專利名稱：通過(guò)真空下的負(fù)荷固定腔轉(zhuǎn)移物件的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及在低壓環(huán)境中制造物件的領(lǐng)域。更具體地講，本發(fā)明涉及傳送和 操作小元件(比如要在真空腔中經(jīng)蒸發(fā)、汽相沉積、濺射、等離子體蝕刻等處理的集成電路 晶片)的方法和裝置。
背景技術(shù)：
集成電路通常形成于硅(Si)半導(dǎo)體或像砷化鎵(GaAs)和氮化鎵這樣的化合物半 導(dǎo)體晶片基片上，并且在每一塊晶片上形成大量集成電路復(fù)制品的過(guò)程中常常要經(jīng)過(guò)真空 腔內(nèi)的一個(gè)或多個(gè)處理步驟。為了避免每一次將一個(gè)或多個(gè)晶片裝入處理腔內(nèi)或從處理 腔中取出晶片時(shí)不得不無(wú)效率地給真空處理腔放氣，然后在處理可以繼續(xù)之前重新建立真 空，常常通過(guò)中間的負(fù)荷固定腔來(lái)移動(dòng)晶片。在用于連接兩個(gè)腔的閘閥仍處于閉合位置的同時(shí)，首先通過(guò)其外部閘閥將待處理 的晶片和其它物件移入負(fù)荷固定腔中，如此便實(shí)現(xiàn)了將待處理的晶片和其它物件裝入處理 腔中的過(guò)程。這樣，在物件裝入和取出的過(guò)程中，處理腔保持其處理氣壓或非常接近其處理 氣壓。然后，在待處理的物件已位于負(fù)荷固定腔中且接下來(lái)該負(fù)荷固定腔中的氣壓有所減 小的情況下，閉合上述外部閘閥。然后，打開(kāi)處理腔和負(fù)荷固定腔之間的閘門(mén)，將待處理的 物件從負(fù)荷固定腔移入處理腔。當(dāng)負(fù)荷固定腔處于與處理腔相似的減壓環(huán)境中時(shí)，從處理 腔中取出處理過(guò)的物件只需按相反的順序執(zhí)行這些步驟即可。一些已知的真空處理機(jī)器具 有兩個(gè)通過(guò)單獨(dú)的閘閥連接到處理腔的負(fù)荷固定腔，以便增大處理物件的吞吐量；一個(gè)負(fù) 荷固定腔用于裝入，而另一個(gè)用于取出。共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利6，609，877和2003年7月17 日提交的待批的分案申請(qǐng)10/621，700整體引用在此作為參考，就像構(gòu)成了本申請(qǐng)的一部 分。本專利揭示了在沉積腔內(nèi)移動(dòng)物件的有用的方法和裝置，以便通過(guò)沉積腔內(nèi)特定且限 定的物件轉(zhuǎn)移來(lái)增大物件生產(chǎn)量。然而，對(duì)更高的系統(tǒng)效率和生產(chǎn)率以及產(chǎn)品質(zhì)量的追求 需要有改進(jìn)的可實(shí)踐且可升級(jí)的解決方案。處理腔或負(fù)荷固定腔的抽真空速率取決于腔的體積、總表面積，并且通常對(duì)系統(tǒng) 生產(chǎn)率、工作效率和持有成本而言至關(guān)重要。已知的處理腔(比如上述美國(guó)專利中描述的) 要求放置物件的支架能夠旋轉(zhuǎn)定位以便接受處理。這種旋轉(zhuǎn)定位包括多個(gè)支架的“交換”； 用持有處理過(guò)的物件的支架來(lái)交換持有待處理的物件的支架。這種旋轉(zhuǎn)式同步交換會(huì)占據(jù) 腔中處理和準(zhǔn)備區(qū)域內(nèi)相當(dāng)大的面積。可減小操作所需的腔體積的物件轉(zhuǎn)移系統(tǒng)將是非常 有優(yōu)勢(shì)的。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于處理腔的物件轉(zhuǎn)移系統(tǒng)，該系統(tǒng)顯著地減小了所需的腔體 積，從而相應(yīng)地減小了處理系統(tǒng)對(duì)真空或抽真空的要求。抽真空時(shí)間的減小相應(yīng)會(huì)減小系 統(tǒng)循環(huán)時(shí)間，這便減小了系統(tǒng)停機(jī)時(shí)間，并顯著增大了系統(tǒng)輸出和生產(chǎn)率。本發(fā)明涉及一種直列式線形物件轉(zhuǎn)移裝置或直線傳送系統(tǒng)，該裝置或系統(tǒng)不需要 較大的系統(tǒng)元件在腔內(nèi)作全面的旋轉(zhuǎn)。根據(jù)本發(fā)明，通過(guò)直列式物件轉(zhuǎn)移裝置，用待處理的 物件替代處理過(guò)的物件，從而對(duì)一般和特定的系統(tǒng)尺寸、生產(chǎn)率、工作效率和持有成本帶來(lái) 有益的效果。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，揭示了一種真空處理物件的方法，該方法包括提供處理 物件的第一腔，該第一真空腔包括直線傳送陣列以及以可移動(dòng)的方式連接到直線傳送陣列 的支架。提供第二真空腔，用于準(zhǔn)備要被引導(dǎo)至第一真空腔內(nèi)或從第一腔被引導(dǎo)至第二腔 的物件，該引導(dǎo)過(guò)程是通過(guò)位于第一和第二腔之間且與兩腔協(xié)作的直線傳送陣列而實(shí)現(xiàn) 的。