JP2001509643A - 複数ポイント位置走査システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 フラットパネルディスプレイや半導体ウェハといったような基板の空間内における向きを決定するのに好適な複数ポイント走査システムである。基板は、ウェハキャリア内に配置することができ、本発明のシステムは、キャリアの位置を決定することができる。これにより、配置ロボットに対してキャリアの位置を教えることができ、校正を行うことができる。ロボットアーム構造２００は、アーム２２０の一端に配置された走査用先端エフェクタ２１０を備えている。先端エフェクタ２１０は、蹄鉄タイプの先端エフェクタ構造２３０を有した第１端部２３２と、前方センサ構造２４０を有した第２端部２４２と、を備えている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】

本発明は、例えばウェハキャリア内における半導体ウェハ基板といったような
キャリア内における基板の、あるいは、前置処理装置内におけるフラットパネル
ディスプレイといったような基板の、検出および取扱いに関するものである。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】

半導体ウェハやフラットパネルディスプレイといったような様々なタイプの基
板を、一連の製造工程にわたって取り扱うために、自動化ロボットによる配置シ
ステムが使用される。例えば半導体ウェハは、例えばＳＭＩＦポッドや他のハウ
ジングといったようなウェハキャリア内に収容され、個々のウェハ処理ステップ
において、様々な装置間にわたってあるいは単一の装置内においてロボットやロ
ボットアーム構造（Ｚ軸方向配置用の昇降手段を備えることができる）によって
配置される。例えばフラットパネルディスプレイは、静的なものとされたあるい
は１つまたはそれ以上の方向において可動とされた前置処理装置内に配置される
。

【０００３】 それら基板の処理に際して発生する１つの問題点は、様々な処理ステップどう
しの間にわたっての、キャリアからのあるいは前置設定装置からの基板移動を可
能とするための、基板の駆動位置の検出である。この明細書においては、「駆動
位置」とは、空間内における対象物（基板またはウェハ）の位置および向きのこ
とを意味する。空間のフィールド内におけるウェハの検出に関しての原理は、カ
セット内における半導体ウェハの検出に限定されるものではなく、前置装置やチ
ャンバやを使用した任意の材料製造工程においても、また、例えばＳＭＩＦポッ
ドといったような搬送カセットにおいても、有効である。

【０００４】 実際、キャリア自体が搬送される場合には、処理に際して、キャリアの位置に
関しての情報も必要である。典型的には、キャリアの位置は、キャリア／基板と
ロボットとの間の相対位置関係を適正なものとするために、ロボットの手動調整
（手動による場合も、ソフトウェア命令による場合もある）によって、システム
に対して「知らされ」なければならない。通常、基板ホルダ内における基板の位
置は、基板の既知位置によって決定される。キャリアの位置は、手動によって適
正位置にまでロボットアームを移動させ、そこが基準位置であることをロボット
に対して知らせることによって、ロボットに対して「教えられる」。基準位置に
おいては、アームの座標、連結体の座標、および、ロボットのモータの座標が、
記録される。現在のところ、キャリアとロボットアームとの間の相対位置関係が
教えられたときに、ウェハキャリアの位置（Ｘ、Ｙ、Ｚ）が設定されるだけであ
り、空間内における向きは設定されない。

【０００５】 従来の処理システムにおいては、キャリア内におけるウェハまたは基板の存在
だけが、自動化走査方法によって決定される。ウェハキャリア内におけるウェハ
の存在の決定は、従来方法においては、センサを使用することによって行われて
いた。典型的には、ウェハ走査は、ロボットの先端エフェクタの１つに取り付け
られた光学センサを使用して行うことができる。図１および図２には、２つの典
型的なセンサ構成が、先端エフェクタ３２上に取り付けられたセンサ３０として
示されている。

【０００６】 典型的なセンサは、発光手段としての発光ダイオードやレーザーと、これらダ
イオードやレーザーから放出されるビームを検出するための対応検出器と、を備
えている。先端エフェクタ上におけるセンサのタイプや数は、様々に変更するこ
とができ、また、センサ読取方式も様々に変更することができる。

【０００７】 有効であるためには、すべての検出方式は、ウェハまたは基板の１つまたは複
数の特徴点（平面またはマーカー）の判別によって、また場合によっては、位置
参照のために保持デバイス内に正確に配置される参照用基板をなすエタロン（
Etalon）基板の１つまたは複数の特徴点（平面またはマーカー）の判別によって
、空間内における基板または基板ホルダの位置を決定しなければならない。

【０００８】 従来の走査システムにおいては、走査の目的は、ウェハの存在および適正な配
置のための、ウェハキャリアのポケットを検査することであった（ウェハは、ホ
ルダ内において、適正挿入と、スロットにまたがった挿入と、突出と、という少
なくとも３つの配置でもって保持され得る）。この走査作業は、ロボットアーム
がカセット前方において走査移動を行う場合には、センサを有した先端エフェク
タによって、行うことができる。図３に示すように、ウェハ２２，２３，２４は
、走査部材１０４によって見つけることができる。これに対して、空のポケット
２５は、検出されることはない。典型的には、ポケットの高さは、その工程にお
いて既知のものであって、空のポケットを検出することができる。

【０００９】 従来のシステムにおいては、基板ホルダ内の基板の存在から認識された際の３
次元空間内におけるウェハの実際の位置および向きは、走査システムでは決定す
ることができなかった。

【００１０】 図４は、発光ダイオード（ＬＥＤ）と光検出器（光トランジスタ）とからなる
典型的なセンサを示すブロック図である。光伝達システムは、単一ビーム走査タ
イプの構成において、光ファイバをベースとしている。図に示すように、ＬＥＤ
４０は、ウェハのまたは他の被検出基板の表面４４によって反射されることとな
る放射波４２を放出する。反射された波が光検出器４６によって検出されて、第
１データポイントがもたらされる。

【００１１】 センサがウェハの近傍に移動したときには、ウェハのエッジは、ＬＥＤから放
射された光ビームを反射する。反射されたビームの一部が、光検出器によって受
光される。信号は、検出システムによって検出され（捉えられ）、ホルダ内のポ
ケットは、充填されているものとしてマークされる。本明細書においては、「ポ
ケット」とは、ウェハキャリア内におけるまたは他の装置内における、ウェハま
たは基板の保持に適した任意の空間のことである。

【００１２】 公知の走査手法においては、走査移動は、キャリアまたは保持構造の底部を起
点とし、構造の上部に向けて移動する。走査プロセス時には、センサは、所定の
軌跡に沿って移動する。走査モードに応じて、軌跡は、２つのタイプとすること
ができる。１つは、「高速」走査として公知のものであって、カセットの前方側
において直線に沿って先端エフェクタが上下移動するタイプのものであり、他は
、「低速」走査として公知のものであって、先端エフェクタがステップ的に上昇
するとともに各ポケット内へと先端エフェクタが前方移動するタイプのものであ
る。与えられた構造を走査するための移動経路は、ポケット数やピッチ（ポケッ
トどうしの間の間隔として定義される）といったステーションパラメータに依存
し、また、走査モードや走査開始位置に依存する。ポケット数およびピッチは、
ロボットに対しての教育工程時に各ロボットに対して教えなければならない。走
査モードにおける走査開始位置については、ロボットの使用者が選択することが
できる。

【００１３】 基板ホルダ内における基板位置が、走査の実行方法に影響を与えるものである
ことは、容易に理解されるであろう。ホルダポケット内における基板の、存在に
関しての情報と状況に関しての情報との双方が、走査の実行によってもたらされ
なければならない。走査時には、基板位置は、基板挿入と基板の向きとに関して
、確かめられる。

【００１４】 例えば、半導体ウェハ基板の適正挿入に関しては、ウェハは、ウェハホルダ内
において、少なくとも３つのタイプの向きを有している。すなわち、適正に挿入
された状態と、複数のスロットにまたがって挿入された状態と、突出した状態と
、を有している。複数のスロットにまたがって挿入されたウェハや、キャリアに
対して不適切に挿入されたウェハは、隣接した２つのまたはそれ以上のポケット
を占有することとなる。図５は、ウェハキャリア内において複数のスロットにま
たがって挿入されたウェハ５０と、他の保持構造と、を示している。典型的には
、従来の走査システムにおいて利用可能な一組の走査命令を使用すれば、互いに
隣接した複数のポケットを占有しているスロット跨ぎウェハを、自動的に検出す
ることができる。互いに隣接した２つまたはそれ以上のポケットを占有している
スロット跨ぎウェハの検出のためには、付加的な計算を、ホストソフトウェアに
よって行わなければならない。検出が行われた時には、スロット跨ぎウェハを有
したキャリアは、手動労力の介入を必要とする。つまり、ロボットは、自動的に
スロット跨ぎウェハを修正することができない。以後、本明細書においては、「
スロット跨ぎウェハ」という用語は、隣接した２つのポケットを占有しているウ
ェハとして定義される。

