JP2005539385A - 基板エンドエフェクタ - Google Patents
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Abstract
キャリヤ内に保持された基板を取扱うためのシステムに関する。このシステムは、関節ロボットアームを有するロボットと、ロボットアームを制御するためのプロセッサと、ロボットアームの可動端に取付けられたエンドエフェクタとを有する。エンドエフェクタは第1の端および第2の端を有するブレードを有し、ブレードはその端と基板との間の距離を感知するための作動領域を有する。さらにシステムは、ブレードの第1の端に取付けられたパッシブグリッパと、ブレードの第2の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する。
Description
本発明は基板を取扱うロボットに関し、より詳細にはロボットアームのエンドエフェクタに関する。
単一の半導体ウエハの加工は、しばしば複数の製造装置において実施される。分類と、追跡と、基板の輸送コンテナへの梱包および輸送コンテナからの開梱とを可能にするシステムが開発されている。そのようなシステムには、半導体ウエハなどの基板を輸送コンテナ内へ搬送すること、および輸送コンテナから搬送することが要求される。基板材料を梱包および開梱するためのシステムでは、しばしばバキュームワンドおよび商業的に利用可能なロボットシステムが用いられる。そのようなロボットシステムは、特定基板の要求に対して調整された異なる設計の複数のエンドエフェクタを備える、あるロボットアーム装置を有することが可能である。
パッケージング要求、熱管理の改良、および他の多くの理由のために、半導体ウエハ基板はより薄くなる傾向にある。より薄い基板および対応する寸法比の基板カセットキャリヤによって、ロボットアームおよびロボットエンドエフェクタの取扱い要求は影響を受ける。例えば厚さが減少された時には、ウエハ基板はバウおよびワープをより起こしやすい。ウエハ基板がフラットすなわち基準(fiducials )を有すると、カセットキャリヤ内部の基板の位置に対する不確定性が増す。幾つかのシリコン基板ウエハおよび付随するカセットホルダの総合的な物理的特性によって、基板の位置および配向の正確な決定が困難となり得る。そのような基板特性によって、基板キャリヤ内部に配置された時の隙間の問題が生じるが、利用可能なロボットエンドエフェクタ技術を用いてこの問題を克服することは困難である。エンドエフェクタと基板との接触を最小化することによって、汚染または損傷の可能性は減少される。基板加工の間の全ステップ数とロボットアームの移動する速さとによって、総合的なシステム処理量が制限され得る。
ある態様では、本発明は、関節ロボットアームを有するロボットと、ロボットアームを制御するためのプロセッサと、ロボットアームの可動端に取付けられたエンドエフェクタとを備え、キャリヤ内に保持された基板を取扱うためのシステムを特徴とする。このエンドエフェクタは第1の端および第2の端を有するブレードを有し、ブレードは端と基板との間の距離を感知するための作動領域を有する。システムはさらに、ブレードの第1の端に取付けられたパッシブグリッパと、ブレードの第2の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する。このシステムによって取扱われる基板には、例えばシリコンウエハが含まれることが可能である。
ある実施態様では、エンドエフェクタは、キャリヤ内部に格納された基板の平均垂直位置を検出するための位置測定センサをさらに有する。別の実施態様では、エンドエフェクタのブレードはシリコンウエハから形成される。別の実施態様では、ブレードはセラミック基板から形成される。種々の実施態様では、ブレードは約1000ミクロン(1000μm)未満、好適には約750ミクロン(750μm)未満の厚さを有する。ある実施態様では、作動領域はメタライゼーションまたは厚膜工程によってブレード上に形成される。ある実施態様では、作動領域は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、基板キャリヤ内部の基板の偏差とのうちの少なくとも1つを与えるように適合さ
れている。ある実施態様では、作動領域は測定トランスデューサである。別の実施態様では、作動領域は静電容量プローブである。種々の実施態様では、作動領域は、光学センサと、空気圧センサと、誘導センサと、超音波センサとのうちの少なくとも1つを有する。ある実施態様では、作動領域は基板の平面情報を与えるための少なくとも3つの独立したセンサを有する。
れている。ある実施態様では、作動領域は測定トランスデューサである。別の実施態様では、作動領域は静電容量プローブである。種々の実施態様では、作動領域は、光学センサと、空気圧センサと、誘導センサと、超音波センサとのうちの少なくとも1つを有する。ある実施態様では、作動領域は基板の平面情報を与えるための少なくとも3つの独立したセンサを有する。
ある実施態様では、アクティブグリッパは空気圧で駆動される。別の実施態様では、アクティブグリッパはリニアモータに接続されたサーボグリッパを有する。ある実施態様では、アクティブグリッパは、基板と確実に係合していることを決定するために、プロセッサにフィードバックを与える。別の実施態様では、アクティブグリッパは、基板の中心を決定するためにプロセッサにフィードバックを与える。
ある実施態様では、本発明は、基板表面との接触を最小化するような寸法を有して形成されたプリアライナチャックを有するプリアライナを特徴とする。幾つかの実施態様では、プリアライナチャックは、プリアライナ上で回転される時に基板を支持するための複数の突起すなわちエンバトルメントを有する。ある実施例では、エンバトルメントは、エンドエフェクタのグリッパと基板との完全な係合がプリアライナチャックの任意の配向で可能となるように、寸法を有して形成されている。ある実施態様では、プリアライナチャックはチャックの慣性特性およびトルク要求を最適化するための複数の穴を有する。
