DE69909893T2

DE69909893T2 - Werkzeug für eine kontaktfreie Halterung von plattenförmigen Substraten

Info

Publication number: DE69909893T2
Application number: DE69909893T
Authority: DE
Inventors: Helmut Ing. Frey
Original assignee: SEZ AG
Current assignee: Lam Research AG
Priority date: 1998-05-29
Filing date: 1999-05-14
Publication date: 2006-10-05
Anticipated expiration: 2019-05-15
Also published as: EP0961309B1; DE69909893D1; KR19990088549A; ATE246399T1; KR100498779B1; JPH11354611A; US5967578A; EP0961309A3; JP3401637B2; TW417144B; EP0961309A2

Description

Fachgebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung für die berührungslose Halterung von plattenförmigen Substraten wie beispielsweise von Halbleiter-Wafern. In dem Maße, wie die folgende Beschreibung sich auf Wafer bezieht, so trifft diese auch auf alle Typen von plattenförmigen Substraten zu wie beispielsweise auf CDs usw.
Hintergrund der Erfindung
Bei der Herstellung von Halbleitern ist es wünschenswert, für eine effiziente Bearbeitung eine automatisierte Handhabung der Halbleiter-Wafer einzusetzen. Die besagten Wafer werden typischerweise aus einem Träger, der eine ganze Anzahl von Wafern aufnimmt, heraus genommen und wieder hinein gesteckt. Der in dem Träger zwischen benachbarten Wafern zur Verfügung stehene Platz ist sehr gering.
Aus diesem Grunde muss jede zur Handhabung dienende Apparatur mit einem flachen und langgestreckten Ausrüstungsgegenstand (Vorrichtung) versehen sein, der in den besagten Träger hinein und wieder herausgebracht werden kann.
Während die Wafer transportiert werden, müssen sie gleichzeitig fest, aber sanft gehalten werden, und sie dürfen nicht mit benachbarten Wafern in der Kassette (Träger) in Berührung kommen. Jede Berührung der Flächen der Wafer sollte vermieden werden.
Eine Apparatur mit piezoelektrischen Greifern ist aus EP 0 810 636 A2 bekannt.
EP 0 778 611 A2 offenbart einen Endeffektor für eine Wafertransportvorrichtung, welcher eine Tasche umfasst, die es ermöglicht, dass der Endeffektor lediglich die Ränder des Wafers berührt.
US 4.118.058 offenbart eine Vorrichtung für die berührungslose Halterung von Scheiben durch Gasströme, die auf die Scheiben prallen, wenn sie aus der Haltefläche der Vorrichtung unter einem spitzen Winkel zur Scheibenfläche herauskommen.
Ein Nachteil der bekannten Vorrichtung beruht auf der Tatsache, dass besonders dünne Wafer während des Transports verformt werden.
Dasselbe trifft auf die Aufnahmevorrichtung zum Anheben und Transportieren von Halbleiter-Wafern nach US 4.002.254 zu. Die Aufnahmevorrichtung hat ein Arbeitsglied, dessen Unterseite eine flache Hängefläche bildet, welche die Öffnung für einen einzelnen geneigten Strahl beinhaltet, durch den Luft in einer unausgeglichenen Strömung in Richtung auf eine Begrenzungsfläche an einem Ende der Hängefläche ausgeblasen wird.
Ferner wird Bezug auf die Patentschriften des Standes der Technik WO-9703456 und USA-4.903.717 genommen.
Gegenstände der Erfindung
Ein Gegenstand der vorliegenden Erfindung besteht folglich dann, eine verbesserte Vorrichtung für die berührungslose Handhabung und Beförderung von plattenförmigen Substraten vorzustellen.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung liegt dann, eine Vorrichtung vorzustellen, die keine Berührung weder mit der Vorderseite noch der Rückseite des Wafers erfordert und daher als Folge dessen die entsprechende Verunreinigung verhindert.
