DE3787873T2 - Vakuumpinzette. - Google Patents

Description

• Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vakuumgreifvorrichtung zur einfachen Handhabung von Halbleiter-Wafern, die besonders vorsichtig behandelt werden müssen.
• Auf dem Gebiet von keramischen Platten ist es bekannt, vakuumbetriebene Transportvorrichtungen zum Übertragen von keramischen Platten zu verschiedenen Verfahrensvorrichtungen zu verwenden. Eine derartige Vorrichtung ist z. B. in IBM Technical Disclosure Bulletin (Band 24, Nr. 4, September 1991) offenbart, wobei die Transportvorrichtung eine Umfassung enthält, die die keramische Platte überdeckt, jedoch nur mit den Seiten oder Ecken der Platte mittels eines über Öffnungen auf die Platte angewendeten Vakuums in Berührung steht. Die Vorrichtung umfaßt auch ein an der Umfassung angebrachtes Griffelement zur manuellen Bedienung. Im Falle von Halbleiter-Wafern wäre jedoch ein solches Gerät ungeeignet aufgrund seiner massigen Gestalt und seines Gewichts.
• Andererseits wird herkömmlich ein Halbleiter-Wafer gehandhabt, indem er mit seiner Vorder- und Rückseite in einer Pinzette eingeklemmt wird. Die Handhabung von Halbleiter- Wafern mit Pinzetten hat jedoch die im folgenden erwähnten Probleme.
• Wenn insbesondere der Halbleiter-Wafer in der Pinzette eingeklemmt ist, wird eine mechanische Spannung auf die Bereiche des Wafers konzentriert, in denen dieser in Kontakt mit der Pinzette ist.
• Da der Halbleiter-Wafer, wie z. B. ein silicium-Einkristall und ein Galliumarsenid(GaAs)-Einkristall aus leicht zu beschädigendem Material besteht und eine sehr geringe Dicke hat, ist es wahrscheinlich, daß der Wafer an seinen in Kontakt mit den Spitzen der Pinzette stehenden Bereichen gespalten wird.
• Wenn der Halbleiter-Wafer ungefähr in seinem Massenschwerpunkt, d. h. ungefähr in der Mitte eines flachen Wafers, mit der Pinzette eingeklemmt wird, um die Wahrscheinlichkeit des Spaltens oder Beschädigens des Wafers zu verringern, besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, daß der verarbeitete Bereich des Wafers durch die Spitzen der Pinzette beschädigt wird.
• Da die mechanische Spannung gegen den Halbleiter-Wafer sich auch auf einen sehr kleinen Bereich konzentriert, wo die Pinzette den Wafer beim zusammendrücken des Wafers mit der Pinzette berührt, ist es notwendig, sehr sorgfältig im Umgang mit dem Wafer zu sein. Es ist jedoch weiterhin wahrscheinlich, daß beim Umgang des Wafers mit einer Pinzette dieser beschädigt wird, sogar wenn der Wafer sehr sorgfältig gehandhabt wird.
• Wenn die Spitzen der Pinzette mit einem weichen Material zum Schutz des Halbleiter-Wafers vor Beschädigung überzogen sind, werden die Spitzen der Pinzette zu dick und rund, wodurch die Bedienungseigenschaft der Pinzette zum Aufnehmen des Wafers, der z. B. auf einer flachen Unterlage liegt, verschlechtert wird.
• Für einen Silicium-Chip wird herkömmlicherweise eine Vakuumgreifvorrichtung verwendet. Die Fig. 1 zeigt solch eine herkömmliche Vakuumgreifvorrichtung. Eine Düse 40 ist an der Spitze eines Griffs 42 angebracht. Die Luft in dem Griff strömt durch eine Schlauchleitung 43 aus, die mit einer Vakuumpumpe (nicht gezeigt) verbunden ist. Wenn die Düse 40 in Berührung mit einem Chip steht, und eine Öffnung 41 durch den Finger des Bedieners geschlossen wird, wird der Chip durch die Düse angesaugt. Wenn der Finger die Öffnung freigibt, wird der Chip von der Düse getrennt.
• Da jedoch die Düse der herkömmlichen Vakuumgreifvorrichtung nur eine Öffnung hat, wird eine vergleichsweise große mechanische Spannung auf den Chip in den kleinen Bereichen ausgeübt, wo die Vakuumgreifvorrichtung in Kontakt mit dem Chip ist. Obwohl die herkömmliche Vakuumgreifvorrichtung ursprünglich zur Verwendung für die Handhabung des Chips gedacht war, ist sie auch in einigen Fällen für einen Silicium-Wafer anwendbar. Da ein Silicium-Wafer weniger zerbrechlich und im allgemeinen dicker als ein GaAs-Wafer ist, ist die herkömmliche Vakuumgreifvorrichtung für einen Silicium-Wafer anwendbar. Sie ist jedoch nicht für einen GaAs-Wafer verwendet worden.
• Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zu schaffen, durch die die oben erwähnten Schwierigkeiten überwunden werden, um auf einfache und sichere Weise einen Halbleiter-Wafer zu handhaben.
• Die vorliegende Erfindung löst diese Aufgabe durch das Schaffen einer Vakuumgreifvorrichtung mit den Merkmalen, wie sie im Anspruch 1 dargelegt sind.
• Da ein oder mehrere Saugkanäle in dem Handhabungsbereich vorgesehen sind, hat die Vakuumgreifvorrichtung der vorliegenden Erfindung den Vorteil, daß die Kraft zum Ansaugen des Halbleiter-Wafers aufgeteilt wird.
• Der Handhabungsabschnitt der Vakuumgreifvorrichtung hat die Saugkanäle in seiner Saugseite, die der Oberfläche des Halbleiter-Wafers gegenüber liegen. Der negative Druck wird in jedem Saugkanal durch die Druckverringerungsvorrichtung erzeugt, so daß der Halbleiter-Wafer an den Handhabungsabschnitt angesaugt wird, wenn die Saugkanäle in Kontakt mit dem Wafer gebracht werden.
• Verschiedene Arten von Vorrichtungen können als Druckverringerungsvorrichtung verwendet werden. Da eine Druckverringerungsvorrichtung wie z. B. eine Vakuumpumpe in vielen Fällen zur Handhabung eines Halbleiter-Wafers installiert ist, kann der negative Druck auf einfache und stabile Weise durch Verbinden der Druckverringerungsvorrichtung mit der Vakuumgreifvorrichtung durch eine druckdichte Leitung erzeugt werden. Da das Gewicht des Halbleiter-Wafers sehr gering ist, kann eine einfache manuelle Pumpe ebenfalls als Druckverringerungsvorrichtung verwendet und integral an den Handhabungsabschnitt gekoppelt werden.
• Die Vorrichtung zum Ablassen des negativen Drucks kann aus einer Öffnung bestehen, die in der Druckverringerungsleitung vorgesehen ist und die mit der Atmosphäre in Verbindung steht. Wenn der Halbleiter-Wafer an die Vakuumgreifvorrichtung angesaugt werden soll, wird beispielsweise diese Öffnung durch einen Finger verschlossen. Wenn der Wafer von der Vakuumgreifvorrichtung freigegeben werden soll, wird der Finger von der Öffnung genommen, um den negativen Druck abzulassen. Die Vorrichtung zum Ablassen des negativen Drucks kann daher sehr einfach gestaltet sein.
• Da lediglich die Saugkanäle der Vakuumgreifvorrichtung in Kontakt mit dem nicht weiterverarbeiteten Bereich oder einem Randabschnitt der Oberfläche des Halbleiter-Wafers gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung kommen, beschädigt die Greifvorrichtung niemals die verarbeiteten Bereiche oder zentrale Bereiche der Oberfläche des Wafers.
• Da die Kontaktfläche des Halbleiter-Wafers mit dem Handhabungsbereich der Vakuumgreifvorrichtung sehr viel größer ist als die eines Halbleiter-Wafers mit einer herkömmlichen Greifvorrichtung, wird die mechanische Spannung, die auf jeden Punkt des Wafers durch die Vakuumgreifvorrichtung zum Halten des Wafers wirkt, sehr viel kleiner als bei einer herkömmlichen Greifvorrichtung. Da zudem der Halbleiter- Wafer an die Vakuumgreifvorrichtung durch den negativen Druck eines Fluids angesaugt wird, ist die auf den Wafer wirkende mechanische Spannung an einem Saugkanal gleich der auf den Wafer wirkenden mechanischen Spannung an einem anderen Saugkanal. Dies sind wünschenswerte Effekte der vorliegenden Erfindung, die weiter durch Vergrößern der Zahl der Saugkanäle oder Ausdehnen des Saugkanals in die Form eines Schlitzes über die gesamte Länge des Kontaktbereichs des Handhabungsabschnitts mit dem Halbleiter-Wafer verbessert werden können.
• Weiter ist in der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung ein elastisches Teil in dem Bereich des Handhabungsabschnitts vorgesehen, das in Kontakt mit dem Halbleiter-Wafer gebracht wird, so daß das elastische Teil so wirkt, daß der Wafer auf wirksame Weise von der Vakuumgreifvorrichtung angesaugt wird und die Oberfläche des Wafers vor Beschädigung geschützt wird. Das elastische Teil dient auch als ein Dichtungsteil zwischen dem Wafer und dem Saugkanal der Vakuumgreifvorrichtung und wirkt der auf den Wafer aufgrund des negativen Drucks wirkenden mechanischen Spannung entgegen. Aus diesem Grund ist es wünschenswert, daß die Kontaktfläche des elastischen Teils mit dem Wafer so groß wie möglich ausgebildet ist.
