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Die Erfindung betrifft eine Be- und/oder Entladevorrichtung für eine Substratbearbeitungsanlage, wobei in der Substratbearbeitungsanlage wenigstens ein Substratträgerarray bzw. ein sogenannter Carrier vorgesehen ist, welches bzw. welcher in einer Substratbearbeitungsrichtung durch die Substratbearbeitungsanlage bewegbar ist, und welches bzw. welcher wenigstens zwei Arrayelemente mit Arrayöffnungen aufweist, die in wenigstens einer in Substratbearbeitungsrichtung vorgesehenen Spalte und wenigstens einer orthogonal zur Substratbearbeitungsrichtung vorgesehenen Zeile des Substratträgerarrays vorgesehen sind. Die Erfindung betrifft ferner ein Verfahren zum Be- und/oder Entladen eines Substratträgerarrays in einer Substratbearbeitungsanlage, wobei das Substratträgerarray in einer Substratbearbeitungsrichtung durch die Substratbearbeitungsanlage bewegt wird und wobei das Substratträgerarray wenigstens zwei Arrayelemente mit Arrayelementöffnungen aufweist, die in wenigstens einer in Substratbearbeitungsrichtung vorgesehenen Spalte und wenigstens einer orthogonal zur Substratbearbeitungsrichtung vorgesehenen Zeile des Substratträgerarrays vorgesehen sind.
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Im Stand der Technik werden Substratbearbeitungsanlagen, die beispielsweise zur Bearbeitung von Halbleiterwafern vorgesehen sind, in der Regel durch Handlingsroboter beladen. Handlingsroboter sind präzise, meist hochpreisige Maschinen, die in einer zeitlichen Abfolge einzelne oder wenige Substrate in die Substratbearbeitungsanlage einladen oder aus ihr ausladen. Beim Beladen mit Handlingsrobotern sind zum Erreichen geforderter hoher Durchsatzzahlen hohe Bewegungsgeschwindigkeiten und Beschleunigungen für die Substrate erforderlich. In Folge der großen Beschleunigungen sind auch große Haltekräfte an den Substraten nötig. Die Beschleunigungen und Haltekräfte haben sich als erhebliche Belastungen für Substrate erwiesen, die zu Substratschädigungen, Substratbrüchen und Produktionsunterbrechungen führen können. Ein weiterer Nachteil von Be- und Entladevorrichtungen mit Handlingsrobotern ist der relativ große Energieverbrauch, der zur Erbringung der großen Beschleunigungen und Haltekräfte erforderlich ist.
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Ferner sind Bandtransportvorrichtungen bekannt, auf denen eine Mehrzahl von Substraten gleichzeitig gefördert werden kann. Beispielsweise beschreibt die Druckschrift
DE 10 2008 010 236 A1 eine solche Vorrichtung zum Transport von Leiterplatten zu einer Sammelvorrichtung und zum gesammelten Weitertransport der Leiterplattensubstrate in einen Bestückungsautomaten. Eine solche Transportvorrichtung ist zwar eine kostengünstige Möglichkeit Substrate zu transportieren, sie ist jedoch nicht zur präzisen Ablage von Substraten in Substratträgerarrays geeignet.
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Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine kostengünstige Be- und Entladevorrichtung für eine Substratbearbeitungsanlage mit einem Substratträgerarray aufzuzeigen, welche ein energiesparendes schnelles Be- und Entladen der Substratträgerarrays ermöglicht, welche ausschließlich in Berührung mit der Substratrückseite kommt und welche sehr kleine mechanische Belastungen auf die Substrate ausübt. Es ist auch die Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Be- und Entladen eines Substratträgerarrays mit entsprechenden Eigenschaften vorzuschlagen.
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Die Aufgabe wird zum Einen durch eine gattungsmäßige Be- und/oder Entladevorrichtung gelöst, wobei in der Substratbearbeitungsanlage in einer Substratförderrichtung in einer Zeile oder in einer Spalte des Substratträgerarrays die wenigstens zwei Arrayelemente und eine Substratfördereinrichtung vorgesehen sind, wobei die Substratfördereinrichtung eine Substratzentriervorrichtung zum Zentrieren der durch die Substratfördereinrichtung transportierten Substrate orthogonal zu der Substratförderrichtung aufweist, wobei in den Arrayelementöffnungen des Substratträgerarrays wenigstens zwei Transportarrayelemente zum zeitlich begrenzten Transportieren von Substraten in Substratförderrichtung vorgesehen sind, wobei die Mittelpunkte der Transportarrayelemente in der Substratförderrichtung die gleichen Abstände voneinander wie die Mittelpunkte der Arrayelemente in einer Zeile oder einer Spalte des Substratträgerarrays haben, wobei die Außenmaße der Transportarrayelemente kleiner als die Arrayelementöffnungen sind, wobei die Transportarrayelemente mit wenigstens einer Hub- und Senkvorrichtung gekoppelt sind, und wobei die Substratbearbeitungsanlage eine Steuerung für eine aufeinander abgestimmte Bewegung der Substratfördereinrichtung, der Substratzentriervorrichtung, der Transportarrayelemente, der Hub- und Senkvorrichtung und des Substratträgerarrays aufweist.
