(57)【要約】  円板状の工作物（２，３，４，５，７）のための搬送装置は、水平方向へ可動の搬送アームおよび工作物を載せるためにこれに配置された２つの長尺状の支持部材（２６，２７）と、工作物（７）を収容するために２つの向かい合う側に櫛形構造部（１８）を有するカセット（２０）とを含んでおり、前記支持部材（２６，２７）と前記櫛形構造部（１８）は、工作物（７）を垂直方向に持ち上げたり置いたりするために、工作物が置かれている場合に２つの隣接する櫛（１９）の間へ該支持部材を接触させずに挿入することができるように構成されており、前記支持部材（２６，２７）は、カセットへ係合するときに実質的にそれぞれ前記櫛形構造部と隣接して平行に櫛に沿って位置決めされるように配置されており（１８）、当該領域には工作物検出（７）およびその位置のための走査ビーム（３５）が設けられており、前記走査ビーム（３５）は前記カセット（２０）に対して相対的に高さに関して位置決め可能であり、前記走査ビーム（３５）は水平方向の工作物平面に対して小さい角度（３４）だけ傾いた状態で案内されている。
2009516376.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円板状の工作物（２，３，４，５，７）のための、特に半導体ウェーハのための搬送装置であって、制御下で水平方向へ可動の搬送アームを備えており、その一方の端部には工作物を実質的に水平に載せるために２つの間隔をおいた長尺状の支持部材（２６，２７）が配置されており、複数の工作物（７）を実質的に水平に収容するために２つの向かい合う側に櫛形構造部（１８）を有するカセット（２０）が設けられており、前記支持部材（２６，２７）と前記櫛形構造部（１８）は、前記カセット（２０）および前記搬送アームに対して相対的に追加の垂直方向運動によって工作物（７）を持ち上げたり置いたりするために、場合により工作物が置かれている前記櫛形構造部（１８）の２つの隣接する間隔をおいた櫛（１９）の間へ該支持部材を接触させずに挿入することができるように構成されている、そのような搬送装置において、前記支持部材（２６，２７）は、カセットへ係合するときに実質的にそれぞれ前記櫛形構造部（１８）と隣接して平行に櫛に沿って位置決めされされるように配置されており、当該領域では２つの隣接する櫛平面に沿ってその間で前記カセット（２０）の片側に工作物（７）とその位置を検出するための走査ビーム（３５）が設けられており、前記走査ビーム（３５）は前記カセット（２０）に対して相対的に高さに関して位置決め可能であり、前記走査ビーム（３５）は水平方向の工作物平面に対して小さい角度（３４）だけ傾いた状態で案内されていることを特徴とする搬送装置。
【請求項２】
搬送アームとカセット（２０）を備える前記搬送装置について取扱ゾーン（１２，１３）が定義されており、該取扱ゾーンの内部で前記支持部材（２６，２７）が工作物（７）の表面と相互作用し、該取扱ゾーンは工作物に関して、工作物が前記カセット（２０）へ挿入されているときに前記櫛形構造部（１８）と実質的に平行に向く、間隔をおいて互いに平行に位置する２つの棒状の面として規定されていることを特徴とする、請求項１に記載の搬送装置。
【請求項３】
前記取扱ゾーン（１２，１３）の幅（１１）は、工作物が線状の載置部（１）に載置されたときにそれぞれの撓み角（９，１０）で到達する上方および下方に向かう最大の撓みが組み合わされた、前記搬送装置の垂直方向のシステム許容差（８）の合計によって規定されており、そこでは前記撓み角が垂直方向の最大のシステム許容差の水平面と交わっていることを特徴とする、請求項２に記載の搬送装置。
【請求項４】
工作物（７）は半導体ウェーハであり、前記取扱ゾーンの幅は１０から２０ｍｍであることを特徴とする、請求項２または３に記載の搬送装置。
【請求項５】
前記走査ビーム（３５）の傾き角（３４）は、該ビームが隣接する２つの平行な櫛（１８）に沿って案内されて櫛間距離（１９）を超えないように定義されていることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の搬送装置。
【請求項６】
前記カセット（２０）に対する工作物（７）の位置決めのために前記カセット（２０）を垂直方向に動かす装置が設けられていることを特徴とする、請求項１〜５のいずれか１項に記載の搬送装置。
【請求項７】
水平に配置された前記櫛形構造部（１８）の一方の端部に、前記カセット（２０）の中で工作物の最終位置を制限するために少なくとも１つのストッパ手段（１６，１７）が設けられており、該ストッパ手段は前記走査ビーム（３５）の光路の範囲外に配置されていることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の搬送装置。
【請求項８】
前記支持部材（２６，２７）は棒形に構成されていることを特徴とする、請求項１〜７
のいずれか１項に記載の搬送装置。
【請求項９】
第２の許容される取扱ゾーン幅（２４，２５）が規定されており、該取扱ゾーン幅は前記第１の取扱ゾーン（１２，１３）の幅よりも狭く、かつシステム許容差によって規定される前記第１の取扱ゾーンの内部に位置しており、前記第２の取扱ゾーン幅（２４，２５）は、前記支持部材（２６，２７）の断面寸法（２１）と、工作物（７）に生じる最大限可能な撓みのときにまだ空いているカセット間隙幅（２３）とによって規定されていることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の搬送装置。
