CN102176425B - 笛卡尔机械臂群集工具架构 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种使用多腔室制程系统来处理基材的方法及设备，该系统具有增加的产能、增强的系统可靠度、改善的器件合格率表现、可重复性更高的晶片制程历史、以及较小的占地面积(footprint)。该群集工具的各种实施例可使用以平行制程配置法配置的两个或多个机械臂，以在留置在所述制程架内的各个制程腔室间传送基材，因而可执行预期的制程程序。在一个方面中，该平行制程配置法包含两个或多个机械臂组件，该组件适于在垂直和水平方向上移动，以存取留置在所述制程架内的各个制程腔室。在一个实施例中，机械臂叶片适于限制基材，使得传送过程期间该基材所经历的加速不会使该机械臂叶片上的基材位置改变。

Description

笛卡尔机械臂群集工具架构
本发明专利申请是国际申请号为PCT/US2006/013164，国际申请日为2006年4月7日，进入中国国家阶段的申请号为200680013355.8，名称为“笛卡尔机械臂群集工具架构”的发明专利申请的分案申请。
技术领域
本发明的实施例大体来说是有关于一种整合式制程系统，该系统含有能够同步处理多个基材的多个制程站及机械臂。
背景技术
形成电子器件的制程通常是在受控制的制程环境下在拥有连续处理基材(例如半导体晶片)的能力的多腔室制程系统(例如，群集工具)内完成。典型用来沉积(即涂布)和显影光阻材料的群集工具一般称为自动化光阻涂布及显影工具(track lithography tool)，或用来执行半导体清洁制程，一般称为湿式/清洁工具，典型的群集工具包含容纳至少一个基材传送机械臂的主架构，该机械臂在晶片盒/晶片匣安装装置和与该主架构连接的多个制程腔室间传送基材。群集工具通常是经使用而使基材可在受控制的制程环境下以可重复方式处理。受控制的制程环境具有许多好处，包含在传送期间及在完成各种基材制程步骤期间最小化基材表面的污染。在受控制环境下处理因而可减少缺陷的产生并改善元件合格率。
基材制造制程的有效性通常是由两个相关且重要的因素来权衡，即器件合格率和持有成本(cost of ownership，CoO)。这些因素是重要的，因为这些因素直接影响电子器件的生产成本，从而影响到器件制造商的市场竞争力。CoO虽然受多种因素影响，但是CoO大幅度地受到系统和腔室产能影响，简言之即每小时利用预期制程程序处理的基材数量。制程程序一般定义为在该群集工具中的一个或多个制程腔室内完成的器件制造步骤或制程配方步骤的程序。制程程序一般可含有若干基材(或晶片)电子器件制造制程步骤。在降低CoO的努力下，电子器件制造商通常花费许多时间尝试最佳化制程程序和腔室制程时间，以在群集工具构架限制及腔室制程时间给定的情况下达到可能的最大基材产能。在自动化光阻涂布及显影式群集工具中，因为腔室制程时间往往较短(例如，约1分钟即可完成该制程)，但需要完成典型制程程序的制程步骤数量很多，所以用来完成该制程程序的大部分时间是耗费在在各个制程腔室间传送所述基材。典型的自动化光阻涂布及显影制程程序一般包含如下步骤：在基材表面上沉积一个或多层均匀的光阻(或阻抗)层，然后将该基材传送出该群集工具至分离的步进机或扫描工具，以藉由将该光阻层暴露在光阻调整电磁辐射下来图案化该基材表面，接着显影该图案化的光阻层。若群集工具内的基材产能不受机械臂限制的话，则最长的制程配方步骤一般会限制该制程程序的产能。这通常不会发生在自动化光阻涂布及显影制程程序中，因为该程序具有短的制程时间和大量的制程步骤。常规制造制程的典型系统产能，例如执行典型制程的自动化光阻涂布及显影工具，一般是每小时100-120片基材间。
CoO计算中的其他重要因素是系统可靠度和系统工作时间。这些因素对于群集工具的收益性和/或有效性是很重要的，因为系统无法处理基材的时间越长，使用者损失的金钱就越多，肇因于在群集工具中处理基材的机会的丧失。因此，群集工具使用者和制造商花费许多时间试图研发拥有增加的工作时间的可靠的制程、可靠的硬件和可靠的系统。
产业对于缩小半导体器件尺寸以改善器件处理速度并减少器件生热的努力反而降低了产业对于制程变异的容忍度。为了最小化制程变异，自动化光阻涂布及显影制程程序的重要因素是确保行经群集工具的每一个基材皆拥有相同的“晶片史(wafer history)”的问题。基材的晶片史通常是由制程工程师监控及控制，以确保后来可能会影响器件效能的所有器件制造制程变量皆受到控制，而使相同批次内的所有基材总是以相同方式处理。为确保每一个基材皆拥有相同的“晶片史”，需要使每一个基材经受相同的可重复的基材制程步骤(例如一致的涂布制程、一致的硬烤制程、一致的冷却制程等等)，并且每一个基材在各个制程步骤间的时间是相同的。光刻式器件制造制程对于制程配方变量和配方步骤间的时间的变异可以是非常敏感的，这些变异直接影响制程变异，并且最终影响到器件效能。因此，需要一种能够执行最小化制程变异和制程步骤间的时间变异的制程程序的群集工具及支持设备。此外，也需要能够执行给予均匀且可重复的制程结果，同时达到预期基材产能的器件制造制程的群集工具及支持设备。
因此，存在有对于一种系统、一种方法和一种设备的需要，该系统、方法和设备可处理基材而使该基材符合所要求的器件效能目标并增加系统产能，因此降低制程程序CoO。
发明内容
本发明大体来说提供一种处理基材的群集工具，包含第一制程架，含有第一组制程腔室，该第一组制程腔室具有垂直堆迭的两个或多个基材制程腔室，以及第二组制程腔室，该第二组制程腔室具有垂直堆迭的两个或多个基材制程腔室，其中该第一及第二组的两个或多个基材制程腔室具有沿着第一方向排列的第一侧，第一机械臂组件，该第一机械臂组件适于传送基材至该第一制程架中的基材制程腔室，其中该第一机械臂组件包含第一机械臂，该第一机械臂具有拥有基材容纳表面的机械臂叶片，其中该第一机械臂是适于将基材设置在通常容纳在第一平面内的一个或多个点上，其中该第一平面与该第一方向以及和该第一方向垂直的第二方向平行，第一移动组件，具有适于将该第一机械臂设置在通常与该第一平面垂直的第三方向上的促动器组件，以及第二移动组件，具有适于将该第一机械臂设置在通常与该第一方向平行的方向上的促动器组件，以及传送区域，在传送区域中容纳该第一机械臂，其中当该基材被设置在该机械臂叶片的基材容纳表面上时，该传送区域的宽度与该第二方向平行且比该第二方向的基材尺寸大约5％至约50％。
本发明的实施例进一步提供一种处理基材的群集工具，包含第一制程架，该第一制程架含有具有垂直堆迭的两个或多个基材制程腔室的两个或多个组，其中该两个或多个组的两个或多个基材制程腔室具有沿着第一方向排列的第一侧，以通过该第一侧存取所述基材制程腔室，第二制程架，该第二制程架含有具有垂直堆迭的两个或多个基材制程腔室的两个或多个组，其中该两个或多个组的两个或多个基材制程腔室具有沿着第一方向排列的第一侧，以通过该第一侧存取所述基材制程腔室，第一机械臂组件，设置在该第一制程架和该第二制程架间，该第一机械臂组件适于将基材从该第一侧传送至该第一制程架中的基材制程腔室，其中该第一机械臂组件包含机械臂，该机械臂适于将基材设置在通常容纳在水平面内的一个或多个点上，垂直移动组件，具有适于将该机械臂设置在通常与该垂直方向平行的方向上的马达，以及水平移动组件，具有适于将该机械臂设置在通常与该第一方向平行的方向上的马达，第二机械臂组件，设置在该第一制程架和该第二制程架间，该第二机械臂组件适于将基材从该第一侧传送至该第二制程架中的基材制程腔室，其中该第二机械臂组件包含机械臂，该机械臂适于将基材设置在通常容纳在水平面内的一个或多个点上，垂直移动组件，具有适于将该机械臂设置在通常与该垂直方向平行的方向上的马达，以及水平移动组件，具有适于将该机械臂设置在通常与该第一方向平行的方向上的马达，以及第三机械臂组件，设置在该第一制程架和该第二制程架间，该第三机械臂组件适于将基材从该第一侧传送至该第一制程架中的基材制程腔室或从该第一侧传送至该第二制程架中的基材制程腔室，其中该第三机械臂组件包含机械臂，该机械臂适于将基材设置在通常容纳在水平面内的一个或多个点上，垂直移动组件，具有适于将该机械臂设置在通常与该垂直方向平行的方向上的马达，以及水平移动组件，具有适于将该机械臂设置在通常与该第一方向平行的方向上的马达。
本发明的实施例进一步提供一种处理基材的群集工具，包含第一制程架，该第一制程架含有具有两个或多个垂直堆迭的基材制程腔室的两个或多个组，其中该两个或多个组的两个或多个垂直堆迭的基材制程腔室具有沿着第一方向排列的第一侧，以通过该第一侧存取所述基材制程腔室，以及沿着第二方向排列的第二侧，以通过该第二侧存取所述基材制程腔室，第一机械臂组件，适于将基材从该第一侧传送至该第一制程架中的基材制程腔室，其中该第一机械臂组件包含第一机械臂，该第一机械臂适于将基材设置在通常容纳在水平面内的一个或多个点上，垂直移动组件，具有适于将该第一机械臂设置在通常与该垂直方向平行的方向上的马达，以及水平移动组件，具有适于将该第一机械臂设置在通常与该第一方向平行的方向上的马达，以及第二机械臂组件，适于将基材从该第二侧传送至该第一制程架中的基材制程腔室，其中该第二机械臂组件包含第二机械臂，该第二机械臂适于将基材设置在通常容纳在水平面内的一个或多个点上，垂直移动组件，具有适于将该第二机械臂设置在通常与该垂直方向平行的方向上的马达，以及水平移动组件，具有适于将该第二机械臂设置在通常与该第二方向平行的方向上的马达。
本发明的实施例进一步提供一种处理基材的群集工具，包含设置在群集工具内的两个或多个基材制程腔室，第一机械臂组件，该第一机械臂组件适于将基材传送至该两个或多个基材制程腔室，其中该第一机械臂组件包含第一机械臂，该第一机械臂适于将基材设置在第一方向上，其中该第一机械臂包含机械臂叶片，具有第一端及基材容纳表面，其中该基材容纳表面适于容纳并传送基材，第一连接构件，该第一连接构件具有第一枢轴点及第二枢轴点，马达，在该第二枢轴点处与该第一连接构件旋转连接，第一齿轮(gear)，与该机械臂叶片的第一端连接并在该第一枢轴点处与该第一连接构件旋转连接，以及第二齿轮，与该第一齿轮旋转连接并与该第一连接构件的第二枢轴点同心对齐，其中该第二齿轮对该第一齿轮的齿轮比介于约3∶1至约4∶3间，第一移动组件，适于将该第一机械臂设置在通常与该第一方向垂直的第二方向上，以及第二移动组件，具有适于将该第一机械臂设置在通常与该第二方向垂直的第三方向上的马达。
本发明的实施例进一步提供一种处理基材的群集工具，包含第一制程架，该第一制程架含有具有两个或多个垂直堆迭的基材制程腔室的两个或多个组，其中该两个或多个组的两个或多个垂直堆迭的基材制程腔室具有沿着第一方向排列的第一侧，以通过该第一侧存取所述基材制程腔室，以及沿着第二方向排列的第二侧，以通过该第二侧存取所述基材制程腔室，第一机械臂组件，适于将基材从该第一侧传送至该第一制程架中的基材制程腔室，其中该第一机械臂组件包含第一机械臂，该第一机械臂适于将基材设置在通常容纳在水平面内的一个或多个点上，垂直移动组件，具有适于将该第一机械臂设置在通常与该垂直方向平行的方向上的马达，以及水平移动组件，具有适于将该第一机械臂设置在通常与该第一方向平行的方向上的马达，以及第二机械臂组件，适于将基材从该第二侧传送至该第一制程架中的基材制程腔室，其中该第二机械臂组件包含第二机械臂，该第二机械臂适于将基材设置在通常容纳在水平面内的一个或多个点上，垂直移动组件，具有适于将该第二机械臂设置在通常与该垂直方向平行的方向上的马达，以及水平移动组件，具有适于将该第二机械臂设置在通常与该第二方向平行的方向上的马达。
本发明的实施例进一步提供一种处理基材的群集工具，包含设置在群集工具内的两个或多个基材制程腔室，第一机械臂组件，该第一机械臂组件适于将基材传送至该两个或多个基材制程腔室，其中该第一机械臂组件包含第一机械臂，该第一机械臂适于将基材设置在第一方向上，其中该第一机械臂包含机械臂叶片，具有第一端及基材容纳表面，其中该基材容纳表面适于容纳并传送基材，第一连接构件，该第一连接构件具有第一枢轴点及第二枢轴点，马达，在该第二枢轴点处与该第一连接构件旋转连接，第一齿轮，与该机械臂叶片的第一端连接并在该第一枢轴点处与该第一连接构件旋转连接，以及第二齿轮，与该第一齿轮旋转连接并与该第一连接构件的第二枢轴点同心对齐，其中该第二齿轮对该第一齿轮的齿轮比介于约3∶1至约4∶3间，第一移动组件，该第一移动组件适于将该第一机械臂设置在通常与该第一方向垂直的第二方向上，以及第二移动组件，具有适于将该第一机械臂设置在通常与该第二方向垂直的第三方向上的马达。
本发明的实施例进一步提供一种在群集工具内传送基材的设备，包含第一机械臂，该第一机械臂适于将基材设置在通常容纳在第一平面内的一个或多个点上，垂直移动组件，包含滑轨组件，该滑轨组件含有与垂直定位的线性轨道连接的块状物(block)，支撑板，与该块状物和该第一机械臂连接，以及促动器，该促动器适于沿着该线性轨道将该支撑板垂直设置在垂直位置上，以及水平移动组件，该水平移动组件与该垂直移动组件连接，并具有水平促动器，该水平促动器适于在水平方向上设置该第一机械臂和该垂直移动组件。
本发明的实施例进一步提供一种在群集工具内传送基材的设备，包含第一机械臂，该第一机械臂适于将基材设置在通常容纳在第一平面内的一个或多个点上，垂直移动组件，包含促动器组件，该促动器组件适于垂直设置该第一机械臂，其中该促动器组件进一步包含垂直促动器，该垂直促动器适于垂直设置该第一机械臂，以及垂直滑轨，该垂直滑轨适于在该垂直促动器调动该第一机械臂时引导该第一机械臂，围封，具有一个或多个形成内部区域的壁，该内部区域围绕至少一个是选自垂直促动器和该垂直滑轨的零组件，以及风扇，与该内部区域流体连通，该风扇适于在该围封内产生负压，以及水平移动组件，具有水平促动器和水平引导构件，该水平促动器和该水平引导构件适于在通常与该第一制程架的第一侧平行的方向上设置该第一机械臂。
本发明的实施例进一步提供一种在群集工具内传送基材的设备，包含第一机械臂组件，该第一机械臂组件适于将基材设置在第一方向上，其中该第一机械臂组件包含机械臂叶片，具有第一端及基材容纳表面，第一连接构件，该第一连接构件具有第一枢轴点及第二枢轴点，第一齿轮，与该机械臂叶片的第一端连接并在该第一枢轴点处与该第一连接构件旋转连接，第二齿轮，与该第一齿轮旋转连接并与该第一连接构件的第二枢轴点对齐，以及第一马达，与该第一连接构件旋转连接，其中该第一马达适于藉由相对于该第二齿轮旋转该第一连接构件和第一齿轮来设置该基材容纳表面，第一移动组件，该第一移动组件适于将该第一机械臂设置在通常与该第一方向垂直的第二方向上，以及第二移动组件，该第二移动组件适于将该第一机械臂设置在通常与该第二方向垂直的第三方向上。
本发明的实施例进一步提供一种在群集工具内传送基材的设备，包含第一机械臂组件，该第一机械臂组件适于将基材设置在通常容纳在第一平面内的沿着弧形的一个或多个点上，其中该第一机械臂组件包含机械臂叶片，具有第一端及基材容纳表面，以及马达，该马达与该机械臂叶片的第一端旋转连接，第一移动组件，该第一移动组件适于将该第一机械臂设置在通常与该第一平面垂直的第二方向上，其中该第一移动组件包含促动器组件，该促动器组件适于垂直设置该第一机械臂，其中该促动器组件进一步包含垂直促动器，该垂直促动器适于垂直设置该第一机械臂，以及垂直滑轨，该垂直滑轨适于在该垂直促动器调动该第一机械臂时引导该第一机械臂，围封，具有一个或多个形成内部区域的壁，该内部区域围绕至少一个是选自垂直促动器和该垂直滑轨的零组件，以及风扇，与该内部区域流体连通，并适于在该围封内产生负压，以及第二移动组件，具有第二促动器，该第二促动器适于将该第一机械臂设置在通常与该第二方向垂直的第三方向上。
本发明的实施例进一步提供一种在群集工具内传送基材的设备，包含第一机械臂组件，该第一机械臂组件适于将基材设置在第一方向上，其中该第一机械臂组件包含机械臂叶片，具有第一端及基材容纳表面，第一齿轮，与该机械臂叶片的第一端连接，第二齿轮，与该第一齿轮旋转连接，以及第一马达，与该第一齿轮旋转连接，以及第二马达，与该第二齿轮旋转连接，其中该第二马达适于相对于该第一齿轮旋转该第二齿轮，以创造出可变齿轮比，以及第一移动组件，该第一移动组件适于将该第一机械臂设置在通常与该第一方向垂直的第二方向上。
本发明的实施例进一步提供一种传送基材的设备，包含基座，具有基材支撑表面，反应构件，设置在该基座上，接触构件，与适于将基材朝向该反应构件推动的促动器连接，以及制动构件，该制动构件在该接触构件经设置来将该基材朝向该反应构件推动时适于一般性地抑制该接触构件的移动。
本发明的实施例进一步提供一种传送基材的设备，包含基座，具有支撑表面，反应构件，设置在该基座上，促动器，与该基座连接，接触构件，与该促动器连接，其中该促动器适于将该接触构件朝向设置在该支撑表面上，并且由该反应构件支撑边缘的基材的边缘推动，制动构件组件，包含制动构件，以及制动促动构件，其中该制动促动构件适于将该制动构件朝向该接触构件推动，以创造出在基材传送期间一般性地抑制该接触构件移动的限制力。
本发明的实施例进一步提供一种传送基材的设备，包含基座，具有支撑表面，反应构件，设置在该基座上，接触构件组件，包含促动器，以及接触构件，具有基材接触表面和顺应构件(compliant member)，该顺应构件设置在该接触表面和该促动器间，其中该促动器适于将该接触表面朝向倚靠该反应构件表面设置的基材推动，以及制动构件组件，包含制动构件，以及制动促动构件，适于将该制动构件朝向该接触构件推动，以抑制基材传送期间该接触构件的移动，以及感应器，与该接触构件连接，其中该感应器适于感应该接触表面的位置。
