專利名稱：晶片機的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般涉及一種晶片傳遞系統(tǒng)。更具體的，本發(fā)明涉及一種安裝有設(shè)備前端模塊(EFEM)組件的一體化可伸縮機架或構(gòu)造，以及用于傳遞晶片的晶片機(wafer engine)。
背景技術(shù)：
標準機械接口箱(SMIF箱)通常包括箱門，該箱門與箱殼緊密配合以提供一種密封環(huán)境，可在此密封環(huán)境中存放及傳遞晶片。一個這種類型箱是一種稱之為FOUP10的前開式一體化箱，其中，箱門位于一個垂直平面內(nèi)，且晶片支承在安裝于箱殼內(nèi)的一個盒子中或兩個殼體中。
在加工半導(dǎo)體晶片的過程中，利用SMIF箱在晶片加工站內(nèi)的各種工具之間傳遞工件。這些工具包括用于在晶片上形成集成電路圖案的加工工具、用于檢測晶片的度量工具、用于在一個或多個SMIF箱內(nèi)揀選并重新排列晶片的分選器(sorter)、以及用于大量存放SMIF箱的堆料機。晶片加工站內(nèi)通常以兩種布局中的一種來擺放工具，該兩種布局分別是間隔凹槽式布局(a bay and a chase configuration)和舞廳式布局(a ballroom configuration)。在前一種布置下，僅維持包含工件I/O口在內(nèi)的工具前端位于一級或更高級別的凈室環(huán)境中。在舞廳式布局下，按照工具所執(zhí)行的操作串聯(lián)式地排列這些工具，且維持所有工具都位于一級或更高級別的凈室環(huán)境中。
晶片加工站內(nèi)的工具包括一種前端接口，該接口容納著便于在箱體與工具之間傳遞工件(即，晶片)并監(jiān)督這種傳遞的部件。一種傳統(tǒng)的前端單元或設(shè)備前端模塊(EFEM)20表示在

圖1-2中。通常在工具制造廠制造出EFEM20，然后將其運送至晶片加工站。
EFEM20通常包括固定在工具前面的殼體22和安裝在該殼體22內(nèi)的工件操縱機械手24，該機械手24可沿x，r，θ，Z方向運動以在工件運載設(shè)備、工具及其它前端組件之間移動工件。機械手24通常安裝有校平螺釘，以允許一旦將EFEM20架設(shè)并固定在工具上后可以調(diào)節(jié)該機械手24的平面性。
除了機械手24以外，EFEM20通常還包括一個或多個預(yù)校準器26，用于執(zhí)行晶片中心的識別操作、槽口定位操作以及頑固痕跡(indocile mark)的讀取操作。一般利用校平螺釘將該一個或多個預(yù)校準器26栓接在殼體22內(nèi)，該校平螺釘允許一旦將EFEM20架設(shè)并固定在某種工具上后可以調(diào)節(jié)該一個或多個預(yù)校準器的平面性。
EFEM20還包括一個或多個裝載口組件28，用于接收工件運載設(shè)備、打開該運載設(shè)備、以及將工件提供給機械手24從而在該運載設(shè)備與其它加工工具之間傳遞工件。對于300mm晶片的加工，半導(dǎo)體設(shè)備及材料國際(“SEMI”)已經(jīng)開發(fā)出通常稱之為箱開啟器-裝載器工具標準接口(或“BOLTS”接口)的一種垂直取向機架。該BOLTS接口與工具前端連接或作為該工具前端的一部分，且為將裝載口組件安裝到工具上提供標準安裝點。名稱為“Tilt and Go Load Port InterfaceAlignment System”的美國專利No.6,138,721公開了這樣一種系統(tǒng)，該系統(tǒng)用于調(diào)節(jié)裝載口組件至BOLTS接口附近的適當位置，然后將該裝載口組件固定到接口上，此美國專利已經(jīng)轉(zhuǎn)讓給本申請人且在此整體引入該專利以供參考。
一旦機械手24、預(yù)校準器26以及裝載口組件28已安裝在殼體22上后，就將EFEM20運送至晶片加工站，且固定在該加工站內(nèi)的工具上。在正確固定到工具上后，經(jīng)由校平螺釘在殼體22內(nèi)校平EFEM組件，然后告知機械手24為在裝載口組件、預(yù)校準器以及工具之間傳遞工件其所需要到達的捕獲及下落位置。在名為“Self TeachingRobot”的美國專利申請系列No.09/729,463中公開了一種用于將各種捕獲及下落位置告知給工具前端內(nèi)機械手的系統(tǒng)，在此整體引入該申請以供參考。一旦已告知機械手位置后，就將側(cè)面板安裝到殼體22上以相對于周圍環(huán)境基本上密封該殼體。
例如，傳統(tǒng)EFEM包括安裝在組裝式殼體內(nèi)部的多個分離且獨立的工件操縱部件。殼體22具有栓接、架接或焊接到一起的一種結(jié)構(gòu)機架，多個面板固定在該機架上。組裝殼體22之后，將EFEM組件固定到各個面板上。對于現(xiàn)有EFEM來說不利的是，系統(tǒng)的總?cè)菰S偏差(tolerance)是各個機架件、面板及組件連接的和。結(jié)果就難以校準組裝后的EFEM組件，且需要將該EFEM組件相互調(diào)節(jié)至正確位置。同時，還必須告知機械手24組件的相對位置，這樣EFEM組件才能相互協(xié)作。在每次調(diào)節(jié)一個或多個EFEM組件時都必須進行這種校準及告知操作。
現(xiàn)有技術(shù)的另一個缺點是EFEM組件通常由不同供應(yīng)商制成，每個組件都有其自己的控制器和通訊協(xié)議。必須對EFEM總成采取措施，以使各組件的控制器可相互通訊，從而各組件可相互協(xié)作。獨立的控制器也使維護工作復(fù)雜化，并增加了提供在EFEM內(nèi)部的部件和電氣連接。此外，特別是在舞廳式布局情況下，傳統(tǒng)EFEM占據(jù)了一級凈室環(huán)境的大量空間，而一級凈室環(huán)境空間是非常昂貴的。
目前的300mm半導(dǎo)體EFEM由包括SEMI E15.1柔性(compliant)裝載口組件(通常每個工具2-4個)在內(nèi)的幾個主要子系統(tǒng)組成。例如，EFEM可包括安裝在鋼結(jié)構(gòu)機架上的晶片操縱機械手和風扇過濾器單元，以及用以封閉裝載口與加工工具之間晶片操縱區(qū)域的面板。這些組件相互結(jié)合，提供了一種在FOUP與加工工具的晶片停放臺之間將晶片傳遞給FOUP10以及自FOUP10傳出晶片的裝置。經(jīng)由操作員手動地載入FOUP10，或者經(jīng)由一種可輸送至及撤離裝載口的自動材料操縱系統(tǒng)(AMHS)自動地載入FOUP10。已經(jīng)制定了工業(yè)標準，允許多個賣主提供集成為一個系統(tǒng)的裝載口、FOUP10或其它EFEM組件。
裝載口組件提供了EFEM內(nèi)AMHS與晶片操縱機械手之間的標準接口。其為放置FOUP10、對接FOUP10以密封前表面、及打開和關(guān)閉門以允許存取FOUP10內(nèi)的晶片提供一個標準化位置。這種組件的尺寸都規(guī)定在SEMI E15.1中。
裝載口經(jīng)由栓接界面固定到前端上，該栓接界面限定在SEMIE-63中。此標準限定了一種表面及安裝孔，裝載口安裝在該表面及安裝孔上。其還限定了每個裝載口自加工站地面起高達1386mm，寬約505mm。結(jié)果，該裝載口使得加工工具與加工站內(nèi)的操作員走道完全隔離。SEMI E-63還限定了工具側(cè)面上的裝載口尺寸，以確保各種機械手制造商的可互換性。
裝載口的主要功能包括自加工站AMHS接收FOUP10以及向加工站AMHS提供FOUP10、將FOUP10移向及移離進出口密封面(入站/出站)、以及打開及關(guān)閉FOUP門。另外，其還必須執(zhí)行功能例如，將FOUP10鎖定在推進板上、鎖定及開啟FOUP門、以及各種大量的ID及通訊功能。每個SEMI E15.1的所有這些功能都容納在一種單片組件內(nèi)，通常該單片組件可作為一個整體單元附加給工具前端或自工具前端取下該單片組件。
裝載口必須與晶片機械手精確對齊。如果系統(tǒng)中有多個裝載口，必須使所有晶片都位于水平平行的平面內(nèi)。通常，裝載口提供若干調(diào)節(jié)件，以使FOUP10內(nèi)的晶片與機械手平行。在相對于每個FOUP10內(nèi)25個晶片中每一個的位置校準機械手時，為使得所消耗時間最少化，使用特定的工具及校準固定件來與所有調(diào)節(jié)件相協(xié)作。如果用一個新裝載口替換舊裝載口，校準過程會相當冗長。
除了相對于晶片位置對齊機械手之外，還必須使門機構(gòu)與門打開機架及門密封機架對齊。同樣，通常利用校準固定件及工具在工具前端或機器以外執(zhí)行上述對齊操作。
還必須相對于一個或多個工具下落點(drop off point)，齊平及對準機械手。這一般通過告知機械手位置以及在前端或工具上進行平面性調(diào)節(jié)來手動完成。
工具、機械手以及FOUP10之間的所有這些關(guān)系使得安裝工具前端的操作相當費時。所有組件通常安裝在較低精度的機架上，且利用調(diào)節(jié)件來彌補此較低精度。裝載口安裝在前表面上，機械手安裝在底座上，風扇/過濾器單元(FFU)安裝在頂部，所有其它暴露面上的表層實現(xiàn)小型環(huán)境的密封。
優(yōu)選使組件之間的調(diào)節(jié)件最少化，并縮短對準裝載口所要花費的總時間。本發(fā)明具有此優(yōu)點。
發(fā)明概述本發(fā)明的一個方面是提供一種一體化構(gòu)造或機架，其將多個關(guān)鍵的EFEM組件精確連接起來。在一種實施例中，機架作為校準內(nèi)部及外部EFEM組件的唯一參考基準。在另一種實施例中，相對于機架的垂直支柱，校準內(nèi)部及外部EFEM組件。
本發(fā)明的另一方面是提供一種尺寸可伸縮的一體化構(gòu)造或機架。在一種實施例中，該一體化構(gòu)造包括固定在上支撐件和下支撐件上的直立支柱。該直立支柱的數(shù)量及上下支撐件的長度取決于EFEM內(nèi)I/O口的數(shù)量。類似的，可改變直立支柱和支撐件的尺寸及間隔，以容納200mm晶片，300mm晶片以及400mm晶片。
本發(fā)明的再一方面是準確且精確地相互定位前端裝載組件。優(yōu)選的，利用最少量的調(diào)節(jié)件完成此校準過程。在一種實施例中，將所有內(nèi)部及外部EFEM組件都精確連接到一體化機架上，這樣它們就共享此公共參考點。
本發(fā)明的又一方面是提供這樣一種一體化機架，該機架使裝載門/運載設(shè)備門組件與多個內(nèi)部EFEM組件相互隔開。在一種實施例中，使裝載門/運載設(shè)備門組件下降進入小型環(huán)境內(nèi)一個獨立的空氣流/存放區(qū)域中。此存放區(qū)域防止例如晶片操縱機械手生成的顆粒污染該組件。
本發(fā)明的又一方面是提供一種晶片滑座對接/界面板，可容易地自EFEM上取下該板以進入EFEM的內(nèi)部。在本發(fā)明一種實施例中，該可拆卸板由透明材料制成，這樣用戶可觀察到小型環(huán)境內(nèi)出現(xiàn)的任何問題/故障。