【請求項１０】
前記第１の走査ビーム（３５）の向かい合う側で、前記カセット（２０）の向かい合う他方の櫛形構造部（１８）の領域に、さらに別の傾いた走査ビーム（３５’）が設けられていることを特徴とする、請求項１〜９のいずれか１項に記載の搬送装置。
【請求項１１】
支持アーム（６０，６１）をそれぞれ１つ備える、軸（６６，６７）を中心として回転可能な少なくとも２つの搬送ロボットを含んでおり、さらに、工作物の引渡位置が前記搬送ロボットの両方の軸（６６，６７）を結ぶ線上にないときに前記搬送アーム（６０，６１）の搬送方向に関して前記取扱ゾーン（１２，１３）をアライメント（６５）するための回転装置（６２）を含んでいることを特徴とする、請求項１〜１０のいずれか１項に記載の搬送装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、請求項１に記載されている、円板状の工作物のための、特に半導体ウェーハのための搬送装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
真空プロセス設備では、ウェーハとも呼ばれる円形の平坦な基板ないし工作物が、完全自動化された真空プロセスシステムで表面処理され、たとえばコーティングされ、エッチングされ、洗浄され、熱処理される。その場合、このような種類のプロセスを自動化し、多段階のプロセスを異なる設備領域で行えるようにするために、一種のハンドリングロボットである自動式の搬送システムが利用される。このような種類のプロセスにおいて、特に半導体ウェーハの取扱は、たとえば特に高い清浄性、高い精度、基板の慎重な取扱など、非常に高い取扱の品質を必要とする。上述した高い要求事項があるために、このような種類の設備はエアロック室を有しているのが好ましく、そこでウェーハは大気の環境から真空室へと移され、次いで１つのプロセスステーションへ、または、通常は複数のプロセスステーションへ順次移されて、要求される表面加工を行えるようにする。このときウェーハは、搬送装置によって水平方向の搬送平面でエアロック室からプロセス室へと移され、ウェーハがプロセス室に置かれた後、プロセス室は、そこで要求される真空条件とプロセス条件のもとでプロセスを行えるようにするために閉鎖されるのが普通である。複数のプロセスステップが必要とされる場合にも、これと同様のやり方で、ウェーハが１つのプロセス室から再び運び出され、次のプロセスステップのために別のプロセス室へと搬送される。このとき、格別に好ましい設備の型式はいわゆるクラスタシステムである。このような種類のシステムでは、エアロック室と１つのプロセス室ないし複数の室が、実質的に中央にある搬送室を取り囲む周辺部に配置されている。１つを超える数のエアロック室がある場合、および特に複数のプロセス室がある場合、これらの室は中央に位置する搬送室の回りに一種の星形の配置で配置される。そして搬送装置は、中央に位置するこの搬送室にあり、一方では、少なくとも１つのエアロック室へアクセス可能であるとともに、他方ではプロセス室へアクセス可能である。搬送室とそれ以外の室の間には、エアロック工程のときに、ないしプロセスステップのときに、それぞれの室を相互に隔絶できるようにするために、いわゆるエアロックバルブが配置されるのが通常であり、好ましい。そしてウェーハの搬送工程のときには、ウェーハを所望の位置に置くために、開いたエアロックゲートを搬送装置が相応に通り抜ける。
【０００３】
搬送装置はウェーハを１つの平面で並進的に動かし、すなわち２つの運動方向へ動かす。中央の搬送室に配置された搬送装置を備える、前述した好ましいクラスタシステムでは、搬送装置は回転中心を中心として回転し、それによって回転運動方向を形成するとともに、この回転中心に対して半径方向へ、この回転中心から離れたり近づいたりするように別の第２の並進運動を行うことができる装置として構成されているのが普通である。そしてこのような搬送装置の上に、たとえば水平面で回転可能で長さに関して調節可能なアームメカニズムの上に、搬送されるべきウェーハが当該アームの端部領域に載せられる。そしてこのような種類の構造は、たとえば１ｍまたはそれ以上のオーダーの長い経路距離にわたってウェーハをエアロック室から搬送室へ、そこからさらにプロセス室へと容易に搬送して出し入れし、相応の開いたエアロックゲートを通り抜けることができる。ウェーハは、搬送サイクルの開始時には大気のもとで搬送装置の上に可能な限り正確に、かつ必ず同一の位置に載せられ、それにより、その後も事前設定された位置へとウェーハを正確に搬送することができる。しかし、搬送装置へのウェーハの載置だけでなく、搬送装置それ自体にも一定の不正確さないし許容誤差はついてまわる。搬送装置上でのウェーハ位置のさらなる不正確さないし変位が、プロセス室内での作用によって、プロセスステーション
でも起こる可能性がある。
【０００４】
