WO2020058150A1

WO2020058150A1 - Stifthubvorrichtung

Info

Publication number: WO2020058150A1
Application number: PCT/EP2019/074610
Authority: WO
Inventors: Michael DÜR; Rico Rohner; Adrian Eschenmoser; Marco Apolloni
Original assignee: Vat Holding Ag
Priority date: 2018-09-17
Filing date: 2019-09-16
Publication date: 2020-03-26
Also published as: KR20210056332A; TWI809177B; US20220044957A1; TW202013591A; CN112714950A; CN112714950B; JP7368460B2; JP2022501811A; DE102018007307A1

Abstract

Die erfinderische Stifthubvorrichtung (10) ist zur Bewegung eines zu bearbeitenden Substrats in einer Prozesskammer (4) ausgebildet und umfasst ein sich entlang einer Verstellachse (A) erstreckendes Gehäuse (31), einen bei einem ersten Endbereich des Gehäuses (31) angeordneten stirnseitigen Gehäuseabschluss (33) mit einer Gehäuseöffnung (34), ein bei einem zweiten Endbereich des Gehäuses (31) angeordnetes Antriebsteil (11), eine Verstelleinrichtung (15) mit einem im Gehäuse in Richtung der Verstellsachse (A) beweglichen Teil (21), einen innen am Gehäuse (31) zwischen einem ersten Anschlag (17a) beim stirnseitigen Gehäuseabschluss (33) und einem davon abgewandten zweiten Anschlag (17b) ausgebildeten Führungsabschnitt (17) für die Verstelleinrichtung (15), eine innerhalb des Gehäuses (31) zwischen dem stirnseitigen GehäuseabSchluss (33) und der Verstelleinrichtung (15) ausgebildete dichte Verbindungseinrichtung (55) und einen Verbindungskanal (18), der sich beim Führungsabschnitt (17) vom ersten Anschlag (17a) bis zum zweiten Anschlag (17b) erstreckt. Ein zusammenhängender zweiter Innenbereich führt auch bei Bewegungen des beweglichen Teils (21) zu minimalen Änderungen des Volumens des zweiten Innenbereichs.

Description

Stifthubvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Stifthubvorrichtung zur Bewe gung und Positionierung eines Substrats in einer Prozess kammer mittels mindestens eines Tragstifts.

Stifthubvorrichtungen, auch Pin-Lifter genannt, sind typi scherweise zur Aufnahme und definierten Positionierung ei nes in einer Prozesskammer zu bearbeitenden Substrats kon zipiert und vorgesehen. Diese kommen insbesondere bei Vaku umkammersystemen im Bereich der IC-, Halbleiter-, Flat Pa nel- oder Substratfertigung, die in einer geschützten Atmo sphäre möglichst ohne das Vorhandensein verunreinigender Partikel stattfinden muss, zum Einsatz.

Derartige Vakuumkammersysteme umfassen insbesondere mindes tens eine zur Aufnahme von zu bearbeitenden oder herzustel lenden Halbleiterelementen oder Substraten vorgesehene, evakuierbare Vakuumkammer, die mindestens eine Vakuumkam meröffnung besitzt, durch welche die Halbleiterelemente o- der anderen Substrate in die und aus der Vakuumkammer führ bar sind. Beispielsweise durchlaufen in einer Fertigungsan lage für Halbleiter-Wafer oder Flüssigkristall-Substrate die hochsensiblen Halbleiter- oder Flüssigkristall-Elemente sequentiell mehrere Prozess-Vakuumkammern, in denen die in nerhalb der Prozess-Vakuumkammern befindlichen Teile mit tels jeweils einer Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet wer den .

Solche Prozesskammern verfügen häufig über zumindest ein Transferventil, dessen Querschnitt an das Substrat und den Roboter angepasst ist und durch welches das Substrat in die Vakuumkammer eingebracht und ggf. nach der vorgesehenen Be arbeitung entnommen werden kann. Alternativ kann z.B. ein zweites Transferventil vorgesehen sein, durch das das bear beitete Substrat aus der Kammer gebracht wird.

Das Führen des Substrats, z.B. eines Wafers, erfolgt bei spielsweise mit einem entsprechend ausgebildeten und ge steuerten Roboterarm, der durch die mit dem Transferventil bereitstellbare Öffnung der Prozesskammer durchführbar ist. Das Bestücken der Prozesskammer erfolgt dann mittels Grei fen des Substrats mit dem Roboterarm, Bringen des Substrats in die Prozesskammer und definiertes Ablegen des Substrats in der Kammer. Das Leeren der Prozesskammer erfolgt in ent sprechender Weise.

Für das Ablegen des Substrats und für die genaue Positio nierung des Substrats in der Kammer muss eine verhältnis mässig hohe Genauigkeit und Beweglichkeit des Substrats ge währleistet sein. Hierfür werden Stifthubsysteme einge setzt, die eine Mehrzahl von Auflagepunkten für das Sub strat und damit eine Lastverteilung (aufgrund des Eigenge wichts des Substrats) über das gesamte Substrat bereitstel len .

