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JP7479072B2 - ウェハ出入アセンブリ及びそれに用いられるウェハ出入装置とウェハキャリア - Google Patents
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Description

本願発明はウェハを出し入れする技術及びウェハを搬送する技術に関し、特に作業時間を短縮させることができ且つ搬送時の体積を小さくすることができるウェハ出入アセンブリ及びそれに用いられるウェハ出入装置とウェハキャリアに関する。
ウェハは、半導体製造における主要な材料である。しかしながら、ウェハは壊れやすい。露光、現像、エッチングなどの製造工程を経たカッティング前のウェハが汚染されると、大きな損失を引き起こすことになる。したがって、特別に設計された密閉容器が、搬送中のウェハを保護するために使用されている。現在、ウェハボックスとウェハ搬送システムとの間でウェハを出し入れするためにロボット（ｗａｆｅｒ ｒｏｂｏｔ）が使用されている。従来のウェハボックスの固定スロットの間隔は、生産ラインの製造設備に合わせて約１０ｍｍとなっている。そのため、２５枚のウェハを収納するウェハボックスは体積がある程度大きくなってしまう。更に、従来のロボットはウェハボックスとウェハ搬送システムとの間でウェハを一回につき一枚のみ搬送するので、効率が低い。製造施設（ファブ）間で大量のウェハを輸送する場合、占有体積、搬送時間及び搬送コストは相当なものとなる。
上記課題に鑑みてなされた本願発明の目的の一つは、ウェハを効率よく出し入れすることができ、且つ、ウェハを搬送する際のウェハキャリアの占有体積を小さくすることができるウェハ出入アセンブリ及びそれに用いられるウェハ出入装置とウェハキャリアを提供することにある。
上記目的を達成するために、本願発明に係るウェハ出入装置は、長手溝を有する台座と、摺動可能に前記長手溝内に挿入されている軸棒と、前記軸棒に被嵌された複数の連動板であって、各々が、板体と、前記板体に設けられて前記軸棒が挿通されている穿孔とを有する複数の連動板と、各々が前記連動板の前記板体の端部から延出している複数のアームと、複数の連結側壁を含む伸縮ユニットであって、各前記連結側壁は、各前記連動板にそれぞれ設けられて隣接する前記連動板を互いに連結させ、前記伸縮ユニットは、伸縮することによって隣接する前記連動板の間の距離を変更可能である伸縮ユニットと、を備えることを特徴としている。
上記目的を達成するために、本願発明に係るウェハキャリアは、前述したいずれかの実施形態のウェハ出入装置によってウェハが取り出されたり載置されたりするものであって、複数のスロットを有していることを特徴としている。
上記目的を達成するために、本願発明に係るウェハ出入アセンブリは、上述したいずれかの実施形態のウェハ出入装置と、上述したいずれかの実施形態のウェハキャリアとを備え、前記ウェハ出入装置は、ウェハを、前記ウェハキャリアから取り出したり前記ウェハキャリアに載置させたりすることを特徴としている。
上記構成によれば、ウェハを載置した本願発明のウェハキャリアの占有体積は、従来のものの半分に大幅に縮小するので、特に大量のウェハを製造施設間で搬送するような場合では、必要とする貯蔵空間は従来技術の半分で済む。更に、ウェハ出入装置が複数のアームを有するため、複数枚のウェハを同時に真空吸着して搬送することが可能となる。ウェハを一枚ずつ吸着する従来のロボットと比べると、本願発明のウェハ出入装置はウェハの真空吸着及び搬送に要する時間を大幅に短縮し、ウェハの出し入れをより効率よく行うことができる。
