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Die
Erfindung betrifft einen Träger
für zu
bearbeitende, aufzubewahrende und/oder zu transportierende Halbleiterwafer
nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, (
US 4 872 554 ).
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Derartige
Träger
werden zum Transportieren und Aufnehmen von Losen von Halbleiterwafern
(Siliciumwafern) oder Magnetspeicherscheiben vor, während und
nach Bearbeiten der Scheiben verwendet. Die Wafer werden zu integrierten
Schaltkreisen und die Magnetspeicherscheiben für Speicherplatten für Computer
verarbeitet. Für
eine derartige Verarbeitung werden häufig verschiedene Schritte
benötigt, d.h.
die Scheiben werden wiederholt bearbeitet, gespeichert und transportiert.
Aufgrund der Empfindlichkeit der Scheiben und ihrem hohen Wert ist
es wichtig, daß sie
optimal während
der Verarbeitung durch einen entsprechenden Träger geschützt werden. Da die Verarbeitung
automatisiert ist, ist es notwendig, daß die Scheiben präzise relativ
zu den Verarbeitungseinrichtungen zum Herausnehmen und Einsetzen
mittels Roboter positioniert werden. Ein weiterer Zweck des Trägers besteht
im sicheren Halten der Scheiben während des Transports.
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Träger nehmen
die Scheiben in Schlitzen axial zueinander ausgerichtet auf und
stützen
die Scheiben an oder benachbart zu ihren Umfangsrändern. Die
Scheiben sind üblicherweise
in radialer Richtung nach oben oder zur Seite hin herausnehmbar.
Die Träger
können
mit ober- bzw. unterseitigen Deckeln oder mit Verkleidungen zum
Einschließen der
Scheiben versehen sein.
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Es
gibt eine Reihe von Materialeigenschaften, die für derartige Träger zweckmäßig und
vorteilhaft sind.
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Bei
der Verarbeitung von Halbleiterwafern oder Magnetspeicherscheiben
stellt die Anwesenheit oder Erzeugung von Teilchen ein signifikantes
Kontaminationsproblem dar, da eine Kontamination den Ausschuß erhöht. Mit
der Reduzierung der Größe von integrierten
Schaltkreisen wird auch die Größe der Teilchen,
die einen integrierten Schaltkreis kontaminieren kann, kleiner,
so daß die
Minimierung von kontaminierenden Teilchen immer kritischer wird. Derartige
Teilchen können
durch Abrieb beim Einsetzen und Herausnehmen der Scheiben, der Trägerdeckel
oder Aufnahmen, der Träger
in Aufnahmegestelle oder bei Berührung
mit anderen Trägern
oder mit den Verarbeitungseinrichtungen entstehen. Ein Träger hat
daher resistent in bezug auf die Erzeugung von Teilchen durch Abrieb
seines Plastikmaterials zu sein.
US
5 780 127 beschreibt verschiedene Eigenschaften von Plastikmaterialien,
die diese als Materialien für
Waferträger
geeignet machen.
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Das
Trägermaterial
sollte ein minimales Ausgasen bezüglich flüchtiger Bestandteile besitzen,
da diese Filme bilden können,
die ebenfalls eine Kontaminierung verursachen.
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Die
Trägermaterialien
müssen
eine adäquate
Formstabilität,
d.h. Festigkeit, besitzen, wenn der Träger beladen ist, um eine Beschädigung der
Scheiben zu vermeiden und eine Bewegung der Scheiben innerhalb des
Trägers
zu minimieren. Die Toleranz der die Scheiben haltenden Schlitze
ist gewöhnlich sehr
gering, und eine Verformung des Trägers kann unmittelbar die hochgradig
brüchigen
Wafer beschädigen
oder den Abrieb vergrößern und
so zur Teilchenerzeugung beitragen, wenn die Scheiben eingesetzt
oder herausgenommen werden. Formstabilität ist ferner extrem wichtig,
wenn der Träger
in einer Richtung belastet wird, etwa wenn die Träger während des
Transports gestapelt werden, oder wenn die Träger in die Verarbeitung eingeschlossen
sind. Das Trägermaterial
sollte auch bei erhöhten
Temperaturen, die während
des Speicherns und Säuberns
auftreten können,
seine Formstabilität
behalten.
