JPH0513554A - 半導体ウエハ保持ハンド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 略円板状で周縁部に切欠縁（オリフラ）が形
成された半導体ウェハを保持する半導体ウェハ保持ハン
ドに半導体ウェハの周方向における位置合わせ機能を持
たせる。 【構成】 半導体ウェハ保持ハンド９のうち収納キャリ
ア３に挿入される部分（ハンド部１０ａ、１７、２９
ｂ）の厚さを該収納キャリアに収納され上下に隣接した
半導体ウェハ１、１間の間隔より薄い厚さにして、上記
ハンド部の先端部にステッピングモータ２４により回転
するターンテーブル１７を配置すると共に、該ターンテ
ーブルに載置された半導体ウェハのオリフラ２を検出す
る光学センサ３２を設けて、オリフラの位置を検出して
ターンテーブルを回転することにより半導体ウェハの位
置合わせをする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は新規な半導体ウェハ保持
ハンドに関する。

【０００２】詳しくは、収納キャリアに階層状に収納さ
れる半導体ウェハを保持して収納キャリアに出し入れす
るための半導体ウェハ保持ハンドに関するものであり、
半導体ウェハの位置合わせを行なう機能を備えた新規な
半導体ウェハ保持ハンドを提供しようとするものであ
る。

【０００３】

【従来の技術】半導体ウェハの移送は、一般に、略箱形
をしており、多数段の棚を有する収納キャリアに数１０
枚の半導体ウェハを階層状に収納した状態で行なわれ、
また、そのような収納キャリアに収納された半導体ウェ
ハを各工程における装置に着脱するための半導体ウェハ
の移動は水平方向及び上下方向へ移動自在な半導体ウェ
ハ保持ハンドを備えたロボットによって行なわれる。

【０００４】ところで、半導体ウェハに対する各工程で
の処理を行なう場合、半導体ウェハが一定の向きとなっ
ていることが必要である。

【０００５】このため、半導体ウェハには、通常、周方
向における位置合わせを行なうために円形の周縁部を直
線状に切り取った切欠縁、即ち、オリフラが設けられて
いる。 そして、従来ＩＣ等の半導体の製造プロセスに
おける半導体ウェハの搬送系には、その随所に位置合わ
せ装置を配置し、収納キャリアに収納された半導体ウェ
ハを１枚づつ取り出してその向きを所定の向きに合わせ
て収納キャリアに戻すという作業を行なっていた。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記したように、従来
は、半導体ウェハの搬送系の随所に半導体ウェハの位置
合わせを行なうための位置合わせ装置を配置していたの
で、搬送系には多数の位置合わせ装置が必要であり、ま
た、これを配置するための特別なスペースが必要にな
り、しかも、各位置合わせ装置による作業はそれ自体独
立した工程となるので、その分、半導体の製造プロセス
の工程数が増えてしまうという問題があった。

【０００７】そして、各位置合わせ装置による作業は、
収納キャリアから半導体ウェハを１枚づつ取り出して所
定の向きに合わせて収納キャリアに戻すという作業であ
るため、位置合わせに多くの時間がかかる上に、半導体
ウェハを頻繁に出し入れすることは、埃の付着や表面の
摩耗の機会が多くなることを意味する。

【０００８】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明半導体ウ
ェハ保持ハンドは、上記した課題を解決するために、収
納キャリアに収納され上下に隣接する半導体ウェハ間の
間隔よりも薄い厚さをしたハンド部と、該ハンド部の先
端部に回転自在に支持され、その上面がハンド部の上面
よりも稍突出して位置されたターンテーブルと、該ター
ンテーブルを回転させる駆動手段と、上記ターンテーブ
ルに載置された半導体ウェハの周縁部に形成されたオリ
フラを検出するオリフラ検出手段とを設けたものであ
る。

【０００９】

【作用】従って、本発明半導体ウェハ保持ハンドは、半
導体ウェハを保持するという本来の機能の他に、半導体
ウェハの位置合わせを行なう機能も備えており、半導体
ウェハの位置合わせを当該半導体ウェハ保持ハンド上で
行うことができ、半導体ウェハの搬送系に半導体ウェハ
の位置合わせを行なうための専用の位置合わせ装置を設
ける必要が無く、その分、搬送系を小型化することがで
きると共に、位置合わせ専用の工程や装置の数を減らす
ことができる。

