DE10328347A1 - Substratlade- und Substratentladevorrichtung - Google Patents

Substratlade- und Substratentladevorrichtung Download PDF

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John Tingay
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Vistec Lithography Ltd
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Abstract

Substratlade- und Substratentladevorrichtung zum automatischen Laden und Entladen von Substraten (S) in einer Vakuumumgebung, beispielsweise dem Arbeitsbereich (A) einer Elektronenstrahl-Lithografiemaschine, wobei die Vorrichtung einen Substrathalter (13) mit einem Substratstütztisch (17) und Positionierungsmitteln (18 bis 21) umfasst, die mit dem Substratstütztisch zusammenwirken können, um ein gehaltertes Substrat (S) gegen den Tisch zu drücken und dadurch auf dem Substratstütztisch (17) zu positionieren. Ein Vakuumbehälter (10) bildet eine Lade- und Entladekammer (11) mit einer Übergabeöffnung (12), die in Gebrauch mit einem evakuierten Bereich (A) der Maschine in Verbindung steht und die Übergabe des Substrathalters (13) zwischen der Lade- und Entladekammer (11) und dem evakuierten Bereich (A) in der Vakuumumgebung ermöglicht. Es sind Freigabemittel (22, 23; 28 bis 33) vorhanden zum Aufheben des Zusammenwirkens zwischen den Positionierungsmitteln und dem Substrattisch und zum Bereitstellen einer temporären Substrathalterung, die frei zum Tisch beabstandet ist, so dass es möglich ist, Substrate zum Substratstütztisch und vom Substratstütztisch zu übergeben. Die temporäre Substrathalterung kann durch Haltestifte (29) vorgesehen sein, die zur Feineinstellung der Substratwinkelposition zusätzlich drehbar sein können.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betriff eine Vorrichtung zum automatischen Laden und Endladen von Substraten in einer Vakuumumgebung.
  • Die Verarbeitung von Substraten, wie beispielsweise Halbleiterscheibchen zur Aufnahme integrierter Schaltungen, wird oft in einer Vakuumumgebung ausgeführt, in der das Beschreiben von Mustern oder Substraten mithilfe von Elektronenstrahlen mit einer Effizienz und einem Maß an Genauigkeit und Detailliertheit erfolgen kann, das über die Möglichkeiten anderer Schreibtechniken hinausgeht. Die Massenproduktion von Substraten mit Schreibmustern erfordert das wiederholte Einbringen neuer Substrate in die Schreibzone sowie das Entfernen verarbeiteter Substrate aus der Zone, wobei jeweils das Vakuum ab- und anschließend wieder aufgebaut werden muss. Das beansprucht einen erheblichen Teil der Verarbeitungszeit für die Substrate und erhöht somit die Produktionskosten pro Stück. Das Be- und Entladen des Substrats, insbesondere eines bestimmten Substrathalters, wird im Allgemeinen von einer geschulten Kraft manuell ausgeführt, die den Halter aus der Maschine entnehmen, das verarbeitete Substrat entladen, ein neues Substrat einlegen und den Halter wieder einsetzen muss. Bei Bedarf muss zudem eine Feineinstellung der Substratposition in dem Halter als getrennter Schritt durchgeführt werden, der bestimmte Fertigkeiten und Kenntnisse verlangt.
  • Der vorliegenden Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung bereitzustellen, mit der das Laden von Substraten in und das Entladen von Substraten aus beispielsweise einem Substrathalter in automatischer Weise durchführbar ist, d.h. ohne dass in der Lade- und Entladezone die Notwendigkeit besteht, manuell in eine Vakuumumgebung einzugreifen, so dass das Vakuum zwischen den Verarbeitungsmaßnahmen für aufeinander folgende Substrate erhalten bleiben kann.
  • Eine weitere, nachgeordnete Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, eine automatische Einstellung der Substratposition in der Vakuumumgebung zu ermöglichen, so dass die Einstellung ohne manuelle Vorgänge durch einen geschulten Bediener durchführbar ist.
  • Weitere Aufgaben und Vorteile der Erfindung werden anhand der folgenden Beschreibung erläutert.
  • Erfindungsgemäß wird eine Substratlade- und Substratentladevorrichtung zum automatischen Laden und Entladen von Substraten in einer Vakuumumgebung bereitgestellt, wobei die Vorrichtung einen Substrathalter mit einem Substratstütztisch und Positionierungsmitteln umfasst, die mit dem Substratstütztisch zusammenwirken können, um ein gehaltertes Substrat gegen den Tisch zu drücken und dadurch zu positionieren, einen eine Ladeund Entladekammer bildenden Vakuumbehälter mit einer Übergabeöffnung, die in Gebrauch mit einem evakuierten Bereich in Verbindung steht und die Übergabe des Substrathalters zwischen der Lade- und Entladekammer und dem evakuierten Bereich in einer Vakuumumgebung ermöglicht, sowie Freigabemitteln zum Aufheben des Zusammenwirkens zwischen den Positionierungsmitteln und dem Substrattisch und zum Bereitstellen einer temporären Substrathalterung, die zum Tisch beabstandet ist, so dass es möglich ist, ein Substrat zum Substrathalter und vom Substrathalter zu übergeben.
  • Die Substratlade- und Substratentladevorrichtung dieser Art ist insbesondere zur Verwendung als Teil eines automatisierten Substratlade- und Substratentladesystems geeignet, in dem die Verarbeitung in einer Vakuumumgebung erfolgen muss. Durch Verbindung mit der Lade- und Entladekammer der Vorrichtung mit dem evakuierten Bereich der Maschine durch die Übergabeöffnung der Kammer wird die Vakuumumgebung zu der Vorrichtung erweitert, wodurch die Notwendigkeit eines eigenen Systems zur Vakuumerzeugung entfällt. Anstatt den Halter zum Laden und Entladen aus der Maschine zu nehmen, kann der Halter in der Vakuumumgebung bleiben und zwischen dem evakuierten Bereich, in dem die eigentliche Substratverarbeitung erfolgt, und der Kammer, in der die zu verarbeitenden Substrate in den Halter geladen und in der die verarbeiteten Substrate aus dem Halter entladen werden können, hin- und her übergeben werden. Die Übergabe des Halters zwischen dem evakuierten Bereich der Maschine und der Lade- und Entladekammer sowie der Übergabe der Substrate zum und vom Halter lässt sich mithilfe eines fernbedienbaren Übergabesystems vollziehen, das in der Maschine integriert ist und durch die Übergabeöffnung eingreift. Die Vakuumumgebung lässt sich dadurch dauerhaft erhalten, abhängig nur von der Bereitstellung weiterer Substrate für die Maschine und der Entnahme verarbeiteter Substrate aus der Maschine, was sich durch eine Luftschleuse bewerkstelligen lässt, die nur eine kleine Zone des evakuierten Bereichs betrifft. Verarbeitungszeitverluste aufgrund wiederholten Abbauens und Rufbauens des Vakuums zum Zwecke des Substratwechsels werden dadurch vermieden oder erheblich reduziert. Das automatische Laden und Entladen unter Vakuum kann zudem die Zeitkosten für geschultes Personal senken und das Risiko möglicher Handhabungsfehler der Art, die bei manuellem Laden und Entladen außerhalb der Maschine auftreten können.
