DE102019006050A1 - Stifthubvorrichtung mit Gleitführung - Google Patents

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Abstract

Stifthubvorrichtung (10), insbesondere Pin-Lifter, die zur Bewegung und Positionierung eines Substrats in einem durch eine Vakuumprozesskammer bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich ausgebildet ist. Die Stifthubvorrichtung weist einen Kupplungsteil (13) auf, der eine zur Aufnahme eines zum Kontaktieren und Tragen des Substrats ausgestalteten Tragstifts ausgebildeten Kupplung (14) aufweist, und weist zudem eine Antriebseinheit (11) auf, die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung (14) zusammenwirkt, dass die Kupplung (14) linear entlang einer Verstellachse (A) von einer abgesenkten Normalposition in eine ausgefahrene Trageposition und zurück verstellbar ist. Der Kupplungsteil (13) weist ein entlang der Verstellachse (A) bewegliches Gleitführungselement (20) auf, wobei das Gleitführungselement (20) mit der Antriebseinheit (11) und wobei das Gleitführungselement (20) zumindest ein Gleitelement (22) aufweist, wobei das Gleitelement (22) mit einer durch den Kupplungsteil (13) bereitgestellten Führungsfläche (13a) derart zusammenwirkt, dass das Gleitführungselement (20) linear entlang der Verstellachse (A) und relativ zur Führungsfläche (13a) gleitend führbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Stifthubvorrichtung zur Bewegung und Positionierung eines Substrats in einer Prozesskammer.
  • Stifthubvorrichtungen, auch Pin-Lifter genannt, sind typischerweise zur Aufnahme und definierten Positionierung eines in einer Prozesskammer zu bearbeitenden Substrats konzipiert und vorgesehen. Diese kommen insbesondere bei Vakuumkammersystemen im Bereich der IC-, Halbleiter-, Flat Panel- oder Substratfertigung, die in einer geschützten Atmosphäre möglichst ohne das Vorhandensein verunreinigender Partikel stattfinden muss, zum Einsatz.
  • Derartige Vakuumkammersysteme umfassen insbesondere mindestens eine zur Aufnahme von zu bearbeitenden oder herzustellenden Halbleiterelementen oder Substraten vorgesehene, evakuierbare Vakuumkammer, die mindestens eine Vakuumkammeröffnung besitzt, durch welche die Halbleiterelemente oder anderen Substrate in die und aus der Vakuumkammer führbar sind. Beispielsweise durchlaufen in einer Fertigungsanlage für Halbleiter-Wafer oder Flüssigkristall-Substrate die hochsensiblen Halbleiter- oder Flüssigkristall-Elemente sequentiell mehrere Prozess-Vakuumkammern, in denen die innerhalb der Prozess-Vakuumkammern befindlichen Teile mittels jeweils einer Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet werden.
  • Solche Prozesskammern verfügen häufig über zumindest ein Transferventil, dessen Querschnitt dem Substrat und Roboter angepasst ist und durch welches das Substrat in die Vakuumkammer eingebracht und ggf. nach der vorgesehenen Bearbeitung entnommen werden kann. Alternativ kann z.B. ein zweites Transferventil vorgesehen sein, durch das das bearbeitete Substrat aus der Kammer gebracht wird.
  • Das Führen des Substrats, z.B. eines Wafers, erfolgt beispielsweise mit einem entsprechend ausgebildeten und gesteuerten Roboterarm, der durch die mit dem Transferventil bereitstellbare Öffnung der Prozesskammer durchführbar ist. Das Bestücken der Prozesskammer erfolgt dann mittels Greifen 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 entsprechender Weise.
  • Für das Ablegen des Substrats und für die genaue Positionierung des Substrats in der Kammer muss eine verhältnismässig hohe Genauigkeit und Beweglichkeit des Substrats gewährleistet sein. Hierfür werden Stifthubsysteme eingesetzt, die eine Mehrzahl von Auflagepunkten für das Substrat und damit eine Lastverteilung (aufgrund des Eigengewichts des Substrats) über das gesamte Substrat bereitstellen.
  • Das Substrat wird beispielsweise mittels des Roboters über den Tragstiften der Hubvorrichtung in Position gebracht und durch die Stifte angehoben. Alternativ befinden sich die Stifte in einer Aufnahmeposition und der Roboter legt das Substrat auf die sich in dieser Position befindlichen Stifte ab. Das Substrat wird durch ein Absenken der Stifte auf einem Träger, z.B. einer Potentialplatte (Chuck), abgelegt und der Roboterarm, der typischerweise das Substrat trägt, wird aus der Kammer gefahren, z.B. gleichzeitig mit oder nach dem Ablegen oder Absenken des Substrats. Die Stifte können nach dem Ablegen des Substrats weiter abgesenkt werden und liegen dann von diesem separiert vor, d.h. es besteht kein Kontakt zwischen den Stiften und dem Substrat. Nach Entfernen des Roboterarms und Schliessen (und Einbringen von Prozessgas bzw. Evakuieren) der Kammer wird der Bearbeitungsschritt durchgeführt.
