JP2004502312A - 端縁把持式前位置合わせ器 - Google Patents
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Abstract
位置合わせマーク(3)を有するウェーハ(1)を保持し配向させる装置(7)であって、可動ロボットアーム(19)及びそのロボットアームの一端に取り付けられたエンドエフェクタ(20)を備えてなり、そして該エンドエフェクタ(20)が、作動中ウェーハを保持してウェーハの面に垂直な軸線を中心にして回転させる把持機構(21a、21b、21c)及び該把持機構(21a、21b、21c)がウェーハを回転させて感知要素(21)を通過させるとき、ウェーハ(1)の位置合わせマーク(3)を検出する感知要素(21)を備えている装置(7)。
Description
【0001】
技術分野
本発明は、材料を加工する際、例えば半導体ウェーハを加工する際に使用できるロボットハンドラー用のエンドエフェクタに関する。
【0002】
背景
ロボットハンドラーは、材料例えば半導体ウェーハを、ウェーハ製作工程の異なるステージ間を移動させるために一般に使用されている。例えば、ロボットハンドラーは、ウェーハを、クラスタツールのプラズマエッチステーションから堆積ステーションへ、又は製作ステーションから試験ステーションへ移動させるのに使用することができる。ウェーハ製作工程のいくつかのステージでは、ロボットハンドラーによって送達されるウェーハは、配向が分かっていなければならない。例えばステージがマスキングプロセスを含んでいれば、そのマスクは、ウェーハ上に予め形成されたパターンと位置が合っていなければならないので、ウェーハの配向は重要である。適切な位置合わせを達成するため、ロボットハンドラーは一般に、ウェーハを前位置合わせステーション(pre−aligning station)と呼ばれているものに移動させる。そのステーションでそのウェーハに堆積を行った後、前位置合わせ器(pre−aligner)がウェーハを定置し、次にウェーハを回転させて予め定められた配向にする。次いで、ロボットハンドラーは、その配向させたウェーハを取り上げて次の加工ステージへ移動させる。
【0003】
典型的なロボットハンドラーはエンドエフェクタとロボットアームを備えている。そのエンドエフェクタは、ウェーハを保持するロボットハンドラーの部品である。そのロボットアームは、保持しているエンドエフェクタやウェーハを所望の位置に移動させるのに使われる機械機構を備えている。
【0004】
要約
一般に、一面において、本発明は、位置合わせマーク(alignment feature)を有するウェーハを保持し配向させる装置である。この装置は可動ロボットアーム及びそのロボットアームの末端に取り付けられたエンドエフェクタを備えている。そのエンドエフェクタは、作動中、ウェーハを保持しウェーハの面に垂直の軸線を中心にして回転させる把持機構、及びその把持機構がウェーハを回転させて感知素子を通りすぎさせるとき、ウェーハの位置合わせマークを検出する感知素子を備えている。
【0005】
本発明の他の実施態様は、1又は2以上の下記特徴をもっている。該把持機構は、第一接触部材、第二接触部材、及び第一と第二の接触部材の間の間隔を制御信号に応答して増減する駆動要素を備えている。第一と第二の接触部材は、ウェーハの向かい合った端縁を把持するように配置されている。第一接触部材は、第一ローラ要素を有し、そして第二接触部材は互いに間隔をおいて隔てられた第二ローラ要素と第三ローラ要素を備えている。また、該把持機構は、該第一ローラ要素に連結されて、該第一ローラ要素を、該第二ローラ要素と第三ローラ要素の方へ及びこれら要素からはなして移動させる機械式アクチュエータも備えている。第一ローラ要素は円筒形の外面を有し、その外面には円周方向に溝が形成されている。第一、第二及び第三のローラ要素は、共通面内に配列されかつ平行な回転軸線を有している。把持機構はさらに、第一ローラ要素を回転させる駆動モータを備えている。
【0006】
また、他の実施態様は下記の追加の特徴ももっている。該感知要素は発光器と光検出器を備えている。その発光器と光検出器は、ウェーハが該把持機構によって保持されているとき、ウェーハの両面側に位置するように配置されている。ウェーハが回転しているとき、センサがウェーハの外周のマークを検出することによって配向を感知する。
