(57)【要約】【課題】ウェハのエッジを把持し、センタリングとノッチ等の角度合わせを行うアライナー装置において、回転する部分にケーブルやチューブをなくすことで回転範囲に制限されない無限回転が可能な機構を構成し、タクトタイムの短縮、装置の小型化を実現することを目的とする。【解決手段】ウェハ（１）を把持する把持機構を開閉動作させるリンク機構が、リンク機構を駆動するリンク機構駆動部に対して、ベアリング（１４）を介して支持されるよう構成し、把持機構とリンク機構のみが回転できる構造とした。【選択図】図１
2010258480.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェハの外周を把持する把持機構と、前記ウェハを把持した前記把持機構を回転させる回転機構と、前記回転機構によって回転する前記ウェハの外周を検出する検出センサ機構と、前記把持機構を動作させるリンク機構と、前記リンク機構を駆動するリンク機構駆動部と、を備えるウェハのアライナー装置において、
前記リンク機構が、
前記リンク機構駆動部によって上下動作する第１部位と、
前記第１部位とともに上下動作し、前記第１部位に対して回転可能に設けられ、前記ウェハの回転軸で回転可能な第２部位と、
前記第１部位と前記第２部位の上下動作を水平方向の動作へ変換して前記把持機構を動作させる第３部位と、
を備え、
前記回転機構が前記把持機構を回転させると、前記第３部位と前記第２部位が前記把持機構とともに回転すること、
を特徴とするウェハのアライナー装置。
【請求項２】
前記リンク機構駆動部が、水平方向に動作する水平方向動作機構によって前記第１部位を上下動作させること、
を特徴とする請求項１記載のウェハのアライナー装置。
【請求項３】
前記水平方向動作機構に設けられた傾斜面を有するパドルを、前記第１部位に設けられたローラが転動することによって、前記第１部位が上下動作すること、
を特徴とする請求項２記載のウェハのアライナー装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体の製造装置や検査装置に使用され、ウェハのセンタリングやノッチ等の角度合せを行うプリアライナー装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置等において、プリアライナー装置は主にウェハハンドリングロボットと組み合わせて使用され、ロボットから移載されたウェハを把持（グリップ）し、ウェハを回転させることによって、その外周に予め施されているノッチやオリフラなどの切り欠き部分を検知し、これをもとに所定の角度方向へアライメントさせたり、ウェハ自体の中心位置を決定（センタリング）する装置である。
最近のウェハの外径が３００ｍｍと大型化に移行するとともに、デザインルールの微細化によって、ウェハ裏面パーティクル汚染の問題から、プリアライナー装置においてはウェハ把持方法が、裏面を吸着する方法に変わって、ウェハのエッジや端面を把持する方式が要求されてきている。
ウェハのエッジを把持するプリアライナー装置の一例として、特許文献１（特開２００３−２４３２９４）などがあり、この従来例のウェハ把持方法および回転方法について、図を用いて以下、説明する。図９はこの従来のプリアライナー装置の側断面図、図１０は把持機構の上面図を示している。
図９、図１０において、グリップチャックアーム１２０は、平面視してその先端が鋭角をなして開いた形状の略Ｕ字形の２本のアーム本体１２３と、これらアーム本体１２３の把持部１２４が、１個の駆動モータ１２５を駆動源とする旋回機構１２２からの動作により、装置本体１１１の中心軸に向かう半径方向への直線動作を実現するリンクからなる把持機構１２１によって保持されている。また、この把持機構１２１は、装置本体内において中空回転軸１２６に支持され、把持機構１２１、アーム本体１２３全体は、アーム先端の把持部１２４でウェハ１０１を把持した状態で駆動モータ１２５から伝えられるベルト駆動により所定方向、角度を高精度で制御しながら旋回できる構成となっている。すなわち、ウェハ１０１の把持機構１２１は、グリップチャックアーム１２０を構成する２本のアーム本体１２３に形成された４個の把持部１２４を、同時にウェハ１０１の中心方向に向けて、あるいは遠ざかるように移動させるリンク機構である。
