JP2958311B1 - ウェハ搬送用ロボット - Google Patents

Abstract

【要約】 【課題】 ウェハのクランプ装置として空気圧シリンダ
を有するロボットにおいて、光電センサを用いることな
くウェハの有無を検出することのできるようにするこ
と。 【解決手段】 本発明では、空気圧シリンダ４４の内部
に流路７２を１本追加する。この流路７２は通常時には
ピストン４８により閉塞されているが、ウェハＷがロボ
ット２０のブレード３２上に存在しない時にピストンロ
ッド５０が通常のクランプ位置よりも進むと開放され、
真空源６０に接続されている流路５６を大気圧環境に開
放することができる。従って、流路５６に続く第１の圧
力ライン６２内の圧力を圧力センサ７６によって検出
し、その出力データを解析することで、ウェハの有無を
検出することが可能となる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造装置等
において用いられるウェハ搬送用ロボットに関し、特
に、ロボットのウェハブレードにウェハが載置されてい
るか否かを検出するための手段に関する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造装置、特にマルチチャンバ型
の半導体製造装置においては、通常、ウェハの自動搬送
を行うためにウェハ搬送用ロボット（以下「ロボット」
という）が用いられている。

【０００３】従来のロボットは、ウェハを載置して水平
移動するウェハブレード（以下「ブレード」という）を
備えている。このブレードのウェハ載置エリアは、通
常、ウェハの脱落を防止するために凹部となっている
が、この凹部の内径はウェハの外罫りも僅かに大きいた
め、凹部にウェハを単に落とし込んだだけでは、搬送中
にウェハが位置ずれ、特に周方向の位置ずれを起こすお
それがある。このため、従来のロボットには、ウェハを
ブレード上で固定するための手段としてメカニカル式の
クランプ装置を備えたものがある。

【０００４】従来一般のクランプ装置はロボットのアー
ムに取り付けられた空気圧シリンダから成り、この空気
圧シリンダのピストンロッドでウェハの側面を押圧し、
対向するブレードのクランプ面（通常は凹部の内壁面）
にウェハを押し付けて固定するようになっている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、ロボットは
自動制御されるため、ウェハが凹部に配置されたか否か
を検出する手段が必須となる。従って、従来のロボット
にはウェハ検出手段として光電センサが設けられてい
た。この光電センサの配線は、周囲環境に対する耐久性
や美観等を考慮し、アームの内部に通されるのが一般的
である。

【０００６】しかしながら、光電センサの配線をロボッ
トのアーム内に配することは、ロボットの強度や精度等
を低下させるおそれがあり、構成要素の設置レイアウト
にも制約を加えるものであった。この問題は、スペース
占有率の大きな空気圧シリンダを有するロボットにおい
ては特に顕著となる。

【０００７】そこで、本発明の目的は、クランプ装置と
して空気圧シリンダを有するロボットにおいて、光電セ
ンサを用いることなくウェハの有無を検出することので
きる手段を提供することにある。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明によるウェハ搬送用ロボットは、水平方向に
移動可能であり、ウェハが載置される載置エリアを有す
るブレードと、載置エリアに載置されたウェハをブレー
ド上のクランプ面に押し付けてクランプすべく当該ウェ
ハの側面を押圧するピストンロッドを有する空気圧シリ
ンダであって、前記ピストンロッドの先端が載置エリア
の外縁よりも外側の第１位置から、載置エリアに載置さ
れたウェハをクランプすることのできる第２位置を経
て、載置エリアの外縁よりも内側の第３位置まで移動し
得るよう配設された前記空気圧シリンダと、ピストンロ
ッドの先端を前記第１位置から前記第３位置に向かって
移動させるための駆動圧力を空気圧シリンダに伝える第
１の圧力ラインと、第１の圧力ラインから分岐し、前記
駆動圧力と異なる圧力の圧力源に連通される第２の圧力
ラインと、ピストンロッドに機械的に連動する弁手段で
あって、ピストンロッドの先端が前記第１位置と前記第
２位置との間にある場合には第２の圧力ラインを閉鎖
し、ピストンロッドの先端が前記第３位置にある場合に
は第２の圧力ラインを開放する前記弁手段とを備えるこ
とを特徴としている。

