Vorrichtung zum Ein- oder Auspacken oder Sortieren von stapelbaren Gegenständen, insbesondere von Wafern

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ein- oder Auspacken von stapelbaren Gegenständen, wie von Wafern, insbesondere Siliziumwafern, in oder aus Transportbehältern, oder zum Sortieren von stapelbaren Gegenständen, wie Wafern, insbesondere Siliziumwafern, in Transportbehältern, wobei mehrere Magazine vorgesehen sind, die jeweils Verpackungsmaterial oder Transportbehälter aufnehmen können, und wobei ein Roboter vorgesehen ist, der stapelbare Gegenstände aus Transportbehältern entnehmen oder in Transportbehälter einlegen kann.

Die Erfindung wird vorteilhaft bei Halbleiterscheiben, sogenannten Siliziumwafern, angewendet, kann aber auch auf entsprechende Scheiben (Wafer) aus anderem Material angewendet werden, die ähnliche Abmessungen haben, etwa für Solarzellen. Die Erfindung kann aber ganz allgemein auf stapelbare Gegenstände (Schachteln, Kisten, Kataloge, Bücher, ...) angewendet werden, die in Transportbehälter eingeordnet, aus diesen entnommen oder die einfach sortiert werden sollen.

Siliziumwafer werden als Standardwafer mit einem Durchmesser von 24-300mm und einer Dicke von 275-775mm gefertigt. Um den Durchsatz bei der Produktion zu erhöhen, werden in der Regel Durchmesser von etwa 300mm bevorzugt.

Unabhängig vom Durchmesser können aber auch dünne Wafer hergestellt und mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung bearbeitet werden, deren Dicke bis auf 50mm abgesenkt wird.

Beim Verpackungsprozess von Wafern werden verschiedene Verpackungsmaterialien benötigt, die jeweils in eigenen Magazinen aufbewahrt werden. So werden in der Regel zwischen zwei Wafer Trennblätter gelegt und auf bzw. unter den letzten Wafer Dämpfungsschichten gelegt, z.B. Schaumstoffschichten, um die Wafer beim Transport in der Transportbox zu schützen. Ein Transportbehälter kann dabei einen oder mehrere Wafer enthalten.

Die in Transportbehälter zu verpackenden Wafer selbst sind in Behältern abgelegt, meist in einem sogenannten FOUP (Front Opening Unified Pod). Ein FOUP ist ein geschlossener Behälter, der nur innerhalb der jeweiligen Prozess- oder Messanlagen an der Vorderseite geöffnet wird und gleichsam einen kleinen abgekapselten Reinraum darstellt. Ein FOUP beinhaltet typischerweise 20-30 Wafer.

Die Wafer werden beim Verpacken von einem Roboter aus den jeweiligen Behältern (FOUPs) entnommen und in den Transportbehälter geschichtet. Die Verpackungsmatehalen werden beim Verpacken von einem Greifer, z.B. einem Vakuumgreifer (Chuck) aus den jeweiligen Magazinen entnommen und ebenfalls in den Transportbehälter geschichtet. Beim Auspacken aus dem Transportbehälter werden das Verpackungsmaterial vom Greifer und die Wafer vom Roboter schichtweise herausgenommen und in die entsprechenden Magazine bzw. Behälter (FOUPs) gelegt. Bei den bisher bekannten Vorrichtungen zum Ein- oder Auspacken von Wafern sind die Magazine linear hinter- bzw. nebeneinander angeordnet. Die Magazine müssen bei diesen Vorrichtungen oft von drei Seiten beladen werden. Da die öffnungen zum Beladen der Vorrichtung in einem Reinraum angeordnet sein müssen, ist eine Standfläche im Reinraum mit den Abmessungen der Vorrichtung selbst (z.B. 1500x2300mm) plus zumindest 1 m Spielraum zum Beladen und Entladen der Vorrichtung vorzusehen, insgesamt also etwa z.B 3500x3300mm.

