JP2801014B2 - ベルヌーイのピックアップを備えるウエーハ取り扱いシステム - Google Patents

ベルヌーイのピックアップを備えるウエーハ取り扱いシステム

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Description

【発明の詳細な説明】 発明の分野 本発明は全体として、半導体加工システム用のウェー
取り扱い装置、特に、ウェーハの上面又は底面に接触す
ることなくウェーハを持ち上げるピックアップワンドを
担持する一対の関節式ロボットアームを使用する改良さ
れたウェーハ取り扱いシステムに関する。
従来技術の説明 多くの型式の半導体加工システムはウェーハ取り扱い
システム又はウェーハ移送機構を使用することを必要と
する。化学析出(CVD)は各種の気体状化合物を熱反応
させ又は付着させることにより加熱した基板上に安定し
た化合物を形成する方法である。この化学析出は多くの
方法にて実施することが出来るが、全ての型式のCVD装
置は反応室と、ガス制御部と、調時及び順序制御要素
と、基板の加熱源と、及び反応させたガスを取り扱う手
段とを備えている。エピタキシャル析出は基板上に単一
の結晶層(被析出層と同一組成であることが多いが常に
そうであるとは限らない)を析出させ、その層の結晶構
造体が基板の結晶構造体の延長体であるようにする方法
である。化学析出の別の例としては、幾つかの型式の析
出反応の任意の1つの方法を利用して実施することの出
来る、一般に「金属加工」と称されるものがある。金属
加工において、加工されたシリコン基板はその上に析出
された金属コネクタ等を有する。
さらに別の半導体加工分野として、イオン注入方法が
ある。この方法は所望のドーバントを有するイオンを選
択し、これらのイオンを電界を利用して加速し、次にウ
ェーハの面又は表面を横断してこれらのイオンを走査
し、均一な予析出を実現させるものである。半導体加工
方法は一般に、光加工システムと、検査システムと、洗
滌システムと、ここで全体的に半導体加工システムと称
するあらゆる型式の工程とを備えるものである。かかる
システムの1つの特徴は個々の半導体ウェーハディス
ク、ウェーハ又は基板を入力ステーションから反応炉又
は同様の加工ステーションまで運び又は移送するための
何らかの手段を設けなければならないことである。又、
多くの場合、移送機構を利用して、デバイスが加工ステ
ーショから格納位置まで戻される。バッチ加工システム
は同時に2以上の基板を析出させる段階を備えている。
かかるシステムは通常、手操作で装荷され、ウェーハは
ボート内に入れて運ばれる。このボートは通常、例えば
ピンセット、手に持つ型式の真空ピックアップ等を使用
して装荷及び除去が行われる。多数のウェーハの大量移
送も又装荷ロボットを使用して行われる。今日の大型の
ウェーハを多量に収容するバッチ加工反応炉において、
広い面積に亘って許容し得る均一性を実現することは極
めて困難である。
かかるバッチシステムは従来技術において広く採用さ
れてはいるものの、単一のウェーハ加工システムを使用
するのが最近の傾向である。集積回路の技術における最
近の傾向はさらに大きい半導体ウェーハを加工する傾向
であるため、かかる単一のウェーハ加工システムの採用
は一層望ましい。12インチ以上の直径を有するウェーハ
が現在使用されている。こうした大型のウェーハはこれ
まで、従来技術において採用されていたものよりもより
多くの回路及びはるかに複雑な回路を収容することが出
来る。単一のウェーハシステムはバッチ反応炉システム
よりも処理量が少ないため、単一のウェーハの工程のス
ピードアップを図り、収率を向上させ、粒子による汚染
等のような問題点を回避し、均一性及び品質の向上を図
るための試みが為されつつある。
従来技術の殆どの単一のウェーハ移行機構は各種型式
の半導体加工システムに使用することが出来る。例え
ば、従来技術は加工しようとするウェーハが供給容器内
に積み重ねられる重力送り式ウェーハ移送システムを教
示している。この容器はボート内のウェーハが傾斜路に
沿って摺動し、真空マンドレルまで自由に動くことが出
来るような垂直方向に対する角度を成してエレベータ内
に支持されている。全てのウェーハが一時に供給容器か
ら出ずに一個ずつ出るようにするためのプレートが設け
られている。別の傾斜路が設けられており、ウェーハは
加工されたならば、傾斜路に沿って下方に摺動し、同様
に垂直方向に角度を成して配設された受取り容器内に入
る。この型式のシステムの欠点は確実動作の送りが行わ
れないこと、ウェーハ上に置かれた材料は摺動する傾斜
路上に落下する可能性があること、摺動面により汚染粒
子が発生すること、又、単一寸法のウェーハにしか適用
し得ないこと等である。
ウェーハを加工領域に送り及び該加工領域から回収す
る別型式の半自動システムは空気軸受けを利用する。こ
の場合にもウェーハは容器内に格納される。ウェーハは
水平方向に維持され、空気軸受けにより、即ち、空気ク
ッション上に乗って、加工領域に移送されかつ回収され
る。重力利用の送りシステムと同様、この型式の機構は
極めて信頼性に欠け、破損し又、保守のための中断時間
を必要とする多くの可動部品を備えている。同様に、異
物が空気軸受け内に入り、該空気軸受けを損傷させるか
又はその効果を損なう。空気クッション案内手段を利用
するその他のシステムもあるが、これらシステムの場
合、空気の清浄度及び空気クッションにより生ずる乱流
の問題が極めて重大である。かかるシステムにおいて、
ウェーハの上面に塵埃粒子が付着するのを防止すること
は困難である。さらに、かかるシステムは横方向のガイ
ドレールを利用するため、ウェーハの端縁とガイドレー
ルとが頻繁に接触し、その結果、ウェーハの許容し得な
い汚染又は損傷が生じ、ウェーハの収率が低下する。さ
らに、著しく改造しなければ単一寸法のウェーハしか取
り扱うことが出来ず、又該システムは手操作にてウェー
ハ容器を交換しているときには作動することは出来な
い。
さらに別型式のシステムは回転するコンベヤーと共
に、供給スライド及び受け取りスライドを組合わせた機
構を利用している。さらに別型式のシステムは幾多の他
の移送箇所にて供給カセットから排出する間に被動ベル
ト移送手段を利用する。カセットが底部から連続的に排
出され、反対の順序にて装荷されるとき、不純物が1つ
のウェーハの底部側からその下方のウェーハの表面側に
落下することが多い。ウェーハの動作はストッパにより
停止させられるため、その前に析出された層が剥離し又
は削られ、表面をさらに汚染させるという別の問題が移
送箇所にて生ずる。
さらに別のウェーハ取い扱いシステムは直線状に位置
決め可能なアームの端部に取り付けられることが多いス
パチュラ又はシャベル型ピックアップを利用する。これ
らの装置はウェーハの下方を摺動し又は動き、カセット
トラックスペースを通って進み、ウェーハを拾い上げ、
そのウェーハを物理的に次の位置に運ぶ。かかるシステ
ムの例は1985年11月12日付けにて、ケネス・ダブリュー
・パルサー(Kenneth.W.Purser)に発行された米国特許
第4,553,069号に記載されており、ブルックス・アソシ
ェィツ・インコーポレーテッド(Brooks Associates,In
c.,)が製造するオービトラン(ORBITRAN(登録商
標))ハンドラーと称されるロボットアーム型のウェー
ハ取り扱いシステムとして引用されている。
さらに別のアーム型システムはウェーハの下方に位置
決めされ、真空を発生させることによりウェーハの下側
に取り付き、ウェーハを加工ステーション等に運ぶ前に
ウェーハをカセットから上方に持ち上げる真空チャック
を利用する。これらのシステムは底部を取り扱うため、
ウェーハを平坦な連続的な表面上に位置決めすることが
出来ない。この場合にも、真空ピックアップのヘッド部
とウェーハの下側との間の物理的接触に起因して損傷が
生ずることが多く、又、この接触の結果、ウェーハがカ
セットホルダから外れ、収率が低下し、ウェーハ自体も
損傷する。さらに、カセットを収容するエレベータはシ
ステムの主たる汚染源であるため、空気中に浮遊する粒
子がウェーハの上面に容易に付着し、収率を低下させ、
回路の完全性を損なう。
各種型式のウェーハ移送機構を教示し又は開示する従
来技術の特許は1942年8月15日付けにてイー・ケー・バ
ックスバウム(E.K.Buxbaum)に発行された米国特許第
2,294,273号、1960年6月21日付けにてイー・アール・
ガズマー(E.R.Guzmer)に発行された米国特許第2,811,
499号、1959年4月14日付けにてジェー・ローギィフェ
ン(J.LowGiffen)に発行された米国特許第2,811,929
号、1939年12月26日付けにてエー・エル・クロンキィス
ト(A.L.Kronquist)に発行された米国特許第2,185,089
号、1971年6月5日付けにてアール・ジェー・ヘインリ
ッヒ(R.J.Heinrich)に発行された米国特許第3,552,58
4号、1970年6月23日付けにてジー・エル・レーンウェ
ハー(G.L.Lanewehr)等に発行された米国特許第3,516,
386号、1974年12月16日付けにてオー・エフ・シェネィ
(O.F.Sheney)等に発行された米国特許第3,823,836
号、1975年4月1日付けにてジェー・ケー・ハッサン
(J.K.Hassan)等に発行された米国特許第3,874,525
号、1975年11月25日付けにてジー・エー・ロバートソン
・ジュニア(G.A.Robertson Jr.,)等に発行された米国
特許第3,921,788号、1977年9月13日付けにてエフ・ダ
ブリュ・ドレンボス(F.W.Dorenbos)に発行された米国
特許第4,047,624号、1985年9月26日付けにてエッチ・
ディ・ジャコビー(H.D.Jacoby)等に発行された米国特
許第4,501,527号及び1985年11月12日付けにてケー・エ
ッチ・パルサー(K.H.Purser)に発行された米国特許第
4,553,069号がある。
要約すると、従来技術の傾向は単一のウェーハ加工シ
ステムに向けられ、生産性を向上させるためにかかるシ
ステムを自動化する上で重要なファクタはウェーハをス
テーションから別のステーションに移送するのに使用す
るウェーハ取り扱いシステム又は移送機構を改良するこ
とにある。さらに、複雑な回路上に1つの粒子が存在し
てもその回路は駄目になり、コストの嵩む損傷及び収率
低下の原因となるため、ウェーハが大形となればなる
程、及び回路が複雑になればなる程、粒子の汚染によっ
て生ずる重大な問題はさらに重要なものとなる。
従来技術の何れのシステムも完全に自動化された単一
ウェーハ加工システムに使用可能であるのに十分な程度
に清浄であるものは皆無である。何れもウェーハの上面
及び/又は底面に接触しないものはなく、このため、そ
の適用が極めて制限される。システムの各種の他の装置
がウェーハに接触する結果、ウェーハの上面及び/又は
底面が損傷され、削られた箇所等からの粒子による汚
染、取扱いシステム自体からの粒子による汚染等が生ず
る。
本発明によるウェーハ取り扱いシステムは従来技術の
多くの欠点を回避すると共に、従来技術における汚染と
いう問題を解決し、又は少なくとも著しく改良するもの
である。
発明の概要 本発明の目的は半導体加工システムに使用される改良
されたウェーハ取り扱いシステムを提供することであ
る。
本発明の別の目的はベルヌーイの定理を利用するウェ
ーハピックアップワンドを採用するウェーハ取り扱いシ
ステムを提供することである。
本発明のさらに別の目的は物理的な接触を回避する一
方、上方からウェーハを持ち上げるピックアップワンド
を利用するウェーハ取り扱いシステムを提供することで
ある。
本発明のさらに別の目的は微粒子の発生を著しく軽減
するウェーハ取り扱いシステムを提供することである。
本発明のさらに別の目的は拾い上げ、移送及び落下中
にウェーハの上面を微粒子による汚染から保護すること
である。
本発明のさらに別の目的はガスが一対の関節式アーム
内部の中空の通路を通じてピックアップに供給されるベ
ルヌーイピックアップを備えるウェーハ取扱いシステム
を提供することである。
本発明のさらに別の目的はガスがロボットアームを通
過するとき、そのガスから粒子をろ過する手段を提供す
ることである。
本発明のさらに別の目的はアームが垂直方向に動くこ
