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Gebiet der vorliegenden Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung das Gebiet der Herstellung
von Mikrostrukturen in hochautomatisierten Fertigungsumgebungen
und betrifft insbesondere den Transport und die Handhabung von Substraten
zur Herstellung von Mikrostrukturen, etwa integrierten Schaltungen.
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Beschreibung des Stands der
Technik
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Der
heutige globale Markts zwingt Hersteller von Massenprodukten dazu,
Produkte mit hoher Qualität
und bei geringem Preis anzubieten. Es ist daher wichtig, die Ausbeute
und die Prozesseffizienz zu verbessern, um damit die Herstellungskosten
zu minimieren. Dies gilt insbesondere auf dem Gebiet der Herstellung
vom Mikrostrukturen, beispielsweise bei der Herstellung von Halbbauelementen,
da in diesem Bereich es wesentlich ist, modernste Technologie mit
Massenherstellungsverfahren zu kombinieren. Es ist daher das Ziel
der Hersteller von Halbleitern oder allgemein von Mikrostrukturbauelementen, den
Verbrauch von Rohmaterialien und Verbrauchsmaterialien zu reduzieren,
und gleichzeitig die Ausbeute und die Prozessanlagenauslastung zu
verbessern. Die zuletzt genannten Aspekte sind insbesondere wichtig,
da die in modernen Halbleiterherstellungsstätten erforderlichen Anlagen äußerst kostenintensiv
sind und den wesentlichen Teil der gesamten Produktionskosten repräsentieren.
Gleichzeitig müssen
die Prozessanlagen in einer Halbleiterfabrik häufiger im Vergleich zu den
meisten anderen technischen Gebieten aufgrund der raschen Entwicklung neuer
Produkte und Prozesse, die auch entsprechend angepasste Prozessanlagen
erfordern, ersetzt werden.
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Integrierte
Schaltungen werden typischerweise in automatisierten oder halbautomatisierten Fertigungsstätten hergestellt,
wobei sie eine große Anzahl
an Prozess- und Messschritten bis zur Fertigstellung des Bauelements
durchlaufen. Die Anzahl und die Art der Prozessschritte und der
Messschritte, die ein Halbleiterbauelement durchlaufen muss, hängt von
den Eigenschaften des herzustellenden Halbleiterbauelements ab.
Beispielsweise benötigt eine
moderne CPU mehrere Hundert Prozessschritte, wovon jeder inner halb
spezifizierter Prozessgrenzen auszuführen ist, um die Spezifikationen
für das betrachtete
Bauelementen zu erfüllen.
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In
vielen Prozesslinien für
Mikrostrukturbauelemente, etwa in Halbleiterfertigungsstätten, werden
mehrere unterschiedliche Produktarten für gewöhnlich gleichzeitig hergestellt,
etwa Speicherchips mit unterschiedlicher Gestaltung und Speicherkapazität, CPUs
mit unterschiedlichem Aufbau und Arbeitsgeschwindigkeit, und dergleichen,
wobei die Anzahl unterschiedlicher Produktarten 100 oder mehr Produktarten
in Fertigungslinien zur Herstellung von ASICs (anwendungsspezifischen
ICs) erreichen kann. Als Folge davon ist es erforderlich für das Durchlaufen
der diversen Produktarten durch die Vielzahl an Prozessanlagen,
dass komplexe Zeitablaufschemata eingesetzt werden, um eine hohe
Produktqualität
und ein hohes Leistungsverhalten zu erreichen, etwa einen hohen
Gesamtdurchsatz der Prozessanlagen, um damit eine maximale Anzahl von
Produkten pro Zeit und pro Anlageninvestitionskosten zu erhalten.
Somit ist das Anlagenverhalten insbesondere im Hinblick auf den
Durchsatz ein sehr wichtiger Fertigungsparameter, da dieser deutlich
die Gesamtherstellungskosten der einzelnen Produkte beeinflusst.
Daher werden auf dem Gebiet der Halbleiterherstellung diverse Strategien
eingesetzt, in dem Versuch, den Produktstrom zum Erreichen einer hohen
Ausbeute mit moderatem Verbrauch an Rohmaterialien zu optimieren.
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In
Halbleiterfertigungsstätten
werden Substrate; typischerweise Scheiben, in Gruppen gehandhabt
die allgemein als Lose bzw. Chargen bezeichnet werden, und die abhängig von
dem Grad der Automatisierung in der Fertigungsumgebung durch ein automatisiertes
Transportsystem transportiert werden, das auch als automatisches
Materialhandhabungssystem (AMHS) bezeichnet wird, das die Substrate
in entsprechenden Behältern
oder Trägern ausgibt,
beispielsweise in Form von vorneöffnenden Einheitsbehältern (FOUP),
in denen die mehreren Substrate gestapelt sind und jedes Substrat
horizontal angeordnet ist, und die zu so genannten Ladestationen
der Anlagen transportiert werden, und wobei von dem automatisierten
System Behälter
von den Anlagen übernommen
werden, die zuvor verarbeitete Substrate enthalten. Somit repräsentiert
der Transportprozess selbst einen wichtigen Faktor zum effizienten
Koordinieren und Verwalten der Fertigungsumgebung, da die Zeit zum
Einladen und Ausladen von Behältern
bis zu mehreren Minuten pro Behälterauswechselereignis
benötigen
kann und auch einer großen
Streuung unterliegt, was zu unerwünschten Wartezeiten an speziellen
Prozessanlagen führen
kann, wodurch deren Leistungsverhalten reduziert wird. Andererseits
besteht eine zunehmende Tendenz, die Größe der entsprechenden Substrate
zu vergrößern, um damit
die Prozesseffizienz zu verbessern, da, obwohl die Bearbeitung einzelner
Scheiben ein dominierendes Prozessschema im Hinblick auf die Prozessgleichmäßigkeit
zu werden scheint, dennoch die Oberfläche pro Substrat vergrößert wird,
um damit die Anzahl der Bauelemente zu vergrößern, die in einem einzelnen
Einschreibenprozess verarbeitet werden können. Beispielsweise hat in
