Brevet FR2548449A1 — publié le 19850104

i La présente invention concerne un appareil de transport d'une cassette de plaquettes semi-conductrices et plus particulièrement un chariot de transport d'une cassette de plaquettes semi-conductrices dans un dispositif de transport automatique de cassettes. Dans la plupart des installations de fabrication des composants semi-conducteurs, des plaquettes semi-conductrices sont emmagasinées et transportées dans des cassettes qui contiennent environ treize à 10 environ vingt cinq plaquettes individuelles Ces cassettes offrent une variante à la solution du transport des plaquettes individuelles d'un poste à un autre, par exemple au moyen d'une piste pneumatique, d'une piste à vibrations ou de bandes mobiles Les cassettes sont transportées à la main ou sur des chariots roulants d'un poste de traitement à un autre Selon une solution, des cassettes fermées sont transportées pneumatiquement d'un poste de traitement à un autre Voir à cet égard P P. Castrucci "Pneumatic Distribution and Control System", 20 IBM Technical Disclosure Bulletin, v 15, n 6, novembre 1972, page 1763 La plupart des dispositifs à cassettes nécessitent un opérateur humain au moins pour la manipulation des cassettes et pour l'enlèvement ou l'introduction des plaquettes des cassettes Pour cette 25 manipulation et ce transport à grande échelle des plaquettes semi-conductrices dans des cassettes, particulièrement à la lumière des principes de l'industrie des semi-conducteurs les personnes dégagent des particules il n'y a aucun autre moyen que l'environnement de la 30 salle propre traditionnelle dans les installations de fabrication des semi-conducteurs Voir à cet égard par exemple J A Lange, "Sources of Semiconductor Wafer Contamination", Semiconductor International, Avril 1983, page 124. Des salles propres exemptes de particules et autres contaminants ont été longtemps utilisées dans l'industrie des semi-conducteurs Ces salles propres utilisent un courant d'air sur les zones de travail, un filtrage de l'air entrant par des filtres à particules de haute efficacité et sont utilisées dans les conditions les plus strictes Par exemple, des bonnets, des robes, des couvre-chaussures et des masques doivent être portés audessus des vêtements de ville, aucun objet étranger n'est autorisé et l'entrée doit souvent se faire par des chambres de décontamination Voir à cet égard M S Dahlstrom "Clean Room Garments: Where From Here ?", Semiconductor International, Avril 1983, 10 page 111 Le but de ces salles propres était d'éviter la présence d'impuretés ou de particules actives électriquement sur la surface utile des plaquettes semiconductrices Des impuretés actives électriquement peuvent affecter le fonctionnement des composants Les particules 15 peuvent produire une rupture d'une ligne conductrice, anihiler certaines autres des caractéristiques des circuits ou modifier de toute autre manière les propriétés électriques d'un transistor La pratique courante dans l'industrie des semi-conducteurs était d'utiliser 20 des installations de salles propres répondant à des critères administratifs Une salle propre courante répond à des spécifications selon lesquelles par définition, il y a moins de 3600 particules d'un diamètre supérieur ou égal à 0,5 gm par m 3 avec un débit 25 d'environ 30 mètres à la minute. Une solution antérieure au transport des plaquettes semi-conductrices dans un environnement plus propre que l'environnement ambiant, sans avoir recours à une salle propre est apportée par le dispositif de 30 transports de plaquettes diffusé par Nacom Industries, Inc, 2852 A Walnut Avenue, Tustin, CA 92680, Etats-Unis d'Amérique Un tunnel fermé, purgé sur toute sa longueur avec de l'azote, sert au transport roulant d'un chariot à cassettes Le chariot roule sur le fond du tunnel lorsqu'il est tiré par la force magnétique d'un aimant permanent situé dans un second tunnel inférieur, positionné contre le fond du tunnel supérieur Des sections rectilignes ou courbes peuvent être prévues