JP2010110891A - 試料位置検知端部エフェクタおよびその使用方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ウエハの引っ掻き傷や粒子による汚損を最少にして半導体ウエハを確実に移送し得る試料把持用端部エフェクタを提供すること。
【解決手段】光源、及び受光部に作動するように連結された本体を有する端部エフェクタを設け、前記光源、及び受光部は離間するそれぞれの光源光路開口、及び受光路開口を有し、これ等開口の間に光透過路に沿って光ビームが伝搬し、これ等光ビームが既知のビーム形状であるように前記光源光路開口、及び受光路開口の寸法を定め、前記試料と本体との空間を狭くするため、これ等試料と本体との間の相対運動を与え、前記相対運動を与えることに組み合わせて、前記光透過路に交差するように前記試料を位置決めする。
【選択図】図１

Description

発明の分野
本発明は試料を取り扱う装置、及び方法に関するものであり、また特に、ウエハの裏側の損傷、及び微小な分離粒子による汚損を著しく減らすことができ、半導体ウエハの端縁を把持するロボットアームの端部エフェクタに関するものである。

発明の背景
集積回路は半導体材料のウエハから製造される。ウエハはそれぞれウエハを収容できる複数個の密接離間する溝孔を有するカセット内に通常、収容される。通常、カセットを処理ステーションに動かし、ここで、ウエハをカセットから取り出し、予配列装置によって所定の方向に設置し、又はその他の処理を行い、更に処理を行うため、他の位置に復帰させる。

ウエハをカセットに向け、及びカセットから運び、更に処理ステーションの間に運ぶため、種々の形式のウエハ処理装置が知られている。多くの場合、へら状の端部を有するロボットアームが採用されており、このへら状の端部をカセット内に挿入して、ウエハを除去し、又はウエハを挿入する。ロボットアームの端部は端部エフェクタと、称されており、端部エフェクタにウエハを釈放可能に保持するため、通常、真空を使用している。通常、端部エフェクタは１対の隣接するウエハの間の狭い間隙を通じて、カセット内に入り、ウエハの裏側に掛合し、カセットからウエハを取り出す。端部エフェクタは薄く、剛強である必要があり、カセット内に密接離間するウエハには接触しないで、ウエハの間に適合するように高い精度で、位置決めし得ることが必要である。ウエハを処理した後、ロボットアームはウエハをカセット内に挿入して戻す。

具合が悪いことには、予配列装置のような手段により、カセット、ロボットアーム、及び処理ステーションの間にウエハを移送する際、ウエハの裏側を損傷することがあり、カセット内で他のウエハが汚損することがある。これはウエハに強く掛合し、また、予期せずウエハに接触するから、ウエハから粒子が脱落し、この粒子が他のウエハ上に落下し付着するためである。ウエハの裏側の損傷には引っ掻き傷と、ウエハの材料の金属的、及び本質的な汚損とがある。ウエハを把持するのに、真空圧を採用しているロボットアーム、及び予配列装置はウエハの裏側の損傷や、粒子の発生を最少にするように設計することができる。しかし、真空圧による把持、又はその他のウエハの端縁以外の部分を把持する方法で、生ずる僅かな粒子であっても、カセット内に収容している隣接するウエハを十分に汚損してしまう。このような汚損を減少させることは、ウエハの処理歩留まりを維持するために、特に重要である。更に、移送されるウエハの裏側に引っ掻き傷を生じたり、汚損すると、ウエハの処理に損害を受けることになる。

従って、ウエハの引っ掻き傷や粒子による汚損を最少にして、半導体ウエハを確実に、迅速に、及び正確に移送し得る試料把持用端部エフェクタが必要である。

発明の要約 従って、本発明の目的は試料の損傷を最少にすると共に、汚損粒子の発生を最少にする試料処理装置を得るにある。

本発明の他の目的はウエハカセットとウエハ処理ステーションとの間に、半導体ウエハを迅速、正確に移送し得る半導体ウエハ取扱い装置を得るにある。

本発明の更に他の目的は既存のロボットアームシステムにも適用することができるウエハ取扱い装置を得るにある。

本発明ロボットアーム端部エフェクタはウエハカセットと、処理ステーションとの間に、半導体ウエハを迅速に、手ぎわ良く移送する。この端部エフェクタは少なくとも１個の基端静止パッドと、少なくとも２個の末端静止パッドとを具え、これ等末端静止パッドはパッド部と後部止め部とを有し、ウエハの周端縁から内方に延在する環状特別帯域内でパッド部と、後部止め部とがウエハを支持し、把持する。また、この端部エフェクタは後退ウエハ積載位置と、突出ウエハ把持位置との間に移動できる作用接触点を有する。この作用接触点はウエハを末端静止パッドに押圧するように移動可能であり、ウエハをその端縁のみで、又は上記特別帯域内で把持する。端部エフェクタはその傾斜静止パッドによって、ウエハの端縁の接触を達成するよう端部エフェクタの形態を定める。光センサは後退した安全な試料積載、又は把持を検出し、作用接触点の突出位置を検出する。

端部エフェクタは、ほぼ、へら状であり、ロボットアームに作動可能に連結される基端を有する。作用接触点は基端に設置され、カセット内の隣接するウエハの間に整合しない移動機構を有する端部エフェクタよりも、この端部エフェクタは一層軽量で、一層強力であり、一層細い。移動機構が無いことによって、端部エフェクタがカセット内で汚損物を発生するのを少なくしている。更に、端部エフェクタの基端に作用接触点を設置することによって、加熱される環境や液体のような粗い条件から端部エフェクタを確実に遠ざけることができる。

真空圧で作動するピストンはウエハを端部エフェクタに積載する後退位置と、ウエハを把持する突出位置との間に、作用接触点を動かす。ピストンの第１実施例は極限位置間に、作用接触点を動かすのに真空圧を採用する。ピストンの第２実施例は作用接触点を後退させるため、真空圧を採用し、作用接触点を突出させるため、ばねを採用する。更に、ピストンの第３実施例は作用接触点の後退位置、安全試料積載位置、又は把持位置、及び作用接触点の突出位置とを検出するための上述の光学センサを加える。

端部エフェクタの代案の実施例は平坦な、又は傾斜する狭い、又は弓形の静止パッドを有し、このパッドにウエハを最初に乗せる。狭い、弓形の傾斜する静止パッドの実施例は作用接触点と、末端静止パッドとの間に、ウエハを心決めし、把持するのを助ける。この弓形の静止パッドは把持し、取り扱う平坦なウエハを一層容易に受け入れる。

更に、端部エフェクタはウエハの端縁と底面とを正確に設置するため、光ファイバ光透過センサを有する。３個の代案の実施例は端部エフェクタの基端にウエハ端縁センサ、及び底センサを設置し、又は端部エフェクタの基端に端縁センサを設置し、末端に底センサを設置する。又は組み合わせた端縁底センサを端部エフェクタの末端に設置する。３個の全ての実施例において、これ等センサはロボットアームの突出、高さ、及び位置のデータを提供する。ウエハを迅速、正確に設置し、ウエハ移送ステージ、又はプロセス室からウエハを取り出し、ウエハカセットにウエハを設置し、ウエハカセット内に保管された密接離間する堆積ウエハから、ウエハを取り出す方法をこれ等データはサポートする。この方法は手ぎわ良く、確実なウエハの把持を行う間、カセット内に堆積する隣接するウエハ、又は処理装置に静止するウエハと、端部エフェクタとの間が予期せず接触するのを有効に防止する。
添付図面を参照する本発明の好適な実施例の次の詳細な説明から、本発明の付加的目的、及び利点は明らかになるであろう。

ウエハを取り戻し、又は置き替えるため半導体ウエハカセット内に挿入された本発明端部エフェクタの第１実施例の平面図である。 カセット内に保管された隣接する３個のウエハ間に挿入された図１の端部エフェクタの側面図である。 ウエハの特別帯域に掛合する静止パッドを示し、本発明の平坦静止パッドの拡大側面図である。 実質的にウエハの周縁に掛合する傾斜する静止パッドを示す本発明の傾斜静止パッドの実施例の拡大側面図である。 本発明の第１実施例において、ウエハ、移動接触点、ウエハ静止パッド、ウエハ端縁、及び高さセンサの間の位置的関係を示すよう拡大したウエハ、及び図１の端部エフェクタの部分平面図である。 ウエハに対する光ファイバ光路の位置を示すため、更に拡大した図５のウエハ端縁と高さセンサとの側面図である。 図６Ａの前面図である。 カセット内の半導体ウエハに隣接して把持する状態を示す本発明端部エフェクタの第２実施例の平面図である。 ウエハカセット内に保管される密接離間するウエハ間にウエハを把持する作用接触点作動機構を示す図７の端部エフェクタの断面側面図である。 図７の端部エフェクタの末端に取り付けた本発明の末端弓形静止パッドの実施例の斜視図である。 本発明の端部エフェクタの第２実施例において、移動接触点、弓形静止パッド、ウエハ端縁、高さセンサの位置的関係を示す図７の端部エフェクタの斜視図である。 本発明の端部エフェクタの第２実施例において、高さセンサの光ファイバのチャネルを示す図７の端部エフェクタの底面図である。 ウエハと、位置検知作用接触点作動機構と、基端静止パッドとの間の位置関係を示す本発明の端部エフェクタの第３実施例の一部平面図である。 カセットに保管される密接離間するウエハ間に完全に延びる位置検知作用接触点作動機構を示す図１２の端部エフェクタの断面側面図である。 交互のウエハ把持位置、及びウエハ検知位置を示す図１２の端部エフェクタの全平面図である。 ウエハ（簡明のため寸法を小さく示す）の端縁までの半径方向距離を検知するため、２個の角度移動した位置に示す本発明端部エフェクタとロボットアームとの平面図である。 図１５と異なる位置を示す図１５Ａと同様の平面図である。 例として示した２個のアームを有する多数リンクロボットアームから本発明端部エフェクタが突出している状態の側面図である。 図１６Ａと同様の平面図である。 図１６Ａ、及び図１６Ｂのロボットアームシステムのリンク構成部分、及び関連する機械リンクを示す正面図である。 図１６Ａ、及び図１６Ｂのロボットアームシステムの機械リンクのモータ駆動リンクによって与えられる回転運動を示す斜視図である。 信号を発生するために使用するスペース関係とパラメータとを示す線図である。 図１６Ａ、及び図１６Ｂのロボットアームシステムのモータ制御器のブロック線図である。

好適な実施例の詳細な説明図１、及び図２はウエハカセット１４に向け、及びウエハカセット１４からウエハ１２（下にある構造が見えるように透明に示してある）のような半導体ウエハを移送するための本発明のへら状の端部エフェクタ１０の実施例を示す。この端部エフェクタ１０はウエハ１２を受け取って、確実に保持し、処理のため、このウエハ１２をカセット１４に向け移送し、カセット１４から移送する。図２はウエハカセット１４内に堆積された状態に示されているウエハ１２、１２Ａ、１２Ｂのように密接離間するウエハの中から、ウエハ１２を取り出して、置き換えるように特に構成された端部エフェクタ１０を示す。１５０ mm より小さい直径を有するウエハは通常、ピッチ距離4.76 mm(3/16インチ) 離間しており、２００mmの直径のウエハは通常、ピッチ距離6.35 mm(1/4 インチ) 離間しており、３００mmの直径のウエハは通常、ピッチ距離10 mm(0.394 インチ) 離間している。