別の態様では、本発明は、基板の縁を横切ってロボットアームを移動させるステップと、キャリヤ内の基板の座標情報を決定するステップと、座標情報を貯蔵するステップと、貯蔵された座標情報によってキャリヤ内の基板に対してロボットアームを連続的にインデックス送りするステップと、ロボットアームから基板への距離を測定するステップと、基板をロボットアームと係合させるステップとを備える、キャリヤ内に保持された基板を取扱うための方法を特徴とする。ある実施態様では、座標情報は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、基板キャリヤ内部の基板の偏差とのうちの少なくとも1つを含む。
別の態様では、本発明は、位置測定センサと、基板センサを有するエンドエフェクタとを有するロボットアームを与えるステップと、カセットに近接する第1のセンサを移動させ、かつ平均垂直基板位置を記録するステップと、平均垂直基板位置データを含むピックテーブル(pick table)を生成するステップと、ピックテーブルの平均垂直基板位置によってロボットアームを連続的にインデックス送りするステップと、カセットをエンドエフェクタと係合させるステップと、第2のセンサを用いて基板の位置を検証するステップと、ロボットアームを用いてカセットから基板を捕捉し、かつ取り除くステップとを備える、カセット内に保持された基板を取扱うための方法を特徴とする。
ある実施態様では、平均垂直基板位置データを生成するステップは、135ミクロン(135μm)以内で正確である。別の実施態様では、平均垂直基板位置を記録するステップは、100ミクロン(100μm)以内で正確である。ある実施態様では、その方法は、カセットから基板を取り除くステップの後に、基板をプリアラインするステップを備える。別の実施態様では、ロボットアームは、第1の端および第2の端を有するブレードを有するエンドエフェクタを有し、ブレードはエンドエフェクタと基板との間の距離を感知するための作動領域を有する。ある実施態様では、エンドエフェクタはブレードの第1の端に取付けられたパッシブグリッパと、ブレードの第2の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する。
別の態様では、本発明は、基板の平均垂直位置を検出するための位置測定センサと、第1の端および第2の端を有するブレードと、端およびブレードに沿って配置された基板の
間の距離を感知するための作動領域と、ブレードの第1の端に取付けられたパッシブグリッパと、ブレードの第2の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する、基板を保持するためのロボットエンドエフェクタを特徴とする。ある実施態様では、エンドエフェクタの作動領域はメタライゼーション工程によって形成される。別の実施態様では、エンドエフェクタは、基板の平均垂直位置を検出するためのセンサを有する。さらに別の実施態様では、エンドエフェクタの作動領域は、基板の平面情報を与えるための少なくとも3つの独立したセンサを有する。種々の実施態様では、作動領域は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、基板キャリヤ内部の基板の偏差とのうちの少なくとも1つを与えるように適合されている。
間の距離を感知するための作動領域と、ブレードの第1の端に取付けられたパッシブグリッパと、ブレードの第2の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する、基板を保持するためのロボットエンドエフェクタを特徴とする。ある実施態様では、エンドエフェクタの作動領域はメタライゼーション工程によって形成される。別の実施態様では、エンドエフェクタは、基板の平均垂直位置を検出するためのセンサを有する。さらに別の実施態様では、エンドエフェクタの作動領域は、基板の平面情報を与えるための少なくとも3つの独立したセンサを有する。種々の実施態様では、作動領域は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、基板キャリヤ内部の基板の偏差とのうちの少なくとも1つを与えるように適合されている。
ある実施態様では、作動領域は測定トランスデューサを有する。ある実施態様では、作動領域はレーザトランスデューサを有する。別の実施態様では、ブレードはシリコンウエハから形成される。さらに別の実施態様では、ブレードはセラミック基板から形成される。種々の実施態様では、ブレードは約1000ミクロン(1000μm)未満、好適には約750ミクロン(750μm)未満の厚さを有する。
本出願は、2002年9月16日に出願の米国特許仮出願第60/411,372号に対する優先権を主張し、その完全な内容を本明細書に引用して援用する。
本発明の1つまたはそれ以上の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明において述べられている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、および特許請求の範囲から明らかであろう。
本発明の1つまたはそれ以上の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明において述べられている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、および特許請求の範囲から明らかであろう。
種々の図面において、参照記号は類似の要素を示す。