【００１０】しかも、半導体ウェハの位置合わせは各工
程における初期あるいは終期、即ち、収納キャリアから
半導体ウェハを取り出す際又は所定の処理が為された半
導体ウェハを収納キャリアに戻す際あるいは移送中に、
収納キャリヤに対する取出や戻しを行う半導体ウェハ保
持ハンドにより行うことができるので、半導体ウェハの
位置合わせだけに要する時間が不要となり、その分、半
導体の製造プロセスの処理時間を短縮することができ、
更に、半導体ウェハの収納キャリアからの取出回数を少
なくすることができるため、埃の付着をかなり低減する
ことができる。

【００１１】

【実施例】以下に、本発明半導体ウェハ保持ハンドの詳
細を添付図面に示した実施例に従って説明する。

【００１２】先ず、半導体ウェハ及び多数の半導体ウェ
ハが階層状に収納される収納キャリアの一例を説明す
る。

【００１３】１は略円板状をした半導体ウェハ（図１、
図３及び図４等参照）であり、例えば、直径約６インチ
乃至８インチ程度の円柱状をしたシリコン結晶体をその
軸方向と直交する方向にスライスすることにより形成さ
れ、例えば、０．５乃至０．８ｍｍ程度の厚さを有し、
その周縁部の一部には直線状のオリフラ２が形成されて
いる。

【００１４】そして、このような半導体ウェハ１は、半
導体の製造プロセスにおける各種の処理、即ち、表面研
磨、エピタキシャル成長、酸化、パターン形成、ブロー
ビング等の各処理を施された後、所定の大きさにカッテ
ィングされ、これにより、多数のＩＣチップが形成され
る。

【００１５】３は多数の半導体ウェハ１、１、・・・を
階層状に収納するための収納キャリア（図１、図３及び
図４参照）であり、半導体ウェハ１、１、・・・の上記
した各処理工程の間での搬送はこの収納キャリア３に収
納した状態で行なわれる。

【００１６】収納キャリア３は前後両面が開口した略箱
形をしており、互いに平行に対向した左右両側壁４、４
と、該左右両側壁４、４の上端縁の各中間部間を連結し
た天板５と、側壁４、４の下端縁の各後側部間を連結し
た底板６とが合成樹脂により一体に形成されて成る。

【００１７】７、７、・・・は側壁４、４の互いに対向
した面に形成された略横倒Ｖ字状をした溝であり該溝
７、７、・・・は略前後方向に延びる向きで形成され、
また、上下方向に一定のピッチで配列されており、これ
により、各溝７と７との間には棚８が形成されている。

【００１８】そして、溝７、７、・・・の上下方向での
配列ピッチは例えば、略５ｍｍになっている。

【００１９】そして、半導体ウェハ１は、その周縁のう
ち中心を挟んで略反対側に位置した２つの部分が同じ高
さにある左右２つの溝７と７に各別に位置されることで
左右一対の棚８、８に架渡状に載置され、これにより、
多数の半導体ウェハ１、１、・・・が収納キャリア３に
階層状に、一定の配列ピッチで収納される。

【００２０】９は上記収納キャリア３に対する半導体ウ
ェハ１、１、・・・の取出及び収納を行なうための半導
体ウェハ保持ハンドであり、該半導体ウェハ保持ハンド
９は後述するように半導体ウェハ１の周方向における位
置合わせ機能も備えている。

【００２１】１０は半導体ウェハ保持ハンド９のベース
板であり、半導体ウェハ１の直径の略半分位の幅を有
し、かつ、半導体ウェハ１の直径の略１．５倍の長さを
有する平板状をしており、その先端縁１０ａは半円状に
形成されていると共に、その上面の先端部であって上記
先端縁１０ａに沿う円の略中心には比較的薄い円板状を
した突部１１が、また、基端部には円筒状をした継手部
１２がそれぞれ突設されている。

【００２２】尚、このようなベース板１０はセラミック
材料により一体に形成されている。

【００２３】１３はベース板１０の下面に形成された浅
い凹部であり、その先端は上記突部１１が形成された部
位の下方まで、また、基端は上記継手部１２が形成され
た部位の下方までそれぞれ達するように形成されてお
り、また、その開口周縁には下方及び内方を向く切欠縁
１３ａが形成されている。

