具有Z向运动和铰接臂的线性运动真空机械手

具体实施方式

现参考图1，描述了目前所使用的常用类型的集束工具。通常而言，该集束工具包括加工腔室21，其围绕中心腔室22径向布置并且附连到中心腔室22。在该系统中，存在两个中心腔室。其他系统可仅具有单个中心腔室。可存在具有多于两个腔室的系统，只是该系统是笨重的并且用户相反地通常需要另一个系统。在操作中，机械手通常定位在每个中心腔室22中。机械手将晶圆接收到系统中并且将晶圆从中心腔室运送到加工腔室、并且在加工之后返回至中心腔室。在一些现有技术的系统中，中心机械手一次仅可接近单个晶圆和单个腔室。因而，在晶圆地处于单个腔室中的情况下，机械手在加工期间被占用或在使用中。在加工期间，与加工工位台相关联的单个机械手的这种组合对于这类集束工具的产量来说是一种限制。较为现代的单元使用多臂的机械手。加工腔室可包括任何形式的加工器(或处理器)，并且可包括例如用于物理气相沉积的腔室、用于化学气相沉积(CVD)或用于在晶圆制造期间可在晶圆上施行的蚀刻或其他工艺的腔室。这类工具允许在不同时间段进行加工，因为晶圆在被加工时通过机械手臂到腔室中的传送及其从腔室的移走都独立于其他因素并且被计算机控制。显然，加工可按照相同的时间和限定的顺序被设定。

现参考图2，描述了一种用于加工晶圆的工具，其中对于每个腔室来说，晶圆在腔室内的驻留时间是相同的。在该实施例中，加工器23线性排布，并且在该示例中腔室布置成彼此邻近并且还相互叠置。在端部处存在升降机25，其将被加工的晶圆从一个高度移动到另一高度。在入口26处，晶圆进入并布置到支载体上，当晶圆移动通过该系统时，其保持在该支载体上。在该系统的实施例中，支载体将晶圆升高到加工器的上部高度，接着晶圆在该高度处一个接一个按顺序移动通过加工腔室23。升降机25改变晶圆的高度，并且晶圆接着沿着另一高度移动，再次从一个加工腔室通过并接着通过下一个腔室，如此往复并最终移出系统。

现参考图3，加工腔室31沿着搬运腔室32线性布置。晶圆经由EFEM(设备前端模块)33或某个等效输送装置进入到系统34中。EFEM33包括多个工位台30，FOUP(前开式标准晶圆盒)可位于该工位30上。FOUP(未示出)包括对晶圆进行容置的外壳或壳体，其可在等待进入加工操作时保持清洁。输送机构还可与EFEM 33相关联，以将晶圆放置到系统中用于加工并且将晶圆从系统移出以在加工之后临时存放。晶圆的FOUP被放置到EFEM上，其中晶圆通过刀片一个接一个地从FOUP依次传送，该刀片将晶圆从EFEM 33内的FOUP提升并将晶圆运送到装载室隔室35中，进而进入系统。晶圆从装载室隔室(load lockcompartment)35沿着搬运腔室32移动，其中晶圆从该搬运腔室32传送到加工腔室31中。在基板进入到加工腔室中之后，基板离开支承臂并停靠在腔室内的基板支承件上。在该点处，阀关闭以将加工腔室的大气从搬运腔室的大气分离。这允许在不污染搬运腔室或其他加工腔室的情况下在加工腔室内进行变化。在加工之后，将加工腔室从搬运腔室分离的阀打开，并且晶圆从加工腔室移出并且沿着搬运腔室32传送至另一加工腔室用于附加加工或者传送至装载室，其中晶圆从该装载室返回至EFEM 33上的FOUP。在该附图中，示出了4个加工腔室31。还示出了4个加工电源37以及电源分配单元36。这些的组合提供用于系统的电子器件以及至每个单独加工腔室的功率。在加工腔室31上方的是处理气柜38以及信息处理柜40。输入到系统中的信息通过这些单元来控制基板沿着搬运腔室32的运动，以及控制基板是否传送到加工腔室中用于进一步加工。这些单元还提供对于加工腔室内已经发生情况的记录。在加工期间气体被提供用于腔室内。虽然在系统中将晶圆输送到系统中并且通过加工工位的机械手处理机构描述为两臂系统，但是事实上可存在不止两个臂，并且每个臂都可设置成在搬运移动腔室内独立或整体地移动。

系统中的加工腔室可根据制造晶圆的需要来执行不同的加工。现今许多制造商购买专用系统，在该专用系统中整个系统被赋予具有溅镀或蚀刻工艺。当然，在制造晶圆中存在足够的溅镀步骤或蚀刻步骤，四级或更多级系统可完全专用于溅镀操作。替代性地，晶圆可被运送通过一系列操作，每个操作各不相同并且每个操作都是实现最终加工所需的。例如，在五加工工位中，可合理预期在使用时的以下顺序。在第一加工工位中，晶圆将经受除气操作；第二工位可以是预清洁工位；第三工位是例如用于沉积钛的溅镀工位；第四工位是例如沉积镍钒的溅镀工位；以及，在第五工位处可发生金的溅镀沉积。

