通用模塊化晶片輸送系統的制作方法

專利名稱：通用模塊化晶片輸送系統的制作方法
技術領域：
本發明一般涉及一種在加工工具之間輸送晶片的結構方法。特別是，本發明涉及一種在隔離或常壓環境中輸送單個晶片或晶片包的晶片輸送系統。
背景技術：
因為一個損壞的晶片可以造成重大的經濟損失，所以必須在輸送半導體晶片中倍加小心。半導體晶片必須保持在基本沒有微粒污染的潔凈的室內環境中，以保持晶片上涂敷物的純度。潔凈的室內環境的要求對半導體晶片的輸送有一些制約。
為了防止額外的污染，半導體晶片在整個加工設備中輸送時通常保持在密封的輸送容器、例如SMIF容器中，盡量不暴露于加工機器的外部環境。加工設備通常組織成多個加工間中，每個加工間包括幾臺加工機器。一個容器中的多個晶片在一臺或多臺機器上處理之后，晶片容器離開加工間，輸送到下一個加工間。這樣，在加工設備中基本有兩個輸送回路晶片容器在加工間之間輸送的加工間之間的回路，及晶片容器在一個單個加工間的加工機器之間輸送的加工間的內部回路。
在半導體加工領域，加工設備通常組織成多個加工間18，每個加工間18包括幾臺加工機器16。圖1示出一個加工間18的一個實施例，加工間18具有多個加工機器16，加工機器16包括(但不限于)用于在晶片上涂敷薄膜的設備、用于在各個階段清理和/或修整晶片的設備等等。公知的是，一臺加工機器16的入口往往包括一個裝載口22。一旦一個容器12置于裝載口22上，裝載口22自動將容器12前送到加工機器16，這樣，晶片可以在一種保護環境中從輸送容器或其它容器取出。這種傳統輸送系統可以與不包括一個裝載口22的加工工位16一起使用。
各種輸送系統已經被用于沿加工設備的加工間之間的回路、從加工間到加工間輸送晶片容器。因為加工設備的加工間之間的回路中輸送量的緣故，加工間之間的輸送通常借助高架輸送系統進行。晶片容器被輸送到一個往往稱為“儲料器”的遙控儲藏室，儲料器接納晶片容器，自動將晶片容器輸送到加工間的內部回路。在一些系統中，加工間之間的輸送系統與加工間內輸送系統連接，在系統之間進行直接輸送。但是，只有在加工間的內部回路中使用兼容的高架輸送系統，才能進行直接輸送。
在加工間內，輸送容器必須從機器運送到機器，輸送到晶片可以由機器從輸送容器卸載進行加工的位置。機器入口往往配有一個裝載口，可以在一種保護環境中自動取出晶片。將輸送容器輸送到裝載口，比在加工間之間的傳送機和加工間之間輸送晶片容器，要求對晶片容器進行更精確的控制。
例如，許多系統依賴工人使用小車從裝載口到裝載口輸送晶片容器。工人可以手動將晶片容器舉升到裝載口。工人也可以操縱一個手動連接件或其它舉升裝置，將晶片容器輸送到裝載口，待加工完成后，將晶片容器放回到車上。然后工人將小車運送到下一臺機器進行加工。靠人工將晶片容器從機器輸送到機器，費時且效率不高。經常，工人會不在現場以將裝有新晶片的容器定位在裝載口，機器則處于待機狀態，從而減少了機器的工作時間，降低加工廠的總效率。此外，必須注意確保舉升裝置與裝載口完全對準，跌落晶片容器或使晶片容器劇烈顛簸可能損壞晶片。最好配置一個在機器之間自動輸送晶片容器的裝置。
另一種加工間內的輸送系統依靠自動導向車在機器之間輸送晶片容器，并將晶片容器輸送到裝載口。使用自動導向車，減少了加工間對工人的需要，可以提高晶片容器輸送通過加工間的速度。但是，加工間的大小限制可以在一個單個加工間運行的自動導向車的數量，使機器處于備用狀態，等待自動導向車取走裝有已加工晶片的容器，并將裝有新晶片的容器放在輸送間。最好配置一種自動系統，可以用于將晶片容器快速輸送到加工機器以及從加工機器快速取走晶片容器，無需使機器處于備用狀態。
高架單軌系統也被用于沿加工間內回路輸送晶片容器。Bonora等人的轉讓給Asyst技術公司的題為《具有整合的輸送車和導向裝置的輸送系統》的美國專利US6308818記載了這種系統，這里作為參考文獻。高架單軌系統50的一個實施例如圖2所示。高架單軌系統50包括一個傳送機14、以及多個用于在設備前端模塊(EFEM)之間對SMIF容器12進行導向的導向裝置56。傳送機14也可以包括一個或多個支路，作為通到加工間18的其它區域的捷徑，臨時從傳送機主回路取走晶片容器，而不中斷主回路上的輸送流。傳送機14的構形可以進行較大的改變，根據特定加工設備的制約條件而定。
