JP2002151576A

JP2002151576A - ウェハ処理ロボット用の、基板搬送時の中心検出及びノッチ整列装置

Info

Publication number: JP2002151576A
Application number: JP2001228146A
Authority: JP
Inventors: Satish Sundar; サンダールサティシュ
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 2000-07-27
Filing date: 2001-07-27
Publication date: 2002-05-24
Also published as: KR100751998B1; TW497127B; US6327517B1; EP1176628A2; KR20020010548A; EP1176628A3

Abstract

(57)【要約】（修正有）【課題】中央トランスファチャンバに接続されるチャ
ンバの間を基板が搬送中に、搬送中の基板の方向及び中
心を検出する方法及び装置を提供する。【解決手段】基板を搬送するのに適用されるロボット
２２０と、ロボットにより搬送される基板の経路を横切
る平面にセンサビームを発するため設けられた１つ以上
のエミッタ２３１と、センサビームを受け取り、プロセ
ッサに対して信号を生成するように設けられた１つ以上
のレシーバ２３２と、基準点に対する基板の中心点及び
方向インジケータを決めるために、１つ以上のレシーバ
からの信号を処理するため設けられたプロセッサと、基
板の中心点及び方向インジケータに応じてロボットの動
作を制御するコントローラと、を含む。基板の位置付け
方法は、センサビームの平面を横切る経路に沿って基板
を動かし、レシーバからの信号を用いて基板の中心点及
び方向インジケータを決め、基板を位置決めすることを
含む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の背景】

【発明の分野】本発明は、ロボット式基板処理システム
に関する。特に、本発明は、ロボット処理システムによ
る基板のチャンバ間搬送中に、その搬送中の基板の方向
及び中心を検出する装置及び方法に関する。

【０００２】

【関連技術の背景】集積回路の製造においては、処理用
の自動装置を用いて、半導体基板が様々な反応チャンバ
及び他の処理チャンバに装填される。典型的には、その
ような自動装置は、シリコンウェハ等の半導体基板をロ
ードロックチャンバのカセットから中央トランスファチ
ャンバへ、更にはトランスファチャンバに関連して設け
られた１つ以上の処理チャンバへと搬送させ得る、ロボ
ットを含む。ロボットは、典型的には、トランスファチ
ャンバに連結する全てのチャンバへのアクセスを提供す
るよう、トランスファチャンバにおける中心位置に設け
られる。半導体基板の処理チャンバに対する正確な位置
及び方向を知り、基板が、処理される基板上の的確な所
望領域への処理効率を最大限にするように、処理チャン
バ内の最適な位置おいて的確に位置付けられ得ることが
望ましい。好ましくは、基板上の中心点、及びノッチ又
は平坦方向インジケータは、所望の処理位置に沿って基
板が位置決めされるよう決められる。同様に、基準点と
して用いられ、基板がその上に搬送される基板位置付け
装置が、定期的に修正され、位置付け誤差が削除できな
いまでも、その最小化が図られることも又、望ましい。

【０００３】半導体基板の中心点、及びノッチ又は平坦
方向インジケータを位置決めする現在の方法及びシステ
ムは、“心棒”型方向／中心検出装置を提供する。シャ
トルロボットにより基板が方向／中心検出装置の心棒に
搬送され、そこで、基板の中心及び方向を決めるため
に、基板が徐々に回転される。回転の中心からウェハの
外縁までの距離はセンサ手段により直線経路に沿って測
定され、ウェハの中心点オフセットは測定値の幾何分析
により算出され、更に、シャトルロボットにより、ウェ
ハが心棒上の中心に位置付けられる。

【０００４】心棒型の方法及びシステムには不利な点が
いくつかある。第一に、それが処理システムからは完全
に分離し、且つ固有の装置であることがあげられる。分
離した中心検出装置を有することは、製造工程における
更なる手順を必要とし、費用及び煩雑さを増し、貴重な
スループット時間を減少させることになる。すなわち、
ウェハを、ロボットによって直接ウェハ収容カセットか
ら取り外すことができず、別になっている中心検出装置
によって最初に操作しないと、処理チャンバに搬送する
ことができない。結果として、心棒型システム及び方法
は、ウェハがウェハ収容カセットから処理チャンバに搬
送されるという直接的な動きの優位性を享受しない。加
えて、中心検出方法を正確なものに維持するためには、
シャトルロボットが別の修正機器により定期的に修正さ
れることが必要となる。更に、いったん位置付け方法が
実行されると、ウェハは、ウェハの正確な位置付けを維
持するために同様にして定期的な修正が必要となる別の
ウェハ移送アームに搬送される。

【０００５】半導体基板の中心点を位置決めする別のシ
ステムが、出典を明記することによりその開示内容全体
を本願明細書の一部とし且つ本発明の譲受人であるＡｐ
ｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎｃ．、Ｓａｎｔａ
Ｃｌａｒａ、Ｃａｌｉｒｏｆｒｎｉａ（カリフォルニ
ア州サンタクララのアプライドマテリアル社）に一般譲
渡された１９８９年４月４日発行の、Ｃｈｅｎｇｅｔ
ａｌ．、Ｕ．Ｓ．Ｐａｔ．Ｎｏ．４，８１９，１６
７、ＳＹＳＴＥＭＡＮＤＭＥＴＨＯＤＦＯＲＤ
ＥＴＥＣＴＩＮＧＴＨＥＣＥＮＴＥＲＯＦＡＮ
ＩＮＴＥＧＲＡＴＥＤＣＩＲＣＵＩＴＷＥＦＥＲ
（チェンらの米国特許第４，８１９，１６７号「集積回
路ウェハの中心を検知するシステム及び方法」）におい
て開示されている。