端部エフェクタ１０は既知のように、プログラミングされて、位置決めすることができるロボットアーム１６（その一部のみを示す）に、作動可能に取り付けられている。一般に、端部エフェクタ１０はウエハカセット１４に入り、ウエハ１２Ａ、１２Ｂの間に位置するウエハ１２を取り上げる。次に端部エフェクタ１０をロボットアーム１６によって、微細に位置決めし、この端部エフェクタ１０を作動させ、ウエハ１２の周縁１８を把持し、このウエハ１２をカセット１４から除去し、処理のため、処理ステーション（図示せず）に、このウエハ１２を移送する。次に、必要なら、端部エフェクタ１０はウエハ１２をカセット１４内に再挿入し、ウエハ１２を釈放し、カセット１４から後退する。

端部エフェクタ１０の基端２０をロボットアーム１６に作動可能に連結し、この端部エフェクタ１０を末端２２の方に突出する。端部エフェクタ１０はその基端２０と末端２２との間にウエハ１２を受け入れる。この端部エフェクタ１０は少なくとも２個、好ましくは４個の静止パッドを有し、最初、この上にウエハ１２を乗せる。２個の末端静止パッド２４を端部エフェクタ１０の末端２２に、又はこれに隣接して設置し、少なくとも１個、好適には２個の基端静止パッド２６を２個の基端２０に向け設置する。半導体ウエハに通常、見られる結晶構造を表示する特色である「平坦部」の長さより一層広く広がる角度を有する単一弓形静止パッドになるように、末端静止パッド２４を代わりに形成してもよい。平坦部２７は例として、基端静止部２６の間に位置するように示している。ウエハ１２は異なる方向を指向していても良いことはもちろんで、周縁１８を基端静止パッド２６の間に位置するように示す。

ウエハ１２は特別な帯域３０（その一部を破線にて示す）を有する。半導体ウエハは環状特別帯域、又は不作動部を有し、この帯域は周縁１８から約１ mm 〜約５ mm 内方に延在し、ウエハ１２を完全に包囲している。SEMIの仕様M10298の１８頁、及び１９頁にはこの特別帯域３０を産業標準ウエハ端縁プロファイルテンプレートの一部として記載されている。一般に、端部エフェクタ１０の一部が特別帯域３０の内部境界を越えて、ウエハ１２に接触することはない。将来、この仕様が変更になれば、端縁のみを接触させる要求が許されることが予想され、この要求は本発明により容易に達成される。

静止パッド２４間の距離、及び静止パッド２６間の距離はウエハ１２上のいかなる特色、即ち平坦部よりも広い角度をなす拡がりを有しており、これにより、ウエハ１２が特別帯域３０内のみで把持される。静止パッド２４、２６は種々の材料で造ることができるが、英国のVictrex 社によって製作される半結晶質高温熱可塑性プラスチックであるポリエーテルエーテルケトン（「ピ−ク」）が好適な材料である。高温での用途のように、種々の作動環境に適合するように静止パッドの材料を変更することができる。

図３は末端静止パッド２４のほぼ平坦な実施例を示す。この実施例は有利であるが、約２００mmより小さい直径を有するウエハに、専ら使用する必要はない。末端静止パッド２４はパッド部３２と、後部止め部３４とを有する。この平坦な実施例では、パッド部３２はウエハ１２に貫通する仮想平面にほぼ平行であり、後部止め部３６は仮想平面３６に垂直な線に対し、約５度までの後部止め角３８の角度にウエハ１２に向け傾斜している。代案として、パッド部３２は仮想平面３６に対し、約３度までウエハ１２から離れるように傾斜していてもよい。パッド部３２は特別帯域３０の深さの関数である長さ４０を有するが、この長さは約３mmであるのが好適である。通常、ウエハ１２はほぼ丸みを有する周端縁を有し、特別帯域３０内でのみ静止パッド２４に接触する。パッド部３２と、後部止め部３４との間に形成された内抱角内に、ウエハ１２を押圧することによって、ウエハ１２は把持される。

図４は末端静止パッド２４の傾斜する実施例を示す。この実施例は有利ではあるが、約２００mmより大きい直径を有するウエハに、独占的に使用する必要はない。末端静止パッド２４は傾斜パッド部４２と、後部止め部３４とを有する。この傾斜する実施例では、傾斜パッド部４２は仮想平面３６に対し、約３度の静止パッド角４４の角度に、ウエハ１２から離れるように傾斜しており、後部止め部３６は約３度までの後部止め角３８の角度に、ウエハ１２に向け傾斜している。傾斜パッド部４２は特別帯域３０の深さの関数である長さ４０を有するが、この長さは約３mmであるのが好適である。前と同様、通常、ウエハ１２はほぼ丸みを有する周端縁を有し、特別帯域３０内でのみ静止パッド２４に接触する。パッド部４２と後部止め部３４との間に形成された内抱角内に、ウエハ１２を押圧することによって、このウエハ１２は把持される。傾斜するこの実施例では、ウエハ１２の底面４６と静止パッド２４との間は実質的に接触しない。この静止パッドの実施例もウエハの端縁のみを接触させるのに適する。

末端静止パッド２４の平坦な実施例、及び傾斜する実施例の両方の実施例はウエハ１２の頂面にほぼ達するが、この頂面を越えて突出することはない。

再び図１において、基端静止パッド２６は末端静止パッド２４に類似するが、各静止パッド２６は必ずしも後部止め部を必要としておらず、そのパッド部は長さ４０の約２倍の長さを有している。

端部エフェクタ１０は更に、作用接触点５０を有し、この接触点５０は端部エフェクタ１０の基端に、基端静止パッド２６間に位置している。作用接触点５０は後退したウエハ積載位置（点線にて示す）と、突出したウエハ把持位置（実線にて示す）との間に移動することができる。

この後退位置と突出位置との間に往復動するよう、作用接触点５０をピストン５２に作動するように連結される。第１実施例では、ピストン５２は孔、即ちシリンダボア５４内で、往復動する。作用接触点５０を突出させ、後退させるように負圧で作動させるのが好適である。気密シ−ル５８に貫通するピストンロッド５６によって、作用接触点５０をピストン５２に連結する。シリンダボア５４は端部エフェクタ１０内に真空室を形成しており、この真空室はピストン５２によって駆動室６０と、復帰室６２とに分割される。駆動室６０は第１チャネル６４を通じて、真空圧力源（図示せず）に空気連通しており、復帰室６２は第２チャネル６６を通じて、この真空圧力源に空気連通している。プログラム制御によって制御される真空圧力は駆動室６０を介して、ピストン５２の前面に作用し、ウエハ把持位置まで、作用接触点５０を突出させ、真空圧力は復帰室６２を介して、ピストン５２の後面に作用し、作用接触点５０を後退させる。真空圧力源はロボットアーム１６内の回転真空連通スプールを通じて、第１チャネル６４、及び第２チャネル６６に到る経路を有する。好適な回転真空連通スプールは本願の譲渡人に譲渡された発明の名称「連続回転多リンクロボットアーム機構」の米国特許第5741113 号に記載されている。

更に、ピストン５２はピストンロッド５６内の通気孔（図示せず）に空気連通する環状溝６８を有する。第１チャネル６４、及び第２チャネル６６はピストン５２の移動限界で、環状溝６８に開口する位置において、それぞれ駆動室６０、及び復帰室６２に連結している。従って、第１チャネル６４、及び第２チャネル６６の真空圧はピストン５２の移動限界で減少するから、これにより、ウエハ１２を適正に積載するため、作用接触点５０が完全に突出し、又は完全に後退したことを示す信号を真空制御器に提供する。

ウエハ１２を端部エフェクタ１０に積載した後、作用接触点５０を作動させて、ウエハ１２をその把持位置に動かす。作用接触点５０が突出すると、ウエハ１２を末端静止パッド２４に押圧し、作用接触点５０と、末端静止パッド２４とによって、ウエハ１２を特別帯域３０内で把持する。

ウエハ１２を把持した時、ウエハ１２の仮想平面３６が端部エフェクタ１０に平行になるように、基端静止パッド２６を末端静止パッド２４に対し、適切に配置する。基端静止パッド２４と、末端静止パッド２６との平坦な実施例を採用する時、この構成は容易に達成される。しかし、傾斜する実施例を採用する時は、作用接触点５０を突出し、ウエハ１２を把持した時に、ウエハ１２がパッド部４２に接触する点がウエハ１２の中心７０からほぼ等距離にあるように、基端静止パッド２４と、末端静止パッド２６とを配置する。例えば、ウエハ１２が図１に示す位置にある時、末端静止パッド２４と基端静止パッド２６とのパッド部は周縁１８に対し、接触点でウエハ１２に接触し、各パッド部４２の中心を通る線がウエハ１２の中心に交差するようにする。

基端２０の作用接触点５０の位置によって、カセット１４内の隣接するウエハ１２、１２Ａ、１２Ｂ間に整合しない移動機構を有する端部エフェクタよりも、この端部エフェクタを一層軽く、一層強く、一層細くすることができる。移動する機構が無いと、端部エフェクタ１０によってカセット１４内に発生する汚損が少ない。更に、作用接触点５０を端部エフェクタ１０の基端２０に設置することによって、加熱される環境や液体のような過酷な条件から、作用接触点５０を遠ざけることができる。

隣接するウエハ１２、１２Ａ、１２Ｂが密接して離間しているため、端部エフェクタ１０をカセット１４に入れ、隣接するウエハに接触することなく、ウエハを確実に把持するためには、端部エフェクタ１０を正確に位置決めすることが必要である。

図５、図６Ａ、及び図６Ｂは端部エフェクタ１０に対する正確なウエハ１２の位置決めデータを提供するウエハ端縁センサ、及び高さセンサの第１実施例のそれぞれ平面図、側面図、及び正面図である。（下にある構造を示すためウエハ１２は透明に示してある。）これ等センサは第１センサハウジング８０と、第２センサハウジング８２とに収容され、３個の光透過センサを形成しており、それぞれ対を成すファイバ光源、及び受光部を有する。

２個のウエハ端縁センサは次のように作用する。各第１センサハウジング８０、及び第２センサハウジング８２は光源ファイバ８４、及び受光ファイバ８６を有し、これ等の間に小さいＵ字状開口８８を形成しており、この中にウエハ１２の周縁１８を嵌着させることができる。更にファイバ８４、８６は相互に向き合う光路開口９０を有し、これ等光路開口はウエハ１２の周縁１８の存在、又は無存在を検出するための狭い光透過路を形成する。ファイバ８４、８６はフェルール９２に貫通して、光源／受光モジュール９４まで延びる。このモジュール９４はロボットアーム１６への端部エフェクタ１０の回転連結位置に近く、端部エフェクタ１０の便利な位置に取り付けられている。光源／受光モジュール９４はファイバ８４と８６との間の光透過の程度を通常のように検出し、これにより光路開口９０間で、周縁１８の位置を正確に検知する。ファイバ８４、８６の相対位置を反対にしてもよいことはもちろんである。

１個の高さセンサは次のように作用する。第１センサハウジング８０は更に、光源ファイバ９６（仮想線で示す）を有し、第２センサハウジング８２は受光ファイバ９８（仮想線で示す）を有する。ファイバ９６、９８はその間に広い開口を形成しており、この開口はウエハ１２の底面の弦１００に沿って見える。更にファイバ９６、９８は相互に向き合う光路開口１０２を有し、ウエハ１２の底面の弦１００の存在、又は無存在を検出するための狭い光透過路１０４を形成している。ファイバ９６、９８はフェルール１０６を貫通して、光源／受光モジュール９４まで延びる。光源／受光モジュール９４はファイバ９６、９８間の光透過の程度を通常のように検出し、光路開口１０２間の底面の弦１００の位置を正確に検知する。ファイバ９６、９８の相対位置を逆にしてもよいことはもちろんである。