本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置を示す斜視図である。 本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置を示す断面図である。 本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置を示す部分斜視図である。 本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入アセンブリを示す斜視図である。 従来のウェハキャリア及び本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置を示す斜視図である。 本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置の動作を示す図である。 本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置の動作を示す図である。 本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置の動作を示す図である。 本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置の動作を示す図である。 本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置の動作を示す図である。 本願発明の好ましい実施形態に係るウェハ出入装置の動作を示す図である。
図１、２に本願発明の好ましい実施形態によるウェハ出入装置１０が示されている。ウェハ出入装置１０は、台座３０、軸棒４０、複数の連動板５０、複数のアーム６０、及び伸縮ユニット７０を備えている。
台座３０は、第一端部３２１及び第二端部３２３を有する長手溝３２を有している。台座３０は、平行移動及び回転が可能なものである。長手溝３２には、軸棒４０が摺動可能に挿入されている。
複数の連動板５０は軸棒４０に被嵌されている。各連動板５０は、板体５２と、板体５２に設けられた穿孔５４とを有し、各穿孔５４に軸棒４０が挿通されていることにより、各連動板５０が軸棒４０に被嵌されている。本実施形態において、連動板５０の数は２５枚である。しかし、他の可能な実施形態において、連動板５０の数を必要に応じて変えてもよい。
各アーム６０は、連動板５０のうちの一つの板体５２の一端から延出しており、このことから、アーム６０の数は連動板５０の数と同一であると理解することができる。本実施形態において、アーム６０の数は２５本である。各アーム６０は一枚のウェハＷを真空吸着するのに使用される。
伸縮ユニット７０は、複数の連動板５０に設けられて隣接する連動板５０を互いに連結させる複数の連結側壁７１と、上下移動可能に軸棒４０に設けられた連行ブロック７２と、軸棒４０内に設けられて連行ブロック７２に当接している弾性部材７３と、軸棒４０内に収容されたねじ切りボルト７４と、を含んでいる。複数の連結側壁７１は、伸縮することによって隣接する二つの連動板５０の間の距離を変更可能である。複数の連結側壁７１が展開状態にある時、隣接する二つの連動板５０の間の距離は最大となり、複数の連結側壁７１が収縮状態にある時、隣接する二つの連動板５０の間の距離は最小となる。本実施形態において、図３に示すように、連結側壁７１は、互いに枢結された第一の側壁７１１と第二の側壁７１２とを含んでいる。第一の側壁７１１及び第二の側壁７１２は、同一の連動板５０の板体５２に枢設されており、各板体５２に枢設されている第二の側壁７１２はまた、隣接する板体５２に枢設されている第一の側壁７１１に枢結されている。複数の第一の側壁７１１と複数の第二の側壁７１２とが展開状態から収縮状態に移行させられると、これに伴って隣接する二つの連動板５０の隣接する板体５２の間の距離は短くなる。
