DE102004036435A1

DE102004036435A1 - Haltevorrichtung für scheibenförmige Objekte

Info

Publication number: DE102004036435A1
Application number: DE102004036435A
Authority: DE
Inventors: Sönke Siebert; Michael Schweiger; Andreas Dr. Lang
Original assignee: Nanophotonics GmbH
Current assignee: Rudolph Technologies Germany GmbH
Priority date: 2003-08-07
Filing date: 2004-07-27
Publication date: 2005-03-03
Anticipated expiration: 2024-07-28
Also published as: US20050031497A1; US7284760B2; JP4401894B2; DE102004036435B4; JP2005057297A

Abstract

In der Halbleitertechnologie werden Objekthalter benötigt, die Wafer (16) auch bei Rotationen sicher halten. Derartige Halter sollten möglichst direkt in die Prozessanlage integriert werden können, um Zeit und Kosten zu sparen. Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zentral befestigte Halterungen (7) vorzusehen, die Auflageflächen (3) für den Wafer und schwenkbare Greiffinger (4) aufweisen, wobei die Greiffinger (4) in Haltestellung mittels mindestens einem Vorspannelement (12) vorgespannt sind und über einen Öffnungsmechanismus (100) betätigt werden, wobei der mindestens eine Öffnungsmechanismus (100) und das mindestens eine Vorspannelement (12) in der zentralen Haltearmbefestigung (2) und/oder den Haltearmen (7) integriert sind.

Description

Die Erfindung betrifft eine Haltevorrichtung für scheibenförmige Objekte, insbesondere Wafer, mit mindestens zwei zentral befestigten Haltearmen, die Auflageflächen für das Objekt und schwenkbare Greiffinger aufweisen, wobei die Greiffinger von einer Haltestellung in eine Öffnungsstellung und umgekehrt schwenkbar sind, in Haltestellung jeweils mittels einem Vorspannelement vorgespannt sind und über mindestens einen Öffnungsmechanismus betätigt werden.
Gattungsgemäße Objekthalter werden z. B. in der Halbleitertechnologie benötigt. Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen wie z. B. Computerchips werden Wafer mehrmals beschichtet und chemisch behandelt. Um Reagenzien homogen auf dem Wafer zu verteilen oder um den Wafer zwischen zwei Bearbeitungsschritten zu trocknen, wird der Wafer häufig um seine eigene Achse rotiert. Auch für die Qualitätskontrolle durch optische Messverfahren wird der Wafer häufig rotiert. Die verwendeten Halter müssen gewährleisten, dass der Wafer auch während der Rotation sicher gehalten wird, insbesondere bei hohen Drehzahlen (üblicherweise 1200 Umdrehungen/min).

Aus der US 6,167,893 B1 ist ein dynamischer Halter für Halbleiterwafer bekannt. Er weist drei Haltearme mit Lagerung für den Wafer sowie schwenkbare Greifer an den äußeren Enden der Haltearme auf. Die schwenkbaren Greifer weisen Fliehgewichte auf. Bei Rotation des Halters mit Wafer werden die Fliehgewichte durch die Zentrifugalkraft nach außen gezogen, was bewirkt, dass die Greiffinger gegen die Waferkante schwenken und somit den Wafer halten.

In der US 6,363,623 B1 wird eine Vorrichtung zum Rotieren eines Objektes, z. B. eines Wafers beschrieben. Auf einem rotierbaren Untersatz sind Lagerelemente mit elastischen Lagerungen symmetrisch verteilt. Diese elastischen Lagerungen dienen als Auflage für den Wafer und erhöhen die Reibung zwischen Wafer und Untersatz, um ein Weggleiten, insbesondere während der Rotation, zu verringern. Zusätzlich weist die Vorrichtung Halteelemente auf, die dazu dienen, den Wafer auf dem rotierbaren Untersatz zu zentrieren. Die Halteelemente sind mit schwenkbaren Fingern versehen. Da sie Fliehgewichte aufweisen, schwenken sie bei Rotationen aufgrund der Fliehkraft gegen den Wafer und halten ihn fest.

Auch der in der US 6,273,484 B1 beschriebene Waferhalter weist eine Vielzahl von schwenkbaren, mit Fliehgewichten versehenen Haltern auf. Außerdem weisen die Halter einen Vorsprung auf, auf dem der Wafer bei Stillstand aufliegt. Bei Rotation schwenken die Halter derart, dass sie den Wafer niederhalten. Kommt der Waferhalter nach der Rotation wieder zum Stillstand, werden die schwenkbaren Halter über Federn wieder in die Ausgangsposition gebracht.

Die rotierende Arbeitsstation für Substrate aus der US 5,954,072 weist am Rand des plattenförmigen Substrathalters schwenkbare Greifer auf, die bei Stillstand oder niedrigen Drehzahlen z. B. über Federn gegen das Substrat gedrückt werden. Die sich bei Rotation durch Zentrifugalkräfte ergebende zusätzliche Schwenkbewegung führt zu einem Niederhalten des Substrates.