図1A,1B,2A,2Bをまとめて参照すると、基板を取扱うための典型的な加工システム20は、筐体21と、例えば半導体ウエハを含む基板24(図2B)の加工のための作業領域22とを有する。筐体21は、システムコンピュータ(図示せず)に対するユーザ入力のために、キーボード用の引き出しと、取付柱28に固定されたフラットパネルディスプレイなどのグラフィカルユーザインターフェース27とを備えることができる。筐体21はまた、例えば、電源装置と、コンピュータと、気圧ポンプおよび制御装置と、貯蔵装置(図示せず)とを含む、幾つかの補助的な構成要素を収容することができる。ある実施態様では、システム20は、複数の製造装置を通じて発送される半導体ウエハ24の加工を完成するように設定される。半導体ウエハ24をますます大きくかつ薄く成長させるほど、それに付随して、半導体ウエハ24の搭降載は、より精密さを必要とするようになる。ウエハ設計においては、基板24が可撓性を有し、容易に平坦化および搬送できることは重要である。作業領域22は、関節ロボットアーム30、汎用カセットすなわちインプットカセット34a、34b、アウトプットカセット38、およびプリアライナ40を有することが可能である。ある実施例では、システム20には、基板走査装置41が含まれる。ある実施例では、ロボットアーム30は、延長部分44の端に取付けられた、1つまたはそれ以上のエンドエフェクタ42を有する。ある実施例では、ロボットアーム30は、ロボットアールオービー310(Robot ROB310)であり、かつエンドエフェクタ42は、ひれ型(flipper-type)のエンドエフェクタである。
図1A,1B,2A,2Bをまとめて参照すると、基板を取扱うための典型的な加工システム20は、筐体21と、例えば半導体ウエハを含む基板24(図2B)の加工のための作業領域22とを有する。筐体21は、システムコンピュータ(図示せず)に対するユーザ入力のために、キーボード用の引き出しと、取付柱28に固定されたフラットパネルディスプレイなどのグラフィカルユーザインターフェース27とを備えることができる。筐体21はまた、例えば、電源装置と、コンピュータと、気圧ポンプおよび制御装置と、貯蔵装置(図示せず)とを含む、幾つかの補助的な構成要素を収容することができる。ある実施態様では、システム20は、複数の製造装置を通じて発送される半導体ウエハ24の加工を完成するように設定される。半導体ウエハ24をますます大きくかつ薄く成長させるほど、それに付随して、半導体ウエハ24の搭降載は、より精密さを必要とするようになる。ウエハ設計においては、基板24が可撓性を有し、容易に平坦化および搬送できることは重要である。作業領域22は、関節ロボットアーム30、汎用カセットすなわちインプットカセット34a、34b、アウトプットカセット38、およびプリアライナ40を有することが可能である。ある実施例では、システム20には、基板走査装置41が含まれる。ある実施例では、ロボットアーム30は、延長部分44の端に取付けられた、1つまたはそれ以上のエンドエフェクタ42を有する。ある実施例では、ロボットアーム30は、ロボットアールオービー310(Robot ROB310)であり、かつエンドエフェクタ42は、ひれ型(flipper-type)のエンドエフェクタである。
図3を参照すると、ある実施態様では、システム20は、各々4自由度を有する2つのロボットアーム30a,30bを備えている。ロボットアーム30は、1つまたはそれ以上の関節アーム連動装置46を有することが可能であり、台48によって固定された支柱47に取付けられている。エンドエフェクタ42a,42bは、エンドエフェクタ42が180°回転可能であるように、ロボットアーム30に接続されている。ロボットアーム30は、例えば、モートマンイーアールシーロボット制御装置(Motoman ERC robot controller)によって制御可能である。ロボットアーム30は、エンドエフェクタ42を、そ
れぞれ矢印R、θ、Zで表示されている、半径、回転、および垂直方向に動かすように設定される。
れぞれ矢印R、θ、Zで表示されている、半径、回転、および垂直方向に動かすように設定される。
図4A,4B,4C,5A,5B,6A,6Bをまとめて参照すると、基板材料加工用のロボットアーム30のエンドエフェクタ42は、第1のおよび第2のグリッパ56,58を有するブレードすなわちパドル54を有する。第1のおよび第2のグリッパ56,58は、ブレード54の近い端および遠い端に沿って、それぞれ配置されている。ある実施例では、エンドエフェクタ42の厚さを最小化するために、ブレード54はセラミック基板から形成される。ある実施例では、ブレードは厚さ約700ミクロン(約700μm)、幅約3インチ(約7.6cm)、および長さ約8インチ(約20.3cm)である。他の実施例では、ブレード54はシリコンから、より詳細には半導体ウエハから形成される。ある実施例では、第1の端のグリッパ56はアクティブ、すなわちブレードに関して移動可能であり、第2の端のグリッパ58はパッシブ、すなわちブレード54の遠い端に沿って設けられている。ブレード54は補強されることができ、留め具67a,67bを用いて、取付片65a,65bによってガードボックス80に取付けられることができる(図5B)。
ある実施例では、第2の端のグリッパ58は、PEEK(登録商標)(ビクトレックス社(Victrex Plc Corporation )、英国、ランカシア)などの高分子量プラスチックから構成され、第1の端のグリッパ56は、基板24を放電するために、すなわち帯電を防止するために導体材料から作製される。ある実施例では、第2の端のグリッパ58は、基板24の形状に対して実質的に適合するアーチ形状を有し(図6A、6Bに透視で示す)、さらにブレード54の遠い(先の)端を実質的に覆うような寸法を有して形成されている。第2の端のグリッパ58は、ブレード54の先端が硬い表面と偶然衝突する間に、損傷からブレード54を保護するための、衝撃吸収機能を与えることができる。第1のグリッパ56は、両方ともガードボックス80内に収容されている、リニアモータ78に接続されたサーボ76によって駆動されることができる(図6B)。代替では、第1のグリッパ56は空気圧で駆動されることができる。
エンドエフェクタ42は、基板24の位置および平均位置を感知するための複数のセンサを有することが可能である。ある実施例では、エンドエフェクタ42には、ロボットアーム30に配置された位置測定センサ79(図4C)と、ブレード54上に直接配置された基板センサ61を有する作動領域60とを装備できる。位置測定センサ79はレーザトランスデューサであることができるが、例えば、光学、誘導、および超音波センサを含む他の型のセンサも考えられる。アーティファクト(図示せず)が、センサ61,79の両方のための参照較正点として、ロボットアーム30上に配置される。
