CN1689141B - 具有门闭锁和衬底夹紧机构的衬底托架 - Google Patents

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Abstract

第一方面，提供一种自动开门器，包括(1)适合于支撑衬底托架的平台；(2)适合于在衬底托架由平台支撑时开启衬底托架的门的开门机构；及(3)管道。管道适于从清洁室壁上的开口延伸到平台且至少部分地围绕平台。管道进一步适于将来自于清洁室壁的气流导向平台并导出管道。提供了许多其它方面。

Description

具有门闭锁和衬底夹紧机构的衬底托架
本申请要求享有2002年8月31日提交的美国第60/407340号临时申请的优先权，其全部内容合并于此以供参考。 
技术领域
本发明一般涉及衬底加工，且更特别地涉及衬底托架以及将它们与加工工具连接的装置和方法。 
相关申请参照 
本申请与下列受让人相同、共同待决的美国专利申请有关，其中每个申请的全部内容合并于此以供参考： 
2002年8月31日提交的美国第60/407451号临时专利申请，其名称为“System For Transporting Wafer Carriers”(律师编号6900/L)； 
2002年8月31日提交的美国第60/407339号临时专利申请，其名称为“Method and Apparatus for Using Wafer Carrier Movement to ActuateWafer Carrier Door Opening/Closing”(律师编号6976/L)； 
2002年8月31日提交的美国第60/407474号临时专利申请，其名称为“Method and Apparatus for Unloading Wafer Carrier from WaferCarrier Transport Systems”(律师编号7024/L)； 
2002年8月31日提交的美国第60/407336号临时专利申请，其名称为“Method and Apparatus for Supplying Wafers to a Processing Tool”(律师编号7096/L)； 
2002年8月31日提交的美国第60/407452号临时专利申请，其名称为“End Effector Having Mechanism For Reorienting A Wafer CarrierBetween Vertical And Horizontal Orientations”(律师编号7097/L)； 
2002年8月31日提交的美国第60/407337号临时专利申请，其名称为“Wafer Loading Station with Docking Grippers at Docking Station”(律师编号7099/L)； 
2003年1月27日提交的美国第60/407087号临时专利申请，其名 称为“Method and Apparatus for Transporting Wafer Carriers”(律师编号7163/L)； 
2002年8月31日提交的美国第60/407463号专利申请，其名称为“Wafer Carrier Handler That Unloads Wafer Carriers Directly From aMoving Conveyor”(律师编号7676/L1)； 
2003年1月27日提交的美国第60/443004号专利申请，其名称为“Wafer Carrier Handler That Unloads Wafer Carriers Directly From aMoving Conveyor”(律师编号7676/L2)； 
2003年1月27日提交的美国第60/443153号专利申请，其名称为“Overhead Transfer Flange and Support for Suspending Wafer Carrier”(律师编号8092/L)； 
2003年1月27日提交的美国第60/443001号临时专利申请，其名称为“System and Methods For Transferring Wafer Carriers BetweenProcessing Tools”(律师编号8201/L)；及 
2003年1月27日提交的美国第60/443115号临时专利申请，其名称为“Apparatus and Method for Storing and Loading Wafer Carriers”(律师编号8202/L)。 
背景技术
半导体器件是形成于衬底上的，这些衬底例如有硅衬底、玻璃板等等，通常被称为晶片，用于计算机、监视器等。这些器件是经由一系列制造步骤，如薄膜沉积、氧化、蚀刻、抛光及热加工和光刻加工而形成的。虽然经常会在一个加工装置上完成多个制造步骤，但典型的是，至少对于器件制造所需的某些制造步骤来说，衬底必须传输于不同的加工工具之间。 
衬底一般储藏在托架中以备在加工工具和其它地点之间输送。在许多情况下，衬底托架将其内所包含的一个或多个衬底完全封装起来，使之处于固定体积的气体或其它气体中，以减少衬底受特定污染的危险。一传统的衬底托架通常有一个门，当衬底托架与加工工具接口时，这个门必须被开启和/或除去，从而允许将衬底从该衬底托架中抽出。 
期望的是，为衬底托架提供一种闭锁机构，以确保该托架的门在 需要关闭时(例如在输送中)保持在关闭状态。同样期望的是，在衬底托架中设置一种夹紧机构，以确保当衬底在被输送到加工工具或从加工工具被运走时，各衬底在托架外壳内保持固定。上述闭锁和夹紧结构典型地需要许多驱动装置和使用特别设计的键，这增加了衬底托架的成本和复杂性。更简单、更有成本效率的衬底托架将是有利的。 