Beim Waferrandhalter, wie er in der US 6,217,034 B1 beschrieben wird, wird der Wafer von federgehaltenen Klemmelementen mitgenommen.

Durch ein Luftkissen zwischen Wafer und Drehtisch wird der Planlauf des geklemmten Wafers verbessert, so dass sich diese Vorrichtung auch für die Waferinspektion durch optische Messverfahren einsetzen lässt.

Aus der US 5,775,000 ist eine Haltevorrichtung für Spintrockner bekannt, die Haltearme mit horizontaler Substratlagerung aufweisen. Daran sind Greiffinger schwenkbar befestigt. Über Federn zwischen dem Finger und dem jeweiligen Haltearm wird gewährleistet, dass die Greiffinger vorgespannt sind und das Substrat auf der Substratlagerung halten. Um die Halterung zu öffnen, werden über Pins die Finger gegen die Federkraft vom Substrat weggeschwenkt. Um die Pins zu betätigen, ist ein Mechanismus aus innerer und äußerer Hülse vorgesehen, die um die Rotationsachse des Halters angeordnet sind. An ihrem bodennahen Ende sind der innere Schaft als Kolben und der äußere Schaft als Zylinder ausgebildet. Die beiden Hülsen werden mittels einem Arbeitsfluid gegeneinander bewegt. Bei Bewegung der beiden Hülsen gegeneinander wird ein napfförmiges Element auf die Öffnungspins zu bewegt. Die Napfform mit umlaufender Auflagefläche ist notwendig, da der gesamte Mechanismus während der Rotation der Haltearme mit Substrat nicht mit rotiert. Die Pins hingegen sind an dem Haltearm befestigt und führen ebenfalls die Rotation aus.

Aus der US 6,537,416 B1 ist ein Waferhalter mit drei zentral befestigten Haltearmen bekannt, die Auflageflächen für den Wafer und Kontaktstifte aufweisen. Die Kontaktstifte dienen auch zum Ausrichten des Wafers auf den Auflageflächen, so dass die Kontaktstifte in radialer Richtung verschoben werden müssen. Hierzu ist ein pneumatischer Aktuator vorgesehen, der einen mit dem Kontaktstift versehenen Schlitten, der über eine Feder vorgespannt ist, aus einer Haltestellung in eine Öffnungsstellung verschiebt. Dieser Öffnungsmechanismus ist außerhalb der Haltearme angeordnet. Eine beispielsweise Überkopfanordnung dieses Waferhalters ist nicht möglich, weil der Wafer nicht in allen Positionen sicher gehalten werden würde.

Die US 2003/0110658 A1 beschreibt eine Waferhalterung, die einen kreisförmigen Grundkörper aufweist, an dessen Unterseite Speichen angeordnet sind, in denen jeweils ein Betätigungsmechanismus für die am radialen Ende angeordneten Greiffinger vorgesehen ist. Da eine Auflagefläche für den Wafer fehlt, sind die Greiffinger derart ausgebildet, dass sie den Rand des Wafers umgreifen. Diese Halterung hat den Nachteil, dass der Wafer von oben zugeführt werden muss und in seiner Position gehalten werden muss, bis die Greiffinger den Rand des Wafers erfasst haben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Halter bereit zu stellen, der einerseits sowohl bei Stillstand als auch bei Rotation einen sicheren Halt des Objektes gewährleistet, andererseits aber möglichst Platz sparend ausgebildet ist, so dass er sich leicht in beliebige Produktionsanlagen integrieren lässt.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Haltevorrichtung für scheibenförmige Objekte, insbesondere Wafer, mit mindestens zwei zentral befestigten Haltearmen, die Auflageflächen für das Objekt und schwenkbare Greiffinger aufweisen, wobei die Greiffinger in Haltestellung mittels mindestens einem Vorspannelement vorgespannt sind und über mindestens einen Öffnungsmechanismus betätigt werden, bei dem der mindestens eine Öffnungsmechanismus und das mindestens eine Vorspannelement in der zentralen Haltearmbefestigung und/oder den Haltearmen integriert sind.

Die Integration des mindestens einen Vorspannelementes und des mindestens einen Öffnungsmechanismus in die zentrale Haltearmbefestigung und/oder die Haltearme bietet mehrere Vorteile.

Einerseits werden der Platzbedarf und das Volumen externer Öffnungsmechanismen und Vorspannelemente reduziert. Andererseits führen der oder die Öffnungsmechanismen und das oder die Vorspannelemente die Rotation der Haltearme mit aus, so dass auf zusätzliche Elemente wie z. B. das napfförmige Element mit umlaufender Auflagefläche gemäß US 5,775,000 verzichtet werden kann.

Dadurch, dass bei der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung die Anzahl der beweglichen Bauteile in Objektnähe möglichst gering gehalten wird, wird auch die Gefahr des Partikelabriebes möglichst gering gehalten. Dies ist insbesondere beim Einsatz der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung in der Produktion von Halbleiterbaulementen von Bedeutung.

