JP2010182923A

JP2010182923A - ウェーハハンドリングロボット装置

Info

Publication number: JP2010182923A
Application number: JP2009025821A
Authority: JP
Inventors: Shinichi Nakamura; 慎一中村; Kazuhiko Takada; 和彦高田
Original assignee: Hitachi High Tech Control Systems Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Control Systems Corp
Priority date: 2009-02-06
Filing date: 2009-02-06
Publication date: 2010-08-19

Abstract

【課題】半導体ウェーハに帯電した静電気を除電することができるとともに装置を保護することができ、かつ、構成が簡単で安価なウェーハハンドリングロボット装置およびロボットハンドを提供する。
【解決手段】ロボット本体と、前記ロボット本体に設けられこのロボット本体とは電気的に絶縁されているロボットハンド保持部と、前記ロボットハンド保持部に設けられ半導体ウェーハを搬送するロボットハンドと、前記ロボット本体と前記ロボットハンドとを電気的に接続する抵抗素子と、前記ロボット本体に接続され前記ロボットハンドを制御する制御装置と、前記ロボット本体と前記制御装置とを接地するアース手段とを有する。前記抵抗素子の電気抵抗は、前記制御装置と前記アース手段とを含めた前記ロボット本体の電気抵抗よりも大きく、１０^３Ω〜１０^６Ωが望ましい。
【選択図】図２

Description

本発明は、半導体ウェーハをハンドリングするウェーハハンドリングロボット装置に関する。

半導体や液晶表示器の製造工程においては、半導体ウェーハの薄型基板に静電気が帯電することがあり、ウェーハハンドリングロボット装置が半導体ウェーハをロボットハンドでハンドリングすると静電気の放電が起こり、薄型基板上の回路や素子が破壊されたり、電磁波ノイズの発生によりプロセス装置やロボットが誤作動するなどの静電気障害が発生したりするおそれがある。

半導体ウェーハをロボットハンドでハンドリングして半導体製造装置や半導体検査装置へ搬送するウェーハ搬送装置では、上記の原因によりロボットの制御装置に障害が発生し、ロボットの誤作動や作動停止が発生することがある。

これに対し、ロボットハンドがイオン化気体噴出孔を有し、このイオン化気体噴出孔からイオン化気体が噴き出されることによって静電気除去機能を持つ除電技術が、例えば、特許文献１に知られている。

また、特許文献２には、ロボットハンドに高い抵抗値を持たせることで、ロボットやロボット制御装置を静電気による誤作動や破壊から保護する技術が示されている。

特開２０００−０８２７３２号公報特開２００８−１４７２４１号公報

特許文献１に示される静電気除去機能付きウェーハハンドリング装置は、イオン化気体を作るイオン化気体発生装置や、作ったイオン化気体をロボットハンドに導いて噴出させる気体通路機構を必要とする。このため、ウェーハハンドリング装置としての構成が複雑で高価になる。

また、特許文献２に示されるロボットハンドおよびウェーハハンドリング装置では、ロボットハンドが所望の抵抗値を持つように製作する必要がある。このため、ロボットハンドの表面をコーティングして抵抗値を持たせる方法が取られるが、装置の使用中にコーティングがはがれて半導体ウェーハに付着し、半導体ウェーハを汚染するという課題がある。さらに、ロボットハンドの表面抵抗値を所望の値になるように制御して製作すると、コストが高くなる。

本発明は、上記の課題に鑑み、半導体ウェーハに帯電した静電気を除電することができるとともに装置を保護することができ、かつ、構成が簡単で安価なウェーハハンドリングロボット装置およびロボットハンドを提供することを目的とする。

本発明によるウェーハハンドリングロボット装置は、ロボット本体と、前記ロボット本体に設けられこのロボット本体とは電気的に絶縁されているロボットハンド保持部と、前記ロボットハンド保持部に設けられ半導体ウェーハを搬送するロボットハンドと、前記ロボット本体と前記ロボットハンドとを電気的に接続する抵抗素子と、前記ロボット本体に接続され前記ロボットハンドを制御する制御装置と、前記ロボット本体と前記制御装置とを接地するアース手段とを有する。前記抵抗素子の電気抵抗は、前記制御装置と前記アース手段とを含めた前記ロボット本体の電気抵抗よりも大きいことを特徴とする。

また、本発明による別のウェーハハンドリングロボット装置は、ロボット本体と、前記ロボット本体に設けられこのロボット本体とは電気的に絶縁されているロボットハンド保持部と、前記ロボットハンド保持部に設けられ半導体ウェーハを搬送するロボットハンドと、前記ロボット本体と前記ロボットハンドとを電気的に接続する抵抗素子とを有する。前記抵抗素子の電気抵抗は、１０^３Ω〜１０^６Ωであることを特徴とする。

