JP4362008B2 - 基板搬送装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、基板搬送装置に関し、特に、基板位置合わせシステムを有する基板搬送装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
基板位置合わせシステムには種々のものが公知となっており、米国特許第5,537,311号、第5,483,138号、第5,497,007号および第5,563,798号に基板位置合わせシステムが例示されている。
【０００３】
【課題を解決するための手段】
本発明の１つの実施例として基板搬送装置が提供される。斯かる基板搬送装置は、ロボット搬送アームとこのロボット搬送アーム上に配設される基板位置合わせ部とを含む。
本発明の他の実施例として、ロボット搬送アーム及びこのロボット搬送アーム上に基板を位置合わせする手段を含む基板搬送装置が提供される。斯かるロボット搬送アームは、基板を保持するエンドイフェクタ(end effector)を有する。斯かる基板位置合わせ手段は、基板がエンドイフェクタに保持される際、搬送アームとの相対位置において基板を位置合わせする。
【０００４】
本発明の更なる他の実施例として、ロボット搬送アームとエンドイフェクタとを含む基板搬送装置が提供される。斯かるエンドイフェクタは、ロボット搬送アーム上に配設されている。
エンドイフェクタには、そのエンドイフェクタ上に回動可能に基板を保持するための回動可能なチャックを有している。ロボット搬送アームは、基板の縁を検出するためのセンサーを有する。
【０００５】
本発明による方法としては、ロボット搬送アームの移動中にアーム上の基板を移動する方法が提供される。この方法は、ロボット搬送アーム上に基板を保持するステップと、ロボット搬送アームを移動しつつ搬送アームとの相対位置において基板を移動するステップとを含む。
本発明の他の方法としては、第１の位置から第２の位置まで基板を移動せしめる際に、基板を位置合わせする方法が提供されている。この方法は、ロボット搬送アームが第１の位置において基板を把持するステップと、第１の位置から第２の位置までロボット搬送アームで基板を移動するステップと、第１の位置から第２の位置まで基板を移動せしめる際に、搬送アームとの相対位置において基板を位置合わせするステップとを含む。
【０００６】
本発明の更なる他の実施例として、ロボット搬送アーム、基板を回動せしめる手段およびコンピュータ制御装置を含む基板搬送装置が提供される。ロボット搬送アームは、基板を保持するエンドイフェクタを有する。基板を回動せしめる手段は、エンドイフェクタ上で基板を回動せしめる。コンピュータ制御装置は、エンドイフェクタ上の基板の回転を制御する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
本発明にかかる前述の態様および他の特徴は、添付図面と関連づけられている以下の詳細説明において明らかにされる。図１は、基板をプロセス装置から搬入、搬出する本発明の特徴を含む装置の全体平面図である。図２は、図１に示される装置のロボット搬送アームの１部斜視図である。
【０００８】
図１は、本発明の特徴を含む装置10の全体平面図を示している。本発明は、図示される１つの実施例についてのみ説明されるものではあるが、多くの異なる代替実施例形態にて実施化可能と理解すべきである。更に、適切な寸法、形状または構成要素の種類又は材料の使用も可能である。
基板プロセス装置14のロード・ロック12に連結されている装置10が示されている。プロセス装置14は、半導体ウェーハのような基板を周知の技術による加工処理をするようになされている。プロセス装置の例は、米国特許第4,715,921号および第5,512,320号に記載されており、本願明細書にはその全てを包含するものとする。代替の実施例において、装置10は、いかなる適切な種類の基板プロセス装置と組み合わされるように形成され得る。装置10は、フレーム20、車両22、ロボット24および基板カセット26を含む。 装置10はカセット26およびロード・ロック12との間を、例えば半導体ウェーハまたはフラットパネル表示基板などの基板を移動するようになされている。装置10は、ロボット24を使って、カセット26から個々に基板を取り除き、基板プロセス装置14に適合するように基板を位置合わせし、そして、基板をロード・ロック12に入れる。プロセス装置14が基板を処理し終えると、装置10はロード・ロック12からカセット26まで基板を戻すのに使用される。装置10は大気圧において動作するが、真空を含む他の圧力状況下でも使用可能である。装置10は、多くのカセット26を保持するようになされている。
【０００９】