  • Eine geringe Krafteinwirkung auf das Substrat ist insbesondere auch nach der Durchführung des Prozessschrittes in der Kammer und bei einem nachfolgenden Anheben des Substrats von hoher Bedeutung, da das Substrat beispielsweise am Träger anhaften kann. Wird nun das Substrat zu schnell von dem Träger weggedrückt, kann es hierbei zu einem Bruch des Substrats kommen, da die Haftkräfte zumindest an gewissen Auflagepunkten nicht überwunden oder aufgelöst werden können. Zudem kann auch bei einem Zustandekommen des Kontakts zwischen den Tragstiften und dem Substrat ein dabei auftretendes Anstossen an dem Substrat zu einer unerwünschten Beanspruchung (oder Bruch) führen.
  • Gleichzeitig soll neben einer möglichst sanften und schonenden Behandlung der zu bearbeitenden Substrate eine ebenso möglichst kurze Bearbeitungszeit ermöglicht werden. Dies bedeutet, dass das Substrat möglichst schnell in die definierten Zustände - Be- und Entladeposition und Bearbeitungsposition - in der Kammer gebracht werden kann.
  • Zur Vermeidung von unerwünschten Stössen bei z.B. der Bearbeitung von Halbleiterwafern schlägt die US 6,481,723 B1 die Verwendung einer speziellen Stoppvorrichtung anstelle von harten Bewegungsanschlägen in einem Pin-Lifter vor. Allfällige Hartplastikanschläge sollen hier durch eine Kombination eines weicher ausgestalteten Anschlagteils und eines Hartanschlags ersetzt werden, wobei für die Bewegungsbegrenzung zunächst der Kontakt mit dem weichen Anschlagteil hergestellt 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 Tragstifte können hier in Abhängigkeit des erhaltenen Kraftsignals bewegt werden, so dass die Hebekraft an den Tragstiften stets entsprechende dosiert und kontrolliert auf den Wafer wirkt.
  • Mit jedem Bearbeitungszyklus werden die Tragstifte (Pins) in einen Kontakt mit dem aufzunehmenden Substrat gebracht und von diesem gelöst. Hierbei treten naturgemäss entsprechende mechanische Beanspruchungen der Pins und des Antriebs auf. Die Bearbeitungszyklen sind oft vergleichsweise eng getaktet und beanspruchen eine relativ kurze Prozesszeit. Eine Vielzahl von Widerholungen in vergleichsweise kurzer Zeit kann das Ergebnis dieser Prozessumsetzung sein. Typischerweise werden die Tragstifte daher als Verschleissmaterial betrachtet und bedürfen einer regelmässigen Erneuerung, d.h. sie sind gewöhnlich nach einer gewissen Anzahl Zyklen oder einer bestimmten Betriebszeit auszutauschen.
  • Entsprechend wird ein Motor eines mechatronisch ausgebildeten Pin-Lifters, also ein Pin-Lifter mit einem elektrischen Motor zur Verstellung des Pins, vermehrt beansprucht und bedarf einer präzisen Steuerung für das Kontaktieren des Substrats.
  • Naturgemäss ist ein Teil einer solchen Stifthubvorrichtung mit einem Prozessvolumen (Prozesskammer) verbunden, z.B. ist die Stifthubvorrichtung an die Prozesskammer angeflanscht. Typischerweise beeinflussen durch eine derartige Verbindung die verschiedenen Zustände der Kammer (z.B. Temperatur, Potential) entsprechend den Zustand der Stifthubvorrichtung und umgekehrt. Eine eventuelle Potentialdifferenz kann Fehler im Vakuumbearbeitungsprozess (z.B. Ätzen) verursachen.
  • Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung eine verbesserte Stifthubvorrichtung bereitzustellen, bei der obige Nachteile reduziert oder vermieden werden.
  • Im Speziellen ist es Aufgabe der Erfindung eine verbesserte Stifthubvorrichtung bereitzustellen, die eine optimierte, d.h. insbesondere präzisere und verlässlichere, Bewegung einzelner Tragstifte bei geringem Wartungsaufwand ermöglicht.
  • Es ist eine weitere spezielle Aufgabe der Erfindung eine Stifthubvorrichtung bereitzustellen, die das Entstehen einer Potentialdifferenz vermeidet.
  • Diese Aufgaben werden durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale der unabhängigen Ansprüche gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
  • Die Erfindung betrifft eine Stifthubvorrichtung, insbesondere Pin-Lifter, die zur Bewegung und Positionierung eines Substrats, insbesondere eines zu bearbeitenden Wafers (z.B. Halbleiterwafer) oder eines Rings, in einem durch eine Vakuumprozesskammer bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich ausgebildet ist. Die Stifthubvorrichtung weist einen Kupplungsteil auf, der eine zur Aufnahme eines zum Kontaktieren und Tragen des Substrats ausgestalteten Tragstifts ausgebildeten Kupplung aufweist. Zudem ist eine Antriebseinheit vorgesehen, die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung zusammenwirkt, dass die Kupplung linear entlang einer Verstellachse bewegbar ist, und zwar von einer abgesenkten Normalposition, insbesondere zur Bereitstellung eines von der Kupplung aufgenommenen Tragstifts in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt (z.B. Bewegen, Tragen und Positionieren eines Werkstücks bzw. Substrats) im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand (kein Kontakt zum Substrat) vorliegt, in eine ausgefahrene Trageposition, insbesondere zur Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats durch den Tragstift, und zurück.
