DE60034619T2

DE60034619T2 - Pneumatischer betätigbarer Biegungsgreifer für Scheibenhandhabungsroboter

Info

Publication number: DE60034619T2
Application number: DE2000634619
Authority: DE
Inventors: Satish Milpitas Sundar; Ned G. San Jose Matthew
Original assignee: Applied Materials Inc
Current assignee: Applied Materials Inc
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 2000-03-20
Publication date: 2007-12-27
Anticipated expiration: 2020-03-21
Also published as: JP2000343475A; EP1041604B1; DE60034619D1; JP4688999B2; KR20010006901A; EP1041604A2; EP1041604A3; TW448093B

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft einen Aufspannmechanismus, der ein Werkstück an einem mechanischen Arm befestigt. Insbesondere betrifft die vorliegende Erfindung eine Klemme, die einen Halbleiterplättchen bzw. einen Halbleiterwafer behutsam an einem Roboterblatt befestigt, indem sie das Plättchen gegen ein Halteelement an der Vorderkante des Blatts vorspannt, wenn das Roboterblatt für eine Drehung zumindest teilweise zurückgezogen wird. Die Klemme wird von einem pneumatischen Zylinder betätigt und nutzt zur Aufrechterhaltung einer wünschenswerten, auf das Plättchen einwirkenden Klemmkraft ein Biegeelement.
Moderne Halbleiterbearbeitungssysteme umfassen Cluster Tools, in denen eine Reihe von Bearbeitungskammern zum Ausführen mehrerer aufeinander folgender Bearbeitungsschritte ohne Entfernen des Substrats aus einer hoch kontrollierten Bearbeitungsumgebung miteinander kombiniert sind. Diese Kammern können beispielsweise Entgasungskammern, Substratvorbehandlungskammern, Kühlkammern, Transferkammern, chemische Dampfabscheidungskammern, physische Dampfabscheidungskammern, Ätzkammern und dergleichen umfassen. Die Kombination der Kammern eines Cluster Tool sowie die Betriebsbedingungen und -parameter, unter denen diese Kammern betrieben werden, werden zur Fertigung bestimmter Strukturen unter Verwendung eines spezifischen Bearbeitungsverfahrens und eines spezifischen Prozessablaufs ausgewählt.
Ist ein Cluster Tool einmal mit einer gewünschten Anzahl an Kammern und der Zusatzausstattung zum Ausführen bestimmter Prozessschritte versehen, bearbeitet sie typischerweise eine große Anzahl an Substraten durch kontinuierliches Leiten von Substraten durch eine Folge von Kammern und Bearbeitungsschritten. Die Bearbeitungsverfahren und -reihenfolgen werden typischerweise in eine Mikroprozessorsteuereinheit programmiert, die die Bearbeitung jedes Substrats durch das Cluster Tool bestimmt, steuert und überwacht. Ist einmal eine vollständige Kassette Wafer erfolgreich durch ein Cluster Tool bearbeitet, kann die Kassette zur weiteren Bearbeitung an ein weiters Cluster Tool oder ein eigenständiges Werkzeug, wie eine chemisch-mechanische Glättungsvorrichtung, weitergeleitet werden.
Typische Cluster Tools bearbeiten Substrate durch Leiten der Substrate durch eine Folge von Bearbeitungskammern. Bei diesen Systemen wird ein Roboter verwendet, um die Plättchen durch eine Folge von Bearbeitungskammern zu befördern. Jede der Bearbeitungskammern ist so konstruiert, dass sie zwei Wafer gleichzeitig aufnimmt und bearbeitet. Auf diese Weise wird der Substratdurchsatz der Werkzeuggruppe effektiv verdoppelt. Die für jeden Bearbeitungs- und Handhabungsschritt erforderliche Zeitspanne hat direkte Auswirkungen auf den Substratdurchsatz pro Zeiteinheit. Obwohl die genaue Konstruktion eines Systems zur Fertigung integrierter Schaltungen komplex sein kann, ist es fast immer vorteilhaft, jeden Schritt so rasch wie möglich auszuführen, um den Gesamtdurchsatz zu erhöhen, ohne die Produktqualität, die Betriebskosten oder die Lebensdauer der Anlage negativ zu beeinflussen.
Der Substratdurchsatz eines Cluster Tool kann durch Erhöhen der Geschwindigkeit des in der Transferkammer angeordneten Wafer- bzw. Plättchenhandhabungsroboters verbessert werden. Wie in 1 gezeigt, umfasst der magnetisch gekoppelte Roboter eine Verbindung des Froschbeintyps oder Arme zwischen den magnetischen Klemmen und den Wafer- bzw. Plättchenblättern zum Ermöglichen sowohl einer radialen als auch einer Drehbewegung der Roboterblätter in einer festen Ebene. Radiale und Drehbewegungen können koordiniert bzw. kombiniert werden, um Substrate von einer Position in dem Cluster Tool aufzunehmen und sie an eine andere zu transferieren bzw. zu übergeben, beispielsweise von einer Kammer zu einer daneben liegenden Kammer.
Ein weiterer beispielhafter Roboter ist in 2 gezeigt. 2 zeigt einen herkömmlichen, polaren Roboter mit einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Substrateinspannvorrichtung. Wie in 2 gezeigt, können radiale und Drehbewegungen, wie bei dem in 1 gezeigten Roboter des „Froschbeintyps", koordiniert bzw. kombiniert werden, um Substrate aufzunehmen und von einer Position in einem Cluster Tool an eine andere zu befördern oder zu übergeben, beispielsweise von einer Kammer zu einer daneben liegenden. Anders als bei dem Roboter gemäß 1 kann der in 2 jedoch auch eine Übersetzungsbewegung des Plättchens 302 durchführen.
Bei einer Zunahme der Geschwindigkeit und Beschleunigung des Roboters wird die für Handhabung und Übergabe jedes Substrats an seinen nächsten Bestimmungsort aufgewendete Zeitspanne verkürzt. Das Bedürfnis nach Geschwindigkeit muss jedoch gegen die Möglichkeit einer Beschädigung des Substrats bzw. der darauf erzeugten Schichten abgewogen werden. Wenn ein Roboter ein Substrat zu abrupt bewegt oder das Plättchenblatt zu rasch dreht, kann das Plättchen vom Blatt rutschen, wodurch sowohl das Plättchen als auch die Kammer oder der Roboter potentiell beschädigt werden. Ferner können Gleitbewegungen des Substrats auf dem Plättchenblatt verunreinigende Partikel erzeugt werden, die bei einer Aufnahme auf einem Substrats einen oder mehrere Rohchips kontaminieren und dadurch den Ertrag eines Substrats vermindern können. Zudem kann eine Bewegung des Substrats auf dem Waferblatt eine erhebliche Fehlausrichtung des Substrats verursachen, die zu einer unge nauen Bearbeitung bzw. selbst einer zusätzliche Partikelerzeugung führen kann, wenn das Substrat später auf dem Halteelement in der Kammer ausgerichtet wird.
Das Roboterblatt ist typischerweise mit einem Wafersteg am entfernten Ende des Waferblatts versehen, der sich zum Verhindern eines Rutschens des Plättchens über das Ende nach oben erstreckt. Der Wafersteg erstreckt sich jedoch nicht um die Seiten des Blatts und leistet sehr wenig, um ein seitliches Verrutschen des Plättchens auf dem Blatt zu verhindern. Überdies sind die Plättchen nicht immer perfekt am Steg positioniert. Plötzliche Bewegungen oder hohe Drehzahlen können das Plättchen gegen den Steg schleudern und Beschädigungen des Plättchens oder sein Rutschen über den Steg und/oder von dem Blatt verursachen.
Zwischen der unteren Oberfläche eines Plättchens und der oberen Oberfläche des Plättchenblatts existiert ein gewisser Grad an Reibung, die einem Verrutschen des Plättchens entgegensteht. Die untere Oberfläche eines Siliciumwafer ist jedoch sehr glatt und hat auf dem typischerweise aus mit Nickel plattiertem Aluminium, rostfreiem Stahl oder Keramik gefertigten Waferblatt einen geringen Reibungskoeffizienten. Überdies ist ein typischer Wafer so leicht, dass der Gesamtwiderstand aufgrund der Reibung selbst dann leicht von den Zentrifugalkräften überschritten wird, die während einer raschen Drehung des Roboters auftreten, wenn sich das Blatt in der vollständig zurückgezogenen Position befindet. Dennoch wird bei der Bestimmung der Geschwindigkeit, mit der sich ein Roboter dreht, auf diesen niedrigen Reibungskoeffizienten zurückgegriffen.
In der US-A-6155773 werden das Problem des Verrutschens von Plättchen auf einem Roboterblatt und die Notwendigkeit einer Erhöhung von Plättchenübergabegeschwindigkeiten besprochen. Die se Anmeldung beschreibt einen Aufspannmechanismus, der das Substrat während des Transports auf dem Blatt hält. Diese Erfindung betrifft jedoch ein komplexes Hebel-/Biegesystem zum Einrücken und Lösen der Klemmfinger.
In der EP-A-0445651 ist eine zum Greifen und Halten von Plättchen geeignete Substrathalterung offenbart. Ein Plättchen dieses Typs wird auf die flache Ebene zwischen einem Halteelement und entsprechenden, einander gegenüberliegenden Aufspannstiften aufgespannt. Die Einspannkraft wird einerseits von einer einem pneumatischen Zylinder entgegenwirkenden Feder erzeugt und andererseits über Dämpfungselemente gesteuert. Auf einer Aufspannseite – in diesem Fall der des Halteelements- ist eine feste Positionierung vorgesehen, und auf der gegenüberliegenden Seite – in diesem Fall der der Aufspannstifte – ist eine flexible Positionierung vorgesehen. Die gesamte Vorrichtung kann über optische Einrichtungen geeignet positioniert werden.
Bekannte Substrataufspannvorrichtungen umfassten auch pneumatisch betätigte Einspannfinger, wobei eine Klemmfingerbaugruppe unter Verwendung eines Elektromagneten elektronisch betätigt wird, wenn mittels eines Programms anhand von Roboterarmsensoren festgestellt wird, dass sich der Roboterarm in der ausgefahrenen Stellung befindet. Derartige bekannte Vorrichtungen nutzen keine Biegeelemente im Greifmechanismus und können dementsprechend übermäßige Einspannkräfte auf den auf dem Blatt befestigten Wafer aufbringen. Solche übermäßigen Einspannkräfte können eine Minimierung der Partikelerzeugung von beweglichen Teilen, wie Lagern oder Gleitstücken, bei einem Eingriff mit dem Wafer erforderlich machen. Derartige bekannte Vorrichtungen können neben Biegeelementen Zugfedern, Druckfedern oder andere Vorspannelemente ver wenden, durch die mehr unerwünschte Partikel als bei der Verwendung von Biegeelementen erzeugt werden.
Es besteht Bedarf an einem Roboter, der Wafer insbesondere bei einem Mehr- oder Einsubstratbearbeitungssystem mit höheren Geschwindigkeiten und Beschleunigungen bzw. Verlangsamungen transportieren kann. Genauer besteht Bedarf an einem Plättchenaufspannmechanismus an einem Roboter, durch den ein oder zwei Plättchen mit einer zum Verhindern eines Verrutschens der Plättchen und einer Beschädigung der Plättchen während einer raschen Drehung bzw. radialen Bewegung ausreichenden Kraft auf einem Plättchenblatt bzw. zwei Plättchenblättern befestigt werden können, wobei eine unerwünschte Partikelerzeugung minimiert oder eliminiert wird.
Durch die Erfindung wird ein Klemmgreifkopf für eine Roboterbaugruppe mit einem oder mehreren Armen und einem oder mehreren pneumatischen Zylindern zum Antreiben der Arme zur Handhabung eines Werkstücks geschaffen, wobei der Klemmgreifkopf ein schwenkbar mit den Armen gekoppeltes Greifkopfgehäuse und mindestens einen im Greifkopfgehäuse angeordneten Klammerfinger umfasst, der ein operativ mit einer Kolbenstange des pneumatischen Zylinders gekoppeltes Joch umfasst, das ferner operativ mit mindestens einem Biegeelement verbunden ist, und ein Blattfederbiegeelement zum Drücken des mindestens einen Klammerfingers gegen das Werkstück mit dem mindestens einen Klammerfinger gekoppelt ist.
Bei einer Anordnung der Erfindung kann das Biegeelement mit einem vorderen Ende zum Einrasten an einer Kante des Werkstücks verbunden sein.
