JP4808299B2 - クランプリスト、クランプ機構、ロボットアームアセンブリ及びロボット - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、ワークピースを機械式アームへ確保するクランプ機構に関する。より詳細には、本発明は、ロボットブレードが、回動するために少なくとも部分的に後退する時に、ブレードの前端にある保持部材へ半導体ウェハを偏寄させることによって、半導体ウェハをロボットブレードへ穏やかに確保するクランプに関する。
【0002】
【従来の技術】
最新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外すことなく数種類の逐次処理ステップを行なうために、多数の処理チャンバを一緒に統合するクラスターツールを含んでいる。これらチャンバには、例えばデガスチャンバ、基板プレコンデショニングチャンバ、冷却チャンバ、移送(トランスファ)チャンバ、化学的気相成長チャンバ、物理蒸着チャンバ、エッチチャンバ等を含めることができる。特定のプロセスレシピおよびプロセスの流れを用いて特定の構造を製作するために、チャンバが運転される際の操作条件とパラメータと同様に、クラスターツール中のチャンバの組合せが選択される。
【0003】
ひとたびクラスターツールが、特定の処理プロセスを行うためのチャンバと補助設備の必要なセットを使ってセットアップされると、クラスターツールは、一連のチャンバとプロセスステップに基板を通すことにより多数の基板を処理するのが普通である。プロセスレシピとシーケンスは、クラスターツールを通る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コントローラにプログラムされるのが普通である。一旦、1カセット分のウェハ全体がクラスターツールにより首尾よく処理されると、そのカセットは、さらに別のクラスターツール、またはケミカルメカニカルポリッシャのようなスタンドアローンへ、更なる処理のために送られることができる。
【0004】
典型的なクラスターツールは、基板を一連の処理チャンバに通すことによりそれら基板を処理する。これらのシステムでは、ロボットが、基板を一連の処理チャンバへ通すために使用される。各処理チャンバは、一度に2枚のウェハを収容し処理できるように構成されている。この方法では、クラスターツールにおける基板のスループットが効果的に倍増する。各処理とハンドリングプロセスとに必要な時間は、単位時間当たりの基板のスループットへ直に影響を及ぼす。集積回路製造システムの正確な設計は複雑になり得るが、製品品質、作業コスト、または設備寿命に悪影響を与えること無く全体のスループットを最大するためにできるだけ速く各プロセスを行なうことは、ほとんどの場合に必ず利益をもたらす。
【0005】
クラスターツールでの基板スループットは、移送チャンバ内に配置されるウェハハンドリングロボットの速度を増すことによって改良される。図1に示すように、磁気結合されたロボットは、磁気式クランプとウェハブレード間の「蛙足」型接続、つまりアームを備え、固定面内でのロボットブレードのラジアル方向と回動方向の両運動を提供する。半径方向と回動方向の運動は、クラスターツール内のひとつの場所から、別の場所へ、例えばひとつのチャンバから隣のチャンバへ基板を取上げ、移送し、配送するために、調整されたり組合わされる。
【0006】
別の典型的なロボットを図2に示す。図2は、本発明の基板クランプ装置の実施の形態を備える従来の「極座標」ロボットを示す。図2に示すように、図1の「蛙足」型ロボットと同様、半径方向と回動方向の運動は、クラスターツール内のひとつの場所から、別の場所へ、例えばひとつのチャンバから隣のチャンバへ基板を取上げ、移送し、配送するために、調整されたり組合わされることができる。しかしながら、図1のロボットと異なり、図2に示すロボットはウェハ302の変換運動も提供できる。
【0007】
ロボットの速度と加速度が増加するにつれて、各基板をハンドリングし、各基板を次の行先へ配送するのにかかる時間は減少する。しかし、速度に対する要望は、基板、つまりその上に形成された膜へ損傷を与える可能性とバランスを取るものでなければならない。ロボットが基板を余りに急激に移動させたり、あるいはウェハブレードを余りに速く回動させた場合、ウェハはブレードから滑り落ちてしまい、ウェハとチャンバの両方、またはロボットに損傷を与える可能性がある。さらにウェハブレード上でのウェハの摺動により微粒子汚染物質を発生し、それが基板上に着くと、ひとつ以上のダイを汚染し、基板のダイ歩留りを低下させてしまう。さらに、ウェハブレード上での基板の動きが基板のミスアラインメントを引き起こす可能性があり、その結果、不正確な処理や、後でチャンバ中の支持部材上へ基板を整列させる際に更なる粒子発生さえもたらすかもしれない。
【0008】
ロボットブレードはウェハブレードの遠端にウェハブリッジを伴って作られ、このウェハブリッジは上方に延在して、ウェハがエッジを越えて滑り出さないように抑えている。しかしながら、ウェハブリッジはブレードの側面周辺までは延在しておらず、ブレード上でのウェハの横方向滑りをほんのわずかしか防止できない。その上、ウェハはブリッジに対して常に好ましく位置決めされるとは限らない。急激な移動や高速回動によりウェハがブリッジに投げつけられて、ウェハに損傷を与えたり、ウェハを、ブリッジから越えさせたりおよび/またはブレードから滑り落としたりする。
【0009】
ウェハの底面とウェハブレードの上面との間には、ウェハの滑りに抗する特定量の摩擦が存在する。しかしながら、シリコンウェハの底面は非常に滑らかであり、通常はニッケルメッキされたアルミニウム、ステンレス鋼、またはセラミックでできたウェハブレードに対し低い摩擦係数を持つ。さらに、典型的なウェハは軽量なので、摩擦による抵抗は、ブレードが全後退位置にあっても、ロボットの高速回動中に与えられる遠心力に簡単に負けてしまう。しかし通常は、ロボットの回動数を決定する際に、この低い摩擦係数に依存するところが大きい。
【0010】
本明細書中に援用される、1997年9月22日提出の米国特許出願第08/935、293号、発明の名称「基板クランプ装置」は、ロボットブレード上のウェハの滑り問題とウェハの移送速度を高める必要性について論じている。本出願は、移送中にブレード上の基板を保持するクランプ機構を記載する。しかし、本発明は、クランプフィンガを係合し、係合を解くための複雑なレバー/可撓システムに向けられる。
【0011】
とりわけ、複数の、または単体の基板処理システムにおいて、高められた速度および加速度/減速度でウェハを移送できるロボットに対するニーズがある。より特定的には、1枚のウェハまたは一対のウェハを、ひとつのウェハブレードまたは一対のウェハブレード上で、速い回動と半径方向の動きをする間にウェハの滑りとウェハの損傷を防止するのに十分な力で確保できる、ロボット上のウェハクランプ機構に対するニーズがある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
一局面において、本発明は、ひとつ以上のアームと、アームを駆動してワークピースをハンドリングするためのひとつ以上のアクチュエータとを有するクランプリストに向けられ、クランプリストは:アームへ枢動可能に結合されるリストハウジング;リストハウジング内に配設される少なくともひとつのクランプフィンガ;および、少なくともひとつのクランプフィンガをワークピースへ付勢するための、少なくともひとつのクランプフィンガに結合される付勢部材;を備える。本発明のこの局面での独特な特徴は、変換部材がアームのうちの少なくともひとつに結合されることができ;そして接触パッドがクランプフィンガへ可動に接続されることができるという点である。さらに、クランプフィンガはクランプハウジングに枢着されることができ;そして接触パッドは、ロボットアームが所定伸張量に達した時に、ワークピースからクランプフィンガを遠ざけるべく移動させるようにして位置決めされることができる。さらにひとつのストップ部材がリストハウジングに取着されることができ、ワークピースからクランプフィンガが遠ざかる動きを制限するようにされて位置決めされる。その上さらに、付勢部材は一スプリングであってよく、また2つのクランプフィンガが相互に離間して取りつけられてもよく、そのスプリングがクランプフィンガに取着されてもよい。
【0013】
