NL8600534A - Inrichting en werkwijze voor geautomatiseerde wafelverwerking. - Google Patents

Description

NO 33705 1 Do/JSm

Inrichting en werkwijze voor geautomatiseerde wafelverwerking.

Achtergrond van de uitvinding

Deze uitvinding heeft betrekking op een inrichting voor gebruik met 5 een robotarm voor het behandelen van werkstukken omvattende een behuizing en op een werkwijze voor het met deze inrichting hanteren van een in het algemeen rond vlak werkstuk. In het bijzonder heeft de uitvinding betrekking op een halfgeleider-wafelhehandelingsinrichting en op een wa-felbehandelingsinrichting die in een geautomatiseerde omgeving kan wor-10 den toegepast. De geopenbaarde inrichting kan met een robotarm worden gebruikt zodat halfgeleider-wafels zonder menselijke tussenkomst kunnen worden gehanteerd*

Bij het verwerken van halfgeleider-substraten of wafels zijn meerdere routine-operaties betrokken en een groot aantal halfgeleider-wafel-15 eenheden. Niet verwerkte wafels moeten bijvoorbeeld van opslaghouders bekend als cassettes naar verwerkingsdragers bekend als ontvangers of boten worden overgebracht. Na te zijn verwerkt moeten de wafels naar de opslagcassette worden teruggebracht. Deze handelingen werden in het verleden typisch door menselijke hantering uitgevoerd. Het toepassen van 20 menselijke operateurs is gebleken minder bevredigend te zijn. Door mensen verstrooide roos- en huiddeeltjes tijdens het hanteren van de wafels hebben grote fabricageproblemen veroorzaakt toen de afmetingen van de geïntegreerde schakelingen kleiner werden. Als gevolg van een onefficiënte behandeling kunnen er relatief veel breuken ontstaan en het grote 25 aantal routinehandelingen veroorzaakt menselijke vermoeidheid met de daarmee gepaard gaande verslechtering van het uitvoeren van het werk.

In de afgelopen jaren zijn een aantal robotarmen ontwikkeld die nu commercieel beschikbaar zijn. De robotarm kan een groot aantal grof bestuurbare bewegingen uitvoeren zonder vermindering in efficiëntie als 30 functie van de herhalingssnelheid.

Als gevolg daarvan is er een behoefte ontstaan aan een inrichting die aan een robotarm kan worden gekoppeld en geschikt is voor het vastgrijpen van halfgeleider-wafels en een betrouwbaarheid van hantering kan verschaffen die groter is dan het vermogen van menselijke operateurs.

35 Het is daardoor een doelstelling van de onderhavige uitvinding een verbeterde inrichting en werkwijze voor het behandelen van halfgeleider-wafels te verschaffen.

Het is een verdere doelstelling van de onderhavige uitvinding om een verbeterde inrichting voor het behandelen van halfgeleider-wafels te 40 verschaffen die geen tussenkomst of assistentie van een menselijke ope- "** "9 -1 ./ t v: ij ’r • ü ' 2 rateur vereist.

Nog een andere doelstelling van de onderhavige uitvinding is het verschaffen van een werkwijze en een inrichting voor het vastgrijpen en loslaten van halfgeleider-wafels onder bestuurde omstandigheden waarbij 5 informatie die betrekking heeft op de Op de halfgeleider-wafel uitgeoefende krachten wordt bewaakt.

De voornoemde en andere doelstellingen in overeenstemming met de onderhavige uitvinding worden bij een inrichting volgens de aanhef bewerkstelligd door een aantal buiten de behuizing uitstekende delen, kop-10 pelmiddelen voor het koppelen van ten minste een van deze delen aan de behuizing, waarbij deze koppelmiddelen tastmiddelen voor het bepalen van een op dat deel uitgeoefende kracht omvatten en verlengmiddelen voor het ten opzichte van de inrichting bewegen van ten minste een ander van deze delen, en worden bij een werkwijze volgens de aanhef bewerkstelligd door 15 de stappen van het onder het toepassen van een bestuurde kracht vastgrijpen van het werkstuk door de inrichting en het bewaken van krachten ondervonden door de inrichting tijdens het.loslaten van het werkstuk.

