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Die fortschreitende Entwicklung der Halbleiterindustrie, hin zu immer kleineren Strukturbreiten, bei wachsenden Waferdurchmessern, führt zu ständigen Anpassungen des in den Halbleiterfabriken vorhandenen Maschinenparks.
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Auch bei Beibehaltung einer Wafergröße werden aufgrund von technischen Fortschritten während des Lebenszyklus einer Strukturbreite immer wieder Maschinen (Tools) in einer Halbleiterchip-Produktionslinie ausgetauscht. Diese neuen Tools verbessern dann meist die Produktionsgeschwindigkeit oder die -zuverlässigkeit.
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Moderne Chip-Produktionslinien weisen teilweise Durchlaufzeiten von mehreren Monaten für einen Wafer auf. Gleichzeitig ist gefordert, dass bis hin zu einzelnen Wafern eine individuell steuerbare Prozessierung erfolgen kann. Darüber hinaus sind manche Wafer bevorzugt zu behandeln, während andere keine besondere Dringlichkeit besitzen. Diese Prioritäten können wechseln. Während des gesamten Durchlaufes ist die Waferbearbeitung (Prozessierung) detailliert zu dokumentieren, um die Anforderungen der Qualitätssicherung erfüllen zu können. Neben der reinen Bearbeitung der Wafer sind jedoch auch die Bedingungen, unter denen die Wafer zwischen einzelnen Bearbeitungsschritten gelagert werden, von zentraler Bedeutung. Auch im Ruhezustand finden, abhängig von den Umgebungsbedingungen, chemische und physikalische Veränderungen, insbesondere an der Waferoberfläche, statt. Dies führt dazu, dass auch die Lagerbedingungen zu definieren und zu überwachen sind.
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Es wurden eine Reihe von technischen Lösungen zur Erfüllung dieser vielfältigen und teilweise divergierenden Anforderungen entwickelt.
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In modernen Fabriken der Halbleiterproduktion (Chipproduktion) werden die Wafer zu Einheiten (Lots – meist 25 Wafer) zusammengefasst und in Transportbehältern bewegt. Während in älteren Halbleiterfabriken (Fabs) der Transport dieser Behälter häufig manuell erfolgt und die Behälter einfache Plastikgehäuse mit Einschubfächern für die Wafer waren, genügen diese Konstruktionen aktuellen Anforderungen jedoch nicht mehr. Nach dem Stand der Technik werden die Wafer daher in FOUPs (Front Opening Unified Pod) transportiert und gelagert. In diesen FOUPs befinden sich ebenfalls Einschübe zur Aufnahme der Wafer. Darüber hinaus ist ein FOUP jedoch maschinentransportierbar. Auch Öffnen und Verschließen der Fronttür, sowie die Entnahme und das Einlegen der Wafer, erfolgen maschinell.
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Unter Einsatz der FOUPs werden vollautomatisierte Produktionslinien realisiert, in denen die FOUPs automatisch von einem Tool zum nächsten transportiert werden, oder aber von einem Tool zu einem Zwischenlager bzw. aus diesem zu einem weiteren Tool bewegt werden. In dem Zwischenlager sind definierte Lagerbedingungen zu schaffen, die insbesondere verhindern, dass unterschiedlich lange Lagerdauern zu unterschiedlichen Oberflächeneigenschaften der Wafer führen. Es hat sich daher als vorteilhaft erwiesen, die Oberflächen der Wafer mit inerten Gasen zu spülen, um Reste von Sauerstoff aus den FOUPs zu verdrängen und so Oxidations- und Diffusionsprozesse zu verhindern oder wenigstens stark zu begrenzen. Als geeignete Spülgase kommen Argon oder Stickstoff zum Einsatz. Die Stellplätze der FOUPs in Zwischenlagern, die an der Reinraumdecke befestigt sind, werden FOUP-Nester genannt. Im Folgenden werden unter FOUP-Nestern alle Stellplätze von FOUPs verstanden, die der Zwischenlagerung bzw. dem Spülen der Wafer mit Spülgasen dienen, ohne Bestandteil eines Tools zu sein. FOUP-Nester müssen also nicht zwangsläufig von der Reinraumdecke herabhängen. Aus der
US 2008/0 156 069 A1 ist eine Lagervorrichtung für FOUPs mit Spüleinheiten zum Spülen der FOUPs bekannt.
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Der Transport der FOUPs erfolgt durch eigene Transportvorrichtungen. Diese sind meist als Schienensysteme, auf denen sich die FOUP-Greifer bewegen, realisiert. Ein Beispiel ist in der
US 2010/0 228 378 A1 beschrieben. Das Schienensystem ist als OHT (Overhead Hoist Transport) ausgeführt. Die Schienen sind dabei oberhalb der Tools und der Verkehrswege im Reinraum angeordnet. Es sind jedoch auch technische Lösungen bekannt, die Transportsysteme vorsehen, die am Boden des Reinraums installiert werden. Das Anheben und Absenken der FOUPs erfolgt in der
US 2010/0 228 378 A1 mittels seilgetragener FOUP-Greifer.
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In den Load-Ports der Tools werden die FOUPs entladen, die Wafer der Behandlung zugeführt und danach werden die FOUPs wieder beladen. In den FOUP-Nestern des Zwischenlagers bzw. der Zwischenlager werden die Wafer nicht prozessiert, sondern lediglich mit Inertgas gespült. Dieses Spülen wird als Purgen bezeichnet. Die Zwischenlager sind häufig als an Streben von der Reinraumdecke herabhängende FOUP-Nester ausgebildet. Beim Absetzen der FOUPs in den Nestern werden diese auf Bodenplatten aufgesetzt, die über Führungsstifte (kinematic coupling pin) und Gasanschlüsse verfügen. Diese Gasanschlüsse greifen formschlüssig und dichtend in entsprechende Gegenstücke in den Böden der FOUPs ein. Auf diese Weise wird der Gaszufluss ermöglicht. Das Gaszuleitungssystem kann ebenfalls über Kopf oder aber am Boden bzw., da Reinraumböden meist gelochte Doppelböden sind, im Zwischenraum zwischen dem gelochten Boden und dem Reinraumunterboden installiert werden.
