通过真空下的负荷固定腔转移物件的方法和装置.pdf

揭示了涉及物件的真空辅助处理的方法和装置，由此在准备腔(15)和处理腔(11)之间引导物件，两个腔都保持基本上相等的低压以提高系统效率和产品质量，其中磁耦合的传动机构(43)被用于在处理之前和之后定位物件。

1.  一种加工处理物件的方法包括：
提供用于处理物件的第一腔，所述第一腔包括第一直线传送阵列以及以可移动的方式与所述直线传送阵列相连接的支架；
提供用于准备物件的第二腔，所述第二腔包括第二直线传送阵列；
提供被置于所述第一和第二腔之间且与两腔相通的第一闸阀，所述第一闸阀具有用于密封所述第一腔的关闭位置以及用于允许所述第一腔和所述第二腔之间出现通道的打开位置；
提供用于装入和取出物件的对接站；
提供被置于所述第二腔和所述对接站之间且与两者相通的第二闸阀，所述第二闸阀具有用于密封所述第二腔的关闭位置以及用于允许所述第二腔和所述装入对接站之间出现通道的打开位置；
提供至少一个与所述第一或第二腔相通的真空泵；
提供用于支撑物件的支架，所述支架与所述直线传送阵列相连；
将至少一个物件装入所述支架；
在所述第一和第二腔之间通过所述直线传送阵列传送至少一个支架的同时，在所述第一和第二腔中建立并维持低压；以及
在所述第一腔内处理所述支架中固定的物件。

2.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述对接站包括物件装入装置和取出装置。

3.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直线传送阵列包括选自下列的传动系统：液压系统，电气机械系统，以及磁耦合传动系统。

4.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述直线传送阵列包括磁耦合传动系统。

5.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
使所述第一闸阀处于关闭位置并且启动真空泵以便减小所述第一腔内的气压：
打开所述第二闸阀并且将装有至少一个物件的支架从所述对接站引导至所述第二腔中；
关闭所述第二闸阀并且将所述第二腔内的气压减小到与所述第一腔内的气压基本上相似的气压；以及
打开第一闸阀并且将所述支架从所述第二腔引导至所述第一腔中并处理所述物件。

6.  如权利要求5所述的方法，其特征在于，在打开所述第一阀之前，所述第一和第二腔之间存在预定的气压差。

7.  如权利要求6所述的方法，其特征在于，所述预定的气压差大约小于10^-1托。

8.  如权利要求5所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
啮合所述直线传送阵列，以便在气压基本上相似的两个腔之间沿轨道导杆传送所述支架。

9.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，将所述物件装入所述支架上的过程是由机器人实现的。

10.  如权利要求9所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
从物件源提供多个要被装入所述支架的物件；以及
用所述机器人将所述物件装入到所述支架上。

11.  如权利要求1所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
在处理所述物件之后，将所述第二闸阀调整到所述关闭位置并且将所述第一闸阀调整到所述打开位置；
将所述支架从所述第一腔引导至所述第二腔；
将所述第一闸阀调整到所述关闭位置；以及
打开所述第二闸阀并且指挥机器人将已处理好的物件从所述支架中取出。

12.  如权利要求11所述的方法，其特征在于，所述直线传送系统包括磁耦合传动机构。

13.  一种用于在低压环境中处理物件的方法，所述方法包括如下步骤：
提供第一和第二腔，两腔中间插放第一闸阀；
提供待处理的物件，所述物件被置于对接站处；
通过第二闸阀将所述物件从所述对接站转移到所述第二腔；
大体上使所述第一和第二腔均衡到基本上相似的气压，并且通过所述第一闸阀沿包括侧向支撑的轨道导杆的直线传送系统，将所述物件从所述第二腔传送到所述第一腔；
处理所述物件；以及
通过所述第一闸阀沿包括侧向支撑的轨道导杆的直线传送系统，将所述物件从所述第一腔传送到所述第二腔。

14.  如权利要求13所述的方法，其特征在于，该方法还包括如下步骤：
将所述第一和第二闸阀调整为打开或关闭位置，以便在所述物件经受基本上不变的气压的同时将所述物件传送到所述第一腔中或从所述第一腔中传送出来。

