(57)【要約】      （修正有）【課題】半導体ウエーハを取り扱う為の改良された装置を提供する。【解決手段】装置は、末端側エンドと中心側エンドを備えるパドル基板１０２を有するウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００を含み、該基板上１０２の末端側エンドには第一の弧状ウエーハ接触パッド１０５が配置され、該基板上１０２の中心側エンドに近接して第二と第三の弧状ウエーハ接触パッド１０８が配置される。該ウエーハ接触パッド１０５，１０８は各々、ウエーハのエッジをかみ合わせるための第一の弧状表面と傾斜した第二の表面を含む。該エンドエフェクタ１００は更に、該基板１０２上の第二と第三のウエーハ接触パッドの間に配置した可動ウエーハグリップフィンガ１１０を含む。該可動フィンガ１１０は、該ウエーハエッジに接触して該ウエーハエッジを該第一ウエーハ接触パッドに押し付ける為の第一弧状表面を有し、それによって基板１０２上のウエーハ１２０を保持する。【選択図】図１
2005167208.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
末端側エンドと中心側エンドを有するパドル基板と；
該パドル基板上の末端側エンドに配置した第一の弧状ウエーハ接触パッドと；
該パドル基板上の中心側エンドに近接して配置された第二、第三のウエーハ接触パッドと、を有し、
第一、第二、第三のウエーハ接触パッドが各々第一の表面と第二の傾斜した表面を含み、該第一、第二、第三ウエーハ接触パッドの各々の第一と第二の表面がウエーハの外周エッジとかみ合うように構成され；そして、
該中心側エンドに近接して該第二と第三のウエーハ接触パッドの間のパドル基板上に配置した可動ウエーハグリップフィンガを有し、該可動フィンガが該ウエーハのエッジと接触するように構成された第一の弧状表面を有し、
該可動フィンガが該パドル基板の末端側エンドに向かって移動し、その第一表面によって該ウエーハのエッジに接触し、そして該第一ウエーハ接触パッドの第一表面に該ウエーハのエッジを押し付け、それによって該第一、第二、第三のウエーハ接触パッドによる該ウエーハのかみ合いを確実にするように動作可能である、
ウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項２】
前記ウエーハのエッジがフラット区域を含み、そしてそこにおいて前記第一ウエーハ接触パッドの第一表面が該ウエーハのフラット区域を跨ぐように構成された弧状表面である、
請求項１に記載のウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項３】
前記ウエーハのエッジがフラット区域を含み、そしてそこにおいて前記可動フィンガが、前記第一弧状表面が該フラット区域内で該ウエーハのエッジの少なくとも一部を跨げるように構成された、
請求項１に記載のウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項４】
前記パドル基板が第一と第二の固定フィンガを備え、そしてそこにおいて前記第一ウエーハ接触パッドが該第一と第二の固定フィンガの間に配置された、
請求項１に記載のウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項５】
前記基板の末端側エンドに配置した第一と第二の光ファイバを更に含み、該第一ファイバが光ビームを発するように動作可能であり、該第二ファイバが該光ビームを受信するように動作可能であり、更に該第一光ファイバによって発された光ビームを発生すると共に該第二ファイバによって受信された光ビームを検知するように構成した機構を含み、そしてそこにおいて該第一、第二ファイバと該光ビーム発生及び検知機構がウエーハの存在を検知するように動作可能である、
請求項１に記載のウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項６】
前記第二ファイバが直接そこに突き当たった光ビームだけを受信できるように構成されたバッフルを更に含む、
請求項５に記載のウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項７】
前記可動フィンガの位置を感知するように構成された機構を更に含む、
請求項１に記載のウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項８】
前記基板の中心側エンドに近接して配置した第一と第二の光ファイバを更に含み、該第一ファイバは光ビームを発するように動作可能であり、該第二ファイバは該光ビームを受信するように動作可能であり、更に該第一光ファイバによって発された光ビームを発生すると共に該第二ファイバによって受信された光ビームを検知するように構成された機構を含み、そしてそこにおいて該第一、第二ファイバと該光ビーム発生及び検知機構が前記第一、第二、第三のウエーハ接触パッドによってかみ合わせられるウエーハの存在を検知するように動作可能である、
請求項１に記載のウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項９】
前記可動フィンガを移動できるように構成された機構を更に含み、該機構は拡張及び退却が可能なベローズハウジングを含むリニアアクチュエータを備え、該リニアアクチュエータは更にリニアベアリングロッドをガイドできるように構成された該リニアベアリングロッドとスリーブベアリングを含み、該リニアベアリングロッドと該スリーブベアリングは該ベローズハウジング内に配置され、そしてそこにおいて該可動フィンガは該ベローズハウジングの拡張及び退却に基づいて移動するように動作可能である、
