JPS6019656B2 - ウエハの入れ替え装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は集積回路等半導体装置製造工程における熱処理
工程の自動化に必要な耐熱性ボートへのウェハの入れ替
え装置に関する。

集積回路等の半導体装置製造においては、歩留り向上、
生産性の向上が重要であるため、製造工程の自動化が進
められ、洗浄、イオン注入、レジスト塗布、現像、ドラ
イ加工等の工程では既に自動化装置が市販され広く用い
られている。

これら自動化装置はカセット式目動化装置であり、ゥェ
ハ・カセットに処理すべきウェハを入れて所定の位置に
装填すれば自動的に処理され、処理が終ったウェハはウ
ェハ・カセットに戻されるようになっている。更にウェ
ハ・カセットは自動化装置で共通に使用できると共に、
ウェハの運搬にも使用できるので、処理の終ったウェハ
の入っているウヱハ・カセットを次に処理すべき装置ま
で運び装填すれば順次工程を進めることができる。この
ように、カセット式目勧化製造装置では作業者が直接ウ
ェハに触れることがなく作業が行えるので、生産性の向
上や歩留りの向上が図れる。しかし、熱処理工程ではゥ
ェハを耐熱性ボートに入れて処理するため、ウェハ・カ
セットより耐熱性ボートへのウェハの入れ替えを行う必
要がある。従来、このゥェハの入れ替え作業は有効な自
動化手段がなかったため人手により行われていた。これ
は、耐熱性ボートとウェハの接触部分を極力少〈し、熱
処理工程中にウェハに熱ヒズミ等の悪い影響を与えない
ようにするため、ウェハ・カセットのようにゥェハを正
確に保持する機能の面で耐熱性ボートの機能が欠けてお
り、ウェハ・カセットと耐熱性ボート間のゥェハの入れ
替え操作の自動化が困難であったことに原因していた。
例えば３″ウェハの熱処理においても、深さ数凧の溝に
ウェハの一端を挿入するだけの耐熱性ボートが広く使用
されているが、このような耐熱性ボートではゥェハ挿入
溝の間隔を正確にしても溝に挿入されているウェハが溝
幅よりうすいため煩〈ので、ウェハ間隔は一定とならな
い。本発明はこれらの欠点を除去するため、耐熱性ボー
トを水平より煩いた位置に保持する等の方法によって、
ウェハの傾き方向を揃え、ウヱハ入れ替えを自動的に行
えるようにしたウェハの入れ替え装置を提供することを
目的とするものである。

以下、本発明の一実施例を図面により説明すると、第１
図は本発明による耐熱性ボートへのウェハの入れ替え装
置の一実施例であり、１は水平方向に対し角度Ｑの勾配
を有する不動部Ｇの煩斜面上に設置されたボート支持台
で、その上面上には多数のウェハを保持する耐熱性ボー
ト２がポ−ト保持台と同角度に維持されて数直されてい
る。耐熱性ボート２はその両端を僅かに上方へ折曲して
形成した係止部２ａを有すると共に、この係止部２ａの
間にはウヱハを受容し、かつこれを保持するための多数
のウェハ挿入溝３が一定の間隔を置いて形成されている
。このウェハ挿入溝３の幅は、その内部に挿入されるウ
ェハ４の幅厚よりも幅広に形成されており、したがって
ウェハ挿入簿３内に挿入されたゥェハ４は、図に示すよ
うに耐熱性ボート２の表面に直交する平面より僅かに下
方へ鏡し、て保持されている。しかして、耐熱性ボート
２はボート支持台１上において、一方の係止部２ａをボ
ート保持台１の端部に形成した係止突超ｌａと係合して
一定位贋を保持していると共に、他方の孫止部２ａはボ
ート保持台１の他端に設けられたシリンダ５のピストン
ロッド６の先端に間穀された押圧片７によって秤圧され
、固定されている。８はボート保持台１の両脚部ｌｂ，
ｌｂ間を貫挿している耐熱性ボート移動用の最尺の移動
軸で、両端が不動部材により支持され、かつその表面に
はネジが形成されており、パルスモータ（図示略）等の
駆動源に連係しその回動力によってボート保持台１を不
動部Ｇの鏡斜面に沿って移動可能にされている。

９は耐熱性ボート２に収容されたウェハ４をその頭斜方
向から吸引して取出す吸引装置としての真空ピンセット
で平坦な吸着面ｇａを有しており、この真空ピンセット
９の吸引口は図示しない真空ポンプ等の吸引装置に蓬通
し、その吸引圧力によってウェハ４を吸着保持するよう
にしてあり、その吸着の際に吸引圧力の変化を検出する
圧力センサ（図示略）によって後述する移動麹の回動を
停止させるようにしてある。

