DE102019008104A1

DE102019008104A1 - Verfahren zur Überwachung, Positionsbestimmung und Positionierung eines Stiffthubsystems

Info

Publication number: DE102019008104A1
Application number: DE102019008104.8A
Authority: DE
Inventors: Alejandro Marzinotto; Adrian Eschenmoser; Andreas Hofer; Frantisek Balon; Michael Zickar
Original assignee: VAT Holding AG
Current assignee: VAT Holding AG
Priority date: 2019-11-21
Filing date: 2019-11-21
Publication date: 2021-05-27
Also published as: JP2025163147A; KR20220103116A; US12154802B2; US20220399217A1; WO2021099403A1; JP2023502489A; TW202135186A; CN114730730A

Abstract

Verfahren zur Überwachung eines Zustands einer Stifthubvorrichtung (10), wobei die Stifthubvorrichtung (10) zur Bewegung und Positionierung eines Substrats in einem Prozessatmosphärenbereich (P) ausgebildet ist. Die Stifthubvorrichtung (10) weist eine Kupplung (18) und eine Antriebseinheit (12) mit einem Elektromotor auf, die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung (18) zusammenwirkt, dass die Kupplung (18) von einer abgesenkten Normalposition in eine individuelle Wirkposition und zurück verstellbar ist. Das Verfahren zur Überwachung weist ein fortlaufendes Erhalten einer aktuellen Motorstrominformation bezüglich eines an dem Elektromotor anliegenden Motorstroms, ein Vergleichen der aktuellen Motorstrominformation mit einer Sollstrominformation und ein Ableiten einer Zustandsinformation basierend auf dem Vergleichen auf.

Description

Die Erfindung betrifft Verfahren zur Überwachung, Positionsbestimmung und Positionierung einer Stifthubvorrichtung eines Stifthubsystems zur Bewegung und Positionierung eines Substrats in einer Prozesskammer sowie ein entsprechendes Stifthubsystem.
Stifthubvorrichtungen, auch Pin-Lifter genannt, sind typischerweise zur Aufnahme und definierten Positionierung eines in einer Prozesskammer zu bearbeitenden Substrats konzipiert und vorgesehen. Diese kommen insbesondere bei Vakuumkammersystemen im Bereich der IC-, Halbleiter-, Flat Panel- oder Substratfertigung, die in einer geschützten Atmosphäre möglichst ohne das Vorhandensein verunreinigender Partikel stattfinden muss, zum Einsatz.
Derartige Vakuumkammersysteme umfassen insbesondere mindestens eine zur Aufnahme von zu bearbeitenden oder herzustellenden Halbleiterelementen oder Substraten vorgesehene, evakuierbare Vakuumkammer, die mindestens eine Vakuumkammeröffnung besitzt, durch welche die Halbleiterelemente oder anderen Substrate in die und aus der Vakuumkammer führbar sind. Beispielsweise durchlaufen in einer Fertigungsanlage für Halbleiter-Wafer oder Flüssigkristall-Substrate die hochsensiblen Halbleiter- oder Flüssigkristall-Elemente sequentiell mehrere Prozess-Vakuumkammern, in denen die innerhalb der Prozess-Vakuumkammern befindlichen Teile mittels jeweils einer Bearbeitungsvorrichtung bearbeitet werden.
Solche Prozesskammern verfügen häufig über zumindest ein Transferventil, dessen Querschnitt dem Substrat und Roboter angepasst ist und durch welches das Substrat in die Vakuumkammer eingebracht und ggf. nach der vorgesehenen Bearbeitung entnommen werden kann. Alternativ kann z.B. ein zweites Transferventil vorgesehen sein, durch das das bearbeitete Substrat aus der Kammer gebracht wird.
Das Führen des Substrats, z.B. eines Wafers, erfolgt beispielsweise mit einem entsprechend ausgebildeten und gesteuerten Roboterarm, der durch die mit dem Transferventil bereitstellbare Öffnung der Prozesskammer durchführbar ist. Das Bestücken der Prozesskammer erfolgt dann mittels Greifen des Substrats mit dem Roboterarm, Bringen des Substrats in die Prozesskammer und definiertes Ablegen des Substrats in der Kammer. Das Leeren der Prozesskammer erfolgt in entsprechender Weise.
Für das Ablegen des Substrats und für die genaue Positionierung des Substrats in der Kammer muss eine verhältnismässig hohe Genauigkeit und Beweglichkeit des Substrats gewährleistet sein. Hierfür werden Stifthubsysteme eingesetzt, die eine Mehrzahl von Auflagepunkten für das Substrat und damit eine Lastverteilung (aufgrund des Eigengewichts des Substrats) über das gesamte Substrat bereitstellen.
Die Stifte befinden sich vorzugsweise in einer Aufnahmeposition und der Roboter legt das Substrat auf die sich in dieser Position befindlichen Stifte ab. Alternativ kann das Substrat beispielsweise mittels des Roboters über den Tragstiften der Hubvorrichtung in Position gebracht und durch die Stifte angehoben werden. Nachdem der Roboter weggefahren ist, wird das Substrat durch ein Absenken der Stifte auf einem Träger, z.B. einer Potentialplatte (Chuck), abgelegt und der Roboterarm, der typischerweise das Substrat trägt, wird aus der Kammer gefahren, z.B. gleichzeitig mit dem Ablegen des Substrats. Die Stifte können nach dem Ablegen des Substrats weiter abgesenkt werden und liegen dann von diesem separiert vor, d.h. es besteht kein Kontakt zwischen den Stiften und dem Substrat. Nach Entfernen des Roboterarms und Schliessen (und Einbringen von Prozessgas bzw. Evakuieren) der Kammer wird der Bearbeitungsschritt durchgeführt.
Eine geringe Krafteinwirkung auf das Substrat ist insbesondere auch nach der Durchführung des Prozessschrittes in der Kammer und bei einem nachfolgenden Anheben des Substrats von hoher Bedeutung, da das Substrat beispielsweise am Träger anhaften kann. Wird nun das Substrat zu schnell von dem Träger weggedrückt, kann es hierbei zu einem Bruch des Substrats kommen, da die Haftkräfte zumindest an gewissen Auflagepunkten nicht überwunden oder aufgelöst werden können. Zudem kann auch bei einem Zustandekommen des Kontakts zwischen den Tragstiften und dem Substrat ein dabei auftretendes Anstossen an dem Substrat zu einer unerwünschten Beanspruchung (oder Bruch) führen.
Gleichzeitig soll neben einer möglichst sanften und schonenden Behandlung der zu bearbeitenden Substrate eine ebenso möglichst kurze Bearbeitungszeit ermöglicht werden. Dies bedeutet, dass das Substrat möglichst schnell in die definierten Zustände - Be- und Entladeposition und Bearbeitungsposition - in der Kammer gebracht werden kann.
Zur Vermeidung von unerwünschten Stössen bei z.B. der Bearbeitung von Halbleiterwafern schlägt die US 6,481,723 B1 die Verwendung einer speziellen Stoppvorrichtung anstelle von harten Bewegungsanschlägen in einem Pin-Lifter vor. Allfällige Hartplastikanschläge sollen hier durch eine Kombination eines weicher ausgestalteten Anschlagteils und eines Hartanschlags ersetzt werden, wobei für die Bewegungsbegrenzung zunächst der Kontakt mit dem weichen Anschlagteil hergestellt wird und nachfolgend und entsprechend abgedämpft der harte Anschlag in Kontakt gebracht wird.
Die US 6,646,857 B2 schlägt eine Regelung der Hebebewegung mittels einer erfassten auftretenden Kraft vor. Die Tragstifte können hier in Abhängigkeit des erhaltenen Kraftsignals bewegt werden, so dass die Hebekraft an den Tragstiften stets entsprechende dosiert und kontrolliert auf den Wafer wirkt.
Mit jedem Bearbeitungszyklus werden die Tragstifte (Pins) in einen Kontakt mit dem aufzunehmenden Substrat gebracht und von diesem gelöst. Hierbei treten naturgemäss entsprechende mechanische Beanspruchungen (z.B. Stösse) der Pins und des Antriebs auf. Die Bearbeitungszyklen sind oft vergleichsweise eng getaktet und beanspruchen eine relativ kurze Prozesszeit. Eine Vielzahl von Widerholungen in vergleichsweise kurzer Zeit kann das Ergebnis dieser Prozessumsetzung sein. Typischerweise werden die Tragstifte daher als Verschleissmaterial betrachtet und bedürfen einer regelmässigen Erneuerung, d.h. sie sind gewöhnlich nach einer gewissen Anzahl Zyklen oder einer bestimmten Betriebszeit auszutauschen.
