JPH0722502A - 半導体ウエハのハンドリング装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ウエハ裏面の汚染を防止し、同時にオリフラ
位置に関わらずウエハをハンドの中心位置に自動心出し
ができるハンドリング装置を得る。 【構成】 半導体ウエハのハンドリング装置において、
ハンドのアーム側把持部の両端の点が中心点になす開き
角を、ウエハのオリフラ部の両端の点がウエハの中心点
になす開き角の２倍以上とし、接触点を少なくとも両端
の点と中央部の３点に設け、ハンドの先端側把持部の両
端の点が中心点になす開き角を、ウエハのオリフラ部の
両端の点がウエハの中心点になす開き角以上とし、接触
点を少なくとも両端の２点に設け、オリフラの位置が把
持部のどの位置にあっても、ウエハを把持する際に、両
方把持部がそれぞれウエハと最初に接触する点を結んだ
線とそれぞれの点をウエハ中心点と結んだ線がなす角度
を、把持部とウエハとの摩擦角以上になるように設定し
た。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、円形薄板状の部品を搬
送するロボットハンド（以下、単にハンドと称する）を
用いたハンドリング装置に関し、特に、信頼性の高い半
導体装置を製造するための半導体ウエハ（以下、単にウ
エハと称する）のハンドリング装置に適用して有効な技
術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、半導体装置製造工程におけるウエ
ハは、ウエハキャリアに収納され、各工程間を搬送され
ている。

【０００３】また、ウエハキャリアに収納されたウエハ
は、ハンドリング装置によって取り出され、前記ハンド
リング装置とは別装置である中心合わせ装置に渡され、
該中心合わせ装置でウエハの中心点のズレが補正され、
再びハンドリング装置により、各処理装置にセットされ
ている。

【０００４】また、各処理装置で所定の処理を施された
ウエハは、ハンドリング装置によりウエハキャリアに収
納されている。

【０００５】また、従来のウエハのハンドリング装置に
は、次の様なものがある。

【０００６】（１）裏面接触型 ・ベルトがウエハの裏面に接触し搬送する。 ・真空吸着部がウエハの裏面に吸いつき搬送する。 ・支持台上をウエハをスライドさせ搬送する。

【０００７】（２）外周部垂直自然重力支持型 ・ウエハを垂直に立てた状態で、ウエハ外周の上部及び
下部を支持して搬送する。 ・ウエハを傾斜させた状態で、ウエハ外周の下部を支持
して搬送する。

【０００８】（３）ベルヌーイ・チャック型 ・ウエハを流体動圧で支持して搬送する。

【０００９】（４）流体搬送型 ・ウエハを液体又は気体の流れに入れて搬送する。

【００１０】また、従来のウエハの中心合わせ装置は、
ウエハの裏面を支持台で支え、ウエハの側面から複数の
円弧形状枠や、回転ローラや、垂直ピン等でウエハの側
面を押して、前記支持台上を滑らせて中心を合わせてい
る。

【００１１】また、通常、ウエハ（直径が約１５０mm：
６インチ）は、ウエハキャリアに収納され、各工程間を
搬送されている。

【００１２】ウエハキャリアはミル規格（米）に準拠
し、現在一般的な６インチ径ウエハ用キャリアでは、ウ
エハは水平に４.７６mm（３／１６インチ）の等間隔に
２５枚重畳して収納される。

【００１３】前記ウエハキャリアは、直径１５０±０.
２mm程度のウエハに対し、各段支持棚の溝幅は、１５
３.４２（±１.２）mmに作られ、０.２５mmの傾き誤差
を容認される（たまたまオリフラ部分を支持する場合
は、最大約０.４mm傾くことになる）。また、格段ピッ
チの製作許容公差（±０.１５mm）を加算し、ウエハ厚
０．６mmとすれば、ウエハ間の空隙は平均３.９mm、最
小３.６mm，更にオリフラ部を支えた場合の最小空隙は
約３.４mmとなっている。

【００１４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、本発明
者は、前記従来技術を検討した結果、以下の問題点があ
ることを見出した。

【００１５】従来のウエハのハンドリング装置は、ウエ
ハの中心を合わせる手段を有していない。

【００１６】このため、ハンドリング装置でウエハキャ
リアから取り出したウエハを中心位置合わせ装置に渡
し、中心のズレを補正し、再び、ハンドリング装置で各
処理装置にセットしなければならない。

【００１７】このように、ハンドリング動作が複雑であ
るため、ウエハが汚染され、塵が発生する。

【００１８】このため、ウエハに異物が混入する。この
結果、信頼性の高い半導体装置を製造し難いという問題
があった。

【００１９】また、従来のウエハのハンドリング装置
は、前述、ウエハの裏面にベルトや真空吸着部が接触す
るため、接触する部材がウエハ裏面を汚染する。また、
ハンドリング中にウエハが削れて塵が発生する。

【００２０】このため、ウエハに異物が混入する。この
結果、信頼性の高い半導体装置を製造し難いという問題
があった。

【００２１】また、ウエハキャリアは、ウエハを支持す
るだけで、固定する機能を有していない。このため、ウ
エハがウエハキャリアに収納されている状態は、各段で
揃っておらず、手前に引き出されたり、奥まで押しこま
れたりした状態である。

【００２２】これにより、従来のハンドリング装置は、
ウエハを確実に取り出すことができず、ウエハを破壊し
てしまうことがあった。

【００２３】この結果、半導体装置の歩留まりが低下す
るという問題があった。

【００２４】本発明の目的は、信頼性の高い半導体装置
を製造することが可能なウエハのハンドリング装置を提
供することにある。

【００２５】本発明の他の目的は、半導体装置の歩留ま
りを向上することが可能なウエハのハンドリング装置を
提供することにある。

【００２６】本発明の他の目的は、ウエハの汚染を防止
することが可能な技術を提供することにある。

【００２７】本発明の他の目的は、ハンドだけで半導体
ウエハの自動心出しをすることが可能な技術を提供する
ことにある。

【００２８】本発明の他の目的は、ハンドだけで半導体
ウエハ把持前にウエハ位置をハンド中心線の方向に揃え
ることが可能な技術を提供することにある。

【００２９】本発明の他の目的は、半導体ウエハを確実
に把持することが可能な技術を提供することにある。

【００３０】本発明の前記ならびにその他の目的と新規
な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らか
になるであろう。

