TWI453854B - 基板無粒子處理裝置 - Google Patents

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Description

基板無粒子處理裝置
本發明關於根據在無塵室條件下於微環境內微技術的基板無粒子處理裝置,特別是用以在半導體工業中處理矽晶片的裝置。
由於在早先90年代時用於處理200mm晶片之SMIF技術(標準機械介面)的應用是矽晶片,在半導體的製造中,不再以人工而是以機器人處理。因此每個製造機器分別配備有所謂的工廠介面EFEM(設備前端模組),其被安排用以在該機器處打開其中具有晶片的傳輸匣-「用於200mm的SMIF容器」以及「FOUPS(前開口式通用容器)」、提取出該晶片以及在該製造機器中定位它。
因此EFEM構成了最高潔淨標準像是每個製造機器的基礎。在200mm技術的例子中,EFEM的設計對於機器製造商是自由選擇的,只有SMIF埠,這是該卡匣的開口機構(SMIF裝載機),是被該機構SEMI(semi.org)所定義,並為全球標準化的。所使用的機器人以及在SMIF裝載機以及機器入口之間送交區域中的無塵室工程設計的構想不足,且不符合各自半導體技術的必要潔淨標準。
用以測量的程序以及關於這種小EFEM無塵室(所謂的微環境)潔淨的接受是從SEMI以1995年以及1996年的標準「SEMI E44」而編纂,以幫助機器的製造商定義這種系統的潔淨。
基於在該SMIF技術中的經驗,該機構SEMATECH (permatech.org)在1999年3月以300mm晶片為開始而已公開了用於EFEM"s的設計(#99033693A-ENG,「Integrated minienvironment Design Best Practices」)。
在微環境內之處理機器人的建造法不在此文獻中規範。典型地該機器人也稱為處理機。這些是以在這種微環境中所使用之四個自由度處理矽晶片的建造法(線性x-、y-、z-軸以及繞著該z-軸的旋轉移動,這是Φ-方向)。因為所使用區域的緣故,最新的機器人以多個旋轉軸使用。
典型地,該機器人被提供以軸承或滑座軸承。在該微環境底部的長線性移動(典型地稱為y軸)主要在傳統捲軸或球環軸承上通過,且在最好的例子中,該長線性移動藉由驅動帶、轉向器或線性馬達驅動。
如果必要的話,這種系統的能量供應器以及訊號纜線與真空管必須通過拖鏈各自的能量纜線拖鏈而藉由纜線承載。
所有的這些機械元件因為無可避免的摩擦力而產生粒子。在實際的系統中,試圖通過空氣的垂直移動以及排空與封裝而使所產生的粒子不接近關鍵的晶片表面。由於在移動系統處移動氣流的紊流以及「混亂的」作用,這種方法的有效性一般上是被限制的。即,一部分所產生的粒子總是以統計的觀點而到達該晶片的表面。
具有先進的結構小型化以及該矽晶片上功能複雜性的增強,以及具有藉由450mm直徑的次大晶片,考慮到潔淨的需求將絕對更強。SEMATECH在ITRS(國際半導體技術藍圖)中建議了ISP等級的(ISO標準#14644)空氣品質的精確內容。
JP 04264749揭露了一種運輸機器人,在該運輸機器人處,該晶 片藉由磁力經由通道而在滑動架中運輸,藉以該滑動架在該通道中懸空或在由磁力支撐的處理裝置之下懸空。該晶片運輸至數個運輸道路內的運輸是由運輸機器人處理。用於晶片的類似運輸系統描述於EP 0 626 724 B1中。
US 6 045 319 B以及EP 0 246 098 B1也揭露用於滑動架懸空運輸的磁性運輸系統,其可運送數個物件。
在這種運輸系統中對於晶片的處理使用了用於晶片處理的處理機,其實現了該晶片在x-、y-、z-以及Φ方向的運輸。
在JP 04267355 A中揭露了一種晶片運輸機器人,其可在真空室中藉由機器人運輸晶片,該機器人藉由位在該真空室外的磁鐵驅動。
在US 5 288 199中描述了一種固定位置的晶片處理機,其被提供以磁性驅動器而用於線性移動。為了那個目的,該工作手臂在一端被提供以叉子,其藉由電磁體而以軸向移動。該晶片處理機的樞軸軸承以傳統實行。
本發明的目的是提供用於微技術的基板無粒子處理裝置,該處理裝置無摩擦力以及無粒子地作用。
根據本發明的裝置以數個自由度來設計,藉以磁性以及無接觸地至少運送及/或引導該x-、y-、z-以及Φ-方向,藉以每個軸的承載以及驅動被電磁性無接觸地達成,且用以承載以及驅動之能量的傳送被無接觸地達成,以及至少一主動元件以及至少一被動元件被設計。
該磁鐵軸承被設計成電磁性的、電動力學的或永久的磁性軸承,藉此藉由感應或變壓器而轉送該能量。
