JP6602691B2

JP6602691B2 - ウェーハ搬送装置

Info

Publication number: JP6602691B2
Application number: JP2016035026A
Authority: JP
Inventors: 暁津田
Original assignee: Hitachi High Tech Manufacturing and Service Corp
Current assignee: Hitachi High Tech Manufacturing and Service Corp
Priority date: 2016-02-26
Filing date: 2016-02-26
Publication date: 2019-11-06
Anticipated expiration: 2036-02-26
Also published as: JP2017152596A

Description

本発明は、ウェーハ搬送装置に係り、特に、ウェーハを格納するカセットからウェーハを安全に取り出すことができるウェーハ搬送装置に関する。

半導体工場では、半導体ウェーハへの異物等の付着を防止するために、ウェーハをカセットに入れて管理している。また、ウェーハの測定や検査等を行うときに、局所的クリーン化搬送装置は装置に搭載されているロードポートと呼ばれるカセット開閉機構によりカセットの開閉を行っている。局所的クリーン化搬送装置は、開けられたカセットから搬送ロボットに搭載されているハンドリングアームによりウェーハを取り出し、半導体装置へウェーハの受け渡しを行っている。

特許文献１には、ウェーハの格納状態をモニタするためのセンサを備えたマッピングユニットが開示されている。特許文献１には、発光部と受光部を備えたセンサをウェーハの積層方向に移動させ、発光部と受光部間の光の遮断状態をモニタすることによって、ウェーハがカセット内の正しい位置に挿入されているか否かを判定する手法が開示されている。

特開２００６−１２８２９４号公報

特許文献１に開示されているように、カセット内にウェーハが正常挿入（カセットに対しウェーハが水平に収納）された状態を記憶し、記憶情報と発光素子により取得したウェーハ位置を用いて、ハンドリングアームを教示位置からオフセットしウェーハを取出す方式は、前垂れ状態を区別し取出す点では非常に有効な手段である。

しかし、カセット内のウェーハの配置状態は、前垂れ状態（カセットの奥側に対して、カセットの開口側に位置するウェーハ部位が下方に位置する状態）だけではなく、斜め挿し状態（ウェーハの端面が異なる段にかかっている状態。例えば、複数のウェーハが収納可能なように、内部側壁に複数の支持部が設けられているカセットの場合、ウェーハの一端が１段目の支持部に支持され、ウェーハの他端が２段目の支持部に支持された状態。ウェーハが斜めに収納されている。）、２枚挿し状態（カセットのある段にウェーハが２枚挿入された状態。）等が考えられる。特許文献１には、このような異常配置状態への対応が言及されていない。また、工場で使用しているカセットは、繰り返し使用による経年変化や温度影響により形状が変化しているものがある。このように形状が変化したカセットに、前垂れ状態のウェーハが搭載されている場合、単にハンドリングアームを教示位置からオフセットする方法では、ハンドリングアームとウェーハの接触を防止することが困難となる場合がある。

以下に、種々考えられるウェーハの異常配置状態や、カセットの経年変化等によらず、安定してウェーハの搬送を行うことを目的とするウェーハ搬送装置を提案する。

上記目的を達成するための一態様として、複数のウェーハが収容されたウェーハカセットから、ウェーハを取り出す搬送アームを備えたウェーハ搬送装置であって、前記ウェーハカセットに収容されたウェーハの有無を検出する第１の検出素子と、当該第１の検出素子を前記ウェーハカセットに収容されたウェーハの配列方向に沿って移動させる移動機構と、当該移動機構によって支持されると共に、前記ウェーハカセット内で前記ウェーハを支持する支持部を検出する第２の検出素子と、前記第１の検出素子と前記第２の検出素子の出力を処理する演算装置を備えたウェーハ搬送装置を提案する。

