JPH063825B2 - ウェーハ精密位置決め装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、水平な基準平面上に載置され、目標位置の
近傍に予め荒位置決めされた、側面の一部に平坦部（オ
リエンテーションフラット）が形成された半導体ウェー
ハの、前記基準平面上での精密な位置決めを行うウェー
ハ精密位置決め装置に関する。

［従来の技術］ 一般に、半導体ウェーハには、その結晶方位に合わせて
平坦部が形成されている。このような半導体ウェーハを
外周研磨装置等の自動加工機に自動的に供給して研磨加
工を行うためには、供給の際に、半導体ウェーハの芯出
しのみならず円周方向の位置決めを高い精度で行わなけ
ればならない。そこで、従来においては、予め半導体ウ
ェーハの円周方向の位置決めを平坦部を基準として行っ
ておき、第５図ないし第７図にそれぞれ示すような位置
決め装置によって芯出しを行っている。

第５図に示す位置決め装置は、互いに向かい合った部分
に半円状の凹曲面部１が形成された一対のアーム２・２
を接近離間する方向へ移動自在に配置して構成したもの
であって、凹曲面部１・１によって半導体ウェーハ（ウ
ェーハ）３を側方から挾んで芯出しを行うようになって
いる。また、第６図に示す位置決め装置は、第５図に示
すアーム２の凹曲面部１の縁部に、回転自在なローラ４
…を設けたものである。さらに、第７図に示す位置決め
装置は、４つのローラ５…を同一円周上に配置し、これ
らローラ５…を半径方向へ移動自在に構成したものであ
て、ローラ５…の中に載置された半導体ウェーハ３を４
方向から挾んで芯出しを行うようになっている。

ところが、上記各位置決め装置では、芯出しの際の半導
体ウェーハ３の移動によって、半導体ウェーハ３が円周
方向にも移動し、円周方向の位置決め精度が悪いという
問題があった。

そこで、本出願人は、第８図に示すように、互いに離間
した一対の固定ローラ６・６（ストッパー）と、これら
固定ローラ６・６を結ぶ線の垂直二等分線に沿って移動
自在な移動ローラ７とからなる円周位置決め機構を備え
た位置決め装置を考えた。

ここで、円周位置決め機構は、移動ローラ７によって、
半導体ウェーハ３を固定ローラ６・６側へ移動させ、平
坦部８の両側を固定ローラ６・６に当接させることによ
り半導体ウェーハ３の円周方向の位置決めを行うことが
できるようになっている。すなわち、平坦部８の一側が
一方の固定ローラ６に当接すると、この固定ローラ６と
の接点を支点として半導体ウェーハ３を他方の固定ロー
ラ６側へ回転させようとする分力Ｔ_１が働き、半導体ウ
ェーハ３が回転する。そして、平坦部８の他側が他方の
固定ローラ６に当接して半導体ウェーハ３の円周方向の
位置が決まるのである。

［発明が解決しようとする問題点］ ところが、上記位置決め装置では、移動ローラ７によっ
て半導体ウェーハ３の側面を押してこれを移動させる構
成であるため、移動ローラ７と固定ローラ６とが大きく
離間している。このため、半導体ウェーハ３における力
の作用点と支点を結んだ線と、移動ローラ７による力の
作用方向とがなす角度θが小さくなり、半導体ウェーハ
３を回転させようとする分力Ｔ_１が、移動ローラ７の移
動方向へ向って作用する力Ｔ_０に比べてかなり小さくな
る。この結果、半導体ウェーハ３が充分に回転せず、高
い位置決め精度を得る事ができない。また、半導体ウェ
ーハ３を充分に回転させるために、移動ローラ７による
力Ｔ_０を大きくすると、半導体ウェーハ３の外周部が移
動ローラ７や固定ローラ６によって傷付けられてしまう
という問題があった。

