JP4845337B2 - 基板を処理ツールへ供給する装置、基板キャリアを移送する方法、およびコンピュータ読み取り可能な記録媒体 - Google Patents

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Description

発明の内容
本出願は、参考としてその全体をここに援用する２００２年８月３１日出願の米国プロビジョナル特許出願第６０／４０７，４６３号及び２００３年１月２７日出願の米国プロビジョナル特許出願第６０／４４３，００４号から優先権を請求するものである。
発明の分野
本発明は、一般に、半導体デバイス製造システムに係り、より詳細には、製造設備内での半導体キャリアの搬送に係る。
関連出願のクロスレファレンス
本出願は、各々参考としてその全体をここに援用する以下の共通に譲渡された出願中の米国特許出願に関連している。
２００２年８月３１日出願の「System for Transporting Wafer Carriers」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４０７，４５１号（代理人Docket No. 6900/L）；
２００２年８月３１日出願の「Method and Apparatus for Using Wafer Carrier Movement to Actuate Wafer Carrier Door Opening/Closing」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４０７，３３９号（代理人Docket No. 6976/L）；
２００２年８月３１日出願の「Method and Apparatus for Unloading Wafer Carriers from Wafer Carrier Transport Systems」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４０７，４７４号（代理人Docket No. 7024/L）；
２００２年８月３１日出願の「Method and Apparatus for Supplying Wafers to a Processing Tool」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４０７，３３６号（代理人Docket No. 7096/L）；
２００２年８月３１日出願の「End Effector Having Mechanism For Reorienting A Wafer Carrier Between Vertical And Horizontal Orientations」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４０７，４５２号（代理人Docket No. 7097/L）；
２００２年８月３１日出願の「Wafer Loading Station with Docking Grippers at Docking Stations」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４０７，３３７号（代理人Docket No. 7099/L）；
２００２年８月３１日出願の「Wafer Carrier Door having Door Latching and Wafer Clamping Mechanism」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４０７，３４０号（代理人Docket No. 7156/L）；
２００３年１月２７日出願の「Method and Apparatus for Transporting Wafer Carriers」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４４３，０８７号（代理人Docket No. 7163/L）；
２００３年１月２７日出願の「Overhead Transfer Flange and Support for Suspending Wafer Carrier」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４４３，１５３号（代理人Docket No. 8092/L）；
２００３年１月２７日出願の「Systems and Methods for Transferring Wafer Carriers Between Processing Tools」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４４３，００１号（代理人Docket No. 8201/L）；及び
２００３年１月２７日出願の「Apparatus and Method for Storing and Loading Wafer Carriers」と題する米国プロビジョナル特許出願第６０／４４３，１１５号（代理人Docket No. 8202/L）。
発明の背景
半導体デバイスの製造は、典型的に、シリコン基板やガラスプレート等の基板に対して一連の手順を遂行することを伴う（このような基板は、パターン化されるか非パターン化であるかに関わりなく、ウェハとも称される）。これらのステップは、研磨、付着、エッチング、ホトリソグラフィー、熱処理等を含む。通常、複数の処理チャンバーを含む単一の処理システム即ち「ツール」において多数の異なる処理ステップが実行される。しかしながら、一般的なケースでは、製造設備内の他の処理位置で他のプロセスを実行することも必要とされ、従って、基板を製造設備内で１つの処理位置から別の処理位置へ搬送することが必要となる。製造されるべき半導体デバイスの形式に基づき、製造設備内の多数の異なる処理位置で比較的多数の処理ステップを実行することが必要となる。
従来、密封されたポッドやカセットや容器等の基板キャリア内で、１つの処理位置から別の処理位置へ基板が搬送される。又、従来、自動誘導ビヒクルやオーバーヘッド搬送システムや基板キャリア取り扱いロボット等の自動基板キャリア搬送装置を使用して、基板キャリアを製造設備内の位置から位置へ移動するか、或いは基板キャリアを基板キャリア搬送装置へ移送したり又はそこから移送したりしている。
個々の基板については、処女基板の形成又は受け取りから、半導体デバイスを出来上がった基板から切断するまでの全製造プロセスに、数週間又は数ヶ月と測定される経過時間が必要となる。従って、典型的な製造設備では、非常に多数の基板がいつでも「進行中のワーク」（ＷＩＰ）として存在することになる。ＷＩＰとして製造設備に存在する基板は、稼働資本の非常に大きな投資を表わし、基板当たりの製造コストを高める傾向となる。それ故、製造設備に対して所定の基板スループットを得るためにＷＩＰの量を減少することが望まれる。これを行うには、各基板を処理するための全経過時間を短縮しなければならない。
発明の概要
本発明の第１の態様においては、基板を処理ツールへ供給するための第１装置が提供される。この第１装置は、基板キャリアを処理ツールの第１ロードポートへ搬送するための基板キャリアハンドラーを備えている。この基板キャリアハンドラーは、基板キャリアを支持するためのエンドエフェクターを含む。基板キャリアハンドラーにはコントローラが接続され、このコントローラは、基板キャリアが基板キャリアコンベアにより搬送されて移動している間に基板キャリアハンドラーのエンドエフェクターが基板キャリアコンベアから基板キャリアを解離させるように、基板キャリアハンドラーを制御するよう動作する。
本発明の第２の態様においては、基板を処理ツールへ供給するための第２装置が提供される。この第２装置は、基板キャリアを処理ツールの第１ロードポートへ搬送するための基板キャリアハンドラーを備えている。この基板キャリアハンドラーは、（１）垂直ガイドと、（２）この垂直ガイドに結合された水平ガイドと、（３）基板キャリアを支持すると共に、垂直ガイドに対して垂直に且つ水平ガイドに対して水平に移動するためのエンドエフェクターとを含む。基板キャリアハンドラーにはコントローラが接続され、このコントローラは、基板キャリアハンドラーのエンドエッフェクターが、基板キャリアハンドラーに隣接配置された基板キャリアコンベアから基板キャリアを解離させるように、基板キャリアハンドラーを制御するよう動作する。
本発明の第３の態様においては、基板を処理ツールへ供給するための第３装置が提供される。この第３装置は、基板キャリアを処理ツールの第１ロードポートへ搬送するための基板キャリアハンドラーを備えている。この基板キャリアハンドラーは、基板キャリアを支持するためのエンドエッフェクターを含む。基板キャリアハンドラーにはコントローラが接続され、このコントローラは、（１）基板キャリアが基板キャリアコンベアにより搬送されるときに基板キャリアの動きに実質的に一致させるように基板キャリアハンドラーのエンドエッフェクターを水平方向に移動し、（２）エンドエッフェクターを持ち上げて基板キャリアに係合させて、基板キャリアを基板キャリアコンベアから解離させ、（３）基板キャリアを第１ロードポートへと搬送するように、基板キャリアハンドラーを制御するよう動作する。本発明のこれら及び他の態様に基づいて、システム、方法及びコンピュータプログラム製品として、多数の他の態様も提供される。
本発明の方法及び装置は、交換中に移動状態に保たれたコンベアとで基板キャリアを交換するための効率的で且つ信頼性の高い構成を提供する。本発明の方法及び装置は、コンベアの移動中にコンベアと基板キャリアを交換するための付加的な装置を必要とせずに、基板ロードステーションの一部分として慣習的に設けられる基板キャリアハンドラーを本発明により動作できるという点で特に効果的である。
本発明の他の特徴及び態様は、実施形態の以下の詳細な説明、特許請求の範囲及び添付図面から完全に明らかとなろう。
詳細な説明
上記で取り上げた２００２年８月３１日出願の「System for Transporting Semiconductor Wafer Carriers」と題する米国特許出願第６０／４０７，４５１号（代理人Docket No. 6900）は、サービスされる製造設備の運転中に常時移動するよう意図された基板キャリアコンベアを備えた基板キャリア搬送システムを開示している。常時移動するコンベアは、製造設備内での基板の搬送を容易にし、製造設備における各基板の合計「休止」時間を短縮して、ＷＩＰを減少すると共に、資本及び製造コストを削減することが意図される。製造設備をこのように運転するためには、コンベアの移動中にコンベアから基板キャリアをアンロードすると共にコンベアに基板キャリアをロードするための方法及び装置が提供されねばならない。
本発明の少なくとも１つの態様によれば、基板ロードステーションの基板キャリアハンドラーは、平行な垂直ガイドに沿って垂直に移動可能な水平ガイドと、この水平ガイドに沿って水平に移動可能なエンドエフェクターとを備えている。基板ロードステーションを通過して基板キャリアを移送する移動コンベア（基板キャリアコンベア）から基板キャリアをアンロードするために、エンドエフェクターは、基板キャリアが基板キャリアコンベアにより搬送されるときに基板キャリアの速度に実質的に一致する速度で水平ガイドに沿って移動される（例えば、水平方向に基板キャリアのスピードに実質的に一致させることにより）。更に、エンドエフェクターは、基板キャリアが搬送されるときに基板キャリアに隣接する位置に維持される。従って、エンドエフェクターは、基板キャリアの速度に実質的に一致する間に基板キャリアの位置に実質的に一致する。同様に、コンベアの位置及び／又は速度も一致される。