とを必要としないロボットアームピックアップシステム
を提供することである。
本発明のさらに別の目的は直流マイクローステッピン
グモータを使用する極めて精密なウェーハ位置決めシス
テムを提供することである。
本発明のさらに別の目的はアームがウェーハ取り扱い
システム内にて従来可能であったよりもはるかに長いリ
ーチを備え得るように、ウェーハ取扱いシステム用のは
るかに堅牢な一対のロボットアームを提供することであ
る。
本発明のさらに別の目的はガスがロボットアーム端部
からワンドまで流動するとき、そのガスから粒子を除去
するための追加的なろ過手段を提供することである。
本発明のさらに別の目的はガスをピックアップワンド
の出口に供給するガス出口の幾何学的パターン及び溝の
幾何学的パターンを提供することである。
本発明のさらに別の目的はピックアップワンドの底部
にガス排出パターンを提供し、ガス流を略半径外方に向
け、ピックアップワンドの下面とウェーハの上面との間
にウェーハ下方の圧力に対する低圧領域を形成し、ウェ
ーハがウェーハの上面とピックアップワンドとの間の物
理的接触を伴うことなく、その上面の上方から拾い上げ
られるようにし、これと同時に、ウェーハの表面を連続
的に掃引し、粒子による汚染を防止する外向きの空気流
を提供することである。
本発明のさらに別の目的は外方に配設されたガス排出
の特別の列又はパターンにより、ウェーハの周縁部の全
ての箇所にて外向きの流れを形成し、周囲の室からウェ
ーハ表面まで汚染物質を引き寄せ又は吸引する真空効果
の発生を回避し得るピッチアップワンドを提供すること
である。かかる特別のガス排出列又はパターンはさら
に、ウェーハ又は基板上に略水平方向の力を発生させこ
の力によりウェーハは静止位置まで案内される。
本発明のさらに別の目的は包囲されたウェーハ取り扱
いシステム内にて一対の関節式ロボットアームに取り付
けられ、ウェーハを汚染させる虞れのある不純物質及び
粒子の存在を著しく軽減するベルヌーイピックアップ装
置を提供することである。
本発明の目的は内部に制御された清浄な雰囲気を提供
する手段を備えるウェーハ取り扱いシステムを提供する
ことである。
本発明の別の目的はウェーハを汚染させることなく、
加熱され又は高温のウェーハを拾い上げることを可能に
することである。
本発明のさらに別の目的はワンドの経路上及びその周
囲にて粒子の電荷を中性化することである。
本発明のさらに別の目的は容易に互換可能であるピッ
クアップワンドヘッドを提供し、各種寸法のウェーハが
取り扱い可能であるようにすることである。
本発明のさらに別の目的は(1)ウェーハの端縁上の
箇所を除いて、ウェーハの上面とピックアップワンドと
の間の物理的接触を回避すると共に、ウェーハ上面の上
方から該ウェーハを拾い上げ、(2)拾い上げ及び移送
工程中、ウェーハの上面から粒子を連続的に掃引し、
(3)「真空効果」と起因する粒子を除去し、(4)ワ
ンドの底面とウェーハの上面との間に均一なピックアッ
プ間隙を提供するガス排出列又はパターンを利用し、
(5)ウェーハの端縁が位置決めシステムと軽く接触す
ることを除いて、ウェーハの上面とワンドとが接触する
可能性を解消し、又は少なくとも最小とするウェーハピ
ックアップ及び移送機構を提供することである。
本発明は1又は2以上の格納位置からウェーハを拾い
上げ、そのウェーハを1又は2以上の半導体加工位置に
供給するウェーハ取り扱いシステムを提供する。この格
納及び加工位置は相互に異なっている。ウェーハ取り扱
いシステムは第1及び第2の位置と作用可能に連通する
包囲体を備えている。一対の関節式ロボットアームの各
アームには、後端部と、前端部と、及び少なくとも1つ
の関節式継手を有することの出来る後端部及び前端部間
の中間部分とを備える各アームが設けられる。
ピックアップワンド組立体はロボットアームの前端部
により作用可能に担持されている。このピックアップワ
ンド組立体はウェーハの端縁がストッパと軽く接触する
ものの、ウェーハとワンド組立体とを実際に物理的に接
触させることなく、ウェーハ上面の上方からウェーハを
拾い上げる手段を備えている。ロボットアームの後端部
分を作用可能に取り付け、該後端部分に動作を付与する
手段が設けられ、駆動手段がこの動作付与手段に作用可
能に結合され、ロボットアームの後退、伸長及び回転を
行わせ、ウェーハを拾い上げかつ該ウェーハを1つの位
置から別の位置に送る。
本発明のピックアップワンドはウェーハの無接触の拾
い上げ又は持ち上げを行うベルヌーイピックアップを利
用するものである。このシステムは圧力ガス源と、及び
このガスを各ロボットアームの後端部に供給する手段と
を備えている。各ロボットアームはその内部に連続的な
ガス流路を有し、そこを通るガスをワンド組立体に連通
させる。このワンド組立体はロボットアームの前端部に
取り付けられ、ワンド組立体はロボットアームの前端部
からガスを受け取り、そのガスをピックアップ手段に分
配する手段を備えている。ピックアップ手段はウェーハ
の上面とピックアップワンド組立体の底面との間に(ウ
ェーハの下方に存在する圧力に対して)比較的低圧であ
る領域を形成する複数のガス出口を備え、ウェーハとピ
ックアップワンド組立体とを物理的に接触させることな
く、ウェーハを持ち上げる。
好適な実施例において、ピックアップワンド組立体は
上部ガス配分板と、底部ウェーハピックアップ板と、及
びウェーハピックアップ板とを有するウェーハピックア
ップワンドを備えている。これら板の各々は略面状であ
り、後部と、前端部と、及び中間の略面状の本体部とを
備えている。各板は比較的平坦な上面と、比較的平坦な
底面とを備えている。
上部ガス配分板はその後端部に作用可能に形成された
ガス入口孔を有している。このガス入口孔は上部ガス配
分板をロボットアーム前端部のガス出口と連通させる。
底部ピックアップ板はその中間本体部分の周囲に作用可
能に形成された所定の幾何学的パターンのガス出口を備
えている。上部ガス配分板の底面はガス入口孔からガス
を受け取る共通の区画室と、複数の溝とを備え、上部板
が底部ピックアップ板の上面上に作用可能に配設されか
つ該上面と平らになると、ガスは共通の区画室から溝を
通って底部ピックアップ板の各ガス出口に配分される。
底部板の複数のガス出口はこれにより形成された幾何
学的パターンの境界上に位置決めされ、各ガス出口はこ
の幾何学的パターンの中央部分から略半径外方に方向決
めされ又は斜めに配設され、拾い上げ又は持上げようと
するウェーハの上面を横断する外向きのガス流を形成
し、このガス流は、(1)ピックアップワンドの底面と
ウェーハの上面との間に比較的低圧(ウェーハの下面の
下方に通常存在する圧力に対して)の領域を形成し、ウ
ェーハとピックアップワンドとを物理的に接触させるこ
となく、ウェーハをウェーハ上方から拾い上げ可能であ
るようにし、(2)ウェーハの上面を連続的に掃引し、
蓄積する虞れのある粒子が皆無であるようにする連続的
な外方向の掃引動作を提供し、(3)ピックアップワン
ドの底面とウェーハの上面との間に均一なピックアップ
間隙を提供し、(4)ウェーハ上に軽い穏やかな水平方
向の力を作用させて、ウェーハをロケータストッパ方向
に動かし、及び(5)従来技術に関して上述した略全て
の問題点を回避する。
幾何学的パターンの内側には、追加的な中央圧力逃げ
孔又はガス出口を設けて乱流をさらに減少させ、「真空
効果」に起因する粒子による汚染の可能性を著しく軽減
することが出来る。さらに、例えば、試験し良好である
ことが確認されている7つの穴又は9つの穴を有する形
成を含む各種のガス出口パターンの採用が可能である。
さらに、板は溶融石英から形成することが望ましく、
さらに、望ましくはフッ化水素酸にて酸エッチング処理
を行い、粒子による汚染がさらに軽減されるようにす
る。溶融石英を使用することは反応炉内での高温の拾い
上げを可能にし、及びウェーハの上面にワンドを介して
紫外線を照射し、電荷した粒子を中性化することを可能
にする。ロボットアーム内にはフィルタを設け、ガスか
ら粒子を除去し、さらに、ロボットアームの前端部とピ
ックアップワンドの上部板の入口との間に追加のフィル
タを設け、ガス流中の残留粒子を除去することが出来
る。
さらに、ロボットアームはロボットアームの断面が円
筒状であること、アームの構造に略全てステンレス鋼を
使用すること、及び本発明のロボットアームが従来技術
にてこれまで可能であったものよりはるかに長いリーチ
及びより向上した位置決め精度を備えることを可能にす
るその他のファクタにより、このロボットアームは従来
製作されていたものよりはるかに堅牢である。ピックア
ップワンドヘッドは容易に互換可能であり、システムを
1つのウェーハ寸法から別のウェーハ寸法に迅速かつ容
易に変換することが出来る。
本発明の上記及びその他の目的並びに利点は以下に記
載する本発明の好適な実施例に関する詳細な説明、請求
の範囲及び図面から一層良く理解することが出来よう。
図面の簡単な説明 第1図は半導体加工システム内に利用された本発明の
ウェーハ取り扱いシステムの一部切り欠いた斜視図、 第2図は第1図のウェーハ取り扱いシステムの一部断
面図とした平面図、 第3A図乃至第3P図は第1図のウェーハ取り扱いシステ
ムのロボットアームの動きを示す一連の図、 第4図は本発明の駆動システムの組立図、 第5図は第4図の駆動システムの流体駆動部分の組立
図、 第6図は第4図の駆動システムの歯車駆動部分の平面
図、 第7図は第1図のウェーハ取り扱いシステムのロボッ
トアームの平面図、 第8図は第7図のロボットアームの一つの側面図、 第9図はピックアップワンド組立体及び第1図のウェ
ーハ取り扱いシステムの取り付け具の斜視図、 第10図はロボットアームの前端及び第9図のピックア
ップ取り付け具の側方側面図、 第11図はロボットアームの前端、取り付けユニット及
び第9図のピックアップワンドを示す組立図、 第12図は第9図のワンドユニットの上部ガス分配板の
底面図、 第13図は第12図に図示したガス分配板の断面端面図、 第14図は第12図に示したガス分配板の側方断面図、 第15図は第9図に示した板の平面図、 第16図は第15図に図示したガス出口の1つの側方断面
図、 第17図は第15図に示したガス出口の側方断面図、 第18図は粒子による汚染をさらに軽減する装置の部分
側方断面図、 第19図は粒子による汚染を軽減する装置を示す部分側
方断面図である。
好適な実施例の詳細な説明 本発明のウェーハ取り扱いシステムは半導体加工シス
テム内に使用された状態、特に、エピタキシャル析出シ
ステム内に使用される状態について説明するが、このシ
ステムは上述のものを包含する任意の型式の半導体加工
システムに適用可能であるが、これにのみ限定されるも
のではない。
第1図には、略中空の内部25を有する層状流の外被体
又は包囲体23を有するウェーハ取り扱いシステム21が図
示されている。この外被体23は陽極加工したアルミニウ
ムのような非汚染性材料にて製造することが望ましい。
本発明の好適な実施例において、ウェーハ又は基板取
り扱いシステム21が内部で形成されるエピタキシャル析
出システムは外被体23の中空内部25を反応室27の中空内
部63に連通させるアクセス開口部、ゲート又はスロット
83を有する反応加熱炉、反応室又は反応炉27を備えてい
る。アクセススロット83を選択的に開放し、又は密封可
能に閉塞する仕切弁が設けられる。
ここで説明するエピタキシャル析出システムは空気抜
き箱と、又は加工しようとするウェーハ81を供給するそ
れぞれ材料装荷/脱荷ポート29、31と、という少なくと
も2つのステーションを備えている。ポート29、31の各
々はそれぞれウェーハ取り扱い外被体23の内部25をポー
ト29、31の中空内部に連通させる中空内部及びアクセス
スロット35、37を備えている。各ポート29、31は又、そ
の中空内部に収容され、割出しエレベータ上に着座する
カセット33を備えている。各カセット33は基板又はウェ
ーハをその最外側の周縁端縁上に水平方向に向けて支持
する複数の垂直方向に積み重ねたトラクトを備えてい
る。各ウェーハは追加的なシリコンを析出させた例えば
直径6インチの円形シリコンウェーハとすることが出来
る。各空気抜き箱29、31はスロット35、37と反対側に人
間のオペレータがアクセスしてカセットの装荷及び脱荷
を行うためのアクセスドア(図示)を備えている。
