基板传送系统及方法与流程

本发明实施例关于一种半导体技术，特别涉及一种基板传送系统及方法。

背景技术：

现代的工业社会中，自动化控制系统已逐渐取代人力，成为提高生产效率的关键，尤其是半导体先进制程中更是大量地引进自动化控制系统以进行各种精密的制造步骤，以降低成本及避免人为疏失。

举例来说，半导体装置是通过一系列的半导体制造机台处理半导体基板而产出。其中，配置于各制造机台中的一或多个基板传送系统可将基板从载入口送入处理腔室以进行一特定的制程处理，并于制程结束后，再将基板从载出口送出制造机台。此外，一些半导体制造机台中可以设有多个独立的处理腔室，并通过基板传送系统在不同的处理腔室之间传送基板。

虽然现有的基板传送系统及方法已经足以实现其目标，但这些系统及方法仍不能在各方面令人满意。

技术实现要素：

本公开一些实施例提供一种基板传送系统，包括一皮带、一滚轮、一基板传送组件、一位置感测器、及一驱动机构。滚轮配置用以带动皮带滚动。基板传送组件连接皮带，用以传送一基板。位置感测器配置用以检测皮带在滚轮的一轮轴方向上的位置。驱动机构配置用以驱动滚轮沿着轮轴方向移动，使得皮带保持在轮轴方向上的一既定位置范围内。

本公开一些实施例提供一种基板传送系统，包括一皮带、一主动轮、一从动轮、一基板传送组件、一第一位置感测器、一第一驱动机构、一第二位置感测器、及一第二驱动机构。主动轮配置用以通过一马达的驱动而发生转动。从动轮配置用以配合主动轮来带动皮带滚动。基板传送组件配置用以通过皮带的带动而传送一基板。第一位置感测器配置用以检测皮带在主动轮的一轮轴方向上的位置。第一驱动机构配置用以驱动主动轮沿着其轮轴方向移动，使得皮带保持在主动轮的轮轴方向上的一第一位置范围内。第二位置感测器配置用以检测皮带在该动轮的一轮轴方向上的位置。第二驱动机构配置用以驱动从动轮沿着其轮轴方向移动，使得皮带保持在从动轮的轮轴方向上的一第二位置范围内，其中第一、第二位置范围的上边界是在一相同水平高度上，且第一、第二位置范围的下边界是在另一相同水平高度上。

本公开一些实施例提供一种基板传送方法，包括通过一基板传送系统传送至少一基板，其中基板传送系统包括一皮带、一滚轮及一基板传送组件，滚轮用以带动皮带滚动，而基板传送组件用以通过皮带的带动而传送至少一基板。基板传送方法还包括在传送至少一基板的过程中，检测皮带在滚轮的一轮轴方向上的位置。此外，基板传送方法还包括当检测到皮带在滚轮的轮轴方向上发生偏移并超出一既定位置范围时，将滚轮沿着轮轴方向移动，使得皮带复位到既定位置范围内。

