DE2754228A1

DE2754228A1 - Verfahren zum steuern der bewegung von halbleiterscheiben in einer transportvorrichtung sowie transportvorrichtung fuer halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE2754228A1
Application number: DE19772754228
Authority: DE
Inventors: Javathu Kutikaran Hassan; John Angelo Paivanas
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1976-12-27
Filing date: 1977-12-06
Publication date: 1978-07-06
Also published as: FR2375115A1; JPS5538055B2; JPS5382273A; BR7708209A; US4081201A; FR2375115B1; IT1114695B; NL7714379A; GB1594791A

Description

Anmelderin j International Business Machines

Corporation, Armonk, N.Y. 10504 heb-pi

Verfahren zum Steuern der Bewegung von Halbleiterscheiben in einer Transportvorrichtung sowie Transportvorrichtung für Halbleiterscheiben

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Steuern der Bewegung von Halbleiterscheiben in einer Transportvorrichtung sowie Transportvorrichtung für Halbleiterscheiben längs einer Bahn auf einer Luftschicht und insbesondere dabei eine Verminderung der Bewegungen dieser Halbleiterscheibe in allen Richtungen mit Ausnahme der Förderrichtung.

Seit einiger Zeit hat man Werkstücke, wie z.B. Halbleiterscheiben während der Fertigung und der nachfolgenden Prüfungen längs einer Bahn auf einer dünnen Luftschicht gefördert. Die dabei durch die Luftschicht auf die Halbleiterscheiben ausgeübten Kräfte hatten in der Vergangenheit zur Folge, daß ■ die Halbleiterscheiben mit Staub oder mit Abschirmungen der ' Luftgleitbahn oder mit längs der Bahn zur Beschränkung der j Bewegung der Halbleiterscheiben angeordneten Führungen oder Führungsschienen in Berührung kamen. Dadurch wurden aber Halbleiterscheiben beschädigt, was die Ausbeute an Halbleiterschaltungen auf den Halbleiterscheiben verringert hat. Es ist daher wünschenswert, daß die Verwendung solcher seitlicher Führungen für eine Korrektur der Bewegung der Halbleiter- ' scheiben wenn nicht vollständig beseitigt, so doch mindestens j vermindert wird.

Der Transport einer Halbleiterscheibe auf einer diese tragenden dünnen Schicht ohne seitliche Führungen ist schwierig, weil die niedrige Gleitreibung und die kinetische Energie der eich bewegenden Halbleiterscheibe zur Folge hat, daß diese von der gewünschten Transportrichtung abweicht. Ein System, bei dem Halbleiterscheiben in dieser Weise gefördert werden können, muß eine Struktur der dünnen Luftschicht mit ganz

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besonderen Steuerungseigenschaften auf v/eisen. Die Luftschicht | muß dabei in der Lage sein, die Bewegung der Halbleiterschei- j be in den verschiedensten Richtungen einzuschränken, während in der gewünschten Richtung eine genau kontrollierte Bewegung möglich sein muß. Ferner müssen diese Regeleigenschaf- j ten und Steuerungseigenschaften in sich stabil und damit gegenüber solchen von außen einwirkenden Kräften unempfindlich sein, die solche UnStabilitäten bei der Bewegung hervorrufen könnten.

Im Idealfall müßte ein solches System relativ einfach aufgebaut und mit niedrigen Kosten herzustellen, leicht zu installieren und zu warten sein, einen geringen Luftverbrauch haben und in seinem Betriebsverhalten gegenüber geschlossenen Räumen mit reiner Luft unempfindlich sein, eine saubere Betriebsumgebung aufweisen und insgesamt sehr zuverlässig sein.

Die Erfindung

Gemäß der vorliegenden Erfindung werden die Eigenschaften der die Halbleiterscheibe tragenden Schicht in der Heise ge-' regelt, daß dadurch die Bewegung der Halbleiterscheiben in allen Richtungen mit Ausnahme der gewünschten Transportrich- ! tung wesentlich verringert wird. Zu diesem Zweck werden durch : die besondere Ausgestaltung der Oberfläche der Transportbahn eine Axi-Radialwirkung und ein Coanda-Effekt erzeugt, wobei die Transportbahn, die im folgenden kurz als Bahn bezeichnet werden soll, Reihen von langen, der Luftzufuhr dienenden Düsen aufweist, die durch Unterdruckkanäle voneinander getrennt sind. Die Luftkanäle der Düsen sind mindestens viermal so lang wie ihr Durchmesser und enden in flachen Bereichen der Bahnoberfläche. Die Seiten der Kanäle sind gegen die Symmetrieachse der Bahnoberfläche geneigt und die flache Zone, in der sie enden, geht auf der Seite der Symmetrieachse in

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eine gekrümmte Oberfläche über, die die Seitenwand eines der Kanäle bildet.

