WO2011047997A1

WO2011047997A1 - Bernoulli-düse, greifervorrichtung mit bernoulli-düse und verfahren zur herstellung

Info

Publication number: WO2011047997A1
Application number: PCT/EP2010/065353
Authority: WO
Inventors: Alexander Borowski; Walter Feist; Jens Kalmbach; Sven Worm
Original assignee: Schmid Technology Systems Gmbh
Priority date: 2009-10-22
Filing date: 2010-10-13
Publication date: 2011-04-28
Also published as: DE102009051567A1; TW201128728A

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Bernoulli-Düse (11), eine Greifervorrichtung mit einer solchen Bernoulli-Düse (11) und ein Verfahren zu ihrer Herstellung. Eine Bernoulli-Düse (11) mit einem Druckluftanschluss (14) weist ein Außenteil (12) mit einer trichterförmigen Innenwand (22) und ein Innenteil (13) mit einer Außenwand (23) und einem im unteren Bereich umlaufenden, flanschförmigen Randbereich (25) auf. Innen- und Außenteil (13, 12) sind koaxial angeordnet und bilden eine Druckluftkammer (32) sowie an der Düsen-Unterseite (20) einen zwischen der Unterseite (19) des Innenteils (12) und der Unterseite (18) des Außenteils (12) angeordneten Düsenschlitz (27) mit konstantem Spaltmaß (28). Das Innenteil (13) weist im Bereich des Düsenschlitzes (27) Distanzelemente (17) als Abstandhalter zur Einstellung eines definierten Spaltmaßes (28) entsprechend der Distanzelementhöhe (33) auf.

Description

. .

Beschreibung

Bernoulli-Düse, Greifervorrichtunq mit Bernoulli-Düse und Verfahren zur

Herstellung

Anwendungsgebiet und Stand der Technik

Die Erfindung betrifft eine Bernoulli-Düse nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 , eine Greifervorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 15 mit einer vorgenannten Bernoulli-Düse und ein Verfahren zur Herstellung einer Bernoulli-Düse.

Bei der automatisierten Herstellung von bruchgefährdeten Werkstücken, insbesondere zur Handhabung von Silizium-Wafern, werden Greifsysteme mit sogenannten Bernoulli-Düsen eingesetzt. Diese Bernoulli- Düsen erzeugen mittels einer durch einen Düsenschlitz an einer Düsen- Unterseite austretenden Luftströmung einen Unterdruck innerhalb einer Greiffläche in einem Bereich um den Düsenschlitz. Durch die entstehende Sogwirkung werden die Wafer angesaugt. Dabei erfolgt die Ansaugung im Bereich der Greiffläche berührungslos aufgrund der zwischen Wafer und Unterseite der Düse ausgebildeten Luftströmung. Für eine gleichmäßige Ansaugung des Wafers, und insbesondere für einen sanften und gleichmäßigen Anflug des Wafers an die Düse, ist eine definierte und gleichmäßige ausgebildete Luftströmung erforderlich. Die Ausbildung der Luftströmung ist sowohl von der Spaltgeometrie, den Abmessungen des Düsenschlitzes, als auch von dem eingestellten Druck bei der Luftzufuhr abhängig. Für eine ausreichende Haltekraft ist je nach Werkstück eine zugehörige Mindestströmungsgeschwindigkeit erforderlich. Je größer der Spalt des Düsenschlitzes, desto größer ist die benötigte Luftmenge und ihr benötigter Druck zum Erreichen der erforderlichen Mindestgeschwindigkeit. Je ungleichmäßiger die Abmessungen des Spaltes sind, beispielsweise toleranzbedingt, desto ungleichmäßiger - - bildet sich die Strömung aus. Eine ungleichmäßige Strömung kann dazu führen, dass der Wafer nicht parallel, sondern an einer Seite zuerst angesaugt wird, und die restliche Waferfläche anschließend auf der umliegenden Greiferfläche aufprallt und zerbricht.