ブレード54は一旦形状に切断されると、ブレード54の外側の表面上に厚膜またはメタライゼーション工程が実施されて、基板24の存在および近接を検出するための作動領域60が形成される。厚膜工程は、例えばペーストおよびオーブン工程を含むことができる。厚膜工程によって、ブレード54の表面の厚さを実質的に増大することなく、ブレード54上に直接的に作動領域60を付加することが可能となる。ある実施例では、作動領域60の厚さは、わずか約数ミクロン(約数μm)である。作動領域60は、例えば、プッシュ−プル式の静電容量センサなどの非接触型センサトランスデューサ61を有することが可能である。基板センサ61は、耐久性を増大するためにその近傍に取付けられた保護環(図示せず)を有することが可能である。基板センサ61は、一般には領域64に沿って配置される導体を通じてシステム20に電気的に接続されることができる。領域64は、作動領域60を形成するために用いられた厚膜またはメタライゼーション工程を用いて、ブレード54に設けられる。接地平面(図示せず)もまた、基板センサ61の間に厚膜工程を用いてブレード54の上に層形成されることができる。
ある実施例では、基板センサ61のダイナミックレンジは約4.0mmであり、かつ約0.8mmの作動スタンドオフ(working stand off )を有する。ある実施例では、基板センサ61は、較正用にTTLデジタル出力および±5.0VDCアナログ出力を与える。ある実施例では、基板センサ61は静電容量、すなわち基板センサ61に近接して配置された基板24によって誘導される電荷の量を検出する。システム20には、エンドエフェクタ42からの基板24の距離を決定するための電荷測定回路構成(図示せず)が装備される。
エンドエフェクタ42は、図7に模式的に示されているように、ロボットアーム30に回転可能に取付けられている。第1のおよび第2のグリッパ56,58は、エンドエフェクタ42の座標計算における参照用の臨界面(critical plane)CPを画定する。捕捉区域68は、ブレード54に沿って第1のおよび第2のグリッパ56,58の間に画定される。運転中、エンドエフェクタ42が、基板24の上または下から第1の端のグリッパ56および第2の端のグリッパの間に基板24を係合させるように、ロボットアーム30は、2つの位置のうちの1つへ転換するために、矢印62の方向に180°回転する。ある実施例では、グリッパ56,58は、外側の縁から約3mm未満で基板24と接触する。ある実施例では、エンドエフェクタ42は、約100〜200mmの直径を有する、一般には円形の基板を収容することができる。融通性のために、ブレード54は、一般には基板24の寸法に対応する複数の大きさのブレードと容易に交換が可能である。
ある実施例では、アクティブな第1の端のグリッパ56の移動は空気圧で駆動され、基板24の種類によっては、ばねが利用されることによって約1〜16オンス重(約0.278N〜約4.45N)の荷重が与えられることもまた可能である。グリッパ56,58は、基板24との係合による荷重を検知する、シリコンひずみゲージを用いるモノリシックトランスデューサなどの、フィードバックセンサ(図示せず)を有することが可能である。グリッパ56,58にはまた、いつ基板24が係合されたかをシステム20に示すための一体型の光学センサ(図示せず)が装備されることもできる。第1の端のグリッパには、ブレード54に沿ったグリッパ56の位置を示すための地表面基準(LSD)一体型センサが装備されることができる。
図8を参照すると、エンドエフェクタ42の例示的な寸法が図示されている。ある実施例では、ブレード54の厚さTBは約0.4mm〜約0.6mmの間、好適には約0.5mmであり、グリッパ56,58の高さ、すなわち捕捉範囲Rは約1.6mm〜約2.0mmの間、好適には約1.8mmであり、グリッパ56,58の平面と次に連続する基板との間の許容可能な距離である隙間区域Zは、約0.2mm〜約0.3mmの間、好適には約0.25mmである。種々の用途および基板の寸法に対しては、他の寸法のエンドエフェクタ42が考えられる。
図9A〜9C,10,11をまとめて参照すると、ある実施例では、インプットカセット34a,34bは、一般には水平配置にある幾つかの基板24を支持するための、均等に離間した幾つかのスロット70を有する。ホルダの正面は、図9Bに示されるように、基板24を搭降載するための広い開口部72を有する。スロット70は、隣接する基板24の間をエンドエフェクタ42が通過することを可能にするために、離間されている。ホルダの背面は、図9Cに示されるように、切欠部74を有する。切欠部74は、図10に示されるように、エンドエフェクタ42の先端が通過することが可能であるために充分に大きい。一般には、ロボットアーム30は、エンドエフェクタ42がインプットカセット34a,34b内に配置された隣接する基板24の間の間隙の空間に相対するまで、Z方向(図10に矢印で示される)に沿って進められる。その後でロボットアーム30は、インプットカセット34a,34bから取り除かれる特定の基板24の上または下をエンド
エフェクタ42が通過するまで、R方向(図10に矢印で示される)に進められる。第2のグリッパ58が切欠部74を越えて進められて、基板24の縁を通り過ぎると、ロボットアーム30は、基板24を第1のおよび第2のグリッパ56,58の間の捕捉区域68(図7)内部に配置するように、わずかにZ方向の上方(または、基板24が上から捕捉される場合には下方)に進められる。第1のグリッパ56は次にR方向に動かされて、グリッパ56,68の間の基板を捕捉する。ロボットアーム30は、基板24を収容するインプットカセット34a,34bから引き戻される。