別の局面において、変換部材がアームのうちの少なくともひとつに可動に結合されることができ;可撓部材が少なくともひとつのクランプフィンガへ可動に接続されることができ;接触パッドが可撓部材に結合されることができ、かつ少なくともひとつのクランプフィンガに係合するように、そしてロボットアームが所定伸張量に達した時、少なくともひとつのクランプフィンガをワークピースから遠ざけるべく移動させるようにして位置決めされることができる。さらに、2つのクランプフィンガが相互に離間して取り付けられることができ;可撓部材はクランプフィンガに取着されて、変換部材と接触パッドが係合するとクランプフィンガをワークピースから遠ざけるべく移動させるようにされることができる。さらにまた、レバーは、リストハウジングへ枢着されて、変換部材によりレバーが結合されると可撓部材の接触パッドと係合させるようにされて位置決めされることができる。
【0014】
別の局面において、本発明は、ロボットアームの遠端に結合されたワークピースハンドリング部材へワークピースを確保するためのクランプ機構に向けられ、このワークピースハンドリング部材は、ワークピース受取り領域と、その遠端にある保持部材とを有するウェハハンドリングブレードを備え、この保持部材は、ワークピース端に接触するようになされて位置決めされる少なくともひとつのクランプフィンガと;少なくともひとつのクランプフィンガに結合されて、ワークピースがワークピース受け取り領域上に位置決めされているとき、クランプフィンガをワークピースへ付勢して、クランプフィンガと保持部材との間にワークピースをクランプするように成された付勢部材と;を備える。本発明のこの局面の特徴は、ワークピースハンドリング部材とロボットアームとが伸張されるとき、ワークピースから遠ざかるようにクランプフィンガを移動させるようにされる、クランプフィンガに結合されたレバー編成を、クランプ機構が備えることができるという点である。本発明のこの局面の別の特徴は、レバー編成は、ロボットアームとワークピースハンドリング部材との間の相対的角回動によって係合されるようにできること;クランプフィンガがワークピースハンドリング部材に枢着され得ること;そして、ロボットアームが所定伸張量に達した時に、変換部材はクランプフィンガに係合して、クランプフィンガをワークピースから遠ざけるべく移動させるようにして位置決めされるロボットアームへ取着され得ることである。本発明のこの局面におけるさらに別の特徴は、レバー編成がさらに:クランプフィンへ可動接続される可撓部材と;変換部材との選択的な結合のために可撓部材に結合され、ロボットアームが所定伸張量に達した時、クランプフィンガと係合して少なくともひとつのクランプフィンガをワークピースから遠ざけるべく移動させるように位置決めされる接触パッド;を備え得る点である。本発明のこの局面のさらに別の特徴は、レバー編成がさらに、ワークピースハンドリング部材に枢着されたレバーを備え得る点である。レバーは端部を持つことができ;接触パッドは、変換部材との選択的係合のために端部近傍でレバーに結合されることができ;そして可撓部材の接触パッドは、レバーとの選択的係合のために位置決めされることができ、それにより、変換部材によるレバーの係合は、ロボットアームが所定伸張量に達した時に、クランプフィンガをワークピースから遠ざけるべく移動させるよう、少なくともひとつのクランプフィンガの係合を生じさせる。さらに、2つのクランプフィンガが相互に離間して取りつけられてもよく;そして、可撓部材がクランプフィンガに取付けられて、変換部材が接触パッドに係合するとクランプフィンガを離れるように移動させる。さらにまた、ストップ部材がワークピースハンドリング部材に取着されて、クランプフィンガの少なくともひとつの、ワークピースから離れる動きを制限するようにされて位置決めされることができる。
【0015】
さらに別の局面において、本発明はロボットアームアセンブリに向けられることができ、このロボットアームアセンブリは:一対の「蛙足」型ロボットアームであって、各アームが、クランプリストを取着された遠端を有し;ロボットアームへ駆動可能に結合されたリストハウジングを備えるクランプリスト;リストハウジング内に配設された少なくともひとつのクランプフィンガ;少なくともひとつのクランプフィンガに結合され、少なくともひとつのクランプフィンガをワークピースへ付勢する付勢部材;を備える。本発明のこの局面の特徴は、変換部材がロボットアームの遠端へ取着され得ること;そして、レバー編成が少なくともひとつのクランプフィンガに接続されて、ロボットアームが所定伸張量に達した時に、変換部材による係合のために、少なくともひとつのクランプフィンガがワークピースから遠ざかるように移動させるべく成されて位置決めされ得ることである。本発明のこの局面の別の特徴は、少なくともひとつのクランプフィンガがワークピースから離れる動きを制限するように、ストップ部材がリストハウジングに取着され得る点である。
【0016】
さらに別の局面において、本発明はひとつのロボットに向けられることができる。このロボットは、第1軸の周りを回動可能な一対の第1ハブ部材;各ハブ部材を駆動するための一対の磁気駆動部材;一対のロボットアームであって、各ロボットアームが第1と第2のストラットを備え、第1ストラットは、ひとつのハブ部材に取り付けられ;第2ストラットのそれぞれに配設された変換部材;一対のロボットアームに枢着されたワークピースハンドリング部材であって、少なくともひとつのクランプフィンガを備え;ワークピースへ、少なくともひとつのクランプフィンガを押付けるように成された少なくともひとつのクランプフィンガに結合された付勢部材;取着されたアームアセンブリが所定伸張量に達した時に、変換部材による係合に応答して少なくともひとつのクランプフィンガを係合させるようにされて位置決めされるレバー編成;を備え、このレバー編成は、取着されたアームアセンブリが所定伸張量に達した時、ワークピースから少なくともひとつのクランプフィンガを引き離すように成される。本発明のこの局面の特徴は、付勢部材は少なくともひとつのスプリングであるという点である。本発明のこの局面の別の特徴は、レバーがリストハウジングへ枢着されることができ、ストップ部材がリストハウジングへ取着されて、ワークピースから離れる少なくともひとつのクランプフィンガの動きを制限するようにされて位置決めされ得る点である。本発明のこの局面の別の特徴は、第1と第2のアームの同方向回動を、2つの独立した運動の一方に変換でき、第1と第2のアームの反対方向回動を、2つの独立した運動の他方に変換できることである。
【0017】
もうひとつの局面において、本発明はロボットアームアセンブリに向けられることができる。このロボットアームアセンブリは:一対の「蛙足」型ロボットアームであって、各アームがひとつのクランプリストを取着された遠端部を有し;ロボットアームへ枢動可能に結合されたリストハウジングを備えるクランプリスト;リストハウジングへ作動可能に接続された複数の対向クランプフィンガ;および、ワークピースへクランプフィンガを押付けるように成され、クランプフィンガに結合される付勢部材;を備える。本発明のこの局面の特徴は、対向クランプフィンガが、第1の近い方のクランプフィンガまたはクランプフィンガのセットと、第2の遠端にあるクランプフィンガまたはクランプフィンガのセットとを備え得る点である。本発明のこの局面の別の特徴は、共通リンクが、対向するクランプフィンガに取着されるか、さもなければ作動可能に接続されて、クランプフィンガに係合したり係合を解くことができるという点である。本発明のこの局面の別の特徴は、共通リンクが、ある長さのワイヤ、セグメントであるバネ鋼、または他の適切な部材でよい点である。
【0018】
本発明の上記特徴、利点、および目的が達成される方法の詳細が理解されるように、上記で簡単に要約された本発明のより詳細を、付帯図面に図解する実施の形態を参照して説明する。
【0019】
しかしながら、付帯図面は、本発明の代表的な実施の形態を単に図解するものであり、本発明の範囲を限定するものではないことに注意すべきである。なぜなら、本発明は他の同等で効果的な実施の形態を導くことができるからである。
【0020】
【発明の実施の形態】
図1は、ウェハをハンドリング用「極座標」ロボットアームの上面略図であり、後退位置でのロボットを示し、想像線により伸張位置でのロボットを示す。ロボット10は、駆動部材20へ強固に接続された第1ストラット44を含む単体ロボットアーム42を有する。ロボットアーム42の第2ストラット45は、エルボーピボット46を介して第1ストラット44へ駆動可能に接続され、リストピボット50を介してワークピースハンドリング部材60に接続される。ストラット44と45およびピボット46と50の構造は、ウェハハンドリング部材60を駆動部材20に接続する「極座標」ロボットアームを形成する。
【0021】
「極座標」ロボットの基本動作は従来からのものである。第1ストラット44は、2種類のモードのひとつで回動運動する。回動モードでは、駆動部材20と第2ストラット45と、ウェハハンドリング部材60との間のリンクが係合を解かれることにより、ロボットアーム全体は、伸縮することなく第1ストラットの回動時に回動する。伸張モードにおいて、駆動部材20と第2ストラット45と、ウェハハンドリング部材60の間のリンクは、例えば第1ストラット44が時計方向に回動すると、第2ストラット45は反時計方向に回動し、ウェハハンドリング部材60は時計方向に回動する。それぞれのストラットが反対方向に回動することより、ロボット10に対してウェハハンドリング部材60を伸張させる。駆動部材20が逆に回動すると、第1と第2のストラット44、45およびウェハハンドリング部材60は反対方向に回動しウェハハンドリング部材60を後退させる。
