为处理中的基片提供翻转器的装置、系统和方法与流程

为处理中的基片提供翻转器的装置、系统和方法
1.相关申请的交叉引用
2.本技术要求题目为“为处理中的基片提供翻转器的装置、系统和方法”、2020年2月12日递交的、美国临时申请号62/975,604的优先权，在此将其全部内容引入作为参考，如同对其进行了完整的阐述。


背景技术：
技术领域
3.本发明涉及诸如半导体晶片的物品的传送和处理，更具体地，涉及一种用于为处理中的基片提供翻转器的装置、系统和方法。
4.背景说明
5.机器人技术的使用被很好地确立为制造手段，特别是在人的处理效率低和/或不期望的应用中。一种这样的情况是在半导体领域中，其中机器人和自动化站用于在各种处理步骤期间处理和保持晶片。举例来说，这些处理步骤可以包括化学机械平坦化(cmp)、蚀刻、沉积、钝化以及各种其它处理，其中必须保持密封和/或“清洁”环境，以便限制污染的可能性并确保满足各种特定的处理条件。
6.目前在半导体技术中以机械方式处理这些晶片的实践通常包括使用可操作地附接到机械装置的翻转器/对准器，例如以便将半导体晶片从装载堆叠装载到可对应于前述示范性处理步骤的各种处理端口中。该机器人用于配置该翻转器/对准器，以便例如在相关处理室中处理之前和/或之后从特定端口或堆叠取回晶片，和/或将晶片与站相关联，例如可以包括晶片放置在其上的站卡盘。
7.因此，晶片可由与翻转器/对准器连接地相关联的机器人在站之间穿梭以进行额外处理。当完成给定的晶片处理时，机器人可以将已处理的晶片从其站移动，并将已处理的半导体晶片返回到装载端口。通常，在每个处理运行期间，使用翻转器/对准器至站的移动以这种方式处理多个半导体晶片的堆叠。
8.已知技术包括机器人技术，以翻转和旋转晶片和类似的基片，例如用于在处理期间或之后的检查。然而，这种已知的翻转器通常不能处理多个晶片/基片尺寸。如全文所引用的，不仅硅晶片尺寸显著变化，而且可能需要翻转器处理的其它基片的尺寸也显著变化。因此，对已知翻转器可以处理的基片尺寸的修改的限制，连同缺乏独立的控制输入以改变已知翻转器在处理中的基片处理尺寸，限制了已知翻转器在不同基片和不同处理上的适用性，并且使得那些已知翻转器完全不能缩放。
9.此外，已知的翻转器具有基本上敞开的设计，即，机器人至少部分地未被包住，并且因此颗粒必然由已知的翻转器产生。因此，已知的翻转器不是为清洁而设计的，并且不适合用于洁净室环境中。
10.因此，需要一种可升级的基片翻转器，其提供基本上符合洁净室标准的功能。


技术实现要素：

11.某些实施例是且包括一种用于能够容纳不同尺寸的基片翻转器的装置、系统及方法。该装置、系统和方法可包括：提供旋转特征的至少一部分的基座壳体；臂外壳，所述臂外壳与所述旋转特征可旋转地相关联并且提供至少一个臂致动器和至少一个夹持器致动器；两个臂，所述两个臂位于沿着所述臂外壳的相对于彼此的两个基本上远侧的点处，所述两个臂中的每一个与所述至少一个臂致动器通信地相关联；以及夹持器，其与远离臂外壳的两个臂中的每一个相关联，与至少一个夹持器致动器通信地相关联，并且能够在夹持器致动时夹持基片中的一个。至少一个臂致动器的致动实现两个臂中的每个的中心纵向轴线之间的距离的改变。
12.因此，本发明提供至少一种用于提供基片翻转器的装置、系统及方法，该基片翻转器是可扩展的且提供实质上符合洁净室标准的功能。
13.附图简要说明
14.示例性组合、系统和方法将在下文中参考附图描述，其仅作为非限制性实例给出，其中：
15.图1是基片处理系统的示意图；
16.图2是基片翻转器的各方面的示意图；
17.图3是基片翻转器的各方面的示意图；
18.图4是基片翻转器的各方面的示意图；
19.图5是基片翻转器的各方面的示意图；
20.图6是基片翻转器的各方面的示意图；
21.图7是基片翻转器的各方面的示意图；
22.图8是基片翻转器的各方面的示意图；
23.图9是基片翻转器的各方面的示意图；以及
24.图10示出了基片翻转器的各个方面。
具体实施方式
