DE19510857A1 - Vorrichtung zur Durchführung von Manipulationen an einem Objekt unter Reinraumbedingungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Durchführung von Manipulationen an einem Objekt unter Reinraumbedingungen in einem abgeschlossenen, mit Handschuhen druckdicht verbundenen Behälter, der an ein Inertgas-Kreislaufsystem anschließbar und dazu mit einem Saugstutzen und einem Inertgasauslaß versehen ist. In die Handschuhe kann von außerhalb des Behälters hineingegriffen werden, das aktivierbare Kreislaufsystem dient der Reinhaltung des Behälterinnenraums, indem das Inertgas über den Saugstutzen aus dem Behälter abgesaugt und gereinigt über den Inertgasauslaß wieder in den Behälter nachströmt.

Eine derartige Vorrichtung ist aus der Betriebsanleitung "MBraun Inert Gas System" der Firma MBraun, Garching, Deutschland, Ausgabe 01/1989 bekannt. Bei dieser auch als Handschuhkasten oder Glovebox bezeichneten Vorrichtung wird die Inertgasatmosphäre im Behälterinnenraum von gasförmig vorliegenden Verunreinigungen, insbesondere von Spuren von Wasser und Sauerstoff, reingehalten. Dazu wird das Inertgas ohne eine Stömungslenkung aus dem Behälterinneren über eine einfache Öffnung abgesaugt, wobei es die gasförmigen Verunreinigungen mit sich zieht, und über eine Filtertrommel mit einem Molekularsieb und einem Kupferkatalysator geleitet. Dort werden die gasförmigen Verunreinigungen abgeschieden. Das gereinigte Inertgas wird dann wieder dem Behälter zugeführt. Die Filtertrommel wird automatisch in bestimmten Abständen regeneriert, indem ein Regenerationsgas über die Filter geleitet wird, das die gasförmigen Verunreinigungen an sich bindet. Dafür wird die gesamte Anlage für einen längeren Zeitraum stillgelegt.

Die der Erfindung zugrundeliegende Problematik ist darin zu sehen, auch alle anderen im Behälterinneren auftretenden Verunreinigungen, insbesondere alle Arten von Materialpartikeln und Stäuben, sicher und einfach aus dem Behälterinneren entfernen zu können. Dabei soll aber die nur für gasförmige Verunreinigungen regenerierbare Filtertrommel nicht belastet werden.

Diese Problematik wird von der Erfindung dadurch gelöst, daß ein an den Saugstutzen anschließbarer, flexibler Schlauchabschnitt vorgesehen ist, der an seinem vom Saugstutzen abgewandten Ende offen und düsenartig verengt ausgebildet ist und daß ein zwischen Saugstutzen und Schlauchabschnitt einfügbarer Filter vorgesehen ist.

Die Erfindung sieht mit einfachen Mitteln im Behälterinnenraum eine zusätzliche Staubabsaugvorrichtung vor. Diese nutzt den Abgasstrom des Inertgases. Durch die düsenartige Querschnittsverengung wird am freien Schlauchende die Absauggeschwindigkeit und damit die Absaugkraft derart erhöht, daß auch alle auftretenden schwereren Verunreinigungen, insbesondere Staub und Materialpartikel, sicher aus dem Behälterinneren entfernt werden können. Der flexible Schlauch ermöglicht den Zugang zu jeder Stelle in der Glovebox und lenkt die Saugströmung. Er kann über die Handschuhe einfach geführt werden. Die abgesaugten Partikel werden, noch bevor sie das Behälterinnere verlassen, in einem Filter aufgefangen. So bleibt das Inertgas-Kreislaufsystem außerhalb der Glovebox völlig unbelastet von den groben Verunreinigungen. Ein Zusetzen der empfindlichen Filtertrommel und damit ein kompletter Filtertausch, der neben den Regenerationsphasen noch zusätzliche Betriebsausfallzeiten bedeuten würde, entfällt. Statt dessen kann der im Behälterinneren vorhandene Filter über die Handschuhe einfach ausgetauscht werden.

