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Die Erfindung bezieht sich auf einen Greifer zum Greifen eines plattenartigen Gegenstands, insbesondere eines Halbleiter-Wafers. Der Greifer ist von demjenigen Typ bzw. derjenigen Bauweise, bei der das greifende Zusammenwirken bzw. die greifende Interaktion zwischen Greifer und Gegenstand über eine dem Greifer zugewandte Flachseite des Gegenstands stattfindet. Es handelt sich also nicht um einen Greifer, der z. B. den Gegenstand mit klemmendem Eingriff erfasst.
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Greifer für greifende Interaktion über eine Flachseite des zu greifenden Gegenstands sind bekannt. Ein bekannter derartiger Greifer der Anmelderin besitzt mehrere Greifelemente, in denen jeweils durch einen schnell strömenden Luftstrom ein Unterdruck erzeugt wird. Mittels des Unterdrucks an dem jeweiligen Greifelement kann eine anziehende Kraft zwischen der betreffenden Flachseite des Gegenstands und dem Greifer ausgeübt werden; die anziehende Gesamtkraft aus den mehreren Greifelementen zieht den Gegenstand gegen den Greifer. Derartige Greifer werden auch Sauggreifer genannt.
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Bei Greifern der genannten Bauart besteht mindestens in demjenigen Zustand, in dem die Greifbewegung abgeschlossen und der Gegenstand fertig gegriffen ist, Anlagekontakt zwischen dem Gegenstand und dem Greifer. Insbesondere wenn der Greifer mitsamt des gegriffenen Gegenstands zu einer exakt vorgegebenen-Absetz- bzw. Freigabeposition bewegt wird und der Gegenstand in exakt dieser Freigabeposition losgelassen werden soll, hat man am Greifer Anlageelemente für den Gegenstand vorgesehen, die jeweils unter Zwischenschaltung von Zug- oder Druckfedern an dem Greifer befestigt sind. Mit einem derart ausgebildeten Greifer kann man die Sollposition des abzusetzenden Gegenstands, wo dieser gegen eine oder mehrere Anlegestellen zur Anlage kommt und so die exakte Sollposition einnimmt, mit dem Greifer ein kleines Stück über diese Position hinaus fahren; die Anlageelemente bleiben ortsfest an dem Gegenstand, das geringfügige Weiterfahren des restlichen Greifers erfolgt unter Verformung der Aufhängungsfedern der Anlageelemente. Die Möglichkeit einer derartigen ”überschießenden Verfahrbewegung” des restlichen Greifers relativ zu den ortsfest am Gegenstand befindlichen Anlageelementen ist insbesondere vorgesehen, um der Tatsache Rechnung zu tragen, dass es selbst mit einer sehr exakten Robotersteuerung in der Praxis nicht möglich ist, eine Sollposition mit einer Genauigkeit von z. B. unter 50 μm anzufahren.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, einen Greifer der eingangs genannten Art verfügbar zu machen, bei dem eine umfassende Relativbeweglichkeit zwischen den Anlagebereichen der Anlageelemente und dem restlichen Greifer in unkomplizierter und störungsunanfälliger Konstruktion verwirklicht ist.
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In Lösung dieser Aufgabe ist Gegenstand der Erfindung ein
Greifer zum Greifen eines plattenartigen Gegenstands, insbesondere eines Halbleiter-Wafers, welcher Greifer für greifende Interaktion über eine Flachseite des Gegenstands ausgebildet ist,
dadurch gekennzeichnet,
dass der Greifer mindestens ein Greifelement aufweist, das über die genannte Flachseite eine anziehende Kraft auf den Gegenstand ausüben kann; und
dass der Greifer mehrere Anlageelemente, jeweils mindestens zum Teil aus einem elastischen Werkstoff, für die genannte Flachseite des Gegenstands aufweist;
wobei die genannten Anlageelemente jeweils einen Anlagebereich für die genannte Flachseite des Gegenstands und einen Befestigungsbereich aufweisen, über den sie an dem Greifer befestigt sind;
und wobei die Anlageelemente mit ihrem elastischen Werkstoff jeweils eine derartige Gestalt haben, dass der Anlagebereich relativ zu dem Befestigungsbereich sowohl in parallel zu der genannten Flachseite des Gegenstands verlaufender Richtung als auch in rechtwinklig zu der genannten Flachseite des Gegenstands verlaufender Richtung elastisch relativbeweglich ist.
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Bei dem erfindungsgemäßen Greifer sind die betreffenden Anlageelemente ”in sich” elastisch, wodurch die gewünschte Relativbeweglichkeit relativ zu dem restlichen Greifer verwirklicht ist. Die Relativbeweglichkeit ist in allen drei Raumrichtungen gegeben, also in x-Richtung und y-Richtung (diese zwei Richtungen werden normalerweise derjenigen Ebene zugeordnet, welchen die Anlagestellen der betreffenden Anlageelemente angehören; man kann auch sagen, dass diese zwei Richtungen parallel zu der Flachseite des Gegenstands verlaufen) sowie in z-Richtung, die rechtwinklig zu der x-Richtung und der y-Richtung verläuft, somit auch in jeder Richtung, die mehrere der drei Raumrichtungen kombiniert. Die erfindungsgemäß eingesetzten Anlageelemente sind einfach und preisgünstig herstellbar, eine mühsame Montage separater Federn ist nicht erforderlich. Die weiter unten beschriebenen Ausführungsbeispiele werden vor Augen führen, dass die Anlageelemente auf äußerst einfache Art an dem Greifer montiert werden können. Von besonders großer Bedeutung ist, dass die erfindungsgemäße Anlageelement-Konstruktion äußerst störungsunanfällig ist, weil sich die beschriebenen Relativbewegungen in dem elastischen Werkstoff der betreffenden Anlageelemente abspielen und nicht mehrere Bestandteile pro Anlageelement beteiligt sind.
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Der im Anspruch 1 verwendete Begriff ”plattenartiger Gegenstand” bezeichnet einen Gegenstand, dessen Abmessung in der dritten Raumrichtung sehr erheblich geringer ist als die Abmessungen in der ersten und der zweiten Raumrichtung. In dem Begriff liegt keine Beschränkung auf einen rechteckigen oder quadratischen Umriss und liegt keine Beschränkung auf eine im wesentlichen konstante Dicke (gemessen in der dritten Raumrichtung) des Gegenstands und liegt keine Beschränkung auf ebene Flachseiten. So sind z. B. gewölbte Platten oder Platten, die an einer oder beiden ”Flachseiten” eine mehr oder weniger stark ausgeprägte Relief-Oberfläche haben, oder runde Platten mit umfasst. Besonders bevorzugt ist der Greifer jedoch so ausgebildet, dass er Gegenstände greifen kann, welche die Gestalt eines in der dritten Raumrichtung dünnen Quaders haben. Vorzugsweise ist der Greifer auf das Greifen von relativ leichten Gegenständen ausgelegt, wobei zur Konkretisierung hier eine Obergrenze von 250 g, stärker bevorzugt 50 g, angegeben wird.