本發(fā)明的再一方面是減少EFEM的占地面積。在一種實施例中，利用一種滾動機座支承EFEM，由此EFEM的底面可升離晶片加工站的地面。晶片加工站地面與EFEM之間的區(qū)域可作為進入加工工具的維護口，或者用作放置輔助間的區(qū)域。
本發(fā)明的再一方面是提供一種用于傳遞晶片的晶片機。在一種實施例中，該晶片機可執(zhí)行大量檢測、標記以及度量功能，從而避免需要獨立加工站來實現(xiàn)上述功能。
本發(fā)明的再一方面是提供一種可在占地面積縮小的EFEM內(nèi)傳遞晶片的晶片機。在一種實施例中，該晶片機包括用于沿x軸移動晶片的線性驅(qū)動器、用于沿z軸移動晶片的垂直驅(qū)動器、用于沿徑向軸移動晶片的徑向驅(qū)動器、以及用于繞θ軸轉(zhuǎn)動該垂直驅(qū)動器和徑向驅(qū)動器的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器。
本發(fā)明的再一方面是對晶片機上的各種顆粒生成機構(gòu)提供局部過濾。在一種實施例中，一種風扇/過濾器單元安裝在徑向驅(qū)動器上，以捕獲該徑向驅(qū)動器生成的顆粒。在另一種實施例中，一種排氣系統(tǒng)生成流經(jīng)垂直驅(qū)動器的空氣流，以捕獲該垂直驅(qū)動器生成的任何顆粒。這些局部風扇/過濾器單元試圖通過將顆粒排入一個“污濁空氣”環(huán)境內(nèi)、或者通過在空氣回流入“清潔空氣”環(huán)境之前先過濾該空氣來控制晶片機生成的顆粒。
本發(fā)明的再一方面是提供一種具有雙向交換能力及在空中進行校準能力的晶片機。在一種實施例中，該晶片機具有一種可快速交換的徑向驅(qū)動器，或緩沖能力，以同時地存放和傳遞兩張晶片。在另一種實施例中，在上末端執(zhí)行器轉(zhuǎn)動及校準第一晶片的同時，可利用下末端執(zhí)行器存放和/或傳遞第二晶片。
本發(fā)明的再一方面是提供一種具有可移動/可互換滑動體機構(gòu)的晶片機。在一種實施例中，該滑動體機構(gòu)包括形成一體的加工工具，例如，OCR讀取器，校準器，ID讀取器或度量工具?？梢苿拥幕瑒芋w機構(gòu)允許晶片加工站自始至終采用同一晶片機，由此僅僅一個滑動體機構(gòu)就可專門用于每個獨立的加工站。
本發(fā)明的再一方面是提供這樣一種晶片機，其具有位于θ驅(qū)動器上方的垂直驅(qū)動器。這種垂直驅(qū)動器基本上位于FOUP10區(qū)域內(nèi)，從而使晶片機的占地面積減少到最小。
本發(fā)明具備所有這些優(yōu)點。
本發(fā)明附圖的簡要說明圖1是依照現(xiàn)有技術(shù)的一種傳統(tǒng)前端總成的透視圖；圖2是圖1所示前端總成的頂視圖；圖3是依照現(xiàn)有技術(shù)的一種傳統(tǒng)前端總成的側(cè)視圖；圖4是依照本發(fā)明的一種脊柱構(gòu)件實施例的透視圖；圖5是圖4所示脊柱構(gòu)件的局部分解示意圖；圖6是依照本發(fā)明的一種FOUP對接界面實施例的透視圖；圖7是依照本發(fā)明的一種脊柱構(gòu)件及前端裝載組件實施例的局部分解示意圖；圖8是依照本發(fā)明、安裝在脊柱構(gòu)件上的一種晶片機實施例的透視圖；圖9是依照本發(fā)明、安裝在脊柱構(gòu)件上的一種晶片機驅(qū)動軌道實施例的透視圖10是依照本發(fā)明一種前端裝載接口實施例的側(cè)視圖；圖11是依照本發(fā)明另一種集成小型環(huán)境及構(gòu)件實施例的局部分解示意圖；圖12是圖11所示集成小型環(huán)境及構(gòu)件的側(cè)視圖；圖13是依照本發(fā)明一種骨架構(gòu)件實施例的局部透視圖；圖14是依照本發(fā)明另一種集成小型環(huán)境及構(gòu)件的透視圖；圖15是圖14所示集成小型環(huán)境及構(gòu)件的側(cè)視圖；圖16是說明圖15所示集成小型環(huán)境及構(gòu)件的一體化機架實施例的局部分解示意圖；圖17A-17B；圖17A是依照現(xiàn)有技術(shù)的一種傳統(tǒng)晶片操縱機械手實施例的頂視圖；圖17B是圖17A所示晶片操縱機械手的頂視圖，且末端執(zhí)行器伸展開來；圖18是依照本發(fā)明一種用于快速交換晶片的晶片機實施例的透視圖；圖19是圖18所示晶片機的透視圖，表示了驅(qū)動機構(gòu)的幾個組件、垂直柱及滑動體機構(gòu)；圖20是依照本發(fā)明另一種晶片機實施例的透視圖；圖21是圖18所示晶片機的透視圖，表示了由風扇/過濾器單元產(chǎn)生的空氣流；圖22A-22D；圖22A是依照本發(fā)明又一種晶片機實施例的透視圖，該晶片機的滑動體機構(gòu)上配備有輪式校準器和ID讀取器；圖22B是圖22A所示晶片機的頂視圖；圖22C是圖22A所示晶片機的側(cè)視圖；圖22D是圖22A所示晶片機的后視圖；圖23是圖22A所示一種上末端執(zhí)行器實施例的透視圖；圖24A-24C；圖24A是一種末端執(zhí)行器的輪式校準器實施例的切面圖，表示了由襯墊支承著的晶片；圖24B是圖24A所示末端執(zhí)行器的輪式校準器的切面圖，表示已升離襯墊且由輪支承著的晶片；圖24C是圖24A所示末端執(zhí)行器的輪式校準器的切面圖，表示正由輪釋放且重新放回到襯墊上的晶片；
圖25是依照本發(fā)明另一種晶片機實施例的透視圖；圖26A-26B；圖26A是另一種徑向驅(qū)動器實施例的透視圖；圖26B是又一種徑向驅(qū)動器實施例的透視圖；圖27A-27B；圖27A是一幅俯視圖，表示本發(fā)明晶片機的行程和擺動間隙優(yōu)勢；圖27B是一種傳統(tǒng)線性移動機械手的俯視圖，表示所要求的最小間隙和最大行程；圖28表示依照本發(fā)明、具有偏心轉(zhuǎn)軸的快速交換滑動體的示范性移動順序；圖29A-29D；圖29A是依照本發(fā)明一種前端裝載接口的透視圖；圖29B是圖29A所示集成系統(tǒng)的前視圖；圖29C是圖29A所示前端裝載接口實施例的側(cè)視圖；圖29D是圖29A所示前端裝載接口實施例的俯視圖；圖30A-30B；圖30A是安裝到加工工具上的一種集成系統(tǒng)實施例的透視圖；圖30B是圖30A所示集成系統(tǒng)的側(cè)視圖；以及圖31是圖30A-30B所示集成系統(tǒng)的側(cè)視圖，表示該集成系統(tǒng)如何為緩沖自動材料操作系統(tǒng)(AMHS)而釋放空間；圖32是又一種晶片機實施例的透視圖。
本發(fā)明的詳細說明現(xiàn)在將參照圖4-31說明本發(fā)明，該圖4-31一般涉及一種晶片傳遞系統(tǒng)。本發(fā)明優(yōu)選實施例用于加工300mm的半導(dǎo)體晶片。本發(fā)明還可用于加工除半導(dǎo)體晶片之外的其它工件，例如標線片、平板顯示器及磁性存儲盤。本發(fā)明還可用于加工大于或小于300mm的晶片，例如200mm和150mm。此外，盡管本發(fā)明優(yōu)選在FOUP系統(tǒng)內(nèi)工作，但應(yīng)認識到的是，本發(fā)明也可與包括開式晶片盒系統(tǒng)(open wafercassette systems)在內(nèi)的其它工件傳遞系統(tǒng)相協(xié)作。
一體化脊柱構(gòu)件脊柱構(gòu)件(spine structure)100基于這樣一種思想，使單個一體化機架或構(gòu)件作為EFEM的底座?？砂凑障嗤绞街貜?fù)制造這種底座，以降低系統(tǒng)成本，并簡化在將EFEM組件安裝到機架上時的校準操作。該構(gòu)件或機架100可使前端裝載工具所需要的空間量最小化、校準時間最少化、并極大簡化了為執(zhí)行所要求的維護程序和/或服務(wù)而存取該前端工具內(nèi)組件的操作。
圖4-5表示一體化脊柱構(gòu)件100的一種優(yōu)選實施例。該脊柱100包括利用一根上槽或上支撐件104和一根下槽或下支撐件106連接起來的多根直立支柱102。每根直立支柱102都具有朝內(nèi)表面108和朝外表面110。如圖4至圖10所示，每根直立支柱102的橫截面都優(yōu)選為近似矩形。矩形橫截面是優(yōu)選的，這樣每根直立支柱102的朝外表面110就能夠與安裝在該直立支柱102上的任何EFEM組件形成一種密封。每根直立支柱102的矩形橫截面還確保了當將上下支撐件104和106固定到每根直立支柱102上時，可相對于朝內(nèi)表面108和朝外表面110對齊該上下支撐件104和106。具有其它橫截面例如但并不限于圓形或橢圓形的直立支柱102也在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。
在該優(yōu)選實施例中，脊柱構(gòu)件100主要由金屬板件組成，還包括一些確保精確度的機器零件。采用金屬板可利用自這種加工工藝某些方面獲得的精確度。例如，在上下支撐件104和106內(nèi)形成U形的長彎頭為對齊直立支柱102提供了一種相當筆直的基準。在一種優(yōu)選實施例中，上下槽104和106內(nèi)沖打有孔120和122，以進一步保證每根直立支柱102與上下槽104和106之間孔對孔的精確對準。
金屬板件還起到給該系統(tǒng)提供外表層或安裝面(隨后將要描述)的功能，以及結(jié)構(gòu)支撐的功能。在目前的EFEM系統(tǒng)中，金屬板通常儲備用作僅提供美容裝飾以及殼體的非結(jié)構(gòu)面板。通過使金屬板并入成為幾個結(jié)構(gòu)組件，可極大地降低EFEM的材料成本。
上支撐件104固定在每根直立支柱102的頂部114上，而下支撐件106固定在每根直立支柱102的底部112上。由此，脊柱100提供了一種相當筆直且對于扭轉(zhuǎn)和彎曲而言均相當剛硬的構(gòu)件，以在該脊柱100上構(gòu)造前端裝載系統(tǒng)。在一種優(yōu)選實施例中，上下支撐件104和106由單件金屬板制成。利用每根直立支柱102頂部114的寬度指定用以制造上支撐件104的金屬板內(nèi)彎頭的寬度，這樣U形上支撐件104的寬度就基本上等于每根直立支柱102頂部114的寬度。類似的，U形下支撐件106的寬度基本上等于每根直立支柱102底部112的寬度。每個支撐件104和106都試圖與每根直立支柱102的朝內(nèi)表面108及朝外表面110齊平。
在一種優(yōu)選實施例中，每根直立支柱102的底部112都寬于每根直立支柱102的頂部114。如圖4-5所最佳表示的，脊柱構(gòu)件100在一個垂直定向內(nèi)對齊每根直立支柱102，這樣每根直立支柱102基本上相互平行。每根支柱的中心優(yōu)選相隔505mm，這是每個SEMIE-15.1中相鄰裝載口的最小允許間隔。以各種其它間距或不等間距隔開的直立支柱102都在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。
