JPH10249782A - 機械的にクランプするロボットリスト - Google Patents

機械的にクランプするロボットリスト

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JPH10249782A
JPH10249782A JP10029797A JP2979798A JPH10249782A JP H10249782 A JPH10249782 A JP H10249782A JP 10029797 A JP10029797 A JP 10029797A JP 2979798 A JP2979798 A JP 2979798A JP H10249782 A JPH10249782 A JP H10249782A
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wafer
robot
arm
clamp
workpiece
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JP10029797A
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Tony Kroeker
クローカー トニー
Jeffrey C Hudgens
シー． ハゲンズ ジェフリー
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Applied Materials Inc
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 この発明は一般的に、シリコンウェーハ等の
加工部材を、高められた速度、および加速度／減速度で
移送することのできるロボットを提供する。 【解決手段】 この発明は、伸張可能なロボットアーム
の加工部材ハンドリング部材に加工部材を機械的にクラ
ンプするためのロボットリストを提供する。このウェー
ハクランプは、上記ハンドリング部材が高速の回動と半
径方向運動中に、上記加工部材を芯出しするとともに滑
りと加工部材への損傷とを防止するに足る力を加工部材
に与える。一実施例において、シリコンウェーハを固定
するためのクランプは、二つの独立したクランプフィン
ガを用いて、最少の微粒子発生とウェーハ損傷で、ウェ
ーハを位置決めして保持する。このクランプは、ウェー
ハの分配またはピックアップするため、上記ウェーハハ
ンドリング部材が完全に伸長している間以外は、常時ウ
ェーハがクランプされるように設計されている。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の背景】本発明は、加工部材をメカニカルアーム
へ保持するクランプ機構に関する。より詳細には、本発
明は、ロボットアームが、移送チャンバ内で回動するた
めに、少なくとも部分的に引っ込んだとき、半導体ウェ
ーハを穏やかに固定し、芯出し（センタリング）するク
ランプに関する。
【０００２】
【関連技術の背景】最近の半導体処理システムは、高度
に制御された処理環境から基板を取り出すことなく、い
くつかの順次処理ステップを行うため、多数の処理チャ
ンバを統合したクラスターツールを含んでいる。これら
のチャンバには例えば、デガスチャンバ、基板の予備調
整チャンバ、冷却チャンバ、移送チャンバ、化学蒸着チ
ャンバ、物理蒸着チャンバ、およびエッチングチャンバ
が含まれる。クラスターツールにおけるチャンバの組合
せは、チャンバが運転される作動条件と作動パラメータ
と同様に、特定のプロセスレシピとプロセスフローを用
いて、特定の構成を作るように選ばれる。
【０００３】一定のプロセスステップを実行するため
の、所望のチャンバと補助装置の一セットによってクラ
スターツールが組立てられると、クラスターツールは、
一連のチャンバ、即ち、プロセスステップを介して、一
枚ずつ、多数の基板を連続的に通過させて処理するのが
普通である。プロセスの処方と順序は、クラスターツー
ルを介して、各基板の処理を指示し、制御し、監視する
マイクロプロセッサーコントローラにプログラムされる
のが普通である。カセット全体のウェーハがクラスター
ツールを介して首尾よく処理されると、カセットは更な
る処理のため更に、機械化学的研磨器等の、別のクラス
ターツールまたはスタンドアローンツールへ移送され
る。
【０００４】各プロセスとハンドリングステップに要す
る時間量は、単位時間内の基板のスループットに直接影
響する。必要な結果を達成するのに長時間を要するプロ
セスでは、複数のチャンバまたはツールを並列運転する
必要があるかも知れない。他方、短時間で終わるプロセ
スでは、所有コストと運転コストについて経済的に考慮
した上で、短時間遊ばせてもよいかも知れない。しか
し、集積回路製造システムの正確な設計は複雑であるか
も知れないが、製品品質、運転コスト、または設備の寿
命に悪影響を及ぼすことなく全体のスループットを最大
にするためには、各ステップをできるだけ速やかに行な
うことが、ほとんど例外なく有利である。製造システム
の一例は図１に示すクラスタツールであって、これは、
米国特許第5,186,718 号、発明の名称「段階的真空ウェ
ーハ処理システムと方法」、Tepman 他の、1993 年 2
月 16 日発行、に開示されており、ここに引用して本明
細書に取り入れられる。
【０００５】クラスターツール内での基板スループット
は、各移送チャンバ内に配置されているウェーハハンド
リングロボットの速度を高めて改善することができる。
