JPH1064976A - ロボットブレード用圧電式ウェハ把持装置 - Google Patents

ロボットブレード用圧電式ウェハ把持装置

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JPH1064976A
JPH1064976A JP9140410A JP14041097A JPH1064976A JP H1064976 A JPH1064976 A JP H1064976A JP 9140410 A JP9140410 A JP 9140410A JP 14041097 A JP14041097 A JP 14041097A JP H1064976 A JPH1064976 A JP H1064976A
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semiconductor wafer
wafer
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grippers
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Arik Donde
ドンデ アリク
Herzel Laor
ラオー ハーツェル
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ウェハ製造プロセスステーション間で半導体
ウェハを搬送中、半導体ウェハや他の加工物をロボット
搬送機構のブレード上にしっかりと固定することのでき
る圧電式把持装置を提供すること。 【解決手段】 本発明の圧電グリッパ１０６ａ〜１０６
ｄは、ブレード１００上に取り付けられており、グリッ
パに増分電圧を印加すると、半導体ウェハ１０２の周縁
部に係合するように移動する。グリッパがウェハと接触
すると、そのグリッパに対する電圧は、グリッパの更な
る伸長を防ぐため、一定に保たれる。全てのグリッパが
ウェハと接触状態になると、各グリッパに対する電圧
は、所定電圧分だけ増加し、それによって各グリッパに
よりウェハに及ぼされる力が増加し、ウェハはブレード
に固定される。その後は、ウェハがブレードに対して移
動することなく、ブレードはウェハを極めて高速に搬送
することができる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、半導体ウェハ製造
設備の内部で行われるようなウェハの取扱いに関し、特
に、ウェハ処理チャンバ間を搬送するためにウェハを固
定する把持装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】半導体ウェハのメーカーは、製造時間を
改善するため常に努力している。ウェハ単体は、何百個
もの半導体チップを含み、その価値は50,000ドルから10
0,000ドル以上にもなる。このように、１時間当たり数
枚分のウェハ歩留まりを向上させるだけでも、著しいコ
スト削減が実現できる。図１に示すように、例えば高密
度プラズマ（ＨＤＰ）エッチングのような典型的な半導
体ウェハ製造プロセスは、製造プロセスステーション２
０で行われる。ステーション２０は一般的に、複数の処
理チャンバ２２〜２６と、半導体ウェハ３０を様々な処
理チャンバ間で搬送するためのロボット搬送機構２８と
を含む。ウェハ３０（チャンバ２２内に示す）は、当該
ウェハの向きに関する情報を提供するため、切欠き部な
いしは平面部（オリフラ）３１を含んでもよい。
【０００３】半導体ウェハ３０は、最初、コンタミナン
トフィルタ、中間真空バッファ及び関連の真空プロセス
へのウェハ分配のための出入口として機能するロードロ
ックチャンバ２２を介して、ステーション２０内に搬入
される。ロードロックチャンバ２２がシールされ、実質
的に排気された後、ウェハはロボット搬送機構２８によ
って、ロードロックチャンバ２２から方向決めチャンバ
２４に搬送される。方向決めチャンバは、自動的にウェ
ハ中心を識別し、ウェハを所望の回転方向及び直線方向
に移動させる。半導体ウェハ３０は搬送機構によって、
方向決めチャンバ２４から処理ステーション２０に搬送
される。ＨＤＰエッチングのようなウェハ製造プロセス
は、ステーション２０で実行される。製造プロセスが完
了した後、搬送機構は、ウェハ３０を処理チャンバ２６
からロードロックチャンバ２２に戻す。その後、チャン
バ２２から処理済ウェハが搬出され、チャンバ２２は次
のウェハを受取る準備をする。
【０００４】ここで、図１〜図３について説明する。ロ
ボット搬送機構２８は、ウェハが様々なチャンバ２２〜
２６間を搬送される間においてウェハ３０を支持するた
めのブレード３２を含んでいるのが一般的である。各チ
ャンバ内には、リフトピン２２ａ〜２２ｄ，２４ａ〜２
４ｄ，２６ａ〜２６ｄが設けられており、これらのリフ
トピンは、チャンバ内でウェハ３０を支持するため、ブ
レード３２の幅の外側に配置されている。ブレード３２
によりチャンバ内にウェハを配送する時、リフトピンは
垂直に上昇して、ウェハをブレードから持ち上げ、次い
でブレードはチャンバから引き出される。その後、ピン
は下降してウェハをチャック上に配置する。チャンバ内
の処理が完了したならば、ピンは再び上昇し、ブレード
はチャンバ内に挿入されてウェハの下側に配置される。
そして、リフトピンは下降され、その後ブレード３２は
ブレード上に支持されたウェハと共にチャンバから引き
出される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ウェハは、ブレードに
載せて搬送される間、ブレードに対して著しく動かない
ようにされるべきである。ブレードに対するウェハのど
のような摩擦運動も望ましくない微粒子を発生するおそ
れがあり、このような微粒子は処理ステーションのチャ
ンバ２２〜２６内に分散する可能性がある。微粒子汚染
による不良は、半導体産業では歩留まりと加工物の信頼
性低下の最大の原因となる。装置寸法形状の縮小化、及
び、ウェハの拡大化が続けられている限り、微粒子汚染
は装置性能の重要なファクタとなる。
【０００６】従来、ウェハ搬送ブレードには、搬送中に
ウェハ３０を載置する凹部３４（図３）が形成されてい
る。凹部３４は、半導体ウェハとブレードとの間の摩擦
力と共に、ウェハとブレードとの間の相対運動を妨げよ
うとするものである。
【０００７】上記のように、半導体ウェハ製造に要する
時間は、製造プロセスでの考慮が不可欠である。ウェハ
製造プロセス時間の約２０％は、ロボット搬送ブレード
に支持されながら、各ステーション２０内における様々
なチャンバ２２〜２６間でのウェハ搬送に費やされるこ
とが判明している。このブレードに載せたウェハに費や
される時間は、付加価値のある時間ではない（つまり、
この時間の間、ウェハ上の製造プロセスは全く行われな
い）。
【０００８】従って、ウェハがブレードに支持されて費
やされる時間を最小にするのが望まれる。この時間を最
小化する一つの方法は、ブレードがウェハを移動させる
速度を高めることである。しかし、臨界速度があって、
それを超えると、ブレードの加速／減速により、ブレー
ド上でウェハを静止して保持する摩擦力を超える力を、
ウェハ上で生じさせる。ブレードの速度がこの臨界速度
を超えると、ウェハはブレードに対して滑りを生じ、微
粒子を生じる可能性がある。望ましくない微粒子の発生
に加えて、そのような滑りは、ウェハをブレードからず
れさせる結果を招く。
【０００９】搬送中、ブレードにより堅固にウェハを固
定する試みがなされてきた。例えば、機械的チャックが
ブレードに設置された。そのようなチャックは、ウェハ
がブレード上に置かれると、内側に動いてウェハと係合
して固定するヒンジ付ジョーを含むものである。しか
