DE3716549C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Handhabungsautomat für plattenförmige Objekte, entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Eine Vorrichtung dieser Art ist aus der DE-PS 32 19 502 bekannt. In dem Magazin befindet sich eine Anzahl Waferscheiben glei­ cher Größe und Form. Die Wafergrößen sind genormt, so daß wenige Magazintypen ausreichen.

Soweit Wafer während des Herstellungspro­ zesses automatisch gehandhabt werden müssen, handelt es sich immer um eine größere Zahl gleichartiger Objekte. Es ist daher wirt­ schaftlich sinnvoll, spezielle auswechselbare Magazintypen zu ver­ wenden, die in beladenem Zustand, z. b. über Schleusen in Klima­ kammern und Reinsträume eingebracht werden können.

Eine gattungsgemäße Vorrichtung ist auch aus der DE 37 14 045 A1 als Teil einer modularen Bearbeitungsanlage für Halbleiterscheib­ chen bekannt. Derartige Anlagen dienen der serienmäßigen Handha­ bung einheitlicher Wafer.

Aus der US 37 31 823 A ist eine Einrichtung bekannt, die aus zwei Stapeln mit abwärts und aufwärts liegenden Wafern diese je einzeln entnimmt, paarweise aufeinanderlegt und so vereint in einem drit­ ten Stapelmagazin ablegt. Auch der umgekehrte Ablauf ist vorgesehen. Die Stapel werden jeweils der Reihe nach abgearbeitet, wobei die Stapel und das Stapelmagazin schrittweise gesteuert vertikal bewegt werden.

Für Stichprobenuntersuchungen ist es notwendig, einen wahlfreien Zugriff zu den Waferscheiben zu haben. Dies wird durch besondere Ausgestaltung des Greifarms am Manipulator erreicht. Da die Wafer­ scheiben relativ leicht sind, hat sich für den Greifarm eine Vaku­ umansaugung durchgesetzt. Der linear verfahrbare Manipulator mit dem Greifarm bildet eine Funktionseinheit.

Bei der Herstellung der Strukturen auf den Waferscheiben kommt den für die Belichtungsvorgänge verwendeten Masken eine entscheidende Bedeutung zu. An die Maßhaltigkeit und Unversehrtheit der Masken­ felder werden extreme Anforderungen gestellt. Als Maskenträger werden in der Regel stabile und damit relativ schwere Glasplat­ ten aus einem Glas mit sehr geringem Ausdehnungskoeffizienten ver­ wendet. Jeder Maskenträger wird in einer besonderen Kassette auf­ bewahrt und transportiert. Aus dieser Kassette wird der Maskenträ­ ger bei Bedarf manuell herausgenommen und an den Einsatzort ge­ legt. Wegen der Empfindlichkeit der Maskenfelder darf die Maske lediglich im Randbereich gegriffen werden.

Die zunehmende Feinheit der Halbleiterstrukturen stellt immer hö­ here Anforderungen an die Geräte zur Vermessung und Kontrolle der Strukturen. Die modernste Maskenvermessungsmaschine erreicht eine Meßgenauigkeit im Nanometer-Bereich. Selbst geringfügige Tempera­ turgradienten aufgrund des manuellen Kontaktes mit der Körperwärme führen in diesem Meßbereich zu Fehlmessungen. Da die Meßmaschinen in einer Klimakammer aufgestellt sind, muß vor Beginn der Messung somit zunächst ein Temperaturausgleich der eingebrachten Masken­ träger abgewartet werden.

Eine Beschleunigung dieses Vorgangs ist denkbar, wenn die Beschic­ kung mit entsprechend temperierten Greifwerkzeugen erfolgt. In je­ dem Fall erfordert die Beschickung der Meßmaschine die Anwesen­ heit einer Bedienperson, da es bisher noch eine größere Typenviel­ falt für die Maskenträger gibt, so daß eine individuelle Behand­ lung jeder einzelnen Scheibe erforderlich ist. Unterschiedliche Meßzeiten für die einzelnen Proben bedingen darüber hinaus eine zusätzliche Aufmerksamkeit der Bedienperson.

