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1. CN101432856 - Multi-level load lock chamber, transfer chamber, and robot suitable for interfacing with same

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[ ZH ]
多层式负载锁定室、传送室及处理基板的方法


技术领域
本发明的实施例大体上是关于在环境控制氛围下连续执行多次基板处理 的设备。
背景技术
基板产量一直是半导体处理的挑战。技术要精进,需持续地有效处理半导 体基板。群集工具(cluster tool)已发展做为同时处理多个基板且不破真空状 态的有效手段。不像因处理单一基板后将基板传送到另一处理室而接触大气, 多个处理室可连接至共通的传送室,如此当于一处理室中处理完基板后,仍可 在真空状态下将基板移到另一连接同一传送室的处理室。
群集工具的另一好处为,可在群集工具的不同处理室中同时处理多个基 板。当一基板离开处理室并传送到另一处理室后,则可将第二个基板置入第一 处理室中。因此,可在群集工具内进行连续处理来同时处理不同基板。
为进入传送室,基板先经过负载锁定室(load lock chamber)。负载锁定 室可于处理基板前加热基板。完成群集工具中所有的基板处理程序后,基板传 回到负载锁定室,且可以由此离开群集工具系统。
因此,群集工具极有利于提高基板产量。当然也不断地期望能提高基板产 量。故此技艺需要提高用以连续进行多个基板处理的设备的基板产量。
发明内容
本发明大致上包含一多层式负载锁定室、一传送室及一适于接合上述两者 的机械臂。多层式负载锁定室具有4个环境隔离室,且可接合容纳有机械组件 的传送室。机械组件具有二个臂手,当机械组件顺着其轴转动时,臂手可独立 地水平与垂直移动。机械臂系设置以利用各自臂手而进入负载锁定室的上方室 及下方室。
在一实施例中,揭露一负载锁定室。负载锁定室包括单一室体,其内具有 第一、第二、第三、和第四环境隔离室。第一与第二室为侧向分隔设置。第三 与第四室为侧向分隔设置,且位于第一与第二室下方。各环境隔离室内具有一 基板支撑件。
在另一实施例中,揭露一传送室。传送室包含一主体,其具有负载锁定室 接口与中央腔体。机械组件系设置于腔体中。多个狭缝阀门透过负载锁定室接 口中的开口耦接至传送室主体。
在又一实施例中,揭露一包含二个臂手的机械组件。臂手可水平与垂直地 移动。每一臂手包含二基板接收延伸部。各基板接收延伸部可接收一个基板。
在再一实施例中,揭露一包含负载锁定室、传送室及设置于传送室内的机 械组件的设备。负载锁定室包括单一室体,其内具有第一、第二、第三、和第 四环境隔离室。第一与第二室为侧向分隔设置。第三与第四室为侧向分隔设置, 且位于第一与第二室下方。各环境隔离室内具有一基板支撑件。
附图说明
为让本发明的上述特征更明显易懂,可配合参考实施例说明,其部分乃绘 示如附图式。须注意的是,虽然所附图式揭露本发明特定实施例,但其并非用 以限定本发明的精神与范围,任何熟习此技艺者,当可作各种的更动与润饰而 得等效实施例。
第1图为设备的平面图,包含负载锁定室、具机械组件于其内的传送室、 和处理室。
第2图为本发明负载锁定室的工厂接口侧的正视图。
第3图为本发明负载锁定室的截面图。
第4图为本发明负载锁定室的上视图。
第5图为本发明传送室的示意图。
第6图为传送室的示意图,在此接合负载锁定室。
第7图为本发明传送机械臂的示意图。
第8图为本发明传送机械臂的底部示意图。
第9图为本发明传送机械臂的示意图。
为便于了解,图式中相同的组件符号表示相同的组件。某一实施例采用的 组件当不需特别详述而可应用到其它实施例。
具体实施方式
本发明大致上包含具多层式负载锁定室与传送室的处理设备。多层式负载 锁定室具有4个环境隔离室并接合具机械组件的传送室。在一些实施例中,机 械组件包括二个臂手,当机械组件顺着其轴转动时,各臂手可水平地以及垂直 地移动。臂手可延伸到负载锁定室的下隔离室来接收基板、传送基板到处理室、 接着放置基板到上隔离室。负载锁定室中的各个隔离室包括盖,其可打开以进 入隔离室内部。本发明的实施例可做为群集工具中的传送室、负载锁定室、及 /或传送机械臂,该群集工具例如美国加州圣克拉拉的应用材料公司(Applied Materials,Inc.)制造的SE处理系统。本发明亦可应用至其它处理 室、机械装置、和群集工具,亦包括其它制造商供应的该些设备。