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Die Bauformen der FOUPs, ihrer Bodenplatten und der FOUP-Nester variieren in Abhängigkeit vom Hersteller.
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Nach dem Stand der Technik erfolgt die Steuerung des Purge-Prozesses häufig mittels eines zentralen Rechners, der in vielen Ausführungsformen nachteiligerweise nur Gruppen von FOUP-Nestern ansprechen kann. Auch wenn nicht alle FOUP-Nester eines Zwischenlagers belegt sind, wird so der Gasfluss freigegeben, was zu einem (aufgrund der sehr hohen Luftwechselrate im Reinraum technisch oder gesundheitlich unbedenklichen) Ausströmen von Inertgas führen kann. Der Gasverbrauch steigt jedoch dadurch deutlich.
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Wie erläutert, werden die Tools der Halbleiterindustrie in den Reinräumen häufig ausgewechselt. Diese Maschinen sind meist Sonderanfertigungen mit erheblichen Ausmaßen, so dass der Zu- oder Abtransport problematisch ist. Insbesondere ist es notwendig, nicht nur alle Medienleitungen (Elektroenergie, ggf. Wasser, verschiedene Gase) abzuklemmen, sondern die entsprechenden Zuführungssysteme müssen ebenfalls demontiert werden. Analoges trifft auch auf die FOUP-Transportsysteme oder aber die FOUP-Zwischenlager zu. Diese sind ebenfalls häufig zur Schaffung von Baufreiheit zu demontieren. Die Situation verschärft sich, wenn es sich um bodennah installierte Transportsysteme handelt. Die neu installierten Tools bringen unter Umständen bereits eigene FOUP-Nester mit, die in den Positionen der Anschlüsse der Basisplatten nicht mit denen der bisher verwendeten übereinstimmen.
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Es stellt sich somit die Aufgabe, eine flexibles System zum effektiven Purgen von FOUP-Behältern vorzuschlagen, dass leicht anpassbar, leicht demontierbar und individuell steuerbar ist.
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Erfindungsgemäß wird die Aufgabe mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 gelöst. Vorteilhafte Ausführungsformen sind in den rückbezogenen Unteransprüchen offenbart.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ein FOUP-Transportsystem, ein Purgegas-Verteilungssystem, ein oder mehrere Purge-Nester sowie ein elektronisches Steuersystem auf.
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Das FOUP-Transportsystem wird erfindungsgemäß als OHT-, also als Überkopfsystem ausgeführt. Es weist FOUP-Transporter mit FOUP-Greifvorrichtungen nach dem Stand der Technik auf. Bevorzugt sind die Schienenabschnitte des OHT-Systems als vorgefertigte Module ausgeführt, die unabhängig voneinander von einer Aufhängung des Transportsystems gelöst werden können.
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Bevorzugt parallel zum Transportsystem und ganz besonders bevorzugt integriert in dieses, verläuft das Gasverteilungssystem und optional -sammelsystem. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform ist die Gaszuführung und/oder die optionale Gasabführung des Gasverteilungssystems in die Schiene oder die Schienen des OHT-Systems integriert.
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Zum Absenken der FOUP-Greifer von den überkopf verlaufenden FOUP-Transportern in die FOUP-Nester sind Seilzugsysteme, Kettenzugsysteme oder aber starre, vorzugsweise vertikal verlaufende Führungsschienen geeignet. Erfindungsgemäß ist die Gaszuführung unmittelbar parallel zu den Zuführungen zu den FOUP-Nestern angeordnet. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Gaszuführung für mehrere FOUP-Nester in einer Gaszuleitung und optional, einer Gasableitung zusammengefasst. Besonders bevorzugt verlaufen die beiden Leitungen unmittelbar nebeneinander. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform verlaufen die Gaszuleitung und optional auch die Gasableitung unmittelbar benachbart zu oder in Führungsschienen für die FOUP-Greifer. In einer ganz besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Gaszuleitung, optional die Gasableitung und die Führungsschiene als gemeinsam demontierbares Modul ausgebildet. Weiterhin bevorzugt sind die Gaszu- und/oder -ableitungen sowie elektrische und Signalleitungen an Aufhängungen der FOUP-Nester lösbar befestigt oder in diese integriert.
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Die FOUP-Nester eines oder mehrerer Zwischenlager können auch bei neu installierten Zwischenlager-Vorrichtungen vorteilhaft an die bereits in Benutzung befindlichen FOUPs angepasst werden. Zu diesem Zwecke sind erfindungsgemäß Adapterplatten vorgesehen, die in den Purge-Nestern auf den vorhandenen Führungsstiften aufgesetzt werden und eine Anpassung an die Bodenplatten der FOUPs realisieren. Die Adapterplatten weisen bevorzugt eine geringe Bauhöhe auf. Die Bauhöhe ist bevorzugt geringer als 32 mm, besonders bevorzugt geringer als 20 mm und ganz besonders bevorzugt geringer als 16 mm. Die Bauhöhe berechnet sich dabei von der flächigen Oberseite der Adapterplatte (ohne Führungsstifte etc.) bis zu der Unterseite aller auf der Unterseite der Adapterplatte angeordneten Vorrichtungen (Druckschalter, Partikelfilter etc.). Die Form der Adapterplatten ist vorzugsweise so gewählt, dass alle Führungsstifte und Gasanschlüsse von einer gemeinsamen Adapterlatte erreicht werden. Dies ist bevorzugt durch eine dreieckige, V-förmige oder Y-förmige Formgebung möglich. Es sind jedoch auch mehrteilige Adapterplatten (bspw. symmetrisch zweigeteilt) oder vollflächige (quadratisch bzw. rechteckig) Platten möglich. Das Material für die Adapterplatten muss reinraumtauglich sein und wird bevorzugt aus geeigneten Metallen (Edelstahl, Aluminium) oder einem Kunststoff ausgewählt. Besonders bevorzugt ist hier eloxiertes Aluminium. In einer bevorzugten Ausführungsform ist die Adapterplatte aus Kunststoff hergestellt. Eine vorteilhafte Weiterentwicklung sieht dabei vor, dass die Schlauchanschlussstücke Klemmteile für Schläuche oder Rohre oder Teile der Gasführung in die Adapterplatte integriert (bevorzugt eingegossen) sind. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind weitere Teile der auf der Unterseite der Adapterplatte angeordneten Vorrichtungen eingegossen.
