JP2004537868A

JP2004537868A - 端縁把持式プリアライナ

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Publication number: JP2004537868A
Application number: JP2003518961A
Authority: JP
Inventors: マレー、テリー; ウィットカム、プレストン
Original assignee: インテグレイテッドダイナミックスエンジニアリングインコーポレーテッド
Priority date: 2001-08-09
Filing date: 2002-08-09
Publication date: 2004-12-16
Also published as: WO2003014000A3; IL160164A0; EP1417150A2; WO2003014000A2; US20030072645A1

Abstract

ウェハ（４）を保持し且つウェハ（４）の向きを揃える装置は、可動ロボットアーム（６）と、ロボットアーム（６）の一端部に取り付けられるエンドエフェクタ（８）とを含む。エンドエフェクタ（８）は制御に際してウェハ（４）をウェハ（４）の平面に直交する軸周りに保持し且つ回転させる把持機構（１２ａ〜１２ｆ）を含む。把持機構（１２ａ〜１２ｆ）は第１接触部材と、第２接触部材と、ウェハ（４）の対向端縁を把持する駆動部材（１２ｅ、１２ｆ）を含む。駆動部材（１２ｅ、１２ｆ）は第１ローラ対を含む。

Description

【技術分野】
【０００１】
本発明は例えば半導体ウェハ処理等の材料処理に利用されるロボットハンドラのエンドエフェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
ロボットハンドラは、例えば半導体ウェハ等の材料を、ウェハ製造加工の異なる工程間を移動させる際に広く利用されている。例えばロボットハンドラは、ウェハをクラスタツールのプラズマエッチング工程から蒸着工程へ、或いは製造工程から試験工程へ移動させる際に利用される。製造加工の幾つかの工程では、ロボットハンドラにより搬送されるウェハは、既知の向きに揃えられなければならない。例えば、工程がマスキング加工を含む場合には、被覆物はウェハ上に既に形成されたパターンに一致しなければならないので、ウェハの向きが重大な意味を持つのである。精確に一致させるために、ロボットハンドラは一般的に、ウェハをプリアライナ工程と呼ばれる場所へ移動させる。ウェハがこの工程に置かれると、プリアライナはウェハを配置し且つ予め決められた向きとなるように回転させる。その後、ロボットハンドラは向きが揃えられたウェハを取り出して、次の加工工程に移動させる。
【０００３】
一般的なロボットハンドラはエンドエフェクタとロボットアームを有する。エンドエフェクタは、ウェハを保持するロボットハンドラの一部である。アームはエンドエフェクタ及びウェハを移動させる機械的機構を含み、ウェハを所望する位置へ移動させる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、ウェハを保持するとともにウェハの向きを揃える改良された装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本発明の一態様は概して、アライメント機構を有してウェハを保持するとともにウェハの向きを揃える装置である。装置は可動ロボットアームと、ロボットアームの一端部に取り付けられるエンドエフェクタとを含む。エンドエフェクタは制御に際してウェハの平面に直角な軸周りにウェハを保持し且つ回転させる把持機構を含む。把持機構はウェハの対向端縁を把持する第１接触部材及び第２接触部材、並びに駆動部材を備える。駆動部材は第１ローラ対を備える。
【０００６】
本発明の他の実施形態は、以下のような１個以上の機構を含む。第１接触部材及び第２接触部材の少なくとも一方は第２ローラ対を備える。ローラ対の各ローラは円柱形状の外面を有しており、共通の平面上に配列されるとともに、平行な回転軸を有する。把持機構は機械的手段を含み、機械的手段は制御信号に応答して駆動部材を第２接触部材及び第３接触接触部材に対して接近及び離間するように移動させるように連結されている。把持機構は、第１ローラ対の少なくとも一方のローラを回転させるように連結される駆動モータを更に含む。把持機構は、第１ローラ対の少なくとも一方のローラを実質的に包囲する駆動ローラ室を更に含み、駆動ローラ室は駆動モータとの連結器から実質的に密閉されている。装置は駆動ローラ室に連結された負圧源を更に含み、制御に際して空気が駆動ローラ室から負圧源に導入される。把持機構は、駆動モータとの連結器を実質的に包囲する歯車室を更に含み、歯車室は第１ローラ対から実質的に密閉されている。装置は歯車室に連結された負圧源を更に含み、制御に際して空気が歯車室から負圧源に導入される。装置は枠と歯車室とを含み、第２接触部材及び第３接触部材は枠の外側端部に取り付けられるとともに、歯車室は第２接触部材及び第３接触部材の少なくとも一方を実質的に包囲する。枠は空気流路を含み、空気流路は歯車室の付近において枠の内部に形成される。