CN103258776B

CN103258776B - 用于半导体晶片装卸末端执行器的质量阻尼器

Info

Publication number: CN103258776B
Application number: CN201310049300.4A
Authority: CN
Inventors: 马克·K·坦; 尼古拉斯·M·科佩茨; 理查德·M·布兰克
Original assignee: Novellus Systems Inc
Current assignee: Novellus Systems Inc
Priority date: 2012-02-17
Filing date: 2013-02-07
Publication date: 2017-07-11
Anticipated expiration: 2033-02-07
Also published as: CN103258776A

Abstract

本公开描述了一种用于半导体晶片装卸机械手的和末端执行器一起使用的校准质量阻尼器。所述校准质量阻尼器减少了运载半导体晶片的末端执行器中的振动响应，却无需修改末端执行器的结构。

Description

用于半导体晶片装卸末端执行器的质量阻尼器

本申请根据美国法典第35编第119条(e)，要求2012年2月17日提交的、申请号为61/600,515的美国临时申请的权益，并要求2013年2月1日提交的、申请号为13/757,489的、名称为“MASS DAMPER FOR SEMICONDUCTOR WAFER HANDLING END EFFECTOR(用于半导体晶片装卸末端执行器的质量阻尼器)”的美国非临时申请的优先权，前述申请的全部内容作为参考并入本申请中。

技术领域

本公开总体上涉及质量阻尼器，尤其是涉及用于半导体晶片装卸末端执行器的质量阻尼器。

背景技术

在半导体器件的制造过程中，不同类型的工具被用来执行数以百计的处理操作。这些操作中的大部分在极低压的处理室中(即，在真空或部分真空中)被执行。这样的处理室可被设置为围绕中央毂(central hub)，且该毂和处理室可被保持在大体上相同的极低压。通过机械地耦合于处理室的晶片装卸系统(wafer handling system)，可将晶片引介到该处理室。晶片装卸系统将晶片从工厂车间(factory floor)传送到处理室。晶片装卸系统可包括装载锁以将晶片从大气条件带到极低压条件以及再带回大气条件，晶片装卸系统还可包括装备有末端执行器的机械臂，所述末端执行器被构造来在晶片传输过程中支撑晶片。

发明内容

本文所公开的技术和设备可用多种方式来实现，包括但不限于下面所述的各种实施方式。可以理解的是，本领域普通技术人员可使用本文所记载的技术和设备来生成符合本文中所公开的信息的其它实施方式，且这样的替代实施方式也被认为落在本公开的范围内。

在一实施方式中，提供了一种设备，所述设备包括机械接口，所述机械接口被构造为刚性连接到晶片装卸机械手的末端执行器，所述末端执行器被构造来支撑晶片。所述设备还可包括重量大于0.38磅质量(lbm)的校准质量阻尼器(calibrated mass damper，CMD)，且可被校准来产生所述末端执行器的第一模态频率和所述末端执行器被构造来支撑的所述晶片的第一模态频率之间的至少一个倍频程(octave)的分离。

在一些进一步的实施方式中，所述CMD可以是大约0.42磅质量。在一些实施方式中，钨可被用来制作所述CMD。所述CMD还可被镀，例如，用镍。

在一些进一步的实施方式中，所述末端执行器在与所述末端执行器的最大维度一致的方向上可具有第一长度，且当所述CMD被安装在所述末端执行器上时，所述CMD和所述末端执行器在与所述末端执行器的所述最大维度一致的所述方向上可具有合并的第二长度。在这样的实施方式中，所述第二长度超过所述第一长度可不多于1.35英寸。

在一些实施方式中，所述CMD可包括壳体和校准材料(calibration material)。所述校准材料可以是被密封在所述壳体内的粒状材料。

在另一实施方式中，可提供一种末端执行器改进套件。所述末端执行器改进套件可包括校准质量阻尼器(CMD)。所述CMD可包括机械接口，所述机械接口被构造为刚性连接到晶片装卸机械手的末端执行器，而所述末端执行器可被构造来支撑晶片。所述CMD可具有大于0.38磅质量的重量，且可被校准来产生所述末端执行器的第一模态频率和所述末端执行器被构造来支撑的所述晶片的第一模态频率之间的至少一个倍频程的分离。

在一些进一步的末端执行器改进套件的实施方式中，所述套件可进一步包括标准的CMD接触垫。所述末端执行器可包括一或更多标准接触垫，且所述标准的CMD接触垫可被构造来在改进过程中取代所述末端执行器的所述标准接触垫中的一个。所述标准的CMD接触垫还可包括所述标准接触垫的特征的子集，以及被构造来与所述CMD接合并支撑所述CMD的额外特征。

在一些进一步的末端执行器改进套件的实施方式中，所述套件可进一步包括背面的CMD接触垫。所述末端执行器可包括一或更多背面接触垫，且所述背面的CMD接触垫可被构造来在改进过程中取代所述末端执行器的所述背面接触垫中的一个。所述背面的CMD接触垫还可包括所述背面接触垫的特征的子集，以及被构造来与所述CMD接合并支撑所述CMD的额外特征。

在一些进一步的末端执行器改进套件的实施方式中，所述套件可进一步包括修正臂。所述修正臂可被构造来在改进过程中取代所述晶片装卸机械手的现有的臂。所述现有的臂可允许针对所述末端执行器的第一级的节距调整(pitch adjustment)。所述修正臂可包括特征，所述特征被构造来与所述末端执行器上的配套特征刚性接合、与所述机械手的滑架(carriage)上的配套特征刚性接合、以及允许针对所述末端执行器的第二级节距调整，所述第二级节距调整大于由所述现有的臂所提供的所述第一级节距调整。

