JP4999414B2 - 基板の取り扱い装置及び基板の取り扱い方法 - Google Patents

Description

本発明は、自重で撓む半導体ウェーハ等からなる基板を取り扱う基板の取り扱い装置及び基板の取り扱い方法に関するものである。

半導体ウェーハからなる基板は基板の取り扱い装置により取り扱われるが、この種の基板の取り扱い装置は、図示しない基板収納容器を水平に搭載するオープナと、このオープナに搭載された基板収納容器に対して基板をロード、アンロードする多関節ロボットとを備えて構成されている。

半導体ウェーハからなる基板は、パッケージの小型化や材料節約の観点から薄型化が図られている。また、基板収納容器は、複数枚の基板を収納する容器本体と、この容器本体の開口正面部を開閉する蓋体とを備えて構成されている（特許文献１参照）。
特開２００４‐９５９４２号公報

ところで、基板は、薄型化以外にも、チップサイズの大型化や生産性向上の観点から大口径化が図られ、３００ｍｍタイプが量産されたり、４５０ｍｍタイプが本格的に検討されているが、薄型化と共に大口径化が進むと、その重量の増大に伴い撓み（サグともいう）やすくなる。この結果、基板収納容器の容器本体に収納された基板が撓んで直下の基板に近接し、基板間の隙間が狭小化して多関節ロボットのハンドの進入を規制し、基板のロード、アンロードに支障を来たすという問題が生じる。また、容器本体内で基板が撓んで直下の基板に接触し、基板に多関節ロボットのハンドが接触して破損させるおそれもある。

係る問題を解消する方法としては、基板の収納枚数を減少させ、基板間の隙間を拡大するという方法が考えられるが、そうすると、生産性を向上させることができないという大きな問題が新たに生じることとなる。

本発明は上記に鑑みなされたもので、例え基板が撓みやすい場合でも、基板の給排等に支障を来たすことがなく、しかも、生産性を向上させることのできる基板の取り扱い装置及び基板の取り扱い方法を提供することを目的としている。

本発明においては上記課題を解決するため、正面が開口した容器本体に自重で撓む口径３００ｍｍ以上の半導体ウェーハを収納する基板収納容器を搭載可能な搭載装置と、この搭載装置に搭載された基板収納容器に半導体ウェーハを給排する多関節ロボットとを備えたものであって、
搭載装置は、基板収納容器の容器本体を搭載する水平軸回りに揺動可能なテーブルと、容器本体を搭載したテーブルを上方向に傾斜させ、容器本体の開口した開口正面部を多関節ロボット側の上方向に向けるとともに、容器本体内の半導体ウェーハを５５°以上傾斜させる駆動機構とを含み、
テーブルを、駆動機構の駆動に基づき容器本体を搭載した状態で上方向に傾斜する底板と、この底板に立て設けられて容器本体の背面壁に接触する壁とから形成し、底板に、容器本体底部の複数の位置決め具にそれぞれ干渉して位置決めする複数の位置決めピンを設け、壁には、容器本体天井のフランジに接触して位置決めする位置決め体を設けたことを特徴としている。

また、本発明においては上記課題を解決するため、請求項１記載の基板の取り扱い装置を用い、基板収納容器に対し半導体ウェーハを給排することを特徴としている。

ここで、特許請求の範囲における半導体ウェーハには、３００ｍｍタイプや４５０ｍｍタイプが単数複数含まれる。基板収納容器は、透明、半透明、不透明のフロントオープンボックス（ＦＯＵＰやＦＯＳＢ等）でも良い。

テーブルを傾斜させる駆動機構としては、各種のシリンダ、モータ付きの歯車機構、モータ付きのリンク機構、モータ付きのカム機構等があげられる。さらに、テーブルの壁は、容器本体の背面壁に接触するものでも良いし、容器本体の側壁に接触するものでも良い。

本発明によれば、搭載装置に搭載された基板収納容器に半導体ウェーハを多関節ロボットにより給排する場合には、先ず、搭載装置のテーブルに基板収納容器を搭載し、駆動機構を駆動させてテーブルを上下方向に揺動させる。
すると、テーブルの底板が上昇して基板収納容器とその半導体ウェーハとを斜め上方向に傾斜させ、基板収納容器の開口した開口正面部が斜め上方向に指向する。こうして基板収納容器の開口した開口正面部が斜め上方向を向き、多関節ロボットに対向すると、多関節ロボットが作動し、傾いた半導体ウェーハが多関節ロボットに給排される。