Der Erfindung lag daher die Aufgabe zugrunde, einen Handhabungsau­ tomaten zu schaffen, mit dem im wahlfreien Zugriff plattenförmige Objekte unterschiedlicher Form und Größe vorrätig gehalten und ei­ ner Meß- oder Bearbeitungsmaschine zugeführt werden können. Der Automat sollte unter Reinraumbedingungen und in einer Klimakammer arbeiten können.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichenden Merkmale des An­ spruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung er­ geben sich aus den Merkmalen der Ansprüche 2 bis 9.

Die Erfindung wird nachfolgend anhand eines schematisch darge­ stellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Im einzelnen zeigen:

Fig. 1 eine Zusammenstellung der Elemente des Handhabungs­ automaten;

Fig. 2a, b eine Palette mit rechteckigem Objekt beladen;

Fig. 3 eine Palette mit rundem Objekt beladen;

Fig. 4 eine Palette mit Greifarm beladen;

Fig. 5 im Querschnitt einen Greifarm und das Kupplungs­ stück des Manipulators.

Fig. 1 zeigt ein Magazin 10 mit mehreren übereinander liegenden Gefachen 11 für die plattenförmigen Objekte, wie z.B. Maskenträ­ ger, und Gefachen 12 zur Aufnahme unterschiedlicher Greifarme. Das gesamte Magazin kann mittels eines Motors 13 mit Hubstange 14 in der Höhe verstellt werden.

Für eines der Gefache 11 ist eine Palette 15 gezeigt, die in einer seitlichen Führung 16 in der Gefachwand gleitend in das Gefach eingeschoben werden kann. Vorteilhaft ist es, wenn die Gefache feste Bodenplatten besitzen, um das Durchfallen von Abriebteilen oder evtl. Kontaminationen auf den Paletten in das darunterlie­ gende Gefach zu vermeiden.

Auf der Palette 15 sind Auflageklötzchen 17 vorgesehen, deren Ausgestaltung anhand der Fig. 2 und 3 noch näher beschrieben wird. Ihre Lage kann den jeweils aufzunehmenden Objekten angepaßt werden.

Außerdem befindet sich an der Rückseite der Palette 15 eine Ko­ dierung, die symbolisch durch ein Kästchen 18 dargestellt ist. In der konkreten Ausführung kann es jeder Art optisch, elektrisch, mechanisch oder optoelektronisch lesbarer Kode sein. Dieser trägt verschlüsselt die Information über Größe und Form des jeweils auf der Palette abgelegten Objekts. Er wird bei eingeschobener Palette durch einen Kodeleser 19 entschlüsselt und an die Steuervorrich­ tung 20 weitergeleitet.

Die Paletten 15 sind auswechselbar. Durch die Lage und Anordnung der Aufklageklötzchen 17 werden sie für bestimmte Objekte indivi­ dualisiert. Ihre Identität wird in die Kodierung übertragen. Meh­ rere gleichartge Paletten sind durch eine Gefachnumerierung unter­ scheidbar. Im einfachsten Fall kann jedem Gefach ein eigener Kode­ leser zugeordnet werden, der die Gefachnummer und den Kode der eingeschobenen Palette an die Steuervorrichtung weiterleitet. Es reicht jedoch auch, wenn nur ein einziger Kodeleser 19 vorgesehen ist, an dem durch die Höhenverstellung des Magazins 10 nacheinan­ der die einzelnen Gefache vorbeilaufen und so durch Abzählen der Gefache ebenfalls eine eindeutige Zuordnung ihrer einzelnen Inhal­ te möglich ist. Die vom Kodeleser 19 erkannten Inhalte der Gefache 11 können über eine Signalleitung 36 in einen nicht weiter darge­ stellten Speicher in der Steuervorrichtung 20 eingegeben werden.

