JP5336806B2 - 基板搬送ロボット用の位置検出装置を備えた半導体処理装置及びその方法 - Google Patents

Description

本発明は、概して、基板処理装置に関し、特に、該基板処理装置を通じて基板を搬送するための方法及び装置に関する。

シリコンウエハなどの半導体基板を処理する装置は、典型的に、処理すべき半導体基板を内部で支持する処理チャンバと、該処理チャンバ内での基板処理の前後において基板を搬送するための基板搬送チャンバと、該基板搬送チャンバにより基板が搬送される前後において基板を格納するためのひとつまたはそれ以上の入／出チャンバを含む。基板搬送チャンバ内には基板搬送ロボットが配置され、該基板搬送ロボットは複数のステーションの間で基板を搬送するよう構成されている。このステーションは、搬送チャンバ内部にあっても、入／出チャンバ内にあっても、処理チャンバ内にあっても、他のチャンバ内にあってもよい。処理チャンバ内部にある典型的なステーションは、処理中に基板を支持するためのサセプタのような基板ホルダである。入／出チャンバ内部にあるステーションは複数の基板を保持するためのカセットを含む。入／出チャンバは、搬送ロボットによりアクセス可能な基板カセットを含む搬入チャンバ及び搬入ポートを含む。入／出チャンバは、搬送チャンバ内に移動され、最終的に処理チャンバ内に移動される手前の、基板が雰囲気的に分離され、かつ、粒子がパージされるロードロックチャンバであってもよい。チャンバ内部にあるかまたは基板搬送チャンバ内にある他のステーションは、前処理チャンバ（ウエハのプレクリーニング用ステーションなど）及び／または後処理チャンバ（冷却ステーションなど）を含む。

典型的に、基板搬送ロボットは、アクチュエータ、ひとつまたはそれ以上のインターリンクアーム、該アームに取付けられたエンドエフェクタを含む。該アクチュエータは、アーム及びエンドエフェクタを動かすように構成されている。該エンドエフェクタはステーションから基板を持ち上げ、ロボットがエンドエフェクタを動かし基板を他のステーションへ移動中に基板を保持し、基板を他のステーションへ載置するよう適応されている。パドル型またはベルヌーイ棒型を含む、さまざまな種類のエンドエフェクタが存在する。

いわゆるクラスタ型ツールにおいて、装置は複数の処理チャンバを有し、典型的に各々の処理チャンバは基板搬送チャンバに隣接している。これらの処理チャンバは同時に基板処理を実行することが可能であり、それにより装置全体の基板のスループットが向上する。基板搬送チャンバは、基板の搬送能力を高めるためひとつ以上の基板搬送ロボットを含むこともできる。

基板はしばしば非常に正確に配置されなくてはならない。半導体ウエハを保持する典型的なサセプタは、サセプタが支持するべきウエハのサイズよりわずかに大きなサイズのウエハポケットを有する。例えば、φ３００ｍｍのウエハを支持するよう設計されたサセプタは直径が３０１ｍｍのウエハポケットを有し、支持すべきウエハのエッジとポケットの周囲との間のクリアランスは０．５mmしかない。ウエハがポケットの中央に配置されかつポケットからはみ出さないことが重要である。ウエハがポケットからはみ出すと、局所的な温度変化が生じ、ウエハを横切って温度勾配が生じる。大部分の半導体処理は温度に顕著に依存していることから、これにより不均一な処理がもたらされる。

エンドエフェクタに対する基板位置のエラーは“基板ドリフト”として知られ、しばしばこれは、ピックアップ時のカセット内での基板位置の変化により生じる。言い換えれば、ピックアップ時に、エンドエフェクタはそれぞれの基板に対してわずかに異なる位置で接触している。基板ドリフトはロボットが移動中にも生じる。特に、ロボットが高速で移動する際には生じやすい。サセプタポケット内の中央に基板を配置することに関連した上記問題に加え、基板ドリフトはウエハカセットなどの基板ステーションに基板を配置するときに基板にダメージを与える。

基板ドリフトに関連するこれらの問題を解決するひとつの方法は、ウエハ搬送チャンバ内に少なくとも２つの光センサを使用することである。例えば、米国特許第7,008,802号は、光センサを使用して、光センサから放射された光線を遮るウエハのエッジまでの距離を検知する旨が開示されている。光センサの光線を遮るウエハエッジまでの距離を測定することによりウエハの位置を計算し、所定の通常位置と比較して、位置エラーを補償するようロボットに適用すべきオフセット変位を計算する。ウエハの位置を計算するのに２つの光センサを使用することは、特開２００５−９３８０７号にも開示されている。
米国特許第7,008,802号公報 特開２００５−９３８０７号公報

本発明の目的は、半導体基板の位置を正確に検出し、半導体基板を所定位置に精度良く配置することができる基板搬送装置を含む半導体処理装置及びその方法を与えることである。

また、本発明の他の目的は、装置コストが安く、構造が単純で、かつスループットの高い基板搬送装置を備えた半導体処理装置を提供することである。

本発明のひとつの態様において、本発明は、半導体基板処理装置を開示する。当該装置は、基板搬送チャンバと、位置センサの第１の対と、前記基板搬送チャンバ内に設けられた基板搬送ロボットを含む。位置センサの第１の対の各位置センサは光線を放射するよう構成されたエミッタと、光線を受光するよう構成されたレシーバを含む。基板搬送ロボットは細長いエンドエフェクタ及びロボットアクチュエータを含む。該エンドエフェクタは近位端及び遠位端を有する。エンドエフェクタは、半導体基板がエンドエフェクタによりピックアップされかつ保持されるたびにエンドエフェクタに関して基板が同じ所定位置にあるように、遠位端で半導体基板をピックアップしかつ保持するように構成されている。ロボットアクチュエータは、複数の基板ステーションの間で基板を搬送するべく、基板搬送チャンバ内でエンドエフェクタを移動するよう構成されている。

エンドエフェクタは、前記エンドエフェクタにより所定の位置に保持された半導体基板のエッジが、位置センサの第１の対の一方の位置センサのエミッタから放射された光線の一部を遮るとともに、前記エンドエフェクタの前記近位端が前記位置センサの第１の対の他方の位置センサのエミッタから放射された光線の一部を遮るような長さを有する。

本発明の他の態様において、本発明は半導体基板搬送ロボットを制御する方法を開示する。当該方法は、位置センサの第１の対を与える工程を含み、各位置センサはエミッタ及びレシーバを含む。エミッタは光線を放射するよう構成され、レシーバはエミッタからの光線を受光するよう構成されている。当該方法はまた、搬送チャンバ内に基板搬送ロボットを与える工程と、細長いエンドエフェクタを与える工程と、複数の基板ステーションの間で基板を搬送するべく、搬送チャンバ内でエンドエフェクタを移動させるよう構成されたロボットアクチュエータを与える工程を含む。エンドエフェクタは遠位端及び近位端を有し、基板がエンドエフェクタによりピックアップされかつ保持されるたびに、エンドエフェクタに関して基板が同じ所定位置にあるように、遠位端で半導体基板をピックアップしかつ保持するよう構成されている。エンドエフェクタは、前記エンドエフェクタにより所定の位置に保持された前記半導体基板のエッジが、前記位置センサの第１の対の一方の位置センサのエミッタから放射された光線の一部を遮るとともに、前記エンドエフェクタの前記近位端が前記位置センサの第１の対の他方の位置センサのエミッタから放射された光線の一部を遮るような長さを有する。

