DE19752510A1 - Einrichtung und Verfahren zur Erkennung und Unterscheidung von fächerbildenden Auflagen in Kassetten und darauf abgelegten scheibenförmigen Objekten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft die Erkennung und Unterscheidung von fächerbildenden Auflagen in Kassetten und darauf abgelegten scheibenförmigen Objekten durch gemeinsame Verstellung der Auflagen und Objekte relativ zu einer Meßebene in Richtung übereinanderliegender Fächer, bei der Stirnseiten der Auflagen und Objekte nacheinander Meßstrahlenbündel durchsetzen, wobei sich verschiedene Arten von Auflagen durch eine versetzte Anordnung in der Meßebene, senkrecht zu den Meßstrahlenbündeln unterscheiden.

Derartige technische Lösungen sind bei der Herstellung integrierter Schaltkreise, insbesondere für Handhabungsaufgaben anwendbar und beispielsweise aus der DE 195 35 871 A1 bekannt.

Bei der Herstellung integrierter Schaltkreise müssen scheibenförmige Objekte, wie Schablonen und Halbleiterwafer zwischen unterschiedlichen Bearbeitungsschritten zu einzelnen Bearbeitungsmaschinen transportiert werden. Die Objekte sind zu diesem Zweck in Kassetten untergebracht, die aufgrund von Reinraumerfordernissen meist von Transportbehältern umschlossen sind. Zur Beschickung der Bearbeitungsmaschinen werden die Kassetten aus den Transportbehältern mit geeigneten Mitteln entladen und die scheibenförmigen Objekte mit einer Handhabungseinrichtung entnommen und wieder zurückgeführt. Dazu ist es notwendig, sowohl die Position eines Ablagefaches für das Objekt als auch dessen Belegung mit einem Objekt zu erkennen.

Prinzipiell unterscheiden sich bekannte Erkennungssysteme nach zwei unterschiedlichen Arten.

Beim einem ersten Verfahren (Mapping) werden die geometrischen Abmessungen der Kassette, insbesondere die Fächerabstände als bekannt vorausgesetzt. Wird die Position eines Faches zu einer Referenzebene des Handhabungssystems ausgerichtet, können die Positionen aller anderen Fächer rechnerisch bestimmt und angefahren werden. Die Belegung eines Faches wird durch eine Lichtschranke ermittelt.

Ein zweites Verfahren (Indexen) schließt mögliche Maßabweichungen der Kassetten aufgrund von Fertigungstoleranzen oder Deformierungen in die Erkennung ein. Mit Hilfe eines Sensorsystems erfolgt eine genaue Bestimmung der Lage der Fächer und Objekte zu einer Referenzebene.

So ist es nach der DE 195 35 871 A1 bekannt, gleichzeitig mit der Erkennung der Fächer und Objekte auch Typen von Schablonenkassetten mit einem Reflexkoppler zu unterscheiden. Da der Lichtstrahl des Reflexkopplers entweder auf die Schablonen- Auflage (6''-Kassette) oder auf den Quersteg (5''-Kassette) trifft, ergeben sich beim Bewegen der Kassette in vertikaler Richtung Unterschiede in der Dauer des high-Pegels. Durch Kombination von Wegmessung und Bestimmung des Zeitpunktes des high-low-Überganges vom Reflexkoppler kann bei der 6''-Kassette die Position der Schablonenauflage zu einer Referenzebene bestimmt werden. Bei einer 5''-Kassette ist die rechnerische Einbeziehung des Höhenunterschiedes zwischen der Schablonen-Auf­ lage und dem Quersteg notwendig. Ein schräg durch die Kassette gelegtes Lichtstrahlenbündel einer Lichtschranke dient der Erkennung anwesender Objekte.

Es ist von Nachteil, daß üblicherweise bei den Kassetten auftretende Maßunterschiede sowohl zu einer nicht korrigierbaren Verfälschung der Lagebestimmung als auch zu einer verminderten Erkennungssicherheit bei der Unterscheidung der Kassettentypen führen.