空気流路は枠の表面に形成される溝を含み、装置は枠に連結され且つ溝を被覆することにより空気流路を形成する溝被覆部材を更に含む。装置は空気流路に連結された負圧源を更に含み、制御に際して歯車室から空気が導入される。少なくとも１個のローラの外面は、周方向にＶ字形状を有する溝が形成されており、実質的にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）材料により構成される。Ｖ字形状の溝は、深さが６４マイクロインチ（１．６×１０^−６ミリメートル）未満の表面凹凸を有する研磨溝を含む。装置の制御に際して、駆動ローラによりウェハの平面に直交する方向に付与される荷重圧力は、１ポンド（０．４５キログラム）から３ポンド（１．３５キログラム）の範囲にある。請求項２の装置において、制御に際してウェハの回転速度は２回転毎秒以下である。
【０００７】
本発明の別の態様は、ウェハを保持するとともにウェハの向きを揃える方法にある。その方法は、ロボットアームを使用してエンドエフェクタを移動させる工程と、エンドエフェクタを使用してウェハを把持する工程と、ウェハをウェハの平面と直交する軸周りに回転させる工程とを含む。把持工程は、ウェハの対向端縁を把持する第１接触部材及び第２接触部材、並びに一対の駆動ローラの間でウェハを把持する工程を含む。回転工程は、駆動ローラの少なくとも一方をウェハの端縁に接触させつつ回転させる工程を含む。
【０００８】
本発明の他の実施態様は以下のような１個以上の機構を含む。第１接触部材は第１ローラ対を含み、第２接触部材は第２ローラ対を含み、把持工程はウェハを駆動ローラ対及び第２ローラ対、並びに第３ローラ対により保持する工程を更に含む。把持工程はウェハを駆動ローラ及び第２ローラ対、並びに第３ローラ対の間で把持する工程を更に含み、ローラは円柱形状の外面を有しており、共通の平面上に配列されるとともに、平行な回転軸を備える。把持工程は、制御信号に応答して駆動部材を第２接触部材及び第３接触部材に対して接近及び離間するように移動させる工程を更に含む。回転工程は、駆動ローラの少なくとも一個に連結されている駆動モータを利用して、駆動ローラの少なくとも一個を回転させる工程を更に含む。少なくとも１個の駆動ローラを実質的に包囲する駆動ローラ室から空気を導入する工程を更に含み、駆動ローラ室は駆動モータとの連結器から実質的に密閉されている。駆動モータとの連結器を実質的に包囲する歯車室から空気を導入する工程を更に含み、歯車室は駆動ローラから実質的に密閉されている。第２接触部材及び第３接触部材の少なくとも一方を実質的に包囲する室から空気を導入する工程を更に含む。少なくとも一個のローラの外面は、周方向にＶ字形状を有する溝が形成されているとともに、実質的にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）材料により構成される。Ｖ字形状の溝は、深さが６４マイクロインチ（１．６×１０^−６ミリメートル）未満の表面凹凸を有する研磨溝を含む。駆動ローラの少なくとも一個によりウェハの平面に直交する方向に１ポンド（０．４５キログラム）から３ポンド（１．３５キログラム）の範囲で荷重圧力を付与する工程を更に含む。回転工程は更に、ウェハを２回転毎秒以下の回転速度で回転させる工程を更に含む。
【０００９】
本発明の別の態様は、ウェハ表面を照明し且つ撮像する装置にある。その装置は、光源と、光源から光を受光し且つ拡散光を伝達する拡散要素と、拡散光を受光し且つ拡散光を分光するビームスプリッタと、ビームスプリッタから分光された拡散光を受光し且つ拡散光をウェハの表面で反射させ、更に反射光をウェハ表面から受光する反射要素と、反射光をウェハから受光し且つ撮像するカメラとを含む。反射要素はウェハの上方或いは下方に配置されており、ウェハ表面の上方或いは下方に約１／４インチ（４ミリメートル）の空間を占有する。
【００１０】
本発明の他の実施態様は以下のような１個以上の機構を含む。拡散要素はつや消しガラスを含む。反射要素は鏡を含む。光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを含む。装置は第２反射要素を更に含み、第１反射要素及び第２反射要素はウェハの対向側面にそれぞれ配置される。拡散光は光源から第１反射要素及び第２反射要素へ、更にウェハの対向側面に伝達される。反射光はカメラによりウェハの両側面から受光され且つウェハの両面からの画像を含む。反射要素は複数の鏡を含み、第１鏡及び第２鏡はウェハ表面の上方或いは下方に約１／４インチ（４ミリメートル）以内に配置される。装置は、可動ロボットアームと、ロボットアームの一端部に取り付けられるエンドエフェクタとを更に含み、エンドエフェクタは制御に際してウェハの平面に直交する軸周りにウェハを保持し且つ回転させる把持機構を含む。把持機構はウェハの対向端縁を把持する第１接触部材と第２接触部材と駆動部材とを含む。駆動部材は第１ローラ対を含む。第１接触部材及び第２接触部材の少なくとも一方は第２ローラ対を含む。把持機構は機械的手段を含み、機械的手段は制御信号に応答して駆動部材を第２接触部材及び第３接触部材に対して接近及び離間するように移動させるように連結される。
【発明の効果】
【００１１】