【００２４】１４は上記凹部１３を覆う蓋板であり、該
蓋板１４は上記切欠縁１３ａに略ぴったり嵌合された状
態でベース板１０に固定され、これにより、ベース板１
０の下部に密閉された薄い空間１５（以下、「吸気空
間」と言う。）が画成される。

【００２５】１１ａは前記突部１１の中心部に形成され
た吸気孔であり、その下端は吸気空間１５に開口されて
いる。

【００２６】また、継手部１２の孔１２ａの下端は吸気
空間１５に開口されており、その上半部は螺孔に形成さ
れている。

【００２７】１６は突部１１に外嵌状に固定された軸受
である。

【００２８】１７は円板状をしたターンテーブルであ
り、その上半部１７ａの直径はベース板１０の幅より小
さく、また、下半部１７ｂの直径は上半部１７ａの直径
より一回り更に小さく形成され、この下半部１７ｂ（以
下、「従動プーリ」と言う。）はその肉厚が上記突部１
１のベース板１０の上面からの突出量より稍小さく形成
されていると共にその外周面にベルト巻付溝１８が形成
されている。

【００２９】１９はターンテーブル１７の中心部に形成
された孔であり、該孔１９の上半部１９ａの内径はター
ンテーブル１７の下半部１７ｂの外径より一回り小さ
く、また、下半部１９ｂの内径は上記軸受１６の外径と
略同じに形成されている。

【００３０】そして、このようなターンテーブル１７は
その孔１９の下半部１９ｂが軸受１６に外嵌されること
により該軸受１６を介してベース板１０の突部１１に回
転自在に支持される。

【００３１】２０は円板状をした押え板であり、ターン
テーブル１７の孔１９の上半部１９ａの内径より稍小さ
い外径で、かつ、その肉厚は上半部１９ａの高さよりも
稍小さく形成されていて、孔１９の上半部１９ａ内に位
置した状態でネジ止などにより突部１１の上面に固定さ
れ、これにより、ターンテーブル１７はベース板１０の
突部１１から上方への抜けが防止される。

【００３２】また、押え板２０の中心部には孔２０ａが
形成されていて、前記突部１１に形成された吸気孔１１
ａはこの孔２０ａを通して上方に開口される。

【００３３】２１は上記突部１１の上端面に吸気孔１１
ａを囲むように形成された環状の溝１１ｂに嵌合わされ
たＯリングであり、該Ｏリング２１は押え板２０が突部
１１の上端面に取着されたときに押え板２０の下面に密
着する。

【００３４】２２、２２、・・・はベース板１０の継手
部１２側の上面であって、継手部１２よりも中央寄り位
置に上方へ向って突設された支柱（図５参照）であり、
該支柱２２、２２、・・・の上端面間に架け渡すように
モータ支持板２３が固定されている。

【００３５】２４は上記モータ支持板２３の上面に固定
されたステッピングモータであり、そのケーシングから
下方へ突出した回転軸２４ａは上記モータ支持板２３を
貫通してその下端部には駆動プーリ２５が固定されてい
る。

【００３６】ステッピングモータ２４がモータ支持板２
３を介してベース板１０の支柱２２、２２、・・・に支
持された状態においては、駆動プーリ２５のベルト巻付
溝２５ａとターンテーブル１７の従動プーリ１７ｂに形
成されたベルト巻付溝１８とが略同じ高さに位置され、
これらプーリ２５と１７ｂとの間に無端状のベルト２６
が架け渡されている。

【００３７】そして、ステッピングモータ２４が回転す
ると、駆動プーリ２５−ベルト２６−従動プーリ１７ｂ
とその回転が伝達され、ターンテーブル１７が回転され
る。

【００３８】２７はエアホースであり、その一端部には
継手部１２に螺着される管継手２８が取着されており、
エアホース２７は管継手２８を介して継手部１２に接続
されると共に、その他端は図示しない流体バルブを介し
てエア吸引装置の吸気口と接続されている。

