(57)【要約】  半導体ウェーハを取り扱ういろいろなエンドエフェクタの設計が開示されている。例えば、比較的低温でウェーハを取り扱うエンドエフェクタが、比較的高温でウェーハを取り扱うエンドエフェクタとともに開示されている。いずれのエンドエフェクタも、ウェーハの縁部で該ウェーハに単に接触するように構成されている、独自に設計された支持部材を含んでいる。エンドエフェクタは、また、ウェーじゃ検出システムを含み得る。比較的低温でウェーハを取り扱うエンドエフェクタは、また、ウェーハを位置決めするばかりでなく、エンドエフェクタに取り付けられているロボット・アームにより引き起こされるエンドエフェクタの加速または減速中、エンドエフェクタ上のウェーハを保持するのに使用される押し装置を含み得る。設計されているように、エンドエフェクタは、非常に薄い外形を有し、簡単に操縦しやすいエンドエフェクタを作り得る。
2007525001.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
基端部及び末端部を有するベース部材であって、半導体ウェーハを受け取るように構成されている頂面を有するベース部材、
ベース部材の頂面に配置される複数の支持部材であって、頂面上に受け取られたウェーハに接触するように構成されている複数の支持部材、
ベース部材上のウェーハを位置決めする押し装置であって、半導体ウェーハの縁部に接触するように構成されている引き込み式のピストンを含み、該ピストンが突出位置と引込位置との間を移動可能である押し装置、
ピストンに関連して配置される偏倚部材であって、ピストンをその引込位置に向けて偏倚させる偏倚部材、及び
ピストンと動作的に関連する空気圧式アクチュエータであって、偏倚部材によってピストンに加えられている力に打ち勝ち、引込位置から突出位置にピストンを移動させるのに使用される加圧ガスを受け入れるように構成されている空気圧式アクチュエータ、
を備えていることを特徴とする半導体ウェーハを取り扱うエンドエフェクタ。
【請求項２】
半導体ウェーハに接触するピストンの端部に配置される接触要素であって、平坦な表面を有する接触要素をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３】
半導体ウェーハに接触するピストンの端部に配置される接触要素であって、凸状の表面を有する接触要素をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４】
ピストンは、空気圧式アクチュエータから下流に配置される軸受アセンブリに維持され、該軸受けアセンブリは、ピストンの移動中に発生する微粒子がベース部材に保持されている半導体ウェーハに接触することを防止することを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５】
偏倚部材は、バネを含むことを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６】
偏倚部材によりピストンに加えられる力は、ピストンが突出するにつれ増大することを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７】
空気圧式アクチュエータは、第１のガス配管及び第２の配管に接続され、該アクチュエータは、駆動部材を含み、第１の配管は、駆動部材を空気圧式アクチュエータから移動させるためにガスを空気圧式アクチュエータ内に供給するように構成され、第２の配管は、駆動部材を引き込めるためにガスを空気圧式アクチュエータに供給するように構成され、該駆動部材は、ピストンに接続されていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８】
空気圧式アクチュエータに隣接して配置される吸引装置であって、ピストンの移動中に放出されるいかなる微粒子をも捕捉するために吸引力を生成するように構成されている吸引装置をさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９】
ピストンの位置を感知する少なくとも１つの位置センサをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１０】
押し装置は、ベース部材の基端部に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１１】
エンドエフェクタは、約１２ｍｍ未満の最大外形高さを有することを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１２】
エンドエフェクタは、約１０ｍｍ未満の最大外形高さを有することを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１３】
押し装置に略対向してベース部材上に配置される少なくとも１つの補助支持部材をさらに備え、該補助支持部材は、ピストンが少なくとも部分的に突出すると、ウェーハが補助支持部材とピストンとの間に保持されるのに十分な高さを有することを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１４】
ベース部材は、第２の歯と間隔をおいて配置される第１の歯を含み、該第１及び第２の歯は、ベース部材の末端部で終わっており、歯各々は、少なくとも１つの補助支持部材を含んでいることを特徴とする請求項１３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１５】
偏倚部材及び空気圧式アクチュエータは、ベース部材により画定されるハウジング内に含まれていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１６】
少なくともいくつかの支持部材は、半導体ウェーハの縁部に単に接触するように構成されている表面を含み、該表面は、凸状の且つ偏心した形状を有することを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１７】
ベース部材を横切って光受信路に対向して配置される光送信路であって、光受信路に向かって光線を放出するように構成されている光送信路を含んでいるウェーハ検出システムをさらに備え、ウェーハ検出システムは、光線がウェーハにより横切られるときウェーハの存在を検出するように構成されていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１８】
複数の支持部材は、ウェーハ受け取り領域を画定し、エンドエフェクタは、ベース部材の基端部と末端部との間のウェーハ受け取り領域の略中心領域のベース部材上に互に向かい合って配置される一対の応急ピンであって、支持部材の高さより低い高さを有し、半導体ウェーハがベース部材に接触することを防止する応急ピンをさらに備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１９】
一対の補助支持部材は、各歯の端部に配置され、一対の補助支持部材各々は、対応する支持部材を取り囲み、各補助支持部材は、対応する支持部材の高さより高い高さを有することを特徴とする請求項１４に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２０】
複数の支持部材は、ウェーハ受け取り領域を画定し、エンドエフェクタは、ウェーハ受け取り領域の外側のベース部材の基端部に配置されている少なくとも１つの周辺応急部材であって、ウェーハ受け取り領域内に半導体ウェーハを維持するために、支持部材の高さより高い高さを有する周辺応急部材を備えていることを特徴とする請求項１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２１】
基端部及び末端部を有するベース部材、
エンドエフェクタ上に置かれている半導体ウェーハに接触し、支持するために、ベース部材上に配置されている複数の支持部材であって、それらの間でウェーハ受け取り領域を画定する複数の支持部材、
光導体及び直角形光学デバイスと連通状態にある光源を含んでいる光送信路であって、光源により放出されている光線は、光導体により直角形光学デバイスに伝送され、直角形光学デバイスは、光線の方向を変え、ウェーハ受け取り領域を横切るように構成されている光送信路、
光送信路により放出される光線を受け取るために、ウェーハ受け取り領域を横切って光送信路に対向して配置されている光受信路、及び
光受信路と連通状態にある光センサであって、ウェーハ受け取り領域を横切るように方向付けられている光線が横切られると、ウェーハの存在を指示するように構成されている光センサ、
を備えていることを特徴とする半導体ウェーハを取り扱うエンドエフェクタ。
【請求項２２】
光送信路は、光導体と直角形光学デバイスとの間に配置されている光学的開口をさらに備えていることを特徴とする請求項２１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２３】
開口は、光導体の直径より小さい直径を有することを特徴とする請求項２２に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２４】
光導体は、約２ｍｍ〜約６ｍｍの直径を有し、開口は、約０．２ｍｍ〜約１ｍｍの直径を有することを特徴とする請求項２３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２５】
直角形光学デバイスは、凸レンズから間隔をおいて配置される反射装置を備え、凸レンズは、光線を焦点に集め、絞るように構成されていることを特徴とする請求項２１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２６】
光送信路は、ベース部材の基端部で光受信路に対向して配置されていることを特徴とする請求項２１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２７】