圖3示出傳統傳送機14的一個實施例。傳送機包括一對導軌32、34，用于沿傳送機路徑傳送輸送容器12。驅動軌32沿導軌32、34推進輸送容器12，并有選擇地對輸送容器12進行導向。推進輸送容器12的推進功率通過驅動軌32供給。電力可以通過傳統方法供給驅動軌32。電力也可以通過一根電源母線供給驅動軌32。導軌34是一個用于支承輸送容器12的惰軌或支承軌，輸送容器12沿傳送機路徑輸送時保持成水平方向。或者，與驅動軌32相對的導軌34可以在輸送容器12沿傳送機系統14輸送時對輸送容器12進行導向。
可以使用升降機或類似裝置將輸送容器12下放到加工機器的裝載口上。為了將輸送容器從單軌連續輸送到機器，輸送容器必須與裝載口精確對準，有控制地下放到裝載口上，這樣，輸送容器的擺動減至最低程度。加工后，輸送容器升起，輸送到下一臺機器。反復升降輸送容器是很復雜的。
上述所有輸送系統都要求晶片在一種隔離的容器或SMIF容器中進行輸送，確保晶片不被有害的微粒污染。每次一批晶片輸送到一個新的加工工具，容器必須在開容器前與加工工具的前端形成密封。同樣，當一批晶片加工完成放回到容器時，容器的門必須復位，容器才可以輸送到下一個加工工具。
當晶片在一個容器內輸送時，一批晶片必須在整個加工過程中放在同一個容器內。每次一個晶片必須加以檢查或到達下一個加工工具，容器門必須移開，自動裝置才能從SMIF容器取出一個晶片。同樣，自動裝置必須將晶片放回到SMIF容器中，SMIF容器必須加以密封和充氣，SMIF容器才能繼續輸送到下一個加工工具。這是一項非常費時的任務。
許多挑戰來自于使用一種輸送SMIF容器的輸送系統。對于一小批晶片來說，自動裝置往往需要快速周轉。這些晶片不必通過晶片加工設備的所有加工工位。不能在小批量之前通過SMIF容器，就不能加速小批量的加工。必須在SMIF容器內輸送的晶片不能隨意進行發送。
同高效快速材料輸送有聯系的人與機械控制和安全問題是確定300毫米晶片形成的材料處理系統的主要問題。自動材料處理系統必須具有可以接受的投資回報，必須與所有在線生產設備直接接口。300毫米設備尺寸的增大，必須加大占地面積。提供晶片高儲存密度、短導程和安裝時間、通過加工和檢查設備的結合更好利用占地面積的解決方案必須加以開發。
最好將加工間之間和加工間之內的輸送結合到一個統一的系統中。這種系統提供一種直接的、或工具至工具的輸送系統。晶片的加工量會增加。工具至工具的輸送系統必須設計成可以適應對工廠的可擴張性、靈活性和可量測性的要求。
無需SMIF容器而在一種密封環境中輸送單個晶片將具有多個優越性。首先，系統的輸送量可以大大提高。不用SMIF容器，制造者可以隨意發送晶片，加快一個晶片的加工時間，將測量工位結合到加工工序中。小批量的晶片易于加工，甚至可以通過加工工序進行加速。本發明具有這些優越性。

發明內容
本發明的一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統在一個隔離環境中輸送單個晶片。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統通過一個穿梭件輸送晶片。在一個實施例中，一個晶片穿梭件可以將至少一個晶片輸送到一個特定的加工工位，在這里晶片裝載到加工工位中。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統輸送一個晶片包內的晶片，進一步縮小必須保持在100級環境下的潔凈室的大小。在一個實施例中，晶片包在一種隔離的環境內儲存晶片，晶片包由一個穿梭裝置從工具輸送到工具。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統至少局部由一個框架或構架進行滑動安裝。在一個實施例中，晶片輸送系統可以進行豎直調整，固定到一個支承晶片輸送系統的框架上。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統使晶片以潔凈的方式進入一個加工工位和從加工工位取出。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統包括一個晶片穿梭件，用于將一個晶片輸送到一個特定加工工位和從加工工位輸送出去。在一個實施例中，晶片穿梭件支承一個晶片，使得晶片穿梭件到達一個加工工位入口時可以轉動，并將晶片輸送到加工工位中。