２本のアーム本体１２３は、ウェハ１０１を挟んで正対し、アーム本体１２３には矢印Ｘ方向にアーム本体１２３を直線案内させるスライダ１２７が設置されている。さらに矢印Ｘ方向と直交するＹ方向にスライドするよう配置されたスライダブロック１２８に、２本のリンクアーム１２９が設置されている。リンクアーム１２９は、スライダブロック１２８が矢印Ｙ方向に直線移動することによって、スライダ１２７を矢印Ｘ方向に移動させることができ、これによって２本のアーム本体１２３がウェハ１０１の把持開閉動作をする。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００３−２４３２９４号公報（第５項、図１、図２）
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
図９、図１０に示した従来のプリアライナー装置では、図示したウェハ把持機構全体が回転するため、この回転機構部に設置された把持動作のアクチュエータであるソレノイド１４０に接続された電源供給用のケーブルや、位置検出用のケーブル類があるために無限に回転することが出来ず、回転範囲が制限されてしまう。従って、ウェハのアライメントを行なうためには、ノッチ検出のための旋回領域と、ノッチ検出後に所定位置へノッチ位置を回転するための領域を確保する必要があるため、アライメント動作の前には必ず一旦回転軸を原点位置へ移動しなければならない。この原点移動の時間が装置のタクトタイムを長くさせているという問題を抱えていた。
また、このソレノイド１４０に接続された電源供給用のケーブルや位置検出用のケーブル類は、装置の運転中には常にねじれなどの荷重が加わるため、断線や寿命と言った耐久性のリスクを抱えている。
また、装置内部に前記ケーブル類の回転スペース（ケーブルをさばくためのスペース）を確保する必要があり、把持部のアクテュエータなどを含めた定置ステージ全体を旋回させる必要があることから回転機構に使用するモータも容量が大きいものが必要となり、回転機構の小型化が困難であると同時に、装置の小型化も困難であるという問題を抱えていた。
さらに、アライメントに要する時間のうちのほとんどを占めている旋回動作時間について、先述の定置ステージ全体や中空シャフトなど旋回させる負荷が大きいことから高速回転が難しく、そのためアライメント時間の短縮が困難であるという問題も抱えていた。
本発明は、このような問題点に鑑みてなされたものであり、ケーブル類の可動を不要とした構成することにより、タクトタイムの短縮、装置の小型化を図ったプリアライナー装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するため、本発明は、次のように構成したものである。
請求項１の発明は、ウェハの外周を把持する把持機構と、前記ウェハを把持した前記把持機構を回転させる回転機構と、前記回転機構によって回転する前記ウェハの外周を検出する検出センサ機構と、前記把持機構を動作させるリンク機構と、前記リンク機構を駆動するリンク機構駆動部と、を備えるウェハのアライナー装置において、前記リンク機構が、前記リンク機構駆動部によって上下動作する第１部位と、前記第１部位とともに上下動作し、前記第１部位に対して回転可能に設けられ、前記ウェハの回転軸で回転可能な第２部位と、前記第１部位と前記第２部位の上下動作を水平方向の動作へ変換して前記把持機構を動作させる第３部位と、を備え、前記回転機構が前記把持機構を回転させると、前記第３部位と前記第２部位が前記把持機構とともに回転すること、を特徴とするウェハのアライナー装置とした。
請求項２の発明は、前記リンク機構駆動部が、水平方向に動作する水平方向動作機構によって前記第１部位を上下動作させること、を特徴とする請求項１記載のウェハのアライナー装置とした。
請求項３の発明は、前記水平方向動作機構に設けられた傾斜面を有するパドルを、前記第１部位に設けられたローラが転動することによって、前記第１部位が上下動作すること、を特徴とする請求項２記載のウェハのアライナー装置とした。
【発明の効果】
【０００６】
以上、本発明によれば、以下の効果がある。
（１）ウェハ把持機構を開閉させるリンク機構が、リンク機構駆動部に回転軸受を介して支持されているので、ウェハ把持機構のとリンク機構のみを回転させることができる。これにより、従来のように把持機構の駆動源のケーブル類が回転する部分になくなるため、把持機構は、回転範囲が制限されないで、無限回転が可能となる。よって、ウェハアライメントの度に行う回転方向の原点位置への移動動作が不要となり、ウェハハンドリングロボットへウェハ移載した直後からウェハを受取りアライメントすることが可能となり、タクトタイムの短縮が可能となる。