15.  如权利要求13所述的方法，还包括如下步骤：
在所述第一腔内进行物件加工处理的过程中将所述第一闸阀调整到关闭位置，同时将至少一个待处理的物件引入所述第二腔；
在将至少一个物件引入所述第二腔之后，将所述第二闸阀调整到关闭位置，并且将所述第一闸阀调整到打开位置；
通过所述第一闸阀沿所述直线传送系统将至少一个物件从所述第一腔传送到所述第二腔；以及
通过所述第一闸阀沿所述直线传送系统将至少一个物件从所述第二腔传送到所述第一腔。

16.  如权利要求13所述的方法，其特征在于，所述直线传送系统包括磁耦合传送机构。

17.  如权利要求13所述的方法，还包括如下步骤：
使所述对接站保持与所述第一和第二腔基本上相似的气压。

18.  一种用于在低压环境中处理物件的装置包括：
用于处理物件的第一腔，所述第一腔包括第一直线传送阵列以及以可移动的方式与所述第一直线传送阵列相连的支架；
用于准备物件的第二腔，所述物件是要被引导到所述第一腔内或从所述第一腔中引导出来的物件，所述第二腔包括以可移动的方式连接到支架的第二直线传送阵列；
被置于所述第一和第二腔之间且与两腔相通的第一闸阀，所述第一闸阀具有用于密封所述第一腔的关闭位置以及用于允许所述第一腔和所述第二腔之间出现通道的打开位置；
用于装入和取出物件的对接站；
被置于所述第二腔和所述对接站之间且与两者相通的第二闸阀，所述第二闸阀具有用于密封所述第二腔的关闭位置以及用于允许所述第二腔和所述装入对接站之间出现通道的打开位置；以及
至少一个与所述第一或第二腔相通的真空泵。

19.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，在所述第一和第二腔之间传送至少一个支架以及在所述第一腔中处理所述支架固定的物件的同时，在所述第一和第二腔内建立并维持低压。

20.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述支架支撑多个物件。

21.  如权利要求20所述的装置，其特征在于，所述物件包括多个晶片。

22.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述支架呈穹顶形。

23.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述直线传送阵列包括选自下列的传动机构：磁耦合传动机构，液压传动机构、气动传动机构，电气机械传动机构，以及机械传动机构。

24.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述直线传送阵列包括至少一个磁耦合传动机构。

25.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于在处理晶片之前将所述晶片引导至所述支架上的自动装置。

26.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，该装置还包括用于从所述支架上取出已处理好的晶片的自动装置。

