TW201343518A - 用於半導體晶圓搬運之末端效應器的質量阻尼器 - Google Patents

用於半導體晶圓搬運之末端效應器的質量阻尼器 Download PDF

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Abstract

描述與用於半導體晶圓搬運機械裝置的末端效應器一起使用的一種校準質量阻尼器。該校準質量阻尼器在不需要修改末端效應器結構的情況下減少在搬運半導體晶圓的末端效應器中之振動回應。

Description

用於半導體晶圓搬運之末端效應器的質量阻尼器
本申請案依35 U.S.C.§119(e)，主張2012年2月17日提出申請的美國臨時專利申請案第61/600,515號的權利，且主張2013年2月1日提出申請名為「MASS DAMPER FOR SEMICONDUCTOR WAFER HANDLING END EFFECTOR」的美國非臨時專利申請案第13/757,489號的優先權，其係以其全文併入於此以供參考。
本發明係關於一種質量阻尼器，且尤其關於用於半導體晶圓搬運之末端效應器的質量阻尼器。
不同類型的工具係用以在半導體裝置製造期間執行數以百計的處理操作。該等操作的大部分係在處理室中在非常低壓下(即在真空或部份真空中)執行。此處理室可排列在中央轂的周圍，且該轂及處理室可維持在實質上相同的極低壓。晶圓可藉由機械耦合至處理室的晶圓搬運系統而引入至處理室。晶圓搬運系統從廠區運送晶圓至處理室。該晶圓搬運系統可包含裝載鎖以從大氣條件將晶圓帶至極低壓條件並返回、及配備有設置成在晶圓運送期間支撐晶圓之末端效應器的機器手臂。
此處所揭露的技術及裝置可以各種方法實施，包含但不限於下列所述的不同實施例。吾人應理解本領域具有通常技術者可使用 此處所述之本技術及裝置來產生與在本文件中所揭露的資訊一致的其他實施例，且亦應將此替代實施例係認為在本揭露內容的範疇內。
在一實施例中，提供一裝置，其包含配置成牢固地連結至晶圓搬運機械人的末端效應器之機械界面，該末端效應器配置成支撐晶圓。該裝置亦可包含校準質量阻尼器(CMD)，其具有多於0.38lbm的重量，且可受校準以在該末端效應器的第一模態頻率、及該末端效應器係配置以支撐之該晶圓的第一模態頻率之間產生至少一倍頻程的分隔。
在一些進一步的實施例中，CMD可為約0.42磅的質量。在一些實施中，鎢可用以製作CMD。該CMD亦可如利用鎳加以電鍍。
在一些進一步的實施例中，該末端效應器在對應至該末端效應器最大尺寸的方向中可具有第一長度，且當該CMD安裝至該末端效應器上時，該CMD及該末端效應器在對應至該末端效應器最大尺寸的該方向中可具有結合的第二長度。在此種實施中，該第二長度可超過該第一長度不多於1.35”。
在一些實施例中，CMD可包含外殼及校準材料。該校準材料可為密封在外殼內的小顆粒狀材料。
在另一實施例中，可提供末端效應器改裝套件。該末端效應器改裝套件可包含校準質量阻尼器(CMD)。該CMD可包含機械界面，該機械界面配置成牢固地連接至晶圓搬運機械人的末端效應器，該末端效應器可因此配置成支撐晶圓。該CMD可具有多於0.38lbm的重量，且可受校準以在該末端效應器的第一模態頻率、及該末端效應器受配置支撐之該晶圓的第一模態頻率之間產生至少一倍頻程的分隔。
在一些進一步的末端效應器改裝套件實施例中，該套件可進一步包含標準CMD接觸墊。末端效應器可包含一或更多標準接觸墊，且該標準CMD接觸墊可配置成在改裝期間取代末端效應器的標準接觸墊之一者。該CMD標準接觸墊亦可包含該標準接觸墊的特徵部子集、及配置成與CMD連接及支撐CMD之額外特徵部。
在一些進一步的末端效應器改裝套件實施例中，該套件可更 包含背面CMD接觸墊。末端效應器可包含一或更多背面接觸墊，且該背面CMD接觸墊可配置成在改裝期間取代末端效應器的背面接觸墊之一者。該背面CMD接觸墊亦可包含背面接觸墊的特徵部子集、及配置成與CMD連接且支撐CMD之額外特徵部。
在一些進一步的末端效應器改裝套件實施例中，該套件可更包含改裝手臂。該改裝手臂可配置成在改裝期間取代晶圓搬運機械人的現存手臂。該現存手臂可允許該末端效應器的第一級間距調整。該改裝手臂可包含配置成牢固地與在末端效應器上的配對的特徵部連接之特徵部、牢固地與在該機械人的載架上的配對的特徵部連接，且允許末端效應器的第二級間距調整，第二級間距調整係高於由該現存手臂所提供的該第一級間距調整。
在一些進一步的末端效應器改裝套件中，該末端效應器在對應至該末端效應器最大尺寸的方向中可具有第一長度，且當該CMD安裝至該末端效應器上時，該CMD及該末端效應器在對應至該末端效應器最大尺寸的該方向中可具有結合的第二長度，且該第二長度可超過該第一長度不多於1.35”。
使用於改裝套件中的CMD可如上述在該裝置實施例中加以實施。
