TWI661508B - 用於處理多個基材之設備、叢集工具與方法 - Google Patents

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Abstract

本發明之實施例提供了用於逐段加載及卸載多基材處理室之設備及方法。本發明之一個實施例提供了用於處理多個基材之一設備。此設備包括：一基材支撐盤，此基材支撐盤具有形成複數個分段之複數個基材腔袋；及一基材處置組件，此基材處置組件經設置以自基材支撐盤之基材腔袋之一分段拾取基材且使那些基材下降至基材支撐盤之那些基材腔袋之分段。

Description

用於處理多個基材之設備、叢集工具與方法
本發明之實施例係關於用於在處理期間處置基材之設備及方法。更特定言之，本發明之實施例係關於用於將基材加載至同時處理多個基材之處理室之設備及方法，該等處理室為(例如)用於生產諸如發光二極體(light emitting diodes；LED)、雷射二極體(laser diodes；LD)及功率電子設備之裝置之處理室。
在半導體處理期間處理較小基材時，通常將複數個基材加載至基材載具隨後用基材載具移送基材進出處理室。舉例而言，在處理期間通常用一批安置且移送至基材載具中之藍寶石基材以批次模式處理用於生產發光二極體(LED)之藍寶石基材。
儘管如此，使用基材載具影響處理室之可重複性，因為不同的基材載具以不同方式影響處理室之效能。使用基材載具亦以各種方式限制生產力。首先，基材載具之尺寸受生產方法及處理系統中之流量閥門之尺寸限制。由於基材載具通常由碳化矽形成以獲得所要性質，因此生產直徑超過0.5公尺之基材載具較困難且昂貴。因此，即使腔室能夠同時處理較多基材，經處理基材之數目亦受所使用的基材載具之尺寸所限制。其次，生產成本增加，因為在處理期間，如，當基材載具在各種腔室、加載站及負載鎖之間經基材移送且曝露於各種環境中時，基材載具受到實質磨損。另外，使用基材載具亦需要在加載、卸載及起落期間處置基材之機器人及處置基材載具之機器人，從而亦增加了生產成本。
因此，具有對用於在處置多個基材期間處理基材之方法及設備的需求。
本發明之實施例係關於用於將基材加載至處理室同時處理多個基材之設備及方法。較特定言之，本發明之實施例提供了用於以逐段方式加載及卸載處理室之設備及方法。
本發明之一個實施例提供了用於處理多個基材之一設備。該設備包括：一腔室主體，該腔室主體界定一處理體積；及一基材支撐盤，該基材支撐盤安置於該處理體積中。該腔室主體具有允許基材穿過該腔室主體之一第一開孔。該基材支撐盤具有形成於一上表面上之複數個基材腔袋(substrate pocket)。各基材腔袋中容納一基材。該複數個基材腔袋形成複數個分段。該設備進一步包括一基材處置組件，該基材處置組件安置於該處理體積中。該基材處置組件相對於該基材支撐盤移動，以在與該基材處置組件對準之一加載位置自基材腔袋之一分段拾取基材且使該等基材下降至該等基材腔袋之該分段。該複數個分段中之每一者係可對準於該基材處置組件。
本發明之另一實施例提供了用於處理多個基材之一叢集工具，該叢集工具包括一第一處理室。該叢集工具亦包括：一移送室，該移送室經由該第一處理室之一第一開孔有選擇地連接至該第一處理室；以及一基材移送機器人，該基材移送機器人安置於該移送室中以加載及卸載該第一處理室中之基材。該基材移送機器人包括具有一或多個基材腔袋之一第一機械葉片。將該第一機械葉片中之該一或多個基材腔袋配置為以與該第一處理室之該第一基材支撐盤上的各分段中之該一或多個基材腔袋相同的圖案。
本發明之另一實施例提供了一種方法，該方法用於在處理多個基材期間處置基材。該方法包括以下步驟：將來自一外部基材移送機器人之一或多個基材收納於一多基材處理室中之一基材支撐盤之一第一分段中。該多基材處理室包括上述之特徵結構。該方法亦包括以下步驟：旋轉該基材支撐盤以使該基材支撐盤之一第二分段與該基材處置組件對準；以及將來自該外部基材移送機器人之一或多個基材收納於該基材支撐盤之該第二分段中。
本發明之實施例提供了用於加載及卸載經設置以處理多個基材之處理室之設備及方法。較特定言之，本發明之實施例提供了以逐段方式加載及卸載處理室之設備及方法。本發明之實施例亦提供了用於移送多個基材進出處理室而不移送基材支撐盤進出處理室之設備及方法。
第1圖為用於根據本發明之一個實施例之多個基材處理之叢集工具100的平面圖。叢集工具100通常形成處理環境，其中可對基材執行各種製程。在一個實施例中，叢集工具100係用於製造化合物氮化物半導體裝置，諸如發光二極體(LEDs)、雷射二極體(LDs)及功率電子元件。叢集工具100通常包括系統控制器102，系統控制器102經程式化用於進行各種在叢集工具100中所執行的製程。
叢集工具100包括耦接至移送室112之複數個處理室104、106、108、110。各處理室104、106、108、110經設置以同時處理多個基材126。處理室104、106、108、110可能具有不同的基材處理容量。舉例而言，處理室104可同時處理之基材量兩倍於處理室106、108、110可同時處理之基材量。
叢集工具100亦包括負載鎖腔室116，負載鎖腔室116連接至移送室112。在一個實施例中，叢集工具100亦包括一或多個服務腔室124，服務腔室124耦接至移送室112以提供各種處理功能，例如，基材定向、基材檢測、加熱、冷卻、除氣等。移送室112界定移送體積152。將基材移送機器人114安置於移送體積152中，以在處理室104、106、108、110，負載鎖腔室116及任選地服務腔室124之間移送基材126。移送體積152經由流量閥144、146、148、150及142分別與處理室104、106、108、110及負載鎖腔室116選擇性地流體連通。
叢集工具100包括工廠介面118，工廠介面118連接一或多個箱裝載器122及負載鎖腔室116。負載鎖腔室116提供介於工廠介面118與移送室112之間的第一真空介面，第一真空介面在處理期間可維持於真空狀態。各箱裝載器122經設置以容納用於保持且移送複數個基材的匣128。工廠介面118包括場域獨立(Field Independence；FI)機器人120，場域獨立機器人120經設置以在負載鎖腔室116與一或多個箱裝載器122之間穿梭基材。