フレーム20は、その上に着脱自在にカセット26を支持するようになされている。カセット26は、13枚か26枚の半導体ウェーハを保持するカセットの如き、周知のものである。フレーム20は、ロード・ロック12の前端部に固定的に取り付けられる。車両22は、通路Aに沿って位置B及び位置Cの間を移動または転動可能なようにフレームのトラック部分21に設置されている。 車両移動機構23は、車両22をトラック部分21に沿って異なる位置に制御可能に移動すべく、車両22をフレーム20に連結する。そのような車両移動機構は、1997年7月11日に出願され「ロボットアーム・リロケーション・システム」と題した米国特許出願第08/891523号に記載されており、斯かる内容全体を本願明細書に包含するものとする。代替の実施例では、他の種類のロボットアーム・リロケーション・システムを使用することも可能であり、或いは替わりに基板プロセス装置14の主要基板搬送チャンバ内部で使用するときの如くロボットアームを単一の回転軸に回転可能に取り付けることも可能である。
【００１０】
ロボット24は、車両22に取り付けられる。従ってロボット24は車両22と共に移動する。ロボット24は、可動アーム・アセンブリ25および駆動システム27とを含む。駆動システム27は、可動アーム・アセンブリ25に連結され、アーム・アセンブリ25を延出し、そして格納する。アーム・アセンブリ25は、図１に格納した状態で示されている。アーム・アセンブリ25が延出されると、アーム・アセンブリのエンドイフェクタをロード・ロック12或いはカセット26の内部に配置可能となり、これにより基板を持ち上げたり落とし込むことができる。図示される実施例では、アーム・アセンブリは、米国特許第5,431,529号または米国特許出願第08/655598号にて開示されているスカラ・アーム・アセンブリであり、斯かる内容全体は本願に包含される。アーム・アセンブリ25は、３つのアーム部を直列に連結したものから成り、アッパーアーム31、フォアアーム32および延出リスト部34を含む。アッパーアーム31は、駆動システム27に連結される。延出リスト部34は、フォアアーム32を介してアッパーアーム31に連結され、延出リストの末端にエンドイフェクタ部を含む。
【００１１】
また、図２において、延出リスト34は、その近位の端部36を関節を介してフォアアーム32に取り付けられている。リスト部34は、その末端38にエンドイフェクタ40を有する。エンドイフェクタ40は基板Sを獲得し、基板を移動する際にリスト部34に基板を保持するために使用する。エンドイフェクタ40をカセット26に入れ、エンドイフェクタ上に基板を獲得すべく、アーム・アセンブリ25は操作されている。エンドイフェクタ40により基板が保持される状態において、対応するカセット26から基板を取り出すため、アーム・アセンブリ25は操作されている。その後、ロボット24は、車両22を所定の位置まで横方向に移動せしめる。また、ロード・ロック12内に上部に基板を有するエンドイフェクタ40を挿入するために、搬送アーム・アセンブリは操作され、そして基板はエンドイフェクタ40の保持部から解放される。ロード・ロック12からカセットへ基板を取り戻すとき、上記順序は逆になる。
【００１２】
装置10は、カセット26とロード・ロック12との間をアーム・アセンブリ25により基板が移動せしめられる際に、アーム・アセンブリ25との相対的な位置において基板の位置合わせをするような基板位置合わせ部を有する。基板位置合わせ部42は、回動可能な表面部44、駆動システム46、エンコーダ48、そしてセンサー50とを含む。基板位置合わせ部は、コンピュータ制御装置52（図１を参照のこと）により制御される。図２に示すように、回動可能な表面部44はエンドイフェクタ40の一部に含まれ、そしてエンドイフェクタ40により保持される基板を支持する。好適な実施例では、回動可能な表面部44は回動可能な真空チャックから成り、エンドイフェクタ40の一部を形成する。代替の実施例として、回動可能な表面部は、基板を固定的に保持するような他のいかなる適切な形態をもなし得る。
【００１３】
駆動システム46は、回動可能な表面部44を回転させるために用いる。駆動システム46は、原動機54及び表面部44を回転させるために原動機54を表面部44に連結する伝達装置56とを含む。好適な実施例では、原動機54はサーボモータである。原動機54は、リスト部34とフォアアーム32の間のジョイント60に位置する。動力を原動機54から回動可能な表面部44に伝える伝達装置56は、歯付ベルトの如く実質的にスリップ率のないベルト伝動装置である。代替の実施例において、任意の適当な原動機及び伝達装置の使用して回動可能な表面部44を回転させても構わない。例えば原動機はベルト又はシャフト機構を介さずに直接回動可能な表面部を回転させることも可能である。また代替的に伝達装置は液圧駆動システムを含んでいても構わない。
【００１４】
エンコーダ48は、回動可能な表面部44の回転位置を決定するために用いられる。好適な実施例において、エンコーダ48は原動機54に搭載されるる。いかなるモーターエンコーダの使用も可能である。代替実施例において、エンコーダは回動可能な表面部44に取り付けることも可能であり、また、エンコーダは無くても構わない。センサー50は、エンドイフェクタ40により保持される基板の位置を検出するためにリスト部34に配置される。センサー50は、基板が回動可能な表面部44により保持されるときに基板の一部がセンサー50上にその位置を確認することを可能ならしめるためにリスト部の上に位置する。