Durch die Erfindung wird auch ein Aufspannmechanismus zum Befestigen eines Werkstücks an einem mit einem entfernten Ende eines Roboterarms gekoppelten Werkstückhandhabungselement mit einem Plättchenhandhabungsblatt mit einem Werkstückaufnahmebereich und einem Halteelement an seinem entfernten Ende geschaffen, der mindestens einen Klammerfinger, der so beschaffen und positioniert ist, dass er mit der Kante des Werkstücks in Kontakt steht, ein mit dem mindestens einen Klammerfinger gekoppeltes Blattfederbiegeelement, das so beschaffen ist, dass es den mindestens einen Klammerfinger zum Aufspannen des Werkstücks zwischen dem mindestens einen Klammerfinger, der ferner eine Biegebaugruppe umfasst, und dem Halteelement gegen das Werkstück drückt, wenn das Werkstück auf dem Werkstückaufnahmebereich angeordnet ist, und einen operativ mit der Biegebaugruppe verbundenen pneumatischen Zylinder zum Entfernen der Biegebaugruppe von dem Plättchen bei einer Zufuhr von Druckluft zu dem pneumatischen Zylinder umfasst.
Bei der zuletzt beschriebenen Anordnung kann die Biegebaugruppe ein Joch, zwei vordere Enden, ein zwischen den beiden vorderen Enden angeschlossenes Blattfederbiegeelement und ein zwischen jedem der vorderen Enden und gegenüberliegenden oberen Enden des Jochs angeschlossenes Spitzenbiegeelement umfassen.
In dem zuletzt genannten Fall kann das Blattfederbiegeelement auch in der Nähe eines Medialpunkts entlang des Blattfederbiegeelements mit einem Greifkopfgehäuse verbunden sein.
Genauer kann die Kolbenstange des pneumatischen Zylinders so drehbar an dem Joch montiert sein, dass das Joch frei um die Achse der Kolbenstange drehbar ist.
Gemäß einem weiteren Aspekt kann die Erfindung eine Roboterarmbaugruppe mit zwei Roboterarmen des Froschbeintyps betreffen, an deren entfernten Enden jeweils ein Klemmgreifkopf befestigt ist, der ein schwenkbar mit dem Roboterarm gekoppeltes Greifkopfgehäuse, eine im Greifkopfgehäuse angeordnete Biegebaugruppe, die so beschaffen ist, dass sie ein Plättchen formschlüssig greift, und einen im Greifkopfgehäuse angeordneten und operativ mit der Biegebaugruppe verbundenen pneumatischen Zylinder zum Veranlassen eines Wegbiegens der Biegebaugruppe von dem ergriffenen Plättchen umfasst. Ein Merkmal dieses Aspekts der Erfindung ist, dass die Biegebaugruppe so beschaffen sein kann, dass sie nach außen und hinten von dem Plättchen weg gebogen wird, wenn der pneumatische Zylinder mit der Biegebaugruppe in Eingriff gelangt, und dass sie mindestens ein Blattfederbiegeelement aufweisen kann. Ein weiteres Merkmal dieses Aspekts der Erfindung ist, dass die Biegebaugruppe drehbar mit einer Kolbenstange des pneumatischen Zylinders verbunden sein kann. Ein weiteres Merkmal dieses Aspekts der Erfindung ist, dass mindestens eines der Biegeelemente am Greifkopfgehäuse befestigt sein kann, um eine Drehung der vorderen Enden nach außen zu veranlassen, wenn der pneumatischen Zylinder mit der Biegebaugruppe in Eingriff tritt.
Damit die Art und Weise, auf die die vorstehend aufgeführten Merkmale, Vorteile und Aufgaben der vorliegenden Erfindung realisiert werden, im Einzelnen verständlich wird, folgt eine genauere Beschreibung der vorstehend kurz zusammengefassten Erfindung unter Bezugnahme auf Ausführungsformen, die in den beiliegenden Zeichnungen dargestellt sind.
Es ist jedoch darauf hinzuweisen, dass die beiliegenden Zeichnungen lediglich typische Ausführungsformen der Erfindung darstellen und daher nicht als ihren Rahmen einschränkend verstanden werden dürfen, da die Erfindung weitere, ebenso effektive Ausführungsformen einschließen kann.
1 ist eine schematische Draufsicht eines Roboterarms des „polaren" Typs zur Handhabung von Plättchen, die den Roboter in einer zurückgezogenen Stellung sowie, mittels gestrichelter Linien, in einer ausgefahrenen Stellung zeigt;
2 ist eine schematische Draufsicht eines Cluster Tool mit einem Roboter des „Froschbeintyps" zur Handhabung von Plättchen, die den Roboter in der zurückgezogenen Stellung sowie, mittels gestrichelter Linien, in einer ausgefahrenen Stellung zeigt;
3 ist eine Ansicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „Froschbeintyps" mit teilweise entfernter Bodendeckplatte von unten, die eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer Freigabestellung in einem nahezu vollständig ausgefahrenen Zustand zeigt;
4 ist eine Ansicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „Froschbeintyps" mit teilweise entfernter Bodenabdeckplatte von unten, die eine erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer teilweise zurückgezogenen Einspannstellung zeigt;
5 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „polaren" Typs ohne Abdeckplatte, die eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer Freigabeposition in einem nahezu vollständig ausgefahrenen Zustand zeigt;
6 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „polaren" Typs ohne Abdeckplatte, die eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer teilweise zurückgezogenen Einspannstellung zeigt;
7 ist eine Ansicht einer Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „Froschbeintyps" mit teilweise entfernter Abdeckplatte von unten, die eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer Freigabeposition in einem nahezu vollständig ausgefahrenen Zustand zeigt;
8 ist eine Ansicht der Unterseite der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „Froschbeintyps" mit teilweise entfernter unterer Abdeckplatte, die eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer teilweise zurückgezogenen Einspannstellung zeigt;
9 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „polaren" Typs ohne Abdeckplatte, die eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer Freigabeposition in einem nahezu vollständig ausgefahrenen Zustand zeigt;
10 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „polaren" Typs ohne Abdeckplatte, die eine vierte Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer teilweise zurückgezogenen Einspannstellung zeigt;
die 11 und 12 eine Draufsicht und eine Schnittansicht eines Plättchenblatts mit mehreren Plättchenhalteelementen;
13A eine vergrößerte Teilschnittansicht des Plättchenblatts und des in 9 gezeigten Plättchenhalteelements;
die 13B und 13C vergrößerte Teilschnittansichten alternativer Plättchenhalteelemente, die anstelle des Plättchenhalteelements oder in Kombination mit ihm verwendet werden können;
14 eine fragmentarische Ansicht eines Abschnitts einer Ausführungsform eines Klammerfingers 90, die anstelle einer Rolle ein bearbeitetes vorderes Ende zeigt;
15 eine schematische Draufsicht eines Roboterarms des „polaren" Typs zur Handhabung von Plättchen, die den Roboter in einer zurückgezogenen Stellung und ebenso, in gestrichelten Linien, in einer ausgefahrenen Stellung bei der Benutzung eines einzigen Klammerfingers zeigt;
16 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „Froschbeintyps" ohne Abdeckplatte, die eine Ausführungsform zeigt, bei der ein einziger Klammerfinger verwendet wird;
17 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „Froschbeintyps" ohne Abdeckplatte, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer Freigabeposition in einem nahezu vollständig ausgefahrenen Zustand zeigt, bei der gegenüberliegende Sätze von Klammerfingern auf gegenüberliegenden Seiten des Plättchens verwendet werden;
18 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „Froschbeintyps" ohne Abdeckplatte, die eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Hebelanordnung in einer teilweise zurückgezogenen Einspannstellung zeigt, bei der gegenüberliegende Sätze von Klammerfingern auf gegenüberliegenden Seiten des Plättchens verwendet werden;
19 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „Froschbeintyps" mit teilweise entfernter oberer Abdeckplatte, die eine Ausführungsform, bei der ein pneumatisch betätigter, auf Biegung basierender Greifmechanismus verwendet wird, in einer Freigabeposition in einem nahezu vollständig ausgefahrenen Zustand zeigt;
20 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „Froschbeintyps" mit teilweise entfernter oberer Abdeckplatte, die eine Ausführungsform, bei der ein pneumatisch betätigter, auf Biegung basierender Greifmechanismus verwendet wird, in einer teilweise zurückgezogenen Einspannstellung zeigt;
21 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „polaren" Typs mit teilweise entfernter oberer Abdeckplatte, die eine Ausführungsform, bei der ein pneumatisch betätigter, auf Biegung basierender Greifmechanismus verwendet wird, in einer Freigabeposition in einem nahezu vollständig ausgefahrenen Zustand zeigt; und
22 ist eine Draufsicht der Klemmgreifkopfbaugruppe eines Roboters des „polaren" Typs mit teilweise entfernter oberer Abdeckplatte, die eine Ausführungsform, bei der ein pneumatisch betätigter, auf Biegung basierender Greifmechanismus verwendet wird, in einer teilweise zurückgezogenen Einspannstellung zeigt.
1 ist eine schematische Draufsicht eines Roboters des „polaren" Typs, der in einer zurückgezogenen Stellung sowie, mittels gestrichelter Linien, in einer ausgefahrenen Stellung gezeigt ist. Der Roboter 10 umfasst einen einzigen Roboterarm 42 mit einer einzelnen, starr mit einem Antriebselement 20 verbundenen Strebe 44. Eine zweite Strebe 45 des Roboterarms 42 ist über ein Ellenbogengelenk 46 schwenkbar mit der ersten Strebe 44 und über ein Greifkopfgelenk 50 mit einem Werkstückhandhabungselement 60 verbunden. Der Aufbau der Streben 44 du 45 und der Gelenke 46 und 50 bildet einen Roboterarm 42 des „polaren" Typs, der das Plättchenhandhabungselement 60 mit dem Antriebselement 20 verbindet.
Die grundlegende Funktionsweise von Robotern des „polaren" Typs ist herkömmlich. Die erste Strebe 44 wird in einem von zwei Modi drehend bewegt. In einem Drehmodus ist eine Verbindung zwischen dem Antriebselement 20 und der zweiten Strebe 45 und dem Plättchenhandhabungselement 60 gelöst, so dass bei einer Drehung der ersten Strebe 44 der gesamte Roboterarm 42 gedreht wird, ohne ausgefahren oder zurückgezogen zu werden. In einem Ausfahrmodus ist eine Verbindung zwischen dem Antriebselement 20 und der zweiten Strebe 45 und dem Plättchenhandhabungselement 60 eingerastet, so dass beispielsweise bei einer Drehung der ersten Strebe 44 im Uhrzeigersinn die zweite Strebe 45 im Gegenuhrzeigersinn und das Plättchenhandhabungselement 60 im Uhrzeigersinn gedreht werden. Diese gegenläufige Drehung der jeweiligen Streben veranlasst ein Ausfahren des Plättchenhandhabungselements 60 in Bezug auf den Roboter 10. Eine Umkehrung des Antriebs 20 veranlasst eine Drehung der ersten und der zweiten Strebe 44, 45 und des Plättchenhandhabungselements 60 in den umgekehrten Richtungen, wodurch ein Einziehen des Plättchenhandhabungselements 60 veranlasst wird.
2 zeigt ein schematisches Diagramm eines beispielhaften, zur gleichzeitigen Bearbeitung von zwei Plättchen 302 geeigneten, integrierten Cluster Tool 400. Die Plättchen 302 werden über eine LoadLock-Kammer 402 in die Werkzeuggruppe 400 eingeführt und aus ihr entnommen. Ein Roboter 10 mit zwei Plättchenhandhabungsblättern 64 zur Übergabe der Substrate zwischen der LoadLock-Kammer 402 und den verschiedenen Bearbeitungskammern 404 ist in dem Cluster Tool 400 angeordnet. Die Roboterarme 42 sind in einer zurückgezogenen Stellung dargestellt, so dass die Roboterbaugruppe innerhalb der Transferkammer 406 frei gedreht werden kann. Die besondere Konfiguration des Cluster Tool gemäß 2 ist lediglich veranschaulichend, und das gezeigte System ist zur gleichzeitigen Bearbeitung von zwei Plättchen 302 geeignet. Die Erfindung ist jedoch gleichermaßen auf den Transport einzelner Plättchen oder Wafer bzw. Roboterbaugruppen, wie den vorstehend beschriebenen und in 1 gezeigten Roboter des „polaren" Typs, anwendbar. Gemäß einem bevorzugten Aspekt der Erfindung ist zur Steuerung der Rei henfolge der Fertigungsprozesse, der Bedingungen innerhalb des Cluster Tool und des Betriebs des Roboters 10 eine Mikroprozessorsteuerung vorgesehen.
2 zeigt auch einen magnetisch gekoppelten Roboter 10 des „Froschbeintyps", der in einer zurückgezogenen Stellung sowie, in gestrichelten Linien, in einer ausgefahrenen Stellung gezeigt ist. Der Roboter 10 umfasst zwei konzentrische Ringe, die zu ihrer Drehung um eine gemeinsame Achse magnetisch mit computergesteuerten Antriebsmotoren gekoppelt sind. Der Roboter 10 umfasst zwei Roboterarme 42, die jeweils eine starr mit einem ersten magnetischen Antrieb 20 verbundene erste Strebe 44 umfassen. Eine zweite Strebe 45 des Roboterarms 42 ist über ein Ellenbogengelenk 46 schwenkbar mit der ersten Strebe 44 und über ein Greifkopfgelenk 50 mit einem Werkstückhandhabungselement 60 und einem gemeinsamen, starren Verbindungselement 190 verbunden. Der Aufbau der Streben 44 und 45 und der Gelenke 46 und 50 bildet einen Roboterarm 42 des „Froschbeintyps", der die Plättchenhandhabungselemente 60 mit den magnetischen Antrieben 20 verbindet.