【００１５】 突出状態とされたウェハの例が、図６に示されている。突出ウェハとは、キャ
リア内に完全に挿入されていないウェハのことであって、図６に図示されている
ように、ロボットアームの走査移動に関しての障害物となり得る。

【００１６】 ウェハが１つまたは複数の「平坦部」を有している場合には、ウェハの向きは
、半導体ウェハにおいて非常に重要である。「平坦部」は、半導体ウェハにおい
ては共通のものであって、平坦部を除いては円形とされたウェハに形成された直
線状エッジのことである。複数の特徴箇所に設けられた平坦部の向きは、走査パ
ラメータの調整時に考慮されるべきである。ウェハまたは基板が大きすぎてウェ
ハのエッジとウェハの他の部分との間に位置ズレが起こり得る場合に、複数の「
平坦部」が形成される。複数の平坦部を有したウェハを走査する場合には、少な
くとも４つの問題点がある。つまり、ウェハの位置ズレ、ウェハの傾斜、直径の
損失、走査ビームの向き変更、という問題点がある。

【００１７】 図７Ａ〜図７Ｃは、平坦部付きのウェハを示しており、保持構造８０内におけ
るウェハの、Ｘ−Ｙ軸に関しての位置ズレの発生を示している。図７Ａは、ウェ
ハホルダ内に保持された、平坦部のないウェハ７０を示している。完全に挿入さ
れたウェハ７０のエッジのうちの２カ所が、それぞれ、ウェハホルダ８０の一部
に対して当接し、これにより、ウェハ７０は、ホルダ８０内において中心合わせ
される。すなわち、ウェハホルダ８０の中心点が、ウェハ７０の中心点と一致す
る。図７Ｂにおいては、Ｘ軸方向の位置ズレが起こっている。ウェハに平坦部７
３が存在する場合には、ウェハ７１は、ウェハキャリア８０の一方の挿入ストッ
パに対して平坦部７３が接近するような向きとされ、ウェハは、その一方の挿入
ストッパに向けて変位する。この変位によって、図７Ｂや図７Ｃに示すようなウ
ェハの位置ズレ（ｄｘ、ｄｙ）が引き起こされる。

【００１８】 ウェハに平坦部が存在する場合において、平坦部がポケットの中心線に対して
平行な向きである時には、ウェハ７１は、一方の側壁に向けて変位する、および
／または、傾斜する。図８に示すように、この場合のウェハの変位は、ｄｘとい
うＸ軸方向の変位を引き起こす。また、ウェハの傾斜は、ｄｚというＺ軸方向の
変位を引き起こす（図７Ａ、８Ａ、８Ｂに示されている）。

【００１９】 ウェハの平坦部が走査用先端エフェクタに対して直交する場合には、別の問題
点が存在する。図９に示すように、ウェハの平坦部７５が走査用先端エフェクタ
８２に向けて配向している場合には（すなわち、平坦部が、先端エフェクタの中
心線に対してほぼ垂直である場合には）、走査用先端エフェクタ８２とウェハの
平坦部７５との間の間隔が、大きくなる。この場合には、大きくなった間隔のた
めに、ウェハの検出が困難になるという問題が発生する。

【００２０】 同様に、平坦部７６の向きが先端エフェクタ８２に対して垂直でない場合にも
、問題が発生し得る。図１０は、平坦部が走査用先端エフェクタの方を向いてい
るものの先端エフェクタの中心線に対して垂直ではないような例を示している。
ビームが受光手段に向けて反射されたにしても、光検出器は、ＬＥＤまたは他の
センサから放射されさらに反射された光を受光することができない。この問題点
は、走査部分の設定を適切なものとすることによって避けることができる。

【００２１】

【課題を解決するための手段】

本発明は、概略的に説明すれば、フラットパネルディスプレイや半導体ウェハ
といったような基板の空間内における向きを決定するのに好適な複数ポイント走
査システムである。半導体ウェハやフラットパネルディスプレイといったような
基板は、ウェハキャリア内に配置することができ、本発明のシステムは、キャリ
アの位置を決定することができる。これにより、配置ロボットや他の機構に対し
てキャリアの位置を教えることができ、校正を行うことができる。キャリア内に
基板があるかどうかしか決定できなかったような従来技術とは異なり、本発明に
よるシステムは、走査によって得られたデータを使用して、空間内における基板
の向き（配向）を決定することができる。この情報は、基板を回収するための配
置ロボットに対して供給される。ある実施形態においては、基板の鉛直方向（Ｚ
軸方向）位置と向きとが、決定される。いくつかの実施形態においては、上方走
査センサを使用することによって、ウェハまたは基板のＸ−Ｙ座標を決定するこ
とができて、ウェハの実際の位置が計算される。

【００２２】 ある実施形態においては、システムは、二重ビーム式のパドルタイプの走査用
先端エフェクタを具備しており、この先端エフェクタは、第１および第２発光手
段と、対応した第１および第２検出器と、を備えている。本発明による先端エフ
ェクタは、前方走査センサを有した第１端部と上方走査センサを有した第２端部
とを備えてなる先端エフェクタ構造とすることができる。走査用先端エフェクタ
は、全方位配置アームといったようなロボットアームを挿通して延在するＺ軸回
りに回転することができる。これにより、走査用先端エフェクタは、ウェハホル
ダと基板との双方に対して配置される。

【００２３】 さらなる実施形態においては、走査用先端エフェクタは、センサフレームに対
して連結された背部設置走査センサと共に使用することができる。センサフレー
ムは、Ｚ軸に沿って配置することができる。この場合、先端エフェクタは、その
フレームと係合することができて、先端エフェクタの走査移動と同期させてその
フレームをＺ軸に沿って移動させることができる。

【００２４】 代替可能な実施形態においては、走査用先端エフェクタは、１つの、２つの、
または、３つの、前方向きセンサと、少なくとも１つの背部センサと、を備えて
いる。

【００２５】 本発明のさらに他の実施形態においては、チャンバ内においてまたは前置装置
内において、Ｘ−Ｙ平面内における３つの異なる位置でもって３つのセンサが設
置される。これにより、前置処理装置内における基板またはウェハのＺ座標を検
出することができる。この場合、前置処理装置は、昇降手段や全方位配置型昇降
手段上に配置することができる。システムは、１つ以上の鉛直方向検出センサを
有したロボットアームまたは全方位配置型ロボットアームと協働して使用するこ
とができる。

【００２６】 上記各機械的実施形態は、１つまたは複数の高速または低速走査アルゴリズム
によって使用することができる。本発明の高速走査アルゴリズムにおいては、先
端エフェクタは、基板ホルダの前縁に対して平行な鉛直方向経路に沿って移動す
る。低速走査アルゴリズムにおいては、ウェハホルダ内に収容された基板の下方
へと先端エフェクタを配置するために、ウェハキャリアの既知ピッチが使用され
る。先端エフェクタは、その後、各基板の下方において基板間に挿入され、各基
板の表面が走査される。基板のＸ−Ｙ座標を決定するために、低速走査アルゴリ
ズムにおいて使用されてるのと同様の走査移動を行うような他のアルゴリズムを
使用することができる。

【００２７】 本発明は、従来必要とされていたような例えば半導体基板やフラットパネルデ
ィスプレイといった基板の配置に際して行われる校正プロセスおよび教育プロセ
スを、自動化できるという利点をもたらすことができる。さらに、本発明は、３
次元空間内における基板の向きを自動的態様でもって決定し得るような、効率的
かつ新規な手段を提供する。この情報は、ウェハや基板を取り扱うための配置ロ
ボットによって活用することができる。このことは、有利には、従来技術におい
ては不可能であったような、「スロット跨ぎ」ウェハの処置を、可能とする。

【００２８】 本発明の上記利点および他の利点は、以下の説明を参照することにより、当業
者には明瞭となるであろう。

【００２９】

【発明の実施の形態】

以下、本発明について、本発明の格別の実施形態を参照して説明する。本発明
の目的、特徴点、および、利点は、以下の説明と添付図面とを参照することによ
り、明瞭となるであろう。

