DE19524025C2

DE19524025C2 - Spindelanordnungen mit Waferhalter

Info

Publication number: DE19524025C2
Application number: DE19524025A
Authority: DE
Inventors: John S Hearne
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1994-07-01
Filing date: 1995-06-30
Publication date: 2003-04-10
Anticipated expiration: 2015-07-01
Also published as: JPH08181098A; JP3683621B2; US5566466A; FR2724053B1; FR2724053A1; DE19524025A1

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft Anordnungen zum Halten eines Wafers an seinem Rand, ins besondere während eines Schleudervorgan ges, beispielsweise eines Trockenschleudervorgangs nach einem Waferreinigungsvorgang.

Bei der Herstellung von Halbleiterbauelementen werden zahlreiche Naßreinigungsschritte auf einem Substrat, bei spielsweise einem Halbleiterwafer, bei verschiedenen Stufen während des Prozesses durchgeführt. In einigen Fällen können diese Naßreinigungsschritte das Reinigen des Wafers mit einer Bürste und eine oder mehrere Schleuderspülungen ent halten, wobei der Wafer mit einer oder mehreren Reinigungs lösungen und/oder Wasser besprüht wird, während sich der Wafer schnell dreht. Anschließend wird der Wafer mit einer hohen Geschwindigkeit, üblicherweise im Bereich von 2500- 5000 Umdrehungen pro Minute, trocken geschleudert. In vielen Fällen wird nur die Vorderseite des Wafers gereinigt, auf welcher Bauelemente gebildet werden sollen, so daß der Wafer auf seiner Rückseite von einem Saugluftspannfutter gehalten werden kann. In vielen anderen Fällen ist es wünschenswert, beide Seiten eines Wafers zu reinigen. Beispielsweise reini gen Halbleitersubstrathersteller üblicherweise beide Seiten bei Beendigung des Scheibenherstellungsprozesses. Zusätzlich können andere Prozesse die beidseitige Reinigung erfordern. Beispielsweise wird das chemisch-mechanische Polieren (CMP) in einer Aufschlämmung ausgeführt, die bezüglich der Halb leiterherstellungsstandards eine extrem schmutzige Umgebung darstellt. Daher müssen beide Seiten des Wafers nach dem CMP-Vorgang gereinigt werden, um vor der nachfolgenden Bear beitung alle Verunreinigungen zu entfernen. Schließlich kann die beidseitige Reinigung bei jeder Anwendung verwendet werden, bei der es wünschenswert ist, die Rückseite des Wafers sauber zu halten, beispielsweise um die von der Rückseite des Wafers in eine Anlage und/oder den Prozeß eingeführten Verunreinigungen zu verringern.

Bei der oben beschriebenen beidseitigen Reinigung kann der Wafer während des Trockenschleudervorgangs nicht auf der Rückseite festgehalten werden, wie es geschieht, wenn nur die Vorderseite des Wafers gereinigt wird, da die Rückseite des Wafers ebenfalls trocken geschleudert werden muß.

Aus der US 4 313 266 und der JP 02 138 737A sind Waferhalter bekannt, bei denen der Wafer in seinem Rand bereich eingespannt wird, um die Vorder- und die Rückseite trockenzuschleudern. In Fig. 1A ist eine isometrische Ansicht des Waferhalters gemäß US 4 313 266 gezeigt. Das Nest 101, in dem das Substrat 105 gehalten wird, wird von zwei Gleitbauteilen 106 mit jeweils U-förmigen Stützen 107 gebildet. Wafer-Haltepuffer 110 sind, wie dargestellt, am oberen Ende des oberen Abschnitts der Stützen 107 angeord net. Jeder Wafer-Haltepuffer 110 hat eine Ringnut 111, die den Wafer 105 an seinem Rand faßt. Die Gleitbauteile 106 können, wie es durch die Pfeile 115 dargestellt ist, nach innen und außen bewegt werden. Insbesondere bewegen sich die Gleitbauteile 106 zum Öffnen des Nestes nach außen, um einen Wafer 105 an einen Transportmechanismus beliebiger Art frei zugeben. Wenn sich das Nest in der geöffneten Position befindet, kann der nächste Wafer in das geöffnete Nest ein gelegt werden. Die Gleitbauteile 106 bewegen sich dann nach innen, um diesen nächsten Wafer einzuspannen.

Es wird auf Fig. 1B Bezug genommen, in der ein Quer schnitt des in Fig. 1A gezeigten Aufbaus dargestellt ist. Wie gezeigt ist, weisen die Gleitbauteile 106 Schlitze 120 auf. Ein Kurvenroller 125 greift in beide Schlitze 120 ein. Der Kurvenroller 125 ist mit einer Stange 126 verbunden, die in einer Spindel 117 angeordnet ist. Wenn sich die Stange 126 nach unten bewegt, drückt sie die Gleitbauteile 120 nach außen in die oben beschriebene geöffnete Position. Wenn sich die Stange 126 nach unten bewegt, zieht der Kurvenroller 125 die Gleitbauteile 120 in die innere oder geschlossene Posi tion zum Halten des Wafers. Die Stange 126 wird von einem Zylinder 130 nach unten und oben bewegt. Im Betrieb bewegt der Zylinder 130 eine Zylinderstange 131, die Verbindungs schiene 132 und eine Buchse 135 nach oben und nach unten. Die Buchse 135 ist mit der Stange 126 über einen Stift 133 verbunden. Eine Feder 137, die von einem Anschlagteil 138 gehalten wird, beaufschlagt die Buchse 135 mit einer nach unten gerichteten Kraft.