Das Substrat wird beispielsweise mittels des Roboters über den Tragstiften der Hubvorrichtung in Position gebracht und auf den Stiften zur Ablage gebracht. Nachdem der Roboter weggefahren ist, wird das Substrat durch ein Absenken der Stifte auf einem Träger, z.B. einer Potentialplatte oder Chuck (eine Vorrichtung zum festen Fixieren eines Substrats während des Bearbeitungsprozesses (Spannmittel) ) , abgelegt und der Roboterarm, der typischerweise das Substrat trägt, wird aus der Kammer gefahren, z.B. vor einem Absenken der Stifte. Die Stifte können nach dem Ablegen des Substrats weiter abgesenkt werden und liegen dann von diesem sepa- riert vor, d.h. es besteht kein Kontakt zwischen den Stif ten und dem Substrat. Alternativ können die Tragstifte mit dem Substrat in Kontakt bleiben. Nach Entfernen des Robo terarms und Schliessen (und Einbringen von Prozessgas bzw. Evakuieren) der Kammer wird der Bearbeitungsschritt durch geführt .

Gleichzeitig soll eine möglichst sanfte und schonende Be handlung der zu bearbeitenden Substrate und eine möglichst kurze Bearbeitungszeit ermöglicht werden. Dies bedeutet, dass das Substrat möglichst schnell in die definierten Zu stände - Be- und Entladeposition und Bearbeitungsposition - in der Kammer gebracht werden kann.

Zur Vermeidung von unerwünschten Stössen bei z.B. der Bear beitung von Halbleiterwafern schlägt die US 6,481,723 Bl die Verwendung einer speziellen Stoppvorrichtung anstelle von harten Bewegungsanschlägen in einem Pin-Lifter vor. Hartplastikanschläge sollen hier durch eine Kombination ei nes weicher ausgestalteten Anschlagteils und eines Hartan schlags ersetzt werden, wobei für die Bewegungsbegrenzung zunächst der Kontakt mit dem weichen Anschlagteil herge stellt wird und nachfolgend und entsprechend abgedämpft der harte Anschlag in Kontakt gebracht wird.

Die US 6,646,857 B2 schlägt eine Regelung der Hebebewegung mittels einer erfassten auftretenden Kraft vor. Die Trag stifte können hier in Abhängigkeit des erhaltenen Kraftsig nals bewegt werden, so dass die Hebekraft an den Tragstif ten stets entsprechend dosiert und kontrolliert auf den Wafer wirkt.

Mit jedem Bearbeitungszyklus wird der Tragstift (Pin) einer Stifthubvorrichtung (Pin-Lifter) in einen Kontakt mit dem aufzunehmenden Substrat gebracht und von diesem gelöst. Hierbei wird der Tragstift von einer an einem Gehäuse ange ordneten Antriebsvorrichtung durch eine Gehäuseöffnung ei nes bei einem ersten Endbereich des Gehäuses angeordneten stirnseitigen Gehäuseabschlusses relativ zum Gehäuse gegen aussen und gegen innen bewegt.

Um die Bewegung des Tragstiftes und eines diesen haltenden beweglichen Teils der Stifthubvorrichtung über lange Zeit sicherstellen zu können, werden an die Bewegung angepasste Lager und Schmiermittel eingesetzt. Die Bewegung des beweg lichen Teils in einem Gehäuse führt zu Veränderungen des freien Innenraumes im Gehäuse, wobei sich die freien Volu mina von zwei in Bewegungsrichtung beidseits des bewegli chen Teils liegenden Teilräumen ändern. Volumenänderungen führen in einem geschlossenen Gehäuse zu Druckänderungen, welche die exakte Bewegung oder Positionierung des Trag stifts beeinträchtigen können. Wenn das Gehäuse nicht dicht abgeschlossen ist, führen die Volumenänderungen zu Luft- bzw. Gasbewegungen aus dem und in das Gehäuse. Dabei können Partikel insb. Partikel des Schmiermittels aus dem Gehäuse austreten und gegebenenfalls in die nahe gelegene Prozess kammer gelangen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine ver besserte Stifthubvorrichtung bereitzustellen, bei der obige Nachteile reduziert oder vermieden werden.

Im Speziellen ist es Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Stifthubvorrichtung bereitzustellen, bei der die Bewegung der Tragstifte möglichst ungestört ausgeführt wird und von der keine Partikel in die Prozesskammer gelangen können. Diese Aufgaben werden durch die Verwirklichung der kenn zeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise wei terbilden, sind den abhängigen Patentansprüchen zu entneh men .

