CN101740439B - 用于传输和处理衬底的装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种用于传输和处理包括晶片在内的衬底的装置和方法，与目前使用的系统相比，在合理成本下有效地获得提高的产能。关键要素是沿处理腔室侧使传递腔室，以通过大气-真空过渡室将衬底装入受控气氛中，然后沿着传递腔室作为到达处理腔室的一条路径，然后离开受控气氛进行接下来在处理腔室中的处理。

Description

用于传输和处理衬底的装置和方法

技术领域

本发明涉及一种用于传输和处理通常为衬底尤其是晶片的新型装置和方法。

背景技术

在半导体制造中，一种称为集群工具的常用工具是晶片制造中使用的关键单元之一。一种典型的商业上用的装置具有一个大致圆形的中央区域，沿着其周围连接有腔室。这些腔室围绕中央区域向外延伸。当晶片被处理时，它们首先从中央腔室外围的输入输出站进入中央腔室，然后从中央腔室进入相连接的或外围的要在其中进行处理的腔室。在几乎用于目前所有制造系统的这种工具中，其惯例是一次处理一个晶片。晶片可以移入用于处理的腔室然后回到中央腔室。这之后可以进行下一步移入到另一个外围腔室然后进行接下来的处理，再返回到中央腔室。最后如果全部处理完则将晶片完全从该工具中移出。移出过程同样经过输入/输出站或与通常被称为大气-真空过渡室(load lock)的真空系统相连的腔室来进行，晶片经过大气-真空过渡室从真空移到大气中。美国专利No.4,951,601中描述了这类单元的例子。

另一种工具沿着中心轴引导晶片并且通过周围处理腔室装入晶片。在这种工具中，所有的晶片同时装入下一个处理站。虽然晶片可以被独立处理，但是它们不能独立移动。它们全部在一个处理站停留相等量的时间，但是每一个站的工艺能够被独立控制，其当然受由该站允许的时间所允许的最大时间来控制。虽然第一个所述工具可以按照这种方式运行，但实际上，其可以移动晶片以使其不按顺序进入相邻的处理腔室并且所有晶片不必要在处理腔室中具有相同的停留时间。

当这些系统中的任一个在运行时中央区域通常是处于真空状态，但是其也可以处于一些其它预选或预定并且受控的环境。例如中央部可以充入气体，该气体对在处理腔室中进行的工艺是有用的。沿着中央区域外表面的腔室或舱室通常也是处于真空状态，但是也可以具有预选并且受控的气体环境。处理也通常在真空中进行，在真空中将晶片从中央腔室移入到一个相连的腔室或舱室中。通常一旦晶片到达一个用于处理的腔室或舱室，该腔室或舱室就与中央腔室密封隔开。这防止处理腔室或舱室中使用的材料和/或气体到达中央区域，防止对中央区域以及相连的处理腔室中的气氛的污染和/或防止对位于中央区域等待处理或进一步处理的晶片的污染。这还允许处理腔室设置在一个与要在其中实行特殊处理的中央腔室所用的不同级别的真空状态。例如，如果腔室的处理技术需要较高的真空，那么通过在中央区域和该腔室之间的密封，该腔室本身能够被进一步抽真空以满足要在此腔室中进行的特殊处理所需要的真空度。可选的，如果需要较低的真空，压力可以增加而不影响中央腔室的压力。当晶片处理完成后，晶片移回中央腔室然后移出整个系统。这样晶片可以通过这种工具顺序地通过腔室以及执行所有可用的处理工艺。可选的，晶片也可以仅通过选定的腔室并且仅执行选定的处理工艺。

这些工艺的变化在本领域所用设备中同样适用。但是，它们都倾向于依靠集成在不同工艺中的中央范围或区域。由于这种设备的主要用途是制造晶片，讨论将主要从晶片的角度进行。但是，必须理解大部分所讨论的处理工艺同样可以应用于通常的衬底并且这些讨论应当用来适用这些衬底及这些制造设备。

近年来已出现了不同于此的系统，其为线性的而不是圆形的并且晶片从一个腔室移入下一个腔室以用于处理。因为晶片按顺序从一个腔室移入到一个相邻腔室中，没有必要将中央区域作为整个设备的一部分。在这个工具中晶片进入该单元并且通常与当晶片移入该系统时与晶片一同运行的夹盘相连。在该单元中，每个腔室中花费等量的时间进行处理。

该系统比本领域常用的系统所占用的空间要小，因为空间仅仅近似于处理腔室占用的空间并且不包括大的中央区域。这是这种类型设备的一个优点。该系统在公开号为2006/0102078A1的待审公开专利申请中已被描述。这种特殊的系统在每一个处理站具有均等的停留时间。这允许当然受最长停留时间段的长度限制的处理工艺具有一些不同。如果需要在不同站具有独立控制的停留时间，另一种途径是优选的。不过这种类型的设备具有一个缺点，那就是如果一个站因为修理或维护而不运转，那么整个系统自身就无法用于处理。

