DE3120696A1 - "verfahren und vorrichtung zum automatischen transport und zur lageorientierung scheibenfoermiger objekte" - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtung zum automatischen Transport und zur Lageorientierung scheibenförmiger Objekte mit Orientierungsphasen auf pneumatischem Wege. Sie ist zur automatischen Positionierung von Halbleiterscheiben und Glassubstraten im Prozeß der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente anwendbar und dient dort zur Vorpositionierung der Scheiben in den Koordinaten x, y und kleines Phi sowie zum anschließenden Keilfehlerausgleich. Durch das einheitliche pneumatische Transport-, Justier- und Steuerprinzip soll eine wenig aufwendige, schnelle und dadurch produktive Variante erreicht werden. Erfindungsgemäß werden die Scheiben auf eine Vorpositionierstation transportiert, dort in Drehung versetzt, am Scheibenrand pneumatisch abgetastet und bei Erkennung der Orientierungsphase durch Vakuum gestoppt. So vororientiert werden sie auf eine Keilfehlerausgleichseinrichtung geblasen, dort zur x-, y-Orientierung gegen Anschläge gedrückt und es erfolgt der Keilfehlerausgleich mit Hilfe einer pneumatisch gesteuerten Referenzplatte.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum automatischen Transport und zur Lageorientierung scheibenförmiger Objekte mit mindestens einer Orientierungsphase auf pneumatischem Wege. Die Orientierung der Objekte soll auf einer waagerecht ausrichtbaren Objekthalterung in den Koordinaten x, y, und kleines Phi mit anschließendem Keilfehlerausgleich erfolgen. Sie ist vor allem zur automatischen Positionierung von Halbleiterscheiben und Glassubstraten im Prozeß der Herstellung mikroelektronischer Bauelemente anwendbar und dient dort zur Vorpositionierung der Scheiben.

Bisher bekannte Positioniereinrichtungen für scheibenförmige Objekte beruhen in ihrer überwiegenden Mehrheit auf mechanischen Transport- und Übergabebewegungen. Es sind z.B. Transportstrecken nach dem Förderbandprinzip oder Schwenkarme (US-PS 3902615 und US-PS 3865254) bekannt. Der eigentliche Positionierprozeß erfolgt in den Koordinaten x, y und f mechanisch oder pneumatisch, indem die zu positionierenden Objekte, z.B. Halbleitersubstratscheiben, mechanisch oder pneumatisch an Anschlägen orientiert werden. Die Lagekontrolle geschieht visuell oder mit fotoelektrischen Mitteln. (US-PS 3797889 und US-PS 3890508). Nachteil der bekannten Positioniereinrichtungen ist, daß kein durchgängiges Wirkprinzip für Scheibentransport und Justierprozeß vorliegt. Außerdem sind bisher noch eine mehr oder weniger große Zahl von Umsetzbewegungen notwendig, bis die zu justierenden Scheiben ihre Sollage erreicht haben. Die Mehrzahl der bekannten Positioniereinrichtungen gestattet keine automatische Justierung von Substratscheiben mit 2 Orientierungsphasen und ist nur mit größerem Aufwand für unterschiedliche Scheibendurchmesser umrüstbar. Die Verwendung stark unterschiedlicher Scheibendicken ist bisher nicht möglich. Die Positioniereinrichtungen gestatten nicht, Halbleitersubstrate und Glassubstrate für die Herstellung von Schablonen mit größeren Abmessungen zu verwenden.

Zur Korrektur des meist vorhandenen Keilfehlers der Halbleiterscheiben ist es z.B. nach der DD-PS 123848 bekannt, die Scheibe auf einer Kugelkalotte zu lagern. Die Kraft, die die Scheibenoberfläche in die genaue waagerechte Lage bringt, wird mechanisch aufgebracht.

