DE69908591T2

DE69908591T2 - Vorrichtung zum Laden von Halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE69908591T2
Application number: DE69908591T
Authority: DE
Inventors: R. Michael VOGTMANN; L. Terry LENTZ
Original assignee: Lam Research Corp
Current assignee: Lam Research Corp
Priority date: 1998-02-14
Filing date: 1999-02-09
Publication date: 2004-04-29
Anticipated expiration: 2019-02-10
Also published as: EP1084001A4; US6131589A; ATE242064T1; DE69908591D1; EP1084001A1; US6102057A; US6283827B1; US6267642B1; JP2002503044A; EP1084001B1; US6405740B1; WO1999041022A1; US6505635B1; KR20010040804A; US6796881B1; KR100545680B1

Description

Technisches Gebiet
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Ladestation gemäß Oberbegriff von Anspruch 1. Ein Beispiel einer solchen Ladestation ist durch EP 774 323 A offenbart worden.
Bisheriger Stand der Technik
Die Oberfläche eines Wafer kann Abweichungen in der Ebenheit aufweisen, wenn sie einer Maschine zum Planarisieren zugeführt wird. Typisch werden 25 Wafer in eine Kassette geladen, welche mit der Hand zu einer komplexen Maschine befördert wird, welche als Maschine zum Planarisieren bezeichnet wird. Der Zweck der Maschine zum Planarisieren ist, die vordere Oberfläche des Wafer auf einen Bruchteil eines Mikrometer zu glätten. Nachdem jeder Wafer geglättet wurde, fügt ihn die Maschine zum Planarisieren in die Kassette ein. Wenn die Kassette voll ist, kann sie aus der Maschine zum Planarisieren entnommen werden und zu einer beliebigen Anzahl von weiteren Verarbeitungsmaschinen befördert werden.
Die vorliegende Endung kann nicht vollständig beurteilt werden ohne Verständnis der Funktionsweise einer Maschine zum Planarisieren. Sobald die Kassette, welche typisch 25 vorverarbeitete Wafer beinhaltet, in die Maschine zum Planarisieren eingeführt wurde, ist die Funktionsweise der Maschine zum Planarisieren vollständig autonom. Die Verarbeitung wird unter der Steuerung eines Computers vorgenommen, der die Leistungszufuhr auf verschiedene Aktuatoren in Abhängigkeit von Meßfühler-Eingangssignalen in Echtzeit steuert. Aufgrund der sehr langwierigen Programmoperationen, welche ohne Störung ausgeführt werden müssen, ist es wichtig, dass Mittel bereitgestellt werden, um ein gehäuftes Auftreten von Positions-Fehlern zu unterbinden. Es muss weiters beachtet werden, dass die Wafer sorgfältig behandelt werden müssen, um ein Zerkratzen der behandelten Oberflächen zu vermeiden, welche so empfindlich sind, dass sie nie wieder mit der Hand berührt werden.
Die vorliegende Erfindung kann am besten verstanden werden, indem man einen typischen Wafer bei der Bewegung durch die Maschine zum Planarisieren verfolgt. Der Wafer wird durch einen Teil der Maschine zum Planarisieren, welche Roboter genannt wird, aus der Kassette herausgenommen. Der Roboter befördert den Wafer zu einer bestimmten Stelle, welche Ladestation genannt wird. Nachdem der Roboter den Wafer an der Ladestation abgelegt hat, und sich wegbewegt hat, bewegt sich ein anderer Teil (welcher Spindelträger genannt wird), in eine Stellung oberhalb des Wafer und erfasst diesen. Der Spindelträger befördert den Wafer zu einer rotierenden Polierwalze und dreht den Wafer, während er diesen in Berührung mit der Polierwalze hält, bis der Wafer geglättet ist. Danach hebt die Spindel den Wafer von der rotierenden Polierwalze und befördert ihn zurück zur Ladestation, wo der Wafer gespült wird. Nachdem der Spindelträger den Wafer an der Ladestation abgelegt hat und sich wegbewegt hat, nimmt der Roboter den Wafer auf und trägt ihn zu einer Kassette und legt den Wafer in der Kassette ab. Während dieser Abläufe wird der Wafer in einer horizontalen Stellung mit der zu glättenden Seite nach unten gehalten. Die nach unten gerichtete Seite des Wafer wird auch als Vorderseite des Wafer bezeichnet. Der Weg eines einzelnen Wafer durch die Maschine zum Planarisieren wird in genaueren Einzelheiten weiter unten betrachtet werden.
Es ist ersichtlich, dass der Hauptzweck der Ladestation ist, die Wafer trotz ihrer relativen Stellungsfehler beim Einführen in die Ladestation genau auf den Träger zu zentrieren.
