DE4037204A1 - Greifersystem, insbesondere zur reinraumanwendung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Greifersystem, ins­ besondere zur Reinraumanwendung, mit einem Grundteil, der an einer Handhabungseinrichtung anbringbar ist, und an dem zwei Greiferbacken derart gehalten sind, daß sie eine Zustellbewegung zur Handhabung von Wafern, Car­ riern o. dgl. ausführen können.

Derartige Greifersysteme sind insbesondere in Reinräu­ men, aber auch bei anderen Anwendungen anwendbar.

Die Herstellung der Strukturen auf Wafern, wie sie für die Chipfertigung in der Halbleiterindustrie verwendet werden, erfordert je nach Integrationdichte der Chips bis zu 400 Prozeßschritte. In der Praxis finden heute alle Prozeßschritte in Reinräumen der Klasse 10 und besser statt. Dabei erfordern die meisten Fertigungs­ verfahren spezielle, gegen hohe Temperaturen und/oder chemisch resistente Wafercarrier. Je nach Anzahl der notwendigen Prozeßschritte müssen bis zu 100 Umhorde­ vorgänge erfolgen, d. h. die Wafer müssen zwischen Pro­ zeß- und Transportcarrier umgeladen werden. Typischer­ weise treten folgenden Möglichkeiten der Waferumhordung zur Anwendung, die für eine automatisierte Fertigung ein flexibles Umhordewerkzeug erfordern:

• - eins-zu-eins Umhordung,
• - Umhordung mit Freiplätzen,
• - Gruppenumhordung,
• - Einzelumhordung,
• - Back-to-Back-Umhordung,
• - Umhordung mit Abstandsänderung.

Die Tendenz zumindest im Prozeßbereich zu hochwertigen Reinräumen erfordert zunehmend hochentwickelte, rein­ raumtaugliche Handhabungseinrichtungen. Ein geführtes Greifwerkzeug, das die Carrier- und Waferhandhabung einfach und schnell automatisch durchführen kann, ist deshalb in der Chipfertigung von großem Interesse. Das Greifwerkzeug kann dabei entweder von reinraumtaugli­ chen Robotern oder Handhabungssystemen geführt werden, wie sie z. B. in der DE 37 26 025 A1 beschrieben sind.

Bislang sind die verschiedensten Werkzeuge bekannt geworden, mit denen Carrier transportiert bzw. Waferum­ hordvorgänge automatisiert ausgeführt werden können:

Derartige Werkzeug sind beispielsweise Vakuumpinzetten: Eine in mindestens zwei Bewegungsachsen geführte Vaku­ umpinzette entnimmt Wafer für Wafer der Bereitstel­ lungshorde und legt ihn in der Prozeßhorde ab.

Weiterhin ist es bekannt, Umhordvorgänge mittels eines Aushubstempel auszuführen:
Das Waferpaket wird mittels eines Aushubstempels über den Transportcarrier gehoben. Ein Greifwerkzeug mit kammartigen Greifflächen transportiert das Paket auf einen zweiten Hubstempel. Das Waferpaket wird dann in den Prozeßcarrier abgesenkt. Eine Umhordung mit Ab­ standsänderung ist ebenfalls möglich.

Weiterhin ist aus dem Artikel "Mit sanfter Hand alles im Griff" in "Produktronic 4-1989, S. 98-101" ein rein­ raumtaugliches Greifersystem mit Wechselbacken bekannt. Von diesem Greifersystem ist bei der Formulierung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ausgegangen worden; im übrigen wird auf den genannten Artikel zur Erläuterung aller hier nicht näher erläuterten Einzelheiten aus­ drücklich verwiesen.

Dieses bekannte Greifersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weist zwei programmierbare Rotationsachsen­ paare auf, die eine Verstellung der Greifweite ermögli­ chen. Darüber hinaus ist in einer Bereitstellungsein­ richtung ein Wechsel der Greifflächen möglich.

Dieses Greifwerkzeug hat zwar eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Umhordemöglichkeiten. Jedoch ist es für die Carrierhandhabung nur bedingt zu gebrauchen:

