JP2011528190A - ワークピース搬送システムおよびワークピース搬送方法 - Google Patents

ワークピース搬送システムおよびワークピース搬送方法 Download PDF

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Abstract

【課題】ウェーハを搬送するのにかかる時間を短縮する。
【解決手段】
デュアルロボット搬送システムが、処理モジュールに対してワークピースを搬入および搬出する搬送モジュールと、上記搬送モジュールと上記受け渡しシステムとの間の物理的インタフェースと、実質的に第１の可動域を有する第１の上部アームおよび第１の底部アームを有し、実質的に上記搬送モジュール内に配置されて、上記処理モジュールと上記搬送モジュール内に配置されるバッファステーションとに対してワークピースを搬送および搬出する第１のロボットと、上記第１の可動域の一部と重なる実質的に第２の可動域を有する第２の上部アームおよび第２の底部アームを有し、実質的に上記搬送モジュール内に配置されて、上記処理モジュールと、上記バッファステーションと、上記物理的インタフェースとに対してワークピースを搬送および搬出する第２のロボットとを具備する。
【選択図】図１

Description

本開示は、ワークピース搬送システム、ワークピース搬送方法およびワークピース搬送媒体に関する。
[関連出願の相互参照]
本出願は、２００８年７月１５日に出願された米国特許仮出願第６１／０８０，９４３号の利益を主張するものであり、当該仮出願は、その全体が参照によって本明細書に援用される。
半導体回路は、製造中に種々の処理工程にかけられるシリコンウェーハ上に作製することができる。製造の間、ウェーハは通常、例えば処理チャンバ等の種々の専用チャンバに対して搬入されたり、搬出されたりする。多くのウェーハ搬送システムは、水平多関節ロボット（ＳＣＡＲＡ）または双対称ロボットアーム設計（bi−symmetric robot arm design）を用いて、ウェーハを処理チャンバに対して搬入および搬出する。これらのロボットは一度に処理チャンバ内へ一本のアームを動かす。シングルアーム構造の場合、例えば、ロボットアームが、チャンバから処理済ウェーハを取り除き、これをバッファステーションに載置し、未処理ウェーハを捕捉し、そしてこれを処理チャンバ内に配置する。デュアルアーム構造の場合、例えば、第１のアームが、処理チャンバからウェーハを拾い、後退および回転して、邪魔にならないように第２のアームに場所をあける。そして、第２のアームが、所定位置まで回転し、チャンバ内へ伸張し、後続の処理用ウェーハを降ろす。上記設計は、チャンバに対してアームを出し入れする、アームをどかすといった種々のステップを含んでおり、これらのステップのそれぞれによって、ウェーハを搬送するのにかかる時間が加算される。
米国特許出願公開第２００６／００３９７８１号明細書 欧州特許出願公開第２００８／０１３８１７６号明細書 英国特許出願公開第２００３／００１２６２４号明細書 英国特許出願公開第２００６／０１３０７５０号明細書
以上のような事情に鑑み、本発明の目的は、ウェーハを搬送するのにかかる時間を短縮することにある。
いくつかの実施形態は、受け渡しシステムおよび処理モジュールと共に使用されるデュアルロボット搬送システムであって、処理モジュールに対してワークピースを搬入および搬出する搬送モジュールと、上記搬送モジュールと、未処理ワークピースを上記搬送モジュールに渡し、処理済ワークピースを上記搬送モジュールから受け取る上記受け渡しシステムとの間の物理的インタフェースと、実質的に第１の可動域を有する第１の上部アームおよび第１の底部アームを有し、実質的に上記搬送モジュール内に配置されて、上記処理モジュールと上記搬送モジュール内に配置されるバッファステーションとに対してワークピースを搬送および搬出する第１のロボットと、上記第１の可動域の一部と重なる実質的に第２の可動域を有する第２の上部アームおよび第２の底部アームを有し、実質的に上記搬送モジュール内に配置されて、上記処理モジュールと、上記バッファステーションと、上記物理的インタフェースとに対してワークピースを搬送および搬出する第２のロボットとを具備する、デュアルロボット搬送システムを提供する。
いくつかの実施形態は、処理モジュールと共に使用される搬送システムであって、実質的に平行な平面において実質的に同じ可動域を有する上部アームおよび底部アームと、上記上部アームおよび上記底部アームと連通するコントローラとを具備し、上記コントローラは、（ａ）上記上部アームおよび上記底部アームを実質的に共に上記処理モジュール内へ動かし、（ｂ）上記上部アームおよび上記底部アームを、底部アームを先にして上記処理モジュールの外へ動かすようにプログラミングされる、搬送システムを提供する。