光導体は、結晶繊維を含んでいることを特徴とする請求項２１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２８】
光導体は、石英繊維を含んでいることを特徴とする請求項２１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項２９】
光受信路は、光送信路に対向して配置される光受信開口をさらに備えていることを特徴とする請求項２１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３０】
光受信回路は、また、光導体と連通状態にある直角形光学デバイスを備え、光導体は、光センサと連通状態にあることを特徴とする請求項２１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３１】
光送信路は、ウェーハ受け取り領域を横切る方向に光線を向けるように構成され、約２ｍｍ〜約４ｍｍの平均直径を有することを特徴とする請求項２１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３２】
光線は、わずかに円錐形状を有することを特徴とする請求項３１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３３】
基端部と末端部を有するベース部材、
エンドエフェクタ上に置かれるウェーハに接触し、支持する、ベース部材上に配置される複数の支持部材、
を備え、
該エンドエフェクタは、約１２ｍｍ未満の最大外形高さを有することを特徴とする半導体ウェーハを取り扱うエンドエフェクタ。
【請求項３４】
エンドエフェクタは、約１０ｍｍ未満の最大外形高さを有することを特徴とする請求項３３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３５】
ベース部材の基端部に配置される押し装置であって、ベース部材上のウェーハを位置決めするために、半導体ウェーハの縁部に接触するように構成されている引き込み可能なピストンを含んでいる押し装置をさらに備えていることを特徴とする請求項３３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３６】
エンドエフェクタは、約１０ｍｍ未満の最大外形高さを有することを特徴とする請求項３５に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３７】
複数の支持部材は、その縁部を取り巻いて半導体ウェーハに単に接触するように形成されていることを特徴とする請求項３３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３８】
少なくともいくつかの支持部材は、半導体ウェーハの縁部に単に接触するように構成された表面であって、凸状の且つ偏心した形状を有することを特徴とする請求項３３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項３９】
ベース部材は、フォーク状配列で第２の歯から間隔をおいて配置される第１の歯を含み、第１および第２の歯は、ベース部材の末端部で終わり、凸状の且つ偏心した表面を有する支持部材は、歯各々の末端部に配置されていることを特徴とする請求項３８に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４０】
ベース部材の末端部で第１の歯と第２の歯上に配置されている支持部材を取り囲んでいる補助支持部材であって、支持部材より高い高さを有する補助支持部材をさらに備えていることを特徴とする請求項３９に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４１】
複数の支持部材は、ウェーハ受け取り領域を画定し、エンドエフェクタは、ベース部材の基端部と末端部との間のウェーハ受け取り領域の略中心領域のベース部材上に互に対向して配置される一対の応急ピンであって、支持部材の高さより低い高さを有し、半導体ウェーハがベース部材に接触することを防止する応急ピンをさらに備えていることを特徴とする請求項３３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４２】
押し装置のピストンは、空気圧式アクチュエータに動作的に関連し、該空気圧式アクチュエータは、引込位置から突出位置へピストンを移動させるのに使用される加圧ガスを受け入れるように構成されていることを特徴とする請求項３５に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４３】
空気圧式アクチュエータに隣接して配置される吸引装置であって、ピストンの移動中に放出されるいかなる微粒子をも捕捉する吸引力を生成するように構成されている吸引装置をさらに備えていることを特徴とする請求項４２に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４４】
ベース部材を横切って光受信路に対向して配置される光送信路であって、光受信路に向けて光線を放出するように構成されている光送信路を含んでいるウェーハ検出システムをさらに備え、ウェーハ検出システムは、光線がウェーハにより横切られるとき、ウェーハの存在を検出するように構成されていることを特徴とする請求項３３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４５】
支持部材は、ポリエーテル−エーテル・ケトンまたはポリオキシメチレン・アセタール・ポリマーを含む材料から作られることを特徴とする請求項３３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４６】
ベース部材は、金属を含む材料から作られることを特徴とする請求項４５に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４７】
基端部及び末端部を有するベース部材、
エンドエフェクタ上に置かれているウェーハに接触し、支持するためにベース部材上に配置される複数の支持部材であって、ベース部材は、それらの間にウェーハ受け取り領域を画定する少なくとも４つの支持部材を含んでいる支持部材、
を備え、
少なくとも１つの支持部材は、偏心した凸状の形状を有する傾斜面を含み、該傾斜面は、ウェーハの縁部に沿って半導体ウェーハに単に接触するように構成されていることを特徴とする半導体ウェーハを取り扱うエンドエフェクタ。
【請求項４８】
ベース部材は、第２の歯から間隔をおいて配置されている第１の歯を含み、各歯は、ベース部材の末端部を画定する端末部を含み、
支持部材は、各歯の端末部に配置され、各支持部材は、偏心した且つ凸状の形状を有する傾斜面を含んでいることを特徴とする請求項４７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項４９】
各歯の端末部に配置されている支持部材各々を取り囲んでいる補助支持部材をさらに備えていることを特徴とする請求項４８に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５０】
ベース部材の基端部に配置されている押し装置であって、ベース部材上のウェーハを位置決めするために、半導体ウェーハの縁部に接触するように構成されている引き込み可能なピストンを含んでいる押し装置をさらに備えていることを特徴とする請求項４７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５１】
エンドエフェクタは、約１２ｍｍ未満の最大外形高さを有することを特徴とする請求項５０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５２】
エンドエフェクタは、約１０ｍｍ未満の最大外形高さを有することを特徴とする請求項５０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５３】
複数の支持部材は、その縁部を取り囲んで半導体ウェーハに単に接触するように形成されていることを特徴とする請求項４７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５４】
複数の支持部材は、ウェーハ受け取り領域を画定し、エンドエフェクタは、ベース部材の基端部と末端部との間のウェーハ受け取り領域のほぼ中心領域のベース部材上に互に対向して配置されている一対の応急ピンであって、支持部材の高さより低い高さを有する応急ピンをさらに備え、該応急ピンは、半導体ウェーハがベース部材に接触することを防止することを特徴とする請求項４７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５５】
押し装置のピストンは、空気圧式アクチュエータと動作的に関連し、空気圧式アクチュエータは、引込位置から突出位置へピストンを移動させるのに使用される加圧ガスを受け入れるように構成されていることを特徴とする請求項５０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５６】
空気圧式アクチュエータに隣接して配置されている吸引装置であって、ピストンの移動中に放出されるいかなる微粒子をも捕捉する吸引力を生成するように構成されている吸引装置をさらに備えていることを特徴とする請求項５５に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５７】
ベース部材を横切って光受信路に対向して配置されている光送信路であって、光受信路に向かって光線を放出するように構成されている光送信路を含んでいるウェーハ検出システムをさらに備え、ウェーハ検出システムは、光線がウェーハにより横切られると、ウェーハの存在を検出するように構成されていることを特徴とする請求項４７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５８】