本発明は以下に記載する効果の１個以上を奏する。僅かな空間を隔てて配置されるローラ対を利用してウェハ端縁を保持するエンドエフェクタによれば、ローラを回転通過するアライメント用切り欠きにより回転が阻止されて読み飛ばしや雑音が生じる可能性が少なくなる。駆動歯車、駆動ローラ及びアイドルローラを包囲する室は、ウェハを回転させる間に生じる粒子を隔離するために利用することができる。負圧源が室に接続されており、製造設備の無塵室環境から発生した粒子を排出することができる。エンドエフェクタの制御に際して粒子の生成を減少させ、且つ雑音を減少させるようなローラの特定の材料及び形状が記載されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１及び図２に示すように、ロボットハンドラ２はウェハ４を移動させるものであり、２個の主要部品、即ちロボットアーム６及びロボットアーム６の一端部に取り付けられるエンドエフェクタ８を有する。エンドエフェクタ８はウェハ４を把持及び保持し、更にウェハ４の向きを揃えるために利用される。ロボットアーム６は図示されていない種々のモータ及び機械的機構を備えており、エンドエフェクタ８及びエンドエフェクタ８が把持しているウェハを移動させる。
【００１３】
ウェハ４は概して、例えばシリコン等の半導体材料の円盤である。ウェハ４は一般的に均一な厚みを有するとともに、円周部分の１箇所にアライメント機構１１を備える。アライメント機構１１は図１及び図２に示すように、概してＶ字型の切り込みである。アライメント機構は基準器として機能しており、ウェハを既知の方向に合わせるために利用される。エンドエフェクタ８は、以下に詳述するが、ロボットアーム６に取り付けられる枠９と、ウェハ４がエンドエフェクタにより保持されると、ウェハ４を把持し且つ回転させる可動式駆動ハウジング１０を備える。エンドエフェクタは又、アライメント機構を検出してウェハ４の向きを判定し且つ確定するセンサ回路１００を含む。
【００１４】
本実施形態において、把持機構は保持枠９の遠隔端部に配置される２対のアイドルローラ１２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、１２ｄと、駆動ハウジング１０に配置される一対の駆動ローラ１２ｅ、１２ｆを含む。ローラ１２ａ〜１２ｆは全て、平行な回転軸を有する状態で共通の平面上に配置される。
【００１５】
図１〜図３に示すように、駆動ハウジング１０は軸３０及び３２をそれぞれ滑動させるベアリング２２、２４及び２６を含む。軸３０、３２は一端が枠９に接続されている。駆動ハウジング１０は又、歯車室６０まで延出する溝付駆動軸３６を有するリニア駆動モータ３４を備える。溝付軸３６は歯車３８と噛み合うように接続されており、歯車３８は直線軸３２と噛み合うように接続されている。従って、制御信号に呼応して、駆動軸３６の回転運動によりハウジング１０（及び駆動ローラ１２ｅ、１２ｆ）はアイドルローラ対１２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、１２ｄに対して接近或いは離間する。ハウジング
ハウジング１０がアイドルローラ対１２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、１２ｄから離間するように移動させられると、離間空間４０（図１を参照）が拡大してウェハ４を収容するのに十分な大きさとなる（離間空間４０は３対のローラ１２ａ，１２ｂ、１２ｃ，１２ｄ及び１２ｅ，１２ｆにより形成される）。一旦ウェハ４が離間空間４０内に位置させられると、モータ３４が作動させられて、全てのローラ対がウェハ４の外縁部に接触してウェハ４を保持するまで、ハウジング１０はアイドルローラ対１２ａ、１２ｂ及び１２ｃ、１２ｄ側へ移動させられる（図２を参照）。ローラ対１２ａ，１２ｂ、１２ｃ，１２ｄ及び１２ｅ，１２ｆは、相互に十分に離間する位置においてウェハ４の縁部と接触するように配置されており、ウェハは容易に滑動しつつローラにより把持され、その状態で確実に保持される。
【００１６】
図４に示すように、アイドルローラ１２ａは軸受９３ａ及び軸９１ａにより保持されており、自由に回転する。アイドルロローラ１２ｂ〜１２ｄも同様に、それぞれ対応する軸受（図示なし）及び軸９１ｂ〜９１ｄにより保持されている。
【００１７】
図３及び図４に示すように、各駆動ローラ１２ｅ、１２ｆはそれぞれハウジング１０内に位置する回転軸１８ｅ及び１８ｆ上に配置される。回転軸１８ｅ及び１８ｆは軸受対により保持される。軸１８ｅの両端をそれぞれ保持する軸受対２０ａ，２０ｂは図４に詳細に示されている。同様の軸受対（図示なし）は駆動ハウジング１０内において軸１８ｆを保持するとともに、同様に構成されている。駆動ローラ１２ｅ，１２ｆの回転機構は、駆動ハウジング１０内に位置する回転駆動モータ５０を含む。駆動モータ５０はサーボ制御モータであり、歯車室６０まで延出する溝付駆動軸５２を有する。駆動軸５２は大スプール歯車５６と噛み合う。大スプール歯車５６は２個の小スプール歯車５８，５９と噛み合うように連結されている。小スプール歯車５８，５９はそれぞれ回転軸１８ｅ，１８ｆの上端部と連結されている。従って、駆動モータ５０が作動させられると、駆動ローラ１２ｅ，１２ｆを駆動して同じ方向に同じ速度で回転させる。駆動ローラ１２ｅ，１２ｆはウェハ４の縁部と接触すると、ウェハ４を３対のローラ１２ａ，１２ｂ、１２ｃ，１２ｄ、１２ｅ，１２ｆにより把持した状態で回転させる。
