JP2005131729A - 薄板材把持装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 塵埃の発生を抑制し作業効率を向上させるとともに、製造コストを低減することができる薄板材把持装置を提供することを目的とする。
【解決手段】 ウエハ等の薄板材５を移載する移載装置１に設けられる薄板材把持装置３であって、移載用部材２に略等角度おきで３箇所に配置され且つそれぞれ半径方向で移動自在にされた可動部材１４と、これら各可動部材１４を内周側に付勢する付勢部材１５と、移載用部材２の中心部に回転駆動手段１６ｂにより回転自在に設けられるとともに上記各可動部材１４の内端側に当接されて当該各可動部材１４を半径方向で移動させるカム体１７と、上記各可動部材１４の外端寄り位置に設けられて薄板材５の外周縁を把持可能な把持手段１９とから構成する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、半導体製造用ウエハや磁気ディスク用基板等の薄板材を把持する薄板材把持装置に関するものである。

従来、複数のウエハを収容しているウエハ収容カセットからウエハ搬送ロボットにより搬送されたウエハを、ウエハの表面における平坦度の測定を行うウエハ保持ステージに移載するウエハ移載ロボットは、２つの移載アームと、４５度アームと、各移載アームの端部に放射状に等間隔に取り付けられた３つのフィンガー部材からなる薄板材把持装置とから構成されており、このフィンガー部材の先端には溝部を有する把持爪が形成されている。

ウエハをウエハ搬送ロボットからウエハ移載ロボットに移載する際、すなわちフィンガー部材を水平状態としてウエハの移載を行う際、ウエハを搭載したウエハ搬送ロボットは水平状態となったウエハ移載ロボットのフィンガー部材の上方で停止し、ウエハの移載を行う。この移載後、ウエハ移載ロボットの４５度アームを１８０度回転させることにより、ウエハを把持したフィンガー部材を水平状態から垂直状態へと切り換え、この垂直状態のウエハをウエハ保持ステージへ移載する。

ウエハ保持ステージは、ウエハを回転駆動させる環状のスピンドルと、このスピンドルに取り付けられたウエハの表面の平坦度を測定するウエハ平坦度測定センサと、スピンドルの上部に設けられた２つの固定保持爪と、スピンドルの下部に設けられた昇降動自在な可動保持爪とにより構成されている。

このウエハ保持ステージのスピンドルへウエハを移載する際、すなわちフィンガー部材を垂直状態としてウエハの移載を行う際、まず、ウエハ移載ロボットの移載アームを下降させて移載アームの軸心をスピンドルの軸心に対して下方に位置させるとともに、可動保持爪を退避位置にして（下降させて）、ウエハが固定保持爪による保持位置へ進入することを妨げないようにする。そして、ウエハが保持位置に進入すると、移載アームを上昇させて移載アームの軸心をスピンドルの軸心に一致させ、下降させていた可動保持爪を上昇させることによりウエハを保持する構成となっている（たとえば、特許文献１）。
特願２００２−０６７４０７号 特開２００２−３０７３４３号公報（第４−６頁、第３図）

しかし、上記した従来の構成によると、各フィンガー部材の先端に設けられた把持爪は固定されているため、ウエハをウエハ搬送ロボットからウエハ移載ロボットのフィンガー部材に移載するとき、およびウエハをウエハ移載ロボットのフィンガー部材からウエハ保持ステージのスピンドルに移載するとき、ウエハとフィンガー部材の把持爪とが擦れるので微小な塵埃（パーティクルともいう）が発生し、その塵埃がウエハに付着することにより、ウエハの半導体素子に不良品を発生させるという問題がある。

また、ウエハと把持爪との擦れによる磨耗により、把持爪の寿命を短くするという問題がある。
さらに、ウエハをウエハ搬送ロボットからウエハ移載ロボットに移載する際に、ウエハの中心を移載アームの中心からずれた場所に載置させた場合（たとえば、３箇所のうち２箇所の把持爪に近いところにウエハを載置させた場合）、固定された把持爪を用いてウエハの把持を行うと、残り１箇所の把持爪と当接することなくこの２箇所の把持爪のみでウエハの把持を行う恐れがあり、ウエハ移載ロボットからウエハ保持ステージのスピンドルへウエハの移載を行う際、ウエハの正確な受け渡し（移載作業）が行なわれなくなるため、移載工程に乱れが生じることとなり、作業効率が低下するという問題がある（特許文献１、第６図（ｂ）参照）。