図１のロボットを図２で詳しく示すが、これは米国特許
第 5,469,035 号、発明の名称「２軸磁気結合ロボッ
ト」、1995 年 11 月 21 日発行、の主題であり、同特
許をここに引用して明細書に取り入れる。図２を参照す
ると、磁気結合ロボットは、固定された平面内において
ロボットブレードに半径方向運動と回動運動の両運動を
させるため、磁気クランプとウェーハブレードの間に、
フロッグレッグ（蛙の足）状の接続部材、すなわちアー
ムを備えている。クラスターツール内の一つの場所から
他の場所へ、例えば一つのチャンバーから隣接するチャ
ンバーへ、基板をピックアップし、移送し、分配するた
め、半径方向運動と回動運動を調和させたり、組み合わ
せたりすることができる。
【０００６】ロボットの速度と加速度が増加するにつれ
て、各基板のハンドリングと各基板の次の指定場所への
分配に要する時間量は減少する。しかし、速度を高めた
いという要求は、基板、またはその上に形成される膜の
損傷の可能性とのバランスを取る必要がある。もしもロ
ボットがウェーハブレードを余りにも急激に動かした
り、余りにも速く回動させたりすると、ウェーハはブレ
ードから滑り落ち、ウェーハのみならずチャンバーまた
はロボットを損傷する可能性がある。
【０００７】普通、ロボットブレードには、ウェーハが
滑ってウェーハブレードの先端を越えないように、ウェ
ーハの先端上にあるウェーハブリッジを伴って製作され
る。しかし、ウェーハブリッジはブレードの側部周りに
は延びていないので、ウェーハがブレード上で横方向に
（一方の側から他方へ）滑るのを防ぐには、ほとんど役
に立たない。更に、ウェーハはブリッジに対して常に完
璧に位置決めされているとは限らない。急激な動き、ま
たは高い回動速度によって、ウェーハがブリッジに投げ
つけられてウェーハを損傷したり、ウェーハが滑ってブ
リッジを越えたり、ブレードから落ちたりする可能性が
ある。
【０００８】ウェーハの底面とブレードの上面の間に
は、ウェーハの滑りを妨げるような、ある程度の摩擦が
ある。しかし、シリコンウェーハの底面は極めて滑らか
で、普通はステンレス鋼またはセラミック製であるウェ
ーハブレードとの摩擦係数は低い。しかも、通常のウェ
ーハは極めて軽量なので、ブレードが最も引っ込んだ位
置にあっても、ロボットの高速回動時に受ける遠心力に
より、総摩擦抵抗を容易に上回ってしまう。しかし、ロ
ボットが回動する速度の決定には、この低い摩擦係数を
拠り所とするのが普通である。
【０００９】従って、ウェーハを高い速度と加速度／減
速度で移送することのできるロボットが、依然として必
要である。より詳細には、速い回転運動と半径方向運動
の際、滑りとウェーハの損傷を防ぐに足る力で、ウェー
ハを保持できるロボットのためのウェーハクランプ機構
が必要である。クランプ機構が、微粒子発生やウェーハ
損傷を最小限度とするか、あるいは全く起こさないこと
が望ましい。更に、ウェーハブレードがウェーハを分配
またはピックアップする場合、ウェーハの完全伸長状態
にあるとき以外は、クランプがウェーハへ自動的に係合
することが望ましい。
【００１０】
【発明の概要】この発明は、フロッグレッグタイプの一
対のロボットアーム用のクランプリストを提供する。こ
のクランプリストは、各ロボットアームの先端に形成さ
れたカムを備え、ここで各カムはギアを備え、このギア
が他のギアとコグとに噛み合っている。各カムにはベー
スプレートが回動可能に結合されている。接触パッドと
収縮（引き戻し）リップを有するクランプフィンガが、
ベースプレートに結合されたスプリングなどの付勢部材
によって、加工部材へ押しつけられている。各カム上の
コグは、ロボットアームが特定の伸長程度に達したと
き、収縮リップに係合し、クランプフィンガを加工部材
から引き離すように、半径方向に位置決めされている。
収縮リップは、クランプフィンガが加工部材から引っ込
む、ロボットアームの伸長程度を変えるため、コグに対
してリップを動かすことができるように、クランプフィ
ンガへ調節可能に結合することができる。
【００１１】この発明のもう一つの態様は、ロボットア
ームの先端において、ウェーハをロボットの加工部材ハ
ンドリング部材へ保持するクランプ機構を提供する。こ
のクランプ機構は、加工部材に接触するためのクランプ
フィンガを含む。このクランプフィンガは、ハンドリン
グ部材の基端とクランプフィンガとの間に結合された付
勢部材によって、加工部材へ押しつけられている。加工
部材は、クランプフィンガと、ハンドリング部材の先端
の保持ブリッジとの間に保持される。リトラクタは、ハ
ンドリング部材が伸長したとき、クランプフィンガを加
工部材から引き離す。
【００１２】この発明の更に一つの態様において、第１
軸を中心として同軸回動可能な第１部材と第２部材を含
むロボットが提供される。このロボットも、壁に接触す
ることなく回動可能なように、壁の第１側に配設される
第１部材と第２部材とを駆動するための第１と第２の磁
気ドライブを含み、ここでこの第１と第２の磁気ドライ
ブは、第１部材と第２部材を回動させるため、壁の第２
側に配置された第１と第２の磁気ドライブ部分を含む。
第１アームと第２アームはそれぞれ第１部材と第２部材
に結合され、それによって第１部材と第２部材の回動が
第１アームと第２アームをそれぞれ回動させ、回動対称
軸を中心とするロボットの回動と、回動対称軸からのロ
ボットの直線状で半径方向の伸長とを含む、ロボットの
２種類の独立した運動を引き起こす。次に、第１と第２
のストラット（struts）がそれぞれ第１アームと第２ア
ームに結合されて、第１アームアセンブリと第２アーム