【0022】
図2は、ウェハ302をタンデム処理するのに有用な実施例としての統合クラスターツール400の概略線図を示す。ウェハ302はクラスターツール400に導入されて、クラスターツールからロードロックチャンバ402を介して取り出される。一対のウェハハンドリングブレード64を備えるロボット10は、クラスターツール400内に配置されて、基板をロードロックチャンバ402と様々な処理チャンバ404間を移送する。ロボットアーム42は後退位置で図解されていて、ロボットアセンブリが移送チャンバ406内で自由に回動できるようになっている。図2のクラスターツールの特定な構成は単なる説明のためのものであり、図示のシステムは、2枚のウェハ302を同時に処理する能力がある。しかしながら、本発明は1枚のウェハ移送、即ち先に説明し図1に示す「極座標」ロボットのようなロボットアセンブリにも等しく適用できる。本発明の好ましい局面において、製造プロセスシーケンス、クラスターツール内の条件、およびロボット10の動作を制御するために、マイクロプロセッサコントローラが設けられる。
【0023】
図2はまた、後退位置にある「蛙足」型磁気結合ロボット10を図解し、伸張の場合を想像線で示す。ロボット10は、コンピュータ制御駆動モータへ磁気結合された2個の同心リングを備え、リングを共通軸の周りに回動させる。ロボット10は一対のロボットアーム42を含み、各アームは、第1磁気駆動部材20へ剛体的に接続された第1ストラット44を有する。ロボットアーム42の第2ストラット45は、エルボピボット46により第1ストラット44へ、リストピボット50によりワークピースハンドリング部材60へ、そして共通の剛性接続部材190へ、それぞれ枢動可能に接続される。ストラット44と45、およびピボット46と50の構造は、ウェハハンドリング部材60を磁気駆動部材20に接続する「蛙足」形状をしたロボットアーム42を形成する。
【0024】
磁気駆動部材20が同方向に同角速度で回動する時、ロボット10は、図の面に直角な回動軸zの周りを同方向に同角速度で回動する。磁気駆動部材20が反対方向へ同角速度で回動する時、ウェハハンドリング部材60の、伸張位置へまたは伸張位置からの直線半径方向運動を生ずる。両モータが同速度で同方向に回動するモードを用いて、隣接するチャンバとの間のウェハ交換に適する位置から、別のチャンバとの間のウェハ交換に適する位置までロボット10を回動させることができる。両モータが同速度で反対方向に回動するモードを用いて、ウェハブレードを半径方向にチャンバのひとつへ伸ばして入れてから、そのチャンバからウェハブレードを引出すことができる。モータ回動のその他いくつかの組合せを用いて、ロボットがx軸周りを回動するとき、ウェハブレードを伸縮できる。ピボット50のところで第2ストラット45とワークピースハンドリング部材60に取着された接続部材190は、2つのワークピースハンドリング部材60間に延在していて、2つのワークピースハンドリング部材60とロボットアーム42とを接続する。接続部材190とワークピースハンドリング部材60との組合せは、集合的にリスト80と称する。支持体190に対する、ひとつのアームアセンブリ42の動きは、他のアームアセンブリ42により、接続支持体190の同期機構、例えば歯車やベルト機構を用いて対称的な動きとなる。
【0025】
図3と4は下側カバープレートを部分的に取除いたワークピースハンドリング部材60の第1の実施の形態の部分底面図を示し、「蛙足」型ロボットでの使用に適したクランプリスト80の内部作動部品を図解する。図5と6はカバーのないワークピースハンドリング部材60の第2の実施の形態の部分上面図を示し、「極座標」ロボットでの使用に適するクランプリスト80の内部作動部品を図解する。図3と5は、伸張位置または開放位置にあるクランプフィンガ90を示し、その位置でウェハハンドリング部材60はいっぱいに伸張されるので、クランプフィンガ90はウェハ302のローディングまたはアンローディングのために、ウェハ302から係合を解かれる。
【0026】
各ワークピースハンドリング部材60は、リストハウジング199、ウェハハンドリングブレード64、およびクランプリスト80を有する。リストハウジング199はワークピースハンドリング部材60の内部運動部品をカバーする上側カバープレートと下側カバープレートを含んでもよい。ハウジング199は実質的に剛体であり、ワークピースハンドリング部材60の構成部品を保護するように成されている。ハンドリングブレード64は、その一体部品としてのリストハウジング199の前端から延在し、その上でウェハ302を受取るように成されている。ブリッジ、つまり保持用部材70(図1と2に示す)は、ウェハハンドリングブレード64の遠端でリストハウジング199と反対側にウェハブレード端から上方に延長して、ブレード上に置かれたウェハ302を支持するために使われる。図17と18を参照して、後で検討する代替案はワークピースハンドリング部材60の遠端に第2セットのクランプフィンガを備えている。
【0027】
ワークピースハンドリング部材60のクランプリスト80は、レバー編成109、付勢部材114、および一対のクランプフィンガ90とから構成される。付勢部材114は一対のクランプフィンガ90の間に接続された一本のスプリングであることが好ましい。
【0028】
対のクランプフィンガ90は、好ましくは、リストハウジング199内へ相互に間隔をあけて枢着され、配設される。2個のクランプフィンガ90は、好ましくは、付勢部材114によって一緒に結合されて、クランプフィンガ90を略ワークピース即ちウェハ302に向く方向へ偏寄する。クランプフィンガ90は、クランプ機構がクランプ位置にある時、クランプフィンガ90がウェハ302の端に係合するように選択される。クランプフィンガ90の遠端は、好ましくは、処理された硬質耐磨耗性材料で形成された加工済み先端94またはローラ92を含んで、クランプフィンガ90とウェハ302との間の摩擦を最小にし、それによって微粒子発生を最少にする。さらに先端可撓性部材93は、クランプフィンガ90の遠端近傍に備えられて、クランプフィンガ90がウェハ302を把持する時、クランプフィンガ90の力に起因する衝撃を吸収して微粒子発生をさらに少なくし、および/または、クランプフィンガ90とウェハ302間の追加クランプ力を維持する。図15と16に示すように、注目されることは、単一のクランプフィンガ90が、ウェハ302との係合のために、複数のチップ端94またはローラ92も設けることができる点である。図15と16に示す実施の形態において、保持部材70は、ウェハ302をブレード上に確保するために、ウェハハンドリングブレード64の遠端近くの適当な位置に、ローラ92またはチップ端94と対向させて配置することができ、保持部材70がウェハハンドリングブレード64の遠端に配置できない場合は、代わりに、ローラ92または先端94とほぼ対向している限り、ウェハ302の外周に沿うどこに配置してもよい。図16に示す実施の形態において、単体のクランプフィンガ90は、クランプリスト80へ摺動可能に取付けることもできる。
【0029】
図3と4に示す特定の実施の形態において、レバーアセンブリつまりレバー編成109は一般に、対向端を持つ伸張レバーである第1レバー120を含む。第1レバー120の一端は第1クランプフィンガ90に固定されるか、あるいは一体接続される。第1レバー120の固定端または一体化接続端121の反対側に、第1レバー120の接触端124が、それに関連付けられた比較的平坦な部分を持っていて、その平坦部が接触パッド122を画成する。変換部材125は、下記の第2レバー130の接触パッド135と係合するために第1レバー120に取着してもよい。図示されていないが、変換部材125は、第1レバー120の代わりに第2レバー130に接続されて第2レバー130の接触パッド135が第1レバー120と接続される第2接触パッドとすることができる点に注意すべきである。レバーアセンブリ、即ちレバー編成109は、接続端131で第2クランプフィンガ90へ固定接続されるか一体接続される、伸張レバーであってもよい第2レバー130を含むことができ、これはその接続端131に対向する接触端132を有する。第1と第2のレバー120と130は角度関係をもって備えられ、第1と第2のクランプフィンガ90に沿う同一面内でそれぞれ枢動するようにされる。第1レバー120の変換部材125は、第1レバー120とそれに固定された変換部材125が前方向に回動する時に、第2レバー130の接触端132に関連付けられた接触パッド135に接触して、その間の接触を保つように成されて位置決めされている。第2レバー130の接触パッド135と第1レバー120の変換部材125との間の摩擦と、それによって発生する微粒子を最少にするために、第1レバー120の変換部材125は好ましくは硬質耐磨耗性材料で形成され、自らへ回動可能に取着された接触ローラ126を含むのが好ましい。作動において、第1レバー120とそれに接続された変換部材125の枢動が、第2レバー130の枢動を行なわせる。ロボットアーム42の第2ストラット45に取着される変換部材82は、第1レバー120の接触パッド122と選択的に係合し、第1クランプフィンガ90を枢動させ、ロボットアームの所定伸張時にウェハ302から離す。
