CN101548374A - 高产量的晶片刻痕校准器 - Google Patents

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CN101548374A CNA200780045075XA CN200780045075A CN101548374A CN 101548374 A CN101548374 A CN 101548374A CN A200780045075X A CNA200780045075X A CN A200780045075XA CN 200780045075 A CN200780045075 A CN 200780045075A CN 101548374 A CN101548374 A CN 101548374A
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Abstract

本发明公开一种离子植入装置、系统与方法，用于在真空与大气压力之间转移多个工件，其中，校准机构可操作为校准多个工件，用于同时转移至双工件装载闭锁室。此校准机构包括特征描述装置、升降机、及两个垂直排列的用于支撑两个工件的工件支架。第一与第二大气压力机器人构造成用于在装载闭锁模块、校准机构与前端开口整合盒(FOUP)之间一次同时移动两个工件。第三与第四真空机器人构造成用于在装载闭锁模块与加工模块之间一次转移一个工件。

Description

高产量的晶片刻痕校准器
技术领域
本发明涉及工件加工系统及用于加工工件的方法，而且，更具体地涉及一种处理且校准工件的系统与方法，使工件产量最大化。
背景技术
在半导体加工中，可以在单一工件或半导体晶片上执行许多操作。一般来说，在工件上的每个加工操作以特定顺序执行，其中每个操作必须等候前一个操作完成为止，因此会影响工件变成可供后续加工步骤使用的时间。假如引向加工位置的加工流程被与此加工结合的后续事件所中断的话，对于在真空状态下较短的加工(例如离子植入)的工具生产力或产量可能会严重地受到限制。例如，在运送载具或储存盒与加工系统之间工件的交换、工件从大气环境运送至加工系统的植入室的抽空环境内、工件在此抽空环境内的定向(例如，刻痕校准)等操作，可能对工具生产力造成很严重的影响。
工件加工，例如离子植入，一般在植入室内的减压环境下执行，在此植入室中，离子一般沿着一束线加速，且离子进入抽空的植入室内而以预定方式撞击工件。一般须执行好几个操作，才能逐渐引导至植入，以便将工件引进植入室内，且相对于离子束而将工件适当地定位和定向在离子植入室内。例如，工件经由机器人从大气压力下的盒体或储存装置而被运送至装载闭锁室内，其中，此装载闭锁室随后被抽空，以便将工件带入离子植入器的加工环境。例如，此盒体或储存装置可以通过输送带系统或其他种类的输送装置而输送至离子植入器内。
例如，前端开口整合盒(FOUP)已经是一种很普遍的机构，用于在集成电路(IC)制造厂中将硅工件或晶片从一个工作站移动至另一工作站。可以从不同的制造商中，包括Asyst Technologies and BrooksAutomation，而获得不同版本的FOUP。含有多个堆积晶片的一个FOUP通过例如高架式运送装置等自动输送装置而被从一个工具输送至下一个后续的工具。此高架式运送装置将所述盒放置在机器人能拿得到的位置内，如此一来，机器手臂可以从此盒中拿取一个或更多硅晶片进行处理。
Sieradzki的美国专利5,486,080详细地叙述一种用于转移晶片以进行真空加工的系统。此系统使用两个晶片运送机器人，用于使晶片从两个装载闭锁部移动通过加工站。关于串行终端站的其他专利有美国专利6，350,097、6,555,825及5,003,183。而且，与Mitchell等人共同拥有的美国专利7,010,388详细地叙述一种晶片处理系统，用于一次处理一个或两个晶片。
为了降低所有者的工具成本，工件处理系统最好能够具有相当高的产量。这一点对于离子植入加工来说是格外正确的，特别是当相比于将一个新的工件从FOUP转移至加工室并转移回FOUP所需要的时间，植入的期间相对较短。对于低剂量植入，实际的离子植入工件的持续时间很短，其中，植入时间可以小于5秒钟。而且，作为离子植入中所使用的预加工程序的一部分，每个工件均必须相对于离子束正确地定向。已知为对准器的机构也用于这样的校准步骤，其中每个工件被顺序地校准，因而可能会降低产量。
因此，需要一种促进高产量的系统与方法，其通过在校准站上的大气晶片处理机器人而允许同时放置两个工件，以便由校准机构而进行后续的顺序校准。由于两个晶片可以同时掉下，所以所述大气晶片处理机器人可以进行其他工作，如此可允许晶片机器人每个小时处理更多的晶片。
发明内容
本发明通过提出一种用于在大气与真空环境之间转移工件的系统、设备与方法，同时能使产量达到最大且使此系统的所有者的成本降至最低，因而克服先前技术的限制。尤其，本发明提出一种系统与方法，可通过缩短闲置时间，或者加工系统正在进行操作但并未产生一个加工好的工件的时间量，而降低系统的所有者的成本。
因此，以下将提供本发明的概述，以便对本发明的一些方面提供基本的认知。此概述并非为本发明的外延概要，也并非用于点出本发明的关键或重要元件，也并非用于描绘出本发明的范围。此概述仅用于作为后续详细说明的前奏，而以简化的形式呈现出本发明的一些概念。
本发明涉及一种用于处理工件的工件处理系统与方法及一种校准设备和此校准设备的使用方法。根据本发明的一个示例性方面，此工件处理系统包括：一个或更多工件运送容器，其构造成支撑多个工件；及前端模块，与该工件运送容器产生选择性接合。在一个实施例中，此前端模块包括：第一机器人，其具有操作地连接至其上的第一双工件处理臂；第二机器人，其具有操作地连接至其上的第二双工件处理臂；及一个设置于两者之间的校准机构。此校准机构包括：特征描述(characterization)装置、升降机构及两个或多个垂直排列的工件支架，所述工件支架构造成用于各自地选择性地支撑所述多个工件中的两个或多个工件。升降机构可操作为可以旋转且相对与其有关的轴线垂直地平移，而且，所述两个或多个工件支架可操作为相对于此轴线径向地平移。因此，升降机构可操作为可以使每个工件单独地从各自的工件支架垂直平移到特征描述位置，其中，此升降机构另外可操作为在此特征描述位置上确定该多数工件的每个工件的一个或更多特性，例如：通过工件的相对于此特征描述装置的转动的每个工件的旋转位置及/或中心。
