TW201806066A - 用於改進的基板處置組件的系統、設備及方法 - Google Patents

Abstract

本發明的實施例提供了用於改進基板處置組件的系統、設備及方法。實施例包括一對致動臂；一對基板擷取尖端，每個擷取尖端形成在每個致動臂的不同遠端中；致動器，該致動器耦合到致動臂的近端並且可經運作以致動該致動臂；以及硬停器(hard stop)，該硬停器經定位以防止致動器使致動臂關閉超過預定量，使得在關閉位置中，致動臂不接觸經定位以被基板處置組件拾取的基板。在此揭示許多額外態樣。

Description

用於改進的基板處置組件的系統、設備及方法

本申請案主張於2016年5月6日提交且標題為「SYSTEMS, APPARATUS, AND METHODS FOR IMPROVED SUBSTRATE HANDLING ASSEMBLY」(代理人案卷號23938/USA/L)的美國臨時專利申請案第62/332,767號的優先權，在此為了所有目的而以引用方式將整個該美國臨時申請案併入本文中。

本發明係關於基板處理，更特定言之係關於用於改進基板處置組件的系統、設備及方法。

由於積體電路、資料碟片及類似製品被大量生產，基板(例如，半導體晶圓)的處理已經變得具有重大的經濟意義。積體電路中使用的特徵大小明顯下降，因此提供更大的整合及更大的容量。此舉因為改進的微影術及其他技術及改進的處理而變得可能。

在某種程度上，特徵尺寸的減少受到污染的限制。此是真的，因為各種污染顆粒、晶體、金屬及有機物導致所得產品中的缺陷。由污染物引起的特徵尺寸的限制妨礙了充分地利用已知製造技術的解析能力。因此，仍亟需用於處理在處理期間要求非常低位準的污染的基板及類似製品的改進方法及系統。此外，基板可能非常脆弱並易於損壞。因此，需要能夠處置基板而不損壞基板並且不產生污染物的機器人。

在一些實施例中，本發明提供了一種用於改進的基板處置組件的設備。改進的基板處置組件包括一對致動臂；一對基板擷取尖端，每個擷取尖端形成在每個致動臂的不同遠端中；致動器，該致動器耦合到致動臂的近端且可經運作以致動致動臂；及硬停器，該硬停器經定位以防止致動器使致動臂關閉超過預定量，使得在關閉位置中，致動臂不接觸經定位以被基板處置組件拾取的基板。

在一些實施例中，本發明提供了一種處置基板的改進方法。處置基板的該改進方法包括以下步驟：使基板處置組件的一對基板擷取尖端定位在垂直定位之基板的中心下方；將擷取尖端朝向彼此移動，使得擷取尖端之間的距離小於基板的直徑；並且升高擷取尖端以接合基板的邊緣並將基板固定在基板袋中，該基板袋由擷取尖端形成。

在一些實施例中，本發明提供一種具有改進的基板處置組件的流通束機器人。流通束機器人包括跨越複數個處理站上方的支架；基板處置組件，該基板處置組件從支架懸掛並經適配以沿著支架移動到每個處理站；升降機，該升降機經適配以升高及降低基板處置組件；以及控制器，該控制器經運作以控制基板處置組件的運作及定位。基板處置組件包括一對致動臂；一對基板擷取尖端，每個擷取尖端形成在每個致動臂的不同遠端中；致動器，該致動器耦合到致動臂的近端並且可經運作以致動該致動臂；以及硬停器，該硬停器經定位以防止致動器使致動臂關閉超過預定量，使得在關閉位置中，致動臂不接觸經定位以被基板處置組件拾取的基板。

藉由說明數個示例性實施例及實施，本發明的其他特徵、態樣及優點將從以下詳細描述、所附申請專利範圍及附圖而變得更加顯而易見。本發明的實施例也能夠實現其他及不同的應用，且其數個細節可在各種方面進行修改而皆不脫離本發明的精神及範疇。從而，繪圖及描述在本質上被認為是說明性的，而不是限制性的。繪圖不一定按比例繪製。

