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GEBIET DER ERFINDUNG
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Die Erfindung betrifft eine Vakuumpinzette zum händischen Aufnehmen, Bewegen und Ablegen von Wafern mit den Merkmalen des Oberbegriffs des Anspruchs 1. Demnach weist die Vakuumpinzette ein einen Saugkanal aufweisendes Griffelement auf, wobei der Saugkanal an eine Saugleitung eines Vakuumerzeugers angeschlossen oder anschließbar ist. Mit dem Griffelement ist ein Saugkopf zum Ansaugen, Festhalten und Loslassen des Wafers verbunden oder verbindbar. Der Saugkopf ist an den Saugkanal angeschlossen oder anschließbar. Auf den Saugkanal kann ein von Hand betätigbares, insbesondere tasterartiges, Unterbrechungsventil zum wahlweisen fluidischen Unterbrechen und Freigeben der Saugverbindung zum Saugkopf einwirken.
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TECHNOLOGISCHER HINTERGRUND
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Gattungsgemäße so genannte Vakuumpinzetten gestatten ein mechanisch besonders schonendes Händeln kleiner und/oder empfindlicher Bauteile, wie es unter anderem in der Chip-Herstellung gewünscht wird. Bei der Chip-Herstellung folgt in der Regel eine Vielzahl von Bearbeitungsschritten aufeinander, zwischen denen z. B. Funktionskontrollen oder Reinigungsschritte durchgeführt werden. Auf einem plattenförmigen Substrat wird in der Regel eine Vielzahl von gleichen integrierten Schaltkreisen (IC) aufgebaut, so dass nicht der einzelne IC, sondern die gesamte Platte (Wafer) gehändelt werden muss. Insbesondere ist es üblich, mehrere Wafer mit vertikalem Abstand voneinander stapelartig in so genannten Horden zwischenzulagern. Aus einer solchen Horde können nun einzelne Wafer herausgezogen, untersucht und wieder eingelegt werden. Dazu wird eine so genannte Vakuumpinzette zwischen die geringfügig beabstandeten Wafer eingeschoben. Dies geschieht händisch mittels eines Griffelementes der Vakuumpinzette, welche in der Regel an ihrem rückwärtigen Ende eine an einer Vakuumpumpe angeschlossene Saugleitung und an ihrem gegenüberliegenden Arbeitsende einen Saugkopf zum Ansaugen, Festhalten und Loslassen des zu händelnden Gegenstandes, wie des Wafers, aufweist. Der Saugkopf wird an einen geeignet geformten Flächenbereich, wie der ebenen Unterseite eines Wafers herangeführt. Aufgrund der Saugwirkung der Vakuumpumpe kann sich der Saugkopf mit dem zu bewegenden Gegenstand fluiddicht verbinden um anschließend samt des angesaugten Gegenstandes mittels des Griffelementes bewegt zu werden. Das Abschalten des Vakuum erfolgt über einen an der Vakuumpinzette und dort in der Regel am Griffelement angeordneten, von Hand betätigbaren, insbesondere tasterartigen, Unterbrechungsventil, das den Saugkanal wahlweise fluidisch unterbrechen kann. Die in der Regel federbelastete Unterbrechertaste kann aber – grundsätzlich – auch geschlossen sein, wenn sie nicht betätigt wird, so dass sie durch Betätigen von Hand geöffnet wird. Beim Händeln von Wafern ist die Funktion in der Regel aber so, dass bei nicht betätigter Taste das Unterbrechungsventil offensteht und der Saugkopf mit der Vakuumpumpe fluidisch verbunden ist. Dementsprechend wird durch Niederdrücken der Betätigungstaste die Verbindung des Saugkopfes zur Vakuumpumpe unterbrochen. Damit der Saugkopf sodann wieder von dem Gegenstand gelöst werden kann, ist ein permanent offener Belüftungspfad, wie eine Leckleitung oder -verbindung vorgesehen, über die der Saugkopf permanent belüftet wird. Der Belüftungspfad ist hinreichend klein kalibriert, so dass bei offener Verbindung zwischen Saugkopf und Vakuumpumpe einströmende Leckluft mit abgesaugt wird. Hierdurch wird unter anderem ein allzu abruptes Einsetzen der Saugwirkung und Beenden der Saugwirkung vermieden.