Zusammenfassung der Erfindung
Die vorerwähnten und weitere Gegenstände werden gemäß Anspruch 1 der vorliegenden Erfindung verwirklicht.
Diese Vorrichtung (Apparatur) gewährt eine berührungslose Haltestellung für einen Wafer ohne jegliche Gefahr der Verformung des besagten Wafers.
Während das sogenannte Bernoullische Prinzip für das Anheben und Transportieren eines plattenförmigen Substrats, insbesondere eines Halbleiter-Wafers, übernommen wird, ohne dass eine körperliche Berührung mit dem besagten Werkstück erfolgt, ist die Vorrichtung hinsichtlich der Konstruktion der besagten Vorrichtung dergestalt optimiert worden, dass der Wafer berührungslos mit einem konstanten Abstand zwischen seiner Unterseite und der Tragefläche positioniert werden kann. Dementsprechend wird jegliche Verformung des Wafers vermieden, und falls doch ein verformter Wafer auf die besagte Vorrichtung gebracht wird, so wird dieser Wafer geglättet.
Bei der Fertigung einer derartigen Vorrichtung besteht die Hauptschwierigkeit darin, dass die Vorrichtung eine sehr begrenzte Höhe haben muss, damit sie in einen Träger, welcher eine ganze Anzahl von Wafern enthält, gebracht und wieder heraus genommen werden kann.
Irgendeine direkte Verbindung zwischen der Gasaustrittsstelle des Gaskanals und dem besagten Gasschlitz wird nicht zu einer solchen Gasströmung aus dem besagten Gasschlitz führen, welche ermöglicht, dass der Wafer genau eben und parallel zur Stützfläche gehalten wird. Ein Grund hierfür besteht dann, dass wegen der begrenzten Größe der Vorrichtung in derartigen Fällen Unstetigkeiten hinsichtlich der Gasströmung auftreten können.
Gemäß der vorliegenden Erfindung ist eine Gasverteilkammer zwischen dem/n vorhandenen Gaskanal/kanälen und dem dynamisch ausgeglichenen Gasschlitz vorhanden. Diese Gasverteilkammer ist für eine gleichförmige Verteilung des Gases (der Luft) verantwortlich, bevor dieses in den Gasschlitz eintritt.
Zusammen mit der dynamisch ausgeglichenen Gestalt des Gasschlitzes, der gemäß den vorzugsweisen Ausführungsformen als Kreis oder ringförmig ausgebildet sein kann, ist das Gas imstande, aus dem Gasschlitz an dessen Außenrand unter gleichmäßigem Druck und mit gleichmäßigem Volumenstrom auszutreten, wodurch der Bernoulli-Effekt optimiert wird und folglich ein Wafer in die Lage versetzt wird, berührungslos, aber in einem definierten und konstanten Abstand zur Stützfläche gehalten zu werden.
Ferner ermöglicht die Anordnung der Gasverteilkammer eine exzentrische (platzsparende) Unterbringung des entsprechenden Gaskanals bzw. der Gaskanäle. Außerdem können die Gaskanäle in einer mehr oder weniger identischen Ebene bezüglich der Gasverteilkammer angeordnet werden. Durch dieses Merkmal kann die Minimalhöhe der Vorrichtung weiterhin verringert werden. Die Gasverteilkammer kann eine Höhe haben, die größer als die Höhe des Gasschlitzes ist. Durch diese Maßnahme wird die Gasverteilung optimiert, bevor das Gas in den Gasschlitz eintritt und unter hohem Druck durch den besagten Gasschlitz tritt.
Wie weiter vorn aufgezeigt wurde, kann die Gasverteilkammer eine ringförmige Gestalt aufweisen. Eine weitere Ausführungsform hat eine Gasverteilkammer mit einem kreisförmigen Querschnitt.
Es wird vorgezogen, den Gasschlitz radial bezüglich der Gasverteilkammer anzuordnen.