本发明的实施例进一步提供一种传送基材的设备，包含机械臂组件，含有第一机械臂，该第一机械臂适于在第一方向上传送设置在机械臂叶片上的基材，第一移动组件，具有促动器，该促动器适于将该第一机械臂设置在第二方向上，以及第二移动组件，与该第一移动组件连接并具有第二促动器，该第二促动器适于将该第一机械臂及该第一移动组件设置在通常与该第二方向垂直的第三方向上，以及基材抓取装置，与该机械臂叶片连接，其中该基材抓取装置适于支撑基材，并含有反应构件，设置在该机械臂叶片上，促动器，与该机械臂叶片连接，接触构件，与该促动器连接，其中该促动器适于藉由将该接触构件朝向设置在该接触构件和该反应构件间的基材的边缘推动而限制基材，以及制动构件组件，包含制动构件，以及制动促动构件，适于将该制动构件朝向该接触构件推动，以在基材传送期间抑制该接触构件的移动。
本发明的实施例进一步提供一种传送基材的方法，包含将基材设置在基材支撑装置上，介于设置在该基材支撑装置上的基材接触构件及反应构件之间，利用促动器来产生基材抓持力，该促动器将该基材接触构件朝向该基材推动，并将该基材朝向该反应构件推动，以及产生抑制力，该抑制力适于在传送基材期间利用制动组件抑制该基材接触构件的移动。
本发明的实施例进一步提供一种传送基材的方法，包含将基材设置在基材支撑装置上，介于设置在该基材支撑装置上的基材接触构件及反应构件之间，将具有连接件的促动器与该基材接触构件连接，而使该连接件将该促动器和该基材接触构件连接，利用促动器施加抓持力至该基材，该促动器将该基材接触构件朝向该基材推动，并将该基材朝向该反应构件推动，将能量储存在顺应构件中，该顺应构件设置在该基材接触构件和该连接件之间，在施加该抓持力之后抑制该连接件的移动，以最小化传送基材期间该抓持力的变异量，以及藉由感应该基材接触表面因为储存在该顺应构件中的能量的减少的移动来感应该基材的移动。
本发明的实施例进一步提供一种传送基材的方法，包含将设置在第一制程腔室中的基材接收在机械臂基材支撑上，其中接收该基材的步骤包含将基材设置在该机械臂基材支撑上，介于设置在该机械臂基材支撑上的基材接触构件及反应构件之间，利用促动器产生基材抓持力，该促动器将该基材接触构件朝向该基材推动，并将该基材朝向该反应构件推动，以及设置制动组件，以在传送基材期间产生抑制该基材接触构件移动的抑制力，以及利用第一机械臂组件将该基材和该机械臂基材支撑从该第一制程腔室内的位置传送至第二制程腔室内的位置，该第二制程腔室是沿着第一方向设置在与该第一制程腔室有一段距离处，该第一机械臂组件适于将该基材设置在该第一方向的预期位置上，并且设置在第二方向的预期位置上，其中该第二方向通常与该第一方向垂直。
本发明的实施例进一步提供一种在群集工具中传送基材的方法，包含利用第一机械臂组件将基材传送至沿着第一方向设置的第一制程腔室阵列，该第一机械臂组件适于将该基材设置在该第一方向的预期位置上，并且设置在第二方向的预期位置上，其中该第二方向通常与该第一方向垂直，利用第二机械臂组件将基材传送至沿着该第一方向设置的第二制程腔室阵列，该第二机械臂组件适于将该基材设置在该第一方向的预期位置上，并且设置在该第二方向的预期位置上，以及利用第三机械臂组件将基材传送至沿着该第一方向设置的第一及第二制程腔室阵列，该第三机械臂组件适于将该基材设置在该第一方向的预期位置上，并且设置在该第二方向的预期位置上。
本发明的实施例进一步提供一种在群集工具中传送基材的方法，包含利用第一机械臂组件将基材从第一透通腔室传送至沿着第一方向设置的第一制程腔室阵列，该第一机械臂组件适于将该基材设置在该第一方向的预期位置上，并且设置在第二方向的预期位置上，其中该第二方向通常与该第一方向垂直，利用第二机械臂组件将基材从该第一透通腔室传送至该第一制程腔室阵列，该第二机械臂组件适于将该基材设置在该第一方向的预期位置上，并且设置在第二方向的预期位置上，以及利用设置在前端组件内的前端机械臂将基材从基材匣传送至该第一透通腔室，其中该前端组件实质上与含有该第一制程腔室阵列、该第一机械臂组件和该第二机械臂组件的传送区域毗邻。
附图说明
因此可以详细了解上述本发明的特征的方式，即对本发明更明确的描述，简短地在前面概述过，可以藉由参考实施例来得到，其中某些在附图中示出。但是需要注意的是，附图只示出本发明的一般实施例，因此不应被认为是对本发明范围的限制，因为本发明可允许其他等效实施例。
图1A是示出本发明的群集工具的一个实施例的等角视图；
图1B是根据本发明的图1A所示的制程系统的平面图；
图1C是示出根据本发明的第一制程架60的一个实施例的侧视图；
图1D是示出根据本发明的第二制程架80的一个实施例的侧视图；
图1E是根据本发明的图1B所示的制程系统的平面图；
图1F示出可与在此所述的群集工具的各个实施例并用的含有若干制程配方步骤的制程程序的一个实施例；
图1G是示出图1B所示的制程系统的平面图，并示出依循图1F所示的制程程序的穿过该群集工具的基材传送路径；
图2A是根据本发明的制程系统的平面图；
图2B是图2A所示的根据本发明的制程系统的平面图；
图2C是图2B所示的制程系统的平面图，并示出依循图1F所示的制程程序的穿过该群集工具的基材传送路径；
图3A是根据本发明的制程系统的平面图；
图3B是图3A所示的制程系统的平面图，并示出依循图1F所示的制程程序的穿过该群集工具的基材传送路径；
图4A是根据本发明的制程系统的平面图；
图4B是图4A所示的制程系统的平面图，并示出依循图1F所示的制程程序的穿过该群集工具的基材传送路径；
图5A是根据本发明的制程系统的平面图；
图5B是图5A所示的制程系统的平面图，并示出依循图1F所示的制程程序的穿过该群集工具的基材传送路径；
图6A是根据本发明的制程系统的平面图；
图6B是图6A所示的制程系统的平面图，并示出依循图1F所示的制程程序的穿过该群集工具的两条可能的基材传送路径；
图6C是根据本发明的制程系统的平面图；
图6D是图6C所示的制程系统的平面图，并示出依循图1F所示的制程程序的穿过该群集工具的两条可能的基材传送路径；
图7A是根据本发明的交换腔室的一个实施例的侧视图；
图7B是根据本发明的图1B所示的制程系统的平面图；
图8A是示出根据本发明的图1A所示的群集工具的另一个实施例的等角视图，该实施例具有附接的防护罩；
图8B是根据本发明的图8A所示的群集工具的剖面图；
图8C是根据本发明的一个配置的剖面图；
图9A是示出机械臂的一个实施例的等角视图，该实施例可适于在该群集工具的各个实施例中传送基材；
图10A是示出根据本发明的具有单一机械臂组件的机械臂硬件组件的一个实施例的等角视图；
图10B是示出根据本发明的具有双机械臂组件的机械臂硬件组件的一个实施例的等角视图；
图10C是根据本发明的图10A所示的机械臂硬件组件的一个实施例的剖面图；
图10D是根据本发明的机械臂硬件组件的一个实施例的剖面图；
图10E是根据本发明的图10A所示的机械臂硬件组件的一个实施例的剖面图；
图11A是根据本发明的机械臂组件的一个实施例的平面图，示出该机械臂叶片传送基材至制程腔室内时的若干位置；
图11B示出根据本发明的当基材被传送进入制程腔室时该基材中心点的若干可能路径；
图11C是根据本发明的机械臂组件的一个实施例的平面图，示出该机械臂叶片传送基材至制程腔室内时的若干位置；
图11D是根据本发明的机械臂组件的一个实施例的平面图，示出该机械臂叶片传送基材至制程腔室内时的若干位置；
图11E是根据本发明的机械臂组件的一个实施例的平面图，示出该机械臂叶片传送基材至制程腔室内时的若干位置；
图11F是根据本发明的机械臂组件的一个实施例的平面图，示出该机械臂叶片传送基材至制程腔室内时的若干位置；
图11G是根据本发明的机械臂组件的一个实施例的平面图，示出该机械臂叶片传送基材至制程腔室内时的若干位置；
图11H是根据本发明的机械臂组件的一个实施例的平面图，示出该机械臂叶片传送基材至制程腔室内时的若干位置；
图11I是根据本发明的机械臂组件的一个实施例的平面图，示出该机械臂叶片传送基材至制程腔室内时的若干位置；
图11J是根据本发明的机械臂组件的一个实施例的平面图；
图11K是设置在制程架附近的机械臂组件的常规SCARA机械臂的平面图；
图12A是根据本发明的图9A所示的水平移动组件的剖面图；
图12B是根据本发明的图9A所示的水平移动组件的剖面图；
图12C是根据本发明的图9A所示的水平移动组件的剖面图；
图13A是根据本发明的图9A所示的垂直移动组件的剖面图；
图13B是示出图13A所示的机械臂的一个实施例的等角视图，该实施例可适于在该群集工具的各个实施例中传送基材；
图14A是示出机械臂的一个实施例的等角视图，该实施例可适于在该群集工具的各个实施例中传送基材；
图15A是示出机械臂的一个实施例的等角视图，该实施例可适于在该群集工具的各个实施例中传送基材；
图16A示出机械臂叶片组件的一个实施例的平面图，该实施例可适于在该群集工具的各个实施例中传送基材；
图16B示出图16A所示的机械臂叶片组件的一个实施例的侧剖面图，该实施例可适于在该群集工具的各个实施例中传送基材；
图16C示出机械臂叶片组件的一个实施例的平面图，该实施例可适于在该群集工具的各个实施例中传送基材；
图16D示出机械臂叶片组件的一个实施例的平面图，该实施例可适于在该群集工具的各个实施例中传送基材。
具体实施方式
本发明大体来说提供一种使用多腔室制程系统(例如群集工具)来处理基材的设备及方法，该系统具有增加的系统产能、增强的系统可靠度、改善的器件合格率表现、可重复性更高的晶片制程历史(或晶片史)、以及较小的占地面积(footpring)。在一个实施例中，该群集工具适于执行自动化光阻涂布及显影制程，其中基材是经涂布以光敏性材料，然后传送至步进机/扫瞄器，该步进机/扫瞄器将该光敏性材料暴露在某类型的辐射下，而在该光敏性材料上形成图案，接着在于该群集工具内完成的显影制程中除去该光敏性材料的某些部分。在另一实施例中，该群集工具适于执行湿式/清洁制程程序，其中在该群集工具中于基材上执行若干基材清洁制程。
图1-6示出可与本发明的各个实施例并用的若干机械臂和制程腔室配置的其中某些。该群集工具10的各个实施例一般使用以平行制程配置法配置的两个或多个机械臂，以在留置在所述制程架内(例如元件60、80等等)的各个制程腔室间传送基材，因此可在所述基材上执行预期的制程程序。在一个实施例中，该平行制程配置法包含两个或多个机械臂组件11(图1A和1B的元件11A、11B和11C)，该组件适于在垂直(之后称为z方向)和水平方向上移动基材，水平方向即传送方向(x方向)和与该传送方向垂直的方向(y方向)，因此可在留置于所述制程架内(例如元件60和80)的沿着该传送方向排列的各个制程腔室内处理所述基材。该平行制程配置法的一个优势在于若所述机械臂的其中之一无法操作，或是取下维修，该系统仍可利用留置在该系统内的其他机械臂来继续处理基材。一般来说，在此所述的各个实施例是有优势的，因为每一行或每一组基材制程腔室皆有两个或多个服务的机械臂，以提供增加的产能和增强的系统可靠度。此外，在此所述的各实施例通常是经配置以最小化并控制所述基材传送机构所产生的微粒，以避免可影响该群集工具的CoO的器件合格率和基材碎片问题。此配置法的另一个优势在于灵活及模块化构架让使用者可配置符合该使用者要求的产能所需要的制程腔室、制程架、及制程机械臂的数量。虽然图1-6示出可用来执行本发明的各方面的机械臂组件11的一个实施例，但其他类型的机械臂组件11也可适于执行相同的基材传送和设置功能，而不会背离本发明的基本范围。
第一群集工具配置
A.系统配置
图1A是群集工具10的一个实施例的等角视图，并示出可经使用而受惠的本发明的若干方面。图1A示出该群集工具10的实施例，该群集工具含有适于存取垂直堆迭在第一制程架60和第二制程架80内的各个制程腔室的三个机械臂和外部模块5。在一方面中，当用该群集工具10来完成光刻制程程序时，与该后部区域45(未在图1A示出)连接的该外部模块5，可以是步进机/扫瞄器，执行某些额外的暴露型制程步骤。该群集工具10的一个实施例，如图1A所示，含有前端模块24及中央模块25。
图1B是图1A所示的群集工具10的实施例的平面图。该前端模块24一般含有一个或多个晶片盒组件105(例如物件105A-D)以及前端机械臂组件15(图1B)。该一个或多个晶片盒组件105，或前开式晶片盒(FOUPs)，一般是适于容纳一个或多个可含有欲在该群集工具10内处理的一个或多个基材“W”或晶片的晶片匣106。在一个方面中，该前端模块24也含有一个或多个传递位置9(例如图1B的元件9A-C)。
在一个方面中，该中央模块25具有第一机械臂组件11A、第二机械臂组件11B、第三机械臂组件11C、后端机械臂组件40、第一制程架60和第二制程架80。该第一制程架60及第二制程架80含有各式制程腔室(例如涂布机/显影机腔室、烘烤腔室、冷却腔室、湿式清洁腔室等等，将在下文中讨论(图1C-D))，该些腔室适于执行基材制程程序中的各个制程步骤。
图1C和1D示出当站在最接近侧60A的一侧面对该第一制程架60和第二制程架80观看时，该第一制程架60和第二制程架80的一个实施例的侧视图，因此会与图1-6所示的图示符合。该第一制程架60和第二制程架80一般含有一组或多组垂直堆迭的制程腔室，该些腔室适于在基材上执行一些预期的半导体或平面显示器器件制造制程步骤。例如，在图1C中，该第一制程架60具有五组，或五列垂直堆迭的制程腔室。一般来说，这些器件制造制程步骤可包含在该基材表面上沉积材料，清洁该基材表面，蚀刻该基材表面，或将该基材暴露在某类型的辐射下，以引发该基材上的一个或多个区域的物理或化学变化。在一个实施例中，该第一制程架60和第二制程架80内含有适于执行一种或多种光刻制程程序步骤的一个或多个制程腔室。在一个方面中，制程架60和80可包含一个或多个涂布机/显影机腔室160、一个或多个冷却腔室180、一个或多个烘烤腔室190、一个或多个晶片边缘曝光球状物去除(OEBR)腔室162、一个或多个曝后烤(PEB)腔室130、一个或多个支持腔室165、整合式烘烤/冷却腔室800、和/或一个或多个六甲基二硅氮烷(HMDS)制程腔室170。可适于使本发明的一个或多个方面受益的例示涂布机/显影机腔室、冷却腔室、烘烤腔室、OEBR腔室、PEB腔室、支持腔室、整合式烘烤/冷却腔室和/或HMDS制程腔室进一步在2005年4月22号提出申请的共同受让的美国专例申请案第11/112,281号中描述，该申请在此藉由引用全文至不与所主张的本发明不一致的程度下并入本文中。可适于使本发明的一个或多个方面受益的整合式烘烤/冷却腔室的范例进一步在2005年4月11号提出申请的共同受让的美国专例申请案第11/111,154号以及美国专利申请案第11/111,353号中描述，该些申请在此藉由引用全文至不与所主张的本发明不一致的程度下并入本文中。可适于在基材上执行一个或多种清洁制程并且可适于使本发明的一个或多个方面受益的制程腔室和/或系统的范例进一步在2001年6月25号提出申请的共同受让的美国专例申请案第09/891,849号以及在2001年8月31号提出申请的美国专利申请案第09/945,454号中描述，该些申请在此藉由引用全文至不与所主张的本发明不一致的程度下并入本文中。
在一个实施例中，如图1C所示，其中该群集工具10是适于执行光刻类制程，该第一制程架60可具有八个涂布机/显影机腔室160(标示为CD1-8)、十八个冷却腔室180(标示为C1-18)、八个烘烤腔室190(标示为B1-8)、六个PEB腔室130(标示为PEB1-6)、两个OEBR腔室162(标示为162)和/或六个HMDS制程腔室170(标示为DP1-6)。在一个实施例中，如图1D所示，其中该群集工具10是适于执行光刻类制程，该第二制程架80可具有八个涂布机/显影机腔室160(标示为CD1-8)、六个整合式烘烤/冷却腔室800(标示为BC1-6)、六个HMDS制程腔室170(标示为DP1-6)和/或六个支持腔室165(标示为S1-6)。图1C-D所示的制程腔室的方向、位置、类型和数量并不意欲限制本发明范围，而仅意欲示出本发明的一个实施例。
参见图1B，在一个实施例中，该前端机械臂组件15适于在装设在晶片盒组件105内(见器件105A-D)的晶片匣106和该一个或多个传递位置9(见图1B的传递位置9A-C)间传送基材。在另一实施例中，该前端机械臂组件15适于在装设在晶片盒组件105内的晶片匣106和该第一制程架60或一第二制程架80内的邻接该前端模块24的一个或多个制程腔室间传送基材。该前端机械臂组件15一般含有水平移动组件15A和机械臂15B，该两者合并能够将基材设置在该前端模块24内的预期的水平和/或垂直位置上，或是设置在该中央模块25内的邻接位置上。该前端机械臂组件15适于利用一个或多个机械臂叶片15C传送一个或多个基材，藉由运用从系统控制器101(在下文中讨论)传来的指令。在一个程序中，该前端机械臂组件15适于将基材从该晶片匣106传送至所述传递位置9(例如，图1B的器件9A-C)的其中之一。一般来说，传递位置是基材集结区，该基材集结区可含有传递制程腔室，该传递制程腔室拥有与交换腔室533(见图7A)或常规基材匣106相似的特征，并且能够从第一机械臂接收基材，因此该基材可由一第二机械臂移出和再设置。在一个方面中，装设在传递位置中的传递制程腔室可适于执行预期制程程序内的一个或多个制程步骤，例如，HMDS制程步骤或冷却/降温制程步骤或基材缺口校直(notch align)。在一个方面中，每一个传递位置(图1B的元件9A-C)可由所述中央机械臂组件(即，第一机械臂组件11A、第二机械臂组件11B、和第三机械臂组件11C)的每一个存取。