円板状の工作物の取扱にあたっての１つの特別な問題は、工作物が直径に比べて非常に薄く、それに応じて著しく撓むような場合に生じる。それはすなわち、特にたとえば厚さが１０分の数ミリメートル、特に０．０７から０．３ｍｍで、直径が１００ｍｍから３００ｍｍの半導体ウェーハの場合である。このとき撓みは、載置の形式に応じて、１０分の数ミリメートルから数ミリメートルの範囲内であり得る。するとこうした撓みは、特に曲がりの大きさがさまざまに異なっている可能性があるために、搬送構造内部での正確な取扱や位置決めを著しく困難にする。ここで特別に問題となるのは、カセットから所望の位置への、たとえばプロセスステーションや真空設備のチャンバへの、半導体ディスクの取扱ないし移し替えである。このような種類の設備では、半導体ウェーハは、カセットとして構成されたマガジンの中で水平方向に置かれており、コンパクトな空間で中間保管するために取り出される。このとき、著しく撓むウェーハの場合には、取扱精度や希望される構造のコンパクト性に関して、および取扱の安全性に関して特別な難点が生じる。
【０００５】
欧州特許出願公開第０６９６２４２Ｂ２号明細書より、高さに関して調節可能、かつその軸を中心として回転する、水平面に繰出し可能な支持アームないし支持部材を備えるハンドリングロボットによって、円形の半導体ディスクである円板状の工作物を取り上げて、または載せて、別の位置へと移すことを可能にする、半導体ウェーハの搬送装置が公知となっている。それにより、たとえば工作物を搬送アームによってカセットから取り出して別の位置へ搬送することができ、そこで工作物がたとえば加工される。真空プロセス設備の場合、大気から設備で入れるときであれ、設備内部で異なるチャンバの間で動かすときであれ、エアロックを通じて工作物を出し入れしなくてはならない。この目的のために、ロボットの前述した搬送アームは必要に応じて、かつ制御下で、工作物の的確な搬送を行うために相応のエアロックゲートを通り抜ける。このとき、設備のコンセプトに応じて工作物の中間保管をするために、狭いスペースに複数の工作物を収容することができる、設備の外部および／または設備の内部で使用されるカセットが用いられる。上記の特許文献で紹介されている構造は、このような種類の搬送装置の具体化を可能にするものである。この公知の搬送装置では、工作物が定義されたとおりに平坦なまま保たれ、また寸法に関しても定義されていることが前提となっている。取扱だけでなく、相応の電子式または光学式のセンサによる基板検出も、このような前提条件から出発している。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、著しく撓む、面積が広くて薄い工作物の場合、このような装置では甚大な問題が発生し、そのための解決法は記載されていない。そのようなケースでは、この種の搬送装置は相応に機能面でその限界付近で稼動し、このことは、このような種類の設備の動作確実性を低下させる。
【０００７】
本発明の課題は、従来技術の前述した欠点を取り除くことにある。特に課題は、特にできるだけ工作物の不具合なしに高い精度と信頼度を可能にする、薄くて撓みやすい円板状の工作物、特に半導体ディスクを搬送する装置および方法を具体化し、それによって生産プロセスの高い経済性を実現できるようにすることである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
この課題は本発明によると、請求項１に記載された工作物の搬送装置によって解決され、また請求項１２に記載された方法によって解決される。従属請求項はその他の好ましい実施形態を定義している。
【０００９】
本発明によると、解決法の要諦は、自然な形状になるまでの平坦な工作物の撓みが許容
され、このような工作物の変形についての工作物の検出と取扱が考慮され、搬送プロセスの開始時に明確に定義されている位置ないし場所を基準としてアライメントされて、全プロセスにわたってこれが遵守されることにある。プロセス設備での工作物の初期位置を基準とし、プロセス設備の関与する装置のせいで機械的および電気的に生じる許容範囲とその限度を考慮したうえで、すべての取扱部材および検出部材が工作物に集約されている。このときプロセス設備は、この明確に定義されたゾーンの範囲内に位置していないすべての領域が、搬送プロセスないし取扱プロセスの機能または信頼度に対して有意な影響を及ぼし得ないように具体化される。
【００１０】
本発明は、円板状の工作物のための、特に半導体ウェーハのための搬送装置を含んでおり、制御下で水平方向へ可動の搬送アームを備えており、その一方の端部には工作物を実質的に水平に載せるために２つの長尺状の支持部材が間隔をおいて配置されており、複数の工作物を実質的に水平に収容するために２つの向かい合う側に櫛形構造部を有するカセットが設けられており、支持部材と櫛形構造部は、カセットおよび搬送アームに対して相対的に追加の垂直方向運動によって工作物を持ち上げたり置いたりするために、場合により工作物が載置されている櫛形構造部の２つの隣接する間隔をおいた櫛の間へ該支持部材を接触させずに挿入することができるように構成されており、支持部材は、カセットへ係合するときに実質的にそれぞれ櫛形構造部と隣接して平行に櫛に沿って位置決めされされるように配置されており、当該領域では２つの隣接する櫛平面に沿ってその間でカセットの片側および／または両側に工作物とその位置を検出するための走査ビームが設けられており、走査ビームはカセットに対して相対的に高さに関して位置決め可能であり、走査ビームは水平方向の工作物平面に対して小さい角度だけ傾いた状態で案内されている。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
