專利名稱：多個單片晶片氣塞晶片處理裝置及其裝卸方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及晶片處理機(jī)的裝卸，特別涉及在大氣壓和高真空環(huán)境之間傳遞成批的大半導(dǎo)體基片中的基片。
背景技術(shù)：
在半導(dǎo)體晶片的真空處理中，在把晶片裝入晶片處理設(shè)備和從晶片處理設(shè)備卸下晶片時要求大氣不污染處理設(shè)備中的高真空環(huán)境或晶片。此外，為了盡可能提高晶片處理量，裝卸晶片所化時間應(yīng)盡可能短。此外，隨著晶片尺寸日益變大，例如當(dāng)前的趨勢是晶片直徑從150mm和200mm增加到300mm，要同時滿足不受污染和提高處理量這兩個要求變得越來越難，結(jié)果只能在這兩者之間取得折衷，而這種折衷常常離理想情況甚遠(yuǎn)。此外，由于晶片比方說在處理的較后階段價值提高，加上晶片尺寸越來越大，晶片上的電子器件越來越多、越來越復(fù)雜，晶片價值相應(yīng)提高，因此設(shè)備萬一發(fā)生故障，造成晶片報廢，就會帶來很大經(jīng)濟(jì)損失，這就要求提高晶片傳遞裝置的可靠性。
在當(dāng)前所使用的大多數(shù)現(xiàn)有半導(dǎo)體晶片真空處理裝置中，使用用于直徑為200mm晶片的真空盒升降機(jī)(VCE)。

圖1例示出一裝有VCE的現(xiàn)有晶片處理裝置10。該裝置10包括至少一個VCE11，該VCE由一可抽成高真空的氣塞室(loadlock chamber)12構(gòu)成；位于該室12中的一升降組件13；一前門14，以便操作員在室12處于大氣壓下時裝卸一多片晶片盒15；以及一由開口閥隔離的接口端口16，該端口連接VCE11與某種晶片傳遞模件17，從而在室12處于高真空時在其中逐個傳遞晶片。
主要使用一VCE11的晶片處理裝置10的一般工作情況如下，操作員打開VCE11的門14后把一裝有未處理晶片18的盒15放置在升降機(jī)13頂面上，然后把門14關(guān)上，然后在VCE11中抽成合適真空。達(dá)到給定真空氣壓的抽氣時間一般與VCE11的體積、VCE11的赤露內(nèi)表面面積和其中的晶片18成正比。在達(dá)到合適的VCE真空值后，打開VCE11與傳遞室17之間的隔離開口閥端口16，以便晶片傳遞模件17中的一機(jī)械手19可進(jìn)入VCE11。然后升降機(jī)13使盒15處于機(jī)械手19可獲取盒15中一晶片18的位置上。機(jī)械手19然后經(jīng)開口閥端口16伸入VCE11中，抓取該晶片18后退回傳遞模件17中，以便把晶片18傳送到裝置10的一合適處理模件20。當(dāng)反過來進(jìn)行上述步驟時，晶片回到盒15中后VCE抽真空步驟被VCE11放氣至大氣壓的步驟代替。
如果使用大小相配的開口晶片盒，圖1現(xiàn)有裝置10可用于300mm晶片。但是，出于若干原因，作為該晶片處理裝置的最終用戶的半導(dǎo)體器件制造商寧可使用一種有待標(biāo)準(zhǔn)化的不兼容高真空的晶片運(yùn)載器，而不使用一活動盒15。圖2示出這樣一個運(yùn)載器25。該運(yùn)載器25包括裝在運(yùn)載器25中的一垂直陣列水平晶片支撐導(dǎo)軌26，這些導(dǎo)軌一般分隔出13或25個等距格。該運(yùn)載器25有一前門27，該前門在不同處理設(shè)備之間傳送晶片18時通常關(guān)閉。
由于運(yùn)載器25不兼容高真空，其中沒有晶片盒或晶片盒升降機(jī)，因此晶片必須在大氣壓下從運(yùn)載器25傳入晶片處理設(shè)備中?，F(xiàn)有技術(shù)所設(shè)想的該筆直向前方法是要把晶片28從運(yùn)載器25傳入圖1裝置之類晶片處理裝置中。當(dāng)要把其中一般裝有13或25片晶片的整個運(yùn)載器25置入一大VCE11中時，必須設(shè)計出一種可迅速把晶片從運(yùn)載器25移入VCE11中的方法。如果采用逐個傳遞晶片的方法，晶片的裝卸周期就會大大加長，因此不符合要求。同時傳遞多片晶片的方法是分一批或兩批把晶片從運(yùn)載器25傳給VCE11。但是，這一平行傳遞方法存在著多片晶片因設(shè)備發(fā)生故障而報廢的風(fēng)險，而這一風(fēng)險是要避免的。此外，同時傳遞晶片時很難避免位于未處理晶片上方的晶片的背面受到機(jī)械接觸，而這會發(fā)生粒子污染問題。此外，當(dāng)VCE的尺寸大到容納直徑在300mm以上的晶片時，VCE的抽氣和/放氣時間會長到無法接受的程度，使得氣塞周期在該處理裝置的工作過程中成為晶片生產(chǎn)量的一個限制因素。如用縮短抽氣或放氣時間的方法提高生產(chǎn)量，就會加重傳遞室的大氣污染或晶片的粒子污染或既加重傳遞室的大氣污染又加重晶片的粒子污染。
對于大直徑晶片，由于晶片直徑加大，所使用的VCE也大，從而對VCE抽真空的泵也須大。這類大泵很難與VCE機(jī)械隔離，因此這類泵會把振動傳給VCE，從而造成粒子從上方晶片落到下方晶片上。同樣，VCE中升降機(jī)的上下運(yùn)動也會造成振動而使粒子從上方晶片落到下方晶片上。振動還會使晶片在盒中的位置發(fā)生偏移，從而傳遞臂無法正確拾取晶片。
