JP2011044634A - 基板搬送装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 本発明は、カセットに収納された半導体ウエハ等の基板を所定の場所に移載する基板搬送装置に関し、カセット内においてウエハ先端部の垂れ下がり量が比較的大きなウエハを搬出できる基板搬送装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 基板の下面の外周部を保持する保持部と保持部を支持する支持部を備え、前記基板を搬送する搬送部と、前記支持部と前記基板とを相対的に上下に駆動する上下駆動部と、前記搬送部と前記上下駆動部とを制御する制御部とを備えた基板搬送装置であって、前記保持部は、略水平に延在する前記基板の手前側の両脇から奥中央方向に向う斜め方向に進退移動可能であることを特徴とする。
【選択図】 図２

Description

本発明は、カセットに収納された半導体ウエハ等の基板を所定の場所に移載する基板搬送装置に関する。

従来、ウエハの収容されるカセットからのウエハの取り出しは、カセット内に搬送ロボットのアーム部を進入させ、アーム部によりパターンの形成されないウエハの裏面を吸着しウエハを搬出することにより行われている。

特開平１１−１１６０４５号公報

しかしながら、ウエハの裏面にパターンが存在する場合には、ウエハの裏面を吸着するとパターンに傷・ゴミ等が付くおそれがあるため、パターンが存在しないウエハの裏面の外周部のみに接触することが許容される。一方、３次元実装されるウエハは表裏面に回路パターンを設けると共に、厚さを薄くして３次元実装した際の体積を小さくする傾向にある。しかし、このような薄いウエハでは、支持されていない部分は自重により垂れ下がってしまう。ウエハカセットで保持されているウエハは、ウエハ取り出し用の開口部側を前側としたときの後側半分はカセットの棚部で支持されているが、前側は支持されておらず垂れ下がってしまう。このように垂れ下がっているウエハを受け取るためには、アーム部を垂れ下がったウエハ端面よりも下に位置させ、アーム部をウエハの下に差込み、ウエハを搬出する必要が生じた。しかし、垂れ下がったウエハの先端が下のウエハの上面位置に達すると、アーム部を差込む際に搬送対象のウエハの下にあるウエハと接触してしまうため、搬出ができなかった。

本発明は、かかる従来の問題を解決するためになされたもので、カセット内においてウエハ先端部の垂れ下がり量が比較的大きなウエハであっても、ウエハを搬出できる基板搬送装置を提供することを目的とする。

本発明の基板搬送装置は、基板の下面の外周部を保持する保持部と保持部を支持する支持部を備え、前記基板を搬送する搬送部と、前記支持部と前記基板とを相対的に上下に駆動する上下駆動部と、前記搬送部と前記上下駆動部とを制御する制御部とを備えた基板搬送装置であって、前記保持部は、略水平に延在する前記基板の手前側の両脇から奥中央方向に向う斜め方向に進退移動可能であることを特徴とする。

本発明では、カセット内において先端部の垂れ下がり量が大きなウエハであっても、搬送を可能とすることができる。

本発明の基板搬送装置の第１の実施形態を示す説明図である。 図１の搬送部のハンド部の詳細を示す説明図である。 ウエハとハンド部の関係を示す説明図である。 図１の基板搬送装置の搬送動作を示すフローチャートである。 カセットの昇降状態を示す説明図である。 第２の実施形態の搬送部のハンド部の詳細を示す説明図である。

