机器人式室清洁及维护的制作方法

本实施方案涉及使用具有一个或多个可由机器人操作的末端执行器的清洁搬运车来使半导体制造设施中的维护操作自动化的系统和方法。

背景技术：

1、衬底在一个或多个处理室(也称为“处理模块”)中经历各种制造操作以产生半导体电子设备。处理室可以是群集工具的一部分，并且该群集工具可以是制造设施的一部分。各种制造操作可以在单一群集工具内的处理室内进行。或者，可以在第一群集工具的处理室中执行第一制造操作，可以在第二群集工具的处理室中执行第二制造操作，等等。此制造设施可以包括多个群集工具，每个群集工具具有多个处理室。在设备制造过程中，使用多个群集工具和多个处理室，以通过并行处理多个衬底来提高产量，同时确保电子设备的质量始终得到保持。

2、为了保持电子设备质量的一致性，处理室必须经常进行维护。在某些情况下，维护频率可能取决于自上次维护以来处理室的运行时间以及在处理室中执行的操作类型。根据运行时间和执行的操作类型，一些处理室可能需要更频繁地进行维护(例如，每月一次、每两周一次、每天一次、在一定时间或一定次数的操作之后进行等)，而其他处理室可能需要较少地进行维护。

3、根据用于处理晶圆以产生电子设备的制造设施的规模，可能有数百或数千个处理室分布在制造设施内的不同群集工具中。由于不同的处理室用于执行不同类型的操作，因此追踪处理室的维护并且维修许多处理室成为一个复杂且耗时的过程。目前，处理室的维护和实际保养都是由人工手动完成的。然而，某些维护操作非常特殊，需要熟练或训练有素的服务人员(例如，现场服务工程师和/或维护技术人员)遵循特定的维护模式。例如，基本维护操作之一是提供进入处理室内部的途径以进行清洁。可以通过拆卸处理室的顶盖来进入，在清洁操作完成后即可以重新组装处理室盖。目前，根据处理室盖的尺寸，每个处理室盖可使用30至60个螺栓固定。该些螺栓必须按照正确的顺序并以精确的扭矩拆卸，以防止螺栓磨损并确保该盖的正确安装。由于需要维护的处理室数量众多且维护频率高，这些任务可能是重复性的、对体力和脑力有很高的要求，因为维修人员必须记住每个处理室需要进行的维护类型、维护计划、排序步骤、每个处理室需要遵循的参数值(例如扭力值等)等。随着需要维护的处理室数量的增加，安排和执行维护操作的复杂性也随之增加，从而导致潜在的人为错误。处理室维护期间出现的人为错误可能会导致代价高昂且计划外的设备停机。除了数量和频率之外，这些操作还必须在制造设施的密闭工作空间内使用工具(例如，用于拧紧螺栓的扭力扳手)进行，这需要高于平均水平的体力和/或技能。

4、此外，一些维护操作(例如清洁操作)可能会因为清洁的构思因人而异而每个人不同。目前，清洁操作都是手动进行的，通过用力擦洗处理室的内侧壁来释放粘附在内侧壁上的聚合物沉积物，然后使用浸泡在溶剂中的抹布清理释放的颗粒。这是一项耗费大量劳力和时间的操作。此外，清洁是特定于处理室的，就像处理室中使用的化学品一样。因此，除了操作者之间的差异外，手动清洁还必须考虑需要进行的清洁的类型和数量方面的不同室之间的差异，以去除粘附在内侧壁上的聚合物沉积物。

5、本公开中所描述的实施方案正是在这种背景下出现的。

技术实现思路

1、各种实现方案描述了用于自动化制造设施中使用的各种处理室的日常维护操作的装置、系统和方法。自动化是通过使用可利用位于制造设施内的机器人操作的末端执行器来实现的。每个末端执行器用于在处理室内执行特定的清洁或维护操作。用于清洁的末端执行器被容纳在移动搬运车(也称为“清洁搬运车”)中。移动清洁搬运车是一个可拆卸的设备，且允许在处理室待进行清洁操作时将末端执行器带到处理室附近，并且在清洁操作完成后移走末端执行器。清洁搬运车上可设置多个末端执行器，用于执行不同的清洁和/或其他维护操作。例如，可以使用第一末端执行器施加清洁化学品以释放聚合物残留物并将其从处理室的内侧壁去除，并且可以在完成第一清洁操作后使用第二末端执行器擦拭内侧壁。除了上述末端执行器之外，还可以在清洁搬运车上设置额外的末端执行器并用于执行额外的清洁和/或维护操作。

