(57)【要約】ウェーハの周縁に隣接した２ｍｍを超えない幅の狭い面積部分（２０２）だけに接触するウェーハ（３５）のハンドリング方法を可能にし、デバイス面での接触がウェーハを使用できなくする除外面積部分（２０２）を定める裏面処理に特に有用なウェーハ・ハンドリング・システム（２００）、および既存のウェーハ・ハンドリング装置（１００）に対するシステムの改装方法が提供される。このシステム（２００）は、セグメントに分割されて上に向けられた環状面（２０７，２０８）の上に重力でウェーハを保持するウェーハ移送アーム（２１２）上にチャック（２０１）を備える。共用できる環状面（２２３）が整合ステーション・チャック（２１６）上に備えられ、これによりウェーハはその表面の除外面積部分（２０２）だけに接触されて移送されることができる。装填アーム（２６０）は２つの同様な共用できるチャック（２５９）を有し、それらのチャックは装填すべきウェーハを垂直な処理装置（１０）内に装填できるようにするために空気で作動されるグリップ装置２７０をさらに備える。ウェーハ・チャック（２０１，２１６，２５９）は真空チャックの代わりに処理装置（１００）に改装され、またそれらのチャックを作動させるために備えられている真空ラインはウェーハの検出に使用される。真空チャックの指令として与えられる電気信号は装填アーム（２６０）のグリップ装置（２７０）を作動させるために使用され、従ってこの改造では制御ソフトウェアの変更は全く行われず、僅かなハードウェアの変更しか必要とされない。
2004515073.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面のデバイス面と、或る直径と、一般に円形の周縁と、周縁に隣接する約２ｍｍを超えない幅のデバイス面上の除外面積部分とを有する半導体ウェーハを、前記除外面積部分のみでウェーハのデバイス面に面接触して処理のためにウェーハ処理機械内を移送することが特に可能な半導体ウェーハ・ハンドリング・システムであって、
移送アーム・チャックと、
整合ステーション・チャックと、
装填アーム・チャックとを含み、
移送アーム、整合ステーションおよび装填アームのチャックの各々が、
一平面内に配置されてウェーハの直径と少なくとも同じ大きさの外径およ
びウェーハの直径よりも少なくとも２ｍｍ小さい内径を有する環状リングの
セグメントで形成されたウェーハ支持面を有しており、また、
移送アームおよび装填アームのチャックの各々が、
少なくとも複数の角度を隔てたセクションにて支持面の外径位置から延在
してウェーハ周縁を支持面上へガイドするために、またチャックの支持面と
除外面積部分以外のウェーハとの接触を防止するために位置決めされた斜面
を有している半導体ウェーハ・ハンドリング・システム。
【請求項２】
移送アーム・チャックのウェーハ支持面が水平面内に位置されて上へ向けられており、
移送アーム・チャックは、
機械のロボット式ウェーハ移送アームの端部に取付けられるように形成さ
れ、環状リングの少なくとも１つのセグメントを有している本体、および
移送アーム・チャックから延在し、環状リングの少なくとも１つのセグメ
ントを有する遠隔端部を各々有している少なくとも２つのアームを含み、
移送アーム・チャックの斜面は本体およびアーム端部の各々の少なくとも
１つのセクションにおける支持面の外径位置から上方へ延在しており、
これにより、本体およびアーム端部の支持面におけるセクションと、支持面の各々のセクションに隣接したウェーハ直径よりも外側の斜面とに除外面積部分を面接触させて、デバイス面を下に向けた半導体ウェーハを重力により移送アーム端部の移送アーム・チャックでピックアップして支持するように半導体ウェーハ・ハンドリング・システムが作動可能である請求項１に記載されたシステム。
【請求項３】
移送アーム・チャックのウェーハ支持面は水平面に配置されて上へ向けられており、
斜面は支持面の外径位置から上方且つ外方へ延在しており、
ウェーハの除外面積部分に対する支持面がウェーハのデバイス面に接触することを制限するように、支持面のセクションと、支持面の各セクションに隣接したウェーハの直径よりも外側の斜面とに除外面積部分を面接触させて、デバイス面を下に向けた半導体ウェーハを重力によりピックアップして支持するように移送アーム・チャックが形成されている請求項１に記載されたシステム。
【請求項４】
移送アーム・チャックが、
ウェーハ存在検出器に連結されたときにウェーハ表面の除外区画によって遮断されてそのウェーハ存在検出器を活動状態にするように支持面上に配置されている真空ポートを含む請求項３に記載されたシステム。
【請求項５】
一平面内に配置されてウェーハの直径と少なくとも同じ大きさの外径と、ウェーハの直径よりも少なくとも２ｍｍ小さい内径とを有する環状リングのセグメントで形成されているウェーハ支持面を有する整合ステーション・チャックをさらに含む請求項１に記載されたシステム。
【請求項６】
少なくとも複数の角度を隔てたセクションにて支持面の外径位置から延在してウェーハ周縁を支持面へガイドするために、またチャックの支持面と除外面積部分以外のウェーハとの接触を防止するために位置決めされた斜面を整合ステーション・チャックが有している請求項５に記載されたシステム。
【請求項７】
整合ステーション・チャックのウェーハ支持面が水平面内に配置されて上に向けられており、
整合ステーション・チャックは機械のウェーハ整合装置に取付けられるように形成されており、移送アーム・チャックがウェーハと整合ステーション・チャックとの間を延在してウェーハを整合ステーション・チャック上に載置するかウェーハを整合ステーション・チャックからピックアップできるようにするために、支持面の２つのセクションの間に配置された少なくとも１つの凹部を整合ステーション・チャックが有しており、
これにより、デバイス面を下に向けた半導体ウェーハを整合し、ピックアップするために、除外面積部分をウェーハ整合チャックの部分に面接触させて移送アーム・チャックにより重力で支持するようにウェーハ整合チャックが作動可能である請求項５に記載されたシステム。
【請求項８】
少なくとも複数の角度を隔てたセクションにて支持面の外径位置から延在してウェーハ周縁を支持面へガイドするために、またチャックの支持面と除外面積部分以外のウェーハとの接触を防止するために位置決めされた斜面を整合ステーション・チャックが有しており、
整合ステーション・チャックの斜面はその支持面のセクションにおいて整合ステーション・チャックの支持面の外径位置から上方へ延在しており、
これにより支持面の各セクションに隣接したウェーハ直径よりも外側の整合ステーション・チャックの斜面によって半導体ウェーハを支持するようにウェーハ整合チャックが作動可能である請求項７に記載されたシステム。
【請求項９】
装填アーム・チャックは機械のウェーハ移送アームに取付けられるように形成され、また支持面の２つのセクションの間に配置された少なくとも１つの凹部を有しており、
この凹部は、装填アーム・チャックのウェーハ支持面が水平面内に配置されて上を向いているときに、ウェーハを装填アーム・チャック上に載置するかウェーハを装填アーム・チャックからピックアップするために、装填アーム・チャックの上に向いた支持面上に支持されているウェーハと装填アーム・チャックとの間を移送アーム・チャックが延在できるようにするために形成されており、
装填アーム・チャックの斜面はその支持面の外径位置から上方へ延在しており、
係合されたときに装填アーム・チャックの支持面にウェーハをクランプし、係合解除されたときにウェーハを解放するように、一対の可動ロッキング部材が除外面積部分と反対側のウェーハ裏面に対して移動するように作動可能であり、
これによりロッキング部材は、係合解除されたときに、装填アーム・チャックにおける支持面のセクションと、支持面の各セクションに隣接したウェーハの直径よりも外側の斜面とに除外面積部分を接触させて、デバイス面を下に向けた半導体ウェーハを移送アーム・チャックでピックアップするように重力で支持するために装填アーム・チャックが作動可能である請求項１に記載されたシステム。
【請求項１０】
片面のデバイス面と、裏面と、或る直径と、一般に円形の周縁とを有する半導体ウェーハを、周縁に隣接する約２ｍｍを超えない幅のデバイス面上の除外面積部分のみにおいて半導体ウェーハに接触して移送することができ、
水平に配置されたウェーハの垂直スタックを保持する少なくとも１つのウェーハ・カセット・ステーションと、
ウェーハ・ホルダーを備えた装填ステーションを有するウェーハ処理機械と、
装填ステーションのウェーハ・ホルダーと移送位置での水平配向状態との間でウェーハを移動させる装填アームと、
水平に配向されたウェーハを個々にウェーハ・カセット・ステーションおよびセンタリング・ステーションおよび装填アームの移送位置にあるウェーハ・カセットの間で移動させるロボット式移送アームとを有するウェーハ・ハンドリング装置を製造する方法であって、
少なくとも２つのウェーハ・チャックを、ロボット式移送アームおよび装填アームのそれぞれに少なくとも１つ取付けることを含み、各チャックが、
一平面内に配置されてウェーハの直径と少なくとも同じ大きさの外径およ
びウェーハの直径よりも少なくとも２ｍｍ小さい内径を有する環状リングの
セグメントで形成されたウェーハ支持面と、
少なくとも複数の角度を隔てたセクションにて支持面の外径位置から延在
してウェーハ周縁を支持面上へガイドするために、またチャックの支持面と
除外面積部分以外のウェーハとの接触を防止するために位置決めされた斜面
