JP6959086B2

JP6959086B2 - 自動位置合わせ基板搬送装置

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Publication number: JP6959086B2
Application number: JP2017177209A
Authority: JP
Inventors: クリストファーホフマイスター; マーティンホーセック; スチュアートビール
Original assignee: ブルックスオートメーションインコーポレイテッド
Priority date: 2005-07-11
Filing date: 2017-09-14
Publication date: 2021-11-02
Anticipated expiration: 2026-07-11
Also published as: JP2017224861A; EP1904893A2; JP2009506518A; JP5336184B2; JP6282803B2; KR101363591B1; TW200714537A; JP2013153187A; KR20080033358A; CN101305318B; WO2007008941A2; TWI447061B; EP1904893A4; US7522267B2; US20070065144A1; EP1904893B1; WO2007008941A3; CN101305318A

Description

関連出願

本出願は、２００５年７月１１日出願の米国仮特許出願第６０／６９８，２２３号の優先権を主張し、該米国仮特許出願の全内容を本出願に含めることとする。

本出願に開示する実施例は基板処理装置に関し、特に基板処理装置の位置合わせを自動化する装置に関する。

半導体、フラットパネルディスプレイ、および同様の物品を製造する工程においては、基板処理装置内で基板位置又はステーションの間で基板を搬送する工程を通常含んでいる。電気的制御系によって制御される搬送装置は、この目的のために通常用いられている。処理装置には様々な装置を含んでおり、それらの装置を介して基板を加工中に循環させている。装置の各々は１つ以上の関連する基板ステーションを有する。例えば、これらのステーションは、搬送装置が基板をその装置から載置し除去する位置にあってもよい。加工設備のコストを最小限に留め、基板処理能力を最大化にするという課題があるので、装置はしばしば密接して配置される。それ故、基板は、搬送装置によって、妨害物を避けるために狭小の経路を介して搬送される。その上、基板上に形成したミクロ構造のサイズを低減するためには、極めて高い精度で基板を所定位置に載置する必要がある。精密に且つ正確に算出された軌道に沿って基板を移動させる必要がある。従って、幾何学系を正確に表すことによって動作をなす輸送制御システムが切望されている。基板ステーションの座標は、システムの初期のセットアップのときに制御システムに教示されて、構成部品の交換などのシステム幾何学の変更に続いて再教示される。

教示方法の一つの従来例としては、搬送装置を操作して、目視により装置を各ステーションに配置させることがある。この手動方法においては、配置する際に主観が入り込む。熟練した技術者を必要とし、たとえそうであっても、同じようにシステムを正確に配置することができる技術者は２人といないであろう。手動方法は多大な時間を必要とし、貴重な装置を無為にしてしまう。したがって、精度と繰返し精度を改良し且つ必要な停止時間を低減させるために、その教示処理を自動化するのが望ましい。また、配置過程に固有の検出器又は特殊目標物を使用しないで、自動化するのが望ましい。

本発明は自動化教示と配置を対象としている。一態様において、基板処理装置は、基板ステーションと所定の参照フレームに対して前記基板ステーション表面を水平にする水平装置とを含む。水平装置はフレームとフレームに接続された駆動システムを有する。前記水平装置は、前記フレームに接続された駆動システムと、前記駆動システムに接続され且つ可動通しビーム検知器を有する可動アームと、前記通しビーム検知器を移動させ且つ前記基板ステーション表面に対して前記通しビーム検知器を位置付ける（位置決めする）且つ前記駆動システムに接続された制御システムとを含む。前記制御システムは、前記基板ステーション表面に接続された少なくとも１つの所定の参照特徴部を検出する前記通しビーム検知器を位置づける（位置決めする）ことによって、前記通しビーム検知器による参照特徴部の検出によって前記参照フレームに対する前記基板ステーション表面の傾きが前記制御システムにおいて定義できるようにプログラムされている。前記制御システムは、前記所定の参照フレームに対して前記基板ステーション表面の前記方向を変えるように前記水平システムを調整する水平入力を生成するように更にプログラムされている。

別の態様においては、参照面に対して基板ステーションの傾きを算出するための装置は、駆動システムと、前記駆動システムに接続され且つ位置づけ可能通しビーム検知器を有する可動アームと、前記駆動システムに制御可能となるように接続され、前記可動アームを移動させ且つ前記通しビーム検知器を所定の位置に位置づける制御システムと、を含み、前記制御システムは、前記駆動システムにより前記通しビーム検知器が少なくとも３つの参照特徴体に連続して接近し且つ前記参照特徴体を連続して検出するように、前記通しビーム検知器を位置付けるように適合されており、前記参照構造体は前記基板ステーションと所定の幾何学的関係にあり、前記参照構造体の各々が検出されると、前記制御システムは前記検出器の位置を記録するように更に適合させられ、前記制御システムは、前記参照平面内における少なくとも２つの方向に沿った前記参照面に対する前記基板ステーションの傾きを計算するようにプログラムされている。

別の態様においては、基板搬送装置に基板ステーションの位置を教示する基板搬送自動教示システムは、前記フレームに接続され且つ搬送装置座標系と関連づけられた駆動システムと、前記駆動システムに接続され且つ位置付け可能な通しビーム検知器を有する可動アームと、前記可動アームを移動させる前記駆動システムに制御可能となるように接続され且つ前記通しビーム検知器を位置づける制御システムと含む。前記制御システムは、少なくとも３つの異なる略同一平面接近経路に沿って前記基板ステーションに接続された少なくとも１つの参照構造体を検出する前記通しビーム検知器を位置づけるようにプログラムされ、前記少なくとも一つの参照構造体は、前記基板ステーションと所定の幾何学的関係を有し、前記制御システムは、前記少なくとも１つの参照構造体が接近経路の各々において検出されると前記検出器の位置を記録し且つ当該位置から前記搬送装置座標系における前記基板ステーション表面の位置及び前記基板ステーション表面の角度方向を算出するようにプログラムされている。

さらに別の態様においては、基板ステーションの位置を教示する基板搬送自動教示システムは、基板を支持することができる基板ステーション表面を画定するフレームと、前記フレームに対して可動となるように接続され且つ関連する搬送装置座標系を有する基板搬送装置と、前記フレームに接続された配置装置と、前記基板搬送装置に対して動作可能となるように接続され、前期基板搬送装置を用いて物体を前記配置装置上に位置づけ且つ前記配置装置を用いて前記物体と前記配置装置との間の空間関係を測定する制御システムと、を含む。前記制御システムは、測定された前記空間関係に基づく前記基板ステーション表面の方向を前記搬送装置座標系において算出するようにプログラムされている。

さらに別の態様においては、基板搬送装置の位置を自動教示する基板搬送装置自動教示システムは、前記基板搬送装置に対して可動となるように接続され且つ関連搬送装置座標系を有するフレームと、前記フレームに接続された基板配置装置と、前記基板搬送装置を用いて物体を前記基板配置装置上に位置づけ且つ前記基板配置装置を用いて前記物体と前記基板配置装置との間の空間関係を測定するようにプログラムされ、前記基板搬送装置及び前記基板配置装置に動作可能となるように接続された制御システムと、を含む。前記制御システムは測定された前記空間関係に基づく搬送装置座標系において前記基板配置装置に方向を算出するようにプログラムされている。

さらに別の態様においては、所定の参照フレームに対して物体を水平にする方法は、ロボットアームに搭載された通しビーム検知器を用いて前記少なくとも一つの特徴体に少なくとも二度接近し及び前記特徴体を検出する工程と、前記ロボットアームに接続された制御システムを用いて前記所定の参照フレームに対する前記物体の傾きを算出する工程と、を含み、前記少なくとも１つの特徴体は前記物体に対して所定の幾何学関係を有しており、前記物体は基板を支持することが可能な基板支持表面を有する。その方法は、前記制御装置を用いて、前記所定の参照フレームに対する物体の傾きを変える水平入力を生成する工程と、前記水平入力を用いて、前記所定の参照フレームに対する前記基板支持表面を水平にする工程と、を更に含む。