Een uitvoeringsvorm van de inrichting heeft drie vingerachtige armen of uitsteeksel, hierna vingers genoemd, die vanaf de behuizing of 20 het lichaam van de inrichting uitsteken. De twee buitenste van de drie in het algemeen in een vlak liggende vingers, zijn rechtstreeks door middel van deformeerbare bladveren aan de behuizing gekoppeld. De middelste vinger is eveneens door middel van deformeerbare bladveren aan een motoraangedreven draagsamenstel gekoppeld. Het draagsamenstel is aan 25 de behuizing gekoppeld. Aan de vingers zijn kleine toetsvormige toppen bevestigd die voor het vastgrijpen van een halfgeleider-wafel kunnen worden toegepast. Het vastgrijpen van een wafel wordt bewerkstelligd door de middenvinger uit te steken, door de inrichting rond de op te pakken wafel te bewegen en de middenvinger terug te trekken totdat de 30 toetsvormige vingertoppen de wafel vastgrijpen. Aan de vingers en de deformeerbare bladveren kunnen sensoren in de vorm van rekstroken worden gekoppeld. Hierdoor wordt het mogelijk dat een computerstelsel de door de inrichting uitgeoefende krachten op een wafel kan bewaken en maakt tevens bewaking mogelijk van de op de vingers uitgeoefende krachten door 35 andere voorwerpen zoals de verwerkingsdrager of cassette waarin de wafels kunnen worden geplaatst. De sensoren kunnen verder het detecteren van onverwachte krachten op de vingers zoals die veroorzaakt door een botsing met een voorwerp of een persoon mogelijk maken.

Deze en andere kenmerken van de onderhavige uitvinding zullen nu 40 duidelijk worden uit de volgende beschrijving samen met de bijgaande te- <33 n 334

* V

3 keningen.

Fig. 1 is een perspectivisch aanzicht van een inrichting volgens de onderhavige uitvinding die aan een robotarm kan worden gekoppeld.

Fig. 2 is een bovenaanzicht van een inrichting volgens de onderha-5 vige uitvinding waarin de plaats van de inwendige componenten wordt getoond wanneer de bedekking van de bovenste kamer is verwijderd.

Fig. 3 is een perspectivisch aanzicht van een deelsamenstel met vaste vingers.

Fig. 4 is een perspectivisch aanzicht van een beweegbaar draagdeel-10 samenstel.

Fig. 5 is een onderaanzicht van de inrichting volgens de onderhavige uitvinding waarin de positie van de inwendige elektrische componenten worden aangegeven wanneer de bedekking van de onderste kamer is verwijderd.

15 - Onder verwijzing naar fig. 1 wordt de inrichting 10 geschikt om aan een robotarm te koppelen getoond. Het lichaam van de inrichting bestaat uit een twee-kamerbehuizing 11 waarin de kamers de mechanische en elektrische componenten van de inrichting bevatten. De bovenste kamer van de behuizing 11, zoals getoond in fig. 2, bevat het beweegbare draagdeelsa-20 menstel 21, de deelsamenstellen voor de niet-beweegbare buitenste vingers 35 en 27 en het deelsamenstel voor de beweegbare middenvinger 16.

Onder verwijzing naar fig. 3, elk van de buitenste niet-beweegbare vingerdeelsamenstellen bestaat uit een dunne roestvrij stalen arm 15 die buiten de behuizing 11 uitsteekt, een dikkere roestvrij stalen arm 17 25 waaraan de dunne arm 15 is bevestigd, twee deformeerbare bladveren 25 die aan de dikkere armsectie 17 zijn gekoppeld en twee staafdragers 23 die voor het monteren van het zijvingerdeelsamenstel aan de behuizing 11 worden gebruikt. De deformeerbare bladveren 25 maken het mogelijk dat de vinger licht langs zijn longitudinale as kan bewegen terwijl de vinger 30 in alle andere asrichtingen wordt vastgehouden. Een van de bladveren 25 op elk vingerdeelsamenstel is uitgerust met een paar rekstrooksensoren 26 om het bewaken van elke afwijking van de bladveer 25 mogelijk te maken. De rekstrooksensoren kunnen van elk commercieel beschikbaar halfgeleider- of folietype zijn. De vinger 15 zelf is eveneens uitgerust met 35 een paar rekstroken 26 die het mogelijk maken elke afwijking of doorbui-ging van de vinger in de richting loodrecht op het vlak van de vingers te bewaken.