平坦部２７の長さより一層長い距離に、光路開口１０２を相互に分離することによって、平坦部２７を検出することができる。底面の弦１００を光路開口１０２間に検知するが、周縁１８は対をなす光路開口９０のうちの１対の間に、検知されていなければ、平坦部２７が存在する。

２００mmのように既知の直径のウエハ１２に、端部エフェクタ１０が接近する方法を図２、図５、図６Ａ、及び図６Ｂにつき説明する。

作用接触点５０をその後退位置に置く。
端部エフェクタ１０を例えば、ウエハ１２、１２Ｂ間に、カセット１４内にＸ方向に挿入し、少なくとも１対の光路開口９０間に、周縁１８を検知する。
検知された平坦部を無視して、周縁１８を検知した時、ロボットアーム１６に関連する制御器（図示せず）はロボットアーム１６の突出量を記録する。
ウエハ１２と端縁検出器との間に間隙を生ずるのに十分な量だけ、端部エフェクタ１０はＸ方向に後退する。
ウエハ１２の底面の弦１００が感知されるまで、ロボットアーム１６をＺ方向に動かす。

制御器はウエハ１２の底面のＺ方向の高さを記録する。
末端静止パッド２４と基端静止パッド２６とがウエハ１２と１２Ｂとから離れていて、ウエハ１２の底面の下方に、Ｚ方向に或る距離において、カセット１４内に達するのに必要なＸ方向の距離を制御器が計算する。
また、制御器は次の計算を行う。
１）光透過路１０４のＺ方向の高さに対して、末端静止パッド２４の半径方向のオフセット距離、及び高さ方向のオフセット距離。
２）周縁１８を検知した後、端部エフェクタ１０が後退した半径方向距離。
制御器は端部エフェクタ１０をＸ方向にカセット１４内に動かし、Ｚ方向に上昇させ、積載作用をするパッド２４、２６上で、ウエハ１２に接触させる。

作用接触点５０を作動させて、ウエハ１２を末端静止パッド２４のパッド部３２と後部止め部３４との間の内抱角内に押圧し、ウエハ１２を把持する。
端部エフェクタ１０はウエハ１２をカセット１４からＸ方向に引き出す。

図７、及び図８はウエハカセット１４（図示せず）に向け、及びウエハカセット１４からウエハ１２（下にある構造が見えるよう透明に示してある）のような半導体ウエハを移送するための本発明のへら状の端部エフェクタ１０の第２実施例を示す。端部エフェクタ１１０は端部エフェクタ１０に類似しているが、端部エフェクタ１１０は更に、ウエハカセット１４内に保管されたウエハの底面を、カセット内に突出することなく、検知し得るようにする。図８は特に、ウエハカセット１４内に堆積させて示したウエハ１２、１２Ａ、１２Ｂのように密接して離間させたウエハの中から、ウエハ１２を取り出して、置き代えるように特に構成されている。

端部エフェクタ１１０を作動するようにロボットアーム１６に取り付ける。一般に、端部エフェクタ１１０はウエハカセット１４に入る前に、ウエハ１２の底面を検知し、ウエハ１２Ａ、１２Ｂの間からウエハ１２を取り出す。次に端部エフェクタ１１０をロボットアーム１６によって、微細に位置決めし、この端部エフェクタを作動させ、ウエハ１２の周縁１８を把持し、カセット１４からウエハ１２を除去し、処理のため、処理ステーション（図示せず）にウエハ１２を移送する。次に、必要なら、端部エフェクタ１１０はウエハ１２をカセット１４内に再挿入し、ウエハ１２を釈放し、カセット１４から後退する。

端部エフェクタ１１０の基端１２０をロボットアーム１６に、作動可能に連結し、末端１２２の方に突出する。端部エフェクタ１１０はウエハ１２をその基端１２０と末端１２２との間に受け入れる。この端部エフェクタ１１０は少なくとも２個、一層好適には４個の弓形の静止パッドを有しており、最初、この上にウエハ１２を乗せる。端部エフェクタ１１０の末端１２２に、又は末端１２２に隣接して、２個の末端弓形静止パッド１２４を設置する。少なくとも１個、好適には２個の基端弓形静止パッド１２６を基端１２０に向け、設置する。例えば、基端静止パッド１２６間にのみ位置するように示した平坦部２７より、一層広く広がる角度を末端弓形静止パッド１２４、及び基端弓形静止パッド１２６は有する。ウエハ１２は図示の方向と異なる方向を指向していてもよいこと、もちろんである。

図面に示すように分離しているか、又は単一の静止パッドに結合している弓形静止パッド１２４、１２６はウエハ１２上のいかなる特色よりも、即ち平坦部よりも広く広がる角度を有し、ウエハ１２が平坦であっても、平坦でなくとも、特別帯域３０内のみで十分にウエハを把持することができる。静止パッド２４、２６と同様に、静止パッド１２４、１２６は種々の材料で作ることができるが、上述の「ピ−ク」が好適な材料である。

図９は平坦なウエハ、又は平坦でないウエハに使用するのに適する末端弓形静止パッド１２４の実施例を示す。末端弓形静止パッド１２４は傾斜パッド部１３２と、後部止め部１３４とを有する。図４をも参照し、傾斜パッド部１３２は平面３６に対して、約３度の静止パッド角４４の角度に、ウエハ１２から離れるように傾斜しており、後部止め部１３６は約３度までの後部止め角３８の角度に、ウエハ１２に向け傾斜する。傾斜パッド部１３２は特別帯域３０の深さの関数である長さ１４０を有する。この長さは約３mmであるのが好適である。前の場合のように、ほぼ丸みを有する終端縁を有し、ウエハの端縁の接触（強制的に特別帯域３０内での接触）によって、弓形静止パッド１２４に接触する。周端縁は必ずしも丸くする必要がないことはもちろんである。傾斜パッド部１３２と、後部止め部１３４との間に形成された内抱角内にウエハ１２を押圧することによって、このウエハ１２を把持する。

末端弓形静止パッド１２４はウエハ１２の頂面を越えて、突出しないが、ほぼこの頂面に達する高さ１４８を有する。

再び、図７において、基端弓形静止パッド１２６は末端弓形静止パッド１２４に類似するが、相違するのは、各静止パッド１２６は必ずしも後部止め部を必要としないこと、及びそのパッド部の長さが長さ１４０の約２倍であることである。

更に、端部エフェクタ１１０は作用接触点１５０を有し、この作用接触点１５０は端部エフェクタ１１０の基端１２０にあり、基端弓形静止パッド１２６の間にある。作用接触点１５０は後退したウエハ積載位置（図示せず）と、図示の突出したウエハ把持位置との間を移動することができる。

再び図８を参照し、この図面は端部エフェクタ１１０を採用した作用接触点作動機構１５１の第２実施例を示す。後退位置と突出位置との間に往復動するよう、作用接触点１５０をピストン１５２に作動するように連結する。この実施例では、ピストン１５２はシリンダボア１５４内で往復動し、作用接触点１５０を突出させるよう、ばね１５５によって、ピストン１５２は押圧され、作用接触点１５０を後退させるよう、真空圧によって、ピストン１５２は押圧される。環状気密シ−ル１５８に貫通するピストンロッド１５６によって、作用接触点１５０はピストン１５２に連結される。シリンダボア１５４は真空室１６０の一方の壁を形成している端部キャップ１５９を有する。真空室１６０の他方の壁はピストン１５２によって移動可能に形成されている。真空供給路１６２と真空チャネル１６４とを通じて、真空室６０は真空圧力源（図示せず）に空気連通している。ばね１５５はピストン１５２の表面を押圧して、作用接触点１５０をウエハ把持位置に突出させると共に、真空圧は真空室１６０を通じて、ピストン１５２の表面に作用し、ばね力に打ち勝って、作用接触点１５０をウエハ釈放位置に後退させる。

第２実施例では、ばね１５５のみによって決定される力で、作用接触点１５０をウエハ１２に押圧する。ピストン１５２内の凹所１６６と端部キャップ１５９との間に、ばね１５５は支持される。真空圧力源はロボットアーム１６内の回転真空連通シ−ル、又はスプールを通じて、真空チャネル１６４に達する。

更に、作動機構１５１は大気に空気連通する通気孔１６８を有し、真空圧力源に連通していないシリンダボア１５４の部分内で、ピストン１５２は自由に動くことができる。作動機構１５１は端部キャップ１５９と真空供給路とを包囲するＯリングシ−ル１７０と、ピストン１５２を包囲する環状移動シ−ル１７２とによって、「真空密」に作られる。ピストン１５２の表面に嵌着されたＯリングバンパシ−ル１７４によって、ピストン１５２の移動端で、ピストン１５２によって、潜在的に生ずる接触衝撃を吸収する。

ウエハ１２を端部エフェクタ１０上に乗せた後、作用接触点１５０を作動させて、ウエハ１２をその把持位置に動かす。作用接触点１５０をばね１５５によって突出させると、ウエハ１２を末端弓形静止パッド１２４に向け押圧し、作用接触点１５０と、末端弓形静止パッド１２４とにより、ウエハ端縁接触（及び強制的に特別帯域３０）により、ウエハ１２を把持する。作用接触点１５０は内方に傾斜する面部１７６を有し、この面部１７６によって、ウエハ１２を基端弓形静止パッド１２６に押圧し、これによりウエハ１２の周端縁を確実に把持する。

基端弓形静止パッド１２６を末端弓形静止パッド１２４に対し、相対的に配置し、把持した時、ウエハ１２の平面が端部エフェクタ１１０に平行になるようにする。

端部エフェクタ１０と同様に、基端１２０における作用接触点１５０の位置によって、カセット１４内に隣接するウエハ１２、１２Ａ、１２Ｂ間に整合しない移動機構を有する端部エフェクタよりも、この端部エフェクタ１１０を一層軽くし、一層強くし、一層細くすることができる。基端と末端との間に移動機構がないことによって、端部エフェクタ１１０によりカセット１４内に発生する汚損が少なくなる。更に、２個の真空圧用管によって作動する端部エフェクタ１０とは異なり、端部エフェクタ１１０は作動のため１個の真空圧用管を必要とするだけである。端部エフェクタ１０は作動機構１５１を取り付け得ることはもちろんである。

隣接するウエハ１２、１２Ａ、１２Ｂは密接離間しているので、端部エフェクタ１１０がカセット１４に入り、隣接するウエハに接触することなく、ウエハを確実に把持するために、端部エフェクタ１１０を正確に位置決めすることが必要である。

図７、図１０、及び図１１は端部エフェクタ１１０に対する正確なウエハ１２の位置決めデータを提供するウエハ端縁センサ、及び高さセンサの第２実施例のそれぞれ平面図、端面図、及び底面図である。ウエハ端縁センサは第１センサハウジング１８０、第２センサハウジング１８２内に収容され、各センサは各ハウジング内に光透過センサを形成する対を成すファイバ光源、及び受光部を有する。高さセンサを端部エフェクタ１０の末端１２２内に収容している。

