JP6360762B2 - 加工装置 - Google Patents

Description

本発明は、ウェーハをカセットから搬出するロボットを有する加工装置に関する。

各種ウェーハが複数段に収容されたカセットからのウェーハの搬出には、板状のロボットハンドと、先端にロボットハンドが連結され屈曲及び上下動可能なアームとを備えたロボットが用いられている。かかるロボットでは、サーボモータに減速機を連結し、サーボモータの回転角度制御によって、ロボットハンドの位置を制御している。また、サーボモータの回転軸にはエンコーダを連結し、エンコーダがサーボモータの回転角度を認識することにより、ロボットハンドの位置を認識している。エンコーダとしてアブソリュート型エンコーダを用いることにより、ロボットハンドの位置ずれを防止する技術も開示されている（例えば、特許文献１，２参照）

カセットの両内側面には一対の対面する支持溝が形成されており、各ウェーハは、支持溝によって支持されて収容されている。一方、中央部には、ロボットハンドが上下方向に移動可能な空間が形成されている。カセットからウェーハを搬出する際は、ロボットハンドをカセット内に進入させ、カセットの各段にウェーハが存在するか否かを検知しながら中央部においてロボットハンドを上方又は下方に移動させている。したがって、ウェーハが存在しない場合は、ロボットハンドを上下方向に移動させている。

ウェーハが存在するか否かを検知する手法には、ロボットハンドに備えた光センサーなどのセンサーによってウェーハがロボットハンドに載置されたことを検知する手法と、ロボットハンドがウェーハを吸引した時の圧力値の変化によってウェーハを検知する手法とがある。

特開２０１０−２３８１７４号公報 特開２０１２−１０６３００号公報

しかし、ウェーハが傾いた状態でカセットに収容されていると、ウェーハとロボットハンドとは傾きが異なるため、センサーによる認識、吸引時の圧力値による認識のいずれの場合も、ロボットハンドは、ウェーハが存在するにもかかわらずそれを認識することができないことがある。

また、ウェーハが傾いた状態でカセットに収容されているためにカセットの所定の段にウェーハがないと認識すると、ロボットハンドが次の段に移動しようとする。そのため、傾いたウェーハにロボットハンドが衝突し、そのウェーハが破損するという問題がある。

本発明は、このような問題にかんがみなされたもので、ロボットハンドがカセット内を上下方向に移動してウェーハを搬出する場合において、ウェーハが傾いた状態でカセットに収容されている場合でも、ウェーハを認識し、ウェーハを破損させることなく搬出できるようにすることを目的とする。

本発明は、カセットに収容されるウェーハをカセットから搬出するロボットと、ロボットから搬出されたウェーハを加工する加工手段と、を備える加工装置において、ロボットは、ウェーハを保持するロボットハンドと、ロボットハンドが保持するウェーハの表裏を反転させる反転手段と、ロボットハンドを所定の位置に移動させる移動手段と、を備え、反転手段は、ロボットハンドが保持するウェーハの表裏を反転させる際の回転軸となる反転軸と、反転軸に連結された反転モータと、反転モータを駆動する制御部と、反転軸に連結され反転軸の回転角度を検出するエンコーダと、を備え、移動手段によりロボットハンドをカセット内に進入させ、制御部による反転モータの制御を解除してロボットハンドを自由回転可能にしてウェーハに近づける方向に移動させ、ロボットハンドとウェーハとが接触し該エンコーダが認識する角度が変化すると、カセット内に収容されたウェーハが傾いていると判断する判断部を備える。

本発明では、カセット内に進入したロボットハンドがモータによる制御を解除されて反転軸を中心として自由回転可能な状態でウェーハに近づく方向に移動するため、ウェーハが傾いた状態でカセットに収容されている場合は、ウェーハの傾きに合わせてロボットハンドも傾くように回転する。したがって、ロボットハンドの回転を検出することにより、ウェーハの傾きを検出することができるため、ウェーハにロボットハンドが衝突してウェーハが破損するのを防止することができる。

研削装置を示す斜視図。 ロボットハンド及びカセットを示す斜視図。 ロボットハンドがカセットに進入した状態を示す正面図。 ロボットハンドがウェーハを保持した状態を示す正面図。 ロボットハンドが傾いたウェーハに接触して回転した状態を示す正面図。 ロボットハンドが傾いたウェーハから離れた状態を示す正面図。 ウェーハの傾きを修正して収容した状態を示す正面図。 ウェーハの傾きの修正後にロボットハンドがカセットに進入した状態を示す正面図。 別のロボットハンドが傾いたウェーハに接触した状態を示す正面図。 ロボットハンドが回転した状態を示す正面図。

