TW201448097A - 用於小批次基板傳送系統的溫度控制系統與方法 - Google Patents

Abstract

本文提供基板傳送系統之實施例，該基板傳送系統能夠加熱及/或冷卻移入及移出多個基板處理腔室的基板批次。本文亦提供基板傳送之方法，以及提供許多其他態樣。

Description

用於小批次基板傳送系統的溫度控制系統與方法 【相關申請案】

本申請案主張申請於2013年3月15日且標題為「WAFER HANDLING SYSTEMS AND METHODS FOR SMALL BATCHES OF WAFERS」(代理人案號20667/L/FEG/SYNX)之美國臨時專利申請案第61/800,595號的優先權，為達所有目的，該申請案全文內容在此以引用之方式併入本文。

本發明一般而言係關於電子裝置製造，且更特定言之，本發明係關於用於小批次基板傳送系統之溫度控制系統及方法。

在電子裝置製造製程中，基板傳送系統可將基板移入或移出多個腔室以經歷處理。一些腔室可同時批次處理相對小數目之基板(例如約六個基板)。一些習知的基板傳送系統可能能夠以高產量移送基板穿過製造製程，但可能一次 僅移送一個基板。此舉可能減緩基板生產，且因此增加製造成本。因此，尋求能夠將小批次基板移入或移出多個腔室之改良的基板傳送系統及方法。

在本發明之實施例之一些態樣中，提供一種基板傳送系統。基板傳送系統包括：機器人，該機器人經設置以將複數個基板移入或移出基板處理腔室；旋轉料架，該旋轉料架經設置以定位該等基板，用於由機器人移送；及溫度控制系統，該溫度控制系統經設置以加熱或冷卻旋轉料架上之基板。

在其他態樣中，提供一種在基板製程中移送基板之方法。該方法包括以下步驟：提供基板傳送系統，該基板傳送系統包括：機器人，該機器人經設置以將複數個基板移入或移出基板處理腔室；旋轉料架，該旋轉料架經設置以定位該等基板，用於由機器人移送；及溫度控制系統，該溫度控制系統經設置以加熱或冷卻旋轉料架上之基板；將基板加載至旋轉料架上；加熱旋轉料架上之基板；以及將加熱之基板加載至處理腔室中。

在其他態樣中，提供一種基板處理系統。基板處理系統包括：處理腔室；基板傳送系統，該基板傳送系統耦接至該處理腔室，且該基板傳送系統包括：機器人，該機器人經設置以將複數個基板移入或移出基板處理腔室；旋轉料架，該旋轉料架經設置以定位該等基板，用於由機器人移送；及溫度控制系統，該溫度控制系統經設置以加熱或冷卻旋轉 料架上之基板；以及工廠界面，該工廠界面經安置以將基板傳遞至基板傳送系統，且以從該基板傳送系統接收基板。

