(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直に向けられた基板を運搬する為の基板ハンドラであって、
第１運動軸に沿って位置決め可能なキャリッジアセンブリと、
キャリッジアセンブリに結合され、前記第１運動軸に対し垂直に向けられた第２運動軸に沿って前記キャリッジアセンブリに関して位置決め可能である第１基板グリッパアセンブリと、
キャリッジアセンブリに結合され、前記第２運動軸に対し平行に向けられた第３運動軸に沿って前記キャリッジアセンブリに関して位置決め可能である第２基板グリッパアセンブリであって、前記第１基板グリッパアセンブリに関して第３軸に沿って独立して移動可能である、該第２基板グリッパアセンブリと、
を備え、
前記第１基板グリッパアセンブリは、
第１下端部と、対向する第２下端部を有するＵ字型のブレードと、
前記ブレードの前記第１下端部に結合された第１エンドエフェクタと、
前記ブレードの前記第２下端部に結合された第２エンドエフェクタと、
を有しており、
前記第１エンドエフェクタ及び第２エンドエフェクタは、
内面を有する本体と、
前記内面から前記Ｕ字型のブレードのＵ字の中央に向けて内側に延びる第１フランジと、
前記第１フランジに対して平行であり且つ離間されて配置されて前記内面から前記Ｕ字型のブレードの前記Ｕ字の中央に向けて内方に延びる第２フランジと、
前記第１フランジと前記第２フランジの間の前記内面から延び、前記第１フランジ及び前記第２フランジに対して垂直であり、前記第１フランジおよび第２フランジと共にＵ字型の基板受容ポケットを画成する基板支持体と、
を有し、
前記第２基板グリッパアセンブリは、
第１下端部と、対向する第２下端部を有するＵ字型のブレードと、
該ブレードの該第１下端部に結合された第１エンドエフェクタと、
該ブレードの該第２下端部に結合された第２エンドエフェクタと、
を有しており、
該第１エンドエフェクタ及び第２エンドエフェクタは、
内面を有する本体と、
該内面から該Ｕ字型のブレードのＵ字の中央に向けて内側に延びる第１フランジと、
該第１フランジに対して平行であり且つ離間されて配置されて該内面から該Ｕ字型のブレードの該Ｕ字の中央に向けて内方に延びる第２フランジと、
該第１フランジと該第２フランジの間の該内面から延び、該第１フランジ及び該第２フランジに対して垂直であり、該第１フランジおよび該フランジと共にＵ字型の基板受容ポケットを画成する基板支持体と、
を有する、
基板ハンドラ。
【請求項２】
前記キャリッジアセンブリは、
前記第１運動軸に沿って延びている水平トラックと、
前記水平トラックに結合されたキャリッジと、
モータと、
前記水平トラックに沿って前記キャリッジを位置決めするために、前記モータと協働するアクチュエータと、
を更に備える、請求項１記載の基板ハンドラ。
【請求項３】
前記第１運動軸に対して直交する方向に延び、前記キャリッジアセンブリを前記第１基板グリッパアセンブリ及び第２基板グリッパアセンブリに結合する取付けプレートを更に備え、前記第１基板グリッパアセンブリ及び第２基板グリッパアセンブリが前記取付けプレート上で移動可能に配置される、請求項２記載の基板ハンドラ。
【請求項４】
前記第１基板グリッパアセンブリと前記第２基板グリッパアセンブリの各々は、
前記取付けプレートに結合された垂直トラックと、
前記垂直トラックに結合された基板グリッパと、
前記垂直トラックに沿って前記基板グリッパを位置決めする為のアクチュエータと、
を備える、請求項３に記載の基板ハンドラ。
【請求項５】
前記基板グリッパの各々は、前記第１運動軸および第２運動軸に対し直交する軸で基板を把持する、請求項４記載の基板ハンドラ。
【請求項６】
前記第２フランジは、前記基板支持体から上方へと前記第１フランジより遠くまで延び、あるいは前記内面から前記Ｕ字型のブレードのＵ字の前記中央へと前記第１フランジより遠くまで延びる、請求項１記載の基板ハンドラ。
【請求項７】
前記第１エンドエフェクタ及び第２エンドエフェクタのうち少なくとも一つが、更に、基板センサを備える、請求項１記載の基板ハンドラ。
【請求項８】
前記基板センサが、前記エンドエフェクタに結合されたファイバ型光学センサを更に備える、請求項７記載の基板ハンドラ。
【請求項９】
垂直に向けられた基板を洗浄する半導体基板洗浄システムであって、
複数の洗浄モジュールと、
前記複数の洗浄モジュールの上方に配置された垂直に位置決め可能な第１基板グリッパアセンブリと、
前記複数の洗浄モジュールの上方に配置された垂直に位置決め可能な第２基板グリッパアセンブリと、
を備え、
前記第１基板グリッパアセンブリ及び第２基板グリッパアセンブリは、前記複数の洗浄モジュールの各々にわたり、選択的に位置決め可能であり、前記第１基板グリッパアセンブリ及び第２基板グリッパアセンブリは、互いに独立して前記複数の洗浄モジュールの各々を結びつけるように垂直に移動し、
