JPH0240216B2 - - Google Patents

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JPH0240216B2
JPH0240216B2 JP60058667A JP5866785A JPH0240216B2 JP H0240216 B2 JPH0240216 B2 JP H0240216B2 JP 60058667 A JP60058667 A JP 60058667A JP 5866785 A JP5866785 A JP 5866785A JP H0240216 B2 JPH0240216 B2 JP H0240216B2
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wafer
stage
chamber
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external
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Eru Tororira Giraamo
Emu Jensen Aaru
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Nanometrics Inc
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Publication date
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Publication of JPH0240216B2 publication Critical patent/JPH0240216B2/ja
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明の要約 本発明は、精巧な半導体ウエーハの製造工程間
にこれを取扱う機構、特に大気圧下の場所から高
真空室に真空をあまり失うことなく半導体ウエー
ハを自動的に移送する取扱い装置に関連する。
半導体回路デバイスはシリコン、即ちけい素の
ような材質の薄い円板、即ちウエーハの表面に
種々の回路素子を写真で縮小して印刷することに
よつて製造される。この種の多数の回路がウエー
ハに印刷され、又８mm角程度の大きさでそれぞれ
数1000のトランジスタや他の回路素子を含む数
100の回路が写真的に縮小され、10ないし12cm程
度の直径を有するマスクを通して印刷される。こ
の種のマイクロ回路では、種々の構成素子を相互
接続する導体は極めて薄く、又これらの構成素子
は導体と極めて接近していることが必要で、これ
らの間隔は通常数ミクロンのオーダーである。こ
の間隔を更に縮小する継続的研究によつてこれら
の薄い導体の間隔は一層小さくなるであろう。
回路縮小の目標は高速動作電子機器、コスト低
減及びこれらの回路を使用する電子システムの小
型化である。又回路縮小は回路製造業者に種々の
問題を提起した。例えば、極めて薄い導体の損傷
又は接近した導体の回路素子間の短絡は高倍率の
手動操作光学顕微鏡又は電子顕微鏡によつてのみ
検出され、後者の場合はこの高倍率と高分解能の
ため更に効率的である。
電子顕微鏡検査は顕微鏡試料室を真空にして行
われ、又試料室に対する試料の出入は必然的に真
空を破壊するから次の検査の前に真空室を再ポン
プしなければならない。半導体ウエーハの真空室
に対する装入、試料ステージ上への載置及び真空
室からの取出しの間の半導体ウエーハの取扱い操
作を簡単にするため種々の機械的取扱い装置が考
案されている。この種のある装置では枢軸回転に
よつて伸長及び収縮する複雑な駆動装置、又は回
転装置を使用するが、これらの装置は試料室の大
型ドアの開放が必要であるから試料室内の真空を
損失する。本発明によるウエーハ取扱い装置は従
来の問題を克服するもので、試料室の小型ドアを
