DE19831032C2 - Greiferkopf für ein in der Herstellung und/oder Bearbeitung scheibenförmiger planarer Substrate eingesetztes Handhabungsgerät - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Greiferkopf für ein in der Her­ stellung und/oder Bearbeitung scheibenförmiger planarer Substrate eingesetztes Handhabungsgerät gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1.

Ein Greiferkopf der vorgenannten Art ist aus Fig. 7 der DE 42 10 110 C2 bekannt und weist eine in zwei Armen auslaufende Halterung auf, bei der die Oberflächen der Arme eine Auflage für ein scheibenförmiges Substrat bilden und bei der das Substrat gegenüber dieser Auflage durch endseitig zu den Ar­ men liegende, über die Auflage aufragende Festanschläge posi­ tioniert ist. Diese Festanschläge bedingen eine über die Auf­ bauhöhe der Auflage hinausgehende Gesamthöhe, und sie machen es desweiteren erforderlich, im Hinblick auf die Einlegbar­ keit des scheibenförmigen Substrates in den Greiferkopf ge­ genüber dem Substrat ein gewisses Spiel zu lassen. Ungeachtet dessen lassen sich beim Einlegen des Substrates zwischen die Anschläge Randberührungen kaum vermeiden, ebensowenig wie spielbedingte kleine Verschiebungen des Substrates gegenüber der Auflage bei entsprechenden Bewegungen des Greiferkopfes.

Hierdurch kann es zu Abrieb kommen, was insbesondere bei Ar­ beiten unter Reinraumbedingungen unerwünscht ist.

Desweiteren ist aus der JP 06278806 A ein Greiferkopf be­ kannt, der auf einem verfahrbaren Schlitten angeordnet ist und bei dem die Auflage durch zwei unabhängig voneinander ge­ genüber dem Schlitten fixierte und jeweils einen Anschlag um­ fassende Teile gebildet ist, so dass bezogen auf die jeweils eingestellte Lage die den Teilen der Auflage zugeordneten An­ schläge Festanschläge bilden, mit der Folge, dass die An­ schläge im Hinblick auf die Einlegbarkeit des scheibenförmi­ gen Substrates ebenfalls ein gewisses Spiel gegenüber dem Substrat aufweisen müssen, das in Abhängigkeit von den Bewe­ gungen des Schlittens eine gewisse Beweglichkeit des Substra­ tes gegenüber der Auflage und den Anschlägen möglich macht und dadurch zu Abrieb führen kann.

Bezogen auf einen Greiferkopf der eingangs genannten Art liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, dessen Aufbauhöhe im Hinblick auf die Einfahrbarkeit zwischen bei kleinen Spalthöhen in Transportbehältern übereinander liegend abzule­ gende, scheibenförmige Substrate zu verringern, und zwar bei einer lagefixierten Positionierung der Substrate gegenüber der Auflage.

Erreicht wird dies durch die Merkmale des Anspruches 1, wobei es die Einschwenkbarkeit der einen Spannbacke möglich macht, die Aufbauhöhe im Endbereich des Greiferkopfes, der in die Spalte zwischen übereinander liegenden Substraten eingeführt werden muss, besonders flach zu gestalten. Zudem ergibt sich bei dieser Schwenkbewegung eine radiale Komponente, so dass beim Auflegen des Substrates auf die Auflage keine reibende Bewegung desselben gegenüber den Spannbacken eintritt, da diese, anschliessend an die Ablage des Substrates auf der Auflage, das Substrat nur radial beaufschlagen und fixieren.