发明内容
本发明的第一个方面，是提供了一种自动开门器，包括：(1)一平台，用于支撑衬底托架；(2)一开门机构，用于在衬底托架由上述平台支撑时开启衬底托架的门；以及(3)一管道，该管道适于从清洁室的壁上的开口延伸到平台且至少部分地围绕该平台，上述管道还适于将来自清洁室壁的气流导向平台并导出管道。 
本发明的第二个方面，是提供了一种将衬底装载进加工工具的方法。该方法包括以下步骤：(1)将衬底托架装到位于清洁室壁附近的平台上，清洁室壁将平台与加工工具分隔开；(2)至少部分地用管道来围绕衬底托架，该管道从清洁室壁上的开口延伸到平台；(3)当衬底托架为平台所支撑时，开启衬底托架的门；且(4)将气流从清洁室壁导向平台并导出管道。 
本发明的第三个方面，是提供了一种用来解锁衬底托架的装置。该装置包括(1)一衬底输送单元，包括用于支撑衬底托架的支撑结构；及(2)一驱动机构，该驱动机构是相对于支撑结构而被定位的。该驱动机构用于与被支撑结构所支撑的衬底托架的闭锁机构相互作用，以便用衬底托架的移动来启动衬底托架的解锁。 
本发明的第四个方面，是提供了一种用以解除衬底托架的衬底夹紧机构的装置。该装置包括(1)一衬底输送单元，包括用于支撑衬底托架的支撑结构；及(2)一驱动机构，该驱动机构是相对于支撑结构而被定位的。该驱动机构用于与被支撑结构所固定的衬底托架的衬底夹紧机构相结合，以便用衬底托架的移动来启动衬底夹紧机构的放松。 
本发明的第五个方面，是提供了一种通过使用本发明的第一和第二个方面的特征，用来解锁衬底托架、及用来放松该衬底托架的衬底夹紧机构的装置。本发明还提供了许多其它方面，以及用来实现这些 方面的系统和方法。 
本发明的第六个方面，是提供了一种自动开门器，包括：(1)一平台，其适于支撑衬底托架；(2)一托架开启机构，其包含一驱动机构，该驱动机构适于当所述衬底托架由所述平台支撑并移动远离清洁室壁上的入口或朝向清洁室壁上的入口移动时，随着所述衬底托架脱离或对接而释放或阻止所述衬底托架上的闭锁部件，从而允许所述衬底托架的门被所述托架开启机构引导至关闭位置或打开位置；及(3)一管道，其适于：从清洁室壁上的入口向所述平台延伸，且至少部分地围绕该平台支撑的衬底托架；并且，将气流从所述清洁室壁引导到该平台并导出所述管道。 
本发明的第七个方面，是提供了一种将衬底装载到加工工具中的方法。该方法包括以下步骤：(1)将衬底托架装载到平台上，所述平台位于将该平台同所述加工工具隔离开的清洁室壁的附近；(2)用从所述清洁室壁上的入口延伸到所述平台的管道来至少部分地围绕所述衬底托架；(3)利用托架开启机构的驱动机构开启所述衬底托架的门，所述托架开启机构的所述驱动机构适于当所述衬底托架由所述平台支撑并移动远离清洁室壁上的入口或朝向所述清洁室壁上的入口移动时，随着所述衬底托架脱离或对接而释放或阻止所述衬底托架上的闭锁部件，从而允许所述衬底托架的门被所述托架开启机构引导至关闭位置或打开位置；以及(4)将气流从所述清洁室壁导引到所述平台并导出所述管道。 
本说明书及所附权利要求中所使用的术语“闭锁机构”应理解为指的是一种对衬底托架的门施加力、以使门保持在闭合位置的机构。“闭锁”指的是将衬底托架的门保持在闭合位置。“解锁”指的是允许衬底托架的门开启(无论门是否实际上开启)。 
附图说明
借助于本发明的装置和方法，衬底托架的门可以被可靠地闭合，尽管重力或其它外力可能会趋向于将门开启。同样根据本发明，包括于衬底托架中的衬底夹紧机构可以确保：在衬底托架的输送过程中，衬底被保持在衬底托架内的一个稳定位置。这可以防止衬底与衬底托架的内部之间意外接触，因而减小了衬底受特定污染或损害的可能性。根据本发明的一个或多个实施例，与许多传统衬底托架所采用的相比， 这些特征配备有较少的驱动装置或较少使用特殊设计的键。 
本发明的更多特征和优点将从下面的详细描述、所附权利要求和附图中更充分表现出来。 
图1为一个示意性侧面立视图，展示了依据本发明提供的衬底输送单元； 
图2A和2B为依据本发明提供的衬底托架的立体图，分别展示了处于闭合状态和开启状态的本发明的衬底托架； 
图2C为图2B中的衬底托架的侧视图； 
图3为一个放大的局部侧视图，展示了当本发明衬底托架处于闭合和闭锁状态时，图2A～图2B中的本发明的衬底托架的一些零件； 
图4A为依据本发明提供的作为图1中衬底输送单元一部分的衬底开启机构的立体图； 
图4B为一个放大立体图，展示了图4A视图的一部分； 
图4C为具有位于图2A～图2C中的衬底托架的图4A的托架开启机构的正面俯视图； 
图5A为一个示意性立体图，展示了依据本发明提供的一种夹紧机构，而该夹紧机构是包括在图2A～图2B所示的衬底托架中的； 
图5B为一个放大的示意性立体图，展示了图5A视图的一部分； 
图5C为图2A～图2B所示的衬底托架的实施例的立体图，其中去掉了衬底托架的盖子，且各夹紧部件正夹紧一衬底； 
图5D为一个放大的立体图，展示了图5C的一部分的细节； 
图6A为一个局部侧视图，展示了图5A和5B中夹紧机构的夹紧部件，其正与衬底夹紧接触； 
图6B为图5C所示衬底托架的横截面图，其中使用了另一种可选择的夹紧部件结构； 
图6C为一个放大的立体图，展示了图6B的一部分的细节； 
图7A和图7B分别为类似于图5A和5B的视图，展示了处于放松状态的本发明的衬底夹紧机构； 
图7C为类似于图6B的横截面图，不过所示夹紧部件已缩回； 
图7D为一个放大立体图，展示了图7C的一部分的细节； 
图7E为衬底托架的一个实施例的立体图，其中衬底托架的盖子被除去且夹紧部件从衬底缩回； 
图8为衬底装载站的另一种可选择的实施例的立体图，该衬底装载站包括可用于本发明的衬底托架装卸装置。 