Eine erfindungsgemässe Stifthubvorrichtung ist zur Bewegung und Positionierung eines zu bearbeitenden Substrats in ei nem durch eine Vakuumprozesskammer bereitstellbaren Prozes satmosphärenbereich ausgebildet. Die Stifthubvorrichtung umfasst ein sich entlang einer Verstellachse erstreckendes Gehäuse, einen bei einem ersten Endbereich des Gehäuses an geordneten stirnseitigen Gehäuseabschluss mit einer Gehäu seöffnung, ein bei einem zweiten Endbereich des Gehäuses angeordnetes Antriebsteil , eine Verstelleinrichtung mit ei nem im Gehäuse in Richtung der Verstellsachse beweglichen Teil, einen innen am Gehäuse zwischen einem ersten Anschlag beim stirnseitigen Gehäuseabschluss und einem davon abge wandten zweiten Anschlag ausgebildeten Führungsabschnitt für die Verstelleinrichtung und eine von der Verstellein richtung durch die Gehäuseöffnung führende Kupplung zum Tragen eines Tragstiftes. Eine innerhalb des Gehäuses zwi schen dem stirnseitigen Gehäuseabschluss und der Verstel leinrichtung ausgebildete dichte Verbindungseinrichtung ist so ausgebildet und am Gehäuseabschluss sowie an der Ver stelleinrichtung befestigt, dass ein Zugang durch die Ge häuseöffnung lediglich in einen von der dichten Verbin dungseinrichtung und der Verstelleinrichtung abgeschlosse nen ersten Innenbereich führt. Ein Verbindungskanal er streckt sich beim Führungsabschnitt vom ersten Anschlag bis zum zweiten Anschlag und gewährleistet dadurch das Zusam menhängen eines zweiten Innenbereichs zwischen dem Gehäuse, dem Gehäuseabschluss, der Verbindungseinrichtung, der Ver stelleinrichtung und dem Antriebsteil .

Die dichte Verbindungseinrichtung gewährleistet, dass keine Partikel in die Prozesskammer gelangen können. Der zusam menhängende zweite Innenbereich führt auch bei Bewegungen des beweglichen Teils nur zu minimalen Änderungen des Volu- mes dieses zweiten Innenbereichs und gewährleistet dabei, die Bewegung der Tragstifte im Wesentlichen ungestört aus geführt werden kann.

Die im Gehäuse in Richtung der Verstellachse beweglich ge lagerte Verstelleinrichtung umfasst im Gehäuse einen beweg lichen Teil. Vorzugsweise umfasst der bewegliche Teil einen hülsenförmigen Abschnitt, dessen Aussenform als Führungsab schnitt an die Innenform des Gehäuses angepasst ist. Die in Richtung der Verstellachse beidseits am hülsenförmigen Ab schnitt ausgebildeten Stirnflächen stehen beim ersten und beim zweiten Anschlag an zugeordnete Anschlagsflächen des Gehäuses an.

Weil die Gehäuseöffnung der Stifthubvorrichtung in die Pro zesskammer mündet und die Prozesskammer dicht abschliessbar sein muss, wird zwischen der Gehäuseöffnung und der mit dem Tragstift verbundenen Verstelleinrichtung eine dichte Ver bindungseinrichtung eingesetzt. Bei der Verstelleinrichtung wird die dichte Verbindungseinrichtung am beweglichen Teil, vorzugsweise am hülsenförmigen Abschnitt befestigt. Eine besonders geeignete Verbindungseinrichtung umfasst ein balgförmiges Dichtungselement, das an der Gehäuseöffnung und an der Verstelleinrichtung, insbesondere am beweglichen Teil der Verstelleinrichtung, dicht angeschlossen wird und die gewünschten Bewegungen des Tragstiftes zulässt. Die Verbindungseinrichtung ist so ausgebildet, dass durch die Gehäuseöffnung lediglich ein Zugang zu einem von der Verbindungseinrichtung und vom beweglichen Teil begrenzten Bereich möglich ist. Der restliche Innenraum des Gehäuses wird durch die Verbindungseinrichtung von diesem ersten In nenbereich dicht abgetrennt. Das bewegliche Teil der Ver stelleinrichtung ist im Gehäuse verschiebbar gelagert und unterteilt den vom Gehäuse, von der Verbindungseinrichtung und vom beweglichen Teil begrenzten zweiten Innenbereich in zwei Teilräume. Ein Verbindungskanal zwischen diesen beiden Teilräumen reduziert Druckschwankungen und damit verbundene Störungen .

In einer bevorzugten Ausführungsform trennt die Verbin dungseinrichtung den ersten Innenbereich gasdicht vom zwei ten Innenbereich ab und der zweite Innenbereich wird durch die diesen umgebenden Elemente gasdicht von der Umgebung abgetrennt, wobei der zweite Innenbereich gegebenenfalls eine Ausgleichsöffnung umfasst.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform weist die Stifthub vorrichtung eine an der Ausgleichsöffnung des zweiten In nenbereichs angeordnete Sperreinrichtung auf, die zumindest das Austreten von Partikeln in die Umgebung einschränkt.

In einer ersten Ausführung der Sperreinrichtung umfasst diese eine Ausgleichsöffnung vom zweiten Innenbereich in die Umgebung und bei dieser Ausgleichsöffnung ein Filter, wobei der Austritt durch die Ausgleichsöffnung nur über den Durchgang durch das Filter möglich ist. Dazu ist mindestens eine Ausdehnung des Filters an die entsprechende Ausdehnung des Aufnahmebereichs für das Filter angepasst, so dass be züglich der Durchströmung durch das Filter zwischen dem Aufnahmebereich und dem Filter ein dichter Anschluss ge währleistet ist. Gegebenenfalls wird in einem um den Durch- trittsbereich führenden Ringbereich zwischen dem Aufnahme bereich und dem Filter eine Dichtung eingesetzt.