Die durch diese Ausgestaltung der Oberfläche der Bahn erzeugte Luftschicht kann als steuerndes Strömungsvolumen von im wesentlichen konstanter Dicke betrachtet werden, welches auf einer Seite durch die Oberfläche der Bahn und auf der ande- ! ren Seite durch die Oberfläche der Halbleiterscheibe begrenzt ! ist. Das steuernde Strömungsvolumen erzeugt Kräfte, die auf jeiner Halbleiterscheibe mit gegebenem Gewicht in Richtungen senkrecht zu und in der Ebene der Oberfläche der Halbleiterscheibe einwirkt. Diese Kräfte sind ein genau berechnetes Ergebnis der kombinierten Auswirkungen der oben erwähnten Axi-Radialkräfte und des Coanda-Effekts.

Aufgabe der Erfindung ist es also, eine neuartige Transport- j vorrichtung für Halbleiterscheiben zu schaffen, bei welcher j die Bewegungen der Halbleiterscheiben in allen Richtungen mit Ausnahme der gewünschten Transportrichtungen so klein j als möglich gehalten werden. Zu dem soll die neue Transportvorrichtung möglichst einfach und mit geringen Kosten herstellbar, leicht einzubauen und zu warten sein, einen geringen Luftverbrauch aufweisen, in hohem Maße gegen Innenräume mit Reinstluft unempfindlich sein, in sauberer Umgebung arbeiten und insgesamt sehr zuverlässig sein.

Die Erfindung wird nunmehr anhand von Ausführungsbeispielen in Verbindung mit den beigefügten Zeichnungen im einzelnen beschrieben. Die unter Schutz zu stellenden Merkmale der Erfindung sind den ebenfalls beigefügten Patentansprüchen im einzelnen zu entnehmen.

In den Zeichnungen zeigt:

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Fig. 1 eine Draufsicht eines Abschnittes einer Bahn für Halbleiterscheiben,

Fig. 2 eine Seitenansicht des gleichen Abschnittes ; der Bahn,

Fig. 3 eine Schnittansicht längs der Linie 3-3 in Fig. 1,

Fig. 4 eine vergrößerte Ansicht eines Teils der Fig. 1,

Fig. 5 eine Schnittansicht längs der Linie 5-5 in Fig. 4,

Fig. 6 ein Diagramm zur Darstellung der Druckverhältnisse über den Abstand von der Mittellinie in dem in Fig. 4 dargestellten Kanal,

Fig. 7 eine allgemeine Ansicht von Fig. 3 zur Darstellung der auf die Halbleiterscheibe in Normalen-Richtung ausgeübten Kräfte,

I Fig. 8 ein Diagramm der Höhe der Halbleiterscheibe j über der Bahnoberfläche als Funktion der

j Geschwindigkeit der Luftzufuhr,

Fig. 9 ein Diagramm der Abscherkraft längs der Linie 9-9 in Fig. 5,

Fig. 10 eine echematische Darstellung der auf die

Halbleiterscheiben bei ihrer Bewegung längs der Bahn einwirkenden Kräfte,

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Fig. 11 ein Diagramm der auf die Halbleiterscheiben in Querrichtung angreifenden Kräfte und

Fig. 12 eine vergrößerte Ansicht eines Abschnittes dor in Fig. 1 gezeigten Bahn.