Die Gefache 12 haben im Ausführungsbeispiel eine etwas größere Ab­ messung als die Gefache 11. Wie anhand von Fig. 4 erläutert werden wird, haben die zur Aufnahme der Greifarme benötigten Paletten ei­ ne entsprechend größere Fläche. Da auch die in die Gefache 12 ein­ zuschiebenden Paletten in gleicher Weise auswechselbar sind wie die Paletten 15, können sie wegen ihrer abweichenden Größe mit diesen nicht verwechselt werden.

Bevor der Funktionsablauf des Handhabungsautomaten näher beschrie­ ben wird, soll anhand der Fig. 2 bis 4 noch auf die Lagerung der Objekte auf den Paletten 15 eingegangen werden.

In Fig. 2a ist auf der Palette 15 eine quadratische Platte 21 ge­ lagert. Sie wird von vier Klötzchen 17 gehalten, die lediglich ei­ ne kleine Auflagefläche im Randbereich der Platte 21 bilden.

Die Auflageflächen der Klötzchen besitzen einen im Winkel hoch­ gezogenen Rand, so daß die Platte 21 gegen Verrutschen bei einem Stoß gegen die Palette 15 gesichert ist.

Der hochgezogene Rand der Auflageflächen ist in Fig. 2b zu erken­ nen. Aus dieser Figur wird außerdem deutlich, daß die Platte 21 einen Abstand zur Palette 15 besitzt. Dargestellt ist die Ansicht auf die beladene Palette in Entnahmerichtung. Dabei ist es wich­ tig, daß die Klötzchen unter der Auflagefläche nach innen u-förmig ausgeschnitten sind. In diesen Auschnitt wird der in Fig. 2a eben­ falls dargestellte Greifarm 22 eingeschoben, der als Gabel ausge­ bildet ist.

Durch die dargestellte Formgebung der Auflageklötzchen wird si­ chergestellt, daß der Greifarm 22 ohne Berührung mit der Platte 21 unter einen Randbereich dieser Platte 21 geschoben werden kann.

Zum Herausnehmen der Platte 21 muß diese über ihre stoßgesicherte Lage angehoben werden. Damit der Greifarm 22 dabei nicht mit den Auflageflächen kollidiert, weisen die beiden Gabelteile 23 an die­ ser Stelle einen u-förmigen Ausschnitt 24 auf. Die Auflagefläche für die Platte 21 auf den Gabelteilen 23 ist etwas tiefer gelegt, so daß die Platte 21 auch auf dem Greifarm 22 gegen seitliches Verrutschen gesichert ist.

In Fig. 3 ist als weiteres Beispiel eine runde Platte 25 darge­ stellt. Für ihre stoßgesicherte Lagerung genügen drei Auflage­ klötzchen 26 mit hochgezogenen Rändern. Beim Unterschieben der Gabelteile 23 des Greifarms 22 unter die Platte 25 besteht keine Behinderung durch die Auflageklötzchen. Sowohl die Klötzchen 26 als auch die Gabelteile 23 können daher einfacher gestaltet sein.

Fig. 4 zeigt eine Palette 27, die für die Aufnahme eines Greifarms 22 geeignet ist, wie er z.B. in Fig. 2a bereits dargestellt ist. Wegen des mit dem Greifarm 22 verbundenen Kupplungsmittels 28 muß diese Palette etwas größer sein als die Paletten 15. Durch Ein­ schieben der Gabelteile 23 in z.B. u-förmige Halteelemente 29 wird der Greifarm 22 auf der Palette 27 gehalten. Im Bereich der Kupp­ lungsmittel 28 weist die Palette 27 eine Ausnehmung auf, so daß ein entsprechendes Gegenstück am Manipulator ungehindert in die Kupplung 28 eingreifen kann.