【００３１】

【課題を解決するための手段】本願において開示される
発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、
下記のとおりである。

【００３２】本発明の（１）の手段は、半導体ウエハの
把持動作が終了した際、半導体ウエハ外周円に相当する
円の中心位置を半導体ウエハ面と平行な面に投影した位
置に中心点を有し、その中心点を通る平面上の中心線を
ハンドの中心線とし、半導体ウエハ外周円がはまりこむ
ことができるほぼ同一直径の円の中心点を前記の中心点
と同位置とし、当該円と前記ハンドの中心線と交わる２
点の位置にそれぞれ中央部を有し、それぞれの中央部を
通りハンド中心線に対称に当該円に沿った所定の範囲を
半導体ウエハ外周部とだけ接触可能なハンド把持部（ハ
ンドフィンガとも称する）とした半導体ウエハのハンド
リング装置であって、ハンドのアーム側把持部（アーム
側フィンガ）の両端の点が中心点になす開き角を、半導
体ウエハのオリフラ部の両端の点が半導体ウエハの中心
点になす開き角の２倍以上とし、接触点を少なくとも両
端の点と中央部の３点に設け、ハンドの先端側把持部
（先端側フィンガ）の両端の点が中心点になす開き角
を、半導体ウエハのオリフラ部の両端の点が半導体ウエ
ハの中心点になす開き角以上とし、接触点を少なくとも
両端の２点に設け、オリフラの位置がハンド把持部のど
の位置にあっても、半導体ウエハを把持する際に、両方
のハンド把持部がそれぞれ半導体ウエハと実際に最初に
接触するであろう少なくともそれぞれの１箇所の点を結
んだ線と、それぞれの点を半導体ウエハ中心点と結んだ
線がなす角度を、ハンド把持部と半導体ウエハとの摩擦
角以上になるように設定したものである。

【００３３】本発明の（２）の手段は、半導体ウエハの
把持動作が終了した際、半導体ウエハ外周円に相当する
円の中心位置を半導体ウエハ面と平行な面に投影した位
置に中心点を有し、その中心点を通る平面上の中心線を
ハンドの中心線とし、半導体ウエハ外周円がはまりこむ
ことができるほぼ同一直径の円の中心点を前記の中心点
と同位置とし、当該円と前記ハンドの中心線と交わる２
点の位置にそれぞれ中央部を有し、それぞれの中央部を
通りハンド中心線に対称に当該円に沿った所定の範囲を
半導体ウエハ外周部とだけ接触可能なハンド把持部とし
た半導体ウエハのハンドリング装置であって、ハンドの
アーム側フィンガ部分の両端の点が中心点になす開き角
を、半導体ウエハのオリフラ部の両端の点が半導体ウエ
ハの中心点になす開き角の２倍以上とし、それぞれの両
端から中央部に向けてオリフラの前記開き角以上移動し
た点までをハンド把持部とし、接触点を少なくとも両端
とそこから中央に向けてオリフラの前記開き角以上移動
した点の４点とし、ハンドの先端側把持部の両端の点が
中心点になす開き角を半導体ウエハのオリフラ部の両端
の点が半導体ウエハの中心点になす開き角以下とし、接
触点を少なくとも両端の２点または中央の１点とし、オ
リフラの位置がフィンガ部分のどの位置にあっても、半
導体ウエハを把持する際に、両方のハンド把持部がそれ
ぞれ半導体ウエハと実際に最初に接触するであろう少な
くともそれぞれ１箇所の点を結んだ線と、それぞれの点
を半導体ウエハの中心点と結んだ線がなす角度を、ハン
ド把持部と半導体ウエハとの摩擦角以上になるように設
定したものである。

【００３４】本発明の（３）の手段は、前記（１）また
は（２）のウエハのハンドリング装置において、ハンド
のアーム側及び先端側把持部の接触部の縦断面形状をウ
エハが入り込む上部の入り口部分の面の傾斜をウエハを
把持した際のウエハ中心に向けた急傾斜面とし、その勾
配をウエハの平坦な底面の円形外周の直径に近い位置に
至るまで保ち、それよりハンド中心に向かった内部は、
アーム側、先端側共ハンド平面より同じ高さから中心に
向かった水平に近い円錐状の緩傾斜面としたものであ
る。

【００３５】本発明の（４）の手段は、前記（１）また
は（２）のウエハのハンドリング装置において、ハンド
のアーム側把持部の接触部の縦断面形状をウエハ入り口
部である上部では垂直に近い内壁面とし、それぞれハン
ド平面より同じ高さから中心に向かった部分を水平に近
い円錐状の緩傾斜面にし、この把持部はハンドに固定
し、先端側の把持部の接触部の縦断面形状を入り口部で
はアーム側把持部と同様の内壁と緩傾斜面にし、この把
持部の接触部を、単数または複数個の把持部とし、ハン
ドの中心点またはアーム側把持部に向かって引かれたり
はなれたりする可動部分としたものである。