发明内容

本发明涉及到一种新型的晶片处理单元，可以在保持很小占地面积的同时允许在各处理站中具有单独控制的停留时间。甚至当一个或多个站因为一个或另一个原因不运转时同样允许工艺持续运行。在某种程度上这是考虑到制造半导体的成本非常高并且成本正在增加。成本越高则本领域企业投资的风险越大。一个目标是确定那些通过合理利润来降低成本并根据“精益(Lean)”制造原理来提供改进的系统和服务的设备。因此，一个目的是使处理腔室最大同时保持占地面积很小。另一个目的是使处理站的利用率最大。再一个目的是简化该设备的自动化技术和维修。此系统将同样提供相当的冗余，包括甚至在主机维修期间达到用于处理的系统100％可用性。在这种情况下较少的腔室将被使用但是整个工艺能够继续可用，用于进行晶片的处理。维修或处理腔室将可能来自处理腔室的后面或前面。此外，在优选的实施例中处理腔室将设置成线性排列。这确保了系统占地面积最小以在不同处理站中允许晶片的独立处理程序。

处理腔室通常可以具有执行在处理晶片中使用的各种工艺中的任何一种的能力。例如在晶片的制造中，晶片将常常经历一个或多个蚀刻步骤、一个或多个溅射或物理气相沉积工艺、离子注入、化学气相沉积(CVD)和加热和/冷却工艺及其它工艺。制造晶片的工艺步骤的数量可能意味着如果使用现有技术中的装置来执行这些各种工艺的话需要多个工具或含大量子系统的工具。然而即时系统提供更多优点，那就是能够增加附加功能站而不需要明显增加尺寸或不需要增加新的整体系统。

为达到这些不同的目的，晶片的传输被构造成与腔室设计相独立。于是腔室设计成具有某种处理能力的腔室并且传输系统构造成与腔室设计相独立地操作并被构造成向处理腔室装入和从处理腔室送出晶片。在所公开的优选实施例中传输系统依赖于基于通过真空壁耦合的线性和旋转运动的简易连接臂。因维持低成本，腔室设计基于模块化。因此在一个实施例中，该系统可以具有3个腔室，或可以利用匹配结构且系统能具有6个腔室。类似地可以按4个和8个腔室也可按其它倍数重复，或者可以匹配具有不同数量的处理站的模块。

此系统为可扩展的，此外其可扩展性独立于可能作为将来的工艺或应用的技术。使用线性晶片传输系统。这导致在占地面积小的系统中具有高的产能，而对洁净室没有过分空间需求。此外不同的工艺步骤可以构造到同一处理平台中。

根据本发明的一方面，公开了一种衬底处理系统，包括：具有真空部分和大气部分的狭长衬底传递腔室；在真空部分连接于传递腔室的的第一线性轨道；在大气部分连接于传递腔室的第二线性轨道；线性地跨于第一线性轨道上的第一基座；线性地跨于第二线性轨道上的第二基座；安装于第一基座之上并且具有磁耦合从动件作为其输入端以及在其输出端提供较低转速的一减速器；安装于该第二基座之上并且使磁性驱动器旋转的旋转电机，该磁性驱动器穿过真空隔板将旋转运动施加到该磁耦合从动件；以及，连接于减速器输出端的一机械臂。一线性电机可以连接于第二基座来施加线性运动，并且磁化轮可以连接于第二基座。一线性运动编码器可以连接到第二基座以及一旋转编码器可以连接到旋转电机。在具有两个机械臂的系统中，一臂延伸部可以连接于机械臂其中之一以使机械臂的旋转轴相重合。

根据本发明的另一方面，提供一种用于通过真空传递腔室从大气-真空过渡室传递晶片到处理腔室的方法，包括以下步骤：在传递腔室中提供一机械臂；穿过真空隔板磁耦合线性运动到机械臂；穿过真空隔板磁耦合旋转运动到机械臂；并且在抽室的传递腔中降低旋转运动的速度。该方法可以进一步包括以下步骤：确定当晶片位于大气-真空过渡室中时定义为晶片中心的第一中心点；确定当晶片位于处理腔室中时定义为晶片中心的第二中心点；确定机械臂枢轴点的位置；以及，计算出机械臂的线性和旋转的组合运动以使得定位于机械臂上的晶片在大气-真空过渡室和处理腔室之间仅以直线移动。附图说明