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Die Adapterplatte weist auf ihrer Oberseite Führungsstifte auf, die in die dafür vorgesehenen Öffnungen der FOUPs passen. Dies führt zu einer definierten Positionierung der FOUPs auf den Adapterplatten. Darüber hinaus sind Gaszuleitungs- und optional -ableitungsadapter vorgesehen, die bei Aufsetzen eines FOUPs eine zum Reinraum hin dichtende Verbindung zu den korrespondierenden Gaszuleitungs- und optional -ableitungsanschlüssen des FOUPs herstellen. Die Gaszuleitungs- bzw. -ableitungsadapter bestehen bevorzugt aus einem flexiblen und elastischen Material. Ganz besonders bevorzugt ist hierbei Nitril-Kautschuk, der bevorzugt mit einer Nanopartikelversiegelung versehen sein kann.
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Auf der Unterseite der Adapterplatten sind Aufnahmen für die Führungsstifte der originalen FOUP-Nester vorgesehen. Darüber hinaus bestehen optional Verbindungen zu den Gasanschlüssen (Zu- und optional Abführung) der originalen FOUP-Nester. Die Gaszuleitungen der Adapterplatte sind mit zwei Drucksensoren ausgerüstet. Dazu kommen bevorzugt zwei Schwellwertsensoren zum Einsatz, wobei der erste Drucksensor beim Unterschreiten eines Mindestdruckes und der zweite Drucksensor beim Überschreiten eines Maximaldruckes anspricht. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform kommt lediglich ein Drucksensor zum Einsatz, der als Schwellwertsensor mit einer oberen und einer unteren Schwelle ausgeführt ist.
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Die Adapterplatte weist darüber hinaus einen Frei/Besetzt-Sensor auf, der vorzugsweise berührungslos, das Vorhandensein eines FOUPs auf der Adapterplatte detektiert. Geeignete Sensoren sind dabei auf Infrarot- oder Laserbasis aus dem Stand der Technik bekannt. Als einfache mechanische Lösung kann bereits ein Mikroschalter, der vom aufgesetzten FOUP herunter gedrückt wird, eingesetzt werden.
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Erfindungswesentlich ist im Gaszustrom der Adapterplatte mindestens ein reinraumgeeigneter Partikelfilter vorgesehen, der Verunreinigungen, die im Gassystem existieren, vor dem Eintritt in den FOUP herausfiltert. Sollten mehrere Gaseintritte in den FOUP vorgesehen sein sind mehrere Partikelfilter, jeweils mindestens einer vor einem Gaseintritt, möglich. Der Partikelfilter ist bevorzugt in Gasströmungsrichtung gesehen, hinter den bzw. dem Drucksensor angeordnet. Es ist jedoch auch möglich, diesen vor den Drucksensoren zu positionieren. Der Partikelfilter ist aus dem Stand der Technik bekannt und ermöglicht eine Zurückhaltung von Partikeln entsprechend der vorliegenden Reinraumklasse. Die Gasführungen unterhalb der Adapterplatten werden bevorzugt mittels geeigneter Schläuche realisiert. Weiterhin bevorzugt ist die Gasführung in Edelstahlleitungen.
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Optional weisen die Adapterplatten eine Purgegas-Abführung auf. Diese saugt das in den jeweiligen FOUP eingeleitete Inertgas an vorgegebenen Punkten ab. Vorteil einer solchen Anordnung ist, dass der Gasstrom innerhalb des FOUPs definiert verläuft. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform ist keine Gasabführung aus dem FOUP vorgesehen. Das zugeleitete Inertgas tritt vorzugsweise durch das Outlet-Interface am FOUP, aber auch durch Undichtigkeiten der Fronttür, in die Reinraumatmosphäre aus. Dies ist jedoch unkritisch, da das Gas (Stickstoff, Argon) aufgrund der sehr hohen Luftwechselrate im Reinraum sowohl gesundheitlich als auch technisch unbedenklich ist. Durch den Partikelfilter in der Gaszuleitung ist es darüber hinaus von hinreichender Partikelfreiheit.
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Die Steuerung des Purge-Prozesses erfolgt mittels einer Mehrschicht-(Multi-Tier)-Hardwarearchitektur.
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Jede Adapterplatte liefert Informationen über den Frei/Besetzt-Zustand und die eventuelle Über- oder Unterschreitung des vorgesehenen Drucks des Inertgases des FOUP-Nestes, in dem sie installiert ist, an einen Nestcontroller (Purge-Group-Controller). Ein Purge-Group-Controller kontrolliert die Adapterplatten mehrerer, bevorzugt von bis zu sechs, Purge-Nestern. Es sind jedoch auch mehr oder weniger kontrollierte Nester möglich.
