DE3745134C2 - Verfahren und Einrichtung zur Übertragung eines Wafers von einer Quelle zu einem Zielort - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung eines Wafers von einer Quelle zu einem Zielort, sowie eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.

Derartige Einrichtungen und Verfahren sind beispielsweise aus der US 3 874 525 und der US 4 501 527 bekannt. Wafer werden aus einem Substratmaterial (beispielsweise Silizium) hergestellt, welches relativ spröde ist. Zur Unterstützung des Wafers innerhalb einer Wärme- und/oder Behandlungskammer eines Ofens verwendete Schiffchen werden ebenfalls aus einem relativ spröden Material (beispielsweise Quarz) hergestellt. Die Beschichtungen auf den Wafern und dem Schiffchen sind ebenfalls häufig genug so spröde, daß sie verhältnismäßig leicht brechen. All diese Materialien neigen daher zum Abplatzen oder Abblättern, wenn eine Kante eines Wafers eine Kassette oder ein Schiffchen während des Transfers des Wafers zwischen einer Kassette und einem Schiffchen trifft.

Die Übertragung von Wafern zwischen einem Schiffchen und einer Kassette muß mit großer Präzision durchgeführt werden, um jeglichen zu einem Abplatzen oder Abblättern führenden Kontakt zwischen einer Kante des Wafers und einer Kassette oder einem Schiffchen zu vermeiden.

Wenn es zu einem derartigen Kontakt kommt und irgendwelches Material von einem Wafer oder einem Schiffchen abplatzt oder abblättert, so können die elektrischen Schaltkreise auf dem Wafer beschädigt werden. Die Schaltkreise sind eng zusammengepackt und weisen Leiterbahnen auf, die so extrem dünn sind, daß kein fremdes Material, wie Teilchen aus Silizium, Quarz oder Beschichtungen, toleriert werden kann.

Die Wafer, die in ein Schiffchen geladen und in einem Ofen erhitzt werden sollen, werden dem Ofenbeladungssystem gestapelt in Schlitzen in Kassetten zugeliefert. Die Wafer müssen von diesen Kassetten zum Schiffchen transportiert werden, bevor das Schiffchen in die Heizkammer des Ofens eingebracht wird, und die Wafer müssen aus dem Schiffchen entnommen und zu Kassetten zurückgebracht werden, nachdem die Wafer einen Erhitzungs- und/oder Behandlungszyklus in dem Ofen durchlaufen haben.

Beim Transport eines Wafers zwischen einer Kassette und einem Schiffchen ist es wünschenswert, daß der Transport durch eine automatisierte Einrichtung erfolgt, welche in einer sauberen Umgebung ohne manuelle Eingriffe arbeiten kann.

Es ist weiterhin allgemein erwünscht, daß ein einzelnes Schiffchen genügend groß ist, um den Inhalt mehrerer Kassetten aufzunehmen, da üblicherweise ein beträchtlicher Zeitaufwand für jeden Behandlungszyklus erforderlich ist. Wenn in einem gegebenen Zeitraum mehr Wafer behandelt werden, erhöht sich die Produktionsrate.

Damit eine relativ große Anzahl von Wafem aus einer Anzahl unterschiedlicher Kassetten in ein einzelnes Schiffchen geladen werden kann, muß die Ladeeinrichtung so ausgebildet sein, daß sie einen Wafer vertikal, radial und in einem Kreisbogen bewegen kann, während ein Wafer in einer Quelle (einer Kassette oder dem Schiffchen) aufgenommen und dieser Wafer zu einem Zielort (einem Schiffchen oder einer Kassette) transferiert wird.

Die Vorrichtung zum Transport des Wafers muß aus diesem Grunde präzise aufgebaut sein und arbeiten.

Es hat sich gezeigt, daß es wünschenswert ist, Variationen oder Unterschiede der aktuellen Lage der Waferzentren von den erwarteten oder kalibrierten Lagen der Waferzentren auszugleichen, die von in dem System inhärenten Abmessungstoleranzen herrühren. Diese Variationen oder Verschiebungen der Waferzentren müssen bestimmt und wirksam korrigiert werden, wenn ein nicht hinnehmbarer Kantenkontakt zwischen den Wafern und dem Schiffchen und den Kassetten während der Übertragungsvorgänge eliminiert werden soll.

Hierzu gehört auch die Eliminierung der aus einer unverträglichen Handhabung resultierenden Effekte infolge von Variationen des Außendurchmessers zu übertragender Wafer.

Aus der US 3 874 525 ist eine Übertragungseinrichtung für Wafer bekannt, bei der der Wafer aus einer Vakuumkammer mittels eines Lifts in eine horizontale Ebene überführt wird. Mit Hilfe eines um 180° schwenkbaren Greifers wird der Wafer dann in der horizontalen Ebene zum Zielort überführt.