【0030】
変換部材82は、ワークピースハンドリング部材60へ第2ストラット45を接続するピボット50近くで第2ストラット45に固着された剛性長尺部材である。変換レバー82は、第2ストラット45から外方に、リストハウジング199内へ延在する。変換部材82の先端へ回動可能に取付けられているのは、実質的な微粒子を発生することなく他の面に接触するように成されたローラ84である。変換部材82と接触パッド122との間の摩擦を最少にするために、ローラ84は、硬質耐磨耗性材料で形成されるのが好ましい。変換部材82は、その先端が回動してウェハ302とハンドリングブレード64に向かって略前方へ移動するとともに、その先端が第1レバー120の接触パッド122に接触するように成されて位置決めされている。ロボットアーム42が伸張することにより、変換部材82の前方向への回動を生じさせる。
【0031】
変換部材82がロボットアームの所定伸張位置で第1レバー120の接触パッド122に係合すると、第1レバー120の変換部材125は同じように、第2レバー130の接触パッド135と係合して第2クランプフィンガ90を、ロボットアームの所定伸張位置で枢動してウェハ302から離す。好ましくは、第1レバー120の変換部材125、第2レバー130の接触パッド135の輪郭、および第1と第2のクランプフィンガ90の形状は、第1と第2の両クランプフィンガ90の回動角がいつでも同じであるように選択する。
【0032】
ここで、図5と6に示す実施の形態を参照すると、変換部材82は、第2ストラット45をワークピースハンドリング部材60へ接続するピボット50の近くで第2ストラット45に固着される。変換部材82に回動可能に取着されるのは、硬質微粒子を発生することなく他の面に接触するようになされたローラ84である。ローラ84は、例えばPEEK(ポリエチルエーテルケトン)またはTUFSAM(テフロン(登録商標)を含浸した電着塗装アルミニウム)のような硬質耐磨耗性材料で形成され、変換部材82と接触パッド122の間の摩擦を最少にするのが好ましい。変換部材82は、第2ストラット45とそれに固定された変換部材82とが、ウェハハンドリング部材60の全伸張地点またはその付近で、ウェハハンドリング部材60に対して回動する時、第1レバー120の接触パッド122に接触するように成されて位置決めされている。ロボットアーム42の伸張は第1レバー120を回動させ、ロボットアームの所定伸張位置で第1クランプフィンガ90を枢動してウェハ302から離す。
【0033】
変換部材82がロボットアームの所定伸張位置で第1レバー120の接触パッド122に係合すると、第1レバー120の変換部材125は同様に、第2レバー130の接触パッド135と係合することにより、ロボットアームの所定伸張位置で第2クランプフィンガ90を枢動してウェハ302から離す。好ましくは第1レバー120の変換部材125、第2レバー130の接触パッド135の輪郭、および第1と第2のクランプフィンガ90の形状は、第1と第2の両クランプフィンガ90の回動角がいつも同じであるように選択する。
【0034】
図3と4は、下側カバープレート202が取外された状態のクランプリスト80の底面図であり、「蛙足」型ロボットのロボットアーム42の伸張と後退の各位置におけるクランプリスト80の作動を示す。同様に図5と6は、カバープレートがない状態のクランプリスト80の上面図であり、「極座標」ロボットのロボットアーム42の作動を伸張と後退の各場合について示す。図の比較は、完全伸張時にクランプがどのようにウェハを開放するかを示すのに効果的である。図4と6はリストアセンブリ60を、それが回動位置にある時のように、ロボットのハブ上の完全後退位置で示す。クランプフィンガ90は、クランプ位置でウェハ302の周囲に係合される。クランプフィンガ90の係合はウェハ302をクランプするだけでなく、ブレード上にウェハを確実かつ正確に位置決めする。ウェハ302は正確に位置決めされるので、ハンドリングエラーはほとんど無く、ウェハの中心を探す高度な検知装置を使う必要はない。しかし、その類いの装置は依然として必要になろう。リスト80が最も後退した時、変換部材82とそれに係合する第1レバー120の接触パッド122との間の最短部の距離は最大になる。
【0035】
図3と5は、チャンバ404(図2)の壁412内のウェハ移送スロット410を通って、クランプ機構が開放される点まで伸張したブレード64とリスト80を示す。処理チャンバ(図示せず)のリフトピンのような別の装置によってブレード64の頂部からウェハが持ち上げられることを可能にする、クランプフィンガ90のローラ92とウェハの端部との間のギャップに注意すること。変換部材82,125,レバー120、130、ストップ部材150、151(後に説明)、およびスプリングまたは他の付勢部材114の相対的位置に注意すると効果的である。この開放位置において、スプリングまたは他の付勢部材114が伸張される。スプリングまたは他の付勢部材114は、リストアセンブリ60が、回動位置(図4と6)にある時のように、ロボットのハブ上の完全な後退位置にある時、ウェハ302を保持部材70に係合させて確保するために、ウェハ302にほぼ向いた方向に、接触フィンガ90を常時は偏寄する。しかしながら、変換部材82の力は、レバー編成109と結合している時は、スプリングまたは他の付勢部材114の付勢力に逆らって作用することにより、ロボットアームの所定伸張位置で、クランプフィンガ90をウェハ302から切り離す。
【0036】
外部ストップ部材150は、上側カバープレート200に取着された固定ストップを備え、第1と第2のクランプフィンガ90の外向きの動きを制限する。ストップ部材150は所定位置を超えるクランプフィンガ90が外向き運動を阻止するように位置決めされている。この位置は、ウェハ302を望ましく解放するために、ウェハ302から離れるクランプフィンガ90の必要な行程量によって決定される。ある例では、ロボット10は不整列のウェハ302を回収しなければならず、クランプ機構が、ウェハをハンドリングブレード64上で把持する時にウェハを整列させるように働らく。従がって、不整列のウェハ302をハンドリングブレード64上へ載置できるように、クランプフィンガ90は十分に後退しなければならない。好ましい実施の形態では、外側ストップ部材150は、クランプフィンガ90が0.16インチまで後退できるように位置決めされていて、中心から0.080インチまでのウェハのミスアラインメントを受入れることができる。後退量は特定システムの公差を受入れるように調整でき、スプリングまたは他の付勢部材114から本来の寿命が得られるように、そして先端可撓部材93が損傷を受けないように、ひとつの実施の形態では特定的に制限される。しかしながら後退量は、クランプアセンブリが使われる特定のシステムが指定する量にすることができる。同様に内部ストップ部材151が、第1と第2のクランプフィンガ90の内向きの動きを制限するために備えられてもよい。内部ストップ部材151は、例えばレバー編成109がミスアラインメントを阻止するために、所定位置を超えてクランプフィンガ90が内側に移動しないようにされて位置決めされる。
【0037】
図7と8は、下側プレートを部分的に除去してクランプリスト80の内部作動部品が見えるようにしたワークピースハンドリング部材60の第3の実施の形態を示し、「蛙足」型ロボットに使用される。図9と10は、ワークピースハンドリング部材60のカバーのない「極座標」ロボットに使われるクランプリストの作動部品が見える状態を示す第4の実施の形態を示す。図7と9は、伸張位置つまり開放位置にあるクランプフィンガ90を示し、この位置でウェハハンドリング部材60はいっぱいに伸びるので、ウェハ302のローディングまたはアンローディングのために、クランプフィンガ90はウェハ302との係合を解かれる。
【0038】
