Brevet FR2607483A1 — publié le 19880603

PROCEDE ET DISPOSITIF POUR CHARGER ET DECHARGER DES TRANCHES DE SEMICONDUCTEURS La présente invention concerne le chargement et le déchargement automatiques d'une machine de traitement de tranches de semiconducteurs. La plupart des machines de traitement de tranches de semiconducteurs, en particulier dans les stades finals de la fabrication de circuits intégrés, travaillent sur une tranche à la fois, en maintenant de façon caractéristique la tranche sur un plateau à dépression. La machine reçoit cependant généralement des lots d'environ 25 à 50 tranches à la fois, contenus dans une ou deux cassettes. Les cassettes sont des magasins comportant des logements régulièrement espacés, qui contiennent une tranche par logement. Il est important d'éviter que les tranches ne viennent en contact les unes avec les autres ou avec d'autres objets, du fait que les circuits gravés sur leurs surfaces supérieures sont extrêmement fragiles et sensibles à la contamination par de petites particules. Dans les installations de fabrication modernes, on attache une grande importance à limiter la présence d'opérateurs humains dans la zone de traitement, du fait que ceux-ci constituent la principale source de particules contaminantes. La plupart des machines de traitement comportent donc des chargeurs automatiques qui extraient des tranches des cassettes, une par une, amènent les tranches dans des positions dans lesquelles elles peuvent être prises en charge par les machines de fabrication, et elles ramènent les tranches traitées aux cassettes, le tout sans intervention humaine. Les deux principales opérations qui interviennent dans la manutention de tranches de cassette à cassette sont le transport entre des cassettes et le chargeur, et l'échange de tranches entre le chargeur et la machine de traitement. Le mécanisme de chargement classique comprend des convoyeurs à bandes et des élévateurs affectés en propre aux cassettes d'entrée et de sortie : l'élévateur de cassette d'entrée fait descendre la cassette d'entréé jusqu'à ce que la tranche non traitée inférieure se trouve sur le convoyeur à bande d'entrée, il permet d'extraire la tranche de la cassette pour l'amener sur le convoyeur, et il fait à nouveau descendre la cassette pour amener la tranche suivante sur le convoyeur à bande. La procédure inverse permet de transporter les tranches traitées du convoyeur de sortie vers la cassette de sortie.De façon générale, le transport de tranches entre les convoyeurs à bandes et le plateau de support de la machine de traitement est effectué par un mécanisme entièrement différent, par exemple un bras de navette tournant. Cette technique présente deux défauts qui consistent dans le coût de l'emloi d'un mécanisme élévateur pour chaque cassette et dans l'incapacité à accéder aux tranches de façon aléatoire. Une autre technique qu'on a tendance à employer davantage consiste dans l'utilisation de robots comportant des actionneurs d'extrémités appropriés (par exemple des spatules à dépression), pour extraire les tranches des cassettes, pour les placer directement sur le plateau de support de la machine de traitement, pour les retirer directement du plateau de support de la machine de traitement, après traitement, et pour les ramener dans le même logement des cassettes ou dans un logement différent. Ceci permet un accès aléatoire aux tranches et supprime la nécessité d'élévateurs de cassettes. On a utilisé deux spatules à dépression placées aux extrémités opposées d'un élément de support qui est monté de façon tournante à l'extrémité d'un bras de robot, de façon qu'une tranche traitée puisse être retirée de la machine de traitement avec une spatule, et une tranche non traitée puisse être déposée immédiatement dans la machine de traitement par rotation de l'autre spatule pour l'amener en position, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un autre déplacement vers la cassette suivi d'un retour, afin d'augmenter le temps pendant lequel les machines de traitement travaillent effectivement.Le robot ramène dans une cassette la tranche qui a été traitée, il prélève une tranche non traitée (en effectuant également si on le# désire des réglages grossiers de l'alignement d'un méplat de la tranche), et il peut retourner jusqu'au voisinage de la machine de traitement pendant que cette dernière effectue son travail, et attendre dans cette position l'échange de tranche suivant. On a découvert qu'en employant deux# éléments de préhension de tranche qui peuvent être