JP2015211164A - ウエハマッピング装置およびそれを備えたロードポート - Google Patents

ウエハマッピング装置およびそれを備えたロードポート Download PDF

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Abstract

【課題】異なるサイズのウエハを処理するロードポートでも、ウエハマッピング装置を共用できるようにすることである。
【解決手段】光軸Ｌ１を左右の水平方向へ向けたマッピングセンサ５の投光部５ａと受光部５ｂ間の左右のスパンを、ロードポートに搬送される異なる寸法の容器のうちの小さい寸法のオープンカセット１２の前面開口のスパンよりも狭く形成してマッピングデバイス４に取り付け、光軸Ｌ２を左右の水平方向へ向けた第１の飛び出しセンサ６を、マッピングセンサ５の移動方向前方へ離間させてマッピングデバイス４に取り付けるとともに、光軸をマッピングセンサ５の上下の移動方向へ向けた第２の飛び出しセンサ７を設けることにより、異なるサイズのウエハＷ１、Ｗ２を処理するロードポートでも、ウエハマッピング装置１を共用できるようにした。
【選択図】図４

Description

本発明は、ロードポートに搬送される容器に収納された半導体ウエハ（以下単にウエハという）を認識するウエハマッピング装置、およびそれを備えたロードポートに関する。
半導体の製造プロセスでは、その素材となるウエハを収納した容器を、クリーン環境とされた処理室の入口に設けられたロードポートに搬送し、ロードポートの扉を開けてロボット等により、容器に収納されたウエハを処理室内へ取り込むようにしている。ウエハは容器内に設けられた上下の棚に載置されて複数枚収納される。
近年、半導体の生産量の増加に伴ってウエハの寸法が大きくなり、今後は直径４５０ｍｍのウエハの使用も予定されている。現在汎用されている大寸法の直径３００ｍｍのウエハは、ＦＯＵＰ（Front Open Unified Pod）と呼ばれる密閉容器に収納されてロードポートに搬送され、密閉容器の前面開口が処理室への入口と密閉状態で接続されて、その蓋がロードポートの扉と一緒に開けられ、処理室内へ取り込まれる（例えば、特許文献１−３参照）。以前に多く用いられていた小寸法の例えば直径２００ｍｍのウエハは、オープンカセットと呼ばれる開放容器に収納されて搬送され、クリーンルーム中でロードポートから処理室内へ取り込まれることが多い（例えば、特許文献４参照）。
上述したＦＯＵＰやオープンカセット等の容器からウエハを処理室内へ取り込む際には、ウエハをロボット等で自動的に取り込むために、容器内のウエハの収納状態をマッピングして認識するウエハマッピング装置が用いられる。ウエハマッピング装置としては、マッピングセンサとして光軸を水平方向へ向けた透過型光センサを、マッピングアームやマッピングフレーム等の進退可能で上下方向に移動するマッピングデバイスの先端部に取り付け、マッピングデバイスを前進させてマッピングセンサを容器の前面開口に挿入したのち、容器内で上下方向へ移動させることにより、上下の棚に収納されたウエハを検出するタイプのものが用いられている。マッピングデバイスは、上下方向に直線移動する移動機構に取り付けられる。この直線移動機構として昇降するロードポートの扉を利用することもある。
また、このようなウエハマッピング装置では、容器内で上下方向へ移動するマッピングセンサとウエハとの衝突を未然に防止するために、棚の奥側から前方へ飛び出すウエハを検出する飛び出しセンサが設けられている（例えば、特許文献１−４参照）。この飛び出しセンサとして、特許文献１に記載されたものは、ロードポートの扉の固定枠に光軸を上下方向へ向けた透過型光センサを取り付けている。また、特許文献２に記載されたものは、上下方向へ移動するマッピングフレームに光軸を上下方向へ向けた２組の透過型光センサを取り付け、特許文献４に記載されたものは、マッピングアームに光軸を水平方向へ向けた透過型光センサを取り付けている。さらに、特許文献３に記載されたものは、第１の飛び出しセンサとして、ロードポートの扉の固定枠に光軸を上下方向へ向けた透過型光センサを取り付けるとともに、第２の飛び出しセンサとして、マッピングアームに光軸を水平方向へ向けた透過型光センサを取り付けている。この第２の飛び出しセンサは、マッピングセンサとウエハとの衝突防止用ではなく、ロボット等で取り込まれるウエハの位置ずれを検出するための中間センサとされている。