2、为了实现自主清洁，末端执行器被耦合到制造设施内可供使用的机器人的机器手臂。该机器人可以设置在移动搬运车上，且用于与设置在清洁搬运车上的末端执行器进行接合并对其进行操作。放置机器人的移动搬运车可以与清洁搬运车不同。移动搬运车可以容纳机器人，也可以容纳用于执行其他清洁和/或维护操作的额外部件。为了与清洁搬运车区分，容纳机器人的移动搬运车也称为“主搬运车”。与清洁搬运车类似，主搬运车是一种可移动的、可拆卸的设备，可以移动到处理室附近以执行一项或多项维护操作，并且在维护操作结束后可以被移走。或者，机器人可以被设置在清洁搬运车本体上，或者可以被设置在制造设施中使用的高架运输(oht)机构上和/或由其进行操作。

3、当需要在处理室处进行维护操作(例如清洁操作)时，机器人和清洁搬运车会被带到处理室附近。当机器人被设置在主搬运车上时，清洁搬运车停靠在主搬运车的第一侧，而主搬运车的第二侧停靠于处理室。机器人通过将末端执行器移动到处理室内并在清洁操作期间在处理室内引导末端执行器，从而操作专为清洁操作而设计的末端执行器。

4、自动化在执行清洁操作时考虑了人员安全、外形尺寸、便携性、一致性等。外形因素需求决定了制造设施的密闭空间内的移动性、尺寸和可操作性，而末端执行器的设计旨在满足这些要求。自动化还允许收集和维护与制造设施中每个处理室的处理室状态相关的数据，包括所执行的操作类型、用途(即执行每种操作类型的频率)、执行每种操作类型所使用的化学品类型等，使得每个处理室必须执行的维护操作的类型和频率可以被智能预测并适当地安排。维护数据可由操作机器人的控制器针对所有处理室集中收集，也可在各处理室本地收集。从不同处理室收集的维护数据为每个处理室执行的维护操作提供了详细的记录，这些数据可用于快速诊断并修正出现的任何问题，从而减少昂贵且计划外的停机时间。

5、由于机器人经过编程以满足每个维护操作的严格要求，因此可以轻松复制不同维护操作的精度和一致性。机器人配备有传感器、视觉系统和图像拍摄设备，从而精确定位处理室内需要维护的地点或区域、识别需要执行的维护操作类型、识别并操作适当的末端执行器来执行维护操作，并确保维护操作符合既定的标准。由于自动化依赖机器人而不是人类来执行维护操作，因此自动化避免了维护人员接触有毒化学品、减少了执行不同维护操作所需的时间，并避免了人为引发的错误。

6、在一个实施方案中，公开一种用于在设置于制造设施中的处理模块内执行维护操作的末端执行器。该末端执行器包括在第一端处耦合至清洁化学品源的上部管状延伸部。下部管状延伸部的顶部耦合至该上部管状延伸部的第二端。下部管状延伸部的底部具有清洁头，该清洁头具有被限定以覆盖一个区域的开口。联锁止动件设置在上部管状延伸部的第二端和下部管状延伸部的底部之间。该联锁止动件耦合至下部管状延伸部并且被配置为将该下部管状延伸部移动到处理模块中以执行维护操作。该末端执行器包括化学通道，该化学通道嵌入在上部管状延伸部的第一端和下部管状延伸部的清洁头内，并在两者之间延伸一定长度。化学通道在该第一端处耦合至该清洁化学品源，并在该清洁头处耦合至喷嘴。该化学通道被配置为输送清洁化学品。末端执行器还包括真空流动通道，其嵌入在上部管状延伸部的第一端与下部管状延伸部的底部处的清洁头内并在两者之间延伸该长度。该真空流动通道在该第一端处耦合至真空机。真空机被配置为在真空流动通道内施加真空，以抽取清洁化学品和从该区域释放的任何聚合物残留物。末端执行器机器人接口被设置在上部管状延伸部的一部分中。该末端执行器机器人接口被配置为与制造设施内可用的机器人上设置的末端执行器连接器配合。末端执行器被容纳在清洁搬运车内，并配置为由机器人自主操作以执行维护操作。