【００３６】本発明の（５）の手段は、前記（１）また
は（２）のウエハのハンドリング装置において、ハンド
のアーム側把持部の接触部の縦断面形状をウエハ入り口
部である上部では垂直に近い内壁面とし、それぞれハン
ド平面より同じ高さから中心に向かった部分を水平に近
い円錐状の緩斜面にし、この把持部部分はハンドに固定
し、先端側の把持部の接触部分の縦断面形状を入り口部
ではアーム側把持部と同様の内壁と緩斜面にし、この把
持部の接触部を単数または複数個の把持部とし、ハンド
の中心部またはアーム側把持部に向かって引かれたり離
れたりすると同時に引かれる直前又は直後に引かれる方
向に対して直角に起立し、離れる時は立ち上がったまま
離れる方向に移動した後、移動最終端またはその直前に
水平に戻る構造になっている。

【００３７】本発明の（６）の手段は、前記（１）また
は（３）のウエハのハンドリング装置において、アーム
側把持部の急斜面を垂直面とし、当該垂直面を先端側把
持部の高さよりウエハの厚さ以上に高くしたものであ
る。

【００３８】本発明の（７）の手段は、前記（１）、
（２）、（４）、（５）の手段のうちいずれか１つのウ
エハのハンドリング装置において、アーム側把持部の高
さを先端側把持部の高さよりウエハの厚さ以上に高くし
たものである。

【００３９】

【作用】上述した手段によれば、３つ以上の接触点でウ
エハを把持することにより、把持部との位置関係により
ウエハの中心点の位置を特定できるので、ウエハの中心
の位置合わせができ、ウエハキャリアから取り出したウ
エハを中心位置合わせ装置に渡し、中心のズレを補正
し、ハンドリングし、各処理装置にセットする必要が無
い。また、ウエハのハンドリングの工数が減るので、ウ
エハのハンドリング時に混入する異物が減る。これによ
り、信頼性の高い半導体装置を製造することが可能とな
る。

【００４０】また、ウエハの裏面にハンドリング装置が
接触しないので、ハンドリング時にウエハが削れず、塵
が発生しない。これにより、信頼性の高い半導体装置を
製造することが可能となる。

【００４１】また、前記把持部のハンドリング装置の支
持腕側の一部が、前記把持部の他の部分よりも、高さが
前記ウエハの厚さ以上に高くすることはにより、ウエハ
をウエハキャリアに押しこみ、揃えることができるの
で、ウエハを確実に把持することができる。これによ
り、ハンドリング時にウエハが破壊されないので、半導
体装置の歩留りを向上することが可能となる。

【００４２】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００４３】なお、実施例を説明するための全図におい
て、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り
返しの説明は省略する。

【００４４】（実施例１）図１は、本発明による実施例
１の引き寄せ式半導体ウエハのハンドリング装置の概略
構成を示す平面図、図２は、図１に示すＹ−Ｙ線で切っ
た断面図である。

【００４５】図１及び図２において、１は半導体ウエ
ハ、１Ａはウエハ１のオリフラ、２はハンドリング装置
を支持するためのアームである。

【００４６】また、３はウエハ１を把持するためのアー
ム２側に設けられたアーム側把持部（アーム側フィン
ガ）、４はウエハ１を把持するためのアーム側把持部３
と対向して設けられた先端側把持部（先端側フィンガ）
である。

【００４７】また、５は先端側把持部４を所定の位置に
戻すためのバネ、６はバネ５により可動するピストン、
７はピストン６の動きを先端側把持部４に伝えるロッ
ド、８はピストン６を可動させるために真空引きするた
めの吸引口である。

【００４８】本実施例１のウエハ１のハンドリング装置
は、図１に示すように、アーム２にアーム側把持部３及
び先端側把持部４が互いに対抗して設けられている。

【００４９】前記アーム側把持部３及び先端側把持部４
は、ウエハ１の外周部と接触する３つ以上の接触点を有
している。

【００５０】前記接触点は、前記ウエハ１が前記接触点
との摩擦により静止しない位置に設けられ、また、前記
接触点を移動させて、ウエハ１の位置のずれを補正する
ために、先端側把持部４を滑動させる。その詳細な構成
について図３を用いて説明する。

【００５１】図３は、キヤリア内のリブＳに２点で支え
られたウエハ１に対してハンドが下面に挿入された状態
を示す平面図である。

【００５２】アーム側把持部３は、接触点Ａ，Ｂ，Ｂ’
を備え、その位置は中心部にＡ点を、そこからオリフラ
１Ａの開き角δにほぼ等しい開き角αの位置にＢ，Ｂ’
点を備えている。図３では、オリフラ１Ａの位置は、ア
ーム側把持部３の位置に対し反時計方向に微小角回転さ
せ、両端の位置がＡ，Ｂ両点より上方に少しずれた状態
を示している。

【００５３】先端側把持部４は、接触点Ｃ，Ｃ’を備
え、把持時に開き角αの位置に配置されており、図３の
状態ではハンド本体に入っている。

【００５４】また、アーム側把持部３及び先端側把持部
４の底部には、図２に示すように、垂直壁３ａ，４ａか
ら中央に向って緩斜面３ｂ，４ｂが設けられている。そ
して、アーム側把持部３は先端側把持部４よりも高く
（ウエハ１の厚さ以上に）なっている。