附图说明

图1显示根据一些实施例的一具有基板传送系统的半导体制造机台的示意图。

图2显示根据一些实施例的一基板传送系统的部分元件的侧视示意图。

图3显示根据一些实施例的一基板传送系统的部分元件的上视示意图。

图4显示根据一些实施例的一基板传送系统的部分元件的侧视示意图，其中，基板传送系统的滚轮可以基于皮带的偏移进行移动，并使得皮带复位。

图5a、图5b显示根据一些实施例的用于检测皮带偏移量的不同形式的位置感测器的示意图。

图6显示根据一些实施例的一基板传送系统的部分元件的方框图。

图7显示根据一些实施例的一基板传送方法的流程图。

附图标记说明：

1～半导体制造机台；

10～处理腔室；

11～承载端；

12～载入口；

13～感测器；

20～基板传送系统；

21～基板传送组件；

21a～线性滑轨；

21b～滑块；

21c～机械手臂；

21d～支撑杆；

22～外壳；

22a～开口部；

70～基板传送方法；

71～73～操作；

a～轮轴方向；

b～皮带；

c～承载单元；

d～间隔；

f～凸缘结构；

l～伸缩杆；

m～马达；

m1、m2～驱动机构；

w～基板；

r～滚轮；

r1～主动轮；

r2～从动轮；

s～位置感测器；

u～控制单元；

x～偏移量；

as～警示信号；

np～既定位置范围。

具体实施方式

以下公开内容提供许多不同的实施例或优选范例以实施本公开的不同特征。当然，本公开也可以许多不同形式实施，而不局限于以下所述的实施例。以下公开内容配合附图详细叙述各个构件及其排列方式的特定范例，为了简化说明，使公开得以更透彻且完整，以将本公开的范围完整地传达予同领域熟悉此技术者。

在下文中所使用的空间相关用词，例如“在…下方”、“下方”、“较低的”、“上方”、“较高的”及类似的用词，为了便于描述图示中一个元件或特征与另一个(些)元件或特征之间的关系。除了在附图中示出的方位之外，这些空间相关用词也意欲包含使用中或操作中的装置的不同方位。装置可能被转向不同方位(旋转90度或其他方位)，而在此所使用的空间相关用词也可依此相同解释。

必须了解的是，未特别图示或描述的元件可以本领域技术人士所熟知的各种形式存在。此外，若实施例中叙述了一第一特征形成于一第二特征的上或上方，即表示其可能包含上述第一特征与上述第二特征是直接接触的情况，亦可能包含了有附加特征形成于上述第一特征与上述第二特征之间，而使得上述第一特征与第二特征未直接接触的情况。

以下不同实施例中可能重复使用相同的元件标号及/或文字，这些重复为了简化与清晰的目的，并非用以限定所讨论的不同实施例及/或结构之间有特定的关系。在附图中，结构的形状或厚度可能扩大，以简化或便于标示。

请先参照图1，其显示根据本发明一些实施例的一具有基板传送系统20的半导体制造机台1的示意图。半导体制造机台1包括一处理腔室10(例如一真空绝缘腔室)，用以对一或多个基板(例如半导体晶圆、掩模或其他任何基底物质)进行一或多种特定的制程处理。在一些实施例中，半导体制造机台1可以为一化学气相沉积(chemicalvapordeposition，cvd)机台、一物理气相沉积(physicalvapordeposition，pvd)机台、一蚀刻(etching)机台、一热氧化(thermaloxidation)机台、一离子布植(ionimplantation)机台、一化学机械研磨(chemicalmechanicalpolishing，cmp)机台、一快速升温退火(rapidthermalannealing，rta)机台、一光刻(photolithography)机台、一扩散(diffusion)机台、或者其他半导体制造机台。

半导体制造机台1中配置有一基板传送系统20，包括一活动式机械手臂21c(或夹具)，用以将停靠在半导体制造机台1的承载端11上的承载单元c内的一或多个基板w从半导体制造机台1的载入口12送入处理腔室10，以进行上述制程处理。于制程结束后，机械手臂21c再将基板w从半导体制造机台1的载出口(图未示)送出。关于基板传送系统20中驱动机械手臂21c的机构在稍后段落中会做进一步介绍。

在一些实施例中，在半导体制造机台1中靠近载入口12的位置可配置有一感测器13，其通过例如光学方式来检测基板传送系统20的机械手臂21c是否来到载入口12附近，并由此决定载入口12的开闭时机，以减少半导体制造机台1受到外界环境的影响或污染的机会。

在一些其他实施例中，半导体制造机台1中可以设置有多个独立的处理腔室10，且基板传送系统20还用以在不同的处理腔室10之间传送基板w。另外，半导体制造机台1中也可以配置有多组基板传送系统20。

