(57)【要約】キャリヤ内に保持された基板を取扱うためのシステムに関する。このシステムは、関節ロボットアームを有するロボットと、ロボットアームを制御するためのプロセッサと、ロボットアームの可動端に取付けられたエンドエフェクタとを有する。エンドエフェクタは第１の端および第２の端を有するブレードを有し、ブレードはその端と基板との間の距離を感知するための作動領域を有する。さらにシステムは、ブレードの第１の端に取付けられたパッシブグリッパと、ブレードの第２の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する。【特許請求の範囲】
【請求項１】
キャリヤ内に保持された基板を取扱うためのシステムにおいて、
関節ロボットアームを有するロボットと、
前記ロボットアームを制御するためのプロセッサと、
前記ロボットアームの可動端に取付けられたエンドエフェクタであって、前記エンドエフェクタは第１の端および第２の端を有するブレードを有し、前記ブレードは前記端と前記基板との間の距離を感知するための作動領域を有するエンドエフェクタと、
前記ブレードの前記第１の端に取付けられたパッシブグリッパおよび前記ブレードの前記第２の端に取付けられたアクティブグリッパとを有するシステム。
【請求項２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記エンドエフェクタは前記キャリヤ内部に配置された基板の平均垂直位置を検出するための位置測定センサをさらに有するシステム。
【請求項３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ブレードはシリコンウエハからなるシステム。
【請求項４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ブレードはセラミックからなるシステム。
【請求項５】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ブレードは１０００ミクロン（１０００μｍ）未満の厚さを有するシステム。
【請求項６】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記ブレードは７５０ミクロン（７５０μｍ）未満の厚さを有するシステム。
【請求項７】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記作動領域はメタライゼーション工程によって前記ブレード上に形成されるシステム。
【請求項８】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記作動領域は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、前記基板キャリヤ内部の前記基板の偏差とのうちの少なくとも１つを与えるように適合されているシステム。
【請求項９】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記作動領域は測定トランスデューサを有するシステム。
【請求項１０】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記作動領域は静電容量プローブを有するシステム。
【請求項１１】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記作動領域は、光学センサと、空気圧センサと、誘導センサと、超音波センサとのうちの少なくとも１つを有するシステム。
【請求項１２】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記作動領域は前記基板の平面情報を与えるための少なくとも３つの独立したセンサを有するシステム。
【請求項１３】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記アクティブグリッパは空気圧で駆動されるシステム。
【請求項１４】
請求項１に記載のシステムにおいて、前記アクティブグリッパはリニアモータに接続されたサーボグリッパを有するシステム。
【請求項１５】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記アクティブグリッパは、前記基板と確実に係合していることを決定するために、前記プロセッサにフィードバックを与えるシステム。
【請求項１６】
請求項１３に記載のシステムにおいて、前記アクティブグリッパは、前記基板の中心を決定するために、前記プロセッサにフィードバックを与えるシステム。
【請求項１７】
請求項１に記載のシステムにおいて、基板プリアライナをさらに有し、前記基板プリアライナはプリアライナチャックを有するシステム。
【請求項１８】
請求項１７に記載のシステムにおいて、前記プリアライナチャックは排除区域に沿ってのみ基板を係合させるための複数のエンバトルメントを有するシステム。
【請求項１９】
請求項１７に記載のシステムにおいて、前記プリアライナチャックは回転慣性を減少するような寸法を有して形成されているシステム。
【請求項２０】
請求項１９に記載のシステムにおいて、前記プリアライナチャックは複数の穴を有するシステム。
【請求項２１】
キャリヤ内に保持された基板を取扱うための方法において、
前記基板の縁を横切ってロボットアームを移動させるステップと、
前記キャリヤ内の前記基板の座標情報を決定するステップと、
前記座標情報を貯蔵するステップと、
前記貯蔵された座標情報によって前記キャリヤ内の前記基板に対してロボットアームを連続的にインデックス送りするステップと、
前記ロボットアームから前記基板への距離を測定するステップと、
前記基板をロボットアームと係合させるステップとを備える方法。
【請求項２２】
