(57)【要約】【課題】いずれの領域の圧力にも影響を受けることなく、異なる圧力を有する２つの領域間で基板を移送するための処理方法及び装置を提供すること。【解決手段】ロードロック室118、このロードロック室118に取外し可能に取り付けられた副室、及びこの副室内に第１ピボット軸を有する第１ロボットアームとを含み、第１ロボットアームが基板をロードロック室118のほぼ中央位置から室の外に移動することができる。
2004535674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ロードロック室と、このロードロック室に連通する副室とで構成され、
前記副室が、この室内に第１ピボット軸を有する第１ロボットアームを含み、この第１ロボットアームは、前記ロードロック室のほぼ中央位置から前記ロードロック室の外側の位置に基板を移動できることを特徴とするロードロック室アセンブリ。
【請求項２】
第１ロボットアームは、前記基板を保持するための第１エンドエフェクタを含むことを特徴とする請求項１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項３】
第１ロボットアームは、回転可能な軸スリーブ上に取り付けられるとともに、第１リンクアームと第１転換アームとを含み、
前記第１リンクアームは、第１、第２端部を有する細長いハウジングを有し、かつこのハウジング内に配置される第１カムと、第１カムに連結される４本バーの第１リンク機構と有し、前記第１カムが、第１軸スリーブ内に同軸配置で取り付けられかつ前記ロボットアームの第１ピボット軸を形成する１つの軸に連結して固定され、
前記第１転換アームは、前記第１リンクアームの端２端部に旋回可能に連結され、かつ前記第１転換アームの一端に取り付けられた第１エンドエフェクタを有し、第１リンクアームの前記第１ピボット軸回りの回転により、前記第１リンク機構を前記第１カムに係合させ、第２ピボット軸回りに前記第１転換アームを旋回移動することを特徴とする請求項１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項４】
第１リンクアームと第１転換アームは、副室内に完全に組み込まれることを特徴とする請求項３記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項５】
４本バーの第１リンク機構は、第１リンクアーム本体と第１駆動リンクの両方に連結される第１カムフォロアと、前記第１駆動リンクと第１リンクアームハウジングの両方に連結される第１ロッカーリンクとを有し、前記第１駆動リンクは、第１カムフォロアリンクに連結されていることを特徴とする請求項３記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項６】
第１ロッカーリンクは、スプリングを含み、このスプリングは、第１カムフォロアリンクと第１カムとの間で圧縮されかつ接触していることを特徴とする請求項５記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項７】
垂直平面に沿って第１ロボットアームを移動するための第１モータをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項８】
第１ピボット軸回りに第１ロボットアームを旋回するための第２モータをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項９】
ロードロック室のほぼ中央に配置される冷却プレートをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項１０】
冷却プレートは、温度制御されることを特徴とする請求項９記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項１１】
第１ピボット軸回りに旋回可能な第２ロボットアームをさらに含むことを特徴とする請求項１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項１２】
第１ピボット軸回りに第２ロボットアームを動かすための第３モータをさらに含むことを特徴とする請求項１１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項１３】
第１、第２ロボットアームは、互いに独立して旋回できることを特徴とする請求項１１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項１４】
第１、第２ロボットアームは、順番に処理室から第１の基板を取り除き、次に、処理室内に第２の基板を載置することを特徴とする請求項１１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項１５】
第２ロボットアームは、第１、第２端部を有する細長いハウジングを含む第２リンクアームと、第１リンクアームの第２端部に旋回可能に連結される第２転換アームとを含み、
前記第２ロボットアームは、前記ハウジング内に配置され、かつ第３軸スリーブ内に同軸配置で取り付けられる第２軸スリーブに固定された第２カムと、この第２カムに連結される４本バーの第２リンク機構を備え、前記第３軸スリーブの回転により、前記ロボットアームの第１ピボット軸を定めており、
前記第２転換アームは、このアームの一端部に取り付けられた第２エンドエフェクタを有し、第２リンクアームの第３軸スリーブ回りの回転により、前記第２リンク機構と第２カムが係合し、前記第２転換アームを第３ピボット軸回りに旋回移動させることを特徴とする請求項１１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項１６】
第１、第２リンクアームと第１、第２転換アームは、副室内に完全に組み込まれることを特徴とする請求項１５記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項１７】
第１ピボット軸に沿って垂直に第１、第２アームを動かすための第１モータと、前記第１ロボットアームを第１ピボット軸回りに旋回させるための第２モータと、前記第２ロボットアームを第１ピボット軸回りに旋回するための第３モータと、をさらに含むことを特徴とする請求項１１記載のロードロック室アセンブリ。
【請求項１８】
第１、第２端部を有する細長いハウジング、このハウジングの前記第１端部に配置されかつ回転する第１軸スリーブ内に同軸配置で取り付けられた非回転軸に固定される非回転の第１カム、及びこの第１カムにかみあい連結した４本バーの第１リンク機構を含み、さらに、前記第１軸スリーブに連結されかつ第１ピボット軸回りに前記第１軸スリーブと共に回転する第１リングアームと、
前記第１リングアームの第２端部に旋回可能に連結され、かつ前記第１リンク機構によって旋回する第１転換アームと、
この転換アームに連結され、前記第１リンクアームと前記第１軸スリーブを機械的に軸回りに回転させて、前記第１リンク機構と前記第１カムを係合させ、第２ピボット軸回りに前記第１転換アームを旋回移動する第１エンドエフェクタと、を含むことを特徴とするロボットアームアセンブリ。
【請求項１９】
４本バーの第１リンク機構は、
リンクアームハウジングと、
前記細長いハウジングに旋回可能に連結された部分を含み、前記第１カムと接触するベアリングを有する第１カムフォロアリンクアセンブリと、
一端部が前記第１カムフォロアリンクアセンブリに旋回可能に連結され、かつ他端部が第１ロッカーアームに旋回可能に連結されている第１ドライバーリンクと、
前記第１ロッカーアームと、を含むことを特徴とする請求項１８記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２０】
第１カム、第１カムフォロアリンク、第１ドライバーリンク、及び第１ロッカーリンクは、前記第１リンクアームのハウジング内に配置されていることを特徴とする請求項１８記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２１】
第１ロッカーリンクは、ロッカーアームとスプリングを含み、このスプリングは、前記第１リンクアームと前記ロッカーアームのハウジングに連結され、前記ロッカーアームは、前記ドライバーリンクに調整可能に連結されることを特徴とする請求項２１記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２２】
前記スプリングは、引張荷重を与えるように適合し、前記第１カムフォロアリンクと第１カムとの間に一定の接触力を維持することを特徴とする請求項２１記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２３】
前記スプリングは、前記第１カムフォロアリンクアセンブリが、前記第１カムと機械的な接触から離れて旋回できるように伸長可能であることを特徴とする請求項２１記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２４】
第１リンクアームを垂直方向に移動するための第１モータをさらに含むことを特徴とする請求項１８記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２５】