次に、一例として模式的な図面を用いて本発明を説明する。
円板状の工作物、特にシリコンおよび／またはゲルマニウムからなる半導体ウェーハを表面加工するための完全自動式の真空プロセス設備は、これをロボット装置で正確に搬送しなければならない。１つの位置から別の位置へのこのような工作物の搬送は、正確に再現可能に、かつ工作物の損傷なしに行わなくてはならない。そのために複数の工作物７がカセット２０の中に積まれたり、これから取り出されたりし、それによってたとえば大気から真空へとエアロックを通過して搬送し、次いで加工することができる。１つのプロセスステーションでの加工の後に、たとえば工作物のコーティングやエッチングの後に、工作物はハンドリングロボットによって再びエアロックを通ってカセットの中へ案内される。真空プロセス設備は、１つまたは複数のハンドリングロボットを装備する複数のプロセスステーションを有することもできる。このような種類のプロセス設備では、平坦な円板状の工作物７は水平方向へ搬送されるのが普通である。そのために、自らの軸６６，６７を中心として回転することができ、搬送アーム６１，６０を有するハンドリングロボットが使用され、搬送アームは回転軸６６，６７に対して横方向へ水平に繰出すことができ、それによって工作物７をこれらの軸に対して横方向に搬送することができ、その様子は図１０ａに模式的に平面図として示されている。工作物の取り上げや積み置きは、支持部材２６，２７が工作物７の下に移動し、次いで、カセット２０または架台６２，４２，５４の垂直方向の相対運動で、相対運動によって持ち上げられたり載せられたりすることによって行われる。この相対運動は、カセットまたは架台が相応に垂直方向へ動くことによって生起されるか、または、好ましくはハンドリングロボットが相応に垂直方向へ動くことによって生起される。この工程は非常に正確に行われなくてはならず、可動部材に引きずり運動ないし摩擦運動が生じてはならず、このような運動は望ましくない摩耗や粒子形成につながることになり、繊細な真空プロセスに不都合な影響を与えるとともに、生産のときに廃棄品の発生につながることになる。これに加えて、面積が広くて薄い円板状の工作物７を加工することになっていて搬送されなくてはならない場合には、状況が困難になる。このような種類の工作物は著しい撓みないし反りを有する可能性があり、そのために、
搬送メカニズムの信頼度の高い機能が損なわれかねないからである。半導体製造における経済性をいっそう高めるために、今日、直径の大きい工作物ディスクが用いられることが増えてきており、このような工作物はさらにいっそう薄くなりつつあり、それによって撓みの問題も大きくなっている。現在、厚みが０．０７ｍｍから約０．６ｍｍ、直径が１００ｍｍから３００ｍｍのディスク直径が採用されている。その結果、比率に応じて１０分の数ｍｍの範囲の撓み、あるいは数ｍｍにも及ぶ場合さえある撓みが生じる。
【００１２】
工作物７を載置するために、図１に模式的に示すように、支持部材２６，２７を構成する２つの線状の載置部１が設けられているのが好ましい。線状の載置部１は実質的に互いに平行に向いており、かつ互いに間隔をおいており、円板状の工作物７が縁部領域において両側で載置線６に沿って載置部１の上で支持されるようになっている。この両方の載置部１は、棒形をした支持部材２６，２７として構成されているのが好ましい。図１では工作物として、さまざまな種類の考えられる撓みをもつ半導体ウェーハが図示されている。比較的厚みのあるウェーハ２は実質的に撓みを有しておらず、載置部１の上に平坦に載っている。薄いウェーハは自重によって下方３に向かって撓んだり、内部張力によって上方４に撓んだりする可能性がある。通常、このような撓みは円筒形であるが、異なる方向を向いた複数の円筒形の組み合わせで構成されている場合もある。その場合、このような撓みの組み合わせは、鞍状の反りを有するウェーハの撓み断面形状５につながる。半導体ディスクを加工するための標準型真空プロセス設備では、半導体ディスクは、複数のウェーハを内蔵するカセットに挿入される。ウェーハは、このような種類のカセット２０の中で、平行に案内されている支持部の上に縁部領域で載り、工作物の面が実質的に露出するようになっている。そのため、工作物の撓みがどの程度大きいかに関わりなく、支持領域の近傍で上に載っているウェーハのゾーンだけしか、垂直方向の位置に関して良好に定義されることがない。この位置は、ウェーハ７の周辺領域で２つの弦を形成する２本の載置線６によって特徴づけることができる。この載置線６から遠く離れているウェーハ面上の場所は、その垂直方向の位置に関して既知ではなく、ないしは定義されていない。
【００１３】
取扱すなわちウェーハの支持と検出のために利用することができる、載置線６を中心とする領域を定義するには、図２ａに断面図として示すように、垂直方向のシステム許容範囲８が決定的に重要である。そこで、上方９および下方１０への工作物の考えられる最大の撓みに着目してみると、水平線とは異なる工作物表面の角度、すなわち載置部１に対する上昇角９と下降角１０が求められ、その帰結として、工作物における両側での取扱ゾーン１２，１３を定義する、最大の取扱ゾーン幅１１を定義することができる。このようにして、円板状の工作物の周辺領域に位置する、間隔をおいた２本の平行なストライプ状の取扱ゾーン１２，１３が仮想的に生じることになり、その様子は図２ｂに平面図として示されている。