以下、本発明の実施形態を図面を用いて詳細に説明する。
(第１の実施形態)
図１は、本発明の基板搬送装置の第１の実施形態を示している。

この基板搬送装置は、搬送ロボット１１、昇降部１３、上下位置検出部１５、ステージ１７、制御部１９を有している。

搬送ロボット１１は、ハンド部（保持部）２１、アーム部（支持部）２３、駆動部２５を有している。

ハンド部２１は、図２に示すように、一対のハンド部材２７を有している。一対のハンド部材２７は、アーム部２３に支持されている。アーム部２３は、後述する移動部材３９に回転可能に支持されている。一対のハンド部材２７は、アーム部２３の先端部２３ａの両側に間隔を置いて配置されている。一対のハンド部材２７は、左右が対称な形状とされている。一対のハンド部材２７は、アーム部２３の先端部２３ａに形成される一対の案内溝２３ｂに沿って移動可能とされている。一対の案内溝２３ｂは、一対のハンド部材２７の先端が前方延長上において交叉するように傾斜して形成されている。

一対のハンド部材２７は、ハンド部駆動機構２８により案内溝２３ｂに沿って移動可能とされている。ハンド部駆動機構２８は、ハンド部材２７に形成されるラック２７ａを有している。また、アーム部２３に配置されるピニオン２９、モータ３１、ギア３３、タイミングベルト３５を有している。モータ３１を駆動すると、ギア３３が回転しタイミングベルト３５により一対のピニオン２９が同期をとって回転される。そして、ピニオン２９が回転するとラック２７ａを介してハンド部材２７が移動される。

図２(ａ)の左側のハンド部材２７は、図３(ａ)に示すように長尺状の矩形板状をしている。このハンド部材２７には、ウエハＷの外周部を保持する土手部２７ｂが形成されている。また、図３（ｂ）に示すように土手部２７ｂの内側には、ウエハＷの裏面が接触しないように凹部からなる逃げ部２７ｃが形成されている。逃げ部２７ｃは土手部２７ｂに対して、ウエハＷが自重で変形してもウエハＷと逃げ部２７ｃとが接触しない間隔を保つ段差を有している。なお、図２(ａ)の右側のハンド部材２７は、左側のハンド部材２７と左右対称形状に形成されている。

駆動部２５は、アーム部２３を介してハンド部２１を移動する。ハンド部２１はウエハＷが収納されたカセット３７とステージ１７との間を移動される。駆動部２５は、移動部材３９、案内部材４１、モータ４３、螺子軸４５を有している。移動部材３９は、案内部材４１上に摺動可能に配置されている。移動部材３９上には、アーム部２３の一端が回動可能に固定されている。案内部材４１には、螺子軸４５およびモータ４３が配置されている。モータ４３を駆動し螺子軸４５を回転することで基部に固定されている不図示の螺子受け部に対して移動部材３９が移動される。モータ４３は、ＡＣサーボモータからなり、モータ４３に付属しているエンコーダ(不図示)からの信号によりモータ４３の回転数を正確に知ることができる。なお、モータにＤＣ整流子モータを使用し整流子のスイッチングパルス信号からモータの回転数を知るようにしても良い。

カセット３７は、直方体状をしており内部には複数のウエハＷが収容されている。カセット３７の内壁部には、上下方向に所定間隔をおいて段部３７ａが形成されている。段部３７ａには、ウエハＷの外周部が挿入されウエハＷが水平に近い状態で保持されている。カセット３７の一面には、カセット３７へのウエハＷの挿入および取り出しのための開口部３７ｂが形成されている。

昇降部１３は、例えば周知のエレベータ機構からなりカセット３７を上下方向(Ｚ方向)に昇降する。昇降部１３は、任意の位置で停止可能とされている。昇降部１３にはカセット３７と係合して位置を決めるガイド部がカセット３７の４隅に対応する位置に設けられており、載置されるカセット３７は昇降部１３に対して正確に位置決めされる。なお、昇降部１３に載置されるカセット３７は、開口部３７ｂを形成する平面に沿った方向でウエハＷが延在する方向がＸ方向とされている。また、開口部３７ｂを形成する平面に垂直な方向がＹ方向とされている。