空気抜き箱又はポート29、31、カセット33、ウェーハ
81、エレベータ、エレベータ割り出し機構、空気抜き機
構等の特定の構造は本発明の理解上重要でないため、こ
れ以上詳細に説明はしない。本発明に使用するのに好適
である空気抜き箱、エレベータ、駆動手段等を完全に理
解するため、譲受人による 日出願の米国共同特許出
願第 号、名称 をここに引用して、
本明細書の一部とする。
アーム取り付け板組立体39が外被体23の床45の中央凹
所に配設されており、この組立体を利用して、凹所内に
一対のロボットアーム41の後端部を作用可能に取り付け
る。回転可能な板39及び個々のシャフト駆動機構をロボ
ットアーム41の後端部に組み合わせることにより、ロボ
ットアーム41が伸長しかつ後退して、板組立体39に対し
て離接することが可能となり、及び板39が回転してロボ
ットアーム41を一つの位置から別の位置まで、例えば、
供給ステーション又はポート29から反応炉27等まで回転
可能に位置決めすることが出来る。
ピックアップワンド組立体43はロボットアーム41の前
端部に作用可能に取り付けられ、移送目的のためにウェ
ーハ81を実際に拾い上げ又は持ち上げることが出来る。
層状流の外被体、包囲体又はハウジング23は床又は底
部45と、上面47と、第1の縦方向側部49と、第2の縦方
向側部51と、第1の端側部と、第2の端側部55と、及び
後端側部57とを備えている。回転可能な板組立体39は、
該組立体に作用可能に組み立てられた関節式ロボットア
ーム41と共に、及びロボットアーム41の他端のワンド組
立体43は全て外被体23の中空内部内に収容されている。
回転可能な板組立体39は床45の凹所内に取り付けられ、
以下に説明するように床45の反対側に真空密封された駆
動組立体により駆動される。中空内部25は制御された清
浄な雰囲気を提供し得るようにされており、その雰囲気
は水素、窒素又はアルゴンの何れか1つであることが望
ましい。
第2図には、回転可能な駆動板組立体39からの幾多の
伸長及び後退位置にあるロボットアーム41が図示されて
いる。第1のアーム位置において、ロボットアーム41は
参照符号65により示され、ピックアップワンドは参照符
号67により示されている。この位置において、ワンド67
は円形の駆動板組立体39に最も接近した位置にあり、及
びこの位置にあるときに限り、板組立体39が回転してワ
ンド67を1つの位置から別の位置、例えば、ポート29の
中空内部59の入口スロット35から反応炉27の中空内部63
への入口スロット83まで回転可能に位置決めするため、
この位置は元の位置として説明する。参照符号69は第2
の伸長又は後退位置にあるアーム41を示し、ワンド71が
脚部の位置又はロボットアームの位置69に対して占める
であろう位置を示す。第3のロボットアーム位置は参照
符号73で示されており、この位置において、ワンド組立
体75は反応炉27に対するアクセスゲート又はスロット83
の丁度内側に位置決めされる。最後に、ロボットアーム
の位置77は完全に伸長して、ワンド79を反応炉27の中空
内部63内に位置決めしかつウェーハ81を配分するサスセ
プタ上に位置決めする一対のロボットアーム41が図示さ
れている。反応炉27は略中空の内部63を有する一方、ウ
ェーハピックアップワンド79は半導体ウェーハ81を保持
するように図示されている。
第3A乃至第3P図には、ウェーハピックアップ組立体43
及び回転する板組立体39に対するロボットアーム組立体
41の幾多の位置が図示されている。これら各図面におい
て、室又は外被体23の一部はステーション又はポート2
9、31又は反応炉27の少なくとも1つと共に示されてい
る。個々の図面に図示するように、方向表示矢印を使用
して、任意の1段階中の伸長方向、後退方向又は回転方
向の何れかが示されている。同一の参照符号は当該技術
分野にて従来から公知の同一の部品を示す。
第3A図において、ロボットアーム41はその元の位置に
あり、ワンド組立体43は拾い上げようとする少なくとも
1つのウェーハ81を収容する支持ポート29の方向を向い
ている。第3B図において、ロボットアーム41は伸長を開
始して板39から離反し、支持ポート29内のウェーハ81に
接近する。方向表示矢印85はウェーハの拾い上げ工程中
における直線状の運動方向を示す。第3C図には、ロボッ
トアーム41がその完全に伸長した位置にあり、ピックア
ップ組立体43がスロット35を通って供給ポート29内に位
置決めされ、内部に収納されたエレベータにてウェーハ
81をカセットから拾い上げる状態が図示されている。第
3D図には、ウェーハ81を拾い上げた後、第3E図の元の位
置に向けて復帰しつつあるときの、中間の伸長位置にあ
るロボットアーム41が方向矢印87で図示されている。第
3E図において、ロボットアーム41は再びその元の位置に
あり、第3F図の回転方向矢印89にて示すように回転動作
をする用意が整う。この位置において、板39がポート29
から反応炉27に向けて反時計方向に回転されるとき、ロ
ボットアーム41は元の位置にある。
第3G図において、ロボットアーム41は依然元の位置に
あるが、ワンド組立体43はこの場合、反応炉27のアクセ
ススロット又はゲート83に対面している。第3H図におい
て、ロボットアーム41は再びワンド組立体43により保持
されたウェーハ81を反応炉27に向けて動かす間の中間位
置にある状態が示されており、この位置からの直線状の
動作方向が方向矢印91で示されている。第3I図には、完
全に伸長した位置にあるロボットアーム41が図示されて
おり、ワンド組立体43は反応炉室27内にてウェーハ81を
サスセプタ上に位置決めし又は析出させることが出来
る。第3J図には、方向矢印93で示すように中間の後退位
置にあるロボットアーム41が図示されており、第3K図に
は、その元の位置に復帰したロボットアームが図示され
ている。
第3L図において、板39は再び方向矢印92で示すように
反時計方向に回転し、反応炉27から除去されたピックア
ップワンド組立体43及び加工されたウェーハ81を格納ポ
ート31のアクセススロット37に向けて回転可能に位置決
めする。第3M図において、ロボットアーム41は元の位置
にあり、ウェーハピックアップ組立体43は格納ポート31
のスロット37に対面する。第3N図において、アームは方
向矢印94で示すように、ポート31のスロット37に向けて
動くときの中間の伸長位置にある状態が図示されてい
る。第3O図において、ロボットアーム41はポート31内ま
で完全に伸長し、ウェーハ81をその内部に位置決めした
カセットのトラクト上に析出させる。第3P図において、
アームは方向矢印96で示すように、再度、第3M図の元の
位置に復帰するときの中間の後退位置に図示されてい
る。
第4図には、ロボットアーム41を伸長及び後退動作さ
せ及び板組立体39を回転させるのに使用される駆動組立
体101が図示されている。回転可能な板131は外被体23の
床45に形成された円形又は円筒状の凹所(図示せず)内
に作用可能に配設された略平坦で円筒状の板である。一
対のねじ部材(図示せず)がねじ孔140、142を通って伸
長し、板31をその下方の駆動機構に固着する一方、一対
のシャフト部分133、135は円筒状部材131の面の垂直上
方にかつ該部材131に対して直角に伸長する。
第1のシャフト伸長部133は下方ロボットアーム部分1
39の後端継手145の中空孔144に係合し得るようにされて
いる一方、第2シャフト伸長部135の上端部分は第2の
下方ロボットアーム部分141の後端部にて端継手147の中
空孔146に係合し得るようにされている。下方ロボット
アーム部分又は部分139、141は各々、その中空内部を通
る略中空のガス流導管143を有する略細長い部材として
図示されている。
駆動組立体101はコネチカット州、ブリストルのスペ
リア−・エレクトリック・カンパニー(Superior Elect
ric Co.,)により製造されるモデルNo.MO62−FCO3Eのよ
うな従来の直流、デジタル式のマイクロステッピングモ
ータであるシャフト駆動モータ103を備える一方、ロボ
ットアームの駆動モータ105は同様に、コネチカット
州、ブリストルのスペリア−・エレクトリック・カンパ
ニーにより製造されるモデルNo.MO92−FCO8Eのような従
来から公知のデジタル式直流マイクロステッピングモー
タである。ロボットアーム41の伸長及び後退に使用され
るデジタル式ステッピングモータ105は回転可能なモー
タシャフト109、及びモータ105の片側にてシャフト109
に取り付けられた駆動プーリ111を備えて図示されてい
る。ベルト113上のプーリ駆動部材は一端が駆動プーリ1
11の溝の周囲にあり、他端が被動プーリ又は調時プーリ
115の溝の周囲にある状態にて作用可能に配設されてい
る。プーリ115はその上面から垂直上方に伸長する頂部
の中央カラー117、該カラー117及びプーリ115の中央を
通って伸長する中空通路119を有している。直流ステッ
ピングモータ103の駆動シャフト121はそこから垂直上方
に伸長し、直流ステッピングモータ103のハウジングの
上面に配設されたカラー123の雌ねじ付き内部124、ナッ
ト締結具128の雌ねじ付き内部126、及び被動プーリ115
及びカラー117の中空内側通路119を通り、雄ねじ付き端
部分122を有する垂直下方に伸長する管状軸部120の中空
内部内まで伸長し、強磁性流体駆動ハウジング又は区画
室125に入る。
第4図の強磁性流体駆動ハウジング125について、第
5図を参照しながら以下により詳細に説明する。以下に
説明するように、強磁性流体駆動ハウジング125の出力
シャフト及び歯車室又はハウジング127は真空シールを
介して、円形板組立体39を収容する外被体23の中空内部
25に結合されている。ロボットアーム41はシャフト伸長
部133、135を介して駆動され、第6図の歯車及び強磁性
流体駆動シャフト121の作動を通じて伸長及び後退動作
をする。
次に、板組立体39の円形板131の回転について説明す
る。細長い垂直下方に伸長する管状軸部120の雄ねじ付
き端部122はカラー117の中空の内部通路119及び被動プ
ーリ115を経て、ナット128の雌ねじ付き内部126を通っ
て挿入され、カラー123の雌ねじ部分124内に螺入され
る。ナット128は調節又はロックナットとして使用する
ことが出来る。軸部120の下端部分122がカラー123内に
ねじ込まれたならば、被動プーリ115は管状軸部120に強
固にクランプ止めされ、プーリカラー117のピン孔118及
び中空軸部120の対応する孔(図示せず)を通す等して
該軸部にピン止めすることが出来る。デジタル式ステッ
ピングモータ105がプーリ115を駆動すると、強磁性流体
ハウジング125の孔を中心として該ハウジングの底部中
央に強固に固着された管状軸部120が環状の取付け板132
の中央孔内の軸受け130を中心として歯車ハウジング127
全体を回転させる。
第5図には、第4図のハウジング125の強磁性流体駆
動機構が図示されている。第5図において、強磁性流体
底部板部材390は金属ベロー組立体393に取り付けた状態
が図示され、該組立体393上には環状のモータ取付け板1
32が取り付けられている。板132は環状リング部分395、
孔400、及び一対の細長い部材396を備えている。モータ
取付け板399はモータ取付けリング395から伸長する対の
細長い部材396上に配設されている。中空の管状軸部又
は強磁性流体駆動管組立体401は環状のフランジヘッド
部分405を有する第4図の下方に垂下する中空の管状軸
部122を備え、及びねじ端部122が設けられて、中間の継
手397が軸部120のねじ端部の内側を通るようにされる一
方、強磁性駆動組立体401の底部は強磁性流体駆動部材3
90の中空の中央駆動通路388内に作動可能に配設されて
いる。中空軸部120はカラー又はフランジ405の上面部分
を通って強磁性駆動シャフト172を通り、次いで強磁性
流体カラー409を経て、歯車ハウジング127のピニオン歯
車167及びそのシャフト171に達している。シャフト17
2、管組立体401、及び外側カラー409は、以下に説明す
るように、第6図の歯車機構を介して伸長及び後退駆動
動作を第4図のアーム組立体41に伝達する強磁性流体の
送り機構407を備えている。
強磁性流体駆動機構は当技術分野にて周知の従来型式
