CN103377973A - 用于传送基片的机器人、利用该机器人的多腔室基片处理设备、及用于该设备的控制方法 - Google Patents

用于传送基片的机器人、利用该机器人的多腔室基片处理设备、及用于该设备的控制方法 Download PDF

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Abstract

本文公开了一种用于有效地传送基片的基片传送机器人、一种利用该基片传送机器人的多腔室基片处理设备、以及一种用于控制该设备的方法。该基片传送机器认包括基片保持器、使得该基片保持器能够进行三维运动的多个机械臂、以及设置在多个机械臂的任何一个上的装载吸盘，该装载吸盘从基片上方的位置吸附或保持基片。

Description

用于传送基片的机器人、利用该机器人的多腔室基片处理设备、及用于该设备的控制方法
技术领域
本发明主要涉及一种用于传送基片的机器人、一种利用该基片传送机器人的多腔室基片处理设备、以及一种用于控制该设备的方法。更特别地，本发明涉及一种用于有效地传送基片的基片传送机器人、一种利用该基片传送机器人的多腔室基片处理设备、以及一种用于控制该设备的方法。 
背景技术
在半导体制造过程中，将所需的材料沉积在基片上的薄膜沉积过程通常分为物理气相沉积（PVD）和化学气相沉积（CVD）。这里，CVD是这样一种方法，其中，将工艺气体供给至反应室，并且工艺气体随后在有热或等离子体参与的情况下经历化学反应，由此使膜沉积在基片上。同时，金属有机化学气相沉积（MOCVD）是这样一种方法，其中，将有机金属化合物用作前体（precursor）并利用运载气体将有机金属化合物供给至反应室，以在受热的基片表面上形成有机金属化合物薄膜。 
一种用于执行沉积或蚀刻过程的常规的基片处理设备通常构造成将单个基片装载到反应室中，并对该基片进行处理。然而，近来，利用半序批（semi-batch）式的基片处理设备，其中，在反应室的基座中设置有多个基座凹处，并且将多个基片装载到相应的基座凹处中以同时进行处理。此外，利用多腔室基片处理设备，该设备利用多个反应室同时执行多个过程。 
然而，利用常规类型设备的问题是，将基片装载到半序批式的基片处理设备的每个基座凹处中的工作是手动完成的。例如，在利用诸如镊子之类的工具来装载或卸载基片的情况下，基片会被镊子损坏。此外，不容易将基片精确地定位在对应的基座凹处中。此外，装载及卸载基片花费很长时间。 
发明内容
因此，考虑到现有技术中存在的上述问题已经做出了本发明，并且本发明的目的是提供一种意在自动执行以下操作的基片传送机器人：从盒子中取出基片、将基片装载到基片对准器中、以及将已对准的基片从基片对准器装载至基座。 
本发明的另一目的是提供一种基片处理设备，该基片处理设备可利用上面提及的基片传送机器人装载及卸载基片并处理已装载的基片。 
本发明的再一目的是提供一种用于利用上面提及的基片传送机器人和基片处理设备来处理基片的过程控制方法。 
为了实现上述目的，本发明提供了一种基片传送机器人，包括：基片保持器；多个机械臂，其使得基片保持器能够进行三维运动；以及装载吸盘，其设置在多个机械臂中的任何一个上，该装载吸盘从基片上方的位置吸附或保持基片。 
机械臂可包括：具有基片保持器的机械臂；以及另一机械臂，该另一机械臂连接于具有基片保持器的机械臂，并在该另一机械臂的下部中设置有装载吸盘。 
此外，装载吸盘可构造成非接触式的吸附吸盘。此外，在装载吸盘的一侧上可设置有摄像机。 
