JP6971604B2

JP6971604B2 - 半導体ワーク搬送装置

Info

Publication number: JP6971604B2
Application number: JP2017066630A
Authority: JP
Inventors: 渉菅野
Original assignee: Hitachi High Tech Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Corp
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2017-03-30
Publication date: 2021-11-24
Anticipated expiration: 2037-03-30
Also published as: JP2018170400A

Description

本開示は、半導体ワークを搬送する装置に係り、特に、半導体ウェーハ等のワークを、処理装置に対し搬送もしくは搬出するロボットを備えた半導体ワークの搬送装置に関する。

半導体製造や測定、検査工程において使用される半導体検査処理装置（以下処理装置）では、格納容器などに納められた半導体ウェーハなどのワークを、格納容器から取り出し処理装置まで搬送、もしくは処理装置から取り出して格納容器に収納する、半導体ワーク搬送装置（以下搬送装置）を併設して運用している。一般には３００ｍｍウェーハを扱う半導体工場で用いられている局所クリーン化環境を備えたミニエンバイロメント装置などがこの運用に該当する例である。

このような搬送装置では搬送ロボットを備えており、格納容器からのワーク取り出し、収納、ワークの位置を合わせるアライメントユニット（以下ＰＡユニット）への受け渡し、処理装置への搬入、搬出を、処理装置の指令に合わせて実行する。

処理装置と搬送装置の間では一定の搬送精度を保証してワークを搬送する必要がある。特許文献１には、円盤状試料の搬送開始位置と受渡位置との間に配置された３つのセンサを用いて、円盤状試料の周縁位置を特定し、円盤状試料の位置の変異を計測する搬送装置が開示されている。また、特許文献２にも、ロボットによる試料の受取位置と受渡位置との間に、試料の中心位置ずれを特定するために試料の外周位置を検出する２つのセンサを設け、上記中心位置ずれを補正するように、試料を搬送する搬送装置が開示されている。

特開２０１５−５６８３号公報特開平７−２６５１８号公報

上記に示すように搬送装置では、ワークを一定の精度で搬送する方策が取られている。しかし、特許文献１では、一部経路での精度しか読みとることができない。また、特許文献２も同様であり、搬送経路の一部でしか試料位置を特定することができない。

処理装置と搬送装置間でワークが受け渡される一方、搬送装置内では、格納容器やＰＡユニット、そのほかワーク退避などに使用するバッファユニットが備えてある場合がある。これらのユニットと搬送ロボット間でもワークの受け渡しが行われる。これらユニット間のワーク受け渡しでも、一定の精度で搬送する必要がある。特許文献１、２に開示されているような位置検出法では、ある経路の特定位置での試料の位置を検出することができるが、バッファユニットへの搬送等が考慮されておらず、仮にバッファユニットへの搬送、或いはバッファユニットからの搬送の際に起こり得るずれを補正できるものではない。また、ずれに伴う装置の不具合を調整する場合、その原因を明確にする必要があるが、センサのない位置で発生するずれの発生位置等を特定することは困難である。

以下に、搬送中に発生する試料の位置ずれの要因を正確に特定することを目的とする半導体ワーク搬送装置を提案する。

上記目的を達成するための一態様として、半導体ワークを支持するハンドと、当該ハンドに載せられた前記半導体ワークを第１の位置から第２の位置まで搬送する搬送用ロボットと、当該搬送用ロボットを制御する制御装置を備えた半導体ワーク搬送装置であって、前記搬送用ロボットの前記半導体ワークの搬送に伴って移動すると共に、前記ハンド上に載せられた半導体ワークの位置を検出するセンサを備え、前記制御装置は、前記センサを用いて、前記第１の位置、或いは当該第１の位置と前記第２の位置との間の第３の位置で、前記半導体ワークの位置を検出し、当該第１の位置、或いは第３の位置における半導体ワークの位置検出の後、前記第１の位置、或いは第３の位置と、前記第２の位置との間の第４の位置で前記センサを用いた半導体ワークの位置検出を行い、前記第１の位置、或いは第３の位置の半導体ワークの位置と、前記第４の位置の半導体ワークの位置とのずれを求める半導体ワーク搬送装置を提案する。

