CN1572013A - 半导体材料处理系统 - Google Patents

Abstract

半导体材料处理系统是一种EFEM，可以安装到一个加工工具的前端，或者结合到加工工具中。EFEM由一个一体式构架构成，EFEM的部件、例如一个晶片机和一个SMIF箱前送板可以安装到一体构架上。所述构架作为一个共用安装构架，EFEM的部件可以将它作为对准用的基准。由于EFEM部件不必对准彼此的位置，因此，校准大为简化。EFEM还具有减小的占地面积，使EFEM安装到一个加工工具的前端，而不延伸到加工厂的地面。这样，EFEM和加工厂地面之间的空间被释放。例如，该空间可以作为加工工具的一个维修入口区域，无需先卸下EFEM。

Description

半导体材料处理系统

优先权

本申请要求2001年8月31日的名称为《通用模块化加工接口系统》的临时申请的优先权，其申请号为60/316722，该申请这里作为参考文献。

相关申请

1.美国专利申请10/087400，2002年3月1日提交，名称为《晶片机》；

2.美国专利申请10/087638，2002年3月1日提交，名称为《半导体材料处理系统的一体构架》。

技术领域

本发明一般涉及一种晶片输送系统。本发明尤其是一种设备前端组件(EFEM)的部件安装到其上的一体式的、可调节构架或结构，以及一种用于输送晶片的晶片机。

背景技术

标准机械接口箱(SMIF箱)一般包括一个箱门，箱门与一个箱壳配合，以提供一种密封环境，晶片可以在这种环境中储存和输送。一种类型的箱是前开口一体箱(FOUP)10，其中，箱门位于一个竖直平面上，晶片支承在一个安装在箱壳内的盒中，或者在安装在箱壳内的两个壳体中。

在加工半导体晶片期间，SMIF箱用于在晶片加工设备的各个工具之间输送工件。这些工具包括用于在晶片上形成集成电路图案的加工工具、用于测试晶片的测量工具、用于对一个或多个SMIF箱内的晶片进行分类整理的分类机、以及用于大量储存SMIF箱的储料器。晶片加工厂一般有两种布局来布置工具，一种是加工间和槽(chase)的布局，一种是舞厅布局。在前一种布局中，只有包括工件I/O口的工具前端保持在一级或更好的洁净室环境中。在舞厅布局中，工具根据其进行的操作进行成群布置，整个工具保持在一级或更好的洁净室环境中。

晶片加工厂的工具包括一个前端接口，前端接口装有用于在输送箱和工具之间输送工件(即晶片)和进行监控的装置。传统的前端组件或EFEM20如图1-2所示。EFEM 20一般在工具厂制成，然后运输到晶片加工厂。

一个EFEM 20一般包括一个固定到工具前端的壳体22和一个安装在壳体内的工件处理自动装置24，自动装置24可以进行x、r、θ、Z运动，使工件在工件运载器、工具和其它前端部件之间进行输送。自动装置24一般用校平螺钉安装，一旦EFEM 20制成和固定到一个工具上，校平螺钉可以调节自动装置24的平面度。

除了一个自动装置24，EFEM 20一般还包括一个或多个预对准器26，用于进行晶片中心识别、标记定向和指示标记的读取。预对准器26通常用校平螺钉固定到壳体上，一旦EFEM 20制成和固定到一个工具上，校平螺钉可以调节预对准器的平面度。

一个EFEM 20还包括一个或多个装载口组件28，用于接纳一个工件载运装置，打开载运装置，将工件提供给自动装置24，使工件在运载器和其它加工工具之间输送。对于300毫米的晶片加工，一种竖直定向架，通常称为开箱装箱工具标准接口(BOLTS接口)，已经由半导体设备与材料国际(SEMI)开发出来。BOLTS接口固定到一个工具的前端上或者构成工具前端的一部分，为装载口组件固定到工具上提供标准安装点。转让给本申请的权利人的名称为《装载口接口对准系统》的美国专利US6138721在这里作为参考文献，它提出一种系统，用于将一个装载口组件调整到接近BOLTS接口的适当位置，然后将装载口组件固定到接口上。

一旦自动装置24、预对准器26和装载口组件28安装到壳体22上，EFEM 20就运送到晶片加工厂。EFEM的部件固定到工具上之后，通过校平螺钉在壳体22内整平，然后，自动装置24被指示它所要进入的使工件在装载口组件、预对准器和工具之间输送的获取位置和脱离位置。转让给本申请的权利人的名称为《自学式自动装置》的美国专利申请09/729463提出一种用于为工具前端内自动装置指示获取位置和脱离位置的系统，这里作为参考文献。一旦指示自动装置位置，侧板就固定到壳体22上，使壳体相对于周围环境基本密封。

例如，传统的EFEM在一个装配好的壳体内包括许多工件输送部件。壳体22包括一个用螺栓连接或焊接在一起的结构构架，板固定到构架上。壳体22装配好之后，EFEM的部件固定到各个板上。现有技术中EFEM的缺陷在于，总的系统公差与每个构架部件、板和部件连接件都有关系。结果是，装配好的EFEM的部件对不准，需要调整到彼此适合的位置。还必须对自动装置24指示部件的相对位置，使EFEM的部件可以相互作用。每次对EFEM的一个或多个部件进行调整，都要进行这种校正和指示程序。

现有技术的另一个缺陷是，EFEM的部件往往是不同的供应商制造的，每个供应商具有自己的控制器和通信协议。必须对EFEM的装置采取一些步骤，使每个部件的控制器可以彼此通信，使部件可以相互作用。单独的控制器使维护保养复杂化，使EFEM的部件和电气连接件增加。此外，尤其是在舞厅式布置中，传统EFEM在空间非常宝贵的一级洁净室环境内占有大量空间。

现在的300毫米半导体EFEM由几个主要子系统组成，包括符合SEMIE15.1的装载口组件(通常是每个工具2-4个组件)。例如，一个EFEM可以包括一个晶片处理自动机和一个安装在结构钢架上的风扇过滤装置，具有板在装载口和加工工具之间封闭晶片输送区。这些部件相结合，提供一种晶片输送装置，使晶片来自一个FOUP 10或到一个FOUP，以及在FOUP和加工工具晶片站之间进行输送。FOUP 10由操作人员手动装载，或者由自动材料处理系统(AMHS)自动装载，输送到装载口以及从装载口取走。工业标准已经形成，使多自动装置提供装载口、FOUP 10或其它EFEM部件而结合成一个系统。

装载口部件在AMHS和EFEM中晶片处理自动机之间提供一种标准接口。它提供一种标准化定位，布置FOUP 10，连接FOUP 10，密封前表面，开门、关门，以夹持FOUP 10中的晶片。这种装置的尺寸在SEMI E15.1中都有规定。

装载口通过SEMI E-63确定的BOLTS接口固定到前端上。该标准确定固定装载口的一个表面和安装孔。每个装载口从加工厂地面开始高1386毫米，宽505毫米。因此，装载口使加工工具与加工厂操作人员的过道完全堵塞。SEMI E-63还确定工具一侧的装载口尺寸，确保与各个自动装置生产厂家的互换性。

装载口的主要作用包括：从加工厂AMHS接纳一个FOUP 10，将FOUP 10输送到AMHS；使FOUP 10朝门密封面移动和从门密封面移开(对接/脱离)；打开和关闭FOUP的门。此外，还必须进行多项工作，例如将FOUP 10锁定在前置板上，锁定和解锁FOUP的门，进行各种批量识别和连通等。根据SEMI E15.1，所有这些作用都包括在一个整体式装置中，这种整体式装置通常作为一个整件增加到工具前端或从工具前端移开。

装载口必须与晶片自动输送装置精确对准。如果系统中配有多个装载口，它们都必须使晶片处于平行水准面。装载口通常配有几种调整机构，使用自动装置使FOUP 10中的晶片整平。为了尽量缩短使自动装置对准到每个FOUP 10中25个晶片位置的每个位置，要和所有调整机构一起使用专门工具和对准装置。如果一个装载口换成一个新的，那么，对准程序时间很长。

除了使自动装置对准到各晶片位置外，门机构还必须与门开口和门密封架对准。通常使用对准装置和工具进行这项工作，要么在工具前端进行，要么下线进行。

自动装置还必须调整水平，与一个或多个工具下降点对准。这项工作通常手动进行，对自动装置指示位置，在前端上或者在工具上进行平度调整。

工具、自动装置和FOUP 10之间的所有这些关系使工具前端的设置很费时间。所有部件通常固定在精确度较低的构架上，要使用调节机构进行校正。装载口安装在前表面，自动装置安装在底部，风扇/过滤装置安装在顶部，外壳安装在其它所有开口面，以形成小环境箱。