  • Vorzugsweise definieren die Positionierungsmittel eine Referenzebene für eine obere Fläche des gehalterten Substrats. Dadurch ist gewährleistet, dass die kritische Oberfläche jedes Substrats, beispielsweise die obere Fläche eines Halbleiterscheibchens, die durch Schreiben eines Musters zu bearbeiten ist, in einer durchgängig wiederholbaren Position angeordnet wird. Die Ebene ist vorzugsweise durch drei beabstandete Kontaktpunkte definiert, die mit der oberen Fläche des Substrats in Kontakt zu bringen sind, so dass das Substrat an Positionen gegen den Tisch gedrückt wird, die eine gleichmäßige Verteilung der Kraft und eine Planlage der Substrate gegen jegliche inhärente Biege-, Verdreh- oder sonstige Verzugskräfte der Substrate sicherstellen. Die Kontaktpunkte können durch Kontaktflächen von Anschlagselementen ausgebildet sein, die über dem Tisch angeordnet und in Bezug zu einem Gehäuseelement der Halterung, beispielsweise einer Grundplatte, fixiert sind. Derartige Kontaktflächen können flach sein, sind aber vorzugsweise gerundet und können beispielsweise durch Oberflächen von Kugeln aus Saphir oder anderen geeigneten Materialien mit einer stabilen Temperaturcharakteristik, insbesondere mit einem niedrigen Wärmeausdehnungskoeffizienten, ausgebildet sein. Die einzelnen Anschlagselemente können sich, ggf. über Öffnungen in dem Tisch, nach unten zum Gehäuseelement erstrecken, wo sie befestigt sein können. Über dem Tisch können sich die Anschlagselemente über einen Teil der Fläche erstrecken, die das Substrat haltert, so dass die Anschlagselemente gemeinsam die Referenzebene bilden, ohne den Raum über dem Tisch und die Bewegung der Substrate zu dem und von dem Tisch wesentlich einzuschränken.
  • Vorzugsweise umfassen die Positionierungsmittel nachgiebige Mittel, um ein gehaltertes Substrat gegen den Tisch vorzuspannen. Eine elastisch einwirkende Anpresskraft gewährleistet eine feste Lage des Substrats, und zwar primär in der z-Achse und sekundär – durch die von der Anpresskraft erzeugte Reibung – in Richtung der x- und y-Achse, jedoch ohne die möglicherweise schädigenden Auswirkungen einer nicht nachgiebigen Einspannung. Die nachgiebigen Mittel umfassen vorzugsweise eine nachgiebige Befestigung des Tisches, so dass Komponenten, die die Referenzebene bilden, fest angeordnet werden können und von der Nachgiebigkeit des Positionierungssystems nicht betroffen sind.
  • Die nachgiebige Befestigung kann als mindestens eine Druckfeder ausgebildet sein, die den Tisch beispielsweise in Bezug zum Gehäuseelement derart haltert, dass der Tisch unter Druck der Feder oder der Federn in einer Richtung nachgeben kann, die von der Referenzebene weg weist. Ein gleichmäßig verteilter Halt des Tisches lässt sich durch Verwendung von drei derartigen Federn bei gegenseitiger Beabstandung erzielen, und zwar vorzugsweise unterhalb der Bereiche, in denen das Substrat von den Kontaktflächen der Anschlagselemente berührt wird. Die Tendenz der Druckfedern, sich zu verdrehen und diese Drehung auf den Tisch zu übertragen, kann durch eine zusätzliche, der Verdrehung entgegenwirkende Befestigung des Tisches mit mindestens einer Blattfeder und vorzugsweise drei Blattfedern, die zueinander beabstandet sind, entgegen gewirkt werden.
  • Das in der Erfindung verwendete Freigabemittel umfasst Verschiebemittel, um den Tisch gegen die Richtung der Vorspannung durch die nachgiebigen Mittel zu verschieben, insbesondere gegen die nachgiebige Tischbefestigung, die beispielsweise durch die Druck- und Blattfedern vorgesehen ist. Die Verschiebemittel umfassen mindestens ein Verschiebeelement, das verschiebbar ist, um in den Tisch einzugreifen und diesen nach unten zu drücken, wobei dieser Bewegung vorzugsweise nachgiebige Wiederherstellungsmittel entgegen wirken; die nachgiebige Befestigung des Tisches ist selbst gegen ein Eindrücken des Tisches beständig, aber die Wiederherstellungsmittel dienen dazu, speziell das Verschiebeelement oder die Verschiebelemente aus dem Eingriff mit dem Tisch heraus zu bewegen. Das oder jedes der Verschiebelemente hat vorzugsweise die Form eines Vordrückers, der von einem nach oben und nach unten beweglichen Trägerelement mitgeführt wird, das sich in der Lade- und Entladekammer befindet, und vorzugsweise drei derartige Vordrücker, die zueinander beabstandet sind. Die drei Vordrücker gewährleisten eine gleichmäßige Verteilung der auf den Tisch wirkenden Kraft, während der Tisch gegen die nachgiebige Halterung und die nachgiebigen Wiederherstellungsmittel gedrückt wird, und können ausreichend beabstandet sein, um einen ungehinderten Zugang der Substrate zum Halter zu ermöglichen. Die Verschiebemittel können zudem Antriebsmittel umfassen, um die Bewegung des Trägerelements nach unten zu bewirken, wobei diese Antriebsmittel beispielsweise Hebelmittel umfassen, die in das Trägerelement antreibbar eingreifen, sowie Betätigungsmittel, um die Hebelmittel zu schwenken. Die Hebelelemente können mindestens ein Schwinghebelelement umfassen, das mit einer Walze antreibbar in das Trägerelement eingreift, wobei das Schwinghebelelement derart angeordnet sein kann, dass ein erheblicher mechanischer Vorteil bei der Übertragung den Antriebs auf das nachgiebige vorgespannte Trägerelement besteht. Die Betätigungsmittel können außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet und mit den Hebelmitteln über Kupplungsmittel verbunden sein, die durch einen vakuumdichten Eintrittsdurchgang zum Behälter treten. In diesem Fall sind die Betätigungsmittel, die beispielsweise als eine pneumatische Kolben/Zylindereinheit ausgebildet sein können, vorzugsweise unterhalb des Unterdruckbehälters angeordnet, um kompakte Abmessungen der Vorrichtung zu wahren.
  • Abgesehen von der Aufgabe, die Kraft, die zur Platzierung des Substrats auf dem Tisch dient, außer Kraft zu setzen, sieht das Freigabemittel eine vorübergehende Halterung für ein Substrat vor, vorzugsweise mithilfe temporärer Halterungsmittel, die nach oben durch Durchgangsmittel in dem Tisch bewegbar sind. Die temporären Halterungsmittel können beispielsweise mindestens drei beabstandete Stifte sein, die durch ihre oberen Enden eine temporäre Halteebene bilden. Diese oberen Enden können aus einem Material ausgebildet sein, das stabile thermische Eigenschaften besitzt, beispielsweise einer Keramik, während die Stifte selbst aus Metall bestehen. Die Durchgangsmittel können ein einzelner Durchgang in dem Tisch für jede Halterung sein sowie ein ähnlicher einzelner Durchgang in dem Gehäuseelement des Halters, obwohl ein einzelner Durchgang von ausreichender Größe in jedem Fall ebenso möglich ist. Um die Bewegung des Halters in die Lade- und Entladekammer sowie daraus heraus zu ermöglichen, sind die temporären Halterungsmittel nach unten in eine Position weg vom Halter bewegbar. Die Bewegung der temporären Halterungsmittel, und zwar insbesondere die Bewegung nach oben und unten zwischen einer Position, die dem Substrat eine temporäre Halterung verleiht, und einer Position, die ein Entnehmen des Halters aus der Kammer ermöglicht, kann durch geeignete Antriebsmittel erfolgen, die vorzugsweise außerhalb des Vakuumbehälters angeordnet sind und mit den temporären Halterungsmitteln mithilfe von Kupplungsmitteln verbunden sind, die durch einen vakuumdichten Zusatz des Behälters treten, beispielsweise einer Vakuumglocke, die in Bezug zu den Kupplungsmitteln durch Balgen abgedichtet ist. Die Antriebsmittel, die eine Linearschrittvorrichtung sein können, sind vorzugsweise unterhalb des Behälters angeordnet.