Die Wirkung der erfindungsgemäßen Vorrichtung bezüglich der Staubabsaugung kann noch erhöht werden, wenn an das offene Ende des Schlauchabschnittes zusätzliche Arbeitsmittel, insbesondere verschiedene Düsen, anschließbar sind. Je nach Anwendungsfall können Düsen mit unterschiedlichem Austrittsquerschnitt aufgesetzt werden. Eine Anpassung an die Größe der zu entfernenden Schmutzpartikel ist so möglich. Auch andere Vorsätze, beispielsweise feine Bürsten oder Pinsel, sind einsetzbar. Vorzugsweise besteht der Schlauchabschnitt aus einem Teflonmaterial, so daß sich keine Verunreinigungen am Schlauchabschnitt, insbesondere an dessen Innenseite ablagern können.

Die durch die zusätzliche Reinigung des Behälterinnenraums anfallenden Schmutzpartikel können einfach entfernt werden über den zwischen dem Saugstutzen und dem Schlauchabschnitt anordenbaren Filter. Handelt es sich hierbei vorteilhaft um eine einfache Filterscheibe aus Reinraum-Filterpapier, ist die Entsorgung des verbrauchten Filters problemlos und der Filterwechsel einfach und kostengünstig. Bei Verwendung einer Filterscheibe ist es besonders günstig, wenn diese auf einen Gittereinsatz auflegbar ist. Der Gittereinsatz unterstützt die weiche Filterscheibe und verhindert ein mögliches Zerreißen durch zu starke Krümmungen oder Einsaugen in den Saugstutzen.

Nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Schlauchabschnitt durch Aufschieben auf eine Hülle des Saugstutzens an diesen anschließbar. Besonders die weiche Filterscheibe kann dabei einfach über den Saugstutzen gelegt werden, so daß sie durch das Aufschieben sicher festgehalten und gegen das Behälterinnere abgeschlossen wird. Zusätzliche Anschlußteile oder Zwischenteile für die Filterbefestigung und -ummantelung sind dann nicht erforderlich. Bevorzugt kann der Saugstutzen aber auch mit einem Kleinflansch versehen sein, mit dem ein Klemmflansch für den Anschluß des Schlauchabschnitts verbindbar ist. Eine einfache, aber sichere Verbindung, die gut lösbar ist, ist so realisiert. Die Filterscheibe und der Gittereinsatz können dabei zwischen Kleinflansch und Klemmflansch sicher fixiert werden.

Das Kreislaufsystem zur Reinigung der Glovebox ist sicher dann aktiviert, wenn in der Glovebox gearbeitet wird. Wenn das Kreislaufsystem unabhängig vom Betriebszustand der Glovebox ständig aktivierbar ist, sind die Reinigungsmaßnahmen mit der Staubabsaugdüse ohne vorangehende Maßnahmen stets durchführbar. Dadurch wird der Bedienkomfort erhöht. Außerdem wird durch die ständige Absaugung erreicht, daß die vor der Filterscheibe angesammelten Schmutzpartikel auch dort haften bleiben und nicht gegebenenfalls in das Behälterinnere zu rückgelangen.

Die genannten Vorteile der Erfindung sind von besonderer Bedeutung, wenn nach einer anderen Ausgestaltung mit dem Behälter ein Arbeitsraum mit einem Beschichtungsreaktor zur Herstellung von Halbleitermaterialien direkt verbindbar ist. In einem solchen Beschichtungsreaktor werden z. B. III/V-Halbleiter mittels Gasphasenepitaxie hergestellt. Dabei werden die auf einem Wafer, der über die Vorkammer der Glovebox mit den Arbeitshandschuhen in den Beschichtungsreaktor eingebracht wird, schichtweise abzulagernden Stoffe in gasförmigem Zustand in den Reaktionsraum geleitet. Während des Wachstumsvorganges lagern sich dann auch Partikel an der Reaktorinnenfläche ab. Außerdem können beim Reaktionsprozeß auch direkt Partikel aus den Gasen ausfallen. Mit dem flexiblen Schlauchabschnitt, der in seiner Länge entsprechend den Dimensionen des Behälterinnenraums und des angeschlossenen Arbeitsraums bemessen sein kann, läßt sich nun in besonders einfacher Weise auch der Beschichtungsreaktor vor einem Beladungsvorgang säubern. Der ganze Reaktionsraum kann ausgesaugt und damit von Schmutzpartikeln aller Art befreit werden. Eine ständige Gaszirkulation ermöglicht die vorbereitenden Reinigungsarbeiten. Das Kreislaufsystem mit dem Reinigungsgas wird durch den flexiblen Schlauchabschnitt auf an die Glovebox angeschlossene Zusatzräume erweitert. Tote Winkel, die eine ungelenkte Gasströmung nicht erreichen würde, sind vermieden.