因此，這就需要用非VCE運(yùn)載器對晶片處理裝置進(jìn)行晶片裝卸，而該處理裝置中不造成高真空環(huán)境的大氣污染或晶片的粒子污染；該裝置的晶片生產(chǎn)量不受限制，特別在晶片直徑加大的情況下，例如直徑為300mm或300mm以上的晶片；不會發(fā)生多片晶片因該裝置發(fā)生故障而報廢從而造成經(jīng)濟(jì)損失的情況，從而無需提高該晶片傳遞裝置的可靠性。
本發(fā)明概述本發(fā)明的一個主要目的是在半導(dǎo)體晶片處理機(jī)和處理工藝中不再使用大真空盒升降機(jī)模件。本發(fā)明的另一個目的是大大縮短半導(dǎo)體晶片處理機(jī)中氣塞抽真空和放氣所需時間，特別防止氣塞成為生產(chǎn)量限制因素。
本發(fā)明的另一個目的是在晶片傳入和傳出晶片處理機(jī)時減輕或避免粒子污染。特別是，本發(fā)明目的包括不再使用升降機(jī)，從而消除會造成粒子污染問題的振動；減小高真空泵的大小和泵運(yùn)行時發(fā)生的振動；無需使用大的高真空泵。
本發(fā)明的另一個目的是提高晶片處理機(jī)的生產(chǎn)量，特別在晶片為小批量的情況下，例如晶片鑒定過程中所使用的晶片。本發(fā)明的一個特別目的是消除大VCE和氣塞成為晶片處理裝置生產(chǎn)量的限制因素的可能性。
本發(fā)明的另一個目的是無需同時或平行處理晶片，從而特別減小多片晶片報廢的風(fēng)險和粒子落在晶片上的可能性。
本發(fā)明的一個具體目的是使晶片處理機(jī)的晶片生產(chǎn)量不受晶片冷卻和校準(zhǔn)的影響。
根據(jù)本發(fā)明的原理，提供了一種晶片處理組件機(jī)，包括其中有一高真空傳遞機(jī)構(gòu)的一傳遞模件，該傳遞模件經(jīng)多個單片晶片氣塞與其中也有一傳遞機(jī)構(gòu)的一大氣壓前端模件(AFE)連接。在高真空環(huán)境下，該傳遞模件中的傳遞機(jī)構(gòu)在氣塞與處理模件之間以及各處理模件之間逐個移動晶片，這些處理模件經(jīng)隔離閥與該傳遞模件連接。前端模件中的傳遞機(jī)構(gòu)在大氣壓環(huán)境中在氣塞與多個多片晶片運(yùn)載器之間逐個移動晶片。AFE傳遞臂或各運(yùn)載器可在垂直方向上運(yùn)動，從而靠傳遞臂水平平移晶片對運(yùn)載器裝卸選定晶片。AFE與傳遞模件之間經(jīng)多個單片晶片氣塞實現(xiàn)連接，氣塞最好為上下型，其頂部可為真空側(cè)或大氣側(cè)。
按照本發(fā)明優(yōu)選實施例，AFE包括一晶片校準(zhǔn)器和與兩個或三個多片晶片運(yùn)載器連接的裝置。至少一個氣塞、最好是所有氣塞可用作把晶片傳入真空的輸入氣塞。同樣，至少一個氣塞、最好是所有氣塞可用作把晶片傳出真空的輸出氣塞?？捎米鬏敵鰵馊乃袣馊€裝有冷卻件，在氣塞放氣過程中對經(jīng)處理、但尚未裝回運(yùn)載器的晶片進(jìn)行冷卻。這些裝有冷卻件的輸出氣塞可支撐仍為處理溫度或接近處理溫度的熱晶片。因此，這類輸出氣塞最好裝有比方說用金屬制成的高溫晶片支撐件。最好是，多個氣塞同時用作輸入晶片和輸出晶片用于最佳生產(chǎn)量，每個氣塞都裝有冷卻件，從而如有一個氣塞發(fā)生故障而可繼續(xù)工作，從而盡可能提高生產(chǎn)量。
在本發(fā)明另一實施例中輸入氣塞與輸出氣塞分開。此時，輸入氣塞不裝冷卻件，從而成本降低，其中的晶片支撐件不必支撐高溫晶片。因此，可使用高摩擦高彈體晶片支撐結(jié)構(gòu)，減小支撐其上的晶片發(fā)生振動或偏離其位置的可能性，從而晶片在氣塞中可高速運(yùn)動。同樣，由于輸出晶片位置是否發(fā)生偏移并不重要，因此用來輸出晶片的氣塞也可在高速下工作。
AFE最好還處于層流環(huán)境中。最好是，在用戶干凈房間環(huán)境中的裝載位置上裝卸運(yùn)載器，它們從該裝載位置被傳送到該處理裝置的AFE部的一入口處后緊固其上，運(yùn)載器的門正對AFE內(nèi)室的一入口，其位置和方向使得AFE的傳遞臂在運(yùn)載器門打開時可從運(yùn)載器中拾取晶片。在這一位置和方向上，AFE中的一機(jī)構(gòu)打開運(yùn)載器上的門，從而AFE傳遞臂可伸入運(yùn)載器中。當(dāng)運(yùn)載器門打開時，AFE中潔凈空氣或其他氣體的層流最好是水平流把粒子和氣體從氣塞和運(yùn)載器吹走。
按照本發(fā)明，在AFE室中保持空氣層流的同時把運(yùn)載器移到AFE室入口處。然后打開運(yùn)載器門，AFE傳遞臂從打開的運(yùn)載器中拾取最好是最底下未處理晶片后把它放置在一向AFE室敞開、與該處理裝置的高真空室隔絕的輸入單片晶片氣塞中。該輸入氣塞中的該晶片放置到升起的升降銷頂部上后該傳遞臂從該氣塞室中退出。然后該輸入氣塞室與AFE室隔絕，該氣塞抽氣成與傳遞室高真空接近的真空。在該氣塞室抽真空的同時，AFE傳遞臂可從同一運(yùn)載器或另一運(yùn)載器拾取另一晶片后使該晶片保持在準(zhǔn)備置于一輸入氣塞室的位置上，或者，該AFE傳遞臂也可利用該抽氣時間從輸出氣塞拾取一晶片后把它置于一運(yùn)載器中。