【０００９】ブレードの載置エリアにウェハが適正に配
置されている場合、空気圧シリンダを作動させウェハを
固定しようとした場合、ピストンロッドの先端はウェハ
の側面に接して第２位置で停止する。この際、第２の圧
力ラインは閉じているため、第１の圧力ライン中の圧力
はほぼ駆動圧力となる。一方、ウェハが載置エリアにな
い場合には、空気圧シリンダにおけるピストンロッドの
先端は載置エリアの内側の第３位置まで移動する。本発
明の構成によれば、第３位置にピストンロッドの先端が
位置した時、第２の圧力ラインが開放されるので、第１
の圧力ライン中の圧力が駆動圧力とは異なる圧力とな
る。

【００１０】従って、第１の圧力ライン中の圧力を検出
する圧力センサを設け、この圧力センサから得られる圧
力の情報を処理することで、ウェハがブレード上に載置
されているか否かを検出することができる。

【００１１】ロボットが大気圧下で使用される場合、第
２の圧力ラインにより伝えられる圧力は大気圧が好適で
ある。また、ウェハを取り扱うロボットであるので、パ
ーティクルが空気圧シリンダに供給されるのを防止する
ために、第１の圧力ラインに真空源を接続し、空気圧シ
リンダに対する駆動圧力を大気圧よりも低圧とすること
が好適である。

【００１２】空気圧シリンダは、シリンダチューブと、
その内部に配置されたピストンと、このピストンに接続
されたピストンロッドとから構成されている。今、ピス
トンロッドにより区分されたシリンダチューブの内部空
間の一方を第１の容積室と称し、他方を第２の容積室と
称することとし、前記第１の圧力ラインが第１の容積室
に連通されているとした場合、前記弁手段は、シリンダ
チューブの内壁面に形成され第２の圧力ラインに連通す
る開口部と、ピストンとから成るものが考えられる。こ
の場合、ピストンロッドの先端が前記第１位置と前記第
２位置との間にある場合に開口部をピストンにより閉塞
し、ピストンロッドの先端が第３位置にある場合に開口
部を第２の容積室に対して開放するよう構成される。

【００１３】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の好
適な実施形態について詳細に説明する。

【００１４】図１は、本発明が適用可能なロボットを備
えている枚葉式マルチチャンバ型半導体製造装置の一部
を示している。図１において、符号１０は、ウェハＷを
収容したウェハカセット１２を複数配置したロードステ
ーションであり、符号１４は、各種のウェハ処理を行う
ためのプロセスチャンバ１６が接続されたトランスファ
チャンバである。このトランスファチャンバ１６と、大
気圧環境にあるロードステーション１０との間には、ト
ランスファチャンバ１４を大気に開放することなくウェ
ハＷの出入れを可能とするために、ロードロックチャン
バ１８と称される真空チャンバが配置されている。

【００１５】このような半導体製造装置において、ウェ
ハＷの搬送を行うための本発明によるロボット２０はロ
ードステーション１０内に設けられている。このロボッ
ト２０は、ウェハカセット１２とロードロックチャンバ
１８との間でウェハＷを１枚ずつ受け渡すためのもので
ある。ロボット２０は、図２にも示すように、ロードス
テーション１０内でその長手方向に延びるガイド２２に
沿って移動するベース２４を備えている。このベース２
４には、複数本のアーム２６，２８，３０から成る伸縮
可能なリンク機構が旋回可能に設置されている。

【００１６】先端のアーム３０には、ウェハＷを水平状
態で載置する細長い平板状のブレード３２がボルト止め
等の手段より固定されている。ブレード３２の上面に
は、ウェハＷを収容しブレード３２からの脱落を防止す
るための凹部３４が形成されている。この凹部３４は、
ブレード３２の中心軸線上の一点を共通の中心とし互い
に対向する円弧状の内壁面３６，３８と、ウェハＷの載
置エリアとして機能する底面４０とを有し、底面４０上
に載置されたウェハＷは内壁面３６，３８によりブレー
ド３２の長手方向に沿う動きが拘束されるようになって
いる。

【００１７】ブレード３２の末端部分（アーム３０側の
部分）には矩形の切欠き４２が形成されている。この切
欠き４２はブレード３２の長手方向に沿って延び、その
終端は凹部３４の内壁面３６を越えた位置にまで達して
いる。