【００３９】そして、エア吸引装置による吸気が行なわ
れるとエアホース２８内、吸気空間１５内及びこれと連
通した吸気孔１１ａ内の空気が吸引されて、ターンテー
ブル１７の孔１９の上面付近が負圧にされる。

【００４０】２９は下面が開口した扁平な箱状をしたカ
バーであり、該カバー２９は上方から見た形状が前記ベ
ース板１０の形状と略同じに形成されており、また、カ
バー２９の長さ方向における中央より基端寄り位置から
基端縁までの基端側部分２９ａはその余の先端側部分２
９ｂより略２倍の高さを有するように上方に突出してい
る。

【００４１】２９ｃ、２９ｄ、２９ｅは上記カバー２９
の上面に形成された孔であり、孔２９ｃはターンテーブ
ル１７の上半部１７ａがカバー２９の上面より稍上方へ
突出するように、孔２９ｄはステッピングモータ２４が
配置されるように、２９ｅは管継手２８がカバー２９の
上面より突出するようにするために形成されたものであ
る。

【００４２】２９ｆはカバー２９のうち先端側部分２９
ｂの基端部に形成されたセンサ配置孔であり、該センサ
配置孔２９ｆは上方から見て凸状をしており、該凸状の
上方突出部が先端を向く向きで形成されており、該上方
突出部は後述するように光通過孔２９ｇになっている。

【００４３】３０はカバー２９にその上記センサ配置孔
２９ｆのうち上記光通過孔２９ｇを除く部分を略覆うよ
うに載置されたガイド板であり、該ガイド板３０はその
幅がベース板１０の幅と略同じで上方から見て略矩形状
を為すと共に、その先端側を向く辺３０ａ（以下、「ガ
イド部」と言う。）が半導体ウェハ１の円周と略同じ曲
率で、かつ、前記ターンテーブル１７の中心を中心とす
る円弧状に形成され、また、その肉厚は半導体ウェハ１
の肉厚よりも稍厚く形成されている。

【００４４】３１はベース板１０の上面のうちカバー２
９のセンサ配置孔２９ｆに対向する部位に固定されたセ
ンサ支持部材であり、該センサ支持部材３１には光学セ
ンサ３２（図面では先端部のみ示す。）が支持されてい
る。

【００４５】該光学センサ３２の先端部に位置されたセ
ンサ部３２ａは前記センサ配置孔２９ｆの光通過孔２９
ｇに対応するように配置されており、従って、光学セン
サ３２はその殆どが上記ガイド板３０に覆われていて、
そのセンサ部３２ａを含む先端部のみが光通過孔２９ｇ
を通して上方に臨んでいる。

【００４６】半導体ウェハ保持ハンド９は以上のように
構成されており、ガイド板３０のガイド部３０ａから前
端側の部分（以下、「ハンド部」と言う。）の厚さは収
納キャリア３内に収納された半導体ウェハ１、１、・・
・の上下に隣接する２つの半導体ウェハ１と半導体ウェ
ハ１との間の間隔より薄く形成されている。

【００４７】３３は、例えば、多腕型ロボットのアーム
の先端であり、半導体ウェハ保持ハンド９はそのベース
板１０の基端側部分がアームの先端３３に固定されるこ
とで当該ロボットにより水平方向及び上下方向に移動自
在になるように支持される。

【００４８】そこで、半導体ウェハ保持ハンド９により
半導体ウェハ１の収納キャリア３に対する取出及び収納
と半導体ウェハ１の位置合わせは次のように行なわれ
る。

【００４９】収納キャリア３に収納されている半導体ウ
ェハ１の取出を行なうときは、半導体ウェハ保持ハンド
９を、先ず、図１に示すように、収納キャリア３の前方
に位置させると共に、取り出すべき半導体ウェハ１とそ
の下方に位置する半導体ウェハ１との間に移動させて、
その状態から、図３及び図４に示すように、半導体ウェ
ハ保持ハンド９のハンド部を収納キャリア３内に挿入す
る。

【００５０】半導体ウェハ保持ハンド９のハンド部の収
納キャリア３内への挿入はガイド板３０のガイド部３０
ａが当該半導体ウェハ１の外周縁に当接したところで終
了する。

