DE102005000665A1

DE102005000665A1 - Greifer zum Halten und Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts und Verfahren zum Halten und Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts

Info

Publication number: DE102005000665A1
Application number: DE200510000665
Authority: DE
Inventors: Sönke Siebert; Andreas Dr. Lang; Alfred Binder; Michael Dr. Abraham
Original assignee: Nanophotonics GmbH
Current assignee: Rudolph Technologies Germany GmbH
Priority date: 2005-01-04
Filing date: 2005-01-04
Publication date: 2006-07-20
Anticipated expiration: 2025-01-05
Also published as: WO2006072422A1; DE102005000665B4

Abstract

Es wird ein Greifer (20) zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts (31, 32) vorgeschlagen, der eine Haltevorrichtung zur Erzeugung einer im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts (31, 32) wirkenden Haltekraft aufweist, wobei der Greifer (20) von der Haltevorrichtung getrennte Positionierungsdüsen (22) aufweist, die zur Erzeugung einer im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts (31, 32) wirkenden Positionierungskraft mittels eines aus den Positionierungsdüsen (22) austretenden Fluids vorgesehen sind.

Description

Die Erfindung betrifft einen Greifer zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts, insbesondere eines Wafers, mit einer Haltevorrichtung zur Erzeugung einer im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Haltekraft. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Halten und Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objektes.

Solche Greifer sind an sich bekannt. Beispielsweise ist in der europäischen Patentanmeldung EP 1 271 623 A1 ein Greifer für das Handhaben dünner Plättchen offenbart, bei dem wenigstens ein Bernoulli-Aufnehmer vorgesehen ist und weiter federnd geführte seitliche Anschläge für das vom Bernoulli-Aufnehmer berührungslos gehaltene Plättchen vorgesehen sind. Nachteilig ist hierbei jedoch, dass die Andrückkraft, mit der das Plättchen gegen einen feststehenden Anschlag gedrückt wird, immer von der Haltekraft des Plättchens abhängt.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, einen Greifer zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere mit geringem Aufwand eine sichere und eindeutige Positionierung des Objekts ermöglicht und darüber hinaus eine flexible Regulierung der Positionierungskraft des Objekts gegenüber einem Anschlag ermöglicht. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Halten und Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objektes anzugeben.

Die Aufgabe wird durch einen Greifer zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts, insbesondere eines Wafers, gelöst, der eine Haltevorrichtung zur Erzeugung einer im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Haltekraft aufweist und darüber hinaus von der Haltevorrichtung getrennte Positionierungsdüsen aufweist, die zur Erzeugung einer im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Positionierungskraft mittels eines aus dem Positionierungsdüsen austretenden Fluids vorgesehen sind.

Die Trennung zwischen den beiden Erfordernissen einerseits des Haltens des scheiben- oder plattenförmigen Objekts und andererseits des Positionierens des Objekts ermöglicht es, in Abhängigkeit von der jeweiligen Benutzungssituation des Greifers, insbesondere in Abhängigkeit von dessen Rotationsgeschwindigkeit, eine optimale Fixierung des Objekts dadurch zu bewerkstelligen, dass die beiden Arten von Kräften getrennt optimal eingestellt werden.

Als eine Haltekraft im Sinne der vorliegenden Erfindung wird eine Kraft verstanden, die von der Haltevorrichtung bzw. von dem Greifer ausgeübt wird und im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkt. Dabei wird jedoch als eine solche Haltekraft immer lediglich die resultierende Kraft in dieser Richtung bezeichnet. Desgleichen ist unter einer Positionierungskraft im Sinne der vorliegenden Erfindung eine solche Kraft auf das Objekt zu verstehen, die im Wesentlichen in einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkt und die ebenfalls einer resultierenden Kraft auf das Objekt entspricht.

Der Greifer kann wenigstens eine Anschlagsvorrichtung aufweisen, wobei aufgrund der Richtung der Positionierungskraft und der Anordnung und Form der Anschlagsvorrichtung eine eindeutige Lagepositionierung des Objekts oder eine eindeutige Lage- und Drehpositionierung des Objekts bewirkbar ist. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass das Objekt immer eindeutig relativ zum Greifer genau und präzise positioniert ist.

Ferner ist es vorteilhaft, dass die Haltevorrichtung Haltedüsen aufweist und dass die Haltekraft mittels eines aus den Haltedüsen in Richtung auf das Objekt austretenden Fluids, insbesondere ein Gas, erzeugbar ist. Dies stellt den typischen Fall eines Bernoulli-Greifers dar, bei dem aus der dem scheiben- oder plattenförmigen Objekt gegenüberliegenden Oberfläche des Greifers ein Fluid austritt, das zum Halten des Objekts verwendet wird.

