TWI488247B

TWI488247B - 輸送及處理基板之裝置與方法

Info

Publication number: TWI488247B
Application number: TW097143616A
Authority: TW
Inventors: Terry Bluck; Kevin P Fairbairn; Michael S Barnes; Christopher T Lane
Original assignee: Intevac Inc
Priority date: 2008-11-12
Filing date: 2008-11-12
Publication date: 2015-06-11
Also published as: TW201019409A

Description

輸送及處理基板之裝置與方法

本發明是關於一種新穎的輸送及處理基板的裝置與方法，該基板特別是晶圓。

在製作半導體的技術中，有一種稱為「集束型製程設備」(cluster tool)的共用工具(common tool)，為晶圓製作時的關鍵性單元之一。典型的商業化裝置具有一大致呈圓形的中央區，其周邊則附設處理腔。該處理腔繞該中央區向外延伸。在處理晶圓時，晶圓係先從位在該中央腔周邊之一輸入、輸出站，進入該中央腔，再自該中央腔進入臨近或周圍之處理腔，在此進行處理。事實上，上述設備即為目前業界所有製造系統所使用之系統，作法上均是一次處理一片晶圓。晶圓送進一處理腔進行處理後，再回到中央腔。其後可能再送到另一位於周圍之處理腔，進行下一製程處理，再回到中央腔。當該晶圓完全處理完畢後，再由該設備中移出。而其移出也是經由一輸入/輸出站，或連結到真空系統的一處理腔，稱為裝載區(load lock)，晶圓在此由真空進入大氣。這種處理單元例如在美國專利4,951,601中即有揭示。

另一種製造設備係對晶圓沿一中心軸作索引，並將晶圓喂入圍繞的處理腔內。在這種製造設備中，所有的晶圓是一次全部喂入下一處理步驟，而不將晶圓個別移送。不過，在處理時則是個別處理。所有晶圓在一處理站內的停留時間都相同，但在一處理站之處理則是個別控制，而其時間長則是各該處理站所容許時間之最大值。雖然前述第1種工具也可設成以上述方式操作，但事實上也可不將晶圓依序移送到鄰近之處理腔，且所有晶圓在處理腔中也不須均維持相同之停留時間。

在上述任一系統運作時，其中央區域在大多時間中均維持真空，但其環境也可預選、預設及控制成其他方式。例如該中央區域可以提供一氣體，用於在該處理腔內之處理。該腔體或沿該中央區域外表面之區間，也可維持一真空，但也可具有一預選及受控制之氣體環境。晶圓的處理大致上是在一真空中進行，做法是真空中將晶圓由該中央腔移動至一相連之腔體或區間。大致上而言，當該晶圓達到一腔體或一區間進行處理時，該腔體或區間即予關閉，與該中央腔體隔絕。這種作法可避免在該處理腔或區間中使用的材料及/或氣體抵達該中央區，藉以防止汙染該中央區以及在鄰近之處理腔之環境，並/或防止汙染位在該中央區等待處理或進一步處理的晶圓。這種方式也可使該處理腔之真空程度與在中央區域之真空程度不同，以利在該腔體內所要進行之特定處理。例如，假設在一腔體中所要進行之處理需要更高真空，則將該中央區與該腔體間加以封閉後，即可將該腔體再進一步抽真空，以符合在該腔體中要進行之特定處理下之製程需求。反之，如果所需真空程度較低，則可在其中加壓，而不會影響該中央腔之氣壓。在該晶圓處理完成後，將該晶圓移回該中央腔，然後送出系統之外。透過此種方式，該晶圓可以依序歷經該製程設備之處理以及可使用之製程步驟。反之，該晶圓也可只經過選定之處理腔，並只經選定之製程處理。

上述製程之衍生也使用在市面可見之設備中。不過，此種設備全部使用一中央區或中央腔，而與各個製程步驟相結合。且由於上述設備之最主要用途乃在製造晶圓，本文之討論將著重在製作晶圓之情形。不過需瞭解，本文所揭示之技術，大部份之製程也可應用在各種基板，因此本專利說明書也應及於此種基板，以及其製造設備。

最近更有人發表一種較為特殊之系統，該系統之特色在於其形狀為直線形，有別於圓形，且晶圓在處理中是由一處理腔移動至下一處理腔。由於其晶圓是依序由一處理腔移到一鄰近之處理腔，在其設備中即無存在一中央區域之必要。在此種製造設備中，晶圓進入該單元，大致上附載在一夾具，該夾具與該晶圓一起移動，而經歷整個系統。在此種單元中，在各處理腔中之處理時間相同。

此種系統所佔之面積較小於傳統之機器，因其面積接近全部處理腔體面積總和，而不需再包括一大空間之中央腔。對這種設備而言，不啻為一大改進。這種系統揭載於美國專利公開案2006/0102078A1。在此種特別之系統中，晶圓在各個處理站之停留時間相同。也因此，當然在處理上之限制也有改變。換言之，受最長停留時間之限制。在此情形下，如果要根據每站所需處理時間不同，而使晶圓在各站之停留時間也不同，則不應使用這種系統。同時，在此種型態之設備中，其缺點也包括：某一處理站發生故障或進行維修時，整個系統即會停擺，無法進行處理。