支持部材は、ポリエーテル−エーテル・ケトンまたはポリオキシメチレン・アセタール・ポリマーを含む材料から作られることを特徴とする請求項４７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項５９】
ベース部材は、金属を含む材料から作られることを特徴とする請求項５８に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６０】
基端部及び末端部を有するベース部材、
エンドエフェクタ上に置かれているウェーハに接触し、支持する、ベース部材上に配置される複数の支持部材であって、それらの間のウェーハ受け取り領域を画定する複数の支持部材、及び
ベース部材の基端部と末端部との間に配置される中心領域のベース部材上に配置されている複数の応急ピンであって、それぞれの応急ピンは、支持部材により画定される高さより低い高さを有し、支持部材上に支持されている半導体ウェーハがベース部材のその他の部分に接触することを防止するようにベース部材上に配置されている応急ピン、
を備えていることを特徴とする半導体ウェーハを取り扱うエンドエフェクタ。
【請求項６１】
応急ピンは、半導体ウェーハが撓んでいるとき、応急ピンが支持部材上に保持されている半導体ウェーハに単に接触するような高さを有し、位置に配置されていることを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６２】
応急ピンは、約１ｍｍ未満の高さを有することを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６３】
エンドエフェクタは、ウェーハ受け取り領域内のベース部材の中心領域に互に対向して間隔をおいて配置されている２つの応急ピンを含んでいることを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６４】
ベース部材は、第２の歯から間隔をおいて配置される第１の歯を含み、歯各々は、ベース部材の末端部を画定する端末部を含み、各応急ピンは、対応する歯上に配置されていることを特徴とする請求項６３に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６５】
ベース部材は、金属を含む材料から作られることを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６６】
ベース部材は、石英を含む材料から作られることを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６７】
支持部材及び応急ピンは、結晶性物質から作られることを特徴とする請求項６５に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６８】
結晶性物質は、石英を含んでいることを特徴とする請求項６７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項６９】
少なくとも１つの支持部材は、凸状で且つ偏心した形状を有する傾斜面を画定し、該傾斜面は、半導体ウェーハの縁部に単に接触するように構成されていることを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７０】
支持部材は、半導体ウェーハの縁部に単に接触するように構成されていることを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７１】
ベース部材の基端部に配置されている押し装置であって、ベース部材上のウェーハを位置決めするために、半導体ウェーハの縁部に接触するように構成されている引き込み可能なピストンを含んでいる押し装置をさらに備えていることを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７２】
エンドエフェクタは、約１２ｍｍ未満の最大外形高さを有することを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７３】
エンドエフェクタは、約１０ｍｍ未満の最大外形高さを有することを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７４】
押し装置のピストンは、空気圧式アクチュエータに動作的に関連し、該空気圧式アクチュエータは、引込位置から突出位置へピストンを移動させるのに使用される加圧ガスを受け入れるように構成されていることを特徴とする請求項７１に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７５】
空気圧式アクチュエータに隣接して配置される吸引装置であって、ピストンの移動中に放出されるいかなる微粒子をも捕捉する吸引力を生成するように構成されている吸引装置をさらに備えていることを特徴とする請求項７４に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７６】
ベース部材を横切って光受信路に対向して配置されている光送信路であって、光受信路に向かって光線を放出するように構成されている光送信路を含んでいるウェーハ検出システムをさらに備え、ウェーハ検出システムは、光線がウェーハにより横切られると、ウェーハの存在を検出するように構成されていることを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７７】
支持部材は、半導体ウェーハの半径に略一致する円弧形状を有し、各支持部材は、ベース部材に隣接して最大半径から最小半径へ漸減するウェーハ接触面を有し、最大半径と最小半径との間の差が少なくとも約０．７５ｍｍであり、支持部材は、その縁部に沿って半導体ウェーハに単に接触することを特徴とする請求項６０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７８】
支持部材は、少なくとも約７５０℃までの温度に耐えることが可能な材料から作られることを特徴とする請求項７７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項７９】
支持部材及び応急ピンを含んでいるベース部材は、結晶性物質から作られることを特徴とする請求項７７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８０】
支持部材及び応急ピンは、ベース部材と一体であることを特徴とする請求項７９に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８１】
結晶性物質は、石英を含んでいることを特徴とする請求項７９に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８２】
石英は、火炎で艶出しされていることを特徴とする請求項８０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８３】
支持部材のウェーハ接触面は、凸状の形状を有していることを特徴とする請求項７７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８４】
支持部材のウェーハ接触面は、凹状の形状を有していることを特徴とする請求項７７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８５】
支持部材のウェーハ接触面は、面取りされていることを特徴とする請求項７７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８６】
基端部及び末端部を有するベース部材、
エンドエフェクタ上に置かれているウェーハに接触し、支持する、ベース部材上に配置されている支持部材であって、半導体ウェーハの縁部に単に接触するように構成されており、それらの間にウェーハ受け取り領域を画定し、半導体ウェーハの半径に略一致する円弧形状を有し、それぞれがベース部材に隣接して最大半径から最小半径へ漸減するウェーハ接触面を有し、最大半径と最小半径との間の差が少なくとも約０．７５ｍｍである支持部材、
を備えていることを特徴とする半導体ウェーハを取り扱うエンドエフェクタ。
【請求項８７】
支持部材は、少なくとも約７５０℃までの温度に耐えることが可能な材料から作られることを特徴とする請求項８６に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８８】
支持部材と応急ピンを含んでいるベース部材は、結晶性物質から作られることを特徴とする請求項８６に記載のエンドエフェクタ。
【請求項８９】
支持部材及び応急ピンは、ベース部材と一体であることを特徴とする請求項８８に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９０】
結晶性物質は、石英を含んでいることを特徴とする請求項８８に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９１】
石英は、火炎で艶出しされていることを特徴とする請求項９０に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９２】
支持部材のウェーハ接触面は、凸状の形状を有していることを特徴とする請求項８６に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９３】
支持部材の接触面は、凹状の形状を有していることを特徴とする請求項８６に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９４】
支持部材の接触面は、面取りされていることを特徴とする請求項８６に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９５】
エンドエフェクタは、約１２ｍｍ未満の最大外形高さを有していることを特徴とする請求項８６に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９６】
