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Die
Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufbewahrung einer Vielzahl
von Wafern mit einem Speicherbehälter,
in welchem die Wafer in mehreren horizontal ausgedehnten, vertikal
voneinander beabstandeten Lagen angeordnet sind, sowie mit einem Handhabungsmodul,
insbesondere einem Roboterarm, der Zugriff auf die im Speicherbehälter angeordneten
Wafer hat.
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Derartige
Einrichtungen sind in der Halbleiter-Industrie seit geraumer Zeit
in Verwendung und dienen der Aufbewahrung, der Speicherung und dem Abruf
von Wafern, die ihrerseits eine Grundlage zur Herstellung von Halbleiterelementen
bilden.
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Bei
bekannten Einrichtungen dieser Art werden die Wafer-Scheiben, welche
in der Regel einen Durchmesser von ca. 300 mm und eine Dicke von weniger
als 1 mm, meistens in der Größenordnung 0,75
bis 0,8 mm aufweisen, in einer vertikalen Ausrichtung in den Schlitzen
eines Trägers
(= carrier) aufbewahrt. Innerhalb eines herkömmlichen Speicherbehälters wird
eine Vielzahl von linear in Reihen angeordneten Trägern, die
sich jeweils in Boxen befinden, in Stapeln von mehreren vertikal übereinander
angeordneten Lagen mit einem vertikalen Zwischenraum von jeweils
ca. 200 mm aufbewahrt. Zum Befüllen
des Speicherbehälters
sowie zur Entnahme von Wafern ist bei den bekannten Einrichtungen
ein Handhabungsmodul vorgesehen, welches einen Greifer umfasst,
der die Wafer aus den Trägerboxen
in vertikaler Richtung hinauszieht, um 90° wendet und horizontal auf einen
Transport-Träger
auflegt, um sie schließlich
innerhalb einer Transport-Box zu einem Zielort zu transportieren.
Beim Einfüllen
von Wafern in den Speicherbehälter
läuft der
umgekehrte Vorgang ab.
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Nachteilig
bei den bekannten Einrichtungen zur Aufbewahrung einer Vielzahl
von Wafern (= Wafer-Stocker) ist die umständliche Handhabung beim Zugriff
auf die einzufüllenden
oder herauszunehmenden Wafer. Hinzu kommt entweder eine schlechte Raumausfüllung des
Speicherbehälters
mit den einzufüllenden
Wafern oder bei guter Raumausfüllung mit
Linear-Boxen ein umständlicher
Zugriff durch den Greifer. Außerdem
kann bei einer derartigen rechtwinkligen Speicherung der Wafer in
den Träger-Reihen
immer nur eine einzige Boxenreihe in horizontaler Richtung vorhanden
sein, weil sonst mittels des von einer Seite des Speicherbehälters wirkenden Greifers
kein Zugriff auf eine dahinter liegende Box möglich wäre.
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Aufgabe
der vorliegenden Erfindung ist es demgegenüber, eine Einrichtung der eingangs
beschriebenen Art mit möglichst
einfachen Mitteln dahin gehend zu verbessern, dass eine günstigere Raumausfüllung mit
den zu speichernden Wafern sowie ein besserer Servicezugriff ermöglicht wird,
wobei die Einrichtung so gestaltet sein soll, dass ein einziges
Handhabungsmodul für
eine Vielzahl von Speicherbehältern
eingesetzt werden kann und dass ein System von Speicherbehältern in
modularer Weise beliebig ausbaubar sein soll.
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Erfindungsgemäß wird diese
Aufgabe auf ebenso überraschend
einfache wie wirkungsvolle Art und Weise dadurch gelöst, dass
die Wafer horizontal ausgerichtet und in mehreren ringförmigen Lagen
auf einer Halterungsvorrichtung innerhalb des Speicherbehälters angeordnet
sind, wobei die Lagen vertikal voneinander beabstandet sind, dass
die ringförmigen Lagen
auf der Halterungsvorrichtung um eine vertikale Achse rotierbar
sind, und dass das Handhabungsmodul in Verbindung mit der Rotation
der Lagen Zugriff auf jede Waferposition innerhalb der Halterungsvorrichtung
hat und jedes beliebige Wafer auf eine Position innerhalb der Halterungsvorrichtung
transportieren und von dort auch wieder entnehmen kann.