エフェクタ42が通過するまで、R方向(図10に矢印で示される)に進められる。第2のグリッパ58が切欠部74を越えて進められて、基板24の縁を通り過ぎると、ロボットアーム30は、基板24を第1のおよび第2のグリッパ56,58の間の捕捉区域68(図7)内部に配置するように、わずかにZ方向の上方(または、基板24が上から捕捉される場合には下方)に進められる。第1のグリッパ56は次にR方向に動かされて、グリッパ56,68の間の基板を捕捉する。ロボットアーム30は、基板24を収容するインプットカセット34a,34bから引き戻される。
図11を参照すると、基板24がインプットカセット34a,34bのスロット70内部に配置されている。隣接する基板は、距離DSだけ離れている。基板24およびインプットカセット34a,34bの物理的特性が考慮されて、インプットカセット34a,34b内に配置された基板24によって占められる見込みの垂直方向の区域が決定される。インプットカセット34a,34b内部の基板24の厚さおよび間隔が減少すると、それに付随して、許容可能な処理量を維持する間に基板24を取扱うための要求は増大する。エンドエフェクタ42の要求を評価する時には、基板24の複数のパラメータを考慮することができる。エンドエフェクタ42の要求には、公称の厚さと、厚さ誤差と、厚さ偏差と、基板24の長さに沿ったバウおよびワープのうちの少なくとも1つとが含まれる。インプットカセット34a,34bのスロット70のピッチ誤差、および基板24の垂直アライメントに対するスロット70の角度をもまた、システム20の要求を決定するために考慮することができる。
引き続き図11を参照すると、基板24によって占められ得る見込みの垂直間隔TSは、基板24の中心点厚さ、基板厚さ誤差、厚さ偏差、バウまたはワープ量、ピッチ誤差、および水平アライメントに対するスロット70の角度(すなわち、スロットの角度による、インプットカセット34a,34bのスロット70内部での基板24の決定可能な移動)を合計することによって決定される。典型的な実施例では、TSは約1900ミクロン(約1900μm)である。
図12および13を参照すると、ある実施例では、プリアライナ40はプリアライナチャック90を有する(図13)。プリアライナチャック90は、基板24の表面との接触を最小化するような寸法を有して形成されている。実質的に円形の基板24において、排除区域は、基板24の円周の周辺部の外側から約3mmに渡り、そこでは接触して取扱うことが許容可能である。プリアライナチャックは、プリアライナ40上で回転される間に基板24を支持するための複数の突起すなわちエンバトルメント92を有する。エンバトルメント92は、基板24と凹凸で接触する(asperity contact)ような寸法を有して形成されることができる。ある実施例では、6つのエンバトルメント92が、基板24の円周の周辺部の外側の周りに均等に配置される。ある実施例では、エンバトルメント92は、プリアライナチャック90の任意の配向でエンドエフェクタ42のグリッパ56,58が基板24と完全に係合することを可能にするように、寸法を有して形成される。プリアライナチャック92は、プリアライナチャック92の慣性特性およびトルク要求を最適化するための複数の穴94を有することが可能である。
ある実施例では、プリアライナ40はインテグレイテッド・ダイナミクス・エンジニア社(Integrated Dynamics Engineer)のエスピーエイ(SPA)310プリアライナ(分類装置型)であり、プリアライナ制御装置(図示せず)を有する。プリアライナ40は、基板24の表面欠陥を検出するために、コグネックス社のインサイト1700(Cognex Insight 1700 )ビジョンシステムなど検査能力または検査装置を有することもまた可能である。ビジョンシステムは、基板24の直径差を自動的に調節することが可能である。
運転中、ロボットアーム30は、2つのインプットカセット34a,34bのうちのい
ずれかから基板24を把持し、基板24の識別読み取りが要求される場合には、基板24をプリアライナ40の上に配置する。幾つかの実施例では、ウエハ24は、基板搬送装置38または2つのインプットカセット34a,34bのうちのいずれかの中に、所定の配向で配置される。幾つかの実施例では、基板24は非対称であり、参照点を与えるための「フラット」すなわち基準を有しており、プリアライナ40は、基板24を回転させる間に、それが非対称であることを検出する。その後でプリアライナ40は、非対称の作用として、基板24を所定の配向に回転させることができる。ロボットアーム30は、エンドエフェクタ42で真空圧を作用させることによって基板24を取り上げて、基板24の上下を転換し、基板24を基板搬送装置38の上方に移動させる。その後でロボットアーム30は基板24を離して、基板24が基板搬送装置38内のウエハ24のスタックの上に浮遊して穏やかに下りることを可能にする。基板搬送装置38の中へ基板24を離す前に間紙シート27が正しく存在するのを確認するために、センサ(図示せず)が与えられることができる。
ずれかから基板24を把持し、基板24の識別読み取りが要求される場合には、基板24をプリアライナ40の上に配置する。幾つかの実施例では、ウエハ24は、基板搬送装置38または2つのインプットカセット34a,34bのうちのいずれかの中に、所定の配向で配置される。幾つかの実施例では、基板24は非対称であり、参照点を与えるための「フラット」すなわち基準を有しており、プリアライナ40は、基板24を回転させる間に、それが非対称であることを検出する。その後でプリアライナ40は、非対称の作用として、基板24を所定の配向に回転させることができる。ロボットアーム30は、エンドエフェクタ42で真空圧を作用させることによって基板24を取り上げて、基板24の上下を転換し、基板24を基板搬送装置38の上方に移動させる。その後でロボットアーム30は基板24を離して、基板24が基板搬送装置38内のウエハ24のスタックの上に浮遊して穏やかに下りることを可能にする。基板搬送装置38の中へ基板24を離す前に間紙シート27が正しく存在するのを確認するために、センサ(図示せず)が与えられることができる。