【0007】
本発明は1又は2以上の下記利点を有している。該エンドエフェクタによって使用者は、ウェーハを別の前位置合わせ器に移送することなしに、ウェーハの位置合わせを行うことができる。これによって、他の方法ではウェーハを前位置合わせ器からエンドエフェクタに移送することから起こりかねない位置合わせ精度の低下がなくなる。また、これによって、前位置合わせ器との追加の接触から起こりかねないウェーハの汚染を減らすか又はなくす傾向がある。ウェーハをロボットアームから前位置合わせ器に移送しそして元に戻すことをなくすと、時間が節約されて、加工処理量が増大する。
【0008】
本発明の1又は2以上の実施態様の詳細を、添付図面と下記説明で説明する。本発明の他の特徴及び利点は、下記説明と図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。なお、各種図面の同じ参照記号は同じ要素を示す。
【0009】
詳細な説明
図1Aと1Bを参照して説明するが、ウェーハ1を動かすロボットハンドラー7は、二つの主要要素すなわちロボットアーム19及びそのロボットアーム19の一末端に取り付けられたエンドエフェクタ20を有している。エンドエフェクタ20は、ウェーハ1とロボットアーム19を把持し保持するのに使用され、ロボットアーム19はこれらの図には示していない各種のモータや機械機構を備えて、エンドエフェクタ20及びエンドエフェクタが保持して把持するウェーハを動かす。
【0010】
ウェーハ1は一般に、半導体材料例えばシリコン製の円形ディスクである。ウェーハ1は、一般に、厚さが均一で、その円周上の一つの位置に位置合わせマーク3をもっている。位置合わせマーク3は、一般にフラットな部分か又は図1Aに図示されているようなV形ノッチである。その位置合わせマークは、ウェーハを既知の配向に位置合わせするのに使用できる基準として役立つ。以下により詳細に述べるように、エンドエフェクタ20は、ウェーハ1がそのエンドエフェクタに保持されているときにそのウェーハ1を回転させる駆動機構を備え、そして該位置合わせマークを検出してウェーハ1の配向を確認し達成するセンサ回路系をもっている。
【0011】
記載する実施態様では、該駆動機構が二つのアイドルローラ21aと21b及び駆動ローラ21cを備えている。アイドルローラ21aと21bは、対応する支持ロッド50aと50bの遠隔末端に取り付けられている。ローラ21aと21bは、自由に回転するように、対応する支持ピンの軸受(図示せず)によって支持されている。図3を見ると、駆動ローラ21cが駆動ローラハウジング26a上に取り付けられている。より具体的に述べると、駆動ローラ21cは、該ハウジング内の軸受によってそれ自体が支持されているシャフトに取り付けられている。二つのアイドルローラ21aと21b及び駆動ローラ21cは、共通の面内に配列されかつ平行の回転軸線を有している。
【0012】
図3と4を見ると、駆動ローラハウジング26aは一方の末端でピン26bを中心にして回転する。把持アクチュエータシリンダ29(例えばリニアモータ又は油圧作動式装置)がシャフト27を備え、そのシャフト27は、制御信号に応答してシリンダ29の内外を移動する。アクチュエータシャフト27の遠隔末端はピン25によってハウジング26aに接続されている。したがって、制御信号に応答してアクチュエータ24のシャフト27が内外に移動すると、ハウジング26aをピン26bを中心にして回転させ、順に駆動ローラ21cを、二つのアイドルローラ21aと21bの方へ及びこれらアイドルローラから離して移動させる。
【0013】
アクチュエータのシャフト27がシリンダ29中に引っ込むと、駆動ローラ21c及び他の二つのアイドルローラ21aと21bの間の間隔はウェーハ1を受け入れるのに充分に大きくなる。ウェーハが三つのローラ21a〜21cによって規定される領域内に一旦配置されると、アクチュエータシャフト27がシリンダ29から延出して、三つのローラがすべてウェーハ1の外周縁に接触してウェーハ1を保持するまで、駆動ローラ21cを残りの二つのローラの方へ押す。ローラ21a〜21cは、互いに充分に離れた位置でウェーハ1の周縁に接触するように配置されているので、ウェーハは容易に摺動してこれらローラに把持され、ローラにしっかり保持される。