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Durch
die erfindungsgemäße Anordnung können die
aufzubewahrenden Wafer im Speicherbehälter besonders raumfüllend untergebracht
werden, wobei aufgrund der auf der Halterungsvorrichtung um eine
vertikale Achse rotierbaren ringförmigen Lagen ein optimaler
Servicezugriff mittels eines einzigen, zentral angeordneten Handhabungsmoduls
für eine
Vielzahl von gleichartigen Speicherbehältern ermöglicht wird. Auf diese Weise
entsteht ein modulares System, das in gewissen Grenzen beliebig
ausbaubar und besonders servicefreundlich ist.
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Bei
einer besonders bevorzugten Ausführungsform
der erfindungsgemäßen Einrichtung
sind die vertikal übereinander
angeordneten ringförmigen Lagen
von Wafern gemeinsam um die vertikale Achse rotierbar. Dadurch kann
die Halterungsvorrichtung besonders einfach aufgebaut werden, da
die übereinander
angeordneten Lagen starr miteinander verbunden werden können. Alternativ
ist allerdings auch denkbar, dass jede einzelne ringförmige Lage
für sich um
die vertikale Achse rotierbar ist.
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Einen
besonderen Vorteil bietet eine Ausführungsform der Erfindung, bei
der die Wafer mit Hilfe des Handhabungsmoduls in horizontaler Lage
auf ihre jeweilige Position innerhalb der Halterungsvorrichtung
transportiert und von dort entnommen werden können. Auf diese Weise kann
der Roboterarm des Handhabungsmoduls viel simpler gestaltet werden,
weil eine Verschwenkung um 90° bei
der Übergabe
aus dem Transportträger
in die Halterungsvorrichtung, wie dies beim oben diskutierten Stand
der Technik der Fall ist, nicht mehr erforderlich ist.
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Ganz
besonders bevorzugt ist eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,
bei der der Speicherbehälter
in horizontaler Richtung einen polygonalen, vorzugsweise einen hexagonalen Querschnitt
aufweist. In einem derartig geformten Speicherbehälter können die
ringförmigen
Lagen von Wafern in der Halterungsvorrichtung besonders raumsparend
untergebracht werden. Insbesondere ein hexagonaler Querschnitt ermöglicht eine
optimale Raumausfüllung
sowie die Möglichkeit
zu vielfältigem
Andocken von den Seitenwänden
des Speicherbehälters
her.
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Eine
gleichermaßen
bevorzugte Ausführungsform
der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, dass das Handhabungsmodul
in einem Behälter
untergebracht ist, der in horizontaler Richtung einen polygonalen,
vorzugsweise einen hexagonalen Querschnitt aufweist. Insbesondere
in Verbindung mit der oben beschriebenen Ausführungsform lassen sich damit
besonders einfach und mit hoher Flexibilität in der individuellen Gestaltung
der Anordnung ganze Cluster von Speicherbehältern modular zusammenfügen, wobei
das Handhabungsmodul seinerseits vorzugsweise dieselbe Querschnittsform
aufweist wie die Speicherbehälter.
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Die
Vorteile der erfindungsgemäßen Einrichtung
kommen besonders bei Ausführungsformen
zur Geltung, bei denen das Handhabungsmodul von außen an einen
oder mehrere Speicherbehälter
andockbar ist. Auf diese Weise können
die Speicherbehälter
und das Handhabungsmodul als getrennte Einheiten hergestellt und
angeliefert werden, wobei beim Endkunden je nach Anforderung mit
einer enormen Gestaltungsfreiheit unterschiedliche Gruppierungen
von Speicherbehältern
und Handhabungsmodul arrangiert werden können.
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Bei
einer besonders bevorzugten Weiterbildung dieser Ausführungsform
sind mehrere Speicherbehälter
um ein zentral angeordnetes Handhabungsmodul herum gruppiert. Auf
diese Weise lässt
sich eine optimale Raumausfüllung
erreichen, wobei, wie bereits oben erwähnt, nur ein einziges, in der
Regel mit einer aufwändigen
Roboter-Greifeinrichtung ausgestaltetes Handhabungsmodul zur Bedienung
einer Vielzahl von satellitenartig angeordneten Speicherbehältern eingesetzt
werden muss.
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Vorteilhaft
sind auch Weiterbildungen, bei denen das Handhabungsmodul auch an
andere Funktionseinheiten, insbesondere an Waferprüfstationen,
andockbar ist. So kann modular je nach Kundenwunsch und Erfordernissen
des speziellen industriellen Einsatzes ohne großen zusätzlichen Planungsaufwand eine
Gesamtanlage konzipiert werden, die optimal raumsparend, besonders
effektiv und servicefreundlich ist und auch aufgrund der Interkompatibilität der einzelnen
Baumodule eine preisgünstige
Herstellung erlaubt.