Gemäß Fig. 1 wird eine Halbleiterscheibe 12 über eine Bahn 14 auf einer Luftschicht gefördert, die über Verteilerkanäle 18 in der Bahn 14 und Düsen mit langen dünnen Bohrungen 20 nach der Oberfläche 16 der Bahn zugeführt wird, wobei die Bohrungen 20 in sechs Reihen symmetrisch um die Hittellinie 24 der Bahn 14 angeordnet sind. Diese Bohrungen sind einmal in bezug auf die Senkrechte um einen Winkel in Richtung der Hittellinie und unter einem Winkel θ in Bewegungsrichtung längs der Bahn geneigt. Ein Abzugskanal 26 ist in der Bahn 14 an der der Mittellinie zugewandten Seite einer jeden Reihe von Düsen angeordnet. Diese Abzugskanäle haben einen asymmetrischen Querschnitt, wobei die der Mittellinie zugewandte Seitenwand 28 senkrecht verläuft und gerade ist, während die außenliegende Wand 30 mit einem Radius R gekrümmt ist und tangential mit der Oberfläche 16 der Bahn 14 abschließt.

Die Oberseite der Bahn 14 und die Halbleiterscheibe sind von ! einer klaren Kunststoffhaube umschlossen (nicht gezeigt). Diese Kunststoffhaube stellt einen Schutz gegen Staub und Schmutz dar und bildet keine Beschränkung der Bewegung der Halbleiterscheiben. Tatsächlich werden die einzelnen Halbleiterscheiben, wenn die Bahn richtig aufgebaut und der Luftdruck richtig eingestellt ist, die Abdeckhaube nicht berühren. Beispieleweise kann eine Siliziumscheibe mit einem Durchmesser von 95,25 mm und einer Dicke von 0,38 mm über eine Bahn der beschriebenen Art transportiert werden, wobei die Halbleiterscheibe so genau geführt wird, daß keine seitlichen

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Führungen erforderlich sind, wenn die Bahn entsprechend den in folgenden Absätzen dargelegten Angaben aufgebaut und betrieben wird.

Die Neigungen γ° und θ dieser Bohrungen könnte für alle j Bohrungen die gleiche sein. Dies stellt eine konstruktive j Möglichkeit dar. In diesem Falle wären die Winkel γ = 15° ' und θ = 10°. Man erhält doch merkliche Vorteile bei der j

j Steuerung der Bewegung der Halbleiterscheibe, wenn man die i Neigungswinkel der einzelnen Bohrungen für γ und β für jede Reihe einander gegenüberliegenden Bohrungen ändert.

Fig. 12 zeigt drei Paar von einander gegenüberliegenden Reihen von Bohrungen mit den Abständen t.., t_ und t~. Der Abstand der Bohrungen voneinander beträgt a. Jedes Paar von Reihen von Bohrungen weist seine bestimmten beiden Winkel γ° und 6° auf. Somit liegen beispielsweise die Winkel γ und θ bei der ersten Reihe der Bohrungen so, daß die planaren Geschwindigkeitskomponenten V. und V.₁ auftreten, wobei V₁ die ebene Resultierende ist, die um einen β geneigt ist (vergleiche Fign. 1a, 1b). In gleicher Weise werden die Werte für γ und θ für andere Reihen von Bohrungen so ausgelegt, daß man das in Fig. 12 gezeigte qualitative Vektorbild erhält. Zusätzlich zu dem Unterschied zwischen den einzelnen Winkeln ist die Größe der Vektoren V₁, V₂ und V₃ ebenfalls verschieden, da die verschiedenen Bohrungen unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeiten für die einströmende Luft aufweisen. Wenn daher die Vektoren V₃ > V« > V₁ sind, dann ist dies auf eine unterschiedliche Strömungsgeschwindigkeit zurückzuführen, d.h. Strömungsgeschwindigkeit 3 > Strömungsgeschwindigkeit 2 > Strömungsgeschwindigkeit 1.

Der Grund für diese soeben beschriebenen verschiedenen Winkel liegt darin, daß man dadurch für die sich bewegende

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j Halbleiterscheibe eine wesentlich verbesserte Querstabilität ι erhält. Wenn sich der Schwerpunkt der Halbleiterscheibe längs !der a-Achse bewegt, dann überwiegen die transversalen Ge-' schv/indigkeitskomponenten V_a bei der Erzeugung von die HaIb-Ileiterscheibe fortbewegenden Strömungskräften. Bewegt sich j der Schwerpunkt in t-Richtung, während die Halbleiterscheibe sich längs der Bahn bev/egt, dann vermindern die durch V her-

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vorgerufenen Strömungskräfte die Abweichung t, während V. izunehmend eine immer wirksamer werdende Rückführkraft liefert. Als Ergebnis erhält man einen stärkeren Widerstand gegen

ein Abweichen von einer Bewegung des Schwerpunktes in Längs-I richtung. Selbst wenn eine solche Bedingung eintritt, erj folgt die Dämpfung, d.h. die Rückführung, wesentlich

schneller. ι

! Typische Winkel für diese Bohrungen in den einzelnen Reihen j sind wie folgt.