图2显示根据一些实施例的基板传送系统20的部分元件的侧视示意图，及图3显示根据一些实施例的基板传送系统20的部分元件的上视示意图。如图2、图3所示，基板传送系统20包括多个滚轮r、一皮带b、一基板传送组件21(包括一线性滑轨21a、一滑块21b及一机械手臂21c)、及用以收容上述元件或部件的一外壳22(为了清楚起见，图2中省略了线性滑轨21a并仅显示部分的滚轮r，而图3中省略了机械手臂21c及外壳22)。

在图2、图3的实施例中，多个滚轮r是以直立方式配置于外壳22中(亦即，滚轮r的轮轴方向a大致平行于z轴方向)。皮带b套设于所述滚轮r之间，并可通过滚轮r的带动而沿着水平方向发生滚动。在一些实施例中，皮带b是以塑胶材质制成的一齿型皮带。配合滚轮r的位置，皮带b可构成一环形(图3)，且皮带b的两端部连接于基板传送组件21的滑块21b。由此，当皮带b进行滚动时，滑块21b受到皮带b的带动下可以沿着线性滑轨21a移动，并使得与滑块21b连接的机械手臂21c一起发生线性移动。另外，外壳22上可形成有一狭长型开口部22a，大致平行于线性滑轨21a，能够允许机械手臂21c的一支撑杆21d通过且连接至滑块21b。支撑杆21d亦可以相对于滑块21b进行旋转，而使得机械手臂21c发生转动。如此一来，能够达到基板传送系统20传送基板w的目的。

应了解的是，滚轮r又包括一主动轮r1及多个从动轮r2。其中，主动轮r1可以通过一马达m(请参照图4)的驱动而绕着其轮轴方向a发生转动，而所述从动轮r2在主动轮r1转动时通过皮带b的带动下则可绕着各自的轮轴方向a发生转动(亦即，从动轮r2用以配合主动轮r1来带动滚轮r滚动)。

另外，皮带b是以交叉方式(或一前一后方式)套设于主动轮r1与相邻的从动轮r2之间(图3)，故主动轮r1与所述从动轮r2的转动方向为相反。然而，主动轮r1、从动轮r2及皮带b的数量或配置方式也可以有其他的变化或修改，而并不以图3所示的实施例为限。另外，在基板传送系统20中也可以加入其他的特征(例如，在线性滑轨21a的端部配置挡块，以界定滑块21b的移动行程)，或者，在基板传送系统20的某些实施例中，上述的某些特征也可以被更换或移除。

接着请参照图4，在传送基板w(图1)的过程中，由于受力不均或者材料老化导致张力发生变化等因素，基板传送系统20的皮带b可能在滚轮r(包括主动轮r1及/或从动轮r2)的轮轴方向a上发生偏移，并与位在滚轮r上、下端部的凸缘结构f发生摩擦，长时间下来，可能导致皮带b发生断裂。一旦皮带b突然发生断裂，会导致机械手臂21c的动作瞬间停止并发生剧烈晃动，使得基板w可能脱离机械手臂21c并与半导体制造机台1中的其他部件碰撞，造成基板w发生受损或碎裂。

本发明实施例提出如下述技术特征，能够在基板传送过程中实时、动态地补偿皮带b在滚轮r的轮轴方向a上的偏移，以避免皮带b与滚轮r的凸缘结构f发生摩擦，从而延长皮带b的使用寿命及降低皮带b断裂的机会。进一步地，也可以降低基板w的报废率(scrapratio)，并提高各制程的良率。

如图4所示，在基板传送系统20的运行中，皮带b理想上应该保持在主动轮r1及从动轮r2的轮轴方向a上的中心位置附近，亦即，皮带b处在主动轮r1及从动轮r2的轮轴方向a上的既定位置范围np(如图中的虚线带所示)。举例来说，皮带b在主动轮r1及从动轮r2的轮轴方向a上的既定位置范围np包括皮带b在主动轮r1及从动轮r2的轮轴方向a上的中心位置及从中心位置向上及/或向下偏移一可允许的范围，例如数毫米至数公分，其端视实际需求决定(重点是，皮带b在既定位置范围np内即不会与滚轮r的凸缘结构f轻易发生摩擦)。再者，皮带b在主动轮r1的轮轴方向a上的既定位置范围np可称作一第一位置范围，而皮带b在从动轮r2的轮轴方向a上的既定位置范围np可称作一第二位置范围，其中第一、第二位置范围的上边界在一相同水平高度上，且第一、第二位置范围的下边界在另一相同水平高度上。

