CN101189713A - 在多个工作站之间的传送腔室 - Google Patents

Abstract

桥接腔室形成在相邻衬底处理工作站系统之间，并通过在相邻衬底处理工作站系统中形成的端口连接。使用传输机构将衬底移动到桥接腔室中或者移出桥接腔室以旁路掉初级传输系统。

Description

在多个工作站之间的传送腔室

技术领域

本发明涉及一种传输衬底的机构。更特别地提供了一种传送腔室，通过该传送腔室将衬底从一个处理工作站系统传递到相邻的处理工作站系统。

背景技术

半导体的处理通常包括多个工艺步骤，如通过化学气相沉积(CVD)在衬底上沉积膜、该膜的光刻以及加热、冷却和清洗。

这种工艺操作可以在特定处理腔室中的真空下进行。一般来说多个处理腔室和衬底处理机构联合分组以形成工作站系统。根据每个工艺的特性，或者进行半导体衬底的批处理或者进行单个的衬底处理。

在批处理中，布置一连串的处理腔室以形成工作站系统。处理腔室围绕衬底传输腔室设置，被构造成保持在可控的气氛中或者真空。一个或者多个装载锁腔室(load lock chamber)通过细长阀连接到传输腔室，并充当环境气氛和工艺气氛之间的传递站。

通常为机器人形式的机器人传输机构安装在传输腔室内，并运行以从装载锁移动衬底，并将它们移动到所选择的处理腔室。在处理之后，通过机器人检拾衬底并传输到下一处理腔室或者装载锁用于从传输腔室去移走。

在美国专利号5882413中描述了这种类型的系统，并在美国专利号5647724中示出了机器人传输机构的例子，这两个专利都被转让给共有该申请的所有人。这些专利的公开内容在此全部引入作为参考。

已经发现，可以用组群型工作站系统有效地处理直径高达200mm的衬底。然而，存在增加直径的趋势，并且当处理直径为大于等于300mm的衬底时组群系统变得过大。在一些情况中，有提供更紧凑工艺处理模块的需要，其能够并排地安装在小覆盖区域的空间内。另外还需要有系统模块，其更适于更多的处理腔室和前端交付传输机。在共同拥有该申请的专利序列号09/897202中描述了这种类型的系统，其是2001年7月2日提交的。这种系统使用前端装载机，其可以连接到并排设置的一对处理腔室的装载锁。机器人可以安装在前端装载机内，以从盒子取出要处理的衬底。机器人可以安装在轨迹上以从一个装载锁穿梭到另一个，如在美国专利号6002840中所示出的。

不管制造设备中使用的系统的类型(也就是批处理或者单独处理)，(但是通常更多地是在批处理的情况中)，通过自动材料处理系统，例如高架提升传输机(overhead hoist transport)、自动引导车辆、轨道引导车辆或者操作机，按照生产顺序常规地将盒子中的衬底从工作站系统传输到另一个工作站系统。因此自动材料控制系统的带宽(也就是容量和速度)变成影响生产设备中工作站系统的生产量的因素，并由此影响整个设备的生产量。例如，为了在常规系统中传递衬底，通过特殊的工作站将衬底放置在盒子中并从特殊工作站系统的前端装载机移走，并放置在相关传输机上，用于传递到下一工作站系统。这导致了污染物增加的危险并明显地浪费时间。

迫切需要一种吞吐量传输装置，将其设计成在具有有限覆盖面积的区域内的远程位置之间移动衬底或者工件。理想地将工件从一个位置移动到下一个位置包括不仅是高吞吐量速度，而且还有在支撑表面上以预定的方向记录工件的重复精确的放置。

发明内容

包含了本发明特征的下述典型实施例提供了这样的装置，和常规系统相比，当需要在相邻工作站系统的处理腔室中连读处理衬底由此增加产量时，该装置旁路盒子或者其它自动传输系统，这将进一步描述。而且，典型实施例包含了对准和计量测试功能，作为旁路传递的一部分，用于进一步增加产量，而不受到覆盖面积限制的影响。

