CH697146A5 - Greifvorrichtung zur Handhabung von Wafern. - Google Patents

Description

  [0001] Die vorliegende Erfindung betrifft eine Greifvorrichtung nach dem Oberbegriff von Anspruch 1, sowie ein Verfahren zum Ergreifen und Transportieren von Wafern nach Anspruch 12.

[0002] Für die Bearbeitung resp. Handhabung von Wafern (Halbleiterplatten) müssen diese verschiedene Prozessstufen durchlaufen. Dabei werden herkömmlicherweise Roh-Wafer (unprozessierte Wafer) hergestellt und in Behältern zwischengelagert. Für den eigentlichen Bearbeitungsprozess müssen diese unprozessierten Wafer dem Behälter entnommen werden, einer Vorrichtung zur Durchführung des Bearbeitungsprozesses zugeführt und anschliessend wieder in einen Behälter abgelegt werden. Ein grundlegendes Problem bei der gesamten Verarbeitung und Zwischenlagerung besteht darin, dass die Wafer von Verunreinigungen und Schmutz ferngehalten werden müssen.

   Bereits kleinste Verunreinigungen durch Staub oder sonstige Partikel erzeugen eine Schädigung des entsprechenden Bereiches der Wafer-Oberflache. Dies kann zu erheblichen Ausfallraten der aus diesen Wafern hergestellten Endprodukte führen. Deshalb erfolgt die Verarbeitung üblicherweise in sogenannter Reinraumtechnik, d.h. die Verarbeitungszonen müssen eine bestimmte, festgelegte Reinheit in Bezug auf diese Schmutzpartikel aufweisen. Dasselbe gilt selbstverständlich auch für die Zwischenlagerung, d.h. die Aufbewahrungsbehälter.

[0003] Die Entnahme und Zuführung der Wafer erfolgt herkömmlicherweise entweder manuell oder automatisch.

   Bei der manuellen Bedienung besteht immer eine erhöhte Gefahr der Verunreinigung, weshalb ein automatischer Ablauf angestrebt wird.

[0004] Herkömmlicherweise wurden derartige Wafer mit einem Durchmesser bis zu 200 mm hergestellt und prozessiert. Diese Wafer werden herkömmlicherweise vertikal stehend in speziell dafür ausgelegten Kassetten gelagert. Für die Entnahme und Zuführung müssen diese lediglich in dieser vertikalen Lage aus der Kassette entnommen werden resp. wieder in diese hinein verschoben werden. Hierfür sind geeignete Vorrichtungen bekannt, welche an den Rand der Wafer zum Anschlag kommen. Hierfür sind die Wafer in rechenartigen Haltevorrichtungen, welche einfach aus den Kassetten aus- resp. einfahrbar sind, eingesetzt.

   Dabei sind die Haltevorrichtungen derart ausgestaltet, dass die Randzonen der Wafer teilweise frei liegen, damit die Entnahmevorrichtungen an diese Randzone angreifen können. Die Wafer dürfen dabei lediglich an ihren senkrecht zur Oberfläche verlaufenden Randabschnitten sowie in einem eng begrenzten Bereich an der Peripherie der Rückseite durch diese Vorrichtung berührt werden.

[0005] Insbesondere neuere, grössere Wafer (bis 300 mm oder mehr) werden nun mehrheitlich nicht mehr vertikal, sondern horizontal in Behältnissen gelagert. Diese Wafer müssen nun aus diesen Behältnissen entnommen werden und anschliessend in eine andere Lage, häufig um 90  , verschwenkt werden, bevor sie der folgenden Bearbeitungsvorrichtung zugeführt werden können.

   Für diese Entnahme- und Schwenkbewegung sind herkömmlicherweise keine Vorrichtungen bekannt.

[0006] Die Aufgabe der vorliegenden Erfindung bestand nun darin, eine Greifvorrichtung zu schaffen, welche horizontal gelagerte Wafer aus ihrem Behälter entnehmen und in verschwenkter Lage einem Bearbeitungsträger zuführen kann.

[0007] Diese Aufgabe wird erfindungsgemäss durch die kennzeichnenden Merkmale von Anspruch 1 gelöst. Durch den erfindungsgemässen Aufbau der Greifvorrichtung können horizontal gelagerte Wafer aus ihrem Lagerbehälter entnommen werden, verschwenkt werden und einem Bearbeitungsträger zugeführt und darauf positioniert werden.