在一些进一步的末端执行器改进套件中，所述末端执行器在与所述末端执行器的最大维度一致的方向上可具有第一长度，当所述CMD被安装在所述末端执行器上时，所述CMD和所述末端执行器在与所述末端执行器的所述最大维度一致的所述方向上可具有合并的第二长度，且所述第二长度超过所述第一长度可不多于1.35英寸。

在所述设备的实施方式中，改进套件中所使用的CMD可按前面所述那样来实施。

在一实施方式中，可提供一种末端执行器。所述末端执行器可包括机械接口部分，所述机械接口部分的第一侧面被构造为刚性连接到晶片装卸机械手的臂。所述末端执行器还可包括手指状部分，所述手指状部分在大体上与所述第一侧面相反的方向上自所述机械接口部分延伸，所述末端执行器还可包括末梢(tip)，所述末梢位于所述手指状部分的与所述机械接口部分相对的末端。所述末端执行器可被构造来在晶片传送操作期间支撑半导体晶片。所述末端执行器还可包括如上所述的校准质量阻尼器(CMD)。所述CMD可接近于所述末梢。

在一些实施方式中，提供了一种用于减少正在末端执行器上移动的晶片中的振动的技术。所述技术可包括将所述晶片的谐振频率和所述末端执行器的谐振频率分离至少一个倍频程使得所述末端执行器的所述谐振频率总是低于所述晶片的所述谐振频率。在一些实施方式中，所述晶片和所述末端执行器的所述谐振频率可通过在所述末端执行器上安装CMD来分离。

本说明书中所描述的主题的一或多种实施方式的细节在下面的附图以及描述中进行阐述。根据说明书、附图以及权利要求书，其它的特征、方面和优点会变得清楚明白。

附图说明

图1A描绘了装载锁以及机械臂传递机构的正等轴测图。

图1B描绘了在机械臂缩回的情况下，图1A的装载锁的正等轴测图。

图2描绘了附着于半导体制造室的装载锁传递机构的正等轴测图。

图3A描绘了臂、末端执行器以及滑架的正等轴测图。

图3B从侧面视角描绘了臂、末端执行器以及滑架。

图4描绘了末端执行器的正等轴测图。

图5A描绘了具有校准质量阻尼器的末端执行器的正等轴测图。

图5B描绘了部分分解的图5A的末端执行器的正等轴测图。

图6A-6E描绘了校准质量阻尼器的俯视图、左视图、正视图、仰视图和正等轴测图。

图7描绘了CMD的实现工艺的流程图。

虽然图1A-6E是按比例绘制的，但是本公开不应该被解释为受限于诸如图1A-6E中所示的这些结构。满足本文所描述的构思的其它构造和几何结构也可被提出，且应当被视为落在本公开的范围内。

具体实施方式

下面进一步参照附图描述各种实施例。应当理解的是此处的描述其目的并不是将权利要求限制在所描述的具体实施例。相反，其目的在于覆盖本申请所附权利要求的精神和范围之内的替代实施方式、修改型的实施方式以及等同物。在下面的描述中，描述了许多具体的细节以提供对本发明的彻底的理解。缺少这些具体细节中的一部分或者全部，本发明也能够被实施。在其它的实施例中，没有描述公知的工艺操作以防止不必要地使本发明难以理解。

图1A描述了装载锁100，该装载锁可用于将晶片102在不同压力的环境之间转移，例如从大气或者接近大气的条件转移到半导体制造室内的低压、接近真空或真空的条件。图中并没有显示该装载锁100的所有部件。例如，一般情况下会固定在装载锁100的顶部的盖子没有被显示以便能够看见装载锁100的内部。晶片口110可允许晶片进入该装载锁100以及从该装载锁退出。

该装载锁100可包括臂104，该臂可被刚性连接至滑架，该滑架进而被连接至滑架接口，该滑架接口被配置成用于线性运动(未示出)。该滑架接口可允许臂104沿着单个轴移动，例如，在本例中平行于该装载锁100的最长边缘的轴，以允许臂104能伸出和缩进该装载锁100。

末端执行器106可被连接至该臂104的末端。这允许多种不同的末端执行器能与单个模型的装载锁100一起使用；这也使得能够很容易地更换损坏的或者报废的末端执行器。末端执行器夹具(clamp)112可用于将该末端执行器106固定到该臂104，虽然其它的技术或者固定机构也可用于代替该末端执行器夹具112。末端执行器106的尺寸可被设置以用于特定的晶片尺寸，例如300mm直径的晶片。

图1A中还显示了校准质量阻尼器(CMD)108，该校准质量阻尼器可连接至末端执行106的末端。图1B显示了装载锁100，其中，臂104和晶片102都退入了装载锁100的内部。

图2显示了连接至半导体处理室214的装载锁200，为了清楚起见，移除了该半导体处理室的大多数部件。图2中还显示了基座(pedestal)216，该基座被用于当带有末端执行器206的臂20伸出以将晶片202放入该半导体处理室214内时接收该晶片202。举升销234(lift pins)可垂直伸出该基座216并将该晶片202从末端执行器206上举起。当晶片202被从该末端执行器206上举起时，臂204可缩入装载锁200并且准备好接收另一个晶片202。这样的程序也可以以相反的方式实施，即，通过举升销234将晶片202从基座216上举起，臂204可从装载锁200中伸出以将末端执行器206放到晶片202的下方，然后举升销234可缩回并将晶片202降到末端执行器206上。然后臂204可缩入装载锁200，将该晶片202从该半导体处理室运出。