水平方向に位置決め可能なキャリッジアセンブリであって、前記第１基板グリッパアセンブリ及び第２基板グリッパアセンブリが結合された該キャリッジアセンブリを更に備え、
前記キャリッジアセンブリが、
水平トラックと、
前記水平トラックに取り付けられ、前記第１基板グリッパアセンブリ及び第２基板グリッパアセンブリを結合させたキャリッジと、
前記水平トラックに沿って前記キャリッジを位置決めするように適合されたアクチュエータと、
を更に備え、
前記第１基板グリッパアセンブリ及び第２基板グリッパアセンブリが、
前記キャリッジに結合された垂直トラックと、
前記垂直トラックに取り付けられた基板グリッパと、
前記垂直トラックに沿って前記基板グリッパを位置決めする為のアクチュエータと、
第１下端部と、対向する第２下端部とを有するＵ字型のブレードと、
前記ブレードの前記第１下端部に結合された第１エンドエフェクタと、
前記ブレードの前記第２下端部に結合された第２エンドエフェクタと、
を備え
前記第１エンドエフェクタと前記第２エンドエフェクタは、
内面を有する本体と、
前記内面から前記Ｕ字型のブレードのＵ字の中央に向けて内側に延びている第１フランジと、
前記第１フランジに対して平行であり且つ離間されて配置されて前記内面から前記Ｕ字型のブレードのＵ字の中央に向けて内方に延びている第２フランジと、
前記第１フランジ及び第２フランジ間の前記内面から延び、前記第１フランジ及び前記第２フランジに対して垂直であり、前記第１フランジ及び第２フランジと共にＵ字型の基板受容ポケットを画成する基板支持体と、
を有する、
半導体基板洗浄システム。
【請求項１０】
前記第２フランジは、前記第１フランジより前記基板支持体から遠くへ延びており、前記第２フランジは、前記内面から前記第１フランジより遠くへと内方に延びている、請求項９記載の半導体基板洗浄システム。
【請求項１１】
前記第１エンドエフェクタ及び第２エンドエフェクタのうち少なくとも一つは、前記エンドエフェクタに結合され、前記基板受容ポケット内に配置される基板を感知するように適合された、ファイバ型センサを更に備える、請求項９記載の半導体基板洗浄システム。
【請求項１２】
前記第２フランジが、前記Ｕ字型のブレードの前記Ｕ字の前記中央に向けて内側に延びる平坦なショルダーを更に含む、請求項１に記載の基板ハンドラ。
【請求項１３】
前記第２フランジが、前記Ｕ字型のブレードの前記Ｕ字の前記中央に向けて内側に延びる平坦なショルダーを更に含む、請求項９に記載の半導体基板洗浄システム。
【発明の詳細な説明】
【発明の分野】
【０００１】
[0001]本発明の実施形態は、一般的に半導体基板を取り扱う為の方法および装置に関する。
【発明の背景】
【０００２】
[0002]最近の半導体回路の製造処理においては、先に形成された層及び構造体の上方に様々な材料層を堆積することが必要である。しかし、先の形成は、後の材料層の堆積にとって不適切な最上面地形を残すことがある。たとえば、先に形成された層の上方に小さな幾何学的形状を有するフォトリソグラフィパターンを印刷するとき、非常に浅い深さの焦点深度が必要とされる。したがって、平面で平坦な表面を有することが重要になるが、パターンの一部は焦点が合うが他の部分は合わない。さらに、一定の処理ステップの前に平らにされないならば、基板の表面地形は、いっそう不規則になり、更なる処理中に層が積まれるにつれて、更なる問題を引き起こす。関連する地形の型と大きさに依存して、表面の不規則性は、貧弱な歩留まりとデバイス性能に至る可能性がある。従って、ＩＣ製造中の膜の、平坦化または研磨の一部の型を達成することが望ましい。
【０００３】
[0003] 半導体基板平坦化を達成する一つの方法は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）である。
一般に、ＣＭＰは、基板から表面の不規則性を除去する為に研磨材料に対する半導体基板の相対運動に関連する。研摩材料は、研削材または化学製品のうちの少なくとも1つを通常含む研磨流体で濡らされる。
【０００４】
[0004] いったん研磨されると、半導体基板は一連の洗浄モジュールに移され、一連の洗浄モジュールが研削材粒子及び／又は研磨後に基板にくっつく他の汚染物質を除去する。洗浄モジュールは、それが基板上で硬化し欠陥をつくる前に残留研磨材料を除去しなければならない。これらの洗浄モジュールは、例えば、メガソニック洗浄装置、スクラバ、ドライヤーを含んでもよい。垂直配向で基板を支持する洗浄モジュールは、洗浄処理中に粒子除去を増強するのに重力を利用でき、通常、より小型になるので、特に有利である。
【０００５】
[0005]現在のＣＭＰシステムは、丈夫で信頼性が高いことが示されてきたが、システム設備の構成は、基板が撓まず、曲がらない処理シーケンスで洗浄されることを必要とする。具体的には、種々の洗浄モジュール間で半導体基板を移送する一部の基板ハンドラの設計は、洗浄システムが単一処理シーケンスから逸脱することを防止するが、これは、一部のハンドラは撓まずに離間され、調和で制御される複数の移送デバイスを特徴とする。