【００１４】
上に定義したような規則を、薄い工作物７のためのカセット２０に適用してみると、工作物７の載置ゾーンは、工作物７の周辺部に近い２本の平行なゾーン１２，１３に限定されることが明らかであり、その様子は図３ａに断面図として、および図３ｂに平面図としてそれぞれ示されている。ＳＥＭＩ規格に基づく通常のウェーハカセット２０では、カセット２０の内部領域へ突入する、工作物の両側にそれぞれ１つの追加の端部載置手段１４，１５が配置されている。内方に向かって突き出る、図３ｂに破線で示しているこのような種類の載置手段１４，１５は、本発明では使用することができない。カセットの中の工作物７の水平方向位置を制限ないし定義するには、載置部１８，１８’の間でカセットの内部領域に点状にのみ作用し、ないしは、載置部と取扱ゾーン１２，１３の領域で取扱ゾーンに沿って検出手段の通過作用を可能にするストッパ手段１６，１７を設けなくてはならない。したがってストッパ手段としては、細い棒状の部材１６，７が好ましい。カセット２０は両側に櫛形の構造部１８，１８’を有しており、これらの構造部は、周辺領域で円板状の工作物７を収容して支持することができるスリット状の構造を形成している。そ
れによりカセット２０は、複数の工作物７を収容するための複数の収容スリットを備える構造を形成している。このとき重要なのは、隣接して挿入される工作物７が撓んでも接触しないよう防止するために、十分に広い櫛間距離１９を櫛形構造部が有していることである。たとえば下方に向かって撓む工作物３と、平坦な工作物２とが使用されるとき、櫛間距離１９は、下方を向いている工作物７の撓み３よりも広くなくてはならない。下方にも上方にも撓む工作物７が使用されるとき、櫛間間隔１９は、最大限予想される上方および下方への撓みの合計よりも広くなくてはならない。
【００１５】
工作物７を持ち上げて支持できるようにするために、ロボット支持アームの端部には支持部材２１，２２が配置されており、その上に工作物７が置かれる。水平方向に可動であるロボットの支持アームに支持部材支持体２８が取り付けられており、間隔をおいて平行に配置された２つの長尺状の支持部材２６，２７がこの支持部材支持体に配置されており、この支持部材は棒状に構成されているのが好ましく、その様子は図５に平面図として示されている。図５には、円板状の工作物すなわち半導体ウェーハ７がどのように支持部材２６，２７の上に置かれるかが示されている。支持部材２６，２７の厚みは制限されており、すなわち、これら支持部材は以後の持ち上げ工程のために、またはカセットに工作物７が置かれた後に、カセットの中の隣接する２つの工作物７の間でこの工作物と接触することがないように十分に薄くなくてはならない。したがって支持部材２６，２７は棒状に構成されるのが好ましく、また、ハンドリング誤差を追加的に増やすことになる望ましくない曲げを生じることがないように、十分に剛性を有していなくてはならない。
【００１６】
支持部材２６，２７は、工作物７を持ち上げて搬送するときに、円板状の工作物７の下面に直接当接する。その帰結として、取扱時に支持部材２６，２７がその内部で動かなくてはならないところの許容される帯状の取扱ゾーン２４，２５が、支持部材２６，２７を中心として定義される。支持部材２６，２７の寸法設定は、装填されたカセット２０で空く寸法によって規定される。図４ａには一例として、カセットのスリットに納まっている平坦なウェーハ２に比べて下方に向かって曲がったウェーハ３が、カセット２０の中で図示されている。下方に向かって曲がったウェーハ３は、支持部材２６，２７によってカセットスリットから持ち上げられ、取り出されるべきものである。支持部材２６，２７の最大限許容される厚み２１は、上に位置するウェーハと下に位置するウェーハ３，２の間で利用できる中間スペースに依存して、および、ウェーハをカセットの中へ、またはカセットの外へ動かすために必要とされるハンドリング許容差に依存して決まり、その様子は図４ｂに、クリティカルな縁部領域の詳細な断面図として示されている。櫛に近い領域では、隣接するウェーハ２，３の間の最大限可能な間隔は、実質的に櫛間距離１９に相当しており、この櫛間距離の位置が、許容される取扱ゾーン幅２３の外側位置を形成しており、また、許容される取扱ゾーン幅２３の内側の限度は、櫛形構造部１８から内方に向かってさらに若干間隔をおいており、支持部材２６，２７の直径２１によって制限されるとともに、相互に接触することのないウェーハ２，３の撓みに左右される。これら両方の可能な位置から許容される取扱ゾーン幅２３が求められ、この取扱ゾーン幅は、許容される取扱ゾーン２４，２５を規定するとともに、取扱ゾーン１２，１３の内部に位置していなくてはならず、その様子は図４ｂと図４ｃに図示されている。
【００１７】
次に、カセット結像システムを構成するための定義について、図６ａから図６ｄを参照しながら説明する。公知の結像システムでは、たとえば、読取りセンサ２９と反射器３０がウェーハ面と平行に、かつ向かい合うように、ウェーハの範囲外に配置された反射式のレーザシステムが使用される。読取りセンサ２９は、同じくウェーハ表面と平行に延びて反射器３０で読取りセンサ２９へはね返されるレーザ走査ビーム３１の源でもある。走査ビーム３１と、読取りセンサ２９と、反射器３０とを備えるこのようなビーム構造は、公知の仕方で、ウェーハ平面の中心線の領域近くで案内される。そしてウェーハが走査ビーム３１の領域で動くと、走査ビームが遮断されて位置が検出される。この公知の方式は、