每個軸被提供以位置感測器,該位置感測器將感測器資料無接觸地轉送,藉此該感測器資料以無線轉送。
該啟動元件被大致上地固定,以及運輸單元被啟動元件無接觸地移動,藉此該啟動元件與該運輸單元一起運送。
可移動主動單元被引導掛在該固定直立被動元件上的磁性軸承上,藉此配置在該主動元件處驅動馬達通過耦合單元而與能量供應器連接,以及在該主動元件處配置了具有處理機的升降-旋轉單元。
該升降-旋轉單元被提供有外管,該外管被固定直立在該主動元件上,在一或更多的高度內是至少三個磁鐵軸承,該至少三個磁鐵軸承有規律地配置在該內表面上,以無接觸地、並在兩端位置之間以垂直方向引導內管。
在該內管內配置了中央升降馬達,該中央升降馬達功能性地與固定直立在該內管內的棒子連接。
在該內管內配置了電磁性旋轉驅動器,也用以產生與該固定直立棒逆向之該內管的可控制旋轉。
在該處理機處配置了電磁性可移動叉以支撐矽晶片。
根據本發明包含無摩擦力,、數個元件的機械軸承以及傳輸至該數個元件的能量與訊號傳輸。
1‧‧‧運輸容器
2‧‧‧被動元件
3‧‧‧主動元件
4‧‧‧磁性軸承
5‧‧‧磁性軸承
6‧‧‧電磁性耦合裝置
7‧‧‧驅動馬達
8‧‧‧永久磁鐵
9‧‧‧線圈
10‧‧‧升降單元
11‧‧‧外管
12‧‧‧磁性軸承
13‧‧‧內管
14‧‧‧升降馬達
15‧‧‧線圈排列
16‧‧‧可磁化棒
17‧‧‧旋轉驅動器
18‧‧‧游離端
19‧‧‧處理機
20‧‧‧叉
21‧‧‧矽晶片
22‧‧‧磁性軸承
23‧‧‧電磁性驅動器
本發明將在下文中的範例中描述。分別的圖示描繪在第1圖:根據本發明具有固定被動元件之用於基板無粒子處理的裝置,以橫切該驅動方向的剖面描繪,該主動元件在該被動元件內被移動,藉以將被運輸之具有該矽晶片的貨物位上該主動元件上; 第2圖:根據第1圖之該裝置的剖面示意圖,該主動元件經由該被動元件而被移動;第3圖:根據本發明具有直立主動元件之用於基板無粒子處理的裝置,以具有被移動之被動元件橫切該驅動方向的剖面描繪,將被運輸之具有該矽晶片的貨物位上該被動元件上;第4圖:根據第3圖之該裝置的示意圖,驅動通過主動元件的該被動元件以間隔配置;第5a-5c圖:在數個位置中在通過主動元件運轉期間的該被動元件;第6圖:根據本發明電磁性線性軸承的剖面圖,以及在主動元件內驅動被動元件;第7圖:根據本發明電磁性升降-旋轉軸承的剖面圖;第8圖:根據本發明之第7圖電磁性升降-旋轉軸承的剖面側面圖;第9圖:線性軸承以及旋轉軸承的示意性剖面描繪圖9,該旋轉軸承在下面位置具有矽晶片的附接處理機,並具有被移出的處理機;第10圖:根據第9圖的該裝置,在上面位置具有移進的處理機;第11圖:根據第10圖之該處理機的細節,具有磁性軸承以及電磁性驅動器;第12圖:在移出位置中之根據第11圖的該處理機;第13圖:根據第12圖視野A的該處理機剖面圖;以及第14圖:根據第12圖的該處理機之視野B。
第1圖描繪了一種基板(未示出)或其他貨物的無粒子處理裝置,該基板或其他貨物在根據本發明的容器1中運輸,其顯示了橫切驅 動方向的剖面圖。該裝置由固定被動元件2、延著計劃軌道而可被內部磁性移動的主動元件3所構成。由於該主動元件被移動,其需要提供它用於磁性軸承4、5的能量,該磁性軸承4、5使在該被動元件之下的該主動元件保持飄浮。該能量供給藉由電磁性耦合裝置6來實現,該電磁性耦合裝置6也提供能量給該驅動馬達7,該驅動馬達7被設計成線性感應馬達。該被動元件2只被提供了永久磁鐵8。
第2圖顯示了延著該被動元件2驅動期間的該主動元件3。
在第3圖中顯示了具有移動被動元件2的固定主動元件2。用以被運輸之具有該矽晶片的貨物位在該運輸容器1中,該運輸容器1同時是該被動元件3。為了在此具體實施例中實現該被動元件2的驅動,有一些主動元件3延著該計劃的軌道而彼此間隔地配置。第4圖描繪了經由一些主動元件3在驅動期間的被動元件2。
為了保證該被動元件2的安全引導,要確保其在該驅動期間將永遠被至少兩個維持暫擱(第5a-第5c圖)。
第6圖顯示了根據本發明具有主動元件3之電磁性線性軸承的細節剖面圖,該主動元件3被支撐在被動元件2中。
對於至該主動元件的能量轉送,在電磁性耦合裝置6上配置了在該被動元件3處與固定線圈9面對面的該主動元件3,該被動元件3用以做為傳輸天線。另外兩個橫向固定磁性軸承4、5被配置,該橫向固定磁性軸承4、5將該主動元件3平衡地且暫時擱置地支撐在該被動元件2上。
該主動元件3的驅動通過配置於其上的驅動馬達7而實現,該驅動馬達7被設計成線性馬達。
此外該主動元件3被提供了升降-旋轉單元10。
