-
Gegenstand der Erfindung
-
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung und ein Verfahren zum Zwischenspeichern einer Vielzahl von Halbleiterscheiben vertikal übereinander und einzeln ohne gegenseitige Berührung der Halbleiterscheiben. Die Vorrichtung umfasst einen Rahmen, mindestens zwei in vertikaler Richtung umlaufende Transportelemente, die in gleichmäßigen Abständen mit einer Vielzahl von Auflageflächen für die horizontale Lagerung von Halbleiterscheiben versehen sind, eine Beladeposition und eine ortsfeste Entnahmevorrichtung.
-
Stand der Technik
-
DD 54 296 A1 beschreibt eine Vorrichtung zum Entnehmen von plattenförmigen Werkstücken aus einem Etagengestell.
-
DE 41 19 514 A1 beschäftigt sich mit einer Einrichtung zum Transportieren von quaderförmigen (Weich-)Packungen von einer Verpackungsmaschine zu einer nachfolgenden Bearbeitungsmaschine.
-
US 3 520 396 A beschreibt eine Vorrichtung zur Handhabung von Packgut und widmet sich dem gleichzeitigen Zuführen von Packgut zu einer Transportvorrichtung.
-
Für verschiedene Produkte der modernen Industrie werden Halbzeuge in Form sehr präzise bearbeiteter scheibenförmiger Werkstücke benötigt. Dies sind beispielsweise kreisringförmige Scheiben aus Glas oder Aluminium als Substrate für die Herstellung von magnetischen Massenspeichern (Festplatten) für Computer, optische Gläser, hoch ebene Referenzflächen für optische Zwecke (sog. „Flats“), multikristalline Halbleiterscheiben für die Herstellung von Photovoltaik-Zellen usw. Besonders hohe Anforderungen werden an einkristalline Halbleiterscheiben als Ausgangsmaterial für funktionelle Bauteile der Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik gestellt.
-
Halbleiterscheiben werden mittels einer Vielzahl von aufeinander folgenden Prozessschritten hergestellt, die sich allgemein in folgende Gruppen einteilen lassen:
- (a) Herstellung eines meist einkristallinen Halbleiterstabs;
- (b) Auftrennen des Stabs in einzelne Scheiben;
- (c) mechanische Bearbeitung;
- (d) chemische Bearbeitung;
- (e) chemo-mechanische Bearbeitung;
- (f) ggf. zusätzliche Herstellung von Schichtstrukturen.
-
Vorteilhaft und daher häufig verwendet sind bei der Herstellung von Halbleiterscheiben besonders solche Prozesse aus den Gruppen (b) bis (f), bei denen mehrere Halbleiterscheiben gleichzeitig in einer Vorrichtung bearbeitet werden. Diese Form der Bearbeitung wird Gruppenbearbeitung oder Batch-Prozess genannt. Batch-Prozesse aus der Gruppe (b) sind beispielsweise das Vieldraht-Trennläppen (engl. „multi-wire slicing“, MWS), aus der Gruppe (c) das Läppen oder Schleifen mit Planetenkinematik, aus der Gruppe (d) das Ätzen oder die chemische Reinigung in einem Bad und aus der Gruppe (e) beispielsweise das Doppelseitenpolieren (DSP) mit Kieselsol.
-
Allen genannten Batch-Prozessen ist gemein, dass am Ende eines Bearbeitungszyklus mehrere bearbeitete Halbleiterscheiben gleichzeitig oder innerhalb kurzer Zeit zur Weiterbearbeitung anfallen. Batch-Prozesse zeichnen sich also im Gegensatz zu Einzelscheiben- oder Durchlauf-Bearbeitungsverfahren durch einen zeitlich ungleichmäßigen Materialfluss aus.
-
Vor der Weiterbearbeitung ist eine Reinigung der Halbleiterscheiben nötig, um das nach einer MWS- oder Läpp-Bearbeitung auf den Halbleiterscheiben anhaftende Läppmittel oder das nach DSP anhaftende Poliermittel oder den nach einer Schleifbearbeitung anhaftenden Schleifschlamm zu entfernen. Vorzugsweise erfolgt die Reinigung unmittelbar nach der vorangegangen Läpp-, Schleif- oder Polierbearbeitung, solange die Halbleiterscheiben noch nass sind, da einmal eingetrocknetes Läpp- oder Poliermittel oder eingetrockneter Schleifschlamm sehr stark an der Oberfläche anhaften oder diese sogar schädigen.
-
Im Stand der Technik ist eine Vielzahl von Reinigungsverfahren bekannt, die jeweils auf die vorliegende Art der Verschmutzung und den zu erzielenden Grad der Sauberkeit zugeschnitten sind. Diese unterteilen sich in Batch-Reinigungsverfahren, bei denen mehrere Halbleiterscheiben gleichzeitig in einer Reinigungsvorrichtung gereinigt werden, und Einzelscheiben-Reinigungsverfahren, bei denen die Halbleiterscheiben einzeln und nacheinander, entweder zyklisch taktweise oder kontinuierlich in Durchlauf-Reinigungsverfahren gereinigt werden.
-
US 6 423 149 B1 beschreibt beispielsweise eine Reinigungsvorrichtung, umfassend mehrere Paare einander gegenüberstehender, um ihre Längsachsen rotierender zylindrischer Schwämme, zwischen denen Halbleiterscheiben einzeln nacheinander in einer kontinuierlichen Durchlaufbewegung mittels Förderbändern hindurchgeführt werden und mittels Berührung und Relativbewegung von Schwamm- und Halbleiterscheiben-Oberflächen zueinander und der Zuführung einer Reinigungsflüssigkeit eine gleichzeitige Reinigung beider Seiten der Halbleiterscheiben bewirkt wird (Einzelscheiben-Reinigungsverfahren im kontinuierlichen Durchlauf).
-
Derartige Reinigungsverfahren haben sich als besonders leistungsfähig bewährt. Diese Verfahren arbeiten jedoch stets im getakteten oder kontinuierlichen Durchlauf einzelner Halbleiterscheiben, da jede Oberfläche einer jeden der Reinigung zugeführten Halbleiterscheibe von einem Reinigungswerkzeug vollständig überstrichen werden muss. Dies ist bei Batch-Reinigungsverfahren nicht möglich.
-
Somit besteht vielfach das Problem, dass nach Bearbeitung in einem Batch-Prozess paketweise anfallende Halbleiterscheiben vereinzelt und nacheinander getaktet oder im kontinuierlichen Durchlauf einer Reinigung zugeführt werden müssen.
-
Ferner ist es aus Gründen der Wirtschaftlichkeit unerwünscht, dass beispielsweise der Anlagenbediener, der die Halbleiterscheiben nach Bearbeitung durch einen Batch-Prozess entlädt und manuell der nachfolgenden Reinigung zuführt, sein Entladetempo dem Durchsatz der Reinigung anpasst, da dies zu Wartezeiten, erhöhtem Bedien-Personalaufwand, verringertem Materialdurchsatz und Qualitätseinbußen führt. Qualitätseinbußen kommen beispielsweise beim DSP zustande, wenn auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe anhaftendes Poliermittel dort antrocknet.
-
Zusätzlich ist es vielfach erforderlich, das die Zuführung der Halbleiterscheiben zur Reinigung in unmittelbarer Nähe zur Entnahme aus dem Batch-Prozess erfolgt, um eine Veränderung der Eigenschaften der Halbleiterscheibe, beispielsweise durch Oxidation oder ein Anätzen durch auf der Halbleiterscheibe verbliebene Reste einer chemisch wirksamen Bearbeitungsflüssigkeit des Batch-Prozesses, zu vermeiden und um beispielsweise bei manuellem Transport die Ergonomie und Arbeitssicherheit zu erhöhen und um die Gefahr einer Schädigung der Halbleiterscheibe durch unachtsame Handhabung, des Vertauschens von Vorder- und Rückseite der Halbleiterscheibe durch unbeabsichtigte Drehung oder des Vertauschens der Reihenfolge der dem Batch-Prozess entnommenen Halbleiterscheiben auf dem Transportweg zu minimieren.
-
Schließlich ist es oft erwünscht, dass jeder Batch-Bearbeitungsvorrichtung genau eine Reinigungsvorrichtung zugeordnet ist, beispielsweise, um eine Verwechslung von Halbleiterscheiben aus verschiedenen Batch-Bearbeitungsvorrichtungen zu vermeiden, und dass die Reinigungsvorrichtung sehr kompakt und platzsparend ausgeführt werden kann, um sie beispielsweise an einer bestehenden Batch-Bearbeitungsvorrichtung nachrüsten zu können, ohne den Betrieb der Batch-Bearbeitung lange unterbrechen oder gar die Aufstellung der Batch-Bearbeitungsvorrichtung ändern zu müssen.