基材移送機器人114包括機械葉片130，機械葉片130用於在處理室104、106、108、110，負載鎖腔室116及服務腔室124之間載運一或多個基材126且加載/卸載各腔室。
各處理室104、106、108、110分別包括基材支撐盤132、134、136、138。各基材支撐盤132、134、136、138經設置以在處理期間將多個基材126分別支撐於處理室104、106、108、110中。在處理期間，基材支撐盤132、134、136、138仍然分別處於處理室中且不會隨基材126在處理室間移動。在一個實施例中，負載鎖腔室116亦可包括靜止基材支撐盤140，靜止基材支撐盤140類似於處理室104、106、108、110中之基材支撐盤132、134、136、138、138。在第1圖中所圖示的示例性實施例中，基材支撐盤132經設置以保持直徑為6吋之8塊基材，且基材支撐盤134、136、138、140經設置以保持直徑為6吋之4個基材。當對尺寸不同的基材(諸如，直徑為2吋、直徑為4吋或直徑為8吋的基材)進行處理時，可使用不同的基材支撐盤。
根據本發明之實施例，可藉由基材移送機器人114以分段的方式加載或卸載處理室104、106、108、110中之每一者。基材移送機器人114經設置以自各處理室104、106、108、110之分段中擷取基材126或將基材126遞送至各處理室104、106、108、110之分段。特定言之，基材移送機器人114在一次行程中可加載或卸載基材支撐盤132、134、136、138之分段。一或多個基材126可能處於基材支撐盤132、134、136、138之每個分段中。藉由基材移送機器人114之多個行程來加載或卸載各處理室104、106、108、110。在加載及/或卸載一個分段之後，基材支撐盤132、134、136、138可移動以使新分段與基材移送機器人114對準，以重複加載及/或卸載，直至整個腔室被加載及/或卸載為止。以下用第2圖至第7圖進一步描述關於處理室及能夠分段加載之基材移送機器人之實施例的細節。
分段加載允許基材移送機器人114相容於不同容量的處理室。基材支撐盤132、134、136、138之每個分段均可包括大量可藉由基材移送機器人114同時移送之基材。舉例而言，在第1圖所圖示的實施例中，基材移送機器人114之機械葉片130每次載運一個基材，且基材支撐盤132、134、136、138中之每個分段均包括一個基材，且以4個及8個分段來加載/卸載處理室104、106、108、110。儘管如此，可根據各種因素改造腔室容量及分段配置，該等因素諸如處理中之基材尺寸及處理方法。
在一個實施例中，叢集工具100經設置以生產發光二極體(LED)且處理室104、106、108、110為經設置以形成III族氮化物薄膜之有機金屬化學氣相沈積(metal organic chemical vapor deposition；MOCVD)腔室及/或氫化物氣相磊晶(hydride vapor phase epitaxy；HVPE)腔室。
LED裝置通常由薄膜堆疊形成，薄膜堆疊包括基材上之N-型GaN層(N-型摻雜GaN)、多量子阱(multi quantum well；MQW)層、P-型GaN層(包括P-型摻雜AlGaN層及P-型摻雜GaN層)。所有層可藉由MOCVD而形成。當使用MOCVD時，N-型GaN層及MQW層花費較長時間形成P-型GaN層。或者，可使用HVPE形成N-型GaN層以達成快速生長速率。本發明之實施例包括：將處理室配置於叢集工具中以在製造LED裝置時達成整體效率。
在一個實施例中，叢集工具100經設置以在基材上使用MOCVD形成LED裝置，以連續地在基材上形成N-型GaN層、MQW層及P-型GaN層。特定言之，處理室104為經設置以在基材126上形成N-型GaN層之MOCVD腔室，處理室104之基材處理容量兩倍於處理室106、108、110之基材處理容量；處理室106、108為經設置以在基材126上形成MQW層之MOCVD腔室；且處理室110為經設置以在基材126上形成P-型GaN層之MOCVD腔室。藉由向N-型GaN沈積製程指定較大處理室104及向MQW沈積製程指定兩個處理室106、108，該配置減小了介於製程之間的等待時間且增加了效率。
在處理期間，首先將正在匣128中進行處理的基材加載於箱裝載器122中之一個。隨後，FI機器人120自箱裝載器122拾取基材126且將基材126移送至負載鎖腔室116中之基材支撐盤140。或者，當基材支撐盤140不在負載鎖腔室116中時，FI機器人120可將匣128移送至負載鎖腔室116。將具有位於基材支撐盤140之上或匣128之中的負載鎖腔室116密封且充氣至接近於移送室112之環境。隨後，打開負載鎖腔室116與移送室112之間的流量閥142，以便基材移送機器人114可在負載鎖腔室116中拾取基材126。
基材移送機器人114將機械葉片130延伸至負載鎖腔室116中，在負載鎖腔室116中拾取基材126，且將具有基材126之機械葉片130回縮至移送體積152。隨後，基材移送機器人114旋轉且使機械葉片130與處理室104對準以將基材126加載於處理室104中。任選地，在將基材126加載至處理室104之前，基材移送機器人114可首先將基材126移送至服務腔室124以供對準、預熱、清潔或檢測。
機械葉片130穿過開啟的流量閥144延伸至處理室104中，同時基材支撐盤132旋轉以將一個分段與基材移送機器人114對準以收納基材126。將一個基材加載於處理室104中。基材移送機器人114重複地自負載鎖腔室116拾取基材126且將基材126加載至處理室104，以逐段地加載處理室104，直至處理室104裝滿為止。
