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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Unterdruck-Saugeinheit für einen Greifer sowie einen Greifer zum Halten eines scheibenförmigen Substrats, insbesondere eines Wafers. Ferner betrifft die Erfindung auch ein Verfahren zum Beladen eines Waferbootes, das aus einer Vielzahl von Platten besteht, die im Wesentlichen parallel zueinander, einander gegenüberliegend, angeordnet sind, und zwischen benachbart zueinander angeordneten Platten eine Vielzahl von Aufnahmeschlitzen zum Aufnehmen der Wafer aufweisen.
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In der Halbleiter- sowie der Solarzellentechnik ist es bekannt, scheibenförmige Substrate aus unterschiedlichen Materialien, die nachfolgend als Wafer bezeichnet werden, unterschiedlichen Prozessen auszusetzen.
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Dabei werden die Wafer häufig sowohl Einzelbehandlungsprozessen als auch Chargenprozessen, d. h. Prozessen bei denen mehrere Wafer gleichzeitig behandelt werden, ausgesetzt. Sowohl für Einzelprozesse als auch Chargenprozesse müssen die Wafer jeweils in eine gewünschte Behandlungsposition gebracht werden. Bei Chargenprozessen geschieht dies in der Regel dadurch, dass die Wafer in sogenannte Boote eingesetzt werden, welche Aufnahmen für eine Vielzahl von Wafern besitzen. In den Booten werden die Wafer in der Regel jeweils parallel zueinander angeordnet. Solche Boote können unterschiedlich aufgebaut sein, und häufig sehen sie nur eine Aufnahme der unteren Kanten der jeweiligen Wafer derart vor, dass die Wafer nach oben freistehen. Solche Boote können beispielsweise Einführschrägen aufweisen, um das Einsetzen der jeweiligen unteren Kanten der Wafer in die Boote zu erleichtern.
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Bei der eingangs genannten Art von Waferboot, die beispielsweise für eine Plasmanitridierung von Wafern in der Solarzellentechnologie verwendet wird, wird das Waferboot durch eine Vielzahl von elektrisch leitenden Platten gebildet, die üblicherweise aus Graphit bestehen. Die Platten sind im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet, und zwischen benachbarten Platten werden Aufnahmeschlitze zur Aufnahme von Wafern gebildet. Die zueinander weisenden Seiten der Platten besitzen jeweils entsprechende Aufnahmeelemente für Wafer, so dass an jeder dieser Seiten Wafer aufgenommen werden können. In jedem Aufnahmeschlitz können somit zwei Wafer vollständig zwischen den Platten aufgenommen werden. Benachbarte Platten des Waferbootes sind elektrisch gegeneinander isoliert und können während des Prozesses mit unterschiedlichen Vorspannungen beaufschlagt werden. Hierdurch ist es möglich, zwischen den an den jeweiligen Platten gehaltenen Substraten ein Plasma auszubilden, um eine Plasmabehandlung wie zum Beispiele eine Plasmanitridierung derselben vorzusehen.
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Als Aufnahmeelemente sind an jeder Platte üblicherweise jeweils wenigstens drei Stifte vorgesehen, die an ihrem freien Ende einen vergrößerten Kopf aufweisen, der zu der jeweiligen Platte eine sich zum Stift verjüngende Führungsschräge aufweist. Bei Einsetzen der Wafer werden die Kanten des Wafers in den Bereich der Stifte bewegt, und dann durch eine Drehbewegung in Kontakt mit möglichst allen drei Stiften gebracht. Dies kann dadurch erfolgen, dass beispielsweise Greifer eingesetzt werden, die den Wafer mit z. B. drei Vakuumsaugern ansaugen, ihn so in einer festen Position relativ zum Robotergreifer halten, den Wafer zum Waferboot transportieren und ihn dann mittels einer leichten Drehbewegung in die Stifte einsetzen. Die dabei verwendeten Wafer sind meist Solarzellenwafer aus Silizium, welche annähernd quadratisch und etwa 150 μm dick sind. Die Außenabmessungen können jedoch fertigungsbedingt zwischen 155 mm × 155 mm und 157 mm × 157 mm schwanken. Da es einerseits Toleranzen bei der Positionierung der Wafer geben kann und andererseits die Wafer Außenmaßtoleranzen von +/–1 mm aufweisen können, besteht beim Einsetzen der Wafer die Gefahr, dass die Wafer die Stifte nicht ausreichend kontaktieren oder beim Einsetzen zu Bruch gehen, weil sie vom Greifer zu hart in die Aufnahmestifte eingedreht werden.
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Eine andere Möglichkeit, den geforderten Durchsatz zu erreichen, ist der Einsatz von Mehrfachgreifern, die mehrere Wafer gleichzeitig transportieren und in die Waferaufnahmen einsetzen können. Mit dieser Lösung können die Wafer zwar hinreichend langsam in die Waferaufnahmen eines Waferbootes eingeführt werden, doch ist die Positionierung sehr ungenau, da ja beispielsweise 22 Wafer mit Größenabweichungen von bis zu +/–1 mm gleichzeitig positioniert werden müssen.
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Um sicherzustellen, dass möglichst wenige dieser doch sehr dünnen Wafer beim Be- oder Entladevorgang beschädigt werden, werden daher alternative Greifer vorgesehen, die aufwändig über Federn gelagerte, hinreichend bewegliche Vakuumsauger aufweisen, welche einen aufgenommenen Wafer relativ frei beweglich lagern. Hierdurch können beim Einsetzen der Wafer Toleranzen automatisch ausgeglichen werden. Jedoch besteht bei solchen Greifern die Gefahr, dass sich die Wafer bei schnellen Bewegungen des Greifers zu stark relativ zum Greifer bewegen, und beispielsweise zu schwingen beginnen und beschädigt werden. Dies kann insbesondere bei Bewegungen zwischen einer Wafer-Aufnahmeposition und dem Aufnahmeschlitz des Waferbootes zu Beschädigungen des Wafers führen. Um solche Beschädigungen zu vermeiden, muss daher bei solchen Greifern die Bewegung des Greifers weich abgebremst, bzw. gedämpft werden. Dies verringert den Durchsatz der Wafer durch die Anlage, da die Beladung des Waferbootes sehr zeitaufwändig wird.