Naturgemäss ist ein Teil einer solchen Stifthubvorrichtung mit einem Prozessvolumen (Prozesskammer) verbunden, z.B. ist die Stifthubvorrichtung an die Prozesskammer angeflanscht. Typischerweise beeinflussen durch eine derartige Verbindung die verschiedenen Zustände der Kammer (z.B. Temperatur, Potential) entsprechend den Zustand der Stifthubvorrichtung.
Hinsichtlich der Bewegung des Substrats in der Prozesskammer müssen sowohl eine exakte Positionierung des Substrats mit Hilfe des Pin-Lifters als auch eine entsprechende Beweglichkeit des Substrats gewährleistet sein. Zudem ist eine initiale Kalibrierung einer Stifthubvorrichtung in den meisten Fällen erforderlich, d.h. nach der Installation der Stifthubvorrichtung muss für die Stifthubvorrichtung z.B. eine Position festgelegt und hinterlegt werden, bei der ein Tragstift einer Ausfahrbewegung mit dem Substrat in Kontakt kommt.
Die Einstellung solcher Positionen kann ein zeitintensives Verfahren bedeuten, wobei ein jeweiliger Pin eines Pin-Lifters iterativ solange verstellt wird, bis dieser in einer Sollposition vorliegt.
Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein verbessertes Stifthubsystem bereitzustellen, bei dem obige Nachteile reduziert oder vermieden werden.
Im Speziellen ist es Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Stifthubsystem bereitzustellen, das eine vereinfachte, insbesondere automatisierte, Tragstiftpositionierung ermöglicht.
Es ist eine weitere spezielle Aufgabe der Erfindung ein verbessertes Stifthubsystem bereitzustellen, das eine Überwachung eines Bearbeitungsprozesses ermöglicht.
Diese Aufgaben werden durch die Verwirklichung der kennzeichnenden Merkmale der Ansprüche gelöst. Merkmale, die die Erfindung in alternativer oder vorteilhafter Weise weiterbilden, sind den abhängigen Patentansprüchen zu entnehmen.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung eines Zustands einer Stifthubvorrichtung, insbesondere eines Pin-Lifters, wobei die Stifthubvorrichtung zur Bewegung und Positionierung eines Substrats, insbesondere eines (Halbleiter-)Wafers oder Rings, in einem durch eine Vakuumprozesskammer bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich ausgebildet ist. Die Stifthubvorrichtung weist eine Kupplung auf, die zur Aufnahme eines zum Kontaktieren und Tragen des Substrats ausgestalteten Tragstifts ausgebildet ist, und weist eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor auf, die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung zusammenwirkt, dass die Kupplung linear entlang einer Verstellachse von einer abgesenkten Normalposition in eine individuelle Wirkposition und zurück verstellbar ist. Die abgesenkte Normalposition entspricht insbesondere einer Bereitstellung des Tragstifts in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt (z.B. Bewegen, Tragen und Positionieren eines Werkstücks bzw. Substrats) im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand (kein Kontakt zum Substrat), wobei die individuelle Wirkposition insbesondere einer Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats durch den Tragstift entspricht.
Der bestimmungsgemässe Effekt des Tragstifts versteht sich im Wesentlichen zu einem Aufnehmen, Kontaktieren, Bewegen, Tragen und/oder Positionieren etc. eines Werkstücks bzw. Substrats. Ein wirkungsfreier Zustand des Tragstifts ist in diesem Kontext zu verstehen als ein Zustand, in dem der Stift kontaktlos (noch nicht oder nicht mehr in Kontakt stehend) mit einem bestimmungsgemäss zu kontaktierenden Substrat vorliegt und insbesondere den bestimmungsgemässen Zweck vorübergehend nicht bereitstellt, sich also z.B. in einer abgesenkten Warteposition befindet. Dies ist insbesondere der Fall, während ein Bearbeitungsprozess an dem Substrat durchgeführt wird. Die Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts jedoch bedeutet nicht ausschliesslich, dass ein Kontakt zwischen Tragstift und Substrat besteht, vielmehr kann der Stift in diesem Zustand in einem ausgefahrenen Zustand vorliegen und für die Aufnahme eines Wafers (Ablage des Wafers auf dem Stift) bereitgehalten werden. Auch die in der Folge bei Kontakt erfolgenden Prozesse oder Bewegungen (Transport des Wafers) sind als das Bereitstellen des bestimmungsgemässen Effekts zu verstehen.
Das Verfahren zur Überwachung weist ein fortlaufendes Erhalten einer aktuellen Motorstrominformation bezüglich eines an dem Elektromotor anliegenden Motorstroms, ein Vergleichen der aktuellen Motorstrominformation mit einer Sollstrominformation und ein Ableiten einer Zustandsinformation basierend auf dem Vergleichen der aktuellen Motorstrominformation mit einer Sollstrominformation auf.
Mit diesem Überwachungsverfahren kann somit der aktuell anliegende Motorstrom, insbesondere durch Messung, erfasst werden und eine Überprüfung erfolgen, ob der gemessene Strom z.B. in einem definierten Sollbereich liegt oder aufgrund des Stromverlaufs auf bestimmte Zustandsänderungen schliessen lässt. Bei fortlaufender Messung und Überprüfung kann damit eine kontinuierliche Überwachung bezüglich der Funktionsfähigkeit der Stifthubvorrichtung und/oder bezüglich eines Prozessablaufs erfolgen.
Die Zustandsinformation kann z.B. als Ausgabe (akustisch und/oder visuell) bzw. Ausgabesignal erzeugt werden. Die Ausgabe kann

• eine Warnung über ein Über- oder Unterschreiten einer gewünschten oder zulässigen Motorlast, und/oder
• eine Information über die eine erreichte Prozessqualität umfassen, wobei bei Vorliegen eines aktuellen Motorstroms in einem erlaubten Toleranzbereich um den Sollstrom auf eine gewünschte Bearbeitung geschlossen werden könnte.

Das Verfahren kann damit eine Verarbeitungs- und Analysefunktionalität für die Motorstrominformation bereitstellen. Die Stifthubvorrichtung kann hierzu mit einer Steuerungs- und Verarbeitungseinheit zum drahtgebundenen oder drahtlosen Informations- bzw. Datenaustausch verbunden sein.
Nach einer bestimmten Ausführungsform kann das Verfahren Schritte umfassen, bei welchen basierend auf einer mehrfachen Erfassung der Zustandsinformation ein Zustandstrend (insbesondere als die Ausgabe), insbesondere Langzeittrend, für einen Systemzustand und/oder eine Änderung des Systemzustands abgeleitet wird, insbesondere wobei die Zustandsinformation während eines bestimmten Zeitabschnitts periodisch, insbesondere fortlaufend, erfasst wird und ein Strom(Last)-Weg-Verhältnis abgeleitet wird.
Durch eine derartige Auswertung der Motordaten kann also eine Veränderung der Funktion der Stifthubvorrichtung überwacht und erkannt werden. Die Langzeitbetrachtung ermöglicht somit nicht allein die Erfassung von Momentaufnahmen des Systems, sondern zudem die Ableitung von Trends und die Voraussage weiterer Zustandsveränderungen.
Die Zustandsinformation kann ausserdem z.B. ein Abheben des Substrats von den Tragstiften betreffen. In einem Ausgefahrenen Zustand der Tragstifte, die ein Substrat tragen, wird hierzu der Motorstrom überwacht, wobei ein feststellbarer Abfall des Stroms einer Lastminderung und damit einem Abheben des Substrats entspricht.
Das Verfahren kann ferner dazu ausgestaltet sein, basierend auf einem Abgleich der Zustandsinformation mit einem vordefinierten Referenzwert bzw. der Sollstrominformation eine Ausgabe bezüglich einer Bewertung eines mit der Stifthubvorrichtung durchgeführten Prozesses bereitzustellen. Anhand der Auswertung der erfassten Motorinformation kann somit ein Produktionsschritt (z.B. Beschichtungsprozess) überwacht werden. Weicht eine gemessene Last- oder Kraftinformation von einem Sollwert (insbesondere inkl. Toleranz) ab, kann dies z.B. ein Indiz für ein fehlerhaftes Anheben eines Wafers von einer Auflage (De-Chucking) unter zu grosser Krafteinwirkung sein und eine Beschädigung des Wafers verursachen.