【０００６】チェンらの特許において開示されるシステ
ム及び方法は、ウェハ保持ブレードの直線経路に対して
一般的に横方向に位置付けられたセンサの列に交差する
直線経路に沿って、半導体ウェハが動かされる、“光学
センサアレイ”型のものである。この中心検出方法は、
ウェハが、処理チャンバへの途中で、処理システムロボ
ットにより収容カセットから直接取り除かれることで実
行される。ロボットブレード及びウェハの外縁端は光学
センサにより別々に検知され、ロボットブレードに対す
るウェハの座標中心位置を算出する。ｘ−ｙ座標システ
ムは、ロボットアーム／ブレードの動作経路（ｘ）と、
光学センサの中心線（ｙ）とにより規定される。ｙ座標
軸の起点（０）は中心センサの位置により規定される。
ロボットブレードの検知は、ｘ−ｙ座標システムの基準
点及び起点（０，０）を提供し、この点からウェハは最
終目的点へと動かされる。ウェハの、先行する端部及び
後ろに続く端部に沿った点の検知は、一般的にはウェハ
の動作経路に並行なｘ軸に沿った点を提供し、この点か
らウェハの中心点を幾何学的に求めることが可能であ
る。いったんウェハの中心位置が幾何学的に求められる
と、ウェハを搬送して最終目的位置に位置決めすること
ができる。

【０００７】チェンらの型による中心検出システムは、
別々になった固有の装置を有するという不利な点につい
ては克服している。ウェハの中心点は、ウェハがその最
終目的位置に搬送されるまでの間に直接に決定される。
これは、チェンらの特許に示される単一のロードロック
チャンバを備える複数チャンバ処理装置において、Ｒ−
シータ型ロボットが存在するというウェハ処理システム
構成では、特に優位性を示す。しかし、チェンらの型の
中心検出システムは、基板上のノッチ又は平坦方向イン
ジケータを特定の方向に整列させるための、基板の方向
は提供しない。基板はロードロックカセット内において
方向付けられた位置で供されなければならず、或いは、
別の方向付け装置において方向付けられなければならな
い。

【０００８】従って、中央トランスファチャンバに接続
されたチャンバの間を基板が搬送されている間に、その
搬送中の基板の方向及び中心を検出する特徴を呈する方
向及び中心検出システムの必要性が生じる。

【０００９】

【発明の概要】本発明は、一般に、基板が中央トランス
ファチャンバに接続されたチャンバの間を搬送される間
に、その搬送中の基板の方向及び中心を検出する特長を
有する、組み合わせられた方向／中心検出システムを提
供する。

【００１０】発明の１つの側面は、基板を搬送するのに
適用されるエンドエフェクタを有するロボットと、ロボ
ットにより搬送される基板の経路を横切る平面にセンサ
ビームを発するために設けられる１つ以上のエミッタ
と、センサビームを受け取り、プロセッサに対して信号
を生成する１つ以上のレシーバと、１つ以上のレシーバ
からの信号を処理し、基準点に対する基板の中心点及び
方向インジケータを決めるのに適用されるプロセッサ
と、基板の中心点及び方向インジケータに応じてロボッ
トの動作を制御するコントローラとを含む装置を提供す
る。好ましくは、ロボットは、エンドエフェクタ上に設
けられる回転可能グリッパを有するカエル脚型ロボット
またはマルチリンク型ロボットである。

【００１１】発明の別な側面は、センサビームの平面を
横切る経路に沿って基板を搬送するステップと、センサ
ビームからの信号を用いて基板の中心点及び方向インジ
ケータを決めるステップと、基板の中心点及び方向イン
ジケータに従って基板を位置決めするステップとを含
む、本発明による基板の位置付け方法を提供する。好ま
しくは、基板の中心点は、基板の外周に対応するデータ
点の組についての誤差関数を最小化することにより求め
られ、方向インジケータは、径方向偏差の範囲を超える
データ点の組を、方向インジケータについて記憶されて
いるデータの組と比較することによって決められる。

【００１２】基板を位置決めするステップは、基板の中
心点及び方向インジケータを最終目的位置に整合させる
ステップを含む。基板を位置決めする方法の１つは、ロ
ボットのエンドエフェクタ上で基板を所望の方向に回転
させるステップと、基板をチャンバ内に挿入するために
ロボットを回転させるステップと、チャンバ内で基板の
中心点を最終目的位置に整合させるためにロボットを伸
長するステップとを含む。基板を位置決めする別の方法
は、チャンバ内に挿入するよう基板を位置決めするため
にロボットを回転させるステップと、チャンバ内で基板
の中心点を最終目的位置に整合させるためにロボットを
伸長するステップと、基板をロボットから持上げるステ
ップと、回転可能ロボットエンドエフェクタを基板の中
心点に整合させるよう位置付けるステップと、基板を回
転可能ロボットエンドエフェクタ上に降下させるステッ
プと、基板を所望の方向に回転させるステップとを含
む。

【００１３】本発明の前記特徴、利点及び目的が達せら
れ詳細に理解され得るように、以上に略述した発明のよ
り具体的な説明を、添付図面に示された実施形態に基づ
き行なう。

【００１４】しかしながら、添付図面が本発明の典型的
な実施形態のみを説明するものであって、本発明は他の
同様に有効な実施形態をも許容し得るので、添付図面が
その範囲を限定するものではないことに留意されたい。