の市販のものであり、ここでは、単一の同心状の強磁性
流体駆動シャフト装置を介して、アームの伸長及び後退
動作並びに板組立体39の回転動作が可能であるようにさ
れている。接続ロッド397がモータ取付け板132の中空の
中央孔部分400及びベロー393の中央通路384を通って伸
長し、強磁性流体駆動部材390の中央の中央円形通路388
に係合する。この通路388はより大きい中空通路384内に
収納された強磁性流体媒体の環状リング又はカラー386
により囲繞されている。モータ取付け板399がモータ取
付け板395の一端にて一対の細長い部材396上に配設され
ている。
シャフト部分403、ヘッド部分405及びねじ付き端部分
404を備える強磁性流体駆動管401が設けられ、継手397
はシャフト403のねじ付き端部分の内側に接続する一
方、シャフト401の底部は強磁性流体部体390の中空の中
央駆動通路内に作用可能に配設される。強磁性流体駆動
管401はカラー又はフランジ405の上面部分を経て強磁性
流体駆動シャフト171を通って伸長し、該管はねじ付き
端部分411及び外側カラー409により囲繞されている。
第6図には、第4図の歯車箱ハウジング127内の歯車
組立体が図示されている。第6図において、歯車箱組立
体は環状板132上に取り付けられた円筒状外壁151を備え
ている。この板132は当該技術分野にて周知のように、
ボルト部材157により強磁性流体駆動機構125の頂部に取
り付けられる。円筒状部分151の中空内部153は第5図の
強磁性流体駆動機構125から細い強磁性流体駆動シャフ
ト171を受け入れ、小ピニオン駆動歯車167を駆動する。
ピニオン歯車167の外周歯付き部分を使用して、大歯車1
65の外周上の歯と作用可能に係合し又はかみ合うように
し、この歯車165は一般に、シャフト135を介して1つの
アーム駆動歯車163に結合されている。駆動歯車163の外
周歯車の歯はシャフト133に接続された被動歯車161の外
周歯とかみ合い、このため、シャフト133、135の各々は
円筒状板131の上面を通って外被体23内まで伸長すると
共に、第4図に図示するように、下方アーム部材139、1
41のうち対応する1つ部材の後端部に作用可能に係合す
る。このようにして、アームの伸長及び後退はそれぞれ
シャフト133、135の回転、従ってそれぞれ歯車161、163
の回転により行われる。全てのアームは歯車165を介し
て駆動される一方、この歯車165は小ピニオン歯車167を
介して強磁性流体駆動シャフト171の回転により駆動さ
れる。
第7図には、第1図のロボットアーム組立体41がさら
に詳細に図示されている。第7図において、各対のロボ
ットアーム41の後端部145は孔形成部材181、及び上述の
ように、第4図のシャフト伸長部分133、135を係合させ
る中央シャフト受け入れ孔147を備えている。後端部分1
45の各々は細長い雄ねじ軸部分185を有するヘッド部分1
83を備え、中空の雌ねじ付きリテーナクランプドラム18
7に係合し、孔147を通って伸長するシャフト部分133又
は135を中心として部材181の把持部分を締付け又は緩め
る。さらに、下方ロボットアーム部分139、141の各後端
部分145は細長い円筒状軸部189と、及びアーム部分13
9、141の中空内部185に連通する中空内部通路とを有す
るガス入口を備えている。入口通路191は水素又は窒素
のようなガス供給源に接続される。
下方アーム部分139、141の中間部分は各々、略円筒状
の壁187を有し、各々、その中空内部185又はその中空内
部に形成された少なくとも1つの中空内部のガス伝達通
路を有している。アームの中間継手193はそれぞれ上方
アーム部分199、201の対向する中間継手195に係合する
エルボ部分197を備えている。上方アーム部分199、201
の各々は略中空の内部部分203及び円筒状の壁部分205を
有している。上方アーム部分199、201の各前端部には、
左アーム端板207及び右アーム端板209が担持されてい
る。各端板207、209はベルヌーイ取付け板211に接続さ
れ、左側駆動歯車部分213は左アーム端板207に作用可能
に結合される一方、右側駆動歯車部分215は右アーム端
板209に作用可能に結合されている。歯車部分213、215
の外周歯は箇所217にて合流し又はかみ合い、リテーナ
ハウジング219は中空の中央内部ガス通路221及び一対の
外側継手孔223を有するシャフト部分を収容する状態が
図示されている。
第8図には、第7図の対のロボットアームの一方が側
面図で図示されている。第8図において、後端部分145
は貫通して伸長するねじ付きの内部孔227を有するドラ
ムクランプ187を備えて図示されている。後端部分145は
又ガスの外部供給源を下方アーム部分139の中空内部185
内の内部ガス伝達路に連通させる中空のガス流入口路19
1を有する中空円筒状の軸部分189として図示されてい
る。下方アーム部分139の前端部分は中間継手193及び中
央シャフト部分197を介して上方シャフト中間継手195に
接続される一方、組立体は軸受け223を介してシャフト1
97が連結し、かつナット231により固着される。
中空上方ロボットア部分201の中間部分は、中空ガス
伝達路203内に作用可能に配設されそこを通って流動す
るガス流から粒子をろ過する第1アームフィルタ229を
備えて図示されている。前端部201の中空内部203を通っ
て流動するガスは右アーム端板209により伝達され、次
いで軸受け219により上方に向けられ、その上に歯車部
分215を位置決めし、軸受け部材219の中央部分に形成さ
れた中空ガス流路221がガスをベルヌーイ取付け組立体2
11に伝達する。
第9図には、ロボットアーム41の前端部分、ベルヌー
イ取付け板211、及び本発明のピックアップワンド組立
体43が図示されている。第9図において、上方アーム部
分199、201はそれぞれアーム端板207、209を介して下面
又はベルヌーイ取付け板211に作用可能に結合された状
態が図示されている。ワンド組立体43はワンドリテーナ
板299によりベルヌーイ取付け板211の上面に接続した状
態が図示されている。ワンド組立体は第1又は頂部ガス
分配板293と、及びここでピックアップヘッド又はヘッ
ドユニットと称することの出来る第2又は下方ガス出口
板又はピックアップ板295を備えている。板293、295の
各々は略平坦又は平面状であり、片面が他方の面に対し
て平らに取り付け得るようにされている。頂部ガス分配
板293は平坦又は平面状の上面296を有する一方、下方の
ベルヌーイピックアップ板又はガス出口板295は平坦又
は平面状の上面298を有するように図示されている。本
発明の好適な実施例において、板293、295は溶融水晶に
て形成され、その後、例えばフッ化水素酸により酸エッ
チング処理して、ウェーハを汚染又は損傷させる虞れの
ある粒子を発生し又は吸引する傾向を著しく軽減する。
対のストッパ又は脚部の一方が以下に説明する使用目的
のため、ピックアップ板295の後部の底面から下方に垂
下するように配設されている。
第10図には、端部取付け板209を有する対のロボット
アーム41の一方のアームの前端又は正面端部201の側方
断面図が第9図のベルヌーイ取付け板211と共に示され
ている。第10図において、ロボットアーム部分201の前
端又は正面端部は端板209を備えて図示されている。円
筒状のロボットアーム壁203は端板209の前端部の小径の
円筒状ガス入口路245と連通する中空内部ガス伝達路185
を備えて図示されている。板209は金属、望ましくは、
ステンレス鋼又は同様の構造体用の材料から成る、円筒
状のアーム部分201の中空内壁203内に固着された本体部
分241を備えている。Oリングガスケット267が環状スロ
ット265内に収容され、そこからガスが逃げるのを防止
される。アーム201の前端部分はねじ又は締結具269を介
して端板209の金属本体部分241に物理的に接続される。
比較的幅が狭い円筒状のガス伝達導管又は通路247が
円筒状通路245の端部を垂直ガス流路249に連通させる。
このガス流路249は下方リテーナ277及び上方リテーナ27
9により囲繞されている。リングカラー291及び軸受け27
5が中央垂直孔249を囲繞し、以下に説明するように、ね
じ付き締結具を介してベルヌーイピックアップ取付け板
211に接続される。別の締結具271を利用して、歯車部分
215を端板209の本体部分241に固着する。
ガスは幅の狭いガス伝達傾斜路247を通って水平のガ
ス集め室278に流動し、そこから垂直ガス通路249、出口
283を通って垂直上方に流動し、ベルヌーイ取付け板211
の水平方向通路251内に入る。このベルヌーイ取付け板2
11はその前端部に形成された略円筒状の凹所255を有す
る本体部分273を備えている。この円筒状凹所255の床26
6はガス出口孔263を備えている。このガス出口孔263は
上方ガス分配板293の上面の開口部317と連通している。
ガス入口317は通路329を介して板293の肉厚を通じ底部
ガス出口321に連通している。円筒状凹所又はキャビテ
ィ255の床256は入口257及び出口263を通ってそこを流動
するガスから粒子をろ過し得るように配設された環状の
最終フィルタ261を有している。環状部材292は環状フラ
ンジ294がフィルタ261の外周端縁部分の周囲に配設され
た状態にて位置決めされ、環状部材292の上方ショルダ
部はOリングシール287を収容する環状リング溝288を有
している。プランジャリテーナ又は環状部材293が凹所2
85の開口部内に固着されたカバー部材289を介して凹所2
55内に圧縮可能に保持され、フィルタ261等の交換が可
能であるようにされている。ガス流路は通路251を介し
てベルヌーイの取付け板211を通って水平方向に伸長
し、次に短く幅の狭い傾斜入口253を通って下方に伸長
して環状脚部材294の周囲の外側環状スペース255内に入
る。次に、ガスは環状脚部分294の狭いガス入口257を通
って流動し、中空の中央円筒状キャビティ又はガスリザ
ーバ259に入り、そこからガス出口263を通って垂直下方
に流動し、ワンド組立体43の頂部又は上方のガス分配板
293と連通する。
第11図には、ロボットアーム組立体41の前端部、取付
け板211、及び本発明のピックアップワンド組立体43が
さらに詳細に図示されている。第1の下方又は後方アー
ム部分139と第2の前方又は上方アーム部分201との接続
部分はその間の中間継手195及びシャフト組立体197を備
えている。
さらに詳細は、第1のアーム部分139の前端又は先端
部分は中間継手193に取り付けられている。この継手193
は矩形のブロック状部分427と一体の円筒状本体部分430
を備えている。スリーブ部分432が円筒状部分430を囲繞
し、円筒状部分430はガス入口421に端末があり、これに
より、ガスは円筒状の中央通路423を通ってガス入口421
から円筒状キャビティ423の前端に形成された比較的小
さい円形のガス出口425まで流動する。開口部又は出口4
25は幅の狭い円筒状通路421を通じて第2のガス出口429
に連通し、この出口429は以下に説明するように、シャ
フト組立体197の中空内部にガスを供給する。
中間継手193のブロック状部分427はガス入口スリーブ
431をその内部に収容する中空円筒状の通路433を有して
いる。スリーブ431は貫通する中空の縦方向通路434を有
している。通路434は第11図には図示しないスリーブ431
の円筒状壁の孔又は開口部を通じてガス流路422の出口4
29に連通する。空気入口スリーブ431が底部シール435、
底部カラー437、座金439及びナット441を介して中間継
手193の矩形の本体部分427の円筒状通路433内に収容さ
れている。各部材435、437、439及び431はシャフト組立
体197の少なくともねじ付き端部451を受け入れる中空の
中央孔を有している。シャフト組立体197の雄ねじ付き
端部分451は、当該技術分野にて周知のようにナット部
材441の雌ねじが螺合可能であるようにされている。上
方座金435の上からスリーブ431を通路433内に固着し得
るように、上方カラー433及び上方座金445が設けられて
いる。シール435、カラー443及び座金445の各々はシャ
フト組立体197を受け入れる中空の中央孔を有してい
る。
