专利名称：用于在电子器件制造期间传输衬底的方法和装置的制作方法
技术领域：
本发明一般地涉及电子器件制造，更具体地涉及用于在电子器件制造期间传输衬底的方法和装置。
背景技术：
已经发展出许多机械手(robot)设计用于在电子器件制造期间在处理室之间传输诸如半导体晶片、玻璃衬底等的衬底。例如，常规蛙腿式机械手在处理工具的传输室内使用，以在处理工具的装载锁定室和处理室之间传输衬底。衬底通常在传输操作期间被支撑在机械手的托板(blade)上；并且托板内可以形成凹部(pocket)，以在托板运动期间(诸如旋转、延伸、收缩等期间)将衬底保持在适当位置。
使用凹部可以在托板运动期间增大衬底稳定性，允许增大托板的运动速率并增大系统吞吐量。但是，使用凹部会因衬底和凹部的内壁之间的摩擦接触而产生颗粒和/或者损坏衬底。因此，存在对用在电子器件制造期间传输衬底的改进方法和装置的需要，尤其是在衬底传输操作期间使用无凹部托板时。
发明内容
本发明的第一方面提供一种在电子器件制造期间传输衬底的第一方法。第一方法包括以下步骤(a)提供一种电子器件制造系统，包括传输室；处理室，其耦合到所述传输室；以及机械手，其定位于所述传输室内，并适于将衬底传输到所述传输室和从所述传输室中传输出。所述机械手包括至少第一托板和第二托板，所述第一托板和所述第二托板中每一个适于支撑衬底；以及延伸进入所述处理室中，以将衬底放置于所述处理室中或从所述处理室中移除衬底。第一方法还包括以下步骤(b)当所述第一托板为空时，将所述第一托板以第一速度延伸进入所述处理室中，以从所述处理室的衬底支撑上取回第一衬底；(c)将所述第一衬底从所述处理室的所述衬底支撑传输到所述第一托板；(d)当所述第一托板支撑所述第一衬底时，将所述第一托板从所述处理室以低于所述第一速度的第二速度收缩；(e)当所述第二托板支撑第二衬底时，将所述第二托板以所述第二速度延伸进入所述处理室；(f)将所述第二衬底传输到所述处理室的所述衬底支撑；以及(g)将所述第二托板以所述第一速度从所述处理室收缩。
本发明的第二方面提供一种在传输室和处理室之间传输衬底的第二方法。第二方法包括以下步骤(a)提供机械手，所述机械手定位于所述传输室并包括第一托板和与所述第一托板间隔开的第二托板；以及(b)在不升高或降低所述第一托板和所述第二托板或所述机械手的情况下，使用所述第一托板和所述第二托板将衬底传输到所述处理室和从所述处理室中移除衬底。
本发明的第三方面提供一种在传输室和处理室之间传输衬底的第一装置。第一装置包括机械手，机械手包括第一托板；第二托板，其与所述第一托板间隔开；以及中心轴，其至少通过第一臂耦合到所述第一托板并且至少通过第二臂耦合到所述第二托板。所述第一托板和所述第二托板被间隔开，以允许(a)当所述机械手定位于传输室内时，所述第一托板和所述第二托板两者同时延伸通过狭缝阀，所述狭缝阀分离所述传输室和耦合到所述传输室的处理室；以及(b)在不升高或降低所述第一托板和所述第二托板或所述机械手的情况下，所述第一托板和所述第二托板将衬底传输到所述处理室和将衬底从处理室传输出。
本发明的第四方面提供一种适于在传输室和处理室之间传输衬底的第二装置。第二装置包括机械手，机械手包括第一托板和与所述第一托板间隔开的第二托板。第一托板和第二托板间隔开，以允许当所述机械手定位于所述传输室中时，在不升高或降低所述第一托板和所述第二托板或所述机械手的情况下，所述第一托板和所述第二托板将衬底传输到所述处理室和将衬底从处理室传输出。
本发明的第五方面提供一种系统，该系统包括(a)传输室；(b)处理室，其经由狭缝阀耦合到所述传输室；以及(c)机械手，其定位于所述传输室内。机械手包括第一托板；第二托板，其与所述第一托板间隔开；以及中心轴，其至少通过第一臂耦合到所述第一托板并且至少通过第二臂耦合到所述第二托板。所述第一托板和所述第二托板被间隔开，以允许(i)第一托板和第二托板两者同时延伸通过所述处理室的所述狭缝阀；以及(ii)在不升高或降低所述第一托板和所述第二托板或所述机械手的情况下，所述第一托板和所述第二托板将衬底传输到所述处理室并将衬底从处理室传输出。