加えて、ウエハ移載ロボットからウエハ保持ステージのスピンドルへウエハの移載を行う場合、移載アームを昇降させて移載アームの軸心とスピンドルの軸心を一致させているため、ウエハ移載ロボットの構造が複雑となり、また製造コストもかかるという問題がある。

そこで本発明は、塵埃の発生を抑制し作業効率を向上させるとともに、安価に製造することができる薄板材把持装置を提供することを目的としたものである。

前記した目的を達成するために、本発明の請求項１記載の薄板材把持装置は、ウエハ等の薄板材を移載する移載装置に設けられる薄板材把持装置であって、移載用部材に等角度おきで３箇所に配置され且つそれぞれ半径方向で移動自在にされた可動部材と、これら各可動部材を内周側に付勢する付勢部材と、移載用部材の中心部に回転駆動手段により回転自在に設けられるとともに上記各可動部材の内端側に当接されて当該各可動部材を半径方向で移動させるカム体と、上記各可動部材の外端寄り位置に設けられて薄板材の外周縁を把持可能な把持手段とから構成され、上記把持手段として、外周面に薄板材を案内し得る溝部が形成された円形部材を用いるとともに、少なくとも２個の可動部材に設けられた円形部材を回転自在に構成したことを特徴としたものである。

また本発明の請求項２記載の薄板材把持装置は、回転自在な円形部材が設けられた２個の可動部材以外の可動部材に設けられた円形部材を固定させたことを特徴としたものである。

そして本発明の請求項３記載の薄板材把持装置は、カム体の外周面を、３個の円形部材により薄板材を把持した状態で当該カム体を所定方向に回転させた際に、所定の可動部材を所定距離だけ内端側に移動させ得る形状にしたことを特徴としたものである。

さらに本発明の請求項４記載の薄板材把持装置は、カム体の外周面を、３個の円形部材により薄板材を把持した状態で当該カム体を所定方向に回転させた際に、固定された円形部材が設けられた可動部材を所定距離だけ内端側に移動させ得る形状にしたことを特徴としたものである。

しかも本発明の請求項５記載の薄板材把持装置は、３個の把持手段により把持された薄板材を鉛直姿勢にて移載する際に、固定された円形部材が下方位置となるようにしたことを特徴としたものである。

上記した本発明によると、可動部材の外端寄り位置に設けられた把持手段の円形部材は、外周面に薄板材を案内し得る溝部が形成されるとともに回転自在に構成されており、この円形部材を薄板材に当接させると、双方共に円周方向で回転するため、薄板材と円形部材との擦れが解消され、微小な塵埃の発生を抑制することができ、したがって半導体素子等の歩留りの向上を図ることができる。

また、薄板材と円形部材との擦れを解消することができるため、円形部材の磨耗を回避することができ、したがって円形部材の寿命を延ばすことができる。
さらに、薄板材把持装置によりずれて載置された薄板材の把持を行う際、回転自在に設けられた円形部材を薄板材に当接させると、双方共に円周方向で回転するため、薄板材を内端側へ移動させることができ、したがって３個の円形部材によって確実に薄板材を把持することができる。これにより、移載工程に乱れが生じることを回避することができるため、作業効率を向上させることができる。

加えて、移載ロボットから検査装置へ薄板材の移載を行う際、従来は移載ハンドを昇降動させることにより薄板材の中心とスピンドルの軸心とを一致させていたが、本発明では、カム体を回転させることにより、固定された円形部材が設けられた可動部材を所定距離だけ半径方向の内端側へ上昇させ、薄板材の中心とスピンドルの中心とを一致させているため、移載装置の構造を簡素化することができ、したがって製造コストを低減することができる。