【００１５】
図２に示される基板Sは、半導体ウェーハ100である。このウェーハ100は標準品であり、外端周囲部がほぼ円形状102をしており、その外端周囲部102に不規則形状部分104を有する。本技術分野で公知のように、半導体ウェーハは表面構造方位を有し、ときとして、その方位の位置合わせ又は所望の結果を得るために基板プロセスチャンバにおいてその方位の配置を正確にする必要がある。また、ウェーハの中心を見つけるためにそれを回転させるのは公知技術である。過去には、例えば、米国特許第5,497,007号に示されているようにウェーハを位置合わせするためにその周囲端部にその平端部または切り欠きを備えていた。しかし、このような位置合わせは、基板プロセス装置または大気圧での基板搭載装置のフレームに固定的に配置した位置合わせ装置においてなされていた。したがって、ウェーハを位置合わせするためにウェーハを移動する必要が生じ、別個の位置合わせ部ステーションに移動し、またそこからウエーハを取りはずして再度移動する必要があった。これは明らかに余計な時間がかかった。本発明は、基板がロボット24により移動する際に基板の表面構造方位を「高速で」位置合わせする方法を用いる。不規則形状部分104は、ウェーハ100上の表面構造方位との相対的な位置関係において正確な位置に位置づけられている。したがって、不規則形状部分104の位置決定は、表面構造方位の位置を示すことになる。
【００１６】
ロボット24がウェーハ100を持ち上げるとき、それはバキュームグリップによりエンドイフェクタ40がウェーハを保持する。その後、コンピュータ制御装置52は、チャック44を駆動するために原動機54に信号を送り、次にチャック44によりウェーハ100を回転せしめる。ウェーハ100が回転するに従い、不規則形状部分104はセンサー50に合致したりしなかったりする。センサー50は、不規則形状部分104がセンサーを通過する時期を検出できるよう、好ましくは電荷結合素子若しくはアナログ光学の端部検出回路センサーである。代替実施例において、センサーはアナログ静電容量センサーであっても構わない。センサー50からの信号はコンピュータ制御装置52に返送される。この信号に基づき、コンピュータ制御装置52は、不規則部分104の位置を決定し、リスト部34上の正確な位置に不規則部分104を配置すべく、原動機54に所望の位置に動くように指示する。これは、目標地での精密な位置決めのためのリスト部34上のウェーハ100の表面構造を位置合わせする。このアラインメント法は、ロボット24がウェーハを二つの位置の間を移動する過程においてウェーハをロボット24またはエンドイフェクタ40から取り外すことなく行われる。したがって、別個の調整ステーションを有する従来のものと比べ、ウェーハ100の表面構造方位の位置合わせをより速くすることができる。センサー50は、ウェーハ100の回転位置にかかる信号を、回動する表面部44の回転を制御してリスト部34との相対的な位置関係におけるウェーハ100の特定の位置合わせを確立するためにコンピュータ制御装置52に送る。センサー50からの信号は、基板位置合わせの正確な制御をなしとげるため、エンコーダ48からの回動可能な表面部44の回転位置上のリレーデータと連動して使用されることが好ましい。端部検出回路センサー50からの信号は、表面構造方位の位置合わせに加え、リスト部34との関係におけるウェーハ100の中心位置の特定及び目標地での正確なウェーハの中心位置を特定すべくロボット24の動作を制御するためにコンピュータ制御装置52によって使用可能である。本発明は、１つの位置合わせ部ステーションの替わりに、または位置合わせ部ステーションに追加して使用することも可能である。位置合わせ部ステーションに追加して使用する際は、第１の基板を別個の位置合わせ部ステーションで位置合わせしつつ、ロボットは第２の基板の位置合わせが可能である。更に、本発明と連動して、米国特許第5,563,798号、第5,537,311号、第5,483,138号に開示されるような他の位置合わせシステムとの併用も可能である。本発明は、また、複数のエンドイフェクタを有するロボットにも使用可能である。この種の複数エンドイフェクタ・ロボットについては位置合わせ部を全てのエンドイフェクタに使用することも、より少ないエンドイフェクタに使用することも可能である。本発明に係る位置合わせ部システムは、他の種類のエンドイフェクタに包含することも可能である。例えば、バキュームホールドで基板を保持しないエンドイフェクタを使用することも可能である。
【００１７】