通过下面的更详细的说明书、附图以及权利要求，本发明的其它特征和方面将变得更加清楚。
图1是根据本发明设置的第一机械手的俯视图。
图2是图1的第一机械手的俯视图，其中机械手的托板收缩于机械手中心轴上方。
图3是图1的当托板没有容纳衬底时第一机械手的示例收缩状态的俯视图。
图4是根据本发明使用两个托板的第二机械手的俯视图。
图5是图4的第二机械手的侧视图，其示出定位以进入处理室的两个托板。
图6是根据本发明用于将衬底传输进入处理室或传输出处理室的示例过程的流程图。
具体实施例方式
本发明提供一种改进机械手设计以及用于操作该改进机械手的方法。例如，在本发明的第一实施例中，提供一种机械手，该机械手包括可以同时延伸穿过连接处理室和传输室的开口的两个托板。在一些实施例中，托板可以将衬底传输至处理室并将衬底从处理室移除，而不需要机械手和/或托板升高或降低。在至少一个实施例中，托板可以是无凹部的，以在衬底传输期间减少颗粒产生。
在第二实施例中，提供一种操作具有无凹部或类似托板的机械手，该方法提高了使用此机械手的处理系统的吞吐量。不总是使用相同速度延伸和收缩机械手的每个托板，当托板支撑衬底时，使用第一延伸/收缩速度，而当托板不支撑衬底时，使用第二更快的延伸/收缩速度。另外，当机械手需要旋转时，任何承载衬底的托板都收缩至使得衬底的中心(重心)大致与机械手的旋转中心对准的位置。如此，减小可能引起衬底相对托板滑动的离心力，并且可以使用更快的旋转速度。同样，空托板仅需要收缩到在旋转期间不接触任何室壁或其它障碍物的距离。下面将参考图1-6进一步描述这些和其它实施例。
图1是根据本发明设置的第一机械手100的俯视图。参考图1，第一机械手100使用单托板102，该托板102经由第一臂106和第二臂108耦合到中心轴104。托板102可以使用凹部(未单独示出)，以在衬底S传送期间牢固保持衬底S，或者托板102可以是无凹部(如图示)。在至少一个实施例中，托板102足够长，以延伸通过容纳机械手100的传输室112的开口110(例如，狭缝阀开口)，并进入处理室114(以虚线示出)，使得衬底S可以放置于处理室114的衬底支撑116(以虚线示出)上或从衬底支撑116上移除，而不需要机械手100的肘节118或类似部分延伸进入处理室114。这样的设计可以通过阻止潜在污染源(例如，肘节118)进入处理室114而减少处理室114内的污染物，并且可以允许多个托板同时插入处理室，如下面参考图5所述。
图2是第一机械手100的俯视图，其中机械手100的托板102收缩于中心轴104(以虚线示出)上方。当收缩第一机械手100，例如以在处理室之间或处理室与耦合到传输室112的装载锁定室(未示出)之间传输衬底时，可以使用这样的位置。在所示的实施例中，第一机械手100适于收缩托板102，使得衬底S大致对中于第一机械手100的中心轴104上方和/或第一机械手100的旋转中心上方。如此，减小旋转期间衬底S上的离心力，使得第一机械手100可以高速旋转(即使托板102是无凹部的)。为允许第一机械手100收缩至中心轴104上方，如图2中所示，可以使用选择性柔性关节机械手臂(SCARA)或类似机械手构造。
图3是第一机械手100当托板102没有容纳衬底时的示例收缩状态的俯视图。如图3中所示，托板102部分收缩。例如，托板102仅收缩允许当第一机械手100旋转时托板102不接触传输室112的内表面302的距离。