とを有しているウェーハ・ハンドリング装置の製造方法。
【請求項１１】
ロボット式移送アームおよび装填アームの少なくとも１つが真空チャックを有しており、
取付けられた少なくとも１つのウェーハ・チャックが環状リングのセグメントに真空ポートを有しており、
ウェーハ・チャックの取付けが、１つの真空チャックからの真空制御ラインの接続解除と、前記ウェーハ・チャックの前記ポートに対する真空制御ラインの再接続とによって少なくとも１つのチャックを取付けることを含む請求項１０に記載された方法。
【請求項１２】
ウェーハ存在検出器を作動させるために装置の接続解除された真空制御ラインを使用することをさらに含む請求項１１に記載された方法。
【請求項１３】
ロボット式移送アームおよび装填アームの少なくとも１つが真空チャックを有し、
少なくとも１つのウェーハ・チャックは環状リングのセグメントに対してウェーハを保持するためのラッチング部材を有し、
少なくとも１つのウェーハ・チャックの取付けは、１つの真空チャックからの制御ラインの接続解除、および前記ラッチング部材に対する真空制御ラインの再接続を含む請求項１０に記載された方法。
【請求項１４】
装填アームが真空チャックを有しており、また、
少なくとも１つのウェーハ・チャックは環状リングのセグメントに対してウェーハを保持するためのラッチング部材を有し、
少なくとも１つのウェーハ・チャックの取付けは、装填アームの真空チャックからの制御ラインの接続解除、および前記ラッチング部材に対する真空制御ラインの再接続を含む請求項１０に記載された方法。
【請求項１５】
装填アームが真空チャックを有しており、また
少なくとも２つのウェーハ・チャックは環状リングのセグメントに対してウェーハを保持するためのラッチング部材を有し、
装填アームに対するウェーハ・チャックの取付けは、装填アームの各々の真空チャックを少なくとも２つのウェーハ・チャックと交換し、装填アームの各々の真空チャックから制御ラインを接続解除し、少なくとも２つのウェーハ・チャックのそれぞれ１つのラッチング部材に対してそれぞれの真空制御ラインを再接続することを含む請求項１０に記載された方法。
【請求項１６】
載置されたウェーハを水平面内に再配向する整合およびセンタリング・ステーションを外側含んでおり、
一平面内に配置されてウェーハの直径と少なくとも同じ大きさの外径およびウェーハの直径よりも少なくとも２ｍｍ小さい内径を有する環状リングのセグメントで形成されたウェーハ支持面を有するウェーハ・チャックを整合ステーションに取付けることをさらに含む請求項１０に記載された方法。
【請求項１７】
少なくとも複数の角度を隔てたセクションにて支持面の外径位置から延在してウェーハ周縁を支持面上へガイドするために、またチャックの支持面と除外面積部分以外のウェーハとの接触を防止するために位置決めされた斜面を整合ステーションに取付けられたウェーハ・チャックが有する請求項１６に記載された方法。
【請求項１８】
移送位置での水平な配向と、装填ステーションでのウェーハ・ホルダーの異なる配向との間でウェーハを移動させるために装置の装填アームが作動可能である請求項１０に記載された方法。
【請求項１９】
装置の装填ステーションが垂直に配置されたウェーハ・ホルダーを有しており、装填ステーションでのウェーハ・ホルダーの垂直な配向と、移送位置での水平な配向との間でウェーハを移動させるように装填アームが作動可能な請求項１８に記載された方法。
【請求項２０】
ウェーハの下に向いた面の周縁から約２ｍｍ以内の部分をロボット式移送アームのウェーハ・チャックの上に向いたウェーハ支持面に係合させて前記面上でウェーハを支持させることにより、水平に配置されたウェーハをカセットから取出すこと、
取出したウェーハをウェーハ移送アームによって装填アームのウェーハ・チャックの上に向いたウェーハ支持面へ移動し、ウェーハの下に向いた面の周縁から約２ｍｍ以内の部分をウェーハ装填アームのウェーハ・チャックの上に向いたウェーハ支持面に係合させることでその上に載置すること、および、
装填アームのウェーハ・チャックのウェーハ支持面に対してウェーハをラッチ固定し、そのラッチ固定したウェーハを処理機械の装填ステーションにおけるウェーハ・ホルダーへ移送することを含むウェーハ移送方法。
【請求項２１】
少なくとも１つのウェーハ・チャックのウェーハ支持面と、前記支持面のまわりから延在し、ウェーハ周縁を前記支持面上へ下方にガイドすると共に前記チャックの前記支持面とウェーハ周縁より約２ｍｍ以内の範囲を除くウェーハとの接触を防止するための斜面との接触を制限することを含む請求項２０に記載された方法。
【請求項２２】
最初に、取出されたウェーハをウェーハ移送アームによりウェーハ整合装置のウェーハ・チャックへ移動し、周縁より２ｍｍ以内の範囲内のウェーハの下に向いた面をウェーハ整合装置の上に向いたウェーハ支持面に係合させてウェーハをウェーハ・チャック上に載置し、ウェーハ整合装置でウェーハを再整合し、そしてウェーハをロボット式移送アームのウェーハ・チャックのウェーハ支持面へ戻し、その後、
再整合したウェーハをウェーハ移送アームのウェーハ・チャックにより装填アームのウェーハ・チャックの上に向いたウェーハ支持面へ移動してその上に載置することを含む請求項２０に記載された方法。
【請求項２３】
ラッチ固定したウェーハの移送が、装填アームにより垂直配向状態とする回転、および処理機械の装填ステーションにおいて垂直に配置されているウェーハ・ホルダーへのウェーハの移送を含む請求項２０に記載された方法。
【請求項２４】
片面のデバイス面と、或る直径と、一般に円形の周縁と、周縁に隣接する約２ｍｍを超えない幅のデバイス面上の除外面積部分とを有する半導体ウェーハを、前記除外面積部分のみでウェーハのデバイス面に接触して処理のためにウェーハ処理機械内を移送することが特に可能な半導体ウェーハ・ハンドリング・システムであって、
移送アーム・チャックと、
整合ステーション・チャックと、
装填アーム・チャックとを含み、
移送アーム、整合ステーションおよび装填アームのチャックの各々が、
ウェーハの周面から２ｍｍを超えない範囲内の少なくとも３点でウェーハ
を支持する手段を有しており、
移送アーム・チャックが、
少なくとも複数の角度を隔てたセクションにて支持面の外径位置から延在
してウェーハ周縁を支持面上へガイドするために、またチャックの支持面と
除外面積部分以外のウェーハとの接触を防止するために位置決めされた斜面
を有しており、また、
装填アーム・チャックまたは整合ステーション・チャックが前記少なくとも３点でウェーハ周縁に隣接する１つの傾斜した面を有している半導体ウェーハ・ハンドリング・システム。
【請求項２５】
ウェーハ周縁から２ｍｍ以内の範囲でウェーハのデバイス面に係合する移送アーム・チャックの上に向いた面により、デバイス面を下に向けたウェーハをウェーハ・カセットから持上げること、
デバイス面を下に向けたウェーハを、ウェーハ周縁から２ｍｍ以内の範囲内でウェーハに係合する面を有する装填アーム・チャックの上に載置すること、
装填アーム・チャックに対してウェーハをグリップすること、
ウェーハのデバイス面が下以外の方向へ向く配向において、またはその配向となるように、またはその配向を経て、ウェーハを移送することを含む半導体ウェーハのハンドリング方法。
【請求項２６】
少なくとも複数の角度を隔てたセクションにて支持面の外径位置から延在してウェーハ周縁を支持面上へガイドするために、またチャックの支持面とウェーハ周縁から２ｍｍ以内である除外面積部分以外のウェーハとの接触を防止するために位置決めされた斜面を移送アームが有している請求項２５に記載された方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明はウェーハ・ハンドリング、特に半導体の製造時における半導体ウェーハの移送および保持、さらに、２００ミリメートル（ｍｍ）以上の直径のウェーハに関する。
【０００２】
（発明の背景）
半導体産業において、多数の会社がデバイス製造のために半導体ウェーハ、特にシリコン・ウェーハを処理するための設備を製造している。半導体ウェーハ処理設備は、その設備を通してウェーハを移動し、処理の間にウェーハを保持するために自動化されたロボット式のウェーハ・ハンドリング装置を使用している。工業的なウェーハ・ハンドリング装置は真空チャックを典型的に使用しており、真空チャックはウェーハの裏面に接触する真空式スパチュラ（へら）または端部操作具をロボット・アームに備えている。一層多機能なハンドリング装置によれば、ウェーハとの接触は真空チャックによりウェーハの中央の円形面積部分にて行われる。１つのそのようなハンドリング装置は本明細書にその記載内容全体を援用する米国特許第５８２０３２９号に記載されている。そのウェーハのハンドリングは、ウェーハ・デバイス面を処理するための多くのウェーハ処理機械において典型とされている。
【０００３】
半導体の製造では、ウェーハのデバイス面の処理が完了すると、裏面に金属層がしばしば付与される。幾つかのデバイスでは、この金属層はしばしば金とされる。金による裏面の金属処理およびそのような処理のためのウェーハ・ホルダーは、共通して譲渡された１９９９年１月８日付け出願の米国特許出願第０９／２２７９１１号に記載されており、本明細書にその記載内容全体を援用する。裏面の金属処理のために、ウェーハのデバイス面を処理するために使用された設備と同様な処理設備が使用されるが、ウェーハの配向は逆とされる。部分処理されたウェーハの配向の反転は、ウェーハ中央のデバイスをウェーハ移送アームの真空チャックが接触するように露出させることになる。デバイスは通常は、損傷の影響を受けずにそのような接触を行われることはできない。