-
Im Stand der Technik sind Vorrichtungen bekannt, die einzeln nacheinander oder gleichzeitig eine Vielzahl von scheibenförmigen Werkstücken aufnehmen und wieder abgeben können. Diese Vorrichtungen werden als „Zwischenspeicher“, „Puffer“ oder ähnlich bezeichnet. Für Halbleiterscheiben werden diese Zwischenaufbewahrungs- oder Stapelvorrichtungen als „Wafer-Stocker“ bezeichnet.
-
DE 10 2008 060 014 A1 beschreibt ein Verfahren zur Handhabung von Halbleiterscheiben stammend von einem Block, die von einer Trägereinrichtung gehalten sind.
-
In
JP H06-321 317 A ist eine Stapelvorrichtung für Leiterplatten offenbart, die über endlose Ketten zum Transport der Leiterplatten verfügt.
-
JP 2006-032 528 A beschreibt beispielsweise eine Vorrichtung, umfassend vier Paare endloser (geschlossener) Ketten, von denen die zwei Ketten jeden Paares durch Sprossen miteinander verbunden sind. Zwei erste Kettenpaare werden mittels je zweier Umlenkrollenpaare in Form eines geschlossenen inneren Rings geführt. Die beiden übrigen Kettenpaare werden mittels je vierer Umlenkrollenpaare jeweils konzentrisch zu einem der beiden ersten Kettenpaare (innere Ringe) in einem ebenfalls geschlossenen äußeren Ring um die ersten Kettenpaare herum geführt, so dass je zwei Paare innerer und äußerer Kettenpaare einander gegenüberstehen. Dabei verlaufen alle Ketten der ersten Hälfte eines jeden Kettenpaares in einer gemeinsamen ersten Ebene und die Ketten der anderen Hälfte eines jeden Kettenpaares in einer zweiten Ebene, die parallel zu der ersten Ebene angeordnet ist. Ferner verlaufen auch alle Sprossen aller Kettenpaare parallel zueinander.
-
Auf die Sprossen können flächige Werkstücke, beispielsweise Glasplatten für Flat-Panel-Displays, abgelegt werden, so dass jedes Werkstück von vier Sprossen unterstützt wird. Durch synchronen Antrieb aller Umlenkrollen kann das Sprossennetzwerk in der Höhe verstellt werden, so dass eine Vielzahl von Werkstücken berührungsfrei übereinander gestapelt werden kann. Die Werkstücke werden dabei in horizontaler Lage von Transportrollen zu einer Beladeposition geführt und durch Synchronantrieb aller Umlenkrollen in Berührung mit den unterhalb des Werkstücks befindlichen Sprossen gebracht und von diesen um einen Sprossenabstand nach oben befördert. Dann kann das nächste Werkstück wie beschrieben den nachfolgenden Sprossen zugeführt werden usw., so dass schließlich ein Stapel aller so zugeführten Werkstücke entsteht. Das Entladen geschieht analog zum Beladen durch sukzessives Herunterfahren der Werkstücke auf die Entladeposition, die mit der Beladeposition identisch ist, und Transport des Werkstücks mittels Transportrollen aus der Vorrichtung hinaus. Be- und Entladung verlaufen in derselben Richtung und an gegenüberliegenden Seiten der beiden konzentrischen Kettenringpaar-Anordnungen.
-
Aufgrund des Aufbaus des Zwischenspeichers aus
JP 2006-032 528 A wird das zuletzt in den Stapel eingebrachte Werkstück als erstes wieder aus diesem entfernt („last in first out“-Prinzip, LIFO). Damit wird die Reihenfolge, in der die Werkstücke beim Beladen zugeführt werden, beim Entladen umgekehrt. Außerdem kann zu einem Zeitpunkt jeweils nur genau ein Werkstück entweder be- oder entladen werden. Es können also insbesondere nicht mehrere Halbleiterscheiben innerhalb kurzer Zeit aus einem vorangehenden Batch-Bearbeitungsprozess aufgenommen und gleichzeitig einzeln nacheinander im Takt der nachfolgenden Reinigung und in der Reihenfolge der Aufnahme in den Stapel wieder entnommen werden („first in first out“-Prinzip, FIFO).
-
Zudem gestattet der in
JP 2006-032 528 A beschriebene Zwischenspeicher auch keine schnelle direkte Beladung von Hand, beispielsweise durch einen Anlagenbediener, der die Halbleiterscheiben nach Ende des vorangegangenen Batch-Bearbeitungsprozesses schnell, nacheinander und die Reihenfolge erhaltend aus der Bearbeitungsvorrichtung entnimmt, da die Beladung mittels der Transportrollen zwischen den Sprossen hindurch erfolgt. Diese Bewegung kann nur vergleichsweise langsam erfolgen, da die Halbleiterscheibe dazu um eine mindestens ihrem Durchmesser entsprechende Strecke bewegt werden muss, und stellt daher den geschwindigkeitsbestimmenden Schritt dar. Die Werkstücke müssten außerdem auf die sich bewegenden Transportrollen aufgelegt werden, was zwangsläufig zu unerwünschter Reibung zwischen Transportrollen und Werkstück führen würde.
-
Außerdem bedingt die seitliche Beladung einen zusätzlichen Platzbedarf einer derartigen Vorrichtung, wodurch sie nicht einfach an den die Halbleiterscheiben liefernde Bearbeitungsvorrichtung anbaubar oder im Bedarfsfall leicht nachrüstbar ist, ohne in der Regel die Bearbeitungsvorrichtung verschieben und neu anordnen zu müssen. Ein Verschieben der Bearbeitungsvorrichtung ist in vielen Fällen sogar völlig unmöglich, da in modernen Fertigungsabläufen in der Regel eine Vielzahl unterschiedlicher Bearbeitungsvorrichtungen in geringen Abständen zueinander oder in vorgegebenen Gebäuderastern aufgestellt sind, deren Anordnung nachträglich nicht mehr änderbar ist, ohne den gesamten Bearbeitungsablauf langfristig zu stören oder nachhaltig zu verändern.
-
Aufgabe
-
Der Erfindung lag somit die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung und ein Verfahren anzugeben, die es ermöglichen, nach einer erfolgten Batch-Bearbeitung eine Vielzahl von Halbleiterscheiben reihenfolgetreu und platzsparend zwischenzuspeichern und noch während der Zuführung von Halbleiterscheiben zum Zwischenspeicher oder unmittelbar nach Zuführung der letzten Halbleiterscheibe einer nachfolgenden Einzelscheiben-Bearbeitung, beispielsweise einer Durchlaufreinigung, im dafür erforderlichen Takt und unter Beibehaltung ihrer ursprünglichen Reihenfolge zuzuführen. Es muss zudem möglich sein, die Vorrichtung rasch und durch eine einfache Bewegung manuell zu beladen.
-
Lösung
-
Die Aufgabe wird gelöst durch eine Vorrichtung zur Zwischenspeicherung einer Vielzahl von Halbleiterscheiben, umfassend
- - einen Rahmen,
- - vier in vertikaler Richtung um jeweils eine obere und eine untere mit dem Rahmen verbundene Umlenkvorrichtung umlaufende Transportelemente, die in gleichmäßigen Abständen mit einer Vielzahl von Auflageflächen für die horizontale Lagerung von Halbleiterscheiben versehen sind, wobei zumindest eine der Umlenkvorrichtungen eines jeden Transportelements angetrieben ist und wobei sich zwischen den Transportelementen ein freier Raum befindet, wobei jeweils zwei der vier Transportelemente von Umlenkvorrichtungen angetrieben werden, die auf einer gemeinsamen Welle befestigt sind und wobei die jeweils zwei Transportelemente gemeinsame Auflageflächen aufweisen, die diese Transportelemente verbinden,
- - eine Beladeposition zwischen den oberen Umlenkvorrichtungen, in der jeweils eine Halbleiterscheibe auf die entsprechenden Auflageflächen gelegt werden kann und
- - eine ortsfeste Entnahmevorrichtung unterhalb der Beladeposition, umfassend eine horizontale Transportvorrichtung, deren erstes Ende innerhalb des freien Raums zwischen den Transportelementen liegt, wobei die Transportelemente Ketten sind, jeweils umfassend eine Vielzahl von durch Gelenken verbundenen Kettengliedern, wobei die Auflageflächen drehbar um die Gelenke mit der Kette verbunden sind und Nocken aufweisen, wobei die Drehung der Auflageflächen durch einen ersten Endanschlag der Auflageflächen an die Nocken der benachbarten Auflageflächen und durch einen zweiten Endanschlag der Nocken der Auflageflächen an die Kettenglieder begrenzt ist, wobei sich die Auflageflächen bei Umlauf der Ketten um die Umlenkvorrichtungen aufgrund ihres Gewichts bei aufwärts bewegter Kette am ersten Endanschlag und bei abwärts bewegter Kette am zweiten Endanschlag befinden, und wobei der Rahmen mittels eines Antriebs in vertikaler Richtung relativ zur Entnahmevorrichtung (7, 8, 9) verfahrbar ist.