【００３０】 図１および図２は、従来技術による、それぞれ単一ビーム式およびダブルビー
ム式の、走査用先端エフェクタを示す平面図である。 図３は、ウェハの存在または欠落を検出するための、従来技術による走査方法
を示す斜視図である。 図４は、ウェハの位置を検出するための、従来技術による光学センサの構成を
示す平面視を交えたブロック図である。 図５は、カセット内におけるスロット跨ぎウェハを示す端面図である。 図６は、走査用先端エフェクタを示す側面図であって、先端エフェクタがカセ
ット内の突出ウェハに対して干渉するという潜在的問題点を示している。 図７Ａ〜図７Ｃは、平坦部を有したウェハの、問題点を有した配置状況を示す
平面図である。 図８Ａおよび図８Ｂは、平坦部を有したウェハの、鉛直方向に問題点を有した
配置状況を示すそれぞれ平面図および側面図である。 図９は、平坦部を有したウェハ基板に関連した直径損失という問題点を示す平
面図である。 図１０は、平坦部を有したウェハの走査に関連した光ビーム散乱という問題点
を示す平面図である。 図１１Ａおよび図１１Ｂは、単一ビーム式先端エフェクタの２つの異なる構成
を示す図である。 図１２Ａ〜図１２Ｃは、光散乱という問題点に対処し得るようにしてウェハ基
板を走査する先端エフェクタを示す図である。 図１３Ａ〜図１３Ｃは、走査用先端エフェクタを示す平面図であって、蹄鉄型
の走査用先端エフェクタによる走査が不適切に行われる様子を示している。 図１４は、本発明によるダブルビーム式走査用先端エフェクタを示す図である
。 図１５は、本発明による走査装置の第１実施形態を示す斜視図である。 図１６は、本発明による走査装置の第２実施形態を、処理中のカセットおよび
ウェハに関連して示す斜視図である。 図１７は、本発明による走査装置の第３実施形態を、カセットおよび本発明に
よるウェハシステムに関連して示す斜視図である。 図１８Ａおよび図１８Ｂは、図１７に示す実施形態の第１の代替例を示すそれ
ぞれ平面図および側面図である。 図１９Ａおよび図１９Ｂは、図１７に示す実施形態の第２の代替例を示すそれ
ぞれ平面図および側面図である。 図２０は、図１７に示す走査装置を反対側から示す斜視図である。 図２１は、本発明による走査装置の第４実施形態を示す斜視図である。 図２２は、部分的に半導体ウェハが収容されているウェハカセットを示す側面
図であって、本発明において使用される高速走査アルゴリズムに従った走査用先
端エフェクタの移動を示している。 図２３は、本発明による高速走査アルゴリズムを示す図である。 図２４は、高速走査アルゴリズムによる結果を示す表である。 図２５は、本発明による高速走査アルゴリズムによって見出されたポケット数
に対しての、走査基板のＺ軸位置を示すグラフである。 図２６Ａおよび図２６Ｂは、本発明において使用される高速２回走査アルゴリ
ズムの適用例を示す側面図であって、図２６Ｂは、図２６Ａに図示されたウェハ
の近傍における先端エフェクタを拡大して示す図である。 図２７は、ウェハカセットと先端エフェクタとを示す側面図であって、本発明
による低速走査アルゴリズムにおける先端エフェクタの動きを示している。 図２８は、先端エフェクタとウェハカセットとカセット内のウェハとを示す平
面図であって、本発明による低速走査アルゴリズムにおけるビーム検出を示して
いる。 図２９は、全方位配置型ロボットと全方位配置型昇降手段とを示す側面図であ
って、本発明の走査システムによる固定チャンバ内にまたは処理チャンバの前置
装置内にセンサを配置するための代替例を示している。 図３０は、図２９におけるロボットと昇降手段とを部分的に示す平面図であっ
て、図２９におけるセンサの構成を示している。 図３１は、図２９における本発明の代替例を示す側面図であって、与えられた
基板の偏向を決定するために、レーザービームと電荷結合デバイス製検出器とが
使用されている。 図３２は、正確に配置されたウェハをセンサが検出することができるようなＺ
軸方向の位置を拡大して示す側面図である。

【００３１】 本発明は、例えばウェハキャリアといったような保持構造内におけるあるいは
他の保持構造内における基板を走査するための、システムおよび装置に関するも
のである。共に係属中の特許出願第０８／６６１，２９２号および第０８／７８
８，８９８号に記載されているような全方位配置型ロボットが開発される以前に
おいては、配置ロボットは、３次元内におけるウェハキャリアの不適切配置を補
償することはできなかった。しかしながら、補償を行うためには、制御システム
は、キャリアの位置を知らなければならない。現在のところ、キャリアの位置は
、教育工程においてシステムに対して知らされる。教育工程においては、手動に
よってあるいはロボット移動命令を使用することによって、キャリア内における
適正位置へとロボットアームを調節することができる。本発明による装置および
手法においては、教育工程は、自動走査手順および決定手順を行うことによって
、自動化することができる。このことは、試行錯誤的な時間のかかる教育工程を
排除し、教育工程時にシステムに対して不適切なデータが入力されるという使用
者に基づくエラーを排除する。

【００３２】 さらに、本発明によるシステムは、複数の教育工程の必要性を排除する。一般
に、従来の教育工程において入力されるデータは、教えられるべきキャリアに対
してのみ成立するデータでしかない。作業工程時にキャリアを交換した時に、新
たなキャリアの位置が、Etalonキャリア（すなわち、参照用キャリア）の位置と
常に一致するわけではない。教育後においては、ロボットは、状況の変化に適合
することができない。本発明によるシステムおよび装置を使用すれば、自動化教
育システムは、多岐にわたる様々なタイプの作業モジュールに適応することがで
きる。

【００３３】先端エフェクタの構成 図１１Ａおよび図１１Ｂは、本発明のシステムにおいて使用するための２つの
走査用先端エフェクタ１００，１０２を示している。本発明における走査用先端
エフェクタは、いくつかの異なるタイプに分類することができる。つまり、単一
ビーム式の先端エフェクタと、ダブルビーム式の先端エフェクタと、３重ビーム
式の先端エフェクタと、に分類することができる。単一ビーム式の先端エフェク
タというグループ内においては、蹄鉄形の先端エフェクタ１００とパドル形の先
端エフェクタ１０２という２つのタイプのものが存在する。

【００３４】 図１１Ａは、蹄鉄形の単一ビーム式先端エフェクタ１００を示している。この
先端エフェクタ１００は、ポケット内に正常に挿入されたウェハの存在をＸ軸に
沿って検出するための前方センサ（Ｆ．Ｓ．）と、鉛直方向において先端エフェ
クタに対して干渉するような突出ウェハを（Ｚ軸に沿って）検出するための上方
センサ（Ｔ．Ｓ．）と、を備えている。

【００３５】 図１１Ｂは、パドル形の単一ビーム式先端エフェクタ１０２を示している。こ
の先端エフェクタ１０２は、パドル上の同一箇所に、上方センサ（Ｔ．Ｓ．）と
前方センサ（Ｆ．Ｓ．）とを備えている。蹄鉄形の先端エフェクタ１００におい
ては、上方センサと前方センサとは、互いに位置をずらせて、かつ、先端エフェ
クタの中心線（中央線）から位置をずらせて、配置されている。パドル形の先端
エフェクタ１０２においては、上方センサに関しても前方センサに関しても、先
端エフェクタの中心線（中央線）から、位置がずらされていない。一般に、パド
ルタイプのセンサの走査パラメータの調整は、ずっと容易であって、得られる走
査性能は、蹄鉄タイプの先端エフェクタよりも良好である。蹄鉄タイプの先端エ
フェクタは、ビーム散乱を起こす可能性があり、場合によっては、突出ウェハの
検出に信頼性を欠くこともある。

【００３６】 蹄鉄形の先端エフェクタを使用して基板を検出する場合に起こり得るエラーの
一例が、図１２Ａに示されている。蹄鉄形の先端エフェクタ１２０の長さ方向軸
１２２がウェハの中心線（中央線）を通過している場合には、図１２Ａに示すよ
うに、走査ビーム１２４は、光検出器から離れる向きへと、ウェハのエッジによ
って反射される。この問題点は、前方センサ（Ｆ．Ｓ．）が図１２Ｃに示すよう
にウェハキャリアの中心を向くまで、アーム１２６を図１２Ｂに示すように回転
させることによって、避けることができる（回転方向が時計方向であるか反時計
方向であるかは、前方センサが左側に取り付けられているかまたは右側に取り付
けられているかに依存することは、理解されるであろう）。

【００３７】 ウェハキャリア内における突出ウェハの検出に際して起こり得る他のエラーの
例が、図１３に示されている。たいていの場合、突出ウェハは、走査用先端エフ
ェクタの上方センサによって検出される。しかしながら、図１３に示すように、
蹄鉄形の先端エフェクタ１３０とウェハ１３４との間のある特殊な相対位置関係
においては、突出ウェハが上方センサによって検出されないことが起こり得る。
図１３Ａは、完全に挿入されたウェハを示している。このようなウェハは、上方
センサによって検出されず、これはこれで良い。同様に、図１３Ｂは、蹄鉄形の
先端エフェクタに取り付けられている上方センサによって適切に検出可能な突出
ウェハを示している。しかしながら、先端エフェクタ１３０が、突出ウェハ１３
４ａに対して、図１３Ｃに示すような相対位置関係である場合には、ウェハ１３
４ａを検出することができない。そのため、上方移動する先端エフェクタ１３０
と突出ウェハ１３４ａとが衝突することとなってしまう。この問題点は、走査ア ルゴリズム の項で説明するような低速走査方法を選択することによって、避ける
ことができる。