Onder verwijzing naar fig. 4, wanneer de staafdragers 23 in de bovenste holte van de behuizing zijn gemonteerd verschaffen deze tevens 40 ondersteuning voor twee cilindrische rails 22 die het beweegbare draag- Λ ’ -V t ·. , . · . Λ .' ii J È 4 deelsamenstel 21 dragen. Het draagdeelsamenstel 21 bestaat uit een draaglichaam 24, de raildragers 30 en een tandheugel 28. Deze kunnen het beste in fig. 4 worden waargenomen. De verlengbare middenvinger is door middel van twee deformeerbare bladveren 25 aan het draaglichaam 24 be-5 vestigd. De rekstroken 26 zijn eveneens op deze bladveren gemonteerd. In gemonteerde toestand grijpt de tandheugel 28 in op een rondsel 18 dat op de uitgangsas van de motor 14 is geplaatst. Deze motor wordt gebruikt om de middenvinger in en uit de behuizing 11 te bewegen. De motor 14 is op de bedekking 19 van de bovenste holte van de behuizing gemonteerd en 10 grijpt in op de tandheugel 28 wanneer de bedekking 19 op de behuizing 11 is geplaatst. Door het laten draaien van de motor worden de drager en de middenvinger op een lineaire wijze aangedreven. Twee foto-optische sensoren 29 worden toegepast om een kant 21 van het draagdeelsamenstel waar te nemen en om de volledig verlengde en volledig ingetrokken posities 15 van de drager te bepalen.

Onder verwijzing naar fig. 5, de onderste kamer van de behuizing 11 bevat de elektrische componenten van de inrichting. Deze componenten omvatten een plaat met gedrukte bedrading 31 waarop de andere componenten zijn gemonteerd, zes rekstrookversterkerschakelingen 32, een motorbestu-20 ringsschakeling 33 en een kabelconnector. Elk van de rekstrookparen aangebracht op het mechanisme in de bovenste kamer is door middel van draden aan een versterkerschakeling 32 gekoppeld. De versterkerschakeling 32 versterkt en conditioneert het van de rekstrooksensoren ontvangen signaal op geschikte wijze voor overdracht naar een bewakingscomputer-25 stelsel. Het bewakingscomputerstelsel kan een dataverwerkingseenheid voor algemene doeleinden zijn met geschikte interface-eenheden en geprogrammeerd om te reageren op ingangssignalen. De motorbesturingsschake-ling 33 bestaat uit drie geïntegreerde schakelingen met het doel de motor over een door een sensorbewakingscomputerstelsel bepaalde afstand 30 aan te drijven. De kabelconnector 36 verschaft een koppeling van alle elektrische signalen tussen de inrichting en een bewakingscomputerstelsel .

De werking van de voorkeursuitvoeringsvormen kan op de volgende wijze worden duidelijk gemaakt. Er zijn vijf werkwijzemodes beschikbaar 35 waarin de beschreven uitvinding kan worden gebruikt om een halfgeleider-wafel over te brengen van een opslaghouder zoals een cassette naar een verwerkingsdrager zoals een ontvanger. Deze zijn 1) wafel vastgrijpen, 2) wafel loslaten, 3) wafelrandlocatie, 4) oppervlaklocatie en 5) bot-singsdetectie. In elk van deze werkwijzemodes wordt de data van de rek-40 strooksensoren gebruikt om de functionele betrouwbaarheid van de wafβίο ·2 η :Γ> O Λ 9 i; v ‘ ,:· J -3 4 5 overbrenghandeling te vergroten. De signalen van de rekstroken worden in de door de inrichting 10 omvatte elektronische componenten verwerkt en overgebracht naar de bij de robotarm behorende dataverwerkingsbestu-ringsinrichting (niet getoond). De grove plaatsing van het aantal door 5 de inrichting te behandelen wafels kan in de robotarm worden geprogrammeerd. De robotarm beweegt daarna de houdinrichting 10 naar een positie boven de wafel in de opslagcassette. De middenvinger wordt dan onder besturing van het computerprogramma verlengd. De toetsvormige toppen 20 aangebracht aan de einden van elk van de vingers worden nu relatief 10 dicht bij het oppervlak gepositioneerd maar buiten de rand van de wafel. De robotarm beweegt de inrichting 10 omlaag naar een positie waarin de toetsvormige vingertoppen 20 ruwweg in het vlak van de wafel liggen. Daarna wordt een bestuurde beweging van de robotarm door het sensorbewa-kingscomputerstelsel uitgevoerd en gericht waardoor de inrichting 10 be-15 weegt totdat de buitenste vingers de rand van de wafel met een vooraf bepaalde kracht aanraken. Elke onbalans in krachten gedetecteerd als gevolg van een eerste foutieve plaatsing van de inrichting wordt gedetecteerd waarbij de robotarm zodanig wordt bestuurd dat de positie van de inrichting 10 overeenkomstig wordt gewijzigd. Deze werkwijzemode wordt 20 de wafelrandlocatiehandeling genoemd.

