JP4858070B2

JP4858070B2 - ウェハのアライナー装置およびそれを備えたウェハ搬送システム、半導体製造装置

Info

Publication number: JP4858070B2
Application number: JP2006281494A
Authority: JP
Inventors: 圭介吉野; 光昭萩尾
Original assignee: Yaskawa Electric Corp
Current assignee: Yaskawa Electric Corp
Priority date: 2006-10-16
Filing date: 2006-10-16
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2026-10-16
Also published as: JP2008098565A

Description

本発明は、半導体の製造装置や検査装置に使用され、ウェハのセンタリングやノッチ等の角度合せを行うエッジグリップ式プリアライナー装置に関する。

半導体製造装置等において、プリアライナー装置は主にウェハハンドリングロボットと組み合わせて使用され、ロボットから移載されたウェハを把持（グリップ）し、ウェハを回転させることによってその外周に予め施されているノッチやオリフラなどの切り欠き部分を検知し、これをもとに所定の角度方向へアライメントさせたり、ウェハ自体の中心位置を決定（センタリング）する装置である。このプリアライナー装置は、昨今の半導体製造装置ではウェハハンドリングロボットとともに、フィルタを通過したダウンフローの気流下を箱体によって隔離した、所謂局所クリーン化された筐体内に設置される。また、筐体の側面には、ウェハを収納したカセット（ＦＯＵＰなど）を開閉するカセットオープナ（ＰＯＤオープナやＦＯＵＰオープナという）が設けられており、このオープナによって、筐体外の清浄でない雰囲気を筐体内に侵入させることなくカセットなどを開閉させている。そして、ウェハハンドリングロボットがカセット内のウェハをプリアライナーでアライメントさせながら、アライメントが終了したウェハを、筐体に隣接して設置されている処理装置へと搬送し、処理装置では、例えばＣＶＤ、エッチング、露光などといった所定の処理が行われる。そして、処理装置で処理が終わったウェハは再びカセットに収納される。この形態の場合、筐体はフロントエンド装置などと呼ばれる搬送装置を構成している。また、筐体の側面に、上記のカセットオープナが複数設けられ、これら複数のカセットオープナ上の複数のカセット間で、ウェハハンドリングロボットがアライナーでアライメントを行いながらウェハを移し変える筐体も開発されている。この筐体の形態はソーターなどと呼ばれる搬送装置である。いずれにしても、プリアライナーは、ウェハの位置や方向をそろえるため、半導体製造装置には頻繁に使用されている。

ところで、半導体の製造工場において使用される昨今のウェハの外径が３００ｍｍなど大型化に移行する一方、８インチウェハの使用も継続しているため、半導体製造装置においては、工場で使用されるウェハ径に対応した機器を製造装置内に組み込んでいる。しかし、工場においてこれら異径のウェハを混在して使用する場合は、例えば製造ロットごとに、製造装置内の機器をウェハ径に適したものに人手によってその都度交換することが多い。しかしながら、特に昨今のウェハアライナー装置は、半導体製造の微細化の理由からウェハのエッジなど限られた部位を把持するだけでアライメントを行うことが必要であり、また、アライナー装置は上記の限られた空間（筐体）の中に設置されることが多いため、小型化も要求されていることから、単に部品の交換のみによって異径ウェハをアライメントできるように構成することは困難である。よって特に従来のアライナー装置において、部品の交換等を行わずに異径のウェハに対応できるものはほとんど製品化されていない。
本発明はこのような技術背景、及び課題から、部品等を交換することなく異径ウェハをアライメントできるプリアライナー装置を構成することを目的としている。