参见图1A-B，该第一机械臂组件11A、该第二机械臂组件11B、及该第三机械臂组件11C适于传送基材至容纳在该第一制程架60以及该第二制程架80内的各个制程腔室。在一个实施例中，为了在该群集工具10中传送基材，该第一机械臂组件11A、该第二机械臂组件11B、及该第三机械臂组件11C具有相仿配置的机械臂组件11，其中每一个皆具有至少一个水平移动组件90、垂直移动组件95、及机械臂硬件组件85，它们与系统控制器101连通。在一个方面中，该第一制程架60的侧60B，以及该第二制程架80的侧80A皆沿着与各个机械臂组件(即第一机械臂组件11A、第二机械臂组件11B、及第三机械臂组件11C)的每一个的水平移动组件90(在下文中描述)平行的方向排列。
该系统控制器101适于控制用来完成该传送制程的各个零组件的位置和移动。该系统控制器101一般是设计来促进整个系统的控制和自动化，并且通常包含中央处理单元(CPU)(未示出)、存储器(未示出)、以及支持电路(或输入/输出)(未示出)。该CPU可以是在工业设定中用来控制各种系统功能、腔室制程和支持硬件(例如，检测器、机械臂、马达、气体来源硬件等等)以及监控该系统和腔室制程(例如腔室温度、制程程序产能、腔室制程时间、输入/输出信号等等)的任何类型的计算机处理器的一种。该存储器与该CPU连接，并且可以是一种或多种可轻易取得的存储器，例如随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、软盘、硬盘、或任何其他类型的数字储存，本地或远程的。软件指令和数据可以编码并储存在该存储器中，以指令该CPU。该支持电路也与该CPU连接，以利用常规方式支持该处理器。所述支持电路可包含高速缓存、电源供应器、时钟电路、输入/输出电路、子系统、及诸如此类者。可由该系统控制器101读取的程序(或计算机指令)决定可在基材上执行何种工作。较佳地，该程序是该系统控制器101可读取的软件，该软件包含用来执行与监控及执行所述制程程序工作和各个腔室制程配方步骤相关的代码。
参见图1B，在本发明的一个方面中，该第一机械臂组件11A适于从至少一侧，例如该侧60B，存取并在该第一制程架60内的所述制程腔室间传送基材。在一个方面中，该第三机械臂组件11C适于从至少一侧，例如该侧80A，存取并在该第二制程架80内的所述制程腔室间传送基材。在一个方面中，该第二机械臂组件11B适于从侧60B存取并在该第一制程架60内的所述制程腔室间传送基材，并且从侧80A在该第二制程架80内的所述制程腔室间传送基材。图1E示出图1B所示的群集工具10的实施例的平面图，其中该第二机械臂组件11B的机械臂叶片87通过侧60B延伸进入该第一制程架60内的制程腔室。将该机械臂叶片87延伸进入制程腔室及从该制程腔室缩回该机械臂叶片87的能力通常是由容纳在该水平移动组件90、垂直移动组件95、及机械臂硬件组件85内的零组件的协力移动，并藉由运用从该系统控制器101传来的指令来完成。该两个或多个机械臂彼此“重迭”的能力是有优势的，例如该第一机械臂组件11A和该第二机械臂组件11B，或该第二机械臂组件11B和该第三机械臂组件11C，因为该能力容许基材传送冗余(transfer redundancy)，该冗余可改善该群集可靠性、工作时间，并且也增加基材产能。机械臂“重迭”一般是两个或多个机械臂存取和/或在该制程架的相同制程腔室间独立传送基材的能力。两个或多个机械臂冗余地存取制程腔室的能力可以是一个重要方面，以防止系统机械臂传送瓶颈，因为该能力容许使用率低的机械臂帮助限制该系统产能的机械臂。因此，基材产能可以增加，可让基材的晶片史更具有可重复性，并且可通过平衡每一个机械臂在制程程序期间的工作负荷来改善系统可靠度。
在本发明的一个方面中，各个重迭的机械臂组件(例如图1-6中的元件11A、11B、11C、11D、11E等等)能够同时存取彼此水平相邻(x方向)或垂直相邻(z方向)的制程腔室。例如，当使用图1B和1C所示的群集工具配置法时，该第一机械臂组件11A能够存取该第一制程架60内的制程腔室CD6，而该第二机械臂组件11B能够同时存取制程腔室CD5，且不会彼此碰撞或干扰。在另一范例中，当使用图1B和1D所示的群集工具配置法时，该第三机械臂组件11C能够存取该第二制程架80内的制程腔室C6，而该第二机械臂组件11B能够同时存取制程腔室DP6，且不会彼此碰撞或干扰。
在一个方面中，该系统控制器101适于基于经过计算的最佳化产能来调整通过该群集工具的该基材的传送程序，或是在无法运作的制程腔室周遭工作。该系统控制器101的容许最佳化产能的特征被称为逻辑排程器。该逻辑排程器基于来自使用者和遍布在该群集工具内的各个感应器的输入理出工作及基材移动的优先顺序。该逻辑排程器可适于检视每一个机械臂(例如前端机械臂组件15、第一机械臂组件11A、第二机械臂组件11B、第三机械臂组件11C等等)所请求的未来工作清单，该未来工作清单是存在该系统控制器101的存储器中，以帮助平衡分配给每一个机械臂的负荷。使用系统控制器101来最大化该群集工具的使用可改善该群集工具的CoO，使晶片史更具可重复性，并且可以改善该群集工具的可靠度。
在一个方面中，该系统控制器101也适于避免各个重迭机械臂间的碰撞，并最佳化基材产能。在一个方面中，该系统控制器101进一步编程以监控并控制该群集工具内的所有机械臂的水平移动组件90、垂直移动组件95、及机械臂硬件组件85的移动，以避免所述机械臂间的碰撞，并藉由容许所有机械臂可以同时动作来改善系统产能。这种所谓的“防撞系统”可以多种方式实施，但一般来说该系统控制器101在传送制程期间利用设置在该(些)机械臂上或该群集工具内的各个感应器来监控每一个机械臂的位置，以避免碰撞。在一个方面中，该系统控制器适于在传送制程期间主动改变每一个机械臂的移动和/或路线，以避免碰撞并最小化传送路径长度。
B.传送程序范例
图1F示出通过该群集工具10的基材制程程序500的一个范例，其中一些制程步骤(例如元件501-520)可在传送步骤A1-A10的每一个已经完成后执行。一个或多个制程步骤501-520可能需要在基材上执行真空和/或流体制程步骤，以在该基材表面上沉积材料，清洁该基材表面，蚀刻该基材表面，或是将该基材暴露在某类型的辐射下，以引发该基材上的一个或多个区域的物理或化学变化。可执行的典型制程范例是光刻制程步骤、基材清洁制程步骤、CVD沉积步骤、ALD沉积步骤、电镀制程步骤、或无电镀制程步骤。图1G示出当基材依循图1F描述的制程程序500传送经过如图1B所示的群集工具般配置的群集工具时，基材可依循的传送步骤的范例。在此实施例中，该基材是由该前端机械臂组件15从晶片盒组件105(物件#105D)移出，并依循传送路径A1传送至设置在该传递位置9C处的腔室，因此可在该基材上完成该传递步骤502。在一个实施例中，该传递步骤502必需设置或留置该基材，以使另一个机械臂可从该传递位置9C拾取该基材。一旦完成该传递步骤502，接着利用该第三机械臂组件11C依循该传送路径A2将该基材传送至第一制程腔室531，在此制程步骤504在该基材上完成。在完成该制程步骤504后，接着利用该第三机械臂组件11C依循该传送路径A3将该基材传送至该第二制程腔室532。在执行该制程步骤506后，接着利用该第二机械臂组件11B传送该基材，依循该传送路径A4，至该交换腔室533(图7A)。在执行该制程步骤508后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A5，至该外部制程系统536，在此执行制程步骤510。在执行制程步骤510后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A6，至该交换腔室533，在此执行制程步骤512。在一个实施例中，该制程步骤508和512必须设置或留置该基材，以使另一个机械臂可从该交换腔室533拾取该基材。在执行该制程步骤512后，接着利用该第二机械臂组件11B传送该基材，依循该传送路径A7，至该制程腔室534，在此执行制程步骤514。然后利用该第一机械臂组件11A依循该传送路径A8传送该基材。在该制程步骤516完成后，该第一机械臂组件11A依循该传送路径A9将该基材传送至设置在该传递位置9A处的传递腔室。在一个实施例中，该传递步骤518必须设置或留置该基材，以使另一个机械臂可从该传递位置9A拾取该基材。在执行该传递步骤518后，接着利用该前端机械臂组件15传送该基材，依循该传送路径A10，至该晶片盒组件105D。
在一个实施例中，制程步骤504、506、510、514、和516分别是光阻涂布步骤、烘烤/冷却步骤、在步进机/扫描器模块中执行的曝光步骤、曝后烘烤/冷却步骤、及显影步骤，这些步骤进一步在2005年4月22号提出申请的共同受让的美国专利申请案第11/112,281号中描述，该申请在此藉由引用的方式并入本文中。该烘烤/冷却步骤和该曝后烘烤/冷却步骤可在单一制程腔室内执行，或者也可利用内部机械臂(未示出)在整合式烘烤/冷却腔室的烘烤区和冷却区间传送。虽然图1F-G示出可用来在群集工具10内处理基材的制程程序的范例，但也可执行较复杂或较不复杂的制程程序和/或传送程序，而不会背离本发明的基本范围。
此外，在一个实施例中，该群集工具10并不与外部制程系统536连接或连通，因此该后端机械臂组件40并非该群集工具配置的一部分，并且该传送步骤A5-A6及制程步骤510不会在该基材上执行。在此配置中，所有的制程步骤和传送步骤皆在该群集工具10内的各位置或制程腔室间执行。
第二群集工具配置
A.系统配置
图2A是群集工具10的一个实施例的平面图，该群集工具具有前端机械臂组件15、后端机械臂组件40、系统控制器101及设置在两个制程架(器件60和80)间的四个机械臂组件11(图9-11；图2A的元件11A、11B、11C、和11D)，所有皆适于执行利用所述制程架内的各个制程腔室的预期基材制程程序的至少一个方面。图2A所示的实施例与图1A-F所示的配置相同，除了添加第四个机械臂组件11D和传递位置9D之外，因此在适当时使用相同的元件符号。图2A所示的群集工具配置法在基材产能受限于机械臂时是有优势的，因为第四个机械臂组件11D的添加可辅助消除其他机械臂的负担，并且也建立一些冗余，该冗余在一个或多个中央机械臂无法运作时使系统可以处理基材。在一个方面中，该第一制程架60的侧60B，以及该第二制程架80的侧80A皆沿着与每一个机械臂组件(例如第一机械臂组件11A、第二机械臂组件11B等)的水平移动组件90(图9A和12A-C)平行的方向排列。
在一个方面中，该第一机械臂组件11A适于从侧60B存取并在该第一制程架60内的所述制程腔室间传送基材。在一个方面中，该第三机械臂组件11C适于从侧80A存取并在该第二制程架80内的所述制程腔室间传送基材。在一个方面中，该第二机械臂组件11B适于从侧60B存取并在该第一制程架60内的所述制程腔室间传送基材。在一个方面中，该第四机械臂组件11D适于从侧80A存取并在该第二制程架80内的所述制程腔室间传送基材。在一个方面中，该第二机械臂组件11B和第四机械臂组件11D进一步适于从侧60B存取第一制程架60内的制程腔室，并从侧80A存取第二制程架80内的制程腔室。
图2B示出图2A所示的群集工具10的实施例的平面图，其中该第二机械臂组件11B的机械臂叶片87通过侧60B延伸进入该第一制程架60内的制程腔室。将该机械臂叶片87延伸进入制程腔室和/或从制程腔室缩回该机械臂叶片87的能力通常是由该机械臂组件11的零组件的协力移动，该些零组件容纳在该水平移动组件90、垂直移动组件95、及机械臂硬件组件85内，并藉由运用从该系统控制器101传来的指令来完成。如上所述，该第二机械臂组件11B和该第四机械臂组件11D连同该系统控制器101可适于容许该群集工具中的每一个机械臂间的“重迭”，可容许该系统控制器的逻辑排程器以基于来自使用者和遍布在该群集工具内的各个感应器的输入理出工作及基材移动的优先顺序，并且也可使用防撞系统，以容许机械臂以最佳方式传送基材通过该系统。使用系统控制器101来最大化该群集工具的使用可改善该群集工具的CoO，使晶片史更具可重复性，并改善系统可靠度。
B.传送程序范例
图2C示出可用来完成图1F所描述的制程程序的通过图2A所示的群集工具配置的传送步骤程序的范例。在此实施例中，该基材是由该前端机械臂组件15从晶片盒组件105(物件#105D)移出，并依循传送路径A1传送至设置在该传递位置9C处的腔室，因此可在该基材上完成该传递步骤502。一旦完成该传递步骤502，接着利用该第三机械臂组件11C依循该传送路径A2将该基材传送至第一制程腔室531，在此制程步骤504在该基材上完成。在完成该制程步骤504后，接着利用该第四机械臂组件11D依循该传送路径A3将该基材传送至该第二制程腔室532。在执行该制程步骤506后，接着利用该第四机械臂组件11D传送该基材，依循该传送路径A4，至该交换腔室533。在执行该制程步骤508后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A5，至该外部制程系统536，在此执行制程步骤510。在执行制程步骤510后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A6，至该交换腔室533(图7A)，在此执行制程步骤512。在执行该制程步骤512后，接着利用该第四机械臂组件11D传送该基材，依循该传送路径A7，至该制程腔室534，在此执行制程步骤514。然后利用该第二机械臂组件11B依循该传送路径A8传送该基材。在该制程步骤516完成后，该第一机械臂组件11A依循该传送路径A9将该基材传送至设置在该传递位置9A处的传递腔室。在执行该传递步骤518后，接着利用该前端机械臂组件15传送该基材，依循该传送路径A10，至该晶片盒组件105D。
在一个方面中，该传送路径A7可分割成为两个传送步骤，该两个步骤可能需要该第四机械臂组件11D从该交换腔室533拾取该基材，并将该基材传送至该第四传递位置9D，在此接着由该第二机械臂组件11B拾取该基材并传送至该制程腔室534。在一个方面中，每一个传递腔室皆可由任何一个中央机械臂组件(即第一机械臂组件11A、第二机械臂组件11B、第三机械臂组件11C和第四机械臂组件11D)存取。在另一方面中，该第二机械臂组件11B能够从该交换腔室533拾取该基材并将该基材传送至该制程腔室534。
此外，在一个实施例中，该群集工具10并不与外部制程系统536连接或连通，因此该后端机械臂组件40并非该群集工具配置的一部分，并且该传送步骤A5-A6及制程步骤510不会在该基材上执行。在此配置中，所有的制程步骤和传送步骤皆在该群集工具10内执行。
第三群集工具配置
A.系统配置
图3A是群集工具10的一个实施例的平面图，该群集工具具有前端机械臂组件15、后端机械臂组件40、系统控制器101及设置在两个制程架(元件60和80)周围的三个机械臂组件11(图9-11；图3A的元件11A、11B、和11C)，所有皆适于执行利用所述制程架内的各个制程腔室的预期基材制程程序的至少一个方面。图3A所示的实施例与图1A-F所示的配置相同，除了将该第一机械臂组件11A和传递位置9A设置在该第一制程架60的侧60A上及将该第三机械臂组件11C和传递位置9C设置在该第二制程架80的侧80B上之外，因此在适当时使用相同的元件符号。此群集工具配制法的一个优势在于若该中央模块25的其中一个机械臂无法运作，该系统仍然可利用其他两个机械臂来继续处理基材。此配置法也除去，或最小化，所述机械臂在装设在各个制程架内的制程腔室间传送所述基材时对于防撞型控制特征的需要，因为除去了紧邻设置的机械臂的实体重迭。此配置法的另一个优势在于灵活及模块化构架让使用者可配置符合该使用者要求的产能所需要的制程腔室、制程架、及制程机械臂的数量。
在此配置中，该第一机械臂组件11A适于从侧60A存取该第一制程架60内的所述制程腔室，该第三机械臂组件11C适于从侧80B存取该第二制程架80内的所述制程腔室，而该第二机械臂组件11B适于从侧60B存取该第一制程架60内的所述制程腔室，并从侧80A存取该第二制程架80内的所述制程腔室。在一个方面中，该第一制程架60的侧60B、该第二制程架80的侧80A皆沿着与每一个机械臂组件(即第一机械臂组件11A、第二机械臂组件11B、第三机械臂组件11C)的水平移动组件90(在下文中描述)平行的方向排列。
该第一机械臂组件11A、该第二机械臂组件11B和该第三机械臂组件11C连同该系统控制器101可适于容许各个机械臂间的“重迭”，并容许该系统控制器的逻辑排程器以基于来自使用者和遍布在该群集工具内的各个感应器的输入理出工作及基材移动的优先顺序。使用群集工具构架和系统控制器101的合作以最大化该群集工具的使用而改善CoO可让晶片史更具可重复性，并改善系统可靠度。
B.传送程序范例