隨後，流量閥144閉合，且在處理室104中執行在基材126上沈積N-型GaN層之製程。在完成處理室104中之製程後，抽空處理室104且流量閥144打開。基材移送機器人114自處理室104擷取具有N-型GaN層之基材126且將具有N-型GaN層之基材126以第1圖所圖示的設置逐段地或逐個地移送至處理室106及108。
在用具有N-型GaN層之基材126加載各處理室106、108之後，流量閥146、148閉合且在各處理室106、108中執行在基材126上沈積MQW層之製程。當在處理室106、108中進行MQW沈積時，基材移送機器人114可用一批新基材126再加載處理室104，以開始處理該批新基材126。
在完成處理室106中之製程後，抽空處理室106且打開流量閥146。基材移送機器人114自處理室106擷取具有MQW層之基材126且將具有MQW層之基材126逐段地移送至處理室110。
隨後，在處理室110中執行在基材126上沈積P-型GaN層之製程。在完成沈積P-型GaN層之後，抽空處理室110且基材移送機器人114將具有P-型GaN層之基材126移送至負載鎖腔室116。任選地，在返回負載鎖腔室116之前，可將基材126移送至服務腔室124以供冷卻或檢驗。
隨後，將基材126自處理室108移送至處理室110以沈積P-型GaN層。隨後，將經處理的基材126移出處理室110移至負載鎖腔室116。
FI機器人120將經處理的基材126自負載鎖腔室116移送至箱裝載器122，其中可移送或儲存經處理的基材126以供進一步處理。
應注意，可藉由交換或程式化一或多個處理室來改造叢集工具100以執行各種製程。
舉例而言，在一替代實施例中，處理室104、106、108、110可經配置以使叢集工具100能夠藉由在基材上沈積N-型GaN層而形成用於LED裝置之GaN模板。
在另一實施例中，處理室104、106、108、110可經配置以使叢集工具100能夠藉由在GaN模板上形成多量子阱(MQW)層、P-型摻雜AlGaN層及P-型GaN(P-型摻雜GaN)層而在N-型GaN模板上形成LED裝置。
在另一替代實施例中，處理室106、108為經設置以形成N-型GaN層之MOCVD腔室；處理室104為經設置以形成MQW層之MOCVD腔室；且處理室110為經設置以形成基材126上之P-型GaN層之MOCVD腔室。
第2A圖為根據本發明之一個實施例之包括多基材處理室200之示意俯視圖。第2B圖為多基材處理室200之示意剖視圖。多基材處理室200經設置以用分段方式來加載及卸載。可使用多基材處理室200來代替第1圖之叢集工具100中的處理室104、106、108、110中之一者。
多基材處理室200包含界定處理體積204之腔室主體202。腔室主體202具有穿過腔室主體202所形成的開孔206，以允許基材往返穿過處理體積204。可(例如)藉由流量閥門208選擇性地閉合開孔206。諸如基材移送機器人114之機器人可用於移送基材126進出多基材處理室200。
將基材支撐組件210安置於處理體積204中，以在處理期間支撐複數個基材126。基材支撐組件210包括旋轉框212及安置於旋轉框212上之基材支撐盤214。
在一個實施例中，多基材處理室200為MOCVD腔室，多基材處理室200具有安置於基材支撐組件210上之蓮蓬頭組件224及安置於石英底部226下之熱源228。
旋轉框212包括軸216，軸216耦接至經設置以旋轉且垂直移動軸216之致動器218。兩個或兩個以上指形零件220自軸216延伸至支撐環222，支撐盤214位於支撐環222之上。指形零件220通常為細長形，從而允許基材支撐盤214之後側曝露於安置於下方之熱源228。
基材支撐盤214為薄平板，基材支撐盤214具有形成於上表面234上之複數個基材腔袋230。各基材腔袋230南設置以容納基材126。可將複數個基材腔袋230分組為複數個分段，其中將各分段中之基材腔袋230配置為相同圖案以使各分段中之基材腔袋230能夠分段加載/卸載。在一個實施例中，各分段可包括一個基材腔袋230。
各基材腔袋230經設置以容納一個基材。在一個實施例中，基材支撐盤214為圓形且軸216使基材支撐盤214環繞中心軸232旋轉。將基材腔袋230配置於基材支撐盤214之上表面234上，以便當基材支撐盤214環繞中心軸232旋轉時，每個基材腔袋230可被定位於加載位置236中。當基材支撐盤214旋轉時，基材腔袋230中之基材126一致地曝露於處理環境。
在一個實施例中，基材腔袋230可均勻地呈一個圓形圖案分散於基材支撐盤214之上且如第2A圖所示一個基材腔袋230可在加載位置236中經對準。儘管如此，取決於處理體積204之尺寸及基材126之直徑，可相應地配置基材腔袋230以提高產量且保證製程一致性。
可將基材支撐盤214可移除地安置於旋轉框212之上，且可交換且移除基材支撐盤214以供維護。在一個實施例中，基材支撐盤214由碳化矽組成以支撐藍寶石基材。
在一個實施例中，多基材處理室200包括經設置以偵測基材支撐盤214之定向且使一或多個基材腔袋230與加載位置236對準之感測器組件238。感測器組件238可能為用於偵測基材支撐盤214上之標記之光學感測器或影像感測器。
多基材處理室200進一步包括安置於基材支撐盤214下之舉升銷組件240。舉升銷組件240包括三個或三個以上附接至舉升銷框244之舉升銷242。將舉升銷框244藉由安裝臂件252安裝於舉升銷軸246之上。在一個實施例中，穿過各基材腔袋230中之基材支撐盤214而形成三個或三個以上銷孔250。銷孔250允許舉升銷242插入銷孔250中，以在基材腔袋230處於加載位置236時加載及卸載基材126。
如第2B圖所示，將舉升銷組件240定位於加載位置236下方，以便舉升銷242可以自加載位置236中之基材腔袋230拾取基材126且使基材126下降至加載位置236中之基材腔袋230。機械葉片130包括藉由槽256分離之支撐指形零件254，槽256用於當機械葉片130進入多基材處理室200時容納舉升銷242。支撐指形零件254形成基材腔袋用於將基材126保持於基材腔袋中。
