DE3884655T2

DE3884655T2 - Eine Vorrichtung zum Transport eines elektrisch leitenden Wafers.

Info

Publication number: DE3884655T2
Application number: DE88104776T
Authority: DE
Inventors: Akira Machida
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1987-03-31
Filing date: 1988-03-24
Publication date: 1994-05-05
Anticipated expiration: 2008-03-25
Also published as: US4848536A; EP0287838A3; EP0287838A2; KR910003182B1; KR880010997A; EP0287838B1; JP2581066B2; JPS63245932A; DE3884655D1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Transportieren eines elektrisch leitfähigen Materials, das die Form einer Wafer- Scheibe hat, wobei für den Transport elektrostatische Anziehungskraft verwendet wird.

Beschreibung älteren relevanten Standes der Technik

Es gibt eine Vielzahl von Typen von Transportmechanismen, die zum Transport eines Wafers bzw. einer Wafer-Scheibe verwendet werden, wobei diese relativ leicht ist und z. B. eine Halbleiter-Wafer-Scheibe ist. Einige konventionelle Transporteinrichtungen sind in den Fig. 1 bis 5 gezeigt. Fig. 1 zeigt ein Bandfördersystem, bei dem die zu transportierende Wafer-Scheibe auf ein Band gelegt ist, das von einem Motor angetrieben wird, der der Antriebsmechanismus ist. Die Fig. 2 und 3 zeigen ein sogenanntes Laufträger-(Walking Beam)-System, bei dem der Träger eine Rechteckbewegung wie bei einem Gabellift ausführt, d. h. der Träger bewegt sich entlang dem Pfeil "a", um die Wafer- Scheibe 6 anzuheben, die sich auf einer Ablage befindet. Der Träger transportiert dann die Wafer-Scheibe horizontal entlang dem Pfeil "b", geht dem Pfeil "c" entlang herunter, um die Wafer-Scheibe auf der Ablage (zurück-)zulassen, und kehrt entlang dem Pfeil "d" in seine Anfangsposition zurück. Die Fig. 4 zeigt ein Tragluftsystem, bei dem ein Luftstrahl aus einer Vielzahl Luftdüsen ausgeblasen wird, die in der Ablage vorgesehen sind. Die Wafer-Scheibe wird dadurch transportiert und der Winkel der Richtung des Luftstrahls ist so geneigt, daß die Wafer-Scheibe sowohl schwimmend als auch angetrieben zum Bestimmungsort gelangt. In der entgegengesetzten Weise wird Luft zum Anziehen eines Objekts verwendet. Die FR-A-2554250 beschreibt ein Chuck, mit dem eine Wafer-Scheibe durch Vakuumkraft gehalten wird.
Die Fig. 5 zeigt ein Linear-Motorsystem, wie es in der US-A-4624617 beschreiben ist. Dort hat ein Wagen Magneten und trägt die Wafer- Scheibe (oder irgendetwas anderes) darauf. Die Wafer-Scheibe ist notwendigerweise mit der Oberfläche dieses Wagens in Berührung, der magnetisch von dem Linear-Motorsystem angetrieben wird.
Die EP-A-0102569 beschreibt eine Vorrichtung zum Transportieren dielektrischen Pulvermaterials in einer Horizontalrichtung. Dieses Material kann auch ein Blatt bzw. eine Scheibe sein. Diese Vorrichtung hat auch eine Anzahl planer Elektroden, von denen eine jede eine plane Oberfläche hat, die horizontal koplanar zu den anderen Oberflächen ist. Diese plane Oberfläche der Elektroden steht dem dielektrischen Material, das zu transportieren ist, gegenüber und das Material wird transportiert. Damit kein Pulver auf der Oberfläche der Elektroden zurückbleibt, wird dieses von diesen Elektroden weggeblasen. Es sind dazu Düsen in diesen Elektroden vorgesehen, durch die Luft hindurchgeblasen wird.
Ein sogenanntes elektrostatisches Chuck ist in der JP-A-57-64950 beschrieben. Dieses Chuck besteht aus einer Vielzahl flacher Elektroden, die mit einer dielektrischen Schicht bedeckt sind. Eine hohe elektrische Spannung wird zwischen diesen Elektroden angelegt. Eine elektrostatische Anziehungskraft tritt zwischen der Wafer-Scheibe und den Elektroden infolge anliegender elektrischer Spannung auf und hält die Wafer-Scheibe.
Bei diesen konventionellen Systemen auftretende Probleme sind:
In den Systemen der Fig. 1 bis 3 und bei dem obenbeschriebenen elektrostatischen Chuck berührt die Oberfläche der Wafer-Scheibe zwangsläufig ein fremdes Material, wie z. B. das Band, die Gabel, die dielektrische Schicht usw. und das System wird buckelig. In Fig. 4 müssen die Kanten der Elektroden Seitenwände berühren, (die in Fig. 4 nicht dargestellt sind), mittels derer die Wafer-Scheibe geführt wird. Die Wände bewirken, daß die Scheibe von ihrem Weg nicht abweicht. Nach Fig. 5 muß die Wafer-Scheibe oder das Transporttablett aus einem magnetischen Material bestehen und der Mechanismus ist kompliziert. Eine Halbleiter-Wafer-Scheibe ist jedoch generell betrachtet nicht magnetisch. Desweiteren bestehen Probleme darin, daß die sich mechanisch bewegenden Teile geeignet sind, Staub oder ein Verunreinigungsmaterial zu liefern, der/das in der Halbleiterproduktion störend ist. Das maschinelle Erzeugen schräg gerichteter Tragluftdüsen erfordert sehr komplizierte Technik, was ein Anwachsen der Kosten der Produktionseinrichtung bewirkt. Außerdem verbrauchen alle diese konventionellen Systeme erhebliche elektrische Arbeit.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Wafer(-Scheiben)- Transportsystem anzugeben, das keine mechanisch bewegten Teile hat und das eine Halbleiter-Wafer-Scheibe transportieren kann, deren hergestellte Oberfläche nach unten weist, jedoch nichts (außer Luft) berührt. Das System soll frei von Staub, störendem Gas, Abscheidung und Verunreinigung sein. Das Wafer-Transportsystem soll nur wenig (elektrische) Arbeit verbrauchen.
Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst.
Entsprechend der vorliegenden Erfindung ist ein Wafer(-Scheiben)- Transporteur zusammengesetzt aus einer Vielzahl planer Elektroden, die horizontal und koplanar miteinander angeordnet sind, so daß sie der zu transportierenden Wafer-Scheibe vertikal gegenüberliegend sind. Es wird eine Gleichspannung zwischen den Elektroden angelegt, so daß die Wafer-Scheibe, die elektrisch leitfähig ist, in Vertikalrichtung elektrostatisch zu den unter Spannung liegenden Elektroden durch induzierte elektrische Polarisationsladung auf der Waferscheibe angezogen wird. Die Oberflächen der Elektroden, die der Wafer-Scheibe gegenüberliegen, sind mit Luftdüsen versehen, durch die Luft ausgeblasen wird, um die Wafer-Scheibe mit den Elektroden nicht in direkten Kontakt kommen zu lassen. Der Luftspalt zwischen der Wafer-Scheibe und den Elektrodenoberflächen wird aufrechterhalten, indem die vertikale Anziehungskraft und die abstoßende Kraft der Luft im Gleichgewicht gehalten werden. Andererseits erzeugt Ungleichmäßigkeit in der Fläche der Elektroden, die der Wafer-Scheibe gegenüberliegt, auch eine bezüglich der Wafer-Scheibe horizontal gerichtete elektrostatische Anziehungskraft, die auf die Wafer-Scheibe wirkt. Weil keine Reibung zwischen der Wafer-Scheibe und den Elektroden vorliegt, kann diese horizontale Anziehungskraft die Wafer-Scheibe leicht in horizontal er Richtung bewegen. Wenn die Wafer-Scheibe kontinuierlich in der Horizontalrichtung beschleunigt wird, wird die angelegte Spannung sequentiell auf eine neue Elektrode umgeschaltet. Man hat damit eine horizontal transportierende Wafer-Transporteinrichtung, bei der nichts anderes als Luft berührt wird, die bearbeitete Halbleiteroberfläche nach unten gerichtet gehalten wird, ohne daß jegliche bewegte Mechanik erforderlich ist und bei der nur geringe elektrische Arbeit verbraucht wird. Die Elektrodenoberfläche kann mit einer dielektrischen Schicht versehen sein, um direkten Kontakt der Waferscheibe mit der Elektrode zu vermeiden.
Die oben erwähnten Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung, zusammen mit anderen Aufgabenstellungen und Vorteilen die auftreten, werden mehr ins einzelne gehend nachfolgend beschrieben, wobei auf die beigefügten Zeichnungen Bezug genommen wird, die Teil der Erfindung sind und in denen durchwegs dieselben Bezugszeichen für dieselben Einzelheiten benutzt sind.

KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN

Fig. 1 zeigt eine schematische Seitenansicht eines bekannten Transportsystems mit Transportband.
Fig. 2 zeigt eine schematische Seitenansicht eines bekannten Transportsystems mit bewegtem Träger.
Fig. 3 zeigt eine schematische Aufsicht des bekannten Transportsystems nach Fig. 2.
Fig. 4 zeigt eine schematische Seitenansicht eines bekannten Transportsystems mit schräg gerichteten Luftdüsen.
Fig. 5 zeigt ein bekanntes Transportsystem mit magnetischem Linearmotor.
Fig. 6 zeigt eine schematische, geschnittene Seitenansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung.
Fig. 7 zeigt eine schematische Aufsicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung nach Fig. 6.
Fig. (8a) zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild zur vorliegenden Erfindung.
Fig. (8b) zeigt eine vereinfachte Modellkonfiguration der Elektroden und der Wafer-Scheibe zur theoretischen Analyse der elektrostatischen Anziehungskräfte bei der vorliegenden Erfindung.
Fig. 9 zeigt die horizontale Anziehungskraft und die vertikale Anziehungskraft als Funktionen des Ortes der Wafer-Scheibe in Bezug auf die Elektroden.
Fig. 10 zeigt die vertikale Anziehungskraft und die Abstoßungskraft als Funktionen des Luftspaltes.
Fig. 11 zeigt schematisch die Schaltfolge des Anlegens der elektrischen Spannung an die Elektroden zum Zwecke kontinuierlicher Beschleunigung.
Fig. 12 zeigt schematisch Schalter-Schaltkreise für das Anlegen der elektrischen Spannung an die Elektroden.
Fig. 13 zeigt eine Querschnittsansicht einer praktischen Ausführungsform eines typischen Wafer-Scheiben-Transporteurs der vorliegenden Erfindung.
Fig. 14 zeigt eine Querschnittsansicht senkrecht zur Richtung des Transports der Wafer-Scheibe an einer Ablage zum Aufnehmen/- Ablegen.
Fig. 15 zeigt schematisch eine Änderung der Elektrodenkonfigurationen.
Fig. 16 zeigt ein Beispiel des Anlegens elektrischer Spannung für Bewegung der Wafer-Scheibe in einer Diagonalrichtung.
Fig. 17 zeigt schematisch ein Beispiel des Elektroden-Layouts.
Fig. 18 zeigt das Prinzip der Anbringung/Positionierung eines Sensors, der mit (Rundfunk-)Hochfrequenz arbeitet.