エンドエフェクタは、約１０ｍｍ未満の最大外形高さを有していることを特徴とする請求項８６に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９７】
ベース部材は、第２の歯から間隔をおいて配置されている第１の歯を含み、各歯は、ベース部材の末端部を画定する端末部を含み、支持部材は、各歯の端末部に配置されていることを特徴とする請求項８６に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９８】
エンドエフェクタは、少なくとも４つの支持部材を含んでいることを特徴とする請求項９７に記載のエンドエフェクタ。
【請求項９９】
エンドエフェクタは、ベース部材の基端部に配置されている少なくとも２つの支持部材を含んでいることを特徴とする請求項９８に記載のエンドエフェクタ。
【請求項１００】
複数の支持部材は、ウェーハ受け取り領域を画定し、エンドエフェクタは、ベース部材の基端部と末端部との間のウェーハ受け取り領域の略中心領域のベース部材上に互に対向して配置される一対の応急ピンであって、支持部材の高さより低い高さを有する応急ピンをさらに備え、該応急ピンは、半導体ウェーハがベース部材に接触することを防止することを特徴とする請求項８６に記載のエンドエフェクタ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体ウェーハを取り扱うエンドエフェクタに関する。
【背景技術】
【０００２】
一般的に、集積回路は、能動回路素子及び受動回路素子を含む単一のモノリシック・チップに含まれる電気回路を参照する。集積回路は、回路基板上に予め設定されたパターンでいろいろな材料の連続する層を拡散し、蒸着することにより作られる。材料は、シリコンのような半導体材料、金属のような導電体、及び二酸化ケイ素のような低誘電率材料を含み得る。集積回路チップに含まれる半導体材料は、例えば、抵抗、コンデンサ、ダイオード、及びトランジスタのような通常の電気回路素子のほとんどを形成するのに使用される。
【０００３】
典型的には、集積回路チップを形成するために使用される回路基板は、シリコンの薄片すなわちウェーハから作られる。集積回路チップの製造中、半導体ウェーハは、典型的には、カセットと称される搬送装置に保持される。ウェーハは、積み重ねられた配列状態にあるカセット内で互いに切り離されている。ウェーハは、エンドエフェクタとしても知られているウェーハ取り扱い装置を単独に使用して、カセット内に及びカセットから運ばれる。エンドエフェクタは、該エンドエフェクタを１、２または３方向に移動させるロボット・アームに取り付けられ得る。
【０００４】
エンドエフェクタは、カセットを一対の隣接するウェーハ間に入れるように、及び、例えば、処理室内に移転させるためにウェーハの１つを受け取るように設計されている。処理室内において、半導体ウェーハは、いろいろな処理の１つを受ける。例えば、処理室において、気相成長工程、エッチング工程、アニーリング工程、及び／またはエピタキシャル成長工程が行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ウェーハの搬送中、ウェーハが傷つけられないまたは汚染されないことを確実にするためには慎重さが必要である。したがって、非常に厳密な方法でウェーハを注意深く搬送することができるエンドエフェクタ及びロボット・アームを設計すべく業界で多くの努力がなされてきた。しかしながら、ウェーハ取り扱いの分野において多くの改良がなされたけれども、さらなる改良が依然として必要とされる。例えば、多くのウェーハ取り扱い工具は、ウェーハをより正確に搬送するために、工具に今取り付けられている多くの器具を収容するために、比較的大きく扱い難い。しかしながら、エンドエフェクタの大きさは、エンドエフェクタが搬送され、加速される速度を限定する。さらに、比較的大きなエンドエフェクタは、処理室がそこに運ばれてくるエンドエフェクタ及びウェーハを受け取る比較的大きな開口を含むことを必要とする。
【０００６】
以上のことを考慮して、エンドエフェクタ及びロボット・アームの設計においてさらなる改良に対する必要性が現在存在する。さらに、正確なウェーハ管理を確保するばかりでなく、搬送中ウェーハを把持するのに使用され得るウェーハ検出システムとウェーハ押圧機構を一体化し得る比較的薄い製造設計に対する必要性が存在する。冷たいウェーハ（cold wafers）を取り扱うとき、または熱いウェーハ（hot wafers）を取り扱うときに使用され得る比較的薄いエンドエフェクタ設計に対する必要性がさらに存在する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、従来のエンドエフェクタ設計のいろいろな欠点や不利な点を認識している。したがって、一般的に、本発明は、これまで実現されなかった多くの利点及び長所を有するいろいろなエンドエフェクタに向けられている。
【０００８】
ある実施態様においては、例えば、本発明は、半導体ウェーハを取り扱うエンドエフェクタに向けられている。エンドエフェクタは、基端部及び末端部を有するベース部材を含んでいる。ある実施態様においては、例えば、ベース部材は、フォーク形の配列で第２の歯と間隔をおいて配置されている第１の歯を含み得る。第１の歯及び第２の歯は、ベース部材の末端部で終わっている。複数の支持部材が、エンドエフェクタ上に置かれているウェーハに接触し、支持するために、ベース部材に配置され得る。支持部材は、特定の用途に応じていろいろな形状及び形態を持ち得る。ある実施態様においては、支持部材は、ウェーハの縁部においてウェーハに単に接触するように構成されていてもよい。ここで使用される場合、ウェーハの縁部は、ウェーハの頂面と底面との間を分けるウェーハの境界領域を指す。以前は、多くのエンドエフェクタは、例えば、ウェーハの底面の部分であるウェーハの周辺部に沿ってウェーハを支持していた。
【０００９】
本発明のある実施態様によれば、エンドエフェクタは、比較的薄い外形を有する。例えば、エンドエフェクタは、例えば、約１０ｍｍ未満などの、約１２ｍｍ未満の最大外形高さを有する。
【００１０】
ある実施態様においては、エンドエフェクタは、ベース部材上のウェーハを位置決めする押し装置をさらに含み得る。押し装置は、半導体ウェーハの縁部に接触するように構成された引き込み可能なピストンを備え得る。ピストンは、突出位置と引込位置との間を移動可能であり得る。
【００１１】
偏倚部材が、ピストンと動作的に関連して設置され得る。例えばバネであり得る偏倚部材は、その引込位置に向けてピストンを偏倚させ得る。
【００１２】
ウェーハに接触させるべくピストンを突出させるために、エンドエフェクタは、空気圧式アクチュエータをさらに含み得る。空気圧式アクチュエータは、偏倚部材によりピストンに加えられている力に打ち勝ち、引込位置から突出位置にピストンを移動させるのに使用される加圧ガスを受け入れるように構成され得る。空気圧式アクチュエータは、ある実施態様においては、一対のガス配管に接続され得る。ガス配管は、加圧ガスを空気圧式アクチュエータ内に供給するように構成され得る。ガスの力は、空気圧式アクチュエータ内へまたは空気圧式アクチュエータから駆動部材を移動させるのに使用され得る。駆動部材は、その場合、所望の位置にピストンを突出させ及び引き込ませるために、ピストンに接続され得る。
【００１３】
押し装置を含む場合、エンドエフェクタは、空気圧式アクチュエータに隣接して配置される吸引装置をさらに備えている。吸引装置は、ピストンの移動中に放出されるいかなる微微粒子をも捕捉する吸引力を生成するように構成され得る。例えば、ある実施態様では、吸引装置は、空気圧式アクチュエータに接続されているガス配管のうちの１つと流体連通状態にあってもよい。逆止弁がガス配管と吸引装置との間に配置され得る。吸引力がガス配管に加えられると、逆止弁は、吸引装置内での吸引力を生成しながら開き得る。このようにして、吸引装置は、ウェーハが押し装置により固定されていないときに利用され得る。
【００１４】
本発明のエンドエフェクタは、エンドエフェクタ上にあるウェーハの存在を検出するウェーハ検出システムをさらに含み得る。ある実施態様においては、例えば、エンドエフェクタは、光導体（a light pipe）及び直角形光学デバイス（an angle optic device）と連通状態にある光源を備えている光送信路（a light sending pathway）を含み得る。光導体により直角形光学デバイスへ伝送される光線は、光源により放出される。直角形光学デバイスは、支持部材により画定されるベース部材上のウェーハ受け取り領域を横切る方向に光線の方向を変えるように構成され得る。
【００１５】
光受信路（a light receiver pathway）が、光送信路により放出される光線を受け取るために、ウェーハ受け取り領域を横切って光送信路の反対側に配置され得る。光受信路は、光センサと連通状態にあり得る。光センサは、ウェーハ受け取り領域を横切って送られている光線が横切られるとき、ウェーハの存在を示すのに使用され得る。
【００１６】
光送信路内に入れられている直角形光学デバイスは、光線を集中させ、絞る凸レンズと一緒に、鏡のような反射装置を含み得る。光送信路は、また、光導体と直角形光学デバイスとの間に配置される光学的開口（an optical aperture）を含み得る。光学的開口は、光導体の直径より小さい直径を有する。例えば、光学的開口は、約０．２ｍｍ〜１ｍｍの直径を有し得、光導体は、約２ｍｍ〜約６ｍｍの直径を有し得る。光導体は、例えば、石英のような結晶性物質から作られ得る。
【００１７】
光受信路は、また、光学的開口及び光導体と連通状態にある直角形光学デバイスを備え得る。光受信路は、光送信路に面する光受信用開口をさらに含み得る。光受信用開口は、光受信路の照準の範囲を絞るのに使用され得る。
【００１８】