從以下示例性實施例、附加申請專利範圍及附圖之詳細描述，本發明之其他特徵及態樣將變得完全顯而易見。

100‧‧‧基板處理系統

102‧‧‧基板傳送旋轉料架類型平臺

104‧‧‧小批次處理腔室

104'‧‧‧處理腔室

106‧‧‧移送室

108‧‧‧基板傳送系統

110‧‧‧移送機器人

112‧‧‧端效器

114‧‧‧基板旋轉料架

116‧‧‧負載鎖定

118‧‧‧工廠界面機器人

120‧‧‧工廠界面

122‧‧‧冷卻站

202‧‧‧基板支撐件

204‧‧‧加熱系統

302‧‧‧基板

402‧‧‧熱源

404‧‧‧反射體

500‧‧‧基板傳送旋轉料架類型平臺

502‧‧‧基板冷卻系統

504‧‧‧旋轉料架

506‧‧‧冷卻板材

602‧‧‧凹口

604‧‧‧凹槽

700‧‧‧基板處理系統

702‧‧‧基板傳送旋轉料架類型平臺

704‧‧‧基板冷卻系統

706‧‧‧負載鎖定功能

708‧‧‧移送室

710‧‧‧處理腔室

712‧‧‧工廠界面

714‧‧‧基板加熱站

716‧‧‧直線延伸軸機器人臂

800‧‧‧基板處理系統

802‧‧‧基板傳送旋轉料架類型平臺

804‧‧‧負載鎖定功能

806‧‧‧基板加熱系統

808‧‧‧移送室

810‧‧‧處理腔室

812‧‧‧工廠界面

814‧‧‧基板冷卻站

1000‧‧‧方法

1002‧‧‧步驟

1004‧‧‧步驟

1006‧‧‧步驟

1008‧‧‧步驟

第1圖為圖示根據本發明之實施例包括並行基板傳送旋轉料架類型平臺之示例性基板處理系統的示意圖。

第2圖為圖示根據本發明之實施例之示例性基板傳送旋轉料架類型平臺的示意圖。

第3圖為圖示根據本發明之實施例之示例性基板傳送旋轉料架類型平臺的透視圖。

第4圖為圖示根據本發明之實施例位於基板傳送旋轉料架類型平臺內部之示例性基板加熱系統的透視剖示圖。

第5圖為圖示根據本發明之實施例包括基板冷卻系統之示例性基板傳送旋轉料架類型平臺的示意圖。

第6圖為圖示根據本發明之實施例用於基板傳送旋轉料架類型平臺之示例性基板冷卻板材的示意圖。

第7圖為圖示根據本發明之實施例之示例性基板處理系統的示意圖，該基板處理系統具有包括基板冷卻系統及負載鎖定功能之基板傳送旋轉料架類型平臺。

第8圖為圖示根據本發明之實施例之基板處理系統的示意圖，該基板處理系統具有包括基板加熱系統及負載鎖定功能之基板傳送旋轉料架類型平臺。

第9圖為第8圖之基板傳送旋轉料架類型平臺之放大圖。

第10圖為圖示根據本發明之實施例之示例性方法之流程圖。

本發明之實施例係關於在基板傳送系統內使用之溫度控制方法及系統。此等基板傳送系統經設置以將用於並行處理的小批次基板(例如5個或6個基板)移入或移出基板處理腔室，或在電子裝置處理系統中至少兩個基板處理腔室之間移送該等小批次基板。該等基板處理腔室能夠同時處理小批次的基板。使用容納於移送室(鄰近於一或多個處理腔室)中的旋轉料架類型基板傳送系統達成有效地將基板批次加載至處理腔室，及從處理腔室卸載該基板批次。注意，在一些實施例中，可將罩殼或腔室(例如移送室)視為基板傳送系統之一部分。

基板傳送系統之一些實施例包括在將基板移動至處理腔室或從處理腔室移出的同時，預處理預加熱及/或處理後冷卻位於移送室內的基板。另外，一些實施例提供(a)具有基板溫度控制系統之基板傳送系統及(b)負載鎖定功能(消除了對基板傳送系統/移送室與工廠界面之間的負載鎖定的需要)兩者。

本文描述之基板傳送系統實施例的一些系統具有較小的佔地面積，且亦可相對於習知基板傳送系統增加基板產量。因為設計從處理腔室載入解耦負載鎖定之操作，經由改 良的負載鎖定使用可達成此等益處。此外，藉由在移送期間提供不要求額外時間的基板預加熱及/或處理後冷卻(例如，因為與移送基板並行執行加熱及/或冷卻，所以從「關鍵路徑」時間計算去掉了加熱或冷卻時間)改良產量。另外，藉由連續施加預加熱至進入處理腔室所用的時間，一些實施例可提供改良之預加熱控制。本文描述之一些實施例適用於原子層沉積(ALD)旋轉料架。

現轉向至第1圖及第2圖，該等圖式圖示包括兩個並行基板傳送旋轉料架類型平臺102之基板處理系統100之示例性實施例。實例系統100包括由基板傳送旋轉料架類型平臺102提供之兩個小批次處理腔室104，其中一個基板傳送旋轉料架類型平臺102專用於一個處理腔室104。基板傳送旋轉料架類型平臺102之每一者包括移送室106，移送室106容納旋轉料架類型基板傳送系統108。在第2圖中更清晰可見，基板傳送系統108可包括：移送機器人110(例如選擇順應性多關節型機器人臂(SCARA))，移送機器人110支撐用於傳遞基板之端效器112(如刀刃)；及基板旋轉料架114，基板旋轉料架114用於將基板旋轉至一位置，在該位置處使用移送機器人110將基板載入處理腔室104或從處理腔室104卸載該等基板。注意，在一些實施例中，可使用直線延伸軸機器人臂代替多關節型機器人臂。基板旋轉料架114亦經設置以定位基板，使得基板通過負載鎖定116到達工廠界面120內之工廠界面機器人118，或使得基板從工廠界面機器人118通過負載鎖定116。在一些實施例中，系統100亦可包括位於 工廠界面120中之冷卻站122。