Es ist klar, daß der Zylinder 130 zwar in der Lage ist, den Waferhalter der Fig. 1 zu öffnen und zu schließen, er jedoch nicht ausreicht, um zuverlässig eine ausreichende Kraft auf den Wafer auszuüben, um ihn während sämtlicher Bearbeitungsphasen zu halten, ohne ein Brechen zu verursa chen. Der Grund ist, daß eine große Zentrifugalkraft erzeugt wird, während sich der Wafer mit einer hohen Geschwindigkeit dreht, die eine entsprechend große nach innen gerichtete Kraft der Gleitbauteile 106 zum Halten des Wafers erfordert. Daher weist das durch den Bereich 156 dargestellte äußere Ende des Waferhalters ein Gegengewicht auf. Während des Drehvorganges wird eine Zentrifugalkraft derart erzeugt, daß das Gewicht bei 156 nach außen gedrückt wird, wodurch der die Stützen 107 und die Wafer-Haltepuffer 106 aufweisende Abschnitt der Gleitbauteile 106 nach innen gezogen wird, um den Waferhalter in der geschlossenen Position zu halten. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß die Zentrifugalkraft variiert, wenn das Gegengewicht unpräzise positioniert ist, und/oder sich das Gewicht der Gegengewichte von dem spezifi zierten Wert unterscheidet. Eine zu große Zentrifugalkraft kann zum Verwölben von biegbaren Substraten, beispielsweise Aluminium und zum Brechen von starren Substraten, beispiels weise Halbleitersubstraten, führen. Eine nicht ausreichende Zentrifugalkraft führt möglicherweise dazu, daß der Wafer während des Schleudervorganges aus dem Halter geschleudert wird. Außerdem ist es leicht einzusehen, daß selbst dann, wenn die Positionierung und das Gewicht der Gegengewichte innerhalb der Vorgaben liegen, die Zentrifugalkraft am Anfang und am Ende des Schleudervorganges, wenn die Rota tionsgeschwindigkeit klein ist, entsprechend klein ist. Somit können die Wafer zu diesem Zeitpunkt aus dem Waferhal ter geschleudert werden. Die Situation wird dadurch noch komplizierter, daß die auf den Waferhalter ausgeübten Kräfte in Abhängigkeit von der Betriebsstufe, d. h. ob der Wafer gestoppt, beschleunigt, mit einer hohen Geschwindigkeit gedreht, oder abgebremst wird, sehr stark variieren.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Waferhalter zu schaffen, der ein sicheres Halten des Wafers bei jeder Rotationsgeschwindigkeit gestattet, ohne daß der Wafer beschädigt wird.

Es wird also ein Waferhalter benötigt, der zum Halten eines Wafers in einer drehbaren Spindel verwendet werden kann, ohne die Vorder- oder Rückseite des Wafers zu berüh ren. Der Halter darf den Wafer nicht freigeben oder beschä digen, nicht geschwindigkeitsempfindlich sein und sich nicht versehentlich öffnen.

Es wird ein verbesserter Waferhalter beschrieben, vor zugsweise um einen Wafer während des Trockenschleuderns an seinem Rand festzuhalten. Bei einem Ausführungsbeispiel sind zwei Arme jeweils an einem Ende mit Wafer-Haltebaugruppen verbunden, die jeweils zwei Wafer-Haltepuffer aufweisen. Die anderen Enden der Arme sind so mit einem um eine Achse in einem mittleren Bereich des Waferhalters drehbaren Druck lager gekoppelt, daß die Drehung um die Achse eine entgegen gesetzte Bewegung der Arme verursacht. Wenn sich das Druck lager in einer mittleren Position befindet, so daß die Arme vollständig ausgestreckt sind, sind die Wafer-Haltebaugrup pen im wesentlichen in der geschlossenen Position. Wenn das Drucklager in eine erste Richtung gedreht wird, gibt es einen ausreichenden Bewegungbereich, um dem Wafer-Halter das Öffnen zu ermöglichen. Wenn das Drucklager in entgegengeset zter Richtung auf die mittlere Position zu bewegt wird, schließen die Wafer-Haltebaugruppen. Die Bewegung in diese Richtung ist begrenzt, so daß sich der Waferhalter nicht öffnen kann durch fortgesetzte Bewegung in diese Richtung. Nach außen gerichtete Kräfte an den Waferhaltebaugruppen können diese nicht öffnen, da die nach außen gerichtete Kraft die Arme in die Richtung schiebt, in der eine weitere Bewegung verhindert wird. Die Arme können auf diese Weise in einer verriegelten Position gehalten werden, wobei die Waferhaltebaugruppen geschlossen sind und den Wafer sicher halten. Auf diese Weise verursachen auf die Wafer-Haltebau gruppen ausgeübte Kräfte kein versehentliches Öffnen des Waferhalters. Eine Stange ist in der Spindelanordnung vorge sehen, um das Drucklager zu drehen, um die Wafer-Haltebau gruppe zwischen der geöffneten und der geschlossenen Posi tion umzuschalten.

Weitere Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden anhand der folgenden, detaillierten Beschreibung, Figuren und Ansprüche ersichtlich.

Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der Zeichnungen näher erläu tert.