請求項１に記載のウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項１０】
前記ベローズハウジングが、ウエーハ汚染物質の放出を防止するために密封された、
請求項９に記載のウエーハエッジグリップエンドエフェクタ。
【請求項１１】
末端側エンドと中心側エンドを有するパドル基板を提供するステップと；
該パドル基板上の末端側エンドに配置した第一の弧状ウエーハ接触パッドを提供するステップと；
該パドル基板上の中心側エンドに近接して配置した第二と第三のウエーハ接触パッドを提供するステップと、を有し、
そこにおいて該第一、第二、及び第三のウエーハ接触パッドが第一表面と
傾斜した第二表面を含み、該第一、第二、第三ウエーハ接触パッドの各々の第一と第二の表面がウエーハの外周エッジとかみ合うように構成され；そして、
該中心側エンドに近接して該第二と第三のウエーハ接触パッドの間のパドル基板上に配置された、該ウエーハのエッジと接触するように構成された第一の弧状表面を有する可動ウエーハグリップフィンガを提供するステップと；
該可動フィンガを該パドル基板の末端側エンドに向かって移動させるステップと；
該ウエーハのエッジを該可動フィンガの第一表面によって接触させるステップと；そして
該ウエーハのエッジを該可動フィンガの第一表面によって第一ウエーハ接触パッドの第一表面に押し付け、それによって該第一、第二、第三のウエーハ接触パッドによる該ウエーハのかみ合いを確実にするステップと、
を備えたウエーハエッジグリップエンドエフェクタを操作する方法。
【請求項１２】
前記ウエーハのエッジがフラット区域を含み、そこにおいて前記第一ウエーハ接触パッドの第一表面が弧状表面であり、そして更に該第一ウエーハ接触パッドの第一弧状表面によって該ウエーハのフラット区域を跨ぐステップを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１３】
前記ウエーハのエッジがフラット区域を含み、そして更に該可動フィンガの第一弧状表面によって該フラット区域内で該ウエーハのエッジの少なくとも一部分を跨ぐステップを含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１４】
前記パドル基板が第一と第二の固定フィンガを備え、そしてそこにおいて前記第一ウエーハ接触パッドを該第一と第二の固定フィンガの間に配置する、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１５】
前記基板の末端側エンドに第一と第二の光ファイバを配置し、該第一ファイバは光ビームを発するように動作可能であり、該第二ファイバは該光ビームを受信するように動作可能であり、それらは該第一光ファイバによって発された光ビームを発生すると共に該第二ファイバによって受信された光ビームを検知する機構を提供し、そして該第一及び第二ファイバと光ビーム発生及び検知機構によってウエーハの存在を検知するステップを更に含んだ、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１６】
前記第二ファイバがそこに直接突き当たった光ビームだけを受信できるように、バッフルを提供するステップを更に含む、
請求項１５に記載の方法。
【請求項１７】
前記可動フィンガの位置を感知する為の機構を提供するステップを更に含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１８】
前記基板の中心側エンドに近接して配置した第一と第二の光ファイバを提供し、該第一ファイバは光ビームを発するように動作可能であり、該第二ファイバは該光ビームを受信するように動作可能であり、該第一光ファイバによって発される光ビームを発生すると共に該第二ファイバによって受信される光ビームを検知するように構成した機構を提供し、該第一及び第二ファイバと該光ビーム発生及び検知機構が、前記第一、第二、第三のウエーハ接触パッドにかみ合わせられるウエーハの存在を検知するステップを更に含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項１９】
前記可動フィンガを移動させるための機構を提供し、該機構が拡張及び退却が可能なベローズハウジングを含むリニアアクチュエータを備え、該リニアアクチュエータが更に、リニアベアリングロッドをガイドするように構成された該リニアベアリングロッドとスリーブベアリングを含み、該リニアベアリングロッドと該スリーブベアリングが該ベローズハウジング内に配置され、そしてそこにおいて該可動フィンガが該ベローズハウジングの拡張及び退却に基づいて移動するように動作可能であるステップを更に含む、
請求項１１に記載の方法。
【請求項２０】
前記ベローズハウジングが、ウエーハ汚染物質の放出を防止するために密封される、
請求項１９に記載の方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
＜関連出願について＞
この出願は２００３年１０月２４日出願のノッチ化／フラット化200mmウエーハエッジグリップエンドエフェクタと称する米国仮出願60/514,281の優先権を主張する。
＜連邦政府の後援による研究開発に関する宣明＞
なし
【背景技術】
【０００２】
＜発明の背景＞
本出願は一般的に半導体ウエーハの取り扱いに関し、特に、半導体ウエーハを処理機械やウエーハカセットに搭載したり取り外したりする為のウエーハエッジグリップエンドエフェクタに関する。
【０００３】