本發明是關於一種新穎的晶圓處理單元，用以在維持相同之小體積下，仍能各別控制晶圓在各處理站內之停留時間。本發明亦提供即使一或以上之處理站因故停止運作，整體系統仍可持續操作之功能。一方面，半導體之製造成本非常之高，且成本一再向上攀升。在此行業中進行投資者，成本越高，風險越大。本發明之一目的乃在提出一種設備，可以將成本降低一合理比例，並提供一改良之系統，以所謂「Lean」(精簡)製造原理運作。因此，本發明之一目的乃在儘量增大處理腔體，但維持一小設備面積。本發明另一目的也在儘量提高處理站之應用性。本發明另一目的則在簡化設備之機械手及其操作。本發明之系統並可提供可觀之冗餘度，包括高到100%之系統可用性，即使在大型主機服務(mainframe servicing)下乃可進行處理。在此條件下，只有少數處理腔係在使用中，但所有步驟均可繼續執行，以處理晶圓。且其服務腔或處理腔可以在各處理腔由後向前或由前向後進行。此外，在本發明之較佳實施例中，該處理腔可以設置成一直線配置。如此一來，可以確保整體面積最小，但可使晶圓之個別處理程序能在不同處理腔進行。

該處理腔通常具有執行各種處理晶圓相關製程之一種之能力。例如，在製作一晶圓時，該晶圓通常需移動經過一或多道蝕刻製程，一或多道濺射或物理蒸鍍製程，離子植入、化學蒸鍍(CVD)及加熱及/或冷卻製程，以及其他製程。用來製作晶圓之製程步驟之全部數量即意謂，如果使用習知之機器來執行各種製程步驟，則必須使用多數之機器或具有大型子系統之機具。然而在本發明中，則另外提供一項優點，即可在系統中增加額外之功能工作站，卻不會使系統面積有明顯增加，或根本不需增加新的整體系統。

為達到上述目的，本發明乃將晶圓之輸送設計成獨立於處理腔設計之外。其結果，處理腔係設計成可以執行各種製程能力之腔體，但其輸送系統則設成可獨立於處理腔設計之外而操作，並將該輸送系統設計成可將晶圓喂入各處理腔及自其中取出。在本發明較佳實例中，輸送是仰賴一連結簡單之機械手臂，依據直線移動及旋轉運動操作，並透過一真空隔板將直線移動及旋轉運動耦合至該機械手臂。為達成降低成本，處理腔之設計乃是形成模組化。故而在一實施例中，該系統可具有3個處理腔，也可使用一配接結構，而使系統具有6個處理腔。另一種作法則是以上述方式，使系統具有4與8個處理腔，或其倍數個處理腔。也可將具有不同數量處理腔之模組加以配接。

本發明之系統具有可擴充性，且其可擴充性並不受未來製程或應用上可能使用之新技術所影響。使用一直線形晶圓傳送技術，達成使系統體積維持在小規模，卻可以提高產率，因而不會造成在潔淨室中需求過大樓面之結果。此外，在同一處理平台上，更可以加入不同之製程步驟。

根據本發明之一面向，本發明係提供一種基板處理系統，包括：一長形基板輸送腔，具有一經抽氣段及一大氣段；一第一直線軌道，固著在該輸送腔之經抽氣段；一第二直線軌道，固著在該輸送腔之大氣段；一第一基座，在該第一直線軌道上沿線移動；一第二基座，在該第二直線軌道上沿線移動；一減速器，設於該第一基座上，並具有一磁性耦合跟隨器，作為其輸入，並提供一較低轉速作為其輸出；一旋轉馬達，設於該第二基座上，以轉動一磁性驅動器，該磁性驅動器穿過一真空隔板提供一旋轉運動至該磁性耦合跟隨器；及一機械手，耦合至該減速器之輸出。另可有一直線馬達固著在該第二基座，以提供一線性移動，以及磁化轉輪，耦合至該第二基座。另可有一直線移動編碼器，耦合至該第二基座，以及一旋轉編碼器耦合至該旋轉馬達。在一具有二機械手臂之系統中，其一機械手臂之延伸係耦合至其中一機械手臂，而使該二機械手臂之旋轉軸相合。

根據本發明另一面向，係提供一方法，以將晶圓由一裝載區經由一經抽氣輸送腔，輸送至一處理腔，包含以下步驟：提供一機械手在該輸送腔中；穿過一真空隔板磁性耦合直線移動至該機械手；穿過一真空隔板磁性耦合旋轉運動至該機械手；及在該經抽氣輸送腔中降低該旋轉運動之速度。該方法尚可另包括以下步驟：決定一第一中央點，作為一晶圓位在該裝載區時之中心；決定一第二中央點，作為該晶圓位在該處理腔中時之中心；決定該機械手之樞軸點之位置；及計算該機械手之結合直線與旋轉運動，以使該位在該機械手上之晶圓只沿該裝載區與該處理腔之連線移動。