系统还包括真空室，其内部设置有第三机器人及第四机器人，其中，第三机器人包括操作地连接至其上的第一单工件处理臂，且第四机器人包括操作地连接至其上的第二单工件处理臂。处理模块另外操作地连接至真空室，用于通过加工媒介(例如离子束)而加工多个工件。第一与第二装载闭锁模块操作地连接至前端模块与真空室这两者，其中，每个第一与第二装载闭锁模块包括两个或多个双工件装载闭锁室，其构造成用于各自地将两个或多个工件支撑在其内部。例如，设有第一、第二、第三及第四双工件装载闭锁室，其中，第一装载闭锁模块包括第一与第三装载闭锁室，而第二装载闭锁模块包括第二与第四装载闭锁室，其中，第一、第二、第三与第四装载闭锁室每一个构建为将两个或多个工件支撑于其中。
根据本发明的一个示例性方面，第一机器人构造成用于在工件运送容器、校准机构及第二装载闭锁模块之间通过第一双工件处理臂而一次(例如，同时并行转移两个工件)选择性地转移一个或更多工件。第二机器人还构造成用于在另一工件运送容器、校准机构及第一装载闭锁模块之间通过第二双工件处理臂而一次(例如，同时并行转移两个工件)选择性地转移一个或更多工件。第三机器人构造成用于在第一装载闭锁模块与加工模块之间通过第一单工件处理臂而选择性地一次串行转移一个工件。第四机器人构造成用于在第二装载闭锁模块与加工模块之间通过第二单工件处理臂而选择性地一次串行转移一个工件。另外设有控制器，其中，控制器构造成通过控制第一、第二、第三、第四机器人、校准机构、及第一与第二装载闭锁模块，在工件运送容器、校准机构、第一与第二装载闭锁模块、及加工模块之间选择性地转移多个工件。
为了实现上述及相关目的，本发明包括以下在申请专利范围中所界定的多个特点。以下的详细说明及附图是详细地显示出本发明的一些实施例。然而，这些实施例仅用于说明运用本发明原理的各种方式中的几种而已。因此，伴随附图且参考以下的详细说明，可轻易想到本发明的其他目的、优点与新的特征。
附图说明
图1A显示根据本发明一个方面的示例性工件处理系统的方块图。
图1B显示具有相反的工件流的图1A的示例性工件处理系统。
图2显示根据本发明另一方面的示例性工件处理系统的示意图。
图3A显示根据本发明另一方面的示例性校准机构的立体图。
图3B显示图3A的示例性校准机构的平面图。
图4A至4F显示根据本发明另一示例性方面的在不同的工件校准阶段期间的图3A与3B的示例性校准机构。
图5是图3A与3B的示例性校准机构的部分剖面图。
图6是示例性校准机构的工件支架上的示例性工件的平面图。
图7示出根据本发明另一示例性方面工件的感测位置对工件支架的旋转位置的图示。
图8是根据本发明另一方面的示例性装载闭锁模块的立体图。
图9显示根据本发明另一方面的示例性工件处理系统。
图10A显示图9的示例性双工件处理机器人的底视平面图。
图10B显示图10A的示例性双工件处理机器人的正视平面图。
图11显示根据本发明另一方面的用于处理工件的方块时序图。
图12显示根据本发明另一方面的用于处理工件的示例性方法的方块图。
图13显示根据本发明另一方面的图12的用于处理工件的示例性方法的继续的方块图。
具体实施方式
本发明是关于一种用于半导体加工的工件处理系统，尤其是关于一种处理系统，其中，两个或多个工件可以大致同时在此系统内被转移，同时仍可达成诸如校准与离子植入工件内等串行操作。因此，以下将参考附图说明本发明，其中，类似的附图标记用于表示类似的元件。要应理解的是这些方面的叙述仅仅是说明性的，而不应该被解释成限制性用语。在以下的说明中，为了说明的目的，提出许多特定的细节，以便对本发明提供更彻底的理解。然而，对于本领域技术人员来说，在没有所有这些特定细节的情形下显然也可以实施本发明。
现在参考附图，图1A与1B显示根据本发明示例性方面的工件处理系统100。例如，此工件处理系统100包括前端模块102，其中，此前端模块包括一个或更多装载端口104A至104D，这些装载端口可操作为容纳一个或更多工件运送容器106A至106D。例如，每个装载端口104A至104D包括门107A至107D，这些门可操作为在各自的工件运送容器106A至106D与前端模块102之间提供选择性的连通。例如，工件运送容器106A至106D包括前端开口整合盒(FOUP)108，其中，各FOUP可操作为与前端模块102接合。例如，前端模块102的内部环境109一般处于或接近大气压力。
前端模块102包括第一机器人110及第二机器人112，其中，例如，第一机器人可操作为从工件运送容器106A与106B装载与卸载多个工件114(例如：300mm的半导体晶片)，而第二机器人可操作为从工件运送容器106C与106D装载与卸载多个工件。每个第一与第二机器人110与112可以有多个自由度，例如包括垂直、径向及方位角的移动。
如图2更详细地显示，根据本发明，第一机器人110包括操作地连接至其上的第一双工件处理臂116，其中，例如，第一双工件处理臂包括第一双支架构件118，此支架构件可操作为在其上支撑一个或更多工件114。例如，第一双工件处理臂116构造成用于通过第一机器人110的控制而同时或基本同时从工件运送容器106A与106B取得所述多个工件114的两个工件以及放回所述多个工件114的两个工件到工件运送容器106A与106B。例如，与支撑多个工件相反，第一双工件处理臂116可以还操作为支撑单一工件114。例如，第二机器人112包括操作地连接至其上的第二双工件处理臂120，其中，第二双工件处理臂同样构造成通过第二机器人的控制而同时从工件运送容器106C与106D取得多个工件114的两个工件以及将多个工件114的两个工件放回到工件运送容器106C与106D。例如，第二双工件处理臂120包括第二双支架构件121，其可操作为于其上支撑一个或更多工件114。以类似于第一双工件处理臂116的方式，与支撑多个工件相反，第二双工件处理臂120还可以操作为支撑单一工件114。