【0014】
ローラ21aの構造を図2により詳細に示す。残りの二つのローラ21bと21cは同様に構成されている。ローラ21aは実質的に円筒形の外側リム26を有し、その外周に位置決め溝41が形成されている。ローラ21aのリムがウェーハの周縁に接触すると、位置決め溝41がウェーハの端縁を受け入れて保持し、ウェーハが、該ローラの上又は下に滑り出るのを防ぐ。三つのローラ21a〜21cがすべて同じ位置決め溝をもっているので、これらローラがウェーハの周縁に接触して、ウェーハがこれら三つのローラの対応する位置決め溝内に着座すると、ウェーハの面は固定され、正確に決定される。これらローラの外表面は、ウェーハを汚染しないプラスチック製である。
【0015】
図4に一層明瞭に示されているように、駆動ローラ21cを回転させる機構は、駆動ハウジング26aに取り付けられた駆動モータ30を備えている。駆動モータ30は駆動シャフト61を有するサーボ制御モータであり、そのシャフト61はハウジング26aを貫通して下へ延びている。ハウジング26aの下方のシャフト61の他方の末端に駆動モータプーリ31が取り付けられている。駆動ローラ21cは、ハウジング26a内に、軸受33によって回転可能に支持されているもう一つのシャフト63に取り付けられている。駆動ローラシャフト63の他方の末端にもう一つのプーリ32がある。これら二つのプーリ31と32は互いにベルト(図示せず)によって接続されている。こうして、駆動モータ30は駆動ローラ21cを回転させる。そして、駆動ローラ21cは、ウェーハの周縁に接触すると、ウェーハを、該三つのローラで把持しながら回転させる。
【0016】
エンドエフェクタ20は、ウェーハが回転されている間にウェーハ1の位置合わせマーク3が通過すると、その存在を検出する光感知システム21(図5により詳細に示す)を備えている。感知システム21は、発光要素を含む上部アーム65及び光検出要素を含む下部アーム67を備えている。ウェーハがローラ21a〜21cによって保持されているとき、ウェーハの端縁は上部アーム65と下部アーム67の間に位置している。上部アーム65は、ウェーハの端縁を照明するのに使用される発光ダイオード35(仮想線で示す)を備えている。ダイオード35からの光は、コリメータオプティック36に至り、コリメータオプティック36は順に、光を下方へウェーハに向けて導く。コリメータオプティック36の開口は細くて長く、その長い方の次元が、ウェーハの端縁に垂直に配向されている。下部アーム67は、コリメータオプティック36と同様にやはり長くて細く、そしてコリメータオプティック36の開口と同心の検出ウィンドウを有するシリコンダイオードレシーバ37を備えている。ダイオードレシーバ37が発する信号は、そのレシーバに到達するコリメータオプティック36からの光の量に比例している。
【0017】
ウェーハ1がエンドエフェクタ20に把持されて回転すると、ウェーハの端縁は発光要素と光検出要素の間を通過する。ウェーハの端縁がコリメータオプティック36からの光のいくらかがダイオードレシーバ37に到達するのを防ぐために、光ハウジング22が配置されている。前記位置合わせマークが発光要素と光検出要素の間を通過すると、より多くの光がダイオードレシーバ37に到達することができ、その出力信号が増大する。そしてその位置合わせマークがセンサを通り過ぎると、信号は前の値まで低下する。したがって、該ダイオードレシーバの出力信号を監視することによって、電子機器が、位置合わせマークの存在を検出し、その正確な角位置を、ウェーハの回転位置の関数として求めて、ウェーハの角配向を正確に整合させることができる。
【0018】
位置合わせマークの角位置を求め、その情報に基づいてウェーハを位置合わせする方法は、当業技術者にとって周知の方法である。このような方法は、一般に先に簡単に述べたタイプの独立型の前位置合わせ器と関連して使用される。このような方法の利用可能な一例は、発明の名称が「Wafer Alignment Station」の米国特許第4,457,664号に記載されている。なお、この特許は本願に援用するものである。