Die US 4 501 527 zeigt eine Einrichtung zur Entnahme von Scheiben aus einer Kassette, die in der Höhe einstellbar ist, und zur Überführung in eine zweite Kassette, die ebenfalls in der Höhe einstellbar ist. Die Einrichtung enthält auch radial und linear bewegbare Greifarme.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Einrichtung zur Übertragung eines Wafers von einer Quelle zu einem Zielort anzugeben, die eine äußerst präzise Überführung der Wafer gestattet und Toleranzen des Wafer- und Übertragungsweges anzugleichen ermöglicht.

Diese Aufgabe wird durch das im Anspruch 1 angegebene Verfahren und die Einrichtung gemäß Anspruch 8 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Durch die Erfindung wird erreicht, daß jeglicher Kontakt der Kanten des Wafers mit dem Schiffchen oder der Kassette vermieden wird.

Hierzu gehört auch die Eliminierung der aus einer unverträglichen Handhabung resultierenden Effekte infolge von Unterschieden im Außendurchmesser zu übertragender Wafer.

Bei der Erfindung werden vorzugsweise beide Kantengrenzen eines zu übertragenden Wafers über einen kreisförmigen Bogen betrachtet, während die Übertragung des Wafers zwischen einer Quelle und einem Zielort des Systems geschieht. Die Auswirkung von Änderungen im Außendurchmesser eines Wafers wird dann eliminiert durch Messen der aktuellen Verschiebung des Zentrums des Wafers in Bezug auf das Zentrum einer Schaufel, welche den Wafer trägt, und die Schaufel wird in ihrer Lage um eine Quererstreckung (oder Drehung um einen Winkel) verschoben, die zur Kompensation der gemessenen Verschiebung erforderlich ist. Hierdurch wird der Wafer, nicht die Schaufel, in die "wahre" zentrale Position gebracht, welche für den nachfolgenden Transport des Wafers zum Zielort erforderlich ist.

Mechanische Verschiebungsfehler treten auf, wenn ein Wafer durch eine Schaufel aufgenommen wird, infolge von Systemvariationen und Variationen im Waferdurchmesser. Durch Messung der aktuellen Verschiebung kann das Zentrum des Wafers in Bezug auf das Zentrum der Schaufel bestimmt werden. Die Schaufelposition wird dann korrigiert, um eine Querstrecke (oder Drehung um einen Winkel), die erforderlich ist, um diese gemessene Kalibrierverschiebung zu kompensieren. Hierdurch werden sämtliche während der Aufnahme des Wafers auftretenden Fehler eliminiert und dem System stehen sämtliche erhältliche Toleranzen für die sehr kritische Übergabe des Wafers zur Verfügung; hierin liegt ein wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung.

Ein Schiffchen, das den Zielort darstellt zum Transport eines Wafers in einen Ofen, wird in einer Lade/Entladestation für die Wafer in einer aufrechten Lage gehalten, während die Wafer zwischen den Schlitzen der Kassette und den Schlitzen des Schiffchens transportiert werden. Der Waferübertragungsmechanismus ist mit einer Schaufel versehen, welche einen einzelnen Wafer an einer Quelle (einer Kassette oder dem Schiffchen) aufnimmt und den Wafer zu einem Zielort (dem Schiffchen oder einer Kassette) trägt. Der Wafer wird auf der Schaufel insbesondere mittels eines Vakuumsystems gehalten, welches Öffnungen in der oberen Fläche der Schaufel aufweist, die durch die Unterseite des Wafers bedeckt oder geschlossen werden. Die Schaufel ist nach der Erfindung vertikal bewegbar, um einen Wafer aufzunehmen und abzuladen. Sie ist ebenfalls in radialer Richtung in eine Kassette hinein und wieder heraus und in ein Schiffchen hinein und wieder heraus bewegbar. Weiterhin ist die Schaufel während der Übertragung auf einem Kreisbogen bewegbar.

Der Waferübertragungsmechanismus umfaßt vorzugsweise vertikale, radiale und Dreh-Motorantriebe zur Bewegung der Schaufel in den zugehörigen vertikalen, radialen und Drehrichtungen.

Eine Steuereinrichtung kann die Betätigung der vertikalen, radialen und Drehmotoren steuern.

Der Waferübertragungsmechanismus umfaßt vorzugsweise einen ersten (radialen) Sensor zur Abtastung der Größe der radialen Bewegung der Schaufel, die beim Entnehmen eines Wafers aus einer Kassette oder dem Schiffchen auftritt.

Die Schaufel kann auch ein zweites (vertikales) Sensorsignal zur Verfügung stellen, um die vertikale Lage eines Wafers in einem Schlitz in einem Schiffchen oder einer Kassette abzutasten (zusätzlich zum Halten des Wafers auf der Schaufel wie voranstehend geschildert).

Weiter kann ein dritter (Umfangs-) Sensor verwendet werden, um jegliche Querverschiebung des Zentrums der Schaufel in Bezug auf das Zentrum eines von der Schaufel getragenen Wafers festzustellen und zu messen.

