DE102004063855A1

DE102004063855A1 - Halter mit porösem Greifer

Info

Publication number: DE102004063855A1
Application number: DE200410063855
Authority: DE
Inventors: Roy Dr. Keipke; Christoph Dipl.-Ing. Müller
Original assignee: Supfina Grieshaber GmbH and Co KG
Current assignee: Supfina Grieshaber GmbH and Co KG
Priority date: 2004-12-30
Filing date: 2004-12-30
Publication date: 2006-07-13
Also published as: WO2006072453A1

Abstract

Halter zum Transportieren von Werkstücken, vor allem für flache Werkstücke, insbesondere Wafer. Die Werkstückhaltekraft wird dabei überwiegend durch Vakuum aufgebracht. Das Aufbringen des Vakuums auf das Werkstück erfolgt dabei durch eine poröse Fläche.

Description

Es gibt Vorrichtungen, die Werkstücke durch Ansaugen mittels Vakuum an Spannplatten oder Saugnäpfen fixieren. Für das Halten sehr flacher Werkstücke, insbesondere Wafer, bei ihrer Bearbeitung, werden für Werkzeugmaschinenspanntische unter anderem auch dicke, stabile, poröse Halteplatten verwendet.

Die Haltekraft von Vakuumsaugern resultiert aus dem Produkt von Druckdifferenz und Druckfläche (F = Δp·A), und ist je nach Beanspruchung und deren Richtung abhängig vom Reibwert zwischen Halter und Werkstück. Der Reibwert zwischen Halter und Werkstück beeinflusst die Haltekraft, wenn zwischen Halter und Werkstück Scherkräfte auftreten.

Poröse Halteplatten besitzen eine nicht fest definierte, jedoch relativ sehr große Anzahl von sehr kleinen Ansauglöchern je Flächeneinheit. Solche porösen Halteplatten bieten gegenüber Saugnäpfen oder Spannplatten, die genau positionierte Bohrungen und genau definierte Bohrdurchmessern besitzen, den Vorteil, dass sie die Werkstücke großflächig ansaugen, durch sehr viele und sehr kleine, sehr dicht beieinander liegende, in Anordnung und Anzahl nicht genau definierte Ansaugporen. Da zwischen den Ansaugpunkten relativ viele Stützflächen bestehen, werden auch sehr dünne Werkstücke, insbesondere ultradünne Wafer, im Bereich der Ansaugporen nicht deformiert, wie dies bei großem Ansaugbohrdurchmesser durch Ansaugdellenbildung der Fall wäre.

Die Porosität kann dabei auch der Werkstückdicke angepasst und der Bereich der mit Poren versehenen Haltefläche der Werkstückgeometrie angepasst werden. Damit ist es möglich sowohl mit hohem als auch mit niedrigem Vakuumdruck ausreichend Haltekraft zu erzeugen, ohne das Werkstück, insbesondere Wafer, zu beschädigen.

Halter zum Transport dünner Werkstücke, insbesondere Wafer, können ebenfalls Vakuum zum Halten verwenden. Halter zum Einhorden und Entnehmen von Wafer in Waferkassetten müssen sehr flach gebaut sein, damit sie zwischen die Wafer passen, wenn sie diese Greifen wollen. Halter, die dabei mit Vakuumunterstützung arbeiten besitzen Saugnäpfe oder Halteplatten mit Bohrungen genau definierter Größe und genau definierter Anzahl. Diese besitzen jedoch den vorher beschriebenen Nachteil, im Bereich der relativ großen Bohrungsdurchmesser im Verhältnis zur geringen Werkstückdicke, dass sie auf Grund der möglichen Verformung des Werkstücks und der damit einhergehenden möglichen Zerstörung, nicht für ultradünne Werkstücke verwendet werden können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zu Grunde, diese Nachteile zu beseitigen und einen Halter zum Transportieren von flachen Werkstücken, insbesondere Wafern, bereitzustellen.

Der erfinderische Gegenstand dient als Halter zum händlischen und automatisierten Transport sehr dünner Werkstücke, insbesondere dünner und ultradünner Wafer und ist auch geeignet zum Einhorden und Entnehmen solcher Wafern in Waferkassetten. Er ist gekennzeichnet durch eine sehr flache Bauform. Die Größe des Halters kann dabei variieren und dem Werkstück sowie weiteren Erfordernissen angepasst werden. Der Greifer fixiert dabei entweder nur mit Vakuum oder wird noch durch Pins z. B. am Werkstückumfang unterstützt. Eine Seite des flachen Halters besteht aus einer Platte die vollkommen oder auch nur zum Teil aus fluiddurchlässigem Material gebildet wird, dem Greifer. Die andere Seite des Halters ist eine fluiddichte Platte. Zwischen der fluiddichten Platte und der fluiddurchlässigen Platte befinden sich Stabilisationsstege und Hohlstege. Die Hohlstege können als Fluidleitungen dienen.