し、そのような機械的把持装置には幾つかの欠点があ
る。第１に、ブレード上でのウェハの正確な位置が変化
するおそれがある。ジョーが内側に動いてウェハと係合
する際、ウェハが、ジョーの全ての動きに対して完全に
心合わせしない限り、一つのジョーが他のジョーより前
に、ウェハと係合してしまうことになる。最初に係合す
るこのジョーが、内側に移動し続けると、ジョーは、ウ
ェハをブレードに対して移動させてしまい、それによっ
て、チャックにおいて阻止しようとしているまさにこの
状態がもたらされるのである。第２に、このような機械
的把持装置は本質的に、第２静止部分（即ち、ジョーを
上に取り付けた支持体）に対して摩擦接触状態で移動す
る第１移動部分（即ち、ヒンジ付ジョー）を持ってい
る、という欠点がある。第２部分の第１部分に対するそ
のような相対摩擦運動は、ウェハ製造に悪影響を及ぼす
微粒子を発生する傾向がある。
【００１０】機械的グリッパの中には、ウェハに接触す
るとばねが伸長／収縮するばね付勢式チャック（図４）
を使用するものがある。図４に示すばね付勢式チャック
装置においては、ジョー３６がウェハ３０の縁部と接触
した後、ジョー支持体４０の更なる動きにつれてばね３
８は延び、最終的には、ばね３８がブレード３２に対し
てウェハを動かすのに充分な力をジョー３６に生起させ
る。おそらくこの時点より前に、ばね付勢式チャック装
置の他のジョーが、ウェハ周縁部周りで、ウェハと既に
係合しているであろう。このような装置に伴う問題は、
伸長／収縮するばねにより生み出される力は線形ではな
く、ばね付勢式の全てのジョーがウェハに係合して後も
まだ、合力がウェハにかかり、それによってウェハがブ
レードに対して動かされることである。加えて、ばね付
勢式チャックは、互いに摩擦接触して動くことにより別
の汚染源をもたらす部品も包含する。
【００１１】従来の搬送ブレード３２の更なる欠点は、
図３の（Ｂ）に示すように、ウェハ３０がブレード凹部
３４で不均等に載置されるかもしれないことである。凹
部３４内へウェハを不適切に載置すると、ウェハの著し
い損傷又は完全破壊を招くおそれがある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】本発明の一実施態様によ
ると、圧電グリッパ又はバイメタルグリッパなどの２台
以上の形状変化グリッパが、高速搬送中のウェハを固定
するために提供される。本発明の一実施態様において、
複数の圧電グリッパはそれぞれ、３つの導電電極層間に
介設された圧電セラミック材料の層を備えている。圧電
グリッパは、各支持ブロックに取り付けられ、これらの
支持ブロックは、ブレードの面に取り付けられて上方へ
突出している。グリッパは、ブレードの表面から僅かに
間隔を空けて支持ブロック上に取り付けられ、グリッパ
がブレードに対して接触又は摩擦することなく自由に動
けるようになっている。圧電グリッパは、ウェハの外周
周りに、対称的に間隔を空けるよう方向決めされる。各
圧電グリッパは、グリッパと搬送機構の動作を制御する
コンピュータに応答する制御可能な電源に電気的に結合
される。
【００１３】ウェハがブレードに支持されると、連続的
な増分電圧量が、電極層を介して各グリッパの圧電セラ
ミック層に印加される。発明の一実施態様において、増
分電圧が印加されると、各圧電層は、概してウェハ中心
に向かう方向に曲がる。ウェハは各圧電グリッパに対し
て完全に心合わせされることはあり得ないので、通常、
圧電グリッパは、同時ではなくウェハ外周部に係合す
る。圧電グリッパのうちの一つが、ウェハ端部と測定可
能に接触すると、ウェハは圧電グリッパに反力を発生さ
せる。次に、その反力は、グリッパのセラミック層に電
圧を発生させる。
【００１４】ウェハとの最初の接触の結果としてセラミ
ック層に発生される電圧を検知するため、セラミック層
には電子センサが接続されている。グリッパのセンサが
電圧を検出すると、センサは信号をコンピュータに送信
し、圧電グリッパに印加されるソース電圧の増加を停止
させ、印加電圧を一定に保つ。この方法では、各圧電グ
リッパは、それがウェハを係合するまでウェハに向かっ
て曲がり、その時点で、圧電グリッパの更なる湾曲が実
質的に停止する。グリッパに用いられる圧電材料の感度
は極めて高いので、各グリッパとウェハとの間のごく僅
かな接触力はセンサで検知することができ、グリッパの
更なる曲げを停止することができる。
【００１５】本発明の実施態様において、各圧電グリッ
パがウェハと最初に接触すると同時に、各グリッパに印
加されるソース電圧は所定量分だけ増加し、それによっ
て、圧電グリッパはウェハをブレードにしっかりと固定
する。一旦、ウェハがブレードにしっかりと固定される
と、ブレードは、ウェハを当該ブレード上に単に載置し
た場合に可能な速度よりも相当に早い速度で、処理ステ
ーション内の様々なチャンバ間で半導体ウェハを搬送す
ることができる。
【００１６】一実施態様においては、単一電源をブレー
ド上に設けて、各グリッパに隣接する制御回路に電圧を
供給することとしている。電源がブレードに取り付けら
れた場合、信号は、電圧源と制御回路との間をフレキシ
ブル電気リード又はノンフレキシブル電気リードを介し
て送信できる。或はまた、電圧源を、圧電グリッパ及び
ブレードから離して設置し、フレキシブル電気リードを
介して各制御回路に接続した電源としてもよい。制御及
びセンサーフィードバック信号を、フレキシブル電気リ
ードを介して、制御回路とコンピュータ間を転送するよ
うにしてもよい。また、制御及びフィードバック信号
は、光学的手段を介して転送してもよい。光学的手段を
使用するそのような一実施態様において、赤外線信号
を、特定のグリッパに隣接してブレード上に設けた第１
赤外線信号送／受信機と、処理ステーションの外側に設
けて、コンピュータに接続された第２赤外線信号送／受
信機との間で転送するようにしてもよい。赤外線送信シ
ステムを使用することにより、制御回路とコンピュータ
との間で信号を転送するための電気リードを、時間が経
つと腐蝕させてしまうような、処理設備環境から電気リ
ードをなくしてしまうという利点を提供する。
【００１７】
【発明の実施の形態】以下、本発明に従う実施形態を図
５〜図１５を参照して説明する。本発明の実施形態は、
概して述べるならば、ウェハ製造プロセスチャンバ間で
半導体ウェハを搬送中に半導体ウェハをロボット搬送機
構ブレード上へ確実に固定する圧電把持装置に関する。
本発明のこれらの実施形態は、半導体ウェハのグリップ
ないしは把持に関して説明するが、粒子発生を考慮しな
ければならない種々のプロセスを通して搬送されるその
他の物体を把持するのに、本発明を利用できることは言
うまでもない。ここで使用される用語「ウェハ」は、製
造プロセスの様々な任意の段階に存在するかもしれない
加工物のことである。
【００１８】ここで図５〜図８を参照すると、ブレード
１００が示されており、この上にウェハ１０２が、様々
なウェハ製造チャンバの何れかの間での移動のために支
持されるようになっている。ブレード１００は、ウェハ
を支持する実質的に平坦な上側平面１０４を有してお
り、本発明にとって不可欠ではないが、ブレード１００
の厚さは約６０ｍｉｌ（約１．５ｍｍ）とするのがよ
い。本発明によれば、複数の圧電グリッパ１０６ａ〜１
０６ｄ（図５の（Ａ）、図５の（Ｂ）及び図６に概略的
に示す）を、ブレード１００の面１０４より上方に取り
付けることが好ましい。図５には４個の圧電グリッパが
示されているが、本発明の別の実施形態において、４個
よりも２個以上多い圧電グリッパがウェハ１０２を把持
するのに使用できることは言うまでもない。圧電グリッ
パ１０６ａ〜１０６ｄは、ブレード１００の縁部に設け
られるのが好ましく、そうすることによって、ウェハ１