【０００６】
[0006]そのような基板ハンドラの動作は、洗浄システム１における従来技術の基板ハンドラ３を例示する図１を参照することにより最も良く理解される。ハンドラ３は、ｎ０からｎｉ＋１までの一連の洗浄モジュールの上方に位置決めされている（ｎは、正の整数）。ハンドラ３は、通常、水平トラック４、トラック４の上に取り付けられたスライドキャリッジ２、基板を把持する為の複数の把持デバイス６Ａ−Ｃ（ここでは、集合的に「６」とよぶ）を含む。キャリッジ２上の複数の垂直トラック１０Ａ−１０Ｃは、複数の把持デバイス６に結合され、キャリッジ２に対し垂直に移動可能である水平レール８を支持する。レール８は、洗浄モジュールの方へ垂直に落下するので、複数の把持デバイス６の各々は、それと共に、それぞれの洗浄モジュールの中に落下し、そこで、把持デバイス６はモジュールから基板を取り外す。その後、レール８は、垂直に持ち上げられ、把持デバイス６を持ち上げ、キャリッジ２は、水平に移動し、各把持デバイス６は、次に隣接する洗浄モジュールの上方に位置決めされる。その後、把持デバイス６は、その基板を次の隣接した洗浄モジュール内に配置する。各々の基板が、洗浄シーケンスにおいて各モジュール内で順番に処理されるように、このシーケンスは、幾度も繰り返される。
【０００７】
[0007] 例示されているように、このシーケンスは、各コンポーネントの相対位置の正確な較正を必要とし、各々の洗浄モジュール内部の基板ハンドラと基板支持体が、損傷なく基板を円滑に移送するように構成されていることを確実にする。たとえば、把持デバイス６は、レール８の全長に沿って等間隔で配置されなければならない。距離ｄ１は、更に、洗浄モジュール内部の基板支持体１２Ａ−Ｃ（以下、集合的に１２という。）〜の各セット間の距離ｄ２に等しくなければならない。常に、レール８から垂直に等しい距離ｄ３で、全セットの基板支持体１２も配置されなければならない。そのため、把持デバイス６は、洗浄モジュール内の基板を抜き取るか堆積する為に等しい垂直距離ｄ３を同時に移動し、その後、次の洗浄モジュールまでの等しい水平距離ｄ２を移動するように一般的に較正される。従って、１ロットの基板から次のロットに洗浄処理シーケンスを変更することは、たとえその変更が一つの洗浄モジュールだけに影響を与える場合であっても、当該システムの重要部分の再構成を必要とする。たとえば、望ましくとも洗浄モジュールをスキップすることが難しいのは、全ての基板が次の隣接するモジュールまで順番に移送されなければならないからである。さらに、複数の把持デバイス６の各々が各々の基板支持体１２から一定距離ｄ３にあることから、モジュール間の較正は、洗浄シーケンス中、基板を正確に移送する為には非常に厳しくしなければならない。これは、各々の機械における高精度かつ時間浪費の調整を必要とし、この調整は、把持デバイス又は洗浄モジュールが交換される毎に繰り返されなければならない。
【０００８】
[0008]そのため、様々な処理シーケンス用に簡単に構成可能な自動洗浄システムで使用される汎用的な技術が必要である。
【発明の概要】
【０００９】
[0009]一実施形態において、本発明は、第１運動軸に沿って位置決め可能なキャリッジと、上記キャリッジに結合され、第１運動軸と実質的に直交して向けられた第２運動軸に沿って上記キャリッジに関し位置決め可能な第１基板グリッパと、上記キャリッジに結合され、上記第２運動軸に対し実質的に平行に向けられた第３運動軸に沿って上記キャリッジに関し位置決め可能な第２基板グリッパと、を備える基板ハンドラであって、上記第２グリッパは、第１グリッパに関し独立して移動可能である、上記基板ハンドラを提供する。
【００１０】
[0010]本発明の前述された実施形態が達成され、詳細に理解される方式、前に簡単に要約された本発明の詳細な説明は、添付された図面に例示された実施形態を参照されてもよい。しかし、本発明は他の等価で有効な実施形態を受け入れるので、添付された図面は、本発明の典型的な実施形態を例示するにすぎず、本発明の範囲を限定するものと考慮されないことに留意されたい。
【００１１】
[0021]理解を容易にするため、可能な限り、図に共通な同一要素を指定する為に、同一の参照符号が使用されている。
【詳細な説明】
【００１２】
[0022]図２は、化学的機械研磨（ＣＭＰ）システム１００の平面図を表す。当該システム１００は、ファクトリインターフェース１０２と、研磨装置１１２と、本発明の基板ハンドラ２００を有する洗浄装置１１０と、を含む。
【００１３】