尽管没有描述，但是与基座216相似的其它基座可定位在该半导体处理室214内的其它站(stations)内。能够做旋转运动的机械手(未示出)，例如R-theta机械手可用于将晶片在该半导体处理室之内的站与站之间传递。这种机械手也可以使用与本申请中描述的那些末端执行器相似的末端执行器，并可以从相似的校准质量阻尼器(CMDs)中受益。

图3A描述了臂304、末端执行器306和其它的形成臂组件336的相关的部件，其中的一些部件在图1A-1B的视图是被遮挡的。臂304可被连接至滑架318，该滑架进而可连接至滑架接口320。当被安装在装载锁或者其它设备时，该滑架接口320可与轨道或者其它线性引导件/驱动装置(未示出)接合。尽管可通过与该装载锁连接的运动控制器来控制该滑架接口320的运动，但是当该滑架接口沿着该线性引导件/驱动装置移动过远时，缓冲器322可用于防止该滑架接口与该装载锁的内壁剧烈碰撞。

通过末端执行器夹具312和/或其它部件(未示出)可将末端执行器306连接至臂304的另一端。校准质量阻尼器(CMD)308可被连接至该末端执行器306，例如连接至该末端执行器306的末端。图3A还显示了接触垫324和CMD接触垫326，它们分别被连接至该末端执行器306的底部和顶部。

图3B显示了臂组件336的侧视图。如图所示，该臂组件336的大部分非常薄并且大体是平坦的。这允许，例如末端执行器306能够穿过具有有限垂直间隙的开口而被插入，所述开口例如图1A和1B中的晶片口110或者当晶片202被图2中的举升销234从基座216上举起时，晶片202与基座216之间的间隙。

由于末端执行器306的操作环境的环境和污染物的限制，末端执行器306在设计上可以是相对简单的。例如，末端执行器306可能需要暴露于真空或者接近真空的环境，这会限制多种机构的使用。例如，末端执行器306可通过使用摩擦或机械挡块而被配置成限制晶片相对于其自身运动。其它的技术，例如真空夹机构在真空环境中由于相对缺乏大气压力(其提供了该真空夹的夹持力)则可能是无效的。机械爪或者其它的运动机构在这种环境中可能同样是不合适的，因为它们可能包括润滑表面，而这种润滑剂会污染处理环境。运动机构也可能产生微粒，这会进一步污染处理环境。该末端执行器也可能需要与高温和腐蚀性环境相容。

图4显示了末端执行器406(不具有CMD)，其呈钩状(hook shape)并且包括三个接触垫424。这三个接触垫424大体上沿着一参考圆定位，以使得接触垫的接触表面在晶片的传送过程中能与晶片的边缘区域(以虚线的晶片轮廓402表示)接合，这使得晶片能被平稳地支撑在三个点上。数个螺丝430被用于将接触垫424固定至末端执行器406。该末端执行器406可包括狭槽428或者其它特征以允许该末端执行器406能被安装到臂或者其它机构上。该末端执行器406和该接触垫424可以是分别由例如铝和氧化铝制成，此外，也可以使用与处理环境相容的其它材料。例如，该接触垫424可由例如不锈钢或者铝之类的金属制成，或者可由PEEK或PET之类的聚合物制成，该末端执行器406可由不锈钢、钼或氧化铝制成。

该末端执行器406可具有例如大约0.15英寸的公称厚度，以及大约16英寸的长度。该末端执行器406的从末梢432延伸到末端执行器406的以狭槽428为特征的接口部分的手指状部分可以是长且薄的，并且可包括锥形(taper)。例如，这种手指状部分在靠近末梢432的部分可以是大约0.4英寸宽，在靠近狭槽部分可以是大约0.6英寸宽，10.3英寸长。这种末端执行器406可被用于处理300mm公称直径的晶片。可以使用其它尺寸的末端执行器来处理其它尺寸的晶片。

尽管摩擦或机械挡块提供了一种支撑晶片的简单和可靠的方式，但是这种技术通常存在晶片相对于末端执行器运动的可能性。例如，如果晶片的惯性超过了接触垫提供的摩擦力，那么使用该接触垫以提供摩擦支撑的支撑晶片的末端执行器的快速运动会导致该晶片相对于该末端执行器滑动。在剧烈加速的情况下，该晶片甚至会从该末端执行器完全滑落。其它潜在的问题包括晶片传送错误和由于这种运动而降低部件的寿命。

尽管通过例如程序性地或者限制驱动机构的功率来限制臂的加速度和速度能够避免快速的大幅度运动，但是由于该驱动机构的振动会传导到该臂以及该末端执行器和晶片，因而在这种摩擦或机械挡块的末端执行器中仍然可能发生滑动。这种振动会导致晶片与末端执行器之间的非常小的、但是周期性的、相对的运动。这种重复性的移位可能会导致更大的整体晶片移位，并且还可能会因为晶片与接触垫之间的摩擦导致微粒污染物的产生。

图5A显示了末端执行器506，该末端执行器基本上与图4中的末端执行器406相同，除了在该末端执行器506的末梢532的接触垫524被CMD接触垫526代替以及CMD 508被增加到了该组件中。如图4一样，图5A通过虚线的晶片轮廓502来表示可利用末端执行器506被运送的晶片的边缘区域。图5B以分解图的方式描述了具有CMD接触垫526、CMD 508和螺丝530的末端执行器506。应当理解的是，在不同的情况下，不同的末端执行器接触垫以及相应的不同的CMD接触垫可被使用在末端执行器上。例如，图4、5A和5B中显示的垫可被用于处理晶片边缘，并且在此处可被称为标准接触垫。标准接触垫例如可包括与晶片边缘接触的斜面。在一些实施方式中，可使用背面接触垫来代替标准接触垫。该背面接触垫可包括与晶片的背面接触的凸起的接触区域，例如短柱(short post)。该背面接触垫结构产生微粒污染的几率更低，因为与标准接触垫相比，其接触接口与晶片的边缘间隔的更远。此处所描述的CMD可以与所描述的任一种接触垫一起使用，也可以与本申请所没有明确描述的其它接触垫接口一起使用。