【０００４】
この理由により、ウェーハの周縁の内側の６ｍｍ幅のリングに沿ってウェーハをグリップするために真空チャックが開発された。この結果、ウェーハ周縁の６ｍｍ幅のリングがデバイス製造に使用できないウェーハの除外領域として取残された。６ｍｍ幅の除外リングは、ハンドリング装置で要求される垂直、水平および逆配向にて真空チャックがウェーハを確実に保持できるようにするのに十分な表面積を与えるために必要である。典型的に、直径が２００ｍｍのウェーハでは、ウェーハ周縁に沿ってウェーハ・ハンドリング装置の部材が係合するウェーハ上の６ｍｍ幅の接触面積部分は、３６平方センチメートル、すなわちウェーハの面積の１２％を超える面積となる。産業界では、ウェーハとウェーハ・ハンドリング装置との接触面積を減少させる、好ましくは２００ｍｍまたは３００ｍｍ径のウェーハ周縁のまわりに２ｍｍを超えないように減少させることが必要であると言われてきた。２ｍｍ幅の除外領域は２００ｍｍ径のウェーハで１２平方センチメートル、３００ｍｍ径のウェーハで１８平方センチメートル程の面積しか含まない。この要求は従来技術で満たされなかった。
【０００５】
ウェーハ・ハンドリング装置は、それが一部を構成するか相互に作用する機械の作動および制御に関連して作動し、制御される。ウェーハ・ハンドリング装置の特性および作動における基本的な変化は、それが生じるならば、半導体処理機械の作動および制御と相容れることができず、不利に作用する。ウェーハ・ハンドリング装置の変化が機械の交換または再設計によって行われないならば、作動ソフトウェアおよびシステム作動に影響を与える。
【０００６】
これらの接触面積は、デバイス製造に関して制御された面積部分によって境界されたウェーハ部分の使用を典型的に防止し、ウェーハ１枚当たりのデバイス量を制限する。パターンの幾何形状が小さくなり、ウェーハ１枚当たりのデバイス量の増大の要求が大きくなるにつれて、ウェーハの有効面積を増大する必要性が大きくなる。
【０００７】
従って、ウェーハとの接触が許される小さな接触面積または除外領域を与えるウェーハ・ハンドリング装置およびウェーハ・ハンドリング技術が要求される。また、そのような改良されたハンドリング装置またはハンドリング技術を使用する機械の作動ソフトウェアおよびシステム作動に影響を与えないそのような改良されたウェーハ・ハンドリングも要求される。
【０００８】
（発明の概要）
本発明の第１の目的は、ウェーハのデバイス面との接触を最小限に抑えて裏面処理のための半導体ウェーハとの係合および移送を行うことである。本発明の特定の目的は、ウェーハ周縁に隣接した除外領域、特に２ｍｍ幅を超えない除外領域にてウェーハに接触して半導体ウェーハとの係合および移送を行うことである。
【０００９】
本発明の他の目的は、異なる寸法のウェーハ、特にさまざまな寸法の中で可能な２００ｍｍおよび３００ｍｍ径のウェーハを保持して移送できるウェーハの保持および移送方法および装置を提供することである。
【００１０】
本発明の他の目的は、ウェーハの裏面支持のためにデバイス面接触を小さくした、上述した能力のない従来技術の処理機械と共用でき、それらの処理機械を改造することのできるウェーハ保持および移送システムを提供することである。本発明のさらに特別な目的は、処理機械のハードウェアに対する影響が最小限で、処理機械の作動ソフトウェアにほとんどまたは全く影響を与えることなく、既存の処理機械に対する上述システムの改造を提供することである。
【００１１】
本発明の基本によれば、ウェーハ表面の小さな面積部分にて接触してウェーハを保持できると共に、各チャック、ウェーハ・カセットおよび処理機械のウェーハ・ホルダーの間でウェーハを交換することのできるウェーハ移送アーム・チャック、センタリング・ステーション・チャックおよび装填アーム・チャックを有し、また裏面処理時にウェーハのデバイス面におけるウェーハ周縁に隣接した約２ｍｍ幅を超えないことが好ましい除外領域のみに接触することのできるウェーハ・ハンドリング・システムが提供される。
【００１２】
或る実施例で、移送アームおよび装填アームのウェーハ・チャックはウェーハの直径よりも大きい直径の、斜面のある周縁リング、または周縁リング・セグメントを有する。斜面のある周縁リングは、ウェーハ周縁の狭い幅の除外領域のみがウェーハを支持するチャック上の面と接触されることを保証する。幾つかの応用例では、センタリング・ステーション・チャックもそのような斜面のある周縁リングを備えることができる。
【００１３】
或る実施例で、端部操作具は移送アーム上に備えられる。端部操作具は、より高い平坦度を得るためにマルチ・ピース構造とされ、ウェーハの存在を決定するために内部の真空チャンネルを使用し、また例えば２００ｍｍおよび３００ｍｍ径の異なる直径のウェーハを受入れるために調整可能なセラミックス製の張出し部分、すなわちアウトリガーを有する。
【００１４】
センタリング・ステーション・チャックはウェーハの平坦さ、ウェーハの結晶軸方向およびウェーハ中心位置を正しくする。チャックはマルチ・ピース構造であることが好ましく、ウェーハの存在を検出するために真空チャンネルを使用し、チャックがウェーハを回転するときにウェーハの平坦な配向を検出するために光学式センサーを使用している。整合ステーション・チャックの表面は、端部操作具のアウトリガーがウェーハを、ホーム位置に対するチャック配向を受入れる窓内に問題無く載置または移動できるようにする空隙溝のような凹部を有する。
【００１５】
装填アーム・チャックは幾つかの点で整合ステーション・チャックに似ており、移送アームと相互作用するが、ウェーハの配向を変更するために回転することはない。ウェーハの存在を判定するために真空チャンネルを使用している。装填アームは、除外領域の範囲内でウェーハ周縁をグリップする枢動可能なウェーハ周縁フックまたはグリップ部材を有する。グリップ部材は電気−空気アクチュエータで空気的に作動され、アクチュエータは以前の装填アームの真空チャックのように真空制御装置を作動させる同じ電気制御信号に応答する。装填アーム・チャックのグリップ部材は、装填アームに対するロボット式移送アームの動き、または処理機械のウェーハ・ホルダーに対する装填アームの動きに落として作動される。グリップ部材は枢動するグリップ・フックとされるか、その枢動グリップ・フックの代わりに他の形式のウェーハ保持装置、例えば説明した従来技術の枢動ローラーまたは非接触タブを有するラッチに似た回転式ラッチとされて、装填アーム・チャックに対してウェーハをラッチ固定するためにウェーハ周縁の上に回転することができる。グリップ部材は装填アームがウェーハを垂直に配向して、または下に向けて保持できるようにし、また幾つかの他の異なる配向で保持または移動することができる。
【００１６】
本発明の或る実施例では、真空チャックを備えたシステムは機械的ウェーハ係合チャックにより、特に移送アームの端部操作具、ウェーハセンタリングまたは整合ステーションおよびウェーハ装填アームの真空チャックを交換することで改造できる。そのようなシステムでは、移送アームは水平に配置されているウェーハをピックアップして移動するように作動でき、それらのウェーハをウェーハ・カセット、センタリングまたは整合ステーション、および装填アームに向かう方向またはそこから離れる方向へ移送することができる。また、センタリングまたは整合ステーションのチャックは移送アームからウェーハを受取り、ウェーハを配向および整合し、同様に水平配向状態で移送アームの中央の配向位置へウェーハを戻すように作動できる。さらに、装填アーム・チャックは移送アーム・チャックとウェーハ処理機械のウェーハ・ホルダーとの間でウェーハを移動し、または互いにウェーハを交換し、移送アーム上での水平配向状態と処理機械のウェーハ・ホルダーでの垂直配向状態との間でウェーハを再配向するように作動できる。ウェーハは少なくとも部分的に重力によって、移送アームおよび整合ステーションの水平配置されて上に向けられたチャックの上に保持され、また移送アームに向かう方向およびそこから離れる方向のアームの移動時には、水平に配置されて上に向けられた装填アーム・チャックの上に部分的に重力により保持され、他の配向状態で移動されるときは積極的に周縁グリップ・フックによって保持される。
【００１７】
本発明の或る実施例では、ウェーハ・ハンドリング・システムの制御装置は真空チャックを備えた従来技術の機械の制御装置と共用でき、従ってこのシステムは実質的なハードウェアの変更なしに、また機械の制御ソフトウェアを改良することなしにその機械を改造することができる。真空チャック制御ラインはチャック上のウェーハの存在を検出するために使用される。グリップ装置を作動させる空気シリンダは電気−空気式ソレノイドによって作動され、このソレノイドは真空チャックを作動するために与えられる電気的なソフトウェアの真空指令信号によって制御される。
【００１８】
本発明の実施例は改造キットとして提供することができ、そのキットは既存の処理機械の移送アーム、整合ステーションおよび装填アームの真空チャックと交換するように構成された３つのチャック組立体を含む。
【００１９】
本発明の方法および装置は、ウェーハの有効面積を約４％ほど増大させ、またはウェーハ面積の８８％から９６％に増大させ、ウェーハの除外領域すなわち使用できない面積を３分の２まで減少させ、ウェーハ１つ当たり製造できるデバイス数を平均して同様に増大し、これにより半導体製造工程および機械の生産性を向上させるという利益を与える。