图3B示出可用来完成图1F所描述的制程程序的通过图3A所示的群集工具的传送步骤程序的范例。在此实施例中，该基材是由该前端机械臂组件15从晶片盒组件105(物件#105D)移出，并依循传送路径A1传送至设置在该传递位置9C处的腔室，因此可在该基材上完成该传递步骤502。一旦完成该传递步骤502，接着利用该第三机械臂组件11C依循该传送路径A2将该基材传送至第一制程腔室531，在此制程步骤504在该基材上完成。在完成该制程步骤504后，接着利用该第三机械臂组件11C依循该传送路径A3将该基材传送至该第二制程腔室532。在执行该制程步骤506后，接着利用该第二机械臂组件11B传送该基材，依循该传送路径A4，至该交换腔室533(图7A)。在执行该制程步骤508后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A5，至该外部制程系统536，在此执行制程步骤510。在执行制程步骤510后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A6，至该交换腔室533(图7A)，在此执行制程步骤512。在执行该制程步骤512后，接着利用该第二机械臂组件11B传送该基材，依循该传送路径A7，至该制程腔室534，在此执行制程步骤514。然后利用该第二机械臂组件11B依循该传送路径A8传送该基材。在该制程步骤516完成后，该第一机械臂组件11A依循该传送路径A9将该基材传送至设置在该传递位置9A处的传递腔室。在执行该传递步骤518后，接着利用该前端机械臂组件15传送该基材，依循该传送路径A10，至该晶片盒组件105D。
此外，在一个实施例中，该群集工具10并不与外部制程系统536连接或连通，因此该后端机械臂组件40并非该群集工具配置的一部分，并且该传送步骤A5-A6及制程步骤510不会在该基材上执行。在此配置中，所有的制程步骤和传送步骤皆在该群集工具10内执行。
第四群集工具配置
A.系统配置
图4A是群集工具10的一个实施例的平面图，该群集工具具有前端机械臂组件15、后端机械臂组件40、系统控制器101及设置在两个制程架(元件60和80)周围的两个机械臂组件11(图9-11；图4A的元件11B、和11C)，所有皆适于执行利用所述制程架内的各个制程腔室的预期基材制程程序的至少一个方面。图4A所示的实施例与图3A所示的配置相同，除了排除了该第一制程架60的侧60A上的该第一机械臂组件11A和传递位置9A之外，因此在适当时使用相同的元件符号。此系统配制法的一个优势在于提供对于装设在该第一制程架60内的腔室的轻易的存取，因此使装设在该第一制程架60内的一个或多个制程腔室可以在该群集工具仍在处理基材时下线和上线。另一个优势在于当利用该第二机械臂组件11B处理基材时，该第三机械臂组件11C和/或第二制程架80可上线。此配置也容许将在制程程序中时常使用的具有短的腔室制程时间的制程腔室设置在该第二制程架80中，因此该些腔室可由该两个中央机械臂(即元件11B和11C)服务，而减少机械臂传送限制瓶颈，并因此改善系统产能。此配置法也除去或最小化所述机械臂在装设在制程架内的制程腔室间传送所述基材时对于防撞型控制特征的需要，因为除去了每一个机械臂进入其他机械臂的空间的实体侵犯。此配置法的另一个优势在于灵活及模块化构架让使用者可配置符合该使用者要求的产能所需要的制程腔室、制程架、及制程机械臂的数量。
在此配置中，该第三机械臂组件11C适于从侧80A存取并在该第二制程架80内的所述制程腔室间传送基材，而该第二机械臂组件11B适于从侧60B存取并在该第一制程架60内的所述制程腔室间传送基材，并从侧80A在该第二制程架80内的所述制程腔室间传送基材。在一个方面中，该第一制程架60的侧60B、该第二制程架80的侧80A皆沿着与每一个机械臂组件(即第二机械臂组件11B、第三机械臂组件11C)的水平移动组件90(在下文中描述)平行的方向排列。
如上所讨论般，该第二机械臂组件11B和该第三机械臂组件11C连同该系统控制器101可适于容许该系统控制器的逻辑排程器以基于来自使用者和遍布在该群集工具内的各个感应器的输入理出工作及基材移动的优先顺序。使用群集工具构架和系统控制器101的合作以最大化该群集工具的使用而改善CoO可让晶片史更具可重复性，并改善系统可靠度。
B.传送程序范例
图4B示出可用来完成图1F所描述的制程程序的通过图4A所示的群集工具的传送步骤程序的范例。在此实施例中，该基材是由该前端机械臂组件15从晶片盒组件105(物件#105D)移出，并依循传送路径A1传送至设置在该传递位置9B处的腔室，因此可在该基材上完成该传递步骤502。一旦完成该传递步骤502，接着利用该第三机械臂组件11C依循该传送路径A2将该基材传送至第一制程腔室531，在此制程步骤504在该基材上完成。在完成该制程步骤504后，接着利用该第三机械臂组件11C依循该传送路径A3将该基材传送至该第二制程腔室532。在执行该制程步骤506后，接着利用该第三机械臂组件11C传送该基材，依循该传送路径A4，至该交换腔室533(图7A)。在执行该制程步骤508后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A5，至该外部制程系统536，在此执行制程步骤510。在执行制程步骤510后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A6，至该交换腔室533(图7A)，在此执行制程步骤512。在执行该制程步骤512后，接着利用该第二机械臂组件11B传送该基材，依循该传送路径A7，至该制程腔室534，在此执行制程步骤514。然后利用该第二机械臂组件11B依循该传送路径A8传送该基材。在该制程步骤516完成后，该第二机械臂组件11B依循该传送路径A9将该基材传送至设置在该传递位置9A处的传递腔室。在执行该传递步骤518后，接着利用该前端机械臂组件15传送该基材，依循该传送路径A10，至该晶片盒组件105D。
此外，在一个实施例中，该群集工具10并不与外部制程系统536连接或连通，因此该后端机械臂组件40并非该群集工具配置的一部分，并且该传送步骤A5-A6及制程步骤510不会在该基材上执行。在此配置中，所有的制程步骤和传送步骤皆在该群集工具10内执行。
第五群集工具配置
A.系统配置
图5A是群集工具10的一个实施例的平面图，该群集工具具有前端机械臂组件15、后端机械臂组件40、系统控制器101及设置在单一制程架(元件60)周围的四个机械臂组件11(图9-11；图5A的元件11A、11B、11C和11D)，所有皆适于执行利用制程架60内的各个制程腔室的预期基材制程程序的至少一个方面。图5A所示的实施例与上面所示的配置相仿，因此在适当时使用相同的元件符号。此配置法可减少具有三个或更少个机械臂的系统所经受的基材传送瓶颈，因为使用可冗余地存取装设在该制程架60内的所述制程腔室的四个机械臂。此配置法在除去机械臂限制型瓶颈上是特别有用的，该瓶颈通常在制程程序中的制程步骤数量很多而腔室制程时间很短的情况中发生。
在此配置法中，该第一机械臂组件11A和该第二机械臂组件11B适于从侧60A存取并在该制程架60内的所述制程腔室间传送基材，而该第三机械臂组件11C和该第四机械臂组件11D适于从侧60B存取并在该制程架60内的所述制程腔室间传送基材。
该第一机械臂组件11A和该第二机械臂组件11B，及该第三机械臂组件11C和该第四机械臂组件11D连同该系统控制器101可适于容许各个机械臂间的“重迭”，可容许该系统控制器的逻辑排程器以基于来自使用者和遍布在该群集工具内的各个感应器的输入理出工作及基材移动的优先顺序，并且也可使用防撞系统，以容许机械臂以最佳方式传送基材通过该系统。使用群集工具构架和系统控制器101的合作以最大化该群集工具的使用而改善CoO可让晶片史更具可重复性，并改善系统可靠度。
B.传送程序范例
图5B示出可用来完成图1F所描述的制程程序的通过图5A所示的群集工具的传送步骤程序的范例。在此实施例中，该基材是由该前端机械臂组件15从晶片盒组件105(物件#105D)移出，并依循传送路径A1传送至设置在该传递位置9C处的腔室，因此可在该基材上完成该传递步骤502。一旦完成该传递步骤502，接着利用该第三机械臂组件11C依循该传送路径A2将该基材传送至第一制程腔室531，在此制程步骤504在该基材上完成。在完成该制程步骤504后，接着利用该第四机械臂组件11D依循该传送路径A3将该基材传送至该第二制程腔室532。在执行该制程步骤506后，接着利用该第四机械臂组件11D传送该基材，依循该传送路径A4，至该交换腔室533(图7A)。在执行该制程步骤508后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A5，至该外部制程系统536，在此执行制程步骤510。在执行制程步骤510后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A6，至该交换腔室533(图7A)，在此执行制程步骤512。在执行该制程步骤512后，接着利用该第一机械臂组件11A传送该基材，依循该传送路径A7，至该制程腔室534，在此执行制程步骤514。然后利用该第一机械臂组件11A依循该传送路径A8传送该基材。在该制程步骤516完成后，该第二机械臂组件11B依循该传送路径A9将该基材传送至设置在该传递位置9B处的传递腔室。在执行该传递步骤518后，接着利用该前端机械臂组件15传送该基材，依循该传送路径A10，至该晶片盒组件105D。
此外，在一个实施例中，该群集工具10并不与外部制程系统536连接或连通，因此该后端机械臂组件40并非该群集工具配置的一部分，并且该传送步骤A5-A6及制程步骤510不会在该基材上执行。在此配置中，所有的制程步骤和传送步骤皆在该群集工具10内执行。
第六群集工具配置
A.系统配置
图6A是群集工具10的一个实施例的平面图，其该群集工具具有前端机械臂组件15、后端机械臂组件40、系统控制器101及设置在两个制程架(元件60和80)周围的八个机械臂组件11(图9-11；图6A的元件11A、11B、11C和11D-11H)，所有皆适于执行利用制程架内的各个制程腔室的预期基材制程程序的至少一个方面。图6A所示的实施例与上面所示的配置相仿，因此在适当时使用相同的元件符号。此配置法可减少具有较少机械臂的系统所经受的基材传送瓶颈，因为使用可冗余地存取装设在所述制程架60和80内的所述制程腔室的八个机械臂。此配置法在除去机械臂限制型瓶颈上是特别有用的，该瓶颈通常在制程程序中的制程步骤数量很多而腔室制程时间很短的情况中发生。
在此配置法中，该第一机械臂组件11A和该第二机械臂组件11B适于从侧60A存取该第一制程架60内的所述制程腔室，而该第七机械臂组件11G和该第八机械臂组件11H适于从侧80A存取该第二制程架80内的所述制程腔室。在一个方面中，该第三机械臂组件11C和该第四机械臂组件11D能够从侧60B存取该第一制程架60内的所述制程腔室。在一个方面中，该第五机械臂组件11E和该第六机械臂组件11F适于从侧80B存取该第二制程架80内的所述制程腔室。在一个方面中，该第四机械臂组件11D进一步适于从侧80B存取该第二制程架80内的所述制程腔室，而该第五机械臂组件11E进一步适于从侧60B存取该第一制程架60内的所述制程腔室。
所述机械臂组件11A-H连同该系统控制器101可适于容许各个机械臂间的“重迭”，可容许该系统控制器的逻辑排程器以基于来自使用者和遍布在该群集工具内的各个感应器的输入理出工作及基材移动的优先顺序，并且也可使用防撞系统，以容许机械臂以最佳方式传送基材通过该系统。使用群集工具构架和系统控制器101的合作以最大化该群集工具的使用而改善CoO可让晶片史更具可重复性，并改善系统可靠度。
B.传送程序范例
图6B示出可用来完成图1F所描述的制程程序的通过图6A所示的群集工具的传送步骤的第一制程程序的范例。在此实施例中，该基材是由该前端机械臂组件15从晶片盒组件105(物件#105D)移出，并依循传送路径A1传送至传递腔室9F，因此可在该基材上完成该传递步骤502。一旦完成该传递步骤502，接着利用该第六机械臂组件11F依循该传送路径A2将该基材传送至第一制程腔室531，在此制程步骤504在该基材上完成。在完成该制程步骤504后，接着利用该第六机械臂组件11F依循该传送路径A3将该基材传送至该第二制程腔室532。在执行该制程步骤506后，接着利用该第六机械臂组件11F传送该基材，依循该传送路径A4，至该交换腔室533(图7A)。在执行该制程步骤508后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A5，至该外部制程系统536，在此执行制程步骤510。在执行制程步骤510后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A6，至该交换腔室533(图7A)，在此执行制程步骤512。在执行该制程步骤512后，接着利用该第五机械臂组件11E传送该基材，依循该传送路径A7，至该制程腔室534，在此执行制程步骤514。然后利用该第五机械臂组件11E依循该传送路径A8传送该基材。在该制程步骤516完成后，该第五机械臂组件11E依循该传送路径A9将该基材传送至设置在该传递位置9E处的传递腔室。在执行该传递步骤518后，接着利用该前端机械臂组件15传送该基材，依循该传送路径A10，至该晶片盒组件105D。
图6B也示出具有与该第一程序同时完成的传送步骤的第二制程程序的范例，该第二制程程序使用该第二制程架80内的不同制程腔室。如图1C-D所示，该第一制程架和第二制程架一般含有一些适于执行相同的用来执行预期制程程序的制程步骤的制程腔室(例如图1C的CD1-8、图1D的BC1-6)。因此，在此配置法中，每一个制程程序皆可利用装设在所述制程架内的任何一个制程腔室来执行。在一个范例中，该第二制程程序是与该第一制程程序(在前面讨论)相同的制程程序，该第二制程程序含有相同的传送步骤A1-A10，在此描绘为A1’-A10’，分别使用该第七和第八中央机械臂(即元件11G-11H)，而非该第五和第六中央机械臂组件(即元件11E-11F)，如上所述般。
此外，在一个实施例中，该群集工具10并不与外部制程系统536连接或连通，因此该后端机械臂组件40并非该群集工具配置的一部分，并且该传送步骤A5-A6及制程步骤510不会在该基材上执行。在此配置中，所有的制程步骤和传送步骤皆在该群集工具10内执行。
第七群集工具配置
A.系统配置
图6C是与图6A所示的配置相仿的群集工具10的一个实施例的平面图，除了除去其中一个机械臂组件(即机械臂组件11D)之外，以在减少系统宽度的同时仍然提供高的系统产能。因此，在此配置中该群集工具10具有前端机械臂组件15、后端机械臂组件40、系统控制器101及设置在两个制程架(元件60和80)周围的七个机械臂组件11(图9-11；图6C的元件11A-11C，和11E-11H)，所有皆适于执行利用制程架内的各个制程腔室的预期基材制程程序的至少一个方面。图6C所示的实施例与上面所示的配置相仿，因此在适当时使用相同的元件符号。此配置法可减少具有较少机械臂的系统所经受的基材传送瓶颈，因为使用可冗余地存取装设在所述制程架60和80内的所述制程腔室的七个机械臂。此配置法在除去机械臂限制型瓶颈上是特别有用的，该瓶颈通常在制程程序中的制程步骤数量很多而腔室制程时间很短的情况中发生。
在此配置法中，该第一机械臂组件11A和该第二机械臂组件11B适于从侧60A存取该第一制程架60内的所述制程腔室，而该第七机械臂组件11G和该第八机械臂组件11H适于从侧80A存取该第二制程架80内的所述制程腔室。在一个方面中，该第三机械臂组件11C和该第五机械臂组件11E适于从侧60B存取该第一制程架60内的所述制程腔室。在一个方面中，该第五机械臂组件11E和该第六机械臂组件11F适于从侧80B存取该第二制程架80内的所述制程腔室。
所述机械臂组件11A-11C和11E-11H连同该系统控制器101可适于容许各个机械臂间的“重迭”，可容许该系统控制器的逻辑排程器以基于来自使用者和遍布在该群集工具内的各个感应器的输入理出工作及基材移动的优先顺序，并且也可使用防撞系统，以容许机械臂以最佳方式传送基材通过该系统。使用群集工具构架和系统控制器101的合作以最大化该群集工具的使用而改善CoO可让晶片史更具可重复性，并改善系统可靠度。
B.传送程序范例
图6D示出可用来完成图1F所描述的制程程序的通过图6C所示的群集工具的传送步骤的第一制程程序的范例。在此实施例中，该基材是由该前端机械臂组件15从晶片盒组件105(物件#105D)移出，并依循传送路径A1传送至传递腔室9F，因此可在该基材上完成该传递步骤502。一旦完成该传递步骤502，接着利用该第六机械臂组件11F依循该传送路径A2将该基材传送至第一制程腔室531，在此制程步骤504在该基材上完成。在完成该制程步骤504后，接着利用该第六机械臂组件11F依循该传送路径A3将该基材传送至该第二制程腔室532。在执行该制程步骤506后，接着利用该第六机械臂组件11F传送该基材，依循该传送路径A4，至该交换腔室533(图7A)。在执行该制程步骤508后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A5，至该外部制程系统536，在此执行制程步骤510。在执行制程步骤510后，接着利用该后端机械臂组件40传送该基材，依循该传送路径A6，至该交换腔室533(图7A)，在此执行制程步骤512。在执行该制程步骤512后，接着利用该第五机械臂组件11E传送该基材，依循该传送路径A7，至该制程腔室534，在此执行制程步骤514。然后利用该第五机械臂组件11E依循该传送路径A8传送该基材。在该制程步骤516完成后，该第五机械臂组件11E依循该传送路径A9将该基材传送至设置在该传递位置9E处的传递腔室。在执行该传递步骤518后，接着利用该前端机械臂组件15传送该基材，依循该传送路径A10，至该晶片盒组件105D。