アセンブリを形成する。次に、ベースプレートを第１ア
ームアセンブリと第２アームアセンブリに結合される
が、このベースプレートは、加工部材ハンドリング部材
と付勢部材とを備え、この付勢部材は、接触パッドと収
縮リップとを有するクランプフィンガを加工部材へ押し
つけるためにベースプレートに結合されている。各カム
から半径方向に延びる一つのコグが収縮リップに係合
し、ロボットアームが特定の伸長程度に達すると、クラ
ンプフィンガを加工部材から引き離す。第１アームアセ
ンブリと第２アームアセンブリをウェーハブレードに結
合し、相互に噛み合う一対のギアを、これらのカムが備
えることが好ましい。
【００１３】
【実施例の詳細な説明】この発明は、一般的には、ウェ
ーハをより高い速度と、加速度／減速度で移送すること
のできるロボットを提供する。より詳細には、この発明
は、伸張可能なロボットアームの加工部材ハンドリング
部材へ加工部材を機械的にクランプするためのロボット
リストを提供する。このウェーハクランプは、完成品と
すべきウェーハの移送を可能にしつつ、ブレードの高速
回動と高速の半径方向運動中、ウェーハの滑りとウェー
ハ損傷を防ぐに足る力を選択的に加える。このウェーハ
クランプは、ブレード上におけるウェーハの芯出し（セ
ンタリング）も行なう。一実施例において、クランプは
２個の独立したクランプフィンガを用いて、微粒子発生
とウェーハ損傷を最少にしつつ、ウェーハの位置決めと
保持を行なう。このクランプは、ブレードがウェーハを
分配している時、またはピックアップしている時のウェ
ーハブレードの完全な伸長中以外は、ウェーハが常時ク
ランプされているように設計されている。
【００１４】この発明のクランプは、集積回路製造プロ
セスと協働させると有用である。このクランプは特に、
クラスターツールのウェーハハンドリングロボットに組
み込むと、ウェーハを一箇所から他の箇所へ、より高速
な移送が可能になる。一例としての「フロッグレッグ」
タイプのロボット（図２に示す）は、同心の２個のリン
グを備え、これら両リングは、共通の軸を中心として両
リングを回動させるためのコンピュータ制御された駆動
モーターに磁気結合されている。各リングは、それ自体
から、剛性を持って延びる第１ストラットを備えてい
る。リングの最遠端は第２ストラットに結合するための
枢支（pivoting）ジョイントを備えている。第２ストラ
ットの、第１ストラットからの最遠端、すなわち先端
は、ロボットブレード等の共通剛性部材に回動自在に結
合されている。
【００１５】この発明のリストクランプは、以上定義し
たように、ロボットアーム（単数または複数）の先端に
配置され、ウェーハの周縁だけに接触してウェーハを係
合し、芯出しを行って、保持するように付勢される一対
の独立したクランプフィンガを含む。ウェーハは、ブレ
ードからウェーハを除去可能となるのに必要な所定の半
径方向の距離まで、ロボットアームが伸長した場合にの
み、ウェーハがクランプフィンガから開放される。これ
らクランプフィンガは、平行四辺形バネ等のバネによっ
て、ウェーハへ付勢されるのが好ましい。ロボットアー
ムが伸長するにつれて、フロッグレッグ状ストラットの
先端の枢支部、すなわちカムは、互いに反対方向へ回動
する。この各カムの回動により、カムから延びているコ
グが、クランプフィンガ上のリップに係合可能となり、
フィンガをその常時伸長位置から強制的に引っ込ませ
る。微粒子を発生する可能性がある、リップとコグの間
の摩擦を防ぐためリップは、コグに面係合するローラを
含むことが望ましい。ロボットアームが引っ込められる
と、コグはクランプフィンガとの係合を解き、フィンガ
は伸長位置へ復帰することが可能となる。このように、
クランプは、バネの選択によって定まる力によって、ウ
ェーハを自動的かつ機械的にクランプする。ウェーハが
開放される位置の半径方向の距離は、ロボットアームの
所望の伸長程度においてコグがクランプフィンガのリッ
プに係合するように、クランプフィンガのリップを再位
置決めすることによって、調節することができる。
【００１６】ここで図１を参照すると、統合されたクラ
スターツール１０の一例の略図が示されている。クラス
ターツール１０への基板の導入と取出しは、カセット式
ロードロック１２によって行なう。基板を一つの処理チ
ャンバーから別の処理チャンバ、例えばカセットロード
ロック１２、デガス・ウェーハ・オリエンテーション・
チャンバ２０、プリクリーンチャンバ２４、PVD TiN チ
ャンバ２２、および冷却チャンバ２６へ移送するため、
ブレード１７を有するロボット１４がクラスターツール
１０内に配置される。ロボットブレード１７は、チャン
バ１８内で自由に回動する為の、引っ込められた位置
で、図示されている。
【００１７】第２のロボット２８が、冷却チャンバ２
６、プリクリーンチャンバ２４、CVDAl チャンバ８４、
PVD AlCu チャンバ８８等、種々のチャンバ間で基板を
移送するため、移送チャンバ３０内に配置されている。
図１のチャンバの特定の構成は単なる例示用であって、
単一のクラスターツール１０において、 CVD プロセス
と PVD プロセスの両方が可能な統合処理システムを備
える。この発明の好ましい態様において、製造プロセス
順序、クラスターツール内の条件、およびロボット１
４、２８の運転を制御するマイクロプロセッサーコント
ローラ２９が提供されている。
【００１８】ここで、図２を参照すると、図１の磁気結
合ロボット１４の略図が、引っ込み位置と伸長位置の両
方で示されている。このロボットは、第１の磁石クラン
