DE69013203T2 - Verfahren und Vorrichtung zum Überbringen von Plättchen. - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Überbringen von Plättchen.

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Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Überführen von Wafern.
  • In Halbleiterwafer-Herstellungssystemen müssen Wafer zwischen Bearbeitungskammern zur Beschichtung, zum Ätzen oder dergleichen transportiert werden. Das Überführen der Wafer erfolgt üblicherweise, indem der Wafer an einen mechanischen Arm geklemmt wird. Zu den Klemmtechniken nach dem Stand der Technik zählt das mechanische Klemmen, Vakuumklemmen und elektrostatische Klemmen. Die kontrollierte präzise Bewegung des mechanischen Arms ermöglicht das Einsetzen und Entfernen des Wafers in den verschiedenen Bearbeitungskammern.
  • In U.S.-A-4 184 188 wird eine elektrostatische Waferklemme offenbart. Die Klemme enthält eine Klinge mit einer Mehrzahl von parallelen verschachtelten positiven und negativen gepaarten Elektroden, die an der Klingenoberfläche angeordnet sind. Eine dielektrische Schicht ist über den positiven und negativen Elektroden angeordnet und bildet eine Mehrzahl von Kondensatoren an der Klingenoberfläche. Zwischen den positiven Elektroden und den negativen Elektröden jedes Kondensatorpaares kommt es während der Erregung der Elektrode zu einer Streuung der elektrostatischen Kräfte. Wenn ein polarisierbarer Wafer über den geladenen Elektroden angeordnet wird, gehen die streuenden elektrostatischen Kräfte durch die Fläche, die von dem Wafer belegt wird. Dadurch entsteht eine Klemmkraft, da die negativen Ladungen in dem Wafer über den positiv geladenen Elektroden polarisieren und positive Waferladungen über den negativ geladenen Elektroden polarisieren. Die Klemmkraft ist zu der elektrostatischen Kraft, die auf den Wafer wirkt, direkt proportional.
  • Ein Verfahren zum Überführen von Wafern in einem Waferherstellungs- oder -handhabungssystem, in dem eine elektrostatische Waferklinge verwendet wird, wie in dem Oberbegriff von Anspruch 1 beschrieben, und eine Vorrichtung zum Überführen von Wafern, welche eine elektrostatische Klemmklinge umfaßt, wie aus dem Oberbegriff des unabhängigen Anspruchs 6 hervorgeht, sind in U.S.-A-4 733 632 beschrieben. Diese Vorrichtung zum Überführen von Wafern enthält einen beweglichen Arm, einen elektrostatischen Einspannmechanismus mit einem senkrecht beweglichen Trägerelement, das an dem beweglichen Arm befestigt ist, und einen beweglichen Mechanismus zum Bewegen des Trägerelements.
  • Das Überführen der Wafer erfolgt durch Positionierung der elektrostatischen Einspannvorrichtung über dem zu überführenden Wafer. Die elektrostatische Einspannvorrichtung weist zwei halbkreisförmige Elektroden auf, die durch einen Isolierfilm, der über jeder Elektrode ausgebildet ist, elektrisch voneinander isoliert sind. Die Elektroden sind so angeordnet, daß sie um den Umfang der oberen Oberfläche des einzuklemmenden Wafers passen. Der Umfang der Wafer wird im allgemeinen nicht bearbeitet und stellt daher eine geeignete Klemmfläche dar. Die Elektroden werden mit einer Gleichstromspannung erregt, wodurch eine elektrostatische Kraft zwischen dem Wafer und den Elektroden induziert wird, die ausreicht, um den Wafer am Umfang an die Oberfläche der Einspannvorrichtung zu klemmen. Die senkrechte Bewegung des Trägerelements, das an der Einspannvorrichtung befestigt ist, hebt den Wafer, und die kontrollierte Bewegung des Armabschnitts bewirkt das Überführen des Wafers.