Die kompakte Bauform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung ermöglicht dessen Einsatz auch in miniaturisierten Geräten, insbesondere für die optische Inspektion der zu haltenden Objekte. Z. B. in der 300 mm-Wafertechnologie gibt es einen steigenden Bedarf an Messtechnik, die direkt in die Prozessanlagen integriert wird. Dadurch werden zeit- und kostenaufwendige Schritte vermieden, den Wafer extern zu vermessen. Insbesondere in die Waferbehälter (Front Opening Unified Pot FOUP) können Messgeräte mit dem erfindungsgemäßen Halter integriert werden.

Die Mindestanzahl an Haltearmen wird durch die Form des zu haltenden Objektes bestimmt. Bei rechteckigen Objekten können zwei Haltearme ausreichen, um eine sichere Halterung sowohl bei Stillstand als auch bei Rotation zu gewährleisten. Bei im Wesentlichen kreisförmigen Scheiben, wie z. B. Wafern, empfiehlt es sich, mindestens drei Haltearme einzusetzen.

Für die Gestaltung der Vorspannelemente ist ausschlaggebend, ob jeder Greiffinger separat vorgespannt wird, wobei das Vorspannelement zweckmäßigerweise im Haltearm integriert sein sollte, oder ob die Greiffinger zentral gemeinsam vorgespannt werden, wobei sich das Vorspannelement in der zentralen Haltearmbefestigung befinden würde und die Vorspannkraft des Vorspannelementes über zusätzliche Bauelemente auf die einzelnen Greiffinger übertragen werden würde. Derartige Übertragungsbauelemente wären in den Haltearmen integriert. Diese Übertragungsbauelemente könnten auch zum Einsatz kommen, falls ein zentraler Öffnungsmechanismus in der zentralen Haltearmbefestigung vorgesehen ist.

Durch die Halterung des Objektes im Stand mittels Vorspannelemente sind lageunabhängige Anwendungen möglich.

Die an die Greiffinger gekoppelten Öffnungsmechanismen, Vorspannelemente und/oder gegebenenfalls Übertragungsbauelemente wirken bei Rotation wie Fliehgewichte an den Greiffingern. Durch die Zentrifugalkräfte bei Rotation wird der Druck jedes Greiffingers auf das Objekt erhöht und die Klemmkraft verstärkt, was zu einer zusätzlichen Sicherung des Objektes während der Rotation führt.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden der oder die Öffnungsmechanismen magnetisch betrieben. Dazu nutzt man einen Magnetanker, um den eine Magnetspule angeordnet ist, die bestromt wird, um den/die Greiffinger zu öffnen. Der Magnetanker dient dabei auch als Fliehkraftgewicht. In der Halteposition werden der/die Greiffinger durch ein Vorspannelement gehalten.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden der oder die Öffnungsmechanismen über Druckluft betrieben. Bei einem druckluftbetriebenen Öffnungsmechanismus wird entweder der jeweilige Greiffinger über ein Vorspannelement in der Halteposition gehalten und durch die Zufuhr von Druckluft von dem zu haltenden Objekt weggeschwenkt, oder der jeweilige Greiffinger wird über einen mit Druckluft beaufschlagten Druckzylinder vorgespannt und in der Halteposition gehalten, während zum Öffnen der Greiffinger die Druckluftzufuhr unterbrochen wird.

In einer besonders bevorzugten Ausführungsform wird zur Betätigung der Greiffinger Vakuum genutzt. Die Haltekraft in der Halteposition wird durch Vorspannelemente wie z.B. Druckfedern aufgebracht. Nur zum Öffnen der Greiffinger werden Vakuumzylinder kurzzeitig mit Unterdruck beaufschlagt, um z. B. die Druckfedern zusammenzudrücken. Die im Haltearm integrierten Vakuumbauteile wirken als Fliehgewicht für den Greiffinger, so dass bei Rotation eine zusätzliche Sicherung des zu haltenden Objektes gewährleistet wird. Die vakuumbetriebene Ausführungsform weist zusätzliche Vorteile in der Form auf, dass einerseits Teile, die Relativbewegungen zueinander aufweisen, wie z.B. Klemmfedern oder Öffnungsmechanismen gemäß dem Stand der Technik in den gekapselten Bereich auf der Vakuumseite der Vakuumbauelemente verlegt werden können. Dadurch wird einerseits eine äußerst kompakte Baugröße erreicht. Ferner wird die Wahrscheinlichkeit für unerwünschte Partikelbelastung des zu haltenden Objektes dadurch signifikant reduziert. Partikel, die beim Betrieb des Öffnungsmechanismus erzeugt werden, werden vom Vakuum nach innen abgesaugt.