以下に、本発明の実施の形態における薄板材把持装置について、図面を参照しながら説明する。
図１に示すように、移載ロボット（移載装置の一例）１は、搬送ロボット（搬送装置の一例）６により搬送される半導体製造用のウエハ（薄板材の一例）５を、ウエハ５の表面における平坦度の測定を行う検査装置７のスピンドル８に移載するもので、概略的には２個の移載ハンド（移載用部材の一例）２と、各移載ハンド２に設けられたウエハ把持装置（薄板材把持装置の一例）３と、ウエハ把持装置３に連結されるとともに、支持部材１０に４５度方向でもって且つその軸心回りで回転自在に保持されてウエハ把持装置３を水平姿勢と垂直姿勢とに切り換える回転軸体４とにより構成されている。

検査装置７は、ウエハ５を回転させる環状のスピンドル８を有する検査ユニット９と、このスピンドル８に取り付けられたウエハ５の表面の平坦度を測定するウエハ平坦度測定センサ（図示せず）とから構成され、スピンドル８の内周縁には２つの固定保持爪４１と１つの可動保持爪４２とが略等間隔（１２０度間隔）おきで配置されている。

図２および図３に示すように、ウエハ把持装置３は、移載ハンド２の上面に載置され、外周縁に略等間隔（１２０度間隔）おきで３箇所に放射状に配置されたアーム部（支持部材の一例）１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ）を有する円板状の支持体１１と、各アーム部１２の上面にそれぞれ設けられた軸受部１３（１３ａ，１３ｂ，１３ｃ）と、これら各軸受部１３に半径方向で移動自在に支持された棒状の可動部材１４と、一端を可動部材１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ）の下面に取り付けるとともに他端をアーム部１２の上面に取り付け各可動部材１４を内周側に付勢するバネ（付勢部材の一例）１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ）と、移載ハンド２の中心部にモータ（回転駆動手段の一例）１６の出力軸１６ａに連結されて回転自在に設けられるとともに各可動部材１４の内端側に当接されて各可動部材１４を半径方向で移動させるカム体１７と、各可動部材１４の内端側の下面に設けられカム体１７の外周面と当接するカムフォロア１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ）と、各可動部材１４の外周寄り位置に設けられてウエハ５の外周縁を把持可能な把持手段１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ）とから構成されており、モータ１６によりカム体１７を回転させ、カム体１７と当接状態にあるカムフォロア１８を介して各可動部材１４が半径方向に移動することにより、把持手段１９によるウエハ５の把持またはウエハ５の開放などが行われる。なお、バネ１５ｃは、バネ１５ａ，１５ｂより内周側への付勢力が弱くなるよう形成されている。

図４に示すように、把持手段１９は、各可動部材１４の外周寄り位置に設けられた軸受材２１と、この軸受材２１により前記各アーム部１２を含む平面（ウエハ５と平行な平面でもある）に直交する軸心回りで回転自在に支持された軸２２と、この軸２２の上部に回転自在に設けられて外周面にウエハ５を案内し得る溝部２３を有する円形状の把持爪（円形部材の一例）２４とから構成されている。なお、把持爪２４は、把持爪２４ａ，２４ｂでは回転自在に構成され、把持爪２４ｃでは固定されている。

図５に示すように、軸受部１３は、各可動部材１４の下面に設けられた凸状部３１と、各アーム部１２の上面に設けられ凸状部３１を案内し得る凹状部３２と、凸状部３１と凹状部３２との間に設けられた軸受用のボール３３とから構成されている。

ウエハ把持装置３は、カム体１７を回転させることによりウエハ５を開放状態、把持状態（例えば、開放状態から所定方向に６０度回転させた位置）、および鉛直姿勢のウエハ５を上昇させる状態（例えば、把持状態から所定方向に３０度回転させた位置）にすることができ、これらの動作状態を実現するために、カム体１７は、開放状態においてカム体１７の中心からカム体１７の外周縁までの長さを最大長さとするＲ１（第１所定位置）と、把持状態とするために上記長さを２箇所でＲ２，１箇所でＲ２より小さい長さとするＲ２´（第２所定位置）と、鉛直姿勢のウエハ５を上昇させるために上記長さを２箇所でＲ３，１箇所で最小長さとするＲ４（第３所定位置）とを有する形状にされている。なお、開放状態とする３箇所のＲ１のうち、カム体１７の回転位置を明示するため、１箇所にＰ点を付す。