25.本文提供的附图和描述可能已经被简化以说明与清楚理解本文描述的装置、系统和方法相关的方面，同时为了清楚起见，消除了可以在典型的类似装置、系统和方法中发现的其他方面。因此，本领域技术人员可以认识到，其它元件和/或操作对于实现本文所述的装置、系统和方法可能是期望的和/或必要的。但是因为这样的元件和操作在本领域中是已知的，并且因为它们不促进对本公开的更好理解，所以为了简洁起见，在此可能不提供对这样的元件和操作的讨论。然而，本公开被认为仍然包括本领域普通技术人员已知的对所描述的方面的所有这样的元件、变化和修改。
26.在全文中提供实施例，使得本公开充分彻底并且将所公开的实施例的范围完全传达给本领域技术人员。阐述了许多具体细节，例如具体组件、设备和方法的示例，以提供对本公开的实施例的透彻理解。然而，对于本领域技术人员来说显而易见的是，不需要采用某些具体公开的细节，并且可以以不同的形式来实施例。因此，所公开的实施例不应被解释为限制本公开的范围。如上所述，在一些实施例中，可能不详细描述公知的工艺、公知的器件结构和公知的技术。
27.本文所用的术语仅是为了描述特定实施例的目的，而不是旨在进行限制。例如，如本文所用，单数形式“一”、“一个”和“该”也可旨在包括复数形式，除非上下文另外清楚地指明。术语“包括”、“包含”、“含有”和“具有”是包含性的，因此指定了所述特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，但不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其群组的存在或添加。除非特别地被确定为优选的或需要的执行顺序，否则这里描述的步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或示出的特定顺序执行。还应理解，可采用额外或替代步骤来代替所揭示方面或与所揭示方面结合。
28.当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“之上”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，除非另外明确指出，否则其可以直接在另一元件或层上、之上、连接到或耦合到另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件或层被称为“直接在另一元件或层上”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间的关系的其他词语应当以类似的方式解释(例如，“之间”对“直接之间”、“相邻”对“直接相邻”等)。此外，如本文所使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的所列项目的任何和所有组合。
29.此外，尽管术语第一、第二、第三等可以在这里用于描述各种元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应当受这些术语限制。这些术语仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一个元件、部件、区域、层或部分区分开。因此，除非上下文清楚地指出，否则诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语当在本文中使用时不暗示顺序或次序。因此，在不脱离实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部分可以被称为第二元件、部件、区域、层或部分。
30.图1示出了自动化处理系统100，其适于精确地处理不同直径、成分和物理属性的半导体晶片、薄膜或类似基片102。处理系统100能够快速、有序连续地处理基片102以进行处理。所供应的基片102可在各个固定点103之间操纵或转移，以部分地通过配备有适于执行前述操纵和转移的边缘夹持系统106的机器人技术(例如机器人电枢104)进行处理。固定点103可包括一个或多个卡盘，例如可在将基片102放置到卡盘上时夹持基片102。例如，可以通过使用一个或多个真空装置105来执行这种夹持。