在一實施例中可提供末端效應器。該末端效應器可包含機械界面部，該機械界面部之第一側配置成牢固地連結至晶圓搬運機械人的手臂。該末端效應器亦可包含指部，該指部在大致相對該第一面的方向中從該機械界面部延伸，及頂端，該頂端位在相對機械界面部之指部的末端。該末端效應器可配置成在晶圓轉移操作期間支撐半導體晶圓。該末端效應器亦可如上所述包含校準質量阻尼器(CMD)。該CMD可接近頂端。
在一些實施例中，提供一種用於減少在末端效應器上移動的晶圓中的振動之技術。該技術可包含將晶圓的共振頻率自末端效應器的共振頻率分隔至少一倍頻程，使得末端效應器的共振頻率一直低於晶圓的共振頻率。在一些實施例中，晶圓及末端效應器的共振頻率可藉由在末端效應器上安裝CMD而分隔。
在此說明書中所述的標的之一或更多實施例的細節係在下列隨附圖式及描述中闡述。其他特徵、實施態樣、及優點將從描述、圖式、及請求項變得明顯。
100‧‧‧裝載鎖
102‧‧‧晶圓
104‧‧‧臂
106‧‧‧末端效應器
108‧‧‧校準質量阻尼器
110‧‧‧晶圓埠
112‧‧‧末端效應器夾
200‧‧‧裝載鎖
214‧‧‧半導體處理室
216‧‧‧基座
234‧‧‧升降銷
304‧‧‧臂
306‧‧‧末端效應器
308‧‧‧校準質量阻尼器
312‧‧‧末端效應器夾
318‧‧‧載架
320‧‧‧載架界面
322‧‧‧緩衝器
324‧‧‧接觸墊
326‧‧‧CMD接觸墊
336‧‧‧臂組件
402‧‧‧虛線晶圓輪廓
406‧‧‧末端效應器
424‧‧‧接觸墊
428‧‧‧狹縫
430‧‧‧螺釘
432‧‧‧頂端
502‧‧‧虛線晶圓輪廓
506‧‧‧末端效應器
508‧‧‧CMD
524‧‧‧接觸墊
526‧‧‧CMD接觸墊
528‧‧‧狹縫
530‧‧‧螺釘
532‧‧‧頂端
608‧‧‧CMD
638‧‧‧安裝片
640‧‧‧機械界面
710‧‧‧步驟
720‧‧‧步驟
730‧‧‧步驟
740‧‧‧步驟
750‧‧‧步驟
760‧‧‧步驟
770‧‧‧步驟
圖1A顯示裝載鎖及機器手臂轉移機構的等角視圖。
圖1B顯示在機械手臂縮回的情況下之圖1A的裝載鎖的等角視圖。
圖2顯示附接至半導體製造室的裝載鎖轉移機構之等角視圖。
圖3A顯示臂、末端效應器、及載架的等角視圖。
圖3B自側視圖顯示臂、末端效應器、及載架。
圖4顯示末端效應器的等角視圖。
圖5A顯示具有校準質量阻尼器的末端效應器的等角視圖。
圖5B顯示部份分解的圖5A的末端效應器之等角視圖。
圖6A-6E顯示校準質量阻尼器的俯視、左視、正視、仰視、及等角視圖。
圖7顯示CMD實施處理的流程圖。
儘管圖1-6E係依比例繪製，但此揭露內容仍不應被解釋為限於如該等於圖1A-6E中所示的結構。可製造滿足此處所概述的觀念之其他配置及幾何結構，且應視為落入本揭露內容的範疇之內。
不同實施例的例示係顯示於隨附圖式中並在下方進一步描述。吾人將理解此處的討論並不意為限制請求項於所述之具體實施例。相反地，其意為涵蓋替代、修改及均等物如隨附請求項所定義的一樣可包含在本發明的精神及範疇內。在下列描述中，眾多具體細節係為提供本發明之完整理解而闡述。本發明可在不具有這些具體細節的一些或全部之情況下加以實施。在其他例示中，為了避免不必要地模糊本發明而並未詳細描述眾所皆知的處理操作。
圖1A顯示裝載鎖100，其可用以在不同壓力的環境之間轉移晶圓102，例如，在半導體製造室內從大氣或約大氣條件至低壓、大約真空、或真空條件。裝載鎖100並未在所有附接構件的情況下顯示。例如，通常將固定在裝載鎖100頂部的蓋件並未顯示以允許看見裝載鎖100的內部。晶圓埠110可允許晶圓引入(且退出)裝載鎖100。
裝載鎖100可包含臂104，其可牢固地連接至載架，而因此連接至配置用以線性移動的載架界面(未顯示)。載架界面可允許臂104沿著單一軸(如在本例示中平行於裝載鎖100的最長邊之軸)轉移，以允許臂104從裝載鎖100延長且縮回至裝載鎖100中。
末端效應器106可連接至臂104的末端。此允許各種不同的末端效應器與單一樣式之裝載鎖100一起使用；其亦容許損壞或耗盡的末端效應器之容易更換。末端效應器夾112可用以將末端效應器106固定至臂104，然而仍可使用其他技術或固定機構取代末端效應器夾112。末端效應器106可針對特定晶圓大小(如直徑300mm的晶圓)按尺寸製作。
在圖1A中亦可見的是可被固定在末端效應器106的頂端之校準質量阻尼器(CMD)108。圖1B顯示在縮回臂104且退出晶圓102至裝載鎖100內部中的情況下之裝載鎖100。