  • Mit dem Überführen von Wafern mittels einer elektrostatischen Einspannvorrichtung an deren Umfang sind verschiedene Probleme verbunden. Die Einspannvorrichtung kommt mit der oberen Oberfläche des Wafers in Berührung. Aufgrund eines Fluchtungsfehlers kann die Einspannvorrichtung mit den empfindlichen Transistoren in Berührung kommen, die an der oberen Oberfläche des Wafers ausgebildet sind, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Verunreinigung oder Beschädigung der Transistoren vergrößert wird. Wenn ferner die Einspannvorrichtung den Wafer nach dem Einklemmen freigibt, geht ein Entladestrom durch die obere Oberfläche des Wafers. Auch dies kann die empfindlichen Transistoren auf dem Wafer beschädigen.
  • Daher besteht der Bedarf an einem Überbringersystem für Wafer, wobei das elektrostatische Klemmen erzielt wird, indem die untere Substratoberfläche des Wafers an der oberen Oberfläche der Waferklinge festgeklemmt wird. Ebenso besteht ein Bedarf an einem Überbringersystem oder einer Klinge für Wafer, welche die Klemmkraft pro Einheit Spannung maximiert.
  • Die obengenannten Aufgaben werden durch das Verfahren des unabhängigen Anspruchs 1 und die Vorrichtung des unabhängigen Anspruchs 6 gelöst. Weitere vorteilhafte Merkmale, Aspekte und Einzelheiten der Erfindung gehen aus den abhängigen Ansprüchen hervor. Das Überbringersystem für Halbleiterwafer der Erfindung enthält eine Klinge, die eine elektrostatische Waferklemme umfaßt, unter Verwendung von verschachtelten Elektroden und insbesondere einer Schicht aus dielektrischem Material, welches auf den Elektroden angeordnet ist, um die elektrostatische Klemmkraft zu maximieren, die zwischen der Waferüberbringerklinge und einem Halbleiterwafer erzeugt wird, um ein Abgleiten des Wafers von der Klinge während der beschleunigenden Bewegung der Klinge zu verhindern.
  • Eine solche Vorrichtung und ein derartiges Verfahren verhindern das Abgleiten des Wafers während der beschleunigenden Bewegung der Klinge, vermindern die Verunreinigung des Wafers und verringern die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung der Transistoren während der elektrostatischen Klemmentladung.
  • Die Erfindung schafft eine elektrostatische Waferüberbringerklinge, wobei die untere Substratoberfläche eines Halbleiterwafers auf der Klinge ruht und elektrostatisch an die Klinge geklemmt ist, indem eine streuende elektrostatische Klemmkraft in dem Bereich induziert wird, der von dem auf der Klinge liegenden Wafer eingenommen wird.
  • Die Erfindung maximiert auch die Klemmkraft pro Einheit Spannung und verhindert ein Abgleiten des Wafers während des Wafertransports.
  • Zur Erfüllung der obengenannten und anderer Aufgaben und zur Erzielung der Vorteile und in Übereinstimmung mit dem Zweck der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Optimierung der Klemmkraft einer elektrostatischen Waferklinge pro Einheit Eingangsspannung geschaffen, um das Ebnen des Wafers zu erleichtern und somit das Festklemmen des Wafers an der Klinge zu ermöglichen und ein Abgleiten des Wafers von der Klinge während der beschleunigenden Bewegung der Klinge zu verhindern. Die Klingenvorrichtung zum Überführen von Wafern enthält: eine Basis; mindestens ein Paar der verschachtelten Elektroden, die auf der Basis ausgebildet sind, wobei alternierende Elektroden gemeinsam elektrisch angeschlossen sind; und eine Schicht aus dielektrischem Material mit einer Dicke im Bereich von 0,05 um (2 Mils) und 0,38 um (15 Mils), die über den verschachtelten Elektroden auf der Basis angeordnet ist. Vorzugsweise liegt das Verhältnis der Elektrodenbreite zu dem Abstand zwischen den Elektroden im Bereich von 3/1 bis 2/1.
  • Das Verfahren der vorliegenden Erfindung umfaßt das Anordnen eines zu überführenden Wafers auf einer oberen Oberfläche einer Klinge mit verschachtelten Elektroden mit dem bevorzugten Breite/Abstand-Verhältnis; das Anlegen einer Minimalspannung an die Elektroden auf der Klinge, die so gewählt wird, daß eine elektrostatische Kraft in dem Bereich induziert wird, der von dem Wafer eingenommen wird, welche ausreicht, um den Wafer zu ebnen und an die Klinge zu klemmen; und unter Verwendung eines mechanischen Arms, der an der Klinge befestigt ist, das Ausführen einer kontrollierten beschleunigenden Bewegung des Wafers, wobei die Klemmkraft den Wafer ebnet und den Wafer an der Klinge hält.
