JPH11288998A - ウエハ移し替え装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウエハの移し替えに多大な時間を要するとと
もに、装置構成が複雑かつ大掛かりなものとなってい
た。 【解決手段】 所定枚数のウエハ６を収納したキャリア
ケース３が載置されるキャリアテーブル２と、このキャ
リアテーブル２の下方に設けられ、該キャリアテーブル
２上のキャリアケース３から所定枚数をウエハ６を所定
の高さまで押し上げ可能なプッシャー５と、このプッシ
ャー５を上昇動作させて所定枚数のウエハ６を所定の高
さまで押し上げた状態で、キャリアテーブル２を垂直軸
廻りに１８０°回転させたのち、プッシャー５を下降動
作させるべく、各々のモータ１１，１２，１３に駆動信
号を出力するコントローラ１０とを備える。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、半導体製造に係る
ウエハ処理に際して用いられるウエハ移し替え装置に関
する。

【０００２】

【従来の技術】半導体製造に係る一連の工程、特にウエ
ハの処理工程には、シリコン（Ｓｉ）等からなるウエハ
に、ラッピング、熱処理、薄膜形成、ドーピング、レジ
スト処理、エッチング等の種々の工程があり、それらの
工程を経てウエハの表面に所望の回路パターンが形成さ
れる。また、ウエハ処理工程の中では、図８に示すよう
に、処理対象となるウエハ５１が、例えば２５枚を１ロ
ットとして１個のキャリアケース５２に収納され、その
状態で各工程に順に供給される。

【０００３】通常、キャリアケース５２の内部では、図
９（ａ）に示すように、ウエハ５１がその表面５１ａ、
即ちパターン形成面を上向きにした状態で収められ、各
工程のウエハ処理装置に受け渡される。ところが、ウエ
ハ処理装置の中には、図９（ｂ）に示すように、キャリ
アケース５２から取り出した際に、ウエハ５１の裏面５
１ｂ、即ちパターン形成面と反対側の面が上向きとなっ
ている必要があるものもある。

【０００４】例えば、ウエハ５１をチップに分割する前
の段階で、ウエハ５１を所定の厚みにするために裏面５
１ｂを砥石で研磨する、いわゆる裏面研磨装置（バック
グラインダ）などでは、ウエハ５１の裏面５１ｂを上向
きにして処理を行う必要がある。この場合、前工程の処
理でウエハ５１の表面５１ａが上を向いた状態でキャリ
アケース５２が受け渡されるため、裏面研磨を行う際に
は、キャリアケース５２に対するウエハ５１の収納状態
として、その表裏面を反転させる作業が必要となる。

【０００５】そこで、ウエハ５１の裏面５１ｂを上向き
にして処理を行う裏面研磨装置などには、表面５１ａを
上向きにしてキャリアケース５２に収納されたウエハ５
１を、その裏面５１ｂが上向きとなるようにキャリアケ
ース５２に移し替える装置が備え付けられている。

【０００６】図１０は従来におけるウエハ移し替え装置
の構成を示す斜視図である。図１０においては、装置の
架台５３上に２つのキャリアステージ５４ａ，５４ｂが
設けられている。これらのキャリアステージ５４ａ，５
４ｂは、図の矢印方向に水平移動可能となっている。ま
た、一方のキャリアステージ５４ａの下方には、樹脂製
のプッシャー５５が昇降可能に配設されている。このプ
ッシャー５５の上面には、ウエハ５１の下側周面に係合
可能な所定数の溝が形成されている。一方、キャリアス
テージ５４ａの上方には、開閉可能なチャックアーム５
６が配設されている。このチャックアーム５６は、左右
一対のチャック部材５６ａ，５６ｂを有し、これらのチ
ャック部材５６ａ，５６ｂの対向面にそれぞれ所定数の
チャック溝が形成されている。

【０００７】上記構成において、ウエハの移し替えを行
う場合は、先ず、所定枚数（例えば２５枚）のウエハ５
１が収納されたキャリアケース５２ａを一方のキャリア
ステージ５４ａに載せるとともに、空のキャリアケース
５２ｂを他方のキャリアステージ５４ｂに載せる。この
とき、キャリアケース５２ａ，５２ｂの向きは互いに逆
向きとし、この状態で装置の起動スイッチを押す。そう
すると、プッシャー５５が上昇動作して、キャリアケー
ス５２ａに収納されている所定枚数のウエハ５１を図１
１のように押し上げる。このとき、ウエハ５１は、左右
のチャック部材５６ａ，５６ｂの間に進入した状態とな
る。