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, sowohl die Genauigkeit bei der Lagebestimmung der Fächer und Objekte als auch die Erkennungssicherheit bei der Unterscheidung von Kassettentypen zu erhöhen, ohne daß aufgebrachte Schutzauflagen auf den Objekten einen störenden Einfluß ausüben.

Gemäß der Erfindung wird die Aufgabe gelöst durch eine Einrichtung zur Erkennung und Unterscheidung von fächerbildenden Auflagen in Kassetten und darauf abgelegten scheibenförmigen Objekten durch gemeinsame Verstellung der Auflagen und Objekte relativ zu einer Meßebene in Richtung übereinanderliegender Fächer, bei der Stirnseiten der Auflagen und Objekte nacheinander Meßstrahlenbündel durchsetzen, wobei sich verschiedene Arten von Auflagen durch eine versetzte Anordnung in der Meßebene, senkrecht zu den Meßstrahlenbündeln unterscheiden. Jedes der Meßstrahlenbündel ist in den Bereich nur einer Art von Auflagen gelegt wobei die Stirnseiten der Auflagen in ihrer Ausdehnung in der Meßebene vollständig von dem Meßstrahlenbündel erfaßt sind.

Besonders vorteilhaft ist es, wenn die Meßstrahlenbündel einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, dessen Ausdehnung in der Meßebene derjenigen der Stirnseiten der Auflagen mindestens entspricht und senkrecht zur Meßebene kleiner ist als die Dicke der Objekte.

Durch die ausreichende Ausdehnung des Meßstrahlenbündels in der Meßebene senkrecht zur Strahlrichtung wird erreicht, daß auch bei einer geringeren Lageabweichung und Größenunterschieden der Auflagen in dieser Richtung diese vom Lichtstrahl erfaßt werden. Die Beschränkung des vertikalen Maßes des Lichtstrahles sichert steile Flanken des Meßsignals beim Durchfahren der Kassette und eine genaue Positionsbestimmung der Auflagen und Objekte. Eine Unterscheidung zwischen Mono- und Multikassetten erfolgt durch das Erkennen der Zahl der Auflagen bzw. Objekte.

In einer ersten Variante sind die Meßstrahlenbündel parallel zueinander gerichtet, im Bereich einer Wand der Kassette angeordnet und besitzen einen Abstand zueinander, der dem Maß der Versetzung entspricht.

Eine zweite Variante sieht vor, im Bereich einer jeden Wand, die als Träger für die Auflagen dient, mindestens eines der Meßstrahlenbündel anzuordnen, wobei diese parallel zueinander gerichtet sind.

Vorteilhafterweise sind die Meßstrahlenbündel als Laserlichtschranken ausgebildet, deren Strahlungsquellen und Empfänger in einem Rahmen untergebracht sind, durch den die Kassette zu diesem ausgerichtet, in einer Vertikalbewegung hindurchtritt.

Ein Säulenpaar dient als Träger für den Rahmen, dessen Säulen in einem Abstand zueinander unter Ausbildung einer Luftdurchtrittsöffnung angeordnet sind, wobei in einer Säule ein Antrieb für einen Fahrstuhl zur Vertikalbewegung der Kassette untergebracht ist.

Gegenstand der Erfindung ist außerdem ein Verfahren zur Erkennung und Unterscheidung von fächerbildenden Auflagen in Kassetten und darauf abgelegten scheibenförmigen Objekten. Das Verfahren beruht auf der Auswertung von Signalen, die durch Abschattung von Meßstrahlenbündeln infolge einer gemeinsamen Verstellung der Auflagen und Objekte relativ zu einer Meßebene in Richtung übereinanderliegender Fächer entstehen, bei der Stirnseiten der Auflagen und Objekte nacheinander Meßstrahlenbündel durchsetzen, wobei sich verschiedene Arten von Auflagen durch eine versetzte Anordnung in der Meßebene, senkrecht zu den Meßstrahlenbündeln unterscheiden. Die Signale aller Meßstrahlenbündel, von denen jedes in den Bereich nur einer Art von Auflagen gelegt ist und die Stirnseiten der Auflagen in ihrer Ausdehnung in der Meßebene vollständig erfaßt, werden gleichzeitig und in Korrelation zueinander ausgewertet.