連行ブロック７２は、最上部の連動板５０を連行して上下移動させることができるように当該最上部の連動板５０に連結されている。連行ブロック７２は、軸棒４０とねじ切りボルト７４との間に位置するように軸棒４０内に挿設されたスリーブ７２１を含んでいる。ねじ切りボルト７４が回転すると、連行ブロック７２は上下移動させられる。伸縮ユニット７０は、スリーブ７２１とねじ切りボルト７４との間に設けられた複数のボール７５を更に含んでいる。すなわち、スリーブ７２１の内周面と、ねじ切りボルト７４の外周面には、複数のボール７５が収容されてその中で転動するためのねじ溝が凹設されている。複数の連結側壁７１の伸縮により、隣接する二つの板体５２の間の距離が広がると、載置物品（例えばウェハ）の出し入れが容易になり、一方、隣接する二つの板体５２の間の距離が縮まると、ウェハ出入装置１０全体の体積が確実に小さくなり、省スペース化を図ることが可能になる。伸縮ユニット７０は、伸縮により各板体５２間の距離を変更できるものであればよく、その構造は任意なものとすることができる。
連行ブロック７２は、複数の連結側壁７１を伸縮させることができる。本実施形態において、ねじ切りボルト７４は回転するように駆動されてもよく、且つ、ねじ切りボルト７４はボールねじ装置であってもよい。ねじ切りボルト７４が回転すると、スリーブ７２１は上下移動することになり、それに伴って連行ブロック７２が上下移動することになる。そして、連行ブロック７２は最上部の連動板５０と連結しているので、ねじ切りボルト７４が（時計回り及び反時計回りのうちの一方に）回転して連行ブロック７２を上方へ移動させると、連行ブロック７２は最上部の連動板５０を引上げ、これにより複数の連結側壁７１が展開するので、各連動板５０間の距離が広がることになる。一方、ねじ切りボルト７４が（時計回り及び反時計回りのうちの他方に）回転して連行ブロック７２を下方へに移動させると、連行ブロック７２は最上部の連動板５０を押し下げ、これにより複数の連結側壁７１が収縮するので、各連動板５０の間の距離が縮まることになる。ねじ切りボルト７４の回転に伴って連行ブロック７２が移動するこの場合では、弾力を有する弾性部材７３によって連行ブロック７２に対して当該連行ブロック７２を上方又は下方へ付勢する弾性復元力を与える必要がないので、弾性部材７３を省略してもよい。なお、ねじ切りボルト７４をボールねじ装置で構成した場合、その具体的な構造や原理は従来技術と変わらないので詳細な説明を省略する。
他の可能な実施形態において、連行ブロック７２は自身の動力により、又は、外部からの動力を受けて上方へ移動するように構成されてもよい。この場合、弾性部材７３は、外部動力が低下するか又は無くなった時に連行ブロック７２を下方へ移動させるための復元力を提供できる引っ張りばねであってもよい。換言すれば、連行ブロック７２は、自身の動力により、又は外部の動力を受けて上方へ移動し、これにより各連動板５０の間の距離を広げることができ、且つ、引っ張りばねの弾性復元力を受けて下方へ移動し、これにより各連動板５０の間の距離を縮めることができる。或いは、連行ブロック７２は自身の動力により、又は外部の動力を受けて下方へ移動するように構成されてもよい。この場合、弾性部材７３は、外部動力が低下するか又は無くなった時に連行ブロック７２を上方へ移動させるための復元力を提供できる圧縮ばねであってもよい。換言すれば、連行ブロック７２は、自身の動力により、又は外部の動力を受けて下方へ移動し、これにより各連動板５０の間の距離を縮めることができ、且つ、圧縮ばねの弾性復元力を受けて上方へ移動し、これにより各連動板５０の間の距離を広げることができる。この実施形態において、連行ブロック７２の移動はボールねじ装置の駆動によるものではないので、ねじ切りボルト７４、複数のボール７５を省略してもよい。
更なる他の可能な実施形態において、連行ブロック７２は自身の動力により、又は外部の動力を受けて上下両方に移動するように構成されてもよい。すなわち、連行ブロック７２は、自身の動力により、又は外部の動力を受けて上方に移動し、これにより各連動板５０の間の距離を広げることができ、且つ、自身の動力により、又は外部の動力を受けて下方へ移動し、これにより各連動板５０の間の距離を縮めることができる。この実施形態において、連行ブロック７２に上下移動機能が備えられているため、弾性部材７３を省略してもよく、また、連行ブロック７２の移動はボールねじ装置の駆動によるものではないので、ねじ切りボルト７４及び複数のボール７５も省略してもよい。