Mit einem derartigen Greiferarm lässt sich bei radialer Bewe­ gung des Greiferarmes das jeweilige Substrat, z. B. ausgehend von einem Speicherkarussel, in einem angedockten Prozessmodul von unten erfassen und abheben, bzw. bei umgekehrtem Ablauf auch ablegen, wobei als Prozessmodul standardisierte Trans­ portbehälter in Form sogenannter SMIF-Boxen verwendet werden können, in denen die jeweiligen Substrate mit geringem axia­ lem Abstand übereinander gestapelt werden können. Es ist so­ mit möglich, das jeweilige Substrat über den Greifer von oben nach unten in einer jeweiligen Speicherposition abzulegen oder von unten nach oben aus dieser herauszuheben, wobei die Fixierung des Substrates über die Spannbacken auch höhere Be­ schleunigungen für den Greiferkopf ermöglicht und sowohl der Transport wie auch der jeweilige Übergabevorgang ohne reiben­ de Beanspruchung zwischen dem Substrat und der Auflage bzw. den Spannbacken erfolgt. Insbesondere sind durch die erfin­ dungsgemäße Ausgestaltung auch größere Längen des Greiferar­ mes möglich, bei denen unerwünschte, insbesondere schwin­ gungsbedingte Eigenbewegungen des Greiferarmes nahezu unver­ meidbar sind, da die Erfindung trotz der sehr flachen Bauwei­ se des Greiferkopfes noch eine sichere Positionierung und Zentrierung des Substrates ermöglicht.

Weitere Einzelheiten und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Ansprüchen. Ferner wird die Erfindung anhand der Zeichnungsbeschreibung mit weiteren Einzelheiten näher er­ läutert. Es zeigen:

Fig. 1 in stark schematisierter Darstellung einen Quer­ schnitt durch ein Basismodul für in Clusterbauweise aufgebaute Arbeitszentren, wobei an das Basismodul radial Prozeßmodule anschließbar sind und das Basis­ modul einen Speicher und ein Handhabungsgerät mit Greiferkopf aufnimmt,

Fig. 2 ein der Fig. 1 im wesentlichen entsprechendes Ba­ sismodul, in mehrschichtiger Darstellung in Drauf­ sicht,

Fig. 3 eine der Fig. 2 analoge Darstellung mit radial aus­ gefahrenem Greiferarm des Handhabungsgerätes,

Fig. 4 eine schematisierte Seitenansicht des Greiferarmes, teilweise geschnitten, und

Fig. 5 eine Prinzipdarstellung des Endes des Kopfteiles des Greiferarmes gemäß Fig. 4 in Draufsicht,

Das in Fig. 1 dargestellte Basismodul ist insgesamt mit 1 bezeichnet und weist ein Gehäuse 2 mit Gehäuseboden 3 und Deckel 4 auf. Das Gehäuse 2 ist im Ausführungsbeispiel, wie Fig. 2 und 3 veranschaulichen, sechseckig ausgebildet und weist Seitenflächen 6 bis 11 auf, denen im Übergang zu an­ schließenden Prozeßmodulen, von denen in Fig. 2 bei­ spielsweise zwei gezeigt und mit 12 und 13 bezeichnet sind, jeweils eine Schleuse 14 zugeordnet ist. Über die Schleusen 14 ist es möglich, Basismodul 1 und Prozeßmodule, z. B. 12 und 13 gegeneinander abzuschotten und in den einzelnen Modulen gegebenenfalls unterschiedliche Reinraumbedingungen aufzu­ bauen.

