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Dokumentenidentifikation DE19957758C2 25.10.2001
Titel Vorrichtung und Verfahren zum Ausrichten von scheibenförmigen Substraten
Anmelder STEAG RTP Systems GmbH, 89160 Dornstadt, DE
Erfinder Graf, Ottmar, 89160 Dornstadt, DE;
Mantz, Paul, 89160 Dornstadt, DE
Vertreter Wagner, K., Dipl.-Ing.; Geyer, U., Dipl.-Phys. Dr.rer.nat., Pat.-Anwälte, 80538 München
DE-Anmeldedatum 01.12.1999
DE-Aktenzeichen 19957758
Offenlegungstag 13.06.2001
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 25.10.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 25.10.2001
IPC-Hauptklasse B65G 49/07
IPC-Nebenklasse B65G 47/24   H01L 21/66   

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit einer Ausrichtungs-Erfassungseinheit.

In der Halbleiterindustrie werden zur Herstellung von Halbleiterelementen in der Regel aus einem Einkristall bestehende Halbleiterscheiben, auch Wafer genannt, unterschiedlichen Bearbeitungsprozessen unterzogen. Diese Bearbeitungsprozesse sind stark automatisiert und zwischen den Bearbeitungsprozessen werden die Halbleiterscheiben mit Handhabungsvorrichtungen, die in der Regel Auflageteller aufweisen, transportiert. Dabei ist ein zentriertes Auflegen der Scheiben auf den Auflagetellern wichtig, um eine ordnungsgemäße Positionierung der Scheiben in den unterschiedlichen Bearbeitungsvorrichtungen zu gewährleisten. Außerdem müssen die Scheiben gemäß den Achsen ihres Kristallgitters ausgerichtet werden. Sowohl die Zentrierung als auch die Ausrichtung der Scheiben wird von Ausrichtvorrichtungen, die auch als Aligner bezeichnet werden, übernommen.

Bei einem bekannten Aligner, der beispielsweise in den Fig. 11a-d gezeigt ist, wird eine Halbleiterscheibe 1 von einer Handhabungsvorrichtung 2 auf Auflagestiften 3 des Aligners abgelegt. Anschließend wird die Handhabungsvorrichtung aus dem Bereich unterhalb des Wafers herausbewegt und die Stifte 3 werden abgesenkt, wodurch die Scheibe auf einem als Chuck bezeichneten Drehteller 4 positioniert wird. Der Drehteller 4 weist eine Unterdruck-Ansaugvorrichtung auf, um die Scheibe fest daran zu halten. Wenn die Scheibe 1 angesaugt ist, wird der Drehteller 4 um seine Drehachse gedreht. Während dieser Drehung wird ein seitlicher Versatz der Scheibe bezüglich der Drehachse mit einer Kamera 5 gemessen. Danach werden die Stifte 3 wieder angehoben, um die Halbleiterscheibe 1 vom Drehteller 4 abzuheben und die Stifte werden in Abhängigkeit vom gemessenen Versatz in horizontaler Richtung bewegt, um die Scheibe zum Drehteller 4 zu zentrieren. Anschließend wird die Scheibe wieder auf dem Drehteller 4 abgesetzt, um den obigen Meßvorgang zu wiederholen und sicherzustellen, daß die Scheibe 1 nunmehr zum Drehteller 4 zentriert ist. Dieser Vorgang wird so lange wiederholt, bis eine vollständige Zentrierung erreicht ist.

Neben der Messung des seitlichen Versatzes ist die Kamera 5 in der Lage, eine Markierung in der Form einer Aussparung, die auch als Notch bekannt ist, oder einer Abflachung des Randes der Scheibe 1, die auch als Flat bekannt ist, zu erkennen die die Kristallrichtung der Scheibe angibt. Nach der oben beschriebenen Zentrierung wird der Drehteller 4 in eine gewünschte Richtung gedreht, um die Markierung in eine vorbestimmte Position zu bringen. Die Positionierung wird über die Kamera überwacht, die dann auch gleichzeitig die in die Halbleiterscheibe eingearbeitete ID-Nummer, die beispielsweise die Form eines Strichkodes oder einer Zahlenfolge besitzt, abliest.

Das oben beschriebene Ausrichtverfahren ist sehr aufwendig, und da es mehrere sich wiederholende Schritte umfaßt, ist es auch sehr zeitintensiv, wodurch sich ein geringer Durchsatz ergibt. Darüber hinaus ist eine umfangreiche Software zur Steuerung der unterschiedlichen Elemente sowie eine Ansaugvorrichtung zum Halten der Scheibe auf dem Drehteller notwendig, was die Kosten für die Vorrichtung unnötig erhöht.

Durch mechanische Bewegungen von Motoren oder anderen Teilen der Anlage kann es zu Vibrationen erzeugenden Resonanzeffekten kommen, durch die eine auf den Stiften aufliegende Scheibe verschoben, und somit die Zentrierung beeinflußt werden kann. Ein weiteres Problem ergibt sich durch das Ansaugen des Wafers an den Drehteller, da hierdurch in der Umgebung befindliche Staubpartikel angesogen werden, die sich großflächig im Bereich der Ansaugöffnungen auf der Waferoberfläche ansammeln, wie in den Fig. 12a und 12b gezeigt ist. Verunreinigungen dieser Art können die Brauchbarkeit der Halbleiterscheibe jedoch stark beeinträchtigen.