本發明的實施例提供用於改進基板處置組件的系統、設備及方法。特定言之，本發明的實施例對現有基板處置組件的問題提供解決方案。例如，為了避免損壞基板，現有的基板處置組件具有邊緣夾持力。此舉造成處置問題，例如基板掉落或基板被留在目前位置的保持器中。此外，為夾緊或夾持設計的現有基板處置組件在關閉時會衝擊基板。此舉可能在基板上產生不必要的應力。此外，現有的設計通常使用產生高摩擦設計的套筒襯套(sleeve bushings)及止推墊圈(thrust washer)。該等設計元件貢獻於潛在地污染顆粒生成及低夾持力。

使用樞軸設計的現有基板處置組件通常經配置以使得夾持臂、套筒襯套及止推墊圈是堆疊的且被帽及O形環壓縮。由於該等組件類型的典型允差範圍，組件及組件之間的壓縮量變化可能很大。此外，允差範圍允許組件沒有壓縮或開放的間隙。此舉導致當試圖拾取及放下基板時，夾持臂被允許沿著樞軸橫向浮動而引入定位誤差。

本發明的基板處置組件的實施例消除了該等問題。摩擦、顆粒產生及允差堆疊是經由使用密封輥軸承設計來消除，該密封輥軸承設計允許組件具有近似無摩擦的運動，該運動具有被包含在密封軸承中的最少顆粒物產生。本發明的基板處置組件的實施例被預加載以消除任何堆疊問題。本發明的基板處置組件的實施例亦使用比先前使用的更強大的致動器(例如，更大的氣缸)，該致動器允許在現有組件之上大幅地增加夾持力。

本發明的基板處置組件的實施例亦包括基板袋，該基板袋允許基板被拾取而不必隨著臂包覆基板來對基板施加壓力。此舉消除了對基板的應力及可能的損壞。基板袋形成於擷取尖端內，該擷取尖端包括用於持定基板的輪廓。

本發明的實施例提供了基板處置組件，該基板處置組件具有打開/關閉的致動臂，但作為口袋保持器運作以拾取及放置基板。該設計允許組件直接在基板上方定位並使致動臂處於打開位置。此舉允許致動臂在基板上方下降並定位臂，使得臂的擷取尖端在基板中心的下方。致動臂被致動到關閉位置，由硬停器限制，並且仍然不接觸基板。接著，隨著組件向上移動，基板被牢固地擷取在擷取尖端中的口袋特徵中，並接著升離當前位置。基板僅經受到來自重力的力量，並且不被基板處置組件壓縮或以其他方式受力。

為了放置基板，組件下降直到基板被放置在目的保持器中。組件接著繼續下降直到在致動臂端部處的擷取尖端不再與基板接觸為止。接著將該等臂驅動到打開位置。組件接著離開基板，並且能夠在不進一步接觸基板的情況下升離目的地。

本發明的實施例的基板處置組件適合與機器人800(例如，流通束機器人)一起使用，例如圖8所圖示的機器人。此種機器人800可包括支架(gantry)802，該支架跨越複數個處理站(未繪示)上方。處理站可包括浸沒槽及清洗站，該等浸沒槽及清洗站將各種處理化學物施加到基板S。支架802促進在站之間移動基板S。一或更多個(圖示三個)基板處置組件100經由聯接件804而懸掛於支架802，並且經適配以沿著支架802移動到每個處理站。經適配以升高及降低基板處置組件100的升降機806設置於支架802及基板處置組件100之間的聯接件804上。系統亦包括控制器808，該控制器經運作以控制基板處置組件100的運作及定位。

現在轉向圖1至圖3，繪示了使用本發明的實施例的基板處置組件100來升高基板S(例如，圓形300 mm矽晶圓)的範例順序。基板處置組件100包括一對基板擷取尖端102A、102B，該對基板擷取尖端形成在致動臂104A、104B的遠端處。在一些實施例中，致動臂104A、104B包括彎曲構件，該等彎曲構件尺寸設計成圍繞基板S，如圖1所示。致動臂104A、104B可包括校準切口105A、105B，該等校準切口對操作者提供視覺通路以允許基板處置組件100在初始系統建立期間與基板S對齊。在一些實施例中，致動臂104A、104B經配置以藉由繞著樞轉組件106旋轉而移動靠近及分開，該樞轉組件由致動器108驅動，該致動器經由聯接件110A、110B耦合至致動臂104A、104B。例如，如圖1及圖2所繪示地，致動臂104A、104B可經運作以在如圖1所示的打開位置及如圖2所示的關閉位置之間移動。在所繪示實施例中，基板處置組件100使用剪刀動作進行運作，在該剪刀動作中，致動臂104A、104B相對於彼此樞轉。在替代實施例中，臂可經適配以在線性運動中經移動以不使用樞轉的方式來圍繞基板閉合。