Es kann hier insbesondere günstig sein, dass das aus der Haltedüse des Greifers austretende Fluid zur Erzeugung der Haltekraft in einem Winkel radial nach außen relativ zu dem scheiben- oder plattenförmigen Objekt ausgestoßen wird, d.h. dass die Haltedüse schräg nach radial außen angeordnet ist.

Alternativ zu einem solchen Bernoulli-Greifer ist es auch möglich, die Haltekraft mittels eines anderen Halteprinzips, beispielsweise elektrostatisch, magnetisch oder dergleichen zu bewirken. In diesem Fall weist die Haltevorrichtung insbesondere keine Haltedüsen auf, sondern entsprechende Mittel zur Erzeugung der Haltekraft auf das Objekt gemäß dem anderen Halteprinzip.

Es ist besonders vorteilhaft, wenn zur Aufbringung der Haltekraft das Bernoulli-Prinzip Verwendung findet, da es in diesem Fall möglich ist, das gleiche Funktionsprinzip zur Aufbringung der Haltekraft und zur Aufbringung der Positionierungskraft zu verwenden. Weiterhin ist es dadurch möglich, das gleiche Fluid für beide Kräfte zu verwenden, beispielsweise ein Gas, etwa Stickstoff, welches – insbesondere getrennt einstellbar – sowohl aus den Haltedüsen als auch aus den Positionierungsdüsen ausströmen kann.

Besonders bevorzugt ist weiterhin, dass die Haltedüsen von den Positionierungsdüsen verschieden sind und sich mindestens eines gemeinsamen Reservoirs für ein gemeinsames Arbeitsfluid bedienen.

Ebenso bevorzugt ist es weiterhin, dass die Haltekraft und die Positionierungskraft unabhängig voneinander steuerbar oder einstellbar sind und dass die Haltekraft mittels des Volumenstroms des aus den Haltedüsen austretenden Fluids und die Positionierungskraft mittels des Volumenstroms des aus den Positionierungsdüsen austretenden Fluids steuerbar bzw. einstellbar ist. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, eine Beeinflussung der Position des Objekts in der Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts unabhängig von der Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts vorzunehmen.

Bevorzugt ist ferner, dass durch die Anschlagsvorrichtung die Wirkung der Positionierungskraft im Wesentlichen auf einen Teil einer Kante des Objekts vorgesehen ist. Die auftretenden Andrückkräfte dienen bei Rotation des Wafers in erheblichem Maße der Verdrehsicherung durch Reibschluss. Die Belastung des Objekts durch die Positionierung bzw. durch die zur Positionierung des Objekts notwendigen Kräfte, insbesondere der Positionierungskraft, kann dadurch auf ein notwendiges Minimum reduziert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf die Bearbeitung von modernen vergleichsweise sehr großen und gleichzeitig sehr dünnen Wafern in der Halbleitertechnologie.

Bevorzugt kann der Greifer einen Stift zur Verdrehsicherung des Objekts aufweisen, insbesondere wenn das Objekt einen sogenannten Notch, d. h. eine „Nase" bzw. Justierausnehmung, aufweist, in die der Stift eingreifen kann. Eine alternative oder zusätzliche Ausbildung einer solchen Verdrehsicherung kann selbstverständlich auch in einem Kantenanschlag bestehen.

Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Greifer zusammen mit dem Objekt um eine Drehachse drehbar ist. Hierdurch wird es möglich, bestimmte Produktionsschritte bei der Halbleiterherstellung durchzuführen.

Weiterhin ist bevorzugt, dass die Positionierungsdüsen bezüglich der Drehachse ausschließlich in einer Hälfte der Flächenerstreckung des Objekts angeordnet sind. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln durch eine solche asymmetrische Verteilung der Positionierungsdüsen auf dem erfindungsgemäßen Greifer möglich, eine resultierende Positionierungskraft derart auf das Objekt auszuüben, dass das Objekt gegen die Anschlagsvorrichtung gedrückt und somit präzise anhand der präzisen Anordnung der Anschlagsvorrichtung positioniert werden kann.

Bevorzugt ist es weiterhin, dass die Positionierungsdüsen und die Anschlagsvorrichtung bezüglich der Drehachse in der gleichen Hälfte des Greifers angeordnet sind und dass eine Mehrzahl von Positionierungsdüsen gruppiert angeordnet sind, insbesondere in Dreiergruppen. Hierdurch ist es ebenfalls einfach möglich, die erforderliche Positionierungskraft auf das Objekt auszuüben.

