DE3826925A1 - Einrichtung zur handhabung und behandlung kontaminationsempfindlicher gegenstaende, wie halbleiterteile (wafers) oder aehnlicher produkte - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Handhabung und Behandlung kontaminationsempfindlicher Gegenstände, wie Halbleiterteile (Wafers) oder ähnlicher Produkte, unter Reinraumbedingungen, mit wenigstens einem Ar­ beitsflächen enthaltenden Reinraumbereich zur Be­ handlung der Gegenstände und einem Operatorbereich ge­ ringerer Reinheit, in dem die Gegenstände, in Kassetten oder dergl. Behältern untergebracht, gehandhabt und transportiert werden.

Beispielsweise bei der Herstellung von Silizium- Scheibchen (Wafers) für elektronische Halbleiter­ elemente muß zur Erzielung der erforderlichen Eigen­ schaften höchste Reinheit gewährleistet sein, um eine Kontamination der Scheibchen zu verhindern. Um dies zu erreichen, werden die Scheibchen auf hochgeschützten Arbeitsflächen in Reinräumen der entsprechenden Rein­ heitsklasse gefertigt. Diese Reinheitsklassen sind in der VDI-Richtlinie 2083 näher definiert. Da die einzelnen Fertigungsschritte sich mehrfach wieder­ holen und deshalb die Scheibchen innerhalb des ge­ samten Reinraumes mehrfach den Arbeitsplatz wechseln, sind sie, wenn nicht besondere Vorkehrungen ge­ troffen werden, während des Transportes und der Lagerung der Einwirkung von Kontaminationsquellen ausgesetzt. Die durchschnittliche Dauer des Aufent­ haltes eines solchen Wafer-Scheibchens in der Produktionsstätte beträgt nämlich ca. 6 Wochen.

Reinräume, die hohen Anforderungen an die für sie geltende Reinheitsklasse entsprechen, erfordern einen hohen Installations- und Betriebsaufwand, weil in diesen Räumen dauernd eine laminare Luftströmung aufrecht erhalten werden muß, die gewährleistet, daß die der jeweils geforderten Reinheitsklasse entsprechende Partikelkonzentration nicht überschritten wird.

Es werden deshalb aus wirtschaftlichen Gründen in der Praxis nur die eigentlichen Arbeitsflächen in dem Reinraum mit einer entsprechend hochwirksamen Schutzeinrichtung mit Laminarströmung ausgestattet, während die sogenannten Operatorbereiche oder -zonen, in denen die Scheibchen während aufeinanderfolgender Bearbeitungsschritte gehandhabt, transportiert oder gelagert werden, mit einfacheren und damit billigeren Schutzeinrichtungen versehen werden und somit auch einer schlechteren Reinheitsklasse genügen. Um eine unzulässige Kontamination der Scheibchen während des Verweilens in diesen Operatorbereichen zu ver­ hindern, ist es gebräuchlich, die Scheibchen außer­ halb der hochgeschützten Arbeitsflächen in ge­ schlossenen Kassetten unterzubringen, die leicht gehandhabt werden können.

Versuche haben nun ergeben, daß selbst bei der Unterbringung in solchen aus Kunststoff be­ stehenden Kassetten eine Kontamination der Scheibchen durch Ausgasung des Kunststoff- Kassettenmaterials geschehen kann.

Eine Abhilfe erschien bisher nur in der Weise möglich, daß die gesamte Fertigung, einschließlich der zwischen den einzelnen Fertigungsschritten liegenden Handhabungs-, Transport- und Lagervorgänge in einer Reinraumhalle mit vollflächiger Laminar­ strömung und einer entsprechend hochwertigen Rein­ heitsklasse erfolgt. Die Herstellungs- und Betriebs­ kosten einer solchen Anlage übersteigen aber häufig die wirtschaftlich tragbaren Grenzen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, eine Einrichtung zu schaffen, die bei einfacher Handhabung und verhält­ nismäßig geringem, wirtschaftlich tragbarem Aufwand gewährleistet, daß die kontaminationsempfindlichen Gegenstände, bspw. die erwähnten Wafer-Scheibchen, ohne Unterbrechung während des gesamten Herstellungs­ vorganges, d.h. bis zum Abschluß der Fertigung, unter der jeweils geforderten Reinheitsklasse entsprechenden hochwertigen Reinheitsbedingungen gehalten bleiben.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die eingangs genannte Einrichtung erfindungsgemäß dadurch gekennzeichnet, daß in dem Operatorbereich wenigstens ein ortsbe­ wegliches Fahrzeug vorgesehen ist, das zumindest einen im wesentlichen geschlossenen Raum mit Mitteln zur geordneten Aufnahme einer Anzahl Kassetten auf­ weist, daß dem Raum eine fahrzeugeigene Einrichtung zur dauernden Aufrechterhaltung von Reinraumbedingungen in diesem Raum zugeordnet ist, daß an dem Fahrzeug Mittel zum Ein- und Ausbringen von Kassetten in bzw. aus dem Raum unter Aufrechterhaltung der Reinraumbedingungen für die Gegenstände angeordnet sind, und daß das Fahrzeug zum Andocken seines rein gehaltenen Raumes an eine Übergabestelle des Reinraumbereiches eingerichtet ist.

Da das Fahrzeug unabhängig von den äußeren Be­ dingungen mit seiner fahrzeugeigenen Einrichtung in seinem die Kassetten aufnehmenden Raum dauernd den erforderlichen reinraumtechnischen Kontaminations­ schutz für die empfindlichen Gegenstände aufrecht er­ hält, ist auch außerhalb der hochgeschützten Arbeits­ flächen ein vollkommener Schutz für die Gegenstände während der gesamten Bearbeitungszeit gewährleistet. Die Operatorbereiche, in denen das Fahrzeug bewegt wird, brauchen lediglich erheblich schlechteren Reinheitsklassen zu genügen als diese für die Ar­ beitsflächen gelten. Der Kosten- und Energieaufwand für die Reinraumtechnik in diesen Bereichen ist da­ her wesentlich reduziert.