[0023]ファクトリインターフェース１０２は、研磨済み基板と、研磨されることを待つ基板とを保管する。ファクトリインターフェース１０２は、各々が基板保管用カセット１０４Ａ−Ｄ（以下、集合的に「１０４」という。）を受容する複数のベイと、カセット１０４、洗浄装置１１０、研磨装置１１２の列に対し平行なトラック１０８に沿って位置決め可能な少なくとも一つのロボット１０６と、を含む。ロボット１０６は、研磨されるべき基板をカセット１０４から、洗浄装置１１０内に配置された入力モジュール１１６まで移送し、洗浄された基板を洗浄装置１１０からカセット１０４まで戻すように構成されている。本発明から利益を得るように適合可能なファクトリインターフェースの一実施例は、２００２年７月２日に発行された米国特許第６，４１３，３５６号に記載され、その全体が参考の為に本願に組み込まれている。また、適したファクトリインターフェースは、カリフォルニア州サンタクララに所在するアプライドマテリアルズ社から商業的に利用可能である。
【００１４】
[0024]研磨装置１１２は、入力モジュール１１６から研磨装置１１２まで基板キャリア１２２により移送された基板を平坦化する。本発明の導入から利益を得られる研磨装置の一つは、アプライドマテリアルズ社から商業的に利用可能なREFLEXIONという化学的機械研磨システムである。そのような研磨装置は、２００１年６月１２日に発行された米国特許第６，２４４，９３５号に記載されているが、その全てが参考の為に本願に組み込まれている。一実施形態において、研磨装置１１２は、複数の研磨ステーション１１７、移送ステーション１２１、回転可能なカルーゼル１１９を含む。移送ステーション１２１は、基板キャリア１２２から基板を受け入れ、これらの基板を、カルーゼル１１９のアームに結合された複数の研磨ヘッド（図示せず）の一つに移送する。カルーゼル１１９は、研磨ステーション１１７の上方で支持され、処理の為に研磨ステーション１１７間で基板を割り出す。通常、各々の研磨ステーション１１７は、基板が上部で処理される研磨材料を支持する回転可能なプラテン１１３を含む。研摩材料は、従来形式のパッドまたは固定研削材研磨パッドのウェブでもよい。一実施形態において、少なくとも一つの回転可能なプラテン１１３は、形状が長方形であり、固定式研削材研磨材料のウェブを支持する。基板は、プラテン１１３上の研磨パッドに抗して保持され、基板とプラテン１１３間の相対運動が、基板から表面の不規則性を除去するので、基板を更なる処理の為に平坦化する。研磨後、基板は、カルーゼル１１９から移送ステーション１２１まで戻され、そこで、基板は、基板キャリア１２２により洗浄装置１１０まで移動される。
【００１５】
[0025]洗浄装置１１０は、研磨済み基板から、研磨後に残っている研磨の破片及び／又は研磨流体を除去する。本発明から利益を得る為に適用可能な、一つの研磨装置は、２００２年１１月１日に出願された米国特許出願第１０／２８６，４０４に説明されているが、その全ては参考の為に本願に組み込まれている。一実施形態において、洗浄装置１００は、複数の単一基板洗浄モジュール１１４−Ｄ（以下、集合的に「１１４」という。）と、入力モジュール１１６、出力モジュール１１８、複数のモジュール１１４、１１６、１１８の上方に配置された基板ハンドラ２００を含む。入力モジュール１１６は、ファクトリインターフェース１０２、洗浄装置１１０、研磨装置１１２間の移送ステーションとして機能する。出力モジュール１１８は、洗浄装置１１０とファクトリインターフェース１１２との間の基板移送を容易にする。基板は、洗浄中、基板ハンドラ２００により複数のモジュール１１４、１１６、１１８を介して割り出される。
【００１６】
[0026] 図２に表された実施形態において、洗浄装置１１０は、４つの洗浄モジュール１１４を含む。しかし、どんな数のモジュールを組み込む洗浄システムと共に本発明が使用可能であることは理解されよう。モジュール１１４、１１６、１１８の各々は、垂直に向けられた基板を支持するように適合されている。洗浄モジュール１１４は、例えば、メガソニッククリーナー１１４Ａ、第１スクラバ１１４Ｂ、第２スクラバ１１４Ｃ、スピンリンスドライヤー１１４Ｄを備えてもよいが、他の構成も意図されている。
【００１７】
[0027] 動作中、システム１００は、カセット１０４の一つから入力モジュール１１６までロボット１０６により移送される基板で始められる。基板キャリア１２２は、その後、基板を入力モジュール１１６から取り出し、基板を研磨装置１１２まで移送し、そこで、基板は水平配向の間、研磨される。いったん基板が研磨されると、基板キャリア１２２は、研磨装置１２２から基板を抜き取り、基板を垂直配向の入力モジュール１１６内に置く。基板ハンドラ２００は、入力モジュール１１６から基板を把持し、洗浄装置１１０の少なくとも一つのモジュール１１４を介して基板を割り出す。モジュール１１４の各々は、処理を通して、垂直配向で基板を支持するように適合されている。いったん洗浄されると、ハンドラ２００は、基板を出力モジュール１１８に移送し、そこで、基板は裏返されて水平配向になり、ロボット１０６によりカセット１０４の一つまで戻される。
【００１８】