Im folgenden soll anhand von Erläuterungen zu den Figuren das Wesentliche der Erfindung noch veranschaulicht werden. Dabei zeigt die Fig. 1 schematisch die erfindungsgemäße Vorrichtung in einem Ausführungsbeispiel mit einem angeschlossenen Beschichtungsreaktor und die Fig. 2 ein Ausführungsbeispiel für den Anschluß des Schlauchabschnittes an den Saugstutzen.

In der Fig. 1 ist eine Glovebox 1 dargestellt, an deren abgeschlossenen Behälter 2 an der Vorderseite zwei Arbeitshandschuhe 3 druckdicht angeschlossen sind. Die Arbeitshandschuhe 3 sind im umgestülpten Zustand dargestellt, sie werden beim Arbeitseinsatz durch den Bediener in die Glovebox 1 hineingestülpt. Die Glovebox 1 weist in ihrem Behälterinneren 4 eine reine Inertgasatmosphäre auf. Bei dem Gas handelt es sich im Beispiel um Stickstoff. Über eine nicht weiter dargestellte Druckregeleinrichtung kann der Druck p_i im Behälterinneren 4 eingestellt werden. Im allgemeinen liegt er weit unter dem Luftdruck. Be- und entladen wird die Glovebox 1 über eine als Schleuse ausgebildete Vorkammer 5. Der offene bzw. geschlossene Zustand der Vorkammer 5 gegenüber der Glovebox 1 ist durch eine gestrichelte Linie angedeutet. Weiterhin ist der Behälter 2 der Glovebox 1 an seiner hinteren Seite mit einem Arbeitsraum 6 verbunden, der einen Beschichtungsreaktor 7 zur Herstellung von Verbindungshalbleiterscheiben 8 aufweist. Die Verschließbarkeit des Arbeitsraumes 6 gegenüber dem Behälter 2 ist wiederum durch eine gestrichelte Linie angedeutet.

Zur Reinigung des Behälterinneren 4 von vornehmlich Wasser- und Sauerstoffspuren weist die Glovebox 1 ein Kreislaufsystem 9 auf, in dem der Stickstoff umgeführt wird. Der Umlauf wird durch ein Gebläse 10 bewirkt. Die gasförmigen Verunreinigungen werden zusammen mit dem Stickstoff über einen Saugstutzen 11 aus dem Behälterinneren 4 abgesaugt und dann über eine regenerierbare Filtertrommel 12 geleitet, die in ihrem Innern ein Molekularsieb und einen Kupferkatalysator aufweist. Dort werden die gasförmigen Verunreinigungen wieder vom Stickstoff getrennt. Nach einer Abkühlung des gereinigten Inertgases in einer Kühlvorrichtung 13 wird es der Glovebox 1 über einen Inertgasauslaß 14 wieder zugeführt. Das Kreislaufsystem 9 ist an- und abschaltbar. Im Beispiel ist es unabhängig vom Betriebszustand der Glovebox 1 während der Hauptarbeitszeit ständig aktiviert.

Zur Entfernung von Schmutzpartikeln aller Art, wie beispielsweise Ablagerungen oder Stäube bei der Halbleiterherstellung, weist die Glovebox 1 eine zusätzliche Staubabsaugvorrichtung 15 auf. Diese besteht aus einem flexiblen Schlauchabschnitt 16, der an eine Hülle 17 des Saugstutzens 11 durch einfaches Überschieben angeschlossen sein kann. Dadurch wird gleichzeitig ein Filter 18 in Form einer einfachen Filterpapierscheibe 19 sicher positioniert. Da das Filterpapier selbst zu keiner Kontaminierung führen darf, ist dafür spezielles Reinraum-Filterpapier, z. B. Absormat CC 454 G der Firma Clear Clean, Lübeck (DE) zu verwenden. Weitere Angaben über eine mögliche Verbindungsform sind der Fig. 2 zu entnehmen. Der Filter 18 dient der Abscheidung der groben Schmutz- und Staubpartikel und ist einfach auszuwechseln. Der flexible Schlauchabschnitt 16 besteht aus einem Teflonmaterial, das Anlagerungen von Verunreinigungen verhindert. Er ist an seinem vom Saugstutzen 11 abgewandten Ende 20 offen und düsenförmig verengt. Im Beispiel weist er eine Düse 21 auf. Durch die Erhöhung der Absauggeschwindigkeit durch den Düseneffekt können mit der Staubabsaugvorrichtung 15 alle groben Verunreinigungen im Behälterinneren 4 und im Innern des Arbeitsraums 6 sicher entfernt werden. Die ständige Aktivierung des Kreislaufsystems 9 gewährleistet die dauernde Bereitschaft der Staubabsaugvorrichtung 15 und die sichere Staubabscheidung an der Filterscheibe 19.