具体实施方式
根据本发明，衬底托架的门闭锁机构是通过该闭锁机构与一种驱动机构的相互作用而被自动解锁的，上述驱动机构位于衬底输送单元中(该衬底输送单元举例来说是例如在半导体器件制造过程中可能用到的加工工具的衬底输送单元)。同一个驱动机构也可以放松衬底夹紧机构，该衬底夹紧机构可以是衬底托架的一部分(举例来说，在运输时固定由衬底托架所储存的衬底的衬底夹紧机构)。 
图1为一个示意性的侧面主视图，其展示了一个加工工具及一相关的工厂接口，包括根据本发明设置的衬底输送单元。在图1中，参考编号100表示一个加工工具的示意性标记。 
如本领域技术人员所熟知的，加工工具100可包括一个和多个负载闩锁、一个或多个传送室、和/或与上述一个或多个传送室相关的一个或多个加工室。这些部件均未被单独示出。可以理解的是，在加工室中，可以对在被装载到加工工具100中的衬底应用一种或多种半导 体器件制造工艺。 
工厂接口(FI)102被连接到加工工具100，以在加工工具100与一个或多个包含将被装载到加工工具100中的衬底的衬底托架之间提供一个接口。工厂接口102包括清洁室壁103，清洁室壁103使得工厂接口102的内部与清洁室环境105相隔离。工厂接口102包括入口104，一个或多个衬底可通过该入口被输送到工厂接口102中。可以使用一个以上的入口104。可选择的的门106能够选择性地关闭工厂接口102的入口104。(在本发明的一个实施例中，图1中所示的门106可以省去，且工厂接口102可以具有正内压，从而使恒定气流通过入口104流出工厂接口102。因此，工厂接口102的正内压便起到阻止微粒/污染物进入工厂接口102的作用。)例如，借助于穿过工厂接口(例如从工厂接口的顶部到工厂接口的底部)的过滤气流，和使用高效微粒空气过滤器(HEPA)、超低渗透空气过滤器(ULPA)或本技术领域已知的清洁室等级的类似过滤器，可在工厂接口102内保持正的静压。在本发明的一个实施例中，可利用在工厂接口102的内部和外部之间的0.005～0.2英寸的水压差(例如使用再循环的经过过滤的环境空气)。 
根据本发明，在工厂接口102外部(例如在门106的外侧和入口104处)设置衬底输送单元108。衬底输送单元108包括衬底托架支撑结构，如支撑平台110，本发明衬底托架112(在稍后描述)可被支撑在其上。 
与支撑平台110相关联的是托架移动机构114，例如电动平台或气压缸，其适于将衬底托架112移向工厂接口102的入口104或将衬底托架112从工厂接口102的入口104移走。应理解的是，衬底托架也可以通过夹住衬底托架的夹持器(未示出)来支撑，例如通过衬底托架上方的传送法兰(未示出)来吊起衬底托架。夹持器或支撑平台110可包括一个或多个运动部件(例如运动销(kinematic pin)、固定件或类似部件)，以帮助衬底托架定位。 
在图1中，参考编号116示意性地代表衬底托架112的门或可开启部分。在图1中没有单独示出包含于衬底输送单元108中的驱动机构(在稍后描述)，和设置在衬底托架112上的闭锁机构(在稍后描述)。依照本发明的至少一项实施例，衬底托架112的运动引起衬底输送单元108的驱动机构与衬底托架112的闭锁机构相互作用，从而解锁衬底托架112的可开启部分116。衬底输送单元108的驱动机构与衬底托架112的闭锁机构之间的相互作用也可以用来放松衬底托架112的衬底夹紧机构(图1中未示)。衬底输送单元108的驱动机构、及衬底托架112的闭锁机构和衬底夹紧机构将在参照图2A～图7E进行进一步描述。 
工厂接口102也可以包括衬底搬运机械手，该机械手未示于图中，而其适于在衬底托架112和加工工具100之间传送衬底。 
在图1所示实施例中，控制器118连接到工厂接口102的门106和托架移动机构114上以控制其操作。 
参考编号120代表一个或多个衬底托架存放架(用来存放一个或多个衬底托架)，它们可与衬底输送单元108相结合来进行安装。例如，这一个或多个衬底托架存放架120可被放置在如图所示的衬底输送单元108的上方。 
图2A为图1所示本发明的衬底托架112处于闭合状态下的立体图，而图2B为与图2A相似的视图，展示了处于开启状态下的本发明的衬底托架112。本发明的衬底托架112包括可容纳衬底202(图2B)的托架外壳200。托架外壳200包括可开启部分204，可开启部分204则包括以枢轴方式安装在托架外壳200上的门206。门206在图2A所示闭合位置和图2B所示开启位置之间借助枢轴转动。 
依据本发明，本发明的衬底托架112包括闭锁机构208。在至少一个实施例中，本发明的闭锁机构208可包括一长管状的附件210，其被沿托架外壳200的侧壁214布置，最好是沿外壁的底边212(虽然也可用于其它位置)布置。例如，附件210可以具有方形或矩形的横截面。也可采用其它形状。例如，附件210可与托架外壳200一体形成或独立于托架外壳200之外。 
如图2C中的侧视图所示，托架外壳200的可开启部分204可具有一带倾斜角(例如45°或某个其它合适角度)的表面216，而且门206可具有一带互余的(complementary)倾斜角的表面218，因此当门206闭合时，门便关闭而不会有相对于托架外壳的可开启部分204的摩擦运动。因此，可减小门206关闭时产生微粒的可能性。可在带倾斜 角的表面216、218中的一个或两个表面上覆盖一种弹性材料，如硅树脂，以起到两者间的密封作用。 