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統提供一種“構造塊”組件，可以根據加工工位和/或晶片加工設備的具體要求進行配置。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統可以高密度儲存晶片和/或緩沖。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統具有一個回路，使空穿梭件可以高速返回到輸送系統的開始位置。在一個實施例中，輸送系統包括一個在晶片下載到加工工位內之后、一個空穿梭件可以沿其運行的單獨回路。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統可以同時在一種隔離環境中輸送多個穿梭件。在一個實施例中，晶片輸送系統具有多個轉位工位，一個穿梭件可以在這里轉換到另一條軌道。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，這種輸送系統包括一個無源穩定晶片穿梭件。在一個實施例中，晶片穿梭件由一個沒有運動部件的磁懸浮系統驅動。如果系統斷電，穿梭件由位于穿梭件底部的永久磁鐵加以支承。
本發明的另一個方面是提供一種控制系統，用于使晶片穿梭件精確定位在晶片轉位位置。在一個實施例中，晶片穿梭件接近晶片轉位位置時，一個伺服控制裝置取代磁懸浮系統，控制晶片穿梭件的運行。在一個實施例中，一個光學識別系統輔助磁懸浮系統使晶片穿梭件精確定位。
本發明的另一個方面是提供一種晶片輸送系統，其中，晶片穿梭件由位于晶片輸送容器之外的一個推進裝置進行驅動。在一個實施例中，一個磁性推進裝置位于晶片輸送容器之外。磁性推進裝置沿晶片輸送容器的底部運行，驅動位于晶片輸送容器內的晶片穿梭件。


圖1是用于整個晶片制造設備中輸送晶片的傳統輸送機系統的平面圖；圖2是傳統的自動材料處理系統的一個實施例的立體圖；圖3是根據圖2所示的自動材料處理系統、用于輸送SMIF容器的傳統輸送機系統的立體圖；
圖4是本發明一個實施例的平面圖；圖5是本發明晶片輸送容器的第一實施例的立體圖；圖6A至6E圖6A是本發明一個實施例的正視圖，示出將一個晶片豎直輸送到一個加工工具中的一個晶片輸送機構；圖6B是本發明一個實施例的正視圖，示出位于晶片輸送容器內的一個晶片輸送機構；圖6C是本發明一個實施例的正視圖，示出位于一個加工工具內的一個晶片輸送機構；圖6D是本發明一個實施例的正視圖，示出位于一個過渡室內的一個晶片輸送機構；圖6E是本發明一個實施例的正視圖，示出位于晶片輸送容器內的、從頂部夾持晶片的一個晶片輸送機構；圖7是本發明一個實施例的正視圖，示出用于沿晶片輸送容器推進晶片穿梭件的一個磁懸浮系統的一個實施例；圖8A-8B圖8A是一個磁懸浮晶片處理機的一個實施例的平面圖；圖8B是圖8A所示的處于工作中的晶片處理機的平面圖；圖9是具有一個分叉真空區的晶片輸送容器的一個實施例的正視剖面圖；圖10是本發明一個永久磁鐵裝置的示意圖；圖11A至11C圖11A是一個雙層側向支承磁懸浮輸送系統的一個實施例的平面圖；圖11B是圖11A所示的雙層側向支承磁懸浮輸送系統的正視剖面圖；圖11C是圖11B所示的截面C的剖面圖；圖12A-12B圖12A是本發明另一個實施例的平面圖；圖12B是一個晶片處理機的一個實施例的平面圖，示出晶片處理機的運動范圍。
具體實施例方式
晶片輸送系統100是一種構造工具至工具的晶片輸送系統的結構途徑。如下所進一步描述的那樣，根據一個最佳實施例，晶片輸送系統100在一個隔離環境中輸送單個晶片。在其它實施例中，晶片輸送系統100可以在加工工位之間輸送多個晶片、一包晶片或一個晶片盒。
圖4示出晶片輸送系統100的第一實施例。一般來說，晶片輸送系統100設計成起初從一個EFEM 22、然后在室16之間輸送一個晶片13，不使晶片13返回到EFEM 22，直至加工工序完成。晶片輸送容器102提供一種執行所有這些任務的隔離的潔凈環境。如圖4所示，根據第一實施例，晶片輸送容器102包括至少一個晶片輸送管104以及一個固定到每個室16上的過渡室108。如果晶片輸送容器102由一個單個晶片輸送管104構成，那么，晶片輸送管104包括一個與每個室開口17對齊的開口105。
在一個最佳實施例中，晶片輸送系統是模塊化的，建立一種“構造塊”概念或結構方法，以建造一種晶片可以通過的隔離環境。在一個最佳實施例中，晶片輸送容器102是模塊化的。因此，晶片輸送管104和過渡室108是通用的構造塊。
