TW202032707A - 具狀態監控之銷舉升裝置 - Google Patents

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Abstract

銷舉升裝置(10)、尤其是銷舉升器，其設計成用於將待處理的一基板、尤其是一晶圓、移動和定位在可藉由一真空製程室提供之一製程大氣區域中。銷舉升裝置(10)包含：設計來承納一支撐銷的一耦接件(32)，所述支撐銷適於接觸及支撐基板；及一驅動單元(12)，其設計成與耦接件(32)相互作用，使得耦接件(32)可沿著一調整軸線(A)從一降低的正常位置線性地調整至一伸出的支撐位置；並調整回來。銷舉升裝置(10)具有至少一感測器單元(41-44)，其以使得可藉著感測器單元(41-44)參考銷舉升裝置(10)之至少一部分產生與力量有關及/或與加速度有關之狀態資訊的方式而被設計和配置。

Description

具狀態監控之銷舉升裝置
本發明有關於一種用於在一製程室中移動和定位基板的銷舉升裝置，其中銷舉升裝置包含用於感測操作狀態的感測器。
銷舉升裝置、亦已知為銷舉升器、係典型地設計並提供用於在一製程室中承納和限定待處理基板的定位。這些尤其使用於IC、半導體、平板、或基板生產領域中之真空腔室系統，其必須在受保護的大氣中發生且不存在污染顆粒。
此真空腔室系統尤其包含至少一可抽空之真空腔室，真空腔室其被提供用於承納待處理或生產的半導體元件或基板，且其具有至少一真空腔室開口，半導體元件或其他基板可經過所述真空腔室開口被導引進出真空腔室。例如，在用於半導體晶圓或液晶基板之生產工廠中，高敏感度的半導體或液晶元件按順序地通過數個製程真空腔室，其中坐落在製程真空腔室內之零件的每一者藉著處理裝置進行處理。
此製程室通常具有至少一傳送閥，其橫截面適合於基板和機器人，且基板可經過機器人引入真空腔室，並且如果需要的話，在意欲的處理之後移除。另一選擇，可提供一第二傳送閥，已處理的基板經過所述第二傳送閥由製程室移除。
例如晶圓的基板例如藉由適當設計和控制之機器手臂所導引，所 述基板可被導引通過製程室中的開口，所述製程室可設有傳送閥。然後，藉由用機器手臂抓住基板、將基板引入製程室、並以限定的方式於製程室中沉放(depositing)基板來載入製程室。製程室據此排空。
為了基板之放置及為了將基板精確地定位在製程室中，必須確保基板的相當高之精度和可動性。為此目的，使用銷舉升系統，其為基板提供複數支撐點，且因此在整個基板上方提供負載分佈(由於基板之自重)。
銷較佳地係處於承納位置中，且機器人在此位置將基板放在銷上。另一選擇，可藉著機器人將基板帶入舉升裝置的支撐銷上方的位置並藉由銷所舉升。於機器人已移開之後，藉由降低銷而將基板沉放在載具上、例如電位板上，且典型地承載基板的機器手臂例如在與沉放基板之同時移出製程室。在沉放基板之後，銷可進一步降低，且接著現在將其與基板分離，亦即，銷和基板之間沒有接觸。於移去機器手臂並關閉(且引入製程氣體或排空)腔室之後，施行處理步驟。
在製程步驟已於製程室中進行之後及當隨後舉升基板時，因為基板可例如黏著至載具，向基板施加少量的力量影響是尤其重要的。如果基板太快地推離載具，則基板可能破裂，因為不能克服或抵消至少在某些接觸點之黏著力。此外，即使於支撐銷和基板之間建立接觸，與基板的任何碰撞可導致不期望之應力(或破壞)。
於此同時，除了儘可能溫和及小心地加工待處理的基板以外，亦須使得處理時間儘可能地短。這意指基板可儘可能快地被帶入製程室中之界定狀態-載入及卸載位置和處理位置。
譬如為了於處理半導體晶圓期間避免不想要的衝擊，US 6,481,723 B1提出一特別止動裝置之使用，取代在銷舉升器中的硬動作止動件(hard motion stops)。任何硬塑膠止動件應藉由較軟設計之止動零件和硬止動 件的組合所代替，其中，用於限制移動，首先與軟止動零件接觸，且接著將硬止動件帶入與軟止動零件接觸並據此減幅(damped)。
US 6,646,857 B2提出藉著所記錄的發生力來調節舉升移動。舉升銷可做為所接收之力量信號的函數而移動，使得在舉升銷之舉升力總是以控制和計量的方式施加至晶圓。
在每一機械加工循環，支撐銷係被帶入與待承納之基板接觸並由其釋放。這自然地導致支撐銷及驅動件上的對應機械應力(例如陡震)。機械加工循環通常以比較緊湊之方式定時並需要相當短的製程時間。在比較短的時間中之大量重複操作可為此製程實施方案的結果。典型地，支撐銷因此被認為是磨損材料且需要定期更換，也就是說它們通常必須於一定數量的循環之後或在一定的操作時間之後更換。
因此，機電設計式銷舉升器的馬達、亦即具有用於調整銷之電動馬達的銷舉升器會遭受增加之應力。
當然地，此一銷舉升裝置的一部分連接至一製程容積(製程室)，例如，銷舉升裝置用法蘭連接至製程室。典型地，此連接根據銷舉升裝置之狀態影響腔室的諸多狀態(例如，溫度、電位)。
在銷舉升裝置上之上述外部影響可導致操作受損，直至裝置故障。為避免此情況，為避免此問題，應定期或在一定數量的操作循環之後或在一定的操作時期之後維護或更換銷舉升器以做為預防。
然而，尚存的缺點係即使定期更換或保養銷舉升器，於維護之前的一段時間內，它可能偏離其正常功能，且因此導致錯誤之生產週期。再者，先前的維護方式不允許判定最佳之維護時間，而只能判定常規的維護時間，這意指例如可比技術上需要者更早地更換銷舉升器。此類元件之維護或更新通常需要停止或中斷生產製程、及整個系統中的或多或少之大規模干預。這通常導 致比較長的停機時間。