Bekannte Bernoulli-Düsen weisen Spaltmaße für die Düsenschlitze von ca. 20 μιτι auf und haben einen Luftverbrauch von ca. 1501/min. Die großen Luftmengen stellen einen nicht unerheblichen Kostenfaktor dar und können durch zu starke Verwirbelungen im Umfeld eines Greifers Probleme bereiten. Insbesondere ist bei den bekannten Bernoulli-Düsen die Einstellung eines gleichmäßigen Spaltmaßes für den Düsenschlitz eine große Herausforderung. Bei Spaltmaßen in einem Bereich unter 20 μιτι führen bereits kleinste Unregelmäßigkeiten im Mikrometerbereich, beispielsweise bedingt durch Fertigungstoleranzen, zu einer ungleichmäßigen Strömungsausbildung und damit zu einem ungleichmäßigen Ansaugen, insbesondere zu einem nicht parallelen Ansaugen. Bernoulli-Düsen mit ausreichend gleichmäßigen Spaltmaßen unterhalb von 20 μιτι sind wegen des hohen Fertigungsaufwands zum Erreichen der Genauigkeiten hinsichtlich des Spaltmaßes daher bisher nicht wirtschaftlich realisierbar.

Zur Reduzierung der Bruchgefahr ohne eine verbesserte Spaltmaßgüte bzw. ohne geringere Spaltbreiten sind aus dem Stand der Technik einige Maßnahmen bekannt. Zur Verbesserung des Ansaugvorganges sind beispielsweise gummierte Anlagenflächen au ßerhalb der Düse auf einer Unterseite einer Trägerplatte der Greifervorrichtung bekannt, mit denen die Aufprallenergie des Wafers auf der Düse oder einem Greifer verringert werden soll und so die Bruchgefahr reduziert werden kann.

Aus der DE 20 2007 007 721 U1 ist ferner eine Dämpfungsvorrichtung mit Borsten an der Unterseite der Greiferträgerplatte bekannt, um einen Teil der beim Anflug des Werkstücks entstehenden Prallenergie zu ab- - - sorbieren. Auf diese Weise kann zwar die Bruchgefahr reduziert werden, bedingt durch die weiterhin großen Spaltmaße ist der Luftverbrauch jedoch immer noch hoch.

Aufgabe und Lösung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine eingangs genannte Bernoulli-Düse, eine eingangs genannte Greifervorrichtung mit einer solchen Bernoulli-Düse und ein eingangs genanntes Verfahren zur Herstellung einer solchen Bernoulli-Düse zu schaffen, mit denen Probleme des Standes der Technik, unter anderem hinsichtlich des Spaltmaßes, der Einstellgenauigkeit des Spaltmaßes und der davon abhängigen Ansaugqualität und des erforderlichen Luftverbrauchs, beseitigt werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe durch eine Bernoulli-Düse mit den Merkmalen des Anspruchs 1 , durch eine Greifervorrichtung mit den Merkmalen des Anspruchs 15 mit einer vorgenannten Bernoulli-Düse und durch ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bernoulli-Düse mit den Merkmalen des Anspruchs 16. Vorteilhafte und bevorzugte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche und werden im Folgenden näher erläutert. Der Wortlaut der Ansprüche wird durch ausdrückliche Bezugnahme zum Inhalt der Beschreibung gemacht. Manche der nachfolgenden, jedoch nicht erschöpfend aufgezählten Merkmale und Eigenschaften treffen sowohl auf eine Bernoulli- Düse, auf eine Greifervorrichtung mit einer solchen Bernoulli-Düse, als auch auf ein Verfahren zur Herstellung einer solchen Bernoulli-Düse zu. Sie werden teilweise nur einmal beschrieben, können jedoch unabhängig davon sowohl für die Bernoulli-Düse, die Greifervorrichtung als auch für das Verfahren gelten. Weiterhin ist die Reihenfolge der aufgelisteten Merkmale nicht bindend, sondern kann vielmehr entsprechend einer optimierten Bernoulli-Düse, einer optimierten Greifervorrichtung bzw. eines - - optimierten Verfahrens zur Herstellung der Bernoulli-Düse geändert werden.

