DE102006045866B4

DE102006045866B4 - Halte- und Drehvorrichtung für berührungsempfindliche ebene Objekte

Info

Publication number: DE102006045866B4
Application number: DE102006045866A
Authority: DE
Inventors: Sönke Siebert; Dietrich Dr. Drews; Holger Dr. Wenz
Original assignee: Nanophotonics GmbH
Current assignee: Rudolph Technologies Germany GmbH
Priority date: 2006-09-28
Filing date: 2006-09-28
Publication date: 2010-08-12
Anticipated expiration: 2026-09-29
Also published as: WO2008037791A1; US8444126B2; US20100001449A1; DE102006045866A1

Abstract

Halte- und Drehvorrichtung für berührungsempfindliche ebene Objekte (16, 61, 80) mit einer Einrichtung zur Abstandspositionierung, welche eingerichtet ist, das Objekt (16, 61, 80) in Richtung senkrecht zur Objektebene auf einem definierten Abstand zu halten, einer Einrichtung zur lateralen Positionierung (20), welche eingerichtet ist, das Objekt (16, 61, 80) in der Objektebene zu positionieren und sich mit dem Objekt (16, 61, 80) um eine Rotationsachse senkrecht zur Objektebene mitzudrehen, und mit einem eine Antriebskraft zur Drehung des Objekts um die Rotationsachse bereitstellenden Rotationsantrieb (34), welcher mit der Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) gekoppelt ist, wobei die Antriebskraft mittels der Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) in das Objekt (16, 61, 80) einleitbar ist, wobei
die Einrichtung zur lateralen Positionierung das Objekt (16, 61, 80) weder auf dessen Oberseite noch auf dessen Unterseite berührt, und
wobei die Einrichtung zur Abstandspositionierung Mittel zum berührungslosen Halten des Objekts (16, 61, 80) aufweist und...

Description

Die Erfindung betrifft eine Halte- und Drehvorrichtung für berührungsempfindliche ebene Objekte, insbesondere Wafer, mit einer Einrichtung zur Abstandspositionierung, welche eingerichtet ist, das Objekt in Richtung senkrecht zur Objektebene auf einem definierten Abstand zu halten, einer Einrichtung zur lateralen Positionierung, welche eingerichtet ist das Objekt in der Ebene zu positionieren und sich mit dem Objekt um eine Rotationsachse senkrecht zur Objektebene mitzudrehen, und mit einem eine Antriebskraft zur Drehung des Objekts um die Rotationsachse bereitstellenden Rotationsantrieb, welcher mit der Einrichtung zur lateralen Positionierung gekoppelt ist, wobei die Antriebskraft mittels der Einrichtung zur lateralen Positionierung in das Objekt einleitbar ist.
Wafer werden sowohl in der Fertigung als auch während der Prozesskontrolle automatisch durch Roboter bewegt. Einige Fertigungs- und Prozessschritte erfordern die Rotation der Wafer um ihre eigene Achse. Beispiel ist die Inspektion der Wafer hinsichtlich Kontamination und Beschädigung mit Hilfe von optischen Verfahren, wie beispielsweise in der DE 102 37 477 B4 beschrieben. Das optische Messsystem weist ein Streulichtinspektionsgerät auf, mit dem die Oberfläche des schnell rotierenden Wafers mit einem Laser spiralförmig abgetastet wird. Um den Wafer hierbei zu haltern und in Rotation zu versetzen, kommt die eingangs genannte Haltevorrichtung zum Einsatz.
Vorsicht bei der Konzeption einer solchen Halterung ist auch immer hinsichtlich einer möglichen Kontamination geboten. Auch deshalb ist jeglicher Kontakt mit der Waferoberfläche zu vermeiden. Dies gilt insbesondere für die Haltevorrichtung, die nach Möglichkeit den Wafer weder auf der Vorderseite noch auf der Rückseite berühren sollte. In der modernen Halbleiterfertigung besteht zudem ein wachsendes Inte resse daran, auch die Rückseite der Wafer zu inspizieren, welche also von dort mittels eines Messsystems frei zugänglich sein muss. Die zu diesem Zweck vorgeschlagenen Systeme beruhen auf unterschiedlichen Prinzipien, wie im Einzelnen aus der nachfolgenden Diskussion des Stands der Technik ersichtlich wird. Ferner werden schnelle Rotationen von einigen 1.000 Umdrehungen pro Minute angestrebt. Dabei ist es wichtig, dass der Wafer möglichst plan und rund läuft. Eine Verformung oder Schwingung des Wafers würde bei dem optischen Abtastverfahren zu einer Beeinträchtigung des Messergebnisses führen. All diesen Anforderungen sollte die Haltevorrichtung genügen.