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Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Greifer zum Halten eines scheibenförmigen Substrats vorzusehen, der auf einfache Weise einen raschen automatischen Ausgleich von Toleranzen bei der Handhabung des Substrats ermöglicht und gegebenenfalls die Gefahr einer Beschädigung desselben bei dynamischen Bewegungen vermeidet, sowie eine Unterdrucksaugeinheit für einen solchen Greifer vorzusehen. Ferner liegt eine Aufgabe der Erfindung im Vorsehen eines Verfahrens zum Beladen eines Waferbootes das einen automatischen Ausgleich von Toleranzen erlaubt und gleichzeitig dynamische Bewegungen während eines Wafertransports zulässt.
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Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe durch eine Unterdruck-Saugeinheit für einen Greifer nach Anspruch 1 sowie durch einen Greifer zum Halten eines scheibenförmigen Substrats nach Anspruch 5, sowie durch ein Verfahren zum Beladen eines Waferbootes nach Anspruch 13 gelöst. Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den jeweiligen Unteransprüchen.
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Insbesondere ist eine Unterdruck-Saugeinheit für einen Greifer zum Halten eines scheibenförmigen Substrats, insbesondere eines Wafers vorgesehen, die einen Grundkörper, einen Düsenkörper mit einer Saugdüse und ein Substrat-Kontaktelement aufweist. Der Düsenkörper und/oder das Substrat-Kontaktelement ist relativ zum Grundkörper beweglich. Der Düsenkörper weist eine Aufnahme auf, die so aufgebaut ist, dass das Substrat-Kontaktelement, wenn es in die Aufnahme aufgenommen ist, die Saugdüse radial umgibt und in Axialrichtung über die Saugdüse vorsteht. Eine solche Unterdruck-Saugeinheit besitzt einen einfachen Aufbau und ist in der Lage ein Substrat sicher und gleichzeitig beweglich zu halten.
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Vorzugsweise weist der Grundkörper eine Ausnehmung auf, in der der Düsenkörper und ein den Düsenkörper radial umgebendes elastisches Element derart aufgenommen sind, dass der Düsenkörper durch das elastische Element zur Mitte der Ausnehmung hin vorgespannt ist. Hierdurch ergibt sich jeweils eine inhärente Positionierung des Düsenkörpers wenn das elastisch Element es nicht durch externe Kräfte bewegt wird. Dies ist vorteilhaft für einen definierten Halt des Substrats. Dabei kann der Düsenkörper an seinem radial nach außen weisenden Umfang eine Vielzahl von Vorsprüngen aufweisen, um Aufnahmeräume für das elastische Element zu bilden.
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Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist ein Innendruchmesser des Substrat-Kontaktelements im Bereich der axial weisenden Kontaktfläche wenigstens dreimal so groß, wie ein Durchmesser der Saugöffnung(en) der Saugdüse. Hierdurch wird über die Saugdüse eine hohe Strömungsgeschwindigkeit beim Ansaugen ermöglicht, wodurch das Ansaugen auch über größere Distanzen, wie zum Beispiel 1 mm erfolgen kann. Wenn das Substrat dann angesaugt ist, kommt es mit dem Substrat-Kontaktelement, welches einen größeren Durchmesser besitzt und somit einen guten Halt bietet, in Kontakt.
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Der Greifer zum Halten eines scheibenförmigen Substrats weist insbesondere einen Grundkörper, eine erste Unterdruck-Saugeinheit am Grundkörper, die ein erstes Substrat-Kontaktelement aufweist, welches relativ zum Grundkörper beweglich ist, sowie wenigstens eine zweite Unterdruck-Saugeinheit am Grundkörper auf. Die zweite Unterdruck-Saugeinheit weist ein zweites Substrat-Kontaktelement auf. Die erste und die zweite Unterdruck-Saugeinheit sind derart angeordnet, dass die ersten und zweiten Substrat-Kontaktelemente in einer Ebene liegen und ein zu haltendes vorzugsweise flaches und scheibenförmiges Substrat gleichzeitig an derselben Substratseite kontaktieren können. Ferner sind Mittel zum Anlegen eines Unterdrucks an die Unterdruck-Saugeinheiten vorgesehen, die geeignet sind, die Unterdruck-Saugeinheiten unabhängig voneinander mit Unterdruck zu beaufschlagen. Ein solcher Greifer erlaubt ein sicheres Greifen eines Substrats mit unterschiedlichen Unterdruck-Saugeinheiten, von denen wenigstens eine beweglich ist, um Toleranzen bei einer Beladung in ein Waferboot auszugleichen.
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Bei einer Ausführungsform besteht das Substrat-Kontaktelement aus einem elastischen Material, sodass eine Substrat-Kontaktfläche desselben relativ zum Grundkörper beweglich ist.
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Vorzugsweise ist bei dem Greifer die erste Unterdruck-Saugeinheit eine solche des zuvor beschriebenen Typs mit beweglichem Substrat-Kontaktelement, während das zweite Substrat-Kontaktelement relativ zum Grundkörper unbeweglich ist. Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist eine Vielzahl zweiter Unterdruck-Saugeinheiten vorgesehen ist, die um die erste Unterdruck-Saugeinheit herum angeordnet sind. Hierdurch lässt sich ein sicherer Halt eines Substrats während schneller Bewegungen des Greifers sicherstellen.
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Vorzugsweise ist das erste und oder das zweite Substrat-Kontaktelement aus einem Elastomer mit einer Temperaturbeständigkeit bis wenigstens 120°C, und besonders vorzugsweise bis wenigstens 160°C, um den Einsatz des Greifers in diesen Temperaturbereichen zu ermöglichen.