Es ist eine Bernoulli-Düse vorgesehen zur Handhabung flächiger Werkstücke, insbesondere von Silizium-Wafern, mit einem Druckluftan- schluss, einem Außenteil und einem Innenteil. Au ßen- und Innenteil sind bevorzugt einteilig ausgebildet, können jedoch auch mehrteilig sein. Das Außenteil weist eine topf- oder trichterförmig ausgebildete Innenwand auf, wobei diese an einer Unterseite des Außenteils ihren maximalen Innendurchmesser aufweist. Vorteilhaft ist eine trompeten- oder konus- förmige Ausbildung der Innenwand des Außenteils mit zur Unterseite hin zunehmendem Innendurchmesser. Innen- und Au ßenteil sind koaxial angeordnet und bilden zwischen sich eine Druckluftkammer. Das Innenteil weist in seinem unteren Bereich einen umlaufenden, flanschförmigen oder scheibenförmigen Randbereich auf. Dieser weist an einer Düsen- Unterseite einen korrespondierenden Verlauf zur Innenwand des Au ßenteils auf, so dass Innen- und Außenteil an der Düsen-Unterseite zwischen sich einen Düsenschlitz mit konstantem Spaltmaß und eine Greiffläche bilden. Besonders vorteilhaft ist ein scheibenförmig ausgebildetes Innen- bzw. Außenteil, um die Bauhöhe der Düse in Richtung senkrecht zur Ansaugfläche klein zu halten. Ferner haben flache Düsen hinsichtlich der Strömungseigenschaften günstigere Eigenschaften bezüglich der mit einer bestimmten Luftmenge und einem bestimmten Luftdruck erreichbaren Strömungsgeschwindigkeiten. Zur Gewichtsreduktion sind insbesondere ringförmig ausgebildete Außen- und Innenteile vorteilhaft.

Erfindungsgemäß weist mindestens das Innen- oder das Au ßenteil mindestens ein Distanzelement als Abstandshalter auf mit einer definierten Distanzelementhöhe im Bereich des Düsenschlitzes bzw. mindestens ein Distanzelement ist im Düsenschlitzbereich vorgesehen. Das Distanzelement kann also ein Stück bzw. einige mm vor dem Düsenschlitz enden oder bis in ihn hinein verlaufen. - -

In einer Weiterbildung der Erfindung ist die Innenwand des Au ßenteils teilweise, zumindest im unteren Bereich, um eine Hochachse rotationssymmetrisch ausgebildet, vorzugsweise ist die gesamte Innenwand rotationssymmetrisch ausgebildet.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der flanschförmige Randbereich des Innenteils um seine Hochachse rotationssymmetrisch ausgebildet.

In einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung einer Bernoulli-Düse weist eine Oberseite des umlaufend ausgebildeten flanschförmigen Randbereichs des Innenteils in einem Bereich nah am Düsenschlitz eine Oberflächenkontur eines sphärischen Körpers auf und ragt konvex in die Druckluftkammer hinein. Denkbar ist beispielsweise eine ei- oder linsenförmige Oberflächenkontur in diesem Bereich. Dabei ist der Bereich nah am Düsenschlitz mindestens so groß, dass er alle möglichen Kontaktzonen für alle einstellbaren Spaltmaße zwischen Innen- und Außenteil einschließt.

In einer eigenständigen Ausgestaltung der Erfindung weist die Oberseite des Randbereichs in einem Bereich nah am Düsenschlitz eine kugelförmige Oberflächenkontur auf, wobei ein zugehöriger Kugelmittelpunkt der Oberflächenkontur unterhalb des Innenteils auf seiner Hochachse liegt. Bei einer Distanzelementhöhe von null μιτι und einem Spaltmaß des Düsenschlitzes von null μιτι ist eine Kontaktzone zwischen Innen- und Außenteil eine Kontaktlinie. Diese Kontaktlinie entsteht durch ein Zusammenwirken vom Innenteil durch dessen kugelförmige Oberflächenkontur nah am Düsenschlitz mit dem entsprechend ausgebildeten Außenteil. Durch die kugelförmige Oberflächenkontur ist es möglich, kleinere Abweichungen einer koaxialen Anordnung von Innen- und Außenteil aus- - - zugleichen, ohne dass sich eine toleranzbedingte Abweichung der Ko- axialität negativ auf die Gleichmäßigkeit des Spaltmaßes auswirkt.

