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Die
Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung mit den Merkmalen
im Oberbegriff des Hauptanspruchs.
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Aus
der Praxis ist es bei der Fertigung von Wafern für Solarmodule
bekannt, die Wafer mit Bandförderern und mit Mehrfachgreifern
an Robotern zwischen stationären Werkstückträgern,
sog. Carriern und beweglichen Werkstückträgern,
sog. Booten, hin und her zu transportieren. Die Carrier und Boote
nehmen jeweils mehrere Wafer auf. Mit den Booten werden die Wafer
zu Bearbeitungseinrichtungen, z. B. zu Beschichtungsstationen, Öfen
oder dgl. transportiert und anschließend wieder mit der
Handhabungseinrichtung entladen. Bei Wafern und bei anderen empfindlichen
Werkstücken besteht ein Problem mit der sicheren und positionsgenauen
Handhabung, wofür in der Praxis ein sehr hoher Aufwand
getrieben werden muss. Hierbei ist es insbesondere problematisch,
dass die Wafer mehrfach mit Transportmitteln kontaktiert werden
müssen, was insbesondere bei Bandförderern oder
dgl. zu Beschädigungen führen kann.
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Die
US 2008/0107509 A1 befasst
sich mit einem System zur Handhabung von stark verformten Halbleitersubstraten
an einem Sauggreifer. Der gabelförmige Sauggreifer weist
erste und zweite Öffnungen an unterschiedlichen Stellen
auf, durch die ein Vakuum appliziert werden kann. Das Vakuum lässt
sich an- und abschalten sowie in der Stärke einstellen,
wobei eine Anpassung an die Resonanzfrequenz des Substrats vorgesehen
ist. Die Saugöffnungen lassen sich einzeln ansteuern und überwachen, um
hierüber ein Greifen des Substrats detektieren zu können.
Auch eine Deformation des Substrats durch die Saugwirkung ist angesprochen.
Der Sauggreifer greift das Substrat fest und kann mit diesem gemeinsam
mittels einer Handhabungseinrichtung gedreht werden.
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In
der
US 2003/0062734
A1 ist die Handhabung sehr dünner Substrate angesprochen,
wobei an einem Saugteil ein Halter mit Saugkanälen und Saugöffnungen
lösbar angeordnet ist, an dem das Substrat mit Unterdruck
anliegt und fest gehalten wird. Der Halter kann den gleichen Prozesseinwirkungen
wie das filmartige Substrat unterworfen werden und ist zu diesem
Zweck bei Abnutzung austauschbar. Der Halter kann mehrere integrierte
Ventile haben, um an Objekten mit ungleichmäßigen
Konturen unterschiedliche Saugkräfte einwirken zu lassen.
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Die
DE 699 24 040 T2 betrifft
einen Substratgreifer mit Vakuum, wobei ein zu den Substraten paralleler
Gasstrom am Greifwerkzeug vorhanden ist. Die Substrate haben nur
an den Rändern einen begrenzten Kontakt zum Greifwerkzeug.
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Die
US H-1373 offenbart
ein Wafer-Handhabungsgerät mit einem Vakuumgreifer, der
verformte Wafer in die Sollform bringt.
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Die
US 6,050,768 A und
die
JP 2007-273643 A zeigen
eine Förder- und Handhabungstechnik für Wafer-Kassetten.
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Es
ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine bessere Handhabungstechnik
aufzuzeigen.
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Die
Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen im Hauptanspruch.
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Die
Handhabung von Werkstücken, z. B. dünnwandigen
und bruchempfindlichen Wafern, wird vereinfacht und verbessert.
Die Werkstücke müssen weniger oft kontaktiert
werden und werden schonender behandelt. Bei empfindlichen Werkstücken
können die Betriebssicherheit erhöht und der Ausschuss verringert
werden. Außerdem kann der Gesamtaufwand für die
Handhabung reduziert werden.
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Die
unterschiedlich einstellbaren Haltekräfte des Handhabungswerkzeugs
ermöglichen es, ein Werkstück kontrollierter zu
greifen und zu führen. Hierdurch lassen sich Toleranzen
besser aufnehmen und höhere Positioniergenauigkeiten erzielen.
Bei der Zuführung kann ein Werkstück, z. B. der
besagte Wafer, starr und positionsfest gegriffen werden, wobei bei
der anschließenden Positionierung die Haltekraft reduziert
und der Wafer mit einer gewissen Nachgiebigkeit gehalten wird, so
dass er sich bei Bedarf relativ zum Handhabungswerkzeug bewegen kann,
um hierdurch Positionsungenauigkeiten auszugleichen. Durch die Nachgiebigkeit
wird das Werkstück geschont und die Beschädigungsgefahr
wesentlich gemindert.