また、上記目的を達成するための他の態様として、半導体ワークを支持するハンドと、当該ハンドに載せられた前記半導体ワークを第１の位置から第２の位置まで搬送する搬送用ロボットと、当該搬送用ロボットを制御する制御装置を備えた半導体ワーク搬送装置であって、前記搬送用ロボットの前記半導体ワークの搬送に伴って移動すると共に、前記ハンド上に載せられた半導体ワークの位置を検出するセンサを備え、前記制御装置は、前記センサを用いて、前記半導体ワークが前記第２の位置に載置される前の前記半導体ワークの位置と、前記半導体ワークが前記第２の位置に載せられた後、前記半導体ワークが前記センサによる検出範囲内に含まれている状態で前記半導体ワークの位置を検出し、前記第２の位置に載置される前後の前記半導体ワークの位置ずれを求める半導体ワーク搬送装置を提案する。

更に、上記目的を達成するための他の態様として、半導体ワークを支持するハンドと、当該ハンドに載せられた前記半導体ワークを第１の位置から第２の位置まで搬送する搬送用ロボットと、当該搬送用ロボットを制御する制御装置を備えた半導体ワーク搬送装置であって、前記搬送用ロボットの前記半導体ワークの搬送に伴って移動すると共に、前記ハンド上に載せられた半導体ワークの位置を検出するセンサを備え、前記制御装置は、前記センサを用いて、前記第２の位置に載せられた状態であり、前記半導体ワークが前記センサによる検出範囲に含まれている状態であって、且つ前記ハンドに半導体ワークが載せられる前の前記半導体ワークの位置と、前記ハンドに前記半導体ワークが載せられた後の前記半導体ワークの位置を検出し、前記ハンドに前記半導体ワークが載せられる前後の前記半導体ワークの位置ずれを求める半導体ワーク搬送装置を提案する。

上記構成によれば、搬送中に発生する試料の位置ずれの要因を正確に特定することが可能となる。

半導体ワーク搬送装置の概要を示す図。半導体ワーク搬送装置の制御システムの一例を示す図。ハンドからユニットへワークを渡す動作例を示す図。ハンドがユニットからワークを取り出す動作例を示す図。ハンド上に設置された検出センサの一例を示す図。センサ設置例を示す図。ＬＰユニットからワークを受け取り、ＰＡユニットに渡す搬送工程を示すフローチャート。ユニットにワークを渡すときの搬送工程を示すフローチャート。ユニットからワークを取り出すときの搬送工程を示すフローチャート。ハンドとワークの位置関係を示す図。

半導体ワーク搬送装置において、ワークの受け渡し時には、授受する装置間、ユニット間で有無を確認することが望ましい。更に、位置の確認は授受終了後に、別の確認動作を必要とすることが望ましい。これは、半導体ワークの搬送過程において、外的要因による装置間の位置ずれや、搬送途中のずれ、格納容器内ワーク位置のずれ、調整ミス、位置教示ミス等様々な要因により、ワークを受け渡し時に想定していない量のずれが発生する可能性があるからである。搬送過程における所定位置（例えば固定センサの検出位置）では位置ずれがなかったとしても、その後の搬送過程で外的要因による位置ずれが発生した場合、半導体ワークを正確な位置に戻すことはできず、エラー発生要因となる可能性がある。また、このようなエラー発生に起因した装置の復旧作業を行う場合であったとしても、ずれの原因を特定できないと適切な復旧作業を行うことが困難となる。

以下に説明する実施例では、このような、ワーク受け渡しで発生するずれを検出し、エラー発生時の早期解決を図りダウンタイム低減と、より安定稼働する搬送装置について説明する。