請求項２１に記載の方法において、前記座標情報は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、前記基板キャリヤ内部の前記基板の偏差とのうちの少なくとも１つを含む方法。
【請求項２３】
カセット内に保持された基板を取扱うための方法において、
位置測定センサと、基板センサを有するエンドエフェクタとを有するロボットアームを与えるステップと、
前記カセットに近接する前記第１のセンサを移動させ、かつ平均垂直基板位置を記録するステップと、
平均垂直基板位置データを有するピックテーブルを生成するステップと、
前記ピックテーブルの平均垂直基板位置によって前記ロボットアームを連続的にインデックス送りするステップと、
前記カセットを前記エンドエフェクタと係合させるステップと、
前記第２のセンサを用いて前記基板の位置を検証するステップと、
前記ロボットアームを用いて前記カセットから前記基板を捕捉し、かつ取り除くステップとを備える方法。
【請求項２４】
請求項２３に記載の方法において、前記平均垂直基板位置データを生成するステップは、１３５ミクロン（１３５μｍ）以内で正確である方法。
【請求項２５】
請求項２３に記載の方法において、前記平均垂直基板位置を記録するステップは、１００ミクロン（１００μｍ）以内で正確である方法。
【請求項２６】
請求項２３に記載の方法において、前記カセットから前記基板を取り除くステップの後に、前記基板をプリアラインするステップをさらに備える方法。
【請求項２７】
請求項２３に記載の方法において、前記ロボットアームは、第１の端および第２の端を有するブレードを有するエンドエフェクタを有し、前記ブレードは前記エンドエフェクタと前記基板との間の距離を感知するための作動領域を有する方法。
【請求項２８】
請求項２３に記載の方法において、前記エンドエフェクタは前記ブレードの前記第１の端に取付けられたパッシブグリッパと、前記ブレードの前記第２の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する方法。
【請求項２９】
基板を保持するためのロボットエンドエフェクタにおいて、
基板の平均垂直位置を検出するための位置測定センサと、
第１の端および第２の端を有するブレードと、
前記端および前記ブレードに沿って配置された前記基板の間の距離を感知するための作動領域と、
前記ブレードの前記第１の端に取付けられたパッシブグリッパと、前記ブレードの前記第２の端に取付けられたアクティブグリッパとを有するロボットエンドエフェクタ。
【請求項３０】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域はメタライゼーション工程によって形成されるロボットエンドエフェクタ。
【請求項３１】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、基板の前記平均垂直位置を検出するためのセンサを有するロボットエンドエフェクタ。
【請求項３２】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は前記基板の平面情報を与えるための少なくとも３つの独立したセンサを有するロボットエンドエフェクタ。
【請求項３３】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、前記基板キャリヤ内部の前記基板の偏差とのうちの少なくとも１つを与えるように適合されているロボットエンドエフェクタ。
【請求項３４】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は測定トランスデューサを有するロボットエンドエフェクタ。
【請求項３５】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は静電容量プローブを有するロボットエンドエフェクタ。
【請求項３６】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記作動領域は、光学センサと、空気圧センサと、誘導センサと、超音波センサとのうちの少なくとも１つを有するロボットエンドエフェクタ。
【請求項３７】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、基板の前記平均垂直位置を検出するための位置測定センサをさらに有するロボットエンドエフェクタ。
【請求項３８】
請求項３５に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記位置測定センサはレーザトランスデューサを有するロボットエンドエフェクタ。
【請求項３９】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記ブレードはシリコンウエハからなるロボットエンドエフェクタ。
【請求項４０】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記ブレードはセラミックからなるロボットエンドエフェクタ。
【請求項４１】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記ブレードは１０００ミクロン（１０００μｍ）未満の厚さを有するロボットエンドエフェクタ。
【請求項４２】
請求項２９に記載のロボットエンドエフェクタにおいて、前記ブレードは７５０ミクロン（７５０μｍ）未満の厚さを有するロボットエンドエフェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は基板を取扱うロボットに関し、より詳細にはロボットアームのエンドエフェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