Der dritte Sensor dient dazu, jegliche Lateralverschiebung des Schaufelzentrums in Bezug auf das Waferzentrum, wie sie während des Transports eines Wafers auftreten kann, festzustellen und zu kompensieren. Die Steuereinrichtung bringt die Schaufel quer in eine neue Lage mit einer Drehung, die erforderlich ist, um die Verschiebung zu eliminieren, so daß jeder Wafer so an einen Schlitzort geliefert werden kann, daß das aktuelle Zentrum des Wafers, nicht der Schaufel, an dem wahren zentralen Ort liegt, der für den nachfolgenden Transport des Wafers zu seinem Zielort erforderlich ist. Daher tritt der Wafer in den Schlitz mit den gewünschten lichten Weiten zwischen den Kanten des Wafers und den Kanten des Schlitzes ein.

Die Größe der Verschiebung wird durch Betrachtung zweier gegenüberliegenden Kanten jedes Wafers auf der Schaufel bestimmt.

Das Auffinden des Ortes beider Kanten gestattet dem Wafertransfermechanismus eine Bewegung des Wafers bezüglich der tatsächlichen Lage des Wafers in dem Transfermechanismus, anstelle einer Bezugnahme zur unkorrigierten Lage der Schaufel.

Dies wiederum eliminiert auf wirksame Weise die großen Variationen in der Position der Seitenkanten des Wafers, die sonst in dem Waferübertragungssystem auftreten würden.

Durch Feststellung des wahren Zentrums des Wafers auf der Schaufel kann dann das Waferübertragungssystem jeden Wafer in seinen Zielort mit hoher Präzision und ohne jeglichen Kontakt der Kanten des Wafers mit dem Aufbau des Zielorts einführen.

Die drei Sensoren sind vorzugsweise mit der Steuereinrichtung gekoppelt, um (mittels einer in drei Koordinaten durchgeführten Kalibrierroutine) das erwartete Zentrum eines Wafers in jedem Kassettenschlitz und in jedem Schlitz des Schiffchens festzulegen.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine isometrische Ansicht, teilweise geschnitten, um Einzelheiten der Konstruktion zu zeigen, eines in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebauten Ofensystems,

Fig. 2 eine isometrische Ansicht, teilweise geschnitten, um konstruktive Einzelheiten eines Waferübertragungsmodulmechanismus des Ofensystems nach Fig. 1 aufzuzeigen,

Fig. 3 eine isometrische Darstellung der Einzelheiten, wie Wafer in Schlitze in einem Schiffchen eingeschoben und wieder entnommen werden, während des Abgleichs eines in dem Ofensystem gemäß Fig. 1 verwendeten Schiffchens,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht entlang der Linie und in der Richtung, wie sie durch die Pfeile 4-4 in Fig. 3 angegeben ist,

Fig. 5A-C vergrößerte Teilaufsichten, welche darstellen, wie eine Schaufel des Waferübertragungsmodulmechanismus gemäß Fig. 1 in einem Bogen oberhalb eines Sensors für den Umfangswinkel während der Kalibrierung des Zentrums der Schaufel bewegt wird, und

Fig. 6A-C vergrößerte Teilansichten (die zu den Fig. 5A-5C korrespondieren), welche darstellen, wie der Sensor für den Umfangswinkel verwendet wird, um das aktuelle Zentrum eines auf einer Schaufel getragenen Wafers aufzufinden. Jede Querverschiebung des Zentrums der Schaufel in Bezug auf das Zentrum des Wafers wird nachfolgend durch den in Fig. 1 dargestellten Mechanismus kompensiert und ausgeschaltet.

Ein in Übereinstimmung mit einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung aufgebautes Ofensystem ist allgemein durch die Bezugsziffer 21 in Fig. 1 bezeichnet.

Das Ofensystem 21 umfaßt einen vertikalen Ofen 23, eine Schiffchenwechseleinheit 25, ein Kassettenhaltersystem 27, einen Waferübertragungsmodulmechanismus 29 und eine Steuereinheit 31.

Der Aufbau des Waferübertragungsmodulmechanismus 29 ist in weiteren Einzelheiten in Fig. 2 dargestellt.

Der Waferübertragungsmodulmechanismus umfaßt eine Schaufel 33, welche zum Aufnehmen und Tragen eines Wafers 35 während der Übertragung des Wafers zwischen einem Schlitz in einer Kassette 37 und einem Schlitz in einem Schiffchen 39 verwendet wird, wie nachstehend noch genauer erläutert wird.

Während des Aufnehmens und Tragens eines Wafers 35 während einer derartigen Übertragung ist die Schaufel 33 in einer vertikalen (Z) Richtung, in einer radialen (R) und in einer Umfangsrichtung (Theta) bewegbar, wie durch die zugehörigen Buchstaben Z, R, θ in Fig. 1 angedeutet ist.