• Da weiter die Vakuumgreifvorrichtung lediglich nach unten zu dem Halbleiter-Wafer bewegt werden muß, wenn der Wafer an die Greifvorrichtung angesaugt wird, kann die Greifvorrichtung einfach und auf sichere Weise verwendet werden, sogar wenn der Wafer auf einer flachen Unterlage liegt. Hinsichtlich dieser Betriebsweise hat der Griff der Vakuumgreifvorrichtung eine solche Form, daß es einfach ist, die Greifvorrichtung von oben oder seitwärts liegenden Positionen zu bedienen.
• Im folgenden soll die vorliegende Erfindung anhand der Zeichnungen für ein Ausführungsbeispiel näher erläutert und beschrieben werden. Da das Ausführungsbeispiel lediglich als Beispiel dient, ist die Erfindung nicht darauf beschränkt.
• In den Zeichnungen zeigen:
• Fig. 1 eine Seitenansicht einer herkömmlichen Vakuumgreifvorrichtung,
• Fig. 2(a) eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vakuumgreifvorrichtung,
• Fig. 2(b) eine Seitenansicht der Vakuumgreifvorrichtung nach der Fig. 2(a), und
• Fig. 3 eine perspektivische Ansicht der Vakuumgreifvorrichtung der Fig. 2(a).
• Die Fig. 2(a) zeigt eine Draufsicht auf eine Vakuumgreifvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Die Fig. 2(b) zeigt eine Seitenansicht der Vakuumgreifvorrichtung nach der Fig. 2(a). Die Fig. 3 zeigt eine perspektivische Ansicht der Vakuumgreifvorrichtung der Fig. 2(a), um ein besseres Verstehen zu ermöglichen. Gleiche Teile oder Bereiche, die in diesen Zeichnungen gezeigt sind, sind jeweils mit den gleichen Bezugszeichen versehen.
• Wie in der Fig. 2(a) gezeigt ist, umfaßt die Vakuumsgreifvorrichtung im wesentlichen einen Handhabungsabschnitt 1, der die Form des Buchstabens C hat, wenn sie von einer oben liegenden Lage aus betrachtet wird, und einen Griff 2, der sich nach außen von dem Zentrum des Handhabungsabschnitts aus erstreckt. Da der Halbleiter-Wafer 3, der gemäß der Zeichnung in der Fig. 2(a) kreisförmig ist, normalerweise in einem Bereich eingekerbt ist, ist der Handhabungsabschnitt l in der Form eines Buchstabens c ausgebildet. Obwohl eine Vielzahl von unabhängigen negativen Druckleitungen an einen ringförmigen Handhabungsabschnitt 1 angelegt werden können, um auch mit dem eingekerbten Halbleiter-Wafer 3 zurecht zu kommen, führt die Versorgung mit einer Vielzahl von negativen Druckleitungen zu einer Verkomplizierung des Aufbaus der Vorrichtung. Daher ist es nicht wünschenswert, eine Vielzahl von unabhängigen negativen Druckleitungen vorzusehen.
• Wie in den Zeichnungen gezeigt wird, ist der Handhabungsabschnitt 1 hohl und hat eine Vielzahl von Öffnungen 11 an der Seite, die dem Halbleiter-Wafer 3 gegenüberliegt. Die Öffnungen 11 wirken als Saugkanäle, um den Wafer 3 an die Vakuumgreifvorrichtung anzusaugen.
• Wie in der Fig. 2(b) gezeigt ist, ist ein elastisches Dichtungsteil 12 auf der mit den Saugöffnungen 11 versehenen Oberfläche vorgesehen und überdeckt diese Öffnungen. Die Größe des elastischen Dichtungsteils 12 ist so festgelegt, daß der innere Bereich 12a (vgl. Fig. 2(a)) des Dichtungsteils außerhalb des verarbeiteten Bereichs 31 auf dem Halbleiter-Wafer liegt, und der äußere Bereich des Dichtungsteils 12 innerhalb der Randkante des Halbleiter-Wafers liegt. Das Dichtungsteil 12 ist folglich so aufgebaut, daß zwischen dem angesaugten Wafer und den Saugöffnungen 11 eine Luftdichtigkeit aufrechterhalten wird, und daß der Wafer nicht beschädigt wird.
• Der Griff 2 hat eine Öffnung 21 am Ende des Griffs, die mit dem Handhabungsabschnitt 1 verbunden ist. Die Öffnung 21 ist an der den Saugöffnungen 11 des Handhabungsabschnitts 1 gegenüberliegenden Seite angeordnet und steht mit dem inneren Hohlraum des Handhabungsabschnitts in Verbindung. Das andere Ende des Griffs 2 ist mit einer flexiblen druckdichten Leitung 22 verbunden, die an eine in den Zeichnungen nicht gezeigte Vakuumpumpe gekoppelt ist. Der Griff 2 ist leicht schräg von dem Handhabungsabschnitt 1 nach oben verlaufend ausgebildet, um ein horizontales Anbringen des Handhabungsabschnitts an dem in einer horizontalen Lage liegenden Halbleiter-Wafer 3 zu vereinfachen.