pour trans- porter une cassette d'un poste de travail à un autre. Ce dispositif ne donne l'accès aux cassettes et aux plaquettes qu'à l'extrémité de chaque section du tunnel, et non de façon intermittente le long de la piste. En outre, des dispositions doivent être prises pour ramener l'aimant permanent situé dans le second tunnel inférieur, à la zone d'entrée de chaque section de piste. Bien que le tunnel qui contient la cassette soit purgé avec de l'azote sec, aucune disposition n'est prise pour éliminer la contamination par des particules qui peuvent se déposer sur les plaquettes semi- conductrices En fait, le mouvement du chariot et du gaz de purge est tel qu'il tend à produire des particules et à agiter les particules présentes pour les distribuer sur les 15 plaquettes. Dans le but de réduire le coût des installations de fabrication des composants semi-conducteurs et pour obtenir une liaison efficace et propre entre des équipements de production dans ces installations, il 20 a été proposé dans une demande de brevet déposée ce même jour au nom de la demanderesse, sous le titre "Dispositif de transport automatique de cassettes avec filtration des particules à haute efficacité" de transporter des cassettes de plaquettes semi-conductrices 25 dans des tunnels, avec un courant laminaire d'air de la qualité d'une salle propre, passant sur les plaquettes En résumé, avec ce dispositif automatique, des chariots porte-cassettes circulent sur des rails électrifiés dans des tunnels partiellement fermés. De l'air filtré avec une haute efficacité passe vers le bas sur la cassette et sort par l'extrémité ouverte du tunnel dans l'installation de fabrication Le courant vers le bas comprend au moins une-composante de courant laminaire parallèle à la surface des pla35 quettes semi-conductrices que contiennent les cassettes. Un calculateur central contr 8 le l'état des points de transfert, comme des élévateurs et des plaques tournantes Il communique avec chaque chariot dans diverses positions le long du tunnel par des dispositifs comme des liaisons optiques comprenant des analyseurs optiques à code à batonnets, des lecteurs magnétiques ou par transmission à haute fréquence. Le calculateur central peut ainsi contr 8 ler la séquence de traitement des cassettes de plaquettes et même la séquence des plaquettes individuelles dans une cassette. Dans le but de faciliter la manipulation automatique, non manuelle des cassettes et des plaquettes selon cette 10 disposition proposée, il est souhaitable que les chariots porte-cassettes donnent accès aux cassettes et aux plaquettes individuelles dans les cassettes, pratiquement en tous points dans l'ensemble. Un objet de l'invention est donc de proposer 15 un chariot pour porter des cassettes de plaquettes smi-conductrices, donnant accès aux plaquettes à travers la base. Un autre objet de l'invention est de proposer un chariot à cassettes avec des circuits électroniques incorporés permettant de communiquer avec un calculateur central par une liaison de communication. Un autre objet de l'invention est de proposer un chariot à cassettes autopropulsé et avec un support linéaire qui lui permet de se déplacer de 25 façon douce et positive sur les rails d'un ensemble de transport automatique de cassettes. Un autre objet encore de l'invention est de proposer un chariot destiné à supporter des cassettes de plaquettes semi-conductrices qui convient pour un 30 dispositif de transport automatique de cassettes. Un autre objet encore de l'invention est de proposer un chariot à cassettes de plaquettes semiconductrices qui peut se déplacer avec une précision suffisante pour permettre l'accès à certaines des 35 plaquettes particulières dans une cassette donnée. L'invention concerne donc un chariot destiné à supporter des cassettes de plaquettes semi-conductrices, pour un dispositif de transport automatique de cassettes. La cassette est maintenue par le chariot de manière à permettre l'accès par le dessous aux plaquettes qu'elle contient Des dispositifs d'appui