DE3889473T2 - Vorrichtung zum Handhaben eines Wafers. - Google Patents

Description

• Diese Erfindung betrifft die automatische Handhabung von Halbleiterwafern in einem lithographischen Verfahren.
• Herkömmlich werden Halbleiterwafer mit einem Fotolackmaterial überzogen und mit Strahlung von einer Quecksilberlampe belichtet, um darauf elektrische Schaltkreise auszubilden. Dieses Verfahren wird typischerweise in einem Projektionsmaskenausrichtungs- und Belichtungssystem mehrfach wiederholt. Es ist außerordentlich wichtig, daß ein Wafer für jede Belichtung genau orientiert ist, um eine richtige Ausrichtung von aufeinanderfolgenden Bildern sicherzustellen. Die üblichen Verfahren zum Befördern eines Wafers innerhalb eines solchen System verwendeten Laufriemen und Luftlagerflächen. Diese Verfahren haben jedoch keine ausreichende positive Kontrolle geschaffen. Als Folge davon gerieten die Wafer oft ins Gleiten oder sind angestoßen, wodurch Teilchen erzeugt wurden, die bei Niederschlag auf dem Wafer die zu erzeugenden Mikroschaltkreise schädigen könnten.
• Dementsprechend ist es eine Aufgabe dieser Erfindung, die bei jedem Wafer ausgeübte Kontrolle zu erhöhen, während gleichzeitig jeder Wafer mit einem Minimum an Aufwand in der Handhabung genau ausgerichtet wird. Die Art und Weise, wie dies erreicht wird, wird aus der folgenden Beschreibung und den begleitenden Ansprüchen ersichtlich.
• Ein beliebig orientierter Halbleiterwafer, der in einer Zuführungskassette enthalten ist, wird automatisch aus der Kassette entnommen und wird bei einer Umdrehung in bezug auf eine Drehachse in X, Y und 9 charakterisiert. Er wird bis zu einer vorbestimmten 9-Position gedreht und auf einen Transportschlitten übertragen, der in X und Y vorpositioniert worden ist, gemäß den Versatzwerten, die während der Rotation bestimmt wurden.
• Es werden nun kurz die Zeichnungen beschrieben. Es zeigen:
• Fig.1 eine schematische Draufsicht auf einen Teil, die die Bewegung des Wafers gemaß der Erfindung darstellt;
• Fig.2 eine Seitenguerschnittsansicht durch das Vorausrichtsystem der Erfindung;
• Fig.3 eine vergrößerte, teilweise aufgeschnitte Detailansicht der erfindungsgemäßen Zuführungsshuttle;
• Fig.4 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Waferanhebevorrichtung, bei der Teile des Wafers und des Waferchucks im Querschnitt gezeigt sind;
• Fig.5 eine Seitenansicht der erfindungsgemäßen Entnahmeshuttle; und
• Fig.6 eine Rückseitenansicht der Shuttle nach der Fig. 5.
• Es wird nun eine vorzugsweise Ausführungsform der Erfindung beschrieben. In der Fig. 1 sind Teile des Aufbaus 10 einer automatischen lithografischen Vorrichtung für die Bearbeitung von Halbleiterwafern dargestellt. Eine Zufübrungskassette 12 von herkömmlicher Bauart hält eine Vielzahl von Wafern in beliebiger Orientierung. Wie aus der Draufsicht nach der Fig. 1 deutlich wird, sind die Wafer 14 innerhalb der Kassette 12 in horizontaler Lage angeordnet. Die Kassette 12 wird mittels einer Spindel (nicht gezeigt) um festgelegte Stufen abgesenkt, um nacheinander jeden der Wafer 14 auf eine Ladeshuttle 16 abzulegen. Die Ladeshuttle 16 enthält ein herkömmliches hakenförmiges Teil mit einer Vakuumrille zum sicheren Halten des Wafers 14.
• Die Ladeshuttle 16 ist mit einer Verbindung zum Hin- und Herfahren entlang einer "Lade-"Stange 18 mit Luftlagerung versehen, die von herkömmlicher Bauart ist, wobei es sich beispielsweise um ein guadratisches Rohr 20 handelt, das entlang einer Stange 22 beweglich ist und mittels Luftdruck einen Abstand dazu einhält. Jeder der Wafer 14 wird nach und nach durch die Ladeshuttle 16 zu einer mit 14a bezeichneten Position oberhalb einer Vorausrichteinrichtung transportiert.