图4是根据本发明使用两个托板402a-402b的第二机械手400的俯视图。参考图4，第二机械手400包括经由第一臂406a和第二臂408a耦合到中心轴404(以虚线示出)的第一托板402a。第二托板402b经由第一臂406a和第二臂406b耦合到中心轴404。托板402a-402b每个都可以使用凹部(未分开示出)，以在衬底传送期间分别牢固保持衬底S1、S2，或者托板402a-402b中一个或两个可以是无凹部的(如所示)。在至少一个实施例中，托板402a-402b足够长，以延伸通过容纳机械手400的传输室412的开口410(例如，狭缝阀开口)，并进入处理室414(以虚线示出)，使得衬底S1、S2可以放置于处理室414的衬底支撑416(以虚线示出)上或从衬底支撑416上移除，而不需要机械手400的肘节418a、418b或类似部分延伸进入处理室414。这样的设计可以通过阻止潜在污染源(例如，肘节418a、418b)进入处理室414而减少处理室414内的污染物，并且可以允许多个托板同时插入处理室414，如下面参考图5所述。
参考图1-3的第一机械手100，第二机械手400可以适于收缩托板402a-402b，使得衬底S1、S2大致对中于第二机械手400的中心轴404上方和/或第二机械手400的旋转中心(如图4中第二托板402b所示)上方。如此，减小旋转期间衬底S1或S2上的离心力，使得第二机械手400可以高速旋转(即使托板402a-402b是无凹部的)。
为允许第二机械手400收缩至中心轴404上方，如图4中所示，可以使用SCARA或类似机械手构造。在一个实施例中，第二机械手400可以构造成独立旋转第一托板402a和第二托板402b(例如，使用分开驱动机构)、或将第一托板402a和第二托板402b作为一个单元旋转(例如，使用单一驱动机构)。同样，第一托板402a和第二托板402b可以构造成独立延伸和收缩(例如，通过分开驱动机构)、或以从属关系延伸和收缩(例如，使用单一驱动机构)。
如图1-3中第一机械手100一样，当第一托板402a或第二托板420b中任一个是空的，则第二机械手400可以构造成将空的托板402a、402b仅收缩允许第二机械手40旋转时托板402a、402b不接触传输室412内表面402的距离。
注意，控制器420可以耦合到机械手400、传输室412和/或处理室44，并且其控制操作如下所述。控制器420可以包括一个或多个计算机、微控制器、专用硬件、以及其组合等。
图5是图4的第二机械手400的侧视图，其示出定位进入处理室的两个托板。如图5中所示，托板402a-402b被间隔，使得它们可以同时延伸通过处理室414中的开口410。此外，托板402a-402b足够长，以延伸进入处理室414并将衬底放置到衬底支撑416上，而不需要肘节418a-418b进入处理室414。因此，即使肘节418a-418b不能够同时配合穿过开口410，托板420a-420b也可以同时执行处理室414内的传输操作。
如图5中进一步所示，衬底支撑416包括多个提升销520a-520c，其适于相对于衬底支撑416在顶表面504升高和降低衬底。虽然图5中示出三个提升销，但是应当理解，可以使用任何数量的提升销。
在至少一个实施例中，提升销502a-502c具有足够长度，以允许衬底从衬底支撑402b升高到允许第二托板402b在衬底下方行进的高度。然后，提升销502a-502c可以降低，以将衬底放置于第二托板402b上。此后，第二托板402b可以从处理室414中收缩，并且提升销502a-502c降低，以将衬底传输到衬底支撑416。可以使用相似的过程，在第一托板402a和衬底支撑416之间传输衬底。如此，衬底可以在托板402a-402b和衬底支撑416之间传输，而不需要机械手400或托板402a-402b升高或降低。
图6是根据本发明将衬底传输进入/传输出处理室414的示例性过程600的流程图。假设，第一衬底S1已经在处理室414内处理，而待由第一托板402a取回。