发明内容

使部件之间的调整最小化并缩短对准装载口所需的总时间将是有益的。本发明具有这种优越性。

本发明的一个方面是提供一种使许多关键的EFEM部件连接在一起的一体的结构或构架。在一个实施例中，构架作为一个使EFEM的内外部件对准的单一基准。在另一个实施例中，EFEM的内外部件相对于构架的每个竖直支柱进行对准。

本发明的另一个方面是提供一种在尺寸上可调节的一体的结构或构架。在一个实施例中，一体结构包括固定到一个上下支承件上的竖直支柱。竖直支柱的数量和上下支承件的长度取决于EFEM内I/O口的数量。同样，竖直支柱和支承件的尺寸和间隔可以变化，以适应200毫米晶片、300毫米晶片和400毫米晶片。

本发明的另一个方面是使前装载部件彼此准确精确定位。最好，使用最低限度数量的调整机构完成该校准程序。在一个实施例中，EFEM的所有内外部件在一体的构架上连接成它们共用公共基准点。

本发明的另一个方面是提供一种使装载口门/载运装置门组件与EFEM的许多内部部件分开和隔离的一体构架。在一个实施例中，装载口门/载运装置门组件下放到小环境内的一个单独的气流/储存区。储存区防止例如由晶片处理自动机造成的粉粒污染装置。

本发明的另一个方面是提供一种易于从EFEM拆卸，以便检查EFEM内部的晶片载运装置对接/接口板。在本发明一个实施例中，可拆卸板用透明材料制成，使用者可以观察到小环境内发生的问题/故障。

本发明的另一个方面是减小EFEM的占地面积。在一个实施例中，EFEM由一个滚动机架支承，EFEM的底面从晶片加工厂的地面升高。晶片加工厂的地面与EFEM之间的区域可以作为加工工具的一个维护保养入口，或者作为布置辅助室的一个区域。

本发明的另一个方面是提供一种输送晶片的晶片机。在一个实施例中，晶片机可以进行检查、标记和计量等工作，无需配置一个单独的加工工位。

本发明的另一个方面是提供一种可以在减小的EFEM的占地面积内输送晶片的晶片机。在一个实施例中，一个晶片机包括一个使晶片沿一条x轴线移动的线性驱动装置、一个使晶片沿一条z轴线移动的竖直驱动装置、一个使晶片沿一条径向轴线移动的径向驱动装置、以及一个使竖直和径向驱动装置围绕一条θ轴线转动的旋转驱动装置。

本发明的另一个方面是对晶片机上各种粉粒产生机构进行局部过滤。在一个实施例中，一个风扇/过滤器单元安装在径向驱动装置上，以俘获径向驱动装置引起的粉粒。在另一个实施例中，一个排放系统形成一种通过竖直驱动装置的气流，以俘获竖直驱动装置引起的粉粒。这些局部化的风扇/过滤器单元在于控制由晶片机引起的粉粒，将粉粒排放到“脏空气”环境中，或者对空气先进行滤清，再排回到“干净空气”环境中。

本发明的另一个方面是提供一种具有双交换能力和运行中对准能力的晶片机。在一个实施例中，晶片机具有一个快速交换径向驱动装置，或者具有缓冲能力，以同时储存和输送两个晶片。在另一个实施例中，一个上端操纵装置可以使一个第一晶片转动和对准，而一个第二晶片由一个下端操纵装置进行储存和/或输送。

本发明的另一个方面是提供一种具有一个可拆卸/可互换滑体机构的晶片机。在一个实施例中，滑体机构包括整体的加工工具，例如一个OCR读取器、一个对准器、一个ID读取器或一个计量工具。一种可拆卸滑体机构使晶片加工厂可以配置相同的晶片机，只有滑体机构必须为每个加工工位定制。

本发明的另一个方面是提供一种在θ驱动装置之上具有一个竖直驱动装置的晶片机。这种竖直驱动装置基本位于FOUP 10区域内，使晶片机的占地面积最小化。

本发明具有所有这些优点。

附图说明

图1是现有技术中传统的前端组件的立体图；

图2图1所示前端组件的俯视图；

图3是现有技术中传统的前端组件的侧视图；

图4是本发明的脊柱结构的一个实施例的立体图；

图5是图4所示脊柱结构的局部分解图；

图6是本发明的FOUP对接接口的一个实施例的立体图；

图7是本发明的脊柱结构和前端装载部件的一个实施例的局部分解立体图；

图8是本发明的安装在脊柱结构上的晶片机的一个实施例的立体图；

图9是本发明的安装在脊柱结构上的晶片机驱动轨的一个实施例的立体图；

图10是本发明的前端装载接口的一个实施例的侧视图；

图11是本发明的整体小环境和结构的另一个实施例的局部分解图；

图12是图11所示整体小环境和结构的侧视图；

图13是本发明的脊梁结构的一个实施例的局部立体图；

图14是本发明的整体小环境和结构的另一个实施例的立体图；

图15是图14所示整体小环境和结构的端视图；

图16是图15所示整体小环境和结构的一体构架的一个实施例的局部分解图；

图17A-17B：图17A是传统的晶片处理自动机的一个实施例的俯视图；图17B是图17A所示的现有技术的端部操纵装置伸展的传统晶片处理自动机的俯视图；

图18是本发明的快速交换晶片机的一个实施例的立体图；

图19是图18所示晶片机的立体图，示出驱动机构的几个部件、竖直柱和滑体机构；

图20是本发明的晶片机的另一个实施例的立体图；

图21是图18所示晶片机的立体图，示出由风扇/过滤器单元形成的气流；

图22A-22D：图22A是本发明的在滑体机构上配有一个带轮对准器和一个ID读取器的晶片机的立体图；图22B是图22A所示晶片机的俯视图；图22C是图22A所示晶片机的侧视图；图22D是图22A所示晶片机的后视图；

图23是图22A所示上端操纵装置的一个实施例的立体图；

图24A-24C：图24A是带轮端部操纵装置对准器的剖视图，示出由垫板支承的一个晶片；图24B是图24A所示带轮端部操纵装置对准器的剖视图，示出晶片从垫板举升起来并由轮加以支承；图24C是图24A所示带轮端部操纵装置对准器的剖视图，示出晶片由轮释放并向下放回到垫板上；

图25是本发明的晶片机的另一个实施例的立体图；

图26A-26B：图26A是径向驱动装置的另一个实施例的立体图；图26B示出径向驱动装置的另一个实施例；

图27A-27B：图27A是本发明晶片机的有效范围和回转间隙优越性的平面图；图27B是传统的线性滑动自动装置的平面图，示出所需的最小间隙和最大有效范围；

图28示出本发明的具有偏心旋转轴线的快速交换滑体的运动时序示例；

图29A-29D：图29A是本发明的前端装载接口的一个实施例的立体图；图29B是图29A所示整体系统的前视图；图29C是图29A所示前端装载接口的一个实施例的侧视图；图29D是图29A所示前端装载接口的一个实施例的平面图；

图30A-30B：图30A是安装到一个加工工具上的整体系统的一个实施例的立体图；图30B是图30A所示整体系统的侧视图；

图31是图30A-30B所示整体系统的侧视图，示出整体系统如何为自动材料处理系统(AMHS)的缓冲释放空间。

具体实施方式

现在参照图4-31描述本发明，本发明一般涉及一种晶片输送系统。本发明优选实施例用于300毫米半导体晶片加工。本发明也可以用于除半导体晶片外的其它工件，例如分划板、平板显示器和磁存储盘的加工。本发明也可以用于比300毫米大或小的例如200毫米和150毫米的工件的加工。此外，本发明最好在一个FOUP内使用，显然，本发明可以与包括开口晶片箱系统在内的其它工件输送系统一起使用。

一体脊柱结构

脊柱结构100的设计思想是，一个单一的一体构架或结构可以作为一个EFEM的基础。这种基础可以反复以同样的方式进行制造，以降低系统的成本，使EFEM安装在构架上，简化校准工作。构架或结构100使一个前端装载工具所需的空间减至最低。一个构架或结构还使校准时间减至最低，大大简化进入位于前端工具内的部件进行所需的维护保养程序和/或检修。

图4-5示出一体脊柱结构100的一个优选实施例。脊柱结构100包括多个竖直支柱102，这些竖直支柱由一个上通道或支承件104和一个下通道或支承件106连接在一起。每个竖直支柱102具有一个内向端面108和一个外向端面110。如图4-10所示，每个竖直支柱102最好具有基本呈矩形的横截面。选用矩形横截面，每个竖直支柱102的外向面110与安装在竖直支柱102上的EFEM的任何部件形成密封。每个竖直支柱102的矩形横截面还确保上支承件104和下支承件106在固定到每个竖直支柱102时平接在内向端面108和外向端面110上。在本发明范围内，竖直支柱102可以具有不同的横截面，例如但不限于圆形或椭圆形。