In den Zeichnungen zeigen:

Fig. 1A eine isometrische Ansicht einer bekannten Spindelanordnung und eines bekannten Wafer halters,

Fig. 1B eine Querschnittsansicht der Anordnung ge mäß Fig. 1A;

Fig. 2 die Spindelanordnung und den Waferhalter ei nes bevorzugten Ausführungsbeispiels der Er findung in einer geöffneten Position;

Fig. 3 den Waferhalter und die Spindelanordnung ei nes bevorzugten Ausführungsbeispiels der Er findung in einer geschlossenen Position;

Fig. 4 einen Teil des internen Mechanismus des Substrathalters und der Spindelanordnung eins bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung;

Fig. 5 einen weiteren inneren Abschnitt des Substrathalters und der Spindelanordnung ei nes bevorzugten Ausführungsbeispiels der Er findung;

Fig. 6 eine Ansicht der Unterseite des Substrathal ters eines bevorzugten Ausführungsbeipiels der Erfindung in einer geöffneten Posi tion;

Fig. 7 die Unterseite des Substrathalters eines be vorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in einer geschlossenen Position; und

Fig. 8 die Ansicht des Substrathalters eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung von unten in der geschlossenen Position.

Es wird ein verbesserter Substrathalter beschrieben. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche spezielle Details, beispielsweise spezielle Materialien, Abmessungen, Konfigurationen usw. angegeben, um ein besseres Verständnis der Erfindung zu ermöglichen. Es ist jedoch für den Fachmann klar, daß diese speziellen Details zur Durchführung der Erfindung nicht benötigt werden. In anderen Fällen wurden bekannte Materialien und Verfahren nicht beschrieben, um die Beschreibung der Erfindung nicht unnötig zu belasten. Obwohl die Erfindung anhand eines an einem Halbleiterwafer nach einem beidseitigen Reinigungsvorgang durchgeführten Trocken schleuderns beschrieben wird, ist es klar, daß der Substrat halter der vorliegenden Erfindung zum Halten eines beliebi gen Substrates während eines Bearbeitungsvorganges verwendet werden kann, insbesondere in den Fällen, wo das Drehen ohne Kontakt mit der Vorder- und der Rückseite eines Substrates wünschenswert ist.

Fig. 2 zeigt eine Seitenansicht eines bevorzugten Aus führungsbeispiels des Waferhalters 200, der auf einer Spin delanordnung 201 befestigt ist. Die Spindelanordnung 201 weist ein Gehäuse 202, einen Bund 203 und ein Kopfteil 204 auf. Der Waferhalter 200 weist ein Gehäuse 210 und zwei Wafer-Haltebaugruppen 211 auf. Der Waferhalter 200 ist an der Spindelanordnung 201 mit Sechskantschrauben 251 befe stigt, die durch die Bohrungen 250 im Gehäuse 210, und durch (nicht dargestellte) Bohrungen in dem Kopf 204 hindurchge führt sind und die in die Spindelanordnung 201 einge schraubt sind. Jede Wafer-Haltebaugruppe 211 weist zwei im wesentlichen L-förmige Elemente 215 auf, die jeweils einen Wafer-Haltepuffer 216 an ihrem oberen Ende aufweisen. Jedes L-förmige Element 215 ist außerdem mit einem sich durch einen Abschnitt des Gehäuses 210 erstreckenden Stift 218 gekoppelt. Jeder Stift 218 ist mit einem Schwenkarm 217 gekoppelt. Das Gehäuse 210 weist außerdem zwei (in Fig. 2 nicht dargestellt) Arme auf, die jeweils mit beiden L-förmi gen Elementen 215 (über den oben beschriebenen Stift 218 und den Schwenkarm 217) einer Wafer-Haltebaugruppe 211 verbunden sind. Die Kopplung der Arme mit den Schwenkarmen 217 wird anhand der Fig. 6 bis 8 näher erläutert. Bei einem bevor zugten Ausführungsbeispiel sind die meisten Teile des Wafer halters 200, einschließlich dem Gehäuse 210, den L-förmigen Elementen 215, den Schwenkarmen 217 und den Stiften 218, aus oxidiertem Aluminium hergestellt. Die zum Zusammenhalten der Teile verwendeten verschiedenen Schrauben sind Sechskant schrauben aus rostfreiem Stahl. Die Waferpuffer 216 sind aus Delrin^TM hergestellt, genauso wie der Kopf 204 und der Bund 203. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel sind die Spin delanordnung 201, einschließlich dem Gehäuse 202, der Spin del 220 und der Stange 225 aus rostfreiem Stahl hergestellt. Es ist klar, daß in Abhängigkeit der Umgebung, in der der Waferhalter verwendet wird, andere Materialien eingesetzt werden können.

