Vor
diesem Hintergrund ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung,
eine Vorrichtung zum Lagern von kontaminationsempfindlichen, plattenförmigen Gegenständen und
insbesondere zum Lagern von Halbleiterwafern anzugeben, die eine
platzsparende Lagerung und gleichzeitig eine flexible Handhabung
ermöglicht.
Insbesondere soll die neue Vorrichtung die Lagerung einer großen Anzahl
von 300 mm-Wafern auf einer geringen Lagerfläche unter Reinraumbedingungen
ermöglichen.
Diese
Aufgabe wird gemäß einem
Aspekt der Erfindung durch eine Vorrichtung der eingangs genannten
Art gelöst,
bei der die Trägerkörper zumindest
einseitig offene, kastenartige Elemente sind, in denen die Gegenstände raumfest
gelagert sind, ferner mit einer Umhäusung, die einen gemeinsamen Reinraum
für die
Vielzahl der (offenen) Trägerkörper und
die erste Handlingeinheit bildet. Vorzugsweise bildet die Umhäusung einen
zumindest weitgehend barrierefreien Reinraum für die Vielzahl der offenen Trägerkörper und
die erste Handlingeinheit, d.h. innerhalb der Umhäusung befinden
sich keine Schottwände,
die die Trägerkörper und
die erste Handlingeinheit voneinander trennen.
Die
neue Vorrichtung verwendet also ein Konzept, bei dem die zu lagernden
Gegenstände, insbesondere
also Halbleiterwafer, praktisch offen in dem Reinraum gelagert werden,
in dem sich auch die Handlingeinheit befindet. Die erste Handlingeinheit kann
daher sehr schnell auf die einzelnen Gegenstände zugreifen bzw. diese in
den Trägerkörpern ablegen.
Außerdem
kann die neue Vorrichtung aufgrund des offenen Lagerkonzeptes recht
kleinbauend, d.h. mit einem kleinen "footprint" realisiert werden.
Andererseits
wird durch die Trägerkörper eine
Unterteilung des offenen Lagerraums realisiert, wodurch die Gefahr
von Kreuzkontaminationen zwischen den eingelagerten Gegenständen erheblich reduziert
wird. Vorteilhafterweise sind die Trägerkörper ortsfest an einem feststehenden
Trägergestell befestigt,
d.h. weder die Trägerkörper noch
die darin aufgenommenen Gegenstände
werden bei der Lagerung bewegt (abgesehen von den Bewegungen der Gegenstände mit
Hilfe der Handlingeinheit). Die raumfeste bzw. unbewegte Lagerung
der Gegenstände
verhindert, dass die Gegenstände
an den schlitzförmigen
Aufnahmen reiben und/oder anschlagen. Damit wird das Risiko von
Abrieb und daraus folgenden Kreuzkontaminationen sowie das Risiko
von Beschädigungen
erheblich reduziert.
Die
Trägerkörper sind
hier zumindest einseitig offen, kastenartige Elemente, deren Außenabmessungen
vorteilhafterweise wesentlich kleiner sind als die standardisierten
Abmessungen der bekannten FOUPs. Dies ist in vorteilhafter Weise
möglich, weil
die erste Handlingeinheit optimal an das Einlegen und Entnehmen von
Gegenständen
aus den kastenartigen Trägerkörpern angepasst
sein kann, wohingegen FOUPs kompatibel zu einer Vielzahl von unterschiedlichen
Handlingsystemen innerhalb einer Halbleiterfabrik sein müssen. In
einer vorteilhaften Ausgestaltung, die weiter unten noch näher beschrieben
wird, nehmen die kastenartigen Trägerkörper beispielsweise Halbleiterwafer
mit einem sog. Pitch-Abstand von lediglich 2,5 mm auf, was deutlich geringer
ist als der Pitch-Abstand bei standardisierten FOUPs.
Insgesamt
kombiniert die neue Vorrichtung verschiedene Aspekte von bekannten
Lagersystemen, wobei sie die offene Lagerung der kontaminationsempfindlichen
Gegenstände
innerhalb eines "großen" Reinraums beinhaltet,
in dem auch die erste Handlingeinheit angeordnet ist. Andererseits
wird der "große" Reinraum mit Hilfe
der Trägerkörper in
einzelne Fächer
unterteilt, die seitlich, nach oben und nach unten durch die entsprechenden
Wände der Trägerkörper abgeschottet
sind. Jeder Trägerkörper nimmt
beispielsweise 50 oder 100 Gegenstände auf. Die neue Vorrichtung
ermöglicht
hierdurch eine platzsparende und gleichzeitig flexible Handhabung,
da die einzelnen Trägerkörper wahlfrei
mit den Gegenständen
beladen werden können.
Die raumfeste bzw. unbewegte Lagerung der Gegenstände trägt zu einer sicheren
und kontaminationsfreien Lagerung bei. Die oben genannte Aufgabe
ist daher vollständig
gelöst.
In
einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Gegenstände in den Trägerkörpern vertikal
gelagert.
Mit
dieser Ausgestaltung wird eine besonders platzsparende Lagerung
mit einer sehr hohen Packungsdichte ermöglicht. Grund hierfür ist, dass die
Gegenstände,
insbesondere Halbleiterwa fer, bei einer vertikalen Lagerung mit
einem wesentlich schmaleren Greifelement „von außen" am Rand erfasst werden können, während das
Greifelement bei einer horizontalen Lagerung zumindest teilweise
zwischen die Wafer einfahren muss, was einen entsprechenden Zwischenraum
erfordert. So beträgt
der Pitch-Abstand
der einzelnen Wafer bei einer Lagerung in FOUPs etwa 10 mm, während der
Abstand der Wafer voneinander bei der neuen Vorrichtung auf etwa
2,5 mm reduziert werden kann. Die horizontale Lagerung von runden
Wafern auf Karussellen benötigt
ebenfalls viel „Leerraum". Die höhere Packungsdichte
führt zu
einer deutlichen Steigerung der Lagerkapazität bei geringem Raumbedarf.