déplacés linéairement et indépendamment dans une direction parallèle à un axe X, pour être amenés à une position de préhension de tranche dans une machine de traitement, on peut réaliser un échange rapide entre des tranches successives en prélevant une tranche traitée avec un élément de préhension et en déposant ensuite immédiatement une tranche non traitée avec l'autre élément, sans qu'il soit nécessaire d'effectuer un déplacement de retour vers la cassette, et sans le grand espace et la complexité nécessaires pour faire tourner un seul bras de robot comportant deux parties de préhension. Dans des modes de réalisation préférés, les deux éléments de préhension de tranche sont supportés conjointement par un chariot qui est mobile dans la direction d'un axe Z perpendiculaire à l'axe X, pour déplacer les éléments de préhension depuis le dispositif de stockage temporaire jusqu'à une position située au même niveau que la position de préhension de la machine de traitement; il existe un poste d'alignement auquel les tranches peuvent subir un réglage d'orientation angulaire avant le transport vers la machine de traitement; et les tranches peuvent être retournées dans le même logement de cassette ou dans un logement différent. Un aspect de l'invention porte sur un appareil de transport de tranches entre un dispositif de stockage temporaire et une machine de traitement, caractérisé en ce qu'il comprend : une structure de support a laquelle est associée une position de préhension de tranche prédéterminée à laquelle la machine de traitement peut saisir des tranches ayant des surfaces planes; un dispositif de stockage temporaire monté sur la structure de support pour stocker temporairement une tranche dans une position connue, en vue du prélèvement de cette tranche, les surfaces planes de la tranche étant parallèles à un axe X et perpendiculaires à un axe Z; un premier élément de préhension de tranche destiné à supporter une tranche pour la transporter entre le dispositif de stockage temporaire et la position de préhension; un premier dispositif de déplacement dans la direction X monté sur la structure de support et capable de déplacer le premier élément de préhension parallèlement à l'axe X; un second élément de préhension de tranche destiné à supporter une tranche pour la transporter entre le dispositif de stockage temporaire et la position de préhension; un second dispositif de déplacement dans la direction X monté sur la structure de support et capable de déplacer le second élément de préhension parallèlementàr#e1,indépendamment du premier élément de préhension; un dispositif de déplacement dans la direction Z monté sur la structure de support et capable de déplacer les premier et second éléments de préhension parallèlement à l'axe Z; et un dispositif de commande destiné à faire en sorte que le premier dispositif de déplacement dans la direction X déplace le premier élément de préhension et une tranche non traitée portée par celuici, parallèlement à l'axe X, vers la position de préhension, en même temps ou peu de temps après que le second élément de préhension et une tranche traitée portée par ce dernier se déplacent parallèlement à l'axe X en s'éloignant de la position de préhension. Un autre aspect de l'invention porte sur un procédé de transport de tranches entre un dispositif de stockage temporaire et une machine de traitement, caractérisé en ce que : on établit un dispositif de stockage temporaire destiné à stocker temporairement une tranche en position pour être prélevée, les surfaces planes de la tranche étant parallèles à un axe X et perpendiculaires à un axe Z, des premier et second éléments de préhension de tranche, des premier et second dispositifs de déplacement dans la direction X destinés à déplacer indépendamment les premier et second éléments de préhension de tranche parallèlement à l'axe X, et un dispositif de déplacement dans la direction Z, destiné à déplacer les premier et second éléments de préhension de tranche parallèlement à l'axe Z; on prélève avec le premier élément de préhension de tranche une première tranche, non traitée, qui se trouve dans le dispositif de stockage; on déplace le second élément de préhension de tranche parallèlement à l'axe X, jusqu'à une position de préhension de tranche dans la machine de traitement dans laquelle se trouve une tranche traitée; on saisit la tranche traitée avec le second élément de préhension de tranche; on retire de la machine de traitement, parallèlement à l'axe X, le second élément de préhension de