【００１８】
ローラ対１２ａ、１２ｂ、１２ｃ、１２ｄ、１２ｅ、１２ｆの各ローラは、一対が相互に僅かに離間するように配置される。例えば、ローラ１２ａはローラ１２ｂから僅かに離間するように配置される。従って、アライメント切り欠き１０が回転させられてローラ対を通過すると、ウェハ端部の切り欠きが形成されていない部分は常にローラ対の一方のローラと完全に接触することになる。近接して配置されるローラ対を使用してウェハの端部を保持することにより、単独のローラを使用する場合に比較して、ローラを回転通過するアライメント切り欠きにより回転が阻止されて読み飛ばしや雑音が生じる可能性が少なくなる。
【００１９】
また図３に示すように、駆動ハウジング１０は２個の粒子収容室、即ち歯車室６０及び駆動ローラ室７０に分割されている。歯車室６０は歯車５６、５８、５９及びモータ軸３６、５２を包囲している。また、駆動ローラ室７０は駆動ローラ１２ｅ、１２ｆを包囲している。室６０、７０から空気を導入するように負圧源（図示なし）が接続されており、歯車室６０内において歯車の噛み合いにより生じた粒子、及びローラ室７０においてウェハ端縁を駆動ローラ１２ｅ、１２ｆに接触させつつ回転させることにより生じた粒子をそれぞれ除去する。
【００２０】
図３及び図４に示すように、ローラ室７０は駆動ハウジング１０の側面に取り付けられた被覆部材７２により駆動ローラ１２ｅ、１２ｆをより完全に囲う。被覆部材７２は被覆部材７２の側面を貫通する長手状進入開口７４を含む。ウェハ４は開口７４からローラ室７０に挿入されて、駆動ローラ１２ｅ、１２ｆと接触する。進入開口７４は端縁７６、７８に面取りが施されており、僅かに定位置から外れたウェハが開口７４内に案内される。
【００２１】
各アイドルローラ対１２ａ，１２ｂ及び１２ｃ、１２ｄはそれぞれアイドルローラ室８０、９０に収容される。アイドルローラ室８０の構成の詳細は図４に示されている。アイドルローラ室９０は同様に構成されている。被覆部材８２は枠９に固定されており、ローラ１２ａ、１２ｂを包囲する室８０の上方部分を形成する。被覆部材８２は被覆部材８２の側面を貫通する長手状進入開口８６を含み、ウェハを室８０内に挿入させ且つアイドルローラ１２ａ、１２ｂと接触させる。開口８６は端縁８０、９０に面取りが施されており、僅かに定位置から外れたウェハが開口８６内に案内される。空気流路８４が枠９内に形成されており、流路８４の一端部は室８０の直下から室８０内まで延出する。空気流路には負圧源（図示なし）が接続されており、空気を室８０に導入するとともに、アイドルローラ室８０から粒子を排出する。
【００２２】
一実施形態においては、図４に示すように空気流路８４は枠９の内部に形成されている。代わりに、図５に示すように空気流路８４は枠９の表面に形成され且つ流路被覆部材９２により被覆されることにより、空気流が流路８４を通過する。
【００２３】
一般的には、エンドエフェクタ８は無塵室環境内に設置されており、高度に濾過された空気がエンドエフェクタ８を包囲している。従って、室６０、７０、８０及び９０から空気を導入するように接続された負圧源（図示なし）により、濾過された空気流が無塵室から各室へ導入され、且つ粒子が無塵室環境から排出される
駆動ローラ１２ｅの形状寸法は図４に詳細に示されている。他のローラ１２ａ〜１２ｄ及び１２ｆは同様に構成されている。ローラ１２ｅは実質的に円柱形状の外縁２６を有しており、外縁２６はその外周に形成されたＶ字型の配置溝９４を含む。ローラの縁がウェハの端縁と接触する時には、配置溝９４によりウェハの端縁を収容及び保持するので、ウェハがローラに対して上下に滑動することがない。全６個のローラ１２ａ〜１２ｆが同様の配置溝を有しているので、ローラがウェハの端縁と接触してウェハが６個のローラの対応する配置溝に位置させられた時には、ウェハの面は固定されて精確に決定される。
【００２４】
ウェハを旋回させる際に生じる粒子や雑音を減少させるために、ローラ１２ａ〜１２ｆの外面はポリエーテルエーテルケトン充填（ＰＥＥＫ充填）材料により形成される。同様の理由により、一実施形態においては、Ｖ字型溝９４には研磨仕上げが施され、小孔及び谷は６４マイクロインチ（１．６×１０^−６ミリメートル）以下とされる。同様の理由により、一実施形態においては、ウェハの最大回転速度は２回転毎秒以下であり、ローラ対によりウェハ端縁に付与される側面負荷圧力は１ポンド（０．４５キログラム）〜３ポンド（１．３５キログラム）の範囲内にある。
【００２５】