さらに別の態様においては、所定の参照フレームに対して少なくとも２つの自由度において位置する前記物体の位置を算出する方法は、制御システムに前記物体のコンピューターモデルを与える工程を含み、そのコンピューターモデルは前記物体と所定の幾何学的関係を有する少なくとも一つの特徴体の初期座標を所定の参照フレームにおいて定義する。その方法は、ロボットアームに搭載した通しビーム検知器を用いて、少なくとも一つの特徴体に少なくとも２回接近し及び前記特徴体を検出する工程を更に含む。その方法は、制御システムを用いて所定の参照フレームに対して少なくとも２つの自由度において位置する前記物体の位置を算出する工程を更に含む。

さらに別の態様においては、所定の参照フレームに対して基板配置装置の位置を算出する方法は、制御システムを備える工程と、前記制御システムに伝達可能となるように接続された基板搬送装置を備える工程と、前記制御システムに伝達可能となるように接続された基板配置装置を備える工程と、前記基板搬送装置を用いて物体を前記基板配置装置上に載置し、基板配置装置位置を前記基板配置装置上の前記物体の２以上の載置位置に関連づける位置データを生成する工程と、前記制御システムを用いて前記位置データを分析し、所定の参照フレームに対する前記基板配置装置位置を算出する工程と、を含む。

図１は、典型的な実施例の基板処理装置の概略上面図である。図２は、図１に示された装置のエンドエフェクタの概略上面図である。図３は、図３は図１に示された装置の基板支持ピンの概要透視図である。図４は、図１の装置の制御システムのブロック図である。図５は、典型的な実施例の態様を表す概略図である。図６は、典型的な実施例の態様を表すフローチャートである。図７は、典型的な実施例の態様を表す別の概略図である。図８は、典型的な実施例の態様を表す別のフローチャートである。図９は、典型的な実施例の態様を表す別の概略図である。図１０は、典型的な実施例の態様を表す別のフローチャートである。図１１は、典型的な実施例の態様を表す別の概略図である。図１２は、典型的な実施例の態様を表す別のフローチャートである。図１３は、典型的な実施例の態様を表す別の概略図である。図１４は、典型的な実施例の態様を表す別のフローチャートである。図１５は、典型的な実施例の態様を表す別の概略図である。図１６は、典型的な実施例の態様を表す別の概略図である。

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であろう。

図１は、自動教示システムを有する典型的な基板処理装置１００を示している。便宜のために、その装置はフロントエンド２００とバックエンド３００を有するものとして記述されていてもよい。一般に、フロントエンドは例えば、制御環境１０５の中において作動する基板搬送装置２１０を含んでいる。搬送装置２１０は、アーム２１５とそのアーム２１５を動かすために作動する駆動機構２２０を有する。駆動機構２２０は、フロントエンド２００のフレーム２３０に直接接続されてもよく、駆動システムの一部であってもよい。駆動機構２２０は、図１に示されているように、レール２２５に取り付けられてもよい。レール２２５はフロントエンド２００のフレーム２３０に接続されている。レール２２５があるので、その搬送装置全体は方向Ａに沿って駆動機構２２０によって直線的に平行移動される。代替例では、駆動機構２２０は直接フレーム２３０に取り付けられてもよい。駆動機構２２０は、駆動システムの一部であってもよく、制御システム１１０に動作可能となるよう接続されてもよい。また、駆動機構２２０は、制御システム１１０にリンクされ且つ搬送装置２１０に関する位置情報を制御システム１１０に与える位置エンコーダ２３５を備えてもよい。

図１に示される基板搬送装置２１０の構成は単に典型例である。基板搬送装置２１０は駆動機構２２０に接続されるアーム２１５を有する。アーム２１５は上アーム２４０、前アーム２４５、およびエンドエフェクタ２５０を含む。上アーム２４０の近位端は駆動機構２２０に接続されている。上アーム２４０の遠位端は前アーム２４５の近位端に回転可能となるように接続されている。エンドエフェクタ２５０は前アーム２４５の遠位端に取り付けられている。

図２に示すように、典型的な実施例においては、エンドエフェクタ２５０は、２つの突起部２５５、２６０からなる平坦なＵ字形状構成を有する。通しビーム検知器（スルービームセンサ）２６５をエンドエフェクタ上に設置する。典型的な実施例は、通しビーム検知器と一般的に称される検知器を参照して、本願において開示されているが、本発明の特徴はいかなる他の適当なタイプの検知器にも同等に適用できる。通しビーム検知器２６５は、突起部２５５に取り付けられた放射体２７０と突起部２６０に取り付けられた検出装置２７５とにより構成されてもよい。放射体２７０は光ファイバケーブル（図示せず）を介して、例えば、レーザに接続されてもよいが、一方、検出装置２７５は別の光ファイバケーブルを介して光学センサ（図示せず）に接続されてもよい。通しビーム検知器２６５は、放射体２７０と検出装置２７５の間において光線を生成する。例えば、光線が物体の存在によって遮断された場合、通しビーム検知器２６５は光線の遮断を検出する。この典型的な実施例においては、アームの伸縮（さもなければ、Ｒ、Ｔと称する）運動は一般に水平面内となる（図１を参照）。駆動システムを使用することで垂直（Ｚ運動）に搬送装置を移動させることによって、この水平面の高さを変えてもよい。この定型的な実施例では、アーム２１５の機構によって、エンドエフェクタ２５０の配置が保持されるので、エンドエフェクタ２５は上アーム２４０の近位端から放射状に外側に（例えば、Ｒ方向において）向いている。アームは、アームの接線位置にかかわらず、回転する。代替例においは、アームを前アームに接続し且つ／又はエンドエフェクタを前アームに接続する独立に回転可能なジョイントがあってもよく、これにより、更なる独立した運動が可能となる。他の代替例では、垂直移動するように構成されてもよく又はされなくてもよいし、他の構成を有する基板搬送装置を有してもよい。代替例は、６つの自由度にて可動するアーム、線形直交系を有する搬送装置、又は適切ないかなる搬送装置若しくはシステムを含んでもよい。代替実施例は更なる基板搬送装置又はそのような装置を１つ含んでもよい。代替実施例は、真空環境若しくは極清浄環境などの孤立した環境において作動する基板搬送装置を有してもよいし又は有しなくてもよい。またそのような基板搬送装置は大気中で作動してもよい。他の実施例は、音響通しビーム検知器などのいかなる適切なタイプの通しビーム検知器を有してもよい。以下に示すように基板配置装置（基板アライナ）が位置合わせのために利用される場合、更に別の実施例においては、通しビーム検知器を備えていなくてもよい。

また、典型的な実施例のフロントエンド２００はロードポート１２０，１２５を含む。ロードポートによって、接続面に基板カセット１３０が備えられる。基板カセットの各々は、数個の基板を保持するように適合させられて、密封された包囲内において基板を支持してもよい。ロードポート１２０，１２５は、取り離し可能となるようにカセット１３０を支持し、カセットの扉を開けるための機構（図示せず）を含んでもよい。これによって、フロントエンド２００の制御環境１０５内からカセットに設置された基板にアクセスすることができる。ロードポート１２０、１２５からみて搬送装置２１０の反対側には、ロードロック１３５、１４０がある。ロードロック１３５，１４０により、フロントエンド２００はバックエンド３００に接続されている。ロードロックの各々は、それをフロントエンド２００の制御環境１０５に接続するバルブ（図示せず）及びそれをバックエンド３００の搬送チャンバ３０５に含まれる孤立環境３１０に接続するもう一方のバルブを有する。搬送チャンバ３０５の孤立環境３１０は、例えば、真空、不活性ガス、窒素、又は他の液体であってもよい。フロントエンド２００の制御環境１０５は、非常に低いレベルの粒子状汚染物質によって維持された大気圧の清浄空気であってもよい。このように、ロードロック１３５，１４０により、２つの環境１０５，３１０の分離が維持されつつ、フロントエンド２００とバックエンド３００との間において基板の通過が許容される。