此外，本发明提供了一种基片处理设备，包括：盒子，基片叠置在该盒子中；基片对准器，其用于使基片中的每个以预定方向对准；反应室，其包括设置有多个基座凹处的基座；以及基片传送机器人，其用于在盒子、基片对准器、与基座凹处之间传送基片中的每个，其中，基片传送机器人包括：基片保持器，其用于将基片中的每个从盒子传送至基片对准器；装载吸盘，其用于从基片上方的位置吸附或保持通过基片对准器对准的基片，并用于将该基片传送至相关联的基座凹处；以及多个机械臂，其使得基片保持器和装载吸盘能够在三个维度上移动。 
优选地，反应室在数量上可为至少两个，并且基片传送机器人可对多个反应室执行基片装载和卸载操作。 
此外，机械臂可包括：具有基片保持器的机械臂；以及另一机械臂， 其连接于具有基片保持器的机械臂并且在该另一机械臂的下部中设置有装载吸盘。装载吸盘可构造成非接触式的吸附吸盘。 
此外，本发明提供了一种用于控制基片处理设备的方法，该基片处理设备包括：盒子，基片叠置在该盒子中；基片对准器，其用于将基片中的每个以预定方向对准；至少两个反应室，其各自包括设置有多个基座凹处的基座；以及基片传送机器人，其用于在盒子、基片对准器、与基座凹处之间传送基片中的每个，该方法包括：（a）利用基片传送机器人的基片保持器将基片中的每个从盒子传送至基片对准器；（b）利用基片传送机器人的装载吸盘从基片上方的位置吸附或保持通过基片对准器对准的基片；（c）将装载吸盘移动至相关联的基座凹处的上方，并将基片装载到基座凹处中；以及（d）利用基片传送机器人对多个反应室重复（a）至（c）。 
该方法可进一步包括（e）在已在相关联的反应室中完成处理之后，利用装载吸盘从基座凹处卸载基片。 
附图说明
通过结合附图进行的下列详细描述，将更为清楚地理解本发明的上述及其它目的、特征和优点，在附图中： 
图1是示出了根据本发明的优选实施方式的基片传送机器人的立体图； 
图2是示出了根据本发明的优选实施方式的基片传送机器人、基片容纳盒、和基片对准器的视图； 
图3是示出了根据本发明的优选实施方式的具有基片传送机器人的基片处理设备的俯视图； 
图4是示出了根据本发明的优选实施方式的具有基片传送机器人的基片处理设备的主视图； 
图5是示出了根据本发明的优选实施方式，在具有基片传送机器人的基片处理设备中，将基片从盒子中取出的状态的视图； 
图6是示出了根据本发明的优选实施方式，在具有基片传送机器人的基片处理设备中，将基片装载到基片对准器中的状态的视图； 
图7是示出了根据本发明的优选实施方式，将对准的基片从具有基片传送机器人的基片处理设备中卸载的状态的视图； 
图8是示出了根据本发明的优选实施方式，在具有基片传送机器人的基片处理设备中，将基片装载到基座的基座凹处中的状态的视图； 
图9是示出了根据本发明的优选实施方式的基片传送机器人中的装载吸盘的示例的视图； 
图10是示出了根据本发明的优选实施方式的用于利用基片传送机器人来装载及卸载基片的方法的流程图。 
具体实施方式
在下文中，将参照附图详细地描述本发明的优选实施方式。应当指出的是，在所有不同的附图中，相同或相似的部件将具有相同的附图标记。此外，为使描述更加清楚，将省略掉与本发明有关的常见的功能和结构。此外，尽管下面将描述本发明的优选实施方式，但所属领域技术人员将明白，本发明的技术思想并不受优选实施方式的限制或局限于优选实施方式，并且可采用多种其它的形式。 
图1是示出了根据本发明的优选实施方式的基片传送机器人的立体图。 
根据本发明的优选实施方式的基片传送机器人1包括：基部部分10；设置在该基部部分10上的多个机械臂12、14、16和18；设置在多个机械臂12、14、16和18的远侧机械臂上的基片保持器20；以及装载吸盘30。 