Die die Gegenstände aufnehmenden Kassetten können mit Vorteil offen sein, da, wie erwähnt, das Fahr­ zeug den Reinraumschutz während des Transportes oder der Zwischenlagerung selbst aufrecht erhält. Selbst­ verständlich können aber auch, wenn dies aus anderen Gründen erwünscht ist, geschlossene Kassetten ver­ wendet werden. In diesem Falle werden die Kassetten und deren Umgebung in dem Fahrzeug rein gehalten.

Da die Be- und Entladung des Fahrzeuges an speziellen Andockstellen an den die Arbeitsflächen oder -linien enthaltenden hochgeschützten Reinraum­ bereichen unter Aufrechterhaltung der geforderten Reinraumbedingungen für die Gegenstände bzw. die Kassetten erfolgt, bleiben diese ständig unter Reinraumschutz.

Die fahrzeugeigene Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Reinraumbedingungen weist mit Vorteil ein Gebläse diesem druckseitig nachgeordnete Filtermittel und da­ ran anschließende Luftleiteinrichtungen auf, durch die eine im wesentlichen gleichmäßige laminare Durchströmung des reingehaltenen Raumes mit der gefilterten Luft bewirkt ist, wobei das Gebläse zweckmäßigerweise im Umluftverfahren betrieben wird. Wird dabei in dem reingehaltenen Raum dauernd ein Überdruck gegenüber der Umgebung aufrecht erhalten, so erübrigt es sich, die Ein- und Ausbringöffnung(en) mit einer eigenen abgedichteten Verschlußeinrichtung zu versehen.

In einer bevorzugten Ausführungsform ist der rein­ gehaltene Raum von einem kasten- oder kammerartigen Teil des Fahrzeugaufbaus umgrenzt, der im Bereiche wenigstens einer Wand zumindest eine Ein- und/oder Ausbringöffnung für die Kassetten aufweist. Diese Wand ist derart gewählt, daß sich beim Andocken an der Andockstelle günstige Anschlußbedingungen ergeben.

In der Nähe zumindest einer den reingehaltenen Raum begrenzenden Wand kann mit Vorteil wenigstens ein mit der Druckseite des Gebläses in Verbindung stehender Luftverteilungskanal ausgebildet sein, der zu dem Raum hin durch Filtermittel und/oder Luftverteilerelemente begrenzt ist. In ähnlicher Weise kann ebenfalls in der Nähe zumindest einer den reingehaltenen Raum be­ grenzenden Wand ein Abluftkanal ausgebildet sein, der mit der Saugseite des Gebläses in Ver­ bindung steht und Drosselmittel für die abströmende Luft enthält oder durch solche zu dem Raum hin be­ grenzt ist. Durch diese Maßnahmen wird auf kon­ struktiv einfache Weise eine gleichmäßige, flächen­ hafte, laminare Durchströmung des die Kassetten auf­ nehmenden reingehaltenen Raumes gewährleistet, wo­ bei die Drosselmittel den für das Aufrechterhalten einer turbulenzarmen Strömung erforderlichen Druck­ verlust aufbauen. Die Luftverteilerelemente und/ oder die Drosselmittel weisen in einer zweckmäßigen Ausführungsform Loch- oder Schlitzplatten auf.

Die Kassetten können in dem reingehaltenen Raum an sich in beliebiger Anordnung untergebracht sein; es müssen lediglich einfache Ein- und Ausbringbe­ dingungen gegeben sein. Als zweckmäßig hat es sich erwiesen, daß die Mittel zur geordneten Aufnahme der Kassetten in dem reingehaltenen Raum regal­ artig übereinander und/oder nebeneinander ange­ ordnete Auflageelemente für die Kassetten aufweisen, so daß die Kassetten in einzelnen Lagen, spalten- oder reihenweise übersichtlich angeordnet sind. Dazu können die Auflageelemente parallel zueinander angeordnete Auflage- und Führungsschienen für die Kassetten aufweisen.

Um zu verhindern, daß bei der Handhabung der Kassetten während des Ein- oder Ausbringens, d.h. insbesondere beim Aufstellen, Auf- und Abheben von den Auflageelementen durch Abrieb etc. unerwünschte Kontaminationsquellen entstehen, ist es zweckmäßig, daß die Mittel zum Ein- und Ausbringen der Kassetten in dem reingehaltenen Raum in einem strömungsmäßig hinter den Filter­ mitteln liegenden Bereich auf der Abströmseite der den Raum durchströmenden Luft angeordnet sind. Damit werden entstehende Partikel unmittel­ bar vom Ort ihres Entstehens aus durch die Abluft weggeführt, ohne daß sie zu den Kassetten oder den in diesen untergebrachten Gegenständen ge­ langen können.

Die Mittel zum Ein- und Ausbringen der Kassetten erlauben unterschiedliche konstruktive Lösungen, die bis zu einem gewissen Grade auch von den Be­ dingungen des Einzelfalles abhängig sind. Verhält­ nismäßig unkomplizierte und übersichtliche Be­ wegungsvorgänge ergeben sich aber, wenn diese Mittel zum Ein- und Ausbringen der Kassetten wenigstens einen in dem reingehaltenen Raum längs vorgegebener Führungsbahnen wahlweise bewegbaren Greifermechanismus aufweisen, durch den jeweils wenigstens eine Kassette ergreifbar und auf einem Weg zwischen einer Ein- und/oder Ausbringöffnung und einem entsprechenden Stand­ platz auf den Auflageelementen hin- und herbe­ wegbar ist. Dieser Greifermechanismus kann mit Vorteil einen Greiferelemente tragenden Greifer­ kopf aufweisen, der auf den Führungsbahnen zu­ mindest in einer parallel zu den Auflageelementen verlaufenden ersten Richtung und einer dazu rechtwinkligen zweiten Richtung bewegbar, sowie um wenigstens eine Achse schwenkbar gelagert ist. Um eine selbsttätige Be- und Entladung des Fahrzeugs an der Andockstelle zu ermöglichen, kann der Greifer­ mechanismus eine zugeordnete, insbesondere programm­ gesteuerte Folgesteuerungseinrichtung aufweisen, durch die seine einzelnen Bewegungsvorgänge beim Ein- und Ausbringen einer Kassette selbsttätig steuerbar sind. Der reingehaltene Raum des Fahr­ zeugs ist im übrigen mit Vorteil zumindest teil­ weise durch durchsichtige Wände oder Wandteile begrenzt, die es gestatten, das Ein- und Ausbringen der Kassetten zu beobachten und etwaige Störungen leicht zu beheben.

