专利名称：具有用于处理微特征工件的可互换湿处理部件的集成工具以及自动校准系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于处理微特征工件的装置和方法，该微特征工件有多个集成在工件内和/或工件上的微装置。微装置可以包括亚微米特征。本发明的特殊方面涉及一种工具，该工具具有尺寸稳定的台板，该台板具有通用特征，用于安装湿处理部件。本发明的附加方面涉及一种自动校准系统，用于使机器人输送系统相对于尺寸稳定的安装模块定位。
背景技术：
微装置这样制造，即通过将几层材料沉积在单个基质上并进行加工，以便制造多个单独装置。例如，多层光致抗蚀剂、导体材料和电介质材料进行沉积、形成图形、显影、蚀刻、削平和其它处理，以便在基质上和/或基质内形成特征。该特征被布置成形成集成电路、微流体活性炭和其它结构。
湿化学处理通常用于在微特征工件上形成特征。湿化学处理通常在湿化学处理工具中进行，该湿化学处理工具有多个独立的处理腔室，用于清洁、蚀刻、电化学沉积材料或进行这些处理的组合。图1示意表示了能够执行一种或多种湿化学处理的集成工具10。工具10包括具有平台22的壳体或机壳20、在机壳20内的多个湿化学处理腔室30以及输送系统40。工具10还包括提升旋转单元32，该提升旋转单元32与各处理腔室30连接，用于装载/卸载工件W。处理腔室30能够为漂洗/干腔室、清洁囊袋、蚀刻囊袋、电化学沉积腔室或其它类型的湿化学处理槽。输送系统40包括线性轨道42和机器人44，该机器人44沿轨道42运动，以便在工具10内输送各工件W。集成工具10还包括工件储存单元60，该工件储存单元60有多个用于容纳工件W的容器62。在操作时，机器人44根据工具10内的预定工作流程而将工件输送给容器62和处理腔室30/从容器62和处理腔室30中送出。
自动处理工件是半导体处理工具的性能中的重要方面。如图1所示，机器人44必须在六个不同的处理腔室30和两个容器62中精确地传送和定位工件。机器人44通过沿轨道42运动、绕多个枢轴点旋转和以各种复杂动作升高/降低工件W而使工件W在处理腔室30和容器62中移动。
自动处理工件的一个难题是准确校准输送系统40的各个部件，以便精确地朝着处理腔室30和容器62运动/离开处理腔室30和容器62。输送系统40通过向机器人44“教导”腔室30和容器62的特定位置而进行校准。用于教导机器人44的普通方法通常包括人工将机器人44定位在相对于各腔室30和各容器62的合适位置处。与在各部件处的机器人的位置相对应的编码器值作为程序值而记录和输入。除了教导机器人在工具中的特定位置，机器人的臂和末端执行器也必须与参考框架对齐，其中记录用于处理腔室30和容器62的程序值。尽管人工使机器人的部件与参考框架对齐和人工向机器人教导各处理腔室30和容器62的位置是用于设置输送系统40的可接受的处理方法，但是它非常费时间，且受到操作人员误差的影响。例如，它花费大约6-8小时来使得双末端执行器机器人的部件与参考框架对齐和向机器人教导十个腔室和两个容器的位置。而且，各输入值的质量受到操作人员误差的影响，因为通常很难使机器人精确定位在一个或多个腔室30或容器62中。
操作集成湿化学处理工具的另一难题是修理和/或维护处理腔室。例如，在电化学沉积腔室中，因为在电极和电解质溶液之间的反应使得电极分解，因此可消耗的电极经过一定时间后将降级。可消耗电极的形状相应变化，从而使得电场变化。因此，可消耗电极必须定期更换，以便保持整个工件的合适沉积参数。与工件接触的电触点也可能需要定期清洁或更换。为了维护或修理电化学沉积腔室，它们通常将从工具10中取出，并以额外的腔室进行更换。
修理或维护现有湿化学处理腔室的一个问题是工具必须离线较长时间，以便从工具10中取出处理腔室30并进行更换。当处理腔室30从工具10中取出时，预先维护了的处理腔室30安装在真空站中的平台22上，然后使提升旋转单元32重新校准，以便通过新的处理腔室来进行操作。然后，机器人44重新进行教导，以便以提升旋转单元32的新位置来进行操作。由于上述原因，这是消耗时间的处理，它增加了用于修理或维护处理腔室的停机时间。因此，当只有工具10的一个处理腔室30不满足规格时，通常更高效的方法是继续操作工具10，而并不停止以便修理该一个处理腔室30，直到更多的处理腔室并不满足性能规格。因此，单个处理腔室30的生产率损失并不象通过使工具10离线以便修理或维护单个处理腔室30而引起的生产率损失那么严重。
直到至少两个处理腔室30并不满足规格之前的工具10实际操作并不会严重影响工具10的生产率。例如，如果工具10并不进行修理或维护，直到至少两个或三个处理腔室30不满足规格，那么在工具离线以便维护之前，它只能以工具的总能力的一部分来工作一段时间。这增加了工具10的工作成本，因为不仅当工具10离线以便更换湿处理腔室30和重新教导机器人44时将使生产率受损，而且当工具在线时也将降低生产率，因为它只能以工具的总能力的一部分来工作。而且，当特征尺寸减小时，电化学沉积腔室30必须相应满足高得多的性能规格。这使得处理腔室30更快地不满足规格，从而导致工具更频繁地停机。因此，与校准输送系统和修理/维护电化学沉积腔室相关的停机时间明显增加了操作湿化学处理工具的成本。
发明内容
本发明涉及一种集成工具，该集成工具能够使得化学处理腔室、提升旋转单元和其它硬件能够快速互换，而不必对工具的输送系统或其它部件进行重新校准。这将减少与修理或维护处理腔室和/或提升旋转单元相关的停机时间，从而能够使得更大百分比的可用工作时间保持为在线。而且，减少用于维护的停机时间将使它更经济地根据需要修理各腔室，而不用等候两个或更多腔室不满足规格。本发明的几个方面特别有利于具有严格性能要求的用途，因为处理腔室很可能更频繁地需要维护，减少与频繁维护这些部件相关的停机时间将明显提高集成工具的生产率。
用于湿化学处理微特征工件的集成工具的一个实施例包括安装模块、由该安装模块承载的湿化学处理腔室以及由该安装模块承载的输送系统。安装模块包括多个定位元件和附件。在一个实施例中，安装模块设置成使得定位元件之间的相对位置保持在一定范围内，这使得当由于修理或维护而更换处理腔室时不需要重新校准输送系统。例如，安装模块可包括台板，该台板有刚性外部面板；刚性内部面板，该内部面板与外部面板并置；以及在外部和内部面板之间的托梁或其它类型的撑杆。外部面板、撑杆和内部面板紧固在一起，以便产生不会偏斜、翘曲或以其它方式改变尺寸的结构，从而保持在台板上的定位元件之间的相对位置。
湿化学处理腔室有第一交接部件，该第一交接部件与一个定位元件接合；以及第一紧固件，该第一紧固件与一个附件接合。类似的，输送系统有第二交接部件，该第二交接部件与一个定位元件接合；以及第二紧固件，该第二紧固件与一个附件接合。通过使处理腔室和输送系统的交接部件与安装模块的定位元件接合，湿化学处理腔室和输送系统精确定位在安装模块上的已知位置处。而且，因为安装模块尺寸稳定，因此在使一个湿化学处理腔室由另一个湿化学处理腔室更换之后，能够恒定保持在湿化学处理腔室和输送系统之间的相对位置。工具的这两个方面使得输送系统能够向/从处理腔室输送工件，而不必在每次拆卸和更换处理腔室以便维护时都重新校准输送系统。
本发明还涉及一种输送系统，该输送系统具有用于使输送系统的机器人与安装模块快速对齐的校准系统。因为处理腔室、输送系统和任何其它站安装在安装模块上并在参考框架中的精确位置处，因此，通过使机器人与参考框架对齐，机器人能够与处理腔室或其它站交接，而不用特别教导机器人各腔室的位置。在一个实施例中，例如通过使机器人运动至合适的晶片位置并输入各位置的编码器值，而并不需要向机器人教导各站或盒的特定位置。自动校准系统的几个实施例将在小于45分钟的时间内使机器人与参考框架和处理腔室对齐。在其它实施例中，自动校准系统做这些的时间将小于15分钟，或者甚至小于5分钟。例如，自动校准系统的一个实施例能够在大约8-10分钟内定位机器人，以便与十个处理腔室和两个容器一起工作。因此，校准系统将使得维护和修理的停机时间减少几个小时。
本发明还涉及可互换的工件处理装置和用于处理微特征工件的相关工具。工件处理装置可以是提升旋转单元，或者只是提升单元，它在处理站处支承工件例如晶片，以便进行电化学沉积、清洁或其它湿化学处理。通过使工件处理装置可互换，它们能够很容易和快速地更换，以便减少用于维护或修理工件处理装置的停机时间。而且，在一些实施例中，工件处理装置在安装后并不需要校准。
在一个实施例中，用于处理微特征工件的设备包括装置支架，该装置支架有在对齐平面处的第一对齐表面；腔室孔；处理腔室，该处理腔室装入腔室孔内；以及工件处理装置。装置支架可以是安装模块的台板，且第一对齐表面可以是台板的上表面。工件处理装置包括工件支架，该工件支架定位成在腔室的处理位置承载工件；驱动单元，该驱动单元与工件支架操作连接，以便使工件沿大致线性运动轴线平移；以及安装部分，该安装部分与工件支架连接。安装支架有第二对齐表面，该第二对齐表面与第一对齐表面可旋转地匹配。相对于装置支架，工件处理装置只支承在对齐平面(例如台板)处或对齐平面的上方。因此，工件处理装置能够很容易地拆卸和更换，且不会防碍接近位于对齐平面之下的设备部件。
在其它实施例中，驱动单元在与支架从动部分的交界面处与微特征工件支架连接，并使交界面从第一端部位置运动至第二端部位置。处理装置的安装表面可以定位在对齐平面中，该对齐平面并不在第一和第二端部位置之间与平移轴线相交。
根据本发明其它实施例的方法能够减少更换工件处理装置所需的时间。例如，在一个实施例中，第一工件处理装置可从工件处理工具上拆卸下来和由第二工件处理装置更换，该第一工件处理装置有第一工件支架和用于使支架沿第一平移轴线平移的第一驱动单元。第二工件处理装置包括第二工件支架和第二驱动单元。该方法还包括在更换第一工件处理装置之后并不校准第二工件处理装置的情况下使微特征工件朝着第二工件处理装置运动和离开第二工件处理装置。
本发明另一实施例的方法包括通过使得与工具连接的第一连接器组件和与第一工件处理装置连接的第二连接器组件中的至少一个沿第一方向的单个轴线彼此相对运动，从而断开与第一工件处理装置的电连通和流体连通。该方法还包括通过使得第一连接器组件和与第二工件处理装置连接的第三连接器组件中的至少一个沿与第一方向相反的第二方向沿单个轴线彼此相对运动，从而使得与第二工件处理装置电连通和流体连通。因此，当一个处理装置由另一处理装置替换时，在工具和工件处理装置之间的电连通和流体连通将很容易地断开和重新连接。
图1是现有技术的湿化学处理工具的示意俯视平面图。
图2A是表示本发明一个实施例的湿化学处理工具的一部分的等距视图。
图2B是根据本发明实施例的湿化学处理工具的俯视平面图。
图3是根据本发明实施例用于湿化学处理工具中的安装模块的等距视图。
图4是根据本发明实施例用于湿化学处理工具中的安装模块沿图3中的线4-4的剖视图。