Bei der Anordnung der Düsen ist darauf zu achten, dass ein möglichst langer Luftspalt bis zum Austritt vorhanden ist. Es hat sich gezeigt, dass die auf den Wafer wirkende Kraft umso größer ist, je größer die Spaltfläche ist.

Besonders bevorzugt ist es, dass die von dem aus den Positionierungsdüsen austretenden Fluid erzeugte Positionierungskraft in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit und/oder der Neigung des Greifers steuerbar ist. Es ist somit möglich, in jeder beliebigen Lage und in jedem beliebigen Betriebszustand des Greifers das Objekt sicher zu halten und zu positionieren.

Gemäß einer ersten Variante des Greifers ist es weiterhin bevorzugt, dass die Drehachse im Wesentlichen durch den Schwerpunkt des Objekts verläuft, und in einer alternativen Variante ist es vorgesehen, dass der Schnittpunkt der Drehachse mit der Haupterstreckungsebene des Objekts und der Schwerpunkt des Objekts verschieden sind.

Im ersten Fall (Schwerpunkt des Objekts und Drehachse fallen zusammen) ergibt sich bei einer Drehung des Greifers zusammen mit dem Objekt keine von der Drehung verursachte resultierende Kraft auf das Objekt in Richtung zu der Anschlagsvorrichtung hin, so dass das Material des Objekts geschont wird und ein besonders ruhiger Lauf erzielt wird. Im zweiten Fall kann bei einer höheren Robustheit des Objekts eine zusätzlich auf die Anschlagsvorrichtung hin wirkende Kraft aufgrund der Rotation ausgeübt werden, die die Wirkung der ausschließlich aufgrund des aus dem Positionierungsdüsen austretenden Fluids bewirkten Positionierungskraft verstärkt.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist eine Anordnung mit einem erfindungsgemäßen Greifer. Eine solche Anordnung ermöglicht es vorteilhaft, ein scheiben- oder plattenförmiges Objekt, insbesondere einen Wafer in der Halbleiterherstellung, beliebig zu bewegen sowie auch beliebig in eine Drehbewegung zu versetzen.

Ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung ist ein Verfahren zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts, insbesondere eines Wafers, das mittels eines Greifers mittels einer im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Haltekraft gehalten wird, wobei das Objekt zusätzlich mittels einer im Wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Positionierungskraft gehalten wird.