In dem Fahrzeug ist die Einrichtung zur Aufrechter­ haltung der Reinraumbedingungen mit Rücksicht auf ihr Gewicht und aus Gründen der leichten Zugänglich­ keit mit Vorteil in einem unterhalb des reingehaltenen Raumes liegenden Teil des Fahrzeugaufbaus angeordnet. Sie kann eine eigene fahrzeugeigene Stromquelle, bspw. in Gestalt von 12 Volt-Fahrzeugbatterien aufweisen, der gegebenenfalls Anschlußeinrichtungen für eine wenigstens zeitweilige externe Stromzu­ führung, etwa für den Ladebetrieb, zugeordnet sind. Den Anschlußeinrichtungen des Fahrzeugs können dabei entsprechende Anschlußelemente einer Stromquelle zu­ geordnet sein, die bei in der Andockstelle stehendem Fahrzeug mit den Anschlußeinrichtungen verbindbar sind, so daß die Zeit,während der das Fahrzeug zum Be- und Entladen an einer Andockstelle steht, gleich zum Wiederaufladen der fahrzeugeigenen Batterien ausgenutzt werden kann. Falls erforderlich, kann auf dem Fahrzeug im übrigen auch eine zu­ mindest zeitweise aktivierbare Ionisationsein­ richtung für die den reingehaltenen Raum durch­ strömende Luft angeordnet sein, deren Stromver­ sorgung ebenfalls von der fahrzeugeigenen Strom­ quelle aus erfolgt.

In der Regel ist das Fahrzeug auf Rädern von Hand durch eine Bedienungsperson verfahrbar. Insbesondere bei größeren Fertigungsanlagen mit höherem Auto­ matisierungsgrad kann in dem Operatorbereich aber auch eine Führungs- und/oder Leiteinrichtung für das dann fremdgesteuerte Fahrzeug angeordnet sein. Eine solche Führungs- oder Leiteinrichtung kann eine bekannte Induktionsschleife aufweisen, doch sind auch schienengebundene Fahrzeugsysteme denk­ bar. Ist das Fahrzeug in dem Operatorbereich durch eine solche Führungs- und/oder Leiteinrichtung längs vorgegebener Bahnen zwangsgeführt, so kann es auch mit Stromabnehmermitteln ausgerüstet werden, die mit Stromzuführungseinrichtungen der Führungs- und/ oder Leiteinrichtung zusammenwirkend ausgebildet sind und es gestatten, auf fahrzeugeigene Batterien zu verzichten. Die Stromabnehmermittel können induktiv oder in Gestalt von Schleifern oder Schleppkabeln etc. gestaltet sein.

In der Zeichnung ist ein Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Es zeigen:

Fig. 1 eine Einrichtung gemäß der Erfindung, in einer schematischen, perspektivischen Teildarstellung, unter Veranschaulichung der zugeordneten Rein­ raumbereiche,

Fig. 2 ein Fahrzeug der Einrichtung nach Fig. 1, in perspektivischer Teildarstellung, teilweise im Schnitt und in einem anderen Maßstab,

Fig. 3 das Fahrzeug nach Fig. 2 in einer Seitenan­ sicht,

Fig. 4 das Fahrzeug nach Fig. 3, geschnitten längs der Linie IV-IV der Fig. 3, in einer Seiten­ ansicht,

Fig. 5 das Fahrzeug nach Fig. 3, geschnitten längs der Linie V-V der Fig. 3, in einer Draufsicht, unter Veranschaulichung der Andockstelle,

Fig. 6 den Greifermechanismus zum Ein- und Ausbringen der Kassetten des Fahrzeugs nach Fig. 2, in einer schematischen Seitenansicht und in einem anderen Maßstab,

Fig. 7 den Greifermechanismus nach Fig. 6, geschnitten längs der Linie VII-VII der Fig. 6, in einer Draufsicht und in einem anderen Maßstab,

Fig. 8 den Greifermechanismus nach Fig. 6, in einer Seitenansicht, unter Veranschaulichung einer anderen Schwenkstellung,

Fig. 9 den Greiferkopf des Greifermechanismus nach Fig. 6, in einer Teildarstellung, in einer Draufsicht und in einem anderen Maßstab, und

Fig. 10 das Blockschaltbild der Steuerungseinrichtung des Greifermechanismus nach Fig. 6.

In Fig. 1 ist eine typische Reinraumanlage für die Halbleiter(wafer)fertigung veranschaulicht, die mit der neuen Einrichtung zur Handhabung und Behandlung der kontaminationsempfindlichen Wafer unter Reinraumbedingungen ausgerüstet ist.

In einem durch seine Rohdecke 1 und seine Rohfuß­ boden 2 angedeuteten Gebäuderaum ist durch einen partikeldichten Doppelboden 3, auf diesen partikel­ dicht aufgesetzte und ebenfalls partikeldichte Seitenwände 4, sowie eine mit diesem partikeldicht verbundene Reinraumdecke 5 ein Reinraum 6 abgegrenzt, der im Bereiche seiner beiden Seitenwände 4 zwei Arbeitsflächen 8 enthält, auf denen unter hochwerti­ gen Reinraum-Schutzbedingungen Fertigungsschritte an den Halbleiterelementen (Wafer-Scheibchen) durchgeführt werden. In der Reinraumdecke 5 sind längsverlaufende Luftkanäle 9 ausgebildet, die zu dem Reinraum 6 hin durch Schwebstoffilter 10 und der gleichmäßigen Luftverteilung dienende, nicht weiter dargestellte Lochbleche begrenzt sind und in die über Rohre 11 gereinigte Zuluft gefördert wird. Zu diesem Zwecke sind auf einer Tragkonstruktion 12 Ventilatoren 13 angeordnet, die über druckseitig nachgeordnete Schwebstoffilter 14 und bei 15 an­ gedeutete Schalldämpfer sowie Luftverteilungs­ kanäle 16, die Luftrohre 11 mit Zuluft beaufschlagen. Oberhalb jeder Arbeitsfläche 8 ist an der Reinraum­ decke 5 jeweils eine längsverlaufende Trennschürze 17 angeordnet, die die Arbeitsfläche 8 zu dem Kern­ bereich des Reinraums 6 hin abgrenzt.