単一の半導体ウエハの加工は、しばしば複数の製造装置において実施される。分類と、追跡と、基板の輸送コンテナへの梱包および輸送コンテナからの開梱とを可能にするシステムが開発されている。そのようなシステムには、半導体ウエハなどの基板を輸送コンテナ内へ搬送すること、および輸送コンテナから搬送することが要求される。基板材料を梱包および開梱するためのシステムでは、しばしばバキュームワンドおよび商業的に利用可能なロボットシステムが用いられる。そのようなロボットシステムは、特定基板の要求に対して調整された異なる設計の複数のエンドエフェクタを備える、あるロボットアーム装置を有することが可能である。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
パッケージング要求、熱管理の改良、および他の多くの理由のために、半導体ウエハ基板はより薄くなる傾向にある。より薄い基板および対応する寸法比の基板カセットキャリヤによって、ロボットアームおよびロボットエンドエフェクタの取扱い要求は影響を受ける。例えば厚さが減少された時には、ウエハ基板はバウおよびワープをより起こしやすい。ウエハ基板がフラットすなわち基準（fiducials ）を有すると、カセットキャリヤ内部の基板の位置に対する不確定性が増す。幾つかのシリコン基板ウエハおよび付随するカセットホルダの総合的な物理的特性によって、基板の位置および配向の正確な決定が困難となり得る。そのような基板特性によって、基板キャリヤ内部に配置された時の隙間の問題が生じるが、利用可能なロボットエンドエフェクタ技術を用いてこの問題を克服することは困難である。エンドエフェクタと基板との接触を最小化することによって、汚染または損傷の可能性は減少される。基板加工の間の全ステップ数とロボットアームの移動する速さとによって、総合的なシステム処理量が制限され得る。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
ある態様では、本発明は、関節ロボットアームを有するロボットと、ロボットアームを制御するためのプロセッサと、ロボットアームの可動端に取付けられたエンドエフェクタとを備え、キャリヤ内に保持された基板を取扱うためのシステムを特徴とする。このエンドエフェクタは第１の端および第２の端を有するブレードを有し、ブレードは端と基板との間の距離を感知するための作動領域を有する。システムはさらに、ブレードの第１の端に取付けられたパッシブグリッパと、ブレードの第２の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する。このシステムによって取扱われる基板には、例えばシリコンウエハが含まれることが可能である。
【０００５】
ある実施態様では、エンドエフェクタは、キャリヤ内部に格納された基板の平均垂直位置を検出するための位置測定センサをさらに有する。別の実施態様では、エンドエフェクタのブレードはシリコンウエハから形成される。別の実施態様では、ブレードはセラミック基板から形成される。種々の実施態様では、ブレードは約１０００ミクロン（１０００μｍ）未満、好適には約７５０ミクロン（７５０μｍ）未満の厚さを有する。ある実施態様では、作動領域はメタライゼーションまたは厚膜工程によってブレード上に形成される。ある実施態様では、作動領域は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、基板キャリヤ内部の基板の偏差とのうちの少なくとも１つを与えるように適合さ
れている。ある実施態様では、作動領域は測定トランスデューサである。別の実施態様では、作動領域は静電容量プローブである。種々の実施態様では、作動領域は、光学センサと、空気圧センサと、誘導センサと、超音波センサとのうちの少なくとも１つを有する。ある実施態様では、作動領域は基板の平面情報を与えるための少なくとも３つの独立したセンサを有する。
【０００６】
ある実施態様では、アクティブグリッパは空気圧で駆動される。別の実施態様では、アクティブグリッパはリニアモータに接続されたサーボグリッパを有する。ある実施態様では、アクティブグリッパは、基板と確実に係合していることを決定するために、プロセッサにフィードバックを与える。別の実施態様では、アクティブグリッパは、基板の中心を決定するためにプロセッサにフィードバックを与える。
【０００７】
ある実施態様では、本発明は、基板表面との接触を最小化するような寸法を有して形成されたプリアライナチャックを有するプリアライナを特徴とする。幾つかの実施態様では、プリアライナチャックは、プリアライナ上で回転される時に基板を支持するための複数の突起すなわちエンバトルメントを有する。ある実施例では、エンバトルメントは、エンドエフェクタのグリッパと基板との完全な係合がプリアライナチャックの任意の配向で可能となるように、寸法を有して形成されている。ある実施態様では、プリアライナチャックはチャックの慣性特性およびトルク要求を最適化するための複数の穴を有する。
【０００８】
別の態様では、本発明は、基板の縁を横切ってロボットアームを移動させるステップと、キャリヤ内の基板の座標情報を決定するステップと、座標情報を貯蔵するステップと、貯蔵された座標情報によってキャリヤ内の基板に対してロボットアームを連続的にインデックス送りするステップと、ロボットアームから基板への距離を測定するステップと、基板をロボットアームと係合させるステップとを備える、キャリヤ内に保持された基板を取扱うための方法を特徴とする。ある実施態様では、座標情報は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、基板キャリヤ内部の基板の偏差とのうちの少なくとも１つを含む。
【０００９】