如图1A、1B与图2所示，本发明的前端模块102还包括大致设置在第一机器人110与第二机器人112之间的校准机构122，其中，校准机构可操作为确定出所述多个工件114的一个或更多特性。图3A显示示例性校准机构122的透视图，其中，设有两个或多个垂直排列的工件托架站124A与124B，且其中各工件托架站还包括两个或多个与其相结合的工件支架126。例如，如图3B的校准机构122的顶视图127中的阴影所示，与各工件托架站124A与124B相结合的两个或多个工件支架126可操作为支撑各自的一个工件114。例如，图3A的两个或多个工件托架站124A与124B还限定了两个或更多各自的缓冲位置128A与128B，其中，此两个或多个缓冲位置可以通过校准机构122而对图1A-1B和图2的多个工件114提供缓冲和提示(cue)，这一点将在稍后更详细地叙述。应注意到校准机构122可以包括超过两个以上的工件托架124及缓冲位置128，而且，所述多个工件托架站及缓冲位置被认为是仍落入本发明的范围。
如图3B所示，在本发明中，与各自的工件托架站124A与124B相结合的各个工件支架126还与多个工件114的圆周或周界130相结合。例如，所述多个工件支架126一般形状为拱形，且其中形成有凹陷131，此凹陷构造成围绕至少一部分其圆周130支撑工件114。所述多个工件支架126可替代地采用多种其他形式，例如支撑柱或分叉(未显示)。因此，任何可操作以支撑工件114的构件被认为是落入本发明的范围。
本实施例的多个工件支架126还平移地连接至校准机构122的底座132，其中，所述多个工件支架可以进一步操作为相对于工件114和底座产生径向平移(如箭头134所示)。因此，各工件托架站124A与124B的多个工件支架126可操作为在缩回位置136(如图4A所示，用于工件托架站124A)和延伸位置137(如图4C所示，用于工件托架站124A)之间平移。工件托架站124A与124B的各自构造成使得它们各自的工件支架126可以选择性地配置为支撑工件114上，或者一般地能允许工件相对于工件支架自由地垂直移动。因此，根据多个工件支架是各自地处于缩回位置136或延伸位置137，所述多个工件托架站124A与124B可操作为选择性地支撑如图4A至4F所示的各工件114A与114B，这一点稍后将会详细说明。
如图3A所示，此校准机构122另外包括升降机装置138，其操作地连结至底座132，其中，此升降机装置构造成单独垂直地平移所述与工件托架站124A与124B相结合的两个或多个工件114A与114B(如图4A至4F所示)的每一个。图3A的校准机构122与升降机装置138还显示于图5的剖面图139中，其中，此示例性升降机装置包括操作地连接至升降机工件支架142的升降机轴140。例如，此升降机轴140与底座132为线性滑动接合，其中根据所述多个工件的存在或不存在及每个托架站124A与124B的工件支架126的位置，升降机工件支架142因而操作为选择性地支撑所述多个工件114A与114B(例如，图4A与4F所示)的每一个。
如图3A、3B与图5所示，例如，升降机工件支架142包括真空夹头144，其中，一个或更多导管145可操作为选择性地提供真空至真空夹头的表面146，用于选择性地抓住各个工件114。作为选择，升降机工件支架142可以包括销(未显示)或者其他机构，该机构可操作为选择性各自地支撑图4A至4F的多个工件114A与114B的每一个。
如图5所示，升降机轴140构造成能够沿着其轴线147而平移，其中，例如，升降机轴操作地连接至活塞与汽缸组件148。活塞与汽缸组件148例如以流体方式连接至压力源(未显示)，其中，活塞与汽缸组件例如可通过气动压力而被选择性地致动，这一点对于本领域技术人员来说早为已知。另一方面，升降机轴140可以操作地连接至线性马达(未显示)或其他机构上，所述机构可操作为垂直平移该升降机轴。
本发明的升降机装置138的示例性操作显示于图4A至4F中，其中，升降机装置可操作为在各自的缓冲位置128A与128A及对于各自工件的特征描述的特征描述位置150(例如，图4D所示)之间单独地平移所述两个或多个工件114A与114B，这些缓冲位置与各个工件托架站124A与124B相关联。为了使两个或多个工件114A与114B从每个工件托架站124A与124B平移，当各自的工件托架站处于图4A的缩回位置136时，例如，其中一般允许各自的托架站的工件支架能够径向平移至例如图4C与4F所示的延伸位置137，各工件一般从工件支架126被抬起。一旦各自的托架站124A及/或124B处于延伸位置137，工件124A或124B可以通过此升降机装置138而垂直地平移至特征描述位置150。
根据一个实施例，图5所示的水平平移装置152操作地连接至各自的工件托架站124A与124B的每个工件支架126，其中，水平平移装置可操作为选择性地将各自的工件支架在图4A至4F的缩回位置136与延伸位置137之间径向地平移。与工件托架站124A相关联的图4C中所示的延伸位置137位于工件114A与114B的圆周130的外面。因此，当各自的工件托架站124A与124B处于延伸位置137时，升降机装置138可操作为仅仅支撑且垂直地平移各自的工件114A与114B。
再度参考图4A，工件114A示出为大致放置在工件托架站124A的工件支架126上。根据本发明，升降机装置138可操作为沿着轴线147直线平移升降机工件支架142，其中，一般如图4B所示，从工件托架站124A升起并支撑工件114A。一旦被从托架站124A的多个工件支架126抬起之后，工件支架可以通过水平平移装置152(如图4C所示)而延伸超过工件114A的圆周130至延伸位置137。然后，工件114A可以通过一个或更多特征描述装置154而被平移至特征描述位置150(例如，沿着轴线147的升起或降下)，如图4D所示，以对其进行特征描述。