  • Wenn die Substrate in den Halter fernbedient geladen werden, d.h. in der Vakuumumgebung ohne Entnahme des Halters, ist es wünschenswert, eine feinwinklige Einstellung des Substrats vorzusehen. Vorzugsweise werden zu diesem Zweck die temporären Halterungsmittel verwendet, insbesondere indem sie drehbar und verschiebbar derart angeordnet sind, dass sich die Position des Substrats relativ zu dem Tisch winklig einstellen lässt, während das Substrat von den temporären Halterungsmitteln gehaltert wird. Die Vorrichtung umfasst demnach vorzugsweise einen Einstellantrieb, beispielsweise einen linearen Stellantrieb, der in Antriebsbeziehung mit den temporären Halterungsmitteln über ein Antriebsgetriebe verbunden ist, das die notwendige Drehbewegung erzeugt, jedoch auch die nach oben und nach unten gerichtete Bewegung der temporären Halterungsmittel aufnimmt. Das Getriebe kann ein Drehglied umfassen, das durch den Einstellantrieb drehbar ist und mit den temporären Halterungsmitteln über eine Vielzahl von beabstandeten Kupplungsstiften mit einer Komponente verbunden ist, die an den temporären Halterungsmitteln befestigt ist, um diese gegen eine relative Drehung zu sichern, wobei jedoch eine axiale Verschiebung in Bezug zur Komponente möglich ist. Das Drehglied ist vorzugsweise drehbar in einer Wand des Behälters gelagert und kann in diesem Fall den Stützpunkt für die gesamten temporären Halterungsmittel bereitstellen. Der Einstellantrieb kann, wie im Falle der anderen Antriebe oder Stellglieder, außerhalb des Behälters angeordnet sein, vorzugsweise seitlich des Behälters, und mit dem Drehglied durch Kupplungsmittel verbunden sein, die durch einen vakuumdichten Durchgang des Behälters treten. Diese Kupplungsmittel können als Welle ausgebildet sein, die einen flexiblen Teil beinhaltet, der eine Biegung zulässt, um die Übertragung von Durchbiegungen zu vermeiden, die keine Drehbewegungen sind. Die durch dieses System vorgesehene Feineinstellung kann eine stufenlose Winkeleinstellung in einem Bereich von bis ca. einem halben Grad sein, wobei aber auch größere Einstellbereiche bei Bedarf vorsehbar sind.
  • Die Einrichtung zur Feineinstellung ist vorzugsweise einem optischen System zur Bestimmung der Winkelposition des temporär gehalterten Substrats zugeordnet, wie Bilderzeugungsmitteln zur Erzeugung eines Bildes von Teilen des Substrats, einem Bilddetektor zum Erfassen des Bildes und Bestimmungsmitteln zum Vergleichen des erfassten Bildes mit einem Referenzbild und – anhand des Vergleichsergebnisses – zum Bestimmen der Winkelposition des Substrats relativ zu einer vorbestimmten Position oder einer Zielposition. Die Bilderstellung kann mit einer Lichtquelle und optischen Übertragungsmitteln erfolgen, wie einem Glasfaserkabel, um Licht von der Quelle zu übertragen und ein topografisches Bild von einem Teil oder der gesamten oberen Fläche des Substrats zu erzeugen. Die Bilderfassung lässt sich mit einem Mikroskop zur Erfassung des Bildes und einer Kamera zur Aufzeichnung des erfassten Bildes durchführen, während die Positionsbestimmung durch Datenverarbeitungsmittel für die softwaregestützte Verarbeitung von Daten durchführbar ist, die die Ausrichtung des erfassten Bildes anzeigen, und Vergleichen dieser Daten mit Daten, die die Ausrichtung des Referenzbildes anzeigen. Das optische System, das über dem Vakuumbehälter angeordnet sein kann und praktisch als ein Fenster in der oberen Wand des Behälters dient, kann Steuermitteln zugeordnet sein, um die Drehbewegung der temporären Halterungsmittel in Abhängigkeit von der momentanen Winkelposition des Substrats zu steuern, die von dem optischen System bestimmt wurde. Die Feineinstellung der Winkelposition des Substrats lässt sich vollautomatisch durchführen. Die nach oben und nach unten gerichtete Bewegung der temporären Halterungsmittel lässt sich nutzen, um die obere Seite des temporär gehalterten Substrats in eine Brennebene des optischen Systems zu bringen, so dass das erzeugte Bild genau fokussiert ist.
  • Die Übergabeöffnung der Lade- und Entladekammer ist vorzugsweise so angeordnet, um eine seitliche Übergabe des Halters zwischen der Kammer und dem extern angeordneten, evakuierten Bereich zu ermöglichen. Der die Kammer bildende Behälter ist vorzugsweise kastenförmig, und die Vorrichtung kann Gehäuse umfassen, die über und unter dem Behälter angeordnet sind und funktionale Komponenten der Vorrichtung beinhalten, wie die optischen Systeme und verschiedene Antriebe, und zwar zusammen mit Leistungseinspeisungen und Steuerelementen. Die Vorrichtung als Ganzes kann als ein Modul konstruiert sein, das an einer Substratverarbeitungsmaschine befestigt sein kann.
  • Die Erfindung umfasst zudem eine Maschine, insbesondere eine Verarbeitungsmaschine, die einen evakuierbaren Bereich aufweist, der eine Substratverarbeitungsstation beinhaltet und mit einer Substratlade- und Substratentladevorrichtung ausgestattet ist, wobei die Vorrichtung mit dem evakuierbaren Bereich über die Übergabeöffnung der Lade- und Entladekammer in Verbindung steht. Der Bereich kann zudem eine Übergabestation zur Übergabe des Substrathalters zwischen der Verarbeitungsstation und der Kammer durch die Öffnung umfassen, und die Maschine kann zudem Substratzuführungsmittel umfassen, um Substrate in den Bereich einzubringen und daraus zu entnehmen, vorzugsweise über eine Luftschleuse, die die Vakuumumgebung bewahrt. Während das Vakuum in der Luftschleuse selbst abgebaut und anschließend wieder aufgebaut werden muss, stellt dies nur einen kleinen Teil des gesamten evakuierten Bereichs dar. Die Übergabestation kann zudem zur Übergabe von Substraten zu und von dem Halter durch die Übergabeöffnung dienen, wenn sich der Halter in der Lade- und Entladekammer befindet. Die Übergabe des Halters und der Substrate kann in jedem Fall mit fernbedienbaren Übergabemitteln erfolgen, wie einem Robotergriff mit Hebearm von geeigneter Konfiguration. Die Maschine selbst kann beispielsweise eine Elektronenstrahlmuster-Schreibvorrichtung sein, die Muster, beispielsweise Layouts von integrierten Schaltungen, nacheinander in der Verarbeitungsstation auf Substrate schreibt.
  • Die Erfindung wird im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
  • Es zeigen
  • 1 eine schematische Schnittansicht der erfindungsgemäßen Substratladeund Substratentladevorrichtung mit Darstellung der Vorrichtung mit einem geladenen und positionierten Substrat; und
  • 2 eine Ansicht ähnlich 1, jedoch mit Darstellung mit einem Substrat, das aus der Position (oder vor der Positionierung) freigegeben worden ist.
  • Unter Bezug auf die Zeichnungen wird die Lade- und Entladevorrichtung in stark schematisierter Form dargestellt, wobei Größe, Form und Anordnung der Komponenten zur besseren Verdeutlichung und zur leichteren Verständlichkeit angepasst sind. In der Praxis sind viele Komponenten benachbart oder überlagernd in verschiedenen Ebenen angeordnet, so dass die Zeichnungen vor allem zur Darstellung der Art der Komponenten und deren Funktionsbeziehung zu sehen sind, und nicht zur Darstellung der Weise, in der diese physisch konstruiert und positioniert sind.