一方、近年多数を占めるＦＯＵＰに収納された直径３００ｍｍのウエハを処理するロードポートで、オープンカセットに収納された直径２００ｍｍのウエハも処理可能とすることが望まれている。このような要望に対して、２００ｍｍウエハ用のオープンカセットの外周を覆う密閉型のカセットアダプタを設け、このカセットアダプタを３００ｍｍウエハ用のロードポートに設置して、オープンカセットに収納された２００ｍｍウエハを密閉状態で処理室内へ取り込むようにしたものがある。すなわち、カセットアダプタと３００ｍｍウエハ用のＦＯＵＰとを、同じ位置で位置決めして処理室の入口と密閉状態で接続し、オープンカセットに収納された２００ｍｍウエハとＦＯＵＰに収納された３００ｍｍウエハを、共通のロボット等で処理室内へ取り込むようにしている（例えば、特許文献５参照）。
特許第４２４６４２０号公報 特許第４５０１７５５号公報 特許第４８６６３１５号公報 特許第４０９６２１３号公報 特開２０１２−６４８２７号公報
特許文献５に記載されたように、異なる寸法の容器に収納された異なるサイズのウエハを共通のロードポートで処理する際には、特許文献１−４に記載されたようなウエハマッピング装置を共通に設けようとすると、以下の問題がある。
図５は、共通のロードポートに位置決めされる大小異なる寸法の容器Ｃ１、Ｃ２にそれぞれ収納される異なるサイズのウエハＷ１、Ｗ２を同一平面内に示す模式図である。各ウエハＷ１、Ｗ２の中央部先端位置は、共通のロボット等で取り込むために同じ位置に揃えられている。共通のウエハマッピング装置のマッピングセンサの左右のスパンＳ１は、小さい方の容器Ｃ２へも挿入可能とするために、容器Ｃ２の開口スパンＳ２よりも狭くする必要がある。このため、図からも分かるように、小さい方のウエハＷ２の周縁はマッピングセンサと十分に離れているが、大きい方のウエハＷ１の周縁はマッピングセンサとかなり接近することになる。したがって、大きい方のウエハＷ１は、上下方向に移動するマッピングセンサＳと、わずかの飛び出し量で衝突する恐れがある。
前記大きい方のウエハＷ１とマッピングセンサとの衝突は、ウエハＷ１が容器内でわずかに飛び出し、その中央部先端位置が容器Ｃ１の内側にある場合でも発生する恐れがある。このため、特許文献１、３に記載されたように、ロードポートの扉の固定枠に光軸を上下方向へ向けて取り付ける透過型光センサは、容器内でわずかに飛び出すウエハＷ１を検知できないので、飛び出しセンサとして用いることはできない。
また、特許文献２、４に記載された飛び出しセンサのように、容器に挿入されるマッピングアームやマッピングフレームに取り付ける透過型光センサは、容器内で飛び出すウエハも検出できるが、容器内で上下方向に移動する飛び出しセンサ自体がわずかに飛び出すウエハと衝突する恐れがある。
このため、特許文献１−４に記載されたような従来のウエハマッピング装置は、特許文献５に記載されたような異なるサイズのウエハを処理するロードポートでは共用することができない。なお、異なるサイズのウエハを処理するためには、それぞれの容器に適した複数のウエハマッピング装置を配設することが考えられるが、複数のウエハマッピング装置を配設する場合は、ロードポートの構成が複雑になるのみでなく、マッピングデバイスの駆動部も多くなるので、これらの駆動部から発生する摩耗粉等の異物によってクリーンな処理室が汚染されやすくなる。
そこで、本発明の課題は、異なるサイズのウエハを処理するロードポートでも、ウエハマッピング装置を共用できるようにすることである。