別の態様では、本発明は、位置測定センサと、基板センサを有するエンドエフェクタとを有するロボットアームを与えるステップと、カセットに近接する第１のセンサを移動させ、かつ平均垂直基板位置を記録するステップと、平均垂直基板位置データを含むピックテーブル（pick table）を生成するステップと、ピックテーブルの平均垂直基板位置によってロボットアームを連続的にインデックス送りするステップと、カセットをエンドエフェクタと係合させるステップと、第２のセンサを用いて基板の位置を検証するステップと、ロボットアームを用いてカセットから基板を捕捉し、かつ取り除くステップとを備える、カセット内に保持された基板を取扱うための方法を特徴とする。
【００１０】
ある実施態様では、平均垂直基板位置データを生成するステップは、１３５ミクロン（１３５μｍ）以内で正確である。別の実施態様では、平均垂直基板位置を記録するステップは、１００ミクロン（１００μｍ）以内で正確である。ある実施態様では、その方法は、カセットから基板を取り除くステップの後に、基板をプリアラインするステップを備える。別の実施態様では、ロボットアームは、第１の端および第２の端を有するブレードを有するエンドエフェクタを有し、ブレードはエンドエフェクタと基板との間の距離を感知するための作動領域を有する。ある実施態様では、エンドエフェクタはブレードの第１の端に取付けられたパッシブグリッパと、ブレードの第２の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する。
【００１１】
別の態様では、本発明は、基板の平均垂直位置を検出するための位置測定センサと、第１の端および第２の端を有するブレードと、端およびブレードに沿って配置された基板の
間の距離を感知するための作動領域と、ブレードの第１の端に取付けられたパッシブグリッパと、ブレードの第２の端に取付けられたアクティブグリッパとを有する、基板を保持するためのロボットエンドエフェクタを特徴とする。ある実施態様では、エンドエフェクタの作動領域はメタライゼーション工程によって形成される。別の実施態様では、エンドエフェクタは、基板の平均垂直位置を検出するためのセンサを有する。さらに別の実施態様では、エンドエフェクタの作動領域は、基板の平面情報を与えるための少なくとも３つの独立したセンサを有する。種々の実施態様では、作動領域は、平均垂直位置と、厚さ変動と、バウおよびワープと、傾きと、基板キャリヤ内部の基板の偏差とのうちの少なくとも１つを与えるように適合されている。
【００１２】
ある実施態様では、作動領域は測定トランスデューサを有する。ある実施態様では、作動領域はレーザトランスデューサを有する。別の実施態様では、ブレードはシリコンウエハから形成される。さらに別の実施態様では、ブレードはセラミック基板から形成される。種々の実施態様では、ブレードは約１０００ミクロン（１０００μｍ）未満、好適には約７５０ミクロン（７５０μｍ）未満の厚さを有する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本出願は、２００２年９月１６日に出願の米国特許仮出願第６０／４１１，３７２号に対する優先権を主張し、その完全な内容を本明細書に引用して援用する。
本発明の１つまたはそれ以上の実施態様の詳細は、添付の図面および以下の説明において述べられている。本発明の他の特徴、目的、および利点は、説明および図面から、および特許請求の範囲から明らかであろう。
【００１４】
種々の図面において、参照記号は類似の要素を示す。
図１Ａ，１Ｂ，２Ａ，２Ｂをまとめて参照すると、基板を取扱うための典型的な加工システム２０は、筐体２１と、例えば半導体ウエハを含む基板２４（図２Ｂ）の加工のための作業領域２２とを有する。筐体２１は、システムコンピュータ（図示せず）に対するユーザ入力のために、キーボード用の引き出しと、取付柱２８に固定されたフラットパネルディスプレイなどのグラフィカルユーザインターフェース２７とを備えることができる。筐体２１はまた、例えば、電源装置と、コンピュータと、気圧ポンプおよび制御装置と、貯蔵装置（図示せず）とを含む、幾つかの補助的な構成要素を収容することができる。ある実施態様では、システム２０は、複数の製造装置を通じて発送される半導体ウエハ２４の加工を完成するように設定される。半導体ウエハ２４をますます大きくかつ薄く成長させるほど、それに付随して、半導体ウエハ２４の搭降載は、より精密さを必要とするようになる。ウエハ設計においては、基板２４が可撓性を有し、容易に平坦化および搬送できることは重要である。作業領域２２は、関節ロボットアーム３０、汎用カセットすなわちインプットカセット３４ａ、３４ｂ、アウトプットカセット３８、およびプリアライナ４０を有することが可能である。ある実施例では、システム２０には、基板走査装置４１が含まれる。ある実施例では、ロボットアーム３０は、延長部分４４の端に取付けられた、１つまたはそれ以上のエンドエフェクタ４２を有する。ある実施例では、ロボットアーム３０は、ロボットアールオービー３１０（Robot ROB310）であり、かつエンドエフェクタ４２は、ひれ型（flipper-type）のエンドエフェクタである。
【００１５】
図３を参照すると、ある実施態様では、システム２０は、各々４自由度を有する２つのロボットアーム３０ａ，３０ｂを備えている。ロボットアーム３０は、１つまたはそれ以上の関節アーム連動装置４６を有することが可能であり、台４８によって固定された支柱４７に取付けられている。エンドエフェクタ４２ａ，４２ｂは、エンドエフェクタ４２が１８０°回転可能であるように、ロボットアーム３０に接続されている。ロボットアーム３０は、例えば、モートマンイーアールシーロボット制御装置（Motoman ERC robot controller）によって制御可能である。ロボットアーム３０は、エンドエフェクタ４２を、そ
れぞれ矢印Ｒ、θ、Ｚで表示されている、半径、回転、および垂直方向に動かすように設定される。
【００１６】