舉升銷框244及支撐盤214中之至少一者可垂直移動，以允許舉升銷242插入基材支撐盤214。在一個實施例中，將舉升銷組件240固定地安置於處理體積204中且基材支撐盤214之垂直運動允許舉升銷242移動進出基材支撐盤214。在另一實施例中，舉升銷軸246耦接至經設置以相對於基材支撐盤214垂直移動舉升銷242之致動器248。
加載位置236可位於開孔206附近，以便諸如基材移送機器人114之機械葉片130之外部機械葉片可自加載位置236中之基材腔袋230拾取一或多個基材126且使一或多個基材126下降至加載位置236中之基材腔袋230。因為各基材腔袋230可旋轉至加載位置236，所以基材移送機器人114僅需具有到達加載位置236為止之運動範圍以進入整個基材支撐盤214。因此，本發明之實施例允許多基材處理室200具有比由機器人範圍所限制的尺寸更大的尺寸，進而能夠增加產量。
如第2A圖所示，由於不需要穿過開孔206移動基材支撐盤214，因此基材支撐盤214可具有比開孔206之寬度大得多的直徑，進而允許處理中之基材126的數目增加。
第2C圖為在基材支撐盤214經移除的情況下多基材處理室200之示意俯視圖。舉升銷框244可具有圓環，此圓環具有三個自舉升銷框244延伸的舉升銷242。
第2D圖為多基材處理室200在基材支撐盤214位於舉升銷242上方時所處位置的示意剖視圖。在該位置中，基材支撐盤214可環繞中心軸232旋轉以切換與舉升銷組件240對準之分段。基材126亦在第2D圖所圖示的位置中被加以處理。
在移送基材期間，軸216旋轉基材支撐盤214以將空基材腔袋230定位於加載位置236中。基材移送機器人114延伸葉片130至多基材處理室200且將基材126定位於加載位置236中之空基材腔袋230上方。舉升銷242穿過基材支撐盤214中之銷孔250及葉片130中之槽256向上移動以自葉片130之基材腔袋258拾取基材。機械葉片130在無基材之情況下回縮。隨後，舉升銷242降低至基材支撐盤214下方，從而使基材下降至加載位置236中之基材腔袋230中。
隨後，基材移送機器人114可返回至負載鎖腔室或不同的處理室以在多基材處理室200中拾取用於處理之新基材。基材支撐盤214旋轉以使另一空基材腔袋230與加載位置236對準。隨後，基材移送機器人114將基材加載至基材支撐盤214。製程可重複直至基材支撐盤214裝滿。隨後，可閉合流量閥門208且將在多基材處理室200中之處理體積204之封閉環境中處理基材支撐盤214上的基材。在處理期間，基材支撐盤214可持續地旋轉以確保基材支撐盤214上之多個基材一致地曝露於處理環境，進而進行一致地處理。
在完成多基材處理室200中之處理之後，抽空多基材處理室200且流量閥門208開啟。基材支撐盤214將一個基材腔袋230定位於加載位置236中且停止旋轉。舉升銷242穿過銷孔250進入且拾取基材。隨後，基材移送機器人114延伸機械葉片130至多基材處理室200中低於舉升銷242上之基材。隨後，舉升銷242回縮至基材支撐盤214下方，從而使基材下降至機械葉片130之上。隨後，具有基材之機械葉片130回縮且自多基材處理室200卸載一個基材。可將經卸載的基材移送至負載鎖腔室或另一處理室以供進一步處理。隨後，基材支撐盤214旋轉以使具有基材之另一基材腔袋230與加載位置236對準以卸載另一基材。重複製程，直至基材支撐盤卸空為止。
在多基材處理室200中可使用任何適當的基材處理機構來代替舉升銷組件240以達成分段加載。舉例而言，多基材處理室200可包括使用真空法、伯努利吸盤(Bernoulli chuck)、靜電卡盤或邊緣抓取之基材處理機構，以自基材腔袋230拾取一或多個基材且與諸如機器人114之外部基材處理機交換基材126。
在一替代實施例中，在多基材處理室200中可不包括舉升銷組件240，其中可藉由可自基材腔袋230直接拾取基材126之外部基材處理機來加載及卸載基材126。舉例而言，在無舉升銷組件240之情況下，可使用邊緣抓取、真空法、伯努利吸盤或靜電卡盤之外部基材處理機來加載及卸載多基材處理室200。
第3A圖為根據本發明之一個實施例之基材抓取組件300的示意透視圖。基材抓取組件300可包括三個或三個以上附接至框312之抓取指形零件302。在一個實施例中，框312可藉由在處理室中所使用的安裝臂件314附接至軸316，在處理室中基材抓取組件300下之區域不可用於安裝。
各抓取指形零件302可自框312垂直向上延伸。各抓取指形零件302之頂部分318具有支撐表面304及自支 撐表面304向上且向外延伸之基材引導表面306。支撐表面304經設置以支撐邊緣區域附近之基材背側。支撐表面304可以為平坦的。三個或三個以上抓取指形零件302之支撐表面304形成基材停放區域308，其中基材藉由三個或三個以上抓取指形零件302來支撐。基材引導表面306經設置以將基材引導至基材停放區域308。
抓取指形零件302可以如下方式配置：當基材與基材抓取組件300充分接合時，抓取指形零件302與處於相應支撐表面304之基材接觸。引導表面306可能為向外且向上擴展之傾斜表面。引導表面306界定比經收納基材更大的收納區域310，且平緩地將基材向下引導至基材停放區域308。當將基材置於中心且使基材與基材腔袋對準時，基材抓取組件300尤其有用。
第3B圖為與抓取機構300一起使用的基材支撐盤330之局部俯視圖。可將基材抓取組件300安置在基材支撐盤330下方，且抓取指形零件302可由致動器來致動且相對於基材支撐盤330移動。
基材支撐盤330類似於基材支撐盤214，不同在於基材支撐盤330之各基材腔袋332具有三個或三個以上形成於各基材腔袋332之邊緣336上之穿通孔334。各穿通孔334允許一個基材抓取指形零件302通過。如第3B圖所示，藉由抓取指形零件302所界定的收納區域310比基材腔袋332更大，且基材停放區域308處於基材腔袋332 內。進而，基材抓取組件300確保，當基材下降至基材腔袋332時，基材停留在基材腔袋332內。