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Bekannte,
in der Halbleiterindustrie verwendete Träger können statische Ladungen entwickeln und
halten. Wenn ein aufgeladenes Plastikteil mit einer elektronischen
Einrichtung oder einer Verarbeitungseinrichtung in Kontakt gelangt,
kann es zu einer schädlichen
elektrostatischen Entladung kommen. Außerdem ziehen statisch aufgeladene
Träger
insbesondere durch die Luft getragene Teilchen an und halten diese.
Abgesehen davon können
statische Aufladungen zu Kurzschlüssen bei Halbleiterverarbeitungseinrichtungen
führen.
Dementsprechend sollte ein Träger
aus einem Material bestehen, daß eine
elektrostatische Aufladung vermeidet.
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Spurenmetalle
stellen einen gewöhnlichen Bestandteil
oder Rest in vielen potentiellen Waferträgermaterialien dar. Metallkontamination
ist jedoch bei der Materialauswahl und dem Zusammenbau der Träger zu berücksichtigen.
Eine Anionenkontamination von Trägermaterialien
kann eine Kontamination sowie Korrosionsprobleme verursachen.
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In
Trägern
verwendete Materialien müssen außerdem chemisch
kompatibel mit solchen Chemikalien sein, denen sie ausgesetzt werden.
Obwohl zum Transport und zur Aufbewahrung verwendete Waferträger nicht
zum chemischen Einsatz kommen, müssen
sie resistent gegenüber
Reinigungslösungen,
wie üblicherweise
verwendeten Lösungsmitteln, beispielsweise
Isopropylalkohol, sein. Prozeßträger werden
ultrareinen Säuren
oder anderen strengen Chemikalien ausgesetzt.
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Die
Sichtbarkeit von Wafern in geschlossenen Behältern ist wünschenswert und kann vom Endverbraucher
gefordert werden. Transparente Plastikmaterialien, wie Polycarbonate,
sind für
solche Behälter
geeignet, wobei außerdem
das Plastikmaterial billig sein soll, jedoch allgemein nicht die
gewünschten
Eigenschaften bezüglich
elektrostatischer Aufladung oder Abriebfestigkeit aufweist. Weitere
wichtige Eigenschaften stellen die Kosten des Materials für den Träger und
die leichte Verarbeitbarkeit durch Spritzgießen dar. Träger werden typischerweise aus spritzgegossenen
Plastikmaterialien, wie Polycarbonat (PC), Acrylnitrilbutadienstyrol
(ABS), Polypropylen (PP), Polyethylen (PE), Perfluoralkoxy (PFA)
und Polyetheretherketon (PEEK) hergestellt.
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Füllstoffe,
die dem Plastikmaterial zur Vermeidung der elektrostatischen Aufladung
zugefügt werden,
umfassen Kohlenstoffpulver oder -fasern, Metallfasern, metallbeschichtetes
Graphit und organische (aminbasierte) Additive.
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So
sind Waferträger
zum Transport und zur Aufbewahrung von Wafern bekannt, die aus einem einstückigen spritzgegossenen
Teil bestehen, das wenigstens frontseitig ein H-förmiges Verbindungsorgan
zum externen Anschließen
des Trägers
sowie Seitenwände
aufweist, die Schlitze und untere gekrümmte oder aufeinanderzulaufende
Abschnitte aufweisen, die der Krümmung
der Wafer folgen, wobei der Träger
ober- und unterseitig offen ist. Die Träger werden häufig mehrfach
verwendet und dann weggeworfen, wobei sie zwischen den einzelnen Verwendungen
in heißem
Wasser und/oder anderen Chemikalien gewaschen und dann in Heißluft getrocknet
werden. Hierbei sollte der Träger
formstabil sein. Ein weiterer bekannter Träger besteht aus einem Behälter, der
zur Aufnahme einer Trägereinheit mit
H-förmigen
Verbindungsorganen gestaltet ist. Solche Behälter werden üblicherweise
als WIP-Behälter
(Work in process)-Behälter bezeichnet.