このシャフト組立体197は雄ねじ付きの下端部分451、
外側スリーブクランプ453及び中間継手195の本体部分46
0の底部に固着された内側スリーブクランプ455を有する
シャフト452を備えている。中間継手195は貫通して伸長
する垂直の円筒状通路459及びその上方の頂部開口部又
は孔457を有している。この部分はシャフト組立体197の
頂部の少なくとも一部分を受け入れ、アーム139、201が
関節接続され又はシャフト452を中心として枢動可能で
あるようにされている。中間継手195は又、スリーブ463
により囲繞され、中空内部又は通路466内に端末のある
一体の円筒状部分464を備えている。通路466はロボット
アーム部分201の中間部分に接続し、ガス流を円筒状の
ガス流路466の出口からアーム部分201の中空内部のガス
流路又は導管203まで流動させる。アーム部分201の中空
内部203は内側スリーブ469及び外側スリーブ467を備え
ている。
端板209の円筒状プラグ部分473はそれぞれ孔476、478
を介して上述のドラムクランプ組立体を通じて接続する
目的にて、スリーブ467の中空内部203内に作用可能に受
け入れられ得るようにされている。端板209は、又プラ
グ部材473の前端部分に固着可能な寸法とした一部円筒
状の端部分474を備え、この円筒状の端部分474は端部継
手209の平坦な上面475を有する略平面状の本体474を担
持している。継手209は、以下に説明するように、ねじ
付き部材又は締結具495を受け入れて装置を固着する複
数の孔477を有している。さらに、略平坦な本体部分472
の前端部分は略中空の円筒状凹所479を有している。こ
の凹所479は下方リテーナブシュ481を受け入れ得るよう
にされている。
リテーナブシュ481はねじ式締結具を受け入れ得るよ
うにした一対の外側孔483、及び組立体の垂直ガス流路
を形成する中空の中央通路485を備えている。中空内部4
88を有する軸受け487が下方リテーナブシュ481の端部分
又は環状フランジ上に収容され、軸受け487の円筒状内
部488は上方リテーナブシュ491を受け入れ得るようにし
てある。ブシュ491は又、中央ガス流路485、及び該ガス
流路485の両側に形成された一対の締結具受け入れ孔483
を有している。上方リテーナブシュ491の上面部分又は
幅の広い部分は歯車部分215の中央穴497内に受け入れら
れ得るようにされている。この歯車部分215はその1つ
の側部の周囲に複数の歯車の歯498を有する本体部分496
を備えている。平坦な側部600及び隣接する平坦な側部6
02が歯車部分496の反対側部を形成する。歯車部分に
は、ねじ式締結具495を受け入れるための複数の孔499が
設けられている。
取り付けブロック211は比較的薄い略矩形の第1の後
部493及び幾分薄く略矩形の第2の前端部分500を有する
略矩形のブロック状部材494を備えている。後端部498は
ねじ式締結具523が受け入れられ、歯車部分496の孔497
を通ってそれぞれ上方及び下方ブシュ491、483の外側孔
483に係合するための複数の孔507を備えている。図示し
ないガス流路511がハウジング又は取付け具211の矩形の
後方部分498を縦方向に貫通し、上方ブシュ491の中央孔
485と連通することによりガスを受け入れる。
通路511の他端は通路511を通って矩形の前方ブロック
部分500に入り、次いでガス入口又は凹所入口503を経
て、正面部分500に形成された略円筒状の凹所又はキャ
ビティ501に入る。このキャビティ又は凹所501は複数の
相互接続するガス出口505が設けられかつ円筒形の外壁
部分502を備える床部分504を有している。前方矩形部分
500の底部又は床504に形成されたねじ穴509は以下に説
明するように、カバー板525の穴527を通って伸長し、凹
所501のキャビティの頂部を閉じる図示しない従来のね
じ式締結具を受け入れる。凹所ガス入口503は凹所出口5
05の垂直上方に所定の距離を置いて配設され、最終のデ
ィスク状フィルタ要素515が凹所又はキャビティ501の底
部504上に位置決めされ、これにより、入口503から出口
505までキャビティ501を通って流動する全てのガスはフ
ィルタ要素515を通らなければならず、このため、関節
式ロボットアーム41からのガス流からさらに粒子が除去
される。フィルタ515の上方には、フィルタプランジャ
部材519がキャビティ501を備えて形成されており、この
プランジャ519の頂部には、プランジャ部材519の環状カ
ラー部分の周囲に嵌まるOリングシール517が着座す
る。次に、穴527が形成された頂部又はカバー板525が正
面部分500の上面512に位置決めされ、その上面に蓋をし
又は閉塞させてそこからガスが逃げるのを防止する一
方、プランジャ519及びフィルタ515を中空凹所501内の
適所に保持する。
凹所キャビティ501の出口505は矩形の正面部分500に
底面510を貫通し、その端縁部分に形成された複数の孔5
33を有する取付けガスケット529中央部分の孔と連通
し、従来の締結具手段(図示せず)を受け入れてユニッ
トを相互に保持する。ガスケット529の底面532は上方ガ
ス分配板293の上面の後端部上に位置決めされ、このた
め、孔533はガス分配板293の孔313と整合される一方、
ガス通路の孔531は上方ガス分配板293の後端部を貫通す
るガス入口孔319と整合される。
上部板、上方板又はガス分配板293が略平面状又は比
較的平坦な上面また又は頂部面296及び比較的平坦又は
平面状の下面又は底面333を備えて第1図に図示されて
いる。上面296は後端305に接近するその後端部分に形成
されたガス入口孔319を備えている。複数の孔313が後方
部の両端縁部分に形成され、上述のように、板293をガ
スケット529の孔533を通じて取付けブロック211の前面
部分500の底面510に固着する。
点線で示した部分は板293の底面又は側面333に形成さ
れたガス分配通路又は溝の列又はパターンを表示する。
このガス分配通路又は溝のパターンは第1の細長い縦方
向の側溝323と、第2の細長い縦方向の側溝327と、及び
溝323、327の広がる前端を接続させる横方向溝331とを
備えている。溝323、337及び331は二等辺三角形を形成
し、その三角形の頂点は板293の後方部を通ってガス入
口孔319に連通する共通のガスリザーバ又は入口部分329
に終端がある。中央の細長い縦方向の通路又は溝325を
設け、二等辺三角形を板293の縦軸に沿って二等分し、
その中間部分にて横方向通路又は溝331に連通させる。
故に、入口319に供給されたガスは各細長い縦方向の溝3
23、325及び327を通り、その上に形成された溝の幾何学
的パターンの二等辺三角形の底辺を形成する横方向溝33
1を介して相互に接続される。
下方又は底板、ウェーハピックアップ板又はガス出口
295は比較的平坦又は平面状の上面298と、及び比較的平
坦又は平面状の底面355を備えている。後端343に近接す
る後端部分の孔341は下方ワンドリテーナ板539の孔53
7、ガス分配板293の前方孔313、ガスケット539の前方孔
533、及び取付けブロック又は取付け板211の正面部分50
0の前方対の孔と整合可能であるようにされている。こ
れらの孔を通る締結具手段は板293、295をサンドイッチ
状に相互に平らに固着し、これらをその密封形態に維持
する一方、当該技術分野にて従来から公知であるように
板293の下面333は板295の上面298の上に位置する。
底部ピックアップ板295の上面298はガス分配又はガス
流動方向決め出口の幾何学的パターンを備えている。こ
の出口の各々はパターン601の境界上又はその内部に収
容された円形孔を備えて下方板295の表面298上に示され
ている。第11図の実施例において、列又はパターン601
は切頭二等辺三角形のような4側面の幾何学的形状を備
えると考えることが出来る。この三角形の底辺は底辺の
端部点611、613に画成されかつ三角形610の底面603によ
り相互に接続された仮想上の交点間に存在するとみなす
ことが出来る。この三角形の側辺は下方板295の前端部3
43に端末があると考えることが出来、これにより、一対
のガス出口361、366は切頭頂部及び切頭三角形パターン
601を画成する。切頭頂部605はガス流路孔361及び上述
の仮想上の三角形の側辺上に位置するガス流動孔366間
に存在するものとして画定される。下方板295上の三角
形410の側辺は以下に説明する使用目的のため、上方ガ
ス分配板293の下面333上の幾何学的パターンの溝と一致
する。
切頭三角形601の側辺607は仮想上の交点613及びガス
流動孔361間に接続される一方、切頭三角形パターンの
反対側辺609は仮想上の交点611及びガス流動出口366間
に接続される。これにより、底辺603、切頭頂部605、及
び一対の側辺607、609を有する切頭直角二等辺三角形が
形成される。
7つのガス流動出口パターンが第11図の切頭三角錐形
状体601を画成する境界上に位置決めされ又は配設され
ている。第1のガス出口孔361が切頭三角形の側辺607と
切頭頂辺又は端部605との交点に形成される一方、対向
する又は反対側の第2のガス出口366は切頭頂部605の他
端に形成されている。第3のガス出口孔362が孔261より
も仮想の交点613により近いパターン601の側辺613上に
形成される一方、対応する第4のガス出口孔355が孔366
よりも近い仮想上の交点611により近いパターン601の側
辺609上に形成される。第5の孔又は出口363が仮想上の
端末点613とワンド組立体43の縦軸間にて底辺603上に形
成されている。縦軸と反対側の仮想上の端末点611間の
略中間に位置決めされた第6のガス出口孔364が縦軸の
両側にて等間隔に配設されている。最後に、7つのガス
流動出口367が切頭頂部605の中間にて縦軸上に配設され
ている。
ガス流動孔361、362、363、364、365、366及び367の
各々はピックアップ板295の下面は底面355の対応するガ
ス流動出口と連通し、各々が傾斜し又はテーパ付きの中
間の通路部分を介して相互に接続される。横方向に変位
された上方及び下方出口を接続させるテーパ付きの通路
により切頭三角錐形状体又はパターン601の外周又は境
界上に位置決めされた7つのガス流動出口は形状体601
の中央部分から略半径外方にガス流を向け、これによ
り、ガス流は拾い上げ又は持ち上げようとするウェーハ
81の上面と交錯して略半径外方に向けられ、これによ
り、ベルヌーイの定理を適用するのに必要な条件が提供
される。ウェーハの上面を横断するガス流はピックアッ
プ板295の底面355とウェーハ81の上面との間に、ウェー
ハの底面に存在する圧力に対して比較的低圧の領域、容
積又は帯域を形成する。この圧力差はワンド組立体43と
ウェーハ81の上面又は底面との間に何等の物理的接触が
行われずともウェーハを持ち上げ、又は拾い上げること
が出来る。
さらに、このパターンはウェーハの上面を横断して外
方に掃引する連続的なガス流を提供し、これによりその
上面に集まる粒子又は汚染物質の量は著しく軽減され
る。ウェーハ81の外周辺上と一対の下方垂下ロケータ又
はストッパ部材543との2つの離間した領域間には、極
く僅かな軽い接触が生ずる。ロケータ543はガス出口板2
95の側辺345、347に隣接して該板295の下面又は底面355
の後端部上に配設されている。ガス出口列の重要な機能
はガス流を偏倚させ、ウェーハの外周端縁上の2つの短
い部片がストッパ部材543の正面側辺542に軽く接触する
まで、ウェーハをピックアップ板295の下方にて後方に
ゆっくりと引き寄せることである。この軽い接触はウェ
ーハの上面とピックアップ板295の底面との間に生ずる
が、ウェーハの外周及び軽く接触するロケータ又はスト
ッパ部材543上の2つの狭い領域においてのみ行われ
る。上述した後方水平方向への偏倚力は出口パターン又
は列中のガス出口の方向が7つの出口のうち僅か2つの
みが前方に向けて半径外方に向く一方、7つの出口列の
うち5つの出口が後方に向けて半径方向に方向決めされ
るようになっていることに起因する。これにより、水平
方向の力の成分が形成され、ストッパ543に軽く接触す
るまで拾い上げたウェーハを後方に押し付ける。これら
の特徴のその他の利点は本発明の装置の作用、ガス流の