２個のウエハ端縁センサは次のように作動する。第１センサハウジング１８０、及び第２センサハウジング１８２はそれぞれ端部エフェクタ１０の場合におけるように、光源ファイバ８４と、受光ファイバ８６とを有し、これ等ファイバはその間に、小さなＵ字状開口８８を形成し、この開口内にウエハ１２の周縁１８を嵌着することができる。前の場合と同様に、ファイバ８４、８６は相互に向き合う光路開口を有し、これ等開口はウエハ１２の周縁１８の存在、又は不存在を検出するための狭い光透過路を形成する。これ等２個のウエハ端縁センサは平坦部２７の長さより長い距離１８３によって、相互に分離されており、２個のウエハ端縁センサのうちの一方のセンサのみがウエハ１２の周縁１８を検出した時、平坦なウエハを検出することができる。ウエハ１２は平坦部２７を検出するため、カセット１４内で適切な方向を指向していなければならないこともちろんである。

高さセンサは次のように作動する。第１実施例とは異なり、第１センサハウジング１８０、及び第２センサハウジング１８２は光源ファイバ９６、及び受光ファイバ９８を有していない。この実施例ではむしろ、光源ファイバ９６は端部エフェクタ１１０の底面に形成された第１チャネル１８４を通じて、基端１２０と、端部エフェクタ１１０の末端１２２に近い第１末端歯１８８との間に通る。同様に、受光ファイバ９８は端部エフェクタ１１０の底面に形成された第２チャネル１８６に通り、基端１２０と、端部エフェクタ１１０の末端１２２に近い第２末端歯１９０との間に通る。末端歯１８８、１９０はギャップ１９１を横切って広く離間しており、このギャップ１９１はウエハ再配列装置のような処理装置の或る形式のための逃げ領域を形成する。

ファイバ９６、９８は末端歯１８８、１９０に形成された相互に向き合う光路開口１９２、１９４まで達している。ファイバ９６、９８はその間に例えば、ウエハ１２Ａの底面の弦２００に沿って見えている広い開口を形成している。相互に向き合う光路開口１９２、１９４はウエハ１２Ａの底面の弦２００の存在、又は不存在を検出する狭い光透過路２０２を形成する。端部エフェクタ１１０において、光透過路２０２はウエハ１２に最初に接触する末端１２２の部分を越えて延びており、これにより、障害物検知能力を更に高めている。前の場合と同様に、通常のように、光源／受光モジュール９４はファイバ９６、９８の間の光の透過の程度を検出し、これにより、光路開口１９２、１９４間の底面の弦２００の位置を正確に検知することができる。ファイバ９６、９８の相対位置を逆にしてもよいことはもちろんである。

カセット内に密接離間するウエハの中から端部エフェクタ１１０が所定のウエハに接近する手順を図７、図８、及び図１０につき以下に説明する。

作用接触点１５０をその後退位置に置く。
端部エフェクタ１１０をカセット１４に向け、Ｘ方向に動かし、カセット１４内の任意のウエハ１２の予想位置に、歯１８８、１９０が接触せずに、隣接するようにする。

次に、端部エフェクタ１１０をＺ方向に走査させ、光透過路２０２はカセット１４内のいずれかのウエハの底面の弦２００に交差し、更に、光透過路２０２はカセット１４から端部エフェクタ１１０に向け突出するいかなる障害物をも検出する。

制御器（図示せず）はいずれかのウエハ、及び検出された障害物の底面のＺ方向の高さを記録する。

ロボットアーム１６を計算されたＺ方向の高さまで動かし、ウエハ１２Ａのような所定のウエハに接近させると共に、隣接するウエハ間に端部エフェクタ１１０のための間隙を生ぜしめる。

次のようなオプションの作動を行ってもよい。
端部エフェクタ１１０をカセット１４に向け、Ｘ方向に、随意に動かし、歯１８８、１９０をウエハ１２Ａに接触せず、隣接するようにする。この位置で光透過路２０２はウエハ１２Ａの底面の弦２００に隣接してあるべきである。
ロボットアーム１６を随意に、Ｚ方向に動かし、ウエハ１２Ａの底面の弦２００を検知する。
制御器はウエハ１２Ａの底面の予め検知されたＺ方向の高さを確かめる。
ロボットアーム１６を随意にＺ方向に動かし、隣接するウエハ間に端部エフェクタ１１０のための間隙を生ぜしめる。

端部エフェクタ１１０を隣接するウエハ間に、カセット１４内に、Ｘ方向に挿入し、少なくとも１個のウエハ端縁センサ間に、周縁１８を検知する。

制御器は計算されたＺ方向に端部エフェクタ１１０を動かし、積載パッド１２４、１２６上にウエハ１２Ａに接触させる。

作用接触点１５０を作動させ、末端弓形静止パッド１２４のパッド部１３２と後部止め部１３４との間の内抱角内にウエハ１２Ａを押圧し、ウエハ１２Ａを把持する。（図１７では、把持されたウエハをウエハ１２としてしめす。）

端部エフェクタ１１０はカセット１４から、Ｘ方向に、ウエハ１２Ａを引き出す。
端部エフェクタ１１０は非常に薄いＺ方向の輪郭と、正確なウエハ位置の検知とを組み合わせて、カセット内の非常に密接して離間するウエハの手ぎわの良い、迅速、確実な移動を可能にする。

図１２、図１３、及び図１４はウエハカセット１４（図示せず）に向け、及びウエハカセット１４からウエハ１２（下の構造が見えるよう透明に示す）のような半導体ウエハを移送するための本発明の好適な第３実施例のフォーク状端部エフェクタ２１０を示す。端部エフェクタ２１０は端部エフェクタ１０、１００に類似するが、更に、位置検知作用接触点作動機構２１２を有し、基端縁センサと高さセンサとを省略している。更に、端部エフェクタ２１０は末端センサ２１４を採用し、種々のウエハ検知操作を達成する。末端センサ２１４は図７、及び図１０に示すように、光透過路２０２を発生する高さセンサと同様に作用する。

図１３はウエハカセット１４内に堆積して示したウエハ１２、１２Ａ、１２Ｂのような密接離間するウエハの中から、ウエハ１２を取り出して、置き替えるのに特に適している。

図１４は基端２１６で、ロボットアーム１６に作動可能に連結され、フォーク状の末端２１８、２２０まで延びる端部エフェクタ２１０を示す。端部エフェクタ２１０は基端２１６と、フォーク状末端２１８、２２０との間にウエハ１２を収容する。この端部エフェクタ２１０は少なくとも２個、更に好適には４個の弓形静止パッドを有し、最初、このパッドの上にウエハ１２を乗せる。末端弓形静止パッド１２４を各フォーク状の末端２１８、２２０に、又はそれに隣接して設置し、少なくとも１個の、好適には２個の基端弓形静止パッド１２６を基端２１６に向け設置する。また、端部エフェクタ２１０は端部エフェクタ２１０の基端に位置し、基端弓形静止パッド１２６間にある作用接触点２２２を有する。

図１２、及び図１３において、位置検知作用接触点作動機構２１２は作用接触点作動機構の第３実施例である。第２実施例におけるように、完全後退位置、完全突出位置、及び中間位置の間に往復動するよう、作用接触点２２２は作動可能にピストン１５２に連結されている。ピストン１５２はシリンダボア１５４内に移動し、ばね（図８参照）によって、ピストン１５２は押圧され、作用接触点２２２を突出させる。また、真空圧力によって、作用接触点２２２を後退させる。環状気密シ−ル１５８に貫通するピストンロッド１５６によって、作用接触点２２２をピストン１５２に連結する。シリンダボア１５４は真空室１６０の一方の壁を形成する端部キャップ１５９を有する。この真空室１６０の他方の壁はピストン１５２によって移動できるように形成されている。真空室１６０は真空供給路１６２と真空チャネル１６４とを通じて、真空圧力源（図示せず）に空気連通している。ばねによって、ピストン１５２の表面を押圧し、作用接触点２２２をウエハ把持完全突出位置まで突出させると共に、真空圧は真空室１６０を通じて、ピストン１５２の表面に作用し、ばねの力に打ち勝ち、作用接触点２２２をウエハ釈放完全後退位置に後退させる。

更に、作動機構２１２は大気に空気連通する通気孔１６８を有し、真空圧力源に空気連通していないシリンダボア１５４の部分内でピストン１５２は自由に動くことができる。作動機構２１２は端部キャップ１５９と真空供給路１６２とを包囲するＯリングシ−ル１７０により、及びピストン１５２を包囲する環状移動シ−ル１７２により、「真空密」に作られる。

第１実施例、及び第２実施例と異なり、作動機構２１２は更に、位置表示軸２２４を有し、この位置表示軸２２４はピストン１５２に取り付けられ、端部キャップ１５９の環状シ−ル２２６に軸線方向に貫通している。端部キャップ１５９の直ぐ後方に位置する回路板２３２に、１対の光遮断スイッチ２２８、２３０を取り付け、位置表示軸２２４の位置に応じて、それぞれの光遮断スイッチ２２８、２３０内の１対の光ビーム２３４、２３６を遮断する。

光遮断スイッチ２２８、２３０は後退位置領域、安全把持作用領域、及び突出位置領域に対応する作用接触点２２２の位置を検知する。（図１２、及び図１３は完全突出位置にある作用接触点２２２を示している。）

後退位置領域はウエハ１２が把持されていないことを保証し、また、位置表示軸２２４が両方の光ビーム２３４、２３６を遮断した時、このウエハ１２は検知される。

安全把持作用領域はウエハを積載し、把持し、又は取り外す作用を作用接触点２２２が安全に行うことができる作用接触点２２２の位置であり、位置表示軸２２４が光ビーム２３４でなく、光ビーム２３６を遮断した時、この安全把持作用領域は検知される。更に、作用接触点２２２が突出して、安全把持作用領域に静止した時、適正なウエハの把持が立証される。

突出位置領域は作用接触点２２２がウエハ１２を把持していない作用接触点２２２の位置の範囲であり、位置表示軸２２４が光ビーム２３４、２３６のいずれをも遮断していない時、この突出位置領域は検知される。

光遮断スイッチ２２８、２３０は上述の制御器に電気的に連通する。制御器は真空圧力源作動ピストン１５２に相互に作用して、真空圧の量をパルス調整、又は圧力調整し、これにより作用接触点２２２の位置を制御する。作用接触点２２２を位置決めするのに、制御可能な動力の種々の他の形式を採用し得ることはもちろんである。

一作動例では、作用接触点２２２を安全把持作用領域に動かし、ウエハ１２を端部エフェクタ２１０に積載する。ウエハ１２を積載した後、作用接触点２２２を作動させて、ウエハ１２をその把持位置に動かす。作用接触点１５０を突出させると、作用接触点はウエハ１２を末端静止パッド１２４の傾斜パッド部１３２に押圧し、ウエハ１２を把持する。ウエハ１２を適正に把持するのを確実にするためには、作用接触点２２２は安全把持作用領域内で検知される必要がある。

光ビーム２３４、２３６の両方を遮断する位置表示軸２２４によって、検知される後退位置領域に、作用接触点２２２を後退させることによって、ウエハ１２を釈放する。ウエハ１２を釈放した時、ウエハは末端弓形静止パッド１２４の傾斜パッド部１３２上を滑って戻り、これにより、端部エフェクタ２１０の安全なＺ軸線方向の高さの移動と、後退とのため、ウエハ１２と後部止め部１３４との間に十分な間隙を生ぜしめる。