本発明の教示によれば、いろいろな異なるタイプのエンドエフェクタが要求どおりに組み立てられ、使用され得る。例えば、ある実施態様においては、約２５０℃未満の温度を有する冷たいウェーハを取り扱うエンドエフェクタが作成されてもよい。別の実施態様においては、例えば、約７５０℃までのような、約２５０℃より高い温度を有するウェーハなどの熱いウェーハを保持するように構成されるエンドエフェクタが設計され得る。ウェーハ処理システムにおいては、例えば、該システムは、処理室とカセットとの間でウェーハを搬送するために、冷たいウェーハ用エンドエフェクタ及び熱いウェーハ用エンドエフェクタの両方を含み得る。
【００１９】
冷たいウェーハを取り扱うエンドエフェクタは、ステンレス鋼のような金属から作られるベース部材を含み得る。ベース部材に含まれる支持部材は、ポリエーテル−エーテル・ケトンまたはポリオキシメチレン・アセタール・ポリマーのような低摩擦のプラスチック材料から作られ得る。ある実施態様においては、支持部材は、ウェーハの縁部に接触する傾斜面を有し得る。傾斜面は、凸状で、偏心した形状を有し得る。ある実施態様では、例えば、エンドエフェクタは、４つの支持部材を含み得る。この場合、支持部材のうちの２つは、第１の歯及び第２の歯の端部に配置される。歯の端部に配置される支持部材は、凸状で偏心した形状の表面を有し得る。
【００２０】
他方、熱いウェーハを取り扱うエンドエフェクタは、火炎で艶出しされた（flame polished）石英またはサファイアのような耐熱性の材料から作られ得る。この実施態様においては、支持部材は、ベース部材と一体に形成され得る。支持部材は、例えば、半導体ウェーハの半径に概ね一致する円弧形状を有していてもよい。各支持部材は、ベース部材に隣接して最大半径から最小半径まで漸減するウェーハ接触面を有し得る。最大半径と最小半径との間の差は、少なくとも約１ｍｍなどの、少なくとも約０．７５ｍｍであり得る。
【００２１】
ある実施態様においては、エンドエフェクタは、ベース部材上であって基端部と末端部との間に位置する中心領域に配置される応急ピン（emergency pins）をさらに含み得る。応急ピンは、冷たいウェーハを取り扱うエンドエフェクタ上にまたは熱いウェーハを取り扱うエンドエフェクタ上に含まれ得る。応急ピンは、概ね、支持部材の高さより低い高さを有する。例えば、応急ピンは、約１ｍｍ未満の高さを有し得る。
【００２２】
応急ピンは、半導体ウェーハに通常接触するように設計されていない。しかしながら、エンドエフェクタ上にあるウェーハが撓んでいる場合、応急ピンがウェーハを支持し、ウェーハがエンドエフェクタの他の部品に接触することを防止する。ウェーハがエンドエフェクタのその他の部品に接触すると、ウェーハは、汚染された状態になるかまたは温度勾配を発達させる。
【００２３】
本発明のその他の特徴、形態及び利点は、以下により詳細に説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２４】
図面を参照して本発明のいろいろな実施態様の詳細な説明を以下に述べる。
【００２５】
本明細書及び図面における参照文字の反復使用は、本発明の同じまたは類似の特徴または要素を示すことを目的としている。
【００２６】
本発明の実施態様、以下に述べられる１またはそれ以上の実施例に今言及がなされる。各実施例は、発明を説明するために提供されるが、発明を限定するものではない。事実、いろいろな改良や変形が本発明の範囲または精神から逸脱することなく本発明になされ得ることは、当業者にとって明白である。例えば、１つの実施態様の一部として例示され説明される特徴は、別の実施態様で使用され、さらに別の実施態様を生み出し得る。したがって、本発明が、添付されているクレームやそれらの均等物の範囲内に入るような改良や変形をカバーすることを意図している。本明細書での説明は、代表的な実施態様のみの説明であって、本発明のより幅広い形態を限定するつもりではないことが当業者により理解されるべきである。該幅広い形態は、代表的な構成の中に埋め込まれている。
【００２７】
一般的には、本発明は、ウェーハ処理及び取り扱いシステムに向けられている。本発明に従って、多くの従来の構成にわたって非常にたくさんの改良や利点を提供するいろいろなエンドエフェクタが設計された。ある実施態様においては、本発明は、約２５０℃未満の温度を有するウェーハのような低温ウェーハを取り扱うように設計されているエンドエフェクタに向けられている。あるいは、本発明は、また、約２５０℃より高い温度を有するウェーハのような熱いウェーハを取り扱うように設計されたエンドエフェクタの構成に向けられている。しかしながら、低温ウェーハを取り扱うエンドエフェクタで含まれるいかなる特徴も、比較的高い温度のウェーハを取り扱うエンドエフェクタに使用され得ることが理解されるべきである。
【００２８】
本発明に従って作られたエンドエフェクタは、エンドエフェクタ上にウェーハを支持する、特別に設計された支持部材を含み得る。支持部材は、その縁部でウェーハに単に接触するように設計されている。
【００２９】
支持部材に加えて、エンドエフェクタは、また、ウェーハ検出システムを含み得る。さらに、エンドエフェクタは、また、エンドエフェクタ上のウェーハを位置決めするのに使用される押し装置を含み得る。押し装置は、また、エンドエフェクタの急速な移動中ウェーハをエンドエフェクタ上に固定するのに使用され得る。
【００３０】
図１を参照すると、本発明に従って作られたウェーハ処理システムの１つの実施態様が示されている。示されるように、システムは、複数のウェーハ・カセット１０、１２及び１４を含んでいる。ウェーハ・カセットは、間隔をおいて配置されているが積み重ねられている配列でウェーハを保持するように設計されている。カセットに隣接して１またはそれ以上のロボット・アーム１６が存在する。ロボット・アームは、カセット１０、１２及び１４から半導体ウェーハを取り出し、該ウェーハを示されるようなウェーハ処理室１８内に置くように設計されているエンドエフェクタに各々取り付けられている。
【００３１】
図１に示される実施態様において、システムは、第１の半導体ウェーハ処理室１８及び第２の半導体ウェーハ処理室２０（不図示）を含んでいる。半導体ウェーハ処理室１８は、ウェーハを室内に置き、室外へ取り出すために開閉する扉２２を含んでいる。ウェーハ処理室は、半導体ウェーハのいろいろな処理を実行するように構成されている。例えば、処理室は、気相成長（chemical vapor deposition）、アニーリング、エピタキシャル成長、エッチングなどを実行するように設計され得る。図１に示される実施態様において、処理室１８は、短時間熱処理室（a rapid thermal processing chamber）を備えている。図１に示される実施態様において、処理室１８の蓋２４は、開いた位置にある。蓋は、処理中閉じたままであるが、例えば、室のメンテナンスを実行するために開けられ得る。
【００３２】
短時間熱処理室１８は、ウェーハ処理中に使用されるいろいろなガスを保持するガス・キャビネット２６に接続され得る。例えば、半導体ウェーハ上にいろいろな異なるタイプの層を蒸着させるために、いろいろなガスが室に供給され得る。ガスは、また、加熱処理中に望ましくない反応が半導体ウェーハに起きることを防止するのに使用される不活性ガスであってもよい。
【００３３】
図１Ａを参照すると、各々が対応するエンドエフェクタ３２及び３４に接続される、一対のデュアル・ロボット・アーム２８及び３０が示されている。この実施態様において、エンドエフェクタ３２は、比較的低温で半導体ウェーハを取り扱うためのものであり、これに対して、エンドエフェクタ３４は、より高温で半導体ウェーハを取り扱うためのものである。２つのロボット・アーム２８及び３０及び２つのエンドエフェクタ３２及び３４を有することにより、本発明のシステムは、２つの半導体ウェーハを一緒に同時に取り扱うことができる。例えば、エンドエフェクタ３４は、半導体ウェーハを処理室２４から取り出し、これに対して、エンドエフェクタ３２は、処理室の１つに置くために、半導体ウェーハをカセットから取り出し得る。
【００３４】
図１Ａに示されるように、ロボット・アーム２８は、第１の区分３６及び第２の区分３８を含み、これに対して、ロボット・アーム３０は、第１の区分４０及び第２の区分４２を含んでいる。区分を使って、ロボット・アームは、エンドエフェクタを二つの方向（Ｘ方向及びＹ方向）に自由に移動させることができる。エンドエフェクタは、また、ロボット・アームに適切な機構を含むことで上下（Ｚ方向）に移動させ得る。例えば、図１Ａに示されるように、ロボット・アームは、所望時アームを持ち上げる昇降装置４３に接続され得る。図１に戻って、ロボット・アームは、また、ロボット・アームをカセットと処理室に沿って移動させる直線状の軌道に装着され得る。
【００３５】
図１Ａに示されるロボット・アームは、エンドエフェクタ３２、３４を移動させる機構のまさに１つの実施態様を象徴していることが理解されるべきである。この点については、適切なロボット・アームであればどのようなものであってもエンドエフェクタに接続され得る。例えば、その他の実施態様では、エンドエフェクタは、１、２または３方向に移動させる直線状の送り台を含むロボット・アームに接続され得る。
【００３６】
さて、図１Ａに示されるようなエンドエフェクタ３２が、図２−７Ｂを参照してより詳細に説明される。図２及び３に示されるように、エンドエフェクタ３２は、ベース部材４４を含んでいる。ベース部材４４は、エンドエフェクタの基端部を画定する後部４６を含んでいる。ベース部材は、エンドエフェクタの末端部で終わる第１の歯４８及び第２の歯５０をさらに含んでいる。比較的低温を有するウェーハを取り扱うのに使用され場合、ベース部材４４は、ステンレス鋼のような金属で作られ得る。あるいは、その他の適切な金属であればどのようなものでも使用され得る。
【００３７】
エンドエフェクタ上のウェーハを支持するために、エンドエフェクタは、ベース部材に設置される複数の支持部材を含んでいる。図２および３に示される実施態様において、エンドエフェクタは、４つの支持部材５２、５４、５６及び５８を含んでいる。図３に示されるように、支持部材は、想像線で示されるような半導体ウェーハ６０の縁部に接触するように、エンドエフェクタ上に設置されている。支持部材５２、５４、５６及び５８は、低摩擦係数を有する適切な材料から作られ得る。例えば、支持部材は、ポリエーテル−エーテル・ケトン（ＰＥＥＫ）またはポリオキシメチレン・アセタール・ポリマー（ＰＯＭ）のようなプラスチック材料から作られてもよい。あるいは、支持部材は、石英またはサファイアのような結晶性物質から作られてもよい。