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Vorzugsweise ist der Greifer für das Greifen eines Halbleiter-Wafers ausgelegt. Der Begriff ”Halbleiter-Wafer” in dieser Anmeldung soll nicht nur Halbleiter-Wafer im Rohzustand oder im nur wenig weiterverarbeiteten, Rohzustand-nahen Zustand umfassen; ein Beispiel sind Halbleiter-Wafer, die bereits wesentliche Produktionsschritte hin zur Solarzelle bzw. zum Solarzellenmodul durchlaufen haben (z. B. Aufbringen einer Anti-Reflexionsschicht und Vorbereiten von Stellen zur elektrischen Verbindung mehrerer Zellen). Halbleiter-Wafer kennt man insbesondere bei der Herstellung von integrierten Schaltungen und bei der Herstellung von Solarzellen, die einen Teil des auftreffenden Lichts, vorzugsweise Sonnenlichts, in elektrische Energie umwandeln (Photovoltaik). Es ist allerdings möglich, den Greifer für das Greifen anderer plattenartiger Gegenstände auszulegen. Als einige Beispiele unter vielen möglichen seien Leiterplatten und DVDs (Digital Versatile Disk) genannt. Die plattenartigen Gegenstände können aus praktisch jedem Material bestehen, wobei zur Konkretisierung hier Metall, Kunststoff, keramisches Material, Mehrschicht-Leiterplatte aus Metall- und Keramikschichten genannt werden.
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Im Anspruch 1 ist die Wortfolge ”zum Greifen eines plattenartigen Gegenstands” enthalten. Diese Wortfolge soll nicht bedeuten, dass der Anspruch auf einen Greifer beschränkt ist, der gleichzeitig immer nur einen (im Sinne von Einzahl) Gegenstand greifen kann. In der Praxis ist der erfindungsgemäße Greifer vielmehr in den meisten Fällen für das gleichzeitige Greifen mehrerer plattenartiger Gegenstände ausgelegt, wobei für die gegenseitige Positionierung der mehreren Gegenstände alle Möglichkeiten offen sind, z. B. mehrere Gegenstände quasi in einer Ebene, mehrere Gegenstände in stapelartiger Anordnung etc. Die zitierte Wortfolge ist gewählt worden, um klar zu machen, dass auch ein Greifer, der gleichzeitig nur einen einzigen plattenartigen Gegenstand greifen kann, zum Schutzbereich des Anspruchs gehört.
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Der Anspruch 1 enthält den Begriff ”Flachseite des plattenartigen Gegenstands”. In diesem Begriff liegt keine Beschränkung auf eine ebene Ausbildung der betreffenden ”großen Begrenzungsfläche” (im Unterschied zu den Umriss-Begrenzungsflächen der Platte).
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Der Anspruch 1 enthält die Wortfolge ”für greifende Interaktion über eine Flachseite des Gegenstands”. In dieser Wortfolge liegt keine Beschränkung darauf, dass an der Wechselwirkung zwischen dem Greifer und dem Gegenstand beim Greifvorgang und beim Greifzustand ausschließlich eine Flachseite (der zwei Flachseiten) des Gegenstands beteiligt ist. Es soll lediglich zum Ausdruck gebracht werden, dass die genannte Flachseite für den Greifvorgang oder den Greifzustand beteiligt ist (sei es z. B. beim Arbeiten mit Greifelementen, die mittels strömender Luft lokal einen Unterdruck erzeugen, oder sei es für ein Zusammenwirken mit den Anlageelementen). So ist es im Rahmen der Erfindung z. B. bei Gegenständen aus Eisenwerkstoff möglich, als Greifelemente Elektromagnete einzusetzen, welche den Gegenstand auf magnetische Weise an die Anlageelemente und damit an den Greifer heranziehen.
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Der Anspruch 1 enthält die Wortfolge, ”dass der Greifer mehrere Anlageelemente, jeweils mindestens zum Teil aus einem elastischen Werkstoff, aufweist”. Vorzugsweise besteht das jeweilige Anlageelement insgesamt aus dem elastischen Werkstoff. Es ist jedoch möglich, Teilbereiche des jeweiligen Anlageelements aus anderem Werkstoff auszubilden, z. B. am Befestigungsbereich des Anlageelements eine metallische Einfassung des elastischen Werkstoffs vorzusehen.
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Der Anspruch 1 ist so formuliert, dass der Greifer mindestens ein Greifelement mit angegebener Ausbildung und mehrere Anlageelemente mit angegebener Ausbildung enthalten soll. Diese Formulierungsstruktur schließt nicht aus, dass der Greifer zusätzlich noch einen oder mehrere Greifelemente und/oder zusätzlich einen oder mehrere Anlageelemente besitzt, die eine andere als die spezifizierte Ausbildung besitzen.
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Der Anspruch 1 enthält die Passage ”in parallel zu der genannten Flachseite des Gegenstands verlaufender Richtung ... relativbeweglich ist”. Die Worte ”parallel zu der genannten Flachseite” schließen den Fall ein, dass die Relativbeweglichkeitsrichtung mit der Flachseite des Gegenstands zusammenfällt. Die Relativbeweglichkeit ”in parallel zu der genannten Flachseite des Gegenstands verlaufender Richtung” kann, im unteren Grenzfall, eindimensional in nur einer Richtung sein. Vorzugsweise ist jedoch Relativbeweglichkeit in allen Richtungen gemeint, die der Flachseite des Gegenstands angehören bzw. parallel hierzu sind. Die Wortfolge ”in rechtwinklig zu der genannten Flachseite des Gegenstands verlaufender Richtung” bedeutet die Dickenrichtung des plattenartigen Gegenstands.
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Der Begriff ”relativbeweglich” umfasst naturgemäß Bewegung der Anlageelemente relativ zu dem Gegenstand (der seinerseits stationär ist oder sich anders bewegt) und/oder Bewegung des Gegenstands relativ zu den Anlageelementen (die ihrerseits stationär sind oder sich anders bewegen).
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Als elastischer Werkstoff für das jeweilige Anlageelement gibt es breite Palette von geeigneten Werkstoffen, insbesondere Kunststoffe, ganz besonders Elastomere. Besonders bevorzugt sind Werkstoffe, die man unter dem Begriff ”synthetischer Gummi” fassen kann.
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Vorzugsweise hat der Greifer insgesamt, grob gesprochen, eine plattenartige Konfiguration. Hier können die Anlageelemente mit sinnvollen gegenseitigen Abständen gut untergebracht werden, ebenso die Greifelemente im Fall mehrerer Greifelemente. Wenn man, wie bevorzugt, die Abmessung des Greifers in der dritten Raumrichtung vergleichsweise klein hält, erhält man eine Reihe von praktischen Vorteilen des Greifers, wie weiter unten bei den Ausführungsbeispielen noch deutlicher werden wird.
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Im Grundsatz sind das mindestens eine Greifelement einerseits und die Anlageelemente andererseits funktionell unterschiedliche Elemente; die Anlageelemente können jeweils an anderen Stellen als das bzw. die Greifelemente positioniert sein. Die Anzahl der Greifelemente kann von der Anzahl der Anlageelemente unterschiedlich sein. Bevorzugt ist jedoch, dass mindestens bei einem Greifelement dieses Greifelement und ein Anlageelement räumlich zusammengefasst sind, vorzugsweise das Anlageelement im zentralen Bereich des Greifelements vorgesehen ist. Dies führt zu einer vorteilhaft kompakten Konstruktion und rationeller Zusammenbaubarkeit des Greifers.
