TWI809177B

TWI809177B - 銷舉升裝置

Info

Publication number: TWI809177B
Application number: TW108129767A
Authority: TW
Inventors: 麥可朵爾; 里可羅納; 亞德里安艾申莫瑟; 馬可阿波羅尼
Original assignee: 瑞士商Ｖａｔ控股股份有限公司
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2019-08-21
Publication date: 2023-07-21
Also published as: JP7368460B2; TW202013591A; DE102018007307A1; KR20210056332A; WO2020058150A1; US12009248B2; JP2022501811A; CN112714950B; US20220044957A1; CN112714950A

Abstract

根據本發明的銷舉升裝置(10)設計用於在一製程室(4)中運動一待處理之基材，且包含：一外殼(31)，其沿著一調整軸線(A)延伸；一外殼端部(33)，其配置於外殼(31)的一第一端部區域且具有一外殼開口(34)；一驅動零件(11)，其配置在外殼(31)之一第二端部區域；一調整裝置(15)，具有可於調整軸線(A)之方向上在外殼中運動的一零件(21)；一導引區段(17)，用於在前外殼端部(33)之一第一止動部(17a)與遠離前外殼端部的一第二止動部(17b)之間形成於外殼(31)內側上的調整裝置(15)；一緊密連接裝置(55)，其形成在前外殼端部(33)與調整裝置(15)之間的外殼(31)內側；及一連接通道(18)，其在導引區段(17)從第一止動部(17a)延伸至第二止動部(17b)。甚至於在可運動零件(21)之運動期間，鄰接的第二內部區域導致第二內部區域之體積中的最小變化。

Description

銷舉升裝置

本發明有關用於藉著至少一支撐銷在製程室中運動及定位一基材的銷舉升裝置。

亦已知為銷舉升器之銷舉升裝置典型地設計並提供用於在製程室中承接和限定待處理基材的定位。這些尤其是使用於IC、半導體、平面板(flat panel)、或基材生產領域中之真空室系統，其必須在受保護的大氣中且不存在污染顆粒處發生。

此真空室系統尤其包含至少一可抽空之真空室，其提供用於承納待處理或生產的半導體元件或基材，且其具有至少一真空室開口，半導體元件或其他基材可經過所述真空室開口導引進出真空室。例如，在用於半導體晶圓或液晶基材之生產工廠中，高敏感度的半導體或液晶元件依序地通過數個製程真空室，於其中，坐落在製程真空室內之零件的每一者藉著一處理裝置進行處理。

此製程室通常具有至少一傳送閥，其橫截面適合於基材和機器人，且基材可經過機器人引入真空室，且如果需要的話，在意欲的處理之後移除。另一選擇，例如可提供第二傳送閥，已處理的基材經過該第二傳送閥由腔室移除。

例如晶圓的基材係例如藉由適當設計和控制之機器手臂所導引，其可通過藉由傳送閥所提供的製程室中之開口。然後，藉由用機器手臂抓住基材、將基材放在製程室中、並以限定的方式於製程室中沉積基材來載入製程室。據此排空製程室。

為了基材之放置及為了將基材精確地定位在腔室中，必須確保基材的相當高之精度和可動性。為此目的，使用銷舉升系統，其為基材提供複數支撐點，且如此在整個基材上方提供負載分佈(由於基材之自重(dead weight))。

譬如，藉由機器人將基材定位於舉升裝置的支撐銷上方並放置在銷上。於機器人已移開之後，藉由將銷降低在載具、例如電位板或卡盤(用於在機械加工製程中牢牢地固定基材的裝置(夾緊機構))上來沉積基材，且例如於降低所述銷之前，典型地承載基材的機器手臂移出腔室。在沉積基材之後，銷可進一步降低，且接著將其與基材分開，亦即，銷和基材之間沒有接觸。另一選擇，支撐銷可保持與基材接觸。於移去機器手臂並關閉(且引入製程氣體或排空)腔室之後，施行處理步驟。

