TWI502694B - 轉移物件通過低壓狀態下之負荷固定艙的裝置及方法 - Google Patents

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Basha S Sajjad
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Shmuel Erez
Cris Keith Kroneberger
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Description

轉移物件通過低壓狀態下之負荷固定艙的裝置及方法
本發明一般係關於在低壓環境中製造物件之領域。更明確言之，本發明係關於用以運輸及處置小組件(例如，在真空艙中處理的積體電路晶圓)之方法及裝置，例如藉由蒸發、汽相沈積、噴濺、電漿蝕刻等。
積體電路絕大多數係形成於矽(Si)半導體或化合物半導體晶圓基板(例如砷化鎵(GaAs)及氮化鎵)上，在於每一晶圓上形成一積體電路的大量複製品之進程中，該等積體電路一般需在一真空艙中經歷一或多個處理步驟。每次將一或多個晶圓載入該處理艙或從該處理艙移除時，必須對該真空處理艙不斷進行無效率的通風，而然後在能繼續處理之前要重新建立真空狀態，為避免此一情況，常常移動該等晶圓通過一中間的負荷固定艙。
藉由首先通過該負荷固定艙之外側閘閥而將該等晶圓移動進入該負荷固定艙(此時，連接該等二艙之閘閥保持處於閉合位置)，從而將晶圓及其他欲處理之物件載入該處理艙。以此方式，令該處理艙在物件裝載及卸載期間保持處於或十分接近其處理壓力。然後，該外側閘閥閉合而欲處理之物件處於一負荷固定艙中，隨後該負荷固定艙中 的壓力減小。然後，開啟該處理艙與該負荷固定艙之間的閘門，並將欲處理之物件從該負荷固定艙移動進入處理艙。當從該處理艙移除處理過的物件時，以反向順序執行該些步驟，此時該負荷固定艙處於類似於該處理艙之減小的壓力下。某些已知的真空處理機具有二個負荷固定艙，該等二艙係藉由分離的閘閥連接至該處理艙，以便增加處理過物件之輸出量；一負荷固定艙係用於裝載而另一負荷固定艙係用於卸載。共同讓渡的第6,609,877號美國專利案及待審的第10/621,700號分項申請案係於2003年7月17日申請，該等二案之全部內容係以引用的方式併入於此，正如構成本說明書之一部分。本專利案揭示可用於在一沈積艙中移動物件以經由該沈積艙內特定而限制性的物件轉移來增加物件輸出量之方法及裝置。但是，要實現更高的系統效率與良率以及產品品質，則需要經改進的實用而可升級之解決方式。
一處理艙或一負荷固定艙之「抽真空」至處理真空之速度取決於該艙之體積、總表面積，且一般有損於系統良率、操作效率及所有權成本。已知的處理艙(例如，上面認可的美國專利案)需要對欲在其上放置該等物件以接受處理之載體作旋轉定位。此旋轉位置包含複數個載體之「調換」；以固持處理過物件之載體來調換固持欲處理物件之一載體。此旋轉而同步的調換需要使用該艙中的處理及中繼區域內之實質上區域。採用減小該艙操作上所需容積之一物件轉移系統將會極為有利。
本發明係關於一種用於處理艙之物件轉移系統，其明顯減小必需的艙容積，從而相應地降低該處理系統之真空或「抽真空」要求。此類縮短的抽真空時間令系統循環時間成比例地縮短，從而減少系統 關機時間，而明顯增加系統輸出及良率。
本發明係關於一種內建式線性物件轉移裝置，或一種不需要在一艙內完全旋轉較大系統組件之線性運輸系統。依據本發明，經由一內建式物件轉移裝置來以欲處理的物件取代處理過的物件，從而對一般及特定的系統尺寸、良率、操作效率及擁有成本產生有利影響。