本発明によれば、基板収納容器を水平に位置決め搭載するのではなく、所定の角度で斜め上方向に傾斜させ、収納された半導体ウェーハをも傾斜させてその撓み量を減少させるので、例え半導体ウェーハの薄型化や大口径化が進み、重量が増大して撓みやすくなっても、容器本体に収納された半導体ウェーハが撓んで直下の半導体ウェーハに近接するおそれを抑制することができる。したがって、半導体ウェーハ間の隙間が狭小化して多関節ロボットのハンドの進入を規制し、半導体ウェーハのロード、アンロードに支障を来たすという問題を有効に解消することができる。また、容器本体内の半導体ウェーハを駆動機構により５５°以上傾斜させるので、半導体ウェーハの撓み量を１ｍｍ以下にすることができる。
また、容器本体内で半導体ウェーハが撓んで直下の半導体ウェーハに接触し、半導体ウェーハに多関節ロボットのハンドが接触して破損させるおそれを排除することができる。また、半導体ウェーハの収納枚数を減少させる必要がないので、生産性の維持向上が期待できる。また、底板に複数の位置決めピンを配設するので、簡易な構成で容器本体を簡単に位置決めすることが可能になる。さらに、壁に、容器本体のフランジに嵌合接触して位置決めする位置決め体を装着するので、傾斜した基板収納容器が下降して位置ずれすることが少ない。

以下、図面を参照して本発明の好ましい実施の形態を説明すると、本実施形態における基板の取り扱い装置は、図１ないし図５に示すように、基板収納容器１を搭載する搭載装置４０と、この搭載装置４０に搭載された基板収納容器１に対して基板Ｗをロード、アンロードする多関節ロボット５０とを備えている。

基板収納容器１は、図１ないし図５に示すように、複数枚の基板Ｗを水平に収納する容器本体２と、この容器本体２の開口正面部８を開閉する着脱自在の蓋体２０とを備え、容器本体２の底部には複数の位置決め具（キネマティックカップリングともいう）６が配列されており、蓋体２０には複数の施錠機構２３が内蔵される。

基板Ｗは、図１や図３に示すように、例えば口径３００ｍｍの薄く丸い半導体ウェーハ（Ｓｉウェーハ等）からなり、周縁部の一部が選択的かつ直線的に切り欠かれて結晶方位の判別や位置合わせ用のオリフラを形成しており、容器本体２内に１〜２５枚、あるいは１〜２６枚の枚数で水平に整列収納される。

容器本体２は、所定の成形材料を使用して正面の開口したフロントオープンボックスタイプに射出成形される。この容器本体２の成形材料としては、例えばポリカーボネート、シクロオレフィンポリマー、ポリエーテルイミド、ポリエーテルスルフォン、ポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂があげられ、この熱可塑性樹脂には、導電性カーボン、導電繊維、金属繊維、導電性高分子等からなる導電剤、各種の帯電防止剤、紫外線吸収剤等が適宜添加される。

容器本体２は、図４に示すように、背面壁３に、基板Ｗの有無やその状態を視覚的に把握させる縦長のウインド４が一体成形され、背面壁３の内面には、基板Ｗの後部周縁を水平に嵌合保持する左右一対のリヤリテーナが突出形成されており、この一対のリヤリテーナが所定の間隔をおいて上下方向に並設される。また、容器本体２の内部両側には、基板Ｗの側部周縁を水平に支持する左右一対のティースが突出形成され、この相対向する左右一対のティースが所定の間隔をおいて上下方向に並設される。

容器本体２の底面には図５に示すように、平面略Ｙ字形、多角形、あるいは三角形等のボトムプレート５が着脱自在に装着され、このボトムプレート５には、搭載装置４０に対する断面略Ｖ字形の複数の位置決め具６が配列して装着されており、容器本体２の天井中央部には図３に示すように、搬送ロボットに把持される平面略矩形のフランジ７が着脱自在に装着される。また、容器本体２の開口正面部８は、外方向に張り出すように段差を付けて屈曲形成され、この段差の平坦な段差面が蓋体２０用のシール形成面として機能する。

容器本体２の開口正面部８の内周縁上下には図１に示すように、施錠機構２３用の左右一対の係止穴９が所定の間隔をおいて凹み形成され、容器本体２の左右両側部の外面中央部には図２ないし図４に示すように、作業者に握持されるマニュアルハンドル１０がそれぞれ着脱自在に装着される。