上記の課題を解決するために、本発明は、ロードポートに搬送される異なる寸法の容器に収納された異なるサイズのウエハを共通にマッピングするウエハマッピング装置であって、検出波の照射軸が左右の水平方向へ向けられ、左右のスパンが前記異なる寸法のうちの最も小さい寸法の容器の前面開口のスパンよりも狭く形成されて、前記容器の前面開口に挿入され、前記容器内で上下方向に移動して、前記容器に収納されたウエハを検出するマッピングセンサと、前記マッピングセンサが取り付けられ、上下方向に移動するマッピングデバイスと、検出波の照射軸が左右の水平方向へ向けられ、前記マッピングセンサの移動方向前方へ離間させて前記マッピングデバイスに取り付けられ、前記容器に収納されたウエハの飛び出しを検出する第１の飛び出しセンサと、検出波の照射軸が前記マッピングセンサの上下の移動方向へ向けられ、前記容器に収納されたウエハの飛び出しを検出する第２の飛び出しセンサとを備えた構成を採用した。
すなわち、検出波の照射軸を左右の水平方向へ向けたマッピングセンサの左右のスパンを、ロードポートに搬送される最も小さい寸法の容器の前面開口のスパンよりも狭く形成して、上下方向に移動するマッピングデバイスに取り付け、検出波の照射軸を左右の水平方向へ向けた第１の飛び出しセンサを、マッピングセンサの移動方向前方へ離間させてマッピングデバイスに取り付けるとともに、検出波の照射軸をマッピングセンサの上下の移動方向へ向けた第２の飛び出しセンサを設けることにより、マッピングセンサを最も小さい寸法の容器の前面開口へ挿入して、容器内で上下方向に移動可能とし、第１の飛び出しセンサによって、マッピングセンサと衝突の恐れのある飛び出したウエハを検出するとともに、第２の飛び出しセンサによって、マッピングセンサの前方で先行移動する第１の飛び出しセンサと衝突の恐れのある飛び出したウエハを検出するようにし、異なるサイズのウエハを処理するロードポートでも、ウエハとマッピングセンサや飛び出しセンサとの衝突を防止して、ウエハマッピング装置を共用できるようにした。また、このウエハマッピング装置は、単一のマッピングデバイスの駆動部が少ないので、処理室を汚染する摩耗粉等の発生も少ない。
前記マッピングセンサや第１および第２の飛び出しセンサが照射する検出波としては、光波、電磁波、超音波等を用いることができる。
前記第１の飛び出しセンサの前記マッピングセンサからの前記移動方向前方への離間距離を、前記マッピングデバイスの上下方向移動の制動距離以上とすることにより、マッピングセンサとウエハとの衝突を確実に防止することができる。
前記第２の飛び出しセンサの照射軸を、前記容器の前面開口スパンの左右中央部で、前記第１の飛び出しセンサの照射軸よりも前記容器から後退した位置に設定することにより、第２の飛び出しセンサとウエハとの衝突を防止することができる。
また、本発明は、上述したいずれかのウエハマッピング装置を備えたロードポートの構成も採用した。
本発明に係るウエハマッピング装置は、検出波の照射軸を左右の水平方向へ向けたマッピングセンサの左右のスパンを、ロードポートに搬送される最も小さい寸法の容器の前面開口のスパンよりも狭く形成して、上下方向に移動するマッピングデバイスに取り付け、検出波の照射軸を左右の水平方向へ向けた第１の飛び出しセンサを、マッピングセンサの移動方向前方へ離間させてマッピングデバイスに取り付けるとともに、検出波の照射軸をマッピングセンサの上下の移動方向へ向けた第２の飛び出しセンサを設けたので、マッピングセンサを最も小さい寸法の容器の前面開口へ挿入して、容器内で上下方向に移動可能とし、第１の飛び出しセンサによって、マッピングセンサと衝突の恐れのある飛び出したウエハを検出するとともに、第２の飛び出しセンサによって、マッピングセンサの前方で先行移動する第１の飛び出しセンサと衝突の恐れのある飛び出したウエハを検出するようにし、異なるサイズのウエハを処理するロードポートでも、ウエハとマッピングセンサや飛び出しセンサとの衝突を防止して、ウエハマッピング装置を共用できるようにした。マッピングセンサが移動する前方で、第１の飛び出しセンサによって、マッピングセンサと衝突の恐れのある飛び出したウエハを検知するとともに、マッピングセンサの移動方向前方へ照射軸を向けたセンサとした第２の飛び出しセンサによって、マッピングセンサの前方で先行移動する第１の飛び出しセンサと衝突の恐れのある飛び出したウエハを検知するようにして、異なるサイズのウエハを処理するロードポートでも共用することができる。また、このウエハマッピング装置は、単一のマッピングデバイスの駆動部が少ないので、処理室を汚染する摩耗粉等の発生も少ない。
