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Die
Erfindung betrifft ein Laden und Entladen von Wafer-Verarbeitungsmaschinen
und insbesondere ein Transferieren von Substraten von Chargen von
großen
Halbleitersubstraten zwischen einer Umgebung mit Atmosphär-Druck
und einer Hochvakuumumgebung.
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Hintergrund
der Erfindung
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Bei
der Vakuumverarbeitung von Halbleiter-Wafern wird ein Laden und
Entladen von Wafern in und von einer Wafer-Verarbeitungsanlage derart benötigt, dass
eine negative atmosphärische
Kontamination der Hochvakuumumgebung oder von Wafern innerhalb des
Verarbeitungsgerätes
vermieden wird. Zum Maximieren des Wafer-Durchsatzes ist es weiterhin
wünschenswert,
die Zeit zu minimieren, welche zum Ausführen einer typischen Lade-
oder Entladesequenz benötigt
wird. Da sich die Größe der Wafer
kontinuierlich wie beispielsweise bei dem augenblicklichen Trend
von 150 Millimeter und 200 Millimeter auf 300 Millimeter Durchmesser
vergrößert, wird
es zunehmend schwieriger, simultan sowohl die Kontaminations- als
auch die Durchsatzanforderungen zu erfüllen, was in eine Kompromisslösung resultiert,
welche weit von dem idealen Zustand entfernt ist. Da sich der Wert
der Wafer in den späteren
Stufen der Verarbeitung und mit größer werdenden Wafern vergrößert, welche
mehr Vorrichtungen sowie komplexere Vorrichtungen aufweisen, vergrößert sich
die Gefahr eines finanziellen Verlustes aufgrund einer Waferbeschädigung bei
einem Geräteversagen,
so dass höhere
Zuverlässigkeitsanforderungen an
Wafer-Transferiergeräte
gestellt werden.
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Die
Mehrheit der Halbleiterwafer-Vakuumverarbeitungssysteme gemäß dem Stand
der Technik, welche zur Zeit verwendet werden, verwenden einen sogenannten
Vakuum-Kassettenaufzug (VCE) für
Wafergrößen bis
zu 200 mm. Ein Beispiel eines Wafer-Verarbeitungssystems mit einem
VCE ist in 1 veranschaulicht. Das System 10 weist
mindestens einen VCE 11 auf, welcher eine Ladeschleusen-Kammer 12,
welche auf ein Hochvakuum abgepumpt werden kann, eine Aufzugsanordnung 13, welche
innerhalb der Kammer 12 angeordnet ist, eine vordere Tür 14,
mittels der der Bediener eine Mehrfach-Wafer-Kassette 15 beladen
und entladen kann, wenn die Kammer 12 bei Atmosphärendruck
ist, und ein Schlitzventil bzw. einen Schlitzklappen-isolierten Eingangsanschluss 16 aufweist,
welcher den VCE 11 einigen der Wafer-Transfermodule 17 zum
individuellen Transfer von Wafern verbindet, wenn sich die Kammer 12 auf
einem Hochvakuum befindet.
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Ein
typischer Betrieb eines Verarbeitungsgerätes 10, welches auf
der Verwendung eines VCE 11 basiert, fährt damit fort, dass der Bediener
die Tür 14 des
VCE öffnet
und eine neue Kassette 15 von Wafern 18 auf dem
Aufzug 13 platziert. Die Tür 14 wird dann geschlossen,
gefolgt von einer Abpumpsequenz, welche einen entsprechenden Vakuumpegel in
dem VCE 11 ermöglicht.
Die Abpumpzeit zum Erreichen eines gegebenen Vakuumdruckpegels ist
generell proportional zu dem Volumen des VCE 11 und zu
der exponierten inneren Oberfläche
des VCE 11 und der sich darin befindlichen Wafer 18.
Wenn der geeignete VCE-Vakuumpegel erreicht ist, wird der isolierende
Schlitzventilanschluss bzw. Schlitzklappenanschluss 16 zwischen
dem VCE 11 und der Transportkammer 17 geöffnet, wodurch
das VCE 11 durch einen Roboterarm 19 in dem Wafer-Transportmodul 17 zugreifen
kann. Der Aufzug 13 positioniert die Kassette 15 zum
Zugriff des Transferarms 19 auf einen gewünschten
Wafer 18 in der Kassette 15. Der Robotertransferarm 19 erstreckt
sich in die VCE 11 durch den Schlitzventilanschluss bzw.
Schlitzklappenanschluss 16, nimmt den positionierten Wafer
auf und kehrt zurück
in das Transportmodul 17 in Vorbereitung eines Lieferns
des Wafers 18 an ein geeignetes Verarbeitungsmodul 20 des
Gerätes 10.
Diese Schritte werden umgekehrt durchgeführt, wenn Wafer zu einer Kassette 15 zurückgegeben
werden, und der Schritt des Abpumpens des VCE 11 auf Vakuum wird
durch den Schritt des Belüftens
des VCE 11 auf Atmosphäre
ersetzt.
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Das
Gerät gemäß dem Stand
der Technik von 1 kann für 300 mm Wafer verwendet werden,
wenn die offenen Wafer-Kassetten eine entsprechende Größe aufweisen.
Aus einer Anzahl von Gründen
bevorzugen Halbleitervorrichtungshersteller, welche die Endverbraucher
der Wafer-Verarbeitungsanlage darstellen, einen Standard für einen
Wafer-Trägertypen,
welcher nicht Hochvakuum-kompatibel
ist und welcher nicht eine entfernbare Kassette aufweist, und die Halbleitervorrichtungshersteller sind
dabei, einen derartigen Standard zu etablieren. Ein derartiger Träger 25 ist
in 2 gezeigt. Der Träger 25 weist ein vertikales
Array von horizontalen Wafer-Auflageschienen 26 auf, welche
in den Träger 25 gebaut
sind, wobei das Array typischerweise 13 oder 25 gleichmäßig beabstandete
Ebenen aufweist. Der Träger 25 weist
eine vordere Tür 27 auf,
welche normalerweise während
des Transportes der Wafer 28 zwischen verschiedenen Teilen
der Verarbeitungsanlage geschlossen ist.
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Da
der Träger 25 nicht
Hochvakuum-kompatibel ist und keine Kassette oder Kassettenaufzug aufweist,
müssen
die Wafer bei Luftdruck bzw. Atmosphärendruck von dem Träger 25 in
die Wafer-Verarbeitungsanlage transferiert werden. Bei den unmittelbaren
Verfahren gemäß dem Stand
der Technik wird ein Wafer 28 von dem Träger 25 in
ein Verarbeitungsgerät
wie beispielsweise die Maschine 10 von 1 transferiert.
Wo es wünschenswert
ist, einen vollen Träger 25 von
typischerweise 13 oder 26 Wafern in eine große VCE 11 zu platzieren,
muss ein Verfahren zum schnellen Bewegen von Wafern von den Trägen 25 in
das VCE 11 bereitgestellt werden. Ein derartiger serieller
Transfer von einzelnen Wafern fügt
eine signifikante Zeit zu den Lade- und Entladezyklen hinzu und
ist somit nicht wünschenswert.
