TW201344830A - 基板轉移機械裝置、基板處理裝置及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

本發明係揭露一種可有效轉移一基板之基板轉移機械裝置、一多腔室基板處理裝置以及一控制方法。基板轉移機械裝置包含一基板支持件、複數機械手臂以及一載入固定單元。該等機械手臂驅動基板支持件使其進行一三維移動。載入固定單元設置於該等機械手臂之任一，並從一基板之上方吸住或支持該基板。

Description

基板轉移機械裝置、基板處理裝置及其控制方法
本發明係關於一種基板轉移機械裝置、使用基板轉移機械裝置之一多腔室基板處理裝置以及一種多腔室基板處理裝置之控制方法，其中該基板轉移機械裝置能高效率地轉移一基板。
在一半導體製程中，一薄膜沉積製程用以將一所需材料沉積在一基板上，並可分為一物理氣體沉積(physical vapor deposition,PVD)方法與一化學氣相沉積(chemical vapor deposition,CVD)方法。其中，化學氣相沉積方法係提供反應氣體至反應腔室，而在使用高熱或電漿的情況下，使反應氣體產生化學反應，如此可沉積一薄膜於基板上。另外，在有機金屬化學氣相沉積(metal-organic chemical vapor deposition,MOCVD)方法中，有機金屬化合物係作為前驅物(precursor)，並被傳送至反應腔室作為載運氣體(carrier gas)，以使一有機金屬化合物薄膜成長於一加熱之基板表面。
在進行一沉積或蝕刻製程之習知基板處理裝置中，通常僅有單一基板載入至一反應腔室以進行基板處理製程。然而近來，一種半批次(semi-batch type)基板處理裝置被開發出來，其中，複數承載盤容器設置於反應腔室之一承載盤上，並且複數基板係同時被載入至個別的承載 盤容器以進行處理。此外，一多腔室基板處理裝置亦被開發出來，其具有多個反應腔室可同時進行多個製程。
然而，上述習知技術之問題在於，半批次基板處理裝置需要藉由人工方式將多個基板載入至個別承載盤容器內。舉例而言，在載入或卸載基板的過程中，需要藉助鉗子(tweezers)，而鉗子會傷害基板。此外，人工方式亦使得基板不易精確地對準對應的承載盤容器。此外，載入或卸載基板的工作也更耗時。
有鑒於上述問題，本發明之一目的在於提供一種基板轉移機械裝置，能自動將基板從一匣盒取出、載入基板至一基板對準器，並且將對準之基板從基板對準器載入至一承載盤。
本發明之另一目的在於提供一種基板處理裝置，其係使用上述之基板轉移機械裝置載入並卸載一基板，並且處理載入之基板。
本發明之另一目的在於提供一種基板處理裝置之控制方法以處理一基板。
為達上述目的，本發明係提供一種基板轉移機械裝置，其包含一基板支持件、複數機械手臂以及一載入固定單元。機械手臂驅動基板支持件使其進行一三維移動。載入固定單元設置於該等機械手臂之任一，並從一基板之上方吸住或支持該基板。
在一實施例中，該等機械手臂包含：一機械手臂，具有該基板支持件；以及另一機械手臂，連接於具有該基板支持件之該機械手臂，並且載入固定單元設置於該另一機械手臂之一底部。
在一實施例中，載入固定單元係為一非接觸吸力夾持單元。此外，一攝像器設置於載入固定單元之一側。
為達上述目的，本發明亦提供一種基板處理裝置，其包含一匣盒、一基板對準器、一反應腔室以及一基板轉移機械裝置。複數基板係疊設於匣盒內。基板對準器係依據一預定方向對準各基板。反應腔室包含一承載盤，承載盤具有複數承載盤容器。基板轉移機械裝置係在匣盒、基板對準器與該等承載盤容器之間轉移各基板，並包含一基板支持件、一載入固定單元以及複數機械手臂。基板支持件係將各基板從匣盒轉移至基板對準器。載入固定單元係從由基板對準器所對準之基板之上方吸住或支持該基板，並且將基板轉移至一對應的承載盤容器。機械手臂驅動基板支持件與載入固定單元進行一三維移動。
在一實施例中，反應腔室之數量為至少二，並且基板轉移機械裝置為該等反應腔室進行一基板載入作業以及一基板卸載作業。