现参考图4，描述了将顶盖移除的三工位系统。与该附图相关的目标在于使得对搬运腔室32更充分理解。要加工的晶圆在装载室35处进入该系统。装载室35是双高度装载室，并且可同时夹持并加工两个晶圆。一个晶圆位于下部高度，而另一个位于上部高度。在装载室处，进入系统的晶圆进入到真空或受控环境中。同样，已经被加工的晶圆在其运行期间传送通过装载室35，从而离开该系统以及系统内的真空或其他受控状态，并返回至FOUP(在该图中未示出)。一旦在晶圆完成其从非真空状态过渡至真空状态之后，晶圆被提升至臂41上，臂41移动到搬运腔室32中。一个这种臂可见，同时另一个臂被第一加工腔室中位于左侧的元件所部分地遮盖。可见的臂被示出为将晶圆传送到该加工腔室31(或，替代性地从该腔室移出已经被加工的晶圆)。臂41在搬运腔室内沿着线性导轨43运动。在该实施例中，搬运腔室32内的导轨将支承臂41保持在腔室32的底板上方。同样，在该附图中不可见的驱动机构从真空外部到腔室32的壳体壁起作用。当期望将臂延伸到腔室或装载室35中时，该驱动机构提供对于臂41的大致线性运动以及旋转运动。因此，臂用于将晶圆移动到搬运腔室32中或移出搬运腔室32、移动到加工腔室31中或移出搬运腔室31、或者移动到装载室腔35中或移出装载室腔35。通过避免接触该腔的底部，更少的颗粒被产生以便将环境保持处于较纯净或无颗粒状态。该搬运系统的附加细节将在后述的附图中示出并描述。同样，虽然在该附图中描述了两个臂，但是应当显而易见的是，系统在导轨上可具有多于或少于两个的臂，并且可在任何一次中处理不止两个晶圆搬运装置。

根据本发明的方法，使用旋转运动和线性运动的组合来操作支承臂41，使得晶圆仅以线性的方式运动。也就是说，如图4所示，臂41使用线性运动(以双头箭头A示例出)和旋转运动(以双头箭头B示例出)的组合来运动。然而，该运动被规划设计成使得晶圆的中心进行线性运动，如虚线BLl、BLm和BL所示。这使得腔室31和装载室35的每个开口仅稍微大于腔室的直径。这还使得，在臂41的组合线性-圆弧运动例如经由用户接口UI(图3)而被可编程的控制器致动到任何位置时，能够将任何类型的腔室和腔室的任何组合附连到搬运腔室32上。

根据本发明的方法，实施下述过程以计算由控制器执行的组合线性-圆弧臂运动。确定晶圆在位于装载室中时的晶圆中心的位置。晶圆在位于每个所附连的加工腔室内部时晶圆的中心被确定。确定每个臂的枢转点(要注意，在下文的讨论中，在一些实施例中两个臂的枢转点可重合)。确定搬运的顺序，即每个晶圆是否需要在装载室与仅一个或多个腔室之间运动。这些值使用UI被编程到控制器中。于是，每个臂的线性和旋转运动被计算，使得布置在每个臂上的晶圆可仅在所确定的枢转点与针对装载室和腔室所确定的中心之间以线性运动。

部分地为了简化臂41的组合线性-圆弧运动，本发明的下述特征将在一个实施例中来实施。在图4中，一个支承臂41、具体地在图4中完全暴露的臂41联接到臂延伸部41’，而另一臂41直接联接到内部驱动和支承机构45(见图5和6)。在所示的实施例中，臂延伸部41’被固定，即其仅随从驱动和支承机构45的线性运动但是不能旋转。相反地，旋转运动仅施加给附连到臂延伸部41’端部的臂41上。同样，在所述的实施例中，臂延伸部41’被附连成使得两个臂41的旋转中心或枢转点可重合，即如图所示，直线状的虚线BLm经过两个臂41的旋转中心或枢转点。此外，如图5中的实施例所示，臂41以线性方向运动，使得两个臂41的旋转中心正好上下叠置地重合。这种设计允许将两个臂41制造成相同的，因为它们将随从从着相同枢转点中心线的组合线性-圆弧运动。