Die US 6 559 938 B1 offenbart eine Haltevorrichtung, welche ein Luftkissen, also einen Fluidstrom, zur Abstandspositionierung des Wafer über einem Tisch nutzt. Das Drehmoment für die Rotation wird mittels mehrer entlang eines Umfangssegments des Wafers angeordneter, angetriebener Reibrollen eingeleitet, nachdem der Tisch mit dem eingelegten Wafer aus der Horizontalen geneigt wurde, so dass letzterer auf den Reibrollen aufliegt. Da hier keine Randgreifer zum Einsatz kommen, ist der Wafer von der Vorderseite und der Rückseite weitgehend frei zugänglich, so dass grundsätzlich eine gleichzeitige Inspektion beider Seiten möglich ist. Problematisch hierbei ist, dass der Andruck durch die auf den Wafer wirkende Schwerkraft begrenzt ist und deshalb keine hohen Drehmomente eingeleitet werden können. Deshalb stellt diese Art des Antriebs keine ausreichende Drehgeschwindigkeit sicher. Ein anderes Problem kann ein durch den unmittelbaren Kontakt der bewegten Reibrollen zu dem Waferrand verursachter Abrieb darstellen. Aufgrund einer bekanntermaßen am Waferrand ausgebildeten Ausnehmung (Notch) sind bei diesem Antriebsprinzip ferner sehr hohe Anforderungen an die Präzision der Vorrichtung gestellt, damit sowohl ein ausgezeichneter Rundlauf als auch eine gleichmäßige Drehmomenteinleitung sichergestellt ist. Aus den vorgenannten Gründen geht die Erfindung von einem andern Antriebsprinzip aus.
Ein Beispiel für eine gattungsgemäße Haltevorrichtung ist in der DE 10 2004 036 435 A1 gezeigt. Diese weist einen mechanischen Randgreifer auf, der den Wafer weitgehend kontaminationsfrei haltert. Jedoch berührt er dabei die Wafervorderseite und die Waferrückseite in dessen Randbereich. Außerdem kann diese Haltevorrichtung nur in einem schmalen Drehzahlbereich eingesetzt werden, weil sich über einem Drehtisch der Haltevorrichtung, bedingt durch die Zentrifugalkraft, ein Luftdruckgradient einstellt, der den Wafer andernfalls verbiegt.
Nur noch eine Seite des Wafers berührt die Haltevorrichtung gemäß der WO 03/088 324 A2 . Gemäß dieser Lehre liegt der Wafer im Randbereich auf einer Auflagefläche an dem Waferhalter auf. Von derselben Seite wird ein Luftstrom gegen den Wafer gereichtet, der eine Bernoulli-Kraft erzeugt und den Wafer gegen die Auflageflächen andrückt.
Aus dem US-Patent 6 702 302 B2 ist eine Haltevorrichtung bekannt, bei der sich mittels einer Gaszuführung in einem Drehtisch Druckverhältnisse einstellen lassen, die für eine plane Auflage des Wafers sorgen. Der Wafer wird im Bereich seiner Kanten durch am Tisch befestigte, in radialer Richtung bewegliche Greifer fixiert, die zugleich das Moment für die Rotation des Wafers einleiten.
Aus der DE 10 2005 000 665 A1 ist eine Haltevorrichtung bekannt, die den Wafer in Richtung senkrecht zu dessen Haupterstreckungsebene ebenfalls durch ein Luft- oder Gaspolster auf einem definierten Abstand hält. Ferner weist die Haltevorrichtung schräg zu dessen Ebene wirkende Düsen auf, die eine parallel zu dieser Ebene wirkende Kraftkomponente erzeugen und den Wafer mit Hilfe von passiven Anschlägen in radialer Richtung fixiert. Der Wafer wird formschlüssig durch einen in die Ausnehmung am Waferrand eingreifenden Mitnehmer in Drehung versetzt.
Die letzteren Halter eignen sich zwar für hohe Drehgeschwindigkeiten und bieten zum Teil auch einen ausreichenden Planlauf, jedoch kann hier jeweils nur eine, nämlich die den Randgreifern gegenüberliegende Waferseite inspiziert und der Wafer muss zur Inspektion der anderen Seite (Rückseite) gewendet werden.
Aus der WO 03/060 961 A1 ist eine Transportvorrichtung für die berührungslose Halterung und den berührungslosen Transport von ebenen Objekten bekannt, welche mittels in einen Tisch eingelassener Öffnungen, die einerseits Auslassdüsen und andererseits Ansaugdüsen bilden, ein Luftkissen geschaffen, das sich sehr gezielt einstellen lässt und mit dem sich eine gleichmäßige Unterstützung und/oder ein Transport des ebenen Objekts erzielen lässt. Hiermit ist prinzipiell auch eine Über-Kopf-Halterung möglich, so dass nicht der Wafer gewendet werden muss sondern die Halterung von der anderen Waferseite zugeführt werden kann.