  • Weitere Aufgaben und Merkmale der Erfindung werden aus der folgenden ausführlichen Beschreibung und den beigefügten Ansprüchen offensichtlich, wenn diese in Verbindung mit den Zeichnungen betrachtet werden, von welchen:
  • Figur 1 eine vereinfachte Draufsicht eines Halbleiterwafer-Bearbeitungssystems ist, das eine elektrostatische Klinge zum Überführen von Wafern umfaßt, welche die vorliegende Erfindung darstellt.
  • Figur 2 eine perspektivische Ansicht der elektrostatischen Klingenklemme gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
  • Figur 3 eine Draufsicht der elektrostatischen Klinge von Figur 1 und 2 ist, welche einen Halbleiterwafer gemäß der vorliegenden Erfindung festklemmt.
  • Figur 4 eine Seitenansicht der elektrostatischen Klinge von Figur 1 und 2 ist, die unter einem Halbleiterwafer vor dem elektrostatischen Klemmen gemäß der vorliegenden Erfindung positioniert ist.
  • Figur 5 eine Seitenansicht der elektrostatischen Klinge von Figur 1 und 2 ist, die insbesondere die elektrostatischen Kraftlinien gemäß der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • Fig. 1 zeigt in einer vereinfachten Draufsicht das aus mehreren Kammern bestehende Bearbeitungssystem 10 für integrierte Schaltungen. Das Mehrfachkammer- Bearbeitungssystem 10 ist ausführlich in dem anerkannten, gleichzeitig anhängigen, gemeinschaftlich übertragenen U.S.- A-4 951 601 mit dem Titel MULTIPLE CHAMBER INTEGRATED PROCESS SYSTEM, eingereicht am 19. Dezember 1986 im Namen von Mayden et al., beschrieben, wobei die Anmeldung hierin zur Gänze zum Zwecke der Bezugnahme zitiert wird.
  • Zur Veranschaulichung umfaßt das Mehrfachkammersystem 10 eine umschlossene, im allgemeinen polygonal geformte Vakuumzuführungsschleusenkammer 11, die mehrere einzelne Wafer trägt, Vakuumbearbeitungskammern 12 auf zugehörigen Zuführungsschleusenkammerwänden 13 zur Bearbeitung einer Mehrzahl von Wafern 14, die zunächst in standardmäßigen Kunststoffkassetten 15 enthalten sind. Die Kassetten sind auf einem äußeren Kassettenheber 16 befestigt, der neben der fünften Kammerwand 17 angeordnet ist. Wie durch den Pfeil 18 angezeigt wird, ist der äußere Kassettenheber 16 bewegbar, waagrecht und vertikal schaltbar, um die Kassetten zum Laden von nicht bearbeiteten Wafern in die Zuführungsschleusenkammer 11 und zur Aufnahme von bearbeiteten Wafern aus der Kammer zu positionieren.
  • Das Laden und Entladen der Wafer 14 erfolgt durch einen mechanischen Arm 19, der eine Waferüberbringerklinge 20 umfaßt, die zur umsteuerbaren linearen Verschiebung, wie durch Pfeil 21 angezeigt, befestigt ist (R-Bewegung) und zur umsteuerbaren Drehung, die durch den Pfeil 22 angezeigt ist (θ-Bewegung). Insbesondere verleiht ein vierstängiger Verbindungsmechanismus 23 die R-Bewegung, während die θ-Bewegung durch eine drehbare Plattform 24 erzeugt wird, welche den vierstängigen Verbindungsmechanismus 23 und die Waferüberbringerklinge 20 trägt.
  • Ein senkrecht schaltbarer innerer Waferbeförderungsheber 28 wird zur Aufnahme der Wafer in der Zuführungsschleusenkammer 11 zum Überführen zu den verschiedenen Bearbeitungskammern 12 ohne Unterbrechung des Vakuums in dem System 10 und zur Handhabung in der Zuführungsschleusenkammer 11 verwendet.