【００５５】すなわち、前記アーム側把持部３及び先端
側把持部４は、ウエハ１の把持動作が終了した際、ウエ
ハ１の外周円に相当する円の中心位置をウエハ面と平行
な面に投影した位置に中心点Ｏを有し、その中心点Ｏを
通る平面上の中心線をハンドの中心線とし、ウエハ１の
外周円がはまりこむことができるほぼ同一直径の円の中
心点を前記の中心点Ｏと同位置とし、当該円と前記ハン
ドの中心線と交わる２点の位置にそれぞれ中央部を有
し、それぞれの中央部を通りハンド中心線に対称に当該
円に沿った所定の範囲をウエハ１の外周部とだけ接触可
能なハンド把持部であって、ハンドのアーム側把持部３
の両端のＢ，Ｂ’点が中心点Ｏになす開き角２αを、ウ
エハ１のオリフラ１Ａの両端の点がウエハ１の中心点Ｏ
になす開き角（オリフラ角）δの２倍以上とし、例え
ば、接触点を少なくとも両端Ｂ，Ｂ’の点と中央部Ａの
３点に設け、ハンドの先端側把持部３の両端の点Ｃ，
Ｃ’が中心点Ｏになす開き角αを、ウエハ１のオリフラ
１Ａの両端の点がウエハ１の中心点Ｏになす開き角δ以
上とし、接触点を少なくとも両端の２点（例えば、ｃ，
ｃ’点）に設け、オリフラ１Ａの位置がハンド把持部の
どの位置にあっても、ウエハ１を把持する際に、両方の
アーム側把持部３及び先端側把持部４がそれぞれウエハ
１と実際に最初に接触するであろう少なくともそれぞれ
の１箇所の点（例えば、Ａ点）を結んだ線（例えば、ａ
点とｃ点と結んだ線）と、それぞれの点をウエハ１の中
心点Ｏと結んだ線がなす角λを、アーム側把持部３及び
先端側把持部４とウエハ１との摩擦角以上になるように
設定されている。

【００５６】次に、本実施例１のウエハのハンドリング
装置の把持動作を説明する。

【００５７】本実施例１のウエハのハンドリング装置
（引き寄せ式）は、図２及び図３に示すように、真空引
きによりピストン６を可動させると、図２に示すよう
に、先端側把持部４が右に引き込まれ、ウエハ１が、図
３に示すように、上側に偏心しており、オリフラ１Ａが
前記の位置にある場合を考える。

【００５８】この時、先端側把持部４の接触点Ｃは、ウ
エハ１のＣ点と接触してウエハ１をアーム側把持部３の
垂直壁３ａに接触させる。その瞬間、最初に接触するの
はウエハのａ点とアーム側把持部３のＡ点となる。その
結果、挟み角λが生じ、これが摩擦角を上回ればＡ，Ｃ
点の両方又は一方が滑り、偏心矯正され、Ｂ’，Ｃ’点
のいずれかの点と接触し、把持が完了する。そして、キ
ャリアのリブＳから離れる。

【００５９】また、オリフラ１Ａの位置がＣ，Ｃ’位置
で同様に偏心している場合は、Ｃ’，Ｂ点で挟み角λを
生ずる。あらゆるオリフラ位置への対応検討については
後述する。

【００６０】このように、本実施例１のハンドリング装
置の把持動作は、吸引口８から真空引きするとバネ５の
バネ力を抗してピストン６が動き、ロッド７を介して先
端側把持部４を滑動させる。これにより、アーム側把持
部３と、先端側把持部４とでウエハ１を把持する。ま
た、真空引きを解除すると、バネ５によってもとの状態
にもどる。

【００６１】ここで、本発明による半導体ウエハのハン
ドリング装置の自動偏心矯正作用の原理について本実施
例１を用いて説明する。

【００６２】ウエハ１を安定かつ確実に把持するために
は、把持前のウエハ１とハンドの相対位置が違っていて
も、把持後はハンドの所定の位置にウエハ１があること
が望ましい。それには、把持動作でウエハ１の中心に移
動させる偏心矯正機能を持つことが必要である。

【００６３】図４は、ウエハ１のような円形平板を円弧
部分のＡ，Ｃ点に力を加えて中心を移動させる原理を説
明するための図であり、ウエハ１の外周円弧部のＡ，Ｃ
点の２点にウエハ１の中心点Ｏに向かう二つの力が作用
した場合である。図５は、力の作用点の一つがオリフラ
１Ａ部にかかったときを示す図である。

【００６４】図４及び図５において、各点の力Ｆは分力
Ｆｒ（数１），Ｆｔ（数２）に分解され、分力Ｆｔに対
抗する摩擦力μＦ（μは摩擦係数）が発生する。この合
力Ｆｅは、数３のようになり、数４の条件が満たされれ
ば、Ａ，Ｂ点両方または一方にウエハ１と接触する部分
と滑り、または転がりによる相対変位が生じ、図５の
（ａ）図に示すように、中心点Ｏは矢印方向へ自動的に
移動して偏心矯正される。

【００６５】Ｆは接触点Ａ及び接触点Ｃから中心点Ｏに
向かう力、λは接触点Ａと接触点Ｃと中心点Ｏとでなす
挾み角（∠ＯＡＢ、∠ＯＢＡ）とすると、分力ＦｔとＦ
ｒは次式数１，２で表される。

【００６６】

【数１】 Ｆｒ＝Ｆ／ｃｏｓλ

【００６７】

【数２】 Ｆｔ＝ｔａｎλ 合力Ｆｅは分力Ｆｔと摩擦力μＦの合力であり、次式数
３，数４で表される。

【００６８】

【数３】 Ｆｅ＝２（Ｆｔ−μＦ）ｃｏｓλ ＝２（ｓｉｎλ−μｃｏｓλ）Ｆ＞０

【００６９】

【数４】 μ＜ｔａｎλ 図５の（ａ）図及び（ｂ）図は、オリフラ位置に一つの
作用点が掛かった場合で、ここでは力ＦがＦ’のように
λ’だけ傾く。したがって、図５の（ｂ）図のＣ点のよ
うに、矯正方向と逆方向に力Ｆｔ’が発生する場合が生
ずる。したがって、この点は動かず、Ａ点だけが矯正作
用を生ずる。その時のＦｒ，Ｆｔ'は次式数５，数６で
表される。

【００７０】

【数５】 Ｆｒ＝Ｆ'／ｃｏｓ(λ±λ')

【００７１】

【数６】 Ｆｔ'＝ｔａｎ(λ±λ') 図６は、前記アーム側把持部３及び先端側把持部４がウ
エハ１の外周で偏心矯正機能を保つ限界の配置を説明す
るための図であり、(ａ)図，(ｂ)図，(ｃ)図は、それぞ
れオリフラ１Ａがアーム側把持部３にある場合、(ａ')
図，(ｂ')図，(ｃ')図は、それぞれオリフラ１Ａが先端
側把持部４にある場合を示している。