27.  如权利要求25所述的装置，其特征在于，所述自动装置包括机器人。

28.  如权利要求26所述的装置，其特征在于，所述自动装置包括机器人。

29.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述第一站和第二站基本上保持相同的气压。

30.  如权利要求18所述的装置，其特征在于，所述对接站保持与所述第一和第二腔基本上相似的气压。

通过真空下的负荷固定腔转移物件的方法和装置
技术领域
本发明一般涉及在低压环境中制造物件的领域。更具体地讲，本发明涉及传送和操作小元件(比如要在真空腔中经蒸发、汽相沉积、溅射、等离子体蚀刻等处理的集成电路晶片)的方法和装置。
背景技术
集成电路通常形成于硅(Si)半导体或像砷化镓(GaAs)和氮化镓这样的化合物半导体晶片基片上，并且在每一块晶片上形成大量集成电路复制品的过程中常常要经过真空腔内的一个或多个处理步骤。为了避免每一次将一个或多个晶片装入处理腔内或从处理腔中取出晶片时不得不无效率地给真空处理腔放气，然后在处理可以继续之前重新建立真空，常常通过中间的负荷固定腔来移动晶片。
在用于连接两个腔的闸阀仍处于闭合位置的同时，首先通过其外部闸阀将待处理的晶片和其它物件移入负荷固定腔中，如此便实现了将待处理的晶片和其它物件装入处理腔中的过程。这样，在物件装入和取出的过程中，处理腔保持其处理气压或非常接近其处理气压。然后，在待处理的物件已位于负荷固定腔中且接下来该负荷固定腔中的气压有所减小的情况下，闭合上述外部闸阀。然后，打开处理腔和负荷固定腔之间的闸门，将待处理的物件从负荷固定腔移入处理腔。当负荷固定腔处于与处理腔相似的减压环境中时，从处理腔中取出处理过的物件只需按相反的顺序执行这些步骤即可。一些已知的真空处理机器具有两个通过单独的闸阀连接到处理腔的负荷固定腔，以便增大处理物件的吞吐量；一个负荷固定腔用于装入，而另一个用于取出。共同转让的美国专利6,609,877和2003年7月17日提交的待批的分案申请10/621,700整体引用在此作为参考，就像构成了本申请的一部分。本专利揭示了在沉积腔内移动物件的有用的方法和装置，以便通过沉积腔内特定且限定的物件转移来增大物件生产量。然而，对更高的系统效率和生产率以及产品质量的追求需要有改进的可实践且可升级的解决方案。
处理腔或负荷固定腔的抽真空速率取决于腔的体积、总表面积，并且通常对系统生产率、工作效率和持有成本而言至关重要。已知的处理腔(比如上述美国专利中描述的)要求放置物件的支架能够旋转定位以便接受处理。这种旋转定位包括多个支架的“交换”；用持有处理过的物件的支架来交换持有待处理的物件的支架。这种旋转式同步交换会占据腔中处理和准备区域内相当大的面积。可减小操作所需的腔体积的物件转移系统将是非常有优势的。
发明内容
本发明涉及一种用于处理腔的物件转移系统，该系统显著地减小了所需的腔体积，从而相应地减小了处理系统对真空或抽真空的要求。抽真空时间的减小相应会减小系统循环时间，这便减小了系统停机时间，并显著增大了系统输出和生产率。
本发明涉及一种直列式线形物件转移装置或直线传送系统，该装置或系统不需要较大的系统元件在腔内作全面的旋转。根据本发明，通过直列式物件转移装置，用待处理的物件替代处理过的物件，从而对一般和特定的系统尺寸、生产率、工作效率和持有成本带来有益的效果。
根据本发明的一个方面，揭示了一种真空处理物件的方法，该方法包括提供处理物件的第一腔，该第一真空腔包括直线传送阵列以及以可移动的方式连接到直线传送阵列的支架。提供第二真空腔，用于准备要被引导至第一真空腔内或从第一腔被引导至第二腔的物件，该引导过程是通过位于第一和第二腔之间且与两腔协作的直线传送阵列而实现的。第一闸阀被设置在第一和第二腔之间并且与两腔相通。第一闸阀具有用于密封第一腔且使第一腔与第二腔隔离的闭合位置以及允许第一腔和第二腔之间出现通道的打开位置。提供用于装入和取出物件的对接站(dock station)。此外，第二闸阀被设置在第二腔和对接站之间并与两者相通，第二闸阀具有用于密封第二腔且使第二腔与对接站隔离的闭合位置以及允许第二腔和对接站之间出现通道的打开位置。提供至少一个与第一或第二腔相通的真空泵，并且提供用于支撑真空沉积腔内待处理的物件的支架。