本発明に係るウエハマッピング装置を備えたロードポートを示す縦断側面図 図１の横断平面図 図１の要部拡大側面図 図２の要部拡大平面図 共通のロードポートで容器に収納される異なるサイズのウエハを同一平面内に示す模式図
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１および図２は、本発明に係るウエハマッピング装置１を備えたロードポートを示す。このロードポートは、ＦＯＵＰ１１に収納される直径３００ｍｍのウエハＷ１と、オープンカセット１２に収納される直径２００ｍｍのウエハＷ２を共通に処理するものであり、クリーン環境とされた処理室２１の遮蔽壁２２に設けられた入口２３の前に、搬送されて来るＦＯＵＰ１１やオープンカセット１２を載置するテーブル２４が設けられている。
図１および図２は、オープンカセット１２に収納された２００ｍｍのウエハＷ２を処理する場合を実線で示し、ＦＯＵＰ１１と３００ｍｍのウエハＷ１は１点鎖線で示す。ウエハＷ１、Ｗ２はＦＯＵＰ１１やオープンカセット１２の上下の棚１１ａ、１２ａに複数枚収納される。オープンカセット１２は、ＦＯＵＰ１１と同じ大きさの前面開口を有する密閉型のカセットアダプタ（図示省略）に入れられてテーブル２４に位置決めされ、処理室２１の入口２３の扉と一緒に蓋を取り外されたカセットアダプタの前面開口が、密閉状態で処理室２１の入口２３に接続されて、収納されたウエハＷ２がロボット（図示省略）によって処理室２１内へ取り込まれる。ＦＯＵＰ１１に収納された３００ｍｍのウエハＷ１を処理する場合も、同様の手順でＦＯＵＰ１１の前面開口が処理室２１の入口２３に接続され、収納されたウエハＷ１が共通のロボットによって処理室２１内へ取り込まれる。
前記処理室２１の入口２３には、ＦＯＵＰ１１やオープンカセット１２に収納されるウエハＷ１、Ｗ２をロボットで取り出す前に、これらのウエハＷ１、Ｗ２の収納状態をマッピングして認識するウエハマッピング装置１が配設されている。このウエハマッピング装置１は、ボールねじ２によって上下方向に直線移動し、エアシリンダ３によって前方へ傾動してＦＯＵＰ１１やオープンカセット１２の前面開口に挿入されるマッピングデバイス４の先端部に、マッピングセンサ５と、第１の飛び出しセンサ６および第２の飛び出しセンサ７を取り付けたものである。
図３および図４は、図１および図２の要部であるオープンカセット１２の前面開口部とマッピングデバイス４の先端部の近傍を拡大して示す。３００ｍｍのウエハＷ１と２００ｍｍのウエハＷ２の中央部先端位置は、共通のロボットで取り込めるように同じ位置に揃えられている。
前記マッピングセンサ５は、投光部５ａと受光部５ｂを左右に備え、検出波の照射軸である光軸Ｌ１を左右の水平方向へ向けた透過型光センサとされており、小さい方の容器であるオープンカセット１２に挿入できるように、投光部５ａと受光部５ｂ間のスパンが、オープンカセット１２の前面開口の左右のスパン（２１０ｍｍ）よりも狭く形成されている。なお、ＦＯＵＰ１１の前面開口の左右のスパン（３６５ｍｍ）はかなり広く、図４には表れていない。この実施形態では、マッピングセンサ５の投光部５ａと受光部５ｂ間のスパンは１５４ｍｍに設定されている。このマッピングセンサ５の左右のスパンは、従来のオープンカセット用ウエハマッピング装置で採用されているスパン１０５ｍｍと、オープンカセット１２の前面開口のスパン２１０ｍｍに余裕代を持たせた２００ｍｍとの間に設定するとよい。
