JP7037379B2 - 薄板状基板保持装置、及び保持装置を備える搬送ロボット - Google Patents

薄板状基板保持装置、及び保持装置を備える搬送ロボット Download PDF

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Description

本発明は、半導体ウエハや液晶ディスプレイパネル、有機ELディスプレイパネル、太陽電池用パネル等の薄板状基板を搬送する搬送装置内において、薄板状基板を保持した状態で、薄板状基板の被処理面に不活性ガスを供給することで、薄板状基板の表面に残留した物質を除去する薄板状基板保持装置、及びその保持装置を備える搬送ロボットに関するものである。
従来から、半導体ウエハ等の薄板状基板の表面に成膜、エッチングといった様々な処理を行う処理装置と接続して、薄板状基板の移載を行うEFEM(Equipment Front End Module)では、空気中に浮遊する塵埃が薄板状基板に付着するのを防止するため、薄板状基板が曝される装置内部雰囲気を高清浄に保つミニエンバイロメント空間と呼ばれる空間が形成されている。このミニエンバイロメント空間は、EFEMの天井に配置されるFFU(Fan Filter Unit)と側面の壁と空気流通可能な床とで囲まれている空間であり、FFUにより清浄化された空気がミニエンバイロメント空間内に充満することで空間内の雰囲気は清浄化される。また、充満した清浄空気は空気流通可能な床を通過してミニエンバイロメント空間の外へと排出されるので、空間内で発生した塵埃もこの清浄空気の気流とともに空間外に排出される。これによって、工場全体を清浄化するよりも比較的安価な費用で、基板が存在する空間を高い清浄度で維持することができる。
しかし近年、回路線幅の微細化が急速に進行し、従来のミニエンバイロメント方式による高清浄化だけでは対応出来ない問題が現れてきている。特に、処理装置により表面処理されて密閉容器に搬送された薄板状基板の表面が、ミニエンバイロメント空間内の空気に含まれる酸素や水分と反応して、自然酸化膜を形成してしまうという問題がある。自然酸化膜が形成されることで、薄板状基板の表面に形成されるべき回路が十分に形成されず、結果として所望の動作特性を確保できないというトラブルが発生しているのである。また、処理装置で使用される反応ガスに含まれる化学物質が、薄板状基板に付着したままの状態で密閉容器内に運び込まれて、密閉容器内の未処理の薄板状基板を汚染してしまい、次の処理工程に悪影響を及ぼすこととなり、歩留まりの悪化を招いてしまっているのである。
上記問題を解決するために、密閉容器内に入り込んだ空気や汚染物質を不活性ガスの気流で除去し、その後、密閉容器内を不活性ガスで満たすことにより内部に収納された薄板状基板表面の酸化を防止する雰囲気置換装置が考えられてきた。特許文献1では、密閉容器の1つであるFOUP(Front Opening Unified Pod)に載置された半導体ウエハに対して、FOUPに対して進退移動可能に設けられたパージプレートから不活性ガスをFOUP内部に供給するので、半導体ウエハの表面に付着した汚染物質を除去し、且つFOUP内部の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換する装置が開示されている。図1を参照。このパージプレートの内部には、不活性ガスの噴出力を抑制する素子が備えられていて、不活性ガスを層流として供給することが出来る。これにより、FOUP内部に収納された薄板状基板表面に塵埃を付着させること無く半導体ウエハ表面の酸化の進行を防止することは可能になった。しかし、高度に微細化が進んだ現在では、FOUP内に収納された薄板状基板表面の酸化を防止するだけでは不十分で、真空雰囲気の処理装置からFOUP内部へと薄板状基板を搬送する間も酸化を防止することが求められている。
特許文献2はそうした要求に対応するためのものであり、ミニエンバイロメント空間の近傍に流路を備え、ミニエンバイロメント空間内に不活性ガスの下降気流を発生させて、この不活性ガスを流路によって循環させる構成となっている。図2を参照。この構成により、FFUから供給された不活性ガスの下降気流は床面に配置されたガス吸引口から吸引されて、その後、流路を通ってFFUまで上昇移動させられて、再度ミニエンバイロメント空間へと供給される。これにより、ミニエンバイロメント空間全体が不活性ガスで満たされることとなるので、薄板状基板がミニエンバイロメント空間を通過する際にも、薄板状基板が大気雰囲気に曝露されることは無くなった。
特許第5448000号公報 特開2015-146349号公報
しかしながら、特許文献2に開示された構成とすることにより様々な問題が生じている。まず、ミニエンバイロメント空間内を不活性ガスで置換するのに大量の不活性ガスが必要となり、結果として半導体の生産コストが増大してしまう。また、ミニエンバイロメント空間内部で不活性ガスを循環させた場合、不活性ガスのみならず、薄板状基板表面に残留してミニエンバイロメント空間内部に持ち込まれた塵埃や反応ガスの成分も装置内を循環することになるので、この塵埃や残留した反応ガスを除去するために、ケミカルフィルタ等の汚染物質処理手段を新たに設ける必要がある。さらに、このケミカルフィルタは、清浄度を維持するために定期的に交換する必要があり、これもコストを増大させる要因になる。また、ミニエンバイロメント空間内には搬送ロボット等の駆動機構が配置されていて、この駆動機構が発する熱により温められた不活性ガスが循環することで空間内の温度が所定の温度以上に上昇して、電気部品などに動作不良等のトラブルを引き起こす可能性があるので、循環する不活性ガスを冷却する冷却手段を設ける必要がある。さらに、FFUからミニエンバイロメント空間内に供給される不活性ガスのダウンフローは流速が低すぎて、薄板状基板に形成されたパターンの細部に残留した反応ガスの成分を除去することが出来ないといった問題がある。
本発明は、上記問題点に鑑みて為されたものであり、処理の終了した薄板状基板の表面を酸化性雰囲気に晒すことなく搬送することの可能な保持装置、及び保持装置を備える搬送ロボットを安価に提供することを目的としている。
上記目的を達成するために、本発明の請求項1に記載の薄板状基板保持装置は、制御部の制御により、リストブロックを昇降移動させ、平面内で旋回させ、進退移動させることにより、収容容器に収容される薄板状基板を搬送する薄板状基板搬送ロボットであって、
内部に不活性ガスを流通させるための流路が形成され前記リストブロックに固定されたパージプレートと、不活性ガス供給源と前記流路とを連通させる配管部材と、
前記流路と連通し、前記パージプレートの薄板状基板の被処理面に対向する面に設けられる噴出口と、前記パージプレートに対向する位置に配置されて、前記薄板状基板を保持する保持部材と、前記リストブロックに設けられ、前記制御部の制御により前記保持部材を前記パージプレートに対して昇降移動させる第一の昇降機構とを備え、前記保持部材の前記パージプレートに対する離間距離は予め調整して教示されており、前記パージプレートは前記薄板状基板を収納する収納容器に水平状に形成される複数の棚板の上下方向の間隔に進入可能な外形寸法を有し、前記パージプレートは前記薄板状基板と接触しない状態で前記上下方向の間隔に進入させられ、前記薄板状基板搬送ロボットによる前記リストブロックの昇降移動を停止させた状態で、前記教示に従った離間距離になるように前記第一の昇降機構を駆動して、前記保持部材を前記容器内で上昇及び下降移動させることを特徴としている。
上記構成により、薄板状基板保持装置は薄板状基板を保持部材で保持して、パージプレートから、保持した薄板状基板の被処理面に向かって不活性ガスを噴出させることが出来る。これにより、表面処理が終了した薄板状基板の被処理面に残留していた反応ガス成分は不活性ガスの噴出によって除去される。また、不活性ガスの外に向かう気流により、搬送中の薄板状基板とパージプレートとの間に形成される空間に大気が侵入することが無くなるので、自然酸化膜が形成されるというトラブルは解消される。さらに、保持部材が第一の昇降機構により昇降移動するので、薄板状基板の取り置き動作を第一の昇降機構の動作によって行うことが出来る。
また、本発明の請求項2に記載の薄板状基板保持装置は、制御部の制御により、リストブロックを昇降移動させ、平面内で旋回させ、進退移動させることにより、収容容器に収容される薄板状基板を搬送する薄板状基板搬送ロボットであって、内部に不活性ガスを流通させるための流路が形成されたパージプレートと、不活性ガス供給源と前記流路とを連通させる配管部材と、前記流路と連通し、前記パージプレートの薄板状基板の被処理面に対向する面に設けられる噴出口と、前記パージプレートに対向する位置に配置されて、前記リストブロックに固定され、前記薄板状基板を保持する保持部材と、前記リストブロックに設けられ、前記制御部の制御により前記パージプレートを前記保持部材に対して昇降移動させる第二の昇降機構とを備え、前記保持部材の前記パージプレートに対する離間距離は予め調整して教示されており、前記パージプレートは前記薄板伏基板を収納する収納容器に水平状に形成される複数の棚板の上下方向の間隔に進入可能な外形寸法を有し、前記パージプレートは前記薄板状基板と接触しない状態で前記上下方向の間隔に進入させられ、前記薄板状基板搬送ロボットの昇降移動により前記リストブロックを上昇移動させるとともに、前記教示に従った離間距離になるように前記第二の昇降機構を駆動して、前記パージプレートを、前記リストブロックの上昇移動に連動して、前記保持部材の上昇スピードと同じスピードで下降移動させることを特徴とする。上記構成により、パージプレートが第二の昇降機構によって昇降移動するので、昇降機構は複雑な構造の保持部材を昇降移動させる必要が無くなる。これにより、昇降機構を小型軽量化することが出来る。また、保持部材は、薄板状基板を下方から吸着保持する形態としても良いし、薄板状基板の周縁を把持する形態としても良い。