【００３８】
ウェーハの縁部で半導体ウェーハ６０に単に接触するために、支持部材の各々は、傾斜面を有し得る。
【００３９】
図５を参照すると、例えば、本発明に従って作られた支持部材５６の１つの実施態様が示されている。この実施態様において、支持部材５６は、偏心した凸形状を有する表面を含んでいる。本発明者は、ウェーハがエンドエフェクタ上に積まれると、図５に示される特定の表面形状が支持部材上のウェーハの芯出しをうまく行うのに役立つことを見いだした。図５に示されるように、支持部材の凸状の且つ偏心した形状により、ウェーハは、該ウェーハの芯出し中、線６２に沿って強制的に動かされる。この特定の形状は、また、以下に説明されるように、押し装置と併せて有効に働く。
【００４０】
ある実施態様においては、支持部材５６及び５８の２つが、凸状且つ偏心した形状を有する。しかしながら、支持部材５３及び５４は、偏心していない凸形状を有し得る。別の実施態様においては、支持部材５２及び５４は、ウェーハの縁部に係合することが可能な適切な傾斜面を含んでいてもよい。さらに別の実施態様においては、支持部材５２及び５４は、ウェーハ縁部除外区域（the wafer edge exclusion zone）内のどこかでウェーハに係合するように構成されていてもよい。
【００４１】
図３に示されるように、支持部材５２、５４、５６及び５８の各々は、ウェーハ６０の縁部を取り巻いて該ウェーハ６０を支持する。支持部材は、それらの間でウェーハ受け取り領域を画定する。ウェーハ受け取り領域内にウェーハを保つために、エンドエフェクタは、エンドエフェクタの基端部に設置される周辺支持ピン６４、６６及びエンドエフェクタの末端部に位置する補助支持部材６８、７０、７２及び７４をさらに含んでいる。一般的に、周辺支持ピン及び補助支持部材は、支持部材より高い高さを有する。例えば、周辺支持ピン及び補助支持部材は、例えば、支持部材より少なくとも約０．５ｍｍ高いなどの、支持部材より少なくとも約０．２ｍｍ高い高さを有し得る。周辺支持ピン６４、６６及び補助支持部材６８、７０、７２及び７４は、エンドエフェクタ３２の加速及び減速中、ウェーハ受け取り領域内にウェーハを保つのに役立つ。
【００４２】
図３に示されるように、一対の補助支持部材は、それぞれの支持部材の周辺で、各歯の端部に各々設置されている。一対の補助支持部材は、例えば、いくつかの実施態様において、半導体ウェーハ６０がいろいろな処理中にウェーハの芯出しをするのに使用される切欠を含み得るという理由から、使用される。しかしながら、２つの補助支持部材を使用することにより、ウェーハは、ウェーハに含まれる切欠が補助支持部材の１つと一直線をなすとしても、接触される。もちろん、いくつかの実施態様においては、たった１つの補助支持部材が要求されるであろう。あるいは、補助支持部材は、ウェーハに含まれる切欠の幅より大きい幅を有し得る。
【００４３】
本発明によれば、図２、３に特に示されるように、エンドエフェクタ３２は、一対の応急ピン７６及び７８をさらに含んでいる。応急ピン７６及び７８は、エンドエフェクタの歯の上に位置し、支持部材上に支持されたとき、通常、半導体ウェーハ６０に接触しないように設計されている。この点で、応急ピン７６及び７８は、一般的に、支持部材の高さより低い高さを有する。例えば、応急ピン７６及び７８は、約０．５ｍｍ未満などの、支持部材より約０．２ｍｍ未満低い高さを有する。例えば、ある実施態様においては、応急ピン７６及び７８は、支持部材より約０．７ｍｍ低い高さを有する。
【００４４】
応急ピン７６及び７８は、半導体ウェーハ６０が正しい位置にないとき、または撓んでいるとき、該ウェーハに接触するように設計され、構成されている。他方で、ウェーハがエンドエフェクタの歯４８及び５０に接触した場合、ウェーハは、特に、歯が金属から作られている場合に、汚染された状態になる。
【００４５】
半導体ウェーハは、現在、より大きな直径を有し、できるだけ薄くなるように製造されている。そのような構造において、特に、ウェーハが温度上昇している場合、ウェーハの湾曲すなわち撓みが発生し得る。したがって、応急ピン７６及び７８は、大幅な損傷を被ることなしに、撓んでいるウェーハに対して支持を提供する。
【００４６】
一般的に、応急ピン７６、７８、周辺支持ピン６４、６６、及び補助支持部材６８、７０、７２、７４は、プラスチックまたは結晶性物質から作られ得る。一般的に、応急ピン、周辺支持ピン、及び補助支持部材は、支持部材を作るのに使用される材料から作られてもよい。
【００４７】
上述した、半導体ウェーハを支持し、保持するいろいろな受動素子（passive devices）に加えて、エンドエフェクタ３２は、押し装置８０をさらに含んでいる。押し装置８０は、エンドエフェクタ３２の基板部材４４内に収容されている。押し装置の機構は、図６Ａ及び６Ｂに示されている。図６Ａ及び６Ｂにおいて、エンドエフェクタ３２は、後部４６に接続されている歯４８及び５０がない状態で示されている。
【００４８】
図６Ａ及び６Ｂに示されるように、押し装置８０は、接触ヘッド８４に接続されているピストン８２を含んでいる。接触ヘッド８４は、図６Ｂに示されるように、半導体ウェーハ６０の縁部に接触するように設計されている。接触ヘッドは、平坦な形状をした表面または凸状の形状をした表面を有する。大部分の応用例に対して、接触ヘッドは、ウェーハの縁部で点状の面積（点）でウェーハに単に接触することが望ましい。
【００４９】
押し装置８０のピストン８２は、空気圧式アクチュエータ８６に接続されている。図６Ａ及び６Ｂに示されるように、空気圧式アクチュエータ８６は、第１のガス配管９２及び第２のガス配管９４に接続されている。第１のガス配管９２は、第１のガス・ポート８８に連通状態にあり、他方、第２のガス配管９４は、第２のガス・ポート９０と連通状態にある。
【００５０】
空気圧式アクチュエータ８６は、ピストン８２に接続されている駆動部材９６を含んでいる。図６Ｂに示されるように、駆動部材９６は、シリンダ・ピストン９５及び一対の対向する案内棒９７及び９９を含んでいる。シリンダ・ピストン９５及び案内棒９７及び９９は、空気圧式アクチュエータ８６内に及び該アクチュエータ８６から移動するように構成されている。特に、シリンダ・ピストン９５を突出させるために、加圧ガスが第１のガス・ポート８８及び第１のガス配管９２を通って供給される。加圧ガスは、シリンダ・ピストン９５を空気圧式アクチュエータ８６から押し出す。
【００５１】
シリンダ・ピストン９５を引き込むために、第１のガス配管９２を通るガス流が停止され、第２のガス・ポート９０を介して第２のガス配管９４を通って加圧ガスが供給される。例えば、第２のガス配管９４を通って供給されるガスは、空気圧式アクチュエータ８６内にシリンダ・ピストン９５を押し戻すように送られ得る。例えば、１つの実施態様では、シリンダ・ピストン９５は、第１のガス配管９２を通って供給されるガスにより一方の側に接続され、第２のガス配管９４を通って供給されるガスにより反対側に接続されるプランジャ（不図示）を含み得る。このようにして、シリンダ・ピストン９５は、空気圧式アクチュエータ８６内へ及び該アクチュエータ８６から外へ移動し得る。したがって、シリンダ・ピストン９５を突出させるとき、ガスは、ガス配管９２を通って供給され、ガス配管９４から排出される。他方、シリンダ・ピストン９５を引き込むときは、ガスがガス配管９４を通って供給され、ガス配管９２から排出される。さらに、例えば、図６Ｂに示されるように、固定された位置にウェーハを保持する場合、加圧ガス源は、ガス配管９２内に維持される。
【００５２】
シリンダ・ピストン９５を介して駆動部材９６を移動させることにより、ピストン８２は、引込位置と突出位置との間で移動する。引込位置は、図６Ａに示され、他方、ピストン８２の突出位置は、図６Ｂに示されている。
【００５３】
ピストン８２は、さらに、偏倚部材すなわちバネ９８と動作的に関連している。バネ９８は、引込位置に留まるようにピストンを偏倚させている。アクチュエータ装置８６は、バネによりピストンに加えられている力に打ち勝ち、ピストンを突出させる。バネ９８によりピストンに加えられる力は、ピストンが突出するにつれ増大することが特に利点となっている。このようにして、押し装置によるウェーハに対して作用する力の量は、ピストンが引込位置から突出するほど、減衰され、低下する。
【００５４】
ピストン８２の移動中、大部分の応用例に対して、部品の移動中に発生するいかなる微粒子もエンドエフェクタ３２上にある半導体ウェーハに着地し、すなわち、形はどうであれ半導体ウェーハを汚染することを許さないことが望ましい。この点で、この実施態様において、ピストン８２は、接触ヘッド８４の近くの２重軸受（a double bearing）で保持されている。さらに、押し装置８０の移動する部品の全てがエンドエフェクタ３２のベース部材４４により画定されるハウジングの中に保持されている。
【００５５】
ある実施態様においては、エンドエフェクタ３２は、ベース部材のハウジング内に存在し得るいかなる微粒子をも捕捉するように設計されている吸引装置１０１をさらに含んでいる。例えば、図６Ａ及び６Ｂに示されるように、吸引装置１０１は、空気圧式アクチュエータ８６に隣接して配置され、第２ガス配管９４及び第２ガス・ポート９０に流体連通状態にある。吸引装置１０１は、例えば、逆止弁を介して第２ガス配管９４に接続され得る。このようにして、真空源がガス・ポート９０に接続されると、吸引力がガス配管９４内に発生し、逆止弁を開かせる。いったん、逆止弁が開かれると、吸引装置１０１は、いかなる微粒子をも捕捉し、微粒子が接触ヘッド８４を越えて放出されることを防止するために、ハウジング内に吸引力を発生させる。吸引装置１０１は、例えば、空気圧式アクチュエータ８６を動作させるために加圧ガスが第２ガス配管９４内に要求されないとき、動作し得る。しかしながら、別の実施態様では、エンドエフェクタのハウジング内に吸引力を連続的に発生させるため、別のガス配管が吸引装置１０１に接続され得ることが理解されるべきである。