為了建立“構造塊”結構，位于晶片輸送管104的每一端和過渡室108的安裝面最好是標準的通用安裝面。這樣，晶片輸送容器102(例如晶片輸送管104和過渡室108)可以彼此固定并形成密封。顯然，晶片輸送容器102可以具有許多其它結構。
室16可以包括晶片加工設備所需的任何類型的加工工位。例如，一個室16可以包括一個檢查工具、一個加工工具、一個測量工具、一個對齊工具或一個儲料機。在本發明范圍內，室16可以包括其它一些加工工位。一個室16也可以作為一個晶片輸送室，在不同的晶片輸送容器102之間輸送晶片(例如，一個晶片可以在兩個單獨的晶片輸送系統100之間進行輸送)。與圖4所示相比，晶片輸送系統100包括的室可多可少。
一個過渡室108安裝在每個室16和晶片輸送容器102之間。晶片輸送容器102、過渡室108和室16固定在一起，形成一個密封系統，通過該系統，晶片可以在EFEM 22和每個室16之間進行輸送。過渡室108最好裝有至少一個隔離閥30。隔離閥30關閉時，在晶片輸送容器102和室16內保持一種隔離的潔凈環境。
過渡室108作為一種通過容器，將室16連接到晶片輸送容器102上。過渡室108的一個作用是使室16的內部晶片輸送容器102的內部隔離開。如圖4所示，過渡室108具有一個室安裝面118和一個晶片輸送容器安裝面120。安裝面118和120形成與其所安裝的表面形成密封。
隔離閥30最好偏置在關閉位置。當一個晶片在一個室16和一個穿梭件112之間輸送時，隔離閥30必須開啟，使一個晶片通過。保持兩個單獨的環境具有優越性。例如，如果共用兩個環境(例如一個室16的內部和一個晶片輸送容器102的內部)，那么，整個系統必須關閉，而一個室進行維護保養或修理。同樣，室16的內部可以仍處于隔離狀態，而一部分晶片輸送容器102進行更換或修理。保持兩個單獨的環境，可以防止室16內的微粒進入晶片輸送容器102，或者防止晶片輸送容器102內的微粒進入室16。
在一個實施例中，過渡室108可以包括一個晶片輸送機構(如后所述)，用于在一個室16和一個晶片穿梭件112之間輸送一個晶片。在該實施例中，過渡室108最好包括兩個隔離閥(見圖6D)。
晶片輸送系統100可以配有多個晶片穿梭件112。如圖4所示，晶片輸送系統100包括至少兩個晶片穿梭件——穿梭件112a和穿梭件112b。正如后面將要詳述的那樣，例如，晶片穿梭件112主要在室16之間或者在一個室16和一個EFEM 22之間輸送晶片。如果有多個晶片穿梭件同時在一個晶片輸送容器102內運行，則晶片輸送容器102要包括多個導軌，以便晶片穿梭件可以相互通過，沿不同方向運行。導軌系統將在后面予以詳述。
在一個最佳實施例中，所有模塊組件固定在一起，形成密封。一個密封的晶片輸送容器102將提供一種與晶片加工設備的周圍大氣條件隔離的環境。如上所述，必須保持一種潔凈的環境，盡量減少可能與一個晶片13接觸的微粒。整個晶片加工設備保持一種潔凈的環境，非常昂貴，而且沒有必要。與一種SMIF容器類似的是，晶片輸送容器102的內部容積是整個晶片加工設備的一小部分。較小的空間容積易于保持一種潔凈的環境。
可以在密封的晶片輸送容器102內形成和保持不同類型的環境。例如，可以存在(但不限于)真空、氮氣、過濾空氣以及其它氣體的環境。晶片輸送容器102必須具備某種方法保持和調節晶片輸送容器102內的環境。在一個實施例中，每個晶片輸送管104包括一條輸入/輸出線116(見圖5)。如果晶片輸送容器102是真空的，那么，輸入/輸出線116提供一個保持真空的封閉系統。如果晶片輸送容器102充以一種氣體、例如氮氣，則輸入/輸出線116提供一個保持氣體壓力的封閉系統。這些封閉系統要求配置一個監控和調節環境的遙控監控系統。監控和調節真空或氣體環境的系統是公知的，無需進一步描述。只要傳感器影響晶片輸送機構112的運行，傳感器可以安裝在晶片輸送容器102內的任何位置。
圖5示出線性輸送系統100的第二實施例。在該實施例中，晶片輸送容器102的組件包括一個晶片輸送管104、一個晶片輸送室106和一個過渡室108。如圖5所示，晶片輸送容器102的每個組件具有矩形橫截面。在本發明范圍內，每個組件可以具有其它橫截面構形，例如(但不限于)圓形、方形或卵形。如圖所示，每個晶片輸送管104具有線性截面或結構。晶片輸送管104可以是非線性的。例如，晶片輸送管104也可以具有曲線通道或結構。