图3为本发明的衬底托架112的部分侧面主视图，展示了本发明的闭锁机构208的示例性实施例的细节。闭锁机构208的闭锁作用是通过从门206的右侧301(图2B)向外伸出的一键形物300与可在附件210中滑动的一闭锁部件302之间的相互作用来实现的。在所示实例中，键形物300被设置于门206的底边304(图3)之上。闭锁部件302具有从附件210的出口308伸出的外端306。闭锁部件302包括一指形件310，该指形件从闭锁部件302的外端306向外伸出。因为设置了指形件310，所以当闭锁机构208处于其闭锁状态时，如图3及较后的描述所示，门206即被闭合(图2A和3)且闭锁部件302的指形件310位于键形物300的下方。在此位置，指形件310阻止键形物300(从而阻止门206)绕枢轴点P相对于托架外壳200旋转(例如通过作用在键形物300上的向上的力来使门206保持在关闭位置)。特别是，指形件310的一部分310a接触键形物300的部分300a，如图3所示。 
在本发明的至少一个实施例中，键形物300的部分300a和/或指形件310的部分310a相对于水平面倾斜(例如倾角约10～15°，不过也可采用其它角度或无角度)。使得指形件310的部分310a倾斜提供了一个垂直分力，这个垂直分力可以帮助于封闭衬底托架112。使得键形物300的部分300a倾斜，便可通过在键形物300和指形件310的表面上更均匀地分布摩擦接触来减小微粒的生成、和/或键形物300和/或指形件310的磨损。也可在键形物300和/或指形件310上添加低摩擦涂料或低摩擦接触面(未示出)，以在衬底托架112的开启和/或闭合过程中减小在键形物300和指形件310之间的相互摩擦。此类低摩擦涂料/接触表面的实例包括聚四氟乙烯(PTFE)或特氟纶(Teflon
Figure S03824438119960428D000081
)、聚四氟乙烯类材料、其它低摩擦和/或低微粒生成材料等。 
闭锁机构208也包括一偏置机构如弹簧312。弹簧312被固定在附件210的内端313(例如附件210的出口308的对面端)。弹簧312推动闭锁部件302的内端314，使闭锁部件302向外(在箭头316所指方向上)朝向门206的键形物300(例如朝向图3中所示的闭锁位置)而偏置。可使用其它类似的合适的偏置机构。
在闭锁部件302的外端306上、指形件310从外端306伸出的位置处，形成一台阶318。当闭锁机构208处于图3中所示的闭锁位置时，闭锁部件302的台阶318抵靠到键形物300的侧面320上，从而限制闭锁部件302的向外移动。 
再参考图2A和图2B，虽然在附图中仅仅展示出了一个与托架外壳200的侧壁214相关的闭锁机构208，但是也设想了可设置与托架外壳200的对面侧壁相关的第二个闭锁机构，用以闭锁门206的左侧322(图2B)。 
图4A为依据本发明配置的托架开启机构400的一个示例性实施例的立体图。在此示意性实施例中，托架开启机构400可被设置于工厂接口102的入口104的附近或者甚至是在入口104之中。通常，托架开启机构400可被用在需要有衬底托架112中的衬底202的出入口的任一位置上。 
参考图4A，所展示的托架开启机构400是从工厂接口102(图1)的内部，通过入口104向衬底输送单元108方向看去的样子。图4B为一个放大的立体图，展示了衬底开启机构400的一部分401(图4A)的细节。如图4A、4B中所示，托架开启机构400的形状大体与衬底托架112的轮廓相配，且如下面所进一步描述及展示的，托架开启机构400通常举例来说借助于矩形管道402，为衬底托架112周围的洁净气流提供一个小间隙。也可使用其它构造。例如，托架开启机构400可包括两个侧面的部件，它们具有在入口104附近连接的驱动机构(如下面所描述的)。 
参考图4B，在管道402的侧壁406上形成一凸轮槽404。如先前所结合的2002年8月31日提交、名称为“Method and Apparatus forUsing Wafer Carrier Movement to Actuate Wafer Carrier DoorOpening/Closing”(律师编号6976)的美国第60/407339号专利申请中所作的更充分的描述，衬底托架112的门206可配备一凸轮从动件408(图2A、2C及图3)，该凸轮从动件与托架开启机构400的凸轮槽404相协作，以将门206导向图2B和2C中所示的开启位置。 
如以上援引的共同待决专利申请所述，借助于使衬底托架112相对于入口104对接移动，便可产生门206的开启。这里所用的术语“对 接”或对接移动指的是衬底托架朝向一入口的内向运动，衬底是通过该入口来交换的，上述入口例如是一个处于清洁室壁上的入口。类似地，“脱离”或脱离移动指的是衬底托架从用来交换衬底的入口离开的外向运动，该入口例如是一个处于清洁室壁上的入口。图4B中的箭头410示意性地表示上述对接移动。 
如图4B所示，一挡块412被设置在侧壁406及管道402的凸轮槽404的附近，位于侧壁406的开口区413中。开口区413被构造得适于容纳闭锁机构208(该闭锁机构从托架外壳200的侧壁突出，如图2A～图2C所示)。图4A～图4B还展示了与托架开启机构400并置的托架移动机构114(例如一滑板)，并且在托架移动机构114上设置了一运动销414，以与在衬底托架112(见图1)的底部上的一校准部件(未示出)相互作用，从而将衬底托架112引导到衬底移动机构114上的正确位置。通常可使用多个运动部件(例如三个或更多个)来帮助衬底托架112相对于衬底移动机构114进行定位。在托架开启机构400的挡块412附近设置有台阶416，用于从结构上配合挡块412，并用于控制衬底托架112和/或托架移动机构114(稍后描述)周围的气流。应理解的是，衬底开启机构400的对面侧壁(例如侧壁418)可类似地构造凸轮槽、用来容纳设置在与图2A～图2C中侧面214相对的衬底托架112的侧面上的闭锁机构的开口区、挡块和/或台阶。 