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Im
Gegensatz zum Stand der Technik mit Mehrfachgreifern, die drei oder
mehr Wafer im Pulk gleichzeitig und mit festen Abständen
transportieren und umladen, können mit der beanspruchten
Handhabungstechnik die Werkstücke bzw. Wafer einzeln gegriffen,
transportiert und exakt positioniert werden. Dies bietet auch eine
höhere Flexibilität hinsichtlich der Werkstückträger,
die unterschiedliche und beliebige Maße für die
Werkstückaufnahmebereiche haben können. Außerdem
können die Ansprüche an die Präzision
der Werkstückträger reduziert werden. Günstig
ist auch, dass mit dem Handhabungswerkzeug etwaige Verformungen
von Werkstücken, z. B. Wölbungen und sog. Knackfroscheffekte,
behoben oder kompensiert werden können, was u. a. der Positioniergenauigkeit
zugute kommt.
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Durch
eine Erfassungseinrichtung, z. B. ein optisches Vermessungssystem,
können bei Werkstückträgern, insbesondere
bei beweglichen Booten, die tatsächlichen Lagen und Abmessungen
der Aufnahmebereiche oder Aufnahmeöffnungen für
die Werkstücke erfasst und zur exakten Steuerung der Handhabungs-
und Positioniervorgänge herangezogen werden. Auch die exakte
Position des Boots kann als Ist-Wert erfasst werden, was die Anforderungen
an die Positioniergenauigkeit des Boots reduziert.
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In
den Unteransprüchen sind weitere vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung angegeben.
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Die
Erfindung ist in den Zeichnungen beispielsweise und schematisch
dargestellt. Im Einzelnen zeigen:
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1:
einen perspektivischen Ausschnitt einer Bearbeitungsanlage für
Wafer mit einer Handhabungseinrichtung und weiteren Komponenten,
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2:
eine abgebrochene und vergrößerte perspektivische
Ansicht einer Ladestation mit einer Handhabungseinrichtung der Bearbeitungsanlage von 1,
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3:
eine weiter vergrößerte und detaillierte perspektivische
Ansicht der Handhabungseinrichtung von 1 und 2,
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4:
eine perspektivische Ansicht von Teilen eines beweglichen Werkstückträgers
mit einer Roboterhand und einem Handhabungswerkzeug,
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5:
eine abgebrochene und vergrößerte Detailansicht
der Anordnung von 4,
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6:
eine Draufsicht auf die Ladestation und die Handhabungseinrichtung
von 1 bis 3,
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7:
eine abgebrochene und vergrößerte Seitenansicht
einer Aufnahmeöffnung in einem Werkstückträger
mit Führungselementen zur Positionierung eines Wafers,
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8:
eine Stirnansicht gemäß Pfeil VIII von 7,
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9:
eine perspektivische Ansicht eines Handhabungswerkzeugs und
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10:
eine Explosionsdarstellung von Teilen des Handhabungswerkzeugs
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Die
Erfindung betrifft eine Handhabungseinrichtung (4) für
Werkstücke (7). Sie betrifft ferner die Einzelkomponenten
der Handhabungseinrichtung (4), insbesondere ein Handhabungswerkzeug
(5) sowie ein Handhabungsverfahren. Außerdem befasst sich
die Erfindung mit einer Bearbeitungsanlage (1).
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Die
Werkstücke (7) können von beliebiger Art,
Form und Größe sein. Vorzugsweise handelt es sich
um dünnwandige Werkstücke, die z. B. plattenförmig
ausgebildet sind. Die Werkstücke (7) können auch
einen vorzugsweise ebenen Greifbereich haben und ansonsten eine
andere Form und Kontur besitzen. Die Werkstücke (7)
können aus einem beliebig geeigneten Material bestehen.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel handelt es sich um Wafer
aus Siliziumkristallen oder anderen kristallinen Materialien. Die
Wafer (7) haben z. B. eine ebene Plattenform mit einem
im wesentlichen rechteckigen Umriss und Fasen oder Rundungen an
den Ecken. Das Werkstück (7) kann eine oder mehrere
gerade oder gebogene Werkstückränder (25, 26)
aufweisen, an denen das Werkstück (7) z. B. zu
Führungszwecken kontaktiert werden kann. Im nachfolgenden
Ausführungsbeispiel wird die Erfindung anhand von Wafern
(7) für Solarmodule bzw. Photovoltaikanlagen beschrieben.
Die Erläuterungen gelten entsprechend auch für
andere Arten von Werkstücken (7).
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1 zeigt
in einer abgebrochenen perspektivischen Ansicht eine Bearbeitungsanlage
(1) für solche Wafer (7). Die Wafer (7)
werden z. B. an einer Ladestation (2) von einer nachfolgend
näher beschriebenen Handhabungseinrichtung (4)
zwischen Werkstückträgern (8, 9)
umgeladen und auf beweglichen Werkstückträgern
(8) mittels einer Transporteinrichtung (10) zu
einer Bearbeitungsstation (3) und ggf. wieder zurück
zur Ladestation (2) transportiert. Der Transport kann im
Kreislauf oder reversierend erfolgen. Mittels einer Schleuse (11),
die z. B. der Ladestation (2) gegenüber liegt,
können die nachfolgend als Boote bezeichneten beweglichen
Werkstückträger (8) in den Transportkreislauf
eingeschleust und ausgeschleust werden. Die Bearbeitungsstation
(3) kann z. B. eine Beschichtungsstation sein, in der die
blanken Wafer (7) zumindest an ihren Breitseiten mit einer
für den Solareinsatz erforderlichen Beschichtung versehen
werden. In der Beschichtungsstation (3) können
sie auch durch eine Heizeinrichtung oder einen Ofen transportiert
werden und zusammen mit dem Boot (8) hohen Temperaturen
ausgesetzt werden.