Aus der WO 00/61 474 A1 ist ferner eine Haltevorrichtung zum berührungslosen Positionieren ebener Objekte bekannt, die Levitationsschallwellen erzeugt, welche über ausgewählte Energieknotenpunkte eine Halteebene definieren, in der das Objekt in der Schwebe gehalten werden kann.
Eine weitere Haltevorrichtung, welche Levitationsschallwellen zur Halterung ebener Objekte nutzt, ist aus der US 2004/0 070 221 A1 bekannt. Die Haltevorrichtung wird gemäß dieser Lehre insbesondere zur kontaktlosen Überkopf-Halterung von Halbleiterbauelement verwendet.
Der vorgenannte Stand der Technik ist teilweise gar nicht und teilweise nur sehr aufwändig mit einem Rotationsantrieb verbindbar bzw. verbunden. Hierbei weisen insbesondere die mittels Fluidstrom wirkenden Einrichtungen zur Abstandspositionierung den Nachteil auf, dass die Zu- und Ableitungen für das Fluid einen hohen Konstruktionsaufwand erfordern und große bewegte Massen darstellen.
Solche Haltevorrichtungen sind daher insbesondere für kompakte, in Prozessmaschinen integrierbare Inspektionsgeräte ungeeignet. Zudem haben sie den Nachteil, dass aufgrund ihres Aufbaus ein Zugang für die Streulichtinspektion zur Waferrückseite erschwert ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es demgemäß, eine besonders kompakte Haltevorrichtung bereitzustellen, mit der ein ebenes Objekt, insbesondere ein Wafer, bei minimaler Kontamination beider Wafersei ten, hoher Drehzahl und einem Planlauf von wenigen 100-tel Millimetern so gehaltert werden kann, dass möglichst freier Zugang zu dessen Vorder- und Rückseite besteht. Ferner sollte die Haltevorrichtung über Kopf betreibbar sein, damit der Wafer von oben wie von unten gehaltert und inspiziert werden kann, ohne diesen selbst wenden zu müssen.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine Haltevorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen finden sich in den Unteransprüchen.
Die Erfindung sieht vor, dass bei einer Haltevorrichtung der eingangs genannten Art die Einrichtung zur Abstandspositionierung Mittel zum berührungslosen Halten des Objekts aufweist und vom Rotationsantrieb derart entkoppelt ist, dass die Einrichtung zur Abstandspositionierung sich nicht mit dem Objekt mitdreht.
Auf diese Weise kann der rotierende Teil, nämlich die Einrichtung zur lateralen Positionierung nebst Rotationsantrieb konstruktiv einfach und die bewegten Massen gering gehalten werden. Die Einrichtung zur Abstandspositionierung ist dem gegenüber ortsfest und kann auf diese Weise unter Berücksichtigung der aerodynamischen Bedingungen vergleichsweise leicht an die Platzverhältnisse, insbesondere unter Berücksichtung des für die Streulichtinspektion benötigten Platzes, angepasst werden.
Bevorzugt weist die Einrichtung zur Abstandspositionierung eine Düsenanordnung auf, die zum Erzeugen eines im Wesentlichen senkrecht auf die Oberflächen gerichteten Fluidstroms eingerichtet ist, mit dem das Objekt auf einem definierten Abstand gehalten wird.
Solche an sich bekannten „Bernoulli-Chucks” eröffnen in ortsfester Anordnung jedoch die Möglichkeit einer einfachen Fluidzuführung ohne die bekannten aufwändigen Drehdurchführungen, welche die bewegte Masse zusätzlich vergrößern und im Hinblick auf die Luftreinhaltung kritisch sind.
In einer alternativen vorteilhaften Weiterbildung weist die Einrichtung zur Abstandspositionierung Schallerzeugungsmittel auf, die zum Erzeugen von Levitationsschallwellen eingerichtet sind, mit denen das Objekt in einem bestimmten Energieknotenpunkt in der Schwebe gehalten wird.
Auch solche Einrichtungen zur Abstandspositionierung sind, wie eingangs erwähnt, an sich bekannt, jedoch nur für den Einsatz in technologischen Prozessen, in denen waagerechtes und senkrechtes Transportieren, Lagern oder Zwischenlagern erforderlich ist. Der Einsatz in Verbindung mit einer Rotation, insbesondere zur Inspektion des Objekts ist nicht vorbekannt. Die Vorzüge dieser Art der Abstandspositionierung liegen in einem geringeren Luft- und Energieverbrauch und damit verbundener leichterer Luftreinhaltung.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung weist die Einrichtung zur Abstandspositionierung Evakuierungsmittel auf, die zum Erzeugen eines lokalen Unterdrucks eingerichtet sind und die mit der Düsenanordnung oder den Schallerzeugungsmitteln so zusammenwirken, dass das Objekt auf dem definierten Abstand gehalten wird.