Das Basismodul 1 nimmt, wie in Verbindung mit Fig. 2 zu er­ kennen ist, ein Speicherkarussell 15 und ein Handhabungsgerät 16 auf. Diese sind zentral-koaxial gelagert und mit Antrieben 17 und 18 versehen, die jeweils außenseitig zum Basismodul 1 angeordnet sind, bei entsprechender Abdichtung der Übergänge, um innerhalb des Basismodules 1 die gewünschten Reinraumbe­ dingungen aufbauen bzw. aufrechterhalten zu können. Das Spei­ cherkarussell 15 ist benachbart zum Deckel 4 vorgesehen und dient als Träger für scheibenartige Gebilde, im folgenden als Scheiben 19 bezeichnet, in Form von planaren Substraten, Wa­ fern oder dergleichen, die innerhalb des Basismodules 1 Rein­ raumbedingungen unterworfen sein sollen. Die Scheiben 19 sind im Karussell 15 in Umfangsrichtung nebeneinander liegend an­ geordnet, derart, daß entsprechende Drehlage des Karusselles 15 unterstellt, wie in Fig. 2 gezeigt, jeweils eine Scheibe 19, bzw. der dieser zugeordnete Speicherplatz im Karussell 15 der in der jeweiligen Seitenfläche 6 bis 11 vorgesehenen Schleuse 14 benachbart liegt, so daß über das Handhabungsge­ rät 16 die Übergabe der Scheibe 19 auf das zugehörige Prozeß­ modul erfolgen kann.

Im Aufbau besteht das Speicherkarussell 15 im wesentlichen aus einem radförmigen Scheibenträger 20 mit Speichen 21, die radial außen in Umfangsrichtung aus Stabilitätsgründen über einen Radring 22 verbunden sind. Im Bereich des Überganges der Speichen 21 in den Radring 22 sind nach unten ragende Di­ stanzstücke 23 vorgesehen, an denen sektorförmige Tragstücke 24, als Bestandteile eines nicht vorhandenen, aufgeschnitte­ nen Flachringes, befestigt sind, die an ihren in Umfangsrich­ tung einander zugewandten Flanken 25 jeweils segmentförmig ausgesparte Auflagen 26 für die Scheiben 19 bilden, so daß die Scheiben 19 eine sichere Führung im Karussell 15 haben, bei sehr kleiner Abstützfläche und insbesondere völlig frei­ liegender Oberfläche der Scheiben 19. Durch Drehen des Karus­ sells 15 über dessen Antrieb 17 können die Scheiben 19 dem jeweils gewünschten, am Basismodul 1 angedockten Prozeßmodul zugeordnet werden, so daß sie über das Handhabungsgerät 16 an dieses übergeben werden können. Die Anzahl der Speicherplätze im Speicherkarussell ermöglicht Zwischenspeicherungen und An­ passungen an die Taktzeiten der angeschlossenen Produktions­ module sowie das Ausnutzen von Zwischenzeiten zur Übergabe von Scheiben 19 an Transportbehälter, wie sie beispielsweise in den Prozeßmodulen 12 und 13 angedeutet und mit 27 bezeich­ net sind.

Das Handhabungsgerät 16 mit seinem Antrieb 18 weist einen Greiferarm auf, der insgesamt mit 28 bezeichnet ist und der aus einem Greiferkopf 29 als Träger für eine jeweilige Schei­ be 19, einem Greiferfuß 30 und einem dazwischenliegenden Greiferträger 31 besteht. Über den Greiferfuß 30 erfolgt die Anbindung des Greiferarmes 28 an ein Lenkergetriebe 32, das in bekannter Weise durch zwei parallele, über eine Koppel verbundene Lenkerpaare gebildet ist und das für den Greifer­ arm 28 eine radiale Geradführung bildet, wobei das insgesamt mit 32 bezeichnete Lenkergetriebe um die Achse 33 des Antrie­ bes 18 drehbar und in nicht dargestellter Weise auch in Hö­ henrichtung verstellbar ist, beispielsweise durch zwischen Antrieb 18 und Boden 3 des Gehäuses 2 angeordnete, hier nicht gezeigte Stellmittel.

Desweiteren weist der Greiferarm 28 im Bereich des Greifer­ kopfes 29 eine Greifermechanik auf, der im Greiferträger 31 ein gesonderter Antrieb 34 in Form eines Elektromotores zuge­ ordnet ist.