Die Stabilisationsstege und Hohlstege können durch Laminieren hergestellt werden, oder durch Nuten in der fluiddurchlässigen und/oder fluiddichten Platte. Alle Platten werden miteinander verbunden. Die verbundenen Strukturen sind sehr biegesteif und besitzen eine hohe Festigkeit. Es ist auch möglich zwei Halter mit ihren fluiddichten Rückseiten an einander anzuordnen und zu verbinden, z. B. durch verkleben oder verschweißen, so das ein Doppelgreifer vorliegt. Ein solcher Doppelgreifer entsteht auch, wenn eine nicht durchlässige Trennplatte beidseitig mit Fluidleitungen, Stützstegen und fluiddurchlässige Material ausgestattet wird. Doppelgreifer können so mit Vakuum versorgt werden, dass beide Greifer fluidisch getrennt sind und somit separat oder gemeinsam flache Werkstücke, insbesondere Wafer, greifen können. Die Fluiddurchlässigkeit kann z. B. durch poröses, perforiertes oder gewebtes Materialien gestellt werden. Als poröse Materialien können z. B. Keramik, Kunststoff, CFK, Metall, Kohlenstoff u. a. verwendet werden, wobei diese Materialien durch z. B. Sintern hergestellt sein können.

Weitere Vorteile und vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind der nachfolgenden Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen entnehmbar. Alle in der Zeichnung, deren Beschreibung und den Patentansprüchen offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination miteinander erfindungswesentlich sein.
Es zeigen:
a) einen erfindungsgemäßen Halter mit einseitigem Greifer
b) einen erfindungsgemäßen Halter mit zwei einseitigen Greifern, und
c) einen erfindungsgemäßen Halter mit zwei Greifern.
Beschreibung der Ausführungsbeispiele
In dem ersten Ausführungsbeispiel gemäß a) ist im unteren Teil eine Draufsicht auf einen erfindungsgemäßen Halter dargestellt, während im oberen Teil der a) eine Seitenansicht des erfindungsgemäßen Halters dargestellt ist.
Beim Betrachten der Ansicht von oben auf den erfindungsgemäßen Halter wird deutlich, dass dieser aus einem Halterarm 5 besteht, an den eine kreisförmige Baugruppe anschließt. Diese kreisförmige Baugruppe ist bezüglich ihrer Außenkontur an das zu haltende Werkstück, nämlich einen Wafer (nicht dargestellt) angepasst. Selbstverständlich können auch andere Außenkonturen vorgesehen werden, wenn die Geometrie der zu haltenden Werkstücke oder andere Umgebungsbedingungen dies erforderlich macht.
Wenn man die Seitenansicht in oberen Teil gemäß a) betrachtet, die einen Querschnitt durch die genannte Baugruppe darstellt, wird deutlich, dass auf der Unterseite des Halters eine fluiddichte Platte 4 vorgesehen ist, in die eine Vielzahl von Fluidleitungen 3, die beispielsweise als Nut ausgebildet sein können, vorhanden sind. Zwischen benachbarten Fluidleitungen 3 sind Stabilisationsstege 1 vorgesehen.
Am Rand des Halters ist die fluiddichte Platte 4 etwas erhöht, so dass sich eine kreisringförmige Vertiefung ergibt, die seitlich von dem erhöhten Rand der fluiddichten Platte 4 begrenzt wird und deren Grund durch die Stabilisationsstege 1 gebildet wird. In diese kreisringförmige Vertiefung (ohne Bezugszeichen) wird eine fluiddurchlässige Platte 2 eingelegt. Durchmesser und Dicke der fluiddurchlässigen Platte 2 sind auf die Abmessungen der Vertiefung in der fluiddichten Platte abgestimmt. Idealerweise steht die fluiddurchlässige Platte 2 etwas über den Rand der fluiddichten Platte 4 heraus, so dass Beschädigungen der Werkstücke durch die fluiddichte Platte 4 ausgeschlossen werden können. Es ist jedoch auch möglich, dass die fluiddurchlässige Platte 2 und die fluiddichte Platte 4 eben abschließen oder die fluiddurchlässige Platte 2 sogar etwas in der Vertiefung in der fluiddichten Platte 4 zurückgesetzt angeordnet ist.
In dem Halterarm 5 ist eine gestrichelt dargestellte Versorgungsleitung (ohne Bezugszeichen) eingezeichnet. Mit Hilfe dieser Versorgungsleitung wird ein Fluid, beispielsweise Luft oder Wasser, aus den Fluidleitungen 3 herausgesaugt, so dass im Ergebnis ein Unterdruck in den Fluidleitungen 3 herrscht.
Wegen diesem in den Fluidleitungen 3 herrschenden Unterdruck wird Fluid von der Oberseite der fluiddurchlässigen Platte 2 durch die fluiddurchlässige Platte hindurch in die Fluidleitungen 3 angesaugt.
Wenn nun ein zu haltendes Werkstück (nicht dargestellt) auf die fluiddurchlässige Platte 2 aufgelegt wird, wird diese, wegen der Druckdifferenz zwischen der Umgebung und den Fluidleitungen 3 an die fluiddurchlässige Platte 2 angesaugt. Da die fluiddurchlässige Platte 2 eine sehr feine Porosität und dennoch eine ausreichende Eigenstabilität aufweist, wird das zu haltende Werkstück (nicht dargestellt) ganzflächig sehr gut unterstützt, so dass durch das Ansaugen von Fluid durch die fluiddurchlässige Platte 2 hindurch keine Verformungen des zu haltenden Werkstücks eintreten.
In den b) und c) sind weitere Ausführungsbeispiele erfindungsgemäßer Halter dargestellt, wobei gleiche Bauteile mit gleichen Bezugszeichen versehen wurden und das bezüglich a) Gesagte entsprechend gilt. Um Wiederholungen zu vermeiden, werden nachfolgend nur die Unterschiede erläutert.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß b) sind zwei Halter gemäß der zuvor beschriebenen a) mit den Rückseiten der fluiddichten Platten aneinander befestigt. Dadurch ergibt sich ein Halter der sowohl bezogen auf die Seitenansicht gemäß b) an der Oberseite und an der Unterseite je eine fluiddurchlässige Platte 2 aufweist. Dies bedeutet nichts anderes, als dass sowohl an der Oberseite als auch an der Unterseite je ein Werkstück gehalten werden kann. Beide Halter können auch fluidisch voneinander getrennt sein, so dass bei diesem Ausführungsbeispiel die Betätigung des oberen Halters getrennt von der Betätigung des unteren Halters erfolgen kann.
Bei dem Ausführungsbeispiel gemäß c) ist für zwei Halter nur eine fluiddichte Platte 4 vorgesehen, die auf beiden Seiten jeweils Fluidleitungen 3 und einen Rand aufweist. In jeder der Vertiefungen auf den beiden Seiten der fluiddichten Platte 4 ist eine fluiddurchlässige Platte 2 eingelegt. Aucxh heir können die Halter fluidisch getrennt sein, so dass beide Halter getrennt betätigt werden können.