ロボットアームアセンブリは、ロードロック室のほぼ中心の位置から前記ロードロック室の外側位置に基板を直線移動できることを特徴とする請求項１８記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２６】
第１、第２端部を有する細長いハウジング、このハウジングの第１端部に配置される非回転の第２カム、及びこの第２カムによって駆動される４本バーの第２リンク機構と有し、前記第２カムが、回転する第１軸スリーブと軸の回りに同軸配置で取り付けられる第２の非回転軸スリーブに固定され、前記第２軸スリーブの回りに配置される回転可能な第３軸スリーブに連結されている第２リンクアームと、
前記第２リンクアームの第２端部に旋回可能に連結され、前記４本バーの第２リンク機構によって旋回可能に係合される第２転換アームと、
前記第２リンクアームを前記第２軸回りに回転することにより、前記第４本バーの第２リンク機構が前記第２カムと係合し、そして、第２ピボット軸回りに前記第２点間アームを移動するように、前記第２転換アームに連結される第２エンドエフェクタと、をさらに含むことを特徴とする請求項１８記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２７】
第１、第２リンクアームは、第１ピボット軸回りに独立して回転可能であることを特徴とする請求項２６記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２８】
４本バーの第２リンク機構は、
第２リンクアームハウジングと、
このハウジングに旋回可能に連結される部分を含み、前記第２カムと接触するベアリングを有する第２カムフォロアリンクアセンブリと、
一端部が前記第２カムフォロアリンクアセンブリに旋回可能に連結され、かつ他端部が第２ロッカーアームに旋回可能に連結される第２ドライバーリンクと、
前記第２ロッカーアームとを含んでいることを特徴とする請求項２６記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項２９】
第２カム、第２カムフォロアリンクアセンブリ、第２ドライバーリンク、及び第２ロッカーアームは、前記第２リンクアームのハウジング内に配置されていることを特徴とする請求項２６記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項３０】
第１リンクアームと第２リンクアームを垂直方向に移動できるようにする第１モータをさらに含んでいることを特徴とする請求項２６記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項３１】
第２モータが、第１ウエハを移送するための前記第１エンドエフェクタに関節でつながれるように前記第１軸スリーブを回転可能に係合させ、第３モータが、第２ウエハを引き続いて移送するために順番にことを特徴とする請求項２６記載のロボットアームアセンブリ。
【請求項３２】
それぞれの領域の圧力に影響することなく異なる圧力を有する２つの領域間で基板を移送するためのウエハ移送装置であって、
処理されるべきウエハを支持するための手段を含む気密式の処理室と、
この処理室に連結され、ロードロック室とこれに連結される副室を含み、副室が、この副室内に主軸を有する第１、第２ロボットアームを含んでいるロードロック室アセンブリと、を有することを特徴とするウエハ移送装置。
【請求項３３】
第１ロボットアームは、基板を保持するための第１エンドエフェクタを有することを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項３４】
第２ロボットアームは、基板を保持するための第２エンドエフェクタを有することを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項３５】
第１ロボットアームは、第１リンクアーム、第１転換アーム、及び第１エンドエフェクタとを含み、前記第２ロボットアームは、第２リンクアーム、第２転換アーム、及び第２エンドエフェクタとを含んでいることを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項３６】
第１、第２ロボットアームを垂直軸またはｚ軸の回りに移動するための第１モータと、前記第１ロボットアームを前記ｚ軸回りに独立して回転するための第２モータと、前記第２ロボットアームを前記ｚ軸回りに独立して回転するための第３モータと、をさらに含んでいることを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項３７】
前記副室は、前記ロードロック室に取外し可能に取り付けられ、かつ前記第１、第２ロボットリンクアーム及び第１、第２転換アームが、前記副室内に完全に収容されることを特徴とする請求項３５記載のウエハ移送装置。
【請求項３８】
前記第１リンクアームは、第１端部及び第２端部と、この第１端部においてハウジング内部に配置される非回転の第１カムと、この第１カムによって駆動される４本バーの第１リンク機構とを有する細長いハウジングを含み、前記第１カムは、第１軸スリーブ内に同軸配置で取り付けられた非回転軸に固定され、前記第１リンクアームは、前記第１軸スリーブに連結されかつ前記ｚ軸を形成する軸回りに前記軸スリーブと共に回転可能であることを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項３９】
第２リンクアームは、第１端部及び第２端部と、この第１端部においてハウジング内部に配置される非回転の第２カムと、この第２カムによって駆動される４本バーの第２リンク機構とを有する細長いハウジングを含み、前記第２カムは、第１軸スリーブ内に同軸配置で取り付けられた非回転の第２軸スリーブに固定され、前記第２リンクアームは、前記第３軸スリーブに連結されかつ前記ｚ軸を形成する第３軸スリーブ回りに回転可能であることことを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項４０】
ロードロック室のほぼ中央に冷却プレートをさらに含んでいることを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項４１】
冷却プレートは、温度制御されることを特徴とする請求項４０記載のウエハ移送装置。
【請求項４２】
第１、第２ロボットアームは、互いに独立して旋回可能であることを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項４３】
第１ロボットアームが、処理室からロードロック室内の表面上に第１の基板を移送し、引き続いて第２ロボットアームが、第２の基板を処理室内に移送することを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項４４】
第１ロボットアームを旋回させる第１モータと、第２ロボットアームを旋回させる第２モータとをさらに含んでいることを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項４５】
４本バーの第１リンク機構は、第１の細長いハウジングに連結されかつ第１カムによって駆動される第１カムフォロアリンク、この第１カムフォロアリンクに連結される第１ドライバーリンク、及び前記第１ドライバーリンクと、前記第１リンクアームの細長いハウジングとの両方に連結される第１ロッカーリンクを含んでいることを特徴とする請求項３８記載のウエハ移送装置。
【請求項４６】
第１ロッカーリンクは、第１ドライバーリンク及びスプリングに連結されるロッカーアームを含み、前記スプリングは、さらに、前記第１リンクアームの細長いハウジングに連結されて、４本バーのリンク機構がカムと一定な接触を維持できるようにすることを特徴とする請求項４５記載のウエハ移送装置。
【請求項４７】
ロードロック室アセンブリと処理室との間に配置される閉鎖可能なポートをさらに含み、このポートは、閉鎖位置で真空気密シールを形成し、かつ前記ロードロック室と処理室との間で移送されるウエハを受け取るようにしたことを特徴とする請求項３２記載のウエハ移送装置。
【請求項４８】
それぞれの領域の圧力に影響することなく異なる圧力を有する２つの領域間で基板を移送するための方法であって、
副室内に第１ピボット軸を有している第１、第２ロボットアームを、ロードロック室に連結される取外し可能な前記副室内に収容し、
閉鎖可能なポートが前記処理室と前記ロードロック室との間に配置されて、前記ロードロック室内の圧力を処理室内の動作圧力に対して減少させ、
前記第１ロボットアームとこれに取り付けられた第１エンドエフェクタを処理室内に伸ばして第１の基板を取出すために、前記第１ロボットアームを第１ピボット軸回りに回転させ、
前記第１ロボットアームを垂直方向、即ちｚ軸方向に移動して、処理室内のウエハ支持ピンから前記第１の基板を持ち上げ、
前記第１ロボットアームを前記第１ピボット軸回りに回転して、前記第１ロボットアームとこれに付属するエンドエフェクタを前記処理室から後退させ、さらに、前記エンドエフェクタを前記第１の基板とともに前記ロードロック室の中央に移動し、