第一間閥被設(shè)置在第一和第二腔之間并且與兩腔相通。第一間閥具有用于密封第一腔 且使第一腔與第二腔隔離的閉合位置以及允許第一腔和第二腔之間出現(xiàn)通道的打開(kāi)位置。 提供用于裝入和取出物件的對(duì)接站(dock station)。此外，第二閘閥被設(shè)置在第二腔和對(duì) 接站之間并與兩者相通，第二閘閥具有用于密封第二腔且使第二腔與對(duì)接站隔離的閉合位 置以及允許第二腔和對(duì)接站之間出現(xiàn)通道的打開(kāi)位置。提供至少一個(gè)與第一或第二腔相通 的真空泵，并且提供用于支撐真空沉積腔內(nèi)待處理的物件的支架。支架與直線傳送陣列相 連，且該支架上裝有至少一個(gè)待處理的物件。在處理循環(huán)期間，在第一和第二腔之間傳送至 少一個(gè)支架的同時(shí)，由第一和第二腔內(nèi)的真空建立并維持了低壓。當(dāng)在從第二腔(準(zhǔn)備腔) 到第一腔(處理腔)的方向上移動(dòng)時(shí)，未處理的物件被移至第一腔以便處理。當(dāng)在從第一 腔到第二腔的方向上移動(dòng)時(shí)，處理好的物件從處理腔(第一腔)移至準(zhǔn)備腔(第二腔)以 便從支架上取出。為增大系統(tǒng)效率、縮短循環(huán)時(shí)間及增大產(chǎn)品輸出，至少第一和第二腔要保 持基本上相似的氣壓。另外，本發(fā)明的特征在于閘閥的操作，尤其是第一閘閥在系統(tǒng)工作期 間使第一腔(處理腔)保持抽真空的低壓狀態(tài)。這樣，物件處理是很有效的，已超越所有已 知的系統(tǒng)，因?yàn)樵谛碌闹本€傳送陣列負(fù)責(zé)引導(dǎo)物件傳送的情況下，當(dāng)接受待處理的物件和 送出新處理好的物件時(shí)，小體積的第一腔不需要經(jīng)受相當(dāng)大的氣壓變化。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，一個(gè)較佳的方法還包括將第一閘閥定位于閉合位置并 且啟動(dòng)真空泵以減小第一腔內(nèi)的氣壓。然后，打開(kāi)第二閘閥，接下來(lái)將裝有至少一個(gè)物件的 支架從對(duì)接站引導(dǎo)至第二腔中。然后，關(guān)閉第二閘閥，用抽真空系統(tǒng)使第二腔內(nèi)的氣壓減小 到與第一腔內(nèi)的氣壓基本上相似。在循環(huán)中的此時(shí)，將持有待處理物件的支架從第二腔引 導(dǎo)至物件處理的第一腔內(nèi)。較佳地，這種支架轉(zhuǎn)移過(guò)程與已處理好的另一個(gè)支架上的物件 從第一(處理)腔轉(zhuǎn)移到第二(準(zhǔn)備)腔的過(guò)程相協(xié)調(diào)地進(jìn)行。通過(guò)使用本發(fā)明的直線傳 送系統(tǒng)在氣壓基本上相似的兩腔之間沿軌道導(dǎo)桿傳送支架，便實(shí)現(xiàn)了從第一到第二腔和從 第二到第一腔的支架傳送。根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)較佳的方面，直線傳送系統(tǒng)包括磁耦合的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，并且最 好在封閉的環(huán)境中用諸如機(jī)器人等自動(dòng)裝置來(lái)引導(dǎo)待處理的物件。這樣，最好在封閉的環(huán) 境中，自動(dòng)裝置也可以從支架上取下處理好的物件。另外，在本發(fā)明的另一個(gè)方面，待處理 物件的放置和取下以及處理好的物件的取下和存儲(chǔ)都可以在與第一和第二腔相通的對(duì)接站中進(jìn)行，也可以在與第一和第二腔中所保持的氣壓相似的氣壓下進(jìn)行。此外，本申請(qǐng)涉及一種在低壓環(huán)境中處理物件的裝置，該低壓環(huán)境包括用于處理 物件的第一腔。第一腔包括直線傳送陣列以及以可移動(dòng)的方式連接到該直線傳送陣列的支 架。該裝置還包括第二腔，用于準(zhǔn)備要被引導(dǎo)至第一腔內(nèi)以便接受處理的物件或從第一腔 內(nèi)引導(dǎo)出來(lái)的物件。第二腔還包括與第一腔的陣列協(xié)作的直線傳送陣列。第一閘閥位于第 一和第二腔之間且與兩腔相通。第一間閥具有用于密封第一腔的閉合位置以及允許第一腔 和第二腔之間出現(xiàn)通道的打開(kāi)位置。用于裝入和取出物件的對(duì)接站位于第二閘閥附近，使 得第二間閥位于第二腔和對(duì)接站之間且與兩者相通。第二間閥具有用于密封第二腔的閉合 位置以及允許第二腔和裝入對(duì)接站之間出現(xiàn)通道的打開(kāi)位置。至少一個(gè)真空泵與第一或第 二腔相通，并且支架與直線傳送陣列相連。在第一和第二腔之間傳送至少一個(gè)支架并且在 第一腔內(nèi)處理該支架上所固定的物件的同時(shí)，在第一和第二腔中建立并維持低壓。