上記構成によれば、精密なウェーハ配置状態の把握に基づく、搬送装置の適切な制御を行うことが可能となる。

局所クリーン化搬送装置上面図。小口径ウェーハを対象とした局所クリーン化搬送装置上面図。局所クリーン化搬送装置に搭載される搬送ロボット上面図。局所クリーン化搬送装置側面図。小口径ウェーハを対象とした局所クリーン化搬送装置側面図。ウェーハとカセットの棚の同時検出を行うときの搬送ロボットを説明する図。ウェーハカセット内に設けられたウェーハを支持する棚を検出する検出素子と、ウェーハを検出する検出素子が設けられたマッピングユニットの一例を示す図。検出素子を用いて、ウェーハを検出する例を示す図。検出素子を用いて、ウェーハカセット内に設けられた棚を検出する例を示す図。２つの検出素子を用いてウェーハカセット内のウェーハの収納状態を判定する工程を示すフローチャート。ウェーハカセットのウェーハの収納状態の評価に基づいて、ロボットアームの制御条件を選択する工程を示すフローチャート。

以下に説明する実施例では、カセット内に搭載されたウェーハの位置を検知する第１の検出素子と、ウェーハを支持する支持部材（棚）の位置を検知する第２の検出素子を備え、当該２つの検出素子を支持する移動機構を、ウェーハの積層方向に移動させ、ウェーハと棚の双方の検知に基づいて、ハンドリングアーム（搬送アーム）のカセットに対する進入位置の調整、或いはハンドリングアームを用いた搬送の一時停止等を判定する制御装置を備えたウェーハ搬送装置について説明する。より具体的には、搬送ロボット１０２や、ウェーハカセットの蓋を開放する開閉機構のような上下動機構に、マッピングユニット３０１を搭載する（図３参照）。マッピングユニット３０１には、ウェーハ位置検知用発光素子３０２と、ウェーハ位置検知用受光素子３０４を備えた第１の検出素子が搭載されている。搬送ロボット１０２によって、第１の検出素子を、カセット内に搭載されたウェーハの端部と、ウェーハ位置検知用発光素子３０２から照射される光の軌道（ウェーハ位置検知用発光素子光軸３０３）が干渉するように、上下方向に移動させ、ウェーハ位置検知用受光素子３０４にて受光される光が遮断される位置を検出することによって、カセット開口側のウェーハの高さ位置を特定する。

また、マッピングユニット３０１には、棚位置検知用発光素子３０２を含む第２の検出素子が設けられている。第２の検出素子は、棚位置を検出するためのものであり、例えば発光素子から照射された光が、棚部に設けられた反射材に反射した光を受光する受光素子を備え、その受光位置によって、棚の高さ位置を特定する。また、棚と棚との間の凹部に反射材を設けておき、棚部は光が反射しない部材としておくことによって、棚部の位置を検出するようにしても良い。

ウェーハ搬送装置内、或いは外部に設けられた演算装置は、図８に例示するウェーハ１０４の高さ方向の位置と、図９に例示する棚８０１の高さ方向の位置の検出に基づいて、ウェーハが搭載された状態を判定する。演算装置は、この判定結果に基づいて、ハンドリングアーム１０５の制御を実行する。例えば、ウェーハが所定位置よりずれて搭載されているような場合は、ハンドリングアーム１０５のカセットへの進入位置を、上記ずれ分、補正する。また、ウェーハが異常搭載され、ロボットを用いたハンドリングに適していないような場合には、装置を停止し、エラーメッセージを表示したり、異常搭載状態のウェーハの搬送を見送る（スキップする）ような制御を行う。２つの位置情報のアンド条件によって、異常状態を正確に特定することができる。このように２つの検出素子の出力に基づいて、装置の制御を行うことによって、搬送装置の適切なハンドリングを行うことが可能となる。

上述のような構成によれば、カセットに対するウェーハの搭載状態を正確に特定することができ、ロボットアームの適切なハンドリングが可能となる。

以下、図面を用いて２つの検出素子を備えたウェーハ搬送装置を説明する。図１は、局所クリーン化搬送装置の上視図であり、図４は、局所クリーン化搬送装置の側面図である。また、図２は、小口径ウェーハを対象とした局所クリーン化搬送装置の上視図であり、図５は、小口径ウェーハを対象とした局所クリーン化搬送装置の側面図である。図１に例示する搬送装置には、ウェーハを収容するカセットを配置するためのロードポート１０３が設けられ、図２に例示する搬送装置には、カセットを配置するための置き台２０１が設けられている。