方向決め出口及びピックアップ板295の底面355に対する
方向のパターンについて以下に説明する。
上方ガス分配板293の底面333がガス出口板295の上面2
98に対して平らに位置決めされたとき、孔又は出口36
1、362、363、364、365、366及び367は全て上方ガス分
配板393の底面333に形成された三角形溝323、325、327
及び331のパターンの真下に作用可能に配設され、この
板にガスを供給し、伝達し又は分配する。
さらに、上方ガス分配板293の底面333の中央縦溝325
からガスが供給される中央出口368は板295の縦軸に沿っ
て幾何学的パターン601の略中心に位置決めされる一
方、その他のガス出口孔と異なり、下方ピックアップ板
295を通る90゜の角度に配設されている。この出口から
のガス流は乱流、急激な垂直方向の振動又はウェーハの
ドリブルを著しく軽減し又は解消し、以下に説明するよ
うに、「真空効果」に起因する粒子の拾い上げを略完全
に解消することが出来る。
下方リテーナ板539が板295の底面355の下方に配設さ
れており、孔537は板295の孔341と整合され、孔537は板
295の孔341、板293の孔313、上方リテーナ板529の孔533
及び取付け板211の前面500の下面の孔と整合される。次
に、従来の締結具が板293、295をサンドイッチ状に強固
に固着する。対応するテープ孔538を有するテフロンテ
ープ539が上面536と下面355との緊密な接触を実現す
る。図示しない締結具が組立体を通って上方に伸長し、
取付け板211の底部にねじ込見まれる。数本のねじを除
去することにより、第1の所定の寸法のウェーハと共に
使用し得るようにされかつそのような寸法を備える1つ
のピックアップワンドが容易に選択的に取り外し、別の
所定の寸法のウェーハと共に使用し得るようにされ又は
そのような寸法を備える別のワンドと交換可能であるよ
うにする。
第12図には、第11図の上方ガス分配板293の底面又は
下面333が図示されている。第12図において、上方ガス
入口319は上方ガス分配板293の底面333に形成されたリ
ザーバ又はキャビティ317内に入る。このリザーバ部分3
17は以下に説明するように、出口321を介して溝パター
ンの共通の接続端部329と連通する。溝パターンは第1
及び第2の細長い縦方向側溝323、327と、横方向通路32
1に対応する底辺を有する二等辺三角形を共に形成する
横断又は横方向溝331と、縦方向溝323、327に対応する
一対の側辺と、及びガス入口321にて合流する頂点とを
備えている。共通に接続され又は重なり合う端部部分は
箇所329にてリザーバを形成し、出口321からのガスは共
通の集め箇所329に流入し、ガスはここから相互に接続
された二等辺三角形のパターンの各溝に沿ってかつこれ
ら溝内に送られる。中央の細長い縦溝325が上方ガス分
配板293の縦軸に沿って配設され、その一端は共通の端
部分に端末がある一方、その他端は横方向溝331の中間
部分にて接続され、これにより、該板293は二等辺三角
形のパターンの底辺を二等分する。ガスはガス入口319
を介して上方分配板293を通り、次に、第15図に関して
以下に説明すように下方板295のガス流れ方向決め出口
にガスを供給し又は送る目的にて相互に接続された各溝
323、325、327、331に供給される。
第13図には、第12図の上方ガス分配板293の底面333の
断面端面図が図示されている。第13図には、溶融石英か
ら成りかつ比較的平面状の上面296及び比較的平面状の
底面333を有する単一の一体でかつ略平坦な部材294を備
える上方板293が図示されている。端部301、303は断面
図をとる側部を示し、及び断面図は細長い縦方向の溝32
3、325及び327の各々に関するものであるため、溝は板3
93の下面に切込み又はその他の方法にて形成された略矩
形の通路として見られるであろう。
第14図には、単一の一体の本体部分294を備える上方
ガス分配板293の縦方向断面図が図示されている。後端
部分305は前端部311に端末がある縦軸に沿って配設され
ている。この前端部311は平坦な底面333の比較的平面状
の前端縁部337と、テーパ付きの上面335と、及び尖鋭な
先端又は端部分339を備えて図示されている。ガス分配
入口319は後端305に近接する上方ガス分配板293の上面2
96に作用可能に配設されているのが分かる。出口321は
ガス分配出口319を上述のように、出口321を介して通路
又は溝の共通の接続部分329と連通させる。この断面図
は上方分配板293の縦軸を通って又はこの縦軸に沿って
伸長する中央の細長い縦方向溝325に関するものであ
る。この中央の縦方向溝325の端部には、横方向溝331と
の交点が図示されている。
第15図には、本発明のピックアップ板295の平面図が
図示されている。下方ピックアップ板295は上面298と、
比較的湾曲した後端部分343と、比較的真直ぐな一対の
前端部349、351及び湾曲し又は真直ぐな中央の前端縁部
353とを備えて図示されている。ピックアップ板295の上
面298は比較的平坦又は平面状であり、複数の孔のみが
形成されている。第11図に関して上述したように、孔は
切頭円錐体601にて示された幾何学的パターンの境界内
に配分されている。幾何学的形状体又はパターン601の
境界上又はその内側に位置決めされたガス入口は出口36
1、362、363、364、365、366及び367を備えている。こ
れらの7つの入口は基本的なパターン601を画成する一
方、上述の目的のため共通の逃がし出口368がパターン
の中央部分に形成されている。上面298又はピックアッ
プ板295はパターンの境界上におけるガス出口の傾斜、
テーパ又は勾配を一層良く示すものであり、流れは幾何
学的パターンの略中心から略半径外方に向かい、このた
め、外方向に連続的な掃引作用が提供され、粒子がウェ
ーハの上面から除去されるようにする一方、これと同時
に、ベルヌーイの定理を利用して、その表面に物理的に
接触することなく、ウェーハを持ち上げ又は拾い上げる
ことを可能にする低圧領域を提供すると共に、7つの出
口の内5つの出口が水平方向に向けられているため、ウ
ェーハはストッパ又はロケータ部材543に当接するまで
水平方向に後方に向けて付勢される。
第16図及び第17図には、第15図に関して説明した傾斜
通路が図示されている。孔はピックアップ板295の頂部
又は上面298の円形入口371と、ピックアップ板295の底
面355の円形出口375と、及び上方円形入口371と下方円
形出口275とを作用可能に接続させる傾斜した相互接続
通路273とを備えて図示されている。同様に、第17図の
対向して傾斜するガス出口はピックアップ板295の上面2
98の円形孔377と、下方ピックアップ板295の下面355の
下方円形出口381と、及び上方円形孔377を下方円形ガス
孔381に連通させる傾斜勾配付き又はテーパ付きの相互
接続通路379とを備えるものと考えることが出来る。通
路の特別の傾斜により、板245の底部355からのガスの流
動方向が決まり、これにより、望ましい略半径方向外方
への流れが提供され、本発明の拾い上げ作用の効率が最
大になると同時に、微粒子による汚染が最小になる。
第18図及び第19図には、第1図のウェーハ取り扱いシ
ステムのさらに別の実施例、及びシステムの微粒子汚染
を軽減するための追加的な手段が図示されている。第18
図において、外被体又は包囲体23は頂部板47と及び底部
板45とを備え、その間に中空の内部25が配設された状態
が図示されている。上述のように、歯車ハウジング569
のような駆動組立体の一部が真空シールを介して回転可
能な板組立体39に結合され、この板組立体39はその前端
部に取り付けられたピックアップワンド組立体43を有す
る対の関節式ロボットアーム41を駆動し、半導体ウェー
ハ81を拾い上げかつ運ぶ働きをする。関節式ロボットア
ーム41の後端部分は床45及び板39を通って伸長するシャ
フト部分133に作用可能に結合された状態が図示されて
いる。供給ステーション、空気抜き箱、又は供給ポート
29は当該技術分野にて公知のように、複数のウェーハ
(図示せず)を水平位置に保持するカセットを運ぶエレ
ベータ551を備えて図示されている。このエレベータ551
はステップワイズにて直線状に垂直に働き、ウェーハを
アクセススロット35の前に正確に位置決めし、ロボット
アームがこのアクセススロット35を通ってカセット内に
収容されたウェーハ81を拾い上げ、上述のように反応炉
27に供給する。
第18図の実施例において、紫外線(UV)赤外線の源55
7が設けられている。この源557はUV線が外被体23の石英
上部板47を通って半径方向に進むように所望のスペクト
ル範囲内にて放射し得るように選択された任意の従来型
式の管又は紫外線源とすることが出来る。上部板47は放
射波長のUV放射線を透過させる溶融石英にて形成するこ
とが望ましい。源557は上部板又はカバー47の外部に設
けられ、UV線は石英壁r7を通って進み、外被体23の内側
25の中央領域に衝突し、アーム41が元の位置にあると
き、ロボットアーム41、ウェーハピックアップワンド4
3、及び該アームにより担持されたウェーハの上面を連
続的に照射する。ピックアップワンドの板は石英製であ
るため、UV線はこの板を容易に透過し、運ばれたウェー
ハの上面及びその上方の領域に衝突する。紫外線560を
照射する目的は室23の中空内部25内の汚染粒子の電荷を
中性化することにある。この電荷を除去することによ
り、粒子はウェーハ81の上面と相互作用し、この上面に
付着し、吸引されもしくは蓄積する可能性が少なくな
る。紫外線にて照射することにより、粒子汚染がさらに
軽減され、本発明のウェーハ取り扱いシステムの清浄度
がさらに向上する。
UV源又は管557は一端がノード558に接続された状態が
図示され、このノード558は導線555を介して電源553の
1つの出力に接続されている。この電源553は、又、導
線555を介して第2のノード559に接続されている。ノー
ド559は管557の他端の端子に接続し、このため電気が管
に供給され、当該技術分野にて公知のように電源553を
通じて紫外線560を発生させる。
別の形態として、管又は電源561は上部板47に隣接す
る外被体23の中空内部25内に位置決めすることが出来
る。紫外線563はこの場合にもウェーハ81を汚染する虞
れのある荷電粒子を中性化させるのに必要な照射を行
う。管561は管561の一端子と入力ノード558間に結合さ
れた導線565を通じて通電される一方、ノード559は導線
557を介して管561の他端子に結合され、当該技術分野に
て公知のように、電源553から該端子に通電する。
第19図には、第18図の概念のさらに別の実施例が図示
されている。第19図において、外被体23はこの場合に
も、透過性石英の上方板47又はウィンドゥ及び下方板45
を備えて図示されている。駆動機構569が真空シールを
通じて底板45の表面下方から内部の回転板組立体39に接
続された状態が図示されている。シャフト端部133は駆
動機構を関節式ロボットアーム41の後端に結合させ、該
アームの伸長及び後退を行う。ワンド組立体43はウェー
ハ81を回転可能なシャフト557を有する台座575上に取り
付けられた回転可能なサスセプタ573上に析出させる。
サスセプタ573と、台座575と、及びシャフト577とを備
える組立体は所望に応じて、上方、下方、垂直方向に位
置決めし、又は回転可能であるようにすることが出来
る。ロボットアーム41は完全に伸長した位置にありかつ
反応室27の中空内部571に連通するゲート579を通って伸
長するように図示されている。反応室27の頂部581及び
底部583は同様に、特定の波長又は波長範囲の紫外線を
透過させる石英にて形成されている。
放射源又は管592は上方板581の外部に作用可能に取り
付け又は配設され、入口に近接する内部又はゲートと反
応炉27のサスペクタ間を紫外線593にて照射し、アクセ
スゲート579に隣接する荷電粒子の汚染物質をさらに中
性化させ、ロボットアーム41が伸長してウェーハ81をサ
スセプタ573上に位置決めするとき、ウェーハ81がそこ
を通る反応室27の入力部分を通って照射する。電源587
は第1導線588及びノード590を通じて管592の一端子に
接続される。電源587は又、導線589を介してノード591