較佳地， 直線傳送陣列包括一種傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，該傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括磁耦合的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣壓 傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、電氣機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)以及機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。在另一個(gè)較佳實(shí)施例中，由自動(dòng)裝置(最 好是機(jī)器人)將待處理物件裝入支架。除了裝入待處理的物件以外，該自動(dòng)裝置也被用于 在處理之后從支架上取下處理好的物件。在本發(fā)明的另一個(gè)較佳實(shí)施例中，該裝置包括第一(處理)和第二(準(zhǔn)備)腔，可 以對(duì)這兩個(gè)腔抽真空并保持基本上相等的低壓(比如用真空泵可以達(dá)到的低壓)?；蛘?，也 可以使對(duì)接站保持在低壓環(huán)境中。


圖1是處理腔、負(fù)荷固定腔和物件裝入前端的透視圖，側(cè)板已拿掉以便顯示其中 的支架轉(zhuǎn)移機(jī)構(gòu)；圖2是圖1所示裝備的側(cè)視圖；圖3A-3J示意性地示出了圖1和2所示裝備使物件在處理腔、負(fù)荷固定腔和物件 裝入前端之間移動(dòng)的諸多操作的順序；圖4是磁耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的結(jié)合透視圖；圖5是磁耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的透視剖面圖；圖6是磁耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的外表放大圖；以及圖7是運(yùn)行中的磁耦合傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的放大透視圖。在下文關(guān)于本發(fā)明示例性實(shí)施例的描述中包括了本發(fā)明的其它特征、優(yōu)點(diǎn)和細(xì) 節(jié)，這些描述必須與附圖結(jié)合在一起。
具體實(shí)施例方式圖1和2示出了本發(fā)明一實(shí)施例的裝置，該裝置包括物件支架傳送機(jī)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)和 操作都在下文中描述。本示例中的物件是半導(dǎo)體晶片，當(dāng)閘閥13向負(fù)荷固定腔15打開(kāi)時(shí)， 支架29上的半導(dǎo)體晶片通過(guò)閘閥13移入移出真空處理腔11?；蛘?，置于支架上的其它類 型的基片可以按相同的方式來(lái)處理。真空處理腔11中所進(jìn)行的處理可能包括從蒸發(fā)源17 向晶片或其它基片上沉積材料?；蛘?，在真空處理腔11中可以進(jìn)行其它的基片處理。當(dāng)閘 閥13關(guān)閉時(shí)，真空泵19和相關(guān)聯(lián)的閥使腔11內(nèi)的氣壓減小到期望的水平以便執(zhí)行該處理。通過(guò)閘閥25，將晶片從對(duì)接站27裝入負(fù)荷固定腔15或者從負(fù)荷固定腔15中取出晶 片。當(dāng)關(guān)閉閘閥25時(shí)，操作真空泵和相關(guān)聯(lián)的閥21和23，以便減小負(fù)荷固定腔15內(nèi)的氣壓。真空處理腔11內(nèi)尚未處理的晶片是從負(fù)荷固定腔15中移入該腔內(nèi)的，并且位于 兩個(gè)晶片支架29和31中的一個(gè)支架上。這兩個(gè)支架之一上的晶片在真空處理腔11內(nèi)經(jīng) 處理之后便從該腔中取出。支架29和31在兩個(gè)腔11和15之間來(lái)回循環(huán)。盡管其它支架 不是必需的，但是本發(fā)明設(shè)想可以使用任何數(shù)目的支架。支架不需要從腔11和15中取出， 除非是定期的清洗。如圖1和2所示，支架的形狀是倒過(guò)來(lái)的穹頂形(向上凸起)，上面有 許多圓孔由被傳送和處理的晶片所覆蓋。本發(fā)明設(shè)想可以使用汽相沉積領(lǐng)域中的技術(shù)人員 根據(jù)本文內(nèi)容很容易想到的任何結(jié)構(gòu)的支架。在真空處理腔11內(nèi)的汽相沉積過(guò)程中，蒸氣 正是通過(guò)這些圓孔擊中晶片的。支架29和31的形狀可以使晶片維持期望的沉積角度。因 此，支架可以具有不同的形狀和/或結(jié)構(gòu)，這取決于所執(zhí)行的特定處理的要求。晶片被裝入支架之一上或者從支架上取出都是由機(jī)器人33完成的，比如安裝在 裝入對(duì)接站27內(nèi)的六軸全關(guān)節(jié)凈化室機(jī)器人?；蛘撸摍C(jī)器人可以是具有翻動(dòng)能力的四軸 機(jī)器人以便將單個(gè)晶片翻轉(zhuǎn)。