エンドエッフェクターは、それが基板キャリアの速度（及び／又は位置）に実質的に一致する間に、水平ガイドを垂直ガイドに沿って上方に移動することにより持ち上げられ、これにより、エンドエフェクターは、基板キャリアに接触し、基板キャリアを基板キャリアコンベアから解離させる。同様に、基板キャリアは、エンドエフェクターとコンベアとの速度（及び／又は位置）をロード中に実質的に一致させることにより、移動中の基板キャリアコンベアにロードすることができる。本発明の少なくとも１つの実施形態では、エンドエフェクターと基板キャリアコンベアとの間でのこのような基板キャリアの引き渡しは、エンドエフェクターと基板キャリアとの間の速度及び／又は加速度が実質的にゼロの状態で行われる。以下に更に述べるように、本発明の多数の他の態様も提供される。
図１は、基板キャリアを従来の処理ツール１１３の付近に保管するための位置において従来のロード・保管装置１１１を示す上面図である。このロード・保管装置１１１と、処理ツール１１３との間には、ファクトリインターフェイス（ＦＩ）１１５が配置されて示されている。ロード・保管装置１１１は、クリーンルーム壁１１７の第１側面に隣接配置され、ファクトリインターフェイス１１５は、クリーンルーム壁１１７の第２側面に隣接配置される。ファクトリインターフェイス１１５は、クリーンルーム壁１１７に平行なトラック（図示せず）に沿って水平に移動するＦＩロボット１１９を含み、このロボットは、ロード・保管装置１１１に存在する１つ以上の基板キャリア１２０から基板（図示せず）を抽出する。ＦＩロボット１１９は、処理ツール１１３のロードロックチャンバー１２１へ基板を搬送する。
図１に示されたロードロックチャンバー１２１は、処理ツール１１３の移送チャンバー１２３に結合される。又、移送チャンバー１２３には、処理チャンバー１２５及び補助処理チャンバー１２７も結合される。処理チャンバー１２５及び補助処理チャンバー１２７の各々は、酸化、薄膜付着、エッチング、熱処理、脱気、冷却、等々の従来の半導体デバイス製造プロセスを実行するように構成される。基板１３１のような基板を処理チャンバー１２５、１２７及びロードロックチャンバー１２１間で移送するために、移送チャンバー１２３内には基板取り扱いロボット１２９が配置される。
ロード・保管装置１１１は、基板キャリアに含まれた基板が処理ツール１１３により処理される前又は後に、基板キャリアを保管するための１つ以上の基板キャリア保管棚１３３を備えている。又、ロード・保管装置１１１は、１つ以上のドッキングステーション（図示されていないが、例えば、保管棚１３３の下にある）も備えている。基板キャリアは、ＦＩロボット１１９によりそこから基板を抽出するためにドッキングステーションにおいてドッキングされる。又、ロード・保管装置１１１には、ファクトリロード位置１３５も含まれ、ここでは、自動誘導ビヒクル（ＡＧＶ）のような基板キャリア搬送装置が基板キャリアを堆積し又はピックアップする。
ロード・保管装置１１１は、更に、ファクトリロード位置１３５、保管棚１３３及びドッキングステーションの間で基板キャリアを移動するための基板キャリアハンドラー１３７も備えている。
製造設備内での基板の搬送を容易にする上記目標によれば、常時移動する基板キャリアコンベアによりロード・保管装置１１１のような基板ロードステーションへ及びそこから基板キャリアを搬送することが望ましい（例えば、休止時間を短縮し、ひいては、進行中のワーク及び製造コストを減少するために）。従って、本発明によれば、基板キャリアコンベアが移動している間に、基板キャリアコンベアから基板キャリアをアンロードできると共に、基板キャリアコンベアに基板キャリアをロードできる本発明の基板ロードステーションが提供される。
図２Ａ−６Ｅを参照して、本発明の実施形態を以下に説明する。図２Ａは、本発明により設けられた基板ロードステーション２０１の前面図である。図２Ａには示されていないが、本発明の基板ロードステーション２０１は、図１を参照して上述した種類の処理ツール及び／又はファクトリインターフェイスが組み合わされることを理解されたい。
基板ロードステーション２０１は、処理ツールへ及び／又はそこから移送するために基板又は基板キャリアが配置される１つ以上のロードポート又は同様の位置を備えている（例えば、１つ以上のドッキングステーション２０３であるが、ドッキング／アンドッキング運動を使用しない移送位置が使用されてもよい）。図２Ａに示す特定の実施形態では、基板ロードステーション２０１は、各々４個のドッキングステーションが２列２０５に配置された全部で８個のドッキングステーション２０３を備えている。他の個数の列及び／又はドッキングステーションを使用してもよい。各ドッキングステーション２０３は、そのドッキングステーション２０３において基板キャリア２０７を支持及び／又はドッキングすると共に、そのドッキングステーション２０３において基板キャリア２０７から基板（図示せず）を抽出して図１の処理ツール１１３のような処理ツールへ移送することができる（例えば、図１のファクトリインターフェイスロボット１１９のようなファクトリインターフェイスロボットにより）。本発明の一実施形態において、基板キャリア２０７は、単一基板キャリアである。「単一基板キャリア」とは、一度に１枚の基板しか含まない形状及びサイズにされた基板キャリアを意味するものと理解されたい。２枚以上の基板を保持する基板キャリアも使用できる（例えば、２５枚又は他の数）。（或いは又、１つ以上のドッキングステーション２０３が、基板キャリアなしに基板を直接支持するようにしてもよい。）各ドッキングステーション２０３は、例えば、２００２年８月３１日出願の「Wafer Loading Station with Docking Grippers at Docking Stations」と題する上記で取り上げた米国特許出願第６０／４０７，３３７号（代理人Docket No. 7099）に開示されたように構成される。他のドッキングステーション構成も使用できる。
各ドッキングステーション２０３は、ポート２０９を含み、これを通して基板をファクトリインターフェイス（例えば、図１のファクトリインターフェイス１１５）に移送することができる。各ポート２０９に隣接してドッキンググリッパー２１１があり、これは、基板キャリア２０７を懸架すると共に、その懸架された基板キャリアをドッキング位置と非ドッキング位置との間で移動する。或いは又、可動段又は他の支持体（図示せず）を使用して、各ドッキングステーション２０３において各基板キャリア２０７を支持し（例えば、下から又は他のやり方で）及び／又はドッキング／アンドッキングすることができる。又、各ポート２０９は、基板キャリアオープン装置２１３も含み、これは、上記で取り上げた２００２年８月３１日出願の「Method and Apparatus for Using Wafer Carrier Movement to Actuate Wafer Carrier Door Opening/Closing」と題する米国特許出願第６０／４０７，３３９号（代理人Docket No. 6976）に開示されたように、１つの態様において、基板キャリア２０７が非ドッキング位置からドッキング位置へ移動するときに、基板キャリア２０７のドッキング移動を使用して、基板キャリア２０７をオープンするものである。各基板キャリア２０７は、例えば、上記で取り上げた２００２年８月３１日出願の「Wafer Carrier having Door Latching and Wafer Clamping Mechanisms」と題する米国特許出願第６０／４０７，３４０号（代理人Docket No. 7156）に開示されたキャリアドアラッチング及び／又は基板クランピング特徴を有する。他の基板キャリアオープン装置、ドアラッチング及び／又は基板クランピング構成も使用できる。
又、基板ロードステーション２０１は、本発明の態様に基づいて動作する基板キャリアハンドラー２１５も備えている。本発明の１つ以上の実施形態において、この基板キャリアハンドラー２１５は、一対の垂直ガイド２１７、２１９と、これら垂直ガイド２１７、２１９上を垂直に移動するように取り付けられた水平ガイド２２１とを備えている。水平ガイド２２１を垂直ガイド２１７、２１９に沿って垂直方向に移動するために、駆動ベルト又はリードスクリュー及びそれに関連した１つ又は複数のモータ（図示せず）或いは他の適当なメカニズムが設けられる。支持体２２３が水平ガイド２２１に沿って水平に移動するように水平ガイド２２１に取り付けられる。支持体２２３を水平ガイド２２１に沿って水平に移動するために、駆動ベルト又はリードスクリュー及びそれに関連した１つ又は複数のモータ（図示せず）或いは他の適当なメカニズムが設けられる。
本発明の少なくとも１つの実施形態では、垂直ガイド２１７、２１９は、各々、ボッシュ・インクから入手できる部品Ｎｏ．１１４０−２６０−１０、１７６８ｍｍのような一体化型のガイド／ドライブメカニズムである。同様に、水平ガイドも、ボッシュ・インクから入手できる部品Ｎｏ．１１４０−２６０−１０、１４６８ｍｍのような一体化型のガイド／ドライブメカニズムである。他のガイド／ドライブメカニズムシステムも使用できる。
支持体２２３には、エンドエフェクター２２５が取り付けられる。このエンドエフェクター２２５は、例えば、基板キャリア（例えば、基板キャリア２０７の１つ）を支持するための水平に向けられたプラットホーム２２７の形態である。少なくとも１つの実施形態では、プラットホーム２２７は、運動学的ピン又は他の運動学的位置決め特徴部２２９を有する。（図２Ａには２つの運動学的特徴部２２９しか示されていないが、３以上のような他の数の運動学的ピン又は特徴部がプラットホーム２２７に設けられてもよい。）運動学的特徴部２２９は、基板キャリア２０７の底面に設けられた凹形又は他の形状の特徴部（図２Ａには示さず）と協働して、基板キャリア２０７をプラットホーム２２７の正しい（正の）位置に誘導する。本発明の少なくとも１つの実施形態では、エンドエッフェクター２２５は、上記で取り上げた２００２年８月３１日出願の「End Effector Having Mechanism For Reorienting A Wafer Carrier Between Vertical And Horizontal Orientations」と題する米国特許出願第６０／４０７，４５２号（代理人Docket No. 7097）に開示されたように、例えば、基板キャリアの方向を垂直から水平へ及びその逆に変更することのできるエンドエフェクターである。又、他の適当なエンドエッフェクターも使用できる。
矢印２３１で概略的に示された連続的に又は他の仕方で移動するコンベアが、基板ロードステーション２１０及び基板キャリアハンドラー２１５の上に配置される。コンベア２３１は、基板キャリア２０７のような基板キャリアを基板ロードステーション２０１へ搬送し及びそこから搬送する。本発明の一実施形態では、連続的に移動するコンベア２３１は、上記で取り上げた２００３年１月２７日出願の米国特許出願第６０／４４３，０８７号（代理人Docket No. 7163/L）に開示されたように、ステンレススチール又は同様の材料のリボンとして実施される。本発明は、連続的に又は他の仕方で移動する他の形式のコンベアでも同様に使用できる。
基板ロードステーション２０１は、１つ以上のセンサ２３３、２３５を備え、これは、（１）コンベア、（２）コンベア２３１の部品（例えば、図４Ａ−４Ｅ、図６Ａ−６Ｅ及び図７Ｃ−７Ｄを参照して以下に詳細に述べるようにコンベア２３１により搬送される基板キャリアを支持するのに使用される部品）、及び／又は（３）コンベア２３１により搬送される基板キャリア、の移動及び／又は位置を検出する。例えば、センサ２３３は、基板ロードステーション２０１に取り付けられ、センサ２３５は、エンドエフェクター２２５に取り付けられる。他のセンサ位置を使用できると共に、いかなる適当なセンサ（例えば、スルービームセンサ、反射ベースのセンサ等）も使用できる。