Wenn sich die magnetischen Antriebe 20 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit in der gleichen Richtung drehen, dreht sich auch der Roboter 10 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit in der gleichen Richtung um seine zur Ebene des Diagramms senkrechte Drehachse z. Wenn die magnetischen Antriebe 20 mit der gleichen Winkelgeschwindigkeit in den entgegengesetzten Richtungen gedreht werden, erfolgt eine lineare, radiale Bewegung der Plättchenhandhabungselemente 60 in eine oder aus einer ausgefahrenen Stellung. Der Modus, in dem sich beide Motoren mit der gleichen Drehzahl in der gleichen Richtung drehen, kann zum Drehen des Roboters 10 aus einer für einen Waferaustausch mit einer der danebenliegenden Kammer geeigneten Position in eine für einen Waferaustausch mit einer weiteren Kammer geeignete Position verwendet werden. Der Modus, in dem sich beide Motoren mit der gleichen Drehzahl in entgegengesetzten Richtungen drehen, wird dann zum radialen Ausfahren des Plättchenblatts in eine der Kammern und zu seinem anschließenden Herausziehen aus der Kammer verwendet. Einige weitere Kombinationen von Motordrehungen können zum Ausfahren bzw. Zurückziehen des Plättchenblatts verwendet werden, wenn der Roboter um eine Achse x gedreht wird. Ein am Drehpunkt 50 mit der zweiten Strebe 45 und den Werkstückhandhabungselementen 60 befestigtes Verbindungselement 190 erstreckt sich zwischen den beiden Werkstückhandhabungselementen 60 und den Roboterarmen 42 und verbindet sie. Die Baugruppe aus Verbindungselement 190 und Werkstückhandhabungselement 60 wird kollektiv als Greifkopfgelenk 80 bezeichnet. Eine Bewegung einer Armbaugruppe 42 in Bezug auf die Halterung 190 wird von der anderen Armbaugruppe 42 durch einen Synchronisationsmechanismus, wie einen Zahnrad- oder Gurtmechanismus, in der Verbindungshalterung 190 symmetrisch dupliziert.
Die 3 und 4 zeigen Teilansichten der Unterseite einer ersten Ausführungsform eines Werkstückhandhabungselements 60 mit teilweise entfernten unteren Abdeckplatten, die die inneren Arbeitskomponenten des zur Verwendung mit einem Roboter des „Froschbeintyps" geeigneten Klemmgreifkopfs 80 zeigen. Die 5 und 6 zeigen eine Teildraufsicht einer zweiten Ausführungsform eines Werkstückhandhabungselements 60 ohne Abdeckung und stellen die inneren Arbeitskomponenten des zur Verwendung mit einem Roboter des „polaren" Typs geeigneten Klemmgreifkopfs 80 dar. Die 3 und 5 zeigen Klammerfinger 90 in einer ausgestreckten oder Freigabestellung, in der die Werkstückhandhabungselemente 60 vollständig ausgefahren sind, so dass die Klammerfinger 90 zum Aufnehmen bzw. zur Abgabe des Plättchens 302 von dem Plättchen 302 gelöst sind.
Jedes der Werkstückhandhabungselemente 60 weist ein Greifkopfgehäuse 199, ein Plättchenhandhabungsblatt 64 und einen Klemmgreifkopf 80 auf. Das Greifkopfgehäuse 199 kann eine obere Abdeckplatte und eine untere Abdeckplatte umfassen, die die beweglichen inneren Bauteile des Werkstückhandhabungselements 60 umschließen. Das Gehäuse 199 ist im Wesentlichen starr und zum Schutz der Bauteile des Werkstückhandhabungselements 60 geeignet. Das Handhabungsblatt 64 erstreckt sich als integraler Bestandteil desselben vom vorderen Ende des Greifkopfgehäuses 199 und ist zur Aufnahme eines Plättchens 302 geeignet. Ein Steg oder Rückhalteelement 70 (in den 1 und 2 dargestellt) erstreckt sich gegenüber des Greifkopfgehäuses 199 am entfernten Ende des Plättchenhandhabungsblatts 64 vom Ende des Plättchenblatts 64 nach oben und ist zur Anlage an ein auf dem Blatt angeordnetes Plättchen 302 geeignet. Eine nachstehend unter Bezugnahme auf die 17 und 18 besprochene, alternative Ausführungsform umfasst am entfernten Ende des Werkstückhandhabungselements 60 einen zweiten Satz Klammerfinger.
Der Klemmgreifkopf 80 des Werkstückhandhabungselements 60 besteht aus einer Hebelanordnung 109, einem Vorspannelement 114 und zwei Klammerfingern 90. Das Vorspannelement 114 ist vorzugsweise eine die beiden Klammerfingern 90 verbindende Feder.
Die beiden Klammerfinger 90 sind vorzugsweise schwenkbar am Greifkopfgehäuse 199 montiert und voneinander beabstandet in diesem angeordnet. Die beiden Klammerfinger 90 sind vorzugsweise mittels des Vorspannelements 114 zum Vorspannen der Klammerfinger 90 in einer allgemein auf das Werkstück bzw. das Plättchen 302 ausgerichteten Richtung miteinander gekoppelt. Die Klammerfinger 90 sind so ausgewählt, dass sie mit der Kante des Plättchens 302 in Eingriff treten, wenn sich der Klammermechanismus in einer Einspannstellung befindet. Die entfernten Enden der Klammerfinger 90 umfassen zur Minimierung der Reibung zwischen den Klammerfingern 90 und des Plättchens 302 und damit zur Minimierung der Partikelerzeugung vorzugsweise spanabhebend bearbeitete vordere Enden 94 oder aus einem harten, abnutzungsbeständigen Material ausgebildete Rollen 92. Ferner können zur weiteren Minimierung der Partikelerzeugung und/oder zur Aufrechterhaltung einer zusätzlichen Klemmkraft zwischen den Klammerfingern 90 und dem Plättchen 302 in der Nähe der entfernten Enden der Klammerfinger 90 Spitzenbiegeelemente 93 zum Absorbieren von Stößen durch die Kraft der Klammerfinger 90 bei deren Einrasten am Plättchen 302 vorgesehen sein. Wie in den 15 und 16 gezeigt, ist festzuhalten, dass zum Einrasten an dem Plättchen 302 auch ein einzelner Klammerfinger 90 mit mehreren vorderen Enden 94 bzw. Rollen 92 vorgesehen sein kann. Bei den in den 15 und 16 gezeigten Ausführungsformen kann das Rückhalteelement 70 zum Befestigen des Plättchens 302 auf dem Blatt an einer geeigneten Stelle in der Nähe des entfernten Endes des Plättchenhandhabungsblatts 64 gegenüber den Rollen 92 bzw. den vorderen Enden 94 angeordnet sein, wobei das Rückhalteelement 70 in diesem Fall nicht am entfernten Ende des Plättchenhandhabungsblatts 64 angeordnet sein muss, sondern statt dessen an einer beliebigen Stelle entlang des Rands des Plättchens 302 angeordnet sein kann, solange es den Rollen 92 bzw. den vorderen Enden 94 allgemein gegenüberliegt. Wie bei der in 16 dargestellten Ausführungsform gezeigt, kann auch ein einziger Klammerfinger 90 verschiebbar am Klemmgreifkopf 80 montiert sein.
Bei der in den 3 und 4, gezeigten, besonderen Ausführungsform umfasst die Hebelbaugruppe bzw. die Hebelanordnung 109 allgemein einen ersten Hebel 120, der ein länglicher Hebel mit entgegengesetzten Enden ist. Ein Ende des ersten Hebels 120 ist fest bzw. einstückig mit einem ersten Klammerfinger 90 verbunden. Gegenüber dem fest oder einstückig verbundenen Ende 121 des ersten Hebels 120 weist das Kontaktende 124 des ersten Hebels 120 einen zu ihm gehörigen, verhältnismäßig flachen Abschnitt auf, der eine Kontaktauflage 122 bildet. Ebenso kann an dem ersten Hebel 120 ein Übersetzungselement 125 zum Herstellen eines Eingriffs mit einer Kontaktauflage 135 eines nachstehend beschriebenen zweiten Hebels 130 befestigt sein. Obwohl dies nicht dargestellt ist, wird darauf hingewiesen, dass das Übersetzungselement 125 statt mit dem ersten Hebel 120 mit dem zweiten Hebel 130 verbunden sein kann, so dass die Kontaktauflage 135 des zweiten Hebels 130 eine mit dem ersten Hebel 120 verbundene zweite Kontaktauflage 135 ist. Die Hebelbaugruppe oder Hebelanordnung 109 kann auch einen zweiten Hebel 130 umfassen, der ein länglicher Hebel sein kann, der an einem Verbindungsende 131 fest bzw. einstückig mit einem zweiten Klammerfinger 90 verbunden ist und gegenüber seinem Verbindungsende 131 ein Kontaktende 132 aufweist. Der erste und zweite Hebel 120 und 130 sind in einer winkeligen Beziehung vorgesehen und jeweils gemeinsam mit dem ersten und dem zweiten Klammerfinger 90 zum Schwenken in der gleichen Ebene geeignet. Das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120 ist so beschaffen und positioniert, dass es an der dem Kontaktende 132 des zweiten Hebels zugeordneten Kontaktauflage 135 anliegt und den Kontakt zwischen ihnen aufrechterhält, wenn der erste Hebel 120 und das daran befestigte Übersetzungselement 125 nach vorne gedreht werden. Zur Minimierung der Reibung und der resultierenden Partikelerzeugung zwischen der Kon taktauflage 135 des zweiten Hebels 130 und dem Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120 umfasst das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120 vorzugsweise eine drehbar daran befestigte, aus einem harten, abnutzungsbeständigen Material gefertigte Kontaktrolle 126. Beim Betrieb veranlasst eine Schwenkbewegung des ersten Hebels 120 und des damit verbundenen Übersetzungselements 125 eine Schwenkbewegung des zweiten Hebels 130. Ein an der zweiten Strebe 45 des Roboterarms 42 befestigtes Übersetzungselement 82 ist zur selektiven Paarung und zum Herstellen eines Eingriffs mit der Kontaktauflage 122 des ersten Hebels 120 zum Wegschwenken des ersten Klammerfingers 90 von dem Plättchen 302 zum Wegschwenken des erste Klammerfingers 90 von dem Wafer 302 bei einem gegebenen Ausmaß an Streckung des Roboterarms geeignet.
Das Übersetzungselement 82 ist ein längliches, starres Element, das nahe am Schwenkpunkt 50, der die zweite Strebe 45 mit dem Werkstückhandhabungselement 60 verbindet, fest an der zweiten Strebe 45 befestigt ist. Das Übersetzungselement 82 erstreckt sich von der zweiten Strebe 45 nach außen in das Greifkopfgehäuse 199. An dem entferntesten Ende des Übersetzungselements 82 ist eine Rolle 84 drehbar befestigt, die zur Anlage an einer anderen Oberfläche ohne eine erhebliche Erzeugung von Partikeln geeignet ist. Die Rolle 84 ist vorzugsweise aus einem harten, abnutzungsbeständigen Material gefertigt, um die Reibung zwischen dem Übersetzungselement 82 und der Kontaktauflage 122 zu minimieren. Das Übersetzungselement 82 ist so beschaffen und positioniert, dass sein entferntestes Ende an der Kontaktauflage 122 des ersten Hebels 120 anliegt, wenn das entfernteste Ende des Übersetzungselements 82 gedreht wird und sich allgemein vorwärts auf das Plättchen 302 und das Handhabungsblatt 64 zu bewegt. Ein Ausfahren des Roboterarms 42 veranlasst eine Vorwärtsdrehung des Übersetzungselements 82.
Wenn sich das Übersetzungselement 82 bei einem gegebenen Grad an Streckung des Roboterarms mit der Kontaktauflage 122 des ersten Hebels koppelt und mit ihm in Eingriff tritt, trifft das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120 ähnlich auf die Kontaktauflage 135 des zweiten Hebels 130 und tritt mit dieser in Eingriff, wodurch der zweite Klammerfinger 90 bei einem gegebenen Grad an Streckung des Roboterarms von dem Plättchen 302 weg geschwenkt wird. Vorzugsweise werden das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120, die Kontur der Kontaktauflage 135 des zweiten Hebels 130 und die Formen des ersten und des zweiten Klammerfingers 90 so ausgewählt, dass der Drehwinkel sowohl des ersten als auch des zweiten Klammerfingers 90 stets gleich sind.