Außerdem
lassen sich die Gegenstände
bei vertikaler Lagerung sehr effizient mit einem Reinigungsgas umspülen.
In
einer weiteren bevorzugten Ausgestaltung sind eine Vielzahl der
Trägerkörper nebeneinander angeordnet
und sie umgeben die erste Handlingeinheit zumindest teilweise, insbesondere
von zumindest zwei Seiten. Vorzugsweise umgibt die Vielzahl der
Trägerkörper die
erste Handlingeinheit in etwa kreisförmig.
Diese
Ausgestaltung ermöglicht
eine besonders platzsparende Realisierung der neuen Vorrichtung
bei gleichzeitig großer
Lagerkapazität.
Außerdem
ist in dieser Ausgestaltung ein sehr schneller Zugriff auf die eingelagerten
Gegenstände
möglich.
Die besonders bevorzugte Ausgestaltung mit einer in etwa kreisförmigen Anordnung
der Trägerkörper ist optimal,
um einen sog. SCARA-Roboter als erste Handlingeinheit einzusetzen.
SCARA-Roboter besitzen
einen Gelenkarm, der lediglich in einer Horizontalebene beweglich
ist, und zwar radial zu einem Kreismittelpunkt, an dem der Gelenkarm
drehbar gelagert ist. SCARA-Roboter
sind sehr schnell und sie benötigen
im Vergleich zu Sechs-Achs-Robotern nur einen geringen Bewegungsraum.
Daher kann mit dieser Ausgestaltung eine sehr hohe Lagerdichte auf sehr
geringem Footprint realisiert werden.
In
einer weiteren Ausgestaltung definiert die Vielzahl der Trägerkörper einen
Kreismittelpunkt, wobei die erste Handlingeinheit im Bereich des
Kreismittelpunktes angeordnet ist.
Diese
Ausgestaltung optimiert die neue Vorrichtung weiter auf die Verwendung
eines kleinbauenden und schnellen SCARA-Roboters, da die Trägerkörper in dieser Ausgestaltung
alle auf der radialen Bewegungsbahn eines solchen Roboters angeordnet
sind. Die Ausgestaltung ermöglicht
eine sehr schnelle Einlagerung und Entnahme von Gegenständen. Des
weiteren ist die Bahnsteuerung der Handlingeinheit vereinfacht.
In
einer weiteren Ausgestaltung sind auch die Gegenstände in den
Trägerkörpern auf
den Kreismittelpunkt ausgerichtet.
Diese
Ausgestaltung vereinfacht die Bewegungsabläufe der ersten Handlingeinheit
noch weiter, und sie ermöglicht
eine noch schnellere Handhabung der einzelnen Gegenstände. Wenn
die Gegenstände in
den Trägerkörpern vertikal
gelagert sind, ergibt sich ein weiterer Vorteil dadurch, dass die
Gegenstände
an ihrer der ersten Handlingeinheit zugewandten Seite einen geringeren
Pitch-Abstand aufweisen als an ihrer Außenseite, die weiter entfernt von
der ersten Handlingeinheit angeordnet ist. Die Gegenstände stehen
dann in etwa V-förmig
in den Trägerkörpern zueinander,
wodurch ein Düseneffekt erreicht
wird, wenn die Trägerkörper von
außen
nach innen mit einem Reinigungsgas durchströmt werden.
In
einer weiteren Ausgestaltung weist die erste Handlingeinheit einen
Arm auf, der lediglich in eine Horizontalebene beweglich ist, wobei
der Arm an einem Schlitten angeordnet ist, der in Vertikalrichtung
verfahrbar ist. Besonders bevorzugt ist es, wenn die erste Handlingeinheit
ein SCARA-Roboter ist, der an dem Vertikalschlitten angeordnet ist.
Die
Vorteile eines SCARA-Roboters wurden bereits weiter oben erwähnt. Alternativ
hierzu könnte die
erste Handlingeinheit jedoch einen Arm aufweisen, der mit Hilfe
eines Kreuzschlittens in der Horizontalebene und in Vertikalrichtung
verfahren wird. Diese Ausgestaltungen ermöglichen einen kleinen Footprint
und einen schnellen Zugriff auf die einzelnen Gegenstände.
In
einer weiteren Ausgestaltung ist die erste Handlingeinheit ein Sechs-Achs-Roboter.
Ein
Sechs-Achs-Roboter ermöglicht äußerst komplexe
Bewegungen. Infolgedessen können
die einzelnen Trägerkörper innerhalb
eines zur Verfügung
stehenden Footprints flexibler verteilt werden. Außerdem lassen
sich die einzelnen Trägerkörper einfacher
und kostengünstiger
realisieren, insbesondere wenn eine vertikale Lagerung der Gegenstände gewünscht ist,
weil ein Sechs-Achs-Roboter
die sich daraus ergebenden, komplexen Bewegungsbahnen relativ einfach
ausführen
kann.
In
einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Vorrichtung eine zweite
Handlingeinheit, die dazu ausgebildet ist, die Gegenstände in die
Umhäusung oder
aus der Umhäusung
zu transferieren. Vorzugsweise ist die zweite Handlingeinheit dazu
ausgebildet, die Gegenstände
einzeln in die Umhäusung
bzw. aus der Umhäusung
zu transferieren. Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn die zweite
Handlingeinheit ebenfalls ein SCARA-Roboter ist.