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An
der Ladestation (2) werden die Wafer (7) mittels
der Handhabungseinrichtung (4) zwischen einem Boot (8)
und einem oder mehreren weiteren Werkstückträgern
(9) hin und her transportiert. Hierbei finden Belade- und
Entladevorgänge an den bevorzugt in mehrfacher Zahl vorhandenen
Booten (8) statt. Die anderen Werkstückträger
(9) können stationär angeordnet oder
beweglich sein. Sie können z. B. zum Weitertransport der
Wafer (7) zu anderen und nicht dargestellten Bereichen
der Bearbeitungsanlage (1) benutzt werden. Die Werkstückträger
(8, 9) können in beliebig geeigneter
Weise ausgebildet sein. Die anderen Werkstückträger
(9) werden nachfolgend als Carrier bezeichnet.
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Die
Wafer (7) werden in den Booten (8) und Carriern
(9) einzeln in Fächern oder Aufnahmeöffnungen
(16, 17) aufgenommen und geführt. Die
Carrier (9) können z. B. als säulenartige
Regale mit horizontalen Aufnahmeöffnungen oder Fächern
(16) ausgebildet sein, die z. B. durch schlitzartige Ausnehmungen
an aufrechten Stützsäulen des Carriers (9) definiert
werden. In die Ausnehmungen werden die Wafer (7) mit ihren
seitlichen Rändern eingeschoben und mit gegenseitigem Abstand übereinander
in einer Säule aufgestapelt. Die Fächer (16)
haben hierbei eine horizontale oder schräge Ausrichtung. 3 zeigt
diese Anordnung mit geneigten Carriern (9).
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Die
Boote (8) weisen ebenfalls eine Mehrzahl von schlitzartigen
Aufnahmeöffnungen (17) auf, die hier eine im wesentlichen
vertikale Ausrichtung haben. Beim Umladen zwischen den unterschiedlich ausgerichteten
Aufnahmeöffnungen (16, 17) werden die
Wafer (7) gedreht.
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Bei
der nachfolgend beschriebenen Handhabungstechnik werden die Wafer
(7) einzeln oder ggf. paarweise bei den Handhabungsvorgängen
und z. B. beim Be- und Entladen der Boote (8) und Carrier
(9) transportiert.
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Die
Handhabungseinrichtung (4) kann mehrere Komponenten aufweisen.
Sie besteht zumindest aus einem in 9 und 10 dargestellten
Handhabungswerkzeug (5). Das Handhabungswerkzeug (5)
dient als Greifer für die Wafer (7) und kann auf
unterschiedliche Haltekräfte eingestellt werden. Das Handhabungswerkzeug
(5) kann dadurch bei einer hohen Haltekraft den Wafer (7)
starr und positionsfest halten. Bei einer niedrigeren Haltekraft
kann der Wafer (7) begrenzt nachgiebig gehalten werden,
wobei er bei evtl. Kontakten oder Kollisionen mit starren Teilen
schonend ausweichen kann.
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Die
unterschiedlichen Haltekräfte können benutzt werden,
um den Wafer (7) beim Transport zwischen dem Boot (8)
und dem Carrier (9) sowie bei der Zuführ- oder
Eintauchbewegung in das Boot (8) oder den Carrier (9)
fest und positionsgenau zu halten. Über die bekannte Position
und Ausrichtung des Handhabungswerkzeugs (5) ist dabei
auch die Position und Ausrichtung des Wafers (7) innerhalb gewisser
Toleranzgrenzen bekannt. Wenn der Wafer (7) in den Werkstückträgern
(8, 9) positioniert werden soll, kann durch die
niedrigere Haltekraft eine schonende Ausweichbewegung erreicht werden,
mittels derer Lageungenauigkeiten des Wafers (7) gegenüber dem
Handhabungswerkzeug (5) und Positionierungenauigkeiten
des Handhabungswerkzeugs (5) gegenüber dem Werkstückträger
(8, 9) ausgeglichen werden können.
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Die
Unterschiede in den Haltekräften des Handhabungswerkzeugs
können nicht nur der Größe nach bestehen.
Sie können auch örtlich vorhanden sein, indem
z. B. die höhere Haltekraft in einem größeren
Kontaktbereich z. B. peripher verteilt und damit großflächig
auf den Wafer (7) einwirkt. Hierdurch können etwaige
Formungenauigkeiten des Wafers (7), z. B. Durchwölbungen,
sog. Knackfroscheffekte, aufgenommen und egalisiert werden. Die
kleineren Haltekräfte können in einem kleineren
und z. B. zentralen Kontaktbereich auf den Wafer (7) wirken,
wodurch eine größere Nachgiebigkeit erreicht wird
und der Wafer (7) sich z. B. in seiner Hauptebene gegenüber
dem Handhabungswerkzeug (5) verschieben und/oder verdrehen
kann. Der kleinere Angriffsbereich für die niedrigere Haltekraft
kann innerhalb des größeren Angriffsbereichs für
die höhere Haltekraft liegen.