不管采用什么外形或材料，每個晶片輸送管104最好是具有兩個開口端的一個中空容器。晶片輸送管104的兩端最好具有相同的安裝面105。在一個實施例中，安裝面105是一個固定到晶片輸送室106的一側上的凸緣。安裝面105也可以是其它結構，并且用其它方法(例如焊接)安裝到晶片輸送室106上。
晶片輸送室106最好具有多個開口110。每個開口110必須大得足以使一個穿梭件112在支承一個晶片13的同時無阻礙地通過開口110。不必使用所有開口110，視晶片輸送容器102的構形而定。因此，晶片輸送室106是模塊化的，使制造者能夠定制晶片輸送容器102的設計。例如，如圖5所示，開口110a(未示出)、110b(未示出)和110c用于在室16a和16b之間輸送一個晶片。開口110d未封閉，僅是為了示出開口110c。在這種構形中，開口110d通常具有一個板固定到凸緣105上，形成密封，以防空氣進入晶片輸送容器102內。如果具有多個開口110的晶片輸送室106使晶片輸送室106變成一個“中樞”，那么，可以由一個單個結構產生多個路徑。如圖5所示，晶片輸送室包括四個開口。在本發明范圍內，每個晶片輸送室106可以包括或多或少的開口。
晶片輸送室106可以包括一個能夠在穿梭件112和室16之間輸送一個晶片的晶片輸送機構。每個晶片輸送室106配有兩個晶片輸送機構安裝面114。圖5所示的裝配好的晶片輸送容器102示出，安裝面114位于晶片輸送室106的頂部表面上。在該實施例中，晶片輸送機構從頂部夾持晶片13。晶片輸送機構可以包括任何類型的公知自動裝置，無需作進一步描述。晶片輸送室106也可以包括位于底部表面上的安裝面114。在這種構形中，一個自動裝置從底部表面夾持晶片13。
在一個最佳實施例中，一個單個晶片由一個晶片穿梭件112輸送通過晶片輸送容器102。穿梭件112可以以幾種不同的方法支承晶片13。例如，晶片穿梭件可以包括多個晶片支承件121，由位于晶片13的底部表面上的一個邊緣禁止區支承晶片13。另一個方法是，穿梭件112可以用一個真空夾支承晶片。支承一個晶片13的其它方法是公知的，可以結合到穿梭件112中。
如圖5所示，穿梭件112支承和輸送一個單個晶片13。穿梭件112可以同時輸送多個晶片，輸送一個晶片包(如后所述)，或者輸送一個晶片容器。穿梭件112可以沿豎直或水平方向支承一個或多個晶片13。
圖6A-6E示出晶片輸送系統100的幾種構形。圖6A-6E并非用于窮舉地列出可能的構形。
圖6A示出在穿梭件112和一個室16之間輸送一個晶片的一個豎直舉升輸送系統。在該實施例中，室16位于晶片輸送容器102之上，由一個過渡室28分開。當穿梭件112接近室16時，晶片13定位在一個豎直舉升機構250之上。一個隔離閥30開啟后，豎直舉升機構250夾持晶片13，將晶片13置于室16中。隔離閥30最好在晶片13加工時予以關閉，以便在室16和晶片輸送容器102之間保持單獨的環境。當晶片加工完成時，隔離閥30開啟，使豎直舉升機構250從室16取回晶片13，將晶片13放回到穿梭件112上。然后，晶片13可以輸送到另一個室16。
圖6B示出晶片輸送系統100的另一個實施例。在該實施例中，室16和晶片輸送系統100定向成晶片13可以在室16和晶片輸送容器102之間以基本呈水平移動的方式進行輸送。過渡室28位于室16和晶片輸送容器102之間。當穿梭件112靠近室16完全停下時，一個隔離閥30開啟。一個位于晶片輸送容器102內的水平輸送機構250夾持晶片13，將晶片13置于室16內。晶片13置于室16中之后，隔離閥30關閉，水平輸送機構250縮回到晶片輸送容器102中。當晶片加工完成時，水平輸送機構250從室16取回晶片13，將晶片13放回到穿梭件112上。
圖6C示出晶片輸送系統100的另一個實施例。在該實施例中，一個晶片輸送機構250位于室16內。當穿梭件112完全停止時，一個隔離閥30開啟，使晶片輸送機構250取回晶片13，將晶片13置于室16內。操作類似于圖6B所示的實施例。
圖6D示出晶片輸送系統100的另一個實施例。其中，晶片輸送機構250位于過渡室108內。晶片13以類似于圖6B-6C所示的實施例中的方法在室16和晶片輸送容器102之間進行輸送。但是，晶片輸送機構250位于過渡室28內。晶片輸送機構250可以通過沿禁止區的邊緣夾持晶片13，或者可以配有一個重力保持機構。