Insbesondere im Vergleich zu einer Düsenanordnung ohne Evakuierungsmittel hat sich gezeigt, dass sich durch die Evakuierungsmittel der Volumenstrom des Fluids sowie dessen Strömungsgeschwindigkeit senken lässt, wodurch die Kontaminationsgefahr verringert wird. In Verbindung mit den Schallerzeugungsmitteln erweisen sich die zusätzlichen Evakuierungsmittel als dahingehend vorteilhaft, dass sich eine solche Einrichtung zur Abstandspositionierung zur Überkopf-Halterung des Objekts eignet, so dass sich die Waferrückseite inspizieren lässt, ohne den Wafer wenden zu müssen.
Die Einrichtung zur Abstandspositionierung weist gemäß einer vorteilhaften Weiterbildung einen im Wesentlichen ebenen Tisch auf, in dem die Düsenanordnung, die Schallerzeugungsmittel und/oder die Evakuierungsmittel so angeordnet sind, dass das Objekt parallel zum Tisch auf dem definierten Abstand gehalten wird.
In einer vorteilhaften Weiterbildung der Haltevorrichtung weist der Tisch eine Öffnung für den Zugang eines optischen Messsystems zu dem Objekt auf.
Da die Einrichtung zur Abstandspositionierung und damit der Tisch ortsfest angeordnet sind, kann so das optische Messsystem beispielsweise von unten durch die Öffnung zum Abtasten der Objektoberfläche auf den hierzu benötigten Abstand herangeführt werden. Die Öffnung kann beispielsweise in Form eines Durchbruchs oder in Form eines den Tisch in zwei Hälften teilenden Spaltes ausgestaltet sein, wobei jeweils dafür Sorge zu tragen ist, dass die aerodynamischen Bedingungen zwischen dem Tisch und dem Objekt die geforderte Abstandspositionierung gewährleisten.
In einer vorteilhaften Ausführungsform ist die Einrichtung zur lateralen Positionierung eingerichtet, die Antriebskraft mittels Reibschluss in das Objekt einzuleiten. In einer anderen Ausführungsform kann es vorteilhaft sein, dass die Einrichtung zur lateralen Positionierung eingerichtet ist, die Antriebskraft mittels Formschluss in das Objekt einzuleiten.
Besonders bevorzugt weist die Einrichtung zur lateralen Positionierung Ausweichmittel auf, die eingerichtet sind, eine Ausweichbewegung des Objekts in Abstandsrichtung zuzulassen.
Dies ist vorteilhaft, weil die Haltevorrichtung andernfalls hinsichtlich der Haltekraft in Abstandsrichtung, also senkrecht zur Objektebene, mechanisch überbestimmt ist, so dass, falls die Rotationsachse nicht perfekt senkrecht zur Objektebene ausgerichtet ist, alternierende Kräfte an dem Objekt angreifen, die es in Schwingung versetzen oder durch Abrieb Partikel erzeugen können.
Die Ausweichmittel weisen bevorzugt dem Anschlagelement, Randgreifer und/oder Mitnehmer jeweils zugeordnete, in Abstandrichtung wirkende Federelemente auf.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung ist die Einrichtung zur lateralen Positionierung aus demselben Grund eingerichtet, in Abstandsrichtung im Wesentlichen keine Haltekraft auf das Objekt auszuüben.
Die Einrichtung zur lateralen Positionierung und die Einrichtung zur Abstandspositionierung können auf derselben Seite der Objektebene angeordnet sein. Dieser Aufbau ist konstruktiv einfacher. Die Einrichtung zur lateralen Positionierung und die Einrichtung zur Abstandspositionierung können aber beispielsweise aus konstruktionsbedingten Erfordernissen auf den gegenüberliegenden Seite der Objektebene angeordnet sein.
Weiter Aufgaben, Merkmale und Vorteile werden nachfolgend anhand von Ausführungsbeispielen mit Hilfe der Zeichnungen näher erläutert.
Es zeigen:
1 und 1A eine erfindungsgemäße Haltevorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform mit drei Randgreifern als aktive laterale Positionierungselemente in der Seitenansicht sowie eine Ausschnittsvergrößerung hieraus;
2 eine Haltevorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform mit rein passiven lateralen Positionierungselementen in perspektivischer Darstellung;
3 eine Haltevorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform mit passiven und aktiven lateralen Positionierungselementen in perspektivischer Darstellung;
4 eine Haltevorrichtung gemäß einer vierten Ausführungsform mit passiven und aktiven lateralen Positionierungselementen in perspektivischer Darstellung.