図４に、本願発明の好ましい実施形態によるウェハ出入アセンブリ８０が示されている。ウェハ出入アセンブリ８０は、前述したウェハ出入装置１０と、ウェハ出入装置によってウェハが取り出されたり載置されたりするウェハキャリア９０と、を備えている。ウェハキャリア９０は、従来のものと概ね同一の構造を有しており、一枚のウェハＷを載置して保管するためのスロット９７を複数有している。本実施形態のウェハキャリア９０と、従来のウェハキャリアとの構造上の最も大きな違いは、本実施形態のウェハキャリア９０における隣接する二つのスロット９７間の距離は５ｍｍである点にある。他の可能な実施形態において、隣接する二つのスロット９７間の距離は３ｍｍ（境界値である３ｍｍを含む）から１０ｍｍ（境界値である１０ｍｍを含む）の範囲内とすることができる。
図５において、図中左側には従来のウェハキャリア１００が示されている。ウェハキャリア１００としては、例えばウェハボックスや生産ラインの製造設備を挙げることができ、その構造についての説明は省略する。従来のウェハキャリア１００は２５枚のウェハを１０ｍｍの間隔で載置することができるが、便宜上、図面では三枚のウェハのみを示している。以下、ウェハ出入装置１０によりウェハＷを従来のウェハキャリア１００から取り出してウェハキャリア９０内に載置させる作業の流れを説明する。
前述した図面及び図６～１１を併せて参照すると、先ず、ウェハ出入装置１０は、台座３０の長手溝３２の第一端部３２１が従来のウェハキャリア１００側にあり、台座３０の長手溝３２の第二端部３２３がウェハキャリア９０側にあるように、従来のウェハキャリア１００と、ウェハキャリア９０との間に配置される。各連動板５０の間の距離は５ｍｍである。次に、連行ブロック７２は上方へ移動して最上部の連動板５０を引上げ、これにより複数の連結側壁７１を展開させて各連動板５０の間の距離を従来のウェハキャリア１００の規格に合致した１０ｍｍに変更させる。この時、軸棒４０は長手溝３２に沿って第一端部３２１へ平行移動し、複数の連動板５０を複数のアーム６０と共にウェハキャリア１００の方向へ移動させる。各アーム６０はウェハキャリア１００内に挿入されて一枚のウェハＷを真空吸着する。その後、軸棒４０は長手溝３２に沿って第二端部３２３へ平行移動し、複数のアーム６０及びそれに吸着されたウェハＷをウェハキャリア１００から離間させる。そして、台座３０はその場で回転し、複数のアーム６０に吸着されたウェハＷをウェハキャリア９０に向かって平行移動させる。ここで、連行ブロック７２は下方へ移動して最上部の連動板５０を押し下げ、これにより、複数の連結側壁７１を収縮させて各連動板５０の間の距離を５ｍｍに縮小させ、すなわち、各ウェハＷの間の距離を５ｍｍにする。複数のアーム６０をウェハキャリア９０内に挿入させ、真空吸着されたウェハＷを対応の複数のスロット９７内に載置させた後、台座３０はウェハキャリア９０から離間する方向に平行移動し、複数のアーム６０をウェハキャリア９０から離間させる。このようにして、ウェハ出入装置１０によってウェハＷを従来のウェハキャリア１００から取り出してウェハキャリア９０内に載置させる作業が完了する。
ウェハキャリア９０の隣接する二つのスロット９７の間の距離が５ｍｍであるため、ウェハキャリア９０内に載置された各ウェハＷの間の距離はわずか５ｍｍとなっている。従来のものと比較すると、２５枚のウェハを載置した本願発明のウェハキャリア９０の占有体積は５０％に大幅に縮小するので、特に大量のウェハを製造施設間で搬送するような場合では、必要とする貯蔵空間は従来技術の半分で済む。また、本願発明のウェハ出入装置１０によれば、各ウェハＷの間の距離を速やかに１０ｍｍから５ｍｍに縮小させることができ、その作業は煩雑でなく容易に実行できるため、上述した占有体積の縮小は容易に達成できる。更に、ウェハ出入装置１０が複数のアーム６０を有し、具体的に言うと、ウェハ出入装置１０が２５本のアーム６０を有し得るため、２５枚のウェハを同時に真空吸着して搬送することが可能となる。