末端操纵器组件 【技术领域】
本发明的实施例涉及用于支撑衬底的末端操纵器组件(end effectorassembly)。
背景技术
传统上，薄膜晶体管(TFT)在大玻璃衬底或平板上制成，以用于监视器、平板显示器、太阳能电池、个人数字助理(PDA)、蜂窝电话等等。通过在通常围绕中央转移室布置的多个真空室中，顺序地沉积各种薄膜，包括非晶硅、掺杂和不掺杂的二氧化硅、氮化硅等等，而在群集工具中制造TFT。生产在这些结构中所使用的高品质多晶硅前体薄膜，要求薄膜的氢含量控制在约1％以下。为了得到这种低的氢含量，要求在约550摄氏度的温度下对薄膜进行沉积后的热处理。
因此，在这些群集工具中被利用来移动衬底的机械手(robot)，必须具有被设计成能耐受这样高温的末端操纵器。一般而言，传统的转移机械手不适合于在这种高温下操作。具体地，平板处理系统中所利用的真空机械手的末端操纵器，通常包括一个或多个其上能支撑衬底的橡胶摩擦垫。一般在机械手将衬底在室之间转移时，这些摩擦垫防止衬底相对于末端操纵器滑动。有几种高温橡胶合成物可用，但通常其最高工作温度都被限制在约320摄氏度，这大大地低于多晶硅热处理工艺中所希望的550摄氏度。当机械手的末端操纵器暴露在高温下超过10秒，这些传统的橡胶垫通常会熔化并粘到衬底上。由于潜在的污染和后续地处理问题，所以不希望熔化的橡胶粘到衬底的后部。而且，一旦从末端操纵器取下橡胶垫，可能发生末端操纵器对衬底后部的划伤，这可能导致微粒的生成以及衬底的损伤或破坏。此外，如果橡胶垫熔化，垫的更换是很困难的。
因此，需要一种适合于在很高的温度下使用的末端操纵器。
【发明内容】
在本发明的一个方面中，提供了一种用于衬底转移机械手的末端操纵器组件。在一个实施例中，用于衬底转移机械手的末端操纵器组件，包括具有位于其上的多个金属垫的末端操纵器。聚合物垫位于每个金属垫上，其中金属垫上表面的暴露部分与聚合物垫顶表面之比至少约为3.5比1。
在另一个实施例中，提供了一种用于衬底转移机械手的末端操纵器组件，其包括具有位于其上的多个聚合物垫的末端操纵器。每个聚合物垫包括至少位于聚合物垫的顶表面上的含氟聚合物涂层。
在另一个实施例中，提供了一种其上具有多个金属垫的末端操纵器组件。聚合物垫位于每个金属垫上，其中金属垫上表面的暴露部分与聚合物垫顶表面之比是至少约3.5比1。每个聚合物垫包括位于聚合物垫的至少顶表面上的含氟聚合物涂层。金属垫和/或涂层允许聚合物垫在应用中至少暂时地使用在其正常操作温度之上。
在另外一个实施例中，提供了一种用于衬底转移机械手的末端操纵器组件，其包括具有位于其上的多个聚合物垫的末端操纵器。聚合物垫具有图案化的表面来使对衬底的热传递最少。
【附图说明】
通过参考实施例来详细描述以上简要概述的本发明，这些实施例在附图中图示。
但是应注意到，附图仅仅图示了本发明的典型实施例，因此不应认为是对其范围的限制，因为本发明可实现其他同样有效的实施例。
图1是处理系统的一个实施例的平面图；
图2是转移机械手的一个实施例的平面图；
图3是支撑件的实施例沿图2的剖面线3-3所取的横截面视图；
图4是支撑件沿图3的剖面线4-4所取的横截面视图；
图5示出了中央支撑件的一个实施例沿图2的剖面线5-5所取的横截面视图；
图6示出了中央支撑件的另一个实施例的横截面视图；
图7示出了垫材料粘到衬底上的百分比与所转移衬底的数量的关系；
图8A-F示出了聚合物垫的透视图；和
图9示出了对于聚合物垫的各种实施例，温度升高随暴露时间的变化。
为方便理解，只要可能就用相同的标号来表示附图所共有的相同元件。
【具体实施方式】
图1示出了群集工具100的示意布置。群集工具100一般包括转移室102，其中布置有第一转移机械手104。转移室102被多个处理室106、一个热处理室108和至少一个装载锁定室(load lock chamber)110围绕。装载锁定室110一般耦合在转移室102和制造接口(factory interface)112之间。在图1中示出其中两个装载锁定室。