多个机械臂12、14、16和18形成铰接式机器人。在图1中所示的实施方式中，多个机械臂12、14、16和18包括：设置在基部部分10的上部上的第一机械臂12；连接至第一机械臂12的第二机械臂14；连接至第二机械臂14的第三机械臂16；以及连接至第三机械臂16的第四机械臂18。这里，当实施本发明时，机械臂12、14、16和18可以是多种数量并处于多种结构中。然而，这些机械臂优选地构造成使得能够装载吸盘30以及设置在机械臂12、14、16和18的远侧机械臂上的基片保持器20的三维运动。 
为了驱动机械臂12、14、16和18，可在机械臂12、14、16和18的相应的接合处上设置第一驱动马达22、第二驱动马达24、第三驱动马达26、以及第四驱动马达28；第一驱动马达22可旋转地驱动第一机械臂12，第二驱动马达24可旋转地驱动第二机械臂14，第三驱动马达26可旋转地驱动第三机械臂16，并且第四驱动马达28可旋转地驱动第四机械臂18。此外，可在基部部分10中设置竖向移动单元23，以使第一机械臂12沿竖直方向移动。 
第一驱动马达至第四驱动马达22、24、26和28仅是用于可旋转地驱动机械臂12、14、16和18的示例。当实施本发明时，用于可旋转地驱动机械臂12、14、16和18的构造并不限于上面的描述。此外，竖向移动单元23可利用诸如齿条与小齿轮传动装置、滚珠丝杠、线性电动机之类的驱动单元。 
基片保持器20设置在第四机械臂18的端部上。根据一实施方式，基片保持器20可构造成支承基片的底部。此外，根据另一实施方式，可将真空供给至基片保持器20以防止基片掉落。 
装载吸盘30设置在第三机械臂16的下方。装载吸盘30可以是静电吸盘或利用伯努利原理的非接触式吸盘。装载吸盘30的下部吸附或保持住基片。此外，可在第三机械臂16的下方设置摄像机32。摄像机32用于基于所获取的图像来确定基片的位置或知道基座的基座凹处的位置。可经由安装联接器29将装载吸盘30和摄像机32安装至第三机械臂16的下部。必要时，可在安装联接器29中安装用于操作和控制装载吸盘30和摄像机32的装置。 
图2是示出了根据本发明的优选实施方式的基片传送机器人、基片容纳盒、和基片对准器的视图。 
基片36以于规则的间隔处叠置的方式设置在盒子34中。 
基片对准器38用于使每个基片36以预定方向对准。在基片36中形成有平坦区域或刻痕，并且基片对准器38以基片36的平坦区域或刻痕面向预定方向的方式对准基片36。当将基片36装载到基座的基座凹处中时，将基片36控制成使得将其沿对准的方向装载。根据一实施方式，可将基片36以平坦区域或刻痕相对于基座的中心在径向方向上面向外部的方式装载到基座凹处中。 
在将通过基片对准器38对准的基片36被装载吸盘30吸附并保持住的同时传送至基座之后，将基片36安置到基座凹处中。 
图3是示出了根据本发明的优选实施方式的具有基片传送机器人的基片处理设备的俯视图，并且图4是示出了根据本发明的优选实施方式的具有基片传送机器人的基片处理设备的主视图。 
根据本发明的优选实施方式的基片处理设备包括基片传送机器人1和至少两个反应室40和50。图3和图4示出了具有第一反应室40和第二反应室50的基片处理设备。 
第一基座42设置在第一反应室40中，在第一基座42中设置有多个第一基座凹处44。第二基座52设置在第二反应室50中，在第二基座50中设置有多个第二基座凹处54。同时，尽管未在附图中示出，但反应室40和反应室50中的每个都可设置有室盖（未图示）以打开或关闭反应室40和50。 
基片传送机器人1可设置在反应室40与反应室50之间或设置于基片处理设备的近似中心的位置处，以将基片36装载到反应室40和50中的每个中并从反应室40和50中的每个中卸载该基片36。基片处理设备还包括用于存储基片36的盒子34和用于定位基片36的基片对准器38。盒子34和基片对准器38在多个反应室40和50中间可以是共用的。 