在其中有一未處理輸入晶片的氣塞抽氣到合適真空后，該氣塞向高真空傳遞室打開，此時升降銷上的晶片垂直移到一可從該氣塞中取出的位置后傳入處理室之一中。同時一經(jīng)處理的晶片從一處理室中移出后置于該氣塞中，在大多數(shù)情況下，這樣做可提高生產(chǎn)量。理想的情況是，在一氣塞抽真空時總有一輸入晶片通過一氣塞，而在一氣塞放氣時總有一個輸出晶片通過一氣塞。也可如上所述，一個氣塞用作輸入氣塞，另一氣塞用作輸出氣塞。無論何種情況，當(dāng)把一輸出晶片從高真空后端(HVBE)置于一氣塞中時，該氣塞然后關(guān)閉與高真空傳遞室隔絕后放氣成大氣壓。
完成處理的晶片從最后一個處理室傳入一輸出氣塞。該經(jīng)處理晶片由高真空傳遞室的傳遞臂放置到一裝有升降機(jī)的支撐上的升降銷上，然后該傳遞臂從該氣塞中退出，然后隨著該輸出氣塞室與高真空隔絕該晶片垂直移入輸出氣塞室。該支撐中的升降銷然后下降而把晶片放置到該支撐上，然后晶片支撐中的冷卻管從晶片吸收熱量，從而把晶片冷卻到適合于放置到一運(yùn)載器中的溫度，因為運(yùn)載器可能無法承受剛經(jīng)處理的晶片的高溫。冷卻速度和放氣氣體選擇成避免空氣與高熱晶片接觸，因為空氣與高熱晶片接觸會降低晶片質(zhì)量。
當(dāng)經(jīng)處理晶片在一氣塞中冷卻、該氣塞放氣成AFE的大氣壓后，該氣塞打開而與AFE室連通，升降銷升起該晶片后AFE傳遞臂拾取該晶片，然后把它放回到運(yùn)載器之一中，該運(yùn)載器最好為該晶片原先所在的運(yùn)載器。在處理機(jī)的高真空處理部有足夠處理空間的情況下，從運(yùn)載器拾取晶片的順序最好從最底下依次向上到頂部。經(jīng)處理的晶片一般以從運(yùn)載器中拾取的相同順序歸回運(yùn)載器中，并放置在該運(yùn)載器中它原先所在槽口或位置上。因此運(yùn)載器從下向上重新裝滿晶片。因此，一運(yùn)載器中在下部已處理的一段晶片與上部未處理的一段晶片之間會出現(xiàn)一段空槽。
按照本發(fā)明的某些方面，可用未處理晶片的運(yùn)載器更換在AFE中已處理晶片的運(yùn)載器，同時由AFE傳遞臂往氣塞中循環(huán)傳入傳出另一運(yùn)載器的晶片。在這種情況下，可用裝置限制AFE室中由正使用的運(yùn)載器占據(jù)的部分與由更換中的運(yùn)載器占據(jù)的部分之間的氣流。
在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，從一運(yùn)載器裝到一輸入氣塞中的晶片通過一晶片校準(zhǔn)站，該校準(zhǔn)站相對AFE的傳遞臂找平晶片。該校準(zhǔn)器還使傳遞臂上的晶片對中，但最好是測量偏心x-y距離，以便控制傳遞臂的運(yùn)動來補(bǔ)償偏心距離。校準(zhǔn)器設(shè)置在AFE中而非高真空中可提高生產(chǎn)量。在晶片的所有上述處理中，晶片的方向最好保持水平，其上有電子器件的一面向上。最好是，AFE中晶片在氣塞、校準(zhǔn)器與運(yùn)載器之間的大多數(shù)運(yùn)動為在同一平面中的水平運(yùn)動，只有在合適位置上拾取或歸回晶片時才作垂直運(yùn)動。同樣，晶片在氣塞與傳遞室中的處理站之間的運(yùn)動也是在同一平面中的水平運(yùn)動。在AFE與傳遞室中的運(yùn)動平面在垂直方向上相間距，晶片在通過氣塞時在這兩垂直相間距平面之間只作垂直運(yùn)動。傳遞臂在把一晶片放置到氣塞升降機(jī)的升降銷上或從其上提起該晶片時稍作垂直運(yùn)動。
本發(fā)明不使用大VCE，從而縮短了抽真空和放氣時間，特別是在VCE用于大晶片的情況下。因此，生產(chǎn)量提高，特別對小批量晶片而言，氣塞不再是限制生產(chǎn)量的因素。特別是，更換運(yùn)載器時無需中斷該處理裝置的運(yùn)行。晶片一旦插入待裝入該機(jī)器的位置運(yùn)載器就不再運(yùn)動。由于自下而上拾取晶片，因此不存在粒子落到下方晶片上的問題。按照本發(fā)明，對氣塞抽真空的高真空泵的體積減小，從而成本降低，抽真空時間縮短，可能增加粒子污染的振動和造成運(yùn)載器中晶片運(yùn)動的振動減小。由于使用機(jī)器人傳遞裝置，因此晶片在運(yùn)載器中的傳進(jìn)傳出逐個進(jìn)行。按照本發(fā)明，由于使用標(biāo)準(zhǔn)大氣壓校準(zhǔn)器，因此較之使用高真空校準(zhǔn)器成本降低、處理簡化、運(yùn)行加快。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中可使用兩個或三個運(yùn)載器。單片晶片上下型氣塞便于配備美國專利5,237,756和5,205,051的防污染部件，這兩個專利作為參考包括在此。
從對本發(fā)明的下述詳細(xì)說明中可清楚看出本發(fā)明的上述和其他目的。
附圖的簡要說明圖1為裝有VCE的現(xiàn)有組件機(jī)的縱剖面圖。
圖2為一不兼容高真空、不使用活動盒的工業(yè)用晶片運(yùn)載器的立體圖。
圖3為按照本發(fā)明一優(yōu)選實施例一裝有多個單片晶片氣塞的晶片處理裝置的俯視圖。
圖4為沿圖3中4-4線剖取的剖面圖，示出一單片晶片氣塞處于打開位置。
圖4A、4B和4C依次示出一晶片從大氣壓環(huán)境經(jīng)圖4氣塞傳到高真空環(huán)境。