いくつかの実施形態は、受け渡しシステムおよび処理モジュールと共に使用されるデュアルロボット搬送システムであって、実質的に平行な第１の平面において実質的に同じ第１の可動域を有する第１の上部アームおよび第１の底部アームを有する第１のロボットと、実質的に平行な第２の平面において実質的に同じ第２の可動域を有する第２の上部アームおよび第２の底部アームを有する第２のロボットと、上記第１の上部アーム、上記第１の底部アーム、上記第２の上部アーム、および上記第２の底部アームと連通するコントローラとを具備し、上記第１のロボットおよび上記第２のロボットは上記第１の可動域と上記第２の可動域とが重なるように配置され、上記コントローラは、（ａ）上記第１の上部アームおよび上記第１の底部アームを、上記第１の上部アームが第１の未処理のワークピースを保持した状態で上記第１の上部アームによって実質的に共に上記処理モジュール内へ動かし、（ｂ）上記第２の上部アームおよび上記第２の底部アームを、上記第２の上部アームが第２の未処理のワークピースを保持した状態で実質的に共に上記処理モジュール内へ動かし、（ｃ）上記第１の上部アームおよび上記第１の底部アームを、上記第１の底部アームが先行してかつ第１の処理済ワークピースを保持した状態で上記処理モジュールから出るように動かし、（ｄ）上記第２の上部アームおよび上記第２の底部アームを、上記第２の底部アームが先行してかつ第２の処理済ワークピースを保持した状態で上記処理モジュールから出るように動かすようにプログラミングされる、デュアルロボット搬送システムを提供する。
いくつかの実施形態は、処理モジュールに対してワークピースを搬送および搬出する方法であって、第１の時間期間中に実質的に同じ第１の時点に動く２本の上部ロボットアームを用いて２つの未処理ワークピースを上記搬送モジュールから上記処理モジュールに搬入し、上記第１の時間期間の後に始まる第２の時間期間中に実質的に同じ第２の時点に動く２本の底部ロボットアームを用いて２つの処理済ワークピースを上記処理モジュールから上記搬送モジュールに搬入する、方法を提供する。
処理モジュールに連結されているウェーハ搬送システムの図である。 蓋が閉じている搬送モジュールを有するウェーハ搬送システムの図である。 搬送モジュールの蓋が開いており、かつ単一のロボットしか搭載されていない、図２のウェーハ搬送システムの図である。 冷却板が設置されている図３のロボットの図である。 冷却中にワークピースを支持する、上昇ピンを有する図３Ａの冷却板の図である。 処理モジュールが設置されていない図２のウェーハ搬送システムの裏の図である。 寸法がインチで記されている図１の搬送システムおよび処理モジュールの図である。 未処理ウェーハを受け取り、処理済ウェーハを製造するためにインタフェース、搬送モジュールおよび処理モジュールによって行われる方法を示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。 受け渡しモジュールおよび処理モジュールに対してウェーハを搬送および搬出する図１のシステムを示す。
開示する主題のいくつかの実施形態は、様々な場所に対してワークピースを搬送および搬出することができるワークピース搬送システムを含む。ワークピースは、開示する主題の実施形態によって搬送される任意の物体を含むことができ、例えば、ワークピースは、半導体材料（例えば、シリコンウェーハ、ガリウムヒ素ウェーハ、石英ウェーハ、炭化珪素ウェーハ等）、生体試料（例えば、生物学的実験器具を含むディッシュ等）等を含み得る。いくつかの実施形態は、ほんの小さな設置面積で、ワークピースを高速搬送することができる。いくつかの実施形態は、様々なロボットを有しており、当該ロボットは、他のロボットの可動域と重なる可動域であって、ワークピースを或る場所から別の場所へ搬送している間にロボットもワークピースも衝突しないように制御される可動域を有する。
記載の実施形態は、実質的に搬送モジュールに配置される２本のアームを有する２体のロボットを用いてウェーハをインタフェース、搬送モジュールおよび処理モジュールに対して搬送および搬出するウェーハ搬送システムである。各ロボットの２本のアームは１本の軸を中心に回転するが、独立して動作する。上記実施形態は、インタフェースから未処理のウェーハを受け取り、処理モジュールにおいてウェーハを処理し、そして、処理済ウェーハをインタフェースに戻す。
図１を参照すると、上記実施形態は、処理モジュール１１０と、搬送モジュール１２０と、ウェーハ受け渡しシステム（図示せず）に対するインタフェース１３０とを有するウェーハ処理システム１００である。搬送モジュール１２０は、左上アーム１４１と左下アーム１４２とを有する左ロボット１４０を備える。搬送モジュール１２０は、右上アーム１５１と右下アーム１５２とを有する右ロボット１５０も備える。アーム１４１、１４２、１５１、および１５２はそれぞれ、ウェーハを保持するＣ字型エンドエフェクタを有する。示すように、左上アーム１４１のエンドエフェクタは何も保持しておらず、左下アーム１４２（左上アーム１４１で隠れている）のエンドエフェクタは処理済ウェーハ１６０を保持し、右下アーム１５２のエンドエフェクタは処理済ウェーハ１６１を保持し、右上アーム１５１が、バッファステーション１２２（現段階では未処理ウェーハ１６３が載っている）とインタフェース１３０との間で動いている。各ロボットアームは、低／ゼロバックラッシュ、高トルク、小型、および高い位置精度を可能にするハイパフォーマンスギアセット、例えば、ハーモニックドライブを用いることができる。
処理モジュール１１０は、２つのウェーハ処理ステーション１１１および１１２を備えており、当該ウェーハ処理ステーションは各ステーションにおいて処理中のウェーハと共に示されている。処理は、ウェーハに対する物理的および／または化学的な改変を含み得る。例えば、物理気相成長法（ＰＶＤ）、化学気相成長法（ＣＶＤ）、原子層堆積法（ＡＬＤ）等によってウェーハ上に膜を堆積することができ、例えば、フォトレジストアッシング、プラズマエッチング、イオンビームミリング等を用いてウェーハから材料を取り除くことができ、例えば、イオン注入、熱アニーリング等でウェーハの表面を改変することができる。処理モジュール１１０は、処理モジュール１１０においてウェーハが載る場所の下に配置される加熱板も備える。ウェーハの下のピンを用いて、ウェーハを支持し、かつ加熱板に対する距離が変化するようにウェーハを上下させることができる（例えば、ウェーハは早く加熱されるように加熱板に近づけて位置決めすることができる）。
