JP5259907B2 - 加工ツール、加工物を位置合わせする方法、及び加工物を次々に加工する方法 - Google Patents

Description

〔関連出願の引照〕
本発明は、コーディー氏等名義の米国特許出願第０９／４５２，０５９号明細書（発明の名称：Wafer Orienting and Reading Mechanism ）に関し、この米国特許出願は、本発明の所有者に譲渡されており、かかる米国特許出願の記載内容全体を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。
本願は、２０００年９月１日に出願された米国仮特許出願第６０／２３０，１６２号明細書（発明の名称：EDGE GRIP ALIGER WITH BUFFERING CAPABILITIES）の優先権主張出願であり、かかる米国特許出願の記載内容を本明細書の一部を形成するものとしてここに引用する。

〔発明の背景〕
発明の分野
本発明は、半導体ウェーハ取扱い及び処理装置に関し、特に、ウェーハに設けられたＯＣＲマークを読み取るエッジグリップ装置に関し、このエッジグリップ装置は、これを通るウェーハの処理量を増大させることができるバッファ機構を有している。
関連技術の説明
半導体ウェーハの製作中、ウェーハをウェーハファブ内の種々の加工又はプロセスツール相互間で開放カセット又はポッド、例えば標準型機械インタフェース（ＳＭＩＦ）ポッド内に封入されたカセットに入れた状態で搬送する。ウェーハが種々の加工物用ツールを通って移動しているとき、特定のウェーハを任意所与の時点で追跡してその場所を突き止めることができれば望ましい。さらに、ウェーハ製作中、特定のウェーハを識別してウェーハがそのウェーハに適した処理だけを受けるようにすることが望ましい。このウェーハ追跡は、部分的には、各ウェーハに光学式文字読取り（ＯＣＲ）マーク、又はこれに類似した標識マークを付けることによって達成され、かかるマークは、処理ステーション内へのウェーハの配置に先立って、各ウェーハについて読み取られる。標識マークは典型的には、レーザ又は他の適当なエッチング手段によりウェーハの外周部近くの上面及び（又は）下面にエッチングされた多数の文字列である。変形例として、標識マークは、ウェーハの外周部のところに設けられたバーコード又は２次元ドットマトリックスであってもよい。

標識マークを読み取る前に、まず最初に、マークの存在場所を突き止めなければならない。ウェーハがウェーハカセット内に収納されている場合、カセットに対するウェーハの向き及びウェーハを取り出してこれを支持するツールに対するウェーハの向きは、一般に分かっていない。各ウェーハの標識マークをカセット内の特定の回転方位又は配向状態に位置合わせする試みがなされている。しかしながら、ウェーハは、処理ステーション相互間におけるカセットの取扱い及び移送時にカセット内で動くので、しかも、ウェーハはプロセスツール内で向きが変えられる場合が多いので、搬送前における標識マークの位置合わせが実行可能であるとは分かっていなかった。

標識マークの存在場所を突き止めるため、ウェーハは従来通り、ウェーハの外縁部に校正点（参照点）、例えば切欠きを備えている。処理中の各ウェーハに関し、標識マークは、切欠きに対し固定された既知の関係に配置され、そして、切欠きを見つけることにより、標識マークの正確な場所を決定することができる。切欠きは典型的には、ウェーハをセンサ又はカメラの下で回転させてセンサ又はカメラがウェーハの外縁部を走査して加工物の周囲上の切欠きの位置を突き止めるようにすることによって発見される。切欠きの場所をいったん発見すると、ウェーハを回転させて標識マークをカメラの下に（切欠きを発見するのに用いた仕方と同一又は異なる仕方で）位置決めし、そして標識マークを読み取ることができる。

ウェーハを回転させる別の理由は、ウェーハの半径方向ランアウト（raidal runout ）を求めることにある。ウェーハをカセット又はプロセスツールに対して配置する際、心出しすることが重要である。ウェーハが心ずれ状態にあると、ウェーハはプロセスツールのチャック上に正しく着座せず、しかも（或いは）カセットへのウェーハの移送時にカセットの側部を擦ることにより粒子を発生させる場合がある。したがって、従来方式では、ウェーハの半径方向ランアウトを求めてこれを中心位置に修正することが必要である。半径方向ランアウトはウェーハが着座しているツールに対してウェーハが心出し位置からずれている大きさ及び向きを表すベクトル量である。半径方向ランアウトをいったん求めると、ウェーハを中心位置に動かすのがよく、或いは、ロボットのエンドエフェクタがシフトしてウェーハをオンセンタ状態にするのがよい。

従来方式では、ウェーハに設けられた標識マークの存在場所を突き止めてこれを読み取り、そしてそのステーションで処理されるべき特定のウェーハを識別することが望ましい場合、ウェーハの半径方向ランアウトを求めてこれを調整するのに別個の作業が用いられている。この作業は、アライナ（aligner ）と呼ばれるステーションのところで達成される。かかるステーションは従来、独立型ユニットとして、又は、標識マークが読み取られるべきウェーハ製造プロセス中の各ツールの一部としてすぐ上流側に配置されている。

従来型アライナでは、加工物取扱いロボットはまず最初に、ウェーハをカセットからアライナに移送しなければならず、次に、アライナは半径方向ランアウト及び切欠き位置を突き止め、ロボット又はアライナは、ウェーハを心出しし、ＯＣＲマークが読み取られ、次に、ロボットはウェーハをカセットに送り戻す。ロボットは、アライナがその作用を実行している間、遊び状態のままであり、アライナは、ロボットがウェーハをアライナに出し入れしている間、遊び状態のままである。したがって、従来型アライナ／ロボットシステムは、処理量が比較的低く、１時間当たり約３００個のウェーハのオーダである。この低い処理量は、位置合わせプロセスを標識マークの読取りが必要とされる各ステーションのところで行わなければならず、しかも、これらステーションの各々のところで個々のウェーハについて行わなければならないので重要な課題である。処理量を増加させるためデュアルアーム式ロボットを用いることが知られている。しかしながら、かかるロボットは、スペースが少なくて貴重であるツール及びクリーンルーム内においてスペースを別途占める。さらに、デュアルアーム式ロボットは高価であり、一層複雑な制御を必要とし、しかも、維持が比較的困難である。