上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１の発明は、開閉動作によってウェハを把持する把持機構と、前記把持機構を回転させる旋回機構と、前記旋回機構によって回転した前記ウェハの外周の特定形状を検知するセンサ機構と、を備え、前記把持機構の動作によって前記ウェハの位置を決定し、前記旋回機構によって前記ウェハを所望の回転方向に回転させるウェハのアライナー装置において、前記把持機構が、直径の異なるウェハを搭載可能なクランパと、前記クランパを支持する一対のクランパベースと、前記一対のクランパベースのそれぞれを水平方向に移動可能に支持するとともに、前記旋回機構によって旋回するベースと、前記一対のクランパベースのそれぞれに取り付けられた一対のリンク機構と、前記一対のリンク機構のそれぞれを回転可能に支持するブリッジと、前記ブリッジを前記ベースの旋回中心軸と同軸で回転可能に支持するとともに、駆動源によって上下動作する上下部材と、を備えたこと、を特徴とするウェハのアライナー装置とした。
請求項２の発明は、前記クランパが、第一のウェハを把持可能な第一のクランパと、前記第一のウェハよりも直径の小さい第二のウェハを把持可能な第二のクランパとを有し、
前記第一のクランパのウェハの把持位置が前記第二のクランパのウェハの把持位置よりも高い位置になるよう、前記第一及び第二のクランパが前記クランパベースに設けられていること、を特徴とする請求項１記載のウェハのアライナー装置とした。
請求項３の発明は、前記第一及び第二のクランパに載置された前記第一及び第二のウェハをそれぞれ検知する第一のウェハ検知センサと第二のウェハ検知センサとを備え、前記第一のウェハ検知センサと前記第二のウェハ検知センサの両方がウェハを検知したとき、前記第一のクランパには前記第一のウェハが存在すると判定し、前記第一のウェハ検知セ
ンサがウェハを検出せず、かつ前記第二のウェハ検知センサがウェハを検出したとき、前記第二のクランパに前記第二のウェハが存在すると判定すること、を特徴とする請求項２記載のウェハのアライナー装置とした。
請求項４の発明は、ウェハを収納したウェハカセットの蓋を開放させるカセットオープナと、前記カセットオープナから前記ウェハを搬送するウェハハンドリングロボットと、
前記ウェハをアライメントするウェハのアライナー装置と、を少なくとも備えるウェハ搬送システムにおいて、前記ウェハのアライナー装置が請求項１記載のウェハのアライナー装置であること、を特徴とするウェハ搬送システムとした。
請求項５の発明は、請求項４記載のウェハ搬送システムによって搬送された直径の異なるウェハを処理して半導体を製造すること、を特徴とする半導体製造装置とした。

以上、本発明によれば、以下の効果がある。
（１）ウェハサイズの変更に伴う部品の交換が発生せず、センサによって、変更されたウェハサイズを認識することにより、装置を停止させることなくウェハサイズの変更ができ、装置の処理効率が低下しない。
（２）ウェハサイズ毎の専用機を装置内にレイアウトする必要が無くなるため、装置内のフットプリント大幅縮小、コスト削減が可能となる。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

以下、本発明のプリアライナー装置の実施形態の第一例について、以下の図を用いて説明する。図１は実施例１のプリアライナー装置の把持機構およびセンサ機構の側断面図、図２は図１における上面図であってセンサ機構を省略した図、図３は図１における部分拡大図、図４は実施例１の本機全体の側断面図、それぞれを示している。

図４のように、本機は概ねアライナー本体０と、その上部に載置されているウェハの把持機構と、ウェハの把持機構が把持したウェハ外周のノッチを検知するセンサ機構とから構成されている。本体の内部には、ウェハの把持機構の把持を実現させる機構と、把持機構が把持したウェハと把持機構とを旋回させる旋回機構とが内蔵されている。