  • Der bestimmungsgemässe Effekt des Tragstifts versteht sich im Wesentlichen zu einem Aufnehmen, Kontaktieren, Bewegen, Tragen und/oder Positionieren etc. eines Werkstücks bzw. Substrats. Ein wirkungsfreier Zustand des Tragstifts ist in diesem Kontext zu verstehen als ein Zustand, in dem der Stift kontaktlos (noch nicht oder nicht mehr in Kontakt stehend) mit einem bestimmungsgemäss zu kontaktierenden Substrat vorliegt und insbesondere den bestimmungsgemässen Zweck vorübergehend nicht bereitstellt, sich also z.B. in einer abgesenkten Warteposition befindet. Dies ist insbesondere der Fall, während ein Bearbeitungsprozess an dem Substrat durchgeführt wird. Die Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts jedoch bedeutet nicht ausschliesslich, dass ein Kontakt zwischen Tragstift und Substrat besteht, vielmehr kann der Stift in diesem Zustand in einem ausgefahrenen Zustand vorliegen und für die Aufnahme eines Wafers (Ablage des Wafers auf dem Stift) bereitgehalten werden. Auch die in der Folge bei Kontakt erfolgenden Prozesse oder Bewegungen (Transport des Wafers) sind als das Bereitstellen des bestimmungsgemässen Effekts zu verstehen.
  • Ein unbestückter Aufnahmezustand repräsentiert einen Zustand, in dem ein von der Kupplung aufzunehmender Tragstift sich nicht in einer gehaltenen Sollposition relativ zur Kupplung (in der Kupplung) befindet. Der bestückte Zustand ist als ein Zustand zu verstehen, in dem der Tragstift von der Kupplung in einer aufgenommenen Sollposition gehalten wird.
  • Der Kupplungsteil weist ein entlang der Verstellachse bewegliches Gleitführungselement auf, wobei das Gleitführungselement mit der Antriebseinheit und mit der Kupplung (jeweils zumindest mittelbar) gekoppelt ist und das Zusammenwirken der Antriebseinheit mit der Kupplung bereitstellt. Das Gleitführungselement weist zumindest ein Gleitelement auf, wobei das Gleitelement mit einer durch den Kupplungsteil bereitgestellten Führungsfläche derart zusammenwirkt, dass das Gleitführungselement linear entlang der Verstellachse und relativ zur Führungsfläche gleitend führbar ist.
  • Das Gleitführungselement bietet den Vorteil, dass eine direkte Kopplung zwischen dem Antrieb und der Kupplung vermieden werden kann. Hierdurch kann eine elektrische Trennung zwischen diesen Komponenten bereitgestellt werden. Zudem kann das Gleitführungselement ein präzises, reibungsarmes Bewegen der inneren beweglichen Komponenten des Pin-Lifters bieten. Aufgrund von Gleiteigenschaften kann dieses Bewegen schmiermittelfrei, und damit wartungsarm bereitgestellt werden. Durch das Zusammenwirken des Gleitführungselements mit der Führungsfläche wird zudem ein Verkippen des Antriebsstranges vermieden, wodurch wiederum ein präzises und ruckfreies Bewegen erfolgen kann.
  • Die Erfindung ist nicht auf Stifthubvorrichtungen zum Transport von Wafern beschränkt. Vielmehr sind unter dem zu bewegenden Substrat auch alternative Teile oder Werkstücke zu verstehen. Insbesondere ist als Substrat ein Ring zu verstehen, welcher um einen zu bearbeitenden Wafer zu platzieren ist. Dieser Ring wird ebenfalls auf dem Chuck abgelegt. Der Ring wird vorzugsweise mittels einer Anordnung von Stifthubvorrichtungen bewegt.
  • Der Innendurchmesser des Rings ist gleich oder etwas grösser als der Durchmesser des Wafers. Der Ring dient zur virtuellen Vergrösserung der Waferfläche. Hierdurch kann die präzise Bearbeitung des gesamten Wafers bei gleichzeitiger Abschirmung des Chucks gewährleistet werden. Der Ring bildet somit einen Randbereich für die Bearbeitung, wobei in diesem Bereich ohnehin mit einer reduzierten Bearbeitungsqualität zu rechnen ist.
  • Die Stifthubvorrichtungen können hierfür entsprechend der Dimensionierung des Rings angeordnet sein. Der Ring kann damit separiert vom Wafer mittels der Stifthubvorrichtungen bewegt werden. Derartige Anordnungen werden auch Ring-Lifter genannt.
  • Die Stifthubvorrichtung kann entsprechend Teil einer Ring-Lifter Anordnung sein, wobei das Substrat ein Ring ist.
  • In einer Ausführungsform weist die Stifthubvorrichtung eine dynamische Trenneinrichtung zur Trennung des Prozessatmosphärenbereichs von einem Aussenatmosphärenbereich auf, wobei die Antriebseinheit zumindest teilweise, insbesondere vollständig, dem Aussenatmosphärenbereich und die Kupplung insbesondere zumindest teilweise dem Prozessatmosphärenbereich zugeordnet ist. Durch die Trenneinrichtung ist ein definiertes Innenvolumen variierbar und die Variation des Innenvolumens korreliert mit einer Bewegung des Gleitführungselements.