【００１５】

【好適な実施形態の詳細な説明】図１は、本発明による
基板の方向／中心検出装置を用いた、処理装置の概略図
である。処理システム１００は、複数のモジュール或い
はチャンバが連結する主フレーム、又はプラットフォー
ム１０２により規定される、２段階真空処理システムで
ある。２段階真空処理プラットフォームの商業的な実施
形態は、出典を明記することによりその開示内容全体を
本願明細書の一部とするＵ．Ｓ．ＰａｔｅｎｔＮｏ．
５，１８６，７１８、Ｔｅｐｍａｎｅｔａｌ．（テ
プマンらの米国特許第５，１８６，７１８号公報）に記
載され、ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎ
ｃ．、ＳａｎｔａＣｌａｒａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ
（カリフォルニア州サンタクララのアプライドマテリア
ル社）から入手可能なＥｎｄｕｒａ（登録商標）プラッ
トフォームである。

【００１６】処理システム１００は、第一段階トランス
ファチャンバ１１５に連結する真空ロードロックチャン
バ１０５及び１１０を含む。ロードロックチャンバ１０
５及び１１０は、基板が処理システム１００に進行し、
そこから出て行くまで、第一段階トランスファチャンバ
１１５内の真空状態を維持する。第一ロボット１２０
は、基板を、ロードロックチャンバ１０５及び１１０
と、第一段階トランスファチャンバ１１５に連結する１
つ以上の基板処理チャンバ１２５及び１３０との間で搬
送する。処理チャンバ１２５及び１３０は、化学気相成
長（ＣＶＤ）、物理気相成長（ＰＶＤ）、エッチング、
プレ洗浄、ガス抜き、方向付け、及び他の基板処理等、
複数の基板処理操作を行うように設定され得る。第一ロ
ボット１２０は又、第一段階トランスファチャンバ１１
５と第二段階トランスファチャンバ１４０との間に設け
られる１つ以上のトランスファチャンバ１３５に向かっ
て、或いはそこから、基板を搬送する。

【００１７】トランスファチャンバ１３５は、基板を第
一段階トランスファチャンバ１１５と第二段階トランス
ファチャンバ１４０との間で搬送しながら、第二段階ト
ランスファチャンバ１４０内の超高度の真空状態を維持
するために用いられる。第二ロボット１４５は、基板
を、トランスファチャンバ１３５と複数の基板処理チャ
ンバ１５０、１５５、１６０、及び１６５との間で搬送
する。処理チャンバ１２５及び１３０と同様に、処理チ
ャンバ１５０から１６５のそれぞれは様々な基板処理操
作を実行するよう設定され得る。例えば、処理チャンバ
１５０は誘電体膜を堆積するよう設定されたＣＶＤチャ
ンバであり得、処理チャンバ１５５は相互接続の特徴を
形成するために誘電体膜の隙間又は開口部にエッチング
処理を施すよう設定されたエッチングチャンバであり
得、処理チャンバ１６０はバリア膜を堆積するよう設定
されたＰＶＤチャンバであり得、更に、処理チャンバ１
６５は金属膜を堆積するよう設定されたＰＶＤチャンバ
であり得る。集積回路又はチップの製造を完了するのに
必要とされる全ての処理を実行するためには、複数の処
理システムが必要とされるであろう。

【００１８】コントローラ１７０は、処理システム１０
０の全体の操作と、基板処理チャンバのそれぞれにおい
て実行される個別の工程を制御することができる。コン
トローラ１７０は、マイクロプロセッサ又はコンピュー
タ（図示せず）、及びマイクロプロセッサ又はコンピュ
ータにより実行されるコンピュータプログラムを含み得
る。基板は、コントローラにより制御されるコンベヤベ
ルト又はロボットシステム（図示せず）により真空ロー
ドロックチャンバ１０５及び１１０に投入される。ロボ
ット１２０及び１４５も又、コントローラに制御されて
処理システム１００の様々な処理チャンバの間で基板を
搬送する。加えて、コントローラ１７０は、処理システ
ム１００に接続される他の要素又はシステムの制御、及
び／又はそれらとの協働を行い得る。本発明は段階真空
処理システムでの適用の中で説明されるが、発明者は、
基板の中心及び方向検出が要される様々な基板処理シス
テムにおける本発明の適用を意図する。処理システムの
例は、ＡｐｐｌｉｅｄＭａｔｅｒｉａｌ，Ｉｎｃ．、
ＳａｎｔａＣｌａｒａ、Ｃａｌｉｆｏｒｎｉａ（カリ
フォルニア州サンタクララのアプライドマテリアル社）
から入手可能なＣｅｎｔｕｒａ（登録商標）、Ｅｎｄｕ
ｒａ（登録商標）、Ｐｒｏｄｕｃｅｒ（登録商標）、及
びＰ５０００（登録商標）システムを含む。

【００１９】図２は、本発明によるロードロックチャン
バ２１０及び搬送ロボット２２０の斜視図である。ロー
ドロックチャンバ２１０（例えば、ロードロックチャン
バ１０５、１１０の１つ）は、スリットバルブ（図示せ
ず）により選択的に開閉される開口部２０２を通してト
ランスファチャンバ（例えば、第一段階トランスファチ
ャンバ１１５）に接続される。基板は典型的にはウェハ
カセットに収容され、そのカセットは、処理システム内
への基板の導入を助成するため、ロードロックチャンバ
２０２に投入される。典型的にウェハカセットは、ウェ
ハカセット内の個別基板への搬送ロボットによるアクセ
スを提供するため、ロードロックチャンバの下部を通し
て接続されるステップモータによりインデックス化され
る。搬送ロボット２２０（例えば、第一ロボット１２
０）は、トランスファチャンバに連結する異なるチャン
バの間における基板の搬送を提供するため、トランスフ
ァチャンバの中心に設置される。