因此，本發明之目的係提供改進之銷舉升裝置，其減少或避免上述缺點。
尤其是，本發明之目的係提供改進之銷舉升裝置，其能夠最佳化、亦即尤其是裝置的預測和高度精確之維護。
本發明的另一特殊目的係提供銷舉升裝置，其能夠監控自身之功能性及/或優越的製程功能性。
藉由實現獨立項之有特色的特徵來解答這些目的。在附屬項中可找到以替代方式或有利方式進一步發展本發明之特徵。
本發明有關於一種銷舉升裝置、尤其是一銷舉升器，其設計成用於將待處理的一基板、尤其是一(半導體)晶圓、移動和定位在可藉由一真空製程室所提供的一製程大氣區域中。銷舉升裝置包含：適於承納一支撐銷的一耦接件，所述支撐銷適於接觸及支撐基板；及另包含一驅動單元，其係適於與耦接件配合，使得耦接件可沿著一調整軸線線性地調整。耦接件之可調整性能可從一降低的正常位置移位至一伸出的支撐位置，所述降低的正常位置尤其是被界定用以相對於其意欲效果(例如移動、載送及定位工件或基板)在實質上無效用狀態中(不與基板接觸)提供支撐銷，所述伸出的支撐位置尤其適於藉由支撐銷提供承納之意欲效果及/或提供基板；並調整回來。
支撐銷之意欲效果(intended effect)基本上理解為是工件或基板的承納、接觸、移動、載送及/或定位等。於此情況下，支撐銷之無效用狀態應理解為以下狀態：於其中，銷係按意欲的方式與待接觸之基板未接觸(尚未或不再接觸)，且尤其是暫時不提供意欲之目的、例如處於較低之等待位置中。這在基板上施行機械加工製程時尤其如此。然而，提供意欲效果並不僅僅意指 支撐銷與基板之間存在接觸；反之，支撐銷可存在於此狀態(伸出狀態)中，並可保持就緒，用以承納一晶圓(晶圓在銷上的放置)。由於接觸而發生之製程或移動(晶圓的運送)也應理解為提供意欲效果。
空載的(unloaded)承納狀態表示於其中待拾取之支撐銷相對於耦接件未處於固持目標位置(處於耦接件中)的狀態。載入狀態應理解為於其中支撐銷藉由耦接件固持在承納目標位置中之狀態。應當理解本發明亦擴展至不具有耦接的支撐銷之銷舉升裝置。
銷舉升裝置亦具有至少一感測器單元，其以使得可藉著感測器單元產生關於銷舉升裝置的至少一部分之與力量有關(force-dependent)及/或與加速度有關(acceleration-dependent)之狀態資訊的方式而被設計和配置。
藉著感測器單元，可偵測慣性效應、零件或整個銷舉升裝置之加速度及/或外部影響，例如作用在耦接件上的(重量)力。此等效應可藉由裝置本身的操作、例如來自驅動單元的振動或(固有的)振動所造成，或可為來自連接之部件或裝置(例如製程室)的外部、例如本質上機械效應(周邊部件之陡震、動態效應等)。
在一實施例中，銷舉升裝置具有用於將製程大氣區域與外部大氣區域分離之一分離裝置，其中，驅動單元至少部分地、尤其是完全地、與外部大氣區域相關聯(associated)，且耦接件尤其至少部分地與製程大氣區域相關聯。分離裝置尤其設計為一伸縮管，其配置在耦接部分的內容積中，其在降低之狀態下至少部分地圍繞耦接件。銷舉升裝置的分離裝置亦可藉由驅動單元之外殼所形成。
驅動單元可設計為一電動馬達、尤其是一步進馬達，其提供一機電式銷舉升裝置。
驅動單元可選擇地設計為一氣動驅動缸。
於一實施例中，感測器單元可包含以下慣性感測器的至少一者，而用於產生與加速度有關之狀態資訊，或被這樣設計：
‧一加速度感測器，其偵測沿著以界定方式對齊的至少一軸線之加速度、尤其是多軸加速度，
‧一轉速感測器，其偵測圍繞以界定方式對齊的至少一軸線、尤其是多軸向軸線、之轉速或旋轉加速度，
‧一振動計，及/或
‧基於MEMS技術(微機電系統)的感測器。
慣性感測器、尤其是加速度感測器、不僅可偵測線性指向及/或低頻加速度事件，而且亦可偵測高頻加速度、例如系統部件之振動和動態自然震盪。由此測量資料，可獲得關於銷舉升裝置的狀態或此裝置在操作期間之行為的進一步資訊。依序，這可用於得出關於所期望之製程安全性的發現、或有關製程是否在指定狀態之框架內運行的一般表述。
於特別實施例中，感測器單元可包含以下力量感測器之至少一者，而用於產生與力量有關之狀態資訊、或被這樣設計：
‧一壓力感測器，
‧一對變形敏感之元件、尤其是一應變計，
‧具一壓電陶瓷元件的一壓電力量轉換器，
‧一電動力轉換器，
‧一阻力轉換器，
‧一振動力轉換器，及/或
‧一彈簧本體力量轉換器。
一力量感測器提供銷舉升裝置上之對應影響的偵測、例如源自晶圓之沉放的壓力上升。可例如基於當前記錄的力量信號來實施力量測量及尤其 是銷移動之調節，以避免在晶圓上的過大力量。例如，這可用於控制力量之持續增加。
根據本發明，感測器單元可根據銷舉升裝置的另一實施例來配置：
‧在耦接件上、尤其是在用於支撐銷之一容置部上，
‧在驅動單元上、尤其是於驅動單元之一心軸或一馬達上，
‧在耦接元件上，其提供驅動單元與耦接件、尤其是一螺紋桿、之相互作用，
‧在支撐銷上，及/或
‧在銷舉升裝置之一外殼上、尤其是於外殼之一底側上或一內壁上。
本發明亦有關於一種系統，其包括來自上面或如圖2a-3b中所述的銷舉升裝置及一處理和控制單元。處理和控制單元配置和設計成用於接收及/或處理感測器單元之狀態資訊及用於產生及/或輸出與狀態資訊有關之一輸出。