接触垫/CMD接触垫的不同结构可被用于处理晶片的背面。CMD508可以与多种不同的接触垫/CMD接触垫一起使用。

CMD 508可由钨或者其它相似的适合使用在半导体处理环境中的高密度材料制成。也可以使用低密度材料，虽然这种材料没有考虑紧密这一CMD的形状因素，并且所形成的CMD因此可能会机械地干扰(mechanically interfere)处理室或装载锁中的其它部件。也可以在CMD 508上涂覆保护性涂层(例如镀镍)以使得该CMD 508与处理室内存在的化学成分相容。

在一些实施方式中，例如对于适用于300mm的晶片的末端执行器的实施方式，CMD508可具有约0.38或者更大的磅质量(lbm)，例如0.42或0.47磅质量。不同类型和/或尺寸的末端执行器可使用不同质量的CMD。例如，如侧视图6A和前视图6C所示的CMD 608可具有0.185英寸的公称厚度，并且分别如仰视图和俯视图6A和6E所示，其在形状上大体为矩形。图6D以等轴测视图显示了CMD 608。该CMD 608沿着长轴的总尺寸大约是3.2英寸，沿着短轴的总尺寸是1.16。安装凸舌(tab)638伸出CMD 608的长边中的一个边以允许CMD 608能够被连接至末端执行器；该安装凸舌638可包括机械接口640，例如孔或者其它有助于将CMD 608基本上刚性地连接到末端执行器的特征。该安装凸舌638可伸出约0.5英寸、宽为0.75英寸，并且可在某些位置过渡到更薄的厚度。位于该CMD 608的与带有所述凸舌的一侧相对的一侧的角可被倒去，例如，倒角大约为8°，从而CMD 608的短边大约为1英寸长。可将该CMD 608的尖锐的边缘倒圆、倒角或者破坏掉。根据末端执行器的结构，可使用其它结构的CMD。下面的阐述提供了可用于指导CMD设计的CMD选择方法的不同见解。

如上所阐述的，被设计用在半导体处理室内的末端执行器通常使用简单的处理表面，例如接触垫和/或机械挡块以限制晶片和该末端执行器之间的相对运动。尽管由于大幅度运动所导致的晶片相对于这种末端执行器的相对运动可通过调整例如该末端执行器/臂的控制器所使用的运动轨迹(motion profile)来解决，但是经由臂和滑架接口传递给末端执行器的振动所导致的相对运动并不容易被解决。例如，许多常用的减少振动的方法，例如粘弹或者约束阻尼层，由于所使用的材料而不适合使用在半导体处理环境中。对于振动所导致的机械噪声，例如可通过减小机械手驱动机构中的这种噪声或者优化机械手控制器运动轨迹来使该噪声最小化，但是仍然会有这种措施所不能有效缓和的一定量的机械噪声传递给该机械手臂和末端执行器。

这种机械噪声，在被传递到末端执行器时，会导致该末端执行器经受在该末端执行器的第一弯曲模式(first bending mode)下的振荡弯曲运动。同时，被该末端执行器支撑的晶片会经受相似的振动输入并且开始经受在该晶片的第一弯曲模式下的振荡弯曲运动。如果末端执行器和晶片的第一弯曲模式很接近，那么该末端执行器和晶片的弯曲运动会进行动态耦合，这会放大弯曲的量，因而会放大晶片与接触垫或者该末端执行器的其它接触接口之间的相对运动的量。

为了减轻这种动态耦合，该晶片和末端执行器各自的第一弯曲模式可被调节以增加这两个第一弯曲模式之间的间隔。大约至少一个倍频程(即，大约至少二分之一波长)的模态间隔(modal separation)是最佳的。在实践中，该晶片不能被改变，因为这样做会对用于该特定晶片类型的目前的流程定义、使用这样的晶片所制造的半导体器件的可靠性以及这种晶片的成本产生负面影响。

可通过例如改变该末端执行器的刚度来调整该末端执行器的第一弯曲模式的频率。一种方法可以是增加该末端执行器的刚度(stiffness)来增加该末端执行器的第一弯曲模式的频率，直到该末端执行器的第一弯曲模式的频率大于该晶片的第一弯曲模式的频率，并且在晶片和末端执行器的第一弯曲模式的频率之间存在大约至少一个倍频程的模态间隔。例如，增加该末端执行器的厚度可增加弯曲刚度和第一弯曲模式的频率。然而，这可能是不可行的，因为更厚的末端执行器可能与许多半导体制造模块所要求的间隙不相容。

另一种方法是降低该末端执行器的刚度，直到该末端执行器的第一弯曲模式的频率小于该晶片的第一弯曲模式的频率，并且在晶片和末端执行器的第一弯曲模式的频率之间存在大约至少一个倍频程的频率间隔。然而，降低末端执行器的弯曲刚度也可能导致增加该末端执行器的弯曲位移，这可能会导致该末端执行器(装载有晶片和/或没有装载有晶片)不再清除障碍(clear obstacles)(这些障碍在以前是能够被末端执行器清除的)。这样的机械干扰是不希望的。