图5是更详细地表示安装模块的台板的一部分的剖视图。
图6是示意表示根据本发明实施例用于湿化学处理工具中的电化学沉积腔室的等距剖视图。
图7是根据本发明实施例用于操作湿化学处理腔室的头部的提升旋转单元的等距剖视图。
图8是根据本发明实施例与安装模块一起使用的装载/卸载模块的等距视图。
图9是根据本发明实施例具有自动校准系统的湿化学处理工具的俯视平面图。
图10是根据本发明实施例用于自动校准系统中的传感器单元的等距视图。
图11是根据本发明实施例安装在安装模块上的传感器单元的等距视图。
图12是根据本发明实施例用于使输送系统的机器人与参考框架自动校准的方法的流程图。
图13A和13B是表示根据本发明实施例用于校准输送系统的方法的特定阶段的俯视图。
图14A和14B是表示根据本发明另一实施例用于校准输送系统的机器人的另外阶段的俯视图。
图15是根据本发明实施例用于校准输送系统的机器人的另外阶段的俯视图。
图16A和16B是根据本发明实施例用于校准输送系统的机器人的方法的另外阶段的俯视图。
图17A和17B是表示根据本发明实施例与输送系统一起使用的末端执行器的等距视图。
图18是图17A和17B中所示的末端执行器的俯视平面图。
图19是图17A和17B中所示的末端执行器的等距视图。
图20是根据本发明另一实施例用于输送系统中的末端执行器的另一实施例的等距视图。
图21是根据本发明实施例设置的工件处理装置的局部示意等距视图。
图22是图21中所示的工件处理装置的局部示意等距视图，详细表示了内部特征。
图23是根据本发明实施例用于支持流体和电连通的结构的局部示意端视图。
图24是根据本发明实施例设置的工件支承头部的局部示意分解图。
图25是表示根据本发明实施例设置成提升工件的工件处理装置的局部示意等距视图。
图26是表示图25中所示的工件处理装置实施例的内部特征的视图。
具体实施例方式
在本文中使用的术语“微特征工件”或“工件”是指在上面和/或中间形成微电子装置的基质。典型的微装置包括微电子电路或部件、薄膜记录头、数据储存元件、微流体装置和其它产品。微机器或微机器装置包含在该定义内，因为它们以与集成电路非常相似的方式来制造。基质可以是半导体件(例如掺杂硅晶片或砷化镓晶片)、非导体件(例如各种陶瓷基质)或者导体件。
在下文中，用于微特征工件的湿化学处理的集成工具的几个实施例介绍为在工件基质中或工件基质上沉积金属或电泳抗蚀剂。不过，本发明的集成工具也可以在半导体基质或其它类型工件中和/或半导体基质或其它类型工件上制造微特征时用于蚀刻、漂洗或其它类型的湿化学处理。根据本发明的几个实施例在图2A-26中提出，且下面的文本使得能够完全理解本发明特定实施例。说明分成以下部分(A)具有安装模块的集成工具的实施例；(B)尺寸稳定安装模块的实施例；(C)湿化学处理腔室的实施例；(D)工件处理装置和装载/卸载模块的普通实施例；(E)用于自动机器人校准的系统和方法；(F)末端执行器的实施例；以及(G)工件处理装置的附加实施例。不过，本领域技术人员应当知道，本发明可以有附加实施例，或者本发明可以在没有图2A-26中所示的几个特征的情况下实施。
A.具有安装模块的集成工具的实施例图2A是表示本发明实施例的集成工具100的一部分的等距视图。在该实施例中，集成工具100包括框架110、安装在框架110上的尺寸稳定安装模块120、多个湿化学处理腔室170以及多个提升旋转单元180。工具100还可以包括输送系统190。安装模块120承载处理腔室170、提升旋转单元180和输送系统190。
框架110有多个支柱111和横杆112，这些支柱111和横杆112以本领域已知的方式焊接在一起。多个外部面板和门(图2A中未示出)通常安装在框架110上，以便形成封闭机壳。在所示实施例中的安装模块120至少局部装入框架110内，并由框架110的横杆112承载。在另一实施例中，安装模块120直接竖立在设备的底板或其它结构上，而不由框架110支承。
安装模块120为刚性、稳定的结构，它保持在湿化学处理腔室170、提升旋转单元180和输送系统190之间的相对位置。安装模块120的一个方面是它与框架110相比有大得多的刚性和明显更大的结构完整性，因此在湿化学处理腔室170、提升旋转单元180和输送系统190之间的相对位置经过一定时间后不会改变。安装模块120的另一方面是它包括尺寸稳定的台板130，该台板130有处于精确位置的定位元件，用于将处理腔室130和提升旋转单元180定位在台板130上的已知位置处。在一个实施例(未示出)中，输送系统190能够直接安装在台板130上。在另一实施例中，安装模块120也有尺寸稳定的平台150，且输送系统190安装在平台150上。台板130和平台150彼此相对固定定位，这样，在台板130上的定位元件和在平台150上的定位元件不会彼此相对运动。因此，安装模块120提供了这样的系统，其中，湿化学处理腔室170和提升旋转单元180能够取下和以将更换的部件准确定位在台板130上的精确位置处的方式而由可互换部件来代替。
工具100特别适于具有需要频繁维护湿化学处理腔室170、提升旋转单元180或输送系统190的苛刻要求的用途。湿化学处理腔室170能够通过简单地从处理台板130上拆卸和以可互换腔室(该可互换腔室有设置成与台板130上的定位元件交接的安装硬件)来更换该腔室170而进行修理或维护。因为安装模块120的尺寸稳定，且更换的处理腔室170的安装硬件与台板130交接，因此，腔室170能够在台板130上互换，同时不必对输送系统190进行重新校准。这将明显减少与修理或维护处理腔室170相关的停机时间，因此，工具能够在具有苛刻性能规格的用途中保持很高生产率。
图2B是工具100的俯视平面图，表示了安装在安装模块120上的输送系统190和装载/卸载模块198。一起参考图2A和2B，输送系统190包括轨道192和机器人193(图2B)。在图2A和2B所示的实施例中，轨道192安装在平台150上。更具体地说，轨道192与平台150上的定位元件交接，以便使轨道192相对于安装在台板130上的腔室170和提升旋转单元180准确定位。机器人193能够包括基座单元194，该基座单元194沿轨道192线性运动；臂组件195，该臂组件195由基座单元194承载；以及末端执行器196，该末端执行器196由臂组件195可选择地承载。臂组件195旋转和沿升高轴线运动，以便将末端执行器196定位在腔室170处和装载/卸载模块198中的盒处。因此，机器人193和末端执行器196能够在由安装模块120形成的固定且尺寸稳定的参考框架内运动。参考图2B，工具100还可以包括多个面板199，这些面板安装在框架110上，以便将安装模块120、湿化学处理腔室170、提升旋转单元180和输送系统190封闭在机壳内。在其它实施例中，在处理台板130上面的区域内，在工具100一侧或两侧的面板199能够拆下，以便打开工具。
B.尺寸稳定安装模块的实施例图3是用于工具100中的、根据本发明实施例的安装模块120的等距视图。在该实施例中，台板130包括刚性的第一面板131和刚性的第二面板132，该第二面板132叠置于第一面板131的下面。第一面板131可以为外部部件，第二面板132可以为与该外部部件并列的内部部件。第一和第二面板131和132也能够有与图3中所示实施例不同的结构。多个腔室接收部133布置在第一和第二面板131和132中，以便接收湿化学处理腔室170(图2A)。
台板130还可以包括以精确图形横跨第一面板131布置的多个定位元件134和附件135。定位元件134可以是在第一面板131中在精确位置处机械加工成的孔和/或装入孔中的栓钉或销。栓钉也设置成与湿化学处理腔室170交接(图2A)。在另一实施例中，定位元件134可以为销例如柱形销或圆锥形销，这些销从第一面板131中向上凸出，而并不定位在第一面板131中的孔内。台板130有位于各腔室接收部133处的第一组定位元件134，以便将各湿化学处理腔室准确定位在安装模块120上的精确位置处。台板130还可以包括靠近各接收部133的第二组定位元件134，以便将各提升旋转单元180准确定位在安装模块120上的精确位置处。附件(attachment element)135可以为在第一面板131中的螺纹孔，该螺纹孔接收螺栓，以便将腔室170和提升旋转单元180固定在台板130上。
腔室接收部133可以与定位元件134和附件135一起设置成提供通用孔，该孔能够接收不同尺寸和形状的腔室。例如，在图3所示的实施例中，接收部可以为大致直线形(rectilinear)，具有在拐角和接触区域138(该接触区域138沿拐角之间的侧边)中的凸起137。凸起137可以弯曲或者有方形拐角，且接触区域138可以为线性或稍微弯曲。接收部133还可以包括内部壁139。因此，腔室接收部133能够容纳直径在接触区域范围内的柱形腔室和/或长度和宽度在接触区域范围内的直线形腔室。定位元件134和附件135还可以有通用结构，这样，不同类型的腔室能够有附件，该附件具有相应结构的交接元件和紧固件，以便分别与通用结构的定位元件134和附件135接合。例如，定位元件134和附件135通常能够位于靠近接触区域138的通用图形内，这样，腔室170只需要在接收部133的范围内，且附件只需要具有与定位元件134和附件135接合的相应交接元件和紧固件。因此，工具制造商能够制造用于多种不同类型工具的单个台板结构。这使得工具制造商和/或装置制造商能够以合适类型的处理腔室来设置和/或重新设置工具，而不必有专用的平台或台板。这将明显减小制造和操作湿化学处理工具的成本。
接收部133的另一特征是导管可以在台板130上面的区域和台板130下面的区域之间穿过凸起137。例如，参考图2B，穿过台板130的几个开口139a由凸起137和腔室170的外壁来确定。因此，流体和电线能够沿一定路线通过开口139a，以便很容易地利用单个结构的台板130来容纳不同类型的腔室。这使得工具制造商能够成本效益合算地制造具有相同台板的多个公共的安装模块，然后根据顾客的特定要求安装任意数目的不同腔室的不同组合。例如，当用户希望工具具有电化学沉积腔室和湿清洁囊袋，普通系统将需要特定设计和制造的台板，以便在清洁囊袋位置处有通过台板向上通向湿清洁囊袋的流体管线。图2B和3中所示的台板130不必设计和制造用于各用途的这种定制台板，因为流体管线和电线能够沿一定路线通过开口139a，而不管湿清洁囊袋和电化学沉积腔室安装在台板130上的何处。因此，工具制造商能够以更低单位成本来批量制造台板130，同时还使工具具有顾客定制的结构。
接收部133的另一特征在于开口139a允许气体流过台板130，以便增强工具的通风。在很多用途中，空气引入台板130上面的区域中，并从台板130下面的区域排出。这将除去集中在台板130上面和下面的区域内的蒸汽。开口139a使得台板130上面的清洁空气和蒸汽能够流过台板130和流入台板130下面的隔腔内。然后，台板下面的空气从工具中抽出。另外，环绕接收部133的内壁139防止空气中的蒸汽或来自腔室的液体集中在台板130的、在第一面板131和第二面板132之间的孔隙空间内。