BESCHREIBUNG BEVORZUGTER AUSFÜHRUNGSBEISPIELE

Es wird auf die Fig. 6 und 7 Bezug genommen. Das Prinzip der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend beschrieben. Es sind plane Elektroden 1-1 bis 1-5 vorgesehen, die horizontal koplanar miteinander sind. Sie befinden sich in einer Transportablage, die in der Fig. 6 nicht gezeigt ist. Eine Halbleiter-Wafer-Scheibe 6, die für die Erfindung als elektrisch leitfähig anzusehen ist, ist so positioniert, daß sie den Elektroden 1-1 bis 1-4 gegenüberliegt. Bei dieser Ausführungsform befindet sich die Wafer-Scheibe unterhalb der Elektroden. Die Elektroden-Oberflächen, die der Wafer-Scheibe gegenüberliegen, sind mit einer dielektrischen Schicht 2, wie z. B. Aluminiumoxidkeramik, beschichtet. Die Dicke der Schicht beträgt beispielsweise 2,0 mm. Es sind durch die Elektrode 1 und durch die darauf befindliche dielektrische Schicht 2 hindurchgehende Düsen in großer Anzahl vorgesehen. Mittels diesen wird saubere, trockene Luft vertikal und senkrecht zur Wafer-Scheibe 6 ausgeblasen. Das Gitterraster der Düsen beträgt beispielsweise 10 bis 20 mm für eine 6-Zoll-Wafer-Scheibe. Mittels einer Luftleitung 3, die in den Fig. 6 und 7 nicht, jedoch in der Fig. 14 gezeigt ist, wird die auszublasende Luft den Düsen 2 zugeführt. Der positive Pol einer 5000 V-Gleichspannung wird vorzugsweise über einen Widerstand 4 an die Elektroden 1-1 und 1-2 von einer Gleichspannungsquelle 8 her angelegt. Der negative Pol derselben 5000 V-Gleichspannung ist vorzugsweise über einen Widerstand 4' an die Elektroden 1-3 und 1-4 angelegt. Ein Ersatzschaltbild dieses Zustandes ist in Fig. 8(a) gezeigt. Darin ist C&sub1; eine äquivalente Kapazität, die zwischen der Wafer-Scheibe und den Elektroden 1-1 und 1-2 vorliegt, die mit dem positiven Pol verbunden sind. Mit C&sub2; ist auf eine äquivalente Kapazität zwischen der Wafer-Scheibe und den Elektroden 1-3 und 1-4 hingewiesen, die mit dem negativen Pol verbunden sind. Die Kapazitätswerte dieser Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; sind abhängig veränderlich mit der horizontalen und vertikalen Position der Wafer-Scheibe, bezogen auf die Elektrode. Die an die Elektroden angelegte Gleichspannung induziert polarisierte elektrische Ladung auf der Wafer-Scheibe, wie dies in Fig. 8 gezeigt ist. Folglich sind Spannungen V&sub1; an der Kapazität C&sub1; und eine Spannung V&sub2; an der Kapazität C&sub2; induziert. Mit anderen Worten heißt dies, daß die Reihenschaltung aus den Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; die angelegte Spannung 2,00 V über die Wafer-Scheibe in V&sub1; und V&sub2; dividiert. Diese zwischen der Wafer-Scheibe und den Elektroden vorhandenen induzierten Spannungen V&sub1; und V&sub2; erzeugen eine elektrostatische Anziehungskraft, die die Wafer-Scheibe vertikal zu den Elektroden hin anzieht. Die von den Düsen ausgeblasene Luft treibt jedoch die Wafer-Scheibe derart zurück, daß die Wafer-Scheibe daran gehindert ist, mit den Elektroden in Berührung zu kommen. Der Spalt zwischen den Elektroden und der Wafer-Scheibe ergibt sich aus dem Gleichgewicht zwischen der Anziehungskraft der Elektroden und der abstoßenden Kraft der ausgeblasenen Luft. Einzelheiten zu diesem Gleichgewicht werden später erläutert. Damit kann die Wafer-Scheibe in der Luft mit geeignetem Abstand von den Elektroden schwimmen und es tritt zwischen Wafer-Scheibe und Elektroden keine Reibung auf. Andererseits gilt allgemein, daß C&sub1;·V&sub1;=Q=C&sub2;·V&sub2; ist, weil die induzierte Ladung Q beiden Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; gemeinsam ist. Es ergibt sich somit V&sub1;:V&sub2;=C&sub2;:C&sub1;. Wenn nun C&sub1; größer ist als C&sub2;, ist V&sub1; kleiner als V&sub2;. Die Spannungsdifferenz zwischen V&sub2; und V&sub1; erzeugt eine horizontale Anziehungskraft hin zur Seite der höheren Spannung, d. h. nach Rechts beim vorliegenden Beispiel, wie dies durch den Pfeil F in Fig. 8(b) gezeigt ist. Weil wie oben erwähnt keine Reibung auftritt, bewegt sich die Wafer-Scheibe in horizontal er Richtung. Wenn C&sub1; gleich groß wie C&sub2; wird, wird V&sub2; gleich V&sub1;. Die horizontale Anziehungskraft wird dann Null. Die Wafer-Scheibe ist immer gezwungen, sich zu dem Gleichgewichtszustand hinzubewegen, bei dem die Flächen S&sub1; und S&sub2; gleich groß sind, und zwar gleichgültig, ob die Polarität von x, mit dem der augenblickliche Ort der Wafer-Scheibe bezeichnet ist, plus oder minus ist.