依據本發明之一方面，揭示一種用於真空處理物件之方法，其包含：提供用於處理一物件之一第一艙，且該第一真空艙包含一線性運輸陣列；以及可移動地與該線性運輸陣列連接之一載體。提供一第二真空艙，以中繼欲導引進該第一真空艙或者經由一線性運輸陣列從該第一艙導引進該第二艙之一物件，該線性運輸陣列係定位成在該等第一及第二艙之間與該等第一及第二艙協調操作。提供一第一閘閥並定位於該等第一與第二艙之間並與該等第一及第二艙連通。該第一閘閥具有一閉合位置以密封該第一艙，並將該第一艙與該第二艙分離，而具有一開啟位置以允許該第一艙與該第二艙之間形成一通道。提供一塢站以裝載及卸載物件。進一步，一第一閘閥係定位於該第二艙與該塢站之間並與該第二艙及該塢站連通，且該第二閘閥具有一閉合位置以密封並將該第二艙與該塢站分離，而具有一開啟位置以允許該第二艙與該塢站之間形成一通道。提供至少一真空泵與該第一或第二艙連通，並提供一載體以支撐欲在該真空沈積艙中進行處理之物件。該載體與該線性運輸陣列連通，且該載體在其上面裝載有至少一供處理的物件。在該處理循環期間，當在該等第一與第二艙之間運輸至少一載體時，在該等第一及第二艙中，建立並由該真空來維持一低壓。當在從第二艙(中繼艙)至第一艙(處理艙)之方向上移動時，讓未處理過的物件移動至該第一艙以供處理。當在從第一艙至第二艙之方向上移 動時，讓處理過的物件從該處理艙(第一艙)向該中繼區域(第二艙)移動以從該載體移除該物件。為提高系統效率而縮短循環時間並增加產品輸出，至少讓該等第一及第二艙保持處於實質上類似的壓力。此外，本發明之一特徵係該閘閥之操作，尤其係在系統操作期間係定位成讓該第一艙(處理艙)保持處於一抽真空的低壓狀態之第一閘閥。以此方式，該物件處理之效率超越所有已知系統而達到一更高的程度，因為該低容積的第一艙在接受欲處理的物件而釋放新處理過的物件時無需經受實質上變化的壓力，且由新穎的線性運輸陣列負責導引該等物件之運輸。
依據本發明之另一方面，一較佳的方法進一步包含將該第一閘閥定位於該閉合位置並致動一真空泵以減小該第一艙中的壓力。然後，開啟該第二閘閥，接下來將載有至少一物件之一載體從該塢站導引進入該第二艙。然後，閉合該第二閘閥，並藉由對該系統「抽真空」將該第二艙中的壓力減小至實質上與該第一艙中的壓力類似之一壓力。在該循環中，此刻，固持欲處理的物件之載體係從該第二艙導引進入該第一艙以作物件處理。較佳的係，此載體轉移與另一載體上已處理的物件之轉移協調發生，其係從該第一(處理)艙轉移至該第二(中繼)艙。該等載體從第一至第二以及從第二至第一艙的運輸之發生係藉由採用本發明之線性運輸系統，以在實質上承受類似壓力的艙之間沿導軌運輸該等載體。
依據本發明之另一較佳方面，該線性運輸系統包含一磁耦合驅動機構，而欲處理的物件係導引至該載體，此較佳的係在一閉合的環境中藉由一自動構件(例如，機器人)來導引。以此方式，該自動構件還導引從一載體移除處理過的物件，較佳的係在一閉合環境中。此 外，在本發明之另一方面，放置及移除欲處理的物件以及移除及儲存處理過的物件，分別係在與該等第一及第二艙連通之一塢站中實施，同樣可在實質上與該等第一及第二艙中保持的壓力類似之一壓力下實施。
進一步，該應用係關於一種用於在一低壓環境中處理一物件且包含一用於處理一物件的第一艙之裝置。該第一艙包含一線性運輸陣列以及可移動地與該線性運輸陣列連接之一載體。該裝置進一步包含用於中繼一欲導引進入該第一艙之物件以從該第一艙接收一處理過的物件之一第二艙。該第二艙還包含與來自該第一艙的陣列協調操作之一線性運輸陣列。一第一閘閥係定位於該等第一與第二艙之間並與該等第一及第二艙連通。該第一閘閥具有一閉合位置以密封該第一艙，而具有一開啟位置以允許該第一艙與該第二艙之間形成一通道。用於裝載及卸載物件之一塢站係定位成鄰近一第二閘閥而使得該第二閘閥係定位於該第二艙與該塢站之間並與該第二艙及該塢站連通。該第二閘閥具有一閉合位置以密封該第二艙，而具有一開啟位置以允許在該第二艙與該第裝載塢之間形成一通道。至少一真空泵係與該第一或第二艙連通，而一載體係與該線性運輸陣列連通。在該等第一與第二艙之間運輸至少一載體以及在該第一艙內處理固持於該載體中的物件時，在該等第一及第二艙內建立並保持低壓。較佳的係，該線性運輸陣列包含一驅動機構，該驅動機構包括磁耦合驅動機構、液壓驅動機構、氣動驅動機構、電機驅動機構及機械驅動機構。在另一項較佳的具體實施例中，該載體載有欲藉由一自動構件來處理之物件，較佳的係一機器人。該自動構件同樣係用於在物件處理後從該載體卸載處理過的物件以及裝載欲處理之物件。