図14を参照すると、基板24の整合および読み取りを行うためのプロセス100は、システム20およびシステム構成要素を初期化する(102)。プロセス100は、実行する特定のジョブと、対応する搭載される材料を選択する(104)。プロセス100は、基板24の位置および位置を決定するため、およびインプットカセット34a,34b内部で取り違えられた基板を検出するために、位置測定センサ79を用いてインプットカセット34a,34aを位置測定(図16に関連してより詳細に説明される)する(106)。プロセス100は、インプットカセット34a,34bから基板24を取り上げ(108)、必要な場合には、基板24を180°回転させる(110)。プロセス100は、プリアライナ40上に基板を配置する(112)。ある実施例では、これは、アウトプットカセット38内の配置において基板をθ方向の特定の配向に整合する(114)ために行われる。プロセス100は、プリアライナ40に配置されている間に、基板の識別情報を読み取る(116)。プロセス100は、プリアライナ40から基板24を取り上げ(118)、必要な場合には、基板24を180°回転させる(120)。プロセス100は、アウトプットカセット38内に基板24を配置する。プロセス100は、加工を要求する追加の基板24があるかを決定し(124)、必要な場合には、インプットカセット34a,34bから残る基板24を取り上げるステップ(108)に復帰する。基板24が全て加工された時、プロセス100は終了する(126)。
図15を参照すると、基板センサ61および位置測定センサ79の較正を行うためのプロセス150は、初期化を行う(152)。プロセス150は、位置測定センサ79を用いてアーティファクトを測定するために、ロボットアーム30を移動させる(154)。プロセス150は、アーティファクトに関する2つまたはそれ以上の異なる位置で、ロボットアーム30を用いてアーティファクトを測定する(156)。プロセス150は、基板センサ61を用いてアーティファクトを測定するために、ロボットアーム30を移動させる(158)。プロセス150は、線形変換を実行し(160)、例えば、インプットカセット34a,34bから基板24を取り上げることによって、変換を検証する(162)。その後で、プロセス150は較正を完了する(164)。
幾つかの実施例では、基板24の配向は以下で説明されるプロセス200において決定されるので、エンドエフェクタ42の基板センサ61および位置測定センサ79のうちの少なくとも1つにおいて、基板26を整合するための独立したプロセス100が不要となることは理解されるであろう。
図16を参照すると、インプットカセット34a,34b内部に配置された基板24の位置を位置測定するためのプロセス200は、位置測定センサ79が臨界面CP(図7)に関して第1の角度でインプットカセット34a,34bに対向するように、ロボットア
ーム30を移動させる(202)。プロセス200は、位置測定センサ79を用いて、反射された位置測定センサ79の出力を例えば1ミリ秒間隔で記録するための、高解像度取り込み(high resolution acquisition )を使用可能にする(204)。プロセス200は、インプットカセット34a,34bの開口面72のZ方向上方にロボットアーム30を移動させる(206)。位置測定センサ79は、基板24の頂部の縁を通り過ぎるまで「入」のままである。
ーム30を移動させる(202)。プロセス200は、位置測定センサ79を用いて、反射された位置測定センサ79の出力を例えば1ミリ秒間隔で記録するための、高解像度取り込み(high resolution acquisition )を使用可能にする(204)。プロセス200は、インプットカセット34a,34bの開口面72のZ方向上方にロボットアーム30を移動させる(206)。位置測定センサ79は、基板24の頂部の縁を通り過ぎるまで「入」のままである。
インプットカセット34a,34bの頂部に到達すると、プロセス200は高解像度取り込みを停止する(208)。そうすることで、位置測定センサ79は、インプットカセット34a,34bの全ての基板24の厚さの測定値を与える。幾つかの実施例では、遅延時間、履歴、ロボットアーム30の速さ、および基板24の縁の質の影響のために、基板24の測定された厚さは基板24の実際の厚さでないことがあり得る。したがって、プロセス200は、位置測定センサ79が第2の角度でインプットカセット34a,34bに対向するようにロボットアーム30を移動させ(210)、レーザセンサを用いて、この第2の角度で高解像度取り込みを使用可能にする(210)。プロセス200は、インプットカセット34a,34bの開口面72のZ方向下方にロボットアーム30を移動させる(214)。位置測定センサ79は、基板24の底部の縁を通り過ぎるまで入のままである。ロボット30がインプットカセット34a,34bの底部に到達すると、プロセス200は高解像度取り込みを停止する(216)。
第1の角度で使用可能にするステップ204および第2の角度で使用可能にするステップ212において取り込まれた情報を用いて、基板24の位置および配向のより正確な測定値が得られる。プロセス200は、位置測定センサ79によって測定されエンドエフェクタ42の(臨界面CPに関する)座標に変換された位置のピックテーブルを生成する(218)。ピックテーブルによって、ダブルスロットされている(double slotted)(2つの基板が単一のカセットスロット70内部に格納されている、またはクロススロットされている(cross-slotted ))基板をロボットアーム30に通知することができる。ピックテーブルの生成には、Z軸に沿っての基板24の各々の平均位置の間の線形変換と、臨界面CPに関する座標の生成とが要求される。第1の基板および続く基板のZ軸に沿っての平均位置を考慮することで、エンドエフェクタ42をインプットカセット34a,34bに差し込む際の安全なZ位置が、線形変換によって決定される。ステップ218でピックテーブルが生成された後で、プロセス200は完了する(220)。