  • Mit Bezugnahme auf Fig. 2 wird eine Draufsicht aus der Nähe der Waferklinge 20 gemäß der vorliegenden Erfindung gezeigt. Die Waferklinge 20 enthält eine Basis 32 und eine obere Oberfläche 34. Die Basis 32 ist an dem Ende eines mechanischen Arms 19 befestigt. Während des Betriebs des Bearbeitungssystems 10 wird ein Wafer 14 auf der oberen Oberfläche 34 der Klinge 20 angeordnet und festgeklemmt. Durch die Präzisionsbewegung des mechanischen Arms 19 wird der Wafer 14 zu und aus den verschiedenen Kammern in System 10 bewegt. Es ist offensichtlich, daß zur Maximierung der Leistung wünschenswert ist, daß die Klinge 20 aus einem im wesentlichen nichtleitenden Material besteht. Als Beispiel besteht in dem Ausführungsbeispiel, das zur Veranschaulichung angeführt wird, die Klinge 20 aus einem keramischen Material wie Al&sub2;O&sub3;.
  • Eine Mehrzahl von Kondensatoren 40 ist an der oberen Oberfläche 34 der Klinge angeordnet. Jeder Kondensator 40 enthält eine positive Elektrode 42 und eine entsprechende parallele negative Elektrode 44. Die positiven Elektroden 42 sind mit den negativen Elektroden 44 alternierend angeordnet, wobei ineinandergreifende Finger an der oberen Oberfläche 34 der Klinge entstehen. Zum Beispiel bestehen in dem Ausführungsbeispiel, das zur Veranschaulichung angeführt wird, die Elektroden 42 und 44 aus einem leitenden Metall. Zu möglichen Leitern zählen Silberaluminium und Wolfram, sind aber nicht darauf beschränkt. Die Breite der Elektroden 42 und 44 und der räumliche Abstand zwischen diesen Elektroden wird in der Folge besprochen.
  • Eine Schicht aus dielektrischem Material 46 mit einer vorgegebenen Dicke, die in der Folge besprochen wird, ist über den einzelnen Elektroden 42 und 44 und auf der oberen Oberfläche 34 angeordnet. Das dielektrische Material 46 bildet über der oberen Oberfläche 34 eine glatte ebene Oberfläche 46a.
  • Mit Bezugnahme auf Fig. 3 wird eine Draufsicht auf einen Wafer 14, der auf einer Klinge 20 ruht, aus der Nähe gezeigt. Während des Betriebs des Systems 10 positioniert der mechanische Arm 19 die Klinge 20 unter einem zu überführenden Wafer 14. Wenn der Wafer 14 auf der Oberseite der Klinge 20 liegt, wird eine erregende Spannung an die Elektroden 42 und 44 angelegt, die bewirkt, daß der Wafer 14 an der Klinge 20 festgeklemmt wird. Durch die kontrollierte Bewegung des mechanischen Arms 19 kann die Waferklinge 20 leicht zwischen den verschiedenen Kammern 11 und 12 bewegt werden, ohne daß der Wafer 14 von der Klinge 20 gleitet.
  • Mit Bezugnahme auf Figur 4 und 5 wird der Klemmvorgang gemäß der vorliegenden Erfindung beschrieben. Fig. 4 zeigt, wie die Klinge 20 vor dem Klemmen unter einem Wafer 14 positioniert ist. Das Substrat des Wafers 14 berührt die ebene dielektrische Oberfläche 46a der Klinge 20. Zwischen der dielektrischen Ebene 46a und dem Wafersubstrat bestehen Luftspalte 50 (die in Fig. 4 der Deutlichkeit wegen größer dargestellt sind) aufgrund von Unregelmäßigkeiten und Krümmungen in dem Wafer 14.
  • In der Luft oder dem Vakuummilieu von System 10 haben die Luftspalte 50 eine dielektrische Konstante von annähernd 1,00. Wenn daher eine Klemmspannung angelegt wird, wird der Großteil des Abfalls im Spannungspotential zwischen den Elektroden 42 und 44 und dem Wafer 14 durch die Luftspalte 50 hervorgerufen. Wie in der Folge ausführlich beschrieben ist, bestimmen die Spalte 50 die Überlegungen bezüglich der Spannung, die für das elektrostatische Festklemmen des Wafers 14 an der Klinge 20 erforderlich ist.