図１４は端部エフェクタ１０、１１０のウエハ端縁センサを除去した、端部エフェクタ２１０の第３実施例の平面図である。端部エフェクタ２１０の末端センサ２１４はフォーク状末端２１８、２２０内に収容されている。末端センサ２１４は次のように作動する。光源ファイバは端部エフェクタ２１０の底面内に形成された第１チャネル２３８（点線にて示す）を通じて、基端２１６と、フォーク状末端２１８との間に通る。同様に、受光ファイバは端部エフェクタ２１０の底面に形成された第２チャネル２４０（点線にて示す）を通じて、基端２１６と、フォーク状末端２１８との間に通る。フォーク状末端２１８、２２０はギャップ２４２を横切って広く離間しており、このギャップ２４２はウエハ予配列装置のような処理装置の或る形式のための逃げ領域を形成している。

これ等光ファイバはフォーク状末端２１８、２２０に形成された相互に向き合う光路開口（図示せず）に達する。これ等光ファイバはウエハの周端縁、又は底面の弦に沿って見える広い開口をこれ等光ファイバの間に形成する。相互に向き合う光路開口はウエハの周縁、又は底面の弦の存在、又は不存在を検出するための狭い光透過路２４４を形成する。光透過路２４４は最初にウエハに接触するフォーク状末端２１８、２２０の部分を越えて延在しており、これにより、一層、障害物を検知する能力を生ずる。前の場合と同様、光源／受光モジュール９４は通常のように、ファイバ間の光透過の程度を通常のように検出し、これにより、光透過路２４４を遮断するいかなる物体をも検知する。

端部エフェクタ２１０は末端センサ２１４を採用し、ウエハの周端縁、及び／又は頂部、及び底面の弦を検知し、次の種々のウエハに関する操作を行う。即ち、カセット内のウエハの存在、又は不存在、カセット内のＺ軸線方向の位置、カセットからの突出、カセット内での傾斜角を決定し、回転中心、厚さ、ウエハとロボットアーム回転軸線との間の中心から中心までの距離を決定し、端部エフェクタの図心位置を確かめることである。端部エフェクタ２１０の光透過路２４４を参照して、ウエハ検知作用を以下に説明するが、端部エフェクタ１１０の光透過路２０２によって、このウエハ検知作用を達成することもできる。

図１４は３個の異なるウエハ位置を示す。ウエハ１２（仮想線にて示す）は端部エフェクタ２１０によって把持された状態に示されており、ウエハ１２Ａ（実線にて示す）はウエハ端縁検知位置に示されており、ウエハ１２Ｂ（点線にて示す）はウエハ弦検知位置に示されている。

カセット（図示せず）から突出するウエハ１２Ｂを検知するには、各走査の始めに、ロボットアーム１６をＺ軸線方向に、上下に動かし（走査し）、端部エフェクタ２１０をＸ軸線方向に動かし、ウエハ１２Ｂのような突出するウエハを検出することが必要である。従来のロボットアームシステムでは通常、公知の突起用センサを採用する。いずれの突出するウエハもウエハ１２Ａによって示すようなウエハの適正な位置に戻るように動く。全てのウエハがその適切な位置にある時、最終走査によって、カセット内のＺ軸線方向のウエハの位置を決定する。ロボットアーム１６のＸ軸線、及びＺ軸線方向の移動は微細な分解能モードであるのが好適である。

検出されたウエハ１２Ｂの存在を示すように、光透過路２４４が遮断された後、ウエハ１２Ｂの頂面の弦が光透過路２４４を遮断するまで、端部エフェクタ２１０をＺ軸線方向、下方に動かすことによって、端部エフェクタ２１０はウエハ１２Ｂをその頂面、及び底面で設置することができる。端部エフェクタ２１０は下方に動き続け、光透過路２４４を回復させる。この趣旨はウエハ１２Ｂの底面の弦を検知していることを表している。次に、光透過路の遮断する点と、回復する点との間の中間にあるＺ軸線方向の位置まで端部エフェクタ２１０を動かす。Ｚ軸線方向のこの位置はウエハ１２Ｂの厚さのほぼ中間点を示している。このＺ軸線方向の位置を保持しながら、端部エフェクタ２１０をＸ軸線方向に後退させ、ウエハの周縁１８が検出されたことを表すように、光透過路２４４を回復させる。ウエハ１２Ａをこの位置に示す。

端部エフェクタ２１０がウエハ１２Ａによって表される端縁検出点にある時は、ウエハ１２Ａの半径は既知であるから、制御器、及びロボットアーム１６に関連する位置エンコーダはウエハ１２Ａの中心２４６までのＸ軸線方向距離、即ち半径方向距離を決定することができ、ウエハ１２Ａの底面と、端部エフェクタ２１０との間に間隙を生ぜしめるのに必要な下方のＺ軸線方向距離を決定する。カセットからウエハを設置し、取り戻す時、この間隙を知ることが必要である。それは、ウエハは端部エフェクタ２１０に必ずしも平行でなく、カセット内の隣接するウエハ間の距離は確定されていないからである。

更に、端部エフェクタ２１０はＹ軸線に対する端部エフェクタ２１０のＸ軸線の周りの傾斜角である制御できる回外運動角２４８を有する。カセット内に水平に堆積されたウエハは零度の傾斜角における主表面を通常、有する。この主表面は端部エフェクタ２１０の回外運動角２４８に整合する。しかし、ウエハ表面の汚損を減少させるため、ウエハをカセット内に垂直に保管することが多く、カセットの保管溝孔はウエハの厚さより幅が広いから、ウエハは定まっていない傾斜角を占める。ウエハのカセットを水平位置に戻した後でも、この傾斜角は定まった角度でない。従って、回外運動角２４８がウエハ傾斜角に等しいかどうかを決定するため、次の方法が行われる。この方法では、単なる例示であるがウエハは水平方向にある。

端部エフェクタ２１０の回外運動角２４８は約、零度に設定される。
ロボットアーム１６は端部エフェクタ２１０をＸ軸線方向に動かし、光透過路２４４はウエハ１２Ｂの弦に交差する。
ロボットアーム１６は端部エフェクタ２１０をＺ軸線方向に、上下に動かすと共に、ウエハ１２Ｂの最小厚さが計算されるまで、端部エフェクタの回外運動角２４８を変化させる。

この最小厚さは端部エフェクタ２１０、及びウエハが同一のデータ平面内にあり、従って、回外運動角２４８はウエハ１２Ｂの傾斜角にほぼ等しいことを示している。

ロボットアームシステムには２個の端部エフェクタ、又は多数アームを具えることができる（複アームロボットについての図１６Ａ、及び図１６Ｂ参照）。制御できる回外運動角についての上述の技術は、Ｘ、Ｙ、及びＺ方向の寸法のオフセットを決定するための基準として、単一のウエハを使用することにより、このような多数端部エフェクタシステムまで拡大することができる。

図１５Ａ、及び図１５Ｂにおいて、光透過路２４４を採用して、カセット内、又は再配列装置（図示せず）上のウエハ１２の若干、不確定な位置にロボットアーム１６と、端部エフェクタ２１０を配列する。ウエハ１２の中心２５２と、端部エフェクタ２１０上の作用接触点２２２（目標として示す）と、ロボットアーム１６の肩軸線２６０とが全て一線になった時、図１５Ｂに示すように、配列が達成される。配列を決定するには、ｒ軸線が肩軸線２６０から半径方向に延び、θ軸線が肩軸線２６０の周りに角度として延在し、Ｚ軸線が肩軸線に一線に延在する円筒座標系を採用するのが好適である。

配列操作を行うには、ロボットアーム１６の肩軸線２６０と、ウエハ１２上の周縁１８の最も近い点との最小半径距離ｒ_MIN を見出す必要がある（この説明を明瞭にするためウエハ１２の寸法を縮小してある）。これは肩軸線２６０と、周縁１８を接線方向に検知するための光透過路２４４との間の最大突出距離ｒ_EXT を決定するのと同一である。突出距離r _EXT はロボットアーム１６を制御するこのシステムによって、読み取られ、制御することができる。

図１５Ａはそれぞれ実線と、点線とで示した第１角移動位置と、第２角移動位置とに位置しているロボットアーム１６と、端部エフェクタ２１０とを示す。ウエハ中心２５２と肩軸線２６０との間に延びる線から角度θ₁ にある第１角度移動位置まで、ロボットアーム１６を移動することによって、配列操作は開始される。

ロボットアーム１６をｒ軸線方向に突出し、Ｚ軸線方向に走査して、光透過路２４４がウエハ１２を検知し得るようにする。
次にロボットアーム１６をｒ軸線方向に後退させ、ウエハの周端縁１８を検出し、第１突出距離ｒ_EXT1を読み取る。
ウエハ中心２５２と肩軸線２６０との間に延びる線からθ₂ の角度の第２角度移動位置まで、ロボットアーム１６を動かす。
ロボットアーム１６をｒ軸線方向に突出させ、Ｚ軸線方向に走査し、光透過路２４４がウエハ１２を検知し得るようにする。
次に、ロボットアーム１６をｒ軸線方向に後退させ、ウエハの周端縁１８を検出し、第２突出距離ｒ_EXT2を読み取る。

上述の回転、及び端縁の検出の工程を繰り返し、肩軸線２６０と周縁１８との間の最大距離を決定する。この配列位置を図１５Ｂに示す。

代案として、いずれか２個の突出距離を知った後、計算をすることによって、配列された位置を集約し、制御器によって将来使用するため、その値を記憶する。例えば、移動角度θに関して言えば、対応する突出距離ｒ_EXT が既知であり、突出距離ｒ_EXT がｒ_MIN に等しい特定の移動角θは余弦の法則を使用して計算することができる。配列位置は手動で設定することもでき、制御器による将来の使用のため、この位置を記憶することはもちろんである。

図１５Ｂは配列位置にあるロボットアーム１６と、端部エフェクタ２１０とを示す。ウエハ１２を取り戻すため、この位置から、ロボットアームの制御器は次の移動操作を行う。

制御器は肩軸線２６０と、ウエハの中心２５２との間に延在する仮想線に沿って、端部エフェクタ２１０の図心２６２を動かす作動を行い、図心２６２がウエハの中心２５２の上方にあるようにする。必要なｒ軸線方向の移動距離はオフセット距離と称し、次のように計算される。
光透過路２４４と、末端静止パッド１２４との間のｒ軸線距離は、端部エフェクタ２１０を製造する時、定まる所定距離２６４である。
同様に、ウエハ１２は所定の直径２６６を有する。
従って、このオフセット距離は距離２６４と直径２６６との合計である。

制御器は突出するウエハを設置し、取り替えるため、そしてウエハの頂面、及び底面のＺ軸方向位置、及び周縁１８のｒ軸線位置を決定し、ウエハの傾き角を決定し、更に選択されたウエハ１２に一線の位置に動かすため、上述の走査、及び検知作動に従って、端部エフェクタ２１０を予め動かしているものと仮定する。

選択されたウエハ１２の底面、及び任意隣接するウエハの頂面から離れているＺ軸線方向の位置まで、端部エフェクタ２１０を動かす。
ｒ軸線方向に、オフセット距離にわたり、端部エフェクタ２１０を動かす。
基端静止パッド１２６（図１４参照）、及び末端静止パッド１２４をウエハ１２に接触させるように、端部エフェクタ２１０をＺ軸線方向に、或る距離にわたり動かす。

作用接点２２２（図１４参照）を作動させて、末端静止パッド１２４の内抱角内に、ウエハの周縁１８を動かし、ウエハ１２の端縁を把持する。
端部エフェクタ２１０はｒ軸線方向に動くことによって、ウエハ１２を取り戻す。

