DE69735135T2 - Plattierungsverfahren für halbleitermaterialien - Google Patents

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Description

  • Die Erfindung betrifft Herstellungsmaschinen für Halbleiter im Allgemeinen und insbesondere Bearbeitungsstationen für Halbleiter und ganz besonders Arbeitsstationen zur galvanischen Oberflächenbehandlung von Halbleitern.
  • Bei der Herstellung von Halbleitern und Mikrochips besteht ein Herstellungsverfahren darin, einen großen Wafer aus Halbleitermaterial, wie Siliziumdioxid, zu verwenden und viele Mikrochips aus einem einzigen Wafer herzustellen. Der Wafer wird dann in die einzelnen Mikrochips zerteilt. Die Herstellung unter Verwendung des einzelnen Wafers hat den Vorteil, den Durchsatz im Herstellungsprozess für Halbleiter zu erhöhen. Je größer der Wafer ist, der verwendet werden kann, um so größer ist offensichtlich die Effizienz, die erhalten wird und um so höher wird der Durchsatz sein. Da jedoch Mikrochips viele Schaltkreise von winzigen Abmessungen enthaften, muss der Herstellungsprozess sehr präzise und genau sein, um zu gewährleisten, dass alle aus einem einzigen Wafer hergestellten Mikrochips von gleicher Qualität sind.
  • Ein Schritt zur Sicherstellung der Qualität und Gleichförmigkeit im Herstellungsprozess für Halbleiter besteht darin, den Halbleiterwafer in einer "reinen" Umgebung herzustellen. Halbleiter werden typischerweise in einem in der Industrie so genannten Reinraum hergestellt. Ein Reinraum ist so ausgebildet, dass dieser die Anzahl von Teilchen in der Luft minimiert. Die Kasten zum Herstellen und Unterhaften dieser Reinräume sind sehr hoch, so dass jeder Fortschritt, der in Richtung einer Verringerung der Größe von Herstellungsmaschinen für Halbleiter gemacht wird, kleinere Reinräume zulassen wird.
  • Obwohl ein Minimieren der Größe der Herstellungsmaschine wesentlich für ein Verringern der Kosten der Reinräume ist, ist es auch notwendig, die hohe Qualität der Herstellung in kleineren Maschinen beizubehalten. Da es, wie vorher beschrieben, von Vorteil ist, größere Wafer zu verwenden, um den Durchsatz zu erhöhen, muss jeder Prozess, dem der Wafer ausgesetzt ist, gewährleisten, dass alle Bereiche des Wafers gleich behandelt werden. Jegliche Ungleichheit beim Auftragen von Material auf den Wafer wird zu Halbleiterchips führen, welche keine hinreichende Qualität besitzen und zerstört werden müssen.
  • Einer der Prozesse bei der Herstellung von Halbleiterwafern ist das galvanische Aufbringen einer leitenden Metalloberfläche auf den Wafer. Der galvanische Beschichtungsprozess erfordert die Handhabung eines großen Flüssigkeitsvolumens, welches notwendigerweise die Verwendung von Pumpen, Leitungen und anderen Bauteilen mit sich bringt, die allen wert vollen Raum in einer Reinraumumgebung einnehmen. Zudem ist in dem galvanischen Beschichtungsprozess notwendig, einen elektrischen Strom an den Halbleiterwafer anzulegen, um die Elektrolytlösung zu veranlassen, das leitende Metall auf die Oberfläche des Halbleiterwafers abzuscheiden. Wie vorher beschrieben wurde, ist es erwünscht, die Verarbeitungszeit bei der Herstellung des Wafers zu minimieren. Deshalb ist es erwünscht, ein schnelles und effizientes Verfahren zum Herstellen des elektrischen Kontakts mit dem Halbleiterwafer zu finden.
  • Es ist auch erwünscht, während des galvanischen Beschichtungsprozesses in einer präzisen Position gehalten wird, um eine Gleichförmigkeit des auf den Wafer plattierten leitfähigen Metalloberfläche sicherzustellen. Es deshalb wünschenswert, eine Vorrichtung zu haben, die den Wafer für den Prozess bereit hält und den Wafer in den Prozess in einer genauen Position hält.
  • Schließlich ist erwünscht, eine Vorrichtung zu haben, welche die Wafer in einem schnellen und effizienten Verfahren handhabt, um den Durchsatz zu erhöhen.
  • Es ist dieser Stand der Technik, gegenüber dem die Vorrichtung der vorliegenden Erfindung entwickelt wurde.
  • Die europäische Patentbeschreibung Nr. 0 290 210 offenbart eine Vorrichtung zum Ausführen eines Beschichtungsprozesses mittels dielektrischem Block. Eine Elektrolytlösung wird in einem Beschichtungstank in Zirkulation gehalten, um auf der Oberfläche eines in den Tank gehaltenen dielektrischen Blocks leitfähige Schichten auszubilden. Die Vorrichtung umfasst einen Behälter für eine Prozessflüssigkeit; eine Prozessschüssel und eine Flüssigkeitsschale, die in der Schüssel zum Aufnehmen eines Werkstücks (W) mit einem Einlass für die Flüssigkeit in die Schale angeordnet ist.
  • Die vorliegende Erfindung ist auch auf eine Vorrichtung gerichtet, welche zulässt, dass eine Prozessflüssigkeit aus einer Schale überläuft, in welcher ein Werkstück angeordnet und liefert eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1. Gemäß der Erfindung ist die Prozessschüssel in dem Behälter montiert und liegt die Schale von der Seite und dem Boden der Schüssel in Abstand und liegen in dem Schüsselboden Öffnungen vor, wodurch die in der Schale aufsteigende Flüssigkeit über die Seite der Schale und durch die Öffnungen in dem Schüsselboden in den Behälter fließen kann.
  • Eine Mehrzahl von Vorrichtungen gemäß der Erfindung können in einer Werkstück- Bearbeitungsstation kombiniert werden, wie dies im Anspruch 18 definiert ist, wobei ein gemeinsamer Behälter eine Behälteroberseite mit einer Mehrzahl von Öffnungen zum Aufnehmen der Prozessschüsseln aufweist. Eine solche Station wird vorzugsweise einen Versorgungsverteiler in Fluidkommunikation mit jedem Einlass umfassen, um die Flüssigkeit in die Schale zu leiten.
  • Die Erfindung liefert auch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks gemäß Anspruch 17. Dieses Verfahren umfasst die Schritte, Einbringen des zu bearbeitenden Abschnitts eines Werkstücks (W) in einen bereit gehaltenen, kontinuierlich strömenden Pool einer Prozessflüssigkeit in der Flüssigkeitsschale, derart, dass die Fluidkontakte einen zu bearbeitenden Abschnitt des Werkstücks berührt, einem Beibehalten eines solchen Kontakts über eine vorbestimmte Zeitdauer, während die in der Schale ansteigende Flüssigkeit in die Prozessschüssel überläuft, und Entnehmen des Werkstücks aus der Schale.
  • Verschiedene Merkmale und Vorteile der Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung ihrer Ausführungsformen deutlich, in welcher Bezug auf die beigefügten Zeichnungen genommen wird. In den Zeichnungen ist:
  • 1 eine Umgebungsansicht, welche die Vorrichtung des galvanischen Beschichtungsmoduls in einem Halbleiterwerkstück-Prozesswerkzeug zeigt;
  • 2 eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche ein Fünf-Stationen-Beschichtungsmodul zeigt.
  • 3 eine isometrische Ansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung des Systems aus 2, welche die internen Bauteile des Fünf-Einheiten-Beschichtungsmoduls zeigt;
  • 4 eine isometrische Ansicht, welche den Beschichtungstank und die Prozessschüsseln des Systems aus 2 zeigt;
  • 5 ein isometrisches Detail einer Beschichtungskammer einer Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
  • 6 eine vordere Schnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche den Beschichtungstank, die Beschichtungskammern und die zugehörigen Leitungen zeigt;
  • 7 eine seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche den Beschichtungstank und eine Beschichtungskammer zeigt;
  • 8 eine seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche eine Werkstückhalterung zeigt, die über einer Prozessschüssel für eine galvanische Oberflächenbehandlung positioniert ist;
  • 9 eine seitliche Schnittansicht der Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche eine Werkstückhalterung zeigt, die ein Werkstück zum Bearbeiten in einer Prozessschüssel für die galvanische Oberflächenbehandlung hält;
  • 10 eine isometrische Ansicht des Halbleiter-Bearbeitungskopfes einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
  • 11 eine Seitenansicht des Bearbeitungskopfes einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche den Kopf in einer "Waferempfang"-Position zeigt;
  • 12 eine Seitenansicht des Bearbeitungskopfes aus 3, welche den Kopf in einer gedrehten Position zeigt, bereit, um den Wafer in die Prozessstation abzusenken;
  • 13 eine Seitenansicht des Bearbeitungskopfes aus 3, welche den Kopfbetätiger so geschwenkt zeigt, dass dieser den Bearbeitungskopf und den Wafer in die Schüssel der Prozessstation einsetzt;
  • 14 eine schematische Vorderansicht des Bearbeitungskopfes, welche die Bereiche zeigt, die im Detail in 15 und 16 dargestellt sind;
  • 15 eine vordere Schnittansicht der linken Hälfte des Bearbeitungskopfes der Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auch eine erste Ausführungsform der Wafer-Haltefinger zeigt;
  • 16 eine vordere Schnittansicht der linken Hälfte des Bearbeitungskopfes der Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die auch eine erste Ausführungsform der Wafer-Haltefinger zeigt>;
  • 17 eine isometrische Ansicht der Betätigungsbasis und des Betätigungsarms der Vorrichtung einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung mit entfernter Schutzhaube;
  • 18 eine rechte Seitenansicht des Betätigungsarms einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche den Schwenkantriebsmechanismus des Bearbeitungskopfes zeigt;
  • 19 eine linke Seitenansicht des Betätigungsarmes einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, welche den Antriebsmechanismus für den Betätigungsarm zeigt;
  • 20 eine schematische Draufsicht des Betätigungsarmes, welche die Bereiche zeigt, die in den 21 und 22 im Detail angegeben sind;
  • 21 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, der rechten Seite des Betätigungsarms, welche den Antriebsmechanismus des Bearbeitungskopfes zeigt;
  • 22 eine Draufsicht, teilweise im Schnitt, der linken Seite des Betätigungsarms, welche den Antriebsmechanismus des Bearbeitungsarmes zeigt;
  • 23 eine Seitenansicht eines Halbleiterwerkstückhalters, der gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung konstruiert ist;
  • 24 eine vordere Schnittansicht des Halbleiterwerkstückhalters aus 1;
  • 25 eine Draufsicht eines Rotors, welcher in Übereinstimmung mit einem bevorzugten Aspekt dieser Erfindung konstruiert ist und weiche entlang einer Linie 3-3 in 24 genommen wurde;
  • 26 eine isolierte seitliche Schnittansicht einer Fingeranordnung, die Übereinstimmung mit einem bevorzugten Aspekt der Erfindung konstruiert ist und die zur Montage auf dem Rotor aus 25 ausgebildet ist;
  • 27 eine Seitenansicht der Fingeranordnung aus 26;
  • 28 eine bruchstückhafte vergrößerte Schnittansicht einer Fingeranordnung und einer zugehörigen Rotorstruktur;
  • 29 eine Ansicht entlang einer Linie 7-7 in 4, die einen Bereich der bevorzugten Fingeranordnung zeigt, die sich zwischen einer Angriffs- und Löseposition bewegt;
  • 30 eine Ansicht einer Fingerspitze der bevorzugten Fingeranordnung, die eine Elektrodenspitze in einer zurückgezogenen bzw. gelösten Position (durchgezogene Linien) und einer Angriffsposition (gestrichelte Linien) an ein Halbleiterwerkstück zeigt.
  • TABELLE 1 Liste von Unterabschnitten der detaillierten Beschreibung und relevanter Bauteile mit Bezugszeichen
    Figure 00050001
  • Figure 00060001
  • Figure 00070001
  • Werkstück-Bearbeitungsstation
  • Mit Bezug auf 1 wird ein Halbleiterwerkstück-Prozesswerkzeug 10 gezeigt. Das Werkstück-Prozesswerkzeug kann mehrere unterschiedliche Module zum Durchführen einer Vielzahl von Herstellungsprozessschritten am Werkstück oder am Halbleiterwafer umfassen. Das Werkstück-Bearbeitungswerkzeug kann in vorteilhafter Weise ein Galvano-Beschichtungsmodul 20 enthalten, das ansonsten allgemeiner Werkstück-Bearbeitungsstation bekannt ist.
  • Das Beschichtungsmodul 20 aus 2 ist als ein 5-zelliges Beschichtungsmodul dargestellt. Dies erlaubt, dass bis zu 5 Werkstücke gleichzeitig bearbeitet werden. Jede der 5 Beschichtungszellen kann auch als Werkstück-Bearbeitungsstation bezeichnet werden. Jede Werkstück-Bearbeitungsstation ist in vorteilhafter Weise mit einer Werkstückhalterung 401 versehen. Jede Werkstückhalterung ist ferner in vorteilhafter Weise mit einem Bearbeitungskopf 406, einem Betätigungsarm 407 und einer Betätigungsbasis 405 versehen. Die Details der Werkstückhalterung 401 werden unten beschrieben. Die Betätigungsbasis 405 der Werkstückhalterung 401 ist auf der Werkstück-Bearbeitungsstation montiert, indem sie auf dem Chassis oder dem Gestell des Werkstückmoduls festgelegt wird.
  • Die Werkstückhalterung 601 ist in einer "offenen" bzw. "Waferempfangs-"Postion dargestellt, in welcher ein Roboterarm oder eine andere Einrichtung ein Arbeitsstück an die Werkstückhalterung liefern wird. Die Werkstückhalterung wird das Werkstück mit Fingern 409 fest angreifen (vollständiger unten beschrieben) (oder präziser ausgedrückt, mit Fingerspitzen von Fingereinheiten, welche ebenfalls unten vollständiger beschrieben werden). Der Bearbeitungskopf 406 wird dann um den Betätigungsarm 407 drehen, um das Werkstück in einer im Wesentlichen nach unten gerichteten Position zu bringen. Der Betätigungsarm 407 wird dann um die Betätigungsbasis 405 schwenken, um das Werkstück in die Bearbeitungsschüssel zu setzen, wie dies bei 602 in 2 gezeigt ist. Der Herstellungsschritt bzw. – prozess wird dann an dem Werkstück durchgeführt. Nach dem Herstellungsschritt wird das Werkstück zurück in die offene Position gebracht, welche von der Werkstückhalterung 601 eingenommen wird, wenn das Werkstück aus den Fingern 409 entnommen wird.
  • Obwohl die Erfindung mit Bezug auf einen galvanischen Beschichtungsprozess beschrieben wird, muss angemerkt werden, dass die allgemeinen Anordnungen und Konfigurationen der Werkstück-Bearbeitungsstationen und ihre Kombination in einer Multi-Werkstückbearbeitungsstationseinheit auf eine Vielzahl von Prozessen angewendet werden können, die bei der Herstellung verwendet werden.
  • 2 zeigt auch einen optionalen Strahlemitter 81 zum Emittieren eines Laserstrahls, der durch Roboter-Waferförderer (nicht gezeigt) erfasst wird, um eine Position der Einheit anzuzeigen.
  • Zu 3 kommend zeigt eine isometrische Ansicht des Galvano-Beschichtungsmoduls 20 mit weggeschnittenem Vorderblech, dass das Modul in vorteilhafter Weise mit einer Reihe von Prozessschüsseleinheiten bzw. Beschichtungskammereinheiten 603, einem Prozessfluidbehälter 604 und einer Tauchpumpe 605 versehen ist. Jede Prozessschüsseleinheit 603 ist mit der Tauchpumpe 605 über Fluidtransferleitungen verbunden, weiche vorzugsweise mit Instrumenten und Steuermerkmalen versehen sind, die unten vollständiger beschrieben werden.
  • Die Details der Schüsseleinheiten und ihrer Anordnung und Konfiguration mit den weiteren, hier beschriebenen Komponenten, werden unten vollständiger beschrieben.
  • Der Prozessfluidbehälter 604 ist in dem Bearbeitungsmodul 20 montiert, indem dieser an den Modulrahmen bzw. das Chassis 606 angebracht ist. Zu 4 kommend, ist der Flüssigkeitsbehälter 604 isoliert zu der Prozessschüsseleinheit 603, der Tauchpumpe 605 und einem Pumpen-Ausgabefilter 607 gezeigt.