根据本发明的一个典型实施例，在相邻衬底处理工作站系统之间形成桥接腔室，并通过阀将桥接腔室连接到在相邻工作站系统的前端装载系统中形成的端口上。前端装载站分别使用机器人传递机构，它们能够从前端装载站延伸到桥接腔室中。在桥接腔室内形成缓冲平台，以接收来自一个前端机器人的衬底，并保持它用于被相邻工作站系统的前端机器人拾取。

根据本发明的另一个典型实施例，形成具有用于打开和关闭在桥接腔室中形成的输入和输出端口的适当阀的桥接腔室。该实施例的桥接腔室还配备有大气调节系统，用于调节相邻工作站系统的不同操作气氛。

附图说明

下面参考附图更具体地描述典型实施例的上述方案和其它特征，其中：

图1是设置在制造设备和连接工作站系统的自动材料处理系统106中具有包含本发明的特征的工作站系统的制造设备的示意性透视图。

图2示意性地描述了通过本发明的桥接腔室连接的，具有并排处理腔室的一对相邻工作站系统；

图3是根据本发明的桥接腔室结构的透视图；

图4是示意性地描述了适用于本发明使用的前端装载机；

图5示意性地描述了通过本发明替换实施例的桥接腔室连接的，具有批处理型处理腔室的一对相邻工作站系统；以及

图6是本发明的传输系统的示意性方框图。

具体实施方式

参考图1，示出了具有包含本发明特征的装置100的制造设备FAB的示意图。尽管将参考图中所示的实施例描述本发明，但是应当理解的是可以以实施例的不同替换形式体现本发明。而且，可以使用任何适当尺寸、形状或者类型的元件或者材料。

下面所述的典型实施例通常涉及材料传递装置。传递的材料可以包括但不局限于200mm或者300mm的半导体晶片，例如硅或者砷化镓、半导体封装衬底，例如高密度互连HDI、半导体制造工艺成像板，例如掩模或者标记线(recticles)，以及大面积的显示面板，例如有源矩阵LCD衬底。在整个说明书中，将使用术语衬底以最宽泛意义指代这种器件。

仍然参考图1，并且如上所述，制造设备FAB具有处理装置100和自动材料处理系统106、107。在图1中，出于举例的目的，示出了还具有其它工作站例如堆料机105，以及分拣机或者其它处理设备104的设备FAB。出于说明的目的，尽管在图1中将站100、104、105描述成以具有普通网格图形的间隔布置，但是可以以所需的方式布置处理装置100，以及其它站104、105。布置(例如，以互相间隔106和内间隔107A-107D)自动材料处理系统106、107彼此连接任何所需数量的装置100和连接到其它站104、105，使得可以将传输(在半导体工艺例如FOUP或者SMIF或者其它所需的结构的情况中)容器从任何所需的装置100或者站104、105传输到任何其它的所需装置或者站。自动材料处理系统(AMHS)可以是能够移动所需传输容器的任何适当类型的处理系统(例如高架轨道传输、自动引导车辆、地面轨道传输)。AMHS可能能够和装置100的接口部分直接接合(也就是拾取和在上面放置容器)。适当的AMHS系统的例子是来自Brooks Automation有限公司的AEROTRACK^TM系统。每个装置100通常包括多个工作站103。装置100的一个或者多个工作站103可以直接和AMHS 107接口，使得通过直接来自工作站103的AMHS系统可以放置或者拾取容器。这将在下面更具体地描述，每个装置还具有在装置100的相邻工作站103之间通信的传送腔室160。传送腔室160形成到多个工作站之间的AMHS系统107的旁路。

现在参考图2，示出了基本上类似于图1中的装置100的装置1。图2中的装置1是典型实施例，通常包括一对分别具有类似元件的工作站50a和50b。仅将在下面描述工作站系统50a，并且应当假设，除非另外指出，否则工作站系统50a和50b是相似的。应当注意的是，不需要工作站系统都是类似的，并且本发明适用于连接不同类型的工作站系统。