现参考图5，该附图在盖未遮盖内部元件的情况下示出了系统34的部件，从装载室35开始、继续到搬运腔室32的开始部分、并且包括第一加工腔室31。在该附图中示出的处于装载室35中的晶圆42停靠在臂41上。另一臂41示出为延伸到加工腔室31中。如图所示，独立运行并且可处于不同高度的臂能够同时延伸到不同的区域中。臂将晶圆从装载室沿着搬运腔室32移动到系统中，并接着在系统周围在各个加工腔室之间移动。最终，臂将加工后的晶圆沿着搬运腔室移动并进入到装载室35、接着移出系统34。当完成加工之后，晶圆可接着从加工的晶圆被收集的装载室传送回到FOUP。在装载室或加工腔室中的晶圆通过被提升到与臂41相关联的支承表面上而被传送。在支承表面处的提升销将晶圆升高以允许臂进入到晶圆下面，从而允许臂将晶圆提升并在系统中移动晶圆以用于下一步骤。替代性地，在搬运期间可采用在晶圆下面滑动并且支承晶圆的搁架性质的结构，以支承并保持晶圆，以及在晶圆被带到腔室或隔室或从腔室或隔室取走时从臂41处接收和释放晶圆。臂布置成在不接触的情况下在彼此上方和下方传送并且可经过彼此。臂连接到内部驱动和支承机构45。驱动和支承机构45配置有线性驱动轨道，其中驱动和支承机构沿着该线性驱动轨道在搬运腔室32内行进。驱动和支承机构45的运动由诸如电机的外部驱动器来实现。一种形式的驱动器使得驱动和支承机构45沿着驱动轨道46线性运动。另一种形式的驱动器使得臂41的旋转在将晶圆42移动进入和通过系统的过程中将臂从搬运腔室32延伸到装载室35或加工腔室31中。在驱动轨道46内的是独立导轨47(导轨47在图6中更清楚)，其中每个驱动和支承机构独立地骑跨在该独立导轨上，从而使得能够定位成每个臂41独立于彼此地移动并起作用。晶圆进入到加工腔室中的运动是从其线性驱动路径平移到腔室中的平移运动性质。这由于晶圆在优选的实施例中同时经历两种形式的运动而发生。其同时进行线性运动和旋转运动。使用外部电机或其他形式的驱动机构以在搬运腔室32的真空内驱动该机构，会减少所包围的真空区域内的不期望颗粒。

现参考图6，描述了在本发明的优选实施例中所采用的驱动系统。在该附图中，驱动轨道46的导轨47每个均独立可见。还示出了在一个支承臂41上的晶圆42。在该图中简易地示出处于延伸状态的另一支承臂。驱动和支承机构45每个均骑跨在一个导轨47上。这有利于臂41在不同高度的定位。布置在每个驱动和支承机构45的底部上的是磁性头或磁性耦合从动件48。布置成与磁性头48间隔开的是磁性驱动器50。磁性头48布置在搬运腔室的真空中，且真空腔室的壁(在图7中示出为53)经过每个磁性头48下面并且经过磁性头48与驱动器50之间。因而，驱动器50位于搬运腔室32的真空壁之外。如所讨论的，臂41将晶圆42移动到加工系统中并且通过该加工系统，并且臂41彼此相互独立地移动。这些臂41由包括驱动器50和磁性头48的磁性耦合器装置驱动。耦合器向臂41施加线性运动和旋转运动。驱动器50骑跨在外导轨51上，该外导轨位于真空的外部并且示出位于导轨系统的两侧。一组示出处于面向的关系，而另一准确的导轨示出在相反侧上。臂的旋转通过磁性耦合器被传递，并且由旋转电机52驱动。虽然磁性耦合在该图中描述为用于线性运动和用于旋转，但是应当显而易见的是，可使用单独分离的磁性耦合器和驱动器。因而，虽然优选的是通过相同的耦合器来传递线性和旋转运动，但是还可能的是，使用用于线性运动的单独耦合器以及用于旋转运动的另一组耦合器。

可用于将晶圆移动并将晶圆操作成通过包括在加工工位31处的止挡块的搬运腔室32的一种类型的臂，被描述为选择顺应性铰接装配机器手臂，以简称的方式称为SCARA机械手。SCARA系统会比它将要置换的笛卡尔(Cartesian)系统更快捷和清洁。

同时还为了减少和/或消除与磁性驱动系统相关的载荷系数，磁性驱动系统可包括将会减少由运动耦合磁体产生的吸引力的互斥磁体。耦合进入到真空的旋转运动和线性运动的磁体具有显著量的吸引力。这承载着机械机构，其支承着各个部件。高负载意味着较低承载寿命和较多的颗粒生成。通过使用位于磁性耦合器中的或彼此排斥的分离装置中的磁体，可减少吸引力。当然，在磁性耦合器内部，最内部的磁体在获得耦合强度方面并不显著。然而，这些内部磁体可用于产生排斥力，同时耦合磁体用于进行吸引且围绕耦合器的直径N-S位置交替地进行布置。