Bei einer typischen Anwendung sind die Spindelanordnung 201 und der Waferhalter 200 beispielsweise in einer Schleu der-Spül/Trocken-Station eines Waferreinigungssystems mon tiert, indem das Gehäuse 202 fest an dem Körper des Systems angebracht wird, in dem die Schleuder angeordnet ist. Ein Motor ist, beispielsweise über einen Riemen, mit der Spindel 220 gekoppelt. Es ist klar, daß die vorliegende Erfindung in verschiedenen Systemen mit verschiedenen Arten von Spindeln und Einrichtungen zum Drehen der Spindel verwendet werden kann. Es wird erneut auf Fig. 2 Bezug genommen. Die Stange 225 ist innerhalb eines Schafts 220 angeordnet und ist in diesem auf- und abbewegbar. Die Stange 225 wird von einem Mechanismus auf- und abbewegt, zum Beispiel einem in den Fig. 1A und 1B gezeigten und beschriebenen Zylinder 130 und den zugehörigen Komponenten. Die Stange 225 ist außerdem mit den Armen in dem Gehäuse 210 verbunden, so daß die Wafer-Haltebaugruppen 211 sich zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position hin-und-herbewegen, wenn die Stange 225 auf- und abbewegt wird. Beispielsweise ist die Stange 225 in Fig. 2 in einer oberen Position, so daß die Wafer-Haltebaugruppen 211 in der dargestellten offenen Posi tion sind. In dieser Position werden die beiden L-förmigen Elemente 215 an den beiden Wafer-Haltebaugruppen 211 von dem Mittelpunkt des Waferhalters 200 weggedreht. Die Arbeits weise der Stange 225 beim Öffnen und Schließen des Waferhal ters 200 wird anhand der Fig. 6 bis 8 detaillierter beschrieben. Der oft als "Nest" bezeichnete Bereich zwischen den Wafer-Haltebaugruppen 211 ist in der geöffneten Position größer, als der Durchmesser der in dem Waferhalter 200 zu haltenden Wafer, so daß ein Wafer in den Waferhalter 200 geladen werden kann. Wenn der Waferhalter 200 in der in Fig. 2 gezeigten, geöffneten Position ist, kann beispiels weise eine Antriebsriemeneinheit, ein Vakuumstab (vacuum Wand) oder ein Roboterarm einen Wafer zentriert in dem Nest des Waferhalters 200 anordnen. Der Wafer 230 ist mit einer strichpunktierten Umrißlinie dargestellt, und zwar in der Position, in der der (nicht gezeigte) Lademechanismus ihn während des Ladens auflegt und von der ihn der Lademechanis mus während des Entladens entfernt.

Es wird nun auf Fig. 3 Bezug genommen, in der der Wa ferhalter 200 in der geschlossenen Position dargestellt ist.

In dieser Position ist jedes L-förmige Element 215 in Rich tung auf den Mittelpunkt des Waferhalters 200 nach innen geschwenkt. In dieser Position sind die Wafer-Haltebaugrup pen 211 derart positioniert, daß ein Wafer eines gegebenen Durchmessers bündig hineinpaßt, wobei der Rand in den Ver tiefungen in jedem der vier Puffer 216 positioniert ist. Die Positionierung eines Wafers 230 ist wiederum mit einer Strichpunktlinie dargestellt. Wie zu sehen ist, ist der Wafer innerhalb der Vertiefungen in den Puffern 216 angeord net. Wie dargestellt ist, wurde die Stange 225 nach unten gezogen, wodurch jedes L-förmige Element 215 in die darge stellte geschlossene Position gezogen wurde. Es sei wiederum auf die detaillierte Beschreibung der Arbeitsweise der Stange 225 anhand der Fig. 6 bis 8 verwiesen.

Fig. 4 zeigt die Spindelanordnung 201 mit abgenommenen Kopf 204, so daß der in dem Kopf 204 angeordnete obere Abschnitt der Stange 225 sichtbar ist. Wie zu sehen ist, weist der obere Abschnitt der Stange 225 bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel ein Schneckengewinde 405 auf. Wie ferner gezeigt ist, erstreckt sich ein Stift 410 durch die Stange 225. Der Stift 410 greift, wie in Fig. 5 gezeigt, in einen Schlitz im Kopf 203 ein. Die Schrauben 250 der Fig. 2 sind in Bohrungen 450 oben auf der Spindelanordnung 201 einge schraubt, um den Kopf 204 und den Waferhalter 200 an der Spindelanordnung 201 zu befestigen.

Es wird auf Fig. 5 Bezug genommen, in der eine Explo sionsdarstellung des Kopfes 204 und des Einsatzes 530 gezeigt ist, wobei die Spindelanordnung 201 und der Waferhalter 200 entfernt wurden. Wenn der Kopf auf die Spindelanordnung 201 aufgesetzt wird, wird das Schraubengewinde 405 (von unten) in die Öffnung 505 eingeführt und der Stift 510 wird in den Schlitz 510 eingeführt. Wie bereits erwähnt, ist die Stange 225 in der Spindel 220 auf- und abbewegbar, um den Waferhal ter 200 zu öffnen und zu schließen. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel erstreckt sich der obere Abschnitt eines Spiralgewindes 405 gemäß Fig. 4 um eine geringe Distanz über die Oberfläche der Öffnung 505 und der Stift 410 der Fig. 4 ist in der Nähe des unteren Abschnittes des Schlit zes 510 angeordnet, wenn die Stange 225 in der unteren Position ist. Wenn die Stange 225 in der unteren Position ist, erstreckt sich bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel das obere Ende des Gewindes 405 ungefähr bis zu dem oberen Rand der Öffnung 525, während der Stift 410 in dem Schlitz 510 in der Nähe von dessen oberem Abschnitt angeordnet bleibt. Es ist klar, daß der Fachmann viele Änderungen an der in Bezug auf das bevorzugte Ausführungsbeispiel be schriebenen Positionierung vornehmen kann. Wie zu sehen ist, sind sowohl die Öffnung 505 als auch der Schlitz 510 in dem unteren Abschnitt des Kopfes 204 angeordnet, während die Öffnung 525 in einem oberen Abschnitt angeordnet ist.