在优选实施例中，脊柱结构100主要由板金属部件组成，少数机械部件要求具有精度。板金属的实施方式利用了可以从这种制造技术的某些方面获得的精度。例如，上支承件104和下支承件106的形成一种U形的长弯头，提供一种非常直的装定竖直支柱102的基准。在一个优选实施例中，在上下通道104和106上配置孔120和122，进一步确保每个竖直支柱102和上下通道104和106之间良好的孔对孔的对准。

板金属部件也起系统和构架支承件的外壳体或安装面(如后所述)的作用。在现在的EFEM系统中，板金属通常用于仅提供装饰性面层和外壳的非结构板。将板金属使用到几个结构部件中，EFEM的材料成本可以大大降低。

上支承件104固定在每个竖直支柱102的顶部114，而下支承件106固定在每个竖直支柱102的底部112。因此，脊柱结构100在扭矩和弯度方面提供一种非常直的坚固构架，在上面安装一个前端装载系统。在一个优选实施例中，上支承件104和下支承件106用一个单件板金属制成。形成上支承件104的板金属弯头由每个竖直支柱102的上部114的宽度加以确定，使U形上支承件104的宽度基本与每个竖直支柱102的上部114的宽度相同。同样，U形支承件106的宽度最好基本与每个竖直支柱102的底部112的宽度相同。每个支承件104和106平接在每个竖直支柱102的内向端面108和外向端面110上。

在一个优选实施例中，每个竖直支柱102的底部112宽于每个竖直支柱102的上部114。如图4-5所示，脊柱结构100在竖直方向上对准每个竖直支柱102，每个竖直支柱102基本彼此平行。每个竖直支柱102最好按505毫米中心距布置，这是根据SEMI E-15.1相邻装载口的最小允许间隔。在本发明范围内，竖直支柱102可以按各种距离或不等距离间隔开。

为了在扭矩和侧向方向上提供一种刚性结构，每个竖直支柱102固定到上支承件104和下支承件106上。如图4所示，每个竖直支柱102定位在上支承件104和下支承件106之间。如前所述，每个竖直支柱102与上支承件104和下支承件106上的安装孔120和122对准。例如，每个竖直支柱102由一个螺栓或销固定到上支承件104上，螺栓或销固定到竖直支柱102的顶部114上(例如通过安装孔120)，至少一个螺栓或销固定到前端面110或后端面108上。每个竖直支柱102还必须固定到下支承件106上。例如，一个螺栓或销固定到每个竖直支柱102的底部112上(例如通过安装孔122)，至少一个螺栓或销固定到前端面110或后端面108上。

上支承件104和下支承件106的U形构形还防止每个竖直支柱102就地转动。虽然如图4-5所示的上通道104和下通道106用一个单件板金属制成，但是，在本发明范围内，上支承件104和下支承件106可以用多件材料制成。在一个优选实施例中，如图5所示，上支承件104和下支承件106具有一个穿孔面。上支承件104和下支承件106的穿孔面使来自一个风扇/过滤器单元150(FFU)的空气流通(见图10)。

下支承件106固定到竖直支柱102上时，形成一个前安装面118和一个后安装面116，可以安装EFEM的各种部件(见图6-10)。一般来说，脊柱结构100形成至少三个平行的共线安装面：上部112的前端面110，前安装面118和后安装面116。如后所述，EFEM的部件安装到这三个安装面之一上。这三个安装面彼此间具有公知的空间关系，因此，安装到这三个安装面上的部件可以用最少的调整装置进行校准，或者根本无需调整装置。

下支承件106也在前安装面118和后安装面116之间形成一个气流区121。气流区121用于接纳已经离开装载口门开口和下放到气流区121中的一个FOUP门开/关组件139。

使FOUP门开/关组件139与晶片机300在其内工作的区域隔开，具有许多优越性。例如，由一个FFU 150产生的单一气流分成两股隔离的气流。一股气流引向FOUP门开/关组件139，另一股气流引向晶片机区域。两股隔离的气流比晶片机区域和FOUP门开/关组件139利用单一气流提供一种更洁净的环境。如果晶片机300和FOUP门开/关组件139只有单一气流通路，那么，晶片机300引起的粉粒可能污染FOUP/箱门组件139。

下支承件106的后安装面116还作为FOUP门开/关组件139和晶片机区域之间保护屏障。后安装面116防止晶片机300产生的粉粒进入存放FOUP门开/关组件139的气流区121。后安装面116还使晶片机300具有局部化过滤与排放系统，在晶片板下排放含有粉粒的“脏”空气，而不污染FOUP门开/关组件139(如后所述)。

图4-5所示的脊柱结构100构形成一种四个FOUPI/O口的EFEM。在本发明范围内，EFEM包括任意数量的I/O口。另外，EFEM可以在晶片输送通过的每个I/O口之间包括多个区间或空I/O口。如前所述，脊柱结构100是可调节的。竖直支柱102的数量以及上支承件104和下支承件106的长度可以进行变化，以与EFEM所需的I/O口构形相匹配。

每个竖直支柱102还在侧面上加工有一个凸轮导向件124。凸轮124作为一个轨道或通道，对FOUP门开/关组件139进行导向，使之向后离开FOUP 10，然后向下进入气流区121。FOUP门开/关组件139可以由位于加工工位内的一台电机装置(未示出)加以控制。这种电机装置是公知的，无需进一步描述。在本发明范围内，可以对FOUP门12和装载口门140进行机械导向，使之移动到储存区121中。

图6-7所示的FOUP对接接口示出安装到脊柱结构100上的EFEM的几个部件。例如，部件可以包括一个晶片机或自动装置300、一个FOUP支承装置130、一个FOUP对接/隔离板138以及一个装载口门140。FOUP支承装置130包括一个FOUP前送支承件132、一个FOUP前送组件133以及一个FOUP支承板134。

为了使工件从FOUP 10输送到小环境中(见图10“一级区域”)，一个FOUP 10手动或自动地装载到装载口前送板134上，使FOUP的门面对装载口门140。一个传统装载口门140包括一对锁紧销，这对锁紧销接纳在安装于FOUP门内的门锁紧装置中相应的一对槽中。Rosenquiest等人的名称为《晶片布局系统》的美国专利US6188323提出一种FOUP门内的门锁紧装置，适于接纳一种具有这种锁紧销的操纵装置，该专利已转让给本发明所有人，这里作为参考文献。除了使FOUP门与FOUP壳体分离外，锁紧销的转动还使销锁紧在其各自的FOUP门槽中。通常有两个锁紧销和槽对，两个锁紧销和槽对在结构上和操作上彼此相同。

一个箱前送板134通常包括三个动销135或其它某种定位件，动销135装配在FOUP 10底面上相应的槽中，确定前送板134上FOUP 10底面的一个反复固定位置。一旦一个FOUP 10在箱前送板134上被检测到，FOUP10朝装载口门140前送，直至FOUP门与装载口门140接触或与之靠近。最好使这两个门的前表面彼此接触，以阻挡粉粒，确保装载口门锁紧销在FOUP门销槽中过盈配合。Rosenquiest等人的名称为《箱门至装载口门保持系统》的美国专利申请09/115414以及Fosnight等人的名称为《箱至装载口门保持与排放系统》的美国专利申请09/130254提出确保FOUP 10和装载口门之间洁净紧密对接的系统。这些专利申请已转让给本发明的所有人，这里作为参考文献。

一旦FOUP 10和装载口门予以连接，EFEM内的线性和/或旋转驱动装置就使FOUP 10和装载口门一起移动到EFEM内部，然后离开装载口门开口，使工件此后可以由晶片机300进行操作。如图10所示，装载口门140固定到FOUP门上，一个控制装置操纵一个滑动件，沿着位于每个竖直支柱102上的凸轮124移动运载器和装载口门。凸轮124竖直向下引导相互锁紧的运载器和装载口门进入下支承件106的气流区121。如前所述，装载口门140和FOUP门与一级区的其余部分隔离，而储存在气流区121。线性滑动件和旋转驱动装置的配置(未示出)是公知的，无需进一步描述。一个线性滑动件可以由一个线性轴承和一个驱动机构组成。例如，线性轴承可以包括一个滚珠或空气轴承。同样，驱动机构可以包括一个电机，具有一个凸轮导螺杆、一个皮带驱动装置或者一个线性电机。旋转驱动装置例如可以包括一个齿轮电机、一个直接驱动装置、一个皮带驱动装置或其它类似构件。

FOUP 10和装载口门离开对接/隔离板138之后，晶片机或自动装置300无需FOUP 10和装载口门的参与即可使工件输送到工具前端。一旦工具加工完成一批工件、工件已返回到FOUP 10，控制装置再操纵驱动装置和滑动件，使门移回到I/O口，FOUP门在其上输送，固定到FOUP 10上。