当然，应当理解的是，如果不关心被包封腔室内的颗粒尘埃，那么可将驱动机构包括在被包封腔室内。

现参考图7，以侧视图示出了不带盖件的轨道和驱动系统。在该图中，真空壁或真空隔块53描述为处于驱动并控制臂41位置的磁性耦合器48和50之间的位置。驱动轨道46包围着导轨47，导轨47将外导轨51所施加的线性运动提供给驱动和支承机构45以及因而提供给臂41。旋转运动由旋转电机52施加。在图7中，标记Va的一侧处于真空，而标记At的一侧处于大气中。如图7所示，磁性耦合器50由旋转电机52驱动，并且使得耦合器48由于穿过真空隔块53的磁性耦合而随从相同的旋转运动。然而，由于磁性耦合的磁滞，臂的旋转运动的精确度可降级或降低。事实上，由于臂的长度，耦合器48-50的小角度误差可导致安置在臂41端部处的晶圆的较大位移。同样，由于臂41的长度和重量、以及取决于臂是否承载晶圆的重量变化，瞬时运动可能持续不可接受的时间长度。为了避免这些问题，将减速齿轮(有时称为减速器或齿轮减速器)55插入到耦合器48与旋转式耦合器56或臂41之间。减速器用于降低由原动力(motive force)施加到机械手臂上的移动速度。齿轮减速器55具有磁性耦合器48的旋转输入，并且提供较低旋转速度的输出，以便以低于电机52旋转速度的旋转速度来致动臂41。在该具体示例中，齿轮减速器被设定成50∶1的减速比。这极大地增加了臂41的角度位移精确度，减少了瞬时运动，以及减少了作用在驱动装置上的转动惯量。

在图7中，减速齿轮组件55安装到底部49上。底部49未被电机驱动并且自由骑跨在线性导轨47上。在另一方面，旋转电机52安装到底部54上，底部54使用机械原动力骑跨在线性导轨51上。当机械原动力使得底部54线性移动时，磁性耦合器50与磁性从动件48之间的磁性耦合向自由骑跨的底部49施加线性运动，从而使得臂41线性运动。因此，这种配置的有利之处在于，所有的电机驱动式运动，即线性运动和旋转运动，都在大气状态下进行，而无电机驱动的系统停留在真空环境中。大气中的电机驱动式运动的各个实施例以及真空中的无电机驱动式自由运动的各个实施例在下文中作为示例进行描述。

图7A描述了线性运动组件的示例。在图7A中，轮带或链带驱动器联接到底部54。轮带或链带58骑跨在旋转器59上，其中一个旋转器59被电机驱动以便在任一方向上施加运动，如图中箭头C所示。为了控制线性运动，编码器57a向控制器发送识别底部54的线性运动的信号。例如，编码器57a可以是光学编码器，其读取提供在线性轨道46上的编码。此外，旋转式编码器47b配置在电机52上并且也向控制器发送旋转运动的编码。旋转运动和线性运动的读数可用于控制臂41的旋转运动和线性运动，使得晶圆的中心线仅以直线运动。

图7B是关于图4中的线A-A的截面图，描述了线性运动组件的另一实施例。在图7C中，驱动轨道46支承导轨47，轮子61和62骑跨在该导轨47上。这些轮子可被励磁以提供改良的牵引。轮子61、62联接到底部54，旋转电机52安装到底部54上。线性电机63安装到底部54的下部部分，并且与安装到驱动轨道46上的磁体阵列64相互作用。线性电机63与磁体64相互作用以便施加线性原动力，以在垂直于页面的方向上移动底部54。底部54的线性运动由编码器57b检测和报告，该编码器57b读取配置在轨道46上的位置/运动编码57c。在该具体示例中，编码器57b具有5‰英寸的精度。

图7C是描述处于大气中的线性轨道以及处于真空中的线性轨道的示例的截面图。真空侧以VA表示，而大气侧以AT标记，并且真空隔块53连同腔室壁32将两侧分离。在大气侧，滑动块61骑跨在线性轨道47上。由于该侧处于大气中，颗粒生成不如真空侧重要。因此，滑动块61可包括轮子或可简易地由滑动材料(例如，聚四氟乙烯)制成。底部54附连到滑动块61并且支承着旋转电机，该旋转电机使得磁性耦合器50旋转。在真空侧，线性轨道78被制成接收着滑动轴承73，该滑动轴承经由耦合器72附连到底板70。这些部件可由不锈钢制成并且应当制造成使得颗粒生成最小化。此外，盖件74和76被提供，以便所产生的任何颗粒保留在轴承装置的边界之中。底板70延伸超出轴承装置并且支承着齿轮减速器55，该齿轮减速器联接到磁性从动件48。

图7D描述了处于大气中的线性轨道和处于真空中的线性轨道的另一示例。在图7D中，大气侧构造成与图7C中的大气侧相同。然而，为了使得污染最小化，在真空侧使用磁悬浮而不是滑动块轴承。如图7D所示，有源电磁组件80与永磁体82进行协作以形成磁悬浮，并且允许底板70的自由线性运动。明显地，永磁体82保持自由空间84并且不与电磁组件80接触。当底部54与滑动块61线性运动时，耦合器50与从动件48之间的磁性耦合向悬浮的底板70施加线性运动。类似地，耦合器50的旋转引起从动件48的旋转，该从动件将旋转传递给齿轮减速器55。因此，应当理解的是，在该申请文件中的所用的术语“线性轨道”包括具有机械运动或磁悬浮运动的轨道。