まず、上記のウェハ把持機構について説明する。１ａは直径が３００ｍｍのウェハを示している。１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄは３００ｍｍウェハ１ａのエッジ部を挟み込んで把持できる３００ｍｍ用クランパで、１２ａと１２ｃのクランパが、クランパベース２１から延設されたクランプアーム１１ａ、１１ｃの先端にそれぞれ設けられており、１２ｂと１２ｄのクランパが、クランパベース２２から延設されたクランプアーム１１ｂ、１１ｄの先端にそれぞれに設けられている。クランプアーム１１ａ〜１１ｄは、図１のようにクランパベース２１、２２から水平方向に延設された後、垂直方向にも延設されて３００ｍｍウェハ１ａのエッジ部を把持する。
また、直径が２００ｍｍのウェハのエッジ部を挟み込むことができる２００ｍｍ用クランパとして、クランパベース２１から延設されたクランプアーム２３ａ、２３ｃの先端にそれぞれ１３ａと１３ｃのクランパが設けられている。１３ａ及び１３ｃは、図２のように上から見ると１２ａと１２ｃの３００ｍｍ用クランパの間に位置するように設けられている。そして、クランパベース２１から延設されたクランプアーム２３ｂ、２３ｄの先端にそれぞれ１３ｂと１３ｄのクランパが設けられている。同様に、１３ｂ及び１３ｄは、図２のように上から見ると１２ｂと１２ｄの３００ｍｍ用クランパの間に位置するように設けられている。クランプアーム２３ａ〜２３ｄは、図１のようにクランパベース２１、２２から水平方向に延設された後、垂直方向にも延設されて２００ｍｍウェハ１ｂのエッジ部を把持するが、その高さ方向で３００ｍｍ用クランパ１２ａ〜１２ｄの群よりも低く設けられている。すなわち３００ｍｍウェハ１ａを本機へ移載するため、図３のように３００ｍｍウェハ１ａの裏面が２００ｍｍウェハ１ｂのエッジ部を把持するクランパ１３ａ、１３ｂ、１３ｃ、１３ｄと干渉しないように、かつ本機と協調して動作するウェハハンドリングロボットが、ウェハ１ａ、１ｂを本機に搬送する際干渉しない程度の必要十分なクリアランスＸを確保するように構成されている。
以上のように、３００ｍｍ用クランパ１２ａおよび１２ｄと、１２ｃおよび１２ｄとが把持しようとする３００ｍｍウェハ１ａの中心方向（後述する旋回中心軸２０）に向かって互いに接離するように動作することで３００ｍｍウェハ１ａを把持、開放する。また、同様に２００ｍｍ用クランパ１３ａおよび１３ｄと、１３ｃおよび１３ｄとが把持しようとする２００ｍｍウェハ１ｂの中心方向に互いに接離するように動作することで２００ｍｍウェハ１ｂを把持、開放する。これらの動作はクランパベース２１、２２が接離するように動作することで行われる。上記クランパ１２ａ〜１２ｄ、及び１３ａ〜１３ｄには、図１のようにウェハ周囲の円弧に倣った段差が形成されていて、上記のような把持動作を行った際、この円弧状の段差に倣って把持されたウェハの水平方向の位置が決定される。
なお上記では１つのウェハにつき、クランパが４つの構成を説明しているが、これらが３つとなるように構成しても良いことはいうまでもない。例えば、３００ｍｍ用クランパ１２ｄを無くし、かつ１２ｂをもとの１２ｂと１２ｄとの中間位置に位置するように構成すれば、周囲３点でウェハが把持されるので、上記のウェハの水平方向の位置は同様に決定される。