如圖1所示的向下指的箭頭所指示地，當基板處置組件100處於打開位置時，擷取尖端102A、102B不接觸基板S，並且可垂直向下移動到(及向上移動離開)位置而不與基板S碰撞。當打開基板處置組件100時，致動器108移動致動臂104A、104B以在預定分隔距離停止。在一些實施例中，可調整硬停器可用於精確地限制致動器108並控制致動臂104A、104B的打開運動的範圍。在一些實施例中，基板擷取尖端102A、102B在打開位置中分離，使得該等基板擷取尖端的間隔距離大於基板S的最大寬度(例如，直徑)。例如，對於圓形的300 mm基板，擷取尖端102A、102B可被分離，使得該等擷取尖端在打開位置中分開約305 mm至約330 mm。在另一個範例中，對於圓形的400 mm基板，擷取尖端102A、102B可被分離，使得該等擷取尖端在打開位置中分開約405 mm至約430 mm。在其他實施例中，其他預定距離可用於打開位置。

如圖2所示的兩個向內指的箭頭所指示地，當基板處置組件100移動到關閉位置時，擷取尖端102A、102B仍然不接觸基板S(直到基板處置組件100垂直上升為止，如圖3所示)。致動器108帶動致動臂104A、104B在預定分開距離處停止，而不接觸基板S。在一些實施例中，可調整硬停器可用於精確地限制致動器108並控制致動臂104A、104B的關閉運動的範圍。在一些實施例中，基板擷取尖端102A、102B會合於關閉位置中，使得該等基板擷取尖端的間隔距離小於基板S的最大寬度(例如，直徑)。例如，對於圓形的300 mm基板，擷取尖端102A、102B可經會合以使得該等擷取尖端在關閉位置中分開約270 mm至約295 mm。在另一個範例中，對於圓形的400 mm基板，擷取尖端102A、102B可經會合以使得該等擷取尖端在關閉位置中分開約370 mm至約395 mm。在其他實施例中，其他預定距離可用於關閉位置。注意到，在圖2所示的一些實施例中，致動臂104A、104B可包括導入特徵，該導入特徵提供運動表面，以便隨著致動臂104A、104B靠近基板S而使稍微移位的基板S與基板處置組件100對準。因此，驅動臂104A、104B在圖1中被基板S遮蔽的部分是導入特徵，且若該基板處於適當的位置，則該導入特徵不一定接觸基板S。

如圖3所示，隨著基板處置組件100處於關閉位置，且擷取尖端102A、102B設置在基板S的中心下方，基板處置組件100垂直向上移動。在關閉位置中的此向上運動造成擷取尖端102A、102B接合基板S的邊緣，並且牢固地在基板袋中擷取基板S，該基板袋是由擷取尖端102A、102B所形成。

現在轉向圖4A及圖4B，繪示了致動器108的細節。圖4A描繪了基板處置組件100的正視圖，且圖4B繪示了沿著圖4A中的線AA所截取的側邊橫截面圖。如所示地，致動器108的範例實施例可包括氣動或液壓缸402，該氣動或液壓缸可經運作以將滑動塊404向上移動到可調整的上部硬停器406，並向下移動到可調整的下部硬停器408。可使用其他類型的致動器(例如，電氣致動器)。滑動塊404樞轉地耦合到聯接件110A及110B，該等聯接件樞轉地耦合到致動臂104A、104B。在一些實施例中，可調整的上部硬停器406及可調整的下部硬停器408被體現為螺栓(例如，六角頭螺栓)，該螺栓能夠經轉動以調整其垂直位置。致動器108亦包括蓋子410，該蓋子包含由致動器108所產生的任何顆粒。