现参考图8，描述了根据本发明的加工系统。在图3的情形中，EFEM 33接收并存放晶圆，用于提供给包括有加工腔室31的系统34，在该实施例中加工腔室31旨在表示这样的腔室，在所述腔室中通过将晶圆首先传送到装载室35上并接着沿着搬运或运送腔室32传送而发生溅镀沉积。于是，加工后的晶圆沿着传送腔室32输送回到装载室35并接着移出系统至EFEM 33。

现参考图9，描述了根据本发明的八工位加工系统。EFEM 33将晶圆输送到装载室35。晶圆然后沿着搬运腔室32移动，并且从搬运腔室32移动到加工腔室31中。在该图中，两组搬运腔室都布置在中心区域，且加工腔室31位于外侧上。在图10中，加工区段都对齐排布，以便一组加工腔室与下一组完全一样。因而，系统的加工腔室显示为相平行地对齐排列。

其他变型是显而易见并且容易想到的。例如，不是将加工腔室如图9和10所示对齐排列，加工腔室可布置成一组位于另一组上方，或者一组紧接另一组。如果对齐成一组紧接着另一组，那么这些组可排成一行，使得第二组紧接第一组继续线性排布，或者替代性地第二组可相对于第一组以一定的角度设定。由于搬运腔室可将晶圆输送到腔室的每个侧上，两组加工器可被设定在单个搬运腔室周围，并且由相同的搬运腔室供给(见图11A，其中指代相同内容的附图标记为在前述附图中所讨论的附图标记。应当注意的是，添加到图11A和11B的是阀39的视图，该阀39将加工腔室31与搬运腔室32分离，如上所述)。如果第二组加工器是第一组的接续部分，那么在沿着系统定位附加装载室的情况下有时可存在一些益处。当然可能的是，在远端添加EFEM并且将装载室布置在EFEM之前，使得晶圆可以直线行进，在一端进入并且在另一端离开(见图11B，其中指代相同内容的附图标记还是上述附图中的附图标记)。在后者的情形中，晶圆可被编程为在任一端或两端进入或离开。还可能的是，将加工腔室沿着搬运腔室以不规则间隔或以加工腔室之间的间距进行布置。在该配置中，重要特征将是传送腔室的定位，使得该腔室可根据需要以及根据系统的计算机控制来将晶圆输送到单个加工腔室中。

从现有技术已知具有串列式加工腔室，其中每个腔室配置成并排地加工两个晶圆。然而，这些现有技术系统使用主框架和机械手，所述主框架和机械手总是配置成装载彼此以一定距离设置的两个晶圆。也就是说，现有技术的串列式装载机械手的两个臂不能被独立控制，并且被设定成彼此间隔固定距离。因此，主框架、装载室、以及腔室结构受限于容纳或适应分隔开相同距离的两个晶圆。此外，必须十分小心以确保系统中的每项(即装载室、机械手臂、腔室中的卡盘等等)被调节成恰好相同的间隔距离。这为系统设计、操作以及维护增添了极大的限制以及负担。

新式主框架系统可容易地配置成以增加的设计自由度和降低的调节维修需要来容纳或适应串列式腔室。图12描述了应用到串列式加工腔室的新式主框架系统的示例。主框架包括带有彼此相互独立移动的机械手臂1241、1243的线性搬运腔室1232、以及单堆叠的装载室腔1235。为了描述该新式主框架的多功能性，在该示例中示出了单堆叠(即非串列式)的装载室腔(loadlock chamber)1235。要注意，不同于被设计用于串列式腔室的主框架必须具有串列式装载室的现有技术，在此由于机械手臂独立地操作，机械手臂可从单堆叠装载室将晶圆装载到串列式加工腔室上。例如，两个晶圆可彼此上下放置地位于装载室1235内，使得一个臂取用下晶圆，而另一个臂取用上晶圆。于是，每个臂将其晶圆放置到串列式腔室的一侧。根据该示例的新式特征，每个机械手可将基板放置在串列式加工腔室的任一侧上。也就是说，不同于在机械手臂与腔室之间存在一一对应关系(即右侧机械手臂仅可装载串列式腔室的右侧)的现有技术，在此任何臂均可装载串列式腔室的任何侧。

在图12的示例中，五个腔室1201、1203、1205、1207和1209安装到搬运腔室1232上。腔室1201、1203、1205中的每一个形成了用于同时加工两个基板的串列式腔室。腔室1201、1205示出为覆盖有顶盖，而腔室1203示出为将顶盖移除。该新式主框架的一个优势在于，每个串列式加工腔室的节距(即中心与中心的距离)不必要与其他相匹配。例如，示出为距离X的腔室1205中的节距不必要与示出为距离Y的腔室1203中的节距相同。相反地，每个机械手可设计成已知安装到主框架上的每个腔室的每个加工区域的中心，以便每个机械手臂可将晶圆传送到任何加工区域并且将其精确地放置到中心处。此外，虽然在现有技术的系统中必须提供单个阀以用于串列式腔室和装载室，在此由于机械手臂是独立的，每个加工区域可具有其自身的独立隔离阀，例如用于腔室1201的所示的隔离阀1251和1253，或者可使用单个阀，例如用于腔室1203的所示的阀1255。

