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Dokumentenidentifikation DE19726305C2 05.06.2003
Titel System zum Transportieren von Objekten zwischen Umgebungen mit kontrollierten Bedingungen
Anmelder Fusion Systems Corp., Rockville, Md., US
Erfinder Walker, Delroy, Springdale, Md., US;
Furches, Danny, Columbia, Md., US;
Zihmer, Joseph, Frederick, Md., US;
Garmer, Christopher J., Rockville, Md., US
Vertreter Prinz und Partner GbR, 81241 München
DE-Anmeldedatum 20.06.1997
DE-Aktenzeichen 19726305
Offenlegungstag 15.01.1998
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 05.06.2003
Veröffentlichungstag im Patentblatt 05.06.2003
IPC-Hauptklasse B65G 49/07

Beschreibung[de]

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf Systeme mit hermetisch abgedichteten Transportkästen (SMIF-Systeme) zum Transportieren von Halbleiterwafern zwischen Umgebungen mit kontrollierten Bedingungen während der zur Herstellung integrierter Schaltungen (IC's) erfolgenden Bearbeitung der Wafer.

Bei der Herstellung integrierter Schaltungen wird ein kreisförmiger Wafer aus monokristallinem Silicium einer Reihe von bekannten Bearbeitungsschritten wie Oxidation zur Bildung von Isolationsschichten aus Siliciumdioxid, Abscheidung von Metallschichten und Maskieren und Ätzen der Metallschichten zur Bildung leitender Bahnen, ausgesetzt. Auf diese Weise werden eine große Anzahl extrem kleiner und komplexer integrierter elektrischer Schaltungen auf dem Halbleiterwafer gebildet. Wegen der sehr kleinen Größe dieser Schaltungsanordnungen genügt schon ein relativ kleines Verunreinigungspartikel, um einen Kurzschluß oder einen unterbrochenen Stromkreis zu verursachen. Eine solche Verunreinigung kann auch verhindern, daß Prozeßchemikalien gewisse Bereiche des Wafers während Bearbeitungsschritten erreichen, die für die Schaltungserzeugung kritisch sind. Zu den möglichen Teilchenverunreinigungsquellen gehören das Personal, die Handhabungsausrüstung, Prozeßchemikalien, die sich bewegende Luft und die Wafer selbst.

Bei früheren Versuchen zur Überwindung der Verunreinigungsprobleme war es erforderlich, die Halbleiterwafer in Reinräumen mit gefilterter und zirkulierender Luft und geeignetem Personal zu bearbeiten. Solche Reinraumumgebungen bringen aber leider verschiedene Nachteile mit sich. Speziell entworfene Reinräume sind teuer zu bauen und zu erhalten und außerdem ziemlich schwierig und teuer zu betreiben, da das Personal, das in solchen Räumen arbeitet, immer hundertprozentig geeignet sein muß. Außerdem ist das Reinraumverfahren oft nicht ausreichend wirksam, wenn die kleinste Strukturgröße auf dem Wafer unter 1 µm liegt, was man jetzt dort antreffen kann, wo die Bemessungen bei den neueren integrierten Schaltungsprodukten reduziert wurden.

Eine ziemlich neue Entwicklung zur Überwindung dieser Nachteile der Reinräume ist die Verwendung von Waferkassetten bei den sogenannten SMIF-Systemen, d. h. den Systemen mit hermetisch abgedichteten Transportkästen. Diese Systeme basieren auf dem Grundgedanken, daß ein relativ kleines Volumen partikelfreier Luft um jedes Bearbeitungsgerät, ohne interne Quelle zur Erzeugung von Partikeln, eine verbesserte, von Verunreinigungen freie Umgebung für die Bearbeitung von Siliciumwafern liefert.

Ein SMIF-System besteht aus zwei Grundbestandteilen, einer Mini-Umgebung mit kontrollierten Bedingungen unter einem Schutzdach oder einem anderen Gehäuse, das den Waferbearbeitungsmechanismus bzw. die Waferbearbeitungsmechanismen jedes Bearbeitungsgeräts umgibt, und einer reinen Umgebung mit kontrollierten Bedingungen in einem Waferträger oder einer Schutzbox zum Transportieren von Wafern von einem Bearbeitungsgerät zum anderen. Jeder Träger muß eine Kassette oder einen anderen Halter zum Halten von mehreren Halbleiterwafern umfassen. Anstatt eine reine Umgebung in einem gesamten Raum aufrechtzuerhalten, in dem außerdem Personal arbeitet, wird eine reine Mini-Umgebung lediglich innerhalb der Bearbeitungsmaschine und in der Schutzbox zum Tragen und Transportieren der Wafer aufrechterhalten.

Die Kassette, die die Wafer hält, wird aus der reinen Umgebung des Trägers in die reine Umgebung der Bearbeitungsmaschine durch eine Luke in dem Schutzdach der Bearbeitungsmaschine transportiert. Nachdem die einzelnen Wafer bearbeitet worden sind, werden sie in die gleiche oder eine andere Kassette zurückgesetzt, und die wieder neu geladene Kassette wird dann in den gleichen oder einen anderen Träger durch die gleiche oder eine andere Schutzdachluke transportiert.

Ein Beispiel eines herkömmlichen SMIF-Systems ist in den US-Patenten Nr. 4,532,970 und Nr. 4,616,683 beschrieben, auf deren Inhalt hier ausdrücklich Bezug genommen wird. Herkömmliche SMIF-Systeme dieser Art weisen verschiedene Nachteile auf, die sich aus der Notwendigkeit des Absenkens der Kassette von einer oberen Trägerladestation außerhalb des Schutzgehäuses in eine untere Kassettenentladestation innerhalb des Schutzgehäuses ergeben, wie es in der Fig. 1 dargestellt ist. Diese Anordnung erfordert es oft, daß die Ladestation oberhalb der optimalen ergonomischen Höhe für leichte Plazierung des Trägers mit der Hand in die Ladestation liegt. Ein weiterer Nachteil besteht darin, daß die nach unten und oben gerichtete Bewegung der Kassette in dem Schutzgehäuse ein Anstoßen der einzelnen Wafer nach sich ziehen kann, wodurch sich Verunreinigungspartikel lösen, die in die Luft gelangen.

Außerdem werden die Waferkassetten oft in Stufen nach unten an einem in fest angebrachter Höhe sitzenden Roboterarm vorbei weitergeschaltet, so daß der Roboterarm einzelne Kassetten zur Bearbeitung entnehmen kann. Die Reibung zwischen dem Wafer und der Kassettenstruktur kann in der Luft Verunreinigungspartikel erzeugen, wenn die Wafer geladen und entladen werden. Wenn die Kassette dann nach unten oder oben nach dem Entnehmen oder Wiedereinsetzen eines bestimmten Wafers bewegt wird, muß der nächste Wafer durch die sich in der Luft befindende Verunreinigung laufen, die durch die Handhabung des vorhergehenden Wafers erzeugt wurde.

In der deutschen Offenlegungsschrift DE 43 32 657 A1 ist ein System zum Einschleusen von Wafern in einen Reinstraum beschrieben. Dabei werden die Wafer beim Einschleusen in einer Waferkassette innerhalb einer Transportbox gehalten, die eine haubenförmige Abdeckung und eine Tür zum Schließen des Bodens der Abdeckung aufweist. Im geschlossenen Zustand der Transportbox trägt die Tür der Box die Waferkassette. Die Wafer in der Transportbox, in der Reinstraumbedingungen herrschen, lassen sich mittels des beschriebenen Systems in ein ebenfalls unter Reinstraumbedingungen stehendes Gehäuse einschleusen, das aus einer Schleuse und einer mit der Schleuse verbundenen Anlage zur Bearbeitung der Wafer besteht. Die Schleuse weist eine Schleusentür auf, auf der die Box während des Einschleusens in die Bearbeitungsanlage aufgesetzt wird und die eine durch einen in senkrechter Richtung beweglichen Schleusenrahmen definierte Öffnung zu Beginn des Einschleusungsvorgangs verschließt. Der Schleusenrahmen greift unten an der Abdeckung der Transportbox an und läßt sich durch Hubmittel senkrecht von einer unteren Position, an der die Schleusentür die durch den Schleusenrahmen definierte Öffnung schließt, in eine obere Position bewegen, an der er die Abdeckung der Box über die Schleusentülr anhebt, um einer zur Bearbeitungsanlage gehörenden Handhabungsvorrichtung den Zugriff auf die Wafer zu ermöglichen. Der Oberbegriff des Anspruchs 1 beruht auf dem in dieser Druckschrift beschriebenen System.