在該實施例中，一個第一隔離閥30a位于室16附近，一個第二隔離閥30b位于晶片輸送容器102附近。操作中，一個晶片穿梭件112將一個晶片13輸送到第二隔離閥30b附近。然后，第二隔離閥30b開啟，晶片輸送機構將晶片13從晶片穿梭件112輸送到過渡室108中。然后，第二隔離閥30b關閉。此時，過渡室108最好抽成真空或充以潔凈氣體，以確保過渡室108內環境潔凈，沒有污染微粒。然后，第一隔離閥30a開啟，晶片輸送機構將晶片13輸送到室16中。然后，第二隔離閥30b關閉。晶片輸送機構250返回其備用位置、完全位于過渡室108內之后，第一隔離閥30a關閉。在本發明范圍內，可以采用其它晶片部件固定到過渡室108上，例如(但不限于)一個儲料機。
圖6E示出一個晶片輸送機構250，這是一個頂部夾持輸送機構。該實施例從頂部夾持晶片13。從頂部夾持一個晶片的技術是公知的。例如，Zhang等人的題為《晶片穿梭件系統》的美國專利US5947802提出一種用于將一個半導體晶片從一個第一位置移動到一個第二位置的水平方向輸送機構。
在這里提出的任何實施例中，穿梭件112都可以以幾種不同的方法推進通過晶片輸送容器102。線性輸送系統150的一個最佳實施例是一種磁懸浮系統。磁懸浮系統采用磁鐵使穿梭件112懸浮，磁鐵可以位于晶片輸送容器102之內或之外。
磁懸浮系統比采用鋼輪鋼軌的傳統輸送系統具有一些優越性。因為磁懸浮物體不接觸導軌，所以磁懸浮系統克服輪式車輛的主要局限性由于要保持導軌精確校準，以免高速運行時的過度振動和導軌損壞，因此成本高。由于磁懸浮車不接觸導軌，因此還具有其它優越性快速加速和制動；爬坡能力強；降低噪音；節能。
在一個實施例中，穿梭件112包括一個線性驅動件152和兩個導向件154。
圖9示出磁懸浮系統的另一個實施例。在該實施例中，晶片輸送容器202是一種分叉容器。晶片輸送容器202包括一個上室204和一個下室206。晶片13在上室204內運行。下室206由一個壁205與上室204分開。由于下述一些原因，壁205最好是一個薄障。例如，上室204內的環境可以是真空環境、下室206最好是一定程度的真空，以減小對壁205的壓力。
在一個實施例中，晶片穿梭件212包括晶片支承件214，晶片支承件214位于一個懸臂末端操縱裝置支承件230上。晶片支承件214最好沿晶片13底部表面上的一個禁止區支承晶片13。穿梭件212還包括永久磁鐵，這些永久磁鐵位于穿梭件212的底部上。穿梭件212的其它構形均在本發明的范圍內。
一個驅動機構220在下室206內運行。在一個實施例中，動機構220包括一個主體221，沿線性軸承座224運行。一個旋轉驅動件226安裝在主體221上。一個磁鐵支承平臺227固定在旋轉驅動件226上。磁鐵支承平臺227支承磁鐵228。因為磁鐵228與穿梭件212上的永久磁鐵216相斥，所以穿梭件212進行懸浮。這樣，壁205必須薄得足以使永久磁鐵216和磁鐵228可以形成磁偶合。
穿梭件212由驅動機構220從下面懸浮。與許多傳統磁懸浮系統不同的是，該實施例不需要外部移動車。驅動機構220而是由固定線圈件222采用變化電控輸入進行舉升和推進。除了旋轉驅動件226之外，磁懸浮系統沒有微粒產生，也沒有運動部件。
在分叉的晶片輸送容器202構形中，磁懸浮系統提供穿梭件212的無源穩定支承件，即沒有懸浮所需的控制反饋。位于穿梭件212上的永久磁鐵216同位于穿梭件212上的永久磁鐵228彼此磁性相斥。因此，穿梭件212由于同極的相斥力而被舉升，但是保持在局部最小磁通密度槽中。這使磁懸浮系統安全可靠，易于精確控制穿梭件212。如果晶片輸送系統200斷電，穿梭件將慢速停止，仍保持懸浮在壁205之上。可以在具有永久磁鐵的構形中使用控制反饋和有源電磁鐵，以提高穿梭件懸浮的穩固性，更好地控制穿梭件的定位。
旋轉驅動件226可以沿順時針方向或反時針方向轉動。圖10是穿梭件212的永久磁鐵216和驅動機構220的永久磁鐵228之間磁偶合的一個實施例的平面圖，穿梭件212的永久磁鐵216和驅動機構220的永久磁鐵228始終由壁205保持分開。穿梭件212的每個永久磁鐵216的中心最好位于一個圓C內。圓C由一條基本通過三個永久磁鐵228的中心的假想連續線加以限定。因此，當旋轉驅動件226順時針方向轉動時(見圖10)，磁鐵216和228之間的磁偶合使穿梭件212沿順時針方向轉動。