参考图6，过程600开始于步骤601，其中提升销502a-502c升高，以从衬底支撑416提升第一衬底S1。
在步骤602，产生开口410，诸如通过打开狭缝阀(未示出)。在步骤603，空的第一托板402a以第一速度延伸进入处理室414。第一托板402a在提升销502a-502c之间和衬底S1下方延伸。
在步骤604，提升销502a-502c降低，以将衬底S1放置于第一托板402a上。此后，在步骤605，同时执行两个传输操作(1)第二托板402b在支撑第二衬底S2时延伸进入处理室414；并且(2)第一托板402a在支撑第一衬底S1时从处理室414收缩。第一托板402a和第二托板402b都以低于第一速度的第二速度运动(例如，如果托板402a、402b是无凹部的，保证衬底S1和S2保持分别定位于托板402a、402b上)。在至少一个实施例中，第二速度是第一速度的约一半。例如，如果空的第一托板402a在步骤603期间在约1秒内延伸进入处理室414，则第一托板402a可以在步骤605期间在约2秒内从处理室414收缩。可以使用其它速度和/或速度差(或具有衬底的托板和没有衬底的托板之间没有速度差)。例如，空托板可以以支撑衬底的托板速度的10倍或更多倍的速度延伸和/或收缩。另外，在其它实施例中，第一托板402a和第二托板402b不需要同时从处理室414收缩和/或延伸进入处理室414。
在步骤606，升高提升销502a-502c，以从第二托板402b提升衬底S2。在步骤607，第二托板402b从处理室414(例如，以第一速度)收缩。此后，提升销502a-502c可以将衬底S2降低到衬底支撑416。在步骤608，处理室414的开口410关闭，结束过程600。
注意，控制器420可以适于(例如，被程序化)执行或初始化过程600的一个或多个步骤。
通过在托板没有支撑衬底时使用更高的托板延伸或收缩速率，过程600可以显著提高使用机械手400的处理系统的吞吐量。通过在旋转之前将空托板仅收缩不接触传输室开口或其它障碍物所需的距离、和通过在衬底旋转之前将承载衬底的托板收缩以将衬底中心定位于机械手旋转中心上方(因为可以使用更高的旋转速率，如上所述)，可以进一步提高系统的吞吐量。
上述说明书仅公开本发明的示例性实施例。落入本发明范围内的上述装置和方法的修改对于本领域一般技术人员来说是显而易见的。例如，根据本发明，可以构造出具有其它数量托板的机械手，诸如具有四个或更多托板的机械手(例如、双双托板SCARA机械手)。
因此，虽然已经针对实施例公开了本发明，但是应当理解，其它实施例亦可以落入本发明的精神和范围内，本发明的范围由权利要求限定。
权利要求
1.一种在电子器件制造期间传输衬底的方法，所述方法包括(a)提供一种电子器件制造系统，所述系统包括传输室；处理室，其耦合到所述传输室；以及机械手，其定位在所述传输室内，并适于将衬底传输进入所述传输室并从所述传输室中传输出，其中所述机械手包括至少第一托板和第二托板，所述第一托板和所述第二托板中的每一个都适于支撑衬底；并延伸进入所述处理室，以将衬底放置在所述处理室中或从所述处理室中移除衬底；并且(b)当所述第一托板为空时，将所述第一托板以第一速度延伸进入所述处理室中，以从所述处理室的衬底支撑上取回第一衬底；(c)将所述第一衬底从所述处理室的所述衬底支撑传输到所述第一托板；(d)当所述第一托板支撑所述第一衬底时，将所述第一托板从所述处理室以低于所述第一速度的第二速度收缩；(e)当所述第二托板支撑第二衬底时，将所述第二托板以所述第二速度延伸进入所述处理室；(f)将所述第二衬底传输至所述处理室的所述衬底支撑；并(g)将所述第二托板以所述第一速度从所述处理室收缩。
2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤(d)与步骤(e)中至少一部分同时发生。