図３及び図６に示すように、エンドエフェクタ８は光学感知装置１００を有し、ウェハが回転する間に通過したウェハのアライメント機構１１を検出する。感知装置１００の一例は先に引用により開示した第３４２号明細書に記載されている。感知装置１００は発光構成要素を含む上腕部１０２及び光検出構成要素を含む下腕部１０４を有する。ウェハがローラ１２ａ〜１２ｆにより保持された時、ウェハの端縁は上腕部１０２と下腕部１０４の間に位置する。上腕部１０２はウェハの端縁に光を照射する光源１０６（鎖線により示す）を含む（光源１０６は例えばダイオード、光ファイバ或いは電球である）。光源１０６からの光は、コリメータとして作用して光源１０６からの光を案内する円柱管１０８を通過する。管１０８は孔開口１１０を含み、孔１１０を通過してウェハに向かうように光を向ける。孔１１０は幅が狭く且つ長細く、長さ寸法がウェハ端縁と直交するように配置される。下腕部１０４はシリコンダイオード受光部１１２を含み、受光部１１２は同様に長細く且つ幅が狭く、又管１０８の孔と位置が合わせられる検出窓を有する。ダイオード受光部１１２から出力される信号は受光部１１２に到達する孔１１０からの光量に比例する。
【００２６】
ウェハ４がエンドエフェクタ８により把持された状態で回転させられると、ウェハの端縁は発光構成要素及び光検出構成要素の間を通過する。光学ハウジング１００は、管１０８から発光された光の一部がダイオード受光部１１２へ到達するのをウェハの端縁により妨げられるように配置される。アライメント機構が発光構成要素及び光検出構成要素の間を通過すると、より多くの光がダイオード受光部１１２に到達し、出力信号が増加する。アライメント機構が移動してセンサを通過すると、信号は元の値まで減少する。従って、ダイオード受光部の出力信号を監視することにより、エレクトロニクスはアライメント機構を検出し、ウェハの回転位置として機能して精確な角度位置を判定し、且つウェハの角度方向を精確に合わせることができる。
【００２７】
感知装置１００の一実施形態として、管１０８の内壁は例えば白色のペンキ等の拡散材料により被覆される。内面に拡散被覆を施すことにより、管を通過する光は拡散及び反射させられるので、孔１１０を通過する光の量は増加する。他の実施形態では、光源１０６の反対側に位置する管１０８の端部には、例えば白色のペンキ等の拡散材料により内面が被覆された蓋がかぶせられている（図示なし）。蓋に施された拡散内面被覆により、管を通過する光は拡散させられるので、孔１１０を通過する光の量或いは強度は増加する。これら２個の実施形態のいずれかでは、孔１１０から放射される光の量或いは強度が増加することにより、受光部１１２に要求される感度が減少し、或いは光源１０６に要求される光の量或いは強度が減少する。
【００２８】
アライメント機構の角度位置を判定し、そしてその情報に基づいてウェハの向きを合わせる技術については、本技術分野に属する者には周知である。このような技術は一般的に、先に簡潔に述べた種類の装置のような独立型のプリアライナに関連して利用される。このような利用可能な技術の一例は米国特許第４，４５７，６６４号に記載されている。この特許は名称がウェハアライメントステーションであり、ここに引用により開示される。
【００２９】
エンドエフェクタ８は、必要な電気制御機能を備えた処理装置（図示なし）に接続される。例えば、処理装置は駆動モータ及びリニアモータに制御信号を出力するとともに、感知信号を分析することによりウェハに設けられたアライメント機構の位置を判定且つ確定する。
【００３０】
図７に示すように、エンドエフェクタの一般的な利用方法は、ウェハ収納ラック１２０からウェハを把持し、その後にそのウェハを被覆ステーション（図示なし）に搬送する。概して、ラック１２０はＺ方向に移動するプラットフォーム１２４上に配置されたウェハ保持装置１２２を有する。ウェハ保持装置はウェハ１３０ａ〜１３０ｃを保持し、ウェハ１３０ａ〜１３０ｃは空間１３２ａ及び１３２ｂにより離れて配置される。
【００３１】
従来技術の中には多くの照明及び撮像（Ｉ／Ｉ）装置があり、例えば光学式文字認識（ＯＣＲ）マーキング、Ｄｏｔ−ｔ７コード、バーコード等のウェハ表面に付されたマーキングを解読するために利用される。例えば、米国特許第５，２３１，５３６号、第５，７３７，１２２号及び第５，８２２，０５３号にはＩ／Ｉ装置について記載されている。従来のＩ／Ｉ装置は、例えばウェハに光を照射する照明構成要素と、ウェハ表面からＯＣＲ，バーコード或いはｄｏｔ−ｔ７コードの反射画像を取り込むカメラ装置とを含む。一般的に、Ｉ／Ｉ装置は滑らかな鏡状のウェハ表面に向けて、種々の選択可能な角度から光を照射する。このような照明の相対的な入射角度は、軸上に極めて接近して明視野照明と呼ばれ、或いは、急角度となり暗視野照明と呼ばれる。一般的に、カメラにより撮像される情報はウェハの比較的光沢を有する表面ではなく、撮像されるものはウェハ表面にエッチングにより施されたマーキングのマイクロピッチ、即ち実際に撮像されるこれらピッチの勾配である。
【００３２】
従来のＩ／Ｉ装置は一般的に、装置内部に多種の部品を保持するためにかなり大きな空間を必要とするものであり、例えば幅３インチ（７．６センチメートル）、高さ２インチ（５．０センチメートル）、長さ５インチ（１２．７センチメートル）の寸法を有する容器を使用する。従来のＩ／Ｉ装置は比較的大きな寸法のものであるため、本発明者のエッジエフェクタの一部として操作されるように採用することは容易なことではない。なぜなら、プリアライナ内で多くのスペースを占有して、回収したウェハを正確な位置に載置するためにプリアライナが移動して完全嵌合空間に接近するのを妨げるからである。更に、従来のＩ／Ｉ装置を利用すると一般的にプリアライナステーション以外の別のステーションを必要とし、そのため、ウェハ製造処理中にその工程のための時間を更に必要とするのである。