图6D也示出具有与该第一程序同时完成的传送步骤的第二制程程序的范例，该第二制程程序使用该第二制程架80内的不同制程腔室。如图1C-D所示，该第一制程架和第二制程架一般含有一些适于执行相同的用来执行预期制程程序的制程步骤的制程腔室(例如图1C的CD1-8、图1D的BC1-6)。因此，在此配置法中，每一个制程程序皆可利用装设在所述制程架内的任何一个制程腔室来执行。在一个范例中，该第二制程程序是与该第一制程程序(在前面讨论)相同的制程程序，该第二制程程序含有相同的传送步骤A1-A10，在此描绘为A1’-A10’，分别使用该第七和第八中央机械臂(即元件11G-11H)，而非该第五和第六中央机械臂组件(即元件11E-11F)，如上所述般。
此外，在一个实施例中，该群集工具10并不与外部制程系统536连接或连通，因此该后端机械臂组件40并非该群集工具配置的一部分，并且该传送步骤A5-A6及制程步骤510不会在该基材上执行。在此配置中，所有的制程步骤和传送步骤皆在该群集工具10内执行。
后端机械臂组件
在一个实施例中，如图1-6所示，该中央模块25含有后端机械臂组件40，该后端机械臂组件适于在外部模块5和例如交换腔室533的留置在该第二制程架80内的所述制程腔室间传送基材。参见图1E，在一个方面中，该后端机械臂组件40一般含有具有单一手臂/叶片40E的常规选择顺应性装配机器手臂(SCARA)。在另一实施例中，该后端机械臂组件40可以是SCARA型机械臂，该机械臂具有两个可独立控制的手臂/叶片(未示出)，以用两个一组的方式交换基材和/或传送基材。该两个可独立控制的手臂/叶片型机械臂可具有优势，例如，当该机械臂必须在同一个位置置放下一个基材前先从一预期位置移除一基材时。例示的两个可独立控制的手臂/叶片型机械臂可由加州佛蒙特的Asyst Technologies公司购得。虽然图1-6示出含有后端机械臂组件40的配置法，但该群集工具10的一个实施例并不含有后端机械臂组件40。
图7A示出可设置在制程架(例如元件60、80)的支持腔室165(图1D)内的交换腔室533的一个实施例。在一个实施例中，该交换腔室533适于接收并留置基材，而使该群集工具10内的至少两个机械臂可存放或拾取基材。在一个方面中，该后端机械臂组件40及该中央模块25内的至少一个机械臂适于从该交换腔室533存放/或接收基材。该交换腔室533一般含有基材支撑组件601、围封602、以及形成在该围封602的壁上的至少一个存取端口603。该基材支撑组件601一般具有多个支撑指状物610(图7A中示出六个)，该些指状物具有基材容纳表面611以支撑并留置设置在该表面上的基材。该围封602一般是具有一个或多个封入该基材支撑组件601的壁的结构，以控制所述基材的周遭环境，当所述基材留置在该交换腔室533内时。该存取端口603一般是位于该围封602壁上的开口，该开口使外部机械臂可以存取而拾取或放下基材至所述支撑指状物610。在一个方面中，该基材支撑组件601适于容许基材被设置在该基材容纳表面611上及从该基材容纳表面611上移除，藉由适于以分开至少90度的角度存取该围封602的两个或多个机械臂。
在该群集工具10的一个实施例中，在图7B示出，该后端机械臂组件40的基座40A是装设在与滑轨组件40B连接的支撑座40C上，因此该基座40A可以设置在沿着滑轨组件40B长度方向上的任一点上。在此配置法中，该后端机械臂组件40可适于从该第一制程架60、该第二制程架80和/或该外部模块5内的制程腔室传送基材。该滑轨组件40B一般可含有线性球状轴承滑轨(未示出)和线性促动器(未示出)，这在本领域中是熟知的，以设置该支撑座40C和留置在该支撑座40C上的后端机械臂组件40。该线性促动器可以是能够由伊利诺州Wood Dale的Danaher Motion公司购得的驱动线性无刷伺服马达。如图7B所示，该滑轨组件40B可定向在y方向上。在此配置法中，为了避免和所述机械臂组件11A、11B或11C碰撞，该控制器会适于在该滑轨组件40B可移动而不会撞击其他中央机械臂组件时(即元件11A、11B等)仅移动该后端机械臂组件40。在一个实施例中，该后端机械臂组件40是装设在滑轨组件40B上，该滑轨组件经设置使得该后端机械臂组件不会干扰其他中央机械臂组件。
环境控制
图8A示出具有附加的环境控制组件110的群集工具10的一个实施例，该组件110封入该群集工具10以提供受控制的制程环境，以在其中执行预期制程程序的各个基材处理步骤。图8A示出在所述制程腔室上设置有环境围封的图1A所示的群集工具10的配置。该环境控制组件110一般含有一个或多个过滤单元112、一个或多个风扇(未示出)、以及选择性的群集工具基座10A。在一个方面中，一个或多个壁113添加至该群集工具10以封入该群集工具10，并提供受控制的环境以执行所述基材制程步骤。一般来说，该环境控制组件110适于控制空气流速、流动型态(regime)(例如层流(laminar flow)或紊流(turbulent flow))，及该群集工具10内的微粒污染程度。在一个方面中，该环境控制组件110也可控制空气温度、相对湿度、空气中的静电量及可利用和常规无尘室相容的通风及空调(HVAC)系统控制的其他典型制程参数。操作时，该环境控制组件110利用风扇(未示出)从位于该群集工具10外部的来源(未示出)或区域导入空气，该风扇接着传送空气通过过滤器111，然后通过该群集工具10，并通过该群集工具基座10A离开该群集工具10。在一个方面中，该过滤器111是高效能微粒空气(HEPA)过滤器。该群集工具基座10A一般是该群集工具的地板、或底部区域，该群集工具基座10A含有若干狭缝10B(图12A)或容许被该(些)风扇推动通过该群集工具10的空气离开该群集工具10的其他微孔。
图8A进一步示出该环境控制组件110的一个实施例，该环境控制组件具有多个分离的环境控制组件110A-C，该些组件提供受控制的制程环境，以在其中执行预期制程程序的各个基材处理步骤。每一个分离的环境控制组件110A-C是设置在该中央模块25内的每一个机械臂组件11上(例如图1-6的元件11A、11B等)，以分开控制每一个机械臂组件11上的气流。此配置法在图3A和4A所示的配置法中是特别有优势的，因为所述机械臂组件是由所述制程架彼此实体隔离。每一个分离的环境控制组件110A-C一般含有过滤单元112、风扇(未示出)以及选择性的群集工具基座10A，以排出受控制的空气。
图8B示出环境控制组件110的剖面图，该环境控制组件具有装设在群集工具10上的单一个过滤单元112，并且是用与y和z方向平行的剖面平面来观看。在此配置法中，该环境控制组件110具有单一个过滤单元112、一个或多个风扇(未示出)、以及群集工具基座10A。在此配置法中，空气从该环境控制组件110垂直传送进入该群集工具10内(元件A)，围绕所述制程架60、80以及机械臂组件11A-C，然后离开该群集工具基座10A。在一个方面中，所述壁113适于在该群集工具10内封入并形成制程区域，因此留置在所述制程架60、80内的所述制程腔室周围的制程环境可由该环境控制组件110传送的空气控制。
图8C示出环境控制组件110的剖面图，该环境控制组件具有装设在群集工具10上的多个分离的环境控制组件110A-C，并且是用与y和z方向平行的剖面平面来观看(见图1A)。在此配置法中，该环境控制组件110含有群集工具基座10A、三个环境控制组件110A-C、第一制程架60，该第一制程架延伸至所述环境控制组件110A-C的下表面114或该下表面上方，以及第二制程架80，该第二制程架延伸至所述环境控制组件110A-C的下表面114或该下表面上方。一般来说，该三个环境控制组件110A-C的每一个皆含有一个或多个风扇(未示出)及过滤器111。在此配置法中，空气从每一个环境控制组件110A-C垂直传送至该群集工具10内(见元件A)，介于所述制程架60、80和机械臂组件11A-C间，然后离开该群集工具基座10A。在一个方面中，所述壁113适于在该群集工具10内封入并形成制程区域，因此留置在所述制程架60、80内的所述制程腔室周围的制程环境可由该环境控制组件110传送的空气控制。
在另一实施例中，该群集工具10是置于无尘室环境中，该无尘室环境适于以预期速度传送含少量微粒的空气通过该群集工具10，然后离开该群集工具基座10A。在此配置法中，通常不需要该环境控制组件110，因此不会使用。控制空气性质和留置在该群集工具10内的所述制程腔室周围的环境的能力在微粒累积的控制和/或最小化上是一个重要因素，该微粒累积可造成微粒污染导致的器件合格率问题。
机械臂组件
一般来说，在此所述的群集工具10的各个实施例是优于现有技术配置，因为缩小的机械臂组件尺寸(例如图9A的元件11)造成群集工具占地面积缩小，以及最小化传送基材过程期间机械臂进入其他群集工具零组件(例如机械臂、制程腔室)占据的空间的实体侵犯的机械臂设计。减少的实体侵犯避免机械臂与其他零组件的碰撞。在减少该群集工具占地面积的同时，在此所述的机械臂的实施例也具有特定优势，因为减少需要控制以执行传送动作的轴的数量。此方面是重要的，因为这会改善所述机械臂组件的可靠度，因而该群集工具的可靠度。此方面的重要性可由注意到系统的可靠度与该系统内每一个元件的可靠度乘积成正比而更加明了。因此，具有三个上线时间为99％的促动器的机械臂总是比具有四个上线时间为99％的促动器好，因为每一个皆拥有99％的上线时间的三个促动器的系统上线时间是97.03％，而每一个皆拥有99％的上线时间的四个促动器则是96.06％。
在此所述的群集工具10的实施例也因为减少需要用来将基材传送通过该群集工具的传递腔室(例如图1B的元件9A-C)数量而优于现有技术配置。现有技术群集工具配置通常在该制程程序中安装两个或更多个传递腔室，或具有暂时基材留置站，因此该群集工具机械臂可在该制程程序期间在设置于该一个或多个制程腔室之间的中央位置上的一个机械臂和设置于一个或多个其他制程腔室之间的中央位置上的另一个机械臂间传送基材。依次将基材置放在不会执行随后的制程步骤的多个传递腔室内的过程浪费时间、降低该(些)机械臂的可使用性、浪费该群集工具内的空间、并且增加该(些)机械臂的损耗。所述传递步骤的增加也对元件合格率有不良影响，源自于基材换手次数的增加，这会增加背侧的微粒污染量。此外，含有多个传递步骤的基材制程程序自然会拥有不同的基材晶片史，除非控制每一个基材耗费在该传递腔室内的时间。控制在该传递腔室内的时间会增加系统复杂度，因为增加了制程变量，并且很有可能会损害可达到的最大基材产能。本发明的方面，在此所述者，避免这些现有技术配置的困难处，因为该群集工具配置通常只在于基材上执行制程之前以及在所有制程步骤皆已在基材上完成后具有所述传递步骤(例如图1F的步骤502和518)，因此通常只会稍微或是不会影响到基材晶片史，并且也不会显著地增加该制程程序的基材传送时间，因为除去了所述制程步骤之间的传递步骤。
在系统产能受到机械臂限制的情况中，该群集工具的最大基材产能是由完成该制程程序所移动的机械臂总数量和需要用来使该机械臂移动的时间来控制。机械臂所需的完成预期移动的时间通常受机械臂硬件、制程腔室间的距离、基材清洁度考量、以及系统控制限度所限。通常机械臂移动时间不会因为机械臂类型的不同而大幅度改变，并且在产业上颇为一致。因此，移动较少机械臂即可完成制程程序的群集工具的系统产能会比需要较多移动以完成制程程序的群集工具高，例如含有多个传递步骤的群集工具。
笛卡儿机械臂配置
图9A示出可用来做为一个或多个机械臂组件11(例如图1-6所示的元件11A-H)的机械臂组件11的一个实施例。该机械臂组件11一般含有机械臂硬件组件85、一个或多个垂直机械臂组件95及一个或多个水平机械臂组件90。因此可利用该系统控制器101传达的指令，藉由该机械臂硬件组件85、垂直机械臂组件95和水平机械臂组件90的协力移动将基材设置在该群集工具10内的任一预期x、y和z位置上。
该机械臂硬件组件85一般含有一个或多个传送机械臂组件86，该传送机械臂组件适于利用该系统控制器101传达的指令留置、传送和设置一个或多个基材。在一个实施例中，图9-11所示的传送机械臂组件86适于在水平面上传送基材，例如包含图11A所示的X和Y方向的平面，因为各个传送机械臂组件86零组件的移动。在一个方面中，该传送机械臂组件86适于在通常与该机械臂叶片87的基材支撑表面87C(图10C)平行的平面上传送基材。图10A示出该机械臂硬件组件85的一个实施例，该机械臂硬件组件含有适于传送基材的单一个传送机械臂组件86。图10B示出该机械臂硬件组件85的一个实施例，该机械臂硬件组件含有彼此以相反方向设置的两个传送机械臂组件86，因此可将所述机械臂叶片87A-B(及第一连接构件310A-310B)分开一小段距离置放。图10B所示的配置，或“上/下”型机械臂叶片配置，可以是有优势的，例如，当想在置放下一个欲在相同制程腔室内处理的基材之前先从制程腔室中移除基材，而不需要让该机械臂硬件组件85离开基本位置以将该“移除的”基材移至另一个腔室(即“交换”基材)时。在另一个方面中，此配置法可容许该机械臂填满所有的机械臂叶片，然后以两个或多个基材为一组的方式传送所述基材至该工具中的预期位置。将基材分成两个或多个一组的的制程可藉由减少传送所述基材所需的机械臂移动量来帮助改善该群集工具的基材产能。虽然图10A-B所描绘的传送机械臂组件86是双杆(bar)连结机械臂305型的机械臂(图10C)，但此配置并不意欲限制可与在此所讨论的实施例并用的机械臂组件的方向和类型。一般来说，具有两个传送机械臂组件86的机械臂硬件组件85的实施例，如图10B所示，会有两个含有相同的基本零组件的传送机械臂组件86，因此之后对于单一传送机械臂组件86的讨论也意在描述该(些)双机械臂组件方面中的零组件。
图9-11所示的群集工具和机械臂配置的一个优势在于最小化围绕传送机械臂组件86的区域的大小，在其中所述机械臂零组件和基材可自由移动而不会与该机械臂组件11外部的其他群集工具零组件碰撞。机械臂和基材可在其中自由移动的区域被称为“传送区域”(图11C的元件91)。该传送区域91一般可定义为当基材留置在机械臂叶片上时，该机械臂可自由移动而不会与其他群集工具零组件碰撞的空间(x、y和z方向)。虽然可将该传送区域描述为空间，但通常该传送区域最重要的方面是该传送区域占据的水平面积(x和y方向)，因为该水平面积直接影响群集工具的占地面积和CoO。该传送区域的水平面积在界定该群集工具的占地面积时是重要因素，因为该传送区域的水平零组件越小，各个机械臂组件(例如图1-6的元件11A、11B、11C等等)就可越靠近彼此或是机械臂就可越靠近制程架。界定该传送区域大小的一个因素是确保该传送区域足够大的需要，以减少或避免机械臂实体侵犯到其他群集工具零组件占据的空间。在此所述的实施例是优于现有技术，源自于所述实施例将所述机械臂组件86零组件缩回(retract)沿着该水平移动组件90的传送方向(x方向)定向的传送区域中的方式。
参见图11J，该水平面积一般可分割为两个部分，宽度“W1”(y方向)和长度“L”(x方向)。在此所述的实施例具有进一步的优势，因为围绕该机械臂的净空区域的缩小宽度“W1”确保该机械臂能够可靠地将基材设置在制程腔室内。可藉由注意到常规SCARA机械臂(例如图11K的物件CR)一般具有在缩回时，从该机械臂中央(例如物件C)延伸出一段距离的手臂(例如物件A1)而了解缩小的宽度“W1”优于常规多杆连结选择顺应性装配机器手臂(SCARA)型机械臂的益处，常规SCARA机械臂增加所述机械臂彼此间的相对距离(即宽度“W2”)，因为该机械臂周围的区域必须净空，以使该手臂零组件可以旋转定向而不会干扰其他群集工具零组件(例如，其他机械臂、制程架零组件)。常规SCARA型机械臂配置法也比在此所述的某些实施例复杂，因为他们也拥有更多需控制的轴，以将所述基材定向并设置在制程腔室内。参见图11J，在一个方面中，该传送区域91的宽度W1比该基材尺寸大约5％至约50％(即图11J的基材“S”)。在基材为300mm的半导体晶片的范例中，该传送区域的宽度W1会介于约315mm和约450mm间，并且较佳地介于约320mm和约360mm间。参见图1B，在一个范例中，对于300mm的基材制程工具而言，该第一制程架60的侧60B和该第二制程架80的侧80A之间的距离可以是约945mm(例如315％)。在另一范例中，对于300mm的基材制程工具而言，该第一制程架60的侧60B和该第二制程架80的侧80A之间的距离可以是约1350mm(例如450％)。应注意到该传送区域一般意欲描述该机械臂周围的区域，其中一旦该机械臂叶片已经在拾取到位于预期位置上的基材之后缩回，该机械臂能够在该区域中移动直到该机械臂移动到该制程程序中的下一个制程腔室外的起始位置(SP)为止。
双杆连结机械臂组件