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Bei einer weiteren Ausführungsform weist der Greifer ferner eine dritte Unterdruck-Saugeinheit am Grundkörper auf, die ein drittes Substrat-Kontaktelement aufweist, das relativ zum Grundkörper beweglich gelagert ist, und wenigstens eine vierte Unterdruck-Saugeinheit am Grundkörper. Die vierte Unterdruck-Saugeinheit weist ein viertes Substrat-Kontaktelement auf, wobei die dritte und die vierte Unterdruck-Saugeinheit derart angeordnet sind, dass die dritten und vierten Substrat-Kontaktelemente in einer Ebene liegen, in eine entgegen gesetzte Richtung zu den ersten und zweiten Substrat-Kontaktelementen weisen und ein zu haltendes Substrat gleichzeitig an derselben Seite kontaktieren können. Die Mittel zum Anlegen des Unterdrucks sind hierbei geeignet die ersten bis vierten Unterdruck-Saugeinheiten unabhängig voneinander mit Unterdruck zu beaufschlagen.
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Vorzugsweise sind auch Mittel zum Anlegen einer Gasströmung an die Unterdruck-Saugeinheiten vorgesehen, wobei die Mittel geeignet sind, die Unterdruck-Saugeinheiten unabhängig voneinander mit einer Gasströmung zu beaufschlagen, um jeweils ein sicheres Lösen eines Substrats zu erreichen.
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Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren zum Beladen eine Waferbootes, wobei das Waferboot aus einer Vielzahl von Platten besteht, die im Wesentlichen parallel zueinander, einander gegenüberliegend, angeordnet sind, und wobei das Waferboot zwischen benachbart zueinander angeordneten Platten eine Vielzahl von Aufnahmen zum Aufnehmen der Wafer aufweist, sind die folgenden Schritte vorgesehen: Ansaugen eines Wafers mit Unterdruck an einen Wafergreifer über wenigstens eine erste und eine zweite Unterdruck-Saugeinheit, wobei ein Substrat-Kontaktelement der ersten Unterdruck-Saugeinheit beweglich zum Wafergreifer gelagert ist, Bewegen des Wafergreifers und des Wafers in einen Aufnahmeschlitz zwischen Platten eines Waferbootes, Lösen des Unterdrucks an der zweiten Unterdruck-Saugeinheit, sodass der Wafer ausschließlich durch die erste Unterdruck-Saugeinheit gehalten wird, Bewegen des Wafers in die Aufnahmen an einer der Platten, die den Aufnahmeschlitz bilden, wobei das Substrat-Kontaktelement oder zumindest ein Kontaktlippenbereich eines Ringkörpers des Substrats-Kontaktelements eine Seiten- oder Drehbewegung durchführt, wenn der Wafer eine oder mehrere der Aufnahmen kontaktiert, und Lösen des Unterdrucks an der ersten Unterdruck-Saugeinheit. Hierdurch kann der Wafer bei Bewegungen außerhalb des Aufnahmeschlitzes sicher gehalten werden, während beim Eindrehen desselben in die Aufnahmen Ausgleichsbewegungen relativ zum Wafergreifer zugelassen werden können.
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Vorzugsweise wird beim Lösen des Unterdrucks an der ersten und/oder zweiten Unterdruck-Saugeinheit eine Gastströmung an die entsprechende Unterdruck-Saugeinheit angelegt, um den Wafer sicher vom Greifer zu lösen.
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Bei einer Ausführungsform weist das Verfahren vor dem Bewegen des Wafergreifers in den Aufnahmeschlitz zwischen den Platten des Waferbootes ferner das Ansaugen eines weiteren Wafers mit Unterdruck an den Wafergreifer über wenigstens eine dritte und eine vierte Unterdruck-Saugeinheit auf. Dabei ist das Substrat-Kontaktelement der dritten Unterdruck-Saugeinheit beweglich zum Wafergreifer gelagert. Ferner wird nach dem Bewegen des Wafergreifers in den Aufnahmeschlitz zwischen den Platten der Unterdruck an der vierten Unterdruck-Saugeinheit gelöst, sodass der weitere Wafer ausschließlich durch die dritte Unterdruck-Saugeinheit gehalten wird, und der weitere Wafer wird in die Aufnahmen an der anderen der Platten, die den Aufnahmeschlitz bilden, bewegt, wobei das Substrat-Kontaktelement der dritten Unterdruck-Saugeinheit eine Seiten- oder Drehbewegung durchführt, wenn der Wafer eine oder mehrere der Aufnahmen kontaktiert. Anschließend wird der Unterdruck an der dritten Unterdruck-Saugeinheit gelöst.
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Die Erfindung wird nachfolgend unter Bezugnahme auf die Zeichnungen noch näher erläutert; in den Zeichnungen zeigt:
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1 eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung zum Be-/Entladen eines Waferbootes
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2 eine perspektivische Ansicht eines in der Vorrichtung gemäß 1 verwendeten Waferbootes;
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3 eine vergrößerte schematische perspektivische Ansicht eines Wafergreifers mit Unterdruck-Saugeinheiten;
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4 eine vergrößerte schematische Schnittansicht durch eine erste Unterdruck-Saugeinheit des Wafergreifers gemäß 3;
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5 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines als Lager ausgebildeten Düsenkörpers der Unterdruck-Saugeinheit gemäß 4;
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6 eine vergrößerte perspektivische Ansicht eines Ansaugrings der Unterdruck-Saugeinheit gemäß 4;
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7 eine vergrößerte schematische Schnittansicht durch eine zweite Unterdruck-Saugeinheit des Wafergreifers gemäß 3;
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8A–C ein schematisches Ablaufdiagramm, das einen Einsetzvorgang für einen Wafer in ein Waferboot gemäß 2 zeigt.
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9 eine schematische Seitenansicht eines Aufnahmestiftes eines Waferbootes gemäß 8.
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In der Beschreibung verwendete Begriffe wie oben, unten, links und rechts beziehen sich auf die Darstellung in den Zeichnungen und sind nicht einschränkend zu sehen. Sie können aber bevorzugte Ausführungen beschreiben. Die Formulierung im Wesentlichen bezogen auf parallel, senkrecht oder Winkelangaben soll Abweichungen von ±3° umfassen, vorzugsweise ±2°.