Eine
Ausgestaltung mit zumindest zwei Handlingeinheiten erhöht zunächst den
Aufwand und damit die Kosten für
die neue Vorrichtung. Es hat sich jedoch gezeigt, dass vor allem
die Verwendung von zwei SCARA-Robotern eine sehr kleinbauende und effiziente
Realisierung ermöglicht,
weil SCARA-Roboter einerseits sehr schnell sind und die eingeschränkten Bewegungsbahnen
der SCARA-Roboter andererseits
durch die Verwendung von zwei Handlingeinheiten optimal kompensiert
werden können.
In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Handlingeinheit einen ersten
Greifarm mit zumindest zwei ersten Greifelementen auf, wobei der
erste Greifarm zwischen einer horizontalen und einer vertikalen
Halteposition verstellbar ist.
In
dieser Ausgestaltung ist der erste Greifarm in der Lage, einen vertikal
gelagerten Gegenstand ohne Umgreifen in eine horizontale Lage zu bringen.
Dies ist besonders vorteilhaft, wenn das neue Lagersystem zum Lagern
von Wafern dient, da die Wafer im normalen Prozessablauf horizontal
gehalten werden, beispielsweise horizontal in FOUPs eingelegt werden.
Daher lässt
sich die Vorrichtung in dieser Ausgestaltung besonders einfach in
die Produktionsabläufe
bestehender Fabriken integrieren. Außerdem ist das Umorientieren
der Gegenstände mit
dem ersten Greifarm schnell und kostengünstig möglich.
In
einer weiteren Ausgestaltung sind die zumindest zwei ersten Greifelemente
an einer Greifzange angeordnet, die einen Kreisbogen mit einem Winkelbereich
von mehr als 180° überspannt.
Vorzugsweise
nimmt die Greifzange den zu lagernden Gegenstand nur an dessen Rändern auf. Außerdem ist
es bevorzugt, wenn der Gegenstand etwa mittig in der Ebene gehalten
wird, die von der Greifzange aufgespannt wird.
Diese
Ausgestaltungen sind besonders vorteilhaft, wenn das neue Lagersystem
zum Einlagern von Wafern oder anderen kreisförmigen Gegenständen in
vertikaler Ausrichtung dient. Die Greifzange umgibt den gehaltenen
Gegenstand dann in einem Umfangsbereich, der mehr als die Hälfte des
Gesamtumfangs einnimmt. Die Greifzange kann den Gegenstand dadurch
im wesentlichen allein aufgrund der Schwerkraft halten, d.h. der
Gegenstand muss nicht über
einen starken Klemmmechanismus geklemmt werden. Dies reduziert die
Gefahr von Beschädigungen
des eingelagerten Gegenstandes. Wenn der Gegenstand zudem etwa mittig
zu der von der Greifzange aufgespannten Ebene gehalten wird, ist
eine besonders dichte Packung der Gegenstände in den einzelnen Trägerkörpern möglich.
In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Handlingeinheit einen zweiten
Greifarm mit zumindest zwei zweiten Greifelementen auf, wobei die zweiten
Greifelemente an einem Armteil angeordnet sind, der außerhalb
einer durch die zweiten Greifelemente aufgespannten Ebene liegt.
Ein
derartig ausgebildeter zweiter Greifarm ist besonders vorteilhaft,
um die Gegenstände
in einer horizontalen Ausrichtung von oben aufzunehmen. Insbesondere
ist es mit einem solchen zweiten Greifarm möglich, einen Wafer in horizontaler
Ausrichtung in eine FOUP einzulegen. Die bevorzugte Ausgestaltung
macht es daher möglich,
dass die Handlingeinheit einen eingela gerten Wafer direkt in eine
FOUP einsortiert. Dadurch kann auf einen so genannten Sorter verzichtet
werden, der bei den bisherigen, FOUP-basierten Lagersystemen benötigt wird,
um eine Produktionscharge in einer FOUP zusammenzustellen.
In
einer weiteren Ausgestaltung weist die Handlingeinheit einen Trägerwinkel
mit zumindest zwei freien Enden auf, an denen der erste und der zweite
Greifarm angeordnet sind. Vorzugsweise ist der Trägerwinkel
etwa L-förmig
ausgebildet, wobei der erste Greifarm um eine Drehachse drehbar
ist, die parallel und vorzugsweise koaxial zu einem Schenkel des
L-förmigen
Trägerwinkels
liegt.
Diese
Ausgestaltung ist eine besonders platzsparende und kostengünstige Möglichkeit,
um die beiden Greifarme so an der Handlingeinheit anzuordnen, dass
sie mit wenigen Aktoren betätigt
werden können.
In
einer weiteren Ausgestaltung beinhaltet die Vorrichtung ein Trägergestell,
an dem die Trägerkörper lösbar befestigt
sind, wobei die Umhäusung zumindest
eine Tür
aufweist, die einen direkten Zugang zu den Trägerkörpern ermöglicht. Vorzugsweise ist die
zumindest eine Tür
im rückseitigen
Bereich der Trägerkörper angeordnet.
Diese
Ausgestaltung ermöglicht
einen bequemen Zugang zu den Trägerkörpern für den Fall, dass
eine manuelle Entnahme erforderlich ist, beispielsweise aufgrund
eines Systemausfalls.
In
einer weiteren Ausgestaltung weist jeder Trägerkörper eine Bodenwand und eine
Rückwand auf,
die etwa L-förmig
zueinander angeordnet sind, wobei eine Öffnung zwischen der Bodenwand
und der Rückwand
verbleibt. Vorzugsweise besitzt jeder Trägerkörper ferner Seitenwände, und
es ist weiter bevorzugt, wenn alle Wände luftdicht geschlossen sind.
Derartige
Trägerkörper sind
besonders vorteilhaft, um das Risiko einer Kreuzkontamination zwischen
den eingelagerten Wafern zu reduzieren. Aufgrund der Rückwände bilden
die zumindest teilweise übereinander
angeordneten Trägerkörper eine „Trennwand" zwischen einem vorderen
und einem hinteren Raumbereich, wobei die Wafer in dem vorderen
Raumbereich, also vor den Rückwänden, gelagert
sind. Die voneinander getrennten Raumbereiche lassen sich vorteilhaft
nutzen, um ein Reinigungsgas, wie etwa gefilterte und getrocknete
Luft, in einem kontinuierlichen Strom zu den Wafern zu führen und wieder
abzuführen.