典型的な実施例では、バックエンド３００は搬送チャンバ３０５を取り囲むフレーム３１５を含む。上で述べたように、搬送チャンバ３０５は真空などの孤立環境３１０を保持する。基板搬送装置３２０を搬送チャンバ３０５内に設置する。搬送装置３２０は、フレーム３１５に接続された駆動機構３２５とエンドエフェクタ３６５に接続された対立する１組のアーム３３５，３４０と、を含んでもよい。駆動機構３２５は、制御システム１１０に接続されて、制御システム１１０のアーム位置を示すための位置エンコーダ３３０を有する。図１に示すように、典型的な実施例においては、搬送装置のアーム３３５，３４０はカエル脚の構成をなしている。２つの上アーム３４５，３５０の近位端の各々が駆動機構３２５に接続される。２つの上アーム３４５，３５０の遠位端の各々は２つの前アーム３５５，３６０の一方に接続され、あい対する一対の肘部を形成する。２つの前アーム３５５，３６０の遠位端はともに回転可能となるようにエンドエフェクタ３６５に接続されている。上記したように、エンドエフェクタ３６５は平坦なＵ字形をしている。この典型的な実施例では、アーム３３５，３４０の動作は固定面内に制限されている。他の実施例では、上下動を含む更なる自由度が与えられていてもよい。

いくつかの処理モジュール３７０が搬送チャンバ３０５の周囲に設置されている。処理モジュール３７０は、基板に、蒸着、エッチング、若しくは他の処理を施し、基板上に電気回路若しくは他の所望の構造を形成し、又は測定機能若しくは他の作用をなす。処理モジュール３７０はチャンバ３０５に接続されており、これによって、基板は、搬送チャンバから処理モジュールに搬送される。そして、逆もまた同様である。上で説明したように、２個のロードロック１３５，１４０も搬送チャンバ３０５に接続され、フロントエンド２００と搬送チャンバ３０５との間において、基板が搬送されるのを許容している。さらに、基板配置装置３８０が、１つのロードロック１４０とバックエンド搬送装置３２０との間に設置されている。同様の配置が、全内容を含める米国特許第５，８８２，４１３号に記載されている。

図３は３つの基板支持ピン３８５，３９０，３９５の配置を示している。これらのピンは、ロードロック、処理モジュール、又は他の装置に設置してよい。そのピンは、破線で示された基板Ｓを支持するための、例えば、台又は台座として使用されてもよい。代替例においては、ピンはいかなる所望の形状であってもよい。図３に示すように、典型的な実施例では、ピンの各々の一端は表面Ｆに接続されてもよい。一実施例では、基板支持ピンの各々は、一端が表面Ｆに接続されたピンを有する円柱形状であってもよい。一実施例では、表面Ｆは、ロードロックのフレーム若しくは処理モジュールの一体部分、又は、処理装置のいかなる他の適当な台座の表面であってもよい。別の典型的な実施例においては、表面Ｆは、固定具の表面であってもよい。その固定具は、所定の方法により、基板処理装置のいかなる最適な部分上に搭載されるように適合されている。その固定具は、位置合わせの目的及び／又は水平になす目的のために用いられ且つ取り外し可能な固定具であってもよい、そして、基板処理装置から取り外されてもよい。固定具Ｆが台座の表面上に位置する場合、固定具Ｆによって、ピン３８５、３９０、３９５と固定具を受け入れるために適合させられたその台座の表面との固定関係が定義される。典型的な実施例では、表面Ｆに対向するピン３８５，３９０，３９５の端部は、ロードロック、処理モジュール、又はいかなる他の適当な装置内にある場合であっても、基板を支持するのに使用されてもよい。基板支持ピン３８５，３９０，３９５は、基板ステーションを参照するのに使用されてもよい。基板ステーションは、例えば、基板がピン上に静止する位置、基板搬送面において基板がピン上に配置された場合では基板の位置、又は他の位置に位置する。また、基板支持ピン３８５，３９０，３９５は、基板支持ピン３８５，３９０，３９が取り付けられたロードロック１３５、処理モジュール３７０、又はいかなる他の装置を水平になすための参照特徴体（参照特徴部）としても機能してもよい。

図４は、制御システム１１０と処理装置の様々な構成部分との接続を示しているブロック図である。図４に示すように、制御システム１１０は、フロントエンド基板搬送装置２１０、バックエンド基板搬送装置３２０、基板配置装置３８０、処理モジュール３７０、ロードロック１３５，１４０、およびロードポート１２０，１２５に接続されている。また、制御システム１１０は他の装置に接続されてもよい。制御システム１１０はいかなるタイプの制御システムであってもよい。制御システム１１０は、例えば、単一のコンピュータ、コンピュータネットワーク、又は分散制御アーキテクチャを有するシステムであってもよい。制御システム１１０は、搬送装置２１０，３２０の各々、ロードロック１３５，１４０、ロードポート１２０，１２５、処理モジュール３７０、及び配置装置３８０において、少なくとも一つの中央のコンピュータと少なくとも１個のコンピュータとを含むコンピュータの階層構造であってもよい。

再び図１を参照し、基板処理装置１００の典型的な操作について説明する。一方の取り外し可能なカセット１３０は、ロードポート１２０でドッキングされ、他方のカセット１３０はロードポート１２５でドッキングされてもよい。カセット１３０は、フロントエンド基板搬送装置２１５によるアクセスを許容するよう開いていてもよい。搬送装置２１０はエンドエフェクタ２５０と共にカセット１３０に接近してもよい。エンドエフェクタを垂直方向に動かすことによって、通しビーム検知器２６５は、カセット１３０の内容物をマッピングするのに利用されるので、カセット内のいかなる基板も、２つの突起部２５５，２６０の間を通過し且つ通しビーム検知器によって検出される。光線ビームが遮断された場合、基板とエンドエフェクタとが接触しなくとも、検出される。その結果、通しビーム検知器２６５はカセット内の基板の位置に関する情報を制御システム１１０に与えてもよい。そのマッピング操作は開いたもう片方の基板カセット１３０においてもなされてもよい。次に、フロントエンド基板搬送装置２１０は、カセット１３０の一方から基板を採取し、ロードロック１３５，１４０のうち一方に基板を載置する。

バックエンド搬送装置３２０は、ロードロック１３５，１４０から基板を取り出して、基板配置装置３８０上に基板を置いてもよい。基板配置装置３８０は、基板の端部を走査することによって、基板の位置及び角度方位を測定してもよい。リニアＣＣＤセンサ又は他の装置によって基板の端部を検出しながら、把持部（図示せず）上の基板を回転させることによって、基板の位置及び角度方位を測定してもよい。代替例においては、走査の間、基板は静止したままであってもよいし、基板の端部は異なった検出器を使用して検出されてもよい。基板配置装置３８０は、配置装置に関連する座標系において基板の偏心距離を測定する。偏心距離は、参照点からの基板の中心までの補正値である。例えば、参照点は、極角成分又は直交成分により表された偏心距離を用いて、把持部の回転軸線上にあってもよい。測定された基板の偏心距離は、配置装置３８０によって制御システム１１０に送信されてもよい。