der Vergangenheit eine Entwicklung von 150 mm bis 200 mm stattgefunden,
wobei aktuell 300 mm zu einem Industriestandart bei der IC-Herstellung
wird, wobei die Aussicht auf 450 mm Substrate in der absehbaren
Zukunft realistisch ist. Ferner werden, wie zuvor erläutert ist, eine
Vielzahl von Produktarten gleichzeitig mit unterschiedlichen Mengen
an Produkten pro Art verarbeitet. Somit kann im Hinblick auf eine
Verbesserung der Durchlaufzeit und zum Ermöglichen einer besseren Flexibilität bei der
Handhabung kundenspezifischer Nachfragen die Losgröße in zukünftigen
Prozessstrategien verringert werden. Beispielsweise werden aktuell
25 Scheiben pro Transportbehälter
häufig
als Losgröße verwendet,
wobei jedoch viele Lose mit einer geringeren Anzahl an Scheiben
zu handhaben sind, wodurch höhere
Anforderungen an die Prozesskapazität des automatischen Transportsystems und
den Koordinierungsablauf in der Herstellungsstätte gestellt werden, um damit
eine hohe Gesamtanlagenauslastung beizubehalten. Das heißt, die
Variabilität
der Behälteraustauschzeiten
zum Austauschen der Behälter
in entsprechenden Ladestationen der Prozessanlagen kann relativ
hoch sein und somit kann ein deutlicher Einfluss des Transportstatus
in der Fertigungsumgebung auf die Gesamtproduktivität beobachtet
werden. Wenn daher eine Fertigungsumgebung gestaltet oder neu gestaltet
wird, indem beispielsweise neue oder zusätzliche Anlagen installiert
werden, können
die Anlageneigenschaften im Hinblick auf die Transportmöglichkeiten,
etwa die Anzahl an Ladestationen für spezielle Anlagen, und dergleichen,
sowie die Kapazität
und das Funktionsverhalten des AMHS wichtige Faktoren für das Leistungsverhalten
der Fertigungsumgebung als Ganzes repräsentieren. Des Weiteren ist
die verfügbare
Fläche
in einer modernen Reinraumumgebung sehr kostenintensiv, wobei zum
Vergrößern der
Substratgrößen ein
zunehmender Anteil an Fläche
von dem Transportsystem eingenommen wird, das typischerweise als
ein Einschienensystem vorgesehen ist, wobei entsprechende Transportbehälter empfangen und
diese zu ihrem Ziel transportiert werden. Beispielsweise stellt
ein Transportbehälter
für 25
gestapelte 200 mm Scheiben ein würfelförmiges Gebilde dar
mit Abmessungen von ungefähr
240 mm in Breite und Höhe.
Für einen
Behälter
mit einer Kapazität
zur Aufnahme von 25 gestapelten 300 mm Scheiben beträgt die Breite
ungefähr
350 mm. Somit nehmen mit zunehmendem Scheibendurchmesser die entsprechenden
Einzel schienen eine größer werdende
Fläche
ein, was in Verbindung mit einer erhöhten Transportaktivität zu einem
höheren „Verbrauch" an Reinraumfläche beitragen
kann.
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Obwohl
in einigen konventionellen Verfahren versucht wird, den Einfluss
der Transportkapazitäten auf
das Gesamtverhalten der Fertigungsumgebung auf der Grundlage von
Simulationsmodellen zu bewerten, um damit prozesslinienspezifische
Eigenschaften im Hinblick auf den Scheibentransport und ablaufabhängige Eigenschaften
des AMHS zu bestimmen, sind die oben genannten Entwicklungen und
der aktuelle Status der Transportanlagen problematisch im Hinblick
auf das Erreichen und Beibehalten eines hohen Gesamtdurchsatzes.
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Angesichts
der zuvor beschriebenen Situation besteht ein Bedarf für eine Technik,
um in effizienterer Weise mit Transport in Verbindung stehende Probleme
in der Fertigungsumgebung für
Mikrostrukturelemente zu handhaben, wobei eines oder mehrere der
oben genannten Probleme vermieden oder zumindest reduziert werden.
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Überblick über die Erfindung
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik zur
Verbesserung automatischer Transportsysteme zur Handhabung von Substraten, das
heißt
von Scheiben, für
die Bearbeitung von Mikrostrukturbauelementen, wobei die erforderliche
Installationsfläche
des Transportsystems im Vergleich zu konventionellen Systemen deutlich
verringert werden kann, indem entsprechende Scheiben in einer im Wesentlichen
vertikalen Orientierung transportiert werden. Auf diese Weise kann
insbesondere für Scheiben
mit großen
Durchmessern, etwa 300 mm, 450 mm, und dergleichen die Transportkapazität eines
entsprechenden automatischen Transportsystems erhöht werden,
wobei kein zusätzlicher
Flächenbedarf
im Vergleich zu konventionellen Systemen auftritt, oder wobei für eine gegebenen
Transportkapazität
das entsprechende Transportsystem mit einer geringeren Anforderung
im Hinblick auf wertvolle Reinraumfläche installiert werden kann. Des
Weiteren bietet die vorliegende Erfindung eine erhöhte Flexibilität in Bezug
auf das Anpassen der Transportkapazitäten an die Erfordernisse moderner Halbleiterproduktionslinien,
in denen Scheibenlose mit reduzierter Größe aufgrund des höheren Maßes an Flexibilität bei der
Handhabung der Produktmischungen innerhalb der Fertigungsumgebung
und zum Verbessern der Koordinationsfähigkeiten für die betrachtete Umgebung
erforderlich sind.
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Gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Transportbehälter für Substrate, etwa Scheiben,
für Mikrostrukturbauelemente
bereitgestellt, wobei der Transportbehälter einen oder mehrere Fächer zur
Aufnahme und zum Halten eines Substrats in einer im Wesentlichen
vertikalen Orientierung während
des Transports aufweist.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung wird ein Ladestationssystem für eine Prozessanlage
einer Fertigungsumgebung zum Bearbeiten von Substraten bereitgestellt.