制造接口112一般包括第二转移机械手114，其将衬底116在装载锁定室110和多个晶片存储盒118之间转移，多个晶片存储盒118耦合到制造接口112或位于其中。第二转移机械手114可类似于下面描述的第一转移机械手104来配置。制造接口112一般保持在大气压下或接近于大气压。第二转移机械手114通常被配置成在制造接口112中横向移动，这样就可用最少的操纵和时间开销而在装载锁定室110和盒子118之间转移衬底116。
每个装载锁定室110一般允许衬底116在转移室102中保持的低于大气压的环境与制造接口112的大气压环境之间转移，而不会破坏转移室102中的真空。装载锁定室110可被配置成每次转移多于一个的衬底116，并还可将衬底加热或冷却。在1999年12月15日递交的美国专利No.09/464,362(代理案号3790)中，描述了一种可利用的装载锁定室，在此通过引用而包含其全文内容。
通常用诸如铝的单块材料制造转移室102，以使真空泄漏最小。转移室102包括位于室102的壁中的多个通路122，以允许通过其来转移衬底。每个通路122可选地被隔离阀120密封。在2000年6月27日授权给Ettinger等人的美国专利No.6,079,693中，描述了一种可利用的隔离阀，在此通过引用而包含其全文内容。
处理室106一般绕着转移室120的周边布置。处理室106可被配置成包括刻蚀室、沉积室和/或其他适合于在衬底上制造出所希望的结构的室。
热处理室108一般对位于其中的一个或多个衬底116加热或热处理。热处理室108一般包括至少一个衬底支撑件(未示出)，该支撑件适于支撑热处理室108内的一个或多个衬底116。热处理室108另外还包括热控制系统(也未示出)，该系统可包括灯、电阻加热器、流体管道等等，以将衬底均匀地加热到约550摄氏度。在2000年12月29日由Q.Shang递交的美国临时专利申请No.60/259,035(代理案号5163L)中，描述了一种可利用的热处理室，在此通过引用而包含其全文内容。
第一转移机械手104位于转移室102的中央。一般地，第一转移机械手104被配置成能在环绕转移室102的室106、108、110之间转移衬底116。第一转移机械手104通常被配置成操纵单个衬底，但是，也可使用配置成操纵多个衬底的机械手。
图2是第一转移机械手104的一个实施例的平面视图。第一转移机械手104一般包括由连接件204耦合到末端操纵器206的机械手主体202，在末端操纵器206上支撑衬底116(以虚线示出)。末端操纵器206可被配置成在其上以所希望的方式来夹持衬底，所述方式例如摩擦、静电、真空吸紧、夹紧、边缘卡紧等等。在一个实施例中，连接件204具有蛙腿状的构形。连接件204也可以使用其他构形，例如极性构形(polarconfiguration)。在2000年4月11日由Ettinger等人递交的美国专利No.09/547,189中，描述了本发明可利用的一种极性机械手的例子，在此将其全文内容引入。
连接件204一般包括由弯头210耦合到两臂212的两翼208。每一翼208另外还耦合到同心地堆叠在机械手主体202内的一个电机(未示出)。每一臂212由衬套214耦合到肘杆216。肘杆216将连接件204耦合到末端操纵器206。通常，连接件204用铝制造，但是，也可以使用具有足够强度和更小的热膨胀系数的材料，例如钛、不锈钢、金属基体或者诸如掺钛氧化铝的陶瓷。
每一个翼208由同心堆叠电机中的一个独立地控制。当电机沿相同方向旋转时，末端操纵器206绕机械手主体202的中心218成一定角度地、半径不变地旋转。当两个电机沿相反方向旋转时，连接件204相应地张开或合拢，由此而将末端操纵器206沿着穿过第一转移机械手104的中心218的假想线220，而径向朝里或朝外移动。第一转移机械手104还能够进行由同时径向运动和旋转运动所导致的混和运动。