圖5是沿著圖4中的線AA截取的樞轉組件106的放大橫截面視圖。如所顯示地，樞轉組件106可包括一對密封的輥軸承502A、502B，該對密封的輥軸承設置在樞軸504周圍並且用預載螺絲506及預載墊圈(washer)508保持定位。輥軸承502A、502B耦合到致動臂104A、104B，並且使用軸承間隔件510、512、514保持在最佳的固定間隔。因此，不同於允許夾持臂沿著樞軸浮動的先前技術設計，本發明的實施例提供了更加精確(例如，更嚴格的允差)的樞轉組件106，該樞轉組件不具有可變旋轉摩擦或間隙及浮動，該可變旋轉摩擦是基於將組件保持在一起的緊固件的緊密度。樞轉組件106亦包括密封帽516、518並且被殼體520保護，以進一步包含任何所產生的顆粒並防止暴露於處理流體。

圖6A、圖6B及圖6C分別是擷取尖端102A的放大的等角視圖、前視圖及側視圖。注意到，擷取尖端102B是擷取尖端102A的鏡像。擷取尖端102A包括凹槽602，該凹槽經適配以接收及接觸基板S的邊緣。在提起基板處置組件後，基板S被運動表面604引導到凹槽602中。一起地，每個擷取尖端102A、102B上的凹槽602形成基板袋，該基板袋經適配以在擷取尖端102A、102B以預定距離分開定位時(例如，圖2及圖3所繪示的關閉位置)支撐並牢固地保持基板S。在一些實施例中，擷取尖端102A、102B各自包括導入特徵606(例如，運動表面)，該導入特徵允許在將基板處置組件100移動到封閉位置後，使基板處置組件100將未對準的基板引導到合適位置中。在一些實施例中，擷取尖端102A可包括切口608，以進一步改善運作期間的間隙，並且亦在凹槽602的製造期間提供銑削工具(milling tool)的取得。在一些實施例中，擷取尖端102A、102B及致動臂104A、104B可由任何合適的塑料形式(例如，PEEK、Polypro、PET等)或金屬類型(例如，不銹鋼、鋁等)製成。也可替代地使用其他材料。在替代實施例中，擷取尖端可使用不同於臂的其餘部分的材料。

現在轉向圖7，提供了描繪處置基板的範例方法的流程圖。該方法包括以下步驟：將基板處置組件的一對基板擷取尖端定位在垂直定位的基板(702)的中心下方。此舉涉及將組件對準於基板上方，該基板例如位於處理槽中，並在打開位置中浸入致動臂以圍繞基板，如圖1所示。接著，擷取尖端朝向彼此移動，使得擷取尖端之間的距離小於基板(704)的直徑。致動臂移動到如圖2所示的關閉位置。最後，擷取尖端被升高以接合基板的邊緣，並且將基板固定在由擷取尖端(706)形成的基板袋中。基板處置組件被提起，使得基板袋擷取基板，如圖3所示。

在本揭示內容中描述了許多實施例，且該等實施例僅為了說明目的而呈現。所描述的實施例不是，也並非意圖以任何方式作為限制。目前揭示的發明可廣泛地應用於許多實施例，如同從揭示內容顯而易見的。本領域具有通常知識者將意識到，所揭示的發明可使用各種修改及變化來實踐，例如結構、邏輯、軟體及電性修改。儘管可參考一或更多個特定實施例及/或繪圖來描述所揭示的發明的特定特徵，但是應理解到，該等特徵不限於在參考其所被描述的一或更多個特定實施例或繪圖中使用，除非另有明確表示。

本揭示內容不是對所有實施例的文字描述，也不是所有實施例中必須存在的發明特徵的列表。

發明名稱(闡述於本揭示內容的第一頁開頭)不應該被視為以任何方式限制作為所揭示之發明的範疇。

本揭示內容對本領域具有通常知識者提供數個實施例及/或發明的實現描述。某些該等實施例及/或發明可能未在本申請案中主張，但仍可能在一或更多個延續案中主張，該延續案主張本申請案的優先權之權益。申請人打算提出額外的申請案，以對已經揭露並且能夠實現但未在本申請案中主張的請求標的尋求專利。