Bei einem simultanen Transfer von mehreren Wafern ist gezeigt worden,
dass Wafer in einer oder mehreren Chargen von dem Träger 25 in
das VCE transferiert werden. In einem derartigen parallelen Transfer
ist jedoch das Risiko vorhanden, dass mehrere Wafer aufgrund eines einzelnen
Versagens der Anlage beschädigt
werden, was ein Risiko darstellt, welches vorzugsweise zu vermeiden
ist. Die Wahrscheinlichkeit einer mechanischen Berührung der
Rückseite
eines Wafers, welcher über
einem anderen nichtverarbeiteten Wafer positioniert ist, was schwer
zu vermeiden ist, wenn Wafer simultan transferiert werden, stellt
potentielle Partikel-Kontaminationsprobleme dar. Mit einem VCE,
welcher dazu dimensioniert ist, Wafer mit einem Durchmesser von
300 Millimeter oder größer zu halten,
können
die VCE-Abpump- und/oder Belüftungszeiten
unakzeptabel derart lang sein, dass der Ladeschleusenzyklus beim
Betrieb des Verarbeitungsgerätes
einen Durchsatzbegrenzungsfaktor darstellen kann. Zur Kompensation
dieser Verzögerungen
durch einen Kompromiss bei der Abpump- oder Belüftungszeit kann dies eine Erhöhung der
atmosphärischen
Kontamination der Transferkammer oder eine Kontamination des Wafers
oder beiden resultieren.
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In
größeren Durchmessern
der Wafer werden größere Hochvakuumpumpen
benötigt,
um die großen
VCE abzupumpen, welche die größeren Wafer
benötigen.
Derart große
Pumpen sind schwierig mechanisch von den VCE zu trennen bzw. zu
isolieren, und als ein Ergebnis haben derartige Pumpen die Tendenz,
Vibrationen auf das VCE zu übertragen, wodurch
Partikel von einem Wafer auf einen weiteren darunter befindlichen
Wafer fallen könnten.
Ferner wird davon ausgegangen, dass die Auf- und Ab-Bewegung der
Aufzüge
in den VCE zu einem erhöhten vibrationsinduzierten
Fallen von Partikeln von oberen Wafern auf untere Wafer beitragen.
Die Vibration bzw. die Schwingung kann bewirken, dass die Wafer aus
ihren Positionen in den Kassetten bewegt werden und sich nicht mehr
an den Positionen befinden, welche für eine Aufnahme durch die Transferarme benötigt werden.
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EP 0756316 zeigt ein Wafer-Verarbeitungsgerät mit einer
Vielzahl von Verarbeitungskammern, einer Vakuumtransferkammer mit
einer darin angeordneten Transfervorrichtung, einem atmosphärischen
Front-End mit einer Wafer-Träger-Lade/Entladebucht
und einer assoziierten Wafer-Transfervorrichtung und einer Vielzahl
von Einzel-Wafer-Ladeschleusen-Kammern (Loadlock chamber). Die Wafer-Transfervorrichtungen
transferieren jeweils Wafer in zwei vertikal beabstandete horizontale
Ebenen. Ein Wafer wird von einer ersten horizontalen Ebene in die
zweite horizontale Ebene des Transferarmes unter Verwendung eines
Liftes bzw. Aufzuges transferiert, während es in der Ladeschleuse
verbleibt, und wird dann horizontal von der Ladeschleuse in die Transferkammer
entfernt.
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Somit
besteht eine Notwendigkeit, Wafer in und von einer Wafer-Verarbeitungsausrüstung von einem
Nicht-VCE Träger
derart zu laden und zu entladen, dass keine nachteilige atmosphärische Kontamination
der Hochvakuumsumgebung oder einer Partikel-Kontamination der Wafer
innerhalb des Verarbeitungsgerätes
erfolgt, und dass ein Wafer-Durchsatz der Ausrüstung insbesondere mit großen Wafer-Durchmessern
wie beispielsweise mit 300 Millimeter Durchmesser oder größer nicht
beschränkt wird,
und ohne dass das Risiko eines finanziellen Verlustes aufgrund einer
Beschädigung
einer Vielzahl von Wafern aufgrund des Gerätefehlers erhöht wird,
welcher dazu führen
würde,
dass höhere Zuverlässigkeitsanforderungen
an die Wafer-Transfergeräte
gestellt werden würden.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es
ist eine primäre
Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Notwendigkeit von großen Vakuumkassetten-Aufzugsmodulen
bei Halbleiterwafer-Verarbeitungsmaschinen
und Prozessen zu beseitigen. Es ist ferner Aufgabe der vorliegenden
Erfindung, die Zeit signifikant zu reduzieren, welche zum Abpumpen
und Belüften
von Ladeschleusen in Halbleiterwafer-Verarbeitungsmaschinen benötigt wird
und insbesondere zu verhindern, dass Ladeschleusen eine Begrenzung
des Durchsatzes darstellen.
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Es
ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Partikel-Kontamination
bei dem Transfer von Wafern in und aus Verarbeitungsmaschinen zu reduzieren
oder zu vermeiden. Insbesondere weisen Aufgaben der vorliegenden
Erfindung die Beseitigung von bewegten Aufzügen sowie die damit einhergehende
Vibration, welche Partikelkontaminationsprobleme bewirkt, die Reduktion
der Größe der Hochvakuumpumpen
und der Vibration aufgrund eines Pumpenbetriebes und die Vermeidung
der Verwendung von großen
Hochvakuumpumpen auf.
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Es
ist ferner Aufgabe der vorliegenden Erfindung, den verbesserten
Wafer-Verarbeitungsmaschinendurchsatz
insbesondere für
kleine Chargen von Wafern vorzusehen, wie diejenigen, welche während einer
Wafer-Qualifizierung (wafer qualification) verwendet werden. Es
ist insbesondere eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Möglichkeit
zu reduzieren, dass VCE und Ladeschleusen den Durchsatz für ein Wafer-Verarbeitungsgerät begrenzen.
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Eine
zusätzliche
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, die Notwendigkeit
von simultanen oder parallelen Wafer-Handhabungen zu beseitigen
und insbesondere dadurch das Risiko einer Beschädigung einer Vielzahl von Wafern
und der Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass Partikel auf Wafer
fallen.
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Eine
spezifische Aufgabe der Erfindung besteht darin, dass der Wafer-Durchsatz
einer Wafer-Verarbeitungsmaschine nicht durch eine Wafer-Abkühlung und
Ausrichtung beeinflusst wird.
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Die
vorliegende Erfindung sieht ein Hochvakuum-Wafer-Verarbeitungsgerät gemäß Anspruch
1, ein Verfahren zum Transferieren von Wafern in dem Gerät (Anspruch
9) und ein Verfahren zum Herstellen eines Halbleiter-Wafers einschließlich des
Verfahrens zum Transferieren (16) vor.
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In
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
wird ein Wafer-Verarbeitungs-Clusterwerkzeug mit
einem darin angeordneten Hochvakuum-Transfermechanismus vorgesehen, welches
durch eine Vielzahl von einzelnen Wafer-Ladeschleusen mit einem
Atmosphärendruck-Front-End-Modul
(AFE) verbunden ist, welches ebenfalls einen Transfermechanismus
dahin aufweist. Der Transfermechanismus in dem Transfermodul bewegt
Wafer einzeln zwischen den Ladeschleusen und den Verarbeitungsmodulen, welche
durch Isolationsventile bzw. Isolationsklappen mit dem Transfermodul
sowie unter den Verarbeitungsmodulen in einer Hochvakuumsumgebung verbunden
sind. Der Transfermechanismus in dem Front-End-Modul bewegt einzelne
Wafer zwischen den Ladeschleusen und einer Vielzahl von Multiwafer-Trägern in
einer atmosphärischen
Druckumgebung. Entweder der AFE Transferarm oder jeder Träger ist
vertikal bewegbar, damit einzelne Wafer von dem Träger durch
eine horizontale Translation des Wafers durch den Waferarm geladen
oder entladen werden kann. Die Verbindung zwischen dem AFE und dem
Transfermodul wird durch eine Vielzahl von Einzelwafer-Ladeschleusen-Stationen
vorgesehen, welche nachfolgend in einigen Fällen als „Ladeschleusen" bezeichnet wurden.