图1是现有技术中用于PVD应用的集群工具的示意图。

图2是前述专利公开(2006/0102078A1)中描述的系统的示意图并且实质上是现有技术的系统。

图3是根据本发明的处理系统的示意图。

图4是为更清楚说明传递腔室而示出的俯视示意图。在这个图中示出了三个处理站结构，但是站的数量仅仅用于说明目的。

图5是系统从大气-真空过渡室到传输或传递腔室中的区段部分的示意图。

图6是在系统外壳外部显示的晶片移动机构的示意图。

图7是在优选实施例中使用的轨道和驱动系统的示意图。

图7A示出了线性运动组件的一个示例。

图7B是图4中A-A线的剖视图，说明了线性运动组件的另一个实施例。

图7C示出了处于大气中的线性轨道和处于真空中的线性轨道的一个实施例的剖视图。

图7D示出了处于大气中的线性轨道和处于真空中的线性轨道的另一个实施例的剖视图。

图8是根据本发明的4站式物理气相沉积(PVD)或溅射系统的示意图。

图9是根据本发明的8站式系统的示意图。

图10是根据本发明的6腔室式系统的示意图。

图11A和11B是本发明的两个不同实施例的示意图。

具体实施方式

现在参见图1，示出了目前普遍使用的一种类型的集群工具。通常包括多个处理腔室21，其围绕中央腔室22径向布置并且与中央腔室22相连。在这个系统中，具有两个中央腔室。其它系统可以具有单个中央腔室。具有两个以上中央腔室的系统也可以存在，但其比较累赘，用户通常将会去获取另一种系统来取代它。在运行过程中，机械手通常位于每一个中央腔室22中。机械手接受晶片到系统中然后将晶片从中央腔室运送到处理腔室中，处理完成后再返回中央腔室。在一些现有的系统中，中央机械手一次仅能访问单个晶片和单个腔室。于是，在一个晶片位于单个腔室的情况下在处理过程中，机械手总是被占用或很忙碌。在处理过程中单个机械手缚于一个处理站的这种组合是对这种集群工具产能上的限制。许多现代化单元使用带有多臂的机器人技术。处理腔室可以包括任何形式的处理器并且可以包括例如用于物理气相沉积的腔室、用于化学气相沉积(CVD)的腔室、或用于蚀刻或用于在晶片制造中可能用在晶片上的其它工艺过程的腔室。这类工具允许处理持续不同的时间段，因为在处理晶片时通过机械臂的送入腔室以及从该腔室中的移出是独立于其它因素的并且是由电脑控制的。很显然，处理过程也可以持续相同时间并且按照确定的顺序进行。

现在参见图2，其示出了一种用于处理晶片的工具，其中在一个腔室中晶片的停留时间对于每一个腔室都相同。在这个实施例中，处理器23线性排列并且在这种情况下各腔室彼此相邻定位并且在彼此之上。在末端是提升器25，其将待处理晶片从一个高度移动到另一高度。在入口26处晶片进入并且放置于一支撑件上，当晶片移动穿过系统时保持在支撑件上。在这个系统中的一个实施例中，支撑件提升晶片到处理器中的较高高度，然后晶片在这一高度上一个接一个按顺序移动穿过处理腔室23。提升器25改变晶片的高度然后其沿着另一高度移动，然后又从一个处理腔室穿过接着从下一个处理腔室穿过等等，最后从系统中出来。

现在参见图3，处理腔室31沿传输腔室32线性排列。晶片借助于EFEM(设备前端模块)33或一些等同的进给装置进入系统34。EFEM33包括在其上可以放置FOUP(前端开口标准片盒)的站30。FOUP(未示出)包括一外壳或箱体，晶片容纳于其中并保持清洁同时等待进入处理过程。与EFEM33相关联的也可以是进给机构，其将晶片放入系统中用于处理以及在处理后将晶片从系统中移出临时保存。晶片FOUP置于EFEM上，然后晶片在此处通过托板一个接一个被地从FOUP被传递，该托板在EFEM33中从FOUP举起晶片，接着将晶片送入大气-真空过渡(load lock)室35中从而进入系统。晶片从大气-真空过渡室35沿着传输腔室32行进，它们从传输腔室32传递进处理腔室31。当衬底进入处理腔室后，衬底离开支撑臂并且支靠到腔室内的衬底支撑件上。此刻关闭阀以将处理腔室的气氛与传输腔室的气氛隔开。这允许在处理腔室中做出改变而不污染传输腔室或其它的处理腔室。处理后用于分隔处理腔室和传输腔室的阀打开，并且从处理腔室中移出晶片，将晶片沿着传输腔室32传递到另一个处理腔室进行其他的处理，或者将晶片传递到大气-真空过渡室，晶片从大气-真空过渡室返回到EFEM33上的FOUP中。在这个图中示出了4个处理腔室31。还示出4个处理电源37以及配电单元36。这些件组合起来为系统提供了电力以及为每个独立处理腔室提供了动力。在处理腔室31之上是处理气体柜38和信息处理柜40。通过这些单元使输入系统的信息可控制衬底沿着传输腔室32的运动以及衬底是否要传递到用于进一步处理的处理腔室中。这些单元也提供了在处理腔室中所发生情况的记录。处理过程中提供气体到腔室内以供使用。虽然用于将晶片装入系统并且穿过系统中的各处理站的机械手处理机构被描述为两臂系统，但实际上也可以多于两臂，并且每一个臂可以设置成在传输移动腔室中独立地移动或者一起移动。