  • Die Vorrichtung ist im Falle des vorliegenden Ausführungsbeispiels als ein im Wesentlichen eigenständiges Zusatzmodul ausgebildet und mit jeder geeigneten Maschine zur Verarbeitung von Substraten in einer Vakuumumgebung verwendbar. Eine besonders relevante Form der Maschine ist eine Elektronenstrahl-Lithografiemaschine, in der das Schreiben von Mustern durch Abtasten von Substraten mit einem Elektronenstrahl erfolgt. Die Substrate können beispielsweise Halbleiterscheibchen oder Masken von beispielsweise Silicium, Galliumoxid oder Keramik mit elektronenempfindlichem Fotolack sein; ein derartiges Halbleiterscheibchen ist typischerweise eine Scheibe von 125 mm Durchmesser oder größer. Es ist übliche Praxis, mit derartigen Maschinen einzelne Substrate nicht nur durch kontrollierte Ablenkung des Strahls abzutasten, sondern auch durch periodische Neupositionierung des Substrats auf den x- und y-Achsen. Zu diesem Zweck ist das Substrat in einem Halter befestigt, der wiederum auf einer Bühne befestigt ist, die mit hoher Genauigkeit in x- und y-Richtung verfahrbar ist. In der Serienfertigung von musterbeschreibbaren Substraten wird der Halter zusammen mit einem geladenen Substrat auf der Bühne vor dem Schreiben des Musters angeordnet, von der Bühne nach Abschluss des Schreibvorgangs entfernt, mit einem neuen Substrat bestückt und zur Wiederholung des Schreibvorgangs wieder auf der Bühne angeordnet. Der Elektronenstrahl wirkt auf die Substrate in einer Vakuumumgebung ein, wozu der Bereich der Bühne evakuiert und bis zum Abschluss des Schreibvorgangs unter Unterdruck bleibt. Eine Unterbrechung und nachfolgende Wiederherstellung dieses Zustands durch den notwendigen Substratwechsel hat eine erhebliche Wirkung auf die Produktionszeit in der Serienherstellung, wobei sich durch Verwendung der Substratlade- und Substratentladevorrichtung in Verbindung mit einer derartigen Maschine eine erhebliche Verbesserung in dieser Hinsicht ergibt, die ein automatisches Laden und Entladen von Substraten gänzlich in der Vakuumumgebung ermöglicht, und zwar insbesondere, ohne den Substrathalter aus dieser Umgebung herauszunehmen.
  • Unter ausdrücklichem Bezug auf die Zeichnungen umfasst die Vorrichtung als Hauptteile einen Vakuumbehälter 10, der an einer Lade- und Entladekammer 11 angrenzt, mit einer seitlichen Übergabeöffnung 12, die mit dem erwähnten evakuierten Bereich A der Maschine in Verbindung steht, einen Substrathalter 13 und Funktionselementen, die dem Behälter zugeordnet sind und zur Freigabe eines Substrats S aus dem Halter und zur Bereitstellung einer temporären Halterung für ein Substrat nach Entladen aus dem Halter oder vor Laden in den Halter dienen.
  • Der Vakuumbehälter 10 ist kastenförmig und aus bearbeiteten, miteinander verschraubten Aluminiumplatten und unter Verwendung geeigneter Dichtungen oder anderer Abdichtmittel konstruiert, um ein Gehäuse bereitzustellen, das die Lade- und Entladekammer 11 bildet. Die Lade- und Entladekammer 11 ist hermetisch zur Übergabeöffnung 12 abgedichtet. Der Vakuumbehälter 10 ist zur Befestigung mit Schrauben 14 und einer Zwischendichtung an einer Wand des Vakuumgehäuses vorgesehen, das den evakuierten Bereich A der Verarbeitungsmaschine bildet. Die Gehäusewand weist eine Öffnung auf, die zur Übergabeöffnung 12 passt. Der Teil des Bereichs A, der unmittelbar an den Vakuumbehälter 10 angrenzt, dient als eine Übergabestation und steht an einer Seite mit einer Verarbeitungsstation in Verbindung, beispielsweise einer Musterschreibstation der Maschine, und an der anderen Seite mit einem Substratzuführungspunkt. Einzeln oder aus einem Magazin an dem Zuführungspunkt bereitgestellte Substrate werden jeweils einzeln über die Übergabestation zur Lade- und Entladekammer 11 geliefert, um auf den Substrathalter 13 geladen zu werden, worauf der beladene Substrathalter 13 über die Übergabestation zur Verarbeitungsstation übergeben wird, wo er auf der zuvor genannten x/y-Bühne gehaltert werden kann, um das Substrat S entsprechend zu verarbeiten. Nach Verarbeitung des Substrats kehrt der Halter wieder zur Lade- und Entladekammer 11 zurück und wird dort entladen, wobei das verarbeitete Substrat zu dem Zuführungspunkt zurückkehrt, und worauf dieser Vorgang mit dem nächsten Substrat wiederholt wird. Die Bewegung der Substrate und des Halters lassen sich durch einen fernbedienbaren Robotergriff ausführen, der in der Übergabestation arbeitet und in die Lade- und Entladekammer 11 des Vakuumbehälters 10 und in die Verarbeitungsstation eingreift und Substrate an dem Zuführungspunkt übernimmt und dort zurückgibt. Der Zuführungspunkt kann eine Luftschleuse umfassen, so dass der Ein- und Austritt von Substraten nur ein Minimum an wiederholtem Vakuumverlust nach sich zieht, der wieder ausgeglichen werden muss, um den Verlust auszugleichen, der entsteht, wenn die Luftschleuse auf Umgebungstemperatur gebracht wird.
  • Der Halter 13 ist in der Lade- und Entladekammer 11 des Vakuumbehälters 10 in einem Abstand zur oberen und unteren Wand des Behälters angeordnet dargestellt. Der Halter ruht auf einer Leiste 15, die jedoch nur symbolisch für verschiedene Halterungsmöglichkeiten dargestellt ist; in der Praxis kann die Halterung beispielsweise durch drei kinematische Befestigungen erfolgen, die Höhe und Ausrichtung kontrollieren. Die Halterung sollte derart beschaffen sein, dass der Griff den Substrathalter beispielsweise durch Eingriff von unten durch die Übergabeöffnung 12 aufnehmen und absetzen kann. Der Substrathalter 13 besteht im Wesentlichen aus einem Gehäuseelement in Form einer Grundplatte 16 aus einem synthetischen Quarzglas mit hoher mechanischer und thermischer Stabilität, beispielsweise "Zerodur" (eingetragene Marke) und einem zweiteiligen Substratstütztisch 17, der nachgiebig auf der Grundplatte 16 angeordnet ist. Der Substratstütztisch 17 besteht aus einer äußeren Trägerplatte 17a, einer Trägerspannscheibe 17b, deren Durchmesser etwas größer als das Substrat S ist und die das Substrat elektrostatisch halten kann. Zu diesem Zweck kann die Trägerspannscheibe 17b aus beispielsweise einer Keramik mit einem Ausdehnungskoeffizienten bei Raumtemperatur von null bestehen und an der Unterseite mit einer Metallschicht versehen sein, wobei die Keramik bei Anlegen einer Spannung an die Schicht als ein dielektrischer Körper dient. Der elektrostatische Halt des Substrats dient dazu, die Planlage des Substrats zu erzielen oder zu wahren, das bei Anlieferung gebogen sein kann oder einer gewissen Form von Verformung oder Verzug unterworten sein kann. Eine fehlende Planlage eines Substrats kann in bestimmten, kritischen Anwendungen Schreibfehler verursachen, ist in anderen Anwendungen jedoch weniger kritisch, so dass die Verwendung einer elektrostatischen Spannscheibe optional ist.
  • Die nachgiebige Befestigung des Substratstütztisches 17 auf der Grundplatte 16 erfolgt durch drei ungefähr äquidistant beabstandete Druckfedern 18 (von denen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind), die den Tisch konstant zu den weiter unten beschriebenen Anschlagselementen vorspannen und ein Herunterdrücken des Tisches zur Annäherung an die Grundplatte 16 ermöglichen, wie in 2 gezeigt. Da die Druckfedern sich leicht verdrehen, ist der Substratstütztisch 17 gegen Drehung in Bezug zur Grundplatte 16 durch eine zusätzliche Halterung in Form von drei beabstandeten Blattfedern 19 (von denen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind) gesichert, die an der Unterseite des Tisches und an der Oberseite der Grundplatte 16 derart befestigt sind, dass sie einer Neigung zur relativen Drehung entgegen wirken.