Zusätzlich zum Zentrieren der Wafer relativ zum Träger führt die Ladestation eine Anzahl von nützlichen Zusatzfunktionen aus. Die Ladestation umfasst Vorrichtungen zum Bestimmen, ob die Wafer in der Ladestation vorhanden sind, zum Spülen der Wafer, zum Heben der Wafer auf den Träger und zum Lagern der verarbeiteten Wafer auf Wasserkissen, um direkten Kontakt zu vermeiden. Daher übt die Ladestation zusätzlich zum Zentrieren der Wafer relativ zum Träger mehrere andere Funktionen aus.
Offenbarung der Erfindung.
Ein Wafer, der an der Ladestation abgelegt wurde, verharrt in einer horizontalen Stellung auf Kissen aus gereinigtem Wasser, welche durch drei nach oben gerichtete Düsen hergestellt werden, welche auf einem Ladering befestigt sind, welcher seitlich unbehindert auf einer horizontalen Basis gleiten kann. Zu Beginn ist der Wafer nicht innerhalb des Laderings zentriert und der Ladering ist nicht relativ zur senkrechten Achse des Spindelträgers zentriert. Ein Ziel der vorliegenden Erfindung ist, diese Stellungsfehler zu eliminieren.
In Übereinstimmung mit der vorliegenden Erfindung wird dies durch eine Ladestation erreicht, welche die Merkmale des Anspruchs 1 aufweist. Es ist jedoch ausdrücklich zu verstehen, dass die Zeichnungen lediglich zum Zweck der Illustration und der Beschreibung und nicht als eine Festlegung von Grenzen der Erfindung beabsichtigt sind.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen.
1 ist eine Abbildung, welche die Verwendung eines Roboters zum Herausnehmen eines Wafer aus einer Kassette zeigt;
2 ist eine Abbildung, welche den Roboter zeigt, wie er ein Wafer auf die Ladestation plaziert;
3 ist eine Abbildung, welche den Spindelträger zeigt, nachdem er sich in eine Stellung direkt über der Ladestation bewegt hat,
4 ist eine Abbildung, welche den Spindelträger zeigt, wie er sich zu der Ladestation hinabbewegt und den Wafer erfasst,
5 ist eine Abbildung, welche den Spindelträger zeigt, wie er den Wafer zu einer Polierwalze befördert,
6 ist eine Abbildung, welche den Spindelträger zeigt, wie er den Wafer auf die Polierwalze hält;
7 ist eine Abbildung, welche den Spindelträger zeigt, wie er den geglätteten Wafer zur Ladestation befördert;
8 ist eine Abbildung, welche den Spindelträger zeigt, wie er den geglätteten Wafer auf der Ladestation ablegt;
9 ist eine Abbildung, welche den Roboter zeigt, wie er den geglätteten Wafer von der Ladestation entfernt, nachdem der Spindelträger zu seiner Ruhestellung oberhalb der Polierwalze zurückgekehrt ist;
10 ist eine Abbildung, welche den Roboter zeigt, wie er den Wafer in eine Kassette legt;
11 ist eine Grundriss-Ansicht der Ladestation aus den 1 bis 4;
12 ist eine Seitenansicht im Querschnitt in die in 11 gezeigte Richtung 12-12 durch die Ladestation aus 11, welche die Anordnung der Teile zeigt, wenn der Träger erstmals mit der Zentriervorrichtung der Ladestation in Berührung kommt,
13 ist eine Seitenansicht im Querschnitt durch die Ladestation aus 11, welche die Stellungen der Teile nach Abschluss des Zentriervorgangs zeigt;
14 ist eine Seitenansicht im Querschnitt durch die Ladestation aus 11, welche die Zentrierdüse zeigt, die betätigt wird, um den Wafer auf den Träger zu heben;
15 ist eine Seitenansicht im Querschnitt durch die Ladestation aus 11, welche die Zentrierdüse zeigt, die den geglätteten Wafer spült;
16 ist eine Hydraulikschaltbild des Hydraulik-Systems, welches verwendet wird, um den Wafer zum Schweben zu bringen und sein Vorhandensein abzufühlen;
17 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Zentriervorrichtung, welche deren Anordnung zu dem Zeitpunkt zeigt, zu dem der Trägerabschnitt des Spindelträgers erstmals mit der Zentriervorrichtung in Berührung kommt, und
18 ist eine Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform der Zentriervorrichtung aus 17, welche deren Anordnung zeigt, in der sich der Spindelträger mit dem auf dem Träger zentrierten Wafer in seiner niedrigsten Stellung befindet.