Der Gaskanal/die Gaskanäle, die Gasverteilkammer und der Gasschlitz können auf unterschiedliche Art und Weise ausgelegt sein. Nach einer Ausführungsform befinden sich die Gasverteilkammer und der Gasschlitz zwischen der Fläche einer Vertiefung innerhalb des besagten Körpers und einer entsprechenden Fläche eines plattenförmigen Deckels, der sich in der besagten Vertiefung befindet.
In dieser Hinsicht ist die Vorrichtung eine aus zwei Teilen bestehende Vorrichtung, die nämlich aus dem Körper (mit einer Vertiefung auf wenigstens einer Oberseite) und einem darin angebrachten Deckel besteht.
Gemäß der Gestalt des Gasschlitzes haben die Vertiefung als auch der Deckel – nur als ein Beispiel – eine kreisförmige oder ringförmige Gestalt, wobei der Durchmesser der Vertiefung entwas größer als der Durchmesser des Deckels ist.
Der Deckel kann am besagten Körper fest angebracht sein, wie gemäß der beigefügten Zeichnungen noch näher erläutert wird.
Um eine gleichmäßige Höhe des Gasschlitzes (ein gleichförmiger Abstand zwischen der Unterseite des Deckels und der Oberseite der Vertiefung) zu gewährleisten, können Spreizvorrichtungen zwischen der Unterseite des Deckel und der Oberseite der Vertiefung angeordnet sein. Diese Spreizvorrichtungen können in Form von sich radial erstreckenden Rippen ausgeführt sein. Sie können entweder einen Teils des Deckels oder des Körpers bilden.
In jedem Fall werden die Spreizvorrichtungen eine geringe Größe haben, um jegliche Nachteile hinsichtlich der Gasströmung zu vermeiden.
Gemäß einer weiteren Ausführungsform umfasst die Vorrichtung ferner mindestens zwei Führungsmittel, die an Stellen angeordnet sind, die sich zu einander in einem gewissen Abstand befinden und die sich in vertikaler Richtung bezüglich der besagten Stützfläche in einem gewissen Abstand neben dem Gasschlitz erstrecken.
Diese Führungsmittel können als Kreissegment ausgeführt sein und mit geneigten Flächen gegenüber dem entsprechenden Führungsmittel ausgestattet sein. Eine weitere Ausführungsform weist Führungsmittel auf, die wie zylinderförmige Stifte oder wie Stifte mit Kegelstumpfform ausgebildet sind, die zusätzlich ein zylinderförmiges freies Ende aufweisen können.
Diese Führungsmittel sind in einer solchen Art und Weise angeordnet, dass sie "Kontaktpunkte" oder "Kontaktlinien" für den Außenumfang des zu bearbeitenden Wafers bilden.
Wenn die Führungsmittel als Stifte ausgebildet sind, werden drei oder vier Stifte bevorzugt.
Wegen des speziellen Aufbaus kann die Vorrichtung mit zwei Stützflächen versehen werden, d. h. sie enthält eine zweite Stützfläche gegenüber der ersten Stützfläche, um die Vorrichtung auf beiden Seiten zu benutzen.
Bei dieser Ausführungsform ist die Vorrichtung – selbstverständlich – mit mindestens zwei Gaskanälen, zwei Verteilkammern und zwei Gasschlitzen ausgestattet, wobei sich die Anordnung des/der zweiten Gaskanals/Gaskanäle, der zweiten Verteilkammer und des zweiten Gasschlitzes mit der weiter vorn erfolgen Erläuterung in Übereinstimmung befinden. Eine spiegelbildliche Auslegung des ersten und des zweiten Gastransportmittels ist möglich.
Weitere Gegenstände und Merkmale der Erfindung werden in der folgenden Beschreibung aufgezeigt und werden zum Teil aus der Beschreibung offensichtlich oder können durch den praktischen Umgang mit der Erfindung zu Tage treten. Die Gegenstände und Vorteile der Erfindung können mittels der Instrumentarien und Kombinationen, die in den beigefügten Ansprüchen aufgezeigt werden, verwirklicht und erhalten werden.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen
Die beigefügten Zeichnungen veranschaulichen Ausführungsformen der Erfindung, und zusammen mit der Beschreibung dienen sie dazu, die Prinzipien der Erfindung zu erläutern.