懸臂末端操縱裝置支承件230使穿梭件212將一個晶片13插入到一個室16中，并且從一個室取一個晶片13。穿梭件212的線性移動和轉動必須加以協調，不使穿梭件212或晶片13與晶片輸送容器202接觸。圖8B示出具有一個懸臂末端操縱裝置支承件230的穿梭件212的移動情況。
圖5-7示出磁懸浮系統和穿梭件的另一個實施例。在該實施例中，穿梭件系統使用線性驅動電機，位置和速度傳感器裝置位于晶片輸送容器102內。穿梭件112在組件、晶片鎖緊機械、工具傳送機構和儲料零件方面靈活減少。如圖7所示，線性感應電機222和位置傳感器224在線性驅動部件206a、206b和磁導向部件208a、208b之間保持穩定的分開距離。穿梭件112在晶片輸送容器102內沿軌道定速運行時，使通過每個懸浮線圈220的電流交流，繼續不斷地改變線圈磁極性。每個磁鐵通過，電流使每個懸浮線圈220改變其極性(N至SS至N)。當穿梭件的磁鐵調整成N-S或S-N時，結果是向前吸引。當穿梭件的磁鐵調整成N-N或S-S時，結果是向前排斥。為使穿梭件112加速或減速，就加大或減小供給線性感應電機222的電功率。這改變磁波在穿梭件112下運行的速度。系統使穿梭件112在氣墊上運行。因此，穿梭件112不會由于同導軌摩擦而受限制。穿梭件112也最好用輕型材料制成。
線性輸送系統200包括多個交流電磁列，交流電磁列包括交流電磁鐵。磁鐵排斥穿梭件線性驅動部件和導向部件206a、208a。這種交流電磁磁鐵列作為一種線性電機。在線性電機兩側是用于從電機頂部表面測定晶片懸浮高度的高度傳感器，還有用于測定穿梭件的輸送速度的位置傳感器。改變的磁通量強制渦流電流流通，對穿梭件112施加作用力。在隔離的環境中，磁懸浮系統不產生任何微粒，不污染輸送中的晶片。
圖11A-11C示出一種雙層側向支承磁懸浮穿梭輸送系統300。一種豎直分層輸送隧道的優越性是提供穿梭件312的雙向運行。豎直層疊梭軌304節省占地空間，提供晶片按規定路線輸送的多功能能力。導軌豎直層疊，還可以使穿梭件312在層間運行，以免積聚在一個晶片輸送容器302的端部，可以有效地按規定路線輸送晶片。晶片可以隨意輸送到測量工位或檢查工位，測量工位或檢查工位根據不同的設計(小批量)調節加工工序的變化。配置一個穿梭件312可以運行的導軌，可以使數量大的晶片分路。
與圖9所示的實施例類似的是，圖11A-11C所示的該實施例包括無源穩定側向磁鐵軌304，如果系統斷電，會使穿梭件312保持在晶片輸送容器302內的一個預定豎直層。推進線圈314在停車條件下短路，即使穿梭件312快速運行，也可以對穿梭件312進行無源動態制動，使之安全停車。在真空中可以無微粒產生或無故障地進行極其快速的晶片輸送。
圖11B示出一種包括一個第一磁鐵軌304a和一個第二磁鐵軌304b的晶片輸送容器302。導軌豎直“層疊”，間隔成穿梭件312a所載的一個晶片13在穿梭件312b從旁邊通過時不受其影響。一個晶片輸送容器302可以具有任意數量的磁鐵軌304。每個磁鐵軌304必須與一個相鄰的磁鐵軌304間隔成穿梭件312不堵塞一個通過的穿梭件312的通路。實際上，一個單個晶片輸送容器302內的豎直層疊導軌形成一個高速通道系統，穿梭件312可以在整個晶片加工設備中沿其運行。穿梭件312可以具有任意構形，在基本呈水平或豎直的方向上支承一個晶片，包括前述的穿梭件212。
例如，埋置磁鐵軌304可使一個簡單波紋管式舉升機構(未示出)在磁鐵軌304a和304b之間升降一個穿梭件312。這種系統在動態晶片輸送時產生導軌沖擊。可以采用開路支承和推進，無需復雜昂貴的位置反饋機構。穿梭件312在室16之間運行時不要求精確運行。
但是，一個晶片穿梭件312在晶片輸送容器302內晶片輸送工位的精確位置是必須的。例如，當一個晶片穿梭件312在一個室16附近停止時，晶片13的位置和室16內一個自動裝置臂必須配合成自動裝置臂可以夾持晶片，將晶片輸送到室16中。為此，有幾種方法。例如，銷定位必要時可以使一個穿梭件312精確定位在工位處，或者可以在工位使用局部閉路控制。
在晶片輸送系統300的一個最佳實施例中，輸送穿梭件312不使用晶片輸送容器302的頂部表面303和底部表面301。而是頂部表面303和底部表面301可以由無干涉臂或穿梭件豎直舉升機構占據。