Ziel der Erfindung ist es, durch ein pneumatisches Transport- und Lageorientierungssystem für scheibenförmige Objekte mit Orientierungsphasen eine produktive und ökonomische Variante für derartige Systeme zu erreichen. Ein einheitliches Transport-, Justier- und Steuerprinzip bringt eine Auswandssenkung gegenüber mechanisch-pneumatischen oder pneumatisch-optoelektronischen Systemen und gestattet erstmals die vollautomatische Justierung von Scheiben mit zwei Orientierungsphasen. Gegenüber bekannten Varianten wird die Höhenjustierung der Scheiben mit pneumatischen Mitteln in den automatischen Justierzyklus eingeschlossen, was Einsparungen in der entsprechenden Funktionsgruppe der Bearbeitungsanlage mit sich bringt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, ein einheitliches Transport- und Lageorientierungssystem für scheibenförmige Objekte mit mindestens einer Orientierungsphase zu schaffen. Der Entwicklung eines schnellen Transport- und Vorpositioniersystems mit Phasenselektion und hoher Justiergenauigkeit der Objekte bezüglich der Koordinaten x, y und kleines Phi kommt speziell für den Anwendungsfall der Überdeckungsbelichtung von Halbleiterscheiben mit mikrolithografischen Anlagen besondere Bedeutung zu. Wesentlich ist die Einbeziehung des Keilfehlerausgleiches der Objekte in den automatischen Justierprozeß mit pneumatischer Steuerung.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit dem nachfolgend beschriebenen Verfahren und der entsprechenden Vorrichtung durch Anwendung eines pneumatischen Wirkprinzips durchgängig gelöst.

Das Verfahren ist durch folgende Schritte gekennzeichnet:

a) Objekt wird in einer Vorpositionierstation mittels Druckkraft in Drehung versetzt und dabei am Scheibenrand pneumatisch abgetastet. Bei Erkennen der Orientierungsphase wird es mit Vakuum gestoppt und bleibt bis auf Abruf lageorientiert mit Vakuum geklemmt.

b) Nach Abruf wird das Objekt mittels Druckluft und konstanter Winkellage über eine Transportbahn auf eine allseitige kippbare Objekthalteplatte geblasen, dort gegen Anschläge gedrückt und mit Vakuum geklemmt. Die Lageorientierung in x, y und kleines Phi ist jetzt abgeschlossen.

c) Es erfolgt der Keilfehlerausgleich durch eine in vertikaler Richtung pneumatisch gesteuerte Referenzplatte. Die Referenzplatte übt auf das Objekt eine definiert gesteuerte Kraft aus und die Objektoberfläche richtet sich infolge dessen horizontal aus.

d) Nach dem Keilfehlerausgleich wird die Objekthalteplatte pneumatisch arretiert.

Danach kann die Bearbeitung des Objektivs erfolgen, nach deren Abschluß das Objekt wieder pneumatisch von der Objekthalteplatte in ein Magazin oder eine andere Einrichtung transportiert wird.

Die Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens besteht aus einer Vorpositionierstation mit Vakuumspannung für die Objekte, einer anschließenden Transportstrecke und einer Keilfehlerausgleichseinrichtung mit einer auf einer Kugelkalotte befestigten Objekthalteplatte und einer darüber in vertikaler Richtung verstellbaren Referenzplatte. Die Objekthalteplatte besitzt ebenfalls eine Vakuumspannung für die Objekte. Vorpositionierstation, Transportstrecke und Keilfehlerausgleichseinrichtung besitzen feste seitliche Anschläge sowie eine Anordnung verschiedener Düsen zum Transport und zur Lageorientierung der Objekte.

Die Vorpositionierstation enthält erfindungsgemäß folgende bezüglich ihrer Oberfläche 45° geneigte Düsen: in Transportrichtung gerichtete Vortriebstransportdüsen, gegen den festen Anschlag gerichtete Andruckdüsen und mindestens zwei entgegengesetzt gerichtete Drehdüsen. Weiterhin enthält sie folgende senkrecht zur Oberfläche gerichtete Düsen: mehrere Luftpolsterdüsen, zwei Druckmeßdüsen, die direkt am festen seitlichen Anschlag angeordnet sind und deren Abstand nahezu gleich der Länge der Orientierungsphasen des Objektes ist, sowie eine Vakuumbremse, die in Transportrichtung vor einem versetzbaren Anschlagstift liegt.

Die Düsen der Transportstrecke sind als Orientierungstransportdüsen 45° geneigt zur Transportrichtung gegen den seitlichen Anschlag gerichtet.