【００３３】
一実施形態において、エッジエフェクタ８は、プリアライナ４の一部としてウェハ表面のマーキングを照明及び撮像する薄型Ｉ／Ｉ装置１４０（図１及び図２参照）を含む。以下には、一般的にウェハ表面の上方或いは下方に約１／４インチ（４ミリメートル）の空間を占有する薄型Ｉ／Ｉ装置の多くの実施形態が記載されている。薄型Ｉ／Ｉ装置の一実施形態はブリアライナ４の一部として含まれる。従って、単独のプリアライナステーションにおいてプリアライナを使用して、ウェハを把持し、ウェハの方向を揃え、そしてウェハを撮像する。
【００３４】
薄型Ｉ／Ｉ装置１４０の第１実施形態を図８に示す。Ｉ／Ｉ装置１４０は光を放射する光源を含み、光はウェハ表面において１個以上の拡散要素により拡散されて反射要素（例えば鏡）により反射される。ウェハ表面からの拡散光は反射されて、カメラによりウェハ表面のマーキングを判定するための画像として検出される。詳述したＩ／Ｉ装置の実施形態においては、拡散光は光ビームが拡散要素（例えばつや消しガラス要素及び／又は拡散板要素）を通過することにより生成される。拡散光源（例えばつや消しガラス要素及び／又は拡散板要素）は照明されるウェハに隣接して配置されるため、拡散光がウェハ表面を照明するために移動する距離は減少する。拡散光源がウェハ表面に相対的に接近しているため、光源からの必要な光の量及び／或いは強度を減少させることができる。従って、より小型の光源を利用することができ、また薄型Ｉ／Ｉ装置に含まれる他の構成要素の寸法も減少させることができる。
【００３５】
図８に示すように、本実施形態では、装置１４０は光源として作用するＬＥＤアレイ１４２を含む。制御に際してＬＥＤアレイ１４２はスイッチが入れられると、光ビームをビームスプリッタ１６０に向けて一組の拡散板１４６ａ，１４６ｂ及びつや消しガラス１５０を介して照射する。拡散された光ビームは、ビームスプリッタ１６０によりウェハ４の上下にそれぞれ配置された２個の鏡１５２ａ，１５２ｂに向けて一部が反射される。鏡１５２ａ，１５２ｂは拡散光をウェハ４の上面及び下面のそれぞれの端縁に向けて反射させる。拡散光はウェハ４の上面及び下面で反射してから、鏡１５２ａ，１５２ｂにより反射されてビームスプリッタ１６０に戻される。ビームスプリッタ１６０は反射光の一部を通過させてレンズ１６６に向け、レンズ１６６はカメラ１７０の電荷結合検出（ＣＣＤ）アレイ１６９に反射光を集中させる。ＣＣＤアレイに集中させられた反射光はウェハ４の端縁表面に記されたマーキングを判定するための画像として利用される。図９に示すように、２個の鏡１５２ａ，１５２ｂはウェハ４の上下両面から光を反射するように配置されており、上面１８２、ウェハ端縁１８６及び下面１８４の画像を含む画像１８０を得ることができる。一実施形態において、Ｉ／Ｉ装置１４０はウェハ４から約１／４インチ（４ミリメートル）上方或いは約１／４インチ（４ミリメートル）下方にそれぞれ配置される鏡１５２ａ，１５２ｂを含む。装置１４０の他の構成要素を含む容器全体の寸法は相対的に大きなものとなる。
【００３６】
図１０は薄型Ｉ／Ｉ装置の第２実施形態である装置２００を示す。装置２００は光を照射するＬＥＤアレイ２０２を含み、光は１個以上の拡散板２０６ａ及び２０６ｂによりまず拡散される。拡散された光は鏡２０８により反射され、更につや消しガラス２１０を通過することにより拡散される。更に拡散された光はビームスプリッタ２１２により鏡２１６に向けて部分的に反射され、鏡２１６はその拡散光をウェハ４の下面に向けて反射させる。その拡散光はウェハ４により鏡２１６に向けて反射され、ビームスプリッタ２１２及びレンズ２１８を介してＣＣＤアレイ２２１或いはカメラ２２０に戻される。この場合、ウェハ４の一方の表面のみ照明及び撮像される。また、本実施形態は吸収体２１４を含み、ビームスプリッタ２１４を通過した光の裏面反射を減少させる。
【００３７】
図１１は薄型Ｉ／Ｉ装置の第３実施形態である装置２４０を示す。装置２４０は単独の鏡、即ち鏡２４６のみを含む。使用する鏡を少なくすることにより、反射画像に含まれるエラーの量が減少する。装置１４０は拡散要素２４４を介して光を照射するＬＥＤアレイ２４２を含み、拡散光は鏡２４６で反射されてつや消しガラス２４８を通過する。つや消しガラス２４８を通過した拡散光の一部がビームスプリッタ２５０を通過してウェハ４の下面に向けられる。拡散光はウェハ４下面から反射してビームスプリッタ２５０に戻される。ビームスプリッタ２５０は光の一部をレンズ２６０に向けて反射させ、レンズ２６０はカメラ２７０のＣＣＤアレイ２７２に光を集中させる。
【００３８】
上述のＩ／Ｉ装置の実施形態は複数の拡散要素を含むものであったが、単一の拡散要素が使用されてもよい。
上述のＩ／Ｉ装置の実施形態では、ＬＥＤアレイが光源として記載されていた。一実施形態では、ＬＥＤアレイの各列がオン・オフ制御されることにより、ウェハ表面の軸上照明或いは偏軸照明を行なう。
【００３９】