（２）把持機構の駆動源のケーブル類に対する寿命や断線等の耐久性のリスクがなくなる。
（３）ウェハ把持機構とリンク機構のみを回転させることができるため、回転機構の回転スペースを小型化することが可能となり、上下方向での装置の大幅な薄型化が可能となる。
（４）回転の負荷が小さくできるため高速アライメント動作が可能となる。
（５）リンク機構駆動部の上下方向の動作を、更に水平方向に動作する水平方向動作機構によって駆動するようにすれば、装置全体を更に薄型化できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】実施例１のプリアライナー装置の側断面図
【図２】実施例１のプリアライナー装置の把持機構の上面図
【図３】実施例１のプリアライナー装置の把持機構のリンク構成側面図
【図４】実施例１のプリアライナー装置の把持機構のリンク構成上面図
【図５】実施例２のプリアライナー装置の側断面図
【図６】実施例２のプリアライナー装置の把持機構の上面図
【図７】実施例２のプリアライナー装置の把持機構の側面図
【図８】実施例２のプリアライナー装置の把持機構のリンク構成側断面図
【図９】従来のプリアライナー装置の側断面図
【図１０】従来のプリアライナ-装置の把持機構の上面図
【発明を実施するための形態】
【０００８】
以下、本発明の実施の形態について説明する。
以下、本発明のプリアライナー装置の実施形態の第一例について、以下の図を用いて説明する。図１は実施例１のプリアライナー装置の側断面図である。図２は実施例１のプリアライナー装置の把持機構の上面図、図３は実施例１のプリアライナー装置の把持機構のリンク構成側面図、図４は実施例１のプリアライナー装置の把持機構のリンク構成上面図、図５は実施例２のプリアライナー装置の側断面図、図６は実施例２のプリアライナー装置の把持機構の上面図、図７は実施例２のプリアライナー装置の把持機構の側面図、図８は実施例２のプリアライナー装置の把持機構のリンク構成側断面図（クランパ開放状態）を示している。
【０００９】
本発明の構成を図１〜図８にて説明する。１はウェハで、２は旋回ベースで、旋回ベース２の下側の円筒中空状の回転軸３と同芯上に配置された中空穴を有するプーリ５とともにベアリング４にてアライナー本体Ａとは回転可能に支持されている。プーリ５はサーボモータなど位置検出が可能な旋回用モータ６の軸端にあるプーリ７と、タイミングベルト８を介して接続されている。よって、旋回用モータ６の回転により、旋回ベース２が旋回できる構成となっている。
旋回ベース２上には、水平方向にリニアガイドレール９a、９bが敷設され、このリニアガイドレールに係合し、水平方向に移動可能なスライダ１０a、１０b上にクランプアーム１１a、１１bが固定されており、クランプアーム１１a、１１bは、該スライダと同一直線上を直動できる構成となっている。旋回ベース２には、後述のリンク機構のリンクバーＡ１３の動作をクランプアーム１１a、１１bに伝達するために中央部に穴を設けており、旋回ベース２上でリンク機構とクランプアーム１１a、１１bは接続されている。
クランプアーム１１a、１１bには、ウェハのエッジ部を挟み込み、ウェハを把持できるクランパ１２a、１２b、１２c、１２dが左右対称に４箇所設けられている。クランパ１２a、１２b、１２c、１２dはクランプアーム１１a、１１bの直動動作によってウェハ１を把持した時のウェハ中心を旋回ベース２の旋回中心と一致させるよう、ウェハ外径に沿った円弧状を形成している。
旋回ベース２の旋回中心上にリンクバーＡ１３は配置され、リンクバーＡ１３は、回転軸３とプーリ５の中空穴の内部で、アライナー本体Ａの上下方向に敷設したリニアガイドレール２１に係合するスライダ２２に接続されており、上下方向に移動できる。リンクバーＡ１３の一端部は円筒状に形成してあり旋回中心と一致するようにベアリング１４が配設され、ベアリング１４を介してリンクバーＢ１５と接続している。
リンクバーＢ１５の両端部は円筒状に形成しており、ベアリング１６a、１６bを介してリンクバーＣ１７a、１７bが接続され、さらに、ベアリング１８a、１８bを介してリンクバーＤ１９ａ、１９ｂが接続され、リンクバーＤ１９ａ、１９ｂはクランプアーム１１a、１１bと固定されている。