tranche et la tranche traitée qu'il porte; on déplace le premier élément de préhension de trancje et la tranche non traitée qu'il porte, parallèlement à l'axe X, vers la position de préhension de tranche; on libère la tranche non traitée par rapport au premier élément de préhension de tranche; et on retire le premier élément de préhension de tranche, sans la tranche non traitée, parallèlement à l'axe X. L'invention sera mieux comprise à la lecture de la description qui va suivre d'un mode de réalisation préféré, donne à titre d'exemple non limitatif. La suite de la description se réfère aux dessins annexés sur lesquels La figure 1 est une vue en perspective d'un appareil de chargement et de déchargement de tranches conforme à l'invention; La figure 2 est une représentation schématique partielle, en élévation et de côté, montrant une spatule à dépression de l'appareil de la figure 1, en position pour transférer une tranche vers une machine de traitement. En considérant maintenant la figure 1, on voit un appareil de chargement et de déchargement de tranches, 10, comprenant un bâti 12 qui constitue une structure de support pour l'appareil. Un chariot 14 est monté de façon coulissante sur des barres de guidage 16 montées sur le b ti 12, et ce chariot est accouplé par un filetage de fa çon à être entraidé verticalement dans la direction de l'axe Z par une vis de rappel 18 qui est entrainée en rotation par un moteur pas à pas (non représenté) commandé par un ordinateur. Un rail horizontal supérieur 20 et un rail horizontal inférieur 22 (tous deux parallèles à l'axe X) sont montés sur le chariot 14, et deux moteurs pas à pas linéaires 24 et 26, indépendants et commandés par ordinateur, se déplacent respectivement sur ces rails.Chaque moteur linéaire 24, 26 porte un bras 28, 30 et chaque bras se termine par une spatule à dépression en forme de U, 32, 34. Les spatules reçoivent une dépression par un faisceau de tuyaux 36, et la dépression appliquée à chaque spatule est commandée indépendamment par une électrovalve (non représentée) sous la commande d'un ordinateur. Une tranche de semiconducteur peut être supportée par la surface supérieure de chaque spatule avec sa face arrière (celle dans laquelle il n'y a pas de circuits) fixée à la spatule au moyen de la dépression qui est appliquée à la tranche par un orifice situé dans la surface supérieure de la spatule, près de la base de la partie en U. Les tranches sont contenues dans des cassettes 38, 40 qui sont logées dans une structure de support de cassettes 42. Un poste d'alignement 44 est prévu pour faire tourner les tranches avant de les fournir à la machine de traitement (qui se trouve derrière l'appareil 10 et qui comprend une partie située sous la structure de support 42, comme le montre la figure 2), pour donner aux tranches l'orientation angulaire désirée. Le poste d'alignement 44 comprend une plaque de guidage 46 présentant un rebord semicirculaire en retrait, 48, contre lequel une spatule à dépression peut positionner une tranche. Le poste 44 comprend également un plateau à dépression d'alignement, 50, destiné à faire tourner la tranche, et la périphérie circulaire de la tranche interrompt le faisceau lumineux qu'un photoémetteur 52 émet vers un photodétecteur 54, jusqu'à ce qu'un repère d'alignement (consistant en un méplat ou une encoche à la périphérie de la tranche) passe devant le photodétecteur sous l'effet de la rotation. En considérant la figure 2, on voit l'appareil de chargement et de déchargement de tranches 10 dans une position adjacente à une machine de traitement d'ajustement par laser 56 (représentée très schématiquement sur la figure 2), comprenant un plateau à dépression de traitement 58 situé derrière une porte 60 à travers laquelle peuvent passer les spatules 32, 34. Le plateau à dépression de traitement 58 comprend trois doigts 62 qui peuvent être élevés au-dessus du plateau 58 (comme représenté sur la figure 2), pour venir dans une position de préhension de tranche, afin d'échanger des tranches avec les spatules 32, 34. Les positions (c'èst-à-dire les coordonnées Z et X) des logements des cassettes 38, 40 dans les lesquels se trouvent des tranches, la position de la plaque de guidage 46 du poste d'alignement 40 et la position du plateau de traitement 58 sont programmées dans la mémoire de l'ordinateur de commande. Une fois que les positions nécessaires ont été programmées, aucune intervention humaine ultérieure n'est nécessaire, sauf pour installer et retirer des cassettes. En fonctionnement