また、半導体の両側に掻き傷や粒子が付くのを回避することが半導体製造業者にとって重要な関心事である。ウェーハの前面に付いた掻き傷及び粒子は、集積回路の幾何学的形状を損なう場合があるのは明らかである。しかしながら、ウェーハの裏面に付いた掻き傷及び粒子も又、ウェーハの前面の幾何学的形状に悪影響を及ぼす場合がある。特に、ウェーハの裏面に付いた掻き傷及び粒子は、処理チャック上に支持されたときにウェーハの頂面を持ち上げる場合がある。ウェーハの頂面の高さを僅かな量でも変えると、リソグラフィ法の実施の際に焦点深さがその影響を受け、それにより、ウェーハの前面に形成された幾何学的形状が悪影響を受ける場合がある。

〔発明の概要〕
したがって、本発明の目的は、アライナにより処理される加工物の処理量を増加させることにある。
本発明の別の目的は、ロボットが加工物をアライナに出し入れしている間、アライナが遊び状態にはならないようにすることにある。本発明の別の目的は、アライナがその作用を実行している間、ロボットが遊び状態にならないようにすることにある。
本発明の別の目的は、加工物の裏面に掻き傷及び粒子が付かないようにすることにある。
本発明の別の目的は、アライナが加工物をこれらのエッジのところで支持して加工物に形成されるパターンを邪魔しないようにすることにある。
本発明の別の目的は、アライナが、加工物をアライナにクランプすることなく、加工物のエッジの受動的な支持体となるようにすることにある。
本発明の別の目的は、加工物を加工物取扱いロボットのエンドエフェクタに所望の向きで移送することができるアライナを提供することにある。
本発明の更に別の目的は、従来の半径方向ランアウト決定段階を省略できると共に半径方向ランアウトを決定するのに用いられるセンサを省略できるようアライナ上における加工物の自動心出しを可能にすることにある。

上記目的及び他の目的は、好ましい実施形態としての緩衝（バッファリング）機能を備えたエッジグリップアライナに関する本発明によって達成される。本発明は、加工物を受け取り、加工物を回転させて切欠きの位置を突き止め、次に、加工物を加工物に設けられたＯＣＲマークを読み取ることができるように位置決めするチャックアームを有している。チャックアームは次に、加工物をバッファアームに手渡しする。かくして、加工物取扱いロボットは、新しい加工物をチャックアームに送り出すことができ、古い加工物を従来技術のように２つの別々の作業ではなく、単一の作業で運び去ることができる。
次に、本発明を図面を参照して説明する。

〔詳細な説明〕
次に、本発明を図１〜図７を参照して説明し、本発明は、好ましい実施形態では、緩衝（バッファリング）機能を備えたエッジグリップアライナに関する。本発明のアライナを、加工物ツール、例えば、プロセスツール、ソータ又は測定学的ツール内に設置するのがよい。変形例として、アライナを独立型ユニットとして設けてもよい。本発明のアライナは、種々の加工物及び種々の大きさの加工物に使えるよう構成できる。

図１〜図７を参照すると、チャックベース１０２、チャックアーム１０４、バッファ支持スタンド１３４及びバッファアーム１０６ａ，１０６ｂを有する本発明のエッジグリップアライナ１００が示されている。図２及び図３を参照すると、チャックベース１０２は、円筒形ハウジング１０８によって構成され、この円筒形ハウジングは、各種コンポーネントをチャックベース内に入れてこれらを保護している（ハウジングは、内部コンポーネントを示すよう図２及び図３では部分的に省かれている）。チャックベース１０２は、ハウジング１０８の頂部と勘合した状態でこれに取り付けられた頂部プレート１１０を更に有している。頂部プレート１１０は、中央穴１１２を有し、マスト１１４が以下に説明するようにこれを貫通している。

マスト１１４は、これをＺ軸に沿って並進させる線形駆動装置１１８に取り付けられている。特に、線形駆動装置１１８は、マスト１１４を回転自在に挿通状態で取り付けたキャリッジ１２０、キャリッジ１２０を垂直方向に並進させる親ねじ１２２及び親ねじ１２２を回転させるモータ１２３を有している。加うるに、レール１２４が、ハウジングの内面に取り付けられ、キャリッジは、レール１２４に並進可能に取り付けられている。好ましい実施形態では、直線駆動措置のモータは好ましくは、ブラシレス多極モータで構成されている。しかしながら、変形実施形態ではブラシ付きモータが用いられる。図２を参照すると、モータ１２３からのトルクは、親ねじに取り付けられたプーリ１２５、モータ１２３の出力シャフトに取り付けられたプーリ１２７及びこれらプーリの周りに掛けられたベルト１２９により親ねじに伝えられる。言うまでもなく、変形実施形態では、他のトルク伝達機構を用いてトルクをモータから親ねじに伝達してもよく、かかるトルク伝達機構としては、互いに噛み合う歯車や、モータの中に延び、ここで直接モータのアーマチュアに取り付けられる親ねじが挙げられる。モータは、モータの回転を閉ループサーボ制御するためのエンコーダ（図示せず）を更に有している。好ましい実施形態では、線形駆動装置１１８は、マストをＺ軸に沿って約１〜２インチ並進させることができる。ただし、言うまでもなく、Ｚ軸のストロークは、変形実施形態ではこれよりも短く又は長くてもよい。