図１に示す研削装置１は、本発明が適用される加工装置の一種であり、保持テーブル２０に保持されたウェーハを研削手段３０によって研削する装置である。

研削装置１の前部には、ウェーハが収容されるカセット４ａ，４ｂが載置されるカセットステージ４０ａ，４０ｂを備えている。カセットステージ４０ａ，４０ｂは、Ｘ軸方向に並んでいる。カセット４ａには研削前のウェーハが収容され、カセット４ｂには研削後のウェーハが収容される。

カセットステージ４０ａ，４０ｂの後方側には、研削前のウェーハのカセット４ａからの搬出及び研削後のウェーハのカセット４ｂへの搬入を行うロボット５０が配設されている。このロボット５０は、図２に示すように、ウェーハを保持するロボットハンド５１と、ロボットハンド５１が保持するウェーハの表裏を反転させる反転手段５２と、ロボットハンド５１を所定の位置に移動させる移動手段５３とを備えており、ロボットハンド５１は、カセット４ａ，４ｂの内部に進入することができる。

ロボットハンド５１は、全体が平板状に形成され、基部５１１と、基部５１１から分岐した２つの分岐部５１２とから構成されており、各分岐部５１２には吸引口５１３を備えている。また、基部５１１には、ウェーハの存在を検知するウェーハ検出センサー５１４を備えている。ウェーハ検出センサー５１４は、ロボットハンド５１の幅方向、すなわちカセット４ａ、４ｂに対する進入方向に対して水平方向に直交する方向の中央部に位置している。ウェーハ検出センサー５１４は、光センサーであってもよいし、ウェーハを吸引した時の圧力値の変化によってウェーハを検知するタイプのものであってもよい。

反転手段５２は、基部５１１に連結された反転軸５２１と、反転軸５２１に連結された反転モータ５２２と、反転モータ５２２を制御する制御部５２３と、反転軸５２１に連結され反転軸５２１の回転角度を検出するエンコーダ５２４と、エンコーダ５２４からの回転確度に関する情報により反転軸５２１が回転したか否かを判断する判断部５２５とを備えている。反転軸５２１の軸心は、ロボットハンド５１の回転軸５１５となる。エンコーダ５２４としては、電源オフ時においても原点からの回転角度を記憶するアブソリュート型を使用する。

移動手段５３は、反転モータ５２２及びエンコーダ５２４に連結された軸部５３１と、先端に軸部５３１を有し屈曲可能なアーム部５３２と、アーム部５３２を旋回及び昇降させる駆動部５３３とを備えている。

図１に示すように、ロボット５のロボットハンド５１の可動域には、仮置きテーブル６及び洗浄テーブル７が配設されている。仮置きテーブル６は、研削前のウェーハが載置される載置台６１と、載置台６１から突出し放射状に移動可能に配設された複数のピン６２とにより構成されている。一方、洗浄手段７は、研削後のウェーハを保持して回転可能な洗浄テーブル７１と、洗浄テーブル７１に保持されたウェーハに洗浄水や高圧エアーを噴出する図示しないノズルとを備えている。

保持テーブル２０は、回転可能であるとともに、ウェーハの受け渡しを行う受け渡し領域２１とウェーハの研削を行う加工領域２２との間をＹ軸方向に移動可能となっている。

仮置きテーブル６の近傍には、研削前のウェーハを仮置きテーブル６から受け渡し領域２１に位置する保持テーブル２０に搬送する第１の搬送手段８１が配設されている。一方、洗浄手段７の近傍には、受け渡し領域２１に位置する保持テーブル２０から研削後のウェーハを洗浄手段７の洗浄テーブル７１に搬送する第２の搬送手段８２が配設されている。

研削手段３０は、鉛直方向の軸心を有するスピンドルと、スピンドルを回転可能に支持するスピンドルハウジング３１と、スピンドルの一端に接続されたモータ３２と、スピンドルの下端にマウント３３を介して着脱可能に装着された研削ホイール３４とを備えている。研削ホイール３４の下部には、円環状に固着された研削砥石３５を備えている。

研削手段３０は、研削送り手段９０によって駆動されてＺ軸方向に研削送りされる。研削送り手段９０は、Ｚ軸方向の軸心を有するボールネジ９１と、ボールネジ９１の一端に接続されたモータ９２と、ボールネジ９１と平行にのびるガイドレール９３と、一方の面が研削手段３０を保持するホルダ３６に連結され他方の面が一対のガイドレール９３に摺接し内部に備えたナットがボールネジ９１に螺合した昇降板９４とを備えている。研削送り手段９０は、モータ９２がボールネジ９１を回動させて一対のガイドレール９３に沿って昇降板９４をＺ軸方向に昇降させることにより、研削手段３０をＺ軸方向に昇降させることができる。