蓋体２０は、図２に示すように、容器本体２の開口正面部８に着脱自在に嵌入される筐体２１と、この筐体２１の表面に配設され、各回転プレート２４の回転に基づき筐体２１の周壁から出没可能に突出させた複数の係止爪２６を容器本体２の開口正面部８の係止穴９に係止させることにより筐体２１を施錠閉鎖する複数の施錠機構２３と、筐体２１の表面に装着されて施錠機構２３を覆うカバープレート２９とを備えて構成される。

筐体２１は、基本的には断面略皿形を呈した正面横長の長方形に形成され、中央部２２が表面側（正面側）に略矩形に隆起することにより左右の両側部が相対的に凹み形成されるとともに、この凹んだ左右の両側部内には施錠機構２３がそれぞれ設置されており、周壁の上下両側には、係止穴９に対向する矩形の貫通口がそれぞれ穿孔される。

筐体２１の中央部２２の裏面には、基板Ｗの前部周縁を水平に嵌合保持する弾性のフロントリテーナが着脱自在に装着され、筐体２１の裏面の周縁部には、断面略Ｕ字形の嵌合保持溝がエンドレスの枠形に形成されており、この嵌合保持溝には、容器本体２のシール形成面に圧接する弾性変形可能なシールガスケットが嵌入される。このシールガスケットは、例えばシリコーンゴムやフッ素ゴム等を使用してエンドレスに成形される。

各施錠機構２３は、図２に示すように、筐体２１の表面に回転可能に軸支され、蓋体２０の外部から蓋体開閉装置により回転操作される回転プレート２４と、筐体２１の表面に複数のガイドピンやガイドを介しスライド可能に支持され、回転プレート２４の回転に伴い筐体２１の上下内外方向にスライドする一対の連結プレート２５と、各連結プレート２５の先端部に連結軸支され、連結プレート２５のスライドにより筐体２１の周壁の貫通口から出没する一対の係止爪２６とを備えて構成される。

各回転プレート２４は、断面略凸字形に形成され、表面側に突出した円形の中心部には外部操作用の操作穴２７が正面矩形に凹み形成される。この回転プレート２４の外周部には、略１８０°の間隔をおいて一対の円弧溝２８がそれぞれ穿孔される。各連結プレート２５は、連結体として長方形の平板に形成され、その表面末端部の円柱形の連結ピンが回転プレート２４の円弧溝２８に嵌入して連結される。このような連結プレート２５は、回転プレート２４が一方向に回転すると、筐体２１の上下外方向にスライドして周壁の貫通口から係止体である係止爪２６を突出させ、回転プレート２４が他方向に回転すると、筐体２１の上下内方向にスライドして係止爪２６を元の位置に復帰させる。

カバープレート２９は、筐体２１の表面に対応するよう形成され、中央部上方や側部には、筐体２１やその中央部２２に着脱自在に係合する可撓性の係合片が複数突出形成される。このカバープレート２９には、各回転プレート２４の操作穴２７に対向して連通する正面矩形の操作口３０が穿孔され、この操作口３０を貫通した蓋体開閉装置の操作キーが回転プレート２４の操作穴２７に挿入されて回転することにより、各施錠機構２３が外部から操作される。

搭載装置４０は、図１に示すように、基板収納容器１を搭載する上下方向に揺動可能なテーブル４１と、この基板収納容器１を搭載したテーブル４１を斜め上方向に傾斜させ、基板収納容器１の開口正面部８を多関節ロボット５０側の斜め上方向に向ける駆動機構４７とを備えて構成される。

テーブル４１は、図１に示すように、駆動機構４７の駆動に基づき基板収納容器１を水平に搭載した状態で斜め上方向に傾斜する底板４２と、この底板４２の末端部に立設されて容器本体２の背面壁３に位置決め接触するストッパ壁４３とを備え、架台４１Ａ上に連結具４４を介して揺動可能に軸支される。

底板４２は、同図に示すように、基板収納容器１の容器本体２よりも大きい平板に形成され、表面には容器本体２の複数の位置決め具６にそれぞれ干渉して位置決めする複数の位置決めピン４５が配列して植設される。また、ストッパ壁４３の上端部には、容器本体２のフランジ７に後方から嵌合接触して位置決めする位置決め片４６が水平に装着される。

駆動機構４７は、同図に示すように、架台４１Ａに縦に内蔵された単数複数のエアシリンダ４８を備え、このエアシリンダ４８の往復動可能なピストンロッド４９が底板４２の裏面先端部側に連結具を介し軸支される。このような駆動機構４７は、エアの供給に基づいてエアシリンダ４８のピストンロッド４９を上昇させ、基板収納容器１を搭載したテーブル４１を所定の角度で斜め上方向に傾斜させるとともに、基板収納容器１とその内部の基板Ｗとを同角度で傾斜させる。