在一實施例中，該等機械手臂包含：一機械手臂，具有該基板支持件；以及另一機械手臂，連接於具有基板支持件之該機械手臂，並且載入固定單元設置於該另一機械手臂之一底部。載入固定單元可為一非接觸吸力夾持單 元。
為達上述目的，本發明亦提供一種控制方法，其係控制一基板處理裝置，基板處理裝置包含一匣盒、一基板對準器、至少二反應腔室以及一基板轉移機械裝置，複數基板疊設於匣盒內，基板對準器係依據一預定方向對準各基板，各反應腔室具有一承載盤，承載盤具有複數承載盤容器，基板轉移機械裝置係在匣盒、基板對準器與該等承載盤容器之間轉移各基板。控制方法包含：使用基板轉移機械裝置之一基板支持件將各基板從匣盒轉移至基板對準器；使用基板轉移機械裝置之一載入固定單元從由基板對準器所對準之基板之上方吸住或支持該基板；將載入固定單元移動至一對應的承載盤容器上方並將該基板載入至承載盤容器內；以及使用基板轉移機械裝置為該等反應腔室重覆上述步驟。
在一實施例中，控制方法更包含：在一對應之反應腔室內進行完一製程之後，使用載入固定單元將該基板從該承載盤容器卸載。
以下將參照相關圖式，說明依據本發明較佳實施例之一種基板轉移機械裝置、基板處理裝置及其控制方法，其中相同的元件將以相同的參照符號加以說明。
圖1為本發明較佳實施例之一種基板轉移機械裝置的示意圖。
本發明較佳實施例之基板轉移機械裝置1包含一基台10、複數機械手臂12、14、16、18、一基板支持件20以及一載入固定單元30。機械手臂12、14、16、18係設置於基台10上。基板支持件20係設置於該等機械手臂之一遠端機械手臂上(於此以機械手臂18為例)。
機械手臂12、14、16、18係形成一鉸接式的機械裝置。如圖1所示，機械手臂12、14、16、18包含一第一機械手臂12、一第二機械手臂14、一第三機械手臂16以及一第四機械手臂18。第一機械手臂12係設置於基台10之一頂部上，第二機械手臂14係連接於第一機械手臂12，第三機械手臂16連接於第二機械手臂14，第四機械手臂18連接於第三機械手臂16。需注意者，本發明之機械機臂在數量以及結構上可有其他變化態樣，於此僅為舉例說明。較佳者，該等機械手臂係構成並可讓基板支持件20以及載入固定單元30進行三維運動。
為驅動機械手臂12、14、16、18，一第一驅動馬達22、一第二驅動馬達24、一第三驅動馬達26以及一第四驅動馬達28係分別設置於該等機械手臂12、14、16、18的連接處。其中，第一驅動馬達22係可轉動地驅動第一機械手臂12，第二驅動馬達24係可轉動地驅動第二機械手臂14，第三驅動馬達26係可轉動地驅動第三機械手臂16，第四驅動馬達28係可轉動地驅動第四機械手臂18。此外，一垂直移動單元23可設置於基台10內並驅動第一機械手臂12在垂直方向上移動。
上述用以可轉動地驅動機械手臂12、14、16、18之驅動馬達22、24、26、28僅為舉例說明，本發明可有其他態樣用以驅動機械手臂之結構。此外，垂直移動單元23可使用如齒棒(rack)、齒輪傳動(pinion gear)元件、滾珠螺桿(ball screw)、線性馬達等等之驅動單元。
基板支持件20設置於第四機械手臂18之一端部。在一實施例中，基板支持件20可例如支撐一基板之一底部。此外，在另一實施例中，一真空器可用於基板支持件20以避免基板掉落。
載入固定單元30設置於第三機械手臂16之下方，並可為使用伯努利定律(Bernoulli’s principle)之一非接觸式夾持(chuck)單元或一靜電式夾持單元。載入固定單元30之一底部吸住或支持基板。此外，一攝像器32可設置於第三機械手臂16下方，並可藉由取得之影像決定基板之一位置或得知一承載盤之一承載盤容器(susceptor pocket)之一位置。載入固定單元30與攝像器32可經由一耦接元件29固設於第三機械手臂16之一底部。若必要，用以作動並控制載入固定單元30與攝像器32之元件係可裝設於耦接元件29內。
圖2為本發明較佳實施例之基板轉移機械裝置、一基板接收匣盒以及一基板對準器的示意圖。