於此同時，應提供待處理基材的最溫和且謹慎之處理、以及最短的可能處理時間。這意指基材可在腔室中盡可能快地帶入所定義之狀態-載入和卸載位置及處理位置。

為避免於半導體晶圓的處理期間產生不想要的衝擊，例如，US 6,481,723 B1提出使用特殊之止動裝置來代替銷舉升器中的硬動作止動部(hard motion stops)。在此，硬塑料止動部係藉由設計更軟之止動部部分和硬止動部的組合來代替，其中首先與軟止動部部分接觸以限制運動，且接著使硬止動部與軟止動部部分以對應之阻尼方式帶入接觸。

US 6,646,857 B2提出藉著偵測到的發生力來調節舉升運動。可根據所接收到之力量信號來運動舉升銷，以致總是在晶圓上適當地分配和控制於舉升銷的舉升力。

以每一處理循環，使銷舉升裝置(銷舉升器)之支撐銷(銷)帶至與待取出的基材造成接觸，並由其釋放。在此案例中，支撐銷藉由配置於外殼上之驅動裝置經過配置在外殼的第一端面區域之外殼端部的外殼開口相對所述外殼向外和向內運動。

適於所述運動之軸承和潤滑劑用於確保支撐銷和銷舉升裝置的可運動零件之運動，其長時間固持所述可運動零件。可運動零件在外殼中的運動導致外殼之自由內部空間中的變化，其中，於運動方向中設置在可運動零件兩側上之二局部空間的自由體積發生變化。封閉外殼中之體積變化導致壓力變化，從而可影響支撐銷的精確運動或定位。如果外殼沒有緊密地密封，則體積變化將造成空氣或氣體移入或移出外殼。顆粒、尤其是潤滑劑之顆粒可由外殼逸出並可能抵達附近的製程室。

因此，本發明之目的係提供一種改進之銷舉升裝置，其減少或避免上述缺點。

特別地，本發明之目的係提供一種改進之銷舉升裝置，於其中，支撐銷的運動盡可能不受干擾地進行，且沒有顆粒可從其進入製程室。

藉由實現申請專利範圍第1項之有特色的特徵來解答這些目的。可於申請專利範圍附屬項中發現以替代或有利之方式進一步發展本發明的特徵。

根據本發明之銷舉升裝置設計成在藉由一真空製程室所提供的一製程大氣區域中運動和定位待處理之一基材。銷舉升裝置包含：一外殼，沿著一調整軸線延伸；一前外殼端部，其具有配置於外殼的一第一端部區域之一外殼開口；一驅動零件，其配置在外殼的一第二端部區域；一調整裝置，設有可於調整軸線之方向中在外殼中運動的一零件；一內導引區段，用於在前外殼端部之一第一止動部與遠離所述前外殼端部的一第二止動部之間形成於外殼上的調整裝置；及一耦接件，從調整裝置引導經過外殼開口用於托住一支撐銷。在前外殼端部與調整裝置之間形成於外殼內的一緊密連接裝置，係以下面方式形成並固定至外殼端部和調整裝置：即使得經過外殼開口之進出僅通入藉由緊密連接裝置和調整裝置所密封的一第一內部區域。一連接通道在導引區段從第一止動部延伸至第二止動部，藉此確保外殼、外殼端部、連接裝置、調整裝置、和驅動零件之間的一第二內部區域之連接。

密封的連接裝置確保沒有顆粒可進入製程室。即使於可運動零件之運動期間，鄰接的第二內部區域導致此第二內部區域之體積中的最小變化，並確保支撐銷之運動可基本上不干擾地進行。

安裝在外殼中並可於調整軸線的方向中運動之調整裝置包含在外殼中的一可運動零件。可運動零件較佳地係包含一套筒狀區段，其外部形狀適於作為外殼的內部形狀之一導引區段。在套筒狀區段的兩側上於調整軸線方向中形成之端面係在第一和第二止動部處與外殼的相關聯的止動部面部接觸。