Durch die entsprechende Wahl des Filters kann sicherge stellt werden, dass im Wesentlichen keine Partikel, insbe sondere keine festen Anteile von Schmiermitteln, aus dem zweiten Innenbereich in die Umgebung gelangen können. Das Filter kann als einfaches poröses Element ausgebildet sein, vorzugsweise als Sinterfilter. Insbesondere ist das Filter mittels Sintern gefertigt. Es umfasst als Werkstoff vor zugsweise Metall, Keramik oder PTFE.

In einer anderen Ausführung der Sperreinrichtung umfasst diese eine Ausgleichsöffnung vom zweiten Innenbereich zu einer Leitung, welche mit einem Kompensationsbehälter ver bunden ist. Dadurch ist das Gas, das sich im zweiten Innen bereich mit dem beweglichen Teil befindet, immer in einem gegen die Umgebung gasdicht abgeschlossenen Raum. Auf ein Filter kann bei dieser Ausführungsform daher verzichtet werden. Der Kompensationsbehälter ist gegebenenfalls flexi bel ausgebildet, so dass bei Bewegungen des beweglichen Teils aus dem Gehäuse austretendes Gas mit Partikeln ohne Aufbau eines massgeblichen Überdruckes im Kompensationsbe hälter aufgenommen werden kann oder ins Gehäuse eintreten des Gas ohne massgeblichen Unterdrück aus dem Kompensati onsbehälter zurückströmen kann.

In einer weiteren Ausführung der Sperreinrichtung umfasst diese eine Ausgleichsöffnung vom zweiten Innenbereich zu einer Leitung, über welche ein gewünschter Druck, vorzugs weise ein Unterdrück, im zweiten Innenbereich aufgebaut werden kann. Ein gewünschter Unterdrück kann mit einer Pumpe oder einer Vakuumquelle erzielt werden. Gegebenen falls wird über die Leitung ein Schutzgas in den zweiten Innenbereich eingebracht.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform ist an der Aus gleichsöffnung ein Ventil angeschlossen, das eine Verbin dung zum Kompensationsbehälter, zur Vakuumpumpe oder zur Schutzgasquelle einstellbar macht. Gegebenenfalls macht das Ventil wahlweise eine Verbindung zum Kompensationsbehälter oder zu einer mit einem Filter abgeschlossenen Verbindung zur Umgebung erzielbar.

Durch die Anordnung der Sperreinrichtung am Gehäuse wird der Austausch zwischen dem zweiten Innenbereich mit dem be weglichen Teil und der Umgebung der Stifthubvorrichtung für unerwünschte Partikel und/oder Gase abgetrennt. Der Einsatz dieser Stifthubvorrichtung ist in einem Reinraum problemlos möglich .

In einer bevorzugten Ausführung ist dem beweglichen Teil ein Schieber zugeordnet, der mit einer Gewindestange der Antriebseinheit gekoppelt und linear entlang der Gewin destange bewegbar ist.

In einer weiteren Ausführung wird die Verstelleinrichtung von einer Schubstange eines Hubzylinders bewegt.

Ferner kann die Antriebseinheit einen ansteuerbaren Elekt romotor aufweisen, der mit der Gewindestange gekoppelt ist und in Betrieb eine Rotation der Gewindestange, insbeson dere um die Verstellachse, bereitstellt . Die Stifthubvor richtung kann somit als mechatronische Stifthubvorrichtung realisiert sein. Bei einem mittels des Elektromotors bereitstellbaren Rotie ren der Gewindestange kann durch das Zusammenwirken von Ge windestange und Schieber eine lineare Bewegung des Schie bers, des beweglichen Teils und somit des Tragstifts, er folgen .

Durch eine Ausführungsform mit Schieber können die Anzahl beweglicher Teile und die zu bewegenden Massen verhältnis mässig geringgehalten werden. Die Stifthubvorrichtung kann hierdurch vergleichsweise schnell und effizient betrieben werden, d.h. ein Anheben oder Absenken eines Wafers kann schnell und gleichzeitig präzise durchgeführt werden.

Der Schieber weist vorzugsweise ein Innengewinde auf, das mit dem Gewinde der Gewindestange korrespondiert. Der

Schieber kann zudem derart in der Stifthubvorrichtung vor gesehen sein, dass dieser beispielsweise mittels einer li nearen Führung (z.B. Nut) nicht-drehbar gelagert ist und damit lediglich einen translatorischen Bewegungsfreiheits grad aufweist. Durch die Beschränkung der Freiheitsgrade des Schiebers kann dieser durch das Rotieren der Gewin destange linear verschoben und hochgenau positioniert wer den. Auch können durch eine solche Umsetzung vergleichs weise grosse Kräfte, die parallel zur Verstellachse in Richtung des Antriebs wirken, also z.B. Kräfte aufgrund des Eigengewichts eines zu bearbeitenden Substrats, aufgenommen und diesen entgegengewirkt werden.

