JP2651858B2

JP2651858B2 - ウエハ移替え装置

Info

Publication number: JP2651858B2
Application number: JP63308577A
Authority: JP
Inventors: 寛信西
Original assignee: Tokyo Electron Ltd
Current assignee: Tokyo Electron Ltd
Priority date: 1987-12-07
Filing date: 1988-12-06
Publication date: 1997-09-10
Anticipated expiration: 2012-09-10
Also published as: JPH01251633A

Description

【発明の詳細な説明】〔発明の目的〕（産業上の利用分野）本発明は、移替え装置に関する。

（従来の技術） IC又はLSI等の半導体デバイスは、インゴットから切
出されたウエハを、順次、表面加工処理し、処理例えば
熱酸化処理し、不純物拡散処理し、膜堆積処理し、エッ
チング処理する等の多数の工程を経て製造される。これ
らの製造工程において、半導体ウエハは複数回にわたり
繰返し加熱処理,CVD,酸化形成，拡散工程などの熱処理
を受ける。

一般に、半導体ウエハの熱処理用の加熱炉として、上
下に積重ねられた多段炉、例えば４段炉が採用される。
炉口前には多段の架台が設けられ、ウエハを取扱うため
の各種の自動装置が架台に取付けられている。

半導体ウエハを加熱炉に出し入れする場合には、専用
のウエハボートが使用される。通常、１本のボートには
１ロット最大200枚の被処理ウエハが積載できるように
なっている。

一方、半導体ウエハを前工程から加熱炉まで搬送する
場合は、専用のウエハカセット（キャリア）が使用され
る。通常、１個のカセットには１ロット最大25枚の半導
体ウエハが収容されている。このため、１本の熱処理用
ボートに対して複数のカセットからウエハを移替えるこ
とになる。

ところで、ウエハの取扱いにおいては、汚染防止のた
めにオペレータの手がウエハに直接触れることが禁止さ
れている。このため、専用のウエハ移替え装置が、加熱
炉の付帯設備として炉口近傍に設置されるものもある。
このウエハ移替え装置により自動的にウエハを、カセッ
トからボートへ、又はボートから洗浄用のカセットへと
移替えるようになっている。

従来のウエハ移替装置としては、多数提案されている
が、例えば特公昭60−32352号公報に記載されたものが
ある。この従来のウエハ移替え装置は、ボート及びカセ
ットがそれぞれ載置されるテーブルと、ウエハをカセッ
ト及びボートの間にて取扱うローディング装置を有す
る。このテーブルは、Ｘ軸方向（炉軸の方向）に延びて
いる。更に、ウエハ移替え装置は、Ｘ軸に沿ってテーブ
ルを移動させる移動機構と、ボートに形成されたウエハ
保持用の溝１ピッチ分だけＸ軸方向にテーブルを寸動さ
せる寸動機構を有する。

一方、ローディング装置は、テーブルの下方に昇降自
在に設けられボート及びカセット内のウエハを上方へ押
し上げるためのウエハ押し上げ機構と開閉自在な１対の
ウエハチャックを有するウエハ把持機構を有する。

移替え装置によりウエハを搬送用カセットから熱処理
用石英製ボートに移替える場合は、複数のカセットをス
テージ上に配列し、一番目のカセット内の全ウエハを押
し上げ機構で同時に上方へ突上げてウエハをカセットよ
り上方に持上げ、これらを一括にチャック機構で把持
し、ボートの予め定められた収納溝に搬送し、チャック
を開いてボート上に複数枚のウエハを載置する。実質的
に同様の操作により二番目以降のカセットからウエハを
次々にボートに移替え、ボートにウエハを満載する。次
いで、エレベータ装置によりボートを炉口前の架台に載
せ、横型炉の場合ソフトランディング装置により、縦型
炉の場合ボートローダによりボートを炉内に挿入する。