• - Das Bauvolumen ist auffallend groß. Es muß von rein­ raumtauglichen Industrieroboter geführt werden, deren Handachsen sich oberhalb des Carriers befinden.
• - Der Greifer ist etwa so lang wie der Carrier selber. Sofern der Carrier an seinen standardisierten Hand­ habungsflächen gegriffen werden soll, kann er nie auf seine Stirnseite gestellt werden; dies entspricht aber seiner genormten Transportstellung.
• - Die Anordnung der Achsen des Industrieroboter und der Greiferachsen oberhalb des Waferpakets bzw. des Carriers bewirken eine turbulente Strömung im Bereich der Wafer.
• - Die Steuerung der Greiferkinematik, bestehend aus zwei programmierbaren Rotationsachsenpaaren, ist auf­ wendig und bewirkt zusätzliche Positionierungenauig­ keiten innerhalb des Gesamtsystems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Greifer­ system, insbesondere zur Reinraumanwendung, mit einem Grundteil, der an einer Handhabungseinrichtung o. dgl. anbringbar ist, und an dem zwei Greiferbacken derart gehalten sind, daß sie eine Zustellbewegung zur Hand­ habung von Wafern, Carriern o. dgl. ausführen können, derart weiterzubilden, daß eine flexiblere Handhabung der handzuhabenden Teile, wie beispielsweise sowohl von Carriern als auch von Wafern möglich ist, und insbeson­ dere Carrier sowohl auf ihrer Fuß- wie auch auf ihrer Stirnfläche absetzbar sind, und darüber hinaus sämtliche Umhordevorgänge durch raschen Wechsel der Greifflächen möglich sind.

Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Erfindungsgemäß weisen die Greiferbacken jeweils einen Linearteil auf, die in dem Grundteil in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar gelagert sind, und an deren vorderem Ende jeweils eine Dreheinheit angebracht ist, deren Welle sich in etwa senkrecht zur Längsachse des Linearteils erstreckt und wenigstens zwei unterschied­ liche Greifelemente trägt.

Das erfindungsgemäße Greifersystem erlaubt, verglichen mit dem gattungsgemäßen Greifersystem, eine flexiblere Handhabung sowohl von Carriern als auch von Wafern:

• - Sämtliche Umhordevorgänge sind durch raschen Wechsel der Greifflächen möglich.
• - Der Carrier ist sowohl auf seiner Fuß- wie auch auf seiner Stirnfläche absetzbar.
• - Wahlweise können durch Wahl entsprechender Greifein­ sätze beliebige Carrier- oder Waferformen (z. B. Quarzboote, eckige Wafer) gehandhabt werden.
• - Aufgrund der konstruktiven Auslegung des Greifmecha­ nismusses bzw. der Greifflächenwechseleinrichtung ist das Greifwerkzeug hinsichtlich Partikelemission und Umströmungsbehinderung besonders günstig.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des all­ gemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungs­ gemäßen Greifersystems,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch dieses Greifersystem,

Fig. 3 einen Querschnitt bei I-I in Fig. 2, und

Fig. 4 das Greifersystem mit einem Carrier.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbei­ spiel eines erfindungsgemäßen Greifersystems weist einen Grundteil 1 auf, der beispielsweise an einer (nicht gezeigten) Handhabungseinrichtung o. dgl. an­ bringbar ist, und der die eigentlichen Greiferbacken trägt.

Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, weisen die Greiferbacken jeweils einen Linearteil 2, 2′ auf, von denen jeder in dem Grundteil 1 in Richtung seiner Längsachse verschiebbar gelagert ist, so daß eine Zu­ stellbewegung ausgeführt werden kann. Dabei haben die beiden Linearteile 2 und 2′ einen festen Abstand A in Richtung senkrecht zu ihrer Längsachse voneinander.

Die Verschiebung für die Zustellbewegung der Lineartei­ le kann beispielsweise durch ein Ritzel 17 (s. Fig. 2) erfolgen, das die Linearteile 2 bzw. 2′ über jeweils eine Zahnstange gegenläufig bewegt. Der Antrieb des Ritzels 17 kann z. B. durch einen Motor 19 mit nachge­ schaltetem Getriebe 18 und mit integriertem Wegmeß­ system 20 erfolgen. Die Abdichtung zwischen Greiferfüh­ rungen und Handachse kann z. B. durch Absaugung, Falten­ balg, Ferrofluid-, Drossel- oder Labyrinthdichtungen erfolgen. Zur Kabelführung können ferner die Lineartei­ le 2 bzw. 2′ hohlgebohrt sein.

Die Linearteile 2 und 2′ weisen an ihrem vorderen Ende jeweils eine Kröpfung 2′′ auf, die jeweils eine Drehein­ heit trägt. Diese Dreheinheiten weisen aus Strömungs­ gründen tropfenförmige, geschlossene und glatte Gehäuse 6 auf, so daß sich möglichst keine Teile im Laminar­ strom über dem handzuhabenden Objekt 21 (s. Fig. 4), wie einem Behälter befinden. Beide Gehäuse sind dar­ über hinaus neben dem Handhabungsobjekt 21 angeordnet, so daß dessen laminare Umströmung geringstmöglichst gestört wird.

