JP2017120805A - ウエハ処理装置及び搬送ロボット - Google Patents

Abstract

【課題】 ウエハの保護と生産能力の向上とを両立できるウエハ処理装置を提供する。【解決手段】 ウエハ処理装置は、複数の処理ユニットと、前記複数の処理ユニット間でウエハを搬送する搬送ロボットと、を備える。搬送ロボットは、ウエハを載置するハンドと、ハンドの位置を移動させるロボット本体と、第１速度設定と第１速度設定より速い第２速度設定とが記憶された記憶部と、ハンド上にウエハが有る場合には、ロボット本体を第１速度設定で動作させ、ハンド上にウエハが無い場合には、ロボット本体を第２速度設定で動作させる制御部と、を有する。【選択図】 図１

Description

本発明は、ウエハ処理装置及び搬送ロボットに関する。

近年、半導体デバイスの高集積化が進むにつれて回路の配線が微細化し、配線間距離もより狭くなりつつある。特に線幅が０．５μｍ以下の光リソグラフィの場合、焦点深度が浅くなるため、ステッパーの結像面の平坦度を必要とする。このような半導体ウエハの表面を平坦化する一手段として、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行う研磨装置が知られている（例えば、特許文献１参照）。

化学機械研磨（ＣＭＰ）装置では、装置内のウエハ搬送にロボットを使用しているが、搭載するハンドの能力によっては、ウエハの保護を目的に、ロボットの搬送スピードをウエハにダメージを与えない速度まで落として搬送している。そのため、装置の生産能力を低下させる原因に繋がっている。

特開２００８−１９４８２３号公報

本発明は、以上のような問題点に着目し、これを有効に解決すべく創案されたものである。本発明の目的は、ウエハの保護と生産能力の向上とを両立できるウエハ処理装置を提供することにある。

本発明によるウエハ処理装置は、
複数の処理ユニットと、
前記複数の処理ユニット間でウエハを搬送する搬送ロボットと、
を備え、
前記搬送ロボットは、
ウエハを載置するハンドと、
前記ハンドの位置を移動させるロボット本体と、
第１速度設定と前記第１速度設定より速い第２速度設定とが記憶された記憶部と、
前記ハンド上にウエハが有る場合には、前記ロボット本体を前記第１速度設定で動作させ、前記ハンド上にウエハが無い場合には、前記ロボット本体を前記第２速度設定で動作させる制御部と、
を有する。

本発明によれば、記憶部に第１速度設定と第２速度設定とが記憶されており、制御部は記憶部に記憶された設定値に基づいてロボット本体を動作させる。すなわち、ハンド上にウエハが有る場合には、制御部は、より遅い第１速度設定でロボット本体を動作させる。これにより、搬送中にウエハにダメージを与えることを防止できる。また、ハンド上にウエハが無い場合には、制御部は、より速い第２速度設定でロボット本体を動作させる。これにより、全体的なロボット稼働時間が短縮され、装置の生産能力が向上する。

本発明によるウエハ処理装置において、前記ロボット本体は、前記ハンドを支持する伸縮可能なアームと、前記アームを上下移動可能なＺ軸駆動部と、前記アームを旋回可能なθ軸駆動部と、前記アームを水平移動可能なＸ軸駆動部と、を有してもよい。このような態様によれば、各軸を適宜駆動させることで、ハンドを３次元空間において所望の位置に移動させることができる。

本発明によるウエハ処理装置において、前記アームと前記Ｚ軸駆動部と前記θ軸駆動部と前記Ｘ軸駆動部のうち全ての動作速度において、前記第２速度設定は、前記第１速度設定より速くてもよい。

本発明によるウエハ処理装置において、前記アームと前記Ｚ軸駆動部と前記θ軸駆動部と前記Ｘ軸駆動部のうち少なくとも１つの動作速度において、前記第２速度設定は、前記第１速度設定より速く、他の動作速度において、前記第２速度設定は、前記第１速度設定と同じであってもよい。