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Die Frei-/Besetzt-Informationen und die Informationen der Drucksensoren werden an den Purge-Group-Controller übermittelt. Dies erfolgt bevorzugt drahtgebunden. Denkbar sind jedoch auch glasfasergestützte oder drahtlose Verbindungen. Im Falle einer physischen Verbindung (Draht, Glasfaser) zwischen Adapterplatte und Purge-Group-Controller verläuft die Verbindungsleitung bevorzugt parallel zu den Gaszuführungs- und optionalen -abführungsleitungen und zu den vertikalen Zuführungen des OHT-Systems zu den FOUP-Nestern. In einer besonders bevorzugten Ausführungsform sind die Gasführungen, die Signalverbindungen und die vertikalen Zuführungen des OHT-Systems in einem Modul zusammengefasst, das bevorzugt im Stück leicht montiert und demontiert werden kann.
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Die Signale der Sensoren der Adapterplatten in den Purge-Nestern werden vom Purge-Group-Controller gesammelt und aufbereitet. Der Purge-Group-Controller weist eine Zuführung des Inertgases auf. Diese wird intern in Einzelzuführungen für die vom Purge-Group-Controller kontrollierten Purge-Nester aufgeteilt. Der Purge-Group-Controller weist für jedes Purge-Nest, genauer für die Adapterplatte jedes Purge-Nestes, das er kontrolliert ein Gaszuführungsventil auf, das beim Vorliegen eines Besetztsignales geöffnet und bei einem Frei-Signal geschlossen wird. Sollte ein Drucksensor ein Über- oder Unterschreiten des zulässigen Druckes in der Gaszuleitung der Adapterplatte eines Purge-Nestes melden, wird ebenfalls der Gaszufluss durch Schließen des Gaszuführungsventils abgeriegelt.
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Der Purge-Group-Controller weist weiterhin besonders bevorzugt genau einen Eingang für das Signalkabel jeder von ihm kontrollierten Adapterplatte (jedes kontrollierte Purge-Nest) auf. Das Signalkabel vereint in sich dabei vorzugsweise alle Strom-, Daten- und Signalleitungen einer Adapterplatte. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Strom-Daten- und Signalleitungen in einzelnen oder nur teilweise zusammengefassten Kabeln geführt und der Purge-Group-Controler weist eine entsprechende Anzahl von Eingängen je FOUP-Nest für diese Kabel auf. Die mehreren Kabel sind dann bevorzugt lösbar miteinander verbunden (bspw. Kabelbinder). In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die Signalverbindungen benachbart angeordneter Purge-Nester seriell verschaltet und die Signale werden mit Verfahren nach dem Stand der Technik (bspw. Zeitmultiplexverfahren, CAN-Bus) über gemeinsame Leitungen übertragen. Sollte derartiges zum Einsatz kommen, weist jede Adapterplatte zusätzlich einen oder mehrere dementsprechenden Controllerchips auf, der auch bspw. in die Drucksensoren bzw. den Frei/Besetzt-Sensor integriert sein können. Weiterhin sind bei einer solchen Verschaltung im Falle des Entfernens einer Adapterplatte aus der Verkettung die seriellen Eingangs- und Ausgangskabel direkt miteinander zu verbinden.
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Der Purge-Group-Controller weist eine entsprechende Adapter-Einheit auf, die geeignet ist, die Signale der Drucksensoren sowie der Frei/Besetzt-Sensoren der angeschlossenen Adapterplatten anzunehmen, anzupassen und einer Interfaceeinheit des Purge-Group-Controllers zuzuleiten. Die Adaptereinheit kann in die Interfaceeinheit integriert sein. Bevorzugt setzt die Adaptereinheit die Signale in Werte um, die die Interfaceeinheit digitalisieren kann. Die Interfaceeinheit funktioniert bevorzugt als Input/Output-Modul für ein CAN-BUS-Netzwerk (CAN-Controller Area Network). Auch andere Bussysteme aus dem Stand der Technik sind geeignet.
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Bevorzugt ist der Purge-Group-Controller als eigenständige Einheit in einem Gehäuse untergebracht. Dieses Gehäuse ist bevorzugt gasdicht ausgeführt, um das Austreten von Kontaminationen aus seinem Inneren zu vermeiden. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform weist das Gehäuse Lüftungslöcher auf, die mit Reinraumfiltern versehen sind. So ist vorteilhaft ein Druckausgleich möglich, ohne den Reinraum zu kontaminieren. Darüber hinaus kann im Bedarfsfall eine Zwangslüftung des Gehäuses realisiert werden, um einen Wärmestau im Inneren zu vermeiden. Vorzugsweise weist das Gehäuse Anzeigemöglichkeiten zur Übermittlung von Informationen zum Zustand des Purge-Group-Controllers selbst sowie den Zuständen der Adapterplatten der Purge-Nester bzw. des Purge-Vorganges auf. In einer einfachen Ausführungsform sind dazu eine bzw. zwei Zustandsleuchten (LEDs) vorgesehen, die in Abhängigkeit von den Sensordaten unterschiedliche Leuchtzustände annehmen. So kann der Bediener unschwer feststellen, ob der Purge-Group-Controller bzw. die von ihm kontrollierte Purge-Nest-Gruppe fehlerfrei arbeitet.
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Fortgeschrittene Ausführungsformen sehen optische Indikatoren optional für den Purge-Group-Controller selbst, sowie getrennte Indikatoren für den Zustand jedes Purge-Nestes vor. Selbstverständlich sind auch fortgeschrittene Anzeigemöglichkeiten, wie Bildschirme etc. möglich.
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Der Purge-Group-Controller leitet Daten über die an ihn angeschlossenen Purge-Nester an den Purge-Bay-Controller weiter. Ein Purge-Bay-Controller kontrolliert mehrere, bevorzugt 2 bis 32, besonders bevorzugt 8 bis 24, ganz besonders bevorzugt 15 Purge-Group-Controller. Technisch ist jedoch auch der Einsatz lediglich eines Purge-Group-Controllers an einem Purge-Bay-Controller möglich, sollte jedoch unter Kostenaspekten abgewogen werden.