局所クリーン化搬送装置１０１は、ウェーハ１０４を搬送するための搬送ロボット１０２を筺体内に搭載している。ウェーハ１０４は複数枚収納できる密閉型カセット４０１（図４参照）、または開放型カセット５０１（図５参照）に収納される。

図４に例示する密閉型カセット４０１は、局所クリーン化搬送装置１０１に搭載された密閉型カセット４０１のカセット蓋４０２は、ロードポート１０３の開閉機構４０３により開閉される。ロードポート１０３にはマッピングユニット３０１が搭載されており（図３参照）、マッピングユニット３０１にはウェーハ位置検知用発光素子３０２と棚位置検知用発光素子３０５が設けられている。

また、図４に例示する開放型カセット５０１を使用する場合には、開閉動作が不要のため局所クリーン化搬送装置１０１にはロードポート１０３は搭載されない。そのため、局所クリーン化搬送装置１０１内または搬送ロボット１０２にマッピングユニット３０１を搭載しており、マッピングユニット３０１にはウェーハ位置検知用発光素子３０２と棚位置検知用発光素子３０５が設けられている。

搬送ロボット１０２はカセットよりウェーハ１０４を取り出すため、図７に例示するようにマッピングユニット３０１を挿入し、マッピングユニット２０２を垂直方向（ウェーハの配列方向）に移動させる。図６は、マッピングユニット３０１を支持する搬送ロボットの位置を説明する図であり、位置６０１は、マッピングユニット３０１をカセット内の上側に位置付けたときの搬送ロボットの位置であり、位置６０２は、マッピングユニット３０１をカセット内の下側に位置付けたときの搬送ロボットの位置である。搬送ロボットを位置６０１と位置６０２との間で移動させることによって、カセット内に挿入されたウェーハと、ウェーハを支持する棚７０１の位置情報を取得する。図８は、第１の検出素子によって、光が遮断される高さ範囲を特定することによって、ウェーハ１０４の位置を検出する例を説明する図である。遮光された部分がウェーハの位置であるため、演算装置は、この遮光情報に基づいて、ウェーハ位置のデータを取得し、所定の記憶媒体に記憶させる。図９は、第２の検出素子によって、光が検出可能な高さ範囲を特定することによって、棚８０１の位置を検出する例を説明する図である。図８の例では、棚８０１の第２の検出素子への対向面を鏡とし、第２の検出素子が鏡の前を通過したときに、第２の検出素子によって、反射光を検出することによって、棚の位置を検出している。

このように、上下動機構にウェーハと棚の位置を検出可能な検出素子を設けることによって、両者の位置情報を併せて取得することができるため、単にウェーハの高さを特定する場合と比較して、より詳細なウェーハの配置状態を特定することが可能となる。この特定によって例えば、搬送ロボットの適正な挿入位置の把握だけではなく、搬送ロボットを用いた搬送に適する状態か否か等の判断をも行うことができる。

カセット内のウェーハ位置情報８０２およびカセットの棚位置情報９０１の取得によって、ウェーハ位置情報８０２およびカセットの棚位置情報９０１の比較を行うことが可能となる。

図３は局所クリーン化搬送装置１０１に搭載された搬送ロボット１０２の上面図である。図８はウェーハ位置検知用発光素子３０２によって取得したウェーハ位置情報８０２を示した図である。図９は棚位置検知用発光素子３０５によって取得したカセット内の棚位置情報９０１を示した図である。