本発明によるウエハ処理装置において、前記ハンドには、ウエハの有無を検知するセンサが設けられていてもよい。このような態様によれば、各処理ユニットにセンサを設ける態様に比べて、センサの設置個数を減少でき、低コストである。

本発明によるウエハ処理装置において、各処理ユニットには、ウエハの有無を検知するセンサが設けられていてもよい。このような態様によれば、ハンドにセンサを設ける態様に比べて、ハンドが軽量化されるため、ハンドをより高速で移動させることが可能である。

本発明によるウエハ処理装置において、前記複数の処理ユニットの少なくとも１つは、ウエハを洗浄する研磨ユニットであってもよい。

本発明によるウエハ処理装置において、前記複数の処理ユニットの少なくとも１つは、ウエハを研磨する洗浄ユニットであってもよい。

本発明による搬送ロボットは、
ウエハを載置するハンドと、
前記ハンドの位置を移動させるロボット本体と、
第１速度設定と前記第１速度設定より速い第２速度設定とが記憶された記憶部と、
前記ハンド上にウエハが有る場合には、前記ロボット本体を前記第１速度設定で動作させ、前記ハンド上にウエハが無い場合には、前記ロボット本体を前記第２速度設定で動作させる制御部と、
を備える。

本発明によれば、ウエハの保護と生産能力の向上とを両立できる。

図１は、本発明の一実施の形態によるウエハ処理装置を示す概略構成図である。 図２は、図１に示すウエハ処理装置における搬送ロボットを拡大して示す側面図である。 図３は、図２に示す搬送ロボットの動作を説明するためのフロー図である。 図４（ａ）〜図４（ｄ）は、図２に示す搬送ロボットの動作の一例を説明するための模式図である。 図５は、図２に示す搬送ロボットと従来の搬送ロボットの動作時間を比較して示す表である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する場合の一例を示すものであって、本発明を以下に説明する具体的構成に限定するものではない。本発明の実施にあたっては、実施の形態に応じた具体的構成が適宜採用されてよい。

図１は、本発明の一実施の形態によるウエハ処理装置を示す概略構成図である。

図１に示すように、本実施の形態によるウエハ処理装置１０は、複数（図示された例では５つ）の処理ユニット１１〜１５と、複数の処理ユニット１１〜１５間でウエハを搬送する搬送ロボット２０と、を備えている。

図示された例では、第１〜第３の処理ユニット１１〜１３が奥側に左右に並んで配置されており、第４及び第５の処理ユニット１４、１５が手前側に左右に並んで配置されている。第１〜第３の処理ユニット１１〜１３と第４及び第５の処理ユニット１４、１５との間には、左右に延びる搬送ユニット１９が配置されており、搬送ロボット２０は、搬送ユニット１９内に配置されている。搬送ユニット１９の床面には、左右方向（以下、Ｘ方向と呼ぶことがある）と平行に一対のレール５０が延設されており、搬送ロボット２０は、当該一対のレール５０に沿って左右に移動可能である。

本実施の形態では、ウエハ処理装置１０は、化学機械研磨（ＣＭＰ）を行う研磨装置である。たとえば、第１〜第３の処理ユニット１１〜１３は、それぞれ、複数のウエハを収容するウエハカセット（たとえばＦＯＵＰ）であり、第４の処理ユニット１４は、ウエハを研磨する研磨ユニットであり、第５の処理ユニット１５は、ウエハを洗浄する洗浄ユニットである。

たとえば、第１の処理ユニット１１に収容された未処理のウエハは、搬送ロボット２０により第１の処理ユニット１１から第４の処理ユニット１４へと搬送され、第４の処理ユニット１４において表面を研磨される。一方、第５の処理ユニット１５において表面を洗浄されたウエハは、搬送ロボット２０により第５の処理ユニット１５から第２の処理ユニット１２または第３の処理ユニット１３へと搬送され、当該第２の処理ユニット１２または第３の処理ユニット１３に収容される。