また、本発明の請求項3に記載の薄板状基板保持装置は、制御部の制御により、リストブロックを昇降移動させ、平面内で旋回させ、進退移動させることにより、収容容器に収容される薄板状基板を搬送する薄板状基板搬送ロボットであって、内部に不活性ガスを流通させるための流路が形成されたパージプレートと、不活性ガス供給源と前記流路とを連通させる配管部材と、前記流路と連通し、前記パージプレートの薄板状基板の被処理面に対向する面に設けられる噴出口と、前記パージプレートに対向する位置に配置されて、前記薄板状基板を保持する保持部材と、前記リストブロックに設けられ、前記制御部の制御により前記保持部材と前記パージプレートとを昇降移動させる第三の昇降機構とを備え、前記保持部材の前記パージプレートに対する離間距離は予め調整して教示されており、前記パージプレートは前記薄板状基板を収納する収納容器に水平伏に形成される複数の棚板の上下方向の間隔に進入可能な外形寸法を有し、前記パージプレートは前記薄板状基板と接触しない状態で前記上下方向の間隔に進入させられ、前記教示に従った離間距離になるように前記第三の昇降機構を駆動して、前記保持部材と前記パージプレートが互いに近づく方向、若しくは遠ざかる方向に移動させることを特徴とする。
また、噴出口はパージプレートに複数形成され、その一部は保持部材が配置される位置に対応して配置されることを特徴としている。上記構成により、薄板状基板を保持していない状態の保持部材に向かって不活性ガスを噴出することで、保持部材に付着した塵埃や反応ガスの微粒子等の汚染物質を保持部材から除去することが出来るので、汚染物質の新しい薄板状基板の表面への転写を防止出来る。また、複数の噴出口のうち少なくとも一部の噴射口は、保持されている前記薄板状基板の外側に向かって傾斜して設けることとしてもよい。噴射口を、保持する薄板状基板の中心から外に向かって傾斜させて設けることにより、不活性ガスの流出方向を薄板状基板の外に向かって流出させることで、不活性ガスの外方向への流出が促進され、薄板状基板の被処理面に残留していた汚染物質の除去をより短時間で行うことが出来る。
また、本発明の薄板状基板保持装置は、薄板状基板保持装置を進退移動させる進退機構と、
進退機構を水平面内で旋回させる旋回機構と、進退機構を昇降移動させる昇降機構とを備える薄板状基板搬送ロボットに搭載することも出来る。これにより、薄板状基板の被処理面を不活性ガスで置換しながら所定の位置まで薄板状基板を搬送することが出来る。
また、本発明の薄板状基板搬送装置は、薄板状基板搬送ロボットが配置される搬送空間と、搬送空間を形成する搬送空間形成部材と、搬送空間形成部材に固定され、薄板状基板を収容する密閉容器を所定の位置に載置して密閉容器を開閉する密閉容器開閉装置と、搬送空間形成部材の上部に固定され、搬送空間に清浄な空気をダウンフローとして供給するFFUとを備えることを特徴としている。上記構成とすることで、搬送空間内を不活性ガス雰囲気に維持するような大掛かりな装置を用意しなくても、処理装置と密閉容器との間で、薄板状基板の被処理面を大気に触れさせること無く搬送することが出来る。特に、密閉容器開閉装置を密閉容器の内部を所定の雰囲気に置換することが可能な構成とすることで、薄板状基板の移動する経路を不活性ガス雰囲気に維持することが出来るので、低コストで、薄板状基板の被処理面に自然酸化膜が生成されることを防止することが出来る。
上記説明した本発明によれば、処理の終了した薄板状基板の被処理面を局所的に雰囲気置換した状態で搬送することが出来る。これにより、薄板状基板の搬送される空間全体を雰囲気置換する必要が無くなるので、コストの削減にも寄与することが出来る。
図1は、FOUP内部を雰囲気置換する従来の装置を示す断面図である。 図2は、ミニエンバイロメント空間内を雰囲気置換する従来の装置を示す断面図である。 図3は、処理システムを示す断面図である。 図4は、処理システムを示す斜視図である。 図5は、本発明の一実施形態である搬送ロボット7を示す断面図である。 図6は、FOUP2の概要を示す斜視図である。 図7は、置換機能付きロードポート5´の一例を示す断面図である。 図8は、本発明の一実施形態である保持装置45を示す斜視図である。 図9は、本発明が備える昇降機構48を示す断面図である。 図10は、本発明が備える昇降機構66を示す図である。 図11は、本発明の一実施形態である保持装置45の動作を示す図である。 図12は、本発明の一実施形態である保持装置45の動作を示す図である。 図13は、本発明の他の実施形態である保持装置45´を示す断面図である。 図14は、本発明が備えるパージプレート79、81を示す図である。 図15は、本発明が備えるパージプレート79´、81´を示す図である。 図16は、本発明の一実施形態である保持装置45´´の動作を示す図である。 図17は、本発明の一実施形態である保持装置45´´の動作を示す図である。 図18は、本発明の一実施形態である昇降機構88を示す図である。 図19は、本発明の一実施形態である搬送ロボット7a、7bを示す図である。
以下に本発明の一実施形態である処理システム1について、図面を参照して詳しく説明する。図3は本発明の一実施形態である処理システム1を示す断面図であり、図4はその斜視図である。なお、本実施形態の処理システム1の処理対象である薄板状基板は半導体ウエハWであるが、本発明は、他の薄板状基板を扱う処理システムにおいても十分適用可能である。処理システム1はクリーンルームと呼ばれる、0.5マイクロメートルダストでクラス100程度の比較的清浄な雰囲気と20℃前後の所定の室温に管理された工場内に設置されている。本実施形態の処理システム1は、前の工程から運搬されて来たFOUP2を載置、開扉して、FOUP2内に収納される半導体ウエハWを処理装置3との間で遣り取りするEFEM4と、半導体ウエハWの被処理面(表面)に所定の処理を施す処理装置3とで構成されている。本実施形態のEFEM4は、ロードポート5、置換機能付きロードポート5´、ミニエンバイロメント空間6、半導体ウエハWをミニエンバイロメント空間6内で搬送する搬送ロボット7、ミニエンバイロメント空間6内に清浄な空気のダウンフローを供給するFFU8を備えている。また、本実施形態の処理装置3は、搬送室9と、搬送室9内に配置され真空雰囲気内で半導体ウエハWを搬送する真空搬送ロボット10と、処理室11と、ロードロック室12とを備えている。
処理装置3は真空雰囲気や不活性ガス雰囲気といった所定の環境下で、半導体ウエハWの表面に拡散処理やエッチング処理、熱処理といった所定の処理を施す処理室11と、処理装置3とミニエンバイロメント空間6との間で半導体ウエハWを受渡しするためのロードロック室12と、処理室11とロードロック室12と隣接して配置される搬送室9と、搬送室9に配置され、ロードロック室12と処理室11との間、もしくは処理室11と他の処理室11との間で半導体ウエハWを搬送する真空搬送ロボット10とを備えている。処理室11と搬送室9、およびロードロック室12と搬送室9とは、スリットバルブ13と呼ばれる仕切部材によって気密に閉鎖出来るように構成されている。また、ロードロック室12とミニエンバイロメント空間6とは、ゲートバルブ14と呼ばれる仕切部材によって気密に閉鎖出来るように構成されている。また、処理室11と搬送室9とロードロック室12には、内部の雰囲気を吸引して真空状態にする真空ポンプと、不活性ガスを外部から導入するための配管が接続されている。加えて、処理室11には各種表面処理を行うために使用される反応ガスを供給するための配管が接続されている。
ミニエンバイロメント空間6は半導体ウエハWを搬送するために清浄な雰囲気に維持されている空間であり、フレーム15と外部雰囲気と分離するための壁部材16との搬送空間形成部材により形成されていて、天井部分にはFFU8が配置されている。FFU8には、ミニエンバイロメント空間6に向かって下向きに空気を供給するファン17と、供給された空気の中に存在する微小な塵埃や有機物などの汚染物質を除去する高性能なフィルタ18が備えられている。また、ミニエンバイロメント空間6の床面には、FFU8から供給された清浄な空気がEFEM4の外部へと流出可能な開口が設けられていて、上記の構成により、FFU8によりミニエンバイロメント空間6に供給された清浄な空気は、ミニエンバイロメント空間6内を下向きの層流となって流れていき、床面の開口から装置外部へと流れ出ていく。さらに、本実施形態のEFEM4では、ファン17の回転数と床面に配置されるプレート20によって開口部分の開口率を調整することで、ミニエンバイロメント空間6内部の気圧は外部雰囲気よりも1.5Pa程度陽圧に維持されており、外部からの汚染物質や塵埃の侵入を防止することが可能である。これらの構成により、搬送ロボット7等の駆動機構から発生した塵埃は下向きの層流によって外部へと流出していき、外部からの塵埃の侵入も防止することが出来る。これにより、ミニエンバイロメント空間6内は、常に0.5マイクロメートルダストでクラス1以上の高清浄な雰囲気に維持されている。