Die Anordnung ist derart getroffen, daß die im Umluftbetrieb arbeitenden Ventilatoren 13 reine Zuluft in den Reinraum 6 fördern, die im Bereiche der Arbeitsflächen 8 eine durch Pfeile 18 ange­ deutete, von oben nach unten gerichtete Laminar­ strömung ausbildet und sodann durch entsprechende Öffnungen in den Hohlraum des Doppelbodens 3 ein­ tritt, von wo aus sie durch nicht weiter dargestellte Umluftkanäle zu der Saugseite der Ventilatoren 13 zurückströmt. Damit herrschen auf den Arbeitsflächen 8 die der geforderten Reinraumklasse entsprechenden hochwertigen Reinraumbedingungen.

Beidseitig des eigentlichen Reinraumes 6 sind an die Seitenwände 4 anschließend zwei Operatorbereiche 19 vorhanden, die als sogenannte Grauzonen zwar noch über die Reinraumdecke 5 dauernd mit reiner Luft beaufschlagt sind, aber doch wesentlich geringeren Reinraumbedingungen, d.h. einer schlechteren Rein­ raumklasse genügen als dies für die Arbeitsflächen 8 gilt.

In jedem der beiden Operatorbereiche 19 ist wenigstens ein auf dem Doppelboden 3 verfahrbares, im wesentlichen kastenförmiges Fahrzeug 20 vorgesehen, das zur Aufnahme und zum Transport sowie gegebenenfalls zur Zwischen­ lagerung von auf den Arbeitsflächen 8 unter hochge­ schützten Reinraumbedingungen bearbeiteten Halbleiter­ elementen in Gestalt von sogenannten Wavers dient.

Wie insbesondere aus Fig. 2 zu entnehmen, sind die bei 21 angedeuteten scheibchenförmigen Wafers beim Transport in dem Fahrzeug 20 jeweils in vorbestimmter Anzahl in im wesentlichen kastenförmigen, rechteckigen Kassetten 22 im Abstand nebeneinander hochkant stehend untergebracht. Die gleichgestalteten Kassetten 22 sind in der Regel aus Kunststoff­ material hergestellt; sie sind bei dem darge­ stellten Ausführungsbeispiel oben offen, doch können grundsätzlich auch geschlossene Kassetten 22 Verwendung finden. Die Wafers 21 werden auf der Ar­ beitsfläche 8 in die Kassetten 22 eingebracht und aus diesen entnommen. Das Be- und Entladen des Fahrzeugs 20 mit den gefüllten Kassetten 22 er­ folgt vollautomatisch, wie dies im Nachstehenden noch beschrieben werden wird.

Das Fahrzeug 20 weist ein Chassis 23 auf, das auf drei Rädern 24 ruht, von denen eines lenkbar ist und auf das ein im wesentlichen aus Winkelprofilen 25 zusammengeschweißter kasten- oder kammerartiger Fahrzeugaufbau 26 von rechteckiger Querschnitts­ gestalt aufgesetzt ist. In dem oberen Teil des Fahrzeugaufbaus 26 ist durch eine untere Abdeck­ wand 27 und durch durchsichtige Seitenwände 28, 29, sowie eine ebenfalls durchsichtige Deckwand 30 ein Raum 31 begrenzt, der zur geordneten Aufnahme der gefüllten Kassetten 22 dient.

Zu diesem Zwecke sind in dem Raum 31 in vier ver­ schiedenen Etagen übereinanderliegend jeweils paar­ weise einander zugeordnete parallele Aufnahme- und Führungsschienen 32 von U-förmiger Querschnitts­ gestalt angeordnet, die sich nach oben zu öffnend endseitig an entsprechenden Streben des Fahrzeug­ aufbaus 26 befestigt sind. Die Kassetten 22 tragen bodenseitig angeformte, längsverlaufende Führungs­ leisten 33, mit denen sie in die zwei Führungs­ schienen 32 jeder Etage eingesetzt sind. Bei be­ ladenem Fahrzeug 20 sind bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel in dem Raum 31 auf jeder der vier Etagen jeweils 6 Kassetten 22 im Abstand nebeneinanderstehend angeordnet, so daß sich die aus Fig. 2 ersichtliche spalten- und zeilenweise Anordnung der Kassetten 22 ergibt.

Fig. 5 läßt erkennen, daß die miteinander fluchtenden Aufnahmeschienenpaare 32 der einzelnen Etagen im Ab­ stand von der vorderen und hinteren breitflächigen Seitenwand 28 des Fahrzeuges 20 angeordnet sind und daß der Raum 31 seitlich durch zwei sich zwischen den stirnseitigen Seitenwänden 29 erstreckende Loch­ bleche oder -platten 34 begrenzt ist, die mit der zugeordneten Seitenwand auf der einen Seite einen Zuluftkanal 35 und auf der anderen Seite einen Ab­ luftkanal 36 begrenzen, der sich jeweils über die gesamte Länge und Höhe des Raumes 31 erstreckt. In dem Zuluftkanal 35 ist ein großflächiges Schweb­ stoffilter 37 angeordnet, das das zugeordnete Loch­ blech 34 abdeckt.

In dem unterhalb der Abdeckplatte 27 liegenden, durch Plattenelemente 370 begrenzten Raum 38 ist ein Gebläse 39 angeordnet, dessen Elektromotor 40 aus 12 Volt-Fahrzeugbatterien 41 gespeist ist, die in dem Raum 38 auf dem Chassis 23 stehend unter­ gebracht sind. Bei 42 ist ein Ladegerät angedeutet, das ebenfalls in dem Raum 38 angeordnet ist und es gestattet, die Batterien 41 bedarfsgemäß auf­ zuladen.