Die Ladeschleusen sind vorzugsweise von einer Über/Unterbauart und können oben
entweder die Vakuumdruckseite oder die Atmosphärendruckseite aufweisen.
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Gemäß dem bevorzugten
Ausführungsbeispiel
der Erfindung weist das AFE einen Wafer-Ausrichter sowie ein Vorsehen
einer Verbindung zu zwei oder drei Mehrfachwafer-Trägern auf.
Zumindest eine der Ladeschleusen und vorzugsweise jede der Ladeschleusen
ist dazu in der Lage, als eine Eingangs (inbound)-Ladeschleuse zum
Transferieren von Wafern in das Vakuum betrieben zu werden. Auf ähnliche
Art und Weise ist zumindest eine Ladeschleuse und vorzugs weise jede
Ladeschleuse dazu in der Lage, als eine Auswärts (outbound)-Ladeschleuse zum
Transferieren von Wafern aus dem Vakuum betrieben zu werden. Jede
der Ladeschleusen ist dazu in der Lage, als eine Auswärts (outbound)-Ladeschleuse,
welche mit einem Kühlelement
zum Kühlen
des Wafers ausgerüstet
ist, während
des Ladeschleusen-Belüftungszyklusses
betrieben zu werden, nachdem der Wafer verarbeitet wurde und bevor
der Wafer zurück
in den Träger
geladen wird. Diese Ausgangs-Ladeschleusen mit Kühlelementen sind dazu in der
Lage, heiße
Wafer zu stützen,
welche sich noch nicht auf oder in der Nähe der Verarbeitungstemperaturen
befinden. Somit können derartige
Ausgangs-Ladeschleusen vorzugsweise mit Hochtemperatur-kompatiblen
Wafer-Auflageelementen
wie beispielsweise Metall vorgesehen sein. Vorzugsweise wird eine
Vielzahl von Ladeschleusen sowohl für Eingangs- als auch Ausgangswafer
für einen
optimalen Durchsatz jeweils mit einer Kühlmöglichkeit vorgesehen, damit
ein kontinuierlicher Betrieb ermöglicht
wird, wo eine Ladeschleuse versagen würde.
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In
einem alternativen Ausführungsbeispiel der
Erfindung sind separate dedizierte Eingangs- und Ausgangs-Ladeschleusen
vorgesehen. In einem derartigen Fall müssen die dedizierten Eingangs-Ladeschleusen
nicht mit Kühlelementen
versehen sein, was ihre Kosten reduziert, und die Auflagen für die Substrate
müssen
nicht dazu in der Lage sein, Wafer bei einer hohen Temperatur aufzunehmen.
So können
Hochreibungs-Elastomer-Wafer-Auflagestrukturen verwendet werden,
um die Wahrscheinlichkeit zu reduzieren, dass ein sich darauf befindliches
Substrat vibriert oder aus der Position gerät (jarred out of position),
wodurch eine Substratbewegung durch die Ladeschleuse bei einer höheren Geschwindigkeit ausgeführt werden
kann. Da eine Retention nicht kritisch hinsichtlich von Ausgangs-Wafern
ist, kann eine Ladeschleuse, welche für den Ausgangstransfer von Wafern
verwendet wird, ebenfalls bei einer hohen Geschwindigkeit betrieben
werden.
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Das
AFE wird ebenfalls vorzugsweise in einer laminaren Strömungsumgebung
aufrecht erhalten. Die Träger
werden vorzugsweise in eine und von einer Ladeposition in der Reinraumumgebung
des Anwenders geladen und entladen, von der sie benachbart zu einer Öffnung in
dem AFE-Bereich des Gerätes
transferiert werden, und an einer Struktur, welche die Träger mit
der Trägertür in Richtung einer Öffnung zu
einer inneren AFE-Kammer vorsieht, in einer geeigneten Position
und Orientierung zum Zugreifen auf die sich darin befindlichen Wafer
durch den AFE-Transferarm befestigt werden, wenn die Trägerzugangstür offen
ist. Wenn dies derart positioniert und ausgerichtet ist, betreibt
ein Mechanismus in dem AFE die Tür
auf dem Träger,
damit ein Zugriff durch den AFE-Transferarm erfolgen kann. Wenn eine
Trägertür offen
ist, wird ein laminarer und vorzugsweise horizontaler Fluss von
Reinluft oder anderen Gasen in dem AFE aufrecht erhalten, damit
Partikel und Gas von den Ladeschleusen und von den Trägern weggeblasen
werden.
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Gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
werden die Träger
in eine Position benachbart zu der Öffnung der AFE-Kammer bewegt,
während ein
laminarer Luftstrom in der AFE-Kammer aufrecht erhalten wird. Die
Trägertür wird geöffnet, und
ein Wafer, vorzugsweise der unterste nicht verarbeitete Wafer, wird
durch den AFE-Transferarm von dem geöffneten Träger entnommen und in einer
Eingangs-Einzelwafer-Ladeschleuse platziert, welche hinsichtlich
der AFE-Kammer offen ist und gegenüber der Hochvakuumkammer des
Gerätes
abgedichtet ist. Der Wafer in der Eingangs-Ladeschleuse wird auf
den Spitzen von erhöhten
Hub- bzw. Liftstiften abgelegt, und der Transferarm wird von der
Ladeschleusen-Kammer
zurückgezogen.
Wenn die Ladeschleuse von der AFE-Kammer versiegelt wird und die
Ladeschleuse auf einen Vakuumpegel abgepumpt wird, welcher kompatibel
mit dem Hochvakuumspegel in der Hochvakuumstransferkammer ist, während die
Ladeschleusen-Kammer abgepumpt wird, kann der AFE-Transferarm einen
weiteren Wafer von demselben Träger
oder einem anderen Träger
entfernen und den Wafer in einer Position halten, so dass der Wafer
in einer Eingangs-Ladeschleusen-Kammer platziert werden kann, oder
der AFE-Transferarm
kann dazu verwendet werden, die Abpumpzeit zum Entfernen eines Wafers
von der Ausgangs-Ladeschleuse und zum Platzieren in einem Träger zu verwenden.
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Wenn
die Ladeschleuse, welche einen Eingangs-unverarbeiteten Wafer aufweist,
auf ein geeignetes Vakuum abgepumpt wird, wird die Ladeschleuse
zu einer Hochvakuum-Transferkammer geöffnet, während der Wafer auf den Hub-
bzw. Liftstiften vertikal in eine Position bewegt wird, um aus der
Ladeschleuse entfernt zu werden und in eine der Verarbeitungskammern
transferiert zu werden. Zu die sem Zeitpunkt wird ein verarbeiteter
Wafer vorzugsweise von einer Verarbeitungskammer entfernt und in
derselben Ladeschleuse platziert, und in den meisten Prozessen wird
der Durchsatz somit optimiert. Idealerweise wird ein Wafer immer
eingangs durch eine Ladeschleuse geführt, wenn eine Ladeschleuse
abgepumpt wird, und ein Wafer wird immer ausgangs durch eine Ladeschleuse
geführt,
wenn eine Ladeschleuse belüftet
wird. Alternativ zu dem oben Gesagten kann eine Ladeschleuse als
eine dedizierte Eingans-Ladeschleuse und eine weitere als eine dedizierte
Ausgangs-Ladeschleuse ausgestaltet sein. Wenn ein Ausgangswafer
in einer Ladeschleuse von dem Hochvakuum-Back-End (HVBE) platziert
wird, wird die Ladeschleuse von der Hochvakuum-Transferkammer verschlossen
und auf Luftdruck belüftet.