為在扭轉(zhuǎn)方向和橫向方向都提供一種剛性構(gòu)造，將每根直立支柱102固定在上下支撐件104和106上。如圖4所示，每根直立支柱102都位于上下支撐件104和106之間。如先前所述，利用上下支撐件104和106內(nèi)的安裝孔120和122對齊每根直立支柱102。僅僅是示范性的，利用(例如，經(jīng)由安裝孔120)固定到直立支柱102頂部114上的螺栓或銷以及固定到前表面110或后表面108上的至少一個螺栓或銷，將每根直立支柱102固定到上支撐件104上。還必須將每根直立支柱102固定到下支撐件106上。僅僅是示范性的，(例如，經(jīng)由安裝孔120)將螺栓或銷固定到每根直立支柱102的底部112上，以及將至少一個螺栓或銷固定到前表面110或后表面108上。
上下支撐件104和106的U形構(gòu)造還可防止每根直立支柱102在其適當位置上轉(zhuǎn)動。盡管如圖4-5所示，上槽104和下槽106由單片金屬板制成，但由多片金屬板制成的上下支撐件104和106也在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。在一種優(yōu)選實施例中，如圖5所最佳表示的，上下支撐件104和106具有一種帶孔表面。上下支撐件104和106的這種帶孔表面允許來自風扇/過濾器單元150(FFU)的空氣流過(參見圖10)。
當下支撐件106固定到直立支柱102上后，就形成了前安裝面118和后安裝面116，各種EFEM組件可安裝到該前安裝面118和后安裝面116上(參見圖6-10)。一般而言，脊柱100生成了至少三個平行且共線的安裝面直立支柱102的前表面110，前安裝面118以及后安裝面116。如隨后將要描述的，EFEM組件安裝在這三個表面之一上。這三個表面之間具有已知的特定關(guān)系，由此以最少的校準件或者說完全不需要校準件就可對準安裝在這些表面上的組件。
下支撐件106還生成一個空氣流區(qū)域121，該區(qū)域121位于前安裝面118和后安裝面116之間。此空氣流區(qū)域121設(shè)計用于容納一種FOUP門開啟/關(guān)閉組件139，引導(dǎo)該組件139離開打開著的裝載門并下降進入空氣流區(qū)域121內(nèi)。
使FOUP門開啟/關(guān)閉組件139與晶片機300的操作區(qū)域隔開具有多項優(yōu)點。例如，可將FFU150產(chǎn)生的單一空氣流分割為兩股獨立的空氣流。一股空氣流引向FOUP門開啟/關(guān)閉組件139，而第二股獨立空氣流引向晶片機區(qū)域。與單一空氣流既在晶片機區(qū)域流通又在FOUP門開啟/關(guān)閉組件139內(nèi)流通相比，兩股獨立的空氣流可為FOUP/進出口門組件139提供一種凈室環(huán)境。若對于晶片機300和FOUP組件130而言，僅有單獨一條空氣流通路徑，那么晶片機300生成的顆?？赡軙廴綟OUP/箱門組件139。
下支撐件106的后安裝面116還作為一種FOUP門開啟/關(guān)閉組件139與晶片機區(qū)域之間的防護屏。該后安裝面106阻止晶片機300產(chǎn)生的顆粒進入存放有FOUP門開啟/關(guān)閉組件139的空氣流區(qū)域121內(nèi)。該后安裝面106還使得晶片機300具有局部的過濾及排氣系統(tǒng)，該系統(tǒng)排出晶片板下方含有顆粒的“污濁”氣體，以免污染FOUP門開啟/關(guān)閉組件139(如后所述)。
圖4-5所示脊柱構(gòu)件100構(gòu)造為一種具有四個FOUP I/O口的EFEM。具有任何數(shù)量I/O口的EFEM都在本發(fā)明實質(zhì)與范圍內(nèi)。另外，在用以傳送晶片的每個I/O口之間，EFEM可具有間隔或空白I/O口(blank I/O ports)。如前所述，脊柱構(gòu)件100是可伸縮的?？筛淖冎绷⒅е?02的數(shù)量及上下支撐件104和106的長度，以與EFEM所要求的I/O口構(gòu)造相匹配。
每根直立支柱102還具有機械加工入側(cè)表面內(nèi)的一種凸起引導(dǎo)件(cam guide)124。該凸起引導(dǎo)件124作為一種軌道或槽道，用以引導(dǎo)FOUP門開啟/關(guān)閉組件139向后離開FOUP10并隨后進入空氣流區(qū)域121內(nèi)。利用位于加工站內(nèi)的一種馬達組件(未表示)控制該進出口/箱門組件139的移動。這種馬達組件在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，不需要進一步說明。機械引導(dǎo)且移動FOUP門12和進出口門140進入存放區(qū)域121都在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。
圖6-7所示FOUP對接界面(docking interface)表示了安裝在脊柱構(gòu)件100上的幾種EFEM組件。僅僅是示范性的，該組件可包括晶片機或機械手300、FOUP支承組件130、FOUP對接/隔離板138以及進出口門140。FOUP支承組件130包括FOUP推進支承件(advancesupport)132、FOUP推進組件133以及FOUP支承板134。
為自FOUP10將工件送入小型環(huán)境(參見圖10-“一級區(qū)域”)中，手動或自動地將FOUP10裝載到進出口推進板134上，使得FOUP門面對著裝載口門140。傳統(tǒng)裝載口門140包括一對碰鎖鑰匙，該碰鎖鑰匙容納在門鎖組件內(nèi)的一對相應(yīng)槽中，該門鎖組件安裝在FOUP門的內(nèi)部。適于容納這種碰鎖鑰匙且位于FOUP門內(nèi)的門鎖例子公開在Rosenquiest等人申請、名稱為“WAFER MAPPING SYSTEM”的美國專利No.6,188,323中，在此整體引入該專利以供參考。除了使FOUP門與FOUP殼體分離以外，同時轉(zhuǎn)動碰鎖鑰匙以使該鑰匙進入它們各自的FOUP門槽內(nèi)。通常具有兩對碰鎖鑰匙和槽，各對的結(jié)構(gòu)及操作都相同。
箱推進板134通常具有三個動力銷135或某些其它定位部件，該銷135與FOUP10底面上的對應(yīng)槽緊密配合，從而可將FOUP10的底面固定且重復(fù)地放置在推進板134上。一旦檢測到FOUP10位于箱推進板134上后，就朝向進出口門140推進FOUP10，直至FOUP門與該進出門口140接觸或位于該進出口門140附近。理想的是使各個門的前表面相互接觸，以阻擋顆粒并確保進出口門的碰鎖鑰匙緊密配合在FOUP門的鑰匙槽內(nèi)。Rosenquist等人申請的名為“POD DOOR TOPORT DOOR RETENTION SYSTEM”的美國專利申請系列No.09/115,414，以及Fosnight等人申請的名為“POD TO PORT DOORRETENTION AND EVACUATION SYSTEM”的美國專利申請系列No.09/130,254公開了用以確保FOUP10與進出口門之間緊密、清潔連接的系統(tǒng)。這些申請已轉(zhuǎn)讓給本發(fā)明所有人，在此整體引入這些申請以供參考。
一旦FOUP10與進出口門連接后，EFEM內(nèi)的線性和/或旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器就將FOUP10與進出口門一起移入EFEM的內(nèi)部，然后離開打開著的裝載口，由此工件隨后就可接近晶片機300。如圖10所示，進出口門140固定在FOUP門上，一種控制器驅(qū)動滑板以沿著每根直立支柱102內(nèi)的凸起124移動運載設(shè)備和進出口門。該凸起124引導(dǎo)互鎖的運載設(shè)備及進出口門垂直向下進入下支撐件106的空氣流區(qū)域121內(nèi)。如前所述，當存放在空氣流區(qū)域121內(nèi)時，進出口門140和FOUP門與其余一級區(qū)域相隔離。線性滑板及旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器構(gòu)件(未表示)在現(xiàn)有技術(shù)中是已知的，不需要進一步說明。線性滑板可由線性軸承和驅(qū)動機構(gòu)組成。僅僅是示范性的，線性軸承可包括滾珠軸承或空氣軸承。類似的，驅(qū)動機構(gòu)可包括具有凸起導(dǎo)桿的馬達、皮帶傳動機或線性馬達。僅僅是示范性的，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器可包括齒輪馬達、直接傳動機、皮帶傳動機或其它類似裝置。
在FOUP10及進出口門移離對接/隔離板138后，晶片機或機械手300可將工件移入工具前端內(nèi)，而不會受到已貯存了的FOUP10和進出口門的干擾。一旦工具對工件的多項操作已經(jīng)完成且工件已返回至FOUP10后，控制器再次啟動驅(qū)動器和滑板以將門移回I/O口，然后移動FOUP門將其固定到FOUP10上。
對接/隔離板138安裝在每根直立支柱102的前表面110上。該對接/隔離板138使工具前端的內(nèi)部區(qū)域(一級或“清潔”區(qū)域)與外界環(huán)境或外部區(qū)域相互隔離。該對接/隔離板138還提供了一種界面，朝向該界面推進FOUP10，使FOUP10緊密且可控制地靠近該界面(例如，0-5mm間隙)。板138與FOUP10以及進出口門140形成一種輔助密封。這種輔助密封允許板138與FOUP10之間存在間隙，但仍然在該板138與FOUP10之間形成氣密封。板138與FOUP10之間的氣密封有助于防止氣體漏出一級區(qū)域或者有助于維持裝載口界面的惰性環(huán)境。
對接/隔離板138優(yōu)選由單片材料制成，且該板138上具有機械加工在其內(nèi)的一個或多個FOUP孔。對接/隔離板138具有定位孔144，以相對于每根直立支柱102準確地放置該板138。這就為EFEM的全部FOUP10孔之間提供了一種機器加工的精確關(guān)系。對接/隔離板138還可由獨立的多片材料構(gòu)成，利用相同的基準部件將該多片材料安裝到每根直立支柱102上。板138可由材料例如但不限于塑料、金屬、金屬板或者甚至玻璃制成。
在一種優(yōu)選實施例中，對接/隔離板138由透明材料例如聚碳酸酯機械加工而成。對接/隔離板138由透明材料機械加工而成的額外優(yōu)點是在工具進行操作的同時，能夠看到小型環(huán)境或一級區(qū)域的內(nèi)部。目前的E15裝載口/SEMI E63栓接界面不具備此特征。對接/隔離板138沒有任何結(jié)構(gòu)部件，因此可僅利用幾個螺栓和/或銷將其固定到脊柱100的每根直立支柱102上。由此，可容易地移除對接/隔離板138。此外，由于沒有任何EFEM組件需要以該對接/隔離板138為基準進行對準，因此移除該對接/隔離板138不會干擾EFEM組件例如進出口門140、FOUP推進板134或晶片機300的安裝或?qū)什僮?。這就提供了一種靠近EFEM的“清潔”區(qū)域(圖10中的一級區(qū)域)以進行檢修、維護或錯誤校正的簡單方法。