  • Kurz zu 7 kommend, ist eine Seitenansicht im Schnitt des Fluidbehälters 604 gezeigt. Wie in 7 zu sehen ist, ist ein Prozessfluidbehälter 604 in vorteilhafter Weise in doppelwandiger Behälter mit einer äußeren Behälterwand 608 und einer inneren Behälterwand 609, die ein Behälter-Sicherheitsvolumen 611 zwischen sich begrenzen. Der Flüssigkeitsbehälter 604 ist vorzugsweise ein doppelwandiger Behälter für den Fall, dass die Innenwand 609 lekken sollte. Eine Gestaltung einer doppelwandigen Behälterkonstruktion würde zulassen, dass die Leckage in dem Behälter-Sicherheitsvolumen 611 zwischen der äußeren Wand 608 und der innen Wand 609 aufgenommen wird. Sollte das Behälter-Sicherheitsvolumen mit aus dem inneren Behälter 612 austretendem Fluid gefüllt sein, würde das Fluid durch die Behälter-Überlauföffnung 610 überlaufen. Die Behälteröffnung 610 ist vorzugsweise mit einer Rinne oder dergleichen versehen, um die Überlaufflüssigkeit zu einer sicheren Sammelstelle (nicht gezeigt) zu kanalisieren. Ferner kann Behälter-Sicherheitsvolumen mit Flüssigkeits-Erfassungssensoren (nicht gezeigt) versehen sein, um Bediener in dem Fall zu alarmieren, in welchem die innere Wand des Behälters 604 undicht werden sollte und Flüssigkeit in das Behälter-Sicherheitsvolumen 611 eintritt.
  • Das Prozessmodul kann auch mit einem Wärmetauscher 613 versehen sein. Zu 6 kommend, ist der Wärmetauscher 613 in Vorderansicht des Prozessfluidbehälters 604 dargestellt. Der in 6 gezeigte Wärmetauscher ist von der Doppelhelix-Bauweise mit einem Tauschereinlass 614 und einem Taucherauslass 615. Der Tauscher 613 kann entweder zum Kühlen oder Erwärmen der Prozessflüssigkeit verwendet werden, indem jeweils entweder ein kühleres oder wärmeres Fluid durch den Tauscher zirkuliert wird, als im Behälter vorhanden ist. Weitere Ausbildungen von Wärmetauschern können auch wirksam verwendet werden.
  • Schüsselanordnung
  • Zu 4 kommend, sind eine Mehrzahl von Schüsseleinheiten 603 in der Behälteroberseite 618 montiert. Die gezeigte Prozesskammer 603 ist in isometrischem Detail in 5 dargestellt.
  • Die Prozessschüsseleinheit umfasst eine Prozessschüssel bzw. Beschichtungskammer 616 mit einer Schüsselseite 617 und einem Schüsselboden 619. Die Prozessschüssel ist vorzugsweise in horizontalem Querschnitt kreisförmig und in ihrer form im Wesentlichen zylindrisch, obwohl sich die Prozessschüssel auch verjüngen kann.
  • Die Einheit umfasst ferner in vorteilhafter Weise eine Schaleneinheit 620, welche in der Prozessschüssel 616 angeordnet ist. Die Schaleneinheit 620 umfasst eine Flüssigkeitsschale 621 mit einer Schalenseite 622 und einem Schalenboden 623. Wie bei der Prozessschüssel ist die Flüssigkeitsschale 621 vorzugsweise im horizontalen Querschnitt kreisförmig und ihrer Form zylindrisch, obwohl eine sich verjüngende Schale mit einer sich verjüngenden Prozessschüssel verwendet werden kann.
  • Die Prozessflüssigkeit wird über die Fluideinlassleitung 625 der Prozessschüssel 616 zugeführt. Die Fluideinlassleitung steigt durch die Schüsselbodenöffnung 627 und durch die Schale-Fluideinlassöffnung 624 und endet an der Einlassleitungs-Endstelle 631. Die Fluidauslassöffnungen 628 sind in der Fluideinlassleitung 625 in der Region zwischen der Schale-Fluideinlassöffnung 624 und der Fluidleitungs-Endstelle 631 angeordnet. Auf diese Weise kann die Flüssigkeit über das Einlassplenum 629 von der Fluideinlassleitung 625 in die Schale 621 fließen.
  • Die Schaleneinheit 620 umfasst vorzugsweise einen Schalenfilter 630, welcher oberhalb der Fluideinlassöffnungen angeordnet ist und fest zwischen der inneren Schalenwand 622 der Fluideinlassleitung 625 sitzt, so dass das Fluid durch den Filter hindurch gehen muss, bevor es in den oberen Bereich der Schale 621 eintritt.
  • In einem galvanischen Oberflächenbehandlungsprozess ist die Schaleneinheit 620 in vorteilhafter Weise mit einer Metallanode 634 versehen. Die Anode 634 wird in der Schaleneinheit befestigt, indem sie an der Endstelle 631 der Fluideinlassleitung angebracht wird. Die Anode 634 ist somit oberhalb des Schalenfilters 630 sowie oberhalb der Fluideinlassöffnung 628 angeordnet. Die Anode 634 hat vorzugsweise eine Kreisform und einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser der Schale 621. Die Anode 634 wird an der Endstelle 631 der Fluideinlassleitung 625 so befestigt, dass die Anode 634 innerhalb der Schale 621 zentriert ist und eine Winkellücke bzw. einen Winkelraum 635 zwischen der inneren Schalenwand 622 und der Kante der Anode 634 erzeugt wird. Die Anode 634 sollte so platziert werden, dass die Anoden-Winkelöffnung 635 über ihren gesamten Umfang eine konstante Breite hat.
  • Die äußere Schalenwand 636 hat einen kleineren Durchmesser als der Innendurchmesser der Schüssel 616. Die Schaleneinheit 620 ist in der Schüssel 616 derart positioniert, dass ein erster Ringraum oder Prozessfluid-Überlaufraum 632 zwischen der Schüsselseite 617 und der Schalenaußenwand 636 gebildet wird. Die Schaleneinheit ist vorzugsweise derart positioniert, dass der ringförmige Fluidüberlaufraum 632 über ihren gesamten Umfang eine konstante Breite hat.
  • Die Schaleneinheit 620 ist ferner in vorteilhafter Weise innerhalb der Schüssel 616 derart positioniert, dass eine Schalenoberkante 633 unter einer Schüsseloberkante 637 liegt. Die Schale 621 ist vorzugsweise höhenverstellbar in Bezug zu der Schüsseloberkante 637, wie dies unten vollständiger beschrieben wird.
  • Der Schüsselboden 619 ist vorzugsweise so ausgebildet, dass er einen großen Öffnungsbereich hat, der den freien Transfer von Fluid durch diesen hindurch erlaubt. In der bevorzugten Ausführungsform wird dies durch die in 5 gezeigte Struktur erreicht, in welcher der Prozessschüsselboden 619 aus Querträgern 626 zusammengesetzt wird, welche sich an einer Schüsselboden-Mittelplatte 639 schneiden und Fluidrückkehröffnungen 638 bilden. Die Schüsselboden-Mittelplatte 639 ist mit einer Schüsselbodenöffnung 627 versehen, durch welche die Fluideinlassleitung 625 hindurch gehen kann. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Schüsseiseiten 617 unterhalb der Behälteroberseite 618 auch ähnlich konstruiert, so dass die Schüsselseiten unterhalb der Behälteroberseite 618 im Wesentlichen aus 4 rechtwinkligen Abschnitten zusammengesetzt sind, welche sich dann nach innen in Richtung auf die Schüsselboden-Mittelplatte 639 erstrecken und dort schneiden. Eine solche Konfiguration lässt einen Fluidfluss in hohem Maße zu, der durch den Schüsselunterbereich, welcher in dem Behälter 604 angeordnet ist, hindurch passieren kann.
  • Auf diese Weise wird im Betrieb eine Prozessflüssigkeit durch die Prozessfluideinlassleitung 625 bereit gestellt und durch Fluidauslassöffnungen 628 in dem unteren Teil der Schaleneinheit 620 ausgegeben. Aufgrund des Schalenfilters 620 wird die in das Fluideinlassplenum 629 eintretende Flüssigkeit über das Plenum verteilt und fließt dann nach oben durch den Filter 630 zum Boden der Anode 634.
  • Von der Oberseite des Filters 630 fließt die Prozessflüssigkeit weiter in einer Aufwärtsrichtung, und zwar aufgrund der fortgesetzten Zuführung von Prozessflüssigkeit durch die Prozesseinlassleitung 625. Die Prozessflüssigkeit fließt um den Ringspalt 635 zwischen der Anode 634 und der inneren Schalenwand 622 herum. Mit fortgesetztem Aufstieg der Prozessflüssigkeit in der Schale 621 wird sie gegebenenfalls den oberen Schalenrand 633 erreichen und in die Überlauf-Ringlücke 632 zwischen der äußeren Schalenwand 636 und der inneren Schüsselwand 616 überlaufen.
  • Das überlaufende Fluid wird von der Überlauflücke 632 durch die Lücke nach unten und zurück in den Behälter 604 fließen, wo es zur Wiederverwendung, zur Wiederaufbereitung oder zur Entsorgung gesammelt wird. Auf diese Weise wird keine Prozessflüssigkeits-Rückführleitung benötigt und ist kein kompliziertes Fluidsammelsystem notwendig, um überschüssiges Fluid aus dem Prozess zu sammeln.
  • Als ein weiterer Vorteil sorgt die Lage des Schalenfilters 630 und der Anode 634 in der Schale 621 für eine gleichmäßige Verteilung der Fluideinführung in die Schale. Die gleichmäßige Verteilung unterstützt in günstiger Weise das Bereitstellen unbewegten Flüssigkeitsoberfläche an der Oberseite der Schale 621. In ähnlicher Weise wird das Beibehalten eines konstanten Abstands zwischen der Außenwand der Schale 636 und der Innenwand der Schüssel 616 durch Bereitstellen der Überlauflücke 632 bei der Schaffung einer gleichmäßigen Strömung der Flüssigkeit aus der Schale 621 hinaus in den Behälter 604 unterstützen. Dies unterstützt weiter günstig das Bereitstellen des erwünschten bewegungslosen Zustandes der Prozessflüssigkeit an der Oberseite der Schale 621.
  • Die Materialauswahl für den Schalenfilter 620 wird durch den Prozess und andere Betriebsanforderungen diktiert. Üblicherweise wird der Filter die Fähigkeit zum Filtern von Teilchen von bis zu 0,1 Mikrometer haben. Ebenso wird die Wahl der Materialien für die Anode 634 durch das Metall diktiert, das auf das Werkstück galvanisch abgeschieden werden soll.
  • Obwohl die obige Schüsseleinheit insbesondere für einen galvanischen Oberflächenbehandlungsprozess beschrieben wurde, ist ersichtlich, dass für einen Prozess, bei welchem eine Fluidströmung erforderlich ist, aber keine Anode benötigt wird, das Entfernen der Anode 634 aus der Schaleneinheit 603 für einen bewegungslosen Pool einer Flüssigkeit für den Prozess sorgen wird. In einer solchen Anordnung würde die Endstelle 631 der Fluideinlassleitung 625 mit einer oder einem Stopfen verschlossen bzw. verstopft, statt durch die Anode 634.
  • Um die Gewährleistung, dass die Prozessflüssigkeit in den Ringspalt 632 gleichmäßig überläuft, zu unterstützen, ist es notwendig, sicherzustellen, dass der Schalenoberrand 633 auf einem solchen Niveau liegt, dass die Flüssigkeit nicht über eine Seite der Schale 621 schneller als über die andere Seite ausläuft. Um diese Aufgabe zu lösen, sind vorzugsweise Niveauregulierer an der Prozessschüsseleinheit 603 vorgesehen.
  • Nun zu 8 kommend, ist dort die Prozessschüsseleinheit aus 5 in einem Querschnitt entlang der Werkstückhalterung 401 dargestellt. Die Prozessschüsseleinheit 603 ist so dargestellt, dass sie auf der Prozessmodul-Deckplatte 666 montiert ist. Die Plattierkammer-Einheit 603 ist vorzugsweise mit Niveauregulierern versehen (nur einer von diesen ist in dieser Ansicht dargestellt), welche erlauben, dass die Plattierkammereinheit relativ zu der Oberseite des Behälters 618 niveaureguliert werden kann. Die Niveauregulierer können aus Hebelschrauben bestehen, die in den Rand der Modul-Deckplatte 666 eingeschraubt sind und sich in Kontakt mit dem Prozessmodulrahmen 606 befinden, um so die Prozessschüsseleinheit 603 relativ zu dem Prozessmodul 20 anzuheben. Die Prozessschüsseleinheit 603 ist vorzugsweise mit drei solchen Schüssel-Niveauregulierern versehen, die um den Schüsselumfang herum verteilt sind. Dies erlaubt eine Niveauregulierung sowohl in der X- als auch Y-Achse bzw. zu einer sogenannten, im Allgemeinen mit "Nivellierung links und rechts und Nivellierung vorne und hinten" bezeichnet wird.
  • Da sich die Prozessschüsseleinheit 603 frei in Bezug zum Flüssigkeitsbehälter 604 bewegen kann, ist zwischen dem Übergang Prozessschüssel/Fluidbehälter vorzugsweise ein nachgiebiger Schüsselsitz 665 angeordnet, um eine Bewegung der Prozessschüssel 616 in Bezug zu der Behälterinnenwand 609 zu erlauben. Eine nachgiebige Dichtung 665 verhindert ferner, dass Prozessflüssigkeit durch die Öffnung zwischen der Prozessschüssel und der Behälterwand hindurch gelangt.
  • Die Schaleneinheit 620 ist vorzugsweise mit einem Schalenhöheneinsteller 641 versehen. Der hier gezeigte und beschriebene Schalenhöheneinsteller besteht aus einer Schalenhöhe-Einstellschraube 643, welche um einen externen Bereich der Einlassleitung 625 herum positioniert ist. Die Schale 621 ist mit der Schalenhöhe-Einstellschraube 643 durch eine Schalen-Sperrmutter 642 befestigt. Die Schalen-Sperrmutter 642 wird verwendet, um die Schale 621 in ihrer Höhenposition nach Einstellung festzusetzen. Das obere Ende der Schalenhöhe-Einstellschraube 641 ist mit Einstellwerkzeug-Zugangslöchern 667 versehen, um das Einstellen der Höhe der Schale von der Oberseite der Schüssel statt von der Unterseite zu erlauben. Der Schalenhöheneinsteller 641 kann zusätzlich mit einer Flüssigkeitsdichtung versehen sein, wie beispielsweise einem O-Ring (nicht gezeigt), der in dem Ringraum angeordnet ist, der zwischen der Einstellschraube 643 und dem Schalenboden 623 ausgebildet ist.
  • Die Prozessschüsseleinheit 603 ist ganz bevorzugt mit einem zusätzlichen Höheneinsteller für die Anode 634 versehen. Da es erwünscht ist, den Abstand zwischen der Anode 634 und dem Werkstück basierend auf dem speziell verwendeten galvanischen Oberflächenbehandlungsprozess einstellen zu können, ist der Anodenhöheneinsteller 646 besser vorgesehen. Der Anodenhöheneinsteller 646 wird durch Montieren der Anode 634 auf dem mit Gewinde versehnen Anodenständer 664 montiert wird. Eine mit Schraubgewinde versehene Anoden-Einstellhülse 663 wird verwendet, um das mit Gewinde versehene obere Ende der Einlassleitung 625 zu verbinden. Die Anoden-Einstellhülse 663 ist mit Hülsenöffnungen 668 versehen, um zu erlauben, dass ein Fluid aus den Fluidauslassöffnungen 628 in das Einlassplenum 629 gelangt. Der Raum zwischen dem Boden des Anodenständers 664 und dem oberen Ende der Fluideinlassleitung 625, und begrenzt durch die Anoden-Einstellhülse 663, bildet eine Fluidauslasskammer 662. Die Fluidauslasskammer hat ein variables Volumen, wenn sich der Anodenständer 664 bei Höheneinstellung der Anode 634 nach oben und nach unten bewegt.
  • Es ist zusätzlich erwünscht, auf dem Schüssel-Nivellierer und den oben beschriebenen Höheneinstellern 641 und 646 Riegelmechanismen vorzusehen, so dass die Position, nachdem die gewünschte Positionierung der Vorrichtung (das heißt, der Schüssel, der Schale oder der Anode) erreicht ist, die Position durch Festlegen der Einsteller beibehalten werden kann, so dass sie sich nicht aus ihrer Einstellung aufgrund von einer Vibration oder anderen physikalischen Vorgänge verschieben.
  • Das Zulassen einer unabhängigen Höheneinstellung der Schale und der Anode jeweils in Bezug zu der Schüssel, liefert einen großen Grad an Flexibilität bei der Einstellung der Prozessschüsseleinheit 603, um dadurch für eine breite Auswahl von Prozessen zur Verfügung zu stehen.
  • Fluidtransfereinrichtung
  • Um die Prozessflüssigkeit der Prozessschüsseleinheit in dem Galvano-Oberflächenbehandlungsmodul bereitzustellen, ist das Modul in vorteilhafter Weise mit einer Fluidübertragungseinrichtung versehen. Die Fluidübertragungseinrichtung ist so vorgesehen, dass sie Prozessflüssigkeit aus einem Behälter zieht, diese der Prozessschüsseleinheiten zuführt und zu ihrer üblichen Sammelstelle zurückbringt.