Reihe 1: γ = 10°, θ = 20°
Reihe 2: γ = 15°, θ = 15°
Reihe 3: γ = 20°, θ = 10°

Die Abstände zwischen den einzelnen Reihen von Bohrungen können etwas schwanken, ohne daß dadurch die Bewegung der Halbleiterscheibe empfindlich darauf anspricht. Beispielsweise können typische Abstände für Halbleiterscheiben mit Durchmessern von 95,25 mm oder 69,85 mm wie folgt schwanken.

t₁ - 22,22 bis 25,4 mm
t₂ = 50,80 bis 52,4 mm
t₃ = 73,0 bis 76,2 mm

Die Abstände der einzelnen Bohrungen, a, können zwischen 19,05 und 22,2 mm betragen, wobei bei den bisher aufgebauten

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- 11 Versuchanordnungen ein Abstand von 19,05 mm gewählt wurde.

Die Durchmesser der Bohrungen reichen von 0,35 mm bis 0,64 mm und die Längen der Bohrungen von 1,65 mm bis 3,05 mm. Unter Bezugnalune auf Fig. 5 sind die Abmessungen bei dem derzeitigen Aufbau einer solchen Bahn wie folgt.

Kanalradius r = 3,18 mm

Abstand s « 6,35 mm

Abstand d = 3,18 mm

Abstand w = 1,83 mm

Diese Dimensionen stellen eine Anzahl weiterer praktischer Bedingungen dar. Beispielsweise kann der Kanalradius r für eine Vergrößerung der Querstabilität auf der Bahn verändert werden. Bei anderen Anwendungsgebieten, wie z.B. an einer Umorientierung oder an einer Kreuzung, ist die Bedeutung dieses Radius geringer, da die in axialer Richtung wirkende kinetische Energie der Halbleiterscheibe fehlt. Tatsächlich wird bei den neuesten Konstruktionen von Umlenkern ein Radius von annähernd 0 benutzt.

In Fig. 12 wird die Strömungsgeschwindigkeit bei dem Verteiler in der Weise eingestellt, daß man über einer Bohrung 20 ein den Gesamtdruck messendes Manometerrohr anbringt und dann den Druck Im Leitungssystem auf den gewünschten Manometer aus schlag einstellt. Typische statische Druckwerte für die Bohrungen, gemessen durch ein Manometer, sind dabei wie folgt.

Reihe 1 152 bis 254 mm Wassersäule Reihe 2 381 bis 508 na Wassersäule Reihe 3 711 bis 863,6 mm Wassersäule

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Der gemeinsame Vorratsbehälter für das Druckluftverteilungssystem hat oberhalb der drei Einstellventile für die Reihen j von Bohrungen einen Druck in der Größenordnung von 0,1 kp/cm '

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bis 0,14 kp/cm . j

In Fig. 5 trifft die aus einer der Anordnung von Bohrungen I 20 auetretende Luft innerhalb des kontrollierten Volumens ' auf die Halbleiterscheibe 12 und ändert damit ganz plötzlich ihre Strömungsrichtung. Diese Richtungsänderung ergibt eine Strömungsaufspaltung über der Bahnoberfläche, die die stati- : sehe Druckveränderung in radialer Richtung erzeugt, wie sie j Fig. 5 zeigt. Die zusammengefaßte Wirkung dieser Veränderung ! über einem gegebenen Oberflächenbereich um die Bohrung her- I um besteht darin, daß die Halbleiterscheibe sowohl angezogen als auch abgestoßen wird, so daß auf die Halbleiterscheibe eine anziehende und eine abstoßende Kraft ausgeübt wird. Eine Wirkung der gekrümmten Oberfläche 30 besteht darin, daß dadurch die Anziehungskraft über einen weiteren Bereich ausgedehnt wird.