因此，處理和控制單元為可利用感測器單元擷取之測量資料提供處理和分析功能性。為此目的，處理和控制單元能以有線或無線方式連接至銷舉升裝置供資料交換。
再者，處理和控制單元可基於所記錄、處理及/或分析之測量資料而被使用於銷舉升移動的閉迴路(closed-loop)控制(調節)。例如，可在一定之移動距離上調整恆定力量的連續施加。
於一實施例中，處理和控制單元可配置成藉著處理狀態資訊來提供與驅動單元及/或耦接件之當前狀態有關或當前正常狀態偏差有關的輸出、尤其是在視覺上或聽覺上。尤其是，可藉著針對所獲取之狀態資訊的實際/目標比較來產生輸出。
該輸出可為意欲的和配置的用於向使用者(例如生產工廠)產生 資訊。替代地或附加地，其亦可為一調節電路(調節器)提供一輸入變數。此外，該輸出亦可用做為一控制變數，並取決於一當前狀態提供驅動單元之直接致動。
尤其是，該輸出可被產生為一輸出信號。
尤其是，該輸出提供已處理的狀態資訊。尤其是，可將由一感測器產生之純測量資料(pure measurement data)理解為狀態資訊。因此，這些測量資料表示裝置在測量時的狀態。例如，如果此資訊與一參考值有關，則此比較可識別和量化一相對變化。
可相對於驅動單元及/或耦接件之機械及/或結構完整性來提供該輸出。基於狀態資訊(例如，藉由與一閾值或一狀態曲線比較)，可判定系統的可能損害，並可據此產生參考系統完整性或系統功能之輸出。
尤其是，該輸出可包括以下的其中一者或兩者：
‧銷舉升裝置之一部件磨損增加之警告，及/或
‧銷舉升裝置的一部件耐用性之預測。
尤其是，處理和控制單元可為適於基於狀態資訊來提供頻譜一(做為輸出)。尤其是對於加速度資訊的獲取，測量資料之此一評估可為資料的進一步處理或進一步使用之合適基礎。可將某些頻率或頻率範圍分配給某些加速度事件或相關的系統部件。
因此，在一實施例中，處理和控制單元可為基於相對於一或更多個測量值頻率之狀態資訊的分析、相對於造成各個測量值頻率之震盪的局部化之輸出來設計。
處理和控制單元可適於基於狀態資訊與一預定參考值的比較來提供與用銷舉升裝置施行之製程的評估有關之輸出。藉由評估由感測器單元所獲取的資訊，可監控一生產步驟(例如塗覆製程)。如果測得的加速度或力量 資訊偏離一目標值(尤其是包括公差)，則可指示在過大力量之下無法將一晶圓從一支撐件舉起(從夾盤釋放(de-chucking))，且譬如造成晶圓損壞。
根據一特定的實施例，處理和控制單元可設計為基於多次獲取的狀態資訊得出系統狀態及/或系統狀態中之變化的一狀態趨勢(尤其是做為輸出)、尤其是一長期趨勢，尤其是其中在一特定時間段期間週期性地、尤其是連續地獲取狀態資訊，並得出一頻譜及/或一力量-位移比。
做為感測器資料的此評估之結果，可監控和偵測銷舉升裝置的功能中之變化。因此，長期觀察不僅允許系統的簡要印象(snapshots)之獲取，亦可得出趨勢並預測進一步的狀態變化。
於一實施例中，處理和控制單元可設計為基於當前偵測到之狀態資訊與另外和感測器單元有關的狀態資訊、尤其是驅動單元之馬達電流、的比較，來提供感測器單元之校準及/或與感測器單元無關的狀態資訊之監控。
藉由從二不同的測量來源(亦即感測器單元和其他來源)產生特定測量事件之狀態資訊，可對此資訊施行比較，並可相互校準或監控測量系統。
處理和控制單元尤其可設計為藉著感測器單元在配備有一支撐銷的耦接件之伸出移動進入支撐位置期間偵測狀態中的變化，尤其是由於基板之接觸及/或支撐銷上的加速過程和尤其是將其連結至伸出位置的力量中之增加。
例如，可記錄和儲存用於一特定製程的一力量-位移圖。在此可參考一覆蓋距離及/或一測得之力量來判定偏差。替代地或附加地，可基於力量或加速度曲線得出一接觸點，亦即，在與基板接觸的銷之伸出位置發生。
尤其是，感測器單元能以下面方式設計和配置：可將於驅動單元中發生的及/或從外側作用在銷舉升裝置上之加速度偵測為狀態資訊。為了利用各個位置參考進行偵測，感測器單元較佳地係配置於銷舉升裝置的一適當位 置、例如在外殼或驅動單元。
於一特定實施例中，感測器單元能以下面方式設計和配置：可將加速度偵測為狀態資訊，所述加速度係藉由以下位置之至少一者之摩擦振動所產生：
‧在耦接件的至少一部分與用於耦接件的一導引部及/或一軸承之間，
‧在耦接件的至少一部分與驅動單元的至少一部分之間，及/或
‧在驅動單元的至少一部分與用於驅動單元的一導引部及/或一軸承之間。
藉由偵測由摩擦所造成的振動，可偵測例如軸承之磨損或相對彼此移動的二元件之間的潤滑之狀態。一信號分析亦可用於區別可能的振動來源，且從而達成所述來源之定位。
狀態資訊尤其可包括以下所列資訊的至少一者：
‧作用在耦接件及/或支撐銷上之力量、尤其是藉由靜置於(resting)支撐銷上的基板之重量所產生者，
‧作用在驅動單元上的力量、尤其是作用於驅動單元之一驅動軸桿或一馬達上，
‧在耦接件及/或支撐銷上產生的加速度，
‧於驅動單元產生之加速度，及/或
‧銷舉升裝置的加速度狀態或加速度中之變化。
在一實施例中，處理和控制單元可適於基於狀態資訊產生和輸出一控制信號。驅動單元亦可配置和設計成接收控制信號並取決於控制信號來調整正常位置和支撐位置之間的耦接。換句話說，系統能以使得基於所記錄之測量值(開迴路或閉迴路)控制驅動件的方式設定。