に、次に、管592の他端子に接続される。
別の実施例において、UV源又は管562は上方壁又は板5
81に隣接する反応炉27の中空内部内に作用可能に取り付
けられ又は配設される。管596は同様のUV線597を発生さ
せて、アクセスゲート579からサスペクタ573までウェー
ハ81の通路を照射し、荷電粒子を中性化することでこれ
ら粒子がウェーハ面上に蓄積するのを防止することによ
り、微粒子汚染物質をさらに減少させる働きをする。管
596は一端子が導線594を介して入力ノード590に接続さ
れる一方、その他端子は導線595を介して入力ノード591
に接続され、このため、電源から該端子に給電される。
本発明の好適な実施例において、対の関節式ロボット
アーム41は従来技術にてこれまで可能であったのと比
べ、はるかに堅牢でありかつより正確に位置決めするこ
とが可能である。ロボットアーム41の完全に伸長した位
置におけるその長さは従来技術において通常である18イ
ンチよりも著しく長い。実際上、本発明の関節式ロボッ
トアーム41を利用すれば一般に少なくとも25インチの長
さとすることが出来る。
本発明において、関節式ロボットアームはその構造に
略全てステンレス鋼を使用して製作される。さらに、こ
れらアームは円筒状又は管状の形状及び円形断面を備
え、この断面により従来技術に使用されていた矩形のア
ームに優る追加的な強度が提供される。上方ガス分配板
293及びピックアップワンド組立体43の下方ピックアッ
プ295の双方は酸エッチング処理し、フッ化水素酸のよ
うな酸により研磨した溶融石英にて製造される。このエ
ッチング処理及び研磨は板に形成された溝及び孔を平滑
にしかつ研磨し、その上に粒子が発生するのを阻止する
一方、上面及び下面の全てを研磨し、粒子が表面に吸着
され又は蓄積するのを阻止し、これにより、ウェーハの
汚染又は損傷の虞れを軽減する。ウェーハピックアップ
ユニットに石英を使用することにより装置は比較的高温
の基板を拾い上げるのに使用することが出来る。反応室
内の通常の加工により、ウェーハ温度は約1150cCまで上
昇する。この温度は約1分間で1000cCまで低下する。極
く短時間後に、ウェーハ温度が800cC乃至900cCまで低下
したとき、ピックアップワンドは損傷を与えることな
く、高温のウェーハを持ち上げることが出来る。
本発明のウェーハ取り扱いシステム21の包囲体を構成
する外被体23の壁は陽極処理したアルミニウム等のよう
な非汚染材料にて形成することが望ましく、溶融石英の
ような紫外線透過性材料にて形成することが望ましいウ
ィンドが観察目的のために設けられる。カセットエレベ
ータ及びウェーハカセットを使用して、当該技術分野に
て公知であるように、供給ポート29及び格納ポート31の
双方にてウェーハを水平位置に維持することが出来る。
駆動手段はロボットアームを駆動して、ウェーハを拾
い上げかつその他のステーション等に供給すると共に、
システム内のステーション又は部位間を回転動作する手
段を備えている。本発明の駆動システムは著しく改良さ
れ、従来技術においてこれまで可能であった場合と比べ
より大きい精度を提供し得る。高精度のデジタル式直流
マイクロステッピングモータを使用して、アームの伸
長、後退及び回転可能な位置決めを行う。円筒状アーム
の内部には連続的なガス通路が形成されており、このた
め、ガスはここで説明するように、ロボットアームを通
じて外部供給源からガス分配ワンド293に供給される。
使用されるガスは実行される作用いかにより決まり、上
述のエピタキシャル析出システムにおいて、ガスは上述
のように、実施される特定の作用いかんにより水素又は
窒素の何れかとされる。ガスは常時オン又は常時オフの
何れかであるオンオフ弁を有する任意の従来のガス容器
又は供給源から供給することが出来る。
好適な実施例において、タンクの弁から出る2つのガ
ス流はトグルを通るため、オペレータは所望により水素
又は窒素の何れかを選択することが出来る。この構造は
従来技術において公知であり、詳細に説明はしない。次
いで、ガスは上述のように導管を介して、ワンド組立体
の後端部に形成された管状軸部に供給される。さらに、
本発明の駆動システムは強磁性流体駆動機構を利用し、
包囲体の内部から真空密封されている。
反応炉27は引用して本明細書の一部とした 日出
願の本出願人による米国特許共同出願第 号、
名称 に記載されているように、エピ
タキシャル析出用の反応室とすることが出来る。
ここに使用することが望ましいカセットエレベータ及
び空気抜き箱は引用して本明細書の一部とした
日出願の本出願人による米国特許共同出願第
号、名称 に記載されているものとす
る。
さらに、サスセプタ駆動装置等は引用して本明細書の
一部とした 日出願の本出願人による米国
特許共同出願第 号、名称
に記載されたものとすることが望ましい。
好適な実施例において説明したガス分配出口のユニー
クな幾何学的パターンは出願時において出願人に公知で
ある好適なものを示したものである。実験により各種の
その他のパターン又は配設形態が作用可能であることが
明らかにされているが、これらは現在、好適なものと考
えられる。出口のパターンの設計の主な特徴は出口がガ
スをウェーハの表面を横断して略半径方向外方に向か
い、ベルヌーイの拾い上げ効果を実現すると同時に、ウ
ェーハの上面を連続的に掃引し、粒子等による汚染を防
止するのに必要なガス流を提供することである。最後
に、ウェーハ取り扱い外被体又は反応炉の外被体の内部
又は外部の何れかにてUV線を利用することは荷電した粒
子による汚染を中性化し、ウェーハの微粒子汚染をさら
に軽減する働きをする。
本発明は少なくとも3つの比較的広義の目的を有して
おり、これらの目的の全てはここに記載した実施例にお
いて同時に達成される。第1の目的は高速の連続的な単
一のウェーハ処理システムにおいて、ウェーハを損傷さ
せることなく使用される拾い上げ及び送り出しシステム
を提供することである。第2の目的は微粒子汚染等を軽
減し又は解消することにより、実際の粒子数がウェーハ
当たり2又は3粒子であるようにするあらゆる可能な手
段を提供することである。これは、システムを最適状態
に調整し、本発明の全ての特徴を同時に利用することに
より可能となる。第3の目的は長時間の冷却期間の経過
を待つことなく、加工後間もなく(数分間以内に)、加
工されたウェーハを拾い上げ、これにより工程速度を速
め、その効率を高める「高温」の拾い上げを実現するこ
とである。
粒子による汚染という問題は今日の半導体加工業界に
おいて絶対的に防止することが必要なことである。ウェ
ーハが益々大型化し、各ウェーハ上の集積回路がより複
雑化するのに伴い、複雑な回路上の箇所に1つの粒子が
付着するだけで、その回路は作動不能あるいは損傷し、
その結果、機能を喪失した1又は2以上の回路に対して
数百ドル、又は数千ドルのコストがかかり、これによ
り、加工中の特定のウェーハの収率は著しく低下する。
システムは微粒子汚染を解消し又は軽減するあらゆる特
徴を備えることが重要である。
ウェーハの製造区域における最大の汚染源は作業を行
う人間である。人間はその身体が常に新陳代謝を行って
いるため、有機物質を連続的に発生する。一定の手順を
制度化することにより、その作業を不要にすることも可
能である。第1の段階は真のクリーンルーム環境を提供
するための通常の段階が採られることを前提として、ウ
ェーハの製造区域を仕切ることである。本出願人の米国
特許共同出願による空気抜き箱を利用するならばかかる
必要性は著しく軽減される。加工システム内にて追加的
な手順を実行し、粒子汚染の機会を軽減することが出来
る。従来技術による殆どのウェーハ取り扱い又は移送機
構において、ウェーハ自体の表面は各種の加工ステーシ
ョンにおいて拾い上げ析出させる間に、カセット内のガ
イドスロット及び移送機構により破砕され又は少なくと
も接触されることが多い。その結果、物理的な欠点、亀
裂、削り等が生じる。多くの場合、未焼結又は未硬化の
切片が脱落して壁、移送機構等に付着し、システムが取
り扱いつつあるその後のウェーハに対するさらに別の汚
染源となる。僅かな物理的衝撃又は削りが生じてもウェ
ーハの収率は低下し、通常の検査によっても容易に発見
され得ない結晶状構造体の欠点の原因となることが多
い。
故に、ウェーハの少なくとも上面とシステムのいかな
る部分間における有害な接触が絶対に生じないことを保
証するウェーハ取り扱いシステム又はウェーハ移送機構
を提供することが必要である。さらに、本発明は従来技
術のシステムにおいては実現され得なかった、ピックア
ップワンドとウェーハ自体の上面との間の物理的接触を
絶対的に阻止し、ピックアップ板の底面から垂下するロ
ケータ又はストッパとウェーハの外周端縁上の2つの小
さい領域との間のみにて接触するようにする。従来技術
による底部ピックアップシステムを使用することはウェ
ーハの上面に当然、接触することはないが、底面には接
触する。しかし、かかる底部ピックアップはここで必要
とされるように平坦な連続的なサスセプタ上にウェーハ
を位置決めすることが出来ないため、本発明において使
用することは出来ない。このようにして、拾い上げの目
的にベルヌーイの定理を利用することにより非接触のピ
ックアップが実現される。穴又は孔のパターンは加工せ
んとするウェーハの上面を横断してガス流を向け、ピッ
クアップ板の底面とウェーハの上面との間の領域又はス
ペース容積内の圧力を著しく低下させ(ウェーハの下方
に存在する圧力に比べて)、この圧力差によりピックア
ップワンドとウェーハ自体の上面間とが何ら物理的に接
触することなく、ウェーハを持ち上げ又は拾い上げるこ
とが出来る。故に、削り、破断、物理的な損傷等の虞れ
は略解消される。
これと同時に、ガスの流れ方向は略半径方向外方に向
かうため、このガス流がウェーハ上面を連続的に掃引し
て粒子を除去し、ウェーハ表面の粒子汚染を著しく軽減
する。かかる特徴が汚染を軽減するために従来技術にて
利用されたことはない。ガス出口穴のパターンは又、ピ
ックアップワンドの底面とウェーハの上面との間に拾い
上げ間隙の均一性を最適なものとすると共に、乱流及び
ウェーハのドリブルを著しく解消し又は少なくとも軽減
する。中央の圧力逃がし孔を利用することにより、ウェ
ーハの上面の中央部分に圧力差零の領域を形成し、これ
は(外方を向いた流れ出口にて組み合わさって)、「真
空効果」に起因する粒子汚染という問題点を略完全に解
消すると共に、乱流、ウェーハのドリブル等を軽減する
のに役立つ。中央孔を外方向に向いた孔と組み合わせる
場合、粒子の減少特性は従来技術においてこれまで可能
であったものを著しく上廻るものである。
関節式ロボットアームのガス通路内にそこを通るガス
から粒子をろ過するフィルタをさらに使用することは粒
子汚染を解消する効果がある。さらに、ベルヌーイ取付
け体内に最終的なフィルタを使用し、ロボットアーム前
端から出てワンド組立体のガス入口に流入するガスをろ
過することにより、ガス流中に含有される粒子はさらに
軽減される。最後に、ウェーハ取り扱い室の中央部分及
び/又は反応炉の入口部分内に紫外線を利用し、石英ピ
ックアップヘッドを介してさえ、荷電粒子を中性化する
ことにより、粒子汚染の虞れをさらに軽減し、本発明に
より加工されたウェーハは従来のものと比べてはるかに
清浄であり、収率及びシステムの効率が向上する。
本発明のウェーハ取り扱いシステムの作用について以
下簡単に説明する。ロボットアーム41は通常、元の位置
又は円形ポート39に対して後退した位置に維持されてい
る。ウェーハを棚29から拾い上げようとする場合、板は
ワンド組立体43が供給ポート29のアクセススロット35に
対面するまで回転する。アーム41は回転中、元の位置に
常時維持されている。回転が停止すると、アーム41は伸
長し、そのため、ワンド組立体はアクセススロットを通
り、カセット内に入ってウェーハを拾い上げる。アーム
41が完全に伸長して停止したときに始めてガスが流動し
始め、ウェーハが拾い上げられる。次に、ワンド組立体
は持ち上げようとするウェーハの上方に位置決めされ、
ガスの流動が開始する。
拾い上げた後、ロボットアームは元の位置に後退し、
その元の位置に保持される間に、板が回転してワンドを
反応室27への入口の直前に位置決めする。次に、アーム
が伸長して、ウェーハをその内部のサスセプタ上に位置
決めする。ガス流は停止され、ウェーハが析出される。