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Vorzugsweise ist mindestens eines der Greifelemente ein Bernoulli-Greifelement oder ein an eine Unterdruckquelle angeschlossenes Greifelement. Beide Arten von Greifelementen sind an sich bekannt. Greifer, die mit an eine Unterdruckquelle angeschlossenen Greifelementen arbeiten, werden in der Regel Vakuumgreifer oder auch Sauggreifer genannt. Statt ”Unterdruckquelle” wird häufig in unschärferer Ausdrucksweise von ”Vakuum” oder ”Vakuumpumpe” gesprochen. Bernoulli-Greifelemente arbeiten nach dem Prinzip, dass ein z. B. in einer Düse auf hohe Geschwindigkeit gebrachter Gasstrom am Gasstromrand einen Unterdruck erzeugt, den man zum Heranziehen des plattenartigen Gegenstands verwenden kann. Für die praktische Ausführung besonders geeignet ist eine Ringdüse, aus welcher der schnelle Gasstrom in radial nach außen gerichteter Richtung austritt, und zwar im wesentlichen parallel zu der Flachseite des zu greifenden Gegenstands. An der Eintrittsseite der Düse wird Luft mit Überdruck zugeführt. Bernoulli-Greifelemente arbeiten im Grundsatz frei von Berührung mit dem Gegenstand; Berührung mit dem Gegenstand ist in diesem Fall nur an den Anlageelementen gegeben.
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Vorzugsweise ist bei mindestens einem der Anlageelemente der Anlagebereich, der mit dem zu greifenden bzw. gegriffenen Gegenstand in Berührung kommt, konvex ballig, vorzugsweise wie ein Teil einer Kugeloberfläche, ausgebildet. Infolge dieser Ausbildung ist die Berührungsfläche zu dem Gegenstand klein und ist eine Abrollbewegung des betreffenden Anlageelements auf der Flachseite des Gegenstands, wenn sich dieser in x-Richtung und/oder in y-Richtung (das sind die zwei Raumrichtungen, die sich – bei Approximation der Flachseite des Gegenstands durch eine Ebene – in dieser Ebene erstrecken) auf der Flachseite des Gegenstands möglich.
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Vorzugsweise ist bei mindestens einem der Anlageelemente der Befestigungsbereich durch den Randbereich eines im wesentlichen scheibenförmigen Bereichs des Anlageelements gebildet; und ist die genannte elastische Relativbeweglichkeit des Anlageelements in rechtwinklig zu der genannten Flachseite des Gegenstands verlaufender Richtung durch Durchbiegungs-Verformbarkeit des im wesentlichen scheibenförmigen Bereichs gebildet. Diese innere Relativbeweglichkeit des Anlageelements lässt sich konstruktiv und herstellungstechnisch einfach erzeugen. Man hat es durch sinnvolle Wahl der Größe und der Dicke (die nicht durchgehend im im wesentlichen scheibenförmigen Bereich gleich sein muss) des im wesentlichen scheibenförmigen Bereichs und sinnvolle Wahl des Materials mit passender Härte (bei Kunststoffen meist als Shore-Härte gemessen) in der Hand, eine gewünschte Durchbiegungs-Steifigkeit zu erzeugen.
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Vorzugsweise ist bei mindestens einem der Anlageelemente ein Zwischenbereich vorgesehen, der in einem Querschnitt in parallel zu der genannten Flachseite verlaufender Richtung eine hinreichend kleine Querschnittsfläche hat, um die genannte innere, elastische Relativbeweglichkeit des Anlageelements in parallel zu der genannten Flachseite des Gegenstands verlaufender Richtung auszubilden. In der Regel konstruiert man so, dass dieser Zwischenbereich eine kleinere Querschnittsfläche hat als das sonstige Anlageelement, so dass sich die Relativbeweglichkeit in der genannten Richtung dort im wesentlichen konzentriert. Man hat es durch sinnvolle Wahl der Größe der Querschnittsfläche und – in geringerem Maß – auch der Länge des Zwischenbereichs, und sinnvolle Wahl des Materials mit passender Härte in der Hand, eine gewünschte Ausbiegungs-Steifigkeit des Anlageelements zu erzeugen. Vorzugsweise ist diese Relativbeweglichkeit in allen Richtungen, die parallel zu der genannten Flachseite des Gegenstands verlaufen, gegeben, besonders bevorzugt sogar mit im wesentlichen gleicher Biegungs-Steifigkeit. Es ist aber auch möglich, die Biegungs-Steifigkeit bewusst für unterschiedliche Richtungen unterschiedlich zu machen, insbesondere durch eine im wesentlichen elliptische Querschnittsfläche.
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Vorzugsweise ist bei mindestens einem der Anlageelemente ein im wesentlichen kegeliger Übergangsbereich vorgesehen. Besonders günstig sieht man den Übergangsbereich zwischen dem balligen Anlagebereich und dem Zwischenbereich hinreichend kleiner Querschnittsfläche vor. In diesem Fall legt sich die Kegelmantelfläche gegen den im wesentlichen scheibenförmigen Bereich des Anlageelements an, sobald das Anlageelement den maximalen Auslenkungswinkel durch Biegung im Zwischenbereich erreicht hat.
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Vorzugsweise ist bei mindestens einem der Anlageelemente der Befestigungsbereich durch den Randbereich eines im Wesentlichen scheibenförmigen Bereichs des Anlageelements gebildet; und ist der Randbereich an dem (restlichen) Greifer formschlüssig festgelegt. Besonders bevorzugt ist der Randbereich in eine Nut an dem Greifer, vorzugsweise eine Nut an einem Greifelement des Greifers, eingeschnappt. Das Einschnappen ist in Folge des elastischen Werkstoffs des Anlageelements leicht möglich und naturgemäß besonders montagefreundlich. Der Randbereich und/oder die Nut müssen in Blickrichtung auf den im Wesentlichen scheibenförmigen Bereich keineswegs kreislinienförmig sein, wiewohl dies bevorzugt ist. Elliptische Gestalt oder quadratische Gestalt sind praktikable Alternativen.
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Was die Anzahl der Greifelemente anlangt, sind Greifer mit einem einzigen Greifelement durchaus praktikabel. Wenn jedoch die zu greifende Flachseite des Gegenstands nicht ganz klein ist, wird man häufig sinnvollerweise mehrere Greifelemente in sinnvoller Verteilung an dem Greifer vorsehen. Was die Anzahl der Anlageelemente anlangt, ist das Vorsehen nur eines einzigen Anlageelements höchstens dann praktikabel, wenn sein Anlagebereich eine hinreichend große Flächengröße hat. Das Vorsehen von zwei Anlageelementen führt zu einer wenig stabilen Anlage des Gegenstands an dem Greifer, es sei denn, dass die Berührungsbereiche der Anlageelemente relativ groß sind. Das Vorsehen von drei Anlageelementen ist besonders bevorzugt, weil man auf diese Weise auch bei relativ kleinen Berührungsflächen eine stabile Dreipunkt-Auflagerung des Gegenstands an dem Greifer hat. Es ist jedoch durchaus möglich und bei gewissen Einsatzfällen sogar von Vorteil, mehr als drei Anlageelemente vorzusehen. Dies gilt insbesondere für vergleichsweise größformatige und/oder wenig formstabile Gegenstände.
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Es ist nicht funktionserforderlich, die Greifelemente (wenn mehrere vorhanden sind) und/oder die Anlageelemente gleichmäßig über die ”Aktivseite” des Greifers zu verteilen. Andererseits ist es jedoch unter dem Gesichtspunkt der mindestens einigermaßen gleichmäßigen Verteilung der erforderlichen Anziehungskraft auf den Gegenstand und der mindestens einigermaßen gleichmäßigen Verteilung der Anlagekräfte auf der Flachseite des Gegenstands günstig, wenn man die Greifelemente und/oder die Anlageelemente im Großen und Ganzen gleichmäßig auf der Aktivseite des Greifers verteilt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Mehrfachgreifer zum gleichzeitigen Greifen einer Mehrzahl plattenartiger Gegenstände, die nach Art eines Stapels jeweils mit Abstand zwischen den Gegenständen, angeordnet sind, insbesondere zum gleichzeitigen Greifen einer Mehrzahl von Halbleiter-Wafern, dadurch gekennzeichnet, dass mehrerer Greifer des in der Anmeldung offenbarten Aufbaus vorhanden sind, die nach Art eines Stapels jeweils mit Abstand zwischen den Greifern angeordnet sind.