図４Ａ，４Ｂ，４Ｃ，５Ａ，５Ｂ，６Ａ，６Ｂをまとめて参照すると、基板材料加工用のロボットアーム３０のエンドエフェクタ４２は、第１のおよび第２のグリッパ５６，５８を有するブレードすなわちパドル５４を有する。第１のおよび第２のグリッパ５６，５８は、ブレード５４の近い端および遠い端に沿って、それぞれ配置されている。ある実施例では、エンドエフェクタ４２の厚さを最小化するために、ブレード５４はセラミック基板から形成される。ある実施例では、ブレードは厚さ約７００ミクロン（約７００μｍ）、幅約３インチ（約７．６ｃｍ）、および長さ約８インチ（約２０．３ｃｍ）である。他の実施例では、ブレード５４はシリコンから、より詳細には半導体ウエハから形成される。ある実施例では、第１の端のグリッパ５６はアクティブ、すなわちブレードに関して移動可能であり、第２の端のグリッパ５８はパッシブ、すなわちブレード５４の遠い端に沿って設けられている。ブレード５４は補強されることができ、留め具６７ａ，６７ｂを用いて、取付片６５ａ，６５ｂによってガードボックス８０に取付けられることができる（図５Ｂ）。
【００１７】
ある実施例では、第２の端のグリッパ５８は、ＰＥＥＫ（登録商標）（ビクトレックス社（Victrex Plc Corporation ）、英国、ランカシア）などの高分子量プラスチックから構成され、第１の端のグリッパ５６は、基板２４を放電するために、すなわち帯電を防止するために導体材料から作製される。ある実施例では、第２の端のグリッパ５８は、基板２４の形状に対して実質的に適合するアーチ形状を有し（図６Ａ、６Ｂに透視で示す）、さらにブレード５４の遠い（先の）端を実質的に覆うような寸法を有して形成されている。第２の端のグリッパ５８は、ブレード５４の先端が硬い表面と偶然衝突する間に、損傷からブレード５４を保護するための、衝撃吸収機能を与えることができる。第１のグリッパ５６は、両方ともガードボックス８０内に収容されている、リニアモータ７８に接続されたサーボ７６によって駆動されることができる（図６Ｂ）。代替では、第１のグリッパ５６は空気圧で駆動されることができる。
【００１８】
エンドエフェクタ４２は、基板２４の位置および平均位置を感知するための複数のセンサを有することが可能である。ある実施例では、エンドエフェクタ４２には、ロボットアーム３０に配置された位置測定センサ７９（図４Ｃ）と、ブレード５４上に直接配置された基板センサ６１を有する作動領域６０とを装備できる。位置測定センサ７９はレーザトランスデューサであることができるが、例えば、光学、誘導、および超音波センサを含む他の型のセンサも考えられる。アーティファクト（図示せず）が、センサ６１，７９の両方のための参照較正点として、ロボットアーム３０上に配置される。
【００１９】
ブレード５４は一旦形状に切断されると、ブレード５４の外側の表面上に厚膜またはメタライゼーション工程が実施されて、基板２４の存在および近接を検出するための作動領域６０が形成される。厚膜工程は、例えばペーストおよびオーブン工程を含むことができる。厚膜工程によって、ブレード５４の表面の厚さを実質的に増大することなく、ブレード５４上に直接的に作動領域６０を付加することが可能となる。ある実施例では、作動領域６０の厚さは、わずか約数ミクロン（約数μｍ）である。作動領域６０は、例えば、プッシュ−プル式の静電容量センサなどの非接触型センサトランスデューサ６１を有することが可能である。基板センサ６１は、耐久性を増大するためにその近傍に取付けられた保護環（図示せず）を有することが可能である。基板センサ６１は、一般には領域６４に沿って配置される導体を通じてシステム２０に電気的に接続されることができる。領域６４は、作動領域６０を形成するために用いられた厚膜またはメタライゼーション工程を用いて、ブレード５４に設けられる。接地平面（図示せず）もまた、基板センサ６１の間に厚膜工程を用いてブレード５４の上に層形成されることができる。
【００２０】
ある実施例では、基板センサ６１のダイナミックレンジは約４．０ｍｍであり、かつ約０．８ｍｍの作動スタンドオフ（working stand off ）を有する。ある実施例では、基板センサ６１は、較正用にＴＴＬデジタル出力および±５．０ＶＤＣアナログ出力を与える。ある実施例では、基板センサ６１は静電容量、すなわち基板センサ６１に近接して配置された基板２４によって誘導される電荷の量を検出する。システム２０には、エンドエフェクタ４２からの基板２４の距離を決定するための電荷測定回路構成（図示せず）が装備される。
【００２１】
エンドエフェクタ４２は、図７に模式的に示されているように、ロボットアーム３０に回転可能に取付けられている。第１のおよび第２のグリッパ５６，５８は、エンドエフェクタ４２の座標計算における参照用の臨界面（critical plane）ＣＰを画定する。捕捉区域６８は、ブレード５４に沿って第１のおよび第２のグリッパ５６，５８の間に画定される。運転中、エンドエフェクタ４２が、基板２４の上または下から第１の端のグリッパ５６および第２の端のグリッパの間に基板２４を係合させるように、ロボットアーム３０は、２つの位置のうちの１つへ転換するために、矢印６２の方向に１８０°回転する。ある実施例では、グリッパ５６，５８は、外側の縁から約３ｍｍ未満で基板２４と接触する。ある実施例では、エンドエフェクタ４２は、約１００〜２００ｍｍの直径を有する、一般には円形の基板を収容することができる。融通性のために、ブレード５４は、一般には基板２４の寸法に対応する複数の大きさのブレードと容易に交換が可能である。
【００２２】
ある実施例では、アクティブな第１の端のグリッパ５６の移動は空気圧で駆動され、基板２４の種類によっては、ばねが利用されることによって約１〜１６オンス重（約０．２７８Ｎ〜約４．４５Ｎ）の荷重が与えられることもまた可能である。グリッパ５６，５８は、基板２４との係合による荷重を検知する、シリコンひずみゲージを用いるモノリシックトランスデューサなどの、フィードバックセンサ（図示せず）を有することが可能である。グリッパ５６，５８にはまた、いつ基板２４が係合されたかをシステム２０に示すための一体型の光学センサ（図示せず）が装備されることもできる。第１の端のグリッパには、ブレード５４に沿ったグリッパ５６の位置を示すための地表面基準（ＬＳＤ）一体型センサが装備されることができる。