使用串列式腔室的一个优势在于，能够在每两个串列式加工区域之间共享资源。例如，腔室1201的两个加工区域共享加工气源1210和真空泵1212。也就是说，虽然每个加工区域具有其自身的气体分配机构1214、1216(例如喷淋头和相关元件)，但是两个加工区域的气体分配机构联接到相同的气源1210，例如气体杆形件(gas stick)。真空泵1212可连接到排气岐管，该排气岐管通向两个加工区域，从而保持两个区域处于相同的压力。诸如RF源的其他元件也可由两个加工区域共用、或者分别提供给每个区域。

腔室1207和1209一起形成混合的单个-串列加工腔室。也就是说，每个腔室1207和1209配置用于加工单个晶圆。然而，在该实施例中实现串列式加工腔室的一些特征。例如，加工气源1211和真空泵管1213可由两个腔室共用。电源和偏置能量可从相同电源或分离电源来供给。可选地，提供键1202，使得两个腔室安装到主框架上同时对齐，并且用作规则的串列式腔室，但是不引起制造较大串列式加工腔室的复杂性和成本。

图13描述了新式主框架的又另一示例，所述新式主框架包括两个串列式腔室1301和1305、两个独立的单晶圆腔室1303和1304、以及一个包括腔室1307和1309的混合单个-串列腔室。也就是说，由于使用新式主框架1332(其中机械手1341和1343是独立的)免除了确保所有腔室的节距都相同的需要，在此可混合具有相同或不同节距的串列式腔室以及单晶圆腔室。由于机械手1341和1343可相互经过彼此，它们可同时装载串列式腔室的每个。同样，机械手可独立地或同时地装载单个晶圆腔室的每个，因而在不需要使用复杂串列式腔室的情况下能够具有串列式腔室装置的产量。

图13中所描述的另一特征是使用单个中心隔离阀1357，用于装载串列式腔室1305。如可以看到的，阀1357的尺寸被设定成允许仅通过单个晶圆。然而，如弯曲箭头所示，两个晶圆被装载到串列式腔室1305中。这不能在现有技术的系统中完成。

图14示出了另一示例，其中不同类型的加工腔室附连到线性搬运腔室1432。在该示例中，多晶圆加工腔室1405、三串列式腔室1401、单个腔室1404、以及混合单个-串列腔室1407和1409附连到新式主框架。腔室1405可以是常规批加工腔室，例如具有四个晶圆工位的热强化或等离子强化CVD腔室，即其中限定四个成圆形设置的加工区域。一次可使一个或两个工位得到装载。单个腔室1404可为单个基板加工腔室或堆叠多晶圆冷却工位。例如，可以是多个(例如25个)晶圆堆叠冷却工位。此外，由于在本发明中机械手臂是独立的，串列式加工不局限于一次加工两个晶圆。在该示例中，示出三个基板串列式加工腔室，使得能够同时加工三个晶圆。虽然在此示出仅两个臂，需要一个臂的第二行程来完全装载腔室1401，但可使用具有不止两个臂的装置，如图15所示。图14中所述的另一可选特征是使用蛙腿式机械手臂1441和1443(通常称为SCARA，选择性顺应式装配机械手臂)，其在本发明的其他实施例中骑跨在线性导轨上。

图14的实施例还使用串列式堆叠装载室腔1435，即具有并排布置的两堆叠组的晶圆。虽然装载室1435可能是常规串列式装载室，但是新式主框架使得装载室可具有先前不可获得的特征。例如，虽然装载室是串列式的，但是其可由具有隔块1438的两个分离腔室形成。于是，可提供两个隔离闸门1437和1439，每个用于相应的串列式晶圆。使用这种装置，不同于仅可使用单个闸门以使得串列式装载室的两侧同时打开的现有技术，在此每侧可独立于彼此地打开或关闭。由此，如果机械手同时装载两个晶圆，两个隔离阀均可打开。然而，如果装载单个晶圆，仅单个隔离闸门需要打开。

图15示出了另一示例，其中新式主框架用于基板的高产量加工。该配置结构对于以高产量重复加工基板来说是有益的，例如加工用于制造太阳能电池的基板。在该示例中，两个线性导轨1543和1543’位于搬运腔室1532内部，每个导轨支承着两个线性机械手臂1541。在一个示例中，线性导轨1543上的机械手臂用于搬运腔室1532的左侧上的加工腔室1501，而另一机械手臂用于另一侧上的腔室。然而，机械手臂可构造成用于搬运腔室1532的任一侧上的腔室。

图15的示例的另一可选特征是提供两个装载室。装载室1535用于装载要加工的基板，而装载室1537用于卸载完成加工之后的基板。虽然在该示例中描述了串列式装载室，但是应当理解的是，同样可使用单个基板或堆叠的装载室。通过具有与装载装载室相反侧上的卸载装载室，如果需要的话，另一系统可直接联接到卸载装载室，如虚线轮廓所示。以这种方式，系统可变得模块化，以适应特定情形所需的各种数量的加工腔室。