如上所述，在一些諸如MOCVD腔室及HVPE腔室之處理室中，可將一或多個加熱元件定位於基材支撐盤上方及/或下方以在處理期間加熱基材支撐盤214及基材。在使用加熱燈或其他加熱元件自基材支撐盤下方對基材支撐盤進行加熱的狀況下，可在各銷中使用蓋以避免將熱量引導處理中的基材。
第4A圖及第4B圖為具有用於覆蓋各基材腔袋408中之穿通孔404之罩蓋402的基材支撐盤400之局部剖面側視圖。類似於基材支撐盤214中之銷孔250及基材支撐盤330中之穿通孔334的穿通孔404經設置以允許舉升銷或抓取指形零件406通過。當舉升銷或抓取指形零件406經舉升穿過穿通孔404時，罩蓋402經舉升離開基材支撐盤400以供基材交換。在處理期間，罩蓋402插塞穿通孔404且防止基材126藉由穿通孔404直接加熱所曝露的區域。在一個實施例中，罩蓋402可經製造以便厚度為t1的罩蓋402之熱性質類似於厚度為t2的基材支撐盤400。
雖然以上述基材支撐盤214、330及400可經設計以用於處理室中處理具有相對較大尺寸之基材(諸如，4吋、6吋、8吋或更大的基材)，但根據本發明之實施例之基材支撐盤可經改造以反向相容於較小基材處理。
在一個實施例中，可用子載具移送較小基材。第5A圖為用子載具504處理較小基材506的基材支撐盤500之示意俯視圖。第5B圖為基材支撐盤500之局部剖視圖。各子載具504經設置以支撐且固定複數個較小基材506。子載具504裝入形成於基材支撐盤500中之基材腔袋502。在處理期間，子載具504係與較小基材506一起被移送。
根據本發明之實施例之基材支撐盤及機械葉片可經改變以處理不同尺寸的基材。
可使用各種基材移送機器人來達成根據本發明之實施例之分段加載/卸載。在第1圖及第2A圖所圖示的一個實施例中，移送室112中之基材移送機器人114包括用於處置一個基材之一個機械葉片130。
在另一實施例中，基材移送機器人114可包括多個機械葉片，各機械葉片每次載運一個基材。舉例而言，基材移送機器人114可能具有兩個定位於兩個垂直高度中之機械葉片130。舉例而言，在第2B圖所圖示的基材移送機器人114中，第二機械葉片260(以虛線圖示)可用於機械葉片130之組合。機械葉片130、260中之基材腔袋可能具有相同配置，以便基材移送機器人114在一次行程中可卸載且加載基材支撐盤之分段。
在一個實施例中，機械葉片130、260可以交錯的方式進入多基材處理室200，以便舉升銷242在不影響其他葉片之情況下可進入機械葉片130、260中之一者。
在操作期間，一個機械葉片130或260載運一或多個將被加載至多基材處理室200之基材，而其他葉片維持空載。通常，首先進入處理室之機械葉片維持空載以便多基材處理室200可在加載之前卸載。在第2B圖之實施例中，上機械葉片260在操作之前持續空載且較低機械葉片130保持一或多個將被加載的基材。多基材處理室200具有加載位置236中之基材支撐盤214之一個分段，且舉升銷242舉起將被卸載的一或多個基材126。當舉升銷242下降時，空機械葉片260自舉升銷242拾取基材。隨後，較低機械葉片130向前移動至加載位置236。舉升銷242上升以拾取較低機械葉片130上之基材從而完成分段加載。
或者，基材移送機器人114可包括經設置以每次載運兩個或兩個以上基材之一個機械葉片。
第6圖為根據本發明之一個實施例之具有用於同時移送兩個基材的移送機器人602的基材處理系統之示意俯視圖。基材處理系統600可包括具有移送體積606之移送室604。將基材移送機器人602安置於移送體積606中。
基材移送機器人602包括機械葉片608，機械葉片608具有用於在基材腔袋610上支撐兩個基材之兩個基材腔袋610。基材移送機器人602操作以使機械葉片608自移送室604中之移送體積606穿過開孔616、618延伸至附接至移送室604之處理室612、614，以拾取基材或使基材下降。機械葉片608上之基材腔袋610經配置以匹配處理室612、614中之舉升銷620、622的配置。
處理室612、614可能具有不同設置及容量，只要各處理室612、614包括具有與機械葉片608之基材腔袋配置相同的基材腔袋配置之分段。處理室612、614包括匹配機械葉片608之舉升銷。處理室612、614可分別包括基材支撐盤628、630。基材支撐盤628、630可包括基材腔袋624、626。可將基材腔袋624、626分組為多個分段，且各分段包括基材腔袋624、626，基材腔袋624、626所形成之圖案匹配機械葉片之基材腔袋610之圖案。在第6圖所圖示的中，並排配置基材腔袋610。基材支撐盤628可包括由線632、634分開的四個分段。基材支撐盤630可包括由線636形成的兩個分段。
第7圖為根據本發明之一個實施例之具有用於同時移送三個基材的移送機器人702的基材處理系統700之示意俯視圖。移送機器人702具有機械葉片704，機械葉片704包括三個基材腔袋706。將基材腔袋706配置為與處理室708中之基材支撐盤710之分段714內的基材腔袋712相同的圖案。
應注意，基材支撐盤及機械葉片可能具有允許多個基材處置之其他設置。可根據處理中的基材尺寸來交換基材移送機器人上之機械葉片。
本發明之實施例亦包括具有針對各種製程要求的分段加載功能之各種設置之叢集工具。第8圖至第10圖圖示了根據本發明之實施例之少量示例性叢集工具。第8圖為根據本發明之一個實施例之叢集工具800的平面圖。叢集工具800類似於第1圖之叢集工具100，不同在於HVPE腔室810連接至移送室112而非處理室110，且加載站818連接至負載鎖腔室116而非工廠介面118。
叢集工具800包括處理室104、106、108及HVPE腔室810，其中處理室104、106、108經設置以執行MOCVD製程。可藉由安置於移送室112中之基材移送機器人114來分段加載各腔室104、106、108、810。
HVPE腔室810及處理室106、108可能具有相同的基材處理容量，而處理室104可處理基材量之兩倍於腔室810、106、108可處理之基材量。藉由使用HVPE製程以增加自MOCVD沈積之生長速率，HVPE腔室810增加了叢集工具之效率。HVPE腔室810可用於形成金屬氮化物裝置中之N-型GaN層。