  • Insbesondere kann die dynamische Trenneinrichtung mit dem Gleitführungselement derart gekoppelt sein, dass bei einem Verstellen der Kupplung aus der abgesenkten Normalposition in die ausgefahrene Trageposition das Innenvolumen abnimmt, insbesondere wobei eine räumliche Ausdehnung der Trenneinrichtung entlang der Verstellachse abnimmt.
  • Die dynamische Trenneinrichtung kann insbesondere als ein Balg ausgebildet sein, der im Innenvolumen des Kupplungsteils angeordnet ist. Die Trenneinrichtung der Stifthubvorrichtung kann auch durch ein Gehäuse der Antriebseinheit gebildet sein.
  • Die Antriebseinheit kann als Elektromotor, insbesondere Schrittmotor, ausgebildet sein, wodurch eine mechatronische Stifthubvorrichtung bereitgestellt ist.
  • In einer Ausführung kann das Gleitführungselement eine zentrale, sich entlang der Verstellachse erstreckenden (insbesondere koaxial zur Verstellachse vorliegende) erst Ausnehmung aufweisen und die Ausnehmung ein Innengewinde bereitstellen. Die Stifthubvorrichtung kann zudem eine mit der Antriebseinheit gekoppelte Gewindestange mit einem Aussengewinde aufweisen, wobei das Aussengewinde mit dem Innengewinde zusammenwirkt.
  • Gemäss einer Ausführungsform kann die Führungsfläche durch ein Gehäuse der Stifthubvorrichtung, insbesondere des Kupplungsteils, als Innenfläche bereitgestellt sein.
  • In einer bestimmten Ausführungsform kann das Gleitelement durch sein Zusammenwirken mit der Führungsfläche vorgespannt vorliegen.
  • Insbesondere kann das Gleitelement durch dessen geometrische Form und räumliche Dimensionierung eine bezüglich der Verstellachse den grössten Abstand (bezogen auf des gesamte Gleitführungselement) aufweisende Aussenfläche bereitstellen, deren Abstand zur Verstellachse in einem entspannten Normalzustand grösser ist als ein Abstand der Führungsfläche zur Verstellachse, wodurch das Gleitelement in Zusammenwirkung mit der Führungsfläche vorgespannt ist und eine Federwirkung bereitstellt. Der entspannte Normalzustand entspricht hierbei insbesondere einem Zustand, in dem das Gleitführungselement nicht in der Stifthubvorrichtung bzw. nicht in dem Kupplungsteil, sondern insbesondere separat, vorliegt.
  • In einer Ausführungsform kann das Gleitführungselement zumindest ein erstes Gleitelement an einem ersten Ende bezüglich einer Erstreckungsrichtung des Gleitführungselements und zumindest ein zweites Gleitelement an einem zweiten, dem ersten Ende gegenüberliegenden Ende aufweisen, wobei das zumindest erste und das zumindest zweite Gleitelement mit der Führungsfläche derart zusammenwirken, dass das Gleitführungselement verkippungsfrei gelagert ist, wobei das Gleitführungselement im Rahmen seiner Beweglichkeit entlang der Verstellachse jeweils verkippungsfrei vorliegt.
  • Durch eine derartige Ausbildung der Stifthubvorrichtung kann eine homogene Verteilung der Verspannkräfte zwischen Gleitelementen und Führungsflächen erreicht werden. So kann ein optimales Gleiten des Gleitführungselements in dem Kupplungsteil sichergestellt werden. Durch eine geeignete Abstimmung der auf die Führungsfläche wirkenden Spannkräfte und die damit einstellbaren Gleiteigenschaften kann zudem auf Schmiermittel verzichtet werden. Eine geeignete Materialwahl oder Beschichtung der Kontaktflächen kann zudem die Gleiteigenschaften beeinflussen.
  • Gemäss einer Ausführungsform kann das Gleitführungselement eine zylindrische Form aufweisen, wobei das Gleitführungselement zumindest an einem ersten oberen Ende hohlzylindrisch ausgeformt ist und die Hohlzylinderwand zumindest eine zweite Ausnehmung aufweist.
  • Insbesondere kann die zumindest eine Ausnehmung derart ausgeformt sein, dass die Ausnehmung sich parallel zur Zylinderachse erstreckt.
  • In einer Ausführung kann das Gleitführungselement zumindest zwei sich insbesondere parallel zur Zylinderachse erstreckende Ausnehmungen aufweisen, wobei das Gleitelement durch einen zwischen den zwei Ausnehmungen liegenden Hohlzylinderabschnitt bereitgestellt ist. Die Ausnehmung liegen hierbei insbesondere in unterschiedlichen Radialrichtungen (bezüglich der Zylinderachse) vor, wobei deren axiale Positionierungen zumindest Überlappen, insbesondere übereinstimmen.
  • Die Ausnehmung bzw. die Ausnehmungen können insbesondere schlitzförmig ausgebildet sein, jedoch sind alternative Formen der Ausnehmung, die vorzugsweise die Hohlzylinderabschnitt definieren.
  • Die Zylinderachse des Gleitführungselements ist insbesondere koaxial zur Verstellachse ausgerichtet.