挡块412起到驱动机构的作用，以与衬底托架112(图3)的闭锁机构208相互作用。(设置于管道402的侧壁418(图4A)处的一个图中未示的额外的入口挡块可与衬底托架112的第二闭锁机构(未示出)相互作用。)特别是，衬底托架112的对接移动可导致闭锁部件302的指形件310(图3)与挡块412相接触。衬底托架112在对接中可以接触或可以不接触台阶416。随着衬底托架112在箭头410(图4B)所指方向上继续移动，闭锁部件302在该方向上的运动被挡块412阻止，导致闭锁部件302被推入附件210内，与弹簧312的偏置力对抗。因此，键形物300从闭锁部件302的指形件310释放出来，让门206能够绕枢轴转动(围绕点P(图3))，并通过前面所述及的凸轮槽404(图4B)和凸轮从动件408(图3)的相互作用而被开启。 
图4C为图4A中托架开启机构400的正面俯视图，包含设置在该 托架开启机构中的衬底托架112。如图4C所示，台阶416通过在托架开启机构400和衬底托架112与托架移动机构114之间提供了一个受控气隙G(例如由此在其中形成一层状气流)，能够帮助减小来自工厂接口102(图1)、穿过入口104和托架开启机构400的过量气流。例如，可通过提供介于约0.05到0.15英寸之间的气隙G，来产生这样一个层状气流。也可采用其它气隙间距。 
如上所述，举例来说可借助穿过工厂接口(例如从工厂接口的顶部到该工厂接口的底部)的过滤气流，并使用高效微粒空气过滤器(HEPA)、超低渗透空气过滤器(ULPA)或本技术领域知的类似的清洁室等级过滤器，在工厂接口102内保持正静压。在本发明的一个实施例中，可在工厂接口102的内部和外部之间使用0.005到0.2英寸之间的水压差(例如使用循环过滤的环境空气)。 
从本发明的一个或多个方面看，门106(图1)，在这里也称为“入口门”，可包含用来解锁、容纳和支撑衬底托架112的门116的键(未示出)或其它解锁机构和/或开门机构，这例如描述于名称为“WaferCassette Load Station”的美国第6082951号专利中，该专利的全部内容合并于此以供参考。门106可从平台110向后移，然后下降，以此如一般所知地搬运(carrying)衬底托架112的门116。可选择的是，门106可没有任何X轴上的移动，而平台110可改为将衬底托架112从入口104(或在清洁室壁103上的其它类似开口)移走，从而使门106下降(支撑衬底托架112的门116)而不接触衬底托架112，如在前面指出的美国第6082951号专利中所描述的。然后，平台110可将衬底托架112向后移动到入口104(例如使得衬底能够从那里移走)。无论在哪种情况下，依据本发明，衬底托架112都能够留在管道402之内，并接受从工厂接口102来的气流(例如层状气流)，如上所述。 
层状气流趋向于阻止微粒到达要由此从衬底托架中取出衬底、以将其运送到加工工具100的位置。注意，上述层状气流和/或正压工厂接口结构可被用于任何衬底托架(例如单衬底托架、多衬底托架、前开式衬底托架(front opening substrate carrier)、前开式统集盒(FrontOpening Unified Pod)等)及任何衬底托架门结构，而无论衬底托架的移动是否被用来开启和/或关闭衬底托架的门。例如，本发明可被用来 环绕一入口，衬底经过该入口而被传送于开启的衬底托架和加工工具之间，从而产生一层状气流，该层状气流来自该加工工具一侧，流过开启的衬底托架(举例来说，并且从管道402流出)。 
现在将参考图5A～图7E，描述可被包括在本发明衬底托架112之中的一种衬底夹紧机构。 
图5A为依据本发明所提供的一种示例性衬底夹紧机构500的示意性立体图。图5B是一个放大的立体图，展示了图5A中的部分502的细节。 
本发明的衬底夹紧机构500通过夹紧部件504和闭锁部件302的相互作用来工作，其中闭锁部件302的类型与上述闭锁机构208(图3)相联系。在本发明的一个实施例中，如图5A所示，提供了四个夹紧部件504，包括两对夹紧部件504，其中每对夹紧部件504与一个对应的闭锁部件302相结合。也可使用其它数目的夹紧部件。 
参考图5B，在本发明的一个实施例中，每个夹紧部件504大体为L形，具有水平腿506和相对较短的垂直腿508。也可使用其它形状或结构。在图5B中，托架外壳200(图2A～图2C)的侧壁由虚线214示意性地表示。每个夹紧部件504可被可滑动地安装在各自的托架外壳200的侧壁214的孔511(图2C和下述图5C)中。 
当衬底夹紧机构500处于其夹紧状态时，如图5A、5B所示，闭锁部件302的内部侧面512接触夹紧部件504的垂直腿508并固定夹紧部件504，从而使夹紧部件504的水平腿506的末端514接触衬底202的边缘516。所有四个夹紧部件504与衬底202同时接触可夹紧衬底202(例如，特别是在衬底托架112的输送过程中，借此平稳地固定衬底202)。 
图5C为衬底托架112的一个实施例的立体图，其中衬底托架112的盖子(未示出)被除去了。图5D为一个放大的立体图，展示了图5C中的部分517的细节。在图5C和图5D所示实施例中，衬底托架112包括挖空区域520，该挖空区域具有倾斜侧壁部分522及不倾斜侧壁部分524(见图5D)。不倾斜侧壁部分524所具有的直径近似等于衬底202的直径(例如，在一个实施例中，比衬底202约大0.004到0.005英寸，不过也可采用其它尺寸)，且倾斜侧壁部分522被倾斜得令衬底 202被放下、处于衬底托架112的不倾斜侧壁部分524之中时，确保衬底202的精确定位。在至少一个实施例中，倾斜侧壁部分522与衬底202所在平面约成45°角，不过也可采用其它角度。 
