JPH0682742B2 - ウエハキヤリアハンドリング装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ この発明は、半導体製造基板を構成するウェハを収納す
るウェハキャリアを、例えば製造装置へローディングあ
るいはアンローディングする等のハンドリング装置に関
する。

［従来技術］ 一般に、半導体集積回路の製造過程における半導体製造
基板のシリコンウェハを処理する製造装置は、例えば25
枚のシリコンウェハをウェハキャリアに収納した状態で
製造装置に装填し、処理後再びシリコンウェハが収納さ
れたウェハキャリアを回収する。いわゆるカセットツウ
カセット方式が多く使用されている。

このようなウェハキャリアの製造装置への装填ならびに
製造装置からの回収は、第５図に示すように、シリコン
ウェハ101が複数収納されたウェハキャリア103を一対の
チャック爪105により挟圧把持して行なわれ、特に一部
の洗浄や化学液処理工程で人手に頼った状態で実施され
ている場合が多い。なお、第５図中で符号107はチャッ
ク爪105の開閉用送りねじ、符号109はチャック爪105の
開閉用案内軸である。

［発明が解決しようとする問題点］ しかしながら、このような従来のウェハキャリアハンド
リング装置にあっては、ウェハキャリアをチャック爪で
単に挟圧把持した状態で製造装置に対し出し入れする構
成となっているため、第５図においてウェハキャリアの
上下方向および水平方向への移動ならびに水平面内での
回転は可能であるが、ウェハキャリアを鉛直面内で回転
させて立てたり、傾けたりする自由な操作ができない
上、把持を解放したときの製造装置等への位置決め精度
が極めて悪いものであった。また、この位置決め精度を
向上させるためには、チャック爪のみの把持であること
から摩擦力を得るためにウェハキャリアに対する把持力
を大きくする必要があり、このようにチャック爪に大き
な把持力を持たせると、ウェハキャリアが変形し歪みが
生じる等の問題が発生する。

この発明はこのような従来の問題点に着目して創案した
もので、ウェハキャリアに対し自由な操作が可能で、ウ
ェハキャリアに過大な力を加えることなく高精度な位置
決めができるウェハキャリアハンドリング装置の提供を
目的とする。

［問題点を解決するための手段］ この目的を達成するためにこの発明は、半導体製造基板
を構成するウェハを収納するウェハキャリアを両側から
挟圧把持するチャック爪を備えたハンド部を有するウェ
ハキャリアハンドリング装置において、前記ウェハキャ
リアの両側部に、前記チャック爪が係合する係合溝を、
前記ハンド部が前記ウェハキャリアに対し接近離反する
方向に直交する方向を長手方向として設けると共に、前
記ウェハキャリアの前記ハンド部側の一側面に、前記係
合溝に直交する方向を長手方向とするキャリア係合部を
設け、前記ウェハキャリアのハンド部側の一側面に接触
し、前記キャリア係合部に係合する係合部を備えた押え
部材を、前記ハンド部の前記ウェハキャリア側の一側面
に設けたことを特徴とする。

［作用］ ウェハキャリアハンドリング装置のハンド部をウェハキ
ャリアに対し接近させキャリア係合部に押え部材の係合
部を係合させてウェハキャリアの一側面に押え部材を接
触させる。この状態で一対のチャック爪を移動させ（閉
じ）てウェハキャリア両側部の係合溝に挿入させウェハ
キャリアを挟圧把持する。

このようにウェハキャリアを三次元的に把持することで
ウェハキャリアに対し過大な力を加えることなく三次元
的に自由な操作が可能で、かつ精度良く位置決めができ
る。

［実施例］ 以下、図面に基づきこの発明の実施例を説明する。

第１図〜第４図はこの発明の一実施例を示している。第
１図はウェハキャリアハンドリング装置の全体構成図
で、基台１に対し昇降体３が上下方向に移動可能に設け
られている。昇降体３の上端部には第１のアーム５が水
平面内で回転可能に取付けられ、この第１のアーム５の
先端下部には第２のアーム７の一端部が第１のアーム５
と同様に水平面内を回転可能に取付けられている。

第２のアーム７の他端部には、第２のアーム７の長さ方
向（第１図中で左右方向）を軸として回転する第１の手
首部９が装着されている。第１の手首部９には、この手
首部９の回転軸と直交する軸11を中心に回転可能な第２
の手首部13が取付けられている。

第２の手首部13の図中で下端には、半導体製造基板のシ
リコンウェハを収納するウェハキャリア15を挟圧把持す
るハンド部17が設けられている。ウェハキャリア15は半
導体製造装置19のロード（アンロード）ステージ21上に
載置された状態となっている。

第２図はハンド部17を示し、第３図および第４図はハン
ド部17によりウェハキャリア15を挟圧把持した状態を示
す。複数のシリコンウェハＷが収納されたウェハキャリ
ア15の両側（第４図中で上下側）のハンド部17側端部に
は、ハンド部17のウェハキャリア15に対し接近離反する
方向に直交する方向、すなわち第３図の上下方向に向っ
て第１の係合溝（係合溝）23が形成されている。この第
１の係合溝23は後述するハンド部17のチャック爪25が入
り込む溝である。一方、ウェハキャリア15のハンド部17
側の一側面15aの第３図中で上部側には、前記第１の係
合溝23と直交する方向すなわち第４図中で上下方向に向
って第２の係合溝（キャリア係合部）27が形成されてい
る。この第２の係合溝27は後述するハンド部17の押え部
材29の突起部（係合部）29aが入り込む溝である。