  • Die Anschlagselemente, die die Verschiebung des Substratstütztisches 17 nach oben unter Vorspannung durch die nachgiebige Befestigung begrenzen, sind über drei Arme 20 (von denen in der Zeichnung nur zwei dargestellt sind) an der Grundplatte 16 befestigt und stehen nach oben durch entsprechende Bohrungen in dem Tisch vor und erstrecken sich über die Oberseite des Tisches nach innen vom Umfang der Trägerspannscheibe 17b, wobei an den freien Enden der Arme 20 Kugeln 21 aus thermisch stabilem Material angeordnet sind, beispielsweise aus Saphir. Die Kugeln 21 sind im Presssitz an der Kantenzone des Substrats S auf dem Substratstütztisch 17 angeordnet. Die durch die Arme 20 und die Kugeln 21 dargestellten Anschlagselemente sowie die durch die Druckfedern 18 und Blattfedern 19 dargestellte nachgiebige Befestigung wirken mit dem Tisch zur Positionierung des Substrats S zusammen. Diese Positionierung erfolgt primär in der z-Richtung. Die Position des Substrats in x- und y-Richtung erfolgt zum geringeren Maße durch den Reibschluss zwischen den Kugeln und der Oberseite des Substrats. Die Kugeln 21 oder zumindest deren oberen, zur Berührung mit dem Substrat vorgesehenen Bereiche (praktisch punktförmige Berührungen), sind allerdings in einer genau bestimmten Referenzebene angeordnet, so dass die obere Seite des positionierten Substrats S gleichfalls in dieser Ebene angeordnet ist. Dies gewährleistet eine genaue Positionierung aufeinander folgender, im Substrathalter 13 geladener Substrate.
  • Die Kugeln 21 sind lediglich Beispiele geeigneter Berührungselemente. Titan oder andere Materialien sind ebenfalls anstelle von Saphir verwendbar, und obwohl die Berührungsflächen vorzugsweise abgerundet sind, um Berührungspunkte zu bilden, sind flache Berührungspunkte gleichfalls möglich.
  • Die Arme 20 sind zusammen mit den Kugeln 21 ungefähr äquidistant angeordnet, um eine gleiche Verteilung des Positionierdrucks zu gewährleisten, und sie sind vorzugsweise in den Bereichen angeordnet, in denen die Druckfedern 18 wirken, um eine direkt gegen die Federkraft wirkende Kraft vorzusehen.
  • Die Freigabe des auf dem Substratstütztisch 17 angeordneten Substrats S oder die Vorbereitung des Halters zur Beladung mit einem neuen Substrat erfolgt durch ein Freigabesystem, das auf der einen Seite bewirkt, dass der Tisch zur Grundplatte 16 gegen die nachgiebige Vorspannung gedrückt wird, um den Druckeingriff der Kugeln 21 mit dem Substrat zu lösen, und das auf der anderen Seite eine temporäre Halterung des Substrats S oder eines neuen Substrats über dem Tisch vorsieht. Das Herunterdrücken des Substratstütztisches erfolgt durch drei ungefähr äquidistant beabstandete (nicht gezeigte) Druckzapfen 22, die auf einer in der Mitte geöffneten, hochfesten Trägerplatte 23 angeordnet sind, die nach unten aus der in 1 gezeigten Ruhelage in die in 2 gezeigte Betriebslage gegen die Kraft der Rückstellfedern 24 bewegbar ist, von denen nur eine gezeigt wird. Bei der ersten nach unten gerichteten Bewegung der Trägerplatte 23 werden die Druckzapfen 22 in Eingriff mit der oberen Seite des Substratstütztisches 17 gebracht, und bei fortgesetzter Bewegung der Trägerplatte nach unten wird der Substratstütztisch zur Grundplatte 16 des Halters gedrückt, um die Substrate freizugeben. Die nach unten gerichtete Bewegung der Trägerplatte 23 zusammen mit den Druckzapfen 22 wird durch einen Hebel 25 erzeugt, der auf einer Gleitfläche der Trägerplatte mit einer Walze 26 gelagert ist. Die nach oben gerichtete Rückbewegung erfolgt durch die Rückstellfedern 24. Der Hebel 25 wird von einer pneumatischen Kolben-/Zylinder-Einheit 27 geschwenkt, die unter dem Vakuumbehälter 10 angeordnet und mit dem Hebel über eine Kupplungsstange 28 verbunden ist, die durch einen vakuumdichten Durchgang in der unteren Wand des Behälters führt, wobei die Betätigungsgeschwindigkeit der Walze 26 und somit die Absenkgeschwindigkeit der Trägerplatte 23 durch Strömungsventile in dem pneumatischen System der Einheit steuerbar ist. In einer Praxiskonstruktion sind zwei derartige Kipphebel vorgesehen, und zwar einer jeweils an gegenüberliegenden Seiten der Trägerplatte 23, von denen jeder über die zugehörige Walze auf der Gleitfläche an der Basis eines entsprechenden seitlichen Flansches der Platte lagert. Die Hebel sind fest an ihren entfernt zu den Walzen angeordneten Enden mithilfe eines Kreuzstabs verbunden, der mittig mit dem Kupplungsstab verbunden ist. Die Zeichnung zeigt den Hebelantrieb der Trägerplatte 23 lediglich symbolisch.
  • Die in dem Freigabesystem enthaltene temporäre Substrathalterung wird aus drei im Wesentlichen äquidistant beabstandeten Edelstahlstiften 29 gebildet, deren obere Teile beispielsweise aus Polyetheretherketon oder anderen Kunststoffmaterialien mit stabilen Eigenschaften in Bezug auf die Wärmeausdehnung bestehen, und die von einem dreiarmigen Träger 30 getragen werden, der auf einer axial verschiebbaren Welle 31 angeordnet ist. Die Welle 31 tritt durch eine Bohrung 32 in einem Drehglied 33, das in der unteren Wand des Vakuumbehälters 10 mit einem Kugellager 34 drehbar gelagert ist. Die Welle 31 ist zusammen mit den Edelstahlstiften 29 nach oben und unten mithilfe eines elektrisch betriebenen Linearschrittantriebs 35 verschiebbar, der über eine Drehkupplung, wie nachfolgend detailliert erläutert, mit der Welle verbunden ist.
  • Die nach oben weisende Bewegung der Edelstahlstifte 29 wird durch entsprechend ausgerichtete Bohrungen 36 in der Grundplatte 16 des Substrathalters 13 und durch Bohrungen 37 in der Trägerspannscheibe 17b des Substratstütztisches 17 des Substrathalters 13 aufgenommen. Die Bohrungen haben dieselbe Dreiecksanordnung wie die Edelstahlstifte 29, und ein Satz ausgerichteter Bohrungen, der notwendigerweise in einer Schnittebene liegt, die versetzt zu jeder Ebene ist, die die anderen Bohrungssätze enthalten, ist lediglich durch Strichlinien bezeichnet. Die Stifte 29 sind zwischen der in 1 gezeigten untersten Position, in der die Stifte vollständig aus dem Halter zurückgezogen sind, so dass die Bewegung des Halters in und aus der Lade- und Entladekammer 11 ungehindert erfolgen kann, und der in 2 gezeigten obersten Position, in der die freien Enden der Stifte etwas unter der oberen Seite des Substratstütztisches 17 angeordnet sind – und somit unter der unteren Seite des Substrats S – in Bezug zu der in 1 gezeigten Halterkonfiguration bewegbar. Im Falle der in
  • 2 gezeigten Halterkonfiguration, in der der Substratstütztisch 17 herunter gerückt ist, sind die freien Enden der Edelstahlstifte 29 vollständig durch die Bohrungen 37 in dem Tisch durchgetreten und sind über der oberen Seite des Substratstütztisches 17 ausgetreten, um eine temporäre Substrathalterungsebene über dem Tisch zu bilden. Diese temporäre Substrathalterungsebene wird genau bestimmt, indem die freien Enden der Stifte mit einer Toleranz von ±5 μm in Bezug zu einer Idealebene eingestellt sind.