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Die erfindungsgemäß vorgesehene Substratfördereinrichtung kann gleichzeitig mehrere Substrate transportieren, dadurch erreicht sie eine hohe Förderleistung. Anders als bei einem Robotertransport wird die hohe Förderleistung ohne große Beschleunigungen der Substrate erreicht. Durch die gleichmäßige Bewegung auf der Substratfördereinrichtung, bei der kaum diskontinuierliche Beschleunigungen auftreten, wird Antriebsenergie effizient eingesetzt. Die Substratfördereinrichtung kann beispielsweise ein Förderband, eine Anordnung von wenigstens zwei nebeneinander laufenden Bändern, ein Rollentransportsystem oder ein Luftkissentransportsystem sein. Eine gemeinsame typische Eigenschaft der genannten Ausführungsformen von Substratfördereinrichtungen ist die Auflage der Substrate auf den Substratfördereinrichtungen, wobei vorteilhafterweise die Substratvorderseite nicht in Kontakt mit der Substratfördereinrichtung kommt. Bei Substraten mit empfindlichen Vorderseiten, wie beispielsweise Solarwafern, wird durch ein ausschließliches Rückseitenhandling die Vorderseite der Substrate minimal belastet. Die Substrate liegen auf den genannten Substratfördereinrichtungen einfach auf, dadurch ist ihre genaue Position zunächst wenig exakt bestimmt.
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In der erfindungsgemäß zu be- bzw. entladenden Substratbearbeitungsanlage ist jedoch eine exakte Positionierung der Substrate erforderlich. In der vorgeschlagenen Be- und/oder Entladevorrichtung wird daher eine genaue Substratpositionierung durch die in der Substratförderrichtung vorgesehene Substratzentriervorrichtung realisiert. Die Substratzentriervorrichtung ist derart ausgebildet, dass ein Substrat an die richtige Position quer zur Substratförderrichtung verschoben werden kann. Die Substratzentriervorrichtung kann beispielsweise ein Förderband oder eine Rollenanordnung sein, deren Transportoberfläche vertikal orientiert ist, sodass die Substratseitenkanten, die mit der Substratzentriervorrichtung in Berührung kommen, ihre Lage quer zur Substratförderrichtung von der Substratzentriervorrichtung übernehmen. Die Kontaktstellen der Substratzentriervorrichtung mit den Substraten werden mit der Fördergeschwindigkeit der Substrate bewegt. Dadurch wird unnötige Reibung an den Substraten vermieden, und eine Reibung an den Substraten tritt nur bei der nötigen Verschiebung der Substrate in die exakte Position quer zur Substratförderrichtung auf.
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In einer anderen Ausführungsvariante kann die Substratzentriervorrichtung wenigstens zwei separat voneinander steuerbare Bandantriebe aufweisen, deren Transportgeschwindigkeit unterschiedlich oder auch gegenläufig eingestellt werden kann. Dadurch lässt sich, gegebenenfalls unter zusätzlicher Verwendung eines oder mehrerer Substratpositionssensoren, eine Lagekorrektur der Substrate auf ihrem Förderweg zu dem Substratträgerarray vornehmen, sodass die Substrate geeignet auf den Arrayelementen des Substratträgerarrays platziert werden können.
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Zur Bearbeitung von Substraten in der Substratbearbeitungsanlage müssen die Substrate in ein Substratträgerarray eingelegt bzw. auf dieses aufgelegt werden. Die Substratfördereinrichtung ist in einer einfachen Ausbildung zum Beladen und/oder zum Entladen einer Zeile oder einer Spalte des Substratträgerarrays vorgesehen, wobei das Substratträgerarray in dieser Zeile oder Spalte wenigstens zwei Arrayelemente aufweist. Jeder Arrayelementöffnung dieser Zeile oder Spalte des Substratträgerarrays ist ein Transportarrayelement zugeordnet.
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Das Transportarrayelement kann beispielsweise ein breites Förderband, eine parallele Anordnung von schmalen Transportbändern oder eine Rollenanordnung zur Förderung von Substraten aufweisen. Die Transportarrayelemente können durch die Arrayelementöffnungen hindurch angehoben werden. In der angehobenen Stellung können die vorzugsweise in einer Reihe nacheinander angeordneten Transportarrayelemente Substrate in Substratförderrichtung von Transportarrayelement zu Transportarrayelement transportieren. Zum Beladen des von der Substratfördereinrichtung am weitesten entfernten Arrayelementes wird das Substrat von der Substratfördereinrichtung und allen Transportarrayelementen bis zu dem entferntesten Transportarrayelement hin transportiert. Wenn ein Substrat seine Position in Substratförderrichtung über dem am weitesten entfernten Arrayelement erreicht hat, wird der Transport auf dem am weitesten entfernten Transportarrayelement beendet. Analog werden gleichzeitig oder zeitverzögert weitere Substrate auf weiteren Arrayelementen dieser Zeile oder Spalte zum Liegen gebracht. Nachdem beispielsweise über jedem Arrayelement einer Zeile ein Substrat positioniert ist, werden die Transportarrayelemente dieser Zeile abgesenkt, und die Substrate liegen nach dem Absenken auf dem Substratträgerarray. Während des Absenkens der Transportarrayelemente werden von der Substratfördereinrichtung keine weiteren Substrate gefördert. Nach dem Beladen einer Zeile des Substratträgerarrays wird das Substratträgerarray in Substratbearbeitungsrichtung weiterbewegt, beispielsweise zum Beladen der nächsten Zeile oder zum Bearbeiten des vollständig beladenen Substratträgerarrays.