優(yōu)選實施例的詳細(xì)說明圖3簡示出半導(dǎo)體晶片處理裝置的一優(yōu)選實施例30。該裝置30包括兩個主要部分，一個為一高真空后端(HVBE)31，另一個為一大氣前端(AFE)32。HVBE31包括一傳遞室33，若干處理室34與之連接，圖中示出4個模件34a-34d，但可包括5個或更多這類模件。傳遞室33中有一公知的可伸縮、樞轉(zhuǎn)的晶片傳遞臂35，它裝在一垂直軸36上，可在各處理模件34之間和多個氣塞站之間來回傳遞晶片，氣塞站的數(shù)量最好為兩個或三個，圖中示出把晶片從AFE32裝入HVBE31的第一氣塞站37a和把晶片從HVBE31卸回AFE32的第二氣塞站37b。包括傳遞室33和處理室34的HVBE31中在該處理裝置30的工作過程中為高真空，而AFE32中有大氣壓下的空氣或其他氣體，例如干燥惰性氣體。各處理室34各經(jīng)一開口閥38與傳遞室33連通，該開口閥處于傳遞臂35的水平面中，傳遞臂35經(jīng)該開口閥在處理室34與傳遞室33之間來回傳遞晶片。
AFE32包括多個運(yùn)載器支撐站40，每個支撐站可支撐圖2所示那種沒有獨立活動盒的運(yùn)載器25。運(yùn)載器支撐站的數(shù)量最好為兩個或三個，圖中示出兩個這樣的運(yùn)載器站40a和40b。每一運(yùn)載器站40在一垂直支架或運(yùn)載器中裝有一批晶片，該垂直運(yùn)載器最好為300mm運(yùn)載器25或一般使用在VCE中的那種現(xiàn)有開口晶片盒(圖1)。AFE32還包括一晶片校準(zhǔn)站41和一晶片自動傳遞裝置，該自動傳遞裝置最好為一可在垂直軸43上樞轉(zhuǎn)的公知可伸縮晶片傳遞臂42。該傳遞臂42在運(yùn)載器站40a、40b上的運(yùn)載器25、校準(zhǔn)站41和氣塞站37a和37b之間來回逐個傳遞晶片。校準(zhǔn)站41裝有任何一種公知晶片校準(zhǔn)器，例如光學(xué)校準(zhǔn)器，用來平臂42上的晶片定向和測量偏心距離，以便該處理裝置的控制器用傳遞臂的補(bǔ)償運(yùn)動來補(bǔ)償任何這樣的偏心距離。AFE32包括一罩住傳遞臂42、校準(zhǔn)站41和氣塞站37a和37b的大氣側(cè)的金屬蓋板39。蓋板39在各運(yùn)載器站40a、40b處有開口44。開口44的形狀允許運(yùn)載器25的前部放置成，當(dāng)運(yùn)載器25處于蓋住該開口的位置時運(yùn)載器的門27正對開口或穿過開口，從而當(dāng)門27打開時傳遞臂42可伸入運(yùn)載器25內(nèi)拾取或歸回晶片。
在裝置30的所示實施例中，用戶的干凈房間環(huán)境中有至少一個運(yùn)載器裝載站70。該站70包括一平臺或滑架(未示出)，其處于可從運(yùn)載器自動處置裝置接受運(yùn)載器25和向運(yùn)載器自動處置裝置提供運(yùn)載器25，該運(yùn)載器自動處置裝置用于向裝置30裝載晶片和從裝置30上卸載晶片。裝載站70的平臺或滑架可具有運(yùn)載器處理能力，使得運(yùn)載器25在裝載站70與任一運(yùn)載器站40a、40b之間自動移動。
在每一氣塞站37中有一可獨立工作的單片晶片氣塞45，它作為HVBE31的一部分裝在HVBE31的水平頂壁或底壁中。氣塞45在隔絕高真空側(cè)與大氣側(cè)的同時可供晶片逐個從AFE32的大氣環(huán)境穿過到HVBE31的高真空環(huán)境。每個氣塞45中有一高真空低溫泵46把氣塞45抽成相當(dāng)高、但不必與HVBE31同樣高的真空。通過氣塞45密封在一正從AFE32傳遞到HVBE31的晶片的周圍而進(jìn)行抽真空。每一氣塞45中還有放氣閥結(jié)構(gòu)39，當(dāng)氣塞45密封在一正從HVBE31傳遞到AFE32的晶片的周圍時，該放氣閥結(jié)構(gòu)以受控速率引入一種可以是AFE32中的氣體而使氣塞45放氣成大氣壓。
如圖4詳述，氣塞45圍成一可密封氣塞室47，該氣塞室的體積限制在容納一在晶片支撐48上的單片大晶片所需的體積。每一氣塞45位于例如是水平頂壁的一壁51中在傳遞室33與AFE32之間的一開口50處。每一氣塞45有一可垂直運(yùn)動、面向下的杯形室上蓋52，它向下移動蓋住傳遞室33的頂壁51。蓋52的底緣周邊上有環(huán)形密封55，從而通過蓋52的向下運(yùn)動，氣塞室45與AFE32中的大氣壓隔絕。蓋52向上提起時，AFE傳遞臂42可把一晶片傳入或傳出氣塞45。
同樣，壁51的開口50底下有一可垂直運(yùn)動的晶片升降機(jī)56，該升降機(jī)包括面向上的晶片支撐48和一面向上杯形殼體57。殼體57的頂緣周邊上有一環(huán)形密封58，通過殼體57的向上運(yùn)動氣塞室47與HVBE31中的低壓環(huán)境隔絕。殼體57向下運(yùn)動時，HVBE傳遞臂35可把一晶片傳入或傳出氣塞45。晶片支撐48最好包括一升降銷59陣列，在這些升降銷升起和下降的同時，可在支撐48的表面上傳入和傳出一晶片。升降銷59通常位于升起位置，以便協(xié)調(diào)在傳遞臂35和42與支撐48之間傳遞一晶片。為了實現(xiàn)這種協(xié)調(diào)，傳遞臂35和42在一由升起的升降銷頂面界定的平面與一稍高水平面之間垂直移動一被抓住的晶片，在該稍高平面水平面上，該晶片被水平傳入或傳出氣塞室47。在所示雙向氣塞中，升降銷59由金屬之類可承受高溫的材料制成。當(dāng)一氣塞專用作輸入氣塞時，銷不必把一晶片下降到冷卻面上，因此可為支撐48上的固定銷。專用作輸入氣塞中的銷不必承受高溫，因此最好用高摩擦材料制成，從而該支撐的工作因其上晶片沒有移動而加快。