次に、搬送ロボット２０の構造について詳しく説明する。図２は、搬送ロボット２０を拡大して示す側面図である。

図２に示すように、搬送ロボット２０は、ウエハを載置するハンド２１と、ハンド２１の位置を移動させるロボット本体２２と、第１速度設定と第１速度設定より速い第２速度設定とが記憶された記憶部２４と、ハンド２１上にウエハが有る場合には、ロボット本体２２を第１速度設定で動作させ、ハンド２１上にウエハが無い場合には、ロボット本体を第２速度設定で動作させる制御部２３と、を有している。

このうちロボット本体２２は、図２に示すように、ハンド２１を支持するとともにＲ軸２２１に沿って伸縮可能なアーム２２ａと、アーム２２ａをθ軸２２０周りに旋回可能なθ軸駆動部２２ｂと、アーム２２ａをＺ軸２２２に沿って上下移動可能なＺ軸駆動部２２ｃと、アーム２２ａをＸ軸２２３に沿って水平移動可能なＸ軸駆動部２２ｄと、を有している。

図示された例では、上述した一対のレール２５が水平なＸ軸２２３と平行に配置されており、Ｘ軸駆動部２２ｄは、一対のレール２５上に擦動可能に取り付けられている。また、Ｘ軸駆動部２２ｄ上には、第２レール２６が鉛直なＺ軸２２２と平行に設けられており、Ｚ軸駆動部２２ｃは、第２レール２６上に擦動可能に取り付けられている。θ軸駆動部２２ｂは、Ｚ軸駆動部２２ｃ上に固定されている。アーム２２ａは、その基端部においてθ軸駆動部２２ｂに固定されており、ハンド２１は、アーム２２ａの先端部に水平に固定されている。Ｘ軸駆動部２２ｄ、Ｚ軸駆動部２２ｃ、θ軸駆動部２２ｂ及びアーム２２ａは、それぞれサーボモータを有しており、各サーボモータを動作させることで、ハンド２１は３次元空間において所望の位置に移動可能となっている。また、各サーボモータの回転速度を調整することにより、Ｘ軸駆動部２２ｄ、Ｚ軸駆動部２２ｃ、θ軸駆動部２２ｂ及びアーム２２ａの動作速度を、それぞれの最高速度に対して所望の割合に調整可能となっている。

本実施の形態では、ハンド２１には、ウエハの有無を検知するセンサ２１ａが設けられている。センサ２１ａとしては、たとえば遮光センサや反射式光学センサを用いることができる。

記憶部２４は、たとえば磁気ディスク装置などにより実現され得る。記憶部２４には、たとえば、Ｘ軸駆動部２２ｄ、Ｚ軸駆動部２２ｃ、θ軸駆動部２２ｂ及びアーム２２ａの動作速度として、それぞれの最高速度の「５０％」という値が第１速度設定として記憶されており、それぞれの最高速度の「１００％」という値が第２速度設定として記憶されている。すなわち、この例では、アーム２２ａとＺ軸駆動部２２ｃとθ軸駆動部２２ｂとＸ軸駆動部２２ｄのうち全ての動作速度において、第２速度設定は、第１速度設定より速くなっている。

制御部２３は、センサ２１ａから検知信号を読み出すとともに、センサ２１ａの検知結果に基づいて、ハンド２１上にウエハが有るか無いかを判断する。そして、ハンド２１上にウエハが有ると判断した場合には、制御部２３は、記憶部２４に記憶された第１速度設定を読み出すとともに、Ｘ軸駆動部２２ｄ、Ｚ軸駆動部２２ｃ、θ軸駆動部２２ｂ及びアーム２２ａの動作速度を、第１速度設定に基づいて、それぞれ最高速度の５０％の速度に設定する。これにより、搬送中の加速度や振動によってウエハにダメージを与えることを防止できる。

一方、ハンド２１上にウエハが無いと判断した場合には、制御部２３は、記憶部２４に記憶された第２速度設定を読み出すとともに、Ｘ軸駆動部２２ｄ、Ｚ軸駆動部２２ｃ、θ軸駆動部２２ｂ及びアーム２２ａの動作速度を、第２速度設定に基づいて、それぞれ最高速度の１００％の速度に設定する。これにより、全体的なロボット稼働時間が短縮され、装置の生産能力が向上する。