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Da die Transportarrayelemente durch die Arrayelementöffnungen hindurch bewegt werden müssen, sind erfindungsgemäß die Abstände der Mittelpunkte der Transportarrayelemente untereinander auf die Abstände der Mittelpunkte der Arrayelementöffnungen abgestimmt, ebenso sind die Außenmaße der Transportarrayelemente auf die Abmessungen der Arrayelementöffnungen abgestimmt. Insbesondere sind die Abmessungen der Transportarrayelemente kleiner als die Abmessungen der Arrayelementöffnungen, um ein Berühren der Transportarrayelemente mit dem Substratträgerarray bei dem Heben oder Senken derselben auszuschließen. Das Heben und Senken der Transportarrayelemente erfolgt mittels wenigstens einer Hub- und Senkvorrichtung. Es können alle Transportarrayelemente auf einer gemeinsamen Hub- und Senkvorrichtung vorgesehen sein, es können aber auch mehrere Hub- und Senkvorrichtungen für einzelne oder für Gruppen von Transportarrayelementen vorgesehen sein.
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Die erfindungsgemäße Be- und/oder Entladevorrichtung weist eine Steuerung auf, die die Substratfördereinrichtung, die Substratzentriereinrichtung, die Transportarrayelemente, die Hub- und Senkvorrichtung und die Antriebe der Substratträgerarrays in Bearbeitungsrichtung aufeinander abgestimmt ansteuert.
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Die Be- und/oder Entladevorrichtung kann beispielsweise als eine Beladevorrichtung für eine Zeile des Substratträgerarrays ausgebildet sein. In einer solchen Ausführungsform wird eine Zeile des Substratträgerarrays von einer Seite durch die Substratfördereinrichtung beladen. Die Be- und/oder Entladevorrichtung kann in einer weiteren Variante der Erfindung sowohl zum Be- als auch zum Entladen einer Zeile ausgebildet sein. In einer solchen Ausbildung sind auf beiden Seiten einer Zeile des Substratträgerarrays Substratfördereinrichtungen vorgesehen. Die Substratfördereinrichtung auf einer Seite fördert in diesem Fall unbearbeitete Substrate zum Substratträgerarray hin, und die Substratfördereinrichtung auf der anderen Seite fördert bearbeitete Substrate von dem Substratträgerarray weg. Das Be- und Entladen kann dabei gleichzeitig oder in einer zeitlichen Abfolge erfolgen. Die Be- und/oder Entladevorrichtung kann in weiteren Ausgestaltungen der Erfindung auch als Entladestation zum Entladen einer Zeile oder einer Spalte ausgebildet sein, wobei die Arrayelemente des Substratträgerarrays als Substratzentriervorrichtung dienen und die Substrate über die Transportarrayelemente und die Substratfördereinrichtung abtransportiert werden. In Abhängigkeit von der Positionstoleranz des Transportziels kann vor dem Transportziel eine weitere Substratzentriervorrichtung vorgesehen sein.
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In einer bevorzugten Anwendung der erfindungsgemäßen Be- und/oder Entladevorrichtung ist die Substratförderrichtung senkrecht zur Substratbearbeitungsrichtung vorgesehen. Bei dieser Anordnung kann das Substratträgerarray gleichzeitig von einer Seite beladen und von der anderen Seite entladen werden. Wenn das Beladen oder Entladen zeilenweise erfolgt, kann der zeilenweise Weitertransport des Substratträgerarrays durch die ohnehin vorhandene Transportvorrichtung für das Substratträgerarray erfolgen. Deshalb ist diese Anordnung besonders einfach und kostengünstig realisierbar.
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Eine Folge der senkrechten Anordnung der Substratförderrichtung zur Substratbearbeitungsrichtung ist der Raumbedarf für die Substratförderrichtung quer zur Substratbearbeitungsrichtung. Beispielsweise in Abhängigkeit von den räumlichen Gegebenheiten am Aufstellungsort der Substratbearbeitungsanlage kann statt einer senkrechten Anordnung der Substratförderrichtung zur Substratbearbeitungsrichtung auch eine parallele Ausrichtung von Substratförderrichtung und Substratbearbeitungsrichtung von Vorteil sein, bei der die erfindungsgemäße Be- und/oder Entladevorrichtung entsprechend zum Be- oder Entladen von Spalten des Substratträgerarrays ausgebildet ist.
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In einer vorteilhaften Ausbildung der erfindungsgemäßen Be- und/oder Entladevorrichtung ist an jedem Transportarrayelement ein Substratpositionssensor zur Bestimmung der Substratposition in der Substratförderrichtung vorgesehen. Vorzugsweise sind die Substratpositionssensoren direkt an den zu beladenden Arrayelementen vorgesehen, wobei die Signale der Substratpositionssensoren besonders einfach zur Steuerung der Transportarrayelemente verwendet werden können. Die Substratpositionssensoren können Lichtschranken oder andere verfügbare Sensoren sein. Durch den kombinierten Einsatz der Substratzentriervorrichtung zur Positionierung der Substrate quer zur Substratförderrichtung und der Substratpositionssensoren zur Positionierung der Substrate in Substratförderrichtung kann die Position der Substrate relativ zum Substratträgerarray in zwei Dimensionen sichergestellt werden.
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In einer bevorzugten Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Be- und/oder Entladevorrichtung weisen die Substratfördereinrichtung, die Substratzentriervorrichtung und/oder die Transportarrayelemente wenigstens einen Bandantrieb auf. In Bandantrieben können elastische Bänder eine günstige Kraftübertragung auf die Substrate realisieren. Desweiteren sind Bandantriebe kostengünstig herstellbar und auch einfach zu warten. Es können jedoch auch andere verfügbare Antriebe eingesetzt werden.