支架与直线传送阵列相连，且该支架上装有至少一个待处理的物件。在处理循环期间，在第一和第二腔之间传送至少一个支架的同时，由第一和第二腔内的真空建立并维持了低压。当在从第二腔(准备腔)到第一腔(处理腔)的方向上移动时，未处理的物件被移至第一腔以便处理。当在从第一腔到第二腔的方向上移动时，处理好的物件从处理腔(第一腔)移至准备腔(第二腔)以便从支架上取出。为增大系统效率、缩短循环时间及增大产品输出，至少第一和第二腔要保持基本上相似的气压。另外，本发明的特征在于闸阀的操作，尤其是第一闸阀在系统工作期间使第一腔(处理腔)保持抽真空的低压状态。这样，物件处理是很有效的，已超越所有已知的系统，因为在新的直线传送阵列负责引导物件传送的情况下，当接受待处理的物件和送出新处理好的物件时，小体积的第一腔不需要经受相当大的气压变化。
根据本发明的另一个方面，一个较佳的方法还包括将第一闸阀定位于闭合位置并且启动真空泵以减小第一腔内的气压。然后，打开第二闸阀，接下来将装有至少一个物件的支架从对接站引导至第二腔中。然后，关闭第二闸阀，用抽真空系统使第二腔内的气压减小到与第一腔内的气压基本上相似。在循环中的此时，将持有待处理物件的支架从第二腔引导至物件处理的第一腔内。较佳地，这种支架转移过程与已处理好的另一个支架上的物件从第一(处理)腔转移到第二(准备)腔的过程相协调地进行。通过使用本发明的直线传送系统在气压基本上相似的两腔之间沿轨道导杆传送支架，便实现了从第一到第二腔和从第二到第一腔的支架传送。
根据本发明的另一个较佳的方面，直线传送系统包括磁耦合的传动机构，并且最好在封闭的环境中用诸如机器人等自动装置来引导待处理的物件。这样，最好在封闭的环境中，自动装置也可以从支架上取下处理好的物件。另外，在本发明的另一个方面，待处理物件的放置和取下以及处理好的物件的取下和存储都可以在与第一和第二腔相通的对接站中进行，也可以在与第一和第二腔中所保持的气压相似的气压下进行。
此外，本申请涉及一种在低压环境中处理物件的装置，该低压环境包括用于处理物件的第一腔。第一腔包括直线传送阵列以及以可移动的方式连接到该直线传送阵列的支架。该装置还包括第二腔，用于准备要被引导至第一腔内以便接受处理的物件或从第一腔内引导出来的物件。第二腔还包括与第一腔的阵列协作的直线传送阵列。第一闸阀位于第一和第二腔之间且与两腔相通。第一闸阀具有用于密封第一腔的闭合位置以及允许第一腔和第二腔之间出现通道的打开位置。用于装入和取出物件的对接站位于第二闸阀附近，使得第二闸阀位于第二腔和对接站之间且与两者相通。第二闸阀具有用于密封第二腔的闭合位置以及允许第二腔和装入对接站之间出现通道的打开位置。至少一个真空泵与第一或第二腔相通，并且支架与直线传送阵列相连。在第一和第二腔之间传送至少一个支架并且在第一腔内处理该支架上所固定的物件的同时，在第一和第二腔中建立并维持低压。较佳地，直线传送阵列包括一种传动机构，该传动机构包括磁耦合的传动机构、液压传动机构、气压传动机构、电气机械传动机构以及机械传动机构。在另一个较佳实施例中，由自动装置(最好是机器人)将待处理物件装入支架。除了装入待处理的物件以外，该自动装置也被用于在处理之后从支架上取下处理好的物件。
在本发明的另一个较佳实施例中，该装置包括第一(处理)和第二(准备)腔，可以对这两个腔抽真空并保持基本上相等的低压(比如用真空泵可以达到的低压)。或者，也可以使对接站保持在低压环境中。
附图说明
图1是处理腔、负荷固定腔和物件装入前端的透视图，侧板已拿掉以便显示其中的支架转移机构；
图2是图1所示装备的侧视图；
图3A-3J示意性地示出了图1和2所示装备使物件在处理腔、负荷固定腔和物件装入前端之间移动的诸多操作的顺序；
图4是磁耦合传动机构的结合透视图；
图5是磁耦合传动机构的透视剖面图；
图6是磁耦合传动机构的外表放大图；以及
图7是运行中的磁耦合传动机构的放大透视图。
在下文关于本发明示例性实施例的描述中包括了本发明的其它特征、优点和细节，这些描述必须与附图结合在一起。
具体实施方式