プ８０に堅く取り付けられた第１のストラット８１と、
第２の磁石クランプ８０’に剛性をもって取付けられた
第２のストラット８２とを含む。第３のストラット８３
が、枢支部８４によってストラット８１へ、枢支部８５
によってウェーハブレード８６に取り付けられている。
第４のストラット８７が、枢支部８８によってストラッ
ト８２へ、ピボット８９によってウェーハブレード８６
へ取り付けられている。ストラット８１から８３まで
と、８７、およびピボット８４、８５、８８、８９の構
造は、ウェーハブレード８６から磁石クランプ８０、８
０’への「フロッグレッグ」タイプの接続を形成してい
る。
【００１９】磁石クランプ８０、８０’が同一方向へ同
一角速度で回動すると、ロボット１４も軸ｘを中心とし
て同一方向へ、同一角速度で回動する。磁石クランプ８
０、８０’が互いに反対方向へ等しい絶対値の角速度で
回動すると、アセンブリ１４は回動せず、ウェーハブレ
ード８６は、破線８１’ー８９’で図示される位置まで
直線的に半径方向へ移動する。
【００２０】ウェーハをチャンバ３２に対して出入移送
するため、チャンバ３２の壁９１内のウェーハ移送スロ
ット９０を通って、ウェーハブレードが伸長可能である
ことを示すため、ウェーハブレード８６上にウェーハ３
５がロードされている状態を示す。このロボットが提供
する利点は、ロータリ真空シールを介する微粒子発生が
ないことである。両モータが同方向に同速度で回転する
モードを用いて、隣接するチャンバ１２、２０、２２、
２４、２６（図１参照）のいずれか一つとウェーハを交
換するのに適した位置から、これらチャンバの他の一つ
とウェーハを交換するのに適した位置へ、ロボットを回
動させることができる。次に両モータが互いに反対方向
に同速度で回転するモードを用いて、これらチャンバの
いずれか一つの中へブレードを伸長させて、そのチャン
バーからウェーハを取出すことができる。モーター回動
の他のいくつかの組合せを用いて、ロボットをｘ軸を中
心として回動させながら、ウェーハブレードを伸長させ
たり引っ込めたりすることができる。
【００２１】ウェーハブレード８６を回動軸ｘから半径
方向に離しておくため、枢支部すなわちカム８５、８９
の間に連動機構を用いて、各枢支部を互いに反対方向の
等しい角度で確実に回動させることができる。この連動
機構は、相互噛み合いギアまたはピボットの周りに８の
字に掛け渡したストラップまたはその同等品を含む、多
くの設計を採用することができる。一つの好ましい連動
機構は、枢支部８５と８９上に形成された一対の相互噛
み合いギア９２と９３である。これらのギアは、これら
のギアによる微粒子発生を最少にするため、緩く係合さ
れる。この緩い係合によるこれら２枚のギア間の遊びを
なくすため、一方のギア上の一点９５と、他方のギア上
の一点９６との間に弱いバネ９４を張り渡し、両ギア間
に軽い接触が得られるまで、バネの張力によってこれら
２枚のギアを互いに反対方向に回動させてもよい。
【００２２】ここで図３を参照すると、この発明のリス
トアセンブリ１００が、ブレード８６上にウェーハ３５
をクランプしている斜視図が示されている。ウェーハ３
５の周辺に係合するように、リスト１００のトップカバ
ープレート１０７とボトムカバープレート１０５によっ
て画成されるハウジングから伸長したクランプフィンガ
１０２、１０４が示されている。ウェーハ３５は、一対
のバネ１１０、１１２（図４参照）によって力が加えら
れている状態で、フィンガ１０２、１０４と、ブレード
ブリッジ１０６との間に確実に保持される。
【００２３】ここで図４を参照すると、ボトムカバープ
レートを取り外したリストアセンブリ１００の底面斜視
図が示されている。リスト１００は、図１の標準リスト
部品に加えて、トップカバープレート１０８を超えて延
びる２個のクランプフィンガ１０２、１０４を含んでい
る。これらフィンガ１０２、１０４は、ウェーハの縁に
係合する位置へフィンガを外方に付勢するための、ここ
では平行四辺形バネとして示してある、バネ１１０、１
１２に結合されている。リップ部材１１４、１１６は、
ピボット８５、８９に隣接するフィンガ１０２、１０４
の側部へそれぞれ調節可能に結合されている。リップ部
材は、微粒子を発生させる可能性のある、コグとリップ
との間の摩擦を防ぐため、それぞれコグに対面するロー
ラ１１５、１１７を有するのが好ましい。
【００２４】枢支部８５、８９は、枢支部８５、８９に
固定可能に取り付けられるコグ１１８、１２０を備え、
従ってコグはストラット８３、８７の回動とともに動
く。ロボット１４の伸長中は、ストラット８３、８７は
互いに、より接近する。これに対応する回動がピボット
８５、８９、そしてコグ１１８、１２０に与えられる。
ロボットが伸長する、ある地点において、コグ１１８、
１２０の回動がリップ１１４、１１６に係合するのに十
分となり、クランプフィンガ１０２、１０４をウェーハ
３５から離して引っ込める。
【００２５】コグがリップに係合してウェーハを開放し
始める正確な地点は、フィンガ１０２、１０４の長さに
沿う地点にリップ１１４、１１６を位置決めして、保持
することによって調節される。この調節は、半径方向の
所望の伸長程度においてウェーハが開放されるように行
なうことができる。例えば、リップを下記のステップに
従って調節してもよい。第１に、リップをクランプフィ
ンガに結合しているファスナを緩める。第２に、一つの
エッジを保持ブリッジ１０６（図３参照）に当て、クラ
ンプフィンガがウェーハの反対側のエッジに係合するよ
うに、ウェーハをロボットブレード上に位置決めして、