le chariot 14 est amené par la rotation de la vis de rappel 18 à la hauteur appropriée pour introduire la spatule à dépression supérieure 32 dans l'espace situé au-dessous de la tranche, dans le logement désiré de la cassette appropriée 38 ou 40, et la spatule supérieure 32 est introduite dans cet espace (horizontalement dans la direction de l'axe X), jusqu'à la position située sous la tranche, par le déplacement de son moteur pas à pas linéaire 24 le long du rail 20, tandis que la spatule inférieure 34 reste rétractée. Le chariot 14 est légèrement soulevé de façon que la spatule 32 vienne en contact avec la tranche qui se trouve au-dessus d'elle, et la dépression qui est appliquée fixe la tranche à la spatule à dépression 32 qui est ensuite retirée en emportant la tranche avec elle. Le chariot 14 descend et amène la tranche au niveau de la plaque de guidage 46. La spatule 32 avance ensuite sur la faible distance qui est nécessaire pour amener la tranche en contact avec le rebord semi-circulaire. On supprime la dépression appliquée à la spatule 32, et on fait légèrement descendre le chariot 14 pour dégager la spatule 32 par rapport à la tranche. Le plateau de support à dépression 50 saisit la tranche qui est ensuite mise en rotation par le plateau de support à dépression 50 de façon que la périphérie de la tranche passe entre le photoémetteur 52 et le photodétecteur 54, et la tranche tourne ensuite jusqu'à ce qu'elle prenne l'orientation angulaire correcte, si celle-ci ne correspond pas à la position du photodétecteur. La dépression est appliquée à nouveau à la spatule supérieure 32 et le chariot 14 s'élève de façon que la spatule supérieure 32 prélève la tranche qui est maintenant correctement orientée. Le chariot 14 se déplace verticalement dans la direction de l'axe Z jusqu'à la hauteur appropriée pour que la spatule à dépression inférieure 34 prélève une tranche traitée sur le plateau de traitement 58 de la machine de traitement d'ajustement par laser 56. De façon générale, la spatule à dépression 34 (qui ne porte pas une tranche à ce point du processus) attend à cette position que le traitement de la tranche précédente soit terminé. Lorsqu'il est terminé, les doigts 62 soulèvent la tranche traitée 64 et la spatule à dépression inférieure 34 traverse l'ouverture de la porte 60 (sous l'action de son moteur pas à pas linéaire 26 qui se déplace le long du rail 24), pour pénétrer dans la machine de traitement 36 sous la tranche traitée 66, elle la prélève et elle est retirée de la machine.Le chariot 14 se déplace ensuite sur une faible distance verticale de façon que la tranche 64 non traitée et correctement orientée, qui est supportée par la spatule 32, se trouve maintenant à la hauteur correcte. La spatule 32 entre dans la machine 56 et elle dépose la tranche 64 sur les doigts 62, qui font descendre la tranche 64 pour l'amener sur le plateau de traitement 58. La figure 2 montre une tranche 64 non traitée en position juste avant le transfert vers le plateau 58. La spatule supérieure 32 est rétractée et le traitement de la nouvelle tranche 64 par la machine 56 commence. A ce point, seule la spatule à dépression inférieure 34 porte une tranche (tranche traitée 66), et les deux bras 28, 30 et leurs spatules 32, 34 sont dans des positions rétractées. Le chariot 14 s'élève alors et positionne la spatule inférieure 34 à la hauteur du logement de cassette approprié, pour déposer la tranche traitée 66. (Ce lo gement peut être celui duquel la tranche a été extraite à l'origine, ou un autre logement, comme on le désire.) La tranche traitée 66 est introduite dans son logement, la spatule inférieure 34 est rétractée et la spatule supérieure 32 peut maintenant accéder à la tranche non traitée suivante et l'extraire de son logement de cassette, ce qui recommence le cycle depuis le début.Les bras et spatules en double de l'appareil et leurs dispositifs d'entraînement linéaires indépendants permettent un échange rapide de tranches successives au niveau du support de traitement 58, ce qui minimise le temps d'attente pour le traitement principal (dans ce cas la réparation par laser de mémoires redondantes). De plus, du fait que les spatules sont simplement déplacées avec un mouvement linéaire pour être amenées en position dans la machine de traitement 56, l'accès aux tranches n'exige qu'un espace réduit. Le chariot 14 communique avantageusement un mouvement vertical aux deux spatules, évitant ainsi la complexité qu'exigeraient des mécanismes de déplacement vertical indépendants. En