在一個(gè)實(shí)施例中，假定一個(gè)滿載的支架剛剛返回到對(duì)接站，因 此該支架裝有大量已處理好的晶片，機(jī)器人的臂將晶片從支架31中取出并將它放到晶片 盒35(圖3A-3J)中，該晶片盒位于該對(duì)接站中。然后，最好從晶片盒中挑出一個(gè)未處理的 晶片并將它置于剛?cè)〕鎏幚砗?的晶片的那個(gè)相同的位置。較佳地，換位機(jī)構(gòu)39接下來(lái)旋轉(zhuǎn) 夾具41，支架31位于夾具41上并且在晶片裝入和取出過(guò)程中是嚙合的?？尚D(zhuǎn)地使支架 31換位，以便將其所攜載的另一個(gè)處理好的晶片放置到可由機(jī)器人33拾取的位置。該晶 片接著被移至晶片盒中，并且一塊新的晶片又從晶片盒中移至支架31上相同的位置。該過(guò) 程繼續(xù)下去，直到支架31上所有已處理好的晶片已全部被未處理的晶片替代，其后支架31 從負(fù)荷固定腔15移至真空處理腔11中，而包含剛剛處理好的晶片的支架29則重新移至腔 15中，所以接下來(lái)機(jī)器人33用新的未處理的晶片來(lái)交換已處理好的晶片?；蛘撸谌魏涡?的晶片被置于該支架之前，先取出所有已處理好的晶片。一旦晶片盒35裝滿了已處理好的晶片，便將它從裝入對(duì)接站27中取出，用裝滿未 處理的晶片的晶片盒來(lái)替代，并且與新盒子的晶片繼續(xù)上述交換。若干標(biāo)準(zhǔn)類型的盒子都是 可以使用的。例如，可以使用符合SMIF(標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械界面)的盒子。另外，預(yù)對(duì)準(zhǔn)器(未示出) 是另一個(gè)可以被包括在裝入對(duì)接站27中的選項(xiàng)，它可以在將已處理好的晶片放入晶片盒中 之前根據(jù)晶片上的特征旋轉(zhuǎn)它們以使它們對(duì)齊。裝入對(duì)接站27最好包括ULPA過(guò)濾器FFU (風(fēng) 扇過(guò)濾單元)以便維持清潔的環(huán)境。在另一個(gè)實(shí)施例中，也可以使對(duì)接站保持在低壓環(huán)境中。通過(guò)傳送機(jī)構(gòu)43，支架29和31被移入腔11和15中并在兩腔之間來(lái)回移動(dòng)。在 本實(shí)施例中，該機(jī)構(gòu)包括兩組軌道圖中示出了來(lái)自其中一組的軌道45和來(lái)自另一組的軌 道47，這兩組的其它軌道藏在后面看不到。每組軌道定位于晶片支架相反的一側(cè)，以便使支 架在腔11或15中上升或下降。通過(guò)合適的馬達(dá)源(未示出)，這兩組軌道沿垂直框架49 上升或下降(ζ軸)。在本示例中，它們?cè)谶\(yùn)動(dòng)過(guò)程中總保持固定的分開(kāi)距離。這提供了一 定程度的安全性，可防止一組軌道無(wú)意間壓迫到另一組軌道所固定的支架上的晶片，從而 減小了損壞昂貴的晶片的可能性。每一組軌道可以沿腔11和15之間的直線傳送系統(tǒng)(χ 軸)側(cè)向移動(dòng)，且彼此互不影響。在所描述的特定示例中，頂部那一組的兩個(gè)軌道還可以彼此靠近或遠(yuǎn)離地移動(dòng)一小段距離(y軸)，而這種移動(dòng)對(duì)于底部那一組的軌道而言是不必要 的。這種復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)顯示出在腔11和15內(nèi)以及兩腔之間嚙合、釋放及移動(dòng)支架29和31 所必需的移動(dòng)情況。在真空處理腔11內(nèi)，在支架29(參看圖2)所攜載的晶片被處理的過(guò)程中，該支架 懸掛在掣子51下。也可以用包括馬達(dá)源的機(jī)構(gòu)53使掣子51旋轉(zhuǎn)，從而使其下面懸掛的支 架旋轉(zhuǎn)。當(dāng)支架29要被傳送機(jī)構(gòu)43取出時(shí)，機(jī)構(gòu)53也可以操作掣子51釋放支架29，并 且當(dāng)傳送機(jī)構(gòu)43將支架移入腔11內(nèi)頂著掣子51時(shí)，機(jī)構(gòu)53也可以操作掣子51握緊該支
^K O圖3A-3J按時(shí)間順序示出了圖1和2所示傳送機(jī)構(gòu)43移動(dòng)支架29和31的操作 過(guò)程。圖3A所示循環(huán)中的點(diǎn)就是支架29上的晶片在真空腔11內(nèi)被處理的地方。閘閥13 是關(guān)閉的。同時(shí)，機(jī)器人33(圖1和2)以上述方式在支架31和盒子35之間交換單獨(dú)的晶 片(比如晶片35)。在交換的過(guò)程中，閘門(mén)25是打開(kāi)的。在該晶片交換完成之后，閘門(mén)25關(guān)閉，并且通過(guò)打開(kāi)泵21和23的各個(gè)閥，使用泵 21和23來(lái)減小負(fù)荷固定腔15內(nèi)的氣壓。通常，在操作相關(guān)的閥來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉它們與負(fù)荷 固定腔15的連接的同時(shí)，這些泵都是連續(xù)運(yùn)行的。在減小氣壓的同時(shí)，軌道45和47上升 到圖3B所示的位置。