Die Haltevorrichtung gemäß 1 ist teils in der Seitenansicht und teils im Schnitt dargestellt. Sie weist auf ihrer Unterseite eine Einrichtung zur Abstandspositionierung in Form eines Tisches 10 mit einer ringförmigen Anordnung mehrerer Düsen 12 auf. Die Düsen 12 werden im Wesentlichen durch Durchgangsbohrungen in dem Tisch 10 gebildet, die, wie dargestellt, senkrecht oder auch schräg zur Tischebene angeordnet sein können. Der so erzeugte Fluidstrom (gekennzeichnet durch Pfeile 14) ist entsprechend im Wesentlichen senkrecht, gegebenenfalls schräg, auf die Ebene eines über dem Tisch auf definiertem Abstand gehaltenen Wafers 16 gerichtet, wobei durch einen schrägen Fluidstrom zusätzlich eine laterale Kraft auf den Wafer ausgeübt werden kann.
Auf der Oberseite des Wafers 16 befindet sich eine Einrichtung zur lateralen Positionierung 20. Diese weist drei in Form eines Speichensterns angeordnete Randgreifer 22, 24 mit parallel zur Waferebene verlaufenden Speichenabschnitten 36, 37 auf, von denen zur Vereinfachung nur zwei dargestellt sind. Die Randgreifer 22, 24 sind zwischen einer Fixierung und einer Freigabe des Wafers im Wesentlichen linear, parallel zur Ebene des Wafers 16 hin und her beweglich (gekennzeichnet durch Doppelpfeile 26). Die Randgreifer 22, 24 greifen mit einem abgewinkeltem Abschnitt 28 bzw. 30 im Randbereich des Wafers 16 an diesem an und bringen eine parallel zur Ebene des Wafers wirkende Klemmkraft K auf. Zur Bewegung und Erzeugung der Klemmkraft sind alle Randgreifer mittels eines gemeinsamen Betätigungsmechanismus synchron zwischen der Fixierung und der Freigabe hin und her bewegbar. Der gemeinsame Betätigungsmechanismus ist in einem zentralen Gehäuse 32 angeordneten. Derartige Betätigungsmechanismen sind weitgehend bekannt. Sie weisen in der Regel ein Vorspannelement (Feder), mittels dessen die Klemmkraft K erzeugt wird, und ein Betätigungselement auf, mit dem die Randgreifer gegen die Klemmkraft K in die Freigabeposition bewegt werden.
Alternativ zu den linear beweglichen Randgreifen 26 gemäß 1 können beispielsweise auch Randgreifer verwendet werden, die an den Enden von im wesentlichen starren Armen schwenkbar angelenkt sind und zwischen der Fixierungsstellung am Rand des Wafers und einer Freigabestellung hin- und her geschwenkt werden. Ein solcher Mechanismus ist prinzipiell beispielsweise aus der DE 10 2004 036 435 A1 bekannt.
Die Randgreifer 22, 24 gemäß 1 werden mittels eines Rotationsantriebs 34 um die Rotationsachse A gedreht. Dabei erfolgt eine Mitnahme des Wafers 16 reibschlüssig über die am Rand des Wafers 16 anliegenden abgewinkelten Abschnitte 28, 30 der Randgreifer. Die Randgreifer 22, 24 greifen daher mit möglichst geringer Klemmkraft K in der Objektebene an und berühren dabei weder die Oberseite noch die Unterseite des Wafers 16.
Die Klemmkraft K muss allerdings ausreichend sein, um eine reibschlüssige Mitnahme während der Beschleunigung und Verzögerung des Rotationsantriebs 34 zu gewährleisten. Da andererseits die Abstandspositionierung über die Anordnung der Düsen 12 und die Druckverhältnisse im Spalt 18 zwischen dem Tisch 10 und dem Wafer 16 erfolgt, muss nach Möglichkeit jede Haltekraft der Randgreifer 22, 24 in dieser Richtung entfallen, damit der Wafer im Falle einer nicht exakten senkrechten Ausrichtung der Rotationsachse A auf die Ebene des Wafers keine Spannungen erfährt.
Zu diesem Zeck weisen die Randgreifer 22, 24 im Bereich ihrer Speichenabschnitte 36, 37 Ausweichmittel in Form von Biegefederelementen 38, 39 auf, wie in der Ausschnittsvergrößerung der 1A erkennbar ist. Diese können beispielsweise in Form von befestigten Federblechen oder angeformten Festkörpergelenken ausgebildet sein. Die Federelemente 38, 39 wirken ausschließlich in Abstandrichtung und sind in allen anderen Richtungen steif, so dass der Randgreifer und mit ihm der Wafer während der Rotation in Abstandrichtung ausweichen kann, eine reibschlüssige Mitnahme aber während der ganzen Zeit gewährleitstet ist.