  • Nun zu 6 kommend, ist ein Querschnitt des Behälters und der Prozessschüsseleinheiten und der zusätzlichen in 4 gezeigten Einrichtung dargestellt. 6 zeigt eine Tauchpumpe 605, welche an der Behälteroberseite 618 angebracht ist. Das Beschichtungsmodul ist in vorteilhafter Weise mit einer solchen Pumpe versehen, welche ferner aus einem Fluidsaugrohr oder Pumpsaugrohr 647 besteht, welches Prozessflüssigkeit aus dem Behälter 604 zieht. Die Tauchpumpe pumpt die Flüssigkeit aus dem Pumpsaugrohr 640 in das Pumpengehäuse 653 und durch den Fluidauslass bzw. Pumpenauslass 648 hinaus. Die Tauchpumpe 605 wird vorzugsweise durch einen elektrischen Pumpenmotor 650 angetrieben.
  • Alternativ kann eine Behälterpumpe verwendet werden. Die Tauchpumpe hat jedoch den Vorteil, dass sie zur Wartung und dergleichen leicht entnommen werden kann. In noch einer weiteren Ausführungsform können einzelne Pumpen für jede der Prozessesschüsseleinheiten verwendet werden oder es können Prozessschüsseleinheiten sich einen Satz gemeinsamer Pumpen teilen. Jede solche Pumpe würde ein Prozessflüssigkeits-Einlasssaugrohr und eine Prozessflüssigkeits-Ausgabe haben.
  • Zurück zu der bevorzugten Ausführungsform aus 6 kommend, hat das Beschichtungsmodul vorzugsweise einen Pumpen-Ausgabefilter 607, welcher in Linie mit dem Pumpenauslass verbunden ist. Der Pumpenauslassfilter 607 ist vorzugsweise mit einer entfernbaren Filteroberseite 649 versehen, so dass Filterpatronen im Filter ausgetauscht werden können. Der Filtertyp, die Größe und die Siebgröße werden von den Bedürfnissen des jeweiligen Prozesses diktiert, der gerade verwendet wird.
  • Von dem Pumpenauslassfilter 607 tritt Prozessflüssigkeit durch einen Filterauslass 651 aus und in einen Versorgungsverteiler 652 ein. Der Versorgungsverteiler beliefert alle Prozessschüsseleinheiten 603 mit Prozessflüssigkeit. Von dem Versorgungsverteiler 652 zweigen die einzelnen Fluideinlassleitungen 625. Die Fluideinlassleitungen 625 sind vorzugsweise mit Fließsteuereinrichtungen versehen, welche unten vollständiger beschrieben werden.
  • An dem stromabwärts liegenden Ende des Versorgungsverteilers 652, hinter der letzten arbeitenden Schüsseleinheit 661, wird der Verteiler zu einer Fluidrückkehrleitung 654 gelenkt. Obwohl der Versorgungsverteiler an einer offenendigen Stelle an der optionalen Endstelle 655 enden könnte, ist der Versorgungsverteiler 652 in der bevorzugten Ausführungsform zusätzlich mit einem Rückdruckregulator 656 versehen, welcher unten vollständiger beschrieben wird. Da es aus Zugriffsgründen vorteilhaft ist, den Rückdruckregulator außerhalb des Fluidbehälters zu haben, wird die Fluidrückkehrleitung 654 bereit gestellt, wenn der Rückdruckregulator 656 verwendet wird.
  • Steuereinrichtungen
  • In der bevorzugten Ausführungsform umfasst das Arbeitsstations-Prozessmodul ferner Einrichtungen zum Steuern des Flusses und der Verteilung der Prozessflüssigkeit an die Prozessschüsseleinheiten.
  • Mit Bezug auf 6 ist die Vorrichtung in günstiger Weise mit Strömungssensoren 657 versehen, welche innerhalb der Fluideinlassleitung 625 für jede einzelnen Prozessschüsseleinheit 603 angeordnet sind. Die Strömungssensoren 657 messen die Menge der Prozessflüssigkeit, die durch jede Fluideinlassleitung fließt und werden ein Signal erzeugen, welches an die Strömungssignalleitung 659 übertragen wird. Ein Signal wird typischerweise ein elektrisches Signal sein, kann aber auch ein pneumatisches oder andersartiges Signal sein.
  • Die Prozessmodule 603 sind vorzugsweise mit Strömungsbeschränkern 658 versehen, welche in den Fluideinlassleitungen 625 hinter dem Strömungssensor 657 aber vor der Fluidauslassöffnung 628 in der Schale 621 (in 5 gezeigt) angeordnet sind. Der Strömungsbeschränker ist auch als eine variable Öffnung bzw. Steuerventil bekannt. Der Strömungsbeschränker 658 kann entweder per Hand einstellbar sein oder kann auf ein Signal ansprechen, das von der Strömungs-Steuersignalleitung 660 geliefert wird. Die Strömungs-Steuersignalleitung kann ein pneumatisches, elektrisches oder andersartiges Signal liefern. Die Aufgabe der Strömungskontrolle besteht darin, die Menge der Prozessflüssigkeit zu steuern, die an die Fluidschale 621 während des Bearbeitungsschrittes bei der Herstellung des Halbleiters geliefert wird. Wenn der Strömungsbeschränker auf ein Steuersignal anspricht, kann die von der Strömungssignalleitung 659 gelieferte Information dazu verwendet werden, das Strömungssteuersignal zu modifizieren oder zu erzeugen, welches dann an die Strömungskontrolle 658 geliefert wird. Diese Kontrolle kann durch einen Mikroprozessor oder durch andere Steuereinrichtungen bereit gestellt werden, welche im Handel erhältlich sind.
  • Ganz bevorzugt ist das Halbleiter-Prozessmodul mit einem Rückdruckregulator 656 versehen. Wenn der Pumpenauslassfilter 607 aufgrund von aufgefangenem Filtrat beschränkt wird, wird der Druck in der Versorgerverteilung 652 abfallen, was die Strömung der Prozessflüssigkeit zu den Fluidschalen 621 verringert. Der Rückdruckregulator 656 wird dazu verwendet, einen vorgewählten Druck in dem Versorgungsverteiler 652 beizubehalten, um sicherzustellen, dass ausreichender Druck verfügbar ist, um die erforderliche Strömung der Prozessflüssigkeit zu den Fluidschalen bereitzustellen. Der Rückdruckregulator 656 umfasst ferner einen Innendrucksensor und umfasst vorzugsweise einen Signalerzeuger zum Erzeugen eines Steuersignals, um den Rückdruckregulator zu öffnen oder zu schließen, um so den Druck in dem Versorgungsverteiler zu erhöhen oder zu vermindern. Der Rückdruckregulator kann durch eine externe Steuereinrichtung gesteuert werden, wie beispielsweise einen Mikroprozessor, oder er kann einen lokalen Einstellpunkt haben und durch einen internen lokalen Steuermechanismus gesteuert werden.
  • In einer anderen Ausführungsform, in welcher eine für jede Prozessschüsseleinheit eine eigene Prozesspumpe verwendet wird, würde ein Rückdruckregulator typischerweise nicht erforderlich sein.
  • Werkstückhalterung
  • Nun zu 10 kommend, ist eine vergrößerte Ansicht der Werkstückhalterung 401 dargestellt. Die Werkstückhalterung 401 umfasst in vorteilhafter Weise eine Betätigungsbasis 405, einen Prozesskopf 406 und einen Betätigungsarm 407. Der Prozesskopf 406 umfasst vorzugsweise einen Werkstückhalter bzw. Waferhalter 408 und umfasst ferner Finger 409 zum sicheren Halten des Werkstücks während weiterer Prozess- und Herstellungsschritte. Der Werkstückhalter 408 dreht sich insbesondere um eine Werkstück-Drehachse 410.
  • Der Prozesskopf ist vorzugsweise drehbar um eine Prozesskopf-Schwenkachse bzw. kurz gesagt eine Prozessschwenkachse 411 angebracht. Auf diese Weise kann ein Werkstück (nicht gezeigt) zwischen den Fingern 409 angeordnet und von diesen erfasst werden, wobei an dieser Steile der Prozesskopf vorzugsweise um eine Prozesskopf-Schwenkachse 411 gedreht wird, um das Werkstück in eine Position zu bringen, in der dieses dem Herstellungsprozess ausgesetzt ist.
  • In der bevorzugten Ausführungsform kann der Betätigungsarm 407 um die Betätigungs- Schwenkachse 412 geschwenkt werden. auf diese Weise wird das Werkstück vorteilhaft in die Prozessschüssel (nicht gezeigt) abgesenkt, um einen Schritt bei der Herstellung des Halbleiterwafers herbei zu führen.
  • Nun zu den 11 bis 13 kommend, ist eine Sequenz des Anordnens eines Werkstücks auf der Werkstückhalterung und ein Bereithalten des Werkstücks für den Halbleiter-Herstellungsprozess dargestellt. In 11 ist ein Werkstück W dargestellt, das gerade durch die Fingerspitzen 414 der Finger 409 an Ort und Stelle gehalten wird. Das Werkstück W wird durch die Fingerspitzen 414 erfasst, nachdem es durch einen Roboter oder eine andere Einrichtung in Position gebracht worden ist.
  • Sobald das Werkstück W von den Fingerspitzen 414 sicher ergriffen worden ist, kann der Prozesskopf 406 um die Prozesskopf-Schwenkachse 411 gedreht werden, wie dies in 12 gezeigt ist. Der Prozesskopf 406 wird vorzugsweise um die Achse 411 gedreht, bis sich das Werkstück W in einem gewünschten Winkel, wie beispielsweise in etwa horizontal, befindet. Der Betätigungsarm 407 wird um eine Betätigungsarm-Schwenkachse 412 in einer Weise geschwenkt um die Winkelposition des Prozesskopfes 406 zu koordinieren. In der Schließstellung ist der Prozesskopf an dem Rand der Schüssel 416 angeordnet und befindet sich das Werkstück W im Wesentlichen in einer horizontalen Ebene. Sobald das Werkstück W in dieser Position festgesetzt worden ist, kann irgendeiner von einer Reihe von verschiedenen Halbleiter-Herstellungsprozessschritten an dem Werkstück ausgeführt werden, da es in der Prozessschüssel 417 frei liegt.
  • Da der Prozesskopf 406 von dem Betätigungsarm 407 auf der linken und rechten Seite berührt wird, indem die vorzugsweise horizontale Achse 411 die Schwenkpunkte des Prozesskopfes 406 verbindet, wird ein hohes Maß an Stabilität um die horizontale Ebene erhalten. Da ferner der Betätigungsarm 407 ebenso mit der Betätigungsbasis 405 an der linken und rechten Seite entlang der im Wesentlichen horizontalen Linie 412 verbunden ist, wobei die Schwenkpunkte des Betätigungsarms verbunden werden, bildet die Werkstückhalterung eine Struktur mit einer hohen Steifigkeit in der horizontalen Ebene parallel zu den Achsen 411 und 412 und durch diese begrenzt. Da die Betätigungsbasis 405 fest an der Halbleiter-Prozessmaschine 400 angebracht ist, wird schließlich auch eine Starrheit um die Drehachse 410 herum erreicht.
  • Ebenso wird, da der Prozesskopf 406 in dem gabel- oder jochbeinförmigen Betätigungsarm 407 aufgenommen ist, der jeweils eine linke und eine rechte Zinke 418 und 419 hat, wie in 10 dargestellt ist, eine Bewegung aufgrund der Einspannung des Prozesskopfes verrin gert, und zwar aufgrund des reduzierten Momentarmes, der durch die Linie definiert wird, welche die Schwenkachsen 411 und 412 verbindet.
  • In einem typischen Halbleiter-Herstellungsprozess wird der Werkstückhalter 408 das Werkstück drehen, wobei der Prozesskopf 406 an zwei Stellen festgelegt ist, das heißt, jeweils an der linken und rechten Zinke 418 und 419, wobei die durch die Drehung des Werkstückhalters 408 induzierte Vibration entlang der Achse 411 signifikant verringert sein wird.
  • Eine vollständigere Beschreibung der Komponenten und ihr Betrieb und ihre wechselseitige Beziehung folgt.
  • Betätigungsbasis
  • Nun zu 17 kommend, ist eine Betätigungsbasis 405 dargestellt. In vorteilhafter Weise bildet eine Betätigungsbasis 405 eine im Wesentlichen jochförmige Basis mit einem Betätigungsbasis-Hinterbereich 420, einem linken Betätigungsbasis-Jocharm 421 und einem rechten Betätigungsbasis-Jocharm 422. Die Jocharme 421 und 422 sind an der Basis des Jochs 420 fest verbunden. In der bevorzugten Ausführungsform sind die Jocharme an der Jochbasis durch die Jocharmbefestiger 423 festgelegt. Die Jocharmbasis wiederum ist in vorteilhafter Weise mit der Halbleiter-Prozessmaschine 400 verbunden, wie dies in 9 gezeigt ist.
  • Die oberen Bereiche des Jocharms umfassen in vorteilhafter Weise Behältnisse zum Aufnehmen der Betätigungsarmlager 424, welche dazu verwendet werden, die Schwenkwellen des Betätigungsarms 425 zu halten, wie dies unten vollständiger beschrieben wird.
  • Betätigungsarm
  • Noch mit Blick auf 17 ist in vorteilhafter Weise ein Betätigungsarm 407 vorhanden. Wie vorher beschrieben wurde, schwenkt der Betätigungsarm 407 vorzugsweise um die Betätigungsarm-Schwenkachse 412, welche die Mittellinie, welche durch die Mittelpunkte der Betätigungsarm-Schwenklager 424 definiert wird, verbindet.
  • Der Betätigungsarm bzw. Schwenkarm 407 ist in vorteilhafter Weise so konstruiert, dass die Masse verringert wird, die um die Betätigungsarm-Schwenkachse 412 frei tragend vorhanden ist. Dies erlaubt ein schnelleres und genaueres Positionieren des Schwenkarms, wenn dieser um die Schwenkarmachse 412 herum bewegt wird.
  • Die linke Zinke 418 des Schwenkarms, genauer in 19 gezeigt, nimmt den Mechanismus auf, mit welchem der Schwenkarm veranlasst wird, sich zu heben oder um die Schwenkarm-Schwenkachse 412 zu drehen. Die rechte Schwenkarmzinke 419, die deutlicher in 18 gezeigt ist, nimmt den Mechanismus auf, mit welchem der Prozesskopf 406 (nicht gezeigt) veranlasst wird, sich um die Prozesskopf-Schwenkachse 411 zu drehen.
  • Der Prozessarm-Rückraum 426, der in 17 gezeigt ist, nimmt den Hubmotor 452 auf, der den Betätigungsarm 407 dazu veranlasst, um die Schwenkarmachse 412 zu drehen. Der Prozessarm-Rückraum 426 beherbergt auch den Drehmotor 428, welcher dazu verwendet wird, den Prozesskopf 406 zu veranlassen, um die Prozesskopf-Schwenkachse 411 zu drehen. Der Drehmotor 428 kann allgemeiner als ein Prozesskopf-Schwenk- oder Drehantrieb beschrieben werden. Der Prozesskopf 406 ist auf dem Betätigungsarm 407 an der linken Schwenkwelle 429 des Prozesskopfes und der rechten Schwenkwelle 430 des Prozesskopfes montiert.
  • Der Betätigungsarm 407 ist an dem linken Jocharm 421 und dem rechten Jocharm 422 durch Betätigungsarm-Schwenkwellen 425 und Betätigungsarm-Schwenklager 424 fest angebracht, wobei die jeweils rechte einer solche Lagerwelle und die Lager in 17 gezeigt sind.
  • Betätigungsarm-Prozesskopf Drehmechanismus
  • Nun zu 21 kommend, ist eine angeschnittene Draufsicht der rechten rückseitigen Ecke des Betätigungsarms 407 dargestellt. Der rechte rückseitige Abschnitt des Betätigungsarms 407 enthält in vorteilhafter Weise den Drehmechanismus, welcher verwendet wird, um den Prozesskopf 406 um die Prozesskopf-Schwenkwellen 430 und 429 zu drehen. Der Prozesskopf-Drehmechanismus 431 besteht vorzugsweise aus einem Drehmotor 428, welcher die Drehwelle 432 antreibt, die allgemeiner als eine Prozesskopf-Antriebswelle beschrieben ist. Die Drehwelle 432 ist in einer Drehscheibe 425 eingesetzt, welche auch als die Betätigungsarm-Schwenkwelle arbeitet. Wie vorher beschrieben wurde, ist die Schwenkarm-Schwenkwelle/Hubscheibe in Betätigungsarm-Schwenklagern 424 abgestützt, welche selbst in den Betätigungsarm-Jocharmen 422 abgestützt sind. Die Drehwelle 432 ist in der linken Scheibe 424 durch einen Befestigungsflansch 433 festgelegt. Der Befestigungsflansch 433 sichert die Drehscheibe 425 dahin gehend, die Welle 432 in einer sicheren Weise zu drehen, um so eine positive Verbindung zwischen dem Drehmotor 428 und der Drehscheibe 425 zu gewährleisten. Eine Innenabdeckung 584 ist auch vorgesehen.