ウェーハ受け渡しシステムは、例えば、ウェーハを保持するカセットまたはポッドからインタフェース１３０を介して搬送モジュール１２０へウェーハを運ぶフロントエンドモジュール（ＥＦＥＭ）である。ＥＦＥＭはまた、処理するウェーハに一時的な保管場所を提供する。準備が整うと、ＥＦＥＭロボットが、処理する適切なウェーハを保管場所から取って、これを搬送モジュールへ移動させる。また、ＥＦＥＭロボットは、処理済ウェーハを搬送モジュールから取り去って、保管場所へ返す。
ロボットアームは、重力とパッド付きの固定エッジグリップ構造とを利用して自身のＣ字型エンドエフェクタ内にウェーハを保持する。実施形態によっては、エンドエフェクタは、ウェーハのエッジを他のエッジにまたはストッパに押し付ける能動エッジグリッパ（active edge grippers）を有することができる。能動エッジグリッパは、真空によって制御することができる。
４本全てのロボットアームを一度に処理モジュール１１０の内部に配置することが可能である。このことによって、１本のアームが未処理ウェーハを処理モジュール１１０に搬入している最中に、別のアームによって処理済ウェーハを処理モジュール１１０から取り出すことができるようになる。システム１００の幾何学的形状によって、ローディング動作（例えば、ウェーハを処理モジュール１１０内に配置する）およびアンローディング動作（例えば、ウェーハを処理モジュール１１０から取り去る）が重なることが可能になり、これによって、ウェーハの交換時間が減る。さらに、デュアルロボット（例えば、左ロボット１４０および右ロボット１５０）によって、２枚の処理済ウェーハと２枚の未処理ウェーハが同時に扱われることが可能になる。これによって、システム１００のウェーハ取り扱い速度がさらに上がる。各エンドエフェクタの動作経路は、反対のロボットのアームの対応するエンドエフェクタの動作経路と重なる。例えば、左上アーム１４１の可動域は、右上アーム１５１の可動域と重なる。アーム同士の衝突を避けるために、一方のアーム対（例えば、左ロボット１４０のアーム）が他方のアーム対（例えば、右ロボット１５０のアーム）に追従して処理モジュール１１０へ入るように順序付けがなされる。
図２は、蓋１２６が閉じている搬送モジュール１２０の図である。示すように、搬送モジュール１２０は、蓋１２６を貫通する３つの覗き窓（view-ports）１２５を有する。コントローラ１８０が搬送モジュール１２０の前面に装着される。
図３は、蓋が開いている搬送モジュール１２０の図である。左ロボット１４０のアーム１４１および１４２が「Ｃ」字型のエンドエフェクタと共に見える。インタフェース１３０も見える。右ロボット１５０は搭載されていない。バッファステーション１２２は、３本のリフトピン１２３を有している。当該リフトピン１２３は、バッファステーション１２２からウェーハを拾うかまたは載置するロボットアームからウェーハをローディングおよびアンローディングするように昇降させられる。搬送モジュール１２０は、センサが搭載される孔１２７を有する。当該センサは、このセンサ上を通過する（通過して処理モジュール１１０に出入りする）ロボットアームがウェーハを保持しているかどうかを判定する。ウェーハがロボットアーム内にあることが期待されるかどうかは、実行される機能によって決まる。例えば、ウェーハはローディングサイクルの開始時には存在し、ローディングサイクルの終了時にはなくなる。ウェーハの状態（真／存在または偽／不在）が正しくなければ、サイクルは停止される。例えば、センサは、バナーエンジニアリング社から入手可能であるＢａｎｎｅｒ ｓｅｎｓｏｒ Ｍｆｒ Ｐａｒｔ Ｎｏ．ＱＳ３０ＬＬＰ（www.Bannerengineering.com）とすることができる。孔１２４は、以下でより詳細に説明するように通気に用いられる。孔１２１には、ロボットアームによって保持されているウェーハに接離するように昇降することができる冷却板が取り付けられているシャフトが入る。冷却板は、圧縮空気を用いて昇降し、（例えば、ウェーハに接触することによって）急停止することができる。
図３Ａは、下部に冷却板１４５を設置されているロボット１４０の図である。図３Ｂは、ピン１４６が挿入されている図３Ａの冷却板の図である。当該ピン１４６は、（冷却板の平面をウェーハに直接接触させる代わりに）ウェーハに接触する。
図４は、処理モジュール１１０を搭載することができる場所を示す、ウェーハ搬送システムの裏側の図である（すなわち、図４では処理モジュール１１０は搭載されていない）。蓋１２６が開いているため、搬送モジュール１２０の内部の大部分が見えなくなっている。処理モジュール１１０は、ウェーハ用リフトピンを有しており、当該リフトピンは、処理モジュール１１０内にあるときにロボットアームのエンドエフェクタから外すかまたはロボットアームのエンドエフェクタに載置するようにウェーハを昇降させる。図４は、実際のピンが挿入されていない処理チャンバ用のリフトピンアセンブリを示す。リフトピンは、孔１１４に挿入することができる。リフトピンアセンブリの上面は、処理モジュール１１０の底部にボルト締めされる。３本のリフトピンのそれぞれが、アセンブリの中心における「Ｙ」字型片（１１３）の各先端に取り付けられ、リフトピンアセンブリから処理モジュール１１０の底部を貫通して延びる。Ｙ字型片１１３全体は、処理モジュールを周囲から封止するシールの内側に配置することができる。