通して試料が自動的に移送されて試料室ステージ
上の係止位置に移動され、又電子顕微鏡検査終了
後は試料室の真空を完全に失うことなくウエーハ
が試料室から取り出されるから所望の真空度は最
短時間の再ポンプ操作で得られる。
約言すると本発明装置は、軌道に装着されたウ
エーハ保持器と、種々の寸法のウエーハを受入れ
るように自動的に調整される顕微鏡ステージを有
する。この保持器は最初密封できる外部室に置か
れ、小型の溝孔状で密封できるドアを通して顕微
鏡試料室と外部室との間で該保持器を移動するチ
エーンによつて移送される。移動用チエーン上に
設けられた磁石は密封外部室の床、即ちフロアの
下方に配置された第２磁石と磁気的に結合され、
ウエーハ保持器を直線状に移送するモータによつ
て移動される。ウエーハ保持器は、顕微鏡試料ス
テージと接触するとウエーハをステージ上の定位
置に解放する機構を含み、該ステージは種々の寸
法のウエーハを固定する新規な装置を有する。ウ
エーハ保持器が２度目にステージに接触すると、
この保持器はウエーハを取り上げ試料室から溝孔
状ドアを通して外部室に戻し、次に検査ステーシ
ヨンから試料を取り出す。従つて保持器に対する
ウエーハの装入と取り出し間に、密封可能な小型
外部室に流入する空気量は小量であるから試料室
内の真空損失は非常に小さい。
詳細な説明 第１図に略示する電子顕微鏡試料室１０は真空
ポンプ１２が接続されかつゲート１０ａ（第５図）
を有する真空室を構成する。第１図には示されて
いないが電子顕微鏡には電子ビーム発生装置とこ
の顕微鏡に設けられた種々の電子レンズを含み、
これらは図示の試料室の上部に通常配置される。
試料室１０の側面には集積回路（IC）ウエー
ハ取扱い装置１４が設けられ、この装置は外部室
を形成するハウジング１８の上面に設けられ、か
つヒンジ回転で密封閉鎖する上部ドア１６と駆動
モータ２０を有し、このモータはウエーハキヤリ
ジ、即ちウエーハ保持器を試料室１０内の試料ス
テージに対して出入させる。
第２図は第１図の２−２線断面図で、アングル
材ブラケツト２２上に取付けられた駆動モータ２
０を示し、このブラケツトは試料室１０の外面に
ボルト連結される。第２図に示されるように、モ
ータ軸上のスブロケツト２４はモータ駆動される
無端駆動手段を構成する無端可撓性駆動チエーン
２６に掛かり、該チエーンは又、試料室１０の外
面に直角でかつ該チエーン掛かる位置のハウジン
グ底壁に回転装着された遊びスブロケツト２８と
３０によつて支持される。可撓性チエーン２６の
一位置にブラケツト３２が取付けられ、該ブラケ
ツトは磁石を有し、この磁石は後述のようにウエ
ーハ保持器を軌道に沿つて試料室内に移動する。
第３図は第１図に３−３線に沿う本発明ウエー
ハ取扱い装置の断面図で、チエーン２６を駆動す
るモータ２０と、矩形のキヤリジ３４が取付けら
れるブラケツト３２を示す。このキヤリジは試料
室１０の外面に直線状に移動するように装着さ
れ、又このキヤリジの平行両側面とハウジング１
８のフロア下方に形成された内側壁３８の軸受溝
内の線形軸受３６で支持される。両内側壁３８の
間のハウジングのフロアの全長には非鉄材料の薄
肉部４０が形成され、この薄肉部は外気圧と試料
室との圧力差を受けても屈曲したり破損しないよ
うな強度も有する。
第３図に示されるように、モータ２０とチエー
ン駆動キヤリジ３４は磁石４２を含み、該磁石は
薄肉部４０と平行で小間隔離れに上面を有する。
同様に薄肉部４０の上方には同一間隔離れた第２
磁石４４が設けられ、この磁石４４は薄肉部４０
を通して第１磁石４２に吸引される極性を有す
る。第２磁石４４は図示のように、キヤリジ３４
と平行に移動するように軸受内に装着された内側
のキヤリジ４６内に設けられる。ウエーハキヤリ
ア４８の第２端部を構成する内側のキヤリジ４６
はハウジング１８の内部に設けられ、又モータ駆
動外部磁石４２と内部磁石４４との間の磁気結合
のため内側キヤリジ４６はモータ駆動外部磁石の