In 2 ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung gezeigt, bei welcher die Einrichtung zur Abstandspositionierung und die Einrichtung zur lateralen Positionierung auf der selben Seite der Objektebene angeordnet sind. Die Einrichtung zur Abstandspositionierung weist einen kreisförmigen ebenen Tisch 40 mit einer Anordnung von mehreren Düsen 50 auf, durch welche der im Wesentlichen senkrecht auf die Objektebene gerichtete Fluidstrom austritt, mittels dessen das Objekt (nicht dargestellt) auf definiertem Abstand gehalten wird. Ferner befindet sich auf der Unterseite des Tisches 40 ein Zuleitungssystem für das Fluid, nicht dargestellt.
Die Einrichtung zur lateralen Positionierung weist drei Anschlagselemente 44, 46 und 48 auf, die an den Enden eines gemeinsamen Speichensterns 42 relativ zueinander unbeweglich fixiert sind. Das Anschlagselement 48 weist einen Vorsprung 54 auf seiner radial einwärts gewandten Seite auf. Der Vorsprung ist so eingerichtet, dass er in eine korrespondierende Ausnehmung (Notch) im Rand des Wafers eingereift, und dient als Mitnehmer zur formschlüssigen Einleitung der Antriebskraft. Die Antriebskraft wird von einem nicht dargestellten Rotationsantrieb auf den Speichenstern 42 der Einrichtung zur lateralen Positionierung und von diesem auf die Anschlagselemente 44, 46 und 48 übertragen.
Da die Anschlagselemente in der Objektebene ortsfest angeordnet sind, muss ihre Anordnung möglichst passgenau auf den Durchmesser des zu haltenden Objekts abgestimmt sein. Es handelt sich demgemäß um eine Einrichtung zur passiven lateralen Positionierung. Zusammen mit dem Vorsprung 54 definieren die Anschlagselemente 44, 46 und 48 die Position des Objekts in der Objektebene und zwar nicht nur lateral, sondern wegen des Formschlusses auch bezüglich dessen Winkelstellung.
Die Haltevorrichtung gemäß 3 stimmt insoweit konstruktiv mit der Haltevorrichtung gemäß 2 überein, als die Einrichtung zur Abstandspositionierung einen kreisförmigen ebenen Tisch 60 mit einer Anordnung von mehreren Düsen 64 und die Einrichtung zur lateralen Positionierung die Form eines Speichensterns 62 aufweisen. Diesmal befinden sich beide Einrichtungen jedoch auf gegenüberliegenden Seiten des gestrichelt angedeuteten Objekts (Wafer 61). Neben der Anordnung von Düsen 64, die in Form eines inneren Kreises angeordnet sind und einen im Wesentlichen senkrecht auf die Objektoberfläche gerichteten Strom zur Abstandshalterung erzeugen, weist der Tisch ferner auf einem äußeren Kreis eine Anordnung weiterer Düsen (Ansaugdüsen) 66 auf, die von der Unterseite des Tisches 60 mit einer Vakuumpumpe verbunden sind und zusammen mit dieser Evakuierungsmittel bilden, die einen lokalen Unterdruck im Zwischenraum zwischen dem Tisch 60 und dem nicht dargestellten Objekt erzeugen. Der Unterdruck wirkt mit dem Fluidstrom derart zusammen, dass das Objekt auf dem definierten Abstand gehalten wird und dabei auch über Kopf gehaltert werden kann.
Der Tisch weist ferner eine Öffnung 68 in Form eines den Tisch einseitige einschneidenden Durchbruchs auf, der Zugang für ein optisches Messsystem zur Inspektion des Objekts von der Unterseite verschafft. Der Durchbruch reicht bis zur Mitte des Tisches, sodass eine vollständige Inspektion der Objektoberfläche ermöglicht wird.
An dem von oben herangeführten Speichenstern 62 sind wiederum drei Anschlagselemente 70, 72, 74 angeordnet. Die zwei Anschlagselemente 70, 72 sind radial, d. h. in der Objektebene ortsfest angeordnet. Das Anschlagselement 72 weist wiederum einen Vorsprung 76 zum formschlüssigen Eingriff in eine entsprechende Ausnehmung am Objektrand auf. Das dritte Anschlagselement 74 ist nicht ortsfest angeordnet, sondern schwenkbar an dem zugeordneten Arm des Speichensterns 62 angelenkt. Das Anschlagselement 74 ist so angeordnet, dass es im Stillstand zum Beladen der Haltevorrichtung einen geringen Abstand (Spiel) zum Objektrand aufweist. Das Anschlagselement 74 weist ferner oberhalb seiner Schwenkachse ein Fliehgewicht 78 auf, welches im Betrieb aufgrund der Rotation des Speichensterns 62 nach außen beschleunigt wird und das untere Ende des Anschlagselements 74 gegen den Rand des Objekts 61 andrückt und somit das Spiel zum Beladen beseitigt. Zusätzlich zu dem passiven Fliehgewicht weist das An schlagselement 74 üblicherweise noch eine aktive Anstelleinrichtung auf, mit der es schon während der Anlaufphase für eine ausreichende Zentrierung des Wafers sorgt, da bei geringer Drehzahl die auf das Fliehgewicht wirkende Fliehkraft noch nicht ausreicht. Die Anstelleinrichtung nebst der dazugehörigen Steuerung ist in 3 nicht dargestellt.