本発明の幾つかの実施形態について詳述してきた。しかしながら、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく、様々な変更が可能であることは理解できるであろう。例えば、ウェハの縁を把持するとともにウェハを回転させる搬送機構に、３対以上のローラを利用してもよい。また、エンドエフェクタに利用されるローラの特定の形状及び構成材料について詳述した。しかしながら、ローラの他の材料及び形状も利用することができる。また、リニア駆動モータ及び対応する歯車装置を備えた把持機構の開放及び閉鎖について詳述した。しかしながら、把持機構を開放及び閉鎖するために他の装置、例えば流体制御装置を利用してもよい。また、ウェハの向きを感知するために、他種類のセンサを利用してもよい。センサは物理的接触、磁界、或いは電気容量によりアライメント機構を検出してもよく、これらは可能な幾つかの方法を挙げたに過ぎない。更に、他の実施形態についても以下のクレームの範囲に入れられるものである。
【図面の簡単な説明】
【００４０】
【図１】開位置にあるプリアライナを示す平面図。
【図２】閉位置においてウェハを保持している図１のプリアライナを示す平面図。
【図３】図１及び図２の駆動ハウジングを示す断面図。
【図４】図１及び図２の駆動ハウジング及び案内ローラハウジングを示す断面図。
【図５】案内ローラハウジングの他の実施形態を示す断面図。
【図６】図１及び図２のセンサの詳細を示す斜視図。
【図７】図１及び図２のウェハを保持するウェハ収納ラックを示す斜視図。
【図８】照明及び撮像装置の第１実施形態を示す略体側面図。
【図９】図８の装置を使用して得られた結合画像対応物を示す説明図。
【図１０】照明及び撮像装置の第２実施形態を示す略体側面図。
【図１１】照明及び撮像装置の第３実施形態を示す略体側面図。

Claims

ウェハを保持するとともにウェハの向きを揃える装置であって、
可動ロボットアームと、
ロボットアームの一端部に取り付けられるエンドエフェクタと、エンドエフェクタは制御に際してウェハの平面に直角な軸周りにウェハを保持し且つ回転させる把持機構を含み、
把持機構はウェハの対向端縁を把持する第１接触部材及び第２接触部材、並びに駆動部材を備え、
駆動部材は第１ローラ対を備えることを特徴とする装置。
第１接触部材及び第２接触部材の少なくとも一方は第２ローラ対を備えることを特徴とする請求項１に記載の装置。
ローラ対の各ローラは円柱形状の外面を有しており、共通の平面上に配列されるとともに、平行な回転軸を有することを特徴とする請求項２に記載の装置。
把持機構は機械的手段を含み、機械的手段は制御信号に応答して駆動部材を第２接触部材及び第３接触接触部材に対して接近及び離間するように移動させるように連結されていることを特徴とする請求項１に記載の装置。
把持機構は、第１ローラ対の少なくとも一方のローラを回転させるように連結される駆動モータを更に含むことを特徴とする請求項４に記載の装置。
把持機構は、第１ローラ対の少なくとも一方のローラを実質的に包囲する駆動ローラ室を更に含み、
駆動ローラ室は駆動モータとの連結器から実質的に密閉されていることを特徴とする請求項５に記載の装置。
駆動ローラ室に連結された負圧源を更に含み、制御に際して空気が駆動ローラ室から負圧源に導入されることを特徴とする請求項６に記載の装置。
把持機構は、駆動モータとの連結器を実質的に包囲する歯車室を更に含み、
歯車室は第１ローラ対から実質的に密閉されていることを特徴とする請求項６に記載の装置。
歯車室に連結された負圧源を更に含み、制御に際して空気が歯車室から負圧源に導入されることを特徴とする請求項８に記載の装置。
枠と、第２接触部材及び第３接触部材は枠の外側端部に取り付けられ
、第２接触部材及び第３接触部材の少なくとも一方を実質的に包囲する歯車室とを更に含み、
枠は空気流路を含み、空気流路は歯車室の付近において枠の内部に形成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
空気流路は枠の表面に形成される溝を含み、
枠に連結されており、溝を被覆することにより空気流路を形成する溝被覆部材を更に含むことを特徴とする請求項１０に記載の装置。
空気流路に連結された負圧源を更に含み、制御に際して歯車室から空気が導入されること
を特徴とする請求項１０或いは１１に記載の装置。
少なくとも一個のローラの外面には周方向にＶ字形状を有する溝が形成されており、実質的にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）材料により構成されることを特徴とする請求項２に記載の装置。
Ｖ字形状の溝は、深さが６４マイクロインチ（１．６×１０^−６ミリメートル）未満の表面凹凸を有する研磨溝を含むことを特徴とする請求項１３に記載の装置。
装置の制御に際して、駆動ローラによりウェハの平面に直交する方向に付与される荷重圧力は、１ポンド（０．４５キログラム）から３ポンド（１．３５キログラム）の範囲にあることを特徴とする請求項２に記載の装置。
制御に際してウェハの回転速度は２回転毎秒以下であることを特徴とする請求項２に記載の装置。
ウェハを保持するとともにウェハの向きを揃える方法であって、
ロボットアームを使用してエンドエフェクタを移動させる工程と、
エンドエフェクタを使用してウェハを把持する工程と、
ウェハをウェハの平面と直交する軸周りに回転させる工程とを含み、
把持工程は、ウェハの対向端縁を把持する第１接触部材及び第２接触部材、並びに一対の駆動ローラの間でウェハを把持する工程を含み、