图1和2示出了本发明一实施例的装置，该装置包括物件支架传送机构，其结构和操作都在下文中描述。本示例中的物件是半导体晶片，当闸阀13向负荷固定腔15打开时，支架29上的半导体晶片通过闸阀13移入移出真空处理腔11。或者，置于支架上的其它类型的基片可以按相同的方式来处理。真空处理腔11中所进行的处理可能包括从蒸发源17向晶片或其它基片上沉积材料。或者，在真空处理腔11中可以进行其它的基片处理。当闸阀13关闭时，真空泵19和相关联的阀使腔11内的气压减小到期望的水平以便执行该处理。通过闸阀25，将晶片从对接站27装入负荷固定腔15或者从负荷固定腔15中取出晶片。当关闭闸阀25时，操作真空泵和相关联的阀21和23，以便减小负荷固定腔15内的气压。
真空处理腔11内尚未处理的晶片是从负荷固定腔15中移入该腔内的，并且位于两个晶片支架29和31中的一个支架上。这两个支架之一上的晶片在真空处理腔11内经处理之后便从该腔中取出。支架29和31在两个腔11和15之间来回循环。尽管其它支架不是必需的，但是本发明设想可以使用任何数目的支架。支架不需要从腔11和15中取出，除非是定期的清洗。如图1和2所示，支架的形状是倒过来的穹顶形(向上凸起)，上面有许多圆孔由被传送和处理的晶片所覆盖。本发明设想可以使用汽相沉积领域中的技术人员根据本文内容很容易想到的任何结构的支架。在真空处理腔11内的汽相沉积过程中，蒸气正是通过这些圆孔击中晶片的。支架29和31的形状可以使晶片维持期望的沉积角度。因此，支架可以具有不同的形状和/或结构，这取决于所执行的特定处理的要求。
晶片被装入支架之一上或者从支架上取出都是由机器人33完成的，比如安装在装入对接站27内的六轴全关节净化室机器人。或者，该机器人可以是具有翻动能力的四轴机器人以便将单个晶片翻转。在一个实施例中，假定一个满载的支架刚刚返回到对接站，因此该支架装有大量已处理好的晶片，机器人的臂将晶片从支架31中取出并将它放到晶片盒35(图3A-3J)中，该晶片盒位于该对接站中。然后，最好从晶片盒中挑出一个未处理的晶片并将它置于刚取出处理好的晶片的那个相同的位置。较佳地，换位机构39接下来旋转夹具41，支架31位于夹具41上并且在晶片装入和取出过程中是啮合的。可旋转地使支架31换位，以便将其所携载的另一个处理好的晶片放置到可由机器人33拾取的位置。该晶片接着被移至晶片盒中，并且一块新的晶片又从晶片盒中移至支架31上相同的位置。该过程继续下去，直到支架31上所有已处理好的晶片已全部被未处理的晶片替代，其后支架31从负荷固定腔15移至真空处理腔11中，而包含刚刚处理好的晶片的支架29则重新移至腔15中，所以接下来机器人33用新的未处理的晶片来交换已处理好的晶片。或者，在任何新的晶片被置于该支架之前，先取出所有已处理好的晶片。
一旦晶片盒35装满了已处理好的晶片，便将它从装入对接站27中取出，用装满未处理的晶片的晶片盒来替代，并且与新盒子的晶片继续上述交换。若干标准类型的盒子都是可以使用的。例如，可以使用符合SMIF(标准机械界面)的盒子。另外，预对准器(未示出)是另一个可以被包括在装入对接站27中的选项，它可以在将已处理好的晶片放入晶片盒中之前根据晶片上的特征旋转它们以使它们对齐。装入对接站27最好包括ULPA过滤器FFU(风扇过滤单元)以便维持清洁的环境。在另一个实施例中，也可以使对接站保持在低压环境中。
通过传送机构43，支架29和31被移入腔11和15中并在两腔之间来回移动。在本实施例中，该机构包括两组轨道：图中示出了来自其中一组的轨道45和来自另一组的轨道47，这两组的其它轨道藏在后面看不到。每组轨道定位于晶片支架相反的一侧，以便使支架在腔11或15中上升或下降。通过合适的马达源(未示出)，这两组轨道沿垂直框架49上升或下降(z轴)。在本示例中，它们在运动过程中总保持固定的分开距离。这提供了一定程度的安全性，可防止一组轨道无意间压迫到另一组轨道所固定的支架上的晶片，从而减小了损坏昂贵的晶片的可能性。每一组轨道可以沿腔11和15之间的直线传送系统(x轴)侧向移动，且彼此互不影响。在所描述的特定示例中，顶部那一组的两个轨道还可以彼此靠近或远离地移动一小段距离(y轴)，而这种移动对于底部那一组的轨道而言是不必要的。这种复杂的运动显示出在腔11和15内以及两腔之间啮合、释放及移动支架29和31所必需的移动情况。
在真空处理腔11内，在支架29(参看图2)所携载的晶片被处理的过程中，该支架悬挂在掣子51下。也可以用包括马达源的机构53使掣子51旋转，从而使其下面悬挂的支架旋转。当支架29要被传送机构43取出时，机构53也可以操作掣子51释放支架29，并且当传送机构43将支架移入腔11内顶着掣子51时，机构53也可以操作掣子51握紧该支架。