Die von der Bohrung 20 ausgehende abstoßende Kraft stößt die Halbleiterscheibe 12 von der Bahn 14 ab. Dieses wiederum wird jedoch durch die gleichzeitige Anziehungskraft und das Gewicht der Halbleiterscheibe verhindert. Das hat zur Folge, daß für eine gegebene Strömungsgeschwindigkeit bei einer bestimmten Dicke der Luftschicht ein Zustand eines dynamischen Gleichgewichtes sich einstellt, bei der sich die Kräfte gegenseitig aufheben und zwar in einer Richtung senkrecht zur Bahnoberfläche. Die Schichtdicke der Luftschicht ist normalerweise konstant, und ihr Wert hängt für ein gegebenes Gewicht der Halbleiterscheibe von der Strömungsgeschwindigkeit ab. Jedem Versuch der Halbleiterscheibesich in bezug auf die Bahnoberfläche zu neigen, wird ständig entgegengewirkt.

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Diese Analyse kann auf die gesamte Oberfläche der Halbleiterscheibe ausgedehnt werden, die die obere Seite des Kontrollvolumens begrenzt. Wie Fig. 7 zeigt, ist die Halbleiterscheibe 12 des Gewichtes w aufgrund der kombinierten Saugwirkungen der Bohrungen in den Kontrollvolumen einer durchschnittlichen Kraft F ausgesetzt, d.h. in dem Luftvolumen unter der Halbleiterscheibe. Diese Kraft wirkt in einer Richtung η senkrecht zur Bahnoberfläche und trifft auf die Gegenwirkung der Normalkomponenten der von den Bohrungen ausgehenden Impulskraft, nämlich Σ P . Die dynamische Gleichgewichtsbedingung bei der Dicke der Luftschicht h ist somit Σ P = w + F . Das Kontrollvolumen der Luftschicht, das

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diese Wirkung der Normalkräfte verwirklicht, übt einen fortgesetzten gleichförmigen stabilisierenden Einfluß auf die Halbleiterscheibe in Richtung η der Normalen aus. Wenn sich daher die Halbleiterscheibe in axialer Richtung a bewegt, so erfolgt dies im wesentlichen bei konstanter Schichtdicke h, wegen der insgesamt in Richtung η eingeschränkten Gesamtbewegung. Die Größe der konstanten Schichtdicke ist, wenn die anderen Bedingungen feststehen, eine Funktion der Strömungsgeschwindigkeit der Luft. Die Veränderung von h mit der Strömungsgeschwindigkeit ist in Fig. 8 dargestellt. Da die Beziehung Σ P = w + F_ für jeden Wert von h existiert, stell

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die Form der Kurve die relativen Werte der Größen P , w und F dar. Einer Veränderung des Gewichtes der Halbleiterscheibe

W ergibt beispielsweise eine Verlagerung nach einem neuen Gleichgewichtswert von h.

Bisher war die Beschreibung auf die Begrenzung der Bewegung in einer Richtung senkrecht zur Luftgleitbahn und den Oberflächen der Halbleiterscheibe ausgerichtet. Zusätzlich zu diesen Eigenschaften treten gleichzeitig parallel zur Oberfläche der Halbleiterscheibe gerichtete und die Bewegung kontrollierende Kräfte auf. Diese Kräfte sind in der Luftschicht

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durch Verwendung des Coanda-Effekts in Verbindung mit dem axi-radialen Phenomen wirksam.