図２Ｂは、基板ロードステーション２０１の一部分を示す側面図で、センサ２３３の実施形態を説明するのに有用な図である。図２Ｂを参照すれば、センサ２３３は、コンベア２３１のスピード及び／又は位置、及び／又は基板キャリアの位置（及び／又は以下に詳細に述べるように基板キャリア２０７がコンベア２３１により搬送されるところのスピード）を検出するための第１センサ対２３３ａ、２３３ａ’を備えている。又、センサ２３３は、基板キャリア２０７がコンベア２３１により搬送されているかどうか検出するための第２センサ対２３３ｂ、２３３ｂ’も備えている。例えば、図２Ｂに示すように、第１センサ対２３３ａ、２３３ａ’は、コンベア２３１の高さに取り付けられ、第２センサ対２３３ｂ、２３３ｂ’は、基板キャリアがコンベア２３１により搬送されるところの高さに取り付けられる（例えば、基板ロードステーション２０１のフレームＦに結合された取り付けブラケットＢ、又は別の適当な取り付けメカニズムを介して）。各センサ対は、例えば、バナー・インクから入手できるモデルＮｏ．Ｍ１２６Ｅ２ＬＤＱの光源及びモデルＮｏ．Ｑ２３ＳＮ６ＲＭＨＳＱＤＰの受光器である。他のセンサ構成／形式も使用できる。センサ２３５の実施形態は、図２Ｃ−Ｅ及び図３を参照して以下に詳細に説明する。
コントローラ２３７（図２Ａ）は、センサ２３３、２３５に接続されると共に、基板キャリアハンドラー２１５に接続されて、センサ２３３、２３５から入力を受け取り、以下に述べるように基板キャリアハンドラー２１５の動作を制御する。２つより多数又は少数のセンサ２３３、２３５が設けられてもよく、これらセンサ２３３、２３５は、図２Ａ及び２Ｂに示すものとは異なる位置に取り付けられてもよい。コントローラ２３７は、基板ロードステーション２０１がサービスする処理ツールの動作を制御するのに使用されるコントローラと同じでもよいし、又は個別のコントローラでもよい。
本発明の少なくとも１つの実施形態において、コンベア（及び／又はコンベアにより搬送される基板キャリア）のスピードは、直接測定することができる（センサ２３３を使用してコンベアのスピードを間接的に測定するのではなく）。例えば、図２Ａに示すように、１つ以上のエンコーダ２４０ａ、２４０ｂ（以下に述べる）をコンベア２３１に接続して、コンベア２３１（及びそれにより搬送される基板キャリア）のスピードを直接測定し、スピード情報をコントローラ２３７に与えることができる。２つより多数の、又は少数のエンコーダを使用してもよい。各エンコーダは、例えば、Ｕ．Ｓ．デジタルエンコーダ（例えば、ＨＤＳ６直角エンコーダ）であるか又は他の適当なエンコーダである。又、線型エンコーダ、分析装置又は他の位置決め装置を使用して、コンベアのスピード及び／又は位置を測定することができる。
図３は、基板キャリア２０７をコンベア２３１からアンロードするために本発明による基板ロードステーション２０１によって実行されるプロセスを例示するフローチャートである。図４Ａ−４Ｅは、図３のプロセスの段階を示す概略側面図である。
基板キャリア２０７をコンベア２３１からアンロードするための動作を実行すべきときには、基板キャリアハンドラー２１５の水平ガイド２２１が垂直ガイド２１７、２１９の上端２１７ａ、２１９ａの付近に配置されると共に、支持体２２３が水平ガイド２２１の上流側２２１ａの付近に配置される（図２Ａで見ると、左側であるが、コンベア２３１が右から左へ移動する場合には、右から左への移動が使用されてもよい）。
図３のプロセスは、ステップ３０１でスタートし、ステップ３０３へと続く。ステップ３０３では、コンベア２３１により搬送されていて基板ロードステーション２０１によりコンベア２３１からアンロードされるべきである基板キャリア２０７（ターゲット基板キャリア２０７）の存在を指示するための信号（例えば、センサ２３３又は２３５からの）をコントローラ２３７が受け取る。例えば、図２Ｂを参照すれば、センサ対２３３ｂ、２３３ｂ’は、そのセンサ対２３３ｂ、２３３ｂ’に関連した光ビームＬがターゲット基板キャリア２０７により阻止されたときに、ターゲット基板キャリア２０７を検出する。センサ信号を受け取ると、コントローラ２３７は、支持体２２３（エンドエフェクター２２５が取り付けられた）をコンベア２３１と同じ移動方向（例えば、図２Ａにおいて右）に加速させて、ターゲット基板キャリア２０７の位置及びスピードに実質的に一致させるように、基板キャリアハンドラー２１５を制御する（図３のステップ３０５）。図４Ａは、図３のプロセスのこの段階を示している。
本発明の少なくとも１つの実施形態では、ターゲット基板キャリア２０７の位置及びスピードに実質的に一致させるようにエンドエフェクター２２５を加速する（ステップ３０５）前に、コントローラ２３７は、センサ２３３（又は１つ以上のエンコーダ２４０ａ、２４０ｂ）を使用して、コンベア２３１のスピードを決定する。コンベア２３１の位置を決定することもできる。上述したように、センサ２３３は、コンベア２３１のスピード（及び／又は基板キャリア２０７がコンベア２３１により搬送されるところのスピード）を検出するための第１センサ対２３３ａ、２３３ａ’（図２Ｂ）と、基板キャリア２０７がコンベア２３１により搬送されているかどうか検出するための第２センサ対２３３ｂ、２３３ｂ’とを備えている。このようなスピード及び／又は位置の決定は、各ターゲット基板キャリア２０７をアンロードする前又はその間に、周期的に、連続的に又は他の何らかの間隔で行われる。
コンベア２３１のスピードに基づき、コントローラ２３７は、エンドエフェクター２２５の運動プロフィールを決定すると共に、この運動プロフィールに基づいてエンドエフェクター２２５の運動を指令し、エンドエッフェクター２２５及びターゲット基板キャリア２０７のスピード及び位置を実質的に一致させる。この運動プロフィールは、コンベア２３１のスピードが所定のスピード範囲（例えば、エンドエフェクター２２５が所定の運動プロフィールに従って加速され、移動され及び／又は配置された場合に、エンドエフェクター２２５がターゲット基板キャリア２０７と適切に整列されることを保証する範囲）内にある場合に、エンドエフェクター２２５がアンロード操作の実行を開始する（例えば、加速を開始する）ことだけをコントローラ２３７が許し、さもなければ、図３のプロセスを終了するように、「予め決定」される。このような所定の運動プロフィールは、コンベア２３１のスピードが測定されない場合にも使用できる（例えば、エンドエフェクター２２５が所定の運動プロフィールに従って加速された場合に、エンドエフェクター２２５がターゲット基板キャリア２０７と適切に整列されることを保証する所定のスピード範囲内にコンベア２３１のスピードが維持されると仮定する）。
コントローラ２３７は、例えば、所定の運動プロフィールのルックアップテーブルや、運動プロフィールを計算するためのアルゴリズム等を使用することにより、コンベア２３１のスピードを使用してエンドエフェクター２２５の運動プロフィールを決定する。コンベアのスピードではなく、基板キャリアのスピードを測定し、これを使用して、運動プロフィールを決定できるし、又はエンドエフェクター２２５に対して所定の運動プロフィールを使用すべきかどうかも決定できることが理解されよう。各運動プロフィールは、アンロード操作中にエンドエフェクター２２５により使用される加速、減速、上昇及び下降（以下に述べる）の全てを含む。
上述したように、本発明の少なくとも１つの実施形態では、コンベア２３１は、上記で取り上げた２００３年１月２７日出願の米国特許出願第６０／４４３，０８７号（代理人Docket No. 7163/L）に開示されたように、リボン形状のバンド（例えば、ステンレススチール又は別の適当な材料の）で構成される。このような実施形態では、コンベア２３１は、このコンベア２３１に沿って所定の間隔でスロット又は他の開口（例えば、図２Ｂのスロット２３１ａ）が設けられ、コンベア２３１のこれらスロットがセンサ対２３３ａ、２３３ａ’（図２Ｂ）の近傍を移動するときに、センサ対２３３ａ、２３３ａ’の光ビームがこれらスロットを通過する。センサ対２３３ａ、２３３ａ’の光ビームがコンベア２３１を（コンベアの２つの次々のスロットを経て）次々に２回透過する間の時間を測定することにより、２つの次々のスロット間の距離が分かっているので、コンベア２３１の速度を決定することができる。又、各基板キャリア２０７（図２Ｃ）の上のスロット２３１ａの位置は、コントローラ２３７に、コンベア２３１及び／又は基板キャリア２０７の位置情報を与える。
本発明のもう１つの実施形態では、エンコーダ２４０ａ、２４０ｂ（図２Ａ）を使用して、コンベアのスピードが直接読み取られる。例えば、各エンコーダ２４０ａ、２４０ｂは、コンベアのスピード情報をコントローラ２３７に与え、次いで、コントローラ２３７は、エンコーダ２４０ａ、２４０ｂから受け取った情報を、エラーチェック又は機密ルーチンの一部分として比較する。このようなスピードの監視は、周期的に、連続的に又は他の何らかの間隔で行われる。コンベアスピードを直接測定し（例えば、１つ以上のエンコーダ又は他の位置決め装置により）、更に、センサ２３３（及び例えばスロット２３１ａ）によりバンドの位置を決定することにより、コンベア２３１が移動している間にエンドエフェクター２２５とコンベア２３１との間での基板キャリアの引き渡しを、以下に詳細に述べるように、正確に実行することができる。
図４Ａでは、ターゲット基板キャリア２０７が、その上部フランジ４０２に係合するキャリア係合部材４０１により、コンベア２３１で搬送されて示されている。基板キャリア２０７を支持するための他の構成（例えば、基板キャリア２０７をその側面、下面等で支持するための１つ以上のメカニズム）も使用できる。キャリア係合部材４０１に対する１つのこのような構成が、上記で取り上げられた２００３年１月２７日出願の米国特許出願第６０／４４３，１５３号（代理人Docket No. 8092/L）に開示されている。
矢印４０３は、コンベア２３１の移動方向を示す。基板キャリアハンドラー２１５のエンドエフェクター２２５は、図４Ａでは、ターゲット基板キャリア２０７の下の位置に示されており、ターゲット基板キャリア２０７のスピードに実質的に一致するスピードでコンベア２３１と同じ方向に移動される（矢印４０５で示すように）。従って、エンドエフェクター２２５は、ターゲット基板キャリア２０７の速度（例えば、スピード及び方向）に実質的に一致する。更に、エンドエフェクター２２５は、ターゲット基板キャリア２０７の位置にも実質的に一致する。より一般的には、エンドエフェクター２２５は、ターゲット基板キャリア２０７の運動（速度及び／又は位置）に実質的に一致する。ここで使用する「実質的に一致する」とは、基板キャリア内に収容された基板にダメージを及ぼすことなく且つ潜在的にダメージを及ぼす粒子を発生することなく、基板キャリアを移動中のコンベア及び／又はキャリア係合部材からアンロードしたり及び／又はそこにロードしたりするに充分な一致を意味する。
図４Ａに示す実施形態では、ターゲット基板キャリア２０７がコンベア２３１と共に移動する。従って、エンドエフェクター２２５も、コンベア２３１のスピード、速度、運動及び／又は位置に実質的に一致される。コンベア２３１がターゲット基板キャリア２０７に対して異なる速度で移動するか又は全く移動しない実施形態も考えられる。例えば、キャリア係合部材４０１それ自体が、ターゲット基板キャリア２０７をコンベア２３１に沿って移動してもよい。この後者の実施形態では、エンドエフェクター２２５は、コンベア２３１のスピード、速度及び／又は位置に実質的に一致しない。
本発明の１つ以上の実施形態では、エンドエフェクター２２５は、コンベア２３１上にターゲット基板キャリア２０７が存在するのを検出するトリガー（又は発進）センサ（例えば、図２Ｂのセンサ対２３３ｂ、２３３ｂ’）と同じ位置に配置されなくてもよい。このような場合には、ステップ３０５におけるエンドエフェクター２２５の加速を遅らせて、エンドエフェクター２２５とトリガーセンサとの位置の相違を補償することが必要になる。この「発進オフセット」は、例えば、エンドエフェクター２２５とトリガーセンサとの間の距離、コンベア２３１のスピード、等に依存する。この発進オフセットは、エンドエフェクター２２５に対する運動プロフィールとは個別であってもよいし、又はそれに組み込まれてもよい。