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Obwohl sich Vakuumpinzetten für das Waferhändling grundsätzlich bewährt haben, kommt es gelegentlich zum Bruch eines Wafers, was unter Umständen einen außerordentlich hohen wirtschaftlichen Verlust bedeuten kann. Das Problem liegt vor allem in der Tatsache, dass die händische Bedienung eine erhebliche Konzentration der Bedienperson erfordert. Unerwünschte Krafteinwirkungen auf den Wafer müssen vermieden werden.
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DARSTELLUNG DER ERFINDUNG
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Davon ausgehend liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Beschädigungsrisken an den mittels der Vakuumpinzette bewegten Wafern oder vergleichbar empfindlichen Gegenständen weiter zu verringern. Zur Lösung dieser Aufgabe wird eine Vakuumpinzette mit den Merkmalen des Anspruchs 1 vorgeschlagen. Demnach ist es bei gattungsgemäßen Vakuumpinzetten vorgesehen, das Unterbrechungsventil kann als ein Zwei-Wege-Ventil ausgeführt sein. Ein wahlweise öffenbarer Belüftungskanal kann mittels des Unterbrechungsventils geöffnet bzw. geschlossen werden. Der Belüftungskanal mündet an seinem einen Ende im saugkopfseitigen Teil des Saugkanals der Vakuumpinzette. Das andere Ende des Belüftungskanals mündet zur Atmosphäre hin an einer Außenseite des Griffelementes und/oder des Unterbrechungsventils selbst. Dadurch kann der Bediener der Vakuumpinzette z. B. mit einem einzigen Finger seiner Bedienhand, zwei unterschiedliche Zustände der Vakuumpinzette erzeugen, nämlich einerseits ein Unterbrechen der fluidischen Verbindung des Saugkanals zur Vakuumpumpe bei gleichzeitigem Öffnen des Belüftungskanals oder das Schließen des Belüftungskanals bei gleichzeitigem Öffnen des Saugkanals.
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Wenn das Unterbrechungsventil z. B. federbelastet ist, kann es entweder bei entspannter Feder, also ohne betätigenden Eingriff der Bedienperson, je nach Einsatzbedingung geschlossen oder geöffnet ausgeführt sein. Entsprechend wirkt ein, insbesondere tasterartiges, Betätigen des Unterbrechungsventils ein Öffnen oder Schließen desselben und dem dementsprechend ein Schließen oder Öffnen des Belüftungskanals. Anders als im Stand der Technik vorgesehen, kann also auf den bekannten permanenten Belüftungspfad, wie eine Leckbelüftung, verzichtet werden. Durch die Bedienperson kann zu dem von ihr gewünschten Zeitpunkt eine gezielte Belüftung des Saugkopfes vorgenommen werden. Dabei können die Belüftungsquerschnitte deutlich größer sein als bei der bekannten Permanentbelüftung. Dies mit der Folge einer deutlich verkürzten Freigabedauer des gehändelten Gegenstandes durch den Saugkopf. Das Risiko unerwünschter mechanischer Einwirkungen durch die Bedienhand des Bedienpersonals über die Vakuumpinzette auf z. B. den Wafer wird also verringert.
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Es ist nun auf verschiedene Weise möglich, die Erfindung auszuführen:
Bei einer ersten Ausführungsform der Erfindung kann vorgesehen sein, einen im Wesentlichen als Drehteil ausgeführten, im wesentlichen kreiszylindrischen Ventilkopf in einer (auf das Griffelement bezogenen) beliebigen Winkelstellung zwischen seiner Durchflussstellung und seiner Unterbrechungsstellung axial her und her zu verlagern. Dies kann in der einen Verlagerungsrichtung gegen die Kraft einer Feder, wie einer Druckfeder erfolgen. Ein aus dem Griffelement der Vakuumpinzette in einer ersten Stellung herausragendes Ende des Ventilkopfes kann in eine zweite Stellung niedergedrückt werden. Der Ventilkopf sitzt zur Abdichtung des Saugkanals in geeigneter Weise abgedichtet im Griffelement.