請參閱第1圖，圖中顯示一現今所使用之集束型設備(cluster tool)。這種設備通常包括數個處理腔21，連結至中央腔22，而位在中央腔22周圍之輻向位置。在此系統中具有2中央腔。在其他系統則可能只使用單一中央腔。而使用多於2個中央腔之系統也可能存在，除非因此使系統變成不易處理，故而使用者通常必須另外購置一系統。在操作時，各中央腔22中通常使用一機械手。該機械手接收進入該系統之晶圓，並攜帶晶圓由該中央腔進入處理腔，而在處理完成後又回到中央腔。在某些已知技術系統中，係使中央機械手同時間僅可由一晶圓在一處理腔使用。結果，該機械手在一晶圓位在一處理腔中進行相關處理時，係受佔用或無暇供其他用途。這種將一機械手與一處理站在處理時相連結之方式，對於此種集束型設備而言，不啻是一種產率上的限制。較新的設備則使用多臂型機械手。各處理腔可包括各種型式之處理器，並可包括例如一物理蒸鍍腔，一化學蒸鍍(CVD)腔，或蝕刻腔，或其他目的之處理腔，以在製作晶圓時提供必要之製程。此種型式之機具可以容許不同之處理時間長，因為在晶圓處理過程中，機械手何時將晶圓送進一處理腔及移出該處理腔，乃是取決於其他因素，並以電腦控制。當然，製程也可設成使各步驟時間長均為相同，且其步驟順序均為預定。

請參照第2圖，圖中顯示一處理晶圓之機具。在此系統中，晶圓在各別處理腔中之停留時間係相同，在此實例中，處理站23係連成一線，且在此情形下各處理腔係兩兩隣接，包括從側邊隣接及上下隣接。在其端點設一昇降機25，可將處理中之晶圓由一層移至另一層。晶圓由入口26處進入，置於一支架，並在其移經整個系統之過程中保留在其上。在此種系統之一實例中，該支架將該晶圓提升到處理器之上方層，該晶圓即依序由一處理腔23移至同層之另一處理腔。該昇降機25改變晶圓所在之層次，而其在該另一層中之移動，也是由一處理腔至下一處理腔，餘此類推。最後將晶圓移出系統。

現請參閱第3圖。圖中顯示處理腔31係沿輸送腔32作直線排列。晶圓經由EFEM(equipment front end module,裝置前端模組)33或其他類似之喂入裝置進入系統34。EFEM 33包括進入站30，其上可容FOUP(from front opening unified pod,前端開啟式統一規格晶圓傳送盒)。該FOUP(未圖示)包括一外殼或外包，以容納晶圓，並可在等待進入該處理程序之時間中，保持其潔淨。與該EFEM 33相配合的為一喂入機構，用來將晶圓置入系統中供處理，以及在處理之後將晶圓由系統中移出，暫存。一晶圓之FOUP係置於該EFEM之上，晶圓其後從該FOUP一個接一個，以一刮刀將晶圓由該EFEM 33內之FOUP提起，攜帶該晶圓進入裝載區35，轉送而進入該系統。由該裝載區35該晶圓又沿一輸送腔32移動，並由輸送腔32進入處理腔31。當一晶圓進入一處理腔後，該基板即離開該支撐臂，改而置在該處理腔內一基板支撐上。在此位置時，將一閥門關閉，以將該處理腔之環境與該輸送腔之大氣環境隔離。藉此可以單對該處理腔內部條件進行改變，而不致汙染到該輸送腔或其他處理腔。在完成處理之後，該隔離該處理腔與該輸送腔之閥門開啟，而晶圓也由該處理腔中移出，並沿該輸送腔32轉送到另一處理腔，以利其他處理，或者轉送到該裝載區，由此該晶圓可回到EFEM 33上之FOUP。在此圖中顯示4個處理腔31。圖中也顯示4個處理電源供應37，以及一電源分配單元36。以上之組合提供系統所需之電子，以及各別處理腔所需之電力。在該處理腔31之上為處理氣體箱38及資訊處理箱40。透這些單元，輸入系統之資訊控制該基板沿該輸送腔32之移動，以及控制該基板是否應轉送到一處理腔進行另外的處理。上述單元也可記錄在該處理腔中已經進行之處理。在處理過程中，氣體提供到各腔體以供使用。雖然用來將晶圓喂入系統及在該系統內各處理腔間移送之機械手係描述成具有2手臂之系統，但事實上也可使用多於2支手臂，各機械手臂可以設成在該輸送腔移動時，能獨立操作或一起操作。