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1 zeigt eine schematische Seitenansicht einer Vorrichtung
1 zum Be-/Entladen eines Waferbootes
2. Die Vorrichtung
1 weist einen Wafertransportroboter
3, ein Messsystem
5 sowie eine nicht näher dargestellte Steuervorrichtung zum Steuern des Wafertransportroboters
3 und des Messsystems
5 auf. Eine solche Vorrichtung ist im Detail auch in der auf die Anmelderin der vorliegenden Anmeldung zurückgehenden, nicht vorveröffentlichten Anmeldung
DE 10 2010 025 483 beschrieben, die hinsichtlich der Einzelheiten des allgemeinen Aufbaus der Vorrichtung zum Gegenstand der vorliegenden Erfindung gemacht wird, um Wiederholungen zu vermeiden.
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Das in der Vorrichtung 1 verwendete Waferboot 2 wird insbesondere anhand der 1 und 2 näher erläutert.
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Das Waferboot 2 wird durch eine Vielzahl von Platten 6, eine Vielzahl von Spann- und Isoliereinheiten 7, sowie Füße 8 gebildet. Das dargestellte Waferboot 2 ist speziell für eine Plasmabehandlung und insbesondere eine Plasmanitridierung von Wafern geeignet.
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Die Platten 6 bestehen jeweils aus einem elektrisch leitenden Material, und sind insbesondere als Graphitplatten ausgebildet. Die Platten 6 besitzen jeweils parallele Ober- und Unterkanten 9 bzw. 10. In der Oberkante 9 ist jeweils eine Vielzahl von V-förmigen Kerben 12 ausgebildet. Bei der dargestellten Ausführungsform besitzt jede Platte 6 sieben dieser V-förmigen Kerben 12. Die Kerben 12 besitzen jeweils eine Schräge bezüglich der Oberseite von im Wesentlichen 45°, wobei jedoch auch andere Winkel vorgesehen sein können.
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Bei der dargestellten Ausführungsform sind insgesamt dreiundzwanzig Platten 6 vorgesehen, die über die entsprechenden Spann- und Isoliereinheiten 7 im Wesentlichen parallel zueinander angeordnet sind, um dazwischen Aufnahmeschlitze 15 zu bilden. Bei dreiundzwanzig Platten 6 werden somit zweiundzwanzig der Aufnahmeschlitze 15 gebildet.
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Die Platten 6 weisen jeweils auf ihrer zu einer benachbarten Platte 6 weisenden Seite Gruppen von jeweils drei Aufnahmestiften 16 (in 8A bis C dargestellt) auf, die so angeordnet sind, dass sie einen Wafer dazwischen aufnehmen können. Die Wafer können derart aufgenommen werden, dass die Aufnahmestifte 16 jeweils unterschiedliche Seitenkanten des Wafers kontaktieren. Wie am besten in 9 zu erkennen ist, weisen die Aufnahmestifte 16 jeweils einen Stiftteil 17, der an den jeweiligen Platten 6 des Waferbootes befestigt ist, und an Ihrem freien Ende einen vergrößerten Kopfteil 18 auf. Der Kopfteil 18 besitzt jeweils eine sich zum Stiftteil 17 hin verjüngende Führungsschräge 19.
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Dabei sind in Längsrichtung der Plattenelemente insgesamt jeweils sieben (entsprechend der Anzahl der Kerben 12) Gruppen von Führungselementen zum jeweiligen Aufnehmen eines Halbleiterwafers vorgesehen. In jedem der Aufnahmeschlitze 15 ist es somit möglich, vierzehn Wafer paarweise einander gegenüberliegend zu positionieren.
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Die Spann- und Isoliereinheiten 7 bestehen im Wesentlichen jeweils aus einer Schraube, Abstandsscheiben und einer Mutter. Die Schraube sowie die Abstandsscheiben sind jeweils aus einem elektrisch isolierenden Material. Die Mutter kann ebenfalls aus einem elektrisch isolierenden Material sein, was aber nicht notwendig ist. Die Schrauben sowie die Abstandsscheiben können beispielsweise jeweils aus Keramik bestehen. Die Abstandsscheiben besitzen jeweils vorzugsweise dieselbe Dicke, um die Plattenelemente parallel zueinander anzuordnen.
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Die Schraube ist so bemessen, dass sie sich durch entsprechende Öffnungen der Platten 6 sowie jeweilige dazwischen befindliche Abstandsscheiben hindurch erstrecken kann. Über die Mutter können die Platten 6 zueinander verklemmt werden. Es sind jedoch hier auch andere Spann- und Isoliereinheiten denkbar, welche die Platten 6 in der obigen Weise im Wesentlichen parallel anordnen.
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Insgesamt sind sechzehn der Spann- und Isoliereinheiten 7 vorgesehen, acht benachbart zur Oberkante 9 der Platten 6 sowie acht benachbart zur Unterkante 10 der Platten 6. Die Spann- und Isoliereinheiten 7 sind jeweils gleichmäßig beabstandet und unterteilen die Platten 6 in Längsrichtung in sieben Segmente entsprechend den Gruppen von Aufnahmestiften 16 und den Kerben 12. Die Kerben 12 in der Oberkante 9 liegen jeweils in einem Randbereich eines derart gebildeten Segments. Die so gebildeten Segmente sind auch mit den Gruppen von Aufnahmestiften 16 an den jeweiligen Platten 6 ausgerichtet.
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In der Ansicht gemäß 1 sind ferner Kontaktelemente 20 am Waferboot 2 zu erkennen, die dazu dienen, die Enden der Platten 6 elektrisch zu kontaktieren. Obwohl dies nicht näher dargestellt ist, sind die Kontaktelemente 20 jeweils gegeneinander isoliert und ermöglichen, dass benachbarte Plattenelemente mit entgegengesetzter Vorspannung beaufschlagt werden, wie es für die Erzeugung eines Plasmas in den Aufnahmeschlitzen 15 erforderlich ist.
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Der Wafertransportroboter 3 besitzt einen stationären Sockel 22, eine Bewegungseinheit 24, sowie einen Wafergreifer 26. Der Sockel 22 bildet eine feste Basis für den Wafertransportroboter 3 und insbesondere die Bewegungseinheit 24.