集積回路（ICs）の製造では、ICsが形成される半導体ウエーハはきわめて多数の処理ステップを通過する。例えば各処理ステップにおいて、半導体ウエーハは特定の処理機械や、通常ウエーハカセットとして知られているウエーハ保存コンテナに運び込まれたりそこから引き出される。更に、様々な処理ステップの間では、ウエーハはその方位を変えたり、固定器内に配置されたり、次の処理ステップの処理機械に運ばれるかも知れない。これらのウエーハ処理作業は一般的にきれいな室内環境で行われる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の半導体ウエーハ取り扱い装置では、ウエーハを処理機械やウエーハカセットに運ぶ時にウエーハの後ろ側に接触するように構成されたグリッパ（grippers）を起用する場合がある。しかし、従来のそのようなウエーハ取り扱い装置には欠点がある。何故なら、ウエーハの背面に接触すると望ましくないウエーハ汚染に繋がるかも知れないからである。従来のウエーハ取り扱い装置が、その代りにウエーハのエッジでウエーハを取り扱うように構成されたグリッパを起用する場合もある。しかし、そのような従来のウエーハエッジグリップ装置にも欠点がある。何故なら、それらはしばしば突然の力の突出や機械的消耗を免れず、更にウエーハ汚染に繋がる可能性があるからである。そればかりでなく、従来のウエーハ取り扱い装置では頻繁に（１）ウエーハをウエーハカセットから出し入れする時に故障して動かなくなったり、（２）ウエーハカセット内のウエーハが位置ずれを起こしたり、（３）運搬機構の故障で汚染物質がウエーハ上に付着したりする。
【０００５】
それに加えて、半導体ウエーハは一般的に、典型的にウエーハのエッジに形成されるノッチやフラットなど基準となる特徴を含む。しかし、そのような基準となる特徴はしばしば従来のウエーハエッジグリップ装置がウエーハを確実に取り扱うのを妨げたり、IC製造中にウエーハを処理機械やウエーハカセットから出し入れする時ウエーハの方位を適切に維持するのを妨げたりする。
【０００６】
それ故に、上に述べた従来のウエーハ取り扱い装置の欠点を避けられる改良された半導体ウエーハ取り扱い装置の開発が望ましい。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
＜発明の簡単な説明＞
本発明に従って、改良した半導体ウエーハ取り扱い装置を提供する。一実施例では、半導体ウエーハ取り扱い装置は、末端側エンド（end）と中心側エンドを有するパドル（paddle）基板と、そのパドル基板上の末端側エンドに配置した第一の弧状のウエーハ接触パッド（pad）と、該パドル基板上の中心側エンドに配置した第二と第三の弧状ウエーハ接触パッドを含むウエーハエッジグリップエンドエフェクタを備える。それら第一、第二、第三のウエーハ接触パッドは各々、ウエーハの外周エッジとかみ合うように構成された第一の弧状表面と第二の傾斜した表面を含む。該エンドエフェクタは更に、該パドル基板上の中心側エンドに近接した第二と第三のウエーハ接触パッドの間に配置した可動ウエーハグリップフィンガを含む。該可動フィンガは、ウエーハのエッジに接触するように構成された第一の弧状表面を有する。該可動フィンガは、該パドル基板の末端側エンドに向かって移動し、該第一の表面でウエーハのエッジに接触し、そして該第一ウエーハ接触パッドの第一の表面にウエーハのエッジを押し付けるように動作可能であり、それによってウエーハが第一、第二、及び第三のウエーハ接触パッドにかみ合うのを確実にする。
【０００８】
該ウエーハエッジグリップエンドエフェクタは、ウエーハのエッジに沿ってウエーハをつかみ、ウエーハのエッジに形成されたノッチやフラットなど基準となる特徴がどんな位置にあろうとウエーハを望ましい方位に確実に保持し、標準のウエーハ運搬機やカセット内に典型的に含まれる支持構造との干渉を防ぐように動作可能である。
【０００９】
本発明のその他の特徴や機能や局面は、以下に述べる本発明の詳細な説明から明瞭である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
＜発明の詳細な説明＞
２００３年１０月２４日米国仮出願60/514,281（ノッチ化／フラット化200mmウエーハエッジグリップエンドエフェクタ）を引用を以ってここに組み込む。
【００１１】
図１は、本発明によるウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００の実施例の図解である。図解に示す実施例では、ウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００は、パドル基板１０２と、パドル基板１０２内に形成して固定した一対の引き伸びたフィンガ１０４と、エンドエフェクタ１００の末端側エンドに備えた弧状ウエーハ接触パッド１０５と、エンドエフェクタ１００の中心側エンドに備えた可動弧状ウエーハフィンガ１１０と一対の同一な弧状ウエーハ接触パッド１０８を含む。図１に示すように、エンドエフェクタ１００はウエーハ１２０のエッジ１２０ａに接触することによって半導体ウエーハを取り上げるように構成される。エンドエフェクタ１００は、ウエーハのエッジに形成したノッチやフラットのような基準となる特徴（例えば、フラット１２１）の位置に拘わらず、エッジ１２０ａでウエーハ１２０を望む方位に確実に保持するように構成される。
【００１２】