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Jeder Purge-Group-Controller weist dabei mindestens eine Möglichkeit zur Datenübermittlung an einen Purge-Bay-Controller auf. Diese Datenübermittlung beinhaltet Frei/Besetzt-Informationen der Purge-Nester sowie die Weiterleitung der Drucksensordaten.
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Auch die Inertgaszuleitung verläuft durch den Purge-Bay-Controller. Hier wird der Gasfluss mittels eines Druckregulators, eines Druckmessers und eines Flussmessers auf den gewünschten Druck heruntergeregelt und der stete Durchfluss überwacht. Über eine Interfaceeinheit werden die Daten von Druckregulator und Flussmesser für eine Controllereinheit aufbereitet. Diese Controllereinheit steuert unter anderem den Druckregulator in Abhängigkeit von den Werten des Flussmessers. Nach dem Austritt aus dem Flussmesser wird die Inertgasleitung zu den Purge-Group-Controllern geführt, wobei sie Abzweigungen für jeden einzelnen Purge-Group-Controller aufweist. In einer anderen bevorzugten Ausführungsform wird die Inertgasleitung durch alle angeschlossenen Purge-Group-Controller hindurchgeführt (durchgeschleift). Der Druck der in der Inertgasleitung herrschen soll, wird in einer bevorzugten Ausführungsform von der Controllereinheit unter Berücksichtigung der aktuell angeschlossenen Zahl von FOUPs, die sich in einem in einem Spülvorgang befinden, ermittelt. Sobald ein weiterer FOUP in einem FOUP-Nest abgesetzt und zum Purgen bereit ist, ermittelt die Controllereinheit neue Werte für Durchflussmesser und Druckregulator und gibt entsprechende Signale über die Interfaceeinheit aus. Umgekehrt wird auch beim Eintreffen einer Frei-Meldung für ein bisher besetztes FOUP-Nest der Gasfluss reduziert. Auch Signale der Drucksensoren können so berücksichtigt werden. Auf diese Weise werden Druckschwankungen im Inertgassystem gering gehalten, da bereits proaktiv auf die Veränderung der Zahl der im Purge-Prozess befindlichen FOUPs und den variierenden Gasbedarf reagiert wird.
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In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird auf die proaktive Veränderung des Gasstromes verzichtet und lediglich die im Ergebnis der veränderten Anzahl zu spülender FOUPs entstehende Druckschwankung nachfolgend ausgeregelt.
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Die Controllereinheit verarbeitet auch die Meldungen der Purge-Group-Controller weiter. Der Controller entscheidet entsprechend seiner Programmierung über die Reaktion auf Signale der Purge-Group-Controller. Insbesondere werden die Drucküber- bzw. -unterschreitungs-Signale ausgewertet und in Antwortsignale für den entsprechenden Purge-Group-Controller umgesetzt, die den Gasfluss dementsprechend unterbrechen.
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Die Frei/Besetz-Signale der Purge-Group-Controller werden in die Auswertung der Drucksensorsignale einbezogen.
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Jeder Purge-Bay-Controller versorgt die an ihn angeschlossenen Purge-Group-Controller mit Strom. Er weist dazu ein entsprechendes Netzteil auf. Bevorzugt erfolgt die Energieversorgung über dieselben Leitungen, über die auch die Steuersignale an die Purge-Group-Controller gesendet werden. Es sind jedoch auch getrennte Leitungsführungen möglich.
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Jeder Purge-Bay-Controller ist in einem Gehäuse untergebracht. Analog zu den Purge-Group-Controllern können diese Gehäuse ebenfalls optische Anzeigemittel aufweisen und über (reinrumfiltergeschützte) Lüftungsöffnungen verfügen. Jeder Purge-Bay-Controller kontrolliert mindestens einen, bevorzugt jedoch eine Mehrzahl (bis zu 16 bzw. 17) Purge-Group-Controller. Theoretisch sind auch mehr Purge-Group-Controller möglich. Die Anzahl ist bei der Auslegung der Gaszuleitungen und der elektrischen Versorgungen zu berücksichtigen.
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Die Purge-Bay-Controller liefern die Daten über die an sie angeschlossenen Purge-Group-Controller und deren Purge-Nester an einen Purge-Manager-Host. Die Datenverbindung erfolgt bevorzugt über ein herkömmliches Ethernet oder einen CAN-Bus. Es sind jedoch auch drahtlose Datenübertragungen möglich. Die Daten werden entweder in regelmäßigen Abständen vom Purge-Manager-Host abgefragt (Pull-Betrieb) oder vom Purge-Bay-Controller an den Purge-Manager-Host gemeldet (Push-Betrieb). Die Datenmeldung kann in regelmäßigen Abständen erfolgen (synchrone Push) oder bei Veränderung der Nestbelegung bzw. beim Eintreten von Ereignissen (Ansprechen von Drucksensoren) als asynchrone Push. Der Purge-Manager-Host ist bevorzugt als handelsüblicher PC oder Server ausgebildet und erfüllt neben der Aufgabe der Datensammlung auch die der Protokollierung (Log-Files) und der Datenaufbereitung. Im Zuge der Datenaufbereitung kann eine grafische Darstellung der Zustände der Purge-Nester mit den darin befindlichen FOUPs, den Purge-Group-Controllern und den Purge Bay-Controllern erfolgen. Ereignisse (Drucksensorsignale, Frei/Besetzt-Änderungen) können dort verfolgt werden. Der entsprechende menschliche Operator kann in die automatische Steuerung eingreifen und die Reaktionen auf Drucksensorsignale oder Frei/Besetzt-Signale überstimmen. So kann bspw. der Purge-Prozess fortgesetzt werden, wenn der Drucksensor ein Unter- oder Überschreiten des Druckes angezeigt hat. Falls jedoch bekannt ist, dass die Tür des entsprechenden FOUPs sehr undicht ist, kann eine Fortsetzung des Purgens sinnvoll sein. Darüber hinaus können bspw. auch als frei angezeigte FOUP-Nester mit Stickstoff versorgt werden. Dies kann bspw. zu Reinigungs- oder Testzwecken sinnvoll sein. Weiterhin sinnvoll kann ein gewisser zeitlicher Nachlauf der Stickstoffversorgung eines frei gewordenen FOUP-Nestes sein. Da der Purge-Manager-Host als frei programmierbare Datenverarbeitungsanlage anzusehen ist, können angepasste Steuerprogramme auf Ereignisse reagieren und die Steuerprogramme auch an veränderte Anforderungen angepasst werden. Darüber hinaus ist vorgesehen, dass die Controllereinheiten der Purge-Bay-Controller über den Purge-Manager-Host mit aktualisierter Firmware bzw. Programmen versorgt werden können.