如本文所描述的，将CMD安装在末端执行器的末梢能够降低该末端执行器的第一弯曲模式的频率，而不会降低该末端执行器的弯曲刚度，并且还能提供惯性阻尼(inertialdamping)，该惯性阻尼能够减轻低能量的机械噪声。低能量的机械噪声在通过臂传递到该末端执行器的机械噪声中经常是很普遍的。CMD的这些方面会在下面进一步阐述。

质量阻尼以高阶方法被描述如下。响应于被施加的负载的刚性体被定义如下：

F_i＝m₁a₁

其中F_i＝输入力，m₁＝刚性体质量，以及a₁＝响应加速度(responseacceleration)。通过对该刚性体增加质量阻尼器(mass damper)来增加该刚性体的质量将导致对相同的输入力的更小的响应加速度。例如：

F_i＝(m₁+m₂)a₂

其中m₁＝初始质量，m₂＝质量阻尼器，a₂＝更低的响应加速度。对于一个给定的输入力，为了确定产生希望的响应加速度的降低所需的质量阻尼，可以将第一方程代入第二方程：

m₁a₁＝(m₁+m₂)a₂

该响应加速度减小比率(reduction ratio)因此可被改写如下：

因此，对于给定的输入力，为了使其响应加速度减小25％，所使用的质量阻尼器应该是该刚性体质量的33％。例如，标准的末端执行器质量约为0.3磅。然后，用0.5磅质量的CMD可增加该标准末端执行器的质量。因而简化的响应加速度减小比率可以是大约38％，即，响应加速度的量会降低62％。如上所指出的，这是高阶讨论，并不考虑其它可能影响响应加速度的因素，例如由于振动导致的机械放大效应(mechanical amplificationeffects)。

在简化的高阶层次上，可以将与CMD相关的振动隔离(vibration isolation)作为基本输入的单自由度近似看待，其可以被表征为具有如下动态增益系数(dynamic gainfactor)：

其中Q＝动态增益系数，X＝动态输出，A＝动态输入，ω＝晶片的第一弯曲模式的频率，ω_n＝末端执行器的第一弯曲模式的频率，以及ζ＝临界阻尼比(critical dampingratio)。在ω＝ω_n的情形中，即，晶片和末端执行器都具有相同的第一弯曲模式频率(该末端执行器/晶片系统处于共振条件下)，方程简化为Q～1/2ζ。然而，当共振的频率被分离时，响应会从该值降低。例如，当ω＝2ω_n时，这是一个倍频程的第一弯曲模式频率分离：

通常使用在半导体制造系统中的用于末端执行器系统的临界阻尼比通常可小于约0.1。如上所述，一个倍频程的目标频率分离可使得动态增益降低90％以上，这能显著地降低末端执行器/晶片系统所经受的振动量。例如，使用0.1的临界阻尼比，在共振状态(ω＝ω_n)的动态增益系数(使用上述的简化模式)的值为5。然而，如果在晶片的第一弯曲模式和末端执行器的第一弯曲模式之间引入一个倍频程的频率分离(ω＝2ω_n)，该动态增益系数的值会降到0.33，这在增益系数方面下降了超过93％。应当理解的是，在实践中，晶片第一弯曲模式的频率将会成为所述两个弯曲模式的频率中的更高的那一个，因为增加校准质量阻尼器仅仅只能降低末端执行器的第一弯曲模式。

虽然可以使用上面所讨论的高阶方法来一般地定义CMD参数，但是可以使用有限元分析和实验室测试来进一步优化CMD的各种参数。此外，尽管质量阻尼和振动隔离都可以推进CMD的设计，但CMD的设计可以主要由所需的振动隔离程度来控制。例如，可设计CMD以产生所需的振动隔离水平，并且所得到的质量阻尼可能不是设计的驱动因素，而是这种振动隔离调谐的有益的副效应。替代地，如果还需要特定量的质量阻尼，则可以设计CMD以产生至少所需的振动隔离水平和所需的质量阻尼水平。例如，如果0.4lbm的CMD产生所需的振动隔离性能，但需要0.5lbm的CMD提供所需程度的质量阻尼，则CMD可设计为0.5lbm的目标值。这将提供所需程度的质量阻尼以及提供超过所需最小振动隔离的振动隔离。

上面所讨论的各种参数，对于各个末端执行器以及各种晶片类型可以各不相同。不管怎样，也可以使用上面所概括的基本技术确定用于其他实现方式的适当的CMD。例如，300mm的晶片可以具有大约为21赫兹的第一弯曲模式，并且被配置为处理300mm的晶片的末端执行器可以具有约16赫兹的第一弯曲模式，这样，可以使用至少一倍频程的频率间隔的目标，指令该末端执行器具有约10.5Hz或更低的第一弯曲模式。然而，与300mm的晶片相比，200mm或450mm的晶片可以有不同的第一弯曲模式，并且，与被设计为处理300mm的晶片的末端执行器相比，被设计为处理该200mm或450mm的晶片末端执行器可以有不同的第一弯曲模式。特定的晶片也可以有不同的第一弯曲模式频率，具体取决于其被如何支撑。例如，与背面支承的300mm晶片相比，边缘支撑的相同类型的300mm晶片可以有不同的第一弯曲模式频率。同样地，被支撑在一对大体相对的边缘的晶片(如图1A所示的晶片102)与被支撑在两对大体相对的边缘的晶片可以具有不同的第一弯曲模式频率。