安装模块120还包括沿台板130的纵向外边缘的外侧板160、沿台板130的纵向内边缘的内侧板161以及安装在台板130端部上的端板162和164。输送平台150安装在内侧板161以及端板162和164上。输送平台150包括定位元件152，用于使输送系统190的轨道192(图2A和2B)准确定位在安装模块120上。输送平台150还可以包括接收螺栓的附件(例如螺纹孔)，以便将轨道192固定在平台150上。
图4是表示台板130的内部结构的一个合适实施例的剖视图，而图5是图4中所示的台板的一部分的详细视图。在该实施例中，台板130包括在外侧板160和内侧板161之间横向延伸的撑杆140(例如托梁)。第一面板131安装在撑杆140的上侧，第二面板132安装在撑杆140的底侧。台板130还可以包括多个穿过螺栓142和螺母144，它们将第一和第二面板131和132固定在撑杆140上。最好如图5所示，撑杆140有多个孔145，穿过螺栓142将通过这些孔145而延伸。螺母144可以焊接在螺栓142上，以便增强这些部件之间的连接。
台板130的面板和撑杆能够由不锈钢、其它金属合金、实体浇铸材料或纤维增强化合物而制成。例如，面板和板可以由Nitronic 50不锈钢、Hastelloy 625钢合金或者填充有云母的实体浇铸环氧树脂而制成。纤维增强化合物可以包括在硬化树脂中的碳纤维或Kevlar网。用于面板131和132的材料将有很高刚性，并与用于湿化学处理的化学药品相容。不锈钢能很好地适用于很多用途，因为它很坚固，而且不受在湿化学处理中使用的多种电解质溶液或清洁溶液的影响。在一个实施例中，面板和板131、132、160、161、162和164为0.125至0.375英寸厚的不锈钢，特别是它们可以是0.250英寸厚的不锈钢。不过，在其它实施例中，面板和板可以有不同厚度。
撑杆140也可以是不锈钢、纤维增强化合物材料、其它金属合金和/或实体浇铸材料。在一个实施例中，撑杆可以是0.5至2.0英寸宽的不锈钢托梁，特别是1.0英寸宽乘2.0英寸高的不锈钢托梁。在其它实施例中，撑杆140可以为由金属(例如不锈钢、铝、钛等)、聚合物、纤维玻璃或其它材料制成的蜂巢状芯或其它结构。
安装模块120这样构成，即通过装配台板130部分，然后将端板162和164焊接或以其它方式粘附在台板130部分上。台板130的部件通常通过穿过螺栓142(而不是通过焊接)而固定在一起。外侧板160和内侧板161利用焊接和/或紧固件而安装在台板130以及端板162和164上。然后，台板150牢固安装在端板162和164以及内侧板161上。安装模块120的装配顺序并不局限于上述过程，可以有几个不同实施例。
安装模块120提供了结实、尺寸稳定的结构，它使得在台板130上的定位元件134和平台150上的定位元件152之间的相对位置保持在这样的范围内，即它不需要在每次将更换的处理腔室170或提升旋转单元180安装在台板130上时对输送系统190进行重新校准。安装模块120通常为刚性结构，它足够坚固，以便当湿化学处理腔室170、提升旋转单元180和输送系统190安装在安装模块120上时保持在定位元件134和152之间的相对位置。在几个实施例中，安装模块120设置成使得定位元件134和152之间的相对位置保持在0.025英寸内。在其它实施例中，安装模块设置成使得定位元件134和152之间的相对位置保持在大约0.005至0.015英寸内。因此，台板130通常使得均匀平表面保持在大约0.025英寸内，在更特别的实施例中保持在大约0.005-0.015英寸。
C.湿化学处理腔室的实施例图6是表示在湿化学处理腔室170和台板130之间的交界面的等距剖视图。腔室170可以包括处理容器171和套环172。处理容器171可以由聚合物材料或者与用于湿化学处理中的化学制品相容的其它材料而形成。在很多用途中，处理容器171由并不与电解质溶液、清洁溶液或者与用于腔室170内的其它类型流体反应的高密度聚合物构成。套环172和容器171可以是连接在一起的单独部件。这时，套环172可以由尺寸稳定的材料制成，例如不锈钢、纤维增强材料、钢合金、实体浇铸材料或者其它合适的刚性材料。在其它实施例中，套环172与容器171成一体，并由高密度聚合物或其它合适材料形成。
套环172包括多个交接部件174，这些交接部件174布置成与台板130上的定位元件134对齐的图形。定位元件134和交接部件174也构造成彼此匹配，以便将套环172精确定位在台板130上的所需工作位置处，并因此将腔室170定位在所需工作位置，从而与提升旋转单元180和输送系统190一起工作。定位元件134可以是在台板130中的一组精确机械加工的孔以及装入该孔内的栓钉，且交接部件174可以是在套环172中精确机械加工的孔，以便与栓钉匹配。栓钉可以是柱形、球形、锥形或其它合适形状的销，以便使套环172相对于台板130对齐和定位在精确位置处。套环172还包括包括多个紧固件175，这些紧固件布置成与台板130中的附件135对齐。紧固件175可以是螺栓或其它螺纹部件，它们与附件135牢固接合，以便将套环172固定在台板130上。因此，套环172将处理容器171保持在台板上的固定、精确位置。
湿化学处理腔室170可以是电化学沉积腔室、旋转-漂洗-干燥腔室、清洁囊袋、蚀刻腔室或者其它合适的湿化学处理站。图6中所示的腔室170是具有头部176的电化学沉积腔室，该头部176有工件保持元件，以便将工件定位在容器171中。图6中所示的腔室170还有电系统177，该电系统177包括设置成与工件接触的第一电极178a和布置在容器171中的第二电极178b。第一和第二电极178a和178b形成电场，以便将电解质溶液中的离子电镀至工件上。应当知道，电化学处理腔室170可以是并不包括电系统177的无电腔室。合适的电化学沉积腔室在(a)美国专利No.6,569,297和6,660,137以及(b)美国出版文献No.2003/0068837、2003/0079989、2003/0057093、2003/0070918、2002/0032499、2002/0139678、2002/0125141、2001/0032788、2003/0127337和2004/0013808中公开，这些文献全都被本文参引。在其它实施例中，湿化学处理腔室可以为用于清洁晶片的囊袋或其它类型腔室，例如在美国专利No.6,350,319、6,423,642和6,413,436中所述，这些文献全都被本文参引。
工具100可以包括湿化学处理腔室170的各种组合。例如，所有的腔室都可以为相同类型(例如电化学沉积腔室、清洁腔室、蚀刻腔室等)，或者不同类型腔室的各种组合能够安装在工具100的台板130上。湿化学处理腔室170和工件输送系统190的合适组合在前述参考文献以及美国出版文献No.2001/0043856、2001/0102156和美国专利申请No.09/875,428中公开，这些文献全都被本文参引。
D.提升旋转单元和装载/选择模块的实施例图7是表示安装在台板130上的提升旋转单元180的实施例的等距剖视图。在该实施例中，提升旋转单元180包括尺寸稳定的套环182。该套环182包括多个交接部件174，这些交接部件174布置成一定图形，以便当提升旋转单元180位于操作腔室170头部176的合适位置时与定位元件134对齐(图6)。提升旋转单元180还可以包括多个紧固件185，这些紧固件185布置在套环182上，以便与台板130中的附件135对齐，用于将提升旋转单元180安装在安装模块120上。交接元件184、定位元件134、紧固件185和附件135可以与上面参考图6所述的结构相同或相似。
图8是当工件在腔室170中处理之前和之后用于保持工件的装载/卸载模块198的等距视图。装载/卸载模块198有尺寸稳定结构820，该尺寸稳定结构820由不锈钢、其它钢合金或其它尺寸非常稳定的材料以与上述安装模块120类似的方式而形成。一起参考图3和8，结构820可以包括交接部件(未示出)，该交接部件布置成当装载/卸载模块198合适定位以便操作时与安装模块120的端板162上的定位元件834(图3)对齐。结构820上的交接部件以及端部162上的定位元件834可以与上面参考图6所述类似。因此，当每次装载/卸载模块198安装在工具100上时，装载/卸载模块198都能够相对于输送系统190准确定位，而不必重新校准输送系统190。
结构820上的交接部件和端板162上的相应定位元件834同样可以用于不同类型的装载/卸载模块。因此，装载/卸载模块198可以有不同结构的盒。这使得工具制造商和装置制造商能够将具有不同结构的盒的不同类型装载/卸载模块安装在工具内，而不必校准输送系统以便适应不同类型的过程产品盒或FOUP。
E.用于自动机器人校准的系统和方法如图9所示，本发明的另一方面涉及用于使输送系统190相对于工具100的参考框架自动校准的系统和方法。校准系统使臂单元195和末端执行器196相对于轨道192的轴线或参考框架的另一条轴线快速定位在合适的“零”或初始位置。校准系统还可以确定基座194相对于轨道192的轴向初始位置和臂组件195的高度初始位置。当与安装模块120一起使用时，根据本发明该方面的校准系统的几个实施例特别地有效，因为这些特征组合使得自动校准/对齐输送系统190的方法能够用于处理腔室170，而不用人工告诉机器人193各腔室170的位置。因此，根据本发明该方面的几个方法将使得校准输送系统190与处理腔室170和装载/卸载模块198一起使用所需的时间减少至只有几分钟，而不是几小时。
图9中所示的校准系统实施例包括传感器单元200(示意表示)和控制器210(示意表示)。传感器单元200安装在台板130上或者安装模块120的其它部分上，并相对于工具100的参考框架处于已知位置。在一个实施例中，工具100的参考框架有沿轨道192的中心线延伸的第一参考轴线、与该第一参考轴线垂直的第二参考轴线以及与该第一和第二参考轴线都垂直的第三参考轴线。传感器单元200通过使传感器单元200上的定位元件与安装模块120上的定位元件相互连接而定位在安装模块120上的精确位置处。当定位元件相互连接时，传感器单元200定位在由安装模块120确定的参考框架的三维运行容积中的已知位置处。
控制器210可以是计算机。控制器210可以与传感器单元200和机器人193连接，以便在校准和操作过程中控制机器人的运动。控制器210可以是操作腔室170、提升旋转单元180和装载/卸载模块198的同一计算机，但是在其它实施例中，控制器210可以是单独的计算机，该计算机与工具100中的其它计算机连接。控制器210包括计算机可操作的介质，例如软件和/或硬件，它们包含执行本发明校准方法实施例的指令。