Eine in der Ebene der Halbleiterscheibe auftretende Kraft geht auf die planaren Komponenten der auf die Halbleiterscheibe einwirkenden, abstoßenden Lnpulskraft zurück. Diese Korn- _; ponenten werden durch Schrägstellung der Bohrungen (d.h. bei iden Winkeln γ und Θ) erreicht, so daß ebene Komponenten senk-I recht und parallel zur Längsachse der Bahn erzielt werden. Wie beispeilsweise in Fig. 4 gezeigt ist, besteht diese Auflö- j sung in die einzelnen Komponenten für den Ort jeder Bohrung ; in einer axialen und einer transversalen Impulskraftkomponentej Die zweite in der Ebene der Halbleiterscheibe wirkende Kraft geht auf die in der Grenzschicht induzierten Reibungskräfte zurück, die sich aus der Luftströmung parallel zu den Oberflächen der Halbleiterscheibe ergeben. Um dies darzustellen, ist die sich daraus ergebende Neigung der Bohrung längs der Richtung d und die Form eines typischen Geschwindigkeits- ι profile an diesem Ort dargestellt. Dieses Profil stellt die Änderung der parallelen Strömungsgeschwindigkeitskomponenten mit dem normalen Abstand in der Luftschicht dar. In Übereinstimmung mit der Grenzschichttheorie ist die Abscherkraft der Strömung proportional der Änderungsgeschwindgkeit dieser Geschwindigkeit an der Oberfläche der Halbleiterscheibe. Somit wird am Punkt i eine Abscherkraft auf der Oberfläche der Halbleiterscheibe erzeugt. Die Größe dieser Kraft hängt bei gleichbleibenden übrigen Bedingungen von der Form des Geschwindigkeitsprofils in der Nachbarschaft der Oberfläche der Halbleiterscheibe ab (d.h. je schneller sich die Geschwindigkeit ändert, um so höher ist die Abscherkraft). Die Kanal- | wirkung fördert ein Profil der dargestellten Art, das wiederum, bei diesem Verfahren sehr wirksam ist.

Die kombinierte Wirkung dieser beiden Arten von Kräften wird

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durch den in Fig. 4 gezeigten, resultierenden planaren Kraftjvektor in die Richtung dargestellt. Die Anteile der Irapuls- !kraft und der Querkraft nehmen bei zunehmender Strömungsge- \schwindigkeit ebenfalls zu. Für eine gegebene Strömungsge- ; schwindigkeit ändert sich die durchschnittliche Geschwindig- :keit der Strömung parallel zur Oberfläche der Halbleiter-ι scheibe mit dem Abstand von der Bohrung. Daraus ergibt sich eine entsprechende Veränderung der auf die Oberfläche ein-I wirkenden Querkraft· Im vorliegenden Fall erzeugt die gekoppelte Wirkung des axi-radialen Ansaugbereichs und des I Kanals eine einzigartige Gesamtwirkung in bezug auf die Kenn-'linien der Querkraft. Außerdem zieht die gekrümmte Oberi fläche 30 einen großen Teil der ausfließenden Strömung in ί den Kanal und verstärkt damit die Form des Geschwindigkeitsprofils . Daher hat diese gekoppelte Wirkung über den Ober-Iflächenbereich mit der Bohrung und dem Kanal ein im wesentiliehen konstante Querkraft zur Folge.

^!Diese Beschreibung läßt sich gemäß Fig. 7 über die gesamte ;Oberfläche der Halbleiterscheibe ausdehnen, die das Kontroll- !volumen der Luftschicht von oben her begrenzt, wobei der sich ergebende planare Kraftvektor an der Bohrung mit P und die Axial- bzw. Transversalkomponenten mit P. bzw. P₄. bezeichnet sind. Man sieht, daß jede Reihe von Bohrungen mit dem zugehörigen Kanal einer gleichartigen im gleichen Abstand auf der gegenüberliegenden Seite der Symmetrieachse liegenden Anordnung gegenüberliegt. Bei der hier behandelten Ausführungsform einer Transportbahn sind drei Paar von symmetrisch einander gegenüberliegenden Anordnungen aus Bohrungen und Kanal vorgesehen. Deren Abstand auf der t-Achse ist in bezug auf den Durchmesser der Halbleiterscheibe im wesentlichen gleichförmig. Der Druck Im Verteiler (d.h. die Strömungsgeschwindigkeit in der Bohrung) ist für die am weitesten innen liegende Reihe von Bohrungen am kleinsten

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J und für die am weitesten außen liegende Reihe von Bohrungen I am größten. Daher ist auch die Summe aller P-Kräfte für eine I ι

j innen liegende Reihe von Bohrungen kleiner als für die am !