应注意到，在本实施例的图4C与4F中所显示的特征描述位置150显示成一般位于缓冲位置128A下面。因此，单一特征描述装置154可以被用于工件114A与114B两者的串行特征描述。在这样的情形中，特征描述位置150可以搁置于缓冲位置128B下方的任何位置。然而，另外应注意到，可以提供额外的特征描述装置(未显示)，从而多个特征描述位置可以位于缓冲位置128A与128B的下方与上方，其中，可以对工件114A与114B进行特征描述，而且，所有这些特征描述位置及多个特征描述装置被认为是落入本发明的范围内。
例如，当每个工件处于特征描述位置150上时，一个或更多特征描述装置154可操作为检测出与多个工件114相关的一个或更多特性。特征描述装置154可以包括光学传感器156、摄影机157(图3B所示)，或各种其他检测装置中的一个或更多，其中，当每个工件位于图4D与4F的特征描述位置150上时，一个或更多特征描述装置可操作为检测出与所述多个工件114相关的一个或更多特性。例如，光学传感器156可操作为检测出工件内的刻痕158(如图6所示)，这一点稍后会详细说明。所述一个或更多特性可以进一步包括工件114相对于升降机工件支架142的位置、诸如批号等与工件结合的各种指标(未显示)，或与此工件结合的其他各种指标或特性。
再次参考图4D，在特征描述之后(例如，通过图1A、1B或图2的第一机器人110或第二机器人112)，工件114A可以从校准机构122移开，而且，升降机装置138可以从工件托架站124B的多个工件支架126升起并支撑工件114B，如图4E所示。一旦被从托架站124B的多个工件支架126抬起，工件支架可以同样地伸长而超过工件114B的圆周130而到达图4F的延伸位置137。而且，然后，工件114B可以平移(例如，下降)到特征描述位置150，以便进行其特征描述。然后工件114B可以通过图1A、1B或图2的第一机器人110或第二机器人112而从校准机构122移开，以便用于后续的加工。
根据本发明另一示例性方面，如图3B所示，升降机装置138进一步被旋转地连接至底座132，其中，校准机构可操作为单独地旋转所述多个工件114围绕与图5的升降机轴140相关的轴线147。诸如伺服马达的旋转装置160可以操作地连接至升降机轴140，其中，旋转装置可以操作为旋转升降机轴围绕轴线147(例如，如图3B的拱形箭头161所示)。例如，图5的旋转装置160另外可决定升降机轴140(因此工件114)的旋转位置，其中，此校准机构122构造成可进一步确定刻痕158的位置(如图3B所示)，例如，通过工件旋转通过光学传感器156的光束线162而使工件相对于校准机构实施校准。所确定的刻痕158的位置可以被用来通过升降机轴的进一步旋转而相对于校准机构122实施工件114的定向，由此进行后续的加工。
可以进一步利用特征描述装置(例如，图5的光学传感器156)，通过在旋转161期间检查来自特征描述装置的输出而确定如图6所示的工件114相对于升降机工件支架142的旋转轴线147的中心。例如，图7显示升降机轴140的旋转位置165(例如，由旋转装置160的伺服马达提供)及图5的升降机工件支架142对来自光学传感器156的传感器信号166的图示，其中，工件114的中心163可以从表示刻痕158通过光束线162的输出信号曲线(传感器信号166)及对刻痕尺寸的了解而外推出来。因此，与工件114的中心163相关的偏差向量值可以被提供给图1A、1B与图2的第一机器人110及/或第二机器人112。在本实施例中，第二机器人构造成能够根据偏差向量值从校准机构122拾起工件114，而且，当工件被从校准机构拾起时，工件一般相对于第二双支架构件121位于中心。可以进一步从图7的传感器信号166而确定工件114的旋转位置，其中，此工件在被图1A、1B与图2的第一或第二机器人110或112拾起之前，可以进一步相对于校准机构122旋转校准。
再次参考图1A与1B，根据本发明另一方面，工件处理系统100还包括第一装载闭锁模块168及第二装载闭锁模块170，两者操作地连接至前端模块102，其中，多个工件114可以在前端模块与第一或第二装载闭锁模块之间串行或并行地平移。例如，进一步设置第一装载闭锁室171、第二装载闭锁室172、第三装载闭锁室173及第四装载闭锁室174，其中，在本实施例中，第一装载闭锁模块168包括第一装载闭锁室及第三装载闭锁室，且其中如图8所示，第一与第三装载闭锁室一般地是彼此垂直地堆叠起来。而且，以类似的方式，图1A至1B的第二装载闭锁模块170包括第二装载闭锁室172与第四装载闭锁室174，其中第二与第四装载闭锁室一般地是彼此垂直地堆叠起来。应注意到图8所示的第一装载闭锁室168。应注意到图8所示的第一装载闭锁室可以进一步被认为是图1A至1B的代表性第二装载闭锁室170，其中，类似的特点可以出现在第一与第二装载闭锁模块中。
根据本发明，每个第一、第二、第三与第四装载闭锁室171、172、173与174可进一步操作为在其中支撑两个或多个工件114。每个第一、第二、第三与第四装载闭锁室171、172、173与174包括与前端模块102相结合的第一隔离阀175，其中，第一隔离阀选择性地将各自的装载闭锁室的内部体积176流体地连接至前端模块的内部环境109。根据本发明的一个示例性方面，第一、第二、第三与第四装载闭锁室171、172、173、174的各个内部体积176一般被进一步分割成第一体积177A与第二体积177B，如图8的第一装载闭锁模块168所示。例如，机械隔离板(未显示)一般放置在第一体积177A与第二体积177B之间，其中，第一体积构造成一般限制所述多个工件114A的其中一个，且其中此第二体积构造成一般限制所述多个工件114B的另外一个。例如，机械隔离板(未显示)一般防止各自的内部体积176中的第一体积177A与第二体积177B的交叉污染。