1 ist eine Draufsicht auf eine Vorrichtung für die berührungslose Halterung eines Wafers in einer ersten Ausführungsform.
2 ist eine Schnittdarstellung der Vorrichtung gemäß 1 längs A-A.
3 ist ein ähnliche Schnittdarstellung einer zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung.
Ausführliche Beschreibung der Zeichnungen
1 ist eine teilweise Draufsicht auf eine Vorrichtung für die berührungslose Halterung eines Wafers.
Sie umfasst einen ebenen plattenförmigen Körper 10 (mit einer Stärke von 3 mm), der einen Kreisbereich 12 zwischen seinem ersten Ende 10f und seinem freien zweiten Ende 10s enthält. Der Körper 10 ist an seinem ersten Ende 10f an einen (nicht dargestellten) Roboter angekoppelt.
Der Bereich 12 des Körpers 10 ist mit einem zentralen Loch 14 und zwei kreisförmigen Vertiefungen 16t und 16b in seiner Oberseite 18t bzw. Unterseite 18b versehen.
Der Außenumfang der Vertiefungen 16t, 16b ist unter einem Winkel α von ungefähr 130° gegen die Zentralebene 20 geneigt, wie das in 2 dargestellt ist.
Ein Deckel 22 von kreisförmiger Gestalt ist durch einen Mittenbereich 22m in das zentrale Loch 14 fest eingesetzt, dem in radialer Richtung ein sehr dünner ringförmiger Bereich 22r (von 0,3 mm Stärke) folgt, dem wiederum in radialer Richtung ein ringförmiger Außenbereich 22o (von 0,6 mm Stärke) folgt, wobei dessen Außenkante unter einem Winkel β von ungefähr 135° zur Mittenebene 20 geneigt ist, wodurch ein sich verjüngendes Gasaustrittsende 26p eines hiernach festgelegten Gasschlitzes erzeugt wird.
Wie in 2 dargestellt ist, hat der ringförmige Außenbereich 22o eine vergrößerter Höhe (Stärke) im Vergleich mit dem ringförmigen Bereich 22r, wodurch eine Gasverteilkammer zwischen der Oberseite der Vertiefung 16t und der Unterseite des ringförmigen Bereichs 22r erzeugt wird, die eine größere Höhe hat als ein ringförmiger Gasschlitz 26, der sich zwischen dem äußeren Teil der Oberseite der Vertiefung 16t und dem ringförmigen Außenbereich 220 des Deckels befindet.
Ein Gaskanal 28 wird durch den Körper 10 (einschließlich des Kreisbereichs 12) von einem ersten (nicht dargestellten) Gaszuführungsende (in der Nähe des ersten Endes 10f des Körpers 10) bis zu einer Fläche unter der Gasverteilkammer 24 geführt und mit einem Gasaustrittsende 28g ausgestattet, welches sich vertikal vom Basisteil des Gaskanals 28 in die besagte Gasverteilkammer 24 erstreckt.
Durch dieses Mittel strömt das Gas durch den Gaskanal 18, durch das Gasaustrittsende 28g in die Gasverteilkammer 24 und danach durch den Gasschlitz 26, wobei es diesen Gasschlitz 26 an dessen geneigtem Außenumfang 26p verlässt.
Kleine knopfförmige Spreizvorrichtungen 26s sind im Gasschlitz 26 angeordnet.
Entsprechend den 1, 2 sind ähnliche Gastransportmittel auf der anderen Seite des Körpers 10 vorhanden, jedoch spiegelbildlich.
Vor dem Aufnehmen eines Wafer, wird die Gasströmung eingeleitet, so dass sie den sogenannten Bernoulli-Effekt erzeugt, sobald die Vorrichtung in einen geringen Abstand vom besagten Wafer gebracht wird.