Die Aufgabe der Erfindung liegt darin, ein System mit den Merkmalen des in der DE 43 32 657 A1 dargestellten Systems zum Transportieren von Objekten zwischen Umgebungen mit kontrollierten Bedingungen zu entwickeln, bei dem durch einfache Mittel sichergestellt wird, daß eine Umgebung mit kontrollierten Bedingungen um eine Station zum Bearbeiten der Objekte herum während des Transportvorgangs in die Umgebung oder aus der Umgebung heraus nicht verunreinigt wird.

Diese Aufgabe wird durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Mittel gelöst.

Ein Aspekt der vorliegenden Erfindung besteht darin, zu verhindern, daß empfindliche Objekte mit Partikeln verunreinigt werden, indem die vertikale Bewegung der Objekte vermieden wird, während diese in einem Objekthalter gestapelt sind.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, eine zweite Mini- Umgebung mit kontrollierten Bedingungen so zu erweitern, daß sie eine erste Mini-Umgebung mit kontrollierten Bedingungen einschließt, um so das Ausmaß an Bewegung, das zur Berarbeitung eines Objektes in einer Umgebung mit kontrollierten Bedingungen erforderlich ist, zu reduzieren.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, ein SMIF-System zu schaffen, das eine festgelegte vertikale Plazierung eines Waferhalters in einer ergonomischen Höhe und eine rein horizontale Bewegung des Waferhalters in einer Umgebung mit kontrollierten Bedingungen ermöglicht.

Ein weiterer Aspekt der Erfindung besteht darin, in vertikaler Richtung in Stufen geschaltete Handhabungsmittel zum Entnehmen von Objekten aus und zum Setzen von Objekten in einen in vertikaler Richtung feststehenden Objekthalter zu liefern.

Es ist außerdem ein Aspekt der Erfindung, eine Vorrichtung zum Transportieren von Halbleiterwafern aus einem SMIF- Träger in eine Waferbearbeitungsstation zu liefern, ohne daß eine Mini-Umgebung mit kontrollierten Bedingungen bei der Bearbeitungsstation verunreinigt wird.

Ferner besteht ein weiterer Aspekt der Erfindung darin, die Verwendung eines SMIF-Trägers mit Bearbeitungsgeräten in einem Gehäuse mit einer Mini-Umgebung mit kontrollierten Bedingungen zu ermöglichen und eine Vorrichtung zur Steuerung der Wechselwirkung zwischen dem SMIF-Träger und den Bearbeitungsgeräten zu schaffen.

Darüber hinaus besteht ein Aspekt der Erfindung darin, ein Transportsystem für Halbleiterwafer zu schaffen, bei dem die vertikale Plazierung des Waferhalters festgelegt ist und bei dem die horizontale Bewegung und Orientierung des Waferhalters gesteuert wird, um den Wafertransport in der Mini-Umgebung der Waferbearbeitungsgeräte zu vereinfachen.

Ferner besteht noch ein weiterer Aspekt der Erfindung darin, ein Halbleiterwafer-Handhabungssystem zu schaffen, bei dem die Möglichkeit, daß die Wafer Stößen und Schwingungen ausgesetzt werden, durch die festgelegte vertikale Plazierung des Waferhalters beträchtlich reduziert wird.

Die Vorteile der vorliegenden Erfindung gegenüber zum Stand der Technik gehörenden SMIF-Systemen werden im folgenden aufgezählt. Die Erfindung ermöglicht das Laden des Waferträgers (Schutzboxaufbau) auf dem Gehäuse (Schutzdach) des Bearbeitungswerkzeugs in einer ergonomischen Standardposition. Während des Ladens und Entladens der Wafer werden diese niemals in den gleichen Luftraum wie die Trägertür, die Lukentür oder der vorhergehende Wafer gesetzt, da der Waferhandhabungsroboter das gesamte Schalten in vertikaler Richtung alleine übernimmt, während der Objekthalter seine vertikale Lage nicht verändert. Die Erfindung verwendet ein sehr zuverlässiges Wafererkennungssystem, um das an dem Wafer angreifende Element des Roboters in Stufen zu schalten. Sie bietet einen modularen Aufbau, so daß sie leicht auseinanderzunehmen ist, und verbessert dadurch die Wartungsfreundlichkeit des Transportsystems. Sie ermöglicht es vielen Bearbeitungswerkzeugen, ihre gewöhnlichen Wafertransport- und Handhabungsverfahren zu verwenden. Sie läßt sich an viele bestehende Bearbeitungswerkzeuge mit wesentlich weniger Veränderungen anpassen, als sie bei anderen SMIF-Systementwürfen erforderlich sind. Der Waferhalter (Kassette) wird nicht in vertikaler Richtung in Stufen weitergeschaltet, sondern bleibt während der Öffnung des Waferträgers ungestört, was dadurch erreicht wird, daß nur die Lukenplatte und die Trägerabdeckung in vertikaler Richtung bewegt werden.

Die Erfindung ermöglicht außerdem eine verbesserte Ausrichtung des an dem Wafer angreifenden Elementes des Roboters zur Waferkassette, die auf einfache Weise durch eine horizontal bewegliche und drehbare Transportbühne in die richtige Ausrichtung gebracht wird. Eine Reihe von Waferhandhabungskonfigurationen sind möglich, da die Lukentür des Bearbeitungswerkzeugs auf der Transportbühne angebracht ist und die Lukentür und die Kassette bereits auf der Lukentür ruhen, wenn die Trägertür entriegelt wird und die Trägerabdeckung in vertikaler Richtung versetzt wird. Die Verwendung von transparenten antistatischen Plastikplatten bei Teilen des Gehäuses, die die Transportkammer in der Nähe der Bearbeitungswerkzeugkammer definieren, erlaubt die optische Überwachung der Waferhandhabung während der Transport- und Bearbeitungsoperationen. Obwohl die unten beschriebene Ausführungsform speziell für den Betrieb mit zwei Kassetten gedacht ist, kann die Erfindung leicht an den Betrieb mit einer Kassette angepaßt werden, was für Fachleute ersichtlich ist.

Diese und andere Vorteile werden durch die vorliegende Erfindung erzielt, die eine Vorrichtung zum Transportieren von Objekten, z. B. Halbleiterwafern, zwischen zwei Umgebungen mit kontrollierten Bedingungen schafft. Die erste Umgebung mit kontrollierten Bedingungen wird durch einen Objektträger mit einer Abdeckung und einer Tür zum Abdichten einer Öffnung in dem Boden der Abdeckung definiert. Die zweite Umgebung mit kontrollierten Bedingungen wird durch ein Gehäuse oder ein Schutzdach um die Geräte zur Bearbeitung des Objekts definiert. Der Objektträger enthält Haltermittel zum Tragen von wenigstens einem Objekt, vorzugsweise mehreren Objekten, auf der Bodentür des Trägers.

Eine Öffnung in dem Gehäuse wird durch eine Lukenplatte definiert, die als ein in vertikaler Richtung beweglicher Lukenrahmen dient, und eine Lukentür ist zum Schließen dieser Öffnung vorgesehen. Die Lukentür ist fest an einer Transportbühne angebracht, die dazu dient, die Lukentür, die Trägertür und den Objekthalter in einer festgelegten vertikalen Höhe in dem Gehäuse zu tragen. Die Trägerabdeckung kann von der Lukenplatte angegriffen werden, um zusammen mit dieser bewegt zu werden, und Hubmittel sind vorgesehen, um die Lukenplatte zwischen einer unteren und einer oberen Position zu bewegen. In der unteren Position der Lukenplatte schließt die Lukentür die Gehäuseöffnung. In der oberen Position der Lukenplatte ist die Trägerabdeckung angehoben, um einem Objektbearbeitungsgerät den Zugang zu dem Objekthalter zu ermöglichen, während der Objekthalter auf der Trägertür ruht, die wiederum auf der Lukentür ruht, die einen Teil der tragenden Bühne bildet.