【００７２】(ａ)図はオリフラ端部がアーム側把持部３
の中央部のＡ点と端部のＢ点の近くにかかった場合であ
る。前述のようにウエハが上方に偏心しているとする
と、Ｂ点は接触せず、Ａ，Ｃ両点を結んだ線とそれぞれ
の点をウエハ１の中心点Ｏと線がなす挟み角λを発生さ
せる。(ａ')図は同様にＢ，Ｃ'両点で挟み角λを発生さ
せる。

【００７３】前記の関係はＡ，Ｂ，Ｃ３点の幾何学上の
相対位置を変えない限り成立する。(ｂ)図，(ｂ')図
は、(ａ)図を反時計回りにβだけ回転させた配置であ
る。

【００７４】次に、本発明による半導体ウエハのハンド
リング装置のウエハ偏心時の偏心矯正作用角の変化に伴
う修正について説明する。

【００７５】図７及び図８は、ウエハ１の偏心を誇張し
て示した図であり、図７の(ａ)，(ａ')図は、図６の
(ａ')図，(ａ)図に相当し、図８は図６の(ｃ)に相当す
る。

【００７６】図７及び図８からわかるように、ウエハ１
の偏心によってアーム側把持部３及び先端側把持部４の
開き角αが有効に作用しないので、その分あらかじめ開
き角αに余裕を持つ必要がある。挟み角λと摩擦角の関
係は、εを偏心修正角とすると、次式数７のようにな
る。

【００７７】

【数７】 λ＝α−ε ちなみに、ウエハ１の直径が６インチの場合で、計算上
ウエハ１の偏心ｅが３mmのとき、分力Ｆｔと摩擦力μＦ
が等しくなる挾み角λは、約２.３度、８インチの場合
で約１.７度である。

【００７８】次に、本発明によるウエハ偏心矯正方法と
ハンドフィンガ（アーム側把持部３及び先端側把持部
４）の薄型化について説明する。

【００７９】図９は、急傾斜に矯正力によって安定した
姿勢に治まる過程を想定した図、図１０は、偏心矯正可
能な最も厳しいオリフラ位置について想定した全ての図
を偏心を誇張して示したもので、図６の(ａ)，(ａ')図
の場合に付いて、ウエハ１が上方の右または左に偏心し
た状態である。

【００８０】ウエハ１のオリフラ１Ａの開き角δを上回
る範囲にアーム側把持部３及び先端側把持部４の両把持
部を設けた場合、ウエハ外周の円弧部の一点が必ず急傾
斜面に掛かり、そこから１８０度の方向のｘ点が円弧部
でしかも緩傾斜面がそこにあれば、この２点で支えるこ
とになる。(ａ-1)図ではａ点、(ａ-2)図ではｃ点、(ａ'
-1)図ではｂ点、(ａ'-2)図ではｃ点が急傾斜面上の高い
位置に載っている。(ａ-1)，(ａ-2)，(ａ'-2)図の場合
は、ｘ点が緩傾斜面上にある。(ａ'-1)図の場合は、ア
ーム側把持部３及び先端側把持部４から外れ、ｃ'，ｂ'
点が支持点となる。

【００８１】図１１は、前記の状態でウエハ１の自重が
矯正力を発生する原理を説明するための図であり、
（ａ）図は縦断面図、（ｂ）図は（ａ）図の平面図であ
る。代表として図１１の（ａ-1）図のａ点における場合
を選んで示したものである。初期にａ、ｘ点に発生する
力を（ａ）図に、矯正力発生時の力を（ｂ）図に示す。

【００８２】図１１の（ａ）図に示すウエハ重力Ｗは、
数８のように表される。この力により数９、数１１のよ
うなＱ’、Ｑ、Ｒ、Ｒ’が発生する。そのうち、Ｒ、
Ｒ’は傾斜角を滑り降りる力に対する抵抗力を発生さ
せ、滑り降りる力Ｆは数１１、１２で表される。そこ
で、急傾斜角φが９０゜に近く緩傾斜角ψが０゜に近け
れば数１３に示すＦの値になる。この力によって、ａ点
が力Ｆで滑り降りると、図１１において（ａ-1）図では
ｃ点がＣ点に、（ａ-2）図ではａ点がＡ点に、（ａ'-
1）図ではｃ’点がＣ’点に、（ａ'-2）図ではｂ点がＢ
点に近かずき接触する。（ａ'-1）図の場合は、ｃ’、
ｂ’が接触しており、数８でウエハ重力は３点に分配さ
れ、滑り降りる力は増加するが、詳細な数式説明は省略
する。その瞬間に、図１１の（ｂ）図の力が発生し数３
と同様な数１４に示す力が発生し、図９の（ｂ）図の安
定状態に達する前に偏心矯正作用が働く。

【００８３】図１２は、この原理を用いたハンドフィン
ガ（アーム側把持部３及び先端側把持部４）の配置例を
示し、（ａ）図は平面図、（ｂ）図は断面図である。こ
の図１２は、オリフラ位置がアーム側と先端側にある場
合を重ねて示している。