Aus Fig. 5 ist zu entnehmen, wie eine einfache Kupplung zwischen Greifarm 22 und Manipulator 30 bewerkstelligt werden kann. Das am Greifarm 22 befestigte Kupplungsmittel 28 soll auf der Oberseite einen Lagerpunkt 33 und auf der Unterseite zwei dazu versetzte La­ gerpunkte 31, 32 in Form von Vertiefungen aufweisen. Am Manipula­ tor sind entsprechende Gegenstücke 34, 35 vorgesehen. Der Greifarm 22 wird durch das Halteelement 29 in einer zur Palette 27 geneig­ ten Stellung gehalten.

Zur Aufnahme des Greifarms wird der Manipulator 30 mit seinem Kupplungsstück über das Kupplungsmittel 28 geschoben. Durch Ab­ senken des Magazins 10 und damit auch der Palette 27 kommen zu­ nachst die Lagerpunkte 31, 32 mit dem Gegenstück 35 in Eingriff. Beim weiteren Absenken dreht sich der Greifarm aufgrund der Hebel­ verhältnisse um diesen Lagerpunkt bis auch der Lagerpunkt 33 mit dem Gegenstück 34 im Eingriff ist. In dieser Stellung liegen die Auflageflächen an den Gabelteilen 23 waagrecht, und der Greifarm kann ohne Behinderung durch Zurückfahren des Manipulators 30 von der Palette 27 abgenommen und nach entsprechender Steuerung unter eine der zu vermessenden Paletten 21, 25 gefahren werden, um auch diese herauszunehmen.

Der Funktionsablauf des Handhabungsautomaten soll anhand der Fig. 1 nochmals zusammenfassend dargestellt werden, wobei sich auch die besonderen Vorteile der neuen Vorrichtung ergeben.

Der insgesamt kompakte Aufbau erlaubt die Unterbringung auch in einer Klimabox. In der Wandung einer solchen Box kann eine ver­ schließbare schlitzförmige Öffnung angebracht sein, die einem Ge­ fach des Magazins gegenüberliegt. Durch diese Öffnung können nach­ einander die einzelnen Gefache beschickt werden, indem das Magazin innerhalb der Box an der Öffnung vorbeigeführt wird.

Die Paletten können extern vorbereitet werden, wobei zur Beladung spezielle Werkzeuge eingesetzt werden können und auch schon eine Vortemperierung möglich ist. Das bedeutet eine Rationalisierung in der Arbeitsvorbereitung.

Entsprechend den geladenen Maskenscheiben sind dann die zugehöri­ gen Greifarme auf die entsprechenden Paletten zu legen und in die Gefache 12 einzuschieben. Mit Hilfe des Kodelesers 19 und eines der Steuervorrichtung 20 zugeordneten Speichers der über eine Sig­ nalleitung 36 mit dem Kodeleser 19 verbunden ist, ist dem Automa­ ten bekannt, in welchem Gefach welches Objekt liegt und wo der zu­ gehörige Greifarm zu finden ist. Die Steuervorrichtung 20 gibt entsprechend einem vorgegebenen Programm über Signalleitungen 37, 38 dem Stellmotor 13 für das Magazin 10 die Befehle, um die ge­ wünschte Gefache in die dem Manipulator 30 gegenüberliegende Ent­ nahmeposition zu bringen und steuert außerdem den Manipulator 30. Dieser ist in einer Führungsbahn 39 linear verschieblich. Die Füh­ rungsbahn 39 ist auf einer rotatorisch drehbaren Achse 40 befe­ stigt. Beide Bewegungen werden durch einen Motor 41 angetrieben. Vorteilhafterweise wird der Manipulator beim Drehen im beladenen Zustand in der Führungsbahn 39 so verschoben, daß die Maskenschei­ be über der Drehachse liegt, um die auf die Maskenscheibe wirken­ den Beschleunigungskräfte so gering wie möglich zu halten.

