DE102004008289B4

DE102004008289B4 - Roboterführungseinheit zur Bereitstellung einer Präzisionsbewegung eines Gegenstands

Info

Publication number: DE102004008289B4
Application number: DE102004008289A
Authority: DE
Inventors: Ralf Dr. Tilmann
Original assignee: Integrated Dynamics Engineering GmbH
Current assignee: Integrated Dynamics Engineering GmbH
Priority date: 2004-02-20
Filing date: 2004-02-20
Publication date: 2006-07-27
Anticipated expiration: 2024-02-21
Also published as: DE602004020442D1; EP1566244A1; KR20050083002A; TW200528247A; DE102004008289A1; KR100759582B1; TWI271289B; JP2005236306A; JP4436772B2; US7264436B2; EP1566244B1; US20050183533A1

Abstract

Roboter zur Handhabung eines scheibenförmigen Gegenstandes (7), insbesondere eines Wafers, mit folgenden Merkmalen:
der Roboter (2) umfasst mindestens einen Roboterarm (5), der in mindestens einer Ebene bewegbar ist und ein freies Ende aufweist, an dem ein Endeffektor (6) sitzt, der den scheibenförmigen Gegenstand (7) hält und zu manipulieren ermöglicht;
gekennzeichnet durch
eine Präzisionsführungseinrichtung (3) zum Führen des Endeffektors (6) in der mindestens einen Ebene, umfassend:
feststehende Führungsmittel (11, 12), welche einer Produktionsvorrichtung oder einer Inspektionsvorrichtung angehören und sich parallel zu der mindestens einen Ebene erstrecken, um die Präzisionsführung für den scheibenförmigen Gegenstand (7) zu bestimmen;
bewegliche Führungsmittel (10), welche mit den feststehenden Führungsmitteln (11, 12) zusammen wirken und sich entlang der Präzisionsführung bewegen können; und
eine Montageeinrichtung (8) zum lösbaren Befestigen des freien Endes des Roboterarms (5) oder des Endeffektors (6) an den beweglichen Führungsmitteln (10).

Description

Gebiet der Erfindung
Die Erfindung betrifft einen Roboter zur Handhabung eines scheibenförmigen Gegenstandes, insbesondere eines Wafers, mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruches 1, sowie ein Verfahren zum Abtasten der Oberfläche eines scheibenförmigen Gegenstandes.

Roboter mit mindestens einem Roboterarm, der in mindestens einer Ebene bewegbar ist und ein freies Ende mit einem daran angebrachten Endeffektor zur Handhabung von scheibenförmigen Gegenständen aufweist, sind aus zahlreichen Dokumenten bekannt, so aus EP 1 147 863 A2 , EP 1 464 455 A1 , US 5 135 349 , US 5 288 199 . Halbleiterwafer werden mittels komplizierter mehrstufiger Verfahren in einer Reinraumumgebung hergestellt. Die Herstellung ausgeklügelter elektronischer Chips aus Wafern kann bis zu 150 Schritte umfassen. Die Technologien im Submikronbereich sind sehr empfindlich, und in jeder der vielen Stufen besteht immer die Möglichkeit eines Fehlers oder einer Fehlfunktion, die so rasch wie möglich erkannt werden muss.

Während der gesamten Halbleiterverarbeitung werden Präzisionsbewegungssysteme, z.B. Positionierungsstufen, verwendet, so beispielsweise in Wafermessgeräten, z.B. Mikroskope.

Der übliche Lösungsweg besteht darin, ein selbständiges, d.h. ein in seiner Funktion unabhängiges, X-Y-Bewegungssystem innerhalb des Messgerätes zu verwenden, das über ein Spannfutter verfügt, dem der Wafer vom Waferhandhabungssystem aus, das einen Roboter zum Transportieren des Wafers von einer zur nächsten Produktions- oder Inspektionsstufe beinhaltet, zugeführt wird.