Das Ladestationssystem umfasst eine Behälterhandhabungseinheit, die
ausgebildet ist, einen Transportbehälter mit mindestens einem Fach
zum Halten eines Substrats in einer im Wesentlichen vertikalen Orientierung
zu empfangen.
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Gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung umfasst ein Verfahren das Transportieren
eines Substrats zu einer Prozessanlage einer Fertigungsumgebung
zur Verarbeitung von Mikrostrukturbauelementen mittels eines automatischen
Transportsystems, wobei das Substrat eine im Wesentlichen vertikale Orientierung
relativ zum Boden während
des Transports aufweist.
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Gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform
umfasst ein System ein automatisches Transportsystem für die Auslieferung
von Substraten innerhalb einer Fertigungsumgebung zur Bearbeitung
von Mikrostrukturbauelementen. Das System umfasst ferner eine Prozessanlage,
die ausgebildet ist, die Substrate aufzunehmen und zu bearbeiten, wobei
die Prozessanlage die Substrate in einer im Wesentlichen vertikalen
Orientierung relativ zum Boden aufnimmt.
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Kurze Beschreibung der Zeichnungen
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Weitere
Vorteile, Aufgaben und Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung sind in den angefügten Patentansprüchen definiert
und gehen deutlicher aus der folgenden detaillierten Beschreibung
hervor, wenn diese mit Bezugnahme zu dem begleitenden Zeichnungen
studiert wird, in denen:
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1a schematisch
eine Draufsicht eines automatischen Transportsystems in einer Fertigungsumgebung
zur Verarbeitung von Substraten, etwa von Scheiben zur Herstellung
von Mikrostrukturbauelementen zeigt, wobei eine vertikale Transportorientierung der
entsprechenden Scheiben gemäß anschaulichen
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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1b schematisch
konventionelle Transportbehälter
im Vergleich zu entsprechenden Transportbehältern gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigen, wobei die deutliche Einsparung
an Reinraumfläche
dargestellt ist;
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1c schematisch
einen Transportbehälter gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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1d schematisch
den „Flächenverbrauch" eines konventionellen
Einzelschienentransportsystems für
Scheiben mit größerem Durchmesser,
etwa 450 mm Substrate, im Vergleich zu einem entsprechenden Einschienensystem
gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2a schematisch
ein Ladestationssystem zum Empfangen der entsprechenden Scheiben
in einer im Wesentlichen vertikalen Orientierung gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung zeigt;
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2b schematisch
eine Vorderansicht eines entsprechenden Transportsystems mit mehreren Ladestationen
zeigt, um eine verbesserte Anlagenauslastung selbst für Lose mit
geringer Größe gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung bereitzustellen; und
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2c und 2d schematisch
ein weiteres Ladestationssystem in zwei unterschiedlichen Betriebszuständen gemäß einer
noch weiteren anschaulichen Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung zeigen.
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Detaillierte Beschreibung
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Obwohl
die vorliegende Erfindung mit Bezug zu den Ausführungsformen beschrieben ist,
wie sie in der folgenden detaillierten Beschreibung sowie in den
Zeichnungen dargestellt sind, sollte es selbstverständlich sein,
dass die folgende detaillierte Beschreibung sowie die Zeichnungen
nicht beabsichtigen, die vorliegenden Erfindung auf die speziellen anschaulichen
offenbarten Ausführungsformen
einzuschränken,
sondern die beschriebenen anschaulichen Ausführungsformen stellen lediglich
beispielhaft die angefügten
Patentansprüche
dar.
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Im
Allgemeinen betrifft die vorliegende Erfindung eine Technik, die
für bessere
Transportkapazitäten
in einer komplexen Fertigungsumgebung sorgt, in der entsprechende
Substrate oder Scheiben für Mikrostrukturbauelemente
zwischen den entsprechenden Prozessanlagen auf der Grundlage eines automatischen
Transportsystems ausgetauscht werden. Zu diesem Zweck wird die Orientierung
der entsprechenden Scheiben während
des Transports so gewählt,
dass eine deutliche Verringerung der Grundfläche des automatischen Transportsystems erhalten
wird. Wie zuvor erläutert
ist, werden in konventionellen Strategien zum Betreiben von automatischen
Transportsystemen in Halbleiterfertigungsstätten entsprechende Transportbehälter oder
Träger, etwa
FOUP (vorneöffnende
Einheitsbehälter)
vorgesehen und diese sind so gestaltet, dass die entsprechenden
Substrate in einer im Wesentlichen horizontalen Weise in Bezug auf
den Untergrund bzw. Boden des Reinraums empfangen und gehalten werden. Für eine standardmäßige Losgröße von 25
Scheiben und einen typischen Substratdurchmesser von 200 mm kann
ein entsprechender Transportbehälter
eine ähnliche
Höhe und
Breite aufweisen. Wenn jedoch entsprechend Transportbehälter mit
geringer Losgröße verwendet
werden, beispielsweise im Hinblick auf eine verbesserte Flexibilität bei der
Disponierung des komplexen Fertigungsablaufs in der Umgebung, ist
in konventionellen Strategien im Wesentlichen die gleiche Fläche für ein entsprechend
angepasstes Transportsystem erforderlich, wobei eine entsprechende Vergrößerung der
Transportkapazität
erforderlich sein kann aufgrund der angepassten Disponierabläufe, so
dass ein wesentlicher Anteil an Fläche des Reinraums von dem automatischen
Transportsystem eingenommen wird. Die entsprechende Situation wird
noch kritischer in einer entsprechenden Fertigungsumgebung, in der
Scheiben mit größerer Größe etwa
300 mm, zu bearbeiten sind. In dieser Situation trägt der Flächenverbrauch
horizontal orientierter Scheiben in Verbindung mit einer größeren Transportkapazität deutlich
zu einer größeren Installationsfläche der
entsprechenden Fabrik bei, wodurch die entsprechenden Kosten ansteigen.