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Ferner
ist ein Träger
in Form einer standardisierte mechanischen Interface-Schale bekannt, der aus
einem Behälter
besteht, der eine Trägereinheit mit
H-förmigen Verbindungsorganen
dicht aufnimmt und mechanisch mit der Verarbeitungseinrichtung verbindet.
Derartige Träger
können
einen Verschluß für eine Bodenöffnung für den Zugang
zu der Trägereinheit
mit den Wafern besitzen. Auch sind derartige Träger mit Deckeln zum Verschließen von
frontseitigen Öffnungen
bekannt. Auch kann der Träger
als Transportmodul ein Behältnis
mit einer verschließbaren
Frontöffnung
und inneren Fächern
zur Aufnahme der Wafer anstelle einer separaten Trägereinheit sein.
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Ein
für einen
Teil eines Trägers
ideales Material ist jedoch für
einen anderen Teil des gleichen Trägers keinesfalls ideal. Beispielsweise
ist PEEK ein Material, daß in
bezug auf Abriebfestigkeit für
Waferkontaktbereiche ideal, jedoch schwierig in bezug auf Spritzguß und im
Vergleich zu anderen Plastikmaterialien sehr teuer ist. Für strukturelle
Teile kann PEEK keine so gute Wahl wie andere Plastikmaterialien, etwa
Polycarbonat, sein.
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Dementsprechend
ist es auch bekannt, verschiedene Teile des Träger separat herzustellen und diese
dann zu einem Träger
zusammenzusetzen. Dies führt
jedoch dazu, daß ein
Oberflächenkontakt zwischen
verschiedenen Komponenten notwendig wird, durch den Teilchen oder
Bereiche, die Kontaminierungssubstanzen einschließen, erzeugt
werden und die schwierig zu reinigen sind. Zusätzlich kann das Zusammensetzen
selbst Teilchen erzeugen, abgesehen davon, daß das Spritzgießen verschiedener Komponenten
und deren Zusammensetzen aufwendig ist.
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Aufgabe
der Erfindung ist es, einen Träger nach
dem Oberbegriff des Anspruchs 1 zu schaffen, der aus für verschiedene
Teile des Trägers
jeweils günstigem
Material besteht, jedoch die Bildung von Teilchen und kontaminierende
Substanzen aufweisenden Bereichen bei seiner Herstellung vermeidet.
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Diese
Aufgabe wird entsprechend den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst.
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Der
Träger
wird dementsprechend aus wenigstens zwei unterschiedlich schmelzverarbeitbaren Plastikmaterialien
gebildet, die strategisch zur optimalen Ausbildung positioniert
werden, wobei eine thermophysikalische Verbindung zwischen diesen durch Überspritzen
erzeugt wird. Die Verarbeitungs- und Spritzgießtemperaturen werden gesteuert,
um eine optimale Verbindung zwischen den unterschiedlichen Materialien
zu erreichen.
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Weitere
Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Beschreibung
und den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Die
Erfindung wird nachstehend anhand von in den beigefügten Abbildungen
dargestellten Ausführungsbeispielen
näher erläutert.
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1 zeigt
perspektivisch eine Ausführungsform
eines Trägers.
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2 zeigt
perspektivisch den überspritzten Abschnitt
des Trägers
von 1.
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3 zeigt
perspektivisch einen WIP-Behälter.
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4 zeigt
perspektivisch einen geöffneten WIP-Behälter mit
einem eingesetzten Träger.
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5 zeigt
eine Seitenansicht eines WIP-Behälters.
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6 zeigt
perspektivisch einen Scheibenversandbehälter.
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7 zeigt
einen Teil des Scheibenversandbehälters.
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8 zeigt
perspektivisch einen Transportbehälter.
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9 zeigt
auseinandergezogen den Transportbehälter von 8.
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10 zeigt
perspektivisch einen Waferträger.
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11 zeigt
auseinandergezogen den Waferträger
von 10.
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12 zeigt
perspektivisch einen Prozeßträger.
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13 zeigt
schematisch die Herstellung eines Trägers.