線状運動に従つて軌道上を線状運動することに注
目されたい。
第４図の平面断面図及び第５図の立面断面図に
示されるように、内側キヤリジ４６は、ICウエ
ーハキヤリア４８を支持する。キヤリア４８は細
長い部材で、ハウジング内に配置されるほぼ三角
形のウエーハ支持ネツク、即ちウエーハローダ５
０を有し、この三角形の頂点はキヤリジ４６と３
４がハウジングの外端、即ち反対端部内に位置す
る場合はハウジングの試料室端部と隣接位置にく
る。第４図に明示されるように、キヤリア４８の
ウエーハローダ５０は密閉可能なヒンジ付ゲート
５２を通つて試料室１０内に延び出し、更に後述
のようにウエーハを試料室内の試料ステージ５４
上の固定位置に移動することができる。
第４図は試料ステージ５４の詳細の一部を示
し、これについては下記に詳述する。ステージ５
４上には円形ペデスタル５６が設けられ、該ペデ
スタルはウエーハ保持器に向かいかつ該保持器の
中心軸に対して対称でかつ約60゜の角度の開放セ
クタ部を有する。この開放セクタ部の中心部５８
は中心孔と複数のねじ孔を有し、このねじ孔を利
用してペデスタル５６はステージ５４に取付けら
れる。開放セクタ部の縁部に隣接して複数の矩形
溝孔６０が設けられ、これらの各溝孔にはウエー
ハ接触部材６２が配置され、ウエーハ接触部材６
２は溝孔６０の外端に向けて延び出しウエーハの
周縁部に接触する。各滑動部材６２は通常、ばね
６４でステージ５４の中心近くの定位置に保持さ
れ、このばね６４の端部はウエーハ接触軌６２
と、溝孔６０の内端の小型固定ブラケツト６６に
連結される。従つてばね６４はウエーハ接触６２
をペデスタル５６の中心に向けて引張る機能を有
する。
ほぼ円形のペデスタル５６の上面には矩形薄孔
が設けられ、該溝孔は開放セクタ部の頂点から反
対側のペデスタル周辺部に達し、又ウエーハ保持
器の縦軸と共通の方向に延びている。この矩形溝
孔内のあり溝道内には滑動可能な矩形ブロツク６
８（第６図）が設けられ、この内端は２本の細い
ケーブル７０に連結され、これらのケーブルはセ
クタ部溝孔６０の外端に隣接する小型プーリ７２
に巻かれ、これらの溝孔の下方に通り、ウエーハ
に接触する滑動部材６２の外端部に達する。従つ
て滑動可能な矩形ブロツク６８の、ペデスタル５
６の中心から離れる方向の線状運動でウエーハ接
触部材６２は溝孔６０の外端に向けてばね６４の
引張力に抗して引かれる。
第４ａ及び第４ｂ図はウエーハストツプ７４の
２型式を示し、このウエーハストツプは矩形溝孔
の外端部と該溝孔部の矩形ブロツク６８とをブリ
ツジ連結する。第４ａ図のウエーハストツプの湾
曲面はウエーハの弓形周辺に接触するウエーハ接
触先端を構成し、この湾曲面は下方内側に傾斜し
ウエーハの縁部をつかむようになつている。同様
に第４ｂ図のウエーハストツプの直線状傾斜は
種々の形状のウエーハ縁部を挟むのに使用できる
から汎用ウエーハストツプと考えることができ
る。これらのウエーハストツプの前面には２個の
小型溝孔７６が設けられる。第８図以下の説明で
詳述するように、これらの小型溝孔７６にはくび
状ウエーハローダ５０の端部に設けられたウエー
ハ係合ピン７８が嵌合し、これらのピンはウエー
ハキヤリア内のソレノイド８０の作用によつて上
方に突出し、小型溝孔７６を通つてウエーハ縁部
に接触しウエーハを試料室から取り出す。
第６図はウエーハキヤリア４８と試料ステージ
上のペデスタル５６の別の平面図で、ウエーハキ
ヤリアと、ウエーハに接触するウエーハ滑動部材
６２の相互作用を示す。ウエーハキヤリアのロー
ダ５０は図面の鎖線で示されるウエーハ８２を支
持する。ローダ５０のくび状頂点には、滑動可能
な矩形ブロツク６８に接触するようになつている
矩形のプツユブロツク８４が設けられる。従つて
ウエーハキヤリア４８が矢印８６方向に移動され
るとプシユブロツク８４は矩形ブロツク６８を外
側に押し出すから連結ケーブル７０は滑動部材、
即ちウエーハ接触部材６２を、ばね６４の引張力
に抗して半径方向外側に向けて引く。
