(57)【要約】【課題】ウェーハの搬送時において、エンドエフェクタにウェーハを載置している間に、エンドエフェクタに対するウェーハの載置位置を検出することができるエンドエフェクタ及びそれを用いたウェーハ搬送ロボット、並びにそれを備えたウェーハ搬送装置を提供する。【解決手段】ウェーハを搬送するウェーハ搬送ロボットのアームに取り付けられウェーハを保持するエンドエフェクタにおいて、エンドエフェクタに対するウェーハの位置ずれを検出するために、エンドエフェクタのひずみを検出するひずみセンサを少なくとも１つ備えた。特に、ひずみセンサは３つ設けられ、そのうち１つのひずみセンサは、エンドエフェクタの中心線上に配置され、他の２つのひずみセンサは、中心線に対して互いに線対称となる位置に配置される構成とした。【選択図】図１
2011009345.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ウェーハを搬送するウェーハ搬送ロボットのアームに取り付けられウェーハを保持するエンドエフェクタにおいて、
エンドエフェクタに対するウェーハの位置ずれを検出するために、エンドエフェクタのひずみを検出するひずみセンサを少なくとも１つ備えたことを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項２】
請求項１記載のエンドエフェクタにおいて、前記アームに取り付けられる側からエンドエフェクタの先端側に延びる中心線に対して線対称となる形状に形成され、前記ひずみセンサの少なくとも１つは、前記中心線上に配置されることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項３】
請求項２記載のエンドエフェクタにおいて、前記ひずみセンサは３つ設けられ、そのうち１つのひずみセンサは、前記中心線上に配置され、他の２つのひずみセンサは、前記中心線に対して互いに線対称となる位置に配置されることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項４】
請求項３記載のエンドエフェクタにおいて、前記アームに取り付けられるリスト部と、そのリスト部から延出して形成された２つのフィンガ部とを有し、前記ひずみセンサの少なくとも1つは、前記リスト部の中心線上に配置され、他の２つのひずみセンサは、それぞれ前記フィンガ部に配置されることを特徴とするエンドエフェクタ。
【請求項５】
基台と、基台上に設けられ旋回自在かつ伸縮自在なアームと、そのアームの先端に設けられウェーハを保持するエンドエフェクタとを備えたウェーハ搬送ロボットにおいて、請求項１乃至４のいずれか１項記載のエンドエフェクタを備えたことを特徴とするウェーハ搬送ロボット。
【請求項６】
請求項５項記載のウェーハ搬送ロボットにおいて、前記ひずみセンサの信号変化により、エンドエフェクタが保持するウェーハの位置ずれ量、前記ウェーハの有無及び前記ウェーハの異常を検出する演算手段を備えたことを特徴とするウェーハ搬送ロボット。
【請求項７】
ウェーハの搬送先或いは搬送元に取り付けられる筐体と、その筐体に設けられウェーハを収納する容器と、前記容器内のウェーハを搬送先に供給するまたは前記搬送元のウェーハを前記容器に回収するウェーハ搬送ロボットと、搬送されるウェーハの位置及び向きを補正するアライナを備えたウェーハ搬送装置において、請求項５又は６記載のウェーハ搬送ロボットを備えたことを特徴とするウェーハ搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ウェーハ搬送ロボットのエンドエフェクタ、ウェーハ搬送ロボット及びそれを備えたウェーハ搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体製造装置や半導体検査装置等の上位装置にウェーハを供給、或いは上位装置からウェーハを回収するウェーハ搬送装置（ＥＦＥＭ：Equipment Front End Module）がある。ウェーハ搬送装置には、ウェーハ搬送ロボットと、アライナと、ウェーハ搬送ロボット及びアライナを制御するコントローラとが実装されている。
【０００３】
ウェーハ搬送装置に搭載されたウェーハ搬送ロボットは、ウェーハを搬送するために、ウェーハを保持するエンドエフェクタを備えている。エンドエフェクタは、ウェーハを載置した時にウェーハの位置ずれを防ぐために真空吸着部を備えウェーハ裏面を吸着保持するものや、ウェーハ側面を機械式に把持してウェーハを保持するものがある。
