TW555676B - Wafer handling system and apparatus - Google Patents

Description

555676 經濟部智慧財產局員工消費合泎社印製 A7 五、發明說明（9 發明背景 1. 發明範圍 本發明一般係關於半導體元件裝配，且更特定地關於 一用來移動物體穿過一壓敏系統的物體搬運系統和裝置。 2. 相關技藝 用來處理半導體晶圓進入電子元件的專門晶圓操作系 統是已知的。因為地板空間在一半導體製造清潔室和設備 區域中通常是缺乏地且耗成本的，所以高度的意欲有一佔 用最小地板空間的晶圓處理系統。一種解決辦法為具有一 垂直定位的晶圓處理系統，其具有垂直安裝的模組或室， 因為這樣的一種系統可以在一小的連接區域中操作。 垂直疋位晶圓處理系統一般係使用一自動裝置以自 動地在垂直地連結模組間移動晶圓。大部分這種型式的系 統，此自動裝置安裝在一位於一傳送室内似柱形的驅動構 件頂上。此似柱形的驅動構件在傳遞室内外移動而在此處 理系統内以一垂直方向移動此自動裝置。在此例中，此自 動裝置和似柱形之驅動構件的移動可以和一活塞的移動相 比。不幸地，當此似柱形之驅動構件操作的空間（例如容量） 增加’此空間正藉此自動裝置被耦合，則此自動裝置升起， 且當減少時，此自動裝置降低。此耦合容量之變動會導致 壓力的改變發生在此處理系統中。 壓力的改變在此處理系統中不是所欲的，因此一些處 理秘訣被充分的運用以工作在一特定的壓力（和/或溫度） 中。壓力的改變也會產生污染物控制問題，由於一壓力的 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

4 A7 Β7 、發明說明（

IF 經濟部智慧財產局員工消t合作社印製 不。衡可▲會導致污染物更容易地進人此處理系統。 、為了這些理由，什麼是在一處理系統中用來搬運和輸 送-物體之-系統和裝置所需要的，和在此處理系統内什 麼不會不利地影響此壓力環境。 簡述 根據本發明，一搬運系統和裝置可運作在一具有一使 氣壓保持正常環境的處理系統，沒有不利地影響或導致壓 力改變。在本發明的一例中，此搬運系統和裝置可被使用 在一半導體處理系統中，其具有垂直安裝的數個模組（亦 即，垂直整合的室），此等模組可包括反應器、裝載鎖和冷 部站’因為這些處理系統會需要大體上垂直移動的搬運系 統。 更詳細地描述如下，本發明的此搬運系統包括一可操 作地耦合至一自動裝置元件的搬運機構，此元件被安裝至 一驅動構件。此驅動構件在其運作時，可滑動地固定在一 室之一頂部和一底部的相對端。在此配置中，此搬運機構、 此自動裝置元件和此驅動構件於--般地運作過程中完全 地被封蘭在此室内。在一例子中，此垂直移動使得此搬運 機構通過垂直安裝的反應器、裝載鎖、冷卻站和此半導體 處理系統的其他模組。一旦此自動裝置元件到達一所欲的 垂直位置時，此搬運機構可延伸在水平的平板上以抓取或 拾起一物體，然後可旋轉以移動物體至另一位置。 因此，此搬運系統一致地占用一在此室内之預定的空 間容積。至此，當此搬運系統升起、降低、伸展或旋轉以 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -·裝 訂--- ;線· -ϋ I ϋ ϋ n 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210x297公釐） 555676 A7

五、發明說明（3 輸送一物體時，被搬運系統占用的空間容積仍然相同。因 此，為了一發生在此處理系統内之已給予的壓敏運作，本 發明搬運系統的移動大體上產生少許的或沒有產生壓力的 改變4變動。 本發明提供一具有許多優點之簡易的樣式，特別地對 於半導體晶圓處理系統。例如，因為在此處理系統中被搬 運系統占用之空間容積是相同的，所以藉由此搬運元件之 移動所產生的壓力變動被減少或排除。壓力變動的減少或 排除對此處理運作產生較少的妨害。本發明的構形也降低 粒子移居進入此處理系統的機會，其會產生晶圓處理運作 的污染物。至此，不同的壓敏晶圓處理秘訣可更準確地且 更均一地被應用至晶圓。 一旦閱讀接下來的描述連同伴隨的圖式後，本發明的 其他目的、特徵和優點將對熟知此技者變得顯而易見。 圖式簡要說明 第1A和1B圖分別顯示根據本發明之一晶圓處理系統 的側視圖和頂視圖； 第2圖為一根據本發明之一晶圓搬運系統的簡化圖式； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------τ---.----裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 第3 A和3B圖簡單地例示根據本發明的另一具體實施 例； 第4A-4F圖簡單地例示如第！ a圖所示之此晶圓處理系 統的側視圖，其例示一晶圓使用第2圖之晶圓搬運系統從一 在一裝載鎖上之拖架移動至一反應器。 本發明的娣細說明 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） 6 555676