在一系統中之處理腔可以執行不同之處理步驟，一如在晶圓製作過程中所需者。現今許多晶圓廠所採購之設備，都是將整套系統設為提供單一功能，例如為濺射機或為蝕刻機。事實上在晶圓的製程中需使用相當的濺射或蝕刻步驟，因此一個4或以上之工作站系統可以全部只用來供濺射或蝕刻之用。反之，晶圓也可輸送經過一系列之操作，每一操作均為不同，直到最後之處理步驟。例如，在一5處理站之系統中，可以合理設計成以如下步驟處理：一開始在第1處理站係將晶圓置於一除氣操作；在第2步驟處理站則為一預清潔站；第3處理站為濺射站，用以濺鍍例如鈦；第4站為一濺射站，用以濺鍍例如鎳釩化物(nickel vanadium)；而在第5站則用來濺鍍金。

現請參照第4圖。圖中顯示一3處理站系統，其頂蓋已經去除。本圖之目的乃在提供對該輸送腔32之進一步理解。待處理之晶圓由裝載區35進入系統。裝載區35為一雙層之裝載具，而可同時保持及處理2片晶圓。其一位在較低層，另一位在較高層。由裝載區35進入系統之晶圓進入真空或經控制之環境。而經過處理之晶圓也經由裝載區35離開該系統，或由該系統中之真空或以其他方式控制之環境中，經由該裝載區35而回到該FOUP(圖中未顯示)。當一晶圓由一非真空條件轉換到一真空條件時，係將其提起到一機械手臂41，而移動進入輸送腔32。圖中僅顯示其中一機械手臂，另一者則被左側之第1處理腔阻擋視線。該可見之機械手臂正在將一晶圓移送進該處理腔31內。(反之，也可是在將已經處理之晶圓由該處理腔中移出。)機械手臂41在輸送腔中沿一直線軌道43移動。在本實施例中，位在該輸送腔32中之軌道將該支撐臂41保持在腔體32底板之上方。同時，該驅動機構(圖中未顯示)由該真空外部，透過該處理腔32外圍隔板提供驅動力。該驅動機構提供一大致上為直線之運動到該機械手臂41，並在該機械手臂需伸進一處理腔或該裝載區35時，提供旋轉運動。因此，該機械手臂係用來將一晶圓移入或移出該輸送腔32，進出該處理腔及進出該裝載區35。因不與各該腔體之底板接觸，可以產生較少的微粒，故可將環境維持在一較潔淨或無粉塵之條件。該輸送系統更詳細之構造，將於以下依據圖式加以說明。同時，雖然在圖中只顯示2支手臂，但極為明顯，一個系統可以具有較2支更多或更少之機械手臂，裝載在一軌條上，用來同時管理2組以上之晶圓輸送裝置。

依據本發明之一種方法，該支撐臂41係以組合旋轉運動與直線移動之方式操作，而使該晶圓只能作直線移動。其作法係如第4圖所示，該手臂41利用一直線移動(如圖中雙頭箭頭A所示)及一旋轉運動(如圖中雙頭箭頭B所示)之結合而移動。不過，其移動方式係以程式設計成使該晶圓之中心沿直線(如圖中所示之虛線BL1，BLm及BL)移動。以這種方式可使各該處理腔31及該裝載區35之開口，只需稍大於該晶圓之直徑。這種設計也使各種型態之處理腔以及各種組合之處理腔，都可以附設在該輸送腔32上。該機械手臂41結合直線移動及旋轉運動之操作，係由一控制器啟動，而該控制器可以透過例如使用者介面UI(第3圖)，以程式控制成任何狀態。

依據本發明之一方法，該控制器係以下列步驟計算該手臂之直線-旋轉結合運動。首先決定該晶圓放置在該裝載區中之中心位置。並決定該晶圓位於各該連結之處理腔體內時之中心位置。也決定各該手臂之樞軸點。(注意：如上所述，2支機械手臂之樞軸點可設為相合。)接著決定輸送之順序，亦即決定是否各晶圓均需在該裝載區與單一處理腔，或多數處理腔間移動。利用UI將上述數值程式化入該控制器。其後，計算各手臂之直線移動及旋轉運動，使位在各機械手臂上之晶圓，在已決定之樞軸點與為該裝載區及各腔體經決定之中心點之間，只會作直線移動。

有部份原因是要簡化該手臂41直線一旋轉結合運動，在本發明一實施例中係使用下列技術特徵：在第4圖中，支撐臂41中之手臂41乃是完全可見。該手臂41耦合至一手臂延伸41’。而另一手臂41則是直接耦合到該內部驅動及支撐機構45(另見第5、6圖)。在上述之實施例中，該手臂延伸41’為固定，亦即，只容許該驅動及支撐機構45作直線移動，而不能轉動。而轉動則只提供給手臂41，該手臂41固定在該手臂延伸41’之端部。同時，在上述實施例中，該手臂延伸41’係加以固定，而使2支手臂41之旋轉中心或樞軸點相合，亦即如圖所示之直虛線BLm通過該兩手臂41旋轉中心或樞軸點。此外，如第5圖之實施例所示，該手臂41可沿一直線方向移動，而使2支手臂41之旋轉中心一對一完全相合。利用這種設計可以使2支手臂41在製作上完全相同，因其可由相同之樞軸點中心線，作相同之直線一旋轉結合運動。