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Die
Haltekräfte werden in der gezeigten und bevorzugten Ausführungsform
nach dem gleichen physikalischen Prinzip, z. B. durch Saugkraft,
erzeugt und aufgebracht. Sie können alternativ von anderer Natur
sein und z. B. elektrostatische Kräfte oder dgl. sein.
Ferner ist es möglich, dass Unterschiede zwischen den Haltekräften
auch in ihrer physikalischen Art und Eigenschaft bestehen.
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Das
Handhabungswerkzeug (5) weist eine steuerbare Halteeinrichtung
(29) für mindestens ein Werkstück (7),
z. B. dem besagten Wafer, auf. Das Handhabungswerkzeug (5)
kann ferner eine Einrichtung zur Formkorrektur eines Werkstücks
(7), z. B. des dünnwandigen Wafers, aufweisen.
Die steuerbare Halteeinrichtung (29) besitzt mehrere getrennt steuerbare
Halteelemente (32, 33). Auch deren Ausbildung
kann unterschiedlich sein.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Handhabungswerkzeug
(5) als steuerbarer Sauggreifer ausgebildet, wobei die
Halteeinrichtung (29) als Saugeinrichtung konzipiert ist.
Alternativ sind andere Ausbildungen der Halteeinrichtung (29)
möglich, wobei die Haltekräfte z. B. durch Magnetkräfte, elektrostatische
Kräfte, Schwingungs- insbesondere Ultraschallkräfte
oder dgl. aufgebracht werden. Auch aktivierbare und deaktivierbare
Haftverbindungen, z. B. Klebeverbindungen, sind möglich.
Die technische Ausbildung richtet sich nach der Art der Werkstücke (7)
und auch deren Empfindlichkeit. Für die gegen Oberflächenkontakt
sensiblen Wafer (7) eignet sich eine Saugeinrichtung besonders.
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Im
gezeigten Ausführungsbeispiel hat die Saugeinrichtung (29)
zwei oder mehr Halte- oder Saugelemente (32, 33),
mit denen örtlich und ggf. in der Höhe unterschiedliche
Haltekräfte aufgebracht werden. Wie 10 verdeutlicht,
weisen die Saugelemente (32, 33) jeweils mindestens
einen Saugkanal (34, 35) mit mindestens einer
Saugöffnung (36, 37) auf. Das Saug- oder
Halteelement (32) ist für ein stabiles und positionsgenaues
Halten des Werkstücks (7) vorgesehen und entsprechend
ausgebildet. Das andere Halteelement oder Saugelement (33)
kann für ein begrenzt nachgiebiges und insbesondere drehweiches
Halten des Werkstücks (7) sorgen und ist entsprechend
ausgebildet.
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Wie 9 und 10 verdeutlichen,
weist das Handhabungswerkzeug (5) bevorzugt ein einzelnes
Führungsteil (28) auf, welches an die Werkstückform
angepasst ist und z. B. eine plattenförmige Gestalt mit
einer ebenen und der Waferoberfläche entsprechenden Führungsfläche
hat. Das Führungsteil (28) kann eine geringere
Breite und ggf. auch eine kleiner Länge als der Wafer (7)
haben, der z. B. an zwei oder drei Seiten über das Führungsteil
(28) hinausragt.
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In
dem Führungsteil (28) sind die Halte- und Saugelemente
(32, 33) integriert. Das Führungsteil (28)
weist eine geringe Dicke auf und kann in die Schlitze oder Abstande
zwischen den Wafern (7) in den Werkstückträgern
(8, 9) greifen.
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Gemäß 10 ist
das Führungsteil (28) mehrteilig ausgebildet und
besteht z. B. aus einem plattenförmigen Unterteil (38)
und einem ebenfalls plattenförmigen Oberteil (39),
die miteinander zu einer Saug- und Führungsplatte dicht
verbunden werden können. Im Unterteil (38) sind
zwei Saugkanäle (34, 35) innenseitig
als rinnenartige Vertiefungen eingearbeitet und werden durch das
aufgelegte und fixierte Oberteil (39) abgedeckt und bis
auf dortige Saugöffnungen (36, 37) dicht
verschlossen.
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Der
eine Saugkanal (34) für ggf. höhere Haltekräfte
weist eine U-Form auf, wobei sich die beiden parallelen Schenkel
entlang des Führungsteils (28) erstrecken und
der Verbindungsschenkel oder -kanal sich an der Rückseite
des Führungsteils (28) befindet. Der andere und
z. B. kleinere Saugkanal (35) kann als einzelne und gerade
Rinne ausgebildet sein, die sich parallel zwischen den beiden U-Schenkeln erstreckt
und ebenfalls rückseitig im Bereich des Verbindungsschenkels
endet. Beide Saugkanäle (34, 35) münden
hier benachbart an einem gemeinsamen Versorgungsanschluss (30),
an den z. B. Saugleitungen zu mindestens einer externen Saugquelle
angeschlossen sein können.