【００２０】搬送ロボットの１つの実施形態は、図１及
び２に示されるような３点ジョイントロボットである。
搬送ロボットの各ジョイント部はロボットの基礎部分に
収容されたモータにより制御される。各ジョイント部
は、ベルト又は別の結合機構により制御モータに接続さ
れる。好ましくは、３つのモータが、それぞれθ₁、
θ₂、及びθ₃における３つの結合を位置決めするように
独立して制御される。ロボットは、典型的には、各モー
タがそれぞれ所望のθ₁、θ₂、及びθ₃における３つの
結合を位置決めするのに必要とされるモータステップの
数を規定する、プログラムされた幾何学的式の組により
制御される。プログラムされた幾何学的式は、典型的に
は、ロボットを特定位置に移動させる信号を提供するマ
イクロプロセッサに接続された、データメモリ記憶装置
に記憶される。プロセッサは、ロボットの幾何学的式の
逆関数を用いることにより、第一及び第二結合部のジョ
イント位置（θ₁，θ₂）をも又、算出し得る。第三結合
部における回転軸の所与の位置（例えば、ｘ−ｙ座標
軸）及び方向（θ₃）について、ロボットの幾何学的式
の逆関数を用いることで、第一及び第二結合部のジョイ
ント位置（θ₁，θ₂）を算出し得る。ロボットは、処理
システムにおける様々なチャンバの間で必要とされる基
板の搬送機能を実行するために修正されることが望まし
い。様々なロボット修正技術が前記技術においては公知
であり、ロボットを修正するために用いられ得る。

【００２１】センサアセンブリ２３０は、基板がロード
ロックチャンバから外に搬送される際の基板の経路を横
切る位置に設けられる。１つの実施形態では、センサア
センブリ２３０はエミッタ２３１とレシーバ２３２とを
含み、トランスファチャンバの内側表面で開口部２０４
に隣接して、開口部２０４の開閉に関連するスリットバ
ルブ及びスリットバルブアセンブリ要素からの干渉を回
避する位置に連結される。エミッタ２３１は開口部２０
４の上部位置に設けられ得、対応するレシーバ２３２は
開口部２０４の下部位置、すなわち、エミッタ２３１の
位置の反対側に設けられる。エミッタ２３１は、基板を
搬送する間の基板経路を横切って、光線の平面を投射す
ることができる。或いは、基板を搬送する間の基板経路
を横切って光線の平面を投射するために、エミッタは開
口部２０４の上に設けられる個別のエミッタのアレイを
含み得る。レシーバ２３２は、エミッタから発せられる
信号を検知するために単一のレシーバ、又は開口部２０
４の下に設けられるレシーバのアレイを含み得る。エミ
ッタ及びレシーバのアレイを有する別の実施形態では、
複数のエミッタは及び複数のレシーバは、基板をチャン
バへの出入りで搬送する間の基板経路に対する完全な網
羅を確実にするために、それぞれが重なりあうことがで
きる。１つの実施形態では、エミッタ２３１は、基板の
搬送中ウェハの位置が完全に不整合である場合でさえも
全ウェハの外形を横切る光線を発する、広いレーザエミ
ッタである。

【００２２】基板がロードロックチャンバから搬送され
るに従って、ロボットアーム及び基板の一部はエミッタ
２３１から発せられる光線平面の一部をブロックする。
レシーバ２３２はエミッタ２３１により発せられる光線
を検知し、基板の搬送中に基板及びロボットアームによ
りブロックされた部分に対応する信号を提供する。レシ
ーバ２３２はこれらの信号をプロセッサ（例えば、コン
トローラ１７０）に提供し、プロセッサは、これらの信
号から、基板の形状を決定する。１つの実施形態では、
センサ２３０はスキャンされた画像データに類似する信
号を提供し、プロセッサはそれから基板の輪郭を決定で
きる。

【００２３】基板の形状は、ブロックされた光線の部分
を、システムの基準点に対する基板の動きに相関させる
ことにより決定される。１つの実施形態では、基準点は
ロボットの初期デフォルト位置である。又は、基板の相
対的な位置を効率的に表すため、トランスファチャンバ
の中心といった別の基準点も用いられ得る。

【００２４】ロボットが基板をカセットから完全に取り
払い、基板がセンサによりスキャンされた後、プロセッ
サにより、基板の外縁部に対応する複数の点（ｘ₁，
ｙ₁）から（ｘ_n，ｙ_n）が生成される。次いで基板の中
心（ａ，ｂ）及び半径ｒが、それぞれａ、ｂ、及びｒに
対応する誤差関数を最小化することによって、これらの
データ点から求められる。誤差関数は以下の式により規
定される：

【数１】ａ、ｂ、及びｒの値は、以下の式に従って誤差を最小化
することによって求められる：

【数２】

【数３】

【数４】以上の式は、好ましくは、ウェハのノッチ又は平坦部に
対応する点、及びロボットブレードを表す点等の“粗悪
点”を除く、予め選択された範囲内の点を用いて実行さ
れる。“粗悪点”（ｘ_j，ｙ_j）は以下の式により削除さ
れ得る：

【数５】ここで、α_maxは、基板半径の最大予測偏差の二乗に等
しい、予め選択された数である。例えば、基板半径にお
ける偏差が典型的には０．５ｍｍ未満である２００ｍｍ
の基板については、α_maxは０．２５ｍｍ²として選択さ
れる（すなわち、０．５ｍｍ×０．５ｍｍ）。従って、
この予め選択された範囲の外にある検知点は、基板にお
ける中心点を求める際の要素として用いられない。