Die lineare Anordnung der Magazine bedingt auch einen langsameren Verpackungsprozess durch die großen Distanzen zwischen den Magazinen, die ein oder mehrere Roboter zurücklegen müssen und durch die häufige Waferübergabe.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die weniger Platz, insbesondere in Reinraumatmosphäre, benötigt.

Dies wird gemäß Anspruch 1 dadurch erreicht, dass mehrere Magazine um eine gemeinsame waagrechte Achse drehbar und in der gleichen senkrechten Ebene angeordnet sind. Dadurch, dass die Magazine gleichsam wie auf einem Rad

montiert sind, können die Magazine mit den Transportbehältern durch Drehung zum Roboter, der die Wafer einlegt bzw. herausnimmt, hinbewegt werden. Ebenso können die Magazine mit den Verpackungsmatehalen zu den Greifern hingedreht werden bzw. die Transportbehälter können zu den Greifern hin bewegt werden, wo das aufgenommene Verpackungsmaterial in den Transportbehälter eingelegt wird.

Aufgrund der erfindungsgemäßen Anordnung der Magazine ist es möglich, dass nur eine öffnung zum Be- und Entladen der Magazine in der Vorrichtung vorgesehen ist. Der bekannte Stand der Technik weist wie eingangs erwähnt mehrere öffnungen für die Be- und Entladung der Magazine auf.

Eine konstruktiv besonders einfache Ausführungsform der Erfindung sieht vor, dass zwei identische Drehsterne vorgesehen sind, die mehrere von der Drehachse radial nach außen verlaufende Arme aufweisen, und zumindest ein Magazin zwischen diesen Drehsternen, insbesondere zwischen einem Arm des ersten und einem Arm des zweiten Drehsterns, befestigt ist.

Um sicherzustellen, dass die Magazine in jeder Stellung horizontal ausgerichtet ist, kann vorgesehen werden, dass die Drehachsen der beiden Drehsterne zwar parallel, aber gegeneinander verschoben sind. Die Drehachsen der beiden Drehsterne liegen also nicht auf der gleichen waagrechten Achse, sondern die Drehachse des ersten Drehsterns befindet sich beispielsweise in derselben horizontalen Ebene wie jene des zweiten Drehsterns, aber nach vorne oder hinten verschoben. Allerdings bleiben die Drehachsen der beiden Drehsterne parallel zueinander, damit sie eine gemeinsame Drehung durchführen können.

Dies kann wiederum besonders einfach gelöst werden, indem der erste Drehstern angetrieben ist und der zweite Drehstern vom ersten Drehstern angetrieben wird.

Um das Verpackungsmaterial bewegen zu können, ist vorgesehen, dass oberhalb der Magazine zumindest ein Greifer angeordnet ist, der Verpackungsmaterial anheben bzw. ablegen kann. Im einfachsten Fall ist dies ein Vakuumgreifer. Durch die Anordnung oberhalb der Magazine kann ebenfalls Platz gespart werden.

Um die Gegenstände, insbesondere Wafer, bearbeiten (z.B. Wafer in einem Prealigner ausrichten) oder zwischenzeitlich ablegen zu können, kann vorgesehen werden, dass neben den Magazinen eine Ablagefläche angeordnet ist, wo stapelbare Gegenstände abgelegt oder bearbeitet werden können. Ein besonders schnelles und einfaches Verfahren zum Betrieb einer erfindungsgemäßen Vorrichtung beim Verpacken von stapelbaren Gegenständen, wie Wafern, insbesondere Siliziumwafern, besteht darin, dass in einer ersten

Position der Magazine aus einem Magazin mit Verpackungsmaterial ein Stück

Verpackungsmaterial entnommen wird, in einer zweiten Position das entnommene Verpackungsmaterial in einen leeren

Transportbehälter gelegt wird, in einer dritten Position in den nun gefüllten Transportbehälter mittels des

Roboters ein Gegenstand eingelegt wird, in einer vierten Position aus einem Magazin mit Verpackungsmaterial ein weiteres Stück Verpackungsmaterial entnommen wird, in einer fünften Position das entnommene Verpackungsmaterial auf den

Gegenstand im Transportbehälter gelegt wird.