本発明の他の態様において、本発明は半導体処理装置を開示する。当該装置は、基板搬送チャンバと、該基板搬送チャンバに隣接する第２チャンバと、基板搬送チャンバと第２チャンバとの間の開口部と、搬送チャンバ内部のエンドエフェクタと、ロボットアクチュエータと、位置センサと、制御装置を含む。エンドエフェクタは、パドル及び近位クランプ部材を含む。該パドルはエンドエフェクタの遠位端を定義する遠位端を有する。パドルは前記パドルにより支持される基板のエッジをはさむように適応されたひとつまたはそれ以上のクランプエレメントを有する。近位クランプ部材はパドルにより支持された基板のエッジをはさむように適応されたひとつまたはそれ以上の近位クランプエレメントを有する。近位クランプ部材は、パドルのクランプ部材と、近位クランプ部材のクランプエレメントとの間で、基板を挟んだり離したりするようパドルの遠位端の方へまたはそこから離れる方へ移動するよう適応されている。近位クランプ部材はエンドエフェクタの近位端を定義する近位伸長構造を有する。ロボットアクチュエータは複数の基板ステーションの間で基板を搬送するべく、搬送チャンバ内でエンドエフェクタを移動させるよう構成されている。位置センサは光線を放射するよう構成されたエミッタと、光線を受光するよう構成されたレシーバを含む。制御装置は、エンドエフェクタが前記位置センサから開口部へ伸長する線に沿って方向付けられかつ前記パドルの遠位端が開口部の方向を向いているところの目標位置へ、エンドエフェクタを移動させるようにロボットアクチュエータに命令するようプログラムされている。制御装置は、レシーバによって受光されたエミッタからの光量を決定し、かつ、測定した光量に基づいてエンドエフェクタの動きを制御するようプログラムされている。

発明の内容及び従来技術に対して達成される利点を要約するために、本発明のいくつかの目的及び利点を上記した。無論、これらの目的または利点のすべてが本発明の特定の実施形態に従って必ずしも達成されるものではない。したがって、ここに教示または示唆されるような他の目的または利点を必ずしも達成することなく、ここに教示されるようないくつかの利点を達成し若しくは最適化する方法で本発明が実施または実行されることは当業者の知るところである。

ここに開示されるすべての実施形態は、本発明の態様に含まれるものである。本発明のこれら及び他の実施形態は、図面を参照した以下の好適実施形態の説明から明らかとなるが、本発明は、ここに開示するいずれの実施形態にも限定されるものでない。

基板ドリフトを検出する上記従来の方法のひとつの問題は、しばしば光センサにより放射された光線とロボットアームとが干渉し、それにより基板位置の検出が妨害されるということである。典型的な光センサにおいて、エミッタはエンドエフェクタの上側に配置され、該エミッタは下向きの光線を放射するよう方向付けられており、レシーバはエンドエフェクタの下側に設けられ、エミッタからの光線を受光するよう構成されている。ある位置において、ロボットアームは光線を遮るため、基板の位置を検出するセンサの邪魔をしてしまう。複数の基板を同時に保持する複数のロボットを有する装置において、しばしば基板は互いに重なり合い、どちらの基板が検出されているのかを決定することができなくなる。また、光センサの光線が２枚の異なる基板により遮られている場合、目標の基板の位置の計算に誤差が生じる。

例えば、図１はシリコンウエハのような半導体基板を処理するための従来の半導体処理装置１０を示す。当該装置１０は、ウエハ搬送チャンバ１２、２つの処理チャンバ１４、２つのロードロックチャンバ１６、２つの冷却チャンバ１８、フロントエンド搬送チャンバ２０、及び搬入ポート２２を含む。ウエハ搬送チャンバ１２はウエハ搬送ロボット２６を含み、フロントエンド搬送チャンバ２０はウエハ搬送ロボット２８を含む。

ロボット２８は、ウエハカセットまたはＦＯＵＰs（front opening unified pods）のようなウエハ収納容器からウエハ２４を受け取り、ロードロックチャンバ１６へ該ウエハ２４を引き渡す。ロボット２８は処理済みのウエハ２４を搬入ポート２２においてウエハ収納容器へ戻す。ロードロックチャンバ１６は、搬送チャンバ１２、処理チャンバ１４、及び冷却チャンバ１８に移動する前にウエハ２４を隔離しかつパージするためにシールされる。ロボット２６はロードロックチャンバ１６からウエハ２４をピックアップし、該ウエハをウエハ処理用の処理チャンバ１４及び冷却チャンバ１８へ搬入する。ロボット２６はチャンバ１４及び１８との間ですべてのウエハのピックアップ及び搬入を繰り返す。

ロボット２６は、ウエハ２４をピックアップするように構成されたパドル形状のエンドエフェクタ３０を有し、ウエハ搬送工程中はウエハを支持し、その後はウエハを目標のステーションへ搬入する。ロボット２６はアーム３２及び３４を含む。アーム３２の一端はパドル３０の端部と枢着し、他端はアーム３４の端部と枢着する。アーム３４の他端はロボット２６を上下移動させる昇降機３６に枢着する。昇降機３６はロボット２６の回転を容易にするために垂直軸の周りに回転するよう構成されている。ロボット２６は、処理チャンバ１４及び冷却チャンバ１８との間でウエハ２４を出し入れすることができる。

図２は、図１の従来のウエハ搬送チャンバの平面概略図である。搬送チャンバ１２は、搬送チャンバ１２を包囲する隣接したチャンバ内へウエハを受け渡しするための６個の目標位置Ａ、Ｂ、Ｃ、Ｄ、Ｅ、Ｆを有する。特に、位置Ａ及びＦはロードロックチャンバ１６に関連し、位置Ｂ及びＥは冷却チャンバ１８に関連し、位置Ｃ及びＤは処理チャンバ１４に関連する。位置光センサ１〜９が、搬送チャンバ中の、目標位置Ａ〜Ｆにおけるウエハのエッジに沿った位置に配置される。各光センサは、関連する目標位置においてウエハにより部分的に遮られる垂直光線を生成する。各目標位置Ａ〜Ｆはそのエッジに沿って２つの光センサを有し、ウエハ位置を計算するにはそれで十分である。

この配置に伴う問題は、パドル３０及びアーム３２、３４が光センサ１〜９により放射された光線を遮り、それがウエハ位置の検出を不可能にしているということである。また、複数のウエハを保持する２つまたはそれ以上のウエハ搬送ロボット２６が搬送チャンバ内に与えられれば、特定の光センサがどのウエハを検出しているのかを決定するのがしばしば不可能となる。例えば、ひとつのロボットが目標位置Ａにウエハを雑に配置し、他のロボットが目標位置Ｆにウエハを雑に配置した結果、光センサ２により放射された光線は両方のウエハにより部分的に遮断され、それにより、検出すべきウエハの位置の計算値に誤差が生じる。他方のウエハが正しく配置された状態で、一方のウエハが光線を完全に遮っていれば、装置はウエハの位置を誤認してしまう。

図３は、本発明のひとつの実施形態に従う、シリコンウエハなどの半導体基板を処理するための半導体処理装置１００の平面概略図である。装置１００は、基板搬送チャンバ１０２、４つの基板処理チャンバ１０４、及び２つの入／出チャンバ１０６を含む。チャンバ１０４及び１０６は、搬送チャンバ１０２に隣接するのが好ましい。好適に、処理チャンバ１０４は、化学気相成長、原子層堆積、物理気相成長、フォトリソグラフィー、エッチング、プラズマ強化堆積等の基板処理中に基板を支持するためのサセプタなどの基板ホルダを含む。処理チャンバ１０４は枚葉式の基板処理チャンバか、若しくはバッチ式の基板処理チャンバでもよい。

入／出チャンバ１０６は、基板カセットまたはＦＯＵＰのような基板収容器を有する基板搬入チャンバを含む。入／出チャンバ１０６は、基板が搬送チャンバ１０２内及び処理チャンバ１０４内に移動する前に、基板が雰囲気的に隔離されかつ粒子がパージされるところのロードロックチャンバから成る。図示した基板搬送チャンバ１０２は、チャンバ１０４及び１０６内で基板をピックアップし、移送し、搬入するように適応された真空ロボットのような２つの基板搬送ロボット４０を含む。