Beste Ausführungsform der Endung
Generell ist die Frontseite, auf welcher die elektronische Schaltung aufgetragen wird, nicht so glatt wie erforderlich. Der Gesamtzweck der Maschine zum Planarisieren ist die Frontfläche jedes Wafer so glatt wie möglich zu machen.
Die Wafer werden zur Maschine in einer Eingangskassette 16 getragen, in welcher die Wafer vorübergehend in einer gestapelten Anordnung gelagert werden. Die Eingangskassette wird in die Maschine zum Planarisieren eingeführt, und danach verarbeitet die Maschine die Wafer autonom, und überreicht die verarbeiteten Wafer in einer Ausgangskassette 24 aus 10, welche die Bedienungsperson von der Maschine wegnimmt. Eine typische Kassette besitzt eine Kapazität von 25 Wafer.
1 bis 10 bilden eine Abfolge, welche schematisch den Weg eines Wafer zeigt, wenn er sich durch die Maschine zum Planarisieren vorwärtsbewegt.
Wie in 1 gezeigt, nimmt ein Roboter 14 den obersten Wafer 12 aus der Eingangskassette 16 heraus und befördert den Wafer zu einer Ladestation 18. In einer bevorzugten Ausführungsform hält der Roboter den Wafer durch Ausüben von Unterdruck auf die obere Oberfläche des Wafer, auch Rückseite des Wafer genannt, welche nicht die zu glättende Oberfläche ist.
Wie in 2 gezeigt, legt der Roboter 14 den Wafer 12 auf die Ladestation 18. Der Roboter bewegt sich dann zu einer abgelegenen Stelle und läßt den Wafer auf einem Kissen aus gereinigtem Wasser liegen, welches durch die Ladestation bereitgestellt wird, wie weiter unten gezeigt wird.
Als nächstes bewegt sich die Spindel 20, wie in 3 gezeigt, in eine Stellung direkt oberhalb der Ladestation 18. Wie weiter unten gezeigt wird, zentriert die Abwärtsbewegung der Spindel 20 die Ladestation 18 relativ zum Spindelträger 32 und zentriert gleichzeitig den Wafer 12 relativ zum Spindelträger 32. Zu diesem Zeitpunkt hebt ein aufwärtsgerichteter Strahl aus gereinigtem Wasser, welcher gegen die Unterseite des Wafer gerichtet ist, den zentrierten Wafer bis zum Kontakt mit dem Träger, welcher dann den Wafer durch Verwendung eines Vakuumsystems der Type erfasst, welche im US-Patent Nr. 5,423,716, erteilt am 13. Juni 1995 an Alan Strasbaugh, „Wafer-Handling apparatus having a resilient membrane which holds wafer when a vacuum is applied„, im US-Patent Nr. 5,449,316, erteilt am 12. September 1995 an Alan Strasbaugh, „Wafer carrier for film planarization„, und in der US-Anmeldung Nr. 08/971,642, angemeldet am 17. November 1997 durch Salman M. Kassir und Thomas A. Walsh, „Grinding process and apparatus for planarizing sawed wafers„.
Sobald sie den Wafer erfasst hat, hebt die Spindel 20 den Wafer von der Ladestation 18 und befördert ihn zur Polierwalze 22 Die Spindel 20 dreht den Wafer 12 um eine vertikale Achse, die von der vertikalen Achse, um welche die Polierwalze rotiert, versetzt ist, wie laut Stand der Technik bekannt ist. 6 zeigt den Träger, wie er den Wafer 12 gegen die Polierwalze 22 hält, wodurch die untere Oberfläche des Wafer glatt poliert wird.
Nachdem das Polieren beendet wurde, wird der planarisierte Wafer durch die Spindel 20 zur Ladestation 18 bewegt und dort wie in den 7 und 8 gezeigt abgelegt. Danach bewegt sich die Spindel zu einer abgelegenen Stellung und der Wafer wird durch die Ladestation 18 gespült. Anschließend an das Spülen wird der Wafer durch den Roboter 14 erfasst und zu einer Ausgangskassette 24 befördert, wie in 9 bzw. 10 gezeigt. Danach wiederholt die Maschine zum Planarisieren den Vorgang mit dem nächsten Wafer, welcher der oberste in der Eingangskassette 16 aus 1 ist.
Neuere Ausführungsformen der Maschine zum Planarisieren verwenden mehrere Polierwalzen, Roboter, Spindeln und Ladestationen, wodurch zwei oder mehrere Wafer gleichzeitig verarbeitet werden können, indem die Verarbeitungsschritte für maximale Effizienz parallel oder gestaffelt durchgeführt werden.