【００２０】
本発明の他の目的および利点は以下の詳細な説明からさらに容易に明白となるであろう。
【００２１】
（詳細な説明）
本発明の実施例は、従来技術を表す図１に模式的に示したような半導体ウェーハ・ハンドリングおよび処理装置１００である。この装置１００は米国特許第４９１５５６４号または同第５５１６７３２号に図示され説明されている形式の高生産性のカルーセル形式の垂直ウェーハ処理機械１０を含み、両特許は本明細書にその記載内容全体を援用される。本発明はまた他の型式のウェーハ処理機械、例えば典型的なクラスター・ツール形式の機械、およびウェーハが全体を通じて水平および上方に向かって配置されて保持される他の機械、ならびにウェーハが他の配向で機械を通して移動または処理される機械にも適用できる。しかしながら、記載された実施例は、特に改造することで本明細書で説明した装置１００の形式の機械に特に適している。
【００２２】
装置１００は二点鎖線で示す框体１０２を含み、框体は内部にクリーンな雰囲気を収容しており、その中に処理機械１０が配置される。框体１０２は内部に２つのウェーハ・カセット１０３，１０４を支持する備えを含んでおり、ウェーハ・カセット１０３，１０４は機械１０で処理を行うために間隔を隔てて平行な状態で水平に配向されているウェーハ３５の垂直スタックを支持するように形成された棚１０５をそれぞれ含んでいる。ウェーハ・カセット１０３，１０４はそれ自体を垂直方向へ移動させる昇降機構１０６を備えており、棚の各々のウェーハ位置を選択的に移送面へ運び、内部のウェーハ３５の取出し、またはカセットの選択した位置への装填ができるようになされている。
【００２３】
框体１０２はまた内部にウェーハ移送機構１１０を有し、ウェーハ移送機構１１０はウェーハ移送アーム１１２を有し、このウェーハ移送アーム１１２は垂直な枢動軸線１１５のまわりに回転できると共に、移送面１１９内を伸長することができる。移送アーム１１２の自由端には、ウェーハ・カセット１０３，１０４に対し、またウェーハ・センタリングまたは整合ステーション１１８のセンタリング・チャック１１６および装填アーム６０の端部の装填アーム・チャック５９に対してウェーハ３５のピックアップおよび載置を行うグリップ装置すなわち端部操作具１１４が備えられている。ウェーハ・カセット１０３，１０４、センタリング・チャック１１６および装填アーム・チャック５９は移送アーム１１２の枢動軸線１１５のまわりに円形曲線１１７に沿って位置され、または位置されることができる。装填アーム・チャック５９は装填アーム６０の長手方向軸線１２１のまわりに回転して、保持するウェーハ３５を、移送アーム１１２との間のウェーハ移送に必要な水平配向状態と、ウェーハ処理機械１０の装填ロック・ステーション１４におけるウェーハ・ホルダー３０（図２）へ向かう方向および離れる方向のウェーハ移送に必要な垂直配向状態との間で、回転させる。装填アーム６０はさらに垂直軸線１２２のまわりに枢動して、装填ロック・ステーション１４におけるウェーハ・ホルダー３０へ向かう方向および離れる方向のウェーハ移送を行う。
【００２４】
ウェーハ処理機械１０は主真空室１１を含み、この主真空室１１は水平中心軸線１９のまわりに等角度に隔てられた複数、例えば５つのステーション１４〜１８を有する２つのほぼ円形な壁１２，１３の間に形成されたディスク形の空間とされている。真空室１１内には、処理ステーション１４〜１８の各々と同時に整合するように等間隔に隔てられた５つの円形開口２１を有する円形の割出しプレート２０が軸線１９に回転移動可能に取付けられている。
【００２５】
図２に示すように、各開口２１内には、割出しプレート２０に連結された３つの等角度に隔てられている板ばね２８上に弾性的に支持されてシール・リング２７が備えられている。各々のシール・リング２７内には、３つで１組のセラミックス製の絶縁ピン２９上でシール・リング２７に対して剛的に支持されてウェーハ・ホルダー３０が備えられている。ウェーハ・ホルダー３０は、割出しプレート２０が５分の１回転、すなわち７２゜の角度を割出されたときに各処理ステーション１４〜１８を通してウェーハ３５を運ぶためにそれぞれ備えられている。５つのステーション１４〜１８のうちの少なくとも１つのステーション、例えばステーション１４は装填ロック・ステーションとされ、そのステーションを通してウェーハ３５が主真空室１１内へ挿入され、また主真空室１１から取出される。残りのステーション１５〜１８は、例えばスパッタ被覆ステーションやエッチング・ステーションのような多数の形式のうちの何れかの処理ステーションとされる。
【００２６】
ウェーハ・ホルダー３０の各々の主構造は、典型的にはアルミニウムで形成されたリング形の環状本体３１である。本体３１はクランプ・リング３２を有しており、このクランプ・リング３２は本体３１に対して弾性的に取付けられ、３つで１組の等角度に隔てられた板ばね３６によって本体に押圧されている。クランプ・リング３２はクランプされるウェーハ３５よりも僅かに小さい内径を有する。ウェーハ３５は、その周縁の上に位置するクランプ・リング３２によって本体３１の開口３９内に保持される。板ばね３６はクランプ・リング３２およびウェーハ３５を３つで１組のラッチ・クリップ３３に押圧するのであり、ラッチ・クリップ３３は開口２１のまわりに等角度に隔てられた３つのラッチ組立体６５のそれぞれの１つである。
【００２７】
ラッチ組立体６５は多数の形状のうちの何れか１つとされる。図２に示す組立体は、ホルダー本体３１のまわりに間隔を隔てて枢動可能に取付けられた、米国特許第５８２０３２９号に記載の形式のものである。図２に示すように、ラッチ・クリップ３３は一端が枢動軸７０の一端に固定され、枢動軸７０はホルダー３０の本体３１を通って延在する軸受（図示せず）内に回転可能に支持される。枢動軸７０のクリップ３３と反対側の端で、軸は円形ディスク７４に剛的に連結されており、円形ディスク７４は一対の穴７５を有し、円形ディスク７４の後方へ向いた面にはフレアーの付いた開口を有する。穴７５は軸７０の反対両側に同じ距離を隔てられ、装填アーム６０のアクチュエータ（図３）のピン６２を受入れるようになされて、これによりアクチュエータの回転が円形ディスク７４、軸７０およびクリップ３３を軸７０の軸線のまわりに回転させる。軸７０の円形ディスク７４の回転は９０゜の回転移動に制限される。ラッチ組立体６５を有するホルダー３０の装填では、ウェーハ３５はクランプ・リング３２に対して押圧されてウェーハ本体３１から離すようにそれを移動し、これによりウェーハ３３の表面を擦ることなくラッチ・クリップ３３はラッチ固定された位置（二点鎖線）とラッチ固定されていない位置（実線）との間で回転できる。
【００２８】
代替のラッチ組立体６５ａが図２Ａに示されており、これは本明細書にその記載内容全体を援用される米国特許出願第０９／１８３５０３号に記載されたものである。ラッチ組立体６５ａは上述したラッチ組立体６５と同様に、ウェーハを保持するクランプ・リング３２の開口３９のまわりでウェーハ３５の周縁をクランプ・リング３２に対して押圧する。しかしながら、各ラッチ組立体６５ａはホルダー本体３１に対するよりもクランプ・リング３２に対して枢動可能に取付けられる。ラッチ組立体６５ａはクランプ・リング３２に固定されている取付けポスト１３０に取付けられる。ラッチ組立体６５ａは、タングステン・カーバイド製ボール軸受（図示せず）を介して取付けポスト１３０に枢動可能に取付けられている非金属製のラッチ本体１３１を含み、取付けポスト１３０を取巻くコイルばね（図示せず）によってクランプ・リング３２に押圧される。ラッチ本体１３１の各々はラッチ組立体６５に関連して上述した穴７５に似た一対のアクチュエータ・ピン受入れ穴またはスロット１７５を有し、それらは取付けポスト１３０から等しく隔てられて移送アームのアクチュエータ機構のアクチュエータ・ピンを受入れるようになされており、以下に説明するようにラッチ組立体６５ａを作動させる。ラッチ本体１３１の反対両端には、前部ローラー１３５および後部ローラー１３６で構成される一対の非金属製のローラーが回転可能に取付けられている。
【００２９】
図３は処理機械１０を通り、装填ロック・ステーション１４を通る断面図である。
【００３０】
装填ロック・ステーション１４は移動可能なカップ型の蓋５４を含み、この蓋は装填ロック・ステーション１４に密閉される装填ロック室５５を形成するために、真空室１１の前壁１２にシール・リング２７を押圧するように作動される。扉５６は、移送アームまたは装填アーム６０の真空チャック５９で担持されたウェーハ３５へのアクセスを行わせる。
【００３１】
半導体デバイスの製造では、装填アーム６０はデバイス面を先ず最初にホルダー本体３１の開口を通して装填ロック室５５内へウェーハ３５を移送するように作動し、ウェーハ３５の外側リムをクランプ作用するクランプ・リング３２の下側に接触させる。デバイス面の処理のために、装填アーム・チャックは円形チャック５９ａとされ、このチャックはウェーハ３５の裏面の中央に係合される。真空チャック５９ａは装填アーム６０の真空ライン６９を通して、選択的に作動できる真空源に連結される。
【００３２】