31.不仅基片102的形状或直径可以变化，而且它们通常也根据标准化规范制造，除了包括直径的尺寸公差之外，标准化规范可能要求用于在其上接收基片102的固定点103的表面是基本上平面的，诸如具有1.5微米或更小的平面度。举例来说，基片可以是硅晶片，例如200mm硅晶片，例如，其可以具有200+/-0.2mm的一个标准直径和例如675+/-25微米的一个标准厚度。处理后的典型晶片厚度可以为约500微米至约700微米。因此，在基片102与固定点103以及与机器人104和边缘夹持器106的相互作用期间，保持基片102上的平坦度是在处理系统100中获得可接受的基片产量和浪费水平的关键。
32.图2示出了所公开的基片翻转器200的侧视图。如图所示，翻转器200可包括电力和电子接口202(p和e接口)，以及在两个活动臂206的每个的远端处的电力的主动夹钳204。进一步示出了旋转特征208，其允许翻转器臂206同时旋转，例如从共同驻留的臂206到共同驻留的臂206沿竖直轴线的水平通路的旋转。如图所示，通常旋转特征208位于臂206的远离夹具204的远端，并且旋转特征208的方面位于也包括上述p和e接口202的主壳体212内。
33.所公开的翻转器200可具有可编程调节的臂偏移距离220，其从臂206之间的中心
点偏移，这相应地调节了夹具204之间的距离，以允许所处理的物品102(图2中未示出)的尺寸的可变性。举例来说，所搬运的物品可包括薄膜框架、裸晶片或经处理的晶片、玻璃分划板(glass reticle)或其它处理中的基片。举例来说，所公开的实施例可以允许处理200mm至300mm范围内的膜框架以及类似尺寸范围内的晶片。当然，本领域技术人员根据本文的讨论将理解，通过非限制性示例，可调节臂偏移可允许将物品处理的可缩放性到450mm或更大尺寸的物品。
34.更具体地，图3示出了根据实施例的翻转器200的正视图。如图所示，臂之间的偏移220a、b可以是可编程地调节的，并且优选地可以在给定的偏移行程上同步。作为示例，偏移行程可以在150mm至250mm的范围内，例如具体地为190mm。
35.还示出了迷宫式抓臂基座外壳330。值得注意的是，当臂206向外调整时，迷宫式外壳330继续封闭旋转特征208和臂偏移调整的电子器件和机械器件，从而增强工作站清洁度。
36.图3中所示的位于臂206的远端处的夹具204也可以提供洁净室水平的工作站清洁度。这些夹持器204可以包括真空清除滚子轴承332，例如，以增强夹持和清洁度。此外，夹具204可包括故障保护关闭和打开特征334，例如可与闭环感测系统336相互作用。作为示例，感测系统336可以包括如所示出的通过波束感测、可编程压力、感测、重量换能器或对本领域技术人员显而易见的其他感测方面。
37.图4示出了与图3的实施例类似的实施例，但是臂偏移220被调节以用于夹持较小物品102(未示出)。也就是说，当臂行程被可编程地调节以使臂206更靠近在一起时，迷宫式外壳330暴露得更少。图4中还示出了其上具有橡胶夹垫402的夹钳204。这种垫可以提供对被夹持物品的改进夹持，以及在处理和加工期间的静电耗散。在图4中还值得注意的是用于基座壳体212的可选的平面度调节404。
38.图5示出根据实施例的翻转器200的后俯视图。如图所示，臂206的基部502适当地封闭在壳体330内，并且与旋转特征208可旋转地相关联。旋转特征208以及用于臂206和夹具204的电力和电子器件的方面至少部分地封闭在主壳体504内。该壳体504和/或臂基座外壳330可提供清洁室水平外壳，其将微粒保持在其中，而没有污染工作空间的风险。这样，臂基座外壳330和主壳体504可包括真空和/或被真空清除，并且可由合适的材料形成以保持清洁，例如不锈钢。当然，本领域技术人员将理解，所公开的包括例如不锈钢的实施方案的方面可以另外被粉末涂覆。