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In der ersten, z. B. dem Durchverbinden des Saugkanals dienenden Arbeitsstellung kann eine Ringnut am Ventilkopf die Saugverbindung zum Saugkopf gewährleisten. An dem Ventilkopf kann eine zweite Ringnut vorgesehen sein, die in der zweiten Ventilstellung im saugkopfseitigen Teil des Saugkanals mündet und über einen im Ventilkopf vorgesehenen Belüftungskanal eine Fluidverbindung nach außerhalb des Griffelementes herstellt. Eine besondere Drehstellung des Ventilkopfes um seine Zylinderachse bezüglich des Griffelementes ist durch die Ringnuten entbehrlich, sofern der Ventilkopf innerhalb eines dreh- und verschiebungsfesten Axialführungs-Gehäuse (Ventilgehäuse) zwischen seinen beiden Endstellungen axial hin- und her bewegbar ist. Das Ventilgehäuse sitzt dann drehfest in dem Griffelement und weist zum saugkopfseitigen Teil des Saugkanals hin zwei Durchbrechungen auf, die ventilkopfseitig in der ersten, respektive zweiten Ringnut münden.
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Gemäß einer alternativen Ausführungsform, in welcher das, ebenfalls, als Zwei-Wege-Ventil ausgeführte Unterbrechungsventil drehfest bezüglich des Griffelementes ausgeführt ist, kann der nur zum Teil als Drehteil ausgeführte Ventilkopf statt mit einer ersten und/oder zweiten Ringnut für das Evakuieren bzw. Belüften des Saugkopfes mit Querbohrungen für das Evakuieren und Belüften versehen sein. Bei dieser drehfesten Ausführungsform des Ventilkopfes kann dieser, wie die bei drehfreien, Ausführungsform, zumindest für den Vakuumdurchlass, eine Ringnut aufweisen. Bei der drehfesten Ausführungsform kann auf ein Axialführungs-Gehäuse verzichtet werden.
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Um einen definierten Anschlag des Unterbrechungsventils bei geöffneter Vakuumverbindung sicherzustellen, kann ein Sicherungsring, vorzugsweise ein mit Außengewinde versehener Niederhaltering bei in das Griffelement eingesetztem Ventilkopf eingebracht werden. Ein Anschlagselement insbesondere der Niederhaltering kann mit und ohne Ventilgehäuse verwendet werden und ermöglicht – bei gleichzeitig möglicher Entkopplung von der Dichtfunktion – auf einfache Weise eine reibungsarme Betätigung des Unterbrechungsventils. Letztere kann, insbesondere, über ausreichend enge Toleranz zwischen den Dichtflächen des Ventilkopfes und den Dichtflächen im Griffelement oder Ventilgehäuse sichergestellt werden.
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Eine weitere Verminderung von Bruchgefährdungen an einem Wafer durch dessen Händeln mit der Vakuumpinzette kann durch ein, insbesondere federelastisch wirkendes, Gelenk zwischen dem Griffelement und dem Saugkopf erreicht werden. Dieses Merkmal ist auch unabhängig von den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 von eigenständig erfinderischer Bedeutung.
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Um der Bedienperson der Vakuumpinzette es auf einfache Weise zu gestatten, die hinreichende Belüftung des Saugkopfes wahrzunehmen, um dann die Vakuumpinzette von dem abgelegten Wafer zu entfernen, kann ein Signalelement, insbesondere an dem Griffelement, vorgesehen sein, welches einen hinreichenden Abfall des Vakuums am Saugkopf signalisiert. Insbesondere kann dieses Signalelement ein unter dem Einfluss des Vakuums bewegtes Flächenelement aufweisen, welches in eine von Außen am Griffelement sichtbare Grundstellung zurückkehrt, wenn das Vakuum am Saugkopf hinreichend abgefallen ist. Dieses Merkmal ist auch unabhängig von den kennzeichnenden Merkmalen des Anspruchs 1 von eigenständig erfinderischer Bedeutung.