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Im
Oberteil (39) sind mehrere durchgehende Saugöffnungen
(36, 37) angeordnet, die mit den darunter liegenden
Saugkanälen (34, 35) in Verbindung stehen.
Für das Halte- oder Saugelement (32) mit der höheren
Haltekraft sind drei oder mehr, z. B. vier oder ein geradzahliges
Vielfaches von zwei Saugöffnungen (36) in einer
flächigen Verteilung, z. B. in einem Viereck, angeordnet
und stehen mit den beiden Schenkeln des U-förmigen Saugkanals
(34) in Verbindung. Durch die großflächige Öffnungsverteilung wird
an relativ weit auseinander liegenden peripheren Stellen, die z.
B. regelmäßig und um den Mittelpunkt (40)
des Wafers (7) verteilt angeordnet sein können,
eine Saugkraft auf den Wafer (7) ausgeübt. Durch
die großflächige Verteilung werden etwaige Verformungen
aufgenommen und der Wafer (7) eingeebnet. Für
das schwächere Halteelement (33) ist nur eine
einzelne und dafür ggf. in der Öffnungsweite etwas
größere Saugöffnung (37) vorhanden,
die mit dem Saugkanal (35) in Verbindung steht und die
etwa im mittleren Bereich des Wafers (7) einwirkt. Statt
einer Einzelöffnung können mehrere kleinere Öffnungen
in einer Linien- oder Flächenverteilung vorhanden sein.
Das kleinflächige Halteelement (33) kann zentral
angeordnet und vom peripheren Halteelement (32) kranzartig
umgeben sein.
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An
der Rückseite weist das Führungsteil (28) zwei
Anschlüsse (30, 31) auf. Der Anschluss
(30) ist ein Versorgungsanschluss zur Verbindung mit einer Saugquelle
und einer geeigneten Ventilsteuerung. Die Saugkanäle (34, 35)
können getrennt beaufschlagt und geschaltet werden. Die
unterschiedlichen Haltekräfte können sich ggf.
durch unterschiedliche hohe Saugkräfte und/oder auch durch
die Aufbringung der Saugkraft an einer unterschiedlichen Zahl und
Verteilung von Saugstellen ergeben. Haltekraftunterschiede sind
auch durch eine unterschiedliche Beschaltung der Saugkreise oder
Saugelemente (32, 33) möglich. Beispielsweise
können zum Festhalten des Wafers (7) beim Transport
und bei einer Einführbewegung in die Werkstückträger
(8, 9) beide Saugelemente (32, 33)
angeschaltet sein, wodurch eine maximale Saugkraft entwickelt wird,
die über eine große Kontakt- und Führungsfläche
verteilt auf den Wafer (7) wirkt. Wenn die Halte- oder
Saugkraft gemindert werden soll, kann das äußere
Saugelement (32) abgeschaltet oder geschwächt
werden. Bei der Abschaltung kann durch geeignete Ventile und deren
Ansteuerung ein kurzer Gegenblaseffekt stattfinden, um eine impulsartige
und sehr kurzzeitige Abschaltung zu erreichen. Das innere Saugelement (33)
kann angeschaltet bleiben und entwickelt eine zentrale und kleinflächig
angreifende Saugkraft, die ein Nachgeben oder eine begrenzte Relativbewegung,
insbesondere ein Drehen und/oder Verschieben des Wafers (7),
gegenüber dem Führungsteil (28) erlaubt,
wobei aber ein Ablösen des Wafers (7) vom Führungsteil
(28) verhindert wird.
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Der
zweite Anschluss (31) dient zur Verbindung des Handhabungswerkzeugs
(5) mit einem Handhabungsgerät (12, 13).
Dieses ist z. B. als mehrachsiger Manipulator ausgebildet, der eine
beliebige Zahl und Kombination von rotatorischen und/oder translatorischen
Achsen haben kann. Im gezeigten Ausführungsbeispiel werden
Gelenkarmroboter mit sechs oder mehr Achsen eingesetzt, die auch
eine mehrachsige Roboterhand (15) aufweisen. Die Hand (15)
kann z. B. zwei oder drei Achsen haben. Der Anschluss (31)
ist als Manipulatoranschluss ausgebildet und kann direkt oder unter
Zwischenschaltung einer Wechselkupplung mit dem Abtriebsflansch
der Hand (15) verbunden werden. Das Führungsteil
(28) kann z. B. parallel und in Verlängerung der
letzten Abtriebsachse der Roboterhand (15) ausgerichtet
sein.