尤其是，處理和控制單元能以如下方式設定：控制信號可做為當 前狀態資訊之函數自動地設定。藉由連續地調整控制信號，可設定銷舉升操作的調節，且例如可根據所測得之接觸力量來設定一調整速率。
此配置使得能夠基於當前獲取的力量或加速度資訊來控制及/或調節銷舉升器。這允許尤其是連續地或即時地調整驅動單元的控制，並以使得例如能影響一機械加工製程之例如強烈振動的效應之方式而可被補償。因此，僅藉由調整控制系統就可在不對系統進行結構干預的情況下實施此補償。
另一實施例範例可為如下所述。例如，如果偵測到驅動單元中的動態震盪之明顯的、週期性或選擇性超過一預界定目標幅度，則這可指示需要驅動件的早期維護。此資訊一方面可用於調整銷舉升裝置之控制而使得其以較低的負載(及可能地更慢)操作，且另一方面可輸出對應之資訊供進行維護。
1:晶圓
2:機器手臂
3:機器手臂
4:(真空)腔室
5a:傳送閥
5b:傳送閥
6:驅動件
7:(支撐)銷
8:支撐元件
10:(銷舉升)裝置/銷舉升器
11:驅動部分
12:驅動單元/馬達/驅動件
13:(螺紋)心軸/(螺紋)桿
14:調整元件/滑塊
20:絕緣部件
21:第一部分/(耦接)元件
21’:凹部
22:第二部分/(固定)元件
32:耦接件
41:感測器單元/感測器
42:感測器單元/感測器
43:感測器單元/感測器
44:感測器單元/感測器
45:感測器單元/(力量)感測器
46:感測器單元/(力量)感測器
47:加速度計/感測器
48:加速度計/感測器
50:(銷舉升)裝置/銷舉升器
52:絕緣元件/固定元件
53:(螺紋)心軸/螺紋桿
54:滑塊
55:伸縮管
58:耦接件
59:(支撐)銷
A:(調整)軸線
P:製程大氣(區域)
Vi:內部容積
下面藉著在附圖中概要顯示的具體實施例範例來更詳細地敘述根據本發明之裝置，其中亦討論本發明的其他優點，其中：
圖1顯示根據本發明之具有舉升裝置的用於晶圓之真空處理裝置的實施例之概要代表圖；
圖2a-圖b顯示根據本發明的銷舉升裝置之實施例；和
圖3a-圖b顯示根據本發明的銷舉升裝置之另一實施例。
圖1概要地顯示用於在真空狀態之下處理一半導體晶圓1的製程設定。藉著一第一機器手臂2經過一第一真空傳送閥5a將晶圓1插入一真空腔室4(製程大氣區域P)，並藉著根據本發明之銷舉升裝置的支撐銷7(在此顯示：三支銷)帶入位置。晶圓1接著藉由銷7拾起或放置於其上，且機器手臂2移動離開。晶圓1典型地靜置在機器手臂上或設在機器手臂2、3上之支撐裝置上、或藉由特定支撐裝置所固持。在晶圓1已藉由銷7拾起之後，將機器手臂導 引出真空腔室4，關閉傳送閥5a，並降低銷7。這藉著耦接至個別銷7的銷舉升裝置之驅動件6所做成。晶圓1藉此放置於所示的四個支撐元件8上。另一選擇，將晶圓1放置在所謂之靜電夾盤的靜電夾持裝置(未示出)上，並藉由在夾盤電極之間施加電壓來固持晶圓1，且可選擇地，藉由作用在其上的力量來使晶圓校平(leveled)。當前地，靜電夾盤典型地用於在真空狀態下生產半導體晶圓。
於此緊密固持之狀態下，晶圓1的一計劃處理(例如塗覆)是在真空狀態下進行的，且尤其是於一界定的大氣中(亦即在一定的製程氣體和界定的壓力之下)。腔室4耦接至一製程氣體源、一真空泵、及較佳地用於調節腔室壓力的一真空調節閥(未示出)。
在處理之後，再次藉著銷舉升裝置將晶圓1舉升進入一移除位置。晶圓1隨後經過第二傳送閥5b藉由第二機器手臂3移除。另一選擇，製程可設計為僅具有一機器手臂，使載入和卸載接著經由單一傳送閥發生。
另一選擇(未示出)，可將銷舉升器的配置設計為一環形舉升器、亦即以一環形方式形成或設計。
圖2a顯示根據本發明的銷舉升裝置10之實施例。銷舉升裝置10具有設計為一電動馬達的一驅動單元12，其分配至裝置10之一下驅動部分。馬達12耦接至一螺紋心軸13。螺紋桿13可據此藉由致動馬達12而旋轉。
另外，提供一調整元件14，其在所示實施例中設計為一滑塊14，其與螺紋桿13相互作用，並可藉由桿13的旋轉而沿著一中心調整軸線A線性地移動。滑塊14具有與螺紋桿13之螺紋對應的一內螺紋。此外，滑塊14以使得其不能相對於銷舉升裝置10本身旋轉之方式安裝，而只能在平行於調整軸線A的移動方向中移動。
在所示實施例中，銷舉升裝置10具有一絕緣部件20，但是應理解，本發明不限於具有此絕緣部件20之銷舉升裝置，反而是包括不具有此絕緣 性的銷舉升裝置。滑塊14在此耦接至絕緣部件20之一第一部分21，其係可相對於驅動單元12移動。類似於以上所述，應當理解，滑塊14可替代地(未示出)直接耦接至耦接件32，並省略耦接元件21。耦接元件21可藉由滑塊線性地移動和定位。絕緣部件20亦具有一第二部分22、亦即固定地連接至驅動部分11的一固定元件22。這也是可選擇的，且在替代實施例中可以缺掉。耦接元件21和固定元件22兩者以不能提供導電性之方式製造。尤其是，耦接元件21及/或固定元件22由不導電的材料、例如塑膠(例如PEEK)所製成，或塗有不導電之材料。
固定元件22依序牢固地連接至銷舉升裝置10的一上耦接部分之外殼。耦接部分的一內部容積Vi藉由外殼所界定。耦接部分具有可移動之一耦接件32，其第一端部設計成容納支撐銷(支撐銷未示出)。於所示範例中，耦接件基本上沿著軸線A伸出。耦接件32(在其與第一端部相反的下部)連接至絕緣部件20之耦接元件21。於此範例中，耦接件32具有為此目的之一內凹部，例如藉著膠黏或旋緊接頭將耦接元件21容納和固定於其中。