In einer weiteren Ausführungsform betrifft die Erfindung ein Verfahren zur Positionsbestimmung für die Kupplung der Stifthubvorrichtung, wobei die Stifthubvorrichtung an einer Vakuumprozesskammer angeordnet ist und zur Bewegung und Positionierung eines Substrats in dem durch die Vakuumprozesskammer bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich ausgebildet ist. Die Kupplung weist hierbei einen Tragstift auf, wobei der Tragstift von der Kupplung aufgenommen ist und gehalten wird.
Das Verfahren zur Positionsbestimmung umfasst ein Bereitstellen eines Referenzsubstrats in der Vakuumprozesskammer. Zudem macht das Verfahren von obigem Verfahren zur Zustandsbestimmung Gebrauch, d.h. das Verfahren zur Zustandsbestimmung wird ausgeführt. Es erfolgt ein Bewegen der Kupplung entlang der Verstellachse, ein In-Kontakt-Bringen des Tragstifts mit dem Referenzsubstrat und ein Ableiten eines Kontaktpunkts anhand des fortlaufenden Vergleichens der aktuellen Motorstrominformation mit einer Sollstrominformation, wobei der Kontaktpunkt eine Position der Kupplung entlang der Verstellachse repräsentiert.
In der Proesskammer kann also ein Substrat oder ein anderer Körper mit einer geeigneten Oberfläche (welcher in diesem Kontext ebenfalls als Substrat zu verstehen ist) bereitgestellt werden. Die Tragstifte der vorgesehenen Stifthubvorrichtungen werden dann solange ausgefahren, wobei der Motorstrom überwacht wird, bis der Motorstrom über ein Niveau ansteigt, welches bei einer Bewegung ohne zusätzliche Last zu erwarten wäre (Sollstrominformation). An diesem Punkt findet das Kontaktieren des Substrats durch die Tragstift statt. Die entsprechenden Verstellpositionen der jeweiligen Kupplungen bzw. des jeweiligen Tragstifte können gespeichert und als jeweilige Kontaktpunkte hinterlegt werden.
Alternativ können die Tragstifte auch nach dem Kontakt weiter ausgefahren werden und der Verlauf des Motorstroms protokolliert werden. Anhand des so aufgezeichneten Stromverlaufs kann dann ebenfalls der Kontaktpunkt abgeleitet werden, beispielsweise anhand einer Steigungsänderung im Verlauf. Die Sollstrominformation bezieht sich in einem solchen Fall zumindest auf eine Soll- bzw. Referenzsteigung des Stromverlaufs.
Die Sollstrominformation bildet generell eine Entscheidungsgrundlage dafür, ob eine erfasste Motorstrominformation im Rahmen bestimmter Prozesserfordernisse plausibel erscheint oder nicht.
Das Verfahren kann damit insbesondere dazu ausgebildet sein, während einer Ausfahrbewegung der mit einem Tragstift bestückten Kupplung in die Trageposition eine Zustandsänderung, insbesondere Kraftzunahme aufgrund eines Kontaktierens des Substrats, zu erfassen und insbesondere mit einer Ausfahrposition zu verknüpfen.
So kann beispielsweise ein Kraft-Weg-Diagramm erfasst und für einen bestimmten Prozess hinterlegt werden. Abweichungen können hier mit Bezug zu einer zurückgelegten Strecke und/oder einer gemessenen Kraft festgestellt werden. Alternativ oder zusätzlich kann anhand eines Kraft- bzw. Lastverlaufs der Kontaktpunkt abgeleitet werden, d.h. eine Ausfahrposition für den Stift, bei welcher ein Kontakt mit einem Substrat entsteht.
In einer Ausführungsform kann somit basierend auf dem fortlaufenden Erfassen der aktuellen Motorstrominformation ein Motorstromverlauf abgeleitet werden und anhand des Motorstromverlaufs die Zustandsinformation abgeleitet werden.
Die Motorstrominformation kann ferner in Korrelation mit einer Positionsinformation bezüglich der Positionierung der Kupplung entlang der Verstellachse gesetzt werden (Last-Weg) und anhand eines derart bereitstellbaren positionskorrelierten Motorstroms bzw. Motorstromverlaufs kann die Zustandsinformation abgeleitet werden.
In einer Ausführungsform kann die Zustandsinformation eine Information bezüglich eines Anhaftens und/oder Ablösens des Substrats an bzw. von einem Substratträger und/oder einem Tragstift aufweisen.
Die Erfindung betrifft zudem ein Verfahren zur Positionierung der Kupplung einer oben beschriebenen Stifthubvorrichtung, die an einer Vakuumprozesskammer angeordnet ist und zur Bewegung und Positionierung eines Substrats in einem durch die Vakuumprozesskammer bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich ausgebildet ist und deren Kupplung einen Tragstift aufweist.
Das Verfahren zur Positionierung weist ein Erhalten eines Kontaktpunkts und ein Ansteuern des Elektromotors derart, dass die Kupplung entlang der Verstellachse in eine dem Kontaktpunkt entsprechende Kontaktposition versetzt wird auf.
Der Kontaktpunkt ist insbesondere durch eine vorangehende Ausführung eines oben beschriebenen Verfahrens zur Feststellung eines Kontaktpunkt mittels Bewegen und In-Kontakt-Bringen des Tragstifts oder anhand einer Form und Position (in der Vakuumkammer) eines in der Vakuumkammer zu bearbeitenden Substrats abgeleitet und/oder definiert.
So kann in einem ersten Schritt ein Exemplar eines zu bearbeitenden Substrats, das flach, gebogen oder alternativ strukturiert sein kann, in einer Prozesskammer in einer Sollposition platziert werden und mittels Anfahren mit den Taststiften können die jeweiligen Kontaktpunkte für die Stifte bestimmt werden. In einem späteren zweiten Schritt kann dann ein zu bearbeitendes Substrat - bzw. eine Vielzahl solcher Substrate - im Bearbeitungsprozess anhand der zuvor gewonnenen Positionsinformation gezielt kontaktiert und bewegt werden.
Insbesondere kontaktiert der Tragstift das Substrat in der Kontaktposition, insbesondere wobei ein Aufnehmen des Substrats durch den Tragstift erfolgt.
In einer Ausführungsform eines erfindungsgemässen Verfahrens erfolgt basierend auf der Zustandsinformation ein derartiges Ansteuern der Antriebseinheit, dass die aktuelle Motorstrominformation an die Sollstrominformation angenähert wird, insbesondere fortlaufend solange bis die aktuelle Motorstrominformation in einem der Sollstrominformation zugeordneten Toleranzbereich liegt.
Damit kann z.B. einen closed-loop Steuerung (Regelung) der Stifthubbewegung anhand von erfassten, verarbeiteten und/oder analysierten Messdaten erfolgen. Beispielsweise kann das kontinuierliche Anliegen einer konstanten Kraft über eine bestimmte Bewegungsstrecke hinweg oder das Anliegen einer Bestimmten Last an einem oder mehreren der in einem Stifthubsystem vorliegenden Tragstifte eingeregelt werden. Eine derartige Steuerung ist vorzugsweise in der Steuerungs- und Verarbeitungseinheit des Systems, insbesondere zumindest algorithmisch, implementiert.
In einer Ausführungsform kann das Verfahren zur Erzeugung und Ausgabe eines Steuerungssignals basierend auf der Zustandsinformation ausgestaltet sein. Die Antriebseinheit kann dabei zum Erhalt eines Steuerungssignals und zur Verstellung der Kupplung zwischen der Normalposition und der Trageposition in Abhängigkeit des Steuerungssignals angeordnet und ausgebildet sein. In anderen Worten kann das System derart eingerichtet sein, dass die Steuerung des Antriebs auf erfassten Messwerten basiert (open-loop oder closed-loop).
Insbesondere kann das Verfahren derart erfolgen, dass das Steuerungssignal in Abhängigkeit von einer aktuellen Zustandsinformation automatisch einstellbar ist. Durch ein fortlaufendes Anpassen des Steuerungssignals kann eine Regelung des Stifthubbetriebs bereitgestellt werden und beispielsweise eine Verstellgeschwindigkeit in Abhängigkeit von einer jeweils gemessenen Anpresskraft eingestellt werden.