Das Hubmittel zum Bewegen der Lukenplatte zwischen seiner unteren und seiner oberen Position kann auf drei Seiten eines Kugelumlaufspindelaufbaus, der durch eine Kugelumlaufspindel angetrieben wird, eine sich in vertikaler Richtung erstreckende Führungsschiene, Mittel zur Verbindung des Mutteraufbaus mit der Lukenplatte und Antriebsmittel zum Drehen der Spindel umfassen, um die Kugelumlaufspindel entlang der vertikalen Führungsschiene zu bewegen.

Während die Trägerabdeckung angehoben ist, ist keine Bewegung der tragenden Bühne für die Objekte in dem Halter erforderlich, um diese durch ein Objektangriffsmittel des Bearbeitungsgeräts zu erreichen und um an diesen anzugreifen. Jedoch enthält das Transportsystem der Erfindung vorzugsweise Transportmittel zum Bewegen der Transportbühne in horizontaler Richtung, um den Halter aus seiner anfänglichen unbedeckten Position zu einer Objektbearbeitungsposition zu bewegen, an der die einzelnen Objekte zur Bearbeitung in dem Gehäuse entnommen werden. Dieses Transportmittel ist so angeordnet, daß es die Bühne zwischen der zurückgezogenen Position mit freigelegten Wafern, bei der der Halter unter der Trägerabdeckung nicht abgedeckt ist, und einer ausgefahreren Objektbearbeitungsposition bewegt, an der das Handhabungsmittel eines Objektbearbeitungsgeräts an dem Objekt angreifen kann.

Das Transportmittel umfaßt vorzugsweise sowohl Translationsbewegungsmittel, um der Bühne eine Translationsbewegung zu dem Bereich des Bearbeitungsgerätes und von diesem Bereich weg zu verleihen, als auch Rotationsbewegungsmittel, um der Bühne eine Rotationsbewegung zu verleihen, damit der Objekthalter relativ zum Bearbeitungsgerät ausgerichtet wird. Dies ist insbesondere dann wünschenswert, wenn nach dem Eintritt in die Umgebung mit kontrollierten Bedingungen des Gehäuses der Objekthalter in die Nähe des Bearbeitungsgerätes bewegt und dann in eine Position gedreht werden muß, die vertikal in Stufen geschaltet ist für die Ausrichtung auf das Objektangriffsmittel des Bearbeitungsgeräts.

Das Translationsbewegungsmittel umfaßt vorzugsweise eine gebogene oder gerade Schiene, einen an der Schiene angreifenden Wagen, der an der Schiene entlang bewegt wird, und Antriebsmittel zum Schieben und Ziehen des Wagens entlang der Schiene. Das Rotationsbewegungsmittel kann verschiedene Befestigungsmittel zur drehbaren Befestigung der Bühne auf dem Wagen und Drehkrafterzeugungsmittel zur Bewirkung der Drehung der Bühne relativ zum Wagen umfassen. Das bevorzugte Rotationsbewegungsmittel umfaßt einen Wagenanschlag an dem inneren Ende der Schiene, einen seitlich versetzten Stab zum Übertragen eines Drehmoments auf die drehbar befestigte Bühne und eine Rückholfeder zum Rückholen der Bühne in die Position, bei der der Wagen von dem Anschlag entfernt ist. Sowohl die Translations- als auch die Rotationsbewegungen können auch durch andere Arten von Linear- oder Rotationsantrieben erzielt werden, z. B. durch elektronische Antriebe.

Wo mehrere Objekte in dem Halter transportiert werden sollen und jedes Objekt in der Bearbeitungsstation bearbeitet werden soll, ist das an dem Objekt angreifende Mittel des Bearbeitungsgeräts in vertikaler Richtung relativ zu dem Objekthalter in Stufen schaltbar, so daß es nacheinander Objekte, die in verschiedenen Höhen in dem Halter gehalten werden, angreift. Sowohl die Bühne als auch der Halter werden in einer festgelegten vertikalen Position gehalten, was das Anstoßen und Erschüttern beseitigt, dem der Halter sonst möglicherweise ausgesetzt wäre. Ein solches Anstoßen und Erschüttern kann unerwünschte Partikelverunreinigung aufgrund der Reibung zwischen den Objekten und dem Halteraufbau verursachen.

Bei der bevorzugten Ausführungsform, die unten genau beschrieben ist, besteht das spezielle transportierte und transferierte Objekt beispielsweise aus einem Halbleiterwafer, der zur Herstellung eines integrierten Halbleiterchips bearbeitet wird. Der speziell beschriebene Objekthalter besteht beispielsweise aus einer Kassette zum Tragen mehrerer Halbleiterwafer auf der Bodentür des Waferträgers. Jedoch ist zu erkennen, daß sowohl das Verfahren als auch die Vorrichtung der Erfindung für den Transport, den Transfer und die Bearbeitung einer Vielzahl von Objekten anderer Art verwendet werden kann.

Die Erfindung läßt sich noch besser anhand der folgenden genauen Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstehen.

Fig. 1 ist eine Schnittansicht, die eine zum Stand der Technik gehörende SMIF-Kassettentransportstation darstellt;

Fig. 2 ist eine perspektivische Vorderansicht des Transportsystems der Erfindung, wobei zwei Transportstationen gezeigt sind, die linke Station sich in der Kassettenträgerladeposition und die rechte Station sich in der Position mit freigelegten Wafern befindet, wobei die Trägerabdeckung sich in ihrer angehobenen Position befindet;

Fig. 3 ist eine Rückansicht im Aufriß des Transportsystems der Erfindung, bei der sich die Kassettenbühnen in ihren zurückgezogenen Positionen befinden, und die Kassetten, die Trägerbestandteile und die Bühnen sich in der gleichen Position wie in der Fig. 2 befinden;

Fig. 4 ist eine teilweise Seitenansicht im Schnitt von rechts, die die rechte Transportstation der Fig. 2 darstellt;

Fig. 5 ist eine Draufsicht im Schnitt, die entlang den Linien 5-5 in der Fig. 3 genommen wurde, wobei sich jedoch eine der Kassettenbühnen in ihrer zurückgezogenen Position und die andere Kassettenbühne in ihrer ausgefahrenen Position befindet;

Fig. 6 ist eine teilweise perspektivische Rückansicht entsprechend der Fig. 3, wobei sich jedoch die rechte Kassettenbühne in ihrer zurückgezogenen Position zur Waferbearbeitung und die linke Kassettenbühne in ihrer zurückgezogenen Position befindet;

Fig. 7 ist eine teilweise Draufsicht im Teilschnitt, bei der die Bühnenplatten in Durchsicht dargestellt sind, um die Einzelheiten der Mechanismen zum Bewegen und Rotieren der Kassettenbühne darzustellen;

Fig. 8 ist eine teilweise Seitenaufrißansicht im Teilschnitt, die die zusätzlichen Einzelheiten der Mechanismen der Fig. 7 darstellt;

Fig. 9 ist eine teilweise Unteransicht, die die Einzelheiten der Mechanismen der Fig. 7 von der Unterseite der Kassettenbühne und der Sockelplatte aus darstellt, auf der die Bühnenschiene angebracht ist;

Fig. 10 ist eine perspektivische Ansicht im Aufriß, die die Einzelheiten des Hubmechanismus zum Anheben und Absenken der Lukenplatte darstellt;

Fig. 11 ist eine perspektivische Aufrißansicht, die die Hubmitteldetails darstellt, die durch die kreisförmige unterbrochene Linie in der Fig. 2 gekennzeichnet sind; und

Fig. 12 ist eine perspektivische Vorderansicht, die den Luftstrom zwischen den inneren Kammern des Gehäuses, das die Kassettentransportbestandteile und das Waferbearbeitungsgerät enthält, darstellt.

Die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung wird anhand eines SMIF-Systems zum Transportieren von Halbleiterwafern zwischen einem beweglichen Träger und dem Gehäuse oder dem Schutzdach eines Waferbearbeitungsgerätes beschrieben. Jedoch ist zu erkennen, daß das Transportsystem der Erfindung auch dazu verwendet werden kann, andere Objekte, und insbesondere Objekte, die von einer Umgebung mit kontrollierten Bedingungen in eine andere transportiert werden müssen, zu transportieren.