【０００４】
従来のエンドエフェクタには、ウェーハを保持した時、ウェーハがエンドエフェクタに載置されているかを検知するために光学式センサを備え、光学式センサ単体あるいは光学式センサとウェーハ裏面吸着に使用している真空圧センサによりウェーハの有無を検出するものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
ウェーハ搬送装置では、ウェーハ搬送ロボットがエンドエフェクタでウェーハ密閉容器（ＦＯＵＰ：Front Opening Unified Pod）からウェーハを取出し、アライナに供給する。アライナではウェーハのＶノッチ或いはオリフラの角度補正と水平方向の位置補正（偏芯補正）を行う。ウェーハは、アライナでの角度補正と位置補正の終了後、上位装置に搬送される。また、ウェーハ搬送ロボットは上位製造装置から処理後のウェーハを取出し、ＦＯＵＰに収納することも可能である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−３６８１５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、光学式センサを備えたエンドエフェクタは、エンドエフェクタにウェーハが載置された時にウェーハの有無を検知することはできるが、エンドエフェクタに対するウェーハの載置位置は検出できず、ウェーハが正常な載置位置からずれた異常状態を判定することはできなかった。そのため、ウェーハ搬送ロボットは、ウェーハを位置ずれさせた状態のまま搬送してしまい、予想された動作領域を越え、ウェーハの落下や破損を引き起こすことがあった。
【０００８】
本発明の目的は、上記課題を解決すべく、ウェーハの搬送時において、エンドエフェクタにウェーハを載置している間に、エンドエフェクタに対するウェーハの載置位置を検出することができるエンドエフェクタ及びそれを用いたウェーハ搬送ロボット、並びにそれを備えたウェーハ搬送装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成すべく、本発明に係るエンドエフェクタは、ウェーハを搬送するウェーハ搬送ロボットのアームに取り付けられウェーハを保持するエンドエフェクタにおいて、エンドエフェクタに対するウェーハの位置ずれを検出するために、エンドエフェクタのひずみを検出するひずみセンサを少なくとも１つ備えたことを特徴とする。
【００１０】
また、本発明に係るウェーハ搬送ロボットは、基台と、基台上に設けられ旋回自在かつ伸縮自在なアームと、そのアームの先端に設けられウェーハを保持するエンドエフェクタとを備えたウェーハ搬送ロボットにおいて、上記のエンドエフェクタを備えたことを特徴とする。本発明に係るウェーハ搬送装置は、ウェーハの搬送先或いは搬送元に取り付けられる筐体と、その筐体に設けられウェーハを収納する容器と、前記容器内のウェーハを搬送先に供給するまたは前記搬送元のウェーハを前記容器に回収するウェーハ搬送ロボットと、搬送されるウェーハの位置及び向きを補正するアライメント装置を備えたウェーハ搬送装置において、上記のウェーハ搬送ロボットを備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、エンドエフェクタに対するウェーハの位置を検知することができる。ひいては、ウェーハずれによるエンドエフェクタからの落下、ウェーハとウェーハカセットとの干渉、ウェーハと上位装置のアクセスポートとの干渉などによるウェーハの落下や破損を防ぐことができるという利点があり信頼性の高いウェーハ搬送を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明に係るエンドエフェクタの一実施形態の構成を示す斜視図である。
【図２】ウェーハ搬送装置の構成を示す一部透明斜視図である。
【図３】エンドエフェクタに載置されたウェーハ位置によるひずみセンサの電気信号の変化を示す表である。
【図４】従来のアライメントと本実施形態のアライメントの工程を比較する表である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明の好適な実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１４】
まず、本実施形態のエンドエフェクタを有するウェーハ搬送ロボットを用いたウェーハ搬送装置について説明する。
【００１５】