Eine solche Konfiguration ermöglicht eine Steuerung und/oder Regelung des Pin-Lifters anhand einer aktuell erfassten Strominformation. Hierdurch kann die Steuerung der Antriebseinheit derart, insbesondere fortlaufend oder in Echtzeit, angepasst werden, dass Effekte, wie z.B. ein starkes Vibrieren, die Einfluss auf einen Bearbeitungsprozess haben können, kompensiert werden können. Eine solche Kompensation kann somit ohne strukturellen Eingriff in das System nur mittels Anpassung der Steuerung umgesetzt werden.
Die Erfindung betrifft zudem ein Stifthubsystem, insbesondere ein Pin-Lifter-System, das zur Bewegung und Positionierung eines Substrats, insbesondere eines Wafers, in einem durch eine Vakuumprozesskammer bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich ausgebildet ist. Das Stifthubsystem weist mindestens eine zur Bewegung und Positionierung des Substrats individuell ansteuerbare Stifthubvorrichtung mit einer Kupplung, die zur Aufnahme eines zum Kontaktieren und Tragen des Substrats ausgestalteten Tragstifts ausgebildet ist, und eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor auf. Die Antriebseinheit ist derart ausgebildet und wirkt mit der Kupplung zusammen, dass die Kupplung linear entlang einer Verstellachse von einer abgesenkten Normalposition, insbesondere zur Bereitstellung des Tragstifts in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand, in eine individuelle Wirkposition, insbesondere zur Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats durch den Tragstift, und zurück verstellbar ist. Das Stifthubsystem weist zudem eine mit der Antriebseinheit verbundene und zur Steuerung des Elektromotors ausgebildete Steuerungs- und Verarbeitungseinheit auf.
Die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit ist zur Ausführung eines der oben beschriebenen Verfahren konfiguriert. Die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit verfügt hierzu über eine entsprechende Funktionalität, die die jeweiligen seitens der Steuerungs- und Verarbeitungseinheit steuerbaren, überwachbaren und/oder ausführbaren Schritte des Verfahrens auszuführen bzw. zu steuern vermag.
In einer Ausführungsform weist die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit eine derart konfigurierte Überwachungsfunktionalität auf, dass bei deren Ausführung fortlaufend eine aktuelle Motorstrominformation bezüglich eines an dem Elektromotor anliegenden Motorstroms erfasst wird und anhand eines fortlaufenden Vergleichs der aktuellen Motorstrominformation mit einer Sollstrominformation eine Zustandsinformation abgeleitet wird.
In einer Ausführungsform ist in der Vakuumprozesskammer ein Referenzsubstrat bereitgestellt und die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit weist eine derart konfigurierte Positionsbestimmungsfunktionalität auf, dass bei deren Ausführung die Kupplung entlang der Verstellachse, insbesondere ausgehend von der abgesenkten Normalposition, bewegt wird, ein In-Kontakt-Bringen des Tragstifts mit dem Referenzsubstrat durch das Bewegen erfolgt und ein Ableiten eines Kontaktpunkts anhand des fortlaufenden Vergleichens der aktuellen Motorstrominformation mit der Sollstrominformation erfolgt, wobei der Kontaktpunkt eine Position der Kupplung entlang der Verstellachse repräsentiert.
In einer Ausführungsform ist ein Positionierungspunkt für die Kupplung bereitgestellt und die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit weist eine derart konfigurierte Positionierungsfunktionalität auf, dass bei deren Ausführung ein Ansteuern des Elektromotors derart erfolgt, dass die Kupplung entlang der Verstellachse in eine dem Positionierungspunkt entsprechende Kontaktierungsposition versetzt wird.
Insbesondere ist der Positionierungspunkt für die Kupplung als Kontaktpunkt durch eine vorangehende Ausführung der Positionsbestimmungsfunktionalität abgeleitet oder anhand einer Form und Position in der Vakuumkammer eines in der Vakuumkammer zu bearbeitenden Substrats abgeleitet und/oder festgelegt.
In einer Ausführungsform weist die Stifthubvorrichtung eine Trenneinrichtung zur Trennung des Prozessatmosphärenbereichs von einem Aussenatmosphärenbereich auf, wobei die Antriebseinheit zumindest teilweise, insbesondere vollständig, dem Aussenatmosphärenbereich und die Kupplung insbesondere zumindest teilweise dem Prozessatmosphärenbereich zugeordnet ist. Die Trenneinrichtung ist insbesondere als Balg im Inneren der Stifthubvorrichtung ausgebildet. Die Trenneinrichtung der Stifthubvorrichtung kann auch durch ein Gehäuse der Antriebseinheit gebildet sein.
Die Antriebseinheit kann als Elektromotor, insbesondere Schrittmotor, ausgebildet sein, wodurch eine mechatronische Stifthubvorrichtung bereitgestellt ist.
Gemäss einer bestimmten Ausführungsform weist das Stifthubsystem mindestens drei zur Bewegung und Positionierung des Substrats individuell ansteuerbare Stifthubvorrichtungen auf. Jede der Stifthubvorrichtungen weist eine Kupplung, die zur Aufnahme eines zum Kontaktieren und Tragen des Substrats ausgestalteten Tragstifts ausgebildet ist, und eine Antriebseinheit mit einem Elektromotor auf, die jeweils derart ausgebildet ist und mit der jeweiligen Kupplung zusammenwirkt, dass die Kupplung linear entlang einer Verstellachse von einer abgesenkten Normalposition, insbesondere zur Bereitstellung des jeweiligen Tragstifts in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand, in eine individuelle Wirkposition, insbesondere zur Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats durch den Tragstift, und zurück verstellbar ist.
Die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit ist mit jeder der Antriebseinheiten verbunden und zur (individuellen) Steuerung der jeweiligen Elektromotoren ausgebildet. Die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit ist zudem zur Ausführung der Überwachungsfunktionalität beziehungsweise der Positionsbestimmungsfunktionalität beziehungsweise der Positionierungsfunktionalität für jede der Stifthubvorrichtungen ausgebildet.
Bei Ausführung der Überwachungsfunktionalität wird für jede der Stifthubvorrichtungen eine Zustandsinformation abgeleitet, bei Ausführung der Positionsbestimmungsfunktionalität wird für jede der Stifthubvorrichtungen ein Kontaktpunkt abgeleitet wird und bei Ausführung der Positionierungsfunktionalität wird die Kupplung jeder Stifthubvorrichtung in eine jeweilige individuelle Kontaktierungsposition versetzt.
In einer Ausführungsform können bei Ausführung der Positionierungsfunktionalität die Kupplungen in unterschiedliche Positionen gesteuert versetzt werden, insbesondere wobei die Taststifte unterschiedlich weit ausgefahren sind. Dies ist insbesondere für die Bearbeitung von nicht-flach geformten Substraten vorteilhaft.
Die Erfindung betrifft zudem ein Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist oder verkörpert ist durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode zur Steuerung bzw. Ausführung eines oben beschriebenen Verfahrens, insbesondere wenn das Programm in einer Steuerungs- und Verarbeitungseinheit eines beschriebenen Stifthubsystems ausgeführt wird.
Die erfindungsgemässen Vorrichtungen werden nachfolgend anhand von in den Zeichnungen schematisch dargestellten konkreten Ausführungsbeispielen rein beispielhaft näher beschrieben, wobei auch auf weitere Vorteile der Erfindung eingegangen wird. Im Einzelnen zeigen:

1 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform einer Vakuumbearbeitungsvorrichtung für einen Wafer mit einem erfindungsgemässen Stifthubsystem;
2 eine Ausführungsform einer Stifthubvorrichtung eines erfindungsgemässen Stifthubsystems; und
3a-b eine weitere Ausführungsform einer Stifthubvorrichtung eines erfindungsgemässen Stifthubsystems.

1 zeigt schematisch einen Prozessaufbau für eine Bearbeitung eines Halbleiterwafers 1 unter Vakuumbedingungen. Der Wafer 1 wird mittels eines ersten Roboterarms 2 durch ein erstes Vakuumtransferventil 5a in eine Vakuumkammer 4 (Prozessatmosphärenbereich P) eingebracht und über Tragestiften 7 von Stifthubvorrichtungen (hier: drei Stifte gezeigt) eines erfindungsgemässen Stifthubsystems in Position gebracht. Der Wafer 1 wird dann mittels der Stifte 7 aufgenommen bzw. darauf abgelegt und der Roboterarm 2 wird weggefahren. Der Wafer 1 liegt typischerweise auf dem Roboterarm oder einer an dem Roboterarm 2,3 vorgesehenen Tragvorrichtung auf oder wird anhand einer spezifischen Tragevorrichtung gehalten.