Der allgemeine Aufbau eines herkömlichen SMIF-Kassettenträgers oder einer Schutzbox und die Verbindung einer SMIF-Schutzbox mit dem Gehäuse oder dem Schutzdach einer Waferbearbeitungsanlage sind in den US-Patenten 4 674 939, 4 815 912 und 4 995 430 beschrieben, die alle gemäß ihrem Deckblatt auf die Firma Asyst Technologies, Inc., of Milpitas, California übertragen wurden.

Die Fig. 1 zeigt die Verbindung einer SMIF-Schutzbox 20 mit einer Lukenplatte 22, die fest in der Wand eines Schutzdaches 24 angebracht ist. Außer der Lukenplatte 22 gehören zum Lukenaufbau zusätzlich noch eine Lukentür 26 und ein Hubmechanismus, der das Bezugszeichen 28 trägt. Zinn Hubmechanismus 28 gehört eine Kugelumlaufspindel 32, eine Spindelmutter 36, die an der Spindel 32 angreift und an dieser entlangläuft, ein Antriebsmotor 40 zum Drehen der Spindel 32, Führungsstäbe 38, 38 zur Führung der Spindelmutter 36 und zur Verhinderung ihrer Drehung, eine Trägersäule 41 zur Verankerung der Führungsstäbe und zur Beherbergung eines (nicht dargestellten) Lageraufbaus, um die Spindel 32 drehbar zu tragen und eine Hebebühne 30, die von dem Läufer 36 getragen wird. Der Gewindeeingriff zwischen der Kugelumlaufspindel 32 und der Mutter 36 treibt die Hebebühne 30 in Richtung des mit zwei Enden versehenen Pfeiles D, je nach der Richtung der Spindeldrehung durch den Umkehrmotor 40, in dem Schutzdach 24 nach oben oder unten.

Der Hubmechanismus 28 transportiert eine Kassette 42, die zum Halten einzelner Halbleiterwafer 44 dient, die in dem Schutzgehäuse von einem Bearbeitungsgerät bearbeitet werden können, das dazu gedacht ist, einen oder mehrere Schritte für die Umwandlung der Wafer in integrierte Schaltungen durchzuführen. Der Hubmechanismus 28 senkt die Kassette 42 von der durch die durchbrochenen Linien angezeigten Position im Innenbereich 46 der Schutzbox 20 in den Bereich 48 unterhalb des Schutzdaches 24. Wenn die Kassette 42 in schaltbaren Stufen an einem auf einer festen Höhe gehaltenen Roboterarm 50 vorbei abgesenkt wird, wird der Roboterarm in Richtung des mit zwei Enden versehenen Pfeils R ausgefahren und zurückgezogen, um an einem einzelnen Wafer 44 anzugreifen und ihn zur Verarbeitung zu entnehmen, und um dann den verarbeiteten Wafer in die Kassette zurückzubringen.

Ein Nachteil bei dieser Anordnung besteht darin, daß das Entnehmen und Zurückbringen jedes Wafers relativ zum Kassettenaufbau in die Luft gelangende Verunreinigungspartikel produzieren kann, in deren Bereich dann der nachfolgende Wafer abgesenkt wird, damit er in die Position kommt, um von dem Roboterarm 50 aufgenommen zu werden. Nachdem alle einzelnen Wafer von der Kassette 42 entnommen wurden, von dem Bearbeitungsgerät innerhalb des Schutzgehäuses 24 bearbeitet wurden und zur Kassette 42 zurückgebracht wurden, wird die Bühne 30 nach oben zu einer Trägerabschlußposition getrieben, an der die Schutzboxtür 27 die Schutzboxöffnung 52 schließt und die Lukentür 26 die Lukenöffnung in dem Schutzgehäuse 24 schließt. Danach kann die Schutzbox 20, die die bearbeiteten Wafer 44, die in der Kassette 42 gehalten werden, enthält, manuell hochgenommen und von der Lukenplatte 22 für den Transport zu einer anderen Waferbearbeitungsstation entfernt werden.

Die Fig. 2 zeigt ein Bearbeitungsgerät 54 gemäß der Erfindung mit zwei Waferhandhabungsstationen 56 und 58 zur gleichzeitigen Handhabung zweier identischer Kassettenträger 62 und 64, von denen jeder mehrere Wafer 44 trägt, die in Waferhaltern oder Kassetten 66 und 67 gehalten werden. Außerdem umfaßt das Gerät 54 ein Schrankgehäuse 68, das als Schutzdach zum Einschließen einer Miniumgebung mit kontrollierten Bedingungen innerhalb des Geräts 54 dient. Um diese Miniumgebung zu schaffen, können ein Vorfilter 70 mit Lufteinlaßschlitzen 74 und eine Gebläse- und Hauptfiltereinheit 72 oben auf dem Schrankgehäuse 68 angebracht sein. Vorne an dem Schrankgehäuse 68 können ein Schalterfeld 69 zur Aktivierung der verschiedenen Servomotoren, die, wie unten beschrieben, zu den Kassettentransportstationen 56 und 58 gehören, und ein Bildschirmmonitor 71 sitzen, um die entsprechenden Operationen in dem Schrankgehäuse 68 anzuzeigen. Wie unten im einzelnen näher erläutert werden wird, tritt die von der Gebläse- und Hauptfiltereinheit 72 und dem Vorfilter 70 gelieferte reine Luft von dem Schrankgehäuse 68 über die Schlitze 76 in eine bewegliche Frontplatte 78 über.

In der Fig. 2, einer Vorderansicht, und in der Fig. 3, einer Rückansicht, ist die linke Handhabungsstation 58 in der Trägerladeposition und die rechte Handhabungsstation 56 in der Position mit freigelegten Wafern, in der die Trägerabdeckung 80 durch einen Hubmechanismus 82 über die Waferkassette 66 angehoben wurde, wie es weiter unten beschrieben ist. Ein zweiter Hubmechanismus 84 ist so positioniert, daß er die Abdeckung 86 des zweiten Trägers 64 anheben kann. Die Abdeckung 80 weist zwei Henkel 88, 88 und die Abdeckung 86 zwei Henkel 89, 89 auf. Da die inneren und äußeren Elemente und Bestandteile der beiden Handhabungsstationen 56 und 58 im wesentlichen übereinstimmen, wird nur die Station 56 im einzelnen beschrieben werden.

In der Fig. 4 ist im Seitenaufriß die Handhabungsstation 56 dargestellt, bei der die Trägerabdeckung 80 über die Kassette 66 angehoben wurde, so daß die einzelnen Wafer 44, die in der Kassette gehalten werden, innerhalb der Miniumgebung des Bearbeitungsgerätes 54 bearbeitet werden können. Die Trägerabdeckung 80 wird auf einer Lukenplatte 90 getragen, auf der sie durch einen vorderseitigen Ausrichtungsblock 92 und einen rückseitigen Ausrichtungsblock 94 in richtiger Ausrichtung gehalten wird. Vorzugsweise ist die Abdeckung 80 vor der vertikalen Bewegung der Lukenplatte abnehmbar an der Lukenplatte 90 durch Klemmechanismen 95, 95 befestigt worden.

Die Lukenplatte 90 und die Trägerabdeckung 80 werden in vertikaler Richtung durch eine Hebebühne 96 bewegt, die durch ein Hubmittel 82 angehoben und abgesenkt wird, mit dem sie durch zwei Arme 122, 122 verbunden ist, die sich von einem U-förmigen Träger 98 aus erstrecken, der von einer Spindelmutter 120, z. B. einer Kugelumlaufspindelmutter, getragen wird. Wenn sich die Abdeckung 80 in ihrer abgesenkten Position befindet, d. h. in der gleichen Position, die für die Abdeckung 86 in den Fig. 2, 3 und 6 dargestellt ist, dichtet eine Trägertür 100 eine entsprechende Öffnung 105 in einem Trägersockel 102 der Trägerabdeckung 80 ab, und eine Lukentür 104 liegt nach dem Durchlaufen einer zentral gelegenen Öffnung 97 in der Hebebühne 96 genau passend in einer entsprechenden Öffnung 93 der Lukenplatte 90. Bei der Lukentür 104 wird vorzugsweise eine Luftabschlußdichtung zwischen dieser Tür und der Lukenplatte verwendet, um die Unversehrtheit der Miniumgebung aufrechtzuerhalten. Es können jedoch auch Gleitringdichtungen verwendet werden.