由於銷舉升裝置之外殼開口通入製程室，且製程室必須可緊密地密封，因此於外殼開口和連接至支撐銷的調整裝置之間插入一緊密連接裝置。在調整裝置中，緊密連接裝置固定至可運動零件、較佳地係固定至套筒狀區段。一特別合適的連接裝置包含一波紋管形(bellows-shaped)密封元件，其緊密地連接至外殼開口及至調整裝置、尤其是至調整裝置之可運動零件，且其允許支撐銷進行期望的運動。

連接裝置設計成使得只可能經過外殼中之開口進出至藉由連接裝置和可運動零件所限制的區域。外殼之其餘內部空間藉由連接裝置與此第一內部空間緊密地分離。調整裝置的可運動零件能位移地安裝於外殼中，並將藉由外殼、連接裝置、和可運動零件所限制之第二內部區域分成二隔室。這些二區段之間的連接通道減少壓力波動和相關聯之干擾。

在較佳的實施例中，連接裝置以氣密方式將第一內部區域與第二內部區域分開，且第二內部區域藉由其周圍之元件以氣密方式與環境分開，其中第二內部區域可選擇地包含一平衡開口(equalizing opening)。

於有利之實施例中，銷舉升裝置具有配置在第二內部區域的平衡開口之一阻擋裝置(blocking device)，其至少限制顆粒向環境中的散逸。

在阻擋裝置的第一實施例中，這包含從第二內部區域進入環境之一平衡開口，且於此平衡開口中包含一過濾器，其中，經過平衡開口的出口只可能經由通過所述過濾器之通道。為此目的，過濾器之至少一延伸部適合用於過濾器的承納區域之對應延伸部，以致相對於經過過濾器的流動、確保在承納區域和過濾器之間的緊密連接。可選擇地，於引導環繞通道區域之一環形區域中，在承納區域和過濾器之間插入一密封件。

藉由選擇合適的過濾器，可確保基本上沒有顆粒、尤其是沒有潤滑劑之固體部分可從第二內部區域散逸進入環境。過濾器可設計為簡單的多孔元件、較佳地係設計為燒結過濾器。特別地，過濾器藉由燒結製造。它較佳地係由金屬、陶瓷、或PTFE製成。

於阻擋裝置之另一實施例中，其包含從第二內側部分到連接至補償容器的管道之一平衡開口。如此，坐落在具有可運動零件的第二內部區域中之氣體總是處於對抵(against)環境密封的一氣密空間中。因此在本實施例中可省去過濾器。可選擇地，補償容器靈活地設計，以致當可運動零件運動時，從外殼散逸之帶有顆粒的氣體可於補償容器中被吸附，而不會累積明顯之過壓(overpressure)，或進入外殼的氣體可從補償容器回流，而沒有明顯之負壓(underpressure)。

在阻擋裝置的另一實施例中，它包含從第二內部區域至管線之一平衡開口，一期望的壓力、較佳地係一真空、可經由其累積於第二內部區域中。能以泵浦或真空源達成所期望之真空。如有必要，經由管線將保護氣體引入第二內部區域。

在較佳實施例中，一閥門連接至平衡開口，其與補償容器、真空泵或保護氣源之連接作成可調整的。可選擇地，閥門可為連接至補償容器、或至一連接件，所述連接件連接至以過濾器終止之環境。

阻擋裝置在外殼上的配置將具有可運動零件之第二內部區域與銷舉升裝置的環境之間用於不想要之顆粒及/或氣體的交換(exchange)分開。可能在無塵室中使用此銷舉升裝置而沒有任何問題。

於較佳實施例中，將一滑塊分派給可運動零件，其耦接至驅動單元之一螺桿，並可沿著螺桿線性地運動。

在另一實施例中，調整裝置藉由一舉升缸的推桿所運動。

驅動單元亦能具有一可控制的電動馬達，其耦接至螺桿，並在操作期間、尤其是環繞調整軸線、提供螺桿的旋轉。銷舉升裝置可因此實現為一機電銷舉升裝置。

當藉著電動馬達提供螺桿之旋轉時，滑塊、可運動零件、及因此之支撐銷的線性運動可經過螺桿和滑塊之相互作用而發生。

藉由帶有滑塊的實施例，可運動零件之數目和待運動的質量(masses)可保持相當低。因此，可相當快速和有效地操作銷舉升裝置，亦即，可同時快速且精確地舉升或降低一晶圓。