Aus Sicherheitsgründen werden zusätzliche Führungsstifte 30a–30d auf der Oberseite und Unterseite 18t und 18b angebracht, die längs einer kreisförmigen Linie und in gewissen Abständen voneinander ( 1) angeordnet sind. Der Abstand der Stifte 30a, 30d bzw. 30b, 30c ist etwas größer als der oder gleich dem Durchmesser des zu bearbeitenden Wafers, wobei der besagte Wafer in 1 durch die Bezugszahl 32 teilweise dargestellt ist.
3 gleicht 2 unter der Bedingung, dass Körper 10 nur längs einer seiner Flächen mit einer Vertiefung 16t und einem Deckel 22 ausgestattet ist. Bei dieser Ausführungsform ist natürlich mehr Platz vorhanden für die Anordnung des Gaskanals 28, der Gasverteilkammer 24 und des Gasschlitzes sowie des besagten Deckels 22, wenn die Gesamtstärke des Körpers 10 im Vergleich mit der Ausführungsform der 1 und 2 unverändert ist.

Claims

Vorrichtung, die dergestalt ausgelegt ist, dass sie die berührungslose Halterung von plattenförmigen Substraten (32) ermöglicht und in einen Träger, der eine Anzahl von plattenförmigen Substraten aufnimmt, eingeführt und wieder herausgenommen werden kann, wobei die besagte Vorrichtung einen Körper (10) und mindestens eine Stützfläche (18t) aufweist und im Innern des besagten Körpers sich mindestens ein Gaskanal (28) befindet, der sich von einer äußeren Gaszuführungsstelle bis zu einer inneren Gasaustrittsstelle (28g) erstreckt, wobei die besagte Gasaustrittsstelle mit einer Gasverteilkammer (24) verbunden ist, durch welche Gas in einen Gasschlitz (26) gelangt, der bezüglich der Gasverteilkammer radial angeordnet ist, vorzugsweise parallel zur Stützfläche verläuft und sich in die besagte Stützfläche hinein erstreckt, wobei deren Außenrand sich unter einem Winkel α im Bereich 90° < α < 180° erstreckt, dadurch gekennzeichnet, dass der Körper plattenförmig ist und dass die Verteilkammer eine ringförmige Gestalt hat.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher die Gasverteilkammer (24) eine Höhe aufweist, die größer als die Höhe des Gasschlitzes (26) ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher sich die Gasverteilkammer (24) und der Gasschlitz (26) zwischen der Fläche einer Vertiefung (16t) in dem besagten Körper und der zugehörigen Fläche eines plattenförmigen Deckels (22) befinden.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher der besagte Deckel (22) fest am besagten Körper angebracht ist.
Vorrichtung nach Anspruch 3, bei welcher Spreizvorrichtungen (26s) zwischen der unteren Seite des Deckels und der Oberseite der Vertiefung angeordnet sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die besagten Spreizvorrichtungen (26s) als sich radial erstreckende Rippen ausgelegt sind.
Vorrichtung nach Anspruch 5, bei welcher die besagten Spreizvorrichtungen (26s) entweder ein Teil des Deckels oder ein Teil des Körper sind.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher das Austrittsende (28g) des Gaskanals (28) bezüglich des Gasschlitzes (26) exzentrisch angeordnet ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1, bei welcher sich der Gasschlitz (26) in Richtung auf seine Gasaustrittsstelle (26p) verjüngt.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche ferner mindestens zwei Führungsmittel (30) umfasst, welche sich an in einem gewissen Abstand voneinander befindlichen Stellen befinden und sich bezüglich der besagten Stützfläche in einer gewissen Entfernung vertikal neben dem Gasschlitz erstrecken.
Vorrichtung nach Anspruch 1, welche eine erste und eine zweite Stützfläche (18t, 18b), die einander gegenüber liegen, mindestens zwei Gaskanäle (28), zwei Gasverteilkammern (24) und zwei Gasschlitze (26) umfasst, wobei sich die Letzteren in die besagte erste bzw. zweite Stützfläche hinein erstrecken.