以下に説明する実施例では上記目的を達成するために、搬送装置の搬送ロボットにあるワーク保持用のハンド部分に、ハンド上に載ったワーク位置を検出する機構を搭載し、制御コントローラにより検出したワーク位置を保存する機能と、検出した位置のみまたは保持した位置を合わせることでハンド上のずれを検出し、ずれ量から補正もしくは警報を出して安全に停止する特徴を持つ搬送装置を提案する。

上記構成によれば、搬送ロボットによるワーク受け渡しで発生するずれ量を検出することができ、補正して受け渡すことで、ワークを一定の精度で安全に受け渡すことができる。また、検出したずれ量が補正範囲外の場合に、安全な状態で停止し警報を出すことができる。さらに、検出したずれ量の記録を確認することで、エラー発生時の原因特定に使用でき、解決への時間短縮効果が得られる。

以下、図１〜図６を用いて、半導体ワーク搬送装置の具体的な構成を説明する。

半導体ワーク搬送装置１００（以下搬送装置）には、ワーク２０１を複数枚格納できる容器２００を設置する台１０２（以下ＬＰユニット）と、ワークの位置決めをするプリアライメントユニット１０３、ワークを搬送するロボット１０１（以下搬送ロボット）、装置全体を制御するコントローラユニット５０１（以下制御ユニット（制御装置））により構成される。一時的にワークを保持するバッファ位置を備える場合や、その他用途に合わせたユニットを備える場合もある。また、半導体検査処理装置３００（以下処理装置）とワークを受け渡すためのポート位置３０１（以下ＵＰ）を備える。各ユニットや位置（場所）は単数とは限らず、多数備えている場合もある。

搬送ロボット１０１は、ワークを保持するハンド１１１、１２１と、ユニットや一定の位置まで伸縮するアーム１１０、１２０と、水平方向に回転する機構と、昇降動作する機構と、搬送装置内を左右に移動する機構を備える。本説明では、ハンド、アームを２つ装備としたが、単数でも３つ以上であってもよい。また、本説明例にとらわれず、多関節型のロボットを装備してもよく、この場合は装置内を左右に移動する機構を備えない場合がある。

処理装置３００への搬送および搬出は次の様な順で実行される。まず搬送するときは、搬送ロボット１０１がＬＰユニット１０２に設置された格納容器２００からワーク２０１を取り出し、ＰＡユニット１０３に渡す（置く）。ＰＡユニット１０３ではワーク２０１の位置合わせを実行する。搬送ロボット１０１でＰＡユニット１０３からワーク２０１を取り出し、ＵＰ３０１まで移動し処理装置３００へ渡す。

次に搬出では、搬送ロボット１０１がＵＰ３０１から処理装置３００のワーク２０１を取り出し、ＬＰユニット１０２側に旋回した後、格納容器２００の指定段にワーク２０１を格納する。このように搬送ロボット１０１では各ユニットにワーク２０１を搬送するが、受け渡し動作は次の様な昇降動作により実現する。

図３に例示するように、搬送ロボット１０１からワーク２０１を渡す場合、相手ユニット１３０のワーク支持位置（渡す面位置）より上にハンド111を伸ばし侵入し下降する。ワークがユニットに渡った後にハンド１１１を縮める。また、搬送ロボット１０１がユニット１３０からワーク２０１取り出す場合、図４に例示するように相手ユニット１３０が保持するワーク２０１の下面より下の位置にハンド１１１（１２１）を伸ばした上で上昇する。ワーク２０１がハンド１１１（１２１）上に載っていることを確認し、ハンド１１１（１２１）を縮める。
図中では、ユニット１３０のワーク２０１保持は、ハンド１１１（１２１）の内側に位置しているが、ハンド１１１（１２１）の外側で保持している場合も同様の動作で受け渡しが実現できる。