-
Die Aufgabe wird ebenfalls gelöst durch ein Verfahren zur Zwischenspeicherung von n Halbleiterscheiben einzeln übereinander ohne Berührung benachbarter Halbleiterscheiben in der oben beschriebenen Vorrichtung, wobei n für eine ganze Zahl steht, die größer als eins ist, und wobei das Verfahren folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge umfasst:
- (a) Einlegen einer Halbleiterscheibe in die Beladeposition,
- (b) synchrones Abwälzen der Transportelemente so, dass die Halbleiterscheibe relativ zum Rahmen um genau einen vertikalen Abstand der Auflageflächen senkrecht zur Halbleiterscheibe von der Beladeposition nach unten fortbewegt wird und dadurch die Beladeposition wieder frei wird und
- (c) Wiederholung der Schritte (a) und (b), bis alle n Halbleiterscheiben eingelegt wurden, sodass ein Stapel von n übereinander angeordneten, einzeln auf den jeweiligen Auflageflächen aufliegenden Halbleiterscheiben gebildet wurde,
- (d) vertikales Bewegen des Stapels um jeweils einen vertikalen Abstand der Auflageflächen nach unten solange, bis die unterste Halbleiterscheibe auf der Entnahmevorrichtung aufliegt,
- (e) Entnahme der untersten Halbleiterscheibe aus dem Stapel durch eine horizontale Bewegung der Entnahmevorrichtung und
- (f) Wiederholung der Schritte (d) und (e), bis alle n Halbleiterscheiben aus dem Stapel entnommen wurden, wobei durch Durchführung der Schritte (a) bis (c) ein Stapel aus Halbleiterscheiben aufgebaut wird und gleichzeitig durch Durchführung der Schritte (d) bis (f) dem Stapel ein oder mehrere Halbleiterscheiben in der Reihenfolge des Einlegens wieder entnommen werden und wobei das vertikale Bewegen des Stapels gemäß Schritt (d) durch eine vertikale Bewegung des Rahmens relativ zur Entnahmevorrichtung (7, 8, 9) bewirkt wird.
-
Figurenliste
-
- 1: Frontansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zwischenspeichers.
- 2(A): Seitenansicht einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Vorrichtung in einem ersten Betriebszustand.
- 2(B): Seitenansicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zwischenspeichers in einem zweiten Betriebszustand.
- 3(A): Aufsicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zwischenspeichers.
- 3(B): Aufsicht einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zwischenspeichers während der Entnahme einer Halbleiterscheibe.
- 3(C): Seitenansicht einer Ausführungsform des vertikalen Transportelements als Kette.
- 4: Flussdiagramm für eine erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (gleichzeitige Be- und Entladung des Zwischenspeichers).
- 5: Flussdiagramm für eine zweite Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens (sequentielle Be- und Entladung des Zwischenspeichers).
- 6: Erste Ausführungsform einer Integration des erfindungsgemäßen Zwischenspeichers in eine vollständige Reinigungsvorrichtung mit Einhorden durch einen Roboterarm.
-
Bezugszeichenliste
-
- 1
- Rahmen
- 2
- Vertikalbewegung des Rahmens
- 3
- Vertikales Transportelement
- 4
- Auflageflächen
- 5
- Umlenkvorrichtung für vertikales Transportelement
- 6
- Umlaufbewegung des vertikalen Transportelements
- 7
- Umlenkrolle für horizontalen Transportriemen
- 8
- Horizontaler Transportriemen
- 9
- Achse der Umlenkrolle für horizontalen Transportriemen
- 10
- Gewindebuchse
- 11
- Antrieb für vertikales Transportelement
- 12
- Antriebswelle der vertikalen Transportelemente
- 13
- Drehbewegung der Antriebswelle der vertikalen Transportelemente
- 14
- Umlaufbewegung des horizontalen Transportriemens
- 15
- Gewindestange
- 16
- Drehbewegung der Gewindestange
- 17
- Halbleiterscheibe
- 18
- Führungsbuchse (für Höhenverstellung des Rahmens)
- 19
- Lage der Halbleiterscheibe im Zwischenspeicher
- 20
- Zentriervorrichtung zur Aufnahme einer Halbleiterscheibe
- 21
- Reinigungsmodul
- 22a, 22b
- Transportrollen-Paar
- 23
- Borsten der Transportrolle
- 24a, 24b
- Reinigungsrollen-Paar
- 25
- Borsten der Reinigungsrolle
- 26
- Einhord-Vorrichtung
- 27
- Einhord-Transporteinheit
- 28
- Vakuumgreifer
- 29
- Kassette
- 30
- Führungsstege
- 31
- Vertikalbewegung der Kassette
- 33
- Beladeposition
- 34
- Antrieb für Vertikalbewegung des Rahmens
- 35
- Transporteinheit zwischen Zwischenspeicher und Reinigungsmodul
- 36
- Hub- und Schubbewegung des Greifers für Halbleiterscheibe zum Einhorden in die Zielhorde
- 37
- Entnahmebewegung der Halbleiterscheibe bei automatischer Entnahme aus dem Zwischenspeicher
- 38
- Prozessstart
- 39
- Eingabe: „Beladung Start“
- 40
- Abfrage/Verzweigung: „berührt die unterste Halbleiterscheibe die Entnahmevorrichtung?“
- 41
- Abfrage/Verzweigung: „neue Halbleierscheibe?“
- 42
- Prozessschritt: „Rahmen um eine Position nach oben bewegen“
- 43
- Prozessschritt: „Vertikales Transportelement um eine Position nach unten bewegen“
- 44
- Prozessschritt: „Halbleiterscheibe entladen“
- 45
- Option auf Prozessunterbrechung
- 46
- Schleife: „Warten auf neue Halbleiterscheibe“47 Prozessschritt: „Rahmen um eine Position nach unten bewegen“
- 48
- Eingabe: „Beladung Ende“
- 49
- Prozessstopp
- 50
- Abfrage/Verzweigung: „Beladung beendet?“
- 51
- Abfrage/Verzweigung: „Wurde diese Schleife weniger als n-mal durchlaufen?“
- 52
- Halbleiterscheibe vollständig auf horizontaler Transportvorrichtung der Entnahmenvorrichtung
- 53a, 53b
- oberste Auflagefläche in waagerechter Position zur Aufnahme einer weiteren Halbleiterscheibe
- 54a, 54b
- Den Auflageflächen 53a, 53b nachfolgende Auflageflächen in vertikaler Position
- 55
- Vorrichtung zur Zuführung von Reinigungsmittel
- 56
- Reinigungsmittel
- 57a, 57b
- Trocknungsvorrichtung
- 58a, 58b
- Trockenluft-Strahl
- 59
- Abfrage „Befindet sich der Rahmen in der untersten Position?“
- 60
- Halbleiterscheibe in Reinigungsmodul
- 61
- Halbleiterscheibe auf Einhord-Vorrichtung
- 62a, 62b
- Drehung der Transportrollen
- 63a, 63b
- Drehung der Reinigungsrollen
- 64
- Schleife, bis Beladung beendet
- 65
- Vertiefung in Zentriervorrichtung 20
- 66
- Nocke zur Horizontalausrichtung beweglicher Auflageflächen 4
- 67
- Zahn der Umlenkvorrichtung 5 bei Ausführung des vertikalen Transportelements 4 als Kette
- 68
- Kippbewegung beweglicher Auflageflächen 4
- 69
- Kettengelenk bei Ausführung des vertikalen Transportelements 4 als Kette
- 70
- Kettenglied bei Ausführung des vertikalen Transportelements 4 als Kette
- 71
- Führungsstange für Vertikalbewegung des Rahmens 1
- n
- Anzahl der Halbleiterscheiben im Batch
- WS
- Halbleiterscheibe
-
Ausführliche Erfindungsbeschreibung
-
Im Folgenden wird die erfindungsgemäße Vorrichtung anhand der 1 bis 3 beschrieben. Die erfindungsgemäße Vorrichtung wird im Folgenden auch kurz als „Zwischenspeicher“ bezeichnet.
-
1 zeigt einen Ausschnitt der Vorrichtung, umfassend einen Rahmen 1 und mehrere in vertikaler Richtung umlaufende Transportelemente 3 (in dieser Beschreibung auch als „vertikale Transportelemente“ bezeichnet), in Frontansicht. Der Rahmen 1 kann offen oder als teilweise geschlossenes Gehäuse ausgeführt sein. Die vertikalen Transportelemente 3 weisen Auflageflächen 4 auf und verlaufen als geschlossener Ring über Umlenkvorrichtungen 5.
-
Die vertikalen Transportelemente 3 müssen zumindest in einer Richtung flexibel sein und eine Umlenkung über die Umlenkvorrichtungen 5 erlauben. Gleichzeitig ist eine Dehnung der vertikalen Transportelemente in Längsrichtung zu vermeiden. Es werden Ketten als vertikale Transportelemente 3 verwendet.