【０００８】次に、チャックアーム５６が図１２（ａ）
のように“閉”動作を行うことにより、同図（ｂ）に示
すようにウエハ５１がチャックアーム５６の左右のチャ
ック部材５６ａ，５６ｂでチャッキング（掴持）され
る。その後、プッシャー５５は下降を開始してウエハ５
１から離間したのち、キャリアステージ５４ａの下方、
即ちキャリアステージ５４ａ，５４ｂの水平移動に支障
のない始動原点の位置へと退避する。

【０００９】続いて、キャリアステージ５４ａ，５４ｂ
を互いに同じ方向に水平移動させることにより、ウエハ
取出済のキャリアケース５２ａを図の破線位置、空のキ
ャリアケース５２ｂをチャックアーム５６（ウエハ５
１）の真下に、それぞれ配置する。次いで、プッシャー
５５が再び上昇動作して、各々のウエハ５１の下側周面
に係合する。すると、チャックアーム５６が“開”動作
してウエハ５１を開放し、これによってチャックアーム
５６からプッシャー５５へとウエハ５１が受け渡され
る。

【００１０】最後は、プッシャー５５が下降動作するこ
とにより、キャリアケース５２ｂにウエハ５１が収納さ
れる。このとき、元のキャリアケース５２ａに対して、
キャリアケース５２ｂが逆向きとなっているため、キャ
リアケース５２ａでの収納状態に比較して、キャリアケ
ース５２ｂに対するウエハ５１の収納状態が表裏反転し
たかたちとなり、この時点で一連のウエハ移し替え作業
が完了となる。

【００１１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら従来にお
いては、一連の装置動作が煩雑でウエハ５１の移し替え
に多大な時間を要し、作業効率が悪いという不具合があ
った。また、ウエハ５１を押し上げるプッシャー５５に
加えて、２つのキャリアステージ５４ａ，５４ｂを水平
移動させる駆動機構や、チャックアーム５６を開閉させ
る駆動機構などが必要になるため、装置の構成が複雑か
つ大掛かりになるという問題もあった。特に、従来装置
の場合は、装置の架台５３上に、２つのキャリアケース
５２ａ，５２ｂを置くスペースと、ウエハ取出済のキャ
リアケース５２ａを移動させるためのスペース、つまり
キャリアケース３個分のスペースを確保する必要があっ
た。そのため、部品点数がどうしても多くなり、同時に
装置全体の寸法もかなり大きなものとなっていた。

【００１２】さらに従来装置では、プッシャー５５で押
し上げたウエハ５１をチャックアーム５６でチャッキン
グ（掴持）する関係上、図１２（ｂ）に示すようにウエ
ハ５１に対するチャックアーム５６（チャック部材５６
ａ，５６ｂ）の接触面積が大きくなり、ウエハ５１がコ
ンタミネーション（汚染）の影響を強く受けてしまうと
いう問題もあった。ちなみに、ここでのコンタミネーシ
ョンは、ウエハ５１との接触部品（プッシャー５５、チ
ャックアーム５６等）に汎用されている４フッ化エチレ
ン樹脂などの工業用材料と、ウエハの表面にある薬液な
どの反応により生じるものを言う。特に、半導体製造工
程の過程では、ウエハ５１への不用意な人体の接触に限
らず、装置内の部品搬送系や試料台においてコンタミネ
ーションが発生する。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明に係るウエハ移し
替え装置においては、所定枚数のウエハを収納したウエ
ハ収納容器が載置される回転テーブルと、この回転テー
ブルの下方に設けられ、該回転テーブルに載置されたウ
エハ収納容器から所定枚数をウエハを所定の高さまで押
し上げ可能なウエハ押し上げ部材と、このウエハ押し上
げ部材を上昇動作させて所定枚数のウエハを所定の高さ
まで押し上げた状態で、回転テーブルを垂直軸廻りに１
８０°回転させたのち、ウエハ押し上げ部材を下降動作
させる駆動制御手段とを備えた構成を採用している。