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Gemäß einer Weiterbildung der erfindungsgemäßen Be- und/oder Entladevorrichtung weisen die Transportarrayelemente jeweils wenigstens zwei separat voneinander steuerbare Bandantriebe auf, und an jedem Transportarrayelement ist eine Positionserfassungseinheit zum Erfassen der Lage des Substrates in der Substratförderrichtung und in der Substratbearbeitungsrichtung vorgesehen. Durch zwei oder mehr separat voneinander steuerbare Bänder, die relativ zueinander bewegt werden können, kann die Position von Substraten auf einem Transportarrayelement korrigiert werden. Die Lagekorrektur kann dabei von der Positionserfassungseinheit kontrolliert oder erfasst werden. Die Positionserfassungseinheit kann eine Kamera mit einer Bildverarbeitung oder eine Kombination mehrerer einfacher Sensoren, wie beispielsweise Lichtschranken, sein. Die wenigstens zwei Bandantriebe können in einer einfachen Ausbildung der beschriebenen Weiterbildung zwei parallele Bandantriebe sein, die zu einer Drehung der Substrate angesteuert werden können. In erweiterten Ausbildungen können aber auch andere Anordnungen von Bandantrieben oder andere Antriebe eingesetzt werden, die auch einen Substrattransport in eine andere Richtung als in der Substratförderrichtung erlauben. Beispielsweise kann durch eine entgegengerichtete Bewegung paralleler Bandantriebe eine Drehung von Substraten bewirkt werden. In einer besonders weit reichenden Weiterbildung ist ein Transportarrayelement als zusätzliche Substratzentriervorrichtung ausgebildet.
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In einer günstigen Ausbildung der erfindungsgemäßen Be- und/oder Entladevorrichtung weist die Hub- und Senkvorrichtung einen Pneumatikzylinder und/oder einen Exzenterantrieb auf. Mit Pneumatikzylindern und/oder mit Exzenterantrieben können kostengünstig gleichmäßige Bewegungen realisiert werden. Daher werden diese bevorzugt eingesetzt. Es können jedoch auch andere mechanische Hub- und Senkvorrichtungen verwendet werden.
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In einem vorteilhaften Ausführungsbeispiel weist die erfindungsgemäße Be- und/oder Entladevorrichtung in der Substratförderrichtung vor der Substratzentriervorrichtung eine Substratkontrollvorrichtung und/oder eine Substratsortiervorrichtung auf. Es kommt vor, dass Substrate ausgebrochene Kanten, Risse, ungleichmäßige Farben oder sonstige Schädigungen aufweisen. Solche Schäden können von der Substratkontrollvorrichtung automatisch oder personell erfasst werden. Mit Hilfe von Ergebnissen der Substratkontrolle oder anderweitiger Informationen können fehlerhafte Substrate aussortiert werden oder Substrate können in verschiedene Qualitätsklassen einsortiert werden. Die Substratsortiervorrichtung kann beispielsweise eine verstellbare Wippe sein, die den Substrattransport in definierte Sortierfächer oder in Abfallbehälter umleitet.
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Bei einer gebräuchlichen Ausbildung der erfindungsgemäßen Be- und/oder Entladevorrichtung ist die Be- und/oder Entladevorrichtung zum Umladen von Substraten zwischen wenigstens einem Substratstapelbehälter und dem Substratträgerarray vorgesehen. Der Transport von Substraten erfolgt in vielen Fertigungsstätten standardisiert über Substratstapelbehälter, in welchen Substrate in parallelen Fächern vorgesehen sind. Die Substratfördereinrichtung ist in diesen Fällen mit der Auflage der Substratstapelbehälter gekoppelt und zum Be- oder Entladen der Substratstapelbehälter ausgebildet. Substrate können aber auch anderweitig, beispielsweise über Bandtransportsysteme, zugeführt oder abgeführt werden.
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In einer möglichen Ausführungsform der erfindungsgemäßen Be- und/oder Entladevorrichtung weist die Be- und/oder Entladevorrichtung wenigstens zwei Substratfördereinrichtungen auf, die wenigstens zwei Zeilen oder zwei Spalten des Substratträgerarrays zugeordnet sind. Durch das gleichzeitige Beladen von zwei Zeilen oder zwei Spalten kann die Beladegeschwindigkeit verdoppelt werden, durch drei oder mehr Substratfördereinrichtungen kann die Geschwindigkeit entsprechend weiter erhöht werden. Die wenigstens zwei Substratfördereinrichtungen können benachbarte Zeilen des Substratträgerarrays bedienen, sie können aber auch entfernter beabstandeten Zeilen zugeordnet sein. Entladevorrichtungen können in analoger Weise auch für mehrere Zeilen oder Spalten ausgelegt sein.
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In einer weiteren günstigen Variante der vorliegenden Erfindung sind wenigstens zwei Substratfördereinrichtungen beidseitig der Substratträgerarrays zum beidseitigen Beladen und/oder Entladen wenigstens einer Zeile oder Spalte des Substratträgerarrays vorgesehen. Hierdurch ist es möglich, Prozesszeiten zu verkürzen, indem eine oder mehrere Zeilen oder Spalten gleichzeitig von beiden Seiten be- bzw. entladen werden.