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Bei dem erfindungsgemäßen Mehrfachgreifer kommt die – pro (Einzel-)Greifer vorhandene – Relativbeweglichkeit zwischen dem Gegenstand und dem betreffenden (Einzel-)Greifer insbesondere dann, wenn eine Mehrzahl von Gegenständen gleichzeitig gegriffen und/oder gleichzeitig positionsgenau abgesetzt werden muss, besonders vorteilhaft zum Tragen. Genaueres hierzu wird weiter unten bei den Ausführungsbeispielen ausgeführt.
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Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung zum Beladen eines Magazins, das mindestens eine Reihe von stapelmäßig angeordneten Fächern enthält, mit plattenartigen Gegenständen, insbesondere Vorrichtung zum Beladen eines Prozessbootes, das für den Prozess der Bedampfung mit einer Anti-Reflexionsschicht vorgesehen ist, mit Halbleiter-Wafern, gekennzeichnet durch einen Handhabungsroboter, der an der Roboterhand mit einem Greifer, wie er in der Anmeldung offenbart ist, oder einem Mehrfachgreifer, wie er in der Anmeldung offenbart ist, ausgerüstet ist, wobei der Handhabungsroboter dafür ausgebildet ist, einen plattenartigen Gegenstand bzw. mehrere plattenartige Gegenstände gleichzeitig an einer Bereitstellungsstation zu greifen, in Richtung zu dem Magazin zu bewegen und in ein Magazinfach bzw. gleichzeitig in mehrere Magazinfächer einzubringen.
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Vorzugsweise weist mindestens eines der Magazinfächer Anlagestellen auf, welche die Sollposition des betreffenden plattenartigen Gegenstands bezüglich mehrere Relativbewegungsrichtungen des betreffenden plattenartigen Gegenstands relativ zu dem Magazin vorgeben; und ist die Steuerung des Handhabungsroboters so ausgebildet, dass der Greifer bzw. der Mehrfachgreifer in der Endphase des Einbringens des plattenartigen Gegenstands in ein Magazinfach bzw. mehrerer plattenartiger Gegenstände gleichzeitig in mehrere Magazinfächer in mindestens einer Richtung über diejenige Position hinaus bewegt wird, in welcher eine Erstberührung zwischen dem betreffenden plattenartigen Gegenstand und einer für die genannte Richtung zuständigen Anlagestelle des betreffenden Magazinfaches stattfindet.
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Bei dem Magazin hat man das Problem, dass es schon von der Herstellung des Magazins her Toleranzen bzw. Abweichungen bei den Positionen der Anlagestellen in den Magazinfächern und bei der Teilung des Magazins in Magazinfächer gibt. Die letztgenannten Toleranzen addieren sich über die Reihe der Magazinfächer. Mit zunehmender Gebrauchsdauer des Magazins ergeben sich vergrößerte Abweichungen von der exakten Sollposition des Anlagestellen und von der exakten Sollteilung der Magazinfächer.
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Auch bei dem erfindungsgemäßen Greifer bzw. dem erfindungsgemäßen Mehrfachgreifer gibt es von der Herstellung her Toleranzen bzw. Abweichungen von der exakten Sollmaßen. Hinzu kommen Toleranzen bzw. Abweichungen von der exakten Sollposition der Roboterhand beim Einbringen des plattenartigen Gegenstands bzw. mehrerer plattenartiger Gegenstände gleichzeitig, sei es durch mechanische Toleranzen am Handhabungsroboter und/oder bei der Steuerung des Handhabungsroboters.
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Der erfindungsgemäße Greifer bzw. der erfindungsgemäße Mehrfachgreifer bzw. die erfindungsgemäße Vorrichtung ermöglichen es, alle derartigen Toleranzen bzw. Abweichungen durch die Relativbeweglichkeit plattenartiger Gegenstand/Greifer aufzufangen und den plattenartigen Gegenstand bzw. mehrere plattenartige Gegenstände gleichzeitig perfekt in dem Magazinfach bzw. den Magazinfächern zu positionieren, selbst wenn die jeweilige Position von der exakten Sollposition abweicht, die man hätte, wenn am Magazin und am Roboter keine Abweichungen von den exakten, toleranzfreien Verhältnissen vorhanden wären.
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Vorzugsweise ist zwischen der Bereitstellungsstation und dem in Beladungsposition befindlichen Magazin eine Ausrichtstation vorgesehen, in welcher der plattenartige Gegenstand bzw. mehrere plattenartige Gegenstände gleichzeitig in Vorpositionierung bringbar ist bzw. sind.
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Vorzugsweise ist der Handhabungsroboter auch für das Entladen des Magazins vorgesehen.
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Vorzugsweise weist die Vorrichtung eine Entlade-Absetzstation auf, an welcher der plattenartige Gegenstand bzw. mehrere plattenartige Gegenstände gleichzeitig abgesetzt werden kann bzw. können.
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Die Erfindung und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung werden nachfolgend anhand von zwei Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt:
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1 eine Draufsicht auf eine Vorrichtung zum Beladen eines Prozessbootes, das für den Prozess der Bedampfung von Halbleiter-Wafern mit einer Anti-Reflexionsschicht vorgesehen ist, in stark schematisierter Draufsicht;
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2 eine Roboterhand eines Handhabungsrobotors mit einem Mehrfachgreifer sowie einen Ausschnitt aus dem Prozessboot, alles in perspektivischer Darstellung;
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3 einen gegenüber 2 vergrößerten Ausschnitt des Prozessboots in perspektivischer Darstellung;
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4 einen (Einzel-)Greifer des Mehrfachgreifers von 2, in perspektivischer Darstellung;
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5 einen Schnitt längs A-A in 4, woraus ein zusammengefasstes Greifelement plus Anlageelement erkennbar ist;
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6 einen Ausschnitt von 5 in vergrößertem Maßstab;
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7 ein Anlageelement in dessen Längs-Zentralachse enthaltendem Schnitt, und zwar (a) im unverformten Zustand und (b) im maximal verformten Zustand;
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8 ein Anlageelement in perspektivischer Darstellung, und zwar (a) unverformt und (b) maximal verformt;
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9 ein Greifelement und zwei Anlageelemente eines alternativ ausgebildeten (Einzel-)Greifers, in einem Schnitt, der durch zwei Anlageelemente geführt und ansonsten analog dem Schnittverlauf A-A in 4 ist.
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Die Erfindung und Ausgestaltungen der Erfindung werden anhand eines Ausführungsbeispiels erläutert, welches eine Vorrichtung zum Beladen eines Prozessbootes, das für den Prozess der Bedampfung von Halbleiter-Wafern mit einer Anti-Reflexionsschicht vorgesehen ist, und einen bei dieser Vorrichtung eingesetzten Mehrfachgreifer aufweist. Es wird betont, dass dieses Ausführungsbeispiel nur eines von vielen möglichen Ausführungsformen der Erfindung ist. Der erfindungsgemäße (Einzel-)Greifer und der erfindungsgemäße Mehrfachgreifer können auch für das Greifen anderer plattenartiger Gegenstände ausgelegt sein. Statt des Prozessbootes kann ein anderes Magazin vorgesehen sein, wobei – wenn man den erfindungsgemäßen (Einzel-)Greifer oder den erfindungsgemäßen Mehrfachgreifer im Blick hat – es auf das Vorhandensein eines zu beladenden Magazins nicht ankommt. Statt der Bedampfung mit einer Anti-Reflexionsschicht kann auch ein anderer Schritt des Umgangs mit den plattenartigen Gegenständen erfolgen.