現請參照第5圖。在圖中顯示系統34之數部份，而未以外蓋遮蔽其中央部份之元件。由裝載區35開始，連續到輸送腔32之始端，並包括一第1處理腔31。如本圖所示，在裝載區35有一晶圓42位在手臂41上。並顯示另一手臂41延伸入處理腔31。圖示之手臂係各別獨立操作，且可位於不同層次，並同時可延伸入不同之區域。手臂將晶圓沿輸送腔32移送，由裝載區進入系統，其後在系統內由一處理腔移動到另一處理腔。事實上，該手臂係在晶圓處理後將其沿輸送腔移送，進入裝置區35，其後移出系統34。當處理結束之後，該晶圓即在該裝載區中結集，而由該裝載區移回到該FOUP。在該裝載區或在處理腔中之晶圓，係提起到與該手臂配合之支撐表面，進行輸送。頂針設於該支撐表面，可將晶圓頂起，以使手臂進入晶圓下方，以利該手臂提起晶圓，並將該晶圓移動至該系統之下一階段。反之，也可使用一可在晶圓下方滑動之支架，以在該晶圓之輸送中支撐該晶圓，並可在進入、移出一處理腔或一區間時，保持該晶圓，以及收送該晶圓給機械手臂41。該2手臂之位置使其在互相上下交錯移動時，不會互相碰觸，而可互相錯過。手臂41連結到一內部驅動及支撐機構45。該驅動及支撐機構45具有一直線驅動軌道，使該驅動及支撐機構45在輸送腔32中可在其上移動。該驅動及支撐機構45之移動是以一外部驅動器，例如一馬達所驅動。其驅動之一種型式係使該驅動及支撐機構45沿該驅動軌道46作直線移動。另一種則是使手臂41轉動，以將其由該輸送腔32延伸進該裝載區35或處理腔31，使其能將晶圓送進該系統，及在系統內移送。在該驅動軌道46中有個別之軌條47(軌條47在第6圖中顯示更為清楚)。在軌條上獨立載送各驅動及支撐機構，以供位移，並使各手臂41互相獨立移動及操作。將一晶圓送進一處理腔之方式是使其沿其直線驅動路徑移動進入處理腔。能產生此結果之原因乃是在本發明較佳實例中，兩種型式之運動同時進行。亦即，直線運動與旋轉同時進行。而使用外部馬達或其他型式之驅動機構，可在該真空之輸送腔32中移動該驅動及支撐機構，避免不必要之粒子進入隔離之真空區域。

現請參照第6圖，圖中顯示應用在本發明較佳實施例中之驅動系統。在此圖中，軌道46之軌條47分別可見。圖中也顯示晶圓42位在在該支撐臂41之一者上。另一機械手臂則僅顯示其手臂。驅動及支撐機構45各裝載在其軌條47上。以此方式可使手臂41各自位在不同層次上。一磁頭或磁性耦合跟隨器48位在各該驅動及支撐機構45之基座上。而與該磁頭48相隔的，則為一磁性驅動器50。該磁頭48係位於該輸送腔之真空中，而該真空腔之隔板(示於第7圖，元件53)則通過各磁頭48下方，而位在該磁頭48與該磁性驅動器50之間。因此，該驅動器50位於該輸送腔32之真空隔板外部。一如上述，手臂41可將晶圓42移送進入該處理系統，並在其內移動，而手臂41互相獨立操作。該等手臂41係由一磁性耦合裝置驅動，該裝置包括驅動器50及磁頭48。耦合裝置提供直線移動與旋轉運動至手臂41。驅動器50裝載在外部軌條51上，該外部軌條51位在該真空之外，而呈現在該軌道系統兩側。圖中可見其中一組互相面對。另一組軌條則位於相反側。手臂之轉動是由旋轉馬達52所驅動，並由該磁性耦合裝置傳送。雖然在本圖中，磁性耦合係顯示成用來同時驅動直線移動及轉動，但極為明顯，也可使用個別之磁性耦合裝置及驅動器來達成。因此，雖然較好使用同一耦合裝置傳送直線移動及旋轉運動，但也可能使用分別之耦合裝置作直線移動之用，而以另一組作旋轉運動之用。

一種可用來在該輸送腔32中移動及操作該晶圓，包括靜止在該處理站31之手臂，係包括一種選擇性順從肢接組合機械手臂(selective compliant articulated assembly robotic arm)，縮寫成SCARA機械手。SCARA機械手系統比起所稱之Cartesian系統，具有更快速、更潔淨之優點，而可能取代後者。