   Dabei werden die Anforderungen betreffend den nicht durch irgendwelche Gegenstände zu berührenden Bereich der Wafer voll erfüllt, da die Greifköpfe praktisch nur am Rand und nicht an der Scheibenoberfläche mit dem Wafer in Kontakt gelangen. Trotzdem sind die Wafer stabil gehalten und können deshalb vorteilhafterweise auch in praktisch jede beliebige Lage verschwenkt werden. Vorteilhafterweise kann dies vollkommen automatisiert erfolgen. Die Vorrichtung kann deshalb in einem abgeschlossenen Bereich einer Bearbeitungsmaschine installiert und betrieben werden.

[0008] Bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen 2 bis 10.

[0009] Durch den bevorzugten Schwenkbereich von 90 deg. lassen sich die Greifköpfe für das Einschieben zwischen den gestapelten Wafern vorteilhaft in ihre Einschieblage verschwenken.

   In dieser Lage können sie problemlos in den Zwischenraum zwischen den Waferplatten eingefahren werden, ohne dass die Oberflächen der Waferplatten berührt werden.

[0010] Durch die bevorzugte Ausgestaltung der Halte- resp. Schlitzflächen werden die Platten vorteilhafterweise lediglich an ihrer Randkante berührt, die Oberfläche wird dabei praktisch nicht berührt. Dies rührt insbesondere von der Neigung der gegen die Unterseite der Wafer gerichteten Schlitzfläche her.

[0011] Dieselbe Wirkung wird durch die bevorzugte Ausgestaltung des Halterechens, resp. der Ausgestaltung seiner Schlitze erreicht. Hier ist bewusst ein Anschlagbereich vorgesehen, welcher mit der Waferplattenunterseite in Kontakt kommt. Dieser Bereich ist allerdings sehr klein und liegt in den von den Waferherstellern erlaubten Toleranzen.

   Trotz dieser kleinen Flächen wird ein sicherer und stabiler Sitz der Waferplatten erreicht, ohne dass sich ihre Positionen, insbesondere ihr Abstand, verändert.

[0012] Vorzugsweise sind jeweils für eine Scheibe jeweils zwei Greifköpfe vorgesehen, welche zusammen voneinander beabstandet an den Randbereich jeweils eines Wafers zum Anschlag kommen. Es ist klar, dass für die Ergreifung eines Stapels von beispielsweise 13 Wafern vorteilhafterweise alle Greifköpfe miteinander gleichzeitig bewegt werden.

[0013] Vorzugsweise werden derartige erfindungsgemässe Greifvorrichtungen in Waferprozessanlagen eingesetzt.

[0014] Weiter wird erfindungsgemäss zur Lösung der Aufgabe das Verfahren nach Anspruch 12 vorgeschlagen.

   Bevorzugte Ausführungsformen des Verfahrens ergeben sich aus den Ansprüchen 13 und 14.

[0015] Vorteilhafterweise wird vor dem Entnehmen des Waferstapels aus seinem Behälter die Greifvorrichtung erfindungsgemäss leicht angehoben, damit die Wafer von ihren Halterungen im Behälter gelöst werden. Damit wird eine Beschädigung der Waferoberflächen durch die Halterungen vermieden, welche entstehen könnte, wenn die Wafer einfach herausgezogen würden und über die Halterungen schleifen.

[0016] Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert. Es zeigen
<tb>Fig. 1<sep>schematisch die Ansicht einer erfindungsgemässen Greifvorrichtung vor dem Entnehmen von Wafern aus ihrem Behälter;


  <tb>Fig. 2<sep>die Ansicht nach Fig. 1 beim Zuführen der Wafer auf den Bearbeitungsträger;


  <tb>Fig. 3<sep>den Längsschnitt durch einen Bereich einer erfindungsgemässen Greifvorrichtung; und


  <tb>Fig. 4<sep>die Aufsicht auf die erfindungsgemässe Greifvorrichtung nach Fig. 3.

[0017] In Fig. 1 ist eine erfindungsgemässe Greifvorrichtung 1 auf einem verfahr- und schwenkbaren Träger 2 dargestellt. Die unprozessierten Wafer 3 sind horizontal, parallel voneinander beabstandet in ihrem Behälter 4 angeordnet. Die Wafer 3 sind dabei derart in diesem Behälter 4 gelagert, dass nur die Waferscheibenkanten und ggf. ein schmaler Randbereich der Unterseite der Waferscheibe mit den Halterungselementen im Behälter 4 in Kontakt stehen.