【００１８】切欠き４２には、ウェハＷを凹部３４の先
端側の内壁面（クランプ面）３８に押し付けてクランプ
するための空気圧シリンダ４４が配置されている。空気
圧シリンダ４４は、図３〜図５に概略的に示すように、
シリンダチューブ４６と、このシリンダチューブ４６内
に往復動可能に収容されたピストン４８と、ピストン４
８に接続され自由端がシリンダチューブ４６の一端を気
密に貫通して外方に延びるピストンロッド５０とから構
成されている。シリンダチューブ４６は、ピストンロッ
ド５０の先端面が凹部３４の内壁面３８に対峙するよ
う、適当な固定手段によりアーム３０に固定されてい
る。また、ピストンロッド５０は、シリンダチューブ４
６内の一方の容積室（以下「第１の容積室」という）５
２に配置された圧縮ばね５４によりアーム３０側に付勢
されている。これにより、無負荷状態において、ピスト
ンロッド５０の先端は凹部３４の内壁面３６よりも外側
の第１位置（図３の位置）にて保持されるようになって
いる。

【００１９】シリンダチューブ４６には２本の流路５
６，５８が形成されており、それぞれ、前記第１の容積
室５２と、アーム３０側に形成される容積室（第２の容
積室）５５に通じている。第２の容積室５５に通ずる流
路５８の他端はロードステーション１０内の大気圧環境
に開放されている。また、第１の容積室５２に通ずる流
路５６には真空源６０が接続されている。真空源６０か
ら第１の容積室５２までの第１の圧力ライン５６，６２
には、真空源６０の側から順に、フィルタ６４、レギュ
レータ６６及び２位置３ポート型のソレノイド弁６８が
配置されている。真空源６０、フィルタ６４、レギュレ
ータ６６及びソレノイド弁６８から成る空気圧回路はロ
ードステーション１０の内部若しくは外部の適所に配置
され、この空気圧回路と空気圧シリンダ４４との間は可
撓性のホースにより接続される。可撓性ホースは、図示
しないが、ロボット２０のアーム２６，２８，３０に沿
って配設される。

【００２０】ソレノイド弁６８は、ソレノイドに通電し
ていない状態では、第１の容積室５２を大気圧環境に連
通する位置（図３）にあり、ソレノイドに通電すると、
第１の真空室５２と真空源６０とを連通する位置（図４
及び図５）に切り替わる。従って、真空源６０を作動さ
せ、ソレノイド弁６８のソレノイドに通電すると、第１
の容積室５２内が減圧され、この真空圧が駆動圧力とな
ってピストンロッド５０がシリンダチューブ４６から突
出する。そして、ピストンロッド５０の先端が図３の第
１位置からブレード３２の凹部３４の内壁面３６を越
え、凹部３４の内側に移動する。この際、凹部３４にウ
ェハＷが配置されている場合、ピストンロッド５０の先
端はウェハＷの側面に当接し、ウェハＷを凹部３４の先
端側の内壁面（クランプ面）３８との間でウェハＷをク
ランプする。この時のピストンロッド５０の先端位置
は、ウェハ載置エリア４０の外縁、すなわち内壁面３６
が規定する面と概ね同じ位置であり、この位置を第２位
置とする（図４参照）。凹部３４にウェハＷがない場合
には、図５に示すように、ピストンロッド５０の先端は
凹部３４の内側の所定位置（第３位置）まで移動してい
く。なお、ピストンロッド５０の先端が第３位置に達し
た場合、或いは、ウェハＷが凹部３４にあり、第２位置
でピストンロッド５０の先端が停止した場合、レギュレ
ータ６６により第１の容積室５２内の圧力は一定に維持
され、過度の真空圧が空気圧シリンダ４４やその他の空
気圧制御系に作用することが防止される。

【００２１】ピストンロッド５０の先端が第２位置（図
４）又は第３位置（図５）にある状態で、弁６８のソレ
ノイドへの通電を停止すると、弁６８のポジションが初
期状態に戻り、第１の容積室５２内は第２の容積室５５
と同じ大気圧状態となり、ピストンロッド５０は圧縮ば
ね５４により元の第１位置に復帰する。

【００２２】なお、図３〜図５に示すように、第２の容
積室５５に接続する流路５８にニードル弁７０を設けた
場合、第２の容積室５５に対して流入・流出する空気の
流速を調節することができるので、ピストンロッド５０
の伸縮動作時における動作速度を調節することが可能と
なる。これにより、ピストンロッド５０の急激な動作を
防止することができ、ウェハＷに対する損傷等を防止す
ることができる。

【００２３】本発明による実施形態においては、空気圧
シリンダ４４のシリンダチューブ４６には更に別の流路
（第２の圧力ライン）７２が形成されている。この流路
７２の一端は前記流路（第１の圧力ライン）５６に接続
されている。流路７２の他端はシリンダチューブ４６の
内壁面で開口している。この開口部７４の位置は、ピス
トンロッド５０の先端が第１位置と第２位置との間にあ
る場合には、ピストン４８の外周面で閉塞される位置で
あって、ピストンロッド５０の先端が少なくとも第３位
置にある場合（実際には第２位置を或る距離だけ越えた
位置から第３位置に達するまでの間にある場合）、ピス
トン４８による閉塞状態が解かれ、第２の容積室５５に
対して開放される位置である。

