TWI395255B - 工作站間之移送室 - Google Patents

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TWI395255B
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Description

工作站間之移送室
本發明係關於一種運送基板用之機構，更詳言之，係提供一種用以將基板從一加工工作站系統移送至相鄰之加工工作站系統之移送室。
半導體之加工經常涉及多個處理步驟，例如利用化學汽相沉積法(CVD)在基板上沉積薄膜、該薄膜之光蝕刻以及加熱、冷卻及淨化。
此等加工操作可能要在專用的加工室中於真空下執行。通常，多個加工室係與基板加工機構組合形成工作站系統，並依各加工之性質，而使用半導體基板之批式加工或個別基板加工。
在批式加工中，係由一組群的加工室配置形成工作站系統。加工室則位在基板運送室周圍，並建構成可維持在經控制之氣氛下或真空下。一個以上的裝載鎖定室(load lock chamber)則經由縫閥(slit valve)而連通於運送室，並作為外界環境與加工環境間之運送站來使用。
機器人式運送系統之通常形態為機器人安裝於運送室內，並加以操作，藉以將基板從裝載鎖定室移開並運送到所選擇的加工室。在加工後，由該機器人拾取基板並運送到下一加工室，或運送到裝載鎖定室，而從運送室移開。
此種形態之系統係記載於美國專利第5882413號案，而機械人式移送機構例則揭露於美國專利第5647724號案中，該兩案已讓渡給與本申請案相同的持有人。該等專利案已整個併入本文中作為參考。
經發現，200mm直徑以下的基板可以使用組群式(cluster type)工作站系統有效地加工，但基板直徑有增加的趨勢，且在加工直徑300mm以上之基板時，組群式系統即變得過大。在某些情況中，有需要提供一種能夠在小空間軌跡(footprint of space)內並排裝設的更精簡式加工處理模組。而且，一種更適於廣泛型式的加工室及前端運送的系統模組亦有需要。此種形態之系統係揭載於共同持有之美國專利申請案第09/897292號(2001年7月2日申請)。。該系統係使用可連接於一對並排設置式處理室之裝載鎖定室的前端裝載器。該前端裝載器內可裝設一機器人，藉以將待加工基板從卡匣抽出。如美國專利第6002840號所示，該機器人可安裝在軌道上，俾從一裝載鎖定室至另一裝載鎖定室往返穿梭。
不管製造設施中所運用之系統形態為何(亦即，批式或個別加工式)(但一般係以批式加工之情況為多)，傳統上基板可在卡匣內利用諸如高架式升降運送裝置、自動引導式車輛、導軌式車輛或操作機等自動物料處理系統依製程順序由一工作站系統運送到另一工作站系統。因而，自動物料處理系統之帶寬(band width)(亦即，容量與速率)即變成影響製造設施中工作站系統處理量之因素，從而影響了整個設施的處理量。例如，為了在傳統系統中待移送之基板，乃使用特定工作站將基板置於卡匣中，然後從特殊工作站系統之前端裝載器移開，再置於相關的運送裝置以便運送到次一工作站系統。這種處理方式增加了被污染的危險且顯然相當耗費時間。
因此，可在具有限制性軌跡之區域內的遠隔位置間傳送基板或工件之高處理量運送裝置設計便有高度的需要。將基板從一位置至移送到下一位置之欲求不但包括高處理量率，且包括以預定朝向(orientation)寄存在支持面上之工件之重複性準確放置。
以下陳述之範型實施例包含本發明之特徵，該等實施例提供一種卡匣或其他自動運送系統之旁通機制(means for bypassing)，當希望在相鄰工作站系統之加工室依序加工基板時，相較於傳統系統，可藉該旁通機制提升處理量。而且，該範型實施例包含對準及度量衡上之量測功能作為旁通移送技術之一部份，以進一步增加處理量而不受軌跡限制之影響。
依據本發明之一範型實施例，係在相鄰之基板加工工作站系統間建構有橋接室，並使用閥將該橋接室連通於建構在相鄰之工作站系統前端裝載設備的埠(port)。各該前端裝置站分別採用可從前端裝載站延伸進入橋接室之機器人式移送機構。橋接室內建構有緩衝平台，以接受來自前端機器人之基板並加以保持，供相鄰之工作站系統之前端機器人拾取。