In einer bevorzugten Ausführung ist der Düsenschlitz teilweise umlaufend ausgebildet, vorzugsweise vollständig umlaufend und insbesondere kreisförmig. Sind Innenteil und Au ßenteil an der Düsen-Unterseite rotationssymmetrisch ausgebildet, bilden Innen- und Au ßenteil einen kreisförmigen, vorzugsweise vollständig umlaufenden Düsenschlitz. Denkbar sind auch andere Düsenschlitzgeometrien, beispielsweise ein quaderförmiger oder blütenförmiger Düsenschlitz. Die Kreisform ist jedoch besonders vorteilhaft für eine gleichmäßige Strömungsausbildung, da Ecken im Düsenschlitz keine gleichmäßige Strömungsausbildung ermöglichen. Vorzugsweise wird der Durchmesser des Düsenschlitzes im Verhältnis zum anzusaugenden Werkstück möglichst groß gewählt. Für Silizium-Wafer mit einer Kantenlänge von 160 mm hat sich ein mittlerer Düsenschlitzdurchmesser von 80 mm als besonders vorteilhaft erwiesen.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist mindestens ein Distanzelement auf einer Oberseite des flanschförmig ausgebildeten Randbereichs des Innenteils angeordnet. In einer besonders vorteilhaften Ausgestaltung erstrecken sich die Distanzelemente nur über einen Teil dieses Randbereichs im Bereich des Düsenschlitzes.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Distanzelement bis in den Düsenschlitz hinein ausgebildet. Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Distanzelement sich bis in die Greiffläche in einer Ebene der Düsen-Unterseite erstreckt, jedoch nicht darüber hinaus.

In einer Weiterbildung der Erfindung weisen alle Distanzelemente die gleiche Distanzelementhöhe auf. - -

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist das Spaltmaß des Düsenschlitzes an der Düsen-Unterseite durch Verschieben des Innen- und Au ßenteils ineinander bzw. auseinander in Richtung senkrecht zur Düsen-Unterseite einstellbar. Durch ein Zusammenschieben von Innenteil und Außenteil kann beispielsweise der Düsenschlitz verkleinert werden. Ein Auseinanderschieben führt entsprechend zu einer Spaltvergrößerung.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist das Spaltmaß des Düsenschlitzes zwischen mindestens einem Distanzelement und dem gegenüberliegenden Au ßen- bzw. Innenteil an der Düsen-Unterseite im Bereich der Greiffläche auf null einstellbar. Das Spaltmaß in mindestens einem Bereich zwischen zwei Distanzelementen entlang des Düsenschlitzes ist die Distanzelementhöhe. Mittels der Distanzelemente kann das Innenteil so zum Au ßenteil positioniert werden, dass das Spaltmaß der Distanzelementhöhe entspricht. Weisen die Distanzelemente eine definierte Distanzelementhöhe auf, ist somit eine präzise Einstellung des Spaltmaßes möglich.

In einer bevorzugten Ausgestaltung ist die Distanzelementhöhe kleiner als 20 μιτι, vorzugsweise kleiner als ^"Ι Ο μιη, insbesondere kleiner als 5 μιτι. Mit Distanzelementen mit einer Distanzelementhöhe von beispielsweise 5 μιτι kann das Spaltmaß entsprechend auf 5 μιη eingestellt werden, was den Luftverbrauch gegenüber einem Spaltmaß von beispielsweise 20 μιη bei gleicher erreichbarer Strömungsgeschwindigkeit deutlich reduziert.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Distanzelement als ein von Innen- bzw. Außenteil separater Einleger ausgebildet, vorzugsweise als eine Folie, insbesondere als ein Folienstreifen. Vorteilhaft ist die Verwendung von Messfolie, die ausreichend dünn ist. - -

In einer weiteren alternativen Ausgestaltung der Erfindung bildet eine in einem begrenzten Bereich texturierte Oberfläche ein Distanzelement, wobei die Distanzelementhöhe einem Oberflächenrauhigkeitswert dieser Oberfläche entspricht, vorzugsweise einer maximalen Profilhöhe R_y, insbesondere mit einem besonders kleinen Mittenrauwert R_a. In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist die texturierte Oberfläche in einem umlaufenden Bereich nahe am Düsenschlitz ausgebildet. Bevorzugt ist die texturierte Oberfläche gürtelförmig umlaufend am äu ßersten Rand des flanschförmigen Randbereichs des Innenteils ausgebildet.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist mindestens ein Distanzelement länglich bzw. stegartig ausgebildet und in radialer Richtung angeordnet. Bevorzugt sind die Distanzelemente in Umfangsrichtung schmal ausgebildet, damit für den Luftaustritt eine größtmögliche Länge des Düsenschlitzes genutzt werden kann.