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Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist sowohl für FOUPs für 300 mm Wafer als auch für FOUPs für 450 mm Wafer geeignet.
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Ausführungsbeispiel
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Das folgende Ausführungsbeispiel soll die erfindungsgemäße Vorrichtung näher erläutern, ohne jedoch einschränkend zu wirken.
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1 zeigt schematisch die Anordnung von drei FOUP-Nestern (3) relativ zu dem Überkopf-Transportsystem (OHT) (4). Das OHT (4) ist hier im Schnitt dargestellt und läuft somit senkrecht zur Zeichenebene. Die FOUPs (1) sind auf Adapterplatten (2) aufgesetzt. Der Gasstrom (11) läuft durch Einlässe in den Adapterplatten (2) und die FOUPs (1). Die Überwachung des Druckes des Gasstroms (11) ist durch die Druckmesser (21) versinnbildlicht.
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2 zeigt die Oberseite der FOUP-Nest Adapterplatte.
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3 zeigt die Unterseite der FOUP-Nest Adapterplatte.
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Die dargestellte FOUP-Nest Adapterplatte ist für die Nutzung mit zwei unterschiedlichen FOUP-Bauformen ausgelegt. Je nach Bauform passt einer der beiden Gaszuleitungsadapter (214, 215) in den Gaseinlass des FOUPs. Die Adapterplatte wird vor dem Einsatz durch die Anbringung passender Schlauchführungen an die im Reinraum verwendete FOUP-Bauform angepasst. Der nicht genutzte Gaszuleitungsadapter erhält keine Zuführung von Spülgas und bleibt ungenutzt.
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In der 3 wurden die Schläuche, die die einzelnen Bauelemente untereinander verbinden, aus Gründen der Übersichtlichkeit nicht mit dargestellt. Der Schlauch, der das Inertgas, kommend vom Purge-Group-Controller (PGC), zuführt, wird an den Reinraumfilter (23) angeschlossen. Von diesem Filter wird ein Schlauch zum ersten Y-Konnektor (219) geführt. Eine Abzweigung des Y-Konnektors führt über den Konnektor (218) zu den Drucksensoren (211, 212), während die andere zum Gaszuleitungsadapter (214) führt. Der Gasableitungsadapter (215) und der Y-Konnektor (217) bleiben ungenutzt und werden auch nicht durch Schläuche angeschlossen.
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4 (Basisschema) zeigt schematisch den grundlegenden Aufbau des erfindungsgemäßen Purge Management Systems.
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5 zeigt schematisch den Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Regelbetrieb.
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6 (Config_B) zeigt schematisch den Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung im Falle der teilweisen Demontage der FOUP-Nester.
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Ausführungsbeispiel 1 – Regelbetrieb
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1 zeigt schematisch eine Lösung für ein Purge-System. Die FOUP-Nester (
3) sind ebenso wie das Overhead-Transportsystem (OHT) (
4) an der Decke hängend ausgeführt. Sie sind dabei in Reichweite der FOUP-Greifer angeordnet. Der FOUP-Greifer ist hierbei als Greifarm ausgebildet, der auch seitlich liegende FOUP-Nester (
3) bedienen kann. In den FOUP-Nestern (
3) sind die FOUPs (
1) auf Adapterplatten (
2) stehend dargestellt. Die FOUPs enthalten 300 mm-Wafer. Der Inertgasstrom (
11), hier N
2, führt dabei durch die Adapterplatte (
2) in den FOUP (
1). Das Inertgas strömt nach dem Spülen durch den nicht mit einem Gaszuleitungsadapter verbundenen Gaseinlass des FOUPs in den Reinraum. Schematisiert ist dabei die Drucküberwachung (
21) angedeutet. Bei dem vorliegenden OHT-System (
4) handelt es sich um ein System der Firma Murata. Die FOUP-Greifer funktionieren hier als automatische Greifarme, wie bspw. in der
US 2007/0 081 879 A1 beschrieben. Die Inertgasführung erfolgt in Rohrleitungen (nicht dargestellt), die deckennah, hier unmittelbar an der Reinraumdecke, verlegt sind. Die einzelnen Purge-Nester (
3) werden durch Stichleitungen (nicht dargestellt), die senkrecht von oben, an den Aufhängungen der Purge-Nester verlegt sind, mit Inertgas versorgt.
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Die FOUPs (1) in den FOUP-Nestern (3) sind auf Adapterplatten (2) angeordnet. Die FOUPs (1) weisen an ihrer Unterseite Öffnungen für die Führungsstifte (213) auf. Diese Führungsstifte (213) bewirken eine Zwangsführung des FOUPs (1) beim Absetzen auf der Adapterplatte (2). So wird gewährleistet, dass der Gaseinlass des FOUPs (1) unmittelbar und dichtend auf dem Gaszuleitungsadapter (214) aufgesetzt wird. Sobald ein FOUP (1) vollständig auf der Adapterplatte (2) abgesetzt ist, spricht der Frei/Belegt-Sensor (22) an und übermittelt ein „Belegt”-Signal an den Purge-Group-Controller (PGC). Die Signalverbindung des Frei/Belegt-Sensors (22) ist als physische Leitung ausgeführt. Sie verläuft gemeinsam mit den Signalleitungen der Drucksensoren (211, 212) in einer Mehrdrahtleitung.