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Entsprechend einer bevorzugten Ausbildung ist die Be- und/oder Entladevorrichtung in einer Substratbearbeitungsanlage zur Bearbeitung von Photovoltaiksubstraten vorgesehen. Die erfindungsgemäße Be- und/oder Entladevorrichtung ist sehr gut an die in der Substratbearbeitungsanlage zur Bearbeitung von Photvoltaiksubstraten verwendeten Substratträgerarrays angepasst. Die erfindungsgemäße Be- und/oder Entladevorrichtung kann jedoch auch in anderen Substratbearbeitungsanlagen eingesetzt werden.
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Die Aufgabe der Erfindung wird des Weiteren durch ein gattungsgemäßes Verfahren zum Be- und/oder Entladen wenigstens eines Substratträgerarrays gelöst, wobei durch eine Substratfördereinrichtung in einer Substratförderrichtung die wenigstens zwei Arrayelemente in einer Zeile oder einer Spalte des Substratträgerarrays mit Substraten beladen oder von Substraten entladen werden, wobei die durch die Substratfördereinrichtung transportierten Substrate orthogonal zu der Substratförderrichtung durch eine Substratzentriervorrichtung zentriert werden, wobei die Substrate in der Substratförderrichtung durch in den Arrayelementöffnungen des Substratträgerarrays vorgesehene Substratarrayelemente zeitlich begrenzt transportiert werden, wobei die Transportarrayelemente durch eine Hub- und Senkvorrichtung in den Arrayelementöffnungen angehoben und aus diesen abgesenkt werden, und wobei die Bewegung der Substratfördereinrichtung, der Substratzentriervorrichtung, der Substratarrayelemente, der Hub- und Senkvorrichtung und des Substratträgerarrays durch eine Steuerung aufeinander abgestimmt werden.
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Die Abstimmung durch die Steuerung erfolgt vorzugsweise derart, dass die Substrate nur dann über das Substratträgerarray von der Substratfördereinrichtung und/oder den Transportarrayelementen gefördert werden, wenn die Hub- und Senkvorrichtung die Transportarrayelemente angehoben hat, wobei jedes Transportträgerarray das Fördern eines Substrates stoppt, wenn es in Substratförderrichtung über einem Arrayelement angekommen ist, in dessen Arrayelementöffnung das Transportarrayelement steht, wobei die Transportarrayelemente, die mit je einem Substrat beladbar sind, von der Hub- und Senkvorrichtung abgesenkt oder angehoben und die Substrate dabei auf den Arrayelementen abgelegt oder von den Arrayelementen aufgenommen werden, und wobei das Substratträgerarray nur bei abgesenkter Hub- und Senkvorrichtung über den Transportarrayelementen in Bearbeitungsrichtung bewegt wird.
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In dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Be- und/oder Entladen des Substratträgerarrays wird zum Transport der Substrate die Substratfördereinrichtung verwendet, auf der mehrere Substrate gleichzeitig gefördert werden können. Über dem Substratträgerarray wird die Substratförderung durch die Transportarrayelemente fortgeführt. Die Transportarrayelemente stehen in den Arrayelementöffnungen auf der Hub- und Senkvorrichtung, wobei die Hub- und Senkvorrichtung die Transportarrayelemente zum Be- und Entladen auf die Förderhöhe anhebt. Zum Beladen werden die Substrate zunächst von der Fördereinrichtung zum Substratträgerarray hin befördert und dann von den Transportarrayelementen über das Substratträgerarray hinweg typischerweise bis zu dem letzten Arrayelement in Substratförderrichtung befördert. Wenn sich das Substrat über dem letzten Arrayelement befindet, stoppt das in diesem Arrayelement stehende Transportarrayelement die Förderung des Substrates und das Substrat liegt dann räumlich genau über dem Arrayelement des Substratträgerarrays, wo es abgelegt werden soll. Gleichzeitig oder später werden die anderen Arrayelemente der zu beladenden Zeile oder Spalte des Substratträgerarrays beladen. Orthogonal zur Substratförderrichtung werden die Substrate beim Be- und/oder Entladen zentriert, sodass eine exakte Ablage der Substrate in den dafür vorgesehenen Positionen möglich ist.
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Zur Durchführung des Verfahrens zum Be- und/oder Entladen wenigstens eines Substratträgerarrays werden erfindungsgemäß verschiedene Bewegungen und Funktionen der Be- und/oder Entladevorrichtung koordiniert. Diese Koordination wird von der Steuerung übernommen, die verschiedene Elemente einer oder mehrerer Substratfördereinrichtungen, Aktoren der Substratzentriervorrichtung, Aktoren der Transportarrayelemente, Antriebe der Hub- und Senkvorrichtung sowie weitere Elemente der Be- und/oder Entladevorrichtung logisch miteinander verknüpft und in koordinierter Weise steuert.