[0018] Die Waferscheiben 3 werden nach ihrem Herstellungsprozess in diese Behälter 4 eingefüllt und darin gelagert, bis sie einer weiteren Prozessstufe zugeführt werden. Die hier dargestellte Greifvorrichtung 1 dient nun dazu, die Wafer 3 aus ihrem Behälter 4 herauszubringen und sie einem Bearbeitungsträger 5 zu übergeben.

   Dieser Bearbeitungsträger 5 ist beispielsweise wie dargestellt eine Konstruktion aus zwei parallel zueinander angeordneten Rollen 5 ¾, auf welche die runden Waferplatten 3, wie nachstehend noch erläutert wird, vertikal ausgerichtet aufgelegt werden können.

[0019] Der Behälter 4 kann nun beispielsweise mittels eines gesteuerten Transportmittels an eine Entleerposition verfahren werden. Bei dieser Entleerposition liegt die Öffnung des Transportmittels vorzugsweise im Reinraumbereich. An dieser Position wird auch der vordere Deckel (nicht dargestellt) des Behälters 4 entfernt, womit die Wafer 3 für die Greifvorrichtung 1 zugänglich sind.

   Diese Position ist in Fig. 1 schematisch dargestellt.

[0020] Die Greifvorrichtung 1 wird nun mittels des Trägers 2 vor die Öffnung des Behälters 4 verfahren und ihre Greifmittel ergreifen und fixieren die Waferplatten 3 an der Greifvorrichtung 1. Anschliessend kann die Greifvorrichtung 1 zusammen mit den Waferplatten 3 aus dem Behälter 4 herausgefahren werden und durch die Beweglichkeit des Trägers 2 in die gewünschte vertikale Ausrichtung verschwenkt werden.

[0021] In Fig. 2 ist nun schematisch die Positionierung der in die vertikale Lage verschwenkten Wafer 3 auf den Bearbeitungsträger 5 dargestellt.

   Die Rollen 5 ¾ des Bearbeitungsträgers 5 sind vorzugsweise derart ausgestaltet, dass die Wafer 3 von unten zwischen den Rollen 5 ¾ hindurchgeschoben werden können, und danach durch verdrehen der Rollen 5 ¾ um ihre eigene Achse die Wafer 3 mit ihren Scheibenrändern auf die Rollen 5 ¾ zum Aufliegen gebracht werden können.

   Beispielsweise weisen hierfür die Rollen 5 ¾ einen kreisrunden Querschnitt auf, welcher in einem Segmentbereich, z.B. über 90 deg. abgeflacht ist.

[0022] Durch Absenken des Trägers 2 kann nun die Greifvorrichtung 1 zwischen den Wafern 3 herausgefahren werden und die Wafer 3 durch den Bearbeitungsträger 5 einer Prozessstufe zugeführt werden.

[0023] Anschliessend an den durchgeführten Bearbeitungsprozess können auf umgekehrte Weise die prozessierten Wafer 3 durch die Greifvorrichtung 1 wieder einem Behälter 4 zugeführt und danach weitertransportiert werden.

[0024] Da dieser gesamte Vorgang automatisiert gesteuert ablaufen kann und keine manuellen Eingriffe benötigt, kann er vollständig im Reinraum der Bearbeitungsmaschine ablaufen.

   Damit ist das Verschmutzungsrisiko und damit auch die Ausschussrate der Wafer 3 beim Bearbeitungsprozess im Verglich zur manuellen Zu- und Wegführung der Wafer 3 vorteilhafterweise vermindert und zudem kann auch eine höhere Verarbeitungsrate erreicht werden.

[0025] Der erfindungsgemässe Aufbau der Greifvorrichtung 1 ist nun aus dem Beispiel in Fig.

   3, teilweise im Längsschnitt dargestellt, genau ersichtlich.

[0026] Um die Wafer 3 aus ihrem Behälter 4 herauszuziehen sind Greifköpfe 6 vorgesehen, welche an einem Ende von längsverschiebbaren und um ihre Achse verdrehbaren Stangen 7 angeordnet sind.

[0027] Die Greifköpfe 6 weisen einen Schlitz 8 auf, welcher leicht höher als die Dicke der Waferplatten 3 ausgeführt ist, und dessen untere Wange 8 ¾, welche gegen die Unterseite der Waferplatte 3 zu liegen kommt, in einem flachen Winkel bezüglich der Waferplattenoberfläche ausgerichtet ist. In der in Fig. 3 gezeigten Position kann ein Greifkopf 6 durch zurückziehen seiner Stange 7 in Pfeilrichtung gegen die Seitenkante des entsprechenden Wafers 3 gezogen werden. Dadurch kommt die Seitenkante des Wafers 3 mit dem Boden des Schlitzes 8 in Anschlag.