【００２４】更に、図示実施形態において、空気圧回路
のソレノイド弁６８と空気圧シリンダ４４との間の圧力
ライン６２には、当該圧力ライン６２内の圧力を検出す
るための圧力センサ７６が設置されている。この圧力セ
ンサ７６は検出した圧力に対応する信号を出力すること
ができ、この圧力信号はシステムコントローラ等の制御
装置７８に送られるようになっている。制御装置７８
は、圧力センサ７６からの信号に基づき、ウェハＷの有
無を検出することが可能となっている。

【００２５】次に、この制御装置７８によるウェハ有無
検出の原理について説明する。

【００２６】まず、ブレード３２の凹部３４にウェハＷ
を適正に配置した後、このウェハＷを固定するためにソ
レノイド弁６８のポジションを切り替えると、前述した
ように、空気圧シリンダ１１の第１の容積室５２内は減
圧され、ピストンロッド５０の先端は第１位置から第２
位置に移動する（図４参照）。この間、流路７２はピス
トン４８により閉じられているため、圧力センサ７６に
より検出される流路５６，６２内の圧力は大気圧レベル
から徐々に減じられていく。そして、ピストンロッド５
０を移動させ始めてから一定時間経過すると、ピストン
ロッド５０の先端が第２位置に達してウェハＷのクラン
プが開始される。この後、流路５６，６２内の圧力はレ
ギュレータ６６により定められる圧力レベルまで減少
し、以降はその圧力レベルで維持される。制御装置７８
は、この圧力の変化を常時モニタし、ソレノイド弁６８
のポジション切替時から一定時間経過した後に前記圧力
レベルに達していることを検出することで、ウェハＷが
ブレード３２の凹部３４に存在していることを検出す
る。

【００２７】一方、何らかの原因でウェハＷがブレード
３２上に載置されなかった場合、上記と同様にピストン
ロッド５０を第１位置から第２位置に移動させると、ピ
ストンロッド５０の先端は第２位置を越えて第３位置に
移動することになる（図５参照）。この場合、ピストン
４８の外周面が流路７２の開口部７４の正面からずれ、
シリンダチューブ４６内の第２の容積室５５と流路５６
とが流路７２により連通される。従って、圧力センサ７
６により検出される流路５６，６２内の圧力は、最初は
減少するが、途中から増加する方向に変化する。制御装
置７８においては、ソレノイド弁６８のポジション切替
時から一定時間経過した後に、圧力センサ７６により検
出された圧力が上昇に切り替わったことを検出すること
で、ウェハＷがブレード３２の凹部３４に存在していな
いと判断する。

【００２８】このようにしてウェハＷがブレード３２上
にないことを検出した場合、制御装置７８はシステム全
体を停止するようにしてもよいし、或いはまた、ＣＲＴ
モニタや報知器を通してその状態をオペレータに知らせ
るようにしてもよい。

【００２９】以上、本発明の好適な実施形態について詳
細に説明したが、本発明は上記実施形態に限定されない
ことは言うまでもない。

【００３０】例えば、上記実施形態では、流路５６，６
２に対する流路７２の開閉を、ピストン４８とシリンダ
チューブ４６とで構成される弁手段により行うこととし
ているが、ピストンロッド５０に機械的に連動するスプ
ール弁の如き弁を空気圧シリンダ１１とは別個に設けて
もよい。

【００３１】また、上記実施形態では、真空源６０によ
り生ずる負圧を空気圧シリンダ４４の駆動圧力として第
１の容積室５２に伝える構成を採っているが、容積室５
２を大気圧環境に開放し、容積室５５に大気圧よりも高
い圧力を駆動圧力として伝える構成をとることも考えら
れる。この場合、容積室５５に接続される圧力ラインの
圧力を検出することが必要となる。

【００３２】

【発明の効果】本発明によれば、空気圧シリンダの空気
圧制御系における圧力の変動からウェハの有無を検出す
ることが可能となる。

【００３３】特に、上記実施形態で示したように空気圧
シリンダに弁手段を組み込んだ場合には、圧力センサの
みをロボットから離れて設けられた空気圧制御系に追加
すれば足り、配線や配管をロボットのアームに沿わせる
必要がない。従って、ロボットの強度や精度が劣化する
心配もない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明が適用可能な半導体製造装置の全体を概
略的に示す説明図である。