滑塊較佳地係具有對應於螺桿之螺紋的一內螺紋。此外，滑塊能以下列方式設在銷舉升裝置中：例如，它藉著一線性導引部(例如，溝槽)不可旋轉地安裝，且因此僅具有平移之運動自由度。藉由限制滑塊的自由度，它能藉由旋轉螺桿以高精度線性地運動及定位。此設計亦可吸收和抵消在驅動方向中平行於調整軸線作用之相當大的力量、例如由於待處理的基材之自重而產生的力量。

在有利的實施例中，線性導引部包含一縱向溝槽和坐落於縱向溝槽中之一嚙合元件。縱向溝槽和嚙合元件的相互作用將可運動零件之運動減小至可運動零件在外殼中的無扭轉(torsion-free)之縱向位移。縱向溝槽亦可用作外殼內側的隔室之間的連接通道，其藉由調整裝置之可運動零件彼此分開。較佳地，縱向溝槽形成於外殼的內側上，並將一滑鍵(feather key)插入在可運動零件上，其於縱向溝槽中被導引，並藉此確保免受扭轉之影響。由於滑鍵未完全在溝槽方向中關閉通道，因此縱向溝槽也可作為第一和第二止動部之間以及因此於隔室之間的連接通道，其中可用於滑鍵之通道橫截面略微減少。