  • Eine Ausführungsform der Erfindung betrifft somit ein Gleitführungselement einer Stifthubvorrichtung, wobei das Gleitführungselement zylindrisch mit einer kreisrunden Grundfläche ausgeformt sein kann und das Gleitführungselement an einem oberen und an einem unteren Abschnitt hohlzylindrisch ausgebildet ist. Die Hohlzylinderabschnitte weisen dabei jeweils mindestens vier parallel zur Zylinderachse vorgesehene Schlitze auf, sodass jeweils eine entsprechende Anzahl von dazwischenliegenden Gleitelementen an jedem Abschnitt gebildet ist.
  • Die erfindungsgemässen Vorrichtungen werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten konkreten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird. Im Einzelnen zeigen:
    • 1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vakuumbearbeitungsvorrichtung für einen Wafer mit einer erfindungsgemässen Hubvorrichtung;
    • 2a-b eine Ausführungsform einer erfindungsgemässen Stifthubvorrichtung; und
    • 3 eine Ausführungsform eines Gleitführungselements einer Stifthubvorrichtung gemäss der Erfindung.
  • 1 zeigt schematisch einen Prozessaufbau für eine Bearbeitung 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 Tragestiften 7 von erfindungsgemässen Stifthubvorrichtungen (hier: drei Stifte gezeigt) in Position gebracht. Der Wafer 1 wird dann mittels der Stifte 7 aufgenommen bzw. darauf abgelegt und der Roboterarm 2 wird weggefahren. Die Stifte der Stifthubvorrichtungen befinden sich hier in einer ausgefahrenen Trageposition. Der Wafer 1 liegt typischerweise auf dem Roboterarm oder einer an dem Roboterarm 2,3 vorgesehenen Tragvorrichtung auf oder wird anhand einer spezifischen 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 (in die Normalposition). Dies erfolgt mittels der Antriebe 6 der Stifthubvorrichtungen die mit den jeweiligen Stiften 7 gekoppelt sind. Der Wafer 1 wird hierdurch auf den gezeigten vier Trageelementen 8 abgelegt.
  • In diesem Zustand erfolgt eine gewünschte Bearbeitung (z.B. Beschichtung) des Wafers 7 unter Vakuumbedingungen und insbesondere in definierter Atmosphäre (d.h. mit einem bestimmten Prozessgas und unter definiertem Druck). Die Kammer 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 (Trageposition) wiederum mittels der Stifthubvorrichtungen. Mit dem zweiten Roboterarm 3 wird in der Folge der Wafer 1 durch das zweite Transferventil 5b entnommen. Alternativ kann der Prozess mit nur einem Roboterarm konzipiert sein, wobei Bestückung und Entnahme dann durch ein einzelnes Transferventil erfolgen können.
  • Die 2a und 2b zeigen eine Ausführungsform einer Stifthubvorrichtung 10 gemäss der Erfindung in unterschiedlichen Schnittansichten. Die Stifthubvorrichtung 10 ist in einer abgesenkten Normalposition gezeigt.
  • 2a zeigt eine als Motor (Elektromotor) ausgebildete Antriebseinheit 11 der Stifthubvorrichtung 10. Der Motor kann beispielsweise ein Servo- oder Schrittmotor sein. Die Antriebseinheit 11 ist mit einer hier als Spindel 12 ausgebildeten Welle gekoppelt, d.h. die Welle 12 kann mittels des Motors rotiert werden. Das Rotieren kann dabei kontrolliert gesteuert, z.B. entsprechend einer vorgegebenen Anzahl von Rotationen, oder geregelt erfolgen. Ein geregelter Betrieb ist z.B. zusammen mit einem Encoder möglich, wobei der Encoder eine Stellgrösse beispielsweise bezüglich einer axialen Position eines Tragstifts bereitstellt. Die Spindel 12 weist in gezeigtem Beispiel ein Aussengewinde auf. Das Gewinde kann z.B. als Trapez-, Spitz oder Rundgewinde ausgebildet sein. Die Gewindestange 12 (Spindel) kann damit durch entsprechende Ansteuerung des Motors 12 rotiert werden.
  • Der Pin-Lifter 10 weist zudem ein erfindungsgemässes Gleitführungselement 20 auf. Das Gleitführungselement 20 verfügt über eine zentrale, sich axial in Erstreckungsrichtung des Gleitführungselements 20 sich erstreckende Ausnehmung; hier koaxial zur Verstellachse A. Die Ausnehmung stellt ein Innengewinde bereit. Das Innengewinde kann z.B. unmittelbar durch das Gleitführungselement 20 bereitgestellt sein, d.h. das Innengewinde kann in das Material des Gleitführungselements 20 geschnitten sein. Alternativ kann in der Ausnehmung z.B. eine Hülse mit Innengewinde vorgesehen sein.
  • Das Gleitführungselement 20 ist mittels dessen Innengewinde mit dem Aussengewinde der Spindel 12 gekoppelt, d.h. Aussengewinde und Innengewinde korrespondieren und wirken zusammen. Das Aussengewinde greift in das Innengewinde. Die Spindel 12 ist hierbei ausschliesslich mit dem Gleitführungselement 20 als bewegliches Element direkt gekoppelt. In andere Worten stellt die Spindel eine Kopplung des Antriebs 12 mit dem Gleitführungselement 20 bereit, insbesondere mit nur dem Gleitführungselement 20 bereit.