このように構成される研削装置１においては、ロボット５によってカセット４ａからウェーハが１枚ずつ取り出される。仮置きテーブル６の載置台６１に載置される。そして、ピン６２が互いに近づく方向に移動することにより、ウェーハが所定位置に位置合わせされる。

その後、受け渡し領域２１に位置する保持テーブル２０に第１の搬送手段８１がウェーハを搬送し、ウェーハが保持テーブル２０に保持される。そして、保持テーブル２０が加工領域２２に移動することで、ウェーハが研削手段３０の下方に移動する。

次に、研削手段３０のモータ３２が研削ホイール３４を回転させ、研削送り手段９０が研削手段３０を下降させて、回転する研削砥石３５をウェーハの上面に接触させてウェーハの研削を行う。そして、ウェーハが所望の厚さに形成されると、研削送り手段９０が研削手段３０を上昇させ、研削を終了する。

研削終了後は、保持テーブル２０が受け渡し領域２１に移動する。そして、第２の搬送手段８２が研削後のウェーハを保持して洗浄手段７の洗浄テーブル７１に移動させ、洗浄手段７において研削後のウェーハが洗浄される。洗浄後は、ロボット５が洗浄後のウェーハを保持し、カセット４ｂに収容する。

図３に示すように、カセット４ａは、開口部４１を有する箱状に形成され、天板４２と、天板４２の両端部から垂下する２枚の側板４３と、２枚の側板４３の下端に接続された底板４４とを備えている。２枚の側板４３の内側面４３１には、複数の支持溝４３２が上下方向に等間隔に形成されている。カセット４ａの各支持溝４３２にはウェーハＷ１〜Ｗ１０が収容されている。なお、図１に示したカセット４ｂも同様の構造となっているが、研削開始前は、ウェーハは収容されていない。

以下では、最下段の支持溝４３２に収容されたウェーハＷ１から１枚ずつウェーハを搬出していく場合について説明する。図３に示すように、カセット４ａ内には、高さの異なる左右の支持溝４３２に架け渡され傾いた状態で収容されているウェーハＷ４がある。一方、ウェーハＷ１〜Ｗ３及びウェーハＷ５〜Ｗ１０は、同じ高さの左右の支持溝４３２に架け渡され傾きのない状態で収容されている。

図２に示したロボット５は、反転モータ５２２の電源をオフにすることによりロボットハンド５１を自由回転可能な状態とし、その状態で、図３に示すように、開口部４１のうち最下段の支持溝４３２に収容されたウェーハＷ１の下方に進入する。なお、反転モータ５２２の電源をオフにするのは、ロボットハンド５が開口部４１から進入した後であってもよい。

次に、図４に示すように、ロボットハンド５１が上昇する。そうすると、ロボットハンド５１に備えたウェーハ検出センサー５１４がウェーハＷ１を検出する。この段階で、反転モータ５２２の電源をオンにし、ロボットハンドが自由回転可能な状態を解除する。最下段のウェーハＷ１は傾いていないため、ウェーハ検出センサー５１４がウェーハＷ１を検出するまでの間でロボットハンド５１が回転することはない。したがって、ロボットハンド５１の吸引口５１３に吸引力を作用させることによりウェーハＷ１の下面Ｗ１ａを吸引し、その状態でロボットハンド５１を退避させることによりウェーハＷ１をカセット４ａから搬出する。そして、反転モータ５２２がロボットハンド５１を反転させてウェーハＷ１の表裏を反転させ、研削される面である下面Ｗ１ａを上に向け、図１に示した仮置きテーブル６に搬送する。

次に、反転モータ５２２の電源をオフにし、ロボットハンド５１を再びカセット４ａ内に進入させ、ロボットハンド５１を上昇させ、同様にウェーハＷ２を吸引してカセット４ａから搬出して仮置きテーブル６に搬送する。なお、このとき、先に搬送したウェーハＷ１は、第１の搬送手段８１によって保持手段２０に搬送されている。同じように、ウェーハＷ３もカセット４ａから搬出して仮置きテーブル６に搬送する。ウェーハＷ２、Ｗ３の搬出時は、ウェーハ検出センサー５１４がウェーハＷ２、Ｗ３を検出した段階で、反転モータ５２２の電源をオンにする。

次に、反転モータ５２２の電源をオフにしてロボットハンド５１が自由回転可能な状態で、図５に示すように、ロボットハンド５１をカセット４ａに進入させて上昇させると、ウェーハＷ４の片側（左側）が下がった状態で傾いているため、ウェーハ検出センサー５１４がウェーハＷ４を検出する前に、ロボットハンド５１の左側の分岐部５１２（図２参照）がウェーハＷの下面Ｗ４ａに接触する。そうすると、ロボットハンド５１が自由回転可能な状態となっているため、ロボットハンド５１がウェーハＷ４と同じ傾きとなる方向に（時計回りに）θ度回転する。