  • Der Drehmotor 428 ist in dem Prozessarm-Rückraum 426 angeordnet und wird durch eine Drehmotor-Halterung 434 gehalten. Der Drehmotor 428 ist vorzugsweise ein Servomotor, der eine genaue Steuerung der Geschwindigkeit und Beschleunigung des Motors ermöglicht. Der Servomotor 428 ist in vorteilhafter Weise mit einem Drehkodierer 435 verbunden, welcher auf einem Ende des Drehmotors 428 positioniert ist. Der Drehkodierer 435, allgemeiner als ein Prozesskopf-Kodierer beschrieben, erlaubt eine akkurate Messung der Anzahl von Drehungen des Drehmotors 428 sowie der Position, Geschwindigkeit und Beschleunigung der Drehwelle 432. Die Information von dem Drehkodierer kann in einem Dreh-Schaltkreis verwendet werden, welcher dann dazu verwendet werden kann, den Drehmotor zu steuern, wenn der Drehmotor ein Servomotor ist. Diese Information ist nützlich für den Erhalt der Position und der Bewegungsrate des Prozesskopfes sowie für die Steuerung der Endpositionen des Prozesskopfes, wenn dieser um die Prozesskopf-Drehachse 411 gedreht wird.
  • Die Beziehung zwischen den Drehmotor-Drehungen, wie sie durch den Drehkodierer 435 gemessen werden, können leicht bestimmt werden, sobald die Durchmesser der Drehscheibe 425 und der Prozesskopf-Scheibe 438 bekannt sind. Diese Durchmesser können dazu verwendet werden, das Verhältnis der Drehmotor-Drehungen zu den Prozesskopf-Drehungen zu bestimmen. Dies kann durch einen Mikroprozessor herbei geführt werden, wie auch durch andere Mittel.
  • Die Drehscheibe 425 wird ferner in dem Betätigungsarm 407 durch ein Drehscheiben-Innenlager 436 abgestützt, welches um einen ausgedehnten Flansch auf der Drehscheibe 425 herum angeordnet ist. Das Drehscheiben-Innenlager 436 ist durch den Körper des Betätigungsarms 407 abgestützt, wie das in 21 gezeigt ist.
  • Die Drehscheibe 425 treibt in vorteilhafter Weise einen Antriebsriemen 437, der allgemeiner als eine flexible Kraftübertragungskupplung beschrieben wird. Nun mit Bezug auf 18 ist der Antriebsriemen 437 in der Seitenansicht des rechten Arms 419 des Betätigungsarms 407 dargestellt. Der Antriebsriemen 437 ist vorzugsweise eine gezahnter Synchronriemen, um eine positiven Eingriff in das Prozesskopf-Antriebsrad sicherzustellen, hier insbesondere als die Prozesskopf-Scheibe 438 beschrieben (nicht in dieser Ansicht gezeigt). Um den gezahnten Synchronriemen 437 aufzunehmen, sind sowohl die Drehscheibe 425 als auch die Prozesskopf-Scheibe 438 in vorteilhafter Weise mit Getriebezähnen versehen, welche an das Zahnmuster des Synchronriemens angepasst sind, um einen positiven Eingriff der Scheiben mit dem Antriebsriemen sicherzustellen.
  • Der Drehmechanismus 431 ist vorzugsweise mit einem Antriebsriemenspanner 439 versehen, der dazu nützlich ist, den Riemen so einzustellen, dass kein Schlupf vorhanden ist, wenn sich der Riemen während der Benutzung dehnt, und eine Einstellung des Riemens erlaubt, um einen positiven Eingriff mit sowohl der Drehscheibe als auch der Prozesskopf-Scheiben sicherzustellen. Der Antriebsriemenspanner 439 stellt die Spannung des Antriebsriemens 437 ein, indem die Länge des Riemenweges zwischen der Drehscheibe 425 und der Prozesskopf-Scheibe 438 erhöht wird, wodurch jegliche Überschusslänge im Riemen ausgeglichen wird. Umgekehrt kann die Länge des Riemenweges auch durch Einstellen des Antriebsriemenspanners 439 gekürzt werden, um so einen lineareren Weg in dem oberen Bereich des Antriebsriemens 437 zu erzeugen. Der Spanner 439 wird eingestellt, indem dieser um eine Spannernabe 468 herum gedreht wird, und in einer neuen Position festgelegt wird.
  • Zu 21 kommend, ist die Prozesskopf-Scheibe 438 auf der Prozesskopf-Drehwelle 430 in einer festen Weise montiert, so dass eine Drehung der Prozesskopf-Scheibe 438 die Prozesskopf-Drehwelle 430 veranlassen wird, sich zu drehen. Die Prozesskopf-Welle 430 ist auf der rechten Betätigungsarmgabel 419 durch das Prozess-Wellenlager 440 montiert, welches wiederum in dem Rahmen der rechten Gabel 419 durch das Prozesskopf-Drehlager 469 festgelegt ist. In ähnlicher Weise ist die Prozesskopf-Welle 429 in der linken Betätigungsarmgabel 418 durch das Prozesskopf-Wellenlager 441 montiert, wie in 17 gezeigt ist.
  • Die Prozesskopf-Schwenkwellen 430 und 429 sind in vorteilhafter Weise Hohlwellen. Dieses Merkmal ist dahin gehend günstig, zu erlauben, dass elektrische, optische, pneumatische und andere Signal- und Zuleitdienste in dem Prozesskopf vorgesehen sein können. Dienstleitungen, wie solche, die gerade beschrieben wurden, die durch die hohlen Abschnitte der Prozesskopf-Schwenkwellen 429 und 430 geführt werden, werden durch Kabelklammer 442 und 443 in den Betätigungsarmen an Ort und Stelle gehalten. Die Kabelklammern 442 und 443 dienen einem doppelten Zweck. Erstens leiten sie die Dienstleitungen weg von den Betätigungskomponenten in der linken und rechten Gabel des Betätigungsarmes. Zweitens dienen die Kabelklammern 442 und 443 in einer nützlichen Funktion beim Isolieren von Kräften, die auf die Dienstkabel durch die Drehwirkung des Prozesskopfes 406 ausgeübt werden, wenn sich dieser um die Prozesskopf-Schwenkwellen 429 und 430 dreht. Dieses Drehen des Prozesskopfes 406 hat die Folge, dass die Dienstkabel in den Schwenkwellen aufgrund der Drehung verdreht werden, wodurch Kräfte auf die Kabel ausgeübt werden. Diese Kräfte werden vorzugsweise auf einen speziellen Bereich beschränkt, um so die Effekte der Kräfte auf die Kabel zu minimieren. Die Kabelklammern 442 und 443 erreichen diesen Isoliereffekt.
  • Der Prozesskopf-Drehmechanismus 431, der in 21 gezeigt ist, ist auch in vorteilhafter Weise mit einem Dreh-Nachlaufschutz 444 ausgebildet, welcher als Drehschalter dient. Der Dreh-Nachlaufschutz 444 wirkt vorzugsweise als ein sekundäres System auf den Drehkodierer 435, falls das Steuersystem aus irgendeinem Grunde dahin gehend versagen sollte, den Servomotor 428 in Übereinstimmung mit einer vorbestimmten Position zu stoppen, wie dies durch den Drehkodierer 435 veranlasst würde. Zu 21 kommend, ist der Dreh-Nachlaufschutz 444 in Draufsicht gezeigt. Der Dreh-Nachlaufschutz besteht vorzugsweise aus optischen Drehschaltern 445 und 446, welche so ausgebildet sind, dass sie mit den äußersten (Beginn- und Endpunkt) Abschnitten des Prozesskopfes korrespondieren sowie aus der primären Schalterkomponente, welche vorzugsweise eine Drehmarke ist. Die Drehmarke 447 ist vorzugsweise an der Prozesskopf-Scheibe 438 angebracht, derart, dass, wenn die Prozesskopfwelle 430 (und folglich der Prozesskopf 406) aufgrund der Antriebskräfte, die von dem Antriebsriemen 437 auf die Prozesskopf-Scheibe 425 ausgeübt werden, gedreht werden, die Drehmarke 447 drehen wird und dadurch der Drehbewegung des Prozesskopfes 406 folgt. Die optischen Drehschalter 445 und 446 sind derart positioniert, dass die Drehmarke 447 dem optischen Weg, der durch jeden optischen Schalter erzeugt wird, durchlaufen kann, wodurch ein Schaltsignal erzeugt wird. Das Schaltsignal wird dazu verwendet, ein Ereignis zu steuern, wie beispielsweise das Anhalten des Drehmotors 428. Der optische Drehschalter 445 wird gegen einen Nachlauf des Prozesskopfes 406 in einer Richtung schützen, während der optische Drehschalter 446 gegen einen Nachlauf des Prozesskopfes 406 in der entgegen gesetzten Richtung schützen wird.
  • Betätigungsarm-Hebemechanismus
  • Der Betätigungsarm 407 ist vorzugsweise auch mit einem Betätigungsarm-Hebemechanismus 448 versehen, welcher dazu nützlich ist, den Betätigungsarm anzuheben, das heißt, diesen um die Betätigungsarm-Schwenkachse 412 zu schwenken bzw. zu drehen. Zu 22 kommend, ist der Betätigungsarm-Hebemechanismus 448 in der angeschnittenen Draufsicht der rechten hinteren Ecke des Betätigungsarms 407 dargestellt.
  • Der Betätigungsarm-Hebemechanismus 448 wird in vorteilhafter Weise durch einen Liftmotor 452 angetrieben. Der Liftmotor 452 allgemeiner als ein Betätigungsarmantrieb bzw. als ein Betätigungsarm-Schwenkantrieb beschrieben werden. Der Liftmotor 452 ist vorzugsweise ein Servomotor und ist ganz bevorzugt versehen mit einem Betätigungskodierer, insbesondere beschrieben als Liftmotor-Kodierer 456. Wenn der Liftmotor 452 ein mit dem Liftkodierer 456 gekoppelter Servomotor ist, kann eine Information hinsichtlich der Geschwindigkeit und der absoluten Drehposition der Liftmotorwelle 454 aus dem Liftkodiersignal hergeleitet werden. Zudem können aufgrund des Servomechanismus die Winkelgeschwindigkeit und – beschleunigung des Liftmotors 452 durch Verwendung des Liftsignals durch eine elektrische Schaltung leicht gesteuert werden. Eine solche Liftschaltung kann so ausgelegt sein, dass sie gewünschte Hubeigenschaften (Geschwindigkeit, Winkel, Beschleunigung, etc.) erzeugt. 14 zeigt, dass der Liftbetätiger auch eine Bremse 455 enthalten kann, welche dazu verwendet wird, den Arm sicher anzuhalten, falls die Leistung ausfällt.
  • Der Liftmotor 452 treibt die Liftmotorwelle 454 an, welche wiederum das Liftgetriebe 453 antreibt. Das Liftgetriebe 453 ist ein Reduktionsgetriebe, um eine reduzierte Anzahl von Umdrehungen an der Liftantriebswelle 456 als Funktion von Eingangsumdrehungen von der Liftmotorwelle 454 zu erzeugen.
  • Die Liftgetriebewelle 456 ist an einem Liftanker 451 festgelegt, welcher deutlicher in 19 dargestellt ist. Der Liftanker 451 ist vorzugsweise so geformt, dass er wenigstens eine flache Seite aufweist, mit der er positiv an eine Liftbuchse 449 angreift. Der Liftanker 451 ist an der Liftantriebswelle 456 durch eine Ankerplatte 458 und Ankerbefestiger 457 festgelegt. Auf diese Weise wird dieser, wenn die Liftantriebswelle 456 gedreht wird, die Liftbuchse 449 positiv angreifen. Zu 22 zurückkehrend ist dort zu sehen, dass die Liftbuchse 449 in dem linken Betätigungsjocharm 421 angebracht ist und auf diese Weise in Bezug zur Betätigungsbasis 405 fixiert ist. Ein Liftlager 450 ist die Liftbuchsenwelle herum angeordnet und wird in den Betätigungsarm 407 durch eine Liftlagerhalterung 460 gehalten, welche eine Buchse ist, die so ausgelegt ist, dass sie das Liftlager 450 auf einem ersten Ende aufnimmt und das Liftgetriebe 453 auf dem zweiten Ende hält. Die Liftlagerhalterung 460 wird ferner in dem Betätigungsarm 407 durch einen Betätigungsarmrahmen 461 abgestützt. Der Liftarm kann somit aufgrund des Liftlagers 450 frei um die Liftbuchse 449 schwenken.
  • Im Betrieb wird, wenn der Liftmotor 452 das Liftgetriebe 453 veranlasst, Drehungen an der Getriebewelle 456 zu erzeugen, der Liftanker 451 gegen die Liftbuchse 449 gedrückt, welche sicher in dem rechten Betätigungsjocharm 421 positioniert ist. Die Drehkraft gegen den Liftanker 451 wird die Liftlagerhalterung 460 veranlassen, sich relativ zur Liftbuchse 449 zu drehen. Da die Liftbuchse 449 in der Betätigungsbasis 405 fixiert ist und da die Betätigungsbasis 405 an der Prozessmaschine 400 fixiert ist, wird die Drehung der Liftlagerhalterung 460 den Liftarm 407 dazu veranlassen, um die Betätigungsarm-Schwenkachse 412 zu schwenken, wodurch sich der Prozesskopf 406 bewegt. Es ist von Vorteil, die Getriebewelle (bzw. "Betätigungsarmwelle") als in Bezug zur Betätigungsbasis 405 fixiert anzusehen, wenn der Betrieb des Liftmechanismus betrachtet wird.
  • Der Betätigungsliftmechanismus 448 ist auch in vorteilhafter Weise mit einem Lift-Nachlaufschutz 462 oder Liftschalter versehen. Der Liftdrehschutz arbeitet in einer ähnlichen Weise, wie derjenige, der für den oben beschriebenen Dreh-Nachlaufschutz 444 beschrieben ist. Nun zu 19 kommend, ist eine linksseitige Ansicht des Betätigungsarmes 407 gezeigt, welche den linken Nachlaufschutz im Detail zeigt.
  • Der Lift-Nachlaufschutz umfasst vorzugsweise einen optischen Lift-Tiefschalter 463 und einen optischen Lift-Hochschalter 464. Andere Typen von Begrenzungsschaltern können auch verwendet werden. Der Hochschalter 464 und der Tiefschalter 463 entsprechen dem Anfang und dem Endpunkt der Bewegung des Liftarms 407. Die primäre Liftschalterkomponente ist eine Liftmarke 465, welche fest an dem linken Betätigungsbasis-Jocharm 421 angebracht ist. Die optischen Liftschalter sind vorzugsweise an dem beweglichen Betätigungsarm 407 angebracht. Wenn sich der Betätigungsarm 407 in einer Aufwärtsrichtung beim Schwenken um die Betätigungsarm-Schwenkachse 412 bewegt, wird sich der optische Lift-Hochschalter 464 der Liftmarke 465 annähern. Sollte der Liftmotorkodierer 455 dahin gehend versagen, den Liftmotor 454 wie erwünscht abzuschalten, wird die Liftmarke 465 den optischen Weg des optischen Lift-Hochschalters 464 unterbrechen und somit ein Signal erzeugen, welches dazu verwendet werden kann, den Liftmotor zu stoppen. In ähnlicher Weise wird, wenn der Betätigungsarm 407 durch Drehen desselben in einer Richtung im Uhrzeigersinn um die Betätigungsarm-Schwenkachse 412 gesenkt wird, wie dies in 19 dargestellt ist, ein Nachlauf des Betätigungsarms 407 den optischen Luft-Tiefschalter 463 dazu veranlassen, dass dessen optischer Weg durch die Liftmarke 465 unterbrochen wird, wodurch ein Signal erzeugt wird, welches dazu verwendet werden kann, den Liftmotor 452 zu stoppen. Wie in 19 gezeigt ist, ist die Liftmarke 465 auf dem linken Betätigungsbasis-Jocharm 421 mit geschlitzten Liftmarken-Montageschlitzen 467 und entfernbaren Liftmarkenbefestigern 466 montiert. Eine solche Anordnung erlaubt, dass die Liftmarke so eingestellt wird, dass das Lift-Nachlaufschutzsystem nur aktiv wird, nachdem sich der Liftarm 407 über einen vorbestimmten Punkt hinaus bewegt hat.
  • Prozesskopf
  • Nun zu 14 kommend, ist eine schematische Vorderansicht des Prozesskopfes 406 dargestellt. Der Prozesskopf 406 ist in größerem Detail in den 15 und 16 beschrieben. Nun zu 15 kommend, ist eine Schnittansicht der linken Vorderseite des Prozesskopfes 406 gezeigt. Der Prozesskopf 406 umfasst vorzugsweise ein Prozesskopfgehäuse 470 und einen Rahmen 582. Der Prozesskopf 406 hat vorzugsweise eine runde Form in Draufsicht, welche ihm erlaubt, leicht um die Prozesskopf-Schwenkachse 411 zu schwenken, ohne mit dem Betätigungsarm 407 zu kollidieren, wie dies in den 11 bis 13 gezeigt ist. Zu 15 zurückkommend, hat das Prozesskopfgehäuse 470 ganz bevorzugt Umfangsnuten 471, welche in der Seite des Prozesskopfgehäuses 470 ausgebildet sind. Die Umfangsnuten 471 haben einen funktionalen Vorteil dahin gehend, den Wärmeübergang vom Prozesskopf 406 zu steigern.