图5是示出了根据本发明的优选实施方式，在具有基片传送机器人的基片处理设备中，将基片从盒子中取出的状态的视图，图6是示出了根据本发明的优选实施方式，在具有基片传送机器人的基片处理设备中，将基片装载到基片对准器中的状态的视图，以及图7是示出了根据本发明的优选实施方式，在具有基片传送机器人的基片处理设备中，从基片对准器中卸载对准的基片的状态的视图。 
参照图5，设置在第四机械臂18上的基片保持器20朝向其中叠置有基片36的盒子34移动。在将基片保持器20插入到相关联的基片36的下方之后，基片保持器20向上移动，使得将基片36放置在基片保持器20上。 
参照图6，保持着基片36的基片保持器20移动至位于基片对准器38上方的位置，并且随后向下移动，使得将基片36装载到基片对准器38中。此后，将基片保持器20撤回。 
参照图7，在已经通过基片对准器38定位基片36之后，装载吸盘30从基片对准器38上方的位置朝向基片36向下移动。随后，通过装载吸盘30的下部吸附并保持住基片36。同时，具有基片保持器20的第四机械臂18如图7中所示的方式折叠以有助于装载吸盘30的运动。 
图8是示出了根据本发明的优选实施方式，在具有基片传送机器人的基片处理设备中，将基片装载到基座的基座凹处中的状态的视图。 
吸附或保持住基片36的装载吸盘30移动至基座40上方的位置，并将基片36装载到基座凹处44中。摄像机32获取待将基片装载到其中的基座凹处44的图像，由此使得能够精确地控制基片36的装载位置。 
图9是示出了根据本发明的优选实施方式的基片传送机器人中的装载吸盘的示例的视图。 
如上所述，装载吸盘30可构造成利用基于伯努利原理的非接触式吸附。参照图9，装载吸盘30设置有压缩气体供给源60，装载吸盘30的吸附面上设置有路径形成构件62。通过路径形成构件62将通过压缩气体供给源60供给的压缩气体沿着装载吸盘30的吸附面径向地排放。随着排放气体如此流动，在装载吸盘30的吸附面上产生负压。基于这种原理，可将基片36以非接触的方式吸附于装载吸盘30的吸附面。 
当然，可通过仅将真空施加于装载吸盘30的真空方法或利用静电力的静电吸盘方法来吸附基片36。当将装载吸盘30构造成利用这样的非接触式吸附方法时，可避免基片36的上表面被装载吸盘30损坏。 
图10是示出了根据本发明的优选实施方式的用于利用基片传送机器人来装载和卸载基片的方法的流程图。 
在步骤S100处，基片传送机器人1将基片保持器20移动至盒子34以将基片36从盒子34中取出。 
在步骤S102处，基片保持器20朝向基片对准器38移动，并且随后向下移动以将基片36装载到基片对准器38中。基片对准器38旋转并定位基片36，使得形成在基片36中的平坦区域或刻痕面向特定的方向。 
在步骤S104处，在已定位好基片36之后，操作基片传送机器人1以将装载吸盘30定位在基片36上方，并且装载吸盘30吸附或保持住基片36并随后从基片对准器38移动。 
在步骤S106处，装载吸盘30移动至基座42或52，并将基片36装载到基座42的基座凹处44或基座52的基座凹处54中。重复进行这些步骤直到将预定数量的基片36装载到多个基座凹处44或54中。 
同时，对多个反应室40和50中的每个都可执行步骤S100至步骤S106。 
如果已将基片36装载到基座42或52中，则在反应室40或50中执行预定的基片处理过程。在步骤S108处，当处理基片的过程已经完成时，利用装载吸盘30从基座凹处44或54卸载基片36。 
如上所述，本发明可有效地执行将基片从盒子传送至基片对准器和反应室的基座的过程、以及雪灾处理完成的基片的过程。此外，在基片的装载或卸载过程期间，可避免损坏基片的表面，由此使基片处理过程的效率最大化。 
此外，根据本发明，利用单个基片传送机器人将基片装载到多个反应室中并从多个反应室中卸载基片是可能的，由此提高了设备管理效率。 