在一些实施例中，为了检测皮带b在主动轮r1及从动轮r2的轮轴方向a上是否超出既定位置范围np，是在主动轮r1上、下端部分别设置一(第一)位置感测器s，及在从动轮r2上、下端部分别设置一(第二)位置感测器s(为了清楚起见，图4中仅省略了位置感测器s)。举例来说，位置感测器s可以设置于主动轮r1及从动轮r2在轮轴方向a上的上、下端部，并恰好齐平皮带b的既定位置范围np的上、下边界(例如图5a中所示)。

根据一些实施例，位置感测器s检测皮带b的位置的方式可以为接触式或非接触式。

举例来说，图5a所示实施例中的位置感测器s为一光感测器(或称作光电感测器)，其可以围绕方式固定于滚轮r(包括主动轮r1及/或从动轮r2)的上、下端部的凸缘结构f上，并与滚轮r的轮轴部分之间具有一间隔d。间隔d的大小要足够允许皮带b通过而不会与位置感测器s发生干涉。当皮带b在滚轮r的轮轴方向a上发生偏移并超出既定位置范围np时，位置感测器s(光感测器)可通过光学方式检测到皮带b超出既定位置范围np的一偏移量x。根据一些实施例，上述光感测器是由一组投光器及受光器组成，通过投光器及受光器之间的光线改变所获得的光信号，能够实时来检测皮带b超出既定位置范围np的偏移量x。

又举例来说，图5b所示实施例中的位置感测器s为一压力感测器，其可以围绕方式固定于滚轮r的上、下端部的凸缘结构f上，并与滚轮r的轮轴部分相邻接。当皮带b在滚轮r的轮轴方向a上发生偏移并超出既定位置范围np时，会导致位置感测器s(压力感测器)受力变形，且位置感测器s所感测到的压力值正比于皮带b的偏移量。如此一来，位置感测器s亦能够检测皮带b超出既定位置范围np的偏移量x。根据一些实施例，上述压力感测器中包括一弹簧套件，用以在受力变形后产生一反作用力来达到复位。

应了解的是，上述光感测器或压力感测器仅作为位置感测器s的示例，而并非用以限制位置感测器s的类型。位置感测器s可以采用任何已知形式适于感测物件的位置或距离的感测器。

接着请一并参照图4及图6，基板传送系统20亦包括一控制单元u，用以接收来自位置感测器s的位置感测信号(亦即，位置感测器s可将所感测到的光信号或压力值转变为一电信号，并传送至控制单元u)，及基于位置感测信号控制如下述用以驱动主动轮r1及从动轮r2沿着各自的轮轴方向a移动的驱动机构m1、m2的运行。控制单元u亦可用以控制驱动主动轮r1的马达m的运行。

根据一些实施例，控制单元u包括一处理器、微控制器、数字信号处理器(dsp)、其他处理元件、或上述的组合，并可通过有线(例如电线、电缆或光纤)或无线(例如蓝牙、wifi或近场通信(nfc)传输)的方式电性连接马达m、位置感测器s及驱动机构m1、m2。根据一些替代实施例，亦可利用半导体制造机台1的电脑控制系统来取代控制单元u的功能(亦即，基板传送系统20的控制单元u也可以被省略)。

根据一些实施例，驱动机构m1、m2例如为(z轴)马达或其类似物，分别设置于基板传送系统20的外壳22中，用以驱动主动轮r1及从动轮r2沿着各自的轮轴方向a移动，并可使得皮带b保持在各滚轮r的轮轴方向a上的既定位置范围np内。