Wenn die Trägertür 100 in ihrer geschlossenen Position innerhalb des Trägersockels 102 ist, kann sie von dem Trägersockel 102 entriegelt werden oder durch Verriegelungs- und Abdichtmechanismen verriegelt und luftdicht zum Trägersockel 102 abgedichtet werden, wobei die Teile dieser herkömlichen Verriegelungs- und Abdichtmechanismen, die in dem Trägersockel 102, der Trägertür 100 und der Lukentür 104 untergebracht sein können, wie es z. B. in den US-Patenten Nr. 4 674 939, 4 815 912 und 4 995 430 beschrieben ist.

Diese Patente wurden auf die Firma Asyst Technologies, Inc., of Milpitas, California, übertragen, und die entsprechenden Geräte sind ebenfalls bei dieser Firma erhältlich. (Nicht dargestellte) Betätigungsmittel zur ferngesteuerten Betätigung der Klemmechanismen 95, 95 sind ebenfalls bei dieser Firma erhältlich, und diese Betätigungsmittel können innerhalb der Ausrichtblöcke 92 und 94 untergebracht sein.

Bei früheren zum Stand der Technik gehörenden Anordnungen wurde die Lukentür, auf der eine Trägertür und eine Kassette aufsitzen, in eine Position abgesenkt, aus der die Kassette weggenommen werden konnte, wie es in den oben erwähnten Patenten dargestellt ist. Bei der vorliegenden Erfindung ist die Lukentür sicher an einer oberen Platte 106 eines Kassettenbühnenaufbaus 110 befestigt. Durch eine zentral gelegene Öffnung in der oberen Platte 106 erstreckt sich ein Motorgehäuse 112, das einen durch Fernsteuerung betätigbaren Motor und dazugehörige (nicht dargestellte) Mechanismen zur Betätigung der oben erwähnten Trägertürverriegelungsmechanismen und der Abdeckungsklemmechanismen enthält. Der Bühnenaufbau 110 umfaßt außerdem eine untere Platte 108, die eine obere Platte 106 durch drei oder mehrere, vorzugsweise jedoch drei, Verbindungspfeiler 109 trägt, von denen jeder eine steife Schraubenfeder 111 um einen zentralen Befestigungsbolzen 113 umfaßt, der eine Befestigungsmutter 117 unter der unteren Platte aufweist. Während der Kopf 119 des Bolzens 113 in einer Senkung in der oberen Platte 106 (Fig. 8) fest angebracht ist, kann der untere Teil des Bolzens frei durch eine Öffnung in der unteren Platte 108 laufen, so daß die Einstellung der Mutter 117 auf dem Gewindeabschnitt des Bolzens die Einstellung der Neigung der oberen Platte relativ zur unteren Platte liefert, wenn das für die Ausrichtung der Wafer auf den Weg eines Roboterarms erforderlich ist.

Die vertikale Bewegung der Hebebühne 96 liefert der Hubmechanismus 82, zu dem ein elektrischer Umkehrservomotor 115 zum Drehen einer Hubspindel 118 gehört, die zum Heben und Absenken der Spindelmutter 120 dient, auf der die Hebebühne 96 durch die U-förmigen Träger 98 mit den Armen 122, 122 befestigt ist. Die Spindel 118 ist vorzugsweise vom Kugelumlauf- oder Trapezgewinde-Typ und die Mutter 120 ist vorzugsweise eine Kugelumlauf- oder Trapezgewinde-Spindelmutter. Durch eine U-förmige gerade Schiene 124 wird die Mutter 120 geführt und ihre Drehung wird dadurch verhindert, wobei die gerade Schiene 124 auf einer Sockelplatte 168 mittels eines Fußelements 101 mit zwei dreieckigen Pfosten 103, 103 befestigt ist. Wie sich am besten in der Fig. 5 erkennen läßt, erstrecken sich die Arme der Schiene 124 nach außen und die Arme des Trägers 98 nach innen.

Die Einzelheiten des Hubmechanismus sind in der Fig. 10 und die Einzelheiten der Befestigungsmittel zur Befestigung der Hebebühne 96 am Hubmechanismus 82 sind in der Fig. 11 dargestellt. An jedem der Arme 122, 122 des Trägers 98 ist seitlich ein Flansch 123 angebracht, an dem eine Ankerplatte 125 angeschraubt ist, die zwei Einstellmuttern 127 trägt, die jeweils durch eine entsprechende Sicherungsschraube 129 in ihrer Position gehalten werden, die durch eine zentral gelegene Bohrung der Einstellmutter läuft und in eine Sicherungsmutter 131 unter der Ankerplatte 125 eingreift. Die Einstellmuttern 127 weisen jeweils einen Gewindeschaft 133 auf, der in entsprechende Gewinde in einer Einstellmutteröffnung 135 in der Hebebühne 96 eingreift. Folglich können die Einstellmuttern 127 gedreht werden, um die Neigung der Hebebühne 96 einzustellen, und dann können die Einstellmuttern 127 durch Festziehen der Sicherungsschrauben 129 relativ zu den Sicherungsmuttern 131 in einer festen Position verriegelt werden.

Die Bestandteile des Bühnenaufbaus der linken Station 58 entsprechen im wesentlichen den entsprechenden Bestandteilen des Bühnenaufbaus 110 der rechten Transportstation 56, so daß die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet werden, um entsprechende Bestandteile dieser beiden Bühnenaufbauten zu kennzeichnen. Entsprechend stimmen die Bestandteile des linken Hubmechanismus 84 im wesentlichen mit den entsprechenden Bestandteilen des rechten Hubmechanismus 82 überein, so daß auch hier die gleichen Bezugszeichen in den Zeichnungen verwendet werden, um die gleichen Bestandteile der beiden Hubmechanismen zu kennzeichen.

Um die Unversehrtheit der Miniumgebung in dem Schrankgehäuse 68 aufrechtzuerhalten, wenn die Trägerabdeckung angehoben wird, sind mehrere Platten an der Hebebühne 96 für die Bewegung mit dieser angebracht, und diese sich bewegenden Platten wirken mit fest an dem Rahmen des Schrankgehäuses 68 angebrachten Platten zusammen, um Luftabschlüsse zu bilden, die in der Lage sind, innerhalb des Schrankgehäuses einen Luftdruck aufrechtzuerhalten, der größer als der Luftdruck der Umgebungsluft ist, die sich um das Schrankgehäuse herum befindet. Diese Luftabschlüsse haben die Form von relativ schmalen Spalten von beträchtlicher Länge, durch die nur relativ kleine Luftmengen vom Inneren des Schrankgehäuses nach außen strömen können, und dadurch wird das Eintreten von äußerer Luft ausgeschlossen.

Drei aufrechtstehende Platten 126, 128 und 130 sind auf der linken, der Rück- bzw. der rechten Seite der Hebebühne 96 vorgesehen, die vertikale Wände bilden, die den entsprechenden Seiten und der Rückseite der Trägerabdeckung 80 gegenüberliegen. Die sich bewegenden Platten 126, 128 und 130 wirken mit den fest angebrachten Schrankgehäuseplatten 134, 136 bzw. 138 zusammen, was am besten in den Fig. 3, 6 und 12 zu erkennen ist. Die sich bewegenden Platten 126, 128 und 130 bilden eine umlaufende Hintertür 140 zum Öffnen und Schließen eines Hintereingangs 142, durch den eine Kassette 66 auf der Kassettenbühne 110 laufen kann oder in anderer Weise für an den Wafern angreifende Elemente eines Roboters 144 zum Ausladen und neuem Laden der Wafer 44 zugänglich gemacht werden kann.

Wie in den Fig. 3 und 6 zu erkennen ist, weist die zweite Transportstation 58 eine umlaufende Hintertür 140' zum Öffnen und Schließen eines Hintereingangs 142' auf. Die Tür 140' weist sich bewegende Platten 126', 128' und 130' auf, die mit festangebrachten Schrankgehäuseplatten 134', 136' und 138' zusammenwirken, und sie arbeitet in der gleichen Weise wie die Hintertür 140 der Transportstation 56. Die sich bewegenden Platten der Hintertüren 140 und 140' wandern aufwärts und abwärts an der Außenseite der entsprechenden Platten, die festangebracht sind und an einem oben liegenden Rahmenelement 141 des Schrankgehäuses 68 aufgehängt sind.