系统中的处理腔室可以执行晶片制造所需要的不同工艺。目前许多制造工厂购买专用系统，其中整个系统被专用于溅射或蚀刻工艺。实质上，在其中一个四级或更多级系统能够全部专门用于溅射操作的晶片制造中，会具有足够的溅射步骤或蚀刻步骤。可选的，晶片可以通过一系列的操作被搬运，每个都不相同，但每个都是通往最终工艺所要求的。例如，在一个五步工艺站中，可以合理地预期出后面的顺序。在第一工艺站晶片将会受除气处理；第二站可以是预清洁站；第三溅射站例如用来沉积钛；第四溅射站例如用来沉积镍钒；以及，在第五站可能发生的是金的溅射沉积。

现在参见图4，其中描述的是一个去除了顶盖的三站式系统。此图的目的是提供对传输腔室32的更多理解。待处理晶片在大气-真空过渡室35处进入这个系统。大气-真空过渡室35是一个双级大气-真空过渡室并且能够同时保持和处理两片晶片。一个在较低高度处并且另一个在较高高度处。在大气-真空过渡室处，进入系统的晶片进入真空或受控环境中。同时当已经处理的晶片离开该系统以及该系统内的真空或受控环境时，其经过大气-真空过渡室35并且返回到FOUP中(未在该图中示出)。一旦晶片完成其从非真空氛围到真空氛围的过渡，晶片被举起到臂41上，其移动进入传输腔室32中。一个这种臂是可见的而另一个在左边被第一处理腔室中的部件部分地遮盖。可见的那个臂正将晶片传递到这个处理腔室31中(或可选地正将已经处理过的晶片从该腔室中移出)。臂41在传输腔室内沿着线性轨道43移动。在该实施例中传输腔室32内的轨道将支撑臂41保持在腔室32的底部之上。同时，该图中未示出的驱动机构，穿过腔室32的箱体壁从真空外部进行作用。当需要将臂延伸进入腔室或进入大气-真空过渡室35时，其向臂41提供了大体上的线性运动和旋转运动。于是臂可用于将晶片移入或移出传输腔室32、移入或移出处理腔室31、或者移入或移出大气-真空过渡室35。通过避免与此腔室的基座接触，更少的颗粒被引入以保持环境更加纯净或无颗粒氛围。将结合下面的图显示和讨论这个传输系统的补充细节。虽然该图中示出了两个臂，但是显然，系统可以在导轨上具有比两个多或少的臂并且在任何时候能够一次操作多于两个晶片传输装置。

根据本发明的方法，支撑臂41使用旋转和线性运动的组合以使晶片仅沿线性运动的方式来进行操作。就是说，如图4所示，臂41利用双箭头A标示的线性运动以及由双箭头B标示的旋转运动的组合进行移动。但是，该运动被编程为使得晶片的中心沿直线移动，如虚线BLl、BLm和BL所示。这使得能够使每一个腔室31和大气-真空过渡室35的开口仅仅稍微大于该腔室的直径。这也使得可将任何类型和任何腔室的组合连接到传输腔室32之上，因为臂41的组合线性-弧形运动由可编程的控制器驱动，例如，通过针对任一情况的用户界面UI(图3)。

根据本发明的方法，执行下述工艺来计算由控制器执行的组合线性-弧形的臂运动。确定在晶片位于大气-真空过渡室中时晶片的中心位置。确定晶片位于每一个相连的处理腔室内部时的晶片的中心。确定每一个臂的枢轴点(注意，如以上讨论过的，在一些实施例中，可以使得两个臂的枢轴点重合)。确定传输的顺序，即，每一片晶片是需要在大气-真空过渡室和仅仅一个腔室之间还是在大气-真空过渡室和多个腔室之间移动。这些阀可以利用UI编程到控制器中。然后，计算每一个臂的线性和旋转运动以使得位于每一个臂上的晶片可以在确定的枢轴点和对于大气-真空过渡室和腔室而言确定的中心之间仅作直线运动。

为了在一定程度上简化臂41的组合线性-弧形运动，在一个实施例中实施本发明的下述特征。在图4中，支撑臂41的其中之一，特指在图4中完全暴露的臂41，结合到臂延伸段41’，而另一个臂41直接结合到内部驱动和支撑机构45(又见图5和图6)。在所示实施例中，臂延伸段41’是固定的，即，其仅仅跟随驱动和支撑机构45的线性运动，但其不能旋转。相反，旋转运动仅仅施加给连接在臂延伸段41’末端的臂41。同样，在所示实施例中，臂延伸段41’被连接成使得两个臂41的旋转中心或枢轴点可以做成重合，即，如图所示虚直线BLm穿过两个臂41的旋转中心或枢轴点。此外，如图5所示的实施例所示，臂41可以沿线性方向运动以使得两个臂41旋转中心彼此精确地上下一致。如此设计允许生产完全相同的两个臂41，这样它们将会从相同的枢轴点中心线进行相同的组合线性-弧线运动。