Fig. 12a zeigt die Unterseite einer Halbleiterscheibe 1, bevor sie auf einem Drehteller angesaugt wurde, und Fig. 12b zeigt die Oberfläche des Wafers nach dem Ansaugen auf den Drehteller. Wie in Fig. 12a zu erkennen ist, befindet sich eine geringe, über die gesamte Oberfläche verteilte Anzahl von Verunreinigungen auf der Unterseite des Wafers. Wie jedoch in Fig. 12b zu erkennen ist, sammeln sich durch das Ansaugen der Halbleiterscheibe eine große Anzahl von Partikeln auf der Unterseite an, und zwar insbesondere in dem Bereich, in dem die Ansaugvorrichtung des Drehtellers die Scheibe 1 ansaugt.

Aus der DE-A-35 06 782 ist eine Vorrichtung zum Ausrichten der Kanten eines Wafers bekannt, bei der der Wafer wiederum auf einem Drehteller positioniert wird. Der Drehteller weist eine Unterdruck-Ansaugvorrichtung auf, um die Scheibe fest daran zu halten. Während die Scheibe angesaugt ist, wird der Drehteller um seine Drehachse gedreht, und ein seitlicher Versatz der Scheibe bezüglich der Drehachse wird mit Hilfe einer Photodetektorreihe gemessen, um zur nachfolgenden Zentrierung des Wafers verwendet zu werden.

Die US-A-3,982,627 beschreibt eine Vorrichtung zum automatischen Ausrichten eines Wafers, bei der der Wafer auf einer Schrägen Auflage abgelegt wird. Aufgrund der Schräge rutscht der Wafer gegen einen drehbaren Anschlag. Zum Ausrichten des Wafers wird der drehbare Anschlag und somit der Wafer gedreht, bis er eine gewünschte Position erreicht. Während der Drehung des Wafers wird er über ein Luftkissen von der Auflage beabstandet gehalten.

Ausgehend von der zuvor beschriebenen Vorrichtung liegt der vorliegenden Erfindung die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Ausrichten von scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit einer Ausrichtungs-Erfassungseinheit anzugeben, welche auf einfache und kostengünstige Weise eine Ausrichtung des Substrats ermöglicht und eine einfache Integration in bestehende Wafer-Behandlungsanlagen erlaubt.

Dabei beinhaltet eine Ausrichtung nicht nur eine räumliche Anordnung sondern auch eine bestimmte Drehanordnung des Substrates.

Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe bei einer Vorrichtung der Eingangs genannten Art durch wenigstens eine bewegbare erste Auflage zum Aufnehmen des Substrats, die eine Auflageebene bildet, eine Einrichtung zum Kippen der ersten Auflage bezüglich der Horizontalen, um die Auflageebene in eine zur Horizontalen schräge Position zu bringen, einen Anschlag, gegen den das Substrat aufgrund der Schräge bewegbar ist und eine Drehvorrichtung zum Drehen des Substrats gelöst. Die bewegbare erste Auflage ermöglicht ein Ablegen und ein Entnehmen des Substrats in einer im wesentlichen horizontalen Position, wodurch die Vorrichtung auf einfache Weise in bisher bestehende Systeme, in denen Handhabungsvorrichtungen die Substrate in der Regel in horizontalen Positionen halten, integriert werden kann. Eine Änderung der bisher verwendeten Handhabungsvorrichtungen ist dabei nicht erforderlich. Durch die schräge Auflage wird das Substrat automatisch in eine räumlich festgelegte Position gegen den Anschlag bewegt. Durch die Drehvorrichtung läßt sich nunmehr das Substrat in eine vorgegebene Drehposition bewegen, welche durch die Ausrichtungs-Erfassungseinheit erfaßt wird. Die Positionierung und Ausrichtung erfolgt in einem einzigen Schritt und erfordert keine aufwendige Steuerung von unterschiedlichen Elementen. Darüber hinaus ist ein Ansaugen des Substrats nicht erforderlich, da ein seitliches Verrutschen während der Drehung durch die Schräglage und den Anschlag nicht möglich ist. Dadurch entfallen die mit der Ansaugvorrichtung anfallenden Kosten und Probleme.

Vorzugsweise weist die erste Auflage wenigstens zwei die Ebene bildende erste Auflageelemente auf, welche eine möglichst freie Bewegung der Handhabungsvorrichtung zum Be- und Entladen des Substrats ermöglichen. Dabei sind vorzugsweise drei erste Auflageelemente, welche eine Dreipunktauflage bilden, vorgesehen. Um bei einer Relativbewegung zwischen den Auflageelementen und dem Substrat eine Beschädigung des Substrats und die Erzeugung von Partikeln zu vermeiden, weisen die Auflageelemente wenigstens im Auflagebereich ein Material mit geringer Reibung, insbesondere Teflon, auf. Eine Beschädigung des Substrats bei einer Relativbewegung zwischen den Auflageelementen und dem Substrat kann vorzugsweise auch dadurch vermieden werden, daß der Auflagebereich der Auflageelemente abgerundet ist.