第2圖圖示第1圖之示例性基板傳送旋轉料架類型平臺102之一者的放大圖，且第3圖圖示第1圖之示例性基板傳送旋轉料架類型平臺102之一者的透視圖。注意，第3圖去掉了移送室106之頂部，以更清楚地顯示具體特徵。如第2圖所示，旋轉料架114可包括多個基板支撐件202(例如5個、6個或7個支撐件)，支撐件202隨著旋轉料架114旋轉而旋轉，且每當支撐件202經過加熱系統204附近時，基板支撐件202之一或更多者上的基板302可由一或更多個固定加熱系統204加熱。

在一些實施例中，輻射加熱系統可直接安置於基板支撐件202上的基板302之上及/或之下，位於例如緊接於處理腔室104附近的位置。適當輻射基板預加熱器之實例為可購自密蘇裡州聖路易市Watlow電子製造公司的RAYMAX^®型號面板加熱器。可使用包括不同類型(例如傳導或對流)加熱器之其他可用的加熱系統，諸如亦可購自Watlow電子製造公司的ULTAMIC^®進階陶瓷加熱器、厚膜傳導加熱器及線圈及電纜加熱器。例如，基板旋轉料架114可包括位於基板支撐件202之一或更多者內部的嵌入式電阻加熱元件，且因此加熱系統隨著旋轉料架114旋轉而移動。因此，系統100可經設置以在支撐件202向處理腔室104旋轉時有選擇地加熱基板302，且在支撐件202旋轉遠離處理腔室104時不加熱基板302。

系統100之設置提供位置及加熱器之使用的實質撓 性。習知在負載鎖定116中完成預加熱。此增加了將基板302送入處理腔室104之製程的時間。本發明之實施例解耦附負載鎖定功能與預加熱，且允許在關鍵路徑時間線外實行預加熱。此設置亦允許例如在不同應用領域中使用較少的加熱器，及添加或移除加熱器。另外，因為加熱系統204可直接位於處理腔室104的前面，藉由允許加熱基板302直至將基板302載入處理腔室104前的最後一刻，系統100提供改良的基板溫度控制。此舉最小化了從預加熱位置至處理腔室104的溫度變化。

第4圖為圖示位於基板傳送旋轉料架類型平臺102內部之示例性基板加熱系統204的透視剖示圖。如第3圖中指出，所圖示之特定示例性加熱系統204實施例定位於旋轉料架114之基板支撐件202之上，且臨近於處理腔室104。在一些實施例中，可將使用紅外線或其他波長燈泡之輻射加熱系統204用作熱源402。在一些實施例中，安置於熱源402之下的反射體404可用於在基板302向處理腔室104移動時將輻射熱直接導向或聚焦於定位於加熱系統204之下的基板302處。

第5圖為圖示根據本發明之替代實施例包括基板冷卻系統502之示例性基板傳送旋轉料架類型平臺500的示意圖。基板冷卻系統502包括可旋轉的旋轉料架504，旋轉料架504支撐一或更多個冷卻板材506，冷卻板材與散熱器的作用一樣，即，給停置在旋轉料架504之冷卻板材506之一者上的基板302散熱。使用端效器112之移送機器人110可操作 以在從處理腔室104卸載基板302之後，將基板302置放於冷卻板材506之上。旋轉料架504可隨後將冷卻基板302旋轉至適當的位置，以將冷卻基板302載入另一處理腔室104'中或載入通向工廠界面之負載鎖定116中。

第6圖圖示示例性冷卻系統502之細節，冷卻系統502包括一組基板冷卻板材506，基板冷卻板材506安裝於在基板傳送旋轉料架類型平臺500中使用的旋轉料架504上。每一冷卻板材506包括凹口602及凹槽604，以在將基板302置放於冷卻板材506之上及從冷卻板材506移除基板302時，容納端效器112之特徵。在一些實施例中，冷卻板材506由鋁、使用銅管密封或使用銅管模鍛之鋁、鍍鎳鋁、不銹鋼或具有相對高導熱率之該等其他材料製成。在一些實施例中，該等板材可包括用於液體冷卻劑(例如水)流動之通道，以進一步助於散熱。