【００８４】

【数８】 Ｗ＝Ｗ／２＋Ｗ／２

【００８５】

【数９】 Ｑ＝（Ｗ／２）ｓｉｎφ、 Ｑ'＝
（Ｗ／２）ｓｉｎψ

【００８６】

【数１０】 Ｒ＝（Ｗ／２）ｃｏｓφ、 Ｒ'＝
（Ｗ／２）ｃｏｓψ

【００８７】

【数１１】 Ｆ＝（Ｑ−μＲ）ｓｉｎφ−（Ｑ'＋μ
Ｒ’）ｓｉｎψ

【００８８】

【数１２】 ＝(Ｗ／２){(ｓｉｎφ−μｃｏｓφ)
ｓｉｎφ−(ｓｉｎψ−μｃｏｓψ)ｓｉｎψ}

【００８９】

【数１３】 Ｆ＝(Ｗ／２)(１−μ）＞０

【００９０】

【数１４】 Ｆ₀＝２(Ｆｔ−μＦｒ)＝２Ｆ(ｓｉｎλ
−μｃｏｓλ)ｃｏｓλ(ｓｉｎλ−μｃｏｓλ)＞０、
ｔａｎλ＞μ （実施例２）図１３は、本発明による実施例２の起伏式
半導体ウエハのハンドリング装置の概略構成を示す平面
図、図１４は、図１３に示すＹ−Ｙ線で切った断面図、
図１５は、起伏式のハンドリング装置の先端側把持部の
起伏動作を説明するための要部断面図である。

【００９１】図１３，図１４及び図１５において、９は
ロッド７と先端側把持部４を連結する連結片、１０はヒ
ンズ等からなる回動軸、１１は傾斜面部材である。

【００９２】本実施例２のウエハ１のハンドリング装置
は、図１３及び図１４に示すように、アーム２にアーム
側把持部３及び先端側把持部４が互いに対抗して設けら
れている。

【００９３】また、アーム側把持部３及び先端側把持部
４は、ウエハ１の外周部と接触する３つ以上の接触点を
有している。

【００９４】また、前記接触点は、前記ウエハ１が前記
接触点との摩擦により静止しない位置に設けられ、ま
た、前記接触点を移動させて、ウエハの位置のずれを補
正するために、先端側把持部４を起伏し、ウエハ１に対
して接触及び離反させている。

【００９５】また、アーム側把持部３は先端側把持部４
よりもウエハ１の厚さ以上に高くなっている。

【００９６】本実施例２の起伏式半導体ウエハのハンド
リング装置の把持動作は、吸引口８から真空引きすると
バネ５のバネ力を抗してピストン６が動き、ロッド７
と、連結片９を介して先端側把持部４が動く。先端側把
持部４は、ハンドの傾斜面部材１１が固定されているた
め、回動軸１０を中心に回動し、図１５の（ａ）図の状
態から（ｂ）図に示すように起伏し、さらに（ｃ）図に
示すようにウエハ１に対して近づき、接触する。これに
より、アーム側把持部３と、先端側把持部４とでウエハ
１を把持する。また、真空引きを解除すると、バネ５に
よって図１５の（ｃ）の状態から（ｂ）図に示す状態し
なり、さらに（ａ）図の状態にもどる。

【００９７】（実施例３）図１６は、本発明による実施
例３の重力式半導体ウエハのハンドリング装置の概略構
成を示す平面図、図１７は、図１６に示すＹ−Ｙ線で切
った断面図である。

【００９８】図１６及び図１７において、２０はアーム
側把持部３及び先端側把持部４に設けられた緩傾斜部、
２１はアーム側把持部３及び先端側把持部４に設けられ
た急傾斜部である。

【００９９】本実施例３のウエハ１のハンドリング装置
は、図１６及び図１７に示すように、アーム２にアーム
側把持部３及び先端側把持部４が互いに対抗して設けら
れている。

【０１００】また、アーム側把持部３及び先端側把持部
４は、ウエハ１の外周部と接触する３つ以上の接触点を
有している。

【０１０１】また、前記接触点は、前記ウエハ１が前記
接触点との摩擦により静止しない位置に設けられてい
る。

【０１０２】また、アーム側把持部３は先端側把持部４
よりも高く、かつ、ウエハ１の厚さ以上に高くなってい
る。

【０１０３】また、アーム側把持部３及び先端側把持部
４に緩傾斜部２０と急傾斜部２１が設けられている。

【０１０４】本実施例３の重力式半導体ウエハのハンド
リング装置の把持動作は、まず、ウエハ１を収納したウ
エハキャリアにハンドリング装置を挿入し、この時、ア
ーム側把持部３の高くなった部分でウエハ１をウエハキ
ャリアに押し込んで揃える。

【０１０５】次に、ウエハ１を持ち上げる。この時、ウ
エハ１は円周部でのみ、アーム側把持部３及び先端側把
持部４と接触している。そして、ウエハ１は、急傾斜部
２１上を滑り、ウエハ円周が急傾斜部２１と緩傾斜部２
０との境と一致したところで静止する。これにより、ウ
エハ１の裏面に接触せずにウエハを把持することができ
る。

【０１０６】前述のように、アーム側把持部３及び先端
側把持部４はアーム２に固定されているので、アーム側
把持部３及び先端側把持部４と把持されたウエハ１との
位置関係により、当該ウエハ１の中心位置Ｏの位置を特
定することができる。つまり、ウエハ１の中心位置合わ
せができる。

【０１０７】これにより、本実施例３のハンドリング装
置は、実施例１、２と同様の効果を得ることができる。

【０１０８】また、本実施例３のハンドリング装置は、
アーム側把持部３及び先端側把持部４が可動しないの
で、構造が簡単である。このため、ハンドリング装置の
厚さは、ウエハ１を支えるための強度があれば良いの
で、本実施例３のハンドリング装置は厚さを薄くするこ
とができる。この結果、ウエハキャリアに収納されたウ
エハ間の隙間に差し入れることが可能である。

【０１０９】ここで、キヤリア対応時のハンドフィンガ
の寸法制限への対応について説明する。

【０１１０】まず、最初に一番寸法的に厳しい条件が課
せられるのが、キャリアからの出し入れである。図１８
は、ウエハキャリアのミル規格（米）に準拠した６イン
チ径のウエハ用キャリアの概略構成を示す図であり、
（ａ）図は正面図、（ｂ）図は（ａ）図のＹ−Ｙ線で切
った断面面、（ｃ）図はＯ印で囲んだ部分の拡大図であ
る。