Nach dem Aufnehmen des Wafers 1 durch die Stifte 7 werden der Roboterarm aus der Kammer 4 geführt, das Transferventil 5a verschlossen und die Stifte 7 abgesenkt.
Dies erfolgt mittels der elektrischen Antriebe 6 der Stifthubvorrichtungen die mit den jeweiligen Stiften 7 gekoppelt sind. Der Wafer 1 wird hierdurch auf den gezeigten vier Trageelementen 8 abgelegt. Alternativ wird der Wafer 1 auf einer elektrostatischen Klemmvorrichtung (nicht gezeigt), einem sogenannten elektrostatischen Chuck, abgelegt und durch Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen den Chuck-Elektroden festgehalten und ggf. durch die hierdurch wirkenden Kräfte eingeebnet. Elektrostatische Chucks werden heute typischerweise für die Produktion von z.B. Halbleiterwafern unter Vakuumbedingungen eingesetzt.
In diesem festgehaltenen Zustand erfolgt eine geplante Bearbeitung (z.B. Beschichtung, Abscheidung etc.) des Wafers 7 unter Vakuumbedingungen und insbesondere in definierter Atmosphäre (d.h. mit einem bestimmten Prozessgas und unter definiertem Druck). Die Kammer 4 ist hierfür mit einer Prozessgasquelle, einer Vakuumpumpe und vorzugsweise mit einem Vakuumregelventil zur Regelung des Kammerdrucks gekoppelt (nicht gezeigt).
Nach der Bearbeitung erfolgt ein Anheben des Wafers 1 in eine Entnahmestellung wiederum mittels der Stifthubvorrichtungen. Mit dem zweiten Roboterarm 3 wird in der Folge der Wafer 1 durch das zweite Transferventil 5b entnommen. Alternativ kann der Prozess mit nur einem Roboterarm konzipiert sein, wobei Bestückung und Entnahme dann durch ein einzelnes Transferventil erfolgen können.
Zudem ist eine Verarbeitungs- und Steuerungseinheit 9 gezeigt, die mit den Stifthubvorrichtungen verbunden ist. Diese Einheit 9 stellt ein gesteuertes Bewegen der Stifte 7 sowie eine Auswertung und Weiterverarbeitung von Informationen und Signalen bereit, die seitens der Pin-Lifter erzeugt oder bereitgestellt werden.
Die Steuerungseinheit 9 kann kommunikativ (z.B. drahtlos mittels Funk, WiFi, Bluetooth etc.) und/oder elektronisch und/oder elektrisch mit den Stifthubvorrichtungen verbunden sein. Ferner kann die Steuerungseinheit 9 in einer der Stifthubvorrichtungen des Systems integriert sein oder die Steuerungseinheit 9 wird gesamthaft durch einzelne Substeuerungen verkörpert, die in unterschiedlichen Stifthubvorrichtungen vorgesehen sind, jedoch zusammenwirken. Die Steuerungseinheit 9 kann zur drahtlosen Kommunikation mit den Stifthubvorrichtungen ausgebildet sein und eine individuelle Ansteuerung und den Erhalt von jeweiliger Information für jede einzelne Stifthubvorrichtung bereitstellen. Die Steuerungseinheit kann räumlich getrennt von den Stifthubvorrichtungen vorliegen und beispielsweise ein Tablet-PC, ein Mobiltelefon und/oder einen Computerarbeitsplatz aufweisen.
Die 2 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemässen Stifthubsystems mit einer Stifthubvorrichtung 10 und einer Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 9.
Ein Tragstift 19 ist in einer Kupplung 18 der Vorrichtung 10 arretiert. Der Tragstift 19 weist vorzugsweise einen metallischen, polymerbasierten oder keramischen Werkstoff auf, insbesondere ist der Stift 19 vollständig aus einem solchen Werkstoff gefertigt. Die Arretierung in der Kupplung 18 kann beispielsweise magnetisch oder durch eine Klemmung verwirklicht sein.
Die Kupplung 18 kann mittels eines Schiebers 14 in z-Richtung bewegt werden. Der Schieber 14 ist hierfür mit einer Gewindespindel 13 gekoppelt, die wiederum durch einen Elektromotor 12 der Antriebseinheit antreibbar ist.
Eine optionale thermische und elektrische Isolierung zwischen dem oberen Kupplungsteil und dem unteren Antriebsteil ist in einer Variante durch ein erstes Isolierelement 16, das einen oberen Gehäuseteil von einem unteren Gehäuseteil thermisch und elektrisch trennt, realisiert. Vorzugsweise kann ein zweites Isolierelement, das durch den Schieber 14 verkörpert sein kann, vorgesehen sein. Bei dieser Variante der Stifthubvorrichtung 10 ist die Gewindespindel 13 derart präzise und starr ausgeführt und gelagert, dass kein (elektrisch oder thermisch leitender) Kontakt zwischen der Spindel 13 und der Kupplung 18 - auch bei einer Relativbewegung - auftritt. Alternativ ist die Spindel 13 aus einem nichtleitenden oder thermisch isolierenden Material gefertigt oder damit beschichtet. Somit ist eine vollständige galvanische und thermische Trennung zwischen Ober- und Unterteil in jedem Zustand der Vorrichtung 10 bereitgestellt. In einer weiteren Variante können sowohl die Gewindespindel 13 als auch der auf der Spindel 13 sitzende Schieber 14 leitend (z.B. metallisch) gefertigt sein. Eine Isolierung kann dann insbesondere mittels z.B. einer Zwischenhülse zwischen Spindel/Schieber und Kupplung realisiert sein.
Es versteht sich, dass oben genannte galvanische Trennung rein optional ist, die Erfindung sich jedoch auch auf Ausführungsformen ohne eine solche Trennung erstreckt.
Der Pin-Lifter 10 weist ferner einen Balg 15 im Inneren auf. Der Balg 15 ist derart angeordnet und ausgeformt, dass eine atmosphärische Trennung eines Prozessatmosphärenbereichs P, in dem der Tragstift 19 (Pin) vorliegt und in dem üblicherweise ein Bearbeitungsprozess stattfindet, und eines Aussenatmosphärenbereichs O, in dem z.B. der Antrieb 12 und weitere Peripherkomponenten vorliegen können, bereitgestellt ist. Der Balg 15 wird bei einem Ausfahren des Stiftes 19 komprimiert, wobei die atmosphärische Trennung erhalten bleibt.
In der gezeigten speziellen Variante wird durch ein Verstellen des Schiebers 14 sowohl die Kupplung 18 als auch der Balg 15 bewegt. Sowohl Kupplung 18 als Balg 15 sind mit dem Schieber zumindest indirekt gekoppelt. Im Speziellen ist der Schieber 14 mit der Kupplung 18 und die Kupplung 18 mit dem Balg 15 verbunden. Ein zweites Ende des Balgs ist wiederum mit dem Gehäuse der Stifthubvorrichtung verbunden. Die Verbindungen der einzelnen Komponenten sind insbesondere gasdicht ausgeführt.
Die Stifthubvorrichtung 10 ist mit dem Gehäuse 20 einer Vakuumprozesskammer verbunden. Die Verbindung ist derart ausgeführt, dass eine innere Prozessatmosphäre der Prozesskammer auch in das Innere der Stifthubvorrichtung 10 wirkt. Eine für den Pin 19 vorgesehene Durchführung in der Gehäusewand 20 sorgt für die Erstreckung der Prozessatmosphäre in den Lifter 10. D.h. das Prozessvolumen und ein Teil des inneren Volumens des Pin-Lifters 10 bilden einen gemeinsamen Prozessatmosphärenbereich P.
Es versteht sich, dass eine erfindungsgemässe Stifthubvorrichtung alternativ anstelle eines Balgs ein anderes Dichtkonzept verwirklicht haben kann, das ebenfalls eine atmosphärische Trennung bereitstellt, beispielsweise eine radiale Abdichtung im oberen Austrittsbereich des Tragstifts 19 mit z.B. einem O-Ring oder einer Membran.