Die Erfindung soll nachstehend anhand der schematischen Zeichnung näher erläutert werden. Es zeigen:

Fig. 1 einen Ausschnitt aus einer 5''-Kassette in Rückansicht mit einer Anordnung von Meßstrahlenbündeln im Bereich einer Kassettenwand

Fig. 2 einen Ausschnitt aus einer 6''-Kassette in Rückansicht mit einer Anordnung von Meßstrahlenbündeln im Bereich einer Kassettenwand

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Kassette mit einer Anordnung von Meßstrahlenbündeln

Fig. 4 eine perspektivische Darstellung eines Kassettenindexers mit abgesenkter Kassette

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Rahmen zur Aufnahme von Strahlungselementen, Empfängern und Umlenkeinrichtungen für die Meßstrahlenbündel

Fig. 6 den Signalverlauf beim Abtasten einer 5''-Kassette mit zwei parallelen Meßstrahlenbündeln

Fig. 7 den Signalverlauf beim Abtasten einer 6''-Kassette mit zwei parallelen Meßstrahlenbündeln

Fig. 8 den Indexer in einem Blockschaltbild.

Von einer 5''-Kassette (Fig. 1) und einer 6''-Kassette (Fig. 2), die an gegenüberliegenden Wänden fächerbildende Auflagen 1, 2 für scheibenförmige Objekte in Form von Schablonen 3, 4 enthalten, bilden die dargestellten Ausschnitte lediglich einen Teil von Kassettenwänden 5, 6 ab. Die Auflagen 1, 2 sind zu ihrer Befestigung an den Kassettenwänden 5, 6 als L-förmig abgewinkelte Elemente an einem Ende eines Quersteges 7, 8 angebracht. Seitliche Anschläge 9, 10 sichern die Objekte gegen ein Verrutschen. Zwei parallel zueinander gerichtete, in einer Meßebene E-E und im Bereich einer Kassettenwand 5, 6 angeordnete Meßstrahlenbündel 11, 12 von Laserlichtschranken sind in ihrem rechteckigen Querschnitt sichtbar und durchsetzen zur Erfassung der Auflagen 1, 2 und der Objekte jede der Kassetten. Die Querschnitte entsprechen in ihrer Ausdehnung in der Meßebene E-E mindestens derjenigen der Stirnseiten der Auflagen 1, 2. Sie sind in jedem Fall so groß, daß eine seitliche Lageabweichung der Auflagen 1, 2 aufgrund von Toleranzen bei der Fertigung der Kassetten die vollständige Erfassung der Auflagen 1, 2 gewährleistet. Senkrecht zur Meßebene E-E sind die Querschnitte der Meßstrahlenbündel 11, 12 kleiner als die Dicke D der Objekte. Wie aus Fig. 1 und 2 deutlich wird, lassen sich die Auflagen 1, 2 der unterschiedlich großen Kassetten bei einer zentrierten Anordnung durch eine seitliche Versetzung unterscheiden, die in der Meßebene E-E senkrecht zu Meßstrahlenbündeln 11, 12 gerichtet ist. Da der Abstand der beiden Meßstrahlenbündel 11, 12 im wesentlichen der seitlichen Versetzung der Auflagen 1, 2 entspricht, überdeckt jedes Meßstrahlenbündel 11, 12 nur eine durch die Versetzung unterschiedenen Arten von Auflagen.

Selbstverständlich ist die Unterscheidung der Kassettentypen nicht auf die hier beschriebenen 5''- und 6''-Kassetten beschränkt. So können sowohl Kassetten anderer Größen verwendet, als auch deren Zahl erhöht werden. Die Erhöhung der Zahl zu erkennender Kassetten setzt lediglich eine entsprechende Erweiterung der Meßstrahlenbündel voraus, die wiederum im Maß der Versetzung der Auflagen zueinander verschoben anzuordnen sind.