图3A-3J按时间顺序示出了图1和2所示传送机构43移动支架29和31的操作过程。图3A所示循环中的点就是支架29上的晶片在真空腔11内被处理的地方。闸阀13是关闭的。同时，机器人33(图1和2)以上述方式在支架31和盒子35之间交换单独的晶片(比如晶片35)。在交换的过程中，闸门25是打开的。
在该晶片交换完成之后，闸门25关闭，并且通过打开泵21和23的各个阀，使用泵21和23来减小负荷固定腔15内的气压。通常，在操作相关的阀来打开或关闭它们与负荷固定腔15的连接的同时，这些泵都是连续运行的。在减小气压的同时，轨道45和47上升到图3B所示的位置。轨道47最初啮合支架31，并且将它提起来脱离换位夹具41。轨道45和47继续向上移动，直到顶部轨道45到达正确的高度可以侧向移入处理腔11，即图3B所示的位置。该位置是在该轨道将啮合并固定支架29的那个位置下面一很短的距离处。
在腔15内的气压已减小到与腔11的气压接近的水平之后，打开闸阀13，并且顶部轨道45移入图3C所示的位置。轨道45的垂直位置稍稍低于将会啮合支架29的那个位置。一旦侧向定位，则轨道45和47就向上移动一很短的距离(如图3D所示)，以便让轨道45啮合并固定支架29。然后，机构53使支架29从支撑掣子51中释放下来。然后，轨道45向下移动一很短的距离以便将支架29从掣子51中取下，然后侧向移动使得支架回到负荷固定腔15中图3E所示的那个位置。或者，机构53可以向掣子51提供很短的垂直移动，这种移动用于使掣子解脱。此时，两个晶片支架都在腔15中。支架29具有从处理腔11中取出的刚刚处理好的晶片，而支架31则具有未处理的晶片。
在闸阀13打开且两腔11和15都处于低压中的情况下，带有未处理的晶片的支架31移入处理腔11。图3F示出了该移动的第一步，在负荷固定腔15中两个轨道都向上移动，直到下面的轨道47处于合适的高度以便将支架31移入腔11。接下来，如图3G所示，轨道47侧向移入真空处理腔11，然后向上移动一小段距离，使掣子能够被机构53操纵从而啮合并支撑支架31。或者，机构53可以向掣子提供很短的垂直移动，这种移动用于使掣子51啮合支架31。然后，如图3H所示，轨道45和47下降一段很短的距离，使得轨道47脱离支架31。然后，轨道47侧向移入负荷固定腔15中，回到图3I所示的位置。
接下来关闭闸阀13，之后在真空处理腔内可以开始处理支架31上的晶片。然后使负荷固定腔15内的气压增大到外部气压，并且打开闸阀25。在这过程中，轨道从图3I的位置向下移动到图3J的位置。在图3J中，支架29停在夹具41上，不再由轨道45支撑着。然后，换位器39可以通过夹具41使支架29旋转，如上所述，在支架29和盒子35之间进行晶片交换期间，支架29都停放在夹具41上。
在晶片交换之前、期间或之后，轨道45和47从图3J所示的最低位置上升到图3A所示的位置，准备在交换完成之后让下面的轨道47啮合支架29。然后，图3A-3J的过程不断重复，其中支架29和31的位置互换。随着轨道45上升超过支架29，使轨道45侧向移动(沿y轴)一小段距离，以便放开支架29使其停放在夹具41上。
可能会注意到，轨道45总是移动装有已处理好的晶片的支架(在本示例中)，而轨道47则移动装有未处理的晶片的支架。这样做的好处是，使已处理好的晶片保持在顶部支架上，使得来自另一个支架的污染物不会落到已处理好的晶片上。
因此，图3A-3J代表晶片支架运动的一个完整的循环，该循环可以由图1和2所示的装备来实现。晶片吞吐量是很高的，因为真空处理腔11保持低压(高真空)并且闸阀13只需打开一小段时间来交换支架。因为所有待交换的晶片都只位于两个支架上，所以这种交换可以进行得很快，因此增大了真空处理腔11内处理晶片的时间百分比。这种已处理好的晶片(所有的都在第一个支架上)和未处理的晶片(所有的都在第二个支架上)的交换过程以最小的程度中断处理过程。另外，新的晶片被装入一个支架的同时，另一个支架上的晶片正接受处理。