根據本發明之一個實施例，叢集工具800經設置以形成LED裝置。HVPE腔室810經設置以形成用於LED裝置之N-型GaN層；處理室106、108為經設置以形成MQW層之MOCVD腔室；且處理室104為經設置以形成P-型GaN層之MOCVD腔室。
第9圖為根據本發明之另一實施例之叢集工具900的平面圖。
叢集工具900類似於第1圖之叢集工具100，不同在於存在連接至移送室112而非服務腔室124之第五處理室924，所有五個處理室106、108、110、904、924具有相同的基材處理容量，且加載站818連接至負載鎖腔室116而非工廠介面118。
在一個實施例中，所有五個處理室106、108、110、904、924均為MOCVD腔室。可設置叢集工具900以形成LED裝置。舉例而言，設置處理室110、108以形成用於LED裝置之N-型GaN層；設置處理室106、904以形成MQW層；且設置處理室924以形成P-型GaN層。
第10圖為根據本發明之一個實施例之用於多個基材處理的線性叢集工具1000的平面圖。
叢集工具1000包括兩個工廠介面1002a、1002b，工廠介面1002a、1002b具有連接於工廠介面1002a、1002b間的複數個移送室1004a、1004b、1004c及處理室1006a、1006b。在處理期間，處理中的基材自工廠介面1002a進入叢集工具1000，穿過移送室1004a、1004b、1004c以相繼在處理室1006a、1006b中進行處理，且自工廠介面1002b離開叢集工具1000。藉由移送室1004a、1004b、1004c中之基材移送機器人1008a、1008b、1008c來分段加載/卸載處理室1006a、1006b。
叢集工具1000中之各處理室1006a、1006b連接至兩個移送室。因為可藉由兩個移送室中之兩個基材移送機器人來同時執行加載及卸載，所以該設置進一步增加了 加載及卸載效率。處理室1006a、1006b可能具有用於兩個機器人之兩個加載位置及兩個舉升銷組件。
根據本發明之實施例之分段加載配置為諸如叢集工具100、800、900及1000的叢集工具提供了若干優點及改良。
一個優點為提高多基材處理室之可重複性。因為分段加載允許基材支撐盤變成處理室中之永久結構，所以提高了處理室中之處理環境的穩定性且亦提高了效能可重複性。
分段加載配置的另一優點為在處理期間避免移送具有基材之基材支撐盤。當移送基材支撐盤中之基材時，通常將基材支撐盤設計為適合於同時在叢集工具中之各種處理室，因為基材支撐盤穿行於各種具有基材之處理室中。因此，可折中地將基材支撐盤設計為適合不同腔室。在分段加載配置中，各基材支撐盤仍然處於相應的處理室中且可具有個別設計以最佳地適合特定處理室。另外，當移送基材支撐盤中之基材時，可藉由基材支撐盤之製造公差來引入加載與加載之間的製程變化。分段加載配置消除了由基材支撐盤所引起的加載與加載之間的製程變化。
另一個優點為提高生產力。藉由併入分段加載/卸載而不移送具有基材之基材支撐盤，可使用較大處理室，因為腔室尺寸不再受限於基材支撐盤尺寸、或流量閥開孔尺寸或基材移送機器人之活動範圍。較大處理室可處理更多基材，因此增加了叢集工具之整體生產力。
使用分段加載亦允許叢集工具包括不同尺寸或基材處理容量之腔室。叢集工具可使用針對較長製程之較大處理室，及針對較短製程之較小處理室，因此使叢集工具在效率與成本之間最優化。
藉由避免生產及維護在處理期間隨基材傳送的基材支撐盤之成本，使用叢集工具中之分段加載亦降低了成本。另外，藉由僅針對處理基材使用機器人及刪除針對處理基材支撐盤之機器人，使用分段加載亦簡化了基材處理系統，因此進一步減少了操作成本。
另外，分段加載亦減小了由在操作期間基材支撐盤在腔室與腔室之間的移動所引起的處理室之間的交叉污染。
雖然上文描述了LED之生產，但本發明之其他實施例適合於其中執行多個基材製程在的任何製程。本發明之實施例亦適合於加載及卸載獨立的多基材處理室。
雖然前文係針對本發明之實施例，但在不脫離本發明之基本範疇之情況下，可設計本發明之其他及另外之實施例，且本發明之範疇係藉由隨後之申請專利範圍來界定。
100．．．叢集工具
102．．．系統控制器
104．．．處理室
106．．．處理室
108．．．處理室
110．．．處理室
112．．．移送室
114．．．基材移送機器人
116．．．負載鎖腔室
118．．．工廠介面
120．．．FI機器人
122．．．箱裝載器
124．．．服務腔室
126．．．基材
128．．．匣
130．．．機械葉片
132．．．基材支撐盤
134．．．基材支撐盤
136．．．基材支撐盤
138．．．基材支撐盤
140．．．基材支撐盤
142．．．流量閥
144．．．流量閥
146．．．流量閥
148．．．流量閥
150．．．流量閥
152．．．流量閥
200．．．多基材處理室
202．．．腔室主體
204．．．處理體積
206．．．開孔
208．．．流量閥門
210．．．基材支撐組件
212．．．旋轉框
214．．．基材支撐盤
216．．．軸
218．．．致動器
220．．．指形零件
222．．．支撐環
224．．．蓮蓬頭組件
226．．．石英底部
228．．．熱源
230．．．基材腔袋
232．．．中心軸
234．．．上表面
236．．．加載位置
238．．．感測器組件
240．．．舉升銷組件
242．．．舉升銷
244．．．舉升銷框
246．．．舉升銷軸
248．．．致動器
250．．．銷孔
252．．．安裝臂件
254．．．支撐指形零件
256．．．槽
258．．．基材腔袋
260．．．機械葉片
302．．．抓取指形零件
304．．．支撐表面
306．．．引導表面
308．．．基材坐區域
310．．．收納區域
312．．．框
314．．．安裝臂件
316．．．軸
318．．．頂部分
330．．．基材支撐盤
332．．．基材腔袋
334．．．穿通孔
336．．．邊緣
400．．．基材支撐盤
402．．．罩蓋
404．．．穿通孔
406．．．抓取指形零件
408．．．基材腔袋
