DE3242944A1

DE3242944A1 - Luftkissentransportsystem

Info

Publication number: DE3242944A1
Application number: DE19823242944
Authority: DE
Inventors: Charles C. 01887 Wilmington Mass. Baker; Perry S. 02144 Somerville Mass. Banks; Patrick F. 03055 Milford N.H. Raduazzo
Original assignee: GCA Corp
Current assignee: GCA Corp
Priority date: 1981-12-01
Filing date: 1982-11-20
Publication date: 1983-07-14
Also published as: US4444531A; FR2517283B1; FR2517283A1; GB2112340A; JPS58148116A; GB2112340B

Description

HOEGER, STEkLRECHT ^PARTNER^ 2 Λ?9 L L

P A T. .S -N .T A Ν-«* Α·-ί_» T Ε*· UHLANDSTRASSE λ λ C D 70Ο0 STUTTGART I

A 45 39ο b Anmelders GCA Corporation k - 176 2o9 Burlington Road

19. November 1982 Bedford, Mass. ol73o

USA

Luftkissentransportsystem

Die Erfindung betrifft ein Luftkissentransportsystem zum Transportieren von Gegenständen, die mindestens eine flache Seitenfläche besitzen, mit einer Luft" kissenschiene mit einer flachen, zumindest im wesentlichen horizontalen Oberseite mit öffnungen,über die der Oberseite der Luftkissenschiene Luftströmungen zur Erzeugung eines Luftkissens zwischen der Oberseite der Schiene und dem jeweils zu transportierenden Gegenstand zuführbar sind, und mit längs der Luftkissen-» schiene vorgesehenen Leiteinrichtungen.

Luftkissen- bzw. Luftschienentransportsystem wurden in verschiedenen Ausführungsformen für den Transport von verschiedenen Arten von Gegenständen entwickelt. Speziell haben solche Systeme in der Halbleiterindustrie für den Transport von Siliziumplättchen aus Magazinen zu Bearbeitungsstationen und zurück und zum Transport zwischen den einzelnen Bearbeitungsstationen Verwendung gefunden. Im allgemeinen arbeiten

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diese Luftkissentransportsysteme mit einer Schiene mit einer im wesentlichen flachen, horizontalen Oberfläche, in der eine Anzahl von Öffnungen vorgesehen ist, um einen Luftstrom zu erzeugen, der unter den zu transportierenden Gegenständen ein Luftkissen bildet.

Die Gegenstände werden während ihres Transports direkt bzw. mechanisch auf dem gewünschten Laufweg gehalten; es sind jedoch auch verschiedene selbstzentrierende Systeme entwickelt worden, die dazu dienen, leichte Gegenstände, wie z.B. Halbleiterplättchen, auf ihrer Transportbahn zu halten, ohne mechanisch direkt auf sie einzuwirken.

Bei einigen Systemen, bei denen es erwünscht ist, den Laufweg größerer Gegenstände so zu steuern, daß diese nicht in Kontakt mit Teilen des Transportsystems kommen, wurden längs der Seitenwände einer Transportbahn sowie unterhalb der Transportschiene sogenannte "Luftlager" vorgesehen.- Bei diesen Systemen sind die Seitenwände im wesentlichen ebenso ausgebildet wie die Haupttransportschiene; es wird also zwischen den Gegenständen und e iner Wand ein Luftkissen erzeugt, wobei die Luftdüsen, mit deren Hilfe das Luftkissen erzeugt wird, im allgemeinen gegen den zu transportierenden Gegenstand gerichtet sind und senkrecht von den Seitenwänden ausgehende, d.h. also normalerweise horizontale, Luftströmungen erzeugen. Beim Transport relativ dünner

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Gegenstände, wie z.B. Masken oder Halbleiterplättchen, haben sich jedoch diese seitlichen Luftströmungen nicht als besonders wirksam erwiesen.

Speziell bei Masken für die Herstellung von Halbleiterschaltungen ist es normalerweise erwünscht, die Bewegung und Positionierung der einzelnen Masken genau zu steuern, da jede Maske an der Bearbeitungs- bzw. Belichtungsstation sehr genau positioniert und ausgerichtet werden muß, ehe ein Halbleiterplättchen durch die Maske hindurch mit einem Muster belichtet werden kann, was zu dem fotolithografischen Herstellungsverfahren gehört. Es ist außerdem sehr erwünscht, einen direkten körperlichen Kontakt zwischen einer Maske und Teilen der Transporteinrichtung, wo immer dies mög-1 ich ist, zu vermeiden, da als Abrieb mikroskopisch kleine Staubpartikel entstehen können, welche, wenn sie auf die Oberfläche der Maske gelangen, zu Fehlern in den Halbleiterschaltungen führen können, so daß die Gefahr besteht, daß die Ausbeute an brauchbaren integrierten Halbleiterschaltungen, zu denen die Halbleiterplättchen verarbeitet werden, beträchtlich verringert wird.