如圖4所示，氣塞45在裝載過程(即把一晶片移入HVBE31中以便在真空環(huán)境中進(jìn)一步傳遞和處理)中，在一晶片從AFE32傳入氣塞站37以便傳入HVBE31之前，氣塞45放氣成AFE32的大氣壓，蓋52提起，氣塞45打開而與AFE室32內(nèi)部連通。在此狀態(tài)，殼體57上升使氣塞45與HVBE31的高真空環(huán)境隔絕。隨著升降銷59的升起，AFE傳遞臂42伸長，使一晶片60在傳遞臂42水平面中位于氣塞室47中央，傳遞臂42水平面在升起的升降銷59的尖端平面和傳遞室33的頂壁51的平面的上方。如圖4A所示，當(dāng)晶片60位于氣塞室47中央時，臂42向支撐48稍稍下降，把晶片60放置到升降銷59上。如圖4B所示，然后臂42退回，蓋52蓋上，泵46對小體積的室47抽真空。抽完真空，如圖4C所示，升降機(jī)56降入傳遞室33的高真空中，然后HVBE傳遞臂35移動到拾取晶片60的位置，把晶片60舉離升降銷59。
上述裝載過程倒過來進(jìn)行，就可使經(jīng)處理的晶片60回到AFE32中原來位置。氣塞45在卸載(即把在處理室34真空環(huán)境中處理后的晶片從HVBE31移入AFE32中后回到一運(yùn)載器25)的過程中，氣塞45先抽氣成傳遞室33的真空壓力，蓋52的下降使得氣塞室47與AFE32的大氣環(huán)境隔絕，而殼體57的下降使得氣塞45與HVBE31的傳遞室33內(nèi)部連通。如圖4C所示，升降銷59上升，HVBE傳遞臂35伸長，在傳遞臂35的水平面中把晶片60置于氣塞室47的中央。然后，臂35稍稍下降，把晶片60放置到升降銷59尖端上，然后臂35放開晶片60后退出氣塞室47。然后如圖4B所示，升降機(jī)56升起，直到殼體57使得氣塞室47與傳遞室33的真空環(huán)境隔絕。然后，用閥39使得小體積的室47放氣到AFE32的大氣壓。當(dāng)放氣周期結(jié)束時，如圖4A所示，蓋52提起，AFE傳遞臂42移動到晶片60下方，然后，如圖4所示，傳遞臂42把晶片舉離升降銷59。
在HVBE31中處理后的晶片60在送回大氣中前應(yīng)進(jìn)行冷卻。這只需使用一個氣塞站，例如氣塞站37b。但為了提高生產(chǎn)量，最好至少兩個氣塞或所有氣塞45都能進(jìn)行冷卻，從而任何氣塞站37都可用于輸出晶片。氣塞45具有這樣的晶片冷卻能力，即冷卻在輸出氣塞站37b放氣過程中完成從而不會因為冷卻而造成生產(chǎn)量下降。為此，氣塞45中的升降機(jī)56中的支撐48的頂面為一水冷晶片支撐板。該板上有三個或更多凸起區(qū)66，這些凸起區(qū)在其上有晶片60的升降銷59降入支撐48中時支撐晶片60。由于晶片不受機(jī)械夾緊，凸起區(qū)的凸起高度選擇成避免通過直接傳導(dǎo)而進(jìn)行熱傳遞，從而降低冷卻速率，從而防止晶片發(fā)生撓曲變形。用壓力控制調(diào)節(jié)冷卻速率應(yīng)加以避免，因為這樣做會無法實現(xiàn)在盡力提高晶片生產(chǎn)量的時間內(nèi)對氣塞進(jìn)行放氣的目的。
由于組合使用單片晶片氣塞45與運(yùn)載器25，其總體積和總赤露表面大大積減小，只占使用其大小可裝有圖1所示一滿盒晶片的氣塞時的很小一部分。用單片晶片氣塞代替滿盒氣塞大大縮短了把小批量晶片、例如鑒定用晶片傳入和傳出裝置30所需時間。此外，在放氣和抽真空過程中，單片晶片氣塞45可使用作為參考包括在此的美國專利Nos.5,205,051和5,237,756所述防污染部件，從而減小由粒子或水汽凝結(jié)造成的污染。
裝置30的裝載可由操作員進(jìn)行，但最好由一機(jī)器人進(jìn)行，如圖3和4所示，它把裝有多片未處理晶片、例如13或25片300mm晶片的一標(biāo)準(zhǔn)批量晶片放置在AFE32的裝載站70的位置上。然后一傳遞機(jī)構(gòu)(圖中未示出，但用箭頭71表示)把運(yùn)載器25從裝載站70移動到運(yùn)載器站40之一，例如站40a，在此過程中，運(yùn)載器25的門27是鎖上的且正對AFE傳遞臂42的軸線而穿過開口44之一。在此位置上，AFE中的一開鎖和關(guān)鎖機(jī)構(gòu)72對運(yùn)載器25的門27自動開鎖。然后機(jī)構(gòu)72從運(yùn)載器25上卸下門27，運(yùn)載器25打開，一選定的晶片向傳遞臂42露出。此時，運(yùn)載器25占據(jù)AFE32的壁74中的開口44之一，AFE32的內(nèi)部與潔凈的房間環(huán)境隔絕不嚴(yán)，因此允許放松潔凈房間的標(biāo)準(zhǔn)，而在AFE32中進(jìn)一步隔絕粒子。最好是，臂42起先在垂直方向上位于運(yùn)載器25的最底部，以便晶片傳遞臂42首先拾取、傳遞運(yùn)載器25中底部的晶片。這樣，晶片從運(yùn)載器25中取出時運(yùn)載器25中的粒子不會抖落到下方未處理晶片的面向上的表面上，從而晶片在處理過程中也不會出現(xiàn)由粒子造成的疵瑕。