図7から10の実施の形態において、レバーアセンブリ、即ちレバー編成109は、一般に、対向端を有する長尺レバーである変換レバー200を含む。変換レバー200の枢動端はリストハウジング内に取り付けられて配設され、クランプフィンガ90と同じ面で枢動するようにされる。変換レバー200はさらに、接触パッド220を画成する比較的平坦な変換レバー関連部分を有する。変換部材208は下記可撓編成245の接触パッド240との結合用の変換レバー200に取着してもよい。変換部材208は、例えばPEEK(ポリエチルエーテルケトン)またはTUFSAM(テフロン(登録商標)を含浸した電着塗装アルミニウム)のような、硬質耐磨耗性材料で形成されて、そこへ回動可能に取着された接触ローラ210を含むのが好ましい。
【0039】
可撓編成245は、中央接触部242を備え、この中央接触部は、可撓セグメント230が固定接続される対向端を有し、対向端から可撓セグメント230がクランプフィンガ90の遠端部まで延在して、そこへ固定接続される。
【0040】
変換レバー200の変換部材208は、変換レバー200とそれに固定された変換部材208とが前進方向へ回動すると、可撓編成245の接触部242に関連付けられた接触パッド240と接触して、その間との接触を維持するようにされて位置決めされている。作動において、変換レバー200とそれに接続された変換部材208の枢動により、可撓編成245の接続部242と、それに取着された可撓セグメント230の関係付けられた可撓部材が前進方向へ移動させられる。可撓セグメント230の前進により、それが取着されているクランプフィンガ90の末端の内側への動きを行なわせ、クランプフィンガ90の遠端が外側に移動してウェハ302から離れるようにするため、クランプフィンガ90を枢動させる。ロボットアーム42の第2ストラット45に取着される変換部材82は、第1レバー120の接触パッド122と選択的に係合するようにされて、第1クランプフィンガ90を、ロボットアームの所定伸張位置で枢動してウェハ302から離す。
【0041】
ここで、図7と8に示す実施の形態を参照すると、変換部材82は、ワークピースハンドリング部材60へ第2ストラット45を接続するピボット50近くで第2ストラット45に固定して取着される剛性のある長尺部材である。変換部材82は第2ストラット45から外向きに延在してリストハウジング199内に至る。変換部材82の遠端へ枢動可能に取着されているのは、硬質微粒子を発生すること無く他の面に接触するように成されたローラ84である。ローラ84は、例えばPEEKまたはTUFLAM被覆アルミニウムのような硬質耐磨耗性材料で形成することが、変換部材82と接触パッド122間の摩擦を最小にするために好ましい。変換部材82は、その遠端が回動しほぼ前方に、即ちウェハ302とハンドリングブレード64にほぼ向かって移動すると、その遠端が変換レバー200の接触パッド220に接触するように成されて位置決めされている。ロボットアーム42が伸びると、変換部材82を前方へ回動させる。
【0042】
変換部材82が、変換レバー200の接触パッド220とロボットの所定伸張位置で係合すると、変換レバー200の変換部材208は同じように、接触部242の接触パッド240と係合して可撓編成をウェハ302に向かって前方に移動させ、それによってクランプフィンガ90を枢動させ、ロボットアームの所定伸張位置でウェハ302から離れる。好ましくは、変換レバー200の変換部材208、変換レバー200の接触パッド220の輪郭、可撓編成245の接触パッド240の輪郭、およびクランプフィンガ90の形状は、クランプフィンガ90の回動角がいつも同じになるように選択される。
【0043】
ここで、図9と10に示す実施の形態を参照すると、変換部材82は、第2ストラット45をワークピースハンドリング部材60に接続するピボット50近くで第2ストラット45へ固定して取着されている。ローラ84は、硬質微粒子を発生させないように、他の面と接触するようになっている。ローラ84は、変換部材82と接触パッド122間の摩擦を最小にするために、例えばPEEKまたはTUFLAM被覆したアルミニウムのような、硬質耐磨耗性材料でできているのが好ましい。変換部材82は、第2ストラット45とそれに固定された変換部材82が、ウェハハンドリング部材60の全伸張位置近くで、ウェハハンドリング部材60に対して回動すると、第1レバー120の接触パッド122に接触するようにされて位置決めされる。ロボットアーム42が伸びると、変換部材82が回動させられる。
【0044】
変換部材82が第1の接触パッド122とロボットアームの所定伸張位置で係合すると、第1レバー120の変換部材125は同じように、第2レバーの接触パッド135と係合して、第2クランプフィンガ90を枢動させ、ロボットアームの所定伸張位置でウェハ302から離す。好ましくは、第1レバー120の変換部材125、第2レバー130の接触パッド135の輪郭、および第1と第2のクランプフィンガ90の形状は、それら両フィンガの回動角度がいつも同じであるように選択される。
【0045】
図7と8は、クランプリスト80の、下側カバープレート202を取外した状態の底面図であり、後退位置と伸張位置にある「蛙足」型ロボットのロボットアーム42によるクランプリスト80の動作をそれぞれ示す。同様に、図9と10は、クランプリスト80のカバープレートがない状態の上面図であり、後退位置と伸張位置にある「極座標」ロボットのロボットアーム42によるクランプリスト42の動作をそれぞれ示す。クランプ機構が全伸張位置でどのようにウェハを開放するかを示すには、図を比較するのが有効である。図8と10は、リストアセンブリ60が回動位置にある時のように、ロボットのハブ上の全伸張位置にあるリストアセンブリ60を示す。クランプフィンガ90は、クランプ位置でウェハ302の外周に係合されることに注意すること。クランプフィンガ90の係合は単にウェハ302をクランプするだけでなく、ブレード64上へウェハをいつも正確に位置決めする。ウェハ302は正確に位置決めされるので、ハンドリング誤差がもっと少なくなり、優れたウェハ中心検出装置を使う必要はないが、この類いの装置は依然として使うことになろう。また、リスト80の後退時に、変換部材82と変換レバー200の係合用接触パッド間の最短距離が最大になることに注意すること。同様に、変換レバー200の変換部材208と可撓編成245の係合用接触パッド240の最短距離が最大になる。
【0046】
図7と9は、チャンバ404(図2)の壁412内のウェハ移送スロット410を通って、クランプ機構が開放される地点まで延ばされたブレード64とリスト80を示す。ウェハ302が、処理チャンバ(図示せず)のリフトピンのような別の装置によってブレード64の頂部から持ち上げられるのを可能にする、ウェハ302の端部とクランプフィンガ90との間の間隙に注意すること。変換部材82と208、変換レバー200、可撓編成245、可撓セグメント230、ストップ部材150、151、およびスプリングまたは他の付勢部材114、の相対位置に注意する。この開放位置で、スプリングまたは他の付勢部材114は伸ばされている。スプリングまたは他の付勢部材114は、接触フィンガ90を、ほぼウェハ302の方向に偏寄して、リストアセンブリ60が回動位置にある時(図8と10)のように、ロボットのハブ上方の全後退位置にリストアセンブリ60があるとき、ウェハ302と係合して保持部材70に確保する。しかしながら、変換レバー200と係合する際の変換部材82の力と、可撓編成245と係合する際の変換レバー200の合力は、スプリングまたは他の付勢部材114の付勢力に逆らって作用し、ロボットアームの所定伸張位置で、ウェハ302からクランプフィンガ90の係合を解く。
【0047】
外側ストップ部材150は、上側カバープレート200に取着された固定ストップを備え、第1と第2のクランプフィンガ90の外向きの動きを制限する。ストップ部材150は、クランプフィンガ90が決められた位置を越えて外側に移動しないようになされて位置決めされている。この位置は、クランプフィンガ90がウェハ302を要望通り開放するために必要なウェハ302からの移動量によって決定される。例えば、ロボット10は不整列ウェハを回収しなければならない。クランプ機構は、このようなウェハ302をハンドリングブレード64上に把持する時にウェハを整列させる働らきをする。従がって、クランプフィンガ90は、ウェハハンドリングブレード64上へ不整列ウェハ302が載せられるようにするのに十分なだけ後退されなければならない。好ましい実施の形態では、外側ストップ部材150は、クランプフィンガ90が0.160インチまで後退できるように位置決めされていて、中心から0.080インチまでのウェハのミスアラインメントを修正できる。後退量は特定システムの公差を受入れるように調整でき、スプリングまたは他の付勢部材114から本来の寿命が得られるように、ひとつの実施の形態では、特定の制限がなされて先端可撓部材93への損傷を阻止する。しかしながら後退量はクランプアセンブリが使われる特定のシステムが指定する量とすることができる。同様に、内部ストップ部材151が、第1と第2のクランプフィンガ90の内向きの動きを制限するために備えられてよい。内部ストップ部材151は、例えばレバー編成109のミスアラインメントを阻止するために、予め決められた位置を越えるクランプフィンガ90の内向きの動きを阻止するようになされて位置決めされる。