  • Die Seiten des Prozesskopfgehäuses 470 sind in vorteilhafter Weise mit Drehwellenöffnungen 474 und 475 zum Aufnehmen jeweils einer linken und einer rechten Prozesskopf-Schwenkwelle 429 und 430 versehen. Die Prozesskopf-Schwenkwellen 429 und 430 sind an dem Prozesskopf 406 durch eine jeweilige linke und rechte Prozesskopf-Halterung 472 und 473 befestigt. Die Prozesskopf-Halterungen 472 und 473 sind fest mit dem Prozesskopfrahmen 582 verbunden, welcher auch eine Prozesskopftür 476 abstützt, welche selbst fest an dem Prozesskopfgehäuse 470 befestigt ist. Folglich sind die Prozesskopf-Schwenkwellen 429 und 430 mit Bezug auf den Prozesskopf 407 fixiert und können deshalb mit Bezug auf den Betätigungsarm 407 drehen oder schwenken. Die Details dazu, wie die Prozesskopf-Schwenkwellen 429 und 430 in den Betätigungsarm 407 aufgenommen sind, wurden oben besprochen.
  • Das Prozesskopfgehäuse 470 bildet einen Prozesskopfraum 477, welcher dazu verwendet wird, zusätzliche Prozesskopfkomponenten aufzunehmen, wie den Drehmotor, die Pneumatikfinger-Stellglieder und Dienstleitungen, die alle vollständiger unten besprochen werden.
  • Der Prozesskopf umfasst auch in vorteilhafter Weise einen Werkstückhalter und Finger zum Halten eines Werkstücks, wie dies auch unten vollständiger beschrieben wird.
  • Prozesskopf-Drehmotor
  • In einer großen Anzahl von Halbleiter-Herstellungsprozessen ist es erwünscht, den Halbleiterwafer bzw. das Werkstück während des Prozesses zu drehen, zum Beispiel um eine gleichmäßige Verteilung aufgebrachter Prozessfluide über die Oberfläche des Halbleiterwafers sicherzustellen, oder, um eine Trocknen des Wafers nach einem Nasschemieprozess zu unterstützen. Es ist deshalb erwünscht, in der Lage zu sein, das Halbleiterwerkstück zu drehen, während es vom Prozesskopf gehalten wird.
  • Das Halbleiterwerkstück wird während des Prozesses durch den Werkstückhalter 478 gehalten, wie dies unten vollständiger beschrieben wird. Um den Werkstückhalter 478 relativ zu dem Prozesskopf 406 um eine Drehachse 479 zu drehen, ist ein elektrischer (pneumatischer oder andersartiger Drehmotor oder Werkstück-Drehantrieb vorteilhaft vorgesehen.
  • Zu 16 kommend, hat der Drehmotor 480 Armaturen 526, welche die Drehmotorwelle 483 in eine Drehbewegung versetzen, um den Werkstückhalter 478 zu drehen. Der Drehmotor 480 wird durch ein bodenseitiges Motorlager 492 im bodenseitigen Motorgehäuse 482 abgestützt. Das bodenseitige Motorgehäuse 482 ist an den Prozesskopf 406 durch eine Tür 476 festgelegt. Der Drehmotor 480 kann somit in Bezug zu dem Prozesskopfgehäuse 470 und der Tür 476 frei drehen. Der Drehmotor 480 wird vorzugsweise zusätzlich durch das oberseitige Motorgehäuse 481 gehalten, welches auf der Prozesskopftür 476 ruht. Der Drehmotor 480 ist gegenüber dem oberseitigem Motorgehäuse 481 durch ein oberseitiges Motorlager 493 drehisoliert, welches zwischen der Drehmotorwelle 483 und dem oberseitigen Motorgehäuse 481 angeordnet ist.
  • Der Drehmotor ist vorzugsweise ein elektrischer Motor, welcher mit einer elektrischen Versorgungsquelle durch die Schwenkwelle 429 und/oder 430 versehen ist. Der Drehmotor 480 wird die Drehmotorwelle 483 um die Drehachse 479 antreiben.
  • Um einen Werkstückhalterrotor 484 an der Drehmotorwelle 483 festzulegen, ist der Werkstückhalterrotor 484 vorzugsweise mit einer Rotornabe 485 versehen. Die Rotornabe 485 bildet eine Rotornabenausnehmung 486, welche ein konisch erweitertes Ende der Werkstückhalterwelle 491 aufnimmt. Das konisch erweiterte Ende 487 der Werkstückhalterwelle 491 ist in der Rotornabenausnehmung 486 mithilfe eines Werkstückwellen-Schnappring 488 festgelegt, welcher in einer Rotorausnehmungsnut 489 oberhalb des konisch erweiterten Abschnitt 487 der Werkstückhalterwelle 491 sitzt.
  • Die Werkstückhalterwelle 491 sitzt innerhalb der Drehmotorwelle 483 und steht von der Oberseite der Drehmotorwelle vor. Die Oberseite der Werkstückhalterwelle 491 ist mit einem Schraubgewinde versehen, um eine dünne Mutter 427 (siehe 15) aufzunehmen. Die dünne Mutter 527 wird gegen einen optischen Tachometer 499 (vollständiger unten beschrieben) angezogen. Der optische Tachometer 499 ist fest an der Drehmotorwelle 483 angebracht, derart, dass die Werkstückhalterwelle 491 auch angetrieben wird, wenn der Drehmotor 480 die Drehmotorwelle 483 in Drehantrieb versetzt.
  • Die Werkstückhalter können leicht ausgetauscht werden, um verschiedene Ausbildungen anzunehmen, welche für verschiedene Prozesse im Verlauf der Herstellung der Halbleiter benötigt werden können. Dies wird herbeigeführt, indem der Drehkodierer 498 (unten be schrieben) und dann die dünne Mutter 527 entfernt werden. Sobald die dünne Mutter entfernt worden ist, wird der Werkstückhalter 478 vom Prozesskopf 406 abfallen.
  • Der Prozesskopf ist in vorteilhafter Weise auch mit einem Drehkodierer 498 versehen, der allgemein als ein Werkstückhalter-Kodierer beschrieben wird, und mit einem optischen Tachometer 499. Wie in 15 gezeigt ist, ist der Drehkodierer 498 auf der Oberseite des Motorgehäuses 481 durch eine Kodiererhalterung 528 montiert, um so diesen in Bezug zum Prozesskopf 406 ortsfest zu halten. Der optische Tachometer 499 ist auf einer Drehmotorwelle 483 montiert, so dass er mit dem Motor 480 dreht. Wenn sie zusammen betätigt werden, ermöglichen der Drehkodierer 498 und der optische Tachometer 499, dass die Geschwindigkeit, Beschleunigung und die präzise Drehposition der Drehmotorwelle (und somit des Werkstückhalters 478) bekannt ist. Auf diese Weise, und wenn der Drehmotor 480 als ein Servomotor vorgesehen ist, kann ein hohes Maß an Steuerung über die Drehrate, Beschleunigung und die Drehwinkelposition des Werkstücks in Bezug zu dem Prozesskopf 407 erhalten werden.
  • In einer Anwendung wird die Werkstückhalterung dazu verwendet, ein Halbleiterwerkstück in einem galvanischen Oberflächenbehandlungsprozess zu halten. Um die galvanische Oberflächenbehandlung durchzuführen, wird ein elektrischer Strom an das Werkstück angelegt, und zwar über eine weitere Ausführungsform der Finger (vollständiger unten beschrieben). Um den elektrischen Strom an die Finger zu liefern, verlaufen Leiterdrähte von den Oberseiten der Finger in den Werkstückhalter 478, durch die Elektrodendrahtlöcher 525 in den konische erweiterten unteren Teil der Werkstückhalterwelle 491. Die Elektrodendrähte liefern elektrischen Strom von elektrischen Leitungen, die durch die Prozess-Schwenkwelle 429 und/oder 430 verlaufen.
  • Die durch die Schwenkwelle 430/429 verlaufende elektrische Leitung wird in Bezug zu dem Prozesskopfgehäuse 470 ortsfest sein. Da jedoch der Werkstückhalterrotor dazu gedacht ist, sich während des galvanischen Oberflächenbehandlungsprozesses drehen zu können, können die durch Elektrodendrahtlöcher 425 in die Werkstückhalterwelle 491 gehenden Drähte in Bezug zu dem Prozesskopfgehäuse 470 drehen. Da die sich drehenden Elektrodendrähte in der Werkstückwelle 491 und die durch die Schwenkwelle 430/429 hindurch verlaufenden ortsfesten elektrischen Versorgungsleitungen in einer elektrischen Verbindung stehen müssen, muss das Rotation/Stations-Problem überwunden werden. In der bevorzugten Ausführungsform wird dies durch Verwendung eines elektrischen Schleifringes 494 herbei geführt.
  • Der elektrische Schleifring 494, in 15 gezeigt, hat eine untere Drahteinmündung zum Aufnehmen der Leiterenden der elektrischen Drähte, die durch Elektrodendrahtlöcher 525 in die Werkstückhalterwelle 491 gelangen. Die untere Drahteinmündung 529 wird in der Werkstückhalterwelle 491 durch einen isolierenden Zylinderkragen 497 an Ort und Stelle gehalten und dreht somit der Drehmotorwelle 483. Die Elektrodendrähte enden in einem elektrischen Einzelkontakt 531 an der Oberseite der unteren Drahteinmündung 429. Der elektrische Schleifring 494 hat ferner ein Kontakt 530, welches in der Oberseite der Werkstückhalterwelle 491 aufgehängt ist. Das Kontaktpad 530 ist mechanisch an dem Drehkodierer 498 befestigt, welcher, wie bereits beschrieben, in Bezug zu dem Prozesskopfgehäuse 470 ortsfest bleibt. Der Übergang ortsfest-zu-drehbar wird an der Spitze des Kontaktpads 530 hergestellt, welche sich in Kontakt mit dem drehenden elektrischen Kontakt 531 befindet. Das Kontaktpad 530 ist elektrisch leitend und steht in einer elektrischen Kommunikation mit dem elektrischen Kontakt 531. In der bevorzugten Ausführungsform ist das Kontaktpad 530 aus Kupferberyllium hergestellt. Ein Draht 585 trägt Strom an die Fingereinheiten, wenn eine Stromversorgung benötigt wird, wie beispielsweise bei einer alternativen unten beschriebenen Ausführungsform.
  • Prozesskopf-Fingerstellglieder
  • Der Werkstückhalter 478, der unten vollständiger beschrieben wird, umfasst in vorteilhafter Weise Finger zum Halten des Werkstücks W in dem Werkstückhalter, wie dies in den 15 und 16 gezeigt ist. Da der Werkstückhalter 478 wie oben beschrieben entfernt werden kann, ist es möglich, ein Werkstückhaltertyp gegen einen anderen auszutauschen. Da eine Vielzahl von Werkstückhaltern mit einer Vielzahl von Fingern zum Halten des Werkstücks möglich ist, ist erwünscht, einen in dem Prozesskopf 407 angeordneten Finger-Betätigungsmechanismus zu haben, welcher mit jeder gegebenen Fingeranordnung kompatibel ist. Ein Finger-Betätigungsmechanismus wird deshalb in vorteilhafter Weise bereit gestellt.
  • Zu 15 kommend, ist ein Finger-Betätigungsmechanismus 500 dargestellt. Der Finger-Betätigungsmechanismus 500 ist vorzugsweise ein pneumatisch betätigter Mechanismus. Ein pneumatischer Zylinder wird durch einen Hohlraum 501 innerhalb des oberseitigen Motorgehäuses 481 gebildet. Der pneumatische Kolben 502 ist in dem Hohlraum 501 angeordnet. Der pneumatische Kolben 502 ist in einer Aufwärtsposition in dem Hohlraum 501 durch eine Stellfeder 505 vorgespannt. Die Stellfeder 505 ist in den Hohlraum 501 durch eine Hohlraum-Endkappe 507 eingezwängt, welche selbst durch einen Rückhaltering 508 belastet ist. Ein pneumatisches Fluid wird der Oberseite des pneumatischen Kolbens 502 über einen Pneumatikeinlass bereit gestellt. Das pneumatische Fluid wird an den Pneumatikeinlass 503 durch eine Pneumatik-Versorgungsleitung 504 geliefert, welche durch die Prozesskopf-Schwenkwelle 429 verlegt ist und somit durch die linke Gabel 418 des Betätigungsarms 407. Zu 16 kommend, ist ersichtlicht, dass ein zweiter Pneumatikzylinder, welcher dem gerade beschriebenen Pneumatikzylinder identisch ist, ebenfalls vorgesehen ist.
  • Der Pneumatikkolben 502 ist an einer Betätigungsplatte 509 durch eine Betätigungsplatte-Verbindungsschraube 510 angebracht. Wellenfedern 529 sorgen für eine Flexibilität an der Verbindung an den Schrauben 510. Die Stellgliedplatte 509 ist vorzugsweise eine ringförmige Platte, konzentrisch zu dem Drehmotor 580, und um das bodenseitige Motorgehäuse 482 herum angeordnet und ist symmetrisch zur Drehachse 479. Die Stellgliedplatte 509 ist an dem Pneumatikkolben 502 durch eine Buchse 512 festgelegt, welche in einer Pneumatikkolbenausnehmung 511 um den Pneumatikkolben 502 herum angeordnet ist. Die Buchse 512 wirkt als ein Lager für die Wellenfedern 529, um ein leichtes Schrägstellen der Stellgliedplatte 509 zu erlauben. Eine solche Anordnung ist günstig, um eine gleiche Wirkung an den Finger-Stellgliedkontakten 513 um die gesamte Stellgliedplatte bzw. Ringscheibe 509 herum bereitzustellen.
  • Wenn das pneumatische Fluid an den Raum oberhalb des Pneumatikkolben 502 geliefert wird, bewegt sich der Pneumatikkolben 502 in einer Abwärtsrichtung und komprimiert die Stellgliedfeder 505. Wenn sich der Pneumatikkolben 502 nach unten bewegt, wird die Stellgliedplatte 509 ebenso durch eine flexible Buchse 512 nach unten gestoßen. Die Stellgliedplatte 509 wird die Finger-Stellgliedkontakte 513 berühren und die Finger veranlassen, so zu funktionieren, wie dies unten vollständiger beschrieben wird.
  • Stellglieddichtungen 506 sind vorgesehen, um zu verhindern, dass Pneumatikgas die Oberseite des Pneumatikkolbens 502 umgeht und den von der Stellgliedfeder 505 eingenommen Bereich erreicht.
  • Prozesskopf-Werkstückhalter
  • Der Werkstückhalter 478 wird dazu verwendet, das Werkstück W, welches typischerweise ein Halbleiterwafer ist, während des Halbleiter-Herstellungsprozesses in Position zu halten.
  • Nun zu 16 kommend, ist ein Finger 409 im Querschnitt dargestellt. Der Finger 409 umfasst in vorteilhafter Weise einen Finger-Stellgliedkontakt 513, welcher durch eine Stellgliedplatte 509 berührt wird, wie dies oben beschrieben wurde. Der Finger-Stellgliedkontakt 513 ist mit einem Finger-Stellgliedhebel 514 (ganz allgemein "Fingererweiterung") verbun den, welche von dem Fingerschaft 515 vorsteht und mit diesem verbunden ist. Der Fingerschaft 515 ist in den Finger-Stellgliedhebel 514 eingeführt. Um den Bereich des Finger-Stellgliedhebels herum, welcher den Fingerschaft 515 umschließt und festlegt, ist eine Fingermembrane 519 angeordnet. Die Fingermembrane 519 wird vorzugsweise aus einem flexiblen Material hergestellt, wie beispielsweise Tetrafluorethylen, auch als Teflon® bekannt (registrierte Marke von E. I. DuPont de Nemours Company). Der Finger 409 ist auf dem Werkstückhalterrotor 484 unter Verwendung der Fingermembrane 519 montiert. Die Fingermembrane 519 ist in die Fingeröffnung 521 im Rotor 484 eingeführt. Die Fingermembrane 519 ist in den Rotor von der entgegen gesetzten Seite aus zu derjenigen, an welcher das Werkstück präsentiert wird, eingeführt. Die Fingermembrane 519 ist am Rotor 484 an einer Rotor-Membranelippe 523 festgelegt. Kräfte werden als Ergebnis des Kontakts zwischen der Stellgliedplatte und dem Finger-Stellgliedkontakt 513 mit Absicht ausgeübt, wenn der Finger-Stellgliedmechanismus 500 betätigt wird.
  • Der Finger-Stellgliedhebel 514 ist in vorteilhafter Weise in einer horizontalen Position durch eine Fingerfeder 520 vorgespannt, welche auf einen Finger-Stellgliedansatz 522 wirkt, welcher wiederum mit dem Finger-Stellgliedhebel 514 verbunden ist. Die Fingerfeder 520 ist vorzugsweise eine Torsionsfeder, die an dem Werkstückhalterrotor 484 festgelegt ist.