3.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一托板和所述第二托板包括无凹部托板。
4.根据权利要求1所述的方法，其中所述机械手包括选择性柔性关节机械手臂的机械手。
5.根据权利要求1所述的方法，其中所述机械手包括真空机械手。
6.根据权利要求1所述的方法，其中至少一个步骤(c)在没有升高或降低所述第一托板或所述机械手的情况下发生，且步骤(f)在没有升高或降低所述第二托板或所述机械手的情况下发生。
7.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一速度至少比所述第二速度快两倍。
8.根据权利要求1所述的方法，其中所述第一速度至少比所述第二速度快2-10倍。
9.一种适于在传输室与处理室之间传输衬底的装置，所述装置包括机械手，所述机械手包括第一托板；第二托板，其与所述第一托板间隔开；以及中心轴，其至少通过第一臂耦合到所述第一托板并且至少通过第二臂耦合到所述第二托板；其中所述第一托板和所述第二托板被间隔开，以允许当所述机械手定位在传输室内时，所述第一托板和所述第二托板两者同时延伸通过狭缝阀，所述狭缝阀分离所述传输室和耦合到所述传输室的处理室；以及在不升高或降低所述第一托板和所述第二托板或所述机械手的情况下，所述第一托板和所述第二托板将衬底传输到所述处理室并将衬底从所述处理室移除。
10.根据权利要求9所述的装置，其中所述机械手包括真空机械手。
11.根据权利要求9所述的装置，其中所述第一托板和所述第二托板均包括无凹部托板。
12.根据权利要求9所述的装置，其中所述机械手包括选择性柔性关节机械手臂的机械手。
13.根据权利要求9所述的装置，其中所述机械手适于将所述第一托板收缩于所述中心轴上方，使得由所述第一托板支撑的衬底的重心大致对中于所述中心轴上方。
14.根据权利要求13所述的装置，其中所述机械手适于将所述第二托板收缩于所述中心轴上方，使得由所述第二托板支撑的衬底的重心大致对中于所述中心轴上方。
15.根据权利要求9所述的装置，其中所述机械手适于部分地收缩所述第一托板，以当所述第一托板为空时在旋转期间不接触障碍物。
16.根据权利要求15所述的装置，其中所述机械手适于部分地收缩所述第一托板，以当所述第二托板为空的时在旋转期间不接触障碍物。
17.根据权利要求9所述的装置，还包括控制器，所述控制器耦合到所述机械手，并适于引导所述机械手，用以当所述第一托板为空的时，将所述第一托板以第一速度延伸进入所述处理室以从所述处理室的衬底支撑上取回第一衬底；将所述第一衬底从所述处理室的所述衬底支撑传输到所述第一托板；当所述第一托板支撑所述第一衬底时，将所述第一托板从所述处理室以低于所述第一速度的第二速度收缩；当所述第二托板支撑第二衬底时，将所述第二托板以所述第二速度延伸进入所述处理室；将所述第二衬底传输至所述处理室的所述衬底支撑；并将所述第二托板以所述第一速度从所述处理室收缩。
18.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一速度至少比所述第二速度快两倍。
19.根据权利要求17所述的装置，其中所述第一速度至少比所述第二速度快2-10倍。
20.一种系统，包括传输室；处理室，其经由狭缝阀耦合到所述传输室；以及机械手，其定位于所述传输室内，并包括第一托板；第二托板，其与所述第一托板间隔开；以及中心轴，其至少通过第一臂耦合到所述第一托板并且至少通过第二臂耦合到所述第二托板；其中所述第一托板和所述第二托板被间隔开以允许第一托板和第二托板两者同时延伸通过所述处理室的所述狭缝阀；并且在不升高或降低所述第一托板和所述第二托板或所述机械手的情况下，所述第一托板和所述第二托板将衬底传输到所述处理室并将衬底从处理室移除。
21.根据权利要求20所述的系统，其中所述机械手包括真空机械手。