圖8表示安裝到脊柱構(gòu)件100上的晶片機300。自圖中可見，其清晰表示了晶片機300可線性移動以靠近EFEM的所有I/O口。該晶片機300沿著導(dǎo)軌組件302移動，該導(dǎo)軌組件302安裝在下支撐件106的后安裝面116上。在此實施例中，所示線性驅(qū)動器302是一種皮帶傳動機。線性驅(qū)動器由其它驅(qū)動系統(tǒng)例如但不限于直接傳動機、線性馬達、繩驅(qū)動機或鏈節(jié)傳動機組成的情況都在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。隨后將描述該晶片機300的組件，這種驅(qū)動系統(tǒng)在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，因此不需要進一步說明。
圖9更詳細地表示了圖8所示安裝在脊柱構(gòu)件100上的導(dǎo)軌系統(tǒng)302。該導(dǎo)軌系統(tǒng)302包括上X導(dǎo)軌310和下X導(dǎo)軌312以及滑座導(dǎo)件311，以上部件都安裝在下槽106的后安裝面118上。在一種優(yōu)選實施例中，上X導(dǎo)軌310和下X導(dǎo)軌312均為圓形或管狀，且基本上相互平行。一個X滑座304與該上X導(dǎo)軌310、下X導(dǎo)軌312以及滑座導(dǎo)件311相嚙合。上下X導(dǎo)軌310和312還作為晶片機300的主支撐件。
圖9還表示了控制箱147，其優(yōu)選位于FOUP推進組件130的下方。EFEM需要多個電子控制設(shè)備(例如，控制線路、PCB等)。若這些設(shè)備易于接近以進行維護及檢修，將是有利的?？刂坪?47提供了安裝這些電子設(shè)備的區(qū)域。在一種優(yōu)選實施例中，控制盒147具有一種可樞轉(zhuǎn)的前蓋，轉(zhuǎn)下該前蓋就可接近內(nèi)部的電子部件?？刂坪袃?nèi)放置著用以啟動和控制EFEM組件所需要的大量電子部件和控制系統(tǒng)。為了易于接近這些電子部件以便于維護，利用幾個可拆卸的螺栓和/或銷固定控制盒的可樞轉(zhuǎn)前蓋，且允許朝向加工站的地面向下樞轉(zhuǎn)該前蓋。
如圖10以及30-31所示，脊柱構(gòu)件100的構(gòu)造可使EFEM的著地面積最小化，并在仍然保持整個系統(tǒng)精度的同時，密封該系統(tǒng)的清潔空間。FFU150安裝在上槽104和工具接口面板154上，且密封該上槽104和工具接口面板154以形成EFEM的頂部。通過將對接/隔離板138安裝到每根直立支柱102的前表面110上實現(xiàn)前部密封。優(yōu)選為帶孔表面的金屬面板152安裝在下支撐件106上，以形成EFEM的底部。該面板152還作為排氣板，以允許來自FFU150和晶片機300的廢氣流排入大氣中。利用端板156(參見圖10)、工具接口面板154、面板152以及FFU150密封EFEM的每面，該端板156安裝在脊柱100上且密封該脊柱100。如圖10所示，來自FFU150和滑動體FFU420的清潔空氣流穿過小型環(huán)境或一級區(qū)域，然后經(jīng)由底板152以及下槽106流出。自Z槽風扇354(隨后將要描述)排出的氣流中含有由垂直驅(qū)動器產(chǎn)生的顆粒，該氣流也流經(jīng)底板152。來自Z槽風扇354的氣流不會進入清潔的小型環(huán)境中。
總的來說，脊柱100生成了一個單獨的基準系統(tǒng)，用以校準及對齊EFEM組件，例如晶片機300和FOUP推進組件130。可相對于一個已知且固定的位置例如直立支柱102校準每個獨立的EFEM組件，而不是使各個獨立的EFEM組件相互校準及對齊。與目前所規(guī)定的傳統(tǒng)步驟相比，這種校準方法極大地簡化了校準步驟。
具有骨架的脊柱構(gòu)件圖11-13表示脊柱構(gòu)件的另一種實施例。此實施例的主要結(jié)構(gòu)部件包括水平梁170、定位支柱172以及前安裝板174。如圖11所示，水平梁170優(yōu)選安裝在每個定位支柱172的底部上以形成一種剛性機架。前安裝板174也安裝在每個定位支柱172上，從而為將外部的EFEM組件(例如，F(xiàn)OUP推進組件130)安裝到脊柱構(gòu)件上提供一個表面。僅僅是示范性的，水平梁170可由擠壓鋁制品、鋼管、由彎曲金屬板制成的一種構(gòu)件、夾板、疊層板、或者更有可能是以上幾種的組合制成。水平梁170還為將線性驅(qū)動器306安裝到脊柱構(gòu)件上提供一個表面。類似于脊柱構(gòu)件100，此實施例為安裝及對準EFEM組件提供了單獨一個參照基準。
圖12表示了FOUP門12和進出口門140仍然優(yōu)選存放在一級區(qū)域內(nèi)部的一個隔離區(qū)域內(nèi)。相應(yīng)的，必須使梁170與定位支柱172之間的相隔距離大到足可將FOUP門12和進出口門140裝入該梁170與定位支柱172之間。如圖12所示，隔板171放置在每個定位支柱172與梁170之間以生成存放區(qū)域。經(jīng)由其它方法生成存放區(qū)域也在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。梁170還作為一種防護屏，阻止晶片機300生成的顆粒污染FOUP門12或進出口門140。
圖13表示了該支承構(gòu)件或脊柱的梁170可具有CNC銑制鋁板176，該鋁板176安裝在梁170上以支承X軸導(dǎo)軌310和312。利用一種截面為U形的金屬板175進一步地加固此構(gòu)件。類似于先前實施例中的直立支柱102，對齊安裝在金屬板175上的直立定位支柱172。如圖11所示，前安裝板174安裝在定位支柱172上。EFEM組件例如FOUP推進組件130安裝在前安裝板174上。
梁170可位于晶片機300與箱開啟器之間且位于晶片操縱裝置的工作區(qū)的下方。無論如何構(gòu)造該梁170，該梁170都具有可將EFEM組件精確安裝在其上的一個結(jié)構(gòu)公共件，以避免在安裝或更換EFEM時需要進行費時的調(diào)節(jié)。
單獨機架/殼體圖14-16表示構(gòu)造為FOUP對接站的脊柱構(gòu)件的又一種實施例。在此實施例中，其上安裝有EFEM組件的脊柱構(gòu)件是一種單一機架或殼體202。類似于脊柱構(gòu)件100，該機架202為安裝以及對準內(nèi)部組件(例如，晶片機300)和外部組件(例如，F(xiàn)OUP推進組件130)提供單獨一個參考基準。
如圖14所示，脊柱構(gòu)件200包括安裝在機架202上的三個裝載口組件204。每個裝載口組件204都類似于先前實施例中公開的裝載口組件130。使一級區(qū)域與外部大氣環(huán)境相隔離的裝載口門206對應(yīng)于每個裝載口組件204，該裝載口門206用以與FOUP門嚙合并使該FOUP門離開FOUP殼體。具有更多或更少數(shù)量I/O口的機架202都在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。類似的，在用以傳遞晶片的I/O口之間，機架202可具有一種填充或?qū)嶓wI/O口(a filled-in or solid I/O port)。
機架202優(yōu)選由單片材料形成。僅僅是示范性的，利用沖床制造該機架202。機架202可由多種不同材料制成。僅僅是示范性的，機架202可由材料例如但不限于金屬板、聚丙烯、復(fù)合材料或塑料制成。還可對機架202進行陽極表面處理，以抑制或減少脫氣。無論機架202由單片材料還是獨立的多片材料制成，機架202都是可伸縮的。由此，可按規(guī)格改制機架202，以生成EFEM所需數(shù)量的FOUP I/O口。
圖15表示了幾種安裝在機架202上的EFEM組件。在此實施例中，由單片不銹鋼制成的機架202是可彎曲的，僅僅是示范性的，機架202也可由鋁板制成。EFEM的剛性必須足夠大到可為EFEM組件提供準確的支承及對準點。附加支承件210安裝在機架202上以為組件例如線性驅(qū)動器254、過濾器單元220、FOUP推進組件208以及工具接口板提供準確的支承點。
為促使空氣流過裝載口界面，可對機架202的頂面201和底面203進行穿孔。一種風扇/過濾器單元220安裝在機架202的頂面201上并與該機架202的頂面201形成密封，以控制流過該機架202的空氣速率及質(zhì)量。這種風扇/過濾器單元在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，因此不需要進一步說明。單個風扇/過濾器單元220就可以實現(xiàn)所需要的空氣流率。但是，隨著機架202尺寸的增大以及由此其體積的增大，該機架202可能需要多個風扇以維持理想的環(huán)境狀況。如果EFEM的內(nèi)部不與外部大氣條件(非惰性環(huán)境)相隔離，空氣會被FFU220抽入清潔的小型環(huán)境內(nèi)，然后經(jīng)由機架202底面203內(nèi)的通孔217排出。
如果EFEM是一種惰性系統(tǒng)，可將氣流收集室224安裝在機架202的底面203下并密封該機架202的底面203，這樣可以完全包容且重復(fù)循環(huán)由風扇/過濾器單元220生成的空氣流。端蓋210還可具有一種氣流返回路徑，其引導(dǎo)空氣離開收集室224且返回至風扇/過濾器單元220以重復(fù)循環(huán)。
由于機架202生成了一種小型封閉空間，從空氣控制的方面而言，本發(fā)明是一種相當有效的系統(tǒng)。利用較少量空氣來進行控制和過濾的小型環(huán)境更易于維持空氣的清潔度。惰性系統(tǒng)或者需要分子過濾器的系統(tǒng)也受益于容納較少量氣體的小型環(huán)境，其中，隨著更多氣體經(jīng)過分子過濾器，該分子過濾器將逐漸退化。僅僅是示范性的，如果較少量或較慢速率的氣體流經(jīng)過濾器時，常常要求該過濾器變得較小。
系統(tǒng)容積空間的利用先前所述全部EFEM(例如，脊柱構(gòu)件、骨架以及機架)的一個關(guān)鍵不同點在于空間利用的根本變化。現(xiàn)在將僅參照脊柱構(gòu)件100描述空間利用特征，但此概念可應(yīng)用于本申請中公開的全部實施例。在傳統(tǒng)的工具前端中，該前端占據(jù)了自裝載口前部(裝載側(cè)平面)至加工工具面、自加工站地面至前端最高點(該最高點通常是前端的FFU的頂端)、以及該前端整個寬度的全部空間。
一種由脊柱構(gòu)件100構(gòu)成的EFEM在裝載口130的下方生成一個顯著空間，可將清潔的晶片機區(qū)域送回加工/度量工具或用作其它目的。另外，與傳統(tǒng)的EFEM構(gòu)造要求相比，還可減少封閉區(qū)域或小型環(huán)境的總深度。晶片機徑向滑動體400的前部可轉(zhuǎn)入位于直立支柱102之間且FOUP門機構(gòu)通常未使用的區(qū)域內(nèi)。該空間使得加工工具以及終端用戶可以實現(xiàn)減小整個工具占地面積的需求。晶片機300的構(gòu)造利用了這些新約束以及較小空間限制。例如，徑向滑動體400可進一步地進入加工工具內(nèi)，而不是采取非偏置的方案。