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Der
in 1 dargestellte Träger 20 besitzt eine
Vorderwand 22, eine Rückwand 23,
Seitenwände 24, 26,
Schlitze 28 zur Aufnahme von Wafern, eine offene Oberseite 30 und
ein Verbindungsorgan in Form eines H-förmigen Stegs 32. Jeder
Schlitz 28 ist definiert durch ein Paar von Zähnen 34 zum
Wafereingriff.
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Zusätzlich zu
den H-förmigen
Verbindungsorganen kann ein bodenseitiges Interface 38 vorhanden
sein, das aus vier Füßen mit
einem Kontakt an den Ecken 40 bestehen kann. Zusätzlich kann
ein Griff 42 zur Aufnahme durch einen Roboter zusammen
mit Flanschen 48 als Verbindungsorgan dienen. Der Träger 20 besteht
aus einem Basisteil 44 und einem überspritzten Abschnitt 50,
der Stützabschnitte 46 für Wafer
bildet, so daß ein
einstückiger
Träger 20 gebildet
wird.
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In 2 ist
der überspritzte
Abschnitt 50 ohne das damit einstückige Basisteil 44 dargestellt, wobei
der Abschnitt 50 die Stützabschnitte 46 für die Wafer
als auch Nebenabschnitte 52 aufweist, die Strömungspfade
für flüssiges überspritztes
Material während
des Spritzgießvorganges
bilden. Dieser Abschnitt gibt die Konfiguration des Formhohlraums zum
Umspritzen wieder.
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Das
Basisteil 44 wird vorzugsweise aus einem billigen, formstabilen,
leicht spritzgießbaren Plastikmaterial,
wie Polycarbonat, gegebenenfalls mit einem Füllstoff aus Kohlenstoffasern,
spritzgegossen. Danach kann der umspritzte Abschnitt 50 aus
einem anderen schmelzflüssig
verarbeitbaren kristallinen Plastikmaterial, wie PEEK, gegebenenfalls
mit einem Füllstoff
in Form von Kohlenstoffasern, gespritzt werden. Diese Materialien
sind in bezug auf ihre morphologische Struktur und ihre Verarbeitungstemperaturen
unterschiedlich. Andere Paare von morphologisch unterschiedlichen
Materialien können
ebenfalls mit ähnlichen
Vorteilen verwendet werden. Das amorphe Material, Polycarbonat,
und das kristalline Material, PEEK, bilden eine thermophysikalische
Verbindung, wenn das amorphe Material mit dem kristallinen Material
in geschmolzenem Zustand in Kontakt gelangt. Es wird angenommen, daß die Verbindung
aufgrund des Anstiegs der Oberflächenenergie
des polymeren Glases an der Grenzfläche zustandekommt. Wenn daher
die heiße
amorphe Schmelze in Kontakt mit dem polymeren Glas, dem Polycarbonat,
gelangt, erhöht
sich die Oberflächenenergie
des polymeren Glases und die heiße Schmelze kristallisiert
an der Grenzfläche
beim Abkühlen.
Es wird angenommen, daß der
Kristallisationsprozeß zur
Verbindung der beiden Materialien beiträgt. Die Wärme dissipiert in das polymere
Glas mit sehr geringer Geschwindigkeit wegen der geringen spezifischen
Wärme des
Glases, so daß die
heiße
Schmelze des PEEK mit einer niedrigeren Geschwindigkeit abkühlt, wodurch
die Kristallinität
an der Grenzfläche
verstärkt
wird. Wenn dieser Vorgang beim Spritzgießen stattfindet, wird das hergestellte Produkt
an der Grenzfläche
des polymeren Glases einen höheren
Kristallinitätsgrad
aufweisen als an der Grenzfläche
des polymeren Glases und dem Stahl der Spritzgießform, weil die spezifische
Wärme von
Stahl und polymerem Glas entsprechend unterschiedlich sind.
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Bevorzugt
wird das polymere Glas, d.h. Polycarbonat, zunächst gespritzt, wonach der
so gebildete Formling erneut in eine Spritzgießform gebracht und mit PEEK
gespritzt wird. Hierbei wird die Formtemperatur idealerweise unterhalb
der Glasübergangstemperatur
des Polycarbonats gehalten, die etwa 149°C beträgt, um eine Beeinträchtigung
des Basisteils 44 aus Polycarbonat zu vermeiden. Der überspritzte
Abschnitt 50 wird so positioniert und ausgebildet, daß aufgenommene
Wafer nicht mit dem Polycarbonat in Kontakt gelangen können.