  • Durch dieses Zusammenwirken kann das Gleitführungselement 20 mittels Drehen der Spindel 12 in Richtung der Erstreckung der Verstellachse A vor- und zurückbewegt werden. Die Bewegung kann also axial entlang der Verstellachse A erfolgen. Das Gleitführungselement 20 kann hierfür derart gelagert sein, dass das Gleitführungselement 20 im Wesentlichen keine Rotationsbewegung um die Verstellachse ausführen kann, sondern nur axial beweglich ist.
  • Das Gleitführungselement 20 ist zudem mit der Kupplung 14 der Stifthubvorrichtung 10 verbunden. Die Kupplung 14 kann somit analog zur Bewegung des Gleitführungselements 20 axial bewegt werden, insbesondere aus der gezeigten abgesenkten Normalposition in eine ausgefahrene Trageposition.
  • Die Kupplung 14 weist eine Aufnahme 15 zur Aufnahme eines Tragstiftes auf. Ein solcher Tragstift ist vorzugsweise zum Kontaktieren und Tragen eines Substrats (z.B. Halbleiterwafer) ausgebildet. Die Aufnahme 15 umfasst eine Ring- oder Spiralfeder, welche eine klemmende Arretierung des Tragstifts in der Kupplung 14 bereitstellt. Die Aufnahme kann jedoch auch eine alternative Arretiervorrichtung (z.B. Spannzange, Magnet, Schraubgewinde etc.) aufweisen. Der Tragstift kann axial von oben entlang der Achse A durch eine hierfür vorgesehene Öffnung in die Stifthubvorrichtung 10, insbesondere in die Aufnahme 15 der Kupplung 14, eingeführt werden.
  • Das Gleitführungselement 20 bildet somit eine Verbindungskomponente mittels welcher letztlich der Tragstift durch den Antrieb bewegt werden kann.
  • Ein Vorteil dieser Lösung liegt darin, dass durch das zwischengefügte Gleitführungselement 20 der Antriebsstrang, hier insbesondere die als Spindel 12 bereitgestellte Welle und die Ankopplung der Kupplung 14 an die Welle, verkippungsfrei vorliegt und durch das Gleitführungselement 20 auch bei einer Bewegung präzise axial ausgerichtet bleibt. Zudem ermöglicht das Gleitführungselement 20 die Einhaltung geforderter Prozesstoleranzen hinsichtlich der Bewegungsgenauigkeit des Tragstiftes, sowohl axial (Vermeidung von Stick-Slip Effekten) als auch lateral. Das Gleitführungselement 20 stellt hierzu insbesondere eine Kompensation fertigungsbedingter Vorrichtungstoleranzen bereit.
  • Diese Vorteile können beispielsweise durch eine angepasste Dimensionierung des Gleitführungselement 20 und eine entsprechende Materialwahl realisiert werden. Beispielsweise kann eine Innenfläche 13a der Stifthubvorrichtung 10, insbesondere eines oberen Kupplungsteils 13, eine Gleitfläche (Führungsfläche) oder Gleithülse für das Gleitführungselement 20 bilden und das Gleitführungselement 20 diese Fläche bei einer Bewegung zumindest teilweise berühren. Die Innenfläche 13a kann insbesondere von einer Gehäusewand des Pin-Lifters 10 bereitgestellt werden.
  • Durch die geeignete Materialwahl kann die Bewegung des Gleitführungselements 20 reibungsarm und schmiermittelfrei erfolgen. Z.B. kann als Fertigungsmaterial oder als eine Oberflächenbeschichtung PTFE oder ein anderes Antihaft-Material gewählt sein. Das Gleitführungselement 20 und/oder die Innenfläche 13a können dieses Material aufweisen.
  • Das Gleitführungselement 20 kann ausserdem derart ausgebildet sein, dass dieses als Federelement fungiert bzw. ein Federelement aufweist. Ein derartig ausgelegtes Gleitelement 22 ist z.B. in 3 gezeigt. Hierdurch kann eine gleichbleibende koaxiale Ausrichtung des Gleitführungselements 20 in dem Kupplungsteil 13 gewährleistet werden.
  • Zudem weist der Pin-Lifter 10 einen als eine atmosphärische Trenneinrichtung ausgebildeten Balg 16 auf. Der Balg 16, die Kupplung 14 und die Aufnahme 15 sind Teil des oberen Kupplungsteils 13.
  • Der Balg 16 ist an seinem oberen Ende mit dem Gehäuse des Pin-Lifters 10 mittelbar (z.B. mittels eines oben angebrachten Gehäuseabschlusses) oder unmittelbar verbunden. An seinem unteren Ende ist der Balg 16 mit der Kupplung 14 verbunden. Die Verbindungen sind jeweils gasdicht ausgeführt. Der Balg 16 ist bezüglich seines Innenvolumens bzw. seiner axialen Erstreckung variierbar, wobei eine atmosphärische Trennung, insbesondere zwischen Prozessatmosphäre und Aussenatmosphäre, erhalten bleibt.