ウェーハをクランプする。第３に、ウェーハを開放した
い半径方向の距離まで、ブレードを伸長する。次に、リ
ップを押し上げてコグに当て、クランプフィンガに確実
に締着する。
【００２６】リストが以上のように調節された状態で
は、クランプフィンガは常時クランプされた位置にある
ので、ブレードがこの地点を超えて半径方向へ伸長した
場合にのみ、ウェーハが開放される。付勢部材は平行四
辺形バネであることが好ましいが、任意のタイプのバ
ネ、弾性部材、空気圧装置、電磁装置などであってもよ
い。付勢部材の固定を容易にするため、ベースプレート
がカムに枢支結合されて、安定した作用面を提供する。
このベースプレートは任意の便利な形状でよいが、付勢
部材の取付けに必要な大きさを超えないことが好まし
い。
【００２７】ここで図５から図７を参照すると、ボトム
カバープレート１０５（図３参照）を取外した状態のブ
レード８６とリストアセンブリの、半径方向へ次第に伸
長して行く下面図が示されている。図５から図７までの
順序は、クランプ機構が完全伸長に近い状態になったと
きウェーハを開放する様子を説明するのに便利である。
図５は、図４のリストアセンブリ１００が回動するとき
のような、完全に引っ込んだ位置を示す。クランプフィ
ンガ１０２、１０４がウェーハ３５の周辺に係合するこ
と、そして、バネ１１０、１１２がわずかに撓んで、ウ
ェーハ方向に所定の力をフィンガに加えている点に注目
されたい。２個のクランプフィンガ１０２、１０４の係
合により、ウェーハを、クランプするばかりでなく、ブ
レード８６上でウェーハを芯出しする。ウェーハは常に
芯出しされるので、ハンドリングエラーがほとんどな
く、複雑な芯出し装置を使用してもよいけれども、必要
ではない。リスト１００が完全に引っ込んだ時、コグ１
１８、１２０とリップ１１４、１１６との間の距離が最
大になることにも注目されたい。
【００２８】図６は、ブレード８６とリストアセンブリ
１００が、完全に引っ込んだ位置と完全に伸長した位置
の中間にある状態を示す。従って、コグ１１８、１２０
がリップ１１４、１１６に近づくように、ピボット８
５、８９が回動した位置にある。しかし、クランプフィ
ンガ１０２、１０４はまだ引っ込んでおらず、引き続き
ウェーハ３５に係止して固定している。
【００２９】次に図７は、ブレード８６とリストアセン
ブリ１００が、完全伸長位置の直前で、クランプが開放
される地点まで伸長した状態を示す。コグ１１８、１２
０がリップ１１４，１１６に係合して、ウェーハエッジ
からクランプフィンガ１０２，１０４を引き上げると、
ピボット８５、８９の連続した回動で、ウェーハは解放
される。他の装置、例えば処理チャンバのリフトピン
（不図示）によって、ウェーハをブレードから引き上げ
ることを可能にする、クランプフィンガとウェーハエッ
ジの間のギャップ１２８、１３０に注目されたい。更
に、ここでは、バネ１１０、１１２は、図５または図６
のいずれよりも更に変位していることにも教訓的であ
る。
【００３０】図８と図９は、複数のウェーハ支持部材１
４０を有するウェーハブレード８６の平面図と断面図で
ある。このウェーハ支持部材１４０は、ウェーハブレー
ド８６に結合されるか、またはその中に一体的に形成さ
れ、ウェーハ接触面１４２を有し、このウェーハ接触面
１４２は、ウェーハ３５の底面がウェーハブレード８６
の上面１４４に接触しないように、ウェーハブレード８
６の上面１４４から上に向かって十分な距離だけ延びて
いる。このようにして、ウェーハ支持部材１４０は、ウ
ェーハ３５の底面が接触されて擦れる程度を低減し、そ
れによって微粒子発生やウェーハ損傷の可能性または程
度を低減する。微粒子発生やウェーハ損傷を最少にする
ことは一般的に望ましいことであるが、ウェーハの底面
が金などによって被膜される用途では、この目的の重要
性が高まる可能性がある。
【００３１】ウェーハは、３個にまで減らしたウェーハ
支持部材１４０で支持することは可能であるが、ウェー
ハブレード８６は少なくとも４個のウェーハ支持部材１
４０を含むことが望ましい。ウェーハ３５がクランプさ
れれば安定性は更に増すとはいえ、上に受容されたウェ
ーハ３５に安定性をもたらすため、ウェーハ支持部材１
４０を実用上可能な限り大きな距離に拡げることも、一
般的には望ましい。クランプフィンガ１０２、１０４が
ウェーハに係合すると、ウェーハは、フィンガとブレー
ドブリッジ１０６の間に保持される。ウェーハが当初ロ
ボットブレード８６上に位置決めされて、ウェーハのエ
ッジとブレードブリッジ１０６の間に微少な隙間がある
場合、クランプフィンガ１０２、１０４の係合によっ
て、ウェーハは、ブレードブリッジ１０６に当たるまで
押されて移動する。ウェーハの底面が支持部材１４０の
上面１４２による摩擦力に遭遇するのは、ウェーハがロ
ボットブレード８６に対して相対的に動く間である。大
きな表面積にわたってでウェーハに接触する従来ブレー
ドの支持部材と異なり、この発明の支持部材は、両者間
の接触と摩擦の程度を低減または最小化し、それによっ
て、ウェーハ損傷や微粒子発生が低減するかまたは皆無
とする。従って、この発明の支持部材は、ブレードの運
動中、ウェーハをブレード上に保つために摩擦に依存す
る従来の、非クランプロボットブレードでは役立たなか
ったはずである。この発明の支持部材１４０は、摩擦を
提供するためのものではなく、ウェーハ底面の摩擦や損
傷を低減するためのものである。ブレードの運動中にウ
ェーハ位置をブレード上で保持するのは、この発明のク
ランプ作用である。
【００３２】支持部材１４０は任意の材料で作ることが