Daraus ergibt sich der typische Arbeitsablauf:

1. Das X-Y-Bewegungssystem bewegt sich in eine Ladestellung, in der der Wafer
2. vom Roboter dem Spannfutter des X-Y-Bewegungssystems zugeführt wird, wonach der Wafer in das Messgerät bewegt und
3. das Mess- oder Inspektionsverfahren durchgeführt wird, und anschließend bewegt
4. das Bewegungssystem den Wafer zurück zur Ladeposition, wo er
5. dem Handhabungssystem oder dem Roboter übergeben wird.

Wenn man diesen Arbeitsablauf- von einem Systemstandpunkt aus betrachtet, kann man erkennen, dass es zwei zueinander redundante Bewegungssysteme gibt, d.h. das Handhabungssystem und das X-Y-Bewegungssystem des Messgerätes. In einem so ausgeführten Handhabungssystem hängt der Durchsatz in hohem Maße von der Wartezeit des Messgerätes bis zur Übergabe von Material durch die Roboterhandhabungsvorrichtung ab. Bei der Erfindung soll Zeit dadurch gespart werden, dass zwei zeitaufwändige Waferübergaben wegfallen, nämlich vom Handhabungssystem auf die Werkstückaufnahme der Positioniereinrichtung und zurück auf das Handhabungssystem. Darüber hinaus sei darauf hingewiesen, dass in Systemen nach dem Stand der Technik zwei separate Bewegungssysteme für die Handhabung und das Messverfahren erforderlich sind.

Diese und andere Nachteile haben zu den Aufgaben der vorliegenden Erfindung geführt, die insbesondere darin bestehen, die bekannten Bewegungssysteme zu vereinfachen und den Durchsatz des Produktions- und/oder Inspektionsverfahrens zu steigern.

ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG

Die Lösung im Rahmen der Erfindung ergibt sich aus dem in den unabhängigen Ansprüchen definierten Apparat. Weitere Verbesserungen und vorteilhafte Entwicklungen sind Bestandteile der jeweiligen abhängigen Ansprüche.

Somit stellt die Erfindung generell die Anordnung eines geführten Roboters dar, um eine Präzisionsbewegung eines Gegenstands auszuführen, insbesondere zur Bereitstellung einer Präzisionsbewegung eines scheibenförmigen Werkstückes, beispielsweise eines Wafers. Die Anordnung umfasst einen Roboter mit mindestens einem Roboterarm, der ein freies Ende und ein am Roboter gelagertes Ende umfasst, wobei der Roboter das freie Ende des Arms mindestens in einer Bewegungsebene bewegen kann, und wobei eine Führungseinrichtung in der Lage ist, eine präzise Führung des freien Endes des Arms mindestens in dieser Ebene zu bewirken.

Auf diese Weise bietet die Erfindung erstmals die Möglichkeit, den in jedem Waferhandhabungssystem vorhandenen Roboter auch als ein Bewegungssystem in Messgeräten zu verwenden, so dass die Notwendigkeit eines gesonderten Bewegungssystems innerhalb des Messgerätes entfällt. Damit werden Apparateherstellungskosten gesenkt. Ferner wird die Zykluszeit für eine Messung der Wafer verkürzt, weil Zeit eingespart wird, die sonst durch die Waferübergabe vom Handhabungssystem zum Messbewegungssystem verbraucht wird. Zusätzlich sei darauf hingewiesen, dass im Rahmen der vorliegenden Erfindung Handhabungsroboter in verschiedenen Ausführungen, wie beispielsweise SCARA-Roboter oder lineare Roboter, eingesetzt werden können.

Abhängig vom Bewegungssystem des Roboters, d.h. ob der Roboter ein polares Koordinatensystem mit einer Linearradius- oder R-Bewegungsachse und einer drehbaren Plattform- oder Thetabewegungsachse (R-Theta) hat, oder ob er ein Kartesisches Koordinatensystem für eine X-Y-Bewegung hat, wird eine Führungseinrichtung bereitgestellt, die eine oder zwei oder mehrere Präzisionsbewegungs- oder Führungsachsen umfasst. Es wird somit sichergestellt, dass das Ende des Roboterarms bzw. ein Endeffektor, der am Ende des Roboterarms befestigt ist, um das scheibenförmige Werkstück an diesem Ende aufzunehmen und zu halten, gezwungen wird, sich exakt entlang der jeweiligen Achse zu bewegen. Die Bewegung des Endeffektors ohne die zusätzliche Zwangsführung würde die Präzisionserfordernisse einer Abtastung eines Wafers, beispielsweise im Innern eines Mikroskops, nicht erfüllen. Im Falle eines R-Theta-Systems ist allgemein eine einzige Bewegungsachse ausreichend. Wenn ein X-Y-Bewegungssystem verwendet wird, stehen zwei übereinander angeordnete lineare Achsen zur Verfügung. Die Bewegungsrichtung dieser Achsen ist um 90° versetzt, so dass sich ein Kartesisches Koordinatensystem ergibt.