バックエンド搬送装置３２０は、エンドエフェクタ３６５を使用して基板を採取してもよい。所望であれば、基板は、配置装置３８０によって測定された基板の変心距離を補償する補正値を伴って採取されてもよい。したがって、配置装置３８０は、正確に基板を置くために、搬送装置３２０と連動して使用されてもよい。基板の配置が完了すると伴に、搬送装置３２０は、処理モジュール３７０のうちの一つの内に基板を正確に載置してもよい。基板上に形成される必要な構造に応じた様々な処理モジュール３７０に対して、基板が採取され且つ載置される。基板が複数の処理モジュールを循環した後に、フロントエンド搬送装置２１０が取り出せるように、そして基板カセット１３０の一方に載置できるように、基板は再びロードロック１３５，１４０の一方に載置されてもよい。

上記の実施例による処理装置１００の操作のためには、制御システム１１０は物理系の幾何学表現を使用してもよい。カセット、ロードロック、処理モジュール、又はその他の装置に対して基板を採取及び載置する目的のために、その物理系の幾何学表現は、搬送装置２１０の一つの位置座標などのキーポイントになる座標を示す表データであてもよい。この表データはコンピューターメモリ内に保存されてもよい。他の実施例においては、ベクトル型のＣＡＤデータ又は３次元数理モデル化の使用等のシステムのより複雑な数理的モデル化を採用してもよい。様々な座標系は、様々な幾何学関係を表すのに使用されてもよい。処理装置の部品の各々に対して、構成部品レベルでの座標系を定義してもよい。そして、様々な構成部品レベル座標系の間の関係を表すために、全体的な座標系を使用してもよい。構成部品レベル座標系を、構成内での幾何学的関係を表すのに使用し、全体的な座標系を、構成間の幾何学上の関係を表すのに使用してもよい。例えば、処理モジュール３７０の幾何学的関係は極めて正確に知られていてもよい。したがって、基板支持ピン３８５，３９０，３９５と、処理モジュールに対して基板を採取し又は積置する搬送装置の予め決められた位置との幾何学的関係を、その処理モジュールに固有の構成部品レベル座標系によって表してもよい。また、ロードロック１３４，１４０の各々は、構成部品レベル座標系を有してもよい。搬送装置２１０，３２０の各々は、基板配置装置３８０が有するような座標系を有してもよい。構成部品レベル座標系のいくつかは直交座標系であってもよい。その他はとしては、極座標系又は他の座標系であってもよい。例えば、各搬送装置は、構成部品レベル座標系を有してもよく、極座標（Ｒ、Θ、Ｚ）が用いられ、Ｚ軸は、各アーム２１５，３３５，３４０の回転軸と一致する。これによって、アームの位置が簡素に表わされる。同様に、配置装置３８０は、半径及び接線成分によって現された基板の偏心距離と伴に、構成部品レベル極座標系を有してもよい。一般に、構成部品間の幾何学的関係は、十分正確には知られてもよいし、一方、構成部品間の幾何学的関係は知られていなくてもよい。全体的な座標系を、構成部品間の幾何学的関係を表すのに使用してもよくて、したがって、複数の構成部品レベル座標系の間の幾何学的関係を表すのに使用してもよい。

座標系の正確な数理的モデル化によって、制御システム１１０は、基板の軌道を調整して、物体と基板との衝突を避けることができる。後に説明するように、その数理的モデル化の精度を向上させるために、基板搬送装置２１０、３２０を自己教示するようにしてもよい。さらに、通しビーム検知器２６５を有する基板搬送装置２１０は、システムの水平になすことを部分的に又は完全に自動化するのに使用されてもよい。

典型的な実施例では、制御システム１１０は、位置エンコーダ２３５によって与えられた情報を用いて、フロントエンド搬送装置２１０のエンドエフェクタ２５０の位置を算出できてもよい。この情報をフィードバックとして用いることによって、制御システム１１０はエンドエフェクタ２５０を所望の位置に正確に位置づけることができる。物体が光線ビームの経路において検出される場合、通しビーム検知器２６５は制御システム１１０に指示を与える。したがって、制御システム１１０は、エンドエフェクタ２５０の位置を測定できる。その通しビーム検知器の位置が知られているので、エンドエフェクタ２５０のその位置において、通しビーム検知器２６５は物体を検出する。その物体が遮る光ビームに沿った正確な位置は、正確に分からなくてもよい。

典型的な実施例では、後に説明するように、例えば、ロードロック１３５を水平にすることによって、制御システム１１０は、構成部品を水平になす搬送装置を用いてもよい。図６は、フローチャート形式におけるこの技術の態様を示している。図６と本明細書に参照された他のすべてのフローチャートに関して、一連のブロックは単に例である、そして、代替実施例においては、ブロックはいかなる適切な順序において実施されてもよい。同時に、代替実施例では、いかなる適切なブロックも実施されてもよい。図３及に示し且つ上記に説明したように、ロードロック１３５はロードロック１３５を水平になすための参照特徴体として機能する３つの基板支持ピン３８５，３９０，３９５と、特に、この例においはロードロック内部の支持ピンによって画定される基板台座表面を有する。搬送装置２１０を用いて基板（すなわち、基板ステーション）を採取し且つ載置するためには、基板支持ピンと予め決められた位置との幾何学的関係は分からなくてもよい。しかしながら、搬送装置２１０とロードロック１３５との幾何学的な関係は大まかに知られているだけであってもよい。フロントエンド搬送装置の座標系のＺ軸に垂直な参照面に対して、ロードロックを水平にするのが望ましい。言い換えれば、その参照面は、搬送装置座標系のＲ−θ平面であってもよい。ブロック６００において、制御システム１１０は、参照特徴体の上方に通しビーム検知器を位置させることによって、基板搬送装置１１０を参照特徴体（すなわち、基板支持ピン３８５）に近づけるようになす。その後、ブロック６０５において、通しビーム検知器のビームがその参照特徴体によって遮られるまで、制御システム１１０は基板搬送装置１１０を搬送装置座標系のＺ方向に移動させる。ブロック６１０において、制御システム１１０は、その参照特徴体３８５が検知されたＺ軸高さを記録してもよい。また、ブロック６１５，６２０と６３０，６３５において、同様に、通しビーム検知器２６５を用いて基板支持ピン３９０，３９５に接近し、ブロック６２５及び６４０において、基板支持ピン３９０，３９５の各々のＺ軸高さが記録されてもよい。３つのＺ軸高さによって、基板搬送装置参照フレームにおける平面が定義される。参照面（この場合Ｒ−θ平面）からのロードロック１３５の位置合わせのずれは、ブロック６４５において計算されて、そのずれがブロック６５０の所望の精度の内に収まっているか否かを算出するように評価される。この実施例では、参照特徴体の各々のＺ軸高さが同じであるならば、ロードロックは水平である。他の実施例では、構成物が水平であるならば、参照特徴体３８５，３９０，３９５は異なったＺ軸高さを持ってもよい。また、他の実施例では、非垂直方向又は互いに平行ではない方向に沿って、参照特徴体に接近してもよい。参照特徴体は、ロードロック、ロードポート、処理モジュール又は他の装置上において静止するように設計された水平固定具の特徴体など、基板支持ピン以外の特徴体であってもよい。