末端操纵器206通常用铝、石英、碳、金属基体或陶瓷制造，并被配置成支撑衬底时下垂最少。在图2所示出的实施例中，末端操纵器206是陶瓷并包括基座228，基座228具有从其延伸出去的第一构件230和第二构件232。基座228耦合到第一转移机械手104的肘杆216。第一构件230和第二构件232一般被布置成相对假想线220对称地隔开。选择第一构件230和第二构件232之间的长度和间隔，以在使衬底下垂最少的同时，足以在转移期间来支撑衬底。在第一构件230和第二构件232之间至少耦合一个连接构件234，以给末端操纵器206提供额外的结构刚性。
末端操纵器206一般包括多个位于其上的衬底支撑件222以支撑衬底。在图2所示的实施例中，末端操纵器206在第一和第二构件230、232上分别具有3个衬底支撑件222，总共6个衬底支撑件222。衬底支撑件222包括通常与至少一个中心支撑件226共同使用的多个边缘支撑件224。在每个构件230、232上示出了两个边缘支撑件224和一个中心支撑件226。
图3示出了边缘支撑件224的一个实施例沿图2的剖面线3-3所取的横截面视图。边缘支撑件224一般包括金属垫302和聚合物垫304。金属垫302具有上衬底接触表面306和下安装表面308。下表面308安装在末端操纵器206上。下表面308可通过粘合剂、栅柱(staking)、螺钉、铆钉或其他紧固设备而耦合到末端操纵器206。在图3所示的实施例中，金属垫302通过多个紧固件310(例如，图中示出了两个)而耦合到末端操纵器206，所述多个紧固件310分别被布置成穿过孔312，而到位于末端操纵器206下表面316的螺母或带螺纹的插头314中，孔312穿过末端操纵器206、聚合物垫304和金属垫302。
金属垫302的上表面306被聚合物垫304部分覆盖。一般地，上表面306的暴露部分与聚合物垫304的暴露部分之比，至少是约3.5比1。由于金属垫302的热传递比聚合物垫304更快，所以热更易从金属垫302传导，由此金属垫302就用作了聚合物垫304的散热器。金属垫302的更大的暴露表面积允许热快速地从金属垫302散发，由此就冷却了耦合到其上的聚合物垫304。
金属垫302的一端可包括从上表面306向上凸起的唇缘322。唇缘322一般延伸超过聚合物垫304，使得衬底116在置于聚合物垫304之上时，被唇缘322在至少一个方向上约束而不滑动。
金属垫302通常用导热金属制造。在一个实施例中，金属垫302由铝构成。金属垫302还可以另外被精加工来提高其导热率。一些精加工措施可包括抛光、涂覆、镀和其他增强热传递的操作或材料。金属垫302可被镜面抛光成至少4rms的表面光洁度或者更平。金属垫302也可以替代地或另外地被电抛光。平滑抛光的表面增大了金属垫302和聚合物垫304之间的接触面积、以及金属垫302和末端操纵器206之间的接触面积，因此增大了可用于热传递的接触面积。此外，金属垫302暴露部分的平滑和/或抛光的精加工表面反射热，使得当末端操纵器206被置于接近高温区域时，金属垫302不容易吸热。
聚合物垫304一般由高温聚合物构成。在一个实施例中，聚合物垫304由碳氟弹性体构成。适合于制造聚合物垫304的合成物的例子包括但不限于，高温塑料、聚苯并咪唑、含氟聚合物、VITON、KALREZ、CERAZOLEPBI、CHEMREZ和Parker FF350-75及其他。
在一个实施例中，聚合物垫304是白色的。与一般是黑色并具有0.8和更大热辐射率的传统高温聚合物相比，聚合物垫304的白色降低了聚合物垫的热辐射率。在一个实施例中，白色聚合物垫的热辐射率小于约0.7，比黑色材料在热吸收上产生约14％的改善，这是使聚合物垫304保持在较凉的温度(即小于约350摄氏度)下并防止垫粘到衬底上的主要原因。聚合物垫304可以是层、薄膜或涂层，并可被粘到、压合或扣合到、硬化或紧固到金属垫302上。聚合物垫304也可被模制到金属垫302，或者可包括模制到其中的、适于与穿过金属垫302的紧固件配合的插头。还可想到将弹性体垫保持到金属垫302上的其他方法。