【００２５】“粗悪点”はウェハのノッチや平坦部の位
置を求めるのに用いられる。好ましくは、ウェハのノッ
チ又は平坦部の寸法に関する情報がプロセッサ／コンピ
ュータに入力され、コンピュータが“粗悪点”の組を比
較して、複数のこれら粗悪点がウェハのノッチ或いは平
坦部に対応するかどうかを決定する。典型的には、連続
する粗悪点の組がウェハのノッチ又は平坦部を表す。決
定するために、プロセッサは連続する粗悪点の組を、方
向インジケータについて記憶されているデータと比較す
る。

【００２６】しかしながら、ウェハのノッチ又は平坦部
がロボットブレードの上に位置し、そのため、センサ及
びレシーバがウェハとロボットとを区別できないことか
ら、コンピュータ／プロセッサがウェハのノッチ又は平
坦部を検知できない場合、ウェハのノッチ又は平坦部を
ロボットブレードから離して位置決めするようウェハが
回転され、次いで、再びウェハはセンサ内を通される。
好ましくは、ウェハは、ロボットのエンドエフェクタ上
に設けられる回転可能グリッパ／チャックにより回転さ
れる。ウェハブレードに起因してウェハのノッチ又は平
坦部の検知が妨害されないことを確実にするために必要
とされる、回転可能グリッパ／チャックの最低限の角変
位（すなわち、角度）は、基板の寸法に対するウェハブ
レードの幅に依存する。典型的には、４５度の角変位
が、ウェハのノッチ／平坦部が検知可能な位置つまりロ
ボットブレードにより妨害されない位置に動かされるこ
とを確実にする。しかしながら、ウェハのノッチが検知
可能な又は妨害されない場所に位置付けられるよう角変
位が基板を十分に回転させる限り、角変位は４５度未満
に選択されてよい。基板が回転された後、ロボットブレ
ードは完全に伸長し、基板の形状を決定するのに基板を
新たにスキャンするよう、再び後退する。続いて、中心
及びウェハのノッチが上述の通りに算出される。

【００２７】いったん基板の中心点（ａ，ｂ）及び方向
インジケータの位置が決められると、図５に示されるよ
うなベクトルＡ、Ｂ、及びＣが算出され得る。ベクトル
Ａは、ロボットの中心点からグリッパの中心へのベクト
ルを表す。ベクトルＢは、ロボットのグリッパの中心か
ら基板の中心点（ａ，ｂ）へのベクトルを表す。ベクト
ルＣは、基板の中心点（ａ，ｂ）から方向インジケータ
へのベクトルを表す。プロセッサは、図６に示されるよ
うに、ベクトルＡ’、Ｂ’及びＣ’で、基板を正確な中
心位置及び方向に整合させて次の処理チャンバ内へ位置
決めするため、幾何学的式の逆関数を利用して、ロボッ
トの必要な動作を決める。次いで、ロボットは、基板を
正確な位置及び方向に整合させながら、次の処理チャン
バへ位置付け得る。

【００２８】図３Ａ−３Ｆは、本発明による３本アーム
ロボットを用いた基板搬送の１つの実施形態を示す。以
下の説明は、エンドエフェクタ３２３として回転可能真
空グリッパ等の回転可能グリッパ３２２を有する、３本
アームロボット３２０を用いた、ロードロックチャンバ
３０５から処理チャンバ３２５への基板の典型的な搬送
を示す。本発明は、システムの様々なチャンバの間で基
板を搬送することに適用可能であることが理解される。
一般的に、ロボット３２０は、図３Ａに示されるよう
に、ロボット３２０が完全に後退しており、且つ基準方
向から回転していない初期位置（θ_1a，θ_2a，θ_3a）か
ら開始する。続いて、ロボット３２０は図３Ｂに示され
る位置（θ_1b，θ_2a，θ_3a）に回転し、ロボットのエン
ドエフェクタ３２３をロードロックチャンバ３０５に伸
長する位置に整列する。

【００２９】次いで、ロボット３２０は、回転可能グリ
ッパ３２２をウェハカセット３０６内の基板３０２の中
心地点より下に位置付け、基板の搬送中に回転可能グリ
ッパ３２２が安全に基板３０２を把持し得ることを確実
にする、図３Ｃに示される位置（θ_1c，θ_2c，θ_3c）に
伸長する。或いは、ロボット３２０は、回転可能グリッ
パ３２２の中心位置をウェハカセット内で理想的に整合
された基板の中心に対応する位置に位置決めするよう、
伸長し得る。典型的には、ウェハカセット３０６は、基
板３０２を回転可能グリッパ３２２上に位置決めするた
めにインデックス化されている。又は、ロボット３２０
は、基板３０２をウェハカセット３０６のスロットから
持上げるよう上昇される。次いで、真空機構等の、グリ
ッパ３２２の把持機構は、その上に搬送中の基板３０２
を堅持するよう稼動される。ロボット３２０は、続い
て、基板３０２をグリッパ３２２上に堅持しながら、図
３Ｄに示される位置（θ_1b，θ_2a，θ_3a）までロードロ
ックチャンバ３０５から後退する。

【００３０】ロボット３２２が後退するに従い、チャン
バのスリット開口部に隣接して設けられるセンサ３３０
（例えば、エミッタ及びレシーバ）は基板３０２の外形
を検知し、プロセッサ／コントローラに信号を送信す
る。プロセッサ／コントローラは信号を受信し、中心点
及び方向インジケータを含む、システムの基準点に対す
る基板３０２の位置を算出する。１つの実施形態では、
様々なチャンバの間での搬送について算出を単純化する
ために、初期位置（θ_1a，θ_2a，θ_3a）が基準点として
選択される。又は、例えばこの場合には（θ_1b，θ_2a，
θ_3a）といった、基板がチャンバから搬送される以前
（又は後）の、ロボットが完全に後退している位置が基
準点として選択される。更に別の場合は、起点（０，
０）に対応し得るロボット３２０の中心点が基準点とし
て選択され得る。