Das Gebläse 39 ist druckseitig in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise über ein Lochblech 43 an den Zuluftkanal 35 unten angeschlossen, der somit mit Zuluft beaufschlagt wird, die durch das Schwebstof­ filter 37 gereinigt und durch das benachbarte Loch­ blech 34 gleichmäßig verteilt den die Kassetten 22 enthaltenden Raum 31 im wesentlichen horizontal durchströmt, wie dies durch Pfeile 44 angedeutet ist. Das gegenüberliegende Lochblech 34 bewirkt den für eine turbulenzarme Durchströmung erforder­ lichen Druckaufbau; es läßt die Luft gleichmäßig verteilt in den Abluftkanal 36 eintreten, von dem aus die Abluft über einen Schlitz 45 in der Abdeck­ platte 27 in den Raum 38 einströmt und zu der Saug­ seite des somit im Umluftverfahren arbeitenden Gebläses 39 gelangt.

Die den Raum 31 turbulenzarm im wesentlichen waag­ recht durchströmende, von dem Gebläse 39 über das Schwebstoffilter 37 geförderte Luft gewährleistet, daß in dem Raum 31 dauernd die der jeweils geforder­ ten Reinraumklasse entsprechenden Bedingungen auf­ recht erhalten bleiben, so daß ein hochwirksamer Schutz für die in den Kassetten 22 untergebrachten Waver-Scheibchen 21 gegeben ist. Da der Elektro­ motor 40 des Gebläses 39 von den fahrzeugeigenen Batterien 41 gespeist ist, ist die geschilderte Einrichtung zur dauernden Aufrechterhaltung von Reinraumbedingungen in dem Raum 31 autark, was bedeutet, daß das Fahrzeug 20 in dem Operatorbe­ reich 19 frei bewegt und auch abgestellt werden kann, ohne daß der hochwirksame Reinraumschutz für die Kassetten 22 oder die darin unterge­ brachten Wafer-Scheibchen 21 auch nur kurzzeitig unterbrochen würde.

In einer Stirnwand 29 des Fahrzeugaufbaus 26 ist eine in den reingehaltenen Raum 31 führende Ein- und Ausbringöffnung 46 für die Kassetten 22 ausgebildet. In der Höhe dieser Ein- und Aus­ bringöffnung 46 weisen die Seitenwände 4 des Reinraums 6 (Fig. 1) entsprechende, gegebenenfalls mit Schleusen versehene Durchgabeöffnungen 47 auf, die Andockstellen bilden, an denen gefüllte Kassetten 22 durch die fluchtende Ein- oder Ausbringöffnung 46 eines in der aus Fig. 1 ersichtlichen Weise ange­ dockten Fahrzeuges 20 in den reingehaltenen Fahr­ zeugraum 31 eingebracht oder aus diesem entnommen werden können, ohne daß dadurch die Schutzwirkung verloren ginge. Wie aus Fig. 5 zu entnehmen, sind an der jeweiligen Wand 4 im Bereiche der Durchgabe­ öffnung 47 diese umgebende seitliche Abdichtmittel, bspw. in Gestalt eines Faltenbalges 48, angeordnet, die bei angedocktem Fahrzeug 20 einen partikel­ dichten Anschluß an der Übergabestelle gewähr­ leisten.

Außerdem ist im Bereiche dieser Andockstelle an der Reinraumwand 4 jeweils eine elektrische Steckdose 49 angeordnet, in die bei angedocktem Fahrzeug 20 elektrische Anschlußstecker 50 eingesteckt sind, die seitlich an dem Fahrzeug 20 vorgesehen sind und mit denen das Ladegerät 42 verbunden ist. Die Zeit, während der das Fahrzeug 20 an der Andock­ stelle angedockt ist, kann damit dazu benutzt werden, die Fahrzeugbatterien 41 aufzuladen.

Das Be- und Entladen des Fahrzeugs 20 mit den gefüllten Kassetten 22 erfolgt selbsttätig, unter Aufrechterhaltung der Reinraumbedingungen. Zu die­ sem Zwecke ist in dem reingehaltenen Raum 31 des Fahrzeugs 20 ein Greifermechanismus 51 vorgesehen, der, wie bspw. den Fig. 4 und 5 zu entnehmen, strömungsmäßig hinter dem Schwebstoffilter 37 auf der Abströmseite der den reingehaltenen Raum 31 durchströmenden Luft angeordnet ist, so daß von dem Greifermechanismus 51 freigesetzte Partikel mit der Abluft sogleich in den Abluftkanal 36 weggefördert werden und der Greifermechanismus nicht als Kontaminationsquelle für den Raum 31 wirken kann.

Die Einzelheiten des Greifermechanismus 51 sind insbesondere in den Fig. 6 bis 9 dargestellt:

Unterhalb der Abdeckplatte 27 sind an dem Fahrzeug­ aufbau 26 zwei parallele, längsverlaufende Lauf­ schienen 52 angeordnet, auf denen eine Basis­ platte 53 mittels Rollen 54 parallel zu den Aufnahme- und Führungsschienen 32 in einer in Fig. 7 durch einen Pfeil 55 angedeuteten ersten Richtung hin- und herverschieblich gelagert ist. Auf der Basisplatte 53 ist im Abstand vor den Aufnahme- und Führungsschienen 32 (Fig. 4) ein vertikales, zylindrisches Tragrohr 56 mittels eines Wälzlagers 57 um seine Vertikalachse dreh­ bar gelagert, wie dies durch einen Pfeil 58 in Fig. 7 angedeutet ist. Mit dem Tragrohr 56 ist eine mit einem 90°-Anschlag zusammenwirkende Antriebsscheibe 59 verbunden, die über einen Antriebsrundriemen 60 mit einem an der Basis­ platte 53 unten angeordneten Elektromotor 61 gekuppelt ist, der es gestattet, das Tragrohr 56 und die daran befestigten Teile entsprechend dem Pfeil 58 über einen Winkelweg von 90° hin- und herzuschwenken.