Bei einer vorteilhaften Ausführungsform umfasst die lineare Führung eine Längsnut und ein in die Längsnut stehendes Eingriffselement. Das Zusammenwirken von Längsnut und Ein griffselement reduziert die Bewegung des beweglichen Teils auf eine verdrehungsfreie Längsverschiebung des beweglichen Teils im Gehäuse. Die Längsnut kann zudem als Verbindungs kanal zwischen den vom beweglichen Teil der Verstellein richtung voneinander abgeteilten Teilräume im Innern des Gehäuses verwendet werden. Die Längsnut wird vorzugsweise an der Innenseite des Gehäuses ausgebildet und am bewegli chen Teil wird eine Passfeder eingesetzt, die in der Längs nut geführt ist und dabei die Verdrehungssicherung gewähr leistet. Indem die Passfeder den Durchgang in Nutrichtung nicht vollständig verschliesst, steht die Längsnut auch als Verbindungskanal zwischen dem ersten und zweiten Anschlag und damit zwischen den Teilräumen zur Verfügung, wobei der bereitstehende Kanalquerschnitt bei der Passfeder etwas verkleinert ist.

In einer weiteren Ausführungsform kann die Antriebseinheit einen pneumatischen Antriebszylinder aufweisen, der mit der Verstelleinrichtung gekoppelt ist. Der pneumatische An triebszylinder kann eine lineare Bewegung der Verstellein richtung bewirken und vorzugsweise mit einem Schubelement, z.B. Schubstange, verbunden sein.

Die erfindungsgemässen Vorrichtungen werden nachfolgend an hand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten kon kreten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher be schrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird. Im Einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Ausfüh

rungsform einer Vakuumbearbeitungsvorrichtung für einen Wafer mit einer Stifthubvorrichtung;

Fig. 2 eine perspektivische Darstellung einer Stift hubvorrichtung; Fig . 3 eine Explosionsdarstellung einer Stifthubvor richtung;

Fig. 4 einen Längsschnitt durch eine Stifthubvorrich tung in der Lage mit eingezogenem Tragstift;

Fig . 5 einen Längsschnitt durch eine Stifthubvorrich tung in der Lage mit ausgefahrenem Tragstift; und

Fig . 6 einen Ausschnitt aus einem Längsschnitt durch eine Stifthubvorrichtung mit einem Ventil einem Kompensationsbehälter und einer Pumpe.

Figur 1 zeigt schematisch einen Prozessaufbau für eine Be arbeitung eines Halbleiterwafers 1 unter Vakuumbedingungen. Der Wafer 1 wird mittels eines ersten Roboterarms 2 durch ein erstes Vakuumtransferventil 5a in eine Vakuumkammer 4 (Prozessatmosphärenbereich P) eingebracht und über Trage stiften 7 von erfindungsgemässen Stifthubvorrichtungen in Position gebracht. Der Wafer 1 wird dann mittels der Trag stifte 7 aufgenommen bzw. darauf abgelegt und der Roboter arm 2 wird weggefahren. Der Wafer 1 liegt typischerweise auf dem Roboterarm oder einer an dem Roboterarm 2,3 vorge sehenen Tragvorrichtung auf oder wird anhand einer spezifi schen Tragevorrichtung gehalten. Nach dem Aufnehmen des Wafers 1 durch die Stifte 7 werden der Roboterarm aus der Kammer 4 geführt, das Transferventil 5a verschlossen und die Stifte 7 abgesenkt. Dies erfolgt mittels der Antriebe 6 der Stifthubvorrichtungen die mit den jeweiligen Stiften 7 gekoppelt sind. Der Wafer 1 wird hierdurch auf den gezeig ten vier Trageelementen 8 abgelegt. In diesem Zustand erfolgt eine geplante Bearbeitung (z.B. Beschichtung) des Wafers 7 unter Vakuumbedingungen und ins besondere in definierter Atmosphäre (d.h. mit einem be stimmten Prozessgas und unter definiertem Druck) . Die Kam mer 4 ist hierfür mit einer Vakuumpumpe und vorzugsweise mit einem Vakuumregelventil zur Regelung des Kammerdrucks gekoppelt (nicht gezeigt) .

Nach der Bearbeitung erfolgt ein Anheben des Wafers 1 in eine Entnahmestellung wiederum mittels der Stifthubvorrich tungen. Mit dem zweiten Roboterarm 3 wird in der Folge der Wafer 1 durch das zweite Transferventil 5b entnommen. Al ternativ kann der Prozess mit nur einem Roboterarm konzi piert sein, wobei Bestückung und Entnahme dann durch ein einzelnes Transferventil erfolgen können.

Die Figuren 2 bis 5 zeigen eine Ausführungsform einer

Stifthubvorrichtung 10 gemäss der Erfindung. Die Stifthub vorrichtung 10 weist einen lediglich schematisch darge stellten unteren Antriebsteil 11 auf, der vorzugsweise eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit umfasst. In der dargestellten Ausführungsform treibt der Motoreine Ge windestange 13 an. Die Gewindestange 13 kann durch entspre chende Ansteuerung des Motors um ihre Achse rotiert werden.

