CN102449753A - 基底无微粒处理装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及在洁净室条件下在微环境内根据微技术的基底无微粒处理的装置。本发明的任务是提供一种基底处理装置，所述基底处理装置无摩擦地工作，因此无微粒。根据本发明设计了用于该装置的数个自由度，由此至少在x-轴、y-轴、z-轴和Φ-方向上被磁性地且无接触地支撑和/或引导，由此轴和方向中的每个的支撑与驱动无接触且电磁地实现，由此用于承载和驱动的能量的传递以无接触的方式实现。设计有至少一个主动部件(3)和至少一个被动部件(2)，由此将可移动的主动部件(3)通过磁性轴承(4、5)引导成悬挂在固定的被动部件(2)处，由此与主动部件(3)一起运行的驱动电机(7)与通过电磁耦合装置实现的能量供应器耦合。

Description

基底无微粒处理装置
技术领域
本发明涉及根据在洁净室条件下于微环境中的微技术的基底无微粒处理装置，特别是用以在半导体工业中处理硅晶片的装置。
背景技术
由于在早先90年代时用于处理200mm晶片的SMIF技术(标准机械接口)的应用是硅晶片，所以在半导体制造中，不再以人工而以机器人处理。因此每个制造机器分别配备有所谓的工厂接口，EFEM(设备前端模块)，在该机器处所述EFEM被布置成用以打开其内部具有晶片的传送盒-“200mm的SMIF容器(pod)”以及“FOUPS”(前开口式通用容器)，从而取出晶片并且将其定位在生产机器中。
因此EFEM构成了最高洁净标准，类似于每个生产机器。在200mm技术的情况中，EFEM的设计对于机器制造商是自由选择的，只有SMIF端口(这是卡盒的开口机构(SMIF装载机))由机构SEMI(semi.org)定义并在世界范围内标准化。所使用的机器人以及在SMIF装载机和机器入口之间送交区域中的洁净室工程设计的构想不足，且不是根据各半导体技术的必要洁净标准来设计的。
用于测量的程序以及关于这种小EFEM洁净室(所谓的微环境)的洁净的认同是根据1995年和1996年的标准“SEMI E44”中的SEMI编纂的，以便促进机器制造商定义这种系统的洁净。
基于在SMIF技术中的经验，机构SEMATECH(permatech.org)在1999年3月已经出版了用于EFEM的指导方针(#99033693A-ENG，“集成的微环境设计最佳实践”(Integrated Mini Environment Design BestPractices))，其中是以300mm晶片开始实践。
在本文中不再调整在微环境内处理机器人的构造。通常机器人也称为处理机。这些是用于处理在这种微环境中使用的具有四个自由度(线性的x-轴、y-轴、z-轴和绕z轴的旋转运动，Φ-方向)的硅晶片的构造。因为使用的区域的原因，最近以多个旋转轴来使用机器人。
通常，机器人设置有轴承或滑动轴承。在微环境基部处的长的线性移动(通常称为y轴)大部分在传统滚轴或球圆轴承上通过，且在最好的情况下，由驱动带、转向架或线性电机驱动。
这种系统的能量供应器以及信号电缆和必要的话包括真空软管必须通过各自能量电缆牵引链的牵引链上的电缆来运载。
因为不可避免的摩擦力所有的这些机械部件会产生微粒。在实际系统中，尝试通过空气的竖直移动以及排空和封装来使所产生的微粒远离关键的晶片表面。由于在被移动的系统处被移动的气流的紊流和“无序”作用，通常限制了这种方法的有效性。即，一部分所产生的微粒以统计的观点总是到达晶片的表面。
采用先进的结构小型化以及增强硅晶片上的功能复杂性，尤其是应用直径达450mm的更大晶片，这些都要求绝对更强的洁净。SEMATECH在ITRS(国际半导体技术展望)中建议ISP等级1(ISO标准#14644)空气质量的提纯。
JP 04264749公开了一种传送机器人，在该传送机器人处，晶片通过磁力经由通道而在载架中传送，由此载架在通道中悬空或者在由磁力保持的处理装置之下悬空。晶片至多个传送路径内的传输是由传送机器人处理的。EP 0 626 724B1中描述了用于晶片的类似传送系统。
US 6 045 319 B以及EP 0 246 098 B1也公开了用于可运载数个物品的载架的悬空传送的磁性传送系统。但是存在一些会产生微粒的另外的引导元件。
用于晶片处理的处理机用于在这种传送系统中对晶片的处理，其实现了晶片在x-方向、y-方向、z-方向以及Φ-方向的传送。
在JP 04267355A中公开了一种晶片传送机器人，其可在真空室中通过机器人传送晶片，机器人通过位于真空室外的磁铁驱动。