  • Zur Erzielung des Festklemmens wird ein ausreichendes Gleichstromspannungspotential zwischen den positiven Elektroden 42 und den negativen Elektroden 44 angelegt. Elektrostatische Kräfte, die zu der Dichte der elektrostatischen Linien 48 proportional sind, welche in Fig. 5 dargestellt sind, werden zwischen den positiven Elektroden 42 und den negativen Elektroden 44 erzeugt. Die Klemmkraft ist zu der elektrostatischen Kraft zwischen den Elektroden 42 und 44 direkt proportional.
  • Die erhaltene streuende elektrostatische Kraft in dem Bereich, der von dem Wafer 14 eingenommen wird, bewirkt eine Polarisierung der Ladungen in dem Wafer 14. Positive Ladungen in dem Wafer 14 akkumulieren über den negativ geladenen Elektroden 44. Negative Ladungen in dem Wafer 14 akkumulieren über den positiv geladenen Elektroden 42. Bei einer ausreichenden elektrostatischen Streuung wird die Anziehungskraft zwischen den Elektroden 42 und 44 und den polarisierten Ladungen in dem Wafer 14 ausreichend groß, um die Luftspalte 50 zu überwinden und um den Wafer an der Klinge selbst während Perioden hoher Beschleunigung zu halten, was einen weiteren Vorteil darstellt.
  • Drei Parameter sind von großer Bedeutung bei der Maximierung der elektrostatischen Streuung in dem Bereich, der von dem Wafer 14 eingenommen wird. Erstens das dielektrische Material und die Dicke; zweitens die Breite der Elektroden 42 und 44; und drittens das räumliche Verhältnis oder der Abstand zwischen den Elektroden 42 und 44.
  • Mehrere Faktoren werden bei der Wahl eines dielektrischen Materials berücksichtigt. Die erste Überlegung ist die dielektrische Konstante des Materials. Je höher die dielektrische Konstante, umso größer die Kraft pro Einheit Spannung. Die zweite Überlegung ist die dielektrische Feldstärke des Materials. Die dielektrische Feldstärke ist als die Spannungsgrenze definiert, welcher das dielektrische Material widerstehen kann, bevor es zu einem Durchschlag kommt und das dielektrische Material zu einem Leiter wird. Die dritte Überlegung ist der dielektrische statische Reibungskoeffizient des Materials wie oben besprochen. Die vierte Überlegung sind die thermischen Eigenschaften des dielektrischen Materials. Während der Wafer- Bearbeitungsverfahren wie dem Ätzen kann der Wafer 14 Temperaturen von durchschnittlich 400ºC und Spitzentemperaturen von 700ºC erreichen. Da ein wesentlicher Teil der Wärmeenergie des Wafers 14 von der dielektrischen Schicht 46 absorbiert wird, muß das Dielektrikum 46 imstande sein, solchen Temperaturen zu widerstehen, ohne zu schmelzen, zu brechen oder andersartig beschädigt zu werden.
  • Im allgemeinen ist die elektrostatische Streuung in dem Bereich, der von dem Wafer 14 eingenommen wird, umso größer, je dünner die dielektrische Schicht 46 ist. Es gibt jedoch praktische Einschränkungen, welche die Verringerung der Dicke der dielektrischen Schicht begrenzen. Bei dielektrischen Schichten mit einer Dicke von etwa 0,025 mm (1 Mil) oder weniger hat sich gezeigt, daß das dielektrische Material durchschlägt und seine isolierenden Eigenschaften bei Spannungen verliert, die zur Überbrückung der Luftspalte erforderlich sind. Infolgedessen geht Strom durch den Wafer, wodurch die Wahrscheinlichkeit einer Beschädigung des Transistors drastisch erhöht wird. Daher wird in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel gemäß der vorliegenden Erfindung eine dielektrische Dicke im Bereich zwischen etwa 0,05 mm (2 Mils) am unteren Ende und etwa 0,38 mm (15 Mils) am oberen Ende definiert. Für den Fachmann ist offensichtlich, daß mit Fortschritten in der Technik von dielektrischem Material die untere Grenze der Dicke des Dielektrikums entsprechend gesenkt werden kann.