本発明によれば、半導体ウェーハの搬送において、ウェーハが帯電していても、ロボットハンドによるハンドリング時にロボット本体を通してアースへ静電気を逃がすことができ、ウェーハの除電と、ロボット本体や制御装置を静電気による誤動作や破壊から保護することができる。また、ウェーハの除電とロボット本体や制御装置の保護には、特別な装置または材料を必要としないので、構成が簡単で安価に製作できる。

本発明の実施例によるウェーハハンドリングロボット装置の概略図。本発明の実施例によるウェーハハンドリングロボット装置の電気抵抗に関する等価回路図。本発明の実施例における抵抗素子の仕様決定表。本発明の実施例における放電時間の算出に用いる、ウェーハハンドリングロボット装置とウェーハの等価回路図。

本発明の実施例について、図を参照して説明する。まず、図１に示すウェーハハンドリングロボット装置の概略図を用いて、本発明の実施例によるウェーハハンドリングロボット装置の概要を説明する。

半導体ウェーハ（以後、ウェーハと称する）１６は、樹脂製ケース１７に収納されている。この時、ウェーハ１６は、高い静電気電圧で帯電している場合がある。

本ウェーハハンドリングロボット装置は、ロボット本体１１と、ロボット本体１１に設置された伸縮自在の多段アーム１２と、多段アーム１２の先端に設置されたハンド保持部１８と、ハンド保持部１８の先端に設置されたロボットハンド１と、多段アーム１２とロボットハンド１とを電気的に接続する抵抗素子２とを有する。

ハンド保持部１８は、絶縁材料から構成されるか絶縁性を有するようにコーティングされており、多段アーム１２とロボットハンド１とは電気的に絶縁されている。

ロボットハンド１は、表面抵抗値が低く導電性であり、ハンドリング時に、ウェーハ１６に帯電した静電気を逃がしてやることができる。

抵抗素子２は、後述するような抵抗値を持つものであれば何でもよく、リード線をネジまたはボルト等にてロボットハンド１および多段アーム１２に密着させて固定される。

また、本ウェーハハンドリングロボット装置は、制御装置１３を有する。制御装置１３は、ウェーハ１６の搬送やハンドリングなど、本ウェーハハンドリングロボット装置の動作を制御する。制御装置１３は、ロボット本体１１内に設けてもよい。

ロボット本体１１と制御装置１３は、装置ベース１４の上に設置され、装置ベース１４を介してアース手段であるアース１５に接地されている。

ウェーハ１６のハンドリングは、ロボットハンド１により行なわれる。この際、ウェーハ１６がロボットハンド１から落下しないように、ロボットハンド１は、ウェーハ１６を吸着するかウェーハ１６の周囲を掴んでハンドリングをする。

ウェーハ１６に帯電している静電気は、ロボットハンド１、抵抗素子２、多段アーム１２、ロボット本体１１、および制御装置１３を通り、装置ベース１４を介してアース１５へと流れ、除電される（ハンド保持部１８は、絶縁されているので通電しない）。

ウェーハ１６と接触するロボットハンド１は、前述したように、表面電気抵抗を低くするため導電体である。一方、抵抗素子２の電気抵抗値を、ロボットハンド１、多段アーム１２、ロボット本体１１、および制御装置１３の電気抵抗値より極めて高くする。具体的には、後述するように、１０ｋΩ〜１０ＭΩが望ましい。これにより、ロボット本体１１および制御装置１３にかかる静電気の電圧を低くおさえるとともに流れる電流値を小さくして、ロボット本体１１および制御装置１３を静電気から保護する。ロボット本体１１および制御装置１３にかかる静電気の電圧は、ロボット本体１１と制御装置１３に使用される電子部品の耐電圧以下に低くする必要がある。

ロボットハンドには、ウェーハ１６の裏面を吸着するタイプと、ウェーハ１６の周囲エッジを掴むエッジチャックタイプがある。いずれのタイプも、ウェーハ１６と直に接するロボットハンド１の表面電気抵抗を低くし抵抗素子２の電気抵抗値を高めることで、ウェーハ１６の静電気に対する保護が可能となる。

図２に、本実施例によるウェーハハンドリングロボット装置の、電気抵抗に関する等価回路を示す。この等価回路において、ロボット本体１１の電気抵抗Ｒｒとは、ロボット本体１１の駆動回路の電気抵抗であり、制御装置１３の電気抵抗Ｒｃとは、制御装置１３の内部回路の電気抵抗である。この等価回路図では、多段アーム１２と装置ベース１４とアース手段であるアース１５の電気抵抗とを無視している。これらの電気抵抗が無視できない場合は、これらの電気抵抗の値をロボット本体１１および制御装置１３の電気抵抗値に含めて考えればよい。