Nachfolgend wird die theoretische Analyse der Anziehungskräfte im einzelnen wiedergegeben. Es ist festgelegt, daß die Kapazitäten C&sub1; und C&sub2; durch jeweils die Flächen S&sub1; und S&sub2; gebildet sind. Dicke und dielektrische Konstante der dielektrischen Schicht 2 sind de und Er Der Spalt zwischen der Wafer-Scheibe und der Oberfläche der dielektrischen Schicht 2 ist da. Man erhält dann C&sub1; und C&sub2; wie folgt:
Die Gesamtkapazität C, die die Last der Gleichspannungsquelle ist, ist gleich der Reihenkapazität von C&sub1; und C&sub2;, wie dies die nachfolgende Formel angibt.
Die gesamte Energie U des elektrostatischen Potentials ergibt sich nach der nachfolgenden Gleichung, in der V die von der Stromversorgung angelegte Gleichspannung ist:
ü = 1/2 · CV²------------------ (2)
Als allgemeine Gesetzmäßigkeit der Dynamik wird andererseits eine Kraft hinsichtlich Größe und Richtung induziert, durch die die potentielle Energie U kleiner wird. Eine jede der x-, y- und z-Komponenten der Kraft wird wiedergegeben durch die nachfolgenden Gleichungen, in denen y, y und z die zueinander orthogonalen horizontalen und vertikalen Richtungen angeben:
F(x) = - ∂ U/∂ x------------ (3)
F(y) = - ∂ U/∂ y------------ (4)
F(z) = - ∂ U/∂ z------------- (5)
Die Gleichungen (3), (4) und (5) lassen sich mittels der Gleichungen (1) und (2) wie folgt vereinfachen:
F(z) ist eine Gesamtkraft der Flächen S&sub1; und S&sub2;, die die Wafer-Scheibe zu den Elektroden hin anzieht. F(x) und F(y) wirken als Kräfte, die die Wafer-Scheibe horizontal in x- und in y-Richtung bewegen. Im Modellfall, bei dem die Wafer-Scheibe rund ist, wie Fig. 8(b) zeigt, ist "x" als Ort der Mitte der Wafer-Scheibe definiert, gemessen von den begrenzenden Linien der zwei Elektroden, an die entgegengesetzte Polaritäten der Spannungsquelle jeweils angelegt sind. Die Berechnung des veränderlichen Teils von F(x) ergibt:
Das Ergebnis der quantitativen Analyse hinsichtlich einer runden Wafer-Scheibe, die keine Orientierungsebene, wie in Fig. 8(b) gezeigt, hat, ergibt horizontale Anziehungskraft und vertikale Anziehungskraft wie in Fig. 9 gezeigt, wobei:
der Radius der Wafer-Scheibe (6-Zoll) . . . . . . . . . . . . . . 75 mm,
die Breite der Elektrode (W) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16 cm,
die Teilung der Elektroden in deren Richtung (L) . . . 2 cm,
die angelegte Gleichspannung der Spannungsquelle . . . 5000 V,
der Spalt zwischen der Wafer-Scheibe und der Oberfläche der dielektrischen Schicht der Elektrode (da) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . ungefähr 50 um,
die Dicke der dielektrischen Schicht (de) . . . . . . . . . . . 2,0 mm,
die Dielektrizitätskonstante der dielektrischen Schicht . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 10 betragen.
Andererseits ist die durch den Luftstrahl erzeugte Abstoßungskraft nach Fig. 10 eine Funktion des Luftspaltes da, wobei:
Der Durchmesser der Düsen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1 mm,
die Teilung eines quadratischen Gitters der Düsen . . 20 mm,
die Gesamtanzahl der Düsen, die der Wafer-Scheibe gegenüberliegen . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 44,
die Geschwindigkeit der ausgeblasenen Luft . . . . . . . . . 4,0 m/s sind.
Die Größe des Luftspaltes da fällt mit dem Gleichgewichtspunkt zusammen, bei dem die Anziehungskraft F(z) (entnommen aus Fig. 9) und die Kraft Fp (= Abstoßungskraft Fr + Gewicht der Scheibe) gleich groß sind. Dies ist mit dem Schnittpunkt der zwei Kurven F(z) und Fp in Fig. 10 gezeigt. Mit Vergrößerung des Luftspaltes da nimmt die Abstoßungskraft stark ab. Die Form dieser Kurven ändert sich abhängig von der Größe der angelegten Spannung, der Dielektrizitätskonstante und der Dicke der dielektrischen Schicht, der Geschwindigkeit der ausgeblasenen Luft, der Anzahl der Düsen und dem Durchmesser der Düsen. Konsequenterweise können diese zwei Kurven so gelegt werden, daß sie sich bei einem passenden Wert des Luftspaltes schneiden; 40 um für x=0, 45 um für x=20 mm und 60 um für x=40 mm, wie dies Fig. 10 zeigt. Mit diesen Bedingungen/Werten erzielt man eine geeignete horizontale Beschleunigung, wie dies noch nachfolgend erläutert wird. Um die Erläuterung zu vereinfachen, wird die Gesamtanziehungskraft von S&sub1; und S&sub2; als Kraft F(z) herangezogen. In der Praxis muß jedoch berücksichtigt werden, daß die senkrechte Anziehungskraft bezüglich verschieden großen Flächen S&sub1; und S&sub2; nicht gleich groß ist.