できるが、処理環境内で腐食したり、ウェーハとの接触
によって腐食させたり微粒子を発生させたり、ウェーハ
面を損傷させたりしない材料を選ぶことが一般的に望ま
しい。支持部材用に好ましい材料は、アルミナ、ブルー
サファイア、ジルコニア、窒化珪素、炭化珪素などがあ
る。支持部材はまた、セラミック被覆を上に施した機械
加工された金属部品から作ってもよい。
【００３３】図１０Ａは、図９に示すウェーハブレード
８６とウェーハ支持部材１４０の部分拡大断面図であ
る。図１０Ａ中の支持部材は、ベアリング面１４６内で
ボールが回動可能であるように示す。ベアリングは回動
または転動自在であるので、部材１４０とウェーハ３５
との間の摩擦の程度を更に低減するかまたはなくすこと
ができる。
【００３４】図１０Ｂと図１０Ｃは、図１０Ａのウェー
ハ支持部材１４０の代わりに、またはそれと組み合わせ
て使用可能な、代替のウェーハ支持部材１５０、１５２
の部分拡大断面図である。図１０Ｂの支持部材１５０
は、ブレード８６内の孔に堅く受容されるポストと、ウ
ェーハ３５に接触する上面１４２を形成する半球状ボタ
ン１５４とを備える。図１０Ｃの支持部材１５２は、上
面１４２がブレード８６の上面１４４よりわずかに上に
延びているように、ブレード８６内の孔に堅く保持され
たボールすなわち球である。。ウェーハ３５のための支
持を提供するため、図１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃのいずれ
か、または同等のものを、単独でまたは組み合わせて用
いることができる。
【００３５】図１１と図１２は、ウェーハを支持する傾
斜したポケットを有するウェーハブレードの平面図と断
面図である。この傾斜ポケットは、ウェーハ３５を、そ
の底周縁に沿って支持する、一対の対向した、内側へ傾
斜する面１６０、１６２を備える。
【００３６】図１３と図１４は、図１２に示すウェーハ
ブレードと傾斜ポケットの基端と先端の部分拡大断面図
である。傾斜面１６０、１６２は種々の角度に傾けるつ
まりスロープをつけることができるが、ブレード８６の
水平面から約５度から約３０度の間の角度αを形成する
のが望ましい。最も望ましい角度αは、ウェーハ３５の
下縁に沿って、面１６６を形成するベベル角に実質的に
等しい。面１６６の正確な角度は、普通は約７度から約
１０度までに指定されるが、普通は約３ミリメータから
約６ミリメータの間である除外領域（exclusion zone）
のサイズで行なわれる。そのような好ましい角度にする
と、ウェーハのエッジと面１６０、１６２との間の摩擦
の程度が低くなり、クランプフィンガ１０４によってウ
ェーハ３５に加えられる水平方向の力が、ウェーハのエ
ッジを容易に矢印１６４の方向へ、ブレードブリッジ１
０６に当接するまで押すことができる。傾斜面１６０お
よび／または１６２は、ここに開示する他のタイプの支
持部材と組み合わせて用いることもできることを認識さ
れたい。例えば、ブレードブリッジ１０６の近傍の傾斜
面１６０を、クランプフィンガ１０２、１０４の近傍の
一対のボタン１５０に組み合わせることができる。
【００３７】上記説明は、この発明の好ましい実施例を
対象としているが、この発明の基本的範囲から逸脱する
ことなく、この発明の更に他の実施例を考案することが
可能である。この発明の範囲は以下の特許請求の範囲に
よって決まる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１は、ウェーハハンドリング用のロボットを
有するクラスターツールの略図である。
【図２】図２は、図１のロボットアームアセンブリの略
図であり、伸長位置と収縮位置を示す。
【図３】図３は、ブレード上のウェーハをクランプして
いる、この発明のリストアセンブリの斜視図である。
【図４】図４は、ボトムカバープレートを取外した状態
のリストアセンブリの底面斜視図である。
【図５】図５は、ボトムカバープレートを取外した状態
のリストアセンブリの底面斜視図であり、クランプ機構
が完全伸長に近い状態でウェーハを開放する様子を示
す。
【図６】図６は、ボトムカバープレートを取外した状態
のリストアセンブリの底面斜視図であり、クランプ機構
が完全伸長に近い状態でウェーハを開放する様子を示
す。
【図７】図７は、ボトムカバープレートを取外した状態
のリストアセンブリの底面斜視図であり、クランプ機構
が完全伸長に近い状態でウェーハを開放する様子を示
す。
【図８】図８は、複数のウェーハ支持部材を有するウェ
ーハブレードの平面図と断面図である。
【図９】図９は、複数のウェーハ支持部材を有するウェ
ーハブレードの平面図と断面図である。
【図１０】図１０Ａは、図９に示すウェーハブレードと
ウェーハ支持部材の拡大部分断面図であり、図１０Ｂと
図１０Ｃは、図１０Ａのウェーハ支持部材の代わりに、
またはそれと組み合わせて用いることのできる、代替の
ウェーハ支持部材の拡大部分断面図である。
【図１１】図１１は、ウェーハを支持する傾斜ポケット
を有するウェーハブレードの平面図と断面図である。
【図１２】図１２は、ウェーハを支持する傾斜ポケット
を有するウェーハブレードの平面図と断面図である。
【図１３】図１３は、図１２に示す、ウェーハブレード
と、傾斜ポケットの基端と先端の部分断面図である。
【図１４】図１４は、図１２に示す、ウェーハブレード
と、傾斜ポケットの基端と先端の部分断面図である。
【符号の説明】
１０…クラスターツール、１２…カセット式ロードロッ
ク、１４…ロボット、１７…ブレード、２０…デガスウ
ェーハオリエンテーションチャンバ、２２…ＰＶＤ Ｔ
