JP5041504B2 - 半導体基板移送装置及び半導体基板移送方法 - Google Patents

Description

本発明は、キャリア内に多段状に収容されたシリコンウエハ等の基板を１枚ずつ取り出して、次工程の加工ステージに移送するための基板移送装置及び基板移送方法に関するものである。

一般に、シリコンウエハ等の半導体基板から半導体チップを製造するに際しては、半導体基板の複数枚を、キャリア内に多段状に収容した状態で任意の箇所に移送したのち、このキャリア内から半導体基板を１枚ずつ取り出して、次工程の加工ステージに供給することが行われている。

この種の作業で使用される従来の基板移送装置においては、各半導体基板の略中央部の下方に、扁平状に形成された真空吸着方式の移送ハンド体を挿入したのち、半導体基板の下面略中央部を移送ハンド体で吸着してから、当該移送ハンド体をキャリア内から引き出すことにより、キャリア内から半導体基板を１枚ずつ取り出すように構成されている（例えば特許文献１等参照）。
特開２００１−１６８１７０号公報（段落０００２〜０００４及び図７等参照）

ところで、キャリア内における各段の半導体基板の保持は、キャリアの左右両内側壁に上下多段状に形成された嵌合溝に対して１枚の半導体基板の左右外周縁を嵌め込み収容することにより、両端自由支持の状態となっているから、キャリア内の半導体基板は自重で下向きに撓み易い。半導体基板の撓みの有無及び大小は、当該半導体基板の厚みに応じて異なる（薄いほど下向きに撓む）。

しかし、前記従来の基板移送装置では、キャリア内から半導体基板を取り出す際に、撓み量の大きい下面略中央部を吸着ハンド体で吸着保持していたから、取り出そうとする半導体基板と移送ハンド体との接触を回避して移送ハンド体の挿入スペースを確保するために、半導体基板の撓み状態に合わせて移送ハンド体の挿入位置を逐一調節するか、又はキャリアにおける半導体基板間の収容ピッチ間隔（嵌合溝の上下ピッチ間隔）を広く設定しなければならなかった。前者の方策では、半導体基板の取り出し作業のたびに移送ハンド体の挿入位置の位置合せをするのが面倒であり、生産性低下の一因になるという問題があった。また、後者の方策では、キャリアにおける半導体基板間の収容ピッチ間隔が大きくなる結果、１つのキャリアに収容可能な半導体基板の枚数が少なくなるという問題があった。

そこで、本発明は、以上のような問題を解消した基板移送装置と基板移送方法とを提供することを技術的課題とするものである。

請求項１の発明は、キャリア内に多段状に収容された半導体基板を１枚ずつ取り出す基板搬送装置に関する。この装置は、前記キャリアに収容された半導体基板の下方に挿入される移送ハンド体を備えており、前記移送ハンド体には、前記半導体基板を載せるための一対のフォーク部が、前記キャリア内に挿入したときに両方とも前記半導体基板のうち挿入方向と交差する両外周縁に近い部位に沿って延びるように相互間の間隔を空けて設けられており、かつ、前記両フォーク部は、前記キャリア内に挿入したときに前記半導体基板の外周縁と前記両フォーク部の付け根部分の内径側との間に隙間が空く長さに設定されている。

更に請求項１の発明は、前記両フォーク部の上面には、前記半導体基板を吸着保持するための上向き開口の吸引穴が、両フォーク部を前記キャリアに挿入し切った状態で両吸引穴を結ぶ直線上に半導体基板の中心が位置するようにして形成されており、かつ、前記両フォーク部の吸引穴は、フォーク部の先端側に設けた上向き凸のパッド部に形成されており、このため前記両フォーク部を前記キャリアに挿入した状態でそれらフォーク部の先端部が前記半導体基板の中心よりもキャリアの奥側に位置するようになっている。

請求項５の発明は請求項１〜４のうちのいずれかに記載した半導体基板移送装置を使用した半導体基板移送方法である。この発明は、前記移送ハンド体の先端に設けた一対のフォーク部を前記キャリアの内部に挿入したのち、前記移送ハンド体を上昇させるか又は前記キャリアを下降させて前記半導体基板を支持し、前記フォーク部に半導体基板を吸着した状態で移送ハンド体を後退させるものである。

本発明によると、キャリア内の基板を１枚ずつ取り出すに際しては、移送ハンド体の両フォーク部は、両端自由支持の状態で収容された前記基板のうち挿入方向と交差する両外周縁に近い部位の下方に差し込まれる。また、前記基板の外周縁と前記両フォーク部の付け根部分の内径側との間には、隙間が空くことになる。