Aus den in Fig. 9 gezeigten Ergebnissen ist zu ersehen, daß in dem Bereich von "x" = 20 bis 40 mm wenigstens 2,2 gw (Gramm Gewicht) horizontaler Beschleunigung zu erhalten ist, während man wenigstens 450 gw für die vertikale Anziehungskraft erhält.
Wenn gefordert wird, daß die Wafer-Scheibe sich bewegt, d. h. beschleunigt wird, muß für den Fall der Fig. 9 zusätzlich das Anlegen der elektrischen Spannung an die Elektrode geschaltet werden, nämlich zum Zeitpunkt, zu dem das Maß "x" etwa 20 mm erreicht. Es muß dann auf eine neue Elektrode umgeschaltet werden, deren Kante sich dann bei etwa 40 mm befindet. Einzelheiten zu diesem Umschalten werden noch nachfolgend beschrieben.
Wie aus Fig. 9 zu ersehen, ist ein mittlerer Wert für F(x) für den Bereich x=20 bis 40 mm gleich 3,0 gw. Eine Halbleiter-Wafer-Scheibe mit 6 Zoll Durchmesser und 700 um Dicke wiegt ungefähr 30 g. Diese Wafer-Scheibe wird somit mit 0,10 G (3,0 geteilt durch 30) beschleunigt. Nach erfolgter Beschleunigung über eine 500 mm Wegstrecke hat die Wafer-Scheibe eine Geschwindigkeit von etwa 1,0 m/s erreicht. Nachdem einmal die Wafer-Scheibe beschleunigt ist, bleibt sie infolge ihrer Trägheit weiter in Bewegung, und zwar auch ohne äußere Anziehungskraft, nämlich weil keine Reibung auf die Wafer-Scheibe einwirkt. Wenn die Wafer-Scheibe angehalten werden soll, muß sie daher verzögert werden. Das Prinzip der Verzögerung ist dasselbe, wie das der Beschleunigung, ausgenommen daß die Richtung der erzeugten horizontalen Anziehungskraft entgegengesetzt gerichtet ist. Das Transportieren der Wafer-Scheibe über eine 500 mm Wegstrecke, d. h. 250 mm Beschleunigung und 250 mm Verzögerung, wird innerhalb von 1,4 s erreicht.
Einzelheiten des Schaltens des Anlegens der Spannung an die Elektroden für einen kontinuierlichen Betrieb werden nachfolgend beschrieben. Fig. 11 zeigt die Art und Weise des Wechsels der an eine jede Elektrode angelegten Spannungen, nämlich während die Wafer-Scheibe sich entlang der Reihe der Elektroden bewegt. Die horizontale Sequenz in Fig. 11 gibt die Zählweise der Elektroden an und die vertikale Sequenz gibt das schrittweise Fortschreiten der Zeit an, wobei während eines jeden Schrittes die Wafer-Scheibe an einer einzelnen Elektrode vorbei läuft. Um die Figur zu vereinfachen, ist die Anzahl der Elektroden, die gleichzeitig der Wafer-Scheibe gegenüberliegen, mit vier in Fig. 11 gewählt. Die Querschnittsansicht der Wafer-Scheibe gibt den Anfangszustand an, in dem die Wafer-Scheibe den vier Elektroden 1 bis 4 gegenüberliegt. Die "+"- oder "-"-Zeichen geben in Fig. 11 das Vorzeichen plus oder minus der Spannung an, die an die dort vorhandene Elektrode angelegt ist. Die Unterstreichung zwischen den "+"- und den "-"-Zeichen gibt den Ort der Wafer-Scheibe in Bezug auf die Elektroden für einen jeden Schritt an. Die Pfeile ↓↓ geben die Orte für Positionssensoren an, die ein jeder bei diesem Beispiel ein Fotokoppler sind, bestehend aus einer Fotodiode 9 und einem Lichtdetektor 10 (Fig. 6). Von der Fotodiode 9 emittiertes Licht wird empfangen und somit durch den Lichtdetektor 10 detektiert. Wie dies gut bekannt ist, erzeugt eine von der Wafer-Scheibe bewirkte Unterbrechung des Lichtüberganges in dem Fotokoppeler ein elektrisches Signal, das das Vorhandensein der Wafer-Scheibe anzeigt. In Fig. 11 sind die Fotokoppler 11, d. h. die Positionssensoren, an den begrenzenden Linien von zwei benachbarten Elektroden positioniert. Ein Übergang von Licht im Positionssensor initiiert das Schalten des Anlegens der Spannung. Um die Figur zu vereinfachen, ist nur ein Satz der Fotodetektoren 9 und 10 in Fig. 6 dargestellt, der für die anderen Positionssensoren 11 (in Fig. 6 nicht, doch in Fig. 7 dargestellt) repräsentativ ist. Der Satz Positionsdetektoren ist an einer jeden begrenzenden Linie der Elektroden positioniert. Der Schalter-Schaltkreis ist schematisch in der Fig. 12 wiedergegeben. Das Schalten wird entsprechend einem vorprogrammierten Zeitplan ausgeführt, der von einer Schaltersteuerung gegeben ist, die einen Mikrocomputer umfaßt. Das Schalten einer jeden Elektrode wird mittels eines elektromechanischen Relais ausgeführt, und zwar wegen der Höhe der