Claims

Halter zum händischen und automatisierten Transport sehr dünner Werkstücke, insbesondere dünner und ultradünner Wafer, bei dem die Haltekraft überwiegend durch Vakuum aufgebracht wird, dadurch gekennzeichnet, dass der Halter auf der dem Werkstück zugewandten Seite eine fluiddurchlässige Platte (2) aus porösem Material, bevorzugt mikroporösem Material, besitzt, durch die mittels Vakuum die gesamte oder ein Teil der Haltekraft aufgebracht wird, dass der Halter an der dem Werkstück abgewandten Seite eine fluiddichte Platte (4) besitzt, und dass zwischen der fluiddichten Platte (4) und der porösen Platte sich Stabilisationsstege und Hohlstege des Halters befinden.
Halter nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die, die Hohlstege als Fluidleitungen (3) dienen.
Halter nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die fluiddurchlässige Platte (2) ein poröses Material, bevorzugt mikroporöses Material, sein kann.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das die Porosität, wie z. B. Porenanzahl je Fläche und Porengröße, den Werkstückerfordernissen, insbesondere dünner und ultradünner Wafer, angepasst werden kann.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als poröses Material z. B. Keramik, Kunststoff, CFK, Metall, Kohlenstoff u. a. verwendet werden kann, wobei diese Materialien z. B. durch Sintern oder Ätzen hergestellt sein können.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fluiddurchlässige Platte (2) auch eine perforierte Platte sein kann, insbesondere ein fein und dicht perforiertes Material.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die fluiddurchlässige Platte (2) ein geflochtenes Material aus Fasern sein kann, insbesondere ein fein und dicht geflochtenes Gewebe.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung von Steifigkeit und Festigkeit hochfeste Fasern verwendet werden.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung von Steifigkeit und Festigkeit das Geflecht in einem Rahmen gespannt ist.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zur Erhöhung von Steifigkeit und Festigkeit das Geflecht teilweise mit Matrixwerkstoff durchdrungen und versteift sein kann, z. B. durch Tränken und anschließendes Verfestigen.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, das der fluiddurchlässige Bereich der Werkstückhalteseite über einen oder mehrere Teilbereiche oder der gesamten Werkstückhalteseite verteilt ist.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Form des Halters dem Werkstück, insbesondere dünner und ultradünner Wafer, sowie weiteren Erfordernissen angepasst werden kann.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer entweder nur mit Vakuum fixiert oder zusätzlich von Pins unterstützt wird, z. B. Kantengreifern am Werkstückumfang, die das dünne Werkstück, insbesondere dünne und ultradünne Wafer, zusätzlich gegen verschieben und verlieren sichern.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwei solcher Halter mit ihren nicht fluiddurchlässigen Rückseiten aneinander angeordnet und verbunden werden können, z. B. durch verkleben oder verschweißen, so das der Halter als Doppelgreifer vorliegt.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass beidseitig einer fluiddichten Trennplatte Stabilisationsstege, Hohlstege und fluiddurchlässige Platten (2) angeordnet werden, so das der Halter als Doppelgreifer vorliegt.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Doppelgreifer so mit Vakuum versorgt werden kann, das beide Greifer fluidisch getrennt sind und somit separat oder gemeinsam flache Werkstücke, insbesondere Wafer, greifen können.
Halter nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die verbundenen Strukturen ausreichend biegesteif sind und eine ausreichend hohe Festigkeit besitzen.