專利名稱：半導體自動處理系統(tǒng)的制作方法
技術領域：
本發(fā)明領域是用來處理半導體晶片，硬盤介質(zhì)，半導體襯底和要求極低污染級類似材料的自動半導體晶片處理系統(tǒng)。
背景技術：
計算機、電視、電話和其它電子產(chǎn)品包含大量的基本半導體電子器件。為了生產(chǎn)電子產(chǎn)品，要在很小的空間里使用光刻技術在半導體襯底，例如半導體晶片上制造成百上千的半導體器件。由于在制造半導體器件中牽涉極小的幾何尺度，在半導體襯底材料上的污染物，如塵埃、污垢、油漬、金屬等都將產(chǎn)生最終產(chǎn)品中的缺陷。
為避免污染物，要在凈化室中處理半導體襯底。凈化室是為避免污染而設計、裝有半導體制造設備的封閉區(qū)域或空間。饋入凈化室的空氣經(jīng)過充分的濾清，以避免周圍空氣污染凈化室。要使用特殊的材料和設備保持凈化室的污染在可接受的低水平上。因而凈化室的建造和維護可能是費時和價格高昂的。凈化室中的半導體處理設備應盡可能緊湊地安裝，這就需要使大量的半導體晶片能在一個較小的空間中處理，從而減小空間和降低費用。當然，這也就需要較小的半導體處理設備，以降低對凈化室空間的要求。
有的自動半導體處理系統(tǒng)用機械手遞送半導體材料。所設計的這些機械手能避免產(chǎn)生污染半導體的微塵。但即使經(jīng)過精心選擇材料和設計機械手的操作，機械手的運動部分仍會產(chǎn)生微塵。因此，需要改進處理極低污染級半導體襯底材料的技術，以把缺陷保持在可接受的水平。
發(fā)明概述在發(fā)明第1方面，自動半導體加工處理系統(tǒng)在箱體中有一個度盤艙或空間和一個處理艙或空間。該度盤艙與處理器艙垂直相對，構成凈化室所要求的緊湊型較小空間設計。
在發(fā)明第2方面，度盤艙中有一個度盤。該度盤主要裝有多個貨盤，以支撐放置在料盒中的半導體晶片。度盤艙中的貨盤搬運器移動貨盤和料盒，依次從度盤加載位置，通過多個中間存儲位置，直到度盤的卸載位置。通過移動和存放料盒，度盤讓自動半導體處理系統(tǒng)連續(xù)運行。
在發(fā)明第3方面，貨盤搬運器包括一個x-軸和y-軸移位系統(tǒng)，以在度盤中縱向和橫向運動貨盤。為避免相對于傳動帶的不經(jīng)意貨盤運動，y軸移位系統(tǒng)有一對齒條嚙合在貨盤底部的架子上。
在發(fā)明第4方面，貨盤上的棱鏡折射來自傳感器對的光束，以檢測貨盤上是否有料盒，或料盒中是否有晶片。
在發(fā)明第5方面，自動半導體處理系統(tǒng)中的處理機械手有一條能沿提升導軌垂直運動的手臂。該機械臂有延伸到臂肘關節(jié)和手腕關節(jié)間的前臂段。在機械臂上的晶片支架橫向偏離臂肘關節(jié)和手腕關節(jié)。該機械臂是緊湊的，但有可擴展的行程范圍。因此處理系統(tǒng)只需要較小的空間。
在發(fā)明第6和單獨方面，一塊可移動的緩沖隔板放在度盤上方，以提高系統(tǒng)的產(chǎn)出率和通用性。
在發(fā)明第7和單獨方面，新穎的處理艙艙門能更好關閉和密封處理艙。
在發(fā)明第8方面，組合上面所討論的兩種或多種功能特性，以提供改進的自動半導體處理系統(tǒng)。
本發(fā)明的一個目標是提供自動半導體處理系統(tǒng)，經(jīng)更好的設計使半導體晶片免受污染。
本發(fā)明的進一步目標是提供通用的，但也是緊湊的自動半導體處理系統(tǒng)，以減少對凈化室空間的要求。
其它目標，功能特性和性能優(yōu)點在后面敘述中將是很顯見的。
附圖的簡要說明在所有圖中，同樣元件用同一參考號標注

圖1是自動半導體處理系統(tǒng)頂、后、左向軸側示圖；圖2和圖3是它的前、頂、左向軸側示圖；圖4是它的正立視圖；圖5是它的左視圖；圖6是圖3所示機械手進/出的前透視圖；圖7是它的后透視圖；圖8是圖1-3所示度盤的透視圖，以更清楚表示各種可運動結構件；圖9是更清楚顯示其它可運動結構件的透視圖；圖10是顯示其它細節(jié)的另一張透視圖；圖11是圖1-3所示度盤的左視圖；圖12是它的平面圖，以更清楚表示運動度盤上的貨盤；圖13是圖1-3所示度盤的前視圖；圖14是圖1-3所示度盤的平面圖，以更清楚表示運動順序；圖15是圖5所示升料機在較低位置時的透視圖；圖16是升料機在升高位置上的透視圖；圖17是圖2和圖5所示處理機械手的前透視圖；圖18是它的平面圖；圖19是它的放大平面圖；圖20是處理機械手的臂完全縮回時的后透視圖；圖21是它的平面圖；圖22是處理機械手斷面的側立視圖；圖23是處理機械手的前透視圖；圖24A-24E是用圖形方式表示處理機械手的各種手臂位置；圖25是圖3-5所示處理艙的透視圖26是圖4，圖5和圖25所示半導體處理艙的透視圖，并帶有新穎的門傳動和密封機構；圖27是處理艙艙門傳動組件的透視圖；圖28是處理艙艙門在開啟位置的剖面圖；圖29是處理艙艙門在關閉位置的剖面圖；圖30是第二個度盤實體裝置的透視圖；圖31是圖30所示度盤的反向透視圖，以更清楚表示各種可運動結構件。