次に、上記の把持機構の把持動作を実現する把持機構動作部の構成について説明する。クランパベース２１、２２は、板状の旋回ベース２の上に載置されたリニアガイドレール９、１０にそれぞれ係合したスライダ９ａ、９ｂ、１０ａ、１０ｂと連結されている。リニアガイドレール９と１０とは平行に設けられている。クランパベース２１がスライダ９ａ、１０ａに、そしてクランパベース２２は９ｂ、１０ｂに連結されている。従って、クランパベース２１及び２２はリニアガイドレール９、１０に直線状に案内されて、水平方向に移動可能である。
また、クランパベース２１と２２には、リンクバーａ２５の一端とリンクバーｂ２６の一端とがそれぞれ接続されている。リンクバーａ２５とリンクバーｂ２６とは、旋回ベース２の略中央部に設けられた貫通穴２４に向かって水平方向に延設されていて、それらの他端がリンクバーｃ２７の一端とリンクバーｄ２８の一端とを回転可能に支持している。リンクバーｃ、ｄの他端はブリッジバー３２にそれぞれ回転可能に支持されている。ブリッジバー３２の中央付近には、図２のようにベアリング１９の回転軸が、クランパによって把持されるウェハの中心軸と一致するように埋設されており、ブリッジバー３２はベアリング１９の外周部と当接している。また、ベアリング１９の内周部と当接するシリンダバー２９がブリッジバー３２の下面から鉛直方向に向かって設けられている。シリンダバー２９は上記の貫通穴２４を通って本機の本体へと挿入されている。シリンダバー２９の下端は、エアシリンダ１８の出力軸に接続されている。エアシリンダ１８は、圧縮エアによって出力軸が上下動作する。エアシリンダ１８の本体は、本機の本体の内部に固定されている。また、シリンダバー２９の側面は、本機の本体の内部に鉛直方向に設けられたガイド３０に接続されており、これとエアシリンダ１８との動作によりシリンダバー２９は鉛直方向に動作可能である。
従って、クランパベース２１と２２とは、エアシリンダ１８の上昇動作によりリンクバーａ〜ｄが同時に動作して、互いにシリンダバー２９の延在軸すなわちベアリング１９の回転軸に近接するよう動作する。つまりこの動作によって、３００ｍｍ用クランパ１２と２００ｍｍ用クランパ１３は、ウェハのエッジを把持する。同様に、クランパベース２１と２２とは、エアシリンダ１８の下降動作によりリンクバーａ〜ｄが同時に動作して、互いにシリンダバー２９の延在軸すなわちベアリング１９の回転軸から離れるように動作する。つまりこの動作によって、３００ｍｍ用クランパ１２と２００ｍｍ用クランパ１３はウェハのエッジを開放する。

次に、上記の把持機構が把持したウェハを回転（旋回）させる旋回機構について説明する。上記のように、旋回ベース２の中央付近に設けられた貫通穴２４の下面には、中空円筒状の回転軸３の一端が接続されている。回転軸３の他端にはプーリ５が接続されている。回転軸３の外周には、ベアリング４の内周面が当接するように嵌合されている。ベアリング４の回転軸は、上記のベアリング１９の回転軸と一致しており、これが旋回中心軸２０である。旋回中心軸２０は、上記のクランパ１２または１３が把持するウェハの中心軸と一致するように設ける。ベアリング４の外周面は本機の本体０に保持されている。従って旋回ベース２は、回転軸３とプーリ５とともにベアリング４の回転軸で回転可能である。プーリ５の外周にはベルト８が巻装されている。ベルト８にはプーリ７も巻装されている。プーリ７はモータ６の出力軸に接続されており、モータ６は図示しない制御装置（コントローラ）と接続されている。制御装置は、上記エアシリンダ１８の制御も行う。
従って、旋回ベース２は、モータ６の回転によりベルト８を介して旋回中心軸２０で回転する。一方、旋回ベース２には、リニアガイド９、１０を介してクランパベース２１、２２が載置されており、またクランパベース２１、２２はリンクバーａ〜ｄ等を介して本体内部に固定されたエアシリンダ１８に接続されているが、ブリッジバー３２に設けられたベアリング１９の作用により、エアシリンダ１８の上下動作に関わらず、すなわちクランパ１２、１３らの把持動作の状態に関わらず、旋回ベース２は回転（旋回）が可能である。

