Die Erfindung betrifft eine Waferhandhabungsvorrichtung entsprechend
dem Oberbegriff von Anspruch 1.
In der Halbleiterfertigung werden Wafer während des Fertigungsprozesses
in einer Vielzahl von Prozessschritten sequentiell bearbeitet, wobei auf einem Wafer
eine Vielzahl gleicher wiederkehrenden Strukturelemente, die so genannten Dies,
hergestellt wird. Mit zunehmender Integrationsdichte steigen die Anforderungen an
die Qualität der auf den Wafern ausgebildeten Strukturen. Um die Qualität
dieser Strukturen überprüfen und eine exakte Positionierung der Strukturen
auf dem Wafer während seiner Herstellung gewährleisten sowie eventuelle
Defekte finden zu können, ist das Erfordernis an die Genauigkeit und die Reproduzierbarkeit
der den Wafer handhabenden Bauteile und Prozessschritte entsprechend hoch. Außerdem
sind hochreine Verarbeitungsumgebungen für die Handhabungsvorrichtungen erforderlich.
Daher wurden bereits für die Verfahren der Halbleiterverarbeitung
und der hierzu erforderlichen Vorrichtungen Standards entwickelt, die dies gewährleisten
sollen. Aus der DE 10 2004 008 900 A1
ist beispielsweise eine hierzu gehörige Waferhandhabungsvorrichtung bekannt,
welche ein so genanntes Vorrichtungs-Front-End Modul (Equipment Front-End Module
= EFEM), aufweist, welches mit Hilfe eines Roboters die Wafer aus ihren Standardtransportbehältern
entnimmt und an Stationen zur Weiterbearbeitung oder zur Untersuchung der Wafer
übergibt. Üblicherweise weist ein derartiges EFEM neben dem Roboter zum
bewegen der Wafer weitere Komponenten, so genannten Toolkomponenten, wie insbesondere
Ladekomponenten (Toolports) oder Ausrichter (Prealigner) zum Ausrichten der zuzuführenden
Wafer auf. Der Roboter und die weiteren Komponenten sind fest in einem Gestell montiert,
was zwar für die erstmalige exakte Positionierung des Roboters vorteilhaft
ist, was sich jedoch dann nachteilig auswirkt, wenn eine gute Zugänglichkeit
zum Roboter erforderlich ist. Dies ist insbesondere dann der Fall, wenn eine Reparatur
erforderlich ist, bei der dann der Roboter oder Teile nur unter ergonomisch sehr
ungünstigen Bedingungen ersetzt oder Instand gesetzt werden können. Ist
eine der vorhandenen Komponenten, etwa der Loadport des EFEM, dejustiert so erweist
sich die bekannte Konstruktion weiterhin als nachteilig, da damit ein Einlernen
(Tesching) des gesamten Systems erforderlich ist.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung
zum Handhaben von Wafern vorzuschlagen, mit der die Verarbeitung flexibler gestaltet
werden kann und die Servicefreundlichkeit verbessert ist. Dabei ist besonders darauf
zu achten, dass die Standzeiten für eine Vorrichtung zum Handhaben von Wafern
während der Reparatur reduziert ist.
Diese Aufgabe wird gemäß der vorliegenden Erfindung durch
eine Waferhandhabungsvorrichtung mit den Merkmalen gemäß Anspruch 1 gelöst.
Die erfindungsgemäße Waferhandhabungsvorrichtung umfasst
also wenigstens eine Toolkomponente, die mit einem Toolgestell verbunden ist. Die
Toolkomponente kann z.B. einen oder mehrere Loadports, einen Prealigner oder weitere
Module für die Waferprozessierung der Wafervorder-, der Waferrückseite
oder Waferkante enthalten. Weiterhin ist ein Grundgestell vorgesehen. Mit einem
Roboter werden die Wafer bewegt, wobei der Roboter an ein Koppelgestell montiert
ist. Mit dem Koppelgestell wird der Roboter unabhängig von dem Toolgestell
am Grundgestell montiert.
Die unabhängige Verbindung des Koppelgestells zum Grundgestell
gewährleistet, dass der Roboter als eine der zentralen Komponenten des Systems
gut zugänglich bleibt. Wenn der Roboter auch seine Steuereinheit integriert
hat, wird damit auch die Flexibilität des Gesamtsystems erhöht, da der
Roboter dann einfach austauschbar ist.
In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Toolgestell
mit einer Toolkomponente verbunden. Beide zusammen werden mit dem Grundgestell der
Waferhandhabungsvorrichtung verbunden.
Bevorzugt wird diese Verbindung auf einfache Weise lösbar gestaltet,
so dass ein einfacher und komfortabler Zugang zum Roboter und damit eine ergonomische
und einfache Austauschbarkeit des Roboters und anderer Komponenten gewährleistet
ist.