In Fig. 5 ist außerdem der Einsatz 530 gezeigt. Der Einsatz 530 ist, wie dargestellt, in der Öffnung 525 des Kopfes 204 angeordnet. Der Einsatz 530 weist eine Drallnut 535 und Öffnungen 540 auf. Wenn der Einsatz 530 in der Ausnehmung 525 des Kopfes 204 angeordnet ist, greift die Drallnut 535 in das Schneckengewinde 405 ein. Wenn die Stange 225 in der unteren Position ist, wie in Fig. 3 gezeigt, ist das obere Ende des Schneckengewindes 405 in der Nähe eines unteren Abschnitts der Drallnut 535 angeordnet. Wenn die Stange 225 in der in Fig. 2 gezeigten oberen Position ist, ist das obere Ende des Schneckengewindes 405 im Wesentlichen bündig mit der Oberfläche des Einsatzes 530 angeordnet. In dieser Hinsicht sei angemerkt, daß der in Fig. 4 gezeigte Stift 410 während der gesamten Auf- und Abbewegung in dem Schlitz 510 bleibt. Das verhindert die Rotation der Stange 525, wenn sie nach oben und nach unten geschoben wird, so daß die gesamte relative Rotationsbewe gung zwischen Stange und Einsatz in den Einsatz 530 über setzt wird. Auf diese Weise rotiert der Einsatz 530 entgegen dem Uhrzeigersinn, wenn die Stange 525 nach oben geschoben wird, und der Einsatz 530 rotiert im Uhrzeigersinn, wenn die Stange 525 nach unten geschoben wird. Es sei angemerkt, daß der Waferhalter 200 auf der Oberseite des Einsatzes 530 angeordnet ist, wenn der Kopf 204 mit dem Waferhalter 200 und der Spindelanordnung 201, wie beispielsweise in den Fig. 2 und 3 dargestellt, gekoppelt ist, indem Schrauben 251 durch Bohrungen 250 des Gehäuses 210 und Bohrungen 515 des Kopfes in Gewindebohrungen 450 gesteckt sind. Das ver hindert eine Aufwärtsbewegung des Einsatzes 530, wenn die Stange 225 aufwärts bewegt wird, so daß die oben beschrie bene Drehbewegung des Einsatzes 530 auftritt. Wie im folgen den erörtert wird, ist der Einsatz 530 mit den oben be schriebenen Armen des Waferhalters 200 mittels Bohrungen 540 gekoppelt. Es sei angemerkt, daß der Einsatz 530 in die Ausnehmung 525 mit ausreichendem Spielraum hineinpaßt, so daß am Außenumfang ein geringer Reibungskontakt des Einsatzes 530 mit dem Kopf 204 auftritt. Da es nur einen minimalen Reibungskontakt des Einsatzes 530 mit dem Kopf 204 gibt, und da das Gesamtgewicht des Kopfes 204 und des Wafer halters 200 wesentlich größer als das des Einsatzes 530 ist, ist der Widerstand des Kopfes 204 gegen jede Drehbewegung viel größer als der des Einsatzes 530, so daß im wesentli chen die gesamte Drehbewegung auf den Einsatz 530 übertragen wird, und im wesentlichen keine Drehbewegung auf die Kopf/Waferhalter-Kombination übertragen wird, wenn sich die Stange 225 nach oben oder nach unten bewegt.

Die Fig. 6 bis 8 zeigen die Unterseite des Waferhal ters 200. In den Fig. 6 bis 8 ist der Waferhalter 200 im Vergleich zu der in den Fig. 2 und 3 dargestellten Posi tion mit der Oberseite nach unten dargestellt. In der folgenden Beschreibung werden zahlreiche Bewegungen von in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Komponenten erörtert, und zwar so wie sie in diesen Figuren auftreten. Es ist klar, daß diese Richtungen auch umgekehrt werden können. Beispielsweise entspricht eine Bewegung des Einsatzes 530 in Uhrzeigerrichtung, wie in Fig. 5 zu sehen, einer Bewegung gegen den Uhrzeigersinn, wie es in den Fig. 6-8 zu sehen ist, und umgekehrt. Die anhand früherer Figuren erörterten Bewegungen werden weiter so beschrieben, wie sie in diesen Figuren auftreten. Bei spielsweise bezieht sich die Aufwärts- oder Abwärtsbewegung der Stange 225 der Fig. 2 und 3 auf die in diesen Figuren gezeigte Ausrichtung. Wie dargestellt ist, weist der Wafer halter 200 zwei Arme 601 auf, die jeweils an den beiden Schwenkarmen 217 einer einzelnen Wafer-Haltebaugruppe 211 befestigt sind. Die Arme 601 sind über einen Stift 605 jeweils mit zwei Schwenkarmen 217 gekoppelt. Jeder Stift 605 ist an dem Arm 601 befestigt und erstreckt durch eine (nicht dargestellte) Bohrung in der Unterseite des Schwenkarmes 217 und dann durch eine ähnliche Bohrung 606 in der Oberseite des Schwenkarmes 217. Ein Stift 610 ist an dem entgegenge setzten Ende jedes Arms 601 angeordnet. Die Stifte 610 er strecken sich ausgehend von den Armen 601 nach oben und nach unten. Die sich nach oben erstreckenden Abschnitte der Stifte 610 greifen in Bohrungen 540 des Einsatzes 530, die in Fig. 5 dargestellt sind. Die sich nach unten erstrecken den Abschnitte der Stifte 610 greifen in Einschnitte in dem Drucklager 615, das in einer Ausnehmung 620 des Gehäuses 210 angeordnet ist. Das Drucklager 615 ist bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel aus Delrin^TM hergestellt und kann sich in der Ausnehmung 620 leicht drehen. Außerdem ragt auf der Unterseite des Drucklagers 615 ein mit einer Strichlinie gezeigter schmaler Vorsprung 625 nach unten in eine weitere Ausnehmung im Gehäuse 210 vor und hält das Drucklager 615 bei seiner Drehung am Platz.