Der Waferübertragungsmodulmechanismus 29 wird zur Übertragung von Wafern sowohl von den Kassetten 37 zum Schiffchen 39 und vom Schiffchen 39 zu den Kassetten 37 eingesetzt. Wafer werden von den Kassetten zu dem Schiffchen befördert, wenn das Schiffchen mit in dem vertikalen Ofen 23 zu erhitzenden Wafern beladen wird. Wafer werden von dem Schiffchen 39 zurück zu den Kassetten 37 befördert, nachdem die Wafer einem Erhitzungs- und/oder Bearbeitungszyklus in dem vertikalen Ofen 23 unterworfen wurden.

In Fig. 1 ist das Schiffchen 39 in einer Belade/Entladestation für Wafer dargestellt. Das Schiffchen 39 wird auf dieser Station auf einem Lagerbock 40 durch einen Drehteller 41 unterstützt, und der Drehteller ist drehbar (mittels eines Antriebsmotors 44 und zugehöriger Riemenscheiben und Antriebsriemen), um ein mit Wafern beladenes Schiffchen 39 über 180° (wie durch den Pfeil in Fig. 1 angedeutet) zu einer Belade/Entladestation einer Kammer (angedeutet durch die Ziffer 43 in Fig. 1) in direkter Ausrichtung mit dem vertikalen Ofen 23 zu übertragen.

Eine Hebevorrichtung 45 umfaßt einen Hebearm 47, welcher in einen unteren Flansch 49 eines Stützbockträgers für das Schiffchen in der Belade/Entladestation 43 der Kammer eingreift und das Schiffchen 39 durch eine Tür in das untere Ende des vertikalen Ofens 23 hebt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Hebevorrichtung 45 weist einen Hebantriebsmotor 51 und eine drehbare Hebeschraube 53 zum Heben und Senken des Hebearms 47 auf.

Der vertikale Ofen 23 umfaßt in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform eine innere Aufheizkammer, welche innerhalb eines axial länglichen, im wesentlichen rohrförmigen Teils 55 ausgebildet ist. Dieser Teil 55 besteht in der in Fig. 1 dargestellten Ausführungsform aus Quarz.

Ofenelemente 57 sorgen für eine thermische Aufheizung der Aufheizkammer und der Wafer 35, welche innerhalb der Schlitze des Schiffchens 39 innerhalb der Aufheizkammer gehalten sind.

Nach Beendigung der Aufheizung senkt die Hebevorrichtung 45 das Schiffchen 39 von dem vertikalen Ort 23 wieder zurück auf die Belade/Entladestation 43 der Kammer auf dem Drehteller 41.

Der Schiffchenwechselmechanismus 25 gestattet daher einen kontinuierlichen Betrieb, in welchem ein Schiffchen 39 entladen und beladen mit Wafern 35 werden kann, während ein anderes Schiffchen 39 einer Aufheizung in dem vertikalen Ofen 23 unterworfen wird.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform der vorliegenden Erfindung besteht das Schiffchen 39 ebenfalls aus Quarz.

Wie voranstehend bereits erwähnt, neigen Quarz und Beschichtungen oder Ablagerungen auf dem Quarz verhältnismäßig leicht zum Abbröckeln und Abplatzen, wenn sie von einer Kante eines Wafers 35 getroffen werden. Ebenfalls neigen der Siliziumwafer und dessen Beschichtung leicht dazu, zu brechen, wenn die Kante eines Wafers auf das Schiffchen oder eine Kassette trifft.

Infolge der geringen Abmessungen und der Präzision der auf den Wafer 35 ausgebildeten elektronischen Schaltkreise kann jedes Fremdmaterial (beispielsweise Teilchen aus Quarz, Silizium oder Beschichtungen) bezüglich der erwünschten Ausbeute ordnungsgemäßer Schaltkreise zu Problemen führen; es gilt daher, das Auftreten derartiger Teilchen zu vermeiden.

Dieses Problem, daß nämlich ein unerwünschter Kontakt zwischen den Kanten des Wafers 35 und den Seiten der den Wafer haltenden Schlitze in den Kassetten und dem Quarzschiffchen 39 vermieden werden muß, ist aufgrund der bei der Übertragung von Wafern zwischen den Kassetten 37 und dem Schiffchen 39 auftretenden Systemtoleranzen ein wesentliches Problem. Diese Toleranzen können dazu führen, daß das aktuelle Zentrum eines Wafers in einer bestimmten Quelle gegenüber dem erwarteten oder eingestellten Zentrum eines Wafers in dieser bestimmten Quelle verschoben ist. Das Ausmaß der Verschiebung kann so groß sein, daß die Kante eines Wafers die Kante eines Zielorts trifft, falls diese Verschiebung nicht entdeckt und wirksam durch eine geeignete Justierung der Schaufellage während des Transports des Wafers von seiner Quelle zu seinem Zielort eliminiert wird.

Wie voranstehend erwähnt, ist die Schaufel 33 bei jedem Wafertransport in drei Koordinatenrichtungen bewegbar.