藉著滑塊14、耦接元件21和耦接件32之間的連接，可藉由馬達12提供耦接件32之可控制移動以及因此之容納於耦接件32的支撐銷之可控制移動。由於絕緣部件20的耦接元件21，在支撐銷和驅動件12之間亦提供熱和電流分離。
圖2a顯示處於降低的正常位置中之銷舉升裝置10的耦接件32，於其中，就其意欲效果而言，可選擇地提供之支撐銷將處於基本上無效用的狀態中。在真空機械加工製程中提供銷舉升器10之案例中，支撐銷典型地不與待機械加工的基板接觸。
圖2b顯示處於伸出之支撐位置的銷舉升裝置10之耦接件32，於其中，耦接的銷提供其拾取、移動及/或提供基板之意欲效果。
為了抵達伸出的支撐位置，可據此致動馬達12。為此目的，例如，可儲存馬達之運行時間或要對螺紋桿13進行的轉數，以便為滑塊14設定一期望之位置。尤其是，將一編碼器耦接至驅動單元12，使得可監控和調節馬達軸線的移動。
銷舉升器10之線性可移動部分、亦即滑塊14、耦接元件21、和耦接件32，主要在上耦接部分的區域中移動。滑塊14和耦接元件21至少基本上於內部容積Vi內移動。在所示實施例中，耦接元件21係套筒形，並提供藉由耦接元件21之形狀所界定的凹部21'。此凹部21'允許螺紋桿13可變地伸出進入耦接元件21以及因此允許耦接元件21相對於螺紋桿13之一平移可動性。
因此，絕緣部件20的二元件21、22在具有驅動單元12之驅動部分11與相對於其配置在一固定位置中之耦接部分的外殼之間提供熱分離。其次，亦為下驅動部分和上耦接部分的移動部分、亦即在耦接件32和滑塊14之間、提供永久的熱分離。
而且，藉著絕緣部件20，可防止驅動部分之個別部件與耦接部分的各個部件之間的導電接觸，而與銷舉升器之狀態無關。
於降低的正常位置中，耦接元件21和固定元件22較佳地係接觸。
在所示實施例中，銷舉升裝置10具有四個感測器單元41-44。然而，應當理解，本發明不限於具有四個感測器單元之實施例，反而是本發明亦包括具有至少一個此感測器單元的實施例。
感測器單元41-44之每一者設計用於獲取加速度資訊做為狀態資訊。感測器單元41-44的至少一者較佳地係設計為一多軸加速度感測器。在另一選擇實施例中，一或更多個感測器單元41-44可設計為力量感測器。尤其是，以下測量選項和評估方法可部分地傳送至力量感測器使用。
感測器單元41-44與處理和控制單元(未示出)通信連接、例如 經由WLAN或藍牙無線地連接，亦即，用感測器41-44所獲取的測量資料發送至此處理和控制單元，並根據需要進一步處理。處理和控制單元與銷舉升裝置一起形成對應之系統。尤其是，處理和控制單元可設計為結構上分離的單元或與銷舉升裝置呈一體地安裝。
感測器單元41之第一個係配置在上耦接部分的外殼之內壁上的內部容積Vi中，且因此例如提供於外部作用在銷舉升裝置10上之加速度事件的記錄。這樣一來，尤其可登錄對銷舉升器10之機械陡震。再者，藉由監控與之連結的一信號幅度，可判定陡震之量值，並可評估由此造成的銷舉升器損壞之可能性。例如，此方法亦可用於進行運送監控。除了外部影響以外，感測器41亦可偵測例如由耦接件32的移動所造成之銷舉升器10的振動，並使它們可用於進一步評估。
第二個感測器單元42係配置在耦接件32上，且因此能夠直接偵測耦接件32之加速度、亦即一方面耦接件32沿著軸線A的期望移動及/或另一方面於耦接件32發生振動。此振動尤其可藉由根據其自然頻譜之一或更多個系統部件的激發(excitation)所造成。振動之激發或傳遞可藉由馬達12之操作所造成。
替代地或附加地，當耦接件移動時，由於耦接件32與例如外殼或耦接件32的一導引部(軸承)之間發生的摩擦，耦接件32會發生振動。
處理和控制單元能以此一方式配置：可從所獲取之加速度資料得出個別的頻譜。此頻譜亦可用於各個加速事件之間進行區別。可分配給摩擦的頻譜不同於例如藉由替代激發所產生之頻譜。因此，算法評估可使用於判定偵測到的震盪是否由二部件之間的摩擦、或由其他主動激發所造成。這能夠對銷舉升裝置進行有針對性的維護、亦即可識別並更換受影響之部件。當作範例，可監控較佳地係提供於銷舉升裝置10(未示出)中的伸縮管之功能，其在製程 大氣P(真空)和周圍大氣(例如室內空氣)之間提供大氣分離。藉由與已知的參考振動曲線進行比較，亦可能藉由比較發生之振動和震盪來判定伸縮管內側是否存在真空(=額定狀態)。
再者，可對所發生的加速度之質量、亦即尤其是強度、進行分類，並且可結合特定類型的加速度來評估其對銷舉升裝置之狀態的影響。
取決於對銷舉升裝置之可能影響，也可向使用者做一輸出。另一選擇，可將輸出或輸出信號傳輸至驅動單元，且因此可適於驅動控制。適當的對策可抑制發生的任何振動，或例如藉由產生阻止自然頻率激發之合適計數信號來很大程度上避免振動。
感測器單元42亦可偵測靜置在支撐銷上的基板(晶圓)之任何相對移動。如果晶圓在橫向於調整軸線A的橫亙方向中移動，則可用感測器42(或用其他感測器41、43、44之其中一者)測量藉由摩擦所造成之此方向中的加速度。如果發生此不想要的移動，則可會有譬如經過磨耗形成顆粒之後果。在真空區域中的塗層製程期間，顆粒形成始終至關重要，並可導致製程容積之污染，且從而強烈負面損害生產製程。如所敘述的，根據本發明之加速度計的提供可為此案例提供一監控系統，且因此例如發出針對此事件之警告信號。