依據本發明之另一範型實施例，該橋接室建構有適當的閥，藉以開閉建構在橋接室內之輸入輸出埠。該實施例之橋接室復設有氣氛調整系統以適應相鄰工作站系統之不同操作氣氛。
以下參佐附圖更詳細地陳述上述樣態及範型實施例之其他特徵。
第1圖所示為具有設備100的製造設施FAB概略圖，該設備100中組合有本發明特徵。雖然本發明係參佐圖式所示實施例來陳述，但須知本發明可以許多不同變化形式之實施例予以具體化。而且，可以使用任何適當尺寸、形狀或類型之元件或材料。
下述之各範型實施例大體上係關於物料移送裝置。所移送之物料可能包括(但不限於)200mm或300mm之諸如矽或砷化鎵等半導體晶圓。諸如高密度互連電路HDI等半導體封裝基板、諸如光罩或標線板(reticle)等半導體製造加工成像板、諸如主動矩陣型LCD基板等大面積顯示面板。在本申請案中，「基板」一詞係意指最廣義的此類元件。
茲再參考第1圖，如上所述，製造設施FAB具有處理設備100及自動物料處理系統106、107。在第1圖中，設施FAB係為示範之目的而揭示，因為尚具有其他諸如堆料間105等站，及分類裝置或其他加工設施104。雖然在第1圖中，設備100與站104、105係配置在具大致棋盤形之隔間(bay)內，但僅作例示之用，加工設備100以及其他的站104、105可以任何所欲之形態配置。自動物料處理系統106、107係以相互連通或連結任意數目之設備100或其他站104、105之方式配置(例如在隔間之間106或隔間內107A－107D部份)，俾運送容器(在諸如Foup或SMIP或其他任何所欲形態的半導體加工)可從所希望之任何設備100或站104、105運送至其他所希望任何之設備或站。自動物料處理系統(AMHS)可為得以移送所欲之運送容器之任一種適合型式之處理系統(例如高架軌式運送器具、自動引導式車輛、地軌式運送器具)。自動物料處理系統(AMHS)可以直接與設備100之界面部相銜接(亦即，於該界面部提取/放置運送容器)。適當的AMHS系統例為布魯克自動化公司(Brooks Automatic,Inc.)之AEROTRACKT M 系統。各設備100通常包含多個工作站103。設備100之一個以上工作站103可直接與AMHS107彼此銜接，使運送容器可利用AMHS系統從工作站103進行置放或拾取。如下文所詳述，各設備亦具有連通於相鄰工作站103之移送室160。該移送室160係在兩工作站間形成AMHS系統107之旁通路。
茲參考第2圖。該圖中揭示之設備1實質上類似於第1圖中之設備100，第2圖之設備1係為範型實施例，且大體包括分別具有相似元件之一對工作站50a、50b。以下僅陳述工作站系統50a，且必須假設，除非另有指明，工作站系統50a與50b係同樣的。必需留意者為，工作站系統相同的情形並非吾人所期望的，且本發明之移送室係適於連接不同形式之工作站系統。
各工作站50a與50b可包含加工模組4。在第2圖所示之範型實施例中，各模組4係並排設置，但在變化例中，各模組可以所期望之任意排列方式配置。圖中僅例示二個模組4，但工作站間可以有更多或更少的模組。裝載鎖定部2係用以連接加工模組4與前端傳送系統或模組3。前端模組3可設有門扉開閉器15、16，使基板保持容器17、18(諸如Foup’s或SMIF’s運送器具)得以利用AMHS107引入工作站。前端模組3可組入一裝載埠或其他適當結構(未圖示)，於引入前端模組3時，卡匣17、18可安置於該埠或適當結構上。前端模組3包含機器人19，依據該機器人所服務的引入埠(docking ports)之數量，機器人19可固定於或安裝於軌道20上。此種運送型式係揭示於第4圖，且詳述於申請人共同持有之美國專利6002840號案，其揭露內容已整體包含於本申請案中。該運送機器人係以”SCARA”型機器人之型態揭示於第4圖中，但在變化例中，任意之適當機器人皆可採用。
第4圖係說明依據另一種範型實施例之工作站系統之另一前端模組3'。除非另有註明，該實施例之前端模組3'係大致類同於第1圖之前端模組3。