図５は、寸法がインチで記されている搬送モジュール１００の図である。ドット線は、図の下半分における搬送モジュール１２０と、上半分における処理チャンバ１１０との間においてウェーハを搬送する際にロボットアームによって描かれる弧状の可動域を示す。示すように、ロボット１４０およびロボット１５０の可動域は重なっており、その範囲は約１８０度の弧度に及ぶ。
図６は、２枚の未処理ウェーハをインタフェース１３０から処理チャンバ１１０に搬入し、かつ２枚の処理済ウェーハを処理チャンバ１１０からインタフェース１３０へ搬出するウェーハ搬送フルサイクルにおいて、システム１００によって実行されるステップの鳥瞰図を示すフローチャートである。このシーケンスの始めに、搬送モジュール１２０が、既に処理済の２枚のウェーハが中にある状態でベントされており（６２０）、かつ処理モジュール１１０が現段階で未処理の２枚のウェーハを処理している（６２１）。搬送モジュール１２０のベントが済んだら、インタフェースを介してウェーハ受け渡しシステムへ、２枚の処理済ウェーハを２枚の未処理ウェーハと交換する（６２２）。６２３において、搬送モジュール１２０は基準圧力までポンプによって排気される。搬送モジュールがポンプによって排気されている間または大体その時点で、処理モジュール１１０はその内部でのウェーハの処理を終える。６２４において、搬送モジュール１２０は、処理済となったウェーハを処理モジュール１１０から取り去り、処理モジュール１１０に未処理ウェーハをロードする。これにてウェーハ搬送サイクル６２０は終了し、ウェーハ搬送サイクル６３０が始まる。大体この時点で、搬送モジュール１２０はベントを開始し（６３１）、処理モジュールが処理を開始する（６３２）。すなわち、プロセスは今や、始めと同じステップに戻っているが、新たなサイクル６３０における新たなウェーハセットの処理に移行している。
図７Ａ〜図７Ｔは、図７のシーケンスをさらに詳細に示す。このシーケンスの始めでは、搬送モジュール１２０はベントされ、下側ロボットアームはそれぞれ処理済ウェーハ（すなわち、前回のサイクルで処理されたウェーハ７０１および７０２）を保持し、処理モジュール１１０はウェーハ７０３および７０４を処理中であり、上側ロボットアームはウェーハを保持していない。シーケンスを開始するために、ウェーハ受け渡しシステムが２枚の未処理ウェーハ（図示せず）を処理のために選択する。搬送モジュール１２０は加圧された窒素を用いてベントされる。ベントが必要な場合、通気弁が開くことで加圧窒素が（図３の孔１２４から）チャンバ内に入る。チャンバが大気圧に達したら弁を閉める。窒素は８０ＰＳＩであり、大気圧に達するまで圧力を上げるのに用いられる（搬送チャンバは基準圧力であった）。圧力計を用いて空気圧を測定し、大気圧に達したときに弁を閉じて窒素の流入を止める。
そして、図７Ｂに示すように、ウェーハ受け渡しシステムは、未処理ウェーハ７０５を右上アーム１５１に載置する。図７Ｃに示すように、右上アーム１５１は、未処理ウェーハ７０５をバッファステーション１２２に載せてからインタフェース１３０に戻る。図７Ｄに示すように、右上アーム１５１がバッファステーション１２２からインタフェース１３０へ戻っている間、左上アーム１４１はバッファステーションから未処理ウェーハ７０５を拾って自身の場所に戻る。この間、図７Ｅに示すように、ウェーハ受け渡しシステムが右下アーム１５２から処理済ウェーハ７０２を受け取り、左下アーム１４２が処理済ウェーハ７０１をバッファステーション１２２に搬送する。図７Ｆおよび図７Ｇに示すように、ウェーハ受け渡しシステムが、第２の未処理ウェーハ（ウェーハ７０６）を右上アーム１５１に載置し、左下アーム１４２がバッファステーション１２２に処理済ウェーハ７０１を配置した後に自身の場所に戻っている最中である。図７Ｈおよび図７Ｉに示すように、次いで、右下アーム１５２がバッファステーション１２２から処理済ウェーハを拾い、これをインタフェース１３０へ運ぶ。そして、図７Ｊに示すように、ウェーハ受け渡しシステムが右下アーム１５１から処理済ウェーハ７０１を受け取る。シーケンスのこの時点で、処理済ウェーハ７０１および７０２はもはやシステム１００にはなく（これらはウェーハ受け渡しシステムに受け取られてしまっているため）、ウェーハ７０３および７０３は処理モジュール１１０内に残っており、未処理ウェーハ７０５および７０６は上側ロボットアームによって保持されている。
そして、搬送モジュール１２０が（図３の孔１２８に配置される真空に通じるシールを介して）基準圧力までポンプで排気され、処理チャンバ１１０を搬送モジュール１２０から隔離するドア真空弁（vacuum door valve）１１９（図３および図４参照）が開かれる。種々の弁を用いることが可能であり、上記実施形態では、ドア１１９はＶＡＴ株式会社製のｍｏｄｅｌ ＃ ０２４２４− ＡＡ４４−Ｘ（www.vatvalve.com）製のドアバルブである。ウェーハが処理モジュール１１０に対して搬入および搬出されるとき以外は常に弁は閉じる。
右アームが先行して左アームがこれを追従する形で、４本全てのアームが処理チャンバ内へ回転する（図７Ｋ、図７Ｌ、および図７Ｍ）。アームが処理チャンバ１１０に入ると、処理チャンバ１１０のリフトピンが下降して処理済ウェーハ７０３および７０４を下アームに載せる。処理チャンバ１１０のリフトピンが上アームから未処理ウェーハを外す間、下アームは右アームが先行して搬送モジュールチャンバ内に後退して戻る（図７Ｎ、図７Ｏ）。次いで、上アームが右アームを先にして搬送モジュール１２０内へ後退して戻る（図７Ｐ、図７Ｑ、図７Ｒ、図７Ｓ、図７Ｔ）。ドア真空弁１１９を閉じ、ウェーハ７０５および７０６に対してウェーハ処理を処理チャンバ内で開始する。搬送モジュール１２０は、冷却板が上昇して下アーム上の処理済ウェーハを冷却している間にベントを開始する。搬送モジュール１２０内が大気圧に達すると、冷却板を降下させ、ドア真空弁を開き、サイクルを再スタートさせる。上記実施形態では、処理モジュール１１０は低圧に保たれる（処理中に圧力は変化するため、通常は基準圧力ではない）。処理チャンバは便宜上、大気圧にベントすることができる。