An der Vorderseite der Hebebühne 96 ist außerdem eine gebundene untere Platte angebracht, die die Frontplatte 78 mit den Schlitzen 76 bildet. Die untere Frontplatte 78 und die obere Rückseitenplatte 128 sind vorzugsweise aus transparentem Kunststoff hergestellt, z. B. antistatischem Plexiglas oder einem anderen Acrylkunststoff, um eine optische Kontrolle der in dem Schrankgehäuse 68 stattfindenden Operationen zu ermöglichen und um die Wartung der Anlage in der Miniumgebung dieses Gehäuses zu erleichtern.

Wenn sich die Station 56 in ihrer Ladeposition befindet, um den Träger 62 darin zu plazieren, befindet sich die Hebebühne 96 in ihrer untersten Position, wobei zu diesem Zeitpunkt der Rückseitenzugang 142 vollständig durch die Hintertür 140 geschlossen ist, um jeglichen Luftstrom von der Miniumgebung des Waferbearbeitungsbereichs 146, in der der Roboter 144 sitzt, zu verhindern. Wenn die Hebebühne 96 durch das Hubmittel 82 von ihrer untersten Position in ihre höchste Position, dargestellt in der Fig. 4, angehoben ist, ist die Hintertür 140 angehoben, um den Zugang 142 zu öffnen, und die geschlitzte Frontplatte 78 ist angehoben, um ein neues Gehäuse um die Kassette 66 zu erzeugen, wenn die Trägerabdeckung 80 ebenfalls angehoben ist. Daher liegt die Wirkung des Anhebens der Hintertür 140 und der Frontplatte 78, die mit festangebrachten Seitenwänden der Transportstation 56 zusammenwirken, um das neue Kassettengehäuse zu bilden, darin, die Miniumgebung des Bearbeitungsbereichs 146 auszudehnen, so daß der Bühnenbereich 158 darin eingeschlossen ist, der die freigelegte Kassette 66 umgibt.

Die Schlitze 76 der Frontplatte dienen dazu, einen bestimmten Luftstrom um die freigelegte Kassette 66 von dem Hintereingang 142 zu den Schlitzen 76 zu erzeugen, wie es in der Fig. 12 dargestellt ist. Dieser Luftstrom erzeugt und erhält die Miniumgebung innerhalb des Bühnenbereichs 148 während des Anhebens und Absenkens der Hebebühne 96 und während diese sich in ihrer höchsten Position befindet, wenn die Wafer bearbeitet werden. Wenn die Hebebühne 96 in ihre unterste Position zurückgebracht wird, kehrt die Transportstation 56 wegen des Schließens des Eingangs 142 durch die Hintertür 140 auf Umgebungsbedingungen zurück. Die zweite Transportstation 58 ist in diesem Zustand in der Fig. 2 dargestellt. Gleichzeitig schließt die Lukentür 104 die Öffnung in der Lukenplatte 90 und der Sockel 102 der Trägerabdeckung 80 rastet wieder in die Trägertür 100, so daß der Träger 62 mit der darin neu geladenen Kassette 66 zu einer anderen Bearbeitungsstation transportiert werden kann.

Nun wird die horizontale Bewegung der Kassettenbühne 110 innerhalb des Schrankgehäuseraumes 68 beschrieben, nachdem die Abdeckung 80 in ihre hochgehobene Position gebracht wurde. Die untere Bühnenplatte 108 ist zwecks ihrer Drehung mittels eines Lageraufbaus 151 innerhalb eines ringförmigen Gehäuses 152 auf einem beweglichen Wagen 150 angebracht (Fig. 7). Der Wagen 150 ist für eine Translationsbewegung auf einer Schiene 154 mit einem hinteren Wagenanschlag 156 und einem vorderen Wagenanschlag 157 befestigt. Die obere und die untere Platte der Kassettenbühne werden als Reaktion auf die Bewegung eines vertikalen Stabs 158 bewegt, der an die unteren Bühnenplatte 108 gebunden ist und durch ein Bewegungsglied 160 hin- und hergetrieben wird, das ein Gewinde aufweist, in das das Gewinde einer Spindel 162 eingreift, die durch einen umkehrbaren Linearmotor 164 in Drehbewegung versetzt wird.

Das Bewegungsglied 160 ist drehbar an dem unteren Ende des Stabs 158 durch ein Tragelement 161 befestigt, wie es am besten in der Fig. 8 zu erkennen ist. Der Antriebsmotor 164 ist vorzugsweise ein Gleichstrom-Servomotor und er ist drehbar in einem Träger 166 angebracht, um um einen Stift 167 in einer vertikalen Ebene gedreht werden zu können. Der Träger 166 ist wiederum an einer Sockelplatte 168 durch einen Drehzapfen 170 für eine Drehbewegung in einer horizontalen Ebene befestigt. Diese Drehbewegungen liefern die gekrümmte Bewegung 158 um die Drehachse des Lageraufbaus 151.

Die Wagenschiene 154 ist fest auf der Sockelplatte 168 angebracht, die einen länglichen Schlitz 159 aufweist, um Platz für die horizontale Bewegung des Stabs 158 relativ zum Antriebsmotor 154 zu liefern. Die von dem Motor 164 aus gesehen im Uhrzeigersinn verlaufende Drehung der Spindel 162 schiebt das Bewegungsglied 160 und den Bühnenaufbau 110 zum Motor 164, bis der Wagen 150 an dem hinteren Wagenanschlag 156 anschlägt, wobei dann der Stab 158 die obere und die untere Bühnenplatte, die daran befestigte Lukentür und irgendwelche darauf plazierten Objekte dazu bringt, sich relativ zum Wagen entgegen dem Uhrzeigersinn zu drehen, da der Stab 158 durch das Tragelement 161 an dem Bewegungsglied 160 befestigt ist und die vertikale Achse dieses Stabs seitlich nach rechts gegenüber der Drehachse des Lageraufbaus 151 versetzt ist.

Der gegen den Uhrzeigersinn gerichteten Drehbewegung der Bühnenplatten wirkt eine Schraubenfeder 172 entgegen, die an einem Ende mit dem hervorstehenden Aufhänger 174 verbunden ist, der an dem Wagen 150 fest angebracht ist, und an dem anderen Ende mit einem hervorstehenden Aufhänger 178 verbunden ist, der durch einen gekrümmten Träger 173 getragen wird, der an einer Lochplatte 179 fest angebracht ist, die wiederum seitlich von dem Lagergehäuse 152 absteht und durch Schrauben an einem flachen Bereich an der Seite des Lagergehäuses 152 fest angebracht ist. Das Gehäuse 152 ist an der Unterseite der unteren Bühnenplatte 108 angebracht und dreht sich mit dieser. Die Bühnenplatten 106 und 108 können sich entgegen der Spannung der Feder 172 drehen, bis ein einstellbarer Anschlag 175 an dem vorderen Ende des gebogenen Trägers 173 an dem Wagen 150 anschlägt (Fig. 5 und 9). Wenn die Richtung der Spindel 162 umgedreht wird, läuft das Läuferelement 160 von dem Motor 164 weg. Wenn diese Rücklaufbewegung beginnt, drehen sich die Platten 106 und 108 im Uhrzeigersinn und werden durch die Federspannung aus der gedrehten Position, die in den Fig. 5, 6 und 9 dargestellt ist, in eine in Linie zur Schiene 154 ausgerichtete Position zurückgebracht, wie es in der Fig. 3 dargestellt ist. Diese Position ist dadurch bestimmt, daß der Wagen 150 und ein einstellbarer Anschlag 177 an dem hinteren Ende des gebogenen Trägers 173 aneinanderstoßen. Wird der Stab 158 weiter rückwärts von dem Motor 164 wegbewegt, dann bewegt sich der Wagen 150 von dem Anschlag 156 weg, bis der Bühnenaufbau 110 in seine in der Fig. 7 dargestellte anfängliche Position zurückgebracht wird, in der er den Träger aufnimmt.