由于系統(tǒng)的包絡(luò)殼(envelope)較小，因此其相當輕，如果將其安裝到獨立滾動機架上，可使其滾動離開加工工具以直接靠近該工具。由于系統(tǒng)還比普通加工工具矮，因此其上方空間可用作其它目的，例如用作AMHS系統(tǒng)的本地FOUP10緩沖站。對于在頂部上方升降的傳統(tǒng)AMHS系統(tǒng)而言，由于要求本地緩沖站不能阻礙到達裝載口頂部上方的路徑，因此本地緩沖站只能位于裝載口或工具之間。對于滑出擱板布置(slide out shelf arrangement)而言，材料可存放在集成EFEM封閉區(qū)域正上方的未利用區(qū)域中。
如圖30-31所示，系統(tǒng)可以多種方式與加工工具結(jié)合。該系統(tǒng)被設(shè)計成需要在四點支承。兩根靠外的直立支柱底座前部內(nèi)的兩點提供連接點和水準點。每個端板的后下角處的兩點提供后部支撐點。這些支撐點可由一種滾動機架提供，這種機架能夠容易地將該系統(tǒng)移離加工工具。系統(tǒng)可支承在自加工工具起如懸臂式向外伸展的機架件上，或地面上。也可結(jié)合上述兩種支承方式，其中，利用滾動機架將該系統(tǒng)升離加工工具機架提供的運動點(kinematic points)。
先前所述任何一種集成小型環(huán)境及構(gòu)件100或200安裝在與一種半導(dǎo)體加工相關(guān)的工具的前部上。如這里所使用的，這種工具包括但不限于用于在半導(dǎo)體晶片上形成集成電路圖案的加工工具、用于檢測各種特性及工件的度量工具、以及用于大量存放工件運載設(shè)備的堆料機。如這里所使用的，工具可簡單地為一種封殼，這樣就可如隨后將要描述的，在一個封閉空間里輸送已搬運到板背面上的工件。僅僅是示范性的，依照本發(fā)明的構(gòu)件100包括一種分選器，以利用一個或多個運載設(shè)備排列及輸送工件。
選擇性的，構(gòu)件100包括一種分選器或一種獨立的預(yù)校準器。在既有分選器又有獨立預(yù)校器的實施例中，完全依靠安裝在構(gòu)件100上的EFEM來執(zhí)行工件操作。基于形成一級區(qū)域的封殼，構(gòu)件100提供了一種可在其內(nèi)處理工件的封閉、清潔環(huán)境。在本發(fā)明的幾種實施例中，構(gòu)件100可作為工具的一部分(參見圖3A)。在本發(fā)明的其它實施例中，系統(tǒng)可固定到工具上，但獨立于該工具(參見圖29A-29D)。
如圖10所最佳表示的，在脊柱100周圍形成FOUP對接站。底盤118固定在下支撐件106上且與該下支撐件106形成密封。在一種優(yōu)選實施例中，該底盤118為帶孔表面，以允許來自FFU150的空氣流過。FFU150固定在上支撐件104上且與該上支撐件104形成密封。晶片傳遞板122固定在底盤118及FFU150上，且與該底盤118及FFU150形成密封。晶片傳遞板122可包括傳遞窗口121，該窗口121允許晶片機300在一級區(qū)域與加工工具之間傳遞晶片。
該系統(tǒng)形成氣密封，以維持一級環(huán)境。脊柱100與底盤118之間、脊柱100與FFU150之間、晶片傳遞板122與FFU150之間、晶片傳遞板122與底盤118之間形成氣密封。通常，一級區(qū)域內(nèi)的壓力維持在高于圍繞該一級區(qū)域的大氣壓的水平。此壓力差可阻止未經(jīng)過濾的空氣進入一級區(qū)域內(nèi)。由此，可經(jīng)由底盤118內(nèi)的通孔將氣載顆?；蛭廴疚锎党鲆患墔^(qū)域。有時工具會在有害環(huán)境例如純氮環(huán)境下進行操作。在這種環(huán)境中，需要使一級區(qū)域與周圍的外部環(huán)境完全隔離。一高壓室可固定在底盤118上且密封該底盤118，這樣可使構(gòu)件100內(nèi)的小型環(huán)境與大氣狀況完全隔離。一高壓室224(參見圖14)可安裝到底盤118上，以收集空氣并使空氣回流向安裝在脊柱100上的風扇/過濾器單元150。
晶片機總的來說，相對于使用頻率及晶片傳遞周期的應(yīng)急程度(criticality)，圖18-23所示晶片機300可使機械慣性減少至最小。僅僅是示范性的，這種晶片機300的幾項優(yōu)點包括(1)實現(xiàn)更短的晶片交換時間，(2)減少系統(tǒng)的總重量，以及(3)一種更緊湊、一體化的組件。該晶片機300可在本申請公開的任何一種一體化脊柱100實施例內(nèi)工作，或者作為一種獨立設(shè)備進行工作。
晶片機300的一種優(yōu)選實施例表示在圖18-19中。該晶片機300包括四個主要的協(xié)作驅(qū)動器，以在EFEM內(nèi)最佳地傳遞晶片。該四個驅(qū)動器分別沿x軸、θ軸、z軸、以及徑向軸或r軸移動晶片。
晶片機300具有沿x軸移動該晶片機300的線性驅(qū)動器302。沿x軸移動就允許晶片機300接近每個FOUPI/O口。線性驅(qū)動器302包括x滑座304和導(dǎo)軌系統(tǒng)306。X滑座304與上x導(dǎo)軌310和下x導(dǎo)軌312滑動嚙合。導(dǎo)軌系統(tǒng)306安裝在后安裝板16上，且包括上x導(dǎo)軌310和下x導(dǎo)軌312。該上x導(dǎo)軌310和下x導(dǎo)軌312沿x軸延伸且基本上相互平行。圖18中穿過導(dǎo)軌系統(tǒng)306的斷開線表示該導(dǎo)軌系統(tǒng)306可具有任何長度。導(dǎo)軌系統(tǒng)306是可伸縮的，這樣晶片機300就可沿著該導(dǎo)軌系統(tǒng)306移動以接近例如存放在每個FOUP10內(nèi)的晶片。晶片機300的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器350也安裝在x滑座304上。因此，移動x滑座304就沿x軸驅(qū)動該晶片機300。
晶片機300還可繞θ(theta)軸轉(zhuǎn)動。在一種優(yōu)選實施例中，如圖18所示，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器350包括一支柱364，該支柱364沿θ軸延伸且安裝在z軸支撐件370上。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器350還包括一種θ馬達以驅(qū)動并轉(zhuǎn)動支柱364。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器350既可順時針轉(zhuǎn)動，又可逆時針轉(zhuǎn)動。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器350也可直接安裝在垂直驅(qū)動器380上。優(yōu)選的，θ軸不經(jīng)過滑動體400的中心。隨后將要論述滑動體400的這種偏心構(gòu)造的優(yōu)點。
旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器350還包括伸出的風扇平臺352。在晶片機300的一種優(yōu)選實施例中，如圖18所示，一種z槽風扇(z slot fan)354安裝在風扇平臺352的下側(cè)上。晶片機300的這種構(gòu)造使得z槽風扇354靠近θ馬達362，且提供了一種排氣孔以排出流經(jīng)該晶片機300的z支柱380的空氣。涌過z支柱380的空氣向下流動，且離開晶片機300正在傳送的任何晶片(參見圖21)。選擇性的，空氣流可經(jīng)由旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器350的底部排出。
垂直驅(qū)動支柱380安裝在支撐件370上且沿z軸向上延伸。驅(qū)動支柱380移動晶片機300的滑動體400(隨后將要描述)，由此沿著z軸上下移動晶片。在一種實施例中，如圖19所示，驅(qū)動支柱380為一種細長支柱且近似垂直于支撐件370延伸。位于該驅(qū)動支柱380內(nèi)的一種驅(qū)動組件包括z驅(qū)動馬達382、z索道384、z導(dǎo)軌386以及z滾珠絲杠。這種驅(qū)動器在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，因此不需要進一步說明。利用其它裝置來移動滑動體機構(gòu)400都在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。
滑動體400優(yōu)選包括上末端執(zhí)行器402和下末端執(zhí)行器404，它們用于沿著r軸迅速地交換單個晶片?；瑒芋w400這樣支承著上下末端執(zhí)行器402和404，使它們平行于存放在每個FOUP10內(nèi)的晶片。如圖19所示，上末端執(zhí)行器402和下末端執(zhí)行器404沿著相同的直線路徑移動。以一定間距隔開上末端執(zhí)行器402和下末端執(zhí)行器404，該間距足以允許上末端執(zhí)行器402和下末端執(zhí)行器404同時存放晶片?；瑒芋w400包括徑向驅(qū)動馬達410，用于沿著徑向軸或r軸線性移動上末端執(zhí)行器402和下末端執(zhí)行器404。
上末端執(zhí)行器402支撐在第一支撐件406上，下末端執(zhí)行器404支撐在第二支撐件408上。上末端執(zhí)行器402和下末端執(zhí)行器404中每一個都與一種徑向?qū)к?12滑動嚙合且在該徑向?qū)к?12內(nèi)移動，該徑向?qū)к?12基本上延伸過滑動體400的整個長度。每個徑向驅(qū)動馬達410都驅(qū)動一種徑向傳動帶414。第一徑向傳動帶414a與第一支撐件406連接，第二徑向傳動帶414b與第二支撐件408連接。徑向驅(qū)動馬達410可順時針或逆時針轉(zhuǎn)動，從而繞徑向驅(qū)動輪416和末端惰輪418轉(zhuǎn)動徑向傳動帶，由此伸出及縮回各個末端執(zhí)行器。這樣一種驅(qū)動機構(gòu)在現(xiàn)有技術(shù)中是公知的，因此不需要進一步說明。采用其它裝置以沿徑向軸或r軸移動晶片都在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。
晶片機300具有多個移動部件。移動部件易于產(chǎn)生顆粒。例如，頻繁的伸出及縮回上末端執(zhí)行器402和下末端執(zhí)行器404將在小型環(huán)境內(nèi)產(chǎn)生顆粒。為阻止顆粒污染位于任一末端執(zhí)行器上的晶片，一種滑動體風扇/過濾器單元(FFU)420安裝在滑動體400的下側(cè)上。該滑動體FFU420持續(xù)地將空氣引入并流經(jīng)滑動體的滑槽420、使空氣經(jīng)過滑動體400、過濾該空氣、然后將該空氣排入一級區(qū)域中。這種對空氣流的局部過濾極大減少了進入一級區(qū)域內(nèi)的顆粒量。