このような移替え装置における一連の動作は、予め設
定されたプログラミングに基づきコンピュータ制御され
るようになっている。

なお、カセット、ボート、並びにウエハチャックのそ
れぞれには、ウエハ保持用の溝が同じ間隔に形成されて
いる。

（発明が解決しようとする課題）しかしながら、上記のようなウエハ移替え装置におい
ては、カセット内のウエハがすべて同じ向きに収納され
ているために、これらのウエハを一括にボートに移替え
ると、ウエハのパターン形成面（フェース）と裏面（バ
ック）とが向き合うように配列される。このため、ウエ
ハのフェース面同士が互いに対面するようにボート上に
配列する〔この配列を“フェース・ツー・フェース（fa
ce to face）”という〕か又は、ウエハのバック面同士
が互いに対面するようにボート上に配列する〔この配列
を“バック・ツー・バック（back to back）”という〕
ことができないという不都合を生じる。

更に、ボートのウエハ保持用の溝ピッチが変更された
場合に、迅速に対処することができない。例えば、溝ピ
ッチが3/16インチから3/32インチに変更された場合に
は、これに応じてウエハチャックも溝ピッチが3/16イン
チから3/32インチのものに交換する必要がある。このチ
ャック交換のために、移替え作業が長時間にわたって中
断され、タクトタイムが延びるという問題点があった。

本発明は上記点に対処してなされたもので、フェース
・ツー・フェース（又はバック・ツー・バック）の配列
になるように、ウエハをカセットからボートに移替える
ことができ、しかもボートのウエハ保持間隔が変更され
た場合でも部品交換をすることなくウエハの移替えがで
きるウエハ移替え装置を提供しようとするものである。

〔発明の構成〕

（課題を解決するための手段）本発明は、複数枚のウエハを所定間隔で収容したカセ
ットを複数個直列に載置する第１のステージと、多数枚
のウエハを所定間隔で収容するボートを載置する第２の
ステージとを直列に設け、上記カセット内のウエハをリ
フト機構により押上げてチャック機構を有するローディ
ング装置により上記ボートに移替えるウエハ移替え装置
において、上記第１のステージには上記カセットを垂直
軸廻りに180゜回転させるカセット回転機構と、上記カ
セット内の全ウエハを押上げるリフト機構とが設けら
れ、上記チャック機構は上記押上げられたウエハを予め
定められた枚数毎に把持するために所定ピッチで形成さ
れた溝を有するピッチの異なる複数組の開閉チャックを
備えていることを特徴とする。

（作用）本発明によれば、第１のステージにはカセットを垂直
軸廻りに180゜回転させるカセット回転機構と、上記カ
セット内の全ウエハを押上げるリフト機構とが設けら
れ、ローディング装置のチャック機構は上記押上げられ
たウエハを予め定められた枚数毎に把持するために所定
ピッチで形成された溝を有するピッチの異なる複数組の
開閉チャックを備えているため、ウエハをいわゆるフェ
ース・ツー・フェースの配列になるようにカセットから
ボートに容易に移替えることができると共に、ボートの
ウエハ保持間隔が変更された場合でも部品交換（チャッ
ク交換）をすることなくウエハの移替えができ、稼働率
の向上が図れる。

（実施例）以下、本発明の一実施例につき、図面を参照して説明
する。

第１図に示すように、加熱炉装置１は、単体の炉を上
下に４段に積重ねた多段炉であり、各炉内には複数のプ
ロセスチューブ（図示せず）が横置きの状態で直列に挿
入されている。この加熱炉装置１は、シリコンウエハを
酸化・拡散処理するためのものである。

加熱炉装置１の挿入口1aに連通するように、ボート出
入れ用の架台２が設置されている。架台２は、エアフィ
ルタ3aを有するフィルタユニット３と、多数のウエハ45
が積載されたボート44を挿入口1aを介して加熱炉装置１
に出入れするためのユニット４と、を具備している。ユ
ニット４は、それぞれ一端が挿入口1aに連通する４段の
棚を有している。各棚には、石英ガラス製のフォーク６
を有するソフトランディング装置５が設けられている。

ソフトランディング装置５は、フォーク６を棚の長手
（Ｘ軸方向）に沿ってスライド移動させる機構と、フォ
ーク６の先端を上下に首振りさせる機構とを有してい
る。フォーク６の先端部は二股状に形成され、この二股
状の先端部にボート44が載置されるようになっている。