Für eine gute Führung und zur Vermeidung einer Relativbewegung zwischen dem Substrat und dem Anschlag beim Kippen der ersten Auflage, ist der Anschlag vorzugsweise ebenfalls kippbar. Vorzugsweise weist der Anschlag wenigstens zwei voneinander beabstandete Anschlagstifte auf, um das Substrat zumindest teilweise dazwischen aufzunehmen und eine feste räumliche Positionierung des Substrats zu gewährleisten.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist wenigstens einer der Anschlagstifte drehbar, wodurch auf besonders einfache und kostengünstige Art und Weise das daran anliegende Substrat gedreht werden kann. Für eine gute und gleichmäßige Drehung des Substrats und zur Vermeidung von Relativbewegungen zwischen den Anschlagstiften und dem Substrat sind die Anschlagstifte vorzugsweise synchron zueinander drehbar. Dies wird vorzugsweise über ein gemeinsames Antriebselement, wie z. B. einen mit den Anschlagstiften in Eingriff stehenden gemeinsamen Antriebsriemen erreicht.

Um eine genaue Ausrichtung insbesondere einer Kristallrichtung des Substrats zu ermöglichen, ist die Drehvorrichtung in Abhängigkeit von einer durch die Erfassungseinheit ermittelten Ausrichtung des Substrats steuerbar.

Bei einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die Auflageelemente und/oder die Anschlagstifte auf einer gemeinsamen Platte angeordnet, die vorzugsweise kippbar ist.

Gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung weist die Vorrichtung eine zweite, eine im wesentlichen horizontale Ebene bildende Auflage zum Aufnehmen des Substrats auf. Dabei sind die erste und die zweite Auflage vorzugsweise relativ zueinander bewegbar, um das Substrat von einer Auflage auf die andere zu übergeben und das Substrat insbesondere aus einer horizontalen Stellung in eine schräge Stellung zu bringen. Vorzugsweise weist die zweite Auflage wenigstens zwei die horizontale Ebene bildende zweite Auflageelemente auf, die vorzugsweise abgerundete Auflageflächen aufweisen, um bei einer Relativbewegung zwischen Substrat und Auflageelement eine Beschädigung des Substrats an Kanten der Auflageelemente zu vermeiden.

Bei einer einfachen Ausführungsform der Erfindung sind die zweiten Auflageelemente stationär ausgebildet. Dabei erstrecken sich die zweiten Auflageelemente vorzugsweise durch Öffnungen in der Platte, an der die ersten Auflageelemente und/oder die Anschlagstifte angebracht sind.

Gemäß einer alternativen Ausführungsform sind die zweiten Auflageelemente mit der Platte und relativ zu ihr bewegbar, um beim Verkippen der Platte eine Übergabe des Substrats von den zweiten Auflageelementen zu den ersten Auflageelementen und umgekehrt mit einem möglichst geringen Grad an Relativbewegung zwischen dem Substrat und den zweiten Auflageelementen zu ermöglichen. Ferner läßt sich hierdurch erreichen, daß sich die Auflageflächen der zweiten Auflageelemente immer im wesentlichen parallel zu einer Auflagefläche des Substrats erstrecken. Dabei sind die Auflageelemente vorzugsweise in eine vom Substrat wegweisende Richtung vorgespannt.

Um eine automatische Anpassung der Ausrichtvorrichtung an Substrate mit unterschiedlichen Durchmessern zu ermöglichen, weist die Vorrichtung vorzugsweise eine Einrichtung zum Messen des Substratdurchmessers auf. Vorzugsweise ist der Abstand zwischen den Anschlagstiften in Abhängigkeit vom Substratdurchmesser einstellbar, um hierdurch eine genaue und für Substrate mit unterschiedlichen Durchmessern gleichbleibende Positionierung des Substratmittelpunkts zu erreichen.

Um eine Drehung des Substrats vorzusehen, sind die ersten Auflageelemente bei einer Ausführungsform der Erfindung um einen gemeinsamen Mittelpunkt drehbar, der vorzugsweise mit dem Mittelpunkt des Wafers zusammenfällt. Durch eine Drehung der ersten Auflageelemente wird eine Relativbewegung zwischen dem Substrat und den Auflageelementen während der Drehung vermieden, wodurch die Gefahr einer Beschädigung des Substrats verringert wird. Dabei sind die ersten Auflageelemente vorzugsweise auf einem drehbaren Element angeordnet.

Bei Substraten mit unterschiedlichen Substratdurchmessern wird der Mittelpunkt der Substrate bei der Ausrichtung in unterschiedlichen Stellen positioniert, sofern nicht eine gleichmäßige Positionierung des Mittelpunkts über eine vom Substratdurchmesser abhängige Einstellung der Anschlagstifte erfolgt. Um daher eine zentrierte Aufnahme des Substrats auf einer Substrat- Handhabungsvorrichtung nach der Ausrichtung zu gewährleisten, wird die Bewegung der Handhabungsvorrichtung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung in Abhängigkeit vom Substratdurchmesser gesteuert.