軌道47最初嚙合支架31，并且將它提起來(lái)脫離換位夾具41。軌道45 和47繼續(xù)向上移動(dòng)，直到頂部軌道45到達(dá)正確的高度可以側(cè)向移入處理腔11，即圖3B所 示的位置。該位置是在該軌道將嚙合并固定支架29的那個(gè)位置下面一很短的距離處。在腔15內(nèi)的氣壓已減小到與腔11的氣壓接近的水平之后，打開(kāi)閘閥13，并且頂 部軌道45移入圖3C所示的位置。軌道45的垂直位置稍稍低于將會(huì)嚙合支架29的那個(gè)位 置。一旦側(cè)向定位，則軌道45和47就向上移動(dòng)一很短的距離(如圖3D所示)，以便讓軌道 45嚙合并固定支架29。然后，機(jī)構(gòu)53使支架29從支撐掣子51中釋放下來(lái)。然后，軌道45 向下移動(dòng)一很短的距離以便將支架29從掣子51中取下，然后側(cè)向移動(dòng)使得支架回到負(fù)荷 固定腔15中圖3E所示的那個(gè)位置。或者，機(jī)構(gòu)53可以向掣子51提供很短的垂直移動(dòng)，這 種移動(dòng)用于使掣子解脫。此時(shí)，兩個(gè)晶片支架都在腔15中。支架29具有從處理腔11中取 出的剛剛處理好的晶片，而支架31則具有未處理的晶片。在閘閥13打開(kāi)且兩腔11和15都處于低壓中的情況下，帶有未處理的晶片的支架 31移入處理腔11。圖3F示出了該移動(dòng)的第一步，在負(fù)荷固定腔15中兩個(gè)軌道都向上移動(dòng)， 直到下面的軌道47處于合適的高度以便將支架31移入腔11。接下來(lái)，如圖3G所示，軌道 47側(cè)向移入真空處理腔11，然后向上移動(dòng)一小段距離，使掣子能夠被機(jī)構(gòu)53操縱從而嚙合 并支撐支架31?；蛘?，機(jī)構(gòu)53可以向掣子提供很短的垂直移動(dòng)，這種移動(dòng)用于使掣子51嚙 合支架31。然后，如圖3H所示，軌道45和47下降一段很短的距離，使得軌道47脫離支架 31。然后，軌道47側(cè)向移入負(fù)荷固定腔15中，回到圖31所示的位置。接下來(lái)關(guān)閉閘閥13，之后在真空處理腔內(nèi)可以開(kāi)始處理支架31上的晶片。然后使 負(fù)荷固定腔15內(nèi)的氣壓增大到外部氣壓，并且打開(kāi)閘閥25。在這過(guò)程中，軌道從圖31的 位置向下移動(dòng)到圖3J的位置。在圖3J中，支架29停在夾具41上，不再由軌道45支撐著。 然后，換位器39可以通過(guò)夾具41使支架29旋轉(zhuǎn)，如上所述，在支架29和盒子35之間進(jìn)行 晶片交換期間，支架29都停放在夾具41上。在晶片交換之前、期間或之后，軌道45和47從圖3J所示的最低位置上升到圖3A所示的位置，準(zhǔn)備在交換完成之后讓下面的軌道47嚙合支架29。然后，圖3A-3J的過(guò)程不 斷重復(fù)，其中支架29和31的位置互換。隨著軌道45上升超過(guò)支架29，使軌道45側(cè)向移動(dòng) (沿y軸)一小段距離，以便放開(kāi)支架29使其停放在夾具41上?？赡軙?huì)注意到，軌道45總是移動(dòng)裝有已處理好的晶片的支架(在本示例中)，而軌 道47則移動(dòng)裝有未處理的晶片的支架。這樣做的好處是，使已處理好的晶片保持在頂部支 架上，使得來(lái)自另一個(gè)支架的污染物不會(huì)落到已處理好的晶片上。因此，圖3A-3J代表晶片支架運(yùn)動(dòng)的一個(gè)完整的循環(huán)，該循環(huán)可以由圖1和2所示 的裝備來(lái)實(shí)現(xiàn)。晶片吞吐量是很高的，因?yàn)檎婵仗幚砬?1保持低壓(高真空)并且閘閥13 只需打開(kāi)一小段時(shí)間來(lái)交換支架。因?yàn)樗写粨Q的晶片都只位于兩個(gè)支架上，所以這種 交換可以進(jìn)行得很快，因此增大了真空處理腔11內(nèi)處理晶片的時(shí)間百分比。這種已處理好 的晶片(所有的都在第一個(gè)支架上)和未處理的晶片(所有的都在第二個(gè)支架上)的交換 過(guò)程以最小的程度中斷處理過(guò)程。另外，新的晶片被裝入一個(gè)支架的同時(shí)，另一個(gè)支架上的 晶片正接受處理。支架傳送機(jī)構(gòu)43具有簡(jiǎn)單這一優(yōu)點(diǎn)。在一個(gè)預(yù)想的設(shè)計(jì)中，四個(gè)軌道(軌道45 和另一個(gè)軌道構(gòu)成的頂部一對(duì)，軌道47和另一個(gè)軌道構(gòu)成的底部一對(duì))中的每一個(gè)可以由 兩段構(gòu)成，一段可以沿它們的長(zhǎng)度方向從另一段中伸縮。適當(dāng)選擇每一段的長(zhǎng)度，要使得當(dāng) 兩段彼此套合在一起時(shí)該軌道能夠安裝到負(fù)荷固定腔15內(nèi)。適應(yīng)真空的直線電動(dòng)馬達(dá)和 導(dǎo)桿可以被安裝在軌道上，從而提供沿χ軸的移動(dòng)。例如，一個(gè)這樣的馬達(dá)被安裝在軌道上 以便使套合的段相對(duì)于另一段移動(dòng)，而另一個(gè)馬達(dá)則安裝在軌道上以便使這兩段相對(duì)于框 架49移動(dòng)。