【0048】
図11と12は、複数のウェハ支持部材74を有するウェハブレード64の上面図と側断面図である。ウェハ支持部材74はウェハブレード64に係合されるか、または一体形成され、ウェハブレード64の上面がウェハ302の下面に接触しないように、ウェハブレード64の上面より上へ十分な距離だけ延在するウェハ接触面76を有する。このようにして、ウェハ支持部材74は、ウェハ302の下面が接触したり擦られたりする程度を減らし、それによって微粒子発生および/またはウェハ損傷の可能性または程度を減らす。
【0049】
ウェハ302はわずか3個のウェハ支持部材74で支持できるであろうが、ウェハブレード64は少なくとも4個の支持部材74を備えるのが好ましい。またウェハ302がクランプされる時に、更なる安定性が与えられる場合であっても、上に受取られたウェハ302へ安定性を提供するために、ウェハ支持部材74は実用的な範囲の距離分広がっていることが一般的には好ましい。好ましくは大きな半径の凸面を持つ複数の支持部材74は、ウェハ302の下面との接触圧力を減らし、それによって微粒子発生の可能性をさらに減らすことになる。さらに、ロボットのブレードは、ウェハがブレードとエッジだけで接触するように傾斜を持たせることができることに注意されたい。これは、ウェハとブレードとの間の摩擦を減らす働らきをすることができ、それによってウェハを所定位置まで押すのに必要な力を減らす。
【0050】
支持部材74は任意の材料で製作してもよいが、一般的には、処理環境で腐食や侵食をせず、それによる微粒子を発生しない、そしてウェハ表面に損傷を与えない材料を選ぶのが望ましい。支持部材としての使用するに好ましい材料にはアルミナ、ブルーサファイヤ、ジルコニア、窒化ケイ素、およびシリコンカーバイドがある。支持部材74はまた、セラミック、サファイヤ、またはダイアモンドを上に被覆堆積した機械加工金属で作ってもよい。
【0051】
図13Aは、図9に示すウェハブレード64とウェハ支持部材74の部分拡大断面図である。図13Aの支持部材74は、支持面78内で回動可能なボールベアリングとして示される。このベアリングは回動も転がりもできるので部材74とウェハ302間の摩擦の程度はさらに減らされるか解消されることができる。
【0052】
図13Bと13Cは、図13Aに示す支持部材74の代替、またはそれと組合せて使われる代替支持部材74の部分断面図である。図13Bの支持部材74は、ブレード64の穴内に堅固に受容されたポストと、ウェハ302と接触する上面76を形成する半球状ボタンを備える。図13Cの支持部材74は、ブレードの穴内に堅固に確保されたボールつまり球であるので、上面76はブレード64の上面66よりわずかに上まで延びている。図13A、13B、および13Cの各設計またはそれらと等価な設計は、単独かまたは組合わせて使用され、ウェハ302の支持を提供する。
【0053】
作動方法
作動において、ロボット10は、移送チャンバ406内で自らの軸周りを回動することにより、ウェハハンドリング部材60と、移送チャンバ406に取着された様々なチャンバ404とを整列させる。チャンバ402と404とがひとたび整列されると、ロボットアーム42は第1と第2のストラット44と45の相対回動によって伸張し、ウェハハンドリング部材60とその上に置かれているウェハ302とを、チャンバ404中へ移送のために移動させる。ウェハ302の、チャンバ404との間でのより速い移動を促進するために、ウェハ302は、ウェハハンドリング部材60上で、そこに留まっている時にクランプされる。このクランピングを促進するのに使われるクランプリスト80は、以下のように作動する。以下の説明は、説明を容易にするために、それぞれ単体のロボットアーム42、クランプリスト80、およびワークピースハンドリングブレード64を引用しているが、デュアルブレードは、各ブレードとも同じように作動していることが理解されるはずである。
【0054】
ウェハハンドリング部材60でウェハを移送中、スプリング、または他の付勢部材114がクランプフィンガ90をクランプ位置に偏寄する。スプリングまたは他の付勢部材114に十分な力が加わった時だけ、クランプフィンガ90は外向きに移動してウェハ302から離される。好ましい実施の形態では、スプリングまたは他の付勢部材114は、ウェハ上に約0.14ポンド、すなわちウェハ質量の1.2倍のクランプ力を及ぼす。ウェハ302の寸法は実質的に一定であるので、クランプフィンガ90のクランプ位置を変える必要はない。従がって、クランプリスト80はクランプフィンガ90の内向きと外向きの動きを制限する。各ウェハ302に関連する2つの接触フィンガ90を接続する先に記載の装置を使って、クランプフィンガ90の両方をひとつのロボットアーム42の動きを使って後退させることができる。
【0055】
従がって、スプリングまたは他の付勢部材114は、クランプフィンガ90を内側へ、つまりウェハハンドリングブレード64上のウェハ302と接触する位置へ偏寄させる。しかし、ウェハ302をウェハハンドリングブレード64の上に載置し、そこからウェハ302を取外すためには、クランプ動作を解除してクランプフィンガ90を後退しなければならない。ウェハ302がブレード64上にある時間の大半は、ロボット10がウェハ302を動かしている。ロボット移送の効率を最大にするには、ロボット10が、ウェハ302をより速く動かすべく、より高い速度とより大きな加速度と減速度を利用することができるように、ウェハ302は、それがハンドリングブレード64上にある間はできるだけ長くクランプされる。従がって、クランプ力は、ウェハハンドリングブレード64とチャンバ404間のウェハの移送を達成するだけのために開放される。このようにして、クランプ力それ自体は、ロボットアーム42がチャンバ404中に伸ばされて移送を完了するときにだけ開放される。
【0056】
ロボットアーム42がチャンバ404の中に伸びて、ロボット10とチャンバ404との間の移送を完了すると、ストラット44と45は、ワークピースハンドリング部材60に対して回動する。第2ストラット48のこの回動により、それにしっかり固定されて取着された変換部材82の相対回動が生ずる。変換部材82は、第2ストラット45が、ロボットアーム42の所定伸張量へ変換される決められた回動量に達する時、変換部材82の遠端に取着されたローラ84は第1レバー120の接触パッド122と接触し、ロボットアームの継続する伸びとともに第1レバー120に枢動を行わせる。従がって、変換レバー82は、ロボットアーム42の伸張運動と、ストラット44と45の回動運動とを、第1レバー120の前方向回動へ変換する。第1レバー120の変換部材125は、その後第2レバー130の接触パッド135に係合し、それがまた第2レバー130を前方に偏寄して、第2レバー130の前方向回動を生ずる。第1のレバー120と第2のレバー130が前方に回動すると、両者は取着された接触フィンガ90がウェハ302とハンドリングブレード64から遠ざかるように動かす。次いで、ウェハ302をウェハハンドリングブレード64から取外すことができる。ロボットアーム42が引き続き交代すると、変換部材82が第1レバー120との係合を解き、スプリングまたは他の付勢部材114が、クランプフィンガ90をクランプ位置に戻して、クランプフィンガ90がウェハハンドリングブレード64上に載るウェハ302の端とに係合させ、それによって、ウェハ302を保持部材70に押付ける。スプリングまたは他の付勢部材114は、このようにしてワークピースハンドリング部材60をクランプ位置へ偏寄する。ウェハ302を、ハンドリングブレード64に固定した保持部材70へ偏寄することにより、クランプフィンガ90は、ウェハ302がハンドリング部材64の上に置かれる度にウェハ302を同じ位置へ整列させ、それによって装置の再現性を高める。
【0057】
クランプフィンガ90が後退する位置に到達する前は、ロボットの動きは遅くされ、ウェハハンドリングブレード64上のウェハ302のどのような動きも回避する。しかし、クランプされているとき、ロボットの動きの速度、加速度、および減速度は、ロボットの運動ケイパビリティによってのみ制限される。
【0058】