普通の技術能力を有する者ならば、集積回路（IC）製造時の半導体の処理は、取り扱いシステムロボット（表示せず）によって半導体ウエーハをウエーハカセットから様々な処理ロケーション（locations）へ運搬することを含むことを充分理解されるであろう。典型的な取り扱いシステムロボットは、ロボットアーム（arm）の一端にエンドエフェクタが取り付けられ、少なくとも放射状方向と、角方向と、垂直方向に複数の自由度を有する機構を含む。例えばウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００の、ウエーハ接触パッド１０５とは反対側の中心側エンドを、操作上そのロボットアームに取り付けても良い。該取り扱いシステムロボットはロボットアームとエンドエフェクタを制御するように動作可能であり、それによってロボットアームとエンドエフェクタが、例えば、ウエーハがエッチングや化学的蒸着などのような多様な処理ステップを経過する所定の処理ロケーションへ半導体ウエーハをひき続き運搬するために、それをウエーハカセットから取り上げることを可能にする。
【００１３】
普通の技術能力を有する者ならば、ウエーハカセットは典型的に、大量な半導体ウエーハを水平又は垂直に保存するのに使うようなプラスチック材で成型した装置である事を更に理解できるであろう。ウエーハカセットに保存するウエーハの数を最大にする為に、ウエーハは典型的にお互いに比較的接近してカセット内に配置される。例えば、標準200mmウエーハカセットの場合ウエーハ間のピッチ間隔は約0.220インチである場合もある。ウエーハカセットに保存する際は、ウエーハは、一般的にカセットの内壁に注入成型された支持構造によって、そのウエーハのエッジに沿って支持される。取り扱いシステムロボットとウエーハカセットの構造と操作は普通の技術能力を有する者には既に知られているので、ここで詳細に説明する必要はないことに注意されたい。
【００１４】
上述のように、ウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００は、ウエーハのエッジを保持することによって半導体ウエーハ１２０を取り扱うように構成されている。そのため、より大きな弧状ウエーハ接触パッド１０５をフィンガ１０４の間に配置し、適当なファスナ又は接着方法を用いてフィンガ１０４の端に装着する。更に、より小さなウエーハ接触パッド１０８を基板１０２の表面に配置し、適当なフャスナー又は接着方法を用いてその基板に装着する。図１に示すように、接触パッド１０５と１０８は、ウエーハ１２０のエッジ１２０ａの外形に実質的にマッチするように曲線形にする。ウエーハ接触パッド１０５と１０８のように、ウエーハ接触パッド１０８間に配置した可動ウエーハグリッパ（gripper）１１０もウエーハのエッジの外形に実質的にマッチするように曲線形にする。
【００１５】
本開示の実施例では、ウエーハ接触パッド１０５と１０８は半導体ウエーハ１２０を掴む前と掴んだ後の両方の状態で支持するように構成される。掴む前の状態、即ち、可動ウエーハグリップフィンガ１１０が始動する前の状態では、ウエーハグルリッパ１１０は、取り上げる前にウエーハ接触パッド１０５と１０８がウエーハ１２０を包囲及び支持できるように、充分なゆとり（clearance）を提供する。掴んだ後の状態、即ち、可動ウエーハグリッパフィンガ１１０が始動した後の状態では、ウエーハグリッパ１１０はＸ軸に沿って（図１参照）ウエーハ接触パッド１０５に向かって移動してウエーハのエッジをウエーハ接触パッド１０５のバックストップ（backstop）１０６（図２ａ−２ｂも参照）に軽く押すように動作可能であり、それによって、ウエーハグリッパ１１０とウエーハ接触パッド１０５の間におけるウエーハ１２０のウエーハのエッジに沿った締め付けを確実にする。掴んだ後の状態では半導体ウエーハ１２０はそのエッジで確実に締め付けられているが、そのウエーハエッジは部分的にはウエーハ接触パッド１０８上に安置される。
【００１６】
特に可動ウエーハグリッパ１１０は、リニアアクチュエータ１１２とアーム１１４を含むエフェクタ機構によって始動する。図解の実施例では、リニアアクチュエータ１１２とアーム１１４はパドル基板１０２の中心側エンドに設置されたサブアセンブリ（sub-assembly）内に装着される。リニアアクチュエータ１１２はベローズ（bellows）と、アーム１１４に対して配置された密封の第一エンドキャップ（end cap）と、ポート（port）を含む第二エンドキャップ（end cap）を含む。典型的な動作モード（mode）では、ポートを通してリニアアクチュエータ１１２内を真空にしてそのベローズを退去させる。ポートを通して真空状態を解除するとベローズが拡張して密封エンドからアーム１１４上に力が発生し、それによってアーム１１４がベローズと共に線形に移動してウエーハグリッパ１１０の伸出した部分１１０ａを押し、引き続いてウエーハ接触パッド１０５と１０８の間に配置したウエーハ１２０のエッジを軽く押す。リニアアクチュエータ１１２内に真空状態が再確立されるとベローズは再び退却してアーム１１４が元の位置に戻り、それによってウエーハグリッパ１１０がウエーハ１２０から遠ざかる。ここで説明するアーム１１４を含むエフェクタ機構は図解の目的の為であって、Ｘ軸に沿ってウエーハグリッパ１１０を移動させるのに他の構造を起用できる事を理解されたい。リニアアクチュエータ１１２については下記に図１０ａ−１０ｃを参照しながら更に詳細に述べる。
【００１７】