図17を参照すると、基板24を係合させるおよび引き戻すためのプロセス300は、R方向にロボット30を引き戻して(302)、第1の基板を取り上げる位置に向けて、Zおよびθ方向にロボット30を移動させる。プロセス300は、エンドエフェクタ42の縁のグリッパ56,58を開く(304)。プロセス300は、インプットカセット34a,34a内に、R方向へロボット30を差し伸べる(306)(例えば、図10を参照)。プロセス300は、基板24の平均垂直位置を感知して(308)、エンドエフェクタ42の捕捉区域68の中心の基板24の位置に向けて、ZおよびR方向にロボット30を移動させる(310)。プロセス300がグリッパ56,58を作動させると(312)、センサ61の信号が確認されて(314)、ロボット30はわずかにZ方向上方に移動されて(316)、インプットカセット34a,34bから引き戻される。プロセス300は、ロボット30を、例えばアウトプットカセット38を含む基板24のための配置位置に、θおよびZの正の方向に移動させる(318)。プロセス300は、ロボット30を配置位置へR方向に移動させて(320)、基板24のための配置位置へZ方向下方に移動させる(322)。プロセスがエンドエフェクタ42の縁のグリッパ56,58を開いて(324)、ロボット30をRおよびZ方向へ移動させ(326)、センサ61の信号が確認されて(326)、ロボット30はその配置位置から引き戻される(328)。
図18を参照すると、基板24を整合するためのプロセス400は、プリアライナチャック90の上に基板24を配置して(402)、基板24の非対称なフラットすなわち基準の位置を特定するように、プリアライナに命令する(404)。プロセス400は、基板24の縁の輪郭が確認されるまで、プリアライナチャック90を回転する(406)。その後でプロセス400は、基準に関して既知である位置を有する基板IDを読み取るために、基板24を回転させる(408)。プロセス400は、基板IDを読み取り(410)、システム20に基板IDを報告する(412)。プロセスは、プリアライナチャック90から基板24を取り除いて(414)完了する。
本発明の幾つかの実施態様が説明されている。しかしながら、本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の修正がなされ得ることは理解されるであろう。したがって、他の実施態様は以下の特許請求の範囲の内にある。
Claims (42)
- キャリヤ内に保持された基板を取扱うためのシステムにおいて、
関節ロボットアームを有するロボットと、
前記ロボットアームを制御するためのプロセッサと、
前記ロボットアームの可動端に取付けられたエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタは第1の端および第2の端を有するブレードを有し、前記ブレードは前記端と前記基板との間の距離を感知するための作動領域を有するエンドエフェクタと、
前記ブレードの前記第1の端に取付けられたパッシブグリッパおよび前記ブレードの前記第2の端に取付けられたアクティブグリッパとを有するシステム。 - 請求項1に記載のシステムにおいて、前記エンドエフェクタは前記キャリヤ内部に配置された基板の平均垂直位置を検出するための位置測定センサをさらに有するシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記ブレードはシリコンウエハからなるシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記ブレードはセラミックからなるシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記ブレードは1000ミクロン(1000μm)未満の厚さを有するシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記ブレードは750ミクロン(750μm)未満の厚さを有するシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記作動領域はメタライゼーション工程によって前記ブレード上に形成されるシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記作動領域は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、前記基板キャリヤ内部の前記基板の偏差とのうちの少なくとも1つを与えるように適合されているシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記作動領域は測定トランスデューサを有するシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記作動領域は静電容量プローブを有するシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記作動領域は、光学センサと、空気圧センサと、誘導センサと、超音波センサとのうちの少なくとも1つを有するシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記作動領域は前記基板の平面情報を与えるための少なくとも3つの独立したセンサを有するシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記アクティブグリッパは空気圧で駆動されるシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、前記アクティブグリッパはリニアモータに接続されたサーボグリッパを有するシステム。
- 請求項13に記載のシステムにおいて、前記アクティブグリッパは、前記基板と確実に係合していることを決定するために、前記プロセッサにフィードバックを与えるシステム。
- 請求項13に記載のシステムにおいて、前記アクティブグリッパは、前記基板の中心を決定するために、前記プロセッサにフィードバックを与えるシステム。
- 請求項1に記載のシステムにおいて、基板プリアライナをさらに有し、前記基板プリアライナはプリアライナチャックを有するシステム。