前記第１ロボットアームを垂直方向またはｚ軸方向に移動して、ウエハ支持体の周囲に前記第１エンドエフェクタを移動することによって、前記ロードロック室の中央に葉位置された１つの支持体上に前記第１の基板を載置し、
大気圧中で第２エンドエフェクタ上に配置された第２の基板とともに、第２ロボットアームとこれに取り付けられた前記第２エンドエフェクタを前記処理室内へ伸ばすために、前記第２ロボットアームを第１ピボット軸回りに回転させ、
前記第１ロボットアームを垂直方向、即ちｚ軸方向に下降させ、前記処理室内のウエハ支持ピン上に第２基板を配置すると同時に、前記第１ロボットアームに取り付けられた第１エンドエフェクタを降下させ、前記第１基板を妨げる前記冷却プレートの周囲にさらに降下させ、
前記第２ロボットアームを第１ピボット軸の回りに回転させ、処理室内の動作圧力を維持して、前記第２ロボットアームとこれに取り付けた第２エンドエフェクタを前記処理室からロードロック室の中央に引き出し、
前記第１、第２ロボットアームを前記処理室から引き出し、そして、前記処理室と前記ロードロック室との間のポートを閉鎖し、
前記処理室内の動作圧力を維持しながら、前記ロードロック室内の圧力を周囲大気に調整する、各工程を有することを特徴とする方法
【請求項４９】
処理室とロードロック室との間で第１、第２の基板を移送する経路は、ほぼ直線であることを特徴とする請求項４８記載の方法。
【請求項５０】
第１の基板を取り出すステップは、前記ロードロック室内で温度制御された表面上に前記第１の基板を配置するステップをさらに含んでいることを特徴とする請求項４８記載の方法。
【請求項５１】
第１ロボットアームを第１ピボット軸の回りに回転させるステップは、第１ロボットアームに連結された第１転換アームを第２ピボット軸回りに旋回するために、ロッカーアームによってカムフォロアリンクが駆動されるように、カムフォロアリンクを非回転カムに係合させることを含んでいる請求項４８記載の方法。
【請求項５２】
カムフォロアリンクは、前記ロッカーアームと前記ロボットアームのハウジングに連結されたスプリングにより、前記ロボットアームの回転中、前記カムと接触を維持していることを特徴とする請求項５１記載の方法。
【請求項５３】
第１カムフォロアが、カムとの機械的接触から離れて旋回できるように、スプリングが伸びていることを特徴とする請求項５２記載の方法。
【請求項５４】
第１転換アームは、第１エンドエフェクタを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の方法。
【請求項５５】
ロボットアームは、第１ピボット軸回りに約１３０°回転するリンクアームを含んでいることを特徴とする請求項４８記載の方法。
【請求項５６】
ロボットアームが第１ピボット軸回りに１３０°回転するとき、転換アームは、約５７°回転することを特徴とする請求項４８記載の方法。
【請求項５７】
第１リンクアームと、
この第１リンクアームとともに共通のピボット軸回りに旋回可能な第２リンクアームと、
前記第１、第２リンクアームをｚ軸に沿って移動するためのｚ軸モータと、
前記第１、第２リンクアームに交互に連結され、第１、第２リンクアームを前記共通ピボット軸回り交互に回転させるための単一モータとを有することを特徴とする基板移送機構。
【請求項５８】
前記第１リンクアームを取り付けるための第１軸と、
前記第２リンクアームを取り付けるための第２軸と、
前記単一モータを前記第１、第２軸に交互に連結するためのクラッチと、
をさらに含んでいることを特徴とする請求項５７記載の基板移送機構。
【請求項５９】
それぞれの領域の圧力に影響することなく異なる圧力を有する２つの領域間で基板を移送するための方法であって、
副室内に第１ピボット軸を有している第１、第２ロボットアームを、ロードロック室に連結される取外し可能な前記副室内に収容し、
前記ロードロック室に連結されかつ閉鎖可能なポートを含んでいる処理室において、第１のウエハを所定の動作圧力で処理し、
前記第１ロボットアームを用いて前記処理室からアクティブ型ウエハを取り除き、そして前記第２ロボットアームを用いて、前記処理室の動作圧力でこの処理室内に第２のウエハを配置し、
ポートを閉鎖して、処理室内の第２のウエハを前記動作圧力で処理し、一方同時に、前記ロードロック室を通気し、かつ前記ロードロック室の外側から第３のウエハを受入れ、そして、処理された第１のウエハをロードロック室の外側に取り出し。
前記ロードロック室の圧力を前記動作圧力に対して減少させ、
前記ポートを開いて、前記第１ロボットアームを用いて、前記処理室から第２のウエハを取り除き、前記第２ロボットアームを用いて、前記処理室内に前記第３のウエハを配置する、各工程を含んでいることを特徴とする方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、真空移送装置に関し、特に、いずれの領域の圧力にも影響を受けることなく、異なる圧力を有する２つの領域間で基板を移送するための処理方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体のエッチング、洗浄、及び蒸着処理は、一般的に、減じられた圧力、例えば、排気された（真空の）室内で、望ましくは実行されるプラズマを介在した処理が使用される。半導体ウエハの製造プロセスでのコストに影響を及ぼす遅れをなくし、かつ処理される半導体ウエハ製品の品質における変動を最小にするために、真空室内の圧力を予め定めた特定範囲内に維持することは重要である。半導体素子の製造中、所定範囲内に圧力を維持することは難しいので、基板は、大気状態で作動する外部供給源から連続的またはバッチ処理で順次処理室内に供給される。処理室内に導かれる各基板又は基板のバッチ処理のために、時間をかけて処理室の圧力を制御及び再調整することは、処理時間を大いに増大させる。圧力を制御しかつ再調整することによる処理能力の減少により、素子全体の製造コストが増大することになる。
【０００３】
処理室におけるオーバーヘッド時間は、実際のウエハ処理時間を含まない処理室内での作業のために必要とされる時間であると定義される。一般的に、処理室内での無駄な時間は、各ウエハ交換の後で、処理室内の圧力を所望の処理圧力に減少させ、そして、ウエハを所望温度に加熱し、ウエハを交換できるように処理室を脱気し、そして、ウエハ自体を交換するための各時間を含んでいる。
【０００４】
処理室の圧力を乱したり影響を与えたりすることなく、半導体ウエハを連続的に処理するために、処理室に対してウエハを出し入れする多くの装置及び方法がある。このような装置の多くは、処理室に連通して動作する、エアロック室、例えば、ロードロック室が用いられている。このようなロードロック室では、処理室内の動作圧力と合致させるために圧力を調整することができる。これにより、処理室の内外に基板を移送することができ、また、処理室内を比較的一定の圧力に維持することができる。これらの装置では、本質的に直線動作でウエハを移動する単一アームとしてロボットが設けられている。このアーム移動経路は、ウエハの中心軸線がロボットアームの中心ピボット軸上または近くを通過するように形作られている。このようなピボット軸は、一般的に、ロボットリンクアームの設計及び関連したリンクアーム軌跡によって決められた物理的な寸法制限により、ロードロック室の中央に取り付けられる。その結果、これらの移送機構の形式では、移送機構が必要とするアーム経路によって、ロードロック室アセンブリ内の多くの内部室部分が影響を受ける。さらに、リンクアームの主軸、即ち第１ピボット軸が、ロードロック室内の中心に配置されるため、装置の修繕及びアクセスが難しくなる。また、従来装置では、タイミングベルト及びプーリーシステムをステッピングモータの駆動出力軸に連結し、かつアームの回転を有効ならしめるために、１つのスリーブが第１リンクアーム軸に連結される複雑な構造を使用している。
【０００５】
例えば、リチャード(Richard)氏に与えられた特許文献１では、ウエハ位置調整用の移送装置にベルト駆動を用いる点が開示されている。この移送機構におけるアームの１つにスプリングを用いるために、1つの問題が生じる。ベルトは、磨耗したり伸びたりするので、スプリングがアームを伸ばしてベルトが緊張するようにさせる。これは、処理室内の半導体ウエハの配置を変える。ウエハの位置調整装置は、装置の全ての段階において位置決めが正しくなければならない。位置を変化させる磨耗は、望ましくない。
【０００６】
ラダ(Lada)氏に付与された特許文献２には、複雑なウエハ移送装置が開示されている。この特許の装置では、外側シャフトに独立して回転する別のシャフト内に密閉された１つの軸を有する。そして複雑なシール機構は、本来的に、位置的なずれ及び磨耗をもたらす。また、この装置は、ベルトを使用しており、２つのモータと２つのモータ制御回路を必要とし、ワイヤハーネス等の工程が付随する。この装置の複雑化により装置がより高価なものとなる。さらに、ベルトを使用することにより、フレッチング(fretting)や磨耗のために汚染物質が増大する。さらに、ベルトは、磨耗しかつ伸びるので、基本的に取替えが必要であり、装置の正確な動作を維持し、装置内の汚染粒子の数を減少させることが必要とされる。ベルトの交換により、付加的な維持費とシステムの望ましくない低下をもたらすことになる。