[0028]半導体基板ハンドラ２００は、図３〜図５に例示されている。図３は、本発明の一実施形態による半導体基板ハンドラ２００の斜視図を例示する。基板ハンドラ２００は、水平ビーム又はトラック２０２、キャリッジ２０３（図４に図示）、取付けプレート２０４、少なくとも２つの基板把持アセンブリ２１２Ａ−Ｂ（以下、集合的に「２１２」という。）を含む。キャリッジ２０３（ハンドラ２００の裏側の斜視図を表す図４に図示）は、トラック２０２上に取り付けられ、（図４に表された）アクチュエータ２０７により、トラック２０２により定められる（図３に示された）第１運動軸Ａｉに沿って水平に駆動される。アクチュエータ２０７は、キャリッジ２０３に付けられた駆動ナット（図示せず）を動かす親ネジに結合されたモータ２０５を含む。駆動ナットが、回転する親ネジによって側方に附勢されると、キャリッジ２０３は、トラック２０２に沿って動かされる。あるいは、アクチュエータ２０７は、トラック２０２に沿ってキャリッジ２０３の位置を制御する為に、どのような形式のリニアアクチュエータでもよい。一実施形態において、キャリッジ２０３は、ベルト駆動を持つリニアアクチュエータにより駆動されるが、その一例は、日本の東京に所在するＴＨＫ社から商業的に利用可能なＧＬ１５Ｂリニアアクチュエータである。
【００１９】
[0029]キャリッジ２０３は、取付けプレート２０４に結合される。取付けプレート２０４は、少なくとも２つの平行トラック２０８Ａ−Ｂを含み、これらに沿って、２つの、独立して制御された基板把持アセンブリ２１２Ａ−Ｂが、第１軸Ａ１に対して直交する方向に向けられた第２運動軸Ａ２及び第３運動軸Ａ３に沿って、それぞれ駆動される。
【００２０】
[0030]基板把持アセンブリ２１２Ａの一実施形態は、図５に例示されている。基板把持アセンブリ２１２Ｂは、同様に構成されている。把持アセンブリ２１２Ａは、基板把持デバイス２０６とアクチュエータ２０９を備える。アクチュエータ２０９は、（ラック＆ピニオンのような他の形式のアクチュエータも使用可能であるが）親ネジ又はソレノイドでもよく、第２運動軸Ａ２により定められる方向においてトラック２０８Ａに沿って垂直に把持デバイス２０６を駆動する。一実施形態において、アクチュエータ２０９は、ＴＨＫ社から商業的に利用可能な親ネジスライドアセンブリである。把持デバイス２０６は、図３に示されるように垂直位置に向けられる基板の外側縁部を把持するように構成されている。あるいは、把持デバイス２０６は、静電チャック、真空チャック、エッジクランプを有するロボット式エンドエフェクタ、又は他の基板把持デバイスでもよい。
【００２１】
[0031]図３に戻ると、ハンドラ２００は、洗浄装置１１０に関して少なくとも３軸運動の能力がある：一つの水平（トラック２０２に沿ったｘ軸、第１軸Ａ１参照）と、少なくとも２つの垂直（少なくとも２つの独立制御可能な把持デバイス２０６の為のｙ軸、第２軸Ａ２、第３軸Ａ３を参照）。それに加えて、各々の把持デバイス２０６は、軸Ａ１−Ａ３に対し直交し、基板を把持する平面に沿って追加の運動軸Ａ４、Ａ５（Ｚ軸、例えば、基板の周囲と同一平面）を有する。
【００２２】
[0032]把持デバイス２０６が互いに独立して移動可能であり、洗浄装置内の処理シーケンスが変更可能であることは、本発明の基板ハンドラ２００の利点である。さらに、一つのアーム２０４上の２つの把持デバイス２０６は、他のモジュール内の処理又は動作に影響を与えることなく、洗浄モジュール内で基板交換を実施可能である。
【００２３】
[0033] 本発明と共に使用する為に都合良く適合可能な他の基板把持アセンブリ７００の一実施形態は、図７に例示されている。基板把持アセンブリ７００は、クランプや他のチャックデバイス（真空チャック又は静電チャックなど）を使用することなく、垂直に向けられた基板（点線で図示）を保持するように設計されている。把持アセンブリ７００は、２つのエンドエフェクタ７０４Ａ、７０４Ｂ（以下、集合的に「７０４」という。）を持つほぼＵ字形ブレード７０２を特徴とする。
【００２４】
[0034] エンドエフェクタ７０４Ａの一実施形態は、図８に詳細に示されているが、エンドエフェクタ７０４Ｂは、その鏡像で構成されている。エンドエフェクタ７０４Ａは、ブレード７０２と下端部７１２で収斂するアーム７１０を備える。下端部７１２は、ブレード７０２の「Ｕ」の中央に向かって内方に延びる第１フランジ７０１、その第１フランジ７０１から離間されて実質的に平行な第２フランジを特徴とする。第２フランジ７０３は、第２フランジ７０３から内方に（すなわち、ブレード７０２の「Ｕ字」の中央に向かって）延びるアーム７１０の近傍の実質的に平坦なショルダー７０６を更に備える。第１フランジ７０１及び第２フランジ７０３は、これらのフランジ７０１、７０３に対し実質的に直交する基板支持体７０５により連結されている。フランジ７０１、７０３は、基板支持体７０５と組み合わされて、エンドエフェクタ７０４Ａの下端部７１２において、浅いＵ字形溝または基板受容ポケット７０８を画成する。
【００２５】
[0035] 動作中、ブレード７０２は、基板を取り込むため、以下の２つの軸：基板平面に対し直角（すなわち、ｘ軸）；底部から基板を取り込み持ち上げる為に基板平面に対し垂直に平行（すなわち、ｙ軸）；に沿って移動され、底部から基板を取り込み、持ち上げる。すなわち、ブレード７０２は、基板に向かって垂直に下方に移動し、基板の後方を保ち、それより僅かに下で停止する。