エレベータ装置７が、加熱炉装置１と架台２との間の
前面側に設けられている。エレベータ装置７のアーム先
端には、後述するボースステージ上のボート44をフォー
ク６の先端部に移すための部材7aが設けられている。エ
レベータ装置７は、部材7aをＸ軸及びＺ軸に沿ってそれ
ぞれ移動させる機構を有している。

ボックス型のハウジング11が、最下段の棚に沿うよう
にユニット４の前面に設けられている。ハウジング11の
上面には、カセット載置用の第１のステージ12及びボー
ト載置用の第２のステージ（ボートステージ）13がＸ軸
に沿うように直列に設けられている。なお、第１及び第
２のステージ12,13は、同一ラインかつ同一エレベーシ
ョンにある。カセット43の内面には所定幅の溝が等間隔
に形成されており、ウエハ45が溝に差込み保持されるよ
うになっている。ウエハ保持用の溝は、3/16インチのピ
ッチで25箇所形成されている。

第２図に示すように、複数のカセット43が、ウエハ保
持用の溝がＹ軸方向に揃うように、第１のステージ12上
に載置されている。複数のカセット回転機構29が第１の
テーブル12に等間隔に設けられ、それぞれの回転機構29
上に載置されたカセット43の向きが入替わるようになっ
ている。

一方、第２のステージ13には１本のボート44が載置さ
れるようになっている。ボート44には、12/16インチピ
ッチの溝及び3/16インチピッチの溝の２種類の溝が交互
に形成されている。

ハウジング11の前面側に開口15がＸ軸に沿って形成さ
れ、開口15からローディング装置10の上部機構が突出し
ている。ローディング装置10は、第１及び第２のステー
ジ12,13に沿ってハウジング11のほぼ全長にわたってＸ
軸方向に移動するようになっている。ローディング装置
10は、ウエハ45をカセット43からボート44にローディン
グする機能を有し、コンピュータシステムでバックアッ
プされたパネル14を備えている。パネル14はキーボード
を具備しており、必要に応じてオペレータが所定のデー
タをコンピュータにキー入力できるようになっている。

第３図を参照しながら、ローディング装置10の各構成
部材及び各駆動機構についてそれぞれ説明する。

ローディング装置10の下部機構は、Ｘ軸に沿って互い
に平行な２本のガイドレール17a,17b及びボールスクリ
ュウ19と、パルスモータ18と、Ｘ軸方向にスライド可能
なスライダ16と、を有している。スライダ16は、ガイド
レール17a,17bを跨ぐように設けられ、ローディング装
置10の上部機構を支持している。なお、ボールスクリュ
ウ19が、スライダ16上のナット16aに螺合されている。
ボールスクリュウ19の一端は、パルスモータ18の駆動軸
に連結され、他端は部材19aによりハウジング11に支持
されている。

モータ18のスイッチはモータ駆動回路20に接続され、
更に、回路20はコントローラ21に接続され、更に、コン
トローラ21はコンピュータシステム（図示せず）により
バックアップされている。つまり、コントローラ21を介
してコンピュータシステムから回路20に所定の信号が出
力されると、これに応じてパルスモータ18が駆動し、ス
ライダ16がＸ軸方向にスライド移動するようになってい
る。

次に、ローディング装置10の上部機構について説明す
る。

ローディング装置10の上部機構は、第１のシリンダ22
を有する昇降機構と、第２のシリンダ23を有するチャッ
ク機構と、により構成されている。第１のシリンダ22
は、その軸がＺ軸に沿うようにスライダ16上に立設され
ている。

第２のシリンダ23は、２系統の水平駆動系を有する複
シリンダで構成され、ロッド22aを介して第１のシリン
ダ22に連結されている。この第２のシリンダ23は、並列
にならぶ２つの開閉チャック24,25を有している。すな
わち、第２のシリンダ23からは４対のロッド〔24c,24
d〕，〔24e,24f〕，〔25c,54d〕，〔25e,25f〕がそれぞ
れＹ軸方向に平行に延出し、２対のロッド〔24c,24
d〕，〔24e,24f〕が第１の開閉チャック24の駆動軸に連
結される一方、２対のロッド〔25c,54d〕，〔25e,25f〕
が第２の開閉チャック25の駆動軸に連結されている。