另一個感測器單元43係配置於滑塊14上，且尤其是當耦接件32沿著調整軸線A移動時提供直接的狀態資訊。可直接拾取由心軸13之旋轉所造成的振動以及滑塊14之最終移動。能以此方式偵測到的振動特性使其可評估驅動系統之功能狀態。例如，所記錄的振動可用於得出關於螺紋桿13和滑塊14之間的滑動能力或潤滑狀態之結論。例如，可藉由比較代表滑塊之目標動作特性的參考頻譜與當前獲取之頻譜來得出此結論。替代地或附加地，相對於一參考值增大的幅度可指示齒輪單元之潤滑不足。
第四個感測器44係配置在馬達12上。這允許偵測馬達12本身 的振動和震盪。例如，可監控馬達12之運行特性，並可偵測馬達中的可能故障或缺陷。如果可於馬達上偵測到之振動增加，則這可指示馬達12上的磨損增加以及馬達12即將發生故障。
基於用各個感測器41-44、尤其是用感測器42-44可獲取之資訊，亦可對銷舉升器10或其至少一部分進行長期監控。為此目的，可在一定時間段內記錄並評估加速度資訊、尤其是頻譜及/或加速度幅度。由於對所記錄之資訊進行整體(基於算法)的考量，可識別出特定加速特性之變化，並可由此變化得出長期趨勢或系統中的某些變化之趨勢。
借助於以上系統的長期觀察，可取決於個別負載預先計劃銷舉升裝置10之維護。例如，狀態資訊的長期監控、尤其是考慮到先前已知之系統屬性，可用以基於加速行為與目標狀態的偏差之增加來估計可能的功能故障之時間點。據此，能以經濟上最佳化的方式設定維護時間，亦即，維護不會晚於必要時進行(亦即於可能的故障之前)，且不會早於必要時，以確保可靠的銷舉升功能。
感測器單元41-44、尤其是感測器單元42和43、亦可單獨使用或一起使用，以監控從夾盤釋放過程。從夾盤釋放是一過程，於其中，靜置在靜電夾持裝置(夾盤)上之基板將由一或更多銷舉升裝置所舉升。關閉負責將晶圓固持於適當位置的夾盤電極之間的電壓，並藉由使其伸出，將使銷被帶入而與晶圓造成接觸。
在隨後之舉升步驟中，由銷施加至晶圓上以舉升晶圓的壓力增加，直至晶圓從夾盤釋放，並僅由銷所承載，亦即，銷舉升裝置10之耦接件32隨同將其伸出進入承載位置的插入銷一起移動。基於可被記錄的加速度曲線，可提供對從夾盤釋放過程之評估或監控。當與晶圓接觸時，將期望伸出移動的減速，且當晶圓從夾盤上分離時，期望加速度值之隨後增加。可測量的加速程 度(例如，減速效用之幅度偏離或持續時間)用作在特定狀態之下是否發生從夾盤釋放的指標。如果測得之加速度曲線偏離參考曲線超過一指定的公差，則指示分離錯誤、或甚至損壞晶圓。
可對晶圓在支撐銷上之放置進行適當的監控。可藉由沉放電筆(stylus)來測量於電筆之加速度。這可與先前已知的參考進行比較，並用於得出關於一給定製程可靠性之資訊。
在一特定的實施例中，感測器41-44之資訊能概要地評估或一起處理。於此，例如，可判定下驅動部分和上耦接部分之間的振動和自然震盪之傳播。
通過此評估，可基於二零件之間的振動差異來監控對應之絕緣的元件21、22之結構完整性，並因此監控零件之間的絕緣效果。
圖3a和圖3b顯示根據本發明之銷舉升裝置50的另一實施例。圖3a顯示此銷舉升裝置50之橫截面，圖3b為外部視圖。
一支撐銷59鎖定在一耦接件58中。支撐銷59較佳地係具有一金屬的、聚合物基的、或陶瓷的材料，尤其是銷59完全由此材料所製成。耦接件58中之鎖定裝置可例如磁性地或藉著夾持來實現。
耦接件58可藉著一滑塊54在z方向中移動。為此目的，滑塊54耦接至一螺紋心軸53，其依序可藉由馬達12所驅動。
於一變型中，藉由一第一絕緣元件52實現上耦接部分與下驅動部分之間的可選擇的熱絕緣和電絕緣，第一絕緣元件52將一上外殼部分與一下外殼部分熱及電分離。較佳地，可提供一第二絕緣元件，其可由滑塊54所具體化。在銷舉升裝置50之此變型中，螺紋心軸53被設計和安裝成如此精確和牢固，以致甚至在相對移動期間，於心軸53與耦接件58之間未發生接觸(導電或導熱的)。另一選擇，心軸53由不導電或絕熱材料所製成、或塗覆有不導電或 絕熱材料。因此，在裝置50的每一狀態中，於上部和下部之間提供完全的電流和熱分離。
在另一變型中，螺紋心軸53和坐落於螺紋心軸53上的滑塊54兩者都能製成為導電的(例如，金屬的)，然後可尤其是藉著例如在心軸/滑塊和耦接件之間的一中間套筒來達成絕緣。
銷舉升器50亦具有在耦接部分內側的一伸縮管55。伸縮管55以使得提供製程大氣區域和外部大氣區域之大氣分離的方式配置和塑形，而於製程大氣區域中，存在有支撐銷59(銷)並通常發生機械加工製程，且於外部大氣區域中，例如可存在有驅動件12和其他外圍部件。當銷59伸出時，伸縮管55被壓縮，其中維持大氣分離。
銷舉升裝置50具有二感測器單元45和46，每一感測器單元設計為力量感測器。
二感測器45之其中一者坐落於銷59處，在所示範例中，感測器於其下端係意欲用於耦接銷。替代地，感測器45可附接至銷舉升裝置50的另一部件，例如伸縮管55、耦接件58、或耦接件58與銷59或滑塊54之間、或耦接至另一可移動元件及/或在操作期間遭受外力的元件。感測器45可替代地配置於銷59之相反端部。銷59上的配置允許直接測量在舉升、降低或固持期間藉由舉升之基板施加至銷59和銷50的力量。此直接之力量測量亦可用銷59和耦接件58之間的感測器來實現，其較佳地係分配給耦接件58且不受銷59之更換所影響。