０．６ｍｍよりも厚い比較的厚みのある工作物ないし半導体ウェーハの場合に適用される。薄いウェーハについては、この方式が検出のために適用されると問題が生じる。ウェーハが走査ビーム３１の直径よりも薄く、しかも、それにもかかわらず平坦であると、走査ビーム３１がウェーハ２によって遮断されない。結像システムが、カセット２０の装填されたスリットまたは装填されていないスリットを検出するべきである場合、高い信頼度でこれを検出することができない。なぜなら第１に、検出されたウェーハ２の中心領域が、上方４または下方３に向かって曲がったウェーハに属している可能性があるからであり、その様子は図６ａ、図６ｂ、および図６ｃに断面図として模式的に示されている。
【００１８】
この第１の問題を解決するために、本発明によると、読取りセンサ３２とこれに付属する反射器３３は薄いウェーハ用として、向かい合うようにウェーハ２，３，４の平面の範囲外に配置されるのがよく、これに加えて読取りセンサ３２と反射器３３は、ウェーハ平面の範囲外で若干オフセットされた状態で配置されるのがよく、それにより、走査ビーム３５は平坦なウェーハ平面２に対して若干傾いた状態で案内され、その結果、０．５から２．０°の範囲内の好ましい傾き角３４が生じることになる。
【００１９】
走査ビーム３５の小さな傾き角３４は、走査ビーム３５の方向でウェーハの投影を生成し、実在のウェーハが実際に有しているよりもはるかに大きな厚み３６が現れるように、いわば光に浮かびあがる厚み３６が現れるようになっている。
【００２０】
撓曲可能な薄いウェーハ２，３，４用の走査ビーム３５、および読取りセンサ３２と反射器３３は、ウェーハ周辺部の縁部領域に配置されており、すなわち、カセット２０の櫛形構造部１８，１８’の領域に配置されている。したがって走査ビーム方向の視線方向では、公知のシステムの場合に普通であるような点状のビームが現れるのではなく、走査ビーム傾き角３４の大きさに依存して、光に浮かびあがるウェーハ２，３，４の厚み３６が現れ、その様子は図６ｃに詳細に断面図として示されている。このように走査ビーム３４は、平坦なウェーハ２に加えて、相応に上方または下方に向かって撓んでいるウェーハ３，４も検出することができ、それによって第２の問題設定を解決することができる。この第２の問題を一義的に規定できるようにするために留意しなくてはならないのは、走査ビーム３５が案内されるカセット２０の櫛形構造部１８，１８’の領域近くでは、同一のスリット構造内部にある上方に向かって曲がったウェーハ４と下方に向かって曲がったウェーハ３７の間の垂直方向の距離ｄが、傾いた走査ビーム３５が設定する光に浮かびあがる厚み３６よりも短いことである。本例の上方および下方に向かうウェーハ３，４の最大限可能な撓み度が既知であれば、最大の結像ゾーン幅３８を規定することが可能である。仮に上方に向かって曲がったウェーハ４と下方に向かって曲がったウェーハ３が櫛形構造部１８，１８’の隣接するスリットに位置していれば当該ウェーハ３，４が交差することになるはずである櫛形構造部１８，１８’の先端部によって、１つの限度が生じる。すなわち、撓曲可能な薄いウェーハを高い信頼度で検出できるようにするには、２つの条件が守られなくてはならない。第１に、前述したように、傾いた走査ビーム３５の領域で光に浮かびあがる厚み３６は、仮に上方に向かって曲がったウェーハ４と下方に向かって曲がったウェーハ３がカセット２０の同一のスリットに位置しているときに最大限可能なはずの当該ウェーハの間のレーザビーム領域における間隔ｄよりも、大きくなくてはならない。第２の条件として、実際に規定される取扱ゾーン幅３９が測定システムにとって最大の結像ゾーン幅３８の範囲内に位置していることが満たされていなくてはならない。こうして規定された取扱ゾーン幅３９を基にして、カセット２０の櫛形構造部１８’，１８近傍でウェーハの両側に位置する、両方の結像ゾーン４０，４１が得られる。その範囲内で走査ビーム３５を案内することができ、その範囲外で線上に位置するように配置された読取りセンサ３２および反射器３３が設けられる。このようにして、結像ゾーン４０，４１の範囲内で各々の変形した薄いウェーハを、このゾーン内部の任意の個所で確実に検出することができる。
【００２１】
ウェーハの取扱は、平坦な表面４２の上にウェーハが位置決めされて置かれてから、プロセスステーションで加工されるという形で行われるのが通常であり、その様子は図７ａに断面図として示されている。表面にウェーハを正確に置くことができる能力をシステムにもたせるために、当初の載置位置は、カセットの中でのように、ウェーハの取扱ゾーン１２，１３に関連づけられた載置部によって生成される。その生成または遵守のために、たとえばピンとも呼ばれる、ウェーハ３が上に位置するウェーハ載置ピン５４が利用され、このウェーハ載置ピンは、架台４２とウェーハ３の間の間隔が、支持部材２６，２７をその間に挿入するのを可能にするために十分に広くなるように働くものであり、その様子は図７ａと図７ｂに示されている。ウェーハ載置ピン５４は、この工程のために上へ移動するのが好ましく、それによってウェーハ３は、それが相応に薄い場合には架台４２から持ち上げられて、さらには撓む。ウェーハ３の持ち上げを実現するために、ウェーハ架台４２を垂直方向へ動かすこともでき、また、ウェーハと架台４２の間に距離をつくるためにこれ以外の保持部材を、いわばウェーハ載置ピン５４として利用することもできる。ウェーハ３を持ち上げたり架台の上に置いたりするために、ウェーハは、支持アーム２６，２７が引き込まれた状態のときには、搬送工程のための定義された取扱ゾーン１２，１３の領域でのみ載置されており、このとき支持アームは、ロボットアームに固定されている支持部材支持体２８に保持され、その様子は図７ｂに平面図として半導体ウェーハ７の実施例を用いて図示されている。