この場合、前記両フォーク部間の間隔は広く空いているから、前記基板が自重で下向きに撓んでいたとしても、前記両フォーク部は、前記基板の大きく撓んだ中央部に接触することなく、上下に並ぶ前記基板間の挿入スペースにスムーズに入り込むことができる。これにより、取り出し時の前記基板の損傷を防止することができる。

また、前記基板のうち挿入方向と交差する両外周縁に近い部位は、中央部に比べると下向きの撓み量が小さいので、前記両フォーク部の挿入位置は、取り出し対象の前記基板に対して前記基板の厚みの大小に関係なく一定に設定することができる。従って、前記基板の取り出し作業のたびに、前記両フォーク部の挿入位置の位置合せをする手間をなくすことができるだけでなく、設定ミス等による誤動作等も未然に防ぐことができるから、生産効率を格段に向上させることができるという効果を奏する。

さらに、前記両フォーク部の上面には、前記半導体基板を吸着保持するための上向き開口の吸引穴が、両フォーク部を前記キャリアに挿入し切った状態で両吸引穴を結ぶ直線上に半導体基板の中心が位置するようにして形成されており、かつ、前記両フォーク部の吸引穴は、フォーク部の先端側に設けた上向き凸のパッド部に形成されており、このため前記両フォーク部を前記キャリアに挿入した状態でそれらフォーク部の先端部が前記半導体基板の中心よりもキャリアの奥側に位置するようになっており、かつ、前記フォーク部を前記キャリアに挿入し切って半導体基板を支持した状態で、平面視で前記フォーク部の先端が前記半導体基板から露出しないように設定されている。

以下に、本発明を具体化した実施形態を図面（図１〜図６）に基づいて説明する。図１は半導体基板移送装置（以下「基板移送装置」）の概略正面図、図２は基板移送装置の概略平面図、図３はキャリアから半導体基板を取り出した状態を示す平面図、図４のうち（ａ）は移送ハンド体の拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ視側断面図、図５はキャリア内に移送ハンド体を挿入した状態を示す平断面図、図６（ａ）（ｂ）は移送ハンド体での取り出し態様を示す説明図である。

まず最初に、図１〜図３等を参照しながら、実施形態のキャリア及び基板移送装置の全体概要について説明する。

図１に示すように、キャリア１は、半導体基板１０の出し入れ口２を横向きに開口させた略角筒状のものである。キャリア１の左右両内側面には、半導体基板１０の左右外周縁が嵌る嵌合溝３（図２、図３及び図５参照）がピッチ間隔Ｐで上下並列状に複数本形成されている。従って、キャリア１内には、半導体基板１０を水平な姿勢で１枚だけ収容する収容部がピッチ間隔Ｐで上下多段状に設けられている。換言すると、キャリア１内の半導体基板１０，１０間には収容ピッチ間隔Ｐのスペースが空いている。このキャリア１はキャリアステージ４の上面に載置されている。

なお、実施形態のキャリア１は、６インチサイズの半導体基板１０用のものである。この場合、収容ピッチ間隔ＰはＳＥＭＩ（Semiconductor Equipment and Material International）規格に準拠して略４．７６ｍｍ程度に設定されている。また、キャリア１の左右両内側面間の開口巾寸法ＷＭ（図３及び図６参照）は略１３２ｍｍほどになっている。

キャリアステージ４に相対向して配置された基板移送装置１１は、キャリア１内の半導体基板１０を１枚ずつ取り出して、次工程の加工ステージ５（図２参照）に移送するためのものである。基板移送装置１１は、キャリア１内の各半導体基板１０の下方に挿入して、当該半導体基板１０をキャリア１内から１枚ずつ取り出すための扁平状の移送ハンド体１４と、この移送ハンド体１４を先端部に有する屈伸式のアーム体１３と、当該アーム体１３を支持する鋳鉄製等の機枠１２とを備えている。

アーム体１３は、機枠１２に対して鉛直な軸線１５回りに水平回動可能で且つ昇降動可能に支持されたヘッド部材１６と、ヘッド部材１６の先端側に鉛直な軸線１７回りに水平回動可能な状態で枢着された第１スイング部材１８と、第１スイング部材１８の先端側に鉛直な軸線１９回りに水平回動可能な状態で枢着された第２スイング部材２０とにより構成されている。移送ハンド体１４は、第２スイング部材２０の先端側に、鉛直な軸線２１回りに水平回動可能な状態で枢着されている。