第７及び第８図は、ウエーハローダ５０が更に
移動してブツシユブロツク８４が滑動ブロツク６
８の内端に接触後のウエーハ接触部材６２の作用
を示す。前記のように、滑動ブロツク６８は第９
図の端面図に示されるようにステージペデスタル
５６の上面のあり溝に嵌合して装着される。従つ
てブロツク６８は第７図に示されるように小距離
８８だけペデスタル５６の縁部から突出し、ウエ
ーハ８２の先端はペデスタル５６上の定位置に達
する。従つてあり溝スリーブ９０はあり溝内で滑
動でき、又滑動ブロツク６８はあり溝スリーブ内
で滑動できる。あり溝スリーブ９０の内端部とブ
ラケツト６６との間に設けられた小型ばね９２は
あり溝スリーブをペデスタルの中心に向けて押
し、又滑動可能な矩形ブロツク６８の外端に形成
された上向きリツプ９４は、長いばね６４の弾力
によつてあり溝スリーブをペデスタル中心に向け
て引く。
ウエーハ装入操作間、薄くて精巧な半導体物質
のウエーハは不時の接触及びこの半導体物質の接
触損傷を避けるため接触部材６２に対して隙間を
残して移動しなければならない。従つてペデスタ
ルは、ウエーハローダの縦方向中心線に直角な水
平回転軸の周りに、第８図に示すように傾け、ウ
エーハストツプ７４の傾斜面に対してウエーハ８
２の前縁が正しい位置にくるように回転される。
試料ステージとウエーハペデスタルのこの傾動運
動機構は、本発明の好適実施例ではコンピユータ
制御で行われるが、この機構は本発明の一部を構
成するものではない。しかし所望に応じ、このペ
デスタル傾動機構は手動操作によるものでも、又
ウエーハキヤリヤ４８に設けられた適当なカム
と、これと協力する試料室内の傾動操作レバーに
よるもので操作してもよい。
第８ａ図はウエーハキヤリヤ４８上に設けられ
たソレノイド作動ウエーハピツクアツプ機構の動
作の詳細を示し、この機構によつてウエーハはペ
デスタル５６とキヤリヤとの移送間に解放され又
つかまれる。この機構は小型のワイヤクリツプ９
６を含み、このクリツプはウエーハローダ５０の
頂点位置のクロス部材９７下方の水平方向横軸上
で軸回転できる。このクリツプは、第４図で説明
したようにピン７８が外端部に形成され、このピ
ンはウエーハの前縁を保持し、又解放する。この
クリツプは軸回転中心、即ちピボツト点で屈曲し
て短かいクランク部９８が形成され、この一端は
ばね９９に連結され、このばねはクリツプに弾力
を加えてピン７８をウエーハ前縁に接触させる。
上記クランク部の他端は、第４図で説明したソレ
ノイド８０にワイヤ１００によつて連結される。
ウエーハを最初、ハウジング１８内のキヤリヤ
上に載せると、その前方湾曲端部はピツクアツプ
機構のピン７８に接触し、又ウエーハが試料ペデ
スタル内の適正位置にある場合に、手動操作又は
コンピユータ制御操作によつてソレノイド８０が
作動すると、ピン７８が落下してウエーハを解放
する。同様に、からのウエーハキヤリヤがペデス
タルのこの機構内に挿入されると、ソレノイド８
０で落下していたピン７８は試料室からウエーハ
を引き戻すため延び出してウエーハをつかむ。
第１０図は、試料ペデスタル５６上にウエーハ
８２に載せた後、ウエーハローダ５０を引き出す
際のペデスタル機構の動作を示す。ウエーハロー
ダ５０が矢印１０２の方向に離れるにつれて、該
ローダの端部にあるプシユブロツク８４は滑動ブ
ロツク６８に対する圧力を解除し、ブロツク６８
はばね６４及び連結ケーブル７０の力によつて矢
印方向に引かれる。ばね６４は、ウエーハ接触部
材６２をウエーハ８２の縁部に接触する位置まで
引き寄せるから、ウエーハストツプ７４及び２個
のウエーハ接触部材６２のほぼ等間隔の３点間で
ウエーハを固定する。この状態では、プーリ７２
の周囲を通る各ケーブル７０は、第２プーリ１０
４（第１１図）を通り、次に接触部材６２に達す
ること図示の通りである。２個の第２プーリ１０
４はばね６４に連結され、これらのばねは接触部
材６２がウエーハ縁部に接触後、滑動矩形ブロツ