Wenn dabei ein Magazin mit dem Transportbehälter so angeordnet ist, dass gleichzeitig aus einem anderen Magazin mit Verpackungsmaterial ein Stück Verpackungsmaterial entnommen werden kann, dann können die Schritte von dritter und vierter Position gleichzeitig ausgeführt werden, dritte und vierte Position sind identisch.

Analog ist es beim Auspacken von Gegenständen, wie Wafern aus Transportbehältern, dabei ist vorgesehen, dass: in einer ersten Position der Magazine ein Stück Verpackungsmaterial aus einem

Transportbehälter entnommen wird, in einer zweiten Position das entnommene Verpackungsmaterial in ein Magazin für Verpackungsmaterial abgelegt wird, in einer dritten Position der Gegenstand mittels des Roboters aus dem Transportbehälter entnommen wird, in einer vierten Position aus dem Transportbehälter ein weiteres Stück

Verpackungsmaterial entnommen wird, in einer fünften Position das weitere Stück Verpackungsmaterial in einem Magazin für Verpackungsmaterial abgelegt wird.

Bei entsprechender Anordnung der Magazine kann wieder erreicht werden, dass zweite und dritte Position identisch sind und somit die für diese Positionen vorgesehenen Schritte gleichzeitig durchgeführt werden.

Beim Sortieren von stapelbaren Gegenständen, wie Wafern, insbesondere Siliziumwafern, geht es darum, die Gegenstände in einer anderen Reihenfolge in den gleichen oder in einen oder mehrere andere gleichartige Transportbehälter einzuordnen, im Sinne der obigen Beschreibung also um einen Vorgang des

Auspackens gefolgt von einem Vorgang des Verpackens. In diesem Sinne können die vorgenannten Schritte entsprechend kombiniert werden. So könnten etwa Gegenstände aus einem ersten Transportbehälter auf mehrere andere Transportbehälter aufgeteilt werden, die durch entsprechende Drehung in eine Stellung gebracht werden, in welcher der Roboter den Gegenstand in einen bestimmten Transportbehälter einlegen kann.

Falls Gegenstände behandelt werden, die ohne Verpackungsmaterial aufeinander gestapelt werden können, so vereinfacht sich das Auspacken bzw. Verpacken, weil die Schritte betreffend das Verpackungsmaterial weggelassen werden können.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in den Figuren dargestellt und wird im Folgenden erläutert. Dabei zeigen:

Fig. 1 zeigt eine Ansicht der Magazine in einer drehbaren Anordnung, Fig. 2 zeigt schematisch eine mögliche Position der Magazine, Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung.

In Fig. 1 ist schematisch die Anordnung von sechs Magazinen 1-6 gezeigt. Die Magazine sind im Wesentlichen quadratische Platten, auf die Behälter mit Verpackungsmaterialen bzw. einzelne Transportbehälter gestellt werden können.

Jedes Magazin 1 -6 ist drehbar mit jeweils einem Arm 8, 10 der beiden Drehsterne 7, 9 verbunden.