実施形態では、アーム体１３全体が伸縮するように、移送ハンド体１４、両スイング部材１８，２０及びヘッド部材１６を駆動モータ（図示せず）で各々水平回動させることにより、移送ハンド体１４が、キャリア１内に挿入された状態（図１及び図２の実線状態参照）から一旦ヘッド部材１６の上方にまで、平面視でキャリア１の中心とヘッド部材１６の中心とを結ぶ直線ＳＬに沿って移動したのち（図３参照）、次工程の加工ステージ５にまで移動（図２の二点鎖線状態参照）するように構成されている。

次に、図４及び図５等を参照しながら、移送ハンド体の詳細構成について説明する。

移送ハンド体１４は、キャリア１内における半導体基板１０，１０間の挿入スペースＳＰにスムーズに挿入し得るような側面視扁平状で、且つその先端側が二股状に分かれたような平面視略Ｙ字状（フォーク型）に形成されている。なお、実施形態の移送ハンド体１４の厚みは最大でも略２ｍｍ程度である。

移送ハンド体１４の先端側に設けられた一対のフォーク部２２，２２は、キャリア１内から取り出そうとする半導体基板１０が載る部分である。各フォーク部２２には、その上面の先端側に、半導体基板１０の下面のうち左右外周縁寄りの部位に密着する当接パッド部２３が上向き凸状に一体形成されている。各当接パッド部２３の上面略中央部には、半導体基板１０を吸着保持するための吸引穴２４が上向き開口状に形成されている。なお、半導体基板１０に塵等の微粒子（パーティクル）が付着したり傷がついたりするのをできるだけ防ぐために、一対の当接パッド部２３，２３の平面視面積は必要最小限に設定されている。

各吸引穴２４は、移送ハンド体１４の内部に形成された空気流通路２５を介して、移送ハンド体１４の基端部に形成された流通穴２６に連通している。流通穴２６には、フレキシブルホース等の連通管２７を介して、外気を強制吸引するポンプ等の吸引源（図示せず）が連通接続されている。実施形態では、この吸引源を駆動させて両フォーク部２２，２２の吸引穴２４，２４から外気を吸引することにより、両吸引穴２４，２４に半導体基板１０を吸着させるように構成されている。

一方、両フォーク部２２，２２は、キャリア１内に挿入したときに両方とも半導体基板１０の左右両外周縁（挿入方向と交差する両外周縁）に近い部位に沿って延びるように相互間の間隔Ｗを空けた状態で、移送ハンド体１４の先端に設けられている。

実施形態では、両フォーク部２２，２２間の間隔Ｗ（一方のフォーク部２２の内側縁から他方のフォーク部２２の内側縁までの内法寸法）は略１０８ｍｍ程度になっている。各フォーク部２２の横巾寸法ＷＦは略１０ｍｍほどに設定されている。両フォーク部２２，２２間の間隔Ｗは、半導体基板１０に対する両フォーク部２２，２２の支持位置を半導体基板１０の中心からできるだけ離すために、半導体基板１０の直径の５０％以上であればよい。なお、両フォーク部２２，２２の並び巾寸法（一方のフォーク部２２の外側縁から他方のフォーク部２２の外側縁までの外法寸法）がキャリア１の開口巾寸法ＷＭよりも小さいことはいうまでもない。

また、両フォーク部２２，２２は、キャリア１内に挿入したときに半導体基板１０の外周縁と両フォーク部２２，２２の付け根部分２８の内径側との間に隙間Ａ（図２及び図５参照）が空くような長い長さＬＦ（先端から付け根部分２８の内径側までの距離）に設定されている。実施形態では、平面視で両フォーク部２２，２２の吸引穴２４，２４を結ぶ直線上に半導体基板１０の重心Ｏ（中心）が位置した状態で、半導体基板１０の外周縁と両フォーク部２２，２２の付け根部分２８の内径側との間に隙間Ａが空くように構成されている。

このように設定すると、平面視で重心Ｏを挟んで点対称な位置において半導体基板１０が両フォーク部２２，２２の吸引穴２４，２４に吸着されるから、半導体基板１０を両フォーク部２２，２２でバランスよく安定的に保持することができる。実施形態の各フォーク部２２の長さＬＦは略１１５ｍｍ程度になっている。