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Die Bewegungseinheit 24 wird durch eine Vielzahl von Armen 28 bis 31 und eine Vielzahl von Drehgelenken 32 bis 37 gebildet, wie es in der Technik bekannt ist. Ein Ende der Bewegungseinheit 24 ist mit dem Sockel verbunden, während an dem anderen Ende der Wafergreifer 26 getragen wird.
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Im Bereich der jeweiligen Drehgelenke 32 bis 37 sind Encoder vorgesehen, die in der Lage sind, die jeweiligen Drehpositionen der Drehgelenke zu erfassen, und die Werte dieser Drehpositionen einer nicht dargestellten Steuervorrichtung zuzuführen. Die Steuervorrichtung ist wiederum in der Lage die Bewegung der Drehgelenke 32 bis 37 zu steuern, um in bekannter Weise den Wafergreifer 26 in einer gewünschten Position und Ausrichtung zu positionieren. Hierzu geht die Steuervorrichtung in der Regel von einem Koordinatensystem des Wafertransportroboters 3 aus, welches zum Beispiel einen festen Bezugspunkt (insbesondere einen Ursprung) im Sockel 22 besitzt. Natürlich kann auch von einem anderen Koordinatensystem ausgegangen werden, welches einen festen Bezugspunkt außerhalb des Sockels aufweist.
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Der oben beschriebene Wafertransportroboter 3 ist nur als ein Beispiel zu sehen, und es sei bemerkt, dass auch andere Wafertransportroboter eingesetzt werden können, die zum Beispiel eine unterschiedliche Bewegungseinheit zum Positionieren eines Wafergreifers in einer gewünschten Position und Ausrichtung aufweisen. Als Beispiel sei hier eine Bewegungseinheit genannt, die über senkrecht stehende Schienen eine Positionierung in zwei Dimensionen (üblicherweise in der Horizontalen) und über eine sich senkrecht zu den Schienen erstreckende Hubvorrichtung eine Positionierung in einer dritten Dimension (üblicherweise in der Vertikalen) vorsieht. Zusätzlich kann bei einer solchen Bewegungseinheit noch ein Dreh-Kippgelenk üblicherweise zwischen Hubvorrichtung und Wafergreifer für eine Ausrichtung desselben vorgesehen sein. Solche an sich bekannten Wafertransportroboter besitzen, wie oben ausgeführt eine hervorragende Wiederholgenauigkeit aber nur eine bedingte Absolutgenauigkeit, sofern sie nicht kalibriert sind.
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Eine Kalibrierung kann durch dass Messsystem
5 erreicht werden, wie in der
DE 10 2010 025 483 beschrieben ist, die insofern zum Gegenstand der vorliegenden Anmeldung gemacht wird. Das Messsystem
5 kann einerseits zum Vermessen der räumlichen Lage einzelner Platten
6 des zuvor unter Bezugnahme auf die
1 und
2 beschriebenen Waferbootes
2 und andererseits zum Vermessen der räumlichen Lage eines Wafergreifers
26 des Wafertransportroboters
3 vorgesehen sein.
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Das Messsystem 5 besteht im Wesentlichen aus einem Trägerelement 42, einer nicht dargestellten Bewegungseinheit hierfür, sowie drei Sensoren 45, 46 und 47, sowie einer nicht dargestellten Auswerteeinheit für Sensorsignale der Sensoren. Die Bewegungseinheit für das Trägerelement 42 ist eine geeignete Einheit, die das Trägerelement 42 entlang eines vorbestimmten Bewegungspfades bewegen kann. Alternativ ist es auch möglich eine Bewegungseinheit für die Sensoren 45, 46 und 47 vorzusehen, um diese entlang des Trägerelements 42 zu bewegen.
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Der Wafergreifer 26 ist ein Greifer des Plattentyps mit einem Grundkörper 50, einer ersten Unterdruck-Saugeinheit 53 sowie vier zweiten Unterdruck-Saugeinheiten 55.
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Der Grundkörper 50 besteht, wie in 4 zu erkennen ist, aus einem oberen Plattenelement 56, und wenigstens einer Rückenplatte 58. Das obere Plattenelement 56 besitzt eine im Wesentlichen rechteckige Form, die an einer Seite abgeschrägt ist, wie in 3 zu erkennen ist. In dem abgeschrägten Bereich sind mehrere Öffnungen vorgesehen, die zur Befestigung des Grundkörpers 50 am Waferroboter 3 dienen können. Darüber hinaus ist es möglich, über diese Öffnungen Druck bzw. Unterdruckanschlüsse für die Unterdruck-Saugeinheiten 53 und 55 vorzusehen, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Das obere Plattenelement 56 besitzt in seiner Rückseite mehrere Ausnehmungen, die als Leitungen zu den jeweiligen Unterdruck-Saugeinheiten 53 und 55 ausgebildet sind, und die in geeigneter Weise mit einer Unterdruck-Saugeinheit/Drucklufteinheit verbindbar sind. In 7 ist eine solche Ausnehmung 59 schematisch dargestellt.
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Im Bereich der jeweiligen Unterdruck-Saugeinheiten 53, 55 ist ferner jeweils wenigstens eine Durchgangsöffnung 60 vorgesehen, wie in den 4 und 7 zu erkennen ist. Die jeweiligen als Kanäle ausgebildeten Ausnehmungen 59 in dem oberen Plattenelement 56 sind über die Rückplatte 58 mit der Öffnung 60 verbindbar. Hierzu weist die Rückplatte 58 eine entsprechende Ausnehmung 62 auf, die einerseits mit der Ausnehmung 59 und andererseits mit der Durchgangsöffnung 60 in Verbindung steht (siehe 7). Die Rückplatte 58 ist in abgedichteter Weise in einer Ausnehmung des oberen Plattenelements 56 aufgenommen und befestigt. Sie kann aber auch einfach eben daran befestigt sein.