０２がブレード１００に載置された時、グリッパ１０６
ａ〜１０６ｄは、ウェハ１０２の外周に沿って互いに対
称的に間隔を空けて位置される。圧電グリッパは、図５
の（Ａ）及び（Ｂ）に示した位置以外の位置でウェハ１
０２と係合するように配置できると考えられ、更に、本
発明による圧電グリッパを、ブレード１００の軌道の外
側にあるウェハの位置で、ウェハ１０２と係合するよう
に、ブレード１００に対するアタッチメント上に取り付
けてもよいと考えられる。
【００１９】ブレード１００上の位置及びウェハ１０２
に対する方向を別にすれば、各圧電グリッパ１０６ａ〜
１０６ｄは、構造上及び操作上互いに同一である。従っ
て、圧電グリッパ１０６ａだけを以下説明する。しか
し、以下の説明は、別の各圧電グリッパにも同じように
適用することは言うまでもない。
【００２０】図７〜図９に明示するように、本発明の好
適な実施形態において、圧電グリッパ１０６ａは、３つ
の電極層２０４，２０６，２０８の間に間挿された一対
の圧電層２００，２０２を有するバイモルフ素子（bimo
rph）から構成されている。圧電層２００，２０２を、
例えば、鉛−ジルコン酸塩−チタン酸塩化合物又は鉛−
マグネシウム−ニオブ酸塩化合物を含む多結晶性セラミ
ック材料で形成するのが好ましい。これらの圧電層２０
０，２０２は、本発明の別の実施形態において、純圧電
結晶、例えば石英などから成るものとしてもよい。圧電
層２００，２０２はそれぞれ、厚さ約０．００６インチ
（約０．１５ｍｍ）、幅約０．１インチ（約２．５４ｍ
ｍ）、そして長さ約１．０インチ（約２５．４ｍｍ）で
あることが好ましい。
【００２１】電極層２０４，２０６，２０８は、例え
ば、ニッケル及び銅を含む様々な任意の金属の導電体で
形成される。内側の電極層２０６は、厚さ約０．００６
インチ（約０．１５ｍｍ）、幅約０．１インチ（約２．
５４ｍｍ）、長さ約０．６インチ（約１５．２ｍｍ）で
あることが好ましい。圧電層２００，２０２は、内側の
電極層２０６にエポキシ樹脂によって接着されるか、さ
もなければボンド付けされるのが好ましい。外側の電極
層２０４，２０８は、好ましくは、電極層２０６と同じ
長さ及び同じ幅を有し、例えば無電解ニッケルコーティ
ング、又は他の同様なプロセスによって圧電層２００，
２０２上に形成した薄い金属コーティングでできてい
る。層２００〜２０８の上記寸法は、本発明の別の実施
形態において変更することができる（層２００〜２０８
の寸法は、図において尺度で描かれてはいない）のは言
うまでもない。
【００２２】本発明の実施形態は、５層よりも多い層を
有する圧電グリッパを包含することが更に考えられる。
例えば、グリッパは、４つの電極層間に介在された３つ
の圧電層を有してもよく、或はまた、５つの電極層間に
介在された４つの圧電層を有してもよい。当該技術で知
られているように、そのようなマルチモルフ（multimor
ph）構造は、圧電性セラミックと同時焼成した薄い金属
層で形成してもよい。本発明に用いるようとしているタ
イプのバイモルフ構造及びマルチモルフ構造は、マサチ
ューセッツ州レキシントンの Litton Itek Optical Sys
temsから入手できる。
【００２３】図７の（Ａ）、図７の（Ｂ）、図７の
（Ｃ）及び図８に示すように、圧電グリッパ１０６ａ
は、支持ブロック１０８に取り付けられた第１の端部１
０６ａ′、及び端部１０６ａ′と対向しウェハ１０２と
係合する第２の自由端部１０６ａ″を有している。支持
ブロック１０８は、ガス放出特性の低い電気絶縁性の、
機械加工可能な材料で形成するのが好ましい。そのよう
な材料には、例えば石英及び種々のセラミックがある。
当業者には理解できるように、支持ブロック１０８を他
の材料で形成してもよい。図７の（Ｃ）で最も良く分か
るように、ブレード１００に、各支持ブロック１０８を
受容する複数の移動止め（デテント）１０７を機械加工
で形成してもよい。かかる機械加工プロセスは、移動止
め１０７がブレード上に正確に配置されるよう制御さ
れ、支持ブロックは、他の各グリッパの対応端部と同様
に、端部１０６ａ″をウェハの外径から約１／２ｍｍ離
れた位置に位置決めする。この距離は、本発明の別の実
施形態では変更されるものであることは言うまでもな
い。支持ブロック１０８を、移動止め１０７内に、従来
の接着剤又はガス放出性の低いエポキシ樹脂で固着して
もよい。
【００２４】支持ブロック１０８には、圧電グリッパ１
０６ａを受容するためのインデント（くぼみ）１０９が
形成されてもよい。グリッパ１０６ａは、従来の接着剤
又はガス放出性の低いエポキシ樹脂を含め、様々な方法
によってインデント１０９内に固着される。図７の
（Ｂ）及び図７の（Ｃ）に示すように、ブレード１００
の面１０４に隣接した圧電グリッパ１０６ａの下面は、
ブレード１００の面１０４からわずかに間隔が空いてい
るので、グリッパ１０６ａは、ブレード１００と摩擦接
触することなく移動する。支持ブロック１０８に端部１
０６ａ′を取り付けた場合、圧電グリッパ１０６ａの端
部１０６ａ″を、ブレード１００の平面に実質的に平行
な平面内で曲げることができる。グリッパ１０６ａは図
７においては緩和状態、即ち、電圧がグリッパに全く供
給されていない状態にある。グリッパ１０６ａは図８に
おいて作動状態、即ち、電圧がグリッパに供給されてい
る状態にある。
【００２５】本発明の一実施形態において、圧電層２０
０，２０２は、図７の（Ｄ）の層２００，２０２におけ
る矢印で示したような分極ベクトル（polarization vec
tors）を有する。電圧の印加時に、以下でより詳細に述
べるように、そのような分極により、層２００は伸長
し、層２０２は収縮する。層２００，２０２の伸長と収
縮は、それぞれ、グリッパ１０６ａがウェハ１０２に向
かって曲げられる原因となる。
【００２６】電圧は、図９の（Ａ）に示す電気回路２９
９を介して圧電グリッパ１０６ａに印加されるが、この
回路２９９は、各圧電グリッパ１０６ａ〜１０６ｄに隣
接してブレード１００に取り付けるのが好ましい。電気
回路２９９は、信号をコンピュータに送り、そして信号
をコンピュータから転送するインターフェイス（Ｉ／
Ｆ）チップ３０５を含む。本発明の別の実施形態では、
チップ３０５はそれ自体が、後述するように、グリッパ
１０６ａの操作制御に関するコンピュータ１１２の機能
を実行するための単一チップマイクロプロセッサとな
る。この別の実施形態において、回路２９９は、コンピ
ュータ１１２から独立して作動するようにしてもよい。
【００２７】部品３０５がＩ／Ｆチップである場合、コ
ンピュータ１１２は、連続的に増分するデジタル電圧制
御信号３０１を出力し、この信号はＩ／Ｆチップ３０５
によって伝送され、従来一般のデジタル−アナログ（Ｄ
／Ａ）変換器３０２によってアナログ制御信号３０３に
変換される。第１の演算増幅器（ＯＰアンプ）３００
は、アースに接続された反転入力、及びアナログ電圧制
御信号３０３を受け取る非反転入力を有する。第２のＯ
Ｐアンプ３０４は、アースに接続された非反転入力、及
び同アナログ電圧制御信号３０３を受け取る反転入力を
有する。第１のＯＰアンプ３００は正の電圧信号３０６
を出力し、第２のＯＰアンプ３０４は、電圧信号３０６
と同じ大きさで、アースに関して反転された負の電圧信
号３０８を出力する。
【００２８】電圧信号３０６，３０８はそれぞれ、外側
の電極層２０４，２０８に受け取られる。内側（中央）
の電極層２０６はアースに接続される。従って、電界が
正から負に流れる法則を適用すると、電界は、電極層２
０４からアース層２０６に圧電層２００を横切って流れ
る。同様に指向される電界は、アースされた電極層２０
６から電極層２０８に圧電層２０２を横切る流れを確立
する。図７の（Ｄ）に示すように方向付けられた圧電層