以上の構成において、図６（ａ）（ｂ）等を参照しながら、キャリア内から半導体基板を１枚ずつ取り出す態様について説明する。

まず、アーム体１３全体が伸びるように移送ハンド体１４及び両スイング部材１８，２０を各々水平回動させることにより、取り出し対象の半導体基板１０の下方に、移送ハンド体１４の両フォーク部２２，２２を挿入する（図６（ａ）（ｂ）の実線状態参照）。このとき、両フォーク部２２，２２は、両端自由支持の状態で収容された半導体基板１０の左右両外周縁に近い部位の下方に配置される。また、平面視で両吸引穴２４，２４を結ぶ直線上に半導体基板１０の重心Ｏが位置するようにして、半導体基板１０の外周縁と両フォーク部２２，２２の付け根部分２８の内径側との間に隙間Ａを空ける（図５参照）。

そうすると、両フォーク部２２，２２間の間隔Ｗは広く空いているから、半導体基板１０が自重で下向きに撓んでいたとしても、両フォーク部２２，２２は、半導体基板１０の大きく撓んだ部分（中央部）に接触することなく、半導体基板１０，１０間の挿入スペースＳＰにスムーズに入り込むことができる。これにより、取り出し時の半導体基板１０の損傷を防止することができる。

また、半導体基板１０の左右両外周縁に近い部位は、中央部に比べて下向きの撓み量が小さいので、取り出し対象の半導体基板１０に対する両フォーク部２２，２２の挿入位置を、半導体基板１０の厚みの大小に関係なく一定に設定することができる。従って、半導体基板１０の取り出し作業のたびに、両フォーク部２２，２２の挿入位置の位置合せをする手間をなくすことができるだけでなく、設定ミス等による誤動作等も未然に防ぐことができるから、生産効率が格段に向上するのである。

さらに、半導体基板１０の外周縁と両フォーク部２２，２２の付け根部分２８の内径側との間には隙間Ａが空いているから、半導体基板１０が自重で下向きに撓んでいたとしても、取り出し時に両フォーク部２２，２２の付け根部分２８が半導体基板１０に衝突することはない。この点でも、取り出し時の半導体基板１０の損傷が防止される。従って、本発明によると、取り出し時の半導体基板１０の損傷を確実に回避して、半導体基板１０の歩留まりを向上させることができるのである。

しかも、従来のように、両フォーク部２２，２２の挿入スペースＳＰ確保のために、キャリア１における半導体基板１０，１０間の収容ピッチ間隔Ｐを大きくする必要がないから、上下に並ぶ半導体基板１０，１０同士が撓み等により接触しない程度にキャリア１の収容ピッチ間隔Ｐを狭くして、１つのキャリア１に収容可能な半導体基板１０の枚数を多くすることもできる。

取り出し対象の半導体基板１０の下方に両フォーク部２２，２２を挿入した後は、ヘッド部材１６を上昇動させることにより、取り出し対象の半導体基板１０を両フォーク部２２，２２の上面に載せるようにして持ち上げる。このとき、ポンプ等の吸引源（図示しない）を駆動させて両フォーク部２２，２２の吸引穴２４，２４から外気を吸引することにより、両吸引穴２４，２４に半導体基板１０が吸着保持される。

次いで、アーム体１３全体が縮むように移送ハンド体１４及び両スイング部材１８，２０を各々水平回動させることにより、半導体基板１０を吸着保持した移送ハンド体１４をキャリア１内から引き出し、キャリア１の中心とヘッド部材１６の中心とを結ぶ直線ＳＬに沿ってヘッド部材１６の上部まで、当該移送ハンド体１４を直線的に移動させる（図３参照）。

その後、図２の時計回りに略９０°ほどヘッド部材１６を水平回動させてから、アーム体１３全体が伸びるように移送ハンド体１４及び両スイング部材１８，２０を各々水平回動させることにより、半導体基板１０を吸着保持した移送ハンド体１４を加工ステージ５の位置まで移動させる。そして、ヘッド部材１６を下降動させるか又は加工ステージ５を上昇動させることにより、半導体基板２を加工ステージ５上に載置したのち、吸引源（図示しない）による吸引穴２４，２４からの外気の吸引を停止するのである（図２の二点鎖線状態参照）。

本発明は、前述の実施形態に限らず、様々な態様に具体化することができる。例えば移送ハンド体の形状は、前述のような平面視略Ｙ字状に限らず、平面視略Ｕ字状や平面視略コ字状等のように、先端側が二股状に分かれている形状であればよい。両フォーク部間の間隔及び長さ、フォーク部の横巾寸法等も、キャリアに収容される半導体基板のサイズに応じて自由に設定することができる。