Die Drehachsen der Drehsterne 7, 9 stehen senkrecht zur Ebene der Drehsterne und sind somit waagrecht ausgerichtet. Allerdings sind die Drehachsen in horizontaler Ebene etwas gegeneinander verschoben, aber immer noch parallel. Die Drehachse des ersten Drehsterns 7 liegt daher weiter vorne als jene des zweiten Drehsterns 9. Dadurch ist sichergestellt, dass die Magazine 1 -6 in jeder Stellung waagrecht ausgerichtet sind, ohne dass dafür weitere konstruktive Maßnahmen notwendig wären. Die Verschiebung der Drehachsen gegeneinander ist auch aus dem Ort der Befestigung der Arme 8, 10 an den Magazinen 1 -6 ersichtlich: die Arme 8 des ersten Drehsterns 7 sind vor der Mitte der Magazine an den Magazinen 1 -6 befestigt, die Arme 10 des zweiten Drehsterns 9 greifen hinter der Mitte der Magazine 1 -6 an. Nicht dargestellt sind in Fig. 1 der Antrieb für den ersten Drehstern 7 und die Kopplung des ersten Drehsterns 7 mit dem zweiten Drehstern 9. Es sind verschiedene Kopplungen der beiden Drehsterne denkbar.

In Fig. 2 sind nochmals schematisch die Drehsterne, hier repräsentiert vom ersten Drehstern 7 mit seinen sechs Armen 8, und die Magazine 1 -6 dargestellt. In dieser Darstellung sind auch die Greifer 11 und 12 zu erkennen, die als Vakuumgreifer ausgebildet sind, und die zum Anheben bzw. Ablegen von Verpackungsmaterial dienen. Diese sind so angeordnet, dass sie sich genau über den beiden Magazinen befinden, wenn diese ihre höchste Position erreicht haben. In der dargestellten Position sind dies die Magazine 2 und 3. Der erste Greifer 11 ist zum Greifen von Trennblättern ausgebildet. Diese

Trennblätter werden beim Verpacken zwischen zwei Wafer eingelegt. Der zweite Greifer 12 ist zum Greifen von Dämpfungsschichten, wie z.B. einer Schaumstoffschicht ausgebildet. Es wird jeweils zumindest eine Dämpfungsschicht auf den Boden des Transportbehälters und eine

Dämpfungsschicht als letzte Schicht auf den Stapel aus Wafern gelegt, welche dann am Deckel des verschlossenen Transportbehälters anliegt.

Die Drehachse der Drehsterne 7, 9 liegt im Schnittpunkt der Arme 8, 10 der Drehsterne. In Fig. 3 ist die Draufsicht auf eine erfindungsgemäße Vorrichtung dargestellt, bei welcher die Oberseite des Gehäuses abgenommen ist, sodass man in das Innere sehen kann. Der linke Teil der Vorrichtung stellt einen sogenannten Prealigner 13 dar. Dieser weist eine ebene waagrechte Arbeitsfläche auf, die sich in etwa auf der gleichen Ebene wie die Drehachsen der beiden Drehsterne 7, 9 befindet, also bezüglich der Stellung der Drehsterne gemäß Fig. 2 auf der Höhe der beiden Magazine 1 und 4.

Auf der Arbeitsfläche ist ein Roboter mit einem Roboterarm 14 angeordnet. Am Ende des Roboterarms ist eine Einrichtung 15 zum Halten von Wafern. Die Behälter (FOUPs 16) für die zu verpackenden bzw. ausgepackten Wafer werden an der Vorderseite des Prealigners 13 angedockt.

Rechts neben dem Prealigner 13 ist das Gehäuse 17 für die erfindungsgemäße Anordnung der Magazine 1 -6 vorgesehen. Von oben sind lediglich die beiden Greifer 11 , 12 zu sehen. Das Gehäuse 17 hat an der Vorderseite eine Klappe 18, durch welche die Magazine beladen werden können. Das Gehäuse des Prealigners 13 und das Gehäuse 17 für die Magazine sind so miteinander verbunden, dass der Roboterarm 14 Wafer zu und von den Magazinen 1 -6 fördern kann.

Ein möglicher Verpackungsvorgang kann - mit Bezug auf die Fig. 2 und 3 - so aussehen: Durch die öffnung 18 werden Magazine 1 und 4 mit jeweils einem Transportbehälter beladen, die Magazine 2 und 5 mit Trennblättern und die

Magazine 3 und 6 mit Schaumstoffschichten.