リンクバーＡ１３、リンクバーＢ１５、リンクバーＣ１７a、１７b、リンクバーＤ１９ａ、１９ｂ にてリンク機構を形成しており、リンクバーＡ１３が上下することで、リニアガイドレール９a、９bに係合するスライダ１０a、１０bによる水平方向の拘束とリンクバーＣ１７ａ、１７ｂへ配設したベアリング１６a、１６bおよび１８ａ、１８ｂにより、リンクバーＣ１７ａ、１７ｄの一端が水平方向に移動し、クランプアーム１１a、１１bを水平動作させる構成としている。
実施例１においては、リンクバーＡ１３の一端は、シリンダ２９に接続されており、シリンダ２９の押出、引込によりリンクバーＡ１３を上下動作させる構成としている。
実施例１は、装置の設置面積を小さくする目的の場合に好適な例である。
実施例２においては、リンクバーＡ１３の下端は、ローラ２０が配設されており、ローラ２０と当接する傾斜を設けたパドル２４は、アライナー本体Ａ上に敷設されたリニアガイドレール２８と係合するスライダ２７に固定されており、一方、水平方向に配設したシリンダ３０とも接続されている。シリンダ３０の押出動作によりパドル２４は回転中心方向へ水平移動し、パドル２４先端の傾斜部をローラ２０が転動することにより、リンクバーＡ１３が上昇する構成としている。
さらに、２つのクランプアーム１１a、１１bの間には、圧縮バネ２３a、２３bを配設しており、圧縮バネ２３a、２３bによりクランプアーム１１a、１１bは、互いに装置外側方向へと反発し合う荷重を印加している。そのため、リンクバーＣ１７a、１７b、リンクＢ１５を介してリンクバーＡ１３は、常に下側方向への荷重が印加されている。よって、シリンダ３０の引込動作によりパドル２４が後退移動し傾斜部が動いてもローラ２０は、常にパドル２４先端の傾斜部と当接し下降する構成としている。
この実施例２は、ローラ２０、パドル２４、スライダ２７、リニアガイドレール２８を介してシリンダ３０を水平方向へ設置したことにより、装置高さを薄くする目的の場合に好適な例である。
さらに、プリアライナー本体には、ウェハ外周のノッチ部を検出する検出センサ２５ａ、２５ｂが回転中心軸に対して１８０度対向するように設置されている。
【００１０】
次に、以上で構成されたアライナー装置の動作について説明する。
まず、本装置にウェハを搭載するための動作を説明する。
実施例１においては、シリンダ２９が引込側へ動作することで、リニアガイドレール２１に係合するスライダ２２上に固定されたリンクバーＡ１３が下降し、リンクバーＣ１７ａ、１７ｂが装置外側方向へ移動して、クランプアーム１１ａ、１１ｂが装置外側方向へ移動しクランパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが開くことでウェハ搭載が可能となる。
実施例２においては、シリンダ３０が引込側に動作することにより、パドル２４が装置外側方向へ移動する。パドル２４の装置回転中心方向の先端部とリニアガイドレール２１とスライダ２２を介した上下方向のリンクバーＡ１３は、リンクバーＡ１３の下端に設けられたローラ２０を介してパドル２４の傾斜部を降りることにより、リンクバーＡ１３が下方向へ移動し、さらにリンクバーＢ１５、リンクバーＣ１７ａ、１７ｂを介し、回転中心に対し装置外側方向へ力を加えているバネ２３ａ、２３ｂに助勢されながらクランプアーム１１ａ、１１ｂを装置外側方向へ開く。
そして、いずれの実施例においても、４つのクランパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが形成するウェハ把持部がウェハ外径より少し開いた位置で停止し、シリンダ３０に取り付けた図示しないオートスイッチ２６ａによりクランパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの開放動作完了を確認する。この状態で、図示しないウェハハンドリングロボット等がクランパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄにウェハを移載する。
【００１１】
次に、ウェハを搭載された本装置のウェハ把持動作について説明する。
実施例１においては、シリンダ１９が押し出し方向へ動作することで、リニアガイドレール２１に係合するスライダ２２上に固定されたリンクバーＡ１３が上昇し、リンクバーＣ１７ａ、１７ｂが装置中心方向へ移動して、クランプアーム１１ａ、１１ｂが装置内側方向へ移動しクランパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが閉じることでウェハ把持動作を完了する。