图10A和10C示出双杆连结机械臂305型的传送机械臂组件86的一个实施例，该传送机械臂组件一般含有支撑板321、第一连接构件310、机械臂叶片87、传动系统312(图10C)、围封313及马达320。在此配置中，该传送机械臂组件86是通过和该垂直促动器组件560(图13A)连接的支撑板321与该垂直移动组件95连接。图10C示出该双杆连结机械臂305型的传送机械臂组件86的一个实施例的侧面剖面图。该双杆连结机械臂305的传动系统312一般含有一个或多个动力传送元件(powertransmitting element)，该些元件适于藉由所述动力传送元件的移动来使该机械臂叶片87移动，例如藉由马达320的转动。一般来说，该传动系统312可含有适于传送来自一个元件的旋转或转移动作至下一个元件的常规齿轮、滑轮等等。在此所使用的“齿轮”一词一般意欲描述通过皮带、齿状物或其他典型方式与第二零组件旋转连接的零组件，并且是适于从一个元件传送移动至另一个元件。一般来说，齿轮，如在此所使用者，可以是常规齿轮型装置或滑轮型装置，该装置可包含但不限于例如正齿轮(spurgear)、伞齿轮(bevel gear)、齿条(rack)和/或小齿轮(pinion)、蜗轮(wormgear)、正时盘(timing pulley)、及三角皮带轮(v-belt pulley)等零组件。在一个方面中，该传动系统312，如图10C所示，含有第一滑轮系统355及第二滑轮系统361。该第一滑轮系统355具有与该马达320连接的第一滑轮358，与该第一连接构件310连接的第二滑轮356，以及连接该第一滑轮358和该第二滑轮356的皮带359，因此该马达320可驱动该第一连接构件310。在一个方面中，多个轴承356A适于容许该第二滑轮356绕着该第三滑轮354的轴V1旋转。
该第二滑轮系统361具有与该支撑板321连接的第三滑轮354、与该叶片87连接的第四滑轮352以及连接该第三滑轮354和该第四滑轮352的皮带362，因此该第一连接构件310的旋转会使该叶片87绕着与该第一连接构件310连接的轴承轴线353旋转(图11A的枢轴V2)。在传送基材时，该马达驱动该第一滑轮358，该第一滑轮导致该第二滑轮356和第一连接构件310旋转，该第一连接构件310转而因为该第一连接构件310和皮带362绕着静止的第三滑轮354的角旋转(angular rotation)而使该第四滑轮352旋转。在一个实施例中，该马达320和系统控制器101适于形成闭环控制系统，该闭环控制系统容许该马达320的角位置和与和该马达320连接的所有零组件皆可受到控制。在一个方面中，该马达320是步进马达或DC伺服马达。
在一个方面中，该第一滑轮系统355和第二滑轮系统361的传动比(例如直径比、轮齿数量比)可经设计而达到预期的路径(图11C或11D中的元件P1)形状和分解，当该基材被传送机械臂组件86设置时会沿着该路径移动。之后会将传动比定义为驱动元件尺寸相对于受驱动的元件尺寸，或者在此例中，例如，该第三滑轮354的轮齿数量相对于该第四滑轮352的轮齿数量比例。因此，例如，当该第一连接构件310旋转270度时，这导致该叶片87旋转180度，等同于0.667传动比或者是3∶2的齿轮比。齿轮比一词旨在表示该第一齿轮的D1转数造成该第二齿轮的D2转数，或D1∶D2比例。因此，3∶2比例代表该第一齿轮转三圈会使该第二齿轮转两圈，因此该第一齿轮的大小必定约是该第二齿轮的三分的二。在一个方面中，该第三滑轮354对于该第四滑轮352的齿轮比是介于约3∶1至约4∶3间，较佳地介于约2∶1和约3∶2间。
图10E示出双杆连结机械臂305型的传送机械臂组件86的另一实施例，该传送机械臂组件一般含有支撑板321、第一连接构件310、机械臂叶片87、传动系统312(图10E)、围封313、马达320及第二马达371。图10E所示的实施例与图10C所示的实施例相仿，除了在此配置法中该第三滑轮354的旋转位置可利用该第二马达371及来自该控制器101的指令来调整之外。因为图10C和10E相仿，为了简明会使用相同的元件符号。在此配置法中，该传送机械臂组件86经由与该垂直促动器组件560(图13A)连接的支撑板321与该垂直移动组件95连接。图10E示出该双杆连结机械臂305型的传送机械臂组件86的一个实施例的侧剖面图。该双轴连结机械臂305的传动系统312一般含有两个动力传送元件，该两个元件适于利用该马达320和/或该第二马达371的移动来使该机械臂叶片87移动。一般来说，该传动系统312可包含适于传送来自一个元件的旋转或转移动作至下一个元件的齿轮、滑轮等等。在一个方面中，该传动系统312含有第一滑轮系统355及第二滑轮系统361。该第一滑轮系统355具有与该马达320连接的第一滑轮358，与该第一连接构件310连接的第二滑轮356，以及连接该第一滑轮358和该第二滑轮356的皮带359，因此该马达320可驱动该第一连接构件310。在一个方面中，多个轴承356A适于容许该第二滑轮356绕着该第三滑轮354的轴V1旋转。在一个方面中，未在图10E中示出，所述轴承356A是装设在形成于该支撑板321上的特征上，而非如图10E所示般形成在第三滑轮354上。
该第二滑轮系统361具有与该第二马达连接的第三滑轮354、与该叶片87连接的第四滑轮352以及连接该第三滑轮354和该第四滑轮352的皮带362，因此该第一连接构件310的旋转会使该叶片87绕着与该第一连接构件310连接的轴承轴线353旋转(图11A的枢轴V2)。该第二马达371是装设在该支撑板321上。在传送基材时，该马达320驱动该第一滑轮358，该第一滑轮导致该第二滑轮356和第一连接构件310旋转，该第一连接构件转而因为该第一连接构件310和皮带362绕着该第三滑轮354的角旋转而使该第四滑轮352旋转。在此配置法中，相对于图10C所示的配置法，该第三滑轮可在该马达320旋转该第一连接构件310时旋转，这使得该第三滑轮354和该第四滑轮352间的齿轮比可藉由调整该第三滑轮354和该第四滑轮352间的相对运动而改变。会注意到齿轮比影响该机械臂叶片87相对于该第一连接构件310的移动。在此配置法中，齿轮比并未由所述齿轮的大小来固定，并且可以在该机械臂叶片传送动作的不同阶段中改变，以达到预期的机械臂叶片传送路径(见图11D)。在一个实施例中，该马达320、该第二马达371和系统控制器101适于形成闭环控制系统，该系统容许该马达320的角位置、该第二马达371的角位置和与这些元件连接的所有零组件皆可受到控制。在一个方面中，该马达320和该第二马达371是步进马达或DC伺服马达。
图11A-D示出机械臂组件11的一个实施例的平面图，该机械臂组件使用双杆连结机械臂305配置法来传送并设置基材在留置于该群集工具10内的第二制程腔室532中的预期位置上。该双杆连结机械臂305一般含有马达320(图10A-C)、第一连接构件310及机械臂叶片87，它们经连接而使该马达320的旋转动作造成该第一连接构件310旋转，该第一连接构件转而导致该机械臂叶片87沿着预期路径旋转和/或转移。此配置法的优势在于该机械臂将基材传送至该群集工具内的预期位置上，且该机械臂的零组件不会延伸进入当下被另一个机械臂或系统零组件占据，或将会被占据的空间内的能力。
图11A-C示出容纳在机械臂硬件组件85内的传送机械臂组件86的移动，藉由在基材被传送进入制程腔室532时，即时(例如分别对应于图11A-C的T0-T2)示出各个传送机械臂组件86零组件的位置的若干连续图像。参见图11A，在时间T0时，该传送机械臂组件86一般是利用所述垂直移动组件95零组件设置在预期垂直方位上(z方向)，并利用所述水平移动组件90零组件设置在预期水平方向上(x方向)。在T0时的机械臂位置，于图11A示出，在此会称为起始位置(物件SP)。参见图11B，在时间T1时，在该双杆连结机械臂305中的该第一连接构件310以枢轴点V1为中心旋转，因而使连接的机械臂叶片87绕着枢轴点V2转移并旋转，同时该传送机械臂组件86在x方向上的位置是利用所述水平移动组件90零组件和该系统控制器101来调整。参见图11C，在时间T2时，该机械臂叶片87在y方向上从该传送区域91的中线C1延伸出预期距离(元件Y1)，并且是设置在预期的x方向位置(元件X1)上，以将基材置放在预期的最终位置上(物件FP)，或该制程腔室532的换手位置上。一旦该机械臂已将基材设置在该最终位置上，接着可将该基材传送至该制程腔室基材容纳零组件上，例如举升销或其他基材支撑零组件上(例如图11A的元件532A)。在将该基材传送至该制程腔室容纳零组件上之后，然后可依照上述步骤但次序颠倒来缩回该机械臂叶片。
图11C进一步示出该基材中心点的一个可能路径(物件P1)的范例，当该基材从该起始位置移动至该最终位置时，如上面图11A-C所示。在本发明的一个方面中，该路径的形状可藉由利用该水平移动组件90沿着x方向调整该第一连接构件310的旋转位置相对于该传送机械臂组件86的位置来改变。此特征具有优势，因为该曲线的形状可以是特别适于容许机械臂叶片87存取该制程腔室而不会与各个制程腔室基材容纳零组件(例如元件532A)碰撞或侵犯其他机械臂的传送区域91。此优势变得特别显而易见，当制程腔室经配置而可从多个不同的方向、或方位存取时，这因此限制可用来可靠地支撑基材的所述基材容纳零组件的位置和方位并避免该机械臂叶片87和该基材容纳零组件间的碰撞。
图11D示出可用来将基材传送进入该制程腔室532中的预期位置的可能路径P1-P3的一些范例。图11D-F所示的路径P1-P3意欲示出该基材中心点，或该机械臂叶片87的基材支撑区域中心点的移动，当基材或基材支撑区域由所述机械臂组件11零组件设置时。图11D所示的基材传送路径P2示出当传送机械臂组件86的第二滑轮系统361的传送比为2∶1时基材的路径。因为当使用2∶1的传动比时该基材的移动是直线，此配置法可除去该机械臂叶片87在Y方向上延伸时在X方向上转移该机械臂硬件组件85的需要。此配置法的移动复杂度降低的益处在某些情况下会被无法设计出不会在该基材从该制程腔室的各个不同侧传送进入该制程腔室时干扰该机械臂叶片87的可靠的基材容纳零组件而影响。
图11E-11F示出基材进入该制程腔室532的多阶段传送移动。在一个实施例中，该多阶段传送移动分成三个传送路径(路径P1-P3)，该三个路径可用来传送该基材进入该制程腔室532(图11E)或离开该制程腔室(图11F)。此配置法在降低该传送制程期间该基材和机械臂组件11所经历的高加速度上是特别有用的，并且也藉由在该传送制程期间尽可能使用单一轴控制来降低该机械臂移动复杂度。该机械臂所经历的高加速度可在该机械臂组件中产生振动，该振动可影响所述传送制程的位置准确度、该机械臂组件的可靠度以及该基材在该机械臂叶片上的可能的移动。相信该机械臂组件11经历高加速度的一个起因在使用协同移动(coordinated motions)时产生。在此所使用的“协同移动”一词意欲描述两个或多个轴同时移动(例如，传送机械臂组件86、水平移动组件90、垂直移动组件95)以使基材从一个点移至下一点。
图11E示出三个传送路径的多阶段传送移动，该移动用来将基材传送至该制程腔室532内的基材容纳零组件532A上。在执行该多阶段传送移动制程前，该传送机械臂组件86一般是设置在该起始位置上(图11E的SP)，该起始位置可能需要利用所述垂直移动组件95零组件将该基材移至预期垂直方位(z方向)，并利用所述水平移动组件90零组件移至预期水平位置(x方向)。在一个方面中，一旦该基材已经位于该起始位置上，接着就利用所述传送机械臂组件86、该水平移动组件90和该系统控制器101将该基材沿着路径P1移至该最终位置(FP)。在另一方面中，该基材是利用减少的控制轴数量沿着路径P1设置，例如仅有一个控制轴。例如，可藉由控制与该控制器101连通的传送机械臂组件86来使该机械臂叶片以及该基材移动来实现单一个控制轴。在此配置法中，单一轴的使用可大幅度简化该基材或机械臂叶片移动的控制，并减少从该起始点移至该中间位置所需的时间。该多阶段传送移动制程的下一个步骤是利用所述垂直移动组件95零组件在z方向上移动，或利用基材容纳零组件促动器(未示出)垂直移动所述基材容纳零组件以将该基材传送至所述制程腔室基材容纳零组件上，例如举升销或其他基材支撑零组件(例如图11A的元件532A)。在一个方面中，如图11E和11F所示，该传送机械臂组件86适于在与X和Y方向平行的平面上转移该基材W，如路径P1和P3所示。
在传送该基材至该制程腔室容纳零组件后，该机械臂叶片然后可以依循路径P2和P3缩回。该路径P2，在某些情况下，可能需要该传送机械臂组件86和该水平移动组件90间的协同移动，以确保该机械臂叶片87不会在从该制程腔室532缩回时撞击到所述基材支撑零组件532A。在一个方面中，如图11E所示，描述该机械臂叶片87的基材支撑区域中心点的移动的该路径P2是线性路径，该线性路径从该最终位置(FP)延伸至该最终位置和该终点(EP)位置间的某些中间点(IP)上。一般来说，该中间点是该机械臂叶片已缩回够远的点，因此该点不会在沿着路径P3以简化或加速运动移至该终点位置时与任何腔室零组件接触。在一个方面中，一旦该机械臂叶片已在该中间点位置上，该基材即利用所述传送机械臂组件86、该水平移动组件90和该系统控制器101沿着路径P3移动至该终点。在一个方面中，该基材仅利用一个控制轴设置在该终点(EP)处，例如藉由与该控制器101连通的传送机械臂组件86的移动。在此配置法中，单一轴的使用可大幅度简化移动控制，并减少从该中间点(IP)移至该终点(EP)位置所需的时间。
图11F示出三个传送路径的多阶段传送移动，该移动是用来将基材从该该制程腔室532内的基材容纳零组件532A上移出。在执行该多阶段传送移动制程前，在图11F示出，该传送机械臂组件86一般是设置在该起始位置上(图11F的SP)，该起始位置可能需要利用所述垂直移动组件95零组件将该基材移至预期垂直方位(z方向)，并利用所述水平移动组件90零组件移至预期水平位置(x方向)。在一个方面中，一旦该基材已经位于该起始位置上，接着就利用所述传送机械臂组件86、该水平移动组件90和该系统控制器101将该基材沿着路径P1移至该中间位置(IP)。一般来说，该中间点是该机械臂叶片已伸入够远的点，因此该点不会在沿着路径P1以简化或加速运动移至该中间点时与任何腔室零组件接触。在另一个方面中，该基材是利用减少的控制轴数量沿着路径P1设置。例如，可藉由控制与该控制器101连通的传送机械臂组件86来使该机械臂叶片以及该基材移动来实现单一个控制轴。在此配置法中，单一轴的使用可大幅度简化该基材或机械臂移动的控制，并减少从该起始点移至该中间位置所需的时间。
在将该基材传送至该中间位置后，该机械臂叶片即可进一步依循路径P2伸入该腔室。该路径P2，在某些情况下，可能需要该传送机械臂组件86和该水平移动组件90间的协同移动，以确保该机械臂叶片87不会在延伸进入该制程腔室532时撞击到所述基材支撑零组件532A。在一个方面中，如图11F所示，描述该机械臂叶片87的基材支撑区域中心点的移动的该路径P2是线性路径，该线性路径从该中间点(IP)延伸至该最终位置(FP)。在该机械臂叶片已设置在该最终位置上之后，接着利用该垂直移动组件95在z方向上移动该传送机械臂组件86，或利用基材容纳零组件促动器(未示出)垂直移动所述基材容纳零组件532A来将该基材从该制程腔室基材容纳零组件532A上移出。
在将该基材从所述制程腔室容纳零组件上移出后，该机械臂叶片即可依循路径P3缩回。该路径P3，在某些情况下，可能需要该传送机械臂组件86和该水平移动组件90间的协同移动。在一个方面中，该基材仅利用一个控制轴设置在该终点(EP)处，例如藉由与该控制器101连通的传送机械臂组件86的移动。在此配置法中，单一轴的使用可大幅度简化移动控制，并减少从该最终位置(FP)移至该终点(EP)位置所需的时间。在一个方面中，如图11F所示，描述该机械臂叶片87的基材支撑区域中心点的移动的该路径P3是非线性路径，该非线性路径从该最终位置(FP)延伸至某些终点(EP)。
单轴机械臂组件
图10D和11G-I示出机械臂组件11的另一实施例，其中该传送机械臂组件86A是单轴连结306(图10D)配置，以传送并设置基材在留置于该群集工具10内的第二制程腔室532的预期位置上。该单轴连结306一般含有马达320(图10D)以及机械臂叶片87，它们经连接而使该马达320的旋转运动导致该机械臂叶片87旋转。此配置法的优势在于该机械臂传送基材至该群集工具内的预期位置的能力，该能力仅用较不复杂且更具成本效益的单一轴来控制该叶片87，同时也减少所述机械臂零组件延伸进入在该传送制程期间可能由另一个机械臂占据的空间内的机会。
图10D示出单轴连结306的侧剖面图，该单轴连结一般含有马达320、连接至该马达320的支撑板321及机械臂叶片87。在一个实施例中，如图10D所示者，该机械臂叶片87是连接至第一滑轮组件355。该第一滑轮组件355具有与该马达320连接的第一滑轮358，与该机械臂叶片87连接的第二滑轮356，以及连接该第一滑轮358和该第二滑轮356的皮带359。在此配置中，该第二滑轮356是装设在通过所述轴承354A与该支撑板321连接的枢轴364上，因此该马达320可旋转该机械臂叶片。在该单轴连结306的一个实施例中，该机械臂叶片87是直接与该马达320连接，以减少机械臂零组件的数量、减少该机械臂组件的成本和复杂度、并减少保养该第一滑轮系统中355的零组件的需要。该单轴连结306可以是有优势的，因为该简化的移动控制系统，及因此改善的机械臂及系统可靠度。