Ausgehend vom Stande der Technik und der vorstehend aufgezeigten Problematik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Luftkissentransportsystem anzugeben, mit dem es möglich ist, Gegenstände ohne direkten mechanischen Kontakt mit Teilen des Transportsystems

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zu transportieren, wobei gleichzeitig angestrebt wird, die Gegenstände während des Transports in einer sehr genau vorgegebenen Lage bezüglich des Transportwegs zu halten.

Diese Aufgabe wird bei einem Luftkissentransportsystem der eingangs beschriebenen Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Leiteinrichtungen eine Schiene umfassen, die längs einer Kante.der Luftkissenschiene angeordnet ist und angrenzend an die Schiene eine im wesentlichen vertikale, flache Oberfläche besitzt,und daß längs der Grenze zwischen der Luftkissenschiene und der zu den Leiteinrichtungen gehörigen Schiene eine Anzahl von in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Düsenöffnungen vorgesehen ist, mit deren Hilfe längs der flachen Oberfläche der zu den Leiteinrichtungen gehörigen Schiene senkrechte Luftströmungen erzeugbar sind.

Der entscheidende Vorteil des Luftkissentransportsystems gemäß der Erfindung besteht darin, daß einerseits ein direkter mechanischer Kontakt der zu transportierenden Gegenstände mit Teilen des Transportsystems vermieden wird und daß andererseits eine einwandfreie Positionierung der Gegenstände bezüglich des Transportweges erfolgt, so daß das System mit Vorteil für den Transport von Masken bei der Halbleiterherstellung eingesetzt werden kann. Dabei arbeitet das erfindungsgemäße Transportsystem sehr zuverlässig, obwohl es relativ einfach und billig aufgebaut ist.

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Die besonderen Vorzüge des erfindungsgemäßen Systems sind dabei darauf zurückzuführen, daß die vertikalen Luftströme, die angrenzend an die zu den Leiteinrichtungen gehörige Leitschiene erzeugt werden, auf den zu transportierenden Gegenstand eine dynamische Wechselwirkung ausüben, aufgrund welcher der gewünschte Abstand zwischen der Leitschiene und dem zu transport tierenden Artikel aufrechterhalten wird, da sich zwi~ sehen denjenigen Kräften, die den Gegenstand von der Leitschiene abdrängen möchten,, und denjenigen Kräften, die den Gegenstand gegen die Leitschiene ziehen möchten, ein Gleichgewicht einstellt.

Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden nachstehend anhand von Zeichnungen noch näher erläutert und/oder sind Gegenstand von Unteransprüchen. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung der Einsatzmöglichkeiten für ein erfindungsgemäßes Luftkissentransportsystem für den Transport von Masken zwischen einem Magazin und einem mikro-lithografischen Belichtungssystem;

Fig. 2 einen Querschnitt durch das Transportsystem in Fig. 1 längs der Linie 2-2 in dieser Figur?

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Fig. 3 Querschnitte durch das Transportbis system gemäß Fig. 2 längs den

Fig. 5 Linien 3-3, 4-4 bzw. 5-5 in dieser Figur und

Fig. 6 einen dem Querschnitt gemäß Fig. 2 entsprechenden Querschnitt durch ein abgewandeltes Ausführungsbeispiel eines Transportsystems gemäß der Erfindung.

Im einzelnen zeigt Fig. 1 schematisch ein mikrolithografisches Belichtungssystem 11, wie es typischerweise bei der Herstellung integrierter Schaltungen verwendet wird. Bei einem solchen System 11 wird ein Muster einer von einer Platte 13 gehaltenen Maske mitteils eines Linsensystems 15 mit hoher Auflösung auf ein Halbleiterplättchen 17 projiziert, welches mit einer lichtempfindlichen Abdeckschicht beschichtet ist. Die Belichtungsvorrichtung enthält dabei außerdem eine Lichtquelle 19 und einen üblichen Kondensator 21, die schematisch dargestellt sind. Da während der verschiedenen Schritte der Halbleiterfertigung selbst für eine einzige integrierte Schaltung verschiedene Masken erforderlich sind, ist weiterhin ein Magazin 23 vorgesehen, in dem eine Anzahl von Masken senkrecht übereinander und im Abstand voneinander angeordnet ist. Das Magazin 23 kann in vertikaler Richtung schrittweise in unterschiedliche Stellungen bewegt werden, und

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zwar mittels eines Antriebs 25 _s der ein elektrischer Antrieb sein kann, beim Ausführungsbeispiel· jedoch als pneumatischer Antrieb dargestellt.ist.