所定の角度としては、基板Ｗの撓み量が１ｍｍ以下、好ましくは０．５ｍｍ以下になる角度が良い。この点について説明すると、例えば基板Ｗが口径３００ｍｍの半導体ウェーハで厚さが７７５μｍの場合には、肉厚であるから、半導体ウェーハの傾きが０°の水平状態のときでも撓み量が０．５ｍｍ以下となる。

これに対し、口径３００ｍｍの半導体ウェーハで厚さがバックグラインド等により２００μｍ以下の場合には、薄肉であるから、薄片化された半導体ウェーハの傾きが０°の水平状態のときでも撓み量が３ｍｍ以上となる。この場合、半導体ウェーハの撓み量を１ｍｍ以下とするには、約５５°傾斜させることが好ましく、半導体ウェーハの撓み量を０．５ｍｍ以下とするには、約６３°傾斜させると良い。

多関節ロボット５０は、図１に示すように、基板収納容器１の開口正面部８側に隣接して位置する第一の胴体５１と、この第一の胴体５１内に回転可能、かつ上下動可能に支持される第二の胴体５２と、この第二の胴体５２上に軸支される回転可能なアーム５３とを備え、このアーム５３の先端部には、傾斜した基板Ｗをロード、アンロードするハンド５４が回転可能に装着される。このハンド５４としては、減圧吸着タイプ、エッジ固定タイプ、ベルヌーイタイプ等が適宜選択して採用される。

上記において、搭載装置４０に搭載された基板収納容器１に基板Ｗを多関節ロボット５０により給排する場合には、先ず、搭載装置４０のテーブル４１に基板Ｗを整列収納した基板収納容器１を位置決め搭載してその蓋体２０を取り外し、駆動機構４７のエアシリンダ４８を駆動させてそのピストンロッド４９を上昇させる。

すると、テーブル４１の底板４２が上昇して基板収納容器１の容器本体２とその基板Ｗとを斜め上方向に傾斜させ、容器本体２の開口正面部８が斜め上方向に指向する。この際、基板Ｗの姿勢が水平状態から斜め上方向に傾斜した状態に変更されるので、基板Ｗの撓み量が減少する。こうして容器本体２の開口正面部８が斜め上方向に指向し、多関節ロボット５０のハンド５４に斜めに対向すると、多関節ロボット５０が作動し、傾斜した収納状態の基板Ｗが多関節ロボット５０に給排されることとなる。

上記構成によれば、基板収納容器１を水平に位置決め搭載するのではなく、所定の角度で斜め上方向に傾斜させ、収納された基板Ｗをも傾斜させてその撓み量を減少させるので、例え基板Ｗの薄型化や大口径化が進み、重量が増大して撓みやすくなっても、容器本体２に収納された基板Ｗが撓んで直下の基板Ｗに近接するおそれを抑制排除することができる。したがって、基板Ｗ間の隙間が狭小化して多関節ロボット５０のハンド５４の進入を規制し、基板Ｗのロード、アンロードに支障を来たすという問題を有効に解消することができる。

また、容器本体２内で基板Ｗが撓んで直下の基板Ｗに接触し、基板Ｗに多関節ロボット５０のハンド５４が接触して破損させるおそれを排除することも可能となる。また、基板Ｗの収納枚数を減少させる必要もないので、生産性の維持向上が大いに期待できる。また、底板４２の表面に複数の位置決めピン４５を配設するので、簡易な構成で容器本体２を簡単に位置決めすることが可能となる。

また、ストッパ壁４３の上端部に、容器本体２のフランジ７に嵌合接触して位置決めする位置決め片４６を装着するので、傾斜した基板収納容器１が下降して位置ずれすることがない。さらに、駆動機構４７としてエアシリンダ４８を使用するので、出力調整の容易化、過負荷になった場合の安全性確保、高速動作の確保、機構の簡略化、自由な遠隔操作、作業環境の清潔化を図ることができ、しかも、温度や湿度の影響を減少させることもできる。

次に、図６は本発明の第２の実施形態を示すもので、この場合には、基板収納容器１Ａを、口径４５０ｍｍの半導体ウェーハからなる基板Ｗを水平に整列収納する容器本体２Ａと、この容器本体２Ａの開口正面部を含む全体を上方から開閉する着脱自在のカバー体２０Ａとから構成するようにしている。