Aufgrund der Bodenwände
und der bevorzugten Seitenwände
sind die kontaminationsempfindlichen Gegenstände weiter voneinander getrennt.
In
einer weiteren Ausgestaltung verbleibt im Bereich zwischen der Rückwand und
der Bodenwand eine Öffnung.
Eine Öffnung im
Eckbereich zwischen der Bodenwand und der Rückwand ermöglicht eine optimale Ableitung
der Abluft mit etwaigen Kontaminationen, ohne dass die Abluft in
einen der anderen Trägerkörper gelangt.
In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt jeder Trägerkörper einen Anschluss zum Zuführen eines Reinigungsgases.
Des Weiteren ist es bevorzugt, wenn jeder Anschluss zum Zuführen des
Reinigungsgases mit einem Ventil versehen ist, so dass die Zufuhr
des Reinigungsgases individuell gesteuert werden kann.
Diese
Ausgestaltung ermöglicht
eine besonders effiziente Spülung
mit einem Reinigungsgas. Mit Hilfe der Ventile kann der Gasstrom
an die Befüllung der
Trägerkörper angepasst
werden, so dass ein gleichmäßiger Gasstrom
erreicht wird.
Vorzugsweise
ist ein Gebläse
zum Erzeugen des kontinuierlichen Gasstroms in einem Bereich oberhalb
der Trägerkörper angeordnet,
weil die etwaigen Kontaminationen dann sehr effizient nach unten abgeführt werden.
In
einer weiteren Ausgestaltung besitzt jeder Trägerkörper ein Verriegelungselement,
um die in den Aufnahmen gehaltenen Gegenstände gegen Herausfallen zu sichern.
In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel ist das Verriegelungselement
ein Bügel,
der quer vor allen in dem Trägerkörper gehaltenen
Gegenständen
verläuft
und wahlweise an dem Trägerkörper befestigt
und/oder geschlossen werden kann.
Diese
Ausgestaltung ist besonders vorteilhaft, wenn Trägerkörper bei einem Systemausfall manuell
aus dem Lagersystem entnommen werden sollen.
In
einer weiteren Ausgestaltung sind die schlitzförmigen Aufnahmen in jedem Trägerkörper als
kammartige Leisten ausgebildet, die in Längsrichtung (also quer zu den
eingestellten Gegenständen) verschiebbar
sind.
Diese
Ausgestaltung ermöglicht
eine einfache und schnelle Justierung der Schlitzabstände in den
einzelnen Trägerkörpern. Insbesondere
lassen sich die schlitzförmigen
Aufnahmen in dieser Ausgestaltung sehr einfach so justieren, dass
die Gegen stände
aufrecht gehalten und daher auch dann ohne Probleme aus den Trägerkörpern entnommen
bzw. in diese eingesetzt werden können.
Es
versteht sich, dass die vorstehend genannten und die nachstehend
noch zu erläuternden Merkmale
nicht nur in der jeweils angegebenen Kombination, sondern auch in
anderen Kombinationen oder in Alleinstellung verwendbar sind, ohne
den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden in der
nachfolgenden Beschreibung näher
erläutert.
Es zeigen:
1 ein
Ausführungsbeispiel
der neuen Vorrichtung in einer vereinfachten, geschnittenen Draufsicht,
2 die
Vorrichtung aus 1 mit einer geöffneten
Tür zur
manuellen Entnahme eines Trägerkörpers,
3 ein
bevorzugtes Ausführungsbeispiel eines
Trägerkörpers zur
Aufnahme von Halbleiterwafern in einer geschnittenen Seitenansicht
(Linie III-III in 4),
4 den
Trägerkörper aus 3 mit
einer Vielzahl von eingestellten Wafern in einer Ansicht von vorne,
5 eine
vereinfachte Teildarstellung der Handlingeinheit zum Be- und Entladen
der Trägerkörper gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel,
6 eine
vereinfachte Darstellung der Handlingeinheit aus 5 in
einer gegenüber 5 um
90° verschwenkten
Betriebsposition, und
7 eine
vereinfachte Darstellung eines weiteren Ausführungsbeispiels der neuen Vorrichtung
in einer geschnittenen Draufsicht,
8 die
Vorrichtung aus 7 in einer Schnittebene unterhalb
der Schnittebene aus 7,
9 ein
weiteres Ausführungsbeispiel
der neuen Vorrichtung in einer vereinfachten, teilweise geschnittenen
Seitenansicht, und
10 eine
Teilansicht des Ausführungsbeispiels
aus 9.
In
den 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel
der neuen Vorrichtung in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 10 bezeichnet.
Die Vorrichtung 10 besitzt eine Umhäusung 12, in deren
Innenraum eine Handlingeinheit 14 und ein Trägergestell 16 mit einer
Vielzahl von Trägerkörpern 18 angeordnet
sind. Die Umhäusung 12 umgibt
die Handlingeinheit 14, das Trägergestell 16 und
die Trägerkörper 18 vollständig, so
dass der Innenraum der Umhäusung 12 gegenüber der
Außenwelt
abgeschlossen ist. Auf der Oberseite der Umhäusung 12 (hier nicht
dargestellt) sind in an sich bekannter Weise Filtereinheiten sowie ein
Gebläse
angeordnet, um innerhalb der Umhäusung 12 einen
von oben nach unten gerichteten Luftstrom zu erzeugen, der eine
Reinraumatmosphäre schafft.