［発明の目的］ この発明は、上記問題を解決するためになされたもの
で、半導体ウェーハの外周部を傷付けることなく、その
平坦部を固定ローラに確実に当接させることができ、円
周方向の位置決めを高い精度で行うことができるウェー
ハ精密位置決め装置を提供することを目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この発明は、水平な基準平面上に載置され、目標位置の
近傍に予め荒位置決めされた、側面の一部に平坦部が形
成された円形状のウェーハの、前記基準平面上での精密
な位置決めを行うウェーハ精密位置決め装置であって、
目標位置に固定して設けられ、前記ウェーハの前記平坦
部の互いに離間した少なくとも２箇所に当接しうる、基
準左右方向を定めるストッパーと、目標位置の近傍に載
置された前記ウェーハの、基準左右方向における両側か
ら一対のサイドクランプアームで当該ウェーハを挟み、
当該ウェーハを基準左右方向における前記ストッパーの
中央位置に移動させる芯出し機構と、前記基準平面上の
ウェーハの上下に設けられた一対のクランプアームとを
備えてなり、前記クランプアームは可撓性を有し、且
つ、その先端部にクランプローラが鉛直方向に延びる軸
線回りに回転自在に設けられており、前記一対のクラン
プアームは、前記クランプローラ間に前記ウェーハを挟
圧又は開放駆動可能とされるとともに、前記基準左右方
向と直交する方向に進退駆動可能とされていることを特
徴とするものである。

［作用］ 上記構成に係るウェーハ精密位置決め装置にあっては、
一対のクランプアームを基準左右方向と直交する方向に
駆動して、ウェーハの平坦部近傍をクランプローラで上
下に挟圧し、この状態のまま、クランプローラをストッ
パーに近接させるようにクランプアームを駆動すると、
ウェーハはその平坦部の一部をストッパーに当接させた
後、この当接部を支点として回転し、平坦部の他端がス
トッパーに当接して停止する。これによりウェーハは、
基準左右方向と直交する方向の位置及び周方向の位置を
位置決めされる。

また、芯出し機構を駆動することにより、ウェーハは基
準左右方向の位置を正確に位置決めされる。そして、ク
ランプアームによるウェーハの位置決めと芯出し機構に
よるウェーハの位置決めを同時に行うことにより、ウェ
ーハは基準左右方向及びこれに直交する方向、並びに円
周方向においても精密に位置決めされ、正確な目標位置
に位置決めされる。

ウェーハをクランプローラでクランプする際、ウェーハ
は予め目標位置の近傍に荒位置決めされているので、所
定位置にクランプアームを移動することにより平坦部近
傍を容易に挟圧（把持）することができる。

クランプローラでウェーハの平坦部近傍を把持すること
により、ウェーハについて、平坦部とストッパーの一端
部との接点（支点）と力の作用点とを結ぶ線と、クラン
プアームによる力の作用方向とがなす角度が大きくな
り、これに伴って、半導体ウェーハをストッパーの他端
側へ回転させようとする分力が大きくなる。これによっ
て、平坦部の両端部をストッパーに確実に当接させるこ
とができる。

［実施例］ 第１図ないし第４図はこの発明の一実施例を示す図であ
る。これらの図に示すウェーハ位置決め装置は、ストッ
パー２９，２９と、芯出し機構９と、クランプアーム２
５，２５とを備えて概略構成されている。

まず、芯出し機構９について説明すると、第１図におい
て符号１１はフレームである。フレーム１１は、骨組み
となる枠体１１aと、枠体１１aの中央部に設けられた機
台１１bとから構成されている。枠体１１aには、軸線を
左右方向に向けた２本の軸１２・１２が前後方向へ離間
して設けられている。これら軸１２・１２には、機台１
１bを挾むように位置せしめられた一対のアームホルダ
１３・１３が軸線方向へ摺動自在に支持されている。そ
して、各アームホルダ１３の側部には、長手方向を前後
方向に向けるとともに、一端部を前方に突出させたサイ
ドクランプアーム１４がそれぞれ固定されている。さら
に、サイドクランプアーム１４の先端部下面には、軸線
を上下方向（第１図において紙面と直交する方向）に向
けたサイドクランプローラ１５が回転自在に支持されて
いる。