图10是表示传感器单元200的实施例的等距视图。在该实施例中，传感器单元200包括多个传感器204(由参考标号204a-c分别表示)。传感器204a-c可以沿与参考框架的第一至第三参考轴线相对应的三个垂直轴线布置。更具体地说，传感器单元200的该实施例包括第一传感器204a，该第一传感器204a与第一参考轴线平行，该第一参考轴线与轨道192的中心线(图9)一致；第二传感器204b，该第二传感器204b确定旋转传感器；以及第三传感器204c，该第三传感器204c确定高度传感器。传感器204可以是具有弹簧负载位移部件206(由参考标号206a-c分别表示)的线性位移传感器。位移部件206产生与线性位移大小相对应的电信号。
传感器204可以安装在框架207上，该框架207有至少一个定位和/或附件208。框架207构成为沿三个参考轴与传感器204合适对齐，且元件208能够构造成使得框架207相对于在安装模块120上的已知位置精确定位。
传感器单元200可以有与图10中所示实施例不同的其它实施例。例如，传感器单元200可以只有一个传感器，或者有任意数目的传感器。传感器也不需要沿三个垂直轴布置。传感器单元200也可以有其它类型的传感器，该传感器测量角度位移或表示接触，而不是表示任何位移。
图11是安装在工具100的台板130上的、图10中所示的传感器单元200实施例的等距视图。在该实施例中，定位/附件208与台板130上的相应定位/附件交接，以便使框架207相对于安装模块120定位在精确位置处。传感器204定位成靠近轨道的区域，以便与机器人193交接。为了清楚，图11中只表示了机器人193的基座单元194，但是应当知道，臂组件195装入基座单元194的大角度开口内，且腔室170安装在安装模块120上。
图12是表示根据本发明实施例用于使输送系统190相对于安装模块120进行校准的方法300的流程图。图12中所示的校准方法300包括几个不同步骤。不过应当知道，对于本发明校准方法的几个其它实施例，并不必须有图12中示出的全部步骤。
校准方法300包括臂输入步骤310，用于向控制器210输入相对于参考框架的第一轴线与臂的旋转位置相对应的值。在一个实施例中，臂输入步骤310根据沿臂的臂轴线与沿轨道192的第一参考轴线的估计对齐而提供输入值。
参考图13A，臂输入步骤310可以包括人工旋转臂195以便使臂195的臂轴线A-A与第一参考轴线1-1对齐。尽管操作人员通常能够通过视觉“目测”臂195相对于轨道192的位置而相当接近使臂轴线A-A与第一参考轴线1-1对齐，但是通常在臂轴线和第一参考轴线之间还稍微偏移。应当知道，光学传感器或其它类型的标记也可以用于使臂195与第一参考轴线1-1进行初始对齐。
在臂195与第一参考轴线1-1对齐之后，操作人员驱动工具100上的按钮，以便输入臂195的旋转位置的编码器值。按钮可以是在工具100上的外部按钮，或者是在显示屏(该显示屏与运行方法300的控制器210的计算机可操作基质相连)上的屏幕显示按钮。因此，初始旋转输入值是臂轴线A-A的初始近似参考位置。
再参考图12，方法300还包括基座输入步骤320，该基座输入步骤320提供基座沿轨道的轴向位置的初始输入值。参考图13A，基座输入步骤包括使臂195旋转(箭头R)和使基座194沿轨道192平移(箭头T)。参考图13B，臂195相对于轨道192旋转，且基座194沿轨道192平移，直到臂195的远处部分与第一传感器204a的位移部件206a接触。位移部件206a的位移使得第一传感器204a向控制器210发送信号。臂的角度将利用由臂输入步骤310获得的、臂的旋转输入值和图13B中臂195的位置的编码器值而由控制器210确定。然后，控制器210根据角度α和来自传感器204a的信号来计算基座194沿轨道192的位置。因此，基座194在该位置处的编码器值能够确定基座194沿参考框架的第一轴线1-1的初始轴向参考值。
基座194沿轨道192的实际轴向位置可以与计算位置稍微不同，因为在步骤310中臂195可能并没有与第一参考轴线1-1准确对齐。方法300的附加步骤可以使臂自动对齐成与第一参考轴线1-1更好地对齐，并确定基座沿第一参考轴线的实际轴向位置。而且，方法300的附加步骤可以自动确定末端执行器相对于参考框架的高度，并使末端执行器自动定位成与第一参考轴线或另一参考轴线对齐。
参考图12，方法300还包括自动臂步骤330，该自动臂步骤330使得臂轴线A-A与第一参考轴线1-1精确对齐。自动臂步骤330可以根据由臂输入步骤310提供的、臂的初始旋转输入值和由基座输入步骤320提供的、基座的初始轴向输入值而由控制器210来控制。参考图14A，控制器210使得基座194沿轨道192平移，直到基座194到达第一预定位置X1。然后，控制器210使得臂195旋转，直到它与第二传感器204b(即旋转传感器)的第二位移部件206b接触并使该第二位移部件206b运动。位移元件206b的运动将向控制器210发送信号。当来自位移部件206b的信号达到与所希望位移相对应的预定值时，控制器210停止臂195的旋转，并记录与臂195的旋转位置相对应的编码器值。图14A中的臂195位置的编码器值与由臂输入步骤310提供的、臂的初始旋转位置的编码器值比较，这是与在臂轴线A-A和第一参考轴线1-1之间的角度相对应的角度β1的指示值。
通过使基座194沿轨道192平移和对臂195的相对端执行类似步骤而继续进行自动臂步骤330。图14B表示了自动臂步骤330的该阶段。控制器210使得基座194沿轨道192平移，直到基座到达第二预定参考点X2，然后，控制器210使得臂195旋转，直到它将第二位移部件206b压低预定值。因此，控制器210记录下臂195的、与角度β2相对应的旋转位置的编码器值。根据臂195在图14A所示位置β1和图14B所示位置β2处的编码器值，控制器210确定与臂195在臂输入步骤310中偏离第一参考轴线1-1的程度相对应的臂偏移值。然后，控制器210根据偏移值而使得臂195旋转，从而使臂轴线A-A与第一轴线1-1对齐。
参考图12，校准方法300还可以包括自动基座步骤340，用于精确确定基座沿第一轴线1-1的初始轴向输入值。参考图15，控制器210这样执行自动基座步骤340，即通过使臂195旋转直到它到达角度α1，然后使基座194平移直到臂195的远处部分使得第一位移部件206a平移预定距离。图15中所示的角度α1是与在自动基座步骤340中臂的预定位置相对应的编码器值。该编码器值很准确，因为自动臂步骤330消除或者至少减小了在臂输入步骤310中在与第一参考轴线1-1对齐时定位臂195的误差。因此，控制器210记录基座194在X0处的轴向初始编码器值，以便精确确定基座194沿轨道192的轴向参考位置。
参考图12，方法300还可以包括自动高度步骤350，该自动高度步骤350确定臂和/或末端执行器相对于参考框架的参考高度。参考图15，控制器210通过升高臂195来执行自动高度步骤350，这样，它高于第三传感器204c(即高度传感器)。然后，控制器210使得基座194沿轨道192平移，并使臂195旋转超过角度α1，以便就臂195底侧的参考表面直接定位在第三传感器204c上面。在臂195的参考表面叠置在第三传感器204c上面之后，控制器210降低臂195，直到它使得第三位移元件206c移动预定距离，并记录与臂195沿高度轴线的参考高度相对应的编码器值。
再参考图12，方法300还可以包括自动末端执行器步骤360，该自动末端执行器步骤360使得一个或两个末端执行器定位成与参考框架的轴线对齐。参考图16A，控制器210使得臂195旋转，直到它到达在臂轴线A-A与第一参考轴线1-1对齐时的编码器值。控制器还使得基座194沿轨道192平移，直到基座定位在沿第一参考轴线1-1的已知位置X3处。然后，控制器使得第一末端执行器196a旋转，直到第一晶片W1的第一侧S1与第二位移元件206b接合。控制器210在第二位移元件206b到达预定位置时接收信号，并记录第一末端执行器196a相对于第一参考轴线1-1的旋转位置的编码器值。参考图16B，通过使基座194平移直到它沿第一参考轴线1-1定位在预定位置X4处，并使第一末端执行器196a旋转直到工件W1的第二侧S2与第二位移元件206b接合，控制器继续进行自动末端执行器步骤360。当第二位移元件206b到达预定值时，控制器210同样记录与第一末端执行器196a相对第一参考轴线1-1的旋转位置相对应的编码器值。然后，控制器210根据在图16A和16B所示阶段在自动末端执行器步骤360中记录的第一末端执行器196a的编码器值来确定末端执行器的偏移值。然后，控制器210根据末端执行器偏移值来使第一末端执行器196a旋转，以便使第一工件W1与参考框架的第一参考轴线1-1或另一参考轴线对齐。控制器210还可以对第二末端执行器196b重复自动末端执行器步骤360，以便使第二末端执行器196b与第一参考轴线1-1对齐。
上述自动末端执行器步骤360的实施例将非常准确，因为它根据工件的实际位置来对齐末端执行器。在制造时，末端执行器通常将工件保持在末端执行器上的相同位置。不过，一些末端执行器可以一直将工件保持为并不与末端执行器的对齐轴线对齐。不管末端执行器怎样保持工件，因为从工件的周边进行测量，所以自动末端执行器步骤360都将准确对齐末端执行器。这消除了由于工件保持为相对于末端执行器偏心而引起的误差。
图12中所示的校准系统300可以有包括更少步骤、不同类型步骤或附加步骤的几个不同实施例。例如，通过添加光学或磁性传感器来确定臂的初始旋转值和基座的初始轴向值，控制器210能够自动进行臂输入步骤310和基座输入步骤320。在其它实施例中，方法300可以只进行自动臂步骤330和/或自动末端执行器步骤360，以便使臂195和/或末端执行器196沿第一参考轴线1-1准确定位。
当与安装模块120组合使用时，机器人校准系统台板尤其有利，因为它在校准输送系统之后不需要教导机器人各个腔室的位置。因为腔室170和提升旋转单元180安装在安装模块120上并在精确位置处，且安装模块120尺寸稳定，因此，用于相对于腔室装载/卸载晶片的位置为已知(该位置相对于安装模块120的参考框架)。此外，当机器人193利用传感器单元200和控制器210来安装和校准，以便使末端执行器196a-b在参考框架内准确对齐时，机器人193能够与各种腔室170、提升旋转单元180和装载/卸载模块198一起工作，而不用人工教导机器人各腔室和盒的特定位置。因此，机器人193能够在几分钟内进行校准(而不是目前人工教导机器人各腔室和盒的特定位置所花费的几个小时)，以便与所有腔室和盒一起工作。