在US 5 288 199中描述了一种固定地定位的晶片处理机，其设置有磁性驱动器用于线性移动。为了该目的，在工作手臂的一端设置有叉子，其通过电磁体沿轴向移动。晶片处理机的枢转轴承以传统方式实现。
发明内容
本发明的任务是提供用于微技术的基底无微粒处理装置，该处理装置以无摩擦力方式工作。
该任务通过根据本发明的装置来解决，该装置设计为具有数个自由度，由此至少在x-方向、y-方向、z-方向以及Φ方向上磁性地且无接触地运载和/或引导，由此每个轴线的承载和驱动以电磁无接触方式实现，并且用于承载和驱动的能量的传递以无接触的方式实现，且设计有至少一个主动部件和至少一个被动部件。
磁铁轴承设计成电磁性的、电动的或永久磁性的轴承，由此通过感应或变压器来传输能量。
每个轴线设置有位置传感器，位置传感器无接触地传输传感器数据，由此以无线方式传输传感器数据。
通常致动元件是固定的，且通过致动元件无接触地移动传送单元，由此致动元件与传送单元一起运行(ride)。
可移动主动单元通过磁性轴承被引导成悬挂在固定的直立被动部件上，由此设置在主动部件处的驱动电机与通过耦合单元实现的能量供应器连接，并且在主动部件处设置了具有处理机的提升-旋转单元。
提升-旋转单元设置有外管，外管直立地固定在主动部件上，有规律地设置在内表面上以无接触地且在两端部位置之间沿竖直方向引导内管的至少三个磁铁轴承在一个或多个高度内。
在内管内设置了中心提升电机，该中心提升电机与直立地固定在内管内的杆功能性地连接。
内管内设置了电磁旋转驱动器，也用以实现内管的与直立地固定的杆相反的可控旋转。
在处理机处设置了用于支撑硅晶片的电磁可移动叉。
根据本发明，包括数个部件的无摩擦的机械支撑以及至数个部件的能量和信号传递。
附图说明
下面将通过示例来描述本发明。
其中相关附图表示：
图1：具有被动部件的以横向于驱动方向的横截面方式描绘的根据本发明的基底无微粒处理装置，主动部件在被动部件内移动，由此具有待被传送的硅晶片的物品位于主动部件内；
图2：根据图1的装置的示意性侧视图，其中主动部件正在穿过被动部件地移动；
图3：根据本发明的基底无微粒处理装置，其中使以横向于驱动方向的横截面显示的具有移动的被动部件的主动部件直立，由此具有待被传送的硅晶片的物品位于被动部件内；
图4：根据图3的具有被动部件的装置的示意图，其中被动部件驱动穿过主动部件，主动部件具有间隔地设置；
图5a-c：在以数个位置行进穿过主动部件期间的被动部件；
图6：根据本发明的电磁线性支撑并且驱动在主动部件内的被动部件的截面图；
图7：根据本发明的电磁提升-旋转支撑的截面图；
图8：根据本发明的图7的提升-旋转支撑的截面侧视图；
图9：线性支撑和旋转支撑的组合的示意性截面图，其中在下部位置具有用于硅晶片的附接的处理机，其中处理机被移出；
图10：根据图9的其中在上部位置的处理机被移动的装置；
图11：根据图10的具有磁性轴承和电磁驱动器的处理机的细节；
图12：根据图11的处于移出位置的处理机；
图13：根据图12的视图A的处理机的截面图；以及
图14：根据图11的处理机的视图B。
具体实施方式
图1示出根据本发明的待在容器1内传送的基底(未示出)或其它物品的无微粒处理装置，其显示了横向于驱动方向的截面图。装置由固定的被动部件2、沿计划的轨道内可通过磁力移动的主动部件3构成。由于主动部件是移动的，所以需要为它提供用于磁性轴承4、5的能量，其中磁性轴承4、5将主动部件保持浮动在被动部件之下。通过电磁耦合装置6来实现能量供应器，其中电磁耦合装置6也将能量提供给设计成线性感应电机的驱动电机7。被动部件2仅仅设置有永久磁铁8。
图2示出了沿被动部件2驱动期间的主动部件3。
在图3中显示了具有被移动的被动部件2的固定的主动部件3。待被传送的具有硅晶片的物品位于传送容器1中，其中传输容器1同时是被动部件2。为了在此实施例中实现被动部件2的驱动，沿着计划的轨道彼此间隔地设置一些主动部件3。图4描绘了在驱动期间穿过一些主动部件3的被动部件2。
为了保证安全引导被动部件2，要确保其在驱动期间总是被至少两个主动部件3保持暂搁(图5a-c)。
图6示出了根据本发明的其中主动部件3支撑在被动部件2中的电磁线性轴承的详细剖面图。
为了将能量传输至主动部件，在主动部件3上布置了电磁耦合装置6，其中电磁耦合装置6在被动部件处与固定线圈9面对面，固定线圈9用作发射天线。另外设置有两个横向的紧固磁性轴承4、5，所述横向磁性固定轴承4、5将主动部件3平衡且暂搁地保持在被动部件2上。
主动部件3的驱动通过布置其上的设计成线性电机的驱动电机7实现。
此外主动部件3设置有提升-旋转单元10。