【００１４】上記構成からなるウエハ移し替え装置で
は、押し上げ部材を上昇動作させて所定枚数のウエハを
所定の高さまで押し上げた状態で、回転テーブルを垂直
軸廻りに１８０°回転させることにより、所定枚数のウ
エハに対してウエハ収納容器の向きが反転した状態とな
る。さらに、その状態からウエハ押し上げ部材を下降動
作させることにより、元のウエハ収納容器に対して所定
枚数のウエハが表裏反転した状態で収納される。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態につい
て図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は本発明に係
るウエハ移し替え装置の一実施形態を説明する図であ
り、図中（ａ）はその斜視図、（ｂ）はその制御構成を
示すブロック図である。

【００１６】先ず、図１（ａ）において、ウエハ移し替
え装置の架台１上には、平面視円形のキャリアテーブル
２が設けられている。キャリアテーブル２は、装置の架
台１上に図示せぬベアリング等を介して回転自在に取り
付けられている。また、キャリアテーブル２の中央部に
は、後述するプッシャーの出入りを許容する開口が設け
られている。このキャリアテーブル２は、本発明に係る
回転テーブルに相当するもので、図示せぬテーブル駆動
系によって正／逆方向に回転し得る構成となっている。

【００１７】テーブル駆動系としては、例えば図示はし
ないが、キャリアテーブル２の下面に該キャリアテーブ
ル２と同軸状態で従動プーリを取り付けるとともに、こ
の従動プーリと主動側の駆動プーリとの間にタイミング
ベルトを張設し、テーブル回転用のモータ（ステッピン
グモータ等）の出力軸に上記駆動プーリを軸着した構成
を採用すればよい。

【００１８】また、キャリアテーブル２上には、ウエハ
収納容器となるキャリアケース３を位置決め載置するた
めのガイド枠４が設けられ、このガイド枠４の内側にキ
ャリアケース３の下端部が嵌め込まれるようになってい
る。

【００１９】一方、キャリアテーブル２の下方には樹脂
製のプッシャー５が配設されている。このプッシャー５
は、本発明に係るウエハ押し上げ部材に相当するもの
で、その上面には、キャリアケース３に収納される所定
枚数（例えば２５枚）のウエハ６に対応したかたちで、
図２（ａ）のように複数の溝５ａが等間隔に形成されて
いる。また、プッシャー５の下面には支持ロッド７が連
結されており、図示せぬ昇降駆動系によって支持ロッド
７と共にプッシャー５が昇降動作する構成となってい
る。

【００２０】昇降駆動系としては、例えば図示はしない
が、ボールネジとこれに係合するスライダーを組み合わ
せた直動（昇降）ロボットに支持ロッド７を連結し、昇
降用のモータ（ステッピングモータ等）で上記ボールネ
ジを回転（正転／逆転）させる構成を採用すればよい。

【００２１】これに対し、キャリアテーブル２の上方に
は所定の距離を隔ててウエハガイド８が配設されてい
る。このウエハガイド８は、例えば四フッ化エチレン樹
脂から成るもので、左右一対のガイド部材８ａ，８ｂに
より構成されている。各々のガイド部材８ａ，８ｂは、
支柱ケース９に組み込まれた昇降駆動部（不図示）に連
結され、これによってウエハガイド８が図２（ｂ）のよ
うに支柱ケース９の長孔９ａ，９ａに沿って昇降可能に
支持されている。また、双方のガイド部材８ａ，８ｂの
対向面には、キャリアケース３に収納される所定枚数の
ウエハ６に対応したかたちで、複数のガイド溝８ｃ，８
ｃ，…が等間隔に形成されている。

【００２２】一方、制御構成としては、図１（ｂ）に示
すように、メインとなるコントローラ１０に対して、回
転モータ１１、第１昇降モータ１２、第２昇降モータ１
３及びセットアップセンサ１４が接続されている。この
うち、コントローラ１０は、ウエハの移し替えに際して
装置全体の動作を制御するもので、例えば予め設定され
た制御プログラムに従って各モータ１１、１２、１３に
駆動信号を与える。