這提供了結(jié)合圖3A-3J所描述的χ軸上的移動(dòng)范圍。每一組的軌道可以通過(guò)支柱在垂直方向上分開(kāi)，比如框架49內(nèi)部上的支柱和在 支架相反一側(cè)相似的框架上的另一個(gè)支柱(未示出)。通過(guò)將適應(yīng)真空的直線電動(dòng)馬達(dá)和 導(dǎo)桿安裝到每一根支柱上，便可以提供軌道的垂直移動(dòng)。通過(guò)安裝在軌道和框架49之間的 微型氣動(dòng)制動(dòng)器，可以使頂部軌道沿y軸彼此相向移動(dòng)或相背離。圖4示出了本發(fā)明的另一個(gè)較佳的方面，其中安裝了磁耦合的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)用來(lái)驅(qū)動(dòng) 直線傳送陣列，以便將裝在各支架中的待處理的樣本和已處理好的樣本(例如晶片)放置 到負(fù)荷固定腔和處理腔中預(yù)期的位置之間。在本較佳實(shí)施例中，處理腔60和負(fù)荷固定腔 62分別具有獨(dú)立的磁耦合傳動(dòng)單元64和66。磁耦合傳動(dòng)單元最好被裝在不銹鋼管(未示 出)中，該不銹鋼管最好是真空密封的。閘閥68提供了腔60和62之間的真空密封。磁傳 動(dòng)單元最好保持在大氣壓下。直線導(dǎo)桿72上的托架70被設(shè)計(jì)和定向成“跳過(guò)”處理腔和 負(fù)荷固定腔之間的間隙，而并不脫離導(dǎo)桿支撐件而且也沒(méi)有任何不連續(xù)的“震搖”。托架70 具有兩個(gè)固定的磁鐵74、76，它們與罩住磁耦合傳動(dòng)的不銹鋼管的曲率相一致。護(hù)架78連 接到托架70，并且圖中示出它還連接到護(hù)架支撐件80。在支架82的穹頂法蘭83上的護(hù)架 嚙合槽處，護(hù)架78與支架82嚙合。穹頂法蘭83上的心軸嚙合槽嚙合負(fù)荷固定腔中的心軸 84或處理腔中的心軸85。圖5是本發(fā)明的直線傳送系統(tǒng)的磁耦合傳動(dòng)的分解圖。螺桿致動(dòng)桿90使螺桿111 順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)180°，從而嚙合或脫離傳動(dòng)磁鐵116，其中傳動(dòng)磁鐵98或99位于托 架96上，該托架96沿軌道102移動(dòng)。托架96還包括軸承92。磁鐵98和99之間的距離 使處理腔磁耦合傳動(dòng)和負(fù)荷固定磁傳動(dòng)之間更容易有“無(wú)震搖的握手”。磁耦合傳動(dòng)100最好罩在不銹鋼管中，通過(guò)真空法蘭101用0形圈密封進(jìn)行真空隔離。圖中所示的傳動(dòng)磁鐵 116與托架96上的前方傳動(dòng)磁鐵99嚙合。當(dāng)導(dǎo)向螺桿112旋轉(zhuǎn)時(shí)(如用未示出的電動(dòng)馬 達(dá))，螺桿帽114及傳動(dòng)磁鐵116線性地推進(jìn)或回縮，像是被螺桿111引導(dǎo)一樣。傳動(dòng)磁鐵 與被驅(qū)動(dòng)的磁鐵99相耦合，還連接到托架96，從而使托架96直線移動(dòng)。圖6是磁耦合傳動(dòng)110各方面的分解圖。傳動(dòng)機(jī)構(gòu)包括帶導(dǎo)向螺桿112的螺桿 111，該導(dǎo)向螺桿還具有零齒隙拼合螺母114，并且傳動(dòng)磁鐵116與連接到磁性?shī)A具的磁鐵 夾具118的曲率相一致。圖7是本發(fā)明一實(shí)施例的分解透視圖。該圖示出了當(dāng)托架144(它用穹頂148支撐 著護(hù)架146)通過(guò)閘閥(未示出)在導(dǎo)桿軌道150上移動(dòng)于兩腔之間時(shí)負(fù)荷固定腔中的磁 耦合傳動(dòng)單元140與處理腔中的磁耦合傳動(dòng)單元142之間“握手”的概念。在操作過(guò)程中， 通過(guò)驅(qū)使負(fù)荷固定磁性傳動(dòng)上的螺桿致動(dòng)桿，負(fù)荷固定磁耦合單元中的傳動(dòng)磁鐵與托架上 的磁鐵脫離。通過(guò)驅(qū)使處理腔磁耦合傳動(dòng)上的螺桿致動(dòng)桿，處理腔磁耦合傳動(dòng)單元中的傳 動(dòng)磁鐵與托架較遠(yuǎn)側(cè)的磁鐵嚙合。導(dǎo)桿軌道152上的一組滾子軸承在縱向和垂直方向上很 好地支撐著托架。如圖7所示，物件支架或“穹頂” 148被設(shè)計(jì)成固定待處理的晶片或其它物件。在 本發(fā)明一實(shí)施例中，物件是易碎的晶片。因此，在處理過(guò)程中站到站的傳送期間，最好是移 動(dòng)晶片附著于其中的晶片托架，而不是直接接觸晶片。支架上固定在適當(dāng)位置待處理的晶 片或物件的數(shù)目取決于該支架上接受區(qū)域的數(shù)目。接受區(qū)域或位置(看上去就像是切口或 “洞”)的數(shù)目取決于晶片或其它物件的大小。因此，和直徑為50毫米的晶片相比，直徑為 150毫米或200毫米的圓形晶片顯然會(huì)在支架上占據(jù)更多的空間。圓形插孔154被設(shè)計(jì)成 接受相似尺寸的物件以便處理。