Vorzugsweise sind die Greiffinger derart schwenkbar gelagert, dass sie in Haltestellung senkrecht zur Scheibenfläche am Objekt angreifen. Der Rand des Objektes wird somit zwischen den Greiffingern und der Auflagefläche klemmend gehalten, so dass die Haltevorrichtung in beliebigen Positionen, z. B. auch über Kopf eingebaut sein kann. Außerdem werden auf diese Weise keine Kräfte in die Scheibe eingeleitet, die zu einer Verformung des scheibenförmigen Objektes führen könnten. Die Haltevorrichtung ist daher auch für den Einsatz in Meßgeräten zur Kontrolle der Objektoberfläche über optische Meßmethoden gut geeignet.

Vorzugsweise weist der Greiffinger einen ersten und einen zweiten Schenkel auf, wobei am ersten Schenkel eine Anlagefläche zum Ergreifen des Objektes vorgesehen ist. Die Schenkel sind vorzugsweise rechtwinklig zueinander angeordnet. Vorzugsweise ist der Greiffinger L-förmig ausgebildet, wobei die Anlagefläche vorzugsweise an dem kürzeren Schenkel angeordnet ist.

Gemäß einer ersten Ausführungsform weist die Auflagefläche vom Haltearm weg und die Schwenkachse des Greiffingers ist vorzugsweise im Verbindungsbereich der beiden Schenkel angeordnet. Dadurch wird erreicht, dass das freie Ende des ersten Schenkels, wo sich die Anlagefläche befindet, eine Kreisbahn ausführt.

Vorzugsweise liegen die Schwenkachsen, in der durch die Auflageflächen gebildeten Ebene. Die Auflagefläche schneidet die Kreisbahn der Anlagefläche im rechten Winkel, so dass der Greiffinger senkrecht auf das scheibenförmige Objekt drückt. Wenn die Haltevorrichtung derart eingebaut ist, dass die Haltearme unter dem Wafer angeordnet sind (sogenannte Normallage) wird in der Haltestellung von jedem Greiffinger im Wesentlichen von oben Druck auf das Objekt ausgeübt.

Die Greiffinger sind vorzugsweise mittels der Schwenkachsen am äußersten Ende der Haltearme angeordnet.

Der Öffnungsmechanismus weist vorzugsweise mindestens eine längs des Haltearms verschiebbare Schubstange auf, die mit einem Schwenkgelenk verbunden ist.

Das Schwenkgelenk ist vorteilhafterweise ein Pleuel, das am freien Ende des zweiten Schenkels des Greiffingers angelenkt ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform ist die Lage von Auflagefläche und Anlagefläche vertauscht. In der Normallage würde der Greiffinger von unten gegen das Objekt drücken. Diese Ausführungsform wird deshalb bevorzugt für die sogenannte Überkopfeinbaulage eingesetzt, so dass die Haltearme über dem Wafer angeordnet sind. Diese Überkopflage ist dann von Vorteil, wenn die Anlage, in der die Haltevorrichtung eingebaut werden soll, keine Einrichtung zum Wenden des Wafers aufweist.

Die ortsfesten Auflageflächen befinden sich an den Haltearmen und besitzen in dieser Ausführungsform vorzugsweise die Form von hakenartigen Elementen. Die Auflageflächen weisen gemäß dieser Ausführungsform zum Haltearm, und die Schwenkachse ist im zweiten Schenkel angeordnet. Der erste Schenkel, der vorzugsweise senkrecht zum zweiten Schenkel befestigt ist, ist somit tangential zur Kreisbahn des Greiffingers angeordnet, so dass diese Anlagefläche nahezu senkrecht auf das scheibenförmige Objekt drückt.

Die Schwenkachse ist vorzugsweise im Bereich zwischen Schenkelmitte und innenliegendem Ende des zweiten Schenkels angeordnet. Je größer der Bahnradius gewählt wird, desto geringer sind die in Scheibenebene liegenden vom ersten Schenkel ausgeübten Kraftkomponenten.

Der Abschnitt des zweiten Schenkels zwischen Schwenkachse und dem ersten Schenkel ist vorzugsweise federnd ausgebildet. Dadurch kann die Anlagefläche sanft und schonend an dem scheibenförmigen Objekt angreifen.

Vorzugsweise ist der erste Schenkel ein Stift mit abgeschrägter Anlagefläche. Die Anlagefläche berührt nicht die Scheibenebene, sondern vorzugsweise die Fase des Randes des scheibenförmigen Objektes.

Zwischen dem Wafer und den Haltearmen ist vorzugsweise eine Abschirmscheibe angeordnet, die verhindert, dass Partikel z. B. Abriebpartikel oder dergleichen, auf das scheibenförmige Objekt gelangen können.