按照慣例，大多數(shù)小型環(huán)境都具有單獨一個風扇/過濾器單元，該單元使空氣在小型環(huán)境內(nèi)循環(huán)流通且僅在空氣流入EFEM內(nèi)時過濾該空氣流。在風扇/過濾器單元下游的小型環(huán)境內(nèi)生成的任何顆粒將停留在清潔區(qū)域內(nèi)，直至將它們排出EFEM。特別是由于半導(dǎo)體制造的發(fā)展方向越來越要求減少晶片上顆粒污染物的容許限度，因此理想的是使小型環(huán)境內(nèi)的顆粒數(shù)量減少到最少。
當晶片機300上的任何旋轉(zhuǎn)或滑動機構(gòu)生成顆粒時，利用該晶片機300的局部過濾移除這些顆粒。在一種優(yōu)選實施例中，如圖19和21所示，一種局部風扇/過濾器單元或風扇系統(tǒng)設(shè)置在z支柱380和滑動體機構(gòu)400兩個線性驅(qū)動器的附近。如圖21特別表示的，安裝在滑動體機構(gòu)400上的風扇/過濾器單元將經(jīng)過濾的空氣排入清潔的小型環(huán)境中，而垂直驅(qū)動器380的z槽風扇系統(tǒng)經(jīng)由EFEM的底板排出未經(jīng)過濾的空氣。晶片機300過濾空氣并將該空氣排入EFEM的一級區(qū)域中。如果晶片機300不具備安裝在滑動體機構(gòu)400上的風扇/過濾器，那么該滑動體機構(gòu)400生成的顆粒將經(jīng)過一級區(qū)域并污染由任一末端執(zhí)行器支承著的晶片。
圖20表示晶片機300的另一種實施例。在這種實施例中，滑動體400與z支柱380嚙合，使得該z支柱380近似沿著r軸。類似于晶片機300的先前實施例，這種實施例包括θ馬達362、垂直驅(qū)動支柱380以及徑向滑動體400。該θ馬達繞θ軸轉(zhuǎn)動晶片機，z支柱沿著z軸線性地移動徑向滑動體400，以及徑向滑動體400沿著徑向軸或r軸移動末端執(zhí)行器401。由此，晶片機及晶片將隨著θ馬達362的轉(zhuǎn)動而繞θ軸轉(zhuǎn)動。類似于晶片機300的先前實施例，這種實施例還包括安裝在徑向滑動體400上的一種風扇/過濾器單元。
如先前所提到的，晶片機300的滑動體400可包括不同構(gòu)造的末端執(zhí)行器。如圖18-19所示，上下末端執(zhí)行器402和404可都具有從動邊支撐件(passive edge support)。這種構(gòu)造在工業(yè)中是已知的，從動邊的抓物末端執(zhí)行器用于300mm的晶片。圖22表示上末端執(zhí)行器402可具有主動邊抓手，而下末端執(zhí)行器404可具有從動邊支撐件。選擇性的，末端執(zhí)行器402和404可具有以下任意組合，例如，與背側(cè)接觸的真空抓手、縮小的接觸區(qū)域、可拆卸襯墊。
類似的，徑向驅(qū)動器400可具有不同類型的末端執(zhí)行器，以在不同階段處理晶片。例如，其中一個末端執(zhí)行器僅處理“污濁”晶片，而第二末端執(zhí)行器僅處理“清潔”晶片。選擇性的，其中一個末端執(zhí)行器可設(shè)計用以在將晶片傳遞給加工工具之前對準晶片并讀取該晶片的ID，而第二末端執(zhí)行器可具有用于在加工后處理高溫晶片的高溫襯墊。
圖32表示可在EFEM內(nèi)工作的另一種線性移動機械手系統(tǒng)。該機械手500包括x軸線性軸承506、與該x軸線性驅(qū)動器506滑動嚙合的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器508、z支柱510、z驅(qū)動機構(gòu)517、第一轉(zhuǎn)臂514以及第二轉(zhuǎn)臂516。機械手500利用這些驅(qū)動器的協(xié)調(diào)運動來取出及放置晶片。旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器508在導(dǎo)軌507內(nèi)沿x軸移動。z支柱510近似垂直于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器508延伸。z驅(qū)動機構(gòu)517在z支柱510的導(dǎo)軌511內(nèi)沿z軸移動。第一轉(zhuǎn)臂514安裝在z驅(qū)動機構(gòu)512的頂部上。第一轉(zhuǎn)臂514繞θ2軸轉(zhuǎn)動。第二轉(zhuǎn)臂516可轉(zhuǎn)動地安裝在第一轉(zhuǎn)臂514上。第一及第二轉(zhuǎn)臂514和516的協(xié)調(diào)運動可沿y軸線性移動末端執(zhí)行器518。如晶片機300的先前實施例，z支柱510安裝在末端執(zhí)行器518的側(cè)面。
晶片機中的集成工具傳統(tǒng)的晶片操縱機械手將單張晶片自例如FOUP10傳遞給一個單獨的加工站。該加工站檢查或調(diào)整晶片后，晶片操縱機械手再將該晶片傳送至下一加工站。通常在加工站進行操作時，晶片操縱機械手必須閑等在該加工站旁或返回到FOUP10以傳送第二張晶片。這種操作降低了系統(tǒng)產(chǎn)量。
在一種實施例中，晶片機300具有這樣一種滑動體400，該滑動體400可執(zhí)行通常在單個加工站處執(zhí)行的全部功能中的一項或多項。使這些功能的一項或多項集成在滑動體400中，可提高系統(tǒng)產(chǎn)量并減小EFEM的占地面積。
圖22和23表示配備有輪式校準器440及ID讀取器430的一種晶片機300，該輪式校準器440及ID讀取器430安裝在滑動體400上。這種實施例類似于圖18-19所示晶片機300，只是附加了一種安裝在上末端執(zhí)行器402上的輪式校準器440，以及一種安裝在滑動體400上的ID讀取器430。下末端執(zhí)行器404具有輪式校準器的情況也在本發(fā)明實質(zhì)與范圍內(nèi)。
ID讀取器430可上下掃視，以讀取晶片頂部或底部的頂表面和/或底表面上的標記。ID讀取器430安裝在垂直驅(qū)動器380上或安裝在晶片機300的其它固定位置上也在本發(fā)明范圍和實質(zhì)內(nèi)。在優(yōu)選實施例中，有利的是在滑動體400上安裝一個頂側(cè)ID讀取器430，以迅速地讀取ID。如果需要，可將第二ID讀取器安裝在EFEM內(nèi)的另一個固定位置，以讀取底側(cè)T7標記，從而確認或識別晶片的ID。
若需要讀取ID而晶片定位卻不重要，可取消校準器，且無論晶片到達末端執(zhí)行器上的哪個位置，ID讀取器430都能掃描到ID標記。為實現(xiàn)這種操作，將ID讀取器或鏡像裝置(mirror assembly)轉(zhuǎn)動至晶片表面的上方以掃描ID標記。這避免了為讀取ID而需要轉(zhuǎn)動晶片，從而提高了清潔度和產(chǎn)量。
利用輪式或其它校準器來控制晶片繞軸的轉(zhuǎn)動。圖23-24表示一種具有輪式校準器440的末端執(zhí)行器實施例。該輪式校準器440包括驅(qū)動系統(tǒng)449和槳狀板442。該槳狀板442是晶片的主支承件。兩組從動頂輪446和兩個襯墊448位于槳狀板442的前端處。該輪448和襯墊448在校準過程中的不同時間支承晶片。在校準晶片的同時，位于槳狀板442后端處的驅(qū)動輪450沿著第三接觸面支承晶片。
在一種實施例中，使輪式末端執(zhí)行器440在FOUP10內(nèi)的晶片下方滑動，直至晶片支承在襯墊448上后，再提升該末端執(zhí)行器440。襯墊448優(yōu)選僅沿著晶片的底緣支承該晶片。為校準晶片，利用驅(qū)動輪450將該晶片向前且向上推至輪446上。該晶片就升離襯墊448，且完全利用驅(qū)動輪450和頂輪446來支承該晶片。此時驅(qū)動輪450可轉(zhuǎn)動，以在原地轉(zhuǎn)動晶片。在晶片機300傳遞晶片的同時，執(zhí)行此操作。不需要為校準晶片而保持晶片機300不動。
選擇性的，如圖26B所示，滑動體400可包括一種真空卡盤校準器411。真空卡盤校準器411的驅(qū)動機構(gòu)位于滑動體400的內(nèi)部，該真空卡盤校準器411具有一提升旋轉(zhuǎn)軸。傳感器409安裝在末端執(zhí)行器403上，以當晶片停留在該末端執(zhí)行器上時定位該晶片的邊緣。傳感器409也可安裝在獨立于末端執(zhí)行器403的一種構(gòu)件上。通常，傳感器409可位于各種位置，只要將該傳感器409設(shè)置成可讀取晶片的頂表面。
可根據(jù)轉(zhuǎn)角定位邊緣位置，以確定晶片的中心和取向。傳感器409作為第二反饋設(shè)備。在任何時候，傳感器409相對于晶片的位置都是已知的。因此，傳感器409可發(fā)送錯誤信號，指示晶片沒有對準。由于校準器可接收來自傳感器409的額外錯誤數(shù)據(jù)，因此具有這種傳感器的校準器可提高校準的精確度。隨后，可利用卡盤411重新定位晶片，且利用晶片機300在緊接著的下落站(drop off station)處將該晶片放置到中心上。
傳感器409可單獨安裝在EFEM內(nèi)，且作為獨立于晶片機300的一個部件。在這種構(gòu)造中，將晶片放置到可轉(zhuǎn)動的卡盤411上。傳感器409安裝在具有位置調(diào)節(jié)裝置及測量裝置(未表示)的一種機構(gòu)上，將該傳感器409移近晶片邊緣直至傳感器信號達到預(yù)期能級。接著轉(zhuǎn)動晶片，同時傳感器機構(gòu)利用來自傳感器409的信號保持該傳感器409的位置位于預(yù)期能級上，從而有效地保持傳感器409與晶片邊緣的相對位置。在晶片轉(zhuǎn)動時，相對于該晶片的角位置記錄傳感器的位置。此數(shù)據(jù)代表晶片邊緣徑向位置相對于晶片轉(zhuǎn)動位置的變化，可利用此數(shù)據(jù)且相對于晶片卡盤的中心計算晶片中心及基準取向。如果還沿著傳感器機構(gòu)的位置記錄傳感器信號的量值，就可提供額外的邊緣位置信號，以提高晶片中心計算或基準取向的精確度。
末端執(zhí)行器的輪式校準器440可包括其它組件，例如但不限于光學槽口傳感器452，用以沿著晶片的邊緣檢測槽口。例如，一旦光學槽口傳感器452沿著晶片邊緣檢測到槽口，驅(qū)動輪450就可將晶片轉(zhuǎn)動至預(yù)期位置，并縮回以允許晶片向下回落到襯墊448上。當末端執(zhí)行器在其適當位置上時或在移動該末端執(zhí)行器的同時，執(zhí)行此操作。這就可以在幾個FOUP10之間或在FOUP10與加工工具之間傳遞晶片的同時校準該晶片，極大地減少了或者取消了末端執(zhí)行器必須閑等的時間量。此外，如果晶片加工機300可“在空中”校準晶片，就不需要一個單獨的加工站來校準晶片。
滑動體400為各種輔助功能元件、測量元件以及傳感器獲取各種晶片數(shù)據(jù)提供了一種穩(wěn)固的安裝平臺。僅僅是示范性的，可將這些組件與滑動體400形成一體或安裝到該滑動體400上，以檢測晶片邊緣、檢測該晶片上的槽口位置、讀取OCR/條形碼、計算顆粒數(shù)量(背面或正面)、確定膜厚度/不均勻性或電路元件的線寬、(經(jīng)由探頭或非接觸裝置)檢測電阻率和晶片厚度。滑動體400還可采用現(xiàn)有技術(shù)中已知用于檢查及標記晶片的其它工藝。