【００５１】これにより、ターンテーブル１７が当該半
導体ウェハ１の下方にそれと同軸に位置される。

【００５２】次に、半導体ウェハ保持ハンド９を稍上方
へ移動させて当該半導体ウェハ１を相対的にターンテー
ブル１７上に載置する。

【００５３】これと略同時に、吸気空間１５に対する吸
気を開始して、当該半導体ウェハ１をターンテーブル１
７に吸着保持する。

【００５４】また、この状態では、半導体ウェハ１はそ
の両側部が収納キャリア３の棚８、８から稍上方に離間
した状態になっているので半導体ウェハ保持ハンド９を
収納キャリア３外へ退出させることにより当該半導体ウ
ェハ１が収納キャリア３から取り出されることになる。

【００５５】半導体ウェハ１を収納キャリア３内に収納
するときは、半導体ウェハ１を保持した半導体ウェハ保
持ハンド９を、先ず、収納キャリア３の前方の位置に移
動させると共に、保持している半導体ウェハ１を収納す
べき左右一対の溝７、７と対応した高さに移動して、そ
の状態から収納キャリア３内に半導体ウェハ保持ハンド
９のハンド部を挿入する。

【００５６】次に、吸気空間１５に対する吸気が停止さ
れた後、半導体ウェハ保持ハンド９を稍下降させて、当
該半導体ウェハ１を当該溝７、７の下に位置した左右一
対の棚８、８上に載置する。

【００５７】また、半導体ウェハ１の周方向における位
置合わせは、半導体ウェハ１がターンテーブル１７に吸
着保持された状態でターンテーブル１７を回転させてオ
リフラ２の有無を検出し、その検出結果に応じてターン
テーブル１７の位置を制御することによって行なわれ
る。

【００５８】以下、このような位置合わせ動作の一例を
図７乃至図９に従って説明する。

【００５９】半導体ウェハ１の位置合わせを行なうとき
は、先ず、ターンテーブル１７を回転させて半導体ウェ
ハ１を回転させると共に、光学センサ３２からは検出光
を出射する。

【００６０】すると、ターンテーブル１７上の半導体ウ
ェハ１が、例えば、図７に示すように、そのオリフラ２
が光学センサ３２のセンサ部３２ａと対向していない位
置に来ている間は光学センサ３２から出射された検出光
は半導体ウェハ１で反射されてその一部が戻り光となっ
て光学センサ３２の受光部に受光され、これにより、光
学センサ３２はオリフラ２以外の部分がセンサ部３２ａ
に対向していることを検出する。

【００６１】また、半導体ウェハ１が回転されて、図８
に示すように、そのオリフラ２の一端部が光学センサ３
２のセンサ部３２ａと対向した位置に来ると、上記検出
光は半導体ウェハ１で反射されること無く上方へ出射す
ることになるので、光学センサ３２は半導体ウェハ１の
オリフラ２の周方向における一端部が位置したことを検
出する。

【００６２】そして、半導体ウェハ１が更に回転され
て、図９に示すように、当該半導体ウェハ１のオリフラ
２の他端部が光学センサ３２のセンサ部３２ａと対向し
た位置に来ると、検出光の一部は戻り光となって光学セ
ンサ３２の受光部に照射されるので、光学センサ３２は
半導体ウェハ１のオリフラ２の周方向における他端部が
位置したことを検出する。

【００６３】しかして、このようにして、半導体ウェハ
保持ハンド９は保持した半導体ウェハ１のオリフラ２の
位置を検出することができ、更に、ステッピングモータ
２４を所定の回転角で回転させることにより、半導体ウ
ェハ１のオリフラ２を所定の向きにすること、即ち、半
導体ウェハ１の位置合わせをすることができる。

【００６４】尚、このような位置合わせは、収納キャリ
ア３の外又はその中のいずれの場所でも行なうことがで
きる。

【００６５】

【発明の効果】以上に記載したところから明らかなよう
に、本発明半導体ウェハ保持ハンドは、複数の半導体ウ
ェハを階層状に所定のピッチで収納する収納キャリアに
収納された半導体ウェハを挿脱する半導体ウェハ保持ハ
ンドであって、上記収納キャリアに収納され上下に隣接
した半導体ウェハ間の間隔よりも薄い厚さをしたハンド
部と、該ハンド部の先端部に回転自在に支持され、その
上面がハンド部の上面よりも稍突出して位置されたター
ンテーブルと、該ターンテーブルを回転させ駆動手段
と、上記ターンテーブルに載置された半導体ウェハの周
縁部に形成された切欠縁（オリフラ）を検出するオリフ
ラ検出手段とを備えたことを特徴をする。