-
Es werden vier der vertikalen Transportelemente 3 in Abhängigkeit der Größe und Form der Halbleiterscheiben gewählt, für die der Zwischenspeicher vorgesehen ist. Die Anordnung der vertikalen Transportelemente und damit der Auflageflächen muss eine sichere Unterstützung der Halbleiterscheiben ermöglichen. Möglich ist beispielsweise eine Anordnung aus vier vertikalen Transportelementen entlang der vier vertikalen Kanten eines gedachten Quaders. Diese Anordnung eignet sich insbesondere für rechteckige Halbleiterscheiben.
-
Für runde Halbleiterscheiben wie beispielsweise monokristalline Halbleiterscheiben ist die in 3(A) und 3(B) dargestellte Ausführungsform besonders bevorzugt: Diese sieht wie oben beschrieben vier entlang der vertikalen Kanten eines gedachten Quaders verlaufende vertikale Transportelemente 3 vor, wobei jedoch jeweils zwei der vertikalen Transportelemente 3 gemeinsame Auflageflächen 4 aufweisen, die die beiden betreffenden vertikalen Transportelemente 3 verbinden. Die Auflageflächen 4 sind vorzugsweise mit einer Zentriervorrichtung 20 in Form eines Verbindungsstegs ausgeführt, der eine Vertiefung 65 aufweist, deren Form an die Form der Halbleiterscheiben 17 angepasst ist und die somit für eine seitliche Führung der Halbleiterscheiben 17 sorgt und das positionsgenaue Einlegen der Halbleiterscheiben durch den Anlagenbediener oder die Automation erleichtert.
-
Die Umlenkvorrichtungen 5 sind am Rahmen 1 befestigt. Da die vertikalen Transportelemente 3 Ketten (insbesondere Gelenkketten) sind, werden vorzugsweise Zahnräder als Umlenkvorrichtungen 5 verwendet. Die vertikalen Transportelemente 3 können gleichzeitig und gleichartig (synchron) eine Bewegung 6 um Vielfache des Abstandes der Auflageflächen 4 ausführen. Die Abstände der Auflageflächen 4 und der Durchmesser der Umlenkvorrichtungen 5 sind vorzugsweise so bemessen, dass die obersten Auflageflächen 53a und 53b gerade waagerecht liegen, wenn die nachfolgenden Auflageflächen 54a und 54b senkrecht auf den oberen Umlenkvorrichtungen 5 stehen.
-
Die vertikalen Transportelemente 3 bzw. deren sie führende Umlenkvorrichtungen 5 sind so weit voneinander entfernt, dass gerade eine Halbleiterscheibe 17 zwischen ihnen Platz findet.
-
Eine Beladeposition 33 (siehe 1 und 2) für eine neu eingelegte Halbleiterscheibe 17 befindet sich zwischen den oberen Umlenkvorrichtungen 5 und wird begrenzt durch die waagerechten obersten Auflageflächen 53a und 53b, auf denen die Halbleiterscheibe 17 abgelegt wird, und die vorzugsweise senkrecht stehenden obersten Auflageflächen 54a und 54b, die die Halbleiterscheibe 17 in waagerechter Richtung führen.
-
Der Zwischenspeicher weist unterhalb der Beladeposition 33 eine ortsfeste Entnahmevorrichtung auf, mit der eine Halbleiterscheibe aus der untersten Position des Stapels von Halbleiterscheiben 17 herausgezogen werden kann, um sie aus dem Zwischenspeicher zu entladen. Die Entnahmevorrichtung besteht im Wesentlichen aus einer horizontalen Transportvorrichtung. Diese ist so positioniert, dass sie in den Raum zwischen den vertikalen Transportelementen 3 so weit hineinragt, dass sie durch entsprechendes Absenken des Stapels mit der untersten Halbleiterscheibe des Stapels in Kontakt gebracht werden und diese unterstützen und aus dem Zwischenspeicher heraustransportieren kann. Die 1 und 2 zeigen beispielhaft eine horizontale Transportvorrichtung, die aus Umlenkrollen 7, Transportriemen 8 und Achse 9 gebildet wird. Die horizontale Transportvorrichtung kann jedoch auch ein Förderband oder ein Rollenförderer sein.
-
2(A) zeigt die in 1 gezeigte Vorrichtung in seitlicher Gesamtansicht mit weiteren, in 1 nicht dargestellten Elementen. Die in 2(A) gezeigte Vorrichtung ist nicht erfindungsgemäß, weil die vertikalen Transportelemente 3 Riemen sind. Die Umlaufbewegung 6 jedes der vertikalen Transportelemente 3 wird durch jeweils zumindest eine angetriebene Umlenkvorrichtung 5 ermöglicht. Dies kann die untere oder die obere Umlenkvorrichtung 5 sein. In der in 2(A) dargestellten Ausführungsform sind die vertikalen Transportelemente 3 Riemen und die Umlenkvorrichtungen 5 Umlenkrollen, wobei die unteren Umlenkrollen 5 angetrieben sind. Jeweils zwei der unteren Umlenkrollen 5 sind auf einer gemeinsamen Welle 12 montiert, die durch einen Antrieb 11 in eine Rotationsbewegung 13 versetzt werden kann. Die beiden anderen unteren Umlenkrollen 5 sind auf einer weiteren Welle 12 montiert, die hinter der in 2(A) dargestellten Welle 12 liegt und durch diese verdeckt wird. Die beiden Wellen 12 können mit einer geeigneten Kraftübertragung durch einen gemeinsamen Antrieb 11 angetrieben werden oder durch zwei separate Antriebe 11. Jede Welle 12 treibt durch Rotation 13 die Umlenkrollen 5 für die Riemen 3 an und ermöglicht somit eine Verstellung der Riemen 3 um Vielfache der Abstände der Auflageflächen 4 nach unten. Dadurch kann der aus Halbleiterscheiben 17 gebildete Stapel relativ zum Rahmen 1 mittels der Riemen 3 nach unten bewegt werden.
-
Der Rahmen 1 ist erfindungsgemäß in vertikaler Richtung relativ zur Entnahmevorrichtung verfahrbar. Der in 2(A) dargestellte Zwischenspeicher umfasst einen vertikal verfahrbaren Rahmen 1. Die vertikale Bewegung 2 des Rahmens 1 wird durch einen Antrieb 34 erzeugt. Vorzugsweise treibt der Antrieb 34 eine Welle 15 zu einer Rotationsbewegung 16 an, wobei Welle 15 als Gewindestange ausgeführt ist, die in am Rahmen 1 angebrachte Gewindebuchsen 10 eingreift. Durch die Rotation 16 der Welle 15 wird somit eine vertikale Bewegung 2 des Rahmens 1 bewirkt. Beispielhaft sind Führungsbuchsen 18 gezeigt, die am Rahmen 1 angebracht sind. Durch die Führungsbuchsen 18 sind, ebenfalls beispielhaft gezeigt, Führungsstangen 71 geführt, die fest mit dem Grundgestell (nicht gezeigt) des gesamten Zwischenspeichers verbunden sind. Bei Vertikalbewegung 2 des Rahmens 1 gleiten die Führungsbuchsen 18 auf den Führungsstangen 71. Dadurch bewegt sich der Rahmen spielarm ausschließlich in vertikaler Richtung 2, ohne Verdrehung in horizontaler Richtung. (Zur deutlicheren Darstellung der übrigen Elemente sind die Führungsbuchsen 18 und Führungsstangen 71 in 1, 2 (A) und 2 (B) gestrichelt gezeichnet.) Diese Art der Höhenverstellung ist einfach zu realisieren und daher bevorzugt. Es sind jedoch auch andere Arten der Höhenverstellung möglich, beispielsweise mittels einer oder mehrerer Ketten, die über Zahnräder angetrieben werden oder mittels einer pneumatischen Hubvorrichtung.
-
Die in 2(B) gezeigte Vorrichtung ist nicht erfindungsgemäß, weil die vertikalen Transportelemente 3 Riemen sind, und zeigt eine der 2(A) entsprechende Seitenansicht, jedoch mit gegenüber der 2(A) so weit nach unten bewegtem Rahmen 1, dass die unterste Halbleiterscheibe des Stapels auf den Transportriemen 8 der Entnahmevorrichtung zu liegen kommt und durch Rotation 14 der Umlenkrollen 9 aus dem Schlitz zwischen den beiden benachbarten Auflageflächen 4 der Riemen 3, die die Halbleiterscheibe im Stapel führen, herausziehen, sodass die Halbleiterscheibe aus dem Stapel entnommen wird (Entladevorgang).