ウェーハ上に金のような金属製の連続フィルムを固着させるために裏面の金属処理が実行される場合のように、ウェーハ３５の裏面を処理するとき、ウェーハは反転され、チャック５９，１１４，１１６が装置側からウェーハ３５に係合される。チャックとウェーハ上のデバイスとの接触はそれらのデバイスの破損や破壊を防止するために避けねばならないので、ウェーハ３５の予定された、すなわち制限された面積部分にデバイスを制限して、ウェーハ表面の除外領域にデバイスが配置されることを避けることが必要である。除外領域は従来よりウェーハ周縁に沿う６ｍｍ幅のウェーハの面積部分とされてきた。この除外面積部分では、図３Ａに示すように弧状真空チャック５９ｂがウェーハ３５の周縁の除外面積部分に対してのみ接触する。チャックのパドルまたはウェーハ係合端部は、ウェーハ周縁に沿う６ｍｍ幅のリングの円周の大部分のまわりを延在することが好ましい。
【００３３】
ホルダー３０に対するウェーハ３５の挿入は、ウェーハ３５の移動路の外側へラッチ・クリップ３３が回転されて行われる。ウェーハ３５の後方位置へ、また後方位置からのラッチ・クリップ３３の回転は、図３に示されるように、移送アームまたは装填アーム６０によって担持されている３つのラッチ・アクチュエータ６１で達成される。それぞれのラッチ・アクチュエータ６１は空気的に作動される回転式シリンダ６３の軸に一対のアクチュエータ・ピン６２を含み、ピン６２がホルダー３０の３つのラッチ組立体６５の対応する１つと係合したときに一方向へ９０゜回転して、同時に３つのクリップ３３をウェーハ３５の後方のラッチング位置へ移動させ、また反対方向へ９０゜回転してウェーハ３５のリムを超えたホルダーの解放位置へクリップ３３を移動させる。
【００３４】
本発明の基本によれば、装置１００のようなウェーハ・ハンドリングおよび処理装置は、図１に関連して説明した装置１００のウェーハ移送機構１１０に類似したウェーハ移送機構２１０を備えているているが、ウェーハ・ハンドリング・システム２００を備えており、図４に一実施例が示されている。システム２００は３つのチャックおよび関連するハードウェアを含み、それには移送アーム・チャックまたは上述した移送アーム１１２のように作動する移送アーム２１２の端部に配置された端部操作具２０１が含まれる。システム２００はまた、ウェーハ整合ステーション１１８に上述したセンタリング・チャック１１６のように作動するセンタリング・チャック２１６と、上述した装填アーム６０のように作動する装填アーム２６０の端部に一対の装填アーム・チャック２５９を含む。
【００３５】
端部操作具２０１はウェーハ３５のデバイス面の周縁の２ｍｍ幅の除外領域のみにおいて水平配置されているウェーハ３５の下に向いたデバイス面と接触するウェーハ支持面を含む。ウェーハ３５は重力の作用で端部操作具２０１上に係止され、端部操作具２０１はウェーハ・カセット１０３，１０４に向かう方向および離れる方向、整合ステーション１１８のセンタリング・チャック２１６に向かう方向および離れる方向、および装填アーム２６０の装填アーム・チャック２５９に向かう方向および離れる方向へウェーハ３５を移動させるために移動する。図５、図５Ａ〜図５Ｄは、ねじ２０４で移送アーム２１２の端部に固定された移送アーム・プレート２０３の形態をした本体と、ロッキング・ワッシャ・ナット２１１で保持されたときに、移送アーム・プレート２０３の鳩尾形（ダブテール）キー溝（図示せず）に嵌合させてそのプレート２０３に剛的に取付けられた台形断面の一対のアウトリガー・アーム２０５とを含む。アウトリガー２０５は異なる寸法のウェーハを受入れるために、キー溝内で調整できる。アーム２０５はセラミックス製で、直立した支持先端２０６を有し、その先端は移送アーム２１２によって移送されるウェーハ３５の除外面積部分２０２に接触する。プレート２０３および先端２０６は除外面積部分２０２にてウェーハ３５を支持するために形成された環状ショルダのセグメント２０７，２０８をそれぞれ有する。ショルダ・セグメント２０７，２０８に直ぐ隣接して、斜面を有する環状リップの角度間隔を隔てた、すなわち円周方向に隔てられたセグメント２１７，２１８がそれぞれ配置され、セグメント２１７，２１８は移送アーム２１２で担持されているウェーハ３５の周縁を直接に取囲んでいる。ナット２１１はセグメント２１７に対して接線方向に配置され、斜面の付いたリップ伸長部分を形成する円錐ヘッド面２１９を有して、リップと共にウェーハをショルダ・セグメント２０７，２０８へガイドするように作用する。
【００３６】
斜面の付いた円周リップのセグメント２１７，２１８、およびピン・ヘッド面２１９は、ウェーハ周縁がリップを超えて係止されず、端部操作具２０１上の中心の直近にウェーハが支持されるように作用する。斜面の内径は、ウェーハ３５の除外領域２０２の係止される幅が２ｍｍよりも小さいショルダ・セグメント２０７，２０８の環状面を取囲む。斜面のこの内径は、標準ウェーハの基準直径、典型的には２００ｍｍまたは３００ｍｍに、約０．００８ｉｎすなわち約０．２ｍｍの半径方向の最大公差を加えた寸法に等しく、従って最大ウェーハは斜面の付いた環状リップの内側に係止されることになる。アウトリガー２０５はワッシャ・ナット２１１により部分的にプレート２０２に固定される。ナット２１１のヘッド２１９の円錐側面はプレート２０３の上面よりも上方へセグメント２１７，２１８の斜面を伸長して、ウェーハ３５がカセット１０３，１０４からピックアップされるときに、斜面の付いたリップのセグメント２１７，２１８で囲まれる円形面積部分上へウェーハ３５をガイドするように助成する。チャックの斜面は、チャックの支持面よりも少なくともウェーハの基準厚さ、好ましくは約１ｍｍほど高く上昇する。斜面の角度は好ましくは約４５゜±１０゜または±１５゜である。斜面はいずれにしても支持面を囲むべきではなく、１８０゜を超えた範囲にわたる複数点、好ましくは３点以上、好ましくは４点に位置されることができる。ウェーハの取出しおよび交換のために、アウトリガー２０５はカセット１０３，１０４内で重ねられたウェーハ３５の間に達するように十分薄くされる。
【００３７】
図５に示されるように、アウトリガー２０５はセンタリング・ステーション１１８でのセンタリング・チャック２１６の表面の溝２２１，２２２に嵌合する寸法でもある。センタリング・チャック２１６は低いディスク形の本体２１６ａとセグメントに分けられた直立周縁リング２２３とを有し、周縁リング２２３は端部操作具２０１からウェーハ３５を受取るために半円形であり、端部操作具２０１は、ウェーハ３５の平坦部またはノッチ２３５（図５）をセンタリング・チャック２１６上の平坦部２２４と同じ所定の配向になるように移動させるために、ウェーハを上昇および回転させることができる。周縁リング２２３は移送アーム・チャックの場合と同様に、ウェーハをその除外面積部分内のみでチャックの支持面に接触するようにガイドするために斜面を形成されることができるが、斜面の無い方がセンタリング機構とよりよく共用でき、機能する。図示実施例では、センタリング・ステーションの周縁リング２２３はウェーハ平面に直角な内面を有する。センタリング・ステーションではセンタリング・チャック２１６上の光学センサー（図示せず）がウェーハの配向を判定する。
【００３８】
同様に図５に示されるように、装填アーム・チャック２５９の各々は端部操作具２０１のアウトリガー２０５を受入れるために溝２６２，２６３を有するチャック・プレートまたは本体２６１を有する。チャック装填アーム・チャック２５９は図３Ａのデバイス面と係合する真空チャック５９ｂに代わる。プレート２６１はその周縁のまわりにセグメントに分割された直立環状リップ２６５を有し、その上にウェーハ３５の周縁に沿う除外領域が係止される。リップ２６５は上述した移送アーム・チャックおよびセンタリング・ステーション・チャックの場合と同様に、デバイス面の接触が２ｍｍを超えない幅の除外領域とだけで行われることを保証するために斜面を形成される。
【００３９】
図６、図７、図７Ａおよび図８に示されるように、リップ２６５のまわりに間隔を隔てて複数の、例えば２〜４つのグリップ装置またはグリップ・フィンガ２７０が配置され、各々のグリップ・フィンガは装填アーム・チャック２５９の本体２６１に対して軸受で支持されたロッド２８１に枢動可能に取付けられている。各々のグリップ装置２７０はウェーハ３５の周縁を捕捉するためにノッチ２７３を有している。各々のグリップ装置２７０は装填アーム・チャック２５９に取付けられているアクチュエータ２７２で制御される作動レバー２７１を有しており、従来技術のシステムの真空チャック５９，５９ａを作動させるような真空圧制御のためにライン６９を通して与えられる真空圧指令に応答して作動するが、それらのチャックは取外されて機械的な装填アーム・チャック２５９と交換されている。アクチュエータ２７２は電気的または空気的に制御される空気シリンダ、電気−機械式ソレノイド、または図７および図７Ａの解放位置とグリップ位置との間でグリップ装置２７０を移動させる他のいずれかの装置とされる。さらに、図８に最もよく見られるように、チャック２５９に適当に装着されたウェーハ３５を検出するために、リップ２６５の一連の穴（図示せず）に連結するために真空ポート２９５がチャック本体２６１に備えられる。
【００４０】