Die vorliegenden Erfindung ermöglicht
eine effizientere Ausnutzung der verfügbaren Fläche in der entsprechenden Reinraumumgebung
durch geeignetes Positionieren der Substrate in einer flächeneffizienten
Weise. Beispielsweise können
die Substrate so positioniert und orientiert werden, dass diese
im Wesentlichen vertikal in Bezug auf den Untergrund oder Boden
des Reinraums sind, und ferner so, dass die ebene Oberfläche der
Substrate im Wesentlichen parallel zur Transportrichtung verläuft. Somit
können
für eine
vorgegebene Transportkapazität
deutliche Einsparungen für
den erforderlichen Flächenbedarf
erreicht werden, da der entsprechend Anstieg in der Höhe typischerweise
nicht problematisch ist, da die entsprechende Höhe in Reinräumen ohnehin verfügbar ist. Insbesondere
wenn kleine Losgrößen zunehmend als
Standardmaß in
komplexen Fertigungsumgebungen eingesetzt werden, kann eine noch
weitere Reduzierung des von dem Transportsystem für eine vorgegebene
Transportkapazität
erforderlichen Flächenbedarfs
im Vergleich zu konventionellen Technologien erreicht werden, in
denen eine Reduzierung der Losgröße nicht
zu einer Flächeneinsparung
des entsprechenden Transportsytems führt.
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Die
vorliegende Erfindung ist daher äußert vorteilhaft
für Fertigungsstätten, in
denen Scheiben mit großen
Durchmessern 300 mm, 450 mm, oder andere Scheibengrößen verwendet
werden, die in künftigen
Technologien Standardgrößen für die Substrate
werden. Die vorliegende Erfindung kann jedoch auch vorteilhaft in
Fertigungsumgebungen mit kleineren Scheibengrößen, etwa 200 mm, und dergleichen
eingesetzt werden, insbesondere wenn kleinere Standardlosgrößen in der
entsprechenden Umgebung eingerichtet werden, indem beispielsweise entsprechende
Scheiben in vertikaler Richtung gestapelt werden, um damit die Breite
der entsprechenden Transportbehälter
deutlich zu verringern.
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Mit
Bezug zu den begleitenden Zeichnungen werden nunmehr weitere anschauliche
Ausführungsformen
detaillierter beschrieben.
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1a zeigt
schematisch einen Teil einer Fertigungsumgebung 150, die
eine Prozesslinie mit mehreren Prozessanlagen 151a, 151b repräsentiert, in
denen entsprechende Substrate, etwa Scheiben in Plattenform, bearbeitet
werden, um damit Mikrostrukturbauelemente herzustellen. Des Weiteren
umfasst die Fertigungsumgebung 150 ein automatisches Transportsystem 100,
das ausgebildet ist, Substrate zumindestens zu einigen der Anlagen 151a, 151b zu transportieren.
Das Transportsystem 100 ist ein automatisches System, das
entsprechende Transportbehälter
oder Träger 110a, 110b aus
entsprechenden Bereichen, etwa Ladestationen der Prozessanlagen 151a, 151b empfangt
und die entsprechenden Transportbehälter 110a, 110b von
einer Quellenanlage zu einer Zielanlage unter der Anleitung einer
geeigneten überwachenden
Steuereinheit transportiert. Das entsprechende Transportsystem 100 kann
auch einen Teil eines automatischen Materialhandhabungssystems (AMHS)
repräsentieren,
wie es typischerweise in modernen Halbleiterfertigungsstätten vorgesehen ist.
Das System 100 umfasst mehrere entsprechende Schienen 101 oder
andere geeignete mechanische Aufbauten, die als Halterung und Führungselemente entsprechender
Transporteinrichtungen (nicht gezeigt) verwendet werden können, die
die entsprechenden Transportbehälter 110a, 110b auf nehmen. Die
Schienen 101 definieren eine Bewegungsrichtung, wie dies
durch 101m angezeigt ist. Die entsprechenden Schienen 101 erfordern
daher eine gewisse Fläche
in der Umgebung 150, abhängig von der lateralen Abmessung
der entsprechenden Transportbehälter 110a, 110b und
abhängig
von der Anzahl der entsprechenden Schienen 101, die unter
anderem die Gesamttransportkapazität des Transportsystems 100 bestimmen.
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Da
die Abmessungen des Transportsystems 100 in der Höhenrichtung,
das heißt
in der Richtung senkrecht zur Zeichenebene aus 1a,
effizient erweitert werden können,
ist das Transportsystem 100 gemäß der vorliegenden Erfindung
ausgebildet, die Höhe
der entsprechenden Transportbehälter 110a, 110b geeignet
zu vergrößern, um
damit vorteilhafterweise eine deutlich geringere laterale Größe 110l oder
Breite der Transportbehälter 110a, 110b zu
erhalten. Es sollte beachtet werden, dass der Begriff „lateral" eine Positionsinformation
kennzeichnet, die eine im Wesentlichen horizontale Orientierung
beschreibt, die jedoch im Wesentlichen senkrecht zu Bewegungsrichtung 101m ist,
die durch die Schienen 101 definiert ist. Somit bestimmt
die laterale Größe, die
als 110l bezeichnet ist, im Wesentlichen den minimalen
Abstand zwischen benachbarten Schienen 101. Somit kann
durch Verringern der lateralen Größe oder Breite 110l der
entsprechenden Transportbehälter 110a, 110b eine
größere Anzahl
an Schienen 101 und damit eine erhöhte Transportkapazität in der Fertigungsumgebung 150 eingerichtet
werden. Es sollte beachtete werden, dass selbst, wenn eine oder mehrere
der Schienen 101 in vertikaler Richtung übereinander
angeordnet sind, dennoch eine deutliche Reduzierung der erforderlichen
Bodenfläche
in der Umgebung 150 erreicht werden kann, indem die laterale
Größe für eine vorgegebene
Transportkapazität
der Behälter 110a, 110b reduziert
wird.