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Ganz
besonders bevorzugt ist eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Einrichtung,
bei der eine Belüftungsvorrichtung
vorgesehen ist, die horizontale Strömungen von Luft oder Schutzgas
erzeugen kann, welche an den Oberflächen der Wafer innerhalb des
Speicherbehälters
vorbeistreichen. Auf diese Weise werden die horizontal ausgerichteten
Oberflächen
der im erfindungsgemäßen Speicherbehälter eingelagerten
Wafer optimal von Kontaminationen freigehalten, was entscheidend
für die
Herstellung von fehlerfrei funktionierenden Halbleiter-Bauelementen
ist.
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Eine
ganz besonders bevorzugte Weiterbildung dieser Ausführungsform
sieht vor, dass die Belüftungsvorrichtung
innerhalb der ringförmigen
Lagen von Wafern radial von der vertikalen Rotationsachse weg nach
außen
gerichtete Strömungen
von Luft oder Schutzgas erzeugen kann. Durch diese radiale Strömung von
innen nach außen
wird auch bei einem Öffnen
des Behälters
die Kontaminationsgefahr für die
eingelagerten Wafer minimal gehalten. Wenn beispielsweise eine Tür in der
Wand des Speicherbehälters
geöffnet
wird, strömt
die Luft oder das Fluid aus der Belüftungsvorrichtung unter leichtem Überdruck gegenüber der
Außenatmosphäre aus der
Tür heraus,
ohne dass von außen
Schmutzpartikel oder andere Kontaminationen entgegen der Strömungsrichtung
in das Innere des Speicherbehälters
gelangen können.
Bei den bekannten Einrichtungen nach dem Stand der Technik wird
demgegenüber
immer nur eine Strömung
im Behälter
von oben nach unten erzeugt, sodass sich der geschilderte Vorteil
einer radial von innen nach außen
gerichteten Strömung
gerade nicht erzielen lässt
und beim Öffnen
der Einrichtungen besondere Vorkehrungen getroffen werden müssen.
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Bei
einer vorteilhaften Weiterbildung der obigen Ausführungsformen
schließlich
umfasst die Belüftungsvorrichtung
eine Filtereinrichtung zur Filterung des durch die Belüftungsvorrichtung
strömenden
Fluids, um Schmutzpartikel von den vom Fluid überstrichenen Oberflächen fernzuhalten.
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Weitere
Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden
detaillierten Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand
der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten
zeigt, sowie aus den Ansprüchen.
Die einzelnen Merkmale können
je einzeln für
sich oder zu mehreren in beliebigen Kombinationen bei Varianten
der Erfindung verwirklicht sein.
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Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und
werden in der nachfolgenden Beschreibung näher erläutert.
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Es
zeigen:
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1 eine
schematische räumliche
Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten Speicherbehälters schräg von oben
mit Blick auf eine Zugangstür;
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2a eine
horizontale Ansicht des Speicherbehälters nach 1 mit
Blickrichtung auf die Zugangstür;
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2b einen
Vertikalschnitt längs
der Linie B-B des Speicherbehälters
in 2a;
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2c einen
Horizontalschnitt längs
der Linie A-A durch den Speicherbehälter aus 2a;
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3 eine
räumliche
Darstellung eines erfindungsgemäß ausgebildeten
Handhabungsmoduls schräg
von oben;
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4a ein „Cluster", gebildet aus einem Handhabungsmodul
entsprechend 3 sowie zwei daran angedockten
Speicherbehältern
entsprechend 1;
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4b ein
Cluster nach 4a in einer um 90° rotierten
Ansicht schräg
von oben; und
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5 einen
Horizontalschnitt durch eine Clusteranordnung nach den 4a bzw. 4b.
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Der
in der 1 räumlich
und in den 2a bis 2c in
schematischen Schnittzeichnungen dargestellte Speicherbehälter 1 ist
Teil einer erfindungsgemäßen Einrichtung
zur Aufbewahrung einer Vielzahl von Wafern 2, welche in
mehreren horizontal ausgedehnten, vertikal voneinander beabstandeten Lagen 3 ringförmig und
horizontal ausgerichtet auf einer Halterungsvorrichtung 5 innerhalb
des Speicherbehälters 1 angeordnet
sind. Die ringförmigen
Lagen 3 sind auf der Halterungsvorrichtung 5 um
eine vertikale Achse a rotierbar.