22.根据权利要求20所述的系统，其中所述第一托板和所述第二托板包括无凹部托板。
23.根据权利要求20所述的系统，其中所述机械手包括选择性柔性关节机械手臂的机械手。
24.根据权利要求20所述的系统，其中所述机械手适于将所述第一托板收缩于所述中心轴上方，使得由所述第一托板支撑的衬底的重心大致对中于所述中心轴上方。
25.根据权利要求24所述的系统，其中所述机械手适于将所述第二托板收缩于所述中心轴上方，使得由所述第一托板支撑的衬底的重心大致对中于所述中心轴上方。
26.根据权利要求20所述的系统，其中所述机械手适于部分地收缩所述第一托板，以当所述第一托板为空时在旋转期间不接触障碍物。
27.根据权利要求26所述的系统，其中其中所述机械手适于部分地收缩所述第二托板，以当所述第二托板为空时在旋转期间不接触障碍物。
28.根据权利要求20所述的系统，还包括控制器，所述控制器耦合到所述机械手，并适于引导所述机械手，用以当所述第一托板为空时，将所述第一托板以第一速度延伸进入所述处理室以从所述处理室的衬底支撑上取回第一衬底；将所述第一衬底从所述处理室的所述衬底支撑传输至所述第一托板；当所述第一托板支撑所述第一衬底时，将所述第一托板从所述处理室以低于所述第一速度的第二速度收缩；当所述第二托板支撑第二衬底时，将所述第二托板以所述第二速度延伸进入所述处理室；将所述第二衬底传输至所述处理室的所述衬底支撑；并将所述第二托板以所述第一速度从所述处理室收缩。
29.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一速度至少比所述第二速度快两倍。
30.根据权利要求28所述的系统，其中所述第一速度至少比所述第二速度至少快2-10倍。
31.一种在传输室与处理室之间传输衬底的方法，包括提供机械手，所述机械手定位在所述传输室内并包括第一托板和与所述第一托板间隔开的第二托板；并且在不升高或降低所述第一托板和所述第二托板或所述机械手的情况下，使用所述第一托板和所述第二托板将衬底传输到所述处理室并从所述处理室中移除衬底。
32.根据权利要求31所述的方法，还包括将所述第一托板和所述第二托板两者同时延伸通过狭缝阀，所述狭缝阀将所述传输室从所述处理室分离。
33.一种适于在传输室与处理室之间传输衬底的装置，包括机械手，其包括第一托板和与所述第一托板间隔开的第二托板；其中，所述第一托板与所述第二托板间隔开以允许当所述机械手位于所述传输室中时，在不升高或降低所述第一托板和所述第二托板或所述机械手的情况下，所述第一托板和所述第二托板将衬底传输到所述处理室并将衬底从所述处理室传输出。
34.根据权利要求33所述的装置，其中当所述机械手位于所述传输室内时，所述第一托板和所述第二托板两者适于同时延伸通过狭缝阀，所述狭缝阀将所述传输室从耦合到所述传输室的处理室分离。
全文摘要
在一个方面，本发明提供第一装置，该第一装置适于在传输室和处理室之间传输衬底。第一装置包括机械手，该机械手包括第一托板、与所述第一托板间隔开的第二托板、以及中心轴，该中心轴至少通过第一臂耦合到所述第一托板并且至少通过第二臂耦合到所述第二托板。第一托板和所述第二托板被间隔开，以允许(a)当所述机械手定位于传输室内时，所述第一托板和所述第二托板两个同时延伸通过狭缝阀，所述狭缝阀分离所述传输室和耦合到所述传输室的处理室；并且(b)在不升高或降低所述第一托板和所述第二托板或所述机械手的情况下，所述第一托板和所述第二托板将衬底传输到所述处理室和将衬底从处理室传输出。还提供许多其它方面。
文档编号H01L21/677GK1975996SQ20061015047
公开日2007年6月6日 申请日期2006年10月31日 优先权日2005年11月21日
发明者迈克尔·瑞斯, 尼古拉斯·克瓦尔浩, 杰弗里·A·伯蒂尼 申请人:应用材料公司