对接/隔离板138安装在每个竖直支柱102的前端面110上。对接/隔离板138使工具前端的内部区域(一级或“洁净”区域)与外部区域隔离开。对接/隔离板138还提供FOUP 10前送到一个有控制的接近度(例如0-5毫米间隙)的接口平面。板138形成与FOUP 10和装载口门140的辅助密封。辅助密封使板138和FOUP 10之间存在一个间隙，但是在板138和FOUP 10之间仍然形成密封。板138和FOUP 10之间的密封防止气体从一级区域漏出，或保持装载口接口的惰性环境。

对接/隔离板138最好用一个单件材料制成，其上包括一个或多个FOUP开口。对接/隔离板138包括定位孔144，使之相对于每个竖直支柱102精确定位。这样，在用于EFEM的所有FOUP 10开口之间提供一种加工的精确关系。对接/隔离板138也可以具有单个材料件，使用相同的基准件安装到每个竖直支柱102上。板138可以用但不限于塑料、金属、板金属甚至玻璃这样的材料制成。

在一个优选实施例中，对接/隔离板138用一种透明材料、例如聚碳酸酯加工而成。用透明材料加工对接/隔离板138，可以在工具运转时看到小环境或一级区域内部。现在的E15装载口/SEMI E63 BOLTS接口未明确这一特点。对接/隔离板138没有任何结构件，因此可以仅用少数几个螺栓和/或销固定到脊柱结构100的每个竖直支柱102上。这样，对接/隔离板138易于拆卸。此外，因为EFEM没有任何部件要与对接/隔离板138对准，所以对接/隔离板138可以从EFEM拆卸，而不影响EFEM的部件、例如装载口门140、FOUP前送板134或晶片机300的设置或校准。这样，提供一种进入EFEM的“洁净”区域(图10中的一级区域)进行检修、维护保养或纠错的简便方法。

图8示出安装到脊柱结构100上的晶片机300。如图所示，晶片机300可以进行线性运行到达EFEM的所有I/O口。晶片机300沿一个导轨装置302运行，导轨装置302安装在下支承件106的后安装面118上。在该实施例中，线性驱动装置302如图所示是一个皮带驱动装置。在本发明范围内，线性驱动装置302可以包括其它驱动系统，例如但不限于一个直接驱动装置、一个线性电机、一个缆索驱动装置或一个链节驱动装置。晶片机300的部件如后所述。这样的驱动系统是公知的，无需进一步描述。

图9示出图8所示的安装到脊柱结构100上的导轨系统302的细部情况。导轨系统302包括一个上x轨310、一个下x轨312和一个轨运装置导向件311，都安装在下支承件106的后安装板118上。在一个优选实施例中，上x轨310和下x轨312呈圆形或管状，基本彼此平行。上x轨310、下x轨312和轨运装置导向件311接合而成一种轨运装置304。上下轨310和312也作为晶片机300的主支承件。

图9还示出一个控制盒147，控制盒147最好位于FOUP前送装置130之下。EFEM需要许多电气控制装置(例如控制线、印刷电路板等)。这些装置最好易于维修。控制盒147提供一个安装电气装置的区域。在一个优选实施例中，控制盒147具有一个转动前盖，可以放下而检查内部的电气部件。控制盒内定位有许多对EFEM的部件进行供电和操纵所需的电气部件和控制系统。这些电气部件最好易于维修，因此，控制盒147的转动前盖由几个螺栓和/或销加以固定，螺栓和/或销可以拆卸，使前盖向下朝加工厂的地面转动。

如图10以及30-31所示，脊柱结构100的结构提供一种使EFEM的占地面积减至最低、密封系统的洁净空间同时仍保持总系统精度的途径。FFU150安装到上通道104和一个工具接口板154上并与之密封而形成EFEM的顶部。将对接/隔离板138安装到每个竖直支柱102的前端面110上，形成前部密封。一个最好是穿孔面的板金属板152安装到下支承件106上，形成EFEM的底部。板152也作为排气板，使来自FFU 150和晶片机300的排气流通过进入周围环境中。EFEM的每一侧由端板156进行密封，端板156安装到脊柱结构100(见图30)、工具接口板154、板152和FFU 150上并与之进行密封。如图10所示，来自FFU 150和滑体FFU 420的洁净气流流经小环境或一级区域，通过底板152和下支承件106流出。从Z槽风扇354(如后所述)排出的含有竖直驱动装置380产生的粉粒的气流也流经底板152。来自Z槽风扇354的气流从不进入洁净的小环境。

一般来说，脊柱结构100形成一个校准和对准EFEM的部件，例如晶片机300和FOUP前送装置130的单一基准系统。EFEM的每个单独的部件可以校准到一个已知的固定位置，例如一个竖直支柱102，而不是彼此校准和对准。这种校准方法比现在所需的传统方法大为简化。

具有脊梁的脊柱结构

图11-13示出脊柱结构的另一个实施例。该实施例中主要结构件包括一个水平梁170、定位柱172和一个前安装板174。如图11所示，水平梁170最好安装在每个定位柱172的底部，形成一个刚性构架。前安装板174也安装在每个定位柱172上，提供一个表面以安装EFEM的外部部件(例如FOUP前送装置130)。水平梁170例如可以用铝挤压成形件、钢管、弯制板金属架、平板、层压板制成或用以上某些材料结合制成。水平梁170还提供一个表面安装线性驱动装置306(如后所述)。与脊柱结构100类似的是，该实施例提供安装和校准EFEM的部件的单一基准。

如图12所示，FOUP门12和装载口门140最好仍然储存在一级区内的一个隔离区域。因此，梁170必须与定位柱172间隔足够远，使FOUP门12和装载口门140装配在梁170和定位柱172之间。如图12所示，间隔件171布置在每个定位柱172和梁170之间，形成储存区。在本发明范围内，可以通过其它方法形成储存区。梁170也作为保护屏障，防止晶片机300产生的粉粒污染FOUP门12和装载口门140。

如图13所示，支承构架或脊柱结构可以包括梁170，梁170具有一个CNC铣削的铝板176，安装到梁170上，用于支承x轴线轨310和312。这种构架由一个板金属U形部分175予以进一步加固。安装在U形部分175上的定位竖直支柱172以类似于前述实施例中竖直支柱102的方式进行校准。如图11所示，一个前安装板174安装在定位柱172上，EFEM的部件、例如FOUP前送装置130安装在前安装板174上。

梁170可以定位在晶片机300和晶片输送装置的工作空间之下的开箱装置之间。梁170不管结构如何，都提供一个精确安装EFEM若干部件的公共结构件，无需在安装或更换EFEM时花费时间现场调整。

单一构架/壳体

图14-16示出配置成一个FOUP对接工位的脊柱结构的另一个实施例。在该实施例中，安装EFEM若干部件的脊柱结构是一个单一构架或壳体202。与脊柱结构100类似的是，构架202作为内部部件(例如晶片机300)和外部部件进行安装以及与部件(例如FOUP前送装置130)对准的一个单一基准。

如图14所示，脊柱结构200包括三个安装在构架202上的装载口组件204。每个装载口组件204类似于优选实施例中提出的装载口组件130。一个使一级区与外部环境条件相隔离的装载口门相应于每个装载口组件204，用于使FOUP门与FOUP壳体接合和脱离。在本发明范围内，构架202可以具有或多或少的I/O口。同样，构架202可以在晶片输送通过的I/O口之间包括一个整体I/O口。

构架202最好用一个单个材料件制成。例如，构架202可以由冲床制成。构架202可以用许多不同的材料制成。例如，构架202可以用但不限于板金属、聚丙烯、合成材料或塑料这样的材料制成。构架202还包括一个阳极表面，以防止或减少漏气。不管构架202是用单一材料件还是用若干独立的构件制成，构架202都是可调节的。因此，构架202可以如同EFEM所需的FOUPI/O口那样进行定制。

图15示出安装到构架202上的EFEM的几个部件。在优选实施例中，用一个单个不锈钢件制成的构架202是挠性的。例如，构架202可以用一个铝板制成。EFEM必须具有足够的刚性，以便为EFEM的若干部件提供精确的支承和对准点。附加支承件210安装在构架202上，为部件、例如线性驱动装置254、过滤装置220、FOUP前送装置208和工具接口板提供精确的刚性支承点。

为了促使气流通过装载口接口，构架202的顶面201和底面203是开孔的。一个FFU 220可以安装在构架202的顶面201并与之形成密封，以控制通过构架202的空气流速和质量。这种FFU技术是公知的，无需进一步描述。一个单个FFU 220可以适于获得所需的气流。但是，如果构架202的尺寸和体积增大，那么，构架202可能需要多台风扇保持所需的环境条件。如果EFEM的内部与外部大气条件(非惰性环境)不隔离，那么，空气可以通过FFU 220吸入到洁净小环境中，并通过构架202底面203上的穿孔212排出。