當(dāng)臂42正確位于運(yùn)載器25處、以便取出最好是運(yùn)載器25中最底下的第一晶片時，傳遞臂42從運(yùn)載器25拾取該晶片后把它傳過校準(zhǔn)站41，在校準(zhǔn)站41，測量晶片的偏心距離和使晶片在傳遞臂42上找平。然后臂42把晶片置于一氣塞站、例如氣塞站37a，補(bǔ)償所測量的偏心距離。一旦在氣塞中，晶片如上所述從AFE32移入HVBE3 1。臂42垂直移動到與待拾取的下一個最底下晶片對齊的位置，然后傳遞臂42返回到運(yùn)載器站40a。
傳遞室33的傳遞臂35把從氣塞站37a處的氣塞45取得的一晶片傳遍各處理室34后放置到一最好是已向傳遞室33打開的一氣塞45，然后該晶片如上所述通過該氣塞。通過該氣塞45后，AFE傳遞臂42把該晶片最好移回同一運(yùn)載器25中其原先位置上，例如移入運(yùn)載器站40a的運(yùn)載器25中。在從氣塞站37移回運(yùn)載器25過程中通常繞過校準(zhǔn)站。但是，把校準(zhǔn)器設(shè)置在前端中可在需要時在晶片插入運(yùn)載器中前再次校準(zhǔn)晶片而不影響HVBE31中的后端處理工作。輸出晶片的校準(zhǔn)可防止晶片在冷卻和氣塞放氣周期中錯位而與晶片運(yùn)載器25的內(nèi)壁發(fā)生摩擦，從而受粒子污染。當(dāng)運(yùn)載器站40的運(yùn)載器25中的所有晶片經(jīng)過處理后，運(yùn)載器25的門27關(guān)閉，開鎖和關(guān)鎖機(jī)構(gòu)72脫開。然后，運(yùn)載器25移動到裝載站70后由操作員或機(jī)器人移走。
在對一運(yùn)載器站40的一運(yùn)載器25裝卸晶片過程中，可從另一運(yùn)載器站40移開一運(yùn)載器25而換上裝有待在HVBE31中進(jìn)行處理的晶片的一運(yùn)載器25。在這一工作過程和所有工作過程中，用過濾空氣的一層流減小AFE室中的粒子交叉污染，該氣流最好在AFE32中一橫向高度上水平流動。圖中用一鼓風(fēng)機(jī)75和一過濾器76表示的任何裝置可有效生成上述層流而獲得滿意結(jié)果。
以上簡述的前端構(gòu)型必要時可比方說在晶片校準(zhǔn)器位置添加第三晶片運(yùn)載器站40，校準(zhǔn)器可重新布置。
把氣塞45構(gòu)作成其體積小到不大于約6升、最好僅約為4.5升，可最有效實現(xiàn)氣塞45優(yōu)選構(gòu)型的優(yōu)點。氣塞室47的體積在圖4-4C中是夸大的，因為蓋52底面提起時離支撐在升降銷59上的一晶片為千分之20-30英寸之內(nèi)。同樣，升降銷59在提起位置時的高度在圖中也是夸大的，該高度只須在傳遞過程中傳遞臂能來回移動，為凸起區(qū)66留出間隙。室47最好呈扁圓形，或至少接近圓形，以盡可能減小所浪費(fèi)體積，從而便于高速抽氣和放氣。此外，氣塞45在垂直傳遞方向上呈優(yōu)選上下構(gòu)型，因此生成一更緊固的小體積氣塞結(jié)構(gòu)。使用這一構(gòu)型，氣塞可在HVBE31的結(jié)構(gòu)壁上作機(jī)加工，從而使安裝和連接在氣塞45上的真空泵所造成的振動最小。由于氣塞45中避免了預(yù)熱和脫氣之類消耗時間或空間的過程，因此氣塞不成為限制生產(chǎn)量的因素。由于是上下型，因此振動減小，同時該裝置占地少。
圖3所示單個裝載站70便于用戶設(shè)計和使用導(dǎo)軌型運(yùn)載器傳送裝置在裝載站70與處理裝置30之間來回傳送運(yùn)載器25。此外，可在箭頭71所示路線上設(shè)置一個或多個緩沖站78臨時停放一個或多個運(yùn)載器25、例如裝有未處理晶片的運(yùn)載器。這有利于在處理裝置30與在站70的單個運(yùn)載器處理器之間交換運(yùn)載器25。例如，在站40a和40b上各有一運(yùn)載器25時，一裝滿未處理晶片的運(yùn)載器25傳送到裝載站70后向站40a移動而停放在圖中站70左邊弧形箭頭71上的一位置上。然后站40b上的運(yùn)載器25移動到站70后被機(jī)器人取走，然后停放在站70左邊的該運(yùn)載器移動到站40b。增加緩沖站78的數(shù)量可實現(xiàn)其他來回移動組合。
本領(lǐng)域的技術(shù)人員應(yīng)該知道，本發(fā)明的形式有多種，這里僅就優(yōu)選實施例進(jìn)行說明。因此，在不脫離本發(fā)明原理的情況下可進(jìn)行各種變型或修改。
權(quán)利要求