Ein Abschnitt der Spindel 20, welcher Träger 32 genannt wird, ist ein ringförmiger Teil, welcher den Wafer umgibt, um den Wafer in der Spindel während des Polierprozesses festzuhalten, indem der Wafer am zur Seite Gleiten gehindert wird. Der radiale Abstand zwischen dem Umfang des Wafer und der inneren Kante des Trägers ist typisch ein Bruchteil eines Millimeters. Eines der signifikantesten Probleme, welches durch die Ladestation 18 gelöst wird, ist das Zentrieren des Wafer relativ zum Trägerring auf solch eine geringe Toleranz. Die Anfangsanordnung des Wafer auf der Ladestation umfasst Stellungsfehler, wie in 1 gezeigt, und auf ähnliche Weise ist die Positionierung der Spindel 20 oberhalb der Ladestation ebenfalls Stellungsfehlern unterworfen. Ohne einen Weg, diese verschiedenen seitlichen Stellungsfehler zu eliminieren, würde es nicht möglich sein, den Wafer innerhalb des Trägers 32 der Spindel 20 zu erfassen.
In einer bevorzugten Ausführungsform wird der Zentriervorgang der Ladestation auf eine Weise ausgeführt, welche nun in Zusammenhang mit den 11, 12 und 13 beschrieben wird. Die Laderinganordnung aus 11 liegt waagrecht innerhalb einer pfannenähnlichen Basis 26. Der Ladering 28 ist nicht starr an der Basis 26 befestigt sondern ist in der Lage, eine begrenzte seitliche Gleitbewegung relativ zur Basis 26 durchzuführen. Eine Anzahl von Zentrierauflagen, typisch sechs, von denen die Auflage 30 typisch ist, sind um den Umfang des Laderings 28 beabstandet. Diese Auflagen sind drehgelenkig am Ladering befestigt, wobei jede um ihre eigene waagrechte Achse, welche tangential zum Ladering verläuft, schwenkbar ist. Die Auflagen schwenken von einer unbelasteten Stellung , welche in 12 gezeigt wird, in eine belastete Stellung , welche in 13 gezeigt wird. In der unbelasteten Stellung sind die Auflagen durch eine Schraubenfeder 31 in eine Stellung vorgespannt, welche in 12 gezeigt wird, und die Auflagen biegen sich um ein Filmgelenk 36.
12 zeigt die Ladestation, nachdem der Wafer auf dieser durch den Roboter 14 abgelegt wurde, aber bevor der Spindelträger 32 sich nach unten bewegt hat. 13 zeigt die Ladestation, nachdem sich die Spindel zu deren untersten Bereich hinabbewegt hat. Es ist zu beachten, daß 12 eine Ansicht in die in 11 gezeigte Richtung 12-12 ist.
Wenn der Wafer 12 erstmals auf der Ladestation 18 abgelegt wird, ist dieser wahrscheinlich nicht konzentrisch mit dem Träger 32 der Spindel 20, und wie in 12 ersichtlich, wird ein Abstand für eine seitliche Bewegung des Wafer vorgesehen. Der Wafer schwebt auf Kissen aus gereinigtem, deionisiertem Wasser, welches unter geringem Druck aus den Düsen 42, 44, 46 austritt. In der bevorzugten Ausführungsform gibt es drei solcher Düsen, und das Vorhandensein von Wasser, welches zwischen den Körpern der Düsen 42, 44, 46 und dem Wafer fließt, verhindert eine Berührung der Düsen mit der Unterseite das Wafer.
Sobald der Spindelträger auf die Ladestation gesenkt wird, wie in 4 gezeigt, stößt die waagrechte Unterseite 34 des Trägers 32 abwärts gegen die waagrechte obere Oberfläche des Laderings 28, wodurch sie die Federkraft der Schraubenfeder 31 überwindet und eine erste nach innen gerichtete Oberfläche 33 der Zentrierauflage veranlasst, radial nach innen zu schwenken, bis die nach innen gerichtete Oberfläche in Kontakt mit der Kante des Wafer 12 kommt. Gleichzeitig bringt das Verschwenken der Zentrierauflagen eine zweite nach innen gerichtete Oberfläche 35 in Berührung mit dem Umfang des Trägers 32. Der Träger 32 kann nicht seitlich bewegt werden, und daher verschiebt sich der Ladering zur Seite mit der Tendenz sich selbst relativ zum Träger zu zentrieren. Nach Abschluss der Abwärtsbewegung der Spindel ist der Ladering 28 relativ zum Träger 32 zentriert, und der Wafer ist relativ zum Ladering 28 zentriert; daher ist der Wafer relativ zum Träger zentriert. Sofort danach hebt ein aufwärts gerichteter Wasserstrahl aus der Düse 40 den Wafer 12 in den Träger 32 und hält diesen ausreichend lange in dieser Stellung, damit das Vakuum-System des Spindelträgers den Wafer erfassen kann. Sobald die Spindel so den Wafer erfasst hat, befördert diese den Wafer zu der Polierwalze 22, wie in 5 gezeigt.