この上述の距離、及び配列の決定は従来のロボットアーム、及び端部エフェクタによって必要とされる教示された要旨のいずれをも必要とせず、達成することができる。もしも、多数の端部エフェクタ２１０を採用する時は、これ等端部エフェクタ間のＺ軸線方向の距離の差、又は高さの差を決定すると共に、上述の手順を繰り返す。

図５において、ハウジング８０、８２内のＵ字状端縁検出センサは非平坦３００mmウエハの或るパラメータを決定するのに有用である。例えば、ウエハがカセット内にあるか、又は端部エフェクタがウエハの下にある間に、ロボットアームの肩軸線とウエハの中心との間の中心対中心距離を決定するのに、この端縁検出センサを採用することができる。Ｕ字状開口８８（図６Ａ参照）のＺ軸線寸法は潜在的な離間の問題を生ぜしめることはもちろんである。

再び図１５Ａ、及び図１５Ｂにおいて、光透過路２４４を端部エフェクタ２１０の回外運動能力と組み合わせて使用して、端部エフェクタ２１０の図心２６２がウエハ１２Ｂの中心２５２、及びロボットアーム１６の肩軸線２６０に軸線方向に一線になっているか、否かを決定することができる。理想的には、図心２６２は把持されたウエハの中心に同軸であり、肩軸線２６０と、ウエハ１２の中心２５２との間に延在する仮想線上に図心があることである。しかし、製造公差、及び光透過路２４４を生ずる構成の位置が原因で、計算された図心２６２の位置が、回転の回外運動の軸線からオフセットすることがある。図心２６２がオフセットしているか、合致しているかを決定するには、上述の配列操作を実施し、１８０°の回外運動角２４８（図１４参照）にわたり、端部エフェクタ２１０を回転し、配列操作を繰り返すことが必要である。図心がオフセットしていると、計算された配列は回転の回外運動の軸線の両側に鏡面影像関係になる。図心２６２の正確な位置は２個の計算された配列を平均することによって決定される。

上述の実施例は本発明の原理を単に説明したものである。本発明の原理を採用すれば、当業者によって、種々の変更を加えることができ、これ等の変更も本発明の範囲内にある。

例えば、ウエハ１２を取り付けた際、例えばピストンを遅くさせるパルスソレノイドのような代わりの電源によって、ピストンを作動させ得ることは、当業者には明らかである。電気信号を採用し、ピストンを駆動し、ピストンの位置決めを監視してもよい。端部エフェクタを液体内に浸漬する用途の場合のように、ピストンを空気的に作動させ、監視してもよい。

端部エフェクタをフォーク状にしてもよく、又は予配列装置のボスのような障害物を避ける切除部を設け、又は障害物を避ける構造にすることができる。２つ、又はそれ以上の自由度を有するＸ−Ｙテーブル、及びその他の位置決め装置のようなロボットアーム以外の装置により、端部エフェクタを動かしてもよい。また、半導体ウエハ以外のLCD ディスプレイパネル、コンパクトディスケット、及びコンピュータメモリディスクのような上述のカセット以外のキャリヤに収容できる種々の形式の試料を取り扱うために、この端部エフェクタを使用することができる。

また、センサは発行ダイオード、及びダイオードレーザからのレーザビームを採用するのが好適であるが、白熱光、赤外線、その他の放射線源を採用することもできる。

静止パッドが包含される角度は鋭角であるのが好適であるが、本発明は試料を重力で端部エフェクタに保持する実施例を有し、この場合、静止パッドが包含される角度は１８０度より小さい鈍角であってもよい。

図１６Ａ、図１６Ｂ、及び図１７、図１８は端部エフェクタ２１０を取り付けることができる多数リンクロボットアームシステム３０８の形式を示す。図１９Ａ、及び図１９Ｂはロボットアームの移動を特徴づける適切な数学表示に組み合わせて、位置決めロボットアーム機構３０８の例を示し、上述の種々のウエハ検知技術に関連するパラメータを計算するのに必要な直線移動、及び角移動の操作を示す。米国特許第5765444 号にはこの形式のロボットアームシステムの構造、及び作動を詳細に説明している。

図１６Ａ、及び図１６Ｂは支持テーブル３０９の頂面の孔に貫通し、この頂面上に取り付けた２個のアームを有する多数リンクロボットアームシステム３０８のそれぞれ側面図、及び平面図である。図１６Ａ、及び１６Ｂにおいて、２個の類似するが、独立して制御される３リンクロボットアーム機構３１０Ｌ、及び３１０Ｒを胴部リンク３１１の両端に回転自在に取り付け、中心軸線、即ち胴部軸線３１３の周りに回転するように、ベースハウジング３１２の頂面に胴部リンク３１１を取り付ける。これ等機構は相互に鏡面影像の関係にあるから、ロボットアーム機構３１０Ｌ、及び３１０Ｒは符号に、それぞれ「Ｌ」、及び「Ｒ」を付して示す対応する構成部分を有する。従って、次の説明はロボットアーム機構３１０Ｒのみの構造と、作動とについて行うが、この説明はロボットアーム機構３１０Ｌにも同様に適用することができる。

ロボットアーム機構３１０Ｒは円筒スペーサ３１５Ｒの頂面に取り付けられた上腕３１４Ｒを有し、この上腕３１４Ｒは肩軸線３１６Ｒの周りに、回転するように、胴部リンク３１１の右端に位置する。以下に説明するように、円筒スペーサ３１５Ｒはモータと、ロボットアーム機構の或る他の構成部分とを収容する空間を提供する。上腕３１４Ｒは肘軸線３２４Ｒの周りに回転するように、前腕３２２Ｒの基端３２０Ｒを取り付けた末端３１８Ｒを有し、前腕３２２Ｒは手首軸線３３２Ｒの周りに回転するように、端部エフェクタ、即ち手２１０Ｒの基端３２８Ｒを取り付けた末端３２６Ｒを有する。手２１０Ｒはその末端３３４Ｒに流体圧力送出口３３６Ｒを具え、導入口３３８において、ロボットアーム機構３１０Ｒに加えられた真空圧を真空チャネル１６４に加え、半導体ウエハ１２、コンパクトディスク、又はその他適切な試料（図示せず）を手２１０上の所定位置に確実に保持する。後に詳細に説明するように、上腕３１４Ｒ、前腕３２２Ｒ、及び手２１０Ｒのおのおのはそれぞれ肩軸線３１６Ｒ、肘軸線３２４Ｒ、及び手首軸線３３２Ｒの周り連続的に回転することができる。

図１７はロボットアーム機構３１０Ｒのリンク構成部分、及び関連する機構リンクを示す。図１７において、ロボットアーム機構３１０Ｒは第１、及び第２の同心モータ３５０Ｒ、３５２Ｒによって位置決めされる。これ等のモータはモータ制御器３５４（図１９Ａ、及び図１９Ｂ参照）によって発生する指令に応動して作動する。第１モータ３５０Ｒは肘軸線３２４Ｒの周りに、前腕３２２Ｒを回転し、第２モータ３５２Ｒは肩軸線３１６Ｒの周りに上腕３１４Ｒを回転させる。

また特に、第１モータ３５０Ｒは前腕スピンドル３５６Ｒを回転する。この前腕スピンドル３５６Ｒは上腕３１４Ｒに貫通し、上腕プーリ３５８Ｒまで達する。支柱３６０Ｒは上腕３１４Ｒの末端３１８Ｒにおいて、軸受３６２Ｒの中心に上方に貫通しており、軸受３６２Ｒは前腕３２２Ｒの基端３２０Ｒで、底面３６４Ｒに取り付けられている。また支柱３６０Ｒも前腕３２２Ｒの孔に貫通して、前腕プーリ３６６Ｒまで達する。無終端ベルト３６８Ｒによって、上腕プーリ３５８と、軸受３６２Ｒの外面とを連結し、第１モータ３５０Ｒの回転に応動して、肘軸線３２４Ｒの周りに、前腕３２２Ｒを回転する。

第２モータ３５２Ｒは上腕３１４Ｒの底面３８２Ｒに取り付けられた上腕スピンドル３８０Ｒを回転し、肩軸線３１６Ｒの周りに上腕３１４Ｒを回転する。上述の機械的リンクに組み合わされた第１モータ３５０Ｒ、及び第２モータ３５２Ｒの統合された作動により、肩軸線３１６Ｒの周りに手２１０Ｒを回転させる。主柱３８４Ｒは手２１０Ｒの底面３８８Ｒに取り付けられた軸受３８６Ｒの中心に上方に貫通する。無終端ベルト３９０Ｒは前腕プーリ３６６Ｒを軸受３８６Ｒの外面に連結し、モータ３５０Ｒ、３５２Ｒの統合された回転運動に応動して、肩軸線３１６Ｒの周りに手２１０Ｒを回転する。

上腕３１４Ｒと前腕３２２Ｒとを連結する機械的リンクは能動駆動リンクと、受動駆動リンクとを形成する。能動駆動リンクは上腕プーリ３５８Ｒと軸受３６２Ｒの外面とを連結するベルト３６８Ｒを有し、第１モータ３５０Ｒの回転に応動して、前腕３２２Ｒを回転させる。受動駆動リンクは前腕プーリ３６６Ｒと軸受３８６Ｒの外面とを連結するベルト３９０Ｒを有し、肘軸線３２４Ｒの周りの前腕３２２Ｒの回転に応動して、手首軸線３３２Ｒの周りに手２１０Ｒを回転させる。第２モータ３５２Ｒの回転に応動する上腕３１４Ｒの回転と、能動駆動リンク、及び受動駆動リンクとの複雑な相互作用によって、手２１０Ｒの回転を行わせることもできる。

第３モータ、即ち胴部モータ３９２は胴部リンク３１１の底面に取り付けられた胴部リンクスピンドル３９４を回転させる。ロボットアーム機構３１０Ｒは回転するように、胴部リンク３１１に取り付けられている。主リンクが軸受組立体３９８を支持し、この軸受組立体３９８の周りに、スピンドル３９４が回転する。モータ３９２は中心軸線３１３の周りに３６０度、連続的に回転することができ、従って、モータ３９２はロボットアーム機構３１０Ｒと協働して、手２１０Ｒの範囲内の任意の位置まで、不規則な通路に沿って、手２１０Ｒを動かすことができる。

モータ制御器５４（図１９Ａ、及び図１９Ｂ参照）は２つの好適な作動状態で、モータ３５０Ｒ、３５２Ｒを制御し、２つの主要な運動シーケンスをロボットアーム機構３１０Ｒに行わせる。第１運動シーケンスは手２１０Ｒの突出位置、即ち半径方向位置を変化させ、第２運動シーケンスは肩軸線３１６Ｒに対する手２１０Ｒの角度位置を変化させる。図１８はこれ等２つの運動シーケンスを示すのに有用な線図である。