还应当理解，虽然上面的讨论集中在一倍频程的频率间隔，但也可以使用更大的间隔。应进一步理解，虽然上面的讨论也集中在0.1或更小的临界阻尼比，但其中可以使用CMD的末端执行器系统可以具有大于0.1的临界阻尼比的特征。这样的实现方式也应被理解为是在本公开的范围之内。一般情况下，较大的频率间隔将提供更好的减振，并且在较低临界阻尼比的系统内，较强的减振将是可能的。

诸如图4中的末端执行器406之类的没有CMD的末端执行器目前可以使用在大量的现有的半导体制造工具设施中。在一种实现方式中，可以将CMD作为改进套件的部件提供，该改进套件可以被安装在缺少CMD的末端执行器，以将其转换成设有CMD的末端执行器。在最基本的形式中，这种套件可以只包括经校准用于特定类型或范围的末端执行器的CMD。可以使用已经存在于末端执行器中的硬件将CMD连接到该末端执行器。

在其他改进套件的实现方式中，该套件可以包括CMD和被配置以促进该CMD连接到该末端执行器的定制的硬件。例如，这样的定制的硬件可以采取CMD接触垫的形式，该CMD接触垫被用来替换位于该末端执行器的末梢的现有接触垫。在接触垫与末端执行器接口的区域中，CMD接触垫可包括与在原来的接触垫上的特征相同的特征，诸如，例如，带有圆角和与在该末端执行器上的螺纹孔对准的安装孔的矩形基座。在CMD接触垫将接触晶片的部分，CMD接触垫还可以包括与原来的接触垫的特征相同的特征。然而，CMD接触垫还可包括用于与CMD机械连接但在原来的接触垫上不存在的特征。例如，可以用有孔的特征的薄的凸舌装配CMD；该凸舌的孔可以置于CMD垫上，可将单个螺杆插入穿过该凸舌的孔和CMD接触垫并拧入末端执行器，将所有三个部件彼此紧固。为了防止CMD接触垫/末端执行器组件的总高度超过原来的接触垫/末端执行器组件的总高度，CMD接触垫可设有接收CMD凸舌的凹区特征。原来的接触垫可以没有这样的特征。

在第三改进的实现方式中，如上所述，该套件可以包括CMD(如果需要的话，还包括被配置以有助于将CMD连接到末端执行器的定制的硬件)，但也可包括被配置为使用末端执行器夹具连接到末端执行器的定制的臂。该定制的臂可以替代现有的臂。现有的臂和定制的臂都可包括让连接的末端执行器的节距可以调节的特征，以便与例如由基座的举升销支持的晶片的平面对准。可将一定量的节距调节内置到现有的臂中，但在现有的臂中的内置节距调节可能不足以克服由于所增加的CMD重量而引起的在该末端执行器中的额外的弯曲的位移影响。该定制的臂使得额外的节距调节能超越现有的臂所提供的节距调节，该额外的节距调节可以是抵消因所增加的CMD的重量而导致的增加的节距偏转所需要的。替代地，如果节距调节内置到一些其他部件，该其他部件的定制的替换可以包括在改进的配套工具中，以提供增加的或变换的节距调节。

如果需要，上述的配套工具也可以包括标准的或定制的紧固件，其可以用于接合末端执行器或其他部件上的紧固件接合特征。在一些实现方式中，相同的CMD可以使用不同的CMD接触垫。例如，根据晶片的边缘或背面是否会被接触，可以要求不同的CMD接触垫。然而，假设晶片第一弯曲模式频率是相同的或导致所需的至少一倍频程的频率间隔，则可以将相同的CMD用于任意一种情形。改进的配套工具对于一种特定类型的接触垫可以是特定的，或者可以包括用于多种类型的接口的CMD接触垫。

CMD不受限于改进的应用。也可以将末端执行器制造成具有内置的或预装的CMD。在这样的末端执行器中，该CMD可与上文相对于改进的套件所述的实现方式非常相似，但是，由于不需要适应现有的末端执行器的预先存在的特征，所以用来将CMD联接到末端执行器的接口的细节可以不同。

由于各种原因，在组装工艺期间，将末端执行器和CMD制造作为单独的部件，接着将它们机械地联接，这可能是优选的。例如，合乎期望的可能是用能容易加工的、重量轻的诸如铝之类的材料来制造末端执行器。然而，合乎期望的也可能是使用非常致密的诸如钨之类的材料来制造CMD。由于用于制造每一部件的材料不同，因此会需要将两种部件分开制造，然后联接。机械紧固系统，例如那些适合改进应用的机械紧固系统，也可以用于联接部件。然而，其他在改进的情况下可能不适宜的技术也可以使用，如将两种部件焊接或扩散接合在一起。

CMD的另一实现方式可以包括使用不同材料的CMD。例如，该CMD可以具有由一种材料(如铝)制成的壳体和由另一种材料(如钨)制成的校准物的特征。可以例如通过使壳体有非常薄的壁而将其设计成是非常轻的。壳体和末端执行器甚至可以由同一块材料制成。校准物可以放置在壳体内，然后，可以密封该壳体，以防止校准物逸散。例如，在一些实施方式中，可以使用粉末状的钨颗粒来配备该校准物。钨颗粒的使用使得该校准物能非常精密地定义，但是会给半导体制造工艺带来潜在的颗粒污染。然而，如果使颗粒包含在壳体内，并且在半导体制造装置安装之前将壳体密封，则只要至少保存壳体的完整性，就可以消除潜在的钨颗粒污染。颗粒的使用也会导致额外的振动阻尼，因为颗粒间相互的相对运动可以消散能量。

本文所描述的末端执行器通常是单轴线性传输机械手臂中所使用的类型。然而，本文所描述的CMD也可与用于其他类型的机械手臂的末端执行器一起使用。例如，CMD可以用于能够旋转运动以及线性平移的R-θ机械手臂的末端执行器上。应理解，这样的CMD应用也是在本公开的范围内。