   Durch die Ausgestaltung des Schlitzes 8 mit der im Winkel angeordneten unteren Wange kommt die Oberfläche des Wafers 3 nicht in Kontakt mit den Greifmitteln.

[0028] In Fig. 4 sind beispielhaft zwei verschiedene Ausgestaltungen des Greifköpfes 6 dargestellt. Der obere Greifkopf 6 ist für das Ergreifen eines einzigen Wafers 3 ausgelegt und weist einen einzigen Schlitz 8 auf. Dieser Greifkopf wird vorteilhafterweise als Anfangs- oder Endgreifer in der Greifvorrichtung 1 eingesetzt. Der darunter dargestellte Greifkopf 6 ¾ ist für das gleichzeitige Ergreifen von zwei Wafern 3 ausgelegt und weist neben dem unteren Schlitz 8 einen zweiten Ausschnitt 9 auf.

   Dieser Ausschnitt 9 weist ebenfalls eine in einem flachen Winkel bezüglich der Waferoberfläche ausgerichtete Wangenfläche 9 ¾ sowie eine senkrechte Anschlagfläche 9 ¾ ¾ auf.

[0029] Als Gegenstück zu den Greifköpfen 6, 6 ¾ ist ein Halterechen 10 vorgesehen. Dieser weist nun ebenfalls Schlitze 11 für die Aufnahme der Wafer 3 auf. Diese Schlitze sind im Wesentlichen keilförmig ausgestaltet, wobei jeweils die untere Schlitzfläche vorzugsweise einen kurzen, parallel zur Scheibenoberfläche ausgerichteten Bereich 11 ¾ aufweist. Die Tiefe dieses Bereiches ist nicht grösser als die Breite des für solche Mittel zugelassenen Bereiches an der Unterseite des Wafers 3. Durch die relative Verschiebung der Stangen 7 bezüglich des Halterechens 10 werden die Waferscheiben 3 zuverlässig eingespannt, ohne dass eine grosse Kraftwirkung aufgebracht werden muss.

   Die Einspannung gewährleistet dennoch einen sicheren Halt der Wafer 3, welche auch ein Verschwenken dieser Wafer 3 von der horizontalen in die vertikale Lage erlauben. Vorzugsweise wird dabei die Verschwenkung derart durchgeführt, dass der Halterechen 10 auf der unteren Seite zu liegen kommt. Damit können in der vertikalen Position die Greifköpfe 6, 6 ¾ vom Anschlag an die Waferränder durch verschieben und verdrehen der Stangen 7 entfernt werden, wobei die Wafer 3 ihre Lage durch die Ausgestaltung des Halterechens 10 beibehalten.

[0030] In Fig. 4 ist nun noch schematisch die Aufsicht auf eine Greifvorrichtung 1 nach Fig. 3 dargestellt. Im oberen Bereich der Fig. 4 ist ein Greifkopf 6 in der Halteposition, wie oben beschrieben, dargestellt.

   Durch das Verschieben der Stange 7 in Pfeilrichtung wird die Waferscheibe 3 zwischen dem Greifkopf 6 und dem Haltrechen 10 eingeklemmt.

[0031] Es ist klar, dass anstelle eines Klemmens unter Kraftaufwendung auch vorzugsweise eine Positionierung des Greifkopfes 6 in eine vorbestimmte, sich aus dem genauen Durchmesser der Wafer 3 ergebende Lage erfolgen kann. Damit wird verhindert, dass die Wafer 3 aufgrund des Anpressdruckes beschädigt oder verformt werden. Eine genaue Positionierung mit einem kleinen Spiel erlaubt aufgrund der Formgebung des Greifkopfes 6 und des Halterechens 10 dennoch das Verschwenken der gesamten Anordnung.

[0032] Die Bewegung der Greifköpfe 6 resp. der Stangen 7 kann mittels hydraulischen, pneumatischen oder elektrischen Antriebsmitteln erfolgen.

[0033] Im unteren Bereich der Fig. 4 ist weiter ein Greifkopf 6 ¾ in verschwenkter Lage dargestellt.

   Hierfür wird die Stange 7 in Pfeilrichtung vom Halterechen 10 weg verschoben und anschliessend um 90 deg. verdreht. Damit ist es nun möglich, den Haltekopf 6 ¾ zwischen zwei benachbarten Scheiben 3 hindurch zu verschieben. Dies wird beim Einfahren der Greifvorrichtung 1 in den Behälter 4 für die Entnahme der Wafer 3 benötigt und später auch beim Zurückziehen der Greifvorrichtung 1 aus dem Bearbeitungsträger 5 resp. beim Ausfahren aus dem Behälter 4 am Ende des Bearbeitungsprozesses.