前記マッピングセンサ５は、上方から下方へ移動して、ＦＯＵＰ１１やオープンカセット１２の棚１１ａ、１２ａに収納されたウエハＷ１、Ｗ２を認識するように検出する。
前記第１の飛び出しセンサ６も、投光部６ａと受光部６ｂを備え、光軸Ｌ２を左右の水平方向へ向けた透過型光センサとされ、マッピングセンサ５が移動する側の下方に、マッピングデバイス４を移動させるボールねじ２の制動距離以上に離間させて取り付けられている。第１の飛び出しセンサ６は、マッピングセンサ５よりも入口２３側へ少し後退した位置に取り付けられ、その投光部６ａと受光部６ｂがマッピングセンサ５の投光部５ａと受光部５ｂと左右逆に配置され、光軸Ｌ２の向きがマッピングセンサ５の光軸Ｌ１と逆向きとされている。このようにマッピングセンサ５の光軸Ｌ１と第１の飛び出しセンサ６の光軸Ｌ２を互いに逆向きとすることにより、各受光部５ｂ、６ｂに入る光の干渉を防止することができる。
前記第１の飛び出しセンサ６は、マッピングセンサ５の移動方向前方を先行移動し、マッピングセンサ５と衝突する恐れのある飛び出したウエハＷ１、Ｗ２を検知する。第１の飛び出しセンサ６で飛び出したウエハＷ１、Ｗ２が検知されると、マッピングデバイス４を移動させるボールねじ２が停止される。
前記第２の飛び出しセンサ７は、検出波の照射軸である光軸をマッピングセンサ５の移動方向である下方へ向けた反射型光センサとされ、オープンカセット１２の前面開口の左右中央部で、第１の飛び出しセンサ６の光軸Ｌ２よりも入口２３側へ後退した位置に取り付けられている。第２の飛び出しセンサ７は、第１の飛び出しセンサ６とほぼ同じ高さ位置に取り付けられ、その検出可能距離は、ボールねじ２の制動距離以上に設定されており、先行移動する第１の飛び出しセンサ６と衝突する恐れのある飛び出したウエハＷ１、Ｗ２を検知する。第２の飛び出しセンサ７で飛び出したウエハＷ１、Ｗ２が検知されたときもボールねじ２が停止される。
図４に示したように、２００ｍｍのウエハＷ２の周縁はマッピングセンサ５と十分に離れているが、３００ｍｍのウエハＷ１の周縁はマッピングセンサ５とかなり接近している。このため、３００ｍｍのウエハＷ１をマッピングする際には、わずかの飛び出し量でマッピングセンサ４がウエハＷ１と衝突する。図４には、マッピングセンサ５と衝突の恐れのある飛び出し量６ｍｍのウエハＷ１6と、第１の飛び出しセンサ６と衝突の恐れのある飛び出し量１４ｍｍのウエハＷ１14とを付記する。
この実施形態では、第１の飛び出しセンサ６は、飛び出し量６ｍｍのウエハＷ１6以上に飛び出すウエハＷ１を検知できる前後方向位置に取り付けられている。また、第２の飛び出しセンサ７は、飛び出し量１４ｍｍのウエハＷ１14以上に飛び出すウエハＷ１を検知できる前後方向位置に取り付けられている。したがって、第１の飛び出しセンサ６でマッピングセンサ５と衝突の恐れのあるウエハＷ１を検知するとともに、第２の飛び出しセンサ７で第１の飛び出しセンサ６と衝突の恐れのあるウエハＷ１を検知する。なお、図示は省略するが、２００ｍｍのウエハＷ２の場合は、マッピングセンサ５や第１の飛び出しセンサ６と衝突の恐れがある飛び出し量はもっと大きくなるが、同様に、第１の飛び出しセンサ６でマッピングセンサ５と衝突の恐れのあるウエハＷ２を検知し、第２の飛び出しセンサ７で第１の飛び出しセンサ６と衝突の恐れのあるウエハＷ２を検知する。
上述した実施形態では、直径３００ｍｍと２００ｍｍの２つのサイズのウエハを共通に処理するものとしたが、本発明に係るロードポートで処理されるウエハのサイズは実施形態のものに限定されることはない。例えば、直径４５０ｍｍと３００ｍｍのウエハを共通に処理する場合は、マッピングセンサの左右のスパンを、３００ｍｍＦＯＵＰ用ウエハマッピング装置で採用されているスパン２００ｍｍと、３００ｍｍＦＯＵＰの前面開口のスパン３６５ｍｍに余裕代を持たせた３５０ｍｍとの間に設定するとよい。また、３つ以上のサイズのウエハを共通に処理することもでき、この場合は、マッピングセンサの左右の取り付けスパンを最も小さいサイズのウエハを収納する容器の前面開口のスパンよりも狭く形成すればよい。