现在参见图5，该图示出了系统34的各部分，而没有盖子封住内部元件，从大气-真空过渡室35开始，继续进入传输腔室32的开端并且包括第一处理腔室31。该图示出了大气-真空过渡室35中的晶片42停留在臂41上。示出的另一臂41延伸进入处理腔室31中。所示的臂，其独立地作用并且可以处于不同的高度，能够在同时延伸进入不同的区域。臂沿传输腔室32将晶片从大气-真空过渡室移动进入系统，然后绕系统从一个处理腔室到另一个处理腔室移动。最终在处理后臂沿传输腔室将晶片移入大气-真空过渡室35然后将其从系统34中移出。当处理完成后，晶片然后从其中收集已处理晶片的大气-真空过渡室处返回到FOUP中。大气-真空过渡室或处理腔室中的晶片通过被举起到与臂41相连的支撑面上来被传递。支撑面上的举针抬起晶片允许臂进入晶片的下方允许臂举起晶片并且将晶片移入系统的下一步骤。可选地，可采用实质上为支架的结构来滑入晶片的下方并且在传输中支撑晶片，以支撑和保持住晶片，并且当从腔室或舱室中带入或取走晶片时从臂41上接受和释放晶片。各臂被定位成穿过彼此上方和下方而不接触并且能够彼此穿过。它们连接于一个内部驱动和支撑机构45。驱动和支撑机构45具有线性驱动轨道，驱动和支撑机构在传输腔室32内沿该线性驱动轨道行进。驱动和支撑机构45的运动通过例如是电机的外部驱动器来完成。一种驱动形式是使驱动和支撑机构45沿驱动轨道46线性运动。另一种是使臂41旋转，以便在将晶片42移入并且穿过系统的期间将臂从传输腔室32延伸进入大气-真空过渡室35或处理腔室31。驱动轨道46内是独立的导轨47(导轨47在图6中有更清楚的表示)，每一个驱动和支撑机构独立跨在导轨上，使得可定位成使每一个臂41与另一个独立地运动和作用。晶片进入处理腔室的运动实质上是从其线性驱动路径平移到腔室中。这会发生是因为在优选的实施例中晶片同时经历两种形式的运动。其同时进行线性和旋转运动。在传输腔室32的真空内使用外部电机或其它形式的驱动机构来驱动此机构会减少封闭真空区域内不必要的颗粒。

现在参见图6，其示出了在本发明优选实施例中使用的驱动系统，在该图中，驱动轨道46的导轨47每一个都是独立可见的。还示出了在支撑臂41其中之一上的一个晶片42。在该图中示出了另一个支撑臂的简单延伸。驱动和支撑机构45，每一个架在导轨47之一上。这有助于将臂41定位不同高度上。位于每一个驱动和支撑机构45的基座上的是磁头或磁耦合从动件48。与磁头48相隔开的是磁驱动器50。磁头48位于传输腔室的真空内并且真空腔室的壁(在图7中表示为53)在每一个磁头48之下穿过并位于磁头48与驱动器50之间。于是驱动器50位于传输腔室32的真空壁的外部。正如已经讨论过的，臂41将晶片42移入并穿过处理系统并且臂41与另一个相独立地运动。这些臂41通过包括驱动器50和磁头48的磁耦合器装置驱动。该耦合器同时对臂41施加线性和旋转运动。驱动器50架在外导轨51上，外导轨51位于真空的外边并且在导轨系统的两边均出现。一套以面对关系可见，而另一套确切的轨道出现在相对的一侧。臂的旋转通过磁耦合器来传递并且由旋转电机52驱动。虽然在该图中所示的磁耦合应用于线性运动和旋转，但是很明显，也可以使用单独的磁耦合器和驱动器。因此，虽然优选通过同一个耦合器来传动线性和旋转运动，但是可以通过单独的耦合器用于线性运动并且另一套用于旋转运动。

描述了一种类型的臂，其可以用于移动和操作晶片穿过在处理站31处包括多个站的传输腔室32，该臂被描述为选择性的顺从铰接组件机械臂，即简称为SCARA机械臂。SCARA系统往往比其欲替代的笛卡尔系统(Cartesian system)更快并更清洁。

同样为了减少和/或消除与磁性驱动系统相关联的负荷因子，可以包括会减小由运动耦合磁铁产生的吸引力的排斥磁铁。用于将旋转和线性运动耦合到真空中的磁铁具有大量的吸引力。这使支撑该部分的机械机构负荷。高负荷意味着低轴承寿命和更多颗粒的产生。通过使用位于磁耦合器或彼此排斥的单独装置中的磁铁，吸引力可以减小。实际上，在磁耦合器中，最内部的磁铁在获得连接刚度方面并不重要。但是这些内部磁铁，可以用于同设在绕耦合器直径的交替N-S位置用于吸引的耦合磁铁产生排斥力。