回転工程は、駆動ローラの少なくとも一方をウェハの端縁に接触させつつ回転させる工程を含むことを特徴とする方法。
第１接触部材は第１ローラ対を含み、第２接触部材は第２ローラ対を含み、把持工程はウェハを駆動ローラ対及び第２ローラ対、並びに第３ローラ対により保持する工程を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
把持工程はウェハを駆動ローラ及び第２ローラ対、並びに第３ローラ対の間で把持する工程を更に含み、ローラは円柱形状の外面を有しており、共通の平面上に配列されるとともに、平行な回転軸を備えることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
把持工程は、制御信号に応答して駆動部材を第２接触部材及び第３接触部材に対して接近及び離間するように移動させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
回転工程は、駆動ローラの少なくとも一方に連結されている駆動モータを利用して駆動ローラの少なくとも一方を回転させる工程を更に含むことを特徴とする請求項２０に記載の方法。
駆動ローラの少なくとも一方を実質的に包囲する駆動ローラ室から空気を導入する工程を更に含み、駆動ローラ室は駆動モータとの連結器から実質的に密閉されていることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
駆動モータとの連結器を実質的に包囲する歯車室から空気を導入する工程を更に含み、歯車室は駆動ローラから実質的に密閉されていることを特徴とする請求項２１に記載の方法。
第２接触部材及び第３接触部材の少なくとも一方を実質的に包囲する室から空気を導入す
る工程を更に含むことを特徴とする請求項１７に記載の方法。
少なくとも一個のローラの外面は、周方向にＶ字形状を有する溝が形成されているとともに、実質的にポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）材料により構成されることを特徴とする請求項１８に記載の方法。
Ｖ字形状の溝は、深さが６４マイクロインチ（１．６×１０^−６ミリメートル）未満の表面凹凸を有する研磨溝を含むことを特徴とする請求項２５に記載の方法。
駆動ローラの少なくとも一方によりウェハの平面に直交する方向に１ポンド（０．４５キログラム）から３ポンド（１．３５キログラム）の範囲で荷重圧力を付与する工程を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
回転工程は更に、
ウェハを２回転毎秒以下の回転速度で回転させる工程を更に含むことを特徴とする請求項１８に記載の方法。
ウェハ表面を照明し且つ撮像する装置であって、
光源と、
光源から光を受光し且つ拡散光を伝達する拡散要素と、
拡散光を受光し且つ拡散光を分光するビームスプリッタと、
ビームスプリッタから分光された拡散光を受光し且つ拡散光をウェハの表面で反射させ、更に反射光をウェハ表面から受光する反射要素と、
反射光をウェハから受光し且つ撮像するカメラとを含み、
反射要素はウェハの上方或いは下方に配置されており、ウェハ表面の上方或いは下方に約１／４インチ（４ミリメートル）の空間を占有することを特徴とする装置。
拡散要素はつや消しガラスを含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
反射要素は鏡を含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
光源は発光ダイオード（ＬＥＤ）アレイを含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
第２反射要素を更に含み、第１反射要素及び第２反射要素はウェハの対向側面にそれぞれ配置されており、拡散光は光源から第１反射要素及び第２反射要素へ、更にウェハの対向側面に伝達され、反射光はカメラによりウェハの両側面から受光され且つウェハの両面からの画像を含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
反射要素は複数の鏡を含み、第１鏡及び第２鏡はウェハ表面の上方或いは下方に約１／４インチ（４ミリメートル）以内に配置されることを特徴とする請求項３３に記載の装置。
可動ロボットアームと、
ロボットアームの一端部に取り付けられるエンドエフェクタとを更に含み、エンドエフェクタは制御に際してウェハをウェハの平面に直交する軸周りにウェハを保持し且つ回転させる把持機構を含むことを特徴とする請求項２９に記載の装置。
把持機構はウェハの対向端縁を把持する第１接触部材と第２接触部材と駆動部材とを含み、
駆動部材は第１ローラ対を含むことを特徴とする請求項３３に記載の装置。
第１接触部材及び第２接触部材の少なくとも一方は第２ローラ対を含むことを特徴とする請求項３４に記載の装置。
把持機構は機械的手段を含み、機械的手段は制御信号に応答して駆動部材を第２接触部材及び第３接触部材に対して接近及び離間するように移動させるように連結されることを特徴とする請求項３５に記載の装置。