しかして、真空ピンセット９は伸縮可能な作動杵１０を
介して保持具１１に連結されており、この保持臭１１は
耐熱性ボート２の上方位置に不動部材により回敷可能に
支持された長尺の移動軸１２に支持されている。移動軸
１２は周面にネジが形成され、かつその一端をパルスモ
ー夕等の駆動源に連係していて、移動軸１２の回動によ
って保持臭１１と一体の真空ピンセット９を図上左右に
矢印Ａの方向に移動可能にしている。１３は真空ピンセ
ット９の移動城に臨ませて設けられた受台で、その回転
軸１４に連係するモータ（図示略）の駆動により回敷可
能に支持されており、また受台１３の一端にはウェハ４
を載遣し収容する切欠１３ａが形成されている。

この他、図中、１５，１５′は保持具１１を介して真空
ピンセット９の移動を感知するりミットスイッチ、１６
，１６′は受台１３の回転を感知するりミットスイッチ
で、これらリミットスイッチ１５，１５′，１６，１６
′および移動軸８，１２、真空ピンセット９の上下動お
よびその吸着動作は全てマイクロコンピュータ等よりな
る制御装置で制御され、耐熱性ボート２とゥェハ・カセ
ット（図示略）間のウェハ４の入れ替えを行うように構
成されており、これらの構成は以下の動作説明に示す通
りである。先ず、本発明による耐熱性ボート２から受台
１３を介してウェハ・カセットへのワェハ４の移し替え
動作について説明する。

なお、この実施例は、耐熱性ボートから受台１３への移
し替えが本質的動作である。ゥェハ挿入溝３の溝幅はウ
ェハ４の厚みに比べ大きく作られているので、本発明の
如く耐熱性ボート２を煩けて保持すると、耐熱性ボート
２に保持されているウェハ４はすべて真空ピンセット９
の方向に懐く。

したがって、移動軸８により耐熱性ボート２を真空ピン
セット９の方向に移動し、ウェハ４と真空ピンセット９
を接触させても真空ピンセット９とウェハ４がある角度
をなしているため、ウェハ４は真空ピンセット９のイの
位置においては吸着されない。しかし、更に耐熱性ボー
ト２を真空ピンセット９の方向に動かしてゆくと、ゥェ
ハ４は真空ピンセット９に押されて、ついには、耐熱性
ボート２に対し垂直になり、この時、ウェハ４は真空ピ
ンセット９に吸着される。ゥェハ４が真空ピンセット９
に吸着されると吸引圧力が変化するので、この圧力変化
が圧力センサにより検出され、移動軸８の回転が停止さ
れる。次に真空ピンセット９の作動村１川こより真空ピ
ンセット９を上方に移動し、ウェハ４をゥェハ挿入溝３
より抜き出す。そして移動軸１２を回転させ真空ピンセ
ット９を受台１３の方向に移動させて、口の位置に釆た
時点で真空ピンセット９の吸引を停止させると耐熱性ボ
ート２より取り出されたウェハ４は起立して待機してい
た受台１３に保持される。なお、真空ピンセット９は更
にハの位置まで移動している。真空ピンセット９の位置
は、移動軸１２のパルスモータの回転を制御する制御装
置の記憶装置にその位置を予め記憶させることにより容
易に制御可能である。次に、ウヱハ受台回転軸１４によ
り受台１３を回動（矢印Ｂ）させ、その水平位置で回動
を停止する。このようにして水平に保持されたウェハ４
を金属性ウェハ・カセット又はフッ化樹脂性ゥェハ・カ
セットに自動的に挿入する機構は、市販のカセット式目
動製造装置で広く用いられている公知の方法と同様な方
法により容易に行なえるので、耐熱性ボ−ト２に収容さ
れているウェハ４を全てウェハ・カセットに自動的に移
し替えることが可能である。次に、上記実施例において
、逆に、ウヱハ・力セットより受台を介して耐熱性ボー
トへのウェハの移し替えを行なう場合について説明する
。ウェハ・カセットよりウェハを取り出し、受台１３に
ウヱハ４が水平に保持された状態にすることは、公３句
のカセット式目動製造装置で用いられている方法により
行う。そして、受台１３を実線で示す位贋まで回転し起
立させて、ゥェハ４を仮想線で示す位置に移動させる。
次に真空ピンセット９を吸引した状態で逆にハからイの
方向に受台１３を動かしていくと、口の位置でウェハ４
を吸着でき、更にイの位置まで動かす。耐熱性ボートの
形状及びウェハ挿入溝の位置等により制御位置を予め制
御装置に記憶させてあるものとすると、移動軸８の回転
により挿入すべきゥヱハ挿入溝３を真空ピンセット９の
耐熱性ボート垂直方向真下に持ち来たすことが可能とな
る。この状態で真空ピンセット９の作動村１０により真
空ピンセット９を下降させると、ゥェハ挿入溝３にゥェ
ハ４が挿入される。ウェハ挿入溝３の位置を制御装置に
予め記憶させる他の方法としては、第２図に示す如く投
光器１８と光検出器１９よりなる位置センサー７により
ウェハ挿入溝３を検出して行う方法がある。