500．．．基材支撐盤
502．．．基材腔袋
504．．．子載具
506．．．基材
600．．．基材處理系統
602．．．基材移送機器人
604．．．移送室
606．．．移送體積
608．．．機械葉片
610．．．基材腔袋
612．．．處理室
614．．．處理室
616．．．開孔
618．．．開孔
620．．．舉升銷
622．．．舉升銷
624．．．基材腔袋
626．．．基材腔袋
628．．．基材支撐盤
630．．．基材支撐盤
632．．．線
634．．．線
636．．．線
700．．．基材處理系統
702．．．移送機器人
704．．．機械葉片
706．．．基材腔袋
708．．．處理室
710．．．基材支撐盤
712．．．基材腔袋
714．．．分段
800．．．叢集工具
810．．．腔室
818．．．加載站
900．．．叢集工具
904．．．處理室
924．．．處理室
1000．．．線性叢集工具
1002a．．．工廠介面
1002b．．．工廠介面
1004a．．．移送室
1004b．．．移送室
1004c．．．移送室
1006a．．．處理室
1006b．．．處理室
1008a．．．基材移送機器人
1008b．．．基材移送機器人
1008c．．．基材移送機器人
因此，為詳細理解本發明之上述特徵結構之方式，可參照實施例獲得上文簡要概述之本發明之更特定描述，其中某些實施例圖示於隨附圖式中。然而，應注意，附加圖式僅圖示本發明之典型實施例，且因此不欲視為其範疇之限制，因為本發明可允許其他同等有效之實施例。
第1圖為根據本發明之一個實施例之包括多基材處理室之叢集工具的平面圖；
第2A圖為根據本發明之一個實施例之多基材處理室及基材移送機器人的示意俯視圖；
第2B圖為第2A圖之多基材處理室處於基材移送位置的示意剖視圖；
第2C圖為在基材載具經移除的情況下多基材處理室之示意俯視圖；
第2D圖為第2A圖之多基材處理室處於分段切換位置的示意剖視圖；
第3A圖為根據本發明之一個實施例之基材抓取組件的示意透視圖；
第3B圖為根據本發明之一個實施例之基材支撐盤的局部俯視圖；
第4A圖為根據本發明之一個實施例之基材支撐盤載具的局部剖視圖；
第4B圖為第4A圖之基材支撐盤收納舉升銷的局部剖視圖；
第5A圖為使用子載具處理較小基材的基材載具的示意俯視圖；
第5B圖為第5A圖之基材載具的局部剖視圖；
第6圖為根據本發明之一個實施例之具有適合於同時移送兩個基材的移送機器人的基材處理系統之示意俯視圖；
第7圖為根據本發明之一個實施例之具有適合於同時移送多個基材之移送機器人的基材處理系統之示意俯視圖；
第8圖為根據本發明之一個實施例之包括多基材處理室之叢集工具的平面圖；
第9圖為根據本發明之另一實施例之包括多基材處理室之叢集工具的平面圖；
第10圖為根據本發明之一個實施例之用於多個基材處理的線性叢集工具的平面圖；
為幫助理解，在可能的情況下使用了相同元件符號代表圖式中共有之相同元件。設想在於，可將一個實施例中所揭示的元件有益地用於未特定詳述之其他實施例。

Claims (20)

  1. 一種用於處理多個基材之設備，該設備包含：一腔室主體，該腔室主體界定一處理體積，其中該腔室主體具有允許基材穿過該腔室主體之一第一開孔、以及該處理體積中位於該第一開孔附近之一加載位置；一基材支撐盤，該基材支撐盤可旋轉地安置於該處理體積中，其中該基材支撐盤具有形成於該基材支撐盤之一上表面上之複數個基材腔袋，各該基材腔袋係塑形以在處理期間接收在其中的一基材並可旋轉進入及離開該加載位置，且該複數個基材腔袋形成複數個分段；以及一基材處置組件，該基材處置組件安置於該加載位置中，其中該基材處置組件相對於該基材支撐盤移動，以在操作期間在與該基材處置組件對準之該加載位置，自旋轉進入該加載位置之該等基材腔袋之該等分段拾取該等基材且使該等基材下降至該等基材腔袋之該等分段，且該複數個分段中之每一者在被旋轉至該加載位置時係可對準於該基材處置組件。
  2. 如請求項1之設備，其中該基材處置組件包含一真空吸盤、一伯努利吸盤、一靜電卡盤、或三個或三個以上在操作期間抓取一處置中基材之一邊緣的抓取指形件之其中一者。
  3. 如請求項2之設備，其中該基材處置組件包含三個或三個以上的舉升銷，該些舉升銷安置於接近該腔室主體中之該第一開孔之該基材支撐盤之下，且各該基材腔袋具有穿過該基材支撐盤所形成的以供該三個或三個以上之舉升銷插入的三個或三個以上的銷孔。
  4. 如請求項3之設備，其中各該分段包含一個基材腔袋，且將該複數個基材配置為一圓形。
  5. 如請求項3之設備，其中各該分段包含一或多個基材腔袋，且在各該分段中將該等基材腔袋配置為相同圖案。
  6. 如請求項5之設備，其中各該分段包含三基材腔袋。
  7. 如請求項5之設備，其中透過該基材支撐盤環繞該基材支撐盤之一中心軸旋轉，使各該分段可對準於該三個或三個以上的舉升銷。
  8. 如請求項3之設備，進一步包含一第二基材處置組件，該第二基材處置組件安置於接近穿過該腔室主體所形成的一第二開孔之該基材支撐盤之下，其中該第二基材處置組件在操作期間自該基材支撐盤之該等基材腔袋之一分段拾取該等基材且使該等基材下降至該基材支撐盤之該等基材腔袋之該分段。
  9. 如請求項3之設備，其中該基材支撐盤包含三個或三個以上各該基材腔袋中之罩蓋，且各該罩蓋可移除地安置於一相應銷孔中。
  10. 一種用於處理多個基材之叢集工具，該叢集工具包含：一第一處理室，該第一處理室包含：一腔室主體，該腔室主體界定一處理體積，其中該腔室主體具有允許基材穿過該腔室主體之一第一開孔；一加載位置，該加載位置在該處理體積中且位於該第一開孔附近；一第一基材支撐盤，該第一基材支撐盤可旋轉地安置於該處理體積中，其中該第一基材支撐盤具有形成於該基材支撐盤之一上表面上之複數個基材腔袋，各該基材腔袋係塑形以在處理期間接收在其中的一基材並可旋轉進入及離開該加載位置，且該複數個基材腔袋形成複數個分段；以及一第一基材處置組件，該第一基材處置組件安置於該加載位置中，其中該第一基材處置組件相對於該第一基材支撐盤移動，以在操作期間自旋轉至該加載位置之該第一基材支撐盤之該等基材腔袋之該等分段拾取該等基材且使該等基材下降至該第一基材支撐盤之該等基材腔袋之該等分段；一移送室，該移送室經由該第一處理室之該第一開孔有選擇地連接至該第一處理室；以及一基材移送機器人，該基材移送機器人安置於該移送室中以加載及卸載進入該第一處理室之該加載位置之該等基材，其中該基材移送機器人包括具有一或多個基材腔袋之一第一機械葉片，將該第一機械葉片中之該一或多個基材腔袋配置為與該第一處理室之該第一基材支撐盤上的各該分段中之該一或多個基材腔袋相同的圖案。