在另一實施例中，驅動單元可具有耦接至調整裝置的一氣動式驅動缸。氣動式驅動缸可造成調整裝置之線性運動，並可較佳地連接至一推動元件、例如推桿。

1‧‧‧(半導體)晶圓/基材

2‧‧‧(第一)機器手臂

3‧‧‧(第二)機器手臂

4‧‧‧真空室/腔室/製程室

5a‧‧‧(第一真空)傳送閥

5b‧‧‧(第二)傳送閥

6‧‧‧驅動器

7‧‧‧(支撐)銷

8‧‧‧支撐元件

10‧‧‧銷舉升裝置

11‧‧‧(下)驅動零件/驅動單元

13‧‧‧螺桿

14‧‧‧滑塊

15‧‧‧調整裝置

16‧‧‧導引套筒

17‧‧‧導引區段

17a‧‧‧(第一)止動部

17b‧‧‧(第二)止動部

18‧‧‧連接通道

19a‧‧‧(第一)隔室

19b‧‧‧(第二)隔室

21‧‧‧(可運動)零件

31‧‧‧外殼

32‧‧‧耦接件

33‧‧‧(前)外殼端部

34‧‧‧外殼開口

35‧‧‧補償開口

36‧‧‧過濾器

37‧‧‧補償容器

38‧‧‧滑鍵

55‧‧‧(緊密)連接裝置

59‧‧‧(支撐)銷

A‧‧‧(中心)調整軸線

P‧‧‧製程大氣區域/真空泵

V‧‧‧(可調整)閥門

下面僅藉著概要地顯示於圖面的具體實施例範例而通過範例說明更詳細地敘述根據本發明之裝置，其中亦討論本發明的進一步優點，其中附圖詳細地顯示：

圖1顯示具有銷舉升裝置而用於晶圓之真空處理裝置的實施例之概要代表圖；

圖2顯示銷舉升裝置的立體圖；

圖3顯示銷舉升裝置之分解圖；

圖4顯示經過銷舉升裝置的縱向剖視圖，所述銷舉升裝置處於銷縮回之位置中；

圖5顯示經過銷舉升裝置的縱向剖視圖，所述銷舉升裝置處於銷伸出之位置中；及

圖6顯示經過具有閥門、補償容器、和泵浦的銷舉升裝置之縱向剖面的一區段。

圖1概要地顯示用於在真空條件之下處理半導體晶圓1的製程設置。晶圓1藉著一第一機器手臂2經過一第一真空傳送閥5a插入一真空室4(製程大氣區域P)，並藉著依據本發明之銷舉升裝置的支撐銷7放置到位。晶圓1然後藉著支撐銷7被拾取或沉積，且機器手臂2被移開。晶圓1典型地安置於機器手臂上、或機器手臂2、3上所提供之支撐裝置上、或藉由特定的支撐裝置所固持。在晶圓1已藉由銷7被拾取之後，將機器手臂從腔室4導引出，關閉傳送閥5a，並降低銷7。這是藉著耦接至個別的銷7的銷舉升裝置之驅動器6所完成。藉此，晶圓1放置於所示的四個支撐元件8上。

在此狀態中，晶圓1之計劃的處理(例如塗覆)係於真空條件下發生，且尤其是在限定的大氣中(亦即於一定之製程氣體和限定的壓力下)發生。腔室4與一真空泵且較佳地係與用於控制腔室壓力之真空控制閥(未示出)耦接。

在處理之後，藉著銷舉升裝置將晶圓1再次舉升進入移除位置。利用第二機器手臂3，晶圓1隨後經過第二傳送閥5b被移除。另一選擇，可僅用一機器手臂來設計所述製程，然後經由單一傳送閥進行裝載和卸載。

圖2至圖5顯示根據本發明的銷舉升裝置10之實施例。銷舉升裝置10具有僅概要地顯示的一下驅動零件11，其較佳地係包含設計為電動馬達之一驅動單元。於所示實施例中，馬達驅動一螺桿13。螺桿13可藉由據此致動馬達而繞著其軸線旋轉。

一滑塊14與螺桿13相互作用，並可藉由旋轉螺桿13而沿著一中心調整軸線A線性地運動。滑塊14具有與螺桿13的螺紋對應的內螺紋。滑塊14與一導引套筒16屬於一調整裝置15，其以不能相對銷舉升裝置10本身旋轉之方式安裝，但是只能在平行於調整軸線A的運動方向中運動。

調整裝置15包含相對於驅動零件11之一可運動零件21。此可運動零件21能藉由滑塊14線性地運動和定位。在一特殊實施例中，以使得可運動零件21不能提供導電性的方式製造它。特別地，可運動零件21由非導電材料所製成，例如塑料、或塗有非導電材料。

驅動零件11牢固地連接至沿著調整軸線A延伸的銷舉升裝置10之外殼31。在外殼31的遠離驅動零件11之端部，於端面上有一外殼端部33。在外殼31的內側上，一導引區段17設計用於調整裝置15之適於它的一導引套筒16。在有利之實施例中，導引套筒16及導引區段17具有圓形-圓柱形(circular-cylindrical)的接觸區域。

導引區段17從外殼端部33之前端的一第一止動部17a延伸至在背向它之驅動零件11的第二止動部17b。因此，導引套筒16被導引於二止動部17a、17b之間，以致其可在調整軸線A的方向中位移。

在外殼端部33之端面中形成一外殼開口34，附接至可運動零件21的耦接件32之自由端可經過外殼開口34從外殼31顯露(emerge)。於耦接件的自由端可使用一支撐銷59。形成在外殼端部33和調整裝置15之間的外殼31內之一密封的連接裝置55係因此形成並鎖固至外殼端部33及至調整裝置15，以致在外殼開口34和耦接件32進入外殼31的自由端之間的進出僅通入(leads only into)由密封之連接裝置55和調整裝置15所完全關閉的一第一內部區域。連接裝置55設計成使得調整裝置15相對於外殼端部33之運動不受損。因為為了此目的它必須採用不同之長度，其較佳地係包括至少一波紋管形區域。