Fig. 3 zeigt, daß in den Gehäusen 6 jeweils ein Stell­ motor 4, ein Endschalter 3 und ein Elektromagnet 5 angeordnet sind. Der Stellmotor 4 treibt über ein Ge­ triebe 8 einen auf einer Achse 7 drehbar gelagerten Zylinder 11 zu einer Drehbewegung an. Hierzu sind ent­ sprechende Lager 12 bzw. 15 auf der Achse 7 vorgesehen. Die Achsen 7 bzw. die Zylinder 11 erstrecken sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zur Verbin­ dungslinie der beiden Linearteile 2 und 2′.

Auf dem Zylinder 11 sind Greifflächen 13, 14 bzw. 16 angebracht, die durch eine Drehung des Zylinders 11 in die Einsatzstellung überführt werden können, in der sie in Anlage mit dem handzuhabenden Teil 21 (Fig. 4) kom­ men:

Sollen die Greiferflächen 13, 14 bzw. 16 gewechselt werden, zieht der Elektromagnet 5 einen Arretierstift 9 aus den Klauen des Drehzylinders 11 und bedämpft gleichzeitig den Endschalter 3. Als Folge des Schalt­ signals dreht der Elektromotor 4 über das Getriebe 8 langsam den Drehzylinder 11. Nach kurzer Zeit wird der Elektromagnet abgeschaltet. Die Arretierstifte 10 drüc­ ken so lange gegen den Drehzylinder, bis sie in die Klauen der nächsten Greiferstellung fallen. Der End­ schalter 3 wird nun nicht mehr bedämpft, worauf der Motor 4 abgeschaltet wird. Zur Sicherheit kann ein zusätzlicher Sensor vorgesehen werden, der die erfolgte Drehung registriert. Der Drehzylinder ist gegenüber dem Gehäuse hermetisch, z. B. mittels einer Ferrofluiddich­ tung, abgedichtet. Partikel können somit nicht in den Produktraum entweichen.

Als Greifflächen sind hierbei denkbar:

• - Greifflächen zum Carriertransport, die an wenigstens zwei Stellen linienförmig oder an 4 Stellen nahezu punktförmig am Carrier anliegen, wobei durch die geringe Auflagefläche eine Kontaminierung von Grei­ fer und/oder Carrier praktisch vermieden wird.
• - Greifflächen zum Wafertransport, die ein Waferpaket bzw. Einzelwafer greifen und transportieren können.

Durch eine spezielle Ausbildung des (kammförmigen) Werkzeugs kann eine Umhordung mit Abstandsänderung der Einzelscheiben zueinander erfolgen.

• - Greifflächen zum Transport/Handhabung von Prozeß­ carriern, z. B. für Quarzboote, können dem Behälter entsprechend angepaßt werden, wobei auf geringe Auflageflächen zur Vermeidung der Partikelerzeugung geachtet werden muß.

Claims (8)

1. Greifersystem, insbesondere zur Reinraumanwendung, mit einem Grundteil, der an einer Handhabungseinrich­ tung o. dgl. anbringbar ist, und an dem zwei Greifer­ backen derart gehalten sind, daß sie eine Zustellbewe­ gung zur Handhabung von Wafern, Carriern o. dgl. aus­ führen können, dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferbacken jeweils einen Linearteil (2, 2′) aufweisen, die in dem Grundteil (1) in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar gelagert sind, und an deren vorderem Ende jeweils eine Drehein­ heit (4, 8) angebracht ist, deren Welle (11) sich in etwa senkrecht zur Längsachse des Linearteils (2, 2′) erstreckt und wenigstens zwei unterschiedliche Greif­ elemente (13, 14, 16) trägt.

2. Greifersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wellen (11) der Dreheinheiten (4, 8) parallel zur Verbindungslinie der beiden Linearteile (2, 2′) erstrecken.

3. Greifersystem nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Linearteile (2, 2′) an ihrem vorderen Ende eine Kröpfung aufweisen, die die Dreheinheiten trägt.

4. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinheiten (4, 8) ein tropfenförmiges, geschlossenes und glattes Gehäuse (6) aufweisen.

5. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Linearteile (2, 2′) ein Ritzel (17) vorgesehen ist, das die Linear­ teile über jeweils eine Zahnstange gegenläufig bewegt.

6. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (20) zur Über­ wachung der Bewegung der Linearteile (2, 2′) und/oder Dreheinheiten (4, 8) vorgesehen sind.

7. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kabelführung o. dgl. die Linearteile (2 bzw. 2′) hohl sind.

8. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungen für sämtliche beweglichen Teile vorgesehen sind.