具有Z向运动和铰接臂的线性运动真空机械手制造技术

本发明专利技术描述了一种用于搬运和加工包括晶圆在内的基板的设备和方法，以便与当前所使用的系统相比，能够有效地以合理成本实现改进的产量。线性搬运腔室包括线性轨道和机械手臂，该机械手臂骑跨在线性轨道上，以沿着加工腔室的侧面线性传送基板，用于通过装载室将基板输送到受控大气中并接着沿着搬运腔室以便到达加工腔室。本发明专利技术还公开了四轴机械手臂，其能够进行线性移动、旋转和铰接、以及z向运动。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及用于搬运和加工通常为基板(具体为晶圆)的新式设备和方法。更具 体地，本专利技术涉及具有ζ向运动和铰接臂的线性运动真空机械手。
技术介绍
在半导体制造中，称为集束工具(cluster tool)的共用工具是晶圆的制造中所使 用的一个重要单元。典型的商用装置具有大致多边形中心搬运区域，同时带有沿着周边附 连的腔室。该腔室围绕中心区域向外延伸。当晶圆在被加工时，它们首先从中心腔室的周边 上的输入/输出台移动到中心搬运腔室中，并接着从中心搬运腔室进入到执行加工过程的 附连或周边加工腔室中。在该工具中，如同在目前所使用的大体上多数半导体和平板制造 系统中一样，在实践中是一次加工一个晶圆。晶圆可移动到腔室中用于加工，并接着返回至 中心搬运腔室。在这之后将晶圆进一步移动至另一个周边加工腔室，并且在加工之后接着 返回至中心搬运腔室。最终，完全加工后的晶圆整体地从工具移走。向外的运动再次通过 输入/输出台或腔室，该输入/输出台或腔室以及真空系统一般称为装载室(load lock), 其中在此处晶圆从真空移动到大气中。这种单元例如在美国专利No. 4，951，601中描述。另一种工具将晶圆沿着中心轴线转位或分度，并且将晶圆输送通过周围的加工腔 室。在该工具中，所有的晶圆被同时输送到下一个加工位台。晶圆不能够独立移动，虽然它 们可独立地被加工。所有的晶圆在相同的时间量内停留在加工工位台(process station) 处，但是在每个工位台的加工可独立地受控，当然其受限于每个工位台所允许的最大时间。 虽然首先描述的工具可以这种方式操作，然而事实上，该工具可移动晶圆以使得晶圆不按 顺序地行进到邻近的加工腔室中，且并非所有晶圆都需要在加工腔室中具有相同的驻留时 间。当这些系统中的任一个在操作时，中心区域通常处于真空，但是其也可能处于一 些其他预选或预定以及受控的环境。例如，中心区段可具有大气环境，该大气环境对于在加 工腔室中执行加工来说是有用的。沿着中心区域外表面的腔室或隔室也通常处于真空，但 是也可具有预选和受控的气体环境。通过将在真空中的晶圆从中心腔室移动到附连腔室或 隔室，加工也通常在真空中进行。通常而言，一旦晶圆到达用于加工的腔室或隔室之后，腔 室或隔室与中心腔室密封隔离。这防止在加工腔室或隔室中所使用的材料和/或气体到达 中心区域，从而防止中心区域以及所附连的加工腔室中的大气受到污染，和/或防止在中心区域中等待被加工或进一步被加工的晶圆受到污染。这还允许加工腔室设定为一定的真 空度，该真空度不同于用于在中心搬运腔室中将进行加工的、在该腔室中所使用的真空度。 例如，如果腔室的加工技术对真空有更多的需要，同时密封件在中心区域与腔室之间放置 就位，那么腔室自身可进一步向下泵送，以匹配对于要在该腔室中进行具体加工的加工需 求。替代性地，如果需要更少的真空，那么在不影响中心腔室的压力的情况下可增加压力。 在完成晶圆的加工之后，晶圆往回移动到中心腔室并接着移出系统。由此，晶圆可通过该工 具顺序地行进通过腔室以及完成所有的可用工艺。替代性地，晶圆可行进通过仅一个或多 个选定的腔室并且暴露于仅选定的工艺。这些工艺的变型也用于为该领域提供的设备中。然而，它们都趋向依赖于集成到 各种加工过程中的中心区域或区位。同样，由于这种设备的主要用途是制造晶圆，所以将主 要在晶圆的角度进行讨论。然而，应当理解的是，所讨论的大多数工艺同样适用于一般意义 上的基板，例如平板显示器、太阳能面板和发光二极管等等，并且所讨论的技术应当被认为 同样适用于这种基板和这种制造设备。