一連接通道18在調整裝置15或導引套筒16與外殼31之間的導引區段17處從第一止動部17a延伸至第二止動部17b。連接通道18確保外殼31、外殼端部33、連接裝置55、調整裝置15和驅動單元11之間的第二內部區域之連接，亦即使得於導引區段17和導引套筒16之間具有密封導引。於有利的實施例中，連接通道18設計為在外殼31之內側上的一縱向溝槽。

連接裝置55特別是以氣密之方式將第一內部區域與第二內部區域分開。

如果導引套筒16在第一止動部17a處，則第二內部區域基本上由調整裝置15和驅動單元11之間的第一隔室19a所組成。如果導引套筒16在第二止動部17b處，則第二內部區域基本上由連接裝置55和外殼31之間的第二隔室19b所組成。如果導引套筒16處於二止動部17a、17b之間的位置中，則二現有之隔室19a、19b經由連接通道18相互連接。此連接減小藉由調整裝置15的運動所造成之已連接的第二內部區域中之體積變化。

隨著連接裝置55的直徑之減小和導引套筒16的壁厚之增加，可減小源自調整裝置15的運動而引起之體積變化。如果在二止動部17a、17b之間的運動期間之體積變化較小，則可使鄰接的第二內部區域對環境關閉、尤其是氣密的。從驅動單元11及/或從導引區段17通過調整裝置15之導引套筒16進入此第二內部區域的潤滑劑接著於一關閉之內部區域中被吸收且不能進入環境。

另一選擇，特別是如果在二止動部17a、17b之間的運動期間之體積變化較大，則可經由一補償開口35將鄰接的第二內部區域連接至環境，其中，一過濾器36接著配置於補償開口35處或配置在補償開口35中，以致實質上沒有顆粒可逸入環境。補償開口35較佳地係連接至連接通道18。

圖6說明實施例，於其中，可經由補償開口35將鄰接的第二內部區域連接至一補償容器37或至一真空泵P。可選擇地，僅提供這些二變型之其中一者，但較佳地係使用一閥門V，以調整二變型的其中一者。過濾器36不需要連接至補償容器37。當連接至真空泵時，將過濾器36插入到真空泵之連接中可為有利的。

調整裝置15具有一可運動的耦接件32，其設計成在一自由端容納一支撐銷59。於所示範例中，耦接件32基本上沿著調整軸線A延伸。耦接件32連接至可運動零件21。為此目的，耦接件32具有一內凹部，於其中，可運動零件21例如藉著黏著接合或螺絲連接而被承納並固定在內凹部中。

滑塊14、可運動零件21和耦接件32之間的連接允許耦接件32藉由馬達可控制地運動，且因此提供一容納於耦接件32中之支撐銷59。

連接通道18較佳地係設計為在外殼31內側上之一縱向溝槽。一滑鍵38配置於導引套筒16上，較佳地係插入一承納內孔。滑鍵38在縱向溝槽中被導引並確保免受扭轉。當滑鍵38在用於連接通道18的縱向溝槽中自由地離開通道時，縱向溝槽也可用作第一止動部17a和第二止動部17b之間、以及因此之隔室19a、19b之間的連接通道18，其中滑鍵38之可用通道橫截面略微減小。

圖4顯示處於較低的正常位置之銷舉升裝置10的耦接件32，於其中，支撐銷59較佳地係不與待處理之基材接觸。

圖5顯示處於伸出的支撐位置之銷舉升裝置10的耦接件32，於其中，銷59提供其拾取基材、運動基材及/或使基材可用之意欲效果。

為了抵達伸出的支撐位置，一馬達可據此被致動。為此目的，例如，可儲存馬達之運行時間或要對螺桿13執行的轉數，以便為滑塊14設定一期望之位置。特別地，將一編碼器耦接至馬達，以便使馬達的軸線運動可監督及可控制。

在所示實施例中，可運動零件21為套筒形，且包含一用於承納螺桿13之一端部區域的凹部。

應當理解，所示附圖僅概要地表示可能之實施例範例。根據本發明，不同的方法可彼此結合，且可與現有技術之真空製程室中用於基材運動的裝置、尤其是銷舉升裝置10結合。