ク６８を完全に引き寄せる。このプーリ装置は第
１１−１４図についての下記説明で更によく理解
できよう。
第１１ないし第１４図は試料ステージのペデス
タル５６の動作の諸段階を略示するが、この動作
の理解に不必要な部品は省略してある。
第１１図はペデスタルの正常状態、即ち不使用
状態の各部品を示す。ばね６４は滑動可能のウエ
ーハ接触部材６２を内側に押している状態を示
し、又小型ばね９２は、滑動可能な矩形ブロツク
６８を支持するあり溝嵌合スリーブ９０を引張つ
ている状態を示す。
第１２図は、ウエーハローダのブツシユブロツ
ク８４がペデスタル機構内に部分的に挿入され、
滑動可能なブロツク６８に接触している状態を示
す。矢印方向にブロツク６８が移動すると、ケー
ブル７０が延び出してウエーハ接触部材６２をば
ね６４の弾力に抗して外側に移動する。勿論、ウ
エーハ８２の湾曲前方端部は、第８ａ図に示され
るクリツプ９６のピン７８との接触位置にある。
第１３図は、ウエーハローダの完全挿入後の各
部品の状態を示す。この状態では、ローダのプツ
シユブロツク８４の端部は滑動可能ブロツク６８
に押し付けられ、又このあり溝スリーブ９０は完
全伸長状態にあるからウエーハ接触ブロツク６２
も最外側位置にある。ウエーハ８２の前縁はウエ
ーハストツプ７４の傾斜面でつかまれ、又ソレノ
イド作動ウエーハクリツプピン７８はウエーハス
トツプの溝孔７６を通つて突出しているからウエ
ーハはソレノイド８０の作動によつて引き出せる
状態にある。ウエーハ接触ブロツク６２から延び
るケーブル７０はプーリ１０４と７２のみなら
ず、ブラケツト６６に隣接して設けられた別のプ
ーリ１０６にも掛かり溝孔６０の縁部との接触に
よるケーブルの摩耗を防止できることに注意され
たい。
第１４図は、ステージ上のウエーハの配置、及
び真空室から矢印方向のウエーハキヤリヤの取出
し後の諸部品の位置を示す。ばね６４は、ウエー
ハストツプ７４の下向き傾斜面に固定されている
ウエーハの縁部と接触しているウエーハ接触部材
６２を引張つている。ばね６４は又、滑動可能な
矩形ブロツク６８を、この上向き突縁９４で内向
き運動が停止される位置まで引き寄せる。ウエー
ハキヤリヤが真空室と外部室との間のゲート５２
を通過すると、このゲートは閉鎖されて外部室を
真空室からシールする。次に密閉可能な外部室の
上部ドア１６は、必要に応じて、真空室の真空を
失うことなく開放される。同様に、ウエーハ装入
操作間、上部ドア１６又は外部室は、真空が失わ
れないようにゲート５２を閉鎖したまま開放しな
ければならない。次に上部ドア１６を閉鎖し、ウ
エーハ移送機構によつてウエーハをゲートを通し
て真空室に装入するが、大容積の真空室に流入す
る空気は少量であるから真空の喪失は小さい。従
つて真空室内の圧力増加は小さく、短時間のポン
プ操作で所要の低圧が得られる。
【図面の簡単な説明】
第１図は電子顕微鏡に装着された本発明のウエ
ーハ移送、即ちウエーハ取扱い装置の略示図；第
２図は第１図の装置の２−２線による平面断面
図；第３図は第１図の３−３線による立面断面図
で、外部室と駆動機構を示し；第４図は第１図の
４−４線による平面断面図で、密封可能な外部室
と顕微鏡試料室ウエーハステージを示し；第４ａ
及び第４ｂ図はウエーハステージ上に配置される
ウエーハストツプの２型式の斜視図；第５図は第
３図の５−５線による側面断面図；第６及び第７
図はウエーハをステージ上に配置する間のステー
ジの動作を示す平面図；第８図は第７図の８−８
線によるステージの立面断面図；第８ａ図は第８
図の８ａ部分の部分的拡大図でウエーハ保持器の
端部のウエーハ解放機構の詳細を示し；第９図は
第８図の９−９線による端面図；第１０図はウエ
ーハを載置後の試料ステージの平面図；第１０、
１１，１２，１３及び第１４図は、ステージに対
するウエーハ載置前、載置間、ウエーハ固定間、
及びウエーハ保持器の取出し後の各平面図を示
す。 １０…真空試料室、１２…真空ポンプ、１４…