２００中の分極ベクトルと相まって、電界は圧電層２０
０の分極ベクトルの方向にほぼ抗して流れるので圧電層
２００が伸びる。逆に、図７の（Ｄ）に示すように方向
付けられた圧電層２００中の極性ベクトルと相まって、
電界は圧電層２０２内のほぼ極性ベクトルの方向に流れ
るので層２０２が収縮する。層２００の伸びと層２０２
の収縮により、圧電グリッパ１０６ａは、図９の（Ａ）
に示すグリッパ１０６ａの図に関して下方向に湾曲す
る。
【００２９】好適な実施形態において、電圧信号３０６
及び負の電圧信号３０８は、それぞれ、支持ブロック１
０８に隣接する層２０４，２０８の露出面にスポット溶
接された電気リードによって、層２０４，２０８に伝え
られる。当業者には理解できるように、リードを、スポ
ット溶接以外の手段によって層２０４，２０８に接続し
てもよく、信号３０６，３０８を電気リード以外の手段
によって電極層２０４，２０８に送信してもよい。
【００３０】図示のように、デジタル電圧制御信号３０
１を、コンピュータによって増分することにより、電極
層２０４，２０８のそれぞれに供給される電圧信号３０
６，３０８が同様に増分する。本発明の一実施形態にお
いて、電圧制御信号を、１ミリ秒から１０ミリ秒毎に１
回増分してもよい。しかし、このタイムインターバル
は、別の実施形態において、１ミリ秒未満及び１０ミリ
秒より長くしてもよい。グリッパ１０６ａは、後述する
ように信号３０１が増分を停止するまで、コンピュータ
１１２からの電圧制御信号３０１の各増分時に、より大
きく曲がる。
【００３１】第１及び第２のＯＰアンプ３００，３０４
には、好ましくは±１．５ボルト〜±０．９ボルトを出
力する電圧源１１０（図５の（Ａ）及び図９の（Ｂ））
によって電力が与えられる。電圧源１１０からの電圧出
力が、本発明の別の実施形態において、１．５ボルト未
満であっても、９ボルトを超えてもよいことは言うまで
もない。好適な実施形態において、電圧源１１０からの
電圧出力は、ＤＣ／ＤＣ変換器を介して、＋１００Ｖ及
び−１００Ｖの出力を生じるように変換される。従っ
て、好適な実施形態において、電圧信号３０６は、０Ｖ
と＋１００Ｖとの間の範囲にあり、負電圧信号３０８
は、０Ｖと−１００Ｖとの間の範囲にある。
【００３２】しかし、図９の（Ａ）に示した上記電気回
路は、圧電グリッパ１０６の制御された所望の湾曲を達
成するために本発明の別の実施形態で使用できる多くの
電気回路のうちの一つに過ぎないことは理解されたい。
当業者にとって理解できるように、電極層２０４，２０
６，２０８に供給する電圧は変えることができ、圧電層
２００，２０２内の分極ベクトルの方向も変えることが
できる。但し、電気回路は、圧電層を横切って形成され
た電界により、圧電層の一方が他方の圧電層より大きい
度合いで、増分的に伸びることが条件である。更に、当
業者ならば、完璧なアナログシステムを本発明の代替実
施形態においてグリッパ１０６ａ〜１０６ｄの湾曲を制
御するために使用してもよいことは理解できるであろ
う。
【００３３】動作時、まずウェハ１０２をブレード１０
０上に載置した時、各圧電グリッパ１０６ａ〜１０６ｄ
は、図７の（Ａ）に示すように、ウェハの周縁部から離
隔されている。この際、ウェハ１０２が各圧電グリッパ
１０６ａ〜１０６ｄに対して心合わせされていることは
少ない。図１３に示すフローチャートによって表される
ように、単一のグリッパ１０６ａについて言及すると、
グリッパ１０６ａに関連する電圧制御信号は、グリッパ
１０６ａがウェハの外周部に接触するまで（図８）、ス
テップ１３０２において増加し、ステップ１３０３にお
いて適度な力をウェハに及ぼす。この時点で、ウェハ１
０２は同様に、測定可能な反作用力をグリッパ１０６ａ
に及ぼす。
【００３４】図７、図８及び図９に示すように、グリッ
パ１０６ａは更に、３つの検知層２１４，２１６，２１
８を含み、それらの層は圧電層２００，２０２に取り付
けられ、それによって隔てられる。検知層２１４，２１
６，２１８は導電体であり、電極層２０４，２０６，２
０８の一部分として最初に形成されるのが好ましい。そ
の後、当該検知層の一部は、既知のエッチング処理によ
って、検知層２１４、２１６，２１８を電極層２０４，
２０６，２０８から電気的に絶縁するために、エッチン
グ除去される。別の実施形態において、例えば図７の
（Ｄ）に示されるように、外側の検知層２１４，２１８
のみが電極層２０４，２０８から離隔される。図７の
（Ｄ）の実施形態において、中心層２０６は、前述の実
施形態の電極層２０６及び検知層２１６の両方として機
能する。上記両実施形態において、層２０６をアース接
続するのが好ましい。電極層２０６及び検知層２１６を
画成するために層２０６にエッチング処理を施す実施形
態において、層２０６と層２１６の両層をアース接続す
るのが好ましい。
【００３５】グリッパ１０６ａとウェハとの間での接触
の結果として、ウェハによってグリッパ１０６ａに及ぼ
される力は圧電層２００、２０２の自由端を僅かに湾曲
させる。即ち、圧電層２０２の端部は僅かに伸長し、圧
電層２００の端部は僅かに収縮する。図７の（Ｄ）に示
すような分極ベクトルを層２００、２０２が持つ場合、
層２００が収縮すると、検知層２１４，２１６間に電界
が生じる。層２１６が接地されている場合、層２００の
収縮により、検知層２１４内に正電圧が生じる。層２０
２の伸びは、検知層２１４，２１８間に電界を生じ、検
知層２１８内に類似の正電圧を生成する。検知層２１
４，２１８からの電圧は、フィードバック電圧信号３１
０，３１２としてそれぞれ第３のＯＰアンプ３１４に送
られる。第３ＯＰアンプ３１４は電圧源１１０から電力
供給される。好適な実施形態において、フィードバック
電圧信号３１０，３１２は、検知層２１４，２１８か
ら、当該検知層２１４，２１８の露出面にスポット溶接
されたフレキシブルリードによって、伝送されてもよ
い。当業者にとって理解できるように、フレキシブルリ
ードを、層２１４，２１８にスポット溶接以外の手段に
よって接続してもよく、信号３１０，３１２を層２１
４，２１８から電気リード以外の手段によって伝送して
もよい。
【００３６】図９の（Ａ）に示すように、フィードバッ
ク電圧信号３１０は、反転入力として第３のＯＰアンプ
３１４に入力され、フィードバック電圧信号３１２は、
非反転入力として第３のＯＰアンプ３１４に入力され
る。しかし、これら反転入力及び非反転入力は、本発明
の別の実施形態において切り換えられるようにしてもよ
い。第３のＯＰアンプ３１４からの出力は、アナログ−
デジタル（Ａ／Ｄ）変換器３１８を介してデジタル出力
信号３１６に変換され、このデジタル出力信号３１６は
Ｉ／Ｆ伝送チップ３０５を介してコンピュータ１１２に
送られる。
【００３７】図１３に示すフローチャートに表されるよ
うに、デジタル出力信号３１６を受け取ると、コンピュ
ータ１１２は、ステップ１３０５での電圧制御信号の増
分を停止させ、代わりに、一定値の電圧制御信号３０１
を送信する。この方法では、圧電グリッパ１０６ａが、
測定可能にウェハ１０２と係合するまで、つまりデジタ
ル出力信号が、コンピュータに圧電グリッパ１０６ａの
更なる湾曲を止める信号を発生する時点まで、ウェハ１
０２に向かって湾曲する。しかし、グリッパ１０６ａを
湾曲するための電子装置に関して上で説明したように、
グリッパのウェハとの接触を検知する図９の（Ａ）に示
すシステムは、グリッパのウェハとの接触を検知するた
めに本発明の代替実施形態で使用できる多くの電気回路
のうちの一つにすぎない。上記圧電システム以外の従来
型検知システムを、本発明の代替実施形態におけるグリ
ッパのウェハとの接触を検知するのに使用できること
は、更に言うまでもない。例えば、発明の一実施形態に
おいて、グリッパ１０６ａに取り付けたストレインゲー