次に、上記の把持機構が把持したウェハを旋回機構によって旋回させたとき、ウェハの外周部分のノッチ等の位置を検出するセンサ機構について説明する。本機の本体０の上面には、逆Ｌ字状のセンサバー３１が数箇所立設されていて、その先端付近に３００ｍｍウェハ１ａのノッチなどを検知するセンサ１４ａ、１４ｂが、旋回中心軸２０から１５０ｍｍ近傍の位置に配置されている。また、同じくその先端付近に２００ｍｍウェハ１ｂのノッチなどを検知するセンサ１５ａ、１５ｂを旋回中心軸２０から１００ｍｍ近傍の位置に配置されている。また、本体０の上面には、把持機構に載置された３００ｍｍウェハ１ａと２００ｍｍウェハ１ｂとを自動的に識別するために、旋回中心軸２０から１００ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の位置に３００ｍｍウェハ１ａを検出するセンサ１７が配置され、旋回中心軸２０から１００ｍｍ以下の位置に２００ｍｍウェハ１ｂを検出する検出センサ１８が配置されている。
従って、把持機構によって把持されたウェハは、把持されたまま旋回機構の作用によって旋回し、上記のセンサ機構の作用によって、そのノッチ等の位置が判別される。
以上により、把持機構によって把持されたウェハは、把持機構の把持動作によってウェハの中心軸が旋回中心軸２０と一致するよう水平方向の位置が決定（センタリングという）されるとともに、センサ機構及び旋回機構の作用によってノッチ等の位置が判別されて、所望の位置にノッチ等がくるようウェハを回転させることができる。

次に、以上で構成された本機の動作について説明する。
図示しないウェハハンドリングロボット等によって、本機に３００ｍｍウェハ１ａが搭載されるときからの本機の動作を説明する。
まず本機は、シリンダ１８の下降動作によりクランパ１２ａ〜１２ｄ及びクランパ１３ａ〜１３ｄを開き、ウェハが搭載される準備をおこなう。
次に、ウェハハンドリングロボット等によって本機に３００ｍｍウェハ１ａが搭載されると、シリンダ１８の上昇動作によりクランパ１２ａ〜１２ｄ及びクランパ１３ａ〜１３ｄを閉じ、３００ｍｍウェハ１ａを把持機構が把持する。
３００ｍｍウェハ１ａが把持された後に、ウェハ検出センサ１６がウェハを検出し、かつセンサ１７もウェハを検出したかどうかをを確認する。
検出センサ１６及び１７が検知されたときは、本機に３００ｍｍウェハが搭載されたと認識し、把持機構でウェハを把持したまま、モータ６を駆動源として旋回ベース２を旋回させる。この場合、センサ１４ａ、１４ｂの検出信号のみを採用して３００ｍｍウェハ１ａのノッチなどの位置を特定する。ノッチ等の位置が特定できたら、所望の位置にノッチ位置がくるようさらに旋回ベース２を回転させる（アライメント動作を行う）。
もし、本機に２００ｍｍウェハ１ｂがクランパ１３ａ〜１３ｄに搭載されると、同様に把持機構が２００ｍｍウェハ１ｂを把持した後、検出センサ１６及び１７の信号を確認し、検出センサ１６がウェハを未検出でかつ検出センサ１７がウェハを検出したとき、本機に２００ｍｍウェハが搭載されたと認識し、把持機構でウェハを把持したまま、上記と同様なアライメント動作を実行する。
このように本機は、クランパ１２ａ〜１２ｄ及び１３ａ〜１３ｄが共通のクランパベースに搭載されて一体的な動作を行えるとともに、これらの異径用クランパはクランパベースから立設されて高さ方向で異なる位置にあるので、異径のウェハが互いに干渉することなく搭載できる。また、把持機構がこれらの異径用クランパを一体的に同時に動作させるので、異径ウェハがいずれのクランパに搭載されても問題なく把持動作ができる。また、把持機構が把持動作をするしないに関わらず旋回機構で把持機構らを旋回させることができる。