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Nachdem die Steuerung die Förderung von je einem Substrat auf je ein Transportarrayelement realisiert hat, werden die beladenen Transportarrayelemente von der Hub- und Senkvorrichtung abgesenkt und die Substrate bleiben dabei auf den Arrayelementen des Substratträgerarrays liegen. Die Transportarrayelemente befinden sich im abgesenkten Zustand unter dem Substratträgerarray, sodass sie die Bewegung des Substratträgerarrays in Substratbearbeitungsrichtung nicht behindern. Nach der Bewegung der Substratträgerarrays, beispielsweise zur Positionierung des Substratträgerarrays zum Beladen der nächsten Zeile oder zum Bearbeiten der Substrate, werden die Transportarrayelemente von der Hub- und Senkvorrichtung angehoben, wobei auf Arrayelementen vorhandene Substrate von den Transportarrayelementen aufgenommen werden und auf die Höhe der Substratfördereinrichtung gehoben werden. Nachdem die Transportarrayelemente die Förderhöhe erreicht haben, wird zum Entladen des Substratträgerarrays die Förderbewegung der Transportarrayelemente mit der Substratfördereinrichtung zum Entladen aktiviert und die Substrate werden in Entladerichtung gefördert. In der Be- und Entladevorrichtung kann gleichzeitig auch ein Aktivieren der Substratfördereinrichtung der Beladevorrichtung vorgenommen werden.
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In einer günstigen Ausbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens wird die Position der Substrate auf den Transportarrayelementen in Substratförderrichtung von Substratpositionssensoren bestimmt, wobei die durch die Substratpositionssensoren erfasste Position der Substrate an die Steuerung übermittelt wird und die Steuerung die Substratförderung der Transportarrayelemente stoppt, wenn die Substrate Positionen über Arrayelementen erreicht haben. Zum Beladen werden die Substrate bis auf die Transportarrayelemente gefördert. Durch die Erfassung der Substratposition durch die Substratpositionssensoren an den Transportarrayelementen wird die Substratposition genau dort erfasst, wo sie interessiert. Dadurch werden Fehler bei der Positionserfassung vermieden. Außerdem kann die Steuerung einfach ausgebildet werden, da keine komplizierten Berechnungen und Auswertungen zur Bestimmung der Substratpositionen erforderlich sind. Dadurch kann die Steuerung die Substratförderung der Transportarrayelemente zuverlässig an der richtigen Position über den Arrayelementen stoppen.
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Gemäß einer Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens erfasst wenigstens eine Positionserfassungseinheit die Lage eines Substrates auf einem Transportarrayelement in der Substratförderrichtung und in der Substratbearbeitungsrichtung, und wenigstens zwei Bandantriebe des Transportarrayelementes korrigieren die Lage des Substrates auf dem Transportarrayelement in Abhängigkeit der durch die Positionserfassungseinheit erfassten Lage des Substrates. In dieser Weiterbildung wird nicht nur die Lage der Substrate in Substratförderrichtung erfasst, sondern durch weitere Sensoren oder durch eine Kamera werden weitere Parameter der Substratlage, das heißt, eine Substratverdrehung und/oder eine Substratzentrierung quer zur Substratförderrichtung erfasst. Nachdem die Steuerung die Lage eines Substrates auf einem Transportarrayelement erfasst hat, kann sie durch geeignete Ansteuerung von wenigstens zwei Bandantrieben des Transportarrayelements die Lage des Substrates auf dem Transportarrayelement korrigieren. Dazu werden die Bandantriebe oder die anderen Antriebe zur Durchführung der Korrekturbewegung separat angesteuert.
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Vorzugsweise kontrolliert eine Substratkontrollvorrichtung die Qualität von Substraten und/oder eine Substratsortiervorrichtung transportiert ausgewählte Substrate in Substratförderrichtung weiter und führt abgewählte Substrate auf einen abweichenden Transportweg. Substrate können fehlerbehaftet sein, wobei Fehler der Substrate zu Folgefehlern während der Substratbearbeitung und zu einer Schadensausbreitung auf weitere Substrate führen können. Beispielsweise zum Erreichen einer hohen Produktionsqualität kann deshalb eine Substratkontrollvorrichtung vorgesehen sein, die die Qualität der Substrate kontrolliert und schlechte Substrate verwirft oder fragwürdige Substrate beispielsweise für eine Nachkontrolle aussortiert. Eine solche Substratkontrollvorrichtung und die Substratsortiervorrichtung können miteinander gekoppelt werden. Die Substratkontrollvorrichtung kann aber auch separat, beispielsweise für Dokumentationszwecke, betrieben werden. Die Substratsortiervorrichtung kann auch separat betrieben werden, beispielsweise um Substrate verschiedener Lose voneinander zu trennen oder sie zu vermischen.
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In einer weiteren möglichen Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden wenigstens zwei Zeilen oder zwei Spalten des Transportträgerarrays gleichzeitig be- und/oder entladen. Je nach den logistischen Erfordernissen an der Substratbearbeitungsanlage kann eine geringere Zeit zum Be- und/oder Entladen gewünscht sein, als sie beim sequentiellen zeilen- oder spaltenweisen Be- und/oder Entladen erreicht wird. In diesem Fall kann ein zeitgleiches und/oder beidseitiges Be- und/oder Entladen mehrerer Zeilen oder mehrerer Spalten mit einer entsprechend ausgebildeten Be- und/oder Entladevorrichtung erfolgen.
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Die vorliegende Erfindung soll im Folgenden anhand von Figuren näher erläutert werden. Die Figuren enthalten folgende schematische Darstellungen:
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1 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Be- und Entladevorrichtung;
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2 zeigt eine Seitenansicht auf eine Ausführungsvariante einer erfindungsgemäßen Beladevorrichtung in Substratförderrichtung;
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3 zeigt eine Seitenansicht auf ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beladevorrichtung in Substratförderrichtung mit beladenem Substratträgerarray; und
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4 zeigt eine Draufsicht auf eine Ausführungsform einer Substratbearbeitungsanlage mit einer Variante einer erfindungsgemäßen Beladevorrichtung und einer Variante einer erfindungsgemäßen Entladevorrichtung.