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Der Purge-Group-Controller (PGC) empfängt das Signal des Frei/Besetzt-Sensors (22) in dem Adaptermodul (64) (siehe 6). Hier wird das Signal für das nachfolgende CAN-IO-24-Modul (63) angepasst und an dieses weitergeleitet. Vom CAN-IO-24-Modul (63) des Purge-Group-Controllers (PGC) wird das Signal über den CAN-BUS (61) an den Purge-Bay-Controller (PBC) weitergeleitet. Der CAN-Controller (6) des Purge-Bay-Controlles (PBC) verarbeitet das Signal. Im Ergebnis wird ein Signal generiert, das an den Purge-Group-Controller (PGC) zurück geleitet wird. Dieses Signal wird im CAN-IO-Modul (63) des PGC empfangen und an den CAN-IO-Adapter (64) weitergeleitet, der es in die notwendige Spannung zur Öffnung des Ventils (24) für den Gasfluss durch die Gaszuleitung (54) des FOUP-Nestes (3) umsetzt, in dem der FOUP (1) aufgesetzt wurde. Zeitgleich zu dem beschriebenen Signal generiert der CAN-Controller (6) des Purge-Bay-Controlles (PBC) ein weiteres Signal. Dieses wird unter Einbeziehung der Messwerte des Duchflussmessers (53) und des Druckmessers (52) generiert und dient der weiteren Öffnung des Druckreduzierventiles (51), um erhöhten Spülgasbedarf (Inertgas N2) aufgrund des zusätzlich zu spülenden FOUPs (1) zu berücksichtigen. Dieses wird an den CAN-AD-Wandler (62) des Purge-Bay-Controllers (PBC) der die notwendige Spannungsänderung zur Ansteuerung des Druckreduzierventiles (51) realisiert. So wird möglichst zeitnah zum Purge-Beginn der erhöhte Inertgasbedarf berücksichtigt. Dies vermeidet vorteilhaft Druckschwankungen im Spülsystem (Purge-System).
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Die Zustandsänderung im Nest (3) wird an den Purge Management Host (PMH) weitergeleitet. Da es sich um ein Ereignis des Normalbetriebes handelt, wird lediglich eine Eintragung in vom Host (PMH) geführten Datenbanken und die Logfiles vorgenommen und die graphische Darstellung (8) auf dem Operatorterminal aktualisiert.
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Ein Ansprechen der Drucksensoren (211, 212) kann bspw. erfolgen, wenn der Reinraumfilter (23) der Adapterplatte (2) sich nach längerem Betrieb zugesetzt hat und der Druckverlust zu groß wird. Der Unterdrucksensor (211) kann ansprechen, wenn es Undichtigkeiten im System gibt, bspw. wenn der FOUP (1) nicht korrekt auf der Adapterplatte (2) aufsitzt oder der Gaszuleitungsadapter (214) beschädigt ist und nicht richtig dichtet.
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Die Signale der Drucksensoren (211, 212) werden auf eine analoge Weise, wie die Signale des Frei/Belegt-Sensors (22) über den Purge-Group-Controller (PBC) zum Purge-Bay-Controller (PBC), übertragen. Der Purge-Bay-Controller (PBC) generiert Signale zum Abriegeln der Gaszufuhr, die an den Purge-Group-Controller (PGC) übermittelt werden und dort zur Schließung des Ventils (24) führen. Der Purge-Group-Controller (PGC) schaltet seine optische Zustandsanzeige auf Rot, so dass dem Wartungspersonal das Auffinden des Purge-Group Controlers (PGC), an den das problematische Nest (3) angeschlossen ist, erleichtert wird. Darüber hinaus wird der Gaszufluss im Purge-Bay-Controller (PBC) mittels des Druckreduzierventiles (51) an den verringerten Bedarf angepasst. Es erfolgt eine Meldung an den Purge-Management-Host (PMH). Dieser nimmt eine Eintragung in die vom Host (PMH) geführten Datenbanken und die Logfiles vor. Darüber hinaus wird eine hervorgehobene Anzeige in der graphischen Darstellung (8) auf dem Operatorterminal vorgenommen. Der Purge-Management-Host (PMH) holt vom System der Fab (hier Produktionsmanagementsystem „Workflow”) Informationen über die Priorität der Wafer in dem betroffenen FOUP (3) ein. Wenn es sich um Wafer mit erhöhter Priorität hinsichtlich der Durchlaufzeit oder unikate Wafer (Testwafer) handelt, wird zusätzlich ein akustischer Alarm ausgelöst und/oder elektronische Alarmmeldungen abgesetzt (emails, Pager etc.).
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Ausführungsbeispiel 2 – Betrieb während Umbaumaßnahmen
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5 zeigt die erfindungsgemäße Vorrichtung während des Regelbetriebes, wo alle FOUP-Nester (3) problemlos genutzt werden können. Alarmmeldungen betreffen hier lediglich Abweichungen bezüglich der Druckmessungen in den FOUP-Nestern (3). Die dargestellte Gasableitung (56 und GEEX) sind optional und im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht realisiert.