第1图为群集工具或处理系统10的一实施例的平面图,包含多层式负载 锁定室100、耦接负载锁定室100的传送室400、和多个处理室16。传送室机 械臂600位于传送室400的中央腔体412中。负载锁定室100具有工厂接口侧, 基板18将由此带进负载锁定室100而开始进行处理,负载锁定室100亦具有 传送室侧,基板18经处理后将自负载锁定室100离开至此。传送室机械臂600 适于在处理室16与负载锁定室100间传送基板。
负载锁定室
第2-4图绘示根据本发明实施例的负载锁定室的不同角度视图。第2图为 根据本发明实施例的多层式负载锁定室100的工厂接口侧的正视图。第3图为 负载锁定室的截面图。第4图为负载锁定室的上视图。参照第2图,负载锁定 室100包括狭缝阀门102、处理室进入盖104、狭缝阀门启动器106、进液管 108、盖锁固机制110、基板升举销启动器112、基板支撑柱114、和处理室开 口116。多层式负载锁定室100可连续传送基板进出系统。进液管108可供应 氮气。
负载锁定室100具有单一室体218。室体218内的第一室220与第二室222 为侧向分隔设置。室体218内的第三室224(参见第3图)与第四室226(参见第3 图)为侧向分隔设置,并位于第一室220与第二室222下方。第一室220、第二 室222、第三室224、和第四室226的环境乃彼此隔离,以免交叉污染。基板 支撑件206、210(参见第3图)置于各室中。如图所示,二上方室220、222位于 开口116内,而二下方室224、226位于下狭缝阀门102后方。上方室220、222 可与下方室224、226分别独立操作,如此上方室220、222不受下方室224、 226的任何动作影响。另外,各个室可与负载锁定室100中的其它室分别独立 操作(即打开/关闭、减压与排空),如此各个室将不受负载锁定室100中其它室 的任何动作影响。负载锁定室100具有4个环境隔离室而可减少各个室的内部 体积,进而缩短排空时间,并只需要较小且较便宜的真空泵。
因每一室220、222、224、226配有环境彼此隔开的腔室体积,故可使基 板连续移动进出。自往内基板排出的气体将不会接触向外基板。环境隔离室的 体积可各自调整以达往内与向外基板的最大基板产量。另外,由于往内处理室 系与向外处理室隔离,因此向外晶片的污染或交互干扰亦可与往内晶片隔离。
在一实施例中,二个下方室224、226是用于进入的(未处理)基板,上方室 220、222则是用于离去的基板(已经系统中经过处理)。同一时间可放入二个基 板到下方室224、226。换言的,可同时分别放入单一基板到各下方室224、226。 基板接着传出负载锁定室100并进入处理系统以进行基板的处理。完成所有处 理程序后,基板经由负载锁定室100的上方室220、222而离开系统。已处理 和未处理的基板也可移动经过室体218的其它室的组合。
狭缝阀门102横向延伸越过负载锁定室100的工厂接口侧,且分别覆盖二 个水平且贯穿室体218的室开口116。单一狭缝阀门102是用来密封二个上方 室220、222,且单一狭缝阀门102则用来密封二个下方室224、226。启动器 106打开狭缝阀门102,以透过室开口116露出室内部。启动器106位于多层 式负载锁定室100的顶面,用以操作选择性密封第一室220与第二室222的狭 缝阀门102。第二启动器106位于多层式负载锁定室100的底部,用以操作选 择性密封第三室224与第四室226的狭缝阀门102。启动器106运作使狭缝阀 门102反向打开。狭缝阀启动器106各自独立操作,藉此,下方启动器106可 打开或关闭下方狭缝阀门102,而与上方启动器106无关。上方室220、222的 狭缝阀门102系朝上开启,下方室224、226的狭缝阀门102则朝下开启。
二个上方室220、222共享工厂接口侧的单一狭缝阀门102,而非一个上方 室与一个下方室共享单一狭缝阀门102的好处在于:上方室220、222可一起 运作而提高基板产量。同样地,下方室224、226可一起运作以进一步提高基 板产量。传送机械臂(将说明于下)是用来同时进入具有高度相仿的基板支撑件 (例如置于同一平面)的二室。若一个上方室和一个下方室实质上同时执行实质 类似的功能(即一起运作),则将基板传送到位于同一平面的处理室将变得相当 困难且没有效率。
利用流经负载锁定室的热交换流体可有效冷却负载锁定室100中的上方室 220、222,且当室减压成大气压时,可将上方室220、222内的基板的热量取 出。基板可另行或选择性地以冷却板进行冷却。冷却板包括多个支座绝缘销, 用以保持基板与基板支撑件的相隔关系而避免可能的背面污染,并维持基板与 基板支撑件的间距而增进均匀的辐射冷却效果。在一实施例中,间距可为约0.05 英寸至约0.025英寸。在另一实施例中,间距可为约0.010英寸至约0.020英寸。 在又一实施例中,间距可为约0.015英寸。间距可隔开基板与冷却板,故可避 免可能的背面污染,还可有效冷却基板。