【0019】
図1Aに戻ると、エンドエフェクタ20は、プリント基板23上に、必要な電機制御機能を実行する制御プロセッサも備えている。例えば、その制御プロセッサは、駆動モータとアクチュエータに対して制御信号を発し、次に感知信号を分析して、ウェーハの位置合わせマークの配向を確認し確立する。
【0020】
図6を見ると、エンドエフェクタの典型的な用途は、ウェーハをウェーハ保管ラック70からつかみ出してマスキングステーション(図示せず)に移送することである。ラック70は一般に、Z方向に変位できるプラットフォーム72上に取り付けられたウェーハホルダ71を備えている。そのウェーハホルダはウェーハ60a〜60cを保持し、これらウェーハは間隔61a、61bをとって隔てられている。
【0021】
図7を見ると、ロボットハンドラー7は、以下のように作動して、ウェーハをラック70から取り出してウェーハの位置合わせを行う。ロボットハンドラーはエンドエフェクタ20を、把持されるウェーハの下方の間隙に挿入する。作動中のある時点で、該制御プロセッサが駆動ローラを引っ込めて、ラックからのウェーハを受け入れるための間隔をあける(ブロック101)。エンドエフェクタが適正な位置にありそして駆動ローラがウェーハを受け入れるのに充分な間隔を提供するため充分に引っ込むと、ウェーハを保持するプラットフォームは、ウェーハがエンドエフェクタの三つのローラの平面内に入るまでウェーハを下降させる(ブロック102)。ウェーハが前記三つのローラの溝と位置が合うと、前記三つのローラがウェーハの外周縁(すなわち端縁)をしっくりと保持するまで、制御プロセッサが駆動ローラをアイドルローラの方へ前進させる(ブロック103)。次いでロボットアームがウェーハをウェーハホルダから移動させることができる。
【0022】
該三つのローラがウェーハを把持した後、制御プロセッサは駆動モータを利用してウェーハを回転させる(ブロック104)。エンドエフェクタは、ウェーハを回転させているとき、ダイオードレシーバの信号を監視して、位置合わせマークの存在を検出して、ウェーハの回転に対する該マークの正確な角配向を確認する(ブロック105)。制御プロセッサは、センサから得た情報を利用して、位置合わせマークが予め定められた角位置に位置するようにウェーハを配向させる(ブロック106)。
【0023】
本発明のいくつもの実施態様を説明してきた。しかしながら、本発明の精神と範囲から逸脱することなく各種の変形を行うことができるものである。例えば、他の種類のセンサを使用してウェーハの配向を感知することができる。これらセンサは、少数の可能な方法をあげるならば物理的接触、磁場又はキャパシタンスによって位置合わせマークの存在を検出することができる。そのうえに、四つ以上のローラを利用して、ウェーハの周縁及びウェーハを回転させるための輸送機構を把持することができる。あるいは他の移動する面、例えばベルトを、ローラの代わりに利用できる。したがって、他の実施態様は本願の特許請求の範囲の中に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】ウェーハを保持するロボットハンドラーを示す。
【図1B】ウェーハなしで図1Aに示すロボットハンドラーを示す。
【図2】図1Aに示すローラの詳細を示す。
【図3】エンドエフェクタ機構の内部要素が見えるように制御プリント基板を外した図1Aのロボットハンドラーを示す。
【図4】図1Aに示すエンドエフェクタの垂直断面図である。
【図5】図1Aに示すセンサの詳細を示す。
【図6】図1Aに示すウェーハを保持するためのウェーハラックを示す。
【図7】エンドエフェクタの作動のフローチャートである。
技術分野
本発明は、材料を加工する際、例えば半導体ウェーハを加工する際に使用できるロボットハンドラー用のエンドエフェクタに関する。
【0002】
背景