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Wenn
ein Wafer verarbeitet worden ist, wird der Wafer von der letzten
in dem Prozess verwendeten Verarbeitungskammer in eine Ausgangs-Ladeschleuse
transferiert. Der verarbeitete Wafer wird durch den Transferarm
der Hochvakuum-Transferkammer auf die erhöhten Hubstifte auf einer Aufzugauflage
platziert, und der Transferarm wird von der Ladeschleuse zurückgezogen,
wonach der Wafer vertikal in die Ausgangs-Ladeschleusen-Kammer bewegt
wird, während
die Kammer von der Hochvakuumatmosphäre abgedichtet wird. Die Stifte
in der Auflage werden dann vorzugsweise abgesenkt, um den Wafer
auf die Auflage abzulegen, wonach Kühlschläuche in die Wafer-Auflage zum
Entfernen von Wärme
von dem Wafer und dadurch zum Kühlen
des Wafers auf eine geeignete Temperatur zum Platzieren auf einen
Träger
dienen, da der Träger
nicht mit Temperaturen kompatibel sein kann, welche so hoch wie
die Temperatur sind, bei der der Wafer gerade verarbeitet worden
ist. Die Kühlrate
und das Belüftungsgas
werden ausgewählt,
um zu verhindern, dass ein heißer
Wafer mit Luft in Kontakt kommt, welche den Wafer degenerieren kann.
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Wenn
ein verarbeiteter Wafer in der Ladeschleuse abgekühlt ist
und die Ladeschleuse auf einen atmosphärischen Druckpegel der AFE-Kammer belüftet worden
ist, wird die Ladeschleuse zu der AFE-Kammer geöffnet, und die Hebestifte heben
den Wafer und der AFE-Transferarm nimmt den Wafer auf und gibt ihn
in einen der Träger,
vorzugsweise den Träger
von dem es entfernt worden ist, zurück. Das periodische Durchlaufen
der Wafer von den Trägern
weist vorzugsweise das Entfernen des unteren Wafers als erstes auf,
dann wird jeder der Wafer sequenziell von unten nach oben aus dem
Träger
entfernt, soweit Verarbeitungsraum hierfür in dem Hochvakuum-Verarbeitungsbereich
der Maschine vorhanden ist. Die Wafer werden, sobald sie verarbeitet
worden sind, zurück
an einen Träger,
typischerweise in der gleichen Sequenz wie sie entfernt worden sind, zurückgegeben
und in demselben Schlitz oder Position in dem Träger platziert, von dem sie
entfernt worden sind. Der Träger
wird somit von unten nach oben wieder gefüllt. Ein Bereich von leeren
Schlitzen wird somit in dem Träger
zwischen dem letzten Wafer vorhanden sein, welcher an den Träger zurückzugeben ist,
welcher sich am oberen Ende eines Teilmagazins von verarbeitenden
Wafern befindet, welche sich von dem unteren Ende des Trägers erstrecken,
und dem nächsten
unverarbeitenden Wafer, welcher für die Verarbeitung zu entfernen
ist, welcher sich am unteren Ende an dem Teilmagazin von unverarbeiteten Wafern
befindet, welche sich zum oberen Ende des Trägers erstrecken.
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Gemäß bestimmten
Ausführungsbeispielen der
vorliegenden Erfindung können
Träger
der verarbeiteten Wafer in dem AFE mit Trägern von unverarbeiteten Wafern
ausgetauscht werden, während
Wafer von anderen Trägern
durch den AFE-Transportarm
von und nach den Ladeschleusen zyklisch durchlaufen werden. In diesem
Fall kann die Struktur optional vorgesehen werden, um den Luftfluss
zwischen dem Abschnitt der AFE-Kammer, welche durch den sich nicht
in Gebrauch befindlichen Träger belegt
ist, und dem Abschnitt vorzusehen, welcher durch den sich ändernden
Träger
oder die Träger
belegt ist.
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In
dem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der Erfindung werden Wafer von einem Träger an einer Eingangs-Ladeschleuse
durch eine Wafer-Ausrichtstation durchgelassen, welche eine flache
oder andere Referenz auf dem Wafer relativ zu dem Transportarm des
AFE (angular) orientiert ist. Der Ausrichter kann den Wafer ebenfalls
auf dem Transportarm zentrieren, aber misst vorzugsweise die außermittige x-y-Distanz,
so dass Transferarmbewegungen zur Kompensation der außermittigen
Distanzen gesteuert werden können.
Der Durchsatz wird durch Anordnung des Ausrichters in dem AFE anstatt
in dem Hochvakuum erhöht.
Während
der Handhabung der oben beschriebenen Wafer werden die Wafer in
einer horizontalen Orientierung gehalten, wobei deren Vorrichtungsseite
vorzugsweise nach oben weist. Das meiste der Bewegung des Wafers
in dem AFE innerhalb der Ladeschleusen, des Ausrichters und der Träger wird
vorzugsweise durch eine hochkante bzw. seitliche Bewegung der Wafer
auf einer gemeinsamen Ebene mit lediglich einer derartigen Wafer-Bewegung
durchgeführt,
welche dazu benötigt
wird, einen Wafer auszuwählen
und einen Wafer in die richtige Position mit einer Bewegung mit
einer vertikalen Komponente zurückzugeben.
Auf ähnliche
Art und Weise wird die Bewegung der Wafer innerhalb der Ladeschleusen
und der Verarbeitungsstationen in der Transferkammer mit einer hochkanten
bzw. mit der Schmalseite voran in einer gemeinsamen Ebene durchgeführt. Die
Ebenen der Bewegung in der AFE und den Transferkammern sind vertikal
beabstandet, wobei die Bewegung zwischen den vertikal beabstandeten
Ebenen durch Transfer eines Wafers durch eine Ladeschleuse erfolgt,
welche exklusiv eine vertikale Bewegung darstellt. Die Transferarme werden
einer geringen vertikalen Bewegung unterzogen, wenn ein Wafer aufgenommen
wird oder ein Wafer von den Stiften eines Ladeschleusen-Aufzugs entfernt
wird.
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Die
vorliegende Erfindung vermeidet große VCE und lange Abpump- und
Belüftungszeiten,
welche damit assoziiert sind, insbesondere wenn diese für sehr große Wafer
entwickelt wurden und diese aufweisen. Somit kann ein verbesserter
Durchsatz, insbesondere mit kleinen Chargen von Wafern, erreicht
werden, und ein Ladeschleusen-Betrieb stellt vermutlich keine Begrenzung
des Durchsatzes dar. Insbesondere wird Zeit zur Verfügung gestellt,
um einen Träger
mit einem weiteren Träger
von Wafern zu ersetzen, ohne den Maschinendurchsatz negativ zu beeinflussen.
Keine Trägerbewegung
erfolgt, sobald die Wafer in eine Position eingeführt werden,
um in die Maschine geladen zu werden. Das Aufnehmen eines Wafers
aus einer Position über
einem weiteren Wafer und das dadurch erzeugte Potential, dass Partikel
auf den tieferen Wafer fallen, wird vermieden. Die Hochvakuumpumpen
für Ladeschleusen-Abpumpen
werden in ihrer Größe gemäß der vorliegenden
Erfindung reduziert, was die Kosten, die Zykluszeit und die potentiellen
Vibrationen reduziert, was die Partikel-Kontamination erhöhen kann
und ungewollte Vibrationen erhöhen
kann, welche eine Wafer-Bewegung innerhalb des Trägers hervorrufen. Eine
Bewegung eines einzelnen Wafers in und aus dem Träger wird
unter Verwendung von Industrie-erprobten Robotertransfervorrichtungen
vorgesehen. Mit der vorliegenden Erfindung kann ein Standardatmosphärenausgleicher
verwendet werden, wodurch eine weniger komplizierte Handhabung und
ein schnellerer Betrieb als ein Hochvakuumausgleicher vorgesehen
werden. Zwei oder mehr Träger
können in
den bevorzugten Ausführungsbeispielen
der Erfindung aufgenommen werden. Die Einzelwafer-Über/Unter-Ladeschleusen werden
auf einfache Art und Weise mit Kontaminationsvermeidungsmerkmalen
gemäß
US 5,237,756 und
US 5,205,051 ausgerüstet.