ウェーハ１６に帯電した静電気の電圧Ｖｓは、まず、ロボットハンド１の電気抵抗Ｒｈおよび抵抗素子２の電気抵抗Ｒｄに加わる。ロボット本体１１と制御装置１３に印加される電圧Ｖは、静電気電圧Ｖｓより、系全体の電気抵抗（ロボットハンド１の電気抵抗Ｒｈと、抵抗素子２の電気抵抗Ｒｄと、ロボット本体１１の電気抵抗Ｒｒと、制御装置１３の電気抵抗Ｒｃとの合成抵抗）に対する、ロボット本体１１の電気抵抗Ｒｒと制御装置１３の電気抵抗Ｒｃとの合成抵抗の比だけ小さくなる。つまり、抵抗素子２のもつ極めて高い電気抵抗Ｒｄの値（１０ｋΩ〜１０ＭΩが望ましい）により、ロボット本体１１と制御装置１３に印加される電圧Ｖは、静電気電圧Ｖｓより極めて小さくなる。

ロボット本体１１の電気抵抗Ｒｒと制御装置１３の電気抵抗Ｒｃとにかかる電圧Ｖは、式（１）で求められる。
Ｖ＝Ｖｓ・（Ｒｒ・Ｒｃ／（Ｒｒ＋Ｒｃ））／（Ｒｈ＋Ｒｄ＋Ｒｒ・Ｒｃ／（Ｒｒ＋Ｒｃ））・・・式（１）
ここで、ロボットハンド１の電気抵抗Ｒｈを０．１Ω、ロボット本体１１の電気抵抗Ｒｒを０．１Ω、制御装置１３の電気抵抗Ｒｃを０．１Ω、抵抗素子２の電気抵抗Ｒｄを１００ｋΩ、静電気電圧Ｖｓを２５ｋＶ（ウェーハに帯電した静電気電圧の一般的に考えられる上限値）とすると、電圧Ｖは０．０１２５Ｖとなる。この電圧Ｖは、ロボット本体１１、制御装置１３に使用される一般的な電子部品の耐電圧より低く、この電子部品を静電気による破壊や誤動作から保護できる。ロボット本体１１内に制御装置がある場合も、同様に保護することができる。

また、静電気により系全体に流れる電流Ｉは、
Ｉ＝Ｖｓ／（Ｒｈ＋Ｒｄ＋Ｒｒ・Ｒｃ／（Ｒｒ＋Ｒｃ））
で求められ、アース１５へと流れて除電される。

このように、抵抗素子２の電気抵抗Ｒｄは、ロボット本体１１と制御装置１３の電気抵抗Ｒｒ、Ｒｃに比べて値が格段に高いため、ロボット本体１１と制御装置１３にかかる電圧を十分に低くすることができる。

このため、ロボット本体１１や制御装置１３の電子部品は、ウェーハ１６に帯電した静電気による破壊や誤動作から保護される。

次に、抵抗素子２の電気抵抗値を決定する方法について説明する。

図３は、本実施例における抵抗素子２の仕様決定表である。この仕様決定表は、抵抗素子２の電気抵抗値を変化させ、それぞれの電気抵抗値に対し、ウェーハ１６に帯電した静電気がロボットハンド１に印加された時の、制御部（ロボット本体１１と制御装置１３内の制御回路）に印加される電圧と、除電されるまでの時間（放電時間）とを表したものである。抵抗素子２の電気抵抗値は、この仕様決定表の印加電圧と放電時間とを基にして定めることができる。

図３に示した仕様決定表のうち、制御部への印加電圧は、式（１）から求めることができる。式（１）の右辺の各パラメータは、上述の値を用いた。

放電時間は、図４に示す、ウェーハハンドリングロボット装置とウェーハ１６とを簡略化して表した等価回路を用いて算出した。図４の等価回路は、帯電したウェーハ１６をモデル化したコンデンサ４２と、ロボットハンド１とウェーハ１６との接触をモデル化したスイッチ４１と、抵抗素子２をモデル化した抵抗４４とから構成される。コンデンサ４２は、ウェーハ１６に帯電した静電気電圧Ｖｓに相当する初期帯電電圧Ｖ０を保持している。スイッチ４１が閉じられると、このコンデンサ４２から電流４３が流れる。これにより、ロボットハンド１とウェーハ１６とが接触し、ウェーハ１６に帯電した静電気電圧Ｖｓの放電を模擬している。