同樣，支撐旋轉料架504亦可由相似的材料製成，以助於基板302之散熱。冷卻板材之尺寸及質量可經選擇，以最大化與基板302之表面接觸，且提供充分的熱耗散/吸收，以在所要的時段內將受支撐基板之溫度降低至所要的目標溫度。在一些實施例中，額外的散熱器可耦接至冷卻板材506及/或旋轉料架504。在一些實施例中，耦接至冷卻板材506及/或旋轉料架504之主動冷卻系統(例如循環水冷卻系統)可用於進一步增強冷卻。

第7圖為圖示替代示例性基板處理系統700之示意圖。此示例性系統700包括基板傳送旋轉料架類型平臺702， 平臺702具有基板冷卻系統704及負載鎖定功能706，負載鎖定功能706密封平臺702(例如使用流量閥)且在平臺702內提供真空。換言之，基板傳送旋轉料架類型平臺702之移送室708除可操作以將基板移入且移出處理腔室710之外，移送室708經設置用作負載鎖定。注意，在工廠界面712與基板傳送旋轉料架類型平臺702之移送室708之間沒有獨立的負載鎖定。注意，在圖示之示例性系統700中，工廠界面712內之基板加熱站714可用於在基板進入移送室708之前預加熱彼等基板，而冷卻系統704可用於在將基板從處理腔室710移除之後冷卻彼等基板。

另外注意，第7圖之示例性基板傳送旋轉料架類型平臺702亦包括直線延伸軸機器人臂716而不是多關節機器人臂。使用定位用於加載之基板的旋轉料架允許使用直線延伸軸機器人臂716，直線延伸軸機器人臂716相對於多關節機器人臂具有較小的輪廓。此允許使用負載鎖定與具有較少泵抽時間的移送室708組合的較小體積，且因此具有較高的產量。

與第7圖類似，第8圖圖示包括具有負載鎖定功能804(而不是冷卻系統704)之基板傳送旋轉料架類型平臺802的基板處理系統800，該實施例包括基板加熱系統806。第9圖提供第8圖之基板傳送旋轉料架類型平臺802之放大圖。注意，基板傳送旋轉料架類型平臺802之移送室808的尺寸經減少以最小化移送室808之內部尺寸。當移送室808執行負載鎖定功能時，此舉減少了在移送室808中泵抽氣壓所要 求的時間量。減少之泵抽時間導致較高的產量。注意，在圖示之示例性系統800中，工廠界面812內之基板冷卻站814可用於在基板退出移送室808之後冷卻基板，而加熱系統806可用於在將基板載入處理腔室810之前預加熱基板。

本發明之實施例提供用於在將基板移入處理腔室且從處理腔室移送的同時控制基板溫度的方法。第10圖圖示在基板製程中移送基板之示例性方法1000。方法1000包括以下步驟：提供基板傳送系統，該基板傳送系統包括：機器人，該機器人經設置以將基板移入或移出基板處理腔室；旋轉料架，該旋轉料架經設置以定位基板，用於由機器人移送；及溫度控制系統，該溫度控制系統經設置以加熱或冷卻旋轉料架。(1002)下一步，將基板加載至旋轉料架上。(1004)隨後預加熱位於旋轉料架上的所加載基板。(1006)最終，將經加熱之基板載入處理腔室。(1008)

在一些實施例中，可在負載鎖定或工廠界面中執行預加熱，且可在基板傳送旋轉料架類型平臺中執行後冷卻。在替代實施例中，可在基板傳送旋轉料架類型平臺中執行預加熱，且可在負載鎖定或在該工廠界面中執行後冷卻。在其他實施例中，可在基板傳送旋轉料架類型平臺內基板支撐件之第一子集上執行預加熱，且可在基板傳送旋轉料架類型平臺內基板支撐件之第二子集上執行後冷卻。

因此，儘管已結合本發明之示例性實施例揭示本發明，應瞭解，其他實施例可在以下申請專利範圍所界定的本發明之範疇內。

104‧‧‧小批次處理腔室

104'‧‧‧處理腔室

110‧‧‧移送機器人

114‧‧‧基板旋轉料架

116‧‧‧負載鎖定

500‧‧‧基板傳送旋轉料架類型平臺

502‧‧‧基板冷卻系統

504‧‧‧旋轉料架

506‧‧‧冷卻板材

Claims (20)