ブレード７０２は、その後、基板の裏がブレード７０２と接触するまで、前方の基板に向かって水平に前進する。最後に、ブレード７０２は、エンドエフェクタ７０４の基板受容ポケット７０８内に基板を取り込むため、垂直に上方に移動する。基板は、フランジ７０１、７０３により各々の側部で支持されると同時に、基板支持体７０５により下から支持される。第２フランジ７０３から延びるショルダー７０６は、取り込まれた基板が（例えば、一の洗浄モジュールから次ぎの洗浄モジュールへと）ｘ方向に移動されるとき、余分の支持手段を提供する。第１フランジ７０１に関し、基板支持体７０５から測定された、第２フランジ７０３の、より長い全長により容易にされる。フランジ７０１、７０３は、基板が前方または後方で傾斜しないことを確実にすることにより、ポケット７０８の内部で基板が保持され続けることを助ける。このように、重力はエンドエフェクタ７０４上でポケット７０８が基板をしっかりと取り込むことを可能にする。そのため、基板は、その位置を獲得する為に、機械的アクチュエータやチャックデバイスより、むしろ、重力を使用して把持される。あるいは、基板把持アセンブリ７００は、個々のステップに対して運動を限定するより、むしろ、ブレード７０２が同時に２軸で移動するように最適化されてもよい。
【００２６】
[0036]図９は、エンドエフェクタ９０４Ａの第２実施形態を例示する。エンドエフェクタ９０４Ａは、アーム９１０を備え、アーム９１０は、ブレード７０２と下端部９１２の「Ｕ字」で収斂する。下端部９１２は、ブレード７０２の「Ｕ字」の中央に向かって内方に延びる第１フランジ９０１、第１フランジ９０１から離間されて実質的に平行な第２フランジ９０３を特徴とする。第２フランジ９０３は、第２フランジ９０３から内方に（すなわち、ブレード７０２の「Ｕ字」の中央に向かって）延びるアーム９１０近傍の実質的に平坦なショルダー９０６を更に備える。第１フランジ９０１、第２フランジ９０３は、基板支持体９０５により連結され、基板支持体９０５は、基板がフランジ９０１、９０３間を通って垂直に通過することを防止する距離までエンドエフェクタ９０４Ａの内壁９１４から内側に延びるバンプまたは突起を備える。フランジ９０１、９０３は、基板支持体９０５と組み合わされて、浅いＵ字形溝または基板受容ポケット９０８をエンドエフェクタ９０４Ａの下端部９１２内で画成する。
【００２７】
[0037]エンドエフェクタ１００４Ａの第３実施形態は、図１０に例示されている。エンドエフェクタ１００４Ａは、アーム１０１０を備え、アーム１０１０は、ブレード７０２と下端部１０１２の「Ｕ字」で収斂する。下端部１０１２は、ブレード７０２の「Ｕ字」の中央に向かって内方に延びる第１フランジ１００１、第１フランジ１００１から離間されて実質的に平行な第２フランジ１００３を特徴とする。第２フランジ１００３は、第２フランジ１００３から内方に（すなわち、ブレード７０２の「Ｕ字」の中央に向かって）延びるアーム１０１０近傍の実質的に平坦なショルダー１００６を更に備える。第１フランジ１００１と第２フランジ１００３は、基板支持体１００５により連結され、基板支持体１００５は、エンドエフェクタ１００４Ａの内壁１０１４に対し一定角度で曲げられた実質的に平坦は表面を備える。フランジ１００１、１００３は、基板支持体１００５と組み合わされて、浅いＵ字形溝、または、基板受容ポケット１００８をエンドエフェクタ１００４Ａの下端部１０１２内で画成する。ポケット１００８は、深く徐々にテーパが付けられているので、エンドエフェクタ１００４Ａ上の基板支持体１００５から、鏡像のエンドエフェクタ上の同一基板支持体を横切る距離（すなわち、基板支持体から基板支持体までブレード７０２を横切る距離）は、エンドエフェクタ１００４により支持されるべき基板の直径より小さくなる。したがって、角度が付けられた基板支持体１００５間の短い距離は、基板がフランジ１００１、１００３を垂直に通過することを防止する。
【００２８】
[0038]図８を参照すると、センサ７１５は、エンドエフェクタ７０４上で基板の存在を検出する為にオプションとして含められてもよい。一実施形態において、センサは、ファイバ型光センサであり、センサ７１５と受信装置は、互いにずらして、エンドエフェクタ７０４の対向面に位置決めされている。たとえば、センサ７１５は、第１フランジ７０３の（すなわち、ポケット７０８の方に面する）第１面７１４に位置決めされる。たとえば、受信装置（図示せず）は、第１フランジ７０１の対向面７１７のポケット７０８を横切って位置決めされる。光ビームは、センサ７１５から受信装置までポケット７０８を横切って通過する。そのため、もし光が受信装置まで送信されると、センサ７１５を遮断する為にエンドエフェクタ７０４上に基板が存在していないことを意味する。また、基板がエンドエフェクタ７０４上に存在する場合、基板はセンサ７１５から受信装置までの光を遮断するので、基板の存在を証明する。他の形式のセンサ（例えば、近接センサまたはリミットスイッチ））は、本発明の実施形態と共に使用可能である。しかし、装置への統合の費用と複雑さは、どんな種類のセンサが最も有利に使用されるかを決める要素である。