应当理解如果不考虑封闭腔室内的颗粒灰尘，驱动机构可以包括在封闭腔内部。

现在参见图7，这里示出了轨道和驱动系统的无盖的侧视图。在该图中，示出了在用于驱动和控制臂41的位置的磁耦合器48和50之间的位置的真空壁或真空隔板53。驱动轨道46围住导轨47，其将由外导轨51施加的线性运动提供给驱动和支撑机构45然后提供到臂41。旋转运动由旋转电机52施加。在图7中，标示的Va一侧为真空，而标示At的一侧为大气。如图7所示，磁耦合器50由旋转电机52驱动，并且由于穿过真空隔板53的磁耦合导致耦合器48跟随着相同的旋转运动。但是，由于磁耦合的磁滞，臂旋转运动的精度可能会下降。实际上，由于臂的长度，耦合器48-50中的微小角度误差会导致位于臂41末端的晶片的大的位移。同样，由于臂的长度和重量，以及取决于臂是否支撑晶片而发生的重量的改变，瞬态运动会持续一个不可接受的时间长度。为避免这些问题，减速齿轮(有时称为减速器或齿轮减速器)55加入到耦合器48和旋转耦合器56或臂41之间。齿轮减速器55在输入端被输入磁耦合器48的旋转运动，并且提供输出一个较低旋转速度以使得臂41以低于电机52的旋转速度的旋转速度被启动。在这个优选的例子中，齿轮减速器设置成减速比为50∶1。这极大的增加了臂41角度定位的精确度，减小了瞬态运动，并且减小了驱动组件的惯性运动。

在图7中减速齿轮组件55安装于基座49之上。基座49是非机动化的并且自由地架在线性导轨47之上。另一方面，旋转电机52安装于基座54之上，其利用机械动力架在线性导轨51上。当机械动力线性移动基座54时，位于磁耦合器50和磁从动件48之间的磁耦合将线性运动施加到自由架着的基座49上，从而线性地移动臂41。因此，该装置的优点在于，所有机动化的运动，即，线性和旋转运动，都在大气氛围中进行，而非机动化的系统在真空环境内。对于在大气中进行机动化运动以及在真空中进行自由-非机动化运动的不同实施例将在如下的例子中进行描述。

图7A示出了线性运动组件的一个例子。在图7A中，一个带或链状驱动器连接于基座54。带或链58架在旋转体59上，旋转体之一被电机驱动以将运动施加到箭头C所示的任一方向。为控制线性运动，一编码器57a发送信号到用于识别基座54的线性运动的控制器。例如，编码器57a可以是读取设在线性轨道46上的编码的光学编码器。此外，在电机52上设有旋转编码器47b并且该旋转编码器也发送旋转运动的编码到控制器。这些旋转和线性运动的读取可以用于控制臂41的旋转和线性运动，使得晶片的中心线仅沿直线移动。

图7B是图4中A-A线的剖视图，说明了线性运动组件的另一个实施例。在图7C中，驱动轨道46支撑导轨47，导轨上跨有轮子61和62。这些轮子可以磁化以提供改进的牵引力。轮子61，62连接于基座54，其上安装旋转电机52。线性电机63安装于基座54的下部并且与安装于驱动轨道46上的磁铁64的阵列相互作用。线性电机63与磁体64相互作用以施加线性运动力以在纸面向里或纸面向外的方向上移动基座54。基座54的线性运动通过编码器57b监控和报告，其读取设在轨道46上的位置/运动编码57c。在这个具体的例子中，编码器57b具有千分之五英寸的精度。

图7C是说明大气中线性轨道和真空中线性轨道的一个实施例的剖视图。真空侧用VA表示，而大气侧用AT表示，并且真空隔板53与腔室壁32一起将两侧隔开。在大气侧，导向架61跨在线性轨道47上。因为这一侧是大气，颗粒的产生不像在真空侧那么重要。所以，导向架61可以包括轮子或可以简单地由例如特氟隆这样的滑动材料制成。基座54连接导向架61并且支撑使磁耦合器50旋转的旋转电机。在真空侧，使得线性轨道78接受滑动轴承73，滑动轴承通过耦合器72与基座70相连。这些可以用不锈钢制成并且应该制作得使颗粒的产生最少。此外，提供盖子74和76以保持轴承组件范围内产生的任何颗粒。基座70延伸超出轴承组件并且支撑齿轮减速器55，其与磁从动件48连接。

图7D是说明大气中线性轨道和真空中线性轨道的另一个实施例的剖视图。在图7D中大气侧可以构造成与图7C中相同。但是，为了使真空侧的污染最小化，利用磁悬浮装置代替滑动轴承。如图7D中所示，有源电磁组件80与永磁体82结合以形成磁悬浮并且允许基座70的自由线性运动。特别地，永磁铁82保持一定距离84并且不与电磁组件80接触。当基座54和导向架61一起线性运动时，耦合器50和从动件48之间的磁耦合将线性运动施加到悬浮的基座70。同样的，耦合器50的旋转导致从动件48的旋转，其将旋转传到齿轮减速器55。

现在参见图8，其中示出了根据本发明的处理系统。在图3的情况下，EFEM33接受并且存储晶片用于准备进入包括处理腔室31的系统34，在本实施例中是想要在其中发生溅射沉积的腔室，通过传递晶片首先进入大气-真空过渡室35然后沿传输或传递腔室32而进入。处理过的晶片然后沿传输腔室32送回到大气-真空过渡室35中然后从系统中出来到EFEM33中。