Die Objekthalteplatte besitzt eine in Transportrichtung vor dem festen Anschlag angeordnete Vakuumbremse analog der Vorpositionierstation, Orientierungstransportdüsen analog denen der Transportstrecke sowie Vortriebstransportdüsen zum Transport der Objekte nach der Bearbeitung in eine Ablage. Die zur Keilfehlerkorrektur notwendige Referenzplatte wird in einer Führung vertikal geführt und ist mittels eines druckluftgesteuerten Faltenbalges verstellbar. Vorteilhaft ist es, wenn die Vorpositionierstation eine den Drehdüsen entgegengesetzt gerichtete Gegendruckdüse besitzt. Diese bewirkt ein genaues Andrücken des scheibenförmigen Objektes an den festen Anschlag.

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden.

In den zugehörigen Zeichnungen zeigen:

Fig. 1 eine Aufsicht über die gesamte Einrichtung, bestehend aus Vorpositionierstation und Objekthalteplatte eines fahrbaren Tisches und der beliebig langen Transportstrecke als Verbindung zwischen beiden Stationen sowie den Objekten- und abführungstransportbahnen 1 und 5.

Fig. 2 eine Aufsicht der Vorpositionierstation 2 zum fasenorientierten Ausrichten und Selektieren der Objekte nach der Hauptphase.

Fig. 3 eine Aufsicht der Objekt-Halteplatte des beweglichen Teiles zum Feinausrichten der Objekte.

Fig. 4 einen Schnitt durch die Einrichtung für den Keilfehlerausgleich der scheibenförmigen Objekte.

Fig. 5 das Schema für die eine Variante der pneumatischen Steuerung.

Die zu beschreibende Einrichtung stellt eine Funktionsgruppe innerhalb einer fotolithografischen Anlage dar. Die Objekte sind hierbei Halbleiterscheiben. Die Einrichtung besteht nach Fig. 1 grundsätzlich aus einer beliebig langen Transportbahn 1 mit Vortriebstransportdüsen 6 für Druckluft als Verbindung zwischen einem nicht gezeichneten Transportbehälter und der Vorpositionierstation 2. Anschläge 11 begrenzen die Transportbahn seitlich. Die Vorpositionierstation 2 besteht aus einer Platte mit einer Düsenanordnung nach Fig. 2. Die Vortriebstransportdüsen 6, Andruckdüsen 14, Drehdüsen 15, Luftpolsterdüsen 13 und die Gegendruckdüse 16 sind 45° zur Plattenoberfläche geneigt und in Pfeilrichtung gerichtet. Desweiteren enthält die Vorpositionierstation 2 Vakuumspannringe 10, eine Vakuumbremse 9 und zwei Druckmeßdüsen 7. Senkrecht zum festen Anschlag 11 befindet sich ein versenkbarer Anschlagstift 12. Die Verbindung zwischen Vorpositionierstation 2 und Objekthalteplatte 4 stellt die Transportstrecke 3 zum phasenorientierten Transport der Objekte her. Der bewegliche Tisch 18 (Fig. 4), z.B. Zweikoordinaten-Präzisionstisch bildet mit der Objekthalteplatte 4 (Fig. 3) die

Fortsetzung der phasenorientierten Transportstrecke.

Zum Transport der Objekte sind Orientierungstransportdüsen 8, Vortriebstransportdüsen 6, Vakuumbremse 9 und konzentrische Vakuumspannringe 10 auf der Objekt-Halteplatte 4 angebracht. Zwei feste Anschläge 11 stehen senkrecht zueinander auf der Objekthalteplatte 4.

Eine Transportbahn 5 (Fig. 1) mit Vortriebstransportdüsen 6 bildet die Verbindung zwischen Objekt-Halteplatte 4 und einem nicht dargestellten Ausgabemagazin. Seitliche Anschläge 11 (Führungen) begrenzen die Transportbahn 5.

Nach Fig. 4 befindet sich auf dem Tisch 18 in einer Federführung 19, die nur die Funktion einer Drehsicherung hat, eine Kalotte, bestehend aus Kalottenkugel 20 und Kalottenpfanne 21, die die Objekt-Halteplatte 4 trägt. Oberhalb der Objekt-Halteplatte 4 befindet sich die Referenzplatte 29, geführt in einer Führung 28 mit Verbindung zu einem Metallfaltenbalg 27. Der Metallfaltenbalg 27 ist über eine Leitung und ein Ventil 25 mit Druckluft beaufschlagbar. Für den Faltenbalg 27 ist ein Druckbegrenzer 26 eingebaut. Über Leitungen 22 und 23 und das Ventil 24 ist der Zwischenraum zwischen Kalottenkugel 20 und Kalottenpfanne 21 mit Druckluft oder Vakuum beaufschlagbar.