Ein Schieber 14 wirkt mit der Gewindestange 13 zusammen und ist mittels Rotation der Gewindestange 13 linear entlang einer zentralen Verstellachse A bewegbar. Der Schieber 14 weist ein Innengewinde auf, das mit dem Gewinde der Gewin destange 13 korrespondiert. Der Schieber 14 und eine Füh rungshülse 16 gehören zu einer Verstelleinrichtung 15, die derart gelagert ist, dass sie relativ zur Stifthubvorrich- tung 10 selbst nicht drehbar ist, sondern nur in die Bewe gungsrichtungen parallel zur Verstellachse A bewegt werden kann .

Die Verstelleinrichtung 15 umfasst ein relativ zum An triebsteil 11 bewegliches Teil 21. Dieses bewegliche

Teil 21 kann entsprechend durch den Schieber 14 linear be wegt und positioniert werden. In einer speziellen Ausfüh rungsform ist das bewegliche Teil 21 derart gefertigt, dass dieses keine elektrische Leitfähigkeit bereitzustellen ver mag. Insbesondre ist das bewegliche Teil 21 aus einem elektrisch nichtleitenden Material, z.B. Kunststoff, gefer tigt oder mit einem nichtleitenden Material beschichtet.

Das Antriebsteil 11 ist fest mit einem sich entlang der Verstellachse A erstreckenden Gehäuse 31 der Stifthubvor richtung 10 verbunden. An dem vom Antriebsteil 11 abgewand ten Ende des Gehäuses 31 ist ein stirnseitiger Gehäuseab schluss 33 angeordnet. Auf der Innenseite des Gehäuses 31 ist ein Führungsabschnitt 17 für eine daran angepasste Füh rungshülse 16 der Verstelleinrichtung 15 ausgebildet. In einer vorteilhaften Ausführungsform weisen die Führungs hülse 16 und der Führungsabschnitt 17 einen kreiszylindri schen Kontaktbereich auf.

Der Führungsabschnitt 17 erstreckt sich von einem ersten Anschlag 17a beim stirnseitigen Gehäuseabschluss 33 bis zu einem davon abgewandten zweiten Anschlag 17b beim Antriebs teil 11. Die Führungshülse 16 ist somit zwischen den beiden Anschlägen 17a und 17b in Richtung der Verstellachse A ver schiebbar geführt.

Im stirnseitigen Gehäuseabschluss 33 ist eine Gehäuseöff nung 34 ausgebildet, durch welche ein freies Ende einer am beweglichen Teil 21 befestigten Kupplung 32 aus dem Gehäuse 31 austreten kann. Am freien Ende der Kupplung 32 ist ein Tragstift 59 einsetzbar. Eine innerhalb des Gehäuses 31 zwischen dem Gehäuseabschluss 33 und der Verstelleinrich tung 15 ausgebildete dichte Verbindungseinrichtung 55 ist so ausgebildet und am Gehäuseabschluss 33 sowie an der Ver stelleinrichtung 15 befestigt, dass ein Zugang zwischen der Gehäuseöffnung 34 und dem freien Ende der Kupplung 32 ins Gehäuse 31 lediglich in einen von der dichten Verbindungs einrichtung 55 und der Verstelleinrichtung 15 vollständig abgeschlossenen ersten Innenbereich führt. Die Verbindungs einrichtung 55 ist so ausgebildet, dass die Bewegung der Verstelleinrichtung 15 relativ zum Gehäuseabschluss 33 nicht beeinträchtigt wird. Weil sie dazu verschiedene Län gen einnehmen muss, umfasst sie vorzugsweise zumindest ei nen balgförmigen Bereich.

Ein Verbindungskanal 18 erstreckt sich beim Führungsab schnitt 17 zwischen der Verstelleinrichtung 15 bzw. der Führungshülse 16 und dem Gehäuse 31 vom ersten Anschlag 17a bis zum zweiten Anschlag 17b. Der Verbindungskanal 18 ge währleistet auch bei einer dichtenden Führung zwischen dem Führungsabschnitt 17 und der Führungshülse 16 das Zusammen hängen eines zweiten Innenbereichs zwischen dem Gehäuse 31, dem Gehäuseabschluss 33, der Verbindungseinrichtung 55, der Verstelleinrichtung 15 und der Antriebseinheit 11. In einer vorteilhaften Ausführungsform ist der Verbindungskanal 18 als Längsnut an der Innenseite des Gehäuses 31 ausgebildet.

Die Verbindungseinrichtung 55 trennt den ersten Innenbe reich von dem zweiten Innenbereich, insbesondere gasdicht, ab . Wenn die Führungshülse 16 beim ersten Anschlag 17a ist, so besteht der zweite Innenbereich im Wesentlichen aus einem ersten Teilraum 19a zwischen der Verstelleinrichtung 15 und der Antriebseinheit 11. Wenn die Führungshülse 16 beim zweiten Anschlag 17b ist, so besteht der zweite Innenbe reich im Wesentlichen aus einem zweiten Teilraum 19b zwi schen der Verbindungseinrichtung 55 und dem Gehäuse 31.

Wenn die Führungshülse 16 sich in Positionen zwischen den beiden Anschlägen 17a und 17b befindet, so sind die beiden bestehenden Teilräume 19a und 19b jeweils über den Verbin dungskanal 18 miteinander verbunden. Durch diese Verbindung wird die bei der Bewegung der Verstelleinrichtung 15 ent stehende Volumenänderung im zusammenhängenden zweiten In nenbereich reduziert.