Zur Bewegung der beweglichen Systemkomponenten, d.h. hier der Kupplung 18 und des Balgs 15, muss der Elektromotor 12 eine durch diese Komponenten bewirkte Systemlast überwinden. Die Last hängt hier von der strukturellen Ausgestaltung der Komponenten (z.B. Masse), deren Bewegungseigenschaften (z.B. Reibung) und deren aktuellen Zuständen (z.B. Position, Balgkompression, Membranspannung etc.) ab. Diese Motorsystemlast (Motorsollzustand) ist für den Pin-Lifter 10 bekannt bzw. kann durch Kalibration ermittelt und im Steuerungssystem hinterlegt werden. Hierfür kann eine Look-Up Tabelle, ein den Lifter 10 hinreichend genau beschreibendes Modell oder ein Motor-Teaching-Prozess (Wiederholung, Monitoring, Vergleichen und Speichern eines bestimmten Bewegungsablaufs) verwendet werden. Die Motorsystemlast beschreibt somit einen jeweiligen Sollzustand bzw. Normalzustand des Elektromotors im Betrieb unter definierten Bedingungen, insbesondere unter Berücksichtigung von Umgebungsbedingungen wie Druck, Temperatur etc.
Zur Bewegung des Lifters 10 ist die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 9 vorgesehen. Zur gezielten Ansteuerung wird der Motor 12 mit einem entsprechenden Signal versorgt, z.B. zum Anfahren einer bestimmten Pinposition.
Die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 9 verfügt zudem über eine Monitoring- bzw. Überwachungsfunktion und wirkt mit der Stifthubvorrichtung 10 derart zusammen, dass bei Ausführung der Überwachungsfunktion eine Information bezüglich des aktuell an dem Elektromotor 12 anliegenden Motorstroms erhalten wird (aktuelle Motorstrominformation) und diese Information, insbesondere fortlaufend, mit einer Information über einen bekannten Sollstrom für den Motor verglichen wird. Anhand dieses Vergleichs wird in einem weiteren Schritt, insbesondere ebenfalls fortlaufend, auf einen jeweils aktuellen Zustand der Stifthubvorrichtung bzw. des Motors geschlossen. In anderen Worten, kann ein aktueller Motorstrom mit einem entsprechenden Sollstrom verglichen werden und anhand einer Stromdifferenz der Zustand abgeleitet werden.
Der aktuell anliegende Motorstrom ist insbesondere ein Mass für eine an dem Motor anliegenden Last. Diese Last wird, wie oben beschrieben, von einzelnen Komponenten der Stifthubvorrichtung beeinflusst. Das Überwachen des Motorstroms ermöglicht jedoch auch das Feststellen von Prozessstörungen oder von Verschleiss an der Stifthubvorrichtung.
In einer Variante kann die Überwachungsfunktionalität feststellen, dass ein Substrat beim Versuch des Anhebens nach einer Bearbeitung stärker an einem elektrostatischen Chuck anhaftet, als im Rahmen eines normalen Prozesszyklus zu erwarten wäre. Konkret kann dies anhand eines übermässigen Anstiegs des Motorstroms, insbesondere in Korrelation mit einer zugehörigen Verstellposition, festgestellt werden. Überschreitet ein gemessener Motorstrom beispielsweise einen definierten Toleranzwert, der für ein gewünschtes Anheben eines zu bearbeitenden Substrats hinterlegt ist, in einem Bewegungsbereich, in welchem mit einer Kontaktierung des Tragstifts mit dem Substrat zu rechnen ist, kann eine entsprechende Information ausgegeben werden und/oder ein weiteres Bewegen oder Verstellen des Tragstifts bzw. der Kupplung unterbrochen oder gestoppt werden.
Die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 9 verfügt weiter über eine Positionsbestimmungsfunktionalität. Zur Ausführung dieser Funktion kann ein Referenzsubstrat in der Prozesskammer bereitgestellt werden. Das Referenzsubstrat kann ein Exemplar eines zu bearbeitenden Substrats oder ein alternativer Körper mit einer vorzugsweise flachen räumlichen Ausdehnung und/oder definierten Masse. Das Referenzsubstrat wird beispielsweise auf der elektrostatischen Aufnahme bereitgestellt und der bzw. die Pin-Lifter werden solange ausgefahren, bis der gemessene Motorstrom über ein Sollniveau hinaus ansteigt. Ein solcher Stromanstieg repräsentiert hierbei das Kontaktieren des Referenzsubstrats mit dem Tragestift, da hier die am Motor anliegende Last sprunghaft ansteigen kann. Anhand der Feststellung des angestiegenen Motorstroms oder anhand eines zeitlichen Motorstromverlaufs kann eine Position der Kupplung bzw. des Tragstifts abgeleitet werden, bei der das Kontaktieren stattfindet. Auf diese Art kann z.B. ein Pin-Lifter oder eine Mehrzahl von Pin-Lifter kalibriert werden.
Die Kontaktierposition kann im System oder auf dem jeweiligen Pin-Lifter selbst hinterlegt werden. Anhand dieser so gespeicherten Positionsinformation kann der jeweilige Pin-Lifter nachfolgend gesteuert direkt in diese zuvor bestimmte Kontaktierposition versetzt werden. Dies wird insbesondere durch Ausführung einer Positionierungsfunktionalität der Steuerungs- und Verarbeitungseinheit 9 bereitgestellt. Eine derartige Einstellung einer bestimmten Position eines Pin-Lifters kann insbesondere bei einem Austausch eines einzelnen Lifters vorteilhaft sein. Dieser kann dann mit einem verhältnismässig geringen Aufwand in das System eingebunden werden und z.B. synchron mit den restlichen Liftern des Systems betrieben werden.
Ferner kann eine Mehrzahl derartiger Positionspunkte für jeden Pin-Lifter in einem Stifthubsystem definiert werden. Die Positionspunkte der jeweiligen Pin-Lifter können sich zudem unterscheiden. So wird beispielsweise erreicht, dass die Stifthubvorrichtungen im System einerseits in eine erste Kontaktposition versetzt werden können, in welcher das Kontaktieren einem Substrat erfolgt und in einem zweiten Schritt zusammen in eine Entnahmeposition versetzt werden, in der das Substrat von den Tragestiften abgehoben wird. Durch die Definition unterschiedlicher Positionspunkte für die Lifter können z.B. Substrate mit einer gebogenen Form aufgenommen und bewegt werden, wobei eine gleichmässige Kraftverteilung auf die einzelnen Stifthubvorrichtungen bereitgestellt bleibt.
Die Positionspunkte können wie beschrieben anhand einer Überwachung des Motorstroms bestimmt und festgelegt werden, wobei jeweils ein Substrat in der jeweiligen Position bereitgestellt oder entnommen wird. Durch eine damit einhergehende Laständerung am Motor kann eine entsprechende Stromänderung erfasst werden. Die Positionspunkte können alternativ oder zusätzlich anhand der bekannten Form des zu bearbeitenden Substrats festgelegt werden. Hierzu kann z.B. ein Modell des Substrats und/oder des Stifthubsystems verwendet werden und z.B. die Kontaktpunkte simuliert werden. Alternativ können die Kontaktpunkte auch rechnerisch in Kenntnis der Form und der Anordnung der einzelnen Stifthubvorrichtungen bestimmt werden.
3a zeigt eine Ausführungsform einer Stifthubvorrichtung 30 eines Stifthubsystems gemäss der Erfindung. Die Stifthubvorrichtung 30 weist eine als Elektromotor ausgebildete Antriebseinheit 32 auf, die einem unteren Antriebsteil der Vorrichtung 30 zugeordnet ist. Der Motor 32 ist mit einer Gewindespindel 33 gekoppelt. Die Gewindestange 33 kann durch entsprechende Ansteuerung des Motors 32 rotiert werden.
Zudem ist eine Verstellelement 34 vorgesehen, das in der gezeigten Ausführung als Schieber 34 ausgebildet ist, der mit der Gewindestange 33 zusammenwirkt und mittels Rotation der Stange 33 linear entlang einer zentralen Verstellachse A bewegbar ist. Der Schieber 34 weist ein Innengewinde auf, das mit dem Gewinde der Gewindestange 33 korrespondiert. Ferner ist der Schieber 34 derart gelagert, dass dieser relativ zur Stifthubvorrichtung 30 selbst nicht drehbar ist, sondern nur in die Bewegungsrichtungen parallel zur Verstellachse A bewegt werden kann.
Der Schieber 14 ist direkt mit der Kupplung 38 gekoppelt, d.h. die Kupplung 38 kann kann durch den Schieber linear bewegt und positioniert werden. Die Kupplung 38 ist an einem ersten Ende zur Aufnahme eines Tragstiftes (Tragstift nicht gezeigt) ausgebildet. Die Kupplung 38 erstreckt sich im gezeigten Beispiel im Wesentlichen entlang der Achse A.