図４は、本発明のひとつの実施形態に従う、基板搬送ロボット４０の平面図である。複数のロボット４０が基板搬送チャンバ１０２内に与えられる場合には、それらは独立に構成されるのが好ましい。図示したロボット４０は細長いエンドエフェクタ４２及びロボットアクチュエータ４４を含む。エンドエフェクタ４２は遠位端４６及び近位端４８を有し、遠位端４６において半導体基板をピックアップしかつ保持するように構成されている。ロボットアクチュエータ４４は、複数の基板ステーション（チャンバ１０４及び１０６内部のステーション）中で基板を搬送するべく、基板搬送チャンバ１０２内でエンドエフェクタ４２を移動させるように構成されている。

エンドエフェクタ４２は、基板クランパ若しくはウエハクランパとも呼ばれ、好適にパドル５０及び近位クランプ部材５２を含む。パドル５０は、基板の下側にあって基板を支持するように構成されている。図示した実施形態において、パドル５０は、２つの内側スロット５３を形成する２つのプロング５１を有する。しかし、他の実施形態において、パドル５０は、プロング５１若しくはスロット５３が無くてもよい。パドル５０はエンドエフェクタ４２の遠位端４６を定義する遠位端を有する。パドル５０は、エンドエフェクタ４２により保持される基板のエッジをはさむよう構成されたひとつまたはそれ以上の前方のクランプエレメント５４を有する。図示した実施形態において、クランプエレメント５４は立ち上がったフランジを含む。しかし、フランジ以外の構造が替わりに使用されてもよい。図示した実施形態において、クランプエレメント５４はパドル５０の遠位端にある。しかし、クランプエレメント５４はパドル５０の遠位端より幾分後方に配置されてもよい。図５に示すように、パドル５０は、基板が載置されるところのスペーサピンのようなスペーサ５５を含む。

図４及び５を参照して、図示したパドル５０はロボットアクチュエータ４４に結合されるスリーブ５８を構成する近位部５６を有する。スリーブ５８は、近位クランプ部材５２のボディ部分６０を収容する。クランプ部材５２はエンドエフェクタ４２により保持された基板のエッジをはさむように構成されたひとつまたはそれ以上のクランプエレメント６６を含む。図示した実施形態において、クランプ部材５２は、ボディ部６０から長手方向でかつ遠位端方向に伸長する一対のアーム６２を含む。スリーブ５８の側壁は、スロット６４を含み、それを通じてアーム６２は、スリーブ５８の内部から長手方向に伸長する。各アーム６２はひとつのクランプエレメント６６を含む。スロット６４の幅は、好適には、それを通じて伸長するアーム６２の部分の幅よりわずかに広く、その結果、クランプ部材５２はエンドエフェクタ４２の遠位端４６の方向またはその逆方向へ移動することができる。線形アクチュエータ７２は、スリーブ５８に関するクランプ部材５２のこのような動きを生成するために設けられている。アクチュエータ７２は電気的に制御される。好適にクランプ部材５２はスリーブ５８のオリフィス７０を通じて伸長するリアフラグ６８を含む。このフラグ６８の機能については後述する。ひとつの実施形態において、パドル５０に関するクランプ部材５２の移動距離、すなわち、スロット６４の最小長は約２mmである。

図４を参照して、図示したロボットアクチュエータ４４は複数のインターリンク型アーム７４を含む。下側アーム７４ｂは昇降機７６と枢着する第１端、及びエルボ部材７８と枢着する第２端を有する。上側アーム７４ａはエルボ部材７８と枢着する第１端、及びエンドエフェクタ４２と枢着する第２端を有する。昇降機７６はロボット４０を垂直方向に移動させ、かつ、基板搬送チャンバ１０２の底面に関して垂直軸線方向に回転させるように構成されている。ここで図示した実施形態以外にさまざまな種類のロボットアクチュエータ４４が使用可能であることは言うまでもない。

図４から図６を参照して、図示したエンドエフェクタ４２の好適な基板クランプ機能を説明する。最初に、パドル５０が基板８０の下側に配置され、基板がパドル上で支持される。図示した実施形態において、基板８０はスペーサ５５によって支持されている。その後、近位クランプ部材５２は、パドル５０のクランプエレメント５４とクランプ部材５２のクランプエレメント６６との間で基板８０をはさむよう、遠位端方向へ移動する。ひとつの実施形態において、クランプ部材５２は線形アクチュエータ７２により遠位端方向へ移動させられる。図６に示すように、４つのクランプ部材５４、５４’、６６、６６’により、エンドエフェクタ４２は、繰り返し所定の位置で基板８０を保持することができる。言い換えれば、基板８０は、基板がエンドエフェクタによりピックアップされかつ保持されるたびに、基板８０はエンドエフェクタ４２に関して所定の位置に存在する。エンドエフェクタ４２が基板を離す必要がある場合、クランプ部材５２は基板を離すべく近位端の方向へ移動する。

図７を参照して、本発明の好適実施形態に従う半導体処理装置１００は、４つの処理チャンバ１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄ、並びに、２つの入／出チャンバ１０６Ａ、１０６Ｂを含む。搬送チャンバ１０２と処理チャンバ１０４との間の側壁には、各処理チャンバに関連して開口部が設けられている。したがって、図示した搬送チャンバ１０２は、処理チャンバ１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄに関連して、処理チャンバ開口部１０８Ａ、１０８Ｂ、１０８Ｃ、１０８Ｄを含む。各処理チャンバ開口部は、エンドエフェクタがエンドエフェクタに関して所定の位置に基板を保持した状態で、ひとつのロボット４０のエンドエフェクタ４２が処理チャンバ開口部１０８を通過できるような大きさを有している。

搬送チャンバ１０２の反対側の側面には、それぞれの処理チャンバ開口部１０８が互いに対向するように、一対の処理チャンバ１０４が設けられている。図示した実施形態において、装置１００は処理チャンバ１０４Ａ、１０４Ｃの第１の対、及び、処理チャンバ１０４Ｂ、１０４Ｄの第２の対を含む。図示した装置１００は、処理チャンバ開口部１０８Ａ、１０８Ｃの第１の対、及び、処理チャンバ開口部１０８Ｂ、１０８Ｄの第２の対を含む。開口部１０８Ａ及び１０８Ｃは搬送チャンバの反対側の側面にあって互い対向しており、開口部１０８Ｂ及び１０８Ｄは搬送チャンバの反対側の側面にあって互いに対向している。

好適に装置１００は、各々が搬送チャンバ１０２からひとつの処理チャンバ１０４を隔離するように構成された複数のゲートバルブ１１０を含む。図示した実施形態において、装置１００は、搬送チャンバ１０２から処理チャンバ１０４Ａ、１０４Ｂ、１０４Ｃ、１０４Ｄを隔離するよう構成されたゲートバルブ１１０Ａ、１１０Ｂ、１１０Ｃ、１１０Ｄを含む。各ゲートバルブは開口位置及び閉止位置を有する。ゲートバルブ１１０がその開口位置にあると、エンドエフェクタが基板８０を保持した状態で、エンドエフェクタ４２はゲートバルブ１１０及びひとつの処理チャンバ開口部を通過することができる。好適に、各ゲートバルブ１１０はその閉止位置において、ひとつの処理チャンバ開口部１０８をシールする。

好適に装置１００はひとつの処理チャンバ開口部１０８の近くに配置された複数の位置センサ８２を含む。ひとつの処理チャンバ１０４及び開口部１０８に対して、ひとつのセンサ８２が設けられている。図示した実施形態において、装置１００は、基板搬送チャンバ１０２内に位置センサ８２Ａ、８２Ｂ、８２Ｃ、８２Ｄを含む。処理チャンバ１０４、開口部１０８及びゲートバルブ１１０と同様に、位置センサ８２は対となって設けられるのが好ましい。図示した実施形態において、位置センサ８２Ａ及び８２Ｃは第１の対を形成し、位置センサ８２Ｂ及び８２Ｄは第２の対を形成する。位置センサ８２の機能は後述する。