上下位置検出部１５は、カセット３７に収容されるウエハＷの上下方向の位置を検出する。上下位置検出部１５は、昇降部１３および搬送ロボット１１を挟んで対向配置される一対の取付部材４７，４９を有している。一方の取付部材４７には、位置検出センサ５１の投光部５１ａが配置されている。他方の取付部材４９には、位置検出センサ５１の受光部５１ｂが配置されている。位置検出センサ５１には、例えばレーザ光を用いた光電センサが使用されている。

ステージ１７は、ウエハＷを所定の位置に載置する。ステージ１７上には、３個のロック爪Ｒが配置されている。ロック爪Ｒは、ロック溝Ｍに沿って移動可能とされている。３個のロック爪Ｒの中央にウエハＷを載置し、ロック爪Ｒをロック溝Ｍに沿って移動するとウエハＷが所定位置で固定される。

制御部１９は、搬送ロボット１１、昇降部１３、上下位置検出部１５、ステージ１７を制御する。

上述した基板搬送装置では、ウエハＷを取り出すときに昇降部１３は、ハンド部材２７の上面が取り出し対象のウエハＷの下面よりも下方に位置するようにカセット３７のＺ方向の位置決めを行う。そして、この状態で、アーム部２３がカセット３７の開口部３７ｂに対向するように移動される（図２参照）。

一方、ウエハＷは、図２に示すように、カセット３７内で段部３７ａに支持されている。段部３７ａは、ウエハＷの奥行き方向略中央から奥側を支持するが、段部３７ａのＸ方向の長さが所定の余裕を持ってウエハＷを支持できる程度の長さとなっているため、ウエハＷの奥行き方向略中央寄りも前方ではウエハＷを支持していない。そのため、薄いウエハＷ（例えば厚さ１００μｍ）では支持されていない部分が垂れ下がってしまう。この垂れ下がったウエハＷとの干渉を避けるため、ハンド部材２７は図２(ａ)に示されるように、ウエハＷに対してＸ方向の両脇からウエハＷの奥側略中央方向に向かって、上述したハンド部駆動機構２８により移動される。

つまり、ウエハＷは段部３７ａで支持されているため段部３７ａに近いＸ方向両脇部では自重による変形量が少なく、ハンド部材２７をウエハＷの奥側略中央に向けて侵入させてもウエハＷと干渉する危険が少ない。また、Ｘ方向両脇部では自重による変形量が少ないが、クリアランスを確保する上でハンド部材２７は取り出し対象のウエハＷの直下にあるウエハＷの上面に対してある程度の余裕（例えば０．５ｍｍ程度）を持つ範囲でなるべく下方で侵入することが好ましい。

一対のハンド部材２７は、取り出し対象のウエハＷの下方をウエハＷの奥側略中央方向に向け侵入し、先端側の土手部２７ｂがウエハＷの奥側外周部を支持できる位置（受け取り位置）で停止する（図２(ｂ)参照）。この状態で、昇降部１３がカセット３７を所定量降下させることでウエハＷがハンド部材２７に移載される。カセット３７を降下させる所定量は、段部３７ａの間隔とハンド部材２７が侵入する際のＹ方向の位置とウエハＷの厚さによって求めることができる。

ウエハＷにはオリエンテーション・フラット（以下ＯＦという）と呼ばれる位置基準部があり、通常カセットの奥側にＯＦが位置するように搬送される。またカセット３７内でウエハＷのＯＦの方向はある程度のバラツキを有している。そのため、ウエハＷの奥側でウエハＷを保持する土手部２７ｂのＸ方向の幅はＯＦの幅よりも多少長くなっている。これにより、ＯＦがＸ方向と平行な場合も多少平行からずれる場合も確実にウエハＷを保持できる。なお、図２(ｂ)に示されるように侵入方向手前側でハンド部材２７の土手部２７ｂは、ウエハＷの外周部の離間した部位を保持しているため、安定的にウエハＷを保持できる。また、ウエハＷの奥側略中央部と手前側のＸ方向に間隔を持った２箇所でウエハを保持するため、３点支持構造となり従来構造に比べ飛躍的に安定的な保持が可能となっている。