アクチュエータ２７２は、装填アーム・チャック２５９の本体２６１に固定された本体２８２と、可動部材２８３とを有し、グリップ装置２７０が解放位置となる本体２６１の近傍の収縮位置（図７）およびグリップ装置２７０がグリップ位置となる本体２６１から離れた伸長位置（図７Ａ）の間で可動部材２８３は本体２６１に対して直角な方向に往復運動する。アクチュエータ２７２の可動部材２８３の端部にアクチュエータ・バー２８４が固定されており、アクチュエータ・バー２８４は本体２６１に平行に延在して可動部材２８３と共に移動する。各々のグリップ装置２７０の作動レバー２７１はフォーク２８５を有しており、調整可能なセット・スクリュー２８６が螺合されている。このセット・スクリューは貫通孔２８７を有し、貫通孔２８７の中に柔らかなばね２８８がフック止めされ、このばね２８８はセット・スクリュー２８６とアクチュエータ・バー２８４の遠隔端部との間に緊張状態で連結されている。ばね２８８は、チャック２５９のリップ２６５に対してウェーハ３５をクランプするにおいて、グリップ装置２７０でウェーハ３５の裏面に伝えることのできる力の大きさを制限するように機能する。セット・スクリュー２８６は、この制限が手動調整できるようにするために備えられる。各々の作動レバー２７１はそこから延在するリンク２８９も有しており、それらのリンクは互いに遠隔端部において、一方の端部の軸受２９１上を端部のフォーク２９０が枢動および滑動するような状態で枢動連結されている。リンク２８９の端部の相互連結はグリップ装置２７０の動作を同期させる。
【００４１】
グリップ装置２７０の代わりに、ウェーハを装填アームにラッチ固定するために他の部材を使用できる。例えば、上述で記載し援用した従来技術に関連して説明したようなローラーまたはフィンガを有する回転ラッチが使用できる。これらは空気作動アクチュエータ６１または機械的または他の装置で作動できる。
【００４２】
例えば、図５Ｅは装填アーム・チャック２５９に対する代替実施例３００を示しており、それは１つの固定ピン３０１および２つのローラー３０２を含む３つの周縁支持部に対するウェーハ３５の支持を使用している。この実施例の装填アーム・チャック３００は図５に示した実施例の周縁平坦部２３５が無く、装填アーム・チャック３００ｍｍ径のウェーハを支持するために構成された形状で示されている。この代わりに、固定ピン３０１およびローラー３０２を省略するために平坦部またはノッチを有するウェーハ３５をチャック３００上に配置できる。チャック装填アーム・チャック３００は装填アーム・チャックまたはセンタリング・ステーション・チャックとして使用できる。チャック３００はウェーハ３５の周縁上の３以上の点で接触でき、例えばハウジング３０７を含み、このハウジングに固定ピン３０１および一対の凹部またはノッチのあるローラー３０２が取付けられる。ローラー３０２はウェーハ３５の周縁に対してラッチ固定するように、またその周縁から引込められるようにハウジング３０７に取付けられる。ローラーが引込められた位置にあって固定ピン３０１に対しているとき、２つのローラー３０２の間をウェーハ周縁を押し進めることで移送アーム・チャックまたは端部操作具２０１がウェーハ３５をチャック３００へ導けるように、チャック３００は構成される。ローラー３０２は固定ピン３０１からチャック３００の中心線３０３の反対両側に配置されており、ローラーは、少なくとも１６０゜離されることが好ましいが、１８０゜未満の離れとされる角度３０４で隔てられている。１６０゜未満の角度は、端部操作具２０１の設計上の理由で受け入れることができない。
【００４３】
チャック３００が上に向いているとき、例えば図５Ｆに示されるように２ｍｍ幅の除外領域の範囲内でのみウェーハ３５と接触してウェーハ３５周縁を支持するために、固定ピン３０１は水平面３１１を有する。固定ピン３０１は重なって傾斜したほぼ垂直な面３１２を有し、この面はウェーハ３５の中心へ向かって半径方向内方へ向いている。ローラー３０２はアクチュエータ６１動作に応答してウェーハ３５の周縁から離れた引込んだ位置と、図５Ｅに示されるようにウェーハ３５の周縁に対するラッチ固定位置と間を揺動するように、枢動レバー３０２ａに取付けられる。この代わりに、上述で説明した実施例のグリップ・フィンガ２７０のためのアクチュエータ２７２の場合のように、真空チャックを制御するために以前使用されていた信号に応答する他のアクチュエータに応答してローラー３０２が枢動されるようにできる。ローラー３０２はラッチ固定位置にされたときにウェーハ３５の周縁を捕捉するために滑らかな凹面３１５を有しており、その位置にてウェーハ３５は端部操作具２０１からピックアップされる。ローラー３０２の凹面３１５および組合う固定ピン３０１の傾斜面３１２および水平面３１１がチャック３００上のウェーハ３５を捕捉し、これによりウェーハ３５は垂直位置または下方へ向いた配向となるように回転されることができ、またウェーハ・ホルダー３０に向かう方向および離れる方向へ移送されることができる。
【００４４】
装填アーム・チャックはウェーハ処理機械にウェーハを正しく載置する。このように処理機械の装填ロック室の真空式ウェーハ・ホルダー３０内へ位置された後、グリップ装置またはラッチがウェーハを解放すると同時に、ウェーハ・ホルダーがウェーハを把持する。装填ロック室からウェーハを取出すためには、これと逆の手順が使用される。装填アーム・チャックがウェーハ・ホルダーから引出されると、処理機械は次のウェーハ・ホルダーを装填ロック室に割出すことができる。装填アームの２つのチャックにより、装填アームは装填ロック室のウェーハ・ホルダー内にウェーハが存在するかを調べ、存在するならば、そのウェーハを装填アームの空のチャックで取出す。その後、装填アームは１８０゜回転して新しいウェーハを所定位置に運んで装填ロック室のウェーハ・ホルダー内に装填する。装填ロック室へウェーハを載置したチャックは、その後、装填アームの他方のチャックの処理済みウェーハを端部操作具へ移送するために１８０゜回転する前に、移送アームの端部操作具から次のウェーハを受取るために使用できる。
【００４５】
上述の記載および添付図面は本発明のさまざまな実施例を説明したが、当業者には発明の基本から逸脱することなくさらなる追加および変更が行えることが明白となるであろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】
本発明を適用できる従来技術のウェーハ・ハンドリングおよび処理装置を示す斜視図である。
【図１Ａ】
チャック組立体の動作を示す図１の一部分の拡大斜視図である。
【図２】
図１の装置のカルーセル処理機械の従来技術のウェーハ・ホルダーを示す部分的破断図である。
【図２Ａ】
ラッチ固定位置で示される図２のラッチの従来技術の代替実施例を示す詳細図である。
【図３】
従来技術の装置のウェーハ移送アームに関する図１の従来技術の装置のカルーセル処理機械の一部分を通る断面図である。
【図３Ａ】
裏面処理のための従来技術で使用された図３の移送アームの真空チャックの１つの実施例の斜視図である。
【図４】
図１〜図３Ａに示した従来技術の装置と共用される本発明の１つの実施例によるウェーハ・ハンドリング・システムの斜視図である。
【図５】
整合ステーションおよび装填アームのウェーハ・チャックと整合された、図４のウェーハ・ハンドリング・システムのウェーハ移送アームの端部操作具の模式的な頂面図である。
【図５Ａ】
図５の線５Ａ−５Ａに沿う断面図である。
【図５Ｂ】
図５の線５Ｂ−５Ｂに沿う断面図である。
【図５Ｃ】
図５の線５Ｃ−５Ｃに沿う断面図である。
【図５Ｄ】
図５の線５Ｄ−５Ｄに沿う断面図である。
【図５Ｅ】
装填アーム・チャックの他の実施例にウェーハを位置決めするウェーハ移送アームの端部操作具を示す図５に類似の模式的な頂面図である。
【図５Ｆ】
図５Ｅの線５Ｆ−５Ｆに沿う断面図である。
【図５Ｇ】
図５Ｅの線５Ｇ−５Ｇに沿う模式的な断面図である。
【図６】
図５の装填アーム・チャックのグリップ装置の部分的な頂面図である。
【図７】
解放位置での装填アーム・チャックのグリップ装置を示す図６の線７−７に沿う横断面図である。
【図７Ａ】
ウェーハをグリップする装填アーム・チャックのグリップ装置を示す図７に似た断面図である。
【図８】
図７Ａの装填アーム・チャックのグリップ装置をさらに詳細に示す拡大した部分的な断面図である。
【国際公開パンフレット】
2004515073.tif 000003
2004515073.tif 000004
2004515073.tif 000005
2004515073.tif 000006
2004515073.tif 000007
2004515073.tif 000008
2004515073.tif 000009
2004515073.tif 000010
2004515073.tif 000011
2004515073.tif 000012
2004515073.tif 000013
2004515073.tif 000014
2004515073.tif 000015
2004515073.tif 000016
2004515073.tif 000017
2004515073.tif 000018
2004515073.tif 000019
2004515073.tif 000020
2004515073.tif 000021
2004515073.tif 000022
2004515073.tif 000023
2004515073.tif 000024
2004515073.tif 000025
2004515073.tif 000026
2004515073.tif 000027
2004515073.tif 000028
2004515073.tif 000029
2004515073.tif 000030
2004515073.tif 000031
【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
2004515073.tif 000032
2004515073.tif 000033
【手続補正書】
【提出日】平成15年2月3日(2003.2.3)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