每个工作站50a和50b可以包括多个处理模块4。在图2所示的实施例中，尽管并排地设置模块4，但是在替换实施例中可以以任意所需的布置放置模块。例如，示出了两个模块4，并且工作站可以具有更多或者更少的模块。装载锁2连接处理模块4和前端传递系统或者模块3。前端模块3可以配备有开门装置14和16，它们允许通过AMHS 107将衬底保持容器17和18(例如FOUP的或者SMIF的传输)停靠到工作站。前端模块3可以包含装载端口或者其它适当的结构(未示出)，当停靠到模块3时盒子17、18座落在其上。前端模块3包括机器人19，根据机器人服务的停靠部分的数量可以将其固定或者安装在轨道20上。这种类型的传输在图4中示出，并在通常所拥有的美国专利号6002840中具体描述，其公开的内容在此全部引作参考。在图4中将传输机器人19表示为“scara”型机器人，尽管在替换实施例中可以使用任何适当的机器人。

图4描述了根据另一个典型实施例的工作站系统的另一个前端模块3′。除了另外注明之外，该实施例中的前端模块3′基本上类似于图1所示的模块3。

如图4所示的前端模块3′通常包括框架21、放置在轨道20上的吊舱22和机器人19。在该实施例中，框架21能够保持多个衬底盒子26(为了举例示出了5个盒子)。前端模块3′适于在盒子26和装载锁2之间移动衬底。因此，机器人19用于从盒子26移动衬底(根据机器人端部操纵装置19b的结构或者单独地或者多个地)，并将衬底插入到装载锁2中。当处理模块4完成了对衬底的处理时，前端模块3′和机器人10将衬底从装载锁2送回到盒子26。一般来说，模块3，3′在大气压力下运行，但是可以适用于其它的压力情形，包括真空。然而图2和4中所示的实施例的前端模块3，3′可以具有受控的环境。框架21适于在其上可移动地支撑盒子26。盒子26是本领域公知的，例如保持13或者26个半导体晶片的盒子。框架21固定地连接到装载锁2的前端。吊舱22可移动地放置在框架21上的轨道20上，以沿着路经A在位置B和C之间移动或者滚动。吊舱驱动机构23将吊舱22驱动连接到框架21，以可控制地将吊舱22沿着轨道区域20移动到不同的位置。

现在还参考图3，前端模块3被形成为具有凹槽端口27，其用于将工作站50a的模块3连接到工作站系统50b。在图2-4所示的实施例中，在凹槽端口27中放置2-4个细长阀64、65或者任何其它的适当门，如果需要，用来将工作站50a、50b的模块3中的小型环境和相邻工作站或者桥接腔室60隔离。在替换实施例中，凹槽端口27可以是不封闭的。在机器人19的行进范围的位置B(参见图4)，机器人19适于通过端口27延伸到桥接腔室60。使用机器人19的这种延伸以将来自工作站系统50a的衬底沉积到桥接腔室60中。在工作站系统50b的前端模块3中提供了类似的机器人19，以延伸到腔室60中并在运输中拾取衬底，并将该衬底放进到工作站系统50b的处理循环中。因此，这将在下面进一步描述，通过腔室60在工作站50a和50b之间提供相对于自动材料处理系统107的旁路(参见图2)。

如前所述，工作站系统50a和50b的前端模块3，3′通过装载锁2连接到具有可控大气环境或者真空的处理模块4(参见图2)。每个装载锁2可以被隔离并可以配备有分别受细长阀9和10控制的处理端口6和传输端口7。通过工艺控制系统42操作阀。端口7允许从前端传输模块3进入到装载锁2。在该实施例中，如所述的，可以相对于环境大气以及相应的处理模块控制前端模块3或者工作站系统50a、50b的环境。因此，在该实施例中，前端模块3到桥接腔室的端口27可以保持打开，并没有配备有可关闭的门或者阀。