- 請求項17に記載のシステムにおいて、前記プリアライナチャックは排除区域に沿ってのみ基板を係合させるための複数のエンバトルメントを有するシステム。
- 請求項17に記載のシステムにおいて、前記プリアライナチャックは回転慣性を減少するような寸法を有して形成されているシステム。
- 請求項19に記載のシステムにおいて、前記プリアライナチャックは複数の穴を有するシステム。
- キャリヤ内に保持された基板を取扱うための方法において、
前記基板の縁を横切ってロボットアームを移動させるステップと、
前記キャリヤ内の前記基板の座標情報を決定するステップと、
前記座標情報を貯蔵するステップと、
前記貯蔵された座標情報によって前記キャリヤ内の前記基板に対してロボットアームを連続的にインデックス送りするステップと、
前記ロボットアームから前記基板への距離を測定するステップと、
前記基板をロボットアームと係合させるステップとを備える方法。 - 請求項21に記載の方法において、前記座標情報は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、前記基板キャリヤ内部の前記基板の偏差とのうちの少なくとも1つを含む方法。
- カセット内に保持された基板を取扱うための方法において、
位置測定センサと、基板センサを有するエンドエフェクタとを有するロボットアームを与えるステップと、
前記カセットに近接する前記第1のセンサを移動させ、かつ平均垂直基板位置を記録するステップと、
平均垂直基板位置データを有するピックテーブルを生成するステップと、
前記ピックテーブルの平均垂直基板位置によって前記ロボットアームを連続的にインデックス送りするステップと、
前記カセットを前記エンドエフェクタと係合させるステップと、
前記第2のセンサを用いて前記基板の位置を検証するステップと、
前記ロボットアームを用いて前記カセットから前記基板を捕捉し、かつ取り除くステップとを備える方法。 - 請求項23に記載の方法において、前記平均垂直基板位置データを生成するステップは、135ミクロン(135μm)以内で正確である方法。
- 請求項23に記載の方法において、前記平均垂直基板位置を記録するステップは、100ミクロン(100μm)以内で正確である方法。
- 請求項23に記載の方法において、前記カセットから前記基板を取り除くステップの後に、前記基板をプリアラインするステップをさらに備える方法。
- 請求項23に記載の方法において、前記ロボットアームは、第1の端および第2の端を有するブレードを有するエンドエフェクタを有し、前記ブレードは前記エンドエフェクタと前記基板との間の距離を感知するための作動領域を有する方法。
- 請求項23に記載の方法において、前記エンドエフェクタは前記ブレードの前記第1の端に取付けられたパッシブグリッパと、前記ブレードの前記第2の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する方法。
- 基板を保持するためのロボットエンドエフェクタにおいて、
基板の平均垂直位置を検出するための位置測定センサと、
第1の端および第2の端を有するブレードと、
前記端および前記ブレードに沿って配置された前記基板の間の距離を感知するための作動領域と、
前記ブレードの前記第1の端に取付けられたパッシブグリッパと、前記ブレードの前記第2の端に取付けられたアクティブグリッパとを有するロボットエンドエフェクタ。 - 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域はメタライゼーション工程によって形成されるロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、基板の前記平均垂直位置を検出するためのセンサを有するロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は前記基板の平面情報を与えるための少なくとも3つの独立したセンサを有するロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、前記基板キャリヤ内部の前記基板の偏差とのうちの少なくとも1つを与えるように適合されているロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は測定トランスデューサを有するロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は静電容量プローブを有するロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は、光学センサと、空気圧センサと、誘導センサと、超音波センサとのうちの少なくとも1つを有するロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、基板の前記平均垂直位置を検出するための位置測定センサをさらに有するロボットエンドエフェクタ。
- 請求項35に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記位置測定センサはレーザトランスデューサを有するロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記ブレードはシリコンウエハからなるロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記ブレードはセラミックからなるロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記ブレードは1000ミクロン(1000μm)未満の厚さを有するロボットエンドエフェクタ。
- 請求項29に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記ブレードは750ミクロン(750μm)未満の厚さを有するロボットエンドエフェクタ。
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