Wenn sich der Bühnenaufbau 110 in seiner in den Fig. 5 und 6 dargestellten ausgefahrenen Position befindet, sind die einzelnen Wafer 44 in der Kassette 66 für wenigstens einen von zwei identischen ausfahrbaren Armelementen 180, 180 des Roboters 144 leicht zugänglich. Die Armelemente 180, 180 sind entlang entsprechender Schienen 182, 182 ausfahrbar, so daß sie an den einzelnen Wafern 44 in der Kassette 66 angreifen können. Jedes Armelement 180 weist einen am Rande gelegenen Zungenabschnitt 184 mit einer Vakuumöffnung 186 auf, um einen einzelnen Wafer 44 durch Saugen zu greifen, so daß der Wafer aus der Kassette 66 entfernt wird und in den Bearbeitungsbereich 146 transportiert wird, damit die gewünschten Operationen daran durch das Bearbeitungsgerät 54 durchgeführt werden können.

Um an den in der Kassette 66 gestapelten Wafern 44 nacheinander anzugreifen und aufeinanderfolgende einzelne Wafer 44 daraus zu entfernen, wird die Bühne 188, auf der die Armschienen 182, 182 befestigt sind, in vertikaler Richtung geschaltet durch einen (nicht dargestellten) linearen Kugelumlaufspindelaufbau, der in einer hohlen Säule 190 untergebracht ist, die auf dem drehbaren Sockelelement 192 angebracht ist. Der lineare Kugelumlaufspindelaufbau in der Säule 190 kann ähnlich aufgebaut sein wie die Hubmechanismen 82 und 84. Es können auch optional herkömmliche pneumatische oder hydraulische Hubmittel verwendet werden, um das vertikale Schalten des Roboterarms 180, 180 zu bewirken. Das wichtige Merkmal besteht hier darin, daß die Kassette 66 sich in einer in vertikaler Richtung festgelegten Position befindet, und zwar die ganze Zeit über, nachdem der Träger 62 innerhalb der Transportstation 56 plaziert wurde. Jegliches Anstoßen der Kassette 66 in vertikaler Richtung wird dadurch vermieden. Wie vorher in Verbindung mit der Fig. 1 beschrieben wurde, ist jegliche vertikale Bewegung der in der Kassette gestapelten Wafer unerwünscht, wenn z. B. jeder nachfolgende Wafer durch den Raum laufen muß, der von dem gerade bearbeiteten Wafer besetzt wurde, wenn dieser entladen und wieder geladen wurde, da die Kassette und eben nicht der Roboterarm in vertikaler Richtung geschaltet wird.

Um die stufenweise Schaltung des Roboterarms 180, 180 zu steuern, ist eine Wafererkennungsstange 194 vorgesehen, die aus einer horizontalen gespeicherten Position in eine vertikale Erkennungsposition mittels einer Welle 196 drehbar ist, die drehbar in einem Getriebegehäuse 198 angebracht ist, wie es in der Fig. 7 dargestellt ist. Von der Seite des Gehäuses 198 erstreckt sich gegenüber der Stange 194 eine Wellenverlängerung 200, an der eine Zunge 202 angebracht ist, die sich zwischen gegenüberliegenden Ohren 205 eines Gewinderohres 206 erstreckt und durch eine Drehverbindung 204 an den Ohren angebracht ist, wobei eine drehbare Spindel 208, die durch einen umkehrbaren Gleichstrom-Servomotor 210 angetrieben wird, an dem internen Gewinde des Gewinderohres 206 angreift.

Die Drehung der Spindel 208 verursacht eine lineare Bewegung des Rohres 206. Da die Drehverbindung 204 zu der Achse der Welle 196 und deren Verlängerung 200 seitlich versetzt ist, fuhrt die lineare Bewegung des Rohres 206 zu einer Drehbewegung der Welle 196 und ihrer Verlängerung 200. Diese Drehbewegung der Welle reicht aus, um den Erkennungsstange 194 zwischen seiner horizontalen Ruheposition, Seite an Seite mit der unteren Plattform 108, zu seiner aufrechtstehenden Erkennungsposition, neben der Kassette 66 und den darin gestapelten einzelnen Wafern 44, zu drehen.

Der Motor 210 und die Spindel 208 sind mittels einer Drehstütze 212 für die Drehbewegung in einer vertikalen Ebene angebracht. Eine solche Drehbewegung der Spindel 208 ist erforderlich, um sich an die vertikale Bewegung anzupassen, die durch die seitliche Verschiebung der Drehverbindung 204 zur Achse der Wellenverlängerung 200 verursacht wird. Ein weiteres Merkmal des linearen Spindelaufbaus ist die starre Anbringung einer Fahne 214 auf der Rückseite des Rohrs 206, so daß die lineare Bewegung dieses Rohrs eine entsprechende lineare Bewegung dieser Fahne 214 verursacht, die dadurch veranlaßt wird, zwischen zwei entsprechenden Paaren von Sensoren 216, 216 und 218, 218 hindurchzulaufen. Die Erkennung der Fahne 214 durch die Sensoren 216, 216 liefert ein Anzeigesignal zum Abstellen des Motors 210, wenn die Erkennungsstange 194 ihre aufrechtstehende Erkennungsposition erreicht hat. Entsprechend gibt das Erkennen der Fahne 214 durch die Sensoren 218, 218 ein Anzeigesignal, das den Motor 210 abschaltet, wenn der Sensorturm 194 seine abgesenkte gespeicherte Position erreicht hat.

Ein Paar lichtaussendender Elemente 199, 199, z. B. LEDs, sind auf einer zentral gelegenen Platte 197, die zwischen den Schienen 182, 182 des Roboters 144 liegt, angebracht, und jedes emittiert einen Lichtstrahl, der durch Lichtabtastelemente 201 abgetastet werden kann, die an in geeignetem Abstand zueinander angeordneten Intervallen entlang der Erkennungsstange 194 liegen. Ein (nicht dargestelltes) Mikrocomputersystem kann die Anwesenheit oder Abwesenheit eines Wafers auf einer beliebigen Höhe innerhalb der Kassette 66 in Abhängigkeit davon bestimmen, ob der Lichtstrahl durch einen Wafer blockiert wird, oder aufgrund eines fehlenden Wafers erkannt wird.

Der Roboter 144 dient auch dazu, Wafer, die zu der Transportstation 58 durch den Träger 64 geliefert wurden, von der Kassette 67 zu laden und zu entladen, wobei die Bestandteile der Transportstation 58 die gleichen sind wie diejenigen, die bei der Transportstation 56 beschrieben wurden. Die Schienen 154 und 155 der Transportstationen 56 bzw. 58 können beide parallel zur Mittellinie C des Schrankgehäuses 68 liegen. Jedoch kann ein noch kompakterer und schmalerer Aufbau dadurch erzielt werden, daß die Schiene 155 in einem kleinen Winkel "A" (z. B. 10°-15°), der zur Rückseite hin gegenüber der Mittellinie C verschoben ist, versetzt wird, während die Schiene 154 parallel zur Mittellinie C bleibt, wie es in der Fig. 6 dargestellt ist. Zum gleichen Zweck kann die rechte Kante der Hintertür 141 der Station 56 an der Stelle 230 durch ein kleines winkelförmiges Stück 232 umrissen sein, um eine freie Rotation des Bühnenaufbaus 110 in diesem kompakten Aufbau sicherzustellen. Es kann außerdem erwünscht sein, die Hintertür 140 der Station 56 mit einem entsprechenden Umriß zu versehen.

Obwohl die bevorzugte Ausführungsform der Erfindung anhand von Trägern, Kassetten und einem Bearbeitungsgerät für Halbleiterwafer beschrieben wurde, ist die Erfindung auch anwendbar auf Träger, Halter und ein Bearbeitungsgerät für andere Arten von Objekten.