Durch die Verbindungen zwischen dem Schieber 34 und der Kupplung 38 kann damit eine durch den Motor 32 steuerbare Bewegbarkeit der Kupplung 38 und damit eines in der Kupplung 38 aufgenommenen Tragstifts bereitgestellt werden.
Die 3a zeigt die Kupplung 38 der Stifthubvorrichtung 30 in einer abgesenkten Normalposition, in welcher ein optional vorgesehener Tragstift bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt in einem im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand vorläge. Der Tragstift hat bei einer Vorsehung des Pin-Lifters 30 in einem Vakuumbearbeitungsprozess dabei typischerweise keinen Kontakt mit einem zu bearbeitenden Substrat.
Die 3b zeigt die Kupplung 38 der Stifthubvorrichtung 30 in einer ausgefahrenen Trageposition, in welcher ein angekoppelter Tragstift dessen bestimmungsgemässen Effekt des Aufnehmens, Bewegens und/oder Bereitstellens des Substrats bereitstellt.
Zum Erreichen der ausgefahrenen Trageposition kann der Motor 32 entsprechend mittels einer Steuerungs- und Verarbeitungseinheit angesteuert werden. Hierzu kann z.B. eine Laufzeit des Motors oder eine Anzahl auszuführender Rotationen für die Gewindestange 33 hinterlegt sein, um eine gewünschte Position für den Schieber 34 einzustellen. Insbesondere ist ein Encoder mit der Antriebseinheit 32 gekoppelt, um die Bewegungen der Motorachse überwachbar und regelbar zu machen.
Die linear beweglichen Teile des Pin-Lifters 30, d.h. der Schieber 34 und die Kupplung 38, werden hierzu im Wesentlichen innerhalb des Innenvolumens V_i bewegt. Die Kupplung 38 ist in der gezeigten Ausführung zumindest teilweise hülsenförmig ausgebildet und stellt eine Ausnehmung 39 bereit. Diese Ausnehmung 39 ermöglicht eine variable Erstreckung der Gewindestange 33 in die Kupplung 38 und damit eine translatorische Beweglichkeit der Kupplung 38 relativ zur Gewindestange 33.
Die mit der Stifthubvorrichtung 30 verbundene und damit ein Stifthubsystem bildende Steuerungs- und Verarbeitungseinheit (nicht gezeigt) kann über verschiedene Funktionalitäten zur Überwachung, Positionsbestimmung und Positionierung der Stifthubvorrichtung 30 - wie oben beschrieben - verfügen.
Die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit kann eine Funktionalität zur strominformationsabhängigen Ansteuerung der Antriebseinheit 32 aufweisen. Hierzu erhält die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit eine Information über den aktuellen Motorstrom, insbesondere einen aktuellen Messwert des anliegenden Stroms. Zudem ist die Sollstrominformation insbesondere als Sollstrom hinterlegt. Anhand eines Vergleichs des aktuell anliegenden Stroms mit dem zu erreichenden Sollstrom (Zustandsinformation) kann aus der Stromdifferenz ein Steuerungssignal für den Antrieb 32 erzeugt werden. Ist z.B. ein gemessener Motorstrom deutlich geringer als ein definierter Sollstrom kann der Motor 32 mit mehr Strom versorgt werden und damit die Last am Motor erhöht werden.
Eine solche Steuerung bzw. Regelung von Stifthubvorrichtungen in einem Stifthubsystem mit mehreren solchen Vorrichtungen, die jeweils einzeln entsprechend angesteuert bzw. geregelt werden können, ermöglicht eine gezielte Lastverteilung über ein zu bewegendes Substrat hinweg. Beispielsweise können empfindliche Bereiche eines Substrats hierdurch mit geringer Last beaufschlagt werden während in einem anderen, hierfür ausgelegten Bereich eine grössere Last anliegt. Die Sollstrominformation für jede Stifthubvorrichtung entspricht dann der jeweiligen Last, die an einem Punkt oder Bereich des Substrats auf das Substrat wirken soll bzw. darf.
Die Erfindung wurde zwar anhand ihrer bevorzugten Ausführungsform(en) erläutert, doch es können viele weitere Änderungen und Variationen vorgenommen werden, ohne über den Umfang der vorliegenden Erfindung hinauszugehen. Daher ist es vorgesehen, dass die beiliegenden Patentansprüche Änderungen und Variationen abdecken, die im tatsächlichen Umfang der Erfindung enthalten sind
Es versteht sich, dass die dargestellten Figuren nur mögliche Ausführungsbeispiele schematisch darstellen. Die verschiedenen Ansätze können erfindungsgemäss ebenso miteinander sowie mit Vorrichtungen zur Substratbewegung in Vakuumprozesskammern, insbesondere Pin-Liftern, des Stands der Technik kombiniert werden.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

US 6481723 B1 [0010]
US 6646857 B2 [0011]

Claims

Verfahren zur Überwachung eines Zustands einer Stifthubvorrichtung (10,30), insbesondere eines Pin-Lifters, wobei die Stifthubvorrichtung (10,30) zur Bewegung und Positionierung eines Substrats (1), insbesondere eines Wafers oder Rings, in einem durch eine Vakuumprozesskammer (4) bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich (P) ausgebildet ist und aufweist • eine Kupplung (18,38), die zur Aufnahme eines zum Kontaktieren und Tragen des Substrats (1) ausgestalteten Tragstifts (7,19) ausgebildet ist, und • eine Antriebseinheit (6,12,32) mit einem Elektromotor, die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung (18,38) zusammenwirkt, dass die Kupplung (18,38) linear entlang einer Verstellachse (A) von ∘ einer abgesenkten Normalposition, insbesondere zur Bereitstellung des Tragstifts (7,19) in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand, in ∘ eine individuelle Wirkposition, insbesondere zur Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats (1) durch den Tragstift (7,19), und zurück verstellbar ist, wobei das Verfahren zur Überwachung aufweist · ein fortlaufendes Erhalten einer aktuellen Motorstrominformation bezüglich eines an dem Elektromotor anliegenden Motorstroms, • ein Vergleichen der aktuellen Motorstrominformation mit einer Sollstrominformation und • ein Ableiten einer Zustandsinformation basierend auf dem Vergleichen.
Verfahren zur Positionsbestimmung für eine Kupplung (18,38) einer Stifthubvorrichtung (10,30), insbesondere Pin-Lifter, wobei die Stifthubvorrichtung (10,30) an einer Vakuumprozesskammer (4) angeordnet ist und zur Bewegung und Positionierung eines Substrats (1), insbesondere eines Wafers oder Rings, in einem durch die Vakuumprozesskammer (4) bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich (P) ausgebildet ist und aufweist • die Kupplung (18,38) mit einem Tragstift (7,19) und • eine Antriebseinheit (6,12,32) mit einem Elektromotor, die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung (18,38) zusammenwirkt, dass die Kupplung (18,38) linear entlang einer Verstellachse (A) von ∘ einer abgesenkten Normalposition, insbesondere zur Bereitstellung des Tragstifts (7,19) in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand, in ∘ eine individuelle Wirkposition, insbesondere zur Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats (1) durch den Tragstift (7,19), und zurück verstellbar ist, wobei das Verfahren zur Positionsbestimmung aufweist • ein Bereitstellen eines Referenzsubstrats in der Vakuumprozesskammer (4), • ein Ausführen des Verfahrens nach Anspruch 1, • ein Bewegen der Kupplung (18,38) entlang der Verstellachse (A), • ein In-Kontakt-Bringen des Tragstifts (7,19) mit dem Referenzsubstrat und • ein Ableiten eines Kontaktpunkts anhand des fortlaufenden Vergleichens der aktuellen Motorstrominformation mit einer Sollstrominformation, wobei der Kontaktpunkt eine Position der Kupplung (18,38) entlang der Verstellachse (A) repräsentiert.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass • basierend auf dem fortlaufenden Erfassen der aktuellen Motorstrominformation ein Motorstromverlauf abgeleitet wird und anhand des Motorstromverlaufs die Zustandsinformation abgeleitet wird, und/oder • die Motorstrominformation in Korrelation mit einer Positionsinformation bezüglich der Positionierung der Kupplung (18,38) entlang der Verstellachse (A) gesetzt wird und anhand eines derart bereitstellbaren positionskorrelierten Motorstroms bzw. Motorstromverlaufs die Zustandsinformation abgeleitet wird.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Zustandsinformation eine Information bezüglich eines Anhaftens und/oder Ablösens des Substrats (1) an bzw. von einem Substratträger (8) und/oder einem Tragstift (7,19) aufweist.