本発明の重要な設計上の考慮のひとつは、図2に示すような幾つかのクラスターツール400において、処理チャンバ404とロードロックチャンバ402は、ロボット10の軸xから同一の距離であってもよいか否かという点である。本発明はストップ部材150を使用することでこの差に対応する。スプリングまたは他の付勢部材114は、接触フィンガ90を外向きに偏寄させ、決められた外側位置に達すると、接触フィンガ90がストップ部材150に接触し、それにより、接触フィンガ90のそれ以上の外方への移動するのを阻止する。特定の実施の形態において、レバー編成109は少なくともひとつの可撓部分を含んでもよく、それは図6〜7および図13〜14に示す実施の形態の可撓セグメント230を含んで、ロボットアーム45のそれ以上の移動による「ロストモーション」を吸収するようにしてもよい。
【0059】
クランプ機構がウェハ302を開放する正確な位置は、様々な構成要素の相対的サイズと位置決めに依存し、かつ決められるだろう。例えば、変換部材82が第2ストラット45にc取着される角度と接触パッド122の相対位置は、それらが相互に接触する相対位置を決定する。ストラット44と45の相対長さは、第2ストラット45の、ワークピースハンドリング部材60に対する相対回動量を決定する。クランプフィンガ90は、第2ストラット45とワークピースハンドリング部材60間の相対角度で開放するので、ストラット44と45の長さは、ロボットアーム42が伸張された時にだけ当該角度に到達するようにしなければならない。クランプフィンガ90が後退する点に影響する他の要因には、スプリング114の張力と、第1レバー120、第2レバー130、および第2レバー130の接触パッド135の相対位置が含まれる。好ましい実施の形態では、これ等の構成要素は、ウェハハンドリングブレード64が変換位置(例えば全伸張位置)の1〜3インチ以内にある時に、クランプフィンガ90が後退するようになされる。
【0060】
クランプフィンガ90がウェハ302を係合する時、ウェハ302はフィンガ90と保持部材70との間にしっかり確保され、次いでクランフィンガ90との係合によりウェハ302は保持部材70に抗して移動するまで押すことになる。ウェハ302の底面がウェハ支持部材74のウェハとの接触面による何らかの摩擦力に遭遇するのは、ウェハブレード64に対するウェハ302のこの移動の間である。しかし、大きな面積にわたってウェハ302に接触する従来ブレードの支持部材と異なり、本発明の支持部材は、その間の接触と摩擦の程度を減らすか最少にし、それによってウェハ損傷や微粒子発生を減少または解消する。その結果、本発明のウェハ支持部材74は、摩擦を提供するために依存されるのではなくて、ウェハ302に対する摩擦や損傷を減らすために依存されている。ブレード64の移動中に、ウェハ302を所定位置で保持するのが、本発明のクランプ動作である。
【0061】
ここで、図17と18を参照すると、本発明のいずれの実施の形態も、対向するクランプフィンガ90、690、またはセットのクランプフィンガ90、690を含むことができる点に気付くはずであり、それは、ウェハ302の対向する両側に配置された、中央の第1クランプフィンガのセット90と、遠端の第2クランプフィンガのセット690を含むであろう。図17と18はカバープレートのないワークピースハンドリング部材60の実施の形態の部分上面図を示し、クランプリスト80内部の作動構成部品を図解する。図17と18に示す実施の形態は「蛙足」型ロボットでの使用に適するが、対向するクランプフィンガ90と690のセットは、ここに記載の何れの他の実施の形態でも使うことができるであろうことに注意されたい。図17は伸張位置、即ち開放位置のクランプフィンガ90、690を示し、そこではウェハハンドリング部材60はいっぱいに伸びているので、クランプフィンガ90、690はローディングまたはアンローディングのためにウェハ302との係合が解かれる。
【0062】
図17と18に示す実施の形態では、保持部材70(図1と2に示す)は使われない。代わりに、ウェハ302は対向するクランプフィンガ90、690によってどちらかの側で接触される。好ましくは、対向する.クランプフィンガ90、690のセットは、長さのあるワイヤ、バネ鋼のセグメント、またはその他の適当な部材であってもよい共通リンクにより作動可能に接続される。
【0063】
図17と18に示す実施の形態の作動において、ロボット10は移送チャンバ406内で自らの軸の周りを回動することにより、ウェハハンドリング部材60を、移送チャンバ406に取着された様々なチャンバ404と整列させる。一旦チャンバ402に404が整列されると、ロボットアーム42が伸びて、第1と第2のストラット44と45の相対回動によって、ウェハハンドリング部材60と、その上に載っているウェハ302とが、移送のためにチャンバ404に入る。チャンバ404との間でウェハ302のより速い移送を容易にするために、ウェハ302は、ウェハハンドリング部材60上にあるとき、その上でクランプされる。このクランプ動作を促進するために使われるクランプリスト80は以下のように作動する。以下の説明は、説明を簡単にするために、それぞれ単体のロボットアーム42、クランプリスト80、およびワークピースハンドリングブレード64だけを引用しているが、デュアルブレードの動作は、各ブレードで同じように起こることが理解されるはずである。
【0064】
ウェハハンドリング部材60でのウェハの移送中、スプリングまたは他の付勢部材114は共通リンク部材98を偏寄し、共通リンク部材がクランプフィンガ90と690を、クランプ位置に偏寄する。スプリングまたは他の付勢部材114に十分な力がかけられた時のみ、取着されたクランプフィンガ90、690が外側に動いてウェハ302から離れる。クランプフィンガ690は任意の個数をブレード64の遠端に設けることができる。好ましくは、2個のクランプフィンガ690を使用して、それらがブレード64に対して枢動することにより、そこに取着されたローラ692を、リンク部材98の軸方向の動きに応じてウェハ302に向かって回動し、かつウェハから離れる。
【0065】
ロボットアーム42がチャンバ404内に伸びて、ロボット10とチャンバとの間の移送が完了すると、ストラット44と45はワークピースハンドリング部材60に対して回動する。第2ストラット45のこの回動により、そこに固定されて取着された変換部材82が相対的に回動させられる。第2ストラット45が、ロボットアーム42の与えられた伸張量へ変換する決められた回動量に達した時、変換部材82の先端に取着されたローラ84が第1レバー120の接触パッド122に接触し、ロボットアーム42の引き続く伸張に伴って第1レバー120の枢動を生じさせるように、変換部材82が位置決めされる。従がって、変換部材82はロボットアーム42の伸張運動とストラット44と45の回動運動とを、第1レバー120の後向きの回動運動に変換する。第1レバー120の変換部材125は、次いでリンク部材98の接触パッド135に係合し、その接触部材はまた、またリンク部材98を後方に偏寄する。リンク部材98が後方に移動すると、作動可能に係合される接触フィンガ90、690をウェハ302とハンドリングブレード64から離れさせる。次いで、ウェハ302は、ウェハハンドリングブレード64から外されてもよい。ロボットアーム42の引き続く後退により、変換部材82は第1レバー120との係合を解かれ、スプリングまたは他の付勢部材114がクランプフィンガ90と690をクランプ位置に戻すことを可能にし、クランプフィンガ90がウェハハンドリングブレード64上に載っているウェハ302の端と係合させ、それによってウェハ302を保持部材70へ押し付ける。
【0066】
以上は本発明の好ましい実施の形態に関するが、本発明の他のまたは更なる実施の形態は、その基本範囲から離れることなく考慮されるだろうし、その範囲は特許請求の範囲により決定される。
【図面の簡単な説明】
【図1】ウェハをハンドリング用「極座標」ロボットアームの上面略図であり、後退位置でのロボットを示し、想像線により伸張位置でのロボットを示す。
【図2】ウェハをハンドリング用「蛙足」型ロボットを有するクラスターツールの上面略図であり、後退位置でのロボットを示し、想像線により伸張位置でのロボットを示す。
【図3】下側カバープレートを一部除去した「蛙足」型ロボットのクランプリストアセンブリの底面図であり、全伸張位置近くにある本発明のレバー編成の第1の実施の形態を示す。
【図4】下側カバープレートを一部除去した「蛙足」型ロボットのクランプリストアセンブリの底面図であり、部分的に後退されてクランプされた位置における本発明のレバー編成の第1の実施の形態を示す。
【図5】カバープレートのない「極座標」ロボットのクランプ装置の上面図であり、全伸張位置近くにある本発明のレバー編成の第2の実施の形態を示す。
【図6】カバープレートのない「極座標」ロボットのクランプ装置の上面図であり、部分的に後退されてクランプされた位置における本発明のレバー編成の第2の実施の形態を示す。