Eine ausgewählte Maske kann zwischen dem Magazin 23 und der Platte 13 in beiden Richtungen mittels eines erfindungsgemäßen Luftschienensystems 27 transportiert werden. Dem Luftschienensystem 27 und dem Antrieb 25 ist dabei eine gemeinsame pneumatische Steuerung 29 zugeordnet. Dabei versteht es sich, daß die Folge der einzelnen Schritte typischerweise durch eine rechnergestützte Gesamtsteuerung für das mikro-lithografische System gesteuert wird.

Die bei dem erfindungsgemäßen System verwendeten Masken sind typischerweise Glasplatten mit einem Chrom-Muster, die etwa o,2 cm dick sind und eine Kantenlänge von etwa 12,7 cm besitzen.

Wie Fig. 2 zeigt, besitzt das Luftschienensystem 27 eine Grundschiene 31. Da die zu transportierenden Masken 38 leicht sind und nur auf einem Teil ihrer Fläche durch ein Luftkissen abgestützt werden müssen, besitzt die Grundschiene 31 an ihren Längsseiten angehobene Führungsbahnen bzw. Bänke 33 und 35,zwischen denen ein vertiefter Bereich 37 liegt. In jeder der beiden Bänke 33, 35 sind ferner jeweils zwei Reiten von Bohrungen 41 bzw. 42 vorgesehen, die„ wie dies aus Fig. 3 und 4 deutlich wird, gegenüber der Senkrechten, in entgegengesetzte Richtungen geneigt sind, so daß die Maske 38

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in der einen oder anderen Richtung transportiert werden kann, je nachdem, welcher Reihe von Bohrungen Druckluft zugeführt wird. Die einzelnen Sätze bzw. Reihen von Bohrungen 41, 42 stehen mit Druckluftkanälen 43, 44 in Verbindung, die in einer Platte an der Unterseite der Grundschiene 4o vorgesehen sind.

Längs der einen Längsseite des Luftschienensystems (längs der Bahn 33) ist eine weitere Schiene 55 angeordnet. Diese Schiene 55 bildet eine im wesentlichen vertikale,flache Oberfläche 5 7 längs der einen Seite der Grundschiene 31. Dabei wird aus der Zeichnung deutlich, daß die Fläche 5 7 in vertikaler Richtung etwas unter die flache, horizontale Oberseite der Bank 33 reicht, und daß zwischen der Bank 33 und der seitlich davon angebrachten Schiene 55 ein schmaler Spalt vorhanden ist.

Längs der Grenzfläche zwischen der Grundschiene 31 und der Schiene 55 sind mehrere vertikal ausgerichtete Öffnungen 61 vorgesehen, die mit einem weiteren Kanal 45 in der Platte 4o in Verbindung stehen. Wenn dem Kanal 45 Druckluft, beispielsweise mit einem Druck von etwa 1,7 bar zugeführt wird, entstehen an den Öffnungen 61 diskrete Luftströme, die senkrecht an der Fläche 5 7 entlangströmen. Die untere, innere Ecke der Schiene 55 ist mit einer Abschrägung 59 versehen, um das Anbringen der Luftdüsen zu erleichtern. Die Öffnungen 61 werden dabei hergestellt, indem man

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zunächst eine Senkbohrung 63 erzeugt und dann die Öffnungen 61 dicht an der Seitenfläche der Bank 33 bohrt. Bei einem bevorzugten Ausführungsbeispiel be·^ saßen die Öffnungen 61 {Fig₀ 5) einen Durchmesser von etwa o,46 mm und einen Abstand von etwa 3,2 cm in Längsrichtung der Grundschiene 31.·