同時也為要降低及/或避免與該磁性驅動系統有關之負載因素，可以使用排斥磁鐵，以降低該移動耦合磁塊所產生之吸引力。而耦合該旋轉及直線運動進該真空之磁塊則具有相當量之吸引力。該吸引力負載支撐該元件之機械構造。負載越高表示耐用性越短，產生微粒越多。利用位於該磁性耦合裝置之磁塊，或在一分離、互相可以排斥之裝置，其吸引力可予降低。事實上，在該磁性耦合中，最中間之磁塊對獲得耦合之穩定度而言，作用並不明顯。但此等磁塊卻可用來對用來吸引之耦合磁塊產生排斥力，其方式乃是將之設成在該耦合裝置直徑上相反之N-S位置。

當然，如果在應用上並不擔心在密閉處理腔中產生顆粒粉塵，則該驅動機構可以包含在該密閉腔體之中。

現請參考第7圖，圖中顯示該軌道及該驅動系統之側視圖，但外蓋已經移除。在該圖中該真空隔牆或真空隔板53係顯示為位在該磁性耦合裝置48與50之間，該耦合裝置用來驅動及控制手臂41之位置。驅動軌導46包含軌條47，用以提供由外部軌條51所提供之直線移動予驅動及支撐機構45，並及於該手臂41。而旋轉運動則由旋轉馬達52提供。在第7圖中，該註記Va是在真空中，而註記At則是在大氣中。如第7圖所示，磁性耦合裝置50是由旋轉馬達52所驅動，而使耦合裝置48因為穿過該真空隔板53之磁性耦合，而依循相同之旋轉運動。不過，由於該磁性耦合裝置內之遲滯作用，該機械手臂之轉動精確度可能降低。事實上由於手臂之長度關係，在耦合裝置48-50上微小的角度錯誤，即可能引發置於該手臂41端點之晶圓嚴重誤置。同時，也因為該手臂之長度與重量，以及因手臂支撐與未支撐一晶圓時重量之不同，傳動之動力可能滯留一過長之時間。為避免此等問題，使用一減速齒輪(通常稱為減速器或齒輪減速器)55插置在該耦合裝置48與該轉動耦合器56或與手臂41之間。該齒輪減速器55之輸入為該磁性耦合器48之轉動，而提供一速度較慢之輸出，用以啟動該手臂於一慢於該馬達52轉速之轉動。在此特定實例中，該齒輪減速器設定其減速比例為50：1。以此方式大大提高該手臂41之角度位置準確性，減少瞬間運動，並縮短會發生在已知驅動組成之停滯時間。

在第7圖中該齒輪減速組成55係設於該基座49之上。基座49並無動力化，而自由裝載在直線軌條47上。反之，旋轉馬達52則是負載在基座54上，而基座54則裝載在直線軌條51上，並以機械性動力驅動。由於該機械性動力以直線移動基座54，該磁性耦合裝置50與磁性跟隨器48之磁性耦合可提供直線移動給設自由裝載之基座49，因而直線推動該手臂41。具結果可達成此種設計之優點，即所有動力化之運動，亦即直線移動與旋轉，都在大氣條件下產生，故而並無任何動力化系統位在該真空環境中。有許多種方式可以在大氣中達成該動力化運動，並在該真空中達成自由無動力化運動。以下將加以說明，作為範例。

第7A圖即顯示直線移動組成之一例。在第7A圖中有一傳動帶或一鏈條驅動器耦合至一基座54。該傳動帶或鏈條58裝載在一轉子59上，其中之一係經動力化，用以產生對任一方向之運動，如圖中箭頭C所示。為控制該直線移動，以一編碼器57a送出信號至一控制器，指定該基座54之直線移動。例如，該編碼器57a可為一光學編碼器之可讀編碼，提供在一直線軌道46上。此外，也提供一旋轉編碼器47b至該馬達52，且也送出一旋轉運動之編碼至該控制器。該旋轉及直線移動之讀值可以用來控制該手臂41之旋轉及直線移動，以使該晶圓之中心線只以直線移動。

第7B圖為第4圖沿A-A線之截面圖。圖中顯示該直線移動組成之另一實施例。在第7B圖中驅動軌道46支持軌條47，其上裝載軌輪61及62。該軌輪61、62可以磁性化，以提供更優異之吸附力。該軌輪61、62耦合至該基座54，其上則裝置該旋轉馬達52。一直線馬達63裝置在基座54之下方，而與一列磁塊64互動。磁塊64裝置在驅動軌道46之上。該直線馬達63與磁塊64互動後，產生一直線動力予移動基座54，使其向頁面進出之方向移動。該基座54之直線馬達可由編碼器57b加以監視，並產生報告，該編碼器57讀出在該軌道46上所提供之位置/移動編碼57c。在此特定之實施例中，該編碼器57b具有一500分之1吋(2.54公分)之精密度。