附圖的詳細說明綜述現(xiàn)在詳細說明圖1-5所示的附圖，自動半導體材料處理系統(tǒng)50裝在凈化室52中。系統(tǒng)50有一個空氣凈化箱或室54，其左側墻56上有固定透明窗57，從而能觀察室54中的工作情況。同樣如圖2所示，室54有前墻58，它帶有固定透明窗59。
前墻58中的上載/卸載口60在系統(tǒng)50工作時，由圖2所示的透明上載窗或板62關閉。參看圖1-5，室54頂部為風扇或風機80，它連續(xù)把清潔空氣送入箱內(nèi)。設備箱82提供放置電源、試劑槽、泵和半導體處理所需其它部件的空間。
前墻58上的用戶接口64為系統(tǒng)操作人員提供信息和輸入控制指令。用戶接口接到設備箱82中的，或在遠處的計算機/控制器85。計算機/控制器85連到將在下面說明的各種電機和傳感器，以及設備控制計算機，用來控制系統(tǒng)50的工作。
參看圖1-4，特別是圖3，系統(tǒng)50包括一個度盤艙或空間75，它沿左側墻56向后延伸。處理艙或空間94沿垂直于度盤艙75的前墻延伸。度盤艙或空間75與處理艙或空間95彼此相通，如圖3所示，分開的間隔只是為了敘述方便。參看圖1-5，上載/卸載窗60通過室54的前墻58打開度盤艙75。度盤艙75中的I/O機械手86位于窗口60的下面。
度盤艙75中裝有度盤72，它通常與窗口60對準。度盤72上的輸入板132從I/O機械手86上面對著窗口60。度盤72能很好容納裝有平面介質(zhì)，也就是硅晶片90的8個料盒88。料盒擱在位于度盤72上面的貨盤136上。貨盤136和I/O板132垂直放置，與窗口60的底部高度大致相同。運動緩沖架在分度艙72上料盒88的上面，通過垂直緩沖擋板130從分度艙72的中梁條向上延伸。
參看圖2、3、4，處理艙95包括2個或多個處理室。更具體地說，處理室是一個化學處理室68和一個離心/沖洗干燥器70。處理機械手通過處理艙95移動到度盤72，把晶片90取出或放入箱68或70中。
參看圖3和圖5，以及圖15和圖16，度盤72下面的升料機78從料盒88(同時上載兩個料盒)托出晶片90，使晶片能由處理機械手66拾起和運走。如圖16所示，每一個料盒88能裝25個晶片，度盤72把握8個料盒的能力使它總共可裝200個晶片。以50個晶片為一組處理，升料機78和處理機械手66同時運送2個料盒的晶片。
I/O機械手參看圖6和圖7，I/O機械手86有一個連接左側板56或相鄰箱體結構的安裝板110。安裝板110裝在y軸支撐導軌112上。導軌112上的線性傳動器114移動y方向的電樞105，如圖3和圖6所示。
參看圖7，在電樞105后面的x軸導軌106支撐著Z軸或垂直叉指形導軌102。垂直叉指傳動器102在電樞105上垂直移動導軌102。x軸傳動器108在x或橫向上，與垂直傳動器104一起移動垂直導軌102。料盒叉指100靠著垂直導軌102的頂部，能插入料盒側面法蘭89提升料盒88。
度盤現(xiàn)在轉到圖8，度盤72有一個長方形框架118，它包括底板120，前板122，后板124，左側板126和右側板128。I/O板132接在右側板128上，由三角片134支撐。中梁160把度盤分成輸入行或輸入邊135和輸出行137。垂直緩沖支持擋板130放置在中梁160中間的緩沖板滑槽144中，并能前后運動。兩根相對的貨盤導軌142從左側板126延伸到右側板128，貨盤塢或表面139提供貨盤136的放置和支撐面。參看圖14，度盤72包括10個貨盤位置A，B，C，D，E，F(xiàn)，G，H，I和J。度盤72有8個貨盤136，所以兩個對角的位置總是空的。翻到圖12，斷路器162位于度盤72的底板120中的位置C和H，能讓空氣通過度盤72向下流動。升料機間隙孔164在I和J處，它穿過底板120，提供升料機78的間隙。
繼續(xù)參看圖8-14，度盤72包括x軸或橫向移位系統(tǒng)或組件，通常標注為140。以及y軸或縱向移位系統(tǒng)或組件，通常標注為170。這些移位系統(tǒng)把載有料盒88的貨盤136在度盤72上移動，如圖14所示。
參看圖9，橫向移位系統(tǒng)140包括固定在度盤框架118上的橫向引導塊150。橫向移位末端叉指146A支撐在橫向引導塊150上，由橫向驅(qū)動電機154在位置E和F間步進或依序驅(qū)動，如圖14所示。末端叉指氣缸152在由機械停止器確定的上升下降位置升降末端叉指146A。圖9和圖10示出橫向移位系統(tǒng)在度盤左端或內(nèi)側端的部件。類似的或同樣的部件(橫向引導塊150，叉指146B和橫向氣缸152)以相同方式安裝在右端。橫向移位系統(tǒng)連接傳動帶156環(huán)繞度盤框架118延伸，它由惰輪157支撐，能依附對角末端叉指146A和146B。當給橫向驅(qū)動電機154加電時，叉指146A從位置F移到位置E，末端叉指146B同時從位置A移到位置J，或反方向進行。