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Die Herstellung von Solarzellen für Photovoltaik läuft – auf die wesentlichsten Kernschritte konzentriert, folgendermaßen ab: Geschmolzenes Silizium (dieser Begriff soll auch Siliziumlegierungen einschließen) wird zu einem polykristallinen Block vergossen (alternativ zu einem monokristallinen, zylindrischen Ingot gegossen). Der erstarrte Block wird in dünne, plattenartige Wafer gesägt. Bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel sind die zwei Flachseiten eines Wafers 156 × 156 mm groß und beträgt die Dicke des Wafers 0,2 mm. Die gesägten Roh-Wafer werden gereinigt und mit Phosphor dotiert. Bei dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel werden die Wafer danach in einem Reaktor (”Ofen”) an einer Flachseite trocken geätzt und mit einer Anti-Reflexionsschicht mittels plasmaunterstützter chemischer Gasphasenabscheidung (PECVD Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) versehen, wodurch die charakteristische Blaufärbung entsteht. Für die in dem Ofen ablaufenden Prozessschritte ist jeweils eine Vielzahl von Wafern (”batch”) jeweils sehr positionsgenau in einem speziellen Magazin, das häufig Prozessboot genannt wird, angeordnet. Bei dem zu beschreibenden Ausführungsbeispiel ist ein erfindungsgemäßer Mehrfachgreifer vorgesehen, um jeweils gleichzeitig eine Mehrzahl von Wafern, die sich in einem Bereitstellungsmagazin befinden, zu greifen und in das Prozessboot einzubringen. Danach werden die beschichteten Wafer weiterverarbeitet, bis hin zur Erstellung elektrischer Verbindungen benachbarter Wafer.
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Es wird betont, dass der beschriebene Gang der Herstellung von Solarzellen beispielhaft ist. Alternative Herstellungsgänge sind möglich.
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Es wird nun konkret auf 1 Bezug genommen. Mit einer rechteckigen Umgrenzungslinie 2 ist schematisiert eine Umgrenzungswand dargestellt, die in großen Teilen durchsichtig ausgebildet sein kann und in der in 1 linken Stirnseite 4 sowie in der in 1 rechten Stirnseite 6 Öffnungen für weiter unten zu beschreibende Funktionen hat. Der umgrenzte Raum 8 hat z. B. eine Länge von 1,5 bis 4 m und eine Breite von 1 bis 2 m. In dem Raum 8 befindet sich eine ”Vorrichtung zum Beladen eines Prozessbootes, das für den Prozess der Bedampfung mit einer Anti-Reflexionsschicht vorgesehen ist, mit Halbleiter-Wafern”. Von der linken Stirnwand 4 aus kommt zuerst eine Bereitstellungsstation 10. Hier kommen zu beschichtende Wafer in Bereitstellungsmagazinen an. Ein Stück weiter rechts befindet sich eine Ausrichtstation 12, deren Funktion weiter unten erläutert wird. Nochmals ein Stück weiter rechts befindet sich ein Handhabungsroboter 14, im Folgenden kurz ”Roboter 14” genannt. Der Roboter 14 ist z. B. ein Sechs-Achsen-Roboter mit einem Turm, einem von dem oberen Ende der Basis schräg nach außen-abwärts gerichteten Arm 18, einer Hand 16 an dem Arm 18 (siehe 2), und einem Mehrfachgreifer 20 an der Hand 16. Die sechs Rotationsachsen des Roboters 14 sind: Erste Achse, vertikal, am Fuß des Turms für Drehung des Turms gegenüber der stationären Basis des Roboters 14; zweite Achse, horizontal, für Schwenkung des Hauptteils des Turms gegenüber dem unteren Endbereich des Turms; dritte Achse, horizontal, für Schwenkung des Arms 18 gegenüber dem Turm; vierte Achse, im wesentlichen verlaufend in Längsrichtung des Arms 18, für Drehung der Hand 16 gegenüber dem Arm 18; fünfte Achse für Schwenken eines äußeren Teils der Hand 16 gegenüber einem Basisteil der Hand 16; sechste Achse für Drehung des Endbereichs der Hand 16 gegenüber der restlichen Hand 16. Die Hand 16 muss man sich nicht als etwas mit Fingern vorstellen, vielmehr bezeichnet hier der Begriff ”Hand” lediglich den Funktionsbereich am freien Ende des Arms 18, der auf Grund der vierten Achse relativ zu dem Arm 18 drehbar ist.
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Gleichsam in einer parallelen, zweiten Reihe innerhalb des Raums 8 sind, mehr rechts in 1, ein Prozessboot 22 und weiter links eine Entladestation 24 angeordnet.
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In 1 rechts anschließend ist der Ofen 30 angeordnet. Zum Beschichten einer ”neuen” Charge von Wafern ist der Ofen mindestens an seiner in 1 linken Seite geöffnet; ein ”neues” Prozessboot 22 kann in den Ofen 30 eingefahren werden. Der Ofen wird geschlossen, und die Beschichtung wird durchgeführt. Dann wird der Ofen 30 wieder geöffnet, das Prozessboot 22 wird nach links hinüber in den Raum 8 verfahren.
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In dem in der Bereitstellungsstation 10 befindlichen Bereitstellungsmagazin sind zu beschichtende Wafer 40 in stapelartiger Anordnung jeweils mit Abstand zwischen zwei benachbarten Wafern angeordnet. Die Wafer 40 sind mit kurzen Strichen an den Längsbegrenzungen der Bereitstellungsstation symbolisiert. In der Bereitstellungsstation 10 stehen die Wafer 40 nicht in exakter Positionierung; sie haben in allen drei Raumrichtungen etwas Spiel im jeweiligen Magazinfach.
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In 2 sieht man, wie ein erfindungsgemäßer Mehrfachgreifer 20 mit von ihm gegriffenen Wafern 40 aussieht (wobei sich die Wafer 40 jeweils nach rechts-hinten ”hinter” dem jeweils greifenden (Einzel-)Greifer 50 befinden).
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Mittels des Roboters 14 und des von ihm getragenen Mehrfachgreifers 20 wird eine Mehrzahl (beim beschriebenen Ausführungsbeispiel ist die Anzahl 18) von Wafern 40 in der Bereitstellungsstation 10 gleichzeitig gegriffen und dann in die Ausrichtstation 12 eingebracht. Einzelheiten des Greifvorgangs werden weiter unten mit Hilfe detaillierterer Zeichnungen erläutert.
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In der Ausrichtstation 12 erhalten die Wafer 40 eine genauere Positonierung relativ zu Anlagestellen der Ausrichtstation 12 und damit auch relativ zueinander. Danach wird die Mehrzahl von 18 Wafern 40 erneut mit dem Mehrfachgreifer 20 gegriffen und in eine Reihe 72 des Prozessboots 22 eingebracht. Einzelheiten des Einbring- und Absetzvorgangs im Prozessboot 22 werden weiter unten mit Hilfe detaillierterer Zeichnungen näher erläutert. Durch Unterteilungsstriche sind die einzelnen Magazinreihen 72 des Prozessboots 22 veranschaulicht. Das Prozessboot hat mehrere Reihen 72 nebeneinander.
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Ein frisch beladenes Prozessboot 22 wird, wie bereits weiter oben angesprochen in den Ofen eingebracht. Dort findet z. B. bei einer Temperatur von 200 bis 500°C und unterstützt durch ein in dem Ofen gezündetes Plasma die chemische Gasphasenabscheidung jeweils auf einer Flachseite des Wafers 40 statt. In dem Ofen befindet sich eine Atmosphäre enthaltend NH3 und SiH4, und die Anti-Reflexionsschicht wird aus Siliziumnitrid SiNx gebildet. Während des Beschichtens herrscht ein verringerter Druck von z. B. 1 mbar. Die Beschichtungsdauer beträgt z. B. 15 bis 30 min.