Die Wahl des Bewegungssystems wirkt sich auch auf die Wahl eines geeigneten Endeffektors aus. Wenn daher beispielsweise im Rahmen dieser Erfindung ein SCARA-Roboter mit einem R-Theta-Bewegungssystem verwendet wird, wird vorteilhafterweise der Endeffektor mit der Fähigkeit des Drehens des scheibenförmigen Werkstücks um seine Drehachse ausgewählt. Ein solcher Endeffektor ist in der WO 02/02282 A1 beschrieben, auf die Bezug genommen wird.

Ein solcher Endeffektor ersetzt eine separate Drehstufe, die ansonsten erforderlich wäre. Darüber hinaus ist es dadurch möglich, die Abhängigkeit der Winkelorientierung des Drehgelenks (in der Art eines Handgelenks) und somit diejenige des Endeffektors eines SCARA-Roboters problemlos auszuschließen. Die erwähnte Abhängigkeit ergibt sich aus der Tatsache, dass die Endeffektoren solcher Roboter immer radial im Verhältnis zur Theta-Achse orientiert sind.

Ein weiteres erfindungsgemäßes Merkmal betrifft eine Montageeinrichtung zum lösbaren Befestigen des Endes des Roboterarms und/oder des Endeffektors an den beweglichen Führungsmitteln. Die Montageeinrichtung umfasst vorzugsweise eine pneumatische Verriegelung, die an einer Seite, nämlich der Oberseite einer Plattform angeordnet ist, während die andere Seite der Plattform die beweglichen Führungsmittel umfasst. Die beweglichen Führungsmittel können Lager in einer beliebigen bekannten Ausführung beinhalten, beispielsweise Rollenlager, Profilführungen mit Umlaufkugelkonsolen oder sogar Luftpolsterlager. Diese beweglichen Führungen wirken mit an einem Montageelement angeordneten Schienen zusammen, um die Plattform und somit das Ende des Roboterarms oder den Endeffektor präzise zu führen.

Wenn der erfindungsgemäße Montagemechanismus darüber hinaus auf Wunsch einen Drehfreiheitsgrad besitzt, der es zulässt, den Endeffektor in eine Veriegelungsposition zu drehen, eröffnet dies auch die Möglichkeit, die Abhängigkeit der Winkelorientierung des Drehgelenks und somit diejenige des Endeffektors, wie vorstehend beschrieben, auszuschalten.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird das freie Ende des Roboterarms von der erfindungsgemäßen Führungseinrichtung passiv geführt. Dies bedeutet, dass einzig der Roboter die Antriebskraft für die Bewegung des geführten freien Endes des Roboterarms bzw. des Endeffektors bereitstellt. Dies schließt ein, dass lediglich die Motoren und die Positionsrückmeldeelemente des Roboters für den Prozess der Bewegung eingesetzt werden.

Um eine noch weitere Verbesserung des Bewegungssystems der erfindungsgemäßen Anordnung zu erreichen, umfasst die Führungseinrichtung zusätzliche Codierer für ein sekundäres Positionierungsrückmeldesystem. Somit ergibt sich durch die Verwendung eines geschlossenen Regelkreises für die Stellung der Plattform keine Möglichkeit, dass die Position der Plattform verloren geht. Präzisionsbewegungssystem bedeutet in dieser Hinsicht, dass die Plattform in einem Toleranzband von 2 bis 3 μm pro 100 mm geführt wird.

