DE4037204C2 - Greifersystem, insbesondere zur Reinraumanwendung - Google Patents
Greifersystem, insbesondere zur ReinraumanwendungInfo
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- Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Greifersystem, ins
besondere zur Reinraumanwendung gemäß dem Oberbegriff
des Patentanspruchs 1.
Ein derartiges Greifersystem, insbesondere zur Rein
raumanwendung ist aus der DE-PS 37 26 025 bekannt.
Dieses bekannte Greifersystem weist einen Grundteil
auf, der an einer Handhabungseinrichtung oder dgl.
anbringbar ist, und an dem zwei Greiferbacken gehalten
sind. Die Greiferbacken wiederum weisen jeweils einen
Linearteil auf, der in dem Grundteil in Richtung seiner
Längsachse verschiebbar gelagert ist, so daß die Grei
ferbacken eine Zustellbewegung zur Handhabung von Wa
fern, Carriern o. dgl. ausführen können. Das Greifwerk
zeug kann dabei entweder von reinraumtauglichen Robo
tern oder Handhabungssystemen geführt werden.
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,
- - Rack-to-Rack-Umhordung,
- - Umhordung mit Abstandsänderung.
Das aus der DE-PS 37 26 025 ist jedoch nicht in der
Lage, beispielsweise einen Carrier sowohl hochkant als
auch flach abzustellen.
Ferner sind die verschiedensten Werkzeuge bekannt ge
worden, mit denen Carrier transportiert bzw. Waferum
hordvorgänge automatisiert ausgeführt werden können:
Derartige Werkzeuge 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
Aushubstempels auszuführen: Das Waferpaket wird mittels
eines Aushubstempels über den Transportcarrier gehoben.
Ein Greifwerkzeug mit kammartigen Greifflächen trans
portiert das Paket auf einen zweiten Hubstempel. Das
Waferpaket wird dann in den Prozeßcarrier abgesenkt.
Eine Umhordung mit Abstandsänderung ist ebenfalls mög
lich.
Weiterhin ist aus dem Artikel "Mit sanfter Hand alles
im Griff" in "Produktronic 4-1989, S. 98-101" ein rein
raumtaugliches Greifersystem mit Wechselbacken anderer
Gattung bekannt. Dieses bekannte Greifersystem weist
zwei programmierbare Rotationsachsenpaare auf, die eine
Verstellung der Greifweite ermöglichen. Darüberhinaus
ist in einer Bereitstellungseinrichtung 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, gemäß dem
Oberbegriff des Patentanspruchs 1 derart weiterzubil
den, daß es möglich ist, beispielsweise Carrier sowohl
hochkant als auch flach abzustellen, und das darüber
hinaus unterschiedliche Anlageflächen zur Handhabung
unterschiedlicher Teile zur Verfügung stellt.
Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe wird gemäß
Anspruch 1 dadurch erreicht, daß jeder Linearteil an
seinem vorderen Ende eine Kröpfung aufweist. Hierdurch
ist es möglich, Carrier so aufzunehmen, daß sie durch
eine entsprechende Bewegung der Handhabungseinrichtung
sowohl auf ihrer Stirnseite als auch auf ihrer Unter
seite abgestellt werden können. An der Kröpfung ist
jeweils eine Dreheinheit angebracht, deren Welle sich
in etwa senkrecht zur Längsachse des Linearteils und
parallel zur Verbindungslinie der beiden Linearteile
erstreckt, und die wenigstens zwei unterschiedliche
Greifelemente trägt. Durch diese Ausbildung ist es
möglich, unterschiedliche Eingriffsflächen in Ein
griffsposition zu bringen, so daß entsprechend die un
terschiedlichsten Bauelemente gehandhabt werden können.
Eine Kröpfung von Linearteilen ist zwar auch bereits
aus der DE-PS 37 26 025 bekannt. Aufgrund der unter
schiedlichen Ausbildung dieser Kröpfung erlaubt es
diese Körpfung jedoch nicht, Carrier sowohl hochkant
als auch flach abzustellen.
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 nismus bzw. der Greifflächenwechseleinrichtung ist das Greifwerkzeug hinsichtlich Partikelemission und umströmungsbehinderung besonders günstig.
Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprü
chen angegeben, deren Merkmale zum Teil bereits aus der
DE-PS 37 26 025 oder der DE 38 12 026 A1 bekannt sind.
Die DE 38 12 026 A1 zeigt darüberhinaus bereits die
Verwendung zweier unterschiedlicher Greifelemente.
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
schaltetern 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
überhinaus 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 (6)
1. Greifersystem, insbesondere zur Reinraumanwendung,
mit einem Grundteil, der an einer Handhabungseinrich
tung oder dgl. anbringbar ist, und an dem zwei Greifer
backen gehalten sind, die jeweils einen Linearteil (2,
2′) aufweisen, der in dem Grundteil (1) in Richtung
seiner Längsachse verschiebbar gelagert ist, so daß die
Greiferbacken eine Zustellbewegung zur Handhabung von
Wafern, Carriern o. dgl. ausführen können,
dadurch gekennzeichnet, daß jeder Linearteil (2, 2′) an
seinem vorderen Ende eine Kröpfung aufweist, an der
jeweils eine Dreheinheit (4, 8) angebracht ist, deren
Welle (11) sich in etwa senkrecht zur Längsachse des
Linearteils (2, 2′) und parallel zur Verbindungslinie
der beiden Linearteile (2, 2′) erstreckt und die wenig
stens zwei unterschiedliche Greifelemente (13, 14, 16)
trägt.
2. Greifersystem nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinheiten (4, 8) ein
tropfenförmiges, geschlossenes und glattes Gehäuse (6)
aufweisen.
3. Greifersystem nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Linearteile
(2, 2′) ein Ritzel (17) vorgesehen ist, das die Linear
teile über jeweils eine Zahnstange gegenläufig bewegt.
4. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (20) zur Überwa
chung der Bewegung der Linearteile (2, 2′) und/oder
Dreheinheiten (4, 8) vorgesehen sind.
5. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4,
dadurch gekennzeichnet, daß zur Kabelführung o. dgl.
die Linearteile (2 bzw. 2′) hohl sind.
6. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5,
dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungen für sämtliche
beweglichen Teile vorgesehen sind.
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