【００６６】従って、本発明半導体ウェハ保持ハンド
は、半導体ウェハを保持するという本来の機能の他に、
半導体ウェハの位置合わせを行なう機能も備えており、
半導体ウェハの位置合わせを当該半導体ウェハ保持ハン
ド上で行うことができ、半導体ウェハの搬送系に半導体
ウェハの位置合わせを行なうための専用の位置合わせ装
置を設ける必要が無く、その分、搬送系を小型化するこ
とができると共に、位置合わせ専用の工程や装置の数を
減らすことができる。

【００６７】しかも、半導体ウェハの位置合わせは各工
程における初期あるいは終期、即ち、収納キャリアから
半導体ウェハを取り出す際又は所定の処理が為された半
導体ウェハを収納キャリアに戻す際あるいは移送中に、
収納キャリヤに対する取出や戻しを行う半導体ウェハ保
持ハンドにより行うことができるので、半導体ウェハの
位置合わせだけに要する時間が不要となり、その分、半
導体の製造プロセスの処理時間を短縮することができ、
更に、半導体ウェハの収納キャリアからの取出回数を少
なくすることができるため、埃の付着をかなり低減する
ことができる。

【００６８】尚、上記実施例においては、ターンテーブ
ルに載置された半導体ウェハをエア吸引手段によって該
ターンテーブルに吸着保持するようにしたが、このよう
にすることにより、半導体ウェハの保持及び位置合わせ
を確実に行なうことができる。

【００６９】また、前記実施例において示した具体的な
形状ないしは構造は、本発明半導体ウェハ保持ハンドを
実施するに当ってのほんの一例を示したものにすぎず、
これらによって本発明の技術的範囲が限定的に解釈され
てはならない。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１乃至図９は本発明半導体ウェハ保持ハンド
の実施の一例を示すものであり、図１は半導体ウェハ保
持ハンドと収納キャリアを示す斜視図である。

【図２】カバーの一部を切り欠き、かつ、ターンテーブ
ルを分解した状態を示す拡大斜視図である。

【図３】収納キャリアに半導体ウェハ保持ハンドのハン
ド部が挿入された状態を示す平面図である。

【図４】収納キャリアに半導体ウェハ保持ハンドのハン
ド部が挿入された状態を示す側面図である。

【図５】一部を切り欠いて示す要部の拡大側面図であ
る。

【図６】一部を切り欠いて示す別の要部の拡大側面図で
ある。

【図７】図７乃至図９は半導体ウェハの位置合わせを行
なうためのオリフラ検出動作の一例を経時的に示すもの
で、図７は初期状態を示す要部の拡大平面図である。

【図８】オリフラ検出動作の途中の状態を示す要部の拡
大平面図である。

【図９】オリフラ検出動作の終りの状態を示す要部の拡
大平面図である。

【符号の説明】

１ 半導体ウェハ ２ 切欠縁（オリフラ） ３ 収納キャリア ９ 半導体ウェハ保持ハンド １０ａ、１７、２９ｂ ハンド部 １７ ターンテーブル ２４、２５、２６ 駆動手段 ３２ オリフラ検出手段

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 複数の半導体ウェハを階層状に所定のピ
   ッチで収納する収納キャリアに収納された半導体ウェハ
   を挿脱する半導体ウェハ保持ハンドであって、上記収納
   キャリアに収納され上下に隣接した半導体ウェハ間の間
   隔よりも薄い厚さをしたハンド部と、該ハンド部の先端
   部に回転自在に支持され、その上面がハンド部の上面よ
   りも稍突出して位置されたターンテーブルと、該ターン
   テーブルを回転させ駆動手段と、上記ターンテーブルに
   載置された半導体ウェハの周縁部に形成された切欠縁
   （オリフラ）を検出するオリフラ検出手段とを備えたこ
   とを特徴をする半導体ウェハ保持ハンド。