本发明的图1A至1B的工件处理系统100还包括真空模块180，其操作地连接至第一与第二装载闭锁模块168与170，其中，真空模块包括大致抽空的内部环境181。例如，一个或更多高真空泵(未显示)可以操作地连接至真空模块180，其中一般将此真空模块抽空。而且，第一、第二、第三和第四装载闭锁室171、172、173与174每个包括与真空模块180相结合的第二隔离阀182(例如，在图8中所示相对于第一装载闭锁模块168)，其中，此第二隔离阀选择性地将各自的装载闭锁室的内部体积176流体地连接至真空模块的抽空内部环境181。
图1A至1B的真空模块180进一步被操作地连接至加工模块184，例如经操作可形成离子束186的离子植入器185。此加工模块184例如可以包括设置于其中的静电夹头188，其中，静电夹头构造成用于单独选择性地支撑一个或更多工件114。加工模块184可以另外包括加工机器人190，加工机器人构造成用于使静电夹头188移动通过加工媒介192，此加工媒介例如为来自离子植入器185的离子束186，用于将离子植入于多个工件114内。此加工模块184可以另外包括剂量测量系统(未显示)。
根据本发明另一个方面，真空模块180例如，包括设置于内部的第三机器人194与第四机器人196，其中，每个第三与第四机器人可以有多个自由度，包括垂直、径向与方位角移动。如图2所示，第三机器人194例如包括操作地连接至其上的第一单工件处理臂198，第四机器人196例如包括操作地连接至其上的第二单工件处理臂200，其中，第一与第二单工件处理臂的每一个可操作为支撑单一工件114。
因此，如图1A至1B所示，工件处理系统100构造成能够根据工件通过系统的想要的流动方式，而选择性地使多个工件114的两个或多个工件并行地和一次一个地(例如，虚线箭头204所示)或串行转移(例如，实心箭头206所示)。例如，第一机器人110构造成用于在工件运送容器106A和106B、校准机构122、第二装载闭锁模块170之间通过第一双工件处理臂116而选择性地一次转移两个或多个工件114。第二机器人112进一步构造成在工件运送容器106C和106D、校准机构122、第一装载闭锁模块168之间通过第二双工件处理臂120而选择性地转移两个或多个工件。第二双工件处理臂120例如进一步被建构成能从校准机构122(例如，从图5D与5F的特征描述位置150)串行地拾取工件114A和114B，然后，并行地将两个工件转移至第二装载闭锁模块170。例如，可以颠倒工件114通过系统100的流动，以便进行工件运送容器106C与106D的维修，其中，第一机器人110与第二机器人112一般交换其功能，且其中第三机器人194与第四机器人196同样地交换功能，这一点对于本领域技术人员来说很容易理解。例如，图1A显示一个逆时针的流动208，用于维护工件运送容器106A与106B，反之，图1B显示一个顺时针的流动210，用于维护工件运送容器106C与106D。
根据另一方面，第三机器人194与第四机器人196可操作为在加工模块184与各自的第一装载闭锁模块168与第二装载闭锁模块170之间串行地一次转移一个工件114。应注意到与第一、第二、第三、第四装载闭锁室171、172、173、174结合的第一隔离阀175与第二隔离阀182，可操作为独立地开启与关闭。因此，停留第一装载闭锁室171内的两个工件114可以被抽成真空或者被通风，同时另外两个工件可以在第一装载闭锁模块168的第三装载闭锁室173内被独立地通风至大气或被抽成真空。同样地，搁置于第二装载闭锁室172内的两个工件114可以被抽成真空或者被通风，同时另外两个工件可以在第二装载闭锁模块170的第四装载闭锁室174内被独立地通风至大气或者抽成真空。因此，连同本发明的新颖校准机构122，可以执行例如校准多个工件114与通过加工媒介192的工件加工等串行操作，同时在此系统的别处可以执行多个工件的并行(例如，一般为同时)转移。
如图1A与1B所示，另外设有控制器212，用于控制工件通过系统100的顺序，且在工件处理与加工期间控制机械与环境操作的起动、撤销与整体协调。例如，此控制器构造成控制前端模块102、第一与第二装载闭锁模块168和170、真空模块180、加工模块184、及与其有关的所有零件和环境操作。环境操作例如可以包括对于每个装载闭锁室171、172、173与174的通风和抽空等操作，以及控制真空模块180中的真空环境181。控制例如包括命令校准机构122、工件运送容器106、第一、第二、第三、第四机器人110、112、194、196及各种不同工件的加工以及与系统100有关的各种机械装置的控制。控制器212例如可以包括与系统的各种零件有关的多个单独的控制器(未显示)，或者可以是一个用于整个系统100的单一控制器，而上述的这些所有控制器均认为是在本发明的范围内。
图9显示本发明的另一个实施例系统213，其中，与第一机器人110相结合的第一双工件处理臂116包括第一对关节臂214A与214B，其中第一对关节臂的每一个包括第一单支架构件216，其构造成支撑单一工件114。与第二机器人112相结合的第二双工件处理臂120包括第二对关节臂218A与218B，其中第二对关节臂的每个包括第二单支架构件220，其构造成支撑单一工件114。第一对关节臂214A与214B可以被建构成在工件运送容器106A与106B、第二装载闭锁模块170、和校准机构122之间以类似于图1A至1B的第一双工件支撑构件116的方式而单独地(例如，串行地)或同时地(例如，并行地)转移两个或多个工件114。同样地，图9的第二对关节臂218A与218B可以被建构成在工件运送容器106C与106D、第一装载闭锁模块168、和校准机构122之间以类似于图1A至1B的第二双工件支撑构件120的方式而单独地或同时地转移两个或多个工件114。图10A与10B显示一个示例性机器人222的几个图形。图1A、1B、图2及/或图9的第一机器人110及/或第二机器人112例如可以包括图10A与10B所示的机器人222。如图10A与10B所示，机器人222包括关节臂224A与224B，其中，各关节臂分别包括操作地连接至其上的单一支架构件226A与226B。因此，机器人222可操作为根据上述工件的想要转移方式独立地或一起地平移此单一支架构件226A与226B。