Wie in Fig. 1 dargestellt, sind die vor einer Erhitzung in dem Ofen 23 in ein Schiffchen 39 zu ladenden Wafer 35 in mehreren Kassetten 37 des Kassettenhaltersystems 27 enthalten. Jede Kassette 37 wird auf einem zugehörigen Kassettenträgerfach 61 gehalten. Mehrere Fächer 61 werden durch eine zugehörige Stange 63 gehalten. Jede Stange kann über einen Winkel bewegt werden (wie durch den Blockpfeil in Fig. 1 dargestellt ist) mittels eines Antriebsmechanismus 65, um das Laden und Entladen von Kassetten 37 in das Kassettenhaltersystem 27 hinein und wieder heraus zu erleichtern.

Jede Kassette 37 trägt mehrere Wafer 35 in einzelnen Schlitzen innerhalb der Kassette, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Die Schlitze in der Kassette sind vertikal ausgerichtet, und die Abmessungstoleranzen des Schlitzabstands sind genügend gering, so daß es beim Einstellen der erwarteten Lagen der einzelnen Wafer innerhalb einer bestimmten Kassette 37 normalerweise ausreicht, die Lage des Zentrums einer einzelnen Kassette in einem einzelnen Schlitz, beispielsweise dem obersten Schlitz, zu wissen.

Die Wafer 35 werden in die mit Flachabschnitten an der Rückseite versehenen Kassetten vor dem Laden einer Kassette 37 in das Kassettenhaltersystem 37 eingefügt.

Das Quarzschiffchen 39 weist vier Quarzstäbe 71 auf wie dargestellt. Andere Quarzschiffchen können mehr als vier Stäbe aufweisen. Wie am besten aus Fig. 4 deutlich wird, ist jeder Stab 71 mit mehreren vertikal im Abstand gehaltenen Schlitzen 73 zur Aufnahme und zum Halten von Wafem 35 versehen.

Beim Beladen eines Wafers 35 in einen Schlitz 73 sollte der Wafer ohne jegliche Kontaktaufnahme zwischen einer Kante des Wafers 35 und den Seiten des Schlitzes 73 bewegt werden. Hierzu muß ein Wafer in der richtigen Höhe Z liegen, in der geeigneten radialen Entfernung R eingeschoben werden, und das aktuelle Zentrum des Wafers 35 auf der Schaufel 33 muß im wesentlichen linear ausgerichtet sein zu dem gewünschten Zentrum des in das Schiffchen und in Richtung der radialen Bewegung R der Schaufel 33 geladenen Wafers.

Nachdem der Wafer 35 in einen zugehörigen Schlitz 73 eingeführt wurde, wird er sanft abgesenkt, bis die untere Oberfläche des Schlitzes die Unterseite des Wafers 35 ergreift und stützt.

Die vertikale Ausrichtung der Schlitze 73 in dem Schiffchen 39 und die Abstände zwischen den Schlitzen sind in relativ kleinen Toleranzen gehalten. Jedoch können verschiedene Schiffchen eine gewisse Variation in der Anordnung der Schlitze zeigen, der Ort eines Schiffchens auf einem Stützbock oder auf dem Drehteller kann sich während des Einsetzens oder Austauschens von Schiffchen ändern, und ein Schiffchen kann infolge der erfolgten Aufheiz- und Abkühlzyklen eine gewisse Verwerfung erfahren; daher ist es bei der Kalibrierung des Ortes der Schlitze 73 wünschenswert, den Ort des oberen Schlitzes, eines Schlitzes in der Nähe der Mitte des Schiffchens, und des unteren Schlitzes zu kalibrieren.

Fig. 3 erläutert die bei der Kalibrierung der Orte der Zentren von Wafern in dem obersten, mittleren bzw. untersten Schlitz eines Schiffchens 39 auftretenden Schritte. Die Orte der anderen Schlitze in dem Schiffchen werden dann durch Interpolation bestimmt.

Der Aufbau und die Betriebsweise des Waferübertragungsmodulmechanismus 29 wird nachstehend unter besonderem Bezug auf Fig. 2 erläutert.

Eine Vakuumleitung 81 ist mit der Schaufel 33 und mit Ausgängen 83 in der oberen Oberfläche der Schaufel 33 verbunden, so daß der Wafer 35 sicher auf der Schaufel 33 infolge der an den Ausgängen 83 erzeugten Saugwirkung gehalten wird, wenn die Schaufel 33 die untere Oberfläche eines Wafers berührt. Der Punkt, an welchem diese Saugwirkung ausgeübt wird, gibt ebenfalls eine Anzeige für die vertikale Lage eines Wafers an einem bestimmten Ort, und diese Information wird an die Steuereinheit 31 als vertikale Sensorinformation geliefert, wie durch die zugehörige Bezeichnung in Fig. 1 erläutert ist. In der Steuereinheit wird gewöhnlich ein auswählbares Inkrement dieser Signalinformation zugeführt, um eine Referenz für die zu verwendende vertikale Ebene zu erzeugen, wenn ein Wafer zurück an diesen Ort transportiert wird, um derart genügenden Freiraum oben und unten für den Wafer in Bezug auf den Schlitzaufbau bereitzustellen.