举例来说，如图4所示，当皮带b沿着主动轮r1的轮轴方向a发生向上偏移并超出既定位置范围np时，(第一)驱动机构m1受到控制单元u(图6)的控制可以驱动主动轮r1沿着其轮轴方向a向下移动(其中，驱动机构m1可通过一伸缩杆l连接马达m，再通过马达m连接主动轮r1)，并通过主动轮r1与皮带b之间的摩擦力来带动皮带b，使其复位到既定位置范围np(亦即第一位置范围)内；同理，当皮带b沿着从动轮r2的轮轴方向a发生向下偏移并超出既定位置范围np时，(第二)驱动机构m2受到控制单元u(图6)的控制可以驱动从动轮r2沿着其轮轴方向a向上移动(其中，驱动机构m2可通过一伸缩杆l连接从动轮r2)，并通过从动轮r2与皮带b之间的摩擦力来带动皮带b，使其复位到既定位置范围np(亦即第二位置范围)内。应可以理解的是，当皮带b超出既定位置范围np的偏移量x越大时，驱动机构m1、m2驱动主动轮r1及从动轮r2沿着轮轴方向a的移动量亦会越大。因此，能够实时、有效地补偿及矫治皮带b在滚轮r的轮轴方向a上的偏移。

本发明实施例亦提供一种基板传送方法70，如图7中的流程图所示。为了说明，将配合参照第1至6图1起描述流程图。首先，基板传送方法70包括操作71：(在一半导体制造机台1中)通过一基板传送系统20传送至少一基板w，其中基板传送系统20包括一皮带b、一滚轮r及一基板传送组件21，滚轮r用以带动皮带b滚动，而基板传送组件21用以通过皮带b的带动而传送至少一基板w。接着，基板传送方法70还包括操作72：在传送至少一基板w的过程中，(利用位置感测器s)检测皮带b在滚轮的一轮轴方向a上的位置。此外，基板传送方法70还包括操作73：当检测到皮带b在滚轮r的轮轴方向a上发生偏移并超出一既定位置范围np时，(基于位置感测器s所获得皮带b的位置感测信号，控制单元u控制驱动机构m1、m2)将滚轮r沿着轮轴方向a移动(更具体而言，滚轮r沿着轮轴方向a的移动方向与皮带b沿着轮轴方向a的偏移方向呈相反)，使得皮带b复位到既定位置范围np内。

需要了解的是，在上述实施例中的方法之前、期间和之后可以提供额外的操作，并且对于不同实施例中的方法，可以替换或消除一些描述的操作。例如，基板传送方法70还可以包括：在传送至少一基板w的过程中，当检测到皮带b在滚轮r的轮轴方向a上偏移超出既定位置范围np一定次数时，发出一警示。举例来说，在传送多片基板w的过程中，当检测到皮带b在滚轮r的轮轴方向a上相对于既定位置范围np已发生多次(例如5次、10次或更多次)偏移时(亦即，经过多次补偿皮带b的偏移后，而仍然继续发生偏移时)，控制单元u可以传送一警示信号as给半导体制造机台1，使其发出一警示，以通知操作者皮带b可能发生异常(例如材料老化而导致其张力不足)，而需要暂停基板传送系统20的运行及进行皮带b的更换。如此一来，能够有效且实时监测皮带b的使用情况，并降低皮带b突然断裂的可能性。

另外，在一些替代实施例中，基于上述控制单元u或半导体制造机台1所发出的警示，基板传送方法70也可以直接停止基板传送系统20的运行，包括使得机械手臂21c不再到半导体制造机台1的载入口12接收基板w，同时降低机械手臂21c的移动速度(亦即，皮带b的滚动速度)，并且令机械手臂21c回到其初始位置(homeposition)，以待操作者来进行皮带b的检查或更换作业。这种自动防护方式亦能够提高基板传送系统20的信赖度。

综上所述，本公开实施例具有以下优点：通过实时监测及动态调整基板传送系统的皮带位置的技术手段，能够避免皮带与滚轮端部的凸缘结构发生摩擦，从而延长皮带的使用寿命及降低皮带突然断裂的机会(亦即，提高基板传送系统的信赖度及可利用性)。进一步地，也可以降低基板的报废率，并提高各制程的良率。