图11G-J是单轴连结306型的传送机械臂组件86的平面图，并示出该单轴连结306的移动，藉由在基材被传送进入制程腔室532时，即时(例如物件T0-T2)示出各个传送机械臂组件86零组件的位置的若干连续图像。参见图11G，在时间T0时，该传送机械臂组件86一般是利用所述垂直移动组件95零组件设置在预期垂直方位上(z方向)，并利用所述水平移动组件90零组件设置在预期水平方向上(x方向)。在T0时的机械臂位置，于图11C示出，在此会称为起始位置(上面讨论的物件SP)。参见图11H，在时间T1时，该机械臂叶片87以枢轴点V1为中心旋转，因而使该机械臂叶片87旋转，同时该传送机械臂组件86在x方向上的位置是利用该系统控制器101来调整。参见图11I，在时间T2时，该机械臂叶片87已经旋转至预期角度，并且该机械臂组件已经设置在预期的x方向位置上，因此该基材是在该制程腔室532内的预期最终位置(物件FP)上，或换手位置上。图11D，在上面讨论过，也示出可用来运用该单轴连结306将基材传送进入该制程腔室532的预期位置上的可能路径P1-P3的一些范例。在将该基材传送至该制程腔室容纳零组件上之后，然后可依照上述步骤但次序颠倒来缩回该机械臂叶片。
水平移动组件
图12A示出沿着与该y方向平行的平面所取的该水平移动组件90的一个实施例的剖面图。图12B是该机械臂组件11的一个实施例的侧剖面图，该机械臂组件已经中心地削减该水平移动组件90的长度。该水平移动组件90一般含有围封460、促动器组件443和长形安装座451。该促动器组件443一般含有至少一个水平线性滑轨组件468和移动组件442。该垂直移动组件95通过该长形安装座451与该水平移动组件90连接。该长形安装座451是支撑该水平移动组件90设置该垂直移动组件95时所创造出的各种负载的结构件。该水平移动组件90一般含有两个水平线性滑轨组件468，每一个水平线性滑轨组件皆拥有线性轨道455、轴承块458及支撑安装座452，它们支撑该长形安装座451和垂直移动组件95的重量。此配置因而提供该垂直移动组件95沿着该水平移动组件90长度方向的顺畅且准确的转移。该线性轨道455和该轴承块458可以是线性滚珠轴承滑轨或常规线性滑轨(linear guide)，它们在本领域中是熟知的。
参见图12A-B，该移动组件442一般含有长形安装座451、水平机械臂促动器367(图10A和12A)、驱动皮带440、以及两个或多个驱动皮带滑轮454A，它们适于沿着该水平移动组件90的长度控制该垂直移动组件95的位置。一般来说，该驱动皮带440与该长形安装座451连接(例如，粘着、栓锁或夹钳)以形成沿着该水平移动组件90的长度延伸的连续回路，并且在该水平移动组件90的端点处由该两个或多个驱动皮带滑轮454A支撑。图12B示出具有四个驱动皮带滑轮454A的配置。在一个实施例中，该水平机械臂促动器367与所述驱动皮带滑轮454A中的一个连接，因此该滑轮454A的旋转运动会使与该垂直移动组件95连接的驱动皮带440和长形安装座451沿着该水平线性滑轨组件468移动。在一个实施例中，该水平机械臂促动器367是直接驱动线性无刷伺服马达，该伺服马达适于相对于该水平线性滑轨组件468移动该机械臂。
该围封460一般含有基座464、一个或多个外壁463及围封顶板462。该围封460适于覆盖并支撑该水平移动组件90内的零组件，为了安全及减少污染。因为微粒是由转动、滑动、或彼此接触的机械零组件产生，所以确保该水平移动组件90内的零组件不会在所述基材传送通过该群集工具10时污染基材表面是很重要的。该围封460因此形成封入区域，该封入区域最小化在该围封460内产生的微粒抵达基材表面的机会。微粒污染对于元件合格率，因此群集工具的CoO有直接影响。
该围封顶板462含有多个狭缝471，该些狭缝使所述水平线性滑轨组件468的多个支撑安装座452可以延伸通过该围封顶板462，并与该长形安装座451连接。在一个方面中，所述狭缝471的宽度(该开口在y方向上的尺寸)是经量身订做以最小化微粒抵达该水平移动组件90外部的机会。
该围封460的基座464是结构构件，该结构构件经过设计以支撑该长形安装座451和垂直移动组件95的重量所创造出的负载，以及该垂直移动组件95的移动所创造出的负载。在一个方面中，该基座464进一步含有多个基座狭缝464A，该些基座狭缝是沿着该水平移动组件90的长度设置，以容许进入该围封顶板462的狭缝471的空气经由所述基座狭缝464A离开该围封，然后离开形成在该群集工具基座10A内的狭缝10B。在该群集工具10的一个实施例中，并未使用群集工具基座10A，因此该水平移动组件90和制程架可设置在安装有该群集工具10的区域的地板上。在一个方面中，该基座464是利用所述围封支撑461设置在该群集工具基座10A或地板上，以提供空气流经该水平移动组件90的未受限且一致的流动路径。在一个方面中，所述围封支撑461也可适于作为常规的减震器。以一个方向(较佳地向下)流经该围封460的该环境控制组件110或无尘室环境产生的气流可帮助降低该围封460内产生的微粒抵达基材表面的机会。在一个方面中，形成在该围封顶板462内的所述狭缝471和所述基座狭缝464A是经设计以限制从该环境控制组件110流出的空气量，因此可在该围封顶板462外部和该围封460的内部区域间达到至少0.1”wg的压降。在一个方面中，形成该围封460的中央区域以利用所述内壁465将此区域与该水平移动组件的其他部分隔开。内壁465的添加可最小化进入该围封460的空气再循环，并作为气流引导特征。
参见图12A和13A，在该围封460的一个方面中，设置该驱动皮带以在驱动皮带440和形成在该围封顶板462内的驱动皮带狭缝472间形成小缝隙。此配置法可以是有优势的，以避免在该围封40内产生的微粒抵达该围封460外部。
参见图12C，在该围封460的另一方面中，风扇单元481可与该基座464连接，并适于通过形成在该基座464内的基座狭缝464A从该围封460内部汲取空气。在另一方面中，该风扇单元481促使含有微粒的空气通过过滤器482，以在该空气通过该群集工具基座10A或地板排出(见物件A)前除去微粒。在此配置法中，风扇483，容纳在该风扇单元中，是经设计以在该围封460内创造负压，因此该围封外部的空气会被吸进该围封内，而限制该围封460内产生的微粒漏出的可能性。在一个实施例中，该过滤器482是HEPA型过滤器或可从空气中除去所产生的微粒的其他型过滤器。在一个方面中，所述狭缝471的长度和宽度及该风扇483的尺寸是经选择以使在该围封460外部的一点和在该围封460内部的一点间产生的压降介于约0.02英寸水柱(～5帕)和约1英寸水柱(～250帕)之间。
在该水平移动组件90的一个实施例中，设置防护皮带479来覆盖所述狭缝471，以避免该水平移动组件90内部产生的微粒抵达基材。在此配置法中，该防护皮带479形成沿着该水平移动组件90的长度延伸的连续回路，并且是设置在该狭缝471内，以使形成在该防护皮带479和该围封顶板462间的开放区域尽可能小。一般来说，该防护皮带479是与该支撑安装座452连接(例如粘着、栓锁或夹钳)，以形成沿着该水平移动组件90的长度延伸的连续回路，并且在该水平移动组件90的端点处由该两个或多个驱动皮带滑轮(未示出)支撑。在图12C所示的配置中，该防护皮带479可在该狭缝471高度处与该支撑安装座452连接(未示出)，并在制作在该基座464内的通道478中穿过该水平移动组件90绕回来，而形成连续回路。该(些)防护皮带479因此围绕该水平移动组件90的内部区域。
垂直移动组件
图13A-B示出该垂直移动组件95的一个实施例。图13A是该垂直移动组件95的平面图，示出该设计的各个方面。该垂直移动组件95一般含有垂直支撑570、垂直促动器组件560、风扇组件580、支撑板321、以及垂直围封590。该垂直支撑570一般是栓锁、焊接、或安装在该长形安装座451上的结构构件，并且适于支撑该垂直移动组件95内的各个零组件。
该风扇组件580一般含有风扇582以及形成与该风扇582流体连通的充实区域584的管状物581。该风扇582一般是适于利用某些机械工具来使空气流动的元件，例如，旋转的风扇叶片、移动的折箱、移动的隔板、或移动的高精度机械齿轮。该风扇582适于藉由在充实区域584内创造负压而在该围封590内部区域586形成相对于该围封590外部的负压，该充实区域与形成在该管状物581上的多个狭缝585和该内部区域586流体连通。在一个方面中，可以是圆形、椭圆形或矩形的所述狭缝585的数量、尺寸和分布是经设计以从该垂直移动组件95的所有区域平均地汲取空气。在一个方面中，内部区域586也可适于容纳用来在各个机械臂硬件组件85和垂直移动组件95的零组件及与该系统控制器101间传送信号的多个缆线(未示出)。在一个方面中，该风扇582适于将从该内部区域586排出的空气传送至该水平移动组件90的中央区域430内，该空气在此通过所述基座狭缝464A从该水平移动组件90排出。
该垂直促动器组件560一般含有垂直马达507(图12A和13B)、滑轮组件576(图13B)、以及垂直滑轨组件577。该垂直滑轨组件577一般含有线性轨道574和轴承块573，它们与垂直支撑570和该滑轮组件576的移动块572连接。该垂直滑轨组件577适于引导并提供该机械臂硬件组件85顺畅且准确的转移，并且也支撑该机械臂硬件组件85沿着该垂直移动组件95的长度移动所创造出的重量和负载。该线性轨道574和该轴承块573可以是线性滚珠轴承滑轨、精密轴滑轨系统、或常规线性滑轨，它们在本领域中是熟知的。典型的线性滚轴承滑轨、精密轴滑轨系统、或常规线性滑轨可从SKF USA公司或宾州Irwin的Parker Hannifin Corporation的Daedal Division购得。
参见图13A和13B，该滑轮组件576一般含有驱动皮带571、移动块572和两个或多个滑轮575(例如元件575A和575B)，它们与该垂直支撑570及垂直马达507旋转连接，而使支撑板(例如图13B的元件321A-321B)，因而机械臂硬件组件85，可以沿着该垂直移动组件95的长度设置。一般来说，该驱动皮带571与该移动块572连接(例如粘着、栓锁或夹钳)，以形成沿着该垂直移动组件95的长度延伸的连续回路，并且在该垂直移动组件95的端点处由该两个或多个驱动皮带滑轮575支撑(例如元件575A和575B)。图13B示出具有两个驱动皮带滑轮575A-B的配置。在一个方面中，该垂直马达507与该驱动皮带滑轮575B之一连接，因此该滑轮575B的旋转运动会使该驱动皮带571和该(些)支撑板，因而机械臂硬件组件85，沿着该垂直线性滑轨组件577移动。在一个实施例中，该垂直马达507是直接驱动线性无刷伺服马达，该伺服马达适于相对于该垂直滑轨组件577移动该机械臂硬件组件85，因此不需要该驱动皮带571和两个或多个滑轮575。
该垂直围封590一般含有一个或多个外壁591和围封顶部592(图9A)以及狭缝593(图9A、12A和13A)。该垂直围封590适于覆盖该垂直移动组件95内的零组件，为了安全及减少污染。在一个方面中，该垂直围封590与该垂直支撑570连接并由该垂直支撑570支撑。因为微粒是由转动、滑动、或彼此接触的机械零组件产生，所以确保该垂直移动组件95内的零组件不会在传送所述基材通过该群集工具10时污染基材表面是很重要的。该围封590因此形成封入区域，该封入区域最小化在该围封590内产生的微粒抵达基材表面的机会。微粒污染对于元件合格率，因此群集工具的CoO有直接影响。因此，在一个方面中，该狭缝593的尺寸(即长度和宽度)和/或该风扇582的尺寸(例如流速)是经配置得使可从该垂直移动组件95漏出的微粒数量最小化。在一个方面中，该狭缝593的长度(Z方向)和宽度(X方向)和该风扇582的尺寸是经选择，而使在该外壁591外部的一点和在该内部区域586间产生的压降介于约0.02英寸水柱(～5帕)和约1英寸水柱(～250帕)之间。在一个方面中，该狭缝593的宽度介于约0.25英寸和约6英寸间。
在此所述的实施例通常优于现有技术设计，现有技术设计适于利用必须折迭、套迭或缩进自身内以达到最低垂直位置的零组件来举起所述机械臂零组件。议题的产生是因为该机械臂的最低位置受到必须折迭、套迭或缩进自身内的垂直移动零组件的尺寸和方位所限，这是肇因于该垂直移动零组件的干扰。当现有技术垂直移动零组件无法更进一步缩回时，该垂直移动零组件的位置通常被称为“无效空间(dead space)”，或“压缩高度(solid height)”，因为该最低机械臂位置受到所述缩回零组件高度的限制的事实。一般来说，在此所述的实施例跳脱此问题，因为该一个或多个传送机械臂组件86的底部并未有该垂直移动组件95内的零组件在下方支撑，因此该最低位置仅受到该线性轨道574的长度和所述机械臂硬件组件85零组件的尺寸所限。在一个实施例中，如图13A-13B所示，所述机械臂组件是由装设在该垂直滑轨组件577上的支撑板321以悬臂梁方式支撑。应注意到图10C-10E所示的该支撑板321和该机械臂硬件组件85的零组件配置法并不意欲限制在此所述的本发明的范围，因为该支撑板321和该机械臂硬件组件85的方位可以调整而达到预期的结构刚度，和/或预期的垂直移动组件95的垂直轨迹。
在此所述的垂直移动组件95的实施例也优于现有技术垂直移动设计，例如必须折迭、套迭或缩进自身内者，源自于该机械臂硬件组件85的移动因为沿着垂直滑轨组件577的强制移动而改善的精确度和/或准确度。因此，在本发明的一个方面中，该机械臂硬件组件的移动总是由刚性构件引导(例如垂直滑轨组件577)，该刚性构件提供所述零组件结构刚度和位置精确度，当该些零组件沿着该垂直移动组件95的长度移动时。
双水平移动组件配置法
图14A示出机械臂组件11的一个实施例，该机械臂组件使用可用来作为以上图1-6所示的一个或多个机械臂组件11A-H的两个水平移动组件90。在此配置法中，该机械臂组件11一般含有机械臂硬件组件85、垂直移动组件95及两个水平机械臂组件90(例如元件90A和90B)。因此可利用所述机械臂硬件组件85、垂直机械臂组件95和水平机械臂组件90A-B的协同移动及从该系统控制器101传来的指令将基材设置在任何预期的x、y和z位置上。此配置法的一个优势在于该垂直移动组件95沿着该传送方向(x方向)的动态移动期间，该机械臂组件11结构的刚度可增强，容许移动期间有较高的加速度，因此具有改善的基材传送时间。
在一个方面中，该垂直移动组件95、该上水平移动组件90B和该下水平移动组件90A的零组件含有与上面讨论的相同的基本零组件，因此在适当时使用相同的元件符号。在一个方面中，垂直移动组件95与该下长形安装座451A及上长形安装座451B连接，该长形安装座是利用留置在每一个水平移动组件90A和90B内的移动组件442沿着x方向设置。在该机械臂组件11的另一实施例中，单一个移动组件442装设在所述水平移动组件中的一个上(例如元件90A)，而其他水平移动组件(例如元件90B)作用仅为支撑，以引导该垂直移动组件95的一端。
基材分组
在尝试在市场上更有竞争力，因而需要降低持有成本(CoO)的努力下，电子器件制造商通常花费大量时间试图最佳化制程程序和腔室制程时间，以在群集工具构架限制及腔室制程时间给定的情况下达到可能的最大基材产能。在具有短的腔室制程时间及大量制程步骤的制程程序中，处理基材的一大部分时间被在群集工具的各个制程腔室间传送所述基材的制程占据。在该群集工具10的一个实施例中，该CoO是藉由将基材分组并以两个或多个为一组的方式传送及处理所述基材来降低。此类的平行处理因此增加系统产能，并减少机械臂在所述制程腔室间传送一批基材必须进行的移动的数量，因此减少该机械臂的损耗并增加系统可靠度。
在该群集工具10的一个实施例中，该前端机械臂组件15、所述机械臂组件11(例如图1-6的元件11A、11B等等)和/或该后端机械臂组件40可适于以两个或多个一组的方式传送基材，以藉由平行处理所述基材来改善系统产能。例如，在一个方面中，该机械臂硬件组件85具有多个可独立控制的传送机械臂组件86A和86B(图10B)，该些传送机械臂组件是用来从多个制程腔室拾取一个或多个基材，然后传送并放置所述基材在多个随后的制程腔室内。在另一方面中，每一个传送机械臂组件86(例如86A或86B)适于分开拾取、传送及放下多个基材。在此情况中，例如，具有两个传送机械臂组件86的机械臂硬件组件85可适于利用第一叶片87A从第一制程腔室拾取基材“W”，然后移至第二制程腔室以利用第二叶片87B拾取基材，因此两基材可以一组的方式传送及放下。
在该机械臂组件11的一个实施例中，如图15A所示，该械臂硬件组件85含有两个机械臂硬件组件85(例如元件85A和85B)，该机械臂硬件组件具有至少一个传送机械臂组件86，并隔开预期距离或间距(元件“A”)，并且适于从两个不同的制程腔室同时拾取或放下基材。该两个机械臂硬件组件85间的距离或间距A可经配置以对应装设在所述制程架之内的两个制程腔室间的间隔，因此使该机械臂组件11可以一次同时存取该两个制程腔室。此配置法由于能够成组传送两个或多个基材，因此在改善基材产能和群集工具可靠度上是特别有优势的。
机械臂叶片硬件配置法