Um die Möglichkeit zu vermeiden, dass die (Unter-) Vorderseite des Wafer 12 beschädigt wird, sowohl vor als auch nach dem Planarisieren, wird der Wafer ständig auf den drei Kissen aus gereinigtem, deionisiertem Wasser getragen, solange er sich auf der Ladestation befindet. Diese Wasserkissen fließen zwischen der Unterseite des Wafer und dem oberen Ende der Düsen 42, 44, 46, wie in 11 gezeigt. Wie man am besten in den 12 und 13 sieht, sind diese Düsen am Ladering 28 angebracht, so dass der Ladering 28 von der Spindel nach unten gestoßen wird, und die Düsen 42, 44, 46 sich mit dem Ladering abwärts bewegen, wodurch sie weiterhin den Wafer tragen.
16 ist ein Hydraulikschaltbild, welches zeigt, wie die Düsen mit einer Hauptversorgung 48 verbunden sind. Es wurde erkannt, dass eine relativ geringe volumetrische Fließgeschwindigkeit ausreicht, um den Wafer 12 an einer Berührung mit den Düsen zu hindern.
Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes haben entdeckt, dass die Düsen 42, 44, 46 zusätzlich zum Heben des Wafer weitere nützliche Funktionen ausüben können. Das Vorhandensein des Wafer bei dessen Heben über die Düsen erhöht den Widerstand, den jede Düse dem Ausfließen von Wasser entgegensetzt. Natürlich würde, wenn die Düsen vollständig abgeschaltet werden würden, der Druck in den Zweigen 50, 52, und 54 gleich groß werden wie der Druck der Versorgung. Im anderen Extrem würde, wenn die Düsen 42, 44, 46 dem Fließen keinen Widerstand entgegensetzen würden, der Druck in den Zweigen 50, 52, 54 merkbar weniger wie der Versorgungsdruck werden. Die Erfinder des vorliegenden Anmeldungsgegenstandes sahen, dass dieser Effekt dazu verwendet werden kann, um das Vorhandensein des Wafer abzufühlen, wenn er auf dem Wasserkissen liegt, welches sich zwischen den Spitzen der Düsen und der Unterseite des Wafer befindet. Um dies durchzuführen, haben die Erfinder einen Drucksensors 56 in den Zweig 54 eingefügt, wie in 16 gezeigt. Die Erfinder haben entdeckt, dass es vorteilhaft ist, einen Fließbegrenzer 58 in den Zweig 54 stromaufwärts des Drucksensor 56 einzufügen. Ventile 60 und 62 in den Zeigen 50 bzw. 52 erlauben das Ausgleichen des Fließens von Wasser durch die Düsen.
Die Kenntnis, ob ein Wafer auf der Ladestation 18 liegt, welche mittels des Drucksensors 56 erhalten wird, ist nützlich zum Bestimmen, was die Spindel 20 in der Situation, welche in 4 dargestellt ist, bzw. in der Situation, welche in 8 dargestellt ist, tun sollte. Das Vorhandensein eines Wafer auf der Ladestation in 3 hat zur Folge, dass die Spindel sich in die in den 4 und 13 gezeigte Stellung hinab bewegt, um den Wafer zu erfassen. Im Gegensatz dazu hat die Abwesenheit eines Wafer auf der Ladestation in 8 zur Folge, dass die sich Spindel lediglich weit genug hinab bewegt, um den Wafer auf den Düsen 42, 44, und 46 abzulegen, wie in 12 gezeigt.
12, 13 und 14 zeigen Querschnittsansichten der Düse 40. Es wird in Erinnerung gebracht, dass diese Düse einen aufwärts gegen die Unterseite des Wafer 12 gerichteten Wasserstrahl erzeugt, um den Wafer bis zum Kontakt mit einer Vakuumauflage innerhalb des Spindelträgers zu heben, wodurch der Träger den Wafer von der Ladestation erfasst. Wie man am Besten in 14 sieht, umfasst die Düse 40 einen Zylinder 64 innerhalb dessen ein Schieber 66 in einer losen Gleitpassung angeordnet ist. Dies ermöglicht dem Schieber 66 sich von der in 13 gezeigten Stellung nach oben in die in 14 gezeigten Stellung zu bewegen, in welcher eine Schulter 68 auf dem Schieber durch einen Flansch 70 aufgehalten wird. Der Schieber 66 umfasst einen zentralen Kanal 72, durch welchen das gereinigte Wasser austritt.