搬送ロボット１０１のウェーハ２０１を載せるハンド１１１（１２１）には、図５に示すようにワーク位置を検出するセンサ４００を搭載する。センサ４００はハンド１１１に取り付けられているため、搬送装置によるハンド１１１の移動に伴って、センサ４００も移動する。説明では６個表現だがワーク２０１を２か所以上測定でき、ハンド上のワーク位置が検出できればセンサの種類・個数は問わない。たとえば、図６の設置例２および設置例３に示すように、高さ方向に幅を加えたセンサ４０１や、面上（２次元）でエッジの形状を読み取れるセンサ４０２を設置し、ワーク位置を求めてもよい。また、複数方式の組み合わせで設置してもよい。

検出したハンド上のワーク位置は、図２に例示する制御ユニット５０１を介し記憶装置５０２に保存する。保存する内容は、位置情報と連動して検出した日時などを組み合わせ、他に記録しているログ情報と連携が取れる形態で記録する。

図７に例示するフローチャートにて、ワークをＬＰユニットの格納容器から取り出しＰＡユニット（第２の位置）まで搬送する動作実施例を示す。搬送動作の前に、格納容器内のワーク有無は確認済みで、指定段にワークがある状態とする。また搬送先にもワークが無い状態から開始する。

まず搬送ロボットはＬＰユニットに設置された格納容器の指定段高さのワークを受け取る位置に移動（Ｓ０１０）する。次にハンドを伸ばし、上昇することによって第１の位置に位置する半導体ワークを支持し、伸ばしたハンドを縮めることによって、ワークを取得（Ｓ０１１）する。上記第１の位置、或いはハンドを縮ませて格納容器から半導体ワークを取り出した後、半導体ワークが位置する第３の位置でハンド上のワーク位置を読み出し、記録する（Ｓ０１２）。フローでは、Ｓ０１１とＳ０１２を別記載しているが、ハンド上のワーク位置読みだしは、Ｓ０１１で縮む前に読みだしても良い。

次に搬送先のＰＡユニット位置（ＰＡユニットに半導体ワークを載置する前の第４の位置）に搬送ロボットを移動・旋回（Ｓ０２０）する。この後、ハンド上のワーク位置を読み出し、記録する（Ｓ０２１）。この時点で、読み出したワークの位置（Ａ）、（Ｂ）を比較する（Ｓ０３０）。

このずれ量がしきい値以上の差がある場合、搬送中に何らかの原因でずれたことを表し、補正できるか判定（Ｓ０４０）し、補正できる場合には、ＰＡユニットの搬送位置に補正量を加え移動する（Ｓ０４１）。ここで、補正できない場合にはずれ量やその他の状態を記録し（Ｓ０４２）、異常を通知しで動作を終了する（Ｓ０４３）。

このずれ量がしきい値以下の場合、もしくは補正可能な場合は、ＰＡユニットにワークを渡す（Ｓ０５０）。上記例では、受け取った直後や渡す直前にワーク位置を検出しているが、常時監視してもよい。たとえば搬送ロボットが旋回するタイミングで監視し、ずれを検知したところで、異常と判断して停止するなどの機能搭載も可能である。

また、説明のユニット間のみでなく、搬送する処理全般に適用することができる。ワーク位置の記録を動作シーケンスに合わせて記録し、読みだして統計処理することで、問題発生時のみならず、予防保全として活用することもできる。例えば、図２に例示する記憶装置５０２に、経時的なずれの変化を記憶しておき、その変化が所定の閾値を超えたときにエラーメッセージを発生するようにしても良い。またずれの方向も併せて記憶させ、時間の経過に従って特定方向へのずれが大きくなっていくような場合は、特定の理由に基づいてずれが発生している可能性があるので、より小さな閾値判定に基づいてエラーメッセージや装置の一時停止処理を行うようにしても良い
上記例では、ワークに対し裏面接触のハンドで説明しているが、一般的には裏面接触に合わせて真空吸着を組み合わせている。説明では、吸着および吸着解除は示してないが、使用を限定するものではなく、使用してもよい。