繼續(xù)參看圖8-14，度盤72的縱向或y軸移位部件170包括平行延伸到前后板122和124，或中梁160任一邊的水平導向軌172。8個側邊叉指180B-180J放在位置B，C，D，E，G，H，I和J，從圖12能看得很清楚。側邊叉指傳動器或氣缸174能配屬給8個側邊叉指180中的任何一個。氣缸174在水平導軌172上前后運動時，不能用側邊叉指180水平定位。8個側邊叉指180由水平驅(qū)動傳動帶178連到一起。水平驅(qū)動傳動帶178沿度盤框架118伸展，并由惰輪支撐。水平驅(qū)動傳動帶178放在度盤框架118中橫向驅(qū)動傳動帶156的上面。給縱向或y軸驅(qū)動電機176加電，以驅(qū)動傳動帶178，它帶動電機176的執(zhí)行，使所有8個側邊叉指同時運動。參看圖12，當電機在I方向驅(qū)動輸入行的側邊叉指180B-180E時，中梁160B對面輸出行137中的側邊叉指180G-180J在O方向移動。
參看圖8-11，度盤72也包括緩沖架移位系統(tǒng)或組件，通常標注為190。該緩沖移位系統(tǒng)190移位垂直緩沖擋板130，它從圖9所示的前面位置到圖8所示的后面位置支撐緩沖架76。圖8中以虛線表示的緩沖架76在其它圖中被省略，以得到更清楚的示圖。
參看圖10，緩沖移位系統(tǒng)190包括緩沖驅(qū)動電機198，它通過撓性連軸節(jié)196接到緩沖器驅(qū)動傳動帶200和主動輪192。緩沖驅(qū)動傳動帶200環(huán)繞主動輪192和位于緩沖板槽144對面的緩沖傳動帶惰輪194。垂直緩沖擋板130可保障緩沖驅(qū)動傳動帶200的安全。垂直緩沖擋板130的底端能滑到緩沖擋板槽144下面的緩沖擋板導軌202。
度盤72在每一A-J位置有3套傳感器138。各位置上的這3套傳感器可以是分立的單獨傳感器，也可以是單一的組合傳感器。各位置的傳感器能檢測是否存在貨盤；在貨盤上是否有料盒；以及在料盒中是否有晶片。這些傳感器連接到控制器或計算機，提供度盤72中各位置的狀態(tài)信息。最好使用光傳感器。
現(xiàn)在轉到圖15和圖16，升料機78有一個與電樞212相連的電機210，它通過引導螺栓或其它旋轉裝置轉為線性驅(qū)動。電機210的執(zhí)行裝置沿升料機導軌提升電樞，它垂直移動晶片90，將其送入料盒80，或從料盒中取出。圖16示出從料盒88中取出晶片90，這些晶片可由處理機械手66拾取。
處理機械手現(xiàn)在翻到圖17-23，處理機械手66包括橫向或x軸導軌250，它穿過加工處理艙95，有一部分進入度盤艙75。提升單元252能沿著橫向?qū)к?50運動，并受磁流線性驅(qū)動電機251驅(qū)動。機械手手臂255接在提升單元252的垂直提升導軌254上。一個交流提升電機257在垂直方向上沿提升導軌254移動機械手手臂255。如圖23所示，瓦斯彈簧計數(shù)平衡器278的氣缸280接在機械手手臂255上。活塞282把氣缸280推至提升單元252。該瓦斯彈簧計數(shù)平衡器在機械手手臂255施加向上的恒力，以減少提升電機257運動或定位機械手手臂255所必須的提升或制動力。
繼續(xù)參看圖17-23，機械手手臂255在臂肘室258中有一個臂肘驅(qū)動交流電機259。臂肘室258靠著提升單元252提升導軌254的滑道。前臂260通過臂軸關節(jié)256接到臂肘室258。前臂260通過齒輪減速261與臂肘驅(qū)動電機259實現(xiàn)機械連接。
手腕驅(qū)動交流伺服電機265裝在手腕室264中，它通過腕關節(jié)以能旋轉的方式接到前臂260的外端。晶片托架268由相對的底端卡子270構成，它位于手腕室264的正下方。底端卡子中的凹槽274用來放置、提升和搬運晶片90。遙控攝影鏡頭266放置在手腕室264的頂部，并鏈接到計算機/控制器85，用來觀察加工處理箱中機械手上的晶片容器位置，如美國專利5,784,797所述。然后，計算機/控制器就能確定加工處理機械手能否把晶片正確插入到處理箱中。攝影鏡頭266也用于驗證在處理箱中的處理開始前，轉子是否已完全鎖定。
用于驅(qū)動手腕驅(qū)動電機265，臂肘驅(qū)動電機259，提升電機257和橫向驅(qū)動電機251的電機放大器275放置在提升單元252中，并隨提升單元運動。把電機放大器放置在提升單元252中減少了對空間和電纜的要求。
處理艙現(xiàn)在翻到圖25，在處理室95中的處理艙300包括離心/沖洗干燥器70和化學處理室68，雖然也可使用其它艙或另外增加艙。加工處理艙300前隔板提供最終沖洗干燥器302。
參看圖26-29，處理艙300包括一個處理罐310，它有一部分在處理缽314中。處理罐310與可運動的艙門512相配合，該艙門可在圖26實線所示的關閉位置與虛線所示開啟位置間運動。
參看圖26和27，艙門組件500所在位置與處理罐310前板502平行。
艙門組件500包括支撐艙門512的門板510和艙門傳動器514。艙門512包括帶有觀察窗508的硬板504，能用來檢查處理缽或處理室314。艙門傳動器514包括固定外圓筒516及相連的門支撐板510，以及擴展環(huán)518。擴展環(huán)518與外圓筒同心，并可在其內(nèi)部滑動。艙門支撐板510包括對準窗508的觀察孔520，在關上時，能看到里面的處理室。