すなわち、位置センサー７の下にある耐熱性ボート２を
一端から池端にむけ移動すると、投光器１８の光がウェ
ハ挿入溝３に照射されている場合と、ゥェハ挿入溝３で
ない部分に照射されている場合とで、光検出器１９に到
達する光量が異なることによりウェハ挿入溝３の位置が
検出でき、制御装置に記憶させることができる。位置セ
ンサ１７は通常は耐熱性ボート２から離れた位置に置か
れ、ゥェハ入れ替えのためゥェハ４の入っていない耐熱
性ボート２がボート保持台１に置かれた時にのみ耐熱性
ボート２の上方に移動し、移動軸８を回転させて、耐熱
性ボート２を一端から池端に移動し、順次、ウェハ挿入
溝３の位置を制御装置が判断し、記憶装置に記憶させる
。全てのゥェハ挿入溝３の位置を記憶し終ったら位置セ
ンサ１７はもとの耐熱性ボート２から離れた位置に戻り
、ゥェハ挿入動作に支障のないようにすれば、第１図で
説明した方法でウェハの入れ替えが行える。第３図は本
発明の他の実施例であり、通常水平に設置される熱処理
炉への組込みを可能にしたものであり、２川ま熱処理用
反応管、２１はボート受台、２２は引出棒、２３はウェ
ハ・カセット、２４はウェハ・カセット２３よりウヱハ
４が取り出せるように先端を細く形成した真空ピンセッ
ト、２５は作動杵、２６は上下及び左右移動用捨臭、２
７は左右移動軸、２８は前後移動軸、２９は前後移動用
捨具、３川まノズル固定治具、３１はガス噴出ノズル、
３２はガス導入管である。この実施例では、処理が終り
熱処理用反応管２０から引出棒２２により引出された耐
熱性ボート２とウェハ４が常温になるのをまって、ウェ
ハ・カセット２３に移し替えられる。ウヱハ・カセット
は、第３図においては、耐熱性ボート２の奥（紙面に垂
直な方向）に設置されているものとする。この実施例で
は熱処理用反応管２０が水平に設定されているため第１
図のごとく耐熱性ボート２を傾斜させることができない
。そこでガス噴出ノズル３１より窒素ガス用のガスをウ
ヱハ４１こ噴き当て、真空ピンセット２４の方向にウェ
ハ４を強制的に傾け、左右移動軸２７を回転して真空ピ
ンセット２４を熱処理用反応管２０の方向（矢印Ａ）に
移動させ、第ｉ図で説明したと同様な方法によりゥェハ
４を真空ピンセット２４に吸着させる。次に上下（矢印
Ｄ）移動軸２５により真空ピンセット２４を上方に移動
し、前後移動軸２８を回転させてウェハ・カセット２３
上に移動させ（Ｃの方向）、左右移動軸２７によりウェ
ハ・カセット２３のウェハ４を挿入すべき位置に移動さ
せる。この後、上下移動軸２５によって真空ピンセット
２４を下降させ、吸着しているウェハ４をウヱハ・カセ
ット２３に挿入する。以上のウェハ１枚ずつの動作の繰
り返し‘こより、耐熱性ボート２のウェハ４は全てウェ
ハ・カセット２３に移すことができる。ここで、ウェハ
・カセット２３は常に定位直に置くようにし、ウェハの
挿入位置は予め制御位置に記憶させておくものとする。
引出棒２２による耐熱性ボート２の引出し停止位置精度
は、引出棒２２の熱処理中のゆがみ、伸び等による誤差
が考えられるが、この誤差以上に充分離れた位置から真
空ピンセット２４をウェハ４に近づけることによって、
この誤差の影響は除ける。またウェハ−カセット２３に
より耐熱性ボート２へのウヱハの移し替えは第２図で説
明した如く、位置センサ１７により耐熱性ボートにウェ
ハがない状態でウェハ挿入溝３の位置を予め検出しその
位層を全て制御装置の記憶装置に記憶させ、ウェハ移し
替えを行うことにより耐熱性ボート２の引出し停止位置
の誤差は自動的に補正できる。次にウェハ・カセット２
３より耐熱性ボート２へのウェハ移し替えについて説明
する。左右移動藤２７を回転させて真空ピンセット２４
を第３図の左方へ移動させ、ゥェハ・カセット２３に収
納されている最外端のウェハ４をまず吸着する。吸着は
第１図で説明した如く真空ピンセット２４の吸引圧力の
変化によって感知される。吸着した時点で前後移動軸２
８の回転を停止し、上下移動軸２５により真空ピンセッ
ト２４を上方に移動し、吸着しているゥェハを完全に抜
きとる。次に、前後移動軸２８を回転し、耐熱性ボート
２の上に真空ピンセット２４を動かし、予め記憶してい
る耐熱性ボート２のゥェハ挿入溝３のうちで最も引出様
２２に近い位置にあるゥェハ挿入溝３の真上に、前後移
動軸２８によって取り出したたウェハＣを持ち来たし、
上下移動軸２５を介して降下させ、ウェハ挿入溝３に挿
入する。この時１枚目のウェハ挿入においては問題ない
が、２枚目以降のゥェハ挿入においては先に入れたワェ
ハが挿入すべきウェハ挿入溝の方向に懐き、持ち来たし
たウェハ等と衝突し挿入動作の障害やウェハの破損等の
原因となることが予想されるが、この問題に対しては目
的とするウェハ挿入溝３の位置より熱処理用反応管２０
のある方向に少し移動した位置で若干下降させ、次に目
的とするウェハ挿入溝３の真上に挿入すべきウェハを移
動するようにして挿入すれば解決できる。本発明は以上
のように、耐熱性ボートに収容された複数のウェハを強
制的に一括もしくは一部のウェハのみを一方向へ預けて
保持し、このゥェハをその煩斜方向から制御装置により
作動を制御された真空ピンセットによって吸引し取出す
ようにして、耐熱性ボートとゥェハ・カセット間又は耐
熱性ボートと受合間のゥェハの移し替えを自動的に行な
えるため省力化が図れ生産性が向上すると共に、ウェハ
移し替えを行う作業者からの汚染が防げるため歩留まり
向上が図れると共に、熱処理炉のカセット式目動化が可
能となり、半導体製造工程の自動化が容易となる等多く
の利点がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す正面図でその作動状態
と共に示してあり、第２図はゥェハ挿入溝の位置センサ
の一例を示す簡略正面図であり、第３図は本発明の他の
実施例をを示す正面図である。 １・…・・ボート保持台、２・・・・・・耐熱性ボート
、３・・・・・・ウェハ挿入溝、４…・・・ウェハ、５
・・・…シリンダ、６・・・…ピストンロッド、７・・
・・・・押圧片、８，１２，２５，２７，２８・…・・
移動軸、９・・…・真空ピンセット、１０・・・・・・
作動村、１１・・・・・・保持臭、１３・・・・・・受
台、１４・・・・・・受台の回転軸、１５，１５′，１
６，１６′……リミットスイッチ。 第２図第３図 図 ※