Während der Rotation der Haltevorrichtung entsteht eine radiale Luftströmung zwischen dem Wafer und der Abschirmscheibe, was zu einer Verformung des Objektes aufgrund des dadurch entstehenden Unterdruckes führt. In Normalstellung der Haltevorrichtung wird dadurch ein mögliches Durchhängen des scheibenförmigen Objektes verstärkt. Es ist deshalb vorgesehen, dass der Durchmesser der Abschirmscheibe ≤ 1/3 des Durchmessers des Objektes ist. Dadurch kann die radial nach außen strömende Luft vorzeitig in axialer Richtung abströmen bzw. kann am Scheibenrand Luft nachströmen, wodurch der Unterdruck abgeschwächt und die zusätzliche Verformung des Objektes verringert oder gänzlich vermieden wird.

In Überkopfstellung wird durch die Luftströmung und den auftretenden Unterdruck ein Durchhängen des Objektes kompensiert.

Es hat sich ferner als vorteilhaft herausgestellt, den Betrag der Haltekraft so einzustellen, dass sie multipliziert mit dem Reibungskoeffizienten zwischen Objekt und Objektauflage eine Reibungskraft ergibt, die größer als die Fliehkraft durch die maximal mögliche Objektunwucht ergibt.

Um das Auftreten von Partikeln in Objektnähe möglichst zu unterbinden, werden vorzugsweise der Öffnungsmechanismus und/oder das mindestens eine Vorspannelement, gegebenenfalls mit allen dazugehörigen Bauteilen, komplett in den Haltearm und/oder der zentralen Haltearmbefestigung eingekapselt. Zusätzlich können eventuell auftretende Partikel abgesaugt werden, was bevorzugt z. B. über hohle Schubstangen erfolgt.