在图5C和图5D中，所示夹紧部件504处于夹紧位置；闭锁部件302延伸到门206的键形物300下方，从而将门206固定在闭合位置，如前所述(并且如图5C所示)。如图5C中进一步所展示的，在夹紧位置，闭锁部件302挤压每个夹紧部件504的垂直腿508，从而挤压每个夹紧部件504，使之穿过孔511而与衬底202相接触。 
图6A为一个局部侧视图，展示了其中一个夹紧部件504与衬底202之间的接触。如图6A所示，与衬底202接触可通过形成于夹紧部件504的水平腿506的末端514内的V形槽526来完成。也可利用V形槽以外的其它结构来接触衬底202。例如，图6B为图5C中的衬底托架112的横截面图；而图6C为一个放大的立体图，展示了图6B中的部分525的细节，其中夹紧部件504具有一平槽528，该平槽处于水平腿506的末端514中。与所述相同，也可采用其它结构以供衬底202有效夹紧。如图6B和图6C进一步所示，每个夹紧部件504的垂直腿508是(例如通过弹簧530或其它适合的偏置机构)被偏置的，倚靠到闭锁部件302上。 
为保护衬底202不受由于闭锁机构208产生的污染物和/或由于衬底202和夹紧部件504之间的接触所导致的损害，(1)可采用薄膜(例如像图6C中隔膜这样的柔软薄膜532)，来使闭锁机构208与衬底托架112的洁净衬底区533隔离开，其中衬底202是被置于上述洁净衬底区内的(如图6B和图6C所示)；和/或(2)每个夹紧部件504的末端514可设置有一“软表面”534，用来接触衬底202(如图6A所示)。例如，柔软薄膜532可将衬底202与闭锁机构208的能够产生微粒的所有移动部分隔离开(例如闭锁部件302、夹紧部件504、弹簧530等)。举例来说，柔软薄膜532和/或软表面534可由氨基甲酸乙酯(urethane)、硅氧烷(silicone)等构成。 
再参考图5B，在闭锁部件302的侧面512上形成一凹口536。当衬底夹紧机构500如图5B所示处于其夹紧位置时，凹口536是在相对于夹紧部件504的前进方向上、以一个预先确定的距离来定位的(如 以下进一步的描述)。未示出的类似凹口是以类似方式，相对于与图5B的闭锁部件302相关联的其它夹紧部件504来定位的。此外，类似的凹口(未示出)被设置于另一闭锁部件302(图5A和图6B)上，并且它们是以类似方式，相对于与其它闭锁部件302相关联的夹紧部件504来定位的。 
图7A和图7B分别是与图5A和图5B类似的视图，但展示了处于松开(非夹紧)状态的衬底夹紧机构500。图7B为一个放大图，展示了图7A中的部分700的细节。 
参考图5A和5B及图7A和7B，夹紧机构500的松开过程发生如下。衬底托架112的对接移动是相对于入口104(图1)进行的。也就是说，托架外壳200(在图5B和图7B中是用侧壁214来表示的)、闭锁部件302、夹紧部件504和衬底202是在图5B中箭头702(或图4B中箭头410)所指方向上一起移动的。参考图5B，在对接移动过程中，闭锁部件302的指形件310与托架开启机构400(图4B)的挡块412相接触。因此，闭锁部件302在箭头702所指方向上的运动即被停止。夹紧部件504沿闭锁部件302前进，直到其到达凹口536为止。可采用偏置结构如图6B和6C的弹簧530来使得夹紧部件504进入凹口536，从而让夹紧部件504移动离开衬底202并与其脱离接触。全部四个夹紧部件504(图5A)可大体上同时以相似方式与衬底202脱离接触，因而解除衬底202的被夹紧状态。(作为上述偏置结构的另一种选择，夹紧部件504，且特别是它的垂直腿508，可通过某种榫槽结构或其它类似的凸轮结构被连接到闭锁部件302，而使得夹紧部件504被拉进凹口536并从衬底202离开。) 
图7C为一个与图6B类似的横截面图，但其中夹紧部件504缩进每个闭锁部件302的凹口536中；图7D为一个放大的立体图，展示了图7C中的部分704的细节；且图7E为衬底托架112的一个实施例的立体图，其中衬底托架112的盖子706已被除去。如图7C～图7E所示，当衬底托架112相对于每个闭锁部件302向前移动时，弹簧530使得每个夹紧部件504偏置，抵靠到闭锁部件302上，从而使每个闭锁部件504进入其各自的凹口536中，并通过孔511而从衬底202缩回。其后，衬底202便可如下面所述从衬底托架112被取走。
参考图1～图7E，在操作中，衬底托架112包含要在加工工具100中被加工的衬底202，举例来说通过与工厂接口102配合的托架处理机械手(未示出)，被放置在衬底输送单元108的支撑平台110上。控制器118令门106(如果有的话)开启，并令衬底移动机构114将衬底托架112与入口104对接。衬底托架112的对接移动使得闭锁部件302的指形件310(图3)与管道402的挡块(见图4B，只显示了一个)相接触。随着衬底托架112继续前进，闭锁部件302便与键形物300(只显示了一个，见图3)分离并被推入附件210中。同时，凸轮部件408(图3，只显示了一个)进入管道402的凸轮槽404(图4B，只显示了一个)，并被向下引导，从而使衬底托架112的门206向下转动(如图2B、2C和图7E所示)。同时，夹紧部件504移动到闭锁部件302的凹口536(图5B、图7B和图7D)中。夹紧部件504进入凹口536，从而从衬底202移开并解除衬底202的夹紧状态。在至少一个实施例中，每个闭锁部件302的各个凹口536是经过定位的，从而当凸轮部件408位于凸轮槽404的底部和/或门206被充分开启时，夹紧部件504将位于凹口536之内。 