Vorzugsweise wird in einem ersten Schritt die Haltekraft und in einem zweiten Schritt nachfolgend die Positionierungskraft erzeugt. Ein solches Verfahren ermöglicht es, eine große Präzision beim Halten und Positionieren des Objekts dadurch zu erreichen, dass die beiden Bewegungen, nämlich einerseits das Halten bzw. das Annähern des Objekts an den Greifer und zum Anderen das präzise Positionieren, d.h. die Ausübung der Positionierungskraft auf das Objekt hin getrennt werden und vorzugsweise zeitlich nacheinander ausgeübt werden.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsformen näher erläutert.
Es zeigen:
1 einen Greifer gemäß einer ersten Ausführungsform,
2 einen Greifer gemäß einer weiteren Ausführungsform,
3 einen Greifer gemäß einer weiteren Ausführungsform,
4 einen Schnitt durch den in 3 gezeigten Greifer längs der Linie A-A und
5 einen Schnitt durch den in 3 gezeigten Greifer längs der Linie B-B.
Die 1 und 2 zeigen einen erfindungsgemäßen Greifer 20, der in einer Anordnung 10 angeordnet ist bzw. in dieser integriert ist. Hierbei weist der Greifer 20 eine Greiferoberfläche 27 auf, in der eine Mehrzahl von Düsen angeordnet ist. Der Greifer 20 ist erfindungsgemäß drehbar ausgebildet und weist eine Drehachse 11 auf. Eine erste Art von Düsen 21, die im Folgenden als Haltedüsen 21 bezeichnet werden, ist in den 1 und 2 im mittleren Bereich bzw. im zentralen Bereich des Greifers 20 angeordnet. Die Haltedüsen 21 bilden den wesentlichen Teil der Haltevorrichtung als Teil des Greifers 20, die zur Ausübung einer zur Haupterstreckungsebene eines Objekts 31 bzw. 32 (jeweils punktiert dargestellt) senkrechten Haltekraft vorgesehen sind.
Alternativ zu den Haltedüsen 21 wäre es erfindungsgemäß bei einem Greifer 20 ebenfalls möglich, zum Halten des Objekts 31 bzw. 32 andere Wirkmechanismen vorzusehen, wie beispielsweise eine magnetische Halterung oder eine elektrostatische Halterung. In diesem Fall wären die Haltedüse 21 durch entsprechende andere Mittel zur Hervorrufung der Haltekraft zu ersetzen.
Bevorzugt ist es erfindungsgemäß jedoch vorgesehen, dass die Haltekraft durch die Haltedüsen 21 aufgrund der Wirkung des Bernoulli-Prinzips ausgeübt wird, weshalb im Folgenden ausschließlich auf diese Ausführungsform Bezug genommen wird. Vorteilhaft ist hierbei, dass das Objekt 31, 32 berührungsfrei durch den Greifer 20 gehalten werden kann bzw. durch die dem Objekt 31, 32 zugewandte Oberfläche 27 des Greifers 20 (im Zusammenspiel mit der aufgrund des aus den Haltedüsen 21 austretenden Fluids (nicht dargestellt) bewirkte Haltekraft) berührungslos gehalten werden kann. Weiterhin ist es dadurch möglich, dass das Objekt 31, 32 sowohl oberhalb des Greifers 20 „schwebt" als auch unterhalb des Greifers 20 „hängt", wenn der Greifer 20 um 180° gedreht angeordnet wird, so dass die Haltedüsen nicht nach oben, sondern nach unten weisen. Die Haltedüsen 21 sind vorzugsweise symmetrisch und kreisförmig in Bezug auf das Objekt 31, 32 bzw. dessen Schwerpunkt angeordnet.
Zusätzlich zu den Haltedüsen 21 weist der erfindungsgemäße Greifer 20 weiterhin eine Mehrzahl von sogenannten Positionierungsdüsen 22 auf, die eine zweite Art von eingebrachten Öffnungen bzw. Düsen darstellen, die dem Objekt 31, 32 zugewandt sind. Die Positionierungsdüsen sind bevorzugt lediglich in einer Hälfte der Ausdehnung (in der Haupterstreckungsebene) des Greifers 20 mit Bezug auf die Rotationsachse 11 vorgesehen. Besonders bevorzugt sind die Positionierungsdüsen 22 in dem Bereich des Greifers 20 angeordnet, der zu einer Anschlagsvorrichtung 23, 24 hin orientiert ist. Die Verwendung eines Bernoulli-Greifers ermöglicht ein berührungsfreies, flächig planares Greifen und Halten auch von größeren Objekten durch den Greifer 20. Durch die Kombination mit den zusätzlichen Positionierdüsen 22, die das Objekt 31, 32 vorzugsweise formschlüssig gegen eine oder mehrere Kantenanschläge der Anschlagsvorrichtung 23, 24 drücken, lässt sich bei geeigneter Form der Anschlagsvorrichtung 23, 24 das Objekt 31, 32 auch während einer schnellen Rotationsbewegung in einer definierten Position relativ zu dem Greifer fixieren.