【００５６】
押し装置８０は、半導体ウェーハの取り扱い中に、いろいろな数多くの機能を提供し得る。例えば、ある実施態様においては、押し装置８０は、エンドエフェクタ上のウェーハを中心に置くように使用され得る。より詳細には、押し装置８０は、ウェーハ６０を支持部材の正しい位置に押すように使用され得る。
【００５７】
押し装置８０は、また、ウェーハをエンドエフェクタ上に固定するのに使用され得る。エンドエフェクタ上にウェーハを積極的に保持することは、エンドエフェクタが加速または減速されるとき、ウェーハが位置関係を乱すことを防止する。ウェーハをエンドエフェクタ上に固定するのに使用される場合、押し装置８０は、半導体ウェーハ６０を図２及び３に示されるような補助支持部材６８、７０、７２及び７４に対して付勢し得る。ウェーハの縁部に接触して後、押し装置は、ウェーハを所定の位置に保持するために、例えば、約１から３ニュートンの力をウェーハに加えるように設計され得る。上述したように、バネ９８は、ウェーハへの損傷を防止するために、ピストンが突出するときウェーハに加えられる力の量を減少させるのに役立つ。
【００５８】
エンドエフェクタ上のウェーハを位置決めすることに加えて、押し装置８０は、また、ウェーハをエンドエフェクタ上に置くために、ウェーハをカセットから、あるいは、処理室の回路基板容器から取り除くことを助けるのに適合している。例えば、エンドエフェクタは、カセット内に移動し、ロボット・アームは、ウェーハがピストン８２の接触ヘッド８４に行き当たるようにプログラムされ得る。一旦、接触ヘッド８４がウェーハと接触すると、ピストンは、空気圧式アクチュエータ８６を使用して、突出し、補助支持部材に寄せてウェーハを把持する。一旦把持されると、エンドエフェクタ及びウェーハは、ウェーハが位置を乱す恐れなしに高速で搬送され得る。さらに、処理中、ウェーハは、再度その縁部で単に把持され、ウェーハに対する損傷を最小限に抑える。
【００５９】
上述したように、押し装置８０のピストン８２及び接触ヘッド８４は、加圧ガスが空気圧式アクチュエータ８６に供給されると、ピストンが突出するように設計されている。従来、エンドエフェクタは、プッシャを突出した状態に偏倚させるバネを有するように設計されてきた。それで、このような従来構造においては、ピストンを引込位置に維持するために、真空力が使用される。しかしながら、本発明は、上述したような空気圧式アクチュエータ８６を使用することにより、エンドエフェクタの外形の高さが最小限に抑えられ得る。エンドエフェクタの高さを最小限に抑えることは、いろいろな長所や利点を提供する。例えば、薄いエンドエフェクタは、極めて操縦し易い。エンドエフェクタは、最小限の間隔でカセット及びウェーハ処理室に入り得る。薄いエンドエフェクタを使用することで、カセットは、たくさんのウェーハを運ぶように設計され得る。
【００６０】
同様に、処理室は、エンドエフェクタに対してより狭い開口を有して作られている。より狭い開口を有することにより、ウェーハが本発明のエンドエフェクタを使って処理室内に挿入されるとき、汚染や温度変化がほとんど発生しない。さらに、処理室に有害なガスが入っている場合、エンドエフェクタを受け入れる開口の大きさを減じることで、そのようなガスの流出の可能性がほとんどない。
【００６１】
この点で、図４を参照すると、エンドエフェクタ３２の側面図が示されている。上述したような押し装置を含んでいる場合でさえも、エンドエフェクタ３２は、約１２ｍｍ未満、例えば約１０ｍｍ未満の最大外形高さＸしか有していない。事実、ある実施態様では、約８．５ｍｍ未満の最大外形高さを有するエンドエフェクタが本発明に従って作られ得ると考えられている。
【００６２】
押し装置を有することに加えて、本発明に従って作られるエンドエフェクタは、また、ウェーハ検出システムを備え得る。図７、７Ａ及び７Ｂを参照すると、本発明に従って作られているウェーハ検出システムの１つの実施態様が示されている。この実施態様では、比較的低温でウェーハを取り扱うように設計されているエンドエフェクタ３２内に組み入れられているウェーハ検出システムが示されている。しかしながら、ウェーハ検出システムは、より高温でウェーハを取り扱うエンドエフェクタとともに使用されるのにも十分適していることが理解されるべきである。
【００６３】
図７、７Ａ、及び７Ｂにおいて、エンドエフェクタ３２が、歯４８及び５０がベース部材４４の後部４６に接続されていない状態で再度示されている。さらに、エンドエフェクタの基端部に配置されるウェーハ検出システムが示されている。しかしながら、ウェーハ検出システムは、エンドエフェクタ３２上のウェーハ受け取り領域内のその他の適切な位置にも配置され得ることが理解されるべきである。
【００６４】
一般的に、ウェーハ検出システムは、エンドエフェクタのウェーハ受け取り領域を横切る光線を放出する光源を含んでいる。受光装置が光線を受け取るために配置され、該受講装置は、例えば、光センサを備え得る。光線が横切られる場合、ウェーハ検出システムは、ウェーハがエンドエフェクタの上に存在することを指示する。
【００６５】
図７Ａを参照すると、ウェーハ検出システムは、光導体１０２と連通状態にある光源（不図示）を含む光送信路を含んでいる。光導体１０２は、高温に耐えることが可能な材料から作られることが好ましい。例えば、ある実施態様においては、光導体１０２は、石英のような結晶性物質からなる繊維を含んでいる。光導体は、約２ｍｍ〜約５ｍｍなどの適切な直径を有し得る。ある実施態様においては、光導体１０２は、約３ｍｍの直径を有し得る。図７Ａに示されるように、光導体１０２は、エンドエフェクタの外周辺に沿って延在している。
【００６６】
図７Ｂを参照すると、光送信路の端部がより詳細に示されている。図示されるように、光導体１０２は、光学的開口１０４で終わっている。示されるように、光学的開口は、光胴体の直径より小さい直径を有する。例えば、光学的開口の直径は、約０．５ｍｍの直径を有するなどの、約０．１ｍｍ〜約１．５ｍｍの範囲内にある。一般的に、光学的開口１０４は、光線の直径を減少させ、該光線を強める傾向を有する。
【００６７】
次に、光線は、光学的開口１０４から直角形光学デバイス１０６を通って供給される。直角形光学デバイスは、例えば、レンズ１１０と連動する反射装置１０８を含み得る。反射装置１０８は、例えば、光線がエンドエフェクタのウェーハ受け取り領域を横切って誘導されるように光線の方向を変える反射鏡を含み得る。しかしながら、反射装置１０８の代わりに、直角形光学デバイスが光線の方向を変えることができる適切な装置を含んでいてもよいことが理解されるべきである。
【００６８】
反射装置１０８に続くレンズ１１０は、例えば、凸レンズであり得る。レンズ１１０は、光線を焦点に集め、光線を絞るように設計されている。例えば、レンズ１１０を出る光線の直径は、約１．０ｍｍ未満などのような、約１．５ｍｍ未満であり得る。例えば、ある実施態様においては、レンズ１１０を出る光線は、約０．５ｍｍの直径を有し得る。
【００６９】
レンズ１１０を出た後、光線は、オリフィス、すなわち、光路開口１１２を通り、エンドエフェクタを横切って照らす。オリフィス１１２は、一般的に、光線それ自身にいかなる影響も受けない。
【００７０】
エンドエフェクタは、また、レンズ１１０に対向して、図７Ａに示されるような光受信路を含んでいる。ある実施態様においては、光受信路は、光送信路に非常に類似した構造を有する。例えば、光受信路は、直角形光デバイス１１６、光学的開口１１８及び光導体１２０を含み得る。光導体１２０は、光受信路により受け取られる光の量に感知するように設計されている光センサと連通状態にあり得る。光の量が減少すると、光センサは、ウェーハがエンドエフェクタの上に存在することを指示するように構成され得る。
【００７１】
光受信路は、オリフィス、すなわち、光受信開口１２２をさらに含んでいる。図７に示されるように、光送信路で放出された光線は、広がり、光が光受信路に向かって進むにつれ、円錐形状を有する傾向にある。円錐形で移動することで、光は、隣接する表面で反射し得る。反射光は、検出器に跳ね返り、誤った読み取りを与え得る。
【００７２】
しかしながら、オリフィスが、光が受け取られる視野を狭めることでこの問題を排除し得る。一般的に、オリフィス１２２は、光受信路のためのフードを提供する。したがって、オリフィス１２２は、入射光が光受信路を経て光センサに連通しないようにする。
【００７３】
光受信オリフィス１２２の直径は、特定の用途に従って変化し得る。ある実施態様においては、例えば、オリフィスは、約２ｍｍ〜約４ｍｍの直径を有するなど、約１ｍｍ〜約５ｍｍの直径を有し得る。
【００７４】
パラメータの上記範囲内において、本発明のエンドエフェクタを横切って焦点を集められた光線は、約２ｍｍ〜約４ｍｍの直径を有し得る。例えば、ある実施態様においては、光線は、約３ｍｍのウェーハ検出直径を有し得る。言い換えれば、この実施態様においては、光検出システムは、約３ｍｍのＺ域（a Z range）でウェーハを検出することが可能である。大部分の応用例に対して、意図しない光線の反射を減少させるために、光線の直径は、約３ｍｍより大きくあるべきではない。
【００７５】
さて、図８−１２を参照すると、高温でウェーハを取り扱うエンドエフェクタ３４が示されている。特に、エンドエフェクタは、例えば、約５００℃を越えるような、約２５０℃を越える温度でウェーハを取り扱うのに十分適している。エンドエフェクタ３４は、第１の歯１２８及び第２の歯１３０に接続される後部１２６を備えるベース部材１２４を含んでいる。高温でウェーハを取り扱うために、歯１２８及び１３０は、石英やサファイアのような耐熱材料から作られ得る。歯１２８及び１３０は、滑らかな表面に艶出しされていることが好ましい。例えば、ある実施態様においては、表面は、火炎で艶出しされ得る。
【００７６】