図８、図９に例示するフローチャートを用いて、受け渡し動作時の実施例を示す。説明では明記していないが、各部位のワーク有無は、別途確認されているものとする。はじめに、図８に例示するフローチャートにより、搬送ロボットからユニットへワークを渡す動作例を示す。

搬送ロボットは、搬送前にワークが載置されていたユニット（第１の位置）からユニットへワークを渡す位置に、昇降動作（Ｓ１１０）する。次に、ワークを保持しているハンドを伸ばし、下降を開始（Ｓ１２０）する。ユニットに渡す手前（第２の位置に載置される前）のワーク位置を読み出し記録（Ｓ１２１）し、さらにハンドからワークが離れた位置（渡した後）でワーク位置（Ｂ）を読み出し記録（Ｓ１２２）する。渡す前のワーク位置（Ａ）は、下降開始前に読み出してもよい。読み出した（Ａ）と（Ｂ）のワーク位置を比較し、しきい値以上ずれているか判定する（Ｓ１３０）。

なお、図３に例示するようなセンサ４００を備えた搬送装置の場合、ユニット１３０に載せられたワーク２０１の位置を、センサ４００で検出する必要があるため、ハンド１１１がワーク２０１に近接した状態でロボットを停止させることによって、センサ４００の検出範囲でワーク位置（Ｂ）を検出する。

このときずれていなければ、下降終了後にハンドを縮め（Ｓ１４０）、渡す動作を終了する。しきい値以上ずれがある場合、渡す側、受け取る側のいずれかに異常が発生しているため、再度ハンドを上昇しワークを受け取り（Ｓ１３１）、ハンド位置を読み出し記録し（Ｓ１３２）、ハンドを縮め（Ｓ１３３）、ずれ量やその他の状態を記録し（Ｓ１３４）、異常を通知しで動作を終了する（Ｓ１３５）。この実施例では、（Ａ）と（Ｂ）でずれを検知した後にハンドでワークを受け取る（Ｓ１３１）処理としたが、ハンドで取り直さずに異常終了としてもよい。また、本実施例においても、経時的変化をモニタし、必要に応じてエラーメッセージを発生するようにしても良い。

続いて、図９に例示するフローチャートにより、搬送ロボットがユニットからワークを取り出す動作例を示す。

搬送ロボットは、ユニットからワークを取り出す位置に、昇降動作（Ｓ２１０）する。次に、ワークを取り出すハンドを伸ばし、上昇を開始（Ｓ２２０）する。取り出す手前（ハンドとワークが接触する前）、ユニットにワークがある状態であって、センサの検出範囲にワークが含まれている状態で、ワーク位置を読み出し記録（Ｓ２２１）し、さらに第１の位置にあるワークがハンドに渡った位置（取り出した位置）でワーク位置を読み出し記録（Ｓ２２２）する。取り出した後のワーク位置（Ｂ）は、上昇終了後に読み出してもよい。

読み出した（Ａ）と（Ｂ）のワーク位置を比較し、しきい値以上ずれているか判定する（Ｓ２３０）。このときずれていなければ、上昇終了後にハンドを縮め（Ｓ２４０）、取り出す動作を終了する。しきい値以上ずれがある場合、渡す側、受け取る側のいずれかに異常が発生しているため、再度ハンドを下降しワークを渡し（Ｓ２３１）、ハンドを縮め（Ｓ２３２）、ずれ量やその他の状態を記録し（Ｓ２３３）、異常を通知しで動作を終了する（Ｓ２３４）。

この実施例では、（Ａ）と（Ｂ）でずれを検知した後にハンドでワークを渡す（Ｓ２３１）処理としたが、ハンドで渡さずに異常終了としてもよい。この後、適正に取り出されたワークは、他のユニット（第２の位置）に搬送される。