支架传送机构43具有简单这一优点。在一个预想的设计中，四个轨道(轨道45和另一个轨道构成的顶部一对，轨道47和另一个轨道构成的底部一对)中的每一个可以由两段构成，一段可以沿它们的长度方向从另一段中伸缩。适当选择每一段的长度，要使得当两段彼此套合在一起时该轨道能够安装到负荷固定腔15内。适应真空的直线电动马达和导杆可以被安装在轨道上，从而提供沿x轴的移动。例如，一个这样的马达被安装在轨道上以便使套合的段相对于另一段移动，而另一个马达则安装在轨道上以便使这两段相对于框架49移动。这提供了结合图3A-3J所描述的x轴上的移动范围。
每一组的轨道可以通过支柱在垂直方向上分开，比如框架49内部上的支柱和在支架相反一侧相似的框架上的另一个支柱(未示出)。通过将适应真空的直线电动马达和导杆安装到每一根支柱上，便可以提供轨道的垂直移动。通过安装在轨道和框架49之间的微型气动制动器，可以使顶部轨道沿y轴彼此相向移动或相背离。
图4示出了本发明的另一个较佳的方面，其中安装了磁耦合的传动机构用来驱动直线传送阵列，以便将装在各支架中的待处理的样本和已处理好的样本(例如晶片)放置到负荷固定腔和处理腔中预期的位置之间。在本较佳实施例中，处理腔60和负荷固定腔62分别具有独立的磁耦合传动单元64和66。磁耦合传动单元最好被装在不锈钢管(未示出)中，该不锈钢管最好是真空密封的。闸阀68提供了腔60和62之间的真空密封。磁传动单元最好保持在大气压下。直线导杆72上的托架70被设计和定向成“跳过”处理腔和负荷固定腔之间的间隙，而并不脱离导杆支撑件而且也没有任何不连续的“震摇”。托架70具有两个固定的磁铁74、76，它们与罩住磁耦合传动的不锈钢管的曲率相一致。护架78连接到托架70，并且图中示出它还连接到护架支撑件80。在支架82的穹顶法兰83上的护架啮合槽处，护架78与支架82啮合。穹顶法兰83上的心轴啮合槽啮合负荷固定腔中的心轴84或处理腔中的心轴85。
图5是本发明的直线传送系统的磁耦合传动的分解图。螺杆致动杆90使螺杆111顺时针或逆时针旋转180，从而啮合或脱离传动磁铁116，其中传动磁铁98或99位于托架96上，该托架96沿轨道102移动。托架96还包括轴承92。磁铁98和99之间的距离使处理腔磁耦合传动和负荷固定磁传动之间更容易有“无震摇的握手”。磁耦合传动100最好被罩在不锈钢管中，通过真空法兰101用O形圈密封进行真空隔离。图中所示的传动磁铁116与托架96上的前方传动磁铁99啮合。当导向螺杆112旋转时(比如用未示出的电动马达)，螺杆帽114以及传动磁铁116线性地推进或回缩，像是被螺杆111引导一样。传动磁铁与被驱动的磁铁99相耦合，还连接到托架96，从而使托架96直线移动。
图6是磁耦合传动110各方面的分解图。传动机构包括带导向螺杆112的螺杆111，该导向螺杆还具有零齿隙拼合螺母114，并且传动磁铁116与连接到磁性夹具的磁铁夹具118的曲率相一致。
图7是本发明一实施例的分解透视图。该图示出了当托架144(它用穹顶148支撑着护架146)通过闸阀(未示出)在导杆轨道150上移动于两腔之间时负荷固定腔中的磁耦合传动单元140与处理腔中的磁耦合传动单元142之间“握手”的概念。在操作过程中，通过驱使负荷固定磁性传动上的螺杆致动杆，负荷固定磁耦合单元中的传动磁铁与托架上的磁铁脱离。通过驱使处理腔磁耦合传动上的螺杆致动杆，处理腔磁耦合传动单元中的传动磁铁与托架较远侧的磁铁啮合。导杆轨道152上的一组滚子轴承在纵向和垂直方向上很好地支撑着托架。
如图7所示，物件支架或“穹顶”148被设计成固定待处理的晶片或其它物件。在本发明一实施例中，物件是易碎的晶片。因此，在处理过程中站到站的传送期间，最好是移动晶片附着于其中的晶片托架，而不是直接接触晶片。支架上固定在适当位置待处理的晶片或物件的数目取决于该支架上接受区域的数目。接受区域或位置(看上去就像是切口或“洞”)的数目取决于晶片或其它物件的大小。因此，和直径为50毫米的晶片相比，直径为150毫米或200毫米的圆形晶片显然会在支架上占据更多的空间。圆形插孔154被设计成接受相似尺寸的物件以便处理。因为根据本发明的另一个方面穹顶支架可以相当大并且很难在腔内左右移动以便放置和取出物件，所以该穹顶表面可以划分成多个楔形部分，这些楔形部分以可拆卸的方式固定在圆形框架上，使得当所有的部分都处于合适的位置时一个完整的穹顶形支架就实现了。。因此，穹顶148被进一步设计成，用像弹簧夹156这样的扣件将分立的可拆卸的部分固定到一起从而构造出该穹顶148，使得当各部分都在适当的位置时，完成的穹顶是完整无缺的。完全组装好的穹顶在处理腔和负荷固定腔之间移动。