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 熱処理用耐熱性ボートに配設された複数の平行溝に
   保持された複数のウエハを、受台を介して、もしくは受
   台を介することなく直接ウエハ・カセツトに入れ替える
   ウエハ入れ替え装置において、該複数ウエハを強制的に
   所定の方向にそろえて傾斜せしめるウエハ傾斜手段と、
   ウエハの傾斜方向からウエハを１枚ずつ吸着保持し、か
   つ所定の状態において当該ウエハの吸着を解除するウエ
   ハ吸着手段と、当該ウエハ吸着手段と前記複数ウエハ配
   列の相対位置関係を変化せしめ、かつ前記耐熱性ボート
   とは離して設置された受台もしくはウエハ・カセツトの
   位置に前記ウエハ吸着手段を移動せしめる移動手段と、
   前記ウエハ吸着手段及び前記移動手段の作動を制御する
   制御手段とを具備することを特徴とするウエハの入れ替
   え装置。 ２ ウエハ傾斜手段が耐熱性ボート自体を所定の角度で
   傾斜せしめた構造よりなることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のウエハの入れ替え装置。 ３ 受台が水平方向と所定の角度の異なる２状態間で回
   転しうる構造を有することを特徴とする特許請求の範囲
   第１項記載のウエハの入れ替え装置。 ４ ウエハ傾斜手段がガス噴出ノズルから所定のウエハ
   にガスを照射せしめて傾斜せしめる構造を有することを
   特徴とする特許請求の範囲第１項記載のウエハの入れ替
   え装置。 ５ ウエハ傾斜手段は複数のウエハを一括して、もしく
   は複数のウエハの一部のみを強制的に所定の方向にそろ
   えて傾斜する構造を有することを特徹とする特許請求の
   範囲第１項記載のウエハの入れ替え装置。