本開示の実施例では、ウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００は可動ウエーハグリッパ１１０の位置を感知するように動作可能である。エンドエフェクタ１００は、特に、ウエーハグリッパ１１０の始動前の位置と、ウエーハを適切に掴んだ事を示す始動後の第一の位置と、ウエーハを不適切に掴んだ事を示す始動後の第二の位置などをＸ軸に沿って感知するように動作可能である。始動前のウエーハグリッパ１１０の位置は上述のエンドエフェクタ１００が掴む前の状態に対応し、始動後のウエーハグリッパ１１０の第一の位置は上述のエンドエフェクタ１００が掴んだ後の状態に対応する。始動後の第二の位置は、ウエーハグリッパ１１０が典型的にＸ軸上をウエーハ接触パッド１０５方向に、通常ウエーハを適切に掴むのに必要とされる位置を越えて移動したことを示す。例えば、エンドエフェクタ１００は、光学検知器やその他適当な変位センサ機構を用いて可動ウエーハグリッパフィンガ１１０の位置を感知しても良い。
【００１８】
好適実施例では、パドル基板１０２とウエーハ接触パッド１０５、１０８とその上に配置したウエーハグリッパ１１０を含むウェーハグリップエンドエフェクタ１００の高さは、エンドエフェクタ１００が200mmの標準ウエーハカセット内に隣り合って保存された半導体ウエーハの間を安全に通過できるのに充分なほど小さい。更に、基板１０２は好適にはカーボンファイバ又はその他の適当に高強度で低量な材料で作る。そして更に、ウエーハのエッジと接触するウエーハ接触パッド１０５と１０８及びウエーハグリッパ１１０の一部は好適にはポリエチルエテルケトン（PEEK）又はその他適当な不活性ポリマかプラスチック材で作られる。
【００１９】
図２ａは、パドル基板１０２と、ウエーハ接触パッド１０５、１０８と、ウエーハグリッパ１１０を含むウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００の斜視図である。図２ａに示すように、弧状ウエーハ接触パッド１０５はバックストップ１０６を含む。同様に、弧状ウエーハ接触パッド１０８もそれ自体バックストップ１０９を含む。
【００２０】
図２ｂはウエーハ接触パッド１０５の断面図である。図２ｂに示すように、ウエーハ接触パッド１０５は、バックストップ１０６と傾斜した部分２１０を含むウエーハ支持構造２０６を備える。支持構造２０６の傾斜した部分２１０は、ウエーハ接触パッド１０５がウエーハの平坦な表面（例えば、後ろ側）に接触しないようにスライドして（slidably）ウエーハに噛合うように構成される。図２ｃは一ウエーハ接触パッド１０８の断面図である。図２ｃに示すように、ウエーハ接触パッド１０８は、バックストップ１０９と傾斜した部分２２０を含むウエーハ支持構造２０９を備える。ウエーハ支持構造２０６の傾斜部分２１０の場合のように、傾斜部分２２０は、支持構造２０９上に安置されるウエーハの平坦な表面（例えば、後ろ側）にウエーハ接触パッド１０８が接触しないようにウエーハを噛合せるように構成される。
【００２１】
図３ａは、ウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００の末端側エンドの詳細図である。図２ａと図３ａはエンドエフェクタ１００の末端側エンドの反対側を各々描述することに注意されたい。図３ａに示すように、エンドエフェクタ１００の末端側エンドは、ウエーハ接触パッド１０５とフィンガ１０４内に各々形成されたチャンネルに配置した第一と第二の光ファイバ３０２ａ−３０２ｂを含む、第一のスルービーム（through-beam）型光学ウエーハスキャナ３０１を含む。第一光ファイバ３０２ａは光ビーム１２２を発するように構成され（図１も参照）、第二光ファイバ３０２ｂは光ビーム１２２を検知するように構成される。ウエーハ接触パッド１０５内の光ファイバ３０２ａ−３０２ｂの各々の位置がスキャンコード（scanning chord）間隔６２２を定義することに注意されたい（図６参照）。普通の技術能力を有する者ならば、光ビーム１２２を発生及び検知する為の光学的構成要素を、操作上光ファイバ３０２ａ−３０２ｂに結合しても良いことがよく理解できるであろう。例えば、そのような光学的構成要素は、エンドエフェクタ１００の中心側エンドに配置したサブアセンブリ（sub-assembly）内に格納しても良い。光ファイバ３０２ａ−３０２ｂは、ウエーハ接触パッド１０５内に形成した各々のチャンネル内で実質的に直角に配置される。更に、固定クリート（cleats）３０４を起用して光ファイバ３０２ａ−３０２ｂを各々のチャンネル内に締め付ける。本開示の実施例では、発光用及び検知用ファイバ３０２ａ−３０２ｂを含む光学的ウエーハスキャナ３０１は、半導体ウエーハをリアルタイムでスキャンできるように動作可能である。光学的ウエーハスキャナ３０１は、特に、ウエーハカセットに保存されるウエーハのエッジに向かって光ビーム１２２を発するように動作可能である。例えば、光学的ウエーハスキャナ３０１は、発した光ビーム１２２が検知ファイバ３０２ｂに受信されたかどうかに基づいてウエーハカセットに保存した複数のウエーハ（即ち、ウエーハの有無）をマップするのに起用しても良い。
【００２２】
図３ｂはウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００の中心側エンドの詳細図である。図３ｂに示すように、エンドエフェクタ１００の中心側エンドは、第三及び第四の光ファイバ３２０ａ−３２０ｂを含む第二のスルービーム型光学的ウエーハスキャナ３１０を含む。第三の光ファイバ３２０ａ（想像線（phantom）で示す）は光ビーム３２２を発するように構成され、第四の光ファイバ３２０ｂは光ビーム３２２を検知するように構成される。図３ｂに示すように、光ファイバ３２０ａはエンドエフェクタ１００の中心側エンドでサブアセンブリ内に配置され、サブアセンブリハウジング（housing）内の開口部を通して光ビーム３２２を発するように構成される。更に、光ファイバ３２０ｂはパドル基板１０２内に形成したチャンネル内に配置される。普通の技術能力を有する者ならば、操作上、光ビーム３２２を発生及び検知する為の光学構成要素を光ファイバ３２０ａ−３２０ｂに結合しても良いことと、そのような光学構成要素をエンドエフェクタ１００の中心側エンドでサブアセンブリ内に格納しても良いことがよく理解できるであろう。本開示の実施例では、発光及び検知ファイバ３２０ａ−３２０ｂを含む光学ウエーハスキャナ３１０を、上述のウエーハグリッパ１１０の位置を感知する機構に連結して起用して、パドル基板１０２上のウエーハの存在の検知の増強を可能にする。光学ウエーハスキャナ３１０は、ウエーハ接触パッド１０５と１０８によって噛合わされたウエーハのエッジに向かって光ビーム３２２を発するように動作可能である。例えば、発した光ビーム３２２が検知ファイバ３２０ｂによって受信されたかどうかに基づいてウエーハが損傷しているか酷くずれているかを検知する為に、光学的ウエーハスキャナ３１０を起用することができる。