アームは元の位置に引き戻されて、加工が終了するのを
待つ。次に、アームは伸長して反応炉内に戻り、高温で
ある間に加工されたウェーハを拾い上げる。ガスは流動
し始める。ウェーハが拾い上げられる。次に、アームが
後退して、その元の位置に戻る。次に、ワンド組立体が
該組立体により運ばれつつある加工されたウェーハと共
に、供給ポートへのアクセススロットの直前に位置決め
されるまで板39が回転する。次に、アームが伸長して、
ウェーハをその内部に収容されたカセット内に析出させ
る。ガスは遮断される。次に、ロボットアームが元の位
置に後退し、又は恐らく後退しかつワンドが再度、格納
ポート29に対面してサイクルが再開されるまで回転され
る。
関節式ロボットアーム41を通るガスの流れアームがそ
れぞれの区画室内の適所にあるときに限り流動を開始し
及び停止する。これにより、ウェーハ取り扱い外被体内
の粒子を撹拌するワンドからの連続的なガス流が減少す
る。関節式アームの基本的動作は従来通りのものであ
り、それ自体、本発明の一部を構成するものではない。
当業者には、請求の範囲によってのみ制限される本発
明の精神及び範囲から逸脱することなく、好適な実施例
に掲げた構造、構成要素、材料等に幾多の改造、変形、
変更、置換及び変化を為し得ることが理解されよう。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ロビンソン,マクドナルド アメリカ合衆国アリゾナ州85253,パラ ダイス・ヴァレー,アベニダ・デル・ソ ル 8734 (72)発明者 ファーロ,アーマンド・ピー アメリカ合衆国アリゾナ州85251,スコ ッツデール,イースト・タークォイズ・ アベニュー 8657 (56)参考文献 特開 昭63−122235(JP,A) 特開 昭63−78546(JP,A) 特開 昭61−140432(JP,A) 特開 昭59−201438(JP,A) 特開 昭63−42142(JP,A) 特開 昭51−16881(JP,A) 特開 昭63−127844(JP,A) 特開 昭54−56356(JP,A) 特開 昭60−175411(JP,A) 実開 昭63−51446(JP,U) 実開 昭61−197035(JP,U) 実開 昭59−70345(JP,U) 実開 昭55−75147(JP,U)

Claims (10)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】頂面と底面と外周とを有するウェーハを、
    噴出ガスの流れを利用して第1の位置と第2の位置との
    間で移送する、ウェーハ移送装置であって、 前記ウェーハを前記第1の位置から前記第2の位置へと
    移送するためのアームと、 前記アームによって支持されており、噴出ガスによりウ
    ェーハの頂面又は底面に物理的に接触することなくウェ
    ーハを持ち上げるためのワンド組立体と、を含み、 同ワンド組立体が、 概して平坦な下面を有するプレートと、 前記ワンド組立体において前記下面の下方に突出するよ
    うに該プレートの一端近傍に設けられ、前記持ち上げら
    れたウェーハの外周端縁と接触し該ウェーハの動きを制
    限するための少なくとも1つのロケータと、 前記プレートの下面の周辺に所定のパターンで配列さ
    れ、ガスを前記プレートの下面に対して斜めの少なくと
    も2方向で且つウェーハの外周に向かう方向に噴出する
    複数の出口であって、前記ロケータの方向へ斜めに噴出
    されるガスの流れが前記ロケータから離れる方向へ斜め
    に噴出されるガスの流れを上回るように配置され、前記
    ウェーハの頂面又は底面に物理的に接触することなく該
    ウェーハを動かしロケータのところに位置づけするため
    の第1出口と、 ガスを前記プレートの下面と直角の方向に噴出し、前記
    第1の出口からの噴出ガス流による乱流を低減し粒子汚
    染を防止するための、前記プレートの下面の中央付近に
    設けられた少なくとも1つの第2の出口と、 ガスを前記第1の出口及び第2の出口へ導くために前記
    ワンド組立体内に設けられたガス分配通路と、 を備えてなるウェーハ搬送装置。
  2. 【請求項2】請求の範囲第1項に記載の装置であって、 前記複数の第2の出口が、ほぼ前記ロケータに近づく方
    向に向けられた少なくとも2つの出口と前記ロケータか
    ら離れる方向に向けられた少なくとも1つの出口とを含
    み、ウェーハに前記ロケータの方向への摩擦力を付与す
    るために、前記ロケータに近づく方向に向けられた前記
    出口の数が同ロケータから離れる方向に向けられた前記
    出口の数よりも多く形成されている、装置。
  3. 【請求項3】請求の範囲第1項に記載の装置であって、 前記プレートが平坦な上面と前記ワンド組立体の下面を
    形成する平坦な下面とを有し、 前記ワンド組立体が、更に、 概して平坦な下面を有する前記プレートの上に並置され
    た上方プレートと、 前記ガス供給源からガスを受け取るようになされた前記
    上方プレートに設けられたガス流入口であって、前記上
    方プレートの下面に形成されたリザーバ溝と流体連通し
    ているガス流入口と、 前記リザーバ溝と流体連通している前記上方プレートの
    下面に形成された複数のガス分配溝と、を含み、 前記第1の出口と第2の出口とが前記ガス分配溝と流体
    連通している、装置。
  4. 【請求項4】請求項1に記載の装置であって、該プレー
    トが溶融石英からなり酸エッチング処理がなされている
    ことを特徴とする装置。
  5. 【請求項5】頂面と底面と外周端縁とを有するウェーハ
    を、同ウェーハの頂面又は底面と物理的に接触すること
    なくガスの噴出流を使用して拾い上げるための拾い上げ
    ワンド組立体であって、 平面状の下面を有するプレートと、 前記ワンド組立体上に前記プレートの端縁に近接して位
    置決めされ、前記平面状の下面から下方に突出してい
    る、拾い上げられたウェーハの外周端縁と接触して同ウ
    ェーハの動きを制限するための少なくとも1つのロケー
    タと、 前記プレートの下面の周辺に所定のパターンで配設され
    て、前記プレートに対して斜めの少なくとも2つの方向
    で且つウェーハの外周端縁に向かう方向にガスを噴射す
    る複数の第1の出口であって、前記ロケータから離れる
    方向に向けられた少なくとも1つの出口と、前記ロケー
    タに近づく方向に向けられた少なくとも2つの出口とを
    含む、複数の第1の出口と、 ガスを前記プレートの下面と直角の方向に噴出し、前記
    第1の出口からの噴出ガス流による乱流を低減し粒子汚
    染を防止するための、前記プレートの下面の中央付近に
    設けられた少なくとも1つの第2の出口と、を含み、 前記ロケータに向かう方向に向けられた前記出口が、前
    記ロケータから離れる方向を向けられた出口よりも数が
    多く、それによって、ウェーハ上に前記ロケータの方向
    の摩擦力を付与して、同ウェーハの頂面又は底面に物理
    的に接触することなく前記ロケータへと同ウェーハを動
    かし且つ同ロケータに対して位置決めするようになされ
    た、ワンド組立体。
  6. 【請求項6】請求の範囲第5項に記載のワンド組立体で
    あって、 前記複数のガス分配溝が、頂点が前記ロケータに向いて
    おり且つ中央の二等分する溝を有し且つウェーハの上に
    中心合わせされた三角形のパターンに配列されており、 前記第1及び第2の出口は前記プレート内において前記
    三角形のパターンの溝及び前記中央の溝に沿って整合さ
    れて配置されており、前記第1の出口は前記中央の溝と
    整合されて前記プレート内に配置されている、ワンド組
    立体。
  7. 【請求項7】請求の範囲第5項に記載のワンド組立体で
    あって、 前記複数の第1の出口が、前記プレートの下面におい
    て、ウェーハが保持されたときに同ウェーハ上の一つの
    領域に向かう複数のガスの流れを形成し前記第2の出口
    からのガスの流れを前記第1の出口からの複数のガスの
    流れの中間へと導くように配向されており、 前記プレートの下面に形成された複数の第3の出口であ
    って、ウェーハを保持したときに同ウェーハ上の別の領
    域に向かう複数のガスの流れを形成し且つ前記第2の出
    口からのガスの流れ当該第3の出口からの複数のガスの
    流れの中間へと流すための複数の第3の出口と、 ガスを、前記第1の出口、前記少なくとも1つの第2の
    出口及び前記第3の出口を通るように導くために前記下
    方プレート内に配設された手段と、を更に含む、ワンド
    組立体。
  8. 【請求項8】頂面と底面と外周端縁とを含むウェーハ
    を、ガスを噴射するワンド組立体を使用することによ
    り、同ウェーハの頂面若しくは底面に物理的に接触する
    ことなく、持ち上げ且つ第1の位置から第2の位置へと
    搬送する方法であって、 前記ワンド組立体は、アームによって支持され、且つほ
    ぼ平面状の下面と、同下面の周辺に所定のパターンで配
    列された複数の第1の出口と、同下面のほぼ中央付近に
    配設された少なくとも1つの第2の出口と、を含むプレ
    ートであって、前記複数の第1の出口は、前記プレート
    の端縁に近接して配置され且つ同プレートの下面から下
    方に突出しているロケータに向かう方向に向けられた少
    なくとも1つの出口と、前記ロケータから離れる方向に
    向けられた少なくとも1つの出口と、を含む前記プレー
    トと、当該ワンド組立体内のガス分配経路と、を含み、 ウェーハの外周端縁に向かう複数のガスの流れを形成す
    るために、ガスを、前記第1の出口から前記ウェーハに
    対して斜めの少なくとも2つの外方向へと噴出させる段
    階であって、前記ロケータから遠ざかる方向よりも同ロ
    ケータに近づく方向へより多くのガスを排出して前記ウ
    ェーハに前記ロケータの方向の摩擦力を付与して、前記
    ウェーハの頂面又は底面に物理的に接触することなく同
    ウェーハを前記ロケータに向けて動かす段階と、 前記第1の出口からの噴出ガス流による乱流を低減し且
    つ粒子汚染を防止するために、ガスを、前記第2の出口
    から前記ウェーハに直角の方向へと噴出してウェーハを
    横切るあらゆる方向のガスの流れを形成させる段階と、 前記ウェーハの外周端縁に接触しているロケータの方向
    の方向に前記ウェーハが更に動くのを制限する段階と、 からなる方法。
  9. 【請求項9】請求の範囲第8項に記載の方法であって、 前記ワンド組立体が、内側通路と、前記プレートの下面
    に形成された第3の複数の出口とを含み、 前記ワンド組立体の前記内側通路からのガスの流れを前
    記第1の出口、第2の出口及び第3の出口の各々へと搬
    送する段階を更に含み、 前記第1の出口からガスを噴出させる前記段階が、 ウェーハの外周端縁の一つ領域に向かう複数のガスの流
    れを形成し、前記少なくともひとつの第2の出口からの
    ガスの流れを前記第1の出口からの複数のガスの流れの
    中間へと導く段階と、 前記第3の出口を介して、ウェーハの外周端縁のもう一
    つ別の領域に向かう複数のガスの流れを形成し、前記第
    2の出口からのガスの流れを前記第3の出口からの複数
    のガスの流れの中間へと導く段階と、を含む、方法。
  10. 【請求項10】請求の範囲第8項に記載の方法であっ
    て、 前記アームが少なくとも一方が中空である一対のロボッ
    トアームを含み、前記ワンド組立体が内側通路を有し且
    つ前記一対のロボットアームによって支持されており、 前記一対のロボットアームの少なくとも一方の中空アー
    ムを介して前記ワンド組立体の前記内側通路内へガスを
    供給する段階と、 前記中空アームから受け取ったガスを前記内側通路を介
    して前記第1及び第2の出口に導く段階と、を更に含む
    方法。
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