Obgleich das Anschlagselement 74 nicht ortsfest bezüglich der Objektebene angeordnet ist, erfolgt die Mitnahme des Objekts formschlüssig und die Einrichtung zur lateralen Positionierung ist insofern nicht aktiv als das Anschlagselement keine Klemmkraft für die reibschlüssige Mitnahme des Objekts aufbringt – und deshalb auch in Abstandsrichtung im Wesentlichen keine Haltekraft auf das Objekt 61 ausübt, sondern lediglich eine definierte laterale Position sowie den Formschluss mit dem Vorsprung 76 sicherstellt.
In 4 ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung in stark vereinfachter Darstellung in der Draufsicht gezeigt. Ein kreisrunder Wafer 80 wird darin zwischen zwei in der Waferebene ortsfesten Anschlagselementen 82 und 84 und einem zwischen einer Fixierung und einer Freigabe hin- und herbeweglichen Randreifer 86 in einer lateralen Position gehalten. Der Randgreifer 86 ist mit einem Betätigungsmechanismus verbunden und eingerichtet, im Randbereich an dem Wafer 80 anzugreifen und eine parallel zur Waferebene wirkende Klemmkraft K aufzubringen. Durch die Dreipunktanlage ist die Position in der Waferebene genau definiert. Eine Mitnahme durch die drehbaren Anschlagselemente und den Randgreifer 86 erfolgt mittels Reibschluss. Es handelt sich bei dem Ausführungsbeispiel gemäß 4 im Gegensatz zu dem gemäß 3 also um eine Einrichtung zur lateralen Positionierung des Wafers 80 mit einem aktiven Randgreifer und formschlüssiger Mitnahme. Der Betätigungsmechanismus für den Randgreifer 86, der Rotationsantrieb und die Einrichtung zur Abstands halterung befinden sich auf derselben Seite unterhalb des Wafers 80, so dass dessen Oberseite zur Inspektion frei zugänglich ist. Der Betätigungsmechanismus für den Randgreifer 86 und der Rotationsantrieb sind in 4 nicht dargestellt.
Die Einrichtung zur Abstandspositionierung weist in dieser Ausführungsform einen Tisch 88 mit Schallerzeugungsmitteln 90 auf, die Levitationsschallwellen abstrahlen, mit denen der Wafer 80 in einem bestimmten Energieknotenpunkt in der Schwebe und somit auf einem definierten Abstand über dem Tisch 88 gehalten wird.
Die erfindungsgemäße Haltevorrichtung kann aufgrund ihrer Flexibilität nicht nur mit dem eingangs erwähnten Streulichtinspektionsgerät zur Oberflächeninspektion von Wafern eingesetzt werden. Es lässt sich ferner beispielsweise mit einem Bilderkennungs- oder Streulichtinspektionsgerät zur Kanteninspektion, einer Einrichtung zur geometrischen Vermessung der Wafer, insbesondere der Kantengeometrie, oder einem Wafer-ID-Reader zum Auslesen in bekannter Weise auf dem Wafer vorgesehener Information kombinieren.

10: Tisch
12: Düsen
14: Fluidstrom
16: Wafer (Objekt)
18: Spalt zwischen Tisch und Objekt
20: Einrichtung zur lateralen Positionierung
22: Randgreifer
24: Randgreifer
26: Hin- und Herbewegung
28: abgewinkeltes Ende des Randgreifers
30: abgewinkeltes Ende des Randgreifers
32: Gehäuse
34: Rotationsantrieb
36: Speichenabschnitt
37: Speichenabschnitt
38: Federelement
39: Federelement
40: Tisch
42: Speichenstern
44: Anschlagselement
46: Anschlagselement
48: Anschlagselement
50: Düse
54: Vorsprung (Mitnehmer)
60: Tisch
61: Wafer
62: Speichenstern
64: Düse
66: Ansaugdüse
68: Öffnung (Nut)
70: Anschlagselement
72: Anschlagselement
74: Anschlagselement
76: Vorsprung (Mitnehmer)
78: Fliehgewicht
80: Wafer
82: Anschlagselement
84: Anschlagselement
86: Anschlagselement
88: Tisch
90: Schallerzeugungsmittel
A: Rotationsachse
K: Klemmkraft

Claims

Halte- und Drehvorrichtung für berührungsempfindliche ebene Objekte (16, 61, 80) mit einer Einrichtung zur Abstandspositionierung, welche eingerichtet ist, das Objekt (16, 61, 80) in Richtung senkrecht zur Objektebene auf einem definierten Abstand zu halten, einer Einrichtung zur lateralen Positionierung (20), welche eingerichtet ist, das Objekt (16, 61, 80) in der Objektebene zu positionieren und sich mit dem Objekt (16, 61, 80) um eine Rotationsachse senkrecht zur Objektebene mitzudrehen, und mit einem eine Antriebskraft zur Drehung des Objekts um die Rotationsachse bereitstellenden Rotationsantrieb (34), welcher mit der Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) gekoppelt ist, wobei die Antriebskraft mittels der Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) in das Objekt (16, 61, 80) einleitbar ist, wobei die Einrichtung zur lateralen Positionierung das Objekt (16, 61, 80) weder auf dessen Oberseite noch auf dessen Unterseite berührt, und wobei die Einrichtung zur Abstandspositionierung Mittel zum berührungslosen Halten des Objekts (16, 61, 80) aufweist und vom Rotationsantrieb (34) der Art entkoppelt ist, dass die Einrichtung zur Abstandspositionierung sich nicht mit dem Objekt (16, 61, 80) mitdreht.