マスト１１４は好ましくは、ステンレス鋼製の管で作られた中空の筒体である。言うまでもなく、マスト１１４の材質及び寸法形状は、変形実施形態においては様々であってよい。線形駆動装置１１８は、マスト１１４を往復動させてチャックアームに取り付けられた加工物を以下に説明するようにバッファアームに移送することができるようにする。

チャックアーム駆動装置１２６が、マスト１１４及びチャックアーム１０４を回転させるために設けられている。好ましい実施形態では、チャックアーム駆動装置１２６は、ブラシレスモータ１２８から成るが、変形実施形態では、ブラシ付きモータを用いてもよい。プーリ１３０が、モータ１２８の出力シャフトに取り付けられ、ベルト１３２が、プーリ１３０及びマスト１１４の周りに掛けられていて、モータ出力シャフトの回転によりマストが回転するようになっている。チャックアーム駆動装置１２６は、マストの回転を閉ループサーボ制御できるよう出力シャフトに取り付けられたエンコーダ（図示せず）を更に有している。

当業者には理解されるように、変形実施形態においては、プーリ１３０及びベルト１３２に代えて他のトルク伝達システムを用いることができ、かかるトルク伝達システムとしては、例えば、歯車を出力シャフト及びマストに取り付け、これら歯車を互いに噛み合わせ、又はこれらの間に設けられたベルトを介してこれら歯車を結合したシステムが挙げられる。さらに、言うまでもなく、変形実施形態においては、マスト１１４をモータ１２８の頂部に直接取り付けてトルク伝達システムを全く省くようにしてもよい。チャックアーム駆動装置１２６は又、マスト１１４と共に並進するようキャリッジ１２０にも取り付けられている。

次に、図１〜図４を参照すると、本発明のアライナ１００は、チャックアームベース１０４の底面に回転自在に取り付けられたバッファ支持スタンド１３４を更に有している。チャックアームベースは、ボルト穴１３６を貫通したボルトによりアライナの床又は支持面に取り付けられている（図１〜図３）。アライナ１００は、バッファ支持スタンドが以下に説明するようにチャックベース１０２の底面の下で回転することができるよう僅かに持ち上げられた仕方で床又は支持面にボルト止めされている。

図２及び図４に示すように、バッファ回転モータ１３８が、バッファ支持スタンドを固定チャックアームベースに対して僅かな円弧角、例えば１５°にわたり回転させるために設けられている。言うまでもなく、変形実施形態においては、バッファ支持スタンドの回転は１５°よりも大きくても小さくてもよい。モータ１３８は、ブラシレスモータであるのがよいが、変形実施形態においては、ブラシ付きモータを用いてもよい。モータ１３８は、バッファ支持スタンドの回転を閉ループサーボ制御できるよう出力シャフトに取り付けられたエンコーダ（図示せず）を更に有するのがよい。図３で分かるように、ピン１４０がバッファ支持スタンド１３４のベース部分１４２に取り付けられており、このピン１４０は、チャックベース１０２の底部に形成されたスロット１４４を貫通して上方に延びている。バッファ支持スタンドの回転時、チャックベース１０２に取り付けられた１対のセンサ１４６が、ピン１４０がスロット１４４のそれぞれの端部に達してバッファ支持スタンドの回転を停止させた時点を検出する。また、硬い停止部（図示せず）を設けてバッファ支持スタンドの回転を物理的に阻止するのがよい。

例えば図１、図２及び図３を参照すると、バッファアーム１０６ａ，１０６ｂは、バッファアームシャフト１４８ａ，１４８ｂを介してバッファ支持スタンド１３４に回転自在に取り付けられている。シャフトは、バッファアーム１０６ａ，１０６ｂをこれらアームが互いに開離される開き位置と、これらアームが互いに内方に動いてこれらで加工物を支持できるようになる閉じ位置との間で回転させる。バッファアーム作動モータ１５０は、バッファ支持スタンドに取り付けられ、このモータは、プーリ１５２が取り付けられた出力シャフトを有している。ベルト１５４が、プーリ１５２及びバッファアームシャフト１４８ａ，１４８ｂのうちの１つの周りにバッファアームシャフトの下方部分のところ（即ち、バッファ支持スタンドの頂部１５６の下）に設けられている。互いに可動係合状態で相互作用する全てのコンポーネントがアライナ上の加工物の平面の下に配置されているということが本発明の特徴である。バッファアームシャフト１４８ａ，１４８ｂは互いに噛み合った平歯車（図示せず）を介して互いに連結されていて、モータ１５０がアーム１４８のうち一方を回転させると、他方のアームは逆方向に同程度回転するようになっている。言うまでもなく、モータのトルクをアーム１４８ａ，１４８ｂに伝えるためにプーリ１５２及びベルト１５４に代えて他のトルク伝達機構を使用できる。さらに、言うまでもなく、変形実施形態においては、一方のバッファアーム１４８を他方のバッファアームに対して別個独立に回転させるために２つの別々のバッファアーム作動モータを設けてもよい。

図１、図２及び図６に示すように、リンク１５８が頂部プレート１１０の上方でマスト１１４の頂部に固定的に取り付けられている。チャックアーム１０４は、スタンドオフ１６０を介してリンク１５８に固定的に取り付けられている。かくして、チャックアーム１０４は、線形駆動装置１１８による作動時に、マスト１１４と共にＺ軸に沿って並進する。チャックアーム１０４も又、チャックアーム駆動装置１２６による作動時に、マスト１１４を通る中心軸線の周りにマスト１１４と共に回転する。