【０１１１】図１８に示すように、キャリア３０の基準
面を水平に置とき、ウエハ１は水平に称呼寸法３／１６
インチ（４.７６mm）の等間隔に２５枚重畳して収納さ
れる。

【０１１２】格段のウエハ支持要領は、図１８に示すよ
うに、約４.６度の浅い勾配面上にウエハ１の重心Ｏを
通る直径の両周端が載り両端Ｔ２点で支持される。直径
１５０±０.２mmに作られ、０.２５mmの傾き誤差を容認
される（たまたまオリフラ部分を支持する場合は、最大
約０.４mm傾くことになる）。

【０１１３】また、格段ピッチの製作許容公差（±０.
１５mm）を加算し、ウエハ厚０.６mmとすれば、ウエハ
１間の空隙は平均３.９mm、最小３．６mm、さらに、オ
リフラ部を支えた場合の最小空隙は平均３.４mmとな
る。

【０１１４】また、キャリアの基面近くに、最下段ウエ
ハに対面して図のようにキャリアケージの左右両側板を
連結するビーム３０ａが通るので、最下段ウエハ１の出
し入れの際は、このビーム上面との間隙をハンドフイン
ガが通過するが、この空隙距離は平均３.７５mm、最小
３．３mmと推計される。

【０１１５】前記ウエハ段間の最小間隙３.４mm、最下
端で３.３mmの挟い空間をウエハ直径にわたり通過する
ウエハ支持体（ハンド）の許される厚み（高さ）は上下
クリアランスをそれぞれ０.５mm確保するものとして２m
mそこそこの薄板状の限界寸法内に構成する必要があ
る。同様の推計を８インチウエハについて行うと、４mm
が限界寸法となる。

【０１１６】以上、発明者によってなされた発明を実施
例にもとづき具体的に説明したが、本発明は前記実施例
に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲
で種々変更可能であることはいうまでもない。

【０１１７】

【発明の効果】本願において開示される発明のうち代表
的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下
記のとおりである。 （１）ウエハの裏面に接触しないので、汚染が防止でき
る。 （２）ハンドだけでウエハの自動心出しができる。 （３）ハンドだけでウエハ把持前にウエハ位置をハンド
中心線の方向に揃えることができる。 （４）ウエハを確実に把持することができる。 （５）前記（１）乃至（４）により、信頼性の高い半導
体装置を製造することが可能となり、半導体装置の歩留
まりを向上させることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明による実施例１の引き寄せ式半導体ウ
エハのハンドリング装置の概略構成を示す平面図、

【図２】 図１に示すＹ−Ｙ線で切った断面図、

【図３】 本実施例１のキヤリア内のリブに２点で支え
られたウエハに対してハンドが下面に挿入された状態を
示す平面図、

【図４】 本発明によるウエハのような円形平板を円弧
部分のＡ，Ｃ点に力を加えて中心を移動させる原理を説
明するための図、

【図５】 本発明による力の作用点点の一つがオリフラ
部にかかったときを示す図、

【図６】 本発明によるアーム側把持部及び先端側把持
部がウエハの外周で偏心矯正機能を保つ限界の配置を説
明するための図、

【図７】 ウエハの偏心を誇張して示した図、

【図８】 ウエハの偏心を誇張して示した図、

【図９】 矯正力によって安定した姿勢に治まる過程を
想定した図、

【図１０】 偏心矯正可能な最も厳しいオリフラ位置に
ついて想定した偏心を誇張して示した図、

【図１１】 本発明によるウエハの自重が矯正力を発生
する原理を説明するための図、

【図１２】 本発明によるハンドフィンガ（アーム側把
持部及び先端側把持部）の配置例を示した図、

【図１３】 本発明による実施例２の起伏式半導体ウエ
ハのハンドリング装置のの概略構成を示す平面図、

【図１４】 図１４に示すＹ−Ｙ線で切った断面図、

【図１５】 本実施例２の起伏式半導体ウエハのハンド
リング装置の先端側把持部の起伏動作を説明するための
要部断面図、

【図１６】 本発明による実施例３の重力式半導体ウエ
ハのハンドリング装置の概略構成を示す平面図、

【図１７】 図１７に示すＹ−Ｙ線で切った断面図、

【図１８】 本発明に係るウエハキャリアのミル規格
（米）に準拠した６インチ径のウエハ用キャリアの概略
構成を示す図。

【符号の説明】

１…ウエハ、１Ａ…オリフラ、２…アーム、３…アーム
側把持部（アーム側フィンガ）、４…先端側把持部（先
端側フィンガ）、５…バネ、７…ロッド、８…吸引口、
９…連結片、１０…回動軸、１１…傾斜面部材、２０…
緩傾斜部、２１…急傾斜部、Ａ、Ｂ、Ｃ…接触点、Ｆ…
力、Ｏ…中心点、μ…摩擦係数、λ…挾み角、δ…オリ
フラ角。