局所クリーン化搬送装置１０１はカセットからウェーハ１０４を取り出すために、搬送ロボット１０２もしくはロードポート１０３に搭載されたマッピングユニット３０１をカセット内に挿入し、垂直方向に移動することでウェーハ位置検知用発光素子３０２によってウェーハ位置情報８０２を、棚位置検知用発光素子３０５によってカセットの棚位置情報９０１を取得する。この位置情報を用いてカセット内のウェーハ有無、位置、及び棚の位置の少なくとも１つを判断する。図１０は、本判定処理工程を示すフローチャートである。有無判定処理Ｓ０１によりカセット内のウェーハ有無を判断する。

局所クリーン化搬送装置１０１は、搬送ロボット１０２もしくはロードポート１０３に搭載されたマッピングユニット３０１を垂直移動させることによりウェーハ位置情報８０２および棚位置情報９０１を取得する。搬送ロボット１０２はこの位置情報を用いて、カセット内のウェーハが正常挿入状態であることを判断する。本判定処理のフロー図を図１０へ示す。有無判定処理Ｓ０１、前垂れ判定処理Ｓ０２、厚み判定処理Ｓ０３の処理を抜けることで正常挿入状態であると判断し、ウェーハをハンドリングアーム１０５によって取出すことが可能となる。

局所クリーン化搬送装置１０１は、搬送ロボット１０２もしくはロードポート１０３に搭載されたマッピングユニット３０１を垂直移動させることによりウェーハ位置情報８０２および棚位置情報９０１を取得する。搬送ロボット１０２はこの位置情報を用いて、カセット内にウェーハが斜め挿し状態であることを判断する。本判定処理のフロー図を図１０へ示す。厚み判定処理Ｓ０３、斜め挿し判定処理Ｓ０４の処理により斜め挿し状態と判断したウェーハにはウェーハおよびハンドリングアームの破損防止のため、取出し動作を無効とする。

局所クリーン化搬送装置１０１は、搬送ロボット１０２もしくはロードポート１０３に搭載されたマッピングユニット３０１を垂直移動させることによりウェーハ位置情報８０２および棚位置情報９０１を取得する。搬送ロボット１０２はこの位置情報を用いて、カセット内にウェーハが２枚挿し状態であることを判断する。本判定処理のフロー図を図１０へ示す。厚み判定処理Ｓ０３、斜め挿し判定処理Ｓ０４の処理により２枚挿し状態と判断したウェーハにはウェーハおよびハンドリングアームの破損防止のため、取出し動作を無効とする。

局所クリーン化搬送装置１０１は、搬送ロボット１０２もしくはロードポート１０３に搭載されたマッピングユニット３０１を垂直移動させることによりウェーハ位置情報８０２および棚位置情報９０１を取得する。搬送ロボット１０２はこの位置情報を用いて、カセット内でウェーハが前垂れ状態であることを判断する。本判定処理のフロー図を図１０へ示す。前垂れ判定処理Ｓ０２の処理により前垂れを判断する。

実施例５で前垂れ状態と判断した場合、搬送ロボット１０２に設けられた設定値により、前垂れ状態のウェーハの取出し可否を変更可能とする。前垂れ状態のウェーハは正常挿入状態のウェーハと比較し位置が低いため、取出しの際にはハンドリングアームと接触するリスクが高まる。そのため、前垂れ状態のウェーハ取出し時にはハンドリングアームの補正動作を行う。本動作のフロー図を図１１に示す。補正動作では前垂れ量確認処理Ｓ０６により、一定量以下の前垂れであればウェーハ１０４を安全にカセットから取出すことが可能となる。

実施例１、２、３、４、５のマッピングユニット３０１に設けられるウェーハ位置検知用発光素子３０２は１箇所だけでなく、複数箇所設けてもよい。これによりウェーハの奥行き情報を取得することが可能となる。