為自一種運載設(shè)備傳遞工件，末端執(zhí)行器402和404水平移動至將要被傳遞的晶片下方，然后向上移動以使工件升離其擱置位置。末端執(zhí)行器402和404還可具有用于支承工件邊緣的邊緣抓手(edgegrips)。選擇性的，末端執(zhí)行器402和404可為槳片式(blade type)末端執(zhí)行器以支承工件的底表面。在這種實施例中，一種用于產(chǎn)生負壓的真空源(未表示)可固定在槳狀板442上或遠離該槳狀板442，該負壓經(jīng)由柔性真空管及工件操縱機械手通向末端執(zhí)行器槳片。一旦啟動真空源，就在末端執(zhí)行器槳片的表面處形成負壓，從而生成可使工件牢固保持在該表面上的吸引力。機械手上可提供一種已知構(gòu)造的真空傳感器(未表示)，且該真空傳感器與真空系統(tǒng)連接，以檢測工件何時與末端執(zhí)行器嚙合以及限制空氣進入真空管。應(yīng)認識到的是，本發(fā)明并不限于以上所述末端執(zhí)行器，可采用各種末端執(zhí)行器設(shè)計，只要該末端執(zhí)行器具有拾取及下落工件的能力。
滑動體400還適于加工晶片，以及使該晶片與一級區(qū)域環(huán)境隔離。僅僅是示范性的，滑動體400可具有用于加熱或冷卻晶片表面、或者進行熱表面處理的加工工具。在另一種實施例中，滑動體400可具有一個殼體(未表示)，在晶片機300將晶片傳遞給加工工具并進入一級區(qū)域的同時，晶片可縮入且臨時存放在該殼體內(nèi)。此殼體提供一種比一級區(qū)域環(huán)境更佳的惰性或清潔環(huán)境。在傳遞的同時，這種系統(tǒng)的晶片表面上可具有浮氧或惰性氣體。
雙向交換能力已知在自加工站內(nèi)取出經(jīng)加工晶片直至將新晶片放入加工站內(nèi)之間的時間為“交換時間”。對于大多數(shù)加工工具來說，產(chǎn)量取決于加工時間加上交換時間。加工時間和交換時間中任一個的縮短都將提高產(chǎn)量。加工時間屬于工具制造商的權(quán)限范圍，交換時間屬于主要EFEM制造商的權(quán)限范圍。
對于EFEM內(nèi)僅具有單獨一個末端執(zhí)行器的傳統(tǒng)晶片操縱機械手來說(參見圖17)，依據(jù)站布局及晶片操縱機械手的速度，交換時間可為8至16秒。以下操作順序是這種機械手為在加工站處交換晶片所通常采用的。影響交換時間的項目以斜體字表示。決定產(chǎn)量的關(guān)鍵步驟以外的項目表示在圓括號中。
1.自加工站獲取晶片
2.移動已加工晶片至裝載口3.利用校準器獲得經(jīng)校準晶片4.移動經(jīng)校準晶片至加工站[開始加工晶片]5.(在加工的同時，機械手自裝載口獲取新晶片)6.(在加工的同時，機械手移動新晶片至校準器)7.(在加工的同時，校準器校準晶片)[重復(fù)]一種可快速交換的機械手(例如，晶片機300)具有兩個末端執(zhí)行器，因而通過采用以下簡化步驟來執(zhí)行如上所述相同的功能，可顯著地縮短交換時間，該步驟為[加工結(jié)束]1.利用槳狀板1自加工站獲取晶片2.利用槳狀板2移動經(jīng)校準晶片至加工站[加工晶片]3.(在加工的同時，自裝載口獲取新晶片)4.(在加工的同時，移動新晶片至校準器)5.(在加工的同時，校準器校準晶片)6.(在加工的同時，自校準器獲取經(jīng)校準晶片)[重復(fù)]在這種情況下，根據(jù)機械手的速度，交換時間可縮短到3至6秒。機械手完成其全部運動的總時間也會略微減少。對于加工時間相當短因而以上圓括號內(nèi)項目將成為關(guān)鍵步驟或?qū)⒂绊懏a(chǎn)量的應(yīng)用而言，總運動時間是第一重要的。
如果機械手具有在空中進行校準的能力以及快速交換能力，例如末端執(zhí)行器上具有輪式校準器440的晶片機300，也可提高產(chǎn)量并縮短機械手的總運動時間。在空中進行校準不能縮短交換時間，但其可縮短機械手的總運動時間，由此在加工時間短的情況下或在機械手必須為多個加工站服務(wù)的情況下提高產(chǎn)量。同時，通過減少機械手的運動次數(shù)以及晶片的移交次數(shù)，在空中進行校準可延長機械手的壽命并改進清潔度。
對于在空中進行校準的快速交換晶片機，對應(yīng)的操作順序為[加工結(jié)束]1.利用槳狀板1自加工站獲取晶片2.利用槳狀板2移動經(jīng)校準晶片至加工站[加工晶片]3.(在加工的同時，自裝載口獲取新晶片)4.(在加工的同時，校準晶片，同時移動至進行下次快速交換的位置)[重復(fù)]無限Z軸運動圖25表示的晶片機300′包括一種偏心滑動體400以及一種伸展的z軸驅(qū)動支柱380′，該偏心滑動體400具有輪式校準器454和ID讀取器430。晶片機的這種實施例包括一種伸展的z軸驅(qū)動支柱380′，用以例如靠近堆料機、裝載口、或可能位于FOUP I/O口之上的加工站?；旧?，z軸驅(qū)動支柱380或380′的高度是無限的。通過沿徑向軸或r軸移動上末端執(zhí)行器402或下末端執(zhí)行器404，晶片機300或300′可靠近位于FOUP10內(nèi)的晶片。由于在大多數(shù)情況下常常需要移動晶片機300或300′，因此將上末端執(zhí)行器402或下末端執(zhí)行器404必須行進到FOUP10內(nèi)的距離設(shè)計得較短。垂直驅(qū)動支柱380或380′的高度不會影響上末端執(zhí)行器402或下末端執(zhí)行器404必須行進的距離。因此，垂直驅(qū)動支柱380或380′的高度也不會影響沿徑向軸或r軸的運動。
傳統(tǒng)的晶片操縱機械手必須朝向FOUP10線性移動z驅(qū)動支柱，以使末端執(zhí)行器能夠靠近FOUP10并取出FOUP10內(nèi)的晶片。相應(yīng)的，若這種晶片操縱機械手具有較高的垂直驅(qū)動支柱，就要求馬達或皮帶傳動機移動較重的垂直支柱。移動這種惰性物體將給晶片操縱機械手帶來極大的負擔。本申請中公開的晶片機是對這種晶片操縱機械手的一種改進，因為沿徑向軸或r軸的軸向移動也是最短距離，在大多數(shù)情況下通常都沿著該徑向軸或r軸行進。
圖27A表示傳統(tǒng)線性滑動機械手可進入加工工具內(nèi)250mm以將晶片傳遞給該加工工具以及接收該加工工具的晶片。類似的。傳統(tǒng)晶片操縱機械手需要EFEM工作空間內(nèi)具有520mm的最小間距，這樣才能在EFEM內(nèi)調(diào)動該晶片操縱機械手。圖27B表示偏心滑動體繞θ軸轉(zhuǎn)動的可達到距離優(yōu)勢和擺度間距優(yōu)勢。在一種優(yōu)選實施例中，如圖18中θ軸所示，偏心轉(zhuǎn)動體的轉(zhuǎn)軸偏離大約50mm。偏心設(shè)置晶片機300的轉(zhuǎn)軸具有兩個明顯優(yōu)點。首先，末端執(zhí)行器(例如，上末端執(zhí)行器402或下末端執(zhí)行器404)進入加工工具內(nèi)的最大可達到距離將延長至350mm。第二，EFEM工作空間內(nèi)要求的最小間距縮短至420mm。該最大可達到距離及最小間距僅僅是示范性的。增大末端執(zhí)行器進入加工工具內(nèi)的可達到距離，同時減少在EFEM內(nèi)調(diào)度晶片機300所需要的最小間距，這將縮小EFEM的總占地面積。
圖28表示晶片機300的一種示范性移動順序，該晶片機300具有轉(zhuǎn)軸偏心設(shè)置的快速交換滑動體400。僅僅是示范性的，步驟一表示晶片機300提升位于裝載口一的晶片。步驟二表示晶片機300沿著徑向軸取出裝載口一內(nèi)的晶片。步驟三表示晶片機300繞θ軸轉(zhuǎn)動，同時沿x軸移回以避免碰撞裝載口一。步驟四表示晶片機300沿x軸朝向加工站的I/O口移動。步驟五表示晶片機300繼續(xù)繞θ軸轉(zhuǎn)動，且沿x軸移動以為使晶片進入加工站而定位該晶片。步驟六表示晶片機300等待加工結(jié)束。步驟七表示晶片機300用準備進入加工站的新晶片交換已加工晶片。最后，步驟八表示晶片機300沿徑向軸取出已加工晶片，同時沿x和θ軸移動以將該已加工晶片送回裝載口一、二或三。
以上所述晶片機300和300′與傳統(tǒng)晶片操縱機械手相比具有多項優(yōu)點。對于大多數(shù)晶片操縱機械手的應(yīng)用而言，將晶片插入及移出FOUP10或加工站所需要的徑向移動具有最長的工作周期以及最長的總行進距離。晶片機300在試圖接近晶片之前，使徑向驅(qū)動器400盡可能地靠近該晶片。這種設(shè)置減少了上末端執(zhí)行器402及下末端執(zhí)行器404的移動量和移動時間，并降低了磨損。
z驅(qū)動支柱380需要占用同晶片機300轉(zhuǎn)動時晶片所掠過空間相同的空間量。同時，該驅(qū)動支柱380不能在工作平面下方延伸。傳統(tǒng)晶片操縱機械手必須利用位于晶片平面下方的區(qū)域來靠近FOUP10內(nèi)的某些晶片。通常，末端執(zhí)行器安裝在支柱的頂端以沿z軸上下移動。該支柱占據(jù)了本來可用作其它目的的空間。類似的，當該支柱沿x軸水平移動時，位于晶片平面下方的區(qū)域必須基本上騰空，這樣該支柱才不會碰撞或損壞任何障礙物。
可對晶片機300作出多種變更和/或修正，而仍然具備先前所列獨特部件和優(yōu)點。僅僅是示范性的，對于某些應(yīng)用，可刪除x軸驅(qū)動器302。類似的，單獨一個徑向軸就足夠了。此外，對于某些應(yīng)用(例如，分選器)，不需要旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器。相反，將z軸驅(qū)動器380安裝在x滑座308上。例如，一種分選器應(yīng)用可具有全部朝向相同方向安裝的裝載口，如果校準器及ID讀取器結(jié)合入晶片機300內(nèi)，就不需要轉(zhuǎn)動。
圖29-31表示整體系統(tǒng)的幾種構(gòu)造。圖29A表示安裝在滾動機架上的整體系統(tǒng)。如先前所提到的，傳統(tǒng)EFEM向下一直延伸至晶片加工站的地面。由脊柱構(gòu)件100或本申請中公開的其它實施例所構(gòu)成的EFEM可節(jié)省空間，從而極大地減少了整體系統(tǒng)的占地面積。如圖29A所示，整體系統(tǒng)安裝在一種滾動機架上，這樣裝載口組件仍然維持在900mm的SEMI標準高度。在一種優(yōu)選實施例中，當此整體系統(tǒng)栓接到加工工具的前端上時，該整體系統(tǒng)以下至晶片加工站地面之間具有大約2英尺的空閑空間。以前的晶片加工站內(nèi)都無法獲得此空間。此空間允許半導(dǎo)體制造商將其它物品例如電控箱放置在整體系統(tǒng)的下方。
選擇性的，加工工具現(xiàn)在可具有這樣一種維護通路，通過在整體系統(tǒng)下方爬行可到達此維護通路。滾動機架也可改進與整體系統(tǒng)栓接的加工工具的總維護性能。僅僅是示范性的，如果需要對加工工具進行維護，可解除整體系統(tǒng)與該加工工具的栓接，并解除滾動機架輪的鎖定，然后使整體系統(tǒng)滾離加工工具的前端。傳統(tǒng)與加工工具栓接的EFEM不具備可使EFEM滾出的輪，且其通常是一種笨重設(shè)備，需要一個以上維護人員將EFEM升離加工工具。如先前所提到的，本發(fā)明整體系統(tǒng)僅重幾百磅，因而單獨一個維護人員就能容易地使其滾離加工工具的前端。