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Diese
und andere vorliegende Aufgaben der Erfindung werden anhand der
nachfolgenden detaillierten Beschreibung der vorliegenden Erfindung
offensichtlich, in der:
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Kurzbeschreibung
der Zeichnungen
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1 zeigt
eine Schnittsansicht eines VCE mit einem Clusterwerkzeug gemäß dem Stand
der Technik.
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2 zeigt
eine perspektivische Ansicht eines Industrie-Waferträgers, welcher
nicht Hochvakuum-kompatibel ist und welcher nicht eine entfernbare Kassette
verwendet.
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3 zeigt
eine Draufsicht des Wafer-Verarbeitungsgerätes gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung, welches mit einer Mehrfach-Einzelwafer-Ladeschleuse
ausgestattet ist.
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4 zeigt
eine Schnittansicht entlang der Linie 4-4 von 3 zur
Veranschaulichung einer Einzelwafer-Ladeschleuse in einer geöffneten
Position.
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4A, 4B und 4C zeigen
sequentielle Ansichten der Ladeschleuse von 4 zur Veranschaulichung
eines Durchlaufes eines Wafers von der Atmosphärenumgebung zu der Hochvakuum-Umgebung.
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Detaillierte
Beschreibung der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Gemäß 3 wird
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
eines Halbleiter-Wafer-Verarbeitungsgerätes 30 diagrammatisch
illustriert. Das Gerät 30 weist
zwei grundlegende Teile, nämlich
ein Hochvakuum-Back-End (HVBE) 31 und ein atmosphärisches Front-End
(AFE) 32 auf. Das HVBE 31 weist eine Transferkam mer 33 auf,
mit welcher eine Anzahl von Verarbeitungskammern 34 verbunden
ist, welche als vier Module 34a–34d illustriert sind,
aber welche fünf oder
mehr derartige Module aufweisen können. Die Transferkammer 33 weist
einen schwenkbaren und erweiterbaren Wafer-Transferarm 35 einer
kommerziell erhältlichen
Bauart auf, welcher um eine vertikale Achse 36 montiert
ist, welche dazu in der Lage ist, Wafer individuell zwischen den
Verarbeitungsmodulen 34 und zu und von einer Vielzahl von
Ladeschleusen-Stationen, vorzugsweise zwei oder drei, zu bewegen
und welche eine erste Ladeschleusen-Station 37a, bei welcher
Wafer in das HVBE 31 von dem AFE 32 geladen werden,
und eine zweite Ladeschleusen-Station 37b aufweisen, bei
welcher Wafer von dem HVBE 31 entladen und zurück zu dem
AFE 32 geladen werden. Das HVBE 31 einschließlich der Transferkammer 33 und
der Verarbeitungskammer 34 weist ein Hochvakuum während des
Betriebe des Verarbeitungsgerätes 30 auf,
während
das AFE 32 Luft oder ein anderes Gas wie beispielsweise
ein trockenes Inert-Gas bei einem Raum- oder einem Atmosphärendruckpegel
aufweist. Die Verarbeitungskammern 34 kommunizieren jeweils
mit der Transferkammer 33 durch ein Schlitzventil bzw.
eine Schlitzklappe 38, welche sich in einer horizontalen
Ebene des Transferarmes 35 erstreckt und durch welche der Arm 35 die
Wafer individuell in und aus die/der Verarbeitungskammer 34 von
und zu der Transferkammer 33 bewegt.
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Das
AFE 32 weist eine Vielzahl von Trägerauflagestationen 40 auf,
welche jeweils dazu in der Lage sind, einen Träger 25 zu stützen bzw.
aufzunehmen, welcher keine separat entfernbaren Kassetten wie gemäß 2 illustriert
aufweist. Die Anzahl der Trägerstationen
beträgt
vorzugsweise zwei oder drei, wobei zwei derartige Stationen 40a und 40b veranschaulicht
sind. Die Trägerstationen 40 nehmen
entweder eine Charge von Wafern in einem vertikalen Regal bzw. Ständer oder
Träger
vorzugsweise in Form von entweder 300 Millimeter Träger 25 oder den
herkömmlichen
offenen Wafer-Kassetten auf, welche üblicherweise in dem VCE gemäß 1 verwendet
werden. Das AFE 32 weist ebenfalls eine Wafer-Ausrichtstation 41 und
einen Wafer-Transport-Vorrichtungsroboter vorzugsweise in Form eines ausziehbaren
Wafer-Tranferarmes 42 gemäß einer kommerziell erhältlichen
Bauart auf, welche auf einer vertikalen Achse 43 schwenkbar
ist. Der Arm 42 transferiert individuelle Wafer zu und
von den Trägern 25 an
den Trägerstationen 40a, 40b zu
und von der Ausrichtstation 41 und zu und von den Ladeschleusen-Stationen 37a und 37b.
Die Ausrichtstation 41 ist mit einem Wafer-Ausrichter gemäß einem der
Vielzahl von kommerziell erhältlichen
Typen, wie beispielsweise ein optischer Ausrichter, ausgestattet, welcher
die Wafer auf dem Arm 42 orientiert und jegliche außermittige
Distanzen misst, so dass der Maschinencontroller jegliche derartige
außermittige
Distanzen mit kompensierenden Transferarmbewegungen kompensieren
kann. Das AFE 32 ist mit einem Blechgehäuse 39 vorgesehen,
welches den Transferarm 32, die Ausrichtstation 41 und
die atmosphärische
Seite der Ladeschleusen-Stationen 37a und 37b umgibt.
In dem Gehäuse 39 sind
eine Vielzahl von Öffnungen 44 vorgesehen,
wobei jeweils eine für die
Trägerstationen 40a, 40b vorgesehen
ist. Die Öffnungen 44 sind
derart geformt, um ein Platzieren des vorderen Bereichs des Trägers 25 in
eine derartige Position zu erlauben, dass sie im Wesentlichen die Öffnungen
mit den Türen 27 bedecken,
welche den Öffnungen
gegenüber
liegen oder davor stehen, so dass die Wafer innerhalb eines Trägers 25 durch
den Transferarm 42 zugänglich
sind, wenn eine Trägertür 27 offen
ist.
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In
dem veranschaulichten Ausführungsbeispiel
des Gerätes 30 wird
zumindest eine Trägerladestation 70 in
der Reinraumumgebung des Anwenders vorgesehen. Die Station 70 weist
eine Plattform oder Wagen (nicht gezeigt) auf, welche angeordnet sind,
um einen Träger
entsprechend von und zu einem Operator oder einer Roboterträger-Handhabungsvorrichtung
zum Laden und Entladen von Wafern zu und von dem Gerät 30 zu
positionieren. Die Plattform oder der Wagen der Ladestation 70 sollte Trägerhandhabungseigenschaften
aufweisen, welches eine automatische Bewegung eines Trägers 25 zwischen
der Ladestation 70 und einer der Trägerstationen 40a, 40b ermöglicht.
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Bei
jeder Ladestation 37 wird eine individuell betreibbare
Einzel-Wafer-Ladeschleuse 45 vorgesehen,
welche Teil einer horizontalen Wand des HVBE 31 ist und
in eine obere oder untere horizontale Wand des HVBE eingebaut ist.
Die Ladeschleusen 45 erlauben einen Durchgang von individuellen
Wafern von der atmosphärischen
Umgebung AFE 32 zu einer Hochvakuumsumgebung des HVBE 31,
während eine
Isolation zwischen den beiden Atmosphären aufrecht erhalten wird.