第4圖所示之前端模組3'通常包含機架21、安裝於軌道20之車廂22及機器人19。在該實施例中，機架21可保持多個基板卡匣26(圖中顯示5個卡匣)。前端模組3'適於在卡匣26與裝載鎖定部2間移送基板。因此，機器人19係用以將基板(依據機器人端操控器19b之組態，基板可為個別移送或一次移送多片)從卡匣26移出並插入裝載鎖定部2。當加工模組4結束基板加工時，前端模組3'即利用機器人19將基板從裝載鎖定部2退回卡匣26。一般而言，模組3、3'係在大氣壓下操作，但也可能適於其他壓力情況下操作，包括真空。無論如何，第2圖及第4圖所示之實施例之前端模組3、3'均可有經控制之環境。機架21適於以可移開方式將卡匣26支持於其上面。卡匣26係習知技術，例如為保存13片或26片半導體晶圓之卡匣。機架21係以固定方式裝設於裝載鎖定部2之前端。車廂22係以可移動方式安裝於機架21上之軌道20，並沿著通道A在位置B與C間移動或滾動。車廂驅動機構23以驅動方式將車廂22連接於機架21，並以可控制方式將車廂22沿著軌道區域20移動到不同位置。
茲再參考第3圖，前端模組3建構有用以將工作站50a之模組3連通至工作站50b之出入埠27。第2至第4圖之實施例中，位於出入口27處具有縫閥64、65或任何其他適當的門扉，俾可依需要將工作站50a、50b之模組3內之小環境從相鄰工作站或橋接室60隔離。在變化例中，出入埠27不可能是可關閉式。在機器人19之行程範圍之位置B(參考第4圖)，機器人19可伸長穿過出入口27而進入橋接室60。機器人19之伸長係用於將基板從工作站50a放入橋接室60，工作站系統50b之前端模組3內設有同樣的機器人19以伸入橋接室60並拾取運送中之基板，並放入工作站系統50b之加工循環。因此，下文所進一步陳述者為相對於自動物料處理系統107(參考第2圖)而在工作站系統50a、50b間利用橋接室60設置旁通路。
如前文所提及者，工作站系統50a、50b之前端模組3、3'係連接於加工模組4(參考第2圖)，該等加工模組4透過裝載鎖定部2可具有經控制之氣氛或真空。各裝載鎖定部2可予以隔離，且可設有分別利用縫閥9、10施以控制之加工埠6及傳送埠7。該等縫閥係由製程控制系統42操作。傳送埠7可供物料從前端模組3出入於裝載鎖定部2。在本實施例中，前端模組3內或工作站系統50a、50b之環境可相對於大氣環境以及前述之對應加工模組施加控制。故在本實施例中，前端模組3之出入部27與橋接室之間可保持開放，且未設置可關閉式門扉或閥。
如第3圖所示，工作站系統50a、50b係經由橋接室60相連接。橋接室60可圍覆在外殼61內，並建構有出入埠62、63。在本實施例中，雖然外殼61係顯示成獨立之模組，但在變化例中，橋接室60可組入任一相鄰前端模組之機架中。緩衝平台70係建構於橋接室60內，以接受來自工作站系統50a傳送至工作站50b之基板。與前端模組3之出入部27同樣地，外殼61之出入埠62、63可保持開啟狀態，或依需要由縫閥64、65控制。如有必要，橋接室60內之氣氛可藉由縫閥64、65之操作而使之隔離，且可利用氣氛控制模組66將其調整至預定之參數，例如壓力與溫度。橋接室60內之氣氛可以相若於裝載鎖定室之方式配合縫閥64、65依序調整，以符合相鄰工作站系統內之情況。橋接室60之閥操作及其他功能係由製程控制模組67執行。
第3圖所示之實施例中，橋接室60設有度量衡儀器(metrology instrumentation)68，使基板經過橋接室60時得以進行量測及測試。度量衡儀器可包括任何能對保持在橋接室內之基板之所欲特性進行檢測的適當感測器、檢測器或計量器。再者，橋接室60內亦可組入對準控制器69，用以對要進一步加工或測量之基板進行位置對準。對準裝置可包括對準感測器(未圖示)及保持及定位基板用之轉動式夾盤。傳統上這兩種功能包含在對準或量測站的不同操作，而需要額外的運送作業。在範型實施例中，當使用工作站系統間運送基板用之由橋接室60所形成之旁通路時，此等功能可以有效方式執行。工作站系統可為加工室、裝載鎖定部與前端裝載器之單純組裝，其中，前端裝載器係為依賴裝載鎖定部或該總成之其他元件之運送機構的被動式裝置(passive device)。在變化例中，橋接室內可建構適當的機器人機構，以進入前端裝載器或建構於工作站系統內之出入口，並拾取基板送入橋接室內，俾運送至相鄰之工作站系統。在未有其他運送機構可供利用之處，或工作站系統之可利用運送機構不需使用時，可使用橋接室之機器人。