【特許文献１】
米国特許明細書第４，５８４，０４５号
【特許文献２】
米国特許明細書第４，７２８，２５２号
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、上述した問題点を解決するための装置及び方法を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
２つの領域間で基板を移送するためのウエハ移送装置及びその方法は、いずれの領域も一方の圧力が影響を受けない異なる圧力を有し、処理室に連結されるロードロック室アセンブリを含んでいる。ロードロック室アセンブリは、ロードロック室とこれに連通する副室とを含む。ロードロック室は、処理室に連結され、また、両室を閉鎖する閉鎖ポートを有している。
【０００９】
副室は、内部に第１ピボット軸を有する第１ロボットアームを含み、この副室内で第１ロボットアームが、基板をロードロック室のほぼ中央位置からロードロック室の外側位置に移動することができる。この第１ロボットアームは、領域間での移送中、基板を保持するための第１エンドエフェクタを有している。
【００１０】
第１ロボットアームは、回転可能な軸スリーブ上に取り付けられ、第１端部と第２端部を有する細長いハウジングを含む第１リンクアームを含み、この第１リンクアームは、ハウジング内に配置された第１カムと、第１カムによって駆動される４本バーの第１リンク機構とを含んでいる。第１カムは、軸スリーブ内に同軸で取付られた軸に連結して固定される。この軸は、ロボットアームの第１ピボット軸を形成する。第１ロボットアームは、さらに、第１リンクアームの第２端部にピボット連結される第１移送アームを含み、この第１移送アームの端部には、第１エンドエフェクタが取付けられている。第１リンクアームの第１ピボット軸回りの回転により、４本バーの第１リンク機構が第１カムに係合し、第２ピボット軸回りに第１移送アームを旋回移動させる。リンクアームと移送アームは、副室内で完全に係合する。
【００１１】
４本バーの第１リンク機構は、第１カムに連結される第１カムフォロアと、この第１カムフォロアに連結される第１駆動リンクと、前記第１駆動リンク及び第１リンクアームの両方に連結される第１ロッカーアームとを含んでいる。第１ロッカーリンクは、ロッカーアームとスプリングとを含み、スプリングは、第１リンクアームとロッカーアームのハウジングに連結され、ロッカーアームは、駆動リンクに調整可能に連結されている。
【００１２】
好ましい実施形態では、ロードロック室アセンブリは、第１ピボット軸回りに旋回可能な第２ロボットアームを有する。第１、第２ロボットアームは、互いに独立して旋回でき、且つ処理室内に１つの基板を配置することができると共に、処理室から別の基板を同時に移動することができる。第１、第２ロボットアームは、副室内で完全に係合する。
【００１３】
ロードロック室アセンブリは、さらに、第１ピボット軸の垂直方向に沿って第１、第２アームを移動するための第１モータと、第１ピボット軸の回りに第１ロボットアームを旋回するための第２モータと、第１ピボット軸の回りに第２ロボットアームを旋回するための第３モータとを含んでいる。
【００１４】
いずれの領域の圧力もほとんど影響を受けない異なる圧力を有する２つの領域間で基板を移送するためのプロセスは、ロードロック室に連結される移動可能な副室内に第１、第２ロボットアームを収容することを含んでいる。この第１、第２ロボットアームは、副室内に第１ピボット軸を含んでいる。アクティブなウエハが所定の動作圧力で処理室内で処理され、ここで、処理室は、ロードロック室に連結され、かつ閉鎖可能なポートを有する。アクティブなウエハは、第１ロボットアームを用いて処理室から取り除かれる。そして、第１の列に並んだウエハは、第２ロボットアームを用いて上記動作圧力で処理室内に配置される。ポートが閉鎖されると、第１の列に並んだウエハは、上記動作圧力で処理室内で処理され、一方、ロードロック室は、ロードロック室の外側から第２の列に並んだウエハを受け入れるために同時に脱気される。
【００１５】
ロードロック室内の圧力は、所定の動作圧力に対して減少され、そして、ポートが開く。第１の列に並んだウエハ（今処理された）は、第１ロボットアームを用いて処理室から取り除かれ、また、第２の列に並んだウエハは、第２ロボットアームを用いて処理室内に配置される。
【００１６】
上述した一般的記載と以下で詳細に説明する記述は、典型的でかつ説明的なものであり、請求項に記載の発明をさらに説明することを意図している。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明を理解するための添付の図面は、本明細書に包含されかつその一部を構成し、本発明の実施形態および本発明の原理を説明するために役立つ記述とともに説明するものである。
【００１８】
真空状態下で処理室の内外へウエハを交換するための装置及び方法の特徴を記述する。この装置は、一般的に処理室と連通して動作するロードロック室を含んでいる。ロードロック室と処理室間の連通動作によって、両室間でのウエハの交換が、処理室内の圧力を高めることなく可能になる。アクティブ型ウエハが、排気された処理室において、例えば、プラズマが介在する処理操作で処理されると、ロードロック室が大気に通気され、ロードロック室へ付加的なウエハを列に並ばせて載置することができる。列に並んだウエハが、ロードロック室内に載置されると、ロードロック室の圧力が処理室の所定の動作圧力に降下する。処理室内のアクティブ型ウエハが完全に処理された後に、このウエハは、取り除かれて、ハードロック室内に列に並んだウエハと交換される。列に並んだウエハは、次に処理室において処理され、そして、前に処理されたアクティブ型ウエハがロードロック室から取り除かれ、処理すべき付加的なウエハと交換される。このサイクルが必要なだけ繰り返される。
【００１９】
改良された処理能力は、処理室の動作圧力が連続的に維持されることにより達成される。例えば、フォトレジストのストリップ処理では、エッチング後の残留物の除去、及び等方性エッチング処理は、一般的に、処理室が約１トルから約１０トルの圧力範囲に排気されることが必要となる。処理室内の動作圧力を一定に維持することは、ツールの生産性及び処理整合性(process consistency)を改善する。ウエハがロードロック室から処理室に所定の圧力範囲内で処理室の内外にウエハが移送されるとき、処理室のためのポンピング工程及び通気工程は、もはや必要とされない。これにより、ウエハの処理能力が増加する。このように、ロードロック室は、移送室とロードロック室の両方を兼ね備える。
【００２０】
本発明の好ましい実施形態が、添付の図面と共に以下に詳細に説明される。
図１および図２は、一般的に、参照番号１００で示す本装置の斜視図を示しており、これらの図には、ロードロック室アセンブリ１０２と処理室１０４とを含んでいる。装置１００は、図示するような特定の形状に制限されるものではない。当業者であれば、ここで開示する以外の変形例および形状を使用できることが明らかであろう。これらの図から明らかなように、本装置１００は、移動可能なカート１０６上に取り付けられ、排気システム１０８と、ロードロック室アセンブリ１０２に連通する真空ポンプシステム１１０とを含んでいる。
【００２１】
図３は、ロードロック室アセンブリ１０２と処理室１０４の上面図を示している。ロードロック室アセンブリ１０２及び処理室１０４は、相互に連結され、その中に閉鎖可能な真空シール開口１１４が配置され、２つの室間でウエハを交換するための形状を備えている。図示するように、開口１１４は、１つのウエハが貫通できるような形状である。代わりに、開口１１４は、２つのウエハ、例えば、処理室内の処理されたウエハと処理室内に入る未処理のウエハが、同時に通過できるような寸法形状とすることもできる。ロードロック室アセンブリ１０２は、一般的に移動可能な副室１１６及び主室１１８を含んでいる。副室１１６は、主室１１８の壁に取り付けられて移動可能であり、二重のエンドエフェクタのウエハ移送機構を含んでいる。以下でさらに説明するように、この二重エンドエフェクタのウエハ移送機構は、ロボット構成で、主室１１８及び処理室１０４の内外に開口１１４を介してウエハを移動する。関節アームがロードロック室（主室）１１８に固定された移動可能な副室１１６内に収容されるので、ロボットアームのセットアップ及び修正は、簡単である。
【００２２】
二重エンドエフェクタ式のウエハ移送機構は、上部リンクアーム１２０と下部リンクアーム１３０を含み、これらのアームは、共通ピボット軸１４０を有し、このピボット軸回りに関節で連結されている。上部リンクアーム１２０の先端部は、上部転換アーム１２２に旋回可能に連結され、このアームは、ウエハすなわち、基板(図示略)を保持するための上部エンドエフェクタ１２４を有する。同様に構成された下部リンクアーム１３０の先端部は、下部転換アーム１３２に旋回可能に連結され、このアームは、下部エンドエフェクタ１３４を有している。二重のエンドエフェクタ１２４,１３４を用いて、処理室１０４とのウエハ交換作業の中間点において、ロードロック室１０２は、２つのウエハを同時に含むことができる。これにより、高い処理能力を備える。チャック１４２が室１１８のほぼ中央部に取り付けられ、必要ならば、手動でｘ−ｙ平面において調整することができる。好ましい実施形態では、チャック１４２が冷却プレートとして機能する。