Jeder
Trägerkörper 18 ist
dazu ausgebildet, eine Vielzahl von kontaminationsempfindlichen
Gegenständen
aufzunehmen. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel
sind die Gegenstände
Halbleiterwafer 20, die in einer vertikalen Ausrichtung
in die Trägerkörper 18 eingestellt
sind. In einem bevorzugten Ausführungsbeispiel
kann jeder Trägerkörper 100 Wafer mit
einem Durchmesser von 300 mm aufnehmen. Der relative Abstand der
eingelagerten Wafer voneinander beträgt dabei etwa 2,5 mm.
Die
Handlingeinheit 14 ist in diesem Ausführungsbeispiel ein 6-achsiger Roboter,
der im Bereich einer Ecke der Umhäusung 12 angeordnet
ist. Das Trägergestell 16 mit
den Trägerkörpern 18 umgibt
die Handlingeinheit 14 etwa C-förmig. Dabei verlaufen die Schenkel
des Trägergestells 16 weitgehend
parallel zu den Innenwänden
der Umhäusung 12.
Mit der Bezugsziffer 22 sind zwei Türen in den Seitenwänden der
Umhäusung 12 bezeichnet,
durch die ein manueller Zugriff auf die Trägerkörper 18 von hinten möglich ist.
In 2 ist schematisch dargestellt, wie ein Trägerkörper 81,
der lösbar
an dem Trägergestell 16 befestigt
ist, durch eine der Türen 22 entnommen werden
kann. Für
den Fall, dass die im Trägerkörper 81 gelagerten
Wafer auch bei der Entnahme unter Reinraumbedingungen gehalten werden
sollen, kann ein mobiler Reinraum bzw. ein entsprechendes Zelt (hier
nicht dargestellt) vor der Entnahme des Trägerkörpers 81 an die Umhäusung 12 angebaut
werden.
Die
Handlingeinheit 14 besitzt in diesem Ausführungsbeispiel
einen ersten Greifarm 24 und einen zweiten Greifarm 26,
die weiter unten anhand 5 noch näher erläutert werden. Mit der Bezugsziffer 28 ist
eine Ablage bezeichnet, auf der ein Wafer 20 in horizontaler
Ausrichtung abgelegt werden kann. Die Ablage ist bevorzugt ein so
genannter Prealigner mit einem Cognex-Leser. Der Prealigner richtet einen abgelegten
Wafer in einer definierten Position exakt aus. Mit dem Cognex-Leser
wird die Waferidentifizierung eingelesen.
Mit
der Bezugsziffer 30 ist eine Klappe bezeichnet, durch die
eine FOUP 32 in an sich bekannter Weise mit den Wafern 20 beladen
werden kann. Umgekehrt können
Wafer 20 aus einer FOUP 32 durch die Klappe 30 entnommen
und in der Vorrichtung 10 eingelagert werden.
In
den 3 und 4 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
für einen
Trägerkörper 18 in zwei
Ansichten dargestellt. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben
Elemente wie zuvor.
Der
Trägerkörper 18 besitzt
eine Rückwand 38,
eine Bodenwand 40 und zwei Seitenwände 42, 44,
die gemäß einem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
jeweils geschlossen (luftundurchlässig) sind. Im Eckbereich zwischen
der Rückwand 38 und
der Bodenwand 40 ist jedoch eine Öffnung freigelassen, d.h. die
Rückwand 38 und
die Bodenwand 40 schließen nicht aneinander an. Die Öffnung 46 ermöglicht einen
weitgehend wirbelfreien Luftstrom 48 von schräg oben nach
schräg
unten durch den Trägerkörper 18 und
somit an den vertikal angeordneten Wafern 20 vorbei. Trotz
des geringen relativen Abstandes zwischen den einzelnen Wafern 20 tritt
der Luftstrom 48 zwischen den einzelnen Wafern 20 hindurch
und sorgt dafür,
dass etwaig vorhandene Partikel und Fremdstoffe schräg nach unten
aus dem Trägerkörper 18 entfernt
werden.
Innerhalb
des Trägerkörpers 18 sind
in diesem Ausführungsbeispiel
vier kammartige Leisten mit schlitzartigen Aufnahmen 50, 52, 54, 56 angeordnet.
Die schlitzartigen Aufnahmen 50–56 sind so ausgebildet,
dass sie einen Wafer 20 mit einem Durchmesser von D = 300
mm in einer vertikalen Ausrichtung halten können. Wie in 3 gezeigt
ist, halten die schlitzförmigen
Aufnahmen 50–56 den
Wafer 20 im Wesentlichen an seiner Unter- und Rückseite,
wodurch eine Entnahme mit der Handlingeinheit 14 sehr einfach
möglich
ist. Die Außenabmessungen
des Trägerkörpers 18 betragen
in diesem Ausführungsbeispiel
etwa d1 = 330 mm, d2 =
330 mm und d3 = 280 mm.
Wie
in der Seitenansicht der 3 zu erkennen ist, besitzen
die Seitenwände 42, 44 im
vorderen, oberen Eckbereich (also etwa diametral gegenüber von
der Öffnung 46)
eine Ausnehmung 58, in die wahlweise ein Haltebügel 60 eingelegt
werden kann. So lange die Trägerkörper 18 an
dem Trägergestell 16 montiert
sind, wird der Haltebügel 60 nicht
benötigt
und ist daher nicht in der Ausnehmung 58 angeordnet. Wenn
es jedoch gewünscht
ist, einen Trägerkörper 18 von
dem Trägergestell 16 abzunehmen, wird
der Haltebügel 60 in
die Ausnehmung 58 eingelegt, um ein Herausfallen der Wafer 20 aus
dem Trägerkörper 18 zu
verhindern. In einem besonders bevorzugten Ausführungsbeispiel besitzt jeder
Trägerkörper 18 einen
Handgriff (hier nicht gezeigt), der mit dem Haltebügel 60 verbunden
ist, so dass eine Entnahme des Trägerkörpers 18 an dem Handgriff
nur möglich
ist, wenn der Haltebügel 60 in
der Ausnehmung 58 angeordnet ist.
