[发明专利]笛卡尔机械臂群集工具架构

说明书

技术领域

本发明的实施例大体来说是有关于一整合式制程系统，其含有能够同步处理多个基材的多个制程站及机械臂。

背景技术

形成电子元件的制程通常是在一受控制的制程环境下在拥有连续处理基材(例如半导体晶片)的能力的多腔室制程系统(例如，一群集工具)内完成。典型用来沉积(即涂布)和显影光阻材料的工具一般称为自动化光阻涂布及显影工具(track lithography tool)，或用来执行半导体清洁制程，一般称为湿式/清洁工具，典型的群集工具包含容纳至少一个基材传送机械臂的主架构，该机械臂在一晶片盒/晶片匣安装装置和与该主架构连接的多个制程腔室间传送基材。群集工具通常是经使用而使基材可在一受控制的制程环境下以可再现方式处理。一个受到控制的环境具有许多好处，包含在传送期间及在完成各种基材制程步骤期间最小化基材表面的污染。在一受控制环境下处理因而可减少缺陷的产生并改善元件合格率。

一基材制造制程的有效性通常是由两个相关且重要的因素来权衡，即元件合格率和持有成本(cost of ownership，CoO)。这些因素是重要的，因为其直接影响一电子元件的生产成本，从而影响到一元件制造商的市场竞争力。CoO，其受多种因素影响，大幅度地受到系统和腔室产能影响，简言的即每小时利用预期制程程序处理的基材数量。制程程序一般定义为在该群集工具中的一或多个制程腔室内完成的元件制造步骤或制程配方步骤的程序。制程程序一般可含有若干基材(或晶片)电子元件制造制程步骤。在降低CoO的努力下，电子元件制造商花费许多时间尝试最佳化制程程序和腔室制程时间，以在群集工具结构及腔室制程时间的限制下达到可能的最大基材产能。在自动化光阻涂布及显影式群集工具中，因为腔室制程时间较短(例如，约1分钟即可完成该制程)，但需要完成一典型制程程序的制程步骤数量很多，所以用来完成该制程程序的大部分时间是耗费在在各个制程腔室间传送所述基材。一典型的自动化光阻涂布及显影制程程序一般包含如下步骤：在一基材表面上沉积一或多层均匀的光阻(或阻抗)层，然后将该基材传送出该群集工具至一分离的步进机或扫描工具，以藉由将该光阻层暴露在一光阻调整电磁辐射下来图案化该基材表面，接着显影该图案化的光阻层。若群集工具内的基材产能不受机械臂限制的话，则最长的制程配方步骤会限制该制程程序的产能。这通常不会发生在自动化光阻涂布及显影制程程序中，因为其具有短的制程时间和大量的制程步骤。习知制造制程的典型系统产能，例如执行一典型制程的自动化光阻涂布及显影工具，一般是每小时100-120片基材间。

CoO计算中的其他重要因素是系统可靠度和系统工作时间。这些因素对于群集工具的收益性及/或有效性是很重要的，因为系统无法处理基材的时间越长，使用者损失的金钱就越多，肇因于在群集工具中处理基材的机会的丧失。因此，群集工具使用者和制造商花费许多时间试图研发拥有增加的工作时间的可靠的制程、可靠的硬件和可靠的系统。

产业对于缩小半导体元件尺寸以改善元件处理速度并减少元件生热的努力反而降低了产业对于制程变异的容忍度。为了最小化制程变异，自动化光阻涂布及显影制程程序的一重要因素是确保行经群集工具的每一个基材皆拥有相同的「晶片史(wafer history)」。基材的晶片史通常是由制程工程师监控及控制，以确保后来可能会影响元件效能的所有元件制造制程变量皆受到控制，而使相同批次内的所有基材总是以相同方式处理。为确保每一个基材皆拥有相同的「晶片史」，需要使每一个基材经受相同的可重复的基材制程步骤(例如一致的涂布制程、一致的硬拷制程、一致的冷却制程等等)，并且每一个基材在各个制程步骤间的时间是相同的。微影式元件制造制程对于制程配方变量和配方步骤间的时间的变异可以是非敏感的，其直接影响制程变异，并且最终影响到元件效能。因此，需要一种能够执行最小化制程变异和制程步骤间的时间变异的制程程序的群集工具及支持设备。此外，也需要能够执行给予均匀且可重复的制程结果，同时达到预期基材产能的元件制造制程的群集工具及支持设备。

因此，存在有对于一种系统、一种方法和一种设备的需要，其可处理一基材而使其符合所要求的元件效能目标并增加系统产能，因此降低制程程序CoO。

发明内容