上記例では、受け渡しのタイミングでハンドにある時、無い時各一度ずつ読み出しているが、上昇もしくは下降中に定期的に監視し、ずれ検出に使用してもよい。また昇降位置を合わせて記録することで、高さによるずれの状態を監視してもよい。

図１０に受け渡しを行う際のハンド１１１（１２１）とユニット１３０とワーク２０１の関係を示す。ハンド下位置を図１０Ａ、ハンドとユニットのワーク接触面が同位置を図１０Ｂ、ハンド上位置を図１０Ｃに示す。同位置図１０Ｂで、わずかにハンドが低い位置でも、設置例２（図６Ａ）の様にセンサ検出範囲が上下方向にもある場合、ハンド上のワーク位置を検出することができる。

例えば、図９に例示するでハンドでワークを取り出す前にワーク位置を読みだす（Ｓ２２１）場合に、上下方向の位置を検出することで、ワークの反りなどを検出することができる。

また、図８の処理でワークを渡した後の縮む動作（Ｓ１４０）の前に、ハンド上のワーク位置を確認し、ハンド上に何化が載っていないか確認することができ、例えばワークを引きずり出しするような問題を、発生前に検出することができる。

本例で示すような搬送装置では、各ユニットの位置を搬送ロボットに教示作業を通じて登録する。この時、各ユニットの指定位置にワークを設置することで、ハンド上の位置を搬送ロボットで検出することができるため、昇降方向を教示しておくと、接近方向は自動位置決めが可能となる。

１００…半導体ワーク搬送装置（搬送装置）
１０１…搬送ロボット
１０２…ＬＰユニット
１０３…ＰＡユニット
１１０、１２０…伸縮アーム
１１１、１２１…ハンド
１３０…ユニット
２００…格納容器
２０１…ワーク
３００…半導体検査処理装置（処理装置）
３０１…ワーク受け渡し用ポート位置（ＵＰ）
４００、４０１、４０２…検出センサ
５０１…搬送装置を制御するコントローラユニット（制御ユニット）
５０２…記憶装置

Claims

半導体ワークを支持するハンドと、当該ハンドに載せられた前記半導体ワークを第１の位置から第２の位置まで搬送する搬送用ロボットと、当該搬送用ロボットを制御する制御装置を備えた半導体ワーク搬送装置において、
前記搬送用ロボットの前記半導体ワークの搬送に伴って移動すると共に、前記ハンド上に載せられた半導体ワークの位置を検出するセンサを備え、
前記制御装置は、前記センサを用いて、前記半導体ワークが前記第２の位置に載置される前の前記半導体ワークの位置と、前記半導体ワークが前記第２の位置に載せられた後、
前記半導体ワークが前記センサによる検出範囲内に含まれている状態で前記半導体ワークの位置を検出し、前記第２の位置に載置される前後の前記半導体ワークの位置ずれを求めることを特徴とする半導体ワーク搬送装置。
半導体ワークを支持するハンドと、当該ハンドに載せられた前記半導体ワークを第１の位置から第２の位置まで搬送する搬送用ロボットと、当該搬送用ロボットを制御する制御装置を備えた半導体ワーク搬送装置において、
前記搬送用ロボットの前記半導体ワークの搬送に伴って移動すると共に、前記ハンド上に載せられた半導体ワークの位置を検出するセンサを備え、
前記制御装置は、前記センサを用いて、前記第１の位置に載せられた状態であり、前記半導体ワークが前記センサによる検出範囲に含まれている状態であって、且つ前記ハンドに半導体ワークが載せられる前の前記半導体ワークの位置と、前記ハンドに前記半導体ワークが載せられた後の前記半導体ワークの位置を検出し、前記ハンドに前記半導体ワークが載せられる前後の前記半導体ワークの位置ずれを求めることを特徴とする半導体ワーク搬送装置。