Es ist natürlich möglich, dass die Führungseinrichtung selbst einen internen Antrieb beinhaltet. In diesem Fall kann beispielsweise der Roboter als ein Bewegungsregler eingesetzt werden, der sein eigenes internes Rückmeldesystem verwendet, um den Positionsregelkreis zu schließen. Somit besteht vorteilhafterweise kein Bedarf an einer zusätzlichen Schnittstelle für den Verfahrensregler. Darüber hinaus wird die Regelprogrammierung vereinfacht, weil der Roboter und das Messbewegungssystem die gleiche Regelsprache verwenden.

Gemäß einer zusätzlichen weiteren Entwicklung im Rahmen der Erfindung ist darüber hinaus vorgesehen, dass die Führungseinrichtung ein selbständiges Bewegungssystem beinhaltet, wie es von XYZ-Stufen von Mikroskopen bekannt ist, wobei Mittel zur Verfügung stehen, die insbesondere eine vollständige mechanische Entkopplung des Endeffektors vom Roboterarm ermöglichen. Es sei darauf hingewiesen, dass der Roboter auch in dieser Ausführungsform eine wichtige Rolle spielt. In dieser Hinsicht kann der Roboter beispielsweise noch die Drehbewegung des scheibenförmigen Werkstücks oder der Wafer an einem entsprechenden Endeffektor (siehe oben) sowie die Regelelektronik zur Verfügung stellen, so dass die Kosten reduziert und die Auslegung des Systems vereinfacht werden. Die Energieversorgung wird jedoch über die Montageeinrichtung bereitgestellt.

Mit der Aufgabenlösung der Erfindung steht eine Inspektionsvorrichtung in Zusammenhang, die zur Überprüfung einer Oberfläche eines Gegenstands, insbesondere eines scheibenförmigen Werkstücks, beispielsweise eines Wafers, dient. Diese Inspektionsvorrichtung umfasst eine Anordnung mit Roboter und Präzisionsführungseinrichtung zum Positionieren und Ausrichten des Werkstücks innerhalb der Inspektionsvorrichtung.

Darüber hinaus beinhaltet der Schutzbereich der Erfindung ein Verfahren zum Abtasten eines scheibenförmigen Gegenstandes, das insbesondere in der Inspektionsvorrichtung durchgeführt wird. Der Endeffektor des Roboters hält das scheibenförmige Werkstück, insbesondere den Wafer, in einer definierten Position und wird entlang der Bewegungsachse der Führungseinrichtung angetrieben. Mit der Bewegung des Endeffektors im Innern der Inspektionsvorrichtung wird eine Oberflächenüberprüfungsabtastung des scheibenförmigen Werkstücks durchgeführt. Der Endeffektor wird nach erfolgter Inspektion zurück in die definierte Ausgangsposition bewegt. In dieser Position wird der Endeffektor vom Führungsmittel gelöst, so dass sich der Roboter mit seinem Endeffektor nach erfolgtem Lösen zur nächsten Station im Produktions- oder Inspektionsverfahren bewegen kann.

KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Erfindung mit ihren zusätzlichen Merkmalen und Vorteilen wird durch die nachstehende Beschreibung am besten verdeutlicht. Bei den Zeichnungen stellen dass:
1 eine Übersicht der wesentlichen Teile der erfindungsgemäßen Roboterführungsanordnung;
2 einen Schnitt A-A durch eine Montageeinrichtung der 4;
3 einen Schnitt durch ein Positionsfixierungselement in 2;
4 eine Draufsicht auf die Montageeinrichtung der 2 und 5;
5 Schnittansichten B-B gemäß 4, wobei 5A die Montageeinrichtung in der verriegelten Stellung und 5B die Montageeinrichtung in der gelösten Stellung zeigt;
6 eine Ansicht der in ein Gestell eingebauten erfindungsgemäßen Anordnung.
AUSFÜHRLICHE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 zeigt ein Beispiel einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anordnung aus Roboter und Führung. Die Anordnung umfasst zwei Hauptbauteile, nämlich einen Roboter 2 und eine Präzisionsführungseinrichtung 3. Der dargestellte Roboter "durchgängig" 2 ist vom SCARA-Typ. Er umfasst ein Gehäuse 4, einen Roboterarm 5 und einen Endeffektor 6, der einen schreibesförmigen gegenstand 7, wie einen Wafer hält. Der Roboter 2 beinhaltet Motorantriebe zum Antrieb des Roboterarms 5 und des Endeffektors 6, sowie einen Roboterregler, die beide in 1 nicht dargestellt sind. Der Endeffektor 6 wird verwendet, um die Wafer zu ergreifen und zu halten, und der Roboterarm 5, der verschiedene Motoren und mechanische Antriebe beinhaltet, die in den Figuren nicht dargestellt sind, bewegt den Endeffektor 6 und den von ihm gehaltenen Wafer von einer Station zu einer anderen während eines Inspektions oder Produktionsverfahrens.
Für die Handhabung eines einzelnen Wafers in einem Halbleiterwerk verfügt der Roboter 2 typischerweise über drei Positionierungsachsen. Eine Achse, Z-Achse genannt, dient dazu, den Wafer mit seinem Arm vertikal nach oben und nach unten zu bewegen, und mindestens zwei weitere Achsen, typischerweise eine Theta-Achse und eine R-Achse, dienen dazu, die Wafer im Rahmen des Produktionsverfahrens horizontal von einer Station zu einer anderen zu bewegen. Roboter in diesen Ausführungen sind auf diesem Fachgebiet bekannt und werden nachstehend nicht ausführlicher beschrieben.
Gemäß der Ausführungsform der 1 ist der Endeffektor 6 über eine Montageeinrichtung 8 an der Führungseinrichtung 3 befestigt. Die Führungseinrichtung ist zu diesem Zweck als eine lineare Führung ausgebildet, die Teil eines (in 1 nicht dargestellten) Messgerätes ist. Sie umfasst eine Plattform 9, an deren Oberseite das passende Gegenstück, eine Endeffektorplatte 16 (2) befestigt ist. An der unteren Seite der Plattform 9 sind Schieber oder Läufer vorgesehen. Diese Schieber oder Läufer 10 wirken als bewegliche Führungsmittel mit einem Paar paralleler Laufschienen zusammen, die auf einer Platte 10 angeordnet sind. Die Schieber oder Läufer, die in beliebiger bekannter Weise ausgeführt sein können, beinhalten Rollenlager, profilierte Führungen mit Umlaufkugelkonsolen oder sogar Luftpolsterlager. Die lineare Führungseinrichtung 3, wie in 1 dargestellt, ist vom Standpunkt der Funktion aus betrachtet eine passive Führung, die den Endeffektor 6 zwingt, sich in einer geraden Linie zu bewegen, so dass eine vom Roboter 2 angetriebene präzise lineare Bewegung des Endeffektors 6 im Innern eines Messgerätes, beispielsweise eines (nicht dargestellten) Mikroskops, bereitgestellt wird, wodurch sichergestellt wird, dass die Oberfläche der Wafer während der Bewegung in einer definierten räumlichen Orientierung verbleibt.