• Die Vorausrichteinrichtung, die in der Fig. 2 dargestellt ist, umfaßt ein Basisteil 24, an dem eine Motoranordnung 26 durch ein Paar von Blattfedern 28a, 28b angebracht ist. Die Motoranordnung 26 umfaßt ein halterndes Gehäuse 30, an dem ein Gleichstroniinotor 32 befestigt ist. Die Motorwelle 34 erstreckt sich nach oben durch Lagerungen 36 hindurch zu einem Drehteller 38, der eine Vakuumkammer 40 bestimmt, die durch einen Kanal 42 mit einer Vakuumguelle 44 verbunden ist. Die vertikale Lage der Motoranordnung 26 wird durch eine Luftkolbenvorrichtung 46 und Anschläge 48 gesteuert. Die Luftkolbenvorrichtung 46 bewegt die Motoranordnung 26 nach oben, so daß der Drehteller 38 an der Unterseite des Wafers bei der Position 14a anliegt und Vakuum wird an die Kammer 40 angelegt. Das Vakuum an der Ladeshuttle 16 setzt aus und die Ladeshuttle wird entlang der Luftlagerstange 18 zu ihrer anfänglichen Lage zurückgezogen, um den nächsten Wafer zu entnehmen. Die Motoranordnung 26 wird dann durch die Luftkolbenvorrichtung 46 zu der in der Fig. 2 gezeigten Position zurückgezogen.
• Über der Kante des Wafers 14 ist ein Detektorfeld 50 angeordnet. Dabei kann es sich um einen gewerblich erhältlichen Detektor, wie z.B. den Fairchild CGD 143, handeln, der ein lineares Feld von Licht nachweisenden Elementen umfaßt. Unter dem Wafer und dem Feld 50 ist ein Beleuchtungssystem 52 angeordnet, das eine Lichtquelle 54 und eine kollimierende Linse 56 umfaßt. Wie man aus der Fig. 2 sieht, wird ein Teil des Lichts von dem Beleuchtungssystem 52 durch den Wafer 14 abgeblockt und kann das Detektorfeld 50 nicht erreichen. Wenn die Mitte des Wafers 14 genau mit der Drehachse des Drehtellers 38 ausgerichtet ist, bleibt die von dem Detektorfeld 50 empfangene Lichtmenge während einer Umdrehung des Wafers gleich (mit Ausnahme beim Passieren der Kerbe oder der Abflachung, wie weiter unten beschrieben wird). Wenn jedoch der Wafer in X oder Y (zueinander senkrechte Achsen in der Ebene des Wafers) versetzt ist, wird die Ausgabe von dem Detektorfeld 50 zyklisch veränderlich sein. Diese Ausgabe wird einer zentralen Prozessoreinheit (GPU) 58 zugeführt, die zum Bestimmen des Xund Y-Versatzes programmiert ist.
• Die Hersteller von Halbleiterwafern bauen eine Art einer Winkel- oder "θ" -Anzeige auf jedem Wafer ein, um die Richtung des Kristallwachstums anzuzeigen. Diese ist notwendig, weil es für die Chiphersteller wichtig ist, die Schaltkreise gemäß der Kristallorientierung geeignet anzuordnen. Der in der Position 14a nach der Fig. 1 gezeigte Wafer weist eine kleine Kerbe 60 als ein θ-Anzeige auf. Abflachungen (flats) sind ebenfalls vielfach für diesen Zweck verwendet. Auf jeden Fall wird während einer Drehung des Wafers 14 die θ-Anzeige sofort durch die Anwesenheit eines zusätzlichen Lichtpulses an dem Detektor 50 bemerkt, welcher ein davon herrührendes Signal zur CPU 58 weiterleitet. Es ist dann eine einfache Angelegenheit für die zentrale Prozessoreinheit 58, den Motor 32 anzuweisen anzuhalten, wenn sich die θ-Anzeige in einer gewunschten vorbestimmten Position befindet.
