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Die
Erfindung betrifft Herstellungsmaschinen für Halbleiter im Allgemeinen
und insbesondere Bearbeitungsstationen für Halbleiter und ganz besonders
Arbeitsstationen zur galvanischen Oberflächenbehandlung von Halbleitern.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Schließlich ist
erwünscht,
eine Vorrichtung zu haben, welche die Wafer in einem schnellen und
effizienten Verfahren handhabt, um den Durchsatz zu erhöhen.
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Es
ist dieser Stand der Technik, gegenüber dem die Vorrichtung der
vorliegenden Erfindung entwickelt wurde.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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:
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1 eine
Umgebungsansicht, welche die Vorrichtung des galvanischen Beschichtungsmoduls
in einem Halbleiterwerkstück-Prozesswerkzeug
zeigt;
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2 eine
isometrische Ansicht einer Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung, welche ein Fünf-Stationen-Beschichtungsmodul
zeigt.
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3 eine
isometrische Ansicht einer Ausführungsform
der Vorrichtung des Systems aus 2, welche
die internen Bauteile des Fünf-Einheiten-Beschichtungsmoduls
zeigt;
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4 eine
isometrische Ansicht, welche den Beschichtungstank und die Prozessschüsseln des
Systems aus 2 zeigt;
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5 ein
isometrisches Detail einer Beschichtungskammer einer Ausführungsform
der Vorrichtung der vorliegenden Erfindung;
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6 eine
vordere Schnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, welche den Beschichtungstank, die Beschichtungskammern
und die zugehörigen
Leitungen zeigt;
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7 eine
seitliche Schnittansicht einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, welche den Beschichtungstank und eine Beschichtungskammer
zeigt;
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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;
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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;
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10 eine
isometrische Ansicht des Halbleiter-Bearbeitungskopfes einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
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11 eine
Seitenansicht des Bearbeitungskopfes einer Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung, welche den Kopf in einer "Waferempfang"-Position zeigt;
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12 eine
Seitenansicht des Bearbeitungskopfes aus 3, welche
den Kopf in einer gedrehten Position zeigt, bereit, um den Wafer
in die Prozessstation abzusenken;
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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;
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14 eine
schematische Vorderansicht des Bearbeitungskopfes, welche die Bereiche
zeigt, die im Detail in 15 und 16 dargestellt
sind;
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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;
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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>;
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17 eine
isometrische Ansicht der Betätigungsbasis
und des Betätigungsarms
der Vorrichtung einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung mit entfernter Schutzhaube;
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18 eine
rechte Seitenansicht des Betätigungsarms
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, welche den Schwenkantriebsmechanismus
des Bearbeitungskopfes zeigt;
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19 eine
linke Seitenansicht des Betätigungsarmes
einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung, welche den Antriebsmechanismus für den Betätigungsarm
zeigt;
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20 eine
schematische Draufsicht des Betätigungsarmes,
welche die Bereiche zeigt, die in den 21 und 22 im
Detail angegeben sind;
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21 eine
Draufsicht, teilweise im Schnitt, der rechten Seite des Betätigungsarms,
welche den Antriebsmechanismus des Bearbeitungskopfes zeigt;
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22 eine
Draufsicht, teilweise im Schnitt, der linken Seite des Betätigungsarms,
welche den Antriebsmechanismus des Bearbeitungsarmes zeigt;
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23 eine
Seitenansicht eines Halbleiterwerkstückhalters, der gemäß einem
bevorzugten Aspekt der Erfindung konstruiert ist;
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24 eine
vordere Schnittansicht des Halbleiterwerkstückhalters aus 1;
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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;
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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;
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27 eine
Seitenansicht der Fingeranordnung aus 26;
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28 eine
bruchstückhafte
vergrößerte Schnittansicht
einer Fingeranordnung und einer zugehörigen Rotorstruktur;
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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;
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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.
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TABELLE
1 Liste
von Unterabschnitten der detaillierten Beschreibung und relevanter
Bauteile mit Bezugszeichen
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Werkstück-Bearbeitungsstation
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Details der Schüsseleinheiten
und ihrer Anordnung und Konfiguration mit den weiteren, hier beschriebenen
Komponenten, werden unten vollständiger
beschrieben.
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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.
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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.
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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.
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Schüsselanordnung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Steuereinrichtungen
-
In
der bevorzugten Ausführungsform
umfasst das Arbeitsstations-Prozessmodul ferner Einrichtungen zum
Steuern des Flusses und der Verteilung der Prozessflüssigkeit
an die Prozessschüsseleinheiten.
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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.
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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.
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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.
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In
einer anderen Ausführungsform,
in welcher eine für
jede Prozessschüsseleinheit
eine eigene Prozesspumpe verwendet wird, würde ein Rückdruckregulator typischerweise
nicht erforderlich sein.
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Werkstückhalterung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine
vollständigere
Beschreibung der Komponenten und ihr Betrieb und ihre wechselseitige
Beziehung folgt.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Betätigungsarm-Prozesskopf
Drehmechanismus
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Betätigungsarm-Hebemechanismus
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Der
Prozesskopf umfasst auch in vorteilhafter Weise einen Werkstückhalter
und Finger zum Halten eines Werkstücks, wie dies auch unten vollständiger beschrieben
wird.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Stellglieddichtungen 506 sind
vorgesehen, um zu verhindern, dass Pneumatikgas die Oberseite des Pneumatikkolbens 502 umgeht
und den von der Stellgliedfeder 505 eingenommen Bereich
erreicht.
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Prozesskopf-Werkstückhalter
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Der
Werkstückhalter 478 wird
dazu verwendet, das Werkstück
W, welches typischerweise ein Halbleiterwafer ist, während des
Halbleiter-Herstellungsprozesses in Position zu halten.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Halbleiter-Werkstückhalter-Ausführungsform
zur galvanischen Oberflächenbehandlung
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Fingereinheit
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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.
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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.
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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.
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Fingereinheits-Antriebssystem
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die
Angreifbits 862 können
mit einem Reinigungsgas-Durchgang versehen sein. Gas wird über ein Rohr 893 zugeleitet
und durch die Fingereinheiten hindurch bewegt.
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Angreifende
und gelöste
Positionen
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Verfahren
und Betrieb
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Industrielle
Anwendbarkeit
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Diese
Erfindung ist nützlich
bei der Gestaltung und Herstellung von Plattiersystemen für die Halbleiterbearbeitung.