Die radiale Bewegung der Schaufel 33 entlang einer Führungsschiene 84 wird durch einen Radial-Antriebsmotor 85 und einen zugehörigen Antriebsriemen 87 erzeugt. Der Motor 85 ist auf einer Trägerplatte 89 befestigt.

Die Trägerplatte 89 ist auf einer Achse 92 in Umfangsrichtung (wie durch die Pfeile in Fig. 2 angedeutet) mittels einer Welle 91 drehbar. Die Welle 91 ist an ihrem oberen Endabschnitt mit der Platte 89 verbunden und ist drehbar innerhalb eines Rohres 93 mittels Lagern oben und unten am Rohr 93 gelagert. Ein Satz von Lagern 95 ist in dem freigelegten Teil am unteren Ende des Rohres 93 in Fig. 2 dargestellt.

Die Welle 91 wird durch einen Umfangs-Antriebsmotor 97 (θ) und zugehörige Riemenscheiben und Antriebsriemen gedreht, wie in Fig. 2 gezeigt ist.

Das Trägerrohr 93 ist wiederum mit einem Hebearm 101 verbunden, welcher auf einer Schiene 103 gleitet und in Richtung nach oben und unten über eine Antriebsschraube 105 angetrieben wird. Die Antriebsschraube 105 wird durch einen Z-Antriebsmotor 107 und eine Anordnung aus Riemenscheibe und Antriebsriemen gedreht, die in Fig. 2 dargestellt sind.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung sind der Z-Antriebsmotor 107, der Umfangs-Antriebsmotor 97 und der R-Antriebsmotor 85 Schrittmotoren.

Ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß die Schaufel 33 und ein zugehöriger Wafer 35 in allen drei Koordinatenrichtungen in dem System 21 bewegt werden, ohne daß irgendein Kantenkontakt des Wafers mit einem zugehörigen Schiffchen oder einer zugehörigen Kassette auftritt.

Dies wird gemäß der vorliegenden Erfindung dadurch bewerkstelligt, daß Sensoren verwendet werden, die zunächst zur Kalibrierung des erwarteten Zentrums eines Wafers in jeder Quelle eingesetzt werden und dann das tatsächliche Zentrum auf der Schaufel 33 während jeder Waferübertragung bestimmen.

Ein besonders wichtiges Merkmal der vorliegenden Erfindung besteht darin, daß jede Querverschiebung des Zentrums eines Wafers auf der Schaufel in Bezug auf das Zentrum der Schaufel gemessen und dann zur Korrektur der Schaufelposition 33 verwendet wird, um so wirksam die Verschiebung auszugleichen. Die Schaufel 33 kann dann den Wafer 35 in einen Zielort (einen Schlitz in einem Schiffchen oder einer Kassette) einsetzen, so daß das aktuelle Zentrum des Wafers auf dem wahren Zentrumsort liegt, der für die nachfolgende Übertragung des Wafers zum Zielort erforderlich ist. Jegliche während der Aufnahme des Wafers aufgetretenen Fehler werden ausgeschaltet, und das System erhält sich sämtliche vorliegenden Toleranzen für die sehr kritische Ablieferung des Wafers.

Wie aus den Fig. 1, 2 und 3 erkenntlich wird, weist der Waferübertragungsmodulmechanismus 29 einen R-Sensor 111 auf, der auf der Trägerplatte 89 in einer solchen Lage angeordnet ist, daß der Sensor 111 betätigt wird, wenn die Schaufel 83 die Hinterkante eines Wafers 35 über und oberhalb der vertikalen Sichtlinie des R-Sensors 111 bewegt. Dieser R-Sensor gestattet daher die Bestimmung der radialen Entfernung des Zentrums eines Wafers entweder in einem Schlitz in dem Schiffchen oder in einem Schlitz in einer Kassette in Bezug auf die vertikale Achse des Trägerrohres 93 und der zugehörigen drehbaren Welle 91. Wenn diese Entfernung bekannt ist, kann die Steuereinheit 130 dann den R-Antriebsmotor 85 steuern, um den Wafer in dieser radialen Entfernung beim Einsetzen eines Wafers oder Herausnehmen eines Wafers aus dem zugehörigen Schlitz zu bewegen.

Wie aus Fig. 1, 2, 5A-5C und 6A-6C hervorgeht, weist der Mechanismus 29 einen Umfangssensor 113 (θ) auf.

Der Umfangssensor ist ortsfest angeordnet, so daß er sowohl die Seitenkanten der Schaufel 33 (vergleiche Fig. 5A-5C) und die Seitenkanten eines auf der Schaufel 33 gehaltenen Wafers 35 (vergleiche Fig. 6A-6C) bestimmen kann.