参考图4中聚合物垫304的横截面视图，聚合物垫304可以在垫304的一侧或多侧上可选地包括涂层402。在一个实施例中，涂层402由至少位于聚合物垫304的顶表面404上的含氟聚合物构成。在图4所示的实施例中，涂层402还另外位于聚合物垫304的下表面406上。涂层402一般保护下面的聚合物(例如聚合物垫304)，使其不直接暴露到热表面和辐射热源下。取决于末端操纵器206所置的温度，以及聚合物垫304和涂层402的材料选择，在某些构形中可以不使用金属垫302。
回到图3，末端操纵器206另外还可包括薄金属层320。在一个实施例中，金属层320包括至少位于末端操纵器206的顶表面318上的、一层诸如铝的反射金属层。金属层320可被抛光或电抛光，来增大金属层320的辐射反射率。金属层320的导热性还帮助从金属垫302取走热量，由此将聚合物垫304保持在使垫304开始粘到衬底116的温度之下。
图5示出了中央支撑件226的一个实施例。中央支撑件226一般包括金属垫502，金属垫502具有位于其上的聚合物垫504。除了其中金属垫502不包括唇缘之外，中央支撑件226一般与参考图3和4描述的边缘支撑件224相同。中央支撑件226通常被用来支撑衬底的中心区域，尽管中央支撑件226也可被用来支撑衬底116的一个或多个边缘。
中央支撑件226可以可选地包括至少位于聚合物垫504的上表面508之上的涂层506。涂层506一般与前述涂层402相同。
图6是中央支撑件600另一个实施例的横截面视图。中央支撑件600一般包括位于末端操纵器206上的金属垫604。高温O型环或垫圈602通常位于金属垫604的上表面618之上。在图6所示的实施例中，垫圈602被衬套606压到金属垫604上。衬套606通常由诸如率的具有高导热性的材料构成，例如铝。紧固件608穿过孔612，孔612穿过衬套606、金属垫604和末端操纵器206。紧固件608可以是螺钉、铆钉、销钉、弹簧销或其他固定设备。在图6所示的实施例中，紧固件608与位于末端操纵器206的下表面之上的带螺纹的螺母配合。末端操纵器206的下表面可包括沉孔614，以允许螺母616和紧固件608与末端操纵器206的外部平齐或者从其凹入。
由于紧固件608将衬套606紧固在金属垫604上，所以衬套606的倾斜侧壁610将垫圈602固定到金属垫604上。一般地，衬套606相对于金属垫604的高度小于垫圈602的直径(或高度)，以防止在第一转移机械手104的操作期间衬底116和衬套606之间的接触。
图7示出了说明本发明优点的图。纵轴702以留在衬底上剩余物的面积占聚合物垫的接触面积的百分比来表示留在衬底上的垫痕(padmark)。横轴704表示循环数(即在聚合物垫上转移的衬底数)。每个循环表示在约550摄氏度下暴露10到15秒。线706-716示出了利用如下表所列出的配置的各种衬底支撑件的测试结果。
线号 聚合物垫材料 涂层 金属垫
706 Kalrez 8475 无 有
708 Parker FF350-75 无 无
710 Kalrez 8575 无 有
712 Kalrez 8575 有 无
714 Kalrez 8475 有 无
716 Kalrez 8475 有 有
718 Kalrez 8575 有 有
720 Chemrez SD653 无 无
如图7所示，本发明的衬底支撑件大大地减少或消除了在反复循环后聚合物垫材料粘到衬底的情况。减少和消除衬底支撑件对衬底的污染，相应地提高了设备的产出。而且，包括聚合物垫的颜色、金属垫和聚合物垫之间的大小比例和表面精加工及其他方面的热传递，可以有效地冷却聚合物垫，使得其能够被暴露到在构成聚合物垫自身的材料的额定温度之上的温度。