1. 一種基板傳送系統，該基板傳送系統包含：一機器人，該機器人經設置以將複數個基板移入或移出一基板處理腔室；一旋轉料架，該旋轉料架經設置以定位該等基板，用於由該機器人移送；以及一溫度控制系統，該溫度控制系統經設置以加熱或冷卻該旋轉料架上之基板。
2. 如請求項1所述之基板傳送系統，該系統進一步包括封閉該基板傳送系統之一腔室。
3. 如請求項1所述之基板傳送系統，其中該旋轉料架包括複數個基板支撐件，且其中該溫度控制系統經安置位於至少一個基板支撐件及一處理腔室之附近。
4. 如請求項1所述之基板傳送系統，其中該旋轉料架包括一冷卻板材，該冷卻板材經設置以從該等基板吸熱。
5. 如請求項1所述之基板傳送系統，其中該溫度控制系統包括一輻射加熱器，該加熱器經安置位於至少一個基板支撐件及一處理腔室之附近。
6. 如請求項1所述之基板傳送系統，該基板傳送系統進一 步包括封閉該基板傳送系統之一腔室，且在該腔室內部提供一負載鎖定功能。
7. 如請求項6所述之基板傳送系統，其中該腔室經設置以最小化該腔室之一內部體積。
8. 一種在一基板製程中移送基板之方法，該方法包含以下步驟：提供一基板傳送系統，該基板傳送系統包括：一機器人，該機器人經設置以將複數個基板移入或移出一基板處理腔室；一旋轉料架，該旋轉料架經設置以定位該等基板，用於由該機器人移送；及一溫度控制系統，該溫度控制系統經設置以加熱或冷卻該旋轉料架上之基板；將基板加載至該旋轉料架上；加熱該旋轉料架上之該等基板；以及將該等加熱之基板載入該處理腔室中。
9. 如請求項8所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：提供一腔室，該腔室封閉該基板傳送系統。
10. 如請求項8所述之方法，其中提供該基板傳送系統之步驟包括以下步驟：提供一旋轉料架，該旋轉料架包括複數個基板支撐件；及將該溫度控制系統安置於至少一個基板支撐件及該處理腔室之附近。
11. 如請求項8所述之方法，其中提供該基板傳送系統之步驟包括以下步驟：提供一旋轉料架，該旋轉料架包括一冷卻板材，該冷卻板材經設置以從該等基板吸熱。
12. 如請求項8所述之方法，其中提供該基板傳送系統之步驟包括以下步驟：提供該溫度控制系統，該溫度控制系統具有一輻射加熱器，該輻射加熱器經安置位於該旋轉料架上之一基板支撐件及該處理腔室之附近。
13. 如請求項8所述之方法，該方法進一步包括以下步驟：提供一腔室，該腔室封閉該基板傳送系統，且執行該腔室內部之一負載鎖定功能。
14. 如請求項13所述之方法，其中該腔室經設置以最小化該腔室之一內部體積。
15. 一種基板處理系統，該基板處理系統包含：一處理腔室；一基板傳送系統，該基板傳送系統耦接至該處理腔室，且該系統傳送系統包括：一機器人，該機器人經設置以將複數個基板移入或移出該基板處理腔室；一旋轉料架，該旋轉料架經設置以定位該等基板，用於由該機器人 移送；及一溫度控制系統，該溫度控制系統經設置以加熱或冷卻該旋轉料架上之基板；以及一工廠界面，該工廠界面經設置以將基板傳遞至該基板傳送系統，且接收來自該基板傳送系統之基板。
16. 如請求項15所述之基板處理系統，其中該基板傳送系統進一步包括一腔室，該腔室封閉該基板傳送系統。
17. 如請求項15所述之基板處理系統，其中位於該基板傳送系統中之該旋轉料架包括複數個基板支撐件，且其中該溫度控制系經統安置位於至少一個基板支撐件及一處理腔室之附近。
18. 如請求項15所述之基板處理系統，其中位於該基板傳送系統中之該旋轉料架包括一冷卻板材，該冷卻板材經設置以從該等基板吸熱。
19. 如請求項15所述之基板處理系統，其中位於該基板傳送系統中之該溫度控制系統包括一輻射加熱器，該輻射加熱器經安置位於至少一個基板支撐件及一處理腔室之附近。
20. 如請求項15所述之基板處理系統，其中該基板傳送系統進一步包括一腔室，該腔室封閉該基板傳送系統，該基板傳送系統經設置以在該腔室內部提供一負載鎖定功能，且其中 該腔室經設置以最小化該腔室之一內部體積。