DE19916872C1 - Vorrichtung zum berührungslosen Lagern von Bauteilen - Google Patents

Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen Lagern, d. h. Aufbewahren, insbesondere von berührungsempfindlichen flächigen Bauteilen und ist gekennzeichnet durch Schallerzeugungsmittel 2a, 2b zum Erzeugen von stationären Levitationsschallwellen, die geeignet sind, wenigstens ein Bauteil 1 in einem ausgewählten Energieknotenpunkt 3 der Schallwellen in einer näherungsweise waagerechte Halteebene in der Schwebe zu halten, wobei die Schallerzeugungsmittel 2a, 2b so angeordnet sind, daß sich die Randabschnitte des Bauteils näherungsweise in den halben Wirkbereich der schallabstrahlenden Flächen der Schallerzeugungsmittel 2a, 2b erstrecken.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum berührungslosen La­ gern, d. h. Aufbewahren, insbesondere von berührungsempfindlichen flächigen Bauteilen.

Berührungsempfindliche Bauteile sind z. B. Wafer, die in speziellen Kästen (SMIF-Boxen) gestapelt sind und von einer Arbeitsstation zur nächsten trans­ portiert werden. Während dieser Zwischenlagerung in den Kästen liegen die Randabschnitte der Wafer auf schmalen Auflagestegen auf. Es ist bekannt, daß an den Kontaktstellen zwischen Wafer und Auflagesteg Mikropartikel ab­ gelöst werden, wodurch die Qualität der Fertigungstechnologie von Halbleiter­ bauelementen vermindert wird.

Es hat sich ferner gezeigt, daß die Abschnitte der Wafer, die die Auflagestege berührt haben, nicht mehr als photolithographisch nutzbare Fläche geeignet sind.

Es ist daher die Aufgabe der Erfindung, die vorstehend genannten Probleme zu überwinden und insbesondere die Ablösung von Mikropartikeln oder andere Nachteile bei der Zwischenlagerung von berührungsempfindlichen Bauteilen zu vermeiden.

Die Aufgabe wird mit einer Vorrichtung nach Anspruch 1 und 6 gelöst.

Nach Anspruch 1 werden Schallerzeugungsmittel zum Erzeugen von stationä­ ren Levitationsschallwellen eingesetzt, die geeignet sind, die zu lagernden Bauteile oder wenigstens ein Bauteil in der Schwebe zu halten.

Im Gegensatz zu der aus dem Stand der Technik bekannten akustischen Levi­ tation, bei der die schallerzeugende Fläche bzw. die Reflektorfläche größer als die Fläche des levitierten Bauteils ist, wird bei der Erfindung nur der Randbe­ reich der flächigen Bauteile vom Kraftfeld der Schallquelle erfaßt und gehal­ ten.

Die konkrete konstruktive Ausgestaltung einer akustischen Lagervorrichtung ist von der Form der jeweils einzulagernden Bauteile abhängig und wird in den Ausführungsbeispielen noch näher erläutert.

Die Grundkenntnisse zum Thema "Akustische Levitation" kann der Fachmann aus der einschlägigen Fachliteratur entnehmen, wie z. B. "Akustische Positio­ nierung - Ein umfassender Überblick über Grundlagen und Anwendungen", E. G. Lierke, ACUSTICA, Band 82 (1996).

Nach Anspruch 2 sind die Schallerzeugungsmittel so ausgebildet, um mehrere übereinanderliegende Energieknotenpunkte zu erzeugen, durch die mehrere parallel zueinander liegende Halteebenen zum Lagern von Bauteilen ausge­ bildet werden.

Nach Anspruch 3 sind die schallabstrahlenden Flächen der Schallerzeu­ gungsmittel kreisförmig und entlang den Randabschnitten der Bauteile ange­ ordnet. Es ist somit leicht möglich, eine redundante Anordnung der Schaller­ zeugungsmittel vorzusehen, um bei Ausfall eines der Schallerzeugungsmittel ggf. die Haltekräfte mit Hilfe der verbleibenden Schallerzeugungsmittel zu ge­ währleisten.