  • In 2b ist eine Ausführung der Verbindung des Gleitführungselements 20 mit der Kupplung 14 dargestellt. Hierzu sieht das Gleitführungselement 20 zumindest zwei parallele Bohrungen vor, die insbesondere parallel zur zentralen Ausnehmung und hier ebenso parallel zur Verstellachse A ausgeführt sind. Durch jede der Bohrungen ist eine Schraube 17 geführt, die mit ihrem Schraubenende mit dem Balg 16 verschraubt ist und deren Schraubenkopf unten an dem Gleitführungselement 20 anliegt. Zwischen dem Balg 16 und dem Gleitführungselement 20 ist ein unterer Teil 14a (Sockel) der Kupplung 14 positioniert, wodurch die Kupplung 14 an dem Gleitführungselement 20 anliegt, insbesondere an dieses durch die bereitgestellte Schraubenkraft angepresst ist.
  • Der Balg 16 und die Kupplung 14 sind damit derart verbunden, dass durch die Kupplung 14 ein einseitiger atmosphärischer Abschluss des Balgs 16 bereitgestellt ist.
  • Durch eine derartige Anordnung kann mit dem Antreiben der Spindel 12 die Kupplung 14 zusammen mit dem Balg 16 innerhalb der Stifthubvorrichtung 10 linear verschoben werden.
  • Dadurch, dass die Gewindestange 12 nur mit dem Gleitführungselement 20 gekoppelt ist und keine unmittelbare Verbindung zu der Kupplung 14 oder dem Balg 16 aufweist, kann in vergleichsweise einfacher Weise durch eine derartige Ausgestaltung eine galvanische/elektrische Trennung des Antriebs 11 von dem oberen Kupplungsteil 13 realisiert werden. Hierzu ist das Gleitführungselement 20 aus einem nichtleitenden Material gefertigt oder damit beschichtet. Das Gehäuse kann eine entsprechende isolierende Trennung aufweisen. Der Antrieb 11 hat dann keine elektrisch leitende Verbindung zum oberen Teil der Stifthubvorrichtung 10 und damit im gattungsgemässen Betrieb keine elektrische Verbindung zur Prozesskammer. Das erfindungsgemässe Gleitführungselement 20 kann somit insbesondere eine galvanische Trennung zwischen Antrieb 11 und Prozesskammer (insbesondere dem Chuck in der Prozesskammer) bereitstellen. Dies kann vorteilhaft für die Vermeidung von potentialbedingten Einflüssen in der Bearbeitung in der Prozesskammer sein. Durch eine allfällige Potentialdifferenz kann eine fehlerhafte Substratbearbeitung erfolgen.
  • 3 zeigt ein Gleitführungselement 20 gemäss der Erfindung in einer perspektivischen Darstellung. Das Gleitführungselement 20 weist eine zylindrische Form mit einer runden Grundfläche auf.
  • Das Gleitführungselement 20 weist an beiden axialen Enden jeweils vier Ausnehmungen 21 in Form von Schlitzen auf. Zwischen jeweils zwei Schlitzen 21 ist ein jeweiliges Gleitelement 22 ausgeformt. Die Gleitelemente 22 weisen aufgrund der gewählten Form eine Elastizität in radialer Richtung (orthogonal zur Zylinderachse Z) auf und können entsprechend eine Federwirkung bereitstellen. Zudem verfügt jedes Gleitelement 22 über einen äusseren Oberflächenabschnitt 22a, dessen äusserer Radius jeweils grösser ist als der jeweilige Aussenradius der angrenzenden Oberflächen.
  • Die Dimensionierung der äusseren Oberflächenabschnitte 22a ist mit Bezug zu einem Innenradius oder Innendurchmesser des Kupplungsteils einer Stifthubvorrichtung insbesondere derart gewählt, dass der äussere Radius eines äusseren Oberflächenabschnitts 22a definiert grösser als der Innenradius ist und damit in einem eingesetzten Zustand eine definierte Verspannung der Gleitelemente 22 vorliegt. Damit wird eine Kraft in Richtung der Innenwand des Kupplungsteils bewirkt. In dem eingesetzten Zustand ist die Zylinderachse Z insbesondere koaxial mit der Verstellachse A.
  • Aufgrund der symmetrischen Ausgestaltung des Gleitführungselements 20 kann somit eine Selbstzentrierung und/oder ein Einfedern des Gleitführungselements 20 bereitgestellt werden.
  • Durch die axial verhältnismässig weit, insbesondere maximal, beabstandete Anordnung der Oberflächenabschnitte 22a kann zudem eine definierte Führung des Gleitführungselements 20 selbst und/oder einer damit gekoppelten Kupplung oder eines gekoppelten Balgs erfolgen. Die voneinander entfernten Oberflächenabschnitte 22a verhindern zudem ein Verkippen des Elements 20 und gewährleisten damit eine präzise Führung.