【００２９】
[0039]洗浄装置に関し、本発明に従う基板ハンドラの動作は、図６Ａ−図６Ｆを参照して最も良く理解されるが、これらは、洗浄装置１１０を介して基板移送処理における様々な段階の簡略化された図表の代表を表す。洗浄装置１１０は、いかなる数の単一基板洗浄モジュールを共に構成可能であり、単純にするため、図６Ａ−図６Ｆには３つの接合されたモジュールで示されている。図６Ａは、３つの単一基板洗浄モジュール（ｎ、隣接したモジュールｎ＋１、ｎ＋２）を表す。洗浄シーケンスにおける第１段階で、モジュールｎは、基板ｗ１、モジュールｎ＋１は、基板ｗ０を含む。モジュールｎの上方に位置決めされた基板ハンドラＳは、２つの、独立して移動可能な把持デバイスＧ１、Ｇ２を特徴とする。把持デバイスＧ１は、基板ｗ２を保持する。１つの典型的な動作モードの目標は、基板ハンドラＳの把持デバイスＧ１により保持された基板ｗ２を、モジュールｎの基板ｗ１と交換することである。
【００３０】
[0040]図６Ｂに続くと、基板ハンドラＳは、第１運動軸に沿って水平に移動し、それ自身をモジュールｎの上方に位置決めするので、把持デバイスＧ２は、モジュールｎ内へと第２運動軸に沿って垂直に移動可能であり、基板ｗ１を取り外す為に把持する。その後、図６Ｃにより例示されるように、モジュールｎから基板ｗ１が取り外される。その後、基板ハンドラＳは、第１運動軸に沿って、再び、水平に移動するので、把持デバイスＧ１は、第３運動軸に沿って、垂直にモジュールｎ（図６Ｄ）内へと移動し、未処理基板ｗ２（図６Ｅ）を内部に配置する。このように、基板ハンドラＳは、洗浄装置の他のモジュール内の処理に影響を与えることなく、モジュールｎ内で基板ｗ１と基板ｗ２の交換を実現する。その後、基板ハンドラＳは、次のモジュールｎ＋１（図６Ｆ）に移動し、先のモジュールｎからの基板ｗ１を基板ｗ０と交換する等の処理を繰り返す。あるいは、基板ハンドラＳは、モジュールｎ内部で基板ｗ１とｗ２を交換し、モジュールｎ＋２までモジュールｎ＋１をスキップし、モジュールｎ＋２内の基板ｗ１を堆積し、基板ｗ０をモジュールｎ＋１内に残してもよい。
【００３１】
[0041]図６Ａに戻って参照すると、本発明の更なる利益は、個々に構成された洗浄モジュールへの適応性であることが理解される。すなわち、洗浄装置内の様々な洗浄モジュールは、必ずしも同一配向または位置で基板を支持するように構成される必要がない。たとえば、図６Ａにおいて、洗浄モジュールｎ＋１とｎ＋２は、それぞれの洗浄モジュールｎ＋１、ｎ＋２の内部で、偏差ｄにより分離された、異なる高さに配置されている基板支持体を特徴とする。このように、（基板の厚みと幅／直径の中心点の交差がモジュール内にある）基板基準点Ｒ１、Ｒ２は、これらの洗浄モジュールｎ＋１とｎ＋２の内部で異なる場所にある。本願で説明されたような従来技術の基板ハンドラは、著しい時間を費やすハンドラ及び／又は把持デバイスの再較正を有することなく、基板をｎ＋１からｎ＋２まで移送する能力がない。しかし、本発明の基板ハンドラは、再較正を有することなく、基板をｎ＋１からｎ＋２まで簡単に移送することができるが、これは、各把持アセンブリが、それぞれのトラックに沿った距離の一定範囲内で独立して移動可能であるからである。したがって、各把持アセンブリは、所定の基板支持体に達するように異なる垂直距離を移動する為の物理的調整によるより、むしろ、ソフトウエアによりプログラムされてもよい。
【００３２】
[ 0042 ] 基板把持アセンブリの独立性は、また、洗浄モジュールを、いっそう効率よく離間させることが可能である。たとえば、大まかにサイズが同一である、モジュールｎ＋１とｎ＋２より、洗浄モジュールｎが薄くて小さいと仮定する。先の基板ハンドラ設計は、同時に、離間された等間隔の把持アセンブリを特徴とし、これらのハンドラと共に使用される洗浄モジュールは、離間される必要があるので、基板基準点（すなわち、Ｒ１、Ｒ１）は、同一の水平距離（すなわち、Ｄ１、Ｄ２）により分離される。このように、薄いモジュールｎは、小さなサイズのモジュールｎを補う為に、モジュールｎ＋１とｎ＋２を分離する距離ｘ２より大きい距離ｘ１によりモジュールｎ＋１から分離される必要がある。これは、洗浄装置の全体的な足跡を増やす。しかし、本発明の基板ハンドラは、独立して制御可能な把持アセンブリを特徴とし、一度に一つの把持デバイスが洗浄モジュール内に入り、基板を取り出すか交換する為に起動可能であるが、他の把持デバイスは起動されないままであり、他の洗浄モジュールが影響を受けない。このように、基板基準点は、必ずしも、等間隔で分離される必要がなく、個々の洗浄モジュールは、共に密接に移動され、洗浄装置の足跡を小さくすることが可能である。