ブロック６４５において、制御システム１１０は、垂直方向からの角度偏差を計算するのにベクトルを使用してもよい。図５は直交座標系のベクトルを表しており、その直交座標系においては、Ｚ軸は基板搬送装置の座標系のＺ軸に対応してもよい。他の実施例では、様々なベクトルがいかなる適切な座標系においても表されてもよい。その上、ベクトルに基づいた記述が、記述目的に適うのであれば、制御システムは数学的に等価であればいかなる計算形式も使用してよい。Ｖ₁₂は、特徴体３８５の先端から特徴３９０の先端までに至る変位ベクトルである。同様に、Ｖ₁₃は、特徴体３８５の先端から特徴３９５の先端までに至る変位ベクトルである。搬送装置座標系におけるこれらのベクトルのＺ成分は、通しビーム検知器２６５の指示から直ちに算出される。搬送装置座標系におけるこれらのベクトルのＸＹ成分は、制御システム１１０に供給されたロードロック１３５及び上記したように構成部品レベル座標系において記述されたロードロック１３５の正確な幾何学関係を利用して、算出されてもよい。その２つのベクトルＶ₁₂及びＶ₁₃によって、一つの平面が定義されている。単位ベクトルｎはｎ＝（Ｖ₁₂×Ｖ₁₃）／｜Ｖ₁₂×Ｖ₁₃｜によって定義されたこの平面に対して垂直な方向に向いていてもよい。単位ベクトルｕを搬送装置座標系のｚ方向において定義してもよい。したがって、α＝ａｃｏｓ（ｎ・ｕ）となる。ここで、αは位置調整における角度偏差である。ブロック６５０では、αが最大許容角度と比較される。αがその最大許容角度を超えると、ブロック６５５において、制御システム１１０は、ステーション固有調整特徴体に関してロードロック１３５に対してなされる必要な位置調整量を算出してもよい。制御システム１１０は、ロードロック１３５を水平にするための必要なすべての位置調整を最小にするために、必要な位置調整を最適化してもよい。あるいはまた、制御システム１１０は、ロードロック１３５を水平することに加えて、基板ステーションの垂直位置を所望の位置となすように、必要な位置調整を指定してもよい。ブロック６６０において調整がなされた後に、角度αは再度算出され、最大許容角度と比較される。本発明の他の実施例では、水平にされるべき装置は、動力化された調整特徴体を備えてもよい。その調整特徴体は、制御システムに接続されていてもよいし、その水平処理は完全に自動化されていてもよい。

参照面内における基板ステーションの位置及び参照面における基板ホルダの角度方位を測定する技術について、例として、ロードロック１３５を用いて説明する。一般に、通しビーム検知器２６５は、参照特徴体が接近させられる方向だけに沿って、参照特徴体の位置を正確に測定できる。３方向（そのうち２つの方向が独立している）に沿って通しビーム検知器２６５を移動させることにより参照特徴体の各々を一度接近させることによって、基板ステーションの位置及び角度方位を測定していてもよい。あるいはまた、２つの独立した方向において単一の参照特徴体を接近させることによって、２つの方向によって定義された平面内の特徴体の位置を測定できる。そして、また、第１参照特徴体に対して幾何学的関係を有する第２参照特徴体を接近させることによって、基板ステーションの角度方位を測定してもよい。

図７は、単一の水平方向において３つの特徴体の各々を接近させることによって、水平面における基板ステーションの位置及び方位を見出す技術を幾何学的に表している。図８は、フローチャートを用いてその技術を示している。空間的狭小であるか或いは基板搬送装置に十分な数の自由度がない故に、単一の参照特徴体が多方向においてアクセスできない場合に、この技術が特に有益である。この実施例では、参照特徴体は、ロードロック１３５の３つの基板支持ピン３８５，３９０，３９５である。また、基板支持ピン３８５，３９０，３９５と基板ステーションとの間の幾何学的関係も分かっている。上で説明したように基板搬送装置２１０を用いて、ロードロック１３５は最初に水平にされてもよい。そして、ブロック８００において、通しビーム検知器が特徴体を検出するまでに、水平方向（搬送装置座標系におけるＲ−θ平面と同一平面方向）において、通しビーム検知器２６５を用いて、参照特徴体と基板支持ピン３８５は接近されてもよい。ブロック８０５において、特徴体が検出されるその水平面における通しビーム検知器の位置は記録されてもよい。ブロック８１０において、通しビーム検知器がその特徴体を検出するまでに、支持ピン３９０は水平方向において接近させられ、ブロック８１５において、検知時の通しビーム検知器の位置が記録される。最終的に、８２０においてにおいて、参照特徴体３９５が検知されるまでは、参照特徴体３９５は水平方向において、通しビーム検知器２６５を用いて参照特徴体３９５は接近させられてもよい。ブロック８２５において、通しビーム検知器が特徴体を検知した位置が記録される。この実施例では、基板支持ピン３８５，３９０，３９５の各々を検出している間、基板搬送装置２１０はレール２２５に沿って同じ位置に保たれる。したがって、代替実施例においては、レールのない固定駆動機構を用いているにもかかわらず、その技術を用いていてもよい。

上アームと駆動システムの間のジョイントから直接外側に常に向いている通しビーム検知器を用いて、基板搬送装置２１０のエンドエフェクタ２５０は、Ｒ、θ、およびＺ方向において単に移動することができるので、３本の支持ピンの各々が、２本の支持ピンと他の２本の支持ピンにおいてわずかな角度で方向（それぞれが異なったθ位置にあると仮定する）において接近させられるだろう。参照特徴体３８５，３９０，３９５と基板ステーションとの幾何学的関係が制御システム１１０に知られているので、ブロック８３０では、制御システムは基板ステーションの位置及び水平面における角度方位を算出することができる。図７に示すように、エンドエフェクタ２５０の通しビーム検知器２６５を用いて、参照特徴体３８５、３９０、３９５の各々に接近すると、幾何学情報が制御システムに与えられる。例えば、参照特徴体３８５、３９０、３９５の各々は、３つの対応点Ａ、Ｂ、およびＣにおいて、通しビーム検知器２６５のビームを遮る表面又は表面部分を有する。点Ａ、Ｂ、Ｃの各々の正確な位置を検知器２６５を用いて直接検出する必要はない。代わりに、線ａ、ｂ、及びｃに関するパラメータが測定される。点Ａ、Ｂ、Ｃの各々は対応する線ａ、ｂ、ｃ上にあり、ビームが対応する参照体によって遮られた瞬間に、その線の各々は通しビーム検知器２６５のビームに一致する。点Ａ、Ｂ、およびＣの間の距離は分かっていてもよい。図７から分かるように、各点が位置する線ａ、ｂ、ｃの既知の位置及び点Ａ、Ｂ、Ｃの間の既知の距離から、点Ａ、Ｂ、およびＣの厳密な座標を計算してもよい。図７の点Ｒは、参照特徴体３８５、３９０、３９５に対して固定位置を有する参照点である。基板が基板ステーションに載置されるとき、例えば、ポイントＲは基板の中心を示すものであってもよい。既知の点Ａ、Ｂ、Ｃの厳密な座標を用いて、参照点Ｒの厳密な座標を計算してもよい。このように、基板ステーションの位置座標を算出してもよい。