根据本发明另一个方面，图11显示用于转移与离子植入系统结合的工件处理系统中的多个工件(例如：八个工件)的示例性时序图300。图1A、1B与图2中所示的系统100，及图9所示的系统213可以根据图11的时序图300而进行操作。在图11中，特别突显出第一与第二工件(分别为工件A与工件B)通过系统的示例性流动301，其中，第一阴影302描绘出同时执行的与第一和第二工件两者有关的动作，第二阴影303描绘出仅与第一工件有关的动作(例如，串行地)，第三阴影304描绘出仅与第二工件有关的动作(例如，串行地)。应注意到在其他工件上所执行的动作被显示成不具有阴影，而且这些动作可以与所述与第一及/或第二工件有关的动作同时(并行地)或串行地执行。而且，图12显示一种用于转移半导体加工系统中的工件的方法305，其中，可以进一步参考图11的时序图300。应注意到，虽然这些示例性方法在此被显示且描述成一连串动作或事件，但是显然本发明并不限于这类动作或事件的顺序，因为除了这里所示出和描述的，一些步骤可以不同的顺序发生，及/或同时进行。此外，并非所有上述显示出来的步骤均必须用于实施根据本发明的方法。而且，可以理解到这些方法可以与所示出的系统一起配合实施，或者与其他并未示出的系统一起配合实施。
如图12所示，此方法305开始为动作310，其中，第一工件与第二工件一般是由第一机器人同时从第一工件运送支架移开(例如，并行移开)。第一与第二工件然后在动作312中通过第一机器人而同时放置在校准机构上。然后，在动作314中，第一工件被校准及/或进行特征描述。例如，第一工件通过升降机装置而被从校准机构的第一工件支架上抬起。第一工件被进一步垂直平移至特征描述位置上，在此位置第一工件进行特征描述，例如：确定工件中刻痕的位置、辨识工件及/或确定工件相对于校准机构的空间定向。然后，在动作316中，第一工件通过第二机器人而从校准机构移开。
然后，在动作318中，第二工件被校准及/或进行特征描述。例如，第二工件通过升降机装置而被从校准机构的第二工件支架抬起，且然后被平移至特征描述位置，在该位置对第二工件进行特征描述。然后，在动作320中，第二工件通过第二机器人而从校准机构移开，其中，第二机器人一般正支撑着第一与第二工件。在动作322中，第一与第二工件通过第二机器人而被并行地放置在第一装载闭锁室内，而且，在动作324中，一般抽空第一装载闭锁室。
在动作326中，第一工件通过第三机器人而从第一装载闭锁室移开且被放置在加工室内(例如，放置在加工室内的静电夹头上)。在动作328中，第一工件受到加工媒介(例如，与离子植入器结合的离子束)的处理，其中，这些离子被植入于第一工件内。一旦完成离子植入，在动作330时，第一工件会通过第四机器人而从加工室移开，而被放置在第二装载闭锁室。至少部分地与动作330同时发生，在动作332中，第二工件通过第三机器人而从第一装载闭锁室移开且被放置在加工室内，其中，第二工件在动作334内被离子植入。一旦完成将离子植入第二工件内，在动作336中，第二工件通过第四机器人而从加工室移开且被放置在第二装载闭锁室内。然后，通过第三机器人，第一与第二工件被串行地从第一装载闭锁室运送至加工室，而且，通过第四机器人被串行地从加工室转移至第二装载闭锁室。
在动作338中，第二装载闭锁室被通风至大气压力，而且在动作340中，第一与第二工件通过第一机器人而从第二装载闭锁室并行移开。在动作342中，第一与第二工件被放置在第二工件运送容器。作为另一替代方式，应注意到，第一工件运送容器及第二工件运送容器可以是同一个工件运送容器。
如图11的时序图300所示，可以针对第三与第四、第五与第六工件等重复执行动作310至342。例如，图13显示图12的方法305的继续，其中，在动作344中，第三与第四工件通过第一机器人而同时从第一工件运送容器移开，且至少部分地与图12的动作322同时发生。然后，在图13的动作346中，第三与第四工件通过第一机器人而被并行地放置在校准机构上。然后，在动作348中，校准第三工件，而且，在动作350中，第三工件通过第二机器人而从校准机构移开。然后，在动作352中校准第四工件，而且，在动作354中，第四工件通过第二机器人而从校准机构移开，其中，第二机器人目前正支撑着第三与第四工件。在动作356中，第三与第四工件通过第二机器人而被并行地放置在第三装载闭锁室内，而且，在动作358中，一般抽空第三装载闭锁室。在动作360中，第三工件通过第三机器人而从第三装载闭锁室被移开，且通过第三机器人而被放置在加工室内。在动作362中，将离子植入于第三工件中，而且，在动作364中，第三工件通过第四机器人而从加工室移开且被放置在第四装载闭锁室内。至少部分地与动作364同时发生，在动作366中，第四工件通过第三机器人而从第三装载闭锁室内移开且被放置在加工室内。一旦完成将离子植入第四工件，在动作370中，第四工件通过第四机器人而从加工室移开且被放置于第四装载闭锁室内。因此，第三与第四工件通过第三机器人而串行地从第三装载闭锁室运送至加工室进行加工，而且通过第四机器人串行地从加工室转移至第四装载闭锁室。
在动作372中，第四装载闭锁室被通风至大致大气压力，而且，在动作374中，第三与第四工件通过第一机器人而并行地从第四装载闭锁室移开。在动作376中，第三与第四工件被放回第一工件运送容器或第二工件运送容器内。
如图11的时序图300所示，各种不同的动作可以至少与其他动作部分地同时执行。例如，图13的动作348、350、352、354及376与图12的动作324至少部分地同时执行。而且，动作326、328、330及332是与图13的动作354与358至少部分地同时执行。例如，图12的动作318、320及322与图13的动作344、346与372至少部分地同时执行，而且，动作362、364、366与368可以与动作338至少部分地同时执行。而且，当加工多个工件时，如图11的时序图300所示，可以同时执行更多动作，而且，这类的同时发生均被认为是落入本发明的范围内。