搬送ロボット7は、ミニエンバイロメント空間6内に配置されて、FOUP2と処理装置3との間で半導体ウエハWを搬送するものである。図5は本発明の一実施形態である大気搬送ロボット7の概略を示す断面図である。本実施形態の大気搬送ロボット7はスカラ型ロボットであって、塵埃の飛散を防止することが可能なクリーンロボットである。本実施形態の大気搬送ロボット7は、EFEM4の底面に配置されるフレーム15に固定される基台24と、基台24に対して昇降及び回動可能な胴体部25とで構成されている。基台24には胴体部25を昇降移動させる昇降機構が備えられていて、胴体部25は、この昇降機構が備える移動子にブラケット19を介して支持されている。昇降機構は、胴体部25を鉛直方向に案内する案内部材と、胴体部25に固定された移動子をネジ軸の回転により昇降移動させるボールネジ機構と、ボールネジ機構を駆動するモータM1とを備えている。
胴体部25は、第1アーム26の基端部に一体的に形成されている胴体フレーム27と、胴体フレーム27に固定された胴体カバー28とで構成される。第1アーム26の先端部には、第2アーム29が軸受けを介して水平面内を回動可能に連結されていて、この第1アーム26と第2アーム29とでアーム体22を構成している。また、胴体フレーム27は、ブラケット19に軸受けを介して回動可能に取り付けられていて、ブラケット19に備えられたモータM2によって水平面内を回動する。これにより、胴体フレーム27と一体化した第1アーム26も、胴体フレーム27とともに水平面内を回動する。
第1アーム26(胴体フレーム27)の先端部には第2アーム29の基端部が軸受けを介して回動可能に支持されている。また、第2アーム29の先端部には、本発明の一実施形態である保持装置45のリストブロック21が軸受けを介して回動可能に連結されている。第1アーム26(胴体フレーム27)は内部が中空の箱状の筐体となっていて、第2アーム29を駆動するモータM3と、モータM3からの駆動力を伝達するプーリやベルトといった伝達機構が配置されている。これにより、モータM3が作動することで、第2アーム29は水平面内を回動する。また、第2アーム29も内部が中空の箱状の筐体となっていて、内部には保持装置45を駆動するモータM4と、モータM4からの駆動力を伝達するプーリやベルトといった伝達機構が配置されている。これにより、モータM4が作動することで、保持装置45は水平面内を回動する。なお、保持装置45を駆動するモータM4と、モータM4の駆動力を伝達するプーリやベルトといった伝達機構を含めた構成を、ここではリスト駆動機構と称する。
上記構成により、第1アーム26と第2アーム29とが互いに連動して反対方向に回動することにより、アーム体22は屈伸動作することとなり、アーム体22の先端に配置されている保持装置45は進退移動する。この第1アーム26を駆動するモータM2と第2アーム29を駆動するモータM3と、各モータの駆動力を伝達するプーリやベルトといった伝達機構を含めた構成を、ここではアーム体駆動機構と称する。また、保持装置45は、モータM4が作動して第2アーム29の回動方向とは反対の方向に回動することにより、一定の方向を向く姿勢を維持することが可能になる。なお、これら箱状の筐体の各開口部は蓋により密閉されていて、プーリやベルト等の駆動機構の動作により発生した塵埃が外部へと飛散しない構造となっている。
胴体部25の側面に取り付けられている胴体カバー28の内側には、所定の隙間をあけて、基台24に配置された駆動部や電子部品を覆う基台カバー23が取り付けられている。胴体カバー28は、胴体部25が最も高い位置まで上昇した状態であっても、下端が基台カバー23の上端よりも下方に位置するように形成されていて、胴体部25や、基台24に配置されるモータM1やベルト、プーリといった機構から発生する塵埃が大気搬送ロボット7の外部に飛散することを防止している。また、本実施形態の搬送ロボット7には、不図示の不活性ガス供給源から敷設される配管を接続する継手40aと、継手40aから保持装置45へと不活性ガスを供給するチューブ部材44とが配置されている。また、チューブ部材44の途中には、不活性ガスに含まれる塵埃や不純物を除去するフィルタ40bが備えられている。なお、フィルタ40b以外にも、不活性ガスの温度を調節するための温調機器や不活性ガスを除電するイオナイザを備えることも出来る。
さらに、本実施形態の搬送ロボット7は、ホストPCとの間で信号を送受信して、予め教示されて記憶している位置データとスピードデータに則って各駆動部の動作を制御する制御部30と接続されている。図3、4を参照。制御部30は駆動部の動作制御に加え、不活性ガスの供給と遮断を切換える電磁弁55aの制御や、温調機器、イオナイザの制御等搬送ロボット7に備えられる電装部品から送信される信号を受信して、適切な状態に維持する制御も行っている。なお、本実施形態の搬送ロボット7が備えるフィルタ40bは、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)製であり、不活性ガス中に含まれる0.01マイクロメートルの塵埃の99%以上を濾過することが出来るものである。また、フィルタ40bは、搬送ロボット7の本体に限らず、リストブロック21内に配置することも可能である。さらに、本実施形態の搬送ロボット7は、何らかのトラブルで供給源からの不活性ガスの供給が停止しても、不活性ガスを供給することが可能な容量を有する蓄圧器を備える構成としてもよい。蓄圧器には、少なくとも搬送ロボット7の搬送動作が終了するまでの間、不活性ガスを供給できる容量があればよい。
次に、密閉可能な容器の一例であるFOUP2について図6を参照して説明する。図6はFOUP2を示す斜視図である。FOUP2は、内部を高清浄な雰囲気に維持することで、被収納物である半導体ウエハWを低清浄な外部雰囲気から隔絶し、クリーンルーム内に配置される各処理システム1の間で半導体ウエハWの搬送を行うための密閉可能な容器である。FOUP2は、内部に半導体ウエハWを収納する箱状の容器であるキャリア31と、キャリア31に設けられている開放面を気密に閉鎖する蓋32とで構成されている。また、キャリア31の内側の壁には、半導体ウエハWを水平な状態で載置するための棚板33が鉛直方向に所定の間隔をあけて複数形成されている。半導体ウエハWは、各棚板33の上に、被処理面を上に向けた状態で載置される。蓋32にはロック機構が備えられていて、キャリア31の開口部周縁に形成された係合のための孔34に対してロック部材35を出没移動させることで、蓋32とキャリア31との係合と解除を行うことが出来る。なお、ロック機構は蓋32部材に備えられるラッチキー36と連結されていて、ラッチキー36を時計回りもしくは反時計回りに回転させることで、ロック部材35を出没移動させることが出来る。これにより、ラッチキー36を所定の方向に回転させることで、キャリア31と蓋32とをロック状態とアンロック状態に切り替えることが出来る。このラッチキー36の回転は、手動もしくは後で説明するロードポート5の蓋開閉機構43によって行われる。
蓋32のキャリア31に対向する面には、キャリア31内に収納された半導体ウエハWの縁部を水平方向に押さえつけることで、FOUP2の搬送中に半導体ウエハWの動きを規制するリテーナ37と呼ばれる部材が備えられている。また、キャリア31の底面には、FOUP2内部に雰囲気を吸引する吸気ポート38と、FOUP2内部に不活性ガスを供給する供給ポート39が備えられている。吸気ポート38と供給ポート39は、ロードポート5に備えられている吸気ノズル38´と供給ノズル39´にそれぞれ接続されることで、FOUP2内部の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換することが可能な構成となっている。なお、FOUP2のキャリア31に形成される棚板33の上下方向のピッチは、半導体製造装置・材料分野の国際規格であるSEMI(Semiconducor Equipment and Materials International)規格によって規定されていて、直径300mmの半導体ウエハWを収納するFOUP2の場合、棚板33のピッチは10mmと規定されている。これに、同じくSEMIで規定される棚板33の厚み約1mmと半導体ウエハWの厚み約0.8mmを減算すると本発明の保持装置のパージプレート46や保持部材がアクセスな上下方向の寸法は約8mmと想定される。
次に、本実施形態のEFEM4が備える公知のロードポート5と置換機能を備えるロードポート5´について説明する。図7は置換機能付きロードポート5´の一例を示す断面図である。ロードポート5は、ミニエンバイロメント空間6を形成するフレーム15に固定されており、前の工程から運ばれてきたFOUP2を載置して、FOUP2内部を閉鎖する蓋32をキャリア31から分離するための装置である。ロードポート5は、位置決め機構によってFOUP2を所定の位置に載置するステージ41と、FOUP2の蓋32と一体化するFIMSドア42と、FIMSドア42に設けられて蓋32に備えられるラッチキー36を回転させる蓋開閉機構43とが備えられている。また、ステージ41とFIMSドア42にはそれぞれ不図示の駆動機構が備えられていて、ステージ41とFIMSドア42を所定の方向に移動させることが出来る。
FOUP2がステージ41上に運ばれて来ると、ロードポート5はステージ41をFIMSドア42に向かって前進させて、蓋32をFIMSドア42に当接させる。次にロードポート5は、蓋開閉機構43を動作させて、蓋32に備えられるラッチキー36を、ロック部材35がアンロック状態になるまで回転させた後、ステージ41もしくはFIMSドア42を移動させて、蓋32とキャリア31とを分離させる。その後ロードポート5は、搬送ロボット7のウエハアクセス動作に干渉しない位置まで、蓋32と一体化したFIMSドア42を下降させて、キャリア31を載置したステージ41を、搬送ロボット7が半導体ウエハWにアクセス可能な位置まで前進移動させる。なお、処理済みの半導体ウエハWのキャリア31への搬送が終了すると、ロードポート5は、ステージ41とFIMSドア42とを動作させて、キャリア31の開口部を蓋32で気密に閉鎖する。
次に、上述した一般的なロードポート5の機能に加えて、FOUP2内部に不活性ガスを供給することでFOUP2内部を不活性ガス雰囲気に置換する機能を備えるロードポート5´について説明する。本実施形態のEFEM4は、この置換機能付きロードポート5´を少なくとも一つ備えている。本実施形態が備える置換機能付きロードポート5´は、一般的なロードポート5が備える構成に加えて、吸気ノズル38´と供給ノズル39´を備えている。吸気ノズル38´は、不図示の吸引ポンプと接続されていて、FOUP2の吸気ポート38を介してFOUP2の内部雰囲気を吸引するものである。また、供給ノズル39´は、不図示の不活性ガス源と接続されていて、FOUP2の供給ノズル39を介してFOUP2内部に不活性ガスを充満させるものである。また、ステージ41内には吸気ノズル38´と供給ノズル39´をそれぞれ昇降移動させる昇降手段が備えられていて、雰囲気置換が必要な時には、吸気ノズル38´と供給ノズル39´とを上昇移動させて各ポート38、39に接続させて、雰囲気置換が不要な時は吸気ノズル38´と供給ノズル39´とを下降移動させる構成になっている。
また、吸気ノズル38´、供給ノズル39´を備える以外に、FOUP2の開扉後に、キャリア31の開放面に対向する位置まで上昇移動して、キャリア31内部に不活性ガスを充満させるパージプレートを備えるものもある。このパージプレートは、キャリアの開放面に対向する位置に噴出口が設けられている箱状の部材であり、不図示の不活性ガス供給源と接続されている。また、不図示の昇降機構に支持されていて、搬送ロボット7がキャリア31にアクセスしていない時に上昇移動してキャリア31内に不活性ガスを供給するように構成されている。また、搬送ロボット7がキャリア31内にアクセスするときには不活性ガスの供給を停止して、搬送ロボット7の動作に干渉しない位置まで下降移動するように構成されている。処理が終わった半導体ウエハWが収納されているFOUP2の内部雰囲気を、これらの置換機能付きロードポート5´によって不活性ガス雰囲気にすることで、半導体ウエハWの被処理面の自然酸化を防止することが出来る。なお、置換機能付きロードポート5´の他の実施形態として、例えば、キャリア31の開口部付近に不活性ガスを噴射するノズルを配置するものなどが存在するが、本発明のEFEM4に搭載される置換機能付きロードポート5´は上述した実施形態に限定されることはなく、FOUP2内部の雰囲気を不活性ガス雰囲気に置換できるものであれば、どのような形態のものであってもよい。
次に、本発明の一実施形態であるパージ機能付き保持装置45について説明する。図8は本発明の第一の実施形態である保持装置45を示す図であり、図8(a)は保持装置45を上面から見た図で、図8(b)は側面から見た断面図である。本実施形態の保持装置45は、第2アーム29の先端部に回転可能に固定されるリストブロック21と、半導体ウエハWの被処理面に向かって不活性ガスを噴出させるパージプレート46と、半導体ウエハWを保持する保持部材47と、この保持部材47を昇降移動させる昇降機構48とを備えている。本実施形態のパージプレート46は、保持対象である半導体ウエハWの直径と略同一の直径を有する円盤状に形成されているパージ部49と、パージ部49と接続し、リストブロック21に固定される基部50とで構成される。パージ部49には、保持している半導体ウエハWの被処理面に不活性ガスを吹き付けるための噴出口51が所定の位置に複数設けられている。パージ部49は、FFU8から供給されるクリーンエアのダウンフローを遮断しながら半導体ウエハWの被処理面の全体に不活性ガスを供給し、且つ、FOUP2に挿入する際にFOUP2等の収納容器の壁面に衝突することを回避するために、半導体ウエハWの直径と略同一の直径としている。
本実施形態のパージプレート46は、不活性ガスの流路52が形成されている上部材46aと不活性ガスを噴出させるための複数の貫通孔(噴出口)51が形成されている下部材46bとの2つの部材から構成される。下部材46bに設けられている貫通孔(噴出口)51は、上部材46aと下部材46bを貼り合せた際に流路52と連通する位置に設けられていて、流路52内に供給された不活性ガスは、貫通孔51から半導体ウエハWの被処理面に向かって供給される。また、上部材46aの上面の流路52と連通する位置には継手部材54が取り付けられていて、不活性ガスを流通させるチューブ部材44が電磁弁55aを経由して継手部材54に接続される。チューブ部材44の基端部は継手40aを介して不図示の不活性ガス供給源に接続されている。電磁弁55aは制御部30から送信される制御信号によって弁の開閉を行うように構成されており、制御部30からの信号により、パージプレート46から供給される不活性ガスの供給と停止を制御される。なお、本実施形態のパージプレート46の材質は、陽極酸化処理されたアルミニウムを使用しているが、本発明はこれに限定されることは無く、例えばセラミックやカーボン、エンジニアリングプラスチック等といった材料を用いることも十分可能である。
また、本発明のパージプレート46は上記形状に限定されることは無く、被保持基板の直径よりも小さく形成したり、ウエハ収納容器やウエハ載置装置の壁等に衝突しない程度に、被保持基板の直径よりも大きく形成したりすることも可能である。また、円盤状に限らず正方形や長方形、六角形といった形状にすることも可能である。
本実施形態の保持装置45が備える保持部材47は、先端部が二股に分かれた略Y字状に成形されていて、この二股に分かれたそれぞれの先端部分には、半導体ウエハWを真空吸着するための吸着孔56が形成されている。吸着孔56は、保持部材47の内部に形成された真空流路57と搬送ロボット7に備えられる真空配管とを介して真空ポンプと連通している。また、真空配管には電磁弁55bが備えられていて、電磁弁55bは制御部30から送信される制御信号によって弁の開閉を行う。
また、本実施形態の保持部材47の基端部は、保持部材47を昇降移動させる昇降機構48の昇降部材58に固定されている。図9は本実施形態の昇降機構48を示す断面図である。本実施形態の昇降機構48はリストブロック21の底板上に互いに平行になるように立設された2本のリニアシャフト59と、リニアシャフト59が案内する面内を、直動軸受60を介して移動可能に取り付けられた昇降部材58と、リニアシャフト59と平行になるように配置されて昇降部材58と螺合する送りねじ61と、送りねじ61の基端部に駆動シャフトが接続されていて、この駆動シャフトを回転させることによって送りねじ61を回転させて昇降部材58を昇降移動させるモータM5とを備えている。さらに、リストブロック21には、略L字状の支持部材62が固定されている。支持部材62のリストブロック21に対して平行に配置される面には、2本のリニアシャフト59の上端とモータM5本体が固定されている。また、支持部材62のリストブロック21に対して垂直に配置される面には、昇降部材58の上昇位置と下降位置とを検出するためのリミットセンサ63a、63bが取り付けられている。リミットセンサ63a、63bは投光部から投射された光を受光部が検知する透過光式のセンサであり、昇降部材58に取り付けられたセンサドグ64が昇降部材58の昇降移動に伴って光を遮断することで、昇降部材58がリミット位置に到達したことを検知する。
モータM5とリミットセンサ63a、63bは制御部30にケーブルを介して電気的に接続されている。制御部30はモータM5に所定の動作信号を送信することで昇降部材58を昇降移動させる。そして、昇降部材58のセンサドグ64がリミットセンサ63a、63bの光軸を遮光したことを検出することで昇降部材58がリミット位置に到達したことを検知してモータM5の動作を停止させる。なお、本実施形態の昇降機構48が備えるモータM5は駆動シャフトの回転角度制御可能なステッピングモータであり、制御部30は昇降部材58を所定の位置まで高い精度で移動させることが出来る構成となっている。上記構成により、制御部30はモータM5を作動させて、昇降部材58と昇降部材58に固定された保持部材47を所定の高さ位置まで移動させることが出来る。
本実施形態の昇降機構48では、モータM5を作動させることでリニアシャフト59を回転させて、リニアシャフト59と螺合している昇降部材58を昇降移動させることで保持部材47を昇降移動させる形態としていたが、保持部材47を昇降させる機構を他の形態とするも可能である。図10は保持部材47を昇降移動させる他の実施形態である昇降機構66を示す断面図である。本実施形態の昇降機構66はリストブロック21の底板上に互いに平行になるように立設された2本のリニアシャフト59と、リニアシャフト59が案内する面内を、保持部材47の基端部が固定され、直動軸受60を介して移動可能に取り付けられた昇降部材58´と、昇降部材58´を図面視して下方向に付勢する付勢部材67と、回転動作することにより昇降部材58´の鉛直方向の位置を変位させるカム部材68と、カム部材68を回転動作させるモータM6を備えている。さらに、リストブロック21には、略L字状の支持部材69が固定されていて、支持部材69のリストブロック21の底板に対して平行に配置される面69aには、2本のリニアシャフト59の上端が固定されている。また、昇降機構48と同様に、支持部材69のリストブロック21の底面に対して垂直に配置される面には、昇降部材58の上昇位置と下降位置とを検出するためのリミットセンサ63a、63bが取り付けられている。リミットセンサ63a、63bは投光部から投射された光を受光部で検出する透過光式のセンサであり、昇降部材58´に取り付けられたセンサドグ64が昇降部材58の昇降移動に伴って光軸を遮断することで、昇降部材58がリミット位置に到達したことを検出する。
本実施形態の昇降機構66が備えるカム部材68は、リストブロック21の底板に対して平行であり、且つ、互いに平行になるように配置される二本のカムシャフト70の両端に、全てのカム部材68が同じ回転位置になるように固定されている。カムシャフト70は不図示の軸受を介してリストブロック21の底板に回転自在に軸受けされている。また、二本のカムシャフト70の一端には、それぞれ同じ直径のプーリが同軸状に固定されている。さらに、これらの各プーリとモータM6の駆動シャフト53に固定されたプーリとは、それぞれタイミングベルト71が掛け渡されていて、この構成により、モータM6の駆動シャフト53が回転することにより、二本のカムシャフト70はモータM6の回転方向と同一の方向に回転する。また、この二本のカムシャフト70に固定されている全てのカム部材68も、モータM6の回転方向と同一の方向に回転する。本実施形態の昇降機構66が備える4つのカム部材68は略卵型の板カムであり、回転することで従節である昇降部材58´が昇降動作を行う。また、昇降部材58´は付勢部材67によって下方に付勢されていて、この付勢部材67によって昇降部材58´はカム部材68の回転によるリフト量の変化に正確に追従することが可能になる。
図10(a)はカム部材68が第一の回転位置にある時の昇降部材58の位置を示す図である。第一の回転位置はカム部材68の回転中心軸Cから最も近い周縁部に昇降部材58が支持されている状態であり、この時、昇降部材58はリストブロック21に対して最も下降した位置にある。また、この時、昇降部材58´に固定されたセンサドグ64がリミットセンサ63bの光軸を遮光する位置にあり、制御部30は昇降部材58´と昇降部材58´に固定される保持部材47が最も下降した位置にあることを認識することが出来る。図10(b)は、モータM6が作動して図10(a)の状態から駆動シャフト53を反時計回りに90度回転させた状態を示す図である。この時のカム部材68の回転位置は第二の回転位置であり、カム部材68の回転中心軸Cから最も遠い周縁部に昇降部材58が支持されている状態であり、この時、昇降部材58はリストブロック21に対して最も上昇降した位置にある。この時、センサドグ64はリミットセンサ63aの光軸を遮光する位置にあり、制御部30は昇降部材58と昇降部材58に固定される保持部材47が最も上昇した位置にあることを認識することが出来る。
本実施形態の昇降機構66が備えるモータM6は角度制御が容易なステッピングモータであり、制御部30は、カム部材68のリフト量の範囲内で、昇降部材58´と昇降部材58に固定される保持部材47とを所望の上昇位置と下降位置まで移動させることが出来る。なお、本発明の保持装置は、上記した送りねじ61やカム部材68を使用した昇降機構以外にも、例えばエアシリンダや電磁アクチュエータといった公知の機構を利用した昇降機構を備えることも十分可能である。
次に、本実施形態のリストブロック21について説明する。リストブロック21は、パージプレート46と昇降機構48とを支持する部材であり、本実施形態のパージプレート46と昇降機構48とは、リストブロック21にネジによって固定されている。本実施形態のリストブロック21はアルミニウム製の箱状の部材であり、基端部が搬送ロボット7のアーム体22の先端に連結されている。リストブロック21の内部には、パージプレート46への不活性ガスの供給と閉鎖を制御する電磁弁55aと、保持部材47への真空ラインの開閉を行う電磁弁55bとが備えられている。本実施形態のリストブロック21が備える電磁弁55a、55bは公知の電磁弁であり、搬送ロボット7内に備えられている制御部30から送信される電気信号によって、電磁弁55a、55bの内部に形成された流路を遮断したり開放したりするものである。なお、本実施形態の搬送ロボット7では、電磁弁55a、55bをリストブロック21内に備えるように構成されているが、本発明はこれに限定されることはなく、搬送ロボット7の本体内部やアーム体22の内部に備えるようにしてもよい。
本実施形態の保持装置45は、保持部材47によって半導体ウエハWの裏面を吸着することで保持して、保持部材47の上方に配置されるパージプレート46から半導体ウエハWの表面である被処理面に向かって不活性ガスを噴出させることが出来る。パージプレート46から半導体ウエハWに向かって噴出された不活性ガスは、パージプレート46と半導体ウエハWとに挟まれた空間65内に充満して、この空間に残留している大気とともに空間65外へと流出していく。そして、不活性ガスを継続して供給することで、空間65内に残留していた大気と半導体ウエハWの回路パターン上に残留していた反応ガス成分は、不活性ガスとともに空間65の外部へと排出されて、それによって、空間65内は不活性ガス雰囲気に置換される。また、空間65内に供給される不活性ガスは、順次保持装置45と薄板状基板Wとの間の隙間から空間外部に流出しているので、この外部へ流出している不活性ガスの流れがシールドの役割を果たし、薄板状基板Wの上側の面である被処理面へ大気が侵入することを防止する。これにより、空間65は常に不活性ガス雰囲気に維持されるので、薄板状基板Wの被処理面に自然酸化膜が生成されることを防止できる。図8(b)を参照。
次に、本実施形態の保持装置45が、半導体ウエハWを保持して半導体ウエハWの被処理面に向かって不活性ガスを噴出させる動作について、FOUP2のキャリア31に収納されている半導体ウエハW´を搬出する際の動作を一例として説明する。なお、搬送ロボット7と保持装置45の各動作位置は、作業者によって適正な位置に予め教示されている。前の工程での処理が終了した半導体ウエハW´は、FOUP2の内部に収納された状態でロードポート5´まで搬送される。FOUP2が搬送されると、ロードポート5´はFOUP2の内部に不活性ガスを充満させる。次に、上位コンピュータによってFOUP2に収納された半導体ウエハW´の搬送指令を受信すると、ロードポート2はFOUP2の蓋32をキャリア31から分離させ、蓋32を下降移動させた後、キャリア31を搬送ロボット7がアクセス可能な位置まで移動させる。次に、制御部30は搬送ロボット7の各駆動機構を動作させて、保持装置45を所定の位置まで移動させた後、アーム体を動作させて、保持装置45をキャリア31の内部であって半導体ウエハW´を保持可能な位置に前進移動させる。
図11(a)は、保持装置45が半導体ウエハW´を保持するためにキャリア31の内部まで前進した状態を示す断面図である。保持対象の半導体ウエハW´は、キャリア31の内部に形成された棚板33´上に水平な状態で載置されている。保持装置45がキャリア31の内部に前進移動する場合、パージプレート46が所定の間隔を空けて目的の半導体ウエハW´の上方に位置するように、また、保持部材47が所定の間隔を空けて目的の半導体ウエハW´の下方に位置するように予め教示された位置まで移動する。この時、保持部材47は、可動範囲内の比較的下方である第一の位置に留まっている。保持装置45が半導体ウエハW´に対する所定の位置まで移動すると、次に制御部30は、モータM5を作動させて保持部材47を所定の第二の位置まで上昇させ、さらに電磁弁55aを作動させて、半導体ウエハW´の被処理面に向かって不活性ガスの供給を開始する。図11(b)を参照。保持部材47の上昇位置は、棚板33´に支持されていた半導体ウエハW´を棚板33´に代わって保持部材47が支持する位置であり、保持部材47が後退移動する際に、半導体ウエハW´が棚板33´に接触することが無い位置である。さらに、半導体ウエハW´の上面がパージプレート46に接触することなく、パージプレート46とは所定の間隔を空けて保持部材47に支持される位置である。
保持部材47の上昇移動が終了すると、制御部30は電磁弁55bを作動させて、半導体ウエハW´を保持部材47に吸着保持させる。この時、制御部30は真空ラインに設けられた不図示の圧力センサの値から、半導体ウエハW´の保持が正常に行われているか否かを判断する。半導体ウエハW´の保持が正常に行われていると判断すると、制御部30はアーム体を動作させて保持部材47をキャリア31から後退移動させ、搬送ロボット7の各駆動機構を動作させて、半導体ウエハW´を目的の位置まで搬送する。図11(c)を参照。保持装置45のキャリア31からの後退移動が終了したら、ロードポート5´はFOUP2の蓋32と閉めて、内部に不活性ガスの供給を再開する。この半導体ウエハW´の搬送中、不活性ガスがパージプレート46から供給され続けることで、EFEM4内部に充満した大気が半導体ウエハW´の被処理面に到達することを防止しており、半導体ウエハW´の被処理面への自然酸化膜の生成は防止される。
また、保持部材47を上昇移動させる際、搬送ロボット7の昇降機構は停止したままであり、上昇動作を行わない。これにより、アーム体22に取り付けられている保持装置45や、保持装置45に固定されているパージプレート46も上昇移動を行うことはなく、キャリア31の内部に進入した時の位置を維持している。これにより、パージプレート46を半導体ウエハWの直径と同様の直径としたとしても、キャリア31の内部に形成された棚板33と衝突することが無い。また、昇降移動分の隙間を考慮する必要が無くなるので、パージプレート46の厚み寸法を各棚板33の間隔に接触しない程度まで厚くすることが可能であり、これにより、パージプレート46の強度を高くすることが出来る。また、厚み寸法を大きくすることにより不活性ガスの流路52を拡大することが出来るので、大量の不活性ガスを半導体ウエハWの被処理面に供給することが可能になる。
なお、不活性ガスの噴出を開始するタイミングは、保持部材47が半導体ウエハW´を持ち上げるよりも前の時点、すなわち、保持装置45がFOUP2の内部に進入する時点から開始しても良い。また、保持部材47が半導体ウエハW´を保持する際の半導体ウエハW´とパージプレート46との間隔は、搬送ロボット7の動作の各駆動部の動作による振動の影響で半導体ウエハW´が上下方向に振動しても半導体ウエハW´がパージプレート46と接触しない間隔とすることが望ましい。
次に、本実施形態の保持部材45が、保持している半導体ウエハW´をキャリア31の棚板33´に載置する際の動作について説明する。保持部材47が保持している半導体ウエハW´をキャリア31に載置する動作は、前述した半導体ウエハW´を搬出する動作とは凡そ逆の手順で行われる。なお、保持装置45が半導体ウエハW´をキャリア31の棚板33´に載置する時、保持部材47は前述した第二の位置まで移動させておくこととする。まず、制御部30が搬送ロボット7の各駆動機構を動作させて、パージプレート46と保持部材47とをキャリア31内部の予め教示された所定の位置まで移動させる。図12(a)を参照。なお、所定の位置とは、パージプレート46と保持部材47が半導体ウエハW´を載置する棚板33´に対して所定の間隔を空けた上方、且つ、棚板33´の真上に位置する棚板33に対して所定の間隔を空けた下方のことである。また、パージプレート46から半導体ウエハW´の被処理面に向けて不活性ガスが供給されている。
次に制御部30は、電磁弁55bを作動させて真空圧による半導体ウエハW´の吸着を解除する。その後制御部30は、モータM5を作動させて保持部材47を所定の第一の位置まで下降させる。図12(b)を参照。この保持部材47の下降動作によって、保持部材47に支持されていた半導体ウエハW´は保持部材47から棚板33´へと受け渡される。なお、この動作が行われる間、搬送ロボット7の昇降機構は停止したままなので、パージプレート46は、棚板33´とその真上の棚板33との間の位置に留まっている。保持部材47の下降移動が終了すると、制御部30はアーム体を動作させて保持部材47をキャリア31から後退移動させ、電磁弁55aを作動させて不活性ガスの供給を停止する。次に制御部30搬送ロボット7の各駆動機構を動作させて、半導体ウエハW´を所定の待機位置まで移動させる。図12(c)を参照。
次に、本発明の他の実施形態であるクランプ式の保持部材を備える保持装置45´について説明する。図13は本実施形態の保持装置45´を示す図であり、図13(a)は保持装置45´を上面から見た図で、図13(b)は側面から見た断面図である。保持装置45´が備える保持部材72は半導体ウエハWの周縁部を把持する部材であり、基端部は昇降部材58に固定されている。保持部材72は、保持部材本体72aと、保持部材本体72aの先端部に固定される当接部材72bと、半導体ウエハWに対して進退移動することで半導体ウエハWの把持と解除を行うクランプ部材72cと、このクランプ部材72cを進退移動させる進退機構73とを備えている。進退機構73はクランプ部材72cの基端部が固定される進退プレート74と、進退プレート74を、半導体ウエハWを把持する方向に付勢する付勢部材75と、進退プレート74を半導体ウエハWから離れる方向に移動させるエアシリンダ76とを備えている。本実施形態の付勢部材75は圧縮バネであり、一端が昇降部材58´に固定され、もう一端が進退プレート74に固定されている。なお、図13(a)では、図が煩雑になることを避けるために、パージプレート46に形成される流路52は省略している。
エアシリンダ76と圧縮空気の供給源とはチューブを介して連通していて、途中に圧縮空気の供給と遮断の切換えを行う電磁弁55cが備えられている。電磁弁55cは、制御部30と電気的に接続されていて、制御部30は、電磁弁55cのオン・オフを切り替えることで、エアシリンダ76のピストンロッドの進退動作を制御する。電磁弁55cをオンしてエアシリンダ76の圧縮空気を供給することでエアシリンダ76のピストンロッドが伸長して、進退プレート74を半導体ウエハWから離れる方向に移動させる。このピストンロッドの伸長動作によりクランプ部材72cの半導体ウエハWの把持は解除される。また、制御部30が電磁弁をオフすることでエアシリンダ76への圧縮空気の供給は停止され、ピストンロッドは収縮動作を行う。このピストンロッドが収縮動作することにより進退プレート74は、付勢部材75によって半導体ウエハWを把持する方向に付勢され、半導体ウエハWが当接部材72bとクランプ部材72cによって把持される。
本実施形態の保持部材72では、V字状の切欠きを有する当接部材72bとクランプ部材72cとで半導体ウエハWの周縁を挟むように保持するので、半導体ウエハWの被処理面であるウエハ表面やウエハ裏面に接触することなく保持することが出来る。これにより、ウエハ裏面に付着している反応ガスの微粒子や塵埃を他の半導体ウエハWの裏面に転写してしまうトラブルを防止することが出来る。また、二つの当接部材72bは保持部材本体72aの先端部に距離をあけて固定されていて、クランプ部材72cがこの当接部材72bに向かって半導体ウエハWを押し付ける方向に前進移動することで半導体ウエハWを保持するので、半導体ウエハWは保持部材72に対して常に同じ位置に位置決めされる。また、当接部材72bとクランプ部材72cのV字状の切欠きの角度を大きくすることで、熱処理等により反ってしまった半導体ウエハWであっても、正常に把持することが出来る。なお、当接部材72bとクランプ部材72cの材料は、半導体ウエハWの周縁部と当接する部材であるので、当接の際に微小な塵埃の発生の少ないPEEK(ポリエーテルエーテルケトン)材や超高分子ポリエチレン、耐摩耗性ポリエステルといった耐摩耗性の高い硬質合成樹脂材が用いられることが好ましい。また、上記した保持部材47、72以外に、例えば、半導体ウエハWの直径に対応した窪みを設けて、この窪みに半導体ウエハWを落とし込むことで半導体ウエハWを保持する形態の保持部材や、所謂ベルヌーイチャックを使用して半導体ウエハWの底面を保持する保持部材等の公知の保持部材も本発明では使用可能である。
次に、パージプレート46に形成される不活性ガスの噴出口51と流路52に関する他の実施形態について説明する。噴出口51は、半導体ウエハWの被処理面に残留している反応ガスの粒子や大気中の水分子を不活性ガスの流れで半導体ウエハWの被処理面の外へと流出させて、さらに、パージプレート46の下面と半導体ウエハWの被処理面とで形成される空間に不活性ガスを充満させることで、この空間の外部から大気が侵入するのを防止することを目的として配置される。各噴出口51の配置は、例えば、対象となる半導体ウエハWの中心から同心円状に配置しても良いし、前後左右に所定の間隔を空けて格子状に配置しても良い。また、各噴出口51の直径を、半導体ウエハWの中央部に配置されるものを大きくし、周縁部に配置されるものを小さくしても良い。また、本発明の保持装置では、保持部材47、72のパージプレート46に対する離間距離を、被処理面の置換と外部から大気が非処理面に侵入することを防止できる位置に適宜調整して、予め教示しておくことも可能である。
また、パージプレート46に、半導体ウエハWの被処理面に不活性ガスを噴出する噴出口51に加えて、半導体ウエハWを保持する保持部材47、72に向かって不活性ガスを噴出する別の噴出口77を設けても良い。図14(a)は、噴出口51とは別に、吸着式の保持部材47に対応する位置に配置される噴出口77と流路78が追加されたパージプレート79を示す図であり、図14(b)は、噴出口51とは別に、クランプ式の保持部材72に対応する位置に配置される噴出口77´と流路80が形成されたパージプレート81を示す図である。なお、混同を避けるために、保持部材47、72に対応して配置される噴出口77、77´はハッチングで表示している。本実施形態のパージプレート79、81には、半導体ウエハWの被処理面に不活性ガスを供給するための噴出口51と不活性ガスの流路52とは別に、各保持部材47、72に向かって不活性ガスを噴出するための噴出口77と流路78、80が形成されている。パージプレート79、81の上面の各流路78、80と連通する位置には継手部材54´が取り付けられていて、不活性ガスを流通させるチューブ部材が電磁弁55dを経由して継手部材54´に接続される。チューブ部材の基端部は継手40aを介して不図示の不活性ガス供給源と接続している。電磁弁は制御部30から送信される制御信号によって弁の開閉を行うように構成されており、制御部30からの信号により、半導体ウエハWの被処理面に供給される不活性ガスとは別に、パージプレート79、81から各保持部材47、72に向かって噴出する不活性ガスの噴出と停止が制御される。
各保持部材47、72への不活性ガスの噴出は、各保持部材47、72が半導体ウエハWを保持していないタイミングで行われる。また、各パージプレート79、81に形成される噴出口77、77´は、不活性ガスが各保持部材47、72の半導体ウエハWと接触する位置に向かって噴出するように配置されている。これにより、被処理面への処理が終了した直後の半導体ウエハWを保持した保持部材47、72の表面に付着した反応ガスの微粒子や塵埃を不活性ガスの噴射により取り除くことが出来る。その結果、保持部材47、72に付着した微粒子や塵埃が他の半導体ウエハWに転写されるのを防止することが出来る。また、各パージプレート79、81が対応する保持部材47、72に向かって不活性ガスを噴出する際の各保持部材47、72の位置は、予め教示して制御部30に記憶させておく。
なお、本実施形態のパージプレート79、81では、半導体ウエハWの被処理面に不活性ガスを噴出させる噴出口51と、各保持部材47、72に不活性ガスを噴出させる噴出口77、77´とに不活性ガスを供給する供給ラインは別の系統に分離させて形成されているが、これらの噴出口77、77´と噴出口51とに不活性ガスを供給する供給ラインは一つに統合されることも可能である。これは、半導体ウエハWの被処理面に不活性ガスを噴出する噴出口51の配置を、保持部材47、72に対応した配置にすることで可能になる。図15(a)は、保持部材47に対応する噴出口77と半導体ウエハWに不活性ガスを噴出させる噴出口51と、これら噴出口77、51に不活性ガスを供給する流路52´が形成されたパージプレート79´を示す図である。また、図15(b)は、保持部材72に対応する噴出口77´と噴出口51と、これら噴出口77´、51に不活性ガスを供給する流路52´´が形成されたパージプレート81´を示す図である。流路52´、52´´がパージプレート79´、81´に形成される噴出口51、77、77´の全てに不活性ガスを供給できるように構成することで、パージプレート79´、81´の内部の構造が複雑になることを防止出来る。
上記説明した各実施形態の保持装置45、45´では、パージプレート46をリストブロック21に固定して、保持部材47、72を昇降機構48、66で昇降移動させる第一の昇降機構の形態としていたが、保持部材47、72をリストブロック21に固定して、さらに、パージプレート46を昇降機構48、66で昇降移動させる第二の昇降機構の形態とすることも可能である。この第二の昇降機構形態の場合、棚板33に対する半導体ウエハWの取り置きのための昇降動作は、搬送ロボット7が備える昇降機構のモータM1の作動によって行われる。また、モータM1の作動に連動して、搬送ロボット7の昇降動作を打ち消す方向に昇降機構48、66を動作させることで、パージプレート46を鉛直方向において一定の位置に定位させることが可能になる。
図16は、本実施形態の保持装置45´´がキャリア31の棚板33´に載置されている半導体ウエハW´を持ち上げて搬出する際の動作を示す図であり、図17は、保持装置45´´が保持している半導体ウエハW´を棚板33´に載置する際の動作を示す図である。なお、本実施形態の保持装置45´´は、半導体ウエハWを把持することで保持する保持部材72を備えるものとして説明する。キャリア31から半導体ウエハW´を搬出するには、まず制御部30が保持装置45´´を、搬出対象の半導体ウエハW´の上方の所定の位置にパージプレート46が位置し、さらに、半導体ウエハW´の下方の所定の位置に保持部材72が位置するように移動させる。図16(a)を参照。次に、制御部30は搬送ロボット7のモータM1を作動させて、アーム体22とリストブロック21、及びリストブロック21に固定された保持部材72を上昇移動させて、棚板33´に支持されていた半導体ウエハW´を保持部材72に支持させる。また、この保持部材72の上昇移動に連動して、制御部30は昇降機構48、66を動作させて、パージプレート46を保持部材72の上昇移動スピードと同じスピードで下降移動させる。図16(b)を参照。この動作によってパージプレート46は、棚板33´とその真上の棚板33との間の所定の位置に定位した状態を維持する。次に制御部30は、保持部材72の保持機構により半導体ウエハW´を保持した後、アーム体22を動作させて保持装置45´´をキャリア31に対して後退移動させた後、搬送ロボット7の各駆動機構を動作させて半導体ウエハW´を所定の搬送先まで搬送させる。図16(c)を参照。以上により半導体ウエハW´のキャリア31からの搬出動作は終了する。
また、保持装置45´´が保持している半導体ウエハW´をキャリア31に搬入する手順は、前述した搬出手順の凡そ逆の手順で行われる。まず、制御部30が半導体ウエハW´を保持している搬送ロボット7の各駆動機構を動作させて、パージプレート46と保持部材72とをキャリア31内部の予め教示された所定の位置まで移動させる。図17(a)を参照。なお所定の位置とは、他の実施形態と同様に、パージプレート46と保持部材72が半導体ウエハW´を載置する棚板33´に対して所定の間隔を空けた上方であって、且つ、棚板33´の真上に位置する棚板33に対して所定の間隔を空けた下方のことである。なお、不活性ガスは、搬送ロボット7が半導体ウエハW´を保持した時点で、パージプレート46から半導体ウエハW´の被処理面に向けて噴出されている。
次に制御部30は、保持部材72の進退機構73を動作させて半導体ウエハW´のクランプを解除した後、昇降機構のモータM1を作動させて保持装置45´´を所定の位置まで下降移動させる。また、この保持部材72の下降移動に連動して、制御部30は昇降機構48、66を動作させて、パージプレート46を保持部材72の上昇移動スピードと同じスピードで上昇移動させる。図17(b)を参照。この保持装置45´´の下降移動によって、保持部材72に支持されていた半導体ウエハW´は棚板33´に受け渡される。また、パージプレート46の上昇移動によって、パージプレート46は棚板33´とその真上の棚板33との間の所定の位置に定位した状態を維持する。保持装置45´´の下降移動が終了すると、制御部30はアーム体22を動作させて保持装置45´´をキャリア31から後退移動させ、不活性ガスの供給を停止する。次に制御部30搬送ロボット7の各駆動機構を動作させて、半導体ウエハW´を所定の待機位置まで移動させる。図17(c)を参照。以上により半導体ウエハW´のキャリア31への搬入動作は終了する。
上記のように、パージプレート46を昇降機構48、66に取り付けて昇降移動可能な構成とし、搬送ロボット7が備える昇降機構の動作と連動して、この搬送ロボット7の昇降機構による昇降動作を打ち消す方向にパージプレート46を昇降移動させることで、パージプレート46を所定の位置に定位させた状態で半導体ウエハW´の載置と持ち上げを行うことが出来る。このように、パージプレート46を昇降可能な構成とすることで、クランプ式の保持部材72のような機構部を有する部材を昇降移動させる必要が無くなるので、昇降機構48、66の構造を簡略化することが可能になる。さらに、昇降機構48、66は、エアシリンダ76等により重量が嵩む保持部材72と半導体ウエハWとを加えた重量の対象物を昇降させる必要がなく、比較的軽量なパージプレート46のみを昇降移動させるだけで良いので、昇降機構48、66をより小型軽量化することが出来る。
上記の実施形態では、昇降機構48、66がパージプレート46もしくは保持部材47、72のどちらかを昇降移動させていたが、昇降機構48、66を二つ設け、それぞれがパージプレート46と保持部材47、72を個別に昇降移動させることも可能である。また、一つの昇降機構88でパージプレート46と保持部材47、72とを同時に昇降移動させることも可能である。図18は昇降機構88の動作を示す図である。本実施形態の昇降機構88は、昇降部材58、89を相反する方向に移動させる送りねじ90を備えていて、この送りねじ90にそれぞれのねじ方向に歯合する昇降部材58、89が配置されている。これにより、モータM5の駆動軸の時計回り、もしくは反時計回りの回転により、昇降部材58、89と、それぞれに固定されている保持部材47とパージプレート46とは、互いに近づく方向、若しくは互いに遠ざかる方向に移動する。なお、送りねじ90を備える実施形態は一例であって、例えば、公知のリンク機構等を用いることも可能である。上記構成とすることで、例えば棚板30の上下方向のピッチが異なるキャリア31に対して、保持部材47、72とパージプレート46が容易にアクセスすることが可能になる。
また、本発明の保持装置は、各アーム26、29及びリストブロック21を個別に駆動可能な構成である搬送ロボット7に限らず、様々な形態の搬送ロボットに取り付けて使用することが出来る。例えば、図19(a)のような搬送ロボット7aに使用することも可能である。搬送ロボット7aは、所謂スカラ型ダブルアームロボットである。搬送ロボット7aは、下側アーム82と上側アーム83とからなるアーム体22´を左右対称になるように二つ備え、それぞれのアーム体22´の先端に本発明の一実施形態である保持装置45が回転可能に取り付けられている。また、搬送ロボット7aの胴体84は基台85に対して昇降移動と水平面内での旋回移動が可能な構成となっている。下側アーム82の基端は胴体に回転可能に取り付けられ、下側アーム82の先端には上側アーム83の基端が回転可能に取り付けられ、上側アーム83の先端には保持装置45が回転可能に取り付けられている。下側アーム82、上側アーム83、保持装置45は、それぞれ不図示のベルトとプーリによって、所定の回転比で連結されていて、これによりアーム体22´が屈伸動作することで保持装置45を直線状に進退移動させることが出来る。
また、図19(b)のような直動スライド機構86を備える搬送ロボット7bに使用することも可能である。搬送ロボット7bは、基台85に対して昇降移動と水平面内での旋回移動が可能な胴体84に固定された直動スライド機構86と、直動スライド機構86が備える二つの移動子に、それぞれ左右対称となるように固定されたブラケット87に取り付けられる保持装置45とで構成される。これら搬送ロボット7a、7bでは、保持装置45を同一平面内で上下方向に間隔を空けて2つ配置することで、それぞれの保持装置45を個別に進退移動させることが出来る。なお、本発明の保持装置45、45´、45´´は、上記した搬送ロボット7、7a、7b以外の形態の搬送ロボットにも使用することが出来る。
以上、本発明の保持装置を実施形態に沿って説明してきたが、本発明の範囲はこれに限定されることはなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えて実施することが出来る。

Claims (10)

  1. 制御部の制御により、リストブロックを昇降移動させ、平面内で旋回させ、進退移動させることにより、収容容器に収容される薄板状基板を搬送する薄板状基板搬送ロボットであって、
    内部に不活性ガスを流通させるための流路が形成され前記リストブロックに固定されたパージプレートと、
    不活性ガス供給源と前記流路とを連通させる配管部材と、
    前記流路と連通し、前記パージプレートの薄板状基板の被処理面に対向する面に設けられる噴出口と、
    前記パージプレートに対向する位置に配置されて、前記薄板状基板を保持する保持部材と、
    前記リストブロックに設けられ、前記制御部の制御により前記保持部材を前記パージプレートに対して昇降移動させる第一の昇降機構とを備え、
    前記保持部材の前記パージプレートに対する離間距離は予め調整して教示されており、
    前記パージプレートは前記薄板状基板を収納する収納容器に水平状に形成される複数の棚板の上下方向の間隔に進入可能な外形寸法を有し、
    前記パージプレートは前記薄板状基板と接触しない状態で前記上下方向の間隔に進入させられ、前記薄板状基板搬送ロボットによる前記リストブロックの昇降移動を停止させた状態で、前記教示に従った離間距離になるように前記第一の昇降機構を駆動して、前記保持部材を前記容器内で上昇及び下降移動させることを特徴とする薄板状基板搬送ロボット。
  2. 制御部の制御により、リストブロックを昇降移動させ、平面内で旋回させ、進退移動させることにより、収容容器に収容される薄板状基板を搬送する薄板状基板搬送ロボットであって、
    内部に不活性ガスを流通させるための流路が形成されたパージプレートと、
    不活性ガス供給源と前記流路とを連通させる配管部材と、
    前記流路と連通し、前記パージプレートの薄板状基板の被処理面に対向する面に設けられる噴出口と、
    前記パージプレートに対向する位置に配置されて、前記リストブロックに固定され、前記薄板状基板を保持する保持部材と、
    前記リストブロックに設けられ、前記制御部の制御により前記パージプレートを前記保持部材に対して昇降移動させる第二の昇降機構とを備え、
    前記保持部材の前記パージプレートに対する離間距離は予め調整して教示されており、
    前記パージプレートは前記薄板伏基板を収納する収納容器に水平状に形成される複数の棚板の上下方向の間隔に進入可能な外形寸法を有し、
    前記パージプレートは前記薄板状基板と接触しない状態で前記上下方向の間隔に進入させられ、前記薄板状基板搬送ロボットの昇降移動により前記リストブロックを上昇移動させるとともに、前記教示に従った離間距離になるように前記第二の昇降機構を駆動して、前記パージプレートを、前記リストブロックの上昇移動に連動して、前記保持部材の上昇スピードと同じスピードで下降移動させることを特徴とする薄板状基板搬送ロボット。
  3. 制御部の制御により、リストブロックを昇降移動させ、平面内で旋回させ、進退移動させることにより、収容容器に収容される薄板状基板を搬送する薄板状基板搬送ロボットであって、
    内部に不活性ガスを流通させるための流路が形成されたパージプレートと、
    不活性ガス供給源と前記流路とを連通させる配管部材と、
    前記流路と連通し、前記パージプレートの薄板状基板の被処理面に対向する面に設けられる噴出口と、
    前記パージプレートに対向する位置に配置されて、前記薄板状基板を保持する保持部材と、
    前記リストブロックに設けられ、前記制御部の制御により前記保持部材と前記パージプレートとを昇降移動させる第三の昇降機構とを備え、
    前記保持部材の前記パージプレートに対する離間距離は予め調整して教示されており、
    前記パージプレートは前記薄板状基板を収納する収納容器に水平伏に形成される複数の棚板の上下方向の間隔に進入可能な外形寸法を有し、
    前記パージプレートは前記薄板状基板と接触しない状態で前記上下方向の間隔に進入させられ、前記教示に従った離間距離になるように前記第三の昇降機構を駆動して、前記保持部材と前記パージプレートが互いに近づく方向、若しくは遠ざかる方向に移動させることを特徴とする薄板状基板搬送ロボット。
  4. 前記保持部材は、前記薄板状基板を下方から吸着保持することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の薄板状基板搬送ロボット。
  5. 前記保持部材は、前記薄板状基板の周縁を把持することを特徴とする請求項1から請求項3のいずれか一項に記載の薄板状基板搬送ロボット。
  6. 前記噴出口は、前記パージプレートに複数形成され、複数の前記噴出口の一部は、前記保持部材が配置される位置に対応して配置されることを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか一項に記載の薄板状基板搬送ロボット。
  7. 前記噴出口は、前記パージプレートに複数形成され、
    複数の前記噴出口のうち、少なくとも一部の前記噴出口は、
    保持されている前記薄板状基板の外側に向かって傾斜して設けられていることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の薄板状基板搬送ロボット。
  8. 請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の薄板状基板搬送ロボットであって、さらに蓄圧器を備えていることを特徴とする薄板状基板搬送ロボット。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の薄板状基板搬送ロボットが配置される搬送空間と、
    前記搬送空間を形成する搬送空間形成部材と、
    前記搬送空間形成部材に固定され、
    前記薄板状基板を収容する密閉容器を所定の位置に載置して前記密閉容器を開閉する密閉容器開閉装置と、
    前記搬送空間形成部材の上部に固定され、前記搬送空間に清浄な空気をダウンフローとして供給するFFUとを備えることを特徴とする薄板状基板搬送装置。
  10. 前記密閉容器開閉装置は、
    前記密閉容器の内部を所定の雰囲気に置換することが可能な雰囲気置換装置を備える
    ことを特徴とする請求項9に記載の薄板状基板搬送装置。
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