De verlengbare vinger wordt dan teruggetrokken en grijpt tenslotte de rand van de wafel. De wafel wordt achtereenvolgens tegen de buitenste vaste vingers gedrukt, waardoor de deformeerbare bladveren 25 doorbuigen. Wanneer de deformatie van de bladveren een vooraf bepaald niveau 25 bereikt, zoals bewaakt door de rekstroken, wordt de motor die de middenvinger aandrijft gestopt. De wafel is nu veilig vastgegrepen. Deze werkwijzemode is het wafelvastgrijpen.

De robotarm wordt gebruikt om de wafelbehandelingsinrichting 10 en de wafel in een grove positie te bewegen ten opzichte van het oppervlak 30 van de procesdrager die wordt geladen. Wanneer de procesdragers bijvoorbeeld verticaal zouden zijn, hetgeen het geval is bij sommige typen ontvangers, zou de positie van de inrichting nu ruwweg evenwijdig aan het oppervlak van de drager zijn, maar op enige afstand daar vandaan. De op-pervlaklocatiemode kan nu worden gebruikt om de beweging van de robotarm 35 te coördineren nodig om de wafel zo dicht mogelijk bij of zelfs direct op het oppervlak van de ontvanger uit te lijnen. De rekstrooksensoren op de vingers verschaffen de voor het uitvoeren van deze taak benodigde data. Wanneer alle vingers over dezelfde afstand door het oppervlak zijn gebogen, kan de beweging van de robotarm worden gestopt.

40 Onder besturing van het programma kan de robotarm de wafelbehande- ««1 - Λ ' 6 lingsinrichting 10 bewegen tot een vooraf bepaalde afstand vanaf het oppervlak om het ontstaan van deeltjes door het schrapen van de wafel langs het oppervlak te vermijden en kan de wafelrandlocatiemode-werkwij-ze worden gebruikt om te zoeken naar welke registratiegeleiders dan ook 5 die uitsteken vanaf het oppervlak van de ontvanger waarop de wafel zal worden gedragen. In deze mode worden de inrichting en de wafel langs het oppervlak bewogen totdat de registratiegeleiders worden aangeraakt.

Wanneer de wafel eenmaal veilig tegen de registratiegeleiders van de drager ligt en op het oppervlak van de drager rust, kan de wafellos-10 laatmode-werkwijze worden toegepast. In deze mode wordt de middenvinger verlengd terwijl de bewakingscomputer de overblijvende kracht op de bladveren 25 van de buitenste vaste vingers bewaakt. Omdat de wafel nu tussen de vaste vingers van de inrichting en de registratiegeleiders van de dragers zit gedwongen, zal geen significante verandering in de door-15 buiging van deze bladveren mogen optreden wanneer de middenvinger wordt verlengd. Met als gevolg dat het de inrichting niet toegestaan wordt om de wafel in een onveilige positie los te laten.

Vervolgens kan de de wafel worden losgelaten en de robotarm worden gebruikt om de inrichting van de procesdrager weg te bewegen en met zijn 20 volgende ladingscyclus te beginnen. Deze werkwijze kan natuurlijk worden omgekeerd voor het ontladen van de procesdrager. De rekstrooksensoren op alle vingers maken eveneens het tasten van een onverwachte aanraking met voorwerpen of mensen mogelijk. Wanneer een dergelijke aanraking wordt gedetecteerd kan een geschikte reactie aan de robotarm worden doorgege-25 ven. De robotarm kan bijvoorbeeld direct worden gestopt of op een lagere bewegingssnelheid worden gezet totdat bepaald is of de hindernis niet langer aanwezig is.

De bovenstaande beschrijving is opgenomen om de werking van de voorkeursuitvoering te illusteren en is niet bedoeld om de omvang van de 30 uitvinding te beperken. De omvang van de uitvinding wordt alleen beperkt door de volgende conclusies. Het zal voor een deskundige uit de bovenstaande beschrijving duidelijk zijn dat veel variaties in de uitvoering mogelijk zijn die nochthans door de geest en de omvang van de uitvinding worden omvat.