Bei einer weiteren Ausführungsform der Erfindung wird eine Zentrierung zwischen Substrat und Handhabungsvorrichtung durch eine Einrichtung zum synchronen Bewegen der ersten oder zweiten Auflage abhängig vom Substratdurchmesser erreicht. Hierdurch wird nach dem Zurückkippen der ersten Auflage eine genaue, und für Substrate mit unterschiedlichen Durchmessern gleichbleibende Positionierung des Substratmittelpunkts erreicht, sodaß eine besondere Steuerung der Handhabungsvorrichtung entfällt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird auch durch ein Verfahren zum Ausrichten von scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, gelöst, indem das Substrat auf einer Ausrichtvorrichtung abgelegt wird, eine bewegbare erste Auflage der Ausrichtvorrichtung in eine zur Horizontalen schräge Stellung bewegt, insbesondere gekippt wird, um das Substrat in eine zur Horizontalen schräge Stellung und aufgrund der Schräge gegen wenigstens einen Anschlag zu bringen, und das Substrat in eine vorgegebene Drehposition, die mit einer Erfassungseinheit überwacht wird, gedreht wird. Hierdurch ergeben sich die schon unter Bezug auf die Vorrichtung genannten Vorteile, und zwar insbesondere eine einfache und kostengünstige Ausrichtung von Substraten, die zeitsparend in einer einzelnen Abfolge von Schritten erfolgt. Durch Bewegen, insbesondere Kippen der Auflage kann das Substrat zunächst in einer im wesentlichen horizontalen Position auf der Ausrichtvorrichtung abgelegt werden, wie es bei bisherigen Vorrichtungen der Fall war. Hierdurch ergibt sich eine gute Kompatibilität des erfindungsgemäßen Verfahrens mit bestehenden Substrat-Handhabungsvorrichtungen zum Transport des Substrats.

Um eine gute Führung des Substrats sicherzustellen und eine Relativbewegung zwischen dem Substrat und anderen Elementen zu reduzieren, werden die Auflage und der Anschlag vorzugsweise gemeinsam bewegt.

Für eine einfache Drehung des Substrats wird es vorzugsweise durch Drehen wenigstens eines Anschlagelementes des Anschlags gedreht. Dabei werden für eine möglichst gleichmäßige Drehung vorzugsweise zwei beabstandete Anschlagelemente gedreht.

Vorzugsweise wird die Drehung des Substrats in Abhängigkeit von einer durch die Erfassungseinheit ermittelten Ausrichtung des Substrats gesteuert, um eine ordnungsgemäße und genaue Positionierung des Substrats in Drehrichtung zu gewährleisten.

Vorteilhafterweise wird der Durchmesser des Substrats ermittelt und bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Abstand zwischen den Anschlagelementen in Abhängigkeit vom Durchmesser des Substrats eingestellt. Hierdurch wird eine genaue und gleichbleibende Positionierung eines Mittelpunkts des Substrats unabhängig von seinem Durchmesser ermöglicht. Um eine Relativbewegung zwischen dem Substrat und der Auflage zu vermeiden, wird das Substrat vorzugsweise durch eine Drehung der Auflage gedreht.

Bei einer Ausführungsform der Erfindung wird die Bewegung einer Substrat- Handhabungsvorrichtung in Abhängigkeit vom Durchmesser des Substrats gesteuert, um eine zentrierte Aufnahme des Substrats zu gewährleisten. Bei einer weiteren Ausführungsform wird die zentrierte Aufnahme dadurch erreicht, daß die Auflageelemente der ersten oder der zweiten Auflage nach dem Zurückkippen der ersten Auflage abhängig vom Substratdurchmesser synchron in eine Richtung bewegt werden

Weitere Merkmale, Vorteile und Einzelheiten der Erfindung werden nachfolgend anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele unter Bezugnahme auf die Figuren erläutert. Es zeigen:

Fig. 1a und b eine schematische Seitenansicht sowie eine Draufsicht auf eine Vorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 2a und b eine schematische Seitenansicht sowie eine Draufsicht ähnlich zu Fig. 1, mit einem auf der Vorrichtung abgelegten Halbleiterwafer;

Fig. 3 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 2a in einer Ausgangsposition;

Fig. 4 eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung gemäß Fig. 3 in einer zweiten, gekippten Position;

Fig. 5 eine Draufsicht auf die Vorrichtung in ihrer gekippten Position;

Fig. 6 eine schematische Darstellung von Halbleitersubstraten mit unterschiedlichen Durchmessern, wie sie an einem nichtbeweglichen Anschlag der erfindungsgemäßen Vorrichtung anliegen;

Fig. 7 eine schematische Darstellung von Halbleiterwafern mit unterschiedlichen Durchmessern, wie sie an einem beweglichen Anschlag gemäß der erfindungsgemäßen Vorrichtung anliegen;

Fig. 8 eine vergrößerte Darstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß Fig. 1;

Fig. 9 eine schematische Seitenansicht einer alternativen Ausführungsform einer Ausrichtvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;

Fig. 10 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung gemäß Fig. 9 in einer gekippten Stellung;

Fig. 11a-d schematische Seitenansichten einer herkömmlichen Ausrichtvorrichtung, die den Arbeitsablauf der Vorrichtung darstellen;

Fig. 12 das Ergebnis einer Oberflächenabtastung vor und nach einem Ausrichtvorgang auf der herkömmlichen Ausrichtungsvorrichtung.