圖2顯示連接至半導體處理室214的裝載鎖200，其係為清楚起見而在移除多數構件的情況下顯示。在圖2中亦可見的是基座216，當具有末端效應器206的臂204延伸以放置晶圓202於半導體處理室214中時，該基座216可用以接收晶圓202。升降銷234可從基座216垂直地伸出且將晶圓202升起離開末端效應器206。當晶圓202被升離末端效應器206時，臂204可縮回至裝載鎖200中且準備好接受另一晶圓202。此程序亦可反向地執行，即，晶圓202可藉由升降銷234升離底座216，臂204可從裝載鎖200伸出以放置末端效應器206在晶圓202下方，然後升降銷234可縮回並降低晶圓202至末端效應器206上。然後臂204可縮回至裝載鎖200中，將晶圓202轉移離開半導體處理室。
儘管並未顯示，其他相似於基座216之基座仍可於半導體處理室214內位在其他站點中。能夠旋轉移動的如R-theta機械人的機械人(未顯示)可用以在該半導體處理室內的站點間轉移晶圓。此機械人亦可使用相似於於此所述者之末端效應器，且可受惠於相似的CMDs。
圖3A顯示形成臂組件336的臂304、末端效應器306、及其他關聯的構件，其中一些自圖1A-1B中的視野被隱匿。臂304可連接至載架318，而可因此連接至載架界面320。載架界面320在安裝於裝載鎖或其他設備的部份中時，可與軌道或其他線性引導/驅動裝置(未顯示)嚙合。當載架界面320的移動可由與裝載鎖關聯的運動控制器加以控制，緩衝器322可用以預防萬一載架界面沿著線性引導/驅動裝置行進太遠而與裝載鎖的內壁突然地衝擊。
末端效應器306可藉由末端效應器夾312及/或其他構件(未顯示)連接至臂304的相對末端。校準質量阻尼器(CMD)308可附接至末端效應器306，例如在末端效應器306的頂端。在圖3A中亦可見的是接觸墊324及CMD接觸墊326，其係分別附接至末端效應器306的基部及頂端。
圖3B顯示臂組件336的側面圖。如所能見，臂組件336的大部分可為非常薄且大致平面。此允許如末端效應器306插入通過具有有限的直式空隙之開口，例如，如在圖1A及1B中的晶圓埠110、或當晶圓202係藉由升降銷234升離基座216時在晶圓202及基座216之間的空隙。
末端效應器306因其所操作的環境中之環境及污染限制而在設計方面可相對簡單。例如，末端效應器306可暴露於可能排除不同機構的使用之真空或大約真空的環境。例如，末端效應器306可配置以藉由利用摩擦力或機械性止動而限制晶圓相關於其自身的動作。如真空夾持機構的其他技術可能由於大氣壓力(其供應真空夾的夾持力)的相對缺少而在真空環境中無效。由於其可包含潤滑的表面且此潤滑劑將污染處理環境，故機械夾持器或其他運動機構可能相似地不適宜於此環境中使用。運動機構亦可能產生可能進一步污 染處理環境的微粒。該末端效應器可能亦需相容於高溫及腐蝕性環境。
圖4顯示具有鉤形及其中包含三接觸墊424的末端效應器406(無CMD)。接觸墊424可大致沿著參考圓而設置使得在晶圓運送的期間接觸墊的接觸表面與晶圓的邊緣區域(由虛線晶圓輪廓402指示)接合，其允許了晶圓在三點平穩地受支撐。數個螺釘430可用以固定接觸墊424於末端效應器406。末端效應器406可包含允許末端效應器406安裝在臂或其他機構之狹縫428或其他特徵部。末端效應器406及接觸墊424可分別由如鋁及氧化鋁所製作，然而亦可使用與處理環境相容的其他材料。例如，接觸墊424可由如不鏽鋼或鋁的金屬或由如PEEK或PET的聚合物所製作，且末端效應器406可由不鏽鋼、鉬、或氧化鋁所製作。
末端效應器406可具有如約0.15”的標稱厚度，及約16”的長度。由以狹縫428為特徵之末端效應器406的頂端432通向界面部份之末端效應器406的指部可為長且薄，且可包含錐形。例如，此指部在頂端432附近可為約0.4”寬、在狹縫部份附近可為約0.6”寬、且可為約10.3”長。此末端效應器406可用以搬運具有300mm標稱直徑的晶圓。具有其他尺寸的末端效應器可用以搬運其他尺寸的晶圓。
儘管摩擦力或機械性止動提供簡單且可靠的方法支撐晶圓，但此種技術大致確實允許一些晶圓相關於末端效應器移動的可能性。例如，假如晶圓的慣性克服了經由接觸墊所提供的摩擦力，則利用接觸墊來提供摩擦力支撐而支撐晶圓之末端效應器的快速移動可能造成晶圓相對於末端效應器滑動。在劇烈加速的情況中，晶圓甚至可能完全滑離末端效應器。其他潛在的問題包含由於此移動之晶圓交遞錯誤(wafer handoff error)及減少的構件壽命。
儘管可藉由限制臂的加速度及速度(如從程式上或藉由限制驅動機構的功率)來避免快速的大量移動，但滑動亦可能由於從驅動機構至臂的震動輸入然後必然地至末端效應器及晶圓而發生在此種基於摩擦或機械性止動的末端效應器中。此種振動可能在晶圓及末 端效應器之間造成非常小(但週期的)相對性移動。此反覆的移位可能導致更大的整體晶圓移位，且亦可能由於在晶圓及接觸墊之間的摩擦而導致微粒污染的產生。