An dem Tragrohr 56 ist ein Führungsstück 62 eines Greiferkopfes 63 (Fig. 6) vertikal auf- und ab­ verschieblich gelagert, das über einen Längsschlitz 64 und einen in diesen eingreifenden Kulissenstein 65 drehfest, aber längsverschieblich mit dem Trag­ rohr 56 gekuppelt ist. Das Führungsstück 62 trägt eine Spindelmutter 66, in die eine in dem Tragrohr 56 drehbar gelagerte Gewindespindel 67 eingreift, welche durch einen unterhalb der Basisplatte 53 sitzenden und mit dieser verbundenen Elektromotor 68 in Umdrehung versetzt werden kann. Der Elektro­ motor 68 gestattet es somit, das Führungsstück 62 und damit den Greiferkopf 63 vertikal auf- und ab­ zubewegen, wie dies durch einen Pfeil 69 (Fig. 6) angedeutet ist.

Der Greiferkopf 63, dessen Einzelheiten insbesondere aus den Fig. 8 und 9 hervorgehen, weist einen zy­ lindrischen hinteren Tragteller 70 auf, der an dem Führungsstück 62 befestigt ist und mit dem über ein nach Art einer Nürnberger Schere wirkendes Scheren­ gestänge 71 ein ebenfalls im wesentlichen zylindrischer vorderer Tragteller 72 verbunden ist. Das Scheren­ gestänge 71 ist durch einen endseitig an die beiden Tragteller 70, 72 dicht angeschlossenen Faltenbalg 73 nach außen zu partikeldicht abgeschlossen; es ist auf seiner einen Seite um einen horizontalen Bolzen 74 schwenkbar an einer Führungsschiene 75 des hinteren Tragtellers 70 angelenkt und bei 76 gelenkig mit einer in der Führungsschiene 75 verti­ kal beweglichen Laufrolle verbunden. Auf der anderen Seite ist es in entsprechender Weise bei 77 mittels eines horizontalen Bolzens an eine vertikale Führungs­ schiene 78 des vorderen Tragtellers 72 angelenkt und bei 79 an einer in der Führungsschiene 78 vertikal beweglichen Laufrolle gelenkig befestigt. Zur Betätigung des Scherengestänges 71 dient ein an dem hinteren Tragteller 75 unten befestigter Elektromotor 80, der eine vertikale Antriebs­ spindel 81 antreibt, die mit einer mit der Lauf­ rolle 76 verbundenen, nicht weiter dargestellten Gewindemutter in Eingriff steht, derart, daß durch eine entsprechende, im Uhrzeiger- oder im Gegenuhr­ zeigersinn erfolgende Drehbewegung des Elektromotors 80 der vordere Tragteller 72 in einer durch einen Pfeil 82 in Fig. 8 angedeuteten horizontalen zwei­ ten Richtung bezüglich des Tragrohres 56 hin- und herbeweglich ist.

Der Tragteller 72 trägt auf seiner vorderen Seite zwei einenends Greifer 83 tragenden Greifarme 84, von denen der Greifarm 84 andernends um eine hori­ zontale Drehachse 86 innerhalb eines durch An­ schläge begrenzten Drehwinkelbereiches verschwenk­ bar gelagert ist, wie dies durch einen Pfeil 87 angedeutet ist. Der andere Greifarm 85 ist an seinem unteren Ende bei 88 ortsfest, in seiner Winkellage jedoch einstellbar, an dem vorderen Tragteller 72 befestigt.

Zur Verschwenkung des Tragarmes 84 dient ein Schwenkmechanismus, der einen mit dem Greifarm 84 im Bereiche der Drehachse 86 starr verbundenen, auf der Rückseite des Tragtellers 72 liegenden Zughebel 89 aufweist, welcher an seinem freien Ende mittels eines Seilzuges 90 und einer Umlenk­ rolle 91 mit einer drehfest gehaltenen Spindelmutter 92 gekuppelt ist, die auf einer von einem an dem Tragteller 72 angeordneten Elektromotor 93 ange­ triebenen Gewindespindel 94 sitzt. Durch ent­ sprechende Ansteuerung des Elektromotors 53 kann somit der Greifarm 84 im Zusammenwirken mit einer auf den Zughebel 89 einwirkenden und sich end­ seitig gegen ein Federwiderlager 95 abstützenden Rückholfeder 96 im Sinne des Pfeiles 87 hin- und herverschwenkt werden.

Die Basisplatte 53 ist unterhalb der Abdeckplatte 27 des Fahrzeugs 20 in der aus Fig. 4 ersichtlichen Weise angeordnet; ihr Tragrohr 56 ragt durch einen Längsschlitz 97 der Abdeckplatte 27 in den Raum 31, wie dies bspw. aus Fig. 5 zu entnehmen ist.

Die die Bewegung des Greiferkopfes 63 und der Greifer 83 steuernden Elektromotoren werden von einer gemein­ samen Steuereinheit 98 (Fig. 10) angesteuert, die den Elektromotoren ihre Befehle entweder nach einem vorgegebenen Programm, oder gemäß einer über eine Eingabetastatur 99 eingegebenen Programmschritt­ folge übermittelt. Ein angeschlossener Monitor 100 gestattet es, den Bewegungsablauf und damit das Ein- und Ausbringen einer Kassette 22 in den rein­ gehaltenen Raum 31 eines angedockten Fahrzeugs 20 zu überwachen.