Die Erfindung soll anhand der folgenden Figuren näher erläutert werden. Dazu zeigen
1 eine Gesamtansicht einer erfindungsgemäßen Haltevorrichtung;
2 einen vakuumbetriebenen Öffnungsmechanismus;
3 einen Greiffinger;
4 einen zentral angeordneten Öffnungsmechanismus und
5 einen magnetischen Öffnungsmechanismus.
6 eine Haltevorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform in Überkopfstellung;
7 die in 6 gezeigte Haltevorrichtung in perspektivischer Unteransicht;
8 einen Vertikalschnitt durch die in 6 und 7 dargestellte Haltevorrichtung in Öffnungsstellung;
9 einen Vertikalschnitt durch die in den 6 und 7 dargestellte Haltevorrichtung in Haltestellung;
10 eine vergrößerte Darstellung der Einzelheit x der 9.
In 1 ist eine Haltevorrichtung 1 für Wafer dargestellt. Die Haltevorrichtung 1 weist drei Haltearme 7 auf. Die Haltearme 7 sind an einer zentralen Haltearmbefestigung 2 radial nach außen angeordnet. Außerdem sind in der zentralen Haltearmbefestigung 2 Vakuumdurchführungen 5 zur Betätigung der in jedem Haltearm 7 untergebrachten vakuumbetriebenen Öffnungsmechanismen 100 angebracht. An den außenliegenden Enden der Haltearme 7 sind Auflageelemente 15 mit Auflagefläche 3 für den Wafer (nicht dargestellt) sowie schwenkbar befestigte Greiffinger 4 angeordnet. Die Auflageflächen 3 dienen auch zur Vorzentrierung des Wafers beim Auflegen auf der Haltevorrichtung 1. Das Auflageelement 15 sowie der Greiffinger 4 sind gepunktet dargestellt. Ferner ist eine Abschirmscheibe 6 dargestellt. Diese Abschirmscheibe 6 ist zwischen den Haltearmen 7 und dem Wafer vorgesehen, um den Wafer vor eventuellen Partikeln zu schützen.
In 2 ist der Aufbau eines vakuumbetriebenen Öffnungsmechanismus 100 dargestellt. Der Wafer 16 liegt auf der Auflagefläche 3 des Auflageelementes 15 auf. Dort wird der Wafer 16 durch den Greiffinger 4 von oben gehalten. Der Greiffinger 4 ist L-förmig ausgeführt und besitzt einen ersten oder kurzen Schenkel 41 und einen zweiten oder langen Schenkel 42. Am vorderen Ende des ersten Schenkels ist die Anlagefläche 43 vorgesehen. In der hier gezeigten Haltestellung ist der Rand des Wafers zwischen der Auflagefläche 3 und der Anlagefläche 43 klemmend gehalten.
Die Schwenkachse 9 des Greiffingers 4 liegt parallel zur Ebene des Wafers 16 und befindet sich im Verbindungsbereich der beiden Schenkel 41 und 42, wobei die Schwenkachse 9 nahezu in der Ebene liegt, die durch die Auflageflächen 3 aufgespannt wird. Dadurch beschreibt die Anlagefläche 43 eine Kreisbahn K, wobei die Anlagefläche 43 senkrecht auf die Oberfläche des Wafers 16 drückt. Radial wirkende Kräfte treten nicht auf. Dies ist in 3 genauer zu sehen.
Die Haltekraft wird so eingestellt, dass sie multipliziert mit dem Reibungskoeffizienten zwischen Wafer 16 und Greiffinger 4 eine Reibungskraft ergibt, die größer als die Fliehkraft geteilt durch die maximal mögliche Waferunwucht ist. Dadurch wird die Planlaufgenauigkeit des Wafers 16 auf der Haltevorrichtung 1 verbessert.
Über ein Pleuel 10, das im Schwenkpunkt 10a am Ende des zweiten Schenkels 42 angelenkt ist, ist der Greiffinger 4 mit der vakuumbetriebenen Schubstange in Form eines Radialkolbens 11 im Schwenkpunkt 10b verbunden. Der Radialkolben 11 ist in den Haltearm 7 integriert. Der Haltearm 7 ist an dem radialen Ende als Laufbuchse 13 für den Radialkolben 11 ausgebildet.
Vorgespannt, d. h. in Halteposition gehalten, wird der Greiffinger 4 mittels der Druckfeder 12.
Soll der Greiffinger 4 geöffnet werden, wird über die im Haltearm 7 verlaufende Vakuumzuführung 14 der Radialkolben 11 mit einem Vakuum beaufschlagt, so dass er sich radial nach innen bewegt und über das Pleuel 10 den Greiffinger 4 um die Schwenkachse 9 von dem Wafer 16 wegschwenkt. Beim Schließen des Greiffingers 4 wird der Greiffinger mit Hilfe der Druckfeder 12 wieder in die Halteposition gedrückt.
Wird die Haltevorrichtung 1 in Rotation versetzt, wirkt der Radialkolben 11 als Fliehgewicht für den Greiffinger 4, drückt also radial nach außen, so dass der Greiffinger 4 den Wafer 16 stärker niederdrückt und dadurch sicherer hält.
Durch die Integration des Radialkolbens 11 in den Haltearm 7 und die Nutzung des Radialkolbens 11 als Fliehgewicht wird eine äußerst kompakte Baugröße erreicht. Außerdem werden Teile, die Relativbewegungen zueinander aufweisen, wie z. B. die Druckfeder 12 und der Radialkolben 11 in den gekapselten Bereich auf der Vakuumseite der Laufbuchse 13 verlegt. Mögliche Quellen für in der Halbleiterfertigung und -inspektion generell unerwünschten Partikel werden dadurch reduziert. Partikel, die der Radialkolben 11 selbst bei seiner Bewegung in der Laufbuchse 13 erzeugt, werden vom Vakuum nach innen abgesaugt und aus der zentralen Haltearmbefestigung 2 entfernt. Eventuell von den antreibenden Maschinen erzeugte Partikel können durch die in 1 angedeutete Abschirmscheibe 6 vom Wafer 16 ferngehalten werden.
Ein druckluftbetriebener Öffnungsmechanismus 100 stellt sich wie der in 2 dargestellte vakuumbetriebene Öffnungsmechanismus 100 dar. Der Hauptunterschied besteht darin, dass statt einer Druckfeder 12 eine Zugfeder eingesetzt wird. In der Halteposition wird sie durch einen druckluftbeaufschlagten Zylinder mit Radialkolben 11 zusammengedrückt. Zum Öffnen wird die Druckluftzufuhr unterbrochen, so dass die Zugfeder über ein Pleuel 10 den Greiffinger 4 vom Wafer 16 wegschwenkt. Der Radialkolben 11 wirkt bei Rotation als Fliehgewicht für den Greiffinger 4.