Für eine vollständige Abtastung, d.h. um jeden Punkt auf der Waferoberfläche im Verhältnis zu einem stationären äußeren Betrachtungspunkt im Innern des Messgerätes zu erreichen, ist eine einzelne lineare Bewegung nicht ausreichend. Gemäß der Erfindung wird dieses Problem im Hinblick auf die in 1 dargestellte Ausführungsform dadurch gelöst, dass ein Endeffektor 6 verwendet wird, der den aufgenommenen Wafer um die Symmetrieachse des Wafers drehen kann, die einen Winkel von 90° zur Oberfläche aufweist. Ein solcher Endeffektor 6 ist beispielsweise in der WO 02/02282 A1 beschrieben, auf die Bezug genommen wird. Die Anwendung eines solchen Endeffektors 6 hat den weiteren Vorteil, dass kein Bedarf mehr an einer rotatorischen Vorjustage mittels zusätzlichem Prealigners besteht, da der Endeffektor 6 die Wafer rotatorisch ausrichten kann, während er sie von einer Station zu einer anderen bewegt.
Ein anderes wesentliches Teil der erfindungsgemäßen Anordnung mit der erfindungsgemäßen Führungseinrichtung 3 ist die Montageeinrichtung B. Eine detaillierte Darstellung einer möglichen Ausführungsform gemäß der Erfindung ist aus 2 ersichtlich. Die Montageeinrichtung 8 ist eine kinematische Halterung in Form einer pneumatischen Verriegelung, die die Plattform 9 mit dem Endeffektor 6 lösbar verbindet. Die Verriegelung ist federnd vorgespannt und wird mittels Unterdruck gelöst. Eine mit Unterdruck arbeitende Verriegelung ist in einer Reinraumumgebung besonders vorteilhaft.
Die Montageeinrichtung 8 beinhaltet drei wesentliche Teile, nämlich eine Plattformplatte 13, die an der Plattform 9 befestigt ist, ein Verriegelungselement 14, das den Großteil der Montageeinrichtung 8 ausmacht, und einen Membranantrieb 19. Das Verriegelungselement 14 ist an der Endeffektorplatte 16 befestigt, die sich an der Unterseite des Endeffektorgehäuses 15 (1) befindet, wobei die. aufeinander treffenden Oberflächen als Präzisionsflächen ausgeführt sind. Die Endeffektorplatte 16 ist am Verriegelungselement 14 über Schrauben in Schraubenlöchern 17 befestigt, die sich durch die Endeffektorplatte 16 erstrecken und in Sacklöchern des Verriegelungselements 14 enden.
Das Verriegelungselement 14 bildet zusammen mit der Endeffektorplatte 16 ein Gehäuse 18. Das Gehäuse 18 ist durch die Membran in eine obere und eine untere Kammer 18' bzw. 18'' unterteilt. Die Membran dichtet die beiden Kammern luftdicht ab. Im Zentrum des Verriegelungselements 14 ist eine hohle Führung 20 vorgesehen. Die hohle Führung 20 ist Teil der Montageeinrichtung 8 und umfasst ein Durchgangsloch 20', in dem ein Konusartigererriegelungsstift 21 bewegbar untergebracht ist. An seinem unteren Ende reicht der Stift durch die Membran hindurch und umfasst die Platten 24' und 24'', die ein hartes Mittelteil 24 bilden, das die Membran einspannt. In dieser Hinsicht liegt die Platte 24'' im Innern der Kammer 18'' und die Platte 24' im Innern der Kammer 18'.
In seinem unteren Teil weist der Konusartigererriegelungsstift 21 ein Sackloch 23 auf, das den oberen Teil der Feder 22 aufnimmt. Die Feder 22 ist am Boden des Sacklochs 23 befestigt und wird durch die Endeffektorplatte 16 abgestützt. Falls die Montageeinrichtung 8 nicht mit Unterdruck beaufschlagt wird, hält die Feder 22 den Konusartigererriegelungsstift 21 einer Gleichgewichtsposition, wie aus 2 ersichtlich.
Die hohle Führung 20 ist am oberen Ende des Verriegelungselements 14 von einem Verriegelungsring 25 umgeben, der in eine Nut eingebettet ist, die sich an der Oberseite des Verriegelungselements 14 befindet. Der Ring schliesst bündig mit der Oberseite des Verriegelungselements 14 ab, mit der Ausnahme, dass an der Innenseite des Verriegelungsrings 25 eine Ringnase oder kante, kante 26 vorgesehen ist, die aus der Oberfläche herausragt. Der Aussendurchmesser der Kante 26 entspricht dem Innendurchmesser einer Bohrung der Plattformplatte 13. Die Kante 26 zentriert die Plattformplatte 13 in der Verriegelungsposition der Montageeinrichtung 8. Die Bohrung 27 bildet zusammen mit Käfigelementen 29 der hohlen Führung 20 Käfige für Verriegelungskugeln 28. In dieser Ausführungsform sind insgesamt drei Verriegelungskugeln 28 in einer Distanz von 120° vorgesehen.