ロッド〔24c,24d〕の各先端は板状のチャック部材24a
に、また、ロッド〔24e,24f〕の各先端は板状のチャッ
ク部材24bに、それぞれ連結され、チャック部材24a及び
24bが対面することにより第１の開閉チャック24が構成
されている。また、第２の開閉チャック25も同様にロッ
ド〔25c,54d〕及びチャック部材25aのアッセンブリと、
ロッド〔25e,25f〕及びチャック部材25bのアッセンブリ
と、の組合せにより構成されている。

また、第２のシリンダ23は、複数のモータ（図示せ
ず）及び複数の減速ギヤ（図示せず）を有している。こ
の場合に、ロッド〔24c,24d〕のペアと、ロッド〔24e,2
4f〕のペアとは相互に連動するように構成され、一方対
のロッドがシリンダから突出すると他方対のロッドがシ
リンダに退入するようになっている。また、ロッド〔24
e,24f〕はシリンダ23寄りのチャック部材24aを貫通し、
チャック部材24aとロッド〔24e,24f〕とが相互に干渉し
合わないようになっている。なお、開閉チャック25も、
ロッド〔25e,25f〕及びチャック部材25aの相互干渉を避
けるために、同様に構成されている。

第４図に示すように、第１の開閉チャック24の部材24
a,24bの相互対向面には溝26が12/16インチピッチの間隔
で形成され、これら溝の間隔で複数のウエハ45が把持さ
れるようになっている。溝26は、ウエハ45を差込みやす
いように、その開口側がテーパ形状に形成されている。
また、第５図及び第６図の比較から明らかなように、溝
26はウエハ45のエッジカーブに沿うように形成されてい
る。

第７図に示すように、第２の開閉チャック25の部材25
a,25bの相互対向面には溝27が6/16インチピッチの間隔
で形成されている。すなわち、第２の開閉チャックの溝
27の相互間隔は、第１の開閉チャックの溝26のそれの半
分である。第８図及び第９図の比較から明らかなよう
に、溝27もウエハ45のエッジカーブに沿うように形成さ
れており、各溝27は実質的に上述の各溝26と同形状であ
る。

次に、第10図を参照しながら、第１のステージに設け
られたカセット方向転換機構及びウエハリフト機構につ
いて説明する。

第１のステージ12には６つのカセットの方向転換を行
なうカセット回転機構29がＸ軸に沿って直列に設けられ
ている。機構29のターンテーブル30は、軸受30aにより
ステージ12のフレームに回転可能に支持されている。タ
ーンテーブル30の下部にはギア31が形成されており、ギ
ア31がモータ32の駆動ギア32aに噛合っている。

リフト機構のシリンダ33が、各ターンテーブル30の直
下にそれぞれ設けられている。各シリンダ33のロッド先
端に押上げ部材34が取付けられている。この押上げ部材
34の上面にはウエハ保持用の溝が形成されている。

ターンテーブル30の中央領域には開口40が形成されて
おり、この開口40を介してリフト機構の押上げ部材34が
上方へ突出し、押上げ部材34によりカセット43からウエ
ハ45が持上げられるようになっている。

次に、第11図乃至第16図を参照しながら、ウエハ45を
カセット43からボート44に移替える場合について説明す
る。

まず、６個のカセット43及び１本のボート44をそれぞ
れステージの所定位置に載置し、キー操作によりイニシ
アルデータをコンピュータに入力する。このイニシアル
データには、複数枚のウエハ45をface to backの配列か
らface to faceの配列に並べ替えるためのデータも含ま
れている。なお、各カセット43内には25枚のウエハ45が
3/16インチピッチ間隔で収容されている。また、ボート
44のウエハ保持用の溝も3/16インチピッチ間隔に形成さ
れている。

スタート信号をコンピュータからコントローラ21に送
り、ローディング装置10をＸ軸方向にスライド移動さ
せ、第１の開閉チャック24を第１番目のカセット43の直
上に位置させる。