【００３８】 図１４は、本発明によるパドルタイプの先端エフェクタ１４０の実施形態の例
を示しており、この先端エフェクタ１４０は、ダブルビーム式の走査用先端エフ
ェクタである。ダブルビーム式の走査用先端エフェクタは、ウェハの位置および
向きにかかわらず、高速かつ信頼性の高いウェハ保護をもたらす。２つの矩形形
状光源と２つの光学センサとによって、平坦部やノッチが任意に形成されている
すべてのサイズのウェハが取り扱われる。対称配置された前方センサ１４２，１
４４が、前面１４８の両側方エッジに配置されている。前面１４８は、先端エフ
ェクタ１４０の中心線１４５のところにおいて所定角度でもって連接する第１交
差面１４７と第２交差面１４９とを備えている。この場合の連接角度は、ウェハ
が平坦部を先端エフェクタに向けて配置されたときに前方センサの位置が信頼性
高い動作を保証し得るような位置であるように、選択される。理想的には、この
連接角度は、各前方センサがウェハまたは基板の中心点を向くように、選択され
る。この連接角度は、走査されるべきウェハの直径に応じて、変更される。上方
走査センサ１２６が、突出ウェハの向きにかかわらず突出ウェハとの衝突回避を
もたらし得るよう、中央面１４８に配置されている。図１４に示す先端エフェク
タ１４０は、３インチ（７６．２ｍｍ）〜３００ｍｍ直径というサイズのすべて
のウェハを走査することができる。さらに、従来技術による先端エフェクタに対
しての、図１４に示す先端エフェクタ１４０の相違点は、２つの前方走査部材ど
うしの間の離間間隔が比較的大きく、使用対象をなすウェハのサイズに対して最
適化されていることである。

【００３９】複数ポイント走査装置 ウェハ保持デバイス内におけるウェハの向きおよび位置の決定は、センサを使
用しての、空間内における少なくとも３ポイントにおけるウェハエッジの検出を
ベースとしている。この決定における変更可能パラメータとしては、ハウジング
または前置装置内における先端エフェクタ上での、センサの配置や構成や数があ
り、および／または、後述のように、特定のフレーム上に設置された際の、セン
サの配置や構成や数がある。

【００４０】 図１５〜図２０は、先端エフェクタ上における様々なセンサ構成を示している
。センサ取付フレームを使用するような付加的な実施形態が示されていて、この
ような実施形態は、本発明における図１５の走査用先端エフェクタにおいて使用
するのに好適なものである。

【００４１】 図１５には、ロボットアーム構造２００が示されている。このロボットアーム
構造２００は、アーム２２０の一端に配置された走査用先端エフェクタ２１０を
備えている。アーム構造２００は、従来技術に関して上述した任意のロボットア
ーム構造とすることができ、特に、共に係属中の特許出願第０８／６６１，２９
２号および第０８／７８８，９９８号に記載されているようなアーム構造とする
ことができる。このようなアーム構造は、特許出願第０８／６６１，２９２号お
よび第０８／７８８，８９８号に記載されている全方位配置型ロボットに関連し
て使用され、このようなアーム構造に対して、先端エフェクタ２１０や本明細書
におけるすべての他の実施形態における先端エフェクタが付設される。特許出願
第０８／６６１，２９２号および第０８／７８８，８９８号に記載されているよ
うな全方位配置型ロボットと組み合わせて使用されたときには、本発明によるシ
ステムは、任意の処理応用において好適である。

【００４２】 先端エフェクタ２１０は、蹄鉄タイプの先端エフェクタ構造２３０を有した第
１端部２３２と、前方センサ構造２４０を有した第２端部２４２と、を備えてい
る。回転モータ２３２は、アーム２２０の第１端部２２２内において、先端エフ
ェクタ構造２１０をＺ軸回りに回転させることができる。第１端部２３２におけ
る蹄鉄形先端エフェクタ２３０は、Ｚ軸に沿っての検出を行うための、上方セン
サＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３を備えている。前方センサ２４３が、先端エフェクタ
構造２１０の第１端部２４０に配置されている。センサＳＴ１〜ＳＴ３は、ウェ
ハまたは基板の存在有無を決定可能であるような単純な取込型（ラッチ型）検出
器とすることができ、あるいは、ミネソタ州 Minneapolis, Honeywell Plaza の
Honeywell 社から入手可能な近接型検出器とすることができる。図１５は、単一
前方センサ構造を使用した場合に、前端２４０をウェハに対しての３つの位置と
することによって、与えられた特定ウェハの空間位置を決定する３つのデータポ
イント（空間内におけるＸ座標、Ｙ座標、Ｚ座標）を決定することを示している
。図１５に示すように、矢印２４４のように鉛直方向をなすＺ方向における第１
位置において、先端エフェクタは、ウェハホルダ２０５内の例えばスロット跨ぎ
ウェハ２６０に関しての（Ｘ軸に沿っての）第１前方対向データポイントを検出
する。破線で示されているような第２位置２４７においては、スロット跨ぎウェ
ハの第２ポイントを検出し、（同様に破線で示されているような）第３位置２４
９においては、矢印２４５で示す方向に沿って、スロット跨ぎウェハ２６０の第
３ポイントを決定する。

【００４３】 図１５に示す実施形態においては、先端エフェクタ構造２１０の端部２３０に
おける上方センサは、様々なタイプのウェハまたは基板に関して、大きなウェハ
の捻れを検出するために使用することができる。単純な取込型センサ（存在認識
センサ）が使用されているような実施形態においては、ウェハエッジのＺ軸方向
位置が既知とされさらにウェハのサイズが既知とされた時には、２つまたはそれ
以上のエッジポイントを使用して、基板の（Ｘ−Ｙ平面内における）中心点を決
定することができ、ロボットによって、先端エフェクタを、Ｘ−Ｙ平面内におい
て中心点に位置させることができる。センサの駆動距離が一定であるときには、
端部２３０は、センサがデータ取込を行うまで、基板の中心点に向けて移動する
ことができる。モータまたは先端エフェクタを制御しているロボットの先端エフ
ェクタの配置手段の一部を使用して、基板のＺ軸方向の偏向を決定することがで
きる。これに代えて、センサからの実際の離間距離を測定可能であるような上方
センサを使用することができ、また、基板の表面にわたっての走査を行うことに
よって、基板の偏向特性を決定することもできる。

【００４４】 図１５に示す装置は、単一センサによる３点走査アルゴリズムを示している。
図１５の装置に関して使用可能な走査アルゴリズムの例については、後述する。
図１５に示すような両端構造の１つの利点は、上方センサの第１端部取付構成が
、単一の位置におけるウェハ全体の走査を可能とすることであり、したがって、
蹄鉄形端部を、後述の低速走査モードで使用可能であることである。

【００４５】 代替可能な実施形態（図示せず）においては、例えば図１４のような先端エフ
ェクタを、装置２１０の第２端部に配置することができる。この構成においては
、図１５のように両端部にセンサを配置する必要がない。

【００４６】 図１６は、本発明の装置のさらに他の実施形態における、３個の前方センサを
有した先端エフェクタ構造３１０を示している。図１６においては、先端エフェ
クタ３１０の第２端部３４０に、３個の前方センサ３１２，３１４，３１６が配
置されている。先端エフェクタ構造３１０は、構成的には図１５に示す構造２１
０と同様であって、構造２１０の場合と同様にして、蹄鉄形構成部分に配置され
た上方センサＳＴ１，ＳＴ２，ＳＴ３を備えている。構造２１０と同様に、構造
３１０は、Ｚ軸回りに回転可能とされており、任意のロボットアームや昇降構造
に対して取付可能である。端部３４０に沿って所定幅にわたって配置された３個
のセンサを使用することによって、矢印２４４によって示された方向に沿った単
一経路だけにより、ウェハ保持構造２０５内のウェハの３ポイントを決定するこ
とができる。図１６に示すスロット跨ぎウェハは、本明細書の走査アルゴリズム
の項において後述するようにして、空間内において３ポイントを決定することに
よって、検出することができる。従来技術における、２本のビームを使用した走
査システムにおいては、２個のセンサが、ハードウェア手段によって連結されて
いた。制御システムに対しては、従来技術によるそのような２重ビームシステム
は、単一ビーム走査機構として機能したときにのみ、信頼性があった。本発明に
よる先端エフェクタにおいては、各前方センサが独立に動作し、個別のデータポ
イントを決定する。