还应理解，尽管本文所讨论的CMD已被安装到末端执行器的末梢，并相应地进行了校正，但是CMD的其他实现方式可以包括将CMD定位在末端执行器的其他位置，并可以包括基于与非末梢的安装位置相关联的动力学特性而进行了校正的CMD。尽管如此，可以校正这种CMD以满足上文所概括的相同的一般原理，例如，导致在装备有CMD的末端执行器的第一弯曲模式和晶片的第一弯曲模式之间的约一倍频程或更大的频率间隔。这样的实现方式也应当理解为是在本公开的范围内。

图7描绘了被配置用于传输晶片的末端执行器的CMD的实现工艺的流程图。在模块710，确定由末端执行器支持的晶片的第一弯曲模式频率。这可以通过试验完成，或使用有限元法技术或简化的物理模型计算完成。在确定晶片的第一弯曲模式频率后，在模块720，确定所需的末端执行器第一弯曲模式频率，该末端执行器第一弯曲模式频率低于晶片的第一弯曲模式频率并且与晶片的第一弯曲模式频率间隔至少一倍频程。

在模块730，计算CMD的质量。计算CMD的质量，以便产生所需的末端执行器第一弯曲模式频率。也可以使用如上面所讨论的那些技术，包括使用有限元法。也可以使用试验技术。

在模块740，可以确定所需的刚体响应加速度比。在模块750，可以计算获得所需的刚体响应加速度比所需要的CMD的质量。如果刚体响应加速度比不是设计驱动因素，即减少刚体响应加速度比不是必需的，而仅仅是偶发的有益操作，则可以跳过模块740和750。

在模块760，可以得到适当质量的CMD。例如，该质量可以是所计算的以产生所需的第一弯曲模式频率和所需刚体响应加速度比的CMD的质量中的较大者。在一些实现方式中，CMD的质量可以是所计算的以产生所需的第一弯曲模式频率的CMD的质量。例如，可以制造经适当校正的CMD，使得其具有所需的质量。替代地，可以从可用的CMD尺寸的范围内选择经适当校正的CMD。在模块770，可以将所获得的CMD安装在末端执行器，并用于处理晶片。

图7所概述的技术可以以分开的形式进行。例如，模块710至760可由晶片处理系统的制造商来执行，接着可以将所得的CMD提供给晶片处理系统的操作者。因此，不一定要由一个实体来执行由模块710至760所表示的所有操作，图7中所描述的技术可以分开执行。在另一个实施例中，晶片处理系统的操作者可以获得经校正的与特定的末端执行器一起使用的CMD，并且可以接着将该CMD安装到末端执行器，这样可以导致末端执行器的第一弯曲模式频率降低，使得在晶片第一弯曲模式和末端执行器第一弯曲模式之间存在一倍频程以上的频率间隔。这样的操作也可以认为是本发明所描述的技术的一部分。

虽然基于减少刚体加速度响应的目的，已经开发了这里所讨论的CMD，以减少对晶片的潜在损坏以及真空或低压环境中的颗粒污染，但是，类似的技术和CMD可用于将可见的刚体位移响应最小化。从晶片健康的角度看，这可能价值不大，因为这种位移在数量方面可能很小。然而，使用设备的人员能观察到可见的位移，并可能被认为是不合乎期望的。CMD可以提供改善这种状况的具成本效益的方法。

为了提供被设计为减轻刚体位移响应的CMD，其质量可以按如下所述校准：

其中，m₁＝没有CMD的末端执行器的质量，m₂＝CMD的质量，F_i＝输入力，δ＝所需的最大位移，以及ω＝响应振动的角频率。

上文所描述的装置/工艺可以结合光刻图案化工具或工艺使用，例如，以生产或制造半导体器件、显示器、发光二极管、光电板等。通常情况下，但不一定，这样的工具/工艺会一起在共同的制造设施中被使用或被处理。膜的光刻图案化通常包括以下步骤中的一些或全部，每一步骤用一些可能的工具实施：(1)使用旋涂或喷涂工具在工件(即，衬底)上施加光刻胶；(2)使用热板或炉或UV固化工具固化光刻胶；(3)使用诸如晶片分档器之类的工具将光刻胶暴露于可见光或紫外线或X-射线；(4)使用诸如湿化工作台之类的工具，显影光刻胶以便选择性地去除光刻胶，从而使其图案化；(5)通过使用干法或等离子体辅助蚀刻工具，将光刻胶图案转移到下伏的膜或工件中；以及(6)使用如RF或微波等离子体光刻胶剥离器等工具去除光刻胶。可使用末端执行器和CMD(如本文所描述的那些)将衬底从一工具移动到另一工具，从而促进制造过程。本文所描述的末端执行器和CMD可以与任何各种不同的半导体制造系统一起使用，包括与用于半导体晶片处理中的沉积、蚀刻、固化、热处理、以及其他工具一起使用。

还应当理解，除非明确地认定在任何特别描述的实现方式中的特征是彼此不兼容的，或者周围的背景暗示它们是互斥的并且在互补和/或支持的意义上不容易兼容，否则，本公开的总体内容预期和设想这些互补的实现方式的特定特征可以选择性地组合以提供一个或多个综合的但略有不同的技术方案。因此，应进一步理解，上面的说明仅作为示例给出，并且在本发明的范围内可以进行细节方面的修改。