  • Die bevorzugte Abfolge in Bezug auf die Verschiebung von Stift und Tisch besteht darin, die Edelstahlstifte 29 in die zuvor genannte oberste Position anzuheben und dann den Substratstütztisch 17 mithilfe der Druckzapfen 22 nach unten zu drücken, so dass ein auf dem Substratstütztisch 17 befindliches Substrat von der Halterung durch den Tisch zur Halterung durch die Stifte während der Abwärtsbewegung des Tischs übergeben wird. Es ist möglich, ohne dass dies bevorzugt wäre, den Substratstütztisch nach unten zu drücken und die Stifte dann anzuheben, um das Substrat vom Tisch abzuheben.
  • Bei temporärer Halterung des Substrats S frei vom Substratstütztisch 17, wie in 2 gezeigt, wird Raum geschaffen, um ein Eingreifen des Robotergriffs unter dem Substrat zu ermöglichen, so dass es aus der Nachbarschaft des Halters entfernt und aus der Lade- und Entladekammer 11 durch die Übergabeöffnung 12 heraus transportiert werden kann. Dies wäre nach Verarbeitung des Substrats in der Verarbeitungsstation der zugehörigen Maschine notwendig. Die Edelstahlstifte 29 bleiben angehoben, und der Substratstütztisch 17 bleibt herunter gedrückt, bis der Griff mit einem neuen Substrat zurückkehrt, das auf der temporären Halterung abgelegt wird, die durch die freien Enden der Stifte vorgesehen ist. Der Substratstütztisch 17 kann dann durch Lösen der nachgiebigen Halterung nach Freigabe der Kolben-/Zylinder-Einheit 27 und Rückkehr der Trägerplatte 23 und der Druckzapfen 22 in die obere Position (1) unter Einwirkung der Rückstellfedern 24 angehoben werden. Das neu gelieferte Substrat wird dadurch von den Edelstahlstiften 29 durch den sich nach oben bewegenden Substratstütztisch 17 angehoben und auf dem Tisch in mindestens der z-Richtung durch Druckeingriff mit den drei Kugeln 21 der Arme 20 positioniert.
  • Bei Substraten mit bestimmten bereits bestehenden topografischen Merkmalen ist eine genaue winklige Ausrichtung auf dem Substratstütztisch 17 notwendig, um das erforderliche Maß an Genauigkeit in der Verarbeitungsphase zu gewährleisten, etwa das feldweise Schreiben eines Musters einer integrierten Schaltung, bei der die Details an den benachbarten Feldgrenzen zueinander passen. Aus diesem Grund umfasst das Freigabesystem, insbesondere die durch die Edelstahlstifte 29 und die zugehörigen Komponenten gebildeten temporären Halterungsmittel, eine Einrichtung zu drehbaren Einstellung innerhalb eines kleinen Winkelbereichs, beispielsweise bis zu ca. einem halben Grad, jedes neu eingetroffenen Substrats, das auf den Edelstahlstiften 29 abgelegt wird, und zwar vor der Übergabe an den Substratstütztisch 17. Die Drehung des Substrats mithilfe der Edelstahlstifte 29, mit denen das Substrat eine reibschlüssige Verbindung eingeht, wird von dem Drehglied 33 übertragen, das drei abhängige Kupplungsstifte 38 besitzt (von denen nur zwei gezeigt werden), die verschiebbar in die Buchsen 39 in einem Block 40 eingreifen, der an der Welle 31 befestigt ist, um gegen diesbezügliche relative Drehung gesichert zu sein. Das Drehglied 33, die Kupplungsstifte 38, der Block 40 und die Welle 31 bilden eine torsionsbeständige Baugruppe, um Spiel oder Luft in der Winkeleinstellung der Stifte 29 und des gehalterten Substrats zu beseitigen. Der Drehantrieb der Baugruppe erfolgt durch ein Mikroschrittstellglied 41, das seitlich außerhalb des Vakuumbehälters 10 angeordnet und mit dem Drehglied 33 über eine Kupplungsstange 42 verbunden ist, die durch einen vakuumdichten Durchgang in einer Seitenwand des Vakuumbehälters tritt und gelenkig in einem Exzenterstab gelagert ist, der an der Oberseite des Drehglieds 33 befestigt ist. Die Kupplungsstange 42 beinhaltet einen flexiblen Bereich 43, der ein Biegen der Verbindung mit dem Mikroschrittstellglied 41 ermöglicht, um einen unkontrollierten Einfluss auf die Substratposition zu vermeiden. Die Durchgänge 36 und 37 in der Grundplatte 16 bzw. des Substratstütztisches 17 müssen derart ausgebildet oder bemessen sein, dass sie den kleinen Anteil der bogenförmigen Bewegung aufnehmen können, die die Edelstahlstifte 29 ggf. ausführen.
  • Die drehbare Kupplung des Linearschrittantriebs 35 an der Welle 31 wird durch eine Antriebsstange 44 gebildet, die mit dem Block 40, an dem die Welle befestigt ist, über eine Kugellagerung am Boden des Blocks verbunden ist. Die durch das Drehglied 33, die Kupplungsstifte 38 und den Block 40 zusammen mit den Teilen der Welle 31 und der Antriebswelle 44 gebildeten Unterbaugruppe sind in einer Vakuumglocke 45 untergebracht, die abgedichtet mit dem Vakuumbehälter 10 verbunden ist, und in der die Vakuumumgebung des Behälters ebenfalls bestehen bleibt. Die Vakuumdichtheit der Vakuumglocke und somit des Behälters in Bezug zum Welleneintritts- und Wellenaustrittspunkt, der durch die Bohrung 32 gebildet wird, erfolgt durch Balgen 46, die zwischen der Vakuumglocke und der Antriebsstange 44 verbunden sind und die Axialbewegung der letzteren aufnehmen.
  • Die Winkelposition eines temporär gehalterten Substrats vor und während der Einstellung wird durch ein optisches System erfasst, das über dem Vakuumbehälter 10 angeordnet ist. Die optische Erfassung wird über eine Glasscheibe 47 ausgeführt, die in die obere Wand des Vakuumbehälters 10 führt und zu dieser abgedichtet ist, wobei die Glasscheibe eine gepolsterte Halterung aufweist, um unter dem Einwirken von Vakuumkraft ohne zu brechen nachgeben zu können. Das optische System umfasst ein Mikroskop 48, das zur Glasscheibe 47 ausgerichtet ist und zur Bewegung in axialer xund y-Richtung auf einer (nicht gezeigten) Verschiebebühne gehaltert ist. Das Mikroskop umfasst u.a. eine Zwischenlinse und eine abschließende Fokussierlinse. Licht wird aus einem Glasfaserkabel 49 von einer Lichtquelle 50 eingespeist und erzeugt einen Lichtring, der in Form eines diffusen Kegels übertragen wird, um die obere Seite des Substrats zu beleuchten. Von den topografischen Merkmalen des Substrats reflektiertes Licht wird von dem Mikroskop 48 als ein Bild der Merkmalsgrenzen erfasst. Das Bild wird dann von einer Kamera 51 aufgezeichnet, die mit dem Mikroskop 48 verbunden ist, und die Bilddaten werden an einen softwareprogrammierbaren Datenprozessor 52 übergeben, und zwar zur Bilderkennung und zum Vergleichen der Daten mit Daten eines Referenzbildes, das die gewünschte Bildausrichtung kennzeichnet und somit die Ausrichtung des Merkmals und – in dessen Verlängerung – die Ausrichtung des Substrats. Anhand der Vergleichsergebnisse kann der Datenprozessor beispielsweise in die Steuerung eingreifen, um den Betrieb des Mikroschrittstellglieds 41 zu beeinflussen und das Drehglied 33 zusammen mit den Edelstahlstiften 29 für die temporäre Halterung so lange zu drehen, bis eine vorbestimmte Winkelposition des gehalterten Substrats erreicht ist. Die Fokussierung des Mikroskops 48 in Bezug zur oberen Fläche des Substrats lässt sich nicht nur durch das Objektiv des Mikroskops erreichen, sondern auch, falls erforderlich, durch axiale Verschiebung der Edelstahlstifte 29 zur Veränderung der Höhe des gehalterten Substrats.