35 40 6 i) V j J o 4

Claims (14)

1. Inrichting voor gebruik met een robotarm voor het behandelen van 5 werkstukken omvattende een behuizing, gekenmerkt door een aantal buiten de behuizing uitstekende delen, koppelmiddelen voor het koppelen van ten minste een van de delen aan de behuizing, waarbij deze koppelmiddelen tastmiddelen voor het bepalen van een op dat deel uitgeoefende kracht omvatten en verlengmiddelen voor het ten opzichte van de inrichting be-10 wegen van ten minste een ander van deze delen.

2. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de inrichting een vooraf bepaalde positie ten opzichte van een werkstuk heeft, waarbij de verlengmiddelen bewerkstelligen dat de delen het werkstuk vastgrijpen.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de koppel middelen een deformeerbaar materiaal omvatten en de tastmiddelen een rekstrook omvatten gekoppeld aan het deformeerbare materiaal.

4. Inrichting volgens conclusie 3, gekenmerkt door een besturings-inrichting, waarbij deze besturingsinrichting de werking van de verleng-20 middelen stopt wanneer parameters van de rekstrook zekere vooraf bepaalde waarden bereiken.

5. Inrichting volgens conclusie 4, gekenmerkt door ten minste een tweede rekstrook gekoppeld met het andere deel, waarbij parameters van deze tweede rekstrook aangeven wanneer een lichaam wordt aangeraakt.

6. Inrichting volgens conclusie 5, gekenmerkt door een robotarm, waarin stuurmiddelen van de robotarm met de tweede rekstrook zijn gekoppeld en deze stuurmiddelen op een vooraf bepaalde wijze reageren op parameters van deze rekstrook.

7. Inrichting volgens conclusie 6, met-het kenmerk, dat in reactie 30 op de parameters van de tweede rekstrook een werkstuk kan worden gepositioneerd, dat in een vooraf bepaalde positie ten opzichte van een werk-stukdrager is geplaatst.

8. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat het aantal delen een verlengbare arm omvat en ten minste êên niet-verlengbare arm, 35 dat de koppelmiddelen een deformeerbaar lichaam omvatten waarmee de niet-verlengbare arm aan de behuizing is gekoppeld en de tastmiddelen ten minste één rekstrook omvatten gekoppeld aan het deformeerbaar lichaam, waarbij deze rekstrook elektrisch is gekoppeld aan een bewakings-computer toegepast om een motor die de verlengbare vinger aandrijft te 40 besturen en om de bewegingen van de robotarm te richten. ' . Δ * t Μ V

9. Inrichting volgens conclusie 8, gekenmerkt door ten minste één aan de verlengbare arm gekoppelde rekstrook, waarbij deze rekstrook een uitgangssignaal verschaft wanneer een kracht op de arm wordt uitgeoefend.

10. Inrichting volgens conclusie I, gekenmerkt door het toepassen van het aantal delen om een in het algemeen rond vlak materiaal vast te grijpen, waarin het aantal delen meerdere grijpmiddelen omvat, structuurmiddelen gekoppeld met elk van de grijpmiddelen voor het besturen van de aanraking met het materiaal, middelen voor het besturen van de 10 beweging van de grijpmiddelen voor het aanpassen aan materialen met verschillende diameters, en sensomiddelen gekoppeld aan ten minste één van de delen voor het besturen van de bewegingsmiddelen in reactie op een kracht uitgeoefend op het materiaal.

11. Inrichting volgens conclusie 10, gekenmerkt door tweede sensor- 15 middelen gekoppeld aan ten minste één van de grijpmiddelen voor het detecteren van een kracht die een component loodrecht op het vlak gevormd door de meerdere grijpmiddelen heeft.

12. Werkwijze voor het met de inrichting volgens conclusie 1 hanteren van een in het algemeen rond vlak werkstuk, gekenmerkt door de stap- 20 pen van: het onder het toepassen van een bestuurde kracht vastgrijpen van het werkstuk door de inrichting, en het bewaken van krachten ondervonden door de inrichting tijdens het loslaten van het werkstuk.

13. Werkwijze voor het hanteren van een werkstuk volgens conclusie 12, gekenmerkt door de stap van het bewaken van krachten indicatief voor 25 een onverwachte botsing.

14. Werkwijze voor het hanteren van een werkstuk volgens conclusie 12, gekenmerkt door de stap van het aanpassend besturen van beweegbare delen van de inrichting voor het uitlijnen van het werkstuk ten opzichte van dragers waarin het werkstuk is opgeslagen. 30 35 40 V ' ·, ’ v 0 4