【００４７】 図１７は、本発明の装置のさらに他の実施形態を示しており、この場合、先端
エフェクタ４１０は、可動センサフレーム４５０に対して取り付けられた単一の
背部センサ４２４と協働する単一の前方センサ４１２を備えている。センサフレ
ーム４５０は、ウェハホルダ２０５（または他の保持構造）の周囲に配置され、
背部センサ４２４は、このフレーム構造４５０に対して取り付けられている。

【００４８】 フレーム構造４５０は、様々な実施形態におけるキャリア２０５に対して配置
することができる。図１８Ａおよび図１８Ｂは、図１７に示す手法の一変形例を
示すそれぞれ平面図および側面図であって、図１８Ａおよび図１８Ｂにおいては
、図１７における単一センサに代えて、２つの前方センサを備えた先端エフェク
タ４１０ａが使用されている。図に示すように、背部センサ４２４およびセンサ
フレームは、必要であれば、Ｚ軸方向に沿ったフレームの昇降移動を可能とする
直線状レール４６０上に設置することができる。図１８の実施形態においては、
直線状レール４６０は、例えばワークステーションやエレベータといったような
不動ベースに対して取り付けられる。フレームは、ウェハ保持構造２０５を囲む
ようにして配置され得るような形状とされる（図１８Ａにおいては、平面視にお
いてＣ字形状とされている）。背部センサが基板に対して直線状視野を有する限
りにおいては、フレーム４５０の厳密な形状は、重要ではない。先端エフェクタ
４１０，４１０ａは、必要に応じてフレームの当接面４５５においてフレーム４
５０に対して係合し得るよう配置された、当接面４５４を備えている。これによ
り、先端エフェクタ４１０，４１０ａは、所定位置に移動可能であるとともに、
必要に応じて、センサフレームを昇降させることができる。背部センサ構造の代
替可能な実施形態が、図１９Ａおよび図１９Ｂに示されている。この実施形態に
おいては、フレーム構造４５０を取り付けるための直線状レール４６０は、不動
グラウンドベースに対してではなく、カセットまたは基板に対して取り付けられ
ている。図１９Ａおよび図１９Ｂのようにウェハホルダ２０５に対して直線状レ
ールおよびフレームが取り付けられている場合には、センサの読取は、カセット
２０５に対して行われる。図１８Ａおよび図１８Ｂに示す構造の場合には、セン
サの読取は、絶対的な測定値をもたらす。センサフレーム４５０の配置および構
成は、本発明の範囲を逸脱しない範囲において、実施形態に応じて変更すること
ができる。

【００４９】 図２０は、レール上に取り付けられている背部センサを備えた図１７の先端エ
フェクタ構造を別角度から示す斜視図である。この場合、レールは、例えばグラ
ウンドやワークステーションや他の不動ベース構造といったような永久構造に対
して取り付けられている。図１７および図２０は、実線によって、単一センサ型
先端エフェクタ構造４１０の第１位置を示しており、先の実施形態と同様に、破
線によって第２位置を示している。容易に理解されるように、第１位置において
は、前方センサ４１２および背部センサ４２４によって、例えばスロット跨ぎウ
ェハの２つのポイントが検出され、第２位置において、空間内の第３ポイントが
検出される。

【００５０】 背部センサフレームを使用した本発明の先端エフェクタ構造のさらなる変形例
が、図２１に示されている。先端エフェクタ５１０は、２つの前方センサ５１２
，５１４と、センサフレーム５５０に対して取り付けられた１つの背部センサ５
２４と、を備えている。容易に理解されるように、センサフレーム構成は、ウェ
ハ構造２０５に対して取り付けることも、図１８および図１９に関して上述した
ような不動構造に対して取り付けることも、可能である。図２１に示す実施形態
においては、２つの前方センサ５１２，５１４は、先端エフェクタ２１０，２１
０ａにおけるよりも、より大きく離間して配置されている。矢印４６１方向に沿
った単一の位置において、これら前方センサ５１２，５１４が、スロット跨ぎウ
ェハの２個のポイントを検出するとともに、背部センサ４５４が、空間内の第３
番目のポイントを検出する。前方センサどうしの離間距離が大きいことにより、
図２１に示す構造の正確さが増大する。

【００５１】走査アルゴリズム 本発明によるロボットアーム構造および配置ロボットに関して実施される走査
制御ソフトウェアにおいては、様々なタイプの走査アルゴリズムが使用される。
これらアルゴリズムは、一般に、「高速」走査および「低速」走査として示され
る。高速アルゴリズムと低速アルゴリズムとは、速度が相違しているだけではな
く、アームの走査移動経路も、近接センサからのデータの処理方法も、相違して
いる。

【００５２】 本明細書においては、以下、ソフトウェアの機能について説明する。これら制
御機能が、本発明の範囲内において、様々な様式（ソフトウェア、ファームウェ
ア、等）で実施可能であることは、当業者であれば理解されるであろう。さらに
、ロボットアーム構造に関しての制御ソフトウェアの実施は、当業者であれば容
易である。よって、特定のコードは、本発明においては重要ではない。

【００５３】 高速走査時には、先端エフェクタは、カセットの前方において、鉛直方向直線
状経路に沿って移動する。この走査時には、検出されたウェハのＺ軸方向位置か
らのサンプルデータが、先端エフェクタ上の前方センサによるウェハ検出と同期
して、格納される。走査移動が完了したときには、取り込まれたＺ軸の値が処理
される。データポイントと基板ホルダに関しての既知の値とに基づいて、ウェハ
およびポケットの存在および状況（ウェハが正常に挿入されているか、あるいは
、スロットを跨いだ格好で収容されているか、あるいは、突出しているか）が決
定される。

【００５４】 この高速走査移動が、概略的に図２２に示されている。図２２は、先端エフェ
クタ６１０の走査移動を示している。走査によるデータは、一連のＺ軸座標とし
て取り込まれる。サンプルデータの数は、カセットまたは保持構造内に存在して
いるウェハの数と同じである。サンプルとポケットの公称位置との間の対応関係
は、走査システムの教育時に知らされなければならない。各ポケットの公称Ｚ軸
座標は、高速走査におけるポケットのＺ軸座標とポケットどうしの間の既知のピ
ッチとを使用して計算される。原理的には、サンプル値が与えられたポケットの
公称Ｚ座標に近い場合、このことは、ポケット内にウェハが存在していることを
意味している。

【００５５】 正確なウェハ検出は、以下のように、ピッチの制限内におけるサンプルの相対
位置を考慮した手順をベースとする。ピッチは、「適正に挿入された領域」と「
スロットを跨いで挿入された領域」とに分けられる。両領域の長さは、制御ソフ
トウェア内において、スロット（ポケット）走査パラメータによって設定される
。ピッチに対しての、適正挿入領域の比率が示される。これは、図２４に示され
ており、この図においては、スロット走査パラメータは、２５％に設定されてい
る。サンプル値が公称スロット位置と比較され、スロット座標とサンプル値との
差が計算される。この差は、Ａとして表される。そして、スロット内限界位置お
よびスロット跨ぎ限界位置と比較される。Ａは、次のようにして計算される。 Δ＝（ピッチ）×（現在のスロット番号−１）＋Ｚ軸方向の開始位置 −走査位置［現サンプル］ ここで、ピッチとは、ステーションのピッチであり；Ｚ軸方向の開始位置とは、
Ｚ軸方向における走査開始位置の計算値であり；走査位置［］とは、Ｚ座標にお
けるウェハ位置に関しての取込値を保持した行列であり；［現サンプル］とは、
サンプルの序数、である。

【００５６】 Δの絶対値が、スロット内限界値よりも小さければ、ウェハは、「ポケット内
に」位置しているものと見なされる。また、Δの絶対値がスロット跨ぎの限界値
を超えている場合には、ウェハは、「スロットを跨いでいる」ものと見なされる
。最終的に、Δの絶対値がスロット跨ぎの限界よりも小さければ、ウェハは、適
正に挿入されていると見なされる。Δがスロット内限界値を超えている場合には
、現ポケットは、「空」であるものと見なされ、他のポケットのサンプルが走査
される。スロット跨ぎ限界パラメータおよびスロット内限界パラメータは、次式
に従って計算される。 スロット内限界値＝（ピッチ×（１−走査スロット））／１００ スロット跨ぎ限界値＝（ピッチ×走査スロット）／１００

【００５７】 本発明を制限することなく例示を行うならば、５個のポケット数を有するとと
もに０．１８７５インチ付近のピッチ（ピッチ＝１８７．５）とされたカセット
が走査される。先端エフェクタの鉛直方向移動によって、４つのサンプル値すな
わち４つのＺ座標が、取り込まれる。スロット走査パラメータは、２０％に設定
される。適正挿入領域とスロット跨ぎ領域とを規定するスロット跨ぎ限界値とス
ロット内限界値とは、次のようにして計算される。 スロット内限界値＝（ピッチ×（１−走査スロット））／１００ ＝１．８７５×２０／１００＝１５０ スロット跨ぎ限界値＝（ピッチ×走査スロット）／１００ ＝２５０×２０÷１００＝３７．５