可以将各部分单独地从负荷固定腔移到“前端”以便物件装入和取出。这种安排方式减小了小尺寸物件(比如直径为150毫米的晶片)放置和取出所需支架元件的重量和大小。更大的晶片(比如直径为200毫米的晶片)最好通过对接站(比如带机器人等自动装置的对接站)单独地从负荷固定腔中取出或装入该负荷固定腔。另外，为了进一步使两个这样的穹顶部分的交换位置所需的区域最小化，可以截去各部分的突出端而并不显著损失该穹顶上的晶片或物件携带量。如图所示，该穹顶具有双槽法兰158。底部槽啮合护架146，而顶部槽啮合处理腔的心轴(图4中的84)和负荷固定腔的心轴(图4中的85)。应该进一步理解，该穹顶可以倒置定位，使得该穹顶以凹或凸或甚至平的取向来固定待处理的物件。如果在处理腔内正在执行除蒸发沉积以外的处理，则可以使用不同类型和形状的支架。平板(其中晶片位于平面上)或“船”(其中晶片被固定在非平面取向中)都是本发明可以预想到的可能方案。此外，每一个晶片或物件都可以单独地被转移或被处理。然而，这是相对无效率的并且通常不适合大多数晶片处理(比如砷化镓晶片处理)。如上所述，对于直径更大的物件(比如直径为200毫米的晶片)，该穹顶包括带有精确加工的插口和凸片的多个单独的部分，这些插口和凸片用于精确地定位和啮合这些部分。这些部分最好用像弹簧夹这样的扣件固定到一起。较佳地，在这些部分上都有多个机加工的结构，用于精确地指示该穹顶，从而使自动的物件装入和取出更容易。该穹顶最好由不锈钢制成，然而，该穹顶也可以由能够耐受持续严酷的处理环境的任何有用的材料来构成，真空沉积腔领域的技术人员根据本文将会很容易理解这一点。
本发明预想可以使用会执行期望效果的任何磁耦合传动单元。这种期望的单元可以由Transfer Engineering公司(加州Fremont)制造，但磁传动单元领域的技术人员根据本发明很容易想到的其它能运行的单元也都可以使用。
如上所述，处理腔内所维持的低压基本上是保留的，因为在用于将处理腔与负荷固定腔密封隔开的闸阀打开之前，负荷固定腔先增压。这样，处理腔永远不要清洗，这就避免了对处理腔连续清洗再不断抽真空的需要。处理腔中所维持的典型的处理气压约为10^-6到10^-7托。在本发明一实施例中，在支架/物件装入期间，负荷固定腔暴露于周围环境中。当第二闸阀处于关闭位置时，在不到3分钟的时间内将负荷固定腔抽真空到约10^-5托。此时，打开第一闸阀，将合在一起的负荷固定腔和处理腔抽真空到期望的工作气压约10^-6到10^-7托。基于真空泵的设计以及腔特别是负荷固定腔所期望的小体积设计，总的抽真空时间大约小于5分钟。这与已知的处理系统形成显著的对比，已知系统的抽真空时间大约超过17到20分钟，比本发明的处理多出许多抽真空的时间。设计用于本发明的处理中的负荷固定腔的较佳体积约20cfm，体积大约介于10到15cfm之间则更佳。这种受限的负荷固定腔体积可以缩短抽真空的循环周期，从而使效率和产品生产率变大。
另外，根据本发明，在物件处理循环期间另一个支架占据处理腔时，装有待处理物件的支架保持预备状态，从而使支架交换时间达到最小，由此产生并维持了系统效率。此外，可以改变系统使负荷固定腔或处理腔接受多个支架，从而迎合产品生产量的要求。
在本申请中，应该理解，术语“直线或线形传送阵列”和“直线或线形传送系统”都是等价且可互换的术语。此外，如本文所解释的那样，本发明的直线传送系统可以包括能够在直线方向上将支架从一点驱动到另一点的任何传动系统。此外，应该理解，本发明的直线传送系统期望可以在处理腔和准备腔中包括支撑系统(通常就是轨道导杆)。然而，本发明还预想到没有安装支撑件或轨道导杆而包括传动系统的元件的实施例。这样，轨道导杆可以最初只位于一个腔内，当工作时，可以按系统要求而延伸到和缩回到不止一个腔中。这样的系统可以与“套合”系统结合使用，其中传动单元用于向支架和轨道导杆提供移动，该支架和轨道导杆已预先移入期望的位置或与该支架的移动相匹配。
尽管已参照本发明的特定示例及实施例描述了本发明的各个方面，但是应该理解本发明享有所附权利要求书全部范围之内的保护权利。