ｉＮチャンバ、２４…プリクリーンチャンバ、２６…冷
却チャンバ、２８…第２ロボット、２９…マイクロプロ
セッサーコントローラ、３２…チャンバ、３５…ウェー
ハ、８０、８０’…磁石クランプ、８１、８２、８３、
８７…ストラット、８４、８５、８８、８９…ピボッ
ト、８６…ウェーハブレード、９１…壁、９４…バネ、
１００…リストアセンブリ、１０２、１０４…クランプ
フィンガ、１０５…ボトムカベープレート、１０６…ブ
レードブリッジ、保持ブリッジ、１０７、１０８…トッ
プカベープレート、１１０、１１２…バネ、１１４、１
１６…リップ部材、１１５、１１７…ローラ、１１８、
１２０…コグ、１２８、１３０…ギャップ、１４０…ウ
ェーハ支持部材、１４２…ウェーハ接触面、１４４…ウ
ェーハブレード上面、１４６…ベアリング面、１５０、
１５２…ウェーハ支持部材、１５４…半球状ボタン、１
６０、１６２…傾斜面、１６６…面。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ジェフリー シー． ハゲンズ アメリカ合衆国， カリフォルニア州， サン フランシスコ， パインハースト ウェイ 100

Claims (26)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 一対のロボットアーム用のクランプリス
    トであって： （ａ）基端上に形成されるカムをそれぞれが有する一対
    のストラットを備え、 前記各カムはコグと、他方のカムのギア部に相互係合す
    るギア部とを有し； （ｂ）前記各カムに枢支結合されるベースプレートと； （ｃ）接触パッドと収縮（引き戻し）リップとを有する
    クランプフィンガと； （ｄ）前記クランプフィンガを加工部材へ押しつけるた
    め、前記ベースプレートに結合される付勢部材と；を備
    え、 前記各カム上の上記コグは、上記ロボットアームが特定
    の伸長程度に達したとき、上記収縮リップに係合して、
    上記クランプフィンガを上記加工部材から引き離すよう
    に半径方向に位置決めされる：クランプリスト。
  2. 【請求項２】 前記付勢部材がバネである、請求項１の
    クランプリスト。
  3. 【請求項３】 前記付勢部材が箱形（box）バネであ
    る、請求項１のクランプリスト。
  4. 【請求項４】 上記収縮リップが上記クランプフィンガ
    へ調節可能に結合され、ここで上記クランプフィンガが
    加工部材から引っ込められる、前記ロボットアームの伸
    長程度を変えるため、上記リップを上記コグに対して相
    対的に動かすことができる、請求項１のクランプリス
    ト。
  5. 【請求項５】 上記収縮リップがローラーを含み、ここ
    で、上記コグが上記ローラーに係合する、請求項１のク
    ランプリスト。
  6. 【請求項６】 ロボットアームの末端に結合され、先端
    に加工部材受け入れ領域と保持部材とを有する加工部材
    ハンドリング部材に、加工部材を保持するためのクラン
    プ機構であって： （ａ）上記加工部材に接触するためのクランプフィンガ
    と； （ｂ）上記クランプフィンガを前記加工部材へ押しつけ
    るため、上記ハンドリング部材の基端と上記クランプフ
    ィンガとの間に結合される付勢部材と； （ｃ）上記ハンドリング部材が伸長するとき、上記クラ
    ンプフィンガを上記加工部材から引き離すため、上記ロ
    ボットアームに結合されるリトラクタと；を有するクラ
    ンプ機構。
  7. 【請求項７】 上記付勢部材がバネである、請求項６の
    クランプ機構。
  8. 【請求項８】 上記加工部材がウェーハであり、上記ハ
    ンドリング部材がウェーハブレードである、請求項６の
    クランプ機構。
  9. 【請求項９】 上記リトラクタが、上記ロボットアーム
    と上記ハンドリング部材の間の相対角度回動によって係
    合する、請求項６のクランプ機構。
  10. 【請求項１０】 ロボットアームアセンブリであって： （ａ）一対のフロッグレッグ形ロボットアームを備え、 各アームは、上に形成されたカムを備える末端を有し、
    ここで各カムは一つのコグと、他のギアと相互係合する
    ギアとを有し； （ｂ）前記各カムに枢支結合されるベースプレートと； （ｃ）接触パッドと収縮リップとを有するクランプフィ
    ンガと、 （ｄ）上記クランプフィンガを加工部材へ押しつけるた
    め、上記ベースプレートに結合される付勢部材を備え、 各コグは、上記ロボットアームが特定の伸長度に達した
    とき、上記収縮リップに係合して、上記クランプフィン
    ガを上記加工部材から引き離すように、上記カム上で半
    径方向に位置決められる；ロボットアームアセンブリ。
  11. 【請求項１１】 加工部材を搬送するための一対のフロ
    ッグレッグ形アームを有するロボットアームアセンブリ
    において、各アームは、共通のベースプレートとブレー
    ドとに枢支結合されるカムを形成する末端を有し、前記
    各カムは他のギアに噛み合うギアを備える、ロボットア
    ームアセンブリの改良であって： （ａ）接触パッドと収縮リップとを有するクランプフィ
    ンガと； （ｂ）上記クランプフィンガを上記加工部材へ押しつけ
    るため、上記ベースプレートに結合される付勢手段と； （ｃ）上記ロボットアームが所定の伸長程度に達すると
    き、上記収縮リップに係合して上記クランプフィンガを