次に、上記アームホルダ１３・１３を左右方向へ移動さ
せる構成について説明すると、枠体１１aの後端部両側
には、軸線を前後方向に向けたプーリー１６・１６が回
転自在に支持されており、これらプーリー１６・１６に
はワイヤー１７が巻回されている。そして、ワイヤー１
７の各プーリー１６・１６間に位置する上側の部分に
は、一方のアームホルダ１３の後端部が固定されてい
る。また、ワイヤー１７の下側の部分には、他方のアー
ムホルダ１３の後端部が固定されている。また、機台１
１bの上面には、長手方向を左右方向に向けたピストン
シリンダ１８が配置されている。そしてこのピストンシ
リンダ１８のピストンロッド１９は、一方のアームホル
ダ１３の側部に固定されている。

このような構成の芯出し機構９では、ピストンロッド１
９を左右方向へ移動させることにより、各サイドクラン
プアーム１４・１４を左右方向へ接近離間するように移
動させることができ、しかも、各サイドクランプアーム
１４・１４をそれぞれ同一寸法移動させることができる
ようになっている。

次に、クランプアーム２５，２５とその近傍の構成につ
いて説明すると、第１図において符号２０は、スライド
フレームである。スライドフレーム２０は枠体１１aに
前後方向へ摺動自在に支持されている。このスライドフ
レーム２０には、長手方向を前後方向に向けたピストン
シリンダ２１が、そのピストンロッド２２の先端部を枠
体１１aに固定されて取り付けられている。このピスト
ンシリンダ２１は、スライドフレーム２０を前後方向へ
移動させるためのものである。

また、スライドフレーム２０の上面には、第２図に示す
ように、上下に離間した一対のクランプアームホルダ２
３・２３が軸２４・２４に、それらの軸線回りに回転自
在に支持されている。これらクランプアームホルダ２３
・２３の先端部には、２本のクランプアーム２５・２５
を介して、互いの端面を向かい合わせたクランプローラ
２６がそれぞれ回転自在に支持されている。ここで、上
記クランプアーム２５は、弾性変形可能な鋼線からなる
ものであって、これが左右方向へ向ってたわむことによ
り、クランプローラ２６が左右方向へ若干移動すること
ができるようになっている。また、クランプローラ２６
は、半導体ウェーハ３を把持するものであって、その互
いに向かい合った端面には、第３図に示すように、ゴム
からなる０リング２７が固定され、半導体ウェーハ３を
傷付けることなく確実に把持することができるようにな
っている。

また、上記クランプアーム２５の先端部の左右両側に
は、支持具２８・２８が配置されている。そしてこれら
支持具２８の下端部には、軸線を上下方向に向けた固定
ローラ（ストッパー）２９が回転自在に支持されてい
る。平面視において、これら固定ローラ２９，２９を結
ぶ方向は、ウェーハの位置決めの基準となる、基準左右
方向を定めている。よって、図１における共通外接線Ｌ
１の方向も基準左右方向となる。これら固定ローラ２
９，２９は、半導体ウェーハ３の平坦部８の両端部が当
接せしめられることにより、半導体ウェーハ３の、基準
左右方向と直交する方向及び周方向の位置決めをするも
のである。また、これら２つのローラ２９，２９の中間
位置が、半導体ウェーハ３の平坦部８の中間を合わせる
べき位置となる。

次に、上記クランプアームホルダ２３を駆動する構成に
ついて説明すると、スライドフレーム２０の側部にはピ
ストンシリンダ３０が固定されている。一方、上側のク
ランプアームホルダ２３の後端部には、一端部を下方へ
突出させたリンクアーム３１が固定されている。そし
て、このリンクアーム３１の先端部と上記ピストンシリ
ンダ３０のピストンロッド３２とは上下方向へ移動自在
に連結されている。さらに、上下のクランプアームホル
ダ２３・２３には、図示しない伝動機構が設けられてお
り、上側のクランプアームホルダ２３が軸２４を中心と
して回転すると、下側のクランプアームホルダ２３も回
転し、クランプローラ２６・２６が接近離間する方向に
移動するようになっている。