再び図３を参照すると、ステップ３０７において、エンドエフェクター２２５に対するターゲット基板キャリア２０７の位置が検出される（例えば、センサ２３５（図２Ａ）からの１つ又は複数の信号により）。例えば、センサ２３５が、バナー・インクから入手できるモデルＮｏ．ＱＳ３０センサシステム等の光源／検出器対で構成される場合に、センサ２５３は、ターゲット基板キャリア２０７に向って光ビームを放射し、これは、エンドエフェクター２２５がターゲット基板キャリア２０７に対して適切に配置されている場合だけセンサ２３５により検出される（例えば、エンドエフェクター２２５が基板キャリア２０７に対して適切に配置されたときだけセンサ２３５に向けて光を反射する角度の付いたノッチのような適当な反射面及び／又は表面トポロジーを基板キャリア２０７に設けることにより）。図２Ｃは、エンドエフェクター２２５の一部分の斜視図であり、エンドエフェクター２２５がターゲット基板キャリア２０７に対して適切に配置されたときにターゲット基板キャリア２０７の一部分に形成されたノッチ２４３から反射される光ビーム２４１（図２Ｄ）を検出するように配置された例示的センサ２３５を示している。図２Ｄは、図２Ｃの一部分の拡大斜視図である。図２Ｃ−２Ｄに示されたように、センサ２３５は、適当なブラケット又は他の支持構造体２４７を経てエンドエフェクター２２５に結合される。他の構成も使用できる。
本発明の少なくとも１つの実施形態において、エンドエフェクター２２５がターゲット基板キャリア２０７に対して適切に配置されない場合には、図３のプロセスが終了となる。或いは又、本発明の別の実施形態では、ターゲット基板キャリア２０７に対するエンドエフェクター２２５の必要な位置の調整を行うことができる（ステップ３０９）。例えば、コントローラ２３７は、適切な整列信号がセンサ２３５から受け取られるまでエンドエフェクター２２５を加速及び／又は減速し、運動学的ピン２２９（図４Ａ）が、ターゲット基板キャリア２０７の整列特徴部（例えば、凹状又は他の形状の特徴部４０７）の下に適切に配置されるよう確保する。ステップ３０７及び３０９は、ターゲット基板キャリア２０７及びエンドエフェクター２２５が移動中である間に実行されると共に、エンドエフェクター２２５がターゲット基板キャリア２０７の下に配置されて、それとスピードを実質的に一致させるように実行される。従って、エンドエフェクター２２５は、ターゲット基板キャリア２０７が移動中である間にターゲット基板キャリア２０７に隣接し且つその下に保たれるように移動される。ターゲット基板キャリア２０７とエンドエフェクター２２５の相対的な位置は、何回も（又は連続的に）検出及び調整することができ、更に、フィードバック制御ループ（図示せず）を使用して、エンドエフェクター２２５のスピード及び／又は位置をターゲット基板キャリア２０７と実質的に一致した状態に保つよう確保できることが理解されよう。本発明の更に別の実施形態では、ステップ３０７及び３０９を排除してもよい（例えば、コンベア２３１のスピード及びエンドエフェクター２２５の発進時間／位置に相関された所定の運動プロフィールが使用される場合）。このような実施形態では、センサ２３５を排除できる。
センサ２３５に代わって又はそれに加えて、エンコーダ２４０ａ及び／又は２４０ｂを使用して、アンロード操作中にコンベアのスピードを監視することができる。アンロード操作中のコンベア速度の全体的な逸脱に応答して、コントローラ２３７は、アンロード操作を中断することができる（例えば、エンドエフェクター２２５がコンベア２３１又はそれにより搬送されている基板キャリアを妨げないことを保証する別の運動プロフィールを使用することにより）。或いは又、コンベア速度の変動が小さい場合には、コントローラ２３７は、適切なアンロード（又はロード）操作を確保するようにエンドエフェクターの位置を調整することができる（例えば、加速又は減速により）。従って、エンドエフェクター２２５、センサ２３３、エンコーダ２４０ａ及び／又は２４０ｂ、及び／又はコントローラ２３７を含む閉ループシステムは、コンベアスピードに変動があっても適切なアンロード（又はロード）操作を確保することができる。
エンドエフェクター２２５がターゲット基板キャリア２０７に対して適切に配置されたと仮定すれば、図３のプロセスのステップ３０７及び／又はステップ３０９に続いて、ステップ３１１が実行される。ステップ３１１では、コントローラ２３７は、エンドエフェクター２２５の水平スピード（及び／又は瞬時位置）をターゲット基板キャリア２０７のスピード（及び／又は瞬時位置）に実質的に一致させ続けながら、エンドエフェクター２２５を上昇させる（例えば、水平ガイド２２１を垂直ガイド２１７、２１９上で上昇させて、エンドエフェクター２２５を上昇させる）ように基板キャリアハンドラー２１５を制御する。エンドエフェクター２２５が上昇すると、その運動学的ピン２２９が、ターゲット基板キャリア２０７の底面の凹状特徴部４０７と係合状態になる。従って、エンドエフェクター２２５は、コンベア２３１が基板キャリア２０７を搬送する高さまで移動される。このようにして、エンドエフェクター２２５は、ターゲット基板キャリア２０７の底面に接触する（図４Ｂに示すように）。本発明の１つ以上の実施形態では、エンドエフェクター２２５は、図８Ａ−Ｄを参照して以下に詳細に述べるように、実質的にゼロ速度及び／又は加速度でターゲット基板キャリア２０７に接触するのが好ましい。エンドエフェクター２２５が上昇を続けるにつれて（エンドエフェクターがターゲット基板キャリア２０７と水平スピード及び／又は位置を実質的に一致し続けながら）、ターゲット基板キャリア２０７（及び特にその上部フランジ４０２）は、図４Ｃに示されたように、コンベア２３１のキャリア係合部材４０１との係合が外れるように持ち上げられる。
次いで、図３のステップ３１３において、コントローラ２３７は、エンドエフェクター２２５の水平移動を減速して、ターゲット基板キャリア２０７を減速するように、基板キャリアハンドラー２１５を制御する。減速の程度は、ターゲット基板キャリア２０７が、コンベア２３１より低速であるが、矢印４０３で指示された方向に移動を続けるというものである。これは、キャリア係合部材４０１（ターゲット基板キャリア２０７のフランジ４０２に係合した）が、図４Ｄに示すように、フランジ４０２より先に移動するのを許す。キャリア係合部材４０１がフランジ４０２の下から外れると（図４Ｄに示すように）、エンドエフェクター２２５が再び加速され、エンドエフェクター２２５と、そこに支持されたターゲット基板キャリア２０７の水平スピードがコンベア２３１の水平スピードと再び実質的に一致され、コンベア２３１により搬送されている別の基板キャリア（例えば、図４Ｄの基板キャリア４０９）がターゲット基板キャリア２０７に衝突するのを防止する。
図３のステップ３１５では、エンドエッフェクター２２５を下降し（例えば、垂直ガイド２１７、２１９に沿って水平ガイド２２１を下げることにより）、ターゲット基板キャリア２０７をコンベア２３１から離すように下げる。ターゲット基板キャリア２０７の下降が図４Ｅに示されている。ターゲット基板キャリア２０７が支持されたエンドエフェクター２２５は、次いで、減速され（図３のステップ３１７）、停止される。上述したように、本発明の少なくとも１つの実施形態では、上記エンドエフェクター２２５の加速、減速、上昇及び／又は下降が、エンドエフェクター２２５に対して決定された運動プロフィールによって定義される。（運動プロフィールの例は、図８Ａ−８Ｄを参照して以下に説明する。）
ステップ３１９では、基板キャリアハンドラー２１５は、エンドエフェクター２２５に支持されたターゲット基板キャリア２０７をドッキングステーション２０３（図２Ａ）の１つへ搬送する。或いは又、ロードステーション２０１が１つ以上の保管棚又は他の保管位置（例えば、基板キャリアを保管するための図２Ａに仮想線で示された保管棚２３９）を含む場合には、基板キャリアハンドラー２１５は、ターゲット基板キャリア２０７を保管位置の１つへ搬送する。（他の及び／又はより多くの保管位置が使用されてもよい。）図３のプロセスは、次いで、ステップ３２１で終了する。
ターゲット基板キャリア２０７がドッキングステーション２０３の１つへ運ばれたと仮定すれば、ターゲット基板キャリア２０７は、基板キャリアハンドラー２１５により、各ドッキングステーション２０３のドッキンググリッパー２１１へ引き渡される。次いで、ターゲット基板キャリア２０７は、ドッキングステーション２０３においてドッキングされ、ドッキングステーション２０３の基板キャリアオープン装置２１３により開放され、ターゲット基板キャリア２０７からターゲット基板を抽出することができる（例えば、図１のＦＩロボット１１９のような基板ハンドラーにより）。抽出された基板は、基板ロードステーション２０１に関連した処理ツール（例えば、図１の処理ツール１１３）へ移送され、１つ以上の製造プロセスが処理ツールによって基板に施される。処理ツールにおいて処理が完了すると、基板は、ドッキングステーション２０３においてターゲット基板キャリア２０７へ戻され、次いで、ターゲット基板キャリア２０７が閉じられて、ドッキングステーション２０３からドッキング解除される。次いで、基板キャリアハンドラー２１５は、ターゲット基板キャリア２０７をドッキングステーション２０３から離して、コンベア２３１の真下の位置へ搬送する（例えば、基板キャリア２０７を、保管位置２３９のような保管位置に保管するのではなく、コンベア２３１へ返送すべきと仮定すれば）。即ち、基板キャリア２０７がエンドエフェクター２２５に支持された状態で、水平ガイド２２１が垂直ガイド２１７、２１９の上端２１７ａ、２１９ａ付近に移動され、次いで、支持体２２３が水平ガイド２２１の上流端２２１ａへ移動される。次いで、基板キャリア２０７は、図５−６Ｅを参照して説明するように、コンベア２３１へ移送されて戻される。
図５−６Ｅを参照し、ターゲット基板キャリア２０７をコンベア２３１にロードするために本発明により実行されるプロセスの一例を以下に説明する。図５は、本発明の基板キャリアロードプロセスを示すフローチャートである。図６Ａ−６Ｅは、図５のプロセスの種々の段階を示す概略側面図である。
図５のプロセスは、ステップ５０１でスタートし、ステップ５０３へと続く。ステップ５０３において、コントローラ２３７は、コンベア２３１の空のキャリア係合部材４０１の存在を指示する信号（例えば、センサ２３３又は２３５からの）を受け取る。この信号に応答して、ステップ５０５において、コントローラ２３７は、エンドエフェクター２２５（コンベア２３１へ移送されるべきターゲット基板キャリア２０７が載せられた）を水平ガイド２２１に沿って加速して空のキャリア係合部材４０１（及び／又はコンベア２３１）の移動に実質的に一致させるように、基板キャリアハンドラー２１５を制御する。例えば、エンドエフェクター２２５は、水平方向における空のキャリア係合部材４０１のスピード及び位置に実質的に一致する。上述したように、１つ以上の実施形態において、エンドエフェクター２２５は、トリガーセンサ（例えば、図２Ｂのセンサ対２３３ｂ、２３３ｂ’）と同じ位置に配置されなくてもよい。このような場合に、ステップ５０５におけるエンドエフェクター２２５の加速を遅らせて、エンドエフェクター２２５及びトリガー（又は発進）センサの位置の相違を補償することが必要である。