Darüber hinaus ist ein Positionsfixierungsmechanismus vorgesehen. Er umfasst drei Positionsfixierungselemente. Diese Elemente 31 sind am äusseren Ring des Verriegelungselements 14 (siehe 4) an seiner Oberseite vorgesehen und befinden sich somit zwischen der Oberseite des Verriegelungselements 14 und der Plattformplatte 13.
Die Positionsfixierungselemente weisen Blindlöcher auf, in denen sich Stifte 32 befinden. Die Blindlöcher werden durch Keilnuten 33 (3) in der oberen Oberfläche des Verriegelungselements 14 in einer Distanz von 120° (siehe
4) sowie durch Kanäle innerhalb der Unterseite der Plattformplatte 13 gebildet. Die Orientierung der Keilnuten 33 entspricht derjenigen der Verriegelungskugeln 28 oder der Käfigelemente 29. Die erwähnten Kanäle sind in der Nähe der Keilnuten 33 vorgesehen. Der Positionsfixierungsmechanismus dient in seiner Funktion dem Zweck, im eingebauten Zustand der erfindungsgemäßen Montageeinrichtung 8 für eine definierte Orientierung zwischen dem Verriegelungselement 14 und der Plattformplatte 13 zu sorgen.
Hinsichtlich der Funktion der erfindungsgemäßen Montageeinrichtung 8 wird nunmehr auf die 5A und 5B Bezug genommen. 5A zeigt die Montageeinrichtung 8 in ihrer verriegelten Position. Die Verriegelung erfolgt durch Federkraft, das Öffnen durch Unterdruck. In diesem Fall wird die Kammer 18'' relativ zur Kammer 18' druckbeaufschlagt. Somit wird (in der Zeichnung) eine Aufwärtsbewegung des Konusartigererriegelungsstift 21 erzielt. In seiner oberen Position schiebt der Konus des Konusartigererriegelungsstift 21 die Käfigelemente 29 zur Seite. Dadurch werden wiederum die Verriegelungskugeln 28 nach unten auf die Kante 26 des Verriegelungsrings 25 gedrückt, so dass die Plattformplatte 13 auf diesem Wege mit dem Verriegelungselement 14 verriegelt wird.
Der umgekehrte Vorgang ist in 5B dargestellt. Hier wird die Kammer 18'' relativ zur Kammer 18' mit negativem Druck beaufschlagt, so dass der Konusartigererriegelungsstift 21 nach unten geschoben wird und die Verriegelung der Montageeinrichtung 8 öffnet.
Die erfindungsgemässe Montageeinrichtung 8 ermöglicht es dem Endeffektor 6, eine wiederholbare Position sowie eine exakt wiederholbare räumliche Orientierung einzunehmen, wodurch sichergestellt wird, dass die Waferoberfläche immer parallel zur Richtung der linearen Führung verläuft. Die Erfindung ist natürlich nicht auf pneumatisch betätigbare Montageeinrichtungen beschränkt, wie vorstehend beschrieben, sondern es kann auch eine elektromechanische oder magnetische Betätigung vorgesehen werden. Es sei darauf hingewiesen, dass selbst die Schwerkraft ausreichen könnte.
6 zeigt die in ein Gestell 34 eingebaute erfindungsgemäße Anordnung. Das Gestell 34 umfasst an seiner Vorderseite eine Ladeöffnung für FOUPs, d.h. eine an der Vorderseite vorgesehene Einheitsablage 35, und an seiner Rückseite die erfindungsgemäße Führungseinrichtung 3 zur präzisen Führung des Endes des Roboterarms 5 bzw. des Endeffektors 6. Somit ersetzt die erfindungsgemäße Führungseinrichtung 3 eine herkömmliche XY-Stufe, in der der Roboter 2 normalerweise die Wafer für einen beliebigen Zweck platzieren würde. Natürlich kann das Gestell 34 insgesamt oder mindestens die erfindungsgemäße Führungseinrichtung 3 in vibrationsisolierter Ausführung vorgesehen werden.