自动校准系统和尺寸稳定安装模块将明显节省操作成本，因为用于维护或修理机器人的停机时间明显少于普通工具。而且，由于上述原因，工具100用于修理或更换腔室170和/或提升-旋转单元180的停机时间进一步减少。因此，具有尺寸稳定安装模块120和用于机器人193的自动校准系统的集成工具100明显优于普通工具，该普通工具需要较长的停机时间来进行日常维护。
机器人校准系统也可以通过一次向机器人193教导工具中的部件的特定位置而进行操作，而不是每次更换机器人或部件都进行教导。例如，添加在工具100上的几个部件可以没有用于与安装模块120上的定位元件交接的定位元件。该部件的晶片位置将不是相对于安装模块120的参考框架已知的位置。对于该用途，部件可以安装在安装模块上，然后能够向机器人教导部件的特定位置。因为安装模块120的尺寸稳定，所以只需要教导机器人该特定位置一次。因此，机器人不需要在维护或安装后重新学习该特定位置。
校准系统的几个实施例的另一优点是机器人准确定位在参考框架内，以便与腔室170、提升旋转单元180和装载/卸载模块198一起工作。人工向机器人教导工具中的各腔室或其它部件的特定位置的一个问题是，稍微的校准误差都可能导致生产时的明显操作误差。这能够在机器人使晶片运动至错误位置时导致晶片碎裂或破裂。因为在校准机器人时的操作人员误差将被消除，所以自动校准系统和安装模块的几个实施例将减小该问题。应当知道，这样使机器人相对工具100的其它部件的准确定位消除了半导体制造商和集成工具的其它操作者的、一个明显的故障源。
F.末端执行器的实施例图17A-20表示了末端执行器196的实施例，该末端执行器196能够与工具100的输送系统190一起使用。当与上述自动校准系统一起使用时，因为它们与工件对中，末端执行器196的这些实施例相当有利。图17A-20中所示的末端执行器196是三点边缘夹紧末端执行器，但是在其它实施例中，它也可以有四个或更多接触点。末端执行器196的几个方面与美国专利No.6,318,951和美国申请No.10/194,939和10/620,326中所述的末端执行器类似，这些文献都被本文参引。
图17A是表示末端执行器196的一个实施例的等距视图。在该实施例中，末端执行器196有本体410；第一被动保持器420a，该第一被动保持器420a在本体410的远端处；以及主动保持器组件430，该主动保持器组件430有辊子450，并靠近本体410的近端。本体410可以为实心部件，或者它可以有孔或狭槽，以便减轻背侧污染。第一被动保持器420a可以有用于支承工件的边缘部分的支承表面422以及从支承表面422向上凸出的边缘止动器424。边缘止动器424可以有接触表面426，用于径向向内压靠在工件的周边边缘上。第一被动保持器420a也可以有从支承表面向下倾斜的倾斜表面428。末端执行器196还可以包括第二和第三被动保持器420b-c，它们靠近主动保持器组件430并在本体410的近端。第二和第三被动保持器420b-c可以与第一被动保持器420a类似。支承表面422与本体410间隔开，以便防止工件与本体410接触，从而减轻末端执行器196和/或工件背侧的污染。
在操作时，机器人193(图2B和9)将本体410定位在工件下面，并升高末端执行器196直到工件与支承表面422和/或引导表面428接触。然后，主动保持器组件430向前运动(箭头F)，以便使辊子450与工件的周边边缘(图17A中未示出)接合。因此，末端执行器196将工件保持在辊子450和第一被动保持器420a之间。通过使主动保持器组件430向后运动(箭头B)以便使辊子450与工件脱开，工件能够从末端执行器196上取下。
图17B是表示图17A所示的主动保持器组件430的详细情况的等距视图。在该实施例中，主动保持器组件430包括促动器432以及与该促动器432连接的轭(yolk)436。促动器可以为气动或液压缸，它使得轭铁436沿引导件437运动。主动保持器组件430还可以包括传感器单元438，以便确定轭铁436的位置。传感器单元438能够与控制器连接，以便指示当轭铁436处于完全退回位置以便接收工件或者处于完全伸出位置以便将工件牢固保持在末端执行器196上时的时间。
辊子450可旋转地安装在轭铁436的各侧。图17B所示的末端执行器实施例有在轭铁436各侧的两个辊子450，但是其它实施例可以只有在轭铁436各侧的单个辊子。辊子450有槽452，用于接收工件的周边边缘和将工件牢固保持在末端执行器196上。因此，辊子450确定了用于与工件边缘接合的主动保持器。除了辊子450之外或者代替辊子450，末端执行器的其它实施例还可以有安装在轭铁436上的不同类型主动保持器。
图18是末端执行器196的俯视平面图，图19是具有工件W的末端执行器196的等距视图。这些图更详细地表示了辊子450。具体地说，当主动保持器组件430向前运动(箭头F)以便将工件W的周边边缘保持在辊子450的槽452内时，工件W因为夹在第一被动保持器420a和辊子450之间而进行定心。例如，当工件相对于本体410偏斜时，工件W将在轭铁436沿向前方向F运动时沿该辊子450旋转。因此，辊子450的运动使得工件W相对于本体410定心。而且，通过在轭铁436的各侧有两个成阶梯或角度结构的辊子450，即使当对齐凹槽N(图19)位于一个辊子450上时，辊子450也使得工件W相对于本体410旋转。
图20是末端执行器196的另一实施例的等距视图。该实施例与图17A-19所示的实施例类似，且在图17A-20中，相同参考标号表示相同部件。图20中的末端执行器196的实施例有本体410a，该本体410a有多个开口500。开口500可以为圆形、直线形或任意其它合适形状。开口500减小了本体的重量，以便减小末端执行器196的惯性。这对用于300mm工件的较大末端执行器很有利。
图17A-20中所示的末端执行器196实施例将更准确地处理工件W，以便增加机器人193在工具100内传送工件的准确性。通过使工件W相对本体410定心，末端执行器196的这些实施例保证工件W相对于机器人193的其他部分处于恒定位置。因此，末端执行器196的这些实施例将消除或者至少减轻在自动校准机器人193时的一个误差源，以便在腔室170、提升旋转单元180和装载/卸载模块198之间准确传送工件。
G.与处理容器一起使用的工件处理单元图21是工件处理设备1130的局部示意分解等距视图，例如上面参考图7所述的提升旋转单元180。在图7和21-26中，相同参考标号表示相同部件。根据本发明实施例，工件处理设备1130设置成可释放地安装在安装模块120上。在该实施例的一个方面，装置1130包括活动头部1182，该活动头部1182承载微特征工件W。头部1182与头部安装架1181连接，该头部安装架1181使得头部1182旋转(如箭头R所示)，以便将工件W定位成面朝上或面朝下。头部安装架1181由工件支架1180承载，该工件支架1180有壳体1131，并设置成向上和向下运动(如箭头T所示)，以便使头部1182和工件W朝着处理腔室运动和远离处理腔室。连接器组件1190a和1190b提供了在工件处理设备1130和工件100的其余部分之间的流体和电连通。安装部分1170设置成精确和可释放地将工件处理设备1130固定在工具台板130上，如后面更详细介绍。
安装部分1170可以与上面参考图7所述的套环182相同。安装部分1170包括朝向下的安装表面1171，该安装表面1171精确机械加工而成，以便平齐地抵靠台板130安装。因此，安装表面1171和台板130使得处理装置1130相对于工具100沿垂直方向精确定向。在本实施例的还一方面，安装部分1170包括第二装置定位元件1172，该第二装置定位元件1172定位成与台板130上的相应第一装置定位元件1155精确匹配。第一装置定位元件1155可以与定位元件134相同，且第二装置定位元件1172可以与上面参考图7所述的交接元件184相同。例如，在一个实施例中，第一装置定位元件1155包括和/或载有销，第二装置定位元件1172包括孔，该孔的尺寸和位置设置成合适接收销。在另一实施例中，第二装置定位元件1172包括和/或载有销，第一装置定位元件1155包括孔。在其它实施例中，第一装置定位元件1155和第二装置定位元件1172的结构不同。在任何实施例中，从一个工件处理设备1130到下一个工件处理设备，精确保持在第一设备定位元件1155和第二设备定位元件1172之间的一致性。因此，工件处理设备1130可以从台板130上拆卸，并以另一工件处理设备1130更换，而不需要对新设备1130进行重新校准。
工件处理设备1130还包括流体管线1133、电线1134和第一连接器组件1190a，该第一连接器组件1190a设置成可释放地与由工具100承载的第二连接器组件1190b连接。在本实施例的特定方面，第一连接器组件1190a包括壳体1191，该壳体1191载有低压连接器1192a(例如用于向工件处理设备1130和从工件处理设备1130传输数据信号)、高压连接器1193a(例如用于向处理装置1130输送电力)以及流体连接器1194a(图21中被遮蔽，例如用于向处理装置1130供给增压空气、清洗气和/或真空)。第二连接器组件1190b包括相应的低压连接器1192b、高压连接器1193b和流体连接器1194b。在该实施例的还一方面，第一连接器组件1190a通过沿单个连接器运动轴线1195的运动(如箭头X和V所示)而与第二连接器1190b连接和从该第二连接器1190b上释放。在一个实施例中，用户可以通过抓住连接器壳体1191和使它沿连接器运动轴线1195运动而使得第一连接器组件1190a运动。在另一实施例中，例如当需要较大插入力来使得第一连接器组件1190a与第二连接器组件1190b匹配时，第一连接器组件1190a包括系紧螺钉1196，用户可将该系紧螺钉1196螺纹安装在第二连接器组件1190b上，以便将两个连接器组件1190a和1190b拉至一起。
在一个实施例中，一组流体管线1133和电线1134沿一定路线从第一连接器组件1190a通过第一导管1135a至工件支架1180。第二组流体管线1133和/或电线1134(图21中不可见)沿一定路线从第一连接器组件1190a通过第二导管1135b至线性驱动机构1129。在该实施例的还一方面，第二导管1135b通常为刚性，且第一导管1135a为柔性，以便适应工件支架1180沿平移轴线T运动。波纹管1132也环绕线性驱动机构1129布置，以便适应该运动。在一个实施例中，波纹管1132包括Teflon，而在其它实施例中，波纹管包括与线性驱动机构1129不同的柔性弹性材料。下面将参考图22更详细地介绍线性驱动机构1129。