図１７、及び図１８を参照して、第１作動状態において、モータ制御器３５４は前腕スピンドル３５６Ｒの位置を第１モータ３５０Ｒに維持させ、上腕スピンドル３８０Ｒを第２モータ３５２Ｒによって回転させる。第１モータ３５０Ｒを回転させないことによって、上腕プーリ３５８Ｒの位置を維持し、第２モータ３５２Ｒによる上腕スピンドル３８０Ｒの回転によって、肩軸線３１６Ｒの周りに、上腕３１４Ｒを回転させ、これにより、肘軸線３２４Ｒの周りに、前腕３２２Ｒを回転させ、手首軸線３３２Ｒの周りに、手２１０Ｒを反対方向に回転させる。上腕プーリ３５８Ｒの直径と、軸受３６２Ｒの外径との比は４：２であり、前腕プーリ３６６Ｒの直径と、軸受３８６Ｒの外径との比は１：２であるから、図１８に、Ｐ₂ によって示す特定の方向に、上腕３１４Ｒが回転することによって、手２１０Ｒを直線路４００に沿って動かす。（前腕プーリ３６６Ｒの直径と、軸受３８６Ｒの外径とはそれぞれ軸受３６２Ｒの外径と、上腕プーリ３５８Ｒの外径との１／２であり、前腕３２２Ｒと手２１０Ｒとの寸法、及び形状を合理化している。）

上腕３１４ＲがＰ₂ によって示す時計方向に回転する時はいつでも、手２１０Ｒは通路４００に沿って延びる（即ち、肩軸線３１６Ｒからの半径方向距離を増大する）。上腕３１４がＰ₂ によって示す反時計方向に回転する時はいつでも、手２１０Ｒは通路４００に沿って後退する（即ち、肩軸線３１６Ｒからの半径方向距離を減少させる）。図１８に示す鏡面影像形態のロボットアーム機構３１０は上述の方向とは反対方向の上腕３１４の回転に応動して、突出し、後退することは当業者には明らかである。図１６Ｂはロボットアーム機構３１０Ｒを突出させた時、軸線３１３、３１６Ｒ、３２４Ｒ、３３２Ｒは一線になることを示している。

第２作動状態では、モータ制御器３５２ＲはＰ₁ によって示す方向に、前腕スピンドル３５６Ｒを第１モータ３５０Ｒによって回転させ、Ｐ₂ によって示す方向に、第２モータ３５２Ｒによって上腕スピンドル３８０Ｒを回転させる。同一の移動量によって、同一方向に回転するようモータ３５０Ｒ、３５２Ｒが同期して回転する特別な場合には、手２１０Ｒは肩軸線３１６Ｒの周りに角移動のみを行う。これは、第１モータ３５０Ｒの回転によって生ずる肘軸線３２４Ｒの周りの前腕３２２Ｒの回転と、第２モータ３５２Ｒの回転によって生ずる手首軸線３３２Ｒの周りの手３３０Ｒの回転と、受動駆動リンクの作動とが相互にオフセットしていて、肘軸線３２４Ｒ、及び手首軸線３３２Ｒの周りに正味の回転を生じないためである。従って、手２１０Ｒは通路４００に沿う或る点で、半径方向に対して固着され、上腕３１４Ｒのみが肩軸線３１６Ｒの周りに回転する際、手２１０Ｒは円形通路を描く。手２１０のための希望する移動路を達成するため、運動に拘束作用を加えることによって、モータ制御器３５４は第１モータ３５０Ｒと第２モータ３５２Ｒとを作動させ、以下に更に説明するように、非半径方向直線路に沿って、ロボットアーム機構３１０Ｒを動かす。

ロボットアーム機構３１０Ｒを作動させるように、第１モータ３５０Ｒ、及び第２モータ３５２Ｒの両方を回転させることにより、又は一方を接地し、他方を回転させることによって、これ等モータ３５０Ｒ、３５２Ｒを結合することは当業者には明らかである。例えば、前腕３２２Ｒが肘軸線３２４Ｒの周りに回転するように、ロボットアーム機構３１０Ｒを作動させることができる。このような運動は肩軸線３１６Ｒと、手２１０Ｒの全延長部との間に、単純な螺旋路を手２１０Ｒに描かせる。この運動は肩３１４Ｒの位置を固着することと、前腕３２２Ｒを動かすようにモータ３５０Ｒを作動させることとによって達成される。

モータ制御器３５４は胴部モータ３９２の作動を制御し、従って、モータ３５０Ｒ、３５２Ｒの作動状態に無関係に、Ｐ₃ によって示す方向の胴部リンク３１１の回転を制御する。

モータ３５０Ｒ、３５２Ｒの角度位置は別個のガラススケールエンコーダ（図示せず）によって、探知される。通常、各エンコーダは環状回折格子スケールと、光源／検出器副組立体（図示せず）とを有する。このようなガラススケールエンコーダは当業者には既知である。モータ３９２の角度位置はガラススケールによって探知される。このエンコーダの形式はモータ３５０Ｒ、３５２Ｒのためのエンコーダに類似する。

図１９Ａは半導体ウエハカセット１６８_r の方向と、肩軸線３１６Ｒに対するカセット１６８の位置とによって、軸線が画成される局所座標軸を詳細に示す線図である。図１９Ａにおいて、次の説明は数学的表現を記載しており、この数式から発生する指令信号を制御器３５４が使用して、カセット１６８_r の開口に垂直なベクトルに沿って、カセット１６８_r からウエハ１７０_r を取り出す。（この例が基礎を置く上述の状態の駆動比と異なる駆動比の場合でも、同様の数学表現を使用することができることは当業者には明らかである。）

手２１０の移動路の誘導のため、次のパラメータが適切である。
θ_S ＝モータ３５２Ｒの角度 θ_E ＝モータ３５０Ｒの角度 ｒ＝肩軸線３１６Ｒと肘軸線３２４Ｒとの間の距離、及び肘軸線３２４Ｒと手首軸線３３２Ｒと前腕３２２Ｒとの間の距離 β＝上腕３１４Ｒと前腕３２２Ｒとの間の角度 ｐ＝手２１０Ｒの長さ Ｅ＝２ｒ＝ロボットアームの延長 Ｒ_i ＝ロボットアームの範囲（即ち、肩軸線３１６Ｒから、手２１０Ｒ上に位置するウエハ１７０_r の中心１７２_r まで測定されたロボットアームの半径）

余弦の法則を適用すればＲ_i に関して次の式が得られる。
Ｒ_i ＝ｐ＋（ｒ² ＋ｒ² −２ｒ² ｃｏｓβ）^1/2 （１）
＝ｐ＋２^1/2 ｒ（１−ｃｏｓβ）^1/2

β＝０であると、式（１）はＲ_i ＝ｐとなり、ｘ＝０、ｙ＝０、θ_S ＝θ_SR、θ_E ＝θ_ERである。θ_SR、及びθ_ERの量は基準モータ角を表す。このモータ角はθ_S ＝θ_SR＋△θ_SR、θ_E ＝θ_ER＋△θ_ERのように表すこともできる。角度βはβ＝２（△θ_SR−△θ_ER）のように表すこともでき、この理由はロボットアーム機構３１０Ｒの機械的リンクの構造のためである。この式はモータ角の変化に角度βを関連させている。

直線路に沿って、ウエハ１７０_r をカセット１６８_r から取り戻すためには、Ｘ軸線に沿う移動が、一定値であるＸ_O に等しいことである。従って、Ｘ（ｔ）＝Ｘ_O である。量Ｘ（ｔ）はそのリンクのＸ軸線成分の長さの関数として表すことができる。即ち、
Ｘ（ｔ）＝ｒｃｏｓθ₁ ＋ｒｃｏｓθ₂ ＋ｐｃｏｓθ_p （２）
ここに、 θ₁ ＝上腕３１４Ｒの角度 θ₂ ＝前腕３２２Ｒの角度 θ_p ＝手２１０Ｒの角度 上腕３１４Ｒ、及び前腕３２２Ｒは同一の長さ（ｒ）であるから、θ₁ はモータ３５２Ｒの角度θ_S に従い、手２１０Ｒは直線に沿って動くので、次の表現が保持される。
θ₁ ＝θ_S θ₂ ＝θ₁ ＋π−β θ_p ＝θ₁ ＋（π−β）／２

従って、Ｘ₀ を計算するためには、θ₁ 、θ₂ 、θ_P の値をＸ（ｔ）に関する式（２）に代入し、次の値が得られる。
Ｘ₀ ＝ｒ（ｃｏｓθ₁ ＋ｃｏｓθ₂ ）＋ｐｃｏｓθ_p （３）
Ｘ₀ ＝ｒ( ｃｏｓθ₁ ＋ｃｏｓ（θ₁ ＋π−β））
＋ｐｃｏｓ（θ₁ ＋π／２−β／２）
Ｘ₀ ＝ｒ（ｃｏｓθ₁ −ｃｏｓ（θ₁ −β）−ｐｓｉｎ（θ₁ −β／２）
式（３）は手２１０Ｒを直線運動させるため、等しい角度距離を動かすように作動するモータ３５２Ｒ、３５０Ｒの角度θ_S 、θ_E の間の関係を限定する拘束を表している。

当業者であれば、多数の方法の任意の一つによってサーボ機構制御器により、拘束の式（３）を実施することができる。例えば、所定のウエハ移動プロファイルを実施するために、高速作動を達成するよう、式（３）から指令信号値を計算し、リアルタイムの使用のため、この計算値をルックアップテーブルに記憶することができる。事前計算プロセスには、ウエハ移動プロファイルに従うθ_S のインデクシングと、対応するθ_E 値を式（３）から決定することが必要で、これによりマスタースレーブ関係にθ_S とθ_E との移動の形態を形成する。

肩軸線３１６Ｒの周りの手２１０Ｒの角度移動を達成するため、制御器３５４はモータ３５０Ｒ、３５２Ｒにより同一方向に手３３０Ｒを希望する角移動にわたり回転し、希望する目的地に達せしめる。この移動中、手３３０Ｒの直線的な延長は変化しない。制御器３５４をプログラミングし、種々の角移動にわたりモータ３５０Ｒ、３５２Ｒを作動させることにより、手３３０Ｒの複雑な、同時に生ずる直線的、及び角度的移動プロファイルを達成することができる。図６Ａは記憶されたウエハ１７０_l の中心１７２_l がＹ₀ に合致するように位置する第２ウエハカセット１６８_l を示す。カセット１６８_l 、及び１６８_r の開口が平行に配置されていることは肩軸線３１６から半径方向距離に位置していないカセット内に保管されたウエハを取り出すため、上述の式を使用し得ることを示している。ロボットアーム機構３１０は半径方向に配置することに対する制約を受けず、その範囲内にいかなる距離の組合せをも受け入れることができる。

図１９Ｂは制御器３５４の基本的な構成部分を示す簡単化したブロック線図である。図１９Ｂにおいて、制御器３５４はロボットアーム機構３１０Ｒの移動シーケンスインストラクションを記憶するプログラムメモリ４７４を有する。マイクロプロセッサ４７６はプログラムメモリ４７４から移動シーケンスインストラクションを受け取り、それを判断して、第１作動状態が必要なのか、第２作動状態が必要なのか、又はモータ３９２の運動が必要なのかを決定し、胴部リンク３１１を位置決めする。システムクロック４７８はマイクロプロセッサ４７６の作動を制御する。ルックアップテーブル（ＬＵＴ）４８０は第１作動状態の直線運動を達成するためのθ_S （モータ３５２Ｒ用）、及びθ_E （モータ３５０Ｒ用）のための対応する値を記憶し、第２作動状態の角運動を達成するためのθ_S 、及びθ_E の角移動の対応する値を記憶する。胴部リンク３１１の回転はそれに取り付けたロボットアーム機構の運動とは無関係なので、モータ３５０Ｒ、３５２Ｒの角移動とのモータ３９２の角移動の全体の統合はＬＵＴ１８０内でなく、移動シーケンスインストラクションで実施する。これにより、一層高速の、一層正確な直線運動を生ずる。これは多軸サーボ機構による誤差、及び駆動精度誤差は手２１０Ｒの直線路に影響しないからである。