【００２３】
図４を参照すると、処理室１０４は、ゲートバルブ１５０によってロードロック室アセンブリ１０２から分離している。処理室１０４は、処理中にウエハ１９４を支持するための２つのウエハ支持ピン（ウエハピン）１９０，１９２を有する。サーモカップル１９３が、ウエハを付加的に支持するために設けられ、ウエハの温度を測定する手段を備えている。ロードロック室アセンブリ１０２は、クランプ１５２、長い整合ピン１５４、短い整合ピン１５６、さらに、冷却プレートチャック１４２が取り付けられるオプションの冷却プレートアセンブリ１６０を含んでいる。さらに、ロードロック室アセンブリ１０２は、チャンバー脚部１６２、ドアアセンブリ１６４、及びドア取付部１６６を有する。ロードロック室１１８を密封するために、Ｏリング１７０が配置されている。さらに、この断面図から明らかなように、冷却プレート１４２は、スクリュ１８４を用いて水平（ｘ−ｙ）方向に調整可能である。冷却プレートに対するｘ−ｙ平面調整機構は、微調整制御のために、この図では示されていない付加的なスクリュを備えることもできる。
【００２４】
図５は、ロードロック室アセンブリ１０２の側断面図である。このロードロック室アセンブリ１０２は、これに取り付けられて移動可能なカバー１０３を有する。また、副室１１６は、副室に固定される移動可能なカバー１１７を有する。この図において、上部ロボットアーム１２０及び下部ロボットアーム１３０が、図の右側に断面図で示されている。また、この図では、二重エンドエフェクタ式のウエハ移送機構を作動するためのモータアセンブリのいくつかの構成部品が示されている。このウエハ移送機構は、ロボットプラットフォーム２００、ロボットアダプタプレート２０２、リニアシャフトアセンブリ２０４、リニアスライド２０８、及びモータ駆動アセンブリ２０６を含んでいる。
【００２５】
図６は、二重エンドエフェクタ式のウエハ移送機構における上部及び下部のロボットアーム１２０,１３０を関節で連結するための第１モータ２１０、第２モータ２１２、及び第３モータ２１４を示す部分斜視図である。第１モータ２１０、即ち、ｚ軸モータは、垂直方向、即ちＺ軸方向における第１回転軸線１４０に沿って平行に、上部移送アームアセンブリ１２０と下部移送アームアセンブリ１３０を駆動するために使用される。第２モータ２１２は、第１ピボット軸１４０、即ち、ｚ軸回りに回転する下部リンクアーム１３０を駆動する。第３モータ２１４は、第２モータと同様に第１軸線１４０の回りに上部リンクアーム１２０を駆動する。好ましくは、これらのモータは、直流サーボモータまたはステッピングモータである。
【００２６】
図７及び図８は、上部ロボットアーム１２０の平面図及び斜視図を示す。この上部ロボットアーム１２０（上部リンクアーム）は、取外し可能な２部品構成のカバー１２７，１２８（図３参照）を有する細長いハウジング１２６を含む。下部リンクアーム１３０は、同一の構造を含み、かつ同一の機能を有している。それゆえ、これらは、互いに構造的に同一であり、ロボットアーム機構１２０，１２２２，１２４及び１３０，１３２，１３４は、図示されたもの以外は、同一の参照番号によって示された対応部材を有する。したがって、以下で、上部ロボットアーム機構の構成及び操作について説明し、下部ロボットアーム機構については、同様に適用できる。
【００２７】
上部リンクアーム１２０に対する２部品構成のカバー１２７，１２８は、オペレータが下側にある機構に容易にアクセスすることができるようになっている。カバー部品１２７は、第１ピボット軸１４０における機構に対してのアクセスを与える。一方、カバー部品１２８は、第２ピボット軸における機構に対してのアクセスを与える。Ｏリング(図示略)は、好ましくは、ロボットアーム１２０の内容積を密封するために用いられる。上部ロボットアーム１２０は、第１ピボット軸１４０の回りに、カム２２０、カムフォロアアーム２２２を有する。カムフォロアアームは、カム２２０の輪郭上に接触するベアリング２２３を含む。細長いアームドライバー２２４は、一端部がカムフォロア２２２に取り付けられ、他端部がフォーク２３２によってロッカーアーム２２６に取り付けられる。フォーク２３２と上部ドライバーアーム２２４は、このドライバーアーム２２４の張力調整を可能する補足的なねじを有する。ロッカーアーム２２６は、ベアリングプレート２３４の下方に取り付けられる。上部リンクアーム１２０の第１ピボット軸１４０回りの回転により、上部転換アームを上部リンクアーム１２０のひじ部における第２ピボット軸２３０（ピボット軸２３０から離れた）の回りに回転するように、カムフォロアアーム２２２を駆動する。リターンスプリング２６４は、ロッカーアーム２２６をロボットアームのハウジング１２６に連結するために用いられる。両方のロボットアームの末端は、さらに、ねじ孔２３６、回転シール２３８、ベアリング２４０、及び転換アーム１２２または１３２をそれぞれリンクアーム１２０または１３２（図10を参照）にピボット連結するためのピボットプレート２４８をさらに含んでいる。
【００２８】
リターンスプリング２６４は、リンクアームの回転中、カムフォロア２５３がカム２２０の非回転プロフィール(輪郭部）と接触を維持できるようにする。このように、リターンスプリングは、構造上に一定の負荷を維持し、リンク機構内の製造上又は機械的な許容差を取り除く。有利なことに、図に示すようにリターンスプリング２６４を用いることにより、転換アームをリンクアームに電気的または機械的に連結する必要がなくなり、機械のセットアップおよび設置中、及びウエハの破壊/外れの場合に、転換アームをクランクアームに無関係に移動することができる。
【００２９】
図９〜図１１は、回転可能なシャフトアセンブリに連結される上部及び下部のロボットアーム１２０,１３０の断面図を示す。これらの図から明らかなように、下部リンクアーム１３０は、また上部カム２２０と同様に機能する下部カム２１８を有する。カム２１８，２２０は、第１ピボット軸１４０と同軸配置され、かつ上部及び下部のリンクアーム１２０、１３０に固定されて回転する。この形でリンクアーム１２０、１３０が回転すると、各カム２２０または２１８は、真空気密のリンクアームハウジング１２６内に内装される４本バーのリンク機構と係合する（図８に示すように、要素１２０、２２２、２２４、２２６、２３２によって形成され、この４本バーのリンクは、各リンクアームにおいて同一である）。４本バーのリンク機構により、遠方の、即ち、第２リンクアーム軸２３０に対して、隣接する端部、即ち第１転換アームの端部の回転運動を生じさせる。
【００３０】
プログラム可能なモータを用いて、第１ピボット軸の回りに回転するリンクアームを駆動し、かつカムを用いて、反対側端部（ひじ部）の回りに転換アームを駆動することにより、転換アームの離れた第２端部上に位置した作動部材は、冷却プレートから処理室へほぼ直線上に移動することができる。もちろん、モータのプログラムを変えることにより、カムの輪郭、即ち４本バーのリンク機構の一部として含まれるドライバーリンクの長さを調整して、冷却プレートの中央軸、即ち、処理室の中央軸に対するウエハの移動経路及び最終ウエハ位置を変更することができる。
【００３１】
第１ピボット軸１４０において、上部ロボットアーム１２０は、中央（第１）軸２５０及び第２軸スリーブ２５２上に回転可能に取り付けられる。第２軸スリーブは、第１軸の回りに回転可能に配置されている。中央軸２５０は、ベルト及びプーリーシステムを介してハウジングアセンブリに固定されている。上部アーム取付部２６２及び回転シール２６４は、アーム１２０を第１軸２５０に確実に固定する。カム２２０は、第１軸２５０に固定されて、カムの回転を防止する。同様の方法で、下部ロボットアーム１３０は、図示するように、第３、第４軸スリーブ２５４、２５６上に回転可能に取り付けられる。第３軸スリーブ２５４は、ベルト及びプーリーシステムを介して固定され、この第３軸スリーブは回転できず、一方、第４軸スリーブ２５６は回転できる。カム２１８は、第３軸スリーブ２５４に固定されてカムの回転を防止する。軸ベアリング２５８は、回転要素を連結するために両軸間に配置されている。第２軸スリーブ２５２は、第２モータ２１２によって駆動されるタイミングベルト及びプーリーシステム(図示略)により第１軸２５０に関して回転する。同様に、軸スリーブ２５６は、第３モータ２１４によって駆動されるタイミングベルト及びプーリーシステム(図示略)によってハウジングに関して回転する。上部及び下部カムアセンブリは、図１１において、参照番号２６６、２６８で示されている。ロボットアーム１２０、１３０が中空であり、さらに、カム２２０が好ましくはその中に開口を有しているので、軸２５０を介して排気することによって真空が維持される。上部及び下部リンクアームは、ロッカーアーム２６６をリターンスプリング２６４に連結するためのスプリングアンカー２６０を含む。
【００３２】
図１２は、２つのクランプ２７０、２７２を示し、これらのクランプは、それぞれ、カム２２０、２７６の位置を調整するのに用いられる（この図では、これらのカムは図示されていない）。カム２２０、２７６は、それぞれリンクアーム２５０、２６０に取り付けられている。ベルト及びプーリーシステムは、これらのカムの位置を調整するために使用される。ベルト(図示略)は、クランプ２７０、２７２の回りに取り付けられ、軸２５２、２５６に係合してカム２２０、２７０の位置を調整する。第２モータ２１２は、クランプ２７０に係合して上部リンクアーム１２０を回転させ、一方、第３モータ２１４は、クランプ２７２に係合して下部リンクアーム１３０を回転させる。