anzulegenden Spannung. Wie dies vorangehend beschrieben ist, wird die Wafer-Scheibe immer in einer Richtung angezogen, in der die Anzahl der an Spannung liegenden Elektroden kleiner ist als in der dazu entgegengesetzten Richtung. In Fig. 11 wird die Wafer-Scheibe dementsprechend kontinuierlich nach Rechts hin beschleunigt. Der Positionssensor 11 kann (auch) an einem anderen Platz als dem entsprechend den Fig. 6 und 7 positioniert sein, nämlich abhängig von der Gesamtausführung. Wie dies oben beschrieben ist, ist das Schalten, speziell das Zeitprogramm des Schaltens, der Elektroden auf der Vorderseite der Wafer-Scheibe wichtig. Das Zeitprogramm des Schaltens der Elektroden auf der dazu rückwärtigen Seite ist nicht so wesentlich.
Die praktische Ausführungsform der Elektroden ist in Fig. 13 gezeigt. Auf der einen Seite eines Keramiksubstrats 52, das schon die hindurchgehenden Luftdüsen 7 hat, sind die Elektroden 1 als Muster aufgebracht. Auf der anderen Seite des Substrates befindet sich das Muster der Verdrahtung 53. Es sind Durchgangslöcher 54 vorhanden, um die Muster 1 und 53 entsprechend weit verbreitet benutzter IC-Technik miteinander zu verbinden. Eine dielektrische Schicht ist sowohl auf den Elektroden als auch auf den Keramikoberflächen aufgebracht. Das Verdrahtungsmuster 53 hat als Ausgangsanschluß ein Kabel 55, das an das Muster 53 angelötet ist. Das Substrat 52 wird zusammen mit dem Kabel auf eine Aluminiumgrundlage 51 mittels eines Klebstoffes 56 geklebt. Die Luftzufuhrleitung 3 befindet sich hinter den Luftdüsen 7.
Eine Querschnittsansicht eines Systems als eine Ausführungsform der Erfindung ist in Fig. 14 gezeigt. Diese Figur zeigt auch ein Beispiel für das Einlegen der Wafer-Scheibe in das erfindungsgemäße System, und zwar als Schnitt senkrecht zur Richtung des Transports der Wafer- Scheibe. Unterhalb des Transportweges der Wafer-Scheibe ist ein Luftfilter 16 vorgesehen. Das Luftfilter 16 führt reine Luft in das System ein und wirkt außerdem dann als Unterlage für die Wafer- Scheibe, wenn die Wafer-Scheibe vom Transporteur herunterfällt. Die Wafer-Scheibe wird zunächst durch eine Einrichtung auf das Filter 16 aufgelegt, z. B. als das Vakuum-Chuck 17 eines vorangegangenen Schrittes oder Transports. Dann wird die Luft von dem Filter 16 stark genug ausgeblasen, daß die Wafer-Scheibe in eine Zone hinaufbefördert ist, in der die vertikale Anziehungskraft der Elektrode 1 wirksam ist.
Abhängig vom jeweiligen Zweck können viele Arten von Elektrodenkonfigurationen vorhanden sein. Eine der typischen Elektrodenkonfigurationen ist in den Fig. 15(a) bis 15(e) zusammengefaßt. Die Pfeile zeigen dort die horizontale elektrostatische Kraft an, die erfindungsgemäß auf die Wafer-Scheibe einwirkt. Die Fig. 15(a) betrifft lineare Beschleunigung, Verzögerung oder Halten der Wafer- Scheibe. Die Fig. 15(b) betrifft einen linearen Transport mit konstanter Geschwindigkeit, wobei jedoch die Wafer-Scheibe gezwungen ist, die Mittellinie des Transportweges ohne Beschleunigung oder Verzögerung in Richtung des Transports einzuhalten. Die Fig. 15(c) ist eine Kombination der Fig. 15(a) und 15(b). Die Fig. 15(d) betrifft einen gekrümmten Weg, und zwar ohne Beschleunigung oder Verzögerung in Richtung des Transports. Dort ist die Wafer-Scheibe geführt, um den gekrümmten Weg einzuhalten. Fig. 15(e) betrifft rechtwinklige Gabelung des Weges des Wafer-Transports. Mit der Elektrodenkonfiguration und dem Anlegen der Spannung daran, wie in Fig. 16 gezeigt, kann eine beliebige Richtung des Transports der Wafer-Scheibe gewählt werden, wie z. B. in einer Diagonalrichtung, die durch den Pfeil F angezeigt ist. Diese Wahl kann durch Kombination des Spannungsanlegens an die Elektroden bewirkt werden, wie dies durch die "+"- und die "-"-Zeichen angegeben ist, wobei diese Anlegen positiver und negativer Spannung an die Elektroden angeben. Dies ist auch anwendbar für Verzweigen des Transportweges. Bei Anwendung (einer Anordnung) nach Fig. 15(b) und 15(d) kann die Wafer-Scheibe aus dem Weg herausgelangen oder seitlich während des Transports hin und her schwingen, wenn die Faktoren, wie z. B. die Geschwindigkeit der Wafer- Scheibe beim Eintritt, das Gewicht der Wafer-Scheibe, die angelegte Spannung und die Krümmung der Kurve (nicht) sorgfältig ausgewählt sind bei der Bestimmung der Elektrodenkonfiguration des gekrümmten Weges. Wenn die Breite A größer ist als die Breite B in Fig. 15(d), kann die Anfangsgeschwindigkeit am Eingang des gekrümmten Weges höher gewählt werden. Ein gesamtes Elektroden-Layout für ein typisches Wafer-Scheiben-Transportsystem für Halbleiter-Wafer-Scheiben-Bearbeitung ist in Fig. 17 gezeigt.