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Während des
Betriebs des Transportssystems 100 in der Fertigungsumgebung 150 laden
die entsprechenden Ladestationen in der Prozessanlage 151a in
geeigneter Weise Substrate 121 in die Transportbehälter 110a, 110b,
wie dies nachfolgend detaillierter beschrieben ist, und die entsprechenden
Behälter 110a, 110b werden
unter den entsprechenden Prozessanlagen über das Transportsystem 100 entsprechend
einem definierten Disponierschema ausgetauscht, das deutlich von
der Gesamttransportkapazität
des Systems 100 abhängt.
Während
des Transports sind die Substrate 121 im Wesentlichen vertikal
relativ zum Untergrund oder Boden des Reinraums innerhalb der Transportbehälter 110a, 110b angeordnet,
wobei zu beachten ist, dass der Begriff „vertikal" in Bezug auf die Transportorientierung
der Substrate 121 als eine vertikale Orientierung zu verstehen
ist, wobei die Substrate 121 gleichzeitig mit ihren Flächen 121s parallel
zur Richtung der Bewegung 101m ausgerichtet sind, die durch
die Schienen 101 definiert ist.
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1b zeigt
schematisch Vorderansichten von Behältern zum Zwecke des Vergleichs
einer konventionellen Behälteranordnung,
das heißt
eines Behälters,
der für
eine horizontale Lagerung der Scheiben ausgebildet ist, mit der
im Wesentlichen vertikalen Orientierung gemäß anschaulicher Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. In dem oberen Bereich aus 1b ist
ein konventioneller Transportbehälter 120a gezeigt,
der beispielsweise zur Aufnahme von 25 Scheiben mit einem Durchmesser
von 200 mm ausgebildet ist, was eine häufig verwendete Standardscheibengröße für die Halbleiterproduktion ist.
Folglich kann der konventionelle Transportbehälter 1a einen im Wesentlichen
quadratischen Querschnitt aufweisen, wobei dessen laterale Größe 120l im
Wesentlichen durch den Durchmesser des Substrats 121 bestimmt
ist. In ähnlicher
Weise besitzt ein konventioneller Substratbehälter 120b, wobei das entsprechende
Substrat 121 einen Durchmesser von 300 mm aufweist, die
laterale Abmessung 120l, die im Wesentlichen durch den
Durchmesser von 300 mm bestimmt ist. Jedoch ist die entsprechende
Höhe des
konventionellen Behälters 120b,
die als 120h angegeben ist, deutlich kleiner im Vergleich
zur lateralen Abmessung 120l, und kann beispielsweise für eine standardmäßige Losgröße von 25
Scheiben ungefähr
240 mm betragen. Daher ist in konventionellen Transportsystemen
die laterale Größe und damit die
erforderliche Bodenflache durch den Durchmesser der entsprechenden
Substrate bestimmt, die von dem entsprechenden Transportsystem zu
handhaben sind, wobei beispielsweise eine Verringerung der Standardlosgröße nicht
zu einer Verringerung der erforderlichen Bodenfläche beiträgt, da damit lediglich die
entsprechende Höhe
der konventionellen Transportbehälter 120a, 120b verringert
wird.
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In
dem unteren Teil der 1b sind die entsprechenden Transportbehälter 110a, 110b gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
dargestellt, wobei beispielsweise der Transportbehälter 110a auf
der linken Seite einen Behälter
für 200
mm Scheiben mit standardmäßiger Losgröße repräsentiert,
die vergleichbar ist zu der standardmäßigen Losgröße des Behälters 120a. In diesem
Falle können
die entsprechenden Substrate oder Scheiben 121 so angeordnet
werden, dass diese im Wesentlichen vertikal im Bezug auf den Untergrund
oder den Boden des Reinraums angeordnet sind, wobei in der gezeigten
Ausführungsform
die entsprechenden Substrate 121 vertikal in dem Behälter 110a gestapelt
sind, um damit zwei Ebenen zu bilden, wodurch eine reduzierte laterale
Größe 110l geschaffen
wird, wobei dennoch die Möglichkeit
gegeben ist, eine vergleichbare Anzahl an Substraten oder sogar
eine höhere
Anzahl an Substraten im Vergleich zu dem Transportbehälter 120a aufzunehmen.
In anderen anschaulichen Ausführungsformen
ist der Behälter 110a zur
Aufnahme von 200 mm Scheiben so gestaltet, dass eine geringere Anzahl
an Substraten, etwa 12 Substrate oder noch weniger aufgenommen werden,
wodurch eine deutlich geringere laterale Abmessung 110l erzielt wird,
wie dies zuvor erläutert
ist, während
die geringere Standardlosgröße für verbesserte
Disponierflexibilität
und dergleichen sorgt, wie dies zuvor erläutert ist. Somit kann in diesem
Falle mit im Wesentlichen dem gleichen Anteil an Installationsfläche, die für das Transportsystem 100 erforderlich
ist, die Transportkapazität
verdoppelt werden, das heißt
die Anzahl der Schienen 101 kann verdoppelt werden, wodurch
die gewünschte
verbesserte Flexibilität beim
Disponieren des Substratstroms in der Fertigungsumgebung 150 geschaffen
wird. Durch Vorsehen eines entsprechenden Transportbehälters mit
einer gestapelten Konfiguration, wie dies in 1b links
gezeigt ist, kann andererseits die Transportskapazität pro Transportereignis
vergleichbar sein zu dem konventionellen System oder kann sogar
vergrößert werden,
abhängig
von der Anzahl der Scheibenebenen. Somit kann selbst für eine standardmäßige Scheibengröße von 200
mm eine deutliche Verbesserung der Transportkapazität und/oder
der Disponierflexibilität
geschaffen werden. Es sollte beachtet werden, dass das entsprechende
Transportsystem 100 in bestehende Transportsysteme integriert werden
kann, indem die entsprechenden Ladestationssysteme der konventionellen
Prozessanlagen entsprechend modifiziert werden.