本発明の少なくとも１つの実施形態では、空のキャリア係合部材４０１の位置及びスピードに実質的に一致するようにエンドエフェクター２２５を加速する（ステップ５０５）前に、コントローラ２３７は、コンベア２３１に結合されたセンサ２３３又は１つ以上のエンコーダ２４０ａ、２４０ｂを使用して、コンベア２３１のスピードを決定する。コンベア２３１の位置を決定することもできる。コンベア２３１のスピードに基づいて、コントローラ２３７は、エンドエフェクター２２５の運動プロフィールを決定すると共に、この運動プロフィールに基づいてエンドエフェクター２２５の運動を指令し、エンドエッフェクター２２５（ターゲット基板キャリア２０７が載せられた）のスピード及び位置を、そのターゲット基板キャリア２０７をロードすべき空のキャリア係合部材４０１に実質的に一致させる。この運動プロフィールは、コンベア２３１のスピードが所定のスピード範囲（例えば、エンドエフェクター２２５が所定の運動プロフィールに従って加速された場合に、エンドエフェクター２２５が空のキャリア係合部材４０１と適切に整列されることを保証する範囲）内にある場合に、エンドエフェクター２２５がロード操作の実行を開始する（例えば、加速を開始する）ことだけをコントローラ２３７が許し、さもなければ、図５のプロセスを終了するように、「予め決定」される。
或いは又、コントローラ２３７は、例えば、所定の運動プロフィールのルックアップテーブルや、運動プロフィールを計算するためのアルゴリズム等を使用することにより、コンベア２３１のスピードを使用してエンドエフェクター２２５の運動プロフィールを決定してもよい。コンベアのスピードではなく、キャリア係合部材のスピードを測定し、これを使用して、運動プロフィールを決定できるか、又はエンドエフェクター２２５に対して所定の運動プロフィールを使用すべきかどうか決定できることも理解されよう。各運動プロフィールは、ロード操作中にエンドエフェクター２２５により使用される加速、減速、上昇及び下降（以下に述べる）の全てを含む。（図８Ａ−８Ｄを参照して、運動プロフィールの例を以下に説明する。）
図６Ａに示すように、エンドエフェクター２２５は、コンベア２３１と実質的に一致する速度で移動されており、ターゲット基板キャリア２０７のフランジ４０２は、ターゲット基板キャリア２０７をロードすべきキャリア係合部材４０１の下で且つ若干後方にある。このように、以下に述べるようにコンベア２３１へターゲット基板キャリア２０７を移送する間に、キャリア係合部材４０１によりフランジ４０２が妨げられないようにしてターゲット基板キャリア２０７を持ち上げることができる。一般に、ターゲット基板キャリア２０７のフランジ４０２は、ターゲット基板キャリア２０７をロードすべきキャリア係合部材４０１と、このターゲット基板キャリア２０７をロードすべきキャリア係合部材４０１に続くキャリア係合部材（及び／又はそこに配置された基板キャリア）とに接触しないようにして、ターゲット基板キャリア２０７を持ち上げることのできるいかなる位置に配置することもできる。
ステップ５０５に続いて、ステップ５０７において、ターゲット基板キャリア２０７及びキャリア係合部材４０１の相対的な水平位置が感知される（例えば、図２Ａのセンサ２３５により）。例えば、センサ２３５が、光源／検出器対で構成される場合に、センサ２５３は、空のキャリア係合部材４０１（又はコンベア２３１）に向って光ビームを放射し、これは、エンドエフェクター２２５が空のキャリア係合部材４０１に対して適切に配置されている場合だけセンサ２３５により検出される（図２Ｃ−２Ｄを参照して上述したように）。
図２Ｅは、エンドエフェクター２２５の一部分の斜視図で、キャリア係合部材４０１をコンベア２３１に結合するキャリア係合部材４０１の部分２４９を検出するように配置されたセンサ２３５を示している。より詳細には、キャリア係合部材４０１のこの部分２４９は、エンドエフェクター２２５がロード操作に対してキャリア係合部材４０１の下に適切に配置されたときに光ビーム２４１（センサ２３５により放射された）をセンサ２３５に反射して戻すような角度にされたノッチ２５１を含む。他の構成が使用されてもよい。例えば、１つ以上のエンコーダ２４０ａ、２４０ｂ、又はコンベアのスピードを直接測定する他の位置決め装置がこのような情報をコントローラ２３７に与え（例えば、連続的に）、コントローラ２３７がロード（又はアンロード）操作中にコンベアの位置を追跡するようにしてもよい。
本発明の少なくとも１つの実施形態では、エンドエフェクター２２５が空のキャリア係合部材４０１に対して適切に配置されない場合には、図５のプロセスが終了となる。或いは又、本発明の別の実施形態では、ステップ５０９において、ターゲット基板キャリア２０７とキャリア係合部材４０１との水平方向の相対的な位置決めの際に必要な調整が行われる（例えば、以下に述べるようにターゲット基板キャリア２０７が持ち上げられるときにフランジ４０２がキャリア係合部材４０１に接触しないよう確保するために）。例えば、コントローラ２３７は、センサ２３５から適切な整列信号が受け取られるまでエンドエフェクター２２５を加速及び／又は減速する。このような位置調整中に、ターゲット基板キャリア２０７の水平スピードと、コンベア２３１及び／又はキャリア係合部材４０１の水平スピードは、実質的に一致した状態に保たれる。本発明の更に別の実施形態では、ステップ５０７及び５０９が排除されてもよい（例えば、コンベア２３１のスピード及び／又はエンドエフェクター２２５の発進時間／位置に相関された所定の運動プロフィールが使用される場合）。このような実施形態では、センサ２３５が排除されてもよい。
エンドエフェクター２２５が空のキャリア係合部材４０１に対して適切に配置されたと仮定すれば、ステップ５１１において、図６Ｂに示すように、垂直ガイド２１７、２１９（図２Ａ）に沿って水平ガイド２２１を上昇させることによりエンドエフェクター２２５が上昇されて、ターゲット基板キャリア２０７及び特にそのフランジ４０２がキャリア係合部材４０１のレベルまで持ち上げられる。図６Ｂに示すように、フランジ４０２は、キャリア係合部材４０１の若干上に配置される（例えば、以下に述べるように、そこにロードするために）。
次いで、ステップ５１３で表わされ、図６Ｃに示されたように、ターゲット基板キャリア２０７が加速されて、ターゲット基板キャリア２０７のフランジ４０２がコンベア２３１のキャリア係合部材４０１の上にもっていかれる。次いで、ターゲット基板キャリア２０７が減速されて、ターゲット基板キャリア２０７の水平速度が再びコンベア２３１の水平速度に実質的に一致するようにされる。その後、図６Ｄに示され、ステップ５１５で表わされたように、エンドエフェクター２２５が下降されて（コンベア２３１の水平速度と実質的に一致し続けながら）、ターゲット基板キャリア２０７のフランジ４０２をコンベア２３１のキャリア係合部材４０１と係合状態にもっていき、ターゲット基板キャリア２０７をキャリア係合部材４０１へ引き渡す。本発明の１つ以上の実施形態では、ターゲット基板キャリア２０７は、図８Ａ−８Ｂを参照して以下に述べるように、実質的にゼロ速度及び／又は加速度でキャリア係合部材４０１に接触するのが好ましい。基板キャリアハンドラー２１５は、コントローラ２３７の制御のもとで、エンドエフェクター２２５を下降し続け（例えば、コンベア２３１の水平速度と実質的に一致し続けながら）、エンドエフェクター２２５の運動学的ピン２２９がターゲット基板キャリア２０７の底面の特徴部４０７から解離されるようにする。ステップ５１７の結果の一例が図６Ｅに示されている。
エンドエフェクター２２５がターゲット基板キャリア２０７から解離された後に、ステップ５１９において、エンドエフェクター２２５が減速され（例えば、停止され）、図５のプロセスが終了となる（ステップ５２１）。その間、フランジ４０２を介してコンベア２３１のキャリア係合部材４０１に支持されたターゲット基板キャリア２０７は、コンベア２３１によりロードステーション２０１から離れるように搬送される。上述したように、本発明の少なくとも１つの実施形態では、上記エンドエフェクター２２５の加速、減速、上昇及び／又は下降は、エンドエフェクター２２５に対して決定された運動プロフィールによって定義される。
従って、本発明により設けられた基板ロードステーション２０１、特に、コントローラ２３７の制御のもとで動作する基板キャリアハンドラー２１５は、移動中のコンベアから基板キャリアをアンロードし、移動中のコンベアに基板キャリアをロードするように機能する。このように、本発明の基板ロードステーション及び基板キャリアハンドラーは、製造設備内での基板休止時間、進行中ワーク、並びに稼働資本及び製造コストを減少することができる。
本発明によれば、コントローラ２３７は、図３及び５のプロセスの一方又は両方を実行するようにプログラムできる。又、図３及び５のプロセスは、１つ以上のコンピュータプログラム製品において実施されてもよい。各コンピュータプログラム製品は、コンピュータにより読み取り可能な媒体により保持される（例えば、搬送波信号、フロッピーディスク、ハードドライブ、ランダムアクセスメモリ、等）。
本発明の少なくとも１つの実施形態では、本発明の基板ロードステーション２０１は、停電や非常停止等の場合にエンドエフェクター２２５をコンベア２３１から自動的に引っ込めるように構成される。例えば、コントローラ２３７は、停電や非常停止等の所定の中断に応答してコンベア２３１から離れるようにエンドエフェクター２２５（及び／又は水平ガイド２２１）を自動的に引っ込めるエンドエフェクター引っ込めルーチンを含む。更に、エンドエフェクター２２５（及び／又は水平ガイド２２１）は、基板ロードステーション２０１から電力が除去されたときにエンドエフェクター２２５（及び／又は水平ガイド２２１）が自動的に引っ込むようにバイアスされてもよい。スプリング、重力、エアシリンダー、ボールスクリュー、リードスクリュー等の適当なバイアスメカニズムを使用することができる。上述したエンドエフェクター引っ込めルーチンは、例えば、１つ以上のコンピュータプログラム製品として実施されてもよい。
基板ロードステーション２０１の設計に作用するパラメータは、例えば、（１）コンベアのスピード、（２）基板キャリアハンドラー２１５がエンドエフェクター２２５を移動できる水平及び／又は垂直のスピード、（２）基板キャリアハンドラー２１５のエンドエフェクター２２５に適用される水平及び／又は垂直の加速度及び減速度、（４）基板キャリアハンドラー２１５のエンドエフェクター２２５の水平及び垂直の移動範囲、（５）コンベア２３１により搬送される隣接基板キャリア２０７間の距離、（６）コンベア２３１が基板キャリア２０７を搬送する高さ、（７）基板キャリア２０７を搬送するのに使用されるコンベア２３１のキャリア係合部材４０１を越えるために基板キャリア２０７を持ち上げねばならない垂直距離、（８）各基板キャリア２０７の高さ（例えば、垂直方向寸法）、（９）キャリア係合部材４０１から解除した後に、コンベア２３１により搬送されている基板キャリアを、その解除された基板キャリア２０７に当たることなく、その解除された基板キャリア２０７の上を通せるようにするために、基板キャリア２０７を下げねばならない距離、（１０）使用するキャリア係合部材の形式、及び／又は（１１）他の同様のパラメータを含む。
例えば、本発明の少なくとも１つの実施形態において、本発明の基板キャリアハンドラー２１５は、（１）エンドエフェクター２２５の最大水平速度をコンベア２３１の水平速度以上とすることができ、（２）基板キャリア２０７をコンベアのキャリア係合部材４０１から解離してそれを越えるに充分な高さまでエンドエフェクター２２５を持ち上げることができ、（３）コンベアのスピードに一致させるための第１水平速度、及び基板キャリア２０７をドッキングステーション２０３へ移送し及びそこから移送するための第２水平速度といった２つ以上の水平速度で移動することができ、（４）基板キャリア２０７をコンベア２３１から解離し又は基板キャリア２０７をコンベア２３１へ引き渡すための第１垂直速度、及び基板キャリア２０７をドッキングステーション２０３へ移送し及びそこから移送するための第２垂直速度といった２つ以上の垂直速度で移動することができ、及び／又は（５）基板キャリア２０７に収容された１つ又は複数の基板にダメージを及ぼすことなくエンドエフェクター２２５に支持された基板キャリア２０７の全ての加速及び減速（基板キャリアをコンベア２３１に係合させ又はそこから解離させるために必要な）を実行できねばならない。