Zuerst wird in der in Fig. 2 dargestellten Position des Drehsterns 7 vom Greifer 12 eine Schaumstoffschicht aufgenommen. Dann wird der Drehstern 7 um ein Magazin im Uhrzeigersinn gedreht, sodass das Magazin 4 unterhalb des Greifers 12 zu stehen kommt. Der Greifer 12 legt nun die Schaumstoffschicht in den leeren

Transportbehälter des Magazins 4. Das Magazin 4 wird nun wieder um ein Magazin gegen den Uhrzeigersinn zurückgedreht, sodass es sich wieder in der in Fig. 2 dargestellten Position befindet. Hier wird dann mittels des Roboterarms 14 ein Wafer aus einem FOUP 16 in das Magazin 4 auf die Schaumstoffschicht gelegt. Der Greifer 11 kann währenddessen ein Zwischenblatt aus dem Magazin 2 aufnehmen. Anschließend wird das Magazin 4 unter den Greifer 11 gedreht, wo der Greifer 11 ein Zwischenblatt auf den Wafer ablegt.

Es kann dann durch Drehen des Magazins 4 auf die ursprüngliche Position in Fig. 2 oder auf die Position des Magazins 1 in Fig. 2 gedreht werden, sodass ein weiterer Wafer eingelegt werden kann, dann wieder ein Zwischenblatt, und so weiter.

Sind alle Wafer in den Transportbehälter abgelegt worden, so wird das Magazin mit dem befüllten Transportbehälter unter den Greifer 12 bewegt, der zuvor eine Schaumstoffschicht aufgenommen hat, und die Schaumstoffschicht wird auf den letzten Wafer gelegt. Der Transportbehälter kann nun durch die öffnung 18 wieder entnommen und verschlossen werden.

Analog läuft ein Verfahren ab, wo Wafer aus einem befüllten Transportbehälter ausgepackt und in FOUPs 16 umgepackt werden: die Schaumstoffschichten bzw. Trennblätter werden nach Drehen des Magazins mit dem befüllten Transportbehälter unter die Greifer 11 , 12 aus dem Transportbehälter entnommen und von den Greifern in den entsprechenden Magazinen 2, 3, 5, 6 abgelegt, wobei die Magazine 2, 3, 5, 6 dazu entsprechend unter den Greifern 11 , 12 positioniert werden.

Selbstverständlich können bei anderen Ausführungsformen mehr oder weniger Magazine zum Einsatz kommen, die Drehsterne können also mehr oder weniger Arme 8, 10 aufweisen.

Die Magazine müssen auch nicht an Armen 8, 10 befestigt sein, sondern können auch an einem Ring, der durch Speichen mit der Drehachse verbunden ist, befestigt sein.

Vorteilhaft an der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist jedenfalls, dass durch die Anordnung der Magazine auf einer radförmigen Konstruktion nur ein Gehäuse von einer Magazinbreite benötigt wird und dadurch schon Platz in Form von teurer Reinraumfläche gespart wird. Auch können dadurch alle Magazine von einer Seite befüllt werden, was ebenfalls Reinraumfläche einspart, weil nur auf einer Seite der Vorrichtung Platz für den Zugang zur Vorrichtung vorgesehen werden muss. Es muss auch nicht mehr die gesamte Vorrichtung im Reinraum angeordnet werden, sondern es ist ausreichend, nur die Vorderseite, von der aus die Magazine beladen werden, in der Reinraumwand einzubauen.

Bezuqszeichen:

1 erstes Magazin

2 zweites Magazin

3 drittes Magazin

4 viertes Magazin

5 fünftes Magazin

6 sechstes Magazin

7 erster Drehstern

8 Arm des ersten Drehsterns 7

9 zweiter Drehstern

10 Arm des zweiten Drehsterns 9

11 erster Greifer

12 zweiter Greifer

13 Prealigner

14 Roboterarm

15 Einrichtung zum Halten von Wafern

16 FOUP

17 Gehäuse für Magazine

18 Klappe