複數基板36設置於匣盒34內，並以相同的間距彼此疊設。
基板對準器38用以使各基板36依據一方向對準。一 平整區域或一凹痕係形成於基板36，並且基板對準器38係對準基板36，而使基板之該平整區域或該凹痕面對一預設方向。當基板36被載入至承載盤之承載盤容器時，基板36係受控制而沿一對準方向載入。在一實施例中，基板36可載入至承載盤容器，並且基板36之平整區域或凹痕面對以承載盤為中心之徑向之外側。
在基板36被基板對準器38對準且被轉移至承載盤並由載入固定單元30吸住與支持之後，基板36係座落於承載盤容器內。
圖3為本發明一較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之一基板處理裝置的示意圖，圖4為基板處理裝置之一前視示意圖。
基板處理裝置包含基板轉移機械裝置1以及至少二反應腔室40、50。圖3及圖4顯示基板處理裝置具有第一反應腔室40與第二反應腔室50。
一第一承載盤42設置於第一反應腔室40內，並具有複數第一承載盤容器44位於第一承載盤42內。一第二承載盤52設置於第二反應腔室50內，並具有複數第二承載盤容器54位於第二承載盤52內。另外，雖然圖未顯示，但各反應腔室40、50可被一腔室罩體覆蓋，腔室罩體可打開或關閉反應腔室40、50。
基板轉移機械裝置1可設置於反應腔室40、50之間、或位於基板處理裝置之一接近中間位置，以將基板載入至各反應腔室40、50、並從各反應腔室40、50卸載基板36。 基板處理裝置亦包含匣盒34與基板對準器38，匣盒34可儲存基板36，基板對準器38可對準基板36。匣盒34與基板對準器38可由反應腔室40、50共同分享使用。
圖5為本發明較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之基板處理裝置之一示意圖，其中基板係從匣盒被取出；圖6為本發明較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之基板處理裝置之一示意圖，其中基板被載入至基板對準器；圖7為本發明較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之基板處理裝置之一示意圖，其中已對準之基板係從基板對準器被卸載。
請參照圖5所示，設置於第四機械手臂18之基板支持件20係朝向匣盒34移動，匣盒34內有多個基板36疊設。在基板支持件20置入一對應基板36的下方之後，基板支持件20係往上移動，使得基板36被置放於基板支持件20上。
請參照圖6所示，已支持基板36之基板支持件20係移動至基板對準器38之上方之一位置，然後向下移動，使得基板36被載入至基板對準器38內。之後，基板支持件20係離開。
請參照圖7所示，在基板對準器38對準基板36之後，載入固定單元30係從基板對準器38上方之一位置而朝向基板36向下移動。接著，基板36係被載入固定單元30之底部吸住並支持。另外，如圖7所示，具有基板支持件20之第四機械手臂18係折疊以幫助載入固定單元30之移 動。
圖8為本發明較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之基板處理裝置之一示意圖，其中基板係被載入至承載盤之承載盤容器內。
載入固定單元30吸住或支持基板36，並移動至承載盤40上方之一位置，並且將基板36載入至承載盤容器44內。攝像器32係對基板36所要載入之承載盤容器44擷取一影像，藉此精確控制基板36之載入位置。
圖9為本發明較佳實施例之基板轉移機械裝置之載入固定單元之一實施態樣的示意圖。
如上所述，載入固定單元30可基於伯努利定律而使用非接觸的吸力。請參照圖9所示，載入固定單元30係與一壓縮氣體供應器60及一通道形成元件62配合使用，其中，通道形成元件62設置於載入固定單元30之一吸力面。經由壓縮氣體供應器60所供應的壓縮氣體係藉由通道形成元件62而沿著載入固定單元30之吸力面徑向的流出。在此態樣中，負壓係產生於載入固定單元30之吸力面。基於這樣的理論，基板36可以非接式的方式被吸到載入固定單元30之吸力面。