第7C圖為在大氣中之一直線軌道及一在真空中之直線軌道之一例之截面圖。該真空側以VA表示，而該大氣側則以AT表示，兩者以一真空隔板53及該腔體隔板32加以隔離。在該大氣側，滑具61在直線軌道47上滑行。由於此側為大氣側，可能產生之微粒即不如在真空側影響重大。因此，滑具61可以具有滑輪，或可僅以滑動材料，例如鐵氟龍製作。該基座54附設在該滑具61，並支撐該旋轉馬達，而馬達轉動該磁性耦合裝置50。另外，在該真空側，直線軌道78係用來接受滑動軸承73。滑動軸承73以耦合裝置72附設在基座70。上述元件可以不銹鋼製作，並使其微粒產生減至最小。此外，也提供蓋體74、76，以將所產生之微粒保留在該軸承組成之範圍內。該基座70延伸至該軸承組成之外，並支持該齒輪減速器55。該齒輪減速器55耦合至該磁性跟隨器48。

第7D圖顯示一位在大氣中之直線軌道及一位在真空中之直線軌道之另一例。在第7D圖中，其大氣側可設成與第7C圖中所示相同。不過，為減少污染，在真空側係使用磁浮設計，而不使用滑具軸承機制。如第7D圖所示，主動電磁組成80與永久磁鐵82共同形成磁浮機制，而使基座可作自由直線移動。請注意：該永久磁鐵82保持一自由空間84，且不與電磁組成80接觸。在基座54與滑具61直線移動時，在磁性耦合裝置50與跟隨器48間之磁性耦合產生一直線運動，並提供至該浮起之基座70。與此相同，耦合裝置50之轉動也帶動跟隨器48之轉動，而將該轉動傳遞到齒輪減速器55。

再參考第8圖。圖中顯示一依據本發明之處理系統。在第3圖之實例中，EFEM 33接收並存放晶圓，以提供至系統34，包括處理腔31。在本實施例中該處理腔特別顯示為用來作濺鍍之處理腔。在此系統中，晶圓首先輸送到裝載區35，其後沿輸送腔或轉送腔移動。經過處理之晶圓則沿該輸送腔32回饋到裝載區35，其後自系統取出，放到EFEM 33。

現請參閱第9圖。圖中顯示一根據本發明之8站處理系統。EFEM 33將晶圓喂入裝載區35。晶圓其後沿該輸送腔32移動，而由輸送腔32移至處理腔31。在此圖中兩組輸送腔均位於中央區域，而處理腔31則位於該兩側區域。在第10圖中該處理段全部連成一線，故一組處理腔全部複製成另一組。藉此，該系統之處理腔形成平行之形狀。

其他變化例目前已可能產生且能輕易理解。例如，不使用將處理腔連成一線，如第9圖、第10圖所示之方式，而將處理腔堆疊，使一組在另一組之上，或一組在另一組之後，也屬可行。如果是將多組連接，一組連在另一組之後，則其連結方式，可使兩組連結後，第2組連續在第1組後，或者使第2組與第1組形成一角度而相連。由於一輸送腔實可用來對該輸送腔任一側之處理腔喂入晶圓，一個輸送腔可由2組處理腔加以包圍，而以同一輸送腔來喂入晶圓。見第11圖，圖中與之前所述圖中相同之元件，均標以相同之代號。在第11A及第11B圖所增加之閥門39係用以將處理腔39與該輸送腔32隔離，一如上述。如果第2組處理腔為第1組處理腔之延續，則有時可以在系統中增加裝載區，以提供更多功能。同時也當然可以增加一EFEM在另一終端，而在該EFEM之前，設置一裝載區，而使晶圓可以沿一直線，由一端進入，而由另一端離開。見第11B圖，其中與之前所述相同之元件，均標以相同之編號。在後者之情形下，該晶圓可以控制成由任一或同一終端進、出該系統。同時也可能將處理腔沿該輸送腔，以不規則之間隔設置，或在處理腔間保留一間隔。在此設計下，其主要特徵乃在於該輸送腔之位置設計，而可任意將晶圓喂入於各別處理腔，並由系統之電腦控制加以主導。

雖然上述之處理腔係在真空條件下操作，但事實上在某些實例下也可在所包含之區域中使用特定之氣體或其他流體。因此，所述之「真空」乙詞，應解為也包括自我充滿之環境，例如為特定氣體所包圍之環境，而可使用在整體系統中。

在第1圖中，該集束型設備包括7個處理腔。而在第9圖中所揭示之系統包括8個處理腔。但第1圖之系統總面積加上周邊設備約為38m² 。而第9圖所示之機具，加上新增之處理腔及其周邊設備，面積僅為23m² 。因此本發明系統之所占面積，在多出一處理腔之下，仍顯著較小。此例為本發明採用直線形配置之情形。本發明之改進主要是因為使用一改良的喂入系統，即如第9圖所示之輸送腔，與第1圖所示之系統，使用一中央區之設計，加以比較之結果。