ハンド部17は、その可動部で発生する塵埃の外部への拡
散を最小限に保つため、ボックス形式のケース31が設け
られており、このケース31の一側面に第２の手首部13が
取付けられている。ケース31は、ケース31の長手方向に
向ってケース31を貫通する後述するチャック爪25の駆動
ねじ33およびガイドロッド35が取付けられている。この
駆動ねじ33およびガイドロッド35のケース31内壁に近接
した各両端部付近には、一対のチャック爪取付部材37が
駆動ねじ33およびガイドロッド35の軸方向に移動可能に
取付けられており、この各取付部材37の第２の手首部13
と反対側端部には互いに内方に屈曲した断面がＬ字形状
のチャック爪25がねじにより着脱可能に装着されてい
る。このチャック爪25の先端は第１の係合溝23内に入り
やすいように先細のテーパ形状としてある。

一対のチャック爪25は、それぞれケース31の第２の手首
部13と反対側の面に穿設された矩形状のチャック爪移動
孔39から外部にその先端が突出している。

前記駆動ねじ33は、チャック爪取付部材37が移動する両
端部付近にねじ部33a、33bが形成されており、このうち
ねじ部33aは右ねじであり、ねじ部33bは左ねじとなって
いる。これにより駆動ねじ33をある方向に回転させるこ
とで、一対のチャック爪25は互いに接近するかあるいは
離反する方向に移動し、チャック爪25は開閉することと
なる。

駆動ねじ33のケース31から外部に突出した一方の端部に
は駆動ねじ33を回転させる駆動モータ41が設けられてい
る。（第３図，第４図では省略してある） チャック爪25が突出したケース31の一側面には、チャッ
ク爪25でウェハキャリア15を挟圧把持するときに、ウェ
ハキャリア15の一側面15aに接触する平板状の押え部材2
9がねじにより着脱可能に取付けられている。この押え
部材29の上部側には、前記ウェハキャリア15の第２の係
合溝27に係合しウェハキャリア15側に突出した突起部
（係合部）29aが形成されている。この突起部29aは先端
側が細いテーパ形状としてある。更に、押え部材29の下
部側の略中央部の小孔29b内には、ウェハキャリア15を
検出するリミットスイッチ43が取付けられている。

また、ケース31の駆動モータ41と反対側端部の上面に
は、チャック爪25の開き位置（実際にはチャック爪取付
部材37の開き位置）を検出する一対の検出器45が取付け
られている。一方ケース31の駆動モータ41側端部の上面
には、ケース31の内の可動部で発生する塵埃を排出する
排出ホース47が継手49を介して取付けられている。この
排出ホース47は、必要に応じて排気装置に接続すること
により、ケース31内で発生する塵埃を排出すると共にケ
ース31内部を負圧に保ち、内部で発生する塵埃の外部へ
の拡散を防止することができる。

なお、押え部材29ならびにチャック爪25は、ウェハキャ
リア15を把持するときにウェハキャリア15と接触するた
め、ウェハキャリア15を汚染しないように、洗浄できる
例えば弗化樹脂系の材料で形成されている。同様にリミ
ットスイッチ45のウェハキャリア15との接触点も弗化樹
脂系の材料で形成し、動作荷重を10g程度の軽備にして
あり、かつ接触点以外で対象物であるウェハキャリア15
に接触しないように押え部材29に固定されている。

次に、このように構成されたウェハキャリアハンドリン
グ装置の動作を説明する。

まず、半導体製造装置19のアンロードステージ21上から
ウェハキャリア15を他の装置へ移載する場合について説
明する。アンロードステージ21上のウェハキャリア15に
対するハンド部17の把持位置は、自動化装置においてあ
らかじめティーチング等により記憶されており、昇降体
3,第1,第２のアーム5,7および第1,第２の手首部9,13が
それぞれ制御され、ハンド部17は把持位置へ誘導位置決
めされる。この把持位置は第３図に示したように押え部
材29がウェハキャリア15の一側面15aに接触する位置で
ある。

ハンド部17のウェハキャリア15に対する把持位置への誘
導は、昇降体3,第1,第２のアーム5,7および第1,第２の
手首部9,13を制御し、ハンド部17を把持位置の近く、す
なわち第３図に示す把持状態の位置よりｘの負の方向
（図中で右方向）の少なくともチャック爪25がウェハキ
ャリア15の一側面15aよりも後方（右側）に位置するよ
うなところに位置決めする。この位置もあらかじめティ
ーチング等により記憶されており、このときチャック爪
25は開いた状態となっている。