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Auf
der rechten Seite der 1b ist der Transportbehälter 110a gemäß einer
weiteren Ausführungsform
gezeigt, die einer Scheibengröße von mehr
als 200 mm, etwa 300 mm oder größer entspricht.
In diesem Falle kann eine deutliche Reduzierung der lateralen Größe 110l im
Vergleich zu der lateralen Größe 120l des
konventionellen Transportbehälters 120b für ansonsten
identische Transporteigenschaften erreicht werden, wodurch die gleichen Vorteile
geboten werden, wie sie zuvor beschrieben sind. Ferner wächst im
Falle von wesentlich geringeren standardmäßigen Losgrößen die Diskrepanz der Effizienz
zwischen dem vertikalen Scheibentransport und dem konventionellen
horizontalen Scheibentransport weiter an, da die Verringerung der
Anzahl an Scheiben sich entsprechend in einer Verringerung der lateralen
Abmessung 110l ausdrückt,
im Gegensatz zu den konventionellen Behältern. Wie zuvor erläutert ist,
kann eine entsprechende Entwicklung die Flexibilität bei der
Materialhandhabung in der Umgebung 150 verbessern, und
diese Flexibilität
kann weiter ansteigen mit zunehmenden Substratdurchmessern etwa
450 mm, die mit großer
Wahrscheinlichkeit standardmäßige Losgrößen werden.
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1c zeigt
schematisch den Transportbehälter 110a gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform,
in der der Behälter 110a mindestens
einfach 111 zur Aufnahme des Substrats 121 mit einem
Durchmesser von ungefähr
450 mm oder mehr aufweist. In der gezeigten Ausführungsform ist der Behälter 110a für eine maximale
Losgröße von 12
Scheiben ausgelegt, wobei beachtet werden sollte, dass in anderen
anschauliche Ausführungsformen
eine andere geeignete Anzahl an Fächern 111 vorgesehen
wird, wie dies durch die Fertigungsumgebung 150 erforderlich
ist. In einigen anschaulichen Ausführungsformen wird ein einzelnes
Fach 111 pro Behälter 110a vorgesehen,
um damit eine Einzelscheibenbearbeitung und einen Einzelscheibentransport
innerhalb der Umgebung 150 zu ermöglichen, wodurch die Scheibendurchlaufzeit
reduziert wird. Ferner kann aufgrund der im Wesentlichen vertikalen
Orientierung des Substrats 121, zumindest während des
Transports, eine signifikante Verformung des Substrats 121 im
Vergleich zur konventionellen horizontalen Orientierung der Scheiben
verringert oder vermieden werden. Eine entsprechenden Verformung
kann für
große
Durchmesser, etwa 450 mm deutlich sein, wodurch zusätzliche
Maßnahmen erforderlich
sein können,
etwa speziell gestaltete Halterelemente und dergleichen, die daher
beim Vorgang des Einladens und Ausladens der Substrate 121 eine
zusätzliche
Komplexität
hervorrufen können,
wenn die Scheiben horizontal orientiert sind. Des Weiteren umfasst
der Behälter 110a eine
entsprechende Kopplungseinheit 112, die ausgebildet ist,
in die entsprechenden Schienen 101 in dem Transportsystem 100 einzugreifen.
Zu diesem Zweck können
gut etablierte Kopplungseinrichtungen oder andere geeignete Befestigungssysteme
eingesetzt werden.
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Es
sollte beachtet werden, dass die Gestaltung im Hinblick auf die
Fächer 111,
deren Anzahl und dergleichen, in ähnlicher Weise auf jeden der Transportbehälter 110a, 110b angewendet
werden kann, unabhängig
von der Größe der Scheiben 121, die
darin zu transportieren sind. Beispielsweise kann der in 1c gezeigte
Behälter 110a ebenso
so gestaltet sein, dass ein oder mehrere Fächer vertikal aufeinander gestapelt
sind, wie dies beispielsweise in 1b auf
der linken Seite gezeigt ist, wodurch eine hohe Transportkapazität pro Transportereignis geschaffen
wird, wobei dennoch eine geringe laterale Größe beibehalten wird. In anderen
anschaulichen Ausführungsformen
ist das Transportsystem 100 so ausgebildet, dass zwei oder
mehr der Transportbehälter 110a in
einer vertikal gestapelten Weise, zumindest innerhalb flächenkritischer
Bereiche der Fertigungsumgebung 150 transportiert werden,
wodurch ebenso zu einer erhöhten
Transportflexibilität
und Kapazität
beigetragen wird, wobei kein unerwünschter Flächenverbrauch auftritt.
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1d zeigt
schematisch einen Vergleich eines konventionellen Transportsystems,
das beispielsweise für
Substrate 121 mit einem großen Durchmesser von etwa 450
mm gestaltet ist, auf Grundlage eines Transportsystems mit zwei
im Wesentlichen parallelen Schienen.
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In
dem oberen Bereich aus 1d sind
entsprechende konventionelle Transportbehälter 120 gezeigt,
die an den Schienen 101 angebracht sind, wobei die konventionelle
horizontale Orientierung während
des Transports verwendet wird. Folglich ist eine laterale Abmessung
von mindestens ungefähr 1000
mm oder mehr erforderlich, abhängig
von der Komplexität
der entsprechenden Transportbehälter 120.
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In
dem unteren Bereich aus 1d ist
eine entsprechende Anordnung gemäß einer
anschaulichen Ausführungsform
dargestellt, wobei die vertikale Orientierung der Substrate eine
deutliche Reduzierung der gesamten lateralen Abmessung 110l,
die für das
Schienensystem des Transportsystems 100 erforderlich ist,
wie dies durch die gestrichelte Linie angedeutet ist, sorgt, wobei
im Gegensatz zur konventionellen Ausgestaltung eine weitere Reduzierung der
maximalen Losgröße, die
in der Umgebung 150 einzusetzen ist, die entsprechende
laterale Abmessung 110l weiter verringert. Somit kann die
Transportkapazität
des Systems 100 im Vergleich zu dem in dem oberen Teil
aus 1d gezeigten konventionellen System deutlich erhöht, indem
die entsprechende erhöhte
Anzahl an Schienen 101 für eine gegebenen Bodenfläche vorgesehen
wird.