參看圖26和圖27，艙門支撐板510接在可滑動的導向架522上。圓筒524通過安裝板528接在處理罐的前板502上。導向架522，圓筒524和安裝板528共同提供了堅固的艙門安裝結構，而不需要另外的導軌或支撐塊。導向架522用于垂直運動，因而艙門組件能在允許從處理罐存取材料的開啟位置與對準處理缽314的關閉位置間運動。在關閉位置，艙門可以密封處理缽314。
參看圖28和29，環(huán)形的內(nèi)套筒530有環(huán)形法蘭532和外圓筒534。環(huán)形法蘭532接在艙門支撐板510上。多個連接件保證了外圓筒環(huán)516、環(huán)形法蘭532與安裝板510同心。
擴展環(huán)518與套筒530、外圓筒環(huán)516同心，并在這兩者之間，它包括用來定位環(huán)形導向座520的U形部分519。圓筒534正好能放在環(huán)形導向座520內(nèi)。擴展環(huán)518也包括環(huán)形端面540，如圖28所示。擴展環(huán)518不能放置由圓筒534和其它圓筒環(huán)定位的環(huán)形室542，以密封和啟封缽314。
擴展環(huán)518把室542分成兩個工作部分回收室543和擴充室544，以在各室內(nèi)增加或降低流體壓力，完成擴展環(huán)518的運動。如圖28所示，當向擴充室施加液壓流體時，擴展環(huán)519進入圖28所示的延伸位置，艙門512通過接入處理缽的開啟處506，而將處理艙300密封。
環(huán)形門封551裝在門512的周圍。門封包括唇邊522和舌片554。當門處于圖28所示的關閉位置時，門封的唇邊522在處理器前板內(nèi)的平面上，舌片則壓在處理缽314的外緣，保證了門512與處理缽314間的密封。門封也包括阻塞門封的法蘭555。
延伸環(huán)518和門封500在一起，提供極為可靠和高效的關門和密封機構。環(huán)518類似于活塞的運動能把沒有缽或帶的支撐板直接向外運動，而不需要確保平穩(wěn)運動的外部調(diào)整。通過密封處理缽的外緣，舌片提供了高效率的緊密封，并自動填補艙門和處理室間的任何錯位。
內(nèi)套筒530和外圓筒510牢固地接在門板510上。處理缽通過與門板510的連接接到圓筒524，然后是前墻502上。隨著擴展環(huán)從門板510離開，它能緊緊地壓住和密封缽514。
運行在使用中，系統(tǒng)50的操作者通過在用戶接口64上送入命令而初始化上載序列。窗口板62降下，從而打開上載窗口60。操作者把裝有晶片90的料盒88放到I/O板132上。在開始時，可通過人工操作或另一個機械手把料盒88放到I/O板132上。在I/O板中的停車裝置133定位料盒88，因而可以由I/O機械手提起，并允許空氣在料盒88中的晶片90上通過。
I/O機械手86的叉指100最初置于與I/O板132相同的x-y位置。垂直叉指電機或執(zhí)行器14提升叉指100，直到該叉指能抓住料盒88的側面法蘭89。然后，I/O機械手86垂直提升料盒88，使其離開I/O板132，通過橫向電機108的激勵，橫向移動(x方向)到左側墻56。這一移動把所提升的料盒與度盤輸入行對準。接著I/O機械手86通過y軸電機114對著度盤把料盒縱向(y方向)提升，直到該料盒對準位置A中一個貨盤的上方。然后I/O機械手把料盒88放到度盤72位置A的貨盤136上。如果在位置A沒有貨盤，必須按如下所述先排好度盤72的順序，把貨盤送入位置A。I/O機械手隨后把叉指100返回它的初始位置。
放在位置A貨盤136上的第一個料盒88位置就是料盒的上載位置，縱向移位系統(tǒng)170運動側邊叉指180B-J(圖12中的箭頭O方向)，直至側邊叉指180B到達位置A的貨盤136及料盒88的下面。在側邊叉指180B-J向下或待命位置下面是終端叉指146A和146B的向下或待命位置，因而側邊叉指180B，180E，180G和180J能運動到最終位置A，E，F(xiàn)和J，而不會干擾終端叉指146A和146B。當所有側邊叉指180B-J接到縱向驅(qū)動帶178時，它們都會在y方向一起運動。
使用位置A中第一個料盒88下面的側邊叉指180B，就使8個側邊叉指空氣傳動器或氣缸174伸展，使側邊叉指180提升貨盤，從而離開貨盤塢139。通過處于上升位置的貨盤，縱向驅(qū)動電機176以反方向轉動，把貨盤上載有第一個料盒88的側邊叉指180B從位置A移到位置B。在完成這一運動后，位置A就沒有貨盤。由于控制所有的側邊叉指傳動器174同時運動，因此所有的側邊叉指180B-J必須在垂直Z軸方向一起運動。