【００３３】
内部エアロボット(図示略)を用いてウエハの交換中、上部エンドエフェクタ１２４と下部エンドエフェクタ１３４は、同軸に配置され得る。さらに、２つのウエハは、処理室１０４を用いてウエハ交換作業の最中に、同時にロードロック室内に配置できる。上部ロボットアーム１２０と下部ロボットアーム１３０は、同様な関節を有し、第１ウエハを処理室から取り出し、冷却プレート１３０に置かれる前に第２ウエハを移動して処理室１０４内に配置することができる。上部及び下部ロボットアーム１２０、１３０は、共通の第１軸１４０を共有し、第１モータ２１０（Ｚ軸用モータ）がロボットアームアセンブリ１２０、１３０をｚ方向に第１ピボット軸に沿って同時に駆動する。
【００３４】
第１軸１４０回りに上部及び下部リンクアーム１２０、１３０を回転させることにより、対応する転換アーム１２２、１３２および取り付けられたエンドエフェクタ１２４,１３４を副室１１６に対して回転させる。上部または下部の転換アーム１２２,１３２の転換は、カム２２０、２１８によって実行される。例えば、カム２２０の位置は、非回転軸２５０に固定されかつ第１軸１４０と同軸で、この第１軸回りに第２軸２５２（図１１参照）と上部リンクアーム１２０が回転できる。上部リンクアーム１２０が第１ピボット軸１４０の回りに回転するとき、カムフォロアアーム２２２はカム２２０の輪郭に従って移動する。このような動きによって、上部アームのドライバーリンク２２４（または下部リンクアーム１３０の対応する部材）の往復運動が生じる。このドライバーリンク２２４は、カムフォロア２２２の端部にカムリンクピンに固定されている。このような往復運動するドライバーリンクの動きは、上部アームロッカーリンク２２６にピン連結を介して回転動きに変換される。これにより、上部リンクアーム１２０が直流サーボモータ２１２によって１３０度回転するとき、転換アーム１２２を約５７度回転させることができる。この動きは、下部ロボットアームアセンブリの対応する部材に対しても同様である。
【００３５】
上部及び下部リンクアーム１２０、１３０が、モータ及びタイミングベルト装置によって第１軸１４０の回りに駆動すると、カムフォロア２２２の角度位置がリンクアームハウジングに対して変化する。上部及び下部のアームロッカーリンク２２６と固定の長さのドライバーリンク２２４との間のピン連結は、リンクアームハウジングに対するロッカーリンク２２６の角度位置を変える。反対側のロッカーリンク端部は、転換アーム１２２を上部リンクアーム１２０のひじ部の回りに回転させるように、第１の、旋回する転換アーム１２２の端部と同軸に取り付けられている。
【００３６】
上述したように、転換アーム１２２、１３２の遠方端部は、統合したウエハハンドリングパンまたは同等物であるエンドエフェクタ１２４、１３４を含む。エンドエフェクタ１２４、１３４は、ウエハ支持ピン１９０、１９２、及び処理室１０４内におけるサーモカップル１９３（図６参照）等の温度測定素子のパッド上にウエハを持ち上げて載置し、かつロードロック室内に配置された冷却プレート１４２上にウエハを配置するように構成される。
【００３７】
このエンドエフェクタ１２４は、処理室内のウエハを取り出しまたは載置するとき、ウエハ支持ピン１９０、１９２によって示されるサークル内で移動することができる。対照的に、冷却プレート１４２上にウエハを配置するとき、エンドエフェクタ１２４、１３４は、Ｚ方向に上部または下部リンクアームアセンブリ１２０、１３０を昇降させる。エンドエフェクタの円形状により、エンドエフェクタは、下方に移動しかつ冷却プレート１４２の回りを移動して、ウエハ１９４を冷却プレート１４２の表面上に載置する。
【００３８】
好ましい実施形態では、冷却プレート１４２は、処理すべきウエハ１９４の直径よりも小さいものであり、エンドエフェクタによるウエハの配置を単純化する。このようにサイズの差は、ロードロック室１１８の加圧及び脱気中に用いられる処理によって均一なウエハ温度制御をもたらすことができる。例えば、下部リンクアーム１３０のエンドエフェクタは、上述した機構によって処理室１０４の中央線からロードロック室１１８の中央まで正確には、冷却ステーション、即ち冷却プレート１４２上を移動する。ウエハ１９４は、回収後、直ちに下部ロボットアーム１３０によって冷却ステーション又は冷却プレート１４２上に配置される。このロボットアームが、液体冷却したディスク又は冷却プレートアセンブリの表面上にウエハを配置するように−Ｚ方向に降下するとき、ウエハを支持するエンドエフェクタ１３４の円形状は、液体冷却されたディスクの回りに境界線を描く。これにより、ロードロック室１１８が一般的に0.1〜1.0トルまでの真空状態から大気圧まで変化するとき、ウエハがゆっくりと冷却される。ロードロック室１１８の通気は、0.1〜10.0トルまで、さらに10トル〜大気圧まで、冷却プレート表面とウエハ裏面との間のガス伝導熱変換係数における変化をもたらすために必要とされ、これにより、ウエハを冷却するためのガス条件を可能にする。大気圧までの熱変換係数または通気における変化、即ち、増加するための時間は、ウエハにおける機械的応力を防止し、かつこの機械的応力による変形及び起こり得るダメージを防止するために望ましく、また実際に必要とされる。ロードロック室１１８が大気圧に通気されると、上述した冷却方法は、シリコンウエハの高熱伝導性と相まって、ウエハが処理温度から冷却されるとき、ウエハ表面を横切る等しい温度分布が与えられる。この方法は、特に、銅処理(copper process)に利用でき、ウエハ１９４が酸素を含む大気中に晒される前にウエハの温度を低下させなければならない。
【００３９】
上記記載において、関節を有するウエハ移送アームのピボット軸は、ロードロック室１１８内の中央に配置されていない。さらに、ウエハ移送経路は、ウエハの中心軸線がウエハ移送アームの第１ピボット軸１４０上を通過しないし、またはその近くを通過することもない。
このような配置は、全体の移送機構がよりコンパクトになり、これにより、ロードロック室１１８の寸法を減少させることができる。また、このような配置により、ウエハ移送アームは、設置及び修理を単純化させるための分離した副室内に収容することができる。
【００４０】
上述したウエハ移送機構の構造は、従来のシステムに比較して比較的小さい置き場所を有することが当業者であれば理解できるであろう。好ましい実施形態の構造において、ウエハ１９４の直線移動は、かなり単純なコンパクトな機構により達成することができる。多くの移送機構は、ロードロック室１１８の寸法に比較して比較的小さい副室１１６内に収めることができる。
【００４１】
また、取外し可能な副室１１６を設けることは、メンテナンスをかなり単純化できることがわかるであろう。これは、クリーンルーム内に配置された機械へのアクセスがしばしば制限され、また、クリーンルーム内への人間の入室を避けることが望ましい場合がしばしばであることから、半導体製造設備において重要なことである。多くのクリーンルームは、アクセスパネルを備えており、これにより、クリーンルームの外側にいる人が、この室に入ることなく内部の設備に容易に接近できる。その結果、本発明は、メンテナンス及び修繕のためのロボットアーム機構を容易に移動することができる。
【００４２】
また、当業者であれば、本発明のウエハ移送機構は、右手用または左手用のいずれかにすることができる。言い替えれば、図１及び図２が副室を右側に配置した右手用の実施形態を示す場合で、同様の構成において、左手用のロードロック室をうまく操作することができることが明らかであろう。好ましくは、これらの図から容易にわかるように、多くの部品は、右手用または左手用の両方の機構に対して同一構成とされる。その結果、ある程度、クリーンルームの形状及びクリーンルーム内にある設備は、右手用または左手用のロードロック室のいずれかと副室を必要とするので、上述した実施形態では、両方の形式を用いることが容易であり、左手および／または右手のいずれかの向きが必要なのは、少ない数の部品だけである。これは、ウエハ移送機構の制御において、かなりの利益を与える。
【００４３】