et d'entrainement sont prévus sur le corps du chariot de manière qu'il puisse se déplacer de façon régulière et continue sur la piste d'un dispositif de transport automatique de cassettes Dans un mode de réalisation, un moteur de précision comme un moteur pas à pas à courant continu, monté sur le corps du chariot est alimenté par des balais en contact avec des rails électrifiés Des galets de traction accouplés avec le moteur serrent au moins un rail pour produire la force motrice nécessaire au mouvement du chariot Dans un mode de réalisation, le dispositif d'appui consiste en des coussinets linéaires 15 semi- cylindriques positionnés dans une configuration triangulaire sur deux rails. D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre. Aux dessins annexés, donnés uniquement à titre d'exemple nullement limitatif: La figure 1 est une vue en bout d'un chariot porte-cassettes avec une cassette en position et un élévateur à lame étroit en contact avec une plaquette 25 particulière, La figure 2 est une vue en plan du chariot (sans cassettes sur l'élévateur) suivant la ligne 2-2 de la figure 1, La figure 3 est une vue de dessous du chariot 30 suivant la ligne 3-3 de la figure 1, La figure 4 est une vue de côté du chariot suivant la ligne 4-4 de la figure 2, La figure 5 est une vue partielle intérieure suivant la ligne 5-5 de la figure 2, et La figure 6 est un schéma des circuits destinés à arrêter le chariot dans le cas d'un signal de collision ou d'une commande d'arrêt. La figure 1 est donc une vue en bout d'un chariot 10 de transport de cassettes Une cassette 13 de plaquettes semi-conductrices repose sur le centre du chariot 10, par des languettes inférieures 14 qui s'ajustent à force sur une gouttière 15 fixée sur le corps 9 Cette cassette peut être en métal ou en matière plastique, par exemple du type Flouroware R PA 18250 M qui contient 25 Plaquettes de 75 mm Une plaquette 16 est représentée en position dans une fente dans la cassette standard 13 En général, la plaquette peut se 10 déplacer dans la fente car elle doit y entrer et en sortir sans frottement La région centrale ouverte du corps 9 du chariot 10 permet à un élévateur à lame 17 de passer vers le haut à travers le fond ouvert du chariot 10 et dans le fond ouvert de la cassette 13 pour pousser la plaquette 16 vers le haut et la sortir directement dans un équipement de traitement ou pour la présenter à un certain type de bras de prélèvement comme un mandrin à dépression qui maintient la plaquette et la transporte jusqu'à la destination voulue L'accès 20 aux plaquettes à travers la base de la cassette est permis par la région centrale ouverte du chariot 10. Cet accès permet que des plaquettes soient transportées, manipulées pour être introduites et sorties de l'équipement de traitement sans nécessiter d'opérateurs humains En fonctionnement, le chariot peut prélever directement une cassette à la chambre de chargement d'une machine de production dans laquelle une simple lame épaulée soulevant la plaquette est introduite dans la machine Voir par exemple le brevet des Etats-Unis 30 d'Amérique n' 4 311 427. Les figures 1 à 3 montrent la manière selon laquelle le chariot portecassettes 10 se déplace sur des rails 11,12 Un coussinnet linéaire 19 semi-cylindrique du commerce (diffusé par Thompson Industries, Manhasset, New York, 11030) glisse sur le rail 12 Quand le chariot 10 se déplace sur les rails 11, 12, les billes individuelles 20 progressent dans un trajet linéaire dans le carter du palier pour obtenir un mouvement régulier du chariot le long du rail Cela apparatt particulièrement sur la coupe de côté de lafigure 5 qui montre les billes individuelles 20 dans la piste rainurée Sur le rail 11 opposé, des coussinets linéaires semicylindriques 21 et 22 permettent également un mouvement régulier du chariot L'utilisation des coussinets linéaires semi-cylindriques a également pour résultat que dans le cas d'une défaillance des équipements, l'ensemble du chariot peut être facilement enlevé 10 des rails du dispositif