根据一些实施例，提供一种基板传送系统，包括一皮带、一滚轮、一基板传送组件、一位置感测器、及一驱动机构。滚轮配置用以带动皮带滚动。基板传送组件连接皮带，用以传送一基板。位置感测器配置用以检测皮带在滚轮的一轮轴方向上的位置。驱动机构配置用以驱动滚轮沿着轮轴方向移动，并使得皮带保持在轮轴方向上的一既定位置范围内。

根据一些实施例，基板传送系统还包括一控制单元，配置用以接收来自位置感测器的一位置感测信号，及基于位置感测信号控制驱动机构的运行。

根据一些实施例，位置感测器设置于滚轮在轮轴方向上的一端部，用以检测皮带在轮轴方向上是否超出既定位置范围。

根据一些实施例，位置感测器还用以检测皮带在轮轴方向上超出既定位置范围的一偏移量。

根据一些实施例，基板传送组件包括一线性滑轨、一滑块、及一机械手臂。机械手臂连接滑块，用以传送基板。滑块配置用以通过皮带的带动而沿着线性滑轨移动。

根据一些实施例，提供一种基板传送系统，包括一皮带、一主动轮、一从动轮、一基板传送组件、一第一位置感测器、一第一驱动机构、一第二位置感测器、及一第二驱动机构。主动轮配置用以通过一马达的驱动而发生转动。从动轮配置用以配合主动轮来带动皮带滚动。基板传送组件配置用以通过皮带的带动而传送一基板。第一位置感测器配置用以检测皮带在主动轮的一轮轴方向上的位置。第一驱动机构配置用以驱动主动轮沿着其轮轴方向移动，使得皮带保持在主动轮的轮轴方向上的一第一位置范围内。第二位置感测器配置用以检测皮带在该动轮的一轮轴方向上的位置。第二驱动机构配置用以驱动从动轮沿着其轮轴方向移动，使得皮带保持在从动轮的轮轴方向上的一第二位置范围内，其中第一、第二位置范围的上边界是在一相同水平高度上，且第一、第二位置范围的下边界是在另一相同水平高度上。

根据一些实施例，马达连接主动轮，而第一驱动机构连接马达。

根据一些实施例，提供一种基板传送方法，包括通过一基板传送系统传送至少一基板，其中基板传送系统包括一皮带、一滚轮及一基板传送组件，滚轮用以带动皮带滚动，而基板传送组件用以通过皮带的带动而传送至少一基板。基板传送方法还包括在传送至少一基板的过程中，检测皮带在滚轮的一轮轴方向上的位置。此外，基板传送方法还包括当检测到皮带在滚轮的轮轴方向上发生偏移并超出一既定位置范围时，将滚轮沿着轮轴方向移动，使得皮带复位到既定位置范围内。

根据一些实施例，基板传送方法还包括在传送至少一基板的传送过程中，当检测到皮带在轮轴方向上偏移超出既定位置范围一定次数时，发出一警示。

根据一些实施例，基板传送方法还包括基于警示，停止基板传送系统的运行。

以上虽然详细描述了实施例及它们的优势，但应该理解，在不背离所附权利要求限定的本公开的构思和范围的情况下，对本公开可作出各种变化、替代和修改。此外，本申请的范围不旨在限制于说明书中所述的制程、机器、制造、物质组成、工具、方法和步骤的特定实施例。作为本领域的普通技术人员将容易地从本公开中理解，根据本公开，可以利用现有的或今后将被开发的、执行与在本公开所述的对应实施例基本相同的功能或实现基本相同的结果的制程、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤。因此，所附权利要求旨在将这些制程、机器、制造、物质组成、工具、方法或步骤包括它们的范围内。此外，每一个权利要求构成一个单独的实施例，且不同权利要求和实施例的组合都在本公开的范围内。