Nunmehr Bezug nehmend auf die in den 5 und 6 dargestellte Ausführungsform ist das Übersetzungselement 82 in der Nähe des Drehpunkts 50, der die zweite Strebe 45 mit dem Werkstückhandhabungselement 60 verbindet, fest an der zweiten Strebe 45 befestigt. Eine Rolle 84, die so beschaffen ist, dass sie ohne eine wesentliche Partikelerzeugung an einer anderen Oberfläche anliegt, ist drehbar an dem Übersetzungselement 82 befestigt. Die Rolle 84 ist zur Minimierung der Reibung zwischen dem Übersetzungselement 82 und der Kontaktauflage 122 vorzugsweise aus einem harten, abnutzungsbeständigen Material, wie beispielsweise PEEK (Polyethylätherketon) oder TUFSAM (teflonimprägniertem, anodisierungsbeschichtetem Aluminium) ausgebildet. Das Übersetzungselement 82 ist so beschaffen und positioniert, dass es an der Kontaktauflage 122 des ersten Hebels 120 anliegt, wenn sich die zweite Strebe 45 und das daran befestigte Übersetzungselement 82 in Bezug auf das Plättchenhandhabungselement 60 in oder nahe einer vollständigen Streckung des Plättchenhandhabungselements 60 drehen. Ein Ausfahren des Roboterarms 42 veranlasst eine Drehung des ersten Hebels 120, wodurch der erste Klammerfinger 90 bei einem gegebenen Grad der Streckung des Roboterarms von dem Plättchen 302 weg geschwenkt wird.
Wenn das Übersetzungselement 82 bei einem gegebenen Grad an Streckung mit der Kontaktauflage 122 des ersten Hebels 120 zusammentrifft und in Eingriff gelangt, trifft das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120 auf ähnliche Weise mit der Kontaktauflage 135 des zweiten Hebels 130 zusammen und tritt mit ihr in Eingriff, wodurch der zweite Klammerfinger 90 bei einem gegebenen Grad an Streckung des Roboterarms von dem Plättchen 302 weg geschwenkt wird. Vorzugsweise werden das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120, die Kontur der Kontaktauflage 135 des zweiten Hebels 130 und die Formen des ersten und des zweiten Klammerfingers 90 so ausgewählt, dass der Drehwinkel sowohl des ersten als auch des zweiten Klammerfingers 90 stets gleich sind.
Die 3 und 4 sind Ansichten der Unterseite des Klemmgreifkopfs 80 mit entfernter unterer Abdeckplatte 202 und zeigen jeweils die Funktionsweise des Klemmgreifkopfs 80 bei Roboterarmen 42 eines Roboters des „Froschbeintyps" in einer ausgefahrenen und einer zurückgezogenen Stellung. Ähnlich sind die 5 und 6 Draufsichten des Klemmgreifkopfs 80 ohne Abdeckplatte und zeigen jeweils die Funktionsweise des Klemmgreifkopfs 80 bei Roboterarmen 42 eines Roboters des „polaren" Typs in einer ausgefahrenen und einer zurückgezogenen Stellung. Der Vergleich der Figuren ist nützlich, um zu zeigen, wie der Klammermechanismus in vollständig ausgefahrenem Zustand den Wafer freigibt. Die 4 und 6 zeigen die Greifkopfbaugruppe 60 in einer vollständig zurückgezogenen Stellung über der Nabe des Roboters, beispielsweise wenn sich die Baugruppe in einer Position für eine Drehung befindet. Die Klammerfinger 90 stehen in der Einspannstellung mit dem Rand des Plättchens 302 in Eingriff. Durch den Eingriff der Klammerfinger 90 wird das Plättchen 302 nicht nur eingespannt, sondern auch konsequent und genau auf dem Blatt 64 positioniert. Da das Plättchen 302 genau positioniert wird, treten weniger Handhabungsfehler auf, und es besteht nicht die Notwendigkeit, hoch entwickelte Plättchenzentriervorrichtungen zu verwenden, obwohl eine derartige Vorrichtung nach wie vor verwendet werden könnte. Ist der Greifkopf 80 vollständig zurückgezogen, ist der nächste Abstand zwischen dem Übersetzungselement 82 und der zugehörigen Kontaktauflage 122 des ersten Hebels 120 maximal.
Die 3 und 5 zeigen das Blatt 64 und den Greifkopf 80, die durch einen Plättchentransferschlitz 410 in einer Wand 412 einer Kammer 404 (2) bis zu einem Punkt ausgefahren sind, an dem der Aufspannmechanismus gelöst wird. Zu beachten sind die Spalten zwischen den Rollen 92 der Klammerfinger 90 und der Kante des Plättchens 302, die ein Abheben des Plättchens von der Oberseite des Blatts durch eine andere Vorrichtung, wie (nicht dargestellte) Hebestifte einer Bearbeitungskammer, ermöglichen. Ebenso ist es aufschlussreich, die relativen Positionen der Übersetzungselemente 82, 125, der Hebel 120, 130, der nachstehend beschriebenen Anschlagelemente 150, 151 und der Feder bzw. eines anderen Vorspannelements 114 zu beachten. In dieser Freigabeposition ist die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 gestreckt. Die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 spannt normalerweise die Kontaktfinger 90 in einer allgemein auf das Plättchen 302 ausgerichteten Richtung vor, um einen Eingriff mit dem Plättchen 302 herbeizuführen und es am Rückhalteelement 70 festzulegen, wenn sich die Greifkopfbaugruppe 60 in einer vollständig zurückgezogenen Position über der Nabe des Roboters befindet, beispielsweise wenn sich die Baugruppe in einer Position für eine Drehung befindet (4 und 6). Die Kraft des Übersetzungselements 82 wirkt bei einem Eingriff mit der Hebelanordnung 109 jedoch gegen die Vorspannkraft der Feder bzw. des anderen Vorspannelements 114, um die Klammerfinger 90 bei einem gegebenen Grad an Streckung des Roboterarms von dem Plättchen 302 zu lösen.
Ein äußeres Anschlagelement 150 umfasst einen festen Anschlag, der an der oberen Abdeckplatte 200 befestigt ist und eine Bewegung des ersten und des zweiten Klammerfingers 90 nach außen begrenzt. Das Anschlagelement 150 ist so beschaffen und positioniert, dass es eine Bewegung der Klammerfinger 90 nach außen über eine vorgegebene Position hinaus verhindert. Diese Position wird von der zur gewünschten Freigabe des Plättchens 302 erforderlichen Bewegung der Klammerfinger 90 vom Plättchen 302 weg bestimmt. In einigen Fällen muss der Roboter 10 ein fehlausgerichtetes Plättchen 302 zurückholen, und der Aufspannmechanismus dient beim Greifen des Plättchens auf dem Handhabungsblatt 64 der Ausrichtung eines Plättchens 302. Daher müssen die Klammerfinger 90 ausreichend zurückgezogen werden, um eine Platzierung eines fehlausgerichteten Plättchens 302 auf dem Plättchenblatt 64 zu ermöglichen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das äußere Anschlagelement 150 so positioniert, dass es ein Zurückziehen der Klammerfinger 90 bis zu 0,160 Zoll (0,4 cm) ermöglicht, wodurch eine Fehlausrichtung eines Plättchens von bis zu 0,080 Zoll (0,2 cm) von der Mitte bewältigt werden kann. Der Betrag des Rückzugs kann so eingestellt werden, dass Toleranzen bei bestimmten Systemen bewältigt werden können, und ist im Besonderen bei einer Ausführungsform begrenzt, um eine erhebliche Lebenserwartung der Feder bzw. des anderen Vorspannelements 114 zu erzielen und eine Beschädigung der Spitzenbiegeele mente 93 zu verhindern. Der Rückzugsbetrag kann jedoch jeder von dem besonderen System, bei dem die Aufspannbaugruppe verwendet wird, vorgegebene Betrag sein. Ähnlich kann ein inneres Anschlagelement 151 vorgesehen sein, um eine Bewegung des ersten und des zweiten Klammerfingers 90 nach innen zu verhindern. Das innere Anschlagelement 151 ist so beschaffen und positioniert, dass eine Bewegung der Klammerfinger 90 über eine vorgegebene Position hinaus verhindert wird, um beispielsweise eine Fehlausrichtung der Hebelanordnung 109 zu verhindern.
Die 7 und 8 zeigen eine Teilansicht der Unterseite einer zur Verwendung mit einem Roboter des „Froschbeintyps" geeigneten dritten Ausführungsform eines Werkstückhandhabungselements 60 mit teilweise entfernter Bodenplatte und freigelegten inneren Arbeitskomponenten des Klemmgreifkopfs 80. Die 9 und 10 zeigen eine zur Verwendung mit einem Roboter des „polaren" Typs geeignete vierte Ausführungsform des Werkstückhandhabungselements 60 ohne Abdeckung mit freigelegten Arbeitskomponenten des Klemmgreifkopfs 80. Die 7 und 9 zeigen Klammerfinger 90 ein einer ausgefahrenen oder Freigabestellung, in der die Plättchenhandhabungselemente 60 vollständig ausgefahren sind, so dass die Klammerfinger 90 zur Aufnahme oder Abgabe des Plättchens 302 von dem Plättchen 302 gelöst sind.
Bei den in den 7–10 gezeigten Ausführungsformen umfasst die Hebelbaugruppe oder Hebelanordnung 109 im Allgemeinen einen Übersetzungshebel 200, der ein länglicher Hebel mit entgegengesetzten Enden ist. Ein schwenkbares Ende des Übersetzungshebels 200 ist schwenkbar an dem Greifkopfgehäuse 199 montiert und in diesem angeordnet und zum Schwenken in der gleichen Ebene wie die Klammerfinger 90 geeignet. Der Übersetzungshebel 200 umfasst ferner einen ihm zugeordneten, relativ flachen Abschnitt, der eine Kontaktauflage 220 bildet. Auch ein Übersetzungselement 208 kann für einen Eingriff mit einer Kontaktauflage 240 einer nachstehend beschriebenen Biegeanordnung 245 an dem Übersetzungshebel 200 befestigt sein. Das Übersetzungselement 208 umfasst vorzugsweise eine drehbar an ihm befestigte Kontaktrolle 210, die aus einem harten, abnutzungsbeständigen Material, wie beispielsweise PEEK (Polyethylätherketon) oder TUFSAM (teflonimprägniertem, anodisierungsbeschichtetem Aluminium) ausgebildet ist.
Die Biegeanordnung 245 umfasst einen mittleren Kontaktabschnitt 242 mit entgegengesetzten Enden, mit denen Biegesegmente 230 fest verbunden sind und von denen sich Biegesegmente 230 zu nahegelegenen Enden von Klammerfingern 90 erstrecken, mit denen sie fest verbunden sind.
Das Übersetzungselement 208 des Übersetzungshebels 200 ist so beschaffen und positioniert, dass es an der dem Kontaktabschnitt 242 der Biegeanordnung 245 zugeordneten Kontaktauflage 240 anliegt und den Kontakt beibehält, wenn der Übersetzungshebel 200 und das daran befestigte Übersetzungselement 208 in Vorwärtsrichtung gedreht werden. Beim Betrieb veranlasst eine Schwenkbewegung des Übersetzungshebels 200 und des damit verbundenen Übersetzungselements 208 eine Vorwärtsbewegung des Kontaktabschnitts 242 der Biegeanordnung 245 und eine damit verbundene Biegung der daran befestigten Biegesegmente 230. Eine Vorwärtsbewegung der Biegesegmente 230 veranlasst eine Bewegung der Enden der Klammerfinger 90, an denen die Biegesegmente 230 befestigt sind, nach innen sowie ein derartiges Schwenken der Klammerfinger 90, dass sich die entfernten Enden der Klammerfinger 90 nach außen von dem Plättchen 302 weg bewegen. Ein an der zweiten Strebe 45 des Roboterarms 42 befestigtes Übersetzungselement 82 ist so beschaffen, dass es sich selektiv mit der Kontaktauflage 122 des ersten Hebels 120 paart und mit ihr in Eingriff gelangt, wodurch der erste Klammerfinger 90 bei einem gegebenen Grad an Streckung des Roboterarms von dem Plättchen 302 weg bewegt wird.
Bei der in den 7 und 8 gezeigten Ausführungsform ist das Übersetzungselement 82 ein längliches, starres Element, das in der Nähe des Schwenkpunkts 50, der die zweite Strebe 45 mit dem Werkstückhandhabungselement 60 verbindet, fest an der zweiten Strebe 45 befestigt ist. Das Übersetzungselement 82 erstreckt sich von der zweiten Strebe 45 nach außen in das Greifkopfgehäuse 199. Eine Rolle 84, die so beschaffen ist, dass sie im Wesentlichen ohne eine Erzeugung von Partikeln an einer anderen Oberfläche anliegt, ist schwenkbar an einem entferntesten Ende des Übersetzungselements 82 befestigt. Die Rolle 84 ist zur Minimierung der Reibung zwischen dem Übersetzungselement 82 und der Kontaktauflage 122 vorzugsweise aus einem harten, abnutzungsbeständigen Material, wie beispielsweise PEEK- oder TUFLAM-beschichteten Aluminium, ausgebildet. Das Übersetzungselement 82 ist so beschaffen und positioniert, dass sein entferntestes Ende an der Kontaktauflage 220 des Übersetzungshebels 200 anliegt, wenn sich das entfernteste Ende des Übersetzungselements 82 dreht uns sich allgemein vorwärts auf das Plättchen 302 und das Handhabungsblatt 64 zu bewegt. Ein Ausfahren des Roboterarms 42 verursacht einer Vorwärtsdrehung des Übersetzungselements 82.