  11. 如請求項10之叢集工具，進一步包含連接至該移送室之一第二處理室，其中該第二處理室包含具有形成多個分段之複數個基材之一第二基材支撐盤，且將該第二基材支撐盤中之各該分段中之該等基材腔袋配置為與該第一機械葉片上之該等基材腔袋相同的圖案。
  12. 如請求項11之叢集工具，其中該基材移送機器人進一步包含具有經配置成與該第一機械葉片中之該一或多個基材腔袋相同的圖案的一或多個基材腔袋之一第二機械葉片，且該第一機械葉片及該第二機械葉片可與第一或第二基材支撐盤上之一分段對準。
  13. 如請求項11之叢集工具，進一步包含：一第三處理室，該第三處理室連接至該移送室，其中該第三處理室包含具有形成多個分段之複數個基材之一第三基材支撐盤，且將該第三基材支撐盤中之各該分段中之該等基材腔袋配置為與該第一機械葉片上之該等基材腔袋相同的圖案；以及一第四處理室，該第四處理室連接至該移送室，其中該第四處理室包含具有形成多個分段之複數個基材之一第四基材支撐盤，且將該第四基材支撐盤中之各該分段中之該等基材腔袋配置為與該第一機械葉片上之該等基材腔袋相同的圖案。
  14. 如請求項13之叢集工具，其中該第一基材支撐盤上之該些基材腔袋之數目為該第二基材支撐盤上之該些基材腔袋之數目的兩倍。
  15. 如請求項14之叢集工具，其中：該第一處理室為一有機金屬化學氣相沈積(metal organic chemical vapor deposition；MOCVD)腔室；該第二處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室；該第三處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室；以及該第四處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室。
  16. 如請求項14之叢集工具，其中：該第一處理室為一有機金屬化學氣相沈積(metal organic chemical vapor deposition；MOCVD)腔室；該第二處理室為一氫化物氣相磊晶(hydride vapor phase epitaxy；HVPE)腔室；該第三處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室；以及該第四處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室。
  17. 如請求項13之叢集工具，進一步包含：一第五處理室，該第五處理室連接至該移送室，其中該第五處理室包含具有形成多個分段之複數個基材之一第五基材支撐盤，且將該第五基材支撐盤中之各該分段中之該等基材腔袋配置為與該第一機械葉片上之該等基材腔袋相同的圖案，其中：該第一處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室；該第二處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室；該第三處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室；該第四處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室；以及該第五處理室為一有機金屬化學氣相沈積腔室。
  18. 如請求項10之叢集工具，進一步包含：一第二移送室，該第二移送室連接至該第一處理室，其中該第一處理室具有一第二開孔，且該第二移送室經由該第二開孔有選擇地連接至該第一處理室。
  19. 一種用於在多個基材處理期間處置基材之方法，該方法包含以下步驟：將來自一外部基材移送機器人之一或多個基材收納於一多基材處理室中之一基材支撐盤之一第一分段中，其中該多基材處理室包含：一腔室主體，該腔室主體界定一處理體積，其中該腔室主體具有允許基材穿過該腔室主體之一第一開孔、以及該處理體積中位於該第一開孔附近之一加載位置；一基材支撐盤，該基材支撐盤可旋轉地安置於該處理體積中，其中該基材支撐盤具有形成於該基材支撐盤之一上表面上之複數個基材腔袋，各該基材腔袋係塑形以在處理期間接收在其中的一基材並可旋轉進入及離開該加載位置，且該複數個基材腔袋形成複數個分段；以及一基材處置組件，該基材處置組件安置於該加載位置中，其中該基材處置組件相對於該基材支撐盤移動，以在操作期間在與該基材處置組件對準之該加載位置，自旋轉進入該加載位置之該等基材腔袋之該等分段拾取該等基材且使該等基材下降至該等基材腔袋之該等分段，且該複數個分段中之每一者在被旋轉至該加載位置時係可對準於該基材處置組件；旋轉該基材支撐盤以使該基材支撐盤之一第二分段與該基材處置組件對準；以及將來自該外部基材移送機器人之一或多個基材收納於該基材支撐盤之該第二分段中。
  20. 如請求項19之方法，其中將一或多個基材收納於該基材支撐盤之該第一分段中之步驟包含以下步驟：旋轉該基材支撐盤以使該第一分段與該基材處置組件對準；將三個或三個以上的舉升銷自該基材處置組件插入穿過穿過該第一分段中之該等基材腔袋所形成的銷孔；將來自該外部基材移送機器人之該一或多個基材收納於該三個或三個以上的舉升銷之上；以及將該三個或三個以上的舉升銷自該基材支撐盤移除，以使該一或多個基材下降至該基材支撐盤之該第一分段之該等基材腔袋中。
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