In 4 ist die Funktionsweise einer Haltevorrichtung 1 dargestellt, bei dem der Öffnungsmechanismus 100 und das Vorspannelement 12 in der zentralen Haltearmbefestigung 2 untergebracht sind. Die Kraft zum Öffnen der Greiffinger 4 wird mit einem einzigen Vakuumzylinder in der Mitte der Haltevorrichtung (hier nicht dargestellt) erzeugt. Dieser zentrale Vakuumzylinder bewegt die Greiffinger 4 über einen Umlenkmechanismus sowie radiale Schubstangen 17. Der Umlenkmechanismus besteht im Wesentlichen aus einem an einer Druckfeder 7 befestigten Grundkörper 22 mit drei schräggestellten Linearführungen 19 (Dreifingervakuumgreifer), die mit den Schubstangen 17 zusammenwirken. Bewegt wird der Grundkörper 22 über eine Schubstange 18, die magnetisch, pneumatisch oder über ein Vakuum angetrieben sein kann. Im Haltezustand befindet sich der Grundkörper 22 in der in 4 dargestellten Position.
Sollen die Greiffinger 4 geöffnet werden, wird der Grundkörper 22 über die Schubstange 18 entgegen der Kraft der Druckfeder 12 nach oben gedrückt, so dass die Schubstangen 17 sich radial nach innen bewegen und dadurch ein Aufschwenken der Greiffinger 4 bewirken. Bei der zentralen Betätigung der Greiffinger wirken die Schubstangen 17 als Fliehgewichte. Der in der zentralen Haltearmbefestigung 2 angeordnete Öffnungsmechanismus 100 kann dann von der Drehbewegung entkoppelt angebracht werden.
In 5 ist ein magnetischer Öffnungsmechanismus 100 dargestellt, der sich von dem vakuumbetriebenen Öffnungsmechanismus 100 dahingehend unterscheidet, dass der Radialkolben durch einen Magnetanker 20 ersetzt ist, der von einer Magnetspule 21 umgeben ist. Im Haltezustand ist die Magnetspule 21 bestromt und die Kraft der Druckfeder 12 drückt über das Pleuel 10 den Greiffinger 4 gegen den Wafer. Soll der Greiffinger 4 geöffnet werden, wird die Magnetspule 21 bestromt und der Magnetanker 20 gegen die Kraft der Druckfeder 12 nach innen gedrückt, so dass der Greiffinger 4 aufschwenkt. Der Magnetanker 20 wirkt im Übrigen auch als Fliehgewicht.
In der 6 ist eine Haltevorrichtung 1 gemäß einer weiteren Ausführungsform dargestellt. Die Haltevorrichtung 1 ist in Überkopfstellung gezeigt, so dass die Schubstange 18 nach oben aus der zentralen Haltearmbefestigung 2 herausragt. An der zentralen Haltearmbefestigung 2 befinden sich insgesamt vier Haltearme 7, die am äußeren Ende über jeweils ein Rahmenelement 70 jeweils paarweise miteinander verbunden sind. Die zentrale Haltearmbefestigung 2 ist gekapselt und weist an ihrem Außenumfang Öffnungen 23 auf, durch die sich die Greiffinger 4 radial nach außen bis zu den Rahmenelementen 70 erstrecken, die Öffnungen 71 aufweisen, durch die sich die ersten Schenkel 41 der Greiffinger 4 nach unten erstrecken. Die Greiffinger 4 sind ebenfalls L-förmig ausgebildet und besitzen jeweils einen ersten Schenkel 41 sowie einen zweiten Schenkel 42, der innerhalb der zentralen Haltearmbefestigung 2 schwenkbar gelagert ist, wie dies im Zusammenhang mit den nachfolgenden Figuren im Einzelnen erläutert wird.
Am Rahmenelement 70 sowie den Haltearmen 7 ist eine Abschirmscheibe 6 angeordnet. Unterhalb der Abschirmscheibe 6 sind kreisbogenförmige Auflageelemente 15 mit Auflageflächen 3 angebracht, wobei die Auflagefläche 3 in der hier gezeigten Darstellung nach oben und somit zu den Haltearmen 4 weist.
In der 7 ist die Unteransicht dargestellt, wobei auch der Wafer 16 zu sehen ist, der auf den beiden kreisbogenförmigen Auflageelementen 15 aufliegt.
In der 8 ist ein vertikaler Schnitt durch die in den 6 und 7 dargestellte Haltevorrichtung 1 zu sehen. Die Schubstange 18, die in Pfeilrichtung auf und ab bewegt werden kann, ist mit einer Druckfeder 12 in Haltestellung vorgespannt. In der hier gezeigten Offenstellung ist die Schubstange 18 gegen die Kraft der Feder 12 nach unten gedrückt.
Am oberen Ende der Schubstange 18 befindet sich eine Nabe 45, in der Laufrollen 45 gelagert sind, die am freien Ende des zweiten Schenkels 42 drehbar angeordnet sind.
Der zweite Schenkel 42 besteht aus einem starren Abschnitt 46, der an seinem radial außenliegenden Ende in der Schwenkachse 9 gelagert ist. An dem starren Abschnitt 46 ist ein federnder Abschnitt 44 befestigt, der an seinem freien Ende in den ersten Schenkel 41 übergeht, der als Stift ausgebildet ist. Am oberen Ende dieser Stifte 41 ist die Anlagefläche 43 vorgesehen.
Die Schubstange 18 ist hohl ausgebildet, um Partikel absaugen zu können.
In der 9 ist die Haltestellung der Haltevorrichtung 1 dargestellt. Die Anlagefläche 43 berührt den Rand des Wafers 16, wie in der Einzelheit x, die in 10 vergrößert dargestellt ist, zu sehen ist.
Allen Öffnungsmechanismen ist gemeinsam, dass sie nur in Ruhe Verbindung zur Schubstange 18 haben. Im Betrieb werden die Öffnungsmechanismen für die Schubstage zurückgezogen und sind somit mechanisch entkoppelt, was den Vorteil hat, dass sie nicht mitgedreht werden müssen.
Im geöffneten Zustand passt der Wafer 16 zwischen den Stiften 41 und den Auflageelementen 15 hindurch. Der Wafer wird dann auf die Auflageelemente 15 abgesenkt, wobei der Wafer in der grobzentrierten Position gesichert wird. Anschließend wird der Druck auf die Schubstange 18 gelöst und die Greiffinger 4 werden von der vorgespannten Feder 12 an die Waferkante gedrückt. Die Rotation der Vorrichtung kann einsetzen. Um den Planlauf des Wafers weiter zu erhöhen, kann folgender Effekt ausgenutzt werden. Die zwischen Wafer 16 und Abschirmscheibe 6 befindliche Luft erfährt bei Rotation zusätzliche Zentrifugalkräfte und da im Gegensatz zur Waferrückseite keine Luft frei nachströmen kann, sinkt der Druck und der Wafer wird nach oben gebogen. Bei geeigneter Wahl und Lage der Abschirmscheibe 6 wird durch diesen Effekt die Durchbiegung des Wafers aufgrund seines Gewichtes kompensiert.