また、図７に示すように、上記Ｒ４は、把持状態であるＲ２からＲ（検査装置７への移載時における下方に位置したウエハ５の中心からスピンドル８の軸心までの距離）だけ内端側へ移動させた長さであるため、Ｒ４＝Ｒ２−Ｒという関係が成り立ち、上記Ｒ３は、把持状態であるＲ２からＲ３−Ｒ２だけ外端側へ移動させた長さである。但し、上記Ｒ４を表わす式におけるＲ２は、ウエハ５の把持状態における、カム体１７の中心から各カムフォロア１８までの距離とする。

なお、ウエハ５を把持状態とする第２所定位置でのカム体１７の形状は、Ｒ２´の長さがＲ２より短くなるよう形成されている。これは、カム体１７によって可動部材１４ａ，１４ｂの位置を正確に決め、内周側への付勢力が弱いバネ１５ｃによって可動部材１４ｃを無理なく内周側へ移動させることにより、ウエハ５を所定位置で保持させるためである。

以下に、上記した実施の形態における作用を説明する。
まず、上述したようにモータ１６によりカム体１７の第１所定位置を各カムフォロア１８と当接させる位置へ回転させると、カムフォロア１８ａ，１８ｂ，１８ｃが半径方向の外端側へ移動するため、可動部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、すなわち把持手段１９ａ，１９ｂ，１９ｃも半径方向の外端側へ移動する。これにより、把持爪２４が開放されるため、ウエハ５を搭載した搬送ロボット６を水平姿勢となっている移載ロボット１のウエハ把持装置３の上方で停止させることにより、移載ロボット１へウエハ５の移載を行うことができる。

把持爪２４によりウエハ５の把持を行う際は、上述したようにモータ１６によりカム体１７の第２所定位置を各カムフォロア１８と当接させる位置へ回転させると、カムフォロア１８ａ，１８ｂ，１８ｃが半径方向の内端側へ移動するため、可動部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃ、すなわち把持手段１９ａ，１９ｂ，１９ｃも半径方向の内端側へ移動する。これにより、各把持爪２４の溝部２３とウエハ５の外周縁とを当接させることができるため、ウエハ５を３方向から把持することができる（図２参照）。

このように、把持手段１９の把持爪２４ａ、２４ｂは、ウエハ５との接触面である外周面にウエハ５を案内し得る溝部２３が形成されるとともに回転自在に構成されており、この把持爪２４ａ、２４ｂをウエハ５に当接させると、双方共に円周方向で回転するため、ウエハ５と把持爪２４との擦れが解消され、微小な塵埃の発生を抑制することができ、したがって半導体素子等の歩留りの向上を図ることができる。

また、ウエハ５と把持爪２４との擦れを解消することができるため、把持爪２４の磨耗を回避することができ、したがって把持爪２４の寿命を延ばすことができる。
ところで、図６の２点鎖線Ｍで示されるように、ウエハ５の中心をカム体１７の中心から偏心した位置に載置させた場合、例えば２箇所の把持爪２４ｂ，２４ｃに近いところにウエハ５をずれて載置させた場合、上述したようにカム体１７の第２所定位置を各カムフォロア１８と当接させる位置へ回転させると、把持手段１９ａ，１９ｂ，１９ｃは半径方向の内端側へ移動する。そして、回転自在に設けられた例えば２個の把持爪２４ｂ，２４ｃの溝部２３とウエハ５の外周縁とが当接すると、把持爪２４ｃは円周方向で回転するため、ウエハ５は残りの把持爪２４ａ側に移動し、把持爪２４ａ，２４ｂ，２４ｃにより確実にウエハ５を把持することができる（図６の破線Ｎおよび図２参照）。このように、ウエハ５をずれて載置させても、移載工程に不具合が生じることを回避することができるため、作業効率を向上させることができる。