Wenn das Übersetzungselement 82 bei einem gegebenen Grad an Streckung des Roboterarms auf die Kontaktauflage 220 des Übersetzungshebels 200 trifft und mit ihr in Eingriff gelangt, trifft das Übersetzungselement 208 des Übersetzungshebels 200 auf ähnliche weise auf die Kontaktauflage 240 des Kontaktabschnitts 242 und gelangt mit ihr in Eingriff, wodurch die Biegeanordnung 245 vorwärts auf das Plättchen 302 zu bewegt wird und so die Klammerfinger 90 bei einem gegebenen Grad von Streckung des Roboterarms von dem Plättchen 302 fort schwenkt. Vorzugsweise werden das Übersetzungselement 208 des Übersetzungshebels 200, die Kontur der Kontaktauflage 220 des Übersetzungshebels 200, die Kontur der Kontaktauflage 240 der Biegeanordnung 245 und die Formen der Klammerfinger 90 so ausgewählt, dass die Drehwinkel der Klammerfinger 90 stets gleich sind.
Bei der in den 9 und 10 gezeigten Ausführungsform ist das Übersetzungselement 82 in der Nähe des Schwenkpunkts 50, der die zweite Strebe 45 mit dem Werkstückhandhabungselement 60 verbindet, fest an der zweiten Strebe 45 befestigt. An dem Übersetzungselement 82 ist eine Rolle 84 drehbar befestigt, die so beschaffen ist, dass sie im Wesentlichen ohne eine Erzeugung von Partikeln an einer weiteren Oberfläche anliegt. Die Rolle 84 ist zur Minimierung der Reibung zwischen dem Übersetzungselement 82 und der Kontaktauflage 122 vorzugsweise aus einem harten, abnutzungsbeständigen Material, wie beispielsweise PEEK- oder TUFLAM-beschichteten Aluminium, ausgebildet. Das Übersetzungselement 82 ist so beschaffen und positioniert, dass es an der Kontaktauflage 122 des ersten Hebels 120 anliegt, wenn sich die zweite Strebe 45 und das daran befestigte Übersetzungselement 82 bei oder nahe der vollständigen Streckung des Plättchenhandhabungselements 60 in Bezug auf das Plättchenhandhabungselement 60 drehen. Ein Ausfahren des Roboterarms 42 verursacht eine Drehung des Übersetzungselements 82.
Wenn das Übersetzungselement 82 bei einem gegebenen Grad an Streckung des Roboterarms auf die Kontaktauflage 122 trifft und mit ihr in Eingriff tritt, trifft das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120 auf ähnliche Weise auf die Kontaktauflage 135 des zweiten Hebels 130 und tritt mit dieser in Eingriff, wodurch der zweite Klammerfinger 90 bei einem gegebenen Grad an Streckung des Roboterarms von dem Plättchen 302 weg geschwenkt wird. Vorzugsweise sind das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120, die Kontur der Kontaktauflage 135 des zweiten Hebels 130 und die Formen des ersten und des zweiten Klammerfingers 90 so ausgewählt, dass der Drehwinkel sowohl des ersten als auch des zweiten Klammerfingers 90 stets gleich sind.
Die 7 und 8 sind Ansichten der Unterseite des Klemmgreifkopfs 80 mit entfernter unterer Abdeckplatte 202 und zeigen die Funktionsweise des Klemmgreifkopfs 80, wenn sich die Roboterarme 42 eines Roboters des „Froschbeintyps" jeweils in einer ausgefahrenen und einer zurückgezogenen Stellung befinden. Ähnlich sind die 9 und 10 Draufsichten des Klemmgreifkopfs 80 ohne Abdeckplatte und zeigen die Funktionsweise des Klemmgreifkopfs 80, wenn sich die Roboterarme 42 eines Roboters des „polaren" Typs jeweils in einer ausgefahrenen und einer zurückgezogenen Stellung befinden. Der Vergleich der Figuren ist nützlich, um darzustellen, wie der Aufspannmechanismus das Plättchen in vollständig ausgefahrenem Zustand freigibt. Die 8 und 10 zeigen die Greifkopfbaugruppe 60 in einer vollständig zurückgezogenen Stellung über der Nabe des Roboters, beispielsweise wenn sich die Baugruppe in der Stellung für eine Drehung befindet. Es ist zu beachten, dass die Klammerfinger 90 in der Einspannstellung mit dem Rand des Plättchens 302 in Eingriff stehen. Durch den Eingriff der Klammerfinger 90 wird das Plättchen 302 nicht nur eingespannt, sondern auch konsequent und genau auf dem Blatt 64 positioniert. Da das Plättchen 302 genau positioniert wird, treten weniger Handhabungsfehler auf, und es besteht nicht die Notwendigkeit, eine hoch entwickelte Plättchenzentriervorrichtung zu verwenden, obwohl eine derartige Vorrichtung nach wie vor verwendet werden könnte. Es ist ebenso zu beachten, dass der nächste Abstand zwischen dem Übersetzungselement 82 und der zugehörigen Kontaktauflage 220 des Übersetzungshebels 200 bei vollständig zurückgezogenem Greifkopf 80 maximal ist. Ähnlich ist der nächste Abstand zwischen dem Übersetzungselement 208 des Übersetzungshebels 200 und der dazugehörigen Kontaktauflage 240 der Biegeanordnung 245 maximal.
Die 7 und 9 zeigen, dass sich das Blatt 64 und der Greifkopf 80 durch einen Plättchentransferschlitz 410 in einer Wand 412 einer Kammer 404 (2) zu einem Punkt erstrecken, an dem der Aufspannmechanismus gelöst wird. Zu beachten sind die Spalte zwischen den Rollen 92 der Klammerfinger 90 und der Kante des Plättchens 302, die ein Abheben des Plättchens 302 von der Oberseite des Blatts 64 durch eine weitere Vorrichtung, wie (nicht dargestellte) Hebestifte einer Bearbeitungskammer, ermöglichen. Es ist ebenso aufschlussreich, die relativen Positionen der Übersetzungselemente 82 und 208, des Übersetzungshebels 200, der Biegeanordnung 245, der Biegesegmente 230, der Anschlagelemente 150, 151 und der Feder bzw. des anderen Vorspannelements 114 zu beachten. In dieser Freigabestellung ist die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 gestreckt. Die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 spannt die Klammerfinger 90 normalerweise in einer allgemein auf das Plättchen 302 ausgerichteten Richtung vor, um einen Eingriff mit dem Plättchen 302 herbeizuführen und es am Rückhalteelement 70 festzulegen, wenn sich die Greifkopfbaugruppe 60 in einer vollständig zurückgezogenen Position über der Nabe des Roboters befindet, beispielsweise wenn sich die Baugruppe in einer Stellung für eine Drehung befindet (8 und 10). Die Kraft des Übersetzungsele ments 82 bei einem Eingriff mit dem Übersetzungshebel 200 und die resultierende Kraft des Übersetzungshebels 200 beim Zustandekommen eines Eingriffs mit der Biegeanordnung 245 wirken jedoch gegen die Vorspannkraft der Feder bzw. des anderen Vorspannelements 114, wodurch die Klammerfinger 90 bei einem gegebenen Grad an Streckung des Roboterarms von dem Plättchen 302 gelöst werden.
Das äußere Anschlagelement 150 umfasst einen festen Anschlag, der auf der oberen Abdeckplatte 200 befestigt ist und die Bewegung des ersten und des zweiten Klammerfingers 90 nach außen begrenzt. Das Anschlagelement 150 ist so beschaffen und positioniert, dass eine Bewegung der Klammerfinger 90 nach außen über eine vorgegebene Position hinaus verhindert wird. Diese Position wird durch die zu der gewünschten Freigabe des Plättchens 302 erforderliche Bewegung der Klammerfinger 90 von dem Plättchen 302 weg bestimmt. In einigen Fällen muss der Roboter 10 ein fehlausgerichtetes Plättchen 302 zurückholen. Der Aufspannmechanismus dient der Ausrichtung dieser Plättchen 302, wenn er sie auf dem Handhabungsblatt 64 ergreift. Daher müssen die Klammerfinger 90 ausreichend zurückgezogen werden, um die Platzierung eines fehlausgerichteten Plättchens 302 auf dem Plättchenblatt 64 zu ermöglichen. Bei der bevorzugten Ausführungsform ist das äußere Anschlagelement 150 so positioniert, dass es ein Zurückziehen der Klammerfinger 90 bis zu 0,160 Zoll (0,4 cm) ermöglicht, wodurch eine Fehlausrichtung eines Plättchens von bis zu 0,080 Zoll (0.,2 cm) von der Mitte bewältigt werden kann. Der Betrag des Rückzugs kann so eingestellt werden, dass Toleranzen bei bestimmten Systemen bewältigt werden können, und ist bei einer Ausführungsform speziell begrenzt, um eine erhebliche Lebensdauer der Feder bzw. des anderen Vorspannelements 114 zu erzielen und eine Beschädigung der Spitzenbiegeelemente 93 zu verhindern. Der Betrag des Rückzugs kann je doch jeder von dem bestimmten System, für das die Aufspannbaugruppe verwendet wird, vorgegebene Betrag sein. Ähnlich kann ein inneres Anschlagelement 151 vorgesehen sein, um eine Bewegung des ersten und des zweiten Klammerfingers 90 nach innen zu begrenzen. Das innere Anschlagelement 151 ist so beschaffen und positioniert, dass es eine nach innen gerichtete Bewegung der Klammerfinger 90 über eine vorgegebene Position hinaus verhindert, um beispielsweise eine Fehlausrichtung der Hebelanordnung 109 zu verhindern.
Die 11 und 12 sind Schnittansichten eines Plättchenblatts 64 mit mehreren Plättchenhalteelementen 74 von oben bzw. von der Seite. Die Plättchenhalteelemente 74 sind mit dem Plättchenblatt 64 gekoppelt oder einstückig mit ihm ausgebildet und weisen eine Plättchenkontaktfläche 76 auf, die sich um einen ausreichenden Abstand über der oberen Oberfläche des Plättchenblatts 64 nach oben erstreckt, um zu verhindern, dass die Bodenfläche des Plättchens 302 mit der oberen Oberfläche des Plättchenblatts 64 in Kontakt gelangt. Auf diese Weise verringern die Plättchenhalteelemente 74 den Grad, in dem die untere Oberfläche des Plättchens 302 berührt und abgerieben wird, wodurch die Wahrscheinlichkeit bzw. der Grad der Partikelerzeugung und/oder der Beschädigung des Plättchens verringert wird.
Obwohl ein Plättchen von nur drei Plättchenhalteelementen 74 gehalten werden könnte, weist das Plättchenblatt 64 vorzugsweise mindestens vier Plättchenhalteelemente 74 auf. Allgemein wird es auch vorgezogen, dass die Plättchenhalteelemente 74 so weit wie praktisch möglich ausgebreitet sind, um dem darauf aufgenommenen Plättchen 302 Stabilität zu verleihen, obwohl zusätzliche Stabilität geschaffen wird, wenn das Plättchen eingespannt wird. Mehrere Plättchenhalteelemente 74, die zur Verringerung des Kontaktdrucks an der Unterseite des Plättchens 302 vorzugsweise eine konvexe Oberfläche mit einem großen Radius aufweisen, verringern den Kontaktdruck an der Unterseite des Plättchens 302 wodurch die Möglichkeit einer Partikelerzeugung weiter verringert wird. Ferner sollte beachtet werden, dass die Blätter des Roboters auch geneigt sein können, so dass das Plättchen nur an einer Kante mit dem Blatt in Kontakt steht. Dies kann einer Verringerung der Reibung zwischen Plättchen und Blättern dienen, wodurch die zum Drücken der Plättchen in ihre Position erforderliche Kraft verringert wird.
Obwohl die Halteelemente 74 aus einem beliebigen Material gefertigt sein können, ist es im Allgemeinen wünschenswert, ein Material auszuwählen, das in der Bearbeitungsumgebung nicht korrodiert, erodiert oder Partikel erzeugt bzw. die Oberfläche des Plättchens beschädigt. Die zur Verwendung als Halteelemente bevorzugten Materialien umfassen Aluminiumoxid, blauen Saphir, Zirkoniumoxid, Siliciumnitrid und Siliciumcarbid. Die Halteelemente 74 können auch aus einem spanabhebend bearbeiteten Metall gefertigt sein, auf dem eine Keramik-, Saphir- oder Diamantbeschichtung angeordnet ist.