weitesten außen liegende Reihe von Bohrungen. Wenn nunmehr j der Mittelpunkt der Scheibe auf der a-Achse liegt, dann wird ! die Summe der P.-Kräfte auf einer Seite der Symmetrieachse | gerade durch die Summe der P.-Kräfte auf der gegenüberliegenden Seite kompensiert. Bezeichnet man die Summe aller P- : Kräfte, die auf eine Hälfte der Oberfläche der Halbleiter-¹ scheibe einwirken, mit R. , so sieht man, daß für diesen i symmetrischen Fall Ar = 0 ist. Verschiebt sich die Halbleiter+· j scheibe nunmehr in t-Richtung, dann ergibt sich aus zwei \ Gründen ein Ungleichgewicht in R. . Zunächst trifft die Halb- j ! leiterscheibe auf zunehmend höhere P-Kräfte in t-Richtung i ι und zwar wegen der oben gegebenen Druckverhältnisse im Ver- j ! teiler. Zweitens ist ein größerer Teil der Oberfläche der j Halbleiterscheibe in der Richtung der Abweichung der Wirkung der Bohrung ausgesetzt. Man erhält daher für dieses Ungleich-

gewicht der Kräfte einen Wert von AR , der bewirkt, daß die Halbleiterscheibe in ihre Symmetrieposition zurückgeführt

Die Wirkung der quer zur Bahn angreifenden Zwangskraft R. ist in Fig. 10 dargestellt. Die sich axial längs der Bahn bewegende Halbleiterscheibe ist dabei ständig dem zentrierenden Kraftfeld R. ausgesetzt. Jeder Versuch, aus dieser Bahn in Richtung t auszubrechen, erzeugt eine Kraft AR,, die bewirkt, daß der Schwerpunkt der Halbleiterscheibe bei ihrer Bewegung in axialer Richtung auf die Symmetrieachse zurückgeführt wird. Die Änderung von är mit der Abweichung der Halbleiterscheibe in t-Richtung ist in Fig. 11 gezeigt. Wenn eine sich in axialer Richtung bewegende Halbleiterscheibe quer zur Bewegungsrichtung von ihrer eigentlichen Richtung abweicht, so ist es erwünscht, die Rückführung auf die

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ί Symmetrieachse über den kürzesten axialen Abstand durchzuführen, wirksam.

führen. Die Eigenschaften des Ar -Kraftfeldes sind dafür sehr

In Flg. 10 1st die Summe der Axialkraftkomponenten P mit R

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bezeichnet. Diese unsymmetrische Kraftverteilung bewegt die Halbleiterscheibe auf der Luftschicht längs der a-Achse. Eine weitere Verteilung in Verbindung mit einer genauen Bewegungssteuerung wird noch besprochen.

Diese Luftschicht hat einmalige Eigenschaften, indem sie gleichzeitig auf eine sich bewegende Halbleiterscheibe mit in Richtung der Normalen wirkenden und in planarer Richtung wirkenden Kräften auf sie einwirkt. Wenn sich daher eine Halbleiterscheibe in der vorbestimmten Weise bewegt, wird durch diese Luftschicht ein in mehreren Richtungen wirksame Zwangskraft ausgeübt. Für eine Linearbewegung der Halbleiterscheibe begrenzt das Kraftfeld in der Querrichtung die Bewegungen in Richtung der Normalen in stabiler Weise. Für eine Rotationsbewegung mit einer Abwandlung der Oberfläche der Luftschicht gemäß Fig. 2 wirkt das Kraftfeld radial und in Richtung der Normalen und ergibt eine genaue und stabile Rotation In bezug auf die Symmetrieachsen der Oberfläche. Die Oberfläche der Luftschicht kann unterschiedliche Formen annehmen, abhängig vom Anwendungsgebiet und/oder der Bedeutung, die bestimmten Steuerungseigenschaften beigemessen wird (z.B. Luftgleitbahnen, Kreuzungen, Umlenker usw.).

Mit dieser Grundanordnung wird eine Luftschicht gebildet, mit der sich die Bewegung einer Halbleiterscheibe in mehreren Richtungen genau steuern läßt. Diese Luftschichtoberfläche, die sich auf einer Synthese aus zwei strömungsmechanischen Phenomena aufbaut, kann, abhängig vom Anwendungsgebiet, verschiedene Formen annehmen. Das wesentliche Merkmal für ein