  • Zum Beispiel besteht in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel, das zum Zwecke der Veranschaulichung gewählt wurde, die dielektrische Schicht 46 aus Al&sub2;O&sub3;. Es hat sich gezeigt, daß Al&sub2;O&sub3; aufgrund seiner Leistung in bezug auf jede der zuvor besprochenen Überlegungen das am besten geeignete dielektrische Material ist. Andere mögliche Bestandteile sind AlN, Si&sub3;N&sub4; und SiO&sub2;, sind aber nicht darauf beschränkt.
  • Es hat sich gezeigt, daß die optimale Breite der Elektrode 42 und 44 zur Maximierung der elektrostatischen Streuung im Bereich von etwa 3,05 mm (120 Mils) an der oberen Grenze bis etwa 0,3 mm (12 Mils) an der unteren Grenze liegt. Das optimale räumliche Verhältnis oder der Abstand zwischen den einzelnen Elektroden 42 liegt, wie es sich herausgestellt hat, zwischen etwa 1,02 mm (40 Mils) an der oberen Grenze und etwa 0,15 mm (6 Mils) an der unteren Grenze.
  • Es hat sich gezeigt, daß ein Verhältnis von Elektrodenbreite zu räumlichem Abstand zwischen den Elektroden im Bereich von 3/1 bis 2/1 die elektrostatische Streuung in dem Bereich maximiert, der von dem Wafer 14 eingenommen wird. In einem Ausführungsbeispiel der Erfindung wird durch die Wahl einer 3,05 mm (120 Mils) Elektrodenbreite und einem 1,02 mm (40 Mils) Abstand zwischen den Elektroden, der einem Verhältnis von 3/1 entspricht, die elektrostatische Streuung 46 maximiert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird durch die Wahl einer 2,29 mm (90 Mils) Elektrodenbreite und einem 0,76 mm (30 Mils) Abstand zwischen den Elektroden, der einem Verhältnis von 3/1 entspricht, die elektrostatische Streuung 46 maximiert. In einem weiteren Ausführungsbeispiel wird durch die Wahl einer 0,3 mm (12 Mils) Elektrodenbreite und einem 0,10 mm (4 Mils) Abstand zwischen den Elektroden, der einem Verhältnis von 3/1 entspricht, die elektrostatische Streuung 48 maximiert. In jedem Fall sollte der Abstand zwischen den Elektroden ein Mehrfaches der dielektrischen Dicke betragen, um eine ausreichende Streuung im Wafersubstrat zu erzielen.
  • Für den Fachmann ist offensichtlich, daß die zuvor beschriebenen Korrelationsverhältnisse eine gemeinsame Eigenschaft besitzen. Sie neigen zur Maximierung des Verhältnisses des leitenden Oberflächenbereichs, der von der Oberfläche der Elektroden 42 und 44 gebildet wird, in bezug auf den nichtleitenden Oberflächenbereich auf der Klinge 20.
  • Mit Bezugnahme auf ein besonderes Ausführungsbeispiel der Erfindung ist ein fünfstufiges Verfahren zur Berechnung der Spannung erforderlich, die notwendig ist, um ein Abgleiten des Wafers 14 während der beschleunigenden Bewegung der Klinge 20 zu verhindern. Die fünf Schritte werden in der Folge beschrieben.
  • Der erste Schritt dient zur Bestimmung dem Kraft pro Fläche q, die zur Überwindung der Luftspalte 50 notwendig ist, die zwischen einem Siliziumdioxidwafer 14, der auf der Klinge 20 liegt, bestehen. Die Gleichung lautet: Poissonsche Konstante
  • Es wird angenommen, daß der Wafer 14 eine kreisförmige Scheibe aus Siliziumdioxid ist, die einfach am Rand gestützt wird und die folgenden Abmessungen aufweist:
  • 1) Der Waferradius r = 2,5 Inch (63,5 mm)
  • Die Waferdicke t = 0,020 Inch (0,508 mm)
  • 2) Die Poissonsche Konstante für Siliziumdioxid = 0,42
  • 3) Der Elastizitätsmodul von Siliziumdioxid ist gleich:
  • E = 3,1 x 10&sup6; lb/in² (0,218 x10&sup6;kg/cm³)
  • 4) Die Plattenkonstante ist gleich:
  • D = (E t³) / 12 (1 - Poissonsche Konstante²)
  • 5) Die Luftspalte, die zwischen dem Wafer und der Klinge (im schlimmsten Fall) bestehen yc = 0,010 Inch (0,254 mm). Daher ist q = 1,08yc = 0,0115 lb/in².