Claims

1.一种设备，其包括：

机械接口，所述机械接口被构造为刚性连接到晶片装卸机械手的末端执行器，所述末端执行器：

具有被构造为将所述末端执行器连接到所述晶片装卸机械手的接口部分，

具有延伸远离所述接口部分的薄的手指状部分，且

被构造为支撑晶片使得所述手指状部分被置于所述晶片下面；以及

校准质量阻尼器，其中：

所述机械接口被构造为将所述校准质量阻尼器附着到所述手指状部分的与所述接口部分相对的末梢，

所述校准质量阻尼器大于或等于半磅质量，且

所述校准质量阻尼器被校准来产生所述末端执行器的第一模态频率和所述末端执行器被构造来支撑的所述晶片的第一模态频率之间的至少一个倍频程的分离。

2.如权利要求1所述的设备，其中所述校准质量阻尼器是半磅质量。

3.如权利要求1所述的设备，其中所述校准质量阻尼器由钨制成。

4.如权利要求1所述的设备，其中所述校准质量阻尼器是镀镍的。

5.如权利要求1所述的设备，其中：

所述末端执行器在与所述末端执行器的最大维度一致的方向上具有第一长度，

当所述校准质量阻尼器被安装在所述末端执行器上时，所述校准质量阻尼器和所述末端执行器在与所述末端执行器的所述最大维度一致的所述方向上具有合并的第二长度，且

所述第二长度超过所述第一长度不多于1.35英寸。

6.如权利要求1所述的设备，其中所述校准质量阻尼器包括壳体和校准材料，其中：

所述校准材料被密封在所述壳体内，且

所述校准材料是粒状的。

7.一种末端执行器改进套件，所述末端执行器改进套件包括：

校准质量阻尼器，其中：

所述校准质量阻尼器包括机械接口，所述机械接口被构造为刚性连接到晶片装卸机械手的末端执行器，所述末端执行器：

具有延伸远离所述接口部分的薄的手指状部分，且

被构造为支撑晶片使得所述手指状部分被置于所述晶片下面，其中所述手指状部分具有位于所述手指状部分与所述接口部分相对的末端上的末梢部分且所述校准质量阻尼器的所述机械接口部分被构造为通过连接到所述末梢部分刚性连接到所述末端执行器；

所述校准质量阻尼器大于或等于半磅质量；且

8.如权利要求7所述的末端执行器改进套件，其进一步包括：

标准的校准质量阻尼器接触垫，其中：

所述末端执行器包括一或更多标准接触垫，

所述标准的校准质量阻尼器接触垫包括所述标准接触垫的一或多个特征，

所述标准的校准质量阻尼器接触垫包括被构造来与所述校准质量阻尼器接合并支撑所述校准质量阻尼器的额外特征，且

所述标准的校准质量阻尼器接触垫被构造来在改进过程中取代所述末端执行器的所述标准接触垫中的一个。

9.如权利要求7所述的末端执行器改进套件，其进一步包括：

背面的校准质量阻尼器接触垫，其中：

所述末端执行器包括一或更多背面接触垫，

所述背面的校准质量阻尼器接触垫包括所述背面接触垫的一或多个特征，

所述背面的校准质量阻尼器接触垫包括被构造来与所述校准质量阻尼器接合并支撑所述校准质量阻尼器的额外特征，且

所述背面的校准质量阻尼器接触垫被构造来在改进过程中取代所述末端执行器的所述背面接触垫中的一个。

10.如权利要求7所述的末端执行器改进套件，其进一步包括：

修正臂，其中：

所述修正臂被构造来在改进过程中取代所述晶片装卸机械手的现有的臂，

所述现有的臂允许针对所述末端执行器的第一级节距调整，且

所述修正臂包括特征，所述特征被构造来：

与所述末端执行器上的配套特征刚性接合，

与所述机械手的滑架上的配套特征刚性接合，且

允许针对所述末端执行器的第二级节距调整，所述第二级节距调整大于由所述现有的臂所提供的所述第一级节距调整。

11.如权利要求7所述的末端执行器改进套件，其中所述校准质量阻尼器是半磅质量。

12.如权利要求7所述的末端执行器改进套件，其中所述校准质量阻尼器由钨制成。

13.如权利要求7所述的末端执行器改进套件，其中所述校准质量阻尼器是镀镍的。

14.如权利要求7所述的末端执行器改进套件，其中：

所述第二长度超过所述第一长度不多于1.35英寸。

15.如权利要求7所述的末端执行器改进套件，其中所述校准质量阻尼器包括壳体和校准材料，其中：

所述校准材料被密封在所述壳体内，且

所述校准材料是粒状的。

16.一种末端执行器，所述末端执行器包括：

机械接口部分，所述机械接口部分的第一侧面被构造为刚性连接到晶片装卸机械手的臂；

手指状部分，所述手指状部分在与所述第一侧面相反的方向上自所述机械接口部分延伸；

末梢，所述末梢位于所述手指状部分的与所述机械接口部分相对的末端，其中所述末端执行器被构造来在晶片传送操作期间支撑半导体晶片使得所述手指状部分被置于所述晶片下面；以及

校准质量阻尼器，其中：

所述校准质量阻尼器接近于所述末梢，

所述校准质量阻尼器大于或等于半磅质量，且

所述校准质量阻尼器被校准来产生所述末端执行器的第一模态频率和所述半导体晶片的第一模态频率之间的至少一个倍频程的分离。

17.如权利要求16所述的末端执行器，其中所述校准质量阻尼器是半磅质量。

18.如权利要求16所述的末端执行器，其中所述校准质量阻尼器由钨制成。

19.如权利要求16所述的末端执行器，其中所述校准质量阻尼器是镀镍的。