Der modulare Aufbau des Handhabungsautomaten ermöglicht es, das Magazin an einem beliebigen Hubsystem bekannter Bauart zu befesti­ gen. Dabei kann die Befestigung auch an der für die Beschickung oder den Objektzugriff nicht benötigten Magazinwand geschehen. Die Magazinwände sind im übrigen weitgehend offen zu gestalten, um ei­ ne gleichmäßige Klimatisierung aller Gefache zu erleichtern. Die Anzahl der Gefache 11 und 12 kann den Notwendigkeiten leicht ange­ paßt werden.

Auch für das Manipulatorsystem 30, 39, 40, 41 kann ein beliebiges Sy­ stem bekannter Bauart gewählt werden, da lediglich die Kupplungs­ mittel zwischen Manipulator und Greifarm einander anzupassen sind.

Claims (9)

1. Handhabungsautomat für plattenförmige Objekte, enthaltend ein höhenverstellbares Magazin (10) mit waagrecht übereinander liegen­ den Gefachen (11, 12) und einen linear verfahrbaren und schwenkba­ ren Manipulator (30), dadurch gekennzeichnet, daß

• a) der Manipulator (30) mit auswechselbaren Greifarmen (22) ausge­ stattet ist,
• b) die Greifarme (22) ebenso wie die plattenförmigen Objekte (21, 25) in Gefachen (12) des Magazins (10) abgelegt sind,
• c) die Gefache eine Kodierung (18) für Größe und Form der platten­ förmigen Objekte (21, 25) und der zugehörigen Greifarme (22) be­ sitzen,
• d) eine Steuervorrichtung (20) vorgesehen ist, die den Manipulator (30) in Abhängigkeit von der Kodierung (18) des zu handhabenden plattenförmigen Objekts (21, 25) oder Greifarms (22) steuert.

2. Handhabungsautomat nach Anspruch 1, dadurch ge­ kennzeichnet, daß Paletten (15, 27) zur Lagerung unter­ schiedlich dimensionierter plattenförmiger Objekte (21, 25) und Greifarme (22) vorgesehen sind, die in Führungen (16) in den Ge­ fachwänden des Magazins (10) manuell einschiebbar sind.

3. Handhabungsautomat nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Beschickungsrichtung für die Pa­ letten (15, 27) von der Zugriffsrichtung des Manipulators (30) ver­ schieden ist.

4. Handhabungsautomat nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Gefach-Kodierung (18) an den Pa­ letten (15, 27) angebracht ist und dem Magazin (10) mindestens eine mit der Steuervorrichtung (20) gekoppelte Erkennungseinrichtung (19) für die Kodierung zugeordnet ist.

5. Handhabungsautomat nach Anspruch 2, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagerung (17, 26) für die plat­ tenförmigen Objekte (21, 25) so ausgebildet ist, daß sie für die Plattenunterseite nur in Randbereichen eine Auflage bildet, den Plattenrand gegen Verrutschen abstützt und die Platte (21, 25) in einem solchen Abstand zur Palettenfläche hält, daß sie von den Greifarmen (22) ebenfalls im Randbereich ohne Berührung unterfah­ ren werden kann.

6. Handhabungsautomat nach Anspruch 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Lagerungen auf der Palette (15, 27) justierbar angebracht sind.

7. Handhabungsautomat nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Manipulator (30) und die Greifarme (22) mit selbstzentrierenden Kupplungsmitteln (31, 32, 33; 34, 35) ausgestattet sind.

8. Handhabungsautomat nach Anspruch 7, dadurch ge­ kennzeichnet, daß eine Einhängekupplung mit Drei- Punkt-Lagerung vorgesehen ist.

9. Handhabungsautomat nach Anspruch 8, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die Greifarme (22) auf der Palette (27) in einer geneigten Stellung gehalten sind, so daß durch line­ are Annäherung des Manipulators (30) und Absenken des Magazins (10) zunächst zwei Punkte (31, 32) der Lagerung zum Eingriff kom­ men, durch weiteres Absenken des Magazins (10) die dritte Lager­ stelle (33) zum Eingriff kommt und die Halterung auf der Palette freigeben wird.