In
den 5 und 6 sind die Details der Handlingeinheit 14 näher dargestellt.
Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben Elemente wie zuvor.
Wie
bereits oben erwähnt,
besitzt die Handlingeinheit 14 einen ersten Greifarm 24 und
einen zweiten Greifarm 26. Der erste Greifarm 24 ist
hier als Greifzange ausgebildet, mit der sich ein Wafer 20a in
vertikaler Ausrichtung an den Rändern
fassen lässt.
Die Greifzange 24 umgibt den Wafer 20a an seinem
Außenumfang
in etwa C-förmig.
An den freien Enden der Greifzange 24 sind erste Greifelemente 64, 66 angeordnet.
Wie in 5 dargestellt ist, umgibt die Greifzange 24 den
Wafer 20a hier entlang eines Kreisbogens oder Umfangsbereichs,
der einen Winkelbereich α von
mehr als 180° überspannt.
Die ersten Greifelemente 64, 66 können den
Wafer 20a daher ohne feste Klemmung und im Wesentlichen
allein aufgrund der Schwerkraft halten. Zur Aufnahme und zum Ablegen
eines Wafers 20a in einem der Trägerkörper 18 können die
ersten Greifelemente 64, 66 geöffnet werden, wobei in diesem
bevorzugten Ausführungsbeispiel
nur die Greifelemente 66 beweglich sind.
Der
zweite Greifarm 26 ist hier mit einem Y-förmigen Armteil
ausgebildet, an dessen Enden zweite Greifelemente 68, 70 angeordnet
sind. Wie in 6 dargestellt ist, spannen die
zweiten Greifelemente 68, 70 eine Ebene 72 auf,
die unterhalb des Armteils liegt. Ein Wafer 20b wird mithilfe
der Greifelemente 68, 70 in der Ebene 72 gehalten.
Demgegenüber
wird der Wafer 20a in der Greifzange 24 in einer
Ebene gehalten, die von der Greifzange 24 aufgespannt wird.
Andererseits ist der Umfangsbereich des Wafers 20b am zweiten
Greifarm 26 weitgehend frei, was es ermöglicht, den Wafer 20b mithilfe
des zweiten Greifarms 26 direkt in einer FOUP 32 abzulegen
bzw. aus einer FOUP 32 zu entnehmen. Daher können Wafer 20 mithilfe
des zweiten Greifarms 26 auch horizontal übereinander
gestapelt werden.
In
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Greifzange 24 und der zweite Greifarm 26 an den
freien Enden eines L-förmigen
Trägerwinkels 74 angeordnet.
Der Trägerwinkel 74 ist
um eine Achse 76 drehbar, die koaxial zu demjenigen Schenkel
des Trägerwinkels 74 liegt,
an dem der erste Greifarm 24 angeordnet ist. Dies ermöglicht es,
einen Wafer 20a in vertikaler Ausrichtung aus einem der
Trägerkörper 18 zu
entnehmen und durch eine 90°-Drehung
um die Achse 76 in eine horizontale Ausrichtung zu bringen.
In der horizontalen Ausrichtung kann der Wafer 20a auf
der Ablage 28 abgelegt werden. Dort wird er dann mit dem
zweiten Greifarm 26 aufgenommen und in eine FOUP 32 überführt. Umgekehrt
kann ein Wafer 20b in horizontaler Ausrichtung aus einer FOUP 32 entnommen
und auf der Ablage 28 abgelegt werden, von wo er mithilfe
des Greifarms 24 aufgenommen und in vertikale Ausrichtung
gebracht werden kann, um ihn in einen der Trägerkörper 18 abzulegen.
Wie
in 4 anhand eines Pfeils 62 dargestellt
ist, sind die schlitzförmigen
Aufnahmen 50–56 jeweils
als kammartige Leisten ausgebildet, die in Längsrichtung 62 verschiebbar
sind. Hierdurch ist es möglich,
die Aufnahmen 50–56 so
zueinander auszurichten, dass die Wafer 20 in der vertikalen
Ausrichtung gehalten werden, ohne in den Aufnahmen 50–56 zu
verkanten, und zwar selbst dann, wenn die Schlitzbreite der Aufnahmen 50–56 geringfügig größer ist
als die Dicke der einzelnen Wafer 20.
Die
Vorrichtung 10 ist in den dargestellten Ausführungsbeispielen
besonders gut zum Lagern von Wafern geeignet. Insbesondere kann
aufgrund der separaten („bare") Lagerung der Wafer
auf einen Sorter verzichtet werden, da die Vorrichtung 10 mithilfe
der beschriebenen Handlingeinheit 14 in der Lage ist, Wafer 20 aus
beliebigen Trägerkörpern 18 in
einer FOUP 32 zusammenzustellen. Besonders vorteilhaft
lässt sich
die neue Vorrichtung 10 aufgrund dieser Eigenschaft nutzen,
wenn sie mit einem so genannten FOUP-Stocker, also einem Lagersystem
für FOUPs,
kombiniert wird. In dieser Ausgestaltung kann eine vollautomatische
Bestückung
von FOUPs mit Wafern 20 ohne den bislang benötigten Sorter
realisiert werden. Aufgrund der vertikalen Lagerung der Wafer und
der damit verbundenen, hohen Packungsdichte ist eine hohe Lagerkapazität bei geringen
Raumanforderungen möglich.
Die Lagerung der einzelnen Wafer in separaten, kastenförmigen Trägerkörpern gewährleistet
außerdem,
dass Kreuzkontaminationen zwischen verschiedenen Wafern 20 trotz
der „offenen" Lagerung weitgehend
ausgeschlossen sind.