図４の等価回路において、コンデンサ４２の電圧（ウェーハ１６の帯電している電圧）をＶｃ（ｔ）とし、時刻ｔ＝０でスイッチを閉じて放電を開始すると（時刻ｔ＝０でロボットハンド１がウェーハ１６に接触したとすると）、時刻ｔのときのコンデンサ４２の電圧Ｖｃ（ｔ）は、式（２）により算出できる。
Ｖｃ（ｔ）＝Ｖ０・ｅｘｐ（−ｔ／Ｒ・Ｃ）・・・式（２）
ここで、Ｒは、抵抗４４の電気抵抗値、Ｃは、コンデンサ４２の静電容量（ウェーハ間の静電容量）である。式（２）から、帯電したウェーハ１６が放電するのに要する時間を求めることができる。本実施例では、ウェーハ１６の帯電電圧Ｖｃ（ｔ）がミリボルトのオーダーに達したときに、ウェーハ１６が放電したものとしている。

図３に示した放電時間は、Ｖ０をウェーハに帯電した静電気電圧の一般的に考えられる上限値である２５ｋＶとし、Ｒ（抵抗素子２をモデル化した抵抗４４の抵抗値）は、上述した電気抵抗Ｒｄと同じ１００ｋΩ、Ｃは、６０ｐＦとして求めたものである。

図３に示した仕様決定表を見ると、制御部への印加電圧は、抵抗素子２の電気抵抗値が１０ｋΩ以上の場合に１．２５Ｖ以下（望ましい電圧値領域３１で示した範囲）となり、制御部の電子部品であるＩＣなどの耐電圧より低くなって電子部品の破壊や誤動作を起こさない。したがって、本実施例の場合では、抵抗素子２の電気抵抗値は１０ｋΩ以上が望ましい。

一方、放電時間は、抵抗素子２の電気抵抗値が１０ＭΩ以下の場合に、１０^−３ｓ以下（望ましい放電時間領域３２で示した範囲）となる。放電時間が望ましい放電時間領域３２にあると、除電時間が短く、除電効果が高くなる。

したがって、望ましい電圧値領域３１と望ましい放電時間領域３２とがクロスした範囲（望ましい抵抗値領域３３）にある抵抗値が、抵抗素子２の電気抵抗Ｒｄの最適値である。本実施例では、抵抗素子２の電気抵抗Ｒｄの最適値は、１０ｋΩ以上かつ１０ＭΩ以下と求めることができる。

１…ロボットハンド、２…抵抗素子、１１…ロボット本体、１２…多段アーム、１３…制御装置、１４…装置ベース、１５…アース、１６…ウェーハ、１７…樹脂製ケース、１８…ハンド保持部、３１…望ましい電圧値領域、３２…望ましい放電時間領域、３３…望ましい抵抗値領域、４１…スイッチ、４２…帯電したウェーハをモデル化したコンデンサ、４３…放電時にコンデンサから流れる電流、４４…抵抗素子をモデル化した抵抗、Ｖｓ…ウェーハに帯電した静電気の電圧、Ｖ…ロボット本体と制御装置に加わる電圧、Ｒｈ…ロボットハンドの電気抵抗、Ｒｄ…抵抗素子の電気抵抗、Ｒｒ…ロボット本体の駆動回路の電気抵抗、Ｒｃ…制御装置の内部回路の電気抵抗、Ｉ…系全体に流れる電流、Ｖ０…初期帯電電圧、ｔ…時刻、Ｖｃ（ｔ）…時刻ｔにおけるコンデンサの電圧、Ｒ…抵抗素子をモデル化した抵抗の電気抵抗値、Ｃ…コンデンサの静電容量。

Claims

ロボット本体と、
前記ロボット本体に設けられこのロボット本体とは電気的に絶縁されているロボットハンド保持部と、
前記ロボットハンド保持部に設けられ半導体ウェーハを搬送するロボットハンドと、
前記ロボット本体と前記ロボットハンドとを電気的に接続する抵抗素子と、
前記ロボット本体に接続され前記ロボットハンドを制御する制御装置と、
前記ロボット本体と前記制御装置とを接地するアース手段とを有し、
前記抵抗素子の電気抵抗は、前記制御装置と前記アース手段とを含めた前記ロボット本体の電気抵抗よりも大きいことを特徴とするウェーハハンドリングロボット装置。
ロボット本体と、
前記ロボット本体に設けられこのロボット本体とは電気的に絶縁されているロボットハンド保持部と、
前記ロボットハンド保持部に設けられ半導体ウェーハを搬送するロボットハンドと、
前記ロボット本体と前記ロボットハンドとを電気的に接続する抵抗素子とを有し、
前記抵抗素子の電気抵抗は、１０^３Ω〜１０^６Ωであることを特徴とするウェーハハンドリングロボット装置。
請求項１または請求項２記載のウェーハハンドリングロボット装置において、前記ロボットハンド保持部は、絶縁性の材料から構成されるウェーハハンドリングロボット装置。