４本のロボットアームのそれぞれは、コントローラ１８０、多軸サーボコントローラ、例えば、ガリル社からのＤＭＣ−４０ｘ０モーションコントローラ（www.galilmc.com）によって独立して制御される。コントローラ１８０は、プログラムまたはロボットの動作を制御するプログラムと、制御パラメータとを記憶する。コントローラ１８０は、システム動作を監視する外部のデジタル処理装置（図示せず）（例えば、既存の動作システムを実行するサーバコンピュータ）から、例えば、処理場所で拾う、処理場所に配置する、ホームに戻る、リフトピンを上昇させる、リフトピンを下降させる等のハイレベルなコマンドを受け取る。ホームの場所はソフトウェアを用いて設定することができ、ロボットの動作は、ホームの場所に基づくか／ホームの場所に関してなすことができる。例えば、外部のデジタル処理装置が、コントローラ１８０に、左下アーム１４２を「ホームに戻らせる」ように指示することができる。コントローラ１８０には、「ホーム」がどこにあるかが分かっており（例えば、左の角の近くの点座標）、ロボットを「ホーム」の場所に動かす。外部のデジタル装置はまた、他のデジタル装置に対してコマンドを送受信する。ロボットアームを制御するロジックはソフトウェアベースであり、更新することができる。変数を設定／変更することができる。上記変更は、操作者によって、または製造管理システム（fabrication manufacturing control system）が制御するホストコンピュータによって行われる。コントローラ１８０はまた、１２７に配置されるセンサ（図３）を監視する。コントローラ１８０は、７つの異なる構成要素または構成要素群の動作を確定する：（１−４）４本のロボットアームのそれぞれ；（５−６）処理モジュール１１０の２つのリフトピンセットを昇降させること；ならびに（７）バッファステーション１２２のピンを昇降させること。コントローラ１８０および／または外部のデジタル処理装置は、プロセッサと、プロセッサによって実行されると、本明細書に記載の方法、例えば、ロボットの動作制御およびウェーハの搬送に関するものをプロセッサに実行させるコンピュータ実行可能な指示を記憶するコンピュータ可読媒体とを有する。
（２枚のウェーハを製造する）一回のウェーハ搬送サイクルが完了するのにかかる時間は約３０秒である。したがって、上記実施形態のウェーハのスループット率は約２４０枚ウェーハ／時である（すなわち、３０秒毎に２枚のウェーハ＝１分間に４枚のウェーハ；６０分×４枚のウェーハ／分＝２４０枚ウェーハ）。サイクル時間には、ポンプによる排気にかかる約６秒およびベントにかかる約８秒が含まれている。搬送チャンバをポンプによって排気するためには、チャンバおよび真空ポンプ間の弁を開く。チャンバ内の空気は、チャンバが基準圧力に達するまでポンプで排出される。圧力はチャンバ内の計測器によって測定される。通常の総処理時間は約２８秒である（すなわち、処理チャンバのスロットバルブを閉じてから開くまでの時間）。上記実施形態では、ウェーハは、Semiconductor Equipment and Materials International（ＳＥＭＩ）社、例えば、www.semi.orgから入手可能な、規格ＳＥＭＩ Ｍｌ．１５−１０００につき最大３００ｍｍシリコンウェーハとすることができる。ウェーハ搬送平面は、規格ＳＥＭＩ ＳＴＤ Ｅ２１−９１につき１１００ｍｍである。システム１００は、２５０００分の約１回未満で搬送中のウェーハを落とす。各ウェーハ冷却板は、１時間に約１００枚のウェーハを冷却する能力を有する。冷却板は、サイクルのベント段階中に約８秒で約３００℃の初期温度から約６０℃にウェーハを冷却する。冷却板は昇降して、最大ウェーハ接触領域でロボットのエンドエフェクタと嵌合することができる。Ｃ字型のエンドエフェクタのパッドはＫａｌｒｅｚパッドを有するＵｌｔｅｍパッドとすることができる。ロボットの精度は約＋／−約０．０１度である。ウェーハの配置精度は約０．２５ｍｍ以下である。平均故障間隔は少なくとも約１００万サイクルである。平均修理時間（ＭＴＢＲ）は２時間未満である。基準真空は約５×１０−4 Torrである。真空漏れ率は約１×１０−8ｓｔｄ ｃｃ／ｓｅｃ Ｈｅ未満である。搬送チャンバ真空は最大約２５リットル未満である。最大幅点における幅は約１０００ｍｍである。粒子汚染に関しては、ウェーハ毎の平均追加粒子（mean add particles）は、０．１２ミクロンより大きい場合で５個未満の粒子であり、０．２５ミクロンより大きい場合で３個未満の粒子であり、０．７０ミクロンより大きい場合で２個未満の粒子である（データの９５％＜１０個の合計加算機）。