  • Die außerhalb des Vakuumbehälters 10 angeordneten Komponenten der Vorrichtung, d.h. die Antriebe 28, 35 und 41 zusammen mit Teilen des zugehörigen Antriebsgetriebes, des optischen Systems und der Leitungen zur Einspeisung der Betriebsenergie sowie der Steuerelemente sind in einem oberen Gehäuse 53 und einem unteren Gehäuse 54 derart angeordnet, dass die Vorrichtung die Form eines eigenständigen Zusatzmoduls hat, wie bereits erwähnt wurde.
  • Die Funktion der Vorrichtung wird aus der vorausgehenden Beschreibung des Betriebs der einzelnen Komponenten selbst und deren Zusammenwirken mit anderen Komponenten deutlich. Die Ladefolge eines Substrats auf dem Substrathalter 13 in der Lade- und Entladekammer 11, das Positionieren des Substrats auf dem Halter, das Übertragen des beladenen Halters zur Maschinenverarbeitungsstation, das Zurückgeben des Halters mit dem verarbeiteten Substrat an die Kammer, das Entladen des Halters und das Transportieren des entnommenen Substrats zum Maschinenaustrittspunkt (Luftschleuse) lässt sich automatisch durch eine voreingestellte Folgesteuerung der Vorrichtungsantriebe und des fernbedienbaren Robotergriffs der Maschine ausführen und ohne Änderung in der Vakuumumgebung, die in den Maschinenübergabe- und Verarbeitungsstationen sowie in der Lade- und Entladekammer 11 vorherrscht. Selbstverständlich kann ein Bedienereingriff in die Steuerung der Abfolgestufen ermöglicht werden. Die Einstellung der Drehposition jedes neu geladenen Substrats vor der endgültigen Positionierung lässt sich gleichfalls automatisch unter Softwaresteuerung des optischen Systems durchführen. Auch hier kann ein Bedienereingriff zugelassen sein, um einzelne Phasen auszulösen oder um beispielsweise die Eingabe von Parameterdaten zur Erkennung unterschiedlicher Merkmalsbilder zu ermöglichen. Auf diese Weise sind erhebliche Verbesserungen in den Substratverarbeitungszeiten in Verbindung mit einer genauen Handhabung und Ausrichtung von Substraten für durchgängig wiederholbare Verarbeitungsergebnisse erzielbar.
  • A
    evakuierter Bereich
    S
    Substrat
    10
    Vakuumbehälter
    11
    Lade- und Entladekammer
    12
    Übergabeöffnung
    13
    Substrathalter
    14
    Schrauben
    15
    Leiste
    16
    Grundplatte
    17
    Substratstütztisch
    17a
    Trägerplatte
    17b
    Trägerspannscheibe
    18
    Druckfeder
    19
    Blattfeder
    20
    Arm
    21
    Kugel
    22
    Druckzapfen
    23
    Trägerplatte
    24
    Rückstellfeder
    25
    Hebel
    26
    Walze
    27
    Kolben-/Zylinder-Einheit
    28
    Kupplungsstange
    29
    Edelstahlstift
    30
    dreiarmiger Träger
    31
    verschiebbare Welle
    32
    Bohrung
    33
    Drehglied
    34
    Kugellager
    35
    Linearschrittantrieb
    36
    Bohrung
    37
    Bohrung
    38
    Kupplungsstift
    39
    Buchse
    40
    Block
    41
    Mikroschrittstellglied
    42
    Kupplungsstange
    43
    flexibler Bereich
    44
    Antriebsstange
    45
    Vakuumglocke
    46
    Balg
    47
    Glasscheibe
    48
    Mikroskop
    49
    Glasfaserkabel
    50
    Lichtquelle
    51
    Kamera
    52
    Datenprozessor
    53
    oberes Gehäuse
    54
    unteres Gehäuse

Claims (53)

  1. Substratlade- und Substratentladevorrichtung zum automatischen Laden und Entladen von Substraten (S) in einer Vakuumumgebung, wobei die Vorrichtung einen Substrathalter (13) mit einem Substratstütztisch (17) und Positionierungsmitteln (18 bis 21) umfasst, die mit dem Substratstütztisch zusammenwirken können, um ein gehaltertes Substrat (S) gegen den Tisch zu drücken und dadurch zu positionieren, einen eine Lade- und Entladekammer (11) bildenden Vakuumbehälter (10) mit einer Übergabeöffnung (12), die in Gebrauch mit einem evakuierten Bereich (A) in Verbindung steht und die Übergabe des Substrathalters (13) zwischen der Lade- und Entladekammer (11) und dem evakuierten Bereich (A) in einer Vakuumumgebung ermöglicht, sowie Freigabemittel (22, 23; 28 bis 33) zum Aufheben des Zusammenwirkens zwischen den Positionierungsmitteln und dem Substrattisch und zum Bereitstellen einer temporären Substrathalterung, die zum Tisch beabstandet ist, so dass es möglich ist, ein Substrat zum Substrathalter und vom Substrathalter zu übergeben.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsmittel eine Referenzebene für eine obere Fläche des gehalterten Substrats (S) bilden.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Referenzebene durch drei beabstandete Kontaktpunkte gebildet ist, die zur Berührung der oberen Fläche des Substrats vorgesehen sind.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Kontaktpunkte durch Kontaktflächen von Anschlagselementen gebildet sind, die über dem Substratstütztisch (17) angeordnet und in Bezug zu einem Gehäuseelement des Substrathalters (13) fixiert sind.
  5. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsmittel nachgiebige Mittel umfassen, die dazu vorgesehen sind, ein gehaltertes Substrat (S) gegen den Substratstütztisch (17) vorzuspannen.
  6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebigen Mittel eine nachgiebige Befestigung des Tisches umfassen.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebige Befestigung mindestens eine Druckfeder (18) umfasst.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass die nachgiebigen Mittel mindestens eine Blattfeder (19) umfassen, die zur Befestigung des Tisches gegen Verdrehung angeordnet ist.
  9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabemittel Verschiebemittel umfassen, die dazu vorgesehen sind, den Tisch gegen die Richtung der Vorspannung durch die nachgiebigen Mittel zu verschieben.
  10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebemittel mindestens ein Verschiebeelement umfassen, das bewegbar ist, um in den Tisch einzugreifen und diesen herunter zu drücken.
  11. Vorrichtung nach Anspruch 10 mit nachgiebigen Wiederherstellungsmitteln, die dazu vorgesehen sind, der Bewegung des Verschiebeelements zum Eingreifen und Herunterdrücken des Tisches entgegen zu wirken.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das oder jedes Verschiebemittel einen Vordrücker umfasst, der von einem nach oben und unten bewegbaren Trägerelement getragen wird, und dass die Verschiebemittel Antriebsmittel umfassen, die dazu vorgesehen sind, eine nach unten gerichtete Bewegung des Trägerelements zu bewirken.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel Hebelmittel umfassen, die in das Trägerelement antreibbar eingreifen, sowie Betätigungsmittel, die dazu vorgesehen sind, die Hebelmittel zu schwenken.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Hebelmittel mindestens einen Kipphebel umfassen, der über eine Walze antreibbar in das Trägerelement eingreift.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel außerhalb des Vakuumbehälters (10) angeordnet sind und an die Hebelmittel mit Kupplungsmitteln gekuppelt sind, die durch einen vakuumdichten Durchgang des Vakuumbehälters (10) treten.
  16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel unter dem Vakuumbehälter (10) angeordnet sind.
  17. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 13 bis 16, dadurch gekennzeichnet, dass die Betätigungsmittel eine pneumatische Kolben/Zylinder-Einheit (27) umfassen.
  18. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabemittel temporäre Halterungsmittel umfassen, die nach oben durch Durchgangsmittel in dem Tisch verschiebbar sind, um eine temporäre Substrathalterung vorzusehen.
  19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, dass die temporären Halterungsmittel mindestens drei beabstandete, axial verschiebbare Haltestifte (29) umfassen, die mit ihren oberen Enden eine Ebene der temporären Halterung bilden.
  20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, dass die Durchgangsmittel einen einzelnen Durchgang in dem Substratstütztisch (17) für jeden Haltestift umfassen.