introduisant simplement de nouvelles coordonnées, on peut travailler avec des cassettes et des machines de traitement différentes. D'autres modes de réalisation de l'invention entrent dans le cadre des revendications qui suivent. On peut par exemple utiliser l'appareil 10 avec des dispositifs de test et des machines de traitement de tranches autres que des machines d'ajustement par laser. On peut également effectuer de nombreuses autres modifications sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1. Appareil de transport de tranches (64, 66, 46) entre un dispositif de stockage temporaire (38, 40) et une machine de traitement (56), caractérisé en ce qu'il comprend : une structure de support (12) à laquelle est associée une position de préhension de tranche prédéterminée à laquelle la machine de traitement peut saisir des tranches ayant des surfaces planes; un dispositif de stockage temporaire (38, 40) monté sur la structure de support (12) pour stocker temporairement une tranche dans une position connue, en vue du prélèvement de cette tranche, les surfaces planes de la tranche étant parallèles à un axe X et perpendiculaires à un axe Z; un premier élément de préhension de tranche (32) destiné à supporter une tranche pour la transporter entre le dispositif de stockage temporaire (38, 40) et la position de préhension; un premier dispositif de déplacement dans la direction X (24) monté sur la structure de support (12) et capable de déplacer le premier élément de préhension (32) parallèlement à l'axe X; un second élément de préhension de tranche (34) destiné à supporter une tranche pour la transporter entre le dispositif de stockage temporaire (38, 40) et la position de préhension; un second dispositif de déplacement dans la direction X (26) monté sur la structure de support (12) et capable de déplacer le second élément de préhension (34) parallèlement à l'axe X, indépendamment du premier élément de préhension (32); un dispositif de déplacement dans la direction Z (14, 18) monté sur la structure de support (12) et capable de déplacer les premier et second éléments de préhension (32, 34) parallèlement à l'axe Z; et un dispositif de commande destiné à faire en sorte que le premier dispositif de déplacement dans la direction X (24) déplace le premier élément de préhension (32) et une tranche non traitée portée par celui-ci, parallèlement à l'axe X, vers la position de préhension, en même temps ou peu de temps après que le second élément de préhension (34) et une tranche traitée portée par ce dernier se déplacent prallèlement à l'axe X en s'éloignant de la position de préhension. 2. Appareil selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dispositif de déplacement dans la direction Z (14, 18) comprend un chariot (14) qui est mobile dans la direction de l'axe Z et qui porte les premier et second dispositifs de déplacement dans la direction X (24, 26) et les premier et second dispositifs de préhension (32, 34) peuvent être déplacés le long d'un premier axe et d'un second axe qui sont fixes par rapport au chariot (14), qui sont parallèles à l'axe X et qui sont mutuellement espacés d'une distance fixe dans la direction de l'axe Z. 3. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que le dispositif de déplacement dans la direction Z comprend une vis de rappel (18) ayant un axe longitudinal qui est parallèle à l'axe Z, et qui est entrainée en rotation par rapport à une pièce filetée du chariot (14). 4. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'il comprend un poste d'alignement (44) porté par la structure de support (12), et un élément de préhension de tranche (32, 34) peut transporter une tranche à ce poste d'alignement (44). 5. Appareil selon la revendication 4, caractérisé en ce que le poste d'alignement (44) comprend un organe (50) capable de saisir une tranche (46) au centre de sa surface arrière et de faire tourner la tranche pour lui donner une orientation angulaire désirée. 6. Appareil selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce que les premier et second éléments de préhension de tranche (32, 34) comprennent des spatules à dépression qui viennent en contact avec les tranches sur les surfaces arrière de ces dernières. 7. Appareil selon la revendication 6, caractérisé en ce que les spatules à dépression (32, 34) ont une forme en U. 8. Appareil selon l'une quelconque des revendications 6 ou 7, caractérisé en ce que l'axe X est aligné avec l'horizontale, les surfaces arrière des tranches sont situées vers le bas et les spatules (32, 34) viennent en contact avec les tranches par le dessous. 