繼續(xù)上載或依次使用度盤72，縱向驅(qū)動電機176再次把側邊叉指180B移回位置A，因而也把側邊叉指180J從位置J移回位置I。在這一運動過程中，側邊叉指氣缸174下降，因而沒有貨盤的運動。當然，側邊叉指很難再位于貨盤下方。側邊叉指在這一步運動中要避免干擾端面叉指，而不必是一個完善的位置。隨著側邊叉指146B現(xiàn)在騰出了位置J，橫向驅(qū)動電機154把終端叉指146A從位置A移到位置J，并同時把終端叉指146A從位置F移到位置E。當在位置J下面時，橫向氣缸152延伸，提起終端叉指146B和在位置J的貨盤，并同時提升叉指146A，以舉起位置E的貨盤。然后橫向驅(qū)動電機154反向旋轉(圖12的L方向)通過橫向傳動帶1 56，把載有貨盤的終端叉指146A從位置E移到位置F。然后縮回橫向氣缸152，降低貨盤進入度盤艙的位置A和F。
對于在位置A上的第二個貨盤，度盤72能接收第二個料盒88。在第二個料盒定位于I/O板之后，I/O機械手86重復料盒運動的度盤上載序列，因而能把第二個料盒放在位置A的度盤上。
重復前述的步驟，直至料盒上載到度盤8個貨盤中的一個貨盤上。由于度盤有10個位置A-J和8個貨盤，因而任何時候在對角線上的位置A和F，或位置E和J將沒有貨盤。
當度盤72中的第一個和第二個料盒88到達位置I和J，加電的升料機78通過料盒88打開的底部把在提升柱214上的晶片平臺216提升。料盒中的晶片被提升到提升器的送入位置，如圖16所示，這些晶片現(xiàn)在可由處理機械手66拾取。
現(xiàn)在參看圖20，21和24B，處理機械手66取出升料機78中的晶片90。橫向驅(qū)動流量電機251橫向移動提升單元252，直至晶片托架268正確對準升料機78上的晶片90。通過相應控制提升電機257、臂肘驅(qū)動電機258和手腕驅(qū)動電機265，就能移動晶片托架268，直到定位于端面操縱裝置270和對準晶片的任一面，端面操縱裝置帶有凹槽274，可對準接受晶片。如圖24B所示，這一晶片交接運動是機械手的手臂255的低手運動。晶片托架268向上運動，從升料機78中取出晶片90。然后機械手的手臂255縮回到圖24C所示的位置。由于前臂有370°的運動范圍，機械手的手臂255能脫離提升單元，完全從度盤返回，而只需要最小的間隙，如圖20和21所示。通過相應控制機械手手臂中的電機，晶片就能保持垂直或接近垂直的位置。
為把晶片90送到處理室，橫向驅(qū)動電機251運動提升單元252，使晶片托架268中的晶片對準所選的處理室。機械手的手臂255通過提升電機257舉起提升單元。此外，前臂260通過臂肘驅(qū)動電機257保持向上的方向。手腕驅(qū)動電機同時在反方向驅(qū)動，使晶片托架處于大約向下傾斜10°的方向，如圖22所示。使用如圖24A所示的高手運動，前臂往下伸展，把載有晶片的晶片托架送入處理室。然后機械手的手臂255從處理室縮回。
為清潔端面操縱裝置270，控制手腕驅(qū)動電機265把端面操縱裝置置于圖24D所示的垂直方向。端面操縱裝置對準端面操縱裝置沖洗干燥器302。在對端面操縱裝置清潔和干燥后，從端面操縱裝置清潔干燥器縮回，從而可從任一處理室移送晶片，或從度盤拾取另一組晶片送至處理室。由于端面操縱裝置是在處理室，而不是在其它地點進行清潔處理，完成這一清潔步驟不需要運動處理機械手，因而可以減少處理時間。
由圖23可見，晶片托架268與手腕關節(jié)262及臂肘關節(jié)256及處理機械手66的其它部分有一偏距。處理機械手66沒有任何部分直接定位在晶片上面。由于處理室54中的空氣是向下吹過，處理機械手66所產(chǎn)生或放出的任何微塵都不會與晶片接觸。從而減少了處理過程中晶片可能遭受的污染。
參看圖24A-24E，處理機械手66有與臂肘關節(jié)256和手腕關節(jié)262相連的一個臂段或前臂260。因此與有肩、肘和腕關節(jié)及相連兩個臂段的系統(tǒng)不同，處理機械手通過機械手的手臂在提升導軌254上的運動，而不是通過手臂段的關節(jié)實現(xiàn)垂直到達范圍。這就使處理機械手結構緊湊，同時能實現(xiàn)足夠的運動范圍。從而使整個處理室54能非常緊湊。
由于處理機械手能執(zhí)行低手和高手運動，就限定了提升導軌254所需的垂直行程。此外，執(zhí)行低手和高手運動的能力能允許相對短的前臂260，從而也對緊湊的處理室54作出貢獻。
參看圖1和圖16，當升料機78在下位置時，緩沖架76向前運動(圖17中的方向O)，以接受50個晶片。緩沖架76拿住晶片，直到相應的空料盒88移到I和J位置。當緩沖架76未上載或未用晶片上載時，它逗留在返回位置(以方向I運動)，因此不會干擾升料機78的工作。緩沖架76暫時拿住已處理的晶片，因而處理機械手能在把經(jīng)處理的晶片送回度盤前，先拿過和移動下一批晶片，把這些晶片送入處理室。這就保證了連續(xù)向處理室提供要處理的晶片。
第二個度盤實施例如圖30和31所示，第二個度盤600包括由側墻604和606，前墻608，后墻610及底板612構成的盒子602。輸入板614從前墻608向外延伸。中隔墻616和橫向鑲條666把度盤600分成第一行R1和第二行R2，每一行都有5個貨盤位置或站點，也就是圖12所示的A-E和F-J。中隔墻通過支撐條615放置在盒子602中，支撐條從中隔墻延伸到側墻604和606。