次に、このような構成からなる搬送ロボット２０の動作について説明する。図３は、搬送ロボット２０の動作を説明するためのフロー図である。

図３に示すように、搬送ロボット２０の動作開始時には、制御部２３は、センサ２１ａの検知結果に基づいて、ハンド２１上にウエハが有るか無いかを判断する（ステップＳ１０１）。

ハンド２１上にウエハが有ると判断した場合には、制御部２３は、記憶部２４に記憶された第１速度設定（ウエハ有時速度設定）を読み出すとともに、Ｘ軸駆動部２２ｄ、Ｚ軸駆動部２２ｃ、θ軸駆動部２２ｂ及びアーム２２ａの動作速度を、第１速度設定に基づいて、それぞれの最高速度の５０％の値に設定する（ステップＳ１０２）。

一方、ハンド２１上にウエハが無いと判断した場合には、制御部２３は、記憶部２４に記憶された第２速度設定（ウエハ無時速度設定）を読み出すとともに、Ｘ軸駆動部２２ｄ、Ｚ軸駆動部２２ｃ、θ軸駆動部２２ｂ及びアーム２２ａの動作速度を、第２速度設定に基づいて、それぞれの最高速度の１００％の値に設定する（ステップＳ１０３）。

次に、制御部２３は、ハンド２１の移動先の位置を設定し（ステップＳ１０４）、次いで、Ｘ軸駆動部２２ｄ、Ｚ軸駆動部２２ｃ、θ軸駆動部２２ｂ及びアーム２２ａを駆動して、ハンド２１の移動を開始する（ステップＳ１０５）。

ハンド２１上にウエハが有る場合には、ハンド２１が比較的低速で移動されるため、搬送中の加速度や振動によってウエハにダメージを与えることを防止できる。また、ハンド２１上にウエハが無い場合には、ハンド２１が比較的高速で移動されるため、全体的なロボット稼働時間が短縮される。

制御部２３は、ハンド２１が予め設定された移動先の位置（目的地）に到達したかどうかを判断し（ステップＳ１０６）、目的地に到達したと判断する場合には、搬送ロボット２０の動作を終了する。一方、目的地に到達していないと判断した場合には、Ｘ軸駆動部２２ｄ、Ｚ軸駆動部２２ｃ、θ軸駆動部２２ｂ及びアーム２２ａの駆動を継続する。

次に、具体的な実施例として、第１処理ユニット１１に収容された未処理のウエハを、第１処理ユニット１１から第４処理ユニット１４へと搬送する工程について説明する。

まず、図４（ａ）に示すように、ウエハ受取準備工程として、制御部２３は、θ軸駆動部２２ｂの動作を制御してハンド２１が第１処理ユニット１１側に向くようにアーム２２ａを旋回させるとともに、それと同時に、Ｚ軸駆動部２２ｃの動作を制御してハンド２１がウエハ受取用の高さ位置に位置決めされるようにアーム２２ａを上昇または下降させる（第１ロボット動作）。その後、制御部２３は、アーム２２ａを伸長させてハンド２１をウエハＷの下に差し入れる（第２ロボット動作）。

次に、図４（ｂ）に示すように、ウエハ受取工程として、制御部２３は、Ｚ軸駆動部２２ｃの動作を制御してアーム２２ａを上昇させ、ウエハＷをハンド２１上に載せる（第３ロボット動作）。次いで、制御部２３は、アーム２２ａを収縮させてハンド２１をθ軸近傍に引き寄せる（第４ロボット動作）。

次に、図４（ｃ）に示すように、ウエハ受渡し準備工程として、制御部２３は、θ軸駆動部２２ｂの動作を制御してハンド２１が第４処理ユニット１４側に向くようにアーム２２ａを旋回させるとともに、それと同時に、Ｚ軸駆動部２２ｃの動作を制御してハンド２１がウエハ受渡し用の高さ位置に位置決めされるようにアーム２２ａを上昇または下降させる（第５ロボット動作）。その後、制御部２３は、アーム２２ａを伸長させてハンド２１をステージの上方に移動させる（第６ロボット動作）。