次に、ハンド部17を第３図のｘ方向に誘導し、押え部材
29をウェハキャリア15の一側面15aに接触させることで
把持位置に位置決めする。このとき、押え部材29の突起
部29aはウェハキャリア15の第２の係合溝27に入り込ん
でいる。この把持位置が正しく位置決めされたことをリ
ミットスイッチ43により確認した後、駆動モータ41を駆
動させてチャック爪25を閉じ、チャック爪25先端をウェ
ハキャリア15の第１の係合溝23に入り込ませる。これに
よりハンド部17でウェハキャリア15が把持されたことに
なる。

上記のように把持することで、ウェハキャリア15は、ｘ
方向についてはチャック爪25と押え部材29とにより、第
４図に示すｙ方向についてはチャック爪25により、また
第３図に示すｚ方向については押え部材29の突出部29a
により、それぞれ拘束されることになる。また、ｘ軸,y
軸,z軸まわりのモーメントについても、ｘ軸まわりにつ
いては押え部材29の突出部29aにより、ｙ軸およびｚ軸
まわりについてはチャック爪25と押え部材29とによっ
て、それぞれ受けることになる。

このため、ウェハキャリア15を水平に保ったり、ｙ軸ま
わりに90゜回転させて垂直の姿勢を保つなど、ウェハキ
ャリア15に対し自由な操作が可能となる。

このようにして、ウェハキャリア15をハンド部17により
挟圧把持したら、再び昇降体3,第1,第２のアーム5,7お
よび第1,第２の手首部9,13を制御して、ウェハキャリア
15を半導体製造装置19のアンロードステージ21より取出
し、他の装置のロードステージや搬送設備等へ移載す
る。

ウェハキャリア15が他の装置等へ移載され所定の位置に
位置決めされたら、駆動モータ41を前記とは逆転させて
チャック爪25を開き、この状態でハンド部17をウェハキ
ャリア15からｘの負の方向に向って離反させることで、
ハンドリング装置の動作が終了する。

したがって、このような自動化装置を備えたウェハキャ
リアハンドリング装置を半導体製造工場において使用す
れば、各種製造装置へのウェハキャリアの装填、回収お
よびウェハキャリアの保管庫への出入れ等の作業が容易
となり、省力化はもとより、発塵源である作業者とシリ
コンウェハとの分離により製造環境の清浄度が高まり歩
留りが格段に向上する等の利点がある。

なお、この発明は前述の実施例に限定されるものではな
い、例えば、チャック爪25の開閉機構は駆動ねじ33等を
使用したものに代えて種々の機構が考えられる。また、
ハンド部17を誘導、位置決めする機構についても、ウェ
ハキャリア15のハンドリング作業内容に適合する産業用
ロボットに見られるような直交座標形、極座標形、円筒
座標形ならびに多関節形のアーム構成が考えられる。更
に、前述の実施例装置を自走式搬送台車やコンベア等に
取付けられることにより、広い範囲にわたってのウェハ
キャリアのハンドリング装置を構成できる。

［発明の効果］ 以上説明したようにこの発明によれば、ウェハキャリア
の両側部に、チャック爪が係合する係合溝を、ハンド部
がウェハキャリアに対し接近離反する方向に直交する方
向を長手方向として設けると共に、ウェハキャリアのハ
ンド部側の一側面に、前記係合溝に直交する方向を長手
方向とするキャリア係合部を設け、ウェハキャリアのハ
ンド部側の一側面に接触し、前記キャリア係合部に係合
する係合部を備えた押え部材を、ハンド部のウェハキャ
リア側の一側面に設けて、ウェハキャリアを三次元的に
拘束するようにしたため、ウェハキャリアを自由な姿勢
に保持することが可能となり、ウェハキャリアに対し過
大な力を加えることなく製造装置等への位置決めが高精
度にできる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第４図はこの発明の一実施例に係わり、第１図
はウェハキャリアハンドリング装置の全体構成図、第２
図はハンド部の詳細を示す斜視図、第３図はウェハキャ
リアがハンド部により挟圧把持された状態を示す側面
図、第４図は第３図のIV−IV断面図、第５図は従来のウ
ェハキャリアハンドリング装置のウェハキャリアに対す
る把持状態を示す斜視図である。 15……ウェハキャリア、15a……一側面 17……ハンド部 23……第１の係合溝（係合溝） 25……チャック爪 27……第２係合溝（キャリア係合部） 29……押え部材、29a……突起部（係合部）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】半導体製造基板を構成するウェハを収納す
   るウェハキャリアを両側から挟圧把持するチャック爪を
   備えたハンド部を有するウェハキャリアハンドリング装
   置において、前記ウェハキャリアの両側部に、前記チャ
   ック爪が係合する係合溝を、前記ハンド部が前記ウェハ
   キャリアに対し接近離反する方向に直交する方向を長手
   方向として設けると共に、前記ウェハキャリアの前記ハ
   ンド部側の一側面に、前記係合溝に直交する方向を長手
   方向とするキャリア係合部を設け、前記ウェハキャリア
   のハンド部側の一側面に接触し、前記キャリア係合部に
   係合する係合部を備えた押え部材を、前記ハンド部の前
   記ウェハキャリア側の一側面に設けたことを特徴とする
   ウェハキャリアハンドリング装置。