In dem Blockschaltbild nach Fig. 10 sind die von der Steuereinheit 98 angesteuerten Elektromotoren zu­ sammen mit den von diesen erzeugten Bewegungen entsprechend den diesen zugeordneten, in die einzelnen Figuren eingetragenen Pfeilrichtungen angegeben. Die Linearbewegung der Basisplatte 53 auf den Laufschienen 52 (Fig. 7) wird dabei durch einen an der Basisplatte 53 unten angeordneten Elektromotor 101 erzeugt, der eine Seilrolle 102 trägt, um die ein endseitig an dem Fahrzeugaufbau 26 befestigtes, sich über die Länge des Raumes 31 erstreckendes Zugseil 103 geschlungen ist. Mit 104 schließlich ist in Fig. 10 eine bspw. in dem Zuluft­ kanal 35 angeordnete, von der von dem Gebläse 39 geförderten durchströmte Ionisationseinrichtung bezeichnet, die programmgemäß zeitweilig aktiviert werden kann, um die Luft in dem reingehaltenen Raum 31 zu ionisieren. Außerdem kann die Steuereinheit 98 noch weitere Schnittstellen für den Anschluß von Türöffnungs- oder -schließmechanismen zum Öffnen oder Schließen der Ein- und Ausbringöffnung 46 oder der Durchgabeöffnung 47 bei angedocktem Fahrzeug 20 aufweisen, was im einzelnen aber nicht weiter dargestellt ist.

Der Bewegungsablauf des Greifermechanismus 63 bei einem typischen Entnahme- und Ausbringvorgang einer Kassette 22 ist aus den Fig. 4 bis 9 ohne weiteres abzulesen:

Durch entsprechende Ansteuerung der Elektro­ motoren 68 und 101 (Fig. 6, 7) wurde der Greifer­ kopf 63 an die Stelle und auf die Höhe der gerade zu entnehmenden Kassette 22 gefahren.

Ausgehend von der so erreichten Stellung nach Fig. 4 wird durch den entsprechende Steuerbefehle erhalten­ den Elektromotor 80 der vordere Tragteller 72 bei geöffneten Greifarmen 84, 85 soweit vorbewegt bis er an der zur ergreifenden Kassette 22 anliegt. Daraufhin schwenkt der Elektromotor 93 die Greif­ arme 84, 85 aufeinander zu (Fig. 9), bis die beiden Greifer 83 an der Kassette 22 anliegen und damit fest mit dieser verbunden sind.

Durch kurzzeitige weitere Ansteuerung des Elektro­ motors 68 wird die ergriffene Kassette nunmehr aus ihren Aufnahme- und Führungsschienen 32 nach oben zu ausgehoben, worauf der Elektromotor 80 des Greiferkopfes 63 die Kassette 22 zwischen den benachbarten Kassetten 22 aus der Reihe herausnimmt (Fig. 5), so daß sie in einem nächstfolgenden Schritt durch den Elektromotor 61 zusammen mit dem Tragrohr 56 um 90° geschwenkt werden kann.

Mit dieser Ausrichtung wird die Kassette 22 sodann durch entsprechende Ansteuerung der Elektromotoren 68 und 101 auf die Höhe der Ein- und Ausbringöffnung 46 abgesenkt und in Richtung auf diese zu soweit vorbewegt, bis die Kassette in der Ein- und Ausbring­ öffnung 46 angelangt ist. Durch anschließende An­ steuerung des Elektromotors 80 wird die Kassette daraufhin durch die inzwischen geöffnete Durchgabe­ öffnung 47 auf die Arbeitsfläche 8 des Reinraumes 6 (Fig. 1) bewegt, womit der Entnahmevorgang nach dem Öffnen der Greifarme 84 durch den Elektromotor 93 abgeschlossen ist.

Das Einbringen einer gefüllten Kassette 22 aus dem Reinraum 6 in den Raum 31 des Fahrzeugs 20 erfolgt in umgekehrter Reihenfolge.

Das Fahrzeug 20 ist bei der beschriebenen Aus­ führungsform ohne Eigenantrieb ausgebildet; es wird deshalb von einer Bedienungsperson in dem Operatorbereich 19 verfahren und angedockt. Grund­ sätzlich sind naturgemäß aber auch Ausführungsformen denkbar, bei denen das Fahrzeug 20 auf vorgegebenen Wegen, bspw. durch ein induktives Wegschleifensystem, oder schienengebunden, geführt ist. Eine solche in­ duktive Wegschleife ist in Fig. 1 bei 105 angedeutet. Wenn solche eigenen Leit- und Führungseinrichtungen für das Fahrzeug 20 vorhanden sind, kann auch auf die Mitführung eigener Fahrzeugbatterien 41 ver­ zichtet werden, da dann induktive oder mechanische Stromabnehmereinrichtungen vorgesehen werden können, die die mobile Energieversorgung der Einrichtungen des Fahrzeugs 20 einschließlich dessen Antriebsmotoren er­ möglichen. Solche Stromabnehmereinrichtungen können entweder mechanisch sein oder induktiv wirken, wie dies an sich bekannt ist.

Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel nach Fig. 1 ist das Fahrzeug 20 in dem Graubereich 19 verfahrbar. Grundsätzlich wäre es auch denkbar, das Fahrzeug 20 unmittelbar in dem Reinraum 6 und dort in dem Operatorbereich zwischen den beiden entsprechend verlängerten Trennschürzen 17 vorzusehen, worauf der Ordnung halber hingewiesen sei.

Claims (22)

1. Einrichtung zur Handhabung und Behandlung kontamina­ tionsempfindlicher Gegenstände, wie Halbleiterteile (Wafers) oder ähnlicher Produkte unter Reinraumbe­ dingungen, mit wenigstens einem Arbeitsflächen ent­ haltenden Reinraumbereich zur Behandlung der Gegen­ stände und einem Operatorbereich geringerer Reinheit, in dem die Gegenstände in Kassetten oder dergl. Be­ hälter untergebracht, gehandhabt und transportiert werden, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Operator­ bereich (19) wenigstens ein ortsbewegliches Fahrzeug (20) vorgesehen ist, das zumindest einen im wesent­ lichen geschlossenen Raum (31) mit Mitteln (32) zur geordneten Aufnahme einer Anzahl Kassetten (22) auf­ weist, daß dem Raum (31) eine fahrzeugeigene Ein­ richtung (37, 39, 41) zur dauernden Aufrechterhaltung von Reinraumbedingungen in diesem Raum (31) zugeord­ net ist, daß an dem Fahrzeug (20) Mittel (63) zum Ein- und Ausbringen von Kassetten (22) in bzw. aus dem Raum (31) unter Aufrechterhaltung der Reinraum­ bedingungen für die Gegenstände (21) angeordnet sind und daß das Fahrzeug (20) zum Andocken seines rein­ gehaltenen Raumes (31) an eine Übergabestelle (47) des Reinraumbereiches (6) eingerichtet ist.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die fahrzeugeigene Einrichtung zur Auf­ rechterhaltung der Reinraumbedingungen ein Ge­ bläse (39), diesem druckseitig nachgeordnete Fil­ termittel (37) und daran anschließende Luftleit­ einrichtungen (34) aufweist, durch die eine im wesentlichen gleichmäßige laminare Durchströmung des reingehaltenen Raumes (31) mit der gefilter­ ten Luft bewirkt ist, und daß das Gebläse (39) im Umluftverfahren betrieben ist.