In einer bevorzugten Ausführung ist mindestens ein Distanzelement für eine definierte Strömungsbeeinflussung ausgebildet. Denkbar sind hier alle möglichen Formen für ein Distanzelement.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung sind 10 bis 20 Distanzelemente in Umfangsrichtung verteilt angeordnet, vorzugsweise gleichmäßig verteilt.

In einer Weiterbildung der Erfindung ist das Spaltmaß des Düsenschlitzes mittels mindestens eines Einstellmittels einstellbar, vorzugweise mittels einer im Bereich zwischen Unterseite des Au ßenteils zur Oberseite des Innenteils verlaufenden Einstellschraube. Besonders vorteilhaft sind mehrere Einstellschrauben umlaufend gleichmäßig verteilt, um das Spaltmaß über den gesamten Umfang präzise einstellen zu können und ggf. fertigungsbedingte Toleranzen ausgleichen zu können. - -

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der flanschförmige Randbereich des Innenteils federnd bzw. elastisch ausgebildet, wobei vorzugsweise der Randbereich so ausgebildet ist, dass sich bei einer Druckbeaufschlagung auf diesen Bereich das Spaltmaß des Düsenschlitzes vergrößert durch Aufbiegen des Randbereichs. Auf diese Weise ist mittels des gewählten Drucks bei der Luftzufuhr das Spaltmaß des Düsenschlitzes in geringen Bereichen zusätzlich nach oben hin einstellbar.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist eine im Bereich des Düsenschlitzes zwischen Innen- und Außenteil in einer Kontaktzone wirkende Andrückkraft einstellbar, vorzugweise auch mittels einer vorgenannten Einstellschraube. Diese zwischen Innen- und Außenteil in der Kontaktzone entstehende Kraft wirkt als Vorspannung auf den federnd ausgebildeten Randbereich des Innenteils. Die Einstellschrauben können vorgesehen sein, um die Vorspannung über den gesamten Umfang präzise einstellen zu können und ggf. fertigungsbedingte Toleranzen ausgleichen zu können.

In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung liegen die Unterseiten des Innen- und des Au ßenteils im Bereich der Greiffläche in einer Ebene. Die Anordnung der Unterseiten von Innen- und Au ßenteil in einer Ebene ist besonders vorteilhaft für die Ausbildung einer gleichmäßigen Strömung und einer davon abhängigen gleichmäßigen Ansaugkraft. Weist die Düsen-Unterseite beispielsweise auch nur kleine Unebenheiten auf, kann es zu Strömungsablösungen und damit zu einer ungleichmäßigen Erzeugung der Ansaugkraft kommen.

Besonders vorteilhaft ist die Verwendung einer Bernoulli-Düse in den genannten Ausführungen in einer Greifervorrichtung für ein Robotersystem zur Handhabung flächiger Werkstücke, insbesondere von Silizium- Wafern. Eine erfindungsgemäße Greifervorrichtung weist eine Bernoulli- - -

Düse auf, bei der mindestens ein Distanzelement als Abstandshalter mit einer definierten Distanzelementhöhe im Bereich des Düsenschlitzes vorgesehen ist. Um die Düse herum ist in einer vorteilhaften Ausgestaltung einer Greifervorrichtung eine Greiferplatte angeordnet, die bevorzugt quadratisch bzw. entsprechend der zu handhabenden Werkstückgeometrie ausgebildet ist. Für Silizium-Wafer eignen sich daher besonders quadratische Greiferplatten. Bevorzugt weisen die Greiferplatten außerdem gummierte Anlageflächen auf, vorzugsweise aus Moosgummi. Mittels dieser Anlageflächen werden die beim Handhaben entstehenden Querkräfte aufgenommen, und das Werkstück kann auch unter auftretenden Beschleunigungen quer zur Ansaugrichtung gehalten werden.

Eine erfindungsgemäße Bernoulli-Düse wird hergestellt, indem mindestens ein Distanzelement mit einer definierten Distanzelementhöhe durch ein abtragendes Fertigungsverfahren hergestellt wird.

In einer bevorzugten Ausführung wird mindestens ein Distanzelement mit einer definierten Distanzelementhöhