JPH04196338A - ウエハ収納治具搬送ロボット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、多数の半導体ウェハを収納したウェハ収納治
具を、複数の半導体製造装置の間で走行して搬送するの
に好適な、ウェハ収納治具搬送ロボットに関する。

〔従来の技術〕

半導体素子の製造において塵埃は天敵であり、作業雰囲
気の清浄度が、そのまま、製品の歩留りに影響する。こ
のため、半導体素子の製造は、浮遊塵埃数が一定レベル
以下になるように調整されたクリーンルームで行われて
いる。そして、近年、クリーンルームの無人化は無塵に
つながるとして、クリーンルーム内での製造装置の自動
化、並びに、半導体ウェハ搬送の無人化が行われている
。クリーンルーム内には複数の製造装置が配置され、半
導体ウェハは各製造装置に、順序に、または選択的に搬
送されて製造される。このような製造装置への半導体ウ
ェハの供給は、複数の半導体ウェハをカセットと称する
ウェハ収納治具に整列収納して、複数枚ずつの製品ロッ
ト単位で行われるのが一般的である。このような背景か
らクリーンルームでは、ウェハ収納治具を搬送するため
の各種のロボットが使用されている。このウェハ搬送ロ
ボットは、クリーンルームを移動するための走行装置と
、三次元移動が可能なアーム部と、アーム部の先端に備
えられたハンドを具備してなり、ウェハを多数収納した
ウェハ収納治具をハンドで把持して、製造装置への供給
と取り出しを行うものである。

なお、ウェハ収納治具は、開口面を持つ箱状の構成であ
り、その外面角部には鍔部が形成されるとともに、その
内部には多数の収納溝が形成されていて、各収納溝にウ
ェハが引き抜き自在に挿入されている。そして、ウェハ
が収納されたウェハ収納治具の姿勢は、開口面を横に向
け、かつ、ウェハが水平で表面が上となるような状態で
製造装置に装填される場合、開口面の向きが、製造装置
のウェハ収納治具搬送側（搬送ロボットの搬送車が存在
する側）より見て、奥、手前、左、または右となる４種
類の姿勢がある。以後、これらのウェハ収納治具の姿勢
を各々「ウェハ水平出口奥−１「ウェハ水平出口手＃Ｊ
Ｊ、「ウェハ水平出口左−１または［ウェハ水平出口布
−１と呼ぶことにする。

また、ウェハ収納治具が、その開口面を上に向はウェハ
が垂直となる様な状態で、製造装置に装填される場合、
ウェハ収納治具の姿勢は、ウェハの表面が、製造装置の
ウェハ収納治具搬送側（搬送ロボットの搬送車が存在す
る側）より見て、奥、手前、左、または右となる４種類
の姿勢がある。

以後、これらのウェハ収納治具の姿勢を各々「ウェハ垂
直表奥」、−ウェハ垂直表子前１、′ウェハ垂直表左」
、または「ウェハ垂直表布−，、と呼ぶことにする。製
造装置に装填された上記ウェハ収納治具の姿勢の種類は
、治具に収納されたウェハが水平の場合と垂直の場合と
で、合計８種類の姿勢があり、個々の製造装置によって
、まちまちである。

近年、半導体素子の構造が微細化するにつれ、半導体製
造装置を設置するクリーンルームのクリーン度も、より
高度のものが必要となり、設置コストが増え、製造装置
の床面積をより小さくすることが必要になっている。ま
た、製造装置の機能もより高度のものが必要となり、そ
の体積が増大している。そのため、製造装置に装填した
ウェハ収納治具の周辺に近接して装置の製置装置等を配
置して空間を有効利用し、ウェハ収納治具の供給取り出
しの経路はウェハ収納治具の手前側のみに限定される様
になっている。

また、さらに製造装置が大型になると、図１２図に示す
様に、製造装置本体１はクリーンルーム２に隣接したメ
ンテナンスエリア３内に設置し、ウェハを取り扱う、高
度のクリーン度を要する部分４のみを隔離して隣接した
クリーンルームに接続し、クリーンルームとメンテナン
スルームの境界の壁５に開けた孔を通して、ウェハ収納
治具６の供給取り出しを行う、いわゆる、スルーザラオ
ール方式の製造装置が開発されている。この場合、ウェ
ハ収納治具の上方にロボットの手首７が入るスペースが
無いものがある。この場合にはロボットの手首はウェハ
収納治具の手前にとどめ、ハンド８を手首より奥へ突出
させて、ウェハ収納治具を把持する必要がある。以後、
第１２図に示す様に、手首７の中心とウェハ収納治具６
の中心との水平距離Ｃを、ハンドオフセットと呼ぶ二と
にする。

上記のように、ハンドオフセットが大きく、ウェハ収納
治具の上方にロボット手首が入るスペースがない場合、
ロボット手首を回転させて、ハンドから見たウェハ収納
治具の姿勢を、一定の姿勢に合わせることが出来なくな
るので、ハンドから見たウェハ収納治具の姿勢の種類は
、製造装置に装填されたウェハ収納治具の姿勢の種類と
同じく、８種類の姿勢が必要となる。

ところで、ある製造装置から別の製造装置ヘウエハ搬送
ロボッ！・によりウェハ収納治具を搬送する場合に、両
方の製造装置のウェハ収納治具の姿勢が異なる場合には
、ある製造装置からある姿勢のウェハ収納治具を把持し
て取り出して後、別の製造装置に置く前に、ウェハ搬送
ロボットの走行装置に設けた、ウェハ収納治具置き台の
上に置いてハンドを開き、別の製造装置の前まで走行し
てから、ハンドの位置を変えて、ウェハ収納治具を別の
姿勢で把持出来るようにしてから、ハンドを閉じて、ウ
ェハ収納治具を把持して持ち上げる、ウェハ収納治具の
持ち変えが必要となる。

実開平１−１５５６４０号公報には、ウェハ収納治具の
姿勢が「ウェハ水平出口奥」と「ウェハ垂直素手前」の
ふたつの場合の持ち変えについてのべである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記従来技術は、ウェハ収納治具の姿勢が二つの場合に
ついて述べているのみで、その他の六つの姿勢について
は考慮されていない。またスルーザラオール方式の製造
装置で必要なロボットハンドのオフセットについても考
慮されていない。

そのため、上記二つの姿勢の製造装置のみを選定して自
動化生産ラインを組む必要があり、また、スルーザラオ
ール方式の製造装置を採用できない恐れがあり、自動化
ラインに最新の高性能装置を導入することができない恐
れがあった。

本発明の目的は、ウェハ収納治具の姿勢、ハンドオフセ
ットの制約を取り払い、自動化ラインに自由に最新の高
性能装置を導入出来るようにすることにある。

〔課題を解決するための手段〕

上記目的を達成するため、本発明はウェハ収納治具置き
台の周辺に空間を確保し、オフセットの大きいロボット
ハンドであっても、ウェハ収納治具の八つの姿勢に対し
て、すべて把持出来るようにした。

また、オフセットに比べて、ロボットアームの長さが不
足し、八つの姿勢すべてにロボットアームが届かない場
合でも、少なくともウェハ収納治具の五つの姿勢に対し
て、把持出来るようにした。

〔作用〕

オフセットの大きいロボットハンドであっても、ウェハ
収納治具の五つないし八つの姿勢に対して、把持出来る
ので、どのような姿勢の製造装置であっても、また、オ
フセットの大きいロボットハンドの必要な製造装置であ
っても、自動化ラインに採用できるので、自動化ライン
に自由に最新の高性能装置を導入することが出来る。

〔実施例〕

第１図（Ａ）、（Ｂ）に本発明のウェハ収納治具搬送ロ
ボットの一実施例を示す。

製造装置相互の間を走行するようになした搬送車９の上
に、６軸ロボツト１０及びウェハ収納治具６の置き台１
１を乗せる。

第２図にリンク図を示す様に６軸ロボツト１０は、搬送
車の上面１４に固定されロボットコラム１３を鉛直軸で
回転させる、第１軸１７、ロボットコラム１３に固定さ
れアーム１５を水平軸で回転させる、第２軸１８、アー
ム１５に固定されアーム１６を水平軸で回転させる、第
３軸１９、アーム１６に固定され互いに略直角方向に連
結されてハンド８の方向を自由に変える機能を持ち、手
首７を構成する、第４軸２０、第４軸２１、第６軸２２
、より成る。

第１図に戻り、６軸ロボツト１０の手首７の先端にハン
ド開閉機構１２とハンド８を取り付ける。

この時、製造装置に装填された状態のウェハ収納治具を
把持したとき、手首７の先の第６軸２２は、略鉛直方向
を向く様にする。また、ハンド８の上部は空間にし、ロ
ボットの手首７はその横に配置し、ハンドオフセットＣ
を大きくとる。

ハンドオフセットＣの大きさは、第１２図に示すウェハ
収納治具の中心とウェハ収納治具の手前の端との距離り
と、ウェハ収納治具の手前の端と製造装置上部の壁との
距離Ｅと、手首の最大半径Ｆと、ロボットティーチング
時に必要な余裕距離Ｇを加えた距離となり、少なくとも
Ｄ＋Ｆよりも大きい必要がある。すなわち、ロボット手
首は、ウェハ収納治具の手前の端に立てた鉛直面２３よ
りも手前側にあることが、必要である。

第１図に戻り、ハンド開閉機構１２の下面２４は、ハン
ド８に把持したウェハ収納治具６（図示せず）の上面よ
り高くする。

ウェハ収納治具は、ウェハが垂直になる様に置いた場合
の上部２５と、ウェハが水平になる様に―いた場合の上
部２６とに、正方形の鍔部を設け、両方の鍔部の寸法を
同じにし、共通のハンドで八つの姿勢のウェハ収納治具
をすべて掴める様にする。

置き台１１は、ウェハ収納治具６の中のウェハの表面に
立てた垂線が水平よりも上を向き、かつ、ウェハの出口
が水平よりも上を向くように取り付け、ウェハの表面が
ウェハ収納治具６の溝に触れないように、かつ、ウェハ
が振動で外へこぼれないようにする。

置き台１】は周辺に空間を確保し、ハンド８で置き台１
１に載せたウェハ収納治具６をその八つの姿勢に対して
、すべて把持出来るようにし、かつ、把持したときの手
首７の位置と姿勢が６軸ロボツト１０の動作範囲に入る
ようにする。

ウェハ収納治具は搬送車の上に２個載せるようにし、搬
送車の走行回数または６軸ロボツｌ〜の動作回数をへら
す。

このため、ウェハ収納治具の開口面が、およそロボット
コラム１３の方向を向くようにし、置き台を搬送車９の
上面１４より高くし、ウェハ収納治具を傾けて、図の角
度Ｈが１５度ないし３０度となるようにし、２個のウェ
ハ収納治具６，６′を図のように平行に並べて配置する
。

第４図ないし第１１図にハント８がウェハ収納治具の八
つの姿勢に対して把持した状態と、その時の６軸ロボツ
ト１０の姿勢を示す。なお、ここでは２個のウェハ収納
治具６，６′のうち、第１図（Ａ）の手前側のウェハ収
納治具６を対象とするが、奥側のウェハ収納治具６′に
ついても同様である。

第４図は手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が、「
ウェハ垂直大奥」の場合を示し、手首７とハント開閉機
構１２がウェハ収納治具６とロボ・ン１トコラム］３と
の間に入るように、ウェハ収納治具６とロボットコラム
１３０間をはなし、また、手首７とハンド開閉機構１２
が、搬送車９の上面１４に当たらないように、置き台］
１を高くする。

第５図は手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が、［
ウェハ垂直人手前−・の場合を示す。

第６図は手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が、「
ウェハ水平出口手前、・の場合を示す。

第７図は手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢か、［
ウェハ水平出口奥、・の場合を示す。手首７がロボット
コラム１３から最も遠くなるので、６軸ロボツト１０の
動作範囲に入るように、ロボットアーム１５．１６の長
さを決める。

第８図は手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が、「
ウェハ垂直表布」の場合を示す。

第９図は手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が、「
ウェハ垂直表左」の場合を示す。ハンド開閉機構１２の
下面２４を、隣に置いたウェハ収納治具６′の上面２５
より高くし、隣のウェハ収納治具６′にぶつからないよ
うにする。また、「図４」の場合と同様に手首７とハン
ド開閉機構１２がウェハ収納治具６とロボットコラム１
３との間に入るので、第４図の場合に次いで、ウェハ収
納治具６とロボットコラム１３との間をはなす必要があ
る。これらの状況は第８図の姿勢で隣に置いたウェハ収
納治具６′を把持する場合（図示せず）にも当てはまる
。

第１０図は手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が、
「ウェハ水平出口左」の場合を示す。第７図の場合の次
に、手首７がロボットコラム１３から遠くなるので、６
軸ロボツト１０の動作範囲に入るように、ロボットアー
ム１５．１６の長さを決める。

この状況は第１１図の姿勢で隣に置いたウェハ収納治具
６′を把持する場合（図示せず）にも当てはまる。

第１１図は手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が、
「ウェハ水平出口布」の場合を示す。第９図の場合と同
様に、ハント開閉機＠！２の下面を、隣に置いたウェハ
収納治具６′の上面より高くし、隣のウェハ収納治具６
′にふつからないようにする。この状況は台１０図の姿
勢で隣に置いたウェハ収納治具６′を把持する場合（図
示せず）にも当てはまる。

上記のようにウェハ収納治具の八つの姿勢に対して把持
する場合の、オフセット寸法の例として、アーム１５の
長さ＝４００ミリメートル、　アーム１６の長さ＝４０
０ミリメートルの時、オフセットＣ二１５０ミリメート
ルが出来る。この状況を表１にＮ　Ｏ，Ｔで示す。

オフセラ１−Ｃ＝２５０ミリメー１〜ルの時には、第７
図に示す、手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が「
ウェハ水平出口奥Ｊの場合に、アーム長さが不足する。

アーム長さを大きく出来ない場合には、この姿勢をやめ
、残りの七つの姿勢について持ち替え番行う。この状況
を表１にＮＯ，Ｊで示す。さらにオフセットが大きい場
合には、第１０図、第１Ｉ図に示す、手首７から見たウ
ェハ収納治具６の姿勢が「ウェハ水平出口左」　「ウェ
ハ水平出口布」の場合もに、アーム長さが不足する。ア
ーム長さを大きく出来ない場合には、この姿勢をもやめ
、残りの五つの姿勢について持ち替えを行う。この状況
を表１にＮＯ８にで示す。

第４図に示す手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が
「ウェハ垂直表奥」の装置が必要でない場合には、第４
図の姿勢をやめ、置き台１１を、第８図、第９図の手首
７とハンド開閉機構１２が間にはいる限界まで、ロボッ
トコラム１３に近ずけることにより、オフセットが大き
い場合でも第７図に示す、手首７から見たウェハ収納治
具６の姿勢が「ウェハ水平出口奥」の場合に、アーム長
さが不足するのを防止する。もしくは第１０図、第１１
図に示す、手首７から見たウェハ収納治具６の姿勢が「
ウェハ水平出口左」　「ウェハ水平出口布」の場合にも
、アーム長さが不足するのを防止する。これにより「ウ
ェハ垂直表奥」以外の七つの姿勢もしくは、［ウェハ垂
直表奥Ｊ　「ウェハ水平出口奥Ｊ以外の六つの姿勢に於
いて持ち替えを行う。この状況を表１にＮｏ、Ｌもしく
はＭで示す。

第４図、第ｇ図、第９図に示す手首７から見たウェハ収
納治具６の姿勢が、「ウェハ垂直表奥」「ウェハ垂直表
布」　「ウェハ垂直表左」の装置が必要でない場合には
、これらの姿勢をやめ、第５図の手首７とハンド開閉機
構１２がロボットコラム１３にふつからない限界まで、
置き台１１を、ロボットコラム１３に近ずけることによ
り、オフセットが大きい場合でも第７図に示す、手首７
から見たウェハ収納治具６の姿勢が「ウェハ水平出口奥
」の場合に、アーム長さが不足するのを防止する。これ
により「ウェハ垂直表奥」　「ウェハ垂直表布」「ウェ
ハ垂直表左」以外の五つの姿勢に於いて持ち替えを行う
。この状況を表１にＮｏ、Ｎで示す。

持ち替え可能な姿勢の組み合わせを表す表　（表１）表
１に上記各状況に応じた、搬送車の上で持ち替え可能な
姿勢の組み合わせハンドオフセットを表す表を示す。自
動化ラインの製造装置に必要なウェハ収納治具の姿勢と
ハンドオフセットに応じて、適当な配置を選定する。

上記持ち替えできない姿勢の製造装置に搬送する場合に
は、製造装置の外にウェハ収納治具の仮置き台を設け、
この上で他の姿勢に持ち変えてから、搬送車の上の置き
台に載せる。

次に動作について説明する。ある製造装置（ウェハ収納
治具の姿勢は「ウェハ水平出口布」とする）でウェハ収
納治具内のウェハの処理が完了し、これを未処理のウェ
ハ収納治具と交換するため、本発明の搬送ロボットを、
ウェハ収納治具の倉庫（以後、これをストッカと呼ぶこ
とにする、ウェハ収納治具の姿勢は「ウェハ垂直表手前
」とする）との間を往復させて搬送する場合について説
明する。

まず、ストッカの前に搬送車を走行させる。次に６軸ロ
ボツトを動作させて、ハンドをストツカ内の未処理のウ
ェハ収納治具の鍔部を把持できる位置へ移動させる。次
にハンドを閉じて未処理のウェハ収納治具を把持して持
ち上げ、第１図で手前側の置き台１１に載せる。このと
きのロボットの姿勢はストッカのウェハ収納治具の姿勢
に合わせて第５図に示す姿勢とする。次にハンドを開き
、６軸ロボツトを搬送車の走行に適した姿勢にする。

次に搬送車を走行させ、ある製造装置の前に止める。次
に６軸ロボツトを動作させて、ハンドをある製造装置に
装填された処理完了のウェハ収納治具の鍔部を把持でき
る位置へ移動させる。次にハンドを閉じて処理完了のウ
ェハ収納治具を把持して持ち上げ、第１図で奥側の置き
台］１′に載せる。

このときのロボットの姿勢は、ある製造装置のウェハ収
納治具の姿勢に合わせて第１１図に示す姿勢を、奥側の
置き台１１′へずらした姿勢（図示せず）とする。次に
ハンドを開き、６軸ロボツトを動作させて、隣の未処理
ウェハ収納治具６の鍔部を把持できる位置へ移動させる
。このときのロボットの姿勢は、ある製造装置のウェハ
収納治具の姿勢に合わせて第１１図に示す姿勢とする。

次にハントを閉じて未処理のウェハ収納治具を把持して
持ち上げ、ある製造装置に装填する。次にハンドを開き
、６軸ロボツトを搬送車の走行に適した姿勢にする。次
に搬送車を走行させ、ストッカの前に止める。次にロボ
ットを動作させて、ハンドを置き台１１′上の処理済み
ウェハ収納治具の鍔部を把持できる位置へ移動させる。

このときのロボットの姿勢は、ストッカのウェハ収納治
具の姿勢に合わせて「図５」に示す姿勢を、奥側の置き
台１１′ｌ＼ずらした姿勢（図示せず）とする。次にハ
ンドを閉して処理済みのウェハ収納治具を把持して持ち
上げ、ストッカ内の処理済みのウェハ収納治具を置く場
所に置く。次にハンドを開き、６軸ロボットを搬送車の
走行に適した姿勢にして待機する。

上記実施例ではウェハ収納治具の鍔部を、共通のハンド
で八つの姿勢のウェハ収納治具をすべて掴める様な寸法
にしたが、従来のウェハ収納治具の寸法形状と異なる寸
法形状にする必要があるので、製造装置のウェハ収納治
具を装填する場所を改造する必要がある。これが出来な
い場合は、ハンドに各々の姿勢のウェハ収納治具の鍔部
等に合わせたクランプ爪を並べてつけることにより、共
通のハンドでウェハ収納治具を掴める様にする。

これにより、上記実施例と同じく、搬送車の上で持ち変
えが出来、しかも、製造装置のウェハ収納治具を装填す
る場所を改造する必要が無い。

上記実施例では、搬送車の上にウェハ収納治具を２個載
せるようにしたが、本発明はこれに限定されるものでは
無く、３個以上を、第３図の様に平行に並べてもよく、
また１個でもよい。

〔発明の効果〕

本発明によれば、オフセットの大きいロボットハンドで
あっても、ウェハ収納治具の五つないし八つの姿勢に対
して、把持出来るので、どのような姿勢の製造装置であ
っても、また、オフセットの大きいロボットハンドの必
要な製造装置であっても、自動化ラインに採用できるの
で、自動化ラインに自由に最新の高性能装置を導入する
ことが出来る。

【図面の簡単な説明】

第１図（Ａ）は本発明の一実施例の平面図、第１図（Ｂ
）は同正面図、第２図は第１図の６軸ロボツトの構成を
示す図、第３図は本発明の別の実施例のウェハ収納治具
の配置を示す図、第４図ないし第１１図は、各々本発明
の、ウェハ収納治具の八つの姿勢に対する、ロボットの
姿勢を示す図、第１２図は、スルーザラオール方式の製
造装置を示す図である。 ６　・・・・・・　ウェハ収納治具 ７　・・・・・・　ロボット手首 ８　・・・・・・　ロボットハント ９　・・・・・・搬送車 １０・・・・・−６軸ロボツト ＩＪ・・・・・・置き台

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、搬送車、この搬送車上に載せられ、６の軸を有する
   ロボット、このロボットの手首に取り付けられ、ウェハ
   収納治具を把持するようになしたハンド、及び上記搬送
   車上に設けられた、ウェハ収納治具置き台から成るウェ
   ハ収納治具搬送ロボットにおいて、上記ハンドが製造装
   置に装填された状態のウェハ収納治具を把持したとき、
   上記手首の先端の第６軸は、略鉛直方向を向く様になし
   、上記手首は、ウェハ収納治具の手前の端に立てた鉛直
   面よりも手前側にある様になし、手首から見たウェハ収
   納治具の姿勢が８種類もしくは７種類もしくは６種類も
   しくは５種類の異なる姿勢で、上記置き台に載せたウェ
   ハ収納治具を把持できるように、上記置き台の回りにロ
   ボット手首が届く空間を用意したことを特徴とするウェ
   ハ収納治具搬送ロボット。