图7、8描绘了这种提升-旋转单元的截面图。该提升-旋转单元包括例如固定地直立在主动部件3(图3)上的外管11，所述外管11在内圆周表面处在一个或更多高度内具有四个磁性轴承12，所述四个磁性轴承12以在它们之间每个90°的角度偏移来设置，以在竖直方向不接触地承载内管13，且内管13可移动地支撑在两个端部位置之间。
为了移动内管13，沿竖直方向在内管13内设置了具有固定的直立线圈装置15的中心提升电机14，以及可竖直地任意设置在管13内的可磁化的杆16。内管13的上自由端18用于保持另外的部件，比如处理机19，用以保持并传送晶片。
此外在内管13内布置了旋转驱动器17(图7)。
图9示出了具有附接的处理机19的根据图7的线性支撑和旋转支撑的组合，所述处理机19设置有可电磁设置的叉20，用于运载硅晶片21(图14)。处理机19在图9中示出为在下端位置具有被驱动出的叉20，并且在图10中示出为在上端位置具有缩回的叉20。处理机19也配备有无接触的轴承和驱动器。
处理机19的细节显示于图11-图14中，图11示出了根据图10的处理机19，其中磁性轴承22和电磁驱动器23具有缩回的叉20(图11)且具有拉出的叉20(图12)。
图13描绘了在根据图12的视图A中的具有磁性轴承22以及电磁驱动器23的处理机的截面图。
图14描绘了根据图12的具有缩回的叉20的处理机以及根据图7的旋转驱动器的视图B。
附图标记列表
1传输容器
2被动部件
3主动部件
4磁性轴承
5磁性轴承
6电磁耦合装置
7驱动电机
8永久磁铁
9线圈
10提升单元
11外管
12磁性轴承
13内管
14提升电机
15线圈装置
16可磁化的杆
17旋转驱动器
18自由端
19处理机
20叉
21硅晶片
22磁性轴承
23电磁驱动器

Claims (12)

1.一种用于在洁净室条件下在微环境内的微技术的基底无微粒处理的装置，其特征在于：对于所述装置设计有多个自由度，由此至少x-轴、y-轴、z-轴和Φ-方向被磁性地并且无接触地支撑和/或引导，由此所述轴和方向中的每个的支撑和驱动无接触且电磁地实现，并且由此用于承载和驱动的能量的传递无接触地实现，并且由此设计有至少一个主动部件(3)和至少一个被动部件(2)。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，设计电磁轴承、电动轴承或永久磁性轴承用于磁铁轴承。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，通过感应或通过变压器来传输能量。
4.根据权利要求1-3所述的装置，其特征在于，所述轴设置有位置传感器，所述位置传感器无接触地传输传感器数据。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述传感器数据被无线地传输。
6.根据权利要求1-5中的一项所述的装置，其特征在于，致动元件是固定的，并且通过所述致动元件无接触地移动传送单元。
7.根据权利要求1-5中的一项所述的装置，其特征在于，致动元件与传送单元一起运行。
8.根据权利要求1-7中的一项所述的装置，其特征在于，可移动的主动单元(3)通过磁性轴承(4、5)被引导成悬挂在固定的直立被动部件(2)上，由此设置在所述主动部件(3)处的驱动电机(7)通过耦合单元(6)与能量供应器连接，并且由此在所述主动部件处设置具有处理机(19)的提升-旋转单元(10)。
9.根据权利要求8所述的装置，其特征在于，所述提升-旋转单元(10)设置有固定地直立在所述主动部件(3)上的外管(11)，在一个或多个高度内设置有磁性轴承(12)，所述磁性轴承(12)规则地设置在内表面上，以无接触地并且在竖直方向上在两个端部位置之间引导内管(13)。
10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述内管(13)内设置中心提升电机(14)，所述中心提升电机(14)与固定地直立在所述内管内的杆(16)功能性地连接。
11.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，在所述内管(13)内设置电磁旋转驱动器(17)，以实现所述内管(13)的与固定的直立杆(16)相反的可控旋转。
12.根据权利要求8至11所述的装置，其特征在于，在所述处理机(19)处设置有电磁可移动叉(20)，以支撑硅晶片(20)。
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