13A ist eine vergrößerte Teilschnittansicht des Plättchenblatts 64 und eines Plättchenhalteelements 74 gemäß 9. Das Halteelement 74 gemäß 13A ist als Kugellager dargestellt, das in einer Lagerfläche 78 gedreht werden kann. Da die Lager frei drehen bzw. rollen können, kann der Grad an Reibung zwischen dem Element 74 und dem Plättchen 302 weiter verringert bzw. eliminiert werden.
Die 13B und 13C sind Teilschnittansichten alternativer Halteelemente 74, die anstelle des in 13A gezeigten Halteele ments 74 oder in Kombination mit diesem verwendet werden können. Das Halteelement 74 gemäß 13B umfasst einen Stab, der starr in einer Bohrung im Blatt 64 aufgenommen ist, und einen halbkugelförmigen Knopf, der die obere Oberfläche 76 bildet, die mit dem Plättchen 302 in Kontakt steht. Das Halteelement 74 gemäß 13C ist eine Kugel oder Sphäre, die starr in einer Bohrung in dem Blatt befestigt ist, so dass sich die obere Oberfläche 76 geringfügig über die obere Oberfläche 66 des Blatts 64 erstreckt. Die Konstruktionen gemäß den 13A, 13B und 13C bzw. ihre Äquivalente können einzeln oder kombiniert zum Halten des Plättchens 302 verwendet werden. Ähnlich kann das Roboterblatt, wie in den 19 und 20 gezeigt, auch zwei Stifte 800 umfassen, die in das vordere Ende des Blatts gedrückt werden. Die Stifte 800 halten drehbar zwei vorzugsweise aus Vespel gefertigte Rollen 810. Die Rollen 810 minimieren die Reibung zwischen dem Plättchen 302 und den Stiften 800, wodurch ein besseres seitliches Erfassen des Plättchens 302 ermöglicht wird. Das Blatt kann auch vorzugsweise aus Vespel gefertigte Auflagen 820 umfassen, auf denen das Plättchen 302 aufliegt. Die Vespelauflagen 820 stellen einen nicht metallischen Kontakt mit dem Plättchen 302 sicher und minimieren die Partikelerzeugung. Vorzugsweise haben die Vespelauflagen 820, wie dargestellt, eine konische „Tropfenform", die das Erfassen und Halten des Plättchens 302 auf dem Plättchenblatt 64 unterstützt, und weisen ferner eine durch sie hindurch verlaufende Öffnung zur Montage der Auflagen 820 auf dem Plättchenblatt 64 auf.
Die 19 und 20 zeigen eine Ausführungsform eines Werkstückhandhabungselements 60 mit pneumatisch betätigten Klammerfingern 90 und stellen die inneren Arbeitskomponenten des für einen Roboter des „Froschbeintyps" geeigneten Klemmgreifkopfs 80 dar. Es ist eine Ausführungsform für zwei Plättchen dargestellt.
Die Erfindung kann jedoch auch bei einem Roboter des „Froschbeintyps" für ein Plättchen implementiert werden, der typischerweise bei einem bei der Firma Applied Materials, Inc. in Santa Clara, Kalifornien erhältlichen Centura^®-System verwendet wird. Die 21 und 22 zeigen eine Ausführungsform eines Werkstückhandhabungselements 60 ohne Abdeckung und stellen die inneren Arbeitskomponenten des zur Verwendung mit einem Roboter des „polaren" Typs geeigneten Klemmgreifkopfs 80 dar. Die 19 und 21 zeigen Klammerfinger 90 in einer gestreckten oder Freigabestellung, in der Plättchenhandhabungselemente 60 vollständig ausgefahren sind, so dass die Klammerfinger 90 zur Aufnahme oder Abgabe eines Plättchens 302 von dem Plättchen 302 gelöst sind.
Jedes der Werkstückhandhabungselemente 60 weist ein Greifkopfgehäuse 199, ein Plättchenhandhabungsblatt 64 und einen Klemmgreifkopf 80 auf. Das Greifkopfgehäuse 199 kann eine obere Abdeckplatte und eine untere Abdeckplatte umfassen, die die beweglichen inneren Komponenten des Werkstückhandhabungselements 60 umschließen. Das Gehäuse 199 ist im Wesentlichen starr und zum Schutz der Komponenten des Werkstückhandhabungselements 60 geeignet. Das Handhabungsblatt 64 erstreckt sich als integraler Bestandteil desselben vom vorderen Ende des Greifkopfgehäuses 199 und ist zur Aufnahme eines Plättchens 302 geeignet. Ein (in den 19 bis 22 dargestellter) Stift bzw. ein Rückhalteelement 800 erstreckt sich am entfernten Ende des Plättchenblatts 64 von dem dem Greifkopfgehäuse 199 gegenüberliegenden Ende des Plättchenblatts 64 nach oben und kann eine beispielsweise Vespel oder einem anderen geeigneten Material gefertigte Rolle aufweisen. Die Rolle ist zur Anlage an einem auf dem Blatt angeordneten Plättchen 302 geeignet. Alternativ können die Rolle 810 und der Stift 800 ein einstückig ausgebildeter Vorsprung zur Unterstützung des Erfassens und Haltens des Plättchens 302 auf dem Plättchenblatt 64 sein, der sich vom Plättchenblatt 64 erstreckt und aus Keramik oder anderen geeigneten Materialien gefertigt sein kann.
Der Klemmgreifkopf 80 des Werkstückhandhabungselements 60 umfasst eine Biegebaugruppe 500 und einen pneumatischen Zylinder 600. Die Biegebaugruppe umfasst zwei zur Bildung eines einzigen Jochs 510 integrierte Klammerfinger 90, eine am Greifkopfgehäuse 199 montierte Montageplatte 530, ein Vorspannelement, das vorzugsweise ein mit der Montageplatte 530 und zwei vorderen Enden oder Backen 94 verbundenes Blattfederbiegeelement 114 ist, und zwei vordere Biegeelemente 93, die vorzugsweise ein entferntestes Ende des Jochs 510 mit dem vorderen Ende bzw. der Backe 94 verbindende Blattfederbiegeelemente 93 sind. Die Montageplatte 530 ist vorzugsweise am Greifkopfgehäuse 199 befestigt und erstreckt sich vom Greifkopfgehäuse 199 weg, so dass das Vorspannbiegeelement 114 vorzugsweise an einem zum Biegeelement 114 medialen Punkt an ihm befestigt ist. Alternativ können zwei Biegeelemente 114 vorgesehen sein, die an der Biegemontageplatte 530 befestigt sind und sich von ihr erstrecken. Die vorderen Enden oder Backen 94 sind an den entfernten Enden des Biegeelements bzw. der Biegeelemente 114 befestigt und vorzugsweise konisch oder gekrümmt, damit sie bei einem Einrasten der Biegebaugruppe 500 am Plättchen 302, wie nachstehend beschrieben, vorteilhaft zu der Kante des Plättchens passen und mit ihr in Eingriff treten.
Die Biegebaugruppe 500 ist vorzugsweise an einer Position an dem Greifkopfgehäuse 199 montiert, und die vorderen Enden 94 sind vorzugsweise so bemessen und ausgewählt, dass die Biegebaugruppe 500 zurückgezogen oder gelöst werden muss, um eine Platzierung oder Entfernung des Plättchens auf dem Plättchenhandhabungsblatt 64 zu ermöglichen. Anders ausgedrückt erzeugt die Biegebaugruppe 500 einen formschlüssigen Eingriff mit einem Plättchen auf dem Plättchenhandhabungsblatt 64, und die Biegebaugruppe 500 muss aktiv gelöst werden, um das Plättchen freizugeben. Dementsprechend übt die Biegebaugruppe 500, sofern sie nicht betätigt wird, stets eine Einspannkraft auf das Plättchen 302 aus. Die Einspannkraft, mit der die Backen 94 das Plättchen halten, kann durch Steuern der Biegesteifigkeit und der Länge der Backen 94 und der Biegeelemente gesteuert werden.
Die vorderen Biegeelemente 93 erstrecken sich von den vorderen Enden oder Backen 94 nach hinten und sind an den entferntesten Enden des Jochs 510 befestigt. Das Joch 510 ist nicht direkt am Greifkopfgehäuse befestigt. Stattdessen ist das Joch drehbar an der Kolbenstange 610 des pneumatischen Zylinders 600 montiert, der sich vorzugsweise von dem pneumatischen Zylinder 600 in einer Richtung zu der Biegebaugruppe 500 und dem Plättchen 302 erstreckt. Das Joch umfasst eine Buchse 620, die vorzugsweise aus Delring-AF oder einem anderen zum Ermöglichen einer freien Drehung des Jochs 510 um die Kolbenstange 610 des pneumatischen Zylinders 600 bei minimaler Partikelerzeugung geeigneten Material gefertigt ist. Dadurch wird eine unerwünschte Verdrehung der Biegeelemente 93, 114 um die Achse des pneumatischen Zylinders 600 verhindert, wenn die Bauteile nicht perfekt bemessen und/oder ausgerichtet sind. Der Zylinder 600 ist an dem Gehäuse 199 montiert oder anderweitig an ihm befestigt und kann vorzugsweise unter Verwendung einer Montageklammer 700, die, wie dargestellt, vorzugsweise einstückig mit der Montageplatte 530 ausgebildet ist, an dem Gehäuse 199 montiert sein.
Die vorderen Enden oder Backen 94 sind zur Minimierung der Reibung zwischen den Klammerfingern 90 und den Plättchen 302 zur Minimierung der Partikelerzeugung entweder spanabhebend aus Rollen 810, die aus einem harten, abnutzungsbeständigen Material, wie Vespel oder anderen geeigneten Materialien ausgebildet sind, gefertigt oder umfassen Rollen 810. Die Spitzenbiegeelemente 93 und das Biegeelement 114 können auch einen Stoß aufgrund der Kraft der Klammerfinger 90 absorbieren, wenn sie mit dem Plättchen 302 in Eingriff treten, wodurch die Partikelgröße weiter minimiert und/oder eine zusätzliche Einspannkraft zwischen den Klammerfingern 90 und dem Plättchen 302 aufrechterhalten werden.
Funktionsweise
Beim Betrieb dreht sich der Roboter 10 in der Transportkammer 406 um seine Achse, um die Plättchenhandhabungselemente 60 an den verschiedenen, an der Transferkammer 406 angeordneten Kammern 404 auszurichten. Sind sie einmal an einer Kammer 402, 404 ausgerichtet, werden die Roboterarme 42 durch eine relative Drehung der ersten und der zweiten Strebe 44 und 45 ausgefahren, wodurch die Plättchenhandhabungselemente 60 und die darauf aufliegenden Plättchen 302 zur Übergabe in die Kammer 404 bewegt werden. Zur Erleichterung eines rascheren Transfers der Plättchen 302 zwischen den Kammern 404 werden die Plättchen 302 auf den Plättchenhandhabungselementen 60 aufgespannt, wenn sie darauf aufliegen. Der zur Erleichterung dieses Aufspannens verwendete Klemmgreifkopf 80 funktioniert wie folgt. Obwohl die folgende Beschreibung zur Vereinfachung der Beschreibung nur einen einzigen Roboterarm 42, einen einzigen Klemmgreifkopf 80 und ein einziges Plättchenhandhabungsblatt 64 betrifft, ist festzuhalten, dass die Betätigung von Doppelblättern an jedem Blatt auf die gleiche Weise stattfindet.
Während des Plättchentransports auf dem Plättchenhandhabungselement 60 spannt die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 die Klammerfinger 90 in die Einspannposition vor. Nur wenn eine ausreichende Kraft auf die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 aufgebracht wird, bewegen sich die befestigten Klammerfinger 90 nach außen vom Plättchen 302 weg. Bei der bevorzugten Ausführungsform übt die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 eine Einspannkraft von ca. 0,14 Pfund (63,5 g) bzw. dem ca. 1,2-Fachen des Gewichts des Plättchens 302 auf das Plättchen 302 aus. Da die Größe der Plättchen 302 im Wesentlichen konstant ist, muss die Aufspannposition der Klammerfinger 90 nicht verändert werden. Daher begrenzt der Klemmgreifkopf 80 die Bewegung des Klammerfingers 90 nach innen und außen. Bei der Verwendung der beschriebenen Vorrichtung, die die beiden, den jeweiligen Plättchen 302 zugeordneten Klammerfinger 90 miteinander verbindet, können beide Klammerfinger 90 unter Verwendung der Bewegung eines einzigen Roboterarms 42 zurückgezogen werden.