现在参见图9，其示出了根据本发明的八站式处理系统。EFEM33装入晶片到大气-真空过渡室35中。接着晶片沿传输腔室32移动然后从传输腔室32到处理腔室31中。在这个图中传输腔室都位于中央区域并且处理腔室31位于外侧。在图10中处理部分都是线性排列的以使得一套处理腔室是下一套的重复。这样，系统的处理腔室表现为平行排列。

可以很容易地设想到其它的改变。例如，取代图9和图10中的列队排列的处理腔室，处理腔室可以一套位于另一套之上或这一套跟随另一套而布置。如果一套跟着另一套对齐，这些套可以列队排列成使第二套继续跟着第一套排列或可选地第二套可以与第一套成一定夹角放置。由于传输腔室可以进给晶片到腔室的每一侧，两套处理器可以围绕单个传输腔室设置并且由同一个传输腔室来进给(见图11A，其中为与前图中讨论的相同部件分配同样的附图标记。注意到加入到图11A和11B中的是阀39，其将上面已经讨论过的处理腔室31与传输腔室32分隔开)。如果第二套处理腔室是第一套的继续，这往往有利于沿系统放置附加的大气-真空过渡室。当然可以将EFEM加入到远端并且在EFEM之前放置一个大气-真空过渡室以使得晶片能够沿直线从一端进入并且从另一端离开(见图11B，其中为与前图中相同的部件分配相同的附图标记)。对于后者的情形，晶片可以被编程以进入或离开任一或两端。也可沿传输腔室按不规则间隔或使处理腔室之间具有空间地定位各处理腔室。在这种排列中关键特征将会是传输腔室的定位以便于其能按需要并且由系统的计算机引导而将晶片装入单个处理腔室中。

虽然描述了腔室处于真空氛围下，但实际上在一些情况下在所容纳区域内包括某种气体或其它液体是有利的。相应地这里使用的术语真空应该解释成独立的环境包含例如是可能是在整个系统中使用的特殊气体。

在图1中，集群工具包括7个处理腔室。在图9中公开的系统包括8个处理腔室。图1中带外设的工具的总占地面积为大约38m²。图9(具有附加处理腔室和外设)中的工具的总占地面积为23m²。这样如果使用按照本发明的线性排列，具有多个腔室的系统的占用空间要低得多。在很大程度上，这种改进是通过利用改进的装片系统(如图9中所示的传输腔室32)来完成的，相比于图1中那个类型的系统使用中央部件来完成。

本发明的线性结构是非常灵活的并且使其适应于多种衬底尺寸和形状。用于半导体制造的晶片通常为圆形并且直径大约为200或300mm。半导体工艺通常尝试在每块晶片上获得尽量多的器件并且不断地采用越来越大的晶片尺寸，从75mm、100mm、200mm到300mm，并一直努力开发直径450mm的晶片。由于特殊结构，晶片厂洁净室所需地面空间不会增长到像具有位于外围的处理腔室的集群工具那样大。

进一步如果需要增加集群工具类型(图1)的尺寸以增加产量，则总尺寸的增加要提高功率，然而，本申请中描述的系统的尺寸的增加是单向的，即，系统的长度增加以及宽度同时保持不变。在类似的工艺中，例如铝工艺，对利用图9中描述的系统类型在相同时间段内的产量而言，其比图1中设备占地面积更小，但图9的设备生产几乎两倍于(快速计算大约为170％)图1中系统的晶片。于是相对于现有技术的工艺，所公开的本系统每单位洁净室面积的晶片产量具有相当大的改进。这显然达到了晶片制造中降低费用的目标。

该系统的设计不限于圆形衬底。如果衬底为矩形，则使用将晶片沿弧线路径移动的集群工具是尤其不利的，因为该工具将需要调整尺寸到能处理内接该实际矩形衬底形状的一个圆形衬底；然而，线性工具在任何该方向上就不需要大于通过实际形状所需的大小。例如，处理300mm方形衬底时，集群工具需要调整尺寸到能处理424mm的圆形衬底，而线性工具不需要大于对300mm圆形衬底而言所需的尺寸。

同样传输腔室32的尺寸仅需要提供移动衬底所需空间，而不管晶片的一些其它部件，沿着进入腔室通过并进入处理腔室，然后从处理腔室中离开系统。这样此腔室的宽度应该比待处理衬底的尺寸稍微大一些。但是，较小的组件也可以在系统中处理，并且可以在衬底支架上作为多个一起进行处理。

虽然本发明按照采用特定材料和特定步骤的示例性实施例进行了讨论，本领域技术人员应该理解的是，可对这些特定实例做出变化和/或使用这些变化，并且这些结构和方法由所述和所示实例以及对于操作的讨论来理解，以便于在不脱离附加的权利要求所确定的发明范围内做出修改。

Claims (19)