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Folglich
kann durch das im Wesentliche vertikal Orientieren relativ zum Untergrund
oder zum Boden des Reinraums der Substrate oder Scheiben 121 des
Transports die entsprechende Transportkapazität des Systems 100 für eine vorgegebene
erforderliche Bodenfläche
deutlich verbessert werden, oder die Anzahl der Transportereignisse
kann gesteigert werden, indem eine entsprechende größere Anzahl an
Schienen vorgesehen wird, ohne dass weitere Installationsfläche verbraucht
wird. Somit kann selbst in bestehenden komplexen Fertigungsumgebungen die
standardmäßige Losgröße reduziert
werden, beispielsweise im Hinblick auf die Flexibilität zur Handhabung
des gesamten Prozessablaufs, indem in geeigneter Weise die Transportkapazität vergrößert wird,
wobei bestehende Reinraumanordnungen weiterhin benützt werden
können.
Andererseits können Fertigungsumgebungen
auf der Grundlage von Substraten mit großem Durch messer mit äußert effizienten
Transportsystemen ohne übermäßigen Flächenverbrauch
ausgestattet werden. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht nur
vorteilhaft im Hinblick auf die Flexibilität und Kapazität des entsprechenden Transportsystem,
sondern bietet auch größere I/O- (Eingabe/Ausgabe-)
Kapazitäten
für die
entsprechenden Prozessanlagen, indem entsprechende Ladestationssysteme
vorgesehen werden, die so angepasst werden können, dass die entsprechenden Transportbehälter mit
darin vertikal angeordneten Scheiben empfangen werden können. Auch
im Falle des Transportsystems 100 können entsprechende Prozessanlagen
unter Umständen
eine größer Lade/Ausladekapazität benötigen, um
der größeren Anzahl
an Behälteraustauschereignissen
Rechnung zu tragen, ohne in unerwünschter Weise den Gesamtdurchsatz
der entsprechenden Prozessanlagen zu beeinflussen. Dies bedeutet,
die Behälteraustauschzeit,
das heißt,
der Zeitraum zur Aufnahme eines Transportbehälters in einer Ladestation
und zum Ausgeben eines Behälters
aus der Anlage zu dem Transportsystem, kann im Wesentlichen unabhängig von
der Anzahl der Substrate sein, die in einem entsprechenden Behälter enthalten
ist. Wenn daher im Allgemeinen eine geringere Anzahl an Substraten
in den Behältern
enthalten ist, beispielsweise im Hinblick auf eine bessere Prozessflexibilität, muss
die Anzahl der Behälteraustauschereignisse
vergrößert werden,
um die gewünschte
Anlagenauslastung beizubehalten. In diesem Falle ist eine höhere Anzahl
an Ladestationen erforderlich, was zu einem weiteren Installationsflächenverbrauch
beiträgt,
während
die effektive Scheibenbearbeitungsfläche der Prozessanlage eigentlich
nicht vergrößert werden
muss.
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2a zeigt
schematisch eine Seitenansicht eines Bereichs einer Prozessanlage 251,
die eine beliebige Prozessanlage repräsentieren kann, wie sie in einer
komplexen Fertigungsumgebung zur Bearbeitung von Mikrostrukturbauelementen
verwendet wird. Die Prozessanlage 251 umfasst ein Ladestationssystem 260,
das ausgebildet ist, einen Transportbehälter 210 mit vertikal
orientierten Substraten 221 zu empfangen oder auszugeben.
Das Ladestationssystem 260 umfasst ferner eine Scheibenhandhabungseinheit 261,
die ausgebildet ist, auf den Transportbehälter 210 zuzugreifen,
um die entsprechenden Scheiben 221 in ihrer im Wesentlichen
vertikalen Orientierung zu entfernen oder einzuführen. Zu diesem Zweck können gut
etablierte mechanische Systeme, etwa Roboterarme, Vakuumgreifer,
und dergleichen, verwendet werden. Des Weiteren ist die Scheibenhandhabungseinheit 261 ferner
ausgebildet, das Substrat 221 im Hinblick auf die weitere
Bearbeitung in der Prozessanlage 251 in geeigneter Weise
zu positionieren. Wie beispielsweise gezeigt ist, kann, wenn die
nachfolgenden Prozesskammern in der Anlage 251 oder eine
weitere Transporteinheit in der Anlage 251 eine im Wesentlichen
horizontale Orientierung der Substrate 221 erfordert, die
Scheibenhandhabungseinheit 261 in geeigneter Weise das Substrat
für die
weitere Bearbeitung in der Anlage 251 positionieren. Somit
kann das Ladestationssystem 260 ein geeignete mechanische
Schnittsstelle für
ein Transportsystem bilden, das die Substrate 221 in einer
im Wesentlichen vertikalen Orientierung in Bezug auf den Grund oder
den Boden des Reinraums bereitstellt, etwa ein Transportsystem 100,
wie es zuvor in Verbindung mit den entsprechenden Transportbehältern 110a, 110b beschrieben
ist.
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2b zeigt
schematisch das Ladestationssystem 260 in einer frontalen
Ansicht gemäß anschaulicher
Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung. In diesem Beispiel umfasst das Ladestationssystem 260 mehrere
Stationen 260a,..., 260c, um für eine hohe Eingabe/Ausgabe-Kapazität der Anlage 251 zu
sorgen, wie dies erforderlich ist, wenn kleine Losgrößen in der
entsprechenden Fertigungsumgebung zu bearbeiten sind. Somit kann
jede der Ladestationen 260a,..., 260c, einen entsprechenden Transportbehälter 210a,..., 210c empfangen
oder ausgeben, in welchem eine entsprechende Anzahl im Wesentlich
vertikal orientierter Substrate enthalten ist. Wie zuvor mit Bezug
zu dem Transportsystem 100 erläutert ist, kann auch in diesem
Falle die laterale Größe des Ladestationssystems 260 deutlich
im Vergleich zu einem konventionellen Systems, das das gleiche Maß an Eingabe/Ausgabe-Kapazität auf der
Grundlage horizontal orientierter Substrate bietet, verringert werden.