Wie in Fig. 6 gezeigt, ist der Waferhalter 200 in der geöffneten Position, wenn die Arme 601 sich in der darge stellten Position befinden. Wenn sich der Waferhalter 200 in der in Fig. 6 gezeigten Position befindet, ist die Stange 225 in der in Fig. 2 gezeigten oberen Position. Es wird auf Fig. 7 Bezug genommen. Wenn die Stange 225 der Fig. 2 nach unten gezogen wird, rotiert der Einsatz 530 entgegen dem Uhrzeigersinn, wie es in Fig. 5 dargestellt ist. Wie be reits ausgeführt, sind die Arme 601 und das Drucklager 615 mit dem Einsatz 530 durch die Stifte 610 verbunden, die in die Bohrungen 540 des Einsatzes 530 eingesetzt sind. Das führt dazu, daß das Drucklager 615 und die Enden der daran befestigten Arme 601 im Uhrzeigersinn rotieren, wie durch die Pfeile 701 und 702 in Fig. 7 dargestellt ist. Diese Drehbewegung wird in eine im wesentlichen geradlinige Bewe gung an den anderen Enden der Arme 601 umgesetzt, wie durch die Pfeile 705 dargestellt ist, so daß die Arme 601 und die Stifte 605 beide Schwenkarme 217 nach außen schieben, so daß diese um die Stifte 218 gedreht werden. Da jeder Schwenkarm 217 fest an einem Stift 218 befestigt ist, führt diese Schwenkbewegung zur Rotation jedes Stifts 218. Außerdem ist jedes L-förmige Element 215 auf ähnliche Weise fest an dem Stift 218 befestigt, so daß die Rotation des Stifts 218 das L-förmige Element 215 zum Einschwenken veranlaßt, wie es durch die Pfeile 710 dargestellt ist.

Es sei angemerkt, daß der Waferhalter 200 in der in Fig. 7 dargestellten Position in der geschlossenen Position ist. In dieser Position haben der Einsatz 530 und das Druck lager 615 einen Scheitelpunkt erreicht, so daß solche Kräfte, die den Waferhalter 200 zu öffnen suchen, zum Beispiel Kräfte auf einen Abschnitt des Waferhalters 200, die zu einer Kraft auf die Arme 601 in zu den Pfeilen 705 entgegen gesetzter Richtung führt, nicht dazu führen können, daß der Einsatz 530 und das Drucklager 615 rotieren, da keine Kraft komponente in einer Rotationsrichtung in Bezug auf die Komponente anliegt. Es ist klar, daß es möglich ist, daß gewisse, auf einen Teil des Systems wirkende Kräfte eine Bewegung des Drucklagers/Einsatzes und der Arme 601 aus der in Fig. 7 gezeigten Position hinaus verursachen können. Bei dem bevorzugten Ausführungsbeispiel in Fig. 8 dreht daher die Stange 215 in ihrer untersten Position den Einsatz 530 der Fig. 5 derart, daß das Drucklager 615 und der Arm 601 sich in Richtung der Pfeile 801 bewegen. Es sei angemerkt, daß die Bewegung der Arme 601 in Richtung der Pfeile 801 an den Punkten 805 durch den Kontakt mit dem Gehäuse 210 be grenzt wird. Daher können das Drucklager 615 und der Einsatz 530 in dieser Richtung nicht weiter rotieren und der Arm 601 kann sich nicht weiter in dieser Richtung bewegen. Es sei ferner angemerkt, daß die seitliche Positionsänderung der Arme 601 zwischen den in den Fig. 7 und 8 dargestellten Positionen relativ klein ist, so daß die Wafer-Haltebaugrup pen 211 sich nur um einen vernachlässigbaren Betrag zwischen den in Fig. 7 und 8 gezeigten Positionen bewegen. Es ist klar, daß es nur einen kleinen Bereich von Positionen der Wafer-Haltebaugruppen 211 gibt, die eine ausreichende Kraft zum Halten eines Wafers verursachen. Mit anderen Worten, die geschlossene Position des Waferhalters 200 umfaßt in Wirk lichkeit einen Bereich von Positionen. Der Waferhalter 200 ist derart konzipiert, daß der Wafer fest von allen Puffern 216 der Wafer-Haltebaugruppe 211 umfaßt wird, wenn die Kompo nenten innerhalb der in den Figurgen 7 und 8 gezeigten Positionen sind.