ロボットハンドラーは、材料例えば半導体ウェーハを、ウェーハ製作工程の異なるステージ間を移動させるために一般に使用されている。例えば、ロボットハンドラーは、ウェーハを、クラスタツールのプラズマエッチステーションから堆積ステーションへ、又は製作ステーションから試験ステーションへ移動させるのに使用することができる。ウェーハ製作工程のいくつかのステージでは、ロボットハンドラーによって送達されるウェーハは、配向が分かっていなければならない。例えばステージがマスキングプロセスを含んでいれば、そのマスクは、ウェーハ上に予め形成されたパターンと位置が合っていなければならないので、ウェーハの配向は重要である。適切な位置合わせを達成するため、ロボットハンドラーは一般に、ウェーハを前位置合わせステーション(pre−aligning station)と呼ばれているものに移動させる。そのステーションでそのウェーハに堆積を行った後、前位置合わせ器(pre−aligner)がウェーハを定置し、次にウェーハを回転させて予め定められた配向にする。次いで、ロボットハンドラーは、その配向させたウェーハを取り上げて次の加工ステージへ移動させる。
【0003】
典型的なロボットハンドラーはエンドエフェクタとロボットアームを備えている。そのエンドエフェクタは、ウェーハを保持するロボットハンドラーの部品である。そのロボットアームは、保持しているエンドエフェクタやウェーハを所望の位置に移動させるのに使われる機械機構を備えている。
【0004】
要約
一般に、一面において、本発明は、位置合わせマーク(alignment feature)を有するウェーハを保持し配向させる装置である。この装置は可動ロボットアーム及びそのロボットアームの末端に取り付けられたエンドエフェクタを備えている。そのエンドエフェクタは、作動中、ウェーハを保持しウェーハの面に垂直の軸線を中心にして回転させる把持機構、及びその把持機構がウェーハを回転させて感知素子を通りすぎさせるとき、ウェーハの位置合わせマークを検出する感知素子を備えている。
【0005】
本発明の他の実施態様は、1又は2以上の下記特徴をもっている。該把持機構は、第一接触部材、第二接触部材、及び第一と第二の接触部材の間の間隔を制御信号に応答して増減する駆動要素を備えている。第一と第二の接触部材は、ウェーハの向かい合った端縁を把持するように配置されている。第一接触部材は、第一ローラ要素を有し、そして第二接触部材は互いに間隔をおいて隔てられた第二ローラ要素と第三ローラ要素を備えている。また、該把持機構は、該第一ローラ要素に連結されて、該第一ローラ要素を、該第二ローラ要素と第三ローラ要素の方へ及びこれら要素からはなして移動させる機械式アクチュエータも備えている。第一ローラ要素は円筒形の外面を有し、その外面には円周方向に溝が形成されている。第一、第二及び第三のローラ要素は、共通面内に配列されかつ平行な回転軸線を有している。把持機構はさらに、第一ローラ要素を回転させる駆動モータを備えている。
【0006】
また、他の実施態様は下記の追加の特徴ももっている。該感知要素は発光器と光検出器を備えている。その発光器と光検出器は、ウェーハが該把持機構によって保持されているとき、ウェーハの両面側に位置するように配置されている。ウェーハが回転しているとき、センサがウェーハの外周のマークを検出することによって配向を感知する。
【0007】
本発明は1又は2以上の下記利点を有している。該エンドエフェクタによって使用者は、ウェーハを別の前位置合わせ器に移送することなしに、ウェーハの位置合わせを行うことができる。これによって、他の方法ではウェーハを前位置合わせ器からエンドエフェクタに移送することから起こりかねない位置合わせ精度の低下がなくなる。また、これによって、前位置合わせ器との追加の接触から起こりかねないウェーハの汚染を減らすか又はなくす傾向がある。ウェーハをロボットアームから前位置合わせ器に移送しそして元に戻すことをなくすと、時間が節約されて、加工処理量が増大する。
【0008】
本発明の1又は2以上の実施態様の詳細を、添付図面と下記説明で説明する。本発明の他の特徴及び利点は、下記説明と図面及び特許請求の範囲から明らかになるであろう。なお、各種図面の同じ参照記号は同じ要素を示す。
【0009】
詳細な説明
図1Aと1Bを参照して説明するが、ウェーハ1を動かすロボットハンドラー7は、二つの主要要素すなわちロボットアーム19及びそのロボットアーム19の一末端に取り付けられたエンドエフェクタ20を有している。エンドエフェクタ20は、ウェーハ1とロボットアーム19を把持し保持するのに使用され、ロボットアーム19はこれらの図には示していない各種のモータや機械機構を備えて、エンドエフェクタ20及びエンドエフェクタが保持して把持するウェーハを動かす。