图22是处理装置1130的等距视图，为了进行图示，壳体1131和波纹管1132(图21中所示)已除去。在图22所示实施例的一个方面，线性驱动机构1129包括位于线性驱动器壳体1126内的线性驱动马达1127。线性驱动马达1127与丝杠1124连接，该丝杠1124在交界面1136处与工件支架1180螺纹啮合。在另一实施例中，线性驱动机构1129包括其它装置，例如液压或气动促动器。在任何实施例中，线性驱动机构1129都使工件支架1180沿线性运动轴线1128向上和向下运动，如箭头T所示，并由线性轨道1125引导。在这些实施例的一个方面，交界面1136沿运动轴线1128在最低位置L和最高位置U之间运动。安装表面1171定位成大致垂直于线性运动轴线1128，并位于最低位置L下面，这样，它不会在最低位置L和最高位置U之间与线性运动轴线1128相交。
在一个实施例中，装置1130还使工件支架1180旋转。因此，装置1130包括旋转驱动机构1184。在该实施例的特殊方面，旋转驱动机构1184包括与鼓筒1187连接的旋转驱动马达1185，该鼓筒1187再与头部安装架1181连接。在其它实施例中，旋转驱动机构1184包括其它装置。在图22所示的实施例的一个方面，旋转驱动马达1185使得头部安装架1181绕旋转运动轴线1186顺时针方向和逆时针方向旋转，如箭头R所示。在该实施例的特殊方面，头部安装架1181在它的极限位置之间旋转大约180°。如后面参考图23更详细所述，流体管线1133和电线1134布置成在不捆绑(binding)的情况下适应该范围。
图23是上面参考图21和22所述的装置1130的一部分的局部示意侧视图。在该实施例的一个方面，流体管线1133和电线1134由上面参考图22所述的鼓筒1187承载。因此，流体管线1133和电线1134能够从从大致固定导管1135a(图21)延伸至旋转鼓筒1187。当鼓筒1187绕旋转运动轴线1186逆时针方向旋转时，线路1133和1134将展开和升离鼓筒1187，如图23中虚线所示。在该实施例的特殊方面，壳体1131形成为控制和限定展开的线路1133和1134，这样，当鼓筒1187顺时针方向旋转时，线路1133和1134重新置于鼓筒1187上。在其它实施例中，线路1133和1134可以有其它结构。在任何实施例中，线路1133和1134安装在头部1182上，该头部1182将在下面参考图24更详细介绍。
下面参考图24，头部1182的实施例包括承载马达1177的盘形平台1188。马达1177与轴1176连接，用于可释放地承载微特征工件W的支架1175由轴1176承载。在特定用途中，支架1175有设置成与微特征工件W接合的电触点。这些电触点能够向微特征工件W提供电势，用于使材料电化学沉积在工件上。头部1182还包括覆盖马达1177的保护盖1179和帽1178，以便使马达1177和其它部件与工具100内的环境屏蔽开。
上述工具100和工件处理设备1130的几个实施例的一个特征是工件处理设备1130与工具100在台板130处连接，最好如图21所示。例如，在该实施例的特殊方面，安装表面1171(该安装表面1171与台板130匹配)低于与工件支架1180的交界面1136的最低运行点。因此，即使当工件W和/或头部1182的一部分在处理过程中延伸至台板130下面时，安装表面1171也位于台板130上。这种结构的优点是工件处理设备1130不可能阻碍接近位于台板130下面的工具100部件。这些部件包括管路、泵、阀和相关硬件。因此，能够在不拆卸工件处理装置130的情况下对在台板130下面的部件进行维修。这减少了维护和/或更换位于台板130下面的部件所需的时间。
上述工件处理设备1130的实施例的另一特征是它在安装于工具100上之后不需要校准。例如，在一个实施例中，安装部分1170或者在安装部分1170和驱动机构1129之间连接的任何结构都不包括用于使工件支架1180相对于工具100的其余部分定位的可调节机械装置。特别是，定位元件1155和1172使得工件处理设备1130与工具100精确对齐。只要在安装于工具100上之前(例如在制造过程中)使工件处理设备1130的部件相对于定位元件1172和/或安装表面1171对齐，那么当安装工件处理设备1130时，这些部件就不需要重新校准。该结构的优点是工件处理设备1130能够制造成充分校准，因此，在工具不工作期间(例如在安装更换的工件处理设备1130的过程中)的时间长度并不需要只为了重新校准工件处理设备1130而增加。
上述工件处理设备1130的实施例的另一特征是在工件处理设备1130和工具100的其余部分之间的流体管路和电线1133和1134将在单个点处可拆卸地连接。例如，工件处理设备1130的实施例包括单个连接器组件1190a，该单个连接器组件1190a提供了电连接和流体连接。在该实施例的还一方面，单个连接器组件1190a可以通过沿单个轴线的运动而安装在工具100的相应连接器组件1190b上。这两个特征的优点是，因此与现有工件处理装置相比，工件处理设备1130能更快速和更容易地拆卸和更换。
图25是根据本发明另一实施例的工件处理设备1230的局部示意等距视图，该工件处理设备1230有工件支架1280，该工件支架1280有头部安装架1281，该头部安装架1281可平移但不能旋转。在该实施例的一个方面，装置1130的其它元件与上面参考图21-24所述的相应元件大致类似。例如，设备1230包括连接器组件1190a和1190b，该连接器组件1190a和1190b在单个连接点处在工件处理设备1230和工具100的其余部分之间连接流体管线和电线。工件处理设备1230包括安装部分1270，该安装部分1270有平坦安装表面1271和定位元件1272，该定位元件1272使设备1230相对于上述装置的台板对齐。波纹管1232环绕线性驱动机构1229的一部分布置，下面将参考图26更详细地介绍。
图26是上面参考图25所述的设备1230实施例的局部示意等距视图，且图25中所示的波纹管1232已经从图26中所示的驱动机构1229上除去。线性驱动机构1229包括线性驱动马达1227；丝杠1224，该丝杠1224与马达1227连接；以及头部安装架1281的螺纹驱动部分1283，该螺纹驱动部分1283由丝杠1224承载。在其它实施例中，线性驱动机构1229可以有其它结构。在任意实施例中，头部安装架1281的线性运动充分将工件W(图26中未示出)定位在处理站的合适位置处。这样的结构用于特定用途处理，包括在囊袋腔室中斜角侵蚀微特征工件W。
由上面所述应当知道，这里所述的本发明特定实施例是用于说明，且在不脱离本发明的精神和范围的情况下可以进行各种变化。例如，输送系统和机器人的几个实施例在下面的美国申请中介绍(a)No.10/080,914、(b)10/080,915和60/484,604，这些文献被本文参引。因此，本发明将由附加权利要求来限制。
权利要求
1.一种用于微特征工件的湿化学处理的集成工具，包括安装模块，该安装模块有多个定位元件；湿化学处理腔室，该湿化学处理腔室由安装模块承载，该湿化学处理腔室有第一交接部件，该第一交接部件与一个定位元件接合；输送系统，该输送系统由安装模块承载，用于在工具内输送工件，输送系统有第二交接部件，该第二交接部件与定位元件之一接合；以及其中，安装模块构造成保持在定位元件之间的相对位置，这样，当处理腔室由另一处理腔室代替时，输送系统并不需要重新校准。
2.根据权利要求1所述的工具，其中安装模块还包括多个附件，且湿化学处理腔室有与一个附件接合的第一紧固件，而输送系统有与另一个附件接合的第二紧固件。
3.根据权利要求2所述的工具，其中安装模块包括台板，该台板包括刚性的第一面板，多个定位元件和多个附件处于第一面板上；刚性的第二面板，该第二面板与第一面板并置；在第一和第二面板之间的撑杆，其中，第一面板、撑杆和第二面板紧固在一起，以便使尺寸稳定；以及其中，湿化学处理腔室连接在台板上。
4.根据权利要求2所述的工具，其中安装模块包括台板，该台板包括多个托梁；刚性的第一面板，该第一面板连接在托梁的一侧，并有多个(a)定位元件和(b)附件；刚性的第二面板，该第二面板与第一面板并置，并连接在托梁的另一侧；以及其中，湿化学处理腔室连接在台板的第一面板上。
5.根据权利要求4所述的工具，其中第一面板、第二面板和托梁包括不锈钢。
6.根据权利要求4所述的工具，其中第一面板、第二面板和托梁包括纤维增强材料。
7.根据权利要求2所述的工具，其中安装模块还包括处理台板，该处理台板包括上部面板，该上部面板有多个(a)定位元件和(b)附件；撑杆，该撑杆连接在上部面板上；以及底部面板，该底部面板在上部面板下面，并连接在撑杆上，其中，湿化学处理腔室的第一交接部件与处理台板的上部面板的相应定位元件接合；以及平台，该平台有多个定位元件，并相对于处理台板固定布置在工具中，且工件输送机构的第二交接部件与平台的相应定位元件接合。
8.根据权利要求7所述的工具，其中台板还包括腔室接收部，且各腔室有支承该腔室的接触区域和在腔室外部的凸起，流体管线和/或电线能够穿过该凸起延伸。
9.根据权利要求7所述的工具，其中台板还包括腔室接收部，各腔室接收部有接触区域和在接触区域之间的凸起，该凸起确定了在腔室外部的开口，气体通过该开口而在台板上面的区域和台板下面的区域之间流动。
10.根据权利要求2所述的工具，其中安装模块包括用于承载湿化学处理腔室的台板和用于承载输送系统的平台，且台板包括多个托梁；刚性的第一面板，该第一面板连接在托梁的一侧，并有第一组定位元件和第一组附件；以及刚性的第二面板，该第二面板与第一面板并置，并连接在托梁的另一侧；平台包括第二组定位元件和第二组附件；湿化学处理站由台板承载，并包括多个第一交接部件和多个第一紧固件，且第一交接部件与第一组定位元件的相应定位元件接合，且第一紧固件与第一组附件的相应附件接合；以及输送系统，该输送系统由平台承载，并包括多个第二交接部件和多个第二紧固件，且第二交接部件与第二组定位元件的相应定位元件接合，而第二紧固件与第二组附件的相应附件接合。
11.根据权利要求10所述的工具，其中湿化学处理腔室包括电化学沉积腔室，该电化学沉积腔室有容器、在容器中的第一电极、相对于容器布置以便将工件保持在处理溶液中的工件保持元件以及由工件保持元件承载以便与工件接合的第二电极。
12.根据权利要求10所述的工具，其中湿化学处理腔室包括清洁腔室，该清洁腔室有流体传送系统，该流体传送系统将清洁流体引导至工件上。
13.根据权利要求10所述的工具，其中湿化学处理腔室是第一电化学沉积腔室，该第一电化学沉积腔室包括第一容器；第一工件保持元件，该第一工件保持元件相对于第一容器布置成将工件保持在处理溶液中；第一阴极电极，该第一阴极电极布置在第一容器或第一工件保持元件中的一个上；以及第一阳极电极，该第一阳极电极布置在第一容器或第一工件保持元件中的另一个上；以及工具还包括第二电化学沉积腔室，该第二电化学沉积腔室包括第二容器；第二工件保持元件，该第二工件保持元件相对于第二容器布置成将工件保持在处理溶液中；第二阴极电极，该第二阴极电极布置在第二容器或第二工件保持元件中的一个上；以及第二阳极电极，该第二阳极电极布置在第二容器或第二工件保持元件中的另一个上。