1: Haltevorrichtung
2: Zentrale Haltearmbefestigung
3: Auflagefläche
4: Greiffinger
5: Vakuumdurchführung
6: Abschirmscheibe
7: Haltearm
8: Gehäuse
9: Schwenkachse
10: Pleuel
10a: Schwenkpunkt
10b: Schwenkpunkt
11: Radialkolben
12: Druckfeder
13: Laufbuchse
14: Vakuumzuführung
15: Auflageelement
16: Wafer
17: Schubstange
18: Schubstange
19: Linearführung
20: Magnetanker
21: Magnetspule
22: Grundkörper
23: Öffnung
24: Nabe
41: erster Schenkel
42: zweiter Schenkel
43: Anlagefläche
44: federnder Abschnitt
45: Laufrolle
46: starrer Abschnitt
70: Rahmenelement
71: Öffnung
100: Öffnungsmechanismus

Claims

Haltevorrichtung für scheibenförmige Objekte, insbesondere Wafer, mit mindestens zwei zentral befestigten Haltearmen, die Auflageflächen für das Objekt und schwenkbare Greiffinger aufweisen, wobei die Greiffinger um eine Schwenkachse von einer Haltestellung in eine Öffnungsstellung und umgekehrt schwenkbar sind, in Haltestellung jeweils mittels mindestens einem Vorspannelement vorgespannt sind und über mindestens einen Öffnungsmechanismus betätigt werden, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Öffnungsmechanismus (100) und das mindestens eine Vorspannelement (12) in der zentralen Haltearmbefestigung (2) und/oder den Haltearmen (7) integriert ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen oder mehrere magnetisch betriebene/n Öffnungsmechanismus/men (100) handelt.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen oder mehrere druckluftbetriebene/n Öffnungsmechanismus/men (100) handelt.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass es sich um einen oder mehrere vakuumbetriebene/n Öffnungsmechanismus/men (100) handelt.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiffinger (4) derart schwenkbar gelagert sind, dass sie in Haltestellung senkrecht zur Scheibenfläche am Objekt (16) angreifen.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiffinger (4) einen ersten Schenkel (41) und einen zweiten Schenkel (42) aufweisen, wobei am ersten Schenkel (41) eine Anlagefläche (43) zum Ergreifen des Objektes angeordnet ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche (43) vom Haltearm (7) weg weist und dass die Schwenkachse (9) im Verbindungsbereich der beiden Schenkel (41, 42) des Greiffingers (4) angeordnet ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachsen (9) in der durch die Auflageflächen (3) gebildeten Ebene liegen.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiffinger (4) derart ausgebildet sind, dass in Haltestellung jeder Greiffinger (4) im Wesentlichen von oben Druck auf das Objekt (16) ausübt.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Greiffinger (4) mittels der Schwenkachsen (9) am äußersten Ende der Haltearme (7) angeordnet sind.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Öffnungsmechanismus (100) mindestens eine längs des Haltearms (7) verschiebbare Schubstange aufweist, die mit einem Schwenkgelenk verbunden ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Schwenkgelenk ein Pleuel (10) ist, das am freien Ende des zweiten Schenkels (42) des Greiffingers (4) angelenkt ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Anlagefläche zum Haltearm weist und dass die Schwenkachse (9) im zweiten Schenkel (42) angeordnet ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Schwenkachse (9) im Bereich zwischen Schenkelmitte und innenliegenden Ende des zweiten Schenkels (42) angeordnet ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, dass ein Abschnitt (44) des zweiten Schenkels (42) zwischen Schwenkachse (9) und erstem Schenkel (41) federnd ausgebildet ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 15, dadurch gekennzeichnet, dass der erste Schenkel (41) ein Stift mit abgeschrägter Anlagefläche (43) ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltearme (7) über dem Objekt angeordnet sind.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 17, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Objekt und dem Haltearm (7) eine Abschirmscheibe (6) angeordnet ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 18, dadurch gekennzeichnet, dass der Durchmesser der Abschirmscheibe (6) ≤ 1/3 des Durchmessers des Objektes ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 19, dadurch gekennzeichnet, dass der mindestens eine Öffnungsmechanismus (100) und/oder das mindestens eine Vorspannelement (12) in der zentralen Haltearmbefestigung (2) und/oder in den Haltearmen (7) eingekapselt ist.