【００３３】
[0043]そのため、本発明は、半導体基板洗浄及び研磨の分野で著しい進歩を示す。基板ハンドラは、垂直に向けられた基板を支持し移送するように適合され、それを最小限の空間を使用する洗浄システムと組み合わせて使用されることを許容する。さらに、ハンドラは、垂直運動の複数軸の性能があるので、より汎用的であり、様々な基板処理シーケンスに容易に適用可能である。
【００３４】
[0044] 前述したことは、本発明の実施形態に向けられているが、本発明の、他の、更なる実施形態は、本発明の基本的範囲から逸脱することなく案出可能であり、本発明の範囲は添付された請求項の範囲により規定される。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】[0011]図１は、従来技術の基盤ハンドラを例示する。
【図２】[0012]図２は、本発明の実施形態と共に使用される半導体基板研磨および洗浄システムの平面図を表す。
【図３】[0013]図３は、本発明の一実施形態に従う半導体基板ハンドラの斜視図を例示する。
【図４】[0014]図４は、図３で記述された実施形態に従う基板ハンドラの裏側の斜視図を例示する。
【図５】[0015]図５は、本発明の実施形態と共に使用される基板把持アセンブリの斜視図を例示する。
【図６Ａ】[0016]図６Ａは、本発明の一実施形態に従う半導体基板ハンドラの動作を表す簡略化された図表を表す。
【図６Ｂ】図６Ｂは、本発明の一実施形態に従う半導体基板ハンドラの動作を表す簡略化された図表を表す。
【図６Ｃ】図６Ｃは、本発明の一実施形態に従う半導体基板ハンドラの動作を表す簡略化された図表を表す。
【図６Ｄ】図６Ｄは、本発明の一実施形態に従う半導体基板ハンドラの動作を表す簡略化された図表を表す。
【図６Ｅ】図６Ｅは、本発明の一実施形態に従う半導体基板ハンドラの動作を表す簡略化された図表を表す。
【図６Ｆ】図６Ｆは、本発明の一実施形態に従う半導体基板ハンドラの動作を表す簡略化された図表を表す。
【図７】[0017]図７は、基板把持アセンブリの斜視図である。
【図８】[0018]図８は、図７の基板把持アセンブリの代替えのエンドエフェクタの一実施形態の斜視図である。
【図９】[0019]図９は、図７の基板把持アセンブリの代替えのエンドエフェクタの第２実施形態の斜視図である。
【図１０】[0020]図１０は、図７の基板把持アセンブリの代替えのエンドエフェクタの第３実施形態の斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１…洗浄システム、２…キャリッジ、３…基板ハンドラ、４…トラック、６…把持デバイス、８…水平レール、１２…基板支持体、１００…化学的機械研磨（ＣＭＰ）システム、１０２…ファクトリインターフェース、１０４…カセット、１０６…ロボット、１０８…トラック、１１０…洗浄装置、１１２…研磨装置、１１３…プラテン、１１４…洗浄モジュール、１１６…入力モジュール、１１７…研磨ステーション、１１８…出力モジュール、１１９…カルーゼル、１２１…移送ステーション、１２２…基板キャリア、１２２…基板キャリア、２００…ハンドラ、２０２…水平ビーム又はトラック、２０３…キャリッジ、２０４…取付けプレート、２０５…、２０６…基板把持デバイス、２０７…アクチュエータ、２０８…平行トラック、２０９…アクチュエータ、２１０…、２１２…基板把持アセンブリ、７００…基板把持アセンブリ、７０１…第１フランジ、７０２…Ｕ字形ブレード、７０３…第２フランジ、７０４…エンドエフェクタ、７０５…基板支持体、７０６…ショルダー、７０８…浅いＵ字形溝または基板受容ポケット、７１０…アーム、７１２…下端部、７１４…第１面、７１５…センサ、７１７…第１フランジ７０１の対向面、９０１…第１フランジ、９０３…第２フランジ、９０４…エンドエフェクタ、９０５…基板支持体、９０６…ショルダー、９０８…基板受容ポケット、９１０…アーム、９１２…下端部、９１４…内壁、１００１…第１フランジ、１００３…第２フランジ、１００４…エンドエフェクタ、１００５…基板支持体、１００６…ショルダー、１００８…基板受容ポケット、１０１０…アーム、１０１２…下端部、１０１４…内壁
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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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６Ｅ】
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【図６Ｆ】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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