图16A-16D示出机械臂叶片组件900的一个实施例，该机械臂叶片组件可与在此所述的某些实施例并用以在基材“W”由机械臂组件传送通过该群集工具10时支撑并留置该基材“W”。在一个实施例中，该机械臂叶片组件900可适于取代该叶片87，因此可在形成于该叶片基座901上的连接点处(元件CP)与图10A-10E所示的所述第一滑轮系统355或第二滑轮系统361零组件连接。本发明的机械臂叶片组件900适于抓持，“攫取”，或限制基材“W”，因此基材在传送制程期间所经历的加速度不会使该基材位置从该机械臂叶片组件900上的已知位置上移开。基材在传送制程期间的移动会产生微粒而降低该机械臂的基材定位精确度及可重复性。在最糟的情况下，所述加速度会让基材从该机械臂叶片组件900上掉出来。
该基材经历的加速度可分为三个部分：水平径向加速度部分、水平轴向加速度部分及垂直加速度部分。该基材所经历的加速度在该基材移动通过该群集工具10期间在该基材在X、Y和Z方向上加速或减速时产生。参见图16A，该水平径向加速度部分和该水平轴向加速度部分是分别显示为力FA和FR。所经历到的力与该基材的质量乘以基材加速度减去该基材和该机械臂叶片组件900零组件间所创造出的任何摩擦力相关。在上述实施例中，该径向加速度通常是在基材被传送机械臂组件86旋转进入定位时发生，并且可在任一方向(即+Y或-Y方向)上起作用。该轴向加速度通常是在基材由该水平移动组件90和/或该传送机械臂组件86的移动设置在X方向上时产生，并且可在任一方向(即+X或-X方向)上作用。该垂直加速度通常是在该基材由该垂直移动组件95设置在z方向上时发生，并且可在任一方向(即+Z或-Z方向)上或悬臂梁诱发结构震动时作用。
图16A是适于支撑该基材“W”的该机械臂叶片组件900的一个实施例的示意平面图。该机械臂叶片组件900一般含有叶片基座901、促动器910、制动机构920、位置感应器930、夹钳组件905、一个或多个反应构件908(例如示出一个)、以及一个或多个基材支撑零组件909。该夹钳组件905一般含有夹钳板906及装设在该夹钳板906上的一个或多个接触构件907(即图16A所示的两个接触构件)。该夹钳板906、接触构件907、反应构件908、及叶片基座901可由金属(例如铝、涂布镍的铝、SST)、陶瓷材料(例如碳化硅)、或能够可靠的承受该机械臂叶片组件900在该传送制程期间经历的加速度(例如10-30m/s2)，并且不会因为与该基材间的交互作用而产生或吸引微粒的塑胶材料制成。图16B是图16A所示的机械臂叶片组件900的侧面示意剖面图，该剖面图已经过该机械臂叶片组件900的中央切断。为了简明，设置在图16B的剖面平面后的零组件被省略(例如接触构件907)，但是该制动组件930尚留在此图中。
参见图16A和16B，使用时该基材“W”被该促动器910通过该夹钳组件905的接触构件907传送至基材“W”的抓持力(F1)压迫倚靠该反应构件908的留置表面908B。在一个方面中，所述接触构件907适于接触并迫使该基材“W”的边缘“E”倚靠该留置表面908B。在一个方面中，该抓持力可介于约0.01和约3公斤力(kgf)间。在一个实施例中，如图16A所示，倾向于让所述接触构件907以角距离“A”间隔分布，以当该基材由该机械臂组件11传送时提供对该基材轴向和径向的支撑。
限制该基材以使该基材能够利用该机械臂叶片组件900可靠地传送通过该群集工具10的制程通常需要三个步骤来完成。应注意到下面描述的一个或多个步骤可以同步或依序完成，而不会偏离在此所述的本发明的基本范围。在开始拾取基材的制程之前，该夹钳组件905在+X方向上缩回(未示出)。该第一步骤在从基材支撑零组件(例如图11A-11I的元件532A、图2A、3A的传递位置9A-H等等)上拾取基材时开始，因此该基材分别停留在该反应构件908以及基材支撑零组件909上的基材支撑表面908A和909A上。接下来，该夹钳组件905在-X方向上移动，直到该基材被该促动器910通过该夹钳组件905的接触构件907和该反应构件908传送至基材“W”的抓持力(F1)限制在该机械臂叶片组件900上为止。在最后一个步骤中，该制动机构920将该夹钳组件905保持，或“锁”在适当位置上，以避免该基材在该传送制程期间的加速度显著地改变该抓持力(F1)，因而使该基材可相对于所述支撑表面移动。在该制动机构920限制住该夹钳组件905后，即可将该基材传送至该群集工具10的另一点。欲将基材放到基材支撑零组件上，可以相反次序完成上述步骤。
在该机械臂叶片组件900的一个方面中，该制动机构920是适于在传送期间在至少一个方向上(例如+X方向)限制该夹钳组件905的移动。在与该夹钳组件905供给的抓持力(F1)相反的方向上限制该夹钳组件905移动的能力可避免该(些)水平轴向加速度使该抓持力显著降低，因而让该基材可以移动，这可能产生微粒，或者可避免在传送期间从该叶片组件900掉落。在另一方面中，该制动机构920适于在至少两个方向上(例如+X和-X方向)限制该夹钳组件905的移动。在此配置中，在与该抓持力(F1)方向平行的方向上限制该夹钳组件移动的能力可避免该(些)水平轴向加速度使该抓持力显著增加，这可能使基材毁坏或碎裂，或显著降低，这可能产生微粒或让该基材掉落。在又另一实施例中，该制动机构905适于限制该夹钳组件905所有的六个自由度，以避免，或最小化该基材的移动。在预期方向上限制该夹钳组件905移动的能力可利用适于限制该夹钳组件905移动的零组件来完成。可用来限制该夹钳组件905移动的典型零组件包含常规栓锁机构(例如门闩型机构)，或其他类似装置。在一个方面中，该夹钳组件905的移动是由供给限制力(图16A的元件F2)的机构来限制，例如上面讨论的相反制动组件920A。
在一个实施例中，使用位置感应器930来感应该夹钳板906的位置，而使该控制器101可以在传送期间的任何时间点判定该叶片组件900的状态。在一个方面中，因为该夹钳板906的位置和该促动器910传送的力量间的距离，藉由注意到该夹钳板906在-X方向上移动得太远，该位置感应器930适于感应到并没有基材设置在该叶片组件900上，或是该基材已经在该支撑表面上(元件908A和909A)错置。同样地，藉由注意到该夹钳板906的位置在相应于基材存在时可接受的位置范围内，该位置感应器930和控制器101可适于感应到基材的存在。在一个方面中，该位置感应器930是由设置在预期点上的多个光学位置感应器、线性可变差动变压器(LVDT)或可用来辨明该夹钳板906的可接受和不可接受的位置的其他可比拟的位置感应装置组成。
图16C示意性地示出叶片组件(元件900A)的一个实施例的平面图，该叶片组件具有取代图16A的制动机构920的示意表示的相反制动组件920A。该相反制动组件920A适于在基材传送期间将该夹钳板906限制在定位上。图16C所示的实施例与图16A-B所示的配置法相似，除了添加该相反制动组件920A、促动器组件910A和多个支撑零组件之外，因此，为了简明，在适当时使用相同的元件符号。该机械臂叶片组件900A的实施例一般含有叶片基座901、促动器组件910A、相反制动机构920A、位置感应器930、夹钳组件905、反应构件908、以及基材支撑零组件909。在一个实施例中，该夹钳板906是装设在线性滑轨(未示出)上，该线性滑轨与该叶片基座901连接以对准并限制该夹钳板906在预期方向(例如X方向)上的移动。
在一个实施例中，该促动器组件910A含有促动器911、促动器连结杆911A、连结构件912、滑轨组件914、连接构件915、以及与该连结构件912连接并通过该连接构件915与夹钳板906连接的连接板916。该连结构件912可以是一般用来将各种移动控制零组件连接在一起的常规连结接合或“浮动接合(floating joint)”。在一个实施例中，该连接板916是直接与该促动器911的促动器连结杆911A连接。该滑轨组件914可以是常规线性滑轨组件，或滚珠轴承滑轨，该滑轨组件914与该连接板916连接以对准并引导该连接板的移动，因而该夹钳板906的移动。该促动器911适于藉由移动该连结杆911A、连结构件912、连接构件915、和连接板916来设置该夹钳板906。在一个方面中，该促动器911是气压缸(aircylinder)、线性马达或其他可比拟的设置及传力装置。
在一个实施例中，该相反制动组件920A含有促动器921，该促动器与该叶片基座901连接，并与制动接触构件922连结。在此配置法中，该相反制动组件921A适于“锁住”或限制该夹钳板906，源自于该相反制动组件920A产生的限制力F2。在一个实施例中，该限制力F2是当该促动器921迫使(元件F3)该制动接触构件922倚靠着该连接板916时，由形成在该连接板916和该制动接触构件922间的摩擦力形成。在此配置法中，该滑轨组件914是经设计以接受该促动器921传送的制动力所F3产生的侧负载(side load)。产生的将该夹钳板906保持在定位的限制力F2等于该制动力F3乘以该制动接触构件922和该连接板916间创造出的静摩擦系数。该促动器921的尺寸、以及制动接触构件922和该连接板916材料和表面处理的选择可以最佳化，以确保所产生的限制力总是比传送期间该基材加速期间所产生的任何力大。在一个方面中，所产生的限制力F2在约0.5和约3.5公斤力(kgf)范围内。在一个方面中，该制动接触构件922可由橡胶或聚合物型材料制成，例如聚氨酯(polyurethane)、乙烯-丙烯橡胶(EPDM)、天然橡胶、丁基橡胶或其他适合的聚合物材料，而该连接板916是由铝合金或不锈钢合金制成。在一个实施例中，未示出，该促动器911的连结杆911A直接与该夹钳板906连结，而该相反制动组件920A的制动接触构件922适于接触该连结杆911A或该夹钳板，以避免它们移动。
图16D示意性示出该叶片组件900A的一个实施例的平面图，该叶片组件具有与图16C所示者不同的相反制动组件920A的配置。在此配置法中，该相反制动组件920A含有在一端与该制动接触构件922连接的杠杆臂923、在该杠杆臂另一端则具有该促动器921、以及设置在该杠杆臂两端之间某处的枢轴点“P”。在一个方面中，该枢轴点与该叶片基座901连接，并且适于在该制动接触构件922被压迫倚靠该连接板916时支撑该杠杆臂923和从该促动器921供给至该杠杆臂923的力F4。在此配置法中，藉由策略性地设置该枢轴点“P”，可利用该杠杆臂923创造出机械优势，该杠杆臂可用来供给超过直接与该促动器921的力产生零组件接触可达到的力的制动力F3，因而限制力F2。
图16D也示出该叶片组件900A的一个实施例，该叶片组件含有设置在该夹钳板906和连接构件915间的顺应构件917，以帮助感应基材存在或不存在该叶片组件900A上。一旦该限制力F2已经应用至连接板916上，该顺应构件一般加入与该位置感应器930和控制器101并用的额外的自由度，以感应该基材是否存在该叶片组件900A上。若该叶片组件900A中没有其他自由度的存在，则防止或抑制该夹钳板906移动的限制力F2会因而使该位置感应器930和控制器101在基材传送之前或期间无法基材基材的移动或损失。
因此，在一个实施例中，该促动器组件910一般含有促动器911、促动器连结杆911A、连结构件912、滑轨组件914、连接构件915、顺应构件917、夹钳板滑轨组件918、以及与该连结构件912连接并通过该连接构件915及顺应构件917与该夹钳板906连接的连接板916。该夹钳板滑轨组件918一般是常规线性滑轨组件，或滚珠轴承滑轨，并与该夹钳板906连接以对准并引导该夹钳板移动。
该顺应构件917一般是弹性零组件，例如弹簧、弯曲件或其他类似装置，该装置可在释放在施加抓持力F1期间该装置的挠曲产生的位能时传送足够的力，以在该基材移动或“迷途”时使该夹钳板906移动可轻易由该位置感应器930测量到的量。在一个方面中，该顺应构件917是弹簧，该弹簧具有足够低的弹簧常数(spring rate)，而使该弹簧可在应用该抓持力F1至该基材时达到“压缩高度”。在另一方面中，该连接构件915、顺应构件917和夹钳板906是经设计而使得在应用该抓持力F1时，该连接构件915会与该夹钳板906接触，或底部接触在该夹钳板上。这些类型的配置法的一个优势在于避免抓持力F1在传送期间改变，因为该顺应构件917无法由于该基材在传送期间经历到的加速度而进一步挠曲，这会减少所产生的微粒数量并避免该基材的损失。
如下步骤意欲示出该顺应构件917如何可在施加该限制力F2至该连接板916之后用来感应该基材在该叶片组件900A上的存在的范例。在该第一步骤中，该促动器911通过该夹钳组件905内的接触构件907和该反应构件908施加该抓持力F1至该基材，这使该顺应构件917挠曲让该连接构件915和该夹钳板906间的缝隙“G”缩小的量。该控制器101然后藉由监控并注记从该位置感应器930接收到的信息来检查以确认该夹钳板906位于可接受的位置上。一旦感应到该基材，因此是在该叶片组件900A上的预期位置处，即施加该限制力F2至该连接板916以限制该连接板在与该抓持力(F1)方向平行的方向上的移动。然后若该基材移动，和/或变为“去抓持(un-gripped)”，则该顺应构件917内产生的位能，因为施加该抓持力F1期间的挠曲，会使该夹钳板906移离该受限制的连接板916，该夹钳板接着由该位置感应器930和控制器101感应。该位置感应器930注记的该夹钳板906的移动会使该控制器101停止该传送制程或避免传送制程发生，这可帮助避免该基材和系统的损害。
虽然前述是针对本发明的实施例，但本发明的其他及进一步实施例可在不背离本发明基本范围下设计出，而本发明范围是由所附的权利要求所界定。

Claims (21)

1.一种机械臂组件，包括：
第一移动组件，可在第一方向上移动；以及
第二移动组件，所述第二移动组件耦合于所述第一移动组件并可相对于所述第一移动组件在垂直于所述第一方向的第二方向上移动，其中所述机械臂组件还包括：
围封，设置于所述第一移动组件；
促动器，在所述围封内；以及
风扇组件，设置于所述围封中，所述风扇组件适于在所述围封内产生小于所述围封外部压力的压力。
2.如权利要求1所述的机械臂组件，其特征在于，所述围封包含垂直促动器组件的至少一部分。
3.如权利要求2所述的机械臂组件，其特征在于，所述垂直促动器组件包括线性轨道。
4.如权利要求2所述的机械臂组件，其特征在于，所述垂直促动器组件包括皮带。
5.如权利要求2所述的机械臂组件，其特征在于，所述垂直促动器组件包括支撑板，所述支撑板上设置有转移机械臂。
6.如权利要求2所述的机械臂组件，其特征在于，所述垂直促动器组件耦合于滑轨板，所述滑轨板可相对于设置于所述第二移动组件中的水平促动器组件移动。
7.如权利要求2所述的机械臂组件，其特征在于，所述围封包含水平促动器组件的至少一部分。
8.如权利要求7所述的机械臂组件，其特征在于，所述水平促动器组件耦合于基座结构。
9.如权利要求8所述的机械臂组件，其特征在于，所述基座结构包括多个穿孔。
10.一种用于在群集工具中转移基材的机械臂组件，所述机械臂组件包括：
机械臂，适于将基材定位于包含于一平面内的一个或多个点处，所述机械臂包括：
第一移动组件，包括：
滑轨组件，包括与沿第一方向定位的第一线性轨道耦合的块状物；
支撑板，耦合于所述块状物和所述机械臂；
围封，具有一个或多个壁，所述一个或多个壁形成围绕所述滑轨组件的第一内部区域且促动器设置于所述围封内；以及
第一风扇组件，与所述第一内部区域连通并适于在所述第一内部区域中产生小于所述第一内部区域的外部压力的压力。
11.如权利要求10所述的机械臂组件，其特征在于，所述第一移动组件包括狭缝，所述狭缝形成于所述围封的一个或多个壁中的一个壁中，所述支撑板的一部分延伸通过所述狭缝。
12.如权利要求10所述的机械臂组件，其特征在于，所述第一移动组件耦合于第二移动组件，所述第二移动组件耦合于沿第二方向定位的第二线性轨道。
13.如权利要求12所述的机械臂组件，其特征在于，所述第二方向垂直于所述第一方向。
14.如权利要求12所述的机械臂组件，其特征在于，所述第二移动组件包括：
一个或多个壁，所述一个或多个壁形成与所述第一内部区域流体连通的第二内部区域。
15.一种用于在群集工具中转移基材的机械臂组件，所述机械臂组件包括：
第一移动组件，包括：
第一促动器组件，适于相对于沿第一方向定位的第一线性轨道来定位机械臂，所述第一促动器组件设置于所述第一移动组件内的第一围封中，所述第一围封具有一个或多个壁，所述一个或多个壁形成第一内部区域并包含第一风扇组件；以及
第二移动组件，耦合于沿垂直于所述第一方向的第二方向定位的第二线性轨道。
16.如权利要求15所述的机械臂组件，其特征在于，所述第一促动器组件还包括：
滑轨组件，当所述机械臂由所述第一促动器组件定位时引导所述机械臂。
17.如权利要求15所述的机械臂组件，其特征在于，所述第二移动组件还包括第二促动器组件。
18.如权利要求17所述的机械臂组件，其特征在于，所述第二移动组件还包括：
第二围封，具有一个或多个壁，所述一个或多个壁围绕所述第二促动器组件以形成第二内部区域。
19.如权利要求18所述的机械臂组件，其特征在于，所述第二移动组件还包括：
第二风扇组件，与所述第二内部区域流体连通。
20.如权利要求18所述的机械臂组件，其特征在于，所述第一内部区域与所述第二内部区域流体连通。
21.如权利要求18所述的机械臂组件，其特征在于，所述第一围封或第二围封之一包括过滤器，适于包含所述第一内部区域和所述第二内部区域内的颗粒。
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