以上のように、いずれか一つの把持爪２４を固定すると、ウエハ５が移載中にふらついたり回転することがなく、常に同じ姿勢、同じ位置で検査装置７に移載することができる。例えば、ウエハ５の外周縁に切欠部（図示せず）が設けられ、検査装置７側の固定保持爪４１および可動保持爪４２が、嵌め合い形状の違い等から正確にウエハ５の保持を行えなかった場合、ウエハ５の保持位置がばらついたり、保持自体を失敗する恐れがある。したがって、いずれか一つの把持爪２４を固定することにより安定した移載および測定を行うことができる。また、ウエハ５のどの位置から測定し、その結果がどうであったかも分かる。

また、図７に示すように、３個の把持爪２４によりウエハ５を把持した状態で、カム体１７を回転させることによりウエハ５の位置を距離Ｒだけ押し上げる際に、把持爪２４ａ、２４ｂを回転自在とし、把持爪２４ｃを固定としているので、擦れによる塵埃が極めて少なくなる。この理由は、把持爪２４ｃとウエハ５との接触しているは移動しないが、把持爪２４ａ、２４ｂとウエハ５とは接触している位置が移動していて回転しないと擦れが生じるためである。

さらに、固定としている把持爪２４ｃを下方位置になるようにしているので、最悪の状態で固定としている把持爪２４ｃで塵埃が発生してもウエハ５に付着することがなく半導体素子の歩留りの向上を図ることができる。

この移載の後、移載ロボット１の回転軸体４を１８０度回転させることにより、ウエハ５を把持したウエハ把持装置３を水平姿勢から垂直姿勢へと切り換え、この垂直姿勢となったウエハ５を検査装置７へ移載する。

把持爪２４に把持された鉛直姿勢のウエハ５は、スピンドル８の固定保持爪４１に対して下方から挿入されるので、移載時に上記ウエハ５の中心は、図７に示すように、スピンドル８の軸心に対して下方に位置した状態にある。この状態のもと、上述したようにモータ１６によりカム体１７の第３所定位置を各カムフォロア１８と当接させる位置へ回転させると、把持手段１９ｃをＲ（下方に位置したウエハ５の中心からスピンドル８の軸心までの距離、すなわちＲ２−Ｒ４）だけ半径方向の内端側へ、把持手段１９ａ，１９ｂをＲ３−Ｒ２だけ半径方向の外端側へ移動させることができる。これにより、ウエハ５の中心が距離Ｒだけ押し上げられるため、ウエハ５を破線Ｘで示された位置から２点鎖線Ｙで示された位置まで押し上げることができ、したがってウエハ５の中心とスピンドル８の軸心とを一致させることができる。

そして、図８に示すように、上述した押し上げ作業によりウエハ５を固定保持爪４１に挿入してウエハ５の上側縁部の保持を行い、降下させていた可動保持爪４２を上昇させてウエハ５の下側縁部の保持を行うことにより、ウエハ５全体の保持を行うことができる。その後、図９に示すように、カム体１７を第１所定位置へ回転させ、可動部材１４ａ，１４ｂ，１４ｃを半径方向の外端側へ移動させてウエハ５を開放することにより、検査装置７へのウエハ５の移載を完了させることができる。

このように、移載ロボット１から検査装置７へウエハ５の移載を行う際、従来は移載ハンド２を昇降動させることによりウエハ５の中心とスピンドル８の軸心とを一致させていたが、本実施の形態ではカム体１７を回転させることにより、可動部材１４ｃ、すなわち把持手段１９ｃを半径方向の内端側へ移動させて、ウエハ５の中心とスピンドル８の軸心とを一致させているため、移載ロボット１の構造を簡素化することができ、したがって製造コストを低減することができる。

なお、移載時において、ウエハ把持装置３の把持爪２４とスピンドル８の固定保持爪４１および可動保持爪４２とが接触しないようにウエハ５の移載を行うことはいうまでもない。