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Wie 1 bis 3 verdeutlichen,
können aus Taktzeitgründen zwei oder mehr Handhabungsgeräte
(12, 13) beidseits der z. B. als Bandförderer, Stangenförderer
oder in sonstiger beliebiger Art ausgebildeten Transporteinrichtung
(10) und des in der Ladestellung positionierten Boots (8)
angeordnet sein und gemeinsam die Be- und Entladevorgänge ausführen.
Die Handhabungsgeräte (12, 13) werden hierfür
von einer geeigneten Steuerung gemeinsam oder in gegenseitiger Abhängigkeit
beaufschlagt.
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3, 4 und 5 verdeutlichen
die Ausgestaltung des beweglichen Werkstückträgers oder
Boots (8). Es besteht aus mehreren parallelen und untereinander
durch Stangen (41) oder dgl. querverbundenen Wänden
(18, 19), die aus einem elektrisch leitenden Material,
z. B. Grafit, bestehen können. Die Wände (18, 19)
sind mit gegenseitigem Abstand positioniert und bilden zwischen
sich mehrere Aufnahmeschlitze (17) für jeweils
zwei Wafer (7), wobei die Schlitze (17) in Längsrichtung
des Boots (8) durch die Querstangen (41) abgegrenzt
sein können. In die Aufnahmeschlitze (17) werden
jeweils ein oder zwei Wafer (7) von einem Handhabungsgerät
(12, 13) mit dem Handhabungswerkzeug (5)
zugeführt und in einer definierten Stellung positioniert.
Die Wafer (7) können hierbei an jeweils eine Wand
(18, 19) plan angelegt und in elektrisch leitende
Verbindung gebracht werden, wodurch im inneren Spaltbereich zwischen
den parallelen und distanzierten Wafern (7) in der Beschichtungseinrichtung
(3) ein elektrisches Feld aufgebracht werden kann.
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In
den Aufnahmeöffnungen (17) sind an jeder Wand
(18, 19) jeweils mehrere Führungselemente
(20, 21, 22) angeordnet, die in 7 und 8 näher
dargestellt sind. Die Führungselemente (20, 21, 22)
sind z. B. als wannenartig und in einem Dreieck verteilte Stifte
oder Pins ausgebildet, die mit dem unteren Werkstückrand
(25) und seitlichen Werkstückrändern
(26) in Kontakt treten. 7 verdeutlicht
diese Anordnung.
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Die
Führungselemente (20, 21, 22)
weisen ringartige Stützelemente (23) am freien
Ende auf, die zum Stützen und Führen eines Werkstückrands
(25, 26) dienen, wie dies in 8 auf
der linken Seite der Wand (18, 19) dargestellt
ist. Das Stützelement (23) kann ein umlaufend
geschlossener und radial über den Pinschaft vorstehender
Ring sein, der formschlüssig hinter den Werkstückrand
(25, 26) greift. Der Stützring (23)
kann eine Scheibenform haben, wie dies z. B. beim einen linken seitlichen
Pin (20) in 7 dargestellt ist. Ein oder
mehrere andere Führungselemente (21, 22)
können einen innenseitigen Konus (24) am Stützelement
(23) aufweisen, der sich zur Wand (18, 19)
hin verjüngt und der eine Angleitschräge für
den Werkstückrand (25, 26) bildet.
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Wie 7 verdeutlicht,
ist im Bodenbereich der Aufnahmeöffnung (17) ein
Führungselement (21) mit seitlichem Versatz gegenüber
der Öffnungsmitte bzw. dem Mittelpunkt (40) des
Wafers (7) angeordnet. In der Nachbarschaft, z. B. an der
linken Seite, ist in erhöhter Position ein seitlicher Pin
(20) angeordnet. Auf der weiter entfernt liegenden und
z. B. rechten Seite ist mit größerem Abstand nach
oben versetzt ein dritter Pin (22) angeordnet. Die lichte
horizontale Öffnungsweite zwischen den seitlichen Pins (20, 22)
ist größer als die Breite des Wafers (7),
der kollisionsfrei in Vertikalrichtung ein- und zugeführt werden
kann. Der Wafer (7) kann seitlich und vorn über
das Führungsteil (28) ragen.
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Bei
der bevorzugt vertikalen Einführ- oder Zuführbewegung
des Handhabungswerkzeugs (5) in die Aufnahmeöffnung
(17) wird der Wafer (7) gemäß 7 zwischen
den seitlichen Pins (20, 22) hindurch bis zu einer
gestrichelt dargestellten Ausgangsstellung (A) bewegt, in der er
mit seinem unteren Werkstückrand (25) am bodenseitigen
Pin (21) aufliegen oder wie im gezeigten Ausführungsbeispiel
sich mit etwas Abstand darüber befinden kann. Zum Positionieren
des Wafers (7) kann das Handhabungsgerät (12, 13)
mit dem Handhabungswerkzeug (5) aus dieser Ausgangslage
(A) heraus eine Schwenkbewegung ausführen, der ggf. auch
eine ein- oder zweiachsige Verschiebebewegung überlagert
ist. Hierbei können in der mit durchgezogenen Linie in 7 dargestellten
Endstellung (E) der untere Werkstückrand (25)
am unteren Pin (21) und die beiden seitlichen Werkstückränder
(26) am linken und rechten seitlichen Führungspin
(20, 22) anliegen, wobei der Wafer (7)
eine definierte Schräglage einnimmt.