Die Schemadarstellung gemäß Fig. 4 zeigt, daß der Greifer­ kopf 29 zwischen radial beabstandeten Spannbacken 35 und 36 eine Auflage 37 für eine angedeutet dargestellte Scheibe 19 aufweist, wobei die Auflage 37 zur möglichst freiliegenden Abstützung der Scheibe 19 Noppen 38 aufweist. Die Auflage 37 ist, wie in der Schemadarstellung gemäß Fig. 5 veran­ schaulicht, durch die Oberseite eines flächigen, stabförmigen Trägers 39 gebildet, der die Lager 40 für eine Wippe 41 trägt, die durch zwei längsseits des Trägers 39 verlaufende Schenkel 42 gebildet ist, welche im Bereich der freien Stirn­ seite des Trägers 39 durch einen Steg 43 verbunden sind, dem die Spannbacke 35 zugeordnet ist. Über die Wippe 41 ist die Spannbacke 35 in Höhenrichtung verstellbar, wobei hier ledig­ lich eine angehobene Stellung gezeigt ist.

Die Wippe 41, die an ihrem äußeren Ende die Spannbacke 35 trägt, ist am inneren Ende ihrer Schenkel 42 über eine Feder 44 in Richtung auf eine hier nicht dargestellte Lage be­ lastet, in der die Spannbacke 35 in eine untere Lage als Aus­ gangslage verschwenkt ist, die dadurch gekennzeichnet ist, daß die Spannbacke 35 in der Höhe nicht über die Ebene der Auflage 37 einschließlich etwaiger Noppen 38 nach oben vorsteht, somit in der Kontur des Trägers 39 liegt, so daß der Träger 39 über die Spannbacke 35 hinweg im wesentlichen glei­ che Höhe aufweist, da auch die Wippenschenkel, ausgebildet als Biegebalken gleicher Festigkeit mit größtem Querschnitt im Bereich der Lager 40, bei dieser Lage der Spannbacke 35 in dieser Kontur liegen.

Die Spannbacke 36 ist im Gegensatz zur Spannbacke 35 radial, und zwar in Richtung auf die Spannbacke 35 verschiebbar und einem Schieber 45 zugeordnet, der in Richtung auf die Schließlage der Spannbacke 36 über eine Feder 46 belastet und über den Antrieb 34 mit dem hier angedeuteten Gewindetrieb 47 radial verstellbar ist. Wird die Spannbacke 36 über den Schieber 45 in Schließrichtung, also gegen die Spannbacke 35 verfahren, so laufen dem Schieber 45 zugeordnete Rollen 48 auf die freien Enden der Wippenschenkel 42 auf und verschwen­ ken die Wippe 41 im Sinne eines Versatzes der Spannbacke 35 in ihre angedeutete, angehobene Lage, so daß über die Spann­ backen 35 und 36 beim weiteren Zufahren der Spannbacke 36 die Scheibe 19 zentriert und eingespannt wird.

Die Darstellung gemäß Fig. 4 zeigt das Schema der erfin­ dungsgemäßen Greifermechanik, läßt aber nicht erkennen, daß der Träger 39 insgesamt sehr flach ausgebildet sein muß, wenn Scheiben 19 in Form von planaren Substraten oder Wafern in handelsüblichen Transportbehältern mit geringem Abstand zu­ einander übereinander angeordnet sind und Scheiben 19 über den Greiferarm 28 im Transportbehälter abgelegt oder aus die­ sem entnommen werden sollen. In Verbindung mit der relativ großen Ausfahrlänge des Greiferarmes 28 bedingen die kleinen Spalthöhen zwischen im Transportbehälter übereinander liegen­ den Scheiben 19 eine außerordentlich flache Bauweise des Greiferkopfes 29, die durch die Absenkbarkeit der Spannbacke 35 erreicht wird. Zum Ein- oder Ausfahren in den jeweiligen Scheibenstapel bei vom Greiferarm 29 getragener Scheibe stört hingegen die durch die ausgefahrene Spannbacke 35 vergrößerte Dicke im Bereich des Greiferkopfes 29 nicht, da der zur Ver­ fügung stehende Mindestabstand einer Scheibendicke, d. h. der Dicke der zu entnehmenden oder abzulegen Scheibe und der dop­ pelten Höhe des Spaltes zwischen zwei unmittelbar aufeinander folgenden Scheiben entspricht.