  • Der Fingerschaft 515 ist vorzugsweise auch mit einem Fingerkragen oder einer Mutter 517 versehen, welche den Fingerschaft 515 an der Schulter 518 hält. Der Fingerkragen 517 ist über das untere Ende des Finger-Stellgliedhebels 514 geschraubt oder in anderer Weise fest aufgesetzt. Unter dem Fingerkragen 517 erstreckt sich der Fingerschaft 515 über eine kurze Strecke und ende in einer Fingerspitze 414. Die Fingerspitze 414 enthält eine leichte Rinne oder Kerbe, welche in günstiger Weise so geformt ist, dass sie die Kante des Werkstücks W aufnimmt.
  • Bei Betätigung wird die Finger-Stellgliedplatte 509 durch den Finger-Stellgliedmechanismus 500 nach unten gestoßen. Die Finger-Stellgliedplatte 509 bewegt sich weiter nach unten und berührt die Finger-Stellgliedkontakte 513. Wenn die Stellgliedplatte 509 ihre Abwärtsbewegung fortsetzt, werden die Finger-Stellgliedkontakte in eine Abwärtsrichtung gestoßen. Als Ergebnis der Abwärtsrichtung werden die Finger-Stellgliedhebel 514 dazu veranlasst, zu schwenken.
  • In der bevorzugten Ausführungsform wird eine Mehrzahl von Fingern dazu verwendet, das Werkstück zu halten. In einem Beispiel werden sechs Finger verwendet. Sobald sich die Stellgliedplatte 509 über ihr volles Maß bewegt hat, werden die Fingerschäfte 515 von der Drehachse 479 weg schräg gestellt. Der durch die Fingerspitzen in dieser abgespreizten Position umschriebene Umfang sollte größer sein als der Umfang des Werkstücks W. Sobald ein Werkstück W nahe an den Fingerspitzen positioniert worden ist, wird der pneumatische Druck auf das Fingerstellglied frei gegeben und veranlasst die Stellgliedfeder 505 den Pneumatikkolben 502 dazu, zu der Oberseite des Hohlraumes 501 zurückzukehren. In dem so vorgegangen wird, wird die Stellgliedplatte 509 zurückgezogen und werden die Finger-Stellgliedhebel aufgrund der Fingerfedern 520 in ihre Ausgangsposition zurückgebracht.
  • Halbleiter-Werkstückhalter-Ausführungsform zur galvanischen Oberflächenbehandlung
  • 23 ist eine Seitenansicht eines Halbleiter-Werkstückhalters 810. Der Werkstückhalter 810 wird verwendet, um ein Halbleiterwerkstück, wie einen Halbleiterwafer, der in gestrichelter Linie bei W dargestellt ist, zu bearbeiten. Eine bevorzugte Art der Bearbeitung, die mit dem Werkstückhalter 810 durchgeführt wird, ist ein galvanischer Werkstück-Oberflächenbehandlungsprozess, in welchem ein Halbleiterwerkstück durch den Werkstückhalter 810 gehalten wird und ein elektrisches Potential an das Werkstück angelegt wird, um Plattiermaterial zu ermöglichen, darauf abgeschieden zu werden. So etwas kann und wird vorzugsweise unter Verwendung einer Prozessumschließung oder -kammer herbeigeführt, welche eine Bodenhälfte oder Schüssel 811 umfasst, die in 1 in gestrichelten Linien dargestellt ist. Die Bodenhälfte 811 bildet zusammen mit dem Werkstückhalter 810 eine abgedichtete, geschützte Kammer für die Halbleiter-Werkstückbearbeitung. Demgemäß können bevorzugte Reaktionsmittel in die Kammer für eine weitere Bearbeitung eingeleitet werden. Ein weiterer bevorzugter Aspekt für den Werkstückhalter 810 ist, dass dieser das gehaltene Werkstück während der Bearbeitung bewegt, rotiert oder in anderer Weise dreht, wie dies in größerem Detail unten beschrieben werden wird.
  • Prozesskopf und Prozesskopf-Betätigungseinrichtung
  • Nun zu 23 kommend, umfasst der Halbleiter-Werkstückhalter 810 eine Werkstückhalterung 812. Die Werkstückhalterung 812 stützt in vorteilhafter Weise während der Bearbeitung ein Werkstück ab. Die Werkstückhalterung 812 umfasst eine Prozesskopf bzw. eine Drehkopfeinheit 814. Die Werkstückhalterung 812 umfasst auch ein Kopf-Betätigungselement bzw. Lift/Dreh-Einheit 816. Die Drehkopfeinheit 814 ist betriebsfähig mit der Lift/Dreh-Einheit 816 gekoppelt. Die Drehkopfeinheit 814 ermöglicht einem gehaltenen Werkstück in vorteilhafter Weise, während der Bearbeitung um eine definierte Achse gedreht oder bewegt zu werden. Dies verbessert den gleichförmigen Überzug des bevorzugten Plattiermaterials über dem gehaltenen Werkstück. Die Lift/Dreh-Einheit 816 hebt in vorteilhafter Weise die Drehkopfeinheit 814 aus einem Eingriff mit der Bodenhälfte 811 der Kammer, in welcher die bevorzugte Bearbeitung stattfindet. Ein solches Anheben erfolgt vorzugsweise um eine Achse x1. Einmal angehoben, dreht die Lift/Dreh-Einheit 816 den Drehkopf um eine Achse x2 und hält das Werkstück, so dass das Werkstück nach oben gerichtet präsentiert wird und leicht aus der Werkstückhalterung 812 entnommen werden kann. In der dargestellten bevorzugten Ausführungsform beträgt eine solche Drehung etwa 180° aus der in 23 gezeigten Anordnung. In vorteilhafter Weise kann ein neues Werkstück an dem Werkstückhalter fixiert oder in anderer Weise für einen weiteren Prozess angebracht werden, wie dies unten im Detail beschrieben wird.
  • Das Werkstück kann von dem Werkstückhalter 810 mithilfe eines robotergesteuerten Arms automatisch entfernt oder an diesem fixiert werden. Alternativ kann das Werkstück von dem Werkstückhalter 810 per Hand entfernt oder an diesem fixiert werden. Zudem können mehr als ein Werkstückhalter vorgesehen sein, um die Bearbeitung mehrerer Halbleiterwerkstücke zu unterstützen. Weitere Mittel zum Entnehmen und Fixieren eines Halbleiterwerkstücks sind möglich.
  • 24 ist eine vordere Schnittansicht des Halbleiter-Werkstückhalters aus 23. Wie dargestellt ist, umfasst die Werkstückhalterung 812 einen Motor 818, welcher mit einem Rotor 820 betriebsfähig gekoppelt ist. Der Rotor 820 ist in vorteilhafter Weise zur Drehung um eine Rotor-Drehachse 822 angebracht und dient als eine Bühnenplattform, auf welcher wenigstens eine Fingereinheit 824 montiert ist. Vorzugsweise sind mehr als eine Fingereinheit auf dem Rotor 820 montiert, und ganz bevorzugt sind vier oder mehr solcher Fingereinheiten darauf montiert und werden im Detail unten beschrieben, obwohl nur zwei in 24 dargestellt sind. Die bevorzugten Fingereinheiten sind Instrumente zum Fixieren oder Halten eines Halbleiterwerkstücks auf einem Halbleiter-Werkstückhalter 810 in anderer Weise. Jede Fingereinheit ist in vorteilhafter Weise betriebsfähig mit einem Stellglied 825 verbunden bzw. diesem zugeordnet. Das Stellglied ist vorzugsweise eine pneumatische Verknüpfung, welche dazu dient, beim Bewegen der Fingereinheiten zwischen einer freigegebenen Position, in welcher ein Werkstück von der Werkstückhalterung entnommen oder dieser hinzu gefügt werden kann, und einer Angriffsposition, in welcher das Werkstück auf dem Werkstückhalter für die Bearbeitung fixiert ist, zu Unterstützung. Dies ist in größerem Detail unten beschrieben.
  • 25 ist eine Drauf- oder Ansicht eines Rotors 820, welche entlang der Linie 3-3 in 24 genommen ist. 24 zeigt die bevorzugten vier Fingereinheiten 824. Wie dargestellt ist, ist der Rotor 820 im Wesentlichen kreisförmig und ähnelt von oben einem Speichenrad mit einer nahezu kontinuierlichen Bodenfläche. Der Rotor 820 umfasst ein Rotor-Mittelstück 826, an dessen Zentrum die Rotorachse 822 liegt. Eine Mehrzahl von Streben oder Speichen 828 sind mit der Rotormittel 826 verbunden oder an diese angeschlossen und erstrecken nach außen, um sich mit einem Rotor-Umfangsstück 830 zu verbinden und dieses zu halten. Die Fingereinheiten 824 sind in vorteilhafter Weise so positioniert, dass sie an das Halbleiterwerkstück angreifen, wie beispielsweise an einen Wafer W, welcher in gestrichelten Linien in der Position gezeigt ist, die er während des Prozesses einnehmen würde. Wenn ein Werkstück so angegriffen wird, wird es relativ zum Rotor fest an Ort und Stelle gehalten, so dass die Bearbeitung durchgeführt werden kann. Eine solche Bearbeitung kann ein Exponieren des Werkstücks gegenüber Prozessbedingungen beinhalten, welche dahin gehend wirksam sind, eine Materialschicht auf ein oder mehrere Oberflächen oder Bereiche eines Wafers oder anderen Werkstücks auszubilden. Eine solche Bearbeitung kann auch das Bewegen des Werkstücks in einer Prozessumgebung beinhalten, um einen gleichmäßigen Überzug eines Schichtmaterials zu verbessern oder zu verstärken. Eine solche Bearbeitung kann das Exponieren des Werkstücks gegenüber Prozessbedingungen umfassen, welche dahin gehend wirksam sind, eine elektroplattierte Schicht auf oder über dem Werkstück auszubilden, und umfasst so etwa vorzugsweise.
  • Fingereinheit
  • Nun Bezug auf die 26 bis 28 sind verschiedene Ansichten einer bevorzugten Fingereinheit dargestellt. Die bevorzugten einzelnen Fingereinheiten sind in Übereinstimmung mit der unten stehenden Beschreibung konstruiert. 26 ist eine isolierte Seitenansicht im Schnitt einer Fingereinheit. 27. ist eine Seitenansicht der Fingereinheit um 90° von der Sicht aus 26 gedreht. 28 ist eine bruchstückhafte vergrößerte Schnittansicht einer Fingereinheit und einer zugehörigen Rotorstruktur. Die Fingereinheit, wie sie in den 26 und 27 dargestellt ist, ist in der relativen Stellung dargestellt, so wie sie diese einnehmen würde, wenn der Prozesskopf oder die Drehkopfeinheit 814 (23 und 24) durch die Kopf-Betätigungseinrichtung oder Lift/Dreh-Einheit 816 in eine Position zum Aufnehmen eines Halbleiterwerkstücks bewegt oder gedreht würde. Die Fingereinheit ist in den 26 und 28 in einer Ausrichtung von etwa 180° aus der Position, die in 28 gezeigt ist, dargestellt. Dies variiert typischerweise, weil die Drehkopfeinheit 814 aus der in den 23 und 24 gezeigten Position um 180° gedreht wird, um ein Halbleiterwerkstück aufzunehmen. Demgemäß würden die Fingereinheiten 824 ebenso gedreht werden. Geringere Drehgrade sind möglicht.
  • Die Fingereinheit 824 umfasst einen Fingereinheitenrahmen 832. Vorzugsweise ist der Fingereinheitenrahmen 832 in Form einer abgedichteten Kontakthülse bereit gestellt, welche einen Winkelschlitz 832a umfasst, von dem nur ein Teil in 27 gezeigt ist. Der Winkelschlitz 832a ermöglicht der Fingereinheit in vorteilhafter Weise, vorzugsweise pneumatisch sowohl in Längsrichtung als auch in Drehrichtung bewegt zu werden, wie dies unten erläutert wird. Eine solche bevorzugte Ausführungsform ermöglicht einem Halbleiterwerkstück, angefasst, elektrisch kontaktiert und bearbeitet zu werden.
  • Der Fingereinheitenrahmen 832 umfasst einen Außenflansch 834 des Fingereinheitenrahmens, welcher, wie in 28 gezeigt, an einen inneren Antriebsplattenabschnitt 836 des Rotors 820 angreift. Ein solcher Angriff fixiert in vorteilhafter Weise den Fingereinheitenrahmen 832 relativ zum Rotor 820 und dient als Sitz dafür. Dies ermöglicht wiederum der Fingereinheit, oder einem Bereich derselben, relativ zu Rotor bewegt zu werden, um an das Halbleiterwerkstück anzugreifen.
  • Fingereinheits-Antriebssystem
  • Mit Bezug auf die 24 und 26 bis 28 umfasst die Fingereinheit ein Fingereinheits-Antriebssystem, welches genutzt wird, um die Fingereinheit zwischen einer angreifenden und einer gelösten Position zu bewegen. Das Fingereinheits-Antriebssystem umfasst ein Lager 838 und eine Klemmhülse 840, die operativ an das Lager angrenzt. Das Lager 838 umfasst eine Lageraufnahme 839 zum Aufnehmen einer pneumatisch angetriebenen Quelle, von der ein Teilbereich direkt oberhalb der Aufnahme in 28 gezeigt ist. Die pneumatisch angetriebene Quelle dient dazu, die Klemmhülse 840 und somit einen bevorzugten Bereich der Fingereinheit 824 längs hin und her zu bewegen und zu drehen. Eine bevorzugte pneumatische Antriebsquelle ist unten in größerem Detail in Verbindung mit der dadurch bewirkten bevorzugten Längs- und Drehbewegung beschrieben. Eine solche längsgerichtete Hin- und Herbewegung wird durch einen Vorspannmechanismus in Form einer Feder 842 beeinflusst, welche zwischen einem Fingereinheitenrahmen 832 und einem Federsitz 844 operativ montiert ist. Die Konstruktion entwickelt eine Vorspannung zwischen dem Fingereinheitenrahmen 832 und dem Federsitz 844, um den Finger in Angriff gegen einen Wafer vorzuspannen. In vorteilhafter Weise ermöglicht die Kooperation zwischen der oben erwähnten pneumatischen Antriebsquelle, wenn sie durch den Vorspannmechanismus des Fingereinheiten-Antriebssystems beeinflusst wird, die Klemmhülse 840 dazu, sich in Längsrichtung in den beiden Ausfahr- und Rückziehmodi der Bewegung hin und her zu bewegen. Dazu umfasst die Fingereinheit 824 ein Vorspannbereich, welcher in Richtung einer ersten Position vorgespannt ist und welcher in eine zweite Position, weg von der ersten Position, bewegbar ist. Andere Möglichkeiten einer Hin- und Herbewegung der Fingereinheit in Längsrichtung sind möglich.
  • Fingereinheits-Elektriksystem
  • Mit Bezug auf die 24 und 27 umfasst die Fingereinheit vorzugsweise ein Fingereinheits-Elektriksystem, welches dazu verwendet wird, eine elektrische Vorspannung auf ein gehaltenes Werkstück auszuüben und einen elektrischen Strom relativ dazu zu liefern. Das Fingereinheiten-Elektriksystem umfasst einen Stiftverbinder 846 und einen 848. Der Stiftverbinder 846 liefert in vorteilhafter Weise eine elektrische Verbindung zu einer Leistungsquelle (nicht gezeigt) über einen Draht 585 und einen zugehörigen Schlupfringmechanismus, der oben in Verbindung mit 15 und anderen Figuren beschrieben ist. Dies dient der Lieferung einer elektrischen Vorspannung und eines Stroms an eine Elektrode, welche unten beschrieben wird. Der Stiftkonnektor 846 reitet auch in dem Winkelschlitz 832a, wodurch mechanisch die Grenzen gebildet werden, in welchen die Fingereinheit sowohl in Längs- als auch in Drehrichtung bewegt werden kann.
  • Der Finger 848 ist in vorteilhafter Weise an oder innerhalb der Klemmhülse 840 fixiert oder festgelegt, und zwar durch eine Mutter 850, welche schraubend an einen distalen Endbereich der Klemmhülse 840 angreift, der am besten in 26 gezeigt ist. Ein Anti-Drehstift 852 sicher in vorteilhafter Weise den Finger 848 innerhalb der Spannhülse 840 und verhindert eine relative Drehung zwischen diesen. Der elektrische Strom wird von dem Verbinder 846 durch die Klemmhülse 840 zum Finger 860 geleitet, die alle leitfähig sind, wie beispielsweise aus Edelstahl. Der Finger und die Klemmhülse können mit einer geeigneten Isolierbeschichtung 856 beschichtet sein, wie beispielsweise aus TEFLON oder anderen. Die Klemmhülse 840 und das Fingerelement 860 sind aus einer hohlen und röhrenförmigen Form hergestellt, um ein Reinigungsgas hindurch zu leiten.
  • Die Fingereinheit 824 kann auch optional eine distale Spitze oder Fingerspitze 854 umfassen. Die Spitze 854 kann auch einen Reinigungsgasdurchgang aufweisen, der durch diese hindurch ausgebildet ist. Die Fingerspitze 854 greift in vorteilhafter Weise an ein Halbleiterwerkstück (siehe 28) an und unterstützt beim Halten oder Fixieren der Position des Werkstücks relativ zum Werkstückhalter 810. Die Fingerspitze 854 unterstützt auch beim Bereitstellen einer operativen elektrischen Verbindung zwischen der Fingereinheit und einem Werkstück, an welcher eine elektrische Vorspannung angelegt werden soll und durch welche ein Strom hindurch fließen kann. Die Fingerspitze 85 kann einen Elektrodenkontakt 858 zum elektrischen Kontaktieren einer Oberfläche eines Halbleiterwerkstücks umfassen, sobald ein solches Werkstück wie unten beschrieben festgelegt ist.