種々の実施形態では、種々のロボットアームが異なる平面に位置することができる。例えば、ロボットアーム１４１、１４２、１５１、および１５２は、それぞれ異なる平面に位置することができ、（ウェーハを保持している場合でも）可動域全体を衝突せずに動くことができ、かつ、それぞれ異なる平面に位置することができ、（ウェーハを保持している場合でも）可動域全体を衝突せずに動くことができる（しかし、アーム１４１および１５１は、ウェーハを保持しているときにそれらの可動域全体を互いに衝突せずに動くことはできず、アーム１４２および１５２は、ウェーハを保持しているときにそれらの可動域全体を互いに衝突せずに動くことはできない）。例えば、ロボットアームが異なる平面を動く場合、ロボットアームがワークピースを搬送することができるシーケンスの自由度は増す。
種々の実施形態では、ロボットアーム１４１、１４２、１５１、および１５２は、種々のシーケンスを用いて動かすことができる。例えば、図７Ｎに戻ると、アーム１４１、１４２、１５１、および１５２がそれぞれ処理チャンバ１１０内に位置する。実施形態によっては、下アーム１４２および１５２が上アーム１４１および１５１より先に処理モジュール１１０から出る。例えば、アーム１４２および１５２が異なる平面に位置する（そして、平面が、アーム１４２および１５２がウェーハを保持しながら相手の上／下を移動することができる程十分に互いに対して離れている）場合、アーム１４２および１５２は、同時に処理モジュール１１０から出ることができる。或いは、例えば、これらが異なる平面に位置している（しかし、平面が、アーム１４２および１５２がウェーハを保持しながら相手の上／下を移動することができる程十分に互いに対して離れていない）場合、アーム１４２および１５２は、一方のアームが他方のアームに先行する（例えば、アーム１５２がわずかに先になる）形で、処理モジュール１１０から出ることができる。また、アーム１４２および１５２が部分的に重なる形でそうすることができる（例えば、エンドエフェクタの一部を重ねることができるが、アームはウェーハが衝突する程には重ねることはできない）。
以下は、当該システムの種々の構成要素に用いることができる例示的な材料の非限定的なリストである。
Figure 2011528190
種々の実施形態では、様々なタイプの処理モジュール、インタフェース、およびウェーハまたは基板受け渡しシステムを搬送モジュール１１０と共に用いることができる。システム１００は、多くの様々なロボットを備えることができ、例えば、搬送モジュール１１０が、４体のロボットを有し、幅が２倍で、かつより幅広のまたは複数の処理モジュールおよび／またはインタフェースに接続されることができる。システム１００は、例えば、右ロボット１５０だけ等、１体のロボットしか有しないことも可能である。種々のロボットアームが様々な平面上で動作可能であり、例えば、種々のロボットアームは異なる平面上でそれぞれ動作することができる。上記で時折言及された円形のウェーハを例えば、八角形、正方形、矩形等の様々な形状の種々のワークピースの代わりとすることができ、かつシステム１００の種々の構成要素をこれに応じて変更することができる。エンドエフェクタはＣ字型である必要はなく、例えば、搬送されるワークピースの形状に応じて形作ることができる。形状には、例えば、一方の側に開放空間を有する任意の形状が含まれ得る。ワークピースを種々の処理工程にかけることができ、したがって、「処理済」および「未処理」という言葉の使用は相対的な用語である。例えば、処理「Ｘ」を受けようとしているワークピースを、それが処理「Ｙ」によって既に別様に処理されていても、未処理と呼ぶことができる。ロボットアームのアームは様々な形状を有することで様々な可動域を有し得る。実施形態によっては、種々のロボットアームが、例えばバッファステーションを用いることなく、互いの間で直接的にワークピースの搬送を行うことができる。処理は、処理されるワークピースのタイプによって決まり得る。また、処理には例えば、物質の塗布または追加、ワークピースの一部の加熱、冷却、インキュベート、混合、振動、スピン、除去等が含まれ得る。コントローラ１８０等のコントローラは例えば、たった１つのコントローラとすることができ、より大型のコントローラの一部とすることができ、外部コントローラによって制御されることができるかもしくは外部コントローラと共に動作することができ、または、全く存在しない場合もある。また、システムを外部コントローラで制御することができる。図５の寸法は単なる例示に過ぎず、例えば、寸法自体および異なる寸法間の関係の両方を変更することができる。冷却板および／または冷却板のピンは、種々の実施形態において例えば、用いられるワークピースのタイプおよび／またはワークピースの、温度変化に対する許容性に応じて、設けても設けなくてもよく、かつ／または用いても用いなくてもよい。例えば、実施形態によっては、冷却板の本体をワークピースに直接接触させることによってワークピースが損傷する可能性がある場合にはピンを用いることができる。
本発明を例示的な上記実施形態において説明および示してきたが、本開示は例示によってのみなされていること、および、特許請求の範囲によってのみ限定される、本発明の精神および範囲から逸脱しない限り本発明の実施態様の詳細の無数の変更が可能であることを理解されたい。開示した実施形態の特徴は、本発明の範囲および精神内において様々に組み合わせたり、再構成したりすることができる。

Claims (25)

  1. 受け渡しシステムおよび処理モジュールと共に使用されるデュアルロボット搬送システムであって、
    処理モジュールに対してワークピースを搬入および搬出する搬送モジュールと、
    前記搬送モジュールと、未処理のワークピースを前記搬送モジュールに渡し、処理済のワークピースを前記搬送モジュールから受け取る前記受け渡しシステムとの間の物理的インタフェースと、