容器本体２Ａは、テーブル４１に位置決めして搭載され、基板Ｗよりも一回り大きいベース板１１を備え、このベース板１１の平坦な表面には、基板Ｗの後部や左右両側部の周縁に近接する複数の支柱１２が立設されており、この複数の支柱１２の上端部には円形又はリング形の押さえ板１３が装着される。複数の支柱１２には、基板Ｗの周縁部を水平に支持するティースがそれぞれ突出形成され、この複数のティースが所定の間隔をおいて上下方向に並設される。

カバー体２０Ａは、透明あるいは半透明の成形材料を使用して底部の開口した形に成形され、天井の中央部には、搬送ロボットに把持されるフランジ７が装着されており、基板Ｗの給排時に容器本体２の嵌合したベース板１１から取り外されて容器本体２の開口正面部側から基板Ｗがロード、アンロードされるのを許容する。その他の部分については、上記実施形態と同様であるので説明を省略する。

本実施形態においても上記実施形態と同様の作用効果が期待でき、しかも、口径３００ｍｍタイプの半導体ウェーハの他、口径４５０ｍｍタイプの半導体ウェーハの給排に使用してその給排作業に支障を来たすのを防ぐことができるのは明らかである。

なお、上記実施形態ではテーブル４１の底板４２とストッパ壁４３とを単に示したが、これら底板４２とストッパ壁４３とは、一体形成しても良いし、別体でも良い。また、ストッパ壁４３の上端部以外の部分に位置決め片４６を装着しても良い。さらに、底板４２の両側部にストッパ壁４３をそれぞれ立設して容器本体２を両側方から位置決めしても良い。

本発明に係る基板の取り扱い装置及び基板の取り扱い方法の実施形態を模式的に示す全体説明図である。 本発明に係る基板の取り扱い装置及び基板の取り扱い方法の実施形態における基板収納容器を模式的に示す斜視説明図である。 本発明に係る基板の取り扱い装置及び基板の取り扱い方法の実施形態における基板収納容器から蓋体を取り外した状態を模式的に示す斜視説明図である。 本発明に係る基板の取り扱い装置及び基板の取り扱い方法の実施形態における基板収納容器を模式的に示す背面図である。 本発明に係る基板の取り扱い装置及び基板の取り扱い方法の実施形態における基板収納容器を模式的に示す底面図である。 本発明に係る基板の取り扱い装置及び基板の取り扱い方法の第２の実施形態における基板収納容器を模式的に示す断面説明図である。

符号の説明

１ 基板収納容器
１Ａ 基板収納容器
２ 容器本体
２Ａ 容器本体
３ 背面壁
５ ボトムプレート（底部）
６ 位置決め具
７ フランジ
８ 開口正面部（開口部）
１１ ベース板
１２ 支柱
２０ 蓋体（被覆体）
２０Ａ カバー体（被覆体）
２１ 筐体
２３ 施錠機構
２９ カバープレート
４０ 搭載装置
４１ テーブル
４２ 底板
４３ ストッパ壁（壁）
４５ 位置決めピン
４６ 位置決め片（位置決め体）
４７ 駆動機構
４８ エアシリンダ
５０ 多関節ロボット（給排装置）
５４ ハンド
Ｗ 基板

Claims (2)

1. 正面が開口した容器本体に自重で撓む口径３００ｍｍ以上の半導体ウェーハを収納する基板収納容器を搭載可能な搭載装置と、この搭載装置に搭載された基板収納容器に半導体ウェーハを給排する多関節ロボットとを備えた基板の取り扱い装置であって、
   搭載装置は、基板収納容器の容器本体を搭載する水平軸回りに揺動可能なテーブルと、容器本体を搭載したテーブルを上方向に傾斜させ、容器本体の開口した開口正面部を多関節ロボット側の上方向に向けるとともに、容器本体内の半導体ウェーハを５５°以上傾斜させる駆動機構とを含み、
   テーブルを、駆動機構の駆動に基づき容器本体を搭載した状態で上方向に傾斜する底板と、この底板に立て設けられて容器本体の背面壁に接触する壁とから形成し、底板に、容器本体底部の複数の位置決め具にそれぞれ干渉して位置決めする複数の位置決めピンを設け、壁には、容器本体天井のフランジに接触して位置決めする位置決め体を設けたことを特徴とする基板の取り扱い装置。
2. 請求項１記載の基板の取り扱い装置を用い、基板収納容器に対し半導体ウェーハを給排することを特徴とする基板の取り扱い方法。

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