好適に装置１００は、搬送チャンバ１０２と入／出チャンバ１０６との間に入／出開口部１１２を含む。図示した実施形態において、装置１００は入／出チャンバ１０６Ａ及び１０６Ｂにそれぞれ関連する入／出開口部１１２Ａ、１１２Ｂを含む。それぞれの入／出開口部１１２は、基板がエンドエフェクタに関して所定の位置に保持された状態で、エンドエフェクタ４２が入／出開口部を通過することができるような大きさで構成されている。

好適に装置１００は、それぞれの入／出チャンバ１０６に対してゲートバルブ１１４を含む。それぞれのゲートバルブ１１４は基板搬送チャンバ１０２から、関連する入／出チャンバ１０６を隔離するよう構成されている。図示した実施形態において、装置１００は、搬送チャンバ１０２から入／出チャンバ１０６Ａ、１０６Ｂを隔離するよう構成されたゲートバルブ１１４Ａ、１１４Ｂを含む。好適に各ゲートバルブ１１４は開口位置及び閉止位置を有する。ゲートバルブ１１４が開口位置にあれば、基板がエンドエフェクタにより保持された状態で、エンドエフェクタ４２がゲートバルブ１１４及びひとつの入／出開口部１１２を通過することができる。好適に各ゲートバルブ１１４は、閉止位置において、ひとつの入／出開口部１１２をシールする。

好適に装置１００は、搬送チャンバ１０２の入／出開口部１１２の反対側に配置された入／出位置センサ８４を備える。図示した実施形態において、装置１００は入／出位置センサ８４Ａ、８４Ｂを含む。センサ８４Ａは入／出開口部１１２Ａと反対側の側面に配置され、センサ８４Ｂは入／出開口部１１２Ｂと反対側の側面に配置される。センサ８４の機能は後述する。

図８は、本発明のひとつの実施形態に従う位置センサ８２または８４を概略的に示したものである。好適に位置センサ８２、８４は、光線エミッタ１１６及び光線レシーバ１１８を含む光センサである。ひとつの実施形態において、各センサのエミッタは、基板搬送チャンバ１０２のロボット４０のエンドエフェクタ４２の下方に配置され、各センサのレシーバ１１８はエンドエフェクタ４２及びエミッタ１１６の上方に配置されている。例えば、エミッタ１１６は搬送チャンバ１０２の底面に設置されており、レシーバはチャンバ１０２の天井面に設置されている。他の実施形態において、エミッタ１１６及びレシーバ１１８の位置は逆でも良い。好適にはエミッタ１１６はレシーバ１１８の方向へレーザ光線１２０を放射するように構成されている。図示した実施形態において、エミッタ１１６はレシーバ１１８に向けて上方へ光線１２０を放射している。

他の実施形態において、搬送チャンバ１０２の天井面及び底面は透明であり、エミッタ１１６及びレシーバ１１８はチャンバ１０２の外側に配置されている。例えば、エミッタ１１６は搬送チャンバ１０２の透明な底面の下部に固定され、底面を通じてチャンバ１０２へ光線１２０を放射するように向けられる。同様に、レシーバ１１８は搬送チャンバ１０２の透明天井面の上部に固定され、エミッタ１１６から光線１２０を受光するように配置されている。

図８を参照して、放射された光線１２０は帯形状を有するのが好ましい。図８において、光線１２０の垂直方向の長さはその進行距離を表し、それはエミッタ１１６とレシーバ１１８との間の距離に等しい。図示した光線１２０の水平方向の長さは横方向断面の距離を表す。光線１２０は横方向断面を有し、その大きさ及び形状は光線の長さ方向に沿って均一であるのが好ましい。光線１２０はエンドエフェクタ４２により保持された基板８０により、または、エンドエフェクタのリアフラグ６８により遮られる。レシーバ１１８はレシーバに到達する光量を特徴づける電圧を生成する。電圧レスポンスは線形であるのが好ましく、基板８０またはリアフラグ６８により遮られる光線１２０の面積に逆比例する。制御システム１２２はレシーバ１１８からの電圧信号を受信しかつ使用して、それに関連したエミッタ１１６からレシーバ１１８により受光した光量を決定する。受光した光量に基づいて、制御システム１２２は、後述するように、基板の位置を予測することができる。制御システム１２２は、この方法で、センサ８２及び８４の各々をモニターする。適当な比例型光センサ８２及び８４は、日本のKeyence Corp.、カナダのLMI、日本のパナソニックから入手可能であり、しばしばレーザ透過ビームセンサ(LTBS)システムと呼ばれている。ひとつの実施形態において、装置１００は１００mm×１mmの寸法を有するKeyence Corp.社製のLX2-10を使用するが、これは一例に過ぎず、異なるサイズの比例型光センサを使用しても良い。

上記したように、図６はエンドエフェクタに関して反復して所定位置で基板８０を挟むことができるエンドエフェクタ４２を示す。言い換えれば、基板８０は、基板がエンドエフェクタによりピックアップされかつ保持されるたびに、エンドエフェクタ４２に関して同じ所定位置に存在する。図６から８を参照して、一対のセンサ８２に対して（例えば、センサ８２Ａ及び８２Ｃから成る一対、またはセンサ８２Ｂ及び８２Ｄから成る一対）、センサ８２の位置及び各エンドエフェクタ４２の長さは、エンドエフェクタの近位端４８が一方のセンサ８２のエミッタ１１６から放射された光線１２０の一部を遮ると同時に、エンドエフェクタ４２により所定位置に保持された基板８０のエッジ８６が他方のセンサ８２のエミッタ１１６から放射された光線１２０の一部を遮ることができるようなものであるのが好ましい。後述するように、制御装置１２２はレシーバ１１８からの光測定電圧信号を使って、エンドエフェクタ４２及びエンドエフェクタに関する基板８０の位置を決定する。

図９は、本発明のひとつの実施形態に従う、位置光センサ８０、８２の光線１２０とエンドエフェクタ４２の近位端４８との間の関係を概略的に示したものである。図９は、基板搬送チャンバ１０２の中心８３が図示したエンドエフェクタ４２の右側にあるような位置関係で、エンドエフェクタの位置の２つの例を示している。図示した実施形態において、エンドエフェクタ４２はリアフラグ６８を有し、その近位端はエンドエフェクタの近位端４８を構成する。枠線１２４は、ひとつのセンサのエミッタ１１６の検知範囲を示す。特に、枠線１２４の水平方向寸法はエミッタ１１６により放射された光線１２０の横方向断面の長さを表している。図９において、基板搬送チャンバ１０２の中心８３に関して、枠線１２４の左側端は光線１２０の半径方向の最も外側の位置１３０を表し、枠線１２４の右側端は光線の半径方向の最も内側の位置１３２を表す。枠線１２６は、位置１３０から、位置１３２よりわずかに外側の位置１３４へ半径方向に伸長する検出範囲の一部を表している。枠線１２８は、位置１３０から、位置１３０と位置１３４との間の位置１３６へ半径方向に伸長するより小さい検出範囲の一部を表す。

好適に、記号ＯＵＴ１は論理的に決定されたデジタル出力であり、その値は枠線１２６により表された検出範囲の部分で光線を遮る物体の存否に基づいている。この出力はＯＮ及びＯＦＦで示す２つの値を有する。特に、その物体がエンドエフェクタ４２のリアフラグ６８または基板８０であり、（後に図１０で図示されるように）基板８０が枠線１２６により表される検出範囲の部分において光線の一部を遮る場合、ＯＵＴ１はＯＮとなる。一方、枠線１２６により表される検出範囲の部分において光線を遮るものが何もない場合、ＯＵＴ１はＯＦＦとなる。同様に、記号ＯＵＴ２は論理的に決定されたデジタル出力であり、その値は枠線１２８により表された検出範囲の部分で光線を遮る物体の存否に基づいている。ＯＵＴ１と同様に、ＯＵＴ２はＯＮ及びＯＦＦで示す２つの値を有する。リアフラグ６８または基板８０のような物体が枠線１２８で表される検出範囲の部分において光線の一部を遮る場合、ＯＵＴ２はＯＮとなる。一方、枠線１２８により表される検出範囲の部分において光線を遮る物体が何もなければ、ＯＵＴ２はＯＦＦとなる。ＯＵＴ１及びＯＵＴ２は各センサと関連する受光／遮光の光量の測定値から計算することも可能であり、必ずしもセンサ自身に固有の特性によるものでなくともよい。この点は、システムが商業的に入手可能なセンサを使用することができ、ここに開示する目的のために物理的に修正を加える必要がないという点で有利である。