Die Fig. 2 zeigt eine Ausbildung der Verbindung zwischen dem Schlauchabschnitt 16 und dem Saugstutzen 11, bei der dieser mit einem Kleinflansch 22 mit einem Durchmesser von 40 mm (KF 40) versehen ist. Die Strömungsrichtung des Inertgases ist durch einen Pfeil angedeutet. Zwischen dem Kleinflansch 22 und der einen Anschlußseite 23 eines Klemmflansches 24 befindet sich ein Dichtring 25 mit einem Gittereinsatz 26, auf den die Filterscheibe 19 aufgelegt wird. Der Filtereinsatz 26 verhindert das Zerreißen der Filterscheibe 19 durch zu starke Krümmungen oder Einsaugen. Der Kleinflansch 22 und der Klemmflansch 24 sind mittels einer Klemmvorrichtung 27 lösbar miteinander verbunden. Der flexible Schlauchabschnitt 16, im Beispiel wiederum ein Teflonschlauch, wird in eine, der einen Anschlußseite 23 des Klemmflansches 24 gegenüberliegende andere Anschlußseite 28 des Klemmflansches 24 eingeführt und dort mit einer Überwurfmutter 29 festgeklemmt.

Bezugszeichenliste

1. Glovebox
2. Behälter
3. Arbeitshandschuh
4. Behälterinneres
5. Vorkammer
6. Arbeitsraum
7. Beschichtungsreaktor
8. Verbindungshalbleiterscheibe
9. Kreislaufsystem
10. Gebläse
11. Saugstutzen
12. Filtertrommel
13. Kühlvorrichtung
14. Inertgasauslaß
15. Staubabsaugvorrichtung
16. flexibler Schlauchabschnitt
17. Hülle
18. Filter
19. Filterscheibe
20. offenes Ende von 16
21. Düse
22. Kleinflansch
23. eine Anschlußseite von 24
24. Klemmflansch
25. Dichtring
26. Gittereinsatz
27. Klemmvorrichtung
28. andere Anschlußseite von 24
29. Überwurfmutter
p_i Innendruck Inertgasatmosphäre

Claims (9)

1. Vorrichtung zur Durchführung von Manipulationen an einem Objekt unter Reinraumbedingungen in einem abgeschlossenen, mit Handschuhen druckdicht verbundenen Behälter, der an ein Inertgas-Kreislaufsystem anschließbar und dazu mit einem Saugstutzen und einem Inertgasauslaß versehen ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein an den Saugstutzen (11) anschließbarer, flexibler Schlauchabschnitt (16) vorgesehen ist, der an seinem vom Saugstutzen (11) abgewandten Ende (20) offen und düsenartig verengt ausgebildet ist und daß ein zwischen Saugstutzen (11) und Schlauchabschnitt (16) einfügbarer Filter (18) vorgesehen ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß an das offene Ende (20) des Schlauchabschnittes (16) zusätzliche Arbeitsmittel, insbesondere verschiedene Düsen (21), anschließbar sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauchabschnitt (16) aus einem Teflonmaterial besteht.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Filter (18) zwischen der Auslaßöffnung (11) und dem Schlauchabschnitt (16) aus einer Filterscheibe (19) aus Reinraum-Filterpapier besteht.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Filterscheibe (19) auf einen Gittereinsatz (26) auflegbar ist.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Schlauchabschnitt (16) durch Aufschieben auf eine Hülle (17) des Saugstutzens (11) an diesen anschließbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Saugstutzen (11) mit einem Kleinflansch (22) versehen ist, mit dem ein Klemmflansch (24) für den Anschluß des Schlauchabschnitts (16) verbindbar ist.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Kreislaufsystem (9) unabhängig vom Betriebszustand des Behälters (2) ständig aktivierbar ist.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß mit dem Behälter (2) ein Arbeitsraum (6) mit einem Beschichtungsreaktor (7) zur Herstellung von Halbleitermaterialien (8) direkt verbindbar ist.