【００５８】 処理後の結果が、図２４における表に示されている。第１列には、スロットの
各インデックスが記載されており、第２列には、Ｚ軸の走査開始位置の計算値を
ベースとしたスロットのＺ軸座標（公称Ｚ座標）が記載されている。第３列およ
び第４列には、各ポケットに対しての、それぞれ、スロット内下限値およびスロ
ット内上限値が記載されている。第５列および第６列には、前方センサが駆動さ
れるＺ軸位置の座標が記載されている。第８列には、ウェハ位置の理論値と実際
に取り込まれた座標との間の差（Δ）が示されている（すべて、単位は、１×１
０^-3インチである）。

【００５９】 高速走査アルゴリズムは、１回走査と２回走査との２つの実施態様で行うこと
ができる。上記において示されたアルゴリズムは、１回走査である。２回走査に
おいては、一方がカセットまたはホルダに対して上向きに行われかつ他方がカセ
ットまたはホルダに対して下向きに行われるような、２回にわたっての走査移動
を行う。第２移動（２回目の移動）は、第１移動（１回目の移動）によって突出
ウェハが検出されたときにだけ行われる。下方移動を行う前には、先端エフェク
タは、カセットからわずかに退避される。この場合の退避距離は、使用者によっ
て決められる。第２移動の目的は、ポケットからわずかに突出したウェハを検出
することであり、図２６Ａおよび図２６Ｂに示すように、走査移動経路において
干渉を起こすことがなく、上方センサがトリガーされることがない。わずかに突
出したウェハは、このウェハのエッジがセンサの非機能領域（デッドゾーン）内
に位置している場合には、第１移動においては見逃される。

【００６０】 ダブルビーム式先端エフェクタの前方センサの機能領域および非機能領域が、
表１に例示されている（ＬＥＤタイプのセンサを有し図１４に示す形態とされた
場合）。

【表１】

【００６１】 これら特性は、平坦部が形成されていない８インチ直径のウェハに対して適用
される走査手段の性能を反映している。

【００６２】 ダブルビーム式の先端エフェクタにおいて行われる１回走査および２回走査の
特性が、表２にまとめられている。

【表２】

【００６３】 上記パラメータは、最悪の場合のシナリオを示している。すなわち、平坦部を
有したウェハが互いに位置合わせされておらずまた向きが揃っていない場合のシ
ナリオを示している。上記とは異なる処理ステージにおいて異なるウェハエッジ
に対しては、また違う結果が得られるものであり、走査速度および性能は、より
ピッチが広いカセットにおいては、向上することとなる。

【００６４】 高速走査アルゴリズムとは異なり、低速走査アルゴリズムにおいては、計算さ
れたポケット位置においてだけウェハの存在が点検される。高速走査アルゴリズ
ムと比較した場合の、低速走査アルゴリズムの利点は、突出した障害物を有した
カセットであっても走査できることである。アームに単一ビーム式走査用先端エ
フェクタが設けられている場合には、低速走査アルゴリズムでしか、１００％の
信頼性の結果を得ることができない。この場合、高速走査は、迅速な評価のため
に使用することができ、低速走査は、正確な評価のために使用することができる
。

【００６５】 低速走査アルゴリズムにおける、ウェハホルダに対しての先端エフェクタの移
動が、図２７および図２８に示されている。ポケットの走査に関しての先端エフ
ェクタの動きは、以下の４つのステップでもって行われる。

【００６６】 １．使用者が決定した距離の分だけアームが突出し、先端エフェクタがポケット
に対して近づく。この接近移動の際にウェハが検出されたときには、アームが停
止し、走査開始位置にまで退避するとともに、次なるポケットへと向けて、１ピ
ッチ分だけ上昇する。次の第２ステップは、第１ステップにおいてウェハが検出
されなかったときにだけ実行される。

【００６７】 ２．先端エフェクタの先端が、カセットの前方において円弧経路に沿って移動す
る。この動きにより、ウェハの平坦部が走査手段に対向している場合であっても
、確実な検出が行われる。この動きは、一定のＺ軸位置において（ロボットがＺ
軸を有している場合）、Ｙ軸方向に（ロボットがＹ軸を有している場合）移動さ
せることにより行われる。

【００６８】 ３．使用者が決定した距離の分だけアームが引っ込められる。

【００６９】 ４．次なるポケットへと向けて、アームが、１ピッチ分だけ上昇する。

【００７０】 低速走査アルゴリズムを使用し、先端エフェクタ構造２１０，３１０，４１０
の第１端部上における上方センサのＺ軸に沿って検出を行う場合には、基板のエ
ッジのＸ−Ｙ座標を決定することができ、十分な走査が行われた場合には、前端
走査手段からのＺ軸データポイントに関して得られたＸ−Ｙデータポイントを使
用して、基板の実際位置を決定することができる。

【００７１】 本発明の機械的実施形態においては、付加的な走査アルゴリズムを使用するこ
とができる。ウェハのエッジのＸ−Ｙ座標を決定するためのアルゴリズムにおい
ては、低速走査アルゴリズムにおけるのと同様の、上方センサを有した先端エフ
ェクタ第１端部の走査移動を行う。しかしながら、従来の低速走査アルゴリズム
においては、先端エフェクタの配置移動およびキャリアに対しての関係が既知で
あり、そのため、決定すべき唯一のデータは、ウェハの存在である。ウェハの存
在は、センサを駆動することにより知ることができる。本発明のシステムにおい
ては、ウェハまたは基板のＸ−Ｙ座標を決定するためには、先端エフェクタの第
１端部の多数の連続移動が必要である。センサの駆動のデータポイントは、本発
明の高速走査アルゴリズムにおけるデータポイントの使用と同様にして、取り込
まれる。これらデータポイントは、ロボットの制御システムに対して供給され、
空間内における基板の実際位置が計算される。これにより、ロボットは、所望プ
ロセスに従ってウェハを処理することができる。

【００７２】チャンバセンサ装置およびシステム 図２９は、本発明の走査システムの変形例を示している。この場合、プロセス
チャンバ内に、あるいは、基板処理において使用される前置プロセスハウジング
内に、少なくともいくつかの位置センサが配置されている。このタイプの前置チ
ャンバは、より典型的には、フラットパネルディスプレイのような大面積基板の
処理において使用される。

【００７３】 図２９は、共に係属中の特許出願第０８／６６１，２９２号および第０８／７
８８，８９８号に記載されているようにして製造された全方位配置型ロボット７
００を示している。前置装置７１０は、任意の処理チャンバや任意の前置装置と
することができる。前置装置は、例えば、共に係属中の特許出願第０８／６６１
，２９２号および第０８／７８６，８９６号に記載されているような全方位配置
型昇降手段７２０を備えることができる。全方位配置型ロボット７００および全
方位配置型昇降手段７２０は、本発明のシステム内におけるロボットアーム構造
７２２のＺ軸位置またはカセット７３０のＺ軸位置を調節することができる。

【００７４】 図３０は、図２９におけるセンサ配置を示す平面図である。図２９および図３
０に示すように、センサＳ１〜Ｓ３は、チャンバまたは前置装置の壁上に配置さ
れている。センサＳ１およびＳ２は、側壁７１２上に配置されている。一方、セ
ンサＳ３は、後壁７１４上に配置されている。この構成により、与えられたすべ
てのカセットに対して、また、カセット内に導入されたすべてのウェハに対して
、３ポイント測定を行うことができる。全方位配置型昇降手段７２０が、カセッ
トを上下動させ得ることによりまた前後移動させ得ることにより、カセット位置
およびウェハ位置を、位置センサＳ１〜Ｓ３によってもたらされた３ポイントに
よって決定することができる。必要であれば、その場合、ロボットを使用するこ
とによって、チャンバ内におけるまたはウェハホルダ内における適正位置へと、
基板を再配置することができる。センサＳ１〜Ｓ３の位置は、図２９および図３
０に示すような位置に厳密に位置している必要はないことは、容易に理解される
であろう。しかしながら、カセット内における、与えられたウェハの位置を決定
するためには、空間内の３ポイントは、必要である。また、ロボットアーム構造
７２２が、チャンバ７１０の窓７３４を通して進入しなければならないこと、お
よび、センサの配置が、この必要性を満たさなければならないこと、については
理解されるであろう。