Jede der Ladeschleusen 45 ist mit einer Tieftemperaturpumpe
(cryogenic pump) 46 versehen, welche zum Abpumpen der Ladeschleusen
auf einem relativ guten Hochvakuumdrucklevel betrieben werden kann,
aber nicht notwendigerweise auf dem Pegel des HVBE 31.
Das Abpumpen findet mit einer abgedichteten Ladeschleuse 45 (4)
um einen Wafer statt, welcher von dem HVBE 31 zu dem AFE 32 bewegt
wird. Die Ladeschleusen 45 werden ebenfalls mit einer Belüftungsventilstruktur 39 vorgesehen,
welche dazu betrieben werden kann, die Ladeschleuse 45 bei
einer kontrollierten Rate auf den Atmosphärendruck durch Einfügen eines
Gases, welches einen Typen darstellen kann, welcher in dem AFE 32 vorhanden
ist, zu belüften,
wenn die Ladeschleuse 45 um einen von dem AFE 32 zu
dem HVBE bewegten Wafer abgedichtet ist.
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Die
Ladeschleusen 45 umgeben eine abdichtbare Ladeschleusen-Kammer 47,
welche ein Volumen aufweist, welches auf das Notwendige beschränkt ist,
um einen Wafer auf einer Wafer-Transferauflage 48 aufzunehmen,
was detaillierter in 4 veranschaulicht ist. Jede
Ladeschleuse 45 ist an einer Öffnung 50 in einer
Wand 51, beispielsweise die horizontale obere Wand zwischen
der Transferkammer 33 und dem AFE 32, angeordnet.
Jede Ladeschleuse 45 ist mit einer vertikal bewegbaren
nach unten gerichteten tassenförmigen
Kammer-Abdeckung 52 vorgesehen,
welche nach unten gegen die obere Wand 51 der Transferkammer 33 bewegt
wird. Die Abdeckung 52 wird mit einer ringförmigen Dichtung
55 um den Umfang des unteren Randes vorgesehen, um die Ladeschleusen-Kammer 45 von
der Atmosphärendruckumgebung
innerhalb des AFE 32 durch selektive Abwärtsaktivierung
der Abdeckung 52 abzudichten. Die Abdichtung 52 wird
nach oben bewegt, um einen Transfer eines Wafers auf oder aus der
Ladeschleuse 45 durch den AFE Transferarm 42 zu
erlauben.
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Auf ähnliche
Weise wird auf der Unterseite der Wand 51 unterhalb der Öffnung 50 ein
vertikal bewegbarer Wafer-Fahrstuhl 56 vorgesehen, welcher die
Wafer-Auflage 48 in
einer nach oben gerichteten Orientierung und ein nach oben gerichtetes
tassenförmiges
Gehäuse 57 aufweist.
Das Gehäuse 57 wird mit
einer ringförmigen
Dichtung 58 um den Umfang der oberen Kante vorgesehen,
um die Ladeschleusen-Kammer von der Niederdruckumgebung innerhalb
des HVBE 31 durch die selektive aufwärts gerichtete Aktivierung
des Gehäuses 57 abzudichten. Das
Gehäuse 57 wird
nach oben bewegt, um einen Transfer eines Wafers in oder aus der
Ladeschleuse 45 durch den HVBE Transferarm 35 zu
ermöglichen. Die
Wafer-Auflage 48 weist vorzugsweise ein Array von Hebestiften 59 auf,
welche synchron abwärts
und aufwärts
bewegt werden können,
um einen Wafer von und zu der Oberfläche der Auflage 48 zu
bewegen. Normalerweise sind die Stifte 59 in einer erhöhten Position
angeordnet, um eine Übergabe
eines Wafers zwischen den Transferarmen 35 und 42 und der
Auflage 48 zu vereinfachen. Für eine derartige Übergabe
verschieben die Transferarme 35 und 42 einen gegriffenen
Wafer vertikal zwischen einer durch die Spitzen der erhöhten Stifte
definierten Ebene und einer geringfügig höheren horizontalen Ebene, in
welche der Wafer horizontal in und aus der Ladeschleusen-Kammer 47 bewegt
wird. In den veranschaulichten Zwei-Wege-Ladeschleusen werden die Stifte 59 aus
einem Hochtemperatur-toleranten Material wie beispielsweise einem
Metall hergestellt. Wenn eine Ladeschleuse eine dedizierte Eingangs-Ladeschleuse
darstellt, dann müssen
die Stifte die Eigenschaft des Absenken eines Wafers auf eine Kühlplattform
nicht aufweisen und können
somit feste Stifte bzw. Pins auf der Auflage 48 darstellen. Die
Stifte in einer dedizierten Eingangs-Ladeschleuse müssen nicht
aus einem Wärme-toleranten
Material bestehen und werden somit vorzugsweise aus einem Material
mit hoher Reibung hergestellt, welches einen schnelleren Betrieb
der Plattform ohne Bewegung des darauf angeordneten Wafers erlaubt.
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Beim
Betrieb der Ladeschleuse 45 in einem Ladeprozess (d.h.
ein Prozess, welcher einen Wafer in den HVBE 31 zum weiteren
Transfer und zur Verarbeitung in der Vakuumumgebung bewegt) vor
einem Transfer eines Wafers von dem AFE 32 in die Ladeschleusen-Station 37 zum
Transfer in die HVBE 31 wird die Ladeschleuse auf die Atmosphäre des AFE 32 belüftet worden
sein und die Abdeckung 52 wird angehoben sein, so dass
sich die Ladeschleuse 45 zum Inneren der AFE-Kammer 32 gemäß 4 öffnet. In
diesem Zustand wird das Gehäuse 57 angehoben
worden sein, um die Ladeschleuse 45 von der Hochvakuumatmosphäre des HVBE 31 abzudichten.
Mit angehobenen bzw. erhöhten
Stiften 59 erstreckt sich der AFE-Transferarm 42 zum
Zentrum eines Wafers 60 in der Ladeschleusen-Kammer 47 in der
horizontalen Ebene des Transferarms 42 über den Ebenen der Spitzen
der angehobenen Stifte 59 und der oberen Wand 51 der
Transferkammer 33. Wenn ein Wafer 60 gemäß 4A in
der Ladeschleusen-Kammer 47 zentriert
wird, wird der Arm geringfügig
hinsichtlich der Auflage 48 abgesenkt, um einen Wafer 60 auf
die Stifte 59 abzulegen. Gemäß 4B wird
der Arm dann zurückgezogen
und die Abdeckung 52 wird entsprechend abgesenkt und das
kleine Volumen der Kammer 47 wird unter Verwendung der
Pumpe 46 abgepumpt. Wenn der Abpumpzyklus vollständig ist,
wird die untere Auf zugseinheit 57 in das Hochvakuum der
Transferkammer 33 abgesenkt, wo der Wafer 60 durch
die Bewegung des HVBE Transferarms 35 mit dem Wafer 60 in
Eingriff kommt und durch das Hochheben des Wafers 60 von
den Stiften 59 gemäß 4C entfernt
wird.
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Die
Umkehr des oben beschriebenen Ladeprozesses erlaubt es, einen vollständigen Wafer 60 in seinen
ursprünglichen
Ort in der AFE 32 zurückzubringen.