圖30表示一種與加工工具形成一體的整體系統(tǒng)。僅僅是示范性的，本發(fā)明系統(tǒng)與加工工具形成一體且安裝在該加工工具上。這種系統(tǒng)的一個優(yōu)點是如果加工站內(nèi)每個加工工具都具有安裝在其上的整體系統(tǒng)，就可將加工站的前端裝載系統(tǒng)構(gòu)造成每個加工工具需要包含類似環(huán)境，從而減少儲存?zhèn)溆貌考团嘤柧S護人員的需求。
電路控制系統(tǒng)傳統(tǒng)EFEM必須包括這樣一種電力分配，該電力分配與全世界各個國家的供電要求相適應(yīng)。因此，目前絕大多數(shù)EFEM可適應(yīng)于110V或220V的系統(tǒng)。適應(yīng)以上任一種電力系統(tǒng)要求EFEM具備諸如降壓或升壓變壓器一類的電力部件以及其它電力部件。這些電力部件必須安裝在EFEM內(nèi)部，由此增大了EFEM的占地面積。
本發(fā)明EFEM被設(shè)計為全部電力部件例如FOUP推進板組件、晶片機300以及風扇/過濾器單元150都在48V系統(tǒng)下工作。總的來說，本發(fā)明EFEM可與將要降壓至48V的110V或220V系統(tǒng)連接，以控制上述全部部件。由此可簡化EFEM電子分配系統(tǒng)，不再需要多個傳統(tǒng)電力分配部件例如升壓變壓器，從而進一步減小本發(fā)明EFEM的占地面積。
權(quán)利要求
1.一種用于移動半導(dǎo)體晶片及相關(guān)基片狀物體的裝置，包括線性驅(qū)動器，沿x軸線性移動；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，自所述線性驅(qū)動器起延伸且安裝在所述線性驅(qū)動器上，用于繞θ軸轉(zhuǎn)動；z軸線性驅(qū)動器，自所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器起延伸且安裝在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器上，其沿z軸線性移動，所述z軸偏離且基本上平行于所述θ軸；以及徑向驅(qū)動器，自所述z軸線性驅(qū)動器起延伸且安裝在所述z軸線性驅(qū)動器上，其具有一種末端執(zhí)行器。
2.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述末端執(zhí)行器沿一個徑向軸線性移動。
3.如權(quán)利要求2所述裝置，其特征在于，當所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器轉(zhuǎn)動時，所述徑向軸繞所述θ軸轉(zhuǎn)動
4.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述裝置還包括安裝在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器上的空氣流單元。
5.如權(quán)利要求4所述裝置，其特征在于，所述空氣流單元降低所述z軸線性驅(qū)動器內(nèi)的壓力，以防止所述z軸線性驅(qū)動器生成的顆粒污染由所述末端執(zhí)行器支承的晶片。
6.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，所述徑向驅(qū)動器可拆卸地安裝在所述z軸線性驅(qū)動器上。
7.如權(quán)利要求6所述裝置，其特征在于，所述徑向驅(qū)動器包括自以下組中選出的至少一個部件，所述組包括(i)ID讀取器，(ii)度量工具，(iii)校準器，(iv)槽口探測器，(v)邊緣探測器，(vi)晶片標記工具，(vii)處理模塊，(viii)晶片檢視器，以及(ix)環(huán)境控制器。
8.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，一種風扇/過濾器單元安裝在所述徑向驅(qū)動器上，所述風扇/過濾器單元適于防止所述徑向驅(qū)動器生成的顆粒污染由所述末端執(zhí)行器支承的晶片。
9.如權(quán)利要求1所述裝置，其特征在于，當所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器轉(zhuǎn)動所述裝置時，由所述末端執(zhí)行器支承的晶片描繪出一個圓形區(qū)域。
10.如權(quán)利要求9所述裝置，其特征在于，所述z軸線性驅(qū)動器保持在所述圓形區(qū)域內(nèi)。
11.一種用于移動半導(dǎo)體晶片及相關(guān)基片狀物體的裝置，包括線性驅(qū)動器，沿x軸線性移動；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，自所述線性驅(qū)動器起延伸且安裝在所述線性驅(qū)動器上，用于繞θ軸轉(zhuǎn)動；z軸線性驅(qū)動器，位于所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器的上方且安裝在所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器上，其沿z軸線性移動，所述z軸偏離且基本上平行于所述θ軸；徑向驅(qū)動器，自所述z軸線性驅(qū)動器起延伸且可拆卸地安裝在所述z軸線性驅(qū)動器上，其具有至少一個沿徑向軸線性移動的末端執(zhí)行器；以及所述θ軸這樣延伸過所述徑向驅(qū)動器，使所述θ軸與所述徑向驅(qū)動器的中心相互偏置。
12.如權(quán)利要求11所述裝置，其特征在于，當所述旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器繞所述θ軸轉(zhuǎn)動時，所述z軸線性驅(qū)動器經(jīng)由與所述晶片基本相同的一個隙徑轉(zhuǎn)動。
13.如權(quán)利要求11所述裝置，其特征在于，所述徑向驅(qū)動器包括自以下組中選出的至少一個部件，所述組包括(i)ID讀取器，(ii)度量工具，(iii)校準器，(iv)槽口探測器，(v)邊緣探測器，以及(vi)晶片標記工具。
14.一種在有限工作空間內(nèi)操縱半導(dǎo)體晶片及相關(guān)基片狀物體的系統(tǒng)，包括線性驅(qū)動器，具有前端、后端以及末端執(zhí)行器，所述線性驅(qū)動器用于沿著一個徑向軸移動所述末端執(zhí)行器；用于沿x和z方向移動所述徑向驅(qū)動器的裝置，和用于繞一個θ軸轉(zhuǎn)動所述徑向驅(qū)動器的裝置；以及與所述線性驅(qū)動器的所述后端相比，所述線性驅(qū)動器的所述前端經(jīng)由一個較大的隙徑轉(zhuǎn)動。
15.一種在有限工作空間內(nèi)操縱半導(dǎo)體晶片及相關(guān)基片狀物體的系統(tǒng)，包括用于提供線性運動的裝置；殼體，封閉所述用于提供線性運動的裝置；末端執(zhí)行器，安裝在所述用于提供線性運動的裝置上；用于沿z方向線性移動所述殼體的裝置，和用于繞一個θ軸轉(zhuǎn)動所述殼體的裝置；以及用于降低所述殼體內(nèi)的氣壓的設(shè)備，使得所述殼體生成的顆粒不會污染由所述末端執(zhí)行器支承的晶片。
16.一種用于操縱半導(dǎo)體晶片及相關(guān)基片狀物體的機構(gòu)，包括線性驅(qū)動器；封閉所述線性驅(qū)動器的殼體，所述殼體具有一開口；安裝在所述線性驅(qū)動器上的末端執(zhí)行器支承構(gòu)件，所述支承構(gòu)件延伸過所述殼體內(nèi)的所述開口；末端執(zhí)行器，用于操縱半導(dǎo)體晶片安且裝在所述末端執(zhí)行器支承構(gòu)件上；用于沿z方向移動所述殼體的裝置，和用于繞一個θ軸轉(zhuǎn)動所述殼體的裝置；以及安裝在所述殼體上的一種轉(zhuǎn)動卡盤，用于重新定位所述末端執(zhí)行器上的晶片。
17.一種用于操縱半導(dǎo)體晶片及相關(guān)基片狀物體的機構(gòu)，包括第一線性驅(qū)動器；第二線性驅(qū)動器；封閉所述第一和第二線性驅(qū)動器的殼體，其具有第一線性開口和第二線性開口；第一末端執(zhí)行器，具有安裝在所述第一線性驅(qū)動器上且由所述第一線性驅(qū)動器移動的支撐元件，所述支承構(gòu)件延伸過所述第一線性開口；第二末端執(zhí)行器，具有安裝在所述第二線性驅(qū)動器上的支撐元件，所述支承構(gòu)件延伸過所述第二線性開口；用于沿z軸移動所述殼體的裝置；用于繞一個θ軸轉(zhuǎn)動所述殼體的裝置；以及所述第一末端執(zhí)行器包括支承晶片且朝向預(yù)定方向轉(zhuǎn)動所述晶片的裝置。
18.一種用于操縱半導(dǎo)體晶片及基片的機構(gòu)，包括末端執(zhí)行器；第一驅(qū)動機構(gòu)，用于沿水平方向移動所述末端執(zhí)行器；滑座，用于支承所述水平驅(qū)動機構(gòu)；z支柱，具有用于沿垂直方向線性移動所述滑座的第二驅(qū)動機構(gòu)；旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器，用于繞一個垂直θ軸轉(zhuǎn)動所述z支柱；以及所述滑座位于所述z支柱的側(cè)面。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于傳遞晶片的晶片機。該晶片機包括用于沿x軸移動晶片的線性驅(qū)動器、用于繞一θ軸轉(zhuǎn)動晶片的旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器、用于沿z軸移動晶片的線性驅(qū)動器、以及用于沿一徑向軸移動晶片的線性驅(qū)動器。用于沿z軸移動晶片的線性驅(qū)動器偏離于旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器。當旋轉(zhuǎn)驅(qū)動器繞θ軸轉(zhuǎn)動時，Z軸和徑向軸驅(qū)動器也繞θ軸轉(zhuǎn)動。優(yōu)選地，用于沿一徑向軸移動晶片的線性驅(qū)動器是一種具有上末端執(zhí)行器以及下末端執(zhí)行器的雙向或快速交換滑動體機構(gòu)。該滑動體機構(gòu)優(yōu)選還具有用于校準晶片的裝置以及執(zhí)行各種檢測和標記工序的裝置。
文檔編號H01L21/687GK1561536SQ02819331
公開日2005年1月5日 申請日期2002年8月30日 優(yōu)先權(quán)日2001年8月31日
發(fā)明者安東尼·C·博諾拉, 理查德·H·古爾德, 羅杰·G·海納, 邁克爾·克羅拉克, 杰里·斯皮斯爾 申請人:阿賽斯特技術(shù)公司