チャックアーム１０４は、弧状に形成されていて、これらチャックアームは、所定サイズの加工物を支持するよう互いに１２０°間隔で設けられた上方に延びる３つのフィンガ１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃを有している。本発明の利点は、異なるサイズの加工物を支持するために上述の種々の作動機構を変える必要なく、チャックアーム１０４とバッファアーム１０６の両方を取り外し、別のチャックアーム及びバッファアームで置き換えることができるということにある。

加工物、例えば、半導体ウェーハは従来通り、パターンが形成されていないウェーハの外周部のところに３ｍｍのエッジエクスクルージョンを有している。フィンガ１６２は、エッジエクスクルージョンのところの加工物を支持して粒子又は掻き傷が加工物の底面に付かないようにするために設けられており、これら粒子及び掻き傷は、リソグラフィ法の実施中における焦点深さに悪影響を及ぼす場合がある。言うまでもなく、変形実施形態においてはフィンガを互いに対し１２０°以外の角度で設けてもよい。ただし、アーム１０４が回転しているときにこれらフィンガが加工物を安定的に支持できることを条件とする。

特に図７を参照すると、フィンガ１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃはそれぞれ、１対の加工物支持ピン１６４ａ，１６４ｂを有している。上述のように、従来通り切欠きが加工物の外周部に形成されていて、加工物に設けられたＯＣＲマークの位置を突き止めて識別できるようになっている。ピン１６４ａ，１６４ｂは、少なくとも加工物の切欠きの長さにわたって互いに間隔を置いて設けられ、したがって、加工物をチャックアーム１０４に取り付けたときに、切欠きが支持ピン１６４ａ，１６４ｂのうちの一方の頂部に位置合わせされると、その隣の支持ピンは依然として加工物を支持するようになっている。さらに、支持ピン１６４ａ，１６４ｂ（分かりやすくするために１つしか示されていない）上にＯリング１６６を設けるのがよく、これらＯリングは、上述の外側バンドのところで加工物の底面に接触してこれを支持する。Ｏリングは、回転中、静摩擦により加工物に対する受動的なグリップとなり、粒子の発生を阻止する。従来型エッジグリップは、加工物の外側エッジをクランプし又はこれに当たった状態で転動する。かかるクランプ及び転動による接触によって、加工物に応力が加わる場合があると共に微小割れ、チッピング、ピーリング（剥れ）、破断及び粒子の発生が生じる場合がある。本発明の受動的支持方式は、これらの欠点が無い。

各支持ピンとＯリングの直径は両方とも、切欠きがピン上で直接位置合わせされた場合、切欠きが以下に説明するように切欠き発見センサにより依然として識別できるほど小さい。
フィンガ１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃはそれぞれ、下方に傾斜した表面１６８を更に有しており、したがって、加工物をフィンガ１６２上に載置すると、加工物は３本のフィンガ相互間で自動的に心出しされて識別可能な位置に落ち着くようになる。
チャックアーム１０４を種々の剛性材料、例えば、アルマイトで作るのがよい。フィンガを種々の剛性の低摩擦材料、例えば、Ｄｅｌｒｅｎ（登録商標）、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ＰＥＥＫ又はポリカーボネートで作るのがよい。

次に、図１、図２、図５及び図６を参照すると、アライナ１００は、センサアーム１７０を更に有し、このセンサアームは、マスト１１４の中心を通って下方に延びてキャリッジ１２０に取り付けられたシャフトに取り付けられている。かくして、センサアーム１７０は、マスト１１４、リンク１５８及びアーム１０４と一緒にＺ軸に沿って並進するが、センサアーム１７０は、マスト１１４、リンク１５８及びアーム１０４が回転しているときは、静止状態のままである。レシーバ１７２が、センサアームの端部に取り付けられ、このレシーバは、トランスミッタ１７４と協働して以下に説明するように加工物の切欠きを検出する。言うまでもなく、変形実施形態においては、レシーバ１７２及びトランスミッタ１７４のそれぞれの位置を逆にしてもよい。

上述したように、バッファアーム１０６ａ，１０６ｂは、開き位置と閉じ位置との間で回転するようバッファアームシャフト１４８ａ，１４８ｂに取り付けられている。バッファアーム１０６ａ，１０６ｂは弧状に形作られており、これらバッファアームは、バッファアームが閉じ位置にあるときに、加工物を支持するよう互いに間隔を置いた状態でアームに取り付けられた４つの加工物支持体１７６を有している。言うまでもなく、変形実施形態においては、加工物支持体１７６の数及び位置が様々であってよい。ただし、これら支持体が閉じ位置にあるときに加工物を安定的に支持できることを条件とする。これらアームは好ましくは、剛性材料、例えば、アルマイトで作られ、支持体は好ましくは、剛性の低摩擦材料、例えば、Ｄｅｌｒｅｎ（登録商標）、Ｔｅｆｌｏｎ（登録商標）、ＰＥＥＫ又はポリカーボネートで作られる。

上述したように、トランスミッタ１７４は、バッファアームのうちの一方に取り付けられ、ビームをセンサアーム１７０の端部に取り付けられたレシーバに差し向ける。当該技術分野で知られているように、トランスミッタとレシーバは協働して、加工物のエッジの切欠きの位置を検出でき、それにより加工物のＯＣＲマークの識別を可能にするビーム遮断（break-the-beam）形センサを形成することができる。当業者には理解されるように、切欠きの検出のために他のセンサシステムを用いてもよい。