実施例２においては、シリンダ３０が押し出し方向へ移動し、リニアガイドレール２７上のスライダ２８に固定されたパドル２４が装置外側方向へ移動する。パドル２４の先端の傾斜部により、垂直方向のリンクバーＡ１３は、リニアガイドレール２１とスライダ２２を介して、下部に取り付けられたローラ２０がパドル２４の傾斜部に当接しながら登ることにより、リニアガイドレール２１とスライダ２２を介したリンクバーＡ１３が垂直上方向へ移動し、回転中心に対し装置外側方向へ力を印加しているバネ２３ａ、２３ｂに反発しながらクランプアーム１１ａ、１１ｂを装置中心方向へ閉じる。そして、４つのクランパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄが形成するウェハ把持部が閉じることでウェハを把持し、シリンダ３０に取り付けたオートスイッチ２６ｂによりクランパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄの把持動作完了を確認する。
【００１２】
次に、以上によりウェハの把持が完了した本装置のアライメント動作について説明する。
旋回用モータ６によって、プーリ７、タイミングベルト８およびプーリ５を介して、ベアリング４の内輪が回転し、さらにベアリング４の内輪に当接した接続部品３、旋回ベース２、クランプアーム１１ａ、１１ｂが回転する機構となっている。このとき回転機構と把持機構との位置関係は、ベアリング４、接続部品３、旋回ベース２の中空部分に把持機構のリンク機構であるリニアガイドレール２１、スライダ２２に固定された上下方向のリンクバーＡ１３と水平方向の把持リンク機構を構成するリンクバーＢ１５は、ベアリング１４を介することにより、リンクバーＢ１５より下部の把持機構は回転しない機構となっている。
このときクランパ１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄに搭載されたウェハ１を１８０°旋回させることで、２箇所の検出センサ部２５ａ、２５ｂがウェハ１の外周にあるノッチもしくはオリフラを検出する。検出センサ２５ａ、２５ｂのノッチ検出タイミングと、旋回用モータ６に備わるエンコーダ情報などを、図示しない上位コントローラにて、目的の位置までノッチを回転させる量を演算後、ノッチを目的の位置へ移動させてアライメント動作を完了する。
その後、図示しないウェハハンドリングロボットがウェハを本装置から移動させ、一連のアライメント動作が終了する。
また、次のウェハをアライメントする場合は、回転軸を原点復帰することなく継続して現在位置からアライメントを開始することができる。
【産業上の利用可能性】
【００１３】
本発明は、半導体の製造装置や検査装置において、ウェハのセンタリングやノッチ等の角度合せを行うプリアライナー装置のように、円盤状の物体の外周を把持するとともに、該物体を回転させる必要がある機構を必要とするものに特に有用である。
【符号の説明】
【００１４】
Ａ  アライナー本体
０  本体
１  ウェハ
２  旋回ベース
３  回転軸
４  ベアリング
５  プーリ
６  旋回用モータ
７  プーリ
８  タイミングベルト
９  リニアガイドレール
１０  スライダ
１１  クランプアーム
１２  クランパ
１３  リンクバーＡ
１４  ベアリング
１５  リンクバーＢ
１６  ベアリング
１７  リンクバーＣ
１８  ベアリング
１９  リンクバーＤ
２０  ローラ
２１  リニアガイドレール
２２  スライダ
２３  圧縮バネ
２４  パドル
２５  検出センサ
２６  オートスイッチ
２７  スライダ
２８  リニアガイドレール
２９  シリンダ
３０  シリンダ
１０１    ウェハ
１１１    装置本体
１２０    グリップチャックアーム
１２１    把持機構
１２２    旋回機構
１２３    アーム本体
１２４    把持部
１２５    駆動モータ
１２７    スライダ
１２８    スライダブロック
１２９    リンクアーム
【図１】
2010258480.tif 000003
【図２】
2010258480.tif 000004
【図３】
2010258480.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2010258480.tif 000009
【図８】
2010258480.tif 000010
【図９】
2010258480.tif 000011
【図１０】
2010258480.tif 000012