Verfahren zur Positionierung einer Kupplung (18,38) einer Stifthubvorrichtung (10,30), insbesondere Pin-Lifter, wobei die Stifthubvorrichtung (10,30) an einer Vakuumprozesskammer (4) angeordnet ist und zur Bewegung und Positionierung eines Substrats (1), insbesondere eines Wafers oder Rings, in einem durch die Vakuumprozesskammer (4) bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich (P) ausgebildet ist und aufweist • die Kupplung (18,38) mit einem Tragstift (7,19) und • eine Antriebseinheit (6,12,32) mit einem Elektromotor, die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung (18,38) zusammenwirkt, dass die Kupplung (18,38) linear entlang einer Verstellachse (A) von ∘ einer abgesenkten Normalposition, insbesondere zur Bereitstellung des Tragstifts (7,19) in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand, in ∘ eine individuelle Wirkposition, insbesondere zur Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats (1) durch den Tragstift (7,19), und zurück verstellbar ist, wobei das Verfahren zur Positionierung aufweist • ein Erhalten eines Kontaktpunkts und • ein Ansteuern des Elektromotors derart, dass die Kupplung (18,38) entlang der Verstellachse in eine dem Kontaktpunkt entsprechende Kontaktposition versetzt wird.
Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der Kontaktpunkt • durch eine vorangehende Ausführung eines Verfahrens nach Anspruch 2 definiert ist oder • anhand einer Form und Position in der Vakuumkammer (4) eines in der Vakuumkammer zu bearbeitenden Substrats (1) abgeleitet und/oder definiert ist.
Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, gekennzeichnet durch ein Kontaktieren des Tragstifts (7,19) mit dem Substrat (1) in der Kontaktposition, insbesondere ein Aufnehmen des Substrats (1) durch den Tragstift (7,19).
Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass basierend auf der Zustandsinformation ein derartiges Ansteuern der Antriebseinheit (6,12,32) erfolgt, dass die aktuelle Motorstrominformation an die Sollstrominformation angenähert wird, insbesondere fortlaufend solange bis die aktuelle Motorstrominformation in einem der Sollstrominformation zugeordneten Toleranzbereich liegt.
Stifthubsystem, insbesondere Pin-Lifter-System, das zur Bewegung und Positionierung eines Substrats (1), insbesondere eines Wafers, in einem durch eine Vakuumprozesskammer (4) bereitstellbaren Prozessatmosphärenbereich (P) ausgebildet ist, mit • mindestens einer zur Bewegung und Positionierung des Substrats (1) individuell ansteuerbaren Stifthubvorrichtung (10,30) mit ∘ einer Kupplung (18,38), die zur Aufnahme eines zum Kontaktieren und Tragen des Substrats (1) ausgestalteten Tragstifts (7,19) ausgebildet ist, und ∘ einer Antriebseinheit (6,12,32) mit einem Elektromotor, die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung (18,38) zusammenwirkt, dass die Kupplung (18,38) linear entlang einer Verstellachse (A) von • einer abgesenkten Normalposition, insbesondere zur Bereitstellung des Tragstifts (7,19) in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand, in • eine individuelle Wirkposition, insbesondere zur Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats (1) durch den Tragstift (7,19), und zurück verstellbar ist, und • einer mit der Antriebseinheit verbundenen und zur Steuerung des Elektromotors ausgebildeten Steuerungs- und Verarbeitungseinheit (9), dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit (9) zur Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8 konfiguriert ist.
Stifthubsystem nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit (9) eine derart konfigurierte Überwachungsfunktionalität aufweist, dass bei deren Ausführung • fortlaufend eine aktuelle Motorstrominformation bezüglich eines an dem Elektromotor anliegenden Motorstroms erfasst wird und • anhand eines fortlaufenden Vergleichs der aktuellen Motorstrominformation mit einer Sollstrominformation eine Zustandsinformation abgeleitet wird.
Stifthubsystem nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, dass • in der Vakuumprozesskammer (4) ein Referenzsubstrat bereitgestellt ist und • die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit (9) eine derart konfigurierte Positionsbestimmungsfunktionalität aufweist, dass bei deren Ausführung erfolgen ∘ ein Bewegen der Kupplung (18,38) entlang der Verstellachse (A), insbesondere ausgehend von der abgesenkten Normalposition, ∘ein In-Kontakt-Bringen des Tragstifts (7,19) mit dem Referenzsubstrat durch das Bewegen und ∘ ein Ableiten eines Kontaktpunkts anhand des fortlaufenden Vergleichens der aktuellen Motorstrominformation mit der Sollstrominformation, wobei der Kontaktpunkt eine Position der Kupplung (18,38) entlang der Verstellachse (A) repräsentiert.
Stifthubsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, dass • ein Positionierungspunkt für die Kupplung (18,38) bereitgestellt ist und • die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit (9) eine derart konfigurierte Positionierungsfunktionalität aufweist, dass bei deren Ausführung ein Ansteuern des Elektromotors derart erfolgt, dass die Kupplung (18,38) entlang der Verstellachse (A) in eine dem Positionierungspunkt entsprechende Kontaktierungsposition versetzt wird.
Stifthubsystem nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, dass der Positionierungspunkt für die Kupplung (18,38) • als Kontaktpunkt durch eine vorangehende Ausführung der Positionsbestimmungsfunktionalität nach Anspruch 11 abgeleitet ist oder • anhand einer Form und Position in der Vakuumkammer eines in der Vakuumkammer (4) zu bearbeitenden Substrats abgeleitet und/oder festgelegt ist.
Stifthubsystem nach einem der Ansprüche 9 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass • das Stifthubsystem mindestens drei zur Bewegung und Positionierung des Substrats (1) individuell ansteuerbare Stifthubvorrichtungen (10,30) aufweist, wobei jede der Stifthubvorrichtungen (10,30) aufweist ∘ eine Kupplung (18,38) die zur Aufnahme eines zum Kontaktieren und Tragen des Substrats (1) ausgestalteten Tragstifts (7,19) ausgebildet ist, und ∘ eine Antriebseinheit (6,12,32) mit einem Elektromotor, die derart ausgebildet ist und mit der Kupplung (18,38) zusammenwirkt, dass die Kupplung (18,38) linear entlang einer Verstellachse (A) von • einer abgesenkten Normalposition, insbesondere zur Bereitstellung des Tragstifts (7,19) in einem bezüglich dessen bestimmungsgemässen Effekt im Wesentlichen wirkungsfreien Zustand, in • eine individuelle Wirkposition, insbesondere zur Bereitstellung des bestimmungsgemässen Effekts des Aufnehmens und/oder Bereitstellens des Substrats (1) durch den Tragstift (7,19), und zurück verstellbar ist, und • die Steuerungs- und Verarbeitungseinheit (9) mit jeder der Antriebseinheiten (6,12,32) verbunden und zur Steuerung der Elektromotoren ausgebildet ist und zur Ausführung der Überwachungsfunktionalität beziehungsweise der Positionsbestimmungsfunktionalität beziehungsweise der Positionierungsfunktionalität für jede der Stifthubvorrichtungen (10,30) ausgebildet ist, wobei · bei Ausführung der Überwachungsfunktionalität für jede der Stifthubvorrichtungen (10,30) eine Zustandsinformation abgeleitet wird, • bei Ausführung der Positionsbestimmungsfunktionalität für jede der Stifthubvorrichtungen (10,30) ein Kontaktpunkt abgeleitet wird und • bei Ausführung der Positionierungsfunktionalität die Kupplung (18,38) jeder Stifthubvorrichtung (10,30) in eine jeweilige individuelle Kontaktierungsposition versetzt wird.
Stifthubsystem nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass bei Ausführung der Positionierungsfunktionalität die Kupplungen (18,38) in unterschiedliche Positionen gesteuert versetzbar sind, insbesondere wobei die Taststifte (7,19) unterschiedlich weit ausgefahren sind.
Computerprogrammprodukt, das auf einem maschinenlesbaren Träger gespeichert ist oder verkörpert ist durch eine elektromagnetische Welle, mit Programmcode zur Steuerung bzw. Ausführung eines Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 8, insbesondere wenn das Programm in einer Steuerungs- und Verarbeitungseinheit (9) eines Stifthubsystems nach einem der Ansprüche 9 bis 15 ausgeführt wird.