Die geschilderte Gestaltung der Mechanik des Greiferkopfes 29 ergibt ebenso wie die Ausgestaltung der Speicherplätze des Speicherkarusselles 15 sehr kleine Berührzonen zwischen den jeweiligen Scheiben 19 und Teilen des Speicherkarussells 15 bzw. des Greiferkopfes 19. Darüber hinaus ist durch die er­ findungsgemäße Anordnung sichergestellt, daß die empfindli­ chen Oberseiten der Scheiben 19 von durch etwaigen Abrieb von Partikeln kaum erreicht werden können. Über den Greiferkopf 29 werden die Scheiben 19 im wesentlichen nur von unten abge­ stützt, und dies gilt auch für die Abstützung innerhalb der Speicherplätze des Scheibenträgers 20.

Die Zuführung der Scheiben 19 auf diese Speicherplätze bzw. deren Entnahme von diesen Speicherplätzen bedingt in Verbin­ dung mit der Anordnung des Handhabungsgerätes 16 unterhalb des Speicherkarusselles 15 und der Abstützung der Scheiben 19 durch den Greiferkopf 29 von unten, daß der Greiferkopf 29 bei der jeweiligen Entnahme einer Scheibe 19 aus einem Speicherplatz des Scheibenträgers 20 die Auflageebene der Schei­ ben 19 in den Speicherplätzen des Scheibenträgers 20, die hier als Referenzebene 49 in Fig. 1 eingezeichnet ist, durchfährt. Entsprechendes gilt in umgekehrter Richtung beim Ablegen einer Scheibe 19 in einem Speicherplatz des Scheiben­ trägers 20. Ermöglicht wird dies dadurch, daß die segmentför­ migen Auflagen 26 im jeweiligen Speicherplatz einen Abstand in Umfangsrichtung des Scheibenträgers 20 aufweisen, der grö­ ßer ist als die Breite des Greiferarmes 28 in dem auf den Greiferkopf 29 zulaufenden Bereich, so daß der Greiferarm 28 praktisch durch den jeweiligen Speicherplatz in Höhe der Ab­ lageebene durchlaufen kann.

Zum Einlegen bzw. Entnehmen in den jeweiligen Speicherplatz des Scheibenträgers ist dabei nur ein vergleichsweise ge­ ringer Höhenversatz des Greiferarmes erforderlich. Der Grei­ ferarm 28 wird deshalb so angeordnet und gestaltet, daß er mit seinem Greiferkopfbereich sich etwa in der Höhe der Refe­ renzebene 49 bewegt. Demgegenüber ist der Greiferarm 28 im Bereich des Greiferfußes 30 nach unten abgekröpft, um eine dem Durchmesser des Basismoduls 1 im wesentlichen entspre­ chende Greiferarmlänge zu ermöglichen, ohne beim Ausheben ei­ ner Scheibe 19 aus einem Speicherplatz mit entsprechenden Durchfahren der Referenzebene 43 an dem diametral gegenüber­ liegenden Speicherplatz in Kollision mit der dort abgelegten Scheibe 19 zu kommen.

Die Ausgestaltung eines Basismoduls 1 ermöglicht damit insge­ samt trotz Höhenversatzes zwischen Speicherkarussell 15 und Handhabungsgerät 16 beste Handhabungsbedingungen bei großer Reichweite des Greifarmes 28 des Handhabungsgerätes 16, eine hohe Speicherkapazität, schnelle Umsetzung von Scheiben über das Handhabungsgerät 16, kurze Taktzeiten und, anordnungsbe­ dingt innerhalb des Basismoduls, günstige Reinraumbedingun­ gen.