Während des Betriebes sorgen die Luftströmungen aus den Düsen bzw. Öffnungen 61 zwischen der Maske 38 und der Schiene 55 für einen Abstand von etwa o,o2 nun, wobei jeglicher Kontakt zwischen der Maske 38 und der Schiene 55 verhindert wird. Während die dynamischen Details in dieser Situation ziemlich komplex sind, kann man anschaulich davon ausgehen, daß durch die schnellen Luftströme ein Unterdruckbereich geschaffen wird, durch welchen die Masken in Richtung auf die Schiene 55 gezogen werden, wobei jedoch, sobald sich die Maske 38 der Schiene 55 hinreichend dicht genähert hat, aufgrund der Querschnittsbegrenzurig für die Luftströme ein Druckaufbau eintritt, durch welchen ein tatsächlicher Kontakt verhindert wird. Bei Strömungsgeschwindigkeiten,, welche sich in Versuchen als zu niedrig erwiesen haben, beispielsweise bei StrÖ~ mungsgeschwindigkeiten. wie sie entstehen, wenn in dem Kanal 45 ein Druck von etwa 1 bar erzeugt wird, ergibt; sich eine oszillierende Bewegung der Masken 38, die offensichtlich auf eine Wirbelablösung zurückzuführen ist. Bei einem erhöhten Luftdruck lassen sich jedoch Schwingungen vermeiden, da die Frequenz,

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mit der die Wirbelablösung erfolgt, offenbar oberhalb der Resonanzfrequenz des Systems lieqt, welches durch die Masse der Maske 38 und die Federwirkung der Luft im Luftspalt zwischen der Maske 38 und der Schiene 55 gebildet wird. Wie oben ausgeführt, halten die Luftströme aus den Düsenöffnungen 61 somit den gewünschten Abstand mit ziemlich hoher Genauigkeit aufrecht, selbst wenn die Ebene der Oberseite der Bänke 33, 35 etwas in Richtung auf die Längsschiene 55 zu oder von dieser weg geneigt ist. Ein Arbeitsdruck im Kanal 45 mit Werten bis zu etwa 4,6 bar hat sich als vorteilhaft erwiesen.

Wie die Zeichnungen deutlich machen, arbeitet das erfindungsgemäße Luftschienensystem mit Masken, die ebene Seitenflächen haben, die ausreichend lang sind, so daß sie sich über mehrere Düsenöffnungen hinweg erstrecken. Während diese Bedingung mit den in der Industrie normalerweise verwendeten Masken, die typischerweise quadratisch sind, leicht erfüllt werden kann, können unter Anwendung des beschriebenen Verfahrens auch Siliziumplättchen mit einem erfindungsgemäßen System transportiert werden, wenn die Ausrichtfläche, die bei solchen Plättchen normalerweise vorgesehen wird, zunächst in Kontakt mit der Längsschiene gebracht wird,und wenn eine ausreichende Anzahl von Düsenöffnungen vorgesehen ist, so daß die Ausrichtfläche sich über mehrere solche Düsenöffnungen erstreckt.

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Der Abstand zwischen der Längsschiene und dem zu transportierenden Gegenstand wird dann besonders genau eingehalten, wenn die betreffende Seitenfläche des Gegenstandes in senkrechter Richtung zumindest über einen beträchtlichen Teil·'.der Höhe des Gegenstandes flach ist. Obwohl Masken typischerweise abgeschrägte Kanten besitzen, wie dies in;den Zeichnungsfiguren gezeigt ist, führt diese Abschrägung bei dem erfindungsgemäßen Luftschienen- bzw. Leitsystem nicht zu einer Verschlechterung der Betriebsbedingungen, wenn die Abschrägungen sich nicht über einen größeren Teil der Dicke der Masken erstrecken. Die exakte Lagesteuerung wird jedoch in dem Maße verbessert, in dem die Tiefe der Abschrägungen verringert wird. Während es möglich ist, eine Maske zu steuern, deren Seitenflächen zwischen Oberseite und Unterseite durchgehend abgerundet sind, wenn die Grundschiene im wesentlichen flach ausgerichtet ist, zeigt es sich, daß die Genauigkeit der Steuerung in diesem Fall beträchtlich geringer ist als bei Seitenflächen, die über einen beträchtlichen Teil der Höhe eben sind, wie dies bei den in den Zeichnungen gezeigten Masken der. Fäll ist.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn die senkrechte Seitenfläche 57 de?:' Längsschiene 55 bis unter die horizontale Oberseite der angrenzenden Bank 33 reicht, wie dies bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel der Fall ist, und _:. weh η zwischen der Schiene 55 und der Seitenfläche der Schiene 31 ein gleichmäßiger Spalt vorhanden ist. Diese konstruktive Ausgestaltung