Auch in diesem Falle ist die entsprechende Höhe des Ladestationssystems 260 wenig
kritisch, wobei jedoch der Anteil an von dem System 260 eingenommener
Flächen
im Vergleich zu den eigentlichen Prozesskammern der Anlage 252 deutlich
geringer sein kann im Vergleich zu einer horizontalen Anordnung.
Ferner kann in einigen anschaulichen Ausführungsformen eine entsprechende vertikal
gestapelte Konfiguration in dem System 260 eingerichtet
sein, wobei zwei oder mehr der Transportbehälter 210a, 210b, 210c vertikal
gestapelt sind, um die entsprechenden lateralen Abmessungen noch
weiter zu reduzieren. In anderen anschaulichen Ausführungsformen
wird die vertikal gestapelte Anordnung erreicht, indem Transportbehälter, etwa
der Behälter 110a wie
in 1b auf der linken Seite gezeigt ist, der zwei
oder mehrere Scheibenebenen aufweist, verwendet werden.
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2c zeigt
schematisch das Ladestationssystem 260 gemäß einer
weiteren anschaulichen Ausführungsform.
In dieser Ausführungsform
umfasst das System 260 eine Scheibenhandhabungseinheit 262,
die ausgebildet ist, dem Transportbehälter 210 mit den entsprechenden
Substraten 221 in der im Wesentlichen vertikalen Orientierung
zu emp fangen und eine entsprechende Drehung auszuführen, um
den Transportbehälter 210 in
eine im Wesentlichen horizontale Orientierung zu bringen, wenn eine
entsprechende horizontale Orientierung der Substrate 210 für die weitere
Handhabung in der entsprechenden Prozessanlage erforderlich ist.
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2d zeigt
schematisch das Ladestationssystem 260 in einem entsprechenden
Betriebszustand, in welchem den Transportbehälter 210 um 90° gedreht
wird, um damit eine im Wesentlichen horizontale Orientierung für die weitere
Handhabung der Substrate 221 zu erreichen. Somit kann durch
Bereitstellen des Ladestationssystems 260, wie es mit Bezug
zu den 2c, 2d beschrieben
ist, ein hohes Maß an
Kompatibilität
mit konventionellen Scheibenhandhabungsprozessen erreicht werden,
da die entsprechende Behälterhandhabungseinheit 262 auf konventionellen
Scheibenhandhabungseinheiten beruhen und so modifiziert werden kann,
um eine zusätzliche
90° Drehung
auszuführen.
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Es
gilt also: Die vorliegende Erfindung stellt eine Technik bereit,
in der entsprechende Scheiben durch ein automatisches Transportsystem
in einer komplexen Fertigungsumgebung zur Bearbeitung von Scheiben,
etwa Halbleiterscheiben, transportiert werden, wobei zumindest während des
Transports die entsprechenden Scheiben vertikal in Bezug auf den
Boden oder den Untergrund des Reinraums orientiert sind, das heißt, die
plattenförmigen
Substrate sind in einer im Wesentlichen aufrechten Orientierung
angeordnet und so ausgerichtet, dass die Flächen der Substrate im Wesentlichen
parallel zur Bewegungsrichtung sind, die durch die Längsrichtung der
Schienen oder anderer Führungselemente
definiert ist, und damit die laterale Größe oder Breite der entsprechenden
Transportbehälter
und damit den erforderlichen Flächenbedarf
des entsprechenden Transportsystems deutlich zu reduzieren. Auf
diese Weise kann das Transportsystem mit einer größeren Transportkapazität versehen
werden, ohne dass wertvolle Fläche
des Reinraums verbraucht wird. Somit kann die Reinraumfläche in effizienterer
Weise für prozessrelevante
Erfordernisse, das heißt
für das
eigentliche Verarbeiten der Substrate, ausgenutzt werden. Selbst
die vertikale Luftströmung
in dem Reinraum kann aufgrund des geringeren Querschnitts, der von
dem vertikalen Luftstrom „gesehen
wird", reduziert
werden, wenn die entsprechenden Transportbehälter vertikal angeordneten
Scheibenfächern
versehen sind. Insbesondere können
deutliche Flächeneinsparungen
in Verbindung mit Substraten mit großem Durchmesser erreicht werden,
etwa Substrate mit einem Durchmesser von 300 mm und deutlich mehr,
etwa 450 mm Substrate, wobei eine merkliche Scheibenverformung beim
Transport und Lagern der Scheiben mit großem Durchmesser im Vergleich
zu einer konventionellen horizontalen Orientierung reduziert werden
kann. Des Weiteren sorgt die vorliegende Erfindung für eine erhöhte Transportkapazität in künftigen
Prozessablaufsteuerungsstrategien, insbesondere wenn die maximale
Anzahl an Substraten pro Transportereignis zur Verringerung der
Durchlaufzeit und zur Erhöhung
der Effizienz und der Flexibilität
geringer wird. Des Weiteren können
die Schnittstellenkapazitäten
der Prozessanlagen verbessert werden, indem entsprechende Ladestationssysteme
vorgesehen werden, die an das Handhaben vertikal orientierter Substrate
angepasst sind, wodurch auch Prozessstrategien mit kleineren Losgrößen und
größeren Scheibendurchmessern
unterstützt
werden.
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Weiter
Modifizierungen und Variationen der vorliegenden Erfindung werden
für den
Fachmann durch diese Beschreibung offenkundig. Daher ist dies Beschreibung
als lediglich anschaulich und für
die Zwecke gedacht, dem Fachmann die allgemeine Art und Weise des
Ausführens
der vorliegenden Erfindung zu vermitteln. Selbstverständlich sind
die hierin gezeigten und beschriebenen Formen der Erfindung als
die gegenwärtig
bevorzugten Ausführungsformen zu
betrachten.