如果EFEM是一个惰性系统，一个气流捕捉室224可以安装在构架202底面203上并与之密封，使FFU 220产生的气流完全封闭而进行再循环。端帽210还可以具有一条回流路线，将气流捕捉室224中存在的空气导回FFU 220进行再循环。

由于构架202形成的最小封闭容积，从空气处理角度来说，本发明是一个非常有效的系统。要控制和过滤的空气容积较小的小环境使之易于保持空气的洁净性。惰性系统或者需要分子过滤器的系统会由于更多的空气涌入而受到破坏，因此，也受益于含有小量气体的小环境。例如，如果小量的流速较小的气体流经过滤器，那么，过滤器不必常换。

系统体积空间的利用

前述所有EFEM的主要差示装置之一(例如脊柱结构、脊梁和构架)是空间利用的基本变量。即使这一理念应用于本发明提出的所有实施例，空间利用特点也仅涉及脊柱结构100。在传统工具前端，前端占据从装载门前面(装载端面平面)到加工工具端面的、从加工厂地面到最高点通常是FFU的顶部和前端的整个宽度的整个空间。

由脊柱结构100构成的EFEM在装载门130下有相当大的空间，洁净的晶片机区域可以再给予加工/量测工具或用于其它目的。此外，封闭区域或小环境的总深度也比传统EFEM配置要求的深度缩小。晶片机径向滑体400的前面可以转到通常未用的区域，使FOUP门机构位于竖直支柱102之间。空间可以再给予加工工具以及可以实现整个工具的低占地面积要求的终端使用者。晶片机300的配置利用这些新的较小的空间条件。例如，径向滑体400比非偏置型更深入加工工具。

由于系统壳体更小，因此相当轻便，如果安装在独立的滚动构架上，则可以滚动离开加工工具，直接接近工具。因为系统比通常的加工工具短，所以其上方的空间也可以用于其它目的，例如AMHS的FOUP 10的局部缓冲。采用传统架空举升AMHS，局部缓冲工位可以布置在装载口和工具之间，因为它们需要通到装载口的无阻碍的架空路线。采用滑出架布置，材料可以储存在整体EFEM的封闭区域正上方的另一个未用区域。

如图30-31所示，系统可以按几种方式与加工工具结合。设计要求四点支承。两个外竖直支柱底部的前面两点提供固定的调平点。每个端板后下角的两点提供后支承位置。这些支承点可以由一个滚出架提供，滚出架提供一种使系统离开加工工具的简易方式。可以由构架部件从加工工具加以支承，可以从工具伸出悬臂，或者从地面进行支承。也可以是两者相结合，其中，滚出架可以用于举升系统离开加工工具配有的机动点。

前述的整体小环境以及构架100或200安装到与半导体加工有关的一个工具的前面。正如这里所使用的，这种工具包括但不限于用于在半导体晶片上形成整体电路图的加工工具、用于测试各种特性和工件的量测工具、用于大量储存工件运载器的储料器。正如这里所采用的，一个工具可以就是一个箱，下文所述的在板背侧上的工件处理可以在一个封闭空间进行。例如，本发明构架100可以包括一个分类机，用于使用一个或多个运载器对工件进行布置和输送。

另外，构架100还可以包括一个分类机或者一个独立的预对准器。在分类机和独立的预对准器实施例中，工件操作完全由安装在构架100上的EFEM的部件进行。形成一级区的箱也以构架100为基础，提供一种可以输送工件的洁净的封闭环境。在本发明几个实施例中，构架100可以看作是工具的一部分(见图3A)。在本发明其它实施例中，系统可以固定到工具上但视为与工具分开(见图29A-29D)。

如图10所示，FOUP对接工位围绕脊柱结构100形成。一个底座118固定到下支承件106上并与之形成密封。在一个优选实施例中，底座118是穿孔面，使来自FFU 150的空气通过。FFU 150固定到上支承件104上并与之形成密封。一个晶片输送板122固定到底座118和FFU 150上并与之形成密封。晶片输送板122可以包括输送窗口121，使晶片机300在一级区和加工工具之间输送晶片。

系统形成气体密封，保持一级环境。密封在脊柱结构100和底座118、脊柱结构100与FFU 150、晶片输送板122与FFU 150和底座118之间形成。一般来说，一级区内的压力保持高于一级区周围大气的压力。这种压差防止未过滤空气进入一级区。因此，空气中的粉粒或污染物通过底座118上的孔从一级区吹出。有时，工具在一种不利环境、例如纯氮环境中工作。在这种环境中，必须使一级区与外界环境完全隔离。一个压力通风系统可以安装在底座118上并与之形成密封，使构架100的内的小环境与大气条件完全隔离。一个压力通风系统224(见图14)可以安装在底座118上捕捉空气，使之朝安装在脊柱结构100上的FFU 150回流。

晶片机

一般，图18-23所示的晶片机300使相对于使用频率的机械惯性和晶片输送周期的临界性降至最低。例如，这种晶片机300的一些优越性包括：(1)快速的晶片交换时间；(2)轻便的总系统重量；(3)更为紧凑的一体装置。晶片机300可以在本发明提出的任一一体脊柱结构100的实施例内进行工作，或者作为一个独立装置进行工作。

晶片机300的一个优选实施例示于图18-19。晶片机300包括四个协调驱动装置，使EFEM内的晶片输送最优化。四个驱动装置沿一条x轴线、一条θ轴线、一条z轴线和一条径向或r轴线输送一个晶片。

晶片机300具有一个使晶片机300沿一条x轴线移动的线性驱动装置302。沿x轴线移动，使晶片机300到达每个FOUPI/O口。线性驱动装置302包括一个x运载器304和一个导轨系统306。x运载器304与上x轨310和下x轨312滑动接合。导轨系统306安装在后安装板116上，包括一个上x轨310和下x轨312。上x轨310和下x轨312沿x轴线延伸，基本彼此平行。图18中通过导轨系统306的虚线示出导轨系统306可以是任何长度。导轨系统306是可调节的，使晶片机300可以沿导轨系统306运行，例如接近储存在每个FOUP 10中的晶片。晶片机300的旋转驱动装置350也安装在x运载器304上。这样，x运载器304的移动沿x轴线驱动晶片机300。

晶片机300还可以围绕一条θ轴线转动。在一个优选实施例中，如图18所示，旋转驱动装置350包括一个沿θ轴线延伸并安装在一个z轴支承件370上的竖直支柱364。旋转驱动装置350包括一个驱动竖直支柱364转动的θ电机362。旋转驱动装置350可以沿顺时针方向或反时针方向转动。旋转驱动装置350也可以直接安装在竖直驱动装置380上。θ轴线最好不通过滑体400的中心。滑体400的这种偏心配置将在下文予以描述。

旋转驱动装置350还包括一个风扇延伸平台352。在晶片机300的一个优选实施中，如图20所示，一个z槽风扇354安装在风扇平台352的下侧。晶片机300的这种配置使z槽风扇354定位在θ电机362附近，进行通风并排放驱动通过晶片机300的z柱380的空气。流经z柱380的空气向下喷射，离开晶片机300输送的任何晶片(见图21)。另外，气流可以通过旋转驱动装置350从其底部排出。

竖直驱动竖直支柱380安装在支承件370上，沿z轴线向上延伸。驱动竖直支柱380使晶片机300的滑体400(如后所述)沿z轴线上下移动，从而输送晶片。在一个实施例中，如图19所示，驱动竖直支柱380是一个细长柱，基本与支承件370相垂直地进行延伸。一个驱动装置定位在驱动竖直支柱380内，包括一个z驱动电机382、一条z电缆线路384、一个z导轨386和一个z滚珠丝杠388。这种驱动装置是公知的，无需进一步描述。在本发明范围内，可以采用其它装置使滑体机构400移动。

滑体400最好包括一个上端操纵装置402和一个下端操纵装置404，用于沿r轴线快速交换单个晶片。滑体400支承上端操纵装置402和下端操纵装置404，使它们与储存在每个FOUP 10中的晶片相平行。如图19所示，上端操纵装置402和下端操纵装置404沿一条类似的直线路线运行。上端操纵装置402和下端操纵装置404相隔一个足以使下端操纵装置404和上端操纵装置402同时储存晶片的距离。滑体400包括径向驱动电机410，用于使上端操纵装置402和下端操纵装置404沿径向或r轴线进行线性移动。

上端操纵装置402由一个第一支承件406加以支承，下端操纵装置404由一个第二支承件408加以支承。上端支承件406和下端支承件408都在一个径向导轨410内进行滑动接合和运行，径向导轨410基本在滑体400的整个长度上延伸。每个径向驱动电机410驱动一条径向传动带414。径向传动带414a连接在第一支承件406上，第二径向传动带414b连接在第二支承件408上。径向驱动电机410可以沿顺时针方向或反时针方向转动，使径向传动带围绕一个径向驱动滑轮416和一个张紧皮带轮418转动，使端部操纵装置进行伸缩。这种驱动机构是公知的，无需进一步描述。在本发明范围内，可以采用其它装置使一个晶片沿径向或r轴线进行移动。