【００３１】基板３０２がロードロックチャンバ３０５
から取り除かれた後、プロセッサは基板３０２の位置を
算出し、基準点に対する中心点及び方向インジケータの
位置が明らかにされる。図５に示されるベクトルＡ、Ｂ
及びＣと、図６に示されるベクトルＡ’、Ｂ’及びＣ’
もまた算出され、続いてプロセッサ／コントローラが、
基板の中心及び方向インジケータが所望の位置に整合さ
れるように基板を位置決めするのに必要なロボットの動
作を算出する。ロボットの動作の算出は、上述の、幾何
学的式の逆関数を用いる方法で行われる。

【００３２】１つの実施形態では、ロボット３２０は、
基板３０２が処理チャンバ３２５から搬送されている間
に基板３０２を所望の方向に回転させ、ロボットの動き
は、ロボット３２０上のグリッパ３２２の回転に起因す
る、中心点の変化を補う。図３Ｄに示されるように、回
転可能グリッパ３２２は、基板３０２上の方向インジケ
ータを所望の方向に位置決めするのに必要な角度変更に
対応するθ_g度ほど基板３０２を回転させる。基板３０
２の中心点の位置は、回転可能グリッパにより基板３０
２が回転された後に変化するため（グリッパの中心が基
板の中心点と整合していない限り）、中心点が処理チャ
ンバ３２５内の所望の中心点と整合することを確実にす
るため、ロボット３２０の動きが必要に応じて補われ
る。

【００３３】次いで、ロボット３２０は、図３Ｅに示さ
れるように、ロボット３２０が基板を処理チャンバ３２
５内に挿入する位置（θ_1d，θ_2a，θ_3a）まで回転す
る。次いで、ロボット３２０は、基板３０２を処理チャ
ンバ３２５内で位置付け、正確に方向付けるため、図３
Ｆに示される位置（θ_1d，θ_2d，θ_3d）まで伸長する。
この最終目的位置において、グリッパ３２２の真空機構
は解除され、処理チャンバ３２５内のウェハ持上げシス
テムにより、基板３０２はロボットエンドエフェクタ３
２３から持ち上げられ得る。ロボット３２０は、図３Ｅ
に示されるロボットの位置と同位置（θ_1d，θ_2a，
θ_3a）まで完全に処理チャンバから後退し、基板３０２
は基板支持体上に位置付けられて、処理チャンバ３２５
内で処理される準備が完了する。ロボット３２０は、基
板搬送の一連の動作を新たに開始するため、別の位置に
回転され得る。

【００３４】エンドエフェクタとして回転可能グリッパ
を有する３本アームロボットを用いた、基板搬送の一連
の動作についての別の実施形態としては、ロボット３２
０はまず、基板３０２の中心を最終目的位置に整合さ
せ、次いで基板３０２を所望の方向へ方向付ける。搬送
のための一連の動作は、基板３０２の中心点及び方向イ
ンジケータを含む基板の位置を算出する上述の方法と同
様のものである。しかし、この実施形態では、ロボット
が基板と共に第一チャンバ（例えば、ロードロックチャ
ンバ）から完全に後退した後、ロボット３２０は完全に
後退した位置（θ _1b，θ_2a，θ_3a）から基板が処理チャ
ンバ内で最終目的位置に中心付けられる位置（θ_1f，θ
_2f，θ_3f）まで移動する。続いて、基板３０２は処理チ
ャンバ内のウェハ持上げシステムによりロボットのエン
ドエフェクタ３２３から持ち上げられ、ロボット３２０
は回転可能グリッパ３２２の中心と基板３０２の中心点
を整合させるよう動く。動きは図５に示されるベクトル
Ｂと同一である。続いて、基板３０２は回転可能グリッ
パ３２２上に降下され、次いで基板を正確な方向に位置
決めするよう、そのグリッパ３２２が基板を回転させ
る。グリッパ３２２の真空機構は解除され、基板３０２
はロボットのエンドエフェクタ３２３から持ち上げられ
る。次いで、ロボット３２０は処理チャンバ３２５から
完全に後退し、基板搬送の一連の動作を新たに開始す
る。

【００３５】図４Ａ−４Ｆは、本発明によるカエル脚型
ロボットを用いた基板搬送を表す。以下の説明は、カエ
ル脚型ロボットを用いた、第一処理チャンバ４５０から
第二処理チャンバ４５５への典型的な基板搬送を表す。
ロボット４４５は、ロボット４４５が完全に後退してお
り、基準方向から回転していない、図４Ａに示される初
期／基準位置（ｒ₀，θ₀）から開始する。続いてロボッ
ト４４５は図４Ｂに示されるように（ｒ₀，θ₁）までθ
₁度回転して、ロボットのエンドエフェクタ４４７を第
一処理チャンバ４５０内の中心に整合させる。θ₁度の
回転は、第一処理チャンバ４５０において整合されてい
る基板の中心を通る軸に対応する半径軸に対して修正さ
れる。