上述した実施形態では、マッピングセンサが下方へ移動するものとしたが、マッピングセンサは上方へ移動するものとすることもでき、この場合は、第１の飛び出しセンサをマッピングセンサの上方へ離間させて取り付け、第２の飛び出しセンサの光軸を上方に向ければよい。
上述した実施形態では、第２の飛び出しセンサを、容器の前面開口の左右中央部で第１の飛び出しセンサとほぼ同じ高さ位置でマッピングデバイスに取り付けたが、第２の飛び出しセンサの高さ方向の取り付け位置は実施形態のものに限定されることはなく、第２の飛び出しセンサの検出可能距離が、第１の飛び出しセンサの移動方向前方まで届けばよい。また、左右方向の取り付け位置も中央部に限定されることはない。また、第２の飛び出しセンサは、ロードポートの扉の枠等に固定して取り付けることもできる。第２の飛び出しセンサをマッピングデバイスに取り付け、さらに、第３の飛び出しセンサをロードポートの扉の枠等に取り付けることもできる。
上述した実施形態では、マッピングセンサと第１の飛び出しセンサを透過型の光センサとし、第２の飛び出しセンサを反射型の光センサとしたが、マッピングセンサと第１の飛び出しセンサは、一端側に投光部と受光部を配置し、他端側に反射ミラーを配置した反射型のものとすることもできる。また、第２の飛び出しセンサは、一端側に投光部を配置し、他端側に受光部を配置した透過型のものとすることもできる。さらに、これらの透過型と反射型のセンサは、電磁波や超音波等を検出波として照射するものとすることもできる。
上述した実施形態では、上下方向に移動する専用のマッピングデバイスを設けたが、マッピングデバイスは、ウエハを取り込む搬送用ロボットを利用して上下方向に移動させてもよい。また、ロードポートと搬送用ロボットを備えたウエハ搬送システムであるＥＦＥＭ(Equipment Front End Module)に組み込んでもよい。
Ｗ１、Ｗ２ ウエハ
１ ウエハマッピング装置
２ ボールねじ
３ エアシリンダ
４ マッピングデバイス
５ マッピングセンサ
６ 第１の飛び出しセンサ
５ａ、６ａ 投光部
５ｂ、６ｂ 受光部
７ 第２の飛び出しセンサ
１１ ＦＯＵＰ
１２ オープンカセット
１２ａ 棚
２１ 処理室
２２ 遮蔽壁
２３ 入口
２４ テーブル

Claims (4)

  1. ロードポートに搬送される異なる寸法の容器に収納された異なるサイズのウエハを共通にマッピングするウエハマッピング装置であって、
    検出波の照射軸が左右の水平方向へ向けられ、左右のスパンが前記異なる寸法のうちの最も小さい寸法の容器の前面開口のスパンよりも狭く形成されて、前記容器の前面開口に挿入され、前記容器内で上下方向に移動して、前記容器に収納されたウエハを検出するマッピングセンサと、
    前記マッピングセンサが取り付けられ、上下方向に移動するマッピングデバイスと、
    検出波の照射軸が左右の水平方向へ向けられ、前記マッピングセンサの移動方向前方へ離間させて前記マッピングデバイスに取り付けられ、前記容器に収納されたウエハの飛び出しを検出する第１の飛び出しセンサと、
    検出波の照射軸が前記マッピングセンサの上下の移動方向へ向けられ、前記容器に収納されたウエハの飛び出しを検出する第２の飛び出しセンサとを備えたウエハマッピング装置。
  2. 前記第１の飛び出しセンサの前記マッピングセンサからの前記移動方向前方への離間距離を、前記マッピングデバイスの上下方向移動の制動距離以上とした請求項１に記載のウエハマッピング装置。
  3. 前記第２の飛び出しセンサの照射軸を、前記容器の前面開口スパンの左右中央部で、前記第１の飛び出しセンサの照射軸よりも前記容器から後退した位置に設定した請求項１または２に記載のウエハマッピング装置。
  4. 請求項１乃至３のいずれかに記載のウエハマッピング装置を備えたロードポート。
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