在本發明之另一項較佳具體實施例中，該裝置包含第一(處理)艙與第二(中繼)艙，能對該等艙抽真空並令其保持處於實質上相等的低壓下，例如可藉由真空抽吸來實現。替代性的係，還可令該塢站保持處於一低壓環境。
11‧‧‧真空處理艙
13‧‧‧閘閥
15‧‧‧負荷固定艙
17‧‧‧蒸發源
19‧‧‧真空泵
21‧‧‧真空泵
23‧‧‧真空泵
25‧‧‧閘門
27‧‧‧塢站
29‧‧‧晶圓載體
31‧‧‧晶圓載體
33‧‧‧機器人
35‧‧‧晶圓匣
39‧‧‧索引機構
41‧‧‧支架
43‧‧‧運輸機構
45‧‧‧頂部導軌
47‧‧‧下部導軌
49‧‧‧垂直框架
51‧‧‧閂鎖
53‧‧‧機構
55‧‧‧晶圓
60‧‧‧處理艙
62‧‧‧負荷固定艙
64‧‧‧磁耦合驅動單元
66‧‧‧磁耦合驅動單元
68‧‧‧閘閥
70‧‧‧滑動台架
72‧‧‧線性導引器
74‧‧‧磁體
76‧‧‧磁體
78‧‧‧托架
80‧‧‧托架支撐物
82‧‧‧載體
83‧‧‧圓頂法蘭
84‧‧‧轉軸
85‧‧‧轉軸
90‧‧‧螺栓導軌致動桿
92‧‧‧軸承
96‧‧‧滑動台架
98‧‧‧磁體
99‧‧‧前部驅動磁體
100‧‧‧磁耦合驅動器
102‧‧‧導軌
110‧‧‧磁耦合驅動器
111‧‧‧螺栓導軌
112‧‧‧導螺桿
114‧‧‧螺栓導軌螺帽
116‧‧‧驅動磁體
118‧‧‧磁支架
140‧‧‧磁耦合驅動單元
142‧‧‧磁耦合驅動單元
144‧‧‧滑動台架
146‧‧‧托架
148‧‧‧圓頂
150‧‧‧導軌
152‧‧‧導軌
154‧‧‧圓形容器
156‧‧‧彈簧夾
158‧‧‧雙槽法蘭
圖1係一處理艙、負荷固定艙及物件裝載前端之一透視圖，其中為顯示其中的載體轉移機構而已移除側板；圖2係圖1中設備之一側視圖；圖3A至3J示意性說明圖1及2中的設備為在該處理艙、負荷固定艙及物件裝載前端之間移動物件操作之順序；圖4係一磁耦合驅動機構整合之一透視圖；圖5係一磁耦合驅動機構整合之一橫切透視圖；圖6係一磁耦合驅動機構之一方面之一放大圖；以及圖7係一操作中的磁耦合驅動機構之一放大的透視圖。
上面關於本發明之範例性具體實施例之說明中包括本發明之額外方面、優點及細節，此說明須結合附圖。
圖1及2顯示在本發明之一項具體實施例中包括一物件載體運輸機構的本發明之一裝置，下面將說明該物件載體運輸機構之結構及操作。此例中的物件係半導體晶圓，其在一閘閥13朝一負荷固定艙15開啟時經由該閘閥13而在一載體29上移動進出一真空處理艙11。替代性地，可以相同的方式來處置放置於一載體之其他類型的基板。在該真空處理艙11中實施的程序可包括(例如)在該等晶圓或其他基板上來自一蒸發源17的沈積材料。替代性地，對該等基板之其他處理可能發生 於該真空處理艙11中。當該閘閥13閉合時，一真空泵19及相關的閥將該艙11內的壓力減小至實施該程序之一所需位準。經由一閘閥25將晶圓從一塢站27載入該負荷固定艙15以及從該負荷固定艙15卸載晶圓。當閘閥25閉合時，真空泵及相關的閥21及23被操作以減小該負荷固定艙15內的壓力。
在二個晶圓載體29及31中的一載體上，將尚未在真空處理艙11內處理的晶圓從該負荷固定艙15移動進入該真空處理艙。在該真空處理艙11中處理之後，亦於該些載體中的一載體上將晶圓從該真空處理艙11移除。該等載體29及31在該等二艙11與15之間來回循環。儘管不需要任何其他載體，但本發明意圖使用任何數目之載體。除為作週期性的清潔外，無需從該等艙11及15移除該等載體。如圖1及2所示，該等載體之形狀為一倒轉圓頂(向上凸起)且具有由正在運輸並處理的晶圓所覆蓋之圓形開口。熟習汽相沈積領域者根據本文之原理，將會明白本發明意圖使用任何組態之載體。在該真空處理艙11內之一汽相沈積程序中，例如，蒸汽經由該些開口而撞擊該等晶圓。該等載體29及31之形狀令該等晶圓保持於該沈積所需之一角度。因此，該等載體可能製作成具有不同的形狀及/或結構，此取決於所執行的特定程序之要求。