參看圖30，緩沖組件618包括靠著內(nèi)側墻606的緩沖側板620。緩沖托架622有在梳臂620上的梳624。緩沖托架622由緩沖托架柱630支撐。托架柱630能在緩沖側板620上的632和634上下兩條緩沖導軌上滑動。托架柱630上的線性軸承636能讓托架柱630沿導軌632和634進行低摩擦力的運動。
緩沖驅(qū)動傳動帶環(huán)繞緩沖驅(qū)動電機638和終端滑輪640。緩沖驅(qū)動傳動帶靠著緩沖托架柱，因而電機638的旋轉運動傳換成緩沖托架柱沿導軌632和634的運動(y軸)。如圖30所示，裝在度盤600側板上的緩沖組件與圖8所示位于中心的第一個度盤緩沖組件72相比，有更為緊湊的設計。
參看圖30和31，度盤600包括通常標注為650的縱向或y軸移位組件，以及通常標注為652的橫向或x軸移位組件。
參看圖31，y軸移位組件650包括兩個并排或平行的y軸框架660。每一個y軸框架660包括靠著中隔墻616的內(nèi)側框架板662，以及在側墻604和606上的外側框架板664。橫向鑲條666架在y軸框架660的內(nèi)側框架板662和外側框架板之間。
終端滾輪裝在內(nèi)外框架板662和664的終端處(總共8個終端滾輪674)。惰輪676相互隔開，安裝在終端滾輪674間的框架板662和664上。齒形傳動帶670裝在框架板662和664的終端滾輪674和惰輪676上(總共4條齒形傳動帶)。傳動帶670上的齒形面朝外，因此傳動帶用平滑的內(nèi)面或后面與終端滾輪674及惰輪676接觸。為清楚說明，僅畫出傳動帶670的部分齒672，實際上傳動帶670有連續(xù)的齒形。此外，圖31中未畫出前面的滾輪和傳動帶。
還參看圖31，裝在中隔墻616上的y軸驅(qū)動電機680連接和驅(qū)動齒輪組682，齒輪組接著驅(qū)動反向而等速的轉軸684A和684B(并排放置在y軸框架中)。驅(qū)動轉軸684A和684B接著驅(qū)動卡輪686，然后驅(qū)動傳動帶670。傳動帶670的外部齒形面繞過驅(qū)動卡輪686和惰輪688，如圖31中的虛線所示。
如圖31所示，由橫向鑲條666確定的10個貨盤站點或位置A-J中的每一個位置提供x軸傳感器對690和y軸傳感器對696。x軸傳感器對包括一個紅外發(fā)射器692和一個紅外探測器694，彼此間橫向?qū)?在垂直于框架板662和664的線上)。同樣，y軸傳感器對696包括一個y軸紅外發(fā)射器698和一個y軸紅外探測器700，它們通常位于橫向鑲條666的中心，并且彼此對準(在平行于框架板662和664的線上)。
在各貨盤位置A-J的側墻604和606上有反射光傳感器702，傳感器對690，696和光傳感器702均接到監(jiān)視和控制度盤600工作的控制器85上。
回到圖30，在度盤600的R1和R2行提供8個矩形貨盤710，因而每一行的4個貨盤位置總是被貨盤710占用，靠著端面墻608或610的終端位置總為空。每一個貨盤都有矩形的貨盤切口或開口712。如圖30虛線所示，貨盤710底面上有貨盤齒條715。齒條715在貨盤較長的兩面延伸。齒條715的尺寸與間距與傳動帶上的齒形672一致。因而當貨盤712放置在y軸框架660上時，貨盤齒條715的齒正與傳動帶670上的齒672嚙合，因此貨盤鎖住相對于傳動帶670的y軸運動。
各度盤均有一對x軸和y軸棱鏡。x軸發(fā)射器棱鏡714縱向?qū)矢髫洷P710上的x軸探測器棱鏡716，如圖30所示。同樣，y軸發(fā)射器棱鏡718橫向?qū)矢髫洷P710上的y軸探測器棱鏡720。貨盤710在度盤600中10個貨盤位置A-J的任何一個位置上，x軸發(fā)射器棱鏡714與x軸探測器棱鏡716垂直相對，并分別對準貨盤位置中的x軸紅外發(fā)射器692和x軸紅外探測器694。同樣，y軸發(fā)射器棱鏡718與y軸探測器棱鏡720垂直相對，并分別對準貨盤位置中的y軸紅外發(fā)射器698和y軸紅外探測器700。
參看圖31，惰輪676有在傳動帶670上垂直伸出的惰輪法蘭678。惰輪法蘭676嚙合在各貨盤710底面上的惰輪凹槽中(如圖30中的虛線所示)。惰輪法蘭678插入凹槽675能防止貨盤的任何x軸運動(除非貨盤710被垂直提升)。因此貨盤710由傳動帶710和惰輪法蘭678支撐。
度盤600有一個x軸移位組件652，它與圖9和圖10所示的x軸移位組件或移位系統(tǒng)140大致相同，因而在這里不再進一步說明和繪出。但與x軸移位系統(tǒng)140中使用終端叉指氣缸不同，度盤600中的x軸移位組件652有一個貨盤提升電機654，它能更好地控制貨盤的提升運動。
度盤600的操作步驟類似于上面介紹的度盤72，可參看圖8-12。但貨盤沿y軸的運動是通過用計算機控制器控制y軸驅(qū)動電機680實現(xiàn)，它使傳動帶增量運動或增加刻度。在y軸運動期間，貨盤710保持在傳動帶670和惰輪676上。與度盤72不同，在圖30和31所示的度盤600中，貨盤710沒有垂直運動，貨盤在貨盤位置間的y軸方向運動。