次に、図４（ｄ）に示すように、ウエハ受渡し工程として、制御部２３は、Ｚ軸駆動部２２ｃの動作を制御してアーム２２ａを下降させ、ウエハＷをステージ上に載せる（第７ロボット動作）。次いで、制御部２３は、アーム２２ａを収縮させてハンド２１をθ軸近傍に引き寄せる（第８ロボット動作）。

第１〜第８ロボット動作のうち、第１、第２及び第８ロボット動作では、ハンド２１上にウエハＷが有るが、第３〜第７ロボット動作では、ハンド２１上にウエハＷが無い。

図５は、第１〜第８ロボット動作の各々に要する動作時間を、本実施の形態の搬送ロボットの場合と従来の搬送ロボットの場合とを比較して、まとめて示す表である。なお、図５に示す動作時間は、加減速時間を含まない理論値である。

背景技術の欄でも言及したように、従来の搬送ロボットでは、ウエハの保護を目的に、搬送スピードをウエハにダメージを与えない速度まで落として搬送している。具体的には、たとえば、アーム２２ａ、θ軸駆動部２２ｂ及びＺ軸駆動部２２ｃのそれぞれの動作速度を最高速度の５０％に設定している。この場合、図５に示すように、上述した第１〜第８ロボット動作の各々では、たとえば１．０秒の動作時間を要することになり、ロボット稼働時間の合計は８．０秒となる。

一方、本実施の形態による搬送ロボット２０では、制御部２３は、ハンド２１上にウエハが有る場合には、ロボット本体２２を第１速度設定で動作させ、ハンド２１上にウエハが無い場合には、ロボット本体２２を第２速度設定で動作させる。具体的には、たとえば、ハンド２１上にウエハが有る場合には、アーム２２ａ、θ軸駆動部２２ｂ及びＺ軸駆動部２２ｃのそれぞれの動作速度を最高速度の５０％に設定されるが、ハンド２１上にウエハが無い場合には、アーム２２ａ、θ軸駆動部２２ｂ及びＺ軸駆動部２２ｃのそれぞれの動作速度を最高速度の５０％に設定される。この場合、図５に示すように、第１、第２及び第８ロボット動作の各々では、ハンド２１上にウエハが有るため、従来の搬送ロボットと同様に１．０秒の動作時間を要することになる。一方、第３〜第７ロボット動作の各々では、ハンド２１上にウエハが無いため、ハンド２１上にウエハが有る場合の半分の、０．５秒の動作時間しか掛からない。これにより、本実施の搬送ロボット２０では、ロボット稼働時間の合計が６．５秒となり、従来搬送ロボットに比べて１．５秒（約１９％）短縮される。

以上のように、本実施の形態によれば、記憶部２４に第１速度設定と第２速度設定とが記憶されており、制御部２３は記憶部２４に記憶された設定値に基づいてロボット本体２２を動作させる。すなわち、ハンド２１上にウエハが有る場合には、制御部２３は、より遅い第１速度設定でロボット本体２２を動作させる。これにより、搬送中にウエハにダメージを与えることを防止できる。また、ハンド上にウエハが無い場合には、制御部２３は、より速い第２速度設定でロボット本体２２を動作させる。これにより、全体的なロボット稼働時間が短縮され、装置の生産能力が向上する。

また、本実施の形態によれば、ハンド２１には、ウエハの有無を検知するセンサ２１ａが設けられているため、各処理ユニット１１〜１５にセンサを設ける態様に比べて、センサの設置個数を減少でき、低コストである。

なお、本実施の形態では、ウエハの有無を検知するセンサ２１ａがハンド２１に設けられていたがこれに限定されない。たとえば、ウエハの有無を検知するセンサが各処理ユニット１１〜１５に設けられていてもよい。このような態様によれば、ハンド２１にセンサ２１ａを設ける態様に比べて、ハンド２１が軽量化されるため、ハンド２１をより高速で移動させることが可能である。