図９は、水平面における基盤ステーションの位置及び座標を算出する異なる実施例と他の技術を幾何学的に示しており、図１０においても同様に示されている。この実施例においては、その技術を実行するために、基板搬送装置２１０がレール２２５に沿って移動される通り、更なる自由度が用いられている。代替実施例においては、更なる自由度は他の方法によって与えられてもよい。例えば、エンドエフェクタ２５０と前アーム２４５との間においてジョイントを与えることによって、更なる自由度が与えられてもよい。そのジョイントは、前アームに対するＲ−θ平面においてエンドエフェクタを回転させるために、独立して駆動される。この技術においては、ブロック１０００、１０１０において、２つの独立した水平方向において、通しビーム検知器を用いて、参照特徴体３８５が２度接近させられる。ブロック１００５、１０１５において、各々の参照特徴体に接近し、参照特徴体が検知された検知器の位置の各々が記録される。ブロック１０２０において、この情報から、水平面における参照特徴体３８５の位置が算出されてもよい。図９は簡単なケースを示しており、そこで参照特徴体の水平断面は点Ａとして扱われてもよい、そして、その位置は、それが特徴体によって遮られているとき検知器ビームの位置と一致する直線ａ１及びａ２の単なる交差点である。通しビーム検知器２６５を用いて、水平方向に沿って参照特徴体３９０に接近させる。参照特徴体３９０が検出される通しビーム検知器２５６の位置によって、水平方向における基板ステーションの角度方位を算出するために、ブロックにおいて用いられる更なる情報が与えられる。また、図９に示されているように、２つの独立した水平方向において、通しビーム検知器２６５を用いて、参照特徴体３９０は二度接近させられてもよい。通しビーム検知器２６５が参照特徴体を２度検知すると、参照特徴体３９０は、検知器２６５の通しビームと一致する２つの線ｂ１及びｂ２の交差点によって定義される点Ｂとして取り扱われてもよい。２つの参照特徴体の各々に二度接近すると、手法の精度をチェックするのに使用されてもよい追加データが発生する。他の実施例では、追加データなしで、基板ステーションの角度方位を測定して、第２参照特徴体に一度だけ接近してもよい。図９の点Ｒは、参照特徴体３８５、３９０に対して固定位置を有する参照点である。既知の点Ａ、Ｂ、およびＣの厳密な座標を用いて、参照点Ｒの厳密な座標を計算してもよい。参照点Ｒは基板ステーション位置を示してもよい。

バックエンド搬送装置３２０によってアクセスされる基板ステーションに対して、基板配置装置３８０は、搬送装置３２０と組み合わせて、基板ステーションの位置を正確に算出するのに用いられてもよい。上記したように、バックエンド搬送装置参照フレームにおいて、基板配置装置３８０の正確な座標と角度方位を制御システム１１０に提供してもよい。あるいはまた、配置装置３８０に関する位置と座標を以下で説明する別の技術によって算出してもよい。最初に、処理モジュール３７０の実施例を用いて、基板ステーションの位置を算出する技術について説明する。図１１は、概略的な態様においてその技術示し、図１２はフローチャートを用いて同技術を示している。ブロック１２００において、基板は基板ステーション３８０に正確に載置される。これは、手動で行われても良い。この実施例において、基板ステーションは、搬送装置３２０によって処理モジュール３７０に基板が載置された後に基板が理想的に静止する位置である。ブロック１２０５において、搬送装置３２０はエンドエフェクタ３６５により基板を採取する。基板ステーションの正確な位置が未知であるので、基板はエンドエフェクタ３６５上の中心に厳密に位置する可能性は低く、ある補正値を伴って採取されるであろう。ブロック１２１０において、基板搬送装置３２０は基板を動かして、基板配置装置３８０に基板を載置してもよい。エンドエフェクタ３６５上に載置された基板のその補正値のために、基板は補正値を伴って配置装置３８０に載置されるだろう。ブロック１２１５では、配置装置３８０は、配置装置上にある基板の位置を配置装置座標系において算出する。この情報は制御システム１１０に伝えられる。配置装置座標系と搬送装置座標系との関係が制御システム１１０に知られているので、制御システムは、搬送装置座標系における補正値を計算するために、適切な座標変換を適用してもよい。ブロック１２２０では、補正値の座標及び基板が採取された時の座標を使用して、制御システムは基板ステーションの正確な位置を算出してもよい。この技術の変形例が、全体として組み入れられている２００３年７月３日出願の米国の特許出願第１０／６１３，９６７号に記載されている。

また、２つの基板ステーションの間の幾何学的関係が知られ且つ２つの基板ステーションの位置がともに知られている場合にあっては、制御システムは搬送装置参照フレームにおける基板ステーションの角度方位を算出してもよいことも分かる。例えば、第１及び第２基板ステーションの間の距離は知られていてもよい。第２基板ステーションに対する第１基板ステーションの角度方位は、また、知られていてもよく、制御システムに格納されてもよい。そうだとすれば、基板搬送装置参照フレーム内の第１基板ステーションの角度方位を、基板搬送装置参照フレーム内の第１及び第２基板ステーションの両方の位置を算出し且つ算出された位置を第２基板ステーションに対する第１基板ステーションの格納された既知の角度方位と関連づけるコントローラーによって、算出してもよい。上記説明し且つ図１２に示されている技術に係る基板配置装置を使用することで、基板ステーションの位置を個別に算出してもよい。これによって、基板ステーションの各々にＲ、θ座標を与えてもよいが、必ずしも、基板ステーションの角度方位は与えらなければならないというわけではない。図１５は、各々の基板ステーション４１５，４２０２を有する処理モジュール４０５，４１０を示している。処理モジュール４０５、４１０の各々は、搬送チャンバ３０５の周囲に装着された図１に示されている処理モジュール３７０の１つであってもよい。処理モジュール４０５，４１０の各々は、アクセス面４５５，４６０を有する。アクセス表面４５５，４６０の各々は、一般に基板搬送装置３２０に向かって指向している。それぞれのアクセス表面４５５，４６０におけるアクセスが、基板搬送装置３２０による各々の処理モジュール４０５、４１０に対する基板の通過のために与えられる。方向Ｄは、基板ステーション４１５の中心から基板ステーション４２０のセンターに向かう方向を示している。方向Ｒは参照方向である。この実施例において、方向Ｒは、基板ステーションの中心から処理モジュール４０５のアクセス表面４５０の垂直中心線への方向であってもよい。他の実施例では、いかなる他の適当な参照方向が選択されてもよい。角度θは方向Ｄと方向Ｒとの間の角度である。角度θは第２基板ステーション４１０に対する第１基板ステーション４０５の角度ジオメトリーを定義する。角度θは、最初から知られており、制御システムにおいて格納されてもよい。搬送装置参照フレームにおける基板ステーション４１５，４２０の各々の座標を、上記の説明した技術を使用することで算出してもよい。そして、制御システムは、搬送装置参照フレームにおける基板ステーション４０５の角度方位を算出するのに、格納された角度θを適用してもよい。

図１６は基板ステーション座標と格納された角度θとの関係を幾何学的に示す。図１６の説明図と次の方程式は一例であって、代わりの幾何学的手法及び代わりの数学的方法を他の実施例に用いてもよい。搬送装置座標系は、基板搬送装置３２０のアーム３３５，３４０の回転軸に原点を有する極座標系であってもよい。基板ステーション４１５、４２０の各々の座標を、上記の説明した技術によって、基板配置装置３８０を使用することで算出してもよく、又は別の方法で算出してもよい。基板ステーション４１５の中心座標は、（Ｒ₁、Ｔ₁）として与えられてもよい。同様に、基板ステーション４２０の中心座標は、（Ｒ₂、Ｔ₂）として与えられてもよい。角度αは、基板ステーション４１５の中心における頂点と伴に、基板搬送装置座標系の原点と基板ステーション４２０の中心との間の角度として定義されてもよい。角度θがαと等しい場合にあっては、アクセス面４５５が基板搬送装置３２０のアーム３３５，３４０の回転軸に直接に向かう方向に合わされていることが分かる。既知の幾何学法則を適用して、正弦法則を余弦法則と組みあせて、Ｒ₁、Ｔ₁、Ｒ₂、及びＴ₂を用いてαの式を次式のとおり得ることができる。α＝ａｒｃｓｉｎ［（Ｒ₂ｓｉｎ（Ｔ₁−Ｔ₂））／ｓｑｒｔ（Ｒ₁ ²＋Ｒ₂ ²−２Ｒ₁Ｒ₂ｃｏｓ（Ｔ₁−Ｔ₂））］
上記の方程式によって、角度αは制御システム１１０によって計算されてもよい。制御システム１１０は、搬送装置参照フレームにおける基板ステーション４０５の角度方位を算出するために、格納された角度θと角度αを比較してもよい。参照フレームの原点に対して角度αと角度θの差異によって、搬送装置参照フレームにおける基板ステーション４０５の角度方位が与えられる。この実施例では、搬送装置参照フレームにおける基板ステーション４０５のその角度方位は、基板搬送装置アーム３３５，３４０の回転軸と一致している。本発明の他の実施例では、基板ステーション４０５の角度方位を算出するのに他の技術を使用してもよい。他の実施例では、任意の原点を有する直交座標系などの搬送装置参照フレームとして異なった参照フレームを選択してもよい。