-
Die in 3(A) und 3(B) Vorrichtungen sind nicht erfindungsgemäß, weil die vertikalen Transportelemente Riemen sind und zeigen den Zwischenspeicher in Aufsicht, und zwar 3(A) mit allen gestapelten Halbleiterscheiben 17 noch in Position 19 vertikal übereinander im Stapel gehalten (entsprechend der Seitenansicht 2(A)) und 3(B) mit der untersten Halbleiterscheibe 17 bereits halb aus dem Schlitz zwischen den Auflageflächen 4 der Riemen 3 herausgezogen in Entladeposition 20 (entsprechend der Seitenansicht 2(B)). Pfeil 37 symbolisiert die Bewegung, die die Halbleiterscheibe auf den Transportriemen 8 aufliegend bei der Entnahme aus dem Stapel ausführt.
-
3(A) und 3(B) zeigen außerdem beispielhaft vier Führungsbuchsen 18, durch die jeweils eine vertikal angebrachte Führungsstange 71 geführt ist. Es können auch mehr oder weniger als vier Führungsstangen 71 zum Einsatz kommen.
-
Es kann auf eine besonders kompakte Bauform verzichtet werden, und die vertikalen Transportelemente 3 können etwas größere Abstände zueinander aufweisen. Dies führt zu einem insgesamt etwas höheren Rahmen 1. Während dies im Allgemeinen die Funktionsweise der Vorrichtung nicht beeinträchtigt, ist es für den Fall, dass die Beladung manuell durchgeführt wird, aus Gründen der Ergonomie und zur Erreichung einer möglichst geringen Belade-Fehleranfälligkeit bevorzugt, wenn die Bauhöhe des Rahmens möglichst gering ist. Durch das Weitertakten des Rahmens während der Beladung eines Batches verschiebt sich die Beladeposition für den Anlagenbediener von Halbleiterscheibe zu Halbleiterscheibe um einen Stapel-Abstand, und bei besonders dichter Stapelung (Gehäuse von besonders geringer Bauhöhe) ist diese Verschiebung der Beladeposition besonders gering, was bevorzugt ist.
-
Die Beladung des Zwischenspeichers kann auch automatisch, beispielsweise mittels eines Roboterarms, der die Halbleiterscheiben aus der Vorrichtung der vorangegangenen Materialbearbeitung entnimmt und in die Beladeposition 33 des Zwischenspeichers ablegt, ausgeführt sein. Auch in diesem Fall wird eine besonders geringe Bauhöhe des Gehäuses 1 des Zwischenspeichers bevorzugt, da die resultierenden kürzeren Verfahrwege einen entsprechend kompakteren, positionsgenaueren, schnelleren und kostengünstigeren Roboter ermöglichen.
-
3(C) zeigt eine erfindungsgemäße Ausführungsform des vertikalen Transportelements 3, das einen besonders geringen Abstand zwischen den übereinander zu liegen kommenden Halbleiterscheiben 17 und somit eine besonders niedrige Bauhöhe des Rahmens 1 des Zwischenspeichers ermöglicht, in Detailansicht. Das vertikale Transportelement 3 ist als Kette ausgeführt, umfassend durch Gelenke verbundene Kettenglieder 70 und Auflageflächen 4. Vorzugsweise kommen Gelenkketten (Bolzen-, Buchsen- oder Rollenketten) zum Einsatz, wobei Rollenketten besonders bevorzugt sind, bei denen das Gelenk zwischen zwei Kettengliedern 70 aus einem mit dem ersten Kettenglied verbundenen Bolzen gebildet wird, der durch eine mit dem zweiten Kettenglied verbundene Buchse geführt ist. Die Hülse ist wiederum von einer hohlen Kettenrolle 69 umgeben. Die Kette läuft um Umlenkrollen 5 um, die eine Verzahnung 67 aufweisen, die in die Räume zwischen den Kettenrollen 69 eingreift. Dadurch erfolgt der Umlauf 6 der Kette um die Umlenkrollen 5 schlupffrei, und die Bewegung der Kette kann genau und reproduzierbar, beispielsweise durch Schrittmotor-Antrieb der Umlenkrollen 5, durchgeführt werden.
-
Die Auflageflächen 4 umfassen bei dieser Ausführungsform vorzugsweise jeweils mindestens eine Nocke 66, die senkrecht von der Auflagefläche 4 absteht, und sind um die Gelenke drehbar mit der Kette verbunden. Die Dreh- oder Kippbewegung 68 der Auflageflächen 4 um die Gelenke der Kette wird im gezeigten Ausführungsbeispiel im Uhrzeigersinn begrenzt, wenn die Nocke 66 an das Kettenglied 70 stößt, und im Gegenuhrzeigersinn, wenn die Auflagefläche 4 an die Nocke 66 der benachbarten Auflagefläche 4 stößt. Beim Umlauf 6 der Kette um die Umlenkrollen 5 sind die Auflageflächen 4 während der Aufwärtsbewegung der Kette aufgrund ihres Gewichts bis zum Anschlag im Gegenuhrzeigersinn verkippt. Erst wenn eine Auflagefläche so weit nach oben und über die Umlenkrolle 5 transportiert wird, dass sich ihr Schwerpunkt rechts von ihrer Drehachse (Achse des Kettengelenks) befindet, kippt die Auflagefläche 4 im Uhrzeigersinn bis zum Anschlag ihrer Nocke 66 an ein Kettenglied 70. Die Nocke 66 ist dabei so bemaßt und an der Auflagefläche 4 positioniert, dass die Auflagefläche 4 bei Anschlag im Uhrzeigersinn genau waagerecht von der Kette absteht.
-
In der Beladeposition 33 für eine in den Zwischenspeicher eingelegte Halbleiterscheibe 17 steht die Auflagefläche 53a daher waagerecht, während die im Umlaufsinn 6 der Kette nachfolgende Auflagefläche 54a noch, vollständig im Gegenuhrzeigersinn gekippt, an der ihr jeweils folgenden Auflagefläche anliegt. Durch diese Ausführung des vertikalen Transportelements 3 als Kette mit beweglichen Auflageflächen 4 und Nocken 66 ist die Beladeposition 33 stets zugänglich, auch wenn die Umlenkrollen 5 vergleichsweise groß, die Kettenglieder 70 vergleichsweise kurz oder die Auflageflächen 4 besonders breit sind. Dadurch können Halbleiterscheiben 17 mit besonders geringen Abständen, also hoher Stapeldichte, übereinander gelagert werden, und es resultiert eine vorteilhafte besonders geringe Bauhöhe des Zwischenspeichers.
-
Besonders bevorzugt sind die Auflageflächen 4 mit einer Zentriervorrichtung 20 versehen und umfassen Vertiefungen 65, die die Halbleiterscheiben 17 zentrieren, führen und so ein besonders einfaches „selbstfindendes“ Beladen ermöglichen.
-
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren anhand von Flussdiagrammen (4 und 5) näher beschrieben. Dabei werden n Halbleiterscheiben von unten nach oben senkrecht übereinander und ohne Berührung benachbarter Halbleiterscheiben im erfindungsgemäßen Zwischenspeicher gestapelt und dem Stapel in der Reihenfolge ihres Einlegens wieder von unten nach oben entnommen („first in first out“, FIFO). Die n Halbleiterscheiben stammen beispielsweise aus einer zuvor durchgeführten Batch-Bearbeitung und werden in vergleichsweise kurzer Zeit aus der Bearbeitungsvorrichtung entladen und dem erfindungsgemäßen Zwischenspeicher zugeführt.
-
4 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens, bei dem der Stapel in einem ersten Takt, mit dem die Halbleiterscheiben aus dem Vorprozess bereit gestellt werden, aufgebaut wird und gleichzeitig während des Stapelaufbaus der Stapel von unten her in einem zweiten Takt, mit dem die Halbleiterscheiben einer nachfolgenden Bearbeitung (beispielsweise einer Reinigung) zugeführt werden sollen, wieder abgebaut wird. Dabei ist der erste Takt (Zuführung zum Stapel) schneller als der zweite Takt (Entnahme aus dem Stapel), so dass während des Stapelaufbau- und -abbauvorgangs stets Halbleiterscheiben im Stapel zur Verfügung stehen und dadurch bei der Entnahme im zweiten Takt keine Wartezeiten auftreten.
-
Die für die Beschreibung des Verfahrens benötigten Vorrichtungsmerkmale sind in den 1 bis 3 dargestellt. Für die erste Ausführungsform des Verfahrens wird die erste Ausführungsform des erfindungsgemäßen Zwischenspeichers eingesetzt, bei der der Rahmen 1 relativ zur Entnahmevorrichtung in vertikaler Richtung verfahrbar ist. Das vertikale Bewegen des Stapels gemäß Schritt (d) wird durch eine vertikale Bewegung des Rahmens relativ zur Entnahmevorrichtung bewirkt.