  • Fingereinheiten-Antriebssystem-Schnittstelle
  • Eine Fingereinheiten-Antriebssystem-Schnittstelle ist operativ mit dem Fingereinheiten-Antriebssystem gekoppelt, um eine Bewegung der Fingereinheit zwischen der anfassenden und gelösten Position auszuführen. Eine bevorzugte Fingereinheiten-Antriebssystem-Schnittstelle ist mit Bezug auf die 24 und 28 beschrieben. Eine Komponente der Fingereinheiten-Antriebssystem-Schnittstelle ist ein Finger-Stellglied 862. Das Finger-Stellglied 862 ist in vorteilhafter Weise vorgesehen, um die Fingereinheit zwischen der angreifenden und gelösten Position zu bewegen. Das Finger-Stellglied 862 wirkt durch das Angreifen an die Lageraufnahme 839 und das Bewegen der Fingereinheit 824 zwischen einer angreifenden Position und einer gelösten Position. In der angreifenden Position greift die Fingerspitze 854 an ein Halbleiterwerkstück. In der gelösten Position ist die Fingerspitze 854 von dem Werkstück weg bewegt.
  • Die Fingereinheiten-Antriebssystem-Schnittstelle umfasst ein Pneumatik-Stellglied 825 (24). Die Pneumatikstellglieder 825 sind mit einem Betätigungsring 863 operativ verbunden und wirken darauf, indem sie die Antriebsplatte veranlassen, sich in der vertikalen Richtung hin und her zu bewegen, wie dies in 24 dargestellt ist. Das Finger-Stellglied 862 ist mit dem Betätigungsring 863 in einer Weise operativ verbunden, in welcher sich bei einer pneumatischen Betätigung das Finger-Stellglied in Eingriff mit der Lageraufnahme 839 entlang der gestrichelten Linie in 28 bewegt. Dies erlaubt oder ermöglicht der Fingereinheit, in Längsrichtung entlang einer ersten Bewegungsbahnachse 864 bewegt zu werden.
  • Eine Pneumatikstellglied-Verlinkung 825 umfasst auch eine sekundäre Verlinkung 865. Die sekundäre Verlinkung 865 ist auch pneumatisch und umfasst einen Verlinkungsarm 867. Der Verlinkungsarm 867 ist mit einem Stellglied-Momentring 869 gekoppelt oder verbunden. Vorzugsweise ist der Momentring 869 konzentrisch mit dem Rotor 820 (25) und verbindet jeden der Finger-Stellglieder miteinander schaltungsmäßig. Ein Pneumatik-Betätigungselement 871 ist in vorteilhafter Weise mit der sekundären Verlinkung 865 verbunden, um eine Kraft auszuüben und der Verlinkung durch eine Winkelverstellung des Momentrings 869 zu betätigen. Dies wiederum dreht die Fingereinheiten in die angreifende Position und aus dieser weg.
  • Vorzugsweise bewegen Fingerstellglied-862 unter dem Einfluss der Pneumatik-Verlinkung 825 die Fingereinheit und insbesondere die Klemmhülse 840 und den Finger 848 entlang eines ersten Axialbewegungsweges entlang einer Achse 864. Die Finger-Stellglied-Angreifbits 862 werden dann unter dem Einfluss des Pneumatik-Betätigungselements 871 um die Achsen jedes Bits gedreht, wie mit einem Schraubendreher. Dies bewegt die Klemmhülse 840 und den Finger 848 in einer zweiten Winkelbewegung. Eine solche zweite Bewegung dreht die Finger ausreichend, um die in 29 gezeigte Winkelverstellung zu erzeugen. Gemäß einem bevorzugten Aspekt findet eine solche Bewegung der Fingereinheiten zwischen der angreifenden und frei gebenden Position statt, wenn die Drehkopfeinheit 814 um 180° aus ihrer Anordnung in 23 in einen nach oben gerichteten Zustand bewegt wurde.
  • Die Angreifbits 862 können mit einem Reinigungsgas-Durchgang versehen sein. Gas wird über ein Rohr 893 zugeleitet und durch die Fingereinheiten hindurch bewegt.
  • Angreifende und gelöste Positionen
  • 29 ist eine Ansicht eines Bereiches einer Fingereinheit, die entlang einer Linie 7-7 in 26 genommen ist. Diese zeigt in größerem Detail die oben geschriebene angreifende und gelöste Position und die Bewegung dazwischen relativ zu einem Werkstück W. In der gelösten Position ist ein Finger 848 angrenzend an das Halbleiterwerkstück positioniert und übergreifen die Fingerspitze und der Elektrodenkontakt nicht das Werkstück W. in der angreifenden Position übergreift die Fingerspitze das Werkstück und ist die Elektrode in eine Position gebracht, in der sie an dem Werkstück lagert. Aus der gelösten Position wird die Fingereinheit 820 bei bevorzugter Betätigung in eine erste Richtung weg von der gelösten Position bewegt. Vorzugsweise richtet sich eine solche erste Richtung längs und entlang einer ersten Bewegungsbahnachse 864. Eine solche Längsbewegung ist linear und erfolgt in Richtung eines Pfeiles A, wie er in den 26 und 27 gezeigt ist. Die Bewegung bewegt die Fingereinheit zu der in den gestrichelten Linien in 26 gezeigten Position. Eine solche Bewegung wird durch ein pneumatisches Betätigungselement 825 ausgeführt, welches durch einen Betätigungsring 863 (24) betätigt wird. Die wiederum veranlasst das Finger-Stellglied 862, an die Fingereinheit 824 anzugreifen. Eine solche lineare Bewegung wird durch einen Winkelschlitz 832a begrenzt. Deshalb wird die Fingereinheit vorzugsweise in einer zweiten Richtung bewegt, welche sich von der ersten Richtung unterscheidet und vorzugsweise eine Drehung um die erste Bewegungsbahnachse 864 ist. Dies ist in 29 dargestellt, in welcher die zweite Richtung eine im Wesentlichen kurvenförmige Bahn zwischen der angreifenden und gelösten Position definiert. Eine solche Drehbewegung wird durch eine zweite Verlinkung 865 durchgeführt, welche pneumatisch an das Finger-Stellglied angreift, um die Drehung desselben zu bewirken. Wenn sie so bewegt wird, schwingt die Fingerein heit in eine Bereitschaftsposition, in welcher ein Halbleiterwerkstück bereit ist, für den Prozess angefasst und gehalten zu werden. Sobald die Fingereinheit in eine das Werkstück übergreifende Position bewegt oder geschwenkt worden ist, wird das bevorzugte Finger-Stellglied federbelastet und freigegeben, um an dem Werkstück zu lagern. Das angegriffene Werkstück ist in 28 gezeigt, nachdem das Werkstück durch die Fingerspitze 854 an eine Werkstück-Verfahreinrichtung 865 angedrückt worden ist, und eine Drehkopfeinheit 814 zurück in die in 23 gezeigt Position gedreht worden ist. Ein solcher bevorzugter pneumatisch unterstützter Angriff erfolgt vorzugsweise entlang einer Bewegungsbahnachse 864 und in einer Richtung, welche in der Ebene der Seite liegt, auf welcher 29 abgebildet ist.
  • Wie in 26 gezeigt ist, erstreckt sich der Finger 848 weg von der Klemmhülse 840 und umfasst vorzugsweise eine Biegung 866 zwischen der Klemmhülse 840 und der Fingerspitze 854. Die bevorzugte Biegung ist eine Zurückbiegung von etwa 180°, welche dazu dient, eine Fingerspitze 854 in Richtung des Werkstücks W zu richten, wenn die Fingereinheit in Richtung der angreifenden Position (29) bzw. in diese Position bewegt wird. In vorteilhafter Weise sind die Klemmhülse 840 und somit der Finger 848 in Längsrichtung in und aus der angreifenden Position hin und her bewegbar.
  • Fingereinheits-Dichtung
  • Die Fingereinheit umfasst vorzugsweise eine Fingereinheits-Dichtung 868, welche zwischen dem Finger 848 und einem gewünschten Werkstück ausgeführt ist, wenn die Fingereinheit in die angreifende Position bewegt wird. Vorzugsweise angrenzend an die Fingerspitze 854. Die Dichtung 868 ist angrenzend an den Elektrodenkontakt 858 montiert und dichtet den Elektrodenkontakt darin wirksam ab, wenn die Fingereinheit 824 bewegt wird, um an ein Werkstück anzugreifen. Die Dichtung kann aus einem geeigneten flexiblen, vorzugsweise elastomeren Material, wie VITON, hergestellt sein.
  • Insbesondere und in Bezug auf 30 kann die Dichtung 868 einen Randabschnitt 870 umfassen, welcher an die Werkstückoberfläche W angreift und einen Dichtungskontakt dazwischen bildet, wenn die Fingereinheit in die angreifende Position bewegt wird. Eine solche Dichtung isoliert in vorteilhafter Weise die Fingerelektrode 860 gegenüber der Prozessumgebung und den Prozessmaterialien, welche sich abscheiden können oder in anderer Weise dort anfallen können. Die Dichtung 868 kann mit einer optionalen Balgwandstruktur 894 (30) versehen sein, welche eine größere axiale Flexibilität der Dichtung zulässt.
  • 30 zeigt in durchgezogenen Linien die Dichtung 868 in einer gelösten Position, in wel cher der Randbereich 870 nicht an das Werkstück W angreift. 30 zeigt auch in gestrichelten Linien eine angreifende Position, in welcher der Randbereich 870 an das Werkstück W angreift und eine Dichtung relativ dazu bildet. Vorzugsweise und mit Vorteil wird der Elektrodenkontakt 858 in einer im Wesentlichen rückgezogenen Position innerhalb der Dichtung 868 gehalten, wenn sich die Fingereinheit in der gelösten Position befindet. Wenn jedoch die Fingereinheit in die angreifende Position bewegt wird, weitet sich die Dichtung 868 und der Randbereich 870 nach außen oder verformt sich in anderer Weise ergiebig, um die Elektrode und somit den Elektrodenkontakt 858 wirksam in die Lage zu versetzen, sich in die angreifende Position an das Werkstück zu bewegen. Ein Faktor, welcher die Formung der bevorzugten Dichtung zwischen dem Randbereich und dem Werkstück unterstützt, ist die Kraft, welche durch die Feder 842 entwickelt wird, welche in vorteilhafter Weise die Klemmhülse 840 und somit den Finger 860 und die Fingerspitze 858 in die Richtung des gefangenen Werkstücks und gegen dieses drückt. Eine solche entwickelte Kraft unterstützt die Aufrechterhaltung der Integrität der Dichtung, welche in der angreifenden Position entwickelt wird. Ein weiterer Faktor, welcher die Formung der bevorzugten Dichtung unterstützt, ist die Nachgiebigkeit oder Verformbarkeit der Fingerspitze, wenn sie in Kontakt mit dem Werkstück gebracht wird. Solche Faktoren erzeugen wirksam eine kontinuierliche Dichtung um den Umfang des Elektrodenkontakts 858 herum, wodurch dieser gegenüber Materialien geschützt wird, wie beispielsweise den bevorzugten Plattierungsmaterialien, welche während des galvanischen Oberflächenbehandlungsprozesses verwendet werden.
  • Verfahren und Betrieb
  • In Übereinstimmung mit einem bevorzugten Bearbeitungsaspekt und in Verbindung mit dem oben beschriebenen Halbleiter-Werkstückhalter wird eine Mantelelektrode, wie die Elektrode 860 an einer Halbleiterwerkstückoberfläche in einer Weise positioniert, welche der Elektrode ermöglicht, eine elektrische Spannung und einen Stromfluss auf das Werkstück aufzubringen, um einen bevorzugten galvanischen Oberflächenbehandlungsprozess für das Werkstück auszuführen. Ein solches Positionieren erlaubt nicht nur, dass eine gewünschte elektrische Spannung an ein gehaltenes Werkstück angelegt werden kann, sondern erlaubt auch, dass das Werkstück selbst relativ zum Werkstückhalter mechanisch gehalten oder fixiert ist. Das heißt, die Fingereinheit 824 liefert eine elektrische/mechanische Verbindung zwischen einem Werkstück und dem Werkstückhalter, wie dies unten in größerem Detail besprochen wird.
  • Die Elektrode 856 umfasst eine Elektrodenspitze bzw. einen Elektrodenkontakt 858, welcher an die Werkstückoberfläche angreift. Eine Dichtung wird auf diese Weise um den Umfang der Elektrodenspitze bzw. den Kontakt 858 herum gebildet, so dass ein gewünschte elektrische Spannung an das Werkstück angelegt werden kann, um einem Plattierungsmaterial zu ermöglichen, darauf abgeschieden zu werden. Gemäß einem bevorzugten Aspekt des Bearbeitungsverfahrens wird die Elektrode in einer ersten Richtung bewegt, vorzugsweise in Längsrichtung entlang einer Bewegungsachse, weg von einer gelösten Position, in welcher die Werkstückoberfläche nicht von der Elektrodenspitze bzw. dem Kontakt 858 angegriffen wird. Danach wird die Elektrode um die gleiche Bewegungsachse und in Richtung einer angreifenden Position gedreht, in welcher die Elektrodenspitze die Werkstückoberfläche angreifen kann, um diese so zu fixieren und anschließend unter Spannung zu setzen. Eine solche bevorzugte Bewegung wird durch die pneumatische Verlinkung 825 und das pneumatische Betätigungselement 871 ausgeführt, die oben beschrieben wurden.
  • Gemäß einem bevorzugten Aspekt ist die Dichtung, welche zwischen dem Elektrodenelement und dem Werkstück gebildet wird, durch Verwenden eines nachgiebigen, verformbaren Dichtungselements 868 geformt, welches einen Randbereich 870 umfasst. Der Randbereich 870 dient durch Kontaktieren der Werkstückoberfläche dazu, eine kontinuierliche Dichtung zu bilden, wie in 8 gezeigt. Die bevorzugte Elektrodenspitze wird in Angriff an die Werkstückoberfläche gebracht, indem die Elektrodenspitze von einer zurückgezogenen Position innerhalb der Dichtung oder eines anderen Mantels in eine ausgefahrene Position vorbewegt, in welcher die Werkstückoberfläche dadurch angefasst wird. Eine solche Bewegung der Elektrodenspitze zwischen der eingezogenen und nicht eingezogenen Position wird in vorteilhafter Weise durch die gleichen Nachgiebigkeitsmerkmale der Dichtung 868 herbei geführt.
  • Zusätzlich zu der Bereitstellung des bevorzugten elektrischen Kontakts zwischen dem Werkstück und der Elektrodenspitze bildet die Fingereinheit auch einen mechanischen Kontakt oder eine solche Verbindung zwischen der Einheit und dem Werkstück, welcher das Werkstück relativ zu dem Werkstückhalter wirksam fixiert. Dies ist vorteilhaft, weil ein Aspekt des bevorzugten Bearbeitungsverfahrens ein Drehen des Werkstücks um eine Rotorachse 822 umfasst, während das Werkstück dem bevorzugten Plattiermaterial ausgesetzt ist. Dies gewährt nicht nur, dass die elektrische Verbindung und somit die elektrische Spannung relativ zu dem Werkstück während der Bearbeitung beibehalten wird, sondern auch, dass die mechanische Fixierung des Werkstücks auf dem Werkstückhalter ebenfalls beibehalten wird.
  • Die oben beschriebene pneumatische ausgeführte Bewegung der bevorzugten Fingereinheiten zwischen der angreifenden und gelösten Positionen ist nur eine Art und Weise für die Ausführung einer solchen Bewegung. Andere Wege zur Ausführung einer solchen Bewe gung sind möglich.
  • Verfahren zum Präsentieren eines Werkstücks in einem Halbleiterprozess werden nun beschrieben. In solchen Verfahren wird ein Werkstück zuerst an einem Werkstückhalter festgemacht. Die Verfahren arbeiten für Werkstückhalter des Standes der Technik und für hier offenbarte neuartige Werkstückhalter gleichermaßen gut.
  • Im nächsten Schritt in dem Ablauf wird der Werkstückhalter um eine horizontale Achse aus einer anfänglichen oder ersten Position gedreht, in welcher der Werkstückhalter mit dem Werkstück versehen wurde, in eine zweite Position. Die zweite Position wird in einem Winkel zur Horizontalen sein. Der Winkel des Werkstückhalters zur Horizontalen ist definiert durch den Winkel zwischen der Ebene des Werkstücks und der Horizontalen. In dem Verfahren ist der Werkstückhalter in vorteilhafter Weise um eine zweite horizontale Achse aufgehängt, welche parallel zur ersten horizontalen Achse des Werkstückhalters verläuft. An dieser Stelle im Verfahren korrespondiert der Winkel zwischen der ersten und der zweiten horizontalen Achse und einer horizontalen Ebene mit dem Winkel zwischen dem Werkstückhalter und der Horizontalen. Der Werkstückhalter wird dann um die zweite horizontale Achse geschwenkt, um das Werkstück und den Werkstückhalter aus seiner Anfangslage in eine Endlage in einer horizontalen Ebene zu bewegen. In vorteilhafter Weise schwenkt auch die erste horizontale Achse um die zweite horizontale Achse, wenn der Werkstückhalter um die zweite horizontale Achse geschwenkt wird.