因?yàn)楦鶕?jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面穹頂支架可以相當(dāng)大并且很 難在腔內(nèi)左右移動(dòng)以便放置和取出物件，所以該穹頂表面可以劃分成多個(gè)楔形部分，這些 楔形部分以可拆卸的方式固定在圓形框架上，使得當(dāng)所有的部分都處于合適的位置時(shí)一個(gè) 完整的穹頂形支架就實(shí)現(xiàn)了。。因此，穹頂148被進(jìn)一步設(shè)計(jì)成，用像彈簧夾156這樣的扣 件將分立的可拆卸的部分固定到一起從而構(gòu)造出該穹頂148，使得當(dāng)各部分都在適當(dāng)?shù)奈?置時(shí)，完成的穹頂是完整無(wú)缺的。完全組裝好的穹頂在處理腔和負(fù)荷固定腔之間移動(dòng)?？梢詫⒏鞑糠謫为?dú)地從負(fù)荷固定腔移到“前端”以便物件裝入和取出。這種安排 方式減小了小尺寸物件(比如直徑為150毫米的晶片)放置和取出所需支架元件的重量和 大小。更大的晶片(比如直徑為200毫米的晶片)最好通過(guò)對(duì)接站(比如帶機(jī)器人等自動(dòng) 裝置的對(duì)接站)單獨(dú)地從負(fù)荷固定腔中取出或裝入該負(fù)荷固定腔。另外，為了進(jìn)一步使兩 個(gè)這樣的穹頂部分的交換位置所需的區(qū)域最小化，可以截去各部分的突出端而并不顯著損 失該穹頂上的晶片或物件攜帶量。如圖所示，該穹頂具有雙槽法蘭158。底部槽嚙合護(hù)架 146，而頂部槽嚙合處理腔的心軸(圖4中的84)和負(fù)荷固定腔的心軸(圖4中的85)。應(yīng) 該進(jìn)一步理解，該穹頂可以倒置定位，使得該穹頂以凹或凸或甚至平的取向來(lái)固定待處理 的物件。如果在處理腔內(nèi)正在執(zhí)行除蒸發(fā)沉積以外的處理，則可以使用不同類型和形狀的 支架。平板(其中晶片位于平面上)或“船”(其中晶片被固定在非平面取向中)都是本發(fā) 明可以預(yù)想到的可能方案。此外，每一個(gè)晶片或物件都可以單獨(dú)地被轉(zhuǎn)移或被處理。然而， 這是相對(duì)無(wú)效率的并且通常不適合大多數(shù)晶片處理(比如砷化鎵晶片處理)。如上所述，對(duì) 于直徑更大的物件(比如直徑為200毫米的晶片)，該穹頂包括帶有精確加工的插口和凸片的多個(gè)單獨(dú)的部分，這些插口和凸片用于精確地定位和嚙合這些部分。這些部分最好用像 彈簧夾這樣的扣件固定到一起。較佳地，在這些部分上都有多個(gè)機(jī)加工的結(jié)構(gòu)，用于精確地 指示該穹頂，從而使自動(dòng)的物件裝入和取出更容易。該穹頂最好由不銹鋼制成，然而，該穹 頂也可以由能夠耐受持續(xù)嚴(yán)酷的處理環(huán)境的任何有用的材料來(lái)構(gòu)成，真空沉積腔領(lǐng)域的技 術(shù)人員根據(jù)本文將會(huì)很容易理解這一點(diǎn)。本發(fā)明預(yù)想可以使用會(huì)執(zhí)行期望效果的任何磁耦合傳動(dòng)單元。這種期望的單元可 以由Transfer Engineering公司(加州Fremont)制造，但磁傳動(dòng)單元領(lǐng)域的技術(shù)人員根 據(jù)本發(fā)明很容易想到的其它能運(yùn)行的單元也都可以使用。如上所述，處理腔內(nèi)所維持的低壓基本上是保留的，因?yàn)樵谟糜趯⑻幚砬慌c負(fù)荷 固定腔密封隔開(kāi)的閘閥打開(kāi)之前，負(fù)荷固定腔先增壓。這樣，處理腔永遠(yuǎn)不要清洗，這就避 免了對(duì)處理腔連續(xù)清洗再不斷抽真空的需要。處理腔中所維持的典型的處理氣壓約為10_6 到10_7托。在本發(fā)明一實(shí)施例中，在支架/物件裝入期間，負(fù)荷固定腔暴露于周圍環(huán)境中。 當(dāng)?shù)诙l閥處于關(guān)閉位置時(shí)，在不到3分鐘的時(shí)間內(nèi)將負(fù)荷固定腔抽真空到約10_5托。此 時(shí)，打開(kāi)第一閘閥，將合在一起的負(fù)荷固定腔和處理腔抽真空到期望的工作氣壓約10_6到 10_7托?；谡婵毡玫脑O(shè)計(jì)以及腔特別是負(fù)荷固定腔所期望的小體積設(shè)計(jì)，總的抽真空時(shí) 間大約小于5分鐘。這與已知的處理系統(tǒng)形成顯著的對(duì)比，已知系統(tǒng)的抽真空時(shí)間大約超 過(guò)17到20分鐘，比本發(fā)明的處理多出許多抽真空的時(shí)間。設(shè)計(jì)用于本發(fā)明的處理中的負(fù) 荷固定腔的較佳體積約20cfm，體積大約介于10到15cfm之間則更佳。這種受限的負(fù)荷固 定腔體積可以縮短抽真空的循環(huán)周期，從而使效率和產(chǎn)品生產(chǎn)率變大。另外，根據(jù)本發(fā)明，在物件處理循環(huán)期間另一個(gè)支架占據(jù)處理腔時(shí)，裝有待處理物 件的支架保持預(yù)備狀態(tài)，從而使支架交換時(shí)間達(dá)到最小，由此產(chǎn)生并維持了系統(tǒng)效率。