また、上述した実施の形態では、アーム２２ａとＺ軸駆動部２２ｃとθ軸駆動部２２ｂとＸ軸駆動部２２ｄのうち全ての動作速度において、第２速度設定は、第１速度設定より速かったが、これに限定されない。アーム２２ａとＺ軸駆動部２２ｃとθ軸駆動部２２ｂとＸ軸駆動部２２ｄのうち少なくとも１つの動作速度（たとえばＸ軸駆動部２２ｄの動作速度）において、第２速度設定は、第１速度設定より速いが、他の動作速度（たとえばアーム２２ａとＺ軸駆動部２２ｃとθ軸駆動部２２ｂの動作速度）において、第２速度設定は、第１速度設定と同じであってもよい。

また、上述した実施の形態では、記憶部２４は、各処理ユニット１１〜１５に共通の設定として、第１速度設定及び第２速度設定を記憶していたが、これに限定されない。記憶部２４は、各処理ユニット１１〜１５毎に独立に、第１速度設定及び第２速度設定を記憶していてもよい。

１０ ウエハ処理装置
１１〜１５ 処理ユニット
１９ 搬送ユニット
２０ 搬送ロボット
２１ ハンド
２１ａ センサ
２２ ロボット本体
２２ａ アーム
２２ｂ θ軸駆動部
２２ｃ Ｚ軸駆動部
２２ｄ Ｘ軸駆動部
２３ 制御部
２４ 記憶部
２５ レール
２６ 第２レール
２２０ θ軸
２２１ Ｒ軸
２２２ Ｚ軸
２２３ Ｘ軸

Claims (9)

1. 複数の処理ユニットと、
   前記複数の処理ユニット間でウエハを搬送する搬送ロボットと、
   を備え、
   前記搬送ロボットは、
   ウエハを載置するハンドと、
   前記ハンドの位置を移動させるロボット本体と、
   第１速度設定と前記第１速度設定より速い第２速度設定とが記憶された記憶部と、
   前記ハンド上にウエハが有る場合には、前記ロボット本体を前記第１速度設定で動作させ、前記ハンド上にウエハが無い場合には、前記ロボット本体を前記第２速度設定で動作させる制御部と、
   を有する
   ことを特徴とするウエハ処理装置。
2. 前記ロボット本体は、
   前記ハンドを支持する伸縮可能なアームと、
   前記アームを上下移動可能なＺ軸駆動部と、
   前記アームを旋回可能なθ軸駆動部と、
   前記アームを水平移動可能なＸ軸駆動部と、
   を有する
   ことを特徴とする請求項１に記載のウエハ処理装置。
3. 前記アームと前記Ｚ軸駆動部と前記θ軸駆動部と前記Ｘ軸駆動部のうち全ての動作速度において、前記第２速度設定は、前記第１速度設定より速い
   ことを特徴とする請求項２に記載のウエハ処理装置。
4. 前記アームと前記Ｚ軸駆動部と前記θ軸駆動部と前記Ｘ軸駆動部のうち少なくとも１つの動作速度において、前記第２速度設定は、前記第１速度設定より速く、他の動作速度において、前記第２速度設定は、前記第１速度設定と同じである
   ことを特徴とする請求項２に記載のウエハ処理装置。
5. 前記ハンドには、ウエハの有無を検知するセンサが設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のウエハ処理装置。
6. 各処理ユニットには、ウエハの有無を検知するセンサが設けられている
   ことを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のウエハ処理装置。
7. 前記複数の処理ユニットの少なくとも１つは、ウエハを研磨する研磨ユニットである
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のウエハ処理装置。
8. 前記複数の処理ユニットの少なくとも１つは、ウエハを洗浄する洗浄ユニットである
   ことを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のウエハ処理装置。
9. ウエハを載置するハンドと、
   前記ハンドの位置を移動させるロボット本体と、
   第１速度設定と前記第１速度設定より速い第２速度設定とが記憶された記憶部と、
   前記ハンド上にウエハが有る場合には、前記ロボット本体を前記第１速度設定で動作させ、前記ハンド上にウエハが無い場合には、前記ロボット本体を前記第２速度設定で動作させる制御部と、
   を備えたことを特徴とする搬送ロボット。