既然门206(如果有的话)已被解锁并被开启，且衬底202已被松开，那么衬底202便可从衬底托架112中被取出。工厂接口102的衬底搬运机械手(未示出)将衬底202从衬底托架112中取出，并将衬底202装载到加工工具100内。例如，衬底输送装置的叶片(未示出)可伸到衬底202的下面(例如在衬底托架112(图7C)的区域533中)，并经由挖空区域520，将衬底202抬起至衬底托架112(图7B)的区域708处。然后，衬底202可被装载到加工工具100之内。衬底202在加工工具100中被加工。在衬底202的加工完成以后，衬底搬运机械手将衬底202送回到衬底托架112。 
然后，托架移动机构114使得衬底托架112与入口104脱离。衬底托架112的脱离运动致使凸轮从动件408被向上导入到凸轮槽404中，从而关闭门206。当托架外壳200被从托架开启机构400的挡块412移走时，弹簧312的偏置力将闭锁部件302从附件210中向外推出，使得指形件310与门206上的键形物300相接合。因此门206再次处于关闭位置。
通过闭锁部件302的同一运动，闭锁部件302中的凹口536(图5B、7B)被从夹紧部件504移开。此外作为响应，闭锁部件302的侧面512迫使夹紧部件504与衬底202接触，从而夹紧衬底202。其中含有被夹紧衬底202的已闭锁的衬底托架112现在就准备好从衬底输送单元108被运走，且其可被运到另一加工工具，以作进一步加工或被运到制造设施的其它地方。 
本发明可用来确保衬底托架的门的闭锁，及确保衬底在衬底托架内被夹紧。因此，可避免对衬底的草率搬运或对衬底的损害和/或微粒污染。 
以上描述只公开了本发明的示范性实施例；落入本发明的范围内的上述装置的改进型对本领域一般技术人员来说是轻而易举的。例如，虽然本发明是参照单衬底托架进行图解说明的，但同样可设想将本发明应用到固定多于一个衬底的衬底托架上。“单衬底托架”应被理解为意指形状和尺寸一次只能容纳一个衬底的衬底托架。 
如本说明书所示，本发明的衬底托架既包括本发明的闭锁机构，也包括本发明的衬底夹紧机构。然而，也可依据本发明构想，提供一种包括闭锁机构而没有衬底夹紧机构的衬底托架，或提供一种具有衬底夹紧机构而没有闭锁机构的衬底托架。可选择的或者额外的是，夹紧部件504可被设计成从衬底202旋转开。 
本发明可与任何加工工具，例如完成下列一个或多个步骤的加工工具结合使用：沉积、氧化、蚀刻、热处理、光刻，等等。本发明的衬底输送单元可被直接用在加工工具的加载锁定(load lock)处或在任何其它合适的位置，而不是在工厂接口处使用本发明的衬底输送单元。 
本发明是结合使一衬底托架与一个加工工具连接来加以说明的。然而，本发明同样可用于使一衬底托架连接到一个计量位置，连接到一个化学/机械抛光(CMP)装置，或连接到任何其它可以在衬底托架中输送衬底的位置或装置。 
取代这里所展示的支撑平台110和托架移动结构114的是，衬底输送单元108可具有一夹持器(未示出)，该夹持器起到衬底托架支撑结构的作用，且适于夹持衬底托架112(例如借助衬底托架的顶部法兰)并将衬底托架112移动到入口104或从入口104移走，如前面所结合 的于2002年8月31日(律师编号7099)提交、名称为“Wafer LoadingStation with Docking Grippers at Docking Station”的美国第60/407337号专利申请所公开的。例如，图8为衬底装载站的一个可选择实施例的立体图，该衬底装载站可包括能够用于本发明的衬底托架装卸装置。在图8中，参考编号801代表可选择的衬底装载站。参考编号803代表一个可选择的衬底托架装卸装置。图8中的衬底装载站801一般类似于与前面所援引的于2002年8月31日提交的、名称为“Wafer LoadingStation with Docking Grippers at Docking Station”的共同待决的美国第60/407337号专利申请(律师编号7099)所公开的装载站的实施例。 
图8的衬底托架装卸装置803包括一对垂直导轨805、807和被安装在垂直导轨805、807上以便垂直移动的水平导轨809。支架811被安装在水平导轨809上以沿水平导轨809而水平移动。末端执行器813被安装在支架811上。末端执行器813可以包括，举例来说，能够改变衬底托架从垂直到水平的方向、且反之亦然的末端执行器，如前边所援引的于2002年8月31日提交的、名称为“End Effector HavingMechanism For Reorienting A Wafer Carrier Between Vertical AndHorizontal Orientations”美国第60/407452号专利申请(律师编号7097)中所描述的。也可使用任何其它合适的末端操纵器，例如通过衬底托架上方的传输法兰来夹持衬底托架的末端执行器。 
可以观察到，衬底装载站801有两列对接台815，不过也可以使用更少或更多列对接台。每个对接台815包括多个对接夹持器817。每个对接夹持器817适于通过其上方的传输法兰来一个支撑衬底托架，且适于对接和脱离衬底托架(如前所述)。此外，上述对接夹持器可以由支撑衬底托架(例如通过该衬底托架的底面)、且移到清洁室壁(或者像工厂接口舱之类舱室的前壁)或从清洁室壁移走的对接平台来代替，其中对接平台是安装在该清洁室壁上的。 