圖5A顯示末端效應器506，除了在末端效應器506的頂端532之接觸墊524已以CMD接觸墊526加以取代且CMD 508已添加至組件之外，末端效應器506實質上與圖4中的末端效應器406完全相同。如圖4一般，圖5A藉由虛線晶圓輪廓502指出可利用末端效應器506傳送的晶圓之邊緣區域。圖5B繪示在分解圖中顯示的具有CMD接觸墊526、CMD 508、及螺釘530的末端效應器506。吾人將理解不同的末端效應器接觸墊(及相對應不同的CMD接觸墊)可於不同的情況中使用在末端效應器上。例如，顯示於圖4、5A、及5B中的墊可用以搬運晶圓的邊緣，且可於此稱為標準接觸墊。標準接觸墊可包含如與晶圓邊緣連接之傾斜的表面。在一些實施例中，背面接觸墊可用來代替標準接觸墊。背面接觸墊可包含升高的接觸面積，如接觸晶圓的背面之短柱。由於接觸界面係較利用標準接觸墊的情況下更遠地自晶圓邊緣分隔，故該背面接觸墊設置可產生較低的微粒污染機會。此處所述的CMD可與任一型的接觸墊一起使用，亦可與此處未明確描述的其他接觸墊界面一起使用。
接觸墊/CMD接觸墊的不同配置可用以搬運晶圓的背面。CMD 508可與各種不同的接觸墊/CMD接觸墊一起使用。
CMD 508可以適合在半導體處理環境中使用的鎢或其他相似的高密度材料製作。較低密度材料亦可使用，然而此材料可能不容許如此緊密的CMD形體因子(form factor)、且產生的CMD可能因此機械性地干涉處理室或裝載鎖中的其他構件。CMD 508亦可塗布保護性塗層(如鍍鎳)使CMD 508可相容於出現在處理室中的處理化學品。
在一些實施例中(如用於300 mm晶圓的末端效應器之實施例)，CMD 508可具有約0.38 lbm或更大的質量，如0.42或0.47 lbm。不同型及/或尺寸的末端效應器可使用具有不同質量的CMD。例如，如圖6A的側視圖及正視圖6C中所示的CMD 608可具有0.185”的 標稱厚度且如分別於仰視及俯視圖6A及6E中所示大致呈矩形。圖6D顯示在等角視圖中的CMD 608。CMD 608的整體尺寸沿著長軸可為約3.2”，且沿著短軸可為約1.16”。安裝片638可突出CMD 608的長側之一者以允許CMD 608附接至末端效應器；安裝片638可包含機械界面640，如幫助CMD 608至末端效應器之實質上牢固連結之洞或其他特徵部。安裝片638可突出約0.5”、寬度為0.75”，且可在某些點轉變成實質上更薄的厚度。相對具有該片的該側之在CMD 608的該側上的角落可在如約8°的角度的情況下加以去角使得CMD 608的短側長度可為約1”。CMD 608的鋒利邊緣可加以變圓、去角、或以其他方式破壞。CMD的其他配置可依所使用的末端效應器的配置而加以使用。下列討論呈現關於可用以引導CMD設計的CMD遴選處理之不同的理解。
如所討論，針對在半導體處理室內使用而設計的末端效應器可大致利用簡單的搬運表面，如接觸墊及/或機械性止動以限制在晶圓及末端效應器之間的相對運動。儘管起因於大量移動之晶圓相關於此種末端效應器之相對運動可藉由調諧(tuning)加以處理(例如末端效應器/臂的控制器所使用的運動軌跡)，但經由臂及載架界面分給末端效應器之振動所造成的相對運動可能無法如此容易地處理。例如，由於所使用的材料，故許多常見的弱化振動的方法(如黏彈性(visco-elasitc)或抑制層阻尼)可能不適合使用在半導體處理環境中。振動導致的機械雜訊可如藉由在機械裝置驅動鍊中減少此雜訊或最佳化機械裝置控制器運動軌跡而加以最小化，但可能有一定量之分給機器手臂及末端效應器的機械雜訊，其無法藉由此措施加以緩和。
當此機械雜訊分給末端效應器時，可能造成末端效應器以末端效應器的第一彎曲模態經歷振盪彎曲運動(oscillating bending movement)。同時，由末端效應器支撐的晶圓可能暴露於相似的振動輸入且可能開始以晶圓的第一彎曲模態經歷振盪彎曲運動。假如末端效應器及晶圓的第一彎曲模態接近，則末端效應器及晶圓的彎曲運動可能經歷動態耦合，該動態耦合增強彎曲量，且因此增強在晶圓及接觸墊或末端效應器的其他接觸界面之間相對運動量。
為了緩和此動態耦合，可調整晶圓及末端效應器的第一彎曲模態以增加第一彎曲模態之間的分隔。約至少一倍頻程的模態分隔(即約至少二分之一波長)為最佳。事實上晶圓無法加以改變，因為這麼做可能負面地影響現存的針對特定晶圓類型之處理定義、利用此晶圓所做成的半導體裝置之信賴性、及此晶圓的成本。
末端效應器的第一彎曲模態之頻率可藉由如改變末端效應器的剛性加以調諧。一方法可為增加末端效應器的剛性以增加末端效應器第一彎曲模態的頻率直到末端效應器的第一彎曲模態之頻率高於晶圓的第一彎曲模態之頻率、且約至少一倍頻程的模態分隔存在於晶圓及末端效應器的第一彎曲模態之頻率之間為止。例如，增加末端效應器的厚度可增加彎曲剛性及第一彎曲模態的頻率。然而，由於較厚的末端效應器可能不相容於許多半導體製造模組所需的空隙，故這可能不可行。