Bei
der nachfolgenden Beschreibung von weiteren Ausführungsbeispielen bezeichnen
gleiche Bezugszeichen jeweils dieselben Elemente wie zuvor.
Die 7 und 8 zeigen
ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel
der neuen Vorrichtung, das in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 80 bezeichnet
ist. Bei der Vorrichtung 80 umgibt eine Vielzahl von Trägerkörpern 81 eine
Handlingeinheit 82 kreisförmig. Die Handlingeinheit 82 ist
hier ein SCARA-Roboter mit einem Gelenkarm 84, der lediglich radial
in einer Horizontalebene parallel zur Betrachtungsebene in 7 und 8 beweglich
ist. Der Gelenkarm 84 ist im Kreismittelpunkt 86,
der durch die kreisförmige
Anordnung der Trägerkörper 81 definiert
wird, drehbar gelagert. Damit kann der Gelenkarm 84 Bewegungen
innerhalb der Horizontalebene und radial zum Kreismittelpunkt 86 ausführen. Der Gelenkarm 84 ist
optimal geeignet, um Gegenstände 20,
insbesondere Halbleiterwafer, in Radialrichtung aus den Trägerkörpern 81 zu
entnehmen bzw. in die Trägerkörper 81 einzulegen.
Bei
der Vorrichtung 80 sind eine Vielzahl von Trägerkörpern 81 ferner übereinander
angeordnet, ähnlich
wie dies in 9 und 10 für ein ähnliches
Ausführungsbeispiel
in seitlicher Ansicht dargestellt ist. Damit die Handlingeinheit 82 die
verschiedenen vertikalen Ebenen der Trägerkörper 81 erreichen kann,
ist der SCARA-Roboter mit dem Gelenkarm 84 an einem Schlitten 87 gelagert,
der entlang von zwei Führungsschienen 88 in
Vertikalrichtung (also senkrecht zur Betrachtungsebene in 7 und 8) verfahren
werden kann.
Die
Trägerkörper 81 sind
hier ähnlich
aufgebaut wie die Trägerkörper 18 aus
den 3 und 4. Sie sind hier insbesondere
dazu ausgebildet, Wafer 20 in vertikaler Ausrichtung aufzunehmen.
Im Unterschied zum vorhergehenden Ausführungsbeispiel besitzen die
Trägerkörper 81 hier
jedoch in der Draufsicht ein kreisringabschnittsförmiges Profil,
so dass sich durch die Anordnung der Trägerkörper 81 nebeneinander
der Kreisring ergibt. Jeder Trägerkörper 18 ist
somit an seiner Außenseite,
die von der Handlingeinheit 82 abgewandt ist, breiter als
an seiner Innenseite, die der Handlingeinheit 82 zugewandt ist.
Des Weiteren sitzen die Wafer 20 in den Trägerkörpern 81 in
einer V-förmigen
Anordnung. Jeder Wafer 20 ist auf den Kreismittelpunkt 86 ausgerichtet. Durch
diese Anordnung der Wafer 20 ergibt sich ein Düseneffekt
beim Durchströmen
der Trägerkörper 81 mit
einem Reinigungsgas von außen
nach innen.
Vorteilhafterweise
besitzen die Trägerkörper 81 in
diesem Ausführungsbeispiel
Anschlüsse 90 zum
Zuführen
des Reinigungsga ses. Die Anschlüsse 90 sind
hier an der breiteren Rückseite
der Trägerkörper 81 angeordnet,
so dass die Trägerkörper 81 von der
Rückseite
her mit dem Reinigungsgas durchspült werden können. Außerdem besitzt jeder Anschluss 90 ein
hier nicht näher
dargestelltes Ventil 91, mit dem die Anschlüsse 90 wahlweise
geöffnet
oder geschlossen werden können.
Damit ist es möglich,
die Trägerkörper individuell
mit Reinigungsgas zu durchspülen,
was besonders von Vorteil ist, wenn die Trägerkörper 81 unterschiedlich
beladen sind.
8 ist
eine Draufsicht auf die Vorrichtung 80 entlang einer Schnittebene,
die in etwa der Schnittebene VIII-VIII aus 9 entspricht.
Wie man aus der Draufsicht in 8 erkennen
kann, „fehlen" in den unteren Lagen
der Vorrichtung 80 einige Trägerkörper 81. In dem so
erhaltenen Freiraum ist eine zweite Handlingeinheit 92 und
ein Prealigner 94 angeordnet.
Die
erste Handlingeinheit 92 ist dazu ausgebildet, einen aus
dem Trägerkörper 81 entnommenen Wafer 20 auf
den Prealigner 94 abzulegen. Dazu ist die Handlingeinheit 82 in
der Lage, einen in vertikaler Ausrichtung aus den Trägerkörpern 18 entnommenen
Wafer in eine horizontale Lage zu bringen und auf dem Prealigner 94 abzulegen.
Der Prealigner 94 richtet den Wafer 20 in horizontaler
Lage exakt aus. Anschließend
wird der Wafer 20 mit der zweiten Handlingeinheit 92 erfasst
und dann in einer Ein/Ausgabestation 96 in eine FOUP 32 eingelegt.
Es versteht sich, dass die Ein-/Ausgabestation 96 einen luftdichten
Anschluss an die Umhäusung 12 der
Vorrichtung 80 besitzt, so dass der Wafer 20 kontaminationsfrei
in die FOUP 32 eingelegt werden kann. Umgekehrt kann die
zweite Handlingeinheit 92 einen Wafer 20 aus einer
FOUP 32 an der Ein-/Ausgabestation entnehmen und auf den Prealigner 94 ablegen.
von dort wird der Wafer 20 mit der ersten Handlingeinheit 82 aufgenommen
und in einen der Trägerkörper 81 eingelagert.