    上記加工部材から引き離すために、各カムから半径方向
    へ延びるコグと；を備える。
  12. 【請求項１２】 上記収縮リップがローラーを含む、請
    求項１１の装置。
  13. 【請求項１３】 上記付勢部材がバネである、請求項１
    １の装置。
  14. 【請求項１４】 ロボットであって： （ａ）第１の軸を中心として同軸回動可能な第１部材と
    第２部材と； （ｂ）壁の第１の側に配設される上記第１部材を駆動し
    上記壁に接触することなく回動するための第１磁気ドラ
    イブであって、上記第１磁気ドライブは、上記第１部材
    を回動させるため上記壁の第２の側に配置された第１駆
    動部を備える前記第１磁気ドライブと、 （ｃ）壁の第１の側に配設される上記第２部材を駆動し
    上記壁に接触することなく回動するための第２磁気ドラ
    イブであって、上記第２磁気ドライブは、上記第２部材
    を回動させるため上記壁の第２の側に配置された第２駆
    動部を備える前記第２磁気ドライブと、 （ｄ）上記第１部材と上記第２部材にそれぞれ結合され
    る第１アーム及び第２アームであって、上記第１部材と
    上記第２部材の回動が、それぞれ第１アームと第２アー
    ムを回動させ、回動対称軸を中心とするロボットの回動
    と、回動対称軸からのロボットアームの直線的な半径方
    向への伸長との二つの独立した運動をロボットに行なわ
    せる前記第１アーム及び第２アームと； （ｅ）第１アームアセンブリと第２アームアセンブリを
    形成するために、上記第１アームと上記第２アームにそ
    れぞれ結合される、第１ストラットと第２ストラット
    と； （ｆ）上記第１アームアセンブリと上記第２アームアセ
    ンブリに結合されるベースプレートと； （ｇ）上記ベースプレートに接続される加工部材ハンド
    リング部材と、 （ｈ）接触パッドと収縮リップとを有するクランプフィ
    ンガと、 （ｉ）上記クランプフィンガを加工部材へ押しつけるた
    めの、上記ベースプレートに結合される付勢手段と； （ｊ）上記ロボットアームが所定の伸長程度に達する
    時、上記収縮リップに係合して上記クランプフィンガを
    上記加工部材から引き離すように、各カムから半径方向
    へ延びるコグと；を備える前記ロボット。
  15. 【請求項１５】 上記第１アームアセンブリと上記第２
    アームアセンブリとの間で係合される、一対の相互噛み
    合いギアを更に備える、請求項１４のロボット。
  16. 【請求項１６】 等しく、かつ反対方向の回動を確実に
    行なわせるように、カム間で係合するストラップを更に
    備える、請求項１４のロボット。
  17. 【請求項１７】 前記第１アームと前記第２アームの回
    動が同一方向であって、上記二つの独立した運動の一方
    に変換され、上記第１アームと上記第２アームの互いに
    反対方向の回動が、上記二つの独立した運動の他方に変
    換される、請求項１４のロボット。
  18. 【請求項１８】 前記付勢部材がバネである、請求項１
    ４のロボット。
  19. 【請求項１９】 上記収縮リップが、調節可能に上記ク
    ランプフィンガに結合され、上記クランプフィンガが、
    上記加工部材から引っ込められるときの前記ロボットア
    ームの伸長程度を変えるため、上記リップを、上記コグ
    に対して相対的に動かすことができる、請求項１４のロ
    ボット。
  20. 【請求項２０】 上記加工部材がウェーハであり、上記
    ハンドリング部材がウェーハブレードである、請求項１
    ４のロボット。
  21. 【請求項２１】 ロボットアームの先端のウェーハハン
    ドリングブレードを用いて加工部材を移送するための方
    法であって： （ａ）伸長したロボットアームの上記ウェーハハンドリ
    ングブレード上に加工部材を載置するステップと； （ｂ）上記ロボットアームを引っ込めるステップと； （ｃ）上記ロボットアームと上記ウェーハハンドリング
    ブレードとの間での所定量の相対運動が発生すると、上
    記加工部材を機械的に上記ウェーハハンドリングブレー
    ドにクランプするステップと； （ｄ）上記ロボットアームを伸長するステップと； （ｅ）上記加工部材のクランプを解くステップと；を有
    する方法。
  22. 【請求項２２】 上記加工部材を機械的にクランプする
    上記ステップが、上記ウェーハハンドリングブレードの
    加工部材を芯出しするステップを更に含む、請求項２１
    の方法。
  23. 【請求項２３】 （ｆ）上記加工部材がクランプされて
    いる間に上記ロボットを回動させるステップを更に含
    む、請求項２１の方法。
  24. 【請求項２４】 更に、 （ｆ）上記加工部材がクランプされている間に上記ロボ
    ットの速度を増加させるステップを含む、請求項２１の
    方法。
  25. 【請求項２５】 上記ブレードを引っ込めるステップ
    が、上記ロボットアームの、上記ウェーハハンドリング
    ブレードに対する回動を生じさせる、請求項２１の方
    法。
  26. 【請求項２６】 上記加工部材を機械的にクランプする
    前記ステップが、クランプ部材を上記加工部材のエッジ
    に付勢するステップを更に含む、請求項２１の方法。
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