另一方法係降低末端效應器的彎曲剛性直到末端效應器的第一彎曲模態之頻率低於第一晶圓彎曲模態的頻率、且約至少一倍頻程的頻率分隔存在於晶圓及末端效應器的第一彎曲頻率之間為止。然而，減少末端效應器的彎曲剛性亦可能導致末端效應器的彎曲移位增加，其可能導致(裝載及/或未裝載晶圓的)末端效應器不再清除先前由末端效應器清除的障礙。此機械干涉是不需要的。
如此處所述，安裝CMD在末端效應器的頂端上允許末端效應器的第一彎曲模態之頻率在不減少末端效應器彎曲剛性的情況下減少，且亦提供能產生作用以緩和低能量機械雜訊的慣性阻尼。低能量機械雜訊係通常相當普遍於藉由臂分給末端效應器的機械雜訊中。此等CMD的實施態樣係於下進一步討論。
在高階下的質量阻尼可如下所述。對施加的負載之剛體回應係定義為：F i =m 1 a 1
其中Fi=輸入力、m1=剛體質量、及a1=回應加速度。藉由增加質量阻尼器至剛體來增加其質量將導致對相同輸入力之較小的回應加速度。例如： F i =(m 1+m 2)a 2
其中m1=初始質量、m2=質量阻尼器、a2=較低回應加速度。為決定針對給定的輸入力產生回應加速度中之期望的減少所需的質量阻尼器，吾人可將第一方程式代入第二方程式中得到：m 1 a 1=(m 1+m 2)a 2
回應加速度減少比可因此改寫如：
因此，為了使對於給定的輸入力的回應加速度減少25%，所使用的質量阻尼器將需為剛體質量的33%。例如，標準末端效應器可重約0.3 lbm。標準末端效應器可接著增加0.5 lbm的CMD。簡化的回應加速度減少比可因此為約38%，即回應加速度量將減少62%。如上所指，此係高階討論，並不提出可能影響回應加速度的其他因素，如起因於振動的機械增幅效應。
與CMD關聯的振動隔離可在簡單化、高階下視為具有基本輸入的單一自由度近似值，其可以具有以下動態增益因數為特徵：
其中Q=動態增益因數、X=動態輸出、A=動態輸入、ω=晶圓第一彎曲模態的頻率、ωn=末端效應器第一彎曲模態的頻率、及ζ=臨界阻尼比。在其中ω=ωn(即晶圓及末端效應器兩者皆具有相同的第一彎曲模態頻率(末端效應器/晶圓系統係在共振狀態中))的情況中，此減少至：Q~1/2ζ。然而，當共振頻率分隔時，回應係自此數值減去。例如，當ω=2 ωn時(一倍頻程的第一彎曲模態頻率間隔)：
典型地使用在半導體製造系統中的末端效應器系統之臨界 阻尼比可大致低於約0.1。如以上所討論，一倍頻程的目標頻率間隔可允許大於90%的動態增益減少，其可顯著地減少末端效應器/晶圓系統所經歷之振動量。例如，使用0.1的臨界阻尼比之在共振(ω=ωn)下使用上述簡化模型的動態增益因數具有5的數值。然而，假如將一倍頻程的頻率間隔(ω=2 ωn)引入至晶圓及末端效應器的第一彎曲模態之間，動態增益因數便下降至0.33的數值，其係增益因數中大於93%的減少。事實上，吾人將理解由於增加校準阻尼器只可減少末端效應器的第一彎曲模態，故晶圓第一彎曲模態的頻率終將為兩第一彎曲模態頻率之較高者。
儘管以上討論的高階方法可用以大致定義CMD參數，但有限元素分析及實驗室測試可用以進一步細分CMD的不同參數。更甚者，儘管質量阻尼及振動隔離兩者皆可驅動CMD的設計，但CMD的設計可主要由期望的振動隔離的程度所決定。例如，CMD可設計以產生振動隔離的期望等級，且產生的質量阻尼可能不是設計驅動者，而是此種振動隔離調諧之有益的副作用。替代地，假如亦期望質量阻尼的特定量，則CMD可設計成產生至少期望程度的振動隔離及期望程度的質量阻尼。例如，假如0.4 lbm的CMD產生期望的振動隔離表現但需要0.5 lbm的CMD以提供期望程度的質量阻尼，則可將CMD設計成0.5 lbm目標。這將提供期望程度的質量阻尼及提供超出最低期望振動隔離之振動隔離。
以上討論的不同參數可依末端效應器設計、且依晶圓類型而相異。然而，以上概述的基本技術亦可用以針對其他實施例來決定適當的CMD。例如，300 mm晶圓可具有約21 Hz的第一彎曲模態，且配置以搬運300 mm晶圓的末端效應器可具有約16 Hz的第一彎曲模態，其可利用至少一倍頻程的頻率分隔之目標來指定末端效應器具有約10.5 Hz或更低的第一彎曲模態。然而，200mm或450mm的晶圓可具有不同於300mm晶圓的第一彎曲模態，且按所需尺寸製作以搬運此晶圓的末端效應器可具有不同於按所需尺寸製作以搬運300mm晶圓的末端效應器之第一彎曲模態。特定的晶圓依其如何受支撐而亦可具有不同的第一彎曲模態頻率。例如，邊緣受支撐的 300mm晶圓可具有不同於背面受支撐的相同類型的300mm晶圓之第一彎曲模態頻率。同樣地，在一對大致相對的邊緣上受支撐之晶圓(如圖1A中所示的晶圓102)可具有不同於在兩對大致相對的邊緣上受支撐之晶圓的第一彎曲模態頻率。