示されるように、エンドエフェクタ３４は、複数の支持部材１３２、１３４、１３６及び１３８をさらに含んでいる。支持部材は、エンドエフェクタと一体であってもよいし、あるいは、別の材料片から作られてもよい。支持部材１３２、１３４、１３６及び１３８は、石英やサファイアなどの上述した材料から作られてもよい。
【００７７】
図１１を参照すると、支持部材１３６の拡大図が示されている。また、図１２には、支持部材１３２の拡大図が示されている。図示されるように、支持部材１３２及び１３６各々は、円弧形状を有する。円弧形状は、一般的に、エンドエフェクタ上に保持されるべく、半導体ウェーハの半径に一致するように設計されている。支持部材１３６は、傾斜面１４０をさらに含んでいる。また、支持部材１３２も、傾斜面１４２を含んでいる。傾斜面１４０及び１４２は、半導体ウェーハの縁部に単に接触するように設計されている。全ての支持部材は、一緒に、エンドエフェクタ上にウェーハを位置決めし、保持するために、ウェーハ捕捉半径を画定している。
【００７８】
ウェーハの加熱中に、半導体ウェーハは、約１ｍｍを越えて直径が増大し得ることが知られている。この点に関し、各支持部材に関連する傾斜面は、また、ウェーハが比較的熱いかまたは比較的冷たいいずれかの時、ウェーハを取り扱うように設計されている。この点に関し、各支持部材の傾斜面は、支持部材の頂部で第１のすなわち最大の半径を画定し、エンドエフェクタのベース部材に隣接する支持部材の底部に面して第２のすなわち最小の半径を画定している。本発明によれば、支持部材の最大半径と支持部材の最小半径との間の差は、約１ｍｍより大きいなどの、約０．５ｍｍより大きい。
【００７９】
このようにして、全ての支持部材は、異なる寸法でウェーハを取り扱うために一緒に作動する。例えば、図９Ａ及び９Ｂを参照すると、エンドエフェクタ３４の側面図が示されている。特に図９Ａ及び９Ｂは、半導体ウェーハ１４４を保持している支持部材１３２及び支持部材１３８を示す。図９Ａにおいて、半導体ウェーハ１４４は、高温であり、したがって、図９Ｂに示されるウェーハ１４４より大きい直径を有する。しかしながら、本発明によれば、支持部材１３２及び１３８は、熱くて膨張した状態、あるいは冷たい状態のいずれの状態であってもウェーハを支持することが可能である。さらに、支持部材は、ウェーハの縁部でのみウェーハを保持することが可能である。
【００８０】
図９Ａ及び９Ｂに示されるように、支持部材１３２及び１３８の傾斜面は、凹形状を有する。しかしながら、支持部材の傾斜面は、特定の応用によりその他のいろいろな形状を有し得る。例えば、凸形状である代わりに、表面は、また、凹形状を有し得る。図１０Ａ及び１０Ｂを参照すると、支持部材１３２及び１３８の傾斜面は、ある実施態様においては、面取りをした表面を有する。より具体的には、支持部材の表面は、この実施態様では、直線形である。図９Ａ及び９Ｂに示されるような方法に類似して、支持面で保持されているウェーハ１４４が示されている。
【００８１】
図８に戻って、エンドエフェクタ３４は、図２に示されるような応急ピン７６及び７８に類似した一対の応急ピン１４６及び１４８をさらに含んでいる。応急ピン１４６及び１４８は、エンドエフェクタ上に保持されたとき、位置がずれているか、または曲がっているすなわち撓んでいるかのいずれかであるウェーハに接触することを意図している。事実、高温でのウェーハは、より一層撓む傾向を有し、応急ピン１４６及び１４８に接触し得る。一般的に、応急ピン１４６及び１４８は、石英やサファイアのような耐熱性材料から作られ得る。ピンは、エンドエフェクタとは別に形成され得、あるいは、エンドエフェクタと一体であり得る。図２において述べたように、応急ピンは、支持部材の高さより低い高さを有し、仮に、ウェーハが実際に曲がったり撓んだりしていない場合、ウェーハに接触するようには設計されていない。
【００８２】
図８に示されるようなエンドエフェクタ３４は、図７、７Ａ及び７Ｂに示されるもののようなウェーハ検出システムを含み得る。ほとんどの実施態様にとって、高温でウェーハを運んだり取り扱ったりするように構成されている場合、エンドエフェクタは、押し装置を必要としない。
【００８３】
図に示され、上述したようなエンドエフェクタ３２及び３４は、多くの従来の構造を越えていろいろな長所及び利点を提供する。例えば、上述したように、エンドエフェクタは、薄い外形を有し、操縦が容易である。エンドエフェクタは、また、ウェーハを積み込み、ウェーハをエンドエフェクタに固定することを助けるのに使用され得る定形外の支持装置、固有のウェーハ検出システム、及び／または押し装置を含んでいる。事実、構成要素の上述の組み合わせにより、本発明のエンドエフェクタが従来作られた多くのエンドエフェクタよりも効果的にウェーハを回収し得ることが考えられる。
【００８４】
例えば、エンドエフェクタ上にある支持部材は、ウェーハがエンドエフェクタ上に置かれると、ウェーハを積極的に把持し、中心に位置決めすることが可能である。したがって、プッシャを使ってウェーハを固定することは、例えば、エンドエフェクタがウェーハを回収し、移動を開始して後まで、起動される必要がない。ウェーハを固定する必要がないことは、ウェーハ処理システムの処理能力を速やかに大きく増大させ得る。
【００８５】
例えば、ある実施態様において、本発明のエンドエフェクタは、ウェーハが位置決めされるウェーハ台（a wafer station）内に移動する。エンドエフェクタは、ウェーハの下に移動する。いったんウェーハの下に入ると、エンドエフェクタは、ウェーハがエンドエフェクタ上に置かれるために、Ｚ方向に持ち上げられる。ウェーハが固定されないすなわち不明確な位置にある限りは、ウェーハ検出システムは、そのとき、ウェーハがエンドエフェクタ上に存在するか否かを判断する。仮に、ウェーハがエンドエフェクタ上に存在する場合、エンドエフェクタは、ウェーハ台から直ちに移動し、移動の間、例えば、押し装置を使ってウェーハを中心に位置決めし得る。
【００８６】
上述したように、エンドエフェクタ上にウェーハを積み込むとき、その引込位置にある押し装置は、また、エンドエフェクタの歯の上にウェーハを押すために使用され得る。
【００８７】
上述の工程と比較して、多くの従来のエンドエフェクタは、ウェーハが中心に位置決めされ、ウェーハ台からエンドエフェクタを引き込む前にウェーハ台に固定されることを必要とする。本発明のエンドエフェクタは、その構成により、これらの欠点を克服する。
【００８８】
本発明に対するこれらの及びその他の修正や変更が、添付されたクレームにより詳細に述べられている本発明の趣旨及び範囲を逸脱することなく当業者により実践され得る。さらに、いろいろな実施態様の形態は、全体または一部の両方において交換され得ることが理解されるべきである。さらに、当業者は、これまで述べてきたことがほんの一例であり、上記添付されたクレームでさらに述べられているような本発明を限定することを意図していないことを認めるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００８９】
【図１】本発明に従って作られたウェーハ処理システムの１つの実施態様の斜視図である。
【図１Ａ】各々が本発明に従って作られたエンドエフェクタに取り付けられた２つのロボット・アームの斜視図である。
【図２】本発明に従って作られたエンドエフェクタの１つの実施態様の斜視図である。
【図３】図２に示されるエンドエフェクタの平面図である。
【図４】図２に示されるエンドエフェクタの側面図である。
【図５】図２に示されるエンドエフェクタの拡大された一部を切り取った部分の斜視図である。
【図６Ａ】押し装置を含む、本発明に従って作られたエンドエフェクタの一部を切り取った斜視図である。
【図６Ｂ】押し装置を含む、本発明に従って作られたエンドエフェクタの一部を切り取った斜視図である。
【図７】ウェーハ検出システムを含む、本発明に従って作られたエンドエフェクタの図である。
【図７Ａ】ウェーハ検出システムを含む、本発明に従って作られたエンドエフェクタの図である。
【図７Ｂ】ウェーハ検出システムを含む、本発明に従って作られたエンドエフェクタの図である。
【図８】本発明に従って作られたエンドエフェクタの別の実施態様の斜視図である。
【図９Ａ】本発明に従って作られた支持部材を示すエンドエフェクタの異なる実施態様の側面図である。
【図９Ｂ】本発明に従って作られた支持部材を示すエンドエフェクタの異なる実施態様の側面図である。
【図１０Ａ】本発明に従って作られた支持部材を示すエンドエフェクタの異なる実施態様の側面図である。
【図１０Ｂ】本発明に従って作られた支持部材を示すエンドエフェクタの異なる実施態様の側面図である。
【図１１】図８に示されるエンドエフェクタの一部を切り取った斜視図である。
【図１２】図８に示されるエンドエフェクタの一部を切り取った斜視図である。
【図１】
2007525001.tif 000003
【図１Ａ】
2007525001.tif 000004
【図２】
2007525001.tif 000005
【図３】
2007525001.tif 000006
【図４】
2007525001.tif 000007
【図５】
2007525001.tif 000008
【図６Ａ】
2007525001.tif 000009
【図６Ｂ】
2007525001.tif 000010
【図７】
2007525001.tif 000011
【図７Ａ】
2007525001.tif 000012
【図７Ｂ】
2007525001.tif 000013
【図８】
2007525001.tif 000014
【図９Ａ】
2007525001.tif 000015
【図９Ｂ】
2007525001.tif 000016
【図１０Ａ】
2007525001.tif 000017
【図１０Ｂ】
2007525001.tif 000018
【図１１】
2007525001.tif 000019
【図１２】
2007525001.tif 000020
【国際調査報告】
2007525001.tif 000021
2007525001.tif 000022
2007525001.tif 000023
2007525001.tif 000024
2007525001.tif 000025