依據其他範型實施例，於第5圖中概略揭示有設備210a，該設備大體包括藉橋接室260相連接之一對相鄰之批式加工工作站系統250a、250b。各批式加工工作站系統大體包括基板處理部211與基板裝載部213(裝載部可類同於前述之前端模組3)，處理部211大體包括安裝於運送室215內之機械臂運送機構212。基板加工模組214係連接於運送室215，裝載鎖定部216亦如此。處理部211可為諸如材料沉積、蝕刻、電鍍(bathing)等若干基板處理部之任一個，亦可為若干處理部之組合。附裝於裝載鎖定部216之前端者為前端裝載部213。
如第5圖所示，工作站系統250a與250b係藉形成為橋接室260之旁通路相連接。該橋接室260實質上係類同於參佐第3圖陳述於前文之橋接室260。如第5圖所示，工作站系統係以可供運送機械臂212伸入橋接室260內將經處理部211加工之基板放下的方式經由運送室217之出入埠相連接。須注意者為，橋接室260亦可使用如第4圖所示之前端裝載機構經由前端裝載部213連通。如有需要，可在移送期間使用縫閥264、265之製程控制模組267配合氣氛控制模組266經由操作而達成空氣的適當循環。
第6圖之概略方塊圖係說明橋接室系統之整個操作。如圖所示，基板係沿著路徑D從工作站系統50a之前端模組3移動進入橋接室60，再到達工作站系統50b之前端裝載部3，而通過整個系統。此種移動之功能性步驟係依工作站系統之相對氣氛條件而定，但可包括如第2圖所示之縫閥64、65之適當交替開閉，俾於基板由一工作站系統傳送至另一工作站系統時，與裝載鎖定部操作同樣地，藉以平衡橋接室60之氣氛。橋接室60之直接功能係藉製程控制模組67來執行。在執行此等功能時，係經由工作站系統之製程控制器42而與各工作站系統之操作相協調。
在實施例中，如第5圖所示，由於運送室217通常係以真空狀態連續地操作，故氣氛可獲致平衡。此可由使用縫閥264、265在氣氛控制模組266與製程控制模組267之控制下來達成。在變化例中，基板暫停於橋接室260內時，可施以對準、準確對齊定位並加以量測。橋接室260之直接功能係藉製程控制模組267來執行。在此等功能進行時，經由工作站系統之製程控制器242而與各工作站系統之操作相協調。
特別是在第5圖之實施例中，旁通路之特徵變得很容易瞭解。橋接室260提供了基板可藉以從加工系統211a之運送室215直接移送至加工系統211b之運送室215，同時經由裝載鎖定部216與前端裝載部213從正常操作路徑旁通之機制，而將先前技藝之移送製程之重要部份予以分路(Shunting)。
以此方式，即可使用簡單的運送機構提供一種便於在相鄰工作站間運送基板，同時又可以有效方式執行諸如對準及量測等中間工作之機制。
須知者為，上文所述僅為本發明之例示性陳述。熟習此項技藝者仍可據以進行各種變形及修飾，而不違離本發明之技術思想。因此，本發明應包含附後申請專利範圍內所有之此類變形、修飾及改變。
1、100、210a．．．設備
2、216．．．裝載鎖定部
3、3'．．．前端模組(前端傳送系統)
4、214．．．加工模組
6．．．加工埠
7．．．傳送埠
9、10、64、65．．．閥
15、16．．．門扉開閉器
17、18、26．．．卡匣(基板保持容器)
19．．．機器人
19b．．．機器人操控器
20．．．軌道(區域)
21．．．機架
22．．．車廂
23．．．車廂驅動機構
27、62、63．．．出入埠
42、242．．．製程控制器(系統)
50a、50b、250a、250b．．．工作站(系統)
60、260．．．橋接室
61．．．外殼
66、266．．．氣氛控制模組
67、267．．．製程控制模組
68．．．測量儀器
69．．．對準控制器
70．．．緩衝平台