吾人亦將理解儘管以上討論已聚焦於一倍頻程的頻率分隔，但亦可使用更大的分隔。吾人將更理解儘管以上討論亦已聚焦於0.1或更低的臨界阻尼比上，其中可使用CMD的一些末端效應器系統可以大於0.1的臨界阻尼比為特徵。此實施例亦將被理解為在本揭露內容的範疇之內。一般而言，更大的頻率分隔將提供更佳的振動減少，且在具有較低臨界阻尼比的系統中可能有更多的振動減少。
不具有CMD的末端效應器(如圖4中的末端效應器406)目前可使用在多數的現存半導體製造工具設備中。在一實施例中，CMD可設置為改裝套件的一部分，該CMD可安裝在無CMD的末端效應器上以將其轉變成以CMD為特徵的末端效應器。在最無陳設的形式中，此套件可只包含為特定類型或範圍的末端效應器而校準的CMD。該CMD可利用已出現在末端效應器中的硬體而附接至末端效應器。
在其他改裝套件實施例中，該套件可包含CMD及配置成幫助CMD附接至末端效應器的訂製硬體。例如，此訂製硬體可採取CMD接觸墊的形式，其係用以取代位在末端效應器的頂端之現存接觸墊。該CMD接觸墊可包含與在原始接觸墊上接觸墊與末端效應器交界的區域中的特徵部相同之特徵部，例如，如具有圓角的矩形基座及與在末端效應器上的螺紋孔對準之安裝孔。CMD接觸墊在CMD接觸墊將要接觸晶圓的部份中亦可包含與原始接觸墊相同之特徵部。然而，該CMD接觸墊亦可包含用以與CMD機械性地接合但在原始接觸墊上並未出現之特徵部。例如，該CMD可裝配有以孔為特徵的薄片；該片可放置在CMD墊上且單一螺釘可插入通過該片孔及CMD接觸墊且鎖入末端效應器中，而將三構件全部彼此固定。為防止CMD接觸墊/末端效應器組件的整體高度超過原始接觸墊/末端效應器組件，CMD接觸墊可以容納CMD片的凹陷區域為特徵。原始 接觸墊可能不具有此特徵部。
在第三改裝實施例中，該套件可包含如上所述的CMD(及如有需要則配置成幫助CMD附接至末端效應器的訂製硬體)，但亦可包含配置成利用末端效應器夾附接至末端效應器的訂製手臂。該訂製手臂可取代現存手臂。現存手臂及訂製手臂兩者皆可包含允許調整附接末端效應器的間距以使該末端效應器與如由基座的升降銷所支撐的晶圓平面對準之特徵部。一定量的間距調整可內建在現存手臂中，但在現存手臂中內建的間距調整可能不足以克服在末端效應器中起因於CMD所增加的重量之額外彎曲的位移影響。該訂製手臂允許超過現存手臂所供應的額外間距調整，該額外間距調整可能需要用來抵銷起因於CMD所增加的重量而增加的間距偏向。替代地，假如間距調整係建造至一些其他的部份中，用於該其他部份的訂製代替物可包含在改裝套件中以提供增加或變換的間距調整。
如有需要，上述套件亦可包含可用以在末端效應器或其他構件上連接固定器界面特徵部之標準或訂製固定器。在一些實施例中，不同CMD接觸墊可與相同CMD一起使用。例如，取決於將受接觸的是晶圓的邊緣或背面而可能需要不同的CMD接觸墊。然而，假定晶圓第一彎曲模態頻率係相同或導致期望的至少一倍頻程的頻率分隔，相同的CMD可與任一者一起使用。改裝套件可具體地為一特定類型的接觸墊或可包含供多類型的接觸界面用的CMD接觸墊。
CMD並不限於改裝應用。末端效應器亦可製造有內建或預先安裝的CMD。在此末端效應器中，CMD可非常相似於以上相關於改裝套件敘述的實施例，然而，由於不需要容納現存末端效應器之預先存在的特徵部，故用以連結CMD至末端效應器的個別者的界面可為不同。
為了不同的原因，可較佳地以分離的部件製造末端效應器及CMD然後在組裝程序期間使其機械性結合。例如，可能期望由如鋁之可容易地機械加工、輕量的材料來製作末端效應器。然而，亦可期望使用如鎢的非常緻密的材料來製作CMD。由於用以製作每一部件的不同材料，兩部件將需要分別製作且於之後連結。如適合改裝 應用者的機械固定系統可用以結合部件。然而，亦可使用可能無法用於改裝背景中的其他技術，如將兩部件焊接或擴散接合在一起。
另一CMD的實施例可涉及使用不同材料的CMD。例如，CMD之特徵可為由如鋁的一材料所製作的外殼及由如鎢的另一材料所製作的校準質量。該外殼可設計成非常輕量，如藉由具有非常薄的壁。該外殼及末端效應器可甚至由同件材料製作。該校準質量可放置在該外殼內，且該外殼可接著密封以預防校準質量脫離。例如，在一些實施例中，粉狀鎢顆粒可用以提供校準質量。鎢顆粒的使用允許校準質量之非常精確的定義，但引起在半導體製造處理內之顆粒污染的可能性。然而，假如顆粒係容納在外殼內且外殼係在安裝之前密封在半導體製造設備中，則至少只要維持住外殼的整體性，即消除了鎢顆粒污染的可能性。由於可起因於顆粒相關於彼此的相對運動而消散的能量，故顆粒的使用亦可導致額外的振動阻尼。
此處所述的末端效應器已大致為使用於單軸線性轉移機器手臂中的類型。然而，此處所述的CMD亦可與其他類型的機器手臂之末端效應器一起使用。例如，CMD可用在能旋轉移動亦能線性轉移的R-theta機器手臂的末端效應器上。吾人應理解此種CMD應用亦在本揭露內容的範疇內。