【００２３】また、コントローラ１０の制御対象となる
モータのうち、回転モータ１１はキャリアテーブル２を
回転させる駆動源となるもので、第１昇降モータ１２は
プッシャー５を昇降させる駆動源、第２昇降モータ１３
はウエハガイド８を昇降させる駆動源となるものであ
る。

【００２４】さらに、セットアップセンサ１４は、キャ
リアテーブル２上に載置されたキャリアケース３のセッ
トアップ状態として、キャリアケース３の向きを検出
し、その検出信号をコントローラ１０に送出するもので
ある。このセットアップセンサ１４は、例えば、発光素
子と受光素子を組み合わせた反射型光学センサから成る
もので、図３に示すようにキャリアテーブル２上に載置
されたキャリアケース３と対向する状態で配置される。

【００２５】続いて、コントローラ１０の制御処理に基
づくウエハ移し替え装置の動作手順につき、図４のフロ
ーチャートに基づいて説明する。先ず、ウエハの移し替
えに際しては、所定枚数のウエハ６を収納したキャリア
ケース３がキャリアテーブル２上にセットされ、この状
態で装置の起動スイッチが押下（オン）される（ステッ
プＳ１）。

【００２６】このとき、キャリアテーブル２に置かれた
キャリアケース３の向きが正規の向き、例えば図１のよ
うにキャリアケース３の把手部分３ａが装置前面側にく
る向きになっていなかった場合は、その旨の検出信号が
セットアップセンサ１４からコントローラ１０に送出さ
れる。

【００２７】さらに詳述すると、キャリアテーブル２上
においては、図３に示すように、キャリアケース３の中
心Ｐ１とキャリアテーブル２（キャリアケース３）の回
転中心Ｐ２との間に若干のズレがある。したがって、図
示のようにセットアップセンサ１４との対向側と反対側
に把手３ａが位置する向きでキャリアケース３がセット
された場合と、セットアップセンサ１４との対向側に把
手３ａが位置する向きでキャリアケース３がセットされ
た場合とでは、セットアップセンサ１４とキャリアケー
ス３間の距離が変化する。この距離の変化は、セットア
ップセンサ１４の出力レベルの変化となって現れる。

【００２８】そこでコントローラ１０側では、セットア
ップセンサ１４の出力レベルを基にキャリアケース３の
向きを確認したうえで次の処理に進む。このとき、キャ
リアケース３が正規の向きでセットされていなかった場
合は、その旨を作業者に知らせるべく、例えばブザーを
鳴らしたり、ランプを点滅させるなどのエラー処理を行
う。

【００２９】こうしてキャリアケース３のセットアップ
状態（向き）の確認を終えると、コントローラ１０は、
第２昇降モータ１３に駆動信号を出力してウエハガイド
８を下降動作させる（ステップＳ２）。これによりウエ
ハガイド８は、キャリアケース３に徐々に近づいてゆ
き、図５（ａ）のようにキャリアケース３との間の距離
Ｈが例えば１０ｍｍ程度になったところで停止する。

【００３０】続いて、コントローラ１０は、第１昇降モ
ータ１２に駆動信号を出力してプッシャー５を上昇動作
させる（ステップＳ３）。これによりプッシャー５は、
図５（ｂ）のようにキャリアテーブル２の開口２ａを通
してキャリアケース３の内部に進出するとともに、その
キャリアケース３に収納されている所定枚数のウエハ６
を押し上げる。

【００３１】このとき、プッシャー５により押し上げら
れたウエハ５の両側周縁部は、キャリアケース３から抜
け出た際に、左右のガイド部材８ａ，８ｂのガイド溝８
ｃ，８ｃに係合する。そして、垂直方向（上下方向）に
おけるウエハ６の中心位置Ｘをウエハガイド８が捕らえ
ると、その時点でコントローラ１０が第２昇降モータ１
３に駆動信号を出力し、ウエハガイド８をプッシャー５
に同期させて上昇動作させる（ステップＳ４）。