Bei der vorliegenden Erfindung kann der Wafer ohne das Risiko einer versehentlichen Freigabe und ohne die Verwen dung von Gegengewichten festgehalten werden. Wie oben be schrieben wurde, gibt es einen sehr geringen Bewegungsspiel raum der Wafer-Haltebaugruppe 211 zwischen den in den Fig. 7 und 8 gezeigten Positionen. Auf diese Weise erfordert die Bewegung von der in Fig. 8 gezeigten Position in die in Fig. 7 gezeigte Position ein geringfügiges Zusammendrücken des Wafers. Aufgrund dieses Zusammendrückens wird eine unbeabsichtigte Bewegung des Einsatzes 530 und des Druckla gers 615 in entgegengesetzter Richtung der Pfeile 801 verhin dert. Außerdem sei in Bezug auf Fig. 8 ferner angemerkt, daß jede nach außen gerichtete Kraft, wie zum Beispiel die Zentrifugalkraft während des Drehens, die L-förmigen Elemen te 215 nach außen schiebt, wie es durch die Pfeile 810 dargestellt ist. Dies führt zu einer durch die Pfeile 815 dargestellten, nach innen gerichteten Kraft auf die Arme 601. Diese nach innen gerichtete Kraft schiebt die Arme 601 weiter in Richtung der Pfeile 801. Da die Arme bei den Punkten 805 mit dem Gehäuse 210 in Kontakt stehen, kann diese Kraft zu keiner Bewegung oder zu keinem Öffnen der Wafer-Haltebaugruppen 211 führen. Durch das Umschwenken des Einsatzes 530 und des Drucklagers 615 an oder hinter die in Fig. 7 gezeigte Position, können daher an den Armen oder den Wafer-Haltebaugruppen angreifende Kräfte, unabhängig davon, ob sie durch Beschleunigung, Abbremsung oder eine andere Ursache veranlaßt sind, nicht zu einem Öffnen des Nestes des Waferhalters 200 führen. Auf diese Weise ist der Waferhalter in der geschlossenen Position an oder hinter der in Fig. 7 gezeigten Position verriegelt. Bei dem bevorzug ten Ausführungsbeispiel wird eine geringfügige, nach unten gerichtete Kraft auf die Stange 225 während der Waferbear beitung von dem Mechanismus aufrechterhalten, der die Stange 225 auf- und abbewegt, um den Schließcharakter der Wafer- Haltebaugruppe weiter zu verstärken.

Um einen Wafer freizugeben, wird die Stange 275 nach oben geschoben. Dies dreht den Einsatz 530 in Uhrzeigerrich tung, wie es in Fig. 5 dargestellt ist, und bewirkt eine Drehung der Arme 601 und des Drucklagers 615 entgegen dem Uhrzeigersinn, wie in den Fig. 6 bis 8 dargestellt ist, d. h. in entgegengesetzter Richtung zu der in den Fig. 6 bis 8 gezeigten Richtung. Das bewegt die Wafer-Haltebaugrup pen 211 von der in Fig. 8 gezeigten, geschlossenen Position zu der in Fig. 6 gezeigten, geöffneten Position. Selbstver ständlich tritt das Öffnen des Waferhalters 200 im Betrieb nur auf, nachdem die Spindelanordnung jegliche Drehbewegung beendet hat, die Fläche des Wafers ggf. in eine vorgegebene Position gebracht hat und nachdem ein Transportmechanismus einer beliebigen Art sich in eine Position zur Entfernung des Wafers aus dem Waferhalter 200 bewegt hat.

Es ist klar, daß das dargestellte und beschriebene Aus führungsbeispiel zur Durchführung der Erfindung nicht ver wendet werden muß. Obwohl jede Wafer-Haltebaugruppe 211 mit L-förmigen Elementen 215 dargestellt ist, die über verschie dene Stifte und Hebel mit dem Arm 601 verbunden sind, können andere Wafer-Haltemittel oder Bauteile verwendet werden.

Beispielsweise kann der Wafer-Haltemechanismus ein einziges U-förmiges Bauteil mit zwei Wafer-Haltepuffern ähnlich den Bauteilen 107 der Fig. 1a und 1b enthalten. Wie in dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel soll die Bewegung der Arme 601 verhindert werden, nachdem das Drucklager oder ein ähnlicher Mechanismus sich zu oder hinter den Scheitel bewegt hat, um den Waferhalter in der geschlossenen Position zu verriegeln. In dieser Hinsicht sei angemerkt, daß in keinem Ausführungsbeispiel der vorliegenden Erfindung die Bewegung der Arme durch die Konfiguration des Gehäuses eingeschränkt sein muß, wie es oben gezeigt und beschrieben wurde, sondern mit anderen Verfahren oder Bauteilen, z. B. Einstellschrauben, Vorsprüngen usw. eingeschränkt werden kann. Außerdem ist es klar, daß die Bewegung der Arme nicht durch direkten Kontakt mit den Armen selbst beschränkt werden muß. Anstelle dessen kann die Bewegung der Arme durch Einschränkung der Rotation des Einsatzes 530 oder des Druck lagers 615 eingeschränkt werden. Es ist außerdem klar, daß bei anderen Ausführungsformen ein Drucklager, wie das Druck lager 615, nicht notwendig ist, wenn die Oberfläche, auf der die Arme liegen, dieser erlauben, sich frei zu bewegen, wenn sie von einem Element, wie zum Beispiel dem Einsatz 530 gedreht wird. Ferner können andere alternative Ausführungs formen verwendet werden. Obwohl das bevorzugte Ausführungs beispiel eine Stange innerhalb einer Spindel verwendet, um die Drehbewegung für die Arme zu ermöglichen, kann die Spindel in der Stange oder dem Schaft angeordnet sein, die die Drehbewegung der Arme ermöglichen. Alternativ kann der Einsatz 530 ein Bauteil mit Außenschneckengewinde aufweisen, das nach unten vorsteht, während die Stange eine Drallnut aufweist, um die Drehbewegung des Einsatzes zu ermöglichen. Anstelle des Schneckengewindes und der Drallnut kann ein Winkelhebel oder ein ähnliches Bauteil, das mit einer Stange, wie zum Beispiel der Stange 225, verbunden ist, in einer Position zum Drehen eines Drucklagers, wie zum Beispiel dem Drucklager 615, angeordnet sein, und/oder um alternativ einen Einsatz wie z. B. den Einsatz 530, zu drehen, der mit dem Drucklager verbunden sein kann. Außerdem können andere Mittel verwendet werden, um die oben beschriebene Drehbewe gung zu ermöglichen. Beispielsweise kann die Stange 225 gedreht und nicht auf- und abbewegt werden, um die Rotation der Arme 601 zu ermöglichen. Bei einer solchen Ausführungs form kann die Stange 225 direkt oder über eine Führungs schraube/Führungsmutter-Kombination mit den Armen 601 ver bunden sein. Bei einer solchen Ausführungsform kann ein Motor über einen Riemen mit der Stange 225 verbunden sein, um die Drehbewegung zu ermöglichen. Jedoch ist eine Ausfüh rungsform, in der eine Auf/Abbewegung in eine Drehbewegung umgesetzt wird, oft einfacher zu realisieren. Obwohl der Waferhalter bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel offen ist, wenn die Stange in der oberen Position ist und geschlossen ist, wenn die Stange in der unteren Position ist, ist es klar, daß der Waferhalter offen sein kann, wenn die Stange in der unteren Position ist, und geschlossen sein kann, wenn die Stange in der oberen Position ist.