近来，已经描述了这样一种不同于常规单元的系统，其在于该系统是线性形状而 不是多边形，并且晶圆从一个腔室移动到下一个腔室用于加工。由于晶圆按顺序从一个腔 室移动到邻近腔室，因此不需要将中心区域用作设备的一部分。在该工具中，晶圆进入该单 元并且通常附连到卡盘上，该卡盘在晶圆移动通过系统时连同晶圆一起移动。在该单元中， 在每个腔室中执行相等时间量的加工。该系统的占有面积(footprint)比该领域中通常来说的占有面积更小，因为该占 有面积大约仅等于加工腔室的占有面积，且不包括较大的中心区域。这是这种设备的优势。 该系统在已公布在审的专利申请(公布号NO.2006/0102078A1)中进行描述。该具体系统 在每个加工工位台具有均勻的驻留时间。当然，这允许由最长驻留时段长度限定的加工中 存在一些差异。如果需要在不同工位台上具有独立受控的驻留时间，可优选使用其他方法。 同样，这种设备的缺陷在于，如果一个工位台停用以便修理或维护，那么整个系统自身不能 用于加工。
技术实现思路
本专利技术涉及一种新式的晶圆加工单元，其旨在允许在各个加工工位处具有单独受 控驻留时间，同时保持小占有面积。该晶圆加工单元还允许持续进行的操作，即使一个或多 个工位基于各种理由而停用时也是如此。在一定程度上是基于这样的认识制造半导体的 成本极高，并且成本增加。成本越高，导致在该领域进行投资的风险越大。本专利技术的目标在 于提供一种设备，该设备以合理的百分比降低成本并且根据制造的“精益(Lean) ”原理提供 改进的系统和服务。因而，本专利技术的目标在于最大化加工腔室的同时保持小占有面积。另一 目标在于最大化加工工位的利用。另一目标在于简化该设备的机械手操作和维护。该系统 还将提供可观或相当大的冗余度，包括甚至在主框架维护期间用于加工的系统高达100% 可用性。在这种事件中，将使用更少的腔室，但是所有的工艺可继续可用于处理晶圆。从加 工腔室的后面或前面可维护或加工腔室。此外，在优选的实施例中，加工腔室将被设定为线 性配置。这确保最小的系统占有面积，其允许在各个加工工位针对晶圆进行独立编程设定。加工腔室通常能够在进行加工晶圆时实施各种工艺的任何一种。例如，在晶圆的制造中，晶圆会通常被载持经过其中的一个或多个蚀刻步骤、一个或多个溅镀或物理气相沉积工艺、离子注入、化学气相沉积(CVD)以及加热和/或冷却工艺，以及其他工艺。制造 晶圆的加工步骤的数量可能意味着，如果使用现有技术的装置来执行各种加工，那么将需 要多个工具或具有较多的子系统的工具。然而，该示例系统提供进一步的优势在不明显增 加尺寸或不需要增加新总系统的前提下，可增加额外附加的功能性工位。为了实现各个目标，晶圆的搬运被构造成独立于腔室设计。因而，腔室被设计成用 作具有一定加工能力的腔室，并且搬运系统被构造成独立于腔室的设计而操作，并构造成 将晶圆输送到加工腔室或从加工腔室输送走。在所公开实施例中的搬运依赖于基于线性和 旋转运动的简单连杆臂，所述臂联接到真空壁。与保持成本低廉相统一，腔室设计基于模块 化。因而，在一个实施例中，系统可具有3个腔室或者可使用匹配结构，并且系统可具有6 个腔室。替代性地，该上一句可重复为具有4和8个腔室以及其他复数个腔室，或者模块可 匹配为具有不同数量的加工工位台。该系统可进行扩展，并且此外其可独立于可应用为未来工艺或应用的技术而扩 展。线性晶圆搬运被使用。这导致较小占有面积的系统的高产量，该小占有面积不会对洁 净室的空间提出过高要求。此外，不同的工艺步骤可构造到相同的处理平台中。根据本专利技术的一个方面，公开了一种基板加工系统，其包括具有排出区本文档来自技高网...

【技术保护点】
１．一种铰接臂机械手系统，包括：底部，其配置成自由骑跨在线性轨道上；线性电机，其向底部施加线性运动；联接到底部的第一臂区段；第二臂区段，其旋转地联接到第一臂区段；第三臂区段，其旋转地联接到第二臂区段；第一磁性耦合从动件组件，其配置成磁性地随从第一电机的旋转，以藉此旋转第二臂区段；和第二磁性耦合从动件组件，其配置成磁性地随从第二电机的旋转，以藉此旋转第三臂区段。

【技术特征摘要】
...

【专利技术属性】
技术研发人员：许志新，T·布鲁克，H·H·武，柳志潣，
申请(专利权)人：因特瓦克公司，
类型：发明
国别省市：US