マイクロプロセッサ４７６はサーボ機構増幅器４８２にθ_S 、θ_E の位置信号を供給し、この増幅器４８２はそれぞれのモータ３５２Ｒ、３５０Ｒにθ_S 、θ_E の指令信号を送給する。マイクロプロセッサ４７６はサーボ機構増幅器４７６に位置信号を供給し、指令信号を胴部モータ３９２に送給する。サーボ機構増幅器４８２はそれぞれモータ３５０Ｒ、３５２Ｒ、３９２の角度位置を示している信号を３個のガラススケールエンコーダから受け取る。

マイクロプロセッサ４７６は制御信号を真空弁制御器４８４に供給し、手２１０Ｒに、ウエハを保持する必要と、手２１０Ｒからウエハを釈放する必要とに応じて、真空弁制御器４８４は真空源（図示せず）から適切な量の真空圧を送出口３３６まで、真空弁（図示せず）によって、供給させる。

本発明の上述の実施例は本発明の範囲を逸脱することなく、種々の変更を加え得ることは当業者には明らかであり、本発明の範囲は特許請求の範囲によって決定される。

Claims (25)

1. 機構に作動可能に結合するよう構成され、試料をその周端縁によって把持する試料周端縁把持装置において、
   基端と、これに対向する末端とを有する本体と、
   試料の周端縁を支持するパッド部と、前記試料の周端縁を把持するため前記パッド部と共に包括角を形成する後部止め部とを有し、前記本体の前記末端に取り付けられた末端静止パッドと、
   前記試料の周端縁を支持するため、前記本体の前記基端に連結された基端静止パッドと、
   後退試料積載位置と、試料の寸法によって定まる突出試料把持位置との間に移動可能な基端作用接触点とを具え、
   前記後退試料積載位置では、前記本体上に前記試料を設置するための十分な間隙を生じており、前記突出試料把持位置では、前記末端静止パッドに形成された前記包括角内に前記試料の周端縁を押圧している
   ことを特徴とする試料周端縁把持装置。
2. 前記基端静止パッドの一部として、前記基端作用接触点が形成されている請求項１の端縁把持装置。
3. 前記本体の前記基端に関連するシリンダボア内で往復動するように取り付けられた流体圧で作動するピストンに前記作用接触点が作動可能に連結されている請求項１の端縁把持装置。
4. 前記末端静止パッドは前記試料の周縁のセグメントに適合する形状を有する請求項１の端縁把持装置。
5. 前記末端静止パッドが第１末端静止パッドであり、前記末端静止パッドが前記第１末端静止パッドから離間する第２末端静止パッドを更に具える請求項１の端縁把持装置。
6. 前記本体は前記末端静止パッドを取り付けるほぼ平坦な試料支持面を画成しており、前記突出試料把持位置にある移動可能な前記接触点が前記包括角内に前記試料の周端縁を押圧する際、前記試料のための傾斜面を生ずるようほぼ平坦な前記試料支持面に対し傾斜する静止パッド部を前記末端静止パッドが有する請求項１の端縁把持装置。
7. 傾斜する前記静止パッド部と前記後部止め部との間に形成された前記包括角は１８０度より小さい角度である請求項６の端縁把持装置。
8. 前記後退試料積載位置と、前記突出試料把持位置との間に前記作用接触点を動かすため、この作用接触点に作動可能に連結された作用接触点作動機構を更に具え、この作用接触点作動機構は前記作用接触点を前記突出試料把持位置に突出させるため押圧力を加える押圧装置と、前記作用接触点を前記後退試料積載位置に後退させるよう前記押圧力に選択的に打ち勝つ流体圧力被制御装置とを有する請求項１の端縁把持装置。
9. 前記作用接触点に作動可能に連結され、１対の離間する基準位置表示装置に作動するように関連する位置表示装置を更に具え、各前記基準位置表示装置は完全に後退した試料積載位置と、試料を把持していない前記作用接触点の完全突出位置とを表示するため、前記作用接触点の運動を監視する請求項８の端縁把持装置。
10. 前記突出試料把持位置にある移動可能な前記接触点が前記包括角内に前記試料の周端縁を押圧する際、前記試料の傾斜面を生ずるための傾斜静止パッド部を前記末端静止パッドが有し、１８０度より小さい包括角が前記傾斜静止パッド部と前記後部止め部との間に形成されており、前記後退試料積載位置と、前記突出試料把持位置との間に前記作用接触点を動かすため、この作用接触点に作動可能に連結された作用接触点作動機構を更に具え、この作用接触点作動機構は前記作用接触点を前記突出試料把持位置に突出させるため押圧力を加える押圧装置と、前記作用接触点を前記後退試料積載位置に後退させるよう前記押圧力に選択的に打ち勝つ流体圧力被制御装置とを有し、これにより、前記流体圧力被制御装置への流体圧力が失われた場合、前記末端静止パッドと前記作用接触点との間に前記試料を保持するフェイルセーフ機構を構成している請求項１の端縁把持装置。
11. 前記後退試料積載位置と、前記突出試料把持位置との間に前記作用接触点を動かすため、この作用接触点に作動可能に連結された作用接触点作動機構を更に具え、この作動機構は押圧装置と、流体圧力被制御装置とを有し、前記作用接触点を前記突出試料把持位置に突出させること、及び前記作用接触点を前記後退試料積載位置に後退させることのいずれか一つを達成するため、前記押圧装置によって前記作用接触点に押圧力を加え、前記作用接触点を前記突出試料把持位置に突出させること、及び前記作用接触点を前記後退試料積載位置に後退させることのうち前記押圧装置によって達成されない他方を達成するため、前記流体圧力被制御装置が前記押圧力に選択的に打ち勝つよう構成された請求項１の端縁把持装置。
12. 周辺部を有する試料の位置を決定するため端部エフェクタを使用する方法において、
    光源、及び受光部に作動するように連結された本体を有する端部エフェクタを設け、
    前記光源、及び受光部は離間するそれぞれの光源光路開口、及び受光路開口を有し、これ等開口の間に光透過路に沿って光ビームが伝搬し、これ等光ビームが既知のビーム形状であるように前記光源光路開口、及び受光路開口の寸法を定め、
    前記試料と本体との空間を狭くするため、これ等試料と本体との間の相対運動を与え、
    前記相対運動を与えることに組み合わせて、前記光透過路に交差するように前記試料を位置決めして、既知のビーム形状の光ビームを遮断し、
    既知のビーム形状の光ビームの前記遮断に応動して、空間規準位置に対する前記試料の周辺部の位置を確立する
    ことを特徴とする試料の位置を決定するための端部エフェクタの使用方法。
13. 相対運動を与える前記工程において、前記本体と前記試料を移動路に沿って相互に接近するように動かすと共に、既知のビーム形状の前記光ビームと、前記試料との相対位置を前記移動路の横方向に変化させ、既知のビーム形状の前記光ビームが前記試料に交差すると、前記試料の周辺部の明確な位置を確立するための準備として、前記本体と前記試料との相互に接近する相対運動を中止させる請求項１２の方法。
14. 前記試料は離間距離によって分離される第１、及び第２の対向する主要表面を有し、既知のビーム形状の前記光ビームと、前記試料との相対位置を前記移動路の横方向に変化させる前記工程において、前記主要表面間の距離より一層長い空間距離によって分離される空間位置の間に起伏するパターンを画くよう既知のビーム形状の前記光ビームと前記試料とに相対運動を与える請求項１３の方法。
15. 既知のビーム形状の光ビームを遮断するよう前記試料に対し、前記本体を手動で配列することにより、相対運動を与えることに組み合わせる位置決めを達成する請求項１２の方法。
16. 相互間の近接距離に、前記本体と前記試料とを手動で位置決めすることによって、相対運動を与える工程を達成する請求項１２の方法。
17. 試料の位置を検知する端部エフェクタにおいて、
    ２個、又はそれ以上の自由度を有する機構を含む本体と、
    光源光路開口を有し前記本体に作動するように連結された光源と、
    受光路開口を有する受光部とを具え、
    前記光源から前記受光部まで既知のビーム形状の光ビームが伝搬する光透過路を間に形成するよう前記光源光路開口と、受光路開口とがその寸法と相互の離間距離とを有し、試料が前記本体に近く位置し、空間規準位置に対する所定距離内に位置することによって生ずる既知のビーム形状の前記光ビームの遮断を検出する十分な長さを前記光透過路が有することを特徴とする試料位置検知端部エフェクタ。
18. 前記本体は基端、及び末端を有し、支持体によって支持される試料の明確な点によって前記光透過路を遮断するよう、前記光源光路開口と受光路開口とが前記基端の近くに相互に対向するように位置している請求項１７の端部エフェクタ。
19. 前記本体は基端、及び末端を有し、前記機構が前記本体の前記末端と前記試料とを相互に接近させる時、前記本体に近く位置する支持体によって支持される試料により前記光透過路を遮断するよう、前記光源光路開口と受光路開口とが前記末端の近くに相互に対向するように位置している請求項１７の端部エフェクタ。
20. 前記本体は基端、及び末端を有し、支持体によって支持される試料の第１、及び第２の対向表面区域によって前記光透過路を遮断するよう、前記光源光路開口と受光路開口とが前記基端の近くに相互に対向するように位置している請求項１７の端部エフェクタ。
21. 試料の位置を検知する端部エフェクタにおいて、 本体と、 この本体によって、所定位置に試料を保持し得るよう、前記本体に作動するように関連する保持機構と、 光源光路開口を有し前記本体に作動するように連結された光源と、受光路開口を有する受光部とを具え、 前記光源から前記受光部まで既知のビーム形状の光ビームが伝搬する光透過路を間に形成するよう前記光源光路開口と、受光路開口とがその寸法と相互の離間距離とを有し、試料が前記本体に近く位置し、空間規準位置に対する所定距離内に位置することによって生ずる既知のビーム形状の前記光ビームの遮断を検出する十分な長さを前記光透過路が有することを特徴とする試料位置検知端部エフェクタ。
22. 前記本体をロボットアームに作動可能に結合する結合器を更に具え、前記本体は前記結合器に一層近く位置する基端と、末端とを有し、試料が前記本体によって保持される前に、支持体によって支持される前記試料の明確な点によって、前記光透過路を遮断するよう、前記光源光路開口と受光路開口とが前記基端の近くに相互に対向するように位置している請求項２１の端部エフェクタ。
23. 前記支持体によって所定位置に保持されている時の前記試料の停止位置に前記空間規準位置が相当している請求項２２の端部エフェクタ。
24. 前記本体をロボットアームに作動可能に結合する結合器を更に具え、前記本体は前記結合器に一層近く位置する基端と、末端とを有し、前記ロボットアームが前記本体の前記末端と試料とを相互に接近させる時、前記本体に近く位置する支持体によって支持される前記試料により前記光透過路を遮断するよう、前記光源光路開口と受光路開口とが前記末端の近くに相互に対向するように位置している請求項２１の端部エフェクタ。
25. 前記本体をロボットアームに作動可能に結合する結合器を更に具え、前記本体は前記結合器に一層近く位置する基端と、末端とを有し、試料が前記本体によって保持される前に、支持体によって支持される前記試料の第１、及び第２の対向する表面区域により前記光透過路を遮断するよう、前記光源光路開口と受光路開口とが前記基端の近くに相互に対向するように位置している請求項２１の端部エフェクタ。

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