吾人亦應理解儘管此處所討論的CMD已安裝至末端效應器的頂端，且已按相應的尺寸製作，其他CMD的實施例仍可涉及把CMD設置在末端效應器上的其他地方，且可涉及按照基於與非頂端安裝位置相關的動態之尺寸製作的CMD。此CMD仍可按尺寸製作以滿足以上概述的相同一般原理，如在配有CMD的末端效應器及晶圓的第一彎曲模態之間造成約一倍頻程或更多的頻率分隔。此實施例亦應理解為在本揭露內容的範疇內。
圖7顯示用於配置成運送晶圓的末端效應器之CMD實施處理的流程圖。在方塊710中，決定如由末端效應器所支撐的晶圓之第一彎曲模態頻率。此可根據實驗地完成，或利用有限元素技術或簡化物理模型來計算。在決定晶圓的第一彎曲模態頻率之後，期望的末端效應器第一彎曲頻率係於方塊720中決定，該末端效應器第 一彎曲頻率係低於晶圓第一彎曲頻率且其係自晶圓第一彎曲模態頻率分隔至少一倍頻程。
在方塊730中，計算CMD質量。該CMD質量係計算以產生期望的末端效應器第一彎曲模態頻率。可使用如以上討論者的技術，包含有限元素方法。亦可使用實驗性的技術。
在方塊740中，可決定期望的剛體回應加速度比。在方塊750中，可計算所需的CMD質量以達到期望的剛體回應加速度比。假如剛體回應加速度比不為設計驅動者，即減少剛體回應加速度比並非必須，而是附加的好處，則可省略方塊740及750。
在方塊760中，可獲得適當質量的CMD。此質量可為如計算以產生期望的第一彎曲模態頻率及期望的剛體回應加速度比的CMD質量之較高者。在一些實施例中，CMD質量可為計算為產生期望的第一彎曲模態頻率之CMD質量。例如，按適當尺寸製作的CMD可製造使得其具有期望的質量。替代地，按適當尺寸製作的CMD可選自可用的CMD尺寸之範圍。在方塊770中，獲得的CMD可安裝在末端效應器上且用以搬運晶圓。
概述於圖7中的技術可在不完全的形式中執行。例如，方塊710至760可由晶圓搬運系統的製造商執行，然後可將產生的CMD提供至晶圓搬運系統的操作者。因此，由方塊710至760所代表的所有動作不必須一體執行，且在圖7中所述的技術亦可部份地執行。在另一例示中，晶圓搬運系統的操作者可獲得針對與特定末端效應器一起使用而按尺寸製作的CMD，然後可安裝該CMD至末端效應器，其可導致末端效應器的第一彎曲模態頻率減少使得多於一倍頻程的頻率分隔存在於晶圓第一彎曲模態及末端效應器第一彎曲模態之間。此動作亦可視為此處所述技術的一部分。
儘管此處所討論的CMD已為了減少剛體加速度回應以減少對晶圓可能的損害、及在真空或低壓環境內的顆粒污染之目的而開發，仍可使用類似的技術及CMD以使可見的剛體位移回應最小化。從晶圓健全性的觀點來看，這由於此位移可能數量稀少而因此可能微不足道。然而，可見的位移可為可由人員利用設備觀察且可察知 為不期望者。CMD可提供有成本效益的方法來緩和此種反應。
為提供已設計成緩和剛體位移回應的CMD，該質量可根據以下公式而校準：
其中m1=不具有CMD之末端效應器質量、m2=CMD質量、Fi=輸入力、δ=期望最大位移、及ω=回應振動的角頻率。
上述的裝置/處理可與微影圖案化工具或處理結合使用，用於例如半導體裝置、顯示器、LED、太陽能光電板及類似物的組裝及製造。典型地，儘管並非必要，此工具/處理仍將於共同的製造設備中在一起使用或實施。膜的微影圖案化典型地包含下列步驟的一些或全部，每一步驟利用數個可能的工具執行：(1)利用旋轉塗布或噴塗工具在工作件(即基板)施加光阻；(2)利用加熱板或爐或UV固化(curing)工具之光阻的固化；(3)利用如晶圓步進機的工具使光阻暴露於可見光或UV或X射線光；(4)利用如溼檯的工具使光阻顯影以選擇性地移除光阻且藉此將其圖案化；(5)藉由利用乾式或電漿輔助蝕刻工具將光阻圖案轉移至在下方膜或工作件中；且(6)利用如RF或微波電漿光阻剝除劑的工具來移除光阻。如於此所述者之末端效應器及CMD可用以從一工具移動基板至另一工具，而因此幫助製造處理。此處所述之末端效應器及CMD可與各種不同的半導體製造系統之任何者一起使用，包含沈積、蝕刻、固化、熱處理及使用於半導體晶圓處理中之其他工具。
吾人亦將理解，除非特別描述的實施例之任何者中的特徵部係明確地視為彼此不相容、或周圍的上下文意味著其係相互排除且不可輕易地以互補性及/或支援性觀念結合，本揭露內容的總體考量並展望該等互補性實施例的具體特徵部可選擇性地結合，以提供一或更多廣泛的(但稍微不同的)技術解決方案。吾人將因此更理解以上描述已僅由例示的方式提出且可在本發明的範疇內做出細節修改。
506‧‧‧末端效應器
508‧‧‧CMD
524‧‧‧接觸墊
526‧‧‧CMD接觸墊
528‧‧‧狹縫
530‧‧‧螺釘
532‧‧‧頂端

Claims (19)