【００２３】
本開示の実施例は、次の図解例を参照することによってより良く理解されるであろう。上述のように、半導体ウエーハがウエーハカセットに保存される時は、ウエーハは一般的にカセットの内壁に注入成型された支持構造によって、そのウエーハのエッジに沿って支持される。図４は、ウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００を起用して半導体ウエーハ１２０をウエーハカセット４０２から出し入れする場合の第一の図解例である。図４に示すように、ウエーハカセット４０２は、エンドエフェクタ１００が通過しなければならない開口部を決める内部支持構造４０３を含む。例えば、ウエーハカセット４０２は200mmの標準ウエーハカセットを備え、支持構造４０３によって定まる開口部の幅は約4.35インチでも良い。この第一の例では、エンドエフェクタ１００は、パドル基板１０２とウエーハ接触パッド１０５が内部支持構造４０３によって定められる開口部を通過できるよう充分な隙間を用意しながらウエーハ１２０をウエーハカセット４０２から出し入れできるように構成される。
【００２４】
第二の図解例では図５ａ−５ｄが、ウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００がどのように起用されてウエーハエッジに形成したフラット１２１を有する半導体ウエーハ１２０を掴むのか説明する。この第二の例では弧状ウエーハグリッパ１１０は、実質的に充分放射状の応力をウエーハ１２０に与えるように構成される。そのような放射状の応力は、エンドエフェクタ１００が掴み前から掴み後の状態に移行する時にウエーハ１２０が中心位置から脱落するのを防ぐ。更に、ウエーハ接触パッド１０５は、フラット１２１がウエーハエッジの何処に位置しようとウエーハエッジを放射状に充分サポート（support）するように構成される。
【００２５】
図５ａに示すように、ウエーハ１２０の第一の方向付けによって、フラット１２１はウエーハのエッジの接触点とウエーハ接触パッド１０５の間に配置される（"フラット０度の位置"）。フラット０度の位置では、ウエーハ接触パッド１０５は、フラット１２１の各々の側のエッジの位置「Ｅ」において、ウエーハエッジの放射状のサポートが充分になるように構成される。図５ｂに示すように、ウエーハ１２０の第二の方向付けによって、フラット１２１はウエーハグリッパ１１０の実質的に反対側に配置される（フラット１８０度の位置）。フラット１８０度の位置では、ウエーハグリッパ１１０は、ウエーハ１２０が中心から脱落するのを防ぐ為に、フラット１２１内の「Ｆ」のエッジ位置に放射状の応力を与えるように構成される。更に、ウエーハグリッパ１１０の弧状形状及びその幅は、グリッパ１１０がウエーハのエッジをウエーハ接触パッド１０５のバックストップ１０６に押し付ける為に移動しなければならない距離を最小にする。図５ａに示すように、ウエーハ接触パッド１０５はフラット１２１を跨ぐように構成される。例えば、ウエーハ接触パッド１０５の弧状長さは少なくともフラット１２１の長さの二倍に等しくても良い。図５ａに示すように、ウエーハグリッパ１１０は、フラット１２１の区域内でウエーハのエッジに接触するように構成される。
【００２６】
図５ｃに示すように、ウエーハ１２０の第三の方向付けによって、フラット１２１は、それがウエーハグリッパ１１０と、ウエーハ接触パッド１０８の一つに接触するように配置される。例えば、ウエーハ１２０の第三の方向付けを「フラット１６０度の位置」と命名する。フラット１６０度の位置では、ウエーハグリッパ１１０によって発生される放射状の応力はエッジ位置「Ｆ」に与えられ、それによってウエーハ１２０が中心から脱落するのを防ぎウエーハのエッジ上のストレスを最小にする。図５ｄに示すように、ウエーハ１２０の第四の方向付けによって、フラット１２１はウエーハ接触パッド１０５の中心とパッド１０５の一端の間（即ち、Ｘ軸とパッド１０５が交差する辺り）に配置される。例えば、ウエーハ１２０のこの第四の方向付けを「フラット２０度の位置」と命名する。フラット２０度の位置では、ウエーハ接触パッド１０５は、フラット１２１の各々の側のエッジ位置「Ｇ」と「Ｅ」でウエーハエッジの放射状の支持が充分になるように構成される。特に、ウエーハグリッパ１１０は、グリッパ１１０の全弧状長さに渡ってウエーハ１２０の中心側エッジに接触する。ウエーハ１２０の中心側エッジに沿ったＸ軸の上方でのウエーハグリッパ１１０のそのような接触は、図５ｄに示すように、エッジ位置「Ｅ」方向の力ベクトル「Ｍ」を発生し、それによってウエーハ１２０が、フラット１２１のエッジ位置「Ｇ」と「Ｈ」の間の区域内ではなく、その曲線エッジに沿って保持されるのを確実にする。
【００２７】