优选的是，衬底装载站801包括一框架F，该框架与垂直导轨805、807和水平导轨809连接。在此方式下，优选的衬底装载站801为组件式的且可被快速安装和校准。结果，衬底装载站801包括一个或多个存放架S(以虚线表示)，存放架S也可被安装在框架F上。通过将衬底托架装卸装置和一个或多个存放架都安装到框架上，衬底托架装卸 装置和存放架便相对于彼此而拥有预定位置。这不但进一步简化了安装和校准，而且是使用组件式衬底装载站的另一优点。类似地，其它机构，如用来从上方的工厂输送系统装载和/或卸载衬底托架的专用机构，可被方便地安装在框架F上，举例来说，如前面所援引的于2002年8月31日提交的、名称为“System For Transporting Wafer Carriers”美国第60/407451号专利申请(律师编号6900)所述。 
一方面，框架F可被安装到清洁室壁上的预定的安装位置(例如预先钻好的螺栓孔等等)，或一个腔室(例如一工厂接口室)的前壁上的预定安装位置。优选的是，上述的壁也具有预定的安装位置，对接夹持器或对接平台便安装到这些预定安装位置。此外，壁可具有能够安装衬底托架开启机构400的预定安装位置。当框架F、对接机构、和衬底托架开启机构均被安装在同一表面的各预定位置时，它们各自的相对位置是预定的，且利于衬底装载站801的安装和校准。 
虽然本发明是根据其典型实施例而被公开的，但是应该理解为其它实施例会落入由所附权利要求所定义的本发明的精神和范畴之内。

Claims (25)

1.一种自动开门器，包括：
一平台，其适于支撑衬底托架；
一托架开启机构，其包含一驱动机构，该驱动机构适于当所述衬底托架由所述平台支撑并移动远离清洁室壁上的入口或朝向清洁室壁上的入口移动时，随着所述衬底托架脱离或对接而释放或阻止所述衬底托架上的闭锁部件，从而允许所述衬底托架的门被所述托架开启机构引导至关闭位置或打开位置；及
一管道，其适于：
从清洁室壁上的入口向所述平台延伸，且至少部分地围绕该平台支撑的衬底托架；并且，
将气流从所述清洁室壁引导到该平台并导出所述管道。
2.根据权利要求1所述的自动开门器，其中所述衬底托架包括前开式衬底托架。
3.根据权利要求1所述的自动开门器，其中所述衬底托架包括单衬底托架。
4.根据权利要求1所述的自动开门器，其中所述衬底托架包括多衬底托架。
5.根据权利要求1所述的自动开门器，其中所述衬底托架包括前开式统集盒。
6.根据权利要求1所述的自动开门器，其中所述衬底托架位于所述管道内。
7.根据权利要求1所述的自动开门器，其中所述托架开启机构适于利用对接移动来开启所述衬底托架的门。
8.根据权利要求1所述的自动开门器，其中所述管道适于让气流能够由于所述清洁室壁的入口与所述平台之间所保持的压力差、从所述清洁室壁的入口到达所述平台，而将气流从所述清洁室壁导引到所述平台。
9.根据权利要求1所述的自动开门器，其中所述气流包括至少部分环绕所述衬底托架的层状气流。
10.根据权利要求1所述的自动开门器，其中所述清洁室壁包括加工工具的工厂接口的壁。
11.根据权利要求1所述的自动开门器，其进一步包括入口门，该入口门适于解锁、容纳和支撑所述衬底托架的门，并随后下降以让衬底能够从所述衬底托架被移走。
12.根据权利要求11所述的自动开门器，其中所述入口门适于从所述衬底托架移走并随后下降。
13.根据权利要求11所述的自动开门器，其中所述平台适于：
将所述衬底托架从所述入口门移走，以让所述入口门能够下降；且
然后，将所述衬底托架向后移到所述清洁室壁上的所述入口。
14.一种将衬底装载到加工工具中的方法，包括：
将衬底托架装载到平台上，所述平台位于将该平台同所述加工工具隔离开的清洁室壁的附近；
用从所述清洁室壁上的入口延伸到所述平台的管道来至少部分地围绕所述衬底托架；
利用托架开启机构的驱动机构开启所述衬底托架的门，所述托架开启机构的所述驱动机构适于当所述衬底托架由所述平台支撑并移动远离清洁室壁上的入口或朝向所述清洁室壁上的入口移动时，随着所述衬底托架脱离或对接而释放或阻止所述衬底托架上的闭锁部件，从而允许所述衬底托架的门被所述托架开启机构引导至关闭位置或打开位置；以及
将气流从所述清洁室壁导引到所述平台并导出所述管道。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述衬底托架包括前开式衬底托架。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述衬底托架包括单衬底托架。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述衬底托架包括多衬底托架。
18.根据权利要求14所述的方法，其中所述衬底托架包括前开式统集盒。
19.根据权利要求14所述的方法，其中开启所述衬底托架的门进一步包括使用适于利用对接移动的所述托架开启机构来开启该衬底托架的门。
20.根据权利要求14所述的方法，其中将气流从所述清洁室壁导引到所述平台包括让气流能够由于所述清洁室壁的入口与所述平台之间所保持的压力差，从所述清洁室壁的入口到达所述平台。
21.根据权利要求20所述的方法，进一步包括在所述清洁室壁的入口和所述平台之间产生所述压力差。
22.根据权利要求21所述的方法，其中在所述清洁室壁的入口和所述平台之间产生所述压力差包括令已过滤空气流入与所述加工工具相关的工厂接口。
23.根据权利要求21所述的方法，其中在所述清洁室壁的入口和所述平台之间产生所述压力差包括在所述清洁室壁的入口和所述平台之间保持0.005到0.2英寸的水压差。
24.根据权利要求14所述的方法，其中所述清洁室壁包括所述加工工具的工厂接口的壁。
25.根据权利要求14所述的方法，其中将气流从所述清洁室壁导引到所述平台并导出所述管道包括将层状气流从所述清洁室壁导引到所述平台并导出所述管道。
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