ウエハ１９４をロードロック室１１８と処理室１０４との間を直線的に移動するためのウエハ移送機構の能力により、ロードロック室１１８の寸法をかなり減少できることがわかるであろう。言い替えれば、図から容易に理解できるように、ロードロック室内の冷却プレート１４２と処理室１０４内の最終位置間のウエハ１９４の直線移動では、ロードロック室１１８のＹ方向における内側寸法（即ち、ウエハ１９４の動きに対する横軸）が、ウエハ１９４自体の寸法（もちろん副室１１６の寸法を含まない）よりも僅かに長いことが必要である。他方、ウエハ移送機構が、冷却プレート１４２から処理室１０４にウエハ１９４を送るために、直線よりもむしろ曲線的に動く場合、ロードロック室１１８の寸法は、かなり長くなるであろう。ロードロック室アセンブリ１０２の置き場所を最小にすることは、置き場所がより小さくなり、高価なクリーンルームのスペースを有効に利用することができるので、半導体製造業者にとってかなりの利益を与える。もちろんリニアの意味は、正確な直線性を意味するものではなく、むしろほぼ直線的な動きのことである。ロードロック室１１８と処理室１０４との間のウエハ１９４の直線移動は、好ましいものであり、曲線移動もまた可能である。ロードロック室、移送室、及び冷却プレートの従来の使用では、単一又は二重のウエハ処理室に対するかなりの部分を占有することが明らかである。クラスターツールの場合に、移送室は、単一又は二重のウエハのいずれの場合も、マルチ処理室の付属装置を可能にするのに十分大きい。複雑な動きは、一般的に移送室内に配置されるロボット機構に必要されるものであり、この移送室は、機械的に複雑でかつ費用のかかるロボット機構を必要とする。このように、一般的に、１つ以上の処理室に含まれる「クラスター(cluster)」ツールは、ロードロック室と処理室との間で、複数のウエハを往復運動させるために単一の移送室を有する。
【００４４】
本発明の装置及び方法は、１つのロボットを有する単一室内に上述の操作を組み合わせることにより、寸法、内部容積、複雑さ、及びコストを削減することができ、このロボットは、単純な直線エンドエフェクタのみの動きを有する。このため保守容易性が高まるので、寸法が減少し、ユニット単位のコストが削減され、ツール内の各処理室は、分離したロードロック室アセンブリを備えることができる。このロードロック室アセンブリは、従来のロードロック室、移送室、及び冷却室の機能を全て含んでいる。
【００４５】
保守容易性が増加し、寸法が減少され、単位ユニットのコストが低下するので、ツール内の各処理室は、従来のロードロック室、移送室、及び冷却室の上述した機能を結合する個別のロードロック室アセンブリを備えることができる。上記利点に加えて、各ロードロック室/処理室モジュールは、独立に機能させることができる。このモジュール方式は、処理ツールが保守を必要とする１つ以上のロードロック室/処理室モジュールを機能させることができる。これは、一般的に、全ての処理室が単一のウエハ移送室に相互連結されるようなクラスターツール装置を用いる場合ではない。また、この連結が失敗した場合、全体のツールは、使用禁止となる。
【００４６】
また、当業者であれば、上述したウエハ移送機構は、製造することが比較的単純でかつ容易であることがわかるであろう。例えば、３つのモータ全体が必要とされる。これらは、（Ｚ軸用）第１モータ２１２、上部リングアーク１２０を回転させる第２モータ２１２、下部リンクアーム１３０を回転させる第３モータ２１４を含む。これは、第１ピボット軸回りにリンクアームを回転しかつ第２ピボット軸回りに転換アームを回転するために、ベルト及びプーリーの複雑なシステム、またはさもなければ、アーム付き２つのモータ（Ｚ軸モータを付加する）のいずれかを必要とするたいへん複雑な従来システムと比較される。その結果、この装置は、多くの従来装置よりも単純化され、全体の機構から２つのモータを削減する。
【００４７】
この代わりに、全体で３つのモータを使用する代わりに２つのモータだけを用いることもまた可能である。例えば、Ｚ軸モータ、及び単一モータにより、上部リンクアーム１２０及び下部リンクアーム１３０の両方を回転させる。一般的なウエハ移送シーケンスにおいて、両方のリンクアームは同時に作動しないので、１つのクラッチを用いて、単一のモータに上部リンクアーム１２０及び下部リンクアーム１３０のいずれかを交互に連結させることができる。これを達成するためにいくつかの方法を用いることができる。１つの方法は、２つの同軸シャフトをスプライン連結されたクラッチスリーブを前後にスライドさせて、外側スプライン軸を上部リンクアーム１２０に連結された軸または下部リンクアーム１３０に連結された軸のいずれかに連結する。他の方法は、この開示から当業者には、明らかになるであろう。
【００４８】
多くの図において、当業者であれば理解できるであろうが、モータ２１２,２１４,２１６は、ロードロック室アセンブリ１０２の下側に配置される。この装置は、各モータに対する特定の位置を限定するものではない。例えば、Ｚ軸モータ２１２は、ロードロック室アセンブリ１０２の下側ではなくて上側に配置することもできる。同様に、リンクアーム１２０、１３０を回転するためのモータ２１４、２１６をロードロック室アセンブリ１０２の上部または側部に配置することもできる。しかし、全てのモータをアームアセンブリの下側に配置することは、ロードロック室アセンブリ１０２を汚染する粒子を避ける関係から好ましい。
【００４９】
さらに、各リンクアームに対する二重のカム配置を用いることにより、エンドエフェクタの経路を変化させることができる。上述した機構における「スプリット」カムプロフィールを用いる場合、このカムプロフィールは、装置が組み立てられかつ設置された後に調整することができ、その結果、合理的な動き、即ち、ロードロック室の中央線によって示された境界内または経路を得ることが可能な直線以外の動きを実行できる。これにより、第２サーボモータ又はモータコントローラ及び関連するソフトウエアを用いることなく、リンクアームに対する転換アームの動きを独立して選択又は調整可能である。この実施形態において、ハウジングアセンブリは、次の３つの偏心軸を含んでいる。
【００５０】
ａ.  回転する最内側の第１軸。上述したように上部リンクアームは、真空気密の上部カバーによって第１軸に機械的に固定されている。この上部リンクアームと最内側の第１軸は、第１直流サーボモータによって駆動されるタイミングベルト及びプーリーシステムによってハウジング及び中央軸に関して回転する。
ｂ.  最内側の第１軸と同軸配置される第２軸アセンブリ。この第２軸はハウジングに足して非回転に固定される。第２軸、即ち、中央軸アセンブリは、この軸に機械的に固定される２つの非回転カムアセンブリを含み、このカムアセンブリは、第２軸上に垂直に配置され、カムプロフィールは、第２軸の長軸に平行である。下部カムアセンブリは、下部ロボット連結リンクを駆動し、一方、上部カムアセンブリは、上述したように上部ロボット連結リンクを駆動する。各カムアセンブリは、ウエハエンドエフェクタの後退位置及び伸長位置を決定するために独立して調整可能な２つのカムを含んでいる。
ｃ.  最外側の第３軸（最外側スリーブ）。この第３軸は、第２直流サーボモータによって駆動されるタイミングベルト及びプーリーシステムによってハウジング及び中央の第２軸に関して回転する。
【００５１】
好ましくは、下部リンクアームは、最外側の第３軸の端部に取り付けられる第１端部を有する。上部リンクアームは、最内側の第１軸（スリーブ）の端部に取り付けられる第１端部を有する。この第１軸は、クランクアームリッドによって上部リンクアームに連結される。
【００５２】
カム及び４本バーのリンク機構は、上述したように、次のこと、即ち、カムアセンブリが、２つの独立した調整可能なカムからなることを除いて、リンクアームに対して転換アームを駆動（回転）する。アセンブリカムにおける第１の後退カムは、中央にある第２の非回転軸に取り付けられる。第２カムの延長カムは、第１カムに取り付けられる。第２カムは、両方のカムに共通のピボット点によって第１カムに対して移動、即ち、調整することができる。この結果、カムプロフィールは、調整用の共通面を維持しかつ共通の接触点を共有する。第２カムは、偏心によりピボット軸、即ち調整用の共通点回りに回転することができる。これにより、転換アームの延長位置が、偏心によって調整することができる。この連結アームの後退位置は、ベルト駆動のロッキング装置を緩めることによって調整することができる。カムフォロアベアリングは、クランクアームの運動の後退動作中、各カムアセンブリにおける第１の下部カムと接触している。このカムフォロアは、接触点形成する点上を横切る。
【００５３】
ロボット動作において、Ｚ方向動き（上下移動）には４つの位置がある。即ち、(1）高位置、（2）中間の高位置、「インエア(in-air)」時のウエハ交換に使用、（3）中間の低位置、及び（4）低位置がある。全体の作動を理解しやすくするために、図１３〜図２８において、複数の参照符号が示されている。図１３に示すように、アームアセンブリは、ロードロック室１１８の外側のウエハハンドリングユニット内にある、インエアロボット(図示略)からのウエハを待機する位置２で始動する。上部アームアセンブリ１２０、１２２、１２４は、図１４に示すように、インエアロボットから第１ウエハ２９０ａを受け入れる。この第１ウエハ２９０ａは、図１５で示すように、位置３に降下する。
【００５４】
上部アームアセンブリ１２０、１２２、１２４は、図１６に示すように、ウエハピン１９０，１９２及びウエハ温度測定素子１９３の上に第１ウエハ２９０ａを備えて、処理室１０４内に達する。このアームアセンブリは、図１７に示すように、位置４に降下して、第１ウエハ２９０ａをウエハピン１９０，１９２及びサーモカップル１９３上に落下させる（このとき、上部アームエンドエフェクタ１２４は、ウエハ支持ピン１９０，１９２及びサーモカップル１９３の下側にある。）。
【００５５】
図１８では、上部アームアセンブリ１２０、１２２、１２４が、ロードロック室１０２に戻る。この時点では、スリット弁１５０が閉じて、ウエハ２９０ａを処理室１０４内で選択された処理が行われる。同様に、ロードロック室アセンブリ１０４は、窒素Ｎ2等を含む大気圧に通気される。アームアセンブリは、図１９に示すように、インエアロボットから上部アームアセンブリ１２０、１２２、１２４上に第２ウエハ２９０ｂを受け入れるために位置２に上昇する。