Im Betrieb wird das zu greifende Objekt 31, 32 über die Haltedüsen 21 bzw. über die Haltevorrichtung berührungsfrei gegenüber der Greiferoberfläche 27 des Greifers 20 gehalten. Sobald durch die gerichteten Positionierungsdüsen 22 ein Gasstrom geleitet wird, entsteht eine Kraft, die das gehaltene Objekt 31, 32 gegen die Kantenanschläge 23, 24 der Anschlagsvorrichtung drückt. Bei geeigneter Konstruktion der Anschläge wird dadurch das gehaltene Objekt 31, 32 in eine definierte Lage gebracht und durch fortgesetzten Gasstrom durch die Positionierungsdüsen 21 in dieser Position festgehalten. Bei geeigneter Anordnung der Positionierungsdüsen 22 sind die dabei auftretenden Kräfte ausreichend, die gehaltenen Objekte 31, 32 auch bei schnellen Drehbewegungen mit ausreichender Genauigkeit in einer definierten Position zu halten.
Ein wesentlicher Vorteil eines derartigen Greifers 20 im Vergleich zu mechanischen Spannvorrichtungen, bei denen die Positionierungskraft durch mechanische Elemente bewirkt wird, die das Objekt 31, 32 zwischen sich einspannen, besteht darin, dass die Spannkräfte, je nach Anordnung der Positionierungsdüsen 22 flächig auf das zu haltende Objekt 31, 32 geleitet werden.
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Objekt durch das Luftpolster glatt gezogen wird und durch die bei der Rotation entstehenden Druckunterschiede über der Waferfläche während der Rotation und durch die Positionierungskräfte nur unwesentlich verzogen werden kann. Insbesondere zum Erreichen eines guten Planlaufs bei hohen Drehzahlen ist die erfindungsgemäße Lösung geeignet.
Die Anordnung der Positionierungsdüsen 22 erfolgt einzeln oder in Gruppen, beispielsweise in Dreiergruppen in einer geometrischen Anorndung, die besonders geeignet ist, das jeweilige zu haltende Objekt 31, 32 sicher und ohne Gefahr einer Verkantung gegen die Kantenanschläge der Anschlagsvorrichtung 23, 24 zu drücken bzw. zu positionieren. Es wird hierbei die Reibung ausgenutzt, die das aus den Positionierungsdüsen 22 austretende Fluid gegenüber dem Objekt 31, 32 aufweist, wobei aufgrund der asymmetrischen Anordnung der Positionierungsdüsen 22 eine resultierende Reibungskraft als Positionierkraft auf das Objekt ausgeübt wird. Dies wird beispielhaft dadurch sichergestellt, dass die Positionierungsdüsen 22 gegenüber der Drehachse 11 des Greifers 20 in der gleichen Hälfte des Greifers angeordnet sind, in der auch die Anschlagsvorrichtung 23, 24 angeordnet sind.
Die Anpresskraft bzw. die Positionierungskraft, die durch die Positionierdüsen 22 ausgeübt wird, kann über die Regulierung des Volumenstroms des Gases bzw. des Fluids, welches durch die Positionierungsdüsen 22 austritt, geregelt werden. Dazu kann es vorteilhaft sein, den Gasstrom durch die Positionierungsdüsen 22 unabhängig vom Volumenstrom des Gases durch die Düsen der Haltevorrichtung, d.h. der Haltedüsen 21 zu regeln. Hierdurch ist es möglich, die Volumenströme aus beiden Arten von Düsen 21, 22 zu regulieren, um somit die Haltekraft unabhängig von der Positionierungskraft in Abhängigkeit des jeweiligen Betriebszustandes des Greifers 20, insbesondere in Abhängigkeit von der Drehzahl des Greifers 20, der Greiferneigung und/oder der Greiferposition zu regeln.
Die Art, die Anzahl, die Position und die Form der Kantenanschläge der Anschlagsvorrichtung 23, 24 werden vorteilhafterweise von Anwendungsfall zu Anwendungsfall konstruktiv an die zu greifenden Objekte 31, 32 angepasst. Die Kontaktflächen werden dabei konstruktiv so dimensioniert, dass es, trotz maximaler Verdrehsicherung, insbesondere durch Reibschluss, unter Berücksichtigung aller auftretenden Kräfte, nicht zu unzulässig hohen Flächenpressungen an den Kontaktstellen zwischen dem Objekt 31, 32 und den Anschlagsvorrichtungen 23, 24 kommt. Hierdurch können Beschädigungen des Objekts 31, 32 und insbesondere der Kanten, effektiv vermieden werden.
Bei Rotationsbewegungen, insbesondere von runden Objekten 31, 32, ist eine Sicherung gegen eine Verdrehung ein essentieller Teil der Lagefixierung. Bei zumindest teilweise nicht runden bzw. eckigen Objekten erfolgt die Lagefixierung vorzugsweise über eine gerade Kantenfläche. Dies ist beispielhaft für einen Wafer mit einem sogenannten „Flat" der Fall. Dieser Fall ist in der 1 dargestellt. Die seitliche Lagefixierung wird in dieser Anorndung über die Anschlagsvorrichtung 23, 24 bewerkstelligt, wobei bei der Ausführungsform der 1 ein erster Anschlag 24 der Anschlagsvorrichtung eine an das Flat des Wafers angepasste besondere Form hat, so dass das Objekt 31, 32 formschlüssig gegen Verdrehung gesichert ist.