In Fig. 3, deren sehr vereinfacht dargestellten Elemente ebenfalls zu denen der Fig. 1, 2 ausgerichtet sind, umschließt ein Rahmen 13 einen Raum 14, in dem eine Kassette 15, hier die 6''-Kassette aus Fig. 2, in Vertikalbewegung durch den Rahmen 13 und damit durch die Meßstrahlenbündel 11, 12 hindurch verstellbar ist. Gegenüberliegende Rahmenteile 16, 17 tragen jeweils Strahlungselemente 18, 19 und Empfänger 20, 21 für die Meßstrahlenbündel 11, 12.

In Fig. 4 ist ein Rahmen 22 zur Aufnahme der Strahlungs- und Empfangselemente für die Meßstrahlenbündel 11, 12 in einem Kassettenindexer integriert. Eine tragende Säule 23 und eine säulenförmige Verkleidung 24 eines Fahrstuhlantriebes sind in einem Abstand zueinander unter Ausbildung einer Luftdurchtrittsöffnung angeordnet und dienen als Träger für den Rahmen 22 und eine darüberliegende Aufnahmeplatte 25, auf die ein Kassettenbehälter 26 abgestellt werden kann. Ein durch den Fahrstuhlantrieb 24 vertikal verfahrbarer Aufnahmearm 27, der durch eine schlitzförmige Öffnung 28 aus der Verkleidung 24 herausragt, ist vorgesehen, um die Entnahme und Rückführung einer in dem Kassettenbehälter 26 befindlichen Kassette 29 auszuführen.

Der Fahrstuhlantrieb besteht aus einer schrittmotorgetriebenen Spindel, auf der eine mit dem Aufnahmearm 27 gekoppelte Spindelmutter in einer gestellfesten Führung läuft. Mit einem Encoder wird die Schrittzahl des Motors und damit der zurückgelegte Weg festgestellt. Über eine nichtdargestellte Kabelverbindung ist der Indexer an eine externe Steuerelektronik angeschlossen.

Die Entnahme, bei der die Kassette 29 durch den Rahmen 22 hindurchgeführt wird, erfolgt dadurch, daß der entriegelte Boden 30 des Kassettenbehälters 26 gemeinsam mit der Kassette 29 und einem Verschlußelement 31 in der Aufnahmeplatte 25 abgesenkt werden. Die für die Erkennung unterschiedlicher Kassettentypen notwendige definierte Kassettenausrichtung wird dadurch gewährleistet, daß die Kassette 29 zunächst auf dem Boden 30 ausgerichtet ist und dieser mit geeigneten Ausnehmungen auf Stiften 32, 33, 34 (Fig. 5) auf dem Verschlußelement 31 sitzt.

Der Rahmen 22 trägt gemäß Fig. 5 Strahlungselemente 35, 36 zur Erzeugung der Meßstrahlenbündel 11, 12. Zur Ausnutzung des begrenzt zur Verfügung stehenden Raumes sind Umlenkelemente 37, 38, 39, 40 vorgesehen, die die Meßstrahlenbündel 11, 12 auf Empfänger 41, 42 richten. Im Unterschied zu Fig. 3, wo die Meßstrahlenbündel 11, 12 beide in den Bereich einer Kassettenwand gelegt sind, ist in Fig. 5 das Meßstrahlenbündel 11 im Bereich der einen Kassettenwand und das Meßstrahlenbündel 12 im Bereich der gegenüberliegender Kassettenwand angeordnet. In ihrem Anordnungsbereich sind die Meßstrahlenbündel 11, 12 wiederum im wesentlichen um den Abstand der seitlichen Versetzung der Auflagen 1, 2 zueinander verschoben, so daß das Meßstrahlenbündel 11 wiederum die Auflagen 2 der 6''-Kassetten und das Meßstrahlenbündel 12 die Auflagen 1 der 5''-Kassetten trifft.