ＯＵＴ１及びＯＵ２の値はセンサのレシーバ１１８により受光された全光量を測定することにより単純に決定することができる。受光した全光量がエミッタ１１６により放射された光量と等しければ、光線は全く遮光されていないことになり、ＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方はＯＦＦに設定される。受光した全光量がエミッタ１１６から放射された光量より少ないが、遮光物体のエッジ（例えば、フラグ６８または基板８０）が位置１３６にあるとき受光すべき所定の閾値より多い場合には、ＯＵＴ１はＯＮに設定されかつＯＵＴ２はＯＦＦに設定される。図９において、これは、フラグ６８の近位端４８が位置１３４と１３６の間にあるところの上側の例に対応している。受光した全光量が所定の閾値以下であれば、ＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方がＯＮに設定される。これは、フラグ６８の近位端４８が位置１３６の半径方向外側にあるところの図９の下側の例に対応している。好適実施形態において、制御装置１２２はレシーバ１１８からの電圧信号に基づいてＯＵＴ１及びＯＵＴ２の値を計算するソフトウエアを実行する。

図１０は、本発明のひとつの実施形態に従う、位置光センサ８０、８２の光線と、エンドエフェクタ４２の遠位端４６で保持される基板８０のエッジとの間の関係を概略的に示す。図９と同様に、基板搬送チャンバ１０２の中心８３が図示した基板８０の右側にあるところの位置関係で、基板位置の２つの例が示されている。この光センサは図９の光センサの反対側にあり、同一エンドエフェクタ４２の反対側の状態を示している。他に、この光センサは図９のものと同じであり、基板搬送チャンバの中心８３での垂直軸線方向の周りに１８０°回転した状態のエンドエフェクタ４２を示している。他に、この光センサは、他の光センサ８２、８４でもよい。

図９と同様に、図１０のＯＵＴ１及びＯＵＴ２の値は、センサのレシーバ１１８により受光された全光量を測定することにより単純に決定することができる。受光した全光量がエミッタ１１６により放射された光量と等しければ、光線は全く遮られないことになり、ＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方はＯＦＦに設定される。受光された全光量がエミッタ１１６から放射された光量より少ないが、基板８０のエッジ８６が位置１３６にある際に受光した所定の閾値より多い場合には、ＯＵＴ１はＯＮに設定され、ＯＵＴ２はＯＦＦに設定される。図１０において、これは、エンドエフェクタ４２の遠位端４６において基板８０のエッジ８６が位置１３４と１３６との間にあるところの上側の例に対応する。受光した全光量が所定の閾値以下であれば、ＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方がＯＮに設定される。これは、基板のエッジ８６が位置１３６の半径方向外側にあるところの下側の例に対応する。好適実施形態において、制御装置１２２はレシーバ１１８からの電圧信号に基づいてＯＵＴ１及びＯＵＴ２の値を計算するためのソフトウエアを実行する。

図６〜８を参照して、好適に制御装置１２２は、ロボット４０に対して、そのエンドエフェクタ４２を、エンドエフェクタが開口部１０８を通じて処理チャンバ１０４内に進入するよう適宜配置されるところの所定の目標位置へ、または、エンドエフェクタが開口部１１２を通じて入／出チャンバ１０６内に進入するよう適宜配置されるところの所定の目標位置へ移動させるように命令するよう構成されている。図７を参照して、目標位置は、エンドエフェクタ４２が基板搬送チャンバ１０２の中心８３を通過する点線に沿って方向付けられるようなものであるのが好ましい。

図６、８及び９を参照して、制御装置１２２は基板８０を保持した状態で、所定の目標位置へエンドエフェクタ４２を移動させるようロボット４０に命令するものと想定する。好適に各目標位置は、基板８０がエンドエフェクタ４２に関して所定の位置に適切に保持されれば、エンドエフェクタの近位端４８（図示した実施形態において、リアフラグ６８として定義されている）が図９の下側の例に示す位置となるように定義される。言い換えれば、フラグ６８は後方の位置センサ８２の光線１２０を十分に遮りＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方をＯＮする。よって、好適に制御システム１２２は、近位センサ８２がＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方に対してＯＮ値を有し、エンドエフェクタ４２が目標位置にありかつエンドエフェクタに関して所定位置に基板８０を保持していることを意味する状態を読み取るよう構成されている。

一方、好適に制御装置１２２は、近位センサ８２がＯＵＴ１に対してＯＮ値及びＯＵＴ２に対してＯＦＦ値を有し、エンドエフェクタ４２は目標位置にあるが基板８０を保持していないことを意味する状態を読み取るように構成されている。これは、基板を挟むために前方に移動する際、パドル５０上に基板が存在しないことにより近位クランプ部材５２が遠くまで進むためである。言い換えれば、クランプ部材５２の前方移動を停止させるための基板８０が存在しない。結果として、エンドエフェクタ４２の近位端４８は図９の上側の例に示す位置まで移動する（ここで前方とは右側を意味する）。この位置で、リアフラグ６８はＯＵＴ１をＯＮするのに十分な光線１２０を遮るが、ＯＵＴ２はＯＮしない。ひとつの実施形態において、図９の上側と下側のエンドエフェクタ４２の近位端４８の位置の間の距離は約２ｍｍである。

第３の可能性として、好適に制御装置１２２は、近位センサ８２がＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方に対してＯＦＦ値を有し、エンドエフェクタ４２が目標位置に存在しないことを意味する状態を読み取るよう構成されている。これは、目標位置が近位センサ８２に関して好適に定義されており、エンドエフェクタが基板を保持しているか否かとは無関係に、光線１２０の少なくとも一部がエンドエフェクタ４２のリアフラグ６８により遮られるためである。よって、光線が全く遮られなければ、制御装置は、エンドエフェクタ４２が目標位置に達しなかったと結論づける。制御装置１２２によりそこに移動するように命令されたにもかかわらず、例えば、機械的、電気的、または他の問題により、エンドエフェクタ４２は目標位置に到達することを妨害されうる。表１は、目標位置に移動するよう命令された特定のエンドエフェクタ４２の後方の位置センサ８２に関する結論を要約したものである。

次に、前方の位置センサ８２について考察する。図６、図８及び図１０を参照して、制御装置１２２は基板８０を保持した状態でエンドエフェクタ４２を所定の目標位置に移動させるようにロボット４０に命令すると想定する。好適に各目標位置は、エンドエフェクタ４２に関して基板８０が所定位置に適切に保持されていれば、基板８０の前方エッジ８６は図１０の上側の例に示す位置にあるように定義される（ここで前方とは左側を意味する）。言い換えれば、基板８０はＯＵＴ１をＯＮするのに十分な前方位置センサ８２の光線１２０を遮るが、ＯＵＴ２をＯＮするほどではない。よって、好適に制御装置１２２は、前方のセンサ８２がＯＵＴ１に対してＯＮ値、ＯＵＴ２に対してＯＦＦ値を有し、エンドエフェクタ４２がエンドエフェクタに関して所定の位置に基板８０を保持していることを意味する状態を読み取るように構成されている。

一方、好適に制御装置１２２は前方のセンサ８２がＯＵＴ１及びＯＵＴ２に対してＯＮ値を有し、基板８０がエンドエフェクタに関して基板の所定位置を越えて突出していることを意味する状態を読み取るように構成されている。これは、図１０の下側の例に対応する。クランプエレメント５４が基板エッジ８６と係合するところの所望の状態とは逆に、基板８０の前方部分がパドル５０のクランプエレメント５４上に乗っていればこの状態が生じ得る。この位置において、基板８０はＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方をＯＮにするのに十分な光線１２０を遮る。