负载锁定室100中的各个室具有独立操作的基板支撑件206、210及对应 的升举对象。下方室224、226的升举对象为一系列的升举销208。上方室的升 举物件为具支座绝缘销的环箍(hoop)204。主体218中的各个室具有环境与 负载锁定室100的其它室隔离的体积和处理环境。上方室220、222和下方室 224、226的盖306(参见第4图)、104(参见第2图)可具透射性、或具有传递度 量衡讯号的区域,以于处理过程进行度量。具有透射性的盖104、306可使传 感器监测不同的条件及基板与其上膜层的参数。在一实施例中,盖104、306 具有透射性。在另一实施例中,盖104、306为传导石英。
通过打开各上方室220、222和下方室224、226的盖306、104而可轻易 进行负载锁定室100的维护。下方室224、226的盖104系枢接至负载锁定室 100。下方室224、226的枢接盖104可让技师在移开最少的硬件情况下维修下 方室224、226。盖104系裁剪一角度(参见第2图),使基板支撑柱114的旋转 不受室体218阻碍。当盖104旋转180度时,技师可不费力且有效率地维修下 方室224、226的所有组件。利用连接负载锁定室100的盖锁固机制110而可 锁紧下方室224、226的盖104与负载锁定室100。在一实施例中,盖锁固机制 110螺旋接合于负载锁定室100,且可钳紧盖104与室体218。下方室224、226 的盖104以铰链(hinge)118为中心转动(参见第2图)。第4图绘示附接于接点 216的盖306(参见第3图),其中盖306具有把手304让技师轻松握住盖306及 移开它。盖306具有一平坦表面。进液管108指引盖306至室。用于密封盖306 与负载锁定室100的固定通孔系绕着进液管108旋转。将盖306封闭至负载锁 定室100时,接点216可做为控制盖306重量的支点。
将负载锁定室100的凸连接器302、308插入传送室的凹连接器406、408(参 见第5图),则可接合负载锁定室100与传送室400(参见第5图)。负载锁定室 室体218包括凸连接器302,其围绕负载锁定室100中上方室220、222和下方 室224、226的开口。圆形凸连接器308系自室体218延伸并插入传送室400, 以定位负载锁定室100与传送室400的相对位置。密封件(未绘示)系设置于负 载锁定室100与传送室400之间,以防止真空外泄。
在一操作模式中,机械臂延伸进入下方室224、226,以将基板放置到对应 的基板支撑件210上。基板支撑柱114内的加热流体可流至下方室224、226。 当基板准备传出负载锁定室100且传入传送室400时,升举销启动器112将举 起升举销208(参见第3图),并将基板抬离基板支撑件210。接着降低下方室的 压力以稳合传送室400的压力。此时,基板可经历预处理,例如预热或冷却。 基板是否需经历预处理乃视系统所执行的初始基板处理而定。例如在某些应用 中,若预先加热基板可更快速且有效地进行初始处理。
基板可由基板支撑件210中的加热组件212(参见第3图)进行加热。加热 供应器214(参见第3图)可提供适当的加热手段,例如加热道的加热流体、或供 给加热组件212电力的电导线。加热供应器214从基板支撑柱114进料。在一 实施例中,负载锁定室100加热下方室224、226中的基板及冷却上方室220、 222中的基板。
降低下方室224、226压力及完成选择性预处理后,打开传送室侧的狭缝 阀门502(参见第6图)。接着,传送室机械臂600(参见第7图)进入下方室224、 226,并自下方室224、226的升举销208移除基板。传送室机械臂600将基板 从下方室224、226移到处理室16以进行处理,然后将基板移回上方室220、 222。当于上方室220、222接收基板时,机械臂600系将基板放到上方室220、 222中的环箍204(参见第3图)上。放置到环箍204后,环箍启动器202(参见第 3图)可降下基板至基板支撑件206。当基板准备好离开系统时,上方启动器106 打开狭缝阀门102使上方室220、222暴露于工厂接口。环箍启动器202抬高 环箍204上的基板。移开基板后,启动器106关闭上方室220、222的狭缝阀 门102。
接着利用进液管108使上方室220、222的压力回复成工厂接口的压力。 此时,基板可经历后处理,例如热处理或冷却。例如在某些状况下(如旋涂至玻 璃上的处理),薄的液态玻璃涂层乃通过加热基板支撑件206而加热固化。或者 当基板退出处理室而仍旧处于高温时,可在将基板传回经过工厂接口前,先通 过冷却基板支撑件206而降低基板温度。当提高上方室220、222压力至大气 压及完成选择性后处理后,工厂接口的机械臂可将已处理的基板移出上方室。