  • Im zweiten Schritt wird die Kraft F berechnet, welche die Klinge 20 erzeugen muß. Unter der Annahme, daß die Klinge 20 rechteckig ist und die folgenden Abmessungen aufweist:
  • 1) 3,0 in x 4,5 in.
  • 2) FlächeKlinge = 13,5 in² = 8,7 x 10&supmin;³Meter², muß die Klinge 20 eine Kraft erzeugen gleich:
  • [2] F = q x KlingeFläche
  • = 0,155 lb oder 0,69 Newton
  • Im dritten Schritt wird die Spannung berechnet, die zur Erzeugung einer elektrostatischen Klemmkraft gleich 0,155 lb (0,69 Newton) erforderlich ist. Die Gleichung zur Berechnung der erforderlichen Spannung lautet: XSpalt dfilm A εoεSpalt A εoεFilm
  • wobei:
  • (1) F = 0,69 Newton
  • (2) XSpalt = 1/2 yc = 0,005 in. = 1,225 x 10&supmin;&sup4; Meter
  • (3) dFilm = dielektrische Filmdicke
  • = 0,002 in. = 5 x 10&supmin;&sup5; Meter
  • (4) εSpalt = 1,0 (dielektrische Konstante von Luft oder Vakuum)
  • (5) εFilm = 9,0 (dielektrische Konstante von Al&sub2;O&sub3;)
  • (6) εo = 8,85 x 10&supmin;¹² F/Meter (Durchlässigkeit des freien Raums)
  • (7) A = 3 x 10&supmin;³ M² (1/2 genäherte Gesamtelektrodenfläche) sind.
  • Aufgrund der Gleichung [3] sind etwa 760 Volt zur Ebnung des Wafers 14 erforderlich. Es sollte jedoch beachtet werden, daß selbst wenn die Klemmspannung angelegt ist und der Wafer geebnet ist, nicht alle Luftspalte 50 verschwinden. Daher wird ein neuer kleinerer Spalt XSpalt' zur Bezeichnung der kleinen Spalte, die bei dem geebneten Wafer zurückbleiben, verwendet.
  • Im vierten Schritt wird eine höhere Klemmspannung von 1000 Volt als Sicherheitsrahmen verwendet. Die Gleichung zur Berechnung der Wafer-Ebnungskraft FC bei 1000 Volt lautet: XSpalt' dfilm A εoεSpalt A εoεFilm
  • wobei XSpalt' = 1,0 Mil = 2,54 x 10&supmin;&sup5; Meter, und
  • V = 1000 Volt.
  • Aufgrund der Gleichung [4] beträgt die Wafer-Ebnungskraft:
  • FC = 11,4 Newton = 2,56 lb.
  • Im fünften und abschließenden Schritt wird die tangentiale Beschleunigung, bei welcher der Wafer 14 von der Klinge 20 abzugleiten beginnt, bestimmt. Die Gleichung zur Berechnung von agleit lautet:
  • [5] agleit = FC x Ks / M M/S²,
  • wobei:
  • M = 0,015 Kg (Wafermasse)
  • Ks = 0,32 (statischer Reibungskoeffizient zwischen Siliziumdioxidwafer und dielektrischem Material Al&sub2;O&sub3;)
  • Fc = 11,4 Newton
  • g = 9,8 M/S².
  • Somit beginnt der Wafer bei 1000 Volt nicht zu gleiten, bis eine tangentiale Beschleunigung von 24,8 g erreicht ist, was einen Sicherheitsrahmen in einer Größenordnung in bezug auf die typischen Beschleunigungswerte des mechanisches Arms 19 im Bereich von 2-3 g darstellt.