Wie
in den 7 und 8 vereinfacht dargestellt ist,
ist die zweite Handlingeinheit 92 hier ebenfalls ein SCARA-Roboter
mit einem Gelenkarm, der lediglich in einer Horizontalebene und
radial zu einem Kreismittelpunkt bewegbar ist.
In
dem Ausführungsbeispiel
gemäß 7 und 8 besitzt
die Ein-/Ausgabestation 96 zwei Aufnahmen zum Beladen einer
FOUP 32. Dies ist von Vorteil, weil die Vorrichtung 80 dadurch
die Funktion eines Sorters erfüllt,
d.h. sie ist in der Lage, Wafer 20 aus einer FOUP 32 in
eine andere FOUP 32 umzulagern und ggf. neu zu sortieren.
9 zeigt
ein weiteres Ausführungsbeispiel der
neuen Vorrichtung, das in seiner Gesamtheit mit der Bezugsziffer 100 bezeichnet
ist. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen dieselben Elemente wie zuvor.
Im
Prinzip ist die Vorrichtung 100 mit der Vorrichtung 80 aus
den 7 und 8 identisch, d.h. sie besitzt
eine Vielzahl von Trägerkörpern, die
vertikal übereinander
und kreisförmig
um eine Handlingeinheit 82 herum angeordnet sind. Der einzige
Unterschied zu der Vorrichtung 80 besteht hier darin, dass die
Wafer 20 in horizontaler Ausrichtung in den Trägerkörpern 102 gelagert
sind. Damit entfällt
die Notwendigkeit, dass die Handlingeinheit 82 die Wafer 20 beim
Einlagern und Entnehmen aus den Trägerkörpern 102 um 90° drehen muss.
Im Übrigen
entspricht die Vorrichtung 100 der Vorrichtung 80 aus
den 7 und 8.
Um
die Bewegungsbahn der ersten Handlingeinheit 82 zu verdeutlichen,
ist die erste Handlingeinheit 82 hier in zwei vertikalen
Endpositionen dargestellt, von denen eine mit der Bezugsziffer 82' bezeichnet
ist.
In
der seitlichen Darstellung in 9 ist erkennbar,
dass die Vorrichtung 100 (ebenso wie die Vorrichtung 80)
oben eine Gebläse-
und Filtereinheit 104 aufweisen, die einen Strom eines
Reinigungsgases, insbesondere gefilterte Luft, durch den Innenraum
der Umhäusung 12 erzeugen.
Wie in 10 anhand einer Teilansicht
dargestellt ist, saugt die Gebläse-
und Filtereinheit 104 Umgebungsluft oberhalb der Vorrichtung 100 an.
Die angesaugte Umgebungsluft wird gereinigt und getrocknet und anschließend in
den Innenraum der Umhäusung
geführt.
In dem dargestellten Ausführungsbeispiel
wird die gereinigte Luft über
Anschlüsse 90 an
der Rückseite
der einzelnen Trägerkörper 102 geführt, und
sie gelangt von dort in die einzelnen Trägerkörper 102. Der Luftstrom
bzw. das Reinigungsgas tritt also an der Rückseite der Trägerkörper 102 ein,
tritt an der geöffneten Vorderseite
der Trägerkörper 102 aus
und fließt
von dort nach unten, wie dies bei der Bezugsziffer 106 in 10 vereinfacht
dargestellt ist. Wie bereits weiter oben erwähnt, wird durch diese Strömungsrichtung bei
vertikaler Lagerung ein Düseneffekt
erreicht, der die Reinigungswirkung noch verstärkt. Eine gute Durchströmung lässt sich
jedoch auch bei der horizontalen Lagerung erreichen, wie sie in
den 9 und 10 dargestellt ist. Des weiteren
ist es prinzipiell auch möglich,
die Wafer von innen nach außen zu
durchspülen,
wie dies in den Ausführungsbeispielen
der 1 bis 5 der Fall ist.
Wie
schon anhand der Ausführungsbeispiele in
den 7 bis 10 ersichtlich ist, können einzelne
Merkmale der dargestellten Ausführungsbeispiele auch
untereinander kombiniert werden. So ist es beispielsweise möglich, eine
Vorrichtung 10, wie sie in den 1 und 2 dargestellt
ist, zum Lagern von Wafern in horizontaler Ausrichtung zu verwenden, wenn
die Trägerkörper 18 entsprechend
ausgebildet sind. Wenngleich eine vertikale Lagerung aufgrund der
höheren
Packungsdichte und der besseren Durchströmung bevorzugt ist, gibt es
einige Anwender, die eine horizontale Lagerung bevorzugen. Des Weiteren
können
auch die Trägerkörper 18 aus
den 1 und 2 mit Anschlüssen 90 versehen sein, um
eine individuelle Durchströmung
der Trägerkörper zu
erreichen. Vorzugsweise sind die Anschlüsse dann im oberen vorderen
bereich der Trägerkörper angeordnet.
Umgekehrt können
die Trägerkörper 81 und 102 aus
den Ausführungsbeispielen
in den 7 bis 10 auch von innen nach außen durchströmt werden,
wie dies anhand der 3 und 4 erläutert wurde.
Des Weiteren ist es beispielsweise möglich, eine kreisförmige Anordnung
von Trägerkörpern mit
einem Sechs-Achs-Roboter als Handlingeinheit zu kombinieren.
Abschließend sei
der Vollständigkeit
halber erwähnt,
dass die vorliegende Erfindung auch zum Lagern von anderen kontaminationsempfindlichen, plattenförmigen Gegenständen verwendet
werden kann, beispielsweise also zum Lagern von Retikeln. Es versteht
sich, dass die kastenartigen Trägerkörper 18 mit
den schlitzförmigen
Aufnahmen 50–56 dann an
die Außenabmessungen
der Retikel angepasst sein müssen.
Ebenso müssen
die Greifelemente der Handlingeinheit 14 an die Außenabmessungen
der Retikel angepasst sein.