Mit abnehmendem Durchmesser der Verbindungseinrichtung 55 und zunehmender Wandstärke der Führungshülse 16 kann die bei der Bewegung der Verstelleinrichtung 15 entstehende Vo lumenänderung verkleinert werden. Wenn die Volumenänderung bei der Bewegung zwischen den beiden Anschlägen 17a und 17b klein ist, kann der zusammenhängende zweite Innenbereich gegen die Umgebung geschlossen, insbesondere gasdicht, aus gebildet werden. Das von der Antriebseinheit 11 und/oder vom Führungsabschnitt 17 mit der Führungshülse 16 der Ver stelleinrichtung 15 in diesen zweiten Innenbereich gelan gende Schmiermittel ist dann in einem geschlossenen Innen bereich aufgenommen und kann nicht in die Umgebung gelan gen .

Alternativ, insbesondere wenn die Volumenänderung bei der Bewegung zwischen den beiden Anschlägen 17a und 17b gross ist, kann der zusammenhängende zweite Innenbereich über eine Kompensationsöffnung 35 mit der Umgebung verbunden werden, wobei dann ein Filter 36 an oder in der Kompensati onsöffnung 35 angeordnet ist, so dass im Wesentlichen keine Partikel in die Umgebung austreten können. Die Kompensati onsöffnung 35 schliesst vorzugsweise an den Verbindungska nal 18 an.

Fig. 6 veranschaulicht Ausführungsformen, bei denen der zu sammenhängende zweite Innenbereich über die Kompensations öffnung 35 mit einem Kompensationsbehälter 37 oder mit ei ner Vakuumpumpe P verbunden werden kann. Gegebenenfalls ist lediglich eine dieser beiden Varianten vorgesehen, vorzugs weise aber ist ein Ventil V eingesetzt mit dem eine der beiden Varianten einstellbar ist. Bei der Verbindung zum Kompensationsbehälter 37 kann auf ein Filter 36 verzichtet werden. Bei der Verbindung zu einer Vakuumpumpe kann es vorteilhaft sein, wenn ein Filter 36 in die Verbindung zur Vakuumpumpe eingesetzt ist.

Die Verstelleinrichtung 15 weist eine bewegliche Kupp lung 32 auf, die an einem freien Ende zur Aufnahme eines Tragstiftes 59 ausgebildet ist. Die Kupplung 32 erstreckt sich im gezeigten Beispiel im Wesentlichen entlang der Ver stellachse A. Die Kupplung 32 ist mit dem beweglichen

Teil 21 verbunden. Hierzu weist die Kupplung 32 eine innere Ausnehmung auf, in welcher das beweglichen Teil 21 aufge nommen und fixiert ist, z.B. mittels einer Verklebung oder Verschraubung .

Durch die Verbindungen zwischen dem Schieber 14, dem beweg lichen Teil 21 und der Kupplung 32 kann damit eine durch einen Motor steuerbare Bewegbarkeit der Kupplung 32 und da mit eines in der Kupplung 32 aufgenommenen Tragstifts 59 bereitgestellt werden. Der Verbindungskanal 18 wird vorzugsweise als Längsnut an der Innenseite des Gehäuses 31 ausgebildet. An der Füh rungshülse 16 wird eine Passfeder 38 angeordnet, vorzugs weise in eine Aufnahmebohrung eingesetzt. Die Passfeder 38 ist in der Längsnut geführt und gewährleistet dabei eine Verdrehungssicherung. Indem die Passfeder 38 einen Durch gang in der Längsnut für den Verbindungskanal 18 frei lässt, steht die Längsnut auch als Verbindungskanal 18 zwi schen dem ersten und zweiten Anschlag 17a und 17b und damit zwischen den Teilräumen 19a und 19b zur Verfügung, wobei der bereitstehende Kanalquerschnitt bei der Passfeder 38 etwas verkleinert ist.

Die Figur 4 zeigt die Kupplung 32 der Stifthubvorrich tung 10 in einer abgesenkten Normalposition, in welcher der Tragstift 59 vorzugsweise keinen Kontakt mit einem zu bear beitenden Substrat hat.

Die Figur 5 zeigt die Kupplung 32 der Stifthubvorrich tung 10 in einer ausgefahrenen Trageposition, in welcher der Tragstift 59 dessen bestimmungsgemässen Effekt des Auf nehmens, Bewegens und/oder Bereitstellens des Substrats be- reitstellt .

Zum Erreichen der ausgefahrenen Trageposition kann ein Mo tor entsprechend angesteuert werden. Hierzu kann z.B. eine Laufzeit des Motors oder eine Anzahl auszuführender Rotati onen für die Gewindestange 13 hinterlegt sein, um eine ge wünschte Position für den Schieber 14 einzustellen. Insbe sondere ist ein Encoder mit dem Motor gekoppelt, um die Be wegungen der Motorachse überwachbar und regelbar zu machen. Das bewegliche Teil 21 ist in der gezeigten Ausführung hül senförmig ausgebildet und umfasst eine Ausnehmung zur Auf nahme eines Endbereichs der Gewindestange 13.