Eine alternative Anordnung zum Halten von Wafern mit einem sogenannten „Notch" ist in der 2 dargestellt. Die Sicherung gegen ein Verdrehen erfolgt durch das Eingreifen eines Stiftes 25 als Teil des Greifers 20 in den Notch des Wafers bzw. des Objekts 31, 32. Eine solche Verdrehsicherung kann wahlweise, wie in 2, gezeigt, als von der Anschlagsvorrichtung 23, 24 eigenständiges Element (Stift 25) ausgeführt sein oder aber auch in einen Kantenanschlag 23, 24 der Anschlagsvorrichtung 23, 24 integriert sein (in 2 nicht dargestellt).
Die Anschlagsvorrichtung 23, 24 kann in einem in den 1 und 2 nicht dargestellten Ausführungsfall auch beweglich ausgeführt sein, beispielsweise durch Federkraft oder mittels pneumatischer Spannvorrichtungen gegen das zu haltende Objekt 31, 32 gedrückt werden, so dass in einem ersten Schritt eine Lagepositionierung des Objektes 31, 32 erzielbar ist und in einem zweiten eine Drehfixierung des Objektes 31, 32 (nach einer Bewegung der Verdrehsicherung) bewirkbar ist.
Vorteilhaft bei einer erfindungsgemäßen Ausführung eines Greifers 20 mit einer beweglichen Verdrehsicherung ist, dass eine bessere Eignung für das Halten von Objekten 31, 32 unterschiedlicher Größe gegeben ist, jedoch ist eine solche beweglich ausgeführte Verdrehsicherung aufwendiger und es muss darauf geachtet werden, dass es durch die Spannkraft nicht zu unlässigen Verformungen des zu haltenden Objekts 31, 32 kommt. Anordnungen mit fixer Verdrehsicherung bzw. mit statischer Verdrehsicherung sind einfacher im Aufbau und durch das Fehlen zusätzlicher bewegter Teile robust, jedoch auch auf lediglich bestimmte Abmessungen von Objekten 31, 32 beschränkt.
Je nach Anwendung des erfindungsgemäßen Greifers 20 kann es vorteilhaft sein, die Drehachse 11 des Greifers 20 konzentrisch oder aber exzentrisch zum Schwerpunkt des gehaltenen Objekts 31, 32 anzuordnen. Eine konzentrische Anordnung der Drehachse 11 des Greifers 20 zum Schwerpunkt des gehaltenen Objektes 31, 32 ist in 1 dargestellt. Eine exzentrische Anordnung ist in 2 dargestellt.
Bei der konzentrischen Anordnung der Drehachse 11 des Greifers 20 durch den Schwerpunkt des gehaltenen Objekts 31, 32 verläuft die Drehachse 11 im Wesentlichen durch den Schwerpunkt des Objekts 31, 32. Bei einer exzentrischen Anordnung des Schwerpunktes in Bezug auf die Drehachse 11 des Greifers 20 geht der Schnittpunkt zwischen der Drehachse 11 und der Haupterstreckungsebene des Objekts 31, 32 nicht durch den Schwerpunkt des Objekts 31, 32 bzw. der Schnittpunkt von Drehachse 11 und Haupterstreckungsebene des Objekts sowie der Schwerpunkt des Objekts 31, 32 (bzw. die Projektion des Schwerpunktes des Objekts 31, 32 in die Haupterstreckungsebene des Objekts 31, 32) sind verschieden. Eine konzentrische Anordnung ist insbesondere bei empfindlichen Objekten 31, 32 vorteilhaft, um Beschädigungen durch die mit einer Exzentrizität verbundene Rotationskraft zu vermeiden. Solche Rotationskräfte entstehen im Falle der Exzentrizität im Sinne einer „Unwucht" und bewirken, dass das Objekt 31, 32 stärker an die Anschlagsvorrichtung 23, 24 angedrückt wird. Es kommt daher zu einer gleichgerichteten Überlagerung der Positionierungskraft durch das aus den Positionierungsdüsen 22 austretenden Fluids mit einer durch die Rotation hervorgerufenen, ebenfalls in der Haupterstreckungsebene des Objekts 31, 32 wirkenden Kraft.
Falls das Objekt robust ist oder die Anschlagsvorrichtung entsprechend gestaltet ist, kann es sinnvoll sein, eine solche Exzentrizität vorzusehen, da insbesondere bei hohen Drehzahlen die Ausnutzung der sich überlagernden Kräfte vorteilhaft sein kann, um eine stabile Lage des Objekts 31, 32 auf dem Greifer 20 zu gewährleisten. Dazu wird die Drehachse 11 des Greifers 20 relativ zum Schwerpunkt des Objektes 31, 32 geringfügig versetzt. Bei einer geeigneten Wahl der Achsenlage tragen die daraus resultierenden Rotationskräfte (zusätzlich zu den Positionierungskräften) zum stabilen Andrücken und somit zum stabilen Ausrichten des Objekts 31, 32 gegen die Kantenanschläge bei.