39.图6示出了所公开的翻转器200的侧视图，其具有从位于水平入口的共同驻留旋转至沿着垂直入口基本上共同驻留的臂206。如通篇所讨论的，该旋转由旋转特征208施加。作为非限制性示例，旋转特征208可提供从0
°
(即，两个臂共同驻留在水平入口上)到180
°
+/-05
°
的旋转。旋转特征208、主壳体504和/或臂基座330可以包括，作为非限制性示例，行程止动件602以保持旋转臂的位置重复能力。例如，旋转轴可以具有高度精确的可重复性，例如在1至5μm的范围内，或者更具体地在2μm的范围内。
40.图7示出了主壳体504(未示出)被移除的主壳体504内的方面。如图所示，旋转特征208可设置在刚性基座702内，例如坯料铝基座。旋转特征208可包括具有与旋转特征208的前端708旋转连通的轴承706的齿轮头704，以及提供所公开的旋转的马达710。虽然所示的马达710包括伺服马达，其可在高负载能力的交叉滚子轴承上旋转，但该马达仅以非限制性
示例的方式示出。例如，本领域技术人员还将理解，在实施例中可以采用步进或伺服电机驱动器，并且还可以包括用于精确位置评估的电机编码。所公开的齿轮头704可以包括齿隙补偿，例如在小于一弧分的范围内。
41.例如，所公开的臂206可以支撑，并且旋转特征208可以能够旋转，可放大到2kg或更大的有效载荷。主壳体504内还包括并示意性地示出了气动控制720，以及一个或多个适于与图2所示的p和e接口202连接的可编程控制器722。
42.图8进一步示出了主壳体504(未示出)内的各个方面。图8中示出了旋转特征前端708，以及主动缠绕的电子线束802，以将来自p和e接口202的电力和电子/数据线在位置上保持在主壳体504内，并穿过用于旋转特征208的旋转接口208a到达夹持器基座外壳330，并最终到达臂206和/或夹持器204。所示的线束802允许对所公开的翻转器200的各方面进行不同的模块化处理。即，可以保持各种模块的机械和电气独立性，从而提供增强的使用灵活性和向从线束供给的不同模块添加附加功能的能力，诸如增加的抓握或控制、物品感测等。
43.图9提供了示例性臂基座330的更详细的图示。如上所示和如上所述，可以包括迷宫式密封板902，以在调节臂206时密封臂基部330，和/或以其它方式与臂的运动结合密封。因此，在迷宫式密封件中重叠的非接触板902防止了微粒逸出，并且另外允许在臂基座壳体330和主壳体504中都存在真空。
44.图10示出了臂206(未示出)的示例性同步。在图示中，使用夹持到臂基座壳体330内的相对侧并与两个臂206a、206b的基座相关联的同步带1002使得能够实现上述同步。通过非限制性示例，同步带1002可以是聚氨酯结构。
45.前述装置、系统和方法还可包括对本文中提及的各种机器人和真空功能性的控制。作为非限制性示例，这样的控制可以包括使用一个或多个用户接口的手动控制，所述用户接口诸如控制器、键盘、鼠标、触摸屏等，以允许用户输入指令以由与机器人和本文讨论的系统相关联的软件代码执行。另外，如本领域技术人员所公知的，系统控制也可以是完全自动化的，例如其中手动用户交互仅发生以“设置”和编程所引用的功能，即，用户可以仅初始地编程或上载计算代码以执行贯穿本文所讨论的预定移动和操作序列。在手动或自动实施例或其任何组合中，控制器可被编程，例如，以使基片的已知位置、机器人、固定点以及其间的相对位置相关联。
46.应当理解，此处所描述的系统和方法可以根据任何计算环境来操作和/或由任何计算环境来控制，并且因此所采用的计算环境不将此处所描述的系统和方法的实现限于具有不同组件和配置的计算环境。也就是说，本文描述的概念可以使用各种组件和配置中的任何组件和配置在各种计算环境中的任何计算环境中实现。
47.此外，提供本公开的描述以使得本领域的任何技术人员能够制造或使用所公开的实施例。所属领域的技术人员将容易明白对本发明的各种修改，且本文所界定的一般原理可在不脱离本发明的精神或范围的情况下应用于其它变化。因此，本公开内容并不旨在局限于本文所描述的示例和设计，而是应当符合与本文所公开的原理和新颖特征相一致的最宽范围。