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Ein
alternatives amorphes Material ist Polyetherimid (PEI). Die dabei
stattfindende Verbindung kann eine chemische Verbindungskomponente
aufweisen.
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Verschiedene
Arten von Verbindungskomponenten können beim Verbinden des überspritzten
Abschnitts 50 mit dem Basisteil 44 verwendet werden. Es
wird angenommen, daß eine
thermophysikalische Verbindung eintritt, wenn das geschmolzene, überspritzte
Material in Kontakt mit dem nicht geschmolzenen, bereits verfestigten
Basisteil 44 gelangt. Thermophysikalisches Verbinden tritt
auf, wenn die Moleküle
von zwei Teilen zwischen drei Molekularradien gelangen.
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Der
in den 3, 4 und 5 dargestellte
WIP-Behälter 60 nimmt
einem Wafertäger 62 mit
H-förmigen
Verbindungsorganen auf und besitzt ein Basisteil 66 und
einen Deckelteil 64. Der Waferträger 62 sitzt in dem
Basisteil 66. Hierbei können verschiedene
Komponenten des so gebildeten Trägers
durch Überspritzen
gebildet sein, um eine entsprechend vorteilhafte Ausgestaltung zu
erhalten. Beispielsweise kann der Deckelteil 64 aus Polycarbonat
bestehen, wobei das Gelenk 68 zur Anbringung an dem Deckelteil 64 mit
PEEK überspritzt
ist.
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Ferner
kann ein in 4 sichtbares Polycarbonatfenster 70 zunächst in
einer gewünschten
Form und Größe gespritzt
und dann in die Form für
den Deckelteil 64 eingesetzt und überspritzt werden. In diesem
Falle wird eine Verbindung ohne Klebstoffe oder mechanische Befestigungsmittel
gebildet.
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Der
in 6 und 7 dargestellte Versandbehälter für Magnetspeicherscheiben
umfaßt
einen Basisteil 76, einen Deckelteil 78 sowie
einen Abschnitt 79, der durch Spritzgießen eines Trägerabschnitts 82 des
Basisteils 44 und anschließendes Überspritzen der Stützabschnitte 84 für die Magnetspeicherscheiben
gebildet wird. Hierbei kann der Trägerabschnitt 82 wiederum
aus Polycarbonat oder einem ähnlichen
Material gebildet sein, während
die Stützabschnitte 84 aus
PEEK oder einem ähnlichen Material
hergestellt sein können.
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Der
in 8 und 9 dargestellte Transportbehälter für große Halbleiterwafer
von beispielsweise 300 mm Durchmesser umfaßt einen Waferträgerabschnitt 90,
der aus einem Boden 91 mit Eingriffsabschnitten bzw. Verbindungsabschnitten 92, aufrechten
Säulen 94 mit
Aufnahmefächern 96 für Wafer
und einem Deckwandungsabschnitt 98 besteht. Die Aufnahmefächer 96 für Wafer
besitzen einen überspritzten
Abschnitt 99, der denjenigen Abschnitt bildet, der die
Wafer kontaktiert. Die Verbindungsabschnitte 92 können ebenfalls
einen umspritzten Abschnitt bilden, der mit externen Einrichtungen
in Kontakt gebracht wird.
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Bei
dem in 12 dargestellten Waferträger handelt
es sich um einen Prozeßträger 110,
der ein Basisteil aufweist, das Wandabschnitte 112 und 114 umfaßt, zwischen
denen sich Arme 116 erstrecken. Jeder der Arme 116 besitzt
eine Vielzahl von Zähnen 118,
die Schlitze 120 zum Halten von Wafern während deren
Verarbeitung bilden. Der Außenumfang der
Arme 116 und die Zähne
sind hierbei durch Überspritzen
des Basisteils 122 gebildet.