Die in den Fig. 6 und 7 dargestellten Signalverläufe entstehen, wenn eine Kassette bei einem Indexvorgang mit ihren Auflagen und darauf abgelegten Objekten vertikal durch die Meßstrahlenbündel 11, 12 hindurchgeführt wird. Im vorliegenden Fall ist zur Verdeutlichung des Erkennungsprozesses lediglich in ein Fach der Kassette ein Objekt eingeschoben. Die Signalverläufe enthalten als Funktion des zurückgelegten Weges (Schrittzahl des Schrittmotors zum Antrieb des Fahrstuhles) die notwendigen Unterscheidungsmerkmale zur Erkennung der interessierenden Elemente, deren Positionen damit zu einer Bezugsebene festgelegt sind. Da bei einer 5''-Kassette aufgrund der kleineren Abmaße die Auflagen im Verhältnis zu größeren Kassetten zum Zentrum des von dem Rahmen 13 oder 22 umschlossenen Raumes verschoben sind, werden die Auflagen 1 und die Objekte nur durch das Meßstrahlenbündel 12 überdeckt. Das Meßstrahlenbündel 11 trifft auf die Querstege 7. Bei 6''- Kassetten durchlaufen die Auflagen 2 das Meßstrahlenbündel 11 und die Objekte das Meßstrahlenbündel 12. Bei einer vertikalen Abwärtsbewegung wird bei beiden Kassettenarten zuerst deren Kassettenboden 43, 44 durch die Meßstrahlenbündel 11, 12 bewegt so daß beide vollständig unterbrochen werden. Nachdem beide Meßstrahlenbündel 11, 12 bei der 5''-Kassette den Bereich a erreicht haben, wird das Meßstrahlenbündel 11 von seinem Empfänger 41 vollständig empfangen, so daß das in eine Spannung umgewandelte Signal sein Maximum erreicht. Das Meßstrahlenbündel 12 wird von einer ersten der Auflagen 1 durchsetzt, so daß zwar ein Signalanstieg erfolgt, das Signalmaximum zunächst aber noch nicht erreicht wird. Erst bei der Position b ist dessen Pegel wieder maximal. Danach wird das Meßstrahlenbündel 11 durch den zweiten der Querstege 7 vollständig, das Meßstrahlenbündel 12 dagegen nur teilweise abgeschattet. In der Folge bewegt sich die zweite der Auflagen 1 durch das Meßstrahlenbündel 12. Der gemessene Pegel entspricht demjenigen bei der ersten Auflage, bevor das Objekt bei der Position c das gemessene Signal auf den Grundpegel GND reduziert.

Anhand eines anderen Signalverlaufes für die 6''-Kassette läßt sich diese von der kleineren 5''-Kassette unterscheiden. So erreicht bei der 6''-Kassette zuerst das dem Meßstrahlenbündel 12 zugehörige Signal sein Maximum. Bei der Position b ist es das Signal vom Meßstrahlenbündel 11, das von einem mittleren Pegel aus sein Maximum erreicht. Ein 6'' großes Objekt läßt beide Signale auf den Grundpegel abfallen, ein 5'' großes dagegen nur das Signal des Meßstrahlenbündels 12. Die Querstege 8 beeinflussen bei der 6''-Kassette nur das Signal des Meßstrahlenbündels 11, bei der 5''-Kassette dagegen beide. Selbst wenn bereits die Auswertung eines der Signale eine Unterscheidung ermöglicht, kann eine parallele Auswertung beider Signale bei jeder Kassettenart Fehlerkennungen vermeiden, die durch ungünstige geometrische Verhältnisse bedingt sein können.

In einem Blockschaltbild gemäß Fig. 8, das unterteilt ist in den Indexer und seine Steuerelektronik, werden durch A/D-Wandler 45, 46 digitalisierte Signale der mit 47 und 48 bezeichneten Laserlichtschranken einer Signalverarbeitung 49 zugeführt, die mit einer Auswertelogik 50 eines Rechners 51 in Verbindung steht. Über eine Ansteuereinheit und Schrittzählung 52, die wie der Rechner 51 an eine Stromversorgung 53 angeschlossen ist, werden durch die Auswertelogik 50 gewonnene Signale als Steuersignale einem Schrittmotor 54 zum Verstellen des Fahrstuhles sowie einer Vorrichtung 55 zum Öffnen und Schließen des Kassettenbehälters 26 zugeführt. Signale einer Schrittrückmeldung 56, einer Endlagenerkennung 57, einer Erkennung des Öffnungszustandes 58 des Kassettenbehälters 26 und Signale von weiteren Sensoren 59, die z. B. das Aufsetzen des Kassettenbehälters 26 signalisieren, gehen als Meldung zur Signalverarbeitung 49.