Claims (9)

1. Verfahren zum überführen von Wafern (14) in einem Waferherstellungs- oder -handhabungssystem unter Verwendung einer elektrostatischen Waferklinge (20), welches folgende Schritte umfaßt:
Aufbringen eines zu transpörtierenden Wafers (14) auf die Klinge (20), die mindestens ein Paar von Elektroden (42, 44) aufweist;
Anlegen einer Spannung an die Elektroden (42, 44) auf der Klinge (20),
Transportieren des Wafers (14) auf der Klinge (20) zu dem vorgesehenen Bestimmungsort und Abnahme von der Klinge,
dadurch gekennzeichnet, daß:
der Wafer auf die obere Oberfläche (34) der Klinge (20) gelegt wird,
die Elektroden (42, 44) verschachtelt, alternierend und gemeinsam elektrisch verbunden sind,
wobei das Verhältnis der Elektrodenbreite zu dem Abstand zwischen den Elektroden im Bereich von 3/1 bis 2/1 liegt und die an die Elektroden angelegte Spannung ausreicht, um zwischen dem Wafer und der Klinge eine waferebnende elektrostatische Kraft zu induzieren.
2. Verfahren nach Anspruch 1, wobei die Bewegung der Klinge (20), die den Wafer (14) trägt, mit einem mechanischen Arm (19) beschleunigt wird, der an der Klinge (20) befestigt ist, um eine gesteuerte Bewegung des Wafers in dem System auszuführen, wobei die Klemmkraft den Wafer (14) während der beschleunigenden Bewegung auf der Klinge (20) hält.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, welches ferner den Schritt des Ablagerns einer Schicht (46) aus dielektrischem Material auf mindestens einem Paar der verschachtelten Elektroden (42, 44) mit ausgewählter Breite auf der oberen Oberfläche (34) einer Waferüberbringerklinge umfaßt, wobei das Dielektrikum eine Dicke im Bereich von etwa 0,05 um (2 Mils) bis 0,38 um (15 Mils) aufweist, um die Kraft pro Einheit der zugeführten Spannung für eine gewählte angelegte Spannung zu optimieren, so daß die elektrostatische Klemmkraft eines Halbleiterwafers auf eine Waferüberbringerklinge maximiert wird.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei die ausgewählte Elektrodenbreite im Bereich von etwa 0,30 um (12 Mils) bis 3,05 um (120 Mils) liegt.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, wobei der Abstand zwischen den Elektroden (42, 44) im Bereich von etwa 0,1 um (4 Mils) bis 1,02 um (40 Mils) liegt.
6. Vorrichtung zum überführen von Wafern, umfassend eine elektrostatische Klemmklinge (20), wobei die Klinge (20) folgendes umfaßt:
eine Basis (32),
mindestens ein Paar von auf der Basis (32) ausgebildeten Elektroden (42, 44),
eine Schicht aus dielektrischem Material (46) über den Elektroden (42, 44) und der Basis (32), wobei das dielektrische Material eine Dicke aufweist, die ausreicht, um einen dielektrischen Durchschlag zu verhindern, wenn eine Klemmspannung angelegt wird, und
Mittel zum Anlegen einer Spannung zwischen den alternierenden Elektroden (42, 44), um eine elektrostatische Klemmkraft zwischen der Klinge (20) und einem darauf angeordneten Halbleiterwafer (14) zu erzeugen,
dadurch gekennzeichnet, daß:
das mindestens eine Paar von Elektroden (42, 44) verschachtelte, alternierende Elektroden (42, 44) sind, die gemeinsam elektrisch verbunden sind, und
das Verhältnis der Elektrodenbreite zu dem Abstand zwischen den Elektroden im Bereich von 3/1 bis 2/1 liegt, um die elektrostatische Klemmkraft zu verstärken.
7. Vorrichtung nach Anspruch 6, wobei die Schicht (46) aus Dielektrikum aus Al&sub2;O&sub3; besteht und ihre Dicke im Bereich von etwa 0,05 um (2 Mils) bis 0,38 um (15 Mils) liegt.
8. Vorrichtung nach Anspruch 6 oder 7, wobei die Elektrodendicke im Bereich von 0,3 um (12 Mils) bis 3,05 um (120 Mils) liegt.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei der Abstand zwischen den Elektroden (42, 44) im Bereich von 0,1 um (4 Mils) bis 1,02 um (40 Mils) liegt.
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