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In
den 3 und 5 ist zudem ein Handhabungsmodul 4 dargestellt,
das bei den gezeigten Ausführungsbeispielen
als Roboterarm ausgeführt ist,
mit welchem in Verbindung mit der Rotation der Lagen 3 ein
Zugriff auf jede Waferposition innerhalb der Halterungsvorrichtung 5 ermöglicht wird
und jedes beliebige Wafer 2 auf eine bestimmte Position
innerhalb der Halterungsvorrichtung 5 transportiert und von
dort auch wieder entnommen werden kann.
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Das
Handhabungsmodul 4 ist in einem Behälter 6 untergebracht,
der ebenso wie die in der Zeichnung dargestellten Speicherbehälter 1, 1', 1'' einen polygonalen, in den gezeigten
Ausführungsbeispielen
hexagonalen Querschnitt aufweist. In den 4a, 4b und 5 ist
gezeigt, wie um ein zentral angeordnetes Handhabungsmodul 4 herum mehrere
Speicherbehälter 1', 1'' gruppiert und von außen angedockt
sein können.
Dadurch wird zur Beschickung von mehreren Speicherbehältern nur
ein einziges Handhabungsmodul 4 erforderlich, mit dessen
Hilfe die Wafer 2 in horizontaler Lage auf ihre jeweilige
Position innerhalb einer Lage 3', 3'' der
Halterungsvorrichtung 5', 5'' eines Speicherbehälters 1', 1'' transportiert und von dort wieder
entnommen werden können.
Zu diesem Zweck sind die vertikal übereinander angeordneten ringförmigen Lagen 3', 3'' von Wafern 2 jeweils
gemeinsam um die vertikale Achse a', a'' der entsprechenden
Halterungsvorrichtung 5', 5'' rotierbar.
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Zum
Schutz der Wafer 2 vor Kontamination ist bei den Speicherbehältern 1, 1', 1'' jeweils eine Belüftungsvorrichtung 7 vorgesehen,
mit welcher eine horizontale Fluidströmung von Luft oder Schutzgas
erzeugt werden kann, die an den Oberflächen der Wafer 2 innerhalb
des jeweiligen Speicherbehälters 1, 1', 1'' vorbeistreichen kann. Insbesondere
ist die Belüftungsvorrichtung 7 so
gestaltet, dass sie innerhalb der ringförmigen Lagen 3, 3', 3'' radial von der jeweiligen vertikalen
Rotationsachse a, a',
a'' weg nach außen gerichtete
Strömungen
erzeugen kann. Außerdem
ist jeweils eine Filtereinrichtung 8, 8', 8'' vorgesehen, mit der die im strömenden Fluid
befindlichen Partikel ausgefiltert werden können, um ein Reinstumfeld der
gespeicherten Wafer 2 zu erzeugen. Die Filtereinrichtung 8, 8', 8'' wird über einen in der Zeichnung
nicht näher
dargestellten Ventilator mit der entsprechenden Fluidmenge versorgt.
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Bei
den gezeigten Ausführungsbeispielen
ist die Filtereinrichtung 8, 8', 8'' jeweils
als Rundkörper ausgebildet,
der mit Hilfe einer Zentriervorrichtung im jeweiligen Speicherbehälter 1, 1', 1'' befestigt ist. Aufgrund des in
radialer Richtung horizontal zwischen den gespeicherten Wafern 2 hindurchströmenden gefilterten
Fluids wird nicht nur eine Kontamination der Wafer 2 im
geschlossenen Zustand des Speicherbehälters 1, 1', 1'' verhindert, sondern darüber hinaus
auch bei einem Zugriff von außen
auf die Waferstapel ein unerwünschter
Eintrag von Kontaminationspartikeln in den Innenbereich vermieden.
Dies ist auch hinsichtlich der Servicefreundlichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung
von entscheidender Bedeutung.
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Zwischen
den Filtereinrichtungen 8, 8', 8'' und
den ringförmigen
Lagen 3, 3', 3'' von Wafern 2 sind, wie
in den 2c und 5 erkennbar
ist, Ionisierstäbe 9, 9', 9'' positioniert, welche eine statische
Aufladung der Wafer 2 verhindern sollen.