Nachdem der Träger 32 in die Ladestation in die in 13 gezeigte Stellung gesenkt wurde, wird das Aufwärtsfließen von Wasser aus der Oberseite des Schiebers 66 heraus durch das Vorhandensein des Wafer teilweise behindert. Dies hat ein Ansteigen des Drucks in dem Zwischenraum unmittelbar unterhalb des Schiebers zur Folge, wodurch der Schieber innerhalb des Zylinders 64 nach oben in die in 14 gezeigte Stellung gedrückt wird. Zu keinem Zeitpunkt berührt der Schieber 66 den Wafer (aufgrund des Wasserkissens), doch sobald sich der Wafer nach oben bewegt, kann der Schieber diesem folgen , wodurch eine nach oben gerichtete Kraft auf den Wafer aufrecht erhalten wird, welche die obere Oberfläche des Wafer gegen die Vakuumauflage innerhalb des Trägers drückt und den Wafer gegen die Auflage hält bis der Wafer durch das Vakuum am Träger gesichert ist.
Der relativ starke Aufwärtsstrahl, welcher durch die Düse 40 abgegeben wird, spült den Wafer vom Mittelpunkt nach außen hin, wie in 15 ersichtlich ist. Der Schieber berührt niemals den Wafer, nachdem dieser geglättet worden ist.
Die 17 und 18 zeigen eine alternative Ausführungsform der drehgelenkigen Auflagen 30 aus den 12 und 13. 17 zeigt die Anordnung nachdem der Wafer 12 abgelegt wurde, aber bevor der Zentriervorgang begonnen hat. 18 zeigt die Anordnung nach Abschluss des Zentriervorganges.
Während die Spindel 20 sich von der in 17 gezeigten Stellung zu der in 18 gezeigten Stellung hinabbewegt, wird auf den drehgelenkigen Körper 76 eingewirkt, sich im Uhrzeigersinn zu drehen (wie in den Zeichnungen ersichtlich), bis die Oberfläche 76 die zylindrische Außenoberfläche des Trägers 78 berührt, wodurch der Ladering relativ zum Träger zentriert wird, während gleichzeitig die Oberfläche 80 die Kante des Wafer 12 berührt, so dass der Wafer relativ zum Ladering zentriert wird. Wie in 18 gezeigt, ist der Ladering bei Abschluss des Zentriervorgangs relativ zum Träger zentriert und der Wafer ist relativ zum Ladering zentriert.
Folglich wurde hier eine sehr nützliche Ladestation zum Handhaben von Wafer innerhalb einer Maschine zum Planarisieren beschrieben. Die Ladestation unterbindet das gehäufte Auftreten von Stellungsfehlern durch Zentrieren des Wafer relativ zum Träger, welcher den Wafer erfasst. Das Erfassen wird ohne Berührung der Vorderseite des Wafer durchgeführt, indem eine neuartige Düse verwendet wird, welche den Wafer durch Richten eines Wasserstrahls gegen dessen Vorderseite in den Träger hinein hebt. Zu keinem Zeitpunkt kommt der Wafer tatsächlich mit der Ladestation in unmittelbare Berührung. Statt dessen schwebt der Wafer ständig auf drei Wasserstrahlen. Der Rückstrahldruck, welcher durch den das Fließen von Wasser aus diesen Strahlen behindernden Wafer verursacht wird, wird abgefühlt und das Fühlersignal wird verwendet, um das Vorhandensein eines Wafer auf der Ladestation anzuzeigen.
Die vorhergehende detaillierte Beschreibung veranschaulicht eine Ausführungsform der Erfindung. Die hierin beschriebenen Ausführungsformen liegen innerhalb des Schutzumfangs der Ansprüche.
Industrielle Anwendbarkeit
Die Ladestation der vorliegenden Erfindung ist ein wesentlicher Teil einer Maschine zum Planarisieren, welche in der Lage ist, die vordere Oberfläche eines Wafer auf einen Bruchteil eines Mikrometer zu glätten, um den Anforderungen der Halbleiterindustrie zu genügen.