【図7】下側カバープレートを一部取り外した「蛙足」型ロボットのクランプリストアセンブリの底面図であり、全伸張位置近くにある本発明のレバー編成の第3の実施の形態を示す。
【図8】下側カバープレートを一部取り外した「蛙足」型ロボットのクランプリストアセンブリの底面図であり、部分的に後退されてクランプされた位置における本発明のレバー編成の第3の実施の形態を示す。
【図9】カバープレートのない「極座標」ロボットのクランプリストの上面図であり、全伸張位置近くにおける本発明のレバー編成の第4の実施の形態を示す。
【図10】カバープレートのない「極座標」式ロボットのクランプリストの上面図であり、部分的に後退されてクランプされた位置における本発明のレバー編成の第4の実施の形態を示す。
【図11】複数のウェハ支持部材を有するウェハブレードの上面図と断面図である。
【図12】複数のウェハ支持部材を有するウェハブレードの上面図と断面図である。
【図13】図13Aは、図9に示すウェハブレードとウェハ支持部材の部分拡大断面図、図13Bは、ウェハ支持部材の代わりに、またはそれと組合せて使用できる代替のウェハ支持部材の部分拡大断面図、図13Cは、ウェハ支持部材の代わりに、またはそれと組合せて使用できる代替のウェハ支持部材の部分拡大断面図である。
【図14】クランプフィンガ90の実施の形態の部分図であり、ローラに代わる、機械加工された先端部を示す。
【図15】ウェハハンドリング用「極座標」ロボットの上面略図であり、単体のクランプフィンガを使って、後退位置にあるロボットと、想像線による伸張位置にあるロボットを示す。
【図16】カバープレートのない「蛙足」型ロボットのクランプリストアセンブリの上面図であり、単体のクランプフィンガを使った実施の形態を示す。
【図17】カバープレートのない「蛙足」型ロボットのクランプリストアセンブリの上面図であり、ウェハの対向側面の対向するクランプフィンガのセットを用いて、ほぼ全伸張位置にある本発明のレバー編成の実施の形態を示す。
【図18】カバープレートのない「蛙足」型ロボットのクランプリストアセンブリの上面図であり、ウェハの対向側面の対向するクランプフィンガのセットを用いて、部分的に後退されてクランプされた位置における本発明のレバー編成の実施の形態を示す。
Claims (4)
- ひとつ以上のアームと、前記ひとつ以上のアームを駆動してワークピースをハンドリングするためのひとつ以上のアクチュエータとを有するロボットアセンブリ用クランプリストであって:
a)前記ひとつ以上のアームと枢動可能に結合されたリストハウジング;
b)前記リストハウジングに結合され、相互に離間して取付けられた2つのクランプフィンガ;
c)前記2つのクランプフィンガの間に接続され、前記ワークピースへ前記2つのクランプフィンガを互いに近づくように押付けるための単一の付勢部材;および
d)レバー編成109;
を備え、
前記アームは、ワークピース保持部から遠い第1ストラット44と、ワークピース保持部から近い第2ストラット45と、から構成され、当該2つのストラットによりアームが伸張又は収縮し、前記第2ストラットは第2変換部材82を有し、
前記レバー編成は、第1接触パッド122と第1変換部材125を有する第1レバー120、第2接触パッド135を有する第2レバー130、から構成され、前記第1レバーは第1クランプフィンガと、前記第2レバーは第2クランプフィンガとそれぞれ接続され、前記アームが伸張するとき、
前記第2ストラット45の第2変換部材82が、前記第1レバーの前記第1接触パッド122を押すことにより前記第1レバーを回動させ、
前記第1レバーの第1変換部材125が、前記第2レバーの第2接触パッド135を押すことにより前記第2レバーを回動させ、
前記第1レバー及び第2レバーの回動により、前記ワークピースが前記第1クランプフィンガと第2クランプフィンガから離れる、ロボット用クランプリスト。 - ロボットアームの遠端に結合されたワークピースハンドリング部材にワークピースを確保するためのクランプ機構において、
前記ワークピースハンドリング部材は、ワークピース受取り領域とその遠端にある保持部材とを有するハンドリングブレードを備え、前記クランプ機構は:
前記ワークピースの端に接触するようにされて位置決めされる2つのクランプフィンガ;
前記2つのクランプフィンガと前記保持部材との間に前記ワークピースをクランプするよう前記ワークピース受取り領域に前記ワークピースが位置決めされた時に、前記2つのクランプフィンガを互いに近づくように前記ワークピースに押付けるように成され、前記2つのクランプフィンガの間に結合される単一の付勢部材;および
レバー編成109;
を備え、
前記アームは、ワークピース保持部から遠い第1ストラット44と、ワークピース保持部から近い第2ストラット45と、から構成され、当該2つのストラットによりアームが伸張又は収縮し、前記第2ストラットは第2変換部材82を有し、
前記レバー編成は、第1接触パッド122と第1変換部材125を有する第1レバー120、第2接触パッド135を有する第2レバー130、から構成され、前記第1レバーは第1クランプフィンガと、前記第2レバーは第2クランプフィンガとそれぞれ接続され、前記アームが伸張するとき、
前記第2ストラット45の第2変換部材82が、前記第1レバーの前記第1接触パッド122を押すことにより前記第1レバーを回動させ、
前記第1レバーの第1変換部材125が、前記第2レバーの第2接触パッド135を押すことにより前記第2レバーを回動させ、
前記第1レバー及び第2レバーの回動により、前記ワークピースが前記第1クランプフィンガと第2クランプフィンガから離れる、クランプ機構。 - ロボットアームアセンブリであって:
一対の「蛙足」型ロボットアームを備え、前記各アームはクランプリストを取付ける遠端を有し;
前記クランプリストは:
前記ロボットアームに枢動可能に結合されたリストハウジング;
前記リストハウジング内に配設された2つのクランプフィンガ;
前記2つのクランプフィンガを互いに近づくようにワークピースに押付けるようにされた前記2つのクランプフィンガの間に結合された単一の付勢部材;および
レバー編成109;
を備え、
前記アームは、ワークピース保持部から遠い第1ストラット44と、ワークピース保持部から近い第2ストラット45と、から構成され、当該2つのストラットによりアームが伸張又は収縮し、前記第2ストラットは第2変換部材82を有し、
前記レバー編成は、第1接触パッド122と第1変換部材125を有する第1レバー120、第2接触パッド135を有する第2レバー130、から構成され、前記第1レバーは第1クランプフィンガと、前記第2レバーは第2クランプフィンガとそれぞれ接続され、前記アームが伸張するとき、
前記第2ストラット45の第2変換部材82が、前記第1レバーの前記第1接触パッド122を押すことにより前記第1レバーを回動させ、
前記第1レバーの第1変換部材125が、前記第2レバーの第2接触パッド135を押すことにより前記第2レバーを回動させ、
前記第1レバー及び第2レバーの回動により、前記ワークピースが前記第1クランプフィンガと 第2クランプフィンガから離れる、ロボットアームアセンブリ。 - ロボットであって:
第1軸の周りを回動可能な一対の第1ハブ部材;
前記ハブ部材の各々を駆動するための一対の磁気駆動部材;
それぞれが第1と第2のストラットを備え、前記第1ストラットが前記ハブ部材の一方に取付けられた、一対のロボットアーム;
前記各第2ストラット上に配設された変換部材;そして、
前記一対のロボットアームに枢着されたワークピースハンドリング部材;
を備え、
前記ワークピースハンドリング部材は:
2つのクランプフィンガ;
ワークピースへ前記2つのクランプフィンガを互いに近づくように押付けるようにされた前記2つのクランプフィンガの間に結合される単一の付勢部材;および
レバー編成109;
を備え、
前記アームは、ワークピース保持部から遠い第1ストラット44と、ワークピース保持部から近い第2ストラット45と、から構成され、当該2つのストラットによりアームが伸張又は収縮し、前記第2ストラットは第2変換部材82を有し、
前記レバー編成は、第1接触パッド122と第1変換部材125を有する第1レバー120、第2接触パッド135を有する第2レバー130、から構成され、前記第1レバーは第1クランプフィンガと、前記第2レバーは第2クランプフィンガとそれぞれ接続され、前記アームが伸張するとき、
前記第2ストラット45の第2変換部材82が、前記第1レバーの前記第1接触パッド122を押すことにより前記第1レバーを回動させ、
前記第1レバーの第1変換部材125が、前記第2レバーの第2接触パッド135を押すことにより前記第2レバーを回動させ、
前記第1レバー及び第2レバーの回動により、前記ワークピースが前記第1クランプフィンガと第2クランプフィンガから離れる、ロボット。
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