當然，基板36亦可藉由一真空方法或一靜電夾持方法而被吸住，於此，真空方法係將一真空施加於載入固定單元30，靜電夾持方法係使用靜電力。當載入固定單元30使用上述之非接觸吸力方法，可避免基板36之一上表面被載入固定單元30損壞。
圖10為本發明較佳實施例之使用基板轉移機械裝置載入與卸載基板之方法的流程圖。
在步驟S100中，基板轉移機械裝置1將基板支持件20移動至匣盒34，以將基板36從匣盒34中取出。
在步驟S102中，基板支持件20係朝向基板對準器38移動，然後向下移動以將基板36載入至基板對準器38。基板對準器38轉動並對準基板36，使得形成於基板36之平整區域或凹痕面對一特定方向。
在步驟S104中，在基板36對準之後，基板轉移機械裝置1係作動以使載入固定單元30位於基板36上方，然後載入固定單元30吸住或支持基板36，並且從基板對準器38移開。
在步驟S106中，載入固定單元30移動至承載盤42或52，並將基板36載入至承載盤42或52之承載盤容器44或54。這些步驟係重覆進行直到一預設數量的基板36被載入至多個承載盤容器44或54內。
另外，步驟S100至步驟S106可執行在各反應腔室40、50中。
假使基板36已被載入至承載盤42或52，則可在反應腔室40或50內進行一預設的基板處理製程。在步驟S108中，當基板處理製程進行完畢時，基板36係藉由載入固定單元30從承載盤容器44或54卸載下來。
如上所述，本發明可有效地將一基板從一匣盒轉移至一基板對準器以及一反應腔室之一承載盤，以及卸載一處 理完成之基板。此外，在基板之載入或卸載過程中，基板之表面可避免被損壞，藉此使基板處理製程的效能最大化。
此外，依據本發明，藉由單一基板轉移機械裝置即可將多個基板載入至多個反應腔室內、或從多個反應腔室卸載多個基板，藉此提升裝置之管理效能。
此外，相較於習知使用人工方式，本發明可節省作業時間。
以上所述僅為舉例性，而非為限制性者。任何未脫離本發明之精神與範疇，而對其進行之等效修改或變更，均應包含於後附之申請專利範圍中。
1‧‧‧基板轉移機械裝置
10‧‧‧基台
12、14、16、18‧‧‧機械手臂
20‧‧‧基板支持件
22‧‧‧第一驅動馬達
23‧‧‧垂直移動單元
24‧‧‧第二驅動馬達
26‧‧‧第三驅動馬達
28‧‧‧第四驅動馬達
29‧‧‧耦接元件
30‧‧‧載入固定單元
32‧‧‧攝像器
34‧‧‧匣盒
36‧‧‧基板
38‧‧‧基板對準器
40、50‧‧‧反應腔室
42‧‧‧第一承載盤
44‧‧‧第一承載盤容器
52‧‧‧第二承載盤
54‧‧‧第二承載盤容器
60‧‧‧壓縮氣體供應器
62‧‧‧通道形成元件
圖1為本發明較佳實施例之一種基板轉移機械裝置的示意圖；圖2為本發明較佳實施例之基板轉移機械裝置、一基板接收匣盒以及一基板對準器的示意圖；圖3為本發明一較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之一基板處理裝置的示意圖；圖4為本發明一較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之一基板處理裝置之一前視示意圖；圖5為本發明較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之基板處理裝置之一示意圖，其中基板係從匣盒被取出； 圖6為本發明較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之基板處理裝置之一示意圖，其中基板被載入至基板對準器；圖7為本發明較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之基板處理裝置之一示意圖，其中已對準之基板係從基板對準器被卸載；圖8為本發明較佳實施例之具有基板轉移機械裝置之基板處理裝置之一示意圖，其中基板被載入至承載盤之承載盤容器內；圖9為本發明較佳實施例之基板轉移機械裝置之載入固定單元之一實施態樣的示意圖；以及圖10為本發明較佳實施例之使用基板轉移機械裝置載入與卸載基板之方法的流程圖。