Claims

Ladestation zur Handhabung von Wafers (12), wobei die Ladestation (18) so konfiguriert ist, dass sie einen Mittelpunkt eines kreisförmigen Wafers (12), der in einer horizontalen Ebene gehalten wird, in Koinzidenz mit einer Achse eines Überkopf-Spindelträgers (32) bringt, wobei die Achse senkrecht zur horizontalen Ebene verläuft, worin eine Anfangsposition des Wafers (12) in der horizontalen Ebene zweidimensionalen Positionsfehlern unterliegt, und wobei sich der Spindelträger (32) entlang einer Achse derselben aus einer oberen Anfangsposition in eine untere Endposition bewegt, und wobei der Spindelträger (32) eine Unterseite aufweist, die ein Vakuumkissen zur Verwendung beim Annehmen des Wafers (12) aufweist, wobei die Ladestation umfasst: eine Basis (26) mit einer horizontalen Deckfläche; eine Laderinganordnung, die gleitend auf der Deckfläche der Basis (26) ruht und umfasst: einen Ladering (28) mit einem Mittelpunkt; zumindest drei Zentrierauflagen (30), die um einen Umfang des Laderings (28) herum beabstandet sind, gekennzeichnet durch Gelenkmittel (36), die die zumindest drei Zentrierauflagen mit dem Ladering verbinden, um für Schwenkbewegung um horizontale Achsen zu sorgen, die tangential zum Ladering (28) verlaufen, wobei die Gelenkmittel (36) im gleichen Abstand von der Mitte des Laderings (28) angeordnet sind, Vorspannmittel (31), die operativ mit dem Ladering (28) und den zumindest drei Zentrierauflagen (30) verbunden sind, die die Zentrierauflagen nachgiebig in Anfangspositionen bewegen, in denen Abschnitte der zumindest drei Zentrierauflagen (30), die sich radial innerhalb des Gelenkmittels (36) befinden, in eine Bahn des sich abwärts bewegenden Spindelträgers erstrecken, so dass der sich abwärts bewegende Spindelträger, während er sich nach unten bewegt, gegen die Abschnitte der zumindest drei Zentrierauflagen (30) drückt, die sich radial innerhalb der horizontalen Achsen befinden, und die Vorspannmittel (31) überwindet, um die Zentrierauflagen (30) zu beaufschlagen, sodass diese aus den Anfangspositionen schwenken und an Endpositionen gelangen, wenn der Spindelträger die untere Endposition erreicht hat; wobei die zumindest drei Zentrierauflagen (30) erste nach innen gewandte Flächen aufweisen, die sich oberhalb des Gelenkmittels (36) und durch die horizontale Ebene erstrecken, in der der Wafer (12) gehalten wird, so dass sie nach innen schwenken, wenn sich der Spindelträger abwärts bewegt, wobei die ersten nach innen gewandten Flächen gegen eine Kante des Wafers drücken, wenn sich der Spindelträger abwärts bewegt, um den Wafer zu führen, wodurch der Mittelpunkt des Wafers mit dem Mittelpunkt des Laderings in Koinzidenz gebracht wird; wobei die zumindest drei Zentrierauflagen (30) zweite nach innen gewandte Oberflächen aufweisen, die sich oberhalb des Gelenkmittels und oberhalb der ersten nach innen gewandten Oberflächen erstrecken, so dass sie nach innen schwenken, während sich der Spindelträger abwärts bewegt, wobei die zweiten nach innen gewandten Oberflächen gegen einen unnachgiebigen Umfang des Spindelträgers drücken, wodurch der Ladering (28) gleitend geführt wird, wobei der Mittelpunkt des Laderings (28) mit der Achse des Spindelträgers in Koinzidenz gebracht wird; so dass, wenn sich der Spindelträger in die untere Endposition hinunter bewegt hat, der Mittelpunkt des Wafers zum Mittelpunkt des Laderings (28) geführt worden ist, und der Mittelpunkt des Laderings (28) zur Achse der Spindel geführt worden ist; wodurch der Mittelpunkt des Wafers durch die Verwendung der Laderinganordnung mit der Achse des Spindelträgers in Koinzidenz gebracht worden ist.
Ladestation nach Anspruch 1, die weiters so konfiguriert ist, dass sie den Wafer in einer horizontalen Ebene hält, ohne den Wafer mechanisch zu berühren, worin die Laderinganordnung weiters umfasst: drei aufwärts gerichtete Düsen (42, 44, 46), die am Ladering (28) an beabstandeten Positionen befestigt sind; sowie Mittel zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids zu jeder der drei nach oben gerichteten Düsen, wobei das unter Druck stehende Fluid aus jeder der Düsen strömt und ein eigenes Kissen an jeder Düse zwischen jeder Düse und dem Wafer bildet; wodurch die Kissen eine stabile Drei-Punkt-Auflage für den Wafer bilden, verhindern, dass der Wafer mit den Düsen in Kontakt kommt, den Wafer in einer konstanten Position in Bezug auf den Ladering (28) halten, während sich der Ladering vertikal bewegt, und reibungslose seitliche Bewegung des Wafers ermöglichen, während der Wafer in Bezug auf den Ladering (28) zentriert wird.