【0010】
ウェーハ1は一般に、半導体材料例えばシリコン製の円形ディスクである。ウェーハ1は、一般に、厚さが均一で、その円周上の一つの位置に位置合わせマーク3をもっている。位置合わせマーク3は、一般にフラットな部分か又は図1Aに図示されているようなV形ノッチである。その位置合わせマークは、ウェーハを既知の配向に位置合わせするのに使用できる基準として役立つ。以下により詳細に述べるように、エンドエフェクタ20は、ウェーハ1がそのエンドエフェクタに保持されているときにそのウェーハ1を回転させる駆動機構を備え、そして該位置合わせマークを検出してウェーハ1の配向を確認し達成するセンサ回路系をもっている。
【0011】
記載する実施態様では、該駆動機構が二つのアイドルローラ21aと21b及び駆動ローラ21cを備えている。アイドルローラ21aと21bは、対応する支持ロッド50aと50bの遠隔末端に取り付けられている。ローラ21aと21bは、自由に回転するように、対応する支持ピンの軸受(図示せず)によって支持されている。図3を見ると、駆動ローラ21cが駆動ローラハウジング26a上に取り付けられている。より具体的に述べると、駆動ローラ21cは、該ハウジング内の軸受によってそれ自体が支持されているシャフトに取り付けられている。二つのアイドルローラ21aと21b及び駆動ローラ21cは、共通の面内に配列されかつ平行の回転軸線を有している。
【0012】
図3と4を見ると、駆動ローラハウジング26aは一方の末端でピン26bを中心にして回転する。把持アクチュエータシリンダ29(例えばリニアモータ又は油圧作動式装置)がシャフト27を備え、そのシャフト27は、制御信号に応答してシリンダ29の内外を移動する。アクチュエータシャフト27の遠隔末端はピン25によってハウジング26aに接続されている。したがって、制御信号に応答してアクチュエータ24のシャフト27が内外に移動すると、ハウジング26aをピン26bを中心にして回転させ、順に駆動ローラ21cを、二つのアイドルローラ21aと21bの方へ及びこれらアイドルローラから離して移動させる。
【0013】
アクチュエータのシャフト27がシリンダ29中に引っ込むと、駆動ローラ21c及び他の二つのアイドルローラ21aと21bの間の間隔はウェーハ1を受け入れるのに充分に大きくなる。ウェーハが三つのローラ21a〜21cによって規定される領域内に一旦配置されると、アクチュエータシャフト27がシリンダ29から延出して、三つのローラがすべてウェーハ1の外周縁に接触してウェーハ1を保持するまで、駆動ローラ21cを残りの二つのローラの方へ押す。ローラ21a〜21cは、互いに充分に離れた位置でウェーハ1の周縁に接触するように配置されているので、ウェーハは容易に摺動してこれらローラに把持され、ローラにしっかり保持される。
【0014】
ローラ21aの構造を図2により詳細に示す。残りの二つのローラ21bと21cは同様に構成されている。ローラ21aは実質的に円筒形の外側リム26を有し、その外周に位置決め溝41が形成されている。ローラ21aのリムがウェーハの周縁に接触すると、位置決め溝41がウェーハの端縁を受け入れて保持し、ウェーハが、該ローラの上又は下に滑り出るのを防ぐ。三つのローラ21a〜21cがすべて同じ位置決め溝をもっているので、これらローラがウェーハの周縁に接触して、ウェーハがこれら三つのローラの対応する位置決め溝内に着座すると、ウェーハの面は固定され、正確に決定される。これらローラの外表面は、ウェーハを汚染しないプラスチック製である。
【0015】
図4に一層明瞭に示されているように、駆動ローラ21cを回転させる機構は、駆動ハウジング26aに取り付けられた駆動モータ30を備えている。駆動モータ30は駆動シャフト61を有するサーボ制御モータであり、そのシャフト61はハウジング26aを貫通して下へ延びている。ハウジング26aの下方のシャフト61の他方の末端に駆動モータプーリ31が取り付けられている。駆動ローラ21cは、ハウジング26a内に、軸受33によって回転可能に支持されているもう一つのシャフト63に取り付けられている。駆動ローラシャフト63の他方の末端にもう一つのプーリ32がある。これら二つのプーリ31と32は互いにベルト(図示せず)によって接続されている。こうして、駆動モータ30は駆動ローラ21cを回転させる。そして、駆動ローラ21cは、ウェーハの周縁に接触すると、ウェーハを、該三つのローラで把持しながら回転させる。
