検出する機構が、レーザ光で検出する機構であることを特徴とする付記1記載のウェハ搬送アーム。
(付記3) 上記レーザ光で検出する機構を構成する光源3を、前記レーザ光が上記ウェハ5の主面と平行になるように設置したことを特徴とする付記2記載のウェハ搬送アーム。
(付記4) 上記レーザ光で検出する機構が、半導体レーザからなることを特徴とする付記3記載のウェハ搬送アーム。
(付記5) 上記レーザ光で検出する機構が、ウェハ搬送アーム1を構成するブレード2の先端部に設けたことを特徴とする付記3記載のウェハ搬送アーム。
(付記6) 上記レーザ光で検出する機構が、ウェハ搬送アーム1を構成するブレード2の先端部に設けた半導体レーザと受光素子の組合せからなることを特徴とする付記3記載のウェハ搬送アーム。
(付記7) 上記レーザ光で検出する機構が、発光用ファイバと受光用ファイバとからなることを特徴とする付記2記載のウェハ搬送アーム。
(付記8) 上記発光用ファイバと受光用ファイバとが近接して配列配置されていることを特徴とする付記7記載のウェハ搬送アーム。
(付記9) 上記受光用ファイバが上記発光用ファイバの周囲に同軸に複数配置されていることを特徴とする付記7記載のウェハ搬送アーム。
(付記10) 付記1乃至9のいずれか1に記載のウェハ搬送アーム1を備えるとともに、上記ウェハ5との接触の可能性の有無を検出する機構が接触の可能性を検知した場合、自動的に前記ウェハ搬送アーム1を直ちに停止し、引き続いてウェハ4,5を収納するキャリア6或いは前記ウェハ搬送アーム1の位置を補正して、上記レーザ光を正常受光する位置に戻す機構を備えたことを特徴とするウェハ搬送装置。
(付記11) 付記3記載のウェハ搬送アーム1を備えるとともに、上記ウェハ4,5を収納するキャリア6を挟んだ対向位置に、上記光源3からの光を受光する受光素子7を、前記キャリア6に収納するウェハ4,5の位置に高さを合わせて配置したことを特徴とするウェハ搬送装置。
(付記12) 上記ウェハ搬送アーム1のアーム1位置補正量や補正頻度から予め決められたルールにより通知・記録する機能を備えたことを特徴とする付記10または11に記載のウェハ搬送装置。
本発明の活用例としては、半導体ウェハの搬送アーム機構が典型的なものであるが、半導体ウェハの搬送に限られるものではなく、強誘電体ウェハ、サファイバウェハ、或いは、ガラス基板等のウェハ状の板状体の搬送アーム機構として適用されるものである。
本発明の原理的構成の説明図である。 本発明の実施例1の搬送ロボットアームの概略的斜視図である。 本発明の実施例1の搬送ロボットアームを備えたウェハ搬送装置の概念的構成図である。 受光部を示す概念的斜視図である。 正常動作時の動作状態を示す概念的側面図である。 異常検知時の動作状態を示す概念的側面図である。 本発明の実施例2の搬送ロボットアームの概略的斜視図である。 本発明の実施例2の搬送ロボットアームを用いた検出原理の説明図である。 本発明の実施例3の搬送ロボットアームの概略的斜視図である。 本発明の実施例4の搬送ロボットアームの概略的斜視図である。 キャリアの概略的斜視図である。
符号の説明
1 ウェハ搬送アーム
2 ブレード
3 光源
4 ウェハ
5 ウェハ
6 キャリア
7 受光素子
10 この搬送ロボットアーム
11 アーム
12 ブレードホルダ
13 ブレート本体部
14 ウェハガイド
15 半導体レーザ
16 レーザ光
17 受光素子
20 受光ポスト
21 受光素子
22 ウェハ
23 中央処理装置
24 データ格納部
25 コントローラ
30 キャリア
31 天井板
32 ロボフランジ
33 側壁板
34 ウェハ挿入溝
35 トップフランジ
36 Hバー
37 幅狭部
38 幅広部
39 脚幅部
41 並列型ファイバセンサ
42 光照射用光ファイバ
43 受光用光ファイバ
44 同軸型ファイバセンサ
45 光照射用光ファイバ
46 受光用光ファイバ

Claims (5)

  1. ウェハを装置内に搬送搬出するウェハ搬送アームであって、アーム直下またはアーム直上のウェハとの接触の可能性の有無を検出する機構を備えたことを特徴とするウェハ搬送アーム。
  2. 上記ウェハとの接触の可能性の有無を検出する機構が、レーザ光で検出する機構であることを特徴とする請求項1記載のウェハ搬送アーム。
  3. 上記レーザ光で検出する機構を構成する光源を、前記レーザ光が上記ウェハの主面と平行になるように設置したことを特徴とする請求項2記載のウェハ搬送アーム。
  4. 請求項1乃至3のいずれか1項に記載のウェハ搬送アームを備えるとともに、上記ウェハとの接触の可能性の有無を検出する機構が接触の可能性を検知した場合、自動的に前記ウェハ搬送アームを直ちに停止し、引き続いてウェハを格納するキャリア或いは前記ウェハ搬送アームの位置を補正して、上記レーザ光を正常受光する位置に戻す機構を備えたことを特徴とするウェハ搬送装置。
  5. 請求項3記載のウェハ搬送アームを備えるとともに、上記ウェハを格納するキャリアを挟んだ対向位置に、上記光源からの光を受光する受光素子を、前記キャリアに格納するウェハの位置に高さを合わせて配置したことを特徴とするウェハ搬送装置。
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