図２は、ウェーハ搬送装置を示す一部透明斜視図である。図２に示すように、ウェーハ搬送装置１０は、筐体１００と、筐体１００内へ供給されるウェーハ４をクリーンな状態で収納する密閉容器であるＦＯＵＰ１０３と、ＦＯＵＰ１０３が設置されるロードポート１０６と、筐体１００内に設けられウェーハ４のプリアライメントを行うアライナ１０２と、筐体１００内に設けられＦＯＵＰ１０３、アライナ１０２及びウェーハ４の搬送先である半導体製造装置や半導体製造装置（以下、「上位装置」と称する）１０７間のウェーハ４の搬送を行うウェーハ搬送ロボット（以下、単に「搬送ロボット」と称する）１１０とを有する。筐体１００の上部には、ファンフィルタユニット１０４が設けられ、ファンフィルタユニット１０４はクリーンエアを絶えず下方（筐体１００内）に送り込むことにより筐体内部をクリーンな環境に保持する。ウェーハ搬送装置１０は、搬送ロボット１１０の制御及び上位装置１０７との通信を行うコントローラ１０５を備える。コントローラ１０５は、後述するエンドエフェクタ１が保持するウェーハ４の位置ずれ量、ウェーハ４の有無及びウェーハ４の異常を検出する演算手段を有する。
【００１６】
筐体１００内には、搬送ロボット１１０を一方向に往復移動させるための走行レール１０８が設けられ、搬送ロボット１１０は走行レール１０８上に設けられる。搬送ロボット１１０は、基台１１１と、基台１１１上に設けられたアーム１１２と、そのアーム１１２の先端に設けられウェーハ４を保持するエンドエフェクタ１とを備える。アーム１１２は、旋回軸１１３と基台１１１内に設けられ旋回軸１１３を回転させる駆動手段とにより旋回運動可能であり、かつアーム軸１１４とアーム軸１１４を回転させる駆動手段とにより伸縮運動可能である。
【００１７】
アライナ１０２は、ウェーハ４を回転させながら光学式センサで検出される光を基にウェーハ４の向き（Ｖノッチやオリエンテーションフラットの位置）と偏心量を検出し、ウェーハ４の向きと位置を補正するものである。
【００１８】
ウェーハ搬送装置１０の動作について説明する。ウェーハ搬送装置１０では、搬送ロボット１１０がエンドエフェクタ１でＦＯＵＰ１０３からウェーハ４を取出し、アライナ１０２に供給する。アライナ１０２は、ウェーハのＶノッチ或いはオリフラの角度補正（向きの補正）と水平方向の位置補正（偏心量の補正）を行う。ウェーハの向きと偏心量の補正終了後、搬送ロボット１１０は、ウェーハ４を上位装置１０７に搬送する。また、搬送ロボット１１０は上位装置１０７で処理後のウェーハ４を取出し、ＦＯＵＰ１０３に収納することもある。
【００１９】
本実施形態のエンドエフェクタ１について説明する。図１は、エンドエフェクタ１の構成を示す斜視図である。図１に示すように、エンドエフェクタ１は、主にアルミナやセラミックス等の縦弾性係数の高い材料で形成されたプレート体であり、搬送ロボット１１０のアーム１１２に取り付けられるリスト部（リストプレート）１１と、そのリスト部１１から延出して形成される２つのフィンガ部（フィンガプレート）１２とで構成される。エンドエフェクタ１は、アーム１１２に取り付けられる側からエンドエフェクタ１の先端側に延びる中心線１ａに対して線対称となる形状に形成され、２つのフィンガ部１２は略Ｕ字形状に形成されている。フィンガ部１２にはエンドエフェクタ１上に載置されたウェーハ１を真空吸着させるための真空吸着穴２が設けられている。真空吸着穴２は真空圧センサに接続されており、ウェーハ４の保持と真空圧センサの監視によるウェーハ保持状態の判定が可能である。
【００２０】
エンドエフェクタ１の上面には、エンドエフェクタ１のひずみを検出するひずみセンサ３が１つ以上設けられている。ひずみセンサ３としては、汎用の貼り付け式ひずみゲージや容器収納型のひずみゲージ等が用いられる。ひずみセンサ３は、エンドエフェクタ１のひずみ量に比例して常に電気信号を出力しており、その電気信号はウェーハ搬送装置１０のコントローラ１０５に入力される。ひずみセンサ３の動力及び信号の伝達方式は有線方式、無線方式のどちらでも構わない。
【００２１】
本実施形態では、ひずみセンサ３は３つ設けられる。そのうち１つのひずみセンサ３（第２のひずみセンサ３２）は、中心線１ａ上に配置される。他の２つのひずみセンサ３（第１のひずみセンサ３１，第３のひずみセンサ３３）は、それぞれフィンガ部１２上であって中心線１ａに対して線対称となる位置（図中、左右対称となる位置）に配置される。
【００２２】
ウェーハ４がエンドエフェクタ１に載置されると、ウェーハ４の重みでエンドエフェクタ１がひずみ、ひずみセンサ３がエンドエフェクタ１のひずみ量に比例した電気信号をコントローラ１０５に出力する。コントローラ１０５はひずみセンサ３の出力を監視することによりウェーハ４の保持状態を判定できる。