片面のデバイス面と、或る直径と、一般に円形の周縁と、ハンドリング・システムによるデバイス面の接触を制限しなければならない周縁に隣接したデバイス面上の除外面積部分（２０２）とを有する半導体ウェーハ（３５）を、裏面処理のためにウェーハ処理機械内のカセットと室の間で移送することが特に可能な半導体ウェーハ・ハンドリング・システム（２００）で、一平面内に配置されてウェーハ（３５）の直径と少なくとも同じ大きさの外径を有する環状リングのセグメントで形成されたウェーハ支持面（２０７，２０８，２６５）と、各セグメント上の環状リングの外径に隣接した支持面から外方へ延在し、ウェーハの周縁を支持面（２０７，２０８，２６５）へガイドするために、またチャックの支持面および除外面積部分（２０２）以外のウェーハの接触を防止するために位置決めされている斜面とを含む半導体ウェーハ・ハンドリング・システム（２００）であって、除外面積部分（２０２）が約２ｍｍを超えない幅であり、環状リングの内径は２ｍｍを超えない寸法を減じたウェーハの半径に等しいこと、斜面が少なくとも複数の角度を隔てられたセクション（２１７，２１８）に備えられていること、システムが水平で裏面を上にした配向にてカセットと装填アーム・チャック（２５９）との間でウェーハ（３５）を移動させる移送アーム・チャック（２０１）および室内の垂直面内にて移送アーム・チャック（２０１）とウェーハ・ホルダーとの間でウェーハを移動させる装填アーム・チャック（２５９）を含むこと、移送アーム・チャック（２０１）の斜面が少なくとも２つの離れた点で斜面の上を延在する面（２１９）を含むこと、そして移送アーム・チャックおよび装填アーム・チャック（２０１，２５９）の間でウェーハ（３５）を移送するためにそれらのチャックが互いに整合されたとき、両チャックのウェーハ支持面のセグメントが同じ環状リングの異なる部分に位置され、斜面の角度間隔を隔てられているセクション（２１７，２１８）が同じ環状リングの外径に隣接して位置されることを特徴とする半導体ウェーハ・ハンドリング・システム。
【請求項２】
移送アーム・チャックのウェーハ支持面（２０７，２０８）が水平面内に配置されて上に向けられており、移送アーム・チャックは機械のロボット式ウェーハ移送アームの端部に取付けられるように構成された本体（２０３）を含み、本体は環状リングの少なくとも１つのセグメントおよびそこから延在する少なくとも２つのアーム（２０５）を有し、各アーム（２０５）は環状リングの少なくとも１つのセグメントを有する遠隔端部を有しており、移送アーム・チャックの斜面は本体（２０３）およびアーム（２０５）の端部の各々の少なくとも１つのセクション上の支持面（２０７，２０８）の外径位置から上方へ延在しており、これにより半導体ウェーハ・ハンドリング・システムが移送アームの端部の移送アーム・チャックにより、デバイス面を下に向けた半導体ウェーハ（３５）を、その除外面積部分（２０２）がアームの本体および端部上の支持面のセクションと支持面（２０７，２０８）の各々のセクションに隣接したウェーハの直径よりも外側の斜面とに面接触させて、ピックアップおよび重力により支持するように作動できることを特徴とする請求項１に記載されたシステム。
【請求項３】
移送アーム・チャック（２０１）のウェーハ支持面（２０７，２０８）が水平面内に配置されて上に向けられ、斜面が支持面（２０７，２０８）の外径から上方且つ外方へ延在し、移送アーム・チャックがデバイス面を下に向けた半導体ウェーハを、その除外面積部分（２０２）が支持面のセクションおよび支持面のセクションの各々に隣接するウェーハの直径よりも外側の斜面と面接触してピックアップおよび重力で支持し、これによりウェーハのデバイス面と支持面との接触をウェーハの除外面積部分（２０２）に制限することを特徴とする請求項１に記載されたシステム。
【請求項４】
ウェーハの除外面積部分（２０２）で遮断されるように支持面（２０７，２０８）上に配置された真空ポートを移送アーム・チャックが含み、ウェーハ存在検出器に連結されたときにその検出器を作動させるようになされている請求項３に記載されたシステム。
【請求項５】
一平面内に配置され、ウェーハの直径と少なくとも同じ大きさの外径と、ウェーハの半径よりも２ｍｍを超えない範囲で小さい内径とを有する環状リングのセグメントで形成されたウェーハ支持面（２２３）を有する整合ステーション・チャック（２１６）をさらに含む請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載されたシステム。
【請求項６】
整合ステーション・チャック（２１６）が、少なくとも複数の角度間隔を隔てたセクションにてその支持面（２２３）の外径位置から延在し、ウェーハの周縁を支持面上へガイドするため、およびチャックの支持面と除外面積部分以外のウェーハ部分との接触を防止するために配置された斜面を有する請求項５に記載されたシステム。
【請求項７】
整合ステーション・チャック（２１６）のウェーハ支持面（２２３）が水平面内に配置されて上に向けられ、整合ステーション・チャック（２１６）は機械のウェーハ整合装置に取付けられるように構成されると共に、その支持面（２３２）の２つのセクションの間に配置された少なくとも１つの凹部（２２２）を有することでウェーハと整合ステーション・チャックとの間を移送アーム・チャック（２０１）が伸長して整合ステーション・チャックにウェーハを載置できるように、またはそこからウェーハをピックアップできるようにしており、これによりウェーハ整合チャック（２１６）が、デバイス面を下に向けた半導体ウェーハ（３５）の除外面積部分をウェーハ整合チャック上の支持面のセクションに面接触させて、ウェーハを整合のために重力で支持するように、および移送アーム・チャック（２０１）によりピックアップするように作動可能である請求項５に記載されたシステム。
【請求項８】
少なくとも複数の角度間隔を隔てたセクションにおいて支持面の外径位置から延在し、ウェーハの周縁を支持面上へガイドするように、およびチャックの支持面と除外面積部分以外のウェーハ部分との接触を防止するように配置されている斜面を整合ステーション・チャック（２１６）が有しており、整合ステーション・チャックの斜面は、整合ステーション・チャックの支持面のセクション上で、整合ステーション・チャックの支持面の外径から上方へ延在して、これにより支持面のセクションの各々に隣接するウェーハの直径よりも外側の整合ステーション・チャックの斜面によって半導体ウェーハを支持するようにウェーハ整合チャックが作動可能である請求項７に記載されたシステム。
【請求項９】
装填アーム・チャック（２５９）が機械のウェーハ移送アーム上に取付けられるように構成されると共に支持面の２つのセクションの間に配置された少なくとも１つの凹部（２６３）を有しており、装填アーム・チャック（２５９）のウェーハ支持面（２６５）が水平面内に位置されて上に向けられているとき、移送アーム・チャック（２０１）が装填アーム・チャック（２５９）の上に向いた支持面（２６５）に支持されているウェーハ（３５）と装填アーム・チャックとの間を伸長してウェーハを装填アーム・チャック上に載置し、またはそこからウェーハをピックアップできるようにするために前記凹部が構成されており、装填アーム・チャックの斜面は装填アーム・チャックの支持面（２６５）の外径位置から上方へ延在しており、また装填アーム・チャックは１組の可動ロッキング部材（２７０）を含み、これらのロッキング部材は係合されたときには装填アーム・チャックの支持面にウェーハをクランプするために除外面積部分（２０２）と反対側のウェーハの裏面に対して移動するように、また係合解除されたときにはウェーハを解放するように作動可能であり、これによりロッキング部材が係合解除されたとき、デバイス面を下に向け、除外面積部分を装填アーム・チャックの支持面のセクション、および支持面の各々のセクションに隣接するウェーハの直径よりも外側の斜面に面接触させて半導体ウェーハ（３５）を重力によって支持するように装填アーム・チャック（２６５）が作動可能である請求項１から請求項８までのいずれか一項に記載されたシステム。
【請求項１０】
デバイス面と、裏面と、或る直径と、一般に円形の周縁とを有する半導体ウェーハ（３５）を、デバイス面上の周縁に隣接する約２ｍｍを超えない幅の除外面積部分（２０２）だけでウェーハに接触して移送することのできるウェーハ・ハンドリング装置であって、水平に配置したウェーハの重ねられた垂直スタックを保持するための少なくとも１つのウェーハ・カセット・ステーションと、ウェーハ保持装置を備えた装填ステーションを有するウェーハ処理機械（１１）と、装填ステーションにおけるウェーハ・ホルダーおよび移送位置における水平配向状態の間でウェーハを移動させる装填アーム（６０）と、ウェーハ・カセット・ステーションおけるウェーハ・カセット、センタリング・ステーションおよび装填アームの移送位置の間で水平配向状態のウェーハを個々に移動させるロボット式移送アーム（１１２）とを含むウェーハ・ハンドリング装置を製造する方法であって、少なくとも２つのウェーハ・チャック（２０１，２５９）をロボット式移送アーム（１１２）および装填アーム（６０）の各々に少なくとも１つ取付けることを含み、各チャックは、一平面内に配置されると共にウェーハの直径と少なくとも同じ大きさの外径および２ｍｍを超えない寸法を減じたウェーハの半径に等しい内径を有する環状リングのセグメントで形成されたウェーハ支持面と、少なくとも複数の角度間隔を隔てたセクションにおける支持面の外径位置から延在し、ウェーハ（３５）の周縁を支持面（２０７，２０８，２６５）へガイドするように、またチャックの支持面および除外面積部分（２０２）以外のウェーハ部分の接触を防止するために配置された斜面とを含んでいるウェーハ・ハンドリング装置を製造する方法。