Wie aus Fig. 2 hervorgeht, kann der Umfangssensor 113 auf einem mit dem Trägerrohr 93 verbundenen Arm 115 angeordnet sein.

Während der Kalibrierung wird der Umfangssensor (wie aus Fig. 5A-­ 5C hervorgeht) zur Kalibrierung der Zentrumslinie der Schaufel 33 in Bezug auf die Drehachse 92 der Schaufel 93 in Umfangsrichtung verwendet.

Wie aus Fig. 5A hervorgeht, wird dann, wenn die Schaufel in entgegengesetzter Uhrzeigerrichtung gedreht wird und die linke Kante der Schaufel 33 über den Sensor 113 gelangt, der Ort dieser Kante der Schaufel durch den Sensor 113 festgestellt.

Aus Fig. 5C geht hervor, daß bei Drehung der Schaufel 33 im Uhrzeigersinn und wenn die rechte Kante der Schaufel 33 über den Sensor 113 gelangt, der Ort dieser Kante der Schaufel durch den Sensor 113 festgestellt wird.

Der Ort der Seitenkanten der Schaufel wird in Winkeln Theta₁, bzw. Theta₂ (wie in den Zeichnungen dargestellt) ausgedrückt, und der Ort der Zentrallinie der Schaufel 33 liegt daher in der Mitte zwischen den Enkeln Theta₁ und Theta₂.

Selbstverständlich wäre es wünschenswert, wenn die Schaufel 33 jeden Wafer so aufnähme, daß das aktuelle Zentrum des Wafers vollständig mit der Zentrallinie der Waferschaufel ausgerichtet ist, wie sie voranstehend unter Bezug auf die Fig. 5A-5C bestimmt wurde. Im tatsächlichen Gebrauch kann jedoch das Zentrum des Wafers möglicherweise quer gegenüber der Zentrallinie der Schaufel 33 verschoben sein, und dieses Ausmaß der Querverschiebung kann so groß sein, daß das Problem auftritt, daß die Waferkante eine oder mehrere der Schlitzoberflächen trifft, und zwar mit genügender Kraft, um ein Abplatzen oder Abblättern des betreffenden Materials zu bewirken. Die Querverschiebung muß deswegen gemessen und kompensiert werden, um einen derartigen Kontakt zu vermeiden. Die Messung und Kompensation der Querverschiebung des aktuellen Waferzentrums in Bezug auf das Schaufelzentrum ist ebenfalls von Bedeutung, wenn Wafer von dem Schiffchen zur Kassette befördert werden. Die vorliegende Erfindung stellt ebenfalls eine Kompensation der Verschiebung bei dieser Übertragung zur Verfügung.

Die Querverschiebung wird zweifach bestimmt.

Die erste Bestimmung wird vor Inbetriebsetzen beim Kalibrieren des erwarteten Orts eines Wafers in einer Kassette (üblicherweise nur des obersten Schlitzes, wie voranstehend erwähnt) und der erwarteten Lage von Wafern in dem oberen, mittleren und unteren Schlitz eines Schiffchens (wie voranstehend angegeben) durchgeführt.

Die zweite Bestimmung der Querverschiebung wird im Betrieb im Zusammenhang mit jeder Übertragung jedes Wafers von einer Quelle zu einem Zielort durchgeführt.

Unter Bezug auf Fig. 6A-6C wird die Schaufel zunächst einmal im entgegengesetzten Uhrzeigersinn in Umfangsrichtung (wie in Fig. 6A dargestellt) gedreht, bis der Umfangssensor 113 die linke Seitenkante des Wafers 35 abtastet. An diesem Punkt wird der Winkel Theta_A durch den Sensor festgestellt.

Die Schaufel 33 wird dann im Uhrzeigersinn gedreht (wie in Fig. 6C angedeutet ist), um die rechte Seitenkante des Wafers 35 abzutasten, und es wird der Winkel Theta_B bestimmt.

Das aktuelle Zentrum des Wafers liegt dann in der Mitte zwischen den beiden festgestellten Winkeln. Falls der Winkel dieser Zentrallinie des Wafers sich von dem vorher berechneten Winkel der Zentrallinie der Schaufel 33 unterscheidet, dreht die Steuereinrichtung 31 dann die Schaufel 33 in der richtigen Winkelrichtung, um die Querverschiebung zwischen dem Zentrum der Schaufel und dem Zentrum des auf der Schaufel getragenen Wafers zu eliminieren, so daß der Wafer 35 dann dem zugehörigen Schlitz in dem Schiffchen 39 oder einer Kassette 37 zugeführt werden kann, ohne daß es zu einem Kantenkontakt kommt.