そして、リフト機構のシリンダ33に圧縮エアを供給
し、押し上げ部材34によりカセット43内のすべて例えば
25枚のウエハ45を配列ピッチを維持して支持し持ち上
げ、第１の開閉チャック24の高さにリフトする。次い
で、シリンダ23に圧縮エアを供給し、ロッド〔24c,24
d〕をシリンダ23から突出させる一方、ロッド〔24e,24
f〕をシリンダ23に退入させる。これにより、第11図に
示すように、ウエハ列45が開閉チャック24により予め定
められた枚数毎に挟持される。

次いで、押し上げ部材34を下降させると、部材34と共
に上記部材34上に残った18枚のウエハ45が下降し、７枚
のウエハ45が開閉チャック部材24の間に残留する。すな
わち、ウエハ45は、12/16インチピッチ間隔で第１の開
閉チャック24により３枚おきに挟持され、残りはカセッ
ト43に戻される。

次いで、ローデイング機構を第１のステージ12から第
２のステージ13へスライド移動させ、ボート44前面の所
定位置にて停止させる。次いで、第１のシリンダ22内に
ロッド22aを退入させ、第２のシリンダ23を下降させ
る。そして、センサ（図示せず）により開閉チャック24
及びウエハ45のボート44への接近を検出し、この検出結
果に基づき第１のシリンダ22の動作を停止させる。

次いで、ロッド〔24c,24d〕を第２のシリンダ23に退
入させると共に、ロッド〔24e,24f〕を第２のシリンダ2
3から突出させる。これにより、第12図に示すように、
ウエハ45が開閉チャック24からボート44に移行する。

第13図に示すように、７枚のウエハ45₁は、同方向の
配列で、ボート44の第１エリアにローディングされる。
すなわち、ボート44上の各ウエハ45₁は、12/16インチピ
ッチの間隔でface45aとback45bとが互いに対面してい
る。

１回目のウエハ移替え後、ローディング装置10を第２
のステージ13から第１のステージ12にスライド移動さ
せ、第１の開閉チャック24をカセット43の直上に位置さ
せる。次いで、モータ32に通電し、モータ駆動によりタ
ーンテーブル30を180゜回転させ、カセット43を反転さ
せる。

そして、シリンダ33に圧縮エアを供給し、押し上げ部
材34によりカセット43からウエハ45を第１の開閉チャッ
ク24の高さにリフトする。次いで、第11図に示すよう
に、第１の開閉チャック24によりウエハ45を挟持する。
押し上げ部材34を下降させると、６枚のウエハ45が開閉
チャック24に残留する。これを第２ステージ13へ搬送
し、第12図及び第14図に示すように、６枚のウエハ45₂
をボート44の第１エリアにローディングする。

これら６枚のウエハ45₂と、前回移替えられた７枚の
ウエハ45₁とは、face45a to face45aの配列となる。

そして、上記と実質的に同様の動作を繰返して、カセ
ット43からボート44の第２エリアに合計11枚のウエハ45
をface45a to face45aの配列となるように移替える。す
なわち、第15図に示すように、３回目の移替えウエハ45
₃（６枚）を、２回目の移替えウエハ45₂（６枚）と同じ
向きの配列とする。

また、４回目の移替え工程においては、機構29により
カセット43を反転させ、ウエハ45の向きを180゜転換す
る。すなわち、第16図に示すように、４回目の移替えウ
エハ45₄（５枚）を、１回目の移替えウエハ45₁（７枚）
と同じ向きの配列とする。これにより、合計24枚のウエ
ハ45がface45a to face45aの配列となるように、ボート
44にローディングされる。

ウエハ移替え完了後、ボート44を受け渡し位置に搬送
し、エレベータ装置７の部材7bによりボート44を保持し
つつ使用予定炉の棚まで搬送し、ボート44をフォーク６
上に移し、ソフトランディング装置５によりボート44を
炉内に挿入する。そして、所定温度及び所定時間の熱処
理を実行する。