14.根据权利要求2所述的工具，其中湿化学处理腔室包括电化学沉积腔室，该电化学沉积腔室有容器、在容器中的第一电极、相对于容器布置以便将工件保持在处理溶液中的工件保持元件以及由工件保持元件承载以便与工件接合的第二电极。
15.根据权利要求2所述的工具，其中湿化学处理腔室包括清洁腔室，该清洁腔室有流体传送系统，该流体传送系统将清洁流体引导至工件上。
16.根据权利要求2所述的工具，其中湿化学处理腔室是第一电化学沉积腔室，该第一电化学沉积腔室包括第一容器；第一工件保持元件，该第一工件保持元件相对于第一容器布置成将工件保持在处理溶液中；第一阴极电极，该第一阴极电极布置在第一容器或第一工件保持元件中的一个上；以及第一阳极电极，该第一阳极电极布置在第一容器或第一工件保持元件中的另一个上；以及工具还包括第二湿化学处理腔室，该第二湿化学处理腔室包括清洁腔室，该清洁腔室有流体传送系统，该流体传送系统将清洁流体引导至工件上。
17.根据权利要求2所述的工具，其中安装模块构造成使得定位元件的位置保持在用于该定位元件的预定参考位置的0.025英寸的范围内。
18.根据权利要求2所述的工具，其中安装模块构造成使得定位元件的位置保持在用于该定位元件的预定参考位置的大约0.005至0.015英寸范围内。
19.一种用于微特征工件的湿化学处理的集成工具，包括安装模块，该安装模块包括台板，该台板有刚性的外部部件，该外部部件有多个定位元件；刚性的内部部件，该内部部件与外部部件并置；以及在外部部件和内部部件之间的撑杆，其中，外部部件、撑杆和内部部件固定在一起，以便使尺寸稳定；湿化学处理站，该湿化学处理站连接在台板上，该湿化学处理站有与至少一个定位元件接合的第一交接部件；以及工件输送系统，该工件输送系统连接在安装模块上。
20.根据权利要求19所述的工具，其中外部部件叠置在内部部件上面，且台板还包括多个螺栓，这些螺栓将外部部件夹持在撑杆的一侧，将内部部件夹持在撑杆的另一侧。
21.根据权利要求19所述的工具，其中撑杆包括水平托梁，外部部件包括连接于托梁顶侧的刚性顶部面板，内部部件包括底部面板，该底部面板叠置在顶部面板下面，并连接在托梁的底侧，台板还包括多个螺栓，这些螺栓穿过撑杆延伸，以便将顶部面板和底部面板夹持在托梁上。
22.根据权利要求21所述的工具，其中顶部面板、托梁和底部面板构造成使得横过顶部面板的定位元件的位置保持在用于该定位元件的预定参考位置的0.025英寸范围内。
23.根据权利要求21所述的工具，其中顶部面板、托梁和底部面板构造成使得横过顶部面板的定位元件的位置保持在用于该定位元件的预定参考位置的0.010英寸的范围内。
24.根据权利要求21所述的工具，其中顶部面板包括不锈钢。
25.根据权利要求21所述的工具，其中顶部面板包括纤维增强化合物。
26.一种用于微特征工件的湿化学处理的集成工具，包括安装模块，该安装模块包括台板，该台板有刚性的上部面板，该上部面板有多个定位元件和多个附件；刚性的底部面板，该底部面板叠置在上部面板下面；以及在上部面板和底部面板之间的撑杆，其中，上部面板、撑杆和底部面板固定在一起，以便使尺寸稳定；湿化学处理站，该湿化学处理站连接在台板上，该湿化学处理站有与至少一个定位元件接合的第一交接部件和与附件接合的第一紧固件；以及工件输送系统，该工件输送系统连接在安装模块上，输送系统有与定位元件之一接合的第二交接部件和与另一附件接合的第二紧固件。
27.根据权利要求26所述的工具，其中上部面板包括不锈钢。
28.根据权利要求26所述的工具，其中上部面板包括纤维增强合成物。
29.根据权利要求26所述的工具，其中湿化学处理腔室的第一交接部件与台板的上部面板的相应定位元件接合；以及安装模块还包括平台，该平台有多个定位元件，并相对于台板固定布置于工具内，且工件输送机构的第二交接部件与平台的相应定位元件接合。
30.根据权利要求26所述的工具，其中撑杆包括多个托梁，上部面板连接在托梁的一侧，并有第一组定位元件和第一组附件，底部面板与第一面板并置，并连接在托梁的另一侧；安装模块还包括平台，该平台包括第二组定位元件和第二组附件；湿化学处理站由台板承载，并包括多个第一交接部件和多个第一紧固件，第一交接部件与第一组定位元件的相应定位元件接合，第一紧固件与第一组附件的相应附件接合；以及输送系统由平台承载，并包括多个第二交接部件和多个第二紧固件，第二交接部件与第二组定位元件的相应定位元件接合，第二紧固件与第二组附件的相应附件接合。
31.根据权利要求30所述的工具，其中湿化学处理腔室包括电化学沉积腔室，该电化学沉积腔室有容器、在容器中的第一电极、相对于容器布置以便将工件保持在处理溶液中的工件保持元件以及由工件保持元件承载以便与工件接合的第二电极。
32.根据权利要求30所述的工具，其中湿化学处理腔室包括清洁腔室，该清洁腔室有流体传送系统，该流体传送系统将清洁流体引导至工件上。
33.一种操作用于具有亚微特征的微特征工件的湿化学处理的集成工具的方法，包括通过使处理流体与微特征工件接触而在湿化学处理腔室内处理微特征工件，该湿化学处理腔室位于工具中的第一处理位置；从工具中拆除湿化学处理腔室；通过将更换的湿化学处理腔室在第一处理位置处安装于工具上，从而用更换的湿化学处理腔室来代替湿化学处理腔室；以及在更换湿化学处理站之后在并不校准自动工件输送机构的情况下，利用自动工件输送系统将另一微特征工件装入更换的湿化学处理腔室中。
34.一种操作湿化学处理工具的方法，该湿化学处理工具有安装模块，该安装模块有刚性台板，该刚性台板包括定位元件和附件；多个湿化学处理腔室，这些湿化学处理腔室有与相应定位元件接合的交接部件和与相应附件接合的紧固件；以及工件输送机构，该工件输送机构连接在安装模块上，用于向/从湿化学处理腔室输送具有亚微特征的微特征工件，该方法包括通过使交接部件与相应定位元件脱离接合和使紧固件与相应附件脱开而将湿化学处理腔室之一从安装模块上拆下，以便空出处理站；通过使更换的湿化学处理腔室的交接部件与在空出的处理站处的相应定位元件接合而将具有交接部件的、更换的湿化学处理腔室安装在空出的处理站上；以及在安装更换的湿化学处理腔室后在并不校准输送系统的情况下操作输送系统，以便将微特征工件装入更换的湿化学处理腔室中。
35.在一种工具中，该工具有(a)用于处理微特征工件的多个站，这些站相对于参考框架处于已知位置处；以及(b)自动工件处理系统，该自动工件处理系统有机器人，该机器人有基座单元、与该基座单元可旋转地连接的臂以及与该臂可旋转地连接的末端执行器，使机器人相对于参考框架校准的方法包括操作控制器，以便执行计算机可操作介质，通过使臂的第一端与相对于第一参考轴线处于已知位置的旋转参考传感器接触，该计算机可操作介质使得臂的臂轴线与工具的第一参考轴线自动对齐；记录表示在臂轴线和第一参考轴线之间的第一角度的第一位移值；使得臂的第二点与旋转传感器接触；记录表示在臂轴线和第一参考轴线之间的第二角度的第二位移值；以及根据臂的偏移值来使臂运动，以便使臂轴线与第一参考轴线对齐，该臂偏移值基于第一和第二位移值。
36.根据权利要求35所述的方法，还包括操作控制器，从而使计算机可操作介质这样自动精确确定基座的初始轴向位置值，即通过使臂相对于第一参考轴线旋转至参考角度，并使臂与相对于参考框架处于已知位置的轴向传感器接触，以便确定基座沿第一参考轴线的实际位置。
37.根据权利要求35所述的方法，还包括操作控制器，以使计算机可操作介质这样使得末端执行器与第一参考轴线自动对齐，即通过使得装在末端执行器上的工件的第一侧与旋转参考传感器接触；记录第一末端执行器位移值；使得装在末端执行器上的工件的第二侧与旋转参考传感器接触；记录第二末端执行器位移值；以及根据末端执行器偏移值而使末端执行器运动，该末端执行器偏移值基于第一和第二末端执行器位移值。
38.在工具中，该工具有(a)用于处理微特征工件的多个站；(b)自动工件处理系统，该自动工件处理系统有机器人，该机器人有基座单元、与该基座单元活动连接的臂以及可旋转地连接在该臂上的末端执行器；以及(c)控制器，该控制器与工件处理系统操作连接，使机器人相对于工具的参考框架校准的方法包括操作控制器，以便执行计算机可操作介质，该计算机可操作介质(a)这样使得臂的轴线与参考框架的第一轴线自动对齐，即通过使臂与旋转参考传感器接触，以便获得相对于第一轴线的臂偏移值以及根据臂偏移值来使臂运动，以便使臂轴线与第一轴线定位；(b)这样使得末端执行器与第一轴线自动对齐，即通过使得装在末端执行器上的工件的第一侧与旋转参考传感器接触；记录第一末端执行器位移值；使得装在末端执行器上的工件的第二侧与旋转参考传感器接触；记录第二末端执行器位移值；以及根据末端执行器偏移值而使末端执行器运动，该末端执行器偏移值基于第一和第二末端执行器位移值。
39.在工具中，该工具有(a)尺寸稳定的安装模块；(b)用于处理微特征工件的多个站，这些站相对于安装模块处于已知位置处；(c)用于装工件的盒，该盒相对于安装模块处于已知位置处；(d)旋转传感器，该旋转传感器相对于安装模块处于已知位置；(e)自动工件处理系统，该自动工件处理系统有机器人，该机器人有安装在安装模块上的基座单元、可旋转地连接在该基座上的臂以及可旋转地连接在该臂上的末端效应器；以及(f)控制器，该控制器与工件处理系统操作连接，使末端效应器的手动轴线与安装模块的参考框架的第一参考轴线对齐的方法包括将工件装在末端效应器上；以及操作控制器，以便执行计算机可操作介质，该计算机可操作介质使得机器人自动运动成使工件的第一侧与旋转参考传感器接触；记录第一末端效应器位移值；使得机器人运动成使工件的第二侧与旋转参考传感器接触；记录第二末端效应器位移值；确定表示在末端效应器的手动轴线和参考框架的第一参考轴线之间的偏移角度的末端效应器偏移值；以及根据该末端效应器偏移值而使得末端效应器运动成使手动轴线与第一参考轴线对齐。
40.一种工件处理系统，用于在集成处理工具中处理微特征工件，该集成处理工具有相对于参考框架处于已知位置处的多个处理腔室以及相对于参考框架处于已知位置处的盒，该处理系统包括机器人，该机器人有在工具中的基座、可旋转地连接在基座上的臂以及可旋转地安装在臂上的末端执行器；以及控制器，该控制器有计算机可操作介质，该计算机可操作介质包含这样使得臂轴线与参考框架的第一轴线自动对齐的指令，即通过使臂运动成与旋转参考传感器接触；记录相对于第一轴线的臂偏移值；以及根据臂偏移值重新定位臂，以便使臂轴线与第一轴线对齐。
41.根据权利要求40所述的系统，其中计算机可操作介质还包含这样使末端执行器与第一轴线自动对齐的指令，即通过使末端执行器运动成使得装在末端执行器上的工件的第一侧与旋转参考传感器接触；记录第一末端执行器位移值；使末端执行器运动成使得装在末端执行器上的工件的第二侧与旋转参考传感器接触；记录第二末端执行器位移值；以及根据末端执行器偏移值来重新定位末端执行器，该末端执行器偏移值基于第一和第二末端执行器位移值。