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Der
in den 10 und 11 dargestellte Träger besteht
aus mehreren zusammengesetzten Teilen, die Seitenwandabschnitte 124 als
auch einen Trägerrahmen 126 umfassen.
Die Seitenwandabschnitte 124 sind in den Trägerrahmen 126 eingesetzt.
Zusätzlich
kann ein Roboterflansch oder Maschinen-Interface 132 an
der Rückseite 134 des Trägers vorgesehen
sein. In diesem Falle ist jeder Seitenwandabschnitt 124 mit
Waferstützabschnitten 139 überspritzt,
um die Teilchenerzeugung durch Abrieb beim Einsetzen oder Herausnehmen
der Wafer zu minimieren. Das Überspritzen
kann mit engeren dimensionellen Toleranzen als beim Basisteil vorgenommen
werden, um ein Positionieren von Wafern mit geringfügigen Toleranzen
zu ermöglichen.
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Gemäß 13 wird
eine Form 128 verwendet, um ein Basisteil 130,
wie etwa das dargestellte Seitenwandteil, durch Spritzgießen zu erzeugen.
Das Basisteil 130 wird dann in einer weiterer Form (oder gegebenenfalls
auch in der gleichen Form mit einem dann entfernten Formeinsatz)
angeordnet. Nach Schließen
der Form findet das Überspritzen,
etwa mit PEEK, statt. Die so gebildeten Teile können in diesem Fall zu einem
Träger 136,
beispielsweise entsprechend 10, zusammengesetzt
werden.
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Bei
speziellen Anwendungen kann es zweckmäßig sein, wenn das zunächst spritzgegossene
Teil von relativ geringem Volumen im Vergleich zum überspritzten
Abschnitt ist. In anderen Anwendungen kann das zunächst zu
verspritzende thermoplastische Material an kritischen Stellen einer
Form, beispielsweise den Waferstützbereichen,
angeordnet werden, wobei man sich dieses Material verfestigen läßt, wonach
ein Trägerabschnitt
ohne Formänderung überspritzt
wird.
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Es
kann auch vorgesehen sein, daß sich
die beiden Materialien in geschmolzenem Zustand miteinander verbinden.
Zwar liefert ein gleichzeitiges Einspritzen keine präzise Anordnung
der Grenzfläche
zwischen den beiden Abschnitten, jedoch benötigt man keine zweite Form
und nicht die Verfahrensschritte der Verfestigung, des Entfernens
des einen Abschnitts aus der Form und der Anordnung hiervon in einer
zweiten Form.
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- 20
- Träger
- 22
- Vorderwand
- 23
- Rückwand
- 24
- Seitenwand
- 26
- Seitenwand
- 28
- Schlitz
- 30
- (offene)
Oberseite
- 32
- (H-förmiger)
Steg
- 34
- Zähne
- 38
- Interface
- 40
- Ecke
- 42
- Griff
- 44
- Basisteil
- 46
- Stützabschnitt
- 48
- Flansch
- 50
- (überspritzter
bzw. umspritzter) Abschnitt
- 52
- Nebenabschnitt
- 60
- WIP-Behälter
- 62
- Waferträger
- 64
- Deckelteil
- 66
- Basisteil
- 68
- Gelenk
- 70
- Polycarbonatfenster
- 76
- Basisteil
- 78
- Deckelteil
- 79
- Abschnitt
- 82
- Trägerabschnitt
- 84
- Stützabschnitt
- 90
- Waferträgerabschnitt
- 91
- Boden
- 92
- Verbindungsabschnitt
- 94
- Säule
- 96
- Aufnahmefächer (für Wafer)
- 98
- Deckwandungsabschnitt
- 99
- (überspritzter)
Abschnitt
- 110
- Prozeßträger
- 112
- Wandabschnitt
- 114
- Wandabschnitt
- 116
- Arm
- 118
- Zahn
- 120
- Schlitz
- 122
- Basisteil
- 124
- Seitenwandabschnitt
- 126
- Trägerrahmen
- 128
- Form
- 130
- Basisteil
- 132
- Maschinen-Interface
- 134
- Rückseite
- 136
- Träger
- 139
- Waferstützabschnitt