-
Das Verfahren startet (38), indem der Anlagenbediener beispielsweise einen Startknopf an der Vorrichtung drückt oder eine Entladeautomation des vorangegangen Bearbeitungsprozesses der Stapelvorrichtung signalisiert, dass die Zuführung von Halbleiterscheiben beginnt (39). Ein Sensor, beispielsweise eine Reflektions-Lichtschranke, überprüft (41), ob eine neue Halbleiterscheibe 17 auf Beladeposition 33 abgelegt wurde. Solange keine neue Halbleiterscheibe abgelegt wurde, befindet sich Abfrage 41 in der Warteschleife 46. Sobald eine Halbleiterscheibe abgelegt wurde (Schritt (a) des Verfahrens), wird der gesamte Rahmen 1 um eine Position (d. h. um eine dem Abstand zweier benachbarter Auflageflächen 4 entsprechende Strecke) nach oben bewegt (42) und die vertikalen Transportelemente 3 (im Flussdiagramm als „Zahnriemen“ bezeichnet) um eine Position nach unten (43; Schritt (b) des Verfahrens). Die Bewegungen 42 und 43 können sequentiell in der genannten Reihenfolge oder synchron erfolgen. Dadurch ist sichergestellt, dass eine ggf. bereits in Entladeposition 20 auf der Entnahmevorrichtung (beispielsweise auf einem Transportriemen 8) befindliche Halbleiterscheibe 17 nicht tiefer als bis zur Entladeposition 20 bewegt wird, wodurch die Halbleiterscheibe zerbrechen würde. Gleichzeitig wird jedoch der bereits gebildete Stapel aus Hableiterscheiben innerhalb des Rahmens 1 um eine Position nach unten bewegt. Der Rahmen 1 und somit die Beladeposition 33 liegen nach den Schritten 42, 43 um eine Position höher als zuvor.
-
Falls sich nach den Schritten 42 und 43 eine unterste Halbleiterscheibe in Entladeposition 20 befindet, wird diese mittels der Entnahmevorrichtung (z.B. Transportriemen 8) entladen (44; Schritt (e)). Falls sich nach den Schritten 42 und 43 keine Halbleiterscheibe in Entladeposition 20 befindet, passiert nichts, die Entnahmevorrichtung greift ins Leere. Eine Abfrage ist nicht nötig. Zu diesem Zeitpunkt kann bereits eine neue Halbleiterscheibe in Beladeposition 33 eingelegt werden. Die Steuerung der Vorrichtung gibt den aus den Schritten 41 bis 44 gebildeten Teilfluss (gestrichelte Linie 45) frei. Es können also gleichzeitig dem Stapel von oben neue Halbleiterscheiben hinzugefügt und von unten dem Stapel entnommen werden.
-
Solange die nachfolgende Abfrage 59 („befindet sich der Rahmen 1 in der untersten Position?“) verneint wird, wird der Rahmen 1 nach erfolgter Entladung 44 (Schritt (e)) einer Halbleiterscheibe 17 jeweils um eine weitere Position nach unten bewegt (47; Schritt (d)), und es werden weitere Halbleiterscheiben 17 entladen (44; Wiederholung des Schritts (e)). Die Beladeposition 33 für neue Halbleiterscheiben bleibt dabei frei und steht zum gleichzeitigen Hinzufügen weiterer Halbleiterscheiben zum Stapel (Schritt (a)) zur Verfügung. Außerdem werden die vertikalen Transportelemente 3 und mit ihnen der bereits gebildete Stapel nicht relativ zum Rahmen nach unten bewegt, so dass zwischen bereits im Stapel liegenden Halbleiterscheiben und neu hinzukommenden keine Lücken entstehen. Schleife 47 wird so lange durchlaufen, bis sich der Rahmen schließlich in der untersten Position befindet. Wenn dies der Fall ist, ist der Stapel vollständig entladen, und der gesamte Be- und Entladevorgang wird entweder vom Anlagenbediener beispielsweise durch Knopfdruck oder per Mitteilung durch eine Entladeautomation der vorangegangenen Bearbeitung gestoppt und der Steuerung so mitgeteilt, dass keine weiteren Halbleiterscheiben mehr dem Stapel hinzugefügt werden (Unterbrechungsschleife 45 und Schleife 46 zum Warten auf neue Halbleiterscheiben werden inaktiv). Der gesamte Belade-, Stapel- und Entladevorgang ist dann beendet (49).
-
5 zeigt eine, nicht zur Erfindung gehörende Ausführungsform des Verfahrens, bei der zunächst der Stapel vollständig aus allen n Halbleiterscheiben der vorangegangenen Bearbeitung aufgebaut wird und dem Stapel erst danach wieder Halbleiterscheiben von unten nach oben in der Reihenfolge des vorangegangenen Stapelaufbaus entnommen werden.
-
Die erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der im ersten Takt des Bereitstellens der Halbleiterscheiben aus dem Vorprozess ein Stapel aufgebaut und gleichzeitig im zweiten Takt der nachfolgenden Bearbeitung (beispielsweise Reinigung) reihenfolgetreu wieder abgegeben werden, ist dadurch gekennzeichnet, dass sich sowohl die vertikalen Transportelemente als auch der Rahmen bewegen.
-
Die erfindungsgemäße Ausführungsform ist besonders schnell, weil sie den Stapel gleichzeitig be- und entlädt und sich somit nur stets eine minimale Zahl von Halbleiterscheiben im Stapel befindet, deren Anzahl nur von der Batchgröße der vorangegangenen Bearbeitung und der Differenz der Taktzeiten der Be- und der Entladung bestimmt ist. Da das erfindungsgemäße Verfahren bevorzugt in Verbindung mit vorangehenden Batch-Bearbeitungsverfahren eingesetzt wird, bei denen innerhalb kurzer Zeit oder gleichzeitig eine Vielzahl von Halbeiterscheiben bereitgestellt werden, und bevorzugt nachfolgend eine Reinigung im Durchlaufverfahren erfolgt, die in der Regel eine vergleichsweise langsame Taktrate aufweist, befinden sich in jedem Fall stets ausreichend viele Halbeiterscheiben im Stapel, so dass es nie zu Wartezeiten kommt.
-
Werden die Auflageflächen, wie in
3(A) bis
3(C) dargestellt, mit Vertiefungen versehen, die die Halbleiterscheiben aufnehmen können, ist beim Zuführen der Halbleiterscheiben zum Stapel für eine seitliche Führung gesorgt, was bei
JP 2006-032 528 A nicht gegeben ist.
-
In der Praxis kommt es häufig vor, dass Batch-Bearbeitungsverfahren mit einer geringeren Menge an Halbeiterscheiben durchgeführt werden, als der möglichen Beladungszahl des Bearbeitungsverfahrens entspricht. Beispielsweise können in vorangegangenen Bearbeitungsprozessen bereits Halbeiterscheiben beschädigt oder nicht vorgabegerecht bearbeitet und demzufolge aussortiert worden sein. Um halbleiterscheiben weiterhin auf einfache Weise während der gesamten Bearbeitungskette gruppenweise verfolgen zu können, werden so einzeln entstehende Lücken im Batch nicht zu jedem Zeitpunkt des Entstehens durch nachfolgende Halbleiterscheiben aus Folge-Gruppen aufgefüllt („Verdichten“), weil dadurch die Gruppenzugehörigkeit einzelner Halbleiterscheiben geändert würde.
-
Das erfindungsgemäße Verfahren kann leicht so modifiziert werden, dass Lücken durch ausgefallene Halbleiterscheiben ebenso reihenfolge- und positionstreu in einer Gruppe weitergegeben werden können wie die Halbleiterscheiben selbst. Dazu werden die in 4 beschriebenen Abläufe so geändert, dass der Anlagenbediener das Auftreten einer Lücke der Steuerung des Zwischenspeichers zum entsprechenden Beladezeitpunkt beispielsweise durch Drücken eines Knopfes mitteilt. Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform (4) gehen dann der Rahmen eine Position nach oben (43) und die vertikalen Transportelemente eine Position nach unten (43), so dass eine Leerstelle an der betreffenden Stelle im Stapel erzeugt wird. Beim Entladen (44) wird diese Leerstelle detektiert und diese Information an die beispielsweise nachfolgende Reinigung weitergegeben, so dass auch dort eine Leerstelle an der entsprechenden Position in der Gruppe erzeugt wird.
-
Alternativ kann, wenn gewünscht, auch ein „Verdichten“ bewirkt werden, indem der Anlagenbediener unbeschadet eines etwaigen Fehlens einzelner Halbleiterscheiben den Stapel Position für Position befüllt. Dabei kann er entweder am Ende einer Gruppe den Stapelbildungsvorgang durch Signalisieren von „Beladung Ende“ (48) abschließen, wodurch etwaig fehlende Halbleiterscheiben und somit Leerpositionen innerhalb der Gruppe ans Ende der Gruppe verschoben werden (Beibehaltung gruppentreuer Scheibenzuordnung), oder er ergänzt nach Verdichten mittels Verschieben der Leerpositionen ans Ende der Gruppe durch Auffüllen mit Halbleiterscheiben aus der nächsten Gruppe (gruppenübergreifende Weiterbearbeitung; nicht gruppentreue Scheibenzuordnung). In jedem Fall bleibt dabei jedoch die relative Reihenfolge aller Halbleiterscheiben insgesamt zueinander während des gesamten Vorgangs des Stapelauf- und -abbaus weiterhin erhalten (FIFO-Prinzip).