圖12A-12B示出一種雙軸無干涉臂(hand-off arm)400的一個實施例，當穿梭件312停止時，雙軸無干涉臂400可以位于穿梭件312之下。操作中，雙軸無干涉臂400可以豎直移動，從一個穿梭件312舉升一個晶片13，進行轉動而將晶片13置于一個室16中。圖12A示出一個晶片穿梭件的另一個實施例。晶片穿梭件412的形狀使得無干涉臂400可以向上通過穿梭件412的主體407，夾持晶片，以及從穿梭件412取晶片。無干涉臂400也可以將一個晶片13置于穿梭件412上。操作中，無干涉臂400向下將晶片13放回到晶片支承件413上，并繼續運行通過穿梭件412的主體407，直至無干涉臂400到達備用位置。備用位置位于穿梭件412之下，這樣，當無干涉臂400處于備用位置時，一個穿梭件412可以從無干涉臂400上面通過。
如圖11B所示，側向磁鐵軌304最好安裝到晶片輸送容器302的內壁中。在本發明范圍內，側向磁鐵軌304可以安裝在晶片輸送容器302內。
在一個最佳實施例中，穿梭件312包括舉升磁鐵322和推進磁鐵324。舉升磁鐵322與磁鐵軌304形成磁偶合，穿梭件312因而被懸浮。推進磁鐵324位于晶片輸送容器302內的推進線圈314附近。晶片穿梭件312由推進線圈314產生的磁力推進通過晶片輸送容器302。例如，一個三相線性電機可以在推進線圈314中產生磁力。
晶片輸送系統300可以包括晶片轉位工位(未示出)，這些轉位工位用于不同的磁鐵軌304之間的豎直輸送穿梭件312上。開路或閉路舉升機構(未示出)可以使穿梭件312在磁鐵軌304之間進行豎直運行。
上述的任何晶片輸送系統最好包括一個檢查工位，當晶片13運行通過晶片輸送系統時讀取晶片13的字母數字編碼或條形碼。多數傳統儲料系統要求晶片在晶片的邊緣上具有字母數字編碼或條形碼。為了讀取字母數字編碼或條形碼，晶片必須轉動，以發現與字母數字編碼或條形碼具有公知關系的標記。該過程要求晶片停在晶片輸送系統內。例如，一種讀取晶片上標記的方法公開于美國專利US5831738，其名稱為《觀測半導體晶片上識別標記的裝置和方法》，其發明人是Hine，這里作為參考文獻。
最好不要使晶片13停在晶片輸送容器102內就能讀取識別標記。在一個最佳實施例中，一個檢查工位包括一個傳感器裝置，識別晶片輸送系統100內特定路線上和儲存點的晶片。例如，識別標記可以置于晶片背面的中心線上。晶片可以使用一種先進的標記方法，無需預先校準即可識別，有必要使用現在的以字母數字編碼為基礎的視野計。另一種方法是，一種雪花標記可以置于晶片背面中央。這種標記可以從任何角度讀取，具有高可讀性，無需使穿梭件112停止。
以上關于本發明最佳實施例的描述并非唯一的，并非用于使本發明限于所述的實施例。顯然，許多改動和變化對本領域技術人員來說是顯而易見的。實施例的選擇和描述是為了更好地說明本發明的原理及其實際應用，從而使本領域技術人員理解本發明各種實施例、以及適于特殊用途的各種改進。本發明的范圍由以下的權利要求書加以限定。
權利要求
1.一種晶片輸送系統，用于在加工工位之間輸送晶片，這種輸送系統包括一個晶片輸送裝置；一個晶片輸送容器，具有多個導軌，所述晶片輸送裝置可以沿導軌運行；一個過渡室，位于加工工具和所述晶片輸送容器之間，包括一個隔離閥；一個驅動裝置，用于控制所述晶片輸送裝置沿所述導軌的運動。
2.根據權利要求1所述的晶片輸送系統，其特征在于，所述導軌是磁導軌。
3.根據權利要求1所述的晶片輸送系統，其特征在于，所述晶片輸送裝置包括一個舉升磁鐵和一個推進磁鐵。
4.根據權利要求1所述的晶片輸送系統，其特征在于，所述舉升磁鐵與所述磁導軌形成磁偶合。
全文摘要
本發明涉及一種用于在隔離環境內、在多個室之間輸送單個晶片的晶片輸送系統。在一個實施例中，一個晶片由一個晶片穿梭件輸送，晶片穿梭件在一個晶片輸送容器內運行。晶片輸送容器內部與晶片加工設備周圍的大氣環境相隔離。這樣，單個晶片可以在整個晶片加工設備中輸送，無需使整個設備保持一種潔凈室環境。晶片穿梭件可以采用各種技術、例如(但不限于)磁懸浮或氣墊技術進行推進。晶片穿梭件也可以同時輸送多個晶片。輸送容器內部也可以是真空的、充氣的或充入過濾空氣。
文檔編號H01L21/687GK1561535SQ02819312
公開日2005年1月5日 申請日期2002年9月3日 優先權日2001年8月31日
發明者安東尼·C·博諾拉, 理查德·H·古爾德, 羅杰·G·海納, 邁克爾·克羅拉克, 杰里·斯皮斯爾 申請人:阿賽斯特技術公司