de transport automatique de cassettes Pour s'adapter aux variations d'écartement des rails, le coussinet linéaire 19 peut coulisser latéralement sur des broches 22 pour réduire ou augmenter la distance latérale entre le coussinet linéaire 19 et le coussinets linéaires 21, 22 Dans un mode de réalisation, les coussinets sont situés aux angles d'un triangle pour former un support stable à trois points. Selon une caractéristique de l'invention, un moteur 23 à courant continu est monté sur un angle 20 du corps 9 du chariot 10 Dans un mode de réalisation, grâce à l'utilisation d'un moteur pas à pas et à un comptage numérique des pas effectués par le moteur, la position précise d'une cassette peut être connue et l'accès peut être donné à une plaquette particulière. 25 Même s'il y a quelques variations de position des plaquettes dans une fente, l'élévateur à lame peut être surdimensionné avec une rainure en V pour saisir la plaquette; en variante, une cassette avec une orientation autre que verticale peut être utilisée. 30 Voir à cet égard, le brevet des Etats-Unis d'Amérique n 4 355 974 Le moteur est alimenté à partir des rails électrifiés 11,12 au moyen de balais conducteurs 33 L'arbre 24 du moteur 23 porte un galet en caoutchouc 25 en contact tangentiel avec le rail 11 L'autre 35 côté du rail est en contact avec un galet de caoutchouc 26 Les deux galets de caoutchouc sont maintenus contre le rail 11 par un ressort 27 qui tire les galets et 26 l'un vers l'autre, en frottement contre le rail 11. Comme cela est décrit dans la demande de brevet précitée, le mouvement du chariot 10 peut être commandé par le calculateur central dont la base de données reflète l'état des points de transfert et qui connaît la séquence de traitement correcte d'une cassette donnée Etant donné que de multiples peuvent se déplacer dans l'ensemble à tout moment, le contrôle du mouvement d'un chariot particulier ne peut se faire de façon optimale par l'application d'un courant électrique aux rails Par contre, par des liaisons de communication, le calculateur central communique avec des circuits électroniques autonomes placés sur une carte de circuits imprimés 30 Dans le chariot le plus simple, une photo-diode 31 peut recevoir des 15 commandes de marche/arrêt provenant d'une diode électroluminescente connectée au calculateur central. Les circuits électroniques 30 constituent dans ce cas un simple commutateur pour le moteur 23 comme cela sera décrit en détail en regard de la figure 6 Les rails 20 peuvent être mis sous tension continue, par exemple de 24 V Dans des chariots plus complexes, les circuits électroniques autonomes 30 peuvent comporter une mémoire permanente susceptible de mémoriser des informations sur les spécifications du processus et sur le traitement 25 passé de l'ensemble d'une cassette ou de plaquettes individuelles La communication avec le calculateur central peut être bilatéral de sorte qu'une commande à distance peut être assurée sur toutes les cassettes et les plaquettes Cette communication peut également 30 se faire par des moyens magnétiques ou par une transmission A haute fréquence. Etant donné qu'un grand nombre de chariots peuvent être utilisés dans un dispositif automatique, il est souhaitable d'éviter toute collision Ainsi, 35 chaque chariot peut porter un élément réfléchissant 32 sur son extrémité arrière et une source lumineuse comme une diode électroluminescente 34 et un capteur de lumière comme une photodiode 33 sur son extrémité avant Si un chariot s'approche trop près d'un autre, la lumière de la diode électroluminescente 34 est réfléchie par l'élément réfléchissant 32 et elle est détectée par la photodiode 33 Cela commande les circuits de la figure 6 pour couper l'alimentation du moteur d'entrainement 23 comme cela sera expliqué. La sensibilité du circuit de détection associé avec 10 la photodiode 33 peut être réglée pour déterminer la distance minimale entre des chariots. La figure 6 représente les circuits électroniques 30 montés dans un mode de réalisation du