同様に、基板キャリアハンドラー２１５は、そのエンドエフェクター２２５を、最も下のドッキングステーション２０３にサービスするに充分な低いレベルまで下げるように動作できねばならない。（最も下のドッキングステーション２０３より下に保管棚又は他の保管位置が存在する場合には、基板キャリアハンドラー２１５は、エンドエフェクター２２５を更に下げてその最も下の保管棚／位置にサービスするように動作できねばならない。）水平ガイド２２１に設けられたエンドエフェクター２２５の水平移動範囲と、エンドエフェクター２２５を移動するメカニズムは、エンドエフェクター２２５が、コンベアスピードに実質的に一致する水平スピードまで加速し、基板キャリア２０７をコンベア２３１から解離し及び／又は基板キャリア２０７をコンベア２３１に係合し（コンベア２３１で搬送されている他の基板キャリアとの衝突を回避しながら）、更に、停止状態まで減速することができ、これらが全て、水平ガイド２２１により与えられる使用可能な水平移動範囲内で行われるというものでなければならない。
本発明の基板ロードステーションの１つ以上の実施形態において上述した特徴／パラメータの幾つか又は全部を包含することが意図される。
本発明の基板ロードステーション２０１の特定の実施形態を設計し及び／又はコントローラ２３７（図２Ａ）をプログラミングする上で考慮される種々のファクタ及びパラメータについて、図７Ａ−７Ｄを参照して以下に説明する。図７Ａ及び７Ｂは、図２Ａと同様に、本発明の基板ロードステーション２０１を示す簡単な前面図である。図７Ｃ−７Ｄは、図４Ａ−４Ｅ及び図６Ａ−６Ｅと同様に、コンベア２３１との係合中及び／又はコンベア２３１からの解離中の基板キャリアを示す簡単な側面図である。
基板キャリアハンドラー２１５のエンドエフェクター２２５の水平範囲が図７Ａに示されている。エンドエフェクター２２５及び支持体２２３は、７０１において、基板キャリアハンドラー２１５の水平ガイド２２１に沿ったエンドエフェクター２２５の上流移動限界の位置に実線で輪郭が示されている。又、エンドエフェクター２２５及び支持体２２３は、７０２において、水平ガイド２２１に沿ったエンドエフェクター２２５の下流移動限界の位置に仮想線で示されている。図７Ａに示す距離ＤＨＲは、エンドエフェクター２２５の最大水平移動距離を表わす。
この水平移動距離ＤＨＲの選択は、上記設計ファクタにより影響されるのに加えて、ドッキングステーション２０３又は棚２３９の位置（例えば、ドッキングステーション又は棚の数及び／又は水平スパン）、基板ロードステーション２０１に対する希望のフットプリント、基板ロードステーション２０１に結合されるファクトリインターフェイス又は処理ツールのサイズ、等々によっても影響される。
エンドエフェクター２２５の垂直移動範囲が図７Ｂに示されている。エンドエフェクター２２５、支持体２２３及び水平ガイド２２１は、７０３において、エンドエフェクター２２５の垂直移動範囲の上限に実線で輪郭が示されている。この位置では、エンドエフェクター２２５は、コンベア２３１のキャリア係合部材４０１から基板キャリア２０７のフランジ４０２を越えさせるに充分な高である高さＥＨにある（図４Ｂ−４Ｄを参照）。
図７Ｂを参照し続けると、エンドエフェクター２２５、支持体２２３及び水平ガイド２２１は、７０４において、エンドエフェクター２２５の垂直移動範囲の下限に仮想線で示されている。この位置では、エンドエフェクター２２５は、基板ロードステーション２０１の最も下のドッキングステーション（又は保管位置）にサービスするのに必要な最低高さである高さＥＬにある。図７Ｂに示された距離ＤＶＲは、エンドエフェクター２２５の最大垂直移動範囲（例えば、ＤＶＲ＝ＥＨ−ＥＬ）を表わす。他の垂直移動範囲を使用してもよい。
基板キャリア２０７をコンベア２３１に係合し又はそこから解離する操作に影響するパラメータが図７Ｃ−７Ｄに示されている。図７Ｃは、コンベア２３１により搬送されている２つの隣接する基板キャリア２０７を分離する距離ＤＳを示す。この分離距離ＤＳは、キャリア係合部材４０１間の距離ＤＣＥＭに関係しているがそれより短く、又、基板キャリア２０７の水平距離にも関係している。距離ＤＳを長くすると、ロード及びアンロード操作中に基板キャリア２０７を上昇し、下降し、加速し及び／又は減速するためのスペース及び／又は時間周期が大きくなることにより、ロード及びアンロード操作を容易にする。しかしながら、距離ＤＳを長くすると、一般に、コンベア２３１により搬送することのできる基板キャリアの数が減少する。
図７Ｄに示すように、本発明の少なくとも１つの実施形態において、基板キャリア２０７をコンベア２３１から解離するために、エンドエフェクター２２５は、運動学的特徴部２２９を、基板キャリア２０７の底面の高さＥＣＢに少なくとも等しい高さまで上昇させる。より詳細には、運動学的特徴部２２９は、この高さＥＣＢと、基板キャリア２０７を支持するキャリア係合部材４０１のシートの高さＨＣＥＭとの和に等しいか又はそれより大きい高さまで上昇される（例えば、キャリア係合部材４０１から基板キャリア２０７のフランジ４０２を越えさせるために）。解離された基板キャリア２０７を下げる前に、エンドエフェクター２２５が減速され、キャリア係合部材４０１が、フランジ４０２の長さＬＦより大きい全距離だけ基板キャリア２０７の前方へ移動できるようにする。本発明の基板ロードステーション２０１及び基板ハンドラー２１５の設計に影響するパラメータは、他にも多数ある。
以上の説明は、本発明を例示する実施形態のみを開示したが、当業者であれば、本発明の範囲内に入る上記装置及び方法の変更が容易に明らかであろう。例えば、上記の基板キャリアハンドラーに２つの垂直ガイドを使用するのではなく、１つの垂直ガイドだけを使用してもよい。又、基板キャリアハンドラーは、水平ガイドが垂直ガイドに沿って垂直方向に移動するように結合されるのではなく、垂直ガイドが水平ガイドに沿って水平方向に移動するように結合されて構成されてもよい。
基板キャリアハンドラーが水平ガイドに沿って移動するように取り付けられた垂直ガイドを含むときには、エンドエフェクターを上昇させて基板キャリアをコンベアから解離したり又はエンドエフェクターを下降させて基板キャリアをコンベアに引き渡したりすることは、エンドエフェクターを垂直ガイドに沿って上昇又は下降させることにより達成される（例えば、一対の垂直ガイドに対して水平ガイドを上昇させるのではなく）。基板キャリアハンドラー２１５の支持体２２３にアクチュエータ（図示されない駆動ベルト又はリードスクリュー等の）を設けて、水平ガイド２２１に対してエンドエフェクター２２５を上昇させコンベア２３１から基板キャリアを解離するか、又は水平ガイド２２１に向ってエンドエフェクター２２５を下降させてコンベア２３１に基板キャリアを引き渡してもよい（１つ又は複数の垂直ガイドに沿って水平ガイド２２１を上昇／下降するのに加えて又はそれに代わって）。
本発明は、基板キャリアを垂直方向に搬送するコンベアから基板キャリアをアンロードしたりそこに基板キャリアをロードしたりするのにも使用できる。このような場合には、エンドエフェクター２２５は、上記で取り上げた２００２年８月３１日出願の「End Effector Having Mechanism For Reorienting a Wafer Carrier Between Vertical and Horizontal Orientations」と題する米国特許出願第６０／４０７，４５２号（代理人Docket No. 7097）に開示されたように、垂直の向きと水平の向きとの間で基板キャリアを再方向付けするための再方向付けメカニズムを含む。
本発明は、単一基板キャリアについて説明するが、２つ以上の基板を保持する基板キャリアにも使用することができる。
ここに説明する基板ロードステーションの特定実施形態は、複数の垂直スタックに配列されたドッキングステーションを備えている。しかしながら、上述した基板ロードステーションは、ドッキングステーションの１つの垂直スタックだけを備えてもよいし、１つのドッキングステーションだけを備えてもよいし、又はドッキングステーションの３つ以上の垂直スタックを備えてもよい。又、基板ロードステーションは、１つ以上の保管棚を備えてもよいし、及び／又は保管棚ではない１つ以上の他の基板キャリア保管設備を備えてもよい。
ここに例示する基板ロードステーションでは、ドッキングステーションは、基板キャリアを懸架してそれをドッキング位置と非ドッキング位置との間で移動するドッキンググリッパーを備えるものとして示された。或いは又、ドッキングステーションは、基板キャリアをドッキング位置と非ドッキング位置との間で移動する間に、基板キャリアの底面又は側面等を経て下から基板キャリアを支持するドッキング用そり又はプラットホームを含んでもよい。
本発明は、垂直及び水平ガイドが結合されたフレームを備えた基板ロードステーションに使用されるのが好ましい。このように、好ましい基板ロードステーションは、モジュラーであり、素早く設置して校正することができる。基板ロードステーションが１つ以上の保管棚（例えば、図２Ａの保管棚２３９）を含む場合には、各保管棚もフレームに取り付けられる。基板キャリアハンドラー及び保管棚（１つ又は複数）の両方をフレームに取り付けることにより、基板キャリアハンドラー及び保管棚は、互いに所定の位置をもつ。これは、設置及び校正を更に容易にし、モジュラー基板ロードステーションを使用する別の利点である。同様に、オーバーヘッドファクトリ搬送システムに基板キャリアをロードし及び／又はそこからアンロードするための専用メカニズムのような他のメカニズムは、ここに説明すると共に、例えば、上記で取り上げた２００２年８月３１日出願の「System For Transporting Wafer Carriers」と題する米国特許出願第６０／４０７，４５１号（代理人Docket No. 6900）に説明されたように、フレームに効果的に取り付けることができる。
１つの態様において、フレームは、クリーンルーム壁、又はチャンバー（例えば、ファクトリインターフェイスチャンバー）の前壁の所定取り付け位置（例えば、予め設けられたボルト穴等）に取り付けられる。又、この壁は、ドッキンググリッパー又はドッキングプラットホームが取り付けられる所定取り付け位置も有するのが好ましい。更に、この壁は、基板キャリアオープンメカニズムが取り付けられる所定取り付け位置を有してもよい。フレーム、ドッキングメカニズム及び基板キャリアオープンメカニズムが同じ表面上の所定の位置に各々取り付けられるときには、各々の相対的な位置が予め決定され、基板ロードステーションの設置及び校正が容易にされる。
ここに述べたコンベアは、基板ロードステーション２０１の上に配置されるものとして説明したが、コンベアは、基板ロードステーションの高さ又はそれより下に配置されてもよいし、或いは基板ロードステーションに隣接する別の位置に配置されてもよいことが意図される。
ここに述べた基板ロードステーションは、基板を処理ツール、計測位置、又は基板が搬送される他の位置へ供給するのに使用することができる。
以上の説明から、本発明の基板ロードステーションは、その基板ロードステーションのドッキングステーションから処理ツール（図１のシステムの場合のような）のロードロックチャンバーへ基板を移送するＦＩロボットを有するファクトリインターフェイス（ＦＩ）に関連して設置できることを理解されたい。或いは又、ファクトリインターフェイスを排除し、ロードロックチャンバーが、基板ロードステーションのドッキングステーションから基板を直接移送する基板ハンドラーを含むようにしてもよい。別の態様として、処理ツールが真空下以外の大気圧で動作するようにして、ロードロックチャンバーを排除してもよい。