【請求項１１】
ロボット式移送アーム（１１２）および装填アーム（６０）の少なくとも１つが真空チャックを有しており、取付けられたウェーハ・チャックの少なくとも１つが環状リングのセグメントに真空ポート（２９５）を有しており、ウェーハ・チャックの取付けが、真空チャックの１つから真空制御ラインを接続解除してその真空制御ラインを前記ウェーハ・チャックの前記ポートに再接続することによる少なくとも１つのチャックの取付けを含む請求項１０に記載された方法。
【請求項１２】
ウェーハ存在検出器を作動させるために装置の真空制御ラインの再接続を使用することをさらに含む請求項１０に記載された方法。
【請求項１３】
ロボット式移送アームおよび装填アームの少なくとも１つが真空チャックを有しており、少なくとも１つのウェーハ・チャック（２０１，２５９）が環状リングのセグメントに対してウェーハを保持するためにラッチング部材（２７０）を有しており、少なくとも１つのウェーハ・チャック（２０１，２５９）の取付けが、１つの真空チャックから制御ラインを接続解除し、その真空制御ラインを前記ラッチング部材（２７０）に再接続することを含む請求項１０から請求項前壁１２までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項１４】
装填アーム（６０）が真空チャックを有しており、少なくとも１つのウェーハ・チャックが環状リングのセグメントに対してウェーハを保持するためにラッチング部材（２７０）を有しており、少なくとも１つのウェーハ・チャック（２０１，２５９）の取付けが、装填アームの真空チャックから制御ラインを接続解除し、その真空制御ラインを前記ラッチング部材（２７０）に再接続することを含む請求項１０から請求項前壁１２までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項１５】
装填アームが真空チャックを有しており、少なくとも２つのウェーハ・チャック（２０１，２５９）が環状リングのセグメントに対してウェーハを保持するためにラッチング部材（２７０）を有しており、装填アームに対するウェーハ・チャックの取付けが、装填アームの各々の真空チャックを少なくとも２つのウェーハ・チャックの１つと交換し、装填アームの真空チャックの各々から真空制御ラインを接続解除し、それぞれの真空制御ラインを少なくとも２つのウェーハ・チャックのそれぞれのラッチング部材に再接続することを含む請求項１０から請求項前壁１２までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項１６】
装置がその水平面内に配置されたウェーハを再配向させるための整合およびセンタリング・ステーションも有しており、一平面内に配置され、ウェーハの直径と少なくとも同じ大きさの外径と、ウェーハの直径よりも２ｍｍを超えない範囲で小さい内径とを有する環状リングのセグメントで形成されたウェーハ支持面を有する整合ステーション・チャック（２１６）をさらに含む請求項１０から請求項１４までのいずれか一項に記載されたシステム。
【請求項１７】
少なくとも複数の角度間隔を隔てたセクションにおける支持面の外径位置から延在し、ウェーハの周縁をチャックの支持面上へガイドするように、また（チャックの支持面と）除外領域以外のウェーハ部分（との接触を防止するように）配置された斜面を整合ステーションに取付けられたウェーハ・チャック（２１６）が有している請求項１６に記載された方法。
【請求項１８】
装置の装填アーム（６０）が、移送位置における水平配向と装填ステーションにおけるウェーハ・ホルダーの異なる配向との間でウェーハを移動させることができる請求項１０から請求項１７までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項１９】
装置の装填ステーションが垂直に配置されたウェーハ・ホルダーを有しており、装填アームはウェーハを装填ステーションにおけるウェーハ・ホルダーの垂直配向と移送位置における水平方向との間でウェーハを移動させることができる請求項１０から請求項１８までのいずれか一項に記載された方法。
【請求項２０】
ロボット式移送アーム（１１２）のウェーハ・チャック（２０１）の上方に向いた支持面がウェーハの下に向いた面とその周縁の約２ｍｍの範囲内で接触して前記面上にウェーハを支持することにより、水平配置されているウェーハ（３５）をカセット（１０３，１０４）から取出し、取出したウェーハを移送アーム（１１２）で装填アーム（６０）のウェーハ・チャック（２５９）の上方に向いたウェーハ支持面（２０７，２０８）へ移動してウェーハ周縁の約２ｍｍの範囲内のウェーハの下方へ向いた面を装填アームのウェーハ・チャック（２５９）の上方へ向いたウェーハ支持面に係合させることで載置し、前記支持面上へウェーハ周縁を下方へ向けてガイドするための前記支持面（２０７，２０８）のまわりから延在する斜面を有するウェーハ・チャック（２０１，２５９）とウェーハ支持面との接触に制限する一方、前記チャックの前記支持面とウェーハ周縁の約２ｍｍの範囲を除くウェーハ部分との接触を防止し、装填アーム（６０）のウェーハ・チャック（２５９）のウェーハ支持面にウェーハをラッチ固定して、ラッチ固定したウェーハを処理機械の装填ステーションのウェーハ・ホルダーへ移送することを含む方法。
【請求項２１】
移動には、取出されたウェーハをウェーハ移送アーム（１１２）によりウェーハ整合装置のウェーハ・チャック（２０１）へ移動してウェーハの下に向いた面をその周縁の２ｍｍの範囲内でウェーハ整合装置の上に向いたウェーハ支持面上に接触させてウェーハ・チャック（２０１）上に載置する第１の移動と、ロボット式移送アームのウェーハ・チャックのウェーハ支持面へウェーハを戻した後にウェーハ移送アーム（１１２）のウェーハ・チャック（２０１）によって再整合されたウェーハを装填アーム（６０）のウェーハ・チャック（２５９）の上に向いたウェーハ支持面へ移動してその上に載置するという移動が含まれる請求項２０に記載された方法。
【請求項２２】
ラッチ固定されたウェーハの移送には、装填アーム（６０）でウェーハを垂直配向状態に回転して、処理機械の装填ステーションに垂直に配置されたウェーハ・ホルダーへ移送する移送が含まれる請求項２０または請求項２１に記載された方法。
【請求項２３】
両面処理のために、カセットに対する半導体ウェーハの出し入れ、カセットと装填アーム・チャックとの間の移送、および水平で裏面を上に向けて配向された状態で装填アームへ向かう方向およびそこから離れる方向の移送を特に行うことのできる半導体ウェーハ・ハンドリング・システムに使用される移送アーム・チャック（２０１）であって、移送アーム・チャックは本体（２０３）と、本体に固定されて延在される一対のセラミックス製のアウトリガー・アーム（２０５）と、一平面内に配置され、環状リングの少なくとも３つとされる複数のセグメントで形成され、１つのセグメント（２０７）は本体（２０３）上に、またセグメント（２０８）はアウトリガー・アーム（２０５）の各々の上に１つずつ配置されており、環状リングは移送するウェーハの直径と少なくとも同じ大きさの外径、および２ｍｍを超えない範囲でウェーハの半径よりも小さい内径を有しているウェーハ支持面（２０７，２０８）と、すなわち３つのセグメントの各々の荷重リングの外径位置に隣接する角度間隔を隔てた少なくとも３つのセクションにおいて支持面（２０７，２０８）から外方へ延在する斜面とを含んでおり、移送アームの斜面は少なくとも２つの隔てられた位置において斜面の上方へ延在する面（２１９）を含み、斜面はウェーハ（３５）の周縁を支持面（２０７，２０８）の上へガイドするように、またチャックの支持面とウェーハ接触を、ウェーハの周縁に隣接する約２ｍｍを超えない幅の除外面積（２０２）に実質的に制限するように配置されている請求項１から請求項２２までのいずれか一項に記載された移送アーム・チャック
【請求項２４】
裏面処理のために、水平に配置された移送アーム・チャックと室内垂直に配置されたウェーハ・ホルダーとの間で半導体ウェーハを特に移送することのできる半導体ウェーハ・ハンドリング・システムに使用される装填アーム・チャック（２５９）であって、装填アーム・チャックが本体（２６１）と、平面内に配置され、環状リングの複数のセグメントで形成され、環状リングは移送するウェーハ（３５）の直径と少なくとも同じ大きさの外径、および２ｍｍを超えない範囲でウェーハよりも小さい半径に等しい内径を有しているウェーハ支持面（２６５）と、セグメントの上の環状リングの外径位置に隣接して角度間隔を隔てた支持面（２６５）から外方へ延在し、ウェブの周縁を支持面の上にガイドするように、またチャックの支持面とウェーハとの間の接触をウェーハ周縁に隣接した約２ｍｍを超えない幅の除外面積部分（２０２）に実質的に制限するように配置された斜面と、斜面の２つの角度間隔を隔てたセクションの間に配置され、支持面に支持されたウェーハの周縁を選択的にグリップするように作動可能な対向するグリップ装置とを含む請求項１から請求項２３までのいずれか一項に記載された装填アーム・チャック。
【国際調査報告】
2004515073.tif 000034
2004515073.tif 000035
2004515073.tif 000036