【００２２】
すべてのウェーハが中心軸に沿って、システムにより定義された取扱ゾーンと平行に曲がるわけではない。カセットの中のウェーハは、不都合なケースでは、載置線に対して垂直な円筒と平行に曲がるような形で曲がっている可能性もある。このような種類のウェーハが下方４４または上方４３に向かって曲がっており、カセット２０の中に配置されているとき、その形状の実際の投影と定義は、先ほど説明したような投影とさほど異なってはいない。支持部材２６，２７の断面４５の設定、およびその他のサイズは同一であると考えられ、システムの異なる構成にはつながらない。これに加えて支持部材２６，２７は、図８ｄの断面図に支持部材４７を例にとって示すように、曲がったウェーハ４６に合わせて適合化するために成形・構成することもできる。本例では、支持部材４７はウェーハ４６の周辺領域にそれぞれ１つの段部４８を備えており、ウェーハ４６が中央領域で下方に向かって撓むことができ、それによって希望する所定の形状に、好ましくは平坦な面に、適合化することができ、上述した考察を実質的にそのまま転用できるようになっている。縁部領域にさらに別の段部を設けるのも好ましく、それにより、ウェーハをそこで支持部材４７に固定することができ、搬送中にウェーハが搬送運動で変位するのを防止する。前述した現象を抑制するために、大きい表面摩擦を生じさせる材料で支持部材４７を製作し、もしくはそうした材料でコーティングするのも好ましい。
【００２３】
ウェーハプロセス設備において、ウェーハ支持線方式が適用されない唯一の場所は、ウェーハが工作物マーキング７ａに対して平坦な向きでアライメントされるウェーハ回転アライメントステーションである。このステーションに達したウェーハは、定義上、相応のマーキング７ａに合わせてアライメントされていないのが普通である。このことは、載置軸がウェーハマーキング７ａに対してランダムな方向に向いている意味している。このステーションの目的は、明確に定義された回転位置へとウェーハを移して、これをさらに加工することである。このことは、ウェーハを回転させなくてはならないことを意味している。この回転運動は、ウェーハの中心部を中心とする載置線の回転にもつながり、すなわち、アライメントの前と後では載置線がそれぞれ異なっている。このことを考慮に入れるために、ハンドリングされなくてはならないウェーハ領域が、ウェーハの高さおよび各々の回転位置に関して正確に定義されていることが重要である。これを実現するために、載置線ないし結像ゾーン４０，４１のできる限り近傍に位置する円形の支持部がウェーハのために具体化されるのが好ましい。そのために図９ｂに示すように、結像ゾーン４０，４
１の位置での直径にきわめて近い直径をもつ円形の載置手段５１を有する載置プレート５０が使用される。ウェーハを支持する載置構造がアライメント５２のために回転しても、取扱システムは、そのアライメントの後に依然としてウェーハを持ち上げることができる。ただ１つの円形の架台構造５１は、ウェーハの円筒状の変形が生じる場合に格別によく適している。ウェーハを支持するために支持プレート５０の上に半径方向に配置された架台構造５３によってウェーハが支持される場合にも、これに類似する結果を得ることができ、その様子は図９ａに示されている。このような構成は、工作物が全体として円筒状に曲がっていないときに有利に適用することができる。
【００２４】
半導体ウェーハを加工するためのいくつかの真空プロセス設備では、工作物の取扱や搬送をするために、２つまたはそれ以上のロボットシステムが利用される。たとえば、第１のロボット６０が大気に接する設備に、いわゆる半導体産業で呼ぶところのフロントエンドに位置決めされており、それによってウェーハがカセットから出入りするように搬送されるのが１つの重要な構成である。そのとき第２のロボット６１は、真空プロセス設備すなわち真空環境の中で位置決めされて、ウェーハをプロセスステーションの中へ、およびプロセスステーションから外へ搬送する。ウェーハを大気からエアロックを通じて真空へ、およびこの逆に搬送し、そしてウェーハをロボット６０から真空室の内部にあるロボット６１へ搬送するために、２つのロボット６０，６１の間には基板引渡ステーション６２が配置される。この基板引渡ステーションが、２つのロボット回転中心６６，６７を結んだ線上に配置されていないとき、第１のロボットシステムによって位置６３に配置されたウェーハ７は、位置６４を必要とするはずの第２のロボットシステムに対して正しい角度の向きを有しておらず、その様子は図１０ａと図１０ｂに示されている。このような場合、基板引渡ステーション６２は、２つの所要のウェーハ位置６３，６４の間の角度差の分だけウェーハを回転させることを可能にする手段６５を備えていなくてはならない。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】半導体ウェーハのような円板状の工作物を示す平面図、およびさまざまな撓みの例を含むさまざまな断面図である。