Insbesondere kann das Toolgestell zusammen mit der Toolkomponente
schwenkbar am Grundgestell befestigt werden, so dass das Toolgestell vom Grundgestell
weggeschwenkt werden kann. Ebenso ist es möglich, das Toolgestell mit dem Grundgestell
so zu verbinden, dass das Toolgestell zusammen mit der Toolkomponente etwa mit Hilfe
einer Schienenkonstruktion vom Grundgestell abgezogen werden kann.
Mit einer derart einfachen Lösbarkeit des Toolgestells vom Grundgestell
wird die Möglichkeit geschaffen, die Waferhandhabungsvorrichtung begehen zu
können, um Wartungs- und Reparaturarbeiten durchführen zu können,
was sich sowohl bei der Toolgestell selbst wie auch beim Roboter vorteilhaft auswirkt.
Vorteilhaft ist an einer derartigen Konstruktion
weiterhin, dass das Abschwenken oder Wegziehen des Toolgestells vom Grundgestell
keinen Einfluss auf die korrekte Justage des Roboters hat, so dass dieser nach dem
Wiederverbinden des Toolgestells mit dem Grundgestell nicht neu justiert werden
muss. Hier ist es ausreichend, wenn lediglich die Rechtwinkligkeit der Koordinatenachsen
der einzelnen Komponenten der Waferhandhabungsvorrichtung durch Justage sicher gestellt
wird. Dies wiederum hat einen erheblichen zeitlichen Vorteil bei der Wiederinbetriebnahme
der Waferhandhabungsvorrichtung, die dann für den neuerlichen Einsatz schneller
zur Verfügung steht.
Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist es damit möglich,
ein flexibles Andocken zu gewährleisten. Außerdem wird die Zugänglichkeit
auf einfache Weise verbessert. Zudem kann der erforderliche Justageaufwand verringert
und damit die Rüstzeit verkürzt werden. Gleichzeitig ist eine ergonomische
Handhabung auch im Reparaturfall gewährleistet, da der Roboter einfacher zugänglich
ist.
Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausführungsformen der Erfindung
sind Gegenstand der nachfolgenden Figuren sowie deren Beschreibungen, bei deren
Darstellung zugunsten der Übersichtlichkeit auf eine maßstabsgetreue Wiedergabe
verzichtet wurde.
Es zeigen im Einzelnen:
1 schematisch den grundsätzlichen Aufbau der erfindungsgemäßen
Waferhandhabungsvorrichtung;
2 schematisch ein Grundgestell in dreidimensionaler
Ansicht;
3 schematisch eine dreidimensionale Ansicht einer Toolkomponente,
die mit Toolgestell verbunden ist; und
4 schematisch einen Roboter mit einem Koppelgestell
in dreidimensionaler Ansicht.
1 zeigt schematisch den grundsätzlichen Aufbau
der erfindungsgemäßen Waferhandhabungsvorrichtung 10. Dabei ist
als Toolkomponente 12 ein so genannter Loadport vorgesehen, an dem ein
Stapel von Wafern 14 der Waferhandhabungsvorrichtung 10. zur Verfügung
stellt. Der Loadport ist mit dem Toolgestell 18 verbunden. Die Wafer
14 werden von dem Roboter 20 von dem Waferstapel wegtransportiert
und auf eine Waferbearbeitungsstation 24 zum Bearbeiten oder Untersuchen
der Wafer 14 transferiert. Dabei ist der Roboter 20 mit einem
Koppelgestell 26 an dem Grundgestell 22 befestigt. Die Befestigung
des Koppelgestells 26 ist so ausgeführt, dass diese unabhängig
von der Befestigung des Toolgestells 18 am Grundgestell 22 möglich
ist.
Die Verbindung des Toolgestells 18 an dem Grundgestell
22 über die Gelenke 16 ermöglicht es, das Toolgestells
18 zusammen mit dem Toolträger 12 im Bedarfsfall vom Grundgestell
22 wegzuschwenken, so dass damit eine einfache Zugangsmöglichkeit
zum Roboter 20 geschaffen wird. Alternativ kann der das Toolgestell
18 auch so am Grundgestell 22 befestigt werden, dass es zusammen
mit dem Toolträger 12 abgezogen werden kann. Hierzu kann insbesondere
ein Schienensystem verwendet werden, das als Verschiebeeinrichtung dient. In beiden
Fällen ist die Kopplung des Toolgestells 18 mit dem Grundgestell
22 allerdings so ausgeführt, dass das Toolgestell 18 zusammen
mit der Toolkomponente 12 vom Grundgestell 22 so gelöst werden
kann, dass die Position des Roboters 20 unverändert bleibt. Damit
ist eine spätere Justage des Roboters nicht erforderlich. Wenn das Toolgestell
18 wieder an das Grundgestell 22 angebracht wird, muss somit lediglich
die richtige Ausrichtung des Roboters 20 überprüft werden. Dabei
gilt es das Koordinatensystem 15 (bzw. die Maschinenachsen) des Roboters
20 bezüglich der Koordinatensysteme 15 der einzelnen Komponenten
auszurichten. Dies bedeutet, dass die Koordinatensysteme 15 parallel sein
müssen. Der Roboter 20 selbst kann dann aus der Position eines Wafers
in dem Loadport die Position der anderen Wafer lernen.