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In den folgenden Ausführungen zur Beschreibung der in den Figuren dargestellten Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung wird zur Erleichterung des Verständnisses der vorliegenden Erfindung mit Ausdrücken wie „links” und „rechts” auf Merkmale in den dargestellten Ausführungsbeispielen Bezug genommen. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass dies nicht heißen soll, dass die jeweiligen Elemente der Vorrichtung unbedingt „links” oder „rechts” an der Vorrichtung vorgesehen sein müssen. Das heißt, dass die Ausdrücke „links” und „rechts” hier nur relativ zu verstehen sind. Gleiches gilt jedoch nicht für die Ausdrücke „unten” und „oben”, welche in den nachfolgenden Figurenbeschreibungen genau so zu verstehen sind, wie sie im Betrieb der erfindungsgemäßen Be- und/oder Entladevorrichtung und des entsprechenden Verfahrens anzuwenden sind.
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1 zeigt eine schematische Draufsicht auf eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Be- und Entladevorrichtung 1. In der dargestellten Beispielskizze werden Substrate 8 von einer Substratfördereinrichtung 5 in einer Substratförderrichtung F in Richtung eines zu beladenden Substratträgerarrays 2 befördert. Die Substratfördereinrichtung 5 kann mehrere Abschnitte oder Segmente enthalten, dargestellt sind hier auf der links gezeigten Beladeseite zwei Segmente: ein einfaches Fördersegment und ein Segment mit einer unten noch näher beschriebenen Substratzentriervorrichtung 6. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel werden in der Substratförderrichtung F breite Transportbänder in der Substratfördereinrichtung 5 eingesetzt. In anderen, nicht dargestellten Ausführungsvarianten können statt eines breiten Förderbandes parallele schmale Bänder, Transportrollen, Luftkissenfördereinrichtungen oder andere verfügbare Vorrichtungen eingesetzt werden.
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Ein Segment der Substratfördereinrichtung 5 ist mit einer Substratzentriervorrichtung 6 ausgestattet, welche die Substrate 8 in eine definierte Position bezüglich einer Substratbearbeitungsrichtung B der Substrate 8 in einer Substratbearbeitungsanlage zwingt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel besteht die Substratzentriervorrichtung 6 aus zwei umlaufenden Bändern, deren vertikale Bandoberflächen in Kontakt mit den Substraträndern kommen und dadurch ihre definierte Position auf die Substrate 8 übertragen. Die Bänder der Substratzentriervorrichtung 6 werden mit der gleichen Geschwindigkeit und Förderrichtung bewegt wie das in der Substratzentriervorrichtung 8 befindliche Band der Substratfördereinrichtung 5.
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Zum Beladen werden die Substrate 8 durch die Substratfördereinrichtung 5 in Richtung des die Substratbearbeitungsanlage in der Substratbearbeitungsrichtung B durchlaufenden Substratträgerarrays 2 befördert. Das Substratträgerarray 2 weist Arrayelemente 3 auf, die jeweils zur Aufnahme eines Substrates 8 ausgebildet sind. Die Substrate 8 liegen nur mit ihrem Rand auf dem Substratträgerarray 2 auf. Ein großer Flächenbereich der Arrayelemente 3 weist Arrayelementöffnungen 4 auf, durch welche das Substratträgerarray 2 nach unten hin offen ist.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel befinden sich unter einer Zeile des Substratträgerarrays 2 Transportarrayelemente 7, die höhenverstellbar sind und zum Be- oder Entladen auf die Transporthöhe der Substratfördereinrichtung 5 gebracht werden können. In dieser Beladestellung können die Substrate 8 von der Substratfördereinrichtung 5 in Substratförderrichtung F über das Substratträgerarray 2 hinweg weitertransportiert werden.
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Zum Beladen des Substratträgerarrays 2 werden in dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Substrate 8 in Substratförderrichtung F von der Substratfördereinrichtung 5 auf das Substratträgerarray 2 transportiert. Der Transport der Transportarrayelemente 7 kann für jedes Transportarrayelement 7 separat gestoppt werden, sodass beim Beladen auf jedem Transportarrayelement 7 ein Substrat 8 über einem Arrayelement 3 zum Stehen kommt. Zum Beladen wird zunächst auf jedes Transportarrayelement 7 ein Substrat 8 gefördert. Anschließend werden die Transportarrayelemente 7 nach unten abgesenkt und die Substrate 8 kommen auf den Arrayelementen 3 der Substratträgerarrays 2 zum Liegen. Nach der Beladung einer Zeile des Substratträgerarrays 2 wird in der dargestellten Beladevorrichtung das Substratträgerarray 2 um eine Zeile weiterbewegt, sodass eine nächste Zeile des Substratträgerarrays 2 beladen werden kann. Die zeilenweise Beladung des Substratträgerarrays 2 wird vorzugsweise so lange fortgesetzt, bis alle Zeilen des Substratträgerarrays 2 beladen sind. Anschließend wird das Substratträgerarray 2 in Substratbearbeitungsrichtung B abtransportiert, sodass eine Bearbeitung der Substrate 8 erfolgen kann.