經濟部智慧財產局員工消費合泎社印製 雖然本發明的系統和裝置可能被用來作為任何壓敏系 統的部分，但如下所述的具體實施例一般係揭露一半導體 處理系統。應該要了解的是這些具體實施例是作為模範的 且它們的揭露不是用來藉此限制本發明。 第1A和1B圖分別地顯示一晶圓處理系統1〇〇的一側視 圖和一頂視圖，其對本發明的使用提供一代表性的環境。 此種型式之系統的一處理系統100完全地揭露和描述在一 般已知的美國專利申請案第09/451，677號，其於^妁年^ 月30日提申並對於所有的提議於此併入作為參考。系統ι〇〇 包括一裝載站10、一裝載鎖12、一輸送室20、一自動裝置 2卜反應器30和40及一冷卻站60。裝載站1〇有平台11a，ub 和11C ’其等用來支標和移動晶圓托架，例如一晶圓托架 13，向上進入裝載鎖π。雖然於此具體實施例使用三個平 台’但本發明並沒有受限於此。也可使用兩個平台以便可 附加平台而增加通過量。托架13是一可移動的晶圓托架， 其每一次可攜帶最高至25個晶圓。也可使用其它型式的晶 圓托架’包括固定的晶圓托架。晶圓托架自動地或藉由使 用自動導引載體（AGV)被裝載在平台iiA，11B和llc上。 奚使用在平台11A上的托架13作為於一範例以於此例 示一晶圓托架進入裝載鎖12的移動時，這些相同的例示適 用使用平台11B和11C之其他晶圓托架的移動。此外，因為 平σ 11A，11B和11C在結構上和功能上是相同的，所以任何 關於平台11A的也適用平台11B和11C。 平台11A，11B和11C進入位置2的旋轉移動縮小由裝載 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

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五、發明說明（$ 經濟部智慧財產局員工消費合作社印裂 站10耦合的地板空間。裝載站10只耦合足夠的區域以容納 使用的平台數量，例如3個。 關於第1A圖，在此具體實施例中，反應器3〇和4〇為快 速的熱處理（RTP)反應器。然而，本發明並不受限於特定的 反應器型式且可能使用任何半導體處理反應器，例如這些 使用於物理蒸氣沉積、蝕刻、化學蒸氣沉積和用灰拋光。 反應器30和40可能也是揭露於一般已知的美國專利申請案 第09/451，494號，其於1999年11月30曰提申，名 稱”Resitively Heated Single Wafer Furnace”的此種型式， 其全部於此併入作為參考。反應器3〇和4〇被垂直地安裳以 節省地板空間。處理氣體、冷卻劑和電氣連接將使用連接 體33被設置穿過反應器30和40的後端。 一泵50，顯示在第1A圖，被設置用來使用在處理必要 的真空。在此例中反應器30和40的組合容積少於裝載鎖 12、冷卻站60和輸送室20的組合容積，一單一泵5〇可能被 用來抽空系統100(亦即裝載鎖12、冷卻站60、輸送室20、 反應器30和反應器40的組合容積）的全部容積而變成真 空。此外，附加的泵，例如泵50，可能需要分別地抽空反 應器3 0和4 0。 在晶圓22以一已知的方式被處理於反應器3〇(或4〇)内 側後，閘閥31打開以讓自動裝置2丨移動晶圓22進入冷卻站 60(第1A圖）。因為最新被處理的晶圓可能有2〇〇度以上的溫 度且可能熔化或傷害--般地晶圓托架，所以冷卻站60被 設置用來在放置它們回去進入在裝載鎖12上之晶圓托架 I I I I I J.I—·—,— I I · · I I (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ·- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（21〇 297公釐） 555676