根据本发明的另一实施例，新式主框架被堆叠。如图16所示，上部线性搬运腔室1633位于下部线性搬运腔室1632的上方。每个线性搬运腔室具有带有用于连接加工腔室的适当安装装置的多个开口1601。升降机1662将基板在下部和上部线性搬运腔室之间移动。在该具体示例中，基板从装载腔室1671装载，并且经由卸载腔室1673移除；然而，如果需要，其他升降机同样可设置在系统的前部，使得腔室以相同高度被装载和卸载。

图17描述了新式主框架的示例，其中感应电流用于向机械手臂提供原动力。该示例类似于图7D所示的示例，存在一个主要差别。具体地说，在前述实施例中，磁力用于向机械手臂施加线性和旋转运动；然而，在该实施例中，感应电流用于提供原动力。例如，机械手臂组件可包括用于旋转、线性运动或者旋转和线性运动两者的步进电机。在该实施例中，为了避免在搬运腔室的排出部分具有任何电线，步进电机使用感应电流来激励。每个步进电机联接到感应线圈，例如位于真空环境内的线圈48。驱动线圈50位于真空环境之外的、与线圈48相对的位置。当步进电机需要被激励时，电流在合适的线圈50中流动，线圈50感应产生相应线圈48中的电流，藉此激励电机。

图18A-C描述了根据本发明实施例的铰接臂机械手。图18A-C所示的机械手臂具有附连到底部的第一臂区段、旋转地联接到第一臂区段的第二臂区段、以及旋转地联接到第二臂区段的第三臂区段。在图18A-C中，底部1810自由骑跨在线性轨道1805上。底部的线性原动力可由线性电机提供，如关于在本发明中的其他实施例所述。第一臂区段1815附连到底部1810，使得第一臂区段1815不旋转。两个磁性耦合从动件组件1820和1825也附连到底部。它们可与上述公开的任何磁性耦合从动件类似地构造。在该具体示例中要注意，第一臂区段1815经由磁性耦合从动件组件1820和1825附连到底部1810，然而可使用将第一臂区段1815附连到底部1810的其他方法。

磁性耦合从动件组件1820包括壳体1822，其可容纳着如上所述的减速齿轮。减速齿轮可为例如如图7和7A的实施例中所示的减速齿轮。旋转磁性耦合从动件1820从壳体1822的底部延伸。旋转的轴1826从壳体1822的顶部延伸。磁性耦合从动件组件1825可类似地进行构造。

磁性耦合从动件组件1820联接到带轮1830，而磁性耦合从动件组件1825联接到带轮1835，即带轮附连到从磁性耦合从动件组件壳体的顶部延伸的旋转轴，例如轴1826。第二臂区段1840旋转地联接到第一臂区段1815的端部。第二臂区段1840经由带轮1845可旋转，在该示例中带轮1845配置在带轮1850的下面。这例如可使用嵌套轴来完成，其中带轮1845联接到外轴，该外轴向第二臂区段1840施加旋转运动，而带轮1850联接到嵌套于外轴里的内轴，并且使得第二臂区段1840自由旋转。带轮1850向带轮1855施加旋转运动，带轮1855配置在第二臂区段1840内、但是由于第一臂区段1815而不可见。也就是说，带轮1850和1855可附连到共用轴。第三臂区段1860旋转地联接到第二臂区段1840的端部。旋转经由带轮1865施加到第三臂区段。

在操作中，机械手臂组件使用线性驱动器进行线性移动，如上所述。第一旋转电机(未示出)布置在大气中位于机械手臂组件下面，并且向使带轮1835旋转的磁性耦合从动件组件1825施加旋转运动。环形柔性带1870(例如，轮带、束带、和链带等等)将旋转从带轮1835传送到带轮1845，以藉此旋转第二臂区段1840。在该实施例中，带轮1835和1845具有一定的减速比，即带轮1835的直径小于带轮1845的直径，使得带轮1835比带轮1845旋转得更快，以藉此降低第二臂区段1840的旋转速度。

另一旋转电机(未示出)向使带轮1830旋转的磁性耦合从动件组件1820施加旋转运动。环形柔性带1875(例如，轮带、束带、和链带等等)将旋转从带轮1830传送到带轮1850。带轮1850的旋转经由轴传送到带轮1855。另一环形柔性带1880然后将带轮1855的旋转传送到带轮1865，以藉此旋转第二臂区段1860。在该实施例中，带轮1830和1850具有具有相同的直径，因而不具有减速比，以使得带轮1830和1850以相同速度旋转。在另一方面，带轮1855的直径小于带轮1850和1865的直径。因此，带轮1855和1865具有减速比，使得带轮1855比带轮1865旋转得更快，以藉此降低第二臂区段1860的旋转速度。