また、キャリアステージ４に、キャリア１が載る上面板を前述の収容ピッチ間隔Ｐずつ昇降動させる昇降機構を内蔵することにより、キャリアステージ４上のキャリア１を、昇降機構の駆動で収容ピッチ間隔Ｐずつ昇降動させるように構成してもよい。この場合は、取り出し対象の半導体基板１０の下方に両フォーク部２２，２２を挿入した後、ヘッド部材１６に代えてキャリアステージ４を下降動させることにより、取り出し対象の半導体基板１０を両フォーク部２２，２２の上面に載せるようにして持ち上げることができる。

その他、各部の構成は図示の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変更が可能である。

基板移送装置の概略正面図である。 基板移送装置の概略平面図である。 キャリアから半導体基板を取り出した状態を示す平面図である。 （ａ）は移送ハンド体の拡大平面図、（ｂ）は（ａ）のＩＶｂ−ＩＶｂ視側断面図である。 キャリア内に移送ハンド体を挿入した状態を示す平断面図である。 移送ハンド体での取り出し態様を示す説明図であり、（ａ）は上段の半導体基板を取り出す場合の図、（ｂ）は中段の半導体基板を取り出す場合の図である。

符号の説明

ＬＦ フォーク部の長さ
Ｐ 収容ピッチ間隔
ＳＰ 挿入スペース
ＷＦ 両フォーク部間の間隔
１ キャリア
２ 出し入れ口
３ 嵌合溝
１０ 半導体基板
１１ 基板移送装置
１２ 機枠
１３ アーム体
１４ 移送ハンド体
１６ ヘッド部材
１８ 第１スイング部材
２０ 第２スイング部材
２２ フォーク部
２４ 吸引穴
２８ 付け根部分

Claims (5)

1. キャリア内に多段状に収容された半導体基板を１枚ずつ取り出す半導体基板搬送装置であって、
   前記キャリアに収容された半導体基板の下方に挿入される移送ハンド体を備えており、前記移送ハンド体には、前記半導体基板を載せるための一対のフォーク部が、前記キャリア内に挿入したときに両方とも前記半導体基板のうち挿入方向と交差する両外周縁に近い部位に沿って延びるように相互間の間隔を空けて設けられており、かつ、前記両フォーク部は、前記キャリア内に挿入したときに前記半導体基板の外周縁と前記両フォーク部の付け根部分の内径側との間に隙間が空く長さに設定されている、
   という構成において、
   前記両フォーク部の上面には、前記半導体基板を吸着保持するための上向き開口の吸引穴が、両フォーク部を前記キャリアに挿入し切った状態で両吸引穴を結ぶ直線上に半導体基板の中心が位置するようにして形成されており、かつ、前記両フォーク部の吸引穴は、フォーク部の先端側に設けた上向き凸のパッド部に形成されており、このため前記両フォーク部を前記キャリアに挿入した状態でそれらフォーク部の先端部が前記半導体基板の中心よりもキャリアの奥側に位置するようになっており、
   かつ、前記フォーク部を前記キャリアに挿入し切って半導体基板を支持した状態で、平面視で前記フォーク部の先端が前記半導体基板から露出しないように設定されている、
   半導体基板移送装置。
2. 前記両フォーク部の間隔は前記半導体基板の直径の５０％以上に設定されている、
   請求項１に記載した半導体基板移送装置。
3. 前記両フォーク部における先端部の上面は最先端に向けて低くなるように傾斜している、
   請求項１に記載した半導体基板移送装置。
4. 更に、前記移送ハンド体が取り付くアーム体と、前記アーム体が支持された機枠とを有しており、前記アーム体は、前記機枠に昇降可能に支持されたヘッド部材と、平面視で屈伸するように前記ヘッド部材に取付けられたスイング部材とを有しており、前記移送ハンド体は前記アーム体の先端に水平回動自在に取付けられており、前記スイング部材と移送ハンド体とが水平回動することにより、前記移送ハンド体がキャリアの中心と前記ヘッド部材の中心とを結ぶ線に沿って移動するように設定されている、
   請求項１〜３のうちのいずれかに記載した半導体基板移送装置。
5. 請求項１〜４のうちのいずれかに記載した半導体基板移送装置を使用した半導体基板移送方法であって、
   前記移送ハンド体の先端に設けた一対のフォーク部を前記キャリアの内部に挿入したのち、前記移送ハンド体を上昇させるか又は前記キャリアを下降させて前記半導体基板を支持し、前記フォーク部に半導体基板を吸着した状態で移送ハンド体を後退させる、
   半導体基板移送方法。

Images