  1. 一種裝置包含：一機械界面，配置成牢固地連結至一晶圓搬運機械人的一末端效應器，該末端效應器配置成支撐晶圓；及一校準質量阻尼器(CMD)，其中：該CMD係高於半磅的質量，且該CMD係受校準以在該末端效應器的第一模態頻率、及該末端效應器受配置支撐之該晶圓的第一模態頻率之間產生至少一倍頻程的分隔。
  2. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該CMD係約半磅之質量。
  3. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該CMD係由鎢所製作。
  4. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該CMD係鍍鎳。
  5. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中：該末端效應器在對應至該末端效應器的一最大尺寸的一方向中具有一第一長度，當該CMD係安裝於該末端效應器上時，該CMD及該末端效應器在對應至該末端效應器的最大尺寸的該方向中具有結合的第二長度，且該第二長度超過該第一長度不多於1.35”。
  6. 如申請專利範圍第1項之裝置，其中該CMD包含一外殼及一校準材料，其中：該校準材料係密封在該外殼內側，且該校準材料係小顆粒狀。
  7. 一種末端效應器改裝套件，該末端效應器改裝套件包含：一校準質量阻尼器(CMD)，其中：該CMD包含一機械界面，配置成牢固地連結至一晶圓搬運機械人的一末端效應器，該末端效應器配置成支撐晶圓，該CMD係高於半磅的質量，且該CMD係受校準以在該末端效應器的一第一模態頻率、及該末端效應器受配置支撐之該晶圓的一第一模態頻率之間產生至少一 倍頻程的分隔。
  8. 如申請專利範圍第7項之末端效應器改裝套件，更包含：一標準CMD接觸墊，其中：該末端效應器包含一或更多標準接觸墊，該標準CMD接觸墊包含該標準接觸墊的特徵部子集，該標準CMD接觸墊包含配置成與該CMD連接並支撐該CMD的額外特徵部，且該標準CMD接觸墊係配置成在改裝期間取代該末端效應器的該標準接觸墊之一者。
  9. 如申請專利範圍第7項之末端效應器改裝套件，更包含：一背面CMD接觸墊，其中：該末端效應器包含一或更多背面接觸墊，該背面CMD接觸墊包含該背面接觸墊的特徵部子集，該背面CMD接觸墊包含配置成與該CMD連接且支撐該CMD的額外特徵部，且該背面CMD接觸墊係配置成在改裝期間取代該末端效應器的該背面接觸墊之一者。
  10. 如申請專利範圍第7項之末端效應器改裝套件，更包含：一改裝手臂，其中：該改裝手臂係配置成在改裝期間取代該晶圓搬運機械人的一現存手臂，該現存手臂允許該末端效應器的一第一級間距調整，且該改裝手臂包含特徵部，配置成：牢固地與在該末端效應器上的配對的特徵部連接，牢固地與在該機械人的載架上的配對的特徵部連接，允許末端效應器的一第二級間距調整，該第二級間距調整係高於由該現存手臂所提供的該第一級間距調整。
  11. 如申請專利範圍第7項之末端效應器改裝套件，其中該CMD係約半磅之質量。
  12. 如申請專利範圍第7項之末端效應器改裝套件，其中該CMD係由鎢所 製作。
  13. 如申請專利範圍第7項之末端效應器改裝套件，其中該CMD係鍍鎳。
  14. 如申請專利範圍第7項之末端效應器改裝套件，其中該末端效應器在對應至該末端效應器的一最大尺寸的一方向中具有一第一長度，當該CMD係安裝至該末端效應器上時，該CMD及該末端效應器在對應至該末端效應器的最大尺寸的該方向中具有結合的一第二長度，且該第二長度超過該第一長度不多於1.35”。
  15. 如申請專利範圍第7項之末端效應器改裝套件，其中該CMD包含一外殼及一校準材料，其中：該校準材料係密封在該外殼內側，且該校準材料係小顆粒狀。
  16. 一種末端效應器，該末端效應器包含：一機械界面部，該機械界面部之第一側配置成牢固地連接至一晶圓搬運機械人之一手臂；一指部，該指部在大致相對該第一側的方向中從該機械界面部延伸；一頂端，該頂端位在相對該機械界面部的該指部的末端，其中該末端效應器係配置成在晶圓運送操作期間支撐半導體晶圓；及一校準質量阻尼(CMD)，其中：該CMD係接近該頂端，該CMD係高於半磅的質量，且該CMD係受校準以在該末端效應器的第一模態頻率、及該半導體晶圓的第一模態頻率之間產生至少一倍頻程的分隔。
  17. 如申請專利範圍第16項之末端效應器，其中該CMD係約半磅之質量。
  18. 如申請專利範圍第16項之末端效應器，其中該CMD係由鎢所製作。
  19. 如申請專利範圍第16項之末端效應器，其中該CMD係鍍鎳。
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