經濟部智絲‘)时產局員工消費合ft吐印製 前，冷卻此等晶圓。在此具體實施例中，冷卻站60垂直地 女裝在裝載站12上以縮小由系統1 〇〇輕合的地板空間區 域。冷卻站60包括架子61，其可能為液體冷卻，以同時支 撐數個晶圓。雖然兩個架子顯示在第丨八圖，當然，也可使 用不同數量的架子，如果適合的話，以增加通過量。 其後，曰曰圓2 2從冷卻站6 0被拾起且使用自動裝置12重 新放置至其在托架13上原本的槽。平台UA從裝載鎖12下 降且旋轉離開位置以讓其他平台去移動下一個晶圓托架進 入裝載鎖12。 第2圖顯不輸送室20的一具體實施例，其包括晶圓搬運 系統80、一另一自動裝置21(第丨八圖）。下面將描述的更詳 細，晶圓搬運裝置80被放置在晶圓輸送室2〇以從一晶圓托 架傳送晶圓22至一反應器或其他處理室。晶圓搬運系統8〇 包括一晶圓搬運機構82和一驅動構件84。晶圓搬運機構82 可包括一自動裝置旋臂86，其可操作地耦合至一線性移動 致動器88。一般地，在一自動裝置旋臂86的端點為一用來 拾起和/或抓取晶圓22的端操作裝置90。 在一具體實施例中，配置驅動構件84，以便於驅動構 件84的相對端被固持為與輸送室2〇為一滑動的關係。有利 地’安裝驅動構件84為的是與輸送室2〇之頂部和底部相對 端為滑動的配置，其係為了減少或消除一般被用來避免擺 動且增加穩定性之附加直線導路的需要。由於驅動構件84 被支撐在兩端’驅動構件84可相對地製造為較窄小的但仍 維持其剛性。對於驅動構件84的真實說明藉由真實的申請

k紙張尺度適用中國•標準（CNb)A4規格咖χ 297公爱 裝--------訂---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁)

-I I 555676 A7 B7 五、發明說明（、 案而確定（亦即，處理室和搬運機構的大小）。例如，在一 具體實施例中，驅動構件84可能有一位於大約1〇mm* 50mm間的直徑；較佳地為20mm。因此，驅動構件84可以 由任何高堅固結構的材料製成，例如鋼、鋁和類似物。 在一具體實施例中，驅動構件84為一圓滑的圓柱形 軸，其可以方向z被線性地驅動穿過軸承91以移動驅動構 件84向上和向下。在此具體實施例中，驅動構件科的一頂 部被安裝穿過輸送室20的頂端並穿過一滾子軸承％和一密 封裝置95的組合（集體地稱為可密封的軸承92)或相同功能 的軸承/密封組合，其提供以方向2圓滑的線性移動和以方 向Θ圓滑的旋轉。驅動構件84的一底部相同地使用滾子軸承 92安裝穿過輸送室20的底端。軸承92為已知技藝且軸承的 功月b為熟知習知技藝者所熟知的。藉由驅動構件的移 動，密封裝置95確保輸送室2〇和/或系統1〇〇的内部環境是 不受影響的。密封裝置95可以是任何型式，其不會延伸且 與正從那移動穿過的一移動部分一起壓縮。例如，密封裝 置95可以是〇形-環、唇形_密封或t形密封，像這種型式的 铊封可從加州，Sylmar的 Sierracin Corporation獲得。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -------.-------裝--- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) .^ 如第3A圖所示，一方向2(亦即垂直移動）馬達/控制器 94(其後稱為驅動馬達），可被用來使得驅動構件以z和㊀ 方向移動。驅動馬達94可以是任何型式的驅動馬達，像這 樣的馬達可從日本，|711]<：11〇]^的Yaskawa別⑶忭。獲得。在此 八組貫％例中’驅動馬達料可能機械式地搞合至一導螺桿 或經由一皮帶的蝸桿驅動96或同樣傳統地動力傳輸裝置。