前方の位置センサ８２がＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方に対してＯＮ値を有し（図１０の下側の例）、同時に後方の位置センサ８２がＯＵＴ１に対してＯＮ値、ＯＵＴ２に対してＯＦＦ値を有すれば（図９の上側の例）、好適に制御装置１２２は基板８０が所定位置を越えて突出していると結論づける。言い換えれば、この場合、前方の位置センサ８２に基づく結論は、リア位置センサ８２に基づく結論に優先するべきである。これは、基板８０が所定位置を越えて前方に突出していれば、近位クランプ部材５２はさらに前方に移動するからである。前方の位置センサ８２の光線１２０の一部が遮られると、基板８０が存在しないと誤って結論づけられる危険性がある。

第３の可能性として、好適に制御装置１２２は、前方のセンサ８２がＯＵＴ１及びＯＵＴ２の両方に対してＯＦＦ値を有し、基板８０が存在しないことを意味する状態を読み取るように構成されている。これは、目標位置がフロントセンサ８２に関して好適に定義されており、その結果、基板が存在すれば光線１２０の一部が基板８０により遮られるからである。基板が存在しないという結論は、同時に後方のセンサ８２が、エンドエフェクタ４２が目標位置にあるということを示した場合にのみ為されるのが好ましい。エンドエフェクタ４２が目標位置に存在しなければ、フロントセンサ８２の光線が遮られないという事実は、必ずしも基板が存在しないことを意味するものではない。表２は前方の位置センサ８２に関連する３つの可能な制御装置の結論を要約したものである。

上記段落において、用語“前方のセンサ”及び“後方のセンサ”は、それぞれエンドエフェクタ４２の遠位端及び近位端でのセンサを呼ぶのに使用される。前方のセンサは、エンドエフェクタ４２が基板搬送チャンバ１０２の中心８３での垂直軸線の周りに１８０°回転されれば、後方のセンサとなる。

図１１は、エンドエフェクタ４２の後方の位置センサ８２から読み取ったものを制御装置１２２が処理する方法１４０を示している。好適に制御装置１２２は図１１に示すようなステップを実行するようにプログラムされている。ステップ１４２において、制御装置１２２はエンドエフェクタに関して所定位置に基板を保持するようエンドエフェクタ４２に命令する。ステップ１４４において、制御装置１２２は所定位置に基板を保持した状態で所定の目標位置へエンドエフェクタ４２を移動させるようロボット４０に命令する。上記したように、エンドエフェクタ４２の目標位置は、エンドエフェクタ４２の遠位端４６が一対のセンサ８２の第1の方の付近にあり、かつ、エンドエフェクタの近位端４８が一対のセンサ８２の第2の方の付近にあるように設定されるのが好ましい。

ステップ１４６において、制御装置１２２は第2のセンサのエミッタ１１６から第2のセンサ８２のレシーバ１１８により受光された光量を決定する。ステップ１４８において、制御装置１２２は、受光した光量が第2のセンサ８２のエミッタ１１６により放射された光量と等しいか否かを決定する。もし等しければ、制御装置１２２は、エンドエフェクタ４２が目標位置に存在しないと結論づけ、ステップ１５０において、第1アクションを実行する。例えば、第1アクションは、エンドエフェクタ４２を目標位置に移動させようとするものである。ステップ１４８で答えがノーであれば、ステップ１５２において制御装置は、受光した光量が、第2センサ８２のエミッタ１１６により放射された光量より少ないが所定の閾値以上であるか否かを決定する。もしそうであれば、制御装置１２２は、エンドエフェクタ４２が目標位置にあるが基板８０を保持していないと結論づける。制御装置１２２はその後ステップ１５４において第2アクションを実行する。例えば、第2アクションは所与の処理レシピを続行するようロボット４０に命令するものである。ステップ１５２で答えがノーであれば、制御装置１２２はステップ１５６において、受光した光量が閾値以下であるか否かを決定する。もしそうであれば、制御装置１２２は、エンドエフェクタ４２が目標位置にありかつ所定位置で基板８０を保持していると結論づける。制御装置１２２はその後ステップ１５８で第3アクションを実行する。例えば、第3アクションは他の基板８０をピックアップするようエンドエフェクタ４２に命令するものである。好適には、方法１４０の第1、第2及び第3アクションは各々異なる。

図１２は、制御装置１２２がエンドエフェクタ４２のフロントエンドの位置センサ８２から読み取ったものを処理する方法１６０を示す。好適に制御装置１２２は、図１２に示すステップを実行するようプログラムされている。ステップ１６２において、制御装置１２２は、エンドエフェクタに関して所定の位置に基板８０を保持するようエンドエフェクタ４２に命令する。ステップ１６４において、制御装置１２２は、基板８０を所定位置に保持しながらエンドエフェクタ４２を所定の目標位置に移動させるようロボット４０に命令する。上記したように、エンドエフェクタ４２の目標位置は、エンドエフェクタ４２の遠位端４６が一対のセンサ８２の第1の方の付近にあり、かつ、エンドエフェクタの近位端４８が一対のセンサ８２の第2の方の付近にあるようにするのが好ましい。

ステップ１６６において、制御装置１２２は第1センサのエミッタ１１６から第１センサ８２のレシーバ１１８により受光された光量を決定する。ステップ１６８において、制御装置１２２は受光した光量が第1センサ８２のエミッタ１１６により放射された光量と等しいか否かを決定する。もしそうであれば、制御装置１２２は、リアセンサ８２はエンドエフェクタが目標位置にあることを示していると仮定して、エンドエフェクタ４２が基板８０を保持していないと結論づける。その後、ステップ１７０において、制御装置１２２は他の基板８０をピックアップするようエンドエフェクタ４２に命じるような第1アクションを実行する。ステップ１６８の答えがノーであれば、制御装置１２２はステップ１７２において、受光した光量が第1センサ８２のエミッタ１１６により放射された光量以下であるが、所定の閾値より大きいか否かを決定する。もしそうであれば、制御装置１２２はエンドエフェクタ４２が所定位置で基板を保持していると結論づける。制御システム１２２はステップ１７４に進み、第２アクションを実行する。例えば、第２アクションは所与の処理レシピを続行するようロボット４０に命令するものである。もしステップ１７２の答えがノーであれば、ステップ１７６において制御システム１２２は受光した光量が閾値以下であるか否かを決定する。もしそうであれば、制御システム１２２は、基板８０が所定の位置を越えて突出していると結論づける。その後制御装置１２２はステップ１７８に進み第3アクションを実行する。例えば、第3アクションは基板８０を後方の所定位置に移動しようとするものである。好適には、方法１６０の第1、第2及び第3アクションは互いに異なる。