    実質的に第１の可動域を有する第１の上部アームおよび第１の底部アームを有し、実質的に前記搬送モジュール内に配置されて、前記処理モジュールと前記搬送モジュール内に配置されるバッファステーションとに対してワークピースを搬送および搬出する第１のロボットと、
    前記第１の可動域の一部と重なる実質的に第２の可動域を有する第２の上部アームおよび第２の底部アームを有し、実質的に前記搬送モジュール内に配置されて、前記処理モジュールと、前記バッファステーションと、前記物理的インタフェースとに対してワークピースを搬送および搬出する第２のロボットとを具備する
    デュアルロボット搬送システム。
  2. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記第１上部アームと前記第２の上部アームは同じ第１の平面内を動き、前記第１底部アームと前記第２の底部アームは同じ第２の平面内を動く
    デュアルロボット搬送システム。
  3. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記第１の上部アーム、前記第１の底部アーム、前記第２の上部アーム、および前記第２の底部アームはそれぞれ異なる平面内を動く
    デュアルロボット搬送システム。
  4. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記第１の上部アームおよび前記第２の上部アームは同じ第１の平面内を動き、前記第１の底部アームは異なる第２の平面を動き、前記第２の底部アームは異なる第３の平面を動く
    デュアルロボット搬送システム。
  5. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記バッファステーションは、載置される任意のワークピースを上昇および下降させるように構成され、かつ前記第１の可動域と前記第２の可動域とが重なる領域に配置される複数のピンを有する
    デュアルロボット搬送システム。
  6. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記第１の可動域と前記第２の可動域とはそれぞれ、実質的に弧状であり、１８０度の弧度に及び、一端が前記処理モジュール内に位置し、他端が前記搬送モジュール内に位置し、前記搬送モジュール内に位置する点を中心に回転する
    デュアルロボット搬送システム。
  7. 請求項６に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記搬送モジュールは、４つの内角を有する実質的に矩形であり、前記４つの角のうち２つの第１の角が前記処理モジュールから実質的に等間隔であり、前記４つの角のうち２つの第２の角よりも前記処理モジュールに近く、
    前記第１の可動領域が回転の中心とする前記点は実質的に、前記２つの第１の角のうちの第１の角に位置し、前記第２の可動領域が回転の中心とする前記点は実質的に、前記２つの第１の角のうちの第２の角に位置する
    デュアルロボット搬送システム。
  8. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記第１の上部アーム、前記第１の底部アーム、前記第２の上部アーム、および前記第２の底部アームのそれぞれが、ウェーハを保持するＣ字型のエンドエフェクタを有する
    デュアルロボット搬送システム。
  9. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    プロセッサと、前記プロセッサによって実行されると、ワークピースの搬送を含め、前記プロセッサに前記第１のロボットおよび前記第２のロボットを制御させるコンピュータ実行可能な指示を記憶するコンピュータ可読媒体とを有する、搬送モジュールに接続されるコントローラをさらに具備する
    デュアルロボット搬送システム。
  10. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記ワークピースはシリコンウェーハを含む
    デュアルロボット搬送システム。
  11. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記ワークピースは半導体材料および生体試料の少なくとも１つを含む
    デュアルロボット搬送システム。
  12. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記搬送モジュールは、内部気圧を有し、かつさらに、
    外気から前記搬送モジュールを封止するように構成されている制御可能なシールと、
    前記搬送モジュールの前記内部気圧がほぼ大気圧に達するまで前記搬送モジュールをベントするように構成されている制御可能な通気孔と、
    前記内部気圧を測定する少なくとも１つの空気圧計と、
    基準圧力に達するまで前記内部気圧を低下させるポンプと連結される空気インタフェースとを具備する
    デュアルロボット搬送システム。
  13. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記処理モジュールは、物理気相成長法、化学気相成長法、原子層堆積法、フォトレジストアシング、プラズマエッチング、イオンビームミリング、イオン注入、熱アニーリング、加熱、冷却、混合、振動、および攪拌のうちの少なくとも１つを実行する
    デュアルロボット搬送システム。