設於銷59上的感測器45之優點在於其可非常容易地更換，而無需在銷舉升裝置50中進行任何干預。感測器的電源可例如藉著耦接件和耦接件58中之對應的接觸點、或藉由銷59中之能量儲存裝置(例如，電池或可充電電池)來提供。感測器的測量資料可藉由無線電或亦可藉著對應之電接觸點傳輸。
設在耦接件58上的感測器之一優點可以是用於能量和資料傳輸兩者之感測器之比較簡單的接觸。
由於感測器45在銷及/或於耦接件58之所述配置的結果，可避免銷舉升裝置的其他部件對力量測量之影響，因此由伸縮管55或滑塊54施加的力量例如不進行共同測量，且進而增加關於作用在銷59和基板之間的力量之測量精度。例如，如果伸縮管55顯示出磨損的跡象，則這可對力量測量產生相當大的影響並導致不正確之製程評估。
另外的力量感測器46坐落於從馬達12至螺紋桿53之過渡處，並可因此偵測沿著螺紋桿53作用在馬達12上的所有力量。因此，可判定馬達12之負載或所需的功率消耗。
力量感測器45、46允許選擇性偵測所施加之力量以及偵測在一定時間段內的力量進展狀態。
藉由(連續)比較所施加之力量水準與所儲存的參考值(例如，最大允許力量)，可進行銷舉升裝置50之製程監控和狀態的記錄。如果超過允許之最大力量，則會產生並輸出一適當的信號，其可指示不允許的系統負載，且如有必要，會建議對系統進行檢查。
最大允許力量亦可被界定用於從一靜電夾持裝置舉升基板，其中超過最大允許力量可指示可能損壞基板。
一力量曲線可用於判定銷舉升裝置的一或更多部件之磨損現象及製程品質兩者。為此目的，使用加速度計(見上文)的評估方式可轉換為力量感測器的使用。
在測得的力量曲線偏離為此目的定義之參考值的事例中，一警告信號可被輸出。可評估偏離類型並分析可能的成因。例如，某些偏離模式允許得出關於偏離之來源及/或對系統或銷舉升裝置50上的影響之結論。藉著在重複 的類似製程步驟(製程週期)期間長期觀察力量之進展狀態，亦可偵測到製程中之變化的趨勢。趨勢監控亦允許預測未來之系統狀態，並對應地最佳化維護週期的計劃。
力量感測器45或46之測量資料亦允許與馬達電流的測量進行比較，亦即，將馬達12所提供之轉矩與施加的力量進行比較。這提供二測量原理之相互校準和監控。
圖3b顯示銷舉升器50的外部視圖。銷59從銷舉升器50之外殼的上側突出。絕緣部件之一固定元件52將下驅動部分與上耦接部分或其各自的外殼部分和不可平移移動的部分電流及熱分離，以便防止激發的振動和震盪之傳輸。
銷舉升器50於其外殼側面上具有二附加的加速度計47、48。一感測器47坐落在上耦接部分上，另一感測器48坐落於下驅動部分上。例如，可偵測到二外殼部件之間的振動和震盪之傳輸以及從銷舉升器50的驅動至一連接的製程室之可能的傳輸。
除了上述功能以外，此配置例如亦可用於監控例如絕緣元件52之期望的絕緣效應。
應當理解，所示圖面僅概要地表示可能之實施例範例。根據本發明，不同的方式可彼此結合、以及與用於在先前技術領域真空製程室中進行基板移動的裝置、尤其是銷舉升器相結合。
10:(銷舉升)裝置/銷舉升器
12:驅動單元/馬達/驅動件
13:(螺紋)心軸/(螺紋)桿
14:調整元件/滑塊
20:絕緣部件
21:第一部分/(耦接)元件
22:第二部分/(固定)元件
32:耦接件
41:感測器單元/感測器
42:感測器單元/感測器
43:感測器單元/感測器
44:感測器單元/感測器
A:(調整)軸線
Vi:內部容積

Claims (18)

  1. 一種銷舉升裝置(10、50)、尤其是銷舉升器，其設計成用於將待處理的一基板(1)、尤其是一晶圓、移動和定位在可藉由一真空製程室(4)提供之一製程大氣區域(P)中，具有
    ‧一耦接件(32、58)，其設計來承納一支撐銷(7、59)，該支撐銷(7、59)適於接觸和支撐該基板(1)，及
    ‧一驅動單元(6、12)，其經設計並以使得該耦接件(32、58)可沿著一調整軸線(A)線性地調整之方式而與該耦接件(32、58)相互作用，且由
    o一降低的正常位置、尤其是將該支撐銷(7、59)提供在相對於其意欲效果實質上無作用的狀態中、調整至
    o一伸出的支撐位置、尤其是藉由該支撐銷(7、59)提供承納之該意欲效果及/或提供該基板(1)；並調整回來，
    其特徵在於：
    該銷舉升裝置(10、50)具有至少一感測器單元(41-48)，其以使得可藉著該感測器單元(41-48)產生關於該銷舉升裝置(10、50)的至少一部分之與力量有關及/或與加速度有關之狀態資訊的方式而被設計和配置。
  2. 如請求項1所述之銷舉升裝置(10、50)，其中
    該感測器單元(41-48)包含以下慣性感測器的至少一者，而用於產生與該加速度有關之狀態資訊：
    ‧一加速度感測器(41-44、47、48)，其偵測沿著以界定方式對齊的至少一軸線之加速度，及/或
    ‧一轉速感測器，其偵測圍繞以界定方式對齊的至少一軸線之轉速或旋轉加速度。
  3. 如請求項1或2所述之銷舉升裝置(10、50)，其中
    該感測器單元(41-48)包含以下力量感測器(45，46)的至少一者，而用於產生與該力量有關之狀態資訊：
    ‧一壓力感測器，
    ‧一對變形敏感之元件、尤其是一應變計，
    ‧具一壓電陶瓷元件的一壓電力量轉換器，