実施例１のプリアライナー装置の把持機構およびセンサ機構の側断面図図１における上面図であってセンサ機構を省略した図図１における部分拡大図実施例１の本機全体の側断面図

符号の説明

０本体
１ａ３００ｍｍウェハ
１ｂ２００ｍｍウェハ
２旋回ベース
３回転軸
４ベアリング
５プーリ
６モータ
７プーリ
８ベルト
９リニアガイドレール
１０リニアガイドレール
９ａ〜ｂスライダ
１０ａ〜ｂスライダ
１１ａ〜ｄクランプアーム
１２ａ〜ｄクランパ
１３ａ〜ｄクランパ
１４ａ〜ｂ３００ｍｍウェハ用センサ
１５ａ〜ｂ２００ｍｍウェハ用センサ
１６３００ｍｍウェハ検知センサ
１７２００ｍｍウェハ検知センサ
１８エアシリンダ
１９ベアリング
２０旋回中心軸
２１クランパベース
２２クランパベース
２３ａ〜ｄクランプアーム
２４貫通穴
２５リンクバーａ
２６リンクバーｂ
２７リンクバーｃ
２８リンクバーｄ
２９シリンダバー
３０ガイド
３１センサバー
３２ブリッジバー

Claims

開閉動作によってウェハを把持する把持機構と、
前記把持機構を回転させる旋回機構と、
前記旋回機構によって回転した前記ウェハの外周の特定形状を検知するセンサ機構と、を備え、
前記把持機構の動作によって前記ウェハの位置を決定し、前記旋回機構によって前記ウェハを所望の回転方向に回転させるウェハのアライナー装置において、
前記把持機構が、
直径の異なるウェハを搭載可能なクランパと、
前記クランパを支持する一対のクランパベースと、
前記一対のクランパベースのそれぞれを水平方向に移動可能に支持するとともに、前記旋回機構によって旋回するベースと、
前記一対のクランパベースのそれぞれに取り付けられた一対のリンク機構と、
前記一対のリンク機構のそれぞれを回転可能に支持するブリッジと、
前記ブリッジを前記ベースの旋回中心軸と同軸で回転可能に支持するとともに、駆動源によって上下動作する上下部材と、を備えたこと、
を特徴とするウェハのアライナー装置。
前記クランパが、
第一のウェハを把持可能な第一のクランパと、前記第一のウェハよりも直径の小さい第二のウェハを把持可能な第二のクランパとを有し、
前記第一のクランパのウェハの把持位置が前記第二のクランパのウェハの把持位置よりも高い位置になるよう、前記第一及び第二のクランパが前記クランパベースに設けられていること、
を特徴とする請求項１記載のウェハのアライナー装置。
前記第一及び第二のクランパに載置された前記第一及び第二のウェハをそれぞれ検知する第一のウェハ検知センサと第二のウェハ検知センサとを備え、
前記第一のウェハ検知センサと前記第二のウェハ検知センサの両方がウェハを検知したとき、前記第一のクランパには前記第一のウェハが存在すると判定し、
前記第一のウェハ検知センサがウェハを検出せず、かつ前記第二のウェハ検知センサがウェハを検出したとき、前記第二のクランパに前記第二のウェハが存在すると判定するこ
と、
を特徴とする請求項２記載のウェハのアライナー装置。
ウェハを収納したウェハカセットの蓋を開放させるカセットオープナと、
前記カセットオープナから前記ウェハを搬送するウェハハンドリングロボットと、
前記ウェハをアライメントするウェハのアライナー装置と、を少なくとも備えるウェハ搬送システムにおいて、
前記ウェハのアライナー装置が請求項１記載のウェハのアライナー装置であること、
を特徴とするウェハ搬送システム。
請求項４記載のウェハ搬送システムによって搬送された直径の異なるウェハを処理して半導体を製造すること、
を特徴とする半導体製造装置。