藉由一安裝於該裝載塢27中的機器人33(例如，一六軸全活節室內清潔機器人)來從該等載體中的一載體移除晶圓以及將晶圓裝載到該等載體中的一載體上。替代性的係，該機器人可能係有一翻轉運動能力來翻轉一個別晶圓之一四軸機器人。在一項具體實施例中，假定一整個載體剛剛返回該塢站，且因此該載體固持著若干處理過的晶圓，則該機器人之臂從該載體31移動一晶圓並將其放置於一定位在該 塢站內的晶圓匣35內(圖3A至3J)。然後，其較佳的係從該匣拾取一未經處理的晶圓並將該晶圓放置於該載體上與一處理過的晶圓移除位置相同之位置。較佳的係，然後，一索引機構39旋轉一支架41，該載體31在安置以及在該晶圓裝載及卸載程序期間使用時皆處於該支架41上。可以旋轉方式對該載體31編索引以將其所承載的另一處理過的晶圓放置進欲由該機器人33來拾取之位置。然後，同樣將此另一晶圓移動至該匣，而將一新的晶圓從該匣移動至載體31上之相同位置。此操作一直繼續進行直至該載體31上所有處理過的晶圓皆已被未經處理的晶圓取代，然後，將該載體31從該負荷固定艙15移動進入該真空處理艙11及該載體29，而將包含最新處理過的晶圓之載體移除至該艙15，以便該機器人33隨後能將其晶圓與未經處理的新晶圓交換。替代性的係，在將任何新晶圓放置於該載體上之前可移除所有處理過的晶圓。
一旦該匣35載滿處理過的晶圓，便將其從該裝載塢27移除並以裝滿未經處理的晶圓之一匣來取而代之，並繼續對該新匣之晶圓繼續進行此交換。可採用標準的七類匣中之任一類匣。視需要，可使用一與SMIF(標準機械介面)相容的匣。此外，一晶圓定位機(未顯示)係另一選項，其同樣可包括於該裝載塢27中，以便在將該等晶圓放置進該匣之前讓處理過的晶圓之旋轉就該等晶圓上的某一特徵而對準。該裝載塢27較佳的係包括ULPA過濾器FFU(風扇濾網單元)以保持一清潔的環境。在另一項具體實施例中，還可令該塢站保持處於一低壓環境中。
藉由一運輸機構43來讓該等載體29及31在該等艙11及15內以及在該等艙11與15之間來回移動。在此項具體實施例中，此機構包括二組導軌：來自一組之一導軌45，以及來自另一組之一導軌47(如圖所 示)，該等二組之其他導軌係隱藏起來看不見。每一組之導軌係定位於該等晶圓載體之相反側上，以便在該等艙11或15中的任一艙或在該等二艙中升高或降低一載體。藉由一適當的原動力源(未顯示)沿一垂直框架49升高或降低(z軸)該等二組導軌。在此範例中，該等二組導軌在其整個運動過程中皆保持分開一固定距離。此點為在防止不小心將一組導軌推進由另一組導軌固持之一載體上的晶圓時提供一定的安全性，從而減少對昂貴的晶圓造成損壞之可能性。每組導軌皆可沿介於該等艙11與15之間的線性運輸系統(x軸)而橫向移動，且與另一組無關。在所說明的特定範例中，頂部組之二導軌可同時彼此相向及彼此相背移動一較短距離，而底部組之導軌無需進行此類移動。此複雜運動傳遞必需的移動以在該等艙11及15內及該等二艙之間使用、釋放並移動該等載體29及31。
該載體29(見圖2)在其所承載的晶圓正接受處理期間，係自一閂鎖51懸浮於該真空處理艙11內。可同樣藉由一機構53(包括一原動力源)而旋轉該閂鎖51，從而旋轉自其懸浮的載體。該機構53可能還操作該閂鎖51，以在藉由該運輸機構43移除該載體29時釋放該載體29，並在藉由該運輸機構43將該載體移入該艙11而令該載體背對其而定位時抓住該載體。
圖3A至3J之時間順序圖說明圖1及圖2的運輸機構43為移動該等載體29及31而進行之操作。圖3a所說明之循環中的點係在該真空艙11內處理該載體29上的晶圓之處。該閘閥13係關閉。同時，以上面說明之方式，藉由該機器人33(圖1及2)在該載體31與該匣35之間交換個別晶圓(例如，一晶圓55)。該閘門在該交換期間係開啟。