また、外周縁に切欠部（図示せず）が設けられたウエハ５を鉛直姿勢にて移載する際、把持爪２４ｃを固定して、この把持爪２４ｃとウエハ５の外周縁の切欠部とを係合させることにより、ウエハ５の位置を常に一定にして移載を行うことができる。この状態で検査装置７のスピンドル８へ移載を行うことにより、切欠部を基準としてウエハ５の厚みやそりの測定を正確に行うことができる。

なお、上記実施の形態では、ウエハ把持装置３を把持状態にする際、カム体１７を開放状態から６０度回転させ、またウエハ把持装置３を鉛直姿勢のウエハ５を上昇させる状態にする際、カム体１７を把持状態から３０度回転させていたが、上記各動作状態を実現し得る角度であれば、これら以外の角度であってもよい。

本発明の実施の形態に係る移載ロボットおよび検査装置の斜視図である。 本発明の実施の形態に係るウエハ把持時のウエハ把持装置の平面図である。 図２のＡ−Ａ断面矢視図である。 図３におけるＢ部の拡大図である。 図２のＣ−Ｃ断面図である。 本発明の実施の形態に係るウエハ把持装置の開放時における平面図である。 本発明の実施の形態に係るウエハ把持装置における鉛直姿勢のウエハの移動時の平面図である。 本発明の実施の形態に係るスピンドルにおける鉛直姿勢のウエハの移動時の側面図である。 本発明の実施の形態に係る鉛直姿勢のウエハがウエハ把持装置から開放される際の平面図である。

符号の説明

１ 移載ロボット（移載装置）
３ ウエハ把持装置（薄板材把持装置）
５ ウエハ（薄板材）
７ 検査装置
８ スピンドル
１２（１２ａ，１２ｂ，１２ｃ） アーム部（支持部材）
１４（１４ａ，１４ｂ，１４ｃ） 可動部材
１５（１５ａ，１５ｂ，１５ｃ） バネ（付勢部材）
１７ カム体
１８（１８ａ，１８ｂ，１８ｃ） カムフォロア
１９（１９ａ，１９ｂ，１９ｃ） 把持手段
２４（２４ａ，２４ｂ，２４ｃ） 把持爪（円形部材）
４１ 固定保持爪
４２ 可動保持爪

Claims (5)

1. ウエハ等の薄板材を移載する移載装置に設けられる薄板材把持装置であって、
   移載用部材に略等角度おきで３箇所に配置され且つそれぞれ半径方向で移動自在にされた可動部材と、
   これら各可動部材を内周側に付勢する付勢部材と、
   移載用部材の中心部に回転駆動手段により回転自在に設けられるとともに上記各可動部材の内端側に当接されて当該各可動部材を半径方向で移動させるカム体と、
   上記各可動部材の外端寄り位置に設けられて薄板材の外周縁を把持可能な把持手段とから構成され、
   上記把持手段として、外周面に薄板材を案内し得る溝部が形成された円形部材を用いるとともに、少なくとも２個の可動部材に設けられた円形部材を回転自在に構成したことを特徴とする薄板材把持装置。
2. 回転自在な円形部材が設けられた２個の可動部材以外の可動部材に設けられた円形部材を固定させたことを特徴とする請求項１に記載の薄板材把持装置。
3. カム体の外周面を、３個の円形部材により薄板材を把持した状態で当該カム体を所定方向に回転させた際に、所定の可動部材を所定距離だけ内端側に移動させ得る形状にしたことを特徴とする請求項１に記載の薄板材把持装置。
4. カム体の外周面を、３個の円形部材により薄板材を把持した状態で当該カム体を所定方向に回転させた際に、固定された円形部材が設けられた可動部材を所定距離だけ内端側に移動させ得る形状にしたことを特徴とする請求項２に記載の薄板材把持装置。
5. ３個の把持手段により把持された薄板材を鉛直姿勢にて移載する際に、固定された円形部材が下方位置となるようにしたことを特徴とする請求項３に記載の薄板材把持装置。

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