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Hierfür
kann z. B. zunächst der Wafer (7) aus der Ausgangsstellung
(A) ein Stück seitlich nach links bis in Kontakt mit dem
linken Pin (20) bewegt werden. Die Haltekraft der Halte-
oder Saugeinrichtung (29) ist hierbei reduziert, so dass
bei einem vorzeitigen und ggf. zur Lagedefinition gewünschten
Pinkontakt der Wafer (7) ausweichen kann. Etwaige Positionsungenauigkeiten
des gegriffenen Wafers (7) gegenüber dem Handhabungswerkzeug
(5) können hierbei kompensiert werden. Anschließend
kann der Wafer (7) mit einer vertikalen Bewegung abgesenkt und
in Kontakt mit dem unteren Pin (21) gebracht werden, wobei
er am linken Pin (20) entlang gleiten kann. Auch bei der
Senkbewegung können durch die Nachgiebigkeit der Halteeinrichtung
(29) Toleranzen aufgenommen werden. Der Wafer (7)
ist nun auf beiden Pins (20, 21) durch Anlagekontakt
vorpositioniert. Aus dieser Stellung heraus kann der Wafer (7) zum
dritten Pin (22) hin in die gezeigte Schräglage geschwenkt
werden, wobei er mit den beiden zuerst kontaktierten Pins (20, 21)
in Anlage bleibt und an diesen entlang gleitet. Über die
Konusse (24) wird hierbei der Wafer (7) zur benachbarten
Wand (18, 19) in Axialrichtung der Pins (20, 21, 22)
hin bewegt und dort in Anlagekontakt gebracht. Alternativ sind andere Bewegungsabläufe
beim Zuführen und/oder Positionieren möglich.
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Anschließend
kann das Handhabungswerkzeug (5) durch Abschalten der Halte-
oder Saugeinrichtung (29) vom Wafer (7) gelöst
und ggf. nach Rückdrehung aus der Aufnahmeöffnung
(17) entfernt werden.
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Anschließend
kann der nächste Wafer (7) an die andere begrenzende
Wand der gleichen Aufnahmeöffnung (17) eingeführt
und auf den dortigen Pins (20, 21, 22)
positioniert werden. Das plattenförmige Führungsteil
(28) hat eine entsprechend geringe Dicke, die kleiner als
der Freiraum zwischen den Wafern (7) in der Aufnahmeöffnung
(17) ist. Zum Entladen der Wafer (7) findet der
Handhabungsvorgang in umgekehrter Richtung und Reihenfolge statt,
wobei die Wafer (7) aus der definierten Lage gegriffen
und aufgenommen werden können.
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Die
Wafer (7) und das Handhabungswerkzeug (5) werden über
die Steuerung der Handhabungsgeräte (12, 13)
gegenüber dem Boot (8) und dem Carrier (9)
positioniert. Die Carrierlage kann fest vorgegeben sein. Die Bootlage
kann u. U. variieren.
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Die
Handhabungseinrichtung (4) kann außer dem Handhabungswerkzeug
(5) und den ein oder mehreren Handhabungsgeräten
(12, 13) zusätzlich eine Erfassungseinrichtung
(6) aufweisen, mit der das Boot (8) an der Ladestelle
(2) in seiner Position und auch in seiner Form und Unterteilung
aufgenommen wird. Hierbei kann insbesondere die Form und Lage aller
Aufnahmeöffnungen (17) erfasst werden. Anhand
dieser absoluten Positionsdaten können die Handhabungsgeräte
(12, 13) genau gesteuert werden.
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Durch
die Einzelerfassung bevorzugt aller Aufnahmeöffnungen (17)
brauchen die Boote (8) keine hohe Fertigungsgenauigkeit
zu haben. Sie können außerdem in ihrer Form und
Größe variieren. Die Öffnungsweiten der
Aufnahmeöffnungen (16, 17) der Werkstückträger
(8, 9) können verschieden sein und auch
variieren. Es wird jedes Mal der Ist-Werte von der Lage und der
Form, insbesondere von den Abmessungen, der Aufnahmeöffnungen
(17) erfasst und ein Ausgleich vorhandener Toleranzen oder Formabweichungen
oder Positionsungenauigkeiten herbeigeführt.
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Die
Erfassungseinrichtung (6) kann in beliebig geeigneter Weise
ausgebildet sein. Im gezeigten Ausführungsbeispiel besteht
sie aus einem mehrachsigen Handhabungsgerät (14),
z. B. einem sechsachsigen und ggf. auf einem Sockel angeordneten
Gelenkarmroboter mit einer mehrachsigen Roboterhand, der ein Messgerät
(27) über das in der Ladeposition befindliche
Boot (8) hinweg bewegt und dieses scannt. Die Scanbewegung
kann parallel und berührungslos mit Abstand zur Bootoberfläche
erfolgen und erfasst Teilbereiche oder das gesamte Boot (8).