【００２３】
図８を参照すると、エンドエフェクタ４２の例示的な寸法が図示されている。ある実施例では、ブレード５４の厚さＴＢは約０．４ｍｍ〜約０．６ｍｍの間、好適には約０．５ｍｍであり、グリッパ５６，５８の高さ、すなわち捕捉範囲Ｒは約１．６ｍｍ〜約２．０ｍｍの間、好適には約１．８ｍｍであり、グリッパ５６，５８の平面と次に連続する基板との間の許容可能な距離である隙間区域Ｚは、約０．２ｍｍ〜約０．３ｍｍの間、好適には約０．２５ｍｍである。種々の用途および基板の寸法に対しては、他の寸法のエンドエフェクタ４２が考えられる。
【００２４】
図９Ａ〜９Ｃ，１０，１１をまとめて参照すると、ある実施例では、インプットカセット３４ａ，３４ｂは、一般には水平配置にある幾つかの基板２４を支持するための、均等に離間した幾つかのスロット７０を有する。ホルダの正面は、図９Ｂに示されるように、基板２４を搭降載するための広い開口部７２を有する。スロット７０は、隣接する基板２４の間をエンドエフェクタ４２が通過することを可能にするために、離間されている。ホルダの背面は、図９Ｃに示されるように、切欠部７４を有する。切欠部７４は、図１０に示されるように、エンドエフェクタ４２の先端が通過することが可能であるために充分に大きい。一般には、ロボットアーム３０は、エンドエフェクタ４２がインプットカセット３４ａ，３４ｂ内に配置された隣接する基板２４の間の間隙の空間に相対するまで、Ｚ方向（図１０に矢印で示される）に沿って進められる。その後でロボットアーム３０は、インプットカセット３４ａ，３４ｂから取り除かれる特定の基板２４の上または下をエンド
エフェクタ４２が通過するまで、Ｒ方向（図１０に矢印で示される）に進められる。第２のグリッパ５８が切欠部７４を越えて進められて、基板２４の縁を通り過ぎると、ロボットアーム３０は、基板２４を第１のおよび第２のグリッパ５６，５８の間の捕捉区域６８（図７）内部に配置するように、わずかにＺ方向の上方（または、基板２４が上から捕捉される場合には下方）に進められる。第１のグリッパ５６は次にＲ方向に動かされて、グリッパ５６，６８の間の基板を捕捉する。ロボットアーム３０は、基板２４を収容するインプットカセット３４ａ，３４ｂから引き戻される。
【００２５】
図１１を参照すると、基板２４がインプットカセット３４ａ，３４ｂのスロット７０内部に配置されている。隣接する基板は、距離ＤＳだけ離れている。基板２４およびインプットカセット３４ａ，３４ｂの物理的特性が考慮されて、インプットカセット３４ａ，３４ｂ内に配置された基板２４によって占められる見込みの垂直方向の区域が決定される。インプットカセット３４ａ，３４ｂ内部の基板２４の厚さおよび間隔が減少すると、それに付随して、許容可能な処理量を維持する間に基板２４を取扱うための要求は増大する。エンドエフェクタ４２の要求を評価する時には、基板２４の複数のパラメータを考慮することができる。エンドエフェクタ４２の要求には、公称の厚さと、厚さ誤差と、厚さ偏差と、基板２４の長さに沿ったバウおよびワープのうちの少なくとも１つとが含まれる。インプットカセット３４ａ，３４ｂのスロット７０のピッチ誤差、および基板２４の垂直アライメントに対するスロット７０の角度をもまた、システム２０の要求を決定するために考慮することができる。
【００２６】
引き続き図１１を参照すると、基板２４によって占められ得る見込みの垂直間隔ＴＳは、基板２４の中心点厚さ、基板厚さ誤差、厚さ偏差、バウまたはワープ量、ピッチ誤差、および水平アライメントに対するスロット７０の角度（すなわち、スロットの角度による、インプットカセット３４ａ，３４ｂのスロット７０内部での基板２４の決定可能な移動）を合計することによって決定される。典型的な実施例では、ＴＳは約１９００ミクロン（約１９００μｍ）である。
【００２７】
図１２および１３を参照すると、ある実施例では、プリアライナ４０はプリアライナチャック９０を有する（図１３）。プリアライナチャック９０は、基板２４の表面との接触を最小化するような寸法を有して形成されている。実質的に円形の基板２４において、排除区域は、基板２４の円周の周辺部の外側から約３ｍｍに渡り、そこでは接触して取扱うことが許容可能である。プリアライナチャックは、プリアライナ４０上で回転される間に基板２４を支持するための複数の突起すなわちエンバトルメント９２を有する。エンバトルメント９２は、基板２４と凹凸で接触する（asperity contact）ような寸法を有して形成されることができる。ある実施例では、６つのエンバトルメント９２が、基板２４の円周の周辺部の外側の周りに均等に配置される。ある実施例では、エンバトルメント９２は、プリアライナチャック９０の任意の配向でエンドエフェクタ４２のグリッパ５６，５８が基板２４と完全に係合することを可能にするように、寸法を有して形成される。プリアライナチャック９２は、プリアライナチャック９２の慣性特性およびトルク要求を最適化するための複数の穴９４を有することが可能である。
【００２８】
ある実施例では、プリアライナ４０はインテグレイテッド・ダイナミクス・エンジニア社（Integrated Dynamics Engineer）のエスピーエイ（ＳＰＡ）３１０プリアライナ（分類装置型）であり、プリアライナ制御装置（図示せず）を有する。プリアライナ４０は、基板２４の表面欠陥を検出するために、コグネックス社のインサイト１７００（Cognex Insight 1700 ）ビジョンシステムなど検査能力または検査装置を有することもまた可能である。ビジョンシステムは、基板２４の直径差を自動的に調節することが可能である。
【００２９】
運転中、ロボットアーム３０は、２つのインプットカセット３４ａ，３４ｂのうちのい