第三の図解例では、光学的ウエーハスキャナ３０１（図３ａ参照）に含まれる光ファイバ３０２ａ−３０２ｂによって定義されるスキャンコード間隔６２２（図６参照）を最大にして、平坦化されたウエーハの光学的マッピングの最適化を可能にする。光ファイバ３０２ａ−３０２ｂは、ウエーハ接触パッド１０５内に形成された各々のチャンネル内に配置した小半径で直角のステンレス金属ファイバ端を備える（図３ａと６参照）。小半径の光ファイバ３０２ａ−３０２ｂによって、スキャンコード間隔６２２をパドル基板１０２の制限幅６０５以内（例えば、4.35インチより小さい；図６参照）で最小にすることができる。
【００２８】
この第三の例では、エンドエフェクタ１００とフラット１２１を含むウエーハ１２０に関係する代表パラメータは次式で定義される。
Ｒ＝3.937インチ,     （１）
Ｙ＝1.773インチ,     （２）
δ＝0.150インチ     （３）
ここで、“Ｒ”はウエーハ１２０の半径、"Ｙ"はウエーハ１２０の中央線から光ファイバ３０２ｂまでの距離、そして"δ"はウエーハ１２０とウエーハ接触パッド１０５の間のゆとりである（図７参照）。図７もまた、ウエーハ１２０の中心から光ビーム１２２のノーマルな妨害されない経路までの距離である代表パラメータ“Ｘ”と、ウエーハ１２０のエッジから光ビーム１２２の妨害されない経路までの距離である代表パラメータ“Ｘ1”を図解する。例えば、Ｘは次式で表される。
【００２９】
【数１】
2005167208.tif 000003
【００３０】
そしてＸ1は次式で表される。
Ｘ1＝Ｒ−Ｘ    （５）
式（１）−（３）に示されるＲと、δと、Ｙの値を上の式（４）に代入することによってＸが次のように求まる。
Ｘ＝3.682インチ,    （６）
そして、式（１）と（６）に示されるＲとＸの値を上の式（５）に代入することによって、Ｘ1が次のように求まる。
Ｘ1＝0.255インチ.    （７）
【００３１】
この第三の例では、コードタンジェントマージン（chord tangent margin）と呼ばれるもう一つの代表パラメータ「Ｃtm」が次のように定義される。
Ｃtm＝Ｘ1−Ｆt，     （８）
ここで、“Ｆt”はフラット１２１の深さである（図７参照）。例えばＦtは0.177インチに等しい。このＦtの値と、式（７）で示されるＸ1の値を上の式（８）に代入することによってＣtmが次のように求まる。
Ｃtm＝0.078.     （９）
【００３２】
図８に示すように、上に示したパラメータＲと、Ｙと、δと、Ｆtと、Ｃtmの代表値の場合、エンドエフェクタ１００に対面しているフラット１２１を有するウエーハ１２０は、光学的ウエーハスキャナ３０１が発生する光ビーム１２２の経路を妨げる。図７に示すように、フラット１２１がエンドエフェクタ１００を向いていない場合も、光ビーム１２２の経路は同様にウエーハ１２０によって妨げられる。その結果、図７に示すように、フラット１２１がエンドエフェクタ１００方向を向かなくなって行ったり、図８に示すようにフラット１２１がエンドエフェクタ１００に面する時、光学的ウエーハスキャナ３０１はウエーハ１２０を間違いなく検知してマップすることができる。
【００３３】
第四の図解例では、ウエーハエッジグリップエンドエフェクタ１００に含まれる光学的ウエーハスキャナ３０１が再び起用されて複数の半導体ウエーハ、即ち、ウエーハ１２０ａ−１２０ｃ、をマップする（図９ａ−９ｂ参照）。特に、光ファイバ３０２ａは光ビーム１２２を発するように動作可能であり、光ファイバ３０２ｂは光ビーム１２２を検知するように動作可能である。図９ａに示すように、エンドエフェクタ１００は光ビーム１２２の経路がウエーハ１２０ｂに妨げられるように配置され、それによって迷走光ビームがウエーハ１２０ａと１２０ｃの各々の表面から検知ファイバ３０２ｂに向かって反射する。この第四の例では、ウエーハ接触パッド１０５は、ウエーハ１２０ａと１２０ｃによって反射された迷走光ビームが検知ファイバ３０２ｂに突き当たって検知されないように構成されたバッフル９０２を含む。防止部９０２がそのような迷走光が光ファイバ３０２ｂによって検知されるのを防止するため、光学的ウエーハスキャナ３０１はウエーハ１２０ｂの存在を高い信頼度で検知できる。図９ｂに示すように、如何なるウエーハも光ビーム１２２の経路を妨害しないようにエンドエフェクタ１００を配置すると、バッフル９０２は、光ビーム１２２が検知ファイバ３０２ｂによって検知されるのを可能にする。
【００３４】
図１０ａ−１０ｃは、ウエーハグリッパ１１０を移動させるために上述のエフェクタ機構内に含めたリニアアクチュエータ１１２を示す（図１も参照）。図１０ａ−１０ｂに示すように、リニアアクチュエータ１１２はベローズ１００１と、密封された第一のエンド１００２と、ポート１００６を含む第二のエンド１００４を含む。ベローズ１００１は、リニアベアリングロッド（linear bearing rod）１０１０と、そのリニアベアリングロッド１０１０をガイドする為のスリーブベアリング（sleeve bearing）１００８を格納できるように構成される。好適実施例ではベローズ１００１は金属であり、スリーブベアリング１００８とリニアベアリングロッド１０１０を有する機構は真空で励起される。特に、その真空状態はポート１００６を介してベローズハウジング内で起され、それによってベローズ１００１が退却し、リニアベアリングロッド１０１０がそのスリーブベアリング１００８内で第二のエンド１００４に向かって移動する。真空状態がポート１００６を介して解除されるとベローズ１００１は拡張し、それによってリニアベアリングロッド１０１０はスリーブベアリング１００８内をその第二のエンド１００４から遠ざかるように移動する。スリーブベアリング１００８とリニアベアリングロッド１０１０を含む機構は内在形であり、分子が放出して半導体ウエーハを汚染するのを防止するためベローズハウジング内に密封される。