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555676 A7 ----- -B7___ 五、發明說明（$ 一軸環97可操作地耦合至導螺桿96且附加至一相對應的軸 環98，其固定地附加驅動構件84。當導螺桿96旋轉，軸環 97在導螺桿96上移動向上（或向下），致使軸環98移動驅動 構件84向上（或向下）。在此方式中，搬運機構82可能上升/ • 下降如所欲般的多，為於一大約250mm的範圍間或更多； • 較佳地為大約3 50mm。 任意地，如第3B圖所示，驅動構件84a可能是一刻有 螺紋的構件，其可操作為蝸桿驅動或導螺桿驅動。在此具 體實施例中，驅動馬達94a可能經由一皮帶系統、一齒輪系 統或同樣傳統地動力傳輸裝置機械式地直接耦合至刻有螺 紋的驅動構件84a。一軸環98a可操作地耗合至搬運機構 82，以致於當驅動構件84a旋轉0，軸環9心移動向上（或向 下），致使搬運系統82以Z方向移動向上（或向下）。 搬運機構水平方向的移動藉由伸展自動裝置旋臂86與 附加至此的端操作裝置90而完成。用來拾起和放置晶圓22 的端操作裝置90可由任何熱阻材料製成，例如石英。端操 作裝置和自動裝置旋臂為習知技藝且它們的功能為熟知此 技藝者所熟知的。 自動裝置旋臂86和端操作裝置90可操作地耦合至一線 性移動致動器88。例如，自動裝置旋臂86和端操作裝置9〇 沿著一直線的伸展和收縮可藉由使用一傳統皮帶和可操作 地耦合至一線性馬達之滑輪配置而完成。在一具體實施例 中，此全部的搬運機構82可使用一旋轉馬達相對於驅動構 件84旋轉Θ。此旋轉和線性馬達可從Yaskawa Electdc獲得。 k紙張尺变適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ^--------^---------線 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 11 555676 A7 B7 五、發明說明（、 第4A至第4F圖顯示系統600的側視圖，此系統例示晶 圓22從在裝載鎖12内側之托架13至一反應器3〇(或4〇)的移 動。一旦托架13在裝載鎖12的内側，在輸送室2〇内的搬運 系統80旋轉且朝裝載鎖12下降（第4A圖）。搬運機構82伸展 自動裝置旋臂86和端操作裝置90以從晶圓托架13拾起晶圓 22(第4B圖）。然後自動裝置旋臂86收縮且朝反應器3〇旋轉 (第4C和第4D圖）。驅動馬達94使得驅動構件84升高，其依 序使晶圓搬運機構82放置晶圓與反應器30在同一線上（第 4E圖）。然後自動裝置旋臂86伸展以使得端操作裝置9〇放晶 圓22進入反應器30内（第4F圖）。然後自動裝置旋臂86收縮 且接著地，晶圓22的處理開始。 如上所述之本發明系用於例示的目的且不容易受限 制。本發明定義於下述的專利範圍中。 元件標號對照表 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印制^ 10 裝載站 11A，11B，11C 平台 12 裝載鎖 13 晶圓托架 20 輸送室 21 自動裝置 22 晶圓 30 反應器 31 閘閥 33 連接體 40 反應器 50 泵 60 冷卻站 61 架子 本紙張尺/艾適用中國國家標準（cns)a4規格（210 x 297公釐） 12 555676 A7 _B7 五、發明說明（汐 80 晶圓搬運系統 82 晶圓搬運機構 84 驅動構件 86 自動裝置旋臂 88 線性移動致動器 90 端操作裝置 91 軸承 92 滾子軸承 94 驅動馬達 95 密封裝置 96 導螺桿 97 軸環 98 軸環 100 晶圓處理系統 -------------裝! (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 丨線- 經濟部智慧財產局員工消f合作社印製 木紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 13

Claims (1)

1. 555676

   第91106908號專利申請案申請專利範圍修正本92年5月7曰 I 一種晶圓搬運系統，其包括： 一限定一内部容量的殼體；和 一占有該内部容量之一預定部分的搬運機構，該 搬運機構可移動在該殼體内，以將一半導體晶圓自一 晶圓攜載器負載至一處理室内，使得被該搬運機構占 有之該内部容量的預定部分仍維持一定。 2·如申請專利範圍第1項之晶圓搬運系統，其中該殼體 包括一晶圓輸送室。 3·如申請專利範圍第1項之晶圓搬運系統，其中該搬運機 構為包括能夠伸展、收縮和垂直移動的自動裝置。 4·如申請專利範圍第1項之晶圓搬運系統，其中該殼體包 括一晶圓輸送室，其為一晶圓處理系統的一元件，該 晶圓處理系統另包括一第一反應器、一冷卻站和一裝 載鎖。 5·如申請專利範圍第4項之晶圓搬運系統，另包括一第二 反應器’其根據該第一反應器被垂直地安裝。 6 ·如申睛專利範圍第1項之晶圓搬運系統，其中該搬運機 構包括一可操作地安裝至一構件的自動裝置，該構件 可移動地安裝在一位於該殼體上之第一位置和第二 位置。 如申請專利範圍第1項之晶圓搬運系統，其中該殼體位 於一壓力下，當該搬運機構移動在該殼體内時，該壓 力維持相同。

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   申請專利範圍 8· —種用於一晶圓處理系統的晶圓輸送裝置，該輸送装 置包括： 一自動裝置旋臂； 一自動裝置主體；和 一可移動地銜接在第一室之一頂端和一底端的 驅動構件，該自動裝置旋臂和該自動裝置主體可沿著 该驅動構件移動， 該自動裝置旋臂被構形為移動一半導體晶圓至 一處理室， 該室包括一可操作地耦合至該處理室之一晶圓 輸送室的配置，該每一室係彼此相通，以限定一第一 容量，該自動裝置旋臂、該自動裝置主體和該驅動構 件占有-第二容量，其中在該自動裝置旋臂、該自動 裝置主體和該驅動構件移動的過程中，該第一容量和 該第二容量間的比率仍維持一定。 9·如申請專利範圍第8項之裝置，其中該每一室位於一壓 力下，且在該自動裝置旋臂、該自動裝置主趙和該驅 動構件移動的過程中，該壓力維持一定。 W如申請專利範圍第8項之裝置，其中該自動裝置旋臂能 夠伸展、旋轉和垂直地升起。 11.如申請專利範“8項之襄置，其中該驅動構件是可旋 轉的。