【００３６】次いでロボット４４５は、図４Ｃに示され
るように回転可能グリッパ４４６を基板４０２の中心部
分の下に位置付け、回転可能グリッパ４４６が搬送中の
基板４０２を安全に把持し得ることを確実にする位置
（ｒ₁，θ₁）まで伸長する。典型的には、処理チャンバ
内の基板持上げシステムが、基板４０２の回転可能グリ
ッパ４４６上への位置付けを容易にする基板搬送位置ま
で、基板を持ち上げる。次に、グリッパ４４６の真空機
構が稼動され、搬送中の基板４０２を堅持する。続い
て、基板４０２をグリッパ４４６上に堅持しながら、ロ
ボット４４５が第一処理チャンバ４４５から後退する。
典型的には、ロボット４４５は回転位置を変更すること
なく完全に後退する。つまり、ロボットは図４Ｄに示さ
れるように（ｒ₀，θ₁）の位置まで後退する。

【００３７】ロボット４４５が後退するに従って、セン
サ４３０（例えば、チャンバのスリット開口部に隣接し
て設けられるエミッタ及びレシーバ）は基板４０２の外
形を検知し、システムのプロセッサ／コントローラに信
号を送信する。プロセッサ／コントローラは信号を受信
し、基準点に対する、中心点及び方向インジケータを含
む基板４０２の位置を算出する。１つの実施形態では、
様々なチャンバの間における搬送について算出を単純化
するため、初期位置（ｒ₀，θ₀）が基準点として選択さ
れる。或いは、例えばこの場合は（ｒ₀，θ₁）のよう
に、基板がチャンバから搬送された後の、ロボットが完
全に後退した位置が基準点として選択される。いった
ん、基準点に対する中心点及び方向インジケータを含む
基板の位置が明らかにされると、プロセッサ／コントロ
ーラは、第二処理チャンバ４５５において基板の中心及
び方向インジケータが整合されるように基板を位置決め
するため必要な、ロボットの動作を算出する。ロボット
の動作の算出は、上述の幾何学的式の逆関数を用いて行
われる。

【００３８】ロボット４４５はまず、所望の方向に基板
４０２を回転し得、次いで、回転に起因する中心点の変
化を補い得る。図４Ｄに示されるように、回転可能グリ
ッパ４４６は、基板４０２上の方向インジケータを所望
の方向に位置決めするために必要な角度変化に対応する
θ_g度分、基板４０２を回転させる。基板の中心点は、
基板が回転可能グリッパにより回転された後は変化して
いるので（グリッパの中心点が基板の中心点に整合して
いない限り）、ロボットの動作がそれに応じて補われ
る。続いて、図４Ｅに示されるようにロボット４４５が
θ₂度回転し、処理チャンバにおいて正確に方向付けな
がら基板４０２の中心点を所望の最終目的位置に位置決
めするため、図４Ｆに示されるように、ロボットを（ｒ
₂，θ₂）として距離ｒ₂分伸長する。この最終目的位置
において、グリッパ４４６の真空機構は解除され、基板
４０２はロボットエンドエフェクタ４４７から持ち上げ
られ得る。ロボット４４５は処理チャンバから（ｒ₀，
θ₂）まで完全に後退し、基板４０２は、基板支持体上
に位置付けられ、第二処理チャンバ４５５内において処
理される準備が整う。ロボット４４５は、基板搬送の一
連の動作を新たに開始するため、別の位置に回転され得
る。

【００３９】基板搬送の一連の動作についての別の実施
形態は、基板を最終目的位置に位置付け、次いで、基板
を所望の方向に方向付ける。搬送のための一連の動作は
前記と同様で、中心点及び方向インジケータを含む基板
の位置を算出する。しかし、この実施形態では、ロボッ
トはまずθ₂度回転し、基板の中心点を処理チャンバ内
における所望の最終目的位置に位置決めするため距離ｒ
₂分伸長する。次いで基板はチャンバ内のウェア持上げ
システムによりロボットのエンドエフェクタから持ち上
げられ、ロボットは回転可能グリッパの中心を基板の中
心点に整合させるように動く。続いて基板は回転可能グ
リッパ上に降下され、そのグリッパが、基板を正確な方
向に位置決めするように基板を回転させる。グリッパの
真空機構は解除され、基板はロボットエンドエフェクタ
から持ち上げられる。ロボットは処理チャンバから完全
に後退し、基板は、基板支持体上に位置付けられ、チャ
ンバ内で処理される準備が整う。ロボットは基板搬送の
一連の動作を新たに開始するため、別の位置に回転し得
る。

【００４０】発明者は又、例えば第三のアームの末端部
に設けられるエンドエフェクタとしての回転可能グリッ
パを有さない３本アームロボットを含む、他のロボット
構成を用いた発明の適用例を意図する。しかし、いくつ
かの場合には、処理チャンバの物理的な制約による干渉
問題を克服するため、より複雑なロボット動作の計画が
必要とされるであろう。

【００４１】以上、本発明の好適な実施形態を説明して
きたが、前記特許請求の範囲により画定される本発明の
基本範囲から逸脱することなく、本発明の別の実施形態
を想到し得よう。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による基板の中心／方向検出装置を用い
た処理システムの概略図である。