晶片机300具有许多运动部件。运动部件会产生粉粒。例如，上端操纵装置402和下端操纵装置404的连续伸缩会在小环境内产生粉粒。为防止粉粒污染位于端部操纵装置上的晶片，一个滑体FFU 420安装在滑体400的下侧。滑体FFU 420连续地将空气吹入滑体滑槽420，吹入滑体400，过滤空气，然后将空气排出排放到一级区。气流的这种局部过滤大大减少一级区的粉粒量。

多数小环境通常包括一个单个FFU，使空气流经小环境，并且仅在空气流入EFEM时过滤气流。FFU下游小环境内产生的粉粒停留在洁净区域，直至从EFEM排出。最好尽量减少小环境内粉粒量，尤其是因为半导体加工中的趋势是越来越要求粉粒对晶片污染的较低的允许限度。

位于晶片机300上的转动机构或滑动机构产生粉粒时，晶片机300的局部过滤滤去粉粒。在一个优选实施例中，如图19和21所示，一个局部FFU或风扇系统位于z柱380和滑体机构400的两个线性驱动装置附近。尤其如图21所示，安装在滑体机构400上的FFU将过滤空气排入洁净小环境中，而竖直驱动装置380的z槽风扇系统通过EFEM的底板将未过滤空气排出。晶片机300过滤空气并将空气排入EFEM的一级区中。如果晶片机300不配置安装在滑体机构400上的FFU，滑体机构400产生的粉粒会通过一级区，污染由端部操纵装置支承的晶片。

图20示出晶片机300的另一个实施例。在该实施例中，滑体400与z柱380接合成z柱380基本沿r轴线延伸。与晶片机300的前述一些实施例相类似的是，该实施例包括一个θ电机362、一个驱动竖直支柱380和一个径向滑体400。θ电机使晶片机围绕θ轴线转动，z柱使径向滑体400沿z轴线进行线性移动，径向滑体400使端部操纵装置401沿径向或r轴线移动。因此，θ电机362转动时，晶片机和晶片围绕θ轴线转动。与晶片机300的前述实施例相类似的是，该实施例还可以包括一个在一个v槽风扇中安装在径向滑体400上的FFU。

如前所述，晶片机300的滑体400可以包括不同的端部操纵装置构形。如图18-19所示，上端操纵装置402和下端操纵装置404可以包括一个被动式边缘支承件。用于300毫米晶片的被动式边缘夹持端部操纵装置这种构形在工业上是公知的。如图22所示，上端操纵装置402可以包括一个主动式边缘夹持件，而下端操纵装置404可以包括一个被动式边缘支承件。另外，上端操纵装置402和下端操纵装置404可以是例如一个背侧接触的真空夹持件、一个小接触区、可拆卸箱的任意结合。

同样，径向驱动装置400可以包括不同类型的用于在不同阶段输送晶片的端部操纵装置。例如，一个端部操纵装置可以仅输送“脏”晶片，而另一个端部操纵装置可以仅输送“洁净”晶片。此外，一个端部操纵装置可以用于在晶片输送到加工工具之前校准和读取晶片ID，而另一个端部操纵装置可以包括用于输送加工后的热晶片的高温箱。

晶片机中的整体工具

传统晶片处理自动机将单个晶片例如从一个FOUP 10输送到一个分开的加工工位。加工工位检查或校准晶片，然后，晶片处理自动机可以将晶片输送到下一个加工工位。晶片处理自动机常常在加工工具运转时必须闲置或者返回一个FOUP 10输送另一个晶片。这种操作降低系统的产量。

在一个实施例中，晶片机300包括一个滑体400，滑体400可以完成通常在一个分开的加工工位所进行的这些工作中的一项或几项工作。将这些工作中的一项或几项工作结合到滑体400，将提高系统的产量，减小EFEM的占地面积。

图22-23示出一种晶片机300，这种晶片机300配有一个带轮的对准器440和一个ID读取器430，对准器440和ID读取器430安装在滑体400上。该实施例类似于图18-19所示的晶片机300，在上端操纵装置402上加装一个带轮的对准器440，在滑体400上加装一个ID读取器430。在本发明范围内，下端操纵装置404可以包括带轮的对准器。

ID读取器430可以上下读出晶片顶部或底部的顶部表面和/或底部表面上的读出ID。在本发明范围内，ID读取器430可以安装在竖直驱动装置380上，或者安装在晶片机300上其它地方的一个固定部位。在一个优选实施例中，最好将一个顶侧ID读取器430安装在滑体400上，用于快速ID读取。另一个ID读取器可以安装在EFEM上其它地方的一个固定部位，用于需要时读取底侧T7的标记，以确认晶片ID。

如果需要读取ID而晶片定向并不重要，那么，可以不配置对准器，ID读取器430可以读取晶片到达端部操纵装置上的任何部位的ID标记。为便于进行这项工作，ID读取器430或一个镜组件可以在晶片上方转动，以观察ID标记。这样，不需要转动晶片以读取ID，从而提高洁净度和产量。

一个对准器例如通过轮子或其它装置控制晶片围绕一条轴线转动。图23-24示出具有一个带轮对准器440的一个端部操纵装置的一个实施例。带轮对准器440包括一个驱动系统449和一个叶片板442。叶片板442是晶片的主要支承件。两组被动式端轮446和两个垫板448位于叶片板442的端部。轮446和垫板448在对准期间的不同时间支承晶片。一个驱动轮450位于叶片板442的背端，在对准晶片时沿一个第三接触面支承晶片。

在一个实施例中，带轮端部操纵装置440在位于一个FOUP 10内的一个晶片之下滑动并升起，直至晶片由垫板448进行支承。垫板448最好仅沿其底部边缘支承晶片。为了对准晶片，晶片由驱动轮450前送到轮446上。晶片升离垫板448，完全由驱动轮450和端轮446加以支承。此时，驱动轮450转动，使晶片就地旋转。晶片机300输送晶片时可以进行这种操作。晶片机300不必停留在现场对准晶片。

另外，如图26B所示，滑体400可以包括一个真空夹具对准器411。用于真空夹具对准器411的驱动机构具有一条举升和转动轴线，可以布置在滑体400内。一个传感器409可以安装在端部操纵装置403上，在晶片位于端部操纵装置上时检测晶片的边缘。传感器409也可以安装在不受端部操纵装置影响的一个构件上。一般来说，只要传感器409可以定位成读取晶片的顶部表面，传感器409可以布置在各种部位。

边缘位置可以相对于转动角进行设计，以确定晶片的中心和方向。传感器409作为一个二次反馈装置。传感器409的定位相对于晶片始终是已知的。因此，传感器409可以发出晶片未对准的误差信号。由于对准器从传感器409接收补充误差数据，因此，一个配有一个传感器的对准器会提高对准器的精确度。然后，晶片由夹具411重新定向，由晶片机300在中央置于下一个下降工位。

传感器409可以独立安装在EFEM内，可以是一个与晶片机300分开的部件。在这种配置中，晶片置于可以转动的夹具411上。传感器409安装在一个配有位置控制与测量装置(未示出)的机构上，移动到晶片边缘附近，直至传感信号处于所需水平。然后，晶片可以转动，传感机构使用来自传感器409的信号，使传感器409的位置保持在该所需水平，有效地使传感器409保持在至晶片边缘的同一相关位置。随着晶片转动，传感器位置相对于晶片的角位置被记录。该数据表示晶片边缘的径向位置相对于晶片转动位置的变化，可以用于计算相对于晶片夹具中心的晶片中心和基准点的方位。如果传感器信号幅度也与传感机构位置一起进行记录，则可以提供补充边缘位置信息，从而提高晶片中心计算或基准点定向的精确度。

带轮端部操纵机构对准器440可以包括其它部件，例如但不限于一个沿晶片边缘检测凹口的光学凹口传感器452。例如，一旦光学凹口传感器452沿晶片边缘检测到凹口，驱动轮450可以使晶片转到所需位置并缩回，使晶片回落到垫板448上。端部操纵装置就位或移动时，可以进行这种操作。晶片在FOUP 10之间或者在一个FOUP 10和一个加工工具之间输送时对准晶片的能力，大大缩短一个端部操纵装置必须闲置的时间。此外，如果晶片机300可以对准一个运行中的晶片，则无需一个单独的加工工位。

滑体400使一个用于各种辅助功能、测量和传感器的安装平台获得各种晶片数据。例如，部件可以结合或安装到滑体400上，以检测晶片边缘、检测晶片上的凹口位置、读取字母数字编码/条形码、进行粉粒计数(背侧或前侧)、确定薄膜厚度/均匀度或电路元件线宽、检测电阻率(通过接触探测器或非接触装置)以及晶片厚度。用于检查和标记一个晶片的其它公知方法可以结合到滑体400上。