  14. 請求項１に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記第１の底部ロボットアームによって保持されている任意のウェーハを冷却するように構成されている第１の冷却板と、
    前記第２の底部ロボットアームによって保持されている任意のウェーハを冷却するように構成されている第２の冷却板とをさらに具備する
    デュアルロボット搬送システム。
  15. 請求項１４に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記第１の冷却板および前記第２の冷却板はそれぞれ、ピンを有する上面を有しており、前記ピンは、ウェーハが前記上面の前記ピン以外の部分に直接接触するのを防止するように構成されている
    デュアルロボット搬送システム。
  16. 処理モジュールと共に使用される搬送システムであって、
    実質的に平行な平面において実質的に同じ可動域を有する上部アームおよび底部アームと、
    前記上部アームおよび前記底部アームと連絡するコントローラとを具備し、
    前記コントローラは、
    （ａ）前記上部アームおよび前記底部アームを実質的に共に前記処理モジュール内へ動かし、
    （ｂ）前記上部アームおよび前記底部アームを、前記底部アームを先にして前記処理モジュールの外へ動かすようにプログラミングされる
    搬送システム。
  17. 請求項１６に記載の搬送システムであって、
    前記可動領域は、実質的に弧状であり、１８０度の弧度に及ぶ
    搬送システム。
  18. 請求項１６に記載の搬送システムであって、
    前記コントローラはさらに、前記底部アームによって前記処理モジュールから処理済のワークピースを除去し、前記上部アームによって前記処理モジュール内に未処理のワークピースを入れるようにプログラミングされる
    搬送システム。
  19. 受け渡しシステムおよび処理モジュールと共に使用されるデュアルロボット搬送システムであって、
    実質的に平行な第１の平面において実質的に同じ第１の可動域を有する第１の上部アームおよび第１の底部アームを有する第１のロボットと、
    実質的に平行な第２の平面において実質的に同じ第２の可動域を有する第２の上部アームおよび第２の底部アームを有する第２のロボットと、
    前記第１の上部アーム、前記第１の底部アーム、前記第２の上部アーム、および前記第２の底部アームと連絡するコントローラとを具備し、
    前記第１のロボットおよび前記第２のロボットは前記第１の可動域と前記第２の可動域とが重なるように配置され、
    前記コントローラは、
    （ａ）前記第１の上部アームおよび前記第１の底部アームを、前記第１の上部アームが第１の未処理のワークピースを保持した状態で実質的に共に前記処理モジュール内へ動かし、
    （ｂ）前記第２の上部アームおよび前記第２の底部アームを、前記第２の上部アームが第２の未処理のワークピースを保持した状態で実質的に共に前記処理モジュール内へ動かし、
    （ｃ）前記第１の上部アームおよび前記第１の底部アームを、前記第１の底部アームが先行してかつ第１の処理済のワークピースを保持した状態で前記処理モジュールから出るように動かし、
    （ｄ）前記第２の上部アームおよび前記第２の底部アームを、前記第２の底部アームが先行してかつ第２の処理済のワークピースを保持した状態で前記処理モジュールから出るように動かすようにプログラミングされる
    デュアルロボット搬送システム。
  20. 請求項１９に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記第１の上部アーム、前記第１の底部アーム、前記第２の上部アーム、および前記第２の底部アームはそれぞれ、異なる実質的に平行な平面内を動き、
    （ａ）および（ｂ）は、実質的に同時に起こる
    デュアルロボット搬送システム。
  21. 請求項１９に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    （ｃ）の前記第１の底部アームの前記動作および（ｄ）の前記第２の底部アームの前記動作は、（ｃ）の前記第１の上部アームの前記動作および（ｄ）の前記第２の上部アームの前記動作の前に、実質的に同時に起こる
    デュアルロボット搬送システム。
  22. 請求項１９に記載のデュアルロボット搬送システムであって、
    前記第１の可動領域および前記第２の可動領域はそれぞれ、実質的に弧状であり、１８０度の弧度に及ぶ
    デュアルロボット搬送システム。
  23. 処理モジュールに対してワークピースを搬送および搬出する方法であって、
    第１の時間期間中に実質的に同じ第１の時点に動く２本の上部ロボットアームを用いて２つの未処理のワークピースを前記搬送モジュールから前記処理モジュールに搬入し、
    前記第１の時間期間の後に始まる第２の時間期間中に実質的に同じ第２の時点に動く２本の底部ロボットアームを用いて２つの処理済のワークピースを前記処理モジュールから前記搬送モジュールに搬入する
    方法。
  24. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記第１の時間期間と前記第２の時間期間とは重なる
    方法。
  25. 請求項２３に記載の方法であって、
    前記２本の上部アームおよび前記２本の底部アームのそれぞれは、異なる平行な平面内を動き、互いに重なる可動域を有する
    方法。
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