ジを使って、グリッパとウェハ間の接触を検知してもよ
い。
【００３８】グリッパ１０６ａに高感度の圧電材料を用
いることにより、グリッパ１０６ａとウェハ１０２との
間のごく僅かな接触力が、コンピュータに、グリッパ１
０６ａの更なる湾曲を停止させるデジタル出力信号３１
６を発生させる。しかし、図１２のグラフに示すよう
に、グリッパ１０６ａの電極層２０４，２０８にそれぞ
れ供給される電圧信号３０６又は負電圧信号３０８は、
グリッパ１０６ａのウェハとの接触時に、直ちに増分を
停止する必要性はない。図１２において、電圧信号３０
６と負電圧信号３０８との間の差は、ｘ軸に沿って、グ
リッパ１０６ａに供給されるネット電圧（有効電圧）と
して表されている。また、グリッパ１０６ａの単位長さ
での湾曲の程度は、ｙ軸に沿ってグリッパに供給される
ネット電圧の関数、f(x)として表されている。あるネッ
ト電圧ｖ1、で、グリッパ１０６ａはウェハ１０２と接
触する。その直後、ネット電圧は増分し続けるが、ブレ
ード上のウェハの静的摩擦力がグリッパ１０６ａの更な
る湾曲を阻止するので、グリッパ１０６ａはそれ以上湾
曲しない。あるネット電圧ｖ2において、グリッパ１０
６ａ内の応力は、ブレード上のウェハの静的摩擦力を克
服するのに充分高くなり得るだろう。このネット電圧ｖ
2 に到達した場合、グリッパは湾曲を再開し、ウェハは
ブレードに対して移動する。
【００３９】しかし、本発明の好適な実施形態によれ
ば、検知層２１４〜２１８は、グリッパがあるネット電
圧ｖs でそれ以上の湾曲を停止させるフィードバック電
圧信号３１０、３１２を発生する。ネット電圧ｖs は、
ｖ1（グリッパのウェハとの最初の接触）とｖ2（ブレー
ド上でのウェハの動き）との間のある点で生じる。ネッ
ト電圧が値ｖs に達した後、電圧信号３０６、３０８の
更なる増分は中止され、グリッパ１０６ａの更なる湾曲
は終了する（グラフの点線は、ネット電圧がｖs の値を
超えて増加された場合に生じ得る状態を示している）。
ネット電圧とグリッパ１０６ａの湾曲との間の関係は、
図１２においてほぼ直線的であるように表されるが、そ
れらは発明の実施形態に関連して、非直線的であっても
よいことは言うまでもない。その上、ｖs の値がｖ1 と
ｖ2 間の特定位置に示されるが、値ｖs は、ｖ1 とｖ2
間の任意の点であってもよいことは言うまでもない。
【００４０】各圧電グリッパ１０６ａ〜１０６ｄは、圧
電グリッパ１０６ａについて上述したように、各圧電グ
リッパ１０６ａ〜１０６ｄがウェハ１０２の外周部と接
触するまで作動する。図１３のフローチャートのステッ
プ１３０４，１３０６で示すように、一旦全てのグリッ
パがウェハと接触すると、コンピュータ１１２は、各グ
リッパ１０６ａ〜１０６ｄへの電圧制御信号を、所定量
だけ同時に増分させる。それに応答して、各グリッパ
は、ウェハをブレードに固定する力をウェハに及ぼす。
その後、ブレード１００は、高速度であって、半導体ウ
ェハ１０２がブレード１００に対して動くことがない程
度の速度で、当該ウェハ１０２を搬送する。
【００４１】ここで、図１４に示すフローチャートにつ
いて言及すると、一旦ウェハが搬送され、ウェハ製造プ
ロセスの次のチャンバ内に配置されると、ブレード１０
０はウェハ１０２を、リフトピン、例えば図１のリフト
ピン２４ａ〜２４ｄに載置する。ここで再び、単一グリ
ッパ、例えば１０６ｃ、について以下に言及するが、以
下の説明はグリッパの各々に適用される。コンピュータ
１１２はステップ１４００においてブレード１００を、
当該ブレードが次のチャンバ内の適切な位置にあるかど
うかを見るようにモニターする。ウェハが適切に位置決
めされると、好適な実施形態において、グリッパ１０６
ｃに対する電圧制御信号３０１は降下される（ステップ
１４０２）。電圧制御信号３０１が降下されると、グリ
ッパ１０６ｃは弛緩し、ウェハ上のグリッパによって及
ぼされる力は減少する。上述したように、各グリッパの
デジタル出力信号３１６は、ウェハ上にかかるそのグリ
ッパの力の測定値である。従って、ウェハ上のグリッパ
によって及ぼされる力が減少すると、グリッパ１０６ｃ
のデジタル出力信号３１６は同様に減少する。
【００４２】ステップ１４０４において、グリッパ１０
６ｃのデジタル出力信号が、ウェハ上のグリッパ１０６
ｃのゼロ又はゼロに近い力を示す所定値に達すると、コ
ンピュータは、グリッパ１０６ｃへの電圧制御信号の降
下を中止し、よって、グリッパ１０６ｃによるウェハの
更なる解放を中止する。ステップ１４０６において、コ
ンピュータは次に、他の全てのグリッパ（４つのグリッ
パを有する実施形態において１０６ａ、１０６ｂ及び１
０６ｄ）のデジタル出力信号が、所定値まで降下したか
どうかを判断する。他の全てのグリッパについての出力
信号が降下していない場合には、グリッパ１０６ｃの電
圧制御信号をステップ１４０５で一定に保持する。他の
全てのグリッパのデジタル出力信号がステップ１４０６
で所定値に達した場合、全てのグリッパへの電圧はステ
ップ１４０８で遮断され、従って全てのグリッパがウェ
ハから離れた弛緩状態に戻す。その後、リフトピンは、
ウェハがブレードから離れるまで持ち上げられるために
上昇し、ブレードはチャンバから引っ込み、そして、リ
フトピンは、処理するためにウェハをチャックに降ろ
す。
【００４３】本発明によるグリッパは、本発明の別の実
施形態において、コンピュータを制御して上記とは異な
る順序でウェハを解放するようにしてもよい。例えば、
図１５に示すフローチャートに関連して説明する別の実
施形態において、コンピュータ１１２が、ステップ１５
００で、ブレードが次のチャンバ内に適切に位置決めさ
れていることを判断した後、グリッパの、例えばグリッ
パ１０６ｃの電圧制御信号をステップ１５０２で降下さ
せることにより、グリッパ１０６ｃによってウェハに及
ぼされる力を減少させる。図１４に関して上で説明した
ように、グリッパの電圧制御信号が降下すると、そのグ
リッパのデジタル出力信号は減少する。ステップ１５０
４において、コンピュータはグリッパ１０６ｃのデジタ
ル出力信号をモニターする。一つ以上のグリッパが、残
りのグリッパよりも早く降下することが起こりうる。従
って、ステップ１５０６において、例えば、グリッパ１
０６ｃのデジタル出力信号が一つ以上の他のグリッパよ
りも早く減少し、かかる一つ以上の他のグリッパについ
てのデジタル出力信号のうち次に近いものが所定の差分
値よりも大きな値だけ異なるようになった場合、グリッ
パ１０６ｃに関連する電圧制御信号は一定に保たれるで
あろう。グリッパ１０６ｃの電圧制御信号が一定に保た
れる一方で、（一つ以上の他のグリッパが同様に一定に
保たれる場合に、他のグリッパのデジタル出力信号内に
同様の差がない限り）一つ以上の他のグリッパの電圧制
御信号は降下し続ける。
【００４４】（この例における）グリッパ１０６ｃのデ
ジタル出力信号と次に最も近いデジタル出力信号との差
が、再度上記の所定差分値未満に低下すると、グリッパ
１０６ｃの電圧制御信号が再び降下し続けるように、コ
ンピュータ１１２は、グリッパ１０６ｃをステップ１５
０４においてモニターし続ける。この方法において、各
グリッパは、ウェハへのそれらの把持力を相対的に同時
に解放するよう、制御される。
【００４５】ステップ１５０８において、グリッパ１０
６ｃのデジタル出力信号が、ウェハ上のグリッパ１０６
ｃのゼロ又はゼロに近い力を示す所定値に達する時、コ
ンピュータはグリッパ１０６ｃへの電圧制御信号を降下
するのを中止し、従ってグリッパ１０６ｃによるウェハ
の更なる解放が中止される。ステップ１５１０におい
て、コンピュータは次に、全ての他のグリッパのデジタ
ル出力信号が、所定値まで降下したかどうかを判断す
る。全ての他のグリッパのデジタル出力信号が降下して