また、このような構成の円周位置決め機構１０には、半
導体ウェーハ３の円周方向の位置を確認する検出機構が
設けられている。すなわち、第３図および第４図におい
て符号３３は、揺動アームである。揺動アーム３３は、
機台１１bに長手方向を上下方向へ向けて前後方向へ回
転自在に支持されたものであって、その下端部には下方
に突出する触手３４が固定されている。一方、上記支持
具２８には、先端を揺動アーム３３側に向けたセンサ３
５が配置されている。センサ３５は、その先端面から揺
動アーム３３の側面までの距離を測定するものである。
そして、触手３４の先端部に半導体ウェーハ３の平坦部
８が当接し、触手３４が固定ローラ２９側へ移動する
と、それに伴って揺動アーム３３がセンサ３５側へ回転
し、これによって、半導体ウェーハ３の平坦部８が固定
ローラ２９・２９に当接したかどうかを確認することが
できるようになっている。

なお、図中符号３６で示すものは、フィーダであって、
上記構成のウェーハ位置決め装置によって位置決めされ
た半導体ウェーハを、真空吸引によってその表面に固定
し、後工程に搬送することができるように構成されてい
る。このフィーダ３６の上面は水平面とされ、半導体ウ
ェーハの位置決めに際しての基準平面とされている。

次に、上記構成のウェーハ位置決め装置によって半導体
ウェーハ３の位置決めを行う動作について説明する。ま
ず、クランプローラ２６・２６を後退させ、サイドクラ
ンプローラ１５・１５を開いた状態にしておき、予め荒
位置決めされた半導体ウェーハ３をその平坦部８が固定
ローラ２９・２９の数mm前方に位置するようにフィーダ
３６上に載置する。次に、クランプローラ２６・２６を
前進させ、半導体ウェーハ３の平坦部８近傍を把持す
る。次にクランプローラ２６・２６を後退させ、平坦部
８を固定ローラ２９・２９側に引き寄せる。すると、平
坦部８の一側が一方の固定ローラ２９に当接し、その接
点を支点として半導体ウェーハ３を他方の固定ローラ２
９側へ回転させようとする分力が生じ、半導体ウェーハ
８が回転する。そして、平坦部８の他側が他方の固定ロ
ーラ２９に当接し、半導体ウェーハ３の円周方向の位置
と半径方向前後の位置が決まる。

次に、クランプローラ２６・２６を一時的に解放し、サ
イドクランプローラ１５・１５によって半導体ウェーハ
３を側方から挾み、半導体ウェーハ３の半径方向左右の
位置決めを行う。次に、サイドクランプローラ１５・１
５を開き、かつ、クランプローラ２６・２６によって半
導体ウェーハ３の引き寄せを行いながら再度サイドクラ
ンプローラ１５・１５を閉じ、最終的な半導体ウェーハ
３の位置決めを行う。このとき、クランプローラ２６・
２６は、半導体ウェーハ３の移動に伴って左右方向へ若
干移動する。

次に、半導体ウェーハ３を真空吸引によってフィーダ３
６に固定した後、クランプローラ２６・２６およびサイ
ドクランプローラ１５・１５を開き、フィーダ３６を移
動させて半導体ウェーハ３を後工程へ搬出する。

上記ウェーハ位置決め装置にあっては、サイドクランプ
ローラ１５・１５によって半導体ウェーハ３を左右方向
から挾むように構成しているので、半導体ウェーハ３の
半径方向左右の位置決めを高い精度で行うことができ
る。