Es versteht sich, dass die dargestellten Figuren nur mögli- che Ausführungsbeispiele schematisch darstellen. Die ver schiedenen Ansätze können erfindungsgemäss ebenso miteinan der sowie mit Vorrichtungen zur Substratbewegung in Vakuum prozesskammern, insbesondere Stifthubvorrichtungen 10, des Stands der Technik kombiniert werden.

Claims

Patentansprüche

1. Stifthubvorrichtung (10), die zur Bewegung und Positio nierung eines zu bearbeitenden Substrats (1), insbeson dere eines Wafers, in einem durch eine Vakuumprozess kammer (4) bereitstellbaren Prozessatmosphärenbe reich (P) ausgebildet ist, mit einem sich entlang einer Verstellachse (A) erstreckenden Gehäuse (31), einem bei einem ersten Endbereich des Gehäuses (31) angeordneten stirnseitigen Gehäuseabschluss (33) mit einer Gehäuse öffnung (34), einer bei einem zweiten Endbereich des Gehäuses (31) angeordneten Antriebsteil (11), einer Verstelleinrichtung (15) mit einem im Gehäuse in Rich tung der Verstellsachse (A) beweglichen Teil (21), ei nem innen am Gehäuse (31) zwischen einem ersten An schlag (17a) beim stirnseitigen Gehäuseabschluss (33) und einem davon abgewandten zweiten Anschlag (17b) aus gebildeten Führungsabschnitt (17) für die Verstellein richtung (15), einer von der Verstelleinrichtung (15) durch die Gehäuseöffnung (34) führenden Kupplung (32) zum Tragen eines Tragstiftes (59) ,

gekennzeichnet durch

eine innerhalb des Gehäuses (31) zwischen dem stirnsei tigen Gehäuseabschluss (33) und der Verstelleinrichtung (15) ausgebildete dichte Verbindungseinrichtung (55), die so ausgebildet und am Gehäuseabschluss (33) sowie an der Verstelleinrichtung (15) befestigt ist, dass ein Zugang durch die Gehäuseöffnung (34) lediglich in einen von der dichten Verbindungseinrichtung (55) und der Verstelleinrichtung (15) abgeschlossenen ersten Innen bereich führt, und

einen Verbindungskanal (18), der sich beim Führungsab schnitt (17) vom ersten Anschlag (17a) bis zum zweiten Anschlag (17b) erstreckt und das Zusammenhängen eines zweiten Innenbereichs zwischen dem Gehäuse (31), dem Gehäuseabschluss (33) , der Verbindungseinrichtung (55) , der Verstelleinrichtung (15) und dem Antriebsteil (11) gewährleistet .

2. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, dass die Verstelleinrichtung (15) mit einer Führungshülse (16) am Führungsabschnitt (17) verstellbar geführt ist.

3. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet, dass Führungshülse (16) und der Führungsabschnitt (17) einen kreiszylindrischen Kon taktbereich aufweisen.

4. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis

3,

dadurch gekennzeichnet, dass die Verbindungseinrichtung (55) ein balgförmiges Dichtungselement umfasst.

5. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis

4,

dadurch gekennzeichnet, dass der Verbindungskanal (18) als Längsnut an der Innenseite des Gehäuses (31) ausge bildet ist.

6. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, dass am beweglichen Teil (21) eine Passfeder (38) angeordnet ist, die in der Längsnut geführt ist, wobei die Passfeder einen Durchgang in der Längsnut für den Verbindungskanal (18) frei lässt.

7. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis

6,

dadurch gekennzeichnet, dass an den zusammenhängenden zweiten Innenbereich eine Kompensationsöffnung (35) an- schliesst .

8. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 7,

dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsöffnung (35) an den Verbindungskanal (18) anschliesst.

9. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8,

dadurch gekennzeichnet, dass

ein Filter (36) bei der Kompensationsöffnung (35) ange ordnet ist, der das Austreten von Partikel in die Umge bung reduziert.

10. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis

9,

dadurch gekennzeichnet, dass die Kompensationsöffnung (35) mit einem Kompensationsbehälter (37) oder mit ei ner Vakuumpumpe (P) verbunden ist, vorzugsweise über ein verstellbares Ventil (V) .

11. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis

10,

dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil (11) eine Gewindestange (13) und die Verstelleinrichtung (15) ei nen Schieber (14) umfasst, wobei der Schieber (14) mit der Gewindestange (13) gekoppelt ist und linear entlang der Gewindestange (13) bewegbar ist.

12. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass das Antriebsteil (11) ei nen ansteuerbaren Elektromotor aufweist, der mit der Gewindestange (13) gekoppelt ist und in Betrieb eine Rotation der Gewindestange (13) bereitstellt .

13. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis

12,

dadurch gekennzeichnet, dass

das Antriebsteil (11) einen Antriebszylinder aufweist, der mit der Verstelleinrichtung (15) gekoppelt ist.

14. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13,

dadurch gekennzeichnet, dass

die Verbindungseinrichtung (55) den ersten Innenbereich von dem zweiten Innenbereich, insbesondere gasdicht, trennt .