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In dem dargestellten Ausführungsbeispiel wird das Substratträgerarray 2 nach der Substratbearbeitung entgegen der Substratbearbeitungsrichtung B zurücktransportiert. In der Be- und Entladevorrichtung 1 werden die Transportarrayelemente 7 wieder hochgefahren, sodass auf jedem Transportarrayelement 7 ein Substrat 8 zum Liegen kommt. In der Förderhöhe wird die Förderbewegung der Förderelemente 7 und der auf der rechten Seite befindlichen Substratfördereinrichtung 5 aktiviert, sodass die Substrate 8 von dem Substratträgerarray 2 nach rechts über die dort befindliche Substratfördereinrichtung 5 entladen werden können. Gleichzeitig oder zeitversetzt zum Entladen kann von links ein Beladen mit nächsten Substraten 8 für eine nächste Bearbeitungsfahrt erfolgen.
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2 skizziert ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Beladevorrichtung 1 in einem Längsschnitt mit horizontaler Ansicht. In der dargestellten Beladevorrichtung 1 werden Substrate 8 aus einem Substratstapelbehälter 14 entnommen und zum Beladen des Substratträgerarrays 2 verwendet. Die Substratfördereinrichtung 5 weist in dem dargestellten Ausführungsbeispiel vier Förderbandsegmente auf, wobei die Förderbandsegmente verschiedenen Teilvorrichtungen der Beladevorrichtung 1 zugeordnet sind.
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In einer Substratkontrollvorrichtung 12 werden Substrate 8 von einer Kamera 15 erfasst und die erfassten Bilder werden automatisch oder personell kontrolliert. Wenn in der Substratkontrollvorrichtung 12 fehlerhafte Substrate 8 festgestellt werden, können die fehlerhaften Substrate 8 in der Substratsortiervorrichtung 13 aussortiert werden. Das Förderband in der Substratsortiervorrichtung 13 ist in dem gezeigten Ausführungsbeispiel drehbar als Wippe ausgeführt, deren Position ein Pneumatikzylinder 16 steuert.
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Nach der Substratsortiervorrichtung 13 durchlaufen die Substrate 8 die zu 1 bereits beschriebene Substratzentriervorrichtung 6. Anschließend werden die Substrate 8 von Transportarrayelementen 7 weiterbefördert. Die Position der Substrate 8 in Substratförderrichtung F bezüglich der Arrayelementöffnungen 4 des Substratträgerarrays 2 wird durch Substratpositionssensoren 9 detektiert. Jedem Transportarrayelement 7 ist in der dargestellten Zeile ein Substratpositionssensor 9 zugeordnet. Die Transportarrayelemente 7 sind mit der Hub- und Senkvorrichtung 11 verbunden und können gemeinsam abgesenkt oder angehoben werden.
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Die in dem Ausführungsbeispiel von 2 gezeigten Transportarrayelemente 7 weisen jeweils wenigstens zwei separat voneinander steuerbare Bandantriebe auf. Somit können diese Bandantriebe relativ zueinander mit unterschiedlicher Geschwindigkeit oder sogar gegenläufig bewegt werden. In einer einfachen Ausbildung dieser Ausführungsform werden pro Transportarrayelement 7 zwei parallele, separat steuerbare Bandantriebe eingesetzt, die zu einer Drehung der Substrate 8 angesteuert werden können. In einer erweiterten Variante können auch andere Anordnungen von Bandantriebe oder andere Fördermechanismen verwendet werden, die auch einen Substrattransport in eine andere als die Substratförderrichtung F erlauben. Dadurch kann die Position eines Substrates 8 auf einem Transportarrayelement 7 in Abhängigkeit von der von einer Positionserfassungseinheit erfassten Lage des Substrates 8 auf oder vor dem Transportarrayelement 7 korrigiert werden. Daraufhin kann die Lagekorrektur ebenfalls durch die Positionserfassungseinheit kontrolliert bzw. erfasst werden. Die Positionserfassungseinheit kann beispielsweise eine Kombination der in 2 dargestellten Substratpositionssensoren 9 oder auch wenigstens eine Kamera mit einer Bildverarbeitung umfassen. Ferner kann zur Substratzentrierung an einem oder mehreren der Transportarrayelemente 7 jeweils eine Substratzentriervorrichtung wie die Substratzentriervorrichtung 6 in 1 vorgesehen sein.
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3 zeigt noch einmal die Beladevorrichtung von 2, wobei die Substratsortiervorrichtung 13 auf die Weiterbearbeitungsstellung gesteuert ist und die Hub- und Senkvorrichtung 11 abgesenkt ist, und wobei Substrate 8 auf dem Substratträgerarray 2 abgelegt sind. In diesem Zustand der Be- und/oder Entladevorrichtung 1 kann das Substratträgerarray 2 in der Substratbearbeitungsrichtung B bewegt werden.
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4 zeigt eine Substratbearbeitungsanlage 10 mit einer Beladevorrichtung 1 am Anfang einer Substratbearbeitungsanlage 10 und einer Entladevorrichtung 1 am Ende der Substratbearbeitungsanlage 10 in Bearbeitungsrichtung B. Die Bearbeitungsmodule der Substratbearbeitungsanlage 10 sind selbst der besseren Übersichtlichkeit halber nicht dargestellt. Eine solche Substratbearbeitungsanlage 10 mit einem Materialfluss in einer Richtung wird als Durchlaufanlage bezeichnet. Derartige Substratbearbeitungsanlagen 10 mit beschriebenen Be- und/oder Entladevorrichtungen 1 eignen sich insbesondere zur Bearbeitung von Photovoltaiksubstraten.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102008010236 A1 [0003]