Nach Anspruch 4 sind die Schallerzeugungsmittel Balkenschwinger, die sich z. B. über die gesamte Länge einer Bauelementkante erstrecken können. Diese Ausführungsform ist besonders kostengünstig, da nur eine Erregerquelle je Bauelementkante benötigt wird.

Es ist dem Fachmann klar, daß zur Verbesserung der Funktionalität der La­ gervorrichtung die den Schallerzeugungsmitteln zugeordneten Reflektoren auf die Abstrahlcharakteristik der Schallerzeugungsmittel optimiert sein sollten.

Nach Anspruch 5 haben die Vorrichtungen berührungslose Verriegelungen, die ein Herausfallen der eingelagerten Bauteile verhindern. Diese Verriege­ lungen weisen ein Schallkraftfeld auf, das eine seitliche Kraftwirkung erzeugt. Zum Unterschied zu den bisher eingesetzten Schallerzeugungsmitteln ist kei­ ne Tragfunktion, sondern nur eine Sperrfunktion erforderlich.

Nach Anspruch 6 wird eine Vorrichtung zum berührungslosen Transport von flächigen Bauteilen mit folgenden Merkmalen bereitgestellt:

Ein Gehäuse kann offen oder geschlossen sein. Innerhalb des Gehäuses ist eine Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5 angeordnet. Weiterhin ist in dem Gehäuse eine Batterie integriert oder die Batterie ist an dem Gehäuse befestigt. Unter Batterie wird nachfolgend jede Form von Energiequelle ver­ standen, die geeignet ist, Elektroenergie für einen funktionsgemäßen Betrieb der Schallerzeugungsmittel für eine bestimmte Zeitdauer bereitzustellen.

Der Erfindungsgegenstand nach Anspruch 6 ermöglicht den Transport von z. B. Wafern wie in einer SMIF-Box, die von einer Person von einer Bearbei­ tungsstation zur nächsten getragen werden kann. Mit diesem Transportmittel ist erstmalig ein berührungsloser Transport bei einem völlig frei wählbaren Transportweg möglich. Lediglich durch die begrenzte Kapazität der Batterie werden die Transportzeit und somit auch der Weg begrenzt. Dem Fachmann ist jedoch klar, daß die Batterie im Bedarfsfall jederzeit nachgeladen werden kann oder daß mehrere Batterien verwendet werden können, die zyklisch ge­ wechselt werden.

Ein wesentlicher Vorteil der Erfindung besteht darin, daß bei einem durchgän­ gig berührungslos arbeitenden System zum Transportieren und Handhaben von berührungsempfindlichen Bauteilen nunmehr eine dazu passende, berüh­ rungslos arbeitende Lagervorrichtung zur Verfügung steht, in der die Bauteile zwischengelagert werden können.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispiels in Verbin­ dung mit schematischen Zeichnungen näher erläutert.

Fig. 1 zeigt eine schematische Prinzipdarstellung der Erfindung.

Fig. 2 zeigt eine erste Ausführungsform der Erfindung.

Fig. 3 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung.

Die Fig. 1 zeigt eine berührungslose Lagerung von drei flächigen Bauteilen 1a, 1b, 1c. Im Randbereich der Bauteile sind wenigsten eine Schallquelle 2a und ein dazu passender Reflektor 2b angeordnet. Von den schallabstrahlenden Flächen werden Schallwellen in Richtung der Reflektoren 2b abgestrahlt. Im Bereich zwischen der schallabstrahlenden Fläche und dem Reflektor bilden sich die dem Fachmann bekannten Stehwellen mit Energiemaxima und Ener­ gieminima aus. In den Energiemaxima liegt ein Überdruck vor, der die Randabschnitte der Bauteile in die Bereiche drängt, in denen ein Unterdruck vorherrscht. Somit zentrieren sich die Bauteile von selbst und werden definiert im Unterdruckbereich gehalten.