Zusammenfassend wird eine anfängliche Kalibrierung für jede Kassette und jedes Schiffchen durchgeführt, um den erwarteten Ort des Zentrums jedes Wafers in einem zugehörigen Schlitz der Kassette oder des Schiffchens zu bestimmen. Beim Kalibrieren einer Kassette reicht es gewöhnlich aus, nur den Ort des Zentrums eines Wafers in dem obersten Schlitz einer Kassette zu kalibrieren. Beim Kalibrieren des Schiffchens ist es, wie voranstehend angegeben, im allgemeinen erwünscht, den obersten Schlitz, einen mittleren Schlitz und den untersten Schlitz des Schiffchens zu kalibrieren (wie in Fig. 3 dargestellt).

Der Umfangssensor 113 wird dann zur Bestimmung und Messung jeglicher Querverschiebung des aktuellen Zentrums eines Wafers auf der Schaufel 33 von dem kalibrierten Zentrum verwendet, und die Umfangsantriebseinheit wird in der richtigen Richtung angetrieben, um diese Querverschiebung zu kompensieren, bevor der Wafer 35 in einen zugehörigen Schlitz in dem Schiffchen oder der Kassette eingeschoben wird.

Claims (10)

1. Verfahren zur Übertragung eines Wafers von einer Quelle zu einem Zielort, gekennzeichnet durch folgende Schritte:
Kompensieren einer Querverschiebung des aktuellen Orts des Zentrums des Wafers (35) von dem erwarteten Ort des Zentrums des Wafers (35) in der Quelle, um den Wafer (35) so im Zielort zu plazieren, daß der aktuelle Ort des Zentrums des Wafers (35) sehr nahe an einem vorher festlegbaren, gewünschten Ort des Zentrums des Wafers (35) im Zielort liegt, indem
der Wafer (35) von der Quelle mittels einer Schaufel (33) entnommen wird, welche einen Ort ihres Zentrums aufweist, der sowohl in Bezug auf den erwarteten Ort der Quelle als auch in Bezug auf den gewünschten Ort des Zielorts bekannt ist.
das Ausmaß jeglicher Querverschiebung des Zentrums der Schaufel (33) in Bezug auf das Zentrum des Wafers (35) bestimmt wird,
die Schaufelposition (33) um dieses Ausmaß der Verschiebung korrigiert und schließlich
der Wafer (35) mittels der Schaufel (33) an seinen Zielort verbracht wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer von einem Schlitz in einer Kassette (37) zu einem Schlitz (73) in einem Schiffchen überführt wird, welches in eine Erhitzungs- und/oder Behandlungskammer (55) eines Ofens (23) geladen werden soll.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Wafer von einem Schlitz (73) in einem Schiffchen, welches zur Beladung in eine Erhitzungs- und/oder Behandlungskammer (55) eines Ofens (23) ausgebildet ist, zu einem Schlitz in einer Kassette (37) überführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der erwartete Ort der Quelle und der gewünschte Ort des Zielorts mittels einer vor dem Entnahmeschritt durchgeführten Kalibrierung aufgefunden wird.

5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Ausmaß der Verschiebung durch Betrachtung zweier gegenüberliegender Kanten des Wafers (35) ermittelt wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß ein fest angeordneter Sensor (113) verwendet wird und die Kanten des Wafers (35) über den Sensor (113) zur Bestimmung der beiden gegenüberliegenden Kanten des Wafers (35) geschwenkt werden.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß Sensorvorrichtungen (111, 113) und eine Steuereinrichtung (31) auch als Kalibriervorrichtungen zum Auffinden des erwarteten Orts der Quelle und des gewünschten Orts des Zielorts mittels einer vor dem Entnahmeschritt durchgeführten Kalibrierung dienen.

8. Einrichtung zur Durchführung eines Verfahrens zur Übertragung eines Wafers von einer Quelle zu einem Zielort nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Hilfe eines Waferübertragungsmechanismus, der ein Waferübertragungsmodul (29) mit einer Schaufel (33) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß
die Schaufel vertikal (Z), radial (R) und in einem kreisförmigen Bogen (θ) während der Aufnahme eines Wafers (35) von der Quelle und des Transports des Wafers (35) zum Zielort bewegbar ist, daß
der Waferübertragungsmechanismus eine Sensorvorrichtung (111, 113) zur Feststellung und Messung der Größe jeglicher Querverschiebung des Zentrums der Schaufel (33) in Bezug auf das Zentrum des Wafers (35) nach Aufnahme des Wafers (35) und dessen Entnahme von der Quelle mittels der Schaufel (33) aufweist, und
weiterhin eine Steuereinrichtung (31) zur Korrektur der Schaufelposition (33) in Querrichtung im Ausmaß der gemessenen Verschiebung vor Ablieferung des Wafers (35) am Zielort mittels der Schaufel (33) vorgesehen ist.

9. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle ein Schlitz in einer Kassette (37) und der Zielort ein Schlitz (73) in einem Transportschiffchen (39) ist.

10. Einrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Quelle ein Schlitz (73) in einem Transportschiffchen (39) ist, wobei der Zielort ein Schlitz in einer Kassette (37) ist.