なお、上記実施例では、第１の開閉チャック24を用い
て、3/16インチピッチの溝を有するボート44にウエハ45
をローディングする場合について説明したが、ボートの
溝間隔が3/32インチピッチにされた場合にも対応するこ
とができる。すなわち、上記装置は第１の開閉チャック
24の他に第２の開閉チャック25を有するので、この第２
の開閉チャック25を使用することにより3/32インチピッ
チの溝を有するボートにウエハを移替えることができ
る。このため、開閉チャックを交換することなく、単一
の装置により溝ピッチが互いに異なる数種のボートにウ
エハを移替えることができる。

また、上記実施例では、ウエハをface to faceの配列
でボートに移替える場合について説明したが、これに限
られることなく、カセット回転機構29によるウエハの反
転を種々変更することにより各種のウエハの配列を得る
ことが可能である。

複数枚のウエハが収納された第１のウエハ収納手段を
選択的に方向転換させる手段と、前記第１のウエハ収納
手段からウエハを取出す手段と、取出されたウエハを選
択的に挟持する手段と、取出されたウエハを第２のウエ
ハ収納手段に搬送する手段と、を有する。

上記方向転換手段が、第１のウエハ収納手段（カセッ
ト）を垂直軸廻りに転回させるターンテーブルを有す
る。この場合に、カセットを載置したターンテーブル
が、パルスモータにより垂直軸廻りに180゜回転するよ
うになっていることが好ましい。

上記ターンテーブルは、複数設置されており、これら
がカセットステージに直列に配列されていることが好ま
しい。

また、上記方向転換手段が、コンピュータシステムに
より制御されるように設けられていることが望ましい。
この場合に、所定のコンピュータプログラミングに基づ
いてカセットが方向転換手段により選択的に方向転換さ
せられる。

上記挟持手段が、複数の開閉チャック機構を有するこ
とが好ましい。

この場合に、２系統の挟持手段を有し、各系統のウエ
ハ保持用の溝の相互間隔が異なっていることが好まし
い。

（発明の効果）以上要するに本発明によれば、第１のステージにはカ
セットを垂直軸廻りに180゜回転させるカセット回転機
構と、上記カセット内の全ウエハを押上げるリフト機構
とが設けられ、ローディング装置のチャック機構は上記
押上げられたウエハを予め定められた枚数毎に把持する
ために所定ピッチで形成された溝を有するピッチの異な
る複数組の開閉チャックを備えているため、ウエハをい
わゆるフェース・ツー・フェースの配列になるようにカ
セットからボートに容易に移替えることができると共
に、ボートのウエハ保持間隔が変更された場合でも部品
交換（チャック交換）をすることなくウエハの移替えが
でき、稼働率の向上が図れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明方法の一実施例を説明するための加熱炉
装置の構成図、第２図は第１図の移替え装置説明図、第
３図は第２図移替え装置の一部をなすローディング装置
説明図、第４図は第２図の第１のウエハチャック縦断面
図、第５図は第４図のIV−IV間断面図、第６図は第４図
のＶ−Ｖ間断面図、第７図は第２図の第２のウエハチャ
ック縦断面図、第８図は第７図のVII−VII間断面図、第
９図は第７図のVIII−VIII間断面図、第10図，第11図，
第12図は第２図移替え装置のカセット回転機構及び押上
げ部材説明図、第13図乃至第16図は第２図移替え装置に
よるウエハ移替え手順説明図である。 10……ローディング装置、24,25……開閉チャック 29……カセット回転機構、43……カセット 44……ボート、45……ウエハ

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】複数枚のウエハを所定間隔で収容したカセ
ットを複数個直列に載置する第１のステージと、多数枚
のウエハを所定間隔で収容するボートを載置する第２の
ステージとを直列に設け、上記カセット内のウエハをリ
フト機構により押上げてチャック機構を有するローディ
ング装置により上記ボートに移替えるウエハ移替え装置
において、上記第１のステージには上記カセットを垂直
軸廻りに180゜回転させるカセット回転機構と、上記カ
セット内の全ウエハを持ち上げるリフト機構とが設けら
れ、上記チャック機構は上記押上げられたウエハを予め
定められた枚数毎に把持するために所定ピッチで形成さ
れた溝を有するピッチの異なる複数組の開閉チャックを
備えていることを特徴とするウエハ移替え装置。