chariot selon l'invention Deux fonctions sont remplies Tout d'abord, la lumière émise par la source optique 34, comme une diode électroluminescente, doit être détectée lorsqu'elle est réfléchie par une surface réfléchissante 32 d'un chariot situé en avant Ensuite, le phototransistor 31 doit recevoir des informations provenant d'une source 20 de lumière 42 pour arrêter le mouvement du chariot s'il est dangereux qu'il continue à progresser en raison de l'état des postes de transfert, par exemple de plaques tournantes ou d'élévateurs. La fonction de prévention des collisions est 25 remplie par un générateur d'impulsions 40 qui attaque la diode électroluminescente 34 en mode pulsé Si une collision est imminente, la lumière de la diode électroluminescente 34 est réfléchie vers l'arrière par la surface réfléchissante 32 du chariot qui se trouve en 30 avant Cette lumière réfléchie est reçue par le photo-détecteur 33 qui applique un signal d'entrée à un circuit multivibrateur monostable 41 produisant un signal permanent pour un circuit basculeur de Schmidt 45 Le changement du signal d'entrée du circuit bascu35 leur de Schmidt 45 entraîne un changement du signal de sortie qui est maintenu et transmis par un isolateur optique 49 vers la base d'un premier transistor d'une paire Darlington 50 La paire Darlington 50 se bloque, supprimant le court-circuit de la boucle quadruple 51, ce qui arrête le moteur 52 Le moteur reste arrêté tant que de la lumière pulsée est reçue par le photodétecteur 33 et que la sortie du circuit basculeur de Schmidt 45 est maintenue dans la position décrite. Lorsqu'un signal lumineux au-dessus du seuil de sensibilité du détecteur 33 n'est plus reçu, le circuit basculeur de Schmidt 45 revient à l'état initial, la paire Darlington 50 est débloquée, la boucle de court10 circuit 51 est découplée et le moteur 52 est remis en marche, c'est-à-dire dans son état normal. La fonction d'arrêt est remplie par un circuit multi-vibrateur monostable 41 qui reçoit des impulsions et les convertit en un signal permanent. 15 Lorsqu'un signal lumineux est détecté par le phototransistor 31, provenant de la source lumineuse 42, le circuit basculeur de Schmidt 44 change d'état, et par l'intermédiaire de l'isolateur optique 49, un signal de déclenchement est appliqué au transistor d'entrée de la paire Darlington 30 La paire Darlington est bloquée, permettant à la boucle quadruple 51 d'arrêter le moteur 52 Le moteur 52 reste arrêté tant qu'un signal lumineux est reçu par le photo-transistor 31, provenant de la source optique 42 Lorsque la progression peut être reprise sans risque, la source 42 est arrêtée par exemple à la commande d'un calculateur central, le circuit basculeur de Schmidt 44 émet un signal inverse pour ramener la paire Darlington 50 à son état initial, ce qui découple la boucle quadruple 30 51 et remet en marche le moteur 52. Le chariot à cassettes avec accès à travers la base a été décrit cidessus dans son utilisation dans un dispositif de transport sur deux rails, mais sa caractéristique essentielle est l'accès à travers la-base des cassettes D'autres modes de réalisation de l'invention comprennent un chariot donnant l'accès à travers la base tout en étant adapté. pour se déplacer sur un monorail, un chariot qui transporte une cassette à l'intérieur tout en permettant l'accès à travers la base comme de nombreux véhicules de transport lourd, ou un chariot qui se déplace dans 5 une fente sur le c 8 té d'un tunnel dans un dispositif de transportautomatique de cassettes, et qui maintient la cassette en écartement latéral tout en permettant l'accès à travers la base. REVENDICATIONS 1 Chariot de transport de cassettes de plaquettes semi-conductrices sur un dispositif de guidage, par des tunnels dans un dispositif de transport automatique de cassettes, caractérisé en ce qu'il comporte un corps de chariot ( 9) adapté pour recevoir une cassette ( 13) de plaquettes semiconductrices, de manière que ladite cassette soit maintenue enpermettant l'accès auxdites plaquettes à travers le fond de ladite cassette, et un dispositif d'appui 10 et d'entraînement ( 19-25) monté sur ledit corps et associé avec ledit dispositif de guidage de manière que ledit corps puisse propulser sur ledit dispositif de guidage dans ledit tunnel dans un dispositif de transport automatique de cassettes. 2 Chariot selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps de chariot ( 9) maintient ladite cassette ( 13) de façon amovible. 3 Chariot selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps ( 9) maintient ladite 20 cassette ( 13) sur au moins un côté, en permettant ainsi l'accès à ladite cassette par le dessous. 4 Chariot selon la revendication 3, caractérisé en ce que ledit dispositif d'appui et d'entrainement consiste en un bras accouplé avec ledit dispositif 25 d'entrainement, positionné dans la direction longitudinale dans ledit tunnel. Chariot selon la revendication 4, caractérisé en ce que ledit dispositif d'entraînement consiste en un vérin pneumatique différentiel. 6 Chariot selon la revendication 1, caractérisé en ce que ledit corps ( 9) maintient ladite cassette ( 13) en son intérieur tout en permettant l'accès à-ladite cassette par le dessous. 7 Chariot selon la revendication 1, carac35 térisé en ce que ledit corps ( 9) maintient ladite cassette ( 13) par sa face inférieure tout en permettant l'accès à ladite cassette par le dessous. 8 Chariot selon la revendication 7, caractérisé en ce que ledit corps ( 9) comporte un cadre avec une ouverture dans sa région centrale de manière à permettre qu'une cassette ( 131 de plaquettes semi-conductrices repose sur le dessus du cadre tout en permettant l'accès par ladite ouverture par le dessous dudit corps aux plaquettes ( 16) de ladite cassette, 9 Chariot selon la revendication 8, caractérisé en ce que ledit dispositif d'appui et d'entrainement comporte un moteur ( 23) monté sur ledit cadre, ledit dispositif de guidage consistant en un rail ( 11,12), ledit moteur comprenant un arbre ( 25) en contact avec ledit rail pour propulser ledit chariot dans ledit tunnel. Chariot selon la revendication 9, caractérisé en ce que ledit dispositif d'appui et d'entrainement comporte en outre des coussinets linéaires 20 semi-cylindriques ( 19,21,22) qui glissent sur lesdits rails. 11 Chariot selon la revendication 10, caractérisé en ce que lesdits rails consistent en deux rails parallèles ( 11,12). 12 Chariot selon la revendication 11, caractérisé en ce qu'il comporte un dispositif qui met sous tension lesdits rails ( 11,12). 13 Chariot selon la revendication 12, caractérisé en ce que lesdits coussinets linéaires ( 19,21, 30 22) consistent en des coussinets linéaires multiples afin que ledit corps ( 9) repose sur chacun desdits rails ( 11,12) par les coussinets linéaires, l'un au moins desdits coussinets linéaires ( 19) ayant un degré de liberté latérale pour permettre l'adaptation aux 35 variations d'écartement entre les rails. 14 Chariot selon la revendication 12, caractérisé en ce que ledit corps ( 9) se déplace sur chacun desdits rails ( 11,12) au moyen desdits coussinets linéaires ( 19,21,22), lesdits coussinets linéaires comprenant au moins trois coussinets linéaires séparés, deux sur un rail et un sur l'autre, les trois coussinets étant placés aux sommets d'un triangle pour former un support stable à trois points pour ledit chariot. Chariot selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comporte également des circuits électroniques ( 30) incorporés, réagissant à des signaux de communications extérieurs pour commander le fonctionnement dudit moteur. 16 Chariot selon la revendication 15, caractérisé en ce qu'il comporte une source optique ( 34) et un photo-détecteur ( 33) montés sur une extré15 mité dudit cadre de manière que de la lumière provenant de ladite source optique soit déviée par une surface réfléchissante ( 32) sur un chariot voisin et soit reçue par le photo-détecteur pour produire un signal de prévention de collision pour lesdits circuits 20 incorporés afin d'arrêter ledit moteur.