    ‧一電動力轉換器，
    ‧一阻力轉換器，
    ‧一振動力轉換器，及/或
    ‧一彈簧本體力量轉換器。
  4. 如請求項1至3中之任一項所述之銷舉升裝置(10、50)，其中
    該感測器單元(41-48)配置在
    ‧該耦接件(32、58)上、尤其是在用於該支撐銷的一容置部上，
    ‧該驅動單元(6、12)上、尤其是於該驅動單元之一心軸或一馬達上，
    ‧一耦接元件上，其提供該驅動單元與該耦接件、尤其是一螺紋桿(13、53)的配合，
    ‧該支撐銷(7、59)上，及/或
    ‧該銷舉升裝置(10、50)之一外殼上、尤其是於該外殼的一底側上或一內壁上。
  5. 一種系統，其包括如請求項1至4中之任一項所述之銷舉升裝置(10、50)及一處理和控制單元，其中該處理和控制單元配置和設計成
    ‧獲得及/或處理該感測器單元(41-48)的狀態資訊，及
    ‧產生與該狀態資訊有關之一輸出。
  6. 如請求項5所述之系統，其中
    該處理和控制單元設計成藉著處理該狀態資訊、尤其是在視覺上或聽覺上、提供與該驅動單元(6、12)及/或該耦接件(32、58)之一當前狀態或一當前正常狀態偏差有關的輸出，尤其是其中藉著針對偵測到之狀態資訊的一實際/目標比較來產生該輸出。
  7. 如請求項5或6所述之系統，其中
    該輸出係相對於該驅動單元(6、12)及/或該耦接件(32、58)之一機械及/或結構完整性來提供，尤其是其中該輸出包含以下一者或兩者：
    ‧該銷舉升裝置(10、50)的一部件磨損增加之警告，及
    ‧該銷舉升裝置(10、50)的一部件耐用性之預測。
  8. 如請求項5至7中之任一項所述之系統，其中
    該處理和控制單元設計為基於該狀態資訊提供一頻譜。
  9. 如請求項5至8中之任一項所述之系統，其中
    該處理和控制單元設計為基於相對於一或更多個測量值頻率之狀態資訊的分析，提供相對於造成各個測量值頻率的震盪之局部化的輸出。
  10. 如請求項5至9中之任一項所述之系統，其中
    該處理和控制單元設計為基於該狀態資訊與一預定參考值之比較來提供與用該銷舉升裝置施行的製程之評估有關的信號。
  11. 如請求項5至10中之任一項所述之系統，其中
    該處理和控制單元設計為基於多次獲取該狀態資訊得出一系統狀態及/或該系統狀態中之一變化的一狀態趨勢、尤其是一長期趨勢，尤其是其中在一特定時間段期間週期性地、尤其是連續地獲取該狀態資訊，並得出一頻譜及/或一力量-位移比。
  12. 如請求項5至11中之任一項所述之系統，其中
    該處理和控制單元設計為基於當前偵測到之狀態資訊與另外和感測器單元有關的狀態資訊、尤其是該驅動單元之馬達電流、的比較，來提供該感測器單元之一校準及/或與該感測器單元無關的狀態資訊之一監控。
  13. 如請求項5至12中之任一項所述之系統，其中
    該處理和控制單元設計為藉著該感測器單元在配備有支撐銷(7、59)的該耦接件(32、58)之伸出移動進入該支撐位置期間，偵測狀態中的變化，尤其是由於該基板之接觸及/或該支撐銷(7、59)上的加速過程和尤其是將其連結至一伸出位置之力量的增加。
  14. 如請求項5至13中之任一項所述之系統，其中
    該感測器單元(41-48)以下面方式設計和配置：可將於該驅動單元(6、12)中發生的及/或從外側作用在該銷舉升裝置(10、50)上之一加速度偵測為狀態資訊。
  15. 如請求項5至14中之任一項所述之系統，其中
    該感測器單元(41-48)以下面方式設計和配置：可將藉由在以下位置之至少一者之摩擦振動所產生的一加速度偵測為狀態資訊：
    ‧在該耦接件(32、58)之至少一部分與用於該耦接件(32、58)的一導引部及/或一軸承之間，
    ‧在該耦接件(32、58)的至少一部分與該驅動單元(6、12)的至少一部分之間，及
    ‧在該驅動單元(6、12)的至少一部分與用於該驅動單元(6、12)的一導引部及/或一軸承之間。
  16. 如請求項5至15中之任一項所述之系統，其中
    該狀態資訊包含以下資訊項目之至少一者：
    ‧作用在該耦接件(32、58)及/或該支撐銷(7、59)上的力量、尤其是藉由靜置於該支撐銷(7、59)上之基板(1)的重量所產生者，
    ‧作用在該驅動單元(6、12)上的力量、尤其是作用於該驅動單元之一驅動軸桿或一馬達上，
    ‧在該耦接件(32、58)及/或該支撐銷(7、59)上產生的加速度，
    ‧於該驅動單元(6、12)產生之加速度，
    ‧該銷舉升裝置的加速度狀態或加速度中之變化。
  17. 如請求項5至16中之任一項所述之系統，其中
    ‧該處理和控制單元設計為基於該狀態資訊來產生一控制信號做為輸出，及
    ‧該驅動裝置(6、12)配置和設計來
    o獲得該控制信號，及
    o取決於該控制信號來調整在該正常位置和該支撐位置之間的該耦接件(32，58)。
  18. 如請求項17所述之系統，其中
    設定該處理和控制單元，使得可根據當前狀態資訊自動地設定該控制信號。
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