在完成此晶圓交換後，關閉該閘門25，並使用該等泵21及23且 藉開啟該等艙閥來減少該負荷固定艙15內的壓力。該等泵一般連續運作，同時操作相關的閥以開啟及關閉其與該負荷固定艙15之連接。在減少該壓力時，升高該等導軌45及47至圖3B所示位置。該導軌47最初接合該載體31並將該載體抬升離開已編索引之支架41。讓該等導軌45及47繼續向上移動直至頂部導軌45處於正確的仰角以便橫向移入該處理艙11，此位置如圖3B所示。此位置係在該導軌將接合並固持該載體29的位置下方之一較短距離處。
在已將該艙15內的壓力減小至與該艙11的壓力接近之一位準後，開啟該閘閥13並將該頂部導軌45移入圖3C所示之位置。該導軌45之垂直位置略低於將接合該載體29之位置。一旦橫向定位，便讓該等導軌45及47向上移動一較短距離，如圖3D所示，以讓該導軌45接合並固持該載體29。然後，藉由該機構53而從支撐閂鎖51釋放該載體29。然後，讓該導軌45向下移動一較短距離以從該閂鎖51除去該載體29，且然後橫向移動而該載體後退進入該負荷固定艙15直至圖3E所示之位置。替代性的係，可藉由該機構53讓該閂鎖51進行用於分離該閂鎖之短垂直運動。在此階段，二晶圓載體皆處於該艙15內。該載體29具有從該處理艙11移除之處理過的晶圓，而該載體31固持未經處理之晶圓。
在該閘閥13開啟而二艙11及15皆處於一低壓力之條件下，將具有未經處理的晶圓之載體31移入該處理艙11。圖3F顯示此移動之一第一步驟，其中讓二導軌在該負荷固定艙15內向上移動直至下部導軌47處於一適當的仰角以將該載體31移入該艙11。接下來，如圖3G所示，將該導軌47橫向移入該真空處理艙11，而然後向上移動一較短距離以致動欲由該機構53來操作之閂鎖51來接合並支撐該載體31。替代性的 係，可藉由該機構53讓該閂鎖51進行用於將該閂鎖51接合至該載體31之短垂直運動。然後將該等導軌45及47降低一較短距離，以便將該導軌47與該載體31分離，如圖3H所示。然後，將該導軌47橫向移回進入該負荷固定艙15，直至圖3I所示之位置。
然後關閉該閘閥13，然後可在該真空處理艙內開始對該載體31上的晶圓進行處理。然後，將該負荷固定艙15內的壓力增加至外側壓力並開啟該閘閥25。當此舉發生時，讓該等導軌從圖3I之位置向下移動至圖3J之位置。在圖3J中，該載體29係安置於該支架41上而不再受該導軌45之支撐。然後，在上面說明的該載體29與該匣35之間的晶圓交換期間，可藉由該索引機39並經由該載體29位於其上之支架41而旋轉該載體。
在該晶圓交換之前、期間或之後，將該等導軌45及47從圖3J所示的其最低位置升高至圖3A所示位置，以準備好在完成該交換後讓該下部導軌47接合另一載體29。然後，將該等載體29與31之位置對調，重複圖3A至3J之程序。該導軌45係製作成可橫向移動(沿y軸)一較短距離，以便在該導軌45升高超過該載體29而該載體29係位於該支架41上時除去該載體29。
可能應注意，該導軌45始終移動固持處理過的晶圓之載體，(在此特定範例中)，而該導軌47移動固持未經處理的晶圓之載體。此點有利之處在於可讓處理過的晶圓保持於該頂部載體上以使得污染物不會從另一載體落到該等晶圓上。
圖3A至3J因此表示該晶圓載體運動之一完整循環，此可藉由圖1及2之設備來實施。晶圓輸出量之所以高，係因為將該真空處理艙11保持於一低壓(高真空)而該閘閥13僅需為交換載體而開啟一較短的時 間。由於欲交換的所有晶圓皆在僅二載體上，因此，此交換可能快速發生，並因此增加在該真空處理艙11內處理晶圓之時間的百分比。處理過的晶圓(皆位於一第一單載體上)與未經處理的晶圓(皆位於一第二單載體上)之此交換會在最小程度上造成處理中斷。額外的係，將新的晶圓裝載於一載體上而與另一載體上經處理的晶圓並列。