【００２３】
本実施形態では、３つのひずみセンサ３を中心線１ａに対して左右対称に配置し、あらかじめウェーハ４の載置状態によるひずみ量から出力される電気信号を把握しておくことで、エンドエフェクタ１に対するウェーハ４の位置ずれ量（位置ずれ方向を含む）を正確に算出することができる。
【００２４】
図３はエンドエフェクタ１に載置されたウェーハの保持状態によるひずみセンサ３の電気信号の変化を示す表である。図３に基づいて、ウェーハの落下、位置ずれ、ウェーハの歪みが発生した場合のひずみセンサ１の出力について説明する。
【００２５】
エンドエフェクタ１の正規な位置にウェーハがある（位置ずれ無し）場合、第１のセンサ３１、第２のセンサ３２及び第３のセンサ３３の出力値をそれぞれ基準値とする（事例１）。各ひずみセンサ出力３１〜３３の基準値は、ウェーハ４の種類（径、厚さ、質量密度等）により予めコントローラ１０５に設定される。ひずみセンサ３はひずみが小さい時には出力する電気信号は小さく、ひずみが大きい時には出力する電気信号は大きくなる特性があり、ウェーハ４の位置ずれ量、欠損、落下等は基準値と比較して判定される。図中、ひずみセンサ出力欄の「中」の表記は、ひずみセンサ出力が上記の基準値（或いは基準値近傍の所定範囲内）であることを示し、ひずみセンサ出力欄の「大」又は「小」の表記は、ひずみセンサ出力がそれぞれ基準値より大きい又は小さいことを示す。また、ウェーハ４の位置ずれがない場合、ウェーハの中心４ａをエンドエフェクタ１の中心１ｂとする。
【００２６】
ウェーハ搬送中にウェーハ４が落下により、エンドエフェクタ１上にウェーハが載置されていない状態にあるとき、エンドエフェクタ１に掛かる歪みは非常に小さくなり、第１〜第３のひずみセンサ３１〜３３の出力はいずれも「小」である（事例２）。
【００２７】
ウェーハ４の中心４ａがエンドエフェクタ１の中心１ｂよりも右後方向（エンドエフェクタ１の先端側を前方向、アーム側を後方とする）に位置ずれを起こしているとき、エンドエフェクタ１には右後側ほど大きな荷重が掛かるため、中心線１ａより右側に配置された第３のセンサ３３の出力及びエンドエフェクタ１の中心１ｂよりも後方に配置された第２のセンサ３２の出力は基準値よりも大きくなり、中心線１ａより左側に配置された第１のセンサ３１の出力は基準値よりも小さくなる（事例３）。他方、ウェーハ４がエンドエフェクタ１の左前方向に位置ずれを起こしているとき、エンドエフェクタ１には左前側ほど大きな荷重が掛かるため、中心線１ａより左側に配置された第１のセンサ３１の出力は基準値よりも大きくなり、エンドエフェクタ１の中心１ｂより後方に配置された第２のセンサ３２の出力及び中心線１ａより右側に配置された第３のセンサ３３の出力は小さくなる。図中では、ひずみセンサ出力の欄を基準値と比較した結果である「大」「小」と記載したが、実際は、具体的な出力値を用いてエンドエフェクタ１の中心１ｂからウェーハ４の中心４ａまでの距離及び方向（位置ずれ量）を算出することができる。
【００２８】
本実施形態のエンドエフェクタ１は、コントローラ１０５がひずみセンサ３からの電気信号を常時監視することで、欠けが生じたウェーハ等のウェーハ異常も検知することができる。例えば、欠けがあるウェーハ４の質量は正常なウェーハ４に比べて少なくなるため、欠けのあるウェーハ４をエンドエフェクタ１に載置した場合、ひずみセンサは、正常なウェーハ載置時とは異なった電気信号をコントローラ１０５へ出力する。例えば、図４の事例５は、ウェーハ４の一部に欠損が生じていた場合である。ウェーハ４の右前部に欠損が生じていた場合、ウェーハの重心がエンドエフェクタ１の中心１ｂよりも左後方にあるので、第１及び第２のひずみセンサ３１，３２の出力は大きくなり、第３のひずみセンサ３３の出力は小さくなる。コントローラ１０５は、ひずみセンサ３の出力からウェーハ４の欠損部分の領域を算出し、例えばウェーハ４の欠損部分がＦＯＵＰ１０３内のウェーハ載置部分と同じ領域の場合はウェーハ４を正常にＦＯＵＰ１０３内に載置できないなどの問題から、以降のウェーハ搬送工程に支障がないかを判定することが出来る。コントローラ１０５がウェーハ搬送に問題があると判定した場合は、エラー判定を出力して搬送を速やかに停止させ、ユーザーへの警告を行う。コントローラ１０５がウェーハ搬送に問題がないと判定した場合は、ウェーハ欠けの進行を抑え、破片の飛散を抑えるなど更なる被害を最小限に食い止めるように安全なウェーハ搬送速度でウェーハ搬送を行う。