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6 zeigt schematisch den Zustand der erfindungsgemäßen Vorrichtung falls ein Teil der FOUP-Nester (3) demontiert werden musste. Die dargestellte Gasableitung (56 und GEEX) sind optional und im vorliegenden Ausführungsbeispiel nicht realisiert. Im Rahmen von Tool-Auswechslungen im Reinraum mussten die FOUP-Nester (3) N3 bis N6 demontiert werden. Diese vier FOUP Nester (3) sind einem gemeinsamen Purge-Group-Controller (PGC) zugeordnet, der weitere zwei FOUP-Nester (3) N1 und N2, die nicht demontiert werden mussten, fortgesetzt nutzen soll. Die Nester (3) N3 bis N6 werden über die separate Steuerung der OHT geleert und die eventuell darin befindlichen FOUPs (1) in andere Nester (3) verlagert. Diese Nester (3) werden in der Steuerung des OHT für die Dauer der Umbaumaßnahmen als nicht nutzbar gekennzeichnet. In Vorbereitung der Demontage hat der Operator am Purge Management Host (PMH) die Stilllegung der Nester (3) N3 bis N6 veranlasst. Die entsprechende Eingabe wurde vom Purge Management Host (PMH) an den Purg-Bay-Controller (PBC) übermittelt. Der Purge-Bay-Controller veranlasste das Schließen der vier Ventile (24) der Gaszuleitung der Nester (3) N3 bis N6. Ebenso wurde der Gesamtgasstrom durch den Purge-Bay-Controller (PBC) in der oben beschriebenen Weise (wie bei Abmeldung eines einzelnen FOUPs, nur für einen größeren Volumenstrom) reduziert.
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Nunmehr ist die physische Demontage der FOUP-Nester (3) N3 bis N6 und ihrer Zuleitungen (7) möglich. Die elektrischen Zuleitungen (7) und die Inertgaszuleitung (54) verlaufen an der Decke des Reinraums parallel zum OHT und entlang einer Aufhängestrebe des FOUP-Nestes (3) von der Decke hinab zum FOUP-Nest (3). An der Strebe sind die elektrischen und Gasleitungen (7, 54, 56) lösbar befestigt (Kunststoffmanschetten). Die elektrischen Anschlüsse der Zuleitungen (7) an die Adapterplatten (2) sind lösbar (Schraubstecker oder Bajonettverschluss-Stecker) ausgeführt. Sie können dementsprechend abgezogen und die Zuleitungen (7) aufgewickelt und an der Reinraumdecke aufgehängt werden. Jede Inertgaszuleitung (54) ist mit einem Absperrhahn versehen, der unmittelbar hinter dem Abzweig der Inertgaszuleitung (54) als Stichleitung angeordnet ist. Dort sind die Inertgasleitungen (hier als Schläuche ausgeführt) (54) lösbar befestigt. Auch der Anschluss der Gasleitung (54, 56) an der Adapterplatte (2) ist lösbar. Die Schläuche der Gaszuleitung (54) werden ebenfalls an der Adapterplatte (2) abgezogen, aufgerollt und provisorisch an der Decke abgehängt. Anschließend erfolgt die mechanische Demontage des FOUP-Nestes (3). Dieses ist über vier Aufhängungen an der Decke befestigt und kann durch Lösen der Schraubverbindungen leicht entfernt werden.
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Da jedes FOUP-Nest (3) eine gesonderte Gaszuleitung (54) und gesonderte elektronische und elektrische Zuleitungen (7) aufweist, können die beiden im Verwaltungsbereich des Purge-Group-Controllers (PGC) verbliebenen FOUP-Nester (3) N1 und N2 problemlos weiter betrieben werden. Die Konstruktion weist keine busartigen Verbindungen auf, die im Bereich der Nester (3) verlaufen würden. Diese Ausgestaltung und die variable Demontage und Montage ermöglichen es, die demontierten FOUP-Nester (3) auch unabhängig voneinander wieder in Betrieb zu nehmen.
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Bezugszeichenliste
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- 1
- FOUP
- 11
- Gasstrom durch den FOUP (Einzelgasfluss)
- 2
- Adapterplatte
- 21
- Drucksensoren der Adapterplatte
- 211
- Unterdrucksensor
- 212
- Überdrucksensor
- 213
- Führungsstifte
- 214
- Gaszuleitungsadapter
- 215
- nicht genutzter Gaszuleitungsadapter
- 216
- Tragestifte der Adapterplatte
- 217
- Y-Schlauchkonnektor
- 218
- Schlauchkonnektor
- 219
- Y-Schlauchkonnektor
- 22
- Frei/Belegt-Sensor
- 23
- Filter
- 24
- Ventil
- 25
- Flussbegrenzer
- 3
- FOUP-Nest
- 31
- demontierte FOUP-Nester
- 4
- Überkopf-Transportsystem (Overhead-Transport-System – OHT)
- 5
- Gaszuleitung
- 51
- Druckreduzierventil
- 52
- Drucksensor
- 53
- Flussmesser
- 54
- Gaszuleitung zu einem einzelnen FOUP-Nest
- 541
- vorübergehend stillgelegte Gaszuleitung
- 55
- Bypass
- 56
- optionale Gasableitung aus einem einzelnen FOUP-Nest
- 561
- vorübergehend stillgelegte Gasableitung
- 6
- CAN-Controller
- 61
- CAN-BUS
- 62
- CAN A/D-Wandler
- 63
- CAN-IO-24-Modul
- 64
- CAN IO-Adapter-24
- 65
- Ethernetverbindung
- 7
- elektrische Zuleitungen/Signale zu den FOUP-Nestern
- 71
- vorbergehend stillgelegte elektrische Zuleitungen/Signalleitungen
- 8
- zusammengefasste Darstellung der Zustände der FOUPs
- 9
- Stromversorgung
- 91
- Spannungswandler 230 V Wechselstrom auf 24 V Gleichstrom
- GEEX
- Gasabführung
- Gin
- Gaszuführung
- N1..N7
- FOUP-Nest 1 bis FOUP-Nest 7
- PBC
- Purge-Bay-Controller
- PGC
- Purge-Group-Controller
- PNU
- Purge-Nest (Purge-Nest-Unit)