【0016】
エンドエフェクタ20は、ウェーハが回転されている間にウェーハ1の位置合わせマーク3が通過すると、その存在を検出する光感知システム21(図5により詳細に示す)を備えている。感知システム21は、発光要素を含む上部アーム65及び光検出要素を含む下部アーム67を備えている。ウェーハがローラ21a〜21cによって保持されているとき、ウェーハの端縁は上部アーム65と下部アーム67の間に位置している。上部アーム65は、ウェーハの端縁を照明するのに使用される発光ダイオード35(仮想線で示す)を備えている。ダイオード35からの光は、コリメータオプティック36に至り、コリメータオプティック36は順に、光を下方へウェーハに向けて導く。コリメータオプティック36の開口は細くて長く、その長い方の次元が、ウェーハの端縁に垂直に配向されている。下部アーム67は、コリメータオプティック36と同様にやはり長くて細く、そしてコリメータオプティック36の開口と同心の検出ウィンドウを有するシリコンダイオードレシーバ37を備えている。ダイオードレシーバ37が発する信号は、そのレシーバに到達するコリメータオプティック36からの光の量に比例している。
【0017】
ウェーハ1がエンドエフェクタ20に把持されて回転すると、ウェーハの端縁は発光要素と光検出要素の間を通過する。ウェーハの端縁がコリメータオプティック36からの光のいくらかがダイオードレシーバ37に到達するのを防ぐために、光ハウジング22が配置されている。前記位置合わせマークが発光要素と光検出要素の間を通過すると、より多くの光がダイオードレシーバ37に到達することができ、その出力信号が増大する。そしてその位置合わせマークがセンサを通り過ぎると、信号は前の値まで低下する。したがって、該ダイオードレシーバの出力信号を監視することによって、電子機器が、位置合わせマークの存在を検出し、その正確な角位置を、ウェーハの回転位置の関数として求めて、ウェーハの角配向を正確に整合させることができる。
【0018】
位置合わせマークの角位置を求め、その情報に基づいてウェーハを位置合わせする方法は、当業技術者にとって周知の方法である。このような方法は、一般に先に簡単に述べたタイプの独立型の前位置合わせ器と関連して使用される。このような方法の利用可能な一例は、発明の名称が「Wafer Alignment Station」の米国特許第4,457,664号に記載されている。なお、この特許は本願に援用するものである。
【0019】
図1Aに戻ると、エンドエフェクタ20は、プリント基板23上に、必要な電機制御機能を実行する制御プロセッサも備えている。例えば、その制御プロセッサは、駆動モータとアクチュエータに対して制御信号を発し、次に感知信号を分析して、ウェーハの位置合わせマークの配向を確認し確立する。
【0020】
図6を見ると、エンドエフェクタの典型的な用途は、ウェーハをウェーハ保管ラック70からつかみ出してマスキングステーション(図示せず)に移送することである。ラック70は一般に、Z方向に変位できるプラットフォーム72上に取り付けられたウェーハホルダ71を備えている。そのウェーハホルダはウェーハ60a〜60cを保持し、これらウェーハは間隔61a、61bをとって隔てられている。
【0021】
図7を見ると、ロボットハンドラー7は、以下のように作動して、ウェーハをラック70から取り出してウェーハの位置合わせを行う。ロボットハンドラーはエンドエフェクタ20を、把持されるウェーハの下方の間隙に挿入する。作動中のある時点で、該制御プロセッサが駆動ローラを引っ込めて、ラックからのウェーハを受け入れるための間隔をあける(ブロック101)。エンドエフェクタが適正な位置にありそして駆動ローラがウェーハを受け入れるのに充分な間隔を提供するため充分に引っ込むと、ウェーハを保持するプラットフォームは、ウェーハがエンドエフェクタの三つのローラの平面内に入るまでウェーハを下降させる(ブロック102)。ウェーハが前記三つのローラの溝と位置が合うと、前記三つのローラがウェーハの外周縁(すなわち端縁)をしっくりと保持するまで、制御プロセッサが駆動ローラをアイドルローラの方へ前進させる(ブロック103)。次いでロボットアームがウェーハをウェーハホルダから移動させることができる。