基板配置装置３８０の正確な位置が未知であるなら、配置装置座標系と搬送装置座標系との関係を以下の技術によって算出してもよい。一般的な用語において、搬送装置３２０を用いて異なる偏心距離を有する配置装置３８０上に基板を繰り返して載置する工程と、搬送装置３２０及び配置装置３８０の両方からの位置データを記録する工程と、搬送装置座標系における搬送装置の座標を求める計算を行う工程とを、その技術は含む。

上で説明したように、配置装置３８０の位置に関する大まかな座標は、初めから制御システム１１０に与えられてもよい。図１４のフローチャートで示されているように、より正確な座標を算出するための手順を始めるために、ブロック１４００において、基板はエンドエフェクタ２５０上に備えられている。しかし、基板は厳密に中心を取らなくてもよいが、±５ｍｍのわずかな偏心距離を有してもよい。したがって、手動でこのブロックを実行してもよいし、又はロードロック１３５，１４０のうちの一つ若しくは処理モジュール３７０からエンドエフェクタに対して基板を採取してもよい。そして、制御システム１１０は、ブロック１４０５において、配置装置３８０に基板を載置するように搬送装置３２０に指示する。ブロック１４１０において、載置時のエンドエフェクタ３６５の位置は制御システム１１０によって記録される。そして、ブロック１４１５において、配置装置３８０は、基板の偏心距離を測定するために基板を走査する。ブロック１４２０において、測定された偏心距離は制御システム１１０によって記録される。次に、搬送装置３２０はエンドエフェクタ３６５上に位置する基板の最初の偏心距離を維持して配置装置３８０から基板を採取する。基板は、僅かに異なる位置で再び配置装置３８０に載置され、走査される。再び配置装置３８０とエンドエフェクタ３６５の偏心距離を含むもう一方の１セットのデータがこの第２の位置に対して記録される。載置の位置はすべて、例えば約５ｍｍ離れるようにお互いに近いものであってもよい。エンドエフェクタ３６５上における基板の初めの偏心距離を更に維持しながら、その手法は、第３の位置のための第３の１セットのデータを生成するように繰り返して動作される。望むのであれば、更なるデータ点を収集してもよい。本発明の代替実施例においては、エンドエフェクタ３６５上に位置する基板の偏心距離は変化してもよい。

図１３は配置装置参照フレームと基板搬送装置参照フレームとの幾何学的な関係を示している。配置装置３８０と搬送装置３２０の両方に対する位置データの各々は、極座標において制御システムの各々に送られてもよい。しかしながら、以下の直接的な手法での計算を説明するために、これらの座標系は、直交座標として図１３において説明され且つ示されている。また、制御システム１１０は送られた極座標を直角座標に変換してもよい。搬送装置参照フレームの直交座標は、水平成分ｘ、ｙを有する。配置装置参照フレームの直交座標は、水平成分ξ、ηを有する。配置装置座標系の原点が点Ｘｏにあり、搬送装置座標系の原点が点Ｙｏにある。搬送装置座標系に関する配置装置座標系の回転、特にＸ軸とξ軸とがなす角度は、αとして示されている。Ｒはエンドエフェクタ３６５上の参照点である。ポイントＣで示された基板の中心が参照点Ｒに並ぶと、基板はエンドエフェクタ３６５上の中心に置かれると考えられてもよい。参照点Ｒからの基板の中心Ｃの偏心距離（又は補正値）は、成分ａ、ｂを有する。搬送装置座標系のエンドエフェクタの角度方位はθによって記されている。

与えられたデータセットに関し、基板の中心ＣのＸ座標は次のように表される。

ｘ_C＝ｘ_R＋（ａ）ｃｏｓθ−（ｂ）ｓｉｎθ
又は
ｘ_C＝ｘ_O＋（ξ_c）ｃｏｓα−（η_c）ｓｉｎα
両式は同じ物理的長さｘ_Cを表しており、したがって、両表現が理想的にはｘ_Cに対して同じ値に達することが分かる。しかしながら、ｘ、ｙ座標系とξ、η座標系との関係は初めは未知である。また、位置情報には、何らかの変化があってもよい。なぜならば、測定値は非常に正確であってもよいが、完全な精度を伴わない。ｙ_cに対して同様の式を記述してもよい。ベクトルξによって、点Ｃの座標間の差異が異なる表現を用いて与えられる。インデックスｉは異なったデータ点を示し、ε_1iがｘ軸座標であり、ε_2iがｙ軸の座標である。
（ａ）ｃｏｓθ_i−（ｂ）ｓｉｎθ_i−ｘ_O−（ξ_ci）ｃｏｓα＋（η_ci）ｓｉｎα
＋ｘ_Ri＝ε_1i
（ａ）ｓｉｎθ_i＋（ｂ）ｃｏｓθ_i−ｙ_O−（ξ_ci）ｓｉｎα−（η_ci）ｃｏｓα
＋ｙ_Ri＝ε_2i
異なったデータ点にたいして、ｘ_Ri、ｙ_Ri、θ_i、ξ_ci及びη_ciは既知である。ａ、ｂ、ｘ_O、ｙ_O、及びαは未知である。ブロック１４３０において、コスト関数Ｊは、上記変数と関連するように定義されてもよい。

ブロック１４３５において、効率的な数値的手法を用いて、このコスト関数を最小にすることによって、未知の値を算出することができる。数値の最小化は制御システム１１０によって行われてもよい。理想的には、全てのｉに対して、ε_1i＝ε_2i＝０となるように、ａ、ｂ、ｘ_O、ｙ_O及びαに対して１セットの値があり、これにより、Ｊ＝０となる。これが意味することは、配置装置座標系と搬送装置座標系との間の関係が、ｘ_O、ｙｏ及びαに対する数値によって正確に記述されることである。しかしながら、上記で議論したように、位置情報を正確に測定しなければならない。したがって、Ｊの最小値はゼロでなくてもよい。

コスト関数Ｊの最小値を算出することによって、配置装置座標系と搬送装置座標系との間の関係について表すｘ_O、ｙ_O及びαが与えられるので、搬送装置座標系において、配置装置３８０に正確な座標を与える。さらに、ａ、ｂの値が見出され、エンドエフェクタ３６５上における点Ｒに対する基板の偏心距離が記述される。これらの数値の全てが、基板処理装置の次の動作において用いられる。その動作には、上記の説明した技術による基板ステーションの位置を算出するのに配置装置３８０を使用する工程が含まれる。配置装置座標系と搬送装置座標系との間の関係を見出す上記技術は、基板ステーションの正確な位置を同時に見出すことに用いられてもよいことも分かる。基板が、処理モジュール又は基板ステーションと関連する他の装置から最初に採取される場合にあっては、変数数ａ、ｂは、基板ステーション座標における補正値に直接対応するであろう。

上記説明は本発明の例証にすぎないことを理解すべきである。種々の代替例及び変更例がこの発明から逸脱することなく技術に通じた者によって案出され得る。従って、この発明は、添付の諸請求項の範囲内に入るようなすべての代替例、変更例及び変化例を包含するものと解釈される