上述した基板搬送装置では、カセット３７からのウエハＷの取り出しが以下述べるようにして行われる。

図４は、カセット３７からのウエハＷの取り出し動作を示すフローチャートである。

ステップＳ１：先ず、昇降部１３を駆動して、上下位置検出部１５の位置検出センサ５１によりカセット３７に収容されるウエハＷの上下方向位置の測定を行う。昇降部１３は、図５に示すように、上限位置から下限位置まで定速下降される。これによりカセット３７に収容されるウエハＷの上下方向の位置が下側のウエハＷから順に測定される。

図５に概念的に示すように、位置検出センサ５１の投光部５１ａからは、受光部５１ｂに向けてレーザ光ＬＢが照射されている。投光部５１ａからのレーザ光ＬＢは、カセット３７の開口部３７ｂを通った後、開口部３７ｂと反対側に形成される開口部３７ｃを通り受光部５１ｂに到達する。昇降部１３の駆動によりカセット３７内のウエハＷが下方向に移動するとレーザ光ＬＢの光路が遮られ、この時の昇降部１３の位置からウエハＷの高さ方向の位置が検出される。ウエハＷの高さ位置は、例えば図５(ｂ)に示すように昇降部１３の上限位置を基準として上限位置からの下降距離Ｚとして設定される。

ステップＳ３：昇降部１３を駆動して、ハンド部２１の先端を、取り出したいウエハＷの下方位置に位置させる。

ステップＳ５：ハンド部駆動機構２８を駆動して、ハンド部２１を受け取り位置に繰り出す。制御部１９には、予めウエハＷの直径が入力され記憶されている。制御部１９は、この値と侵入角（侵入位置とウエハＷの奥側中央の位置とから求まる）に基づいてハンド部材２７の侵入量を求め、ハンド部材２７を移動する。

ステップＳ７：昇降部１３を下方に移動して、保持部材２７の土手部２７ｂ上にウエハＷの外周部を載置する。

ステップＳ９：ウエハＷをハンド部２１と共にカセット３７から引き抜き、ウエハＷをステージ１７上に載置する。より具体的には、モータ４３の駆動により移動部材３９のみを移動してハンド部材２７をカセット３７から所定位置まで完全に引き抜く。そして、アーム部２３を回動してウエハＷをステージ１７上に移動する。ステージ１７には、ウエハＷの外周部となる位置に複数のピン部材(不図示)が配置されている。ピン部材を突出した状態でウエハＷをピン部材上に載置した後、ピン部材を引き込むことによりウエハＷがステージ１７上に載置される。

ステップＳ１１：ロック爪Ｒをロック溝Ｍに沿って移動しステージ１７上にウエハＷを固定する。

上述した基板搬送装置では、一対のハンド部材２７をウエハＷのＸ方向の両脇からウエハＷの奥側略中央に向けて侵入させているので、侵入時にハンド部材２７とウエハＷ（取り出し対象のウエハＷとその直下のウエハＷ）とが干渉すること無くウエハＷの外周部を確実に保持することができる。これにより、カセット３７内のウエハＷの裏面のパターンに触れることなくウエハＷの搬送を行うことができる。なお、カセット３７内におけるウエハＷの奥行き方向に垂直な方向(Ｘ方向)への移動(位置ずれ)は比較的僅かであるため殆ど無視することができる。
(第２の実施形態)
図６は、本発明の基板搬送装置の第２の実施形態を示している。なお、この実施形態において第１の実施形態と同一の要素には同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

この実施形態では、アーム部２３に形成される案内溝２３ｂが、一対のハンド部材２７の先端２７ｄがウエハＷの奥側で離間するような傾斜角で形成されている。そして、一対のハンド部材２７の先端２７ｄが奥側において離間した状態で、ウエハＷが保持されている。なお、図６では、ハンド部駆動機構の図示を省略しているが、第１の実施形態と略同様に構成されている。