  • Vorzugsweise wird während des Schrittes der Drehung des Werkstückhalters um die erste horizontale Achse der Winkel des Werkstückhalters in Bezug auf irgendeinen bekannten Punkt, welcher in Bezug auf den Werkstückhalter während des Drehvorgangs fixiert wird, kontinuierlich überwacht. Die Überwachung erlaubt eine präzise Positionierung des Werkstückhalters in Bezug zur horizontalen Oberfläche.
  • Ebenso wird während des Schwenkvorganges des Werkstückhalters um die zweite horizontale Achse vorgezogen, dass der Winkel, der durch die Linie, welche die erste und die zweite horizontale Achse verbindet, und die horizontale Ebene definiert wird, kontinuierlich überwacht. Auf diese Weise wird die absolute Position des Werkstückhalters (und somit des Werkstücks selbst) in Bezug zur horizontalen Ebene bekannt sein. Dies ist wichtig, da die horizontale Ebene typischerweise den Prozess enthalten wird, welchem das Werkstück ausgesetzt sein wird.
  • Es sei angemerkt, dass in der obigen und der folgenden Beschreibung, obwohl das Werk stück so beschrieben ist, dass es in einer horizontalen Ebene präsentiert wird, die Möglichkeit besteht, dass das Werkstück auch in einer vertikalen Ebene oder einer Ebene mit beliebigem Winkel zwischen der vertikalen und der horizontalen präsentiert werden kann. Typischerweise wird die Prozessebene eine horizontale Ebene sein, und zwar aufgrund des Wunsches, Schwerkrafteffekte auf die Prozessfluide zu vermeiden, denen das Werkstück ausgesetzt ist. In einer Ausführungsform wird, nachdem das Werkstück der Prozessebene präsentiert worden ist, der Werkstückhalter um eine Drehachse gedreht, um das Werkstück zu veranlassen, sich in die horizontale Ebene zu drehen. Obwohl nicht in allen Halbleiter-Herstellungsprozessen erforderlich, ist dies ein allgemeiner Schritt, der in dem jeweiligen Umstand hinzu gefügt werden kann.
  • Der nächste vorteilhafte Schritt in dem Verfahren besteht aus einem Schwenken des Werkstückhalters um die zweite horizontale Achse, zurück entlang des Weges, den der Werkstückhalter anfänglich herum geschwenkt wurde, als das Werkstück der horizontalen Prozessebene präsentiert werden sollte. Es gibt kein Erfordernis, dass der Werkstückhalter zurück in die gleiche Position geschwenkt wird, in der es begann, obwohl ein solches Vorgehen bestimmte Vorteile haben kann, wie dies unten vollständiger beschrieben wird.
  • Das Verfahren besteht vorteilhafter Weise ferner aus dem Schritt des Drehens des Werkstückhalters um die erste horizontale Achse, um das Werkstück zu der Position zurückzubringen, in der es anfänglich präsentiert wurde und von dem Werkstückhalter angegriffen wurde. Es ist von Vorteil, den Werkstückhalter um die erste Achse in einer Richtung entgegen gesetzt zu der Anfangsdrehung des Werkstückhalters zu drehen.
  • Der Vorteil, dass der Werkstückhalter an einer Endposition anhält, welche der Anfangsposition entspricht, in der das Werkstück in den Werkstückhalter geladen wurde, ist effizient. Das heißt, zusätzliche Maschinenbewegungen sind nicht erforderlich, um den Werkstückhalter so zu positionieren, dass er ein neues Werkstück aufnehmen kann.
  • Das Verfahren umfasst ganz bevorzugt den Schritt des Drehens des Werkstückhalters um die erste horizontale Achse an wenigstens zwei Haltepunkten entlang der ersten horizontalen Achse. Dies liefert in günstiger Weise eine Abstützung und Stabilität für den Werkstückhalter während des Drehvorganges und der nachfolgenden Bewegung der Vorrichtung.
  • Das Verfahren umfasst ganz bevorzugt auch den Schritt des Schwenkens des Werkstückhalters zusammen mit der ersten horizontalen Achse um die zweite horizontale Achse an wenigstens zwei Haltepunkten entlang der zweiten horizontalen Achse. Dies liefert in günsti ger Weise eine zusätzliche Abstützung für den Werkstückhalter, wohingegen dem Werkstückhalter erlaubt wird, in einer vertikalen oder "Z-Achsen"-Richtung bewegt zu werden.
  • Es ist wichtig, dass die einzige in dem obigen Verfahren beschriebene Bewegung eine Drehbewegung um mehrere Achsen ist. In dem beschriebenen Verfahren gibt es keine translative Bewegung des Werkstückhalters in einer X-, Y- oder Z-Achse ohne eine entsprechende Bewegung in einer anderen Achsenrichtung, und zwar aufgrund einer Drehung in einem Kreisbogen.
  • Plattierverfahren
  • Die vorliegende Erfindung umfasst auch ein Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks, wie dies in Anspruch 17 definiert ist.
  • In bevorzugten Ausführungsformen des Verfahrens wird das Halbleiterwerkstück oder Wafer dem Halbleiter-Herstellungsprozess präsentiert. Dies kann durch Verwendung der Werkstückhalterung 401 herbei geführt werden, die in 8 gezeigt ist und hier vollständiger beschrieben wird. 9 zeigt das Werkstück W, wie es dem Prozess präsentiert wird. Zu dem Zeitpunkt, an dem das Werkstück dem Prozess präsentiert wird, wird die Prozessflüssigkeit, welche in einem galvanischen Oberflächenbehandlungsprozess eine Elektrolytlösung ist, veranlasst, in eine Prozesskammer (hier in die Schale 621) zu dem Werkstück zu fließen. Dies gewährleistet, dass eine ausreichende Menge an Flüssigkeit für den erforderlichen Prozessschritt verfügbar ist.
  • Das Werkstück W wird vorzugsweise dem Prozess in einer präzise örtlich festgelegten Position präsentiert, so dass alle Oberflächen des Werkstücks der Lösung ausgesetzt sind. In einem galvanischen Oberflächenbehandlungsprozess ist es von Vorteil, nur die nach unten gerichtete bzw. Arbeitsfläche des Wafers der Elektrolytlösung auszusetzen und nicht die Rückseite des Wafers. Dies erfordert eine genaue Positionierung des Wafers in Bezug auf die Flüssigkeitsoberfläche. In einem galvanischen Oberflächenbehandlungsprozess erfordert das Verfahren auch den Schritt einer akkuraten Positionierung des Werkstücks in Bezug auf die Anode 634, so dass die Anode und das Werkstück an allen Stellen in einem gleichen Abstand zueinander liegen.
  • Sobald das Werkstück positioniert worden ist, so wie es der Prozess spezifisch erfordert, besteht der nächste Schritt im Verfahren darin, den tatsächlichen Bearbeitungsschritt selbst auszuführen. Zum Beispiel würde der Bearbeitungsschritt in einer Anwendung bei einer gal vanischen Oberflächenbehandlung das Anlegen eines elektrischen Stroms an das Werkstück umfassen, um so den Strom durch die Elektrolytlösung zu erzeugen, wodurch eine Schicht einer gewünschten Metallsubstanz auf dem Wafer abgeschieden wird. Typischerweise wird ein Strom auch an die Anode angelegt, wobei ein negativer Strom an das Werkstück angelegt wird. Der Bearbeitungsschritt wird über die Zeitdauer angewendet, welche durch den Prozess selbst diktiert wird.
  • Der Prozess umfasst ferner den Schritt des kontinuierlichen Durchführens einer Strömung des Prozessfluids, derart, dass das Prozessfluid die Prozesskammer überläuft und unter Schwerkräften in einer Prozessfluidreservoir herabfällt. Vorzugsweise ist das Prozessfluidreservoir das gleiche Reservoir, welche das Prozessfluid oder die Lösung dem Prozess zur Verfügung stellt.
  • Als ein zusätzlicher Schritt in dem Verfahren zum Bearbeiten des Halbleiterwafers umfasst das Verfahren in dem galvanischen Oberflächenbehandlungsprozess den weiteren Schritt des Drehens oder Rotierens des Werkstücks um eine vertikale Achse, während es der Elektrolytlösung ausgesetzt ist. Die Drehrate variiert zwischen etwa 5 und 30 rpm und beträgt ganz bevorzugt etwa 10 rpm. Der Rotationsschritt liefert das günstige Ergebnis einer zusätzlichen Sicherstellung einer gleichmäßigen Verteilung der Elektrolytlösung über der Oberfläche des Werkstücks während des galvanischen Oberflächenbehandlungsprozesses.
  • Nachdem die Bearbeitung auf dem Halbleiterwafer durchgeführt worden ist, umfasst das Verfahren in vorteilhafter Weise den Schritt des Entfernens des Werkstücks aus dem Prozess und das Zurückbringen desselben in eine Position, wo es für eine weitere Bearbeitung entnommen werden kann oder aus dem Halbleiterwerkstück-Prozesswerkzeug entfernt werden kann.
  • Das Verfahren umfasst vorzugsweise den Schritt des Durchführens der oben beschriebenen Schritt in einer Reihe von Prozessschüsseln mit einem gemeinsamen Fluidreservoir, derart, dass das überlaufende Fluid durch Schwerkraft in ein gemeinsames Fluidreservoir abgeleitet wird.
  • Industrielle Anwendbarkeit
  • Diese Erfindung ist nützlich bei der Gestaltung und Herstellung von Plattiersystemen für die Halbleiterbearbeitung.

Claims (23)

  1. Vorrichtung zum Bearbeiten eines Werkstücks mit einem Betriebsflüssigkeitsbehälter (604), einer Prozessschüssel (616) und einer Flüssigkeitsschale (621), die in der Schüssel zum Aufnehmen eines Werkstücks (W) mit einem Einlass (624) für die Flüssigkeit in die Schale (621) angeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Prozessschüssel (616) in den Behälter montiert ist und die Schale (621) von der Seite (617) und dem Boden (619) der Schüssel (616) in Abstand liegt und in dem Schüsselboden (619) Öffnungen (638) vorliegen, wodurch die in der Schale (621) aufsteigende Flüssigkeit über die Seite (622) der Schale und durch die Öffnungen (638) in dem Schüsselboden (619) in den Behälter (604) fließen kann.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, in welcher eine Anode (634) in der Schale (621) derart angeordnet ist, dass der Flüssigkeitseinlass (624) zwischen dem Boden (623) der Schale und der Anode liegt.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 2, in welcher ein Flüssigkeitsfilter (630) zwischen dem Flüssigkeitseinlass (624) und der Anode (634) angeordnet ist.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, mit einem Anoden-Höheneinsteller (646) zum Einstellen der Höhe der Anode (634) in der Flüssigkeitsschale (621).
  5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, in welcher die Prozessschüssel (616) und die Flüssigkeitsschale (621) einen im Wesentlichen kreisförmigen Querschnitt haben und die Anode (634) im Wesentlichen kreisförmig ist, wodurch ein Ringraum zwischen der Anode (634) und der Schalenseite (622) und zwischen der Schalenseite (622) und der Seite (617) der Schüssel (616) gebildet wird.
  6. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, in welcher die Prozessschüssel (616) mit ihrem Boden (619) in dem Behälter (604) abgestützt ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, mit einem Schüssel-Niveauregulierer (640), der mit der Prozessschüssel (616) verbunden ist, um das Niveau in Bezug zu dem Flüssigkeitsbehälter (604) zu regulieren.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, mit einem Schalen-Höheneinsteller (641), der mit der Fluidschale (621) verbunden ist, um seine Höhe in Bezug zu dem Schüsselboden (619) einzustellen.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 6, in welcher die Prozessschüssel (616) durch ein Schüsselchassis (606) aufgehängt ist und einen Schüssel-Niveauregulierer (640) zum Regulieren des Niveaus der Prozessschüssel in Bezug zu dem Schüsselchassis aufweist.
  10. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, mit einer Fingeranordnung (409) auf einem Bearbeitungskopf (406) zum selektiven Angriff an ein Werkstück (W) während der Bearbeitung.
  11. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, in welcher der Behälter (604) ein doppelwandiges (608, 609) Gefäß ist.
  12. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, mit einer Flüssigkeits-Einlassleitung (625) in Kommunikation mit dem Flüssigkeitseinlass (624) und einem Strömungssensor (657), der in die Flüssigkeits-Einlassleitung zum Erfassen einer darin vorhandenen Flüssigkeitsströmung angeordnet ist.
  13. Vorrichtung nach Anspruch 12, mit einem Flüssigkeitsregler (658), der in der Flüssigkeits-Einlassleitung (625) angeordnet ist.
  14. Vorrichtung nach Anspruch 13, in welcher der Strömungssensor (657) als Funktion einen erfassten Strömung ein Signal erzeugt, wobei der Strömungsregler (658) auf das Signal anspricht.
  15. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, in welcher der Strömungsregler (658) in der Flüssigkeits-Einlassleitung (625) zwischen dem Strömungssensor (657) und dem Flüssigkeitseinlass (624) angeordnet ist.
  16. Vorrichtung nach einem vorstehenden Anspruch, in welcher die Prozessschüssel (616) einen oberen Schüsselrand (637) aufweist und die Flüssigkeitsschale (621) an einem oberen Schalenrand (633) endet, wobei der Schalenrand unterhalb des Schüsselrandes liegt.
  17. Verfahren zum Bearbeiten eines Werkstücks in einer Vorrichtung gemäß einem vorste henden Anspruch, mit einem Einbringen eines Abschnitts eines Werkstücks (W) in einem bereit gehaltenen, kontinuierlich strömenden Pool einer Prozessflüssigkeit in der Flüssigkeitsschale (621) zur Bearbeitung, derart, dass die Flüssigkeit einen zu bearbeitenden Abschnitt des Werkstücks berührt, Beibehalten eines solchen Kontakts über eine vorbestimmte Zeitdauer, während die in der Schale (621) ansteigende Flüssigkeit in die Prozessschüssel (616) überläuft und Entnehmen des Werkstücks (W) aus der Schale (621).
  18. Werkstück-Bearbeitungsstation mit einer Mehrzahl von Vorrichtungen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 16 und in welcher ein gemeinsamer Behälter (604) eine Behälteroberseite (618) mit einer Mehrzahl von Öffnungen zum Aufnehmen der Prozessschüsseln (616) aufweist.
  19. Werkstück-Bearbeitungsstation nach Anspruch 18, mit einem Versorgungsverteiler (652) in Fluidkommunikation mit jedem Einlass (624), um die Flüssigkeit in die Schale (621) zu leiten.
  20. Werkstück-Bearbeitungsstation nach Anspruch 19, mit einer Versorgungspumpe (605), mit einer Flüssigkeits-Ansaugeinrichtung (647) in Kommunikation mit dem Behälter (604) und einer Flüssigkeits-Ausgabeeinrichtung (648) in Kommunikation mit dem Versorgungsverteiler (652).
  21. Werkstück-Bearbeitungsstation nach Anspruch 20, in welcher die Versorgungspumpe (605) eine Tauchpumpe ist und in dem Behälter 604) angeordnet ist, wobei ein Pumpen-Ausgabefilter in der Versorgungsleitung (650) hinter der Flüssigkeits-Ausgabeeinrichtung (648) und vor einer Flüssigkeits-Einlassleitung (625) angeordnet ist.
  22. Werkstück-Bearbeitungsstation nach Anspruch 21, mit einer Flüssigkeits-Rücklaufleitung (654), die in dem Versorgungsverteiler (652) hinter den Flüssigkeits-Einführleitungen (625) angeordnet ist und in Kommunikation mit dem Behälter (604) steht, und mit einem Rückschlag-Regulator (656), der in der Flüssigkeits-Rücklaufleitung (654) angeordnet ist und in einer Signalverbindung mit der Flüssigkeitspumpe (605) steht, um einen gewünschten Druck an dem Versorgungsverteiler (652) aufrecht zu erhalten.
  23. Werkstück-Bearbeitungsstation nach einem der Ansprüche 18 bis 22, mit einer für jede Prozessschüssel (616) bereit stehenden Prozesspumpe, die einen Prozessflüssigkeits-Ausgabeanschluss in Fluidkommunikation mit einer einzelnen Flüssigkeits-Einlassleitung (625) verbindet, und einen Strömungssensor (657) aufweist, und wobei ein Sensor und ein Strömungsregler (658) in der einzelnen Flüssigkeits-Einführleitung (625) zwischen dem Flüssigkeitseinlass (624) und dem Prozessflüssigkeits-Ausgabeanschluss (648) angeordnet sind, und mit einem Prozessflüssigkeits-Ansauganschluss (647) in Kommunikation mit dem Behälter (604).
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