いない場合、グリッパ１０６ｃの電圧制御信号は、ステ
ップ１５１２で一定に保たれる。全ての他のグリッパの
デジタル出力信号が、ステップ１５１０で所定値に達し
ている場合、全てのグリッパに対する電圧はステップ１
５１４において遮断され、従って全てのグリッパがウェ
ハから離れた弛緩状態に戻ることとなる。その後、リフ
トピンは、ウェハがブレードから離れるまで持ち上げる
ために上昇し、ブレードはチャンバから引っ込み、リフ
トピンは、処理するためにウェハをチャック上に降ろ
す。
【００４６】図１５に関して説明する実施形態は、他の
グリッパよりも早くウェハを解放しているグリッパを、
結果において減速させる。図１５に関して説明した実施
形態の変形態様においては、ウェハをより遅く解放する
グリッパが、加速できることを除いて、図１５と同様に
動作するようにしてもよい。当業者によって理解できる
ように、このことはグリッパのデジタル出力信号をモニ
ターして、他のグリッパの電圧制御信号よりも大きい割
合で、より遅いグリッパの電圧制御信号を減少すること
によって達成できる。
【００４７】一般的に、ブレード１００上の半導体ウェ
ハ１０２の位置は、連続的なウェハ搬送に関しては約１
／２ｍｍ変位してもよい。従って、本発明の好適な実施
形態において、ウェハ１０２に隣接する各圧電グリッパ
１０６ａ〜１０６ｄの端部は、約１／２ｍｍ湾曲するこ
とが可能である。上記した寸法の圧電グリッパについ
て、１／２ｍｍの湾曲は、約０ボルトから約±１００ボ
ルトまでの電圧変化によって行うことができる。
【００４８】好適な実施形態において、電圧源１１０
は、充電可能な電池のような専用電源であることが好ま
しく、この電源は図５に示すようにブレード１００に支
持される。しかし、電圧源は、例えば荷電コンデンサや
太陽エネルギー装置のような、他の電圧供給機構で代替
的に形成してもよい。また、電圧源は、例えばロボット
搬送機構４０２上の任意の位置など、処理チャンバ内の
ブレード上以外の位置に設けてもよいことは言うまでも
ない。電圧源をチャンバ周囲の要素から保護し、全ての
ガス除去を電源からチャンバ周縁を進入しないように防
ぐ技術として知られる、プラスチックハウジングで電圧
源を被包していてもよい。電圧源をブレード上に配置す
る場合、フレキシブル又はノンフレキシブル電気リード
を使って、電源をそれぞれのグリッパ一つひとつに関連
する各電気回路２９９に接続してもよい。電圧源を処理
チャンバ内の他の位置、例えばロボット搬送機構上に配
置する場合、フレキシブル電気リードを使って、電圧源
を各電気回路２９９に接続してもよい。更に、電圧源１
１０をチャンバの外に設けてもよいことは言うまでもな
い。この場合も、フレキシブル電気リードを使って、電
圧源をそれぞれの電気回路に、電気的に接続してもよ
い。また、２つ以上の電圧源を使って、発明の別の実施
形態におけるグリッパ１０６ａ〜１０６ｄに電圧を供給
してもよいことが考えられる。
【００４９】図５及び図９に示す電気回路２９９を、各
グリッパに隣接してブレード上に取り付けてもよい。電
極層２０４，２０８及び検知層２１４，２１８に接続さ
れた電気リードの一部分を除いて、電気回路２９９の部
品を、チャンバ環境の要素から回路を保護する技術とし
て知られる、プラスチックハウジングで被包してもよ
い。電気リードは、電圧制御信号をコンピュータ１１２
からＩ／Ｆ伝達チップ３０５へ伝え、また、デジタル出
力信号を伝達チップ３０５からコンピュータ１１２へ伝
える。
【００５０】ウェハ製造プロセスステーション内の環境
は、電気リード及び／又はリード絶縁体にとって有害で
あるおそれがある。従って、図１０に示す本発明の別の
実施形態においては、電圧制御信号及びデジタル出力信
号を各グリッパの電気回路２９９に送信又は電気回路２
９９から受信するチャンバ内のリードを省略し、コンピ
ュータ１１２と電気回路２９９のＩ／Ｆチップ３０５と
の間を、各回路２９９の伝達チップに電気的に接続され
た第１赤外線信号送信／受信機１１８、及びコンピュー
タ１１２に電気的に接続された第２赤外線信号送信／受
信機１２０のような光学的手段を介して、信号を転送し
ている。送信／受信機１２０を、処理ステーションハウ
ジングの一部として備えられた透明窓１２１に隣接して
取り付けることが好ましい。当該技術で知られているよ
うに、第１及び第２赤外線送信／受信機１１８，１２０
により、コンピュータ１１２は電圧制御信号及びデジタ
ル出力信号それぞれを、赤外線信号を介して送受信でき
る。更に、当該技術で知られているように、赤外線信号
をコード化して、多数のグリッパ１０６ａ〜１０６ｄ間
のクロストークを防いでもよい。部品３０５が単一チッ
プマイクロプロセッサである実施形態において、コンピ
ュータと電気回路との間で信号を転送する電気リード又
は赤外線送信機は省略され得る。
【００５１】図１０に示す実施形態において、電圧源１
１０を充電するシステムも示されている。ここで、電圧
源１１０は充電可能な電池又は容量コンデンサでよい。
充電システムは、発明の一実施形態において、従来型ロ
ボット搬送機構４０２に取り付けられ、処理ステーショ
ンの外部に配置した電圧源１２５に電気的に結合でき
る、ドッキングステーション４００を備える。このドッ
キングステーションは、ブレード１００に向かって延び
る第１対の導電コンタクト（接続子）４０４，４０６を
含んでおり、この第１対のコンタクト４０４，４０６
は、ブレードから延在する第２対のコンタクト４０８，
４１０と結合するよう設けられている。第２対のコンタ
クトは電圧源１１０に電気的に接続する。動作時は、ブ
レードが収縮位置にある時、第２対のコンタクト４０
８，４１０は、第１対のコンタクト４０４，４０６の対
応のものと係合し、ドッキングステーション４００から
の電圧を電圧源１１０に蓄積させて、電圧源１１０を充
電する。好適な実施形態において、ブレードが様々な処
理チャンバ間を移動するので、ドッキングステーション
はブレード１００と共に、回転することができ、そのた
め第２対のコンタクト４０８，４１０は、ドッキングス
テーション４００の第１対のコンタクト４０４，４０６
とは、持続的な回転アライメント状態にある。図１０に
示すドッキングステーションが、ここで説明される本発
明の様々な実施形態と共に使用されるであろうことは、
言うまでもない。
【００５２】発明の更に別の実施形態は、図１１の
（Ａ）及び図１１の（Ｂ）に示され、他の全てのグリッ
パの代表としてグリッパ１０６ａについて説明する。図
１１の（Ａ）及び図１１の（Ｂ）の実施形態におけるグ
リッパ１０６ａは、ウェハがブレード上に載置された時
に、最初はグリッパ１０６ａがウェハ１０２から離れる
よう湾曲されるべく、ウェハがブレード上に最初に載置
されると、電圧源によって電圧を加えられる。ウェハが
適切な位置となったならば、本実施形態における電圧は
放散され、グリッパは弛緩してウェハ１０２に向かって
移動する。グリッパの湾曲方向は、図９に示すものに関
する電極層２０４，２０８に印加される電圧を逆にする
ことで、図７及び図８に示す実施形態に対し逆転しても
よい。代わりに、電極層２０４，２０８に印加される電
圧は、図９に示すようなものであってもよいが、層２０
０，２０２内の分極ベクトルは、図７の（Ｃ）に示すそ
れらに対して逆転してもよい。図１１の（Ａ）の実施形
態において、電圧は、図９に関して前述した電圧制御信
号を減少させることによってゼロとしてもよい。グリッ
パがウェハに接触すると、グリッパの検知層２１４，２
１６，２１８は信号を発生し、図９に関して上で説明し
たように、他の各グリッパもウェハと接触するまで、グ
リッパの更なる弛緩を停止させる。その後、各グリッパ
への電圧は、図１３に示すフローチャートのステップ１