【００３２】その後、前述の昇降駆動系の動作限界位置
（上昇限界位置）でプッシャー５と共にウエハ６が停止
し、それと同時にウエハガイド８も停止する。この上昇
停止状態では、図６に示すように、プッシャー５にて押
し上げられたウエハ６がキャリアケース３から完全に抜
け出た状態となる。なお、プッシャー５によるウエハ６
の押し上げ高さについては、後述するキャリアテーブル
２の回転動作に支障を来さない範囲内で適宜設定すれば
よい。

【００３３】このとき、プッシャー５に支持されたウエ
ハ６は、図７（ａ）に示すように、プッシャー５上面の
溝５ａに嵌まり込んでいるものの、その溝幅がウエハ６
の厚み寸法よりも幅広とならざるを得ないことから、そ
の寸法差に対応した角度θだけウエハ６に倒れが生じる
ことも懸念される。しかしながら本実施形態において
は、キャリアケース３からウエハ６が抜け出るときに、
図７（ｂ）のように左右のガイド部材８ａ，８ｂのガイ
ド溝８ｃ，８ｃにウエハ６の両側周縁部が係合し、これ
によってウエハ６の直立姿勢が保持されるようになって
いるため、プッシャー５で押し上げた状態でもウエハ６
が倒れることはない。

【００３４】この状態になると、コントローラ１０は、
回転モータ１１に駆動信号を出力してキャリアテーブル
２を１８０°回転させる（ステップＳ５）。これによ
り、キャリアケース３は、キャリアテーブル２と共に垂
直軸廻りに１８０°回転することから、プッシャー５に
より押し上げられたウエハ６に対して、キャリアケース
３の向きが反転した状態となる。

【００３５】次に、コントローラ１０は、第１昇降モー
タ１２に駆動信号を出力してプッシャー５を下降動作さ
せるとともに、第２昇降モータ１３にも駆動信号を出力
してウエハガイド８をプッシャー５に同期して下降動作
させる（ステップＳ６）。

【００３６】その後、ウエハガイド８が図５（ａ）の位
置まで下降すると、コントローラ１０は第２昇降モータ
１３への駆動信号の出力を一旦停止する。そして、垂直
方向におけるウエハ６の中心位置Ｘがキャリアケース３
内に取り込まれた時点で、再び第２昇降モータ１３に駆
動信号を出力し、ウエハガイド８を動作開始時の高さ
（原点位置）まで上昇させる（ステップＳ７）。このと
き、プッシャー５上でのウエハ６の直立姿勢は、そのウ
エハ６の下側周縁部がキャリアケース３に取り込まれる
までの間、ウエハガイド８によって保持されるため、キ
ャリアケース３の溝に各々のウエハ６をスムーズに嵌合
させることができる。

【００３７】その間、コントローラ１０から第１昇降モ
ータ１２への駆動信号の出力は継続されるため、プッシ
ャー５はウエハ６を支持したままでキャリアケース３内
に進入していく。これにより、プッシャー５にて支持さ
れたウエハ６はキャリアケース３に収納される。その
後、プッシャー５はウエハ６から離間したのち、キャリ
アテーブル２の下方（始動原点位置）まで下降したとこ
ろで停止する。

【００３８】そうすると、コントローラ１０は、回転モ
ータ１１に駆動信号を出力してキャリアテーブル２を１
８０°逆転させる（ステップＳ８）。これにより、キャ
リアテーブル２上のキャリアケース３の向きは図１
（ａ）に示す初期状態に戻る。これにより一連のウエハ
移し替え作業が完了する。

【００３９】このように本実施形態においては、プッシ
ャー５の上昇動作によってウエハ６を押し上げた状態か
ら、キャリアテーブル２の回転動作によってキャリアケ
ース３を垂直軸廻りに１８０°回転させ、その後、プッ
シャー５の下降動作によってウエハ６をキャリアケース
３に収納することで、ウエハ６の向きを表裏反転するよ
うにしている。これにより、ウエハの移し替えに際して
は、プッシャー５の昇降動作が１回で済むようになり、
また従来のようにウエハをチャッキングして保持する必
要もなくなる。その結果、ウエハの移し替えに要する作
業時間（装置の動作時間）を大幅に短縮することができ
る。