該載體運輸機構43之一優點係簡單。在一預期的設計中，該等四個導軌中的每一導軌(頂部對中的導軌45與另一導軌，及底部對中的導軌與另一導軌)皆可能由二區段製成，其中一區段係沿二區段之長度從另一區段套疊而成。每一區段之長度係選擇成在該等區段折疊於彼此內部時允許該導軌適配於該負荷固定艙15內。與真空相容的線性電動馬達及導引器可能係安裝於該等導軌上以提供沿x軸之此運動。例如，一此類馬達係安裝於該導軌上以讓該套疊區段相對於另一區段而移動，而另一馬達係安裝於該導軌上以讓二區段皆相對於該框架49而移動。此舉提供上述關於圖3A-3J的x軸之運動範圍。
可藉由柱，例如，該框架49內側上之一柱以及該等載體之一相反側上的一類似框架上之另一柱(未顯示)，而將每一組之導軌固持為垂直分離。然後，可藉由在每一柱內安裝一與真空相容的線性電動馬達及導引器而讓該等導軌垂直運動。可藉由安裝於該等導軌與該框架49之間的微型氣動致動器，讓該等頂部導軌沿y軸彼此相向及相背移動。
圖4顯示本發明之另一較佳方面，其中安裝一磁耦合驅動機構來驅動該線性運輸陣列以放置欲處理的樣本以及已經處理過的樣本，該等樣本(例如，晶圓)係固持於該負荷固定艙與該處理艙中的所需位置之間的個別載體中。在此項較佳具體實施例中，二處理艙60及負荷固 定艙62分別具有不相關的磁耦合驅動單元64及66。該磁耦合驅動單元較佳的係封裝於一較佳係真空密封之不銹鋼管(未顯示)內。閘閥68提供艙60與62之間的真空密封。較佳的係讓該等磁驅動單元保持處於大氣壓力。線性導引器72上導引之一滑動台架70係設計並定向成「躍過間隙」(即，介於處理與負荷固定艙之間的間隙)，而不與該等導引器支撐物分離且無任何不連續的「顛簸(jerk)」。該滑動台架70具有與封裝該磁耦合驅動機構之不銹鋼管的彎曲相適應之二個固定的磁體74、76。一托盤78係附著於該滑動台架70並係顯示為附著於一托架支撐物80。該托盤78於該載體82上的圓頂法蘭83上之托盤接合槽處接合該載體82。該圓頂法蘭83上的轉軸接合槽接合該負荷固定艙中的轉軸84或該處理艙中的轉軸85。
圖5係本發明之線性運輸系統之一磁耦合驅動機構之敞開圖。一螺栓導軌致動桿90讓螺栓導軌111順時針或反時針旋轉180度，以將該驅動磁體116與該滑動台架96上的受驅動磁體98或99中任一沿導軌102行進之磁體接合或分離。滑動台架96進一步包含軸承92。磁體98與99之間的距離有助於該處理艙磁耦合驅動器與負荷固定磁驅動器之間的「無顛簸交握」。磁耦合驅動器100較佳的係封裝於一不銹鋼管內，該不銹鋼管係經由一具o型環密封之真空法蘭而與真空隔絕。驅動器磁體116係顯示為與該滑動台架96上的前部驅動磁體99接合。在旋轉該導螺桿112時(例如，藉由一電動馬達(未顯示))，該螺栓導軌螺帽114在其受該螺栓導軌111之導引時與該驅動器磁體116一起線性前進或收縮。該驅動器磁體與受驅動的磁體耦合，附著於該滑動台座96，向該滑動台座96傳遞線性運動。
圖6係該磁耦合驅動器110的各方面之敞開圖。一驅動機構包含： 具有導螺桿112(具有螺紋零背隙的分離螺帽114)之一螺栓導軌111，以及，與附著於該磁支架的磁支架118之曲率相符合之一驅動器磁體116。
圖7係本發明之一項具體實施例之敞開透視圖。此圖式說明，當該滑動台架144(藉由該圓頂148來支撐該托盤146)在該導軌150上經由該閘閥(未顯示)在該負荷固定艙與該處理艙之間移動時，該負荷固定艙中的磁耦合驅動單元140與該處理艙中的磁耦合驅動單元142之間的「交握」概念。在操作中，藉由致動該負荷固定磁驅動器上的螺栓導軌致動桿，來讓該負荷固定磁耦合驅動單元中的驅動磁體與該滑動台架上的磁體分離。藉由驅動該處理艙磁耦合驅動器上的螺栓導軌致動桿，來讓該處理艙磁耦合驅動單元中的驅動磁體與該滑動器之遠側上的磁體接合。藉由該導軌152上的一組滾筒軸承，在縱向及垂直方向上良好地支撐該滑動台架。