この実施形態では、一対のハンド部材２７の先端２７ｄがウエハＷの奥側で離間するような傾斜角にしたので、ウエハＷの外周部の自重による変形量がより少ない部分を保持することができる。
(実施形態の補足事項)
以上、本発明を上述した実施形態によって説明してきたが、本発明の技術的範囲は上述した実施形態に限定されるものではなく、例えば、以下のような形態でも良い。

(１)上述した実施形態では、上下位置検出部１５はＹ方向と略平行に検出軸を有するように投光部５１ａと受光部５１ｂを配置した例を説明したが、上下位置検出部１５の検出軸をハンド部材２７の進退する方向と略一致させてもよい。この場合、ウエハＷの変形量が大きくハンド部材２７と干渉する恐れがある場合も、その恐れを検出することができる。また、上下位置検出部１５の検出軸をハンド部材２７の進退方向と略一致させる場合、２つのハンド部材２７のそれぞれに対応して２組の上下位置検出部１５を配置することができる。また、ウエハＷの変形量はウエハＷの中心を通りＹ方向と平行な線に対して対称と考えられるため、一方のハンド部材２７の進退方向に対応した上下位置検出部１５を１つ配置しても良い。

(２)上述した実施形態では、移動部材３９の位置をモータ４３の回転数から求めた例について説明したが、直線エンコーダ、レーザ測長器等により求めるようにしても良い。

(３)上述した実施形態では、モータ４３により螺子軸４５を回転して移動部材３９を移動した例について説明したが、例えばベルト駆動等により移動部材を移動するようにしても良い。

(４)上述した実施形態では、半導体ウエハＷからなる基板に本発明を適用した例について説明したが、種々の基板の搬送に広く適用することができる。

(５)上述した実施形態では、カセット３７を昇降部１３により昇降した例について説明したが、カセットを昇降することなく搬送部を昇降するようにしても良い。

１１…搬送ロボット、１３…昇降部、１９…制御部、２１…ハンド部、２３…保持部、２７…ハンド部材、２７ｂ…土手部、２７ｃ…逃げ部、３７…カセット、Ｗ…ウエハ。

Claims (5)

1. 基板の下面の外周部を保持する保持部と該保持部を支持する支持部を備え、前記基板を搬送する搬送部と、
   前記支持部と前記基板とを相対的に上下に駆動する上下駆動部と、
   前記搬送部と前記上下駆動部とを制御する制御部と、
   を備えた基板搬送装置であって、
   前記保持部は、略水平に延在する前記基板の手前側の両脇から奥中央方向に向う斜め方向に進退移動可能である
   ことを特徴とする基板搬送装置。
2. 請求項１記載の基板搬送装置において、
   前記保持部は、前記基板の離間した外周部の下面を載置する載置部と前記基板の内周部と間隔を保つ逃げ部とを有することを特徴とする基板搬送装置。
3. 請求項１または請求項２記載の基板搬送装置において、
   前記制御部は、前記基板の下面が前記保持部よりも上となるように前記上下駆動部を制御した状態で、前記保持部を前記基板の奥中央方向に向けて移動させる
   ことを特徴とする基板搬送装置。
4. 請求項３記載の基板搬送装置において、
   前記基板の位置を検出する検出部をさらに備え、
   前記上下駆動部は、前記基板を略水平な状態で鉛直方向に複数収容する収容部材と係合可能な係合部を有し、前記収容部材を鉛直方向に駆動可能であり、
   前記検出部は、前記上下駆動部が前記収容部材を鉛直方向に駆動する際に、前記収容部材に収容された前記基板の鉛直方向の位置を検出する
   ことを特徴とする基板搬送装置。
5. 請求項４記載の基板搬送装置において、
   前記保持部は、前記基板の奥中央方向で間隔を持って前記基板を保持する
   ことを特徴とする基板搬送装置。
   

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