  • Es versteht sich, dass die dargestellten Figuren nur mögliche Ausführungsbeispiele schematisch darstellen. Die verschiedenen Ansätze können erfindungsgemäss ebenso miteinander sowie mit Vorrichtungen zur Substratbewegung in Vakuumprozesskammern, insbesondere Pin-Liftern, des Stands der Technik kombiniert werden.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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  • Zitierte Patentliteratur
    • US 6481723 B1 [0010]
    • US 6646857 B2 [0011]

Claims (14)

  1. Stifthubvorrichtung (10), insbesondere Pin-Lifter, die zur Bewegung und Positionierung eines Substrats (1), insbesondere eines Wafers oder eines Rings, in einem durch eine Vakuumprozesskammer (4) bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich (P) ausgebildet ist, mit • einem Kupplungsteil (13), der eine zur Aufnahme eines zum Kontaktieren und Tragen des Substrats (1) ausgestalteten Tragstifts (7) ausgebildete Kupplung (14) aufweist, und • einer Antriebseinheit (11), die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung (14) zusammenwirkt, dass die Kupplung (14) linear entlang einer Verstellachse (A) von ∘ einer abgesenkten Normalposition, insbesondere zur Bereitstellung eines von der Kupplung aufgenommenen Tragstifts (7) in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand, in ∘ eine ausgefahrene Trageposition, insbesondere zur Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats (1) durch den Tragstift (7),und zurück verstellbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Kupplungsteil (13) ein entlang der Verstellachse (A) bewegliches Gleitführungselement (20) aufweist, wobei • das Gleitführungselement (20) mit der Antriebseinheit (11) und mit der Kupplung (14) gekoppelt ist und das Zusammenwirken der Antriebseinheit (11) mit der Kupplung (14) bereitstellt und • das Gleitführungselement (20) zumindest ein Gleitelement (22) aufweist, wobei das Gleitelement (22) mit einer durch den Kupplungsteil (13) bereitgestellten Führungsfläche (13a) derart zusammenwirkt, dass das Gleitführungselement (20) linear entlang der Verstellachse (A) und relativ zur Führungsfläche (13a) gleitend führbar ist.
  2. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass • das Gleitführungselement (20) eine zentrale, sich entlang der Verstellachse erstreckenden erste Ausnehmung aufweist und die erste Ausnehmung ein Innengewinde bereitstellt und • die Stifthubvorrichtung (10) eine mit der Antriebseinheit (11) gekoppelte Gewindestange (12) mit einem Aussengewinde aufweist und das Aussengewinde mit dem Innengewinde zusammenwirkt.
  3. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsfläche durch ein Gehäuse der Stifthubvorrichtung (10), insbesondere des Kupplungsteils (13), bereitgestellt ist.
  4. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (22) durch das Zusammenwirken des Gleitelements (22) mit der Führungsfläche (13a) vorgespannt vorliegt.
  5. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitelement (22) durch dessen geometrische Form eine bezüglich der Verstellachse (A) den grössten Abstand aufweisende Aussenfläche (22a) definiert, deren Abstand zur Verstellachse (A) in einem entspannten Normalzustand grösser ist als ein Abstand der Führungsfläche (13a) zur Verstellachse (A), wodurch das Gleitelement (A) in Zusammenwirkung mit der Führungsfläche (13a) eine Federwirkung bereitstellt.
  6. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitführungselement (20) zumindest ein erstes Gleitelement (22) an einem ersten Ende bezüglich einer Erstreckungsrichtung des Gleitführungselements und zumindest ein zweites Gleitelement (22) an einem zweiten, dem ersten Ende gegenüberliegenden Ende aufweist, wobei das zumindest erste und das zumindest zweite Gleitelement (22) mit der Führungsfläche (13a) derart zusammenwirken, dass das Gleitführungselement (20) verkippungsfrei gelagert ist, wobei das Gleitführungselement (20) im Rahmen seiner Beweglichkeit entlang der Verstellachse jeweils verkippungsfrei vorliegt.
  7. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitführungselement (20) eine zylindrische Form aufweist, wobei das Gleitführungselement (20) zumindest an einem ersten Ende hohlzylindrisch ausgeformt ist und die Hohlzylinderwand zumindest eine zweite Ausnehmung (21) aufweist.
  8. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Gleitführungselement (20) zumindest zwei Ausnehmungen (21) aufweist, wobei das Gleitelement (22) durch einen zwischen den zwei Ausnehmungen (21) liegenden Hohlzylinderabschnitt bereitgestellt ist.
  9. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die zumindest eine Ausnehmung (21) bzw. die zwei Ausnehmungen (21) derart ausgeformt ist bzw. sind, dass die Ausnehmung (21) bzw. die zwei Ausnehmungen (21) sich parallel zur Zylinderachse (Z) erstreckt bzw. erstrecken.
  10. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Zylinderachse (Z) des Gleitführungselements (20) koaxial zur Verstellachse (A) ist.
  11. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifthubvorrichtung (10) eine dynamische Trenneinrichtung (16) zur Trennung des Prozessatmosphärenbereichs (P) von einem Aussenatmosphärenbereich aufweist, wobei • die Antriebseinheit (11) zumindest teilweise dem Aussenatmosphärenbereich und die Kupplung (14) dem Prozessatmosphärenbereich (P) zugeordnet ist und • ein durch die Trenneinrichtung definiertes Innenvolumen variierbar ist und die Variation des Innenvolumens mit einer Bewegung des Gleitführungselements korreliert.
  12. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Trenneinrichtung (16) mit dem Gleitführungselement (20) derart gekoppelt ist, dass bei einem Verstellen der Kupplung (14) aus der abgesenkten Normalposition in die ausgefahrene Trageposition das Innenvolumen abnimmt.
  13. Stifthubvorrichtung (10) nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, dass die dynamische Trenneinrichtung als ein Balg (16) im Kupplungsteil (13) ausgebildet ist.
  14. Stifthubvorrichtung (10) nach einem der Ansprüche 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass die Stifthubvorrichtung Teil einer Ring-Lifter Anordnung ist und das Substrat (1) ein Ring ist.
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