本発明は基板がカセット26とロード・ロック12の間を移動する際、「高速で」基板の位置合わせを可能ならしめる。処理装置14での処理は、基板が処理チャンバ（図示せず）に特定の方位で配置されることが要求され、高い位置精度が要求される場合がある。従来の技術では、基板の位置合わせを変えるため、位置合わせステーションへの中間工程での移送を必要とした。本発明は、この位置合わせステーションへの中間工程での移送を排除する。本発明では、基板はカセット26から取りはずされ、そしてロード・ロック12に移動せしめられ、必要に応じて基板が移動中に位置合わせされる。位置合わせモジュールへの基板の移送するという中間ステップの排除は時間の遅延を除去し、所定の時間内に１台のロボットが処理可能な基板のスループットの増加をもたらす。代替実施例において、基板位置合わせ部は、処理装置14内のロボット搬送アーム上に配置することも可能である。
【００１８】
前述の説明は、本発明の例示にすぎないと理解されなければならない。多様な代替例および改良は、本発明から逸脱することなく当業者により案出可能である。したがって、本発明は添付の請求の範囲の範囲内の代替例、改良、改良および変更を包含することを意図している。
【図面の簡単な説明】
【図１】 基板をプロセス装置から搬入、搬出する本発明の特徴を含む装置の全体平面図である。
【図２】 図１に示される装置のロボット搬送アームの１部斜視図である。
【符号の説明】
10 装置
25 アーム・アセンブリ
32 ロボット搬送アーム（フォアアーム）
40 エンドイフェクタ
42 基板位置合わせ部
44 チャック
50 センサー

Claims (13)

1. ロボット搬送アームと、
   前記ロボット搬送アームに設けられた基板位置合わせ部と、
   を含む基板搬送装置であって、
   前記ロボット搬送アームは複数のアームリンクを含み、隣接するアームリンク同士は旋回可能にジョイント部で連結されており、前記複数のアームリンクの少なくとも１つはエンドイフェクタであり、
   前記基板位置合わせ部は、前記ロボット搬送アームから前記基板を取り外すことなく前記基板が第１のチャンバと第２のチャンバとの間を搬送される間に、前記エンドイフェクタ上で前記基板をセンタリングし、前記第１チャンバの内部空間は前記第２チャンバの内部空間から隔離され、前記ロボット搬送アームは前記第１チャンバ内の前記基板を把持して当該基板を前記第２チャンバへ移送すること特徴とする基板搬送装置。
2. 前記基板位置合わせ部は、前記ロボット搬送アーム末端に設けられて基板を保持するエンドイフェクタの一部を形成することを特徴とする請求項１に記載の基板搬送装置。
3. 前記エンドイフェクタは、回動可能なチャックを含み、前記基板を回動可能に支持することを特徴とする請求項２に記載の基板搬送装置。
4. 前記基板位置合わせ部は、前記チャックを回動せしめる手段をさらに含むことを特徴とする請求項３に記載の基板搬送装置。
5. 前記チャックを回動せしめる手段は、前記ロボット搬送アームに設けられたサーボモータ及び前記サーボモータから前記チャックに延出する伝達機構を含むことを特徴とする請求項４に記載の基板搬送装置。
6. 前記基板位置合わせ部は、前記チャックの回転位置の信号を伝送するエンコーダを有することを特徴とする請求項４に記載の基板搬送装置。
7. 前記基板位置合わせ部は、前記基板の縁を検出するセンサを有することを特徴とする請求項６に記載の基板搬送装置。
8. 前記センサは前記ロボット搬送アームに設けられ、前記基板が前記エンドイフェクタによって保持されるときに前記基板の外周部が前記センサ上に位置にすることを特徴とする請求項７に記載の基板搬送装置。
9. 第１の位置から第２の位置まで基板を移動する際に、前記基板を位置合わせする方法であって、
   多関節ロボット搬送アームにより前記第１の位置で前記基板を把持するステップと、
   前記ロボット搬送アームの関節を曲げることにより前記第１の位置から前記第２の位置まで前記ロボット搬送アームとともに前記基板を移動することにより、前記基板を前記第２の位置に移送するステップと、
   前記基板を前記第１の位置から前記第２の位置まで移動させる際に、前記ロボット搬送アームに対して前記基板を回転させることによって前記基板をセンタリングするステップとを含み、
   前記第１の位置に形成された空間は前記第２の位置に形成された空間から隔離されていることを特徴とする方法。
10. 前記方法は前記ロボット搬送アームに対して前記基板を回転させるステップを含み、前記回転させるステップはロボット搬送アームに対する前記基板の回転位置を検知するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
11. 前記方法は前記ロボット搬送アームに対して前記基板を回転させるステップを含み、前記回転させるステップは前記搬送アームに対する前記基板の回転を判定するステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
12. 前記基板を前記第２の位置に移送するステップは、前記第１の位置で基板カセットから前記基板を取り出すステップを含むことを特徴とする請求項９に記載の方法。
13. 前記基板を前記第２の位置に移送するステップは、前記第２の位置で前記基板をロードロックチャンバに入れるステップを含む請求項９に記載の方法。

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