本發明之直線形架構具有極高之可塑性，且適用於多數種基板尺寸及形狀。應用在半導體製造之晶圓通常為圓形，直徑約為200或300mm。但半導體產業經常嘗試在一晶圓上製作更多元件，因此所使用之晶圓尺寸越來越大，由75mm、100mm、200mm至300mm。目前仍在發展製作直徑450mm之技術。由於在潔淨室中對樓層空間之特殊建築需求，晶圓廠不可能與晶圓尺寸相隨擴廠，以容納習知將處理腔設於周圍之集束型製造設備。

再者，如果有必要加大該集速型設備(第1圖)，以提高產能，所需增加之量為平方的增加。但在本發明所述之系統中，則只增加一方向之量，亦即系統之長度，而其寬度則完全維持不變。在相似之製程中，例如在鋁製程中，使用第9圖所示型態之系統，以相同之時間，以及小於第1圖所示系統所占用之樓面，第9圖所示之設備之產率為第1圖所示設備兩倍之晶圓，粗估大約為170%。因此在晶圓製造上，對一單位潔淨室面積而言，本發明相較於習知技術確有顯著之改進。顯然已經達成降低晶圓製造成本之目的。

本發明之裝置在設計上並不限於圓形之基板。傳統集速型設備將晶圓沿弧狀路徑移動，其作法特別不利。如果所處理的基板為方形，該設備必須改變尺寸，以用來處理一圓形基板，並在其上附著該待處理之方形基板。不過，本發明之直線形設備則在任何方向都不必大於通過該實際形狀之基板所需。例如，如果方形基板邊長300mm，則一集束型設備需以能處理424mm直徑之圓形基板之設備，才能處理。但在直線形設備中，則只需稍大於一300mm長之方形基板所需者即可。

另就輸送腔之尺寸而言，該輸送腔32只需提供用來移動基板所需空間即可，無論該晶圓是否與其他構件結合，只要能移動晶圓由該進入腔體經過及進入處理腔，及由處理腔離開該系統即可。因此，該輸送腔之寬度只需稍大於待處理之基板尺寸即可。不過，本發明之系統也可用來處理小尺寸之構件，且可在一基板保持器中同時處理多數之基板。

以上是對本發明例示性實施例之說明，其中顯示特定之材料與步驟。但對習於斯藝之人士而言，對上述特定實例可產生或使用不同變化，而此種結構及方法均可在理解本說明書所描述及說明之操作，以及對操作之討論後，產生修改，但仍不會脫離本發明申請專利範圍所界定之範圍。

21．．．處理腔

22．．．中央腔

23．．．處理器

25．．．昇降機

26．．．入口

30．．．進入站

31．．．處理腔

32．．．輸送腔

33．．．裝置前端模組

34．．．系統

35．．．裝載區

36．．．電源分配單元

37．．．電源供應

38．．．氣體箱

39．．．閥門

40．．．資訊處理箱

41．．．機械手臂

41’．．．手臂延伸

42．．．晶圓

43．．．直線軌道

45．．．支撐機構

46．．．驅動軌道

47．．．軌條

47b．．．旋轉編碼器

48．．．磁頭

48．．．耦合裝置

49．．．基座

50．．．磁性驅動器

51．．．外部軌條

52．．．旋轉馬達

53．．．真空隔板

54．．．基座

55．．．齒輪減速器

56．．．轉動耦合器

57．．．編碼器

57a．．．編碼器

57b．．．編碼器

58．．．傳動帶或鏈條

59．．．轉子

61、62．．．軌輪

63．．．直線馬達

64．．．磁塊

70．．．基座

72．．．耦合裝置

73．．．滑動軸承

74、76．．．蓋體

78．．．直線軌道

80．．．主動電磁組成

82．．．永久磁鐵

第1圖表示習知技術中用來執行PVD應用之集束型設備之系統圖。

第2圖表示前述美國2006/0102078號專利公開案所揭示之裝置之系統圖，為一種已知技術之系統。

第3圖表示本發明一處理系統之系統圖。

第4圖表示其輸送腔之頂面圖，顯示其較詳細結構。在本圖中係顯示一三處理站之結構，但其處理步驟之數量僅作為參考用。

第5圖表示本發明系統一部份之立體圖，其角度為由該裝載至該輸送腔或至轉送腔之角度。

第6圖顯示該晶圓移動機構之立體圖，顯示除去該系統之外殼之情形。

第7圖表示使用在本發明較佳實例之軌道及驅動系統之示意圖。

第7A圖表示一線性移動組成一例之示意圖。

第7B圖表示第4圖之裝置沿A-A線之截面圖，顯示該直線移動組成之另一實施例。

第7C圖表示一位於大氣中之直線軌道及一位於真空中之直線軌道之實例截面圖。

第7D圖表示一位於大氣中之直線軌道及一位於真空中之直線軌道之另一實例截面圖。

第8圖表示根據本發明之4站物理蒸鍍(PVD)系統或濺射系統之系統圖。

第9圖表示根據本發明之8站系統之系統圖。

第10圖表示根據本發明之6站系統之系統圖。

第11A及11B圖表示本發明二種不同實施例之系統圖。