In einem exemplarischen erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst das zu greifende Objekt 31, 32 vorzugsweise bei einem nichtrotierenden Greifer 20 mittels des Bernoulli-Effekts bzw. mittels eines anderen Halteeffekts durch die Haltevorrichtung gegriffen und gegenüber dem Greifer 20 plan gehalten. Die Übergabe des Objekts 31, 32 erfolgt dabei vorzugsweise durch die Übernahme von einem anderen Greifer oder aber bei der Ausführung des erfindungsgemäßen Greifers 20 als Roboterkomponente direkt durch Entnahme des Objekts 31, 32 aus einem Speicher bzw. einem Zwischenspeicher für das zu bewegende Objekt, insbesondere ein Wafer.
Das Greifen erfolgt vorzugsweise in einer Anordnung 10, in der sich der Greifer 20 plan unterhalb des zu greifenden Objekts 31, 32 befindet oder aber in einer Anordnung 10, in der sich das zu greifende Objekt 31, 32 unterhalb des Greifers 20 befindet. Im ersten Fall wird das zu greifende Objekt 31, 32 schwebend gehalten und im zweiten Fall wird das zu greifende Objekt 31, 32 hängend gehalten. Erfindungsgemäß wird beim oder nach dem Greifen des Objekts 31, 32 die Positionierungsdüsen 22 aktiviert und das bereits gegriffene Objekt 31, 32 wird durch den Fluidstrom bzw. den Gasstrom durch die Positionierungsdüsen 22 gegen die Anschlagsvorrichtung 23, 24 gedrückt. Anschließend wird der Greifer 20 samt dem gehaltenen und positionierten Objekt 31, 32 relativ zu der Anordnung 10 bzw. zu der Anlage 10, in welcher sich der Greifer 20 befindet, in eine Drehbewegung um die Drehachse 11 versetzt. Die Drehzahl wird dabei von den Prozesserfordernissen vorgegeben und liegt typischerweise im Bereich von 50 U/min–2000 U/min. Die Drehzahl kann, beispielsweise zur Erzielung einer konstanten Bahngeschwindigkeit in Abhängigkeit der radialen Position eines Analysen- oder Bearbeitungssystems oder in Abhängigkeit eines durchzuführenden Prozessschrittes auch variabel gestaltet werden.
Die strömungsdynamischen Andruckkräfte, insbesondere die Positionierungskräfte, können dabei konstant gehalten werden oder bei der Verwendung einer Anordnung mit von den Haltedüsen gegebenenfalls getrennt ansteuerbaren Positionierdüsen, auch beispielsweise in Abhängigkeit der Drehzahl geregelt werden, um eine zuverlässige Lagepositionierung sicher zu stellen. Nach dem Ende der Prozessierung wird die Rotationsbewegung des Greifers 20 zum Stillstand gebracht und das gehaltene Objekt 31, 32 an einen Greifer oder in einer Ausführung als Robober-Endeffektor, beispielsweise in einen Speicher oder Zwischenspeicher für Objekte, insbesondere Wafer, oder an eine nachfolgende Prozessstation übergeben.
Erfindungsgemäß ist es somit möglich, insbesondere bei der Prozessierung von Halbleiterwafern, Objekte 31, 32 während einer Drehbewegung oder auch ohne eine Drehbewegung des Greifers 20 derart zu halten und zu positionieren, dass bei Objektabmessungen von typischerweise größer als 100 mm, einer Stärke bzw. Dicke der Objekte 31, 32 von kleiner als 2 mm und einer Abweichung von kleiner als 50 μm über die gesamte Fläche des Objekts sich das Objekt auch bei Umdrehungszahlen von mehr als 1000 U/min relativ zum Greifer 20 während des gesamten Prozessschrittes um weniger als insgesamt 20 μm bewegen kann.
In der 3 ist eine weitere Ausführungsform des Greifers 20 perspektivisch dargestellt. Die Haltedüsen 21 sind ebenso wie in den 1 und 2 kreisförmig angeordnet. Die Positionierungsdüsen 22 sind in der rechten Hälfte der Oberfläche 27 des Greifers 20 benachbart zu der kreisförmigen Anordnung der Haltedüsen 21 auf einer Linie angeordnet. Diese Linie der Positionierungsdüsen 22 befindet sich zwischen den Haltedüsen 21 und dem Stift zur Verdrehsicherung 25. Zusätzlich zu den am Rand der Oberfläche 27 angeordneten Anschlägen 23 sind weitere Hilfsanschläge 26 zum genaueren Positionieren eines (nicht dargestellten) Wafers vorgesehen. Die Anschläge 23 und 26 sind weitgehend gleichmäßig über den Umfang des Greifers 20 verteilt angeordnet.
In der 4 ist ein Schnitt durch den in 3 gezeigten Greifer 20 längs der Linie A-A dargestellt. Es ist zu sehen, dass die Haltedüsen 21 schräg angeordnet sind. Hierbei sind die Haltedüsen 21 schräg nach außen gerichtet, so dass alle Haltedüsen 21 zusammen auf einer kegelförmigen Fläche angeordnet sind. Das durch die Haltedüsen 21 austretende Fluid wird somit schräg auf die Unterseite des oberhalb der Haltedüsen 21 angeordneten Objektes gerichtet.
In der 5 ist ein Schnitt längs der Linie B-B des in 3 gezeigten Greifers 20 dargestellt. Auch die Düsen 22 sind schräg angeordnet, wobei die Ausrichtung der Düsen 22 in Richtung auf den Stift 25 zur Verdrehsicherung gerichtet ist.