• Die von der zentrallen Prozessoreinheit 58 errechneten X- und Y-Versatzwerte werden zur Vorpositionierung eines Vakuumchucks 62 verwendet, der einen Teil eines Transportschlittens bildet, der zum Belichten des Wafers mit einem Schaltkreismuster verwendet werden wird. Bei Vollendung der Vorausrichtung hebt der Drehteller erneut den Wafer in die Position 14a an, wo er von einer Zuführungsshuttle 64 aufgenommen wird, die zur Bewegung entlang der X-Richtung auf einer Luftlagerstange 66 angebracht ist. Wie man aus der Fig. 3 sieht, enthält die Zuführungsshuttleanordnung 64 einen Shuttlearm 68 mit der üblichen C-förmigen Vakuumrille 70 zum sicheren Halten eines Wafers 14. Er ist an einer Welle 72 für eine 90º-Schwenkbeweggng angebracht, welche in einer Lagerung 74 sich befindet und von einem Schrittmotor 76 über eine Getriebevorrichtung 78 gesteuert wird.
• Nach dem Aufnehmen des Wafers 14 bewegt sich die Zuführungsshuttle 68 in der X-Richtung nach links, bei Betrachtung gemaß der Fig. 1, und gleichzeitig wird er um 90º nach unten geschwenkt, um den Wafer 14 in einer vertikalen Ebene anzuordnen, damit er von dem vorpositionierten Vakuumchuck 62 des Transportschlittens angenommen werden kann.
• Der Vakuumchuck 62 nimmt den Wafer durch die in der Fig. 4 gezeigte Vorrichtung an. Diese umfaßt einen Kopf 80, der Vakuumgummikappen 82 trägt und auf Biegevorrichtungen 84 angebracht ist, die von einer Luftkolbenvorrichtung 86 gesteuert werden. Die Luftkolbenvorrichtung 86 bewegt den Kopf 80 durch die zentrale Öffnung in dem Chuck 62, wodurch ermöglicht wird, daß die Vakuumkappen 82 den Wafer 14 fassen. Die Anordnung wird dann zurückgezogen, um den Wafer 14 auf dem Vakuumchuck 62 abzulegen, wo er durch die Vakuumrillen 88 gehalten wird. Wie oben erläutert wurde, ist der Vakuumchuck 62 vorpositioniert worden, um die anfängliche X- und Y-Verschiebung auszugleichen, die von dem Detektor 50 festgestellt wurde. Diese Vorpositionierung kann mittels eines Planarkraftmotors erzielt werden, wie er z.B. in den folgenden US-Patenten beschrieben ist:
• 4 485 339 von Trost mit Titel "Electro-Magnetic Alignment Device";
• 4 506 205 von Trost und Galburt mit Titel "Electro-Magnetic Alighment Apparatus"; und
• 4 507 597 von Trost mit Titel "Electro-Magnetic Alignment Assemblies".
• Die Offenbarungen der oben aufgelisteten Patente sind durch Bezugnahme hierin mit aufgenommen. Solche Motoren schaffen eine sehr genaue Kontrolle der Drehposition. Dementsprechend werden sie verwendet, um sehr genaue Einstellungen in θ und auch in X und Y durchzuführen.
• Wenn der Wafer 14 genau auf dem Chuck 62 positioniert worden ist, wird er zu dem Belichtungsschlitten weitergefördert (der nicht einen Teil dieser Erfindung bildet). Nach der Belichtung wird der Wafer durch die in den Figuren 5 und 6 dargestellte Entnahmeshuttleanordnung entladen. Die Entnahmeshuttle 90 faßt den Wafer 14, wie in der Fig. 5 gezeigt ist, und wird dann zu der mit strichlierten Linien gezeigten Position zurückgezogen. Zudem wird der Wafer um 90º in eine horizontale Lage geschwenkt, von der aus er in die Ausgabekassette 92 eingefügt wird. Da diese Kassette auf einem von der Zuführungskassette 12 unterschiedlichen Niveau liegt, ist sie in der Fig. 1 durch strichlierte Linien dargestellt.
• Es sei bemerkt, daß das hier beschriebene System vollautomatisch ist und das Eingreifen eines Bedieners nur zum Laden und Entladen der Kassetten notwendig macht. Es orientiert automatisch und genau jeden Wafer vor der Belichtung. Es sei zudem bemerkt, daß viele Abwandlungen und Veränderungen bei dieser Erfindung möglich sind, so daß sie nur durch den Umfang der beiliegenden Ansprüche begrenzt ist.