[0034] Weiter sind in dieser Fig. 4 auch schematisch zwei verschiedene Möglichkeiten der Anordnung des Halterechens 10 dargestellt. Im oberen Bereich der Fig. 4 ist beispielsweise ein seitlich der Stange 7 angeordneter Halterechen 10 dargestellt. Dieser kann aber auch zwischen den Stangen 7 angeordnet sein, wie als 10 ¾ dargestellt.

   Selbstverständlich kann der Halterechen 10 ein- oder mehrteilig sein, und die Stangen 7 können neben dem Halterechen 10 oder in Ausnehmungen durch den Halterechen 10 hindurchgeführt angeordnet sein.

Claims (14)

1. Greifvorrichtung (1) zur Handhabung von Wafern (3), welche in einem Behälter (4) voneinander beabstandet gestapelt sind, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Halterechen (10) mit zur Aufnahme der Wafer (3) vorgesehenen Schlitzen (11) und bezüglich des Halterechens (10) verschieb- und verschwenkbare Greifköpfe (6; 6 ¾) aufweist, welche Anschlagsflächen (9) für den Anschlag an die Wafer-Ränder aufweisen.

2. Greifvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifköpfe (6; 6 ¾) um 90 deg. verschwenkbar sind.

3. Greifvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifköpfe (6, 6 ¾) am Ende von Stangen (7) befestigt sind.

4. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifköpfe (6; 6 ¾) jeweils mindestens eine bezüglich der Waferoberflächen geneigte Schlitzfläche (8 ¾, 9 ¾) aufweisen.

5. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschlagflächen (9 ¾ ¾) senkrecht zu den Waferoberflächen ausgerichtet sind.

6. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Dicke der Greifköpfe (6, 6 ¾) kleiner ist als der Abstand der Wafer (3) untereinander im Behälter (4).

7. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Halterechen (10; 11) mehrteilig aufgebaut ist.

8. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass bei jedem Schlitz (11) jeweils wenigstens eine Schlitzfläche einen bezüglich der Waferoberfläche parallel verlaufenden Bereich (11 ¾), vorzugsweise am Schlitzgrund, aufweist.

9. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass hydraulische, pneumatische oder elektrische Mittel für die Schwenk- und Schiebebewegung der Greifköpfe (6; 6 ¾) vorhanden sind.

10. Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass jeweils zwei Greifköpfe (6; 6 ¾) parallel zueinander verschoben und miteinander bewegt werden, und derart angeordnet sind, dass sie jeweils an den Rand desselben Wafers (3) zum Anschlag bringbar sind.

11. Verwendung einer Greifvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10 für das Entnehmen, Verschwenken und Transportieren von Wafern (3) in Waferprozessanlagen.

12. Verfahren zum Ergreifen und Transportieren von in einem Behälter (4) voneinander beabstandet gestapelten Wafern (3) mittels einer Greifköpfe (6; 6 ¾) und Halterechen (10) aufweisenden Greifvorrichtung (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass bei geöffnetem Behälter (4) die Greifköpfe (6;

6 ¾) von der Behälteröffnung her zwischen den Wafern (3) hindurch an die der Behälteröffnung gegenüberliegenden Randbereiche der Wafer (3) verfahren werden, diese dort mit dem Randbereich der Wafer (3) in Kontakt gebracht werden und durch eine Zugbewegung gegen den Halterechen (10), welcher für jeweils einen Wafer (3) einen Schlitz (11) aufweist, verschoben werden und darin gehalten werden, und dass anschliessend die Greifvorrichtung (1) derart angehoben wird, dass die Wafer (3) von ihren im Behälter (4) angeordneten Auflagemitteln abgehoben werden, und dass anschliessend die Greifvorrichtung (1) zusammen mit den darin gehaltenen Wafern (3) aus dem Behälter entnommen werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifvorrichtung (1) anschliessend an den Entnahmevorgang verschwenkt wird, vorzugsweise um 90 , so dass die Wafer (3) bezüglich dem Behälter (4) vertikal ausgerichtet sind.

14. Verfahren nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifköpfe (6, 6 ¾) vor dem Einfahren zwischen die Wafer (3) in eine Einfahrposition verschwenkt werden, und vor der Kontaktnahme mit den Rändern der Wafer (3) in eine Halteposition verschwenkt werden, wobei der Schwenkwinkel vorzugsweise 90 deg. beträgt.