次に、図１〜図７を参照してアライナ１００の作用について説明する。マスト１１４及びチャックアーム１０４ａが下降位置にある状態で、従来型ウェーハ取扱いロボットのエンドエフェクタが、チャックアームとバッファアームとの間に入って加工物をフィンガ１６２ａ，１６２ｂ，１６２ｃ上に下降させる。以下に説明するように、デュアルパドル形エンドエフェクタの積重ね状態のエンドエフェクタがチャックアーム１０４の上又は下に入ることができるような適当なスペースをチャックアーム１０４の上及び下に設けることが本発明の別の特徴である。上述のように、傾斜面１６８は、ウェーハをフィンガ相互間に自動的に心出しし、半径方向ランアウトを突き止める従来行われている別個の段階を省くことができる。さらに、半径方向ランアウトを突き止めるために従来用いられているセンサシステムも又省くことができる。

加工物をいったんフィンガ１６２上に着座させると、チャックアーム駆動装置１２６は、チャックアーム１０４及びこの上に着座している加工物を回転させる。チャックアームはマストの中心を通る回転軸線を持っているので、更に、加工物はフィンガ１６２上に心出しされるので、アーム１０４上に着座している加工物の回転軸線は、実質的に加工物の中心を通るはずである。アームは、加工物を少なくとも３６０°回転させることができる。加工物の回転中の或る時点において、トランスミッタ１７４及びレシーバ１７２は、加工物の外周部の切欠きを検出する。

この切欠き発見作業中、バッファアーム１０６ａ，１０６ｂは好ましくは、閉じ位置にあり、したがって、トランスミッタ１７４は、レシーバ１７２への伝送を行うように位置決めされている。言うまでもなく、変形実施形態においては、トランスミッタ１７４を別個独立のポストに取り付けてバッファアーム１０６が切欠き発見作業中、開き位置又は閉じ位置の何れにあってもよいようにすることができる。上述したように、切欠きがフィンガ１６２の支持ピン１６４のうちの１つの上に配置されると、加工物はそのフィンガの対をなす別のピンで支持されることになり、加工物は依然として少なくとも３点で安定的に支持される。

切欠きをいったん発見すると、加工物をチャックアーム１０４上で更に回転させてＯＣＲマークを、マーク読取り装置、例えば、電荷結合ディスプレイ（ＣＣＤ）カメラに隣接して位置決めする。変形例として、ＯＣＲマークを、切欠きが検出され、切欠きの存在場所を突き止めた後にマークを読み取るために加工物をそれ以上回転させる必要が無い場合、カメラに隣接して位置決めしてもよい。ＯＣＲマークを加工物の頂側部及び（又は）底側部に設けてもよい。したがって、ＣＣＤカメラは、ＯＣＲマークがどこにあるかに応じて、加工物の上及び（又は）下に位置決めされる。何れの場合においても、ＣＣＤカメラは、アライナ１００のどの可動部品も邪魔しないように位置決めされる。また、変形実施形態においては、アライナが、トランスミッタ１７４及びレシーバ１７２に類似していて、チャック及びバッファアームの周りに互いに間隔を置いて設けられた多数のトランスミッタ／レシーバ組を有してもよい。かかる多数のセンサは、切欠きの場所を突き止めるために加工物を回転させなければならない最大角度を減少させる。

ＯＣＲマークをいったん読み取ると、線形駆動装置１１８は、加工物を、バッファアーム１０６ａ，１０６ｂによって占められている上方の水平面まで上昇させる。バッファアームが切欠き発見作業中、閉じ位置にある場合、アームを加工物の上昇に先立って開いて加工物とバッファアームが互いに当たらないようにする。加工物をバッファアームの平面上に上昇させた後、バッファアーム作動モータ１５０は、バッファアーム１０６ａ，１０６ｂをこれらの閉じ位置に動かし、そして加工物をフィンガ１６２から加工物支持体上に下降させることにより、加工物をチャックアームからバッファアームに移送する。フィンガは、チャックアームがバッファアームの下に位置したままである間、加工物をバッファアームの上方の平面内に配置できるよう上方に延びている。かくして、加工物の移送中、チャックアームとバッファアームは互いに衝突しない。図５に示すように、そして図１〜図４に部分的に示すように、加工物がバッファアーム上で支持されているかどうかを検出するためにセンサ１７８をバッファアーム１０６ａ，１０６ｂのうち一方又は両方に設けるのがよい。センサ１７８は、種々の公知のセンサのうち任意のものであってよく、例えば、ビーム遮断形センサ又は再帰反射形センサである。

本発明のアライナ１００が切欠き発見作業を行うと共に加工物がチャックアームからバッファアームに移送されている間、加工物移送ロボットは、新しい加工物を入手する。ロボットが新しい加工物に関して戻って来るときまでに、第１の加工物はバッファアームに移送されている。新しい加工物を、これ又低位置まで下降したフィンガ１６２上に載せ、エンドエフェクタは、古い加工物をバッファアームから取り出し、持ち上げ、そして獲得する。次に、古い加工物をアライナ１００から運び去る。

本発明のアライナ１００は、上述の工程を反復して所望に応じて加工物上のＯＣＲマークを連続的に識別する。言うまでもなく、変形実施形態では上述の工程を設計変更して加工物ロボットが、加工物をチャックアームへの送出し及びバッファアームからの入手を行わないで、バッファアームに送り、チャックアームから入手できるようにしてもよい。