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abstandspositionierung eine Düsenanordnung (50, 64) aufweist, die zum Erzeugen eines senkrecht auf die Objektebene gerichteten Fluidstromes eingerichtet ist, mit dem das Objekt (16, 61, 80) auf dem definierten Abstand gehalten ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abstandspositionierung Schallerzeugungsmittel aufweist, die zum Erzeugen von Levitationsschallwellen eingerichtet sind, mit dem das Objekt (16, 61, 80) in einem bestimmten Energieknotenpunkt in der Schwebe gehalten ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abstandspositionierung Evakuierungsmittel aufweist, die zum Erzeugen eines lokalen Unterdrucks eingerichtet sind und die mit der Düsenanordnung (50, 64) oder den Schallerzeugungsmitteln so zusammenwirken, dass das Objekt (16, 61, 80) auf dem definierten Abstand gehalten ist.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 2 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur Abstandspositionierung einen ebenen Tisch (40, 60) aufweist, in dem die Düsenanordnung (50, 64), die Schallerzeugungsmittel und/oder die Evakuierungsmittel so angeordnet sind, dass das Objekt (16, 61, 80) parallel zum Tisch (40, 60) auf dem definierten Abstand gehalten ist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch (40, 60) einen geringeren Durchmesser aufweist als das zu haltende Objekt (16, 61, 80).
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Tisch (40, 60) eine Öffnung (52, 68) für den Zugang eines optischen Messsystems zu dem Objekt (16, 61, 80) aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) eingerichtet ist, die Antriebkraft mittels Reibschluss in das Objekt (16, 61, 80) einzuleiten.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) eingerichtet ist, die Antriebkraft mittels Formschluss in das Objekt (16, 61, 80) einzuleiten.
Haltevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) wenigstens einen zwischen einer Fixierung und einer Freigabe hin-und-her-beweglichen Randgreifer (22, 24) aufweist, der eingerichtet ist, im Randbereich des Objekts (16, 61, 80) an diesem anzugreifen und eine parallel zur Objektebene wirkenden Klemmkraft aufzubringen.
Haltevorrichtung nach Anspruch 10 für kreisrunde Objekte, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) drei jeweils zwischen einer Fixierung und einer Freigabe hin-und-her-bewegliche, auf einem Kreis beabstandet angeordnete Randgreifer (22, 24) aufweist.
Haltevorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die drei Randgreifer (22, 24) mittels eines gemeinsamen Betätigungsmechanismus synchron zwischen der Fixierung und der Feigabe hin-und-her-bewegbar sind.
Haltevorrichtung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Randgreifer (22, 24) ein Fliehgewicht (78) aufweist.
Haltevorrichtung wenigstens nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) einen Mitnehmer (54) aufweist, der eingerichtet ist, in eine korrespondierende Ausnehmung des Objektes (16, 61, 80) einzugreifen.
Haltevorrichtung nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) wenigstens ein in der Objektebene ortsfestes Anschlagselement (44, 74, 84) aufweist, das zusammen mit dem Randgreifer (22, 24) und/oder dem Mitnehmer (54) die Position in der Objektebene definiert.
Haltevorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass das Anschlagselement (74) ein Fliehgewicht (78) aufweist.
Haltevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) Ausweichmittel aufweist, die eingerichtet sind, eine Ausweichbewegung des Objekts (16, 61, 80) in Abstandsrichtung zuzulassen.
Haltevorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausweichmittel dem Anschlagelement, Randgreifer und/oder Mitnehmer jeweils zugeordnete, in Abstandsrichtung wirkende Federelemente umfassen.
Haltevorrichtung nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung zur lateralen Positionierung (20) eingerichtet ist, in Abstandsrichtung keine Haltekraft auf das Objekt (16, 61, 80) auszuüben.