図７を再び参照して、エンドエフェクタ４２が、エンドエフェクタの遠位端４６が入／出開口部１１２の方向を向いているところの所定の目標位置を占有している場合、入／出位置センサ８４はロボット４０に関連する状態を検出するのに使用することもできる。特に、図９に関連して上記したように、位置センサ８４は、エンドエフェクタ４２が目標位置にあるか否か、エンドエフェクタが基板８０を所定位置で保持しているか否かを決定するのに使用することができる。したがって、制御装置１２２は、基板８０を所定の位置で保持した状態で、エンドエフェクタ４２を目標位置へ移動させるようロボット４０に命令するようプログラムされる。目標位置は、エンドエフェクタ４２の近位端４８が入／出位置センサ８４付近にあり、実質的にエンドエフェクタが入／出位置センサ８４及び入／出開口部１１２と直線的に位置合わせされ、かつ、エンドエフェクタの遠位端４６が入／出開口部１１２方向を向くようなものであるのが好ましい。また、制御装置１２２は、入／出位置センサのエミッタ１１６から入／出位置センサ８４のレシーバ１１８により受光された光量を決定するようプログラムされる。受光した光量が入／出位置センサ８４のエミッタ１１６により放射された光量と等しければ、制御装置１２２は、エンドエフェクタ４２が目標位置にないという結論に基づいて第1アクションを実行するようプログラムされる。例えば、第1アクションはエンドエフェクタ４２を目標位置に移動させようとするものである。受光した光量が入／出位置センサ８４のエミッタ１１６により放射された光量以下であるが、所定の閾値以上であれば、制御装置１２２は、エンドエフェクタ４２が目標位置にあるが基板８０を保持していないという結論に基づいて第2アクションを実行するようプログラムされる。例えば、第2アクションは所与の処理レシピを続行するようロボット４０に命令することである。最後に、受光した光量が閾値以下であれば、制御装置１２２は、エンドエフェクタ４２が目標位置にありかつ基板８０を所定位置に保持しているという結論に基づいて、第3アクションを実行するようプログラムされる。例えば、第3アクションは、他の基板８０をピックアップするようエンドエフェクタ４２に命令することである。

図１３は、本発明のひとつの実施形態に従う、ウエハ搬送チャンバ内において、一対のウエハ搬送ロボット１及び２により実行される動作ステップのシーケンスを例示したものである。特に、図１３は、第1の半導体ウエハが入／出チャンバまたは処理チャンバ（ここではまとめて隣接するチャンバと呼ぶ）からひとつのロボットを使って搬出され、その後、第2のウエハが他のロボットを使って隣接するチャンバ内へ搬入されるところのステップを示している。搬送チャンバは上記したように左右の位置に光センサを有する。図１３において、隣接するチャンバは右側の光センサの右側にある。ロボット１は下方ロボットであり、ロボット２はその上側に位置した上方ロボットである。

図１３のシーケンスは、上方ロボット２が第2ウエハを保持し、一方下方ロボット１は隣接チャンバから第1ウエハを搬出する準備をしているところの、ウエハ搬出準備ステップＡで開始する。この状態で、ロボット１の近位端は左側の光センサを部分的に遮光するが、右側の光センサはロボット１上にウエハが存在しないため遮光されない。この位置において、左側の光センサはロボット１のエンドエフェクタが目標位置にありかつ現在ウエハを保持していないことを確認するために使用される。次に、ウエハ搬出開始ステップＢにおいて、下方ロボット１が隣接チャンバから第1ウエハをピックアップするべく伸長する。次に、ウエハ搬出ステップＣにおいて、下方ロボットが隣接チャンバ内部のステーションから第1ウエハをピックアップする。続いて、ウエハ搬出完了ステップＤにおいて、下方ロボット１は、第1ウエハを保持しながら元の位置に戻る。この状態で、両方の光センサが遮光される。左側の光センサは、ロボット１のエンドエフェクタが目標位置にありかつ現在第1のウエハをエンドエフェクタの所定位置で保持していることを確認するために使用される。右側の光センサも第1ウエハが所定位置にあることを確認するのに使用される。

次に、ウエハ搬入準備ステップＥにおいて、ロボット１及び２の両方は、ウエハ搬送チャンバの垂直中心軸線の周りに回転し、上方ロボット２のエンドエフェクタは隣接チャンバに関連した目標位置へ移動される。この状態で、両方の光センサは遮光される。左側の光センサは、ロボット２のエンドエフェクタが目標位置にあり、かつ、現に第2ウエハをエンドエフェクタの所定位置に保持していることを確認するのに使用される。右側の光センサも第2ウエハが所定位置にあることを確認するのに使用される。次に、ウエハ搬入開始ステップＦにおいて、ロボット２が第2ウエハを隣接チャンバへ移送するべく伸長する。次に、ウエハ搬入ステップＧにおいて、ロボット２は隣接チャンバ内のステーションにウエハを配置する。最後に、ウエハ搬入完了ステップＨにおいて、ロボット２のエンドエフェクタは隣接チャンバに関連した目標位置へ戻る。この状態において、左側の光センサは遮光され、かつ、右側の光センサは遮光されない。この状態で、左側の光センサは、ロボット２のエンドエフェクタが目標位置にあり、かつ、現にウエハを保持していないことを確認するのに使用される。右側の光センサもロボット２のエンドエフェクタがウエハを保持していないことを確認するのに使用される。

図１３は一対のウエハ搬送ロボットにより実行される動作ステップのシーケンスの一例である。しかし、３つまたはそれ以上のロボットを使って同様の手法を実行することが可能であることは言うまでもない。

再び図７を参照して、半導体処理装置１００により使用されるセンサの全個数を減少させるために、光センサ８２は、処理チャンバ１０４と基板搬送チャンバ１０２との間のゲートバルブ１１０に対する障害物検出器として使用されてもよい。閉止しているゲートバルブ１１０によって、ウエハが挟まれた状態で光センサ８２により検出されれば、ゲートバルブ１１０は開口位置に維持される。センサ８２のこのような多機能性は、要求されるセンサの個数を減らすことにより全体のコストを削減するのに有利である。同様に、2個のセンサ８５が入／出チャンバ１０６と搬送チャンバ１０２との間でゲートバルブ１１４に対する障害物検出器として機能する。

図１及び図２に示すような従来の位置検出装置と比べ、本発明の装置は使用するセンサの個数がより少なくて済み、結果として装置コストを削減することが可能である。図１及び図2に示す従来の基板搬送チャンバ１２は６個の隣接チャンバ（処理チャンバ１４、ロードロックチャンバ１６及び冷却チャンバ１８）内でウエハの搬送中にウエハの位置を検出するために９個の位置センサを必要とする。これに比べ、図７の基板搬送チャンバ１０２は６個の隣接チャンバ（処理チャンバ１０４及び入／出チャンバ１０６）内で基板の搬送中に基板位置を検出するために６個の位置センサのみで足りる。

本発明は特定の実施形態について説明されたが、本発明はこれらに限定されるものではない。すなわち、特許請求の範囲に記載された本発明の思想及び態様から離れることなく、さまざまな修正及び変更が可能であることは当業者の知るところである。

図１は、従来の半導体処理装置の平面概略図である。 図２は、図１に示す従来の半導体処理装置のウエハ搬送チャンバの平面概略図である。 図３は、本発明に従う半導体処理装置のひとつの実施形態の平面概略図である。 図４は、本発明に従う基板搬送ロボットのひとつの実施形態の平面図である。 図５は、図４の基板搬送ロボットのエンドエフェクタの断面図である。 図６は、一対の位置センサ及び、基板を挟んでいる状態の図４の基板搬送ロボットの関係を示す平面図である。 図７は、図３の半導体処理装置の位置センサの配置を示す平面図である。 図８は、本発明のひとつの実施形態に従う、位置光センサの光線を部分的に遮る基板またはエンドエフェクタの後方フラグの側面概略図である。 図９は、本発明のひとつの実施形態に従う、位置光センサの光線とエンドエフェクタの近位端との間の関係を概略的に示したものである。 図１０は、本発明のひとつの実施形態に従う、位置光センサの光線とエンドエフェクタの遠位端で保持された基板との間の関係を概略的に示したものである。 図１１は、エンドエフェクタの後方の位置センサの出力を処理する方法を示すフローチャートである。 図１２は、エンドエフェクタの前方の位置センサの出力を処理する方法を示すフローチャートである。 図１３は、本発明のひとつの実施形態に従い、基板搬送チャンバ内で一対の基板搬送ロボットによって実行される動作ステップシーケンスの例を示したものである。

Claims (9)