Bei dem obenbeschriebenen System befindet sich die Wafer-Scheibe unterhalb der Elektroden, d. h. sie wird durch die Elektroden nach oben angezogen. Es muß dann die Oberfläche der Wafer-Scheibe auf der Halbleitersysteme bereits hergestellt sind, nach unten zeigen, d. h. die bearbeitete Oberfläche sollte nicht den Elektroden gegenüberliegen. Damit können die darauf hergestellten Elemente vor dem elektrischen Feld der hohen Spannung geschützt werden, das von der Elektrodenspannung induziert wird. Dieses "Facing down" ist vorteilhaft, um die Ablagerung störender Partikel auf der Scheibe zu verhindern.
Die Gesamtkapazität, die als Belastung für die angelegte Gleichspannung auftritt, beträgt für ein einziges Schalten z. B. 10 pF. Dementsprechend beträgt der Aufladestrom, für z. B. 10 Schaltvorgänge pro 0,5 s nur so wenig wie 2 uA. Die verbrauchte Leistung liegt in der Größenordnung von 10 mW, was vernachlässigbar ist gegenüber bekannten Systemen.
Obgleich bei der vorangehend beschriebenen Ausführungsform die Wafer- Scheibe sich in einer Lage befindet, in der sie durch die Elektroden nach oben gezogen wird, kann sie ersichtlich auch oberhalb der Elektroden positioniert sein. Die Oberflächen der Elektroden zeigen dann nach oben und die Luft wird nach oben geblasen. In diesem Falle ist der Luftspalt natürlich durch das Gleichgewicht zwischen abstoßender Kraft der ausgeblasenen Luft und der Kraft bestimmt, die sich aus der senkrechten Anziehungskraft + dem Gewicht der Scheibe ergibt.
Für die obenbeschriebene Ausführungsform ist als zu transportierender Gegenstand eine Halbleiter-Wafer-Scheibe angegeben. Es kann jedoch auch jeglicher anderer Gegenstand mittels des erfindungsgemäßen Systems transportiert werden, nämlich solange der Gegenstand elektrisch leitfähig ist, eine ebene Oberfläche hat und geringes Gewicht hat. Es kann dies die elektrische Leitfähigkeit eines Materials mit hohem spezifischem elektrischen Widerstand sein, wie dies z. B. bei einer Silicium-Wafer-Scheibe der Halbleiterproduktion der Fall ist. Dies beruht darauf, daß der Aufladestrom, der in der Wafer-Scheibe fließt, sehr klein ist, so daß der induzierte Spannungsabfall über die Wafer-Scheibe hinweg vernachlässigbar klein ist, verglichen mit der gesamten Versorgungsspannung. Ein isolierendes Material, wie z. B. ein Keramiksubstrat, kann dann mit diesem System transportiert werden, wenn die Oberfläche des Substrats mit einem elektrisch leitfähigen Material, wie z. B. einer Kupferschicht, beschichtet ist.
Obgleich bei den obenbeschriebenen Ausführungsbeispielen die an die Elektroden angelegte Spannung eine Gleichspannung ist, die bestimmte Polarität hat, kann jedoch auch die Polung der Spannung umgekehrt sein, oder es kann ersatzweise auch Wechselspannung verwendet werden, solange die elektrische Isolation, die Anziehungskräfte und der Leistungsverbrauch dies erlauben.
Obgleich bei der obenbeschriebenen Ausführungsform der Positionssensor als Fotokoppler erläutert ist, kann der Positionssensor auch ein solcher sein, der mit Hochfrequenz arbeitet. Es wird dann das Hochfrequenzsignal zwischen zwei Elektroden angelegt, wie sie in Fig. 18 gezeigt sind und wie dies von Abe u. a. in der nicht geprüften Patentanmeldung No. Tokukai Sho-57-108264 beschrieben ist. Ein auf die zwei Elektroden fließender Hochfrequenzstrom vergrößert sich, wenn die Wafer-Scheibe in den zwei Elektroden, an die die Spannung angelegt ist, gegenüberliegende Position kommt. In Fig. 18 sind die Widerstände 4 und 4' als Hochfrequenzsperre vorgesehen, damit kein Hochfrequenzstrom in die Stromversorgung fließt. Die Widerstände 4 (4') können durch induktive Elemente ersetzt sein. Die Impedanz der Widerstände oder der induktiven Elemente muß bei der angewendeten Hochfrequenz genügend hoch sein, verglichen mit der Impedanz der Kapazität C&sub1; oder C&sub2;. In Fig. 18 wird der Strom durch Messen des Spannungsabfalls festgestellt, der über einem Widerstand Rd infolge des hindurchfließenden Stromes auftritt. Ein erhöhter Hochfrequenzstrom zeigt das Vorhandensein, d. h. die Position der Wafer-Scheibe an.