Dementsprechend spannt die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 die Klammerfinger 90 in eine nach innen gerichtete Einspannstellung vor, in der ein Kontakt mit einem Plättchen 302 auf dem Plättchenhandhabungsblatt 64 vorliegt. Um das Plättchen 302 auf dem Plättchenhandhabungsblatt 64 zu platzieren und es von ihm zu entfernen, müssen jedoch die Einspannwirkung aufgehoben und die Klammerfinger 90 zurückgezogen werden. Den Großteil der Zeit, während der sich das Plättchen 302 auf dem Blatt 64 befindet, bewegt der Roboter 10 das Plättchen 302. Zur Maximierung der Wirkung des Robotertransfers bleibt das Plättchen 302 so lange wie möglich eingespannt, während es sich auf dem Handhabungsblatt 64 be findet, so dass der Roboter höhere Geschwindigkeiten und höhere Beschleunigungen einsetzen kann, um das Plättchen 302 rascher zu bewegen. Daher wird die Einspannkraft nur gelöst, um eine Plättchenübergabe zwischen dem Plättchenhandhabungsblatt 64 und der Kammer auszuführen. Die Aufspannkraft als solche wird nur gelöst, wenn die Roboterarme zum Abschließen des Transfers in die Kammer 404 ausgefahren sind.
Wenn die Roboterarme 42 in die Kammer gestreckt werden, um den Transfer zwischen dem Roboter 10 und der Kammer 404 abzuschließen, drehen sich die Streben 44 und 45 relativ zum Plättchenhandhabungselement 60. Diese Drehung der zweiten Strebe 45 veranlasst eine relative Drehung des fest daran angebrachten Übersetzungselements 82. Das Übersetzungselement 82 ist so positioniert und beschaffen, dass die am entferntesten Ende des Übersetzungselements 82 befestigte Rolle 84 mit der Kontaktauflage 122 des ersten Hebels 120 in Kontakt gelangt, was ein Schwenken des ersten Hebels 120 an der weiteren Fortsetzung des Roboterarms 42 veranlasst, wenn die zweite Strebe 45 einen vorgegebenen Grad an Drehung erreicht, der in eine gegebene Streckung der Roboterarme 42 übersetzt wird. Dementsprechend übersetzt das Übersetzungselement 82 die Ausfahrbewegung des Roboterarms 42 und die Drehbewegung der Streben 44 und 45 in eine Vorwärtsdrehung des ersten Hebels 120. Das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120 gelangt dann mit der Kontaktauflage 135 des zweiten Hebels 130 in Eingriff, der den zweiten Hebel 130 ebenfalls nach vorne vorspannt, wodurch eine Vorwärtsdrehung des zweiten Hebels 130 veranlasst wird. Wenn sich der erste Hebel 120 und der zweite Hebel 130 vorwärts drehen, veranlassen sie eine Bewegung der befestigten Kontaktfinger 90 weg von dem Plättchen 302 und dem Handhabungsblatt 64. Das Plättchen 302 kann dann von dem Plättchenhandhabungs blatt 64 entfernt werden. Das nachfolgende Zurückziehen der Roboterarme 42 veranlasst eine Lösung des Übersetzungselements 82 von dem ersten Hebel 120 und ermöglicht der Feder bzw. dem anderen Vorspannelement 114 eine Rückführung der Klammerfinger 90 in die Einspannstellung und veranlasst einen Eingriff der Klammerfinger 90 an der Kante des auf dem Plättchenhandhabungsblatt 64 aufliegenden Plättchens 302, wodurch das Plättchen 302 gegen das Rückhalteelement 70 gedrückt wird. Die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 spannt so die Werkstückhandhabungselemente 60 zur Einspanstellung vor. Durch das Vorspannen des Plättchens 302 gegen ein an dem Handhabungsblatt 64 befestigtes Rückhalteelement 70 richten die Klammerfinger 90 das Plättchen 302 jedes Mal auf die gleiche Position aus, wenn ein Plättchen 302 auf dem Handhabungselement 64 platziert wird, wodurch die Wiederholbarkeit des Systems gesteigert wird.
Vor dem Erreichen der Position, in der die Klammerfinger 90 zurückgezogen werden, wird die Bewegung des Roboters verlangsamt, um jede Bewegung des Plättchens 302 auf dem Plättchenhandhabungsblatt 64 zu verhindern. Im eingespannten Zustand werden die Geschwindigkeiten, Beschleunigungen und Verlangsamungen der Bewegungen des Roboters jedoch nur durch die Bewegungsfähigkeiten des Roboters begrenzt.
Eine wesentliche Überlegung bei der Konstruktion der vorliegenden Erfindung ist, dass die Bearbeitungskammern 404 und die LoadLock-Kammer 402 bei einigen Cluster Tools 400, wie dem in 2 gezeigten, nicht den gleichen Abstand zur Achse x des Roboters 10 haben. Die vorliegende Erfindung bewältigt diesen Unterschied durch die Verwendung des Anschlagelements 150. Wenn die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 die Kontaktfinger 90 nach außen vorspannt, gelangen die Kontaktfinger 90 bei Erreichen einer gegebenen äußeren Position mit den Anschlagelementen 150 in Kontakt, wodurch eine weitere Bewegung der Kontaktfinger 90 nach außen verhindert wird. Bei bestimmten Ausführungsform kann die Hebelanordnung 109 mindestens einen Biegeabschnitt umfassen, der zur Absorption jeder „verlorenen Bewegung" durch eine weitere Bewegung des Roboterarms 45 Biegesegmente 230 gemäß der in den 6–7 sowie 13 und 14 gezeigten Ausführungsform umfassen kann.
Der genaue Punkt, an dem der Aufspannmechanismus das Plättchen 302 freigibt, hängt von den relativen Größen und Positionen der verschiedenen Komponenten ab und wird von diesen bestimmt. Der Winkel, in dem das Übersetzungselement 82 an der zweiten Strebe 45 befestigt ist, und die relative Position der Kontaktauflage 122 bestimmen beispielsweise die relative Position, in der sie miteinander in Kontakt treten. Die relativen Längen der Streben 44 und 45 bestimmen die relative Drehung der zweiten Strebe 45 zum Werkstückhandhabungselement 60. Da die Klammerfinger 90 bei einem gegebenen relativen Winkel zwischen der zweiten Strebe 45 und dem Werkstückhandhabungselement 60 gelöst werden, müssen die Längen der Streben 44 und 45 so eingestellt sein, dass der Winkel nur erreicht wird, wenn die Roboterarme 42 ausgestreckt sind. Weitere Faktoren, die den Punkt beeinflussen können, an dem die Klammerfinger 90 zurückgezogen werden, umfassen die Spannung der Feder 114 und die relativen Positionen des ersten Hebels 120, des zweiten Hebels 130 und der Kontaktauflage 135 des zweiten Hebels 130. Bei der bevorzugten Ausführungsform sind diese Komponenten so beschaffen, dass die Klammerfinger 90 zurückgezogen werden, wenn sich das Plättchenhandhabungsblatt 64 innerhalb 1 bis 3 Zoll (ca. 2,5–7,5 cm) vor der Übergabeposition (d.h. der vollständig ausgefah renen Stellung) befindet.
Wenn die Klammerfinger 90 mit dem Plättchen 302 in Eingriff stehen und das Plättchen 302 zwischen den Fingern 90 und dem Rückhalteelement 70 festgelegt ist, wird durch den Eingriff der Klammerfinger 90 Druck auf das Plättchen 302 ausgeübt, bis es sich zum Rückhalteelement 70 bewegt. Während dieser Bewegung des Plättchens 302 in Bezug auf das Plättchenblatt 64 ist die Unterseite des Plättchens 302 an der Plättchenkontaktfläche 76 der Plättchenhalteelemente 74 Reibungskräften ausgesetzt. Anders als bei den Halteelementen herkömmlicher Blätter, die das Plättchen 302 auf einer großen Fläche berühren, reduzieren bzw. minimieren die erfindungsgemäßen Halteelemente jedoch den Grad an Kontakt und Reibung zwischen ihnen und reduzieren bzw. eliminieren dadurch Beschädigungen der Plättchen 302 bzw. die Erzeugung von Partikeln. Dementsprechend wird davon ausgegangen, dass die erfindungsgemäßen Plättchenhalteelemente 74 keine Reibung erzeugen, sondern die Reibung und Beschädigungen der Plättchen 302 vielmehr reduzieren. Es ist die Einspannwirkung der vorliegenden Erfindung, durch die das Plättchen 302 bei einer Bewegung des Blatts 64 in seiner Position gehalten wird.
Unter Bezugnahme auf 17 und 18 sollte nun festgehalten werden, dass jede der Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung auch gegenüberliegende Klammerfinger 90, 690 oder Sätze von Klammerfingern 90, 690 umfassen kann, die einen ersten, nahegelegenen Satz Klammerfinger 90 und einen zweiten, entfernten Satz Klammerfinger 690 umfassen können, die an gegenüberliegenden Seiten des Plättchens 302 angeordnet sind. Die 17 und 18 zeigen eine Teildraufsicht einer Ausführungsform eines Werkstückhandhabungselements 60 ohne Abdeckplatte, die die inneren Ar beitskomponenten des Klemmgreifkopfs 80 darstellt. Die in den 17 und 18 dargestellte Ausführungsform ist zur Verwendung an einem Roboter des „Froschbeintyps" geeignet, es wird jedoch darauf hingewiesen, dass einander gegenüberliegende Sätze von Klammerfingern 90, 690 auch bei jeder anderen der hier beschriebenen Ausführungsformen verwendet werden können. 17 zeigt Klammerfinger 90, 690 in einer ausgefahrenen oder Freigabestellung, in der Plättchenhandhabungselemente 60 vollständig ausgestreckt sind, so dass die Klammerfinger 90, 690 zur Aufnahme bzw. Abgabe des Plättchens 302 von dem Plättchen 302 gelöst sind.
Bei der in den 17 und 18 gezeigten Ausführungsform wird das (in den 1 und 2 gezeigte) Rückhalteelement 70 nicht verwendet. Stattdessen liegt das Plättchen 302 an beiden Seiten an den einander gegenüberliegenden Klammerfingern 90, 690 an. Vorzugsweise sind die einander gegenüberliegenden Sätze von Klammerfingern 90, 690 durch ein gemeinsames Verbindungselement 98 operativ verbunden, bei dem es sich um ein Stück Draht, ein Segment aus Federstahl oder ein anderes geeignetes Element handeln kann.
Beim Betrieb der in den 17 und 18 gezeigten Ausführungsform dreht sich der Roboter in der Transferkammer 406 um seine Achse, um die Plättchenhandhabungselemente 60 an den verschiedenen Kammern 404 auszurichten, die an der Übergabekammer 406 befestigt sind. Ist die Ausrichtung an einer Kammer 402 und 404 einmal erfolgt, werden die Roboterarme 42 durch eine relative Drehung der ersten und der zweiten Strebe 44 und 45 ausgefahren, wodurch die Plättchenhandhabungselemente 60 und die darauf aufliegenden Plättchen 302 zur Übergabe in die Kammer 404 bewegt werden. Zur Erleichterung eines rascheren Transfers der Plättchen 302 zwischen den Kammern 404 werden die Plättchen 302 auf die Werk stückhandhabungselemente 60 aufgespannt, wenn sie darauf aufliegen. Der zur Erleichterung des Aufspannens verwendete Klemmgreifkopf 80 arbeitet wie folgt. Obwohl die folgende Beschreibung zur Vereinfachung der Beschreibung nur einen einzigen Roboterarm 42, einen einzigen Klemmgreifkopf 80 und ein einziges Werkstückhandhabungsblatt 64 betrifft, wird darauf hingewiesen, dass die Betätigung der Doppelblätter bei jedem Blatt auf die gleiche Weise erfolgt.
Während des Plättchentransfers auf dem Plättchenhandhabungselement 60 spannt die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 ein gemeinsames Verbindungselement 98 vor, das seinerseits die Klammerfinger 90, 690 in die Einspannstellung vorspannt. Nur wenn eine ausreichende Kraft auf die Feder bzw. das andere Vorspannelement 114 aufgebracht wird, bewegen sich die befestigten Klammerfinger 90, 690 nach außen und von dem Plättchen 302 weg. Am entfernten Ende des Blatts 64 kann eine beliebige Anzahl an Klammerfingern 690 vorgesehen sein. Vorzugsweise werden zwei Klammerfinger 690 verwendet, die vorzugsweise in Bezug auf das Blatt geschwenkt werden, um als Reaktion auf eine axiale Bewegung des Verbindungselements 98 eine Drehung der daran befestigten Rollen 692 zum Plättchen 302 und von diesem weg zu ermöglichen.