また、クランプローラ２６・２６によって半導体ウェー
ハ３の平坦部８近傍を把持し、これを固定ローラ２９・
２９側へ引き寄せるように構成しているので、半導体ウ
ェーハ３に作用する力の作用点と平坦部８の一側と一方
の固定ローラ２９との接点（支点）を結んだ直線と、ク
ランプローラ２６・２６による力の作用方向とがなす角
度が大きくなっている。この結果、半導体ウェーハ３を
他方の固定ローラ２９側へ回転させようとする分力が大
きくなり、平坦部８の両側を固定ローラ２９・２９に小
さい力で、かつ、確実に当接させることができる。した
がって、半導体ウェーハ３の外周部を傷付けることな
く、その半径方向前後の位置決めはもちろんのこと、円
周方向においても高い位置決め精度を得ることができ
る。

また、上記実施例では、半導体ウェーハ３の円周方向の
位置を確認する検出機構が設けられているので、半導体
ウェーハ３の品質に対して高い信頼性を得ることができ
る。

なお、上記実施例では、２個の固定ローラ２９・２９に
平坦部８を当接させるように構成しているが、このよう
な構成に限るものではなく、例えば、１枚の板体からな
るストッパーや、離間した２個のストッパーを配置して
もよい。

［発明の効果］ 以上説明したように、この発明に係るウェーハ精密位置
決め装置は、目標位置に固定して設けられ、前記ウェー
ハの前記平坦部の互いに離間した少なくとも２箇所に当
接しうる、基準左右方向を定めるストッパーと、目標位
置の近傍に載置された前記ウェーハの、基準左右方向に
おける両側から一対のサイドクランプアームで当該ウェ
ーハを挟み、当該ウェーハを基準左右方向における前記
ストッパーの中央位置に移動させる芯出し機構と、前記
基準平面上のウェーハの上下に設けられた一対のクラン
プアームとを備えてなり、前記クランプアームは可撓性
を有し、且つ、その先端部にクランプローラが鉛直方向
に延びる軸線回りに回転自在に設けられており、前記一
対のクランプアームは、前記クランプローラ間に前記ウ
ェーハを挟圧又は開放駆動可能とされるとともに、前記
基準左右方向と直交する方向に進退駆動可能とされた構
成とされているので、半導体ウェーハを小さい力で確実
にストッパーに当接させることができ、半導体ウェーハ
の外周部を傷つけることなく、半導体ウェーハを基準左
右方向及びこれに直交する方向、並びに円周方向におい
ても、高い精度で精密な位置決めを行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第４図は本発明の一実施例を示す図であっ
て、第１図はウェーハ位置決め装置を示す平面図、第２
図は第１図のII−II線視断面図、第３図は第１図のIII
方向矢視図、第４図は第３図のIV−IV線視断面図、第５
図ないし第８図はそれぞれ従来のウェーハ位置決め装置
の例を示す平面図である。 ３……半導体ウェーハ（ウェーハ）、 ６……固定ローラ（ストッパー）、 ８……平坦部、 ９……芯出し機構、 １０……円周位置決め機構、 ２５……クランプアーム、 ２９……固定ローラ（ストッパー）。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】水平な基準平面上に載置され、目標位置の
   近傍に予め荒位置決めされた、側面の一部に平坦部が形
   成された円形状のウェーハの、前記基準平面上での精密
   な位置決めを行うウェーハ精密位置決め装置であって、 目標位置に固定して設けられ、前記ウェーハの前記平坦
   部の互いに離間した少なくとも２箇所に当接しうる、基
   準左右方向に定めるストッパーと、 目標位置の近傍に載置された前記ウェーハの、基準左右
   方向における両側から一対のサイドクランプアームで当
   該ウェーハを挟み、当該ウェーハを基準左右方向におけ
   る前記ストッパーの中央位置に移動させる芯出し機構
   と、 前記基準平面上のウェーハの上下に設けられた一対のク
   ランプアームとを備えてなり、 前記クランプアームは可撓性を有し、且つ、その先端部
   にクランプローラが鉛直方向に延びる軸線回りに回転自
   在に設けられており、 前記一対のクランプアームは、前記クランプローラ間に
   前記ウェーハを挟圧又は開放駆動可能とされるととも
   に、前記基準左右方向と直交する方向に進退駆動可能と
   されていることを特徴とするウェーハ位置決め装置。