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Nach Beendigung des Beschichtungsvorgangs wird das Prozessboot 22 nach links in den Raum 8 gefahren. Mittels des Roboters 14 und des von ihm getragenen Mehrfachgreifers 20 werden jeweils die 18 Wafer 40 einer betreffenden Reihe 72 gleichzeitig gegriffen und zu der Entladestation 24 in ein dortiges Magazin eingebracht.
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Die in 1 linke Stirnwand 4 der Umgrenzung 2 hat geeignete Öffnungen, um ”neue” Bereitstellungsmagazine einzubringen und gefüllte Entlade-Absetzmagazine auszubringen. In dem Raum 8 werden geleerte Bereitstellungsmagazine quer hinüber verfahren zu der Entlade-Absetzstation 24. Typischerweise sind die Magazine in der Bereitstellungsstation 10 und in der Entladestation 24 länger als nur 18 Wafer 40 fassend, besonders günstig ein ganzzahliges Mehrfaches von 18 Wafern 40 fassend. In der Regel fasst das Prozessboot 22 mehr Wafer 40 als in einem Bereitstellungsmagazin enthalten.
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Nun wird der Mehrfachgreifer 20 genauer beschrieben:
Der Mehrfachgreifer 20 ist aus – in diesem Ausführungsbeispiel 18 – (Einzel-)Greifern 50 aufgebaut, die untereinander gleich ausgebildet sind. 4 zeigt einen (Einzel-)Greifer 50 einzeln und in einem größeren Maßstab.
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Jeder (Einzel-)Greifer 50 hat eine im wesentlichen plattenförmige Konfiguration mit einer in z-Richtung (= rechtwinklig zur flächenhaften Erstreckung des Greifers 50) dicker ausgeführten Basis 52. Wenn die 18 (Einzel-)Greifer 50 mit ihren Basen 52 aneinander anliegend zu dem Mehrfachgreifer 20 zusammengebaut werden, sind die (Einzel-)Greifer 50 stapelartig angeordnet; dort, wo sich keine dicker ausgebildete Basis 52 befindet, besteht in Stapelungsrichtung ein gegenseitiger Abstand zwischen den (Einzel-)Greifern 50. Die (Einzel-)Greifer 50 kann man auch als ”Greiferschwerter” bezeichnen.
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In 4 sind bei dem Greiferschwert 50 die drei Raumrichtungen x, y und z eingezeichnet; hierauf kann man im Folgenden zur Erleichterung Bezug nehmen.
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An jedem der Greiferschwerter 50 sind jeweils drei Greifelemente 60 und drei Anlageelemente 80 (siehe die detaillierteren 5 bis 8) angeordnet. Jeweils ein Greifelement 60 und ein Anlageelement 80 sind räumlich zusammengefasst; konkret ist jeweils das Anlageelement 80 im Zentralbereich des Greifelements 60 angeordnet, wobei die Zentralachsen von Greifelement 60 und Anlageelement 80 zusammenfallen. Jedes Greifelement 60 ist über eine Druckluftleitung 62 an einen gemeinsamen, in der Basis 52 verlaufenden Druckluftkanal angeschlossen. Der Druckluftkanal seinerseits weist außerhalb der Basis 52 einen Anschlussstutzen 64 auf. Alle 18 Anschlussstutzen 64 sind jeweils über eine eigene Druckluftleitung mit einer Druckluftquelle verbunden (nicht eingezeichnet).
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In den 5 und 6 ist die Konstruktion der Greifelemente 60, die untereinander gleich ausgebildet sind, dargestellt. Jedes Greifelement 60 weist einen Ringkörper 66 auf, der mittels einer Schraube 67 in einer komplementären Öffnung des Greiferschwertes 50 befestigt ist. Der Ringkörper 66 weist eine zentrale runde Öffnung auf, in der ein Düsenkörper 68 z. B. durch Einpressen befestigt ist. An einer Flachseite des Greiferschwertes 50 weist der betreffende Ringkörper 66 eine in Draufsicht kreisringförmige Vertiefung 70 auf, die mit Abrundungen mit großem Radius in den Grund der Vertiefung 70 und in die betreffende Flachseite des Greiferschwertes 50 übergeht. In dem der Vertiefung 70 zugeordneten Bereich weist der betreffende Düsenkörper 68 einen flanschartigen Bereich 72 größeren Durchmessers auf. Zwischen dem in 6 unteren Ende des Flansches 72 und dem Grund der Vertiefung 70 besteht ein umlaufender Spalt, den man in 6 als dicke Linie sehen kann. Der umlaufende Spalt bildet eine Ringdüse 74, in der Luft mit hoher Geschwindigkeit parallel zur Erstreckungsfläche des Greiferschwertes 50 strömt. Außerdem sieht man in 6, dass der Flansch 72 an seiner in 6 unteren Seite eine umlaufende Auskehlung 76 besitzt. Druckluft, die durch den in x-Richtung verlaufenden Strömungsweg 78 im Ringkörper 66 zuströmt, verteilt sich ringförmig in der umlaufenden Auskehlung 76 und wird so der Ringdüse 74 zugeführt.
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In den 5 bis 8 sieht man die Ausbildung des Anlageelements 80. Alle Anlageelemente 80 sind untereinander gleich ausgebildet. Jedes Anlageelement 80 weist – unten in den 5 bis 8 – einen scheibenförmigen Bereich 82, dann nach oben anschließend einen Zwischenbereich 84, daran anschließend einen kegeligen Übergangsbereich 86, und am oberen Ende einen Anlagebereich 80 auf, der als Teil einer Kugeloberfläche ausgebildet ist. Das betreffende Anlageelement 80 ist rotationssymmetrisch um seine Mittelachse 90.
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Der scheibenförmige Bereich 82 ist mit seinem radial äußeren Randbereich 92, der als Befestigungsbereich dient, in eine komplementäre umlaufende Nut 94, die in einer umlaufenden Begrenzung einer zentralen Öffnung 96 in dem Düsenkörper 68 ausgebildet ist, eingeschnappt. Der Zwischenbereich 84 hat in einem Querschnitt, der entsprechend der x-y-Ebene verläuft, eine derart kleine Querschnittsfläche, dass sich der Übergangsbereich 86 unter der Einwirkung vergleichsweise kleiner Kräfte in Schrästellungspositionen bewegen kann. Dieses Bewegen in Schrägstellungsposition erfolgt, wenn vom Anlagebereich 88 her eine Kraft sei es in reiner x-Richtung, sei es in reiner y-Richtung, oder in irgendeiner anderen, der x-y-Ebene angehörenden Richtung ausgeübt wird.
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Außerdem kann sich der scheibenförmige Bereich 82 unter der Wirkung von in z-Richtung wirkenden Kräften im Sinne einer Durchbiegung nach unten in 5 bis 7 verformen. Der so verformte Zustand ist in 7(b) gezeichnet.
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Das betreffende Anlageelement 80 besteht bei dem beschriebenen Ausführungsbeispiel aus Silikongummi. Dieses Elastomer ist ein elastischer Werkstoff. Wenn der Werkstoff durch äußere Krafteinwirkung verformt wird, reagiert er mit einer Rückstellkraft.