9. Procédd de transport de tranches (64, 66, 46) entre un dispositif de stockage temporaire (38, 40) et une machine de traitement (56), caractérisé en ce que : on établit un dispositif de stockage temporaire (38, 40) des .tiné à stocker temporairement une tranche en position pour être prélevée, les surfaces planes de la tranche étant pa rallèles à un axe X et perpendiculaires à un axe Z, des premier et second éléments de préhension de tranche (32, 34), des premier et second dispositifs de déplacement dans la direction X (24, 26) destinés à déplacer indépendamment les premier et second éléments de préhension de tranche (32, 34) parallèlement à l'axe X, et un dispositif de déplacement dans la direction Z (14, 18? destiné à déplacer les premier et second éléments de préhension de tranche (32, 34) parallèlement à l'axe Z; on prélève avec le premier élément de préhension de tranche (32) une première tranche, non traitée, qui se trouve dans le dispositif de stockage (38, 40); on déplace le second élément de préhension de tranche (34) parallèlement à l'axe X, jusqu'à une position de préhension de tranche dans la machine de traitement (56), dans laquelle se trouve une tranche traitée; on saisit la tranche traitée avec le second élément de préhension de tranche (34); on retire de la machine de traitement (56), parallèlement à l'axe X, le second élément de préhension de tranche (34) et la tranche traitée qu'il porte; on déplace le premier élément de préhension de tranche (32) et la tranche non traitée qu'il porte, parallèlement à l'axe X, vers la position de préhension de tranche; on li bère la tranche non traitée par rapport au premier élément de préhension de tranche (32); et on retire le premier élément de préhension de tranche (32), sans la tranche non traitée, parallèlement à l'axe X. 10. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'on établit également un chariot (14) qui est mobile dans la direction de l'axe Z et qui supporte les premier et second dispositifs de déplacement dans la direction de l'axe X (24, 26); et en ce que, après l'opération de prélèvement, on déplace le chariot (14) le long de l'axe Z, depuis une position située au niveau du dispositif de stockage (38, 40), jusqu'à une position située au niveau de la position de préhension, pour amener le second élément de préhension de tranche (34) en alignement avec la position de préhension, avant de déplacer le second élément de préhension de tranche (34). 11. Procédé selon la revendication 10, caractérise en ce qu'il comprend en outre les opérations suivantes on déplace le chariot (14) dans la direction de l'axe Z pour amener le premier élément de préhension (32) au niveau de la position de préhension, après avoir retiré le second élément de préhension (34); et après avoir retiré le premier élément de préhension (32), on déplace le chariot (14) dans la direction de l'axe Z, pour amener le second élément de préhension (34) et la tranche fixée sur lui au niveau du dispositif de stockage (38, 40), et on déplace le second élément de préhension (34) et la tranche fixée sur lui, dans la direction d'un axe parallèle à l'axe X, vers le dispositif de stockage (38, 40). 12. Procédé selon la revendication 9, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations qui consistent à amener la tranche non traitée à un poste d'alignement (44), et à aligner l'orientation angulaire de cette tranche (46) au poste d'alignement (44), après l'étape de prélève ment. 13. Procédé selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'il comprend en outre les opérations consistant à retirer la première tranche de la machine de traitement (56) et à la ramener au dispositif de stockage (38, 40). 14. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'opération de retour comprend le retour de la première tranche à la position du dispositif de stockage (38, 40) de laquelle cette tranche a été retirée. 15. Procédé selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'opération de retour comprend le retour de la première tranche à une position du dispositif de stockage (38, 40) différente de la position de laquelle elle a été retirée. 16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que le dispositif de stockage comprend un ensemble de cassettes (38, 40) avec des logements destinés à recevoir des tranches, et en ce que la première tranche est ramenée dans un logement d'une cassette différente de la cassette de laquelle cette tranche a été retirée.