1. 半導体基板処理装置であって、
   基板搬送チャンバと、
   位置センサの第１の対であって、各々が、光線を放射するよう構成されたエミッタと、前記光線を受光するよう構成されたレシーバとを含むところの位置センサの第１の対と、
   前記基板搬送チャンバ内に配置された基板搬送ロボットであって、前記基板搬送ロボットは、前記半導体基板をピックアップしかつ保持する側の端である遠位端及び該遠位端とは反対側の端である近位端を有する細長いエンドエフェクタであり、前記半導体基板がピックアップされかつ前記エンドエフェクタにより保持されるたびに、前記エンドエフェクタに関して同じ所定位置に前記半導体基板があるように前記遠位端で前記半導体基板をピックアップしかつ保持するよう構成されるところのエンドエフェクタと、複数の基板ステーションの間で前記半導体基板を搬送するべく前記基板搬送チャンバ内で前記エンドエフェクタを移動するよう構成されたロボットアクチュエータを含むところの基板搬送ロボットと、
   を含み、
   前記エンドエフェクタは、前記エンドエフェクタにより所定の位置に保持された前記半導体基板のエッジが、前記位置センサの第１の対の一方の位置センサのエミッタから放射された光線の一部を遮るとともに、前記エンドエフェクタの前記近位端が前記位置センサの第１の対の他方の位置センサのエミッタから放射された光線の一部を遮るような長さを有し、
   前記エンドエフェクタは、前記遠位端を有する第１のクランプエレメントを含むパドルと、前記近位端を有するリアフラグ及び第２のクランプエレメントを含む近位クランプ部材とを含み、
   前記近位クランプ部材は、前記パドルの第１のクランプエレメントと前記第２のクランプエレメントとの間で前記半導体基板を挟んだり離したりするように前記遠位端方向へまたはそこから離れる方向へ移動するように構成され、
   前記近位クランプ部材が、前記半導体基板を前記パドルの第１のクランプエレメントと第２のクランプエレメントとで挟持するために、前記遠位端方向に移動することによる、前記位置センサの第１の対の他方の位置センサのエミッタから放射された光線の一部の遮りにより前記エンドエフェクタに保持される半導体基板の有無を判別することを特徴とする半導体基板処理装置。
2. 各前記位置センサの各前記エミッタは、前記エンドエフェクタの下方に配置され、かつ、光線を上方に放射するように構成され、各前記位置センサの各前記レシーバは前記位置センサの前記エミッタ及び前記エンドエフェクタの上方に配置される、
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体基板処理装置。
3. さらに、前記基板搬送チャンバに隣接する少なくとも２つのチャンバであって、一つの処理チャンバ及び一つのロードロックチャンバを含むところの隣接する少なくとも２つのチャンバと、
   前記基板搬送チャンバと前記隣接する少なくとも２つのチャンバの各々との間に設けられた開口部と、
   を含み、
   各前記位置センサは前記開口部の付近に配置され、前記開口部は前記エンドエフェクタが前記半導体基板を所定位置に保持した状態で前記開口部を通過することができるような大きさを有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体基板処理装置。
4. さらに、
   前記基板搬送チャンバに隣接する処理チャンバの第1の対と、
   前記基板搬送チャンバと前記処理チャンバの第1の対の各々との間に設けられた処理チャンバ開口部の第1の対であって、前記位置センサの第1の対の各々は前記処理チャンバ開口部の第1の対の各々の付近に配置されているところの処理チャンバ開口部の第１の対と、
   前記基板搬送チャンバに隣接する処理チャンバの第2の対と、
   前記基板搬送チャンバと前記処理チャンバの第２の対の各々との間に設けられた処理チャンバ開口部の第2の対と、
   前記基板搬送チャンバ内に設けられた位置センサの第2の対であって、各々が、光線を放射するよう構成されたエミッタと、光線を受光するよう構成されたレシーバを含むところの位置センサの第2の対と、
   を含み、
   前記位置センサの第２の対は、前記エンドエフェクタにより所定の位置に保持された前記半導体基板のエッジが前記位置センサの第２の対の一方の位置センサのエミッタから放射された光線の一部を遮るとともに、前記エンドエフェクタの前記近位端が前記位置センサの第2の対の他方の位置センサのエミッタから放射された光線の一部を遮るように配置され、前記位置センサの第２の対の各位置センサは前記処理チャンバ開口部の第２の対の各開口部の付近に配置されており、前記処理チャンバ開口部の第1の対及び前記処理チャンバ開口部の第２の対の各開口部は、前記エンドエフェクタが基板を所定位置に保持した状態で前記処理チャンバ開口部を通過することができるような大きさを有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体基板処理装置。
5. さらに、
   前記位置センサの第１の対の各々に対して、各位置センサの前記エミッタから放射されかつ各位置センサの前記レシーバにより受光された光線の光量を決定するようプログラムされた制御装置を含む、
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体基板処理装置。
6. さらに、制御装置であって、
   (a)前記エンドエフェクタに対し、前記半導体基板を所定位置に保持するよう命令し、
   (b)前記半導体基板を所定位置に保持した状態で前記エンドエフェクタを目標位置に移動させるよう前記基板搬送ロボットに命令し、ここで、前記エンドエフェクタの前記目標位置は、前記エンドエフェクタの前記遠位端が前記位置センサの第１の対の一方の位置センサ付近にあり、前記エンドエフェクタの前記近位端が前記位置センサの第１の対の他方の位置センサ付近にあるところの位置であり、
   (c)前記制御装置が前記エンドエフェクタに対して前記半導体基板を所定位置に保持するよう命令し、かつ、前記半導体基板を所定位置に保持した状態で前記エンドエフェクタを目標位置に移動するよう前記基板搬送ロボットに命令したとき、前記位置センサの第１の対の一方の位置センサのエミッタから放射されかつ一方の位置センサのレシーバにより受光された光量を決定し、
   (d)前記受光した光量が一方の位置センサの前記エミッタにより放射された光量と等しければ第１アクションを実行し、
   (e)前記受光した光量が一方の位置センサの前記エミッタにより放射された光量より少ないが、所定の閾値よりも多い場合は、第２アクションを実行し、
   (f)前記受光した光量が前記所定の閾値以下であれば、第３アクションを実行し、前記第１、第２及び第３アクションは異なる、
   ようにプログラムされているところの制御装置を含む、
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体基板処理装置。
7. 前記第１アクションは前記エンドエフェクタが前記半導体基板を保持していないという結論に基づいており、前記第２アクションは前記エンドエフェクタが前記半導体基板を所定位置に保持しているという結論に基づいており、前記第３アクションは前記半導体基板が前記半導体基板の所定位置を越えて突出しているという結論に基づいている、
   ことを特徴とする請求項６記載の半導体基板処理装置。
8. さらに、
   前記基板搬送チャンバ内に配置された第２基板搬送ロボットを含み、前記第２基板搬送ロボットは、
   前記半導体基板をピックアップしかつ保持する側の端である遠位端及び該遠位端とは反対側の端である近位端を有する第２の細長いエンドエフェクタであり、前記半導体基板がピックアップされかつ前記第２エンドエフェクタにより保持されるたびに、前記第２エンドエフェクタに関して同じ所定位置に前記半導体基板があるように前記遠位端で前記半導体基板をピックアップしかつ保持するよう構成されるところの第２エンドエフェクタと、
   複数の基板ステーションの間で前記半導体基板を搬送するべく前記基板搬送チャンバ内で前記第２エンドエフェクタを移動するよう構成された第２ロボットアクチュエータと、を含み、
   前記第２エンドエフェクタは、前記第２エンドエフェクタにより所定の位置に保持された前記半導体基板のエッジが、前記一方の位置センサの前記エミッタから放射された光線の一部を遮るとともに、前記第２エンドエフェクタの前記近位端が前記他方の位置センサの前記エミッタから放射された光線の一部を遮るような長さを有する、
   ことを特徴とする請求項１記載の半導体基板処理装置。
9. さらに、前記基板搬送チャンバと前記隣接するチャンバとの間の前記開口部付近にゲートバルブを有し、
   前記位置センサの第１の対の少なくともひとつは、前記ゲートバルブ内の障害物を検出することができるように、前記基板搬送チャンバの外周部に配置されている、
   ことを特徴とする請求項３または４記載の半導体基板処理装置。
   
   
   

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