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In den 4 bis 7 ist schematisiert und als Teilbereich jeweils ein Wafer 40 eingezeichnet. 6 zeigt den Zustand, dass der Wafer 40 einerseits und das betreffende Greiferschwert 50 mit dem gezeichneten Anlageelement 80 andererseits in z-Richtung gerade soweit einander genähert worden sind, dass der Wafer 40 mit seiner unteren Flachseite 42 anfängt, den Anlagebereich 88 des Anlageelements 80 zu berühren. Wenn eine Kraft in z-Richtung hinreichender Größe auf das Greiferschwert 50 und/oder den Wafer 40 einwirkt, verformt sich das Anlageelement 80 durch Durchbiegung des scheibenförmigen Bereichs 82 so weit, bis Kräftegleichgewicht zwischen der angesprochenen ”Annäherungskraft” und der Rückstellkraft des Anlageelements 80 besteht.
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Wenn auf den Wafer 40 und/oder das Greiferschwert 50 eine Kraft in x-Richtung oder in y-Richtung oder irgendeiner Zwischenrichtung dazwischen wirkt, findet eine Abrollbewegung zwischen der in 6 unteren Flachseite 42 des Wafers und dem Anlagebereich 88 des Anlageelements 80 statt. Dies geschieht im wesentlichen ausschließlich durch Werkstoffverformung in dem Zwischenbereich 84. Eine maximal gekippte Position des Übergangsbereichs 86 sieht man in 7(b). Da der Mittelpunkt der Kugeloberfläche des Anlagebereichs 88 in dem Zwischenbereich 84 liegt, bewegt sich bei der geschilderten Abrollbewegung der Kontaktpunkt zwischen dem Wafer 40 und dem Anlagebereich 88 nicht in z-Richtung.
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Im praktischen Einsatz des Mehrfachgreifers 20 hat man es häufig mit einer kombinierten Verformung des betreffenden Anlageelements 80 zu tun, nämlich einerseits Verformung in z-Richtung und andererseits Verformung infolge von Kippbewegung des Übergangsbereichs 86 mitsamt des Anlagebereichs 88. In 7(b) ist eine derartige kombinierte Verformung gezeichnet.
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Die beschriebene Nachgiebigkeit des jeweiligen Anlageelements 80 relativ zu dem restlichen Greiferschwert 50 wirkt sich vorteilhaft beim gleichzeitigen Greifen einer Mehrzahl von Wafern 40 in der Bereitstellungsstation, beim gleichzeitigen Absetzen der Wafer in der Ausrichtstation, beim nachfolgenden gleichzeitigen Greifen der Wafer 40 in der Ausrichtstation 12, beim gleichzeitigen Absetzen der Wafer 40 in dem Prozessboot 22, beim gleichzeitigen Greifer der beschichteten Wafer 40 im Prozessboot 22, und beim gleichzeitigen Absetzen der Wafer 40 in der Entladestation 24 aus. Es soll hier zunächst am Fall des gleichzeitigen Absetzens der 18 Wafer 40 im Prozessboot 22 erläutert werden.
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Der Mehrfachgreifer 20, der 18 Wafer 40 gegriffen hat (wie in 2 links oben gezeichnet) wird mit seinen Greiferschwertern 50 und den Wafern 40 in eine Reihe 72 des Prozessboots 22 abgesenkt. Es versteht sich, dass bei jedem Greiferschwert 50 das Greiferschwert 50 plus dem gegriffenen Wafer 40 in z-Richtung kleiner ist als der Abstand zwischen zwei benachbarten Magazintrennwänden 100 des Prozessboots 22, damit die Wafer 40 ordnungsgemäß in die Magazinfächer 102 (jeweils zwischen zwei benachbarten Magazintrennwänden 100) eingebracht werden können.
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In 3 sieht man, dass das Prozessboot 22 aus insgesamt 19 plattenartigen Wänden aufgebaut ist, von denen zwei Endwände 104 und 17 Zwischenwände 100 sind. Die Wände 100 und 104 bestehen z. B. aus Graphit und werden durch nicht eingezeichnete Bolzen und nicht in den Zeichnungen sichtbare Endrahmen zusammengehalten. Zwischen benachbarten Wänden 100 bzw. 104 sitzen Abstandsbüchsen 106, die von den Bolzen durchdrungen sind.
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Von der in 3, rechts, sichtbaren, vorderen Flachseite einer betrachteten Zwischenwand 100 stehen drei Stifte 108 vor, die jeweils am Ende einen verbreiterten Kopf haben. Die Stifte 108 sind so positioniert, dass zwei von ihnen – hinter dem verbreiterten Kopf – Anlagestellen 110 für die in 3 untere Kante 112 des in das betreffende Fach 102 eingebrachten Wafers 40 darbieten. Der dritte Stift 108 ist so positioniert, dass er hinter seinem verbreiterten Kopf eine Anlagestelle 110 für die in 3 rechte Kante 112 des Wafers 40 darbietet.
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Gesteuert durch die Robotersteuerung 15 wird der Mehrfachgreifer 20 so in die betreffende Reihe 72 des Prozessboots 22, konkret mit seinen Greiferschwertern 50 und den gegriffenen Wafern 40 in die Magazinfächer 102, eingefahren, dass die Wafer 40 mit ihrem Umriss Abstand von den Büchsen 106 und den Stiften 108 sowie den Flachseiten der Wände 100 bzw. 104 des betreffenden Magazinfachs 102 halten. Wenn die Wafer 40 auf diese Weise jeweils in einem der Magazinfächer 102 ”versenkt” worden sind, wird der Mehrfachgreifer 20 in z-Richtung so weit verfahren, bis die Wafer 40 jeweils mit ihrer rückseitigen Flachseite (die nicht beschichtet werden soll) gegen eine Flachseite einer Wand 100 bzw. 104 anliegen. Die zuletzt genannte Flachseite ist somit eine Anlegestelle (in z-Richtung) für den Wafer 40. Anschließend wird der Mehrfachgreifer 20 mittels der Steuerung 15 des Roboters 14 noch ein kleines Stück weiter im wesentlichen in x-Richtung und/oder im wesentlichen in y-Richtung verfahren, so dass die unteren Randkanten und die rechten Randkanten der Wafer 40 gegen die drei Anlagestellen 110 der Stifte 108 gelangen. Dann wird die Luftzufuhr zu den Greiferelementen 60 abgeschaltet und wird der Mehrfachgreifer 20 ein kleines Stück in negativer z-Richtung verfahren. Anschließend kann der Mehrfachgreifer 20 mit seinen Greiferschwertern 50 aus dem Prozessboot 22 herausfahren. Die 18 Wafer 40 sind positionsgenau gegen die Anlagestellen 110 und gegen eine Flachseite einer Magazinwand 100 bzw. 104 positioniert. Jeweils die ”rückseitige” Flachseite der Wafer 40 und die ”bedeckte” Magazinwand 100 bzw. 104 bleiben im wesentlichen frei von Beschichtung bei einem Beschichtungsvorgang.