Die Fig. 1a und b zeigen eine schematische Seitenansicht bzw. eine Draufsicht auf eine Vorrichtung 10 zum Ausrichten von scheibenförmigen Halbleiterwafern 12 (siehe Fig. 2). Die Vorrichtung 10 weist eine Platte 14 auf, die, wie nachfolgend noch beschrieben wird, kippbar ist. Die Platte 14 weist drei sich von unten nach oben durch die Platte 14 erstreckende ovale Öffnungen 16 auf. Drei Auflagestifte 18 erstrecken sich durch die Öffnungen 16 in der Platte 14 und sind an einer nicht näher dargestellten Grundplatte befestigt. Die Auflagestifte 18 bilden eine Dreipunktauflage mit einer im wesentlichen horizontalen Auflageebene zur Aufnahme des Halbleiterwafers 12, wie am besten in Fig. 2a zu erkennen ist. Auf einer Oberseite 20 der Platte 14 befinden sich drei Teflonscheiben 22, die, wie nachfolgend noch beschrieben wird, als Auflageelemente für den Halbleiterwafer 12 dienen, wenn die Platte 14 bezüglich der Horizontalen gekippt wird. Statt der drei Stifte 18 und der drei Scheiben 22 ist es auch möglich, jeweils zwei langgestreckte Elemente vorzusehen, die eine Auflageebene bilden und einen sicheren Halt des Wafers erlauben.

An der Platte 14 sind ferner zwei drehbare Anschlagstifte 24 vorgesehen. Die Anschlagstifte 24 sind über einen nicht näher dargestellten Antriebsmechanismus drehbar, wobei die zwei Stifte über einen gemeinsamen Antriebsriemen miteinander verbunden sind, um eine synchrone Drehung der beiden Stifte zu erreichen.

Fig. 3 zeigt eine schematische Seitenansicht der Vorrichtung 10 mit einem darauf abgelegten Wafer 12 in einer Ausgangsstellung. Der Wafer 12 ruht auf den Auflagestiften 18, und die Platte 14 befindet sich in einer horizontalen Ausrichtung.

Fig. 4 zeigt die Vorrichtung 10 in einer anderen Position. Die Platte 14 ist zur Horizontalen gekippt, so daß der Wafer 12 nicht mehr auf den stationären Auflagestiften 18, sondern auf den Teflonscheiben 22 aufliegt und sich daher ebenfalls in einer schrägen Stellung befindet. Durch die Schräge und dadurch, daß Teflon einen geringen Reibungswiderstand besitzt, rutscht der Wafer 12 gegen die Anschlagstifte 24 und wird dazwischen zentriert, wie am besten in der Draufsicht gemäß Fig. 5 zu sehen ist. In dieser Stellung werden die Anschlagstifte 24 gedreht, um den Wafer 12 um seine Mittelachse zu drehen, wie ebenfalls am besten in der Draufsicht gemäß Fig. 5 zu sehen ist.

Es ist bekannt, daß Halbleiterwafer in der Regel eine Kerbe, die auch als Notch bezeichnet wird, oder eine Abflachung, die auch als Flat bekannt ist, aufweisen, anhand derer die Kristallrichtung des Wafers bestimmt werden kann. Die Vorrichtung 10 weist eine nicht näher dargestellte Sensoreinrichtung, wie beispielsweise eine Kamera oder eine CCD-Zeile auf, die in der Lage ist, die Markierung des Wafers zu erkennen und dessen Position während der oben genannten Drehung des Wafers um seine Mittelachse zu bestimmen. Um eine gewünschte Kristallausrichtung des Wafers 12 zu erreichen, wird seine Drehung so gesteuert, daß die Markierung des Wafers in eine vorbestimmte Position, die von der Sensoreinrichtung erkannt wird, gedreht wird. Die Drehung wird daher anhand der vom Sensor ermittelten Position der Markierung gesteuert.

Wenn sich die Markierung in der vorbestimmten Position befindet, ist der Halbleiterwafer sowohl räumlich als auch bezüglich seiner Kristallrichtung ausgerichtet. Nun wird die Platte 14 zurückgekippt, wodurch der Wafer 12 wieder auf den Auflagestiften 18 abgelegt wird. Der Wafer 12 befindet sich nun in einer genau bestimmten räumlichen sowie bezüglich seiner Kristallrichtung ausgerichteten Position auf den Auflagestiften 18. Zum Entnehmen des Substrats 12 wird eine Substrat-Handhabungsvorrichtung derart unter den Wafer 12 bewegt, daß sie ihn zentriert aufnimmt und zur weiteren Verarbeitung abtransportiert.

Bei dem zuvor beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die Anschlagstifte 24 örtlich auf der Platte 14 fixiert. Wenn Halbleiterwafer mit unterschiedlichen Durchmessern auf der Vorrichtung 10 abgelegt und anschließend ausgerichtet werden, liegt der Mittelpunkt der jeweiligen Wafer an unterschiedlichen Stellen, wie in Fig. 6 zu erkennen ist. Bei Wafern mit geringeren Durchmessern rückt der Mittelpunkt der Wafer näher an eine durch die Anschlagstifte 24 gehende Gerade A heran.