工作站50a和50b通过如图3所示的桥接腔室连接。桥接腔室60被封闭在壳体61内，并被构成有凹槽端口62和63。尽管在该实施例中将壳体61示为单独的模块，但是在替换实施例中，可以将桥接腔室并入到任一个邻接前端模块的框架中。在腔室60内形成缓冲平台70，以在运输中接收从工作转系统50a到工作转系统50b的衬底。类似于模块3上的端口27，壳体61中的端口62和63可以保留打开，或者如果需要，可以受到细长阀64和65的控制。如果需要，腔室60内的大气可以通过阀64和65的操作来隔离，并可以通过大气控制模块66将腔室60内的大气调节到预定的参数，例如压力和温度。以类似于装载锁的方式，随后和细长阀64和65共同地调节腔室60内的大气，以满足邻接工作站系统内的条件。通过工艺控制模块67执行腔室60的阀操作和其他的功能。

在图3所示的实施例中，腔室60被配备有计量学仪器68，当它们经过腔室60时以能够测量和测试衬底。计量学仪器可以包括任何适合的能够检测保持在腔室中的衬底的所需特性的传感器、检测器或者计量器。另外还可以将对准控制器69包含到腔室60中，以执行衬底的位置对准，用于进一步处理或者测量。对准器可以包括如对准传感器(未示出)、可旋转的卡盘用于保持和定位衬底。这两个功能通常涉及在需要另外传输的对准或者计量位置单独操作。在典型实施例中，当使用腔室60提供的旁路用于对衬底进行内部工作站系统传输时可以以有效的方式执行这些功能。工作站系统可以是工艺腔室、装载锁和前端装载机的简单组件，其中前端装载机是被动装置，其依赖于组件的装载锁或者其它元件的传输机制。在替换实施例中，可以在桥接腔室内形成适当的机器人机构，以进入到前端装置机或者在工作站系统中形成的其它进入端口，并将衬底引入到桥接腔室中，用于传输到相邻的工作站系统中。在该实施例中，可以使用桥接腔室的机器人，其中没有其它的传输机构是可利用的或者不需要使用工作站系统的可利用传输机构。

根据另一个典型实施例，在图5中示意性地示出了装置210a，其通常包括通过桥接腔室260连接的一对相邻批处理工作站系统250a和250b。每个批处理工作站系统通常包括衬底处理部分211和衬底装载部分213(装载部分可能类似于前述的前端模块3)。处理部分211通常包括安装在传输腔室215中的机器臂传输机构212。衬底处理模块214连接到传输腔室215，正如是装载锁216那样。处理部分211可以是多个衬底处理部分中的任一个，例如材料沉积、刻蚀、批处理或者可以是多个部分的组合。固定到装载锁216的前端的是前端装载部分213。

如图5所示，工作站系统250a和250b通过形成桥接腔室260的旁路互连，该桥接腔室260基本上类似于参考图3前述的腔室60。如图5所示，以下述方式通过传输腔室217中的进入端口连接工作站系统：即允许传输机器臂212延伸到腔室260中以从处理部分211取下被处理的衬底。应该注意的是，还可以借助于如图4所示的前端装载机构通过前端装置机213连接桥接腔室260。如果需要，在传递过程中，借助于细长阀264和265的工艺控制模块267，可以和大气控制模块266一起，通过操作完成适当的大气循环。

在图6的示意性方框图中示出了桥接腔室系统的一般操作。如这里所示的，通过系统沿着路径D将衬底从工作站系统50a的前端模块3移动到腔室60中，并到工作站50b的前端装载机3。移动的功能步骤依赖于工作站的相对大气条件，但是可能包括对阀64和65的适当的交替打开和关闭，如图2所示，以便当衬底从一个工作站系统到另一个工作站系统时平衡桥接腔室60的大气，类似于装载锁的操作。通过工艺控制模块67进行桥接腔室60的即刻功能。随着这些功能的进行，通过工作站系统的工艺控制器42使得它们和每个工作站系统的操作配合。