図８Ａ−８Ｄは、エンドエフェクター２２５に対する運動プロフィールの例を示す。本発明の少なくとも１つの実施形態において、このような運動プロフィールが使用されるときには、センサ２３３（例えば、「発進」センサ）を使用するだけでよい（例えば、センサ２３５は、排除してもよい）。図８Ａを参照すれば、曲線Ｃ１は、ロード操作中のｘ軸（コンベア２３１が移動する水平方向）に沿ったエンドエフェクターの速度を示す。曲線Ｃ２は、ロード操作中のｚ軸（垂直方向）に沿ったエンドエフェクターの速度を示す。曲線Ｃ３は、エンドエフェクターのｚ軸の位置を示し、曲線Ｃ４は、ロード操作中のエンドエフェクターのｘ軸の位置を示す。図８Ｂは、図８Ａと同様であるが、ｚ軸の位置データを拡大して示す。図８Ｃ−Ｄは、図８Ａ−Ｂと同様であるが、アンロード操作中のエンドエフェクター２２５に対するｘ軸速度（曲線Ｃ１’）、ｚ軸速度（曲線Ｃ２’）、ｚ軸位置（曲線Ｃ３’）、及びｘ軸位置（曲線Ｃ４’）を示す。図８Ａ−Ｂは、基板キャリアロード操作の開始中の低いｚ位置におけるｚ軸位置データ（曲線Ｃ３）を示すことに注意されたい（例えば、基板キャリアのサイズを補償するために）。
図８Ａ−Ｂ及び曲線Ｃ１−Ｃ４を参照すれば、エンドエフェクター２２５は、ロード操作中に図５を参照して述べたものと同様の上昇、下降及び加速を実行することができる。例えば、図５及び６Ａ−Ｅを更に参照すれば、ロード操作のためのトリガー信号を受信した後（ステップ５０３）、エンドエフェクター２２５は、時間Ｔ１とＴ２との間にｘ方向にコンベア２３１の速度に一致するように加速する（曲線Ｃ１）（ステップ５０５及び図６Ａ）。その後、時間Ｔ３とＴ４との間に、エンドエフェクター２２５（曲線Ｃ３）は、コンベア２３１のレベルへ上昇され（ステップ５１１及び図６Ｂ）、例えば、コンベア２３１へロードされるべき基板キャリア２０７のフランジ４０２が、その基板キャリア２０７を受け取るべきキャリア係合部材４０１の上に来るようにする。
時間Ｔ５とＴ６との間に、エンドエフェクター２２５は、コンベア２３１のスピード以上に加速され（曲線Ｃ１）（次いで、コンベア２３１の速度に減速され）、基板キャリア２０７のフランジ４０２がキャリア係合部材４０１の上に配置される（ステップ５１３及び図６Ｃ）。時間Ｔ７に、基板キャリア２０７のフランジ４０２がキャリア係合部材４０１の上に配置された状態で、エンドエフェクター２２５が下降し（曲線Ｃ３）、フランジ４０２がキャリア係合部材４０１に接触したときに停止する（時間Ｔ８に示すように）。次いで、エンドエフェクター２２５は、時間Ｔ９まで下降し、基板キャリア２０７は、キャリア係合部材４０１上に保持される。従って、基板キャリア２０７は、実質的にゼロの速度及び／又は加速度でコンベア２３１へ移送される（例えば、時間Ｔ８に）（ステップ５１５、５１７及び図６Ｄ−Ｅ）。例えば、エンドエフェクター２２５は、フランジ４０２がキャリア係合部材４０１に係合したときに停止するので、基板キャリア２０７の移送は、ｚ方向に実質的にゼロの速度及び加速度で行われる。同様に、ｘ方向におけるエンドエフェクターの速度は一定であり、キャリア交換中にコンベア２３１の速度に一致されるので（曲線Ｃ１）、基板キャリア２０７の移送は、ｘ方向に実質的にゼロの加速度で行われる。更に、少なくとも１つの実施形態では、基板キャリア移送中にｙ方向に運動は発生しない。従って、基板キャリアの移送は、３つの方向に実質的にゼロの加速度で且つ少なくとも２つの方向に実質的にゼロの速度で実行される。時間Ｔ９に続いて、エンドエフェクター２２５は、減速される（ステップ５１９及び曲線Ｃ１）。
図８Ｃ−Ｄ及び曲線Ｃ１−Ｃ４を参照すれば、エンドエフェクター２２５は、アンロード操作中に図３を参照して述べたのと同様の上昇、下降及び加速を実行することができる。例えば、図３及び４Ａ−Ｅを更に参照すれば、アンロード操作のためのトリガー信号を受信した後（ステップ３０３）、エンドエフェクター２２５は、時間Ｔ１とＴ２との間にｘ方向にコンベア２３１の速度に一致するように加速する（曲線Ｃ１’）（ステップ３０５及び図４Ａ）。その後、時間Ｔ３とＴ４との間に、エンドエフェクター２２５は上昇され（曲線Ｃ３’）、運動学的特徴部２２９が、コンベア２３１からアンロードされるべき基板キャリア２０７の凹状特徴部４０７に係合するようにされる（ステップ３１１及び図４Ｂ）。時間Ｔ４において、エンドエフェクター２２５は、運動学的特徴部２２９が、凹状特徴部４０７に係合したときに上昇を停止する（曲線Ｃ２’及びＣ３’）。時間Ｔ４とＴ５との間に、エンドエフェクター２２５は、更に上昇され、基板キャリア２０７のフランジ４０２をキャリア係合部材４０１から離すように持ち上げる（ステップ３１１及び図４Ｃ）。従って、基板キャリア２０７は、実質的にゼロの速度及び／又は加速度で（例えば、ｘ、ｙ及び／又はｚ方向において、基板キャリア２０７をキャリア係合部材４０１から持ち上げる前に時間Ｔ４にｚ軸の運動が停止し、且つエンドエフェクター２２５とコンベア２３１との間にスピードの一致があるために）、キャリア係合部材４０１からアンロードされる。時間Ｔ５に続き、エンドエフェクター２２５は、上述され且つ図８Ｃ−Ｄに示したように、減速され、再加速され（ステップ３１３及び曲線Ｃ１’）、次いで、下降されて（ステップ３１５及び曲線Ｃ３’）、キャリア係合部材４０１を越える。
従って、移動中のコンベアから基板キャリアをアンロードしたりそこにロードしたりすることは、１つ以上の方向に、より好ましくは２つの方向に、最も好ましくは全ての方向に、実質的にゼロの速度及び／又は加速度で行われる。垂直方向に実質的のゼロの速度及び加速度であるのが好ましく、更に、アンロード／ロード中には実質的にゼロの速度及び／又は加速度ではなくて、ゼロの速度及び／又は加速度であるのが更に好ましい。ここで使用する「ゼロの速度」又は「ゼロの加速度」とは、コンベアの高さ、コンベアのスピード、アクチュエータの再現性等のシステム変動や、コントローラの分解能、アクチュエータの分解能、エンドエフェクターの位置の公差等のシステム制約、等々が与えられたときに、できるだけゼロに近いことを意味する。「実質的にゼロの速度」又は「実質的にゼロの加速度」とは、基板キャリア内に収容された基板にダメージを及ぼしたり及び／又は潜在的にダメージを与える粒子を発生したりすることなく、基板キャリアを移動中のコンベア及び／又はキャリア係合部材からアンロードし及び／又はそこにロードすることができるに充分なほどゼロに近いことを意味する。例えば、基板キャリアは、比較的小さな速度で接触される。一実施形態において、エンドエフェクターは、垂直方向に急速に上昇され、次いで、比較的小さな又は実質的にゼロの速度に低速化された後、基板キャリアに接触される。同様に小さな（又は実質的にゼロの）加速度も使用できる。同様のロード操作を実行することができる。一実施形態では、基板又は基板キャリアが垂直方向に約０．５Ｇ未満の力で接触され、別の実施形態では、約０．１５Ｇ未満の力で接触される。他の接触力の値を使用してもよい。
本発明は、主として、単一ウェハキャリアのみを含む基板キャリアを移動中のコンベアからアンロードしたりそこにロードしたりすることについて説明したが、多数の基板を含む基板キャリアも同様に移動中のコンベアからアンロードしたりそこにロードしたりできることが理解されよう。更に、本発明は、単一基板キャリア及び多基板キャリア（例えば、２５基板キャリア前面開放一体化ポッド）の両方を搬送するシステム内に使用することもできる。同様に、本発明は、個々の基板（例えば、閉じた基板キャリア内に収容されない基板）を移動中のコンベアからアンロードしたりそこにロードしたりするのにも使用できる。例えば、基板は、オープン基板キャリア、基板支持体、基板トレー、又は別の基板搬送装置を使用してコンベアを経て搬送することができ、この場合、エンドエフェクター２２５（又はその変形形態）が、同様のエンドエフェクター移動及び／又は運動プロフィールを使用してコンベアの基板搬送装置に基板を直接配置したりそこから基板を除去したりすることができる。従って、このような個々の基板は、ドッキングステーション又は他のロードポートへ移送することもできるし、もし必要であれば、ロードロックチャンバー及び／又は処理ツールへ直接移送することもできる。例えば、基板は、エンドエフェクター２２５からファクトリインターフェイス及び／又は処理ツールの基板取り扱いロボットへ直接移送することができる（例えば、直接的な「ブレード対ブレード」移送によるか又は中間移送位置を経て）。多数の個々の基板を同様に移動中のコンベアからアンロードしたり／そこにロードしたりすることができる。
従って、本発明をその実施形態について開示したが、特許請求の範囲に規定された本発明の精神及び範囲内で他の実施形態も考えられることを理解されたい。
処理ツール及びそれに関連した基板キャリアロード・保管装置の従来の構成を示す上面図である。 本発明により設けられた基板ロードステーションの前面図である。 図２Ａの基板ロードステーションの一部分を示す側面図で、基板ロードステーションの第１センサの実施形態を説明するのに有用な図である。 図２Ａのエンドエフェクターの一部分を示す斜視図で、図２Ａの基板ロードステーションの第２センサを例示する図である。 図２Ｃの一部分の拡大斜視図である。 図２Ａのエンドエフェクターの一部分を示す斜視図で、キャリア係合部材の一部分を検出するように配置された第２センサを示す図である。 移動中のコンベアから基板キャリアをアンロードするために本発明により実行されるプロセスを例示するフローチャートである。 図３のプロセスのある段階を示す概略側面図である。 図３のプロセスの別の段階を示す概略側面図である。 図３のプロセスの更に別の段階を示す概略側面図である。 図３のプロセスの更に別の段階を示す概略側面図である。 図３のプロセスの更に別の段階を示す概略側面図である。 移動中のコンベアに基板キャリアをロードするために本発明により実行されるプロセスを例示するフローチャートである。 図５のプロセスのある段階を示す概略側面図である。 図５のプロセスの別の段階を示す概略側面図である。 図５のプロセスの更に別の段階を示す概略側面図である。 図５のプロセスの更に別の段階を示す概略側面図である。 図５のプロセスの更に別の段階を示す概略側面図である。 図２Ａと同様であるが、本発明の基板ロードステーションの簡単な前面図である。 図２Ａと同様の本発明の基板ロードステーションの簡単な前面図である。 図４Ａ−４Ｅ及び図６Ａ−６Ｅと同様の移動中のコンベアを示す簡単な側面図である。 図４Ａ−４Ｅ及び図６Ａ−６Ｅと同様の移動中のコンベアを示す簡単な側面図である。 本発明のエンドエフェクターの運動プロフィールを例示する図である。 本発明のエンドエフェクターの運動プロフィールを例示する図である。 本発明のエンドエフェクターの運動プロフィールを例示する図である。 本発明のエンドエフェクターの運動プロフィールを例示する図である。
符号の説明
１１１・・・従来のロード・保管装置、１１３・・・従来の処理ツール、１１５・・・ファクトリインターフェイス（ＦＩ）、１１７・・・クリーンルーム壁、１１９・・・ＦＩロボット、１２１・・・ロードロックチャンバー、１２３・・・移送チャンバー、１２５・・・処理チャンバー、１２７・・・補助処理チャンバー、１２９・・・基板取り扱いロボット、１３３・・・基板キャリア保管棚、１３７・・・基板キャリアハンドラー、２０１・・・本発明の基板ロードステーション、２０３・・・ドッキングステーション、２０７・・・基板キャリア、２０９・・・ポート、２１１・・・ドッキンググリッパー、２１３・・・基板キャリアオープン装置、２１５・・・基板キャリアハンドラー、２１７、２１９・・・垂直ガイド、２２１・・・水平ガイド、２２３・・・支持体、２２５・・・エンドエフェクター、２２７・・・プラットホーム、２２９・・・運動学的位置決め特徴部、２３１・・・コンベア、２３３、２３５・・・センサ、２３７・・・コントローラ、２４０ａ、２４０ｂ・・・エンコーダ、４０１・・・キャリア係合部材、４０２・・・フランジ。

Claims (19)