Wenn die Roboterarme 42 in die Kammer 404 gestreckt werden, um den Transfer zwischen dem Roboter 10 und der Kammer 404 abzuschließen, werden die Streben 44 und 45 relativ zu dem Werkstückhandhabungselement 60 gedreht. Die Drehung der zweiten Strebe 45 veranlasst eine relative Drehung des fest an ihr befestigten Übersetzungselements 82. Das Übersetzungselement 82 ist so positioniert und beschaffen, dass die am entferntesten Ende des Übersetzungselements 82 befestigte Rolle 84 mit der Kontaktauflage 122 des ersten Hebels in Kontakt gelangt, wenn die zweite Strebe 45 einen vorgegebenen Grad an Drehung erreicht, der in eine gegebene Streckung der Roboterarme 42 übersetzt wird, was ein Schwenken des erste Hebels 120 an der weiteren Fortsetzung des Roboterarms 42 veranlasst. Dementsprechend übersetzt das Übersetzungselement 82 die Ausfahrbewegung des Roboterarms 42 und die Drehbewegung der Streben 44 und 45 in eine Rückwärtsdrehung des ersten Hebels 120. Das Übersetzungselement 125 des ersten Hebels 120 tritt dann mit der Kontaktauflage 135 des Verbindungselements 98 in Eingriff, wodurch auch das Verbindungselement 98 nach hinten vorgespannt wird. Wird das Verbindungselement 98 nach hinten bewegt, veranlasst es eine Bewegung der operativ verbundenen Kontaktfinger 90, 690 von dem Plättchen 302 und dem Handhabungsblatt 64 weg. Das Plättchen 302 kann dann von dem Plättchenhandhabungsblatt 64 entfernt werden. Das anschließende Zurückziehen der Roboterarme 42 veranlasst eine Lösung des Übersetzungselements 82 von dem ersten Hebel 120 und ermöglicht der Feder bzw. dem anderen Vorspannelement 114 eine Rückführung der Klammerfinger 90, 690 in die Einspannstellung, wodurch ein Eingreifen der Klammerfinger 90 an der Kante des auf dem Plättchenhandhabungsblatt 64 liegenden Plättchens 302 veranlasst wird, wodurch das Plättchen 302 gegen das Rückhalteelement 70 gedrückt wird.
Beim Betrieb der in den 19 bis 22 gezeigten Ausführungsform dreht sich der Roboter 10 in der Transferkammer 406 um seine Achse, um die Plättchenhandhabungselemente 60 an den verschiedenen, an der Transferkammer 406 befestigten Kammern 404 auszurichten. Sind sie einmal an einer Kammer 402 und 404 ausgerichtet, werden die Roboterarme 42 durch eine relative Drehung der ersten und der zweiten Strebe 44 und 45 ausgefahren, wodurch die Plättchenhandhabungselemente 60 und die darauf liegenden Plättchen 302 zur Übergabe in die Kammer 404 bewegt werden. Zur Er leichterung eines rascheren Transfers der Plättchen 302 zwischen den Kammern 404 werden die Plättchen 302 auf den Werkstückhandhabungselementen 60 eingespannt, wenn sie darauf liegen. Der zur Erleichterung des Aufspannens verwendete Klemmgreifkopf 80 arbeitet wie folgt. Obwohl die folgende Beschreibung zur Vereinfachung der Beschreibung nur einen einzigen Roboterarm 42, einen einzigen Klemmgreifkopf 80 und ein einziges Werkstückhandhabungsblatt 64 betrifft, wird darauf hingewiesen, dass die Betätigung von Doppelblättern bei jedem Blatt auf die gleiche Weise erfolgt.
Während des Transports eines Plättchens auf dem Plättchenhandhabungselement 60 spannt die Biegebaugruppe 500 die Klammerfinger 90 in die in den 20 und 22 gezeigte Einspannstellung vor. Der pneumatische Zylinder 600 wird bei einem Ausfahren des Roboterarms unter Verwendung eines (nicht gezeigten) Elektromagneten betätigt, der operativ mit einer (nicht gezeigten) Fluiddruckquelle gekoppelt ist. Bei einer Aktivierung des Elektromagneten wird Druckluft in den Zylinder 600 geleitet. Wird Druckluft in den Zylinder 600 geleitet, wird der Kolben zurückgezogen, wodurch das Joch 510 und die gesamte Biegebaugruppe 510 nach hinten von dem Plättchen 302 weg gezogen werden. Da das Biegeelement 114 fest am Gehäuse 199 befestigt ist, werden bei einem Zurückziehen der Biegebaugruppe 500 von dem Plättchen 302 die vorderen Enden bzw. Backen 94 nach hinten und ebenso nach außen bewegt, wodurch sie sich nach außen und nach hinten von der Kante des Plättchens 302 weg drehen (wie in den 19 und 21 gezeigt). Diese Bewegung der Backen 94 erleichtert ein seitliches Erfassen eines nicht ordnungsgemäß ausgerichteten Plättchens 302. Wenn die Zufuhr von Druckluft unterbrochen wird, kehren die Backen in die ursprüngliche Stellung zurück, wobei das Plättchen ergriffen wird (wie in den 20 und 22 dargestellt).
Eine Betätigung des pneumatischen Zylinders 600 erfolgt durch das Robotersteuersystem, wenn unter Verwendung von in der Technik allgemein bekannten Standardsensoren festgestellt wird, dass sich die Roboterarme in der vollständig ausgefahrenen Stellung befinden. Vorzugsweise wird dem (nicht dargestellten) Elektromagneten von dem Robotersteuersystem ein elektronisches Steuersignal zum Öffnen eines (nicht dargestellten) in Reihe an die operativ mit dem pneumatischen Zylinder 600 verbundene Fluiddruckleitung 630 angeschlossenen Fluidsteuerventils zugeführt. Die Fernbetätigung und die elektronische Steuerung pneumatischer Zylinder, wie des pneumatischen Zylinders 600, sind in der Technik allgemein bekannt. Bei einem teilweisen Zurückziehen der Roboterarme aus der vollständig ausgefahrenen Stellung erzeugt das Steuersystem vorzugsweise ein elektronisches Steuersignal an den (nicht dargestellten) Elektromagneten, um das in Reihe an die Fluiddruckleitung 630 angeschlossene (nicht gezeigte) Fluidsteueventil zu schließen. Bei der Entfernung des Fluiddrucks von dem pneumatischen Zylinder 600 wird die Biegebaugruppe in die Einspannposition zurückgeführt, wie vorstehend beschrieben.
Die Funktionsweise der pneumatischen Zylinder ist in der Technik allgemein bekannt. Im Allgemeinen umfassen die pneumatischen Zylinder einen Kolben in einem Gehäuse mit innerhalb des Gehäuses an den entgegengesetzten Seiten des Zylinders ausgebildeten Kammern. Die Kolbenstange ist mit dem Kolben verbunden und erstreckt sich aus dem Gehäuse. Es wird darauf hingewiesen, dass die Fluiddruckquelle vorzugsweise eine Druckluftquelle sein kann, wobei die Luft in diesem Fall der der Kolbenstange näher liegenden Kammer zugeführt werden kann. Alternativ kann die Fluiddruckquelle eine Vakuumquelle sein, wobei der Unterdruck in diesem Fall auf die der Kolbenstange gegenüberliegende Kammer aufgebracht werden kann. Alternativ ist der pneumatische Zylinder ein Hydraulikzylinder, der operativ mit einer Hydraulikfluiddruckquelle verbunden ist.
Obwohl Vorstehendes die bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden Erfindung betrifft, können andere und weitere Ausführungsformen der Erfindung realisiert werden, ohne von ihrem grundsätzlichen Rahmen abzuweichen, wobei ihr Rahmen von den nachfolgenden Ansprüchen bestimmt wird.

Claims

Klemmgreifkopf für eine Roboterbaugruppe (10) mit einem oder mehreren Armen (42) und einem oder mehreren pneumatischen Zylindern (600) zum Antreiben der Arme (42) zur Handhabung eines Werkstücks (302) mit einem schwenkbar mit den Armen (42) gekoppelten Greifkopfgehäuse (199) und mindestens einem im Greifkopfgehäuse (199) angeordneten Klammerfinger (90), dadurch gekennzeichnet, dass der Klammerfinger (90) ein operativ mit einer Kolbenstange (610) des pneumatischen Zylinders (600) verbundenes Joch (510) umfasst, das ferner operativ mit mindestens einem Biegeelement (93) verbunden ist, und dass ein Blattfederbiegeelement (114) zum Drücken des mindestens einen Klammerfingers (90) gegen das Werkstück (302) mit dem mindestens einen Klammerfinger (90) gekoppelt ist.
Klemmgreifkopf nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Biegeelement (93) mit einem vorderen Ende (94) zum Einrasten an einer Kante des Werkstücks (302) verbunden ist.
Aufspannmechanismus zum Befestigen eines Werkstücks (302) an einem mit einem entfernten Ende eines Roboterarms (42) gekoppelten Werkstückhandhabungselement (60) mit einem Plättchenhandhabungsblatt (64) mit einem Werkstückaufnahmebereich und einem Halteelement (800) an seinem entfernten Ende, der mindestens einen Klammerfinger (90), der so beschaffen und positioniert ist, dass er mit der Kante des Werkstücks (302) in Kontakt steht, ein mit dem mindestens einen Klammer finger (90) gekoppeltes Blattfederbiegeelement (114), das so beschaffen ist, dass es den mindestens einen Klammerfinger (90) zum Aufspannen des Werkstücks (302) zwischen dem mindestens einen Klammerfinger (90), der ferner eine Biegebaugruppe (500) umfasst, und dem Halteelement (800) gegen das Werkstück (302) drückt, wenn das Werkstück auf dem Werkstückaufnahmebereich angeordnet ist, und einen operativ mit der Biegebaugruppe (500) verbundenen pneumatischen Zylinder (600) zum Entfernen der Biegebaugruppe (500) von dem Plättchen (302) bei einer Zufuhr von Druckluft zu dem pneumatischen Zylinder (600) umfasst.
Aufspannmechanismus nach Anspruch 3, bei dem die Biegebaugruppe (500) ein Joch (510), zwei vordere Enden (94), ein zwischen den beiden vorderen Enden (94) angeschlossenes Blattfederbiegeelement (114) und ein zwischen jedem der vorderen Enden (94) und gegenüberliegenden oberen Enden des Jochs (510) angeschlossenes Spitzenbiegeelement (93) umfasst.
Aufspannmechanismus nach Anspruch 4, bei dem das Blattfederbiegeelement (114) auch in der Nähe eines Medialpunkts entlang des Blattfederbiegeelements (114) mit einem Greifkopfgehäuse (199) verbunden ist.
Aufspannmechanismus nach Anspruch 5, bei dem die Kolbenstange (610) des pneumatischen Zylinders (600) so drehbar an dem Joch (510) montiert ist, dass das Joch (510) frei um die Achse der Kolbenstange (610) drehbar ist.
Roboterarmbaugruppe (10) mit zwei Roboterarmen (42) des Froschbeintyps, an deren entfernten Enden jeweils ein Klemmgreifkopf (80) befestigt ist, der ein schwenkbar mit dem Roboterarm (42) gekoppeltes Greifkopfgehäuse (199), eine im Greifkopfgehäuse (199) angeordnete Biegebaugruppe (500), die so beschaffen ist, dass sie ein Plättchen (302) formschlüssig greift, und einen im Greifkopfgehäuse (199) angeordneten und operativ mit der Biegebaugruppe (500) verbundenen pneumatischen Zylinder (600) zum Veranlassen eines Wegbiegens der Biegebaugruppe (500) von dem ergriffenen Plättchen (302) umfasst, wobei die Biegebaugruppe (500) mindestens ein Blattfederbiegeelement (114) aufweist und so beschaffen ist, dass sie nach außen und hinten von dem Plättchen (302) weg gebogen wird, wenn der pneumatische Zylinder (600) mit der Biegebaugruppe (500) in Eingriff gelangt.
Roboterarmbaugruppe nach Anspruch 7, bei der die Biegebaugruppe (500) drehbar mit einer Kolbenstange (610) des pneumatischen Zylinders (600) verbunden ist.
Roboterarmbaugruppe nach Anspruch 8, bei der mindestens eines der Blattfederbiegeelemente (114) am Greifkopfgehäuse (199) befestigt ist, um eine Drehung der vorderen Enden (94) nach außen zu veranlassen, wenn der pneumatischen Zylinder (600) mit der Biegebaugruppe (500) in Eingriff tritt.
Roboterarmbaugruppe nach Anspruch 9, bei der das Greifkopfgehäuse (199) ein Plättchenblatt (64) aufweist, das sich zur Aufnahme eines Plättchens (302) von diesem erstreckt.
Roboterarmbaugruppe nach Anspruch 10, bei der das Plättchenblatt (64) einen Stift (800), der sich von ihm nach oben erstreckt, und eine drehbar von diesem gehaltene Rolle (810) zum Fassen und Halten des Plättchens (302) auf dem Plättchenblatt (64) aufweist.
Roboterarmbaugruppe nach Anspruch 11, bei der das Plättchenblatt (64) mehrere auf ihm montierte Auflagen (820) zum Halten des Plättchens (302) über der Oberfläche des Plättchenblatts (64) aufweist.
Roboterarmbaugruppe nach Anspruch 12, bei der jede der Auflagen (820) eine Tropfenform aufweist, um das Einfangen und Halten des Plättchens (302) auf dem Blatt (64) zu unterstützen.