7、在另一实施方案中，公开了一种用于在制造设施中设置的处理模块内执行维护操作的末端执行器。末端执行器包括在顶部和底部之间延伸一定长度的杆柄。该杆柄的底部包含铰链机构。擦拭头设置在该杆柄底部中限定的铰链机构的轴上。该轴允许擦拭头的一部分围绕旋转轴枢转。擦拭头包括上臂、下臂、设置在第一端且耦合上臂和下臂的该铰链机构，以及设置在第二端处的夹持机构。夹持机构包括卡扣特征和用于耦合上臂和下臂的致动器。末端执行器被容纳在清洁搬运车内，并配置为由制造设施内的机器人进行操纵以执行维护操作。

8、在又一实施方案中，公开了一种用于在维护操作期间将设置在制造设施内的处理室的开口进行密封的室盖。室盖包括为室盖提供支撑表面的底板。滑动环设置在底板上。滑动环具有旋转轴承，以允许滑动环沿旋转轴旋转。中间环设置在滑动环上方。盖板设置在中间环上方。盖板具有限定在表面的一部分中的孔，以提供进入处理模块内部的途径。室盖安装在处理室的开口上方。盖板与中间环和滑动环耦合以形成整体部件。中间环在盖板和滑动环之间提供密封接口。联锁面板被设置以便为盖板的该部分中限定的该孔提供衬垫。联锁面板包括锁定部件，其用于在维护操作期间锁定通过盖板的孔接收的末端执行器。该锁定的动作允许末端执行器沿着旋转轴旋转盖板，且锁定部件确保接收在联锁面板内的末端执行器保持在适当位置，该旋转的动作允许处理模块内表面的不同部分能够暴露于通过末端执行器施加的清洁化学品。室盖被容纳在清洁搬运车内，并配置为由制造设施内的机器人进行操纵以在维护操作期间密封处理模块的开口。

9、在另一实施方案中，公开了一种用于将顶板固定至在制造设施中设置的处理模块的开口的螺栓。螺栓包括螺栓头、螺栓主体和螺栓螺纹。螺栓头被限定在螺栓的顶部，并且包括位于内侧顶部边缘上的倒角，和用于将螺栓安装到顶板上和从顶板拆卸的六角扳手的凹槽。该倒角延伸一定长度。螺栓主体位于螺栓头正下方，螺栓螺纹限定在螺栓主体的底部。螺栓螺纹用于将顶板固定在处理模块的开口上。

10、在另一个实施方案中，公开了一种用于在制造设施内设置的处理模块的清洁操作期间使用的阀密封托盘。阀密封托盘包括阀碗和安装凸缘。阀碗被限定以装入在处理模块的下电极下方设置的阀槽中。阀碗的尺寸与阀槽的内部尺寸相匹配。其中限定有通孔的安装凸缘被用于固定到阀碗的一侧。安装凸缘被设计成当阀密封托盘插入阀槽时覆盖该阀槽的开口。阀碗配置成被接收在阀槽中限定的铰链的竖直轴上，并围绕该竖直轴枢转。

11、在另一个实施方案中，公开了一种末端执行器，其用于将凝胶条安装到在制造设施中设置的处理模块内使用的消耗件上。末端执行器包括限定在末端执行器的主体中的至少一个真空端口。该至少一个真空连接至真空泵以提供吸力。吸盘被用来抓取和移除凝胶条上的背衬层。真空板设置在末端执行器的底部。真空板用于从承载容器(例如，凝胶条容器)中取出凝胶条，将凝胶条保持、移动并放置到在转盘上所接收的消耗件的一部分上限定的凝胶涂覆器位置处。视觉系统用于照亮凝胶涂覆器位置，以精确放置凝胶条。末端执行器被容纳在清洁搬运车内，并配置为由制造设施内的机器人进行操纵以安装凝胶条。

12、通过结合附图的以下详细描述，其他方面将变得显而易见。