エンコーダ５２４は、ロボットハンド５１のこの回転を検出する。判断部５２５は、この回転に基づき、ウェーハＷ４が傾いていると判断し、その旨の情報を制御部５２３に通知する。そうすると、制御部５２３は、ロボットハンド５１の上昇を止め、図６に示すように、ロボットハンド５１を下降させた後、カセット４ａから退避させる。こうしてカセット４ａからロボットハンド５１が退避すると、オペレータが、図７に示すように、ウェーハＷ４を傾いていない適正な状態に直す。

こうしてウェーハＷ４が傾きのない状態で収容されると、次に、図８に示すように、ロボットハンド５１をウェーハＷ４の下方に進入させてから上昇させ、ウェーハＷ４の下面Ｗ４ａを吸引し、ウェーハＷ４を搬出する。その後は、ウェーハＷ２，Ｗ３と同様に、ウェーハＷ５〜Ｗ１０を順次吸引して搬出していく。

図９に示すロボットハンド５１ａのように、ロボットハンド５１よりも幅が狭いタイプのロボットハンドの場合は、反転モータ５２２の電源をオフにしてロボットハンド５１ａを自由回転可能な状態としても、ウェーハＷ４に接触してロボットハンド５１ａが回転するまでに、ロボットハンド５１のように幅が広いロボットハンドよりも多くの上昇量が必要となる。また、ウェーハ検出センサー５１４によりウェーハＷ４を検出するのにも、ロボットハンド５１よりも多くの上昇量が必要となる。したがって、反転モータ５２２の電源をオフにしたままで、さらに、例えば１段上の支持溝４３２までの高さ分だけロボットハンド５１を上昇させることにより、図１０に示すように、その上昇の過程でロボットハンド５１の傾きを判断部５２５が検出して制御部４２４に通知する。

このように、ロボットハンドの幅（カセット４ａへの進入方向に対して水平方向に直交する方向の長さ）に応じて、ウェーハの傾きを検出するためのロボットハンドの上昇量を調整することで、ウェーハの傾きを確実に検出することができ、これにより、ウェーハが破損するのを未然に防ぐことができる。

なお、上記実施形態では、カセット４ａに収容された最下段のウェーハを最初に搬出し、ロボットハンドを上昇させながらウェーハを順次搬出していく場合について説明したが、カセット４ａに収容された最上段のウェーハを最初に搬出し、ロボットハンドを下降させながら上のウェーハから順次搬出していくようにすることもできる。

１：研削装置
２０：保持テーブル ２１：受け渡し領域 ２２：加工領域
３０：研削手段
３１：スピンドルハウジング ３２：モータ ３３：マウント ３４：研削ホイール
３５：研削砥石 ３６：ホルダ
４ａ，４ｂ：カセット ４０ａ，４０ｂ：カセットステージ
４１：開口部 ４２：天板
４３：側板 ４３１：内側面 ４３２：支持溝
５０：ロボット
５１，５１ａ：ロボットハンド
５１１：基部 ５１２：分岐部 ５１３：吸引口 ５１４：ウェーハ検出センサー
５１５：回転軸
５２：反転手段
５２１：反転軸 ５２２：反転モータ ５２３：制御部 ５２４：エンコーダ
５２５：判断部
５３：移動手段
５３１：軸部 ５３２：アーム部 ５３３：駆動部
６：仮置きテーブル ６１：載置台 ６２：ピン
７：洗浄テーブル ７１：洗浄テーブル
８１：第１の搬送手段 ８２：第２の搬送手段
９０：研削送り手段
９１：ボールネジ ９２：モータ ９３：ガイドレール ９４：昇降板
Ｗ１〜Ｗ１０：ウェーハ

Claims (1)

1. カセットに収容されるウェーハをカセットから搬出するロボットと、該ロボットから搬出されたウェーハを加工する加工手段と、を備える加工装置において、
   該ロボットは、ウェーハを保持するロボットハンドと、該ロボットハンドが保持するウェーハの表裏を反転させる反転手段と、該ロボットハンドを所定の位置に移動させる移動手段と、を備え、
   該反転手段は、該ロボットハンドが保持するウェーハの表裏を反転させる際の回転軸となる反転軸と、該反転軸に連結された反転モータと、該反転モータを駆動する制御部と、該反転軸に連結され該反転軸の回転角度を検出するエンコーダと、を備え、
   該移動手段により該ロボットハンドを該カセット内に進入させ、該制御部による該反転モータの制御を解除して該ロボットハンドを自由回転可能にしてウェーハに近づける方向に移動させ、該ロボットハンドとウェーハとが接触し該エンコーダが認識する角度が変化すると、該カセット内に収容されたウェーハが傾いていると判断する判断部を備える
   加工装置。

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