在图5所示的实施例中，因为传输腔室217通常连续在真空中运行，所以大气平衡是很可能的。在大气控制模块266和工艺控制模块267的控制下，借助于细长阀264和265完成这种操作。在替换实施例中，当衬底在桥接腔室260中暂停时，衬底将被对准、精确地记录在适当的位置和被测量。通过工艺控制模块267进行桥接腔室260的即刻功能。随着这些功能的进行，通过工作站系统的工艺控制器242使得它们和每个工作站系统的操作配合。

特别是在图5的实施例中，旁路特征变得非常容易理解。桥接腔室260提供了这样的装置，通过该装置可以将衬底直接从处理系统211a的传输腔室215传递到处理系统211b的传输腔室，同时通过装载锁216旁路掉正常的操作路径，由此避开了现有技术的传递工艺要考虑的部分。

以这种方式提供一种装置，其使用简单的传输机构在相邻工作站系统之间便利地传输衬底，同时以有效的方式执行即刻工作，例如对准和计量测量。

应当理解的是，上述说明书仅仅使对本发明的说明。在不脱离本发明的条件下，本领域技术人员可以设计出多种替换方案和变形。因此，本发明旨在包含所有的落在附带的权利要求中的这些替换方案、变形和变化。

Claims (11)

1.一种半导体制造设备，具有借助于初级衬底处理系统连接的至少第一工作站系统和第二工作站系统，改进包括：

第一工作站系统和第二工作站系统通过包括和至少第一和第二工作站系统通信的桥接腔室的第二传输系统连接，被构造成允许至少一个衬底从那里通过，

其中桥接腔室连接到初级衬底处理系统，并形成到初级衬底处理系统的旁路。

2.根据权利要求1的制造设备，还包括：

在第一工作站系统中形成的第一传输机构，用于在第一工作站系统内传输至少一个衬底，

在第二工作站系统中形成的第二传输机构，用于在第二工作站系统内传输至少一个衬底；以及

其中第一传输机构用于将至少一个衬底从第一工作站系统传递到桥接腔室，以及第二传输机构用于将至少一个衬底从该桥接腔室传递到第二工作站系统。

3.根据权利要求1的制造设备，该桥接腔室还包括计量仪器，用于测量桥接腔室中的至少一个衬底的特征。

4.根据权利要求1的制造设备，其中桥接腔室还包括对准装置，用于将至少一个衬底记录在预定的位置。

5.根据权利要求1的制造设备，其中桥接腔室还包括阀，根据预定的循环，可操作该阀以打开和关闭连接桥接腔室与第一工作站系统和第二工作站系统的接收和分配端口，以隔离桥接腔室内的大气。

6.根据权利要求1的制造设备，其中桥接腔室还包括大气控制系统，用于控制桥接腔室的大气以形成第一和第二工作站系统之间的传递锁。

7.根据权利要求2的制造设备，其中第一传输机构形成第一工作站系统的前端装载系统的一部分。

8.根据权利要求2的制造设备，其中第二传输机构形成第二工作站系统的前端装载系统的一部分。

9.根据权利要求2的制造设备，其中第一工作站系统是具有和公共传输腔室通信的多个工艺腔室的批处理系统，以及其中第一传输机构包括放置在公共传输腔室中的传输机器人。

10.根据权利要求2的制造设备，其中第二工作站系统是具有和公共传输腔室通信的多个工艺腔室的批处理系统，以及其中第二传输机构包括放置在公共传输腔室中的传输机器人。

11.根据权利要求1的制造设备，其中所述至少第一和第二工作站系统是分别具有和公共传输腔室通信的多个工艺腔室的批处理系统，以及其中桥接腔室具有连接到形成在第一工作站系统的传输腔室中的输出端口的接收端口，并具有连接到形成在第二工作站系统的传输腔室中的输入端口的分配端口。

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