此 外，可以改變系統(tǒng)使負(fù)荷固定腔或處理腔接受多個(gè)支架，從而迎合產(chǎn)品生產(chǎn)量的要求。在本申請(qǐng)中，應(yīng)該理解，術(shù)語(yǔ)“直線或線形傳送陣列”和“直線或線形傳送系統(tǒng)”都 是等價(jià)且可互換的術(shù)語(yǔ)。此外，如本文所解釋的那樣，本發(fā)明的直線傳送系統(tǒng)可以包括能夠 在直線方向上將支架從一點(diǎn)驅(qū)動(dòng)到另一點(diǎn)的任何傳動(dòng)系統(tǒng)。此外，應(yīng)該理解，本發(fā)明的直線 傳送系統(tǒng)期望可以在處理腔和準(zhǔn)備腔中包括支撐系統(tǒng)(通常就是軌道導(dǎo)桿)。然而，本發(fā)明 還預(yù)想到?jīng)]有安裝支撐件或軌道導(dǎo)桿而包括傳動(dòng)系統(tǒng)的元件的實(shí)施例。這樣，軌道導(dǎo)桿可 以最初只位于一個(gè)腔內(nèi)，當(dāng)工作時(shí)，可以按系統(tǒng)要求而延伸到和縮回到不止一個(gè)腔中。這樣 的系統(tǒng)可以與“套合”系統(tǒng)結(jié)合使用，其中傳動(dòng)單元用于向支架和軌道導(dǎo)桿提供移動(dòng)，該支 架和軌道導(dǎo)桿已預(yù)先移入期望的位置或與該支架的移動(dòng)相匹配。盡管已參照本發(fā)明的特定示例及實(shí)施例描述了本發(fā)明的各個(gè)方面，但是應(yīng)該理解 本發(fā)明享有所附權(quán)利要求書(shū)全部范圍之內(nèi)的保護(hù)權(quán)利。
權(quán)利要求
一種用于在第一腔和第二腔之間移動(dòng)半導(dǎo)體晶片的支架的裝置，第一腔和第二腔由閘閥連接，裝置包括第一線性傳送陣列，適于在第一和第二腔之間接合并移動(dòng)支架；以及第二線性傳送陣列，適于在第一和第二腔之間接合并移動(dòng)支架，其中第一和第二線性傳送陣列相對(duì)于彼此可移動(dòng)，用于將第一腔中的支架轉(zhuǎn)換成第二腔中的支架，或與此相反。
2.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，支架為倒轉(zhuǎn)的穹頂狀。
3.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一和第二線性傳送陣列在它們處于相同 腔室中時(shí)保持恒定的垂直距離。
4.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一線性傳送陣列能夠與第二線性傳送陣 列無(wú)關(guān)地在第一和第二腔之間移動(dòng)。
5.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一或第二線性傳送陣列包括至少兩條設(shè) 置在第一或第二腔的兩個(gè)相對(duì)內(nèi)壁上的軌道。
6.如權(quán)利要求5所述的裝置，其特征在于，軌道朝向彼此可移動(dòng)。
7.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一腔包括用于保持由第一或第二線性傳 送陣列輸送的支架的掣子。
8.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，第一或第二線性傳送陣列由磁耦合傳動(dòng)機(jī) 構(gòu)，液壓傳動(dòng)機(jī)構(gòu)、氣動(dòng)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，電氣機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和機(jī)械傳動(dòng)機(jī)構(gòu)構(gòu)成的組群中選出。
9.如權(quán)利要求8所述的裝置，其特征在于，還包括用于使支架接合或脫離第一或第二 線性傳送陣列的致動(dòng)桿。
10.如權(quán)利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括用于為第一或第二腔提供期望的真 空水平的泵。
全文摘要
揭示了涉及物件的真空輔助處理的方法和裝置，由此在準(zhǔn)備腔(15)和處理腔(11)之間引導(dǎo)物件，兩個(gè)腔都保持基本上相等的低壓以提高系統(tǒng)效率和產(chǎn)品質(zhì)量，其中磁耦合的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)(43)被用于在處理之前和之后定位物件。
文檔編號(hào)C23F1/00GK101871096SQ20091020835
公開(kāi)日2010年10月27日 申請(qǐng)日期2005年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2004年5月14日
發(fā)明者B·S·薩賈德, C·K·克隆納伯格, P·辛, S·厄艾茲, S·森古普塔 申請(qǐng)人:愛(ài)德華茲真空股份有限公司