１００基板処理装置
１０５制御環境
１１０制御システム
１２０ロードポート
１２５ロードポート
１３０カセット
１３５ロードロック
１４０ロードロック
２００フロントエンド
２１０搬送装置
２１５アーム
２２０駆動機構
２２５レール
２３０フレーム
２３５位置エンコーダ
２４０上アーム
２４５前アーム
２５０エンドエフェクタ
２５５突起部
２６０突起部
２６５通しビーム検知器（スルービームセンサ）
２７０放射体
２７５検出装置
３００バックエンド
３０５搬送チャンバ
３１０孤立環境
３１５フレーム
３２０基板搬送装置
３２５駆動機構
３３０位置エンコーダ
３３５アーム
３４０アーム
３４５上アーム
３５０上アーム
３５５前アーム
３６０前アーム
３６５エンドエフェクタ
３７０処理モジュール
３８０基板配置装置
３８５基板支持ピン
３９０基板支持ピン
３９５基板支持ピン
４０５処理モジュール
４１０処理モジュール
４１５基板ステーション
４２０基板ステーション
４５５アクセス表面
４６０アクセス表面
Ｒ参照点
Ａ点
Ｂ点
Ｃ点
Ｆ表面
Ｓ基板
ｎ単位ベクトル
ｕ単位ベクトル
α 角度偏差
Ｖ₁₂ 変位ベクトル
Ｖ₁₃ 変位ベクトル

Claims

基板搬送装置基準平面に対して物体を水平にする方法であって、
ロボットアームに取り付けられたスルービームセンサを用いて３以上の参照構造の各々の参照構造を直接検出するために各参照構造が３度接近する前記スルービームセンサによって直接検出されるように前記３以上の参照構造に３度接近するステップであって、前記３以上の参照構造は互いに所定の幾何学関係で配置されて前記３以上の参照構造の配置によって形成される前記所定の幾何学的関係が前記物体の基板支持表面の傾きを規定及び決定し、前記基板支持表面が基板を支持することが可能なステップ、と、
前記ロボットアームに接続された制御システムを用いて、前記基板搬送装置基準平面に対する前記物体の傾きを算出するステップであって、前記３以上の参照構造が前記基板支持表面の一部であり、前記基板搬送装置基準平面に対する物体の傾斜の算出は、各参照構造を直接的に検出して、前記基板搬送装置基準平面に対する各参照構造の位置を検出することに基づいており、前記３以上の参照構造の前記所定の幾何学的関係は前記制御システムに知られているステップと、
前記基板搬送装置基準平面に対する物体の傾きに基づいて前記基板搬送装置基準平面に対して物体を水平にするステップと、を含むことを特徴とする方法。
前記制御システムを用いて水平システムを調整する角度偏差を生成して、前記角度偏差を用いた前記水平システムの調整により、前記基板搬送装置基準平面に対する前記物体の傾きを変え、前記基板搬送装置基準平面に対する前記基板支持表面を水平にするステップと、
を更に含むことを特徴とする請求項１記載の方法。
前記ロボットアームは水平多関節ロボットアームであることを特徴とする請求項１記載の方法。
前記３以上の参照構造は３つの参照構造であることを特徴とする請求項１記載の方法。
ロボットアームに取り付けられたスルービームセンサを用いて、互いに、および物体の表面と所定の幾何学的関係で配置された２以上の参照構造に、該参照構造への接近と直接検出が３度行われるように、接近しかつ前記２以上の参照構造を直接検出するステップであって、前記ロボットアームは、同一平面上の経路に沿って前記２以上の参照構造の各参照構造を直接検出するように制御システムによって制御され、前記２以上の参照構造は、前記２以上の参照構造の配置によって形成される前記所定の幾何学的関係が前記物体の位置を規定し決定するように、前記所定の幾何学的関係で配置されるステップと、
前記制御システムを用いて基板搬送装置基準平面に対して少なくとも２つの自由度において前記物体の前記位置を算出しかつ前記物体の角度方向を算出するステップと、を含み、
前記ロボットアームは前記制御システムによって制御され、前記位置及び前記角度方向は、前記２以上の参照構造のうちの参照構造の各々の前記直接検出によって各々算出され、前記２以上の参照構造は前記物体の基板支持特徴部であり、前記所定の幾何学的関係は前記制御システムに知られていることを特徴とする方法。
前記２以上の参照構造は２つの参照構造であることを特徴とする請求項５記載の方法。
前記物体は基板を取り外し可能に支持する基板支持部を含むことを特徴とする請求項５記載の方法。
前記ロボットアームは水平多関節ロボットアームであることを特徴とする請求項５記載の方法。
基板搬送装置を自動ティーチングする方法であって、
基板を載せることができる基板ステーション表面を形成するフレームを提供するステップと、
前記フレームに接続され、水平面内に基軸を有する搬送装置座標系を有し、可動アーム及び前記可動アームの一部に設けられたスルービームセンサを有する搬送装置を提供するステップと、
前記搬送装置に制御可能に接続された制御システムの下で、前記可動アームを移動せしめかつ前記可動アームの前記一部を移動させることによって前記スルービームセンサを位置決めするステップと、
を含み、
前記制御システムは、前記スルービームセンサを位置決めして前記基板ステーション表面に接続された２以上の参照構造を同一面上にある３つの異なった水平接近経路に沿って直接的に検出するようにプログラミングされ、
前記２以上の参照構造は、前記基板ステーション表面に対して既知の固定された幾何学的な関係を有し、前記既知の固定された幾何学的関係は、前記２以上の参照構造に対する前記基板ステーション表面の空間的位置及び配向を、個別にかつ組み合わせて表しかつ決定するものであり、前記既知の固定された幾何学的関係は、前記制御システムに知られており、
前記制御システムは、前記同一面上にある３つの異なった水平接近経路の各々において前記２以上の参照構造の各々が、前記同一面上にある３つの異なった水平接近経路の各々に沿って位置決めされた前記スルービームセンサによって直接検出される際に、前記スルービームセンサの前記位置を記録し、当該記録及び前記既知の固定された幾何学的関係から、前記搬送装置座標系における前記基板ステーション表面の位置及び前記水平面内の前記基軸に対する前記基板ステーション表面の角度位置を判定するようにプログラミングされ、
前記制御システムは、前記搬送装置座標系内の前記基板ステーション表面の当該判定された位置及び当前記基板ステーション表面の当該判定された角度位置に基づいて、水平移動平面内における前記可動アームの前記基板ステーション表面に向かう動きを自動的にティーチングするようにプログラミングされ、
前記２以上の参照構造は、前記基板ステーション表面の一部であることを特徴とする方法。
前記同一面上にある３つの異なった水平接近経路の各々は、前記同一平面上にある水平接近経路の各々に対応する移動直線の各々の直線セグメントの各々によって画定され、前記同一平面上にある水平接近経路の各々に対応する前記移動直線の各々は、前記同一平面上にある３つの異なった水平接近経路のうちの他の水平接近経路に対応する他の移動直線の各々とは異なり、前記移動直線の各々のうちの３つは、当該３つの経路の共通の交差点において交差することを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記制御システムは、前記同一面上にある３つの異なった水平接近経路のうちの少なくとも２つに沿って前記２以上の参照構造の１つの参照構造に２回接近するようにプログラムされる、請求項９に記載の方法。
前記基板ステーション表面の前記判定された角度位置は、基板ステーション表面によって画定される平面内の垂直軸回りの角度位置であり、前記垂直軸は前記基板ステーション表面から垂直に伸張していることを特徴とする請求項９に記載の方法。
前記同一面上にある３つの異なった水平接近経路の各々が、実質的に水平な平面内にある請求項９に記載の方法。
前記可動アームが、水平多関節ロボットアームである請求項９に記載の方法。
前記基板ステーション表面は、搬送コンテナ、基板アライナ、バッファステーション、ロードロック、ロードポート、基板処理モジュール、または基板メトロロジーモジュールの少なくとも１つの上または内部に配置される請求項９に記載の方法。