【0022】
該三つのローラがウェーハを把持した後、制御プロセッサは駆動モータを利用してウェーハを回転させる(ブロック104)。エンドエフェクタは、ウェーハを回転させているとき、ダイオードレシーバの信号を監視して、位置合わせマークの存在を検出して、ウェーハの回転に対する該マークの正確な角配向を確認する(ブロック105)。制御プロセッサは、センサから得た情報を利用して、位置合わせマークが予め定められた角位置に位置するようにウェーハを配向させる(ブロック106)。
【0023】
本発明のいくつもの実施態様を説明してきた。しかしながら、本発明の精神と範囲から逸脱することなく各種の変形を行うことができるものである。例えば、他の種類のセンサを使用してウェーハの配向を感知することができる。これらセンサは、少数の可能な方法をあげるならば物理的接触、磁場又はキャパシタンスによって位置合わせマークの存在を検出することができる。そのうえに、四つ以上のローラを利用して、ウェーハの周縁及びウェーハを回転させるための輸送機構を把持することができる。あるいは他の移動する面、例えばベルトを、ローラの代わりに利用できる。したがって、他の実施態様は本願の特許請求の範囲の中に含まれる。
【図面の簡単な説明】
【図1A】ウェーハを保持するロボットハンドラーを示す。
【図1B】ウェーハなしで図1Aに示すロボットハンドラーを示す。
【図2】図1Aに示すローラの詳細を示す。
【図3】エンドエフェクタ機構の内部要素が見えるように制御プリント基板を外した図1Aのロボットハンドラーを示す。
【図4】図1Aに示すエンドエフェクタの垂直断面図である。
【図5】図1Aに示すセンサの詳細を示す。
【図6】図1Aに示すウェーハを保持するためのウェーハラックを示す。
【図7】エンドエフェクタの作動のフローチャートである。
Claims (12)
- 位置合わせマークを有するウェーハを保持し配向させる装置であって、
可動ロボットアーム、及び
そのロボットアームの一端に取り付けられたエンドエフェクタを備えてなり、
前記エンドエフェクタが、作動中ウェーハを保持してウェーハの面に垂直な軸線を中心にして回転させる把持機構、及び該把持機構がウェーハを回転させて感知要素を通過させるとき、ウェーハの位置合わせマークを検出する感知要素を備えている装置。 - 把持機構が、第一接触部材、第二接触部材、及び制御信号に応答して第一接触部材と第二接触部材の間の間隔を増減する駆動要素を備えている請求項1に記載の装置。
- 第一接触部材と第二接触部材が、ウェーハの向かい合った端縁を把持するように配置されている請求項2に記載の装置。
- 第一接触部材が第一ローラ要素を備えている請求項2に記載の装置。
- 第二接触部材が、互いに間隔をおいて隔てられた第二と第三のローラ要素を備えている請求項3に記載の装置。
- 把持機構が、第一ローラ要素に連結されてその第一ローラ要素を第二と第三のローラ要素の方へ及びこれら要素から離して移動させる機械アクチュエータを備えている請求項5に記載の装置。
- 該第一ローラ要素が円筒形外面を有し、その外面に円周方向の溝が形成されている請求項5に記載の装置。
- 第一、第二及び第三のローラ要素が、共通面内に配置されて平行な回転軸線を有する請求項5に記載の装置。
- 把持機構がさらに、第一ローラ要素を回転させる駆動モータを備えている請求項3に記載の装置。
- 感知要素が発光器及び光検出器を備えている請求項1に記載の装置。
- ウェーハが把持機構によって把持されているとき、発光器と光検出器がウェーハの両面側に位置するように配置されている請求項10に記載の装置。
- ウェーハが回転しているとき、ウェーハの外周のマークを検出することによって、センサが配向を感知する請求項14に記載の装置。
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