【００７５】 付加的な鉛直方向の位置センサＳ４〜Ｓ６が、ロボットアーム構造７２２の蹄
鉄形アーム構造７２４上に配置されている。先端エフェクタ７２４は、構造内の
ウェハの平坦度を決定するために、カセット内においてまたは前置装置内におい
て、隣接しているウェハどうしの間にまで入り込むことができる。センサＳ１〜
Ｓ３は、ウェハの２つの側面に関して３つの（Ｚ軸方向の）データポイントを検
出する。このデータは、基板配向を決定する。図２９および図３０に示すシステ
ムは、フラットパネルディスプレイの処理に対して特に好適である。その理由は
、フラットパネルディスプレイが、比較的大面積のものであって、基板のエッジ
と基板の中心との間に鉛直方向位置ズレを有しているからである。

【００７６】 センサＳ４〜Ｓ６は、また、フラットパネルディスプレイにおけるエッジと他
の部分との間における偏向を決定するために、動作することができる。フラット
パネルディスプレイのサイズが非常に大きいことのために、基板の偏向に、位置
的な差が生じる。センサＳ４〜Ｓ６のための参照ポイントとして、無限大の硬さ
の所定基板が使用される。エッジの鉛直方向位置を測定することによって、レー
ザーまたは他のタイプのセンサを使用して、偏向距離を測定することができる。
この実施形態は、図３１に示されている。この場合、チャンバ外に設置されたレ
ーザービーム源（図示せず）は、窓７３４を通してビーム８１０を導入すること
ができ、導入されたビームは、前置装置７１０のチャンバの後壁７１４上に配置
された検出器またはＣＣＤ７８０によって受光される。

【００７７】 また、このシステムにおいては、センサＳ１〜Ｓ３を使用する必要がないこと
は理解されるであろう。センサＳ４〜Ｓ６が、基板のエッジ位置を既知とするよ
うロボットアーム構造４２２が校正された後においてはカセット内の基板の存在
だけでなくセンサからのＺ軸方向離間距離までも測定可能なタイプのものである
場合には、ロボットアーム構造４２２のＸ座標およびＹ座標に対してのＺ座標を
測定することによって、基板の正確な位置を決定することができる。この目的の
ために好適なセンサは、上記のHoneywell 社から市販されている。検索手順によ
って、ロボットアーム構造の先端エフェクタ７２４が対象基板の直下に移動した
ときには、すべての関連した近接センサを使用して、その基板を所定位置に配置
することができる。これは、プラットホームの位置およびロボットの位置が既知
となった後に、全方位配置型ロボットのモータ位置を読み取ることによって行う
ことができる。同様に、基板の表面全体にわたっての走査を行って、基板の形状
を決定することができる。この走査の精度に関しての制限は、配置ロボットの移
動精度およびロボットの移動許容誤差に依存する。

【００７８】 図３１に示す実施形態は、１０００分の１インチの偏向を測定することができ
る。先端エフェクタが対象物上に位置している場合には、アームは、実際の偏向
が変化するまで、読取値が同じとなるよう偏向する。この測定を容易なものとす
るためには、先端エフェクタ上に、レーザー源を配置すべきである。この特殊な
構成を使用すれば、ロボットは、チャンバ内のまたは前置装置内の各対象物に応
じて、自身によって校正を行うことができる。各搭載物は、一般に、互いに同じ
だけの偏向量を有しており、偏向は、先端エフェクタ上の負荷に比例することが
できる。また、本発明において複数のレーザーおよび複数の電荷結合デバイスを
使用できることは、理解されるであろう。

【００７９】校正 上述のように、本発明において使用される特定の装置においては、自動的に校
正を行うことができるとともに、本発明のロボットの教育を行うことができる。
本発明の走査技術およびシステムが、全体的に、共に係属中の特許出願第０８／
６６１，２９２号および第０８／７８８，８９８号に記載されているロボットと
共に使用可能であることは、理解されるであろう。

【００８０】 一般に、従来技術においては、ウェハの理想的水平面が装置内のセンサを起動
するような、ロボットのＺ軸方向位置を得ることが、校正の目標である。センサ
が適正に取り付けられている場合には、同一のＺ軸方向位置において、すべての
センサが起動されるべきである。実際には、これらの読取値は、それぞれ異なっ
ている。

【００８１】 このことが図３２に示されている。第１センサが位置Ｚ１に配置されており、
第２センサが位置Ｚ２に配置されており、第３センサが位置Ｚ３に配置されてい
るものと仮定する。走査実行時には、センサのそれぞれの読取値Ｚ１’、Ｚ２’
、Ｚ３’は、校正過程において補正を受ける。このような補正過程の例は、次の
ようなものである。 Ｚ１’＝Ｚ１’（補正なし） Ｚ２’＝Ｚ２’＋（Ｚ２−Ｚ１） Ｚ３’＝Ｚ３’＋（Ｚ３−Ｚ１）

【００８２】 このシステムにおける校正の最終目標は、様々なセンサが理想的水平ウェハ（
Etalonウェハ）を検出するようなＺ軸方向位置を知ることを保証することである
。これら位置は、通常同じではなく、要求されていることのすべては、これら位
置どうしの間のズレ量を知ることである。

【００８３】 例えば図１５に示すような上方センサ（ＳＴ１〜ＳＴ３）が両端型先端エフェ
クタに設置されている場合には、ウェハまたは基板の下方において先端エフェク
タの第１端部を複数回にわたって走査移動させることによって、ウェハまたは基
板の空間的位置を決定することができる。この決定を行うためには、多くのＸ−
Ｙデータポイントおよびウェハまたは基板の直径が、既知でなければならない。

【００８４】 いくつかの実施形態において、Ｘ−Ｙ空間内におけるウェハのエッジポイント
を決定することができるけれども、配置ロボットに対して、参照ウェハの位置を
手動で教えることもまた可能である。向きおよびＺ軸方向位置を自動的に決定で
きるけれども、キャリア内における他のウェハのＸ−Ｙ座標をもたらすために、
参照ウェハのピックアップ位置をロボットに対して教えることができる。

【００８５】 従来技術においては必要とされる走査開始位置は、本発明においては、使用す
るアルゴリズムに依存して、使用しても良く、また、使用しなくても良い。しか
しながら、一般に、要望によっては、走査開始位置を使用することができる。通
常は、走査開始位置は、走査用センサが第１ウェハエッジの中央を検出するよう
な、ロボット座標とされる。高速走査アルゴリズムにおいては、各カセットに対
して、１個〜３個の走査軌跡が使用される。これら走査軌跡は、３個の異なる走
査開始位置を起点とする鉛直方向の直線である。走査開始位置を適切に教えるた
めに、カセットの第１ポケットに、ウェハが配置される。その場合、先端エフェ
クタは、制御ソフトウェア内の移動命令を使用することによりロボットを移動さ
せることによって、先端エフェクタの長さ方向軸に沿った方向において約０．６
５０インチという距離のところへと、ウェハのエッジに対して正確に対向配置さ
れる。その場合、走査開始位置を設定することができる。

【００８６】 本発明の装置において上述のような鉛直方向位置センサおよび水平方向位置セ
ンサを使用することによって、ウェハカセットホルダの実際の位置を、本発明の
装置によって自動的に決定することができることは、理解されるであろう。

【００８７】 ロボットは、特定のカセットの詳細についてあるいは基板ホルダサイズの詳細
について、プログラムされなければならない。２回走査における第２移動を開始
する前に先端エフェクタを退避させる際の退避距離といったようなパラメータは
、本発明のシステムにおいては、適切に設定することができる。設定可能な他の
パラメータとしては、走査速度や、走査加速度、がある。

【００８８】 また、２回走査は、走査用先端エフェクタが基板に対して接近しすぎており非
機能領域が存在しているという状況に対処するために、適用することができる。
この場合、第２移動による測定を確実に正確なものとするためには、先端エフェ
クタを、退避（後方移動）させなければならない。

【００８９】 例えばカセットといったような基板ホルダ内における複数の基板を走査するた
めの走査システムおよび装置について、説明してきた。本発明の装置およびシス
テムのいくつかの実施形態が、本発明の範囲内において説明されている。本発明
の範囲内において、他の変更、変形、センサ位置の組合せ、走査技術の組合せ、
を行い得ることは、当業者であれば理解されるであろう。本発明においては、共
に係属中の特許出願第０８／６６１，２９２号および第０８／７８８，８９８号
に記載されているような全方位配置性能（すなわち、ロボットのＺ軸を操作し得
る性能）を有したロボットアーム構造の使用を必要としそれによって可能とされ
ている。しかしながら、本発明は、全方位配置型ロボットに限定されるものでは
なく、十分な自由度を有した任意のアームと共に使用することができる。本発明
に対してのそのようなすべての変更や変形は、明細書によって規定されたまた請
求範囲によって規定された本発明の範囲内に属するものと見なされる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 従来技術による単一ビーム式の走査用先端エフェクタを示す平面
図である。