  1. 底面側の１つ以上の整列特徴部とフランジとを有する基板キャリアを処理ツールの第１ロードポートへ搬送するための基板キャリアハンドラーであって、上記基板キャリアを支持するためのエンドエフェクターを含み、上記基板キャリアハンドラーは一対の垂直ガイドおよび上記垂直ガイドに搭載されて基板キャリアコンベア（ここで、当該基板キャリアコンベアは、上記基板キャリアの上記フランジに係合するように構成されたキャリア係合部材を有する。）の搬送方向に延びる水平ガイドを含み、上記水平ガイドは上記垂直ガイドに沿って垂直移動するように構成され、上記エンドエフェクターは上記水平ガイドに沿って水平移動するように搭載され、上記エンドエフェクターは１つ以上の運動学的特徴部を含み、当該１つ以上の運動学的特徴部は、上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアから解離させるために、上記基板キャリアの１つ以上の整列特徴部に係合するように構成された、基板キャリアハンドラーと、
    上記基板キャリアハンドラーに接続されたコントローラであって、上記水平ガイドが垂直方向に所定の高さまで上昇することにより、上記基板キャリアハンドラーの水平ガイドに搭載された上記エンドエフェクターが上記水平ガイドに沿って移動している間に、上記エンドエフェクターを上記基板キャリアと係合させると共に、上記基板キャリアが上記基板キャリアコンベアにより搬送されて移動している間に、上記基板キャリアコンベアから上記基板キャリアを解離させるように、上記基板キャリアハンドラーを制御するように動作し、この際、上記フランジが上記エンドエフェクターにより垂直方向に持ち上げられて上記キャリア係合部材から離れた時に、上記基板キャリアの速度を変更するように動作することが可能であるコントローラと、
    を備えた基板を処理ツールへ供給する装置。
  2. 上記コントローラは、上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアから解離させる少なくとも一部分の間に上記基板キャリアハンドラーの上記エンドエフェクターが上記基板キャリアの移動、上記基板キャリアの速度、水平方向における上記基板キャリアのスピード及び位置に一致するように、上記基板キャリアハンドラーを制御するよう動作する、請求項１に記載の装置。
  3. 上記コントローラは、上記エンドエフェクターが垂直方向にゼロ速度及びゼロ加速度の少なくとも一方で上記基板キャリアに接触すると共に、上記基板キャリアコンベアの水平移動方向にゼロ加速度で上記基板キャリアに接触して、上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアから解離させるように、上記基板キャリアハンドラーを制御するよう更に動作する、請求項１に記載の装置。
  4. 上記コントローラに接続され、上記基板キャリアコンベアの要素の位置を指示するための少なくとも１つのセンサを更に備えた、請求項１に記載の装置。
  5. 上記コントローラは、上記基板キャリアコンベアが移動している間に上記基板キャリアハンドラーの上記エンドエフェクターが上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアへ移送するように、上記基板キャリアハンドラーを制御するよう更に動作する、請求項１に記載の装置。
  6. 基板ロードステーションが、基板キャリアを処理ツールの第１ロードポートへ搬送するための基板キャリアハンドラーを有し、該基板キャリアハンドラーは、垂直ガイド、該垂直ガイドに結合されて基板キャリアコンベアの搬送方向に延びる水平ガイド、及び上記基板キャリアを支持すると共に上記垂直ガイドに対して垂直方向に且つ上記水平ガイドに対して水平方向に移動する、１つ以上の運動学的特徴部を含むエンドエフェクターを含み、上記基板キャリアは底面側の１つ以上の整列特徴部とフランジとを含み、上記基板キャリアコンベアは上記基板キャリアのフランジと係合するように構成されたキャリア係合部材を含んでいて、上記基板ロードステーションに隣接配置された上記基板キャリアコンベアで上記基板キャリアを搬送するステップと、
    上記基板ロードステーションの上記基板キャリアハンドラーの上記エンドエフェクターの上記１つ以上の運動学的特徴部を上記基板キャリアの上記１つ以上の整列特徴部と係合して、上記基板キャリアコンベアから上記基板キャリアを解離させるステップであって、上記水平ガイドが垂直方向に所定の高さまで上昇することにより、上記基板キャリアハンドラーの水平ガイドに搭載された上記エンドエフェクターが上記水平ガイドに沿って移動している間に、上記エンドエフェクターを上記基板キャリアと係合させると共に、上記基板キャリアが基板キャリアコンベアにより搬送されて移動している間に、上記基板キャリアコンベアから上記基板キャリアを解離させ、この際、上記フランジが上記エンドエフェクターにより垂直方向に持ち上げられて上記キャリア係合部材から離れた時に、上記基板キャリアの速度を変更するステップと、
    を備えた基板キャリアを基板ロードステーションへ移送する方法。
  7. 上記エンドエフェクターを使用して、上記基板キャリアコンベアから上記基板キャリアを解離させる上記ステップは、上記基板キャリアが移動している間に上記基板キャリアコンベアから上記基板キャリアを解離する段階を含む、請求項６に記載の方法。
  8. 所定の事象に応答して上記コンベアから上記エンドエフェクターを自動的に引っ込めるステップを更に備えた、請求項６に記載の方法。
  9. 上記所定の事象は、停電及び非常停止の少なくとも一方を含む、請求項８に記載の方法。
  10. 前記解離させるステップにおいて、上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアから解離させる少なくとも一部分の間に上記基板キャリアハンドラーの上記エンドエフェクターが上記基板キャリアの移動、上記基板キャリアの速度、水平方向における上記基板キャリアのスピード及び位置に一致するように、上記エンドエフェクターを移動する、請求項６に記載の方法。
  11. 前記解離させるステップにおいて、上記エンドエフェクターが垂直方向にゼロ速度及びゼロ加速度の少なくとも一方で上記基板キャリアに接触すると共に、上記基板キャリアコンベアの水平移動方向にゼロ加速度で上記基板キャリアに接触して、上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアから解離させるように、上記エンドエフェクターを移動する、請求項６に記載の方法。
  12. 前記解離させるステップにおいて、上記基板キャリアコンベアの要素の位置を指示するための少なくとも１つのセンサを利用する、請求項６に記載の方法。
  13. 前記解離させるステップにおいて、上記基板キャリアコンベアが移動している間に上記基板キャリアハンドラーの上記エンドエフェクターが上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアへ移送するように、上記エンドエフェクターを移動する、請求項６に記載の方法。
  14. 基板キャリアをロードポートへ搬送するための基板キャリアハンドラーであって、上記基板キャリアを支持するためのエンドエフェクターを含み、上記基板キャリアハンドラーは一対の垂直ガイドおよび上記垂直ガイドに搭載されて基板キャリアコンベアの搬送方向に延びる水平ガイドを含み、上記水平ガイドは上記垂直ガイドに沿って垂直移動するように構成され、上記エンドエフェクターは上記水平ガイドに沿って水平移動するように搭載されている、基板キャリアハンドラーを備えた基板ロードステーションに隣接配置された上記基板キャリアコンベアからの上記基板キャリアの解離を制御するためのコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体であって、
    前記コンピュータプログラムは、
    上記基板キャリアが底面側の１つ以上の整列特徴部とフランジとを含み、上記基板キャリアコンベアが、上記基板キャリアの上記フランジに係合するように構成されたキャリア係合部材を含んでいる状況において、上記基板キャリアコンベアのスピードを決定し、
    上記エンドエフェクターが１つ以上の運動学的特徴部を含んでいる状況において、上記基板キャリアコンベアのスピードに基づいて上記基板キャリアハンドラーのエンドエフェクターに対する第１運動プロフィールを決定し、
    該第１運動プロフィールを使用して、上記基板キャリアコンベアから上記基板キャリアを解離させる少なくとも一部分の間に上記エンドエフェクターの上記１つ以上の運動学的特徴部の運動を制御して、上記基板キャリアの１つ以上の整列特徴部と係合することをコンピュータに実行させ、
    上記水平ガイドが垂直方向に所定の高さまで上昇することにより、上記基板キャリアハンドラーの水平ガイドに搭載された上記エンドエフェクターが上記水平ガイドに沿って移動している間に、上記エンドエフェクターを上記基板キャリアと係合させると共に、上記基板キャリアが基板キャリアコンベアにより搬送されて移動している間に、上記基板キャリアコンベアから上記基板キャリアを解離させ、この際、上記フランジが上記エンドエフェクターにより垂直方向に持ち上げられて上記キャリア係合部材から離れた時に、上記基板キャリアの速度を変更する、コンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  15. 上記基板キャリアコンベアのスピードに基づいて上記エンドエフェクターに対する第２運動プロフィールを決定し、該第２運動プロフィールを使用して、上記基板キャリアコンベアへ上記基板キャリアを移送する少なくとも一部分の間に上記エンドエフェクターの移動を制御することをさらにコンピュータに実行させる、請求項１４に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  16. 上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアから解離させる少なくとも一部分の間に上記基板キャリアハンドラーの上記エンドエフェクターが上記基板キャリアの移動、上記基板キャリアの速度、水平方向における上記基板キャリアのスピード及び位置に一致するように、上記基板キャリアハンドラーを制御することをさらにコンピュータに実行させる、請求項１４に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  17. 上記エンドエフェクターが垂直方向にゼロ速度及びゼロ加速度の少なくとも一方で上記基板キャリアに接触すると共に、上記基板キャリアコンベアの水平移動方向にゼロ加速度で上記基板キャリアに接触して、上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアから解離させるように、上記基板キャリアハンドラーを制御することをさらにコンピュータに実行させる、請求項１４に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  18. 上記コントローラに接続され、上記基板キャリアコンベアの要素の位置を指示するための少なくとも１つのセンサを利用することをさらにコンピュータに実行させる、請求項１４に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
  19. 上記基板キャリアコンベアが移動している間に上記基板キャリアハンドラーの上記エンドエフェクターが上記基板キャリアを上記基板キャリアコンベアへ移送するように、上記基板キャリアハンドラーを制御することをさらにコンピュータに実行させる、請求項１４に記載のコンピュータプログラムを記録したコンピュータ読み取り可能な記録媒体。
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