Der Betrieb der Ladeschleuse 45 in einem Entladeprozess
(d.h. ein Prozess, bei welchem ein Wafer aus dem HVBE 31 nach
Verarbeitung in der Vakuumumgebung einer Verarbeitungskammer 34 und
in den AFE 32 zum Zurückgeben
an einen Wafer 25 bewegt wird), beginnt mit einem Abpumpen
der Ladeschleuse 45 auf den Vakuumdruck der Transferkammer 33,
die Abdeckung 52 wird abgesenkt, um die Ladeschleusen-Kammer 47 von
der Atmosphärenumgebung
des AFE 32 abzudichten, und das Gehäuse 57 wird abgesenkt,
um die Ladeschleuse 45 im Inneren der Transferkammer 33 des
HVBE 31 abzusenken. Mit den erhöhten Stiften 59 erstreckt
sich der HVBE-Transferarm 35 zum Zentrum des Wafers 60 in
der Ladeschleusen-Kammer 47 in die horizontale Ebene des
Transferarms 35, wie in 4C veranschaulicht
ist. Dann senkt sich der Arm 35 leicht ab, um den Wafer 60 auf
den Spitzen der Stifte 59 abzulegen, wonach der Wafer 60 von
dem Arm 35 freigegeben wird, und der Arm 35 wird
aus der Ladeschleusen-Kammer 47 zurückgezogen. Der Aufzug 56 wird
dann angehoben, bis das Gehäuse 57 die
Ladeschleusen-Kammer 47 von der Vakuumatmosphäre der Transferkammer 33 abdichtet,
wie in 4B veranschaulicht. Dann wird
das kleine Volumen der Kammer 47 durch einen gesteuerten
Betrieb des Ventils bzw. der Klappe 39 auf die Atmosphärenumgebung
des AFE 32 belüftet.
Wenn der Belüftungszyklus
beendet ist, wird die Abdeckung 52 angehoben, und der Wafer 60 wird
durch die Bewegung des AFE-Transferarms 42 unter dem Wafer
gemäß 4A und
durch das Anheben des Wafers 60 von den Stiften 59 durch
den Transferarm 42 gemäß 4A entfernt.
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Es
ist wünschenswert,
eine Kühlung
eines Wafers 60 nach einer Verarbeitung in dem HVBE 31 und
vor einer Aussetzung des Wafers 60 an eine Normalatmosphäre vorzusehen.
Dieses Bedürfnis
kann durch lediglich eine Ladeschleusen-Station, wie beispielsweise Station 37b,
vorgesehen werden. Vorzugsweise sind jedoch zumindest zwei oder
alle der Ladeschleusen 47 mit der Kühlmöglichkeit ausgestattet, so
dass jede Ladeschleusen-Station für Ausgangs-Wafer zum Optimieren
des Durchsatzes verwendet werden kann. Die Ladeschleusen 45 werden mit
einer derartigen Wafer-Kühlmöglichkeit
vorgesehen, welche während
der Zeit erfolgt, welche zum Belüften
der Ausgabe-Ladeschleuse an der Station 37b benötigt wird,
so dass keine Durchsatzeinschränkung
aufgrund der Kühlung
vorhanden ist. Um dies zu erreichen, stellt die untere Oberfläche der Auflage 48 in
dem Aufzug 56 eine Wasser-gekühlte Wafer-Auflagenplatte dar.
Diese Platte wird mit drei oder mehr kleinen erhöhten Bereichen 66 vorgesehen,
welche tatsächlich
als Auflage des Wafers 60 dienen, wenn die Stifte 59,
welche den Wafer gehalten haben, in die Auflage 48 abgesenkt
werden. Die Höhe
der erhöhten
Bereiche wird ausgewählt,
um einen Wärmetransfer
durch direkte Leitungen zu vermeiden und um somit die Abkühlrate zu
verlangsamen und somit unerwünschte
Wafer-Wölbungen
zu vermeiden, welche ansonsten auftreten können, da keine physische Arretierung
des Wafers vorgesehen wird. Eine Druckkontrolle zum Regulieren der
Abkühlrate
wird vermieden, da diese das Ziel beeinträchtigen würde, in der Lage zu sein, die
Ladeschleuse in einem Zeitrahmen zu belüften, der den Wafer-Durchsatz
maximiert.
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Die
Verwendung von Einzelwafer-Ladeschleusen
45 in Kombination
mit Chargenträgern
25 erlaubt
eine Reduktion des Gesamtvolumens und der gesamten exponierten Oberfläche auf
einem kleinen Teil von dem, was in einer Ladeschleuse vorgefunden
wird, welches dazu ausgestaltet ist, eine volle Kassette von Wafern
gemäß
1 aufzunehmen. Die
Verwendung von Einzelwafer-Ladeschleusen
anstatt von Vollkassetten-Ladeschleusen reduziert die Zeit signifikant,
welche zum Bewegen von kleinen Chargen von Wafern, wie beispielsweise
Qualifikations-Wafer (qualification wafer), in und aus dem Gerät
30 benötigt wird.
Während
der Belüftungs-
und Abpumpsequenzen erlaubt eine Einzelwafer-Ladeschleuse
45 die Verwendung
von Kontaminations-Verhinderungsmerkmalen gemäß
US 5,205,051 und
US 5,237,756 , um die Kontamination
aufgrund einer Partikel- oder Feuchtigkeitskondensation zu reduzieren.
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Das
Beladen der Maschine 30 kann durch einen Bediener erfolgen,
aber es wird vorzugsweise durch einen Roboter durchgeführt, welcher
einen Träger 25,
welcher mit einer Vielzahl von unverarbeiteten Wafern wie beispielsweise
einer Vollstandard-Charge von dreizehn oder fünfundzwanzig 300 mm Wafern
beladen ist, in eine Position an der Ladestation 70 des
AFE 32 platziert, wie gemäß 3 und 4 illustriert.
Dann bewegt ein Transfermechanismus (nicht gezeigt, aber durch die
Pfeile 71 dargestellt) den Träger 25 von der Ladestation 70 an eine
der Trägerstationen 40,
wie beispielsweise die Station 40a, wobei die Tür des Trägers 25 abgeschlossen
ist und der Achse des AFE-Transferarms 42 durch eine der Öffnungen 44 zugewandt
ist. Derart positioniert wird der Träger 25 durch einen
Verschließ-
und Öffnungsmechanismus 72 innerhalb
des AFE gegriffen bzw. kommt in Eingriff, welches mechanisch mit
dem Träger 25 wechselwirkt,
um die Tür 27 automatisch
zu entriegeln. Dann bewegt der Mechanismus 72 die Trägertür 27 von
dem Träger 25 weg
und dann abwärts,
wodurch der Träger 25 geöffnet wird
und einen ausgewählten
Wafer an den Transferarm 42 aussetzt. In diesem Zustand
besetzt der Träger 25 eine
der Öffnungen 44 in
der Wand 74 in dem AFE 32, um das Innere des AFE 32 von
der Reinraumumgebung lose zu isolieren, um dadurch eine Entspannung
des Reinraumstandards zu erlauben und ferner eine teilweise Isolation
innerhalb des AFE 32 vorzusehen. Der Arm 42 positioniert
vorzugsweise vertikal neben der niedrigsten Position des Trägers 25,
so dass der unterste Wafer in dem Träger 25 als erstes
durch den Wafer-Transferarm 42 zum Transfer
aufgenommen wird. Somit werden Partikel auf dem Träger 25,
welche durch Entfernen eines Wafers von dem Träger 25 entfernt werden,
nicht auf die nach oben gerichtete Oberfläche eines unverarbeiteten Wafers
fallen, wo sie Defekte während
der Verarbeitung hervorrufen können.