【図２ａ】載置部の領域における最大限可能な撓みをもつ工作物である。
【図２ｂ】定義された可能な載置領域すなわち取扱ゾーンとともに工作物を示す平面図である。
【図３ａ】カセットおよびその内部に置かれた部分的に曲がっている複数の工作物を示す断面図である。
【図３ｂ】カセットを工作物とともに示す平面図である。
【図４ａ】図３ａに準じてカセットを示す断面図である。
【図４ｂ】一方の側に櫛形構造部を備えるカセットを、載置部の領域の工作物とともに示す詳細図である。
【図４ｃ】生じている許容される取扱ゾーンとともに工作物を示す平面図である。
【図５】許容される取扱ゾーンの範囲内に載置された支持部材の上の載置部の図面とともに、工作物を示す平面図である。
【図６ａ】櫛形構造部に沿った走査ビームの図面とともに工作物を示す断面図である。
【図６ｂ】カセットの中に置かれた、可能なさまざまな撓みをもつ工作物を示す断面図である。
【図６ｃ】カセットの一方の側における載置領域での図６ｂの詳細図、および走査ビームを示す断面図である。
【図６ｄ】工作物に対する走査ビームの結像ゾーンの図面とともに、カセットの中の工作物を示す平面図である。
【図７ａ】ピンの上に載置されて曲がった工作物を示す断面図である。
【図７ｂ】工作物の下に案内される支持部材とともに図７ａの工作物を示す平面図である。
【図８ａ】カセットの中に置かれた、反って曲がっている工作物を示す断面図である。
【図８ｂ】図８ａのカセットの櫛形構造部の領域で詳細を示す断面図である。
【図８ｃ】支持部材の上に置かれた反りのある工作物を示す平面図である。
【図８ｄ】反りのある工作物を成形された支持部材とともに示す断面図である。
【図９ａ】支持部材が半径方向に配置された、工作物のための支持プレートを示す平面図である。
【図９ｂ】支持部材が円環状に配置された、工作物の別の支持プレートを示す平面図である。
【図１０ａ】２つの搬送ロボットを備える搬送装置を示す平面図である。
【図１０ｂ】工作物をアライメントするための機構を示す平面図である。
【図１】
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【図２ａ】
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【図２ｂ】
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【図３ａ】
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【図３ｂ】
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【図４ａ】
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【図４ｂ】
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【図４ｃ】
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【図５】
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【図６ａ】
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【図６ｂ】
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【図６ｃ】
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【図６ｄ】
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【図７ａ】
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【図７ｂ】
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【図８ａ】
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【図８ｂ】
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【図８ｃ】
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【図８ｄ】
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【図９ａ】
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【図９ｂ】
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【図１０ａ】
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【図１０ｂ】
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【国際調査報告】
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