-
Im Folgenden wird eine besonders bevorzugte Anwendung der Erfindung als Puffer vor einer Reinigung im Durchlaufverfahren anhand der 6 beschrieben.
-
Bei dieser Anwendung durchläuft jede der Halbleiterscheiben nach Schritt (e) zusätzlich folgende Schritte in der angegebenen Reihenfolge:
- (g) Transport der Halbleiterscheibe durch eine Reinigungsvorrichtung und Reinigen der Halbleiterscheibe einzeln im Durchlaufverfahren und
- (i) Einsortieren der Halbleiterscheibe einzeln in eine Kassette mittels einer Einsortiervorrichtung in der Reihenfolge des Durchlaufs durch die Reinigungsvorrichtung.
-
Die Halbleiterscheiben 17 werden dabei im ersten Takt der Bereitstellung durch ein vorangegangenes Batch-Bearbeitungsverfahren nacheinander in typischerweise kurzer Abfolge manuell vom Anlagenbediener oder automatisch von einer Entladeautomation in den erfindungsgemäßen Zwischenspeicher eingelegt und gestapelt. Jeweils die unterste Halbleiterscheibe 17 dieses Stapels wird mittels einer Entnahmevorrichtung (in 6 ist beispielhaft eine aus Rollen 7, Transportriemen 8 und Achsen 9 gebildete Entnahmevorrichtung dargestellt) reihenfolgerichtig (FIFO) dem Stapel entnommen, und zwar gleichzeitig zu einer weiteren Beladung des Stapels gemäß der erfindungsgemäßen Ausführungsform des Verfahrens.
-
Die Halbleiterscheiben 17 gelangen dann, eine nach der anderen und im von der Durchlaufgeschwindigkeit durch das Reinigungsmodul bestimmten zweiten Takt, auf eine weitere Transporteinheit 35, deren Transportriemen sich gleich schnell bewegen wie die Transportriemen 8 der Entnahmevorrichtung. 6 zeigt den Zwischenspeicher, der nicht erfindungsgemäß ist, weil er Riemen 3 umfasst, die Riemen 3 mit Auflageflächen 4 und mit einem Stapel aus Halbleiterscheiben 17 in einem für das erfindungsgemäße Verfahren typischen Zustand mit einer untersten Halbleiterscheibe in Entladeposition auf der Entnahmevorrichtung. Eine vorangegangene Halbleiterscheibe 52 befindet sich bereits auf der Transporteinheit 35, eine weitere (60) im Reinigungsmodul 21 und noch eine weitere (61) bereits in der Einhord-Vorrichtung 26 für die Kassette 29.
-
Die Reinigungsvorrichtung und das Reinigungsverfahren selbst sind nicht Gegenstand der Erfindung. Als beispielhafter Reinigungsschritt wird im Folgenden eine Durchlaufreinigung mittels Bürsten, Walzen oder Schwämmen beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auf alle für die genannte Material abtragende Vorbearbeitung (MWS, Läppen, PPG, DSP) bekannten kontinuierlichen oder getakteten Einzelscheiben-Reinigungsverfahren angewandt werden.
-
Bevorzugt sollen die Halbleiterscheiben einer Vorbearbeitungsgruppe - bei „Verdichten“ ggf. auch die Halbleiterscheiben mehrerer Gruppen - nach erfolgter Reinigung reihenfolgetreu in trockenem Zustand in eine Aufbewahrungs- oder Transport-Kassette (die auch als Horde bezeichnet wird) überführt werden. Saubere und trockene Halbleiterscheiben sind beispielsweise erforderlich, um die befüllte Kassette entnehmen und einem Messgerät zuführen zu können, das eine oder mehrere Halbleiterscheiben ein oder mehrerer Gruppen auf für die Steuerung des vorhergehenden Bearbeitungsverfahrens wichtige Parameter hin vermisst. Dabei ist besonders bevorzugt, dass Reinigung und Trocknung so schnell erfolgen, dass zumindest eine Halbleiterscheibe bereits vermessen worden ist, bevor die nächste Fahrt der vorhergehenden Bearbeitung beendet ist, damit der Anlagenbediener ggf. noch Einstellungen der laufenden Fahrt korrigieren kann, beispielsweise die Fahrtdauer (Korrektur der Enddicke der Halbleiterscheiben), andere Parameter beispielsweise zur Verbesserung der Scheibenebenheit usw.
-
Bevorzugt erfolgt die Bereitstellung von Messwerten zur Korrektur der Vorbearbeitung so rechtzeitig, dass zumindest noch die übernächste Vorbearbeitungsfahrt ggf. korrigiert werden kann. Für die Entlade-, Reinigungs- und Einhordgeschwindigkeiten sind weiter unten Beispiele angegeben.
-
Das Bereitstellen von Messdaten genau zur übernächsten Vorbearbeitungsfahrt kann im Einzelfall sogar besonders vorteilhaft sein, da Batch-Bearbeitungsverfahren wie Läppen, PPG oder Doppelseitenpolieren oft mit von Fahrt zu Fahrt alternierenden Prozessparametern betrieben werden. Beispielsweise werden häufig die Vorzeichen aller Antriebsgeschwindigkeiten von Fahrt alterniert, so dass aufeinander folgende Bearbeitungsfahrten mit jeweils genau gespiegelter Prozesskinematik erfolgen. Dadurch erfahren die Halbleiterscheiben stets die gleiche Art und Weise der Bearbeitung; es sind jedoch quasi Vorder- und Rückseite vertauscht. Das ständige Alternieren zwischen kinematisch gespiegelten oder aber auch völlig unterschiedlichen (verschiedene Drehzahlen, Drücke usw.) Parametern kann auch besonders vorteilhaft sein, wenn dadurch eine bei konstanten Betriebsbedingungen im Allgemeinen unvermeidliche ungleichmäßige Abnutzung von Läppteller, Polier- oder Schleiftuch verzögert und somit zur Wiederherstellung der Zielform der Arbeitsscheiben oder Arbeitsflächen erforderliche Abrichtvorgänge entsprechend selten durchgeführt werden müssen. In all diesen Fällen sind die jeweils geradzahligen Bearbeitungsfahrten und die jeweils ungeradzahligen Bearbeitungsfahrten jedoch stets vollständig identisch. Eine Korrektur jeweils nach Messung und Maßgabe der zweitvorangegangenen Fahrt ist daher besonders vorteilhaft. Das beispielhaft in 6 angegebene Reinigungsmodul 21 umfasst Elemente, wie sie aus dem Stand der Technik für eine Bürsten-, Walzen- oder Schwammreinigung bekannt sind: gegenüberliegende Transportrollen-Paare 22, bestehend aus einer oberen (22a) und einer unteren Transportrolle 22b, einem Reinigungsrollen-Paar 24, bestehend aus einer oberen (24a) und einer unteren Reinigungsrolle 24b.
-
Die Transportrollen 22 und Reinigungsrollen 24 unterscheiden sich im Wesentlichen nur durch die Art (Härte, Länge, Elastizität) und Dichte ihrer Borsten. Die Borsten 23 der Transportrollen sind fester und maßhaltiger und transportieren die Halbleiterscheibe mittels Rotation 62a (obere Transportrolle 22a) und 62b (untere Transportrolle 22b) in der gewünschten Bewegungsrichtung. Die Borsten 25 der Reinigungsrollen sind weicher und dichter und rotieren (63a, 63b) bevorzugt beide entgegen der Bewegungsrichtung der Halbleiterscheibe 60, so dass sie eine Geschwindigkeit relativ und entgegengesetzt zur Oberfläche der Halbleiterscheibe 61 aufweisen. Die Reinigungsrollen 24 weisen eine Länge auf und sind so mit ihren Achsen senkrecht zur Bewegungsrichtung der Halbleiterscheiben angeordnet, dass die Borsten 25 die Halbleiterscheibe entlang einer Linie senkrecht zur Bewegungsrichtung der Halbleiterscheiben und über einen vollen Durchmesser der Halbleiterscheibe berühren. Aufgrund der Bewegung der Halbleiterscheiben durch die Reinigungsvorrichtung wird durch die gegenläufig rotierenden Reinigungsrollen 24 die gesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe vorder- und rückseitig gleichzeitig überstrichen und somit gereinigt.
-
Den Reinigungsrollen 24 wird mittels einer Vorrichtung 55 (Dosiereinrichtung) ein Reinigungsmittel 56 zugeführt. Für das Anwendungsbeispiel einer vorangegangenen PPG-Bearbeitung der Halbleiterscheiben besteht die Reinigungsflüssigkeit 56 bevorzugt aus einer wässrigen Tensidlösung und besonders bevorzugt aus reinem Wasser.