Die Wirkungsweise und Verfahrensschritte werden nachfolgend beschrieben:

Aus einem Magazin wird mit Druckluft durch Vortriebs-Transportdüsen 6 ein Objekt (Scheibe) über die Transportbahn 1 in die Vorpositionierstation 2 geblasen und an der Vakuumbremse 9 kurz vor dem aus der Vorpositionierplatte herausgeschobenen Anschlagstift 12 angehalten. Durch ein von der Vakuumbremse 9 ausgelöstes Signal (siehe Fig. 5) werden die Vortriebstransportdüsen 6 und die Vakuumbremse 9 abgestellt und die Düsen 13, 14 und 15 mit Druckluft beaufschlagt.

Die gegen die Anschläge 11 und Anschläge 12 gedrückte Scheibe rotiert um die eigene Achse. Durch ein abgestimmtes Druckverhältnis zwischen den Düsen 14 und 15 wird erreicht, daß die Hauptphase der Scheibe parallel zum Anschlag 11 ge- dreht und an diese mit einer definierten Kraft angedrückt wird. Infolgedessen wird die Scheibe am Anschlag 11 nicht über die Hauptphase im Gegensatz zur Nebenphase weitergedreht. Der Abstand der Druckmeßdüse 7 entspricht der Länge der Hauptphase der Scheibe. Eine sichere Selektion der Hauptphase der Scheibe wird dadurch möglich. Die Druckmeßdüsen 7, ausgebildet als ein pneumatisches System Düse-Prellplatte, geben dann ein Signal, wenn die Druckmeßdüsen 7 am Anschlag 11 von der Scheibe abgedeckt werden. Dieses Signal wird pneumatisch verarbeitet und schaltet die Düsen 13, 14, 15 ab und die Vakuumspannringe 10 ein, wodurch die rotierende Scheibe sofort abgebremst wird. Die Düsen 15 werden mit Druckluft einer bestimmten Impulsfolge (z.B. 2 Hz) betrieben. Eine reproduzierbare und sehr genaue Positionierung der Scheibe mit der Hauptphase am Anschlag 11 wird sicher erreicht, wenn von dem endgültigen Abschluß der Vorjustierung, realisiert über eine pneumatische Zeitschaltung, die Vakuumspannringe 10 kurzzeitig abgestellt und die Düsen 13, 14, 16 mit Druckluft beaufschlagt werden. Nach Absenken des Anschlagstiftes 12 bleibt die vakuumgeklemmte Scheibe bis auf Abruf (z.B. Kommandosignal vom Rechner) auf der Vorpositionierstation 2.

Bei Vorliegen eines entsprechenden Abrufsignals wird nach Absenken des Anschlagstiftes 12 die Scheibe über die Transportstraße 3 durch die Orientierungstransportdüsen 8 mittels Druckluft auf die Objekt-Halteplatte 4 transportiert und mit einer Vakuumbremse 9 vor dem Anschlag 11 abgebremst. Durch ein Signal der Vakuumbremse 9 (Fig. 2) werden die Düsen 8 und 9 abgestellt und die Vakuumspannringe 10 arretieren die Scheibe. Über eine pneumatische logische Verknüpfung wird dann die vakuumgeklemmte Kalotte 20/21 über das Ventil 24 und Anschluß 23 mit Druckluft zwischen Pfanne 21 und Kugel 20 belüftet. Die auf dem sich ausbildenden Druckluftpolster schwimmende Kalottenkugel 20 mit der auf der Halteplatte 4 durch Vakuum geklemmte Scheibe wird durch die Referenzplatte 29, die sich infolge von Druckluftzuführung über das Ventil 25 nach unten bewegt, parallel zur Tischebene gedrückt. Der

Druckbegrenzer 26 garantiert, daß der Metallfaltenbalg 27 sich nur um eine bestimmte Länge ausdehnen kann, so daß immer die gleiche Kraft auf die Scheibe wirkt und somit eine Zerstörung derselben ausgeschlossen wird. Nach einer pneumatischen Zeitschaltung wird die Kalottenkugel 20 in der Kalottenpfanne 21 mittels Vakuum über Leitung 22 und Ventil 24 geklemmt und der Metallfaltenbalg 27 durch Schließen des Ventils 25 belüftet und in seine Ausgangslage zurückgezogen. Dadurch erfolgt die Bearbeitung (z.B. Belichtung) der Scheibe. Nach Einfahren des Tisches in die Ladestation wird die Scheibe mittels Vortriebstransportdüse 6 unter Verwendung von Druckluft über die Transportbahn 5 von der Objekt-Halteplatte 4 in ein Ausgabemagazin geblasen.