ＯＣＲマークが加工物の底部に設けられている状況においては、加工物をチャックアーム１０４に移送したとき、ＯＣＲマークがリンク１５８によって覆われるということがあり得る。この状況は、加工物の切欠きの存在場所を突き止めた際に、即ち、チャックアーム１０４が加工物を回転させているとき、チャックアームが特定の既知の向きにあった場合に切欠きが識別されれば、制御システムによって識別され、これは、ＯＣＲマークがリンク１５８のうちの１つの真上に位置し、潜在的にＣＣＤカメラによって読取りできないことを制御システムに指示することになる。制御システムがこの状況を検出すると、切欠きの場所の確認後、加工物をチャックアームからバッファアームに移し、チャックアームは衝突が生じない位置まで回転し、そして、ＣＣＤカメラによる読取りのために加工物を再び受け取る。

或る特定の状況では、加工物をアライナから既知であって一様な向きでエンドエフェクタ、加工物キャリア又は次のステーションに戻すことが望ましい。本発明は、これを、ＯＣＲマークの読取り後、加工物を所望の向きまで回転させ、加工物をバッファアームに移してエンドエフェクタが加工物をこの既知の向きで再び受け取ることができるようにすることによって達成できる。しかしながら、ＯＣＲマークを読み取ってチャックアーム上の加工物を所望の向きまで回転させた後、フィンガ１６２のうち１以上が加工物支持体１７６のうち１以上の真下に整列することがある。この整列状態は、チャックアームからバッファアームへの加工物の正しい手渡しを阻止することになる。したがって、本発明の別の特徴によれば、バッファ支持スタンド１３４を、上述のようにバッファ回転モータ１３８によって約１５°の円弧にわたって回転させて手渡しの際の衝突を阻止するのがよい。特に、加工物を所望の位置に配向させた後、制御システムは、この位置のチャックアームが手渡し時にバッファアームを妨害しているかどうかを確認することができる。衝突位置が検出されると、バッファ支持スタンド１３４を回転させてバッファアームの向きを変えて加工物を妨害しないで手渡しできるようにする。加工物をいったん手渡しすると、バッファアームは回転位置にあるままであり、したがって、加工物を所望の向きで加工物取扱いロボットに移送することができるようになる。次に、バッファ支持スタンドは回転してそのホームポジションに戻ることができる。バッファ支持スタンドを回転させる必要のない変形実施形態は、チャックアーム内に同心状に設けられた静的ウェーハペデスタルを有する。ウェーハペデスタルは、ウェーハの支持体となり、それにより、チャックアームが切欠きに対しウェーハの下でフィンガを回転させることができる。この実施形態では、切欠き検出センサが、チャックアームフィンガに取り付けちれていて、チャックアーム回転中、切欠きの位置を突き止めるようになっている。チャックアームがフィンガを切欠きに対し首尾良く再配向させた後、チャックアームは持ち上がってウェーバに再び係合し、そしてこれを上昇させて上述したようにバッファアームに配置できるようにする。

チャックアーム１０４の上と下の両方にスペースを設けて積重ね状態のエンドエフェクタがチャックアーム１０４の上と下の両方で動作（即ち、入る、出る、扇形に広がる、扇形に閉じるの動作）を行うことができるようにすることが本発明の一特徴である）。

バッファアーム１０６を用いることにより、アライナがＯＣＲマークを識別している間、ロボットが遊び状態にはならず、又、ロボットが新しい加工物を受け取っている間、アライナが遊び状態にはならないという点で処理量が向上するという利点が得られる。本発明のアライナ１００を積重ね状態のエンドエフェクタを利用する並列処理システムと共に用いることにより処理量を一段と向上させることができる。かかるエンドエフェクタは、バブズ氏等名義の米国特許出願第０９／５４７，５５１号明細書（発明の名称：System for Parallel Processing of Workpieces）に記載されており、この米国特許出願は、本発明の所有者に譲渡されており、かかる米国特許出願の記載内容全体を本明細書の内容の一部を形成するものとしてここに引用する。この出願に開示されているように、積重ね状態のエンドエフェクタを有するロボットは、本発明の１対のアライナ１００と協働することができる。アライナ１００は、互いに隣接して配置され、したがって、例えば、積重ね状態のエンドエフェクタが第１のアライナのフィンガ上に２つの加工物を位置決めすることができるようになる。しかる後、エンドエフェクタのうちの１つが静止状態のままで、第２のエンドエフェクタは第２の加工物を第２のアライナのフィンガ上に位置決めするよう扇形に広がることができる。加工物をそれぞれ対応関係にあるアライナのフィンガ上に配置した後、エンドエフェクタは、加工物を２つのアラナイナのバッファアームから取り出し、持ち上げ、そして獲得する。しかる後、第２のエンドエフェクタは、もう一度第１のエンドエフェクタ上に整列するよう回転することができ、加工物をアライナから運び去ることができる。エンドエフェクタは、アライナまで動いてから扇形に広がるのではなく、扇形に広がってからアライナまで動き、加工物をそれぞれ対応関係にあるアライナのフィンガ上に同時に位置決めするようにしてもよい。

積重ね状態のエンドエフェクタとアライナ１００の両方を用いる上述の方法では、２つの加工物を、他の２つの加工物がアライナに又はアライナから移動している間、処理することができ、したがって、作業は、４つの加工物について同時に行われるようになる。かかるシステムは、１時間当たり６００個以上の加工物を処理することができる。これは、従来設計のロボット及びアライナシステムの処理量の２倍以上である。

本発明を詳細に説明したが、本発明は開示した実施形態には限定されないことは理解されるべきである。当業者であれば、本発明の精神又は範囲から逸脱することなくかかる実施形態の種々の変更例、置換例及び改造例を想到できる。