• Der Betrieb der wie oben beschrieben aufgebauten Vakuumgreifvorrichtung wird nun beschrieben. Die Vakuumpumpe wird angetrieben, um einen negativen Druck in der inneren Aushöhlung der Vakuumgreifvorrichtung über den druckdichten Schlauch 22 zu erzeugen. Die Öffnung 21 des Griffs 2 wird dann durch einen Finger geschlossen, so daß der negative Druck über die Saugöffnungen 11 wirkt. Der Handhabungsabschnitt 1 wird in einer horizontalen Lage nach unten zu dem Halbleiter-Wafer 3 bewegt, so daß der Wafer von der Unterseite des Handhabungsabschnitts durch den negativen Druck angesaugt wird. Es liegt nun das Dichtungsteil 12 zwischen dem Handhabungsabschnitt 1 und dem Wafer 3, um Luftdichtigkeit zwischen dem Handhabungsabschnitt und dem Wafer aufrechtzuerhalten. Daher bleibt der Wafer 3 solange an dem Handhabungsabschnitt 1 wie der negative Druck in der Vakuumgreifvorrichtung aufrechterhalten wird.
• Da das Dichtungsteil 12 lediglich mit den nicht verarbeiteten Bereichen auf dem Wafer 3 in Berührung kommt, wird der Wafer im wesentlichen nicht beschädigt.
• Nachdem der Halbleiter-Wafer 3, der wie oben beschrieben von der Vakuumgreifvorrichtung angesaugt worden ist, angehoben und zu der gewünschten Position bewegt worden ist, wird der Finger von der Öffnung 21 an dem Griff 2 genommen, um den negativen Druck in der Vakuumgreifvorrichtung abzulassen, so daß der innere Druck auf das atmosphärische Niveau ansteigt. Folglich geht die Saugkraft auf den Wafer 3 verloren, so daß der Wafer von dem Handhabungsabschnitt 1 freigegeben wird.
• Die Vakuumgreifvorrichtung der vorliegenden Erfindung wurde auf GaAs-Wafer mit einem Durchmesser von 5,08, 5,08, 7,62 und 7,62 cm (2, 2, 3 und 3 Zoll) und jeweils einer Dicke von 450, 200, 620 und 200 um angewendet. Die auf die Wafer wirkende Saugkraft betrug jeweils 6, 3, 20 und 7 Pond (1 Pond = 9,8 · 10&supmin;³ N). Für den 7,62 cm(3 Zoll)-Wafer mit 200 um Dicke kann eine Saugkraft von 5-10 Pond angewendet werden, wobei der am besten geeignete Wert bei 7 Pond liegt. Als Folge davon wurde kein Schaden an einem der GaAs-Wafer beobachtet.
• Wie oben beschrieben wurde kann ein zerbrechlicher Halbleiter-Wafer sehr einfach mit der erfindungsgemäßen Vakuumgreifvorrichtung gehandhabt werden. Die Handhabung des Halbleiter-Wafers mit der Vakummgreifvorrichtung wird durch einen so einfachen Betrieb ausgeführt, indem eine Vorrichtung zum Freigeben eines negativen Drucks geschlossen wird, ein Handhabungsabschnitt auf der Oberseite des Wafers angelegt wird, der Wafer durch den Handhabungsabschnitt angesaugt wird, die Greifvorrichtung und der daran angesaugte Wafer zusammen bewegt werden und die Vorrichtung zum Ablassen des negativen Drucks geöffnet wird, um den Wafer von der Greifvorrichtung zu entlassen.
• Die Vakuumgreifvorrichtung hat eine sehr einfache Bauweise und kann aus einem Material wie Plastik gefertigt werden, welches einfach zu erhalten und zu verarbeiten ist.
• Zusätzlich zu den Vorteilen des einfachen Betriebs der Vakuumgreifvorrichtung hat die Greifvorrichtung einen weiteren Vorteil. Dieser besteht darin, daß die Greifvorrichtung nicht in Kontakt mit dem verarbeiteten Bereich auf dem Halbleiter-Wafer gebracht wird, und die Fläche auf der Oberfläche der Vakuumgreifvorrichtung, die in Kontakt mit dem Halbleiter-Wafer gebracht wird, sehr viel größer ist als die Fläche von herkömmlichen Greifvorrichtungen, so daß die Vakuumgreifvorrichtung kaum den Halbleiter-Wafer beschädigt oder bricht. Die Sicherheit der Vakummgreifvorrichtung ist in extremer Weise höher als bei herkömmlichen Greifvorrichtungen. Daher vereinfacht die Verwendung der Vakuumgreifvorrichtung nicht nur die Handhabung von dem Halbleiter-Wafer, sondern erhöht auch die Ausbeute.