先前的描述僅揭示本發明的示例性實施例。本領域具有通常知識者將可輕易觀察到落在本發明範疇內的上文揭示的設備、系統及方法之修改。

從而，儘管本發明連同其示例性實施例被揭示，但應理解到，其他實施例可能落入本發明的精神及範疇內，如以下申請專利範圍所定義。

100‧‧‧基板處置組件
102A‧‧‧基板擷取尖端
102B‧‧‧基板擷取尖端
104A‧‧‧致動臂
104B‧‧‧致動臂
105A‧‧‧校準切口
105B‧‧‧校準切口
106‧‧‧樞轉組件
108‧‧‧致動器
110A‧‧‧聯接件
110B‧‧‧聯接件
402‧‧‧氣動缸或液壓缸
404‧‧‧滑動塊
406‧‧‧上部硬停器
408‧‧‧下部硬停器
410‧‧‧蓋子
502A‧‧‧輥軸承
502B‧‧‧輥軸承
504‧‧‧樞軸
506‧‧‧預載螺絲
508‧‧‧預載墊圈
510‧‧‧軸承間隔件
512‧‧‧軸承間隔件
514‧‧‧軸承間隔件
516‧‧‧密封帽
518‧‧‧密封帽
520‧‧‧殼體
602‧‧‧凹槽
604‧‧‧運動表面
606‧‧‧導入特徵
608‧‧‧切口
700‧‧‧方法
702‧‧‧步驟
704‧‧‧步驟
706‧‧‧步驟
800‧‧‧機器人
802‧‧‧支架
804‧‧‧聯接件
806‧‧‧升降機
808‧‧‧控制器
S‧‧‧基板

圖1是根據本發明的實施例描繪處於第一位置中的改進基板處置組件的第一示例性實施例的示意圖。

圖2是根據本發明的實施例描繪處於第二位置中的改進基板處置組件的第一示例性實施例的示意圖。

圖3是根據本發明的實施例描繪處於第三位置中的改進基板處置組件的第一示例性實施例的示意圖。

圖4A及圖4B是根據本發明的實施例分別描繪改進基板處置組件系統的示例性實施例的前視圖及橫截面側視圖的示意圖。

圖5是描繪圖4A及圖4B的示例性實施例之一部分的放大橫截面側視圖的示意圖。

圖6A、圖6B及圖6C是分別描繪圖4A及圖4B的示例性實施例的擷取尖端之示例性實施例的放大等角視圖、前視圖及側視圖的示意圖。

圖7是根據本發明的實施例描繪處置基板的示例性方法的流程圖。

圖8是根據本發明的實施例描繪範例機器人之透視圖的示意圖，該機器人包括改進的基板處置組件。

國內寄存資訊 (請依寄存機構、日期、號碼順序註記) 無

國外寄存資訊 (請依寄存國家、機構、日期、號碼順序註記) 無

100‧‧‧基板處置組件

102A‧‧‧基板擷取尖端

102B‧‧‧基板擷取尖端

104A‧‧‧致動臂

104B‧‧‧致動臂

106‧‧‧樞轉組件

108‧‧‧致動器

110A‧‧‧聯接件

110B‧‧‧聯接件

S‧‧‧基板

Claims (20)