工件的并行加工有利地增进系统的生产率。例如，装载闭锁室可以以连续的方式进行操作，从而在一个指定的时间点上，一个装载闭锁室开启至真空模块、一个装载闭锁室开启至前端模块、一个装载闭锁室被通风至大气、一个装载闭锁室被抽成真空。因此，每个第一、第二、第三与第四装载闭锁室可以大致重复地经历一个顺序，以均等阶段的间隔重新开始整个循环。
因此，通过有效地将工件在大气环境与真空环境之间转移，本发明可对加工系统(例如，离子植入系统)的所有者提供降低的成本。虽然已经通过一些较佳实施例而显示并说明本发明，显然对于本领域技术人员来说，在阅读本发明的说明书及附图之后，仍可以构思出许多等效变换与修改。特别是关于上述零件(组件、装置、电路等)所执行的各种功能，用于描述这些零件的用语(包括“机构”一词)，除非另有说明，是用于对应可执行所描述的零件的特定功能(亦即，功能上等同)的任何零件，即使其在结构上并未与本发明实施例中所揭示出来的结构相同。而且，虽然已经通过本发明的其中一个实施例而说明本发明的特定特征，此特征仍可如所期望那样，与其他本发明的实施例的一个或更多特征相组合，并且对给定的或特定的应用表现出其优点。

Claims (40)

1.一种校准与缓冲设备，用于确定多个工件的定向，所述校准机构包括：
底座；
工件缓冲装置，所述工件缓冲装置包括彼此大致垂直排列的多个工件托架站，其中每个工件托架站可操作为选择性地将多个工件各自地支撑在各自的缓冲位置上；
升降机装置，其可操作地连接至该底座，其中该升降机装置可操作为将所述多个工件的每一个从所述各自的缓冲位置垂直地平移至特征描述位置，且围绕与所述升降机装置相关的轴线转动每个各自的工件；以及
特征描述装置，其与该特征描述位置相关，其中，当各自的工件的每一个处于所述特征描述位置时，该特征描述装置可操作为检测出与所述多个工件的每一个相关的一个或更多特性。
2.如权利要求1所述的校准与缓冲设备，其中，每个工件托架站包括：
多个工件支架，其与所述多个工件的圆周相结合，和；
水平平移装置，其可操作地连接至所述多个工件支架，其中该水平平移装置可操作为选择性地使所述多个工件支架在缩回位置和延伸位置之间径向地平移，其中所述多个工件支架可操作为支撑所述各自的工件在所述缩回位置，且其中在所述延伸位置所述各自的工件相对于所述多个工件支架能自由地垂直平移。
3.如权利要求2所述的校准与缓冲设备，其中，所述多个工件支架包括两个或多个拱形支架构件。
4.如权利要求3所述的校准与缓冲设备，其中，所述两个或多个拱形支架构件的每一个包括拱形凹陷，该拱形凹陷具有与所述多个工件的圆周相关的半径，其中当所述多个工件支架处于所述缩回位置时，各自的工件的圆周的至少一部分停留在所述拱形凹陷上，以及其中当所述多个工件支架处于所述延伸位置时，两个或多个拱形支架构件大致被定位成超过所述工件的圆周，在那里当所述多个工件支架处于所述延伸位置时，大致允许所述升降机装置垂直平移所述工件至所述特征描述位置。
5.如权利要求2所述的校准与缓冲设备，其中，对于每个工件托架站，当所述多个工件支架处于所述缩回位置时，所述升降机装置可操作为将所述各自的工件从所述多个工件支架抬起，以及其中当所述多个工件支架处于所述延伸位置时，所述升降机装置可操作为使工所述件垂直平移超过所述多个工件支架的平面。
6.如权利要求1所述的校准与缓冲设备，还包括控制器，其构造成控制工件托架站、升降机装置和特征描述装置。
7.如权利要求1所述的校准与缓冲设备，其中，该特征描述位置大致在至少一个缓冲位置的下方。
8.如权利要求1所述的校准与缓冲设备，其中，该升降机装置包括可操作地连接至升降机工件支架上的升降机轴，其中该升降机轴与该底座成线性滑动接合，其中该升降机工件支架可操作为选择性地支撑所述多个工件的每一个。
9.如权利要求8所述的校准与缓冲设备，其中，该升降机轴进一步旋转地连接至该底座。
10.如权利要求9所述的校准与缓冲设备，还包括马达，所述马达可操作地连接至该升降机轴，其中该马达可操作为围绕该轴线旋转该升降机轴。
11.如权利要求10所述的校准与缓冲设备，其中，该马达包括伺服马达，且其中该伺服马达构造成用于确定该升降机轴相对于该底座的旋转位置。
12.如权利要求1所述的校准与缓冲设备，其中，该特征描述装置包括光学传感器，其中当每个工件处于所述特征描述位置时，该光学传感器可操作为检测出所述多个工件的一个或更多特性。
13.如权利要求1所述的校准与缓冲设备，其中，所述一个或更多特性包括在该工件中的一个或更多刻痕、该工件的位置、及与该工件有关的指标。
14.一种校准与缓冲设备，包括：
底座；
第一工件托架站，其构造成用于选择性地支撑第一工件，在那里限定第一缓冲位置；
第二工件托架站，其构造成用于选择性地支撑第二工件，在那里限定第二缓冲位置，其中该第一缓冲位置与第二缓冲位置大致垂直地排列；和
升降机装置，其可操作地连接至该底座，其中该升降机装置构造成沿着轴线在各自的第一缓冲位置与第二缓冲位置及特征描述位置之间选择性地平移每个所述第一工件与第二工件。
15.如权利要求14所述的校准与缓冲设备，其中，该升降机装置包括连接至升降机工件支架的升降机轴，其中该升降机轴沿着该轴线与该底座线性滑动接合，其中该升降机工件支架构造成选择性地单独支撑每个所述第一工件与第二工件。
16.如权利要求15所述的校准与缓冲设备，其中，该升降机轴还旋转地连接至该底座。
17.如权利要求16所述的校准与缓冲设备，还包括马达，所述马达可操作地连接至该升降机轴，其中该马达可操作为围绕该轴线旋转该升降机轴。
18.如权利要求17所述的校准与缓冲设备，其中，该马达包括伺服马达。
19.如权利要求16所述的校准与缓冲设备，其中，当每个各自的第一与第二工件处于所述特征描述位置时，该特征描述装置可操作为检测出与该第一及第二工件有关的一个或更多特性。
20.如权利要求19所述的校准与缓冲设备，其中，该特征描述装置包括光学传感器，其中当各自的第一与第二工件处于所述特征描述位置时，所述光学传感器可操作为检测出所述第一与第二工件的一个或更多视觉特性。
21.如权利要求20所述的校准与缓冲设备，其中，所述一个或更多视觉特性包括在各自的第一与第二工件的圆周中的一个或更多刻痕、各自的第一与第二工件的位置、及与各自的第一和第二工件有关的指标。