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erleichtert die Herstellung der Düsenöffnungen 61 ebenso wie die Schräge 59 an der inneren Unterkante der Schiene 55. In diesem Zusammenhang ist jedoch zu beachten, daß es bei einem auf diese Weise gleichmäßig ausgebildeten Spalt nicht erforderlich ist, daß die Düsenöffnungen genau senkre-ch't orientiert sind. Beispielsweise wurde auch ein Ausführungsbeispiel mit schräg geneigten Düsenöffnungen 61 - vgl. Fig. 6 mit Erfolg eingesetzt, obwohl im Hinblick auf die einfachere Fertigung die senkrechte Orientierung der Düsenöffnungen gemäß Fig. 2 und 5 bevorzugt wird.

Da das erfindungsgemäße Kantenleitsystern sowohl einer zu starken Entfernung der Teile von der Längsschiene entgegenwirkt als auch einer'zu engen Annäherung an die Längsschiene wird deutlich, daß es unnötig und sogar nachteilig ist, eine entsprechende Längsschiene auch an der gegenüberliegenden Längsseite der Grundschiene vorzusehen. Tatsächlich zeigte es sich beim Einsatz zweier Längsschienen, daß aufgrund der einander in unkontrollierter Weise überlagernden Steuerwirkungen instabile Betriebsbedingungen auftreten. Dabei versteht es sich jedoch, daß als rein mechanische Seitenbegrenzung eine einfache Längsschiene, jedoch ohne eine zugehörige Reihe von Luftdüsen, vorgesehen werden kann.

Aus der vorstehenden Beschreibung wird deutlich, daß die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe gelöst

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wird und ;daß zusätzlich weitere Vorteile erreicht : werden. Γ· -' '

Außerdem erkennt ragn, daß dem Fachmann,, ausgehend von den Ausführungsbeispielen, zahlreiche Möglichkeiten für Änderungen und^oder Ergänzungen zu Gebote stehen, ohne daß er dabei äßn Grundgedanken der Erfindung verlassen müsste. ^: --^/ ■

Claims

HOEGER1 STELLRECHTi & "PARTNER P A T. JZ. .Ν" .Χ, Ά -N .W- Α.ύτ ί, , -■ .-UHLANDSTRASSE 14 C D 7OOD STUTTGART I A 45 39ο b Anmelders GCA Corporation k - 176 2o9 Burlington Road 19. November 1982 Bedford, Mass. ol73o USA Patentansprüche

1. Luftkissentransportsystem zum Transportieren von Gegenständen, die mindestens eine flache Seitenfläche besitzen, mit einer Luftkissenschiene mit einer flachen, zumindest im wesentlichen horizontalen Oberseite mit Öffnungen über die der Oberseite der Luftkissenschiene Luftströmungen zur Erzeugung eines Luftkissens zwischen der Oberseite der Schiene und dem jeweils zu transportierenden Gegenstand zuführbar sind, und mit längs der Luftkissenschiene vorgesehenen Leiteinrichtungen, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiteinrichtungen eine Schiene (55) umfassen, die längs einer Kante der Luftkissenschiene (31) angeordnet ist und angrenzend an die Schiene eine im wesentlichen vertikale, flache Oberfläche besitzt,und daß längs der Grenze zwischen der Luftkissenschiene (31) und der zu den Leiteinrichtungen gehörigen Schiene (55) eine Anzahl von in Längsrichtung im Abstand voneinander angeordneten Düsenöffnungen (61) vorgesehen ist, mit deren Hilfe längs der flachen Oberfläche der zu

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den Leiteinrichtungen gehörigen Schiene (55) senkrechte Luftströmungen erzeugbar sind.

2. Luftkissentransportsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Öffnungen (41, 42), mit deren Hilfe Luftströmungen an der Oberseite der Luftkissenschiene (31) erzeugbar sind, längs der Längsseiten der Luftkissenschiene (31) vorgesehen sind und daß zwischen der Luftkissenschiene (31) und der zu den L eiteinrichtungen gehörigen Schiene (55) ein Spalt vorgesehen ist, an dessen Grund die die vertikalen Luftströme erzeugenden Luftdüsen (61) vorgesehen sind.

3. Luftkissentransportsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß am unteren Ende der ebenen Fläche (57) der zu den Leiteinrichtungen gehörenden Schiene (55) eine Schräge (59) zum Erweitern des Luftspalts angrenzend an .die Düsenöffnungen (61) voroesehen ist.

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