42.一种集成工具，用于处理微特征工件，它包括尺寸稳定的安装模块，该安装模块确定了具有第一参考轴线的参考框架；多个处理站，这些处理站在已知位置处安装于安装模块上；自动工件处理系统，该自动工件处理系统有轨道，该轨道连接于安装模块上，并与参考框架的第一参考轴线对齐；基座单元，该基座单元可运动地安装在轨道上，以便沿该轨道平移；臂，该臂由基座可旋转地承载；以及末端执行器，该末端执行器由臂可旋转地承载；传感器单元，该传感器单元有相对于安装模块的参考框架处于已知位置处的旋转传感器；以及控制器，该控制器与自动工件处理系统和传感器单元操作连接，控制器有计算机可操作介质，该计算机可操作介质包含指令，该指令(a)使得臂的轴线相对于第一参考轴线自动定位在初始位置处；以及(b)使得末端执行器的手轴线相对于第一轴线自动定位在初始位置处。
43.根据权利要求42所述的工具，其中安装模块还包括台板，该台板有处于预定参考位置处的多个定位元件和附件。
44.根据权利要求43所述的工具，其中台板包括刚性的外部部件，多个定位元件和多个附件处于该外部部件上；刚性的内部部件，该内部部件与外部部件并置；在外部部件和内部部件之间的撑杆，其中，外部部件、撑杆和内部部件紧固在一起。
45.一种用于处理微特征工件的集成工具，包括尺寸稳定的安装模块，该安装模块确定了参考框架；多个处理站，这些处理站在已知位置处安装于安装模块上；以及自动工件处理系统，该自动工件处理系统有由安装模块承载的基座单元、由基座单元可旋转地承载的臂以及由臂可旋转地承载的末端执行器，其中，末端执行器有本体、在本体一端处的第一保持元件和在本体另一端处的主动保持组件，且主动保持组件有第一和第二辊子以及促动器，该促动器与第一和第二辊子操作连接，以便使辊子朝着第一保持元件运动。
46.一种用于处理微特征工件的集成工具，包括尺寸稳定的安装模块，该安装模块确定了具有第一参考轴线的参考框架；多个处理站，这些处理站在已知位置处安装于安装模块上；自动工件处理系统，该自动工件处理系统有由安装模块承载的基座单元、由基座单元可旋转地承载的臂以及由臂可旋转地承载的末端执行器，其中，末端执行器有本体、在本体一端处的第一保持元件和在本体另一端处的主动保持组件，且主动保持组件有第一和第二辊子以及促动器，该促动器与第一和第二辊子操作连接，以便使辊子朝着第一保持元件运动；传感器单元，该传感器单元有相对于安装模块的参考框架处于已知位置处的旋转传感器；以及控制器，该控制器与自动工件处理系统和传感器单元操作连接，控制器有计算机可操作介质，该计算机可操作介质包含指令，该指令(a)使得臂的轴线相对于第一参考轴线自动定位在初始位置处；以及(b)使得末端执行器的手轴线相对于第一轴线自动定位在初始位置处。
47.一种用于处理微特征工件的设备，包括微特征工件支架，该微特征工件支架构造成在处理过程中承载微特征工件，微特征工件支架有从动部分；驱动单元，该驱动单元在与从动部分的交界面处与微特征工件支架连接，以便当交界面从第一端部位置朝着远离第一端部位置的第二端部位置运动时使得微特征工件支架沿大致线性的平移轴线平移；以及安装部分，该安装部分与微特征工件支架连接，安装部分有安装表面，该安装表面定位成与微特征工件处理工具的相应表面匹配，安装表面定位在对齐平面中，该对齐平面在第一和第二端部位置之间不与平移轴线相交。
48.根据权利要求47所述的设备，其中第一端部位置是交界面平移轴线沿第一方向的极限位置，第二端部位置是交界面平移轴线沿第二方向的极限位置，该第二方向与第一方向相反。
49.根据权利要求47所述的设备，其中驱动单元包括第一驱动单元，装置还包括第二驱动单元，该第二驱动单元与微特征工件支架操作连接，以便使微特征工件支架绕旋转轴线旋转。
50.根据权利要求47所述的设备，还包括第一连接器组件，该第一连接器组件装有电线和流体连通管线，并可这样与微特征工件处理工具的相应第二连接器组件连接，即通过使至少一个连接器组件相对于另一个沿单个轴线运动。
51.根据权利要求47所述的设备，其中微特征工件支架构造成与处理液体接触地承载微特征工件。
52.根据权利要求47所述的设备，其中驱动单元包括促动器，该促动器与螺纹丝杠连接。
53.根据权利要求47所述的设备，其中安装部分和连接在该安装部分和驱动单元之间的任何结构都不包括使微特征工件支架相对于相应表面定位的可调节机械装置。
54.根据权利要求47所述的设备，还包括微特征工件处理工具。
55.根据权利要求47所述的设备，还包括微特征工件处理工具，其中，微特征工件处理工具包括处理腔室，该处理腔室定位在微特征工件支架附近，处理腔室有处理位置，该处理位置定位成接收由微特征工件支架承载的微特征工件，微特征工件处理工具还包括输送装置，该输送装置定位成使得微特征工件朝着微特征工件支架运动和离开该微特征工件支架。
56.根据权利要求47所述的设备，还包括柔性波纹管，该柔性波纹管环绕大致线性平移轴线布置。
57.一种用于处理微特征工件的设备，包括微特征工件支架，该微特征工件支架构造成在处理过程中承载微特征工件；驱动单元，该驱动单元与微特征工件支架连接，以便使微特征工件支架沿轴线从第一位置运动至远离该第一位置的第二位置；以及单个第一连接器组件，该第一连接器组件载有至少一个电连接线和至少一个流体连通管线，第一连接器组件可这样与微特征工件处理工具的相应第二连接器组件连接，即通过使至少一个连接器组件沿单个轴线进行相对运动。
58.根据权利要求57所述的设备，还包括第二连接器组件。
59.根据权利要求57所述的设备，其中该至少一个流体连通管线包括至少一个压力管线和至少一个真空管线。
60.根据权利要求57所述的设备，还包括第二连接器组件；以及螺纹部件，该螺纹部件由连接器组件中的一个承载，并构造成由另一个连接器组件螺纹接收，且螺纹部件沿第一方向的旋转运动将沿单个轴线相向拉动连接器组件，螺纹部件沿第二方向的旋转运动将使得连接器组件沿单个轴线彼此远离，该第二方向与第一方向相反。
61.根据权利要求57所述的设备，还包括微特征工件处理工具。
62.根据权利要求57所述的设备，其还包括微特征工件处理工具，其中，微特征工件处理工具包括位于微特征工件支架附近的处理腔室，处理腔室有处理位置，该处理位置定位成接收由微特征工件支架承载的微特征工件，微特征工件处理工具还包括输送装置，该输送装置定位成使得微特征工件朝着微特征工件支架运动和离开微特征工件支架。
63.根据权利要求57所述的设备，其中驱动单元包括第一驱动单元，该第一驱动单元与微特征工件支架连接，以便沿大致线性平移轴线平移微特征工件支架，且该装置还包括第二驱动单元，该第二驱动单元与微特征工件支架连接，以便使微特征工件支架绕旋转轴线旋转。
64.一种用于处理微特征工件的设备，包括装置支架，该装置支架有在对齐平面处的第一对齐表面，对齐平面有腔室孔；处理腔室，该处理腔室装入腔室孔内，处理腔室构造成接收至少一种处理液体；以及工件处理装置，该工件处理装置靠近处理腔室，并包括微特征工件支架，该微特征工件支架定位成在处理腔室的处理位置处承载微特征工件；驱动单元，该驱动单元与微特征工件支架操作连接，以便使微特征工件支架相对于处理腔室沿大致线性运动轴线平移；以及安装部分，该安装部分与微特征工件支架连接，并有第二对齐表面，该第二对齐表面与第一对齐表面可拆卸地匹配，且工件处理装置相对于装置支架只支承在对齐平面处或对齐平面之上。
65.根据权利要求64所述的设备，其中工件处理装置包括单个连接器，该连接器装载有电连接线和流体连通管线，并可与微特征工件处理工具的相应连接器组件连接。
66.根据权利要求64所述的设备，其中驱动单元包括第一驱动单元，装置还包括第二驱动单元，该第二驱动单元与微特征工件支架操作连接，以便使微特征工件支架绕旋转轴线旋转。
67.根据权利要求64所述的设备，其中处理腔室构造成接收电化学处理液体、无电处理液体、蚀刻剂和漂洗液体中的至少一种。
68.根据权利要求64所述的设备，其中腔室延伸至对齐平面的下面。
69.根据权利要求64所述的设备，其中对齐平面是第一对齐平面，驱动单元使得微特征工件支架在第一端部位置和第二端部位置之间平移，且第二对齐表面定位在第二对齐平面内，该第二对齐平面在第一位置和第二位置之间不与平移轴线相交。
70.一种用于处理微特征工件的设备，包括部件支架装置，用于承载处理腔室，该部件支架装置有在对齐平面处的第一对齐表面，对齐平面有腔室孔；腔室装置，用于处理微特征工件，该腔室装置装入腔室孔内；以及工件处理装置，该工件处理装置包括微特征工件支架装置，用于在处理腔室的处理位置处承载微特征工件；驱动装置，用于支架装置沿大致线性运动轴线平移；以及安装装置，用于相对于部件支架装置支承工件处理装置，安装装置有第二对齐表面，该第二对齐表面与第一对齐表面可拆卸地匹配，且工件处理装置相对于部件支架只支承在对齐平面处或对齐平面之上。
71.一种用于维修微特征工件处理工具的方法，包括从工件处理工具上拆卸第一工件处理装置，该第一工件处理装置包括第一微特征工件支架和第一驱动单元，该第一驱动单元与第一微特征工件支架操作连接，以便使第一微特征工件支架沿大致线性的第一平移轴线平移；用第二工件处理装置来更换第一工件处理装置，第二工件处理装置包括第二微特征工件支架和第二驱动单元，该第二驱动单元与第二微特征工件支架操作连接，以便使第二微特征工件支架沿大致线性的第二平移轴线平移；以及在更换第一工件处理装置之后在并不校准第二工件处理装置的情况下使微特征工件朝着第二工件处理装置运动和离开该第二工件处理装置。
72.一种用于维修微特征工件处理工具的方法，包括通过使得与工具连接的第一连接器组件和与第一工件处理装置连接的第二连接器组件中的至少一个相对于另一个沿单个轴线沿第一方向运动，从而断开处理工具的第一工件处理装置的电连接和流体连通；以及通过使得第一连接器组件和与第二工件处理装置连接的第三连接器组件中的至少一个相对于另一个沿单个轴线在与第一方向相反的第二方向运动，从而形成与第二工件处理装置的电连接和流体连通。
73.根据权利要求72所述的方法，其中断开电连接和流体连通包括旋转在第一和第二连接器之间连接的螺纹部件。
74.根据权利要求72所述的方法，其中断开流体连通包括断开压力管线和真空管线中的至少一个。
全文摘要
一种集成工具和自动校准系统能够使湿化学处理腔室、提升旋转单元和其它硬件快速互换，而不必对于更换物品重新校准输送系统或其它部件。这些工具将减少与修理或维护处理腔室和/或提升旋转单元相关的停机时间，因此，工具能够保持很高生产率。这些工具的几个方面特别有利于具有苛刻性能需要的用途，因为部件很可能需要更频繁地维护，且减少与维护这些部件相关的停机时间将明显改善了集成工具。
文档编号C25B9/00GK1829823SQ200480015753
公开日2006年9月6日 申请日期2004年6月4日 优先权日2003年6月6日
发明者D·J·伍德拉夫, J·A·戴维斯, D·P·马特森, M·C·埃格洛夫, R·哈里斯, J·J·埃里克森 申请人:塞米用具公司