Die Fig. 2 zeigt eine Vorrichtung in der Draufsichtebene I-II nach Fig. 1 zum Lagern flacher, rechteckiger Bauteile. An jeder Längsseite der Bauteile 1a bis 1c sind jeweils vier Schallquellen 2a angeordnet, die Levitationsstehwellen erzeugen. Die Schallquellen sind so aufeinander abgestimmt, daß ihre einzel­ nen Energiemaxima und Energieminima in jeweils einer Ebene a, b, c liegen, wodurch jedes der Bauteile in jeweils einer der Ebenen a, b, c gehalten wird. Um eine optimale Haltekraft zu erzeugen, müssen die Randabschnitte nähe­ rungsweise die Hälfte einer schallabstrahlenden Fläche überdecken.

Mit Bezugszeichen 3 ist ein berührungslos wirkender Anschlag bezeichnet. Der Anschlag gewährleistet, daß die Bauteile 1a, 1b und 1c definiert gehalten werden. Wenn die Bauteile 1a, 1b und 1c auf einer ebenfalls berührungslos arbeitenden Transportschiene herangeführt und in Pfeilrichtung in eine der Ebenen a bis c verlagert werden, muß sichergestellt sein, daß die Bauteile nicht auf der entgegengesetzten Seite herausgleiten.

Der Anschlag ist vorzugsweise durch eine Gegenkraft definiert, die von einer aktiven Schallquelle erzeugt wird. Es ist jedoch auch ein Reflektor einsetzbar, der Druckschallwellen gegen die Bauteile richtet.

Dem Fachmann ist klar, daß der Anschlag auch noch auf der gegenüberlie­ genden Seite angeordnet sein kann, so daß eine allseitige Fixierung der Bau­ teile gewährleistet ist.

Die Fig. 3 zeigt im Unterschied zu Fig. 2 eine Lageranordnung, bei der balken­ förmige Schallquellen 2c eingesetzt sind, die sich an den Längsseiten der Bauteile erstrecken. Die Funktion der Lageranordnung ist analog der in Fig. 2 gezeigten und muß daher für den Fachmann nicht noch einmal erläutert wer­ den.

Claims (6)

1. Vorrichtung zum berührungslosen Lagern von flächigen Bauteilen (1), wobei die Vorrichtung die nachfolgenden Merkmale aufweist:

• 1. Schallerzeugungsmittel (2a, 2b) zum Erzeugen von stationären Levitations­ schallwellen, die geeignet sind, wenigstens ein Bauteil (1) in einem ausge­ wählten Energieknotenpunkt (3) der Schallwellen in einer näherungsweise waagerechte Halteebene in der Schwebe zu halten, wobei
• 2. die Schallerzeugungsmittel (2a, 2b) so angeordnet sind, daß sich die Randabschnitte des Bauteils näherungsweise in den halben Wirkbereich der schallabstrahlenden Flächen der Schallerzeugungsmittel (2a, 2b) erstrecken.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schaller­ zeugungsmittel (2a, 2b) so ausgebildet sind, um mehrere übereinanderliegen­ de Energieknotenpunkte (3) zu erzeugen, durch die mehrere, parallel zuein­ ander liegende Halteebenen zum Lagern von Bauteilen ausgebildet werden.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die schallabstrahlenden Flächen der Schallerzeugungsmittel (2a, 2b) kreisförmig sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Schallerzeugungsmittel (2a, 2b) Balkenschwinger sind und die schallabstrahlenden Flächen die Form eines gestreckten Rechtecks auf­ weisen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine berührungslose Verriegelung vorgesehen ist, die ein Her­ ausfallen der eingelagerten Bauteile verhindert, wobei die Verriegelung durch eine Schallquelle erfolgt, die ein auf die Bauteile einwirkendes Kraftfeld er­ zeugt.

6. Vorrichtung zum berührungslosen Transportieren von flächigen Bauteilen, die folgende Merkmale aufweist:

• 1. eine Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 5, die in einem offenen, halbof­ fenen oder geschlossenen Gehäuse angeordnet ist, und
• 2. eine interne Batterie oder eine andere Energieversorgung, die ausreicht, um die Schallquellen eine vorbestimmte Zeitdauer funktionsgerecht zu betreiben.