【図２】本発明によるロードロックチャンバ及び搬送ロ
ボットの斜視図である。

【図３Ａ】本発明による３本アームロボットを用いた基
板搬送の一実施形態を示す図である。

【図３Ｂ】本発明による３本アームロボットを用いた基
板搬送の一実施形態を示す図である。

【図３Ｃ】本発明による３本アームロボットを用いた基
板搬送の一実施形態を示す図である。

【図３Ｄ】本発明による３本アームロボットを用いた基
板搬送の一実施形態を示す図である。

【図３Ｅ】本発明による３本アームロボットを用いた基
板搬送の一実施形態を示す図である。

【図３Ｆ】本発明による３本アームロボットを用いた基
板搬送の一実施形態を示す図である。

【図４Ａ】本発明によるカエル脚ロボットを用いた基板
搬送の一実施形態を示す図である。

【図４Ｂ】本発明によるカエル脚ロボットを用いた基板
搬送の一実施形態を示す図である。

【図４Ｃ】本発明によるカエル脚ロボットを用いた基板
搬送の一実施形態を示す図である。

【図４Ｄ】本発明によるカエル脚ロボットを用いた基板
搬送の一実施形態を示す図である。

【図４Ｅ】本発明によるカエル脚ロボットを用いた基板
搬送の一実施形態を示す図である。

【図４Ｆ】本発明によるカエル脚ロボットを用いた基板
搬送の一実施形態を示す図である。

【図５】チャンバ内の方向付けされ且つ中心付けされた
位置に対して方向付けられておらず且つ中心付けされて
いない位置にあるグリッパ上の基板を処理するロボット
の平面図である。

【図６】方向付けされ且つ中心付けされた位置に基板が
搬送された後の、図５のロボットの平面図である。

【符号の説明】

１００処理システム１０５、１１０ロードロックチャンバ１１５第一段階トランスファチャンバ１２０第一のロボット１２５、１３０、１５０、１５５、１６０、１６５基
板処理チャンバ１４０第二段階トランスファチャンバ１３５処理チャンバ１４５第二のロボット１７０コントローラ２３０センサ２３１エミッタ２３２レシーバ３０２基板３２２グリッパ

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩテーマコート゛(参考）Ｂ２５Ｊ 9/10 Ｂ２５Ｊ 9/10 ＡＢ６５Ｇ 49/07 Ｂ６５Ｇ 49/07 Ｃ (72)発明者サティシュサンダールアメリカ合衆国，カリフォルニア州，ミルピタス，テラオルタドライヴ 1366 Ｆターム(参考） 3C007 AS03 AS24 AS25 BS15 BS23 BT01 BT11 CV07 CW07 KS04 KS05 KS17 KV12 KX19 LT12 NS09 NS13 5F031 CA02 FA01 FA11 FA12 FA15 GA36 GA43 GA44 JA28 JA29 JA34 JA35 KA11 KA13 KA14 MA04 MA06 MA28 MA29 PA02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】基板を位置決めする装置であって、前記
装置は：ａ）前記基板を搬送するのに適合されたエンドエフェク
タを有するロボットと；ｂ）前記ロボットにより搬送される基板の経路と交差す
る平面内にセンサビームが発せられるように設けられた
１つ以上のエミッタと；ｃ）前記センサビームを受け取ってプロセッサに対して
信号を生成するように設けられた１つ以上のレシーバ
と；ｄ）基準点に対する前記基板の中心点及び方向インジケ
ータが決められるように、前記１つ以上のレシーバから
の信号を処理するのに適合されたプロセッサと；ｅ）前記基板の前記中心点及び前記方向インジケータに
応じてロボットの動作を制御するコントローラと、を備える装置。
【請求項２】前記ロボットが、前記エンドエフェクタ
上に設けられた回転可能グリッパを有するカエル脚型ロ
ボットを含む、請求項１に記載の装置。
【請求項３】前記ロボットがマルチリンクロボットを
含む、請求項１に記載の装置。
【請求項４】前記ロボットが、前記ロボットエンドエ
フェクタ上に設けられた回転可能グリッパを更に備え
る、請求項１に記載の装置。
【請求項５】基板を位置決めする方法であって、前記
方法は：ａ）センサビームの平面と交差する経路に沿って基板を
搬送するステップと；ｂ）前記センサビームからの信号を用いて、前記基板の
中心点及び方向インジケータを決めるステップと；ｃ）前記基板の前記中心点及び前記方向インジケータに
応じて、基板を位置決めするステップと、を備える方法。
【請求項６】前記基板の前記中心点は、前記基板の外
縁部に対応するデータ点の組の誤差関数を最小化するこ
とにより求められる、請求項５に記載の方法。
【請求項７】前記方向インジケータは、径方向偏差の
範囲を超えるデータ点の組と方向インジケータ用に記憶
されたデータの組とを比較することにより決められる、
請求項５に記載の方法。
【請求項８】前記基板を位置決めする前記ステップ
が、前記基板の前記中心点及び前記方向インジケータを
最終目的位置に整合させるステップを含む、請求項５に
記載の方法。
【請求項９】前記基板を位置決めする前記ステップ
が：ｉ）ロボットのエンドエフェクタ上で前記基板を所望の
方向に回転させるステップと；ｉｉ）前記基板がチャンバ内に挿入されるよう位置決め
されるように、前記ロボットを回転させるステップと；ｉｉｉ）前記基板の前記中心点が前記チャンバ内の最終
目的位置に整合されるように、前記ロボットを伸長する
ステップと、を含む、請求項５に記載の方法。
【請求項１０】前記基板を位置決めする前記ステップ
が：ｉ）前記基板がチャンバ内に挿入されるよう位置決めさ
れるように、ロボットを回転させるステップと；ｉｉ）前記基板の前記中心点が前記チャンバ内の最終目
的位置に整合されるように、前記ロボットを伸長するス
テップと；ｉｉｉ）前記基板を前記ロボットから持ち上げるステッ
プと；ｉｖ）回転可能ロボットエンドエフェクタが前記基板の
前記中心点に整合されるように位置決めするステップ
と；ｖ）前記基板を前記回転可能ロボットエンドエフェクタ
上に降下させるステップと；ｖｉ）前記基板を所望の方向に回転させるステップと、
を含む、請求項５に記載の方法。