1.一种衬底处理系统，包括：

具有真空部分和大气部分的狭长衬底传递腔室；

在真空部分连接在传递腔室上的第一线性轨道；

在大气部分连接在传递腔室上的第二线性轨道；

线性地架于第一线性轨道上的第一基座；

线性地架于第二线性轨道上的第二基座；

减速器，其安装于该第一基座上并具有磁耦合从动件作为其输入端以及在其输出端提供较低转速；

旋转电机，其安装于该第二基座上，并且使磁性驱动器旋转，该磁性驱动器穿过真空隔板将旋转运动施加到该磁耦合从动件；以及，

机械臂，其连接到该减速器的输出端。

2.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其特征在于，进一步包括连接到该第二基座上的线性电机。

3.根据权利要求2所述的衬底处理系统，其特征在于，进一步包括连接到该第二基座的线性运动编码器以及连接到该旋转电机的旋转编码器。

4.根据权利要求3所述的衬底处理系统，其特征在于，进一步包括连接到该第二基座的磁化轮。

5.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其特征在于，进一步包括：

线性地架于第一线性轨道上的第三基座；

线性地架于第二线性轨道上的第四基座；

第二减速器，其安装于第三基座上，并且具有第二磁耦合从动件作为其输入端以及在其输出端提供较低转速；

第二旋转电机，其安装于第四基座上，并且使第二磁性驱动器旋转，该第二磁性驱动器穿过第二真空隔板将旋转运动施加到第二磁耦合从动件；以及，

第二机械臂，其连接到该第二减速器的输出端。

6.根据权利要求5所述的衬底处理系统，其特征在于，进一步包括一臂延伸段，其连接在该机械臂和该减速器之间，以使得该机械臂的旋转轴与该第二机械臂的旋转轴重合。

7.根据权利要求1所述的衬底处理系统，其特征在于，该第一线性轨道包括磁悬浮组件。

8.一种衬底处理系统，包括：

具有真空部分和大气部分的狭长衬底传递腔室；

在真空部分连接在传递腔室上的第一线性轨道；

在大气部分连接在传递腔室上的第二线性轨道；

自由架于该第一线性轨道上的非机动化基座；

线性地架于该第二线性轨道上的机动化基座；

减速器，其安装于该非机动化基座上，并具有磁耦合从动件作为其输入端以及在其输出端提供较低转速；

旋转电机，其安装于该机动化基座上，并且使磁性驱动器旋转，该磁性驱动器穿过真空隔板将旋转运动施加到该磁耦合从动件；以及，

机械臂，其连接到该减速器的输出端。

9.根据权利要求8所述的衬底处理系统，其特征在于，进一步包括：

大气-真空过渡室开口；

多个处理腔室开口；以及，

控制器，其被编程，以启动该机动化基座和旋转电机进行线性和旋转运动的组合运动，以使得位于该机械臂上的衬底在大气-真空过渡室开口和处理腔室开口之间仅沿直线运动。

10.根据权利要求8所述的衬底处理系统，其特征在于，该机动化基座包括线性电机。

11.根据权利要求8所述的衬底处理系统，其特征在于，该非机动化基座包括磁悬浮装置。

12.根据权利要求10所述的衬底处理系统，其特征在于，进一步包括连接到该机动化基座的线性运动编码器以及连接到该旋转电机的旋转编码器。

13.根据权利要求8所述的衬底处理系统，其特征在于，进一步包括：

线性地架于第一线性轨道上的第二非机动化基座；

架于第二线性轨道上的第二机动化基座；

第二减速器，其安装于该第二非机动化基座上，并具有一第二磁耦合从动件作为其输入端以及在其输出端提供较低转速；

第二旋转电机，其安装于第二机动化基座上，并且使第二磁性驱动器旋转，该第二磁性驱动器穿过第二真空隔板将旋转运动施加到第二磁耦合从动件；以及，

第二机械臂，其连接到该第二减速器的输出端。

14.根据权利要求13所述的衬底处理系统，其特征在于，第二机械臂连接到第二减速器以使得其可以在机械臂下方线性通过。

15.根据权利要求14所述的衬底处理系统，其特征在于，当第二机械臂位于该机械臂下方时，该机械臂的旋转轴与该第二机械臂的旋转轴重合。

16.根据权利要求13所述的衬底处理系统，其特征在于，进一步包括一臂延伸段，其连接于第二机械臂和第二减速器之间以使得该第二机械臂可以在该机械臂上方线性通过。

17.根据权利要求16所述的衬底处理系统，其特征在于，臂延伸段是固定的并且不可移动。

18.一种通过抽空的传递腔室从大气-真空过渡室传输晶片到处理腔室的方法，包括：

在传递腔室中提供一机械臂；

穿过真空隔板磁耦合线性运动到机械臂；

穿过真空隔板磁耦合旋转运动到机械臂；

在该抽空的传递腔室中降低旋转运动的速度。

19.权利要求18中所述的方法，其特征在于，进一步包括：

确定当晶片位于大气-真空过渡室中时被定义为晶片中心的第一中心点；

确定当晶片位于处理腔室中时被定义为晶片中心的第二中心点；

确定机械臂枢轴点的位置；以及，

计算机械臂的线性和旋转运动的组合以使得位于机械臂上的晶片在大气-真空过渡室和处理腔室之间仅沿直线移动。

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