1. 一種基板處置組件，包括： 一對致動臂；一對基板擷取尖端，每個擷取尖端形成在每個致動臂的一不同遠端中；一致動器，該致動器耦合到該等致動臂的一近端並且可經運作以致動該等致動臂；及一硬停器(hard stop)，該硬停器經定位以防止該致動器使該等致動臂關閉超過一預定量，使得在一關閉位置中，該等致動臂不接觸經定位以由該基板處置組件拾取的一基板。
2. 如請求項1所述之基板處置組件，進一步包括一樞轉組件，該樞轉組件包括一對輥軸承，每個輥軸承在一樞轉位置處耦合到一不同的致動臂。
3. 如請求項1所述之基板處置組件，其中該對致動臂佈置於一剪刀配置中。
4. 如請求項1所述之基板處置組件，其中該等擷取尖端包含一輪廓基板袋，該輪廓基板袋經配置以在從一基板的一中心下方垂直升起時擷取一基板，該基板位於一垂直定向。
5. 如請求項4所述之基板處置組件，其中該輪廓基板袋包括運動導入表面，該運動導入表面經適配以隨著該等擷取尖端從該基板的該中心下方垂直上升而將一基板邊緣導入該基板袋的一凹槽中。
6. 如請求項1所述之基板處置組件，其中該致動器包括一氣動缸及一液壓缸的至少一者。
7. 如請求項1所述之基板處置組件，其中該等致動臂經適配以浸入一流體中，以拾取並放置一基板。
8. 一種流通束機器人(running beam robot)，包括： 一支架，該支架跨越複數個處理站上方； 一基板處置組件，該基板處置組件從該支架懸掛並經適配以沿著該支架移動到該等處理站中的每一個； 一升降機，該升降機經適配以升高及降低該基板處置組件；及 一控制器，該控制器經運作以控制該基板處置組件的運作及定位，其中該基板處置組件包括： 一對致動臂； 一對基板擷取尖端，每個擷取尖端形成在每個致動臂的一不同遠端中； 一致動器，該致動器耦合到該等致動臂的一近端並且可經運作以致動該等致動臂；及 一硬停器，該硬停器經定位以防止該致動器使該等致動臂關閉超過一預定量，使得在一關閉位置中，該等致動臂不接觸經定位以被該基板處置組件拾取的一基板。
9. 如請求項8所述之流通束機器人，其中該基板處置組件進一步包括一樞轉組件，該樞轉組件包括一對輥軸承，每個輥軸承在一樞轉位置處耦合到一不同的致動臂。
10. 如請求項8所述之流通束機器人，其中該對致動臂佈置於一剪刀配置中。
11. 如請求項8所述之流通束機器人，其中該等擷取尖端包含一輪廓基板袋，該輪廓基板袋經配置以在從一基板的一中心下方垂直升起時擷取一基板，該基板位於一垂直定向。
12. 如請求項11所述之流通束機器人，其中該輪廓基板袋包括運動導入表面，該運動導入表面經適配以隨著該等擷取尖端從該基板的該中心下方垂直上升而將一基板邊緣導入該基板袋的一凹槽中。
13. 如請求項8所述之流通束機器人，其中該致動器包括一氣動缸及一液壓缸的至少一者。
14. 如請求項8所述之流通束機器人，其中該等致動臂經適配以浸入一流體中，以拾取並放置一基板。
15. 一種處置一基板的方法，該方法包括以下步驟： 將一基板處置組件的一對基板擷取尖端定位在一垂直定位的基板的一中心下方； 使該等擷取尖端朝向彼此移動，使得該等擷取尖端之間的一距離小於該基板的一直徑；及 升高該等擷取尖端以接合該基板的一邊緣，並且將該基板固定在由該等擷取尖端所形成的一基板袋中。
16. 如請求項15所述之方法，進一步包括以下步驟：提供該基板處置組件，該基板處置組件包括： 一對致動臂； 該對基板擷取尖端，每個擷取尖端形成在每個致動臂的一不同遠端中； 一致動器，該致動器耦合到該等致動臂的一近端並且可經運作以致動該等致動臂；及 一硬停器，該硬停器經定位以防止該致動器使該等致動臂關閉超過一預定量，使得在一關閉位置中，該等致動臂不接觸經定位以被該基板處置組件拾取的一基板。
17. 如請求項16所述之方法，其中使該基板處置組件的該對基板擷取尖端定位於該垂直定位的基板的該中心下方的步驟包括以下步驟：使該基板處置組件的該等致動臂在一打開位置中下降到一流體槽，使得該等致動臂經設置以圍繞該基板。
18. 如請求項17所述之方法，其中使該等擷取尖端朝向彼此移動的步驟包括以下步驟：運作該致動器以將該等致動臂移動到一關閉位置。
19. 如請求項18所述之方法，其中該等擷取尖端及該等致動臂以不接觸該基板的方式移動到該關閉位置。
20. 如請求項19所述之方法，其中升高該等擷取尖端以接合該基板的該邊緣的步驟包括以下步驟：升高該基板處置組件離開該流體槽。