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Das
Messgerät (27) kann ein optisches Bilderfassungssystem
mit einer digitalen Kamera sein, die z. B. einen CCD-Sensor mit
einer entsprechenden Bildauswertung aufweist. Das Messgerät
(27) dient zur Erfassung und Vermessung der relevanten Bootsteile
mit Ortsbezug, z. B. zu einem Raumkoordinatensystem. Alternativ
können andere Arten von Messgeräten (27)
zum Einsatz kommen, die berührungslos, z. B. induktiv oder
mit Kontakt das Boot (8) erfassen können.
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Die
bewegliche Anordnung der Erfassungseinrichtung (6) erlaubt
es, das Boot (8) in seiner tatsächlichen Lage
mit einer optimalen und konstanten Blickrichtung zu erfassen, wobei
nach der Erfassung der Arbeitsbereich für die Handhabungsgeräte
(12, 13) freigemacht werden kann.
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Ansonsten
kann die Erfassungseinrichtung (6) auch als stationäre
Einrichtung ausgebildet sein, welche z. B. bei einem Durchlauf des
Boots (8) die Form und Lage der Aufnahmeöffnungen
(17) erfasst, wobei die Position des Boots (8)
in der Ladestellung anderweitig erfasst und/oder gesichert wird,
z. B. durch Anschläge oder dgl. Die gezeigte Anordnung hat
allerdings den Vorteil, dass Positionierungenauigkeiten des Boots
(8) eliminiert werden und dass ein auf Berührungskontakt
empfindliches Boot (8) nicht mit Anschlägen oder
dgl. in Kontakt treten muss.
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Das
Boot (8) kann zur Verbindung mit der Transporteinrichtung
(10) Zahnstangen oder dgl. an der Unterseite aufweisen,
die mit externen Zahnrädern oder mit anderen Antriebsmitteln
im Eingriff stehen. Die Positionierung des Boots (8) in
der Ladestellung erfolgt über die Transporteinrichtung
(10). Die Wände (18, 19) können
entgegensetzt elektrisch gepolt sein und in Stützstangen
eingehängt sein.
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Abwandlungen
der gezeigten und beschriebenen Ausführungsform sind in
verschiedener Weise möglich. Das Handhabungswerkzeug (5)
mit dem plattenförmigen Führungsteil (28)
kann z. B. beidseits jeweils eine Wafer (7) aufnehmen,
wobei die Halte- und Saugeinrichtung (29) entsprechend
für die Vorderseite und Rückseite getrennt steuerbar
ausgebildet ist und darüber hinaus jeweils für
sich getrennt steuerbare oder schaltbare Halte- oder Saugelemente
(32, 33) aufweist. Ferner sind konstruktive Abwandlungen
der Handhabungseinrichtung (4) und ihrer Komponenten möglich.
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- 1
- Bearbeitungsanlage
- 2
- Ladestation
- 3
- Bearbeitungsstation,
Beschichtungsstation
- 4
- Handhabungseinrichtung
- 5
- Handhabungswerkzeug,
Greifer
- 6
- Erfassungseinrichtung
- 7
- Werkstück,
Wafer
- 8
- Werkstückträger
beweglich, Boot
- 9
- Werkstückträger,
Carrier
- 10
- Transporteinrichtung
- 11
- Schleuse
- 12
- Handhabungsgerät,
Manipulator, Roboter, Laderoboter
- 13
- Handhabungsgerät,
Manipulator, Roboter, Laderoboter
- 14
- Handhabungsgerät,
Manipulator, Roboter, Messroboter
- 15
- Hand,
Roboterhand
- 16
- Aufnahmeöffnung,
Fach
- 17
- Aufnahmeöffnung,
Schlitz
- 18
- Wand,
Lamelle
- 19
- Wand,
Lamelle
- 20
- Führungselement,
Pin
- 21
- Führungselement,
Pin
- 22
- Führungselement,
Pin
- 23
- Stützelement,
Stützring
- 24
- Konus
- 25
- Werkstückrand
- 26
- Werkstückrand
- 27
- Messgerät,
Kamera
- 28
- Führungsteil,
Platte
- 29
- Halteeinrichtung,
Saugeinrichtung
- 30
- Anschluss,
Versorgungsanschluss
- 31
- Anschluss,
Manipulatoranschluss
- 32
- Halteelement,
Saugelement
- 33
- Halteelement,
Saugelement
- 34
- Saugkanal
- 35
- Saugkanal
- 36
- Saugöffnung
- 37
- Saugöffnung
- 38
- Unterteil
- 39
- Oberteil
- 40
- Drehpunkt,
Mittelpunkt
- 41
- Querverbindung
- A
- Ausgangslage
- E
- Endlage
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- - US 2008/0107509
A1 [0003]
- - US 2003/0062734 A1 [0004]
- - DE 69924040 T2 [0005]
- - US 1373 H [0006]
- - US 6050768 A [0007]
- - JP 2007-273643 A [0007]