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Grundsätzlich kann das Zwei-Wege-Ventil so ausgeführt sein, dass unabhängig von der Stellung des Ventilkopfes entweder nur die eine oder die andere Strömungsverbindung – oder keine von beiden – existiert. Es ist aber auch möglich, in einer Zwischenstellung des Unterbrechungsventiles, sowohl eine reduzierte Saugverbindung zur Vakuumpumpe als auch eine reduzierte Lüftungsverbindung zur Atmosphäre herzustellen. Beim Durchlaufen des Unterbrechungsventils zwischen den beiden Extrempositionen wird dann Belüftungsluft von der Vakuumpumpe angesaugt und damit der Unterdruckaufbau oder der Unterdruckabfall verlangsamt, was ein besonders schonendes Herstellen einer Verbindung zwischen Saugkopf und Wafer bzw. Lösen zwischen Saugkopf und Wafer ermöglicht.
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Die vorgenannten sowie die beanspruchten und in den Ausführungsbeispielen beschriebenen erfindungsgemäß zu verwendenden Bauteile unterliegen in ihrer Größe, Formgestaltung, Materialauswahl und technischen Konzeption keinen besonderen Ausnahmebedingungen, so dass die in dem Anwendungsgebiet bekannten Auswahlkriterien uneingeschränkt Anwendung finden können Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile des Gegenstandes der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen, sowie aus der nachfolgenden Beschreibung und der zugehörigen Zeichnung, in der – beispielhaft – Ausführungsbeispiele einer Vakuumpinzette dargestellt sind. Auch einzelne Merkmale der Ansprüche oder der Ausführungsformen können mit anderen Merkmalen anderer Ansprüche und Ausführungsformen kombiniert werden.
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KURZBESCHREIBUNG DER FIGUREN
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In der Zeichnung zeigen:
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1 eine Vakuumpinzette in einer ersten Ausführungsform in Längsschnittdarstellung;
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2A–C eine Vakuumpinzette in einer zweiten Ausführungsform ausschnittsweise in Längsschnittdarstellung durch das Griffelement – und zwar den beiden Extremstellungen und einer Zwischenstellung des Zwei-Wege-Ventils;
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3 von der Vakuumpinzette nach 2 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Zwei-Wege-Ventils;
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4A, B eine Vakuumpinzette in einer dritten Ausführungsform ausschnittsweise in Längsschnittdarstellung durch das Griffelement – und zwar in den beiden Extremstellungen des Zwei-Wege-Ventils;
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5A–C von der Vakuumpinzette nach 1 eine vergrößerte Darstellung durch das Griffelement – und zwar den beiden Extremstellungen und einer Zwischenstellung des Zwei-Wege-Ventils sowie
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6 von der Vakuumpinzette nach 1 und 5 eine perspektivische Explosionsdarstellung des Zwei-Wege-Ventils.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG VON AUSFÜHRUNGSBEISPIELEN
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1 zeigt eine insgesamt mit 100 bezeichnete Vakuumpinzette ohne Vakuumschlauch und Vakuumpumpe. Ein Griffelement 10 ist einenends für den Anschluss eines Vakuumschlauches und anderen Ends für den Anschluss eines Adapterrohres 20 vorgesehen. Ein innerhalb des Griffelementes 10 verlaufender Saugkanal 12 stellt die fluidische Verbindung zwischen dem Vakuumschlauch und dem Adapterrohr her. Das Griffelement, oder – wie dargestellt – das Adapterrohr kann beispielsweise federelastisch flexibel oder gelenkartige flexibel ausgeführt sein, um mögliche Übertragungen von Momentkräften vom Griffelement 10 auf den am distalen Ende des Adapterrohres angeschlossenen Saugkopf 30 und einen davon angesaugten Wafer 40 zu minimieren. Als flexibles Kopplungselement kann mindestens ein elastischer Schlauchabschnitt 22 dienen, der – wie beispielhaft dargestellt und insoweit bevorzugt – voneinander getrennte benachbarte Teillängen 22A/B des Adapterrohres biegeelastisch verbindet. Der Saugkopf 30 ist am distalen Ende des Adapterrohres 20 in üblicher Weise fluiddicht angeschlossen und über eine Saugöffnung dichtend an eine Fläche des zu bewegenden Gegenstandes, wie des Wafers 40, anlegbar.