Um den Durchmesser des Wafers und somit dessen Mittelpunkt nach der Ausrichtung genau zu bestimmen, ist ein Sensor zum Messen des Waferdurchmessers vorgesehen. Diese Funktion wird durch den Ausrichtungssensor, d. h. beispielsweise durch eine Kamera oder CCD-Zeile ausgeführt. Eine Längenskala auf der Platte 14 wird durch die Kamera oder CCD-Zeile abgelesen, wodurch der Waferdurchmesser bekannt ist. Die Bewegung der Handhabungsvorrichtung zum Entnehmen des Halbleiterwafers wird in Abhängigkeit vom so ermittelten Waferdurchmesser gesteuert, so daß sie den Wafer immer genau zentriert aufnimmt. Natürlich sind auch andere Arten der Ermittlung des Waferdurchmessers möglich.

Fig. 7 zeigt schematisch eine alternative Ausführungsform der Erfindung, bei der im wesentlichen die selben Bauteile wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel vorgesehen sind. Statt ein Paar seitlich fixierter Anschlagstifte 24 vorzusehen, sind die Anschlagstifte 24 seitlich bewegbar auf der Platte 14 angebracht. Durch eine seitliche Bewegung der Anschlagelemente 24 aus einer in Fig. 7 gezeigten ersten Position, die durch einen ausgefüllten Punkt dargestellt ist, zu einer zweiten Position, die durch einen Kreis dargestellt ist, ist es möglich, Halbleiterwafer mit unterschiedlichen Durchmessern so aufzunehmen, daß deren Mittelpunkt immer auf der selben Position liegt. Hierzu ist es wiederum notwendig, den Durchmesser des Wafers zu ermitteln und anschließend die Anschlagstifte seitlich zu bewegen, so daß der Mittelpunkt des Substrats auf einem vorbestimmten Punkt liegt. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, daß die Substrat-Handhabungsvorrichtung unabhängig vom Waferdurchmesser immer in die selbe Position fahren kann, um den Wafer zentriert aufzunehmen. Darüber hinaus wird hierdurch eine Zentrierung des Wafers bezüglich der Teflonauflagen 22 unabhängig vom Waferdurchmesser ermöglicht. In diesem Zusammenhang ist es möglich, die Teflonauflagen 22 derart anzuordnen, daß sie auf einem Kreis liegen, dessen Mittelpunkt mit den Mittelpunkten der Wafer zusammenfällt. Indem man die Teflonauflagen auf einem drehbaren Element, wie z. B. einem Drehteller oder einem drehbaren Kreisring anordnet, kann die Drehung des Wafers, und somit die Ausrichtung des Wafers bezüglich Notch oder Flat, über die Teflonscheiben erfolgen. Hierdurch wird insbesondere eine Reibung zwischen den Teflonscheiben und dem Wafer vermieden, da es während der Drehung zu keiner Relativbewegung zwischen dem Wafer und den Aufschlagscheiben kommt.

Für eine Zentrierung des Wafers bezüglich einer Handhabungsvorrichtung unabhängig von seinem Durchmesser ist es auch möglich, die Auflagestifte 18 oder die Teflonscheiben 22 bzw. die Kippplatte linear zu bewegen.

Bei einer weiteren Ausführungsform wird die zentrierte Aufnahme dadurch erreicht, daß die Auflageelemente der ersten oder der zweiten Auflage nach dem Zurückkippen der ersten Auflage abhängig vom Substratdurchmesser synchron in eine Richtung bewegt werden

Fig. 8 zeigt, wie die Platte 14 der Vorrichtung 1 gemäß Fig. 1 nach einem Ausrichtvorgang zurückgekippt wird. Bei der in Fig. 8 gezeigten Stellung ist der Wafer 12 teilweise auf einem der Auflagestifte 18 und teilweise auf einer der Teflonscheiben 22 aufgenommen. Dabei kommt es bei der Kippbewegung der Platte 14 zu einer Relativbewegung zwischen der eingekreisten Kante des Auflagestifts 18 sowie der eingekreisten Kante der Teflonscheibe 22, da der Wafer von den Anschlagstiften 24 nach rechts gedrückt wird. Dies kann zu unerwünschter Partikelbildung sowie zu Kratzern auf der Waferoberfläche führen.

Daher sind bei einer nicht näher dargestellten bevorzugten Ausführungsform der Erfindung die Kanten der Auflagestifte 18 sowie der Teflonscheiben 22 bzw. deren gesamten Auflagefläche abgerundet, wodurch ein Abrollen des Wafers auf den Stiften bzw. Scheiben erreicht wird. Insbesondere werden Kratzer durch Kanten der Auflagestifte bzw. der Teflonscheiben vermieden.

Die Fig. 9 und 10 zeigen eine alternative Vorrichtung 30 zum Ausrichten von Halbleiterwafern 32. Die Vorrichtung 30 weist eine Basisplatte 34 und eine Kippplatte 36 auf, die über eine Gelenkverbindung 37 schwenkbar miteinander verbunden sind.