Darüber hinaus bietet die Gestaltung des Basismodules in der geschilderten Weise mit Anordnung des Scheibenträgers 20 be­ nachbart zum Deckel 4 die Möglichkeit, auch im Speicher­ karussell 15 abgelegte Scheiben 19 zu beobachten, zu ver­ messen, zu beschriften, z. B. mit Lasern, so daß Speicher­ zeiten bei der erfindungsgemäßen Ausgestaltung als Karussell 15 mit in Umfangsrichtung angeordneten Scheiben 19 auch als Arbeitszeiten genutzt werden können.

Claims (9)

1. Greiferkopf für ein in der Herstellung und/oder Bearbei­ tung scheibenförmiger planarer Substrate eingesetztes Handha­ bungsgerät mit einer Auflage für das scheibenfömrige Substrat und mit dieser Auflage zugeordneten, radial einander gegen­ überliegenden, das scheibenfömrige Substrat randseitig rela­ tiv zur Auflage positionierenden Anschlägen, deren einer dem freien Ende des Greiferkopfes zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, dass die Anschläge durch Spannbacken (35, 36) gebildet sind, deren eine Spannbacke (36) in Richtung der Ebene des schei­ benfömrigen Substrates (19) verschiebbar ist und deren ande­ re, dem freien Ende des Greiferkopfes (29) zugeordnete Spann­ backe (35) quer hierzu aus der Ebene der Auflage (37) in die Ebene des scheibenförmigen Substrates (19) einschwenkbar ist.

2. Greiferkopf nach einem Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die dem freien Ende des Greipferkopfes (29) zugeordnete Spannbacke (35) in ihrer abgesenkten Ausgangslage ohne Über­ stand zur Auflage (37) bzw. etwaiger der Auflage zugeordneter Noppen (38) des Greiferkopfes (29) ist und in Höhenrichtung innerhalb der Kontur des Greiferkopfes (29) liegt.

3. Greiferkopf nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die dem freien Ende des Greiferkopfes (29) gegenüberlie­ gend zugeordnete, innere Spannbacke (36) in Erstreckungsrich­ tung des Greiferarmes (28) verstellbar ist.

4. Greiferkopf nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die innere Spannbacke (36) des Greiferkopfes (29) einem in Erstreckungsrichtung des Greiferarmes (28) verstellbaren Schieber (45) zugeordnet ist.

5. Greiferkopf nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die dem äußeren Ende des Greiferkopfes (29) zugeordnete Spannbacke (35) einer Wippe (41) zugeordnet ist, die um eine liegende, quer zur Erstreckung des Greiferarmes (28) sich er­ streckende Achse (Lager 40) schwenkbar ist.

6. Greiferkopf nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (41) an ihrem, der von ihr getragenen Spann­ backe (35) gegenüberliegenden Ende einen im Ausfahrweg der inneren Spannbacke (36) liegenden Bereich aufweist, der von dem die innere Spannbacke (36) tragenden Schieber (45) beauf­ schlagbar ist.

7. Greiferkopf nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (41) sich in Höhenrichtung gegen ihre Enden verjüngt und in ihrer der Ausgangslage der äußeren Spannbacke (35) entsprechenden Lage in Höhenrichtung innerhalb der Kon­ tur des die Auflage für das Substrat (19) bildenden Teiles des Greiferkopfes (29) liegt.

8. Greiferkopf nach einem der Ansprüche 5 bis 7, dadurch gekennzeichnet, dass der Greiferkopf (29) einen in Längsrichtung des Greifer­ armes (28) sich erstreckenden, die Scheibenauflage bildenden Träger aufweist, an dem die Wippe (41) gelagert ist.

9. Greiferkopf nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Wippe (41) U-förmig ausgebildet ist und mit ihren Schenkeln (42) längsseits des Trägers (39) läuft.