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Um
auch Wafer 2, die mit dem Handhabungsmodul 4 in
dessen Behälter 6 transferiert
wurden, vor einer Kontamination zu schützen, ist, wie in 3 gezeigt,
auch für
den Behälter 6 eine
Belüftungsvorrichtung 7' vorgesehen,
die eine in der Zeichnung nicht näher dargestellte Filtereinrichtung enthält. Bei
dem gezeigten Ausführungsbeispiel
bildet die Belüftungsvorrichtung 7' mit ihrer Filtereinheit das
Dach des Behälters 6 und
erzeugt für
das im Inneren des Behälters 6 befindliche
Equipment einen sauberen laminaren Belüftungsstrom.
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Wie
den 3 bis 5 entnommen werden kann, sind
an den Behälter 6 des
Handhabungsmoduls 4 außer
den gezeigten Speicherbehältern 1', 1'' auch noch andere Funktionseinheiten
andockbar, beispielsweise Beladungs- und Entnahmestationen 10,
eine Steuerungseinheit 11 mit Eingabeeinrichtung 12 oder
beispielsweise auch eine in der Zeichnung nicht dargestellte Waferprüfstation.
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Auf
die Belade- und Entnahmestationen 10 können beispielsweise Wafer-Kassetten 13 aufgesetzt
werden, die jeweils mit Wafern 2 bestückt sind, in der Regel bis
zu 25 Stück.
Die Wafer-Kassetten 13 sind hermetisch dicht gegen die
Umgebungsatmosphäre
abgeschirmt, sodass sich innerhalb der Kassetten die Wafer 2 durch
Reinräume
mit niedrigerer Reinraumqualität
problemlos transportieren lassen. Die Kassetten 13 können als
so genannte FOUP (- Front Opening Unified Pod) ausgeführt sein.
Nach dem Aufstellen der jeweiligen Kassette 13 auf die
Belade- und Entnahmestation 10 wird die Frontseite gegen
den Rahmen einer Schleusentür
gedrückt,
um die Kassette 13 gegen das Eindringen von Außenatmosphäre abzudichten.
Sobald dies geschehen ist, öffnet
eine innere Schleusentür
gleichzeitig die Vorderseite der Kassette 13, woraufhin
dann das Handhabungsmodul 4 unter Reinstraumbedingungen
auf die jeweiligen Wafer 2 zugreifen kann.
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Außer den
erwähnten
Schleusentüren
kann der Behälter 6 auch
noch eine oder mehrere Servicetüren 14 aufweisen,
durch welche ein Zugriff ins Innere des Behälters 6 ermöglicht wird.
Ebenso können auch
die Speicherbehälter 1, 1', 1'' derartige Servicetüren 15, 15', 15'' aufweisen.
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Sowohl
bei den Speicherbehältern 1, 1', 1'' als auch beim Behälter 6 mit
dem Handhabungsmodul 4 können die jeweils vorgesehenen
Andockpositionen, welche mechanische Interface-Einheiten zu anderen
in der jeweiligen Konfiguration enthaltenen Modulen darstellen,
derart justiert werden, dass die angedockten Module zur zentralen
Handhabung hin ausgerichtet werden. Die Andockpositionen sollten normiert
bzw. standardisiert sein, um den anzudockenden Modulen identische
Anschlussgeometrien zu ermöglichen.
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Das
Handhabungsmodul 4 ist an eine Z-Hubachse 16 angeschlossen,
mit welcher es vertikal verfahren werden kann, um einen Zugriff über die
gesamte Höhe
der an den Behälter 6 angedockten
Module zu ermöglichen.
Damit kann das Handhabungsmodul 4 die Wafer 2 in
jeder möglichen
Position mittels einer Greifhand am Außenrand mechanisch ergreifen
und transportieren. Die Greifhand ist dabei so konstruiert, dass
sie in der Lage ist, den korrekten Griff auf das Wafer 2 zu
detektieren und verifizieren. Dazu besitzt die Greifhand einen in
der Zeichnung nicht dargestellten optischen Sensor, der die korrekte Position
des zu greifenden und zu platzierenden Wafers 2 überprüft.
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Innerhalb
des Behälters 6 mit
dem Handhabungsmodul 4 kann auch ein in der Zeichnung nicht näher dargestellter
Prealigner vorgesehen sein, der die Aufgabe hat, die zu handhabenden
Wafer 2 zu zentrieren und radial auszurichten. Die Radialausrichtung
kann erforderlich sein, um die Wafer 2 so zu positionieren,
dass ein darauf angebrachter Schriftcode in den Fangbereich der
Optik eines OCR-Lasers gerät.
Ein solcher Prealigner benutzt für
die radiale Ausrichtung der Wafer 2 Markierungen (= notches),
welche am jeweiligen Waferrand angebracht sind.