【００４０】また、装置の架台１上には１個のキャリア
ケース３だけがセットされ、しかも従来のようにキャリ
アケースを水平移動させる必要もないため、装置の架台
１上においては、キャリアケース１個分のスペースを確
保するだけで済む。これにより、部品点数の削減と装置
構成の簡素化を同時に実現できるとともに、装置全体の
寸法を従来装置の１／３程度まで小さくできる。また、
ウエハの移し替えを行うにあたって、空のキャリアケー
スを用意したり、２つのキャリアケースを方向違い（互
いに逆向き）にセットする必要がなくなるため、作業者
の負担を軽減できるとともに、人為的なセッティングミ
スの発生を低減できる。

【００４１】さらに、従来装置においては、プッシャー
で押し上げたウエハをチャックアームでチャッキングす
ることから、ウエハに対するチャックアームの接触面積
が大きくなっていたが、本実施形態の装置では、プッシ
ャー５でウエハ６を押し上げた状態のまま、キャリアテ
ーブル２と共にキャリアケース３の向きを変えるように
しているので、ウエハ６をチャッキングする必要がな
い。また、ウエハガイド８については、プッシャー５に
支持されたウエハ６の倒れ防止や、キャリアケース３か
ら押し出されたウエハ６の保護を目的として、そのガイ
ド溝８ｃ，８ｃをウエハ６の両側周縁部に係合させるも
のであるため、ウエハ６に対するウエハガイド８の接触
面積はかなり小さくなる。これにより、一連のウエハ移
し替え作業においては、ウエハに対する装置構成部品の
接触面積が従来よりも小さくなるため、ウエハのコンタ
ミネーションを極力抑えることができる。

【００４２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のウエハ移
し替え装置によれば、ウエハ収納容器に対するウエハの
収納状態を表裏反転させるにあたって、ウエハ押し上げ
部材の昇降動作が１回で済むようになり、また回転テー
ブルを垂直軸廻りに１８０°回転させることによってウ
エハ収納容器の向きを反転させる方式を採用しているた
め、一連のウエハ移し替え作業を高速化して、ウエハ処
理工程での作業効率を向上させることができる。また、
ウエハ押し上げ部材によって押し上げた所定枚数のウエ
ハを収納元のウエハ収納容器に戻す方式を採用している
ため、装置全体の構成が非常にコンパクトになる。さら
に、ウエハ押し上げ部材で押し上げたウエハをチャッキ
ングする必要がないため、コンタミネーションの影響を
極力少なくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るウエハ移し替え装置の一実施形態
を説明する図である。

【図２】本実施形態におけるウエハ移し替え装置の構成
部品の詳細図である。

【図３】キャリアテーブルとキャリアケースの位置関係
を示す平面図である。

【図４】実施形態におけるウエハ移し替え装置の動作フ
ローチャートである。

【図５】動作途中の装置状態を説明する図（その１）で
ある。

【図６】動作途中の装置状態を説明する図（その２）で
ある。

【図７】動作途中の装置状態を説明する図（その３）で
ある。

【図８】キャリアケースの説明図である。

【図９】キャリアケースにおけるウエハ収納状態の違い
を説明する図である。

【図１０】従来のウエハ移し替え装置を説明する斜視図
である。

【図１１】従来のウエハ移し替え装置の動作説明図（そ
の１）である。

【図１２】従来のウエハ移し替え装置の動作説明図（そ
の２）である。

【符号の説明】

２…キャリアテーブル、３…キャリアケース、５…プッ
シャー、６…ウエハ、８…ウエハガイド、１０…コント
ローラ、１１…回転モータ、１２…第１昇降モータ、１
３…第２昇降モータ

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 所定枚数のウエハを収納したウエハ収納
   容器が載置される回転テーブルと、 前記回転テーブルの下方に設けられ、前記回転テーブル
   に載置された前記ウエハ収納容器から前記所定枚数をウ
   エハを所定の高さまで押し上げ可能なウエハ押し上げ部
   材と、 前記ウエハ押し上げ部材を上昇動作させて前記所定枚数
   のウエハを所定の高さまで押し上げた状態で、前記回転
   テーブルを垂直軸廻りに１８０°回転させたのち、前記
   ウエハ押し上げ部材を下降動作させる駆動制御手段とを
   備えたことを特徴とするウエハ移し替え装置。