【図２】本発明によるウェハ搬送用のロボットを示す斜
視図である。

【図３】本発明によるウェハ搬送用ロボットの作用を示
す説明図であり、ブレード上に載置されたウェハが未だ
クランプされていない状態を示す図である。

【図４】図３と同様な図であるが、ブレード上に載置さ
れたウェハがクランプされた状態を示す図である。

【図５】図３と同様な図であるが、ブレード上にウェハ
が載置されずにクランプを行った状態を示す図である。

【符号の説明】

１０…ロードステーション、１８…ロッドロックチャン
バ、２０…ウェハ搬送用ロボット、２２…ガイド、２４
…ベース、２６，２８，３０…アーム、３２…ウェハブ
レード、３４…凹部、３８…凹部の内壁面（クランプ
面）、４０…凹部の底面（載置エリア）、４４…空気圧
シリンダ、４６…シリンダチューブ、４８…ピストン、
５０…ピストンロッド、５２…第１の容積室、５４…圧
縮ばね、５５…第２の容積室、５６…流路（第１の圧力
ライン）、６０…真空源、６２…第１の圧力ライン、６
８…ソレノイド弁、７２…流路（第２の圧力ライン）、
７４…開口部、７６…圧力センサ、７８…制御装置（ウ
ェハ検出手段）。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 山田 和彦 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパ ン 株式会社内 (72)発明者 小野 友則 千葉県成田市新泉14−３野毛平工業団地 内 アプライド マテリアルズ ジャパ ン 株式会社内 (56)参考文献 実開 昭54−167117（ＪＰ，Ｕ) 実開 平３−47793（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) H01L 21/68 B25J 15/08 B65G 49/07

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 水平方向に移動可能であり、ウェハが載
   置される載置エリアを有するウェハブレードと、 前記載置エリアに載置されたウェハを前記ウェハブレー
   ド上のクランプ面に押し付けてクランプすべく当該ウェ
   ハの側面を押圧するピストンロッドを有する空気圧シリ
   ンダであって、前記ピストンロッドの先端が前記載置エ
   リアの外周縁よりも外側の第１位置から、前記載置エリ
   アに載置されたウェハをクランプすることのできる第２
   位置を経て、前記載置エリアの外周縁よりも内側の第３
   位置まで移動し得るよう配設された前記空気圧シリンダ
   と、 前記ピストンロッドの先端を前記第１位置から前記第３
   位置に向かって移動させるための駆動圧力を前記空気圧
   シリンダに伝える第１の圧力ラインと、 前記第１の圧力ラインから分岐し、前記駆動圧力と異な
   る圧力の圧力源に連通される第２の圧力ラインと、 前記ピストンロッドに機械的に連動する弁手段であっ
   て、前記ピストンロッドの先端が前記第１位置と前記第
   ２位置との間にある場合には前記第２の圧力ラインを閉
   鎖し、前記ピストンロッドの先端が前記第３位置にある
   場合には前記第２の圧力ラインを開放する前記弁手段と
   を備えることを特徴とするウェハ搬送用ロボット。
2. 【請求項２】 前記第１の圧力ライン中の圧力を検出す
   る圧力センサと、 前記圧力センサにより検出された圧力の変化からウェハ
   の有無を検出するウェハ検出手段とを備えることを特徴
   とする請求項１に記載のウェハ搬送用ロボット。
3. 【請求項３】 前記第１の圧力ラインにより伝えられる
   駆動圧力が大気圧よりも低圧であり、前記第２の圧力ラ
   インにより伝えられる圧力が大気圧であることを特徴と
   する請求項１又は２に記載のウェハ搬送用ロボット。
4. 【請求項４】 前記空気圧シリンダのシリンダチューブ
   の内部がピストンにより第１の容積室と第２の容積室と
   に区分され、前記第１の容積室に前記第１の圧力ライン
   が連通され、且つ、前記第２の容積室が大気圧環境に連
   通されており、 前記弁手段が、前記シリンダチューブの内壁面に形成さ
   れ前記第２の圧力ラインに連通する開口部と、前記ピス
   トンとから成り、前記ピストンロッドの先端が前記第１
   位置と前記第２位置との間にある場合に前記開口部を前
   記ピストンにより閉塞し、前記ピストンロッドの先端が
   前記第３位置にある場合に前記開口部を前記第２の容積
   室に対して開放するよう構成されていることを特徴とす
   る請求項３に記載のウェハ搬送用ロボット。