Claims

Roboter zur Handhabung eines scheibenförmigen Gegenstandes (7), insbesondere eines Wafers, mit folgenden Merkmalen: der Roboter (2) umfasst mindestens einen Roboterarm (5), der in mindestens einer Ebene bewegbar ist und ein freies Ende aufweist, an dem ein Endeffektor (6) sitzt, der den scheibenförmigen Gegenstand (7) hält und zu manipulieren ermöglicht; gekennzeichnet durch eine Präzisionsführungseinrichtung (3) zum Führen des Endeffektors (6) in der mindestens einen Ebene, umfassend: feststehende Führungsmittel (11, 12), welche einer Produktionsvorrichtung oder einer Inspektionsvorrichtung angehören und sich parallel zu der mindestens einen Ebene erstrecken, um die Präzisionsführung für den scheibenförmigen Gegenstand (7) zu bestimmen; bewegliche Führungsmittel (10), welche mit den feststehenden Führungsmitteln (11, 12) zusammen wirken und sich entlang der Präzisionsführung bewegen können; und eine Montageeinrichtung (8) zum lösbaren Befestigen des freien Endes des Roboterarms (5) oder des Endeffektors (6) an den beweglichen Führungsmitteln (10).
Roboter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die feststehenden Führungsmittel (11, 12) eine Führungsachse definieren.
Roboter nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Führungsachse durch Führungsschienen bestimmt ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisionsführungseinrichtung (3) eine Plattform (9) mit zwei Seiten aufweist, an deren eine Seite die Montageeinrichtung (8) und an deren anderer Seite die beweglichen Führungsmittel (10) angebracht sind.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisionsführungseinrichtung (3) auf Codierung basierende Mittel zur Positionsfeststellung des freien Endes des Roboterarms (5) oder des Endeffektors (6) relativ zu den feststehenden Führungsmitteln (11, 12) aufweist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisionsführungseinrichtung (3) zur passiven Führung des freien Endes des Roboterarms (5) oder des Endeffektors (6) ausgebildet ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Präzisionsführungseinrichtung (3) einen internen Antrieb zur aktiven Führung des freien Endes des Roboterarms (5) oder des Endeffektors (6) aufweist.
Roboter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Endeffektor (6) entkoppelbar am freien Ende des Roboterarms (5) angebracht ist.
Roboter nach einem der Ansprüche 4 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Montageeinrichtung (8) ein am Gehäuse des Endeffektors (6) befestigtes Verriegelungselement (14), einen im Verriegelungselement (14) geführten und betätigbaren Verriegelungsstift (21) und eine mit dem Verriegelungselement (14) und dem Verriegelungsstift (21) zusammen arbeitende, an der Plattform (9) befestigte Plattformplatte (13) aufweist, wobei der Verriegelungsstift (21) im Sinne der Verriegelung und Entriegelung von Verriegelungselement (14) und Plattformplatte (13) antreibbar ist, um den Endeffektor (6) mit den beweglichen Führungsmitteln (10) zu verbinden bzw. von diesen zu lösen.
Roboter nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, dass das Verriegelungselement (14) einen Membranantrieb (19) für den Verriegelungsstift (21) beinhaltet.
Verfahren zum Abtasten einer Oberfläche eines scheibenförmigen Gegenstandes (7), insbesondere Wafers, unter Verwendung eines Roboters (2) mit einem Endeffektor (6), der den scheibenförmigen Gegenstand (7) um dessen Symmetrieachse drehen kann, sowie mit einer Präzisionsführungseinrichtung (3), nach einem der Ansprüche 1 bis 9, mit folgenden Schritten: der scheibenförmige Gegenstand (7) wird mittels des Endeffektors (6), der an die Präzisionsführungseinrichtung (3) angekoppelt ist, in einer ersten definierten Position relativ zum Endeffektor (6) gehalten und entlang einer Führungsachse verfahren, die durch eine Messvorrichtung hindurch führt, um einen Teil der Oberfläche des scheibenförmigen Gegenstandes (7) abzutasten; der scheibenförmige Gegenstand (7) wird mittels des Endeffektors (6) in eine zweite definierte Position gedreht und entlang der Führungsachse verfahren, um einen anderen Teil der Oberfläche des scheibenförmigen Gegenstandes (7) abzutasten; es wird so lange mit Drehen und Verfahren des scheibenförmigen Gegenstandes fortgefahren, bis der scheibenförmige Gegenstand vollständig abgetastet ist; der Endeffektor (6) wird von der Verbindung mit der Präzisionsführungseinrichtung (3) gelöst, um den scheibenförmigen Gegenstand (7) zu einer anderen Station zu transportieren.