在度盤600終端處，貨盤710的x軸運動類似于上述度盤72的運動，因此這里不再進一步說明。
在各貨盤位置，光傳感器72通過檢測是否有反射光，探測貨盤710是否存在。此外，在各貨盤位置A-J，x軸傳感器對690探測料盒88是否存在。特別是用紅外發(fā)射器692垂直向上投射光束。該光束通過各貨盤710上的x軸發(fā)射器棱鏡714，它把光束折90°，因而使光束水平向內(nèi)投射到x軸探測器棱鏡716。如果在貨盤710上有料盒88，光束將被料盒88擋住。另一方面，如果貨盤710上沒有料盒88，從發(fā)射器692發(fā)出的紅外光將通過x軸發(fā)射器棱鏡714，通過貨盤710，再通過x軸探測器棱鏡716重新向下，因而紅外光能到達和被x軸紅外探測器694檢測到，說明存在料盒88。
y軸傳感器對696用類似方法工作，以探測料盒88中是否有晶片。對于貨盤710上的料盒88，y軸發(fā)射器698發(fā)出的紅外光垂直向上投射，由y軸發(fā)射器棱鏡旋轉90°，使光線通過料盒88底部的縫隙或孔道725。如果在料盒中沒有晶片或其它平面介質(zhì)，光線將通過孔道725，由y軸探測器棱鏡720重新轉到向下方向，而被y軸探測器700檢測到，說明在料盒88中沒有任何晶片。如果在料盒88中有晶片，晶片的底部將會擋住孔道725，使光線不能通過該孔道。因而料盒88中存在的任何晶片都將擋住y軸發(fā)射器698發(fā)出的光線，y軸探測器700檢測不到光，就說明在料盒88中至少有一塊晶片。
度盤600中緩沖組件618的工作也類似于上面圖8示出的緩沖組件76。但能對位于度盤600側面的緩沖組件618實現(xiàn)更緊湊的設計。與圖8-16所示的度盤72相比，用傳動帶670提供更快和更可靠的貨盤運動。使用棱鏡714-720探測料盒和晶片，就不需要提升貨盤。
權利要求
1.一種處理半導體晶片和類似平面介質(zhì)材料的機器，包括一個箱體；箱體中的一個度盤，該度盤包括一個x軸移位組件；和一個y軸移位組件，該y軸移位組件包括第一對和第二對傳動帶；至少要有間接連到第一對和第二對傳動帶的電機，以同時在相對方向驅(qū)動第一對和第二對傳動帶；和傳動帶上至少能支持幾個貨盤。
2.根據(jù)權利要求1所述的機器，其中傳動帶是無接頭的齒形傳動帶，每一個貨盤至少有一個齒嚙合到該無接頭的齒形傳動帶上。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的機器，該機器還包括幾個分開的、支撐第一對和第二對傳動帶的滾輪，這些滾輪有上舉這些傳動帶的法蘭，滾輪的法蘭至少能部分支持幾個貨盤。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的機器，其中每一對傳動帶連續(xù)延伸到幾個貨盤站點，貨盤可以在度盤站點間的傳動帶上運動，而不必從傳動帶上提起貨盤。
5.根據(jù)權利要求1所述的機器，該機器還帶有接到度盤一側的一個緩沖組件。
6.根據(jù)權利要求5所述的機器，該緩沖組件還包括一個靠在度盤上的緩沖擋板，一個緩沖滑道靠著該緩沖擋板，一個緩沖托盤可在該緩沖導軌上滑動。
7.根據(jù)權利要求6所述的機器，該滑道平行于傳動帶。
8.根據(jù)權利要求1所述的機器，至少在一個貨盤上有一對棱鏡。
9.根據(jù)權利要求1所述的機器，該機器在第一對傳動帶下面的度盤中還包括第一個站點，第一個站點中有第一對傳感器，至少在一個貨盤上有第一對棱鏡。
10.根據(jù)權利要求9所述的機器，該機器在第一個站點中還包括貨盤傳感器，用于檢測在第一站點是否存在貨盤。
11.根據(jù)權利要求10所述的機器，該機器在第一個站點中還包括第二對傳感器，至少在一個貨盤上有第二對棱鏡，第二對棱鏡對著第二條線，第一對棱鏡對著第一條線，第二條線垂直于第一條線。
12.根據(jù)權利要求1所述的機器，該機器還包括在x軸移位組件中提舉出第一對傳動帶上的貨盤，把它放到第二條傳動帶上的方法。
13.一種處理平面介質(zhì)，如半導體材料晶片的機器，包括一個度盤架；在度盤架中至少有一條齒形傳動帶；連接到至少一條齒形傳動帶的電機；和至少部分支持貨盤的齒形傳動帶，貨盤至少有一個齒嚙合到一條齒形傳動帶上。
14.一種處理平面介質(zhì)，如半導體材料晶片的機器，包括一個度盤；該度盤中的一個y軸移位系統(tǒng)；該y軸移位系統(tǒng)支持幾個貨盤；至少在一個貨盤中有第一對棱鏡；和與第一對棱鏡一起的第一對傳感器。
15.一種為保存和處理放在貨盤上料盒中的平面介質(zhì)，如半導體材料晶片的機器，包括在第一個方向上運動貨盤的第一軸移位系統(tǒng)；在垂直于第一方向的第二方向上運動貨盤的第二軸移位系統(tǒng)；至少與第一軸和第二軸移位系統(tǒng)之一一起的數(shù)個貨盤站點；各貨盤站點上的料盒傳感器；各貨盤站點上的平面介質(zhì)傳感器；各貨盤上的料盒傳感器棱鏡對；和各貨盤上的平面介質(zhì)傳感器棱鏡對。