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeich­ net, daß in dem reingehaltenen Raum (31) dauernd ein Überdruck gegenüber der Umgebung aufrechter­ halten ist.

4. Einrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der reingehaltene Raum (31) von ei­ nem kasten- oder kammerartigen Teil des Fahrzeug­ aufbaus (26) umgrenzt ist, der im Bereiche wenig­ stens einer Wand (29) eine Ein- und/oder Ausbring­ öffnung (46) für die Kassetten (22) aufweist.

5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeich­ net, daß in der Nähe zumindest einer den reinge­ haltenen Raum (31) begrenzenden Wand (28) wenig­ stens ein mit der Druckseite des Gebläses (39) in Verbindung stehender Luftverteilungskanal (35) ausgebildet ist, der zu dem Raum (31) hin durch Filtermittel (37) und/oder Luftverteilerelemente (34) begrenzt ist.

6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekenn­ zeichnet, daß in der Nähe zumindest einer den reingehaltenen Raum (31) begrenzenden Wand (28) ein mit der Saugseite des Gebläses (39) in Verbin­ dung stehender Abluftkanal (36) ausgebildet ist, der Drosselmittel (34) für die abströmende Luft enthält oder durch solche zu dem Raum (31) hin be­ grenzt ist.

7. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprü­ che, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel (63) zum Ein- und Ausbringen der Kassetten (22) in dem reingehaltenen Raum (31) in einem strömungsmäßig hinter den Filtermitteln (37) liegenden Bereich auf der Abströmseite der den Raum (31) durchströ­ menden Luft angeordnet sind.

8. Einrichtung nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Luftverteilerelemente und/oder die Drosselmittel Loch- oder Schlitzplatten (34) auf­ weisen.

9. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zur geordne­ ten Aufnahme der Kassetten (22) in dem reingehalte­ nen Raum (31) regalartig übereinander und/oder nebeneinander angeordnete Auflageelemente (32) für die Kassetten ( 22) aufweisen.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageelemente parallel zueinander ange­ ordnete Auflage- und Führungsschienen (32) für die Kassetten (22) aufweisen.

11. Einrichtung nach Anspruch 4 und einem der Ansprüche 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Mittel zum Ein- und Ausbringen der Kassetten (22) wenig­ stens einen in dem reingehaltenen Raum (31) längs vorgegebener Führungsbahnen (52, 56) wahlweise be­ wegbaren Greifermechanismus (51) aufwei­ sen, durch den jeweils wenigstens eine Kassette (22) ergreifbar und auf einem Weg zwischen einer Ein- und/oder Ausbringöffnung (46) und einem ent­ sprechenden Standplatz auf den Auflageelementen (32) hin- und herbewegbar ist.

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeich­ net, daß der Greifermechanismus einen Greiferele­ mente (84, 85) tragenden Greiferkopf (63) auf­ weist, der auf den Führungsbahnen zumindest in ei­ ner parallel zu den Auflageelementen (32) verlau­ fenden ersten Richtung (55) und einer dazu recht­ winkligen zweiten Richtung (69) bewegbar und um wenigstens eine Achse (58) schwenkbar gelagert ist.

13. Einrichtung nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekenn­ zeichnet, daß der Greifermechanismus eine zugeord­ nete, insbesondere programmgesteuerte Folgesteue­ rungseinrichtung (98) aufweist, durch die seine einzelnen Bewegungsvorgänge beim Ein- und Ausbringen einer Kassette (22) selbsttätig steuerbar sind.

14. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der reingehaltene Raum (31) zumindest teilweise durch durchsichtige Wände (28, 29) oder Wandteile begrenzt ist.

15. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Aufrechterhaltung der Reinraumbedingungen in einem unterhalb des reingehaltenen Raumes (31) liegenden Teil des Fahrzeugaufbaus (26) angeordnet ist.

16. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Auf­ rechterhaltung der Reinraumbedingungen eine eigene fahrzeugeigene Stromquelle (41) aufweist, der gege­ benenfalls Anschlußeinrichtungen (50) für eine wenigstens zeitweilige externe Stromzuführung zuge­ ordnet sind.

17. Einrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeich­ net, daß den Anschlußeinrichtungen (50) des Fahr­ zeugs (20) entsprechende Anschlußelemente (49) einer Stromquelle zugeordnet sind, die bei an der Andockstelle stehendem Fahrzeug (20) mit den An­ schlußeinrichtungen (50) verbindbar ist.

18. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß auf dem Fahrzeug (20) eine zumindest zeitweise aktivierbare Ionisations­ einrichtung (104) für die den reingehaltenen Raum (31) durchströmende Luft angeordnet ist.

19. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Operatorbereich (19) eine Führungs- und/oder Leiteinrichtung (105) für das fremdgesteuerte Fahrzeug (20) angeordnet ist.

20. Einrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeich­ net, daß das Fahrzeug (20) Stromabnehmermittel auf­ weist, die mit Stromzuführungseinrichtungen der Führungs- und/oder Leiteinrichtung (105) zusammen­ wirkend ausgebildet sind.

21. Einrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassetten (22) of­ fen sind.

22. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 21, da­ durch gekennzeichnet, daß die Kassetten (22) geschlos­ sen sind.