【００５６】
さらに、図２０において、ウエハが上部パン上に配置された後、ロードロック室は、真空ポンプ装置１０８、１１０を用いて0.1〜1.0トルのウエハ移送圧力に戻される。ウエハ処理が処理室１０４内で完了すると、ロードロック室アセンブリ１０２は、移送圧力に戻り、スリット弁１５０が開く（図４参照）。下部アームアセンブリ１３０，１３２，１３４は、処理室１０４内に達する（そして、ウエハピン１９０，１９２及びサーモカップル１９３の下側に位置する。）。
【００５７】
図２１に示すように、アームアセンブリは、第１ウエハ２９０ａをウエハピン１９０，１９２及びサーモカップル１９３から持ち上げるために位置１に上昇する（下部アームエンドエフェクタ１３４は、ウエハピン１９０，１９２及びサーモカップル１９３の上方にある。）。下部アームアセンブリ１３０，１３２，１３４は、図２２に示すように、第１ウエハ２９０ａと共にロードロック室１０２に戻る。このアームアセンブリは、図２３に示すように、位置３に降下し、第１ウエハ２９０ａを冷却プレート１４２上に配置する。そして、上部エンドエフェクタ１２４が第２ウエハ２９０ｂと共に処理室１０４内に伸びる準備をする。
【００５８】
図２４では、上部アームアセンブリ１２０、１２２、１２４が、第２ウエハ２９０ｂとともに処理室１０４内に達する（第２ウエハ２９０ｂは、ウエハピン１９０，１９２及びサーモカップル１９３の上方にある。）。上部アームアセンブリ１２０、１２２、１２４は、位置４に降下して、第２ウエハ２９０ｂをウエハピン１９０，１９２及びサーモカップル１９３上に落下させる（このとき、上部アームエンドエフェクタは、ウエハピン１９０，１９２及びサーモカップル１９３の下側にある。）。
【００５９】
図２６では、上部アセンブリ１２０、１２２,１２４は、ロードロック室１０２に戻る。この時点でスリット弁１５０を閉じて、ウエハ処理のための処理室を分離する。一方、ロードロック室は、大気に通気されて冷却プレート１４２上のウエハを制御しながら冷却する。図２７において、アームアセンブリは、位置２に上昇させて、第１ウエハ２９０ａを下部アームアセンブリ１３０、１３２、１３４を用いて持ち上げる。図２８では、インエアロボットがウエハ２９０ａを下部アームアセンブリから取出す。この下部アームアセンブリ機構は、元に戻り、上部アームアセンブリ１２０、１２２、１２４が第３ウエハ２９０ｃ(図示略)インエアロボットから受け取る（図２０に示したように）。
【００６０】
好ましい実施形態において、リンクアームアセンブリは、真空密閉され、差圧が、リンクアームの内部キャビティとそれを取り囲むロードロック室との間に連続して維持されることが重要である。さらに、好ましくは、リンクアームアセンブリ内のこの圧力は、ロードロック室内の圧力より低く維持される。真空システムと異なる真空装置(図示略)が、ロードロック室を排気するために用いることができる。好ましくは、リンクアームの内部キャビティは、真空装置の前側部分に連結され、隣接する処理室内を真空に維持するために連結されて使用される。このように、前側部分内の圧力は、好ましくは、ロードロック室の最小動作圧力よりも低い。
【００６１】
差圧を維持することは、ロードロック室内のアームの運動中、真空シールが回転することによって発生する粒子の流れ又は流出を防止する。ロボットアームの回転シール間の差圧により、シール表面が摩滅することにより生じる移動する粒子が、ガスの流れによって、即ち、差圧に応じてクランクアームの内部キャビティへと移動する。
【００６２】
以上、本発明を詳細に特定の実施形態を用いて説明してきたが、当業者であれば、本発明の技術的思想および特許請求の範囲から逸脱しないでなされる種々の変更及び修正ができることが明らかとなるであろう。それゆえ、本発明は、添付する請求項及び等価物の範囲内で与えられる本発明の変更及び修正を包含することを意味する。
【図面の簡単な説明】
【００６３】
【図１】図１Ａ、Ｂは、ロードロック室及び処理室を含むウエハ移送装置を示す斜視図である。
【図２】図２は、ロードロック室及び処理室を含むウエハ移送装置の拡大図である。
【図３】図３は、ロードロック室及び処理室の頂部からみた図である。
【図４】図４は、ロードロック室及び処理室の断面図である。
【図５】図５は、ロードロック室及び処理室の側断面図である。
【図６】図６Ａ，Ｂは、ウエハ移送装置の部分斜視図である。
【図７】図７は、上部リンクアーム及び上部移送アームを分解して示す斜視図である。
【図８】図８は、上部リンクアームの上面図である。
【図９】図９は、上部及び下部リンクアームの断面図である。
【図１０】図１０Ａ，Ｂは、上部及び下部リンクアームの断面図である。
【図１１】図１１は、上部及び下部リンクアームの断面図である。
【図１２】図１２は、モータ駆動アセンブリの斜視図である。
【図１３】図１３は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す配置図である。
【図１４】図１４は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図１５】図１５は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図１６】図１６は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図１７】図１７は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図１８】図１８は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図１９】図１９は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２０】図２０は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２１】図２１は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２２】図２２は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２３】図２３は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２４】図２４は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２５】図２５は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２６】図２６は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２７】図２７は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２８】図２８は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【図２９】図２９は、ロードロック室アセンブリからウエハを処理室の内外に移送するための処理を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００６４】
１００  本装置                      １０２  ロードロック室アセンブリ
１０４  処理室                      １１６  副室
１１４  開口                        １１８ロードロック室
１２０  上部リンクアーム            １２２  上部転換アーム
１２４  上部エンドエフェクタ        １３０  下部リンクアーム
１３２  下部転換アーム              １３４  下部エンドエフェクタ
１９３  サーモカップル              １９４  ウエハ
２１０  第１モータ                  ２１２  第２モータ
２１４  第３モータ                  ２２０  カム
２２２  カムフォロアアーム          ２２４  ドライバーリンク
２２６アームロッカーリンク          ２５３  カムフォロア
【図１２】
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【国際公開パンフレット】
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【国際公開パンフレット（コレクトバージョン）】
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2004535674.tif 000080
【国際調査報告】
2004535674.tif 000081
2004535674.tif 000082
2004535674.tif 000083
2004535674.tif 000084
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