３０６で記載された所定量分を更に減少させて、ウェハ
をブレード上に確実に固定する。
【００５３】当業者ならば理解できるように、図１１の
（Ａ）及び図１１の（Ｂ）の実施形態に示されるグリッ
パは、本実施形態における電圧制御信号及びデジタル出
力信号が減少する代わりに増加するという条件で、図１
４及び図１５に示すフローチャートに従ってウェハを解
放することができる。
【００５４】本発明の別の実施形態において、図７及び
図８に関して上述したように、グリッパは内側に移動し
てウェハ１０２と接触するように操作できるが、全ての
グリッパによる接触後における各グリッパへの電圧を増
分するステップ１３０６（図１３）は省略することもで
きる。この実施形態において、ウェハによる動きは、グ
リッパが、ウェハに相当の力、即ち、図１２に示すｖ1
に限りなく近い力を及ぼすことなく、グリッパによって
阻止、つまりブロックされる。グリッパがウェハをブロ
ックし、ブレード上のウェハ搬送中にブレードが加速す
る時、ウェハはブレード１００に対して動こうとするこ
とも考えられる。ブレードに対するウェハのそのような
動きが生じた場合、ウェハは一つ以上のグリッパ１０６
ａ〜１０６ｄに、より大きな力を及ぼす。この力が特定
のグリッパ、例えばグリッパ１０６ｂに及ぼされている
場合、グリッパ１０６ｂの圧電層２００，２０２で電圧
が発生し、この電圧は上記のようにグリッパ１０６ｂの
検知層２１４，２１６，２１８によって検知され、コン
ピュータ１１２に伝達される。それに応答して、本実施
形態におけるコンピュータ１１２は、電圧制御信号値を
増加させ、それによって、センサ２１２によって検知さ
れた電圧に比例する量だけ、ウェハ上のグリッパ１０６
ｂの力を増加させる。ウェハに対するグリッパの増加し
た力は、ブレードの加速により、グリッパ上のウェハに
よって及ぼされた力の増加分と等しく、対向している。
従って、ブレード上でのウェハの更なる動きは妨げられ
る。ブレードに対するウェハの何らかの初期の動きは、
グリッパが更なる動きを妨げるために反作用力を及ぼす
前に、本実施形態において生じるのは言うまでもない
が、一方で、この初期の動きはグリッパ内の圧電材料の
高い感度により最小となる。
【００５５】グリッパが単にウェハの動きを遮るという
前段落に記載の実施形態において、ウェハの加速による
ウェハ上にかかる力は、検知層２１４，２１６，２１８
によって測定される。しかし、各ウェハの質量は既知で
あり、搬送中のブレード上のウェハの加速は、コンピュ
ータ１１２によって制御され知ることができる。従っ
て、搬送中のウェハの加速により、ウェハに生じる力
は、検知層２１４，２１６，２１８とは無関係に、コン
ピュータ１１２によって判定することができる。このよ
うに、更なる別の実施形態においては、コンピュータ１
１２によりウェハ上の力が判定された時点で、上記ウェ
ハ上の力に抗するために、一つ以上のグリッパ１０６ａ
〜１０６ｄに電圧を印加してもよい。
【００５６】グリッパがウェハを単にブロックするとい
う実施形態において、ウェハが次の処理チャンバに運ば
れると、各グリッパに対する電圧は単純に遮断され、各
グリッパはウェハから離れた弛緩状態に戻る。
【００５７】以上、グリッパ１０６ａ〜１０６ｄを、３
つの電極層の間に介在された２つの圧電セラミック層を
備えたバイモルフとして説明した。しかし、一つの部材
が別の部材と摩擦接触して動くことなく、形状を変化さ
せる別の形状変更構造を使うことにより、本発明に従っ
て、ウェハ１０２を把持できることは言うまでもない。
例えば、各グリッパ１０６ａ〜１０６ｄは次のような圧
電素子から成るものであってもよい。すなわち、ソース
電圧を印加した時に、ウェハ１０２に向かって伸び、且
つまた、ウェハ１０２との接触時に電圧（ウェハ１０２
との接触を示すのに使用できる電圧）を発生されるよう
方向付けられた分極ベクトル有する圧電素子から成るも
のであってもよい。
【００５８】グリッパは、ウェハ１０２に向かって移動
してウェハ１０２に係合するように、そしてウェハとの
係合で電圧を生じさせるようにブレード１００上に載置
される他の圧電アクチュエータのうちの任意のものから
形成されてもよいことは言うまでもない。そのような圧
電アクチュエータには、例えば、ドイツ、ヴァルドブロ
ン（Waldbronn）のPhysik Instrumente (PI) GmbH & C
o.製のものがある。また、これら圧電アクチュエータ
は、非圧電材料に取り付けた圧電材料を複合して取り付
けて形成してもよいことも言うまでもない。当該技術で
知られているように、そのような複合圧電アクチュエー
タは、電源電圧の印加により圧電材料が動くと、圧電材
料が非圧電材料内に応力を発生させ、それによって、非
圧電材料が、圧電材料それ自体によって可能な範囲より
も広い範囲にわたって、移動するような方法で、圧電材
料を非圧電材料内で方向付けることによって、動作す
る。
【００５９】本発明の更なる実施形態において、グリッ
パは、絶縁断熱層によって分けられた２つの金属層を有
するバイメタルを備えてもよい。この実施形態におい
て、バイメタルの第１層は、例えば第１層に電圧を印加
することにより、第２層よりも高い温度で加熱される
と、熱膨張により第１層は第２層よりも伸長される。両
層の不均等な熱膨張の結果、バイメタルに曲げが生じ
る。バイメタルが曲がる程度は、バイメタルに印加する
電圧量で制御できる。金属層は、異なる熱膨張率の２種
類の金属で形成してもよい。ウェハに隣接するバイメタ
ル端部にストレインゲージを、バイメタルとウェハの接
触を検知するために備えてもよい。
【００６０】
【発明の効果】従来の技術の欄で述べ且つ図１１に示す
ように、凹部３４を含め、従来型運搬ブレードの欠点
は、ウェハが凹部３４に不均等に載置され得るという点
である。本発明による圧電グリッパは、ウェハを搬送ブ
レードに堅固に保持し、それによって凹部３４は不要と
なる。
【００６１】また、従来の技術の欄で述べたように、半
導体ウェハは、ウェハ製造プロセス中にウェハ中心位置
を電子的に判断して、ウェハを方向決めするために、方
向決めチャンバに搬送される。しかし、本発明による
と、各圧電グリッパ１０６ａ〜１０６ｄの位置がブレー
ド１００に対して既知であり、各圧電グリッパ１０６ａ
〜１０６ｄが伸長した距離はコンピュータ１１２によっ
て測定できるので、ブレード１００に対するウェハ１０
２の正確な位置は、三角測量によってコンピュータ１１
２で演算できる。その演算から、半導体ウェハ１０２の
中心が測定できる。このように、方向決めチャンバ内の
ウェハの中心を演算するステップは不要となるため、更
にウェハ製造全体の時間及びコストを抑えることができ
る。
【００６２】本発明の特徴は、動作、即ちウェハを把持
するためのグリッパ１０６ａ〜１０６ｄの内側への動き
が、互いに接触状態にある２つの部材間での相対摩擦運
動なしに、省略できることにある。従来の技術の欄で述
べたように、接触状態にある２つの部材間でのそのよう
な相対摩擦運動は、ウェハ製造に悪影響を及ぼす汚染粒
子を生じる。
【００６３】以上、本発明について詳細に述べたが、本
発明は、ここに開示した実施形態に限定されるものでは
ないことは理解すべきである。様々な変更、代替及び改
良は、当業者によって、特許請求の範囲に記載され特定
された本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、行
うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】複数の処理ステーションを含む従来型の処理設
備の平面図である。
【図２】従来型ブレードと、その上に載置された半導体
ウェハとを示す部分平面図である。
【図３】（Ａ）は図２の３−３線に沿っての断面図であ