Claims

1. Substrathalter mit
einem ersten und einem zweiten Arm (601), die jeweils mit einer eine geöffnete und eine geschlossene Position aufweisenden Substrathaltebaugruppe (211) verbunden sind, wobei die Substrathaltebaugruppen in der geschlossenen Position das Substrat halten; und
einem mit den Armen (601) verbundenes Armpositionierbau teil (530), das bewegbar ist, um den ersten und zweiten Arm zur Positionierung der Substrathaltebaugruppen (211) in die geöffnete und die geschlossene Position zu bewegen, wobei die Arme in einer Sperrstellung sind, wenn die Substrat haltebaugruppen in der geschlossenen Position sind.

2. Substrathalter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich net, daß das Armpositionierbauteil (530) so drehbar ist, daß die Rotation in eine laterale Bewegung der Arme (601) umge setzt wird, wobei das Armpositionierbauteil einen Scheitel punkt erreicht, wenn die Substrathaltebaugruppen (211) in der geschlossenen Position sind und eine weitere Bewegung der Arme verhindert wird, wenn das Armpositionierbauteil eine Position auf oder hinter dem Scheitelpunkt erreicht.

3. Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrathalter (200) mit einer um eine Achse drehbaren Spindel (220) gekoppelt ist.

4. Substrathalter nach einem der Ansprüche 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß außerdem eine Stange (225) mit dem Armpositionierbauteil (530) verbunden ist, wobei eine lineare Bewegung der Stange in die Drehbewegung des Armposi tionierbauteils umgesetzt wird.

5. Substrathalter nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich net, daß die Stange (225) und das Armpositionierbauteil (530) ein Schneckengewinde (405) oder eine Drallnut (535) aufweisen, so daß eine lineare Bewegung der Stange in eine erste Richtung das Armpositionierbauteil in eine erste Rich tung dreht und eine lineare Bewegung der Stange in eine zweite Richtung das Armpositionierbauteil in eine zweite Richtung dreht, um das Armpositionierbauteil zur Positionie rung der Substrathaltebaugruppen in die geöffnete oder die geschlossene Position zu bewegen.

6. Substrathalter nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Stange (225) innerhalb der Spindel (220) oder die Spindel (220) innerhalb der Stange (225) angeordnet ist.

7. Substrathalter mit
einer um eine Achse drehbaren Spindel (220);
einer Stange (225), wobei entweder die Spindel in der Stange oder die Stange in der Spindel angeordnet ist;
einem mit der Stange verbundenen Armpositionierbauteil (530);
einem Arm (601), der an einer ersten Stelle mit dem Arm positionierbauteil und an einer zweiten Stelle mit einer Substrathaltebaugruppe (211) gekoppelt ist, wobei eine Dreh bewegung des Armpositionierbauteils die Substrathaltebau gruppe zwischen einer geöffneten und einer geschlossenen Position bewegt.

8. Substrathalter nach Anspruch 7, dadurch gekennzeich net, daß das Armpositionierbauteil (530) und die Stange (225) ein Schneckengewinde (405) oder eine Drallnut (535) aufweisen, um eine lineare Bewegung der Stange (225) in eine Rotationsbewegung des Armpositionierbauteils (530) und die Rotation des Armpositionierbauteils (530) in eine seitliche Bewegung des Arms (601) zu übersetzen, wobei das Armpositio nierbauteil (530) einen Scheitelpunkt erreicht, wenn die Substrathaltebaugruppe (211) in der geschlossenen Position ist und die weitere Bewegung des Armes verhindert wird, wenn das Armpositionierbauteil eine Position auf oder hinter dem Scheitel erreicht.