传送室
第5图为根据本发明一实施例的传送室的示意图。传送室400的主体包括 中央腔体412。主体具有多达6个供中央腔体412接合处理室的开口404。二 开口402设置在第一侧边,用以接合负载锁定室100。传送室400具有凹连接 器406、408,用以接合负载锁定室100的凸连接器302、308。凸连接器302 与凹连接器406紧配,而凸连接器308与凹连接器408连接。开口410设置在 主体下部供传送室机械臂600使用。
第6图为根据本发明一实施例的传送室的示意图,在此接合负载锁定室。 用于密封负载锁定室100的传送室侧的狭缝阀门502设置在传送室400上。狭 缝阀门502分别设于负载锁定室100的各个室220、222、224、226。在此有二 个上方狭缝阀门502与二个下方狭缝阀门502。二个上方狭缝阀门502系对应 负载锁定室100的二个上方室220、222,二个下方狭缝阀门502则对应负载锁 定室100的二个下方室224、226。每一狭缝阀门502经由启动器连接件504而 连接至狭缝阀门启动器506。在一实施例中,狭缝阀门启动器506为气动式且 具有供应启动器气流的管道。风箱(未绘示)可围绕气体管道并防止气流泄漏到 系统内。
传送室400具有由机械臂512(参见第6图)而枢轴转开的盖510(参见第6 图),以依需求维护传送室400。盖510可为或具有透射区域(如石英窗),以进 行度量。横越传送室400上表面为装设直通光束局部集中探测器508,用以侦 测系统中不同平面的基板。由于基板可经由负载锁定室100的下方室224、226 进入传送室400,且可经由负载锁定室100的上方室220、222离开传送室400, 因此基板将在传送室400内沿着多个平面移动。直通光束局部集中探测器508 可用来追踪传送室400内沿着多个平面移动的基板。
传送室机械臂
第7-9图绘示本发明一实施例的传送室机械臂600。传送室机械臂600具 有多个臂手608、616。传送室机械臂600可进入负载锁定室100的下方室224、 226和上方室220、222。机械臂600的臂手608、616可沿着多个平面移动。 机械臂600可沿着X-Y平面转动及延伸臂手608、616。机械臂600还可沿着Z 平面上下移动,如此可自下方室224、226抬起基板并放进处理室。另外,机 械臂600也可沿着Z平面移动而将基板放到不同高度的处理室中。例如,机械 臂600可进入彼此堆栈的处理室。
在一实施例中,采用双层处理室。双层处理室为2个垂直堆栈的处理室, 其共享系统中相同的占地面积(footprint)。处理室各具有环境与双层配置的 其它处理室隔离的处理室体积。处理室可共享同一泵和气体面板,藉以减少成 本;或者,处理室可各自具有独立的泵和气体面板。另外,处理室可加以调整 来执行不同的功能。处理室可为镜像配置,使得双层处理室的一处理室为另一 处理室的倒置物。若处理系统的处理室全改成双层处理室,则基板产量可加倍 增加。
机械臂600的臂手608、616分别包括下转动臂602、610和上转动臂604、 612。臂手608、616各具有二平坦叶片618、620。故臂手608、616分别可托 住二基板。每一叶片618、620可托住一基板。在一实施例中,叶片618、620 可具有袋状区。在第8图的实施例中,因叶片618、620是平坦的,故没有构 成袋状区。叶片618、620平靠着基板622的背面。基板622放置在叶片618、 620上,因此叶片618、620不会刮伤基板622的边缘。无袋状区的叶片618、 620不会接触到基板边缘。
如第9图所示,机械臂600可往外伸展,因此转动臂602、610分别可顺 着传送室400而延伸叶片618、620至不同位置的处理室。随着转动臂602、610 进入传送室400中同侧或不同侧的处理室,转动臂602、610可进入处理室或 负载锁定室100。下转动臂602、610和上转动臂604、612可各自伸展,因此 上臂手616和下臂手608可独自延伸、不互相干扰。为了延伸臂手608、616, 乃转动上转动臂604、612和下转动臂602、610。机械臂600可一起沿着Z方 向移动,使得传送室机械臂600整体沿着Z方向移动。
由于负载锁定室100具有4个环境隔离室,同时可传送多达4个基板通过 负载锁定室100,因此可大幅提高基板产量。另外,采用能沿着多个平面移动 的双臂机械臂可同时传送多达4个基板,因此可增加基板产量。
虽然本发明已以较佳实施例揭露如上,然其并非用以限定本发明,任何熟 习此技艺者,在不脱离本发明的精神和范围内,当可作各种的更动与润饰,因 此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。