1‧‧‧基板轉移機械裝置
10‧‧‧基台
12、14、16、18‧‧‧機械手臂
20‧‧‧基板支持件
22‧‧‧第一驅動馬達
23‧‧‧垂直移動單元
24‧‧‧第二驅動馬達
26‧‧‧第三驅動馬達
28‧‧‧第四驅動馬達
29‧‧‧耦接元件
30‧‧‧載入固定單元
32‧‧‧攝像器

Claims (11)

  1. 一種基板轉移機械裝置，包含：一基板支持件；複數機械手臂，驅動該基板支持件使其進行一三維移動；以及一載入固定單元，設置於該等機械手臂之任一，並從一基板之上方吸住或支持該基板。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之基板轉移機械裝置，其中該等機械手臂包含：一機械手臂，具有該基板支持件；以及另一機械手臂，連接於具有該基板支持件之該機械手臂，並且該載入固定單元設置於該另一機械手臂之一底部。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之基板轉移機械裝置，其中該載入固定單元係為一非接觸吸力夾持單元。
  4. 如申請專利範圍第1項至第3項之任一項所述之基板轉移機械裝置，其中一攝像器設置於該載入固定單元之一側。
  5. 一種基板處理裝置，包含：一匣盒，複數基板係疊設於該匣盒內；一基板對準器，係依據一預定方向對準各該基板；一反應腔室，包含一承載盤，該承載盤具有複數承載盤容器；以及一基板轉移機械裝置，係在該匣盒、該基板對準器與 該等承載盤容器之間轉移各該基板，並包含：一基板支持件，係將各該基板從該匣盒轉移至該基板對準器；一載入固定單元，係從由該基板對準器所對準之該基板之上方吸住或支持該基板，並且將該基板轉移至一對應的承載盤容器；以及複數機械手臂，驅動該基板支持件與該載入固定單元進行一三維移動。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之基板處理裝置，其中該反應腔室之數量為至少二，並且該基板轉移機械裝置為該等反應腔室進行一基板載入作業以及一基板卸載作業。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之基板處理裝置，其中該等機械手臂包含：一機械手臂，具有該基板支持件；以及另一機械手臂，連接於具有該基板支持件之該機械手臂，並且該載入固定單元設置於該另一機械手臂之一底部。
  8. 如申請專利範圍第6項或第7項所述之基板處理裝置，其中該載入固定單元係為一非接觸吸力夾持單元。
  9. 一種控制方法，係控制一基板處理裝置，該基板處理裝置包含一匣盒、一基板對準器、至少二反應腔室以及一基板轉移機械裝置，複數基板疊設於該匣盒內，該基板對準器係依據一預定方向對準各該基板，各該 反應腔室具有一承載盤，承載盤具有複數承載盤容器，基板轉移機械裝置係在該匣盒、該基板對準器與該等承載盤容器之間轉移各該基板，該控制方法包含：使用該基板轉移機械裝置之一基板支持件將各該基板從該匣盒轉移至該基板對準器；使用該基板轉移機械裝置之一載入固定單元從由該基板對準器所對準之該基板之上方吸住或支持該基板；將該載入固定單元移動至一對應的承載盤容器上方並將該基板載入至該承載盤容器內；以及使用該基板轉移機械裝置為該等反應腔室重覆上述步驟。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之控制方法，更包含：在一對應之反應腔室內進行完一製程之後，使用該載入固定單元將該基板從該承載盤容器卸載。
  11. 如申請專利範圍第9項或第10項所述之控制方法，其中該載入固定單元係為一非接觸吸力夾持單元。
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