为了从一个运载器输送工件，端部操纵装置402和404在输送的工件之下进行水平移动，然后向上移动举升工件离开其放置位置。端部操纵装置402和404也可以包括在其边缘支承工件的边缘夹具。另外，端部操纵装置402和404可以是叶片型端部操纵装置，用于从其底面支承一个工件。在这种实施例中，一个真空源(未示出)可以固定在叶片板442上或者远离叶片板442，产生负压，通过挠性真空管与工件输送自动装置连通，通到端部操纵装置叶片的表面。真空源一启动，就在端部操纵装置叶片的表面形成负压，产生一种可以牢固保持一个工件的吸力。一个具有公知结构的真空传感器(未示出)也可以配置在自动装置上，与真空系统相连接，用于检测一个工件何时与端部操纵装置接合，限制通过真空管的空气的吸引力。显然，本发明不限于上述的端部操纵装置，只要端部操纵装置具有取放工件的能力，可以采用各种端部操纵装置设计。

滑体400也可以加工一个晶片，在环境上使晶片与一级区隔离。例如，滑体400可以包括多对晶片表面加热或冷却或进行表面热处理的加工工具。在另一个实施例中，滑体400可以包括一个壳体(未示出)，当晶片机300将一个晶片输送出加工工具并且在一级区内输送时，晶片可以缩进并暂时储存在所述壳体内。壳体具有一种优于一级区环境的惰性或洁净环境。这种系统可以在输送晶片时在晶片的表面上提供浮氧或一种惰性气体。

双交换能力

一个已加工晶片从加工工位运走和一个新晶片置于加工工位之间的时间称为“交换时间”。就多数加工工具而言，产量由加工时间加交换时间加以确定。降低还是增加产量，加工时间是工具生产厂家的着眼点，交换时间是主要EFEM生产厂家的着眼点。

对于一个EFEM中的一个传统的单个端部操纵装置晶片处理自动机来说(见图17)，交换时间可以是8至16秒，视工位布置情况和晶片处理自动机的速度而定。这种自动装置通常采用下述工序在一个加工工位交换一个晶片。影响交换时间的项目用斜体字给出。决定产量的关键路线之外的项目用括号“( )”括出。

1.从加工工位获得晶片

2.将已加工晶片置于装载口

3.从对准器获得已对准晶片

4.将已对准晶片置于加工工位

[开始加工晶片]

5.(加工时，自动装置从装载口得到新晶片)

6.(加工时，自动装置将新晶片置于对准器)

7.(加工时，对准器对准晶片)

[重复]

一种快速交换自动装置(例如晶片机300)具有两个端部操纵装置，因而可以通过采用下述简化工序完成上述同样任务大大缩短交换时间。

[加工完成]

1.用叶板1从加工工位得到晶片

2.用叶板2将已对准晶片置于加工工位

[加工晶片]

3.(加工时，从装载口得到新晶片)

4.(加工时，将新晶片置于对准器)

5.(加工时，对准器对准晶片)

6.(加工时，从对准器得到已对准晶片)

[重复]

在这种情况下，交换时间可以缩短3至6秒，视自动装置的速度而定。自动装置完成其所有移动的总时间也略有缩短。总移动时间在加工时间很紧的应用中非常重要，因此，上述括号中的项目要进入关键路线或产量。

如果自动装置如同配有一个带轮端部操纵装置对准器440的晶片机300那样具有运行中对准能力和快速交换能力，那么，还可以进一步提高产量。运行中对准不缩短交换时间，但却缩短自动装置总移动时间，因此，在加工时间紧的情况下，或者在自动装置必须支持多个加工工位情况下，产量得以提高。此外，由于减少自动装置移动和晶片交接的次数，运行中对准可以延长自动装置的使用寿命和提高洁净度。

对于运行中对准的快速交换晶片机来说，工序如下：

[加工完成]

1.用叶板1从加工工位得到晶片

2.用叶板2将已对准晶片置于加工工位

[加工晶片]

3.(加工时，从装载口得到新晶片)

4.(加工时，对准晶片，同时使之移至下一次快速交换的位置)

[重复]

无限制的Z轴运动

图25示出一种晶片机300’，这种晶片机300’包括一个偏心滑体400和一个延伸的z轴驱动柱380’，偏心滑体400具有一个带轮对准器454和ID读取器430。在该实施例中，晶片机包括一个延伸的z柱380’，z柱380’可以到达例如一个储料器或者一个可以位于FOUPI/O口之上的装载口或加工工位。z轴驱动柱380或380’的高度基本是无限制的。晶片机300或300’通过沿径向或r轴线移动上端操纵装置402或下端操纵装置404可以到达位于一个FOUP 10内的晶片。上端操纵装置402或下端操纵装置404必须进入FOUP 10的距离设计成一个短距离，因为这是最常需要的晶片机300或300’的移动。驱动竖直支柱380或380’的高度不影响上端操纵装置402或下端操纵装置404必须移动的距离。这样，驱动竖直支柱380或380’的高度不影响沿径向或r轴线的移动。

传统的晶片处理自动机必须使z驱动柱朝FOUP 10进行线性移动，以致端部操纵装置可以达到晶片并从FOUP 10取走晶片。因此，这种传统晶片处理自动机的一个高驱动竖直支柱需要通过一台电机或一个皮带驱动装置使大竖直支柱移动。移动这种惰性物体对晶片处理自动机是很大负担。本发明晶片机是对这种晶片处理自动机的改进，因为最常进行的沿径向或r轴线的移动轴线是最短距离的。

如图27A所示，传统线性滑体自动装置可以进入加工工具250毫米取送晶片。同样，传统晶片处理自动机需要520毫米的EFEM工作空间内最小空隙，使晶片处理自动机可以在EFEM内进行机动。图27B示出偏心滑体围绕θ轴线转动的范围和摆动空隙的优越性。在一个优选实施例中，偏心滑体转动轴线如图19中θ轴线所示，偏置约50毫米。晶片机300的偏心转动轴线具有两个不同的优越性。第一，一个端部操纵装置(例如上端操纵装置402或下端操纵装置404)进入加工工具的最大范围增大到350毫米。第二，EFEM工作空间内所需的最小空隙降至420毫米。所述最大范围和最小空隙距离仅为示例。增大端部操纵装置进入加工工具的范围，同时缩小晶片机300在EFEM内机动的最小空隙，会减小EFEM的总占地面积。

图28示出配有一个具有偏心转动轴线的快速交换滑体400的晶片机300的移动步骤示例。例如，步骤一示出晶片机300在装载口区一举升晶片。步骤二示出晶片机300沿一条径向轴线从从装载口区一收回晶片。步骤三示出晶片机300围绕θ轴线转动，同时沿x轴线回移，以避免与装载口一碰撞。步骤四示出晶片机300沿x轴线朝加工工位的I/O口移动。步骤五示出晶片机300继续围绕θ轴线和沿x轴线转动，使晶片定位以进入加工工位。步骤六示出晶片机300等待加工完成。步骤七示出晶片机300将已加工晶片交换成准备进入加工工位的新晶片。最后，步骤八示出晶片机300撤回在一条径向轴线上的已加工晶片，同时沿x轴线和θ轴线移动，使已加工晶片返回到装载口一、二或三。

上述晶片机300或300’比传统的晶片处理自动机具有几个优越性。对于多数晶片输送应用来说，将晶片插入到一个FOUP 10或一个加工工位所需的径向移动，以及从FOUP 10或加工工位取晶片所需的径向移动，具有最高的工作循环，并且要运行最长的距离。晶片机300在达到晶片之前使径向驱动装置400尽量接近晶片，从而减少上端操纵装置402和下端操纵装置404的运动量和移动时间。

Z驱动柱380占据的空间与晶片机300转动时晶片扫过的空间相同。驱动柱380也不在工作面下延伸。传统晶片处理自动机必须利用位于晶片面下的区域，以达到FOUP 10内的一些晶片。端部操纵装置通常安装在一个沿z轴线上下移动的柱的顶部。该柱占据可以用于其它目的的空间。同样，当柱沿x轴线水平移动时，位于晶片面下的区域必须基本空着，使柱不进入和损坏任何障碍物。

晶片机300可以进行变化和/或改进，仍然具有前述独特的构件和优越性。例如，x轴驱动装置302在某些应用中可以不配置。同样，具有一条径向轴线就行。此外，对于某些应用(例如分类机)来说，可以不需要一个旋转驱动装置。而z轴驱动装置380要安装到x运载器308上。例如，分类机应用可以使所有装载口面对同一方向进行安装，如果对准和ID读出结合到晶片机300上，就无需转动。