而且，根据本发明，与常规的手动工作相比，作业花费了较短的时间。 
尽管出于说明性的目的已经公开了本发明的优选实施方式，但所属领域技术人员将会理解的是，在不背离本发明的如所附权利要求中所公开的范围和精神的情况下，多种变型、增加和替换都是可能的。因此，在本发明和附图中公开的实施方式不是限制性的，而是说明性的，并且本发明的技术思想的范围不限于这些实施方式和附图。本发明的范围应当由所附的权利要求来解释，并且将会理解到的是，权利要求中的所有技术思想均落在本发明的权限内。 

Claims (11)

1.一种基片传送机器人，包括：
基片保持器；
多个机械臂，所述多个机械臂使所述基片保持器能够进行三维运动；以及
装载吸盘，所述装载吸盘设置在所述多个机械臂中的任何一个上，所述装载吸盘从所述基片上方的位置吸附或保持所述基片。
2.根据权利要求1所述的基片传送机器人，其中，所述机械臂包括：
具有所述基片保持器的机械臂；以及
另一机械臂，所述另一机械臂连接于所述具有所述基片保持器的机械臂，并在所述另一机械臂的下部中设置有所述装载吸盘。
3.根据权利要求1所述的基片传送机器人，其中，所述装载吸盘构造成非接触式的吸附吸盘。
4.根据权利要求1至3中的任一项所述的基片传送机器人，其中，在所述装载吸盘的一侧上设置有摄像机。
5.一种基片处理设备，包括：
盒子，基片叠置在所述盒子中；
基片对准器，所述基片对准器用于使所述基片中的每个以预定方向对准；
反应室，所述反应室包括设置有多个基座凹处的基座；以及
基片传送机器人，所述基片传送机器人用于在所述盒子、所述基片对准器、与所述基座凹处之间传送所述基片中的每个，
其中，所述基片传送机器人包括：
基片保持器，所述基片保持器用于将所述基片中的每个从所述盒子传送至所述基片对准器；
装载吸盘，所述装载吸盘用于从所述基片上方的位置吸附或保持通过所述基片对准器对准的所述基片，并用于将所述基片传送至相关联的基座凹处；以及
多个机械臂，所述多个机械臂使所述基片保持器和所述装载吸盘能够在三个维度中移动。
6.根据权利要求5所述的基片处理设备，其中，所述反应室在数量上为至少两个，并且所述基片传送机器人对所述多个反应室执行基片装载和卸载操作。
7.根据权利要求6所述的基片处理设备，其中，所述机械臂包括：
具有所述基片保持器的机械臂；以及
另一机械臂，所述另一机械臂连接于所述具有所述基片保持器的机械臂，并且在所述另一机械臂的下部中设置有所述装载吸盘。
8.根据权利要求6或7所述的基片处理设备，其中，所述装载吸盘构造成非接触式的吸附吸盘。
9.一种用于控制基片处理设备的方法，所述基片处理设备包括：盒子，基片叠置在所述盒子中；基片对准器，所述基片对准器用于使所述基片中的每个以预定方向对准；至少两个反应室，所述至少两个反应室各自包括设置有多个基座凹处的基座；以及基片传送机器人，所述基片传送机器人用于在所述盒子、所述基片对准器、与所述基座凹处之间传送所述基片中的每个，所述方法包括：
（a）利用所述基片传送机器人的基片保持器将所述基片中的每个从所述盒子传送至所述基片对准器；
（b）利用所述基片传送机器人的装载吸盘从所述基片上方的位置吸附或保持通过所述基片对准器对准的所述基片；
（c）将所述装载吸盘移动至相关联的基座凹处上方，并将所述基片装载到所述基座凹处中；以及
（d）利用所述基片传送机器人对所述多个反应室重复步骤（a）至（c）。
10.根据权利要求9所述的方法，进一步包括：
（e）在已在相关联的反应室中完成处理之后，利用所述装载吸盘从所述基座凹处卸载所述基片。
11.根据权利要求9或10所述的方法，其中，所述装载吸盘构造成非接触式的吸附吸盘。
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