本発明のアライナを上から見た斜視図である。 ハウジング及びバッファ支持スタンドカバーを取り外した状態の本発明のアライナを正面から見た斜視図である。 ハウジング及びバッファ支持スタンドカバーを取り外した状態の本発明のアライナを背面側から見た斜視図である。 ハウジング及びバッファ支持スタンドパネルを取り外した状態の本発明のアライナを底面側から見た斜視図である。 ハウジング及びバッファ支持スタンドパネルを取り外した状態の本発明のアライナの側面図である。 本発明のアライナの平面図である。 本発明に従って加工物を支持するフィンガを示す拡大斜視図である。

Claims (15)

1. 弧状の形をしており、開き位置と閉じ位置との間で動き、前記閉じ位置にあるときに加工物を支持するようになった第１、第２のバッファアームを備え、開き位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが互いに離れており、閉じ位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが近付くように内側に移動し、前記第１、第２のバッファアームは、バッファアームシャフトを介してバッファ支持部に回転可能に取り付けられており、
   さらに、
   回転するチャックアームであって、前記加工物を支持し、支持している該加工物をその幾何学的中心周りに回転させ、且つ当該チャックアームと、前記第１バッファアーム及び第２のバッファアームとの間で移送するようになったチャックアームと、
   前記回転するチャックアームを、前記回転するチャックアームが前記第１及び第２のバッファアームよりも上方に位置するような最上位置と、前記回転しているチャックアームが加工物を回転させることができる最下位置との間で移動させるようになったチャックアーム駆動装置とを有し、
   前記チャックアームは、加工物をエッジエクスクルージョン領域に沿って支持するための、上方に延びるフィンガを有している、加工ツール。
   
2. 前記第１及び第２のバッファアームは、互いに対し別個独立に回転できることを特徴とする請求項１記載の加工ツール。
   
3. 前記バッファアームのうち一方が、開き位置と閉じ位置との間で回転して他方のバッファアームを回転させることを特徴とする請求項１記載の加工ツール。
   
4. 弧状の形をしており、開き位置と閉じ位置との間で動き、前記閉じ位置にあるときに加工物を支持するようになった第１、第２のバッファアームを備え、開き位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが互いに離れており、閉じ位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが近付くように内側に移動し、前記第１、第２のバッファアームは、バッファアームシャフトを介してバッファ支持部に回転可能に取り付けられており、
   さらに、
   上方に延びる３つのフィンガを有するチャックアームを備え、各々の前記フィンガは、加工物の外周部に接触する下方に傾斜した表面を備え、前記チャックアームは、加工物を支持し、且つ前記チャックアームと第１、第２バッファアームとの間で移送するようになっており、
   さらに、
   前記チャックアームによって支持され加工物を、加工物が前記フィンガよりも上方に位置する最上位置と、チャックアームが加工物を回転させることができる最下位置との間で移動させるようになったチャックアーム駆動装置を備え、
   加工物は、フィンガ相互間の心出しされた位置に自動的に落ち着き、これにより前記加工物のマークをマーク読取り装置によって読み取れるようにすることを特徴とする加工ツール。
   
5. 前記第１のバッファアーム、前記第２のバッファアーム及び前記チャックアームは、弧状の形をしていることを特徴とする請求項１記載の加工ツール。
   
6. 弧状の形をしており、開き位置と閉じ位置との間で回転し、前記閉じ位置にあるときに加工物を支持するようになった第１、第２のバッファアームを備え、開き位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが互いに離れており、閉じ位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが近付くように内側に移動し、前記第１、第２のバッファアームは、バッファアームシャフトを介してバッファ支持部に回転可能に取り付けられており、
   さらに、
   加工物をほぼ水平姿勢で保持し、且つ加工物をその幾何学的中心周りに回転させるようになったチャックアームと、
   チャックアーム駆動装置であって、前記チャックアームを、前記チャックアームに支持された加工物が前記バッファアームよりも上に位置する最上位置と、
   前記チャックアーム駆動装置が前記チャックアームを回転させることができる最下位置との間で移動させることができるチャックアーム駆動装置と、を備え、
   前記チャックアームは、加工物を加工物のエッジエクスクルージョン領域に沿って支持するための、上方に延びるフィンガを有し、加工物は、前記チャックアームに支持されたときに、心出しされた位置に自動的に落ち着き、これにより前記加工物のマークをマーク読取り装置によって読み取れるようにする、加工ツール。
   
7. 上面及び底面を有するほぼ平坦な加工物を位置合わせし、且つ収納するための加工ツールであって、
   弧状の形をしており、開き位置と閉じ位置との間で回転し、前記閉じ位置にあるときに加工物をほぼ水平な姿勢で支持するようになった加工物支持部を有する第１及び第２のバッファアームを備え、開き位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが互いに離れており、閉じ位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが近付くように内側に移動し、前記第１、第２のバッファアームは、バッファアームシャフトを介してバッファ支持部に回転可能に取り付けられており、
   さらに、
   加工物をほぼ水平姿勢で支持するための手段を有するチャックアームと、
   チャックアーム駆動装置であって、加工物を位置合わせするために前記チャックアームを回転させ、且つ前記チャックアームに支持されている加工物の底面が前記バッファアームよりも上に位置する最上位置と、前記チャックアーム駆動装置が前記チャックアームを回転させることができる最下位置との間で移動させるチャックアーム駆動装置と、を備え、
   前記チャックアームは、加工物を、加工物のエッジエクスクルージョン領域だけに沿って支持するための、上向きに延びるフィンガを有する、加工ツール。
   
8. 加工物を位置合わせする方法であって、
   （ａ）加工物をチャックアーム上に配置するエンドエフェクタから加工物を受け取る段階と、
   （ｂ）加工物がチャックアームのフィンガ上に着座したままの状態で加工物を位置合わせする段階と、を備え、フィンガは、加工物のエッジエクスクルージョン領域だけに沿って加工物に接触し、
   さらに、
   （ｃ）加工物がバッファアームよりも上方に位置するようになるまでチャックアームを垂直に持ち上げ、次いで加工物がバッファアームによって支持されるまでチャックアームを下げることによって、加工物をチャックアームからバッファアーム上に移送する段階と、
   （ｄ）チャックアームをチャックアームが前記段階（ａ）の間に位置している位置に戻す段階とを有することを特徴とする方法。
   
9. さらに、
   （ｅ）第１の加工物がバッファアーム上に着座している間、第２の加工物をチャックアーム上に配置するエンドエフェクタから第２の加工物を受け取る段階と、
   （ｆ）第１の加工物を前記バッファアームから移送し、第２の加工物について前記段階（ｂ）〜（ｄ）を繰り返している間、第１の加工物をバッファアームから運び去る段階とを有していることを特徴とする請求項８記載の方法。
   
10. 加工物を位置合わせする方法であって、
    （ａ）加工物をバッファアーム上に配置するエンドエフェクタから加工物を受け取る段階と、
    （ｂ）加工物をバッファアームから、加工物のエッジエクスクルージョン領域だけに接触するフィンガを有するチャックアーム上に移送する段階と、
    （ｃ）加工物がチャックアーム上に着座している間、加工物を位置合わせする段階と、 （ｄ）第１の加工物が前記段階（ｃ）において位置合わせされている間、第２の加工物をバッファアーム上に配置するエンドエフェクタから第２の加工物を受け取る段階と、
    （ｅ）第１の加工物をチャックアームから移送し、第２の加工物について前記段階（ｂ）〜（ｃ）を繰り返している間、第１の加工物をアライナから運び去る段階とを有していることを特徴とする方法。
    
11. 弧状の形をしており、開き位置と閉じ位置との間で回動可能な第１のバッファアーム及び第２バッファアームを有し、前記第１及び第２のバッファアームが前記閉じ位置にあるときに加工物を支持することができるストレージ機構を備え、開き位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが互いに離れており、閉じ位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが近付くように内側に移動し、前記第１、第２のバッファアームは、バッファアームシャフトを介してバッファ支持部に回転可能に取り付けられており、
    さらに、
    加工物のエッジエクスクルージョン領域にだけ接触するフィンガ上で加工物を支持するようになった操作アームであって、前記操作アームに支持されている加工物を位置合わせするために該操作アームのほぼ中心周りに回転可能な操作アームと、
    操作アーム駆動装置であって、前記操作アームを、操作アームに支持されている加工物が前記第１及び第２のバッファアームよりも上方に位置する最上位置と、前記操作アーム駆動装置が前記操作アームを回転させることができる最下位置との間で移動させるようになった操作アーム駆動装置と、を備える加工ツール。
    
12. 前記フィンガは、上方に延びている、請求項１１に記載の加工ツール。
    
13. 加工物を次々に加工する方法であって、
    （ａ）第１の加工物を操作アームのフィンガ上に配置するエンドエフェクタから第１の加工物を受け取る段階を備え、前記フィンガは、加工物のエッジエクスクルージョン領域だけに接触しており、
    さらに、
    （ｂ）加工物が操作アーム上に着座したままの状態で、操作アームをその中心周りに回転させることによって第１の加工物を加工する段階と、
    （ｃ）最初に、加工物がバッファアームよりも上に位置するまで操作アームを持ち上げ、次いで、第１の加工物をバッファアームに残したまま、操作アームが前記段階（ａ）の位置に戻ったときに第２の加工物を操作アームに載せることができるように、加工物がバッファアームに支持されるまで操作アームを下げる段階と、
    （ｄ）第１の加工物をエンドエフェクタによって前記バッファアームから取り出している間、第２の加工物を加工する段階とを有していることを特徴とする方法。
    
14. さらに、
    （ｅ）第２の加工物を前記段階（ｄ）において加工している間、第３の加工物を前記バッファアーム上に配置するエンドエフェクタから第３の加工物を受け取る段階と、
    （ｆ）前記第２の加工物をエンドエフェクタによって前記操作アームから移送する段階と、
    （ｇ）第３の加工物を前記バッファアームから前記操作アームに移送し、第３の加工物を加工している間に第４の加工物を前記バッファアーム上に配置する段階とを有していることを特徴とする請求項１３記載の方法。
    
15. 上面及び底面を有するほぼ平坦な加工物を加工するための加工ツールであって、
    加工物をほぼ水平姿勢で支持し、加工物のエッジエクスクルージョン領域だけに接触するようになったフィンガを有する操作アームであって、加工物が前記操作アームによって支持されている間、加工物を処理する操作アームと、
    弧状の形をしており、開き位置と閉じ位置との間で回転するように構成された第１及び第２のバッファアームであって、前記第１及び第２のバッファアームは、開き位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが互いに離れており、閉じ位置では、前記第１のバッファアームと前記第２のバッファアームとが近付くように内側に移動し、前記第１、第２のバッファアームは、バッファアームシャフトを介してバッファ支持部に回転可能に取り付けられており、前記第１及び第２のバッファアームが前記閉じ位置にあるときに加工物を支持できるようになっており、前記第１及び第２のバッファアームは、前記第１及び第２のバッファアームによって支持されている第２の加工物の幾何学的中心が前記操作アームによって同時に支持されている第１の加工物の幾何学的中心とほぼ同心になるように位置する第１及び第２のバッファアームと、
    操作アーム駆動部であって、前記操作アームを、前記操作アームに支持されている加工物の底面が前記第１及び第２のバッファアームよりも上に位置する最上位置と、
    前記操作アーム駆動部が前記操作アームを回転させることができる最下位置との間で移動させることができる操作アーム駆動部とを備える、加工ツール。

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