り、ブレード及び半導体ウェハを示す図であり、（Ｂ）
は、従来型ロボットアームブレードと、その凹部に不適
切に載置されたウェハとを示す側面図である。
【図４】半導体ウェハをブレードに固定するための従来
型のばね付勢式チャックを示す部分平面図である。
【図５】（Ａ）は、本発明による複数の圧電グリッパを
有するウェハ搬送ブレードを含むウェハ処理ステーショ
ンを示す部分斜視図であり、（Ｂ）は、本発明による複
数の圧電グリッパを含むブレードの部分平面図である。
【図６】図５の（Ｂ）の６−６線に沿っての断面図であ
る。
【図７】（Ａ）は、ウェハを把持していない第１状態に
ある本発明の圧電グリッパを示す部分拡大平面図、
（Ｂ）は、図７の（Ａ）の７Ａ−７Ａ線に沿っての圧電
グリッパの断面図、（Ｃ）は、図７の（Ａ）の７Ｂ−７
Ｂ線に沿っての圧電グリッパの断面図、（Ｄ）は、分極
ベクトルを示す圧電グリッパの拡大断面図である。
【図８】ウェハと接触している第２状態にある、本発明
の圧電グリッパの部分拡大平面図である。
【図９】（Ａ）は、本発明による圧電グリッパと、当該
グリッパを制御する電気回路とを概略的に示す図であ
り、（Ｂ）は、図９の（Ａ）に示すグリッパに電圧を印
加する電源を示す図である。
【図１０】本発明の別の実施形態による複数の圧電グリ
ッパを有するウェハ搬送ブレードを含むウェハ処理ステ
ーションを示す部分斜視図である。
【図１１】（Ａ）は、ウェハを把持していない第１状態
にある、本発明の別の実施形態による圧電グリッパの部
分平面図であり、（Ｂ）は、ウェハと接触している第２
状態にある、本発明の別の実施形態による圧電グリッパ
の部分平面図である。
【図１２】電圧制御信号に対する圧電グリッパの湾曲度
のグラフである。
【図１３】本発明による、ウェハを把持するための圧電
グリッパの操作を示すフローチャートである。
【図１４】本発明による、ウェハを把持しない圧電グリ
ッパの操作を示すフローチャートである。
【図１５】本発明の別の実施形態による、ウェハの把持
を解くための圧電グリッパの操作を示すフローチャート
である。
【符号の説明】
２０…製造プロセスステーション、２２〜２６…処理チ
ャンバ、２８…ロボット搬送機構、１００…ブレード、
１０２…ウェハ（加工物）、１０６ａ〜１０６ｄ…圧電
グリッパ、１０８…支持ブロック、１１０…電圧源（電
源）、１１２…コンピュータ、２００，２０２…圧電
層、２０４，２０６，２０８…電極層、２１４，２１
６，２１８…検知層。
フロントページの続き (72)発明者 ハーツェル ラオー アメリカ合衆国， コロラド州， ボルダ ー， ヒルズデール サークル 2050

Claims (9)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 加工物を把持するための加工物把持装置
    であって、 前記加工物と係合状態にない第１位置と、前記加工物と
    係合状態にある第２位置との間で移動することができる
    少なくとも一つの形状変化グリッパと、 前記少なくとも一つのグリッパが取り付けられる支持体
    と、 を備え、前記少なくとも一つのグリッパは、前記グリッ
    パと前記支持体との間で摩擦移動もなく、前記第１位置
    と前記第２位置との間を移動可能である、加工物把持装
    置。
  2. 【請求項２】 半導体ウェハを把持するための半導体ウ
    ェハ把持装置であって、 前記半導体ウェハと係合状態にない第１位置と、前記半
    導体ウェハと係合状態にある第２位置との間で移動する
    ことができる少なくとも一つのグリッパと、 前記少なくとも一つのグリッパが取り付けられる支持体
    と、を備え、前記少なくとも一つのグリッパは、互いに
    接触状態にある前記少なくとも一つのグリッパ及び支持
    体における任意の２つの面の間での摩擦移動もなく、前
    記第１位置と前記第２位置との間を移動可能である、半
    導体ウェハ把持装置。
  3. 【請求項３】 前記少なくとも一つのグリッパは圧電材
    料を含み、前記少なくとも一つのグリッパは、電圧が印
    加されると、前記第１位置と前記第２位置との間で移動
    するようになっている、請求項２に記載の半導体ウェハ
    把持装置。
  4. 【請求項４】 半導体ウェハを把持するための半導体ウ
    ェハ把持装置であって、 前記半導体ウェハの下面を支持するブレードと、 前記半導体ウェハの周縁部周りで当該半導体ウェハと係
    合する、複数の圧電グリッパと、 前記複数の圧電グリッパのうちの一つの圧電グリッパに
    電圧を供給し、前記半導体ウェハの前記周縁部と係合状
    態にない第１位置及び前記半導体ウェハの前記周縁部と
    係合状態にある第２位置の間で、前記圧電グリッパの一
    部分を動かす電圧源と、を備える半導体ウェハ把持装
    置。
  5. 【請求項５】 前記圧電グリッパの係合状態を検知し、
    前記係合状態にある時に前記圧電グリッパの更なる移動
    を停止させる検知手段を更に備える、請求項４に記載の
    半導体ウェハ把持装置。
  6. 【請求項６】 前記各圧電グリッパが前記半導体ウェハ
    の外周と係合すると、前記電圧を所定分増加させ、それ
    によって前記複数の圧電グリッパのそれぞれが半導体ウ
    ェハ上に及ぼす力を等量増加させる手段を更に備える、
    請求項５に記載の半導体ウェハ把持装置。
  7. 【請求項７】 前記電圧源は、前記圧電グリッパに前記
    電圧を増分的に印加するようになっている、請求項４に
    記載の半導体ウェハ把持装置。
  8. 【請求項８】 半導体ウェハを把持するための半導体ウ
    ェハ把持装置であって、 前記半導体ウェハを支持する手段と、 前記半導体ウェハの周縁部周りで前記半導体ウェハと係
    合する、複数のグリッパと、 前記複数のグリッパを、前記半導体ウェハを支持する前
    記手段上に支持する支持体と、 前記複数のグリッパの各グリッパを前記半導体ウェハの
    方向に個々に移動させる手段と、 前記半導体ウェハと前記各グリッパとが接触した際に、
    前記各グリッパの前記移動を停止する手段と、を備え、
    前記半導体ウェハに向かう前記各グリッパの前記移動
    は、互いに接触状態にある前記グリッパと前記支持体と
    の任意の２つの面の間での摩擦移動を生ずることなく行
    われる、半導体ウェハ把持装置。
  9. 【請求項９】 半導体ウェハを把持するための方法であ
    って、（ａ）複数の形状変化グリッパの間に加工物を配
    置するステップと、（ｂ）電圧を前記圧電グリッパに増
    分的に印加するステップによって、前記ステップ（ａ）
    で前記ブレード上に配置された前記半導体ウェハと接触
    するように前記複数のグリッパを伸長するステップと、
    （ｃ）前記複数の圧電グリッパのうち一つの圧電グリッ
    パが、前記半導体ウェハの周縁部に接触する時を検知す
    るステップと、（ｄ）前記圧電グリッパが、前記ステッ
    プ（ｃ）において、前記半導体ウェハの前記周縁部に接
    触した時の電圧に、前記電圧を維持するステップと、
    （ｅ）前記各圧電グリッパが前記半導体ウェハの前記周
    縁部に接触した後、前記複数の各圧電グリッパに対し、
    所定分だけ電圧を増加させるステップと、を有する半導
    体ウェハを把持する方法。
JP9140410A 1996-05-30 1997-05-29 ロボットブレード用圧電式ウェハ把持装置 Withdrawn JPH1064976A (ja)

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