  21. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 20, dadurch gekennzeichnet, dass die temporären Halterungsmittel nach unten in eine Position verschiebbar sind, die zu Substrathalter (13) frei beabstandet ist.
  22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 21, dadurch gekennzeichnet, dass die Freigabemittel Antriebsmittel umfassen, die dazu vorgesehen sind, die temporären Halterungsmittel nach oben und unten zwischen einer Position zu verschieben, die eine temporäre Substrathalterung bereitstellt, und einer Position, die das Entnehmen des Substrathalters (13) aus der Lade- und Entladekammer (11) ermöglicht.
  23. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel außerhalb des Vakuumbehälters (10) angeordnet sind und an die temporären Halterungsmittel mithilfe von Kupplungsmitteln angekuppelt sind, die durch einen vakuumdichten Zusatz des Vakuumbehälters (10) treten.
  24. Vorrichtung nach Anspruch 23, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel unter dem Vakuumbehälter (10) angeordnet sind.
  25. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 22 bis 24, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsmittel einen Lineaschrittantrieb (35) umfassen.
  26. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 18 bis 25, dadurch gekennzeichnet, dass die temporären Halterungsmittel drehbar beweglich sind, um die Position des temporär gehalterten Substrats (S) in Bezug zum Substratstütztisch (17) winklig einzustellen.
  27. Vorrichtung nach Anspruch 26, dadurch gekennzeichnet, dass ein Einstellantrieb antreibbar mit den temporären Halterungsmitteln mithilfe von Antriebsübertragungsmitteln verbunden ist, die eine Drehbewegung der temporären Halterungsmittel bewirken, jedoch unter Aufnahme der nach oben gerichteten Bewegung des temporären Halterungsmittels.
  28. Vorrichtung nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, dass die Antriebsübertragungsmittel ein Drehglied (33) umfassen, das durch den Einstellantrieb drehbar ist und mit den temporären Halterungsmitteln über eine Mehrzahl beabstandeter Kupplungsstifte (38) derart mit einer Komponente verbunden ist, die an den temporären Halterungsmitteln befestigt ist, dass sie gegen Relativdrehung gesichert, jedoch axial in Bezug zu der Komponente verschiebbar sind.
  29. Vorrichtung nach Anspruch 28, dadurch gekennzeichnet, dass das Drehglied (33) drehbar in einer Wand des Vakuumbehälters (10) befestigt ist.
  30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 29, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellantrieb außerhalb des Vakuumbehälters (10) angeordnet und an das Drehglied (33) durch Kupplungsmittel angekuppelt ist, die durch einen vakuumdichten Durchgang des Vakuumbehälters (10) treten.
  31. Vorrichtung nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, dass die Kupplungsmittel eine Welle umfassen, die einen flexiblen Teil beinhaltet, der ein Biegen der Welle ermöglicht.
  32. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 30 oder 31, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellantrieb seitlich zum Vakuumbehälter (10) versetzt angeordnet ist.
  33. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellantrieb ein Linearstellglied umfasst.
  34. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 27 bis 32, dadurch gekennzeichnet, dass der Einstellantrieb betreibbar ist, um eine stufenlose Winkeleinstellung innerhalb eines Bereichs bis zu im Wesentlichen eines halben Grads zu erzeugen.
  35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 34 mit einem optischen System zum Bestimmen der Winkelposition des temporär gehalterten Substrats (S).
  36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System Bilderzeugungsmittel umfasst, um die Erstellung eines Bildes von Teilen des Substrats zu veranlassen, Bilderfassungsmittel zum Erfassen des Bildes sowie Bestimmungsmittel zum Vergleichen des erfassten Bildes mit einem Referenzbild und zum Bestimmen daraus der Winkelposition des Substrats (S) in Bezug zu einer Zielposition.
  37. Vorrichtung nach Anspruch 36, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderzeugungsmittel eine Lichtquelle und optische Übertragungsmittel zum Übertragen von Licht von der Lichtquelle umfassen, um ein topografisches Bild von mindestens einem Teil der oberen Fläche des Substrats (S) zu erzeugen.
  38. Vorrichtung nach Anspruch 36 oder 37, dadurch gekennzeichnet, dass die Bilderfassungsmittel ein Mikroskop (48) zum Erfassen des Bildes und eine Kamera (51) zum Aufzeichnen des erfassten Bildes umfassen.
  39. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 36 bis 38, dadurch gekennzeichnet, dass die Bestimmungsmittel Datenverarbeitungsmittel zur Softwareverarbeitung von Daten umfassen, die die Ausrichtung des erfassten Bildes anzeigen, und zum Vergleichen der Daten mit Daten, die die Ausrichtung des Referenzbildes anzeigen.
  40. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 35 bis 36, dadurch gekennzeichnet, dass das optische System über dem Vakuumbehälter (10) angeordnet ist.
  41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 40 mit Steuermitteln zum Steuern der Drehbewegung der temporären Halterungsmittel in Abhängigkeit von der durch das optische System bestimmten Winkelposition des Substrats (S).
  42. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 26 bis 41, dadurch gekennzeichnet, dass die temporären Halterungsmittel zusätzlich nach oben und unten bewegbar sind, um die obere Fläche des temporär gehalterten Substrats in eine Brennebene des optischen Systems zu bringen.
  43. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabeöffnung (12) derart angeordnet ist, dass sie eine seitliche Übergabe des Substrathalters (13) zwischen dem Bereich A und der Lade- und Entladekammer (11) ermöglicht.
  44. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Vakuumbehälter (10) im Wesentlichen kastenförmig ist, und dass die Vorrichtung Gehäuse umfasst, die über und unter dem Vakuumbehälter (10) angeordnet sind und Funktionskomponenten der Vorrichtung beinhalten.
  45. Vorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung als ein Modul konstruiert ist, das an einer Substratverarbeitungsmaschine mit einer Kammer anfügbar ist, die den evakuierten Bereich bildet.
  46. Substratverarbeitungsmaschine mit einem evakuierbaren Bereich (A) mit einer Substratverarbeitungsstation, wobei die Substratverarbeitungsmaschine mit einer Substratlade- und Substratentladevorrichtung nach einem der vorausgehenden Ansprüche ausgestattet ist und mit dem Bereich über die Übergabeöffnung (12) der Lade- und Entladekammer (11) in Verbindung steht.
  47. Substratverarbeitungsmaschine nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, dass der Bereich (A) zudem eine Übergabestation zur Übergabe des Substrathalters (13) zwischen der Substratverarbeitungsstation und der Lade- und Entladekammer (11) durch die Übergabeöffnung (12) beinhaltet.
  48. Substratverarbeitungsmaschine nach Anspruch 46 oder 47, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratverarbeitungsmaschine Substratzuführmittel umfasst, um Substrate in den Bereich einzubringen und aus dem Bereich zu entnehmen.
  49. Substratverarbeitungsmaschine nach Anspruch 48, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratzuführmittel eine Luftschleuse umfassen, um eine Vakuumumgebung des Bereichs (A) während des Zuführens von Substraten zu wahren.
  50. Substratverarbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 47 bis 49 mit fernbedienbaren Übergabemitteln zur Durchführung der Halterübergabe.
  51. Substratverarbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 47 bis 50, dadurch gekennzeichnet, dass die Übergabestation zusätzlich zum Übergeben von Substraten an den Substrathalter (13) und von dem Substrathalter (13) durch die Übergabeöffnung (12) dient, wenn sich der Substrathalter (13) in der Lade- und Entladekammer (11) befindet.
  52. Substratverarbeitungsmaschine nach Anspruch 51 mit fernbedienbaren Übergabemitteln zur Durchführung der Substratübergabe.
  53. Substratverarbeitungsmaschine nach einem der Ansprüche 46 bis 52, dadurch gekennzeichnet, dass die Substratverarbeitungsmaschine eine Elektronenstrahlmuster-Schreibvorrichtung ist, um Muster auf Substrate nacheinander in der Verarbeitungsstation zu schreiben.
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