1.一種在多片晶片運(yùn)載器與一晶片處理組件機(jī)的傳遞室的高真空環(huán)境之間傳遞晶片的方法，該方法包括下列步驟把第一多片晶片運(yùn)載器置于與一自動傳遞裝置周圍潔凈大氣環(huán)境連通的位置上，該自動傳遞裝置位于該晶片處理組件機(jī)的大氣前端中；然后用自動傳遞裝置把第一運(yùn)載器中的第一獨立晶片傳遞到第一單片晶片氣塞中，該第一氣塞用作輸入氣塞，其與大氣環(huán)境相通并與傳遞室的高真空環(huán)境密封隔絕；然后密封第一氣塞與大氣環(huán)境隔絕；然后將第一氣塞抽氣到一真空壓力；然后使第一氣塞與高真空環(huán)境相通；然后用位于傳遞室中的一傳遞臂從第一氣塞移出第一晶片，并在一真空處理室與高真空環(huán)境連通時把第一晶片置于該真空處理室中；然后用傳遞臂從與高真空環(huán)境連通的一真空處理室中取出第一晶片后把它置于用作一輸出氣塞的第一或第二單片晶片氣塞，其與高真空環(huán)境相通并與大氣環(huán)境密封隔絕；然后使輸出氣塞與高真空環(huán)境密封隔絕；然后把輸出氣塞放氣成大氣環(huán)境的壓力水平；然后打開輸出氣塞與大氣環(huán)境相通；然后把第一晶片從該輸出氣塞傳遞到該運(yùn)載器。
2.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下列步驟在第一氣塞抽真空的同時，用自動傳遞裝置在一運(yùn)載器與第二氣塞之間傳遞第二片晶片，該第二氣塞與大氣環(huán)境相通而與該傳遞室相密封隔絕。
3.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下列步驟在第一氣塞抽真空的同時，用自動傳遞裝置在第一運(yùn)載器與第二氣塞之間傳遞第二片晶片，該第二氣塞與大氣環(huán)境相通而與該傳遞室相密封隔絕；以及用傳遞室中的傳遞臂把第三晶片從一真空處理室經(jīng)傳遞室傳遞到另一真空處理室。
4.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，輸出氣塞的放氣步驟包括下列步驟在輸出氣塞中冷卻晶片。
5.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下列步驟當(dāng)?shù)谝缓偷诙馊瑫r與大氣環(huán)境和高真空環(huán)境密封隔絕時，在大氣環(huán)境中用自動傳遞裝置移動一晶片，在高真空環(huán)境中用傳遞臂移動一晶片。
6.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，進(jìn)一步包括下列步驟從大氣環(huán)境中的自動傳遞裝置旁移走第一運(yùn)載器，用移到自動傳遞裝置旁與大氣環(huán)境連通的第二多片晶片運(yùn)載器更換第一運(yùn)載器，同時用一自動傳遞裝置在第三運(yùn)載器與氣塞之間來回傳遞晶片。
7.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，把第一運(yùn)載器中的第一片晶片傳入第一單片晶片氣塞的步驟包括下列步驟在大氣環(huán)境中把晶片傳入傳出一校準(zhǔn)站。
8.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，處理步驟以晶片處于水平位置進(jìn)行實施；使晶片傳入氣塞和使晶片傳出氣塞時晶片以大致水平運(yùn)動來實現(xiàn)；該方法還包括下列步驟晶片在各氣塞中時，垂直移動晶片。
9.按權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，處理步驟以晶片處于水平位置進(jìn)行實施；高真空環(huán)境中晶片在氣塞傳入傳出和在處理室傳入傳出時在第一水平面中大致作水平運(yùn)動；大氣環(huán)境中晶片傳入傳出氣塞時在第二水平面中大致作水平運(yùn)動，第二水平面在垂直方向上與第一水平面相間距；而且該方法還包括下列步驟晶片在各氣塞中時在第一與第二水平面之間垂直移動晶片。
10.一種制造半導(dǎo)體晶片的方法，包括下列步驟把第一運(yùn)載器置于與一自動傳遞裝置周圍潔凈大氣環(huán)境連通的位置上，該自動傳遞裝置位于該晶片處理組件機(jī)的大氣前端中；然后用自動傳遞裝置把第一運(yùn)載器中的第一獨立晶片傳遞到第一單片晶片氣塞中，該氣塞與大氣環(huán)境相通并與傳遞室的高真空環(huán)境密封隔絕；然后密封第一氣塞與大氣環(huán)境隔絕；然后將第一氣塞抽氣到一真空壓力；然后使第一氣塞與高真空環(huán)境相通；然后用位于傳遞室中的一傳遞臂從第一氣塞移出第一晶片，并在一真空處理室與高真空環(huán)境連通時把第一晶片置于該真空處理室中；然后在處理室中處理晶片；然后用傳遞臂從與高真空環(huán)境連通的一真空處理室中取出第一晶片后把它置于用作一輸出氣塞的第一或第二單片晶片氣塞，其與高真空環(huán)境相通并與大氣環(huán)境密封隔絕；然后使輸出氣塞與高真空環(huán)境密封隔絕；然后把輸出氣塞放氣成大氣環(huán)境的壓力水平；然后打開輸出氣塞與大氣環(huán)境相通；然后把第一晶片從該輸出氣塞傳遞到該運(yùn)載器。
11.按權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，在傳遞室中用傳遞臂傳遞晶片、把晶片傳入真空處理室中、在處理室中處理晶片和從處理室出晶片的步驟包括下列步驟用傳遞臂把晶片依次傳入傳出多個真空處理室和在各處理室中處理晶片。