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Wie in 4 zu erkennen ist, ist in einer Oberseite des Plattenelements 56 im Bereich der Unterdruck-Saugeinheit 53 eine Ausnehmung 65 vorgesehen, in deren Mitte die Öffnung 60 angeordnet ist.
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Die Ausnehmung 65 dient zur Aufnahme unterschiedlicher Elemente der Unterdruck-Saugeinheit 53, wie nachfolgend unter Bezugnahme auf die 4 bis 6 näher erläutert wird. Die Unterdruck-Saugeinheit 53 besteht im Wesentlichen aus einem Düsenkörper 67, einem Saugring 69, einer Vorspanneinheit 70 und einer Abdeckplatte 72.
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Der Düsenkörper 67 besitzt eine ebene Rückseite 75, die vorzugsweise aus einem Material mit geringen Reibungskoeffizienten, wie beispielsweise PTFE ausgebildet oder hiermit beschichtet ist. Die ebene Rückseite 75 ist derart ausgebildet, das sie gleitend auf einem ebenen Bereich der Ausnehmung 65 des oberen Plattenelements 56 aufliegt.
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Wie in der perspektivischen Ansicht gemäß 5 zu erkennen ist, besitzt der Düsenkörper 67 eine im Wesentlichen runde Form, wobei im Bereich des Außenumfangs radial nach außen weisende Vorsprünge 77 vorgesehen sind, die dazwischen Ausweichräume für das Vorspannelement 70 bilden, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Im mittleren Bereich bildet der Düsenkörper 67 eine sich axial erstreckende und erhöhte Düse 78 mit einer Düsenöffnung 79. Die Düsenöffnung 79 ist mit der Öffnung 60 im oberen Plattenelement 56 ausgerichtet, wie in 4 zu erkennen ist.
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Der Düsenkörper 67 besitzt ferner einen erhöhten Umfangsrand 82, der von der erhöhten Düse 78 beabstandet ist. Zwischen dem erhöhten Umfangsrand 82 und der erhöhten Düse 78 wird ein ringförmiger Aufnahmeraum 84 für den Sauger 69 gebildet. Dieser Aufnahmeraum 84 besitzt benachbart zur Düse 78 einen radial ebenen Bodenabschnitt sowie einen benachbart hierzu schrägen Bodenabschnitt, der zum erhöhten Umfangsrand 82 hin ansteigt, wie in 4 zu erkennen ist. Der radial äußere, schräge Bodenabschnitt dient dazu, den Saugerring 69 zu zentrieren, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
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Der Saugerring 69, der perspektivisch in 6 dargestellt ist, besitzt einen Ringkörper 90 aus Elastomer mit einer Mittelöffnung, die so bemessen ist, das die Düse 78 dort hindurch passt. Der Außenumfang des Saugerrings 69 ist derart bemessen, das er kleiner ist, als ein Innenumfang des erhöhten Umfangsrand 82 des Düsenkörpers 67. Somit kann der Saugerring 69 in dem Aufnahmeraum 84 des Düsenkörpers 67 wenigstens teilweise aufgenommen werden, wie in 4 zu erkennen ist. Der Ringkörper 90 besitzt an seiner Unterseite einen ebenen sowie einen hierzu abgeschrägten Teil, und zwar entsprechend dem ebenen und dem abgeschrägten Abschnitt des Aufnahmeraums 84 des Düsenkörpers 67. Hierdurch wird der Saugerring 69 automatisch innerhalb des Aufnahmeraums 84 zentriert, wenn er darin eingesetzt wird.
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Der Ringkörper 90 besitzt einen oberen Kontaktlippenbereich 92 mit einer Oberseite 94, die zum Kontakt mit einem Wafer ausgebildet ist. Die Gesamthöhe des Ringkörpers 90 ist derart, dass die Oberseite 94 über die Düse 78 hervorsteht, wenn der Saugerring 69 in der Ausnehmung 84 des Düsenkörpers 67 aufgenommen ist.
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Der Kontaktlippenbereich 92 besitzt einen Innenumfang, der größer ist als der Innenumfang eines tiefer liegenden Bereichs des Ringkörpers 90. Ferner besitzt der Kontaktlippenbereich 92 einen Außenumfang, der kleiner ist als der Außenumfang eines tiefer liegenden Haltelippenbereichs 96 des Ringkörpers 90. Der Innendruchmesser des Kontaktlippenbereichs 92 ist wesentlich größer als der Durchmesser der Düsenöffnung 79 der Düse 78. Dabei ist der Durchmesser des Kontaktlippenbereichs vorzugsweise wenigstens dreimal so groß, wie der Durchmesser der Düsenöffnung 79.
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Der Saugerring 69 ist aus einem Elastomermaterial, das eine hohe radiale Formstabilität aufweist und in Axialrichtung geringfügig nachgiebig ist. Beispielsweise ist der Saugerring beim Ansaugen eines Substrats mit Unterdruck in Axialrichtung um 0,06 mm nachgiebig. In Radialrichtung hält er hingegen seine Form. Um einen Kontakt eines angesaugten Wafers mit der Düse 78 zu vermeiden, steht der Saugerring 69 über die Düse 78 mit einer Höhe hervor, die größer ist als die Nachgiebigkeit des Saugerrings 69.
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Die Vorspanneinheit 70 ist bei der dargestellten Ausführungsform als O-Ring ausgeführt, und umgibt den Düsenkörper 67 radial. Dabei ist der O-Ring so bemessen, dass er zwischen einer Außenseite des Düsenkörpers 67 und einer Innenseite der Ausnehmung 65 des oberen Plattenelements 56 eingeklemmt ist, und hierüber den Düsenkörper 67 bezüglich der Ausnehmung 65 zentriert. Wie der Fachmann erkennen kann, ist es jedoch möglich bei einer Belastung eine seitliche Bewegung des Düsenkörpers 67 relativ zum oberen Plattenelement 56 vorzusehen, wobei der O-Ring dann in die durch die radial nach außen weisenden Vorsprünge 77 definierten Ausweichräume am Außenumfang wenigstens teilweise hineinbewegt werden kann. Darüber hinaus ist auch eine gewisse Drehbewegung des Düsenkörpers 67 möglich.