Anspruch[de]
  1. 1. Transportsystem zum Transportieren von Objekten zwischen zwei Umgebungen mit kontrollierten Bedingungen mit

    einem Objektträger (62), der eine erste Umgebung mit kontrollierten Bedingungen definiert und der eine Abdeckung (80) und eine Tür (100) aufweist, die dazu dient, eine Öffnung (105) im Boden (102) der Abdeckung (80) zu schließen,

    einem Halter (66) zum Tragen von wenigstens einem Objekt (44) auf der Trägertür (100),

    einem Gehäuse (68), das eine zweite Umgebung mit kontrollierten Bedingungen um ein Gerät (144) zur Bearbeitung des Objekts (44) definiert,

    einer Lukentür (104) zum Schließen einer durch ein bewegliches Lukenelement (90) definierten Lukenöffnung (93) innerhalb des Gehäuses, wobei die Lukentür (104) wenigstens den Teil einer Bühne (110), die die Trägertür (100) und den Objekthalter (66) in einer festgelegten Höhe in dem Gehäuse (68) trägt, bildet, und wobei das bewegliche Lukenelement (90) so ausgebildet ist, daß es an der Trägerabdeckung (80) angreift, um deren Bewegung in vertikaler Richtung zu verursachen, und

    Hubmitteln (82, 84) zum Bewegen des Lukenelements (90) in vertikaler Richtung zwischen einer unteren Position, an der die Lukentür (104) die Lukenöffnung schließt, und einer oberen Position, an der das Lukenelement (90) die Trägerabdeckung (80) in vertikaler Richtung über die Bühne (110) anhebt, um dem Gerät (144) zur Bearbeitung des Objekts (44) den Zugang zu dem Objekthalter (66) zu ermöglichen,

    wobei das System dadurch gekennzeichnet ist, daß

    sich das Gerät (144) zur Bearbeitung des Objekts (44) in einer ersten Kammer (146) des Gehäuses (68) befindet,

    eine Station (56) zum Aufnehmen des Objektträgers (62) in seinem geschlossenen Zustand eine rückseitige aufrechtstehende Platte (128) und einander gegenüberliegende aufrechtstehende Seitenplatten (126, 130) umfaßt, die durch das bewegliche Lukenelement (90) getragen werden und so angeordnet sind, daß sie mit entsprechenden herabhängenden Platten (134, 136, 138) des Gehäuses (68) in Gleitkontakt zusammenwirken, um die erste Kammer (146) während der vertikalen Bewegung des Lukenelements (90) in abgeschlossenem Zustand zu halten,

    eine von dem beweglichen Lukenelement (90) getragene herabhängende Frontplatte (78) so angeordnet ist, daß sie eine zweite Kammer (148) des Gehäuses (68) schließt, die erzeugt wird, wenn die getragene Abdeckung (80) über die Bühne (110) angehoben wird, und

    zwischen der ersten Kammer (146) und der zweiten Kammer (148) ein Zugang (142) vorgesehen ist, um einem an dem Objekt (44) angreifenden Element (180, 180) des Geräts (144) zur Bearbeitung des Objekts (44) den Zugang zu dem Objekthalter (66) zu ermöglichen, und die rückseitige aufrechtstehende Platte so angeordnet ist, daß sie den Zugang (142) schließt, wenn sich das Lukenelement (90) in der unteren Position befindet.
  2. 2. Transportsystem nach Anspruch 1, das darüber hinaus Luftbewegungsmittel (72) umfaßt, die dazu dienen, einen Luftstrom zur ersten Kammer (146) zu liefern, um in ihrem Innern einen Luftdruck zu erzeugen, der über dem sich außerhalb des Gehäuses (68) befindenden Luftdruck liegt, wobei die Zusammenwirkung zwischen den aufrechtstehenden Platten (134, 136, 138) des Gehäuses (68) einen Luftabschluß bildet, der dazu dient, den Überdruck aufrechtzuerhalten.
  3. 3. Transportsystem nach Anspruch 2, bei dem das Luftbewegungsmittel (72) Auslaßmittel (76) umfaßt, die dazu dienen, die zugeführte Luft aus dem Gehäuse (68) herauszuführen, nachdem die zugeführte Luft den Zugang (142) und die zweite Kammer (148) durchlaufen hat.
  4. 4. Transportsystem nach Anspruch 3, bei dem die Bühne (110) den Objekthalter (66) zwischen der herabhängenden Platte (78) und dem Zugang (142) trägt, und das Auslaßmittel wenigstens eine Öffnung (76) in der herabhängenden und dem Zugang (142) gegenüberliegenden Frontplatte (78) umfaßt, die dazu dient, die zugeführte Luft so herauszulassen, daß sich ein den Artikelhalter (66) umspülender, einen Überdruck aufweisender Luftstrom ergibt.
  5. 5. Transportsystem nach Anspruch 1, das darüber hinaus Transportmittel (150, 154, 160, 162, 164) umfaßt, um die Bühne (110) innerhalb des Gehäuses (68) relativ zur Position des Geräts (144) zur Bearbeitung des Objekts (44) zu bewegen.
  6. 6. Transportsystem nach Anspruch 5, bei dem das Transportmittel (150, 154, 160, 162, 164) so ausgebildet ist, daß es die Bühne (110) zwischen einer zurückgezogenen Position unter der angehobenen Trägerabdeckung (80) und einer ausgefahrenen Position, an der ein bewegliches Angriffsmittel (180, 180) des Geräts (144) zur Bearbeitung des Objekts (44) an dem Objekt (44) angreifen kann, hin- und herbewegen kann.
  7. 7. Transportsystem nach Anspruch 6, bei dem das Transportmittel Translationsbewegungsmittel (150, 154, 160, 162, 164), die die Bühne (110) zwischen der zurückgezogenen Position und der ausgefahrenen Position in horizontaler Richtung bewegen, und Rotationsbewegungsmittel (151, 156, 158, 173, 177) umfaßt, die eine Rotationsbewegung der Bühne (110) an der ausgefahrenen Position bewirken können, um den Objekthalter (66) auf das an dem Objekt (44) angreifende Mittel (180, 180) auszurichten.
  8. 8. Transportsystem nach Anspruch 7, bei dem das Translationsbewegungsmittel eine Schiene (154), ein Wagenmittel (150), das an der Schiene (154) für die Bewegung der Bühne (110) in horizontaler Richtung angreift, und Antriebsmittel (158, 160, 162, 164) umfaßt, die dazu dienen, das Wagenmittel (150) entlang der Schiene (154) zu bewegen.
  9. 9. Transportsystem nach Anspruch 7, bei dem das Rotationsbewegungsmittel Lagermittel (151) umfaßt, um die Bühne (110) drehbar auf dem Wagenmittel (150) zu befestigen, und Drehkrafterzeugungsmittel (156, 158, 173, 177) umfaßt, um die Rotation der Bühne (110) relativ zum Wagenmittel (150) zu bewirken.
  10. 10. Transportsystem nach Anspruch 1, bei dem die Hubmittel (82, 84) sich in vertikaler Richtung erstreckende Führungsmittel (124), an dem Führungsmittel (124) für die Bewegung in vertikaler Richtung angreifende Hubglieder (120) und Antriebsmittel (115, 118) umfassen, die dazu dienen, die Hubglieder (120) entlang dem Führungsmittel (124) zu bewegen, wobei die Hubglieder (120) mit dem Lukenelement (90) in der Weise verbunden sind, daß die Bewegung des Hubglieds (120) entlang dem Führungsmittel (124) das Lukenelement (90) dazu bringt, sich zwischen seiner unteren und seiner oberen Position zu bewegen.
  11. 11. Transportsystem nach Anspruch 1, bei dem das Gerät (144) zur Bearbeitung des Objekts (44) ein an dem Objekt (44) angreifendes Mittel (180, 180) umfaßt, das in vertikaler Richtung relativ zum dem Objekthalter (66) schaltbar ist, so daß es jeweils an einem von mehreren Objekten (44) angreifen kann, von denen jedes in unterschiedlicher Höhe in dem Objekthalter (66) gehalten wird.
  12. 12. Transportsystem nach Anspruch 11, das darüber hinaus Transportmittel (150, 154, 160, 162, 164) umfaßt, um die Bühne (110) innerhalb des Gehäuses (68) relativ zur Position des an dem Objekt (44) angreifenden Mittels (180, 180) zu bewegen.
  13. 13. Transportsystem nach Anspruch 1, bei dem das Objekt (44) ein Halbleiterwafer ist und das Bearbeitungsgerät (144) wenigstens einen Bearbeitungsschritt durchführt, um auf dem Halbleiterwafer eine integrierte Schaltung zu erzeugen.
  14. 14. Transportsystem nach Anspruch 13, bei dem der Objekthalter aus einer Kassette (66) besteht, die dazu dient, mehrere Halbleiterwafer (44) auf der Trägertür (100) zu tragen.






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