ずれかから基板２４を把持し、基板２４の識別読み取りが要求される場合には、基板２４をプリアライナ４０の上に配置する。幾つかの実施例では、ウエハ２４は、基板搬送装置３８または２つのインプットカセット３４ａ，３４ｂのうちのいずれかの中に、所定の配向で配置される。幾つかの実施例では、基板２４は非対称であり、参照点を与えるための「フラット」すなわち基準を有しており、プリアライナ４０は、基板２４を回転させる間に、それが非対称であることを検出する。その後でプリアライナ４０は、非対称の作用として、基板２４を所定の配向に回転させることができる。ロボットアーム３０は、エンドエフェクタ４２で真空圧を作用させることによって基板２４を取り上げて、基板２４の上下を転換し、基板２４を基板搬送装置３８の上方に移動させる。その後でロボットアーム３０は基板２４を離して、基板２４が基板搬送装置３８内のウエハ２４のスタックの上に浮遊して穏やかに下りることを可能にする。基板搬送装置３８の中へ基板２４を離す前に間紙シート２７が正しく存在するのを確認するために、センサ（図示せず）が与えられることができる。
【００３０】
図１４を参照すると、基板２４の整合および読み取りを行うためのプロセス１００は、システム２０およびシステム構成要素を初期化する（１０２）。プロセス１００は、実行する特定のジョブと、対応する搭載される材料を選択する（１０４）。プロセス１００は、基板２４の位置および位置を決定するため、およびインプットカセット３４ａ，３４ｂ内部で取り違えられた基板を検出するために、位置測定センサ７９を用いてインプットカセット３４ａ，３４ａを位置測定（図１６に関連してより詳細に説明される）する（１０６）。プロセス１００は、インプットカセット３４ａ，３４ｂから基板２４を取り上げ（１０８）、必要な場合には、基板２４を１８０°回転させる（１１０）。プロセス１００は、プリアライナ４０上に基板を配置する（１１２）。ある実施例では、これは、アウトプットカセット３８内の配置において基板をθ方向の特定の配向に整合する（１１４）ために行われる。プロセス１００は、プリアライナ４０に配置されている間に、基板の識別情報を読み取る（１１６）。プロセス１００は、プリアライナ４０から基板２４を取り上げ（１１８）、必要な場合には、基板２４を１８０°回転させる（１２０）。プロセス１００は、アウトプットカセット３８内に基板２４を配置する。プロセス１００は、加工を要求する追加の基板２４があるかを決定し（１２４）、必要な場合には、インプットカセット３４ａ，３４ｂから残る基板２４を取り上げるステップ（１０８）に復帰する。基板２４が全て加工された時、プロセス１００は終了する（１２６）。
【００３１】
図１５を参照すると、基板センサ６１および位置測定センサ７９の較正を行うためのプロセス１５０は、初期化を行う（１５２）。プロセス１５０は、位置測定センサ７９を用いてアーティファクトを測定するために、ロボットアーム３０を移動させる（１５４）。プロセス１５０は、アーティファクトに関する２つまたはそれ以上の異なる位置で、ロボットアーム３０を用いてアーティファクトを測定する（１５６）。プロセス１５０は、基板センサ６１を用いてアーティファクトを測定するために、ロボットアーム３０を移動させる（１５８）。プロセス１５０は、線形変換を実行し（１６０）、例えば、インプットカセット３４ａ，３４ｂから基板２４を取り上げることによって、変換を検証する（１６２）。その後で、プロセス１５０は較正を完了する（１６４）。
【００３２】
幾つかの実施例では、基板２４の配向は以下で説明されるプロセス２００において決定されるので、エンドエフェクタ４２の基板センサ６１および位置測定センサ７９のうちの少なくとも１つにおいて、基板２６を整合するための独立したプロセス１００が不要となることは理解されるであろう。
【００３３】
図１６を参照すると、インプットカセット３４ａ，３４ｂ内部に配置された基板２４の位置を位置測定するためのプロセス２００は、位置測定センサ７９が臨界面ＣＰ（図７）に関して第１の角度でインプットカセット３４ａ，３４ｂに対向するように、ロボットア
ーム３０を移動させる（２０２）。プロセス２００は、位置測定センサ７９を用いて、反射された位置測定センサ７９の出力を例えば１ミリ秒間隔で記録するための、高解像度取り込み（high resolution acquisition ）を使用可能にする（２０４）。プロセス２００は、インプットカセット３４ａ，３４ｂの開口面７２のＺ方向上方にロボットアーム３０を移動させる（２０６）。位置測定センサ７９は、基板２４の頂部の縁を通り過ぎるまで「入」のままである。
【００３４】
インプットカセット３４ａ，３４ｂの頂部に到達すると、プロセス２００は高解像度取り込みを停止する（２０８）。そうすることで、位置測定センサ７９は、インプットカセット３４ａ，３４ｂの全ての基板２４の厚さの測定値を与える。幾つかの実施例では、遅延時間、履歴、ロボットアーム３０の速さ、および基板２４の縁の質の影響のために、基板２４の測定された厚さは基板２４の実際の厚さでないことがあり得る。したがって、プロセス２００は、位置測定センサ７９が第２の角度でインプットカセット３４ａ，３４ｂに対向するようにロボットアーム３０を移動させ（２１０）、レーザセンサを用いて、この第２の角度で高解像度取り込みを使用可能にする（２１０）。プロセス２００は、インプットカセット３４ａ，３４ｂの開口面７２のＺ方向下方にロボットアーム３０を移動させる（２１４）。位置測定センサ７９は、基板２４の底部の縁を通り過ぎるまで入のままである。ロボット３０がインプットカセット３４ａ，３４ｂの底部に到達すると、プロセス２００は高解像度取り込みを停止する（２１６）。
【００３５】