以上のように、搬送ロボット等の上下動機構に、ウェーハの高さ位置を検出する第１の検出素子に加えて、棚の高さ位置を検出する第２の検出素子を備え、２つの検出素子の情報に基づいて、ウェーハの搭載状態を判定する演算装置を設けることによって、ウェーハの搭載状態を高精度に把握することが可能となる。ウェーハの搭載状態を高精度に検出、或いは適切な制御を行うためには、第１の検出素子と第２の検出素子の検出情報の組み合わせに応じたウェーハの搭載状態情報、或いは２つの検出情報の組み合わせに応じた搬送機構の処理情報を予め記憶しておき、２つの検出素子の出力情報に基づいて、ウェーハの搭載状態の出力や、搬送機構の制御を行うことによって、自動的にウェーハを搬送する搬送装置であっても、搬送機構とウェーハの異常接触の可能性を抑制することが可能となる。

１０１…局所クリーン化搬送装置、１０２…搬送ロボット、１０３…ロードポート、１０４…ウェーハ、１０５…ハンドリングアーム、２０１…置き台、３０１…マッピングユニット、３０２…ウェーハ位置検知用発光素子、３０３…ウェーハ位置検知用発光素子光軸、３０５…棚位置検知用発光素子、４０１…密閉型カセット、４０２…カセット蓋、４０３…開閉機構、５０１…開放型カセット、６０１…搬送ロボット移動後位置、７０１…棚、８０２…ウェーハ位置情報、９０１…棚位置情報、Ｓ０１…有無判定処理、Ｓ０２…前垂れ判定処理、Ｓ０３…厚み判定処理、Ｓ０４…斜め挿し判定処理、Ｓ０５…取出し時前垂れ確認処理、Ｓ０６…前垂れ量確認処理

Claims

複数のウェーハが収容されたウェーハカセットから、ウェーハを取り出す搬送アームを備えたウェーハ搬送装置において、
前記ウェーハカセットに収容されたウェーハの位置情報を検出する第１の検出素子と、当該第１の検出素子を前記ウェーハカセットに収容されたウェーハの配列方向に沿って移動させる移動機構と、当該移動機構によって支持されると共に、前記ウェーハカセット内で前記ウェーハを支持する支持部の位置情報を検出する第２の検出素子と、前記第１の検出素子と前記第２の検出素子の位置情報を処理する演算装置を備え、
前記演算装置は、前記移動機構が第１の移動位置から第２の移動位置に移動した際に併せて取得した前記第１及び第２の検出素子の位置情報に基づいて、前記ウェーハカセットに収容されたウェーハの搭載状態を識別することを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項１において、
前記演算装置は、前記第１及び前記第２の検出素子の位置情報に応じて、前記ウェーハカセットから前記ウェーハを取り出すか否かを決定することを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項１において、
前記演算装置は、前記ウェーハの検出高さが、前記支持部の検出高さと同じ、或いは下にあるか否かの判定に基づいて、前記ウェーハの搭載状態の識別を行うことを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項１において、
前記移動機構は、前記ウェーハカセットに設けられた蓋を開閉する開閉機構であることを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項１において、
前記移動機構は、前記搬送アームを支持する搬送ロボットであることを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項１において、
前記演算装置は、ウェーハの厚みが所定値以上か否かを判定することを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項１において、
前記演算装置は、前記ウェーハが１の支持部によって支持される位置と、前記１の支持部とは異なる高さに位置する他の支持部によって支持される位置の双方に位置するか否かを判定し、当該判定に基づいて、当該ウェーハが斜めに挿入されている、或いは前記搬送アームによる搬送を停止するウェーハと判定することを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項７において、
前記演算装置は、ウェーハの厚みが所定値以上であって、前記ウェーハが斜めに挿入されていないと判定した場合に、前記１の支持部によって複数のウェーハが支持されていると判定することを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項１において、
前記演算装置は、前記搭載状態として、前垂れ状態と斜め挿し状態と２枚挿し状態とを識別することを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項９において、
前記演算装置は、前記ウェーハカセットに収容されたウェーハの有無を識別することを特徴とするウェーハ搬送装置。
請求項９において、
前記前垂れ状態は、前記ウェーハカセットの奥側に位置するウェーハ部位に対して、前記ウェーハカセットの開口側に位置するウェーハ部位が下方に位置する状態であることを特徴とするウェーハ搬送装置。