An der Kippplatte 36 sind wie beim ersten Ausführungsbeispiel drehbare Anschlagstifte 38 angebracht, die über eine nicht näher dargestellte Vorrichtung um ihre Mittelachse drehbar sind. An der Kippplatte 36 sind ferner erste Auflagestifte 40 sowie zweite Auflagestifte 42 angeordnet. Es sind jeweils drei erste und zweite Auflagestifte 40, 42 vorgesehen, die jeweils eine Dreipunktauflage für den Halbleiterwafer 32 bilden.

Die Auflagestifte 40 erstrecken sich durch die Kippplatte 36 hindurch und sind relativ zur Kippplatte 36 bewegbar. Die Bewegung der Auflagestifte 40 relativ zur Kippplatte 36 wird durch eine obere und eine untere Begrenzungsscheibe 44, 46 begrenzt, die oberhalb bzw. unterhalb der Kippplatte 36 angeordnet sind. Zwischen der unteren Begrenzungsscheibe 46 und einer Unterseite der Kippplatte 36 ist eine Feder 48 angeordnet, die den Auflage 40 nach unten, d. h. vom Halbleiterwafer 32 weg, vorspannt. Der Auflagestift 40 besitzt einen Fuß 50, der in einer ersten Position der Kippplatte 36, wie sie in Fig. 9 gezeigt ist, mit einer Oberseite der Basisplatte 34 in Kontakt steht und den Auflagestift 40 entgegen der Federvorspannung nach oben durch die Platte 36 hindurchdrückt. In dieser ersten, in Fig. 9 dargestellten Position, bilden die Auflagestifte 40 eine im wesentlichen horizontale Auflageebene, die über einer durch die Auflagestifte 42 gebildete Auflageebene liegt.

Wenn die Kippplatte 36 bezüglich der Basisplatte 34 gekippt wird, entfernen sich die Füße 50 der Auflagestifte 40 von der Oberseite der Basisplatte 34 und die Auflagestifte 40 bewegen sich durch die Federvorspannung vom Substrat 32 weg. Diese Bewegung wird durch die obere Begrenzungsscheibe 44 begrenzt, wie in Fig. 10 zu erkennen ist. In dieser Stellung liegt die durch die Auflagestifte 40 gebildete Auflageebene unterhalb der von den Auflagestiften 42 gebildeten Auflageebene, so daß das Substrat nunmehr auf den Auflagestiften 42 ruht. In dieser Stellung rutscht der Wafer 32 gegen die Anschlagstifte 38 und wird wie bei dem ersten Ausführungsbeispiel dazwischen zentriert und wie zuvor beschrieben ausgerichtet.

Nach der Ausrichtung wird die Platte 36 zurückgekippt, wodurch die Füße 50 der Auflagestifte 40 mit der Basisplatte 34 in Eingriff kommen und die Stifte entgegen ihrer Federvorspannung in Richtung des Halbleiterwafers 32 drücken. Die Füße 50 der Auflagestifte 40 sind abgerundet, um sich beim Zurückkippen auf der Grundplatte abzurollen und ein Verkanten der Stifte innerhalb der Kippplatte 36 zu vermeiden. Da die Auflagestifte 40 mit der Kippplatte 36 gekippt werden, sind deren Auflageflächen stets parallel zur Waferoberfläche, wodurch ein Aufsetzen des Wafers auf nur einer Stiftkante sowie eine Relativbewegung zwischen den Auflagestiften 40 und dem Wafer 32 beim Zurückkippen im wesentlichen ausgeschlossen wird.

Obwohl die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele beschrieben wurde, ist die vorliegende Erfindung nicht darauf beschränkt. Insbesondere ist es möglich, die Auflagestifte 18 und 40 gemäß den Ausführungsbeispielen wegzulassen, wodurch die Halbleiterwafer direkt auf den Teflonscheiben 22 bzw. den Auflagestiften 42 abgelegt würden. Auch ist es zwingend nicht notwendig, eine kippbare Platte vorzusehen. Eine schräge Auflageebene läßt sich auch durch eine Relativbewegung in Vertikalrichtung zwischen den Auflageelementen erreichen. Ferner ist es auch möglich, die Halbleiterwafer auf einer stationären, eine zur Horizontalen schräge Ebene bildende Auflagevorrichtung abzulegen. Für diesen Fall wäre es notwendig, eine Wafer- Handhabungsvorrichtung vorzusehen, die die Wafer in die schräge Position bringt und auf der Auflagevorrichtung ablegt. Das Problem einer Partikelansammlung auf dem Wafer läßt sich dadurch vermindern, daß eine Partikel- Absaugvorrichtung vorgesehen wird, die insbesondere im gekippten Zustand der Platte auf dem Wafer befindliche Partikel nach unten absaugt.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung (10; 30) zum Ausrichten von scheibenförmigen Substraten (12; 32), insbesondere Halbleiterwafern, mit einer Ausrichtungs- Erfassungseinheit, gekennzeichnet durch