【００２９】
また、本実施形態のエンドエフェクタ１は、ウェーハ自体にひずみがある場合（事例６）では、ひずみセンサ３の出力はウェーハ正常載置時と同様な基準値を示すが、ウェーハ保持用の真空吸着圧が異常をコントローラに出力するため、ウェーハ４のひずみを検知することができる。ウェーハにひずみがあると判定された場合、ウェーハ保持力が正常の場合よりも小さくなっているため、安全なウェーハ搬送速度でウェーハ搬送を行う。
【００３０】
図４は、ひずみセンサを搭載した本実施形態のエンドエフェクタ１と、ひずみセンサ非搭載の従来のエンドエフェクタのそれぞれについてウェーハ搬送の工程を比較した表である。図４では、ウェーハ搬送の一例として、ＦＯＵＰ１０３から上位装置１０７にウェーハ４を供給する場合について比較した。
【００３１】
図４の右欄に示すように、ひずみセンサ非搭載のエンドエフェクタでは、搬送ロボットがウェーハをＦＯＵＰより搬出してウェーハをアライナへ搬送する。アライナでは、ウェーハのＶノッチ等の位置合わせと行うと共に偏心量の補正を行う。ノッチの位置合わせと偏心量の補正をした後、アライナよりウェーハを搬出し、半導体製造装置へ搬送する。
【００３２】
これに対して、図４の左欄に示すように、本実施形態のエンドエフェクタ１を用いた場合は、ウェーハ４をＦＯＵＰ１０３から取り出してアライナ１０２へ搬送する際に、ひずみセンサ３の電気信号から算出したウェーハの偏芯量（位置ずれ量）の分だけコントローラ１０５から搬送ロボット１１０へ位置補正する指令を送り、位置ずれ量を補正してウェーハ４をアライナ１０２へ載置する。すなわち、本実施形態のエンドエフェクタ１を用いると、エンドエフェクタ１に対するウェーハ４の位置情報が、ウェーハ４を載置した瞬間に判明できることで、偏芯補正とアライナ１０２への搬送を同時に行うことができ、短時間でウェーハ１を供給、回収することができる。また、搬送ロボット１０２は、位置ずれ量を検知してウェーハ４をアライナ１０２へ供給した時に位置補正することで、アライナ１０２での位置補正量は少なくなるのでアライナ１０２での検出範囲を狭くすることができ高精度な検出が可能となる。
【００３３】
上位装置１０７からＦＯＵＰ１０３へウェーハを回収する場合には、ウェーハ１の位置ずれ分だけ搬送ロボット１１０が位置補正してＦＯＵＰ１０３内に収納することができ、ＦＯＵＰ１０３内のウェーハ干渉や搬送中のウェーハ落下や破損を防ぐことも可能となる。
【００３４】
また、ひずみセンサ３をエンドエフェクタ１の中心１ｂよりもアーム１１２側に設置することでウェーハ先端あるいはエンドエフェクタ自身の垂れ量を算出することができ、搬送ロボット１１０に前後傾き調整機能を付加することで、エンドエフェクタ１がＦＯＵＰ１０３の内部や上位装置１０７のアクセスポートに干渉する問題を防ぐことができる。
【００３５】
以上、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、他にも種々のものが想定される。
【００３６】
エンドエフェクタ１の形状は、図示した形状に限定されるものではない。他の形状を有するエンドエフェクタとして、例えば、長方形状（リスト部のみの形状）のもの、２つのフィンガ部１２とリスト部１１の幅が同じ形状のもの、フィンガ部１２がリスト部１１に垂直方向に延出して形成されるようなＴ字形状ものであってもよい。本実施形態のエンドエフェクタ１は、ひずみセンサ３を３つ備えたものであるが、ひずみセンサ３の数は２つ以下、或いは４つ以上でもよい。ひずみセンサ３の数を４つ以上に増やすことで、ウェーハ４の位置ずれ量を高精度に算出することができる。本実施形態では、ひずみセンサ３は、エンドエフェクタ１のウェーハ４が載置される面に配置されているが、ウェーハ４が載置される面の裏面に配置してもよく、エンドエフェクタ１の内部に埋設して設けてもよい。
【符号の説明】
【００３７】
１  エンドエフェクタ
２  真空吸着穴
３  ひずみセンサ
４  ウェーハ
３１  第１のひずみセンサ
３２  第２のひずみセンサ
３３  第３のひずみセンサ
１００  ウェーハ搬送装置
１０１  ウェーハ搬送ロボット
１０２  アライナ
１０３  ＦＯＵＰ
１０５  コントローラ
１０７  上位装置
【図１】
2011009345.tif 000003
【図２】
2011009345.tif 000004
【図３】
2011009345.tif 000005
【図４】
2011009345.tif 000006