Claims (7)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 半導体ウエハの把持動作が終了した際、
   半導体ウエハ外周円に相当する円の中心位置を半導体ウ
   エハ面と平行な面に投影した位置に中心点を有し、その
   中心点を通る平面上の中心線をハンドの中心線とし、半
   導体ウエハ外周円がはまりこむことができるほぼ同一直
   径の円の中心点を前記の中心点と同位置とし、当該円と
   前記ハンドの中心線と交わる２点の位置にそれぞれ中央
   部を有し、それぞれの中央部を通りハンド中心線に対称
   に当該円に沿った所定の範囲を半導体ウエハ外周部とだ
   け接触可能なハンド把持部とした半導体ウエハのハンド
   リング装置であって、ハンドのアーム側把持部の両端の
   点が中心点になす開き角を、半導体ウエハのオリフラ部
   の両端の点が半導体ウエハの中心点になす開き角の２倍
   以上とし、接触点を少なくとも両端の点と中央部の３点
   に設け、ハンドの先端側把持部の両端の点が中心点にな
   す開き角を、半導体ウエハのオリフラ部の両端の点が半
   導体ウエハの中心点になす開き角以上とし、接触点を少
   なくとも両端の２点に設け、オリフラの位置がハンド把
   持部のどの位置にあっても、半導体ウエハを把持する際
   に、両方のハンド把持部がそれぞれ半導体ウエハと実際
   に最初に接触するであろう少なくともそれぞれの１箇所
   の点を結んだ線と、それぞれの点を半導体ウエハ中心点
   と結んだ線がなす角度を、ハンド把持部と半導体ウエハ
   との摩擦角以上になるように設定したことを特徴とする
   半導体ウエハのハンドリング装置。
2. 【請求項２】 半導体ウエハの把持動作が終了した際、
   半導体ウエハ外周円に相当する円の中心位置を半導体ウ
   エハ面と平行な面に投影した位置に中心点を有し、その
   中心点を通る平面上の中心線をハンドの中心線とし、半
   導体ウエハ外周円がはまりこむことができるほぼ同一直
   径の円の中心点を前記の中心点と同位置とし、当該円と
   前記ハンドの中心線と交わる２点の位置にそれぞれ中央
   部を有し、それぞれの中央部を通りハンド中心線に対称
   に当該円に沿った所定の範囲を半導体ウエハ外周部とだ
   け接触可能なハンド把持部とした半導体ウエハのハンド
   リング装置であって、ハンドのアーム側フィンガ部分の
   両端の点が中心点になす開き角を、半導体ウエハのオリ
   フラ部の両端の点が半導体ウエハの中心点になす開き角
   の２倍以上とし、それぞれの両端から中央部に向けてオ
   リフラの前記開き角以上移動した点までをハンド把持部
   とし、接触点を少なくとも両端とそこから中央に向けて
   オリフラの前記開き角以上移動した点の４点とし、ハン
   ドの先端側把持部の両端の点が中心点になす開き角を半
   導体ウエハのオリフラ部の両端の点が半導体ウエハの中
   心点になす開き角以下とし、接触点を少なくとも両端の
   ２点または中央の１点とし、オリフラの位置がフィンガ
   部分のどの位置にあっても、半導体ウエハを把持する際
   に、両方のハンド把持部がそれぞれ半導体ウエハと実際
   に最初に接触するであろう少なくともそれぞれ１箇所の
   点を結んだ線と、それぞれの点を半導体ウエハの中心点
   と結んだ線がなす角度を、ハンド把持部と半導体ウエハ
   との摩擦角以上になるように設定したことを特徴とした
   半導体ウエハのハンドリング装置。
3. 【請求項３】 請求項１または請求項２に記載の半導体
   ウエハのハンドリング装置において、ハンドのアーム側
   及び先端側把持部の接触部の縦断面形状を半導体ウエハ
   が入り込む上部の入り口部分の面の傾斜を半導体ウエハ
   を把持した際の半導体ウエハ中心に向けた急傾斜面と
   し、その勾配を半導体ウエハの平坦な底面の円形外周の
   直径に近い位置に至るまで保ち、それよりハンド中心に
   向かった内部は、アーム側、先端側共ハンド平面より同
   じ高さから中心に向かった水平に近い円錐状の緩傾斜面
   としたことを特徴とする半導体ウエハのハンドリング装
   置。
4. 【請求項４】 請求項１または請求項２に記載の半導体
   ウエハのハンドリング装置において、ハンドのアーム側
   把持部の接触部の縦断面形状を半導体ウエハ入り口部で
   ある上部では垂直に近い内壁面とし、それぞれハンド平
   面より同じ高さから中心に向かった部分を水平に近い円
   錐状の緩傾斜面にし、該アーム側把持部はハンドに固定
   し、先端側把持部の接触部の縦断面形状を入り口部では
   アーム側把持部と同様の内壁と緩傾斜面にし、該先端側
   把持部の接触部を、単数または複数個の把持部とし、ハ
   ンドの中心点またはアーム側把持部に向かって引かれた
   り離れたりする可動部分としたことを特徴とする半導体
   ウエハのハンドリング装置。
5. 【請求項５】 請求項１または請求項２に記載の半導体
   ウエハのハンドリング装置において、ハンドのアーム側
   把持部の接触部の縦断面形状を半導体ウエハ入り口部で
   ある上部では垂直に近い内壁面とし、それぞれハンド平
   面より同じ高さから中心に向かった部分を水平に近い円
   錐状の緩斜面にし、該アーム側把持部はハンドに固定
   し、先端側把持部の接触部分の縦断面形状を入り口部で
   はアーム側把持部と同様の内壁と緩斜面にし、該把持部
   の接触部を単数または複数個の把持部とし、ハンドの中
   心部またはアーム側把持部に向かって引かれたり離れた
   りすると同時に引かれる直前または直後に引かれる方向
   に対して直角に起立し、離れる時は立ち上がったまま離
   れる方向に移動した後、移動最終端またはその直前に水
   平に戻る構造になっていることを特徴とする半導体ウエ
   ハのハンドリング装置。
6. 【請求項６】 請求項１または請求項３に記載の半導体
   ウエハのハンドリング装置において、アーム側把持部の
   急斜面を垂直面とし、当該垂直面を先端側把持部の高さ
   より半導体ウエハの厚さ以上に高くしたことを特徴とす
   る半導体ウエハのハンドリング装置。
7. 【請求項７】 請求項１、２、４、５のうちいずれか１
   項に記載の半導体ウエハのハンドリング装置において、
   アーム側把持部の高さを先端側把持部の高さより半導体
   ウエハの厚さ以上に高くしたことを特徴とする半導体ウ
   エハのハンドリング装置。