16.一種處理平面介質(zhì)的方法包括如下步驟把裝有平面介質(zhì)的料盒放到貨盤上；把該貨盤放到度盤中第一條傳動帶上的指定位置；分度第一條傳動帶，在度盤內(nèi)的第一方向上把貨盤從第一貨盤站點增量運動到第二貨盤站點，而貨盤繼續(xù)保持在第一條傳動帶上；從第一條傳動帶上垂直提起貨盤；把貨盤沿垂直于第一方向的方向運動到第二條傳動帶上的位置；把貨盤放到第二條傳動帶上指定位置；和分度第二條傳動帶，在相對于第一方向的第二方向上增量運動貨盤，而貨盤繼續(xù)保持在第二條傳動帶上。
17.一種處理半導體晶片的設備，包括一個箱體；該箱體中的一個度盤艙；該度盤艙中的一個度盤；該箱體中與度盤艙垂直相接的處理艙；處理艙中至少有一個處理室；和在度盤艙和至少一個處理艙間傳送半導體晶片的處理機械手。
18.根據(jù)權利要求17所述的設備，其中處理室的設備放在離心沖洗干燥器或化學處理室中。
19.根據(jù)權利要求17所述的設備，還包括一個接近機械手上的終端操縱裝置。
20.根據(jù)權利要求19所述的設備，其中機械手包括用于垂直移動終端操縱裝置的提升導軌和提升電機；機械手的手臂通過臂肘關節(jié)接到提升導軌；和手腕關節(jié)接到機械手的手臂，并支撐終端操縱裝置。
21.根據(jù)權利要求17所述的設備，還包括與度盤結合的輸入/輸出機械手，用來上載和卸載度盤中的晶片。
22.根據(jù)權利要求17所述的設備，其中度盤包括承載裝有晶片料盒的多個貨盤；在第一和第二位置間移動貨盤的方法；貨盤上的緩沖架；和運動緩沖架的方法。
23.一種處理半導體晶片的方法，包括如下步驟把一個裝有晶片的料盒傳送到處理設備的上載站點；將該料盒從上載站點移到度盤；在度盤中逐步前移該料盒；從料盒中拿出晶片；把晶片送入處理室；在處理室中處理晶片；從處理室中取出經(jīng)處理的晶片；把經(jīng)處理的晶片送回度盤；把經(jīng)處理的晶片放到緩沖架上；并從設備中取出經(jīng)處理的晶片。
24.根據(jù)權利要求23所述的方法，還包括在拿出晶片時的第一位置，和接收經(jīng)處理晶片的第二位置間移動緩沖架的步驟，在這一步驟中把經(jīng)處理晶片放到緩沖架上。
25.根據(jù)權利要求23或24所述的方法，其中當晶片在度盤和處理室間移動時，機械手的手臂拿著晶片一面的固定位置。
26.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中機械手的手臂低手將晶片送入處理室，并高手將晶片插入處理室。
27.根據(jù)權利要求25所述的方法，其中機械手的手臂有一個用于握住晶片的終端操縱裝置，它還包括在將晶片插入處理室后清潔終端操縱裝置的步驟，不需把機械手的手臂從處理室拿出，垂直對準終端操縱裝置，然后把該終端操縱裝置下移到處理室的終端操縱裝置清潔器。
28.根據(jù)權利要求23所述的方法，還包括用沖洗和離心干燥處理晶片的步驟。
29.根據(jù)權利要求22所述的設備，還包括度盤中的橫向移位系統(tǒng)和縱向移位系統(tǒng)。
30.根據(jù)權利要求29所述的設備，其中在度盤中的橫向移位系統(tǒng)還包括在對角方向的一對提升元件，提升執(zhí)行器與各提升元件結合，橫向移位電機接到各提升元件。
31.根據(jù)權利要求30所述的設備，其中提升元件包括裝在滑道上的叉指，以及包括氣缸在內(nèi)的提升執(zhí)行器。
32.根據(jù)權利要求29所述的設備，其中提升元件接到移位電機，并通過橫向運動傳動帶彼此相連。
33.一種在自動半導體處理系統(tǒng)中，操作運行中度盤的方法，包括如下步驟把第一個料盒上載到位于度盤第一位置的第一個貨盤中；通過提升和傳送，把第一個貨盤從度盤中的第一位置移到第二位置；然后降下第一貨盤下面的提升元件；通過把載前提升元件至少部分從第二個貨盤下面移出，把第二個貨盤從載前位置移到第一位置，以接受第二個料盒，然后把第二個提升元件移到第二個貨盤下面，提升第二個貨盤，把第二個貨盤送到第一位置，然后再把第二個貨盤降到第一位置；接著把第二個料盒加載到第二個貨盤。
34.根據(jù)權利要求33所述的方法，其中第二個貨盤的傳送運動垂直于第一個貨盤的傳送運動。
35.根據(jù)權利要求33所述的方法，還包括在第一位置上檢測是否至少存在一個貨盤，料盒和料盒中晶片的步驟。
全文摘要
安裝在凈化室(54)中的自動半導體處理系統(tǒng)有一個垂直相對于處理艙(94)的度盤艙(75)。在度盤艙中的度盤(72)為處理過程中的半導體晶片提供堆放或存儲功能。處理室(68、70)位于處理艙中。處理機械手(66)在度盤艙和處理艙間運動,以從處理室往返搬運半導體晶片。處理機械手有沿提升桿(254)垂直移動的機械臂(255)。半導體晶片偏離機械臂搬運以進一步避免污染。這是一款緊湊的,需要較小凈化空間的自動系統(tǒng)。
文檔編號H01L21/304GK1308565SQ99808318
公開日2001年8月15日 申請日期1999年6月25日 優(yōu)先權日1998年7月8日
發(fā)明者杰弗里·A·戴維斯, 凱文·P·梅依爾, 科特·L·道爾契克 申請人:塞米特公司