【図２】 従来技術によるダブルビーム式の走査用先端エフェクタを示す平
面図である。

【図３】 ウェハの存在または欠落を検出するための、従来技術による走査
方法を示す斜視図である。

【図４】 ウェハの位置を検出するための、従来技術による光学センサの構
成を示す平面視を交えたブロック図である。

【図５】 カセット内におけるスロット跨ぎウェハを示す端面図である。

【図６】 走査用先端エフェクタを示す側面図であって、先端エフェクタが
カセット内の突出ウェハに対して干渉するという潜在的問題点を示している。

【図７】 図７Ａ〜図７Ｃは、平坦部を有したウェハの、問題点を有した配
置状況を示す平面図である。

【図８】 図８Ａおよび図８Ｂは、平坦部を有したウェハの、鉛直方向に問
題点を有した配置状況を示すそれぞれ平面図および側面図である。

【図９】 平坦部を有したウェハ基板に関連した直径損失という問題点を示
す平面図である。

【図１０】 平坦部を有したウェハの走査に関連した光ビーム散乱という問
題点を示す平面図である。

【図１１】 図１１Ａおよび図１１Ｂは、単一ビーム式先端エフェクタの２
つの異なる構成を示す図である。

【図１２】 図１２Ａ〜図１２Ｃは、光散乱という問題点に対処し得るよう
にしてウェハ基板を走査する先端エフェクタを示す図である。

【図１３】 図１３Ａ〜図１３Ｃは、走査用先端エフェクタを示す平面図で
あって、蹄鉄型の走査用先端エフェクタによる走査が不適切に行われる様子を示
している。

【図１４】 本発明によるダブルビーム式走査用先端エフェクタを示す図で
ある。

【図１５】 本発明による走査装置の第１実施形態を示す斜視図である。

【図１６】 本発明による走査装置の第２実施形態を、処理中のカセットお
よびウェハに関連して示す斜視図である。

【図１７】 本発明による走査装置の第３実施形態を、カセットおよび本発
明によるウェハシステムに関連して示す斜視図である。

【図１８】 図１８Ａおよび図１８Ｂは、図１７に示す実施形態の第１の代
替例を示すそれぞれ平面図および側面図である。

【図１９】 図１９Ａおよび図１９Ｂは、図１７に示す実施形態の第２の代
替例を示すそれぞれ平面図および側面図である。

【図２０】 図１７に示す走査装置を反対側から示す斜視図である。

【図２１】 本発明による走査装置の第４実施形態を示す斜視図である。

【図２２】 部分的に半導体ウェハが収容されているウェハカセットを示す
側面図であって、本発明において使用される高速走査アルゴリズムに従った走査
用先端エフェクタの移動を示している。

【図２３】 本発明による高速走査アルゴリズムを示す図である。

【図２４】 高速走査アルゴリズムによる結果を示す表である。

【図２５】 本発明による高速走査アルゴリズムによって見出されたポケッ
ト数に対しての、走査基板のＺ軸位置を示すグラフである。

【図２６】 図２６Ａおよび図２６Ｂは、本発明において使用される高速２
回走査アルゴリズムの適用例を示す側面図であって、図２６Ｂは、図２６Ａに図
示されたウェハの近傍における先端エフェクタを拡大して示す図である。

【図２７】 ウェハカセットと先端エフェクタとを示す側面図であって、本
発明による低速走査アルゴリズムにおける先端エフェクタの動きを示している。

【図２８】 先端エフェクタとウェハカセットとカセット内のウェハとを示
す平面図であって、本発明による低速走査アルゴリズムにおけるビーム検出を示
している。

【図２９】 全方位配置型ロボットと全方位配置型昇降手段とを示す側面図
であって、本発明の走査システムによる固定チャンバ内にまたは処理チャンバの
前置装置内にセンサを配置するための代替例を示している。

【図３０】 図２９におけるロボットと昇降手段とを部分的に示す平面図で
あって、図２９におけるセンサの構成を示している。

【図３１】 図２９における本発明の代替例を示す側面図であって、与えら
れた基板の偏向を決定するために、レーザービームと電荷結合デバイス製検出器
とが使用されている。

【図３２】 正確に配置されたウェハをセンサが検出することができるよう
なＺ軸方向の位置を拡大して示す側面図である。

【符号の説明】

１００ 先端エフェクタ １０２ 先端エフェクタ １２０ 先端エフェクタ １２６ 上方走査センサ １３０ 先端エフェクタ １３４ ウェハ（基板） １４０ 先端エフェクタ １４２ 前方センサ １４４ 前方センサ ２００ ロボットアーム構造 ２０５ ウェハ保持構造、ウェハホルダ、ウェハキャリア ２１０ 走査用先端エフェクタ ２２０ アーム ２４０ 前方センサ構造 ３１０ 先端エフェクタ構造 ３１２ 前方センサ ３１４ 前方センサ ３１６ 前方センサ ４１０ 先端エフェクタ ４１２ 前方センサ ４５０ 可動センサフレーム ５１０ 先端エフェクタ ５１２ 前方センサ ５１４ 前方センサ ７２２ ロボットアーム構造 ７２４ 先端エフェクタ ７３０ カセット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 エンチョ・イヴァノフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94087・サニーヴェール・イー・フリーモ ント・アベニュ・＃27・815 (72)発明者 ルーメン・ボテフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94086・サニーヴェール・イー・ワシント ン・アベニュ・＃2014・555 (72)発明者 ウラジミール・ミカイロフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94086・サニーヴェール・イー・ワシント ン・アベニュ・＃2007・555 (72)発明者 ルボ・コストフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94086・サニーヴェール・ウェイヴァリ ー・ストリート・252 (72)発明者 ズラトコ・ソティロフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 94087・サニーヴェール・イー・フリーモ ント・アベニュ・＃65・815 (72)発明者 ユージン・ボネフ アメリカ合衆国・カリフォルニア・ 95050・サンタ・クララ・モンロー・スト リート・＃319・2250

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 基板ホルダ内における基板の位置を検出するためのシステム
   であって、 各ポイントがＸ−Ｙ−Ｚ座標を有しているような、空間内における基板の少な
   くとも３個のポイントを検出するための検出手段と； 基板の前記３個のポイントを検出するための前記検出手段に関連して、基板キ
   ャリア内における基板の位置を制御するための制御手段と； を具備することを特徴とするシステム。
2. 【請求項２】 空間内における基板の位置を決定するために、第１データポ
   イントと第２データポイントと第３データポイントとを検出するための方法であ
   って、 基板の第１エッジを決定し得るよう、鉛直方向位置センサおよび水平方向位置
   センサを使用して、走査を行い； 前記の第１データポイントと第２データポイントと第３データポイントとを決
   定し得るよう、水平方向位置センサを使用して、走査を行う； ことを特徴とする方法。
3. 【請求項３】 基板ホルダ内における基板上の位置に関して少なくとも３個
   のポイントを検出するための装置であって、 第１軸に沿った方向における基板位置を表す少なくとも第１データポイントを
   決定し得るよう鉛直方向に配向して設置された第１センサと； 前記第１軸に沿った所定ポイントに基板が存在しているかどうかを決定するた
   めに、第２軸方向において検出を行うことによって基板位置を表す少なくとも第
   ２データポイントを決定し得るよう水平方向に配向して設置された第２センサと
   ； を具備することを特徴とする装置。
4. 【請求項４】 請求項３記載の装置において、 前記第１センサおよび前記第２センサが、走査手段上に取り付けられており、
   この走査手段が、この走査手段を３次元空間内に配置するための配置手段を備え
   ていることを特徴とする装置。
5. 【請求項５】 請求項３記載の装置において、 前記走査手段が、前記第１軸に沿ったデータポイントを検出するためのセンサ
   を備えていることを特徴とする装置。
6. 【請求項６】 請求項５記載の装置において、 前記第１軸に沿った位置に関してのデータポイントを検出するための第３検出
   手段を備えていることを特徴とする装置。
7. 【請求項７】 先端エフェクタであって、 第１軸に沿った方向における基板の位置データポイントを検出するための前方
   センサを有した第１端部と； 第２軸に沿った方向における基板の第２データポイントを検出するための鉛直
   方向センサを有した第２端部と； 前記先端エフェクタを３次元空間内に配置するための配置手段と； 前記先端エフェクタを前記配置手段上において回転可能に設置するための手段
   と； を具備することを特徴とする先端エフェクタ。
8. 【請求項８】 走査システムであって、 第１軸に沿った方向における基板位置に関するデータポイントを検出し得る少
   なくとも１つのセンサを有した先端エフェクタと； 第２軸に沿った方向における基板位置に関する少なくとも１つのデータポイン
   トを検出するための検出手段を有したプロセスチャンバと； を具備することを特徴とする走査システム。