Der Vorteil des Verfahrens besteht darin, daß alle Transporte, Orientierungen, Messungen und logische Verknüpfungen mit einem Medium (Druckluft) ausgeführt werden. Gleichzeitig ablaufende Prozesse verkürzen die Prozeßzeiten stark.

Claims (3)

1. Verfahren zum automatischen Transport und zur Lageorientierung scheibenförmiger Objekte mit mindestens einer Orientierungsphase bezüglich der Koordinaten x, y und kleines Phi zum anschließenden Keilfehlerausgleich auf pneumatischem Wege, dadurch gekennzeichnet, daß

a) das Objekt in einer Vorpositionierstation mittels Druckluft in Drehung versetzt wird, dabei pneumatisch am Scheibenrand abgetastet wird,

- bei Erkennen der Orientierungsphase mit Vakuum gestoppt wird und bis auf Abruf lageorientiert mit Vakuum geklemmt bleibt,

b) das Objekt nach Abruf mittels Druckluft in konstanter Winkellage über eine Transportbahn auf eine allseitige kippbare Objekthalteplatte geblasen, dort gegen Anschläge gedrückt und mit Vakuum geklemmt wird,

c) der Keilfehlerausgleich durch eine in vertikaler Richtung pneumatisch gesteuerte Referenzplatte erfolgt, die auf das Objekt eine definiert gesteuerte Kraft ausübt, infolgedessen sich die Objektoberfläche horizontal ausrichtet

d) nach dem Keilfehlerausgleich die Objekthalteplatte pneumatisch arretiert wird.

2. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, bestehend aus einer Vorpositionierstation mit Vakuumspannung für die Objekte, einer anschließenden Transportstrecke und einer Keilfehlerausgleichseinrichtung mit einer auf einer Kugelkalotte befestigten Objekthalteplatte und einer darüber in vertikaler Richtung verstellbaren Referenzplatte, wobei die Objekthalteplatte ebenfalls eine Vakuumspannung der Objekte aufweist und die Vorpositionierstation, die Transportstrecke und die Keilfehlerausgleichseinrichtung mit festen seitlichen Anschlägen versehen sind und Anordnungen verschiedener Düsen zum Transport und zur Lageorientierung der Objekte enthalten, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorpositionierstation (2) folgende bezüglich ihrer Oberfläche 45° geneigten Düsen enthält: in Transportrichtung gerichtete Vortriebstransportdüsen (6), gegen den festen Anschlag (11) gerichtete Andruckdüsen (14) und mindestens zwei entgegengesetzt gerichtete Drehdüsen (15) sowie folgende senkrecht zur Oberfläche gerichtete Düsen: Luftpolsterdüsen (13), zwei Druckmeßdüsen (7), die direkt am festen seitlichen Anschlag (11) angeordnet sind und deren Abstand nahezu gleich der Länge der Orientierungsphase des Objektes ist, und eine Vakuumbremse (9), die in Transportrichtung vor einem versenkbaren Anschlagstift (12) liegt, daß weiterhin die Düsen der Transportstrecke (3) als Orientierungstransportdüsen (8) 45° geneigt zur Transportrichtung gegen den seitlichen Anschlag (11) gerichtet sind, daß die Objekthalteplatte (4) Vortriebstransportdüsen (6), Orientierungstransportdüsen (8) sowie eine vor dem festen Anschlag (11) angeordnete Vakuumbremse (9) enthält und daß die Referenzplatte (29) in einer vertikalen Führung (28) mittels eines druckluftgesteuerten Faltenbalges (27) vertikal verstellbar angeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorpositionierstation (2) eine den Drehdüsen (15) entgegengesetzt gerichtete Gegendruckdüse (16) enthält.