ウェハを一枚ずつ吸着する従来のロボットと比べると、本願発明のウェハ出入装置１０はウェハの真空吸着及び搬送に要する時間を大幅に短縮し、ウェハの出し入れをより効率よく行うことができる。なお、ウェハ出入装置１０は、半導体ウェハに限らず、それ以外の物品の出し入れや他の用途に利用することもできる。例えば、ウェハ出入装置１０は、複数のグリップリング（Ｅｘｐａｎｄｅｒ Ｒｉｎｇ）、フォトマスク又はパネル製造分野で使用されるガラス基板等を同時に出し入れするために使用することができる。容易に想到可能な変化を加えた態様はいずれも本願発明の範囲に属するものである。
１０ ：ウェハ出入装置
３０ ：台座
３２ ：長手溝
３２１：第一端部
３２３：第二端部
４０ ：軸棒
５０ ：連動板
５２ ：板体
５４ ：穿孔
６０ ：アーム
７０ ：伸縮ユニット
７１ ：連結側壁
７２ ：連行ブロック
７２１：スリーブ
７３ ：弾性部材
７４ ：ねじ切りボルト
７５ ：ボール
８０ ：ウェハ出入アセンブリ
９０ ：ウェハキャリア９７：スロット
１００：ウェハキャリア
Ｗ ：ウェハ

Claims (11)

  1. 長手溝を有する台座と、
    摺動可能に前記長手溝内に挿入されている軸棒と、
    前記軸棒に被嵌された複数の連動板であって、各々が、板体と、前記板体に設けられて前記軸棒が挿通されている穿孔とを有する複数の連動板と、
    各々が各前記連動板の前記板体の端部から延出している複数のアームと、
    複数の連結側壁を含む伸縮ユニットであって、各前記連結側壁は、各前記連動板にそれぞれ設けられて隣接する前記連動板を互いに連結させ、且つ、各前記連結側壁は、伸縮することによって隣接する前記連動板の間の距離を変更可能である伸縮ユニットと、を備えるウェハ出入装置。
  2. 前記伸縮ユニットは、
    上下移動可能に前記軸棒に設けられ、最上部の前記連動板を連行して上下移動させることができるように最上部の前記連動板に連結されている連行ブロックを更に含んでいる、請求項１に記載のウェハ出入装置。
  3. 前記伸縮ユニットは、
    前記軸棒内に設けられて前記連行ブロックに当接している弾性部材を更に含んでいる、請求項２に記載のウェハ出入装置。
  4. 前記弾性部材は、前記連行ブロックを上方へ移動させるための回復力を前記連行ブロックに与える圧縮ばねである、請求項３に記載のウェハ出入装置。
  5. 前記弾性部材は、前記連行ブロックを下方へ移動させるための回復力を前記連行ブロックに与える引っ張りばねである、請求項３に記載のウェハ出入装置。
  6. 前記伸縮ユニットは、前記軸棒内に収容されたねじ切りボルトを更に含み、
    前記連行ブロックは、前記軸棒と前記ねじ切りボルトとの間に位置するように前記軸棒内に挿設されたスリーブを含み、
    前記ねじ切りボルトが回転すると前記連行ブロックは上下移動させられる、請求項２に記載のウェハ出入装置。
  7. 前記伸縮ユニットは、前記軸棒内に設けられて前記連行ブロックに当接している弾性部材を更に含んでいる、請求項６に記載のウェハ出入装置。
  8. 前記伸縮ユニットは、前記スリーブと前記ねじ切りボルトとの間に設けられた複数のボールを更に含んでいる、請求項６に記載のウェハ出入装置。
  9. ウェハを搬送するためのウェハ出入アセンブリであって、
    請求項１から８のいずれか一項に記載のウェハ出入装置と、
    前記ウェハ出入装置によってウェハが取り出されたり載置されたりするウェハキャリアと、を備え、
    前記ウェハキャリアは複数のスロットを有している、ウェハ出入アセンブリ。
  10. 隣接する二つの前記スロットの間の距離は３ｍｍ～１０ｍｍの範囲にある、請求項９に記載のウェハ出入アセンブリ。
  11. 隣接する二つの前記スロットの間の距離は５ｍｍである、請求項１０に記載のウェハ出入アセンブリ。
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