Claims (7)

1. Einrichtung zur Erkennung und Unterscheidung von fächerbildenden Auflagen in Kassetten und darauf abgelegten scheibenförmigen Objekten durch gemeinsame Verstellung der Auflagen und Objekte relativ zu einer Meßebene in Richtung übereinanderliegender Fächer, bei der Stirnseiten der Auflagen und Objekte nacheinander Meßstrahlenbündel durchsetzen, wobei sich verschiedene Arten von Auflagen durch eine versetzte Anordnung in der Meßebene, senkrecht zu den Meßstrahlenbündeln unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Meßstrahlenbündel (11, 12) in den Bereich nur einer Art von Auflagen (1, 2) gelegt ist, wobei die Stirnseiten der Auflagen (1, 2) in ihrer Ausdehnung in der Meßebene (E-E) vollständig von dem Meßstrahlenbündel (11, 12) erfaßt sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrahlenbündel (11, 12) einen im wesentlichen rechteckigen Querschnitt aufweisen, dessen Ausdehnung in der Meßebene (E-E) derjenigen der Stirnseiten der Auflagen (1, 2) mindestens entspricht und senkrecht zur Meßebene (E-E) kleiner ist als die Dicke der Objekte (3, 4).

3. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrahlenbündel (11, 12) parallel zueinander gerichtet, im Bereich einer Wand (5, 6) der Kassette (15) angeordnet sind und einen Abstand zueinander besitzen, der dem Maß der Versetzung entspricht.

4. Einrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß im Bereich einer jeden Auflagen (1, 2) tragenden Wand (5, 6) der Kassette (29) mindestens eines der Meßstrahlenbündel (11, 12) angeordnet ist, wobei die Meßstrahlenbündel (11, 12) parallel zueinander gerichtet sind.

5. Einrichtung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßstrahlenbündel (11, 12) als Laserlichtschranken ausgebildet sind, deren Strahlungsquellen (18, 19, 35, 36) und Empfänger (20, 21, 41, 42) in einem Rahmen (13, 22) untergebracht sind, durch den die Kassette (15, 29) zu diesem ausgerichtet, in einer Vertikalbewegung hindurchtritt.

6. Einrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß daß als Träger für den Rahmen (22) ein Säulenpaar dient, dessen Säulen (23, 24) in einem Abstand zueinander unter Ausbildung einer Luftdurchtrittsöffnung angeordnet sind, wobei in einer Säule (24) ein Antrieb für einen Fahrstuhl zur Vertikalbewegung der Kassette (29) untergebracht ist.

7. Verfahren zur Erkennung und Unterscheidung von fächerbildenden Auflagen in Kassetten und darauf abgelegten scheibenförmigen Objekten durch Auswertung von Signalen, die durch Abschattung von Meßstrahlenbündeln infolge einer gemeinsamen Verstellung der Auflagen und Objekte relativ zu einer Meßebene in Richtung übereinanderliegender Fächer entstehen, bei der Stirnseiten der Auflagen und Objekte nacheinander Meßstrahlenbündel durchsetzen, wobei sich verschiedene Arten von Auflagen durch eine versetzte Anordnung in der Meßebene, senkrecht zu den Meßstrahlenbündeln unterscheiden, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale aller Meßstrahlenbündel (11, 12), von denen jedes in den Bereich nur einer Art von Auflagen (1, 2) gelegt ist und die Stirnseiten der Auflagen (1, 2) in ihrer Ausdehnung in der Meßebene (E-E) vollständig erfaßt, gleichzeitig und in Korrelation zueinander ausgewertet werden.