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zuverlässiges Arbeiten besteht in der wirksamen Kopplung der Axi-Radialkräfte und der Coanda-Strömung. Der grundsätzliehe Oberflächenaufbau, durch den dies erreicht werden kann, ι ist im wesentlichen durch flache Oberflächenbereiche geschaffen, die langgestreckte dünne, der Zufuhr von Luft dienende Bohrungen aufweisen, die von einzelnen Kanälen mit bestimmtem Querschnitt unterbrochen sind. Unter den wichtigen geometrischen Eigenschaften sind der Durchmesser der Bohrung, die Länge und der Neigungswinkel zu nennen, das Ausmaß der flachen Oberflächen, die die Bohrungen enthalten, j die Abmessungen des Kanalquerschnittes und die Abstandsan- ! Ordnungen der Reihen von Bohrungen und Kanälen in bezug auf . die Oberfläche der Halbleiterscheibe. Einige der strömungsmechanischen Parameter enthalten die Strömungsgeschwindigkeit der Luft und die Verteilung auf die verschiedenen Bereiche der verschiedenen Bohrungen.

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9. Le e rs e i te

Claims

PATENTANSPRÜCHE !

Verfahren zum Steuern der Bewegung von Gegenständen, wie Halbleiterscheiben längs einer Bahn auf einem Luftpolster, dadurch gekennzeichnet, daß aus einer An- ' zahl von Bohrungen über in der Oberfläche der Bahn angeordnete Düsen, deren Durchmesser mindestens viermal kleiner ist, als die Länge der Bohrungen, eine Anzahl von Luftstrahlen gegen eine Oberfläche des Gegenstandes gerichtet wird, wobei die einzelnen Bohrungen in einander gegenüberliegenden Paaren gegeneinander geneigt sind und damit die Bahn des über den Luftstrahlen liegenden Gegenstandes definierem und daß die durch eine jede Reihe von Düsen eingeführte Luft I von der Oberfläche der Bahn über die Seite eines ■ Kanals (26) in der Oberfläche der Bahn abgeleitet wird | und daß dabei diese Seite längs der Reihe der Düsen j in Richtung der Neigung der Bohrung (20) und der Düsen I angeordnet und zur Erzeugung des Coanda-Effekts ge- j

krümmt (30) ist. \

i ι

Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ι der Druck der aus den Düsen austretenden Luft auf einen | Gleichgewichtszustand eingeregelt wird, bei dem der j Gegenstand (12) über einem dünnen Luftpolster schwebt. J

Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeich- j net, daß die aus paarweise einander gegenüberliegenden j Düsen (20) austretenden Luftstrahlen zwischen den Luftstrahlen eine Gleichgewichtsposition definieren.

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4. Transportvorrichtung für die Durchführung eines Verfahrens gemäß den Ansprüchen 1 bis 3/ dadurch gekennzeichnet, daß in einer Im wesentlichen ebenen Bahnoberfläche Reihen von Düsen (20) vorgesehen sind, die von benachbarten Reihen von Düsen (20) durch Kanäle (26) getrennt sind, daß dabei die Düsen das Ende von Bohrungen sind, deren Länge mindestens viermal so groß ist, wie der Durchmesser der Düsen, daß dabei die Bohrungen und Düsen paarweise einander gegenüberliegender Reihen gegeneinander geneigt sind, v/obei die Kanäle an den Seiten, gegen die die Bohrungen und Düsen geneigt sind, gekrümmte Seitenwände aufweisen, und daß am eingangsseitigen Ende der Bohrungen Luft unter Druck zuführbar und Luft über die gekrümmten Seitenwände der Kanäle (26) ableitbar ist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen sowohl in Richtung auf die Mittellinie der Bahn als auch in Förderrichtung der Gegenstände geneigt sein kann und sowohl stabilisierende als auch antreibende Kraftkomponenten erzeugen.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu beiden Seiten der Mittellinie der Bahn mehrere Reihen von Düsen und Bohrungen (20) sowie Kanälen (26) angeordnet sind.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Bohrungen in Richtung der Mittellinie von Reihe zu Reihe von der Mittellinie nach außen geringer wird.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Neigung der Bohrungen in Bewegungsrichtung in den einzelnen Reihen mit zunehmendem Abstand der Reihen von der Mittellinie der Bahn größer wird.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß auf jeder Seite der Mittellinie drei Reihen von Bohrungen mit Düsen vorgesehen sind.

10. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Druck der den Düsen der einzelnen Reihen zugeführten Luft mit zunehmendem Abstand der Reihen von der Mittellinie zunimmt.

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