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Der Saugerring 69 wird einer solchen Bewegung des Düsenkörpers 67 folgen, da er durch diesen mitgeführt ist. Es ist aber auch eine geringfügige seitliche Verschiebung bzw. Drehung des Saugerrings 69 bezüglich des Düsenkörpers 67 denkbar.
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Die Abdeckplatte 72 besitzt eine Ringform mit einer Mittelöffnung, die zur Aufnahme des Kontaktlippenbereichs 92 des Ringkörpers 90 ausgebildet ist. Dabei ist zwischen der Mittelöffnung der Abdeckplatte 72 und einem Außenumfang des Kontaktlippenbereichs 92 ein ausreichendes Spiel vorhanden, um eine Seitenbewegung sowie eine Drehbewegung des Saugerrings 69 bezüglich der Abdeckplatte 72 zu erlauben. Die Mittelöffnung der Abdeckplatte 72 ist jedoch so bemessen, das sie einen kleineren Innenumfang besitzt, als der Außenumfang der Haltelippe 96 des Saugerrings 90. Der Saugerring 69 ist somit gegen unbeabsichtigtes Herausfallen aus der Ausnehmung 84 (siehe 5) geschützt. Die Mittelöffnung ist jedoch so groß, dass ein manuelles Herausbewegen des Saugerrings 69 aus der Ausnehmung 84 möglich ist, um diesen beispielsweise zu ersetzen. Die Abdeckplatte 72 ist beispielsweise mit der Oberseite oder einer entsprechenden Ausnehmung in der Oberseite des Plattenelements 56 verklebt.
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Die Unterdruck-Saugereinheit ist somit so aufgebaut, dass sie eine seitliche und eine Drehbewegung bezüglich des oberen Plattenelements 56 durchführen kann, wie nachfolgend noch näher erläutert wird.
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7 zeigt den Aufbau einer Unterdrucksaugeinheit 55. Die Saugereinheit 55 besteht aus einem Düsenkörper 100, einem Saugerring 102 sowie einer Abdeckplatte 104.
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Der Düsenkörper 100 besitzt einen Düsenteil 108 mit einer Düsenöffnung 109. Der Düsenteil 108 erstreckt sich von einer Grundplatte 110 axial nach oben und weist mittig die Düsenöffnung 109 auf. Die Düsenöffnung 109 ist wiederum mit der Öffnung 60 in dem oberen Plattenelement 56 ausgerichtet. Der Düsenkörper 100 sitzt engpassend in einem gestuften unteren Bereich einer entsprechenden Ausnehmung des oberen Plattenelements 56.
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Eine Oberseite des Saugerrings 102 steht wiederum über einer Oberseite des Düsenteils 108 hervor. Die Haltelippe des Saugerrings 102 erstreckt sich in einem gestuften Bereich der Ausnehmung in dem oberen Plattenelement 56. Die Halteplatte 104 ist wiederum derselben Art und Weise aufgebaut wie die Halteplatte 72, und hält den Saugerring 102 in seiner Position.
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Bei der Unterdruck-Saugeinheit 55 gemäß 7 ist der Saugerring 102 im Wesentlichen stationär gehalten. Insbesondere ist er im Wesentlichen nicht in der Lage, eine seitliche Bewegung bezüglich des oberen Plattenelements 56 auszuführen. Eine solche ist höchstens im Rahmen einer Toleranz zwischen Innenumfang des Saugerrings 102 und Außenumfang des Düsenteils 108 gegeben.
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Bei der Ausführungsform gemäß 3 sind vier der Unterdruck-Saugeinheiten 55 vorgesehen, die an vier Kanten eines imaginären Rechtecks angeordnet sind. In der Mitte dieses imaginären Rechtecks ist eine einzelne Unterdruck-Saugeinheit 53 angeordnet gezeigt. Natürlich ist es auch möglich eine unterschiedliche Anzahl von ersten und zweiten Unterdruck-Saugeinheiten 53, 55 auch in einer unterschiedlichen Anordnung vorzusehen.
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Die Unterdruck-Saugeinheiten 53, 55 sind getrennt voneinander, das heißt unabhängig voneinander mit Unterdruck bzw. einem Luftstoß beaufschlagbar. Dabei sollte der Unterdruck so ausgelegt werden, dass ein scheibenförmiges, zu transportierendes Substrat sicher daran angesaugt werden kann. Der Luftstoß dient zu einem sicheren Lösen des entsprechenden Substrats von der jeweiligen Unterdruck-Saugeinheit 53, 55, wenn der Unterdruck aufgelöst wird.
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Nachfolgend wird die Funktion des Wafergreifers 26 anhand der 1 und 8 näher erläutert.
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Zunächst wird der Wafertransportroboter 3 derart angesteuert, dass er zu einer Waferaufnahmeposition fährt, zum Beispiel einem Förderband, auf dem ein Wafer aufliegt. Der Wafergreifer 26 wird mit geringem Abstand von beispielsweise 0,5 mm oberhalb eines Wafers auf dem Transportband platziert und anschließend wird Unterdruck an die Unterdruck-Saugeinheiten 53 und 55 angelegt. Hierdurch wird der Halbleiterwafer zum Wafergreifer hin angesaugt. Dabei ist insbesondere von Vorteil, dass die Düsenöffnung 79 bzw. 109 in den jeweiligen Düsenkörpern 67 bzw. 100 wesentlich kleiner ist als der Innenumfang des jeweiligen Saugrings 69 bzw. 102. Hierdurch ist es möglich, eine hohe Strömungsgeschwindigkeit durch die entsprechende Düsenöffnung zu erzeugen, sodass Halbleiterwafer auch über einen größeren Abstand angesaugt werden können.
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Wenn der Halbleiterwafer dann angesaugt ist, kontaktiert er jeweils den Saugring 69 bzw. 102, der einen größeren Innenumfang aufweist und somit einen sicheren Halt vorsieht. Beim Ansaugen eines Wafers kann die Höhe des Saugrings geringfügig nachgeben, beispielsweise um 0,06 mm. Der Saugring ist aus einem Elastomermaterial, das eine gute Anpassung an Unebenheiten des Halbleiterwafers vorsieht und somit eine gute Abdichtung des Ansaugbereichs vorsieht.