图29-31示出整体系统的几种配置。图29A示出安装在一个滚出架上的整体系统。如前所述，传统EFEM一直延伸到晶片加工厂的地面。从一个脊柱结构100构成一个EFEM或者本发明提出的其它实施例会节省空间，整体系统的占地面积大为减小。如图29A所示，整体系统安装在一个滚出架上，使装载口组件保持在SEMI规定的900毫米标准高度。在一个优选实施例中，当这种整体系统用螺栓固定在一个加工工具的前端上时，在整体系统和晶片加工厂的地面之间约有2英尺的空间。该空间以前在晶片加工厂从未利用。这种空间将使半导体生产厂家把其它物体、例如一个电气控制盒置于整体系统下面。

另外，加工工具现在可能具有一个匍伏在整体系统下面可以达到的维修口。滚出架还改进整体系统用螺栓安装在上面的加工工具的维修特性。例如，如果需要对加工工具进行维修，整体系统可以从加工工具卸下，滚出架的轮可以解锁，整体系统可以滚动离开加工工具的前端。用螺栓安装在加工工具上的传统EFEM不配置使EFEM可以在上面滚出的轮，通常是这样一种笨重装置，即需要不止一个维修人员将EFEM举离加工工具。如前所述，本发明整体系统只有几百磅重，因此，一个维修人员即可很容易使之滚动离开加工工具的前端。

图30示出结合到一个加工工具上的整体系统。例如，本发明系统可以整体形成，安装到一个加工工具上。这种系统的一个优点是，如果晶片加工厂内每个加工工具上安装有一个整体系统，那么，晶片加工厂就具有一种根据每个加工需要而配置的仍保持同一环境的前端与装载系统，无需储存零件，无需培训维修人员。

电气控制系统

传统的EFEM必须配置一种与世界各国的功率要求相兼容的配电装置。因此，现在多数EFEM必须能够适用于110V或220V系统。要适用于任一种系统，就需要EFEM配置电源部件、例如降压变压器或升压变压器以及其它电气部件。这些电气部件必须安装在EFEM内，从而增大EFEM的占地面积。

本发明的EFEM设计成所有电气部件、例如FOUP前送板装置、晶片机300和FFU 150都在48V系统下工作。一般来说，本发明EFEM可以与110V或220V系统进行电连接，由110V或220V降至48V，控制前述所有部件。简化EFEM的配电系统，就无需配置许多传统的配电部件、例如升压变压器，从而进一步减小本发明的EFEM的占地面积。

Claims (15)

1.一种系统，用于在一个晶片运载器和一个与外界环境条件相隔离的环境之间输送半导体晶片及相关基底物，晶片运载器具有一个运载器门和一个运载器壳体，这种系统包括：

一个一体式构架，包括至少两个分开的竖直支柱，安装到一个下支承件和一个上支承件上，所述构架限定至少一个I/O口和一个装载口门/运载器门的储存区；

一个运载器对接/隔离板，安装到每个所述竖直支柱上；

一个运载器前送组件，安装到所述下支承件上，用于支承晶片运载器，使晶片运载器朝所述运载器对接/隔离板移动，并移动晶片运载器离开所述运载器对接/隔离板；

一个装载口的门组件，具有一个装载口门和一个驱动机构，所述装载口门用于与运载器门进行接合和配合，所述驱动机构用于使所述装载口门在所述I/O口和所述装载口门/运载器门的储存区之间移动；

一个晶片处理自动机，安装到所述下支承件上，位于与外界环境条件相隔离的环境内。

2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述竖直支柱基本彼此平行。

3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述运载器对接/隔离板可拆卸地安装到每个所述竖直支柱上。

4.根据权利要求3所述的系统，其特征在于，所述运载器对接/隔离板是透明的。

5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述装载口门/运载器门的储存区具有至少一个穿孔表面。

6.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述晶片处理自动机包括：

一个线性驱动装置，安装到所述一体构架的所述下支承件上，沿一条x轴线进行线性移动；

一个旋转驱动装置，安装到所述线性驱动装置上，用于围绕一条θ轴线进行转动；

一个z轴线性驱动装置，从所述旋转驱动装置进行延伸，沿一条z轴线进行线性移动，所述z轴线是偏置的，基本与所述θ轴线平行；

一个径向驱动装置，可拆卸地安装到所述z轴线性驱动装置上，包括至少一个沿一径向轴线进行线性移动的端部操纵装置。

7.根据权利要求6所述的系统，其特征在于，当所述旋转驱动装置转动时，所述径向轴线围绕所述θ轴线转动。

8.一种系统，用于在一个晶片运载器和一个与外界环境条件相隔离的环境之间输送半导体晶片及相关基底物，晶片运载器具有一个运载器门和一个运载器壳体，这种系统包括：

一个一体式构架，具有一个内部安装面和一个外部安装面，前端装载部件安装到外部安装面，所述外部安装面暴露于外界环境条件，所述内部安装面与外界环境条件相隔离，所述一体构架形成至少一个I/O口和一个运载器门/装载口门的储存区；

一个运载器前送装置，安装到所述外部安装面；

一个运载器对接/隔离板，安装到所述外部安装面；

一个晶片机，安装到所述内部安装面；

一个装载口门组件，具有一个装载口门和一个驱动机构，所述装载口门与所述一体构架可滑动地接合，所述驱动机构用于使所述装载口门在所述I/O口和所述运载器门/装载口门的储存区之间进行移动。

9.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统安装到一个加工工具，使系统高于晶片加工厂的地面，并由一个支承结构支承，使得系统之下的一个开放空间存在于系统和晶片加工厂的地面之间。

10.根据权利要求8所述的系统，其特征在于，所述系统还包括一个安装到所述外部安装面的控制盒。

11.一种用于输送晶片的系统，它包括：

至少一个前端装载部件，选自：(1)一个装载口组件，(2)一个风扇/过滤器单元，(3)一个晶片处理自动机，(4)一个FOUP对接/隔离板，及(5)一个装载口门组件；

一个可以安装所述前端装载部件的一体构架，所述构架形成一个单一基准，用于精确对准所述前端装载部件，所述一体构架包括至少两个竖直支柱，所述竖直支柱安装到一个上支承件和一个下支承件上。

12.一种系统，用于在一个晶片运载器和一个与外界环境条件相隔离的环境之间输送半导体晶片及相关基底物，晶片运载器具有一个运载器门和一个运载器壳体，这种系统包括：

一个一体式构架，包括至少两个分开的竖直支柱，安装到一个下支承件和一个上支承件上，所述构架限定至少一个I/O口和一个装载口门/运载器门的储存区；

一个透明的运载器对接/隔离板，安装到每个所述竖直支柱上；

一个运载器前送装置，安装到所述下支承件上，所述运载器前送装置暴露于所述外界环境条件；

一个装载口的门组件，具有一个装载口门和一个驱动机构，所述驱动机构用于使所述装载口门在所述I/O口和所述装载口门/运载器门的储存区之间进行移动；

一个晶片处理自动机，位于与外界环境条件相隔离的环境内，包括：

一个线性驱动装置，安装到所述下支承件上，沿一条x轴线进行线性移动；

一个旋转驱动装置，安装到所述线性驱动装置上，用于围绕一条θ轴线进行转动；

一个z轴线性驱动装置，从所述旋转驱动装置进行延伸，沿一条z轴线进行线性移动，所述z轴线是偏置的，基本与所述θ轴线平行；以及

一个径向驱动装置，可拆卸地安装到所述z轴线性驱动装置上，包括至少一个沿一径向轴线进行线性移动的端部操纵装置。

13.一种EFEM，用于在一个SMIF箱和一个与外界环境条件相隔离的环境之间输送半导体晶片及相关基底，它包括：

一个一体式构架，具有至少两个竖直支柱，安装到一个上支承件和一个下支承件上，所述构架限定一个I/O口；

一个晶片机，安装到所述下支承件上，所述晶片机位于与外界环境条件相隔离的环境内；

一个SMIF箱前送装置，安装到所述下支承件上，所述箱前送装置暴露于所述外界环境条件；

一个SMIF箱对接板，安装到每个所述竖直支柱上，所述对接板暴露于所述外界环境条件；

所述一体构架的所述竖直支柱提供一个共用基准，所述晶片机、所述SMIF箱前送装置和所述SMIF箱对接板可以与之对准。

14.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述晶片机包括：

一个线性驱动装置，安装到所述下支承件上，沿一条x轴线进行线性移动；

一个旋转驱动装置，安装到所述线性驱动装置上，用于围绕一条θ轴线进行转动；

一个z轴线性驱动装置，从所述旋转驱动装置进行延伸，沿一条z轴线进行线性移动，所述z轴线是偏置的，基本与所述θ轴线平行；

一个径向驱动装置，可拆卸地安装到所述z轴线性驱动装置上，包括至少一个沿一径向轴线进行线性移动的端部操纵装置。

15.根据权利要求13所述的系统，其特征在于，所述SMIF箱对接板是透明的。

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