第7、8圖描繪了這種升降-旋轉單元的剖面圖。此升降-旋轉單元包含例如固定直立在該主動元件3(第3圖)上的外管11,該外管11在內部周圍表面處在一或更多的高度內具有四個磁性軸承12,該在它們之間每個以90°的角度偏差配置,以承載內管13而不在垂直方向接觸,且其可在兩端位置之間被可移動地支撐。
為了移動該內管13,在其內的垂直方向配置了具有固定直立線圈排列15的中央升降馬達14,以及垂直可拋棄的可磁化棒16該管13內,該內管13的的上部游離端18用以支撐進一步的元件,像是用以支撐以及運輸晶片的處理機19。
在該內管13內進一步配置了旋轉驅動器17(第7圖)。
第9圖顯示了具有附接處理機19之根據第7圖線性以及旋轉支撐的組合,該處理機19被提供了電磁性可拋棄叉20,用以運載矽晶片21(第14圖)。在第9圖中示出了該處理機19在下端位置具有被驅動出的叉20,以及在第10圖中具有在上端位置具有縮回的叉20。該處理機19也配備有無接觸的軸承以及驅動器。
該處理機19的細節示於第11-14圖中,第11圖顯示了根據第10圖的處理機19,該處理機19具有磁性軸承22以及具有縮回叉20(第11圖)與具有接出叉20(第12圖)的電磁性驅動器23。
第13圖描繪了根據第12圖具有磁性軸承22以及該電磁性驅動器23而以A視野觀看的該處理機剖面圖。
第14圖描繪了根據第12圖具有縮回叉20以及根據第7圖旋轉驅動器的B視野圖。
2‧‧‧被動元件
3‧‧‧主動元件
4‧‧‧磁性軸承
5‧‧‧磁性軸承
6‧‧‧電磁性耦合裝置
7‧‧‧驅動馬達
9‧‧‧固定線圈
10‧‧‧旋轉單元

Claims (10)

  1. 一種在無塵室條件下的一微環境內微技術的基板無粒子處理裝置,其被採用於以一處理機沿著複數個軸運送一基板,在該處理機的一游離端具有一電磁性可移動叉,而該處理機被支撐在一垂直升降旋轉單元上,其中具有一主動元件的一電磁性磁鐵軸承在一被動元件中係由一橫向固定磁性軸承支撐,該橫向固定磁性軸承使該主動元件於該被動元件上維持平衡且暫時擱置,使得該主動元件具有該垂直升降旋轉單元,該垂直升降旋轉單元具有被固定直立於該主動元件上的一外管,在該外管中的一層或更多高度,複數個磁性軸承被規則地配置於在該外管的一內部周圍表面上,以無接觸且在兩端位置之間的垂直方向引導一內管。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的裝置,其中可移動的該主動單元被引導掛在固定直立之該被動元件上的該橫向固定磁性軸承上,藉以配置在該主動元件的一驅動馬達經由一耦合單元而與一能量供應器連接,以及藉以在該主動元件處配置具有該處理機的該垂直升降旋轉單元。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的裝置,其中該主動元件具有配置於其上的一驅動馬達,該驅動馬達係設計為一線性馬達。
  4. 如申請專利範圍第3項所述的裝置,其中在該主動元件上將一電磁性耦合裝置與位於該被動元件的複數個一固定線圈面對面配置,該複數個固定線圈被用來作為傳輸天線以傳遞能量至該主動元件。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的裝置,其中一中央升降馬達係以一固定直立線圈排列以及一可磁化內管棒被配置於該內管中,該可磁化內管棒係垂直可配置在該內管中。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的裝置,其中該內管內配置一電磁性旋轉驅動器,以達成與該可磁化內管棒逆向的該內管的一可控制旋轉。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的裝置,其中該垂直升降旋轉單元包括位於該外管的該內部周圍表面上的四個磁性軸承,該四個磁性軸承係配置在一層或更多高度且在該四個磁性軸承之間各以90°的一角度偏差配置,以承載該內管而不在垂直方向接觸,且該垂直升降旋轉單元可移動地被支撐在兩端位置之間。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的裝置,其中該內管的一上部游離端係用於支撐更多的元件,例如該處理機,以用於支撐及運送晶圓。
  9. 如申請專利範圍第8項所述的裝置,其中該電磁性可移動叉被配置在該處理機,以支撐一矽晶片。
  10. 如申請專利範圍第9項所述的裝置,其中該處理機具有一磁性軸承以及一電磁性驅動器,以收回或拉出該電磁性可移動叉。
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