如圖7所示，該物件載體或「圓頂」148係設計成固持欲處理之晶圓或其他物件。在本發明之一項具體實施例中，該等物件係易碎的晶圓。因此，較佳的係讓該晶圓載體或「圓頂」與附著於其上的晶圓一起移動，而不在處理過程中站至站的運輸期間嘗試直接接觸該等晶圓。處理過的並固持於該載體上適當位置之晶圓或物件數目取決於該載體上接收區域之數目。進而，接收區域或地點(其係以切口或「孔」之型式呈現)係取決於該等晶圓或其他物件之尺寸。因此，一直徑為150 mm或200 mm之晶圓在載體上佔據的空間將明顯比一50 mm之晶圓佔據的空間更多。該等圓形容器154係設計成接收類似尺寸之物件以作處理。由於該等圓頂載體可能相當大且難以為放置及移除物件而在該艙周圍移動，因此，依據本發明之另一方面，可將該圓頂 表面分成楔形區段，該等楔形區段係可移除地固持於一圓形框架上以便在所有區段皆處於適當位置時實現一完整的圓頂形載體。因此，該圓頂148係進一步設計成由可移除的分離區段構造而成，該等分離區段係藉由扣件(例如，彈簧夾156)而固持在一起以便在該等區段處於適當位置時，整個圓頂係完整無缺。讓完整裝配而成的圓頂在該處理艙與該負荷固定艙之間移動。
可讓該等區段個別地從該負荷固定艙移動至用於物件裝載及卸載之「前端」。此一配置使得用於較小尺寸物件(例如，直徑為150 mm之晶圓)的物件放置及移除而處置之載體組件之重量及尺寸減小。較大的晶圓(例如，直徑為200 mm之晶圓)較佳的係經由該塢站而從該負荷固定艙個別地裝載及卸載，較佳的係藉由一自動構件(例如，較佳的係位於該塢站中之一機器人)來裝載及卸載。此外，為進一步使調換二個此類圓頂區段位置所需之區域最小化，可截去該等區段之尖端而不對晶圓或該圓頂上的物件承載能力造成損失。如圖所示，該圓頂具有一雙槽法蘭158。該底部槽接合該托盤146，而該頂部槽接合該處理艙中之一轉軸(圖4中的84)與負荷固定艙中之一轉軸(圖4中的85)。應進一步瞭解，該圓頂可能係定位成一倒轉狀態而使得該圓頂在一凹入或凸出甚或平面方向上固持欲處理之物件。若在該處理艙內執行除蒸發沈積外的一程序，則可使用一不同類型且不同形狀的載體。本發明意圖使用的其他可能載體有：一平板，用於晶圓係承載於一平面表面上之情況；或一「舟」，用於晶圓係固持於一非平面方向上之情況。進一步，可替代性地轉移及個別地處理每一晶圓或物件。但是，此舉之效率相對較低，且一般不適用於大多數的晶圓處理，例如，砷化鎵晶圓處理。如上面之論述，對於直徑較大的物件，例如直 徑為200 mm之晶圓，該圓頂包含個別區段，該等區段具有精確加工而成的插座及調整片以精確地定位並接合該等區段。此類區段較佳的係藉由扣件(例如，彈簧夾)而固持在一起。較佳的係，在該等區段上有加工而成的特徵以對該圓頂精確地編索引，從而輔助自動的物件裝載及卸載。該圓頂較佳的係由一不銹鋼製成，但是，熟習真空沈積艙領域者根據本文之揭示內容將會容易地瞭解，該圓頂可能係由能夠抵抗持續處理環境的嚴酷考驗之任何有用材料構造而成。
本發明意圖使用將會實現所需效果之任何磁耦合驅動單元。此類所需單元係由加州佛瑞蒙的Transfer Engineering公司製造，但亦可使用其他可用單元，熟習磁驅動單元者根據本文之揭示內容將會容易地明白此點。
如上所述，該處理艙內保持的低壓基本上係因該負荷固定艙在開啟該閘閥(其密封該處理艙以不受該負荷固定艙之影響)之前受壓而得到保護。以此方式，決不會淨化該處理艙，從而消除了不斷淨化及再次對該處理艙抽真空之需要。該處理艙中保持的一般處理壓力係從約10-6 至10-7 托。在本發明之一項具體實施例中，該負荷固定艙在載體/物件裝載期間係曝露於周圍環境。當該第二閘閥處於關閉位置時，便在約3分鐘不到之時間內將該負荷固定艙從大氣壓力抽真空至約10-5 托。此刻，開啟該第一閘閥，而將組合的負荷固定艙及處理艙抽真空至所需的約10-6 至10-7 托之操作壓力。依據該真空泵之設計以及該等艙而尤其係該負荷固定艙之所需的低容積設計，總抽真空時間少於約5分鐘。此點與已知的處理系統形成明顯對比，在已知的處理系統中，抽真空時間最少超過約17秒而最多超過約20分鐘，從而產生比本發明之程序明顯更多之抽真空時間。設計用於本發明之程序的負 荷固定艙之較佳容積約為20cfm，而更佳的係容積在從約10至15cfm範圍內。此有限的負荷固定艙容積允許縮短抽真空循環，從而引起效率及產品輸出量提高。