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Wenn
der Arm 42 richtig neben dem Träger 25 zum Entfernen
des ersten Wafers, vorzugsweise von dem Boden der Charge der Wafer
in dem Träger 25,
positioniert ist, nimmt der Transferarm 42 den Wafer von
dem Träger 25 auf,
bewegt ihn durch die Ausrichtstation 42, wo jede außermittige
Distanz des Wafers gemessen wird und der Wafer richtig auf dem Transferarm 42 orientiert
wird. Der Arm 42 deponiert den Wafer dann in einer Ladeschleuse
wie beispielsweise die Ladeschleuse 37a, wodurch die gemessene
außermittige
Distanz kompensiert wird. Sobald sich der Wafer in der Ladeschleuse
befindet, wird der Wafer von dem AFE 32 in das HVBE 31 wie
oben beschrieben bewegt. Der Arm 42 wird vertikal indiziert, um
ihn in Ausrichtung mit dem folgenden untersten Wafer zu bringen,
welcher bei der nächsten
Rückkehr
des Transportarms 42 an die Trägerstation 40a aufzunehmen
ist.
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Nachdem
ein Wafer von der Ladeschleuse 45 an der Ladeschleusen-Station 37a entfernt
wurde und durch die Verarbeitungsstationen 34 durch den Transferarm 35 der
Transferkammer 33 durchlaufen wird, platziert der Arm 35 den
Wafer vorzugsweise in einer Ladeschleuse 45, welche bereits
zu der Kammer 33 offen ist, welche der Wafer wie oben beschrieben
durchläuft.
Nach Durchlaufen durch die Ladeschleuse 45 wird der Wafer
durch den AFE Transferarm 42 vorzugsweise zurück zu der
gleichen Position in demselben Träger 25 bewegt, von
dem der Wafer entfernt wurde, beispielsweise zurück zu dem Träger 25 an
der Trägerstation 40a.
Durch Bewegen von einer Ladeschleusen-Station 37 zu einem
Träger 25 wird
die Ausrichtstation üblicherweise
umgangen. Mit dem Ausrichter in dem Front-End wird eine Wafer-Wieder-Ausrichtung
vor dem Einsetzen in den Träger
soweit erwünscht
erlaubt, ohne die Verarbeitung des Back-Ends in dem HVBE 31 zu
beeinträchtigen.
Die Ausgangswafer-Ausrichtungsmöglichkeit kann
wünschenswert
sein, wenn ein Wafer während des
Kühlzyklusses
und des Ladeschleusen-Belüftungszyklusses
bis zu einem Punkt fehlausgerichtet ist, wo er an der Innenseite
der Wände
des Wafer-Trägers 25 schleifen
kann, welches Partikelprobleme erhöhen kann. Wenn alle Wafer in
dem Träger 25 an
der Trägerstation 40 bearbeitet
wurden, wird die Tür 27 an
dem Träger 25 verschlossen,
und der Verschließ-
und Öffnungsmechanismus 72 wird
gelöst.
Dann wird der Träger 25 zu
der Ladestation 70 bewegt, von welcher er durch einen Bediener
oder einen Roboter entfernt werden kann.
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Während des
Ladens und Entladens von Wafern in und von einem Träger 25 an
einer Trägerstation 40 kann
ein Träger 25 von
der anderen Station 40 entfernt werden und mit einem weiteren
Träger 25 von
Wafern ersetzt werden, um den HVBE 31 zu durchlaufen. Während dieser
und aller Operationen innerhalb der AFE-Kammer wird ein Kreuzpartikel-Kontaminationsrisiko
durch einen laminaren Fluss von gefilterter Luft reduziert, welche
vorzugsweise horizontal in einer Queransicht in dem AFE 32 bewegt
wird. Jede Struktur, welche diagrammatisch als ein Gebläse 75 und
ein Filter 76 dargestellt wird, welche dazu geeignet ist,
einen oben beschriebenen laminaren Fluss zu produzieren, welches
Ergebnisse liefert, die für
den Fachmann zufriedenstellend sind, kann verwendet werden.
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Der
oben beschriebene Front-End-Aufbau erlaubt auf einfache Art und
Weise eine Verwendung dritter Wafer-Trägerstationen 40, wenn
nötig beispielsweise
an der durch den Wafer-Ausrichter besetzten Position, welcher umgestellt
werden kann.
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Vorteile
des bevorzugten Aufbaus der Ladeschleusen 45 werden am
effektivsten durch Aufbau der Ladeschleusen 45 mit einem
Volumen realisiert, welches so klein wie möglich ist und vorzugsweise nicht
mehr als 6 Liter und vorzugsweise lediglich 4,5 Liter beträgt. Das
Volumen der Ladeschleusen-Kammer 47 ist in den 4 bis 4c vergrößert bzw. übertrieben
dargestellt, da die untere Oberfläche der Kammerbedeckung 52 derart
ausgestaltet sein kann, um innerhalb von 20 bis 30 Tausende eines
Inches (1 Inch = 2,54 cm) von einem Wafer zu liegen, welcher auf
den Stiften aufliegt, wenn sie erhöht sind.
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Auf ähnliche
Art und Weise ist die Höhe
der Stifte 59 in ihren erhöhten Positionen ebenfalls in
den Figuren vergrößert bzw. übertrieben
dargestellt und sie müssen
lediglich hoch genug sein, um einen Transfer von und zu den Transferarmen
zu erlauben und einen Abstand mit den erhöhten Oberflächen 66 während des
Transfers zu erlauben. Die Kammer 47 ist vorzugsweise flach
und rund oder zumindest annähernd
rund, um das nicht benötigte
Volumen zu minimieren und um somit ein Abpumpen und Belüften mit
höherer
Geschwindigkeit einfacher zu erreichen. Eine vertikale Transferrichtung
der Ladeschleuse 45 in einem bevorzugten Über- und
Unteraufbau führt zusätzlich zu
einer robusteren Schleusenstruktur mit einem geringen Volumen. Mit
einem derartigen Aufbau kann die Schleuse maschinell in eine Strukturwand
des HVBE 31 bearbeitet werden, so dass die Montage und
Verbindung der Vakuumpumpen an die Ladeschleusen 45 mit
einer minimalen Vibration erhalten wird. Durch Vermeiden von Zeit
und Raum verbrauchenden Prozessen in den Ladeschleusen 45,
wie beispielsweise Vorheizen und Entgaseprozesse wird, ermöglicht,
dass der Durchsatz der Ladeschleusen nicht begrenzend wirkt. Die Über/Unterversion
sieht eine niedrige Vibration vor, während eine kleine Anschlussfläche aufrecht
erhalten wird.
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Eine
einzelne Ladestation 70 gemäß 3 erleichtert
die Entwicklung und die Verwendung eines Trägerliefersystems basierend
auf einer Spur durch den Anwender, mit welchem die Träger 25 geliefert
und von der Ladestation 70 entfernt werden. Eine oder mehrere
Pufferpositionen 78 können
entlang des durch die Pfeile 71 veranschaulichten Pfads vorgesehen
werden, in welchem ein oder mehrere Träger 25 wie beispielsweise
eingehende Träger
mit unverarbeiteten Wafern temporär geparkt werden. Dies vereinfacht
den Austausch der Träger 25 zwischen
der Maschine 10 und einem einzelnen Trägerhandhaber an der Station 70.
Beispielsweise mit einem Träger 25 an
jeder der Stationen 40a und 40b kann ein Träger 25 von
unverarbeiteten Wafern an die Ladestation 70 geliefert
werden, dann zur Station 40a bewegt werden, wo es an einer
Position entlang der bogenförmigen
Pfeile 71 nach rechts an der Station 70 in der
Figur geparkt werden kann. Dann kann der Träger 25 von der Station 40b zu
der Station 70 transferiert werden, wo er durch den Roboter
entfernt wird, wonach der eingehende Träger, welcher links von der
Station 70 geparkt ist, an den Platz 40b transferiert
werden kann. Andere Kombinationen von Bewegungen können mit
zusätzlichen
Pufferstationen 78 vorgesehen werden.