12.一種高真空晶片處理裝置，包括多個真空處理室，這些真空處理室各有一個逐個裝卸晶片的端口一高真空傳遞室，其包括與處理室的各端口連通的多個端口；一大氣前端室，其包括至少一個運(yùn)載器裝卸門；多個單片晶片氣塞室，每一氣塞室在高真空傳遞室與大氣前端室之間有一開口，每一氣塞有一位于該開口與高真空傳遞室之間的可選擇性打開的真空側(cè)蓋和一位于該開口與該大氣前端室之間的可選擇性打開的大氣側(cè)蓋；大氣前端室中的多個運(yùn)載器站，這些運(yùn)載器站構(gòu)作成其上支撐多片晶片運(yùn)載器；高真空傳遞室中的至少一個傳遞臂，該傳遞臂上有一單片晶片嚙合件，它可在各處理室和氣塞之間移動；以及大氣前端室中的一個晶片傳遞裝置，該晶片傳遞裝置可在各氣塞與各運(yùn)載器之間移動。
13.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括前端室中的一晶片校準(zhǔn)器；該晶片傳遞裝置還可移到和移離晶片校準(zhǔn)器。
14.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，氣體影響裝置在前端室中。
15.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，進(jìn)一步包括在至少一個氣塞中的一晶片冷卻器，在氣塞的放氣過程中，其使得晶片的熱量流向冷卻器。
16.按權(quán)利要求15所述的裝置，其特征在于，至少一個氣塞包括一面向上的晶片支撐面，晶片冷卻器位于其中；和該晶片支撐包括一組至少三個升降銷，這些升降銷處于升起位置時，傳遞臂或傳遞裝置可把一晶片傳入傳出該支撐，而當(dāng)這些升降銷處于下降位置時，晶片與支撐表面接觸。
17.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，每個氣塞包括一個晶片升降機(jī)，其可在一真空傳遞位置和一大氣傳遞位置之間移動；和傳遞臂、處理室端口和氣塞的真空傳遞位置位于一共同的水平面上。
18.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，每個氣塞包括一個晶片升降機(jī)，其可在一真空傳遞位置和一大氣傳遞位置之間垂直移動；和該傳遞裝置可在一水平面內(nèi)水平移動，該水平面包含氣塞的大氣傳遞位置。
19.按權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，運(yùn)載器在一垂直存儲棧中有多個在垂直方向上相間距的晶片存儲位置；每一運(yùn)載器站包括一運(yùn)載器升降機(jī)，用來把多個存儲位置中選定的一個移動到該水平面中；和該傳遞裝置可在氣塞的大氣傳遞位置與該所選定的一存儲位置之間在該水平面中水平移動。
20.按權(quán)利要求18所述的裝置，其特征在于，運(yùn)載器在一垂直存儲棧中有多個在垂直方向上相間距的晶片存儲位置；該傳遞裝置可在該水平面與所選定的一存儲位置的高度之間垂直移動。
21.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，當(dāng)關(guān)閉大氣和高真空室時，單片晶片氣塞室所包圍的易抽空體積大大小于容納多片晶片運(yùn)載器所需的體積。
22.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，單片晶片氣塞室構(gòu)作成可把一晶片支撐在一平面上，兩蓋構(gòu)作成在一與該平面垂直的方向上把晶片傳入傳出該氣塞室，從而當(dāng)該平面為水平平面時，氣塞室為上下型。
23.按權(quán)利要求12所述的裝置，其特征在于，該處理裝置包括一高真空后端，該真空后端包括由壁圍成的高真空傳遞室和多個真空處理室，該壁把該后端中的真空環(huán)境與外部環(huán)境隔開；和單片晶片氣塞室的開口位于后端的壁中，其一蓋位于該壁的真空環(huán)境一側(cè)，另一蓋位于該壁與真空環(huán)境相反的一側(cè)。
全文摘要
多個非真空多片運(yùn)載器25中的晶片在一晶片處理機(jī)30的一大氣前端32中裝卸,經(jīng)多個單片晶片氣塞37傳入一晶片制作組件機(jī)30的一傳遞模件33的高真空室31和從中傳出。最好是,在這整個過程中呈水平的晶片經(jīng)一氣塞37a傳到高真空環(huán)境,經(jīng)另一氣塞37b傳出,該輸出氣塞還用來冷卻晶片。在大氣和高真空環(huán)境中,傳遞臂35、42在其他氣塞密封時在這兩個氣塞中盡可能多次傳入傳出晶片,而在所有氣塞密封時在這兩個環(huán)境中傳遞晶片。晶片最好在輸出氣塞37b中冷卻。晶片在從一運(yùn)載器25中取出后、在置于一氣塞前最好通過一晶片校準(zhǔn)器41。當(dāng)在一運(yùn)載器與氣塞之間來回傳遞晶片時,用一裝有未處理晶片的運(yùn)載器更換另一裝有經(jīng)處理晶片的運(yùn)載器。
文檔編號H01L21/00GK1255235SQ98804867
公開日2000年5月31日 申請日期1998年5月6日 優(yōu)先權(quán)日1997年5月8日
發(fā)明者理查德·C·愛德華茲(已故), 瑪麗安·杰倫斯凱 申請人:東京電子亞利桑那公司