    wenigstens eine bewegbare erste Auflage (22; 42) zum Aufnehmen des Substrats (12; 32), die eine Auflageebene bildet;

    eine Einrichtung (14; 36) zum Kippen der ersten Auflage (22, 42) bezüglich der Horizontalen, um die Auflageebene in eine zur Horizontalen schräge Position zu bringen;

    einen Anschlag (24; 38), gegen den das Substrat aufgrund der Schräge bewegbar ist; und

    eine Drehvorrichtung (24; 38) zum Drehen des Substrats.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Auflage (22; 42) wenigstens zwei, die Ebene bildende erste Auflageelemente (22; 42) aufweist.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Auflageelemente (22; 42) wenigstens im Auflagebereich ein Material mit geringer Reibung, insbesondere Teflon, aufweisen.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Auflagebereich der Auflageelemente abgerundet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (24; 38) kippbar ist.
  6. 6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Anschlag (24; 38) wenigstens zwei voneinander beabstandete Anschlagstifte (24; 38) aufweist.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einer der Anschlagstifte (24; 38) drehbar ist.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagstifte (24; 38) synchron zueinander drehbar sind.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehvorrichtung (24; 38) in Abhängigkeit von einer durch die Erfassungseinheit ermittelten Ausrichtung des Substrats (12; 32) steuerbar ist.
  10. 10. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageelemente (22; 42) und/oder die Anschlagstifte (24; 38) auf einer gemeinsamen Platte (14; 36) angeordnet sind.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Platte (14; 36) kippbar ist.
  12. 12. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine zweite, eine im wesentlichen horizontale Ebene bildende Auflage (18; 40) zum Aufnehmen des Substrats.
  13. 13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die erste (22; 42) und die zweite Auflage (18; 40) relativ zueinander bewegbar sind.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Auflage (18; 40) wenigstens zwei die horizontale Ebene bildende zweite Auflageelemente (18; 40) aufweist.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Auflageelemente (18; 40) stationär ausgebildet sind.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß sich die zweiten Auflageelemente (18; 40) durch Öffnungen in der Platte (14; 36) erstrecken.
  17. 17. Vorrichtung nach Anspruch 14 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Auflageelemente (40) mit der Platte (36) und relativ zu Ihr bewegbar sind.
  18. 18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die zweiten Auflageelemente (40) in eine vom Substrat (32) weg weisende Richtung vorgespannt sind.
  19. 19. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Einrichtung zum Messen des Substratdurchmessers.
  20. 20. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Anschlagstiften (24; 38) in Abhängigkeit vom Substratdurchmesser einstellbar ist.
  21. 21. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Auflageelemente (22; 42) um einen gemeinsamen Mittelpunkt drehbar sind.
  22. 22. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten Auflageelemente (22; 42) auf einem drehbaren Element angeordnet sind.
  23. 23. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Substrat-Handhabungsvorrichtung zum Transport des Substrats (12; 32), wobei die Bewegung der Handhabungsvorrichtung in Abhängigkeit vom Substratdurchmesser steuerbar ist.
  24. 24. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten (22; 42) und/oder die zweiten Auflageelemente (18; 40) in Abhängigkeit vom Substratdurchmesser synchron in eine Richtung bewegbar sind.
  25. 25. Verfahren zum Ausrichten von scheibenförmigen Substraten, insbesondere Halbleiterwafern, mit den folgenden Verfahrensschritten:

    Ablegen des Substrats auf einer Ausrichtvorrichtung;

    Bewegen, insbesondere Kippen einer bewegbaren ersten Auflage der Ausrichtvorrichtung in eine zur Horizontalen schräge Stellung, zum Bewegen des Substrats in eine zur Horizontalen schräge Stellung, in der das Substrat aufgrund der Schräge gegen wenigstens einen Anschlag anliegt;

    Drehen des Substrats in eine vorgegebene Drehposition; und

    Überwachen der Drehposition mit einer Erfassungseinheit.
  26. 26. Verfahren nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflage und der Anschlag gemeinsam bewegt werden.
  27. 27. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 oder 26, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat durch Drehen wenigstens eines Anschlagelements des Anschlags gedreht wird.
  28. 28. Verfahren nach Anspruch 27, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens zwei beabstandete Anschlagelemente gedreht werden.
  29. 29. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Drehung des Substrats in Abhängigkeit von einer durch die Erfassungseinheit ermittelten Ausrichtung des Substrats gesteuert wird.
  30. 30. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 29, dadurch gekennzeichnet, daß der Durchmesser des Substrats ermittelt wird.
  31. 31. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß der Abstand zwischen den Anschlagelementen in Abhängigkeit vom Durchmesser des Substrats eingestellt wird.
  32. 32. Verfahren nach einem der Ansprüche 25 bis 31, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat durch eine Drehung der Auflage gedreht wird.
  33. 33. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung einer Substrat-Handhabungsvorrichtung in Abhängigkeit vom Durchmesser des Substrats gesteuert wird.
  34. 34. Verfahren nach Anspruch 30, dadurch gekennzeichnet, daß die ersten und/oder die zweiten Auflageelemente in Abhängigkeit vom Substratdurchmesser synchron in eine Richtung bewegt werden.






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