Claims (5)

1. Vakuumgreifvorrichtung zum Handhaben eines Halbleiter- Wafers mit

einem hohlen, C-förmigen Handhabungsabschnitt (1) mit einer Vielzahl von zur gleichen Ebene wie der Hauptebene eines Halbleiter-Wafers hin offenen Saugkanälen (11), wobei der Handhabungsabschnitt innerhalb einer Fläche, die kleiner als die Oberfläche des Wafers ist, liegt, und die C-Form geeignet ausgebildet ist, um den Randbereich der Hauptoberfläche des Wafers zu kontaktieren;

einem Griff (2), der integral an den Handhabungsabschnitt gekoppelt ist, wobei der Griff (2) sich von dem Zentrum des Handhabungsabschnitts nach außen und unter einem schrägen Winkel nach oben erstreckt;

einer Druckverringerungsvorrichtung (22), die mit den Saugkanälen in Verbindung steht;

einer Vorrichtung (21) zu Freigeben des durch die Druckverringerungsvorrichtung erzeugten negativen Drucks; und

einem elastischen Teil (12), das auf dem Handhabungsabschnitt an der Saugkanalseite vorgesehen ist, wobei das elastische Teil hermetisch zwischen dem Handhabungsabschnitt und der Oberfläche des Halbleiter-Wafers liegt und den von der Druckverringerungsvorrichtung erzeugten negativen Druck hält.

2. Eine Vakuumgreifvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Anordnung der Saugkanäle in dem Handhabungsabschnitt einem nicht verarbeiteten Bereich auf dem Halbleiter- Wafer entspricht.

3. Eine Vakuumgreifvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Handhabungsabschnitt (1) mit einem weichen Material auf seiner Saugkanalseite überzogen ist, um die Oberfläche des Halbleiter-Wafers vor Beschädigung zu schützen.

4. Eine Vakuumgreifvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Druckverringerungsvorrichtung (22) eine mit den Saugkanälen über eine Verbindungsleitung verbundene Vakuumpumpe ist.

5. Eine Vakuumgreifvorrichtung nach Anspruch 1, wobei die Vorrichtung zum Freigeben des negativen Drucks eine in dem Griff (2) vorgesehene Öffnung (21) ist, die mit einer Druckverringerungsleitung zwischen dem Saugkanal und der Druckverringerungsvorrichtung in Verbindung steht und eine solche Größe hat, daß die Öffnung durch einen Finger verschlossen werden kann.