【００３５】
普通の技術能力を有する者ならば、上に説明したノッチ化／フラット化200mmウエーハエッジグリップエンドエフェクタの変更や変化は、本開示の発明概念から逸脱する事なくできる。従って、添付するクレームの範囲と趣旨による以外は、本発明が限定されると見るべきではない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
本発明は下記詳細な説明を図面と関連付ける中で充分に理解される。それらの図面は：
【図１】本発明による半導体ウエーハエッジエンドエフェクタの平面図；
【図２ａ】図１のウエーハエッジエンドエフェクタの斜視図；
【図２ｂ】図１のウエーハエッジエンドエフェクタの末端側エンドにおけるウエーハ接触パッドの断面図；
【図２ｃ】図１のウエーハエッジエンドエフェクタの中心側エンドにおけるウエーハ接触パッドの断面図；
【図３ａ】図１のウエーハエッジエンドエフェクタの末端側エンドの詳細図；
【図３ｂ】図１のウエーハエッジエンドエフェクタの中心側エンドの詳細図；
【図４】ウエーハカセットに半導体ウエーハを搭載したり外したりしている状態における図１のウエーハエッジエンドエフェクタの図解；
【図５ａ】ウエーハのフラットが様々な方位に存在するウエーハを取り扱っている状態における図１のウエーハエッジエンドエフェクタの図解；
【図５ｂ】ウエーハのフラットが様々な方位に存在するウエーハを取り扱っている状態における図１のウエーハエッジエンドエフェクタの図解；
【図５ｃ】ウエーハのフラットが様々な方位に存在するウエーハを取り扱っている状態における図１のウエーハエッジエンドエフェクタの図解；
【図５ｄ】ウエーハのフラットが様々な方位に存在するウエーハを取り扱っている状態における図１のウエーハエッジエンドエフェクタの図解；
【図６】ウエーハカセットに保存されているウエーハをマッピングする為のスキャン光ビームを図解する、図１のウエーハエッジエンドエフェクタの末端側エンドの詳細図；
【図７】ウエーハのフラットが様々な方位に存在するウエーハをマッピングしている状態における図１のウエーハエッジエンドエフェクタの図解；
【図８】ウエーハのフラットが様々な方位に存在するウエーハをマッピングしている状態における図１のウエーハエッジエンドエフェクタの図解；
【図９ａ】ウエーハマッピング状態における図１のウエーハエッジエンドエフェクタの操作の図解；
【図９ｂ】ウエーハマッピング状態における図１のウエーハエッジエンドエフェクタの操作の図解；
【図１０ａ】図１のウエーハエッジエンドエフェクタ内に含まれている線形（linear）始動装置の斜視図；
【図１０ｂ】図１のウエーハエッジエンドエフェクタ内に含まれている線形（linear）始動装置の斜視図；そして
【図１０ｃ】図１０ａ−１０ｂのリニアアクチュエータの断面図。
【図１】
2005167208.tif 000004
【図２ａ】
2005167208.tif 000005
【図２ｂ】
2005167208.tif 000006
【図２ｃ】
2005167208.tif 000007
【図３ａ】
2005167208.tif 000008
【図３ｂ】
2005167208.tif 000009
【図４】
2005167208.tif 000010
【図５ａ】
2005167208.tif 000011
【図５ｂ】
2005167208.tif 000012
【図５ｃ】
2005167208.tif 000013
【図５ｄ】
2005167208.tif 000014
【図６】
2005167208.tif 000015
【図７】
2005167208.tif 000016
【図８】
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【図９ａ】
2005167208.tif 000018
【図９ｂ】
2005167208.tif 000019
【図１０ａ】
2005167208.tif 000020
【図１０ｂ】
2005167208.tif 000021
【図１０ｃ】
2005167208.tif 000022
【外国語明細書】
2005167208.tif 000023
2005167208.tif 000024
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2005167208.tif 000051
【図１】
2005167208.tif 000052
【図２ａ】
2005167208.tif 000053
【図２ｂ】
2005167208.tif 000054
【図２ｃ】
2005167208.tif 000055
【図３ａ】
2005167208.tif 000056
【図３ｂ】
2005167208.tif 000057
【図４】
2005167208.tif 000058
【図５ａ】
2005167208.tif 000059
【図５ｂ】
2005167208.tif 000060
【図５ｃ】
2005167208.tif 000061
【図５ｄ】
2005167208.tif 000062
【図６】
2005167208.tif 000063
【図７】
2005167208.tif 000064
【図８】
2005167208.tif 000065
【図９ａ】
2005167208.tif 000066
【図９ｂ】
2005167208.tif 000067
【図１０ａ】
2005167208.tif 000068
【図１０ｂ】
2005167208.tif 000069
【図１０ｃ】
2005167208.tif 000070