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Ein, näher mit 5A–C und 6 beschriebenes, Zwei-Wege-Ventil 50 ist an geeigneter Stelle des Griffelementes 10 angeordnet. Ein nach außen sichtbares Betätigungsmittel 52 des Zwei-Wege-Ventils ragt aus dem Griffelement 10 heraus.
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Ein Signalelement 60 gestattet es, an der Außenfläche des Griffelementes eine Sichtkontrolle für ausreichende Saugkopfbelüftung vorzunehmen, wobei ein fluidische Verbindung 66 zum saugkopfseitigen Saugkanal 12A es gestatten kann, eine Sichtfläche 62 gegen den leichten Druck einer (durch einen Doppelpfeil angedeuteten) Feder 64 soweit zurückzuziehen, dass sie weniger deutlich wahrgenommen wird als im hinreichend belüfteten Zustand der Vakuumpinzette.
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Bei der Ausführungsform des Zwei-Wege-Ventils 50 nach den 2A bis 2C ist in das Griffelement 10 ist eine Sackbohrung 14 etwa rechtwinklig durch die Außenwand und den Saugkanal 12 eingebracht, in welche ein – in diesem Ausführungsbeispiel hülsenartiges – Axialführungsgehäuse 16 eingepresst ist, welches dichtend an den Wandungen der Sackbohrung 14 anliegt, koaxiale Durchgangsbohrungen 16A, 16B und eine Einzelbohrung 17 aufweist, die sämtlich den Saugkanal 12 mit dem Gehäuseinneren fluidisch verbinden.
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Innerhalb des Axial-Führungsgehäuses 16 ist ein axial verschieblicher Ventilkopf 54 in beliebiger Drehstellung eingesetzt, dessen endseitiger Betätigungsknopf 52 über die äußere Oberfläche des Griffelementes 10 hinausragt und in einem äußeren Gehäuseabschnitt 16C, welches einen inneren Absatz 16D bildet, geführt ist.
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Unterhalb des Anschlags 16D erweitert sich der zylindrische Innenquerschnitt des Axial-Führungsgehäuses 16 sowie dementsprechend der zylindrische Außenumfangs des ventilinneren Teils 54A des Ventilkopfs 54. Letzterer ist mit ausreichend geringer Toleranz innerhalb eines zylindrischen Ventilsitzes 16E hinreichend leicht axialverschieblich bei gleichzeitig hinreichender Vakummdichtigkeit angeordnet.
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Eine Druckfeder 56 stützt sich einerseits in einer koaxial angeordneten Sackbohrung 56A des inneren Ventilkopfteils 54A und andererseits an der in der Zeichnung unteren Endfläche der Sackbohrung 14 am Griffelement 10 ab und drängt bei Abwesenheit einer äußeren Einwirkung den Ventilkopf 54 nach radial außen.
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Wie aus 3 ersichtlich, weißt der Ventilkopf 54 eine erste Ringnut 58A und eine zweite Ringnut 58B auf. In der in 2A dargestellten Durchlassstellung des Zwei-Wege-Ventils 50 (Saugstellung) fluchtet die erste Ringnut 58A mit den beiden Durchgangsbohrungen 16A und 16B, während in der zweiten Extremstellung (2B) die zweite Ringnut 58B mit der Einzelbohrung 17 des Axial-Führungsgehäuses 16 fluchtet (Belüftungsstellung). In dieser kann Außenluft über einen, zum Teil achsparallelen, Belüftungskanal 58C von außerhalb des Griffelementes 10 bis hin zum Saugkopf 30 gelangen. In der Zwischenstellung nach 2C ist der Saugkanal 12 noch nicht völlig abgesperrt, der Belüftungskanal aber bereits geringfügig geöffnet.