大致而言，本發明之一用於將半導體晶圓之載體在一第一艙及一第二艙間移動之裝置，包含：一第一線性運輸陣列，其適於在該第一及第二艙之間接合與移動一載體；及一第二線性運輸陣列，其適於在該第一及第二艙之間接合與移動一載體，其中該第一及第二線性運輸陣列係可彼此相對移動以將在該第一艙之該載體交換為在該第二艙之該載體，反之亦然；其中該第一線性運輸陣列及該第二線性運輸陣列可包含如圖3A-3J所揭示之導軌45及47，且可進一步包含驅動機構，該驅動機構包括磁耦合驅動機構、液壓驅動機構、氣動驅動機構、電機驅動機構及機械驅動機構。如圖4及5所揭示之磁耦合驅動單元64及66。
此外，依據本發明，在物件處理循環中，當另一載體佔據該處理艙時，藉由將一具有欲處理物件的載體保持於一準備位置而令載體調換時間保持為最少時間，從而產生並保持較高的系統效率。進一步，可將該系統改變成在該負荷固定及處理艙中任一艙或二艙內皆容納複數個載體，以滿足產品輸出量需求。
基於本申請案之目的，應瞭解，術語「線性或內建型運輸陣列」及「線性或內建型運輸系統」係同等且可互換之術語。進一步，如本文之解說，本發明之線性運輸系統可包含能夠在一線性方向上將該等載體從一點驅動至另一點之任何驅動系統。進一步，應瞭解本發明之線性運輸系統最好在該處理艙與該中繼艙中包含一支撐系統，一般係導軌。但是，本發明進一步預期若干具體實施例，其中該等支撐物或導軌並非固定而係包含該驅動系統之一組件。以此方式，該等導軌最初可能係僅位於一艙內，但是，一經操作，便可能按該系統之需要而延伸及收縮進多個艙內。此一系統，可與一「套疊」系統結合使用，其中要求該驅動單元致動該載體及該等導軌，該等導軌係先於或與該載體之運動同時移入所需位置。
儘管已結合特定範例及其具體實施例來說明本發明之各方面，但應瞭解本發明在隨附申請專利範圍之整個範疇內皆有受保護的權利。
11‧‧‧真空處理艙
13‧‧‧閘閥
15‧‧‧負荷固定艙
17‧‧‧蒸發源
19‧‧‧真空泵
21‧‧‧真空泵
23‧‧‧真空泵
25‧‧‧閘門
27‧‧‧塢站
29‧‧‧晶圓載體
31‧‧‧晶圓載體
33‧‧‧機器人
43‧‧‧運輸機構
45‧‧‧頂部導軌
47‧‧‧下部導軌
53‧‧‧機構

Claims (10)

  1. 一種用於將半導體晶圓之載體在一第一艙及一第二艙間移動之裝置，而該第一艙及該第二艙藉由一閘閥連接，該裝置包含：一第一線性運輸陣列，其適於在該第一及第二艙之間接合與移動一載體；及一第二線性運輸陣列，其適於在該第一及第二艙之間接合與移動一載體，其中該第一及第二線性運輸陣列係可彼此相對移動以將在該第一艙之該載體交換為在該第二艙之該載體，反之亦然。
  2. 如請求項1之裝置，其中該載體係為一倒轉圓頂。
  3. 如請求項1之裝置，其中當該第一及第二線性運輸陣列在同一艙中連動時，它們維持一固定垂直距離。
  4. 如請求項1之裝置，其中該第一運輸陣列係可獨立於該第二運輸陣列而在該第一及第二艙間移動。
  5. 如請求項1之裝置，其中該第一或第二運輸陣列包含至少二個設置於該第一或第二艙之二相對內壁上之導軌。
  6. 如請求項5之裝置，其中該等導軌可彼此相向移動。
  7. 如請求項1之裝置，其中該第一艙包含一閂鎖，該閂鎖係用於固持藉由該第一或第二線性運輸陣列傳遞之該載體。
  8. 如請求項1之裝置，其中該第一或第二線性運輸陣列包含一驅動機構，其係選自由一磁耦合驅動機構、一液壓驅動機構、一氣動驅動機構、一電機驅動機構及一機械驅動機構所組成的群組中。
  9. 如請求項8之裝置，其進一步包含一制動桿，其用於將該載體與該第一或第二線性運輸陣列接合或分離。
  10. 如請求項1之裝置，其進一步包含一泵，其用於為該第一或第二艙提供一所需真空位準。
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