10: Anordnung
11: Drehachse
20: Greifer
21: Haltedüsen
22: Positionierungsdüsen
23, 24: Anschlagsvorrichtung
25: Stift zur Verdrehsicherung
26: Hilfsanschlag
27: Oberfläche
31, 32: Objekt

Claims

Greifer (20) zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts (31, 32), insbesondere eines Wafers, mit einer Haltevorrichtung zur Erzeugung einer im wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts (31, 32) wirkenden Haltekraft, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (20) von der Haltevorrichtung getrennte Positionierungsdüsen (22) aufweist, die zur Erzeugung einer im wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts (31, 32) wirkenden Positionierungskraft mittels eines aus den Positionierungsdüsen (22) austretenden Fluids vorgesehen sind.
Greifer (20) nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (20) wenigstens eine Anschlagsvorrichtung (23, 24) aufweist, wobei aufgrund der Richtung der Positionierungskraft und der Anordnung und Form der Anschlagsvorrichtung (23, 24) eine eindeutige Lagepositionierung des Objekts (31, 32) oder eine eindeutige Lage- und Drehpositionierung des Objekts (31, 32) bewirkbar ist.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltevorrichtung Haltedüsen (21) aufweist und dass die Haltekraft mittels eines aus den Haltedüsen (21) in Richtung auf das Objekt (31, 32) austretenden Fluids, insbesondere ein Gas, erzeugbar ist.
Greifer (20) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltedüsen (21) von den Positionierungsdüsen (22) verschieden sind.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft und die Positionierungskraft unabhängig voneinander steuerbar sind.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Haltekraft mittels des Volumenstroms des aus den Haltedüsen (21) austretenden Fluids steuerbar ist und dass die Positionierungskraft mittels des Volumenstroms des aus den Positionierungsdüsen (22) austretenden Fluids einstellbar ist.
Greifer (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 6, dadurch gekennzeichnet, dass durch die Anschlagsvorrichtung (23, 24) die Wirkung der Positionierungskraft im wesentlichen auf einen Teil einer Kante des Objekts (31, 32) vorgesehen ist.
Greifer (20) nach einem der Ansprüche 2 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (20) einen Stift (25) zur Drehpositionierung des Objekts (31, 32) aufweist.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (20) zusammen mit dem Objekt (31, 32) um eine Drehachse (11) drehbar ist.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsdüsen (22) bezüglich der Drehachse (11) ausschließlich in einer Hälfte der Flächenerstreckung des Objekts (31, 32) angeordnet sind.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass die Positionierungsdüsen (22) und die Anschlagsvorrichtung (23, 24) bezüglich der Drehachse (11) in der gleichen Hälfte des Greifers (20) angeordnet sind.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüchen, dadurch gekennzeichnet, dass eine Mehrzahl von Positionierungsdüsen (22) gruppiert angeordnet sind, insbesondere in Dreiergruppen.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die von dem aus den Positionierungsdüsen (22) austretenden Fluid erzeugte Positionierungskraft in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit und/oder der Neigung des Greifers (20) steuerbar ist.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Drehachse (11) im wesentlichen durch den Schwerpunkt des Objekts (31, 32) verläuft.
Greifer (20) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der Schnittpunkt der Drehachse (11) mit der Haupterstreckungsebene des Objekts (31, 32) und der Schwerpunkt des Objekts (31, 32) verschieden sind.
Verfahren zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts (31, 32), insbesondere eines Wafers, das mittels eines Greifers (20) mittels einer im wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts (31, 32) wirkenden Haltekraft gehalten wird, dadurch gekennzeichnet, dass das Objekt (31, 32) zusätzlich mittels einer im wesentlichen parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts (31, 32) wirkenden Positionierungskraft gehalten wird.
Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass in einem ersten Schritt die Haltekraft und in einem zweiten Schritt die Positionierungskraft erzeugt wird.