22.如权利要求21所述的校准与缓冲设备，其中，所述各自的第一与第二工件的位置包括所述各自的第一与第二工件相对于所述底座的一个或更多旋转位置，以及所述各自的第一与第二工件相对于所述升降机工件支架的中心。
23.如权利要求15所述的校准与缓冲设备，其中，该升降机工件支架包括真空夹头，其可操作为选择性地抓取各自的第一与第二工件。
24.如权利要求14所述的校准与缓冲设备，还包括控制器，其可操作为控制该第一与第二托架站、升降机装置、及特征描述装置。
25.如权利要求14所述的校准与缓冲设备，其中，每个第一和第二工件托架站分别包括：
多个工件支架的每一个具有限定于其中的拱形凹陷，所述拱形凹陷具有与所述第一和第二工件的圆周相关的半径，以及；
水平平移装置，其可操作地连接至所述多个工件支架及所述底座，其中该水平平移装置构造成选择性地使所述多个工件支架相对于该轴线在缩回位置及延伸位置之间径向地平移。
26.如权利要求25所述的校准与缓冲设备，其中，当多个工件支架处于所述缩回位置时，各自的多个工件支架的所述拱形凹陷构造成用于选择性地接合各自的第一或第二工件的至少部分圆周，且其中当所述多个工件支架处于所述延伸位置时，所述多个工件支架的所述拱形凹陷之间的距离大于所述第一和第二工件的直径，其中当所述多个工件支架处于所述延伸位置时，各自的第一或第二工件相对于所述多个工件支架自由地垂直平移。
27.如权利要求26所述的校准与缓冲设备，其中，当各自的多个工件支架处于所述缩回位置时，该升降机装置构造成从各自的第一或第二工件托架站上选择性地抬起各自的第一或第二工件，以及其中当所述多个工件支架处于所述延伸位置时，该升降机装置构造成还能够沿着该轴线将各自的第一或第二工件选择性地平移至所述特征描述位置。
28.如权利要求24所述的校准与缓冲设备，其中，所述特征描述位置大致位于该第一与第二缓冲位置的一个或更多位置的垂直下方。
29.一种用于校准与缓冲工件的方法，该方法包括以下步骤：
提供校准机构，所述校准机构具有第一工件托架站、第二工件托架站、及垂直平移升降机装置，其中该第一工件托架站大致垂直地排列在该第二工件托架站之下，且其中每个所述第一与第二工件托架站包括多个工件支架；
大致同时地将所述第一与第二工件放置在与各自的第一和第二工件托架站结合的所述多个工件支架上；
通过升降机装置将所述第一工件从所述第一工件托架站的多个工件支架上抬起；
通过升降机装置垂直地平移所述第一工件至特征描述位置；
对该第一工件进行特征描述；
从该校准机构移除该第一工件；
通过所述升降机装置从所述第二工件托架站的多个工件支架上抬起所述第二工件；
使所述第二工件垂直平移至所述特征描述位置；
对该第二工件进行特征描述；以及
将该第二工件从所述校准机构移开。
30.如权利要求29所述的方法，其中，大致同时将所述第一与第二工件放置在所述多个工件支架上的步骤包括：当与所述第一和第二工件托架站两者结合的所述多个工件支架处于所述缩回位置时，使所述第一与第二工件下降至所述多个工件支架上。
31.如权利要求30所述的方法，其中，当该第一工件托架站的多个工件支架处于所述缩回位置时，所述第一工件被从所述第一工件托架站的多个工件支架上抬起。
32.如权利要求31所述的方法，其中，该特征描述位置大致位于该第一工件托架站的下方，其中垂直平移该第一工件至特征描述位置的步骤包括：使该第一工件托架站的多个工件支架从所述缩回位置径向地平移至所述延伸位置，以及使在所述第一工件托架站的多个工件支架之间的第一工件移动到所述特征描述位置。
33.如权利要求30所述的方法，其中，当该第二工件托架站的多个工件支架处于所述缩回位置时，该第二工件被从所述第二工件托架站的多个工件支架抬起。
34.如权利要求33所述的方法，其中，该特征描述位置大致位于所述第一工件托架站的下方，其中垂直平移该第二工件至所述特征描述位置的步骤包括：使所述第一工件托架站及第二工件托架站的多个工件支架从所述缩回位置径向地平移至所述延伸位置，以及使在所述第一工件托架站的多个工件支架之间的第二工件移动到所述特征描述位置。
35.如权利要求33所述的方法，其中，该特征描述位置大致位于该第一工件托架站与第二工件托架站之间，其中垂直平移该第二工件至所述特征描述位置的步骤包括使该第二工件托架站的多个工件支架从所述缩回位置径向平移至所述延伸位置，以及使在所述第二工件托架站的多个工件支架之间的第二工件移动到所述特征描述位置。
36.如权利要求29所述的方法，其中，对所述第一与第二工件进行特征描述的步骤包括以下步骤：
使该第一与第二工件各自地围绕该升降机装置的轴线而旋转；以及
在该各自的旋转期间，确定与所述各自的第一和第二工件有关的一个或更多特性。
37.如权利要求36所述的方法，其中，确定一个或更多特性的步骤包括：确定所述各自的第一与第二工件相对于所述校准机构的旋转定向、所述各自的第一与第二工件相对于该轴线的偏移位置、及与所述各自的第一和第二工件有关的指标。
38.如权利要求37所述的方法，其中，确定所述各自的第一与第二工件的旋转定向的步骤包括以下步骤：
提供光学传感器，当所述第一和第二工件处于所述特征描述位置时，该光学传感器具有指向所述第一与第二工件的圆周的光束线；
当所述各自的第一与第二工件的圆周在其各自的旋转期间通过所述光学传感器的所述光束线时，从该光学传感器获得信号；以及
根据从该光学传感器所获得的信号以及对与刻痕有关的尺寸信息的了解，确定在所述各自的第一与第二工件的圆周上的所述刻痕的位置。
39.如权利要求38所述的方法，还包括以下步骤：
根据所确定的刻痕的位置，通过升降机装置使所述各自的第一与第二工件旋转至预定的旋转位置。
40.如权利要求38所述的方法，其中，确定所述各自的第一与第二工件相对于所述轴线的偏移位置的步骤包括：
确定该升降机装置的旋转位置；以及
当所述各自的第一与第二工件的圆周在其各自的旋转期间通过所述光学传感器的光束线时，对于从该光学传感器所获得的该信号进行分析，且根据所述获得的信号和该升降机装置的旋转位置的线性，而外推出偏移向量。
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