图19A和19B描述了根据本发明的实施例的四轴机械手臂，其可在本文所公开的任何实施例中实施。图19A和19B的实施例描述了可在上述任何实施例中实施的z向运动机构。然而，为了描述本文所公开的所有各个特征如何能够组合，图19A和19B的实施例包括臂的线性运动、旋转和铰接、以及作用于臂的z向运动机构。在另一方面，诸如盖件和z向运动轴承的元件未示出，以便不遮盖该实施例的部件。

图19A和19B的实施例具有固定臂1915，其类似于图18A-C的实施例所示的臂。同样，磁性耦合从动件组件1920和1925经由布置在真空腔室之外的电机进行旋转，以便提供臂区段1940和1960的旋转。磁性耦合从动件组件1920和1925附连到底部，该底部自由骑跨在轨道1905上、并且由本文其他实施例中所述的线性电机(未示出)驱动。当然，机械手臂可仅具有固定臂区段或单个旋转区段，例如如图5和6中的实施例中所示的，但是包括如下所述的z向运动。

为了提供z向运动，提供第三磁性耦合从动件组件1985。磁性耦合从动件组件1985经由位于真空腔室之外的旋转电机(未示出)进行旋转，并且可包括如在本文其他实施例中所述的齿轮减速机构，以便降低由旋转电机施加的旋转速度。磁性耦合从动件组件将旋转运动可选地经由减速齿轮传送到丝杠1990。然后，丝杠1990取决于旋转方向而升高或降低固定臂1915。由此，z向运动被施加到铰接机械手臂。在该实施例中，驱动带轮1930和1935安装到花键轴或允许驱动带轮相对于底部组件向上和向下移动的其他机构上。同样，虽然未示出，在该实施例中波纹管被用来覆盖丝杠组件，以便避免颗粒进入到真空腔室中。

虽然腔室已经被描述为处于真空状态，但事实上在一些情形中，在所包含的区域中包括一定量的气体或其他流体可能是有益的。因此，本文所使用的术语真空应当解释为自包含环境或自足环境，以包括例如在整个系统中可采用的特定气体。

在图1中，集束工具包括7个加工腔室。在图9中，所公开的系统包括8个加工腔室。图1中的工具的包括周边的总占有面积大约为38m²。图9中的工具的总占有面积(包括附加加工腔室及外围)是23m²。因而，如果在采用根据本发明的线性配置的情况下，具有更多腔室的系统的占有面积显著减少。在很大程度上，与通过图1中所示类型的系统来使用中心区段相比，这种改善是通过使用描述为图9中的搬运腔室32的改良输送系统来实现。

本发明的线性架构十分具有柔性或适应性，并且使其适应于多个基板尺寸和形状。用于制造半导体的晶圆通常是圆形，并且直径为大约200或300mm。半导体工业总是努力得到每晶圆更多的器件并且稳步实现越来越大的晶圆尺寸，从75mm、100mm、200mm至300mm，并且存在持续的努力来实现450mm直径的晶圆。由于该独特架构，洁净室晶圆制造中所需的地面空间不会与具有处于该周边的加工的典型集束工具一样大地增长。

此外，如果期望增加集束工具类型(图1)的尺寸以增加输出，那么对于总体测量值的增加是升高的功率；然而，在该申请中所描述的系统尺寸的增加是在单个方向上(即长度上)，而系统的宽度保持不变。在类似的加工中，例如在铝加工中，使用图9中所描述类型的系统在相同时间段内的产量几乎是图1中类似系统的产量的两倍(在快速计算中为大约170％)，并且图9中的设备占用比图1中的设备更少的空间。因此，与现有技术的单元相比，使用本发明所公开的系统在每测量洁净室面积的晶圆输出方面具有显著改善。显然，这实现了减少制造晶圆的成本的目标。

该设备的设计不局限于圆形基板。当基板是矩形形状时，将晶圆在所描述的圆弧路径中移动的集束工具是尤其不利的，因为工具将需要确定尺寸以处理圆形基板(该圆形基板刻出实际基板的矩形形状)；然而，线性工具需要在任何方向上不大于经过实际形状所需的尺寸。例如，加工300mm的正方形基板时，集束工具需要定尺寸成处理424mm的圆形基板，同时线性工具需要不大于300mm圆形基板所需的尺寸。

同样，搬运腔室32的尺寸仅需要提供将基板(不管是否是某一其他构件的晶圆)从入口腔室通过并进入到加工腔室接着从加工腔室移出系统所需的空间。因此，该腔室的宽度应当稍微大于要加工的基板的尺寸。然而，较小的构件可在该系统中被加工，且可作为多个构件在基板夹持器中被加工。

虽然本发明以特定材料和特定步骤的示例性实施例进行描述，但是本领域技术人员应当理解的是，可做出和/或使用这些特定示例的变型，并且这种结构和方法将遵循所描述和讨论的实践所实现的理解以及操作的讨论，以便于可在不偏离由所附权利要求书限定的本发明范围的前提下作出的变型。