Claims

1. Vorrichtung zum Transportieren von blattförmigem Material in einer Horizontalrichtung, wobei diese Vorrichtung umfaßt:

eine Vielzahl von planen Elektroden (1-1, . . . , 1-5), wobei eine jede dieser Elektroden eine plane Oberfläche hat und diese Oberflächen miteinander eine gemeinsame plane Fläche bilden und diese plane Oberfläche der Elektroden (1-1, . . . , 1-5) dem besagten Material gegenüberliegend ausgerichtet ist, und

erste Mittel zum ausgewählten Anlegen einer elektrischen Spannung an wenigstens eine dieser Elektroden (1-4) und einer entgegengesetzten elektrischen Spannung an die anderen dieser Elektroden (1-1, 1-2, 1-3), wobei dies in Übereinstimmung mit einer vorgegebenen Folge erfolgt und somit eine Kraft auf das Material in Horizontalrichtung entsprechend dieser Kraft ausgeübt wird, wobei dieses Material horizontal transportiert wird, gekennzeichnet dadurch,

- daß dieses Material eine Wafer-Scheibe (6) aus elektrisch leitfähigem Material ist,

- so daß diese leitfähige Wafer-Scheibe (6) durch die angelegten Spannungen auch in Vertikalrichtung auf die Elektroden hin angezogen wird, und

- daß zweite Mittel zum Blasen von Gas vorgesehen sind, um einen Luftspalt zwischen diesen Elektroden (1-1, . . . , 1-5) und dieser Wafer-Scheibe (6) dadurch aufrechtzuerhalten, daß eine resultierende, auf dem Gewicht der leitfähigen Wafer-Scheibe beruhende vertikale Kraft und die durch die angelegten Spannungen verursachte vertikale Anziehung zu den Elektroden miteinander ausbalanciert sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß diese zweiten Mittel eine Vielzahl von Gasdüsen (7) umfassen, die durch die Oberfläche dieser planen Elektroden (1-1, . . . , 1-5) hindurchgehen, und durch diese Düsen (7) das Gas senkrecht zur Wafer-Scheibe (6) herausgeblasen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, gekennzeichnet dadurch, daß das Gas ausgewählt ist aus einer Gruppe eines inerten Gases und reiner trockener Luft.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet dadurch, daß die Oberflächen dieser planen Elektroden (1-1, . . . , 1-5) mit einer dielektrischen Schicht (2) bedeckt sind.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet dadurch, daß die an diese Elektroden (1-1, . . . , 1-5) angelegten Spannungen Gleich-(Strom-)Spannungen sind.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl der planen Elektroden (1-1, . . . , 1-5), an die diese elektrischen Spannungen anzulegen sind, wenigstens gleich drei ist, um die Wafer-Scheibe (6) kontinuierlich transportieren zu können, und das Anlegen der elektrischen Spannung abhängig vom Ort der Wafer-Scheibe (6) zur nächsten Elektrode in Folge weitergeschaltet wird.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet dadurch, daß die Anzahl der planen Elektroden (1-1, . . . , 1-5), an die diese Spannungen anzulegen sind, wenigstens gleich zwei beträgt, um die Wafer-Scheibe (6) entlang der Richtung des Transportierens der Wafer-Scheibe (6) zu führen, wobei diese zwei planen Elektroden derart positioniert sind, so daß eine begrenzende Linie dieser zwei planen Elektrodenoberflächen entlang dieser Richtung ausgerichtet ist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß diese begrenzende Linie der zwei planen Elektrodenoberflächen im wesentlichen entlang einer Mittellinie eines Kursweges vorliegt, auf dem die Wafer-Scheibe (6) zu transportieren ist, wobei die Wafer-Scheibe (6) entlang dieser begrenzenden Linie infolge eines Trägheitsmoments transportiert wird, das in einem vorausgegangenen Stadium erhalten worden ist, in dem die Wafer-Scheibe (6) beschleunigt worden ist, wobei die Wafer-Scheibe (6) daran gehindert worden ist, seitlich von dieser Richtung abzuweichen.

9. Vorrichtung nach Anspruch 7, gekennzeichnet dadurch, daß diese begrenzende Linie der zwei planen Elektrodenoberflächen von der Mittellinie eines Kursweges abweicht, auf dem die Wafer-Scheibe (6) transportiert wird, wobei dieser Kursweg gekrümmt ist, wobei diese Abweichung zur Innenseite dieser Krümmung ist, und wobei eine Zentrifugalkraft, die aus einer Geschwindigkeit der Wafer-Scheibe (6) zu einem vorausgegangenen Stadium erhalten ist, derart kompensiert ist, daß die Wafer-Scheibe (6) der gekrümmten Richtung dieses gekrümmten Weges folgen kann.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch dritte Mittel (9, 10) zum Erfassen des Ortes der Wafer-Scheibe (6), bezogen auf die planen Elektroden (1-1, . . . , 1-5), wobei das Schalten des Anlegens der Spannung an die Elektroden (1-1, 1-5) entsprechend dem festgestellten Ort der Wafer-Scheibe (6) ausgeführt wird.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß diese dritten Mittel umfassen:

Mittel zum Anlegen einer (Rundfunk-)Hochfrequenzspannung zwischen einem speziellen Paar dieser planen Elektroden und

Mittel zum Feststellen eines (Rundfunk-)Hochfrequenzstromes, der in einer speziellen Elektrode dieser planen Elektroden fließt, wobei ein Anstieg dieses Hochfrequenzstromes das Vorhandensein der Wafer-Scheibe (6), die dieser speziellen Elektrode gegenüberliegt, anzeigt (Fig. 18).

12. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet dadurch, daß die dritten Mittel umfassen:

lichtaussendende Mittel (9), die auf einer Seite der zu transportierenden Wafer-Scheibe (6) positioniert sind, um Licht auszusenden, und

lichtdetektierende Mittel (10) zum Detektieren von von diesen lichtaussendenden Mitteln (9) ausgesandten Lichtes, wobei diese lichtdetektierenden Mittel (10), bezogen auf die Wafer-Scheibe (6), auf einer diesen lichtaussendenden Mitteln (9) gegenüberliegenden Seite positioniert sind, so daß die lichtaussendenden Mittel (9) und die lichtdetektierenden Mittel (10) derart positioniert sind, daß das ausgesandte Licht von der Wafer-Scheibe (6) unterbrochen werden kann.