第１の角度で使用可能にするステップ２０４および第２の角度で使用可能にするステップ２１２において取り込まれた情報を用いて、基板２４の位置および配向のより正確な測定値が得られる。プロセス２００は、位置測定センサ７９によって測定されエンドエフェクタ４２の（臨界面ＣＰに関する）座標に変換された位置のピックテーブルを生成する（２１８）。ピックテーブルによって、ダブルスロットされている（double slotted）（２つの基板が単一のカセットスロット７０内部に格納されている、またはクロススロットされている（cross-slotted ））基板をロボットアーム３０に通知することができる。ピックテーブルの生成には、Ｚ軸に沿っての基板２４の各々の平均位置の間の線形変換と、臨界面ＣＰに関する座標の生成とが要求される。第１の基板および続く基板のＺ軸に沿っての平均位置を考慮することで、エンドエフェクタ４２をインプットカセット３４ａ，３４ｂに差し込む際の安全なＺ位置が、線形変換によって決定される。ステップ２１８でピックテーブルが生成された後で、プロセス２００は完了する（２２０）。
【００３６】
図１７を参照すると、基板２４を係合させるおよび引き戻すためのプロセス３００は、Ｒ方向にロボット３０を引き戻して（３０２）、第１の基板を取り上げる位置に向けて、Ｚおよびθ方向にロボット３０を移動させる。プロセス３００は、エンドエフェクタ４２の縁のグリッパ５６，５８を開く（３０４）。プロセス３００は、インプットカセット３４ａ，３４ａ内に、Ｒ方向へロボット３０を差し伸べる（３０６）（例えば、図１０を参照）。プロセス３００は、基板２４の平均垂直位置を感知して（３０８）、エンドエフェクタ４２の捕捉区域６８の中心の基板２４の位置に向けて、ＺおよびＲ方向にロボット３０を移動させる（３１０）。プロセス３００がグリッパ５６，５８を作動させると（３１２）、センサ６１の信号が確認されて（３１４）、ロボット３０はわずかにＺ方向上方に移動されて（３１６）、インプットカセット３４ａ，３４ｂから引き戻される。プロセス３００は、ロボット３０を、例えばアウトプットカセット３８を含む基板２４のための配置位置に、θおよびＺの正の方向に移動させる（３１８）。プロセス３００は、ロボット３０を配置位置へＲ方向に移動させて（３２０）、基板２４のための配置位置へＺ方向下方に移動させる（３２２）。プロセスがエンドエフェクタ４２の縁のグリッパ５６，５８を開いて（３２４）、ロボット３０をＲおよびＺ方向へ移動させ（３２６）、センサ６１の信号が確認されて（３２６）、ロボット３０はその配置位置から引き戻される（３２８）。
【００３７】
図１８を参照すると、基板２４を整合するためのプロセス４００は、プリアライナチャック９０の上に基板２４を配置して（４０２）、基板２４の非対称なフラットすなわち基準の位置を特定するように、プリアライナに命令する（４０４）。プロセス４００は、基板２４の縁の輪郭が確認されるまで、プリアライナチャック９０を回転する（４０６）。その後でプロセス４００は、基準に関して既知である位置を有する基板ＩＤを読み取るために、基板２４を回転させる（４０８）。プロセス４００は、基板ＩＤを読み取り（４１０）、システム２０に基板ＩＤを報告する（４１２）。プロセスは、プリアライナチャック９０から基板２４を取り除いて（４１４）完了する。
【００３８】
本発明の幾つかの実施態様が説明されている。しかしながら、本発明の精神および範囲から逸脱することなく種々の修正がなされ得ることは理解されるであろう。したがって、他の実施態様は以下の特許請求の範囲の内にある。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
【図１Ａ】基板を取扱うためのシステムの正面斜視図。
【図１Ｂ】筐体パネルが取り除かれ、部分的に分解されている図１Ａのシステムの斜視図。
【図２Ａ】筐体パネルが取り除かれた図１Ａのシステムの背面斜視図。
【図２Ｂ】図１Ａのシステムの拡大された背面斜視図。
【図３】関節ロボットアームの斜視図。
【図４Ａ】ロボットアーム部分が取付けられたエンドエフェクタの平面斜視図。
【図４Ｂ】ロボットアーム部分が取付けられたエンドエフェクタの底面斜視図。
【図４Ｃ】カセットを用いて格納する基板を走査するための位置測定センサが描かれている、エンドエフェクタの底面斜視図。
【図５Ａ】エンドエフェクタの側面斜視図。
【図５Ｂ】部分的に分解されている図５Ａのエンドエフェクタの斜視図。
【図６Ａ】基板と係合するエンドエフェクタの斜視図。
【図６Ｂ】ガードボックスが取り除かれている図４Ａのエンドエフェクタの斜視図。
【図７】エンドエフェクタの側面の模式図。
【図８】エンドエフェクタの側面の詳細な模式図。
【図９Ａ】基板の貯蔵および搬送用のカセットホルダの模式図。
【図９Ｂ】基板の貯蔵および搬送用のカセットホルダの模式図。
【図９Ｃ】基板の貯蔵および搬送用のカセットホルダの模式図。
【図１０】図９Ａ〜９Ｃのカセットホルダと係合するエンドエフェクタの側面の模式図。
【図１１】基板を格納するカセットホルダの詳細な模式図。
【図１２】プリアライナの斜視図。
【図１３】プリアライナ用のチャック装置の側面図。
【図１４】分類装置アプリケーションの例示的なプロセスステップを示す流れ図。
【図１５】ロボットアームセンサの較正用の操作シーケンスの例示的なプロセスステップを示す流れ図。
【図１６】カセットホルダ内部の基板の位置の位置測定用の操作シーケンスの例示的なプロセスステップを示す流れ図。
【図１７】基板の係合およびグリップ用の例示的なプロセスステップを示す流れ図。
【図１８】基板の基準のセンタリングおよび検出用の操作シーケンスの例示的なプロセスステップを示す流れ図。
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【図３】
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【図７】
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【図８】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【国際調査報告】
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