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Ein so angesaugter Wafer wird insbesondere durch die außen liegenden Unterdruck-Saugeinheiten 55 unbeweglich relativ zu dem Wafergreifer 26 gehalten, sodass er mit großer Geschwindigkeit gehandhabt werden kann. Insbesondere wird der Wafergreifer mit einem daran angesaugten Wafer W, der schematisch in den 8A bis 8C angedeutet ist, in einen Aufnahmeschlitz zwischen benachbarten Platten 6 des Waferboots 2 bewegt. Diese Bewegung kann mit hoher Geschwindigkeit erfolgen, da der Wafer fest an einem Wafergreifer 26 gehalten wird.
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Wenn sich der Wafergreifer 26 in einem der Aufnahmeschlitze 15 des Waferbootes 2 befindet, werden die Unterdruck-Saugeinheiten 55 deaktiviert, d. h. der Unterdruck wird gelöst. Darüber hinaus kann ein leichter Überdruck mittels eines Luftstoßes bzw. Gasstoßes erzeugt werden, und an die Unterdruck-Saugeinheiten an den Wafer angelegt werden, um ein sicheres Lösen des Wafers von diesen Unterdruck-Saugeinheiten 55 sicherzustellen.
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Die Unterdruck-Saugeinheit 53 bleibt weiterhin aktiviert, d. h. mit Unterdruck beaufschlagt, sodass der Wafer W weiterhin hierdurch gehalten wird. Da der Saugring 69 der Unterdrucksaugeinheit 53 jedoch seitlich als auch in Drehrichtung beweglich ist, kann der Wafer W sich nunmehr bezüglich des Wafergreifers 26 geringfügig bewegen.
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Die 8A bis 8C zeigen ein Eindrehen eines Wafers W zwischen die Aufnahmestifte 16. Dies geschieht in der Weise, das der Wafer W zunächst in eine Position wie sie in 8A gezeigt ist, frei zwischen die Stifte 16 bewegt wird. Anschließend wird der Wafer W durch eine entsprechende Bewegung des Wafergreifers 26 gedreht, und zwar vorzugsweise um seinen Mittelpunkt.
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Hierbei kontaktieren die Kanten des Wafers W nunmehr die Führungsschrägen 19 des Kopfteils 18 der Aufnahmestifte 16. Bei einer weitergehenden Drehung wird der Wafer W durch die Führungsschrägen 19 in Richtung der jeweiligen Platte 6 geführt, und sicher durch die Stifte 16 aufgenommen. Da der Wafer W zu diesem Zeitpunkt durch den beweglich gelagerten Saugring 69 gehalten wird, ist es möglich das der Wafer W seitliche Bewegungen bezüglich des Wafergreifers 26 sowie eine Drehbewegung bezüglich desselben vornimmt. Dies ist vorteilhaft, da aufgrund von Positionierungenauigkeiten des Wafergreifers 26 und Toleranzen hinsichtlich der Wafergröße ansonsten Beschädigungen beim Eindrehen gemäß den 8A bis 8C auftreten könnten.
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Die entsprechende Beweglichkeit des Saugrings 69 verhindert jedoch eine übermäßig starke Belastung des Wafers beim Eindrehvorgang. Wenn der Wafer W vollständig eingedreht ist, wird auch die erste Unterdruck-Saugeinheit mit einem Druckluftstoß beaufschlagt, um den Wafer zu lösen. Anschließend kann ein neuer Wafer aufgenommen und in einen Aufnahmeschlitz bewegt werden.
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Der Wafergreifer 26 wurde so beschrieben, dass entsprechende erste und zweite Unterdruck-Saugeinheiten 53, 55 auf einer Seite des Wafergreifers vorgesehen sind. Entsprechende Unterdruck-Saugeinheiten könnten auch auf der Rückseite vorgesehen sein, wobei die jeweiligen Unterdruck-Saugeinheiten auf den entgegengesetzten Seiten voneinander isoliert sind. Hierdurch wäre es möglich, dass der Wafergreifer 26 gleichzeitig auf der Vorderseite und auch auf der Rückseite jeweils einen Wafer aufnimmt und transportiert. Somit könnte der Wafergreifer direkt nacheinander zwei Wafer W in einen entsprechenden Aufnahmeschlitz 15 eines Waferbootes 2 einsetzten, wobei jeweils beim Eindrehen eines Wafers nur die mittlere Unterdruck-Saugeinheit, mit beweglich gelagertem Saugring aktiviert wäre.
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Nach dem jeweiligen Eindrehen der Wafer W könnte hierüber wiederum ein positiver Luftstoß an den Wafer angelegt werden, um diesen sicher von dem Wafergreifer 26 zu lösen.
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Für eine Beladung von Waferbooten 2 kann vorab mittels des Messsystems 5 die räumliche Lage der Platten 6 und somit der daran befindlichen Aufnahmen für Wafer ermittelt werden. Aus dieser räumlichen Lage lässt sich dann eine entsprechende Beladeposition ermitteln, die der Wafergreifer 26 des Wafertransportroboters 3 anfahren muss.
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Die Vorrichtung wurde anhand bevorzugter Ausführungsformen der Erfindung unter Bezugnahme auf die Erfindung näher erläutert, ohne auf die konkret dargestellten Ausführungsformen begrenzt zu sein.
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Insbesondere könnte das Waferboot oder der Wafertransportroboter anders aufgebaut sein. Auch kann die Anzahl der ersten und zweiten Unterdruck-Saugeinheiten von der dargestellten Anzahl abweichen. Bei einem Aspekt können sie auch einen anderen Aufbau besitzen. Insbesondere ist es auch möglich, den Saugerring im Wesentlichen jeweils stationär vorzusehen und durch die Materialwahl eine ausreichende Elastizität vorzusehen, um einen Toleranzausgleich zu ermöglichen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- DE 102010025483 [0033, 0048]