图8A-F示出了具有图案化顶表面的聚合物垫的各种实施例，该顶表面使得可用于衬底和聚合物垫之间热传递的接触面积最小。通过使可用于热传递的接触面积最小，热的衬底对聚合物垫的加热，就不会像加热包括聚合物垫整个顶表面作为接触面积的垫那么快。尽管图8A-F示出了用于减少聚合物垫和其上支撑的衬底之间的接触面积的几个示例图案，但可以想到其他图案，并被认为在本发明的权利要求范围之内。
图8A示出了聚合物垫800A的透视图。垫800A包括图案化的顶表面802A。顶表面802A包括形成在其中的多个凹坑804。凹坑804可具有任何的几何构形，并可以对称、规则(即等距)或者随机的图案布置在顶表面802A上。凹坑804延伸到支撑衬底的顶表面802A之下，由此减小了垫800A与衬底的接触面积。
在图8B所示的实施例中，聚合物垫800B包括图案化的顶表面802B，其包括从顶表面802B伸出的多个突起806。突起806可具有任何的几何构形，并可以对称、规则(即等距)或者随机的图案布置在顶表面802B上。每个突起806都具有位于公共平面上的顶部808，该公共平面支撑置于其上的衬底。顶部808可以是平整的(如所示地)、弯曲的或者尖角的。由于衬底置于突起806上，所以减小了垫800B与衬底的接触面积。
在图8C所示的实施例中，聚合物垫800C包括图案化的顶表面802C，其包括从顶表面802C伸出的格子810。格子810一般包括突起的支撑构件812形成的网格，这些支撑构件812可具有任何的几何构形，并可以对称、规则(即等距)或者随机的图案布置在顶表面802C上。支撑构件812一般都突起到一个公共平面，该公共平面支撑置于其上的衬底并在其间确定了凹陷区域814。由于衬底置于格子810的支撑构件812上，所以减小了垫800C的接触面积。
在图8D所示的实施例中，聚合物垫800D包括图案化的顶表面802D，其包括从顶表面802D伸出的网孔816。网孔816一般包括从顶表面802D伸出的多个交叉脊818。这些脊818可以任何角度交叉，并可以是直线的、弯曲的或者复杂的形式。这些脊818可以对称、规则(即等距)或者随机的图案布置在顶表面802D上。脊818一般都突起到一个公共平面，该公共平面支撑置于其上的衬底并在其间确定了凹陷区域820。由于衬底置于网孔816的脊818上，所以减小了垫800D的接触面积。
在图8E所示的实施例中，聚合物垫800E包括图案化的顶表面802E，其包括从顶表面802E伸出的多个脊822。这些脊822一般从顶表面802E伸出并可以是直线的、弯曲的或者复杂的形式。这些脊822可以对称、规则(即等距)或者随机的图案布置在顶表面802E上。脊822一般都突起到一个公共平面，该公共平面支撑置于其上的衬底并在其间确定了凹陷区域824。由于衬底置于脊822上，所以减小了垫800E的接触面积。
在图8F所示的实施例中，聚合物垫800F包括图案化的顶表面802F，其包括在顶表面802F中形成的多个凹槽826。这些凹槽826一般伸到顶表面802F中并可交叉，可以是直线的、弯曲的或者复杂的形式。这些凹槽826可以对称、规则(即等距)或者随机的图案布置在顶表面802F上。凹槽826减小了顶表面802F的表面面积，顶表面802F支撑置于其上的衬底，由此减小了垫800F的接触面积。
图9示出了说明上述聚合物垫的图案化表面的优点的图。纵轴902以摄氏度表示聚合物垫温度。横轴904以秒表示暴露时间。线906-912示出了利用如下表所列出的配置的各种衬底支撑件的测试结果。
线号 聚合物垫材料 图案 垫颜色
906 CHEMREZ 平整 黑
908 KALREZ 平整 白
910 CHEMREZ 突起 黑
912 KALREZ 突起 白
如图9所示，本发明的图案化聚合物垫大大地降低了在暴露到热衬底下期间的垫的升温。因此，就减少了在反复循环之后聚合物垫粘到衬底的倾向，同时还延长了聚合物垫的使用寿命。
虽然以上集中描述了本发明的实施例，但在不偏离基本范围情况下也可以实施本发明的其他实施例，本发明保护范围由所附权利要求来确定。