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Bei der weiteren alternativen Ausführungsform nach 4 weist der Belüftungskanal 58C ebenfalls eine zentrische Sackbohrung durch den Betätigungsknopf 52 auf, in der außerhalb des Griffelementes eine Querbohrung radial mündet. Eine zweite Querbohrung verbindet eine Ringnut 58B mit der zentrischen Sackbohrung und komplettiert den Belüftungskanal 58C. Als weiterer Unterschied zu dem Ausführungsbeispiel nach 2A bis 3 ist anstelle eines äußeren Gehäuseabschnitts 16C des Axial-Führungsgehäuses 16 ein Rückhalterring 18 vorgesehen, mit dem die Druckkraft der Feder 56 aufgenommen wird und die Evakuierungsposition des Zwei-Wege-Ventils 50 sichergestellt ist. Das Rückhalteelement kann als Rückhaltering 18 mit einem Außengewinde ausgeführt sein, welches mit einem entsprechenden Innengewinde in der Wandung des Griffelementes 10 zusammenwirkt.
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Bei der weiteren Ausführungsform nach 5A bis 5C wird im Unterschied zu den vorangehenden Ausführungsbeispielen auf ein Axial-Führungsgehäuse verzichtet. Der Ventilkopf 54 ist verdrehsicher innerhalb eines Sackloches im Griffelement 10 gehalten und lediglich axialbeweglich. Beispielhaft kann der Ventilkopf 54 unrund sein und z. B. eine abgeflachte Führungsfläche 54B aufweisen. Anstelle einer ersten Ringnut 58A kann daher eine erste Durchgangsbohrung 59A durch den Ventilkopf 54 die Saugverbindung innerhalb des Saugkanals 12 herstellen oder trennen. Der Belüftungskanal 58C kann dann, wie in 1, eine radiale 55C und eine axiale 55A Sackbohrung umfassen. Wenn zur Bedienungserleichterung ein radial verbreiteter Betätigungsknopf 52 erwünscht ist, vervollständigt eine radiale Durchgangs- oder Sackbohrung 55B im Außenbereich des Ventilkopfes d. h. außerhalb der Außenoberfläche des Griffelementes 10 den Belüftungskanal 58C. Die übrigen Bauteile entsprechen ihrem grundsätzlichen Aufbau und Funktion den entsprechenden Merkmalen des Ausführungsbeispiels nach 4.
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Unterschiedliche Innendurchmesser und/oder Achslagen der saugkopfseitigen und der vakuumseitigen Abschnitte 12A und 12B des Saugkanals 12 (nicht in Figuren dargestellt) können die Verwendung eines drehfreien Ventilkopfes 54 und/oder die Verwendung von Ringnuten für beide Ventilstellungen auch bei Verzicht auf ein gesondertes Führungsgehäuse für den Ventilkopf 54 ermöglichen.
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Bezugszeichenliste
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- 10
- Griffelement
- 12
- Saugkanal
- 12A
- Saugkopfseite
- 12B
- Pumpenseite
- 14
- Sackbohrung
- 16
- Axial-Führungsgehäuse
- 16A/B
- Durchgangsbohrung
- 16C
- äußerer Gehäuseabschnitt
- 16D
- Axialanschlag
- 16E
- Ventilsitz
- 18
- Rückhaltering
- 20
- Adapterrohr
- 30
- Saugkopf
- 40
- Wafer
- 50
- Zwei-Wege-Ventil
- 52
- Betätigungsknopf
- 54
- Ventilkopf
- 54A
- innerer Teil
- 54B
- Führungsfläche
- 55A
- Bohrung
- 55B
- Bohrung
- 55C
- Bohrung
- 56
- Druckfeder
- 56A
- Sackbohrung
- 58A
- erste Ringnut
- 58B
- zweite Ringnut
- 58C
- Belüftungskanal
- 59A
- Durchgangsbohrung
- 60
- Signalelement
- 100
- Vakuumpinzette