2 zeigt schematisch ein Grundgestell 22 in
dreidimensionaler Ansicht. Dabei ist auf einer Seite 23 des Grundgestells
22 Raum für eine Waferbearbeitungsstation 24 vorgesehen,
zu der die Wafer 14 von dem Roboter 20 transferiert werden. An
das Grundgestell 22 wird an geeigneter Stelle der Roboter 20 über
ein separates Koppelgestell 26 befestigt (siehe 1
und 4), mit dem der Roboter 20 verbunden ist.
Die Befestigung erfolgt dabei unabhängig von den übrigen Komponenten der
Waferhandhabungsvorrichtung 10 und so, dass der Roboter 20 am
Grundgestell 22 justierbar ist. Mit dieser Konstruktion ist gewährleistet,
dass ein ergonomischer und schneller Wechsel des Roboters 20 möglich
ist, da er nun einfach zugänglich ist. Die Justage des Roboters 20
am Grundgestell 22 erfolgt jeweils relativ zu den Koordinatensystemen
15 der relevanten Toolkomponenten 12, aber immer am Grundgestell
22. Somit ist diese Justage unabhängig von Arbeiten an der Toolkomponente
12, etwa dem Loadport oder an anderen Komponenten im Toolgestell
18.
3 zeigt schematisch eine Toolkomponente 12
mit dem Toolgestell 18 in dreidimensionaler Ansicht. Die Toolkomponente
12 kann insbesondere ein Loadport, oder ein Prealigner zum Vorbereiten
der definierten Zuführung der Wafer 14 zum Roboter sein. Das Toolgestell
18 ist mit geeigneten Mitteln zum lösbaren Koppeln an das Grundgestell
22 versehen. Hierzu kann beispielsweise ein Gelenk 16 zum schwenkbaren
Verbinden oder eine Verschiebeeinrichtung (nicht dargestellt) vorgesehen werden,
um das Toolgestell zusammen mit der Toolkomponente 12 unabhängig vom
Roboter 20 vom Grundgestell 22 entfernen zu können. Damit
ist es möglich, z.B. eine Seitenwand 21 des Toolgestells
18 so entfernbar zu gestalten, dass diese teilweise oder komplett entfernt
werden kann. Arbeiten im Innern der Waferhandhabungsvorrichtung 10 oder
an den Elementen im Toolgestell 18 selbst sind damit einfach auszuführen
und beeinflussen nicht die Justage des Roboters 20. Grundsätzlich
ist damit das Toolgestell 18 begehbar. Vorteilhaft ist hierbei allerdings,
wenn sich die Seitenwand 21 des Toolgestells 18 wie eine Tür
öffnen lässt. Das Öffnen der Tür an der Seitenwand
21 kann etwa über ein Interlock überwacht werden. Dies ist besonders
wichtig wenn sich im Innern des Tollgestells 18 bewegliche Bauteile befinden.
Dies ist allein aus Sicherheitsgründen notwendig, um die Verletzungsgefahr
für einen Benutzer oder des Servicepersonals der Waferhandhabungsvorrichtung
10 zur verhindern.
4 zeigt einen Roboter 20 mit einem daran angebrachten
Koppelgestell 26. Das Koppelgestell 26 umschließt den Roboter
20 und weist Befestigungspunkte 28 auf, mit denen es an dem Grundgestell
22 der Waferhandhabungsvorrichtung 10 befestigt werden kann. Da
das Koppelgestell 26 dem Roboter 20 Halt gibt, kann damit der
Roboter 20 direkt am Grundgestell justierbar befestigt werden. Dies ist
dann besonders vorteilhaft, wenn der Roboter 20 auch eine Steuerungselektronik
aufweist. Denn in diesem Fall lässt sich für den jeweiligen Anwendungsfall
ein spezifischer oder sogar idealer Roboter auswählen, leicht installieren
und warten.
Mit der Erfindung wird eine Waferhandhabungsvorrichtung
10 geschaffen, die in zwei voneinander mechanisch unabhängige Komponenten
einteilbar ist: das Koppelgestell 26 mit dem Roboter 20 und das
Toolgestell 18 mit den daran befestigten Toolkomponenten 12. Mit
dieser Aufteilung wird die bislang vorhandene ungünstige, unergonomische und
servicefeindliche Handhabung aufgehoben, die sich insbesondere im Reparaturfall
oder im Falle einer notwendigen Austauscharbeit von Komponenten bemerkbar macht.
- 10
- Waferhandhabungsvorrichtung
- 12
- Toolkomponente
- 14
- Wafer
- 15
- Koordinatensystem der Maschinen
- 16
- Gelenk
- 18
- Toolgestell
- 20
- Roboter
- 21
- Seitenwand
- 22
- Grundgestell
- 24
- Waferbearbeitungsstation
- 26
- Koppelgestell
- 28
- Befestigungspunkte