-
Die in 6 beispielhaft gezeigte Trocknungsvorrichtung 57 umfasst einen oberen (57a) und einen unteren (57b) Trockenlüfter. Diese sind als dünner Spalt oder als eine Vielzahl entlang einer Linie aufgereihter Einzeldüsen ausgeführt, die senkrecht zur Bewegungsrichtung der Halbleiterscheiben angeordnet sind und einen scharfen Luftstrahl 58a und 58b auf beide Seiten der Halbleiterscheibe 60 blasen, der den gesamten Durchmesser der Halbleiterscheibe überdeckt und durch Abblasen und Verdunsten Wasser von der Oberfläche der Halbleiterscheibe entfernen. Durch die Transportbewegung senkrecht zum Verlauf der Trocknungsvorrichtung 57 werden beide Seiten der Halbleiterscheibe in einer kontinuierlichen Bewegung vollflächig getrocknet.
-
Je nach Art und Grad der Verschmutzung der Halbleiterscheiben durch den vorausgegangenen Batch-Bearbeitungsprozess (Läppen, PPG, Pellets-Schleifen, Doppelseitenpolieren) können sich unterschiedliche Anforderungen an die Art und Wirksamkeit der Reinigung stellen. Das in 6 beispielhaft gezeigte Reinigungsmodul 21 kann um weitere, nicht gezeigte, Elemente erweitert werden, um diesen Anforderungen zu genügen.
-
Beispielsweise ist es besonders vorteilhaft, wenn die Reinigung „nass in nass“ („wet in wet“) erfolgt, d.h. dass die von der vorangegangenen Batch-Bearbeitung noch durch Läpp-, Polier- oder Kühlschmiermittel (PPG- oder Pellets-Schleifen) benetzten Halbleiterscheiben bereits im Zwischenspeicher, beispielsweise durch Sprüh- (Beregnung) oder Spüldüsen (Spülung), nass gehalten werden. Ein zwischenzeitliches Antrocknen von Verunreinigungen ist nämlich besonders unvorteilhaft, da angetrocknete Verschmutzungen später meist besonders schwierig oder gar nicht entfernt werden können. Außerdem kann durch unkontrolliertes Antrocknen von Arbeitsflüssigkeiten aus dem vorangegangenen Batch-Bearbeitungsprozess, beispielsweise chemisch ätzendem Poliermittel, die Halbleiterscheibe irreversibel geschädigt werden.
-
Nach der Reinigung und Trocknung gelangen die Halbleiterscheiben auf eine Einhord-Transporteinheit 27, wo sie von einer Einhord-Vorrichtung 26, umfassend beispielsweise einen Vakuumgreifer 28 und eine Vorrichtung zum Einhorden mittels einer Hub- und Schubbewegung 36, in eine Kassette 29 überführt werden. In der Kassette 29 sind die Halbleiterscheiben durch Stege 30 voneinander getrennt. Das Einhorden erfolgt reihenfolgetreu. Es können alle im Stand der Technik bekannten Aufbewahrungs- und Transportkassetten verwendet werden.
-
In dem in 6 gezeigten Beispiel ist die Einhord-Vorrichtung 26 mittels eines Vakuumgreifers 28 ausgeführt, der die Halbleiterscheibe 61 an ihrer von der Einhord-Transporteinheit 27 weg weisenden Oberfläche greift. Dadurch ist es möglich, dass eine nachfolgende Halbleiterscheibe bereits auf der Einhord-Transporteinheit 27 positioniert wird, während die vorangegangene Halbleiterscheibe noch von der Einhord-Vorrichtung 26 in die Kassette 29 transportiert wird.
-
Beispiel
-
In einem konkreten Ausführungsbeispiel wurde eine gemäß 6 ausgeführte Zwischenspeicher-, Reinigungs- und Einhord-Vorrichtung zur Reinigung von Halbleiterscheiben aus einer vorangegangenen Bearbeitung durch das PPG-Verfahren betrieben. Die reine Schleifzeit betrug während der PPG-Bearbeitung etwa vier Minuten. Für das Beladen eines PPG-Batches von 15 Halbleiterscheiben mit 300 mm Durchmesser brauchte der Anlagenbediener etwa 90 Sekunden; für das Entladen etwa 120 Sekunden. Inklusive Nebenzeiten der Anlage (Schwenken, Heben und Senken der oberen Arbeitsscheibe bei Prozessanfang und -ende; Positionieren der Läuferscheiben mit den Halbleiterscheiben nach Fahrtende, so dass die erstbeladene Läuferscheibe nach Fahrtende als erste in Entladeposition gelangte, und einem Abstreifen von ggf. nach Fahrtende an der oberen Arbeitsscheibe anhaftenden Halbleiterscheiben) betrug die Zykluszeit etwa 9,5 Minuten. Der Zwischenspeicher wurde mit dem erfindungsgemäßen Verfahren betrieben (gleichzeitige Stapelbe- und -entladung). Bei zwei Minuten Gesamt-Entladedauer für eine PPG-Fahrt lud der Anlagenbediener somit durchschnittlich alle acht Sekunden eine Halbleiterscheibe in den Zwischenspeicher.
-
Die Entnahmevorrichtung (7, 8, 9 in 1) entlud alle 20 Sekunden eine Halbleiterscheibe und führte sie auf einem Förderband mit 2 cm/s einer doppelseitigen Durchlauf-Bürstenreinigung zu. Zum Überstreichen einer Länge vom Durchmesser einer Halbleiterscheibe brauchte die Transportvorrichtung der Durchlaufreinigung somit 15 Sekunden. Zwischen den Halbleiterscheiben befanden sich durchschnittlich 10 cm Sicherheitsabstand, entsprechend einer Überstreichzeit von 5 Sekunden. Der Durchlauf einer Halbleiterscheibe vom Beginn des Entladens aus dem Zwischenspeicher bis zum Ende des Einhordens in die Kassette 29 betrug 90 Sekunden. Der im Zwischenspeicher aufgebaute Stapel aus Halbleiterscheiben enthielt erwartungsgemäß bei Beladen der letzten Halbleiterscheibe aus der PPG-Fahrt durch den Anlagenbediener die größte Anzahl an zwischengespeicherten Halbleiterscheiben, nämlich bis zu acht, abhängig von der tatsächlichen Entladegeschwindigkeit des Anlagenbedieners. Die letzte Halbleiterscheibe wurde 5,5 Minuten nach Beginn des Beladens des Zwischenspeichers mit der ersten Halbleiterscheibe aus der PPG-Fahrt von der Entnahmevorrichtung dem Zwischenspeicher entnommen und befand sich somit 7 Minuten nach Beladen des Zwischenspeichers mit der ersten Halbleiterscheibe aus der PPG-Fahrt in der Kassette. Dem Anlagenbediener blieb noch eine Minute Zeit, um die Kassette auf ein Messgerät zu stellen (und zuvor die Kassette mit den Halbleiterscheiben der vorangegangenen PPG-Fahrt von dem Messgerät zu entfernen) und um Einstellungsänderungen an der PPG-Anlage nach Maßgabe der vorangegangenen Messung vorzunehmen, bevor die nächste PPG-Fahrt beladen werden musste (9,5 min PPG-Zykluszeit minus 7 min Gesamt-Reinigungs-Durchlaufzeit minus 1 min Messgeräte-Bestückungszeit ergibt 1,5 min = Beladezeit). Damit verblieb noch genügend zusätzliche Zeit, so dass es nie zu Wartezeiten kam und der Anlagenbediener den Gesamttakt der gesamten Entlade-, Puffer-/Reinigungs-/Trocknungs-, Mess- und Neubelade-Prozedur vorgeben konnte.
-
Das Reinigungsmodul 21 war wie oben beschrieben und in 6 dargestellt aufgebaut.
-
Die Einhord-Vorrichtung 26 war wie in dem in 6 dargestellten Beispiel mit einem Vakuumgreifer 28 ausgestattet, der die Halbleiterscheibe von ihrer Oberseite her greift. Der Einhordvorgang dauerte etwa 10 Sekunden. Davon war die Einhord-Transporteinheit 27 nur drei Sekunden für den Abhebevorgang blockiert. Mit einem zeitlichen Abstand von fünf Sekunden zwischen aufeinander folgenden Halbleiterscheiben (10 cm Abstand à 2 cm/s Transportgeschwindigkeit) entstand daher auch hier keine Wartezeit.
-
Die vorliegende Erfindung kann für die Zwischenspeicherung beliebiger Halbleiterscheiben einheitlicher Größe eingesetzt werden. Dies sind beispielsweise multikristalline Halbleiterscheiben für die Herstellung von Photovoltaik-Zellen und insbesondere einkristalline Halbleiterscheiben als Ausgangsmaterial für Anwendungen in der Elektronik, Mikroelektronik und Mikro-Elektromechanik.