ウエーハ取扱い装置、１８…ハウジング、２０…
駆動モータ、２６…駆動チエーン、３４，４６…
キヤリジ、４０…フロア、４２，４４…磁石、４
８…ウエーハキヤリヤ、５０…ウエーハローダ
（ウエーハキヤリヤ）、５２…ゲート、５４…試料
ステージ、５６…ペデスタル、５８…中央部、６
０…溝孔、６２…ウエーハ接触滑動部材、６８…
矩形部材、７０…ケーブル、７４…ウエーハスト
ツプ、８０…ソレノイド、８２…ウエーハ、８４
…プツシユブロツク、９０…あり溝スリーブ。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 真空室の最小真空損失状態で大気圧下の一位
    置から前記真空室に対して、ウエーハを挿入及び
    取出すウエーハ取扱い装置において、 前記真空室の側壁に設けられた密閉可能なゲー
    トと、密閉可能な上部ドアを有しかつほぼ矩形の
    密閉可能な外部室と、前記真空室の側壁に対する
    垂直軸線と並行にかつ前記外部室の内壁内に設け
    られた軌道上に水平に装着された可動のウエーハ
    キヤリアと、前記外部室の下側に配置されかつ真
    空室の側壁に対する前記垂直軸線と並行の直線部
    を有すると共にモータ駆動される無端駆動手段
    と、前記真空室内に設けられかつ前記ウエーハキ
    ヤリアの端部からウエーハを取り出すステージと
    を有し、 前記外部室の端部は前記ゲートの開口部の周囲
    で前記真空室の外部側壁に対し密聞状態で取付け
    られ、 前記ウエーハキヤリアは前記密閉可能なゲート
    に隣接かつウエーハを支持する第１端部と、前記
    外部室の薄肉部の包囲内面に隣接して配置された
    第２磁石を支持する第２端部と、先端部に配置さ
    れた一対のウエーハ係合ピンとを有し、 該ウエーハ係合ピンはウエーハ支持面の下方の
    ソレノイドによりウエーハの先端に対し係合又は
    分離するように垂直に移動可能であり、 前記無端駆動手段の直線部は前記外部室の前記
    薄肉部の外部包囲面に隣接して配置された第１磁
    石に連結され、 前記第２磁石は前記第１磁石と磁気的に結合さ
    れかつ前記無端駆動手段の運動に応答して前記ウ
    エーハキヤリアを軌道に沿つて直線状に移動さ
    せ、 前記ステージはウエーハの形状に適合するウエ
    ーハ接触先端が設けられたウエーハトツプと、互
    いに離間して配置されかつ前記ウエーハ係合ピン
    を受ける一対の溝孔とを有し、 前記ステージは前記ウエーハキヤリアの内側移
    動により前記ステージ上の滑動可能なブロツクに
    対して加えられる力に応答して、前記ウエーハス
    トツプからゲートに向かつて一定の角度で径方向
    外側に伸びる溝孔内で移動できる一対の離間した
    ウエーハ接触部材を有し、 前記ウエーハ接触部材は前記ステージ上の固定
    部材に接続されたばねにより付勢されかつ前記ウ
    エーハキヤリアの先端部の引き込み時にウエーハ
    の周辺上の２つの離間点を把持し、 各ウエーハ接触部材は前記溝孔の最外端に設け
    られた第１のプーリ及び第２のプーリを通じて前
    記ステージのブロツクに連結されたケーブルに接
    続されたことを特徴とするウエーハ取扱い装置。 ２ 密閉可能な外部室の容積は真空室の容積に対
    して小さい特許請求の範囲１項記載のウエーハ取
    扱い装置。 ３ ウエーハキヤリア上のウエーハの底面はウエ
    ーハ接触部材から離間するようにゲートに向けて
    垂直軸線上で傾動できる特許請求の範囲１項記載
    のウエーハ取扱い装置。
JP60058667A 1984-03-26 1985-03-25 ウェーハ取扱い装置 Granted JPS60227438A (ja)

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