Claims (13)

1. Das Verfahren des genauen Positionierens einer mit θ-Anzeigen versehenen Halbleiter-Waferscheibe auf einem Transportschlitten vor einer optischen Belichtung in einem lithographischen Verfahren, das umfaßt:

Drehen des Wafers um eine zu seiner Hauptebene senkrechte Achse;

Beobachten des Abstands der Waferkante relativ zu einer festgelegten Raumlage während der Drehung;

aus dem Abstand der Kante Bestiininung des Versatzes des Wafermittelpunkts von der Achse der Drehung entlang orthogonaler X- und Y-Achsen;

Beobachten der θ-Anzeigen während der Drehung;

Anhalten der Drehung des Wafers, wenn seine θ-Anzeigen im wesentlichen an einer vorbestimmten Positian zur Lage kommen;

Positionieren des Transportschlittens entlang orthogonaler X- und Y-Achsen, um den Mittelpunktsversatz des Wafers und den verbleibenden Abstand der θ-Anzeige von der vorbestimmten Position auszugleichen; und

Ablegen des Wafers auf den Transportschlitten, wobei der Wafer darauf genau in bezug auf X, Y und θ positioniert wird.

2. Das Verfahren nach Anspruch 1, wobei der Wafer um nicht mehr als eine Urndrehung gedreht wird.

3. Das Verfahren nach Anspruch 1, das den zusätzlichen Schritt des Entfernens des Wafers von einer Aufbewahrungskassette vor dem Drehungsschritt enthält.

4. Vorrichtung zum genauen Positionieren einer θ-Anzeigen aufweisenden Halbleiter-Waferscheibe auf einen Transportschlitten vor einer optischen Belichtung in einem lithographischen Verfahren, die umfaßt

eine Vorrichtung zum Drehen des Wafers um eine Achse senkrecht zu seiner Hauptebene;

eine Vorrichtung zum Bestimmen des Abstands der Waferkante in bezug auf eine festgelegte Raumstellung während der Drehung des Wafers;

eine auf die θ-Anzeigen ansprechende Vorrichtung zum Anhalten der Drehung des Wafers, wenn die θ-Anzeigen im wesentlichen in einer vorbestimmten Position zur Lage kommen;

eine auf den Abstand der Waferkante und die θ-Anzeigestellen ansprechende Vorrichtung zum Positionieren des Tansportschlittens entlang orthogonaler X- und X-Achsen, um einen Versatz des Wafermittelpunkts und den verbleibenden Abstand der θ-Anzeige von der vorbestimmten Position auszugleichen; und

eine Vorrichtung zum Ablegen des Wafers auf den Transportschlitten, wobei der Wafer darauf genau in bezug auf X, Y und θ positioniert wird.

5. Die Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung zum Bestimmen des Abstands der Kante eine Lichtquelle auf einer Seite des Wafers und einen Lichtdetektor auf der anderen Seite des Wafers umfaßt.

6. Die Vorrichtung nach Anspruch 4, wobei die Vorrichtung zum Ablegen umfaßt:

eine zum Festhalten des Wafers mittels Vakuum geeignet ausgebildete Shuttle; und

einen Vakuumchuck auf dem Transportschlitten, der zum Empfangen des Wafers von der Shuttle geeignet ausgebildet ist.

7. Eine Vorrichtung zum Bestimmen der Position einer Halbleiter-Waferscheibe, die umfaßt

ein Halterungsteil;

ein Paar von blattfederartigen Vorrichtungen, die jeweils ein erstes und ein zweites Ende aufweisen, und die an dem Halteteil mit ihren ersten Enden freitragend angebracht sind und in parallelen Ebenen liegen;

eine Waferbefestigungsvorrichtung, die von den zweiten Enden der blattfederartigen Vorrichtungen getragen wird;

eine Vorrichtung zum selektiven Biegen der blattfederartigen Vorrichtungen, um die Waferbefestigungsvorrichtung auszulenken;

eine Vorrichtung zum Drehen der Waferbefestigungsvorrichtung; und

eine Vorrichtung zum Feststellen des Lageversatzes der Kante eines Wafern, der durch die Befestigungsvorrichtung während der Drehung gehalten wird.

8. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Waferbefestigungsvorrichtung eine Drehvorrichtung mit einer Vakuumkammer aufweist, die mit einer Waferscheibe in Eingriff bringbar ist.

9. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung zum Feststellen des Lageversatzes umfaßt:

eine Vorrichtung zum Beleuchten der Waferkante von einer Seite des Wafers, der von der Befestigungvorrichtung gehalten wird; und

eine Vorrichtung auf der anderen Seite des Wafers, die auf an der Kante vorbeigehendes Licht anspricht, um ein Ausgangssignal zu erzeugen.

10. Die Vorrichtung nach Anspruch 9, wobei die beleuchtende Vorrichtung eine kollimierte Lichtquelle umfaßt.

11. Die Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die auf Licht ansprechende Vorrichtung ein lineares Feld von Lichtnachweiselementen umfaßt.

12. Die Vorrichtung nach Anspruch 7, wobei die Vorrichtung zum Feststellen eines Lageversatz es eine Vorrichtung zum Berechnen des Lageversatzes des Wafers in bezug auf X, Y und 9 umfaßt.

13. Die Vorrichtung nach Anspruch 12, die zusätzlich umfaßt:

einen den Wafer empfangenden Chuck;

eine Vorrichtung zum Vorpositionieren des Chucks in Abhängigkeit von dem berechneten Lageversatz des Wafers, um einen solchen Lageversatz auszugleichen; und

eine Vorrichtung zum Übertragen des Wafers von der Befestigungsvorrichtung auf den Chuck.