Ladestation nach Anspruch 2, die weiters so konfiguriert ist, dass sie das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Wafers abfühlt, worin das Mittel zum Zuführen eines unter Druck stehenden Fluids umfasst: eine Zufuhrleitung; Zweigleitungen (50, 52, 54), die die Zufuhrleitung mit jeder der drei Düsen verbinden; und einen Drucksensor (56), der mit einer der Zweigleitungen verbunden ist, um einen Druck des unter Druck stehenden Fluids in einer der Zweigleitungen abzufühlen; wodurch das Vorhandensein oder die Abwesenheit eines Wafers (12) im Ladering (28) durch den abgefühlten Druck angezeigt wird.
Ladestation nach Anspruch 3, die weiters Strömungsbegrenzungsmittel (58) umfasst, die in jede der Zweigleitungen eingesetzt sind.
Ladestation nach Anspruch 1, die weiters so konfiguriert ist, dass sie den Wafer von der Mitte des Wafers nach außen abspült und den Wafer (12) zum Annehmen durch den Spindeiträger hochhebt, und weiters umfassend: einen mit dem Spindelträger koaxialen Hohlzylinder (64), der ein geschlossenes unteres Ende aufweist, das an der Basis befestigt ist und ein oberes Ende aufweist, das unterhalb des Wafers (12) beabstandet ist; eine Spule (66), die ein oberes Ende und ein unteres Ende sowie einen Durchgang in der Mitte aufweist, der sich zwischen dem oberen Ende und dem unteren Ende durch sie hindurch erstreckt, wobei die Spule (66) innerhalb des Hohlzylinders (64) in einer losen Gleitpassung zur axialen Bewegung innerhalb des Hohlzylinders (64) angeordnet ist, und zwar einer Bewegung aus einer unteren Position, in der das obere Ende der Spule (66) unterhalb des Wafers (12) beabstandet ist, und das untere Ende der Spule (66) oberhalb des geschlossenen unteren Endes des Hohlzylinders (64) beabstandet ist, in eine obere Position, in der sich das obere Ende der Spule (66) über das obere Ende des Hohlzylinders (64) erstreckt, und Mittel zum Zuführen von Fluid unter Druck zu einem Raum zwischen dem unteren Ende der Spule (66) und dem geschlossenen unteren Ende des Hohlzylinders (64); wodurch, nachdem der Wafer (12) in Bezug auf den Spindelträger zentriert worden ist, das unter Druck stehende Fluid durch den Durchgang in der Mitte nach oben gelangt und aus dem oberen Ende der Spule (66) abgegeben wird, aber der Wafer die Abgabe teilweise behindert, wodurch der Druck des Fluids im Hohlzylinder (64) unterhalb der Spule (66) erhöht wird und eine aufwärts gerichtete Kraft auf die Spule (66) ausgeübt wird, die ausreicht um das Gewicht der Spule zu überwinden, wodurch bewirkt wird, dass die Spule (66) sich aus der unteren Position in die obere Position erhebt und dadurch der Wafer (12) auf einem Fluidkissen hochgehoben wird, das einen Kontakt zwischen der Spule (66) und dem Wafer verhindert, wodurch der Wafer (12) in Kontakt mit dem Vakuumkissen gehoben wird, das sich an der Unterseite des Spindelträgers befindet, und wodurch der Wafer von der Mitte nach außen gespült wird.
Ladestation nach Anspruch 1, worin der Ladering (28) zu Beginn in einer ersten horizontalen Ebene angeordnet ist, die oberhalb der Deckfläche der Basis beabstandet ist, und in der sich Abschnitte der zumindest drei Zentrierauflagen (30) unter die erste horizontale Ebene und radial nach außen über die horizontalen Achsen hinaus erstrecken und an die horizontale Deckfläche der Basis abstützen, um den Ladering (28) nachgiebig in einer Anfangsposition oberhalb der Deckfläche der Basis zu halten, und weiters umfassend den Ladering (28) mit einer Deckfläche, gegen die der Spindelträger drückt, während sich der Spindelträger abwärts bewegt, wodurch der Ladering (28) aus der Anfangsposition des Laderings (28) nach unten gedrückt wird und die Vorspannung überwindet, wodurch die zumindest drei Zentrierauflagen (30) beaufschlagt werden, um aus den Anfangspositionen der zumindest drei Zentrierauflagen (30) in Endpositionen der zumindest drei Zentrierauflagen (30) zu schwenken, wenn der Spindelträger und der Ladering die untere Endposition erreicht haben.