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Wenn das Prozessboot 22 100%-ig maßgenau wäre, insbesondere hinsichtlich der Positionierung der Anlage-Flachseiten der Wände 100 bzw. 104 und hinsichtlich der Abstände zwischen den Wänden 100 bzw. 104 und hinsichtlich der Position der Anlagestellen 110 der Stifte 108, und wenn der Mehrfachgreifer 20 100%-ig maßgenau wäre, insbesondere hinsichtlich der Abmessungen und der Position der Greiferschwerter 50 und hinsichtlich der Positionierung der Greiferelemente 60 sowie der Anlageelemente 80, und wenn die Ausbildung des Roboters 14 und dessen Steuerung 50 derart genau wären, dass eine Sollposition des Mehrfachgreifers 20 mit 100%-iger Genauigkeit angesteuert werden könnte, dann könnte man auf die erfindungsgemäße Elastizität der Anlageelemente 80 verzichten. In der Realität sind jedoch bei den angesprochenen Elementen und der Steuerung 15 – wenn auch kleine – Abweichungen von den Idealmaßen bzw. der Idealposition bzw. der Idealausbildung vorhanden. Dies resultiert insbesondere aus bei der Herstellung eingeräumten Herstellungstoleranzen, Verschleißerscheinungen, Änderungen durch Wartungs-Demontage und Wieder-Montage, Maßänderungen aufgrund von Temperaturänderungen etc. Außerdem addieren sich bei der Mehrfachanordnung der Greiferschwerter 50 und der Magazinwände 100 die Toleranzen in Reihenlängsrichtung.
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Weil die Anlageelemente erfindungsgemäß innere Elastizität haben, kann der Mehrfachgreifer 20 beim Hineinfahren in die Magazinfächer 102 und bei seinen beschriebenen Endphasenbewegungen in z-Richtung, x-Richtung und y-Richtung (somit auch naturgemäß allen kombinierten Richtungen) überall ein kleines Stück über kombinierten die rechnerische Idealposition hinausfahren. Die in sich elastischen Anlageelemente 80 nehmen die ”Überfahrwege” auf. Zur Konkretisierung wird angegeben, dass die Anlageelemente 80 vorzugsweise derart ausgebildet sind, dass sie ausgehend vom unverformten Zustand ”Überfahrwege” von 1,5 bis 4 mm in x-Richtung und in y-Richtung sowie von 0,5 bis 1,5 mm in z-Richtung aufnehmen können.
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Auch beim Greifen von Wafern 40 in der Bereitstellungsstation 10, und beim Absetzen und beim Greifen von Wafern 40 in der Ausrichtstation, und beim Greifen von Wafern 40 beim Entladen des Prozessbootes 22, und beim Absetzen von Wafern 40 in der Entladestation 24 kommt das Überfahr-Potenzial des Mehrfachgreifers 20 vorteilhaft zum Tragen. Dort steht allerdings das Überfahr-Potenzial in z-Richtung im Vordergrund, ganz besonders auch beim Mehrfachgreifer 20 mit den aufsummierten Toleranzen.
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An dieser Stelle sei nachgeholt, dass die Ausrichtstation 12 wie ein in Richtung zum Prozessboot 22 nach schräg-unten schräggestelltes Magazin ausgebildet ist. Die Wafer werden mit einer Ecke nach unten weisend und somit mit zwei schräggestellten Randkanten voran in die Ausrichtstation 12 eingebracht. Für jede dieser zwei Randkanten ist ein Anlagestift vorgesehen. Somit kann der Mehrfachgreifer 20 beim erneuten Greifen der Wafer 40 zum Entnehmen aus der Ausrichtstation 12 die Wafer 40 schon recht ortgenau greifen. Beim anschließenden Absetzen in dem Prozessboot 22 kommt man mit kleinen Überfahrwegen zum Erreichen der exakten Ist-Positionen der Wafer 40 aus. Es wird jedoch betont, dass es Ausführungsformen der Erfindung gibt, bei denen die Ausrichtstation 12 fehlt. Wenn z. B. das Bereitstellungsmagazin in der Bereitstellungsstation 10 bereits eine recht genaue Positionierung der Wafer 40 liefert und/oder wenn z. B. die vorkommenden Abweichungen in der Positionierung der Wafer 40 im Bereitstellungsmagazin mit Hilfe der Überfahrwege beim Absetzen in das Prozessboot 22 bewältigt werden können, ist die Ausrichtstation 12 entbehrlich.
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Das Beladen einer Reihe 72 des Prozessbootes 22 ist weiter oben so beschrieben worden, dass in jedes Magazinfach 102 ein einziger Wafer 40 eingebracht wird. Im Rahmen der Erfindung ist eine Alternativausführung möglich, bei der zunächst ein erster Satz von Wafern 40 in der beschriebenen Weise in die Magazinfächer 102 eingebracht wird, aber in einem späteren Schritt ein weiterer Satz von Wafern 40 in die gleichen Magazinfächer 102 eingebracht wird, aber dieses Mal jeweils anliegend gegen die dem Inneren des betreffenden Magazinfachs 102 zugewandte Flachseite der anderen Wand 100 bzw. 104 des betreffenden Magazinfaches 102. Somit befinden danach jeweils zwei Wafer 40 in einem betreffenden Magazinfach 102, und zwar ein Wafer anliegend an der einen Wand 100 bzw. 104 des betrachteten Magazinfachs und ein zweiter Wafer 40 anliegend an der anderen Wand 100 bzw. 104 des betrachteten Magazinfachs 102. Die Steuerung 15 sorgt dafür, dass beim Einfahren des zweiten Satzes von Wafern 40 in die Magazinfächer 102 die Greiferschwerter 50 ”auf der anderen Seite” der Wafer 40 sind (also in 2 die Greiferelemente 60 nach links vorn sind statt nach rechts hinten weisend) und die Endphasenbewegung in umgekehrter z-Richtung als beim ersten Satz von Wafern 40 erfolgt.
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In 9 ist veranschaulicht, wie Kernbestandteile eines Greiferschwertes 50 bei einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung ausgebildet sein können. Die Anlageelemente 80 sind so ausgebildet wie beim ersten Ausführungsbeispiel, allerdings nicht jeweils im Zentrum eines Greiferelements 60 angeordnet. Das in 9 gezeichnete Greiferelement 60 ist als mit Unterdruck arbeitendes und an eine Unterdruckquelle 120 angeschlossenes Greiferelement 60 ausgebildet. Ein nachgiebiger Balg 122 am vorderen Ende des Greiferelements 60 wird bei Annäherung an einen zu greifenden Wafer 40 mit einer Flachseite des Wafers 40 in Berührung gebracht. Der Unterdruck in dem Balg 122 saugt den Wafer 40 gegen die Anlageelemente 80. In vielen Fällen wird man mit mehreren Greifelementen 60 arbeiten, aber abhängig von der Größe des Wafers 40 und der Konstruktion des Balgs 122 ist auch das Arbeiten mit nur einem Greifelement 60 eine realistische Ausführung.
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Die Ausführungsbeispiele sind mit einem Mehrfachgreifer 20 beschrieben worden. Es wird jedoch betont, dass man stattdessen an der Roboterhand 16 einen einzigen (Einzel-)Greifer 50 befestigen kann. In diesem Fall muss der Roboter 14 für jeden einzelnen Wafer 40 den Weg von der Bereitstellungsstation 10 zu der optionalen Ausrichtstation 12, und von dort zu dem Prozessboot 22 machen.
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Die im vorigen Absatz beschriebene Alternative mit einem (Einzel-)Greifer 50 an der Roboterhand 16 ist insbesondere dann attraktiv, wenn der jeweils zu greifende, plattenartige Gegenstand größer und/oder schwerer als ein typischer Wafer 40 ist. Es wird ferner betont, dass – wenn man die erfindungsgemäße Ausbildung des (Einzel-)Greifers 50 im Auge hat – das Aufnehmen von irgendeiner Bereitstellungsstation (die nicht notwendigerweise ein Magazin haben muss) und das positionsgenaue Absetzen an irgendeiner Station (die nicht zwingend ein Magazin haben muss) realistische Einsatzfelder sind. Auch beim Greifen und Absetzen von nur einem plattenartigen Gegenstand kommen die geschilderten Vorteile der inneren Elastizität der Anlageelemente 80 zum Tragen.