103．．．工作站
104．．．加工設施(站)
105．．．堆料間(站)
106、107．．．自動物料處理系統
107A－17D．．．自動物料處理系統之隔間內部份
160．．．移送室
211、211a、211b．．．基板處理部(基板加工系統)
212．．．機械臂運送機構
213．．．基板(前端)裝載部
215、217．．．運送室
FAB．．．製造設施
A．．．通道
B、C．．．位置
D．．．路徑
第1圖為組合有本發明特徵之具有工作站系統及連接各工作站系統之自動物料處理系統106之製造設施的示意透視圖。
第2圖為具有並排加工室之一對相鄰工作站系統之示意說明圖，該相鄰工作室係藉由依據本發明之橋接室相連接。
第3圖為依據本發明之橋接室組態之透視圖。
第4圖為適於依據本發明使用之前端裝載部之示意說明圖。
第5圖具有批式加工室且藉由依據本發明變化例之橋接室連接之一對相鄰工作站系統之示意說明圖。
第6圖為本發明運送系統之概略方塊圖。
211a、211b．．．基板處理部(基板加工系統)
260．．．橋接室
264、265．．．縫閥
266．．．氣氛控制模組
267．．．製程控制模組

Claims (11)

  1. 一種半導體製造設施，具備利用主要基板處理系統相連接之至少一第一工作站系統及一第二工作站系統，其改良特徵包括：該第一及第二工作站系統係藉第二運送系統連接，該第二運送系統則包括與至少第一及第二工作站系統相連通之橋接室，該橋接室以可供至少一基板容置並通過的方式構成，其中，該主要基板處理系統形成一第一運送路徑以移動基板於該第一工作站及該第二工作站之間，且該橋接室係連接於上述主要基板處理系統並形成該主基板處理系統之旁通路運送路徑，該旁通路運送路徑係組態以於該第一運送路徑為不可用下運送基板。
  2. 如申請專利範圍第1項之半導體製造設施，其中，復包括：第一運送機構，建構於第一工作站系統中，藉以在該第一工作站系統內運送至少一基板；及第二運送機構，建構於第二工作站系統中，藉以在該第二工作站系統內運送至少一基板，其中，上述第一運送機構適於從第一工作站系統移送至少一基板至橋接室，第二運送機構適於從橋接室移送至少一基板進入第二工作站系統。
  3. 如申請專利範圍第1項之半導體製造設施，其中，上述橋接室復包括度量衡儀器，藉以量測該橋接室內之至少一基板之特性。
  4. 如申請專利範圍第1項之半導體製造設施，其中，上述橋接室復包括對準裝置，藉以將至少一基板對正於預定位置。
  5. 如申請專利範圍第1項之半導體製造設施，其中，上述橋接室復包括複數個閥，藉以依預定循環操作而開閉用以連接橋接室與第一、第二工作站系統之收發埠(receiving and dispensing port)，俾隔離該橋接室內之氣氛。
  6. 如申請專利範圍第1項之半導體製造設施，其中，上述橋接室復包括氣氛控制系統，用以控制橋接室之氣氛，俾在第一與第二工作站系統間形成移送鎖定。
  7. 如申請專利範圍第2項之半導體製造設施，其中，上述第一運送機構係形成第一工作站系統之前端裝載系統之一部份。
  8. 如申請專利範圍第2項之半導體製造設施，其中，上述第二運送機構係形成第二工作站系統之前端裝載系統之一部份。
  9. 如申請專利範圍第2項之半導體製造設施，其中，上述第一工作站系統係為批式加工系統，該加工系統具有與共用運送室連通之多個加工室，且其中之第一運送機構包括設於該共用運送室內之運送機器人。
  10. 如申請專利範圍第2項之半導體製造設施，其中，上述第二工作站系統係為批式加工系統，該加工系統具有與共用運送室連通之多個加工室，且其中之第二運送機構包括設於該共用運送室內之運送機器人。
  11. 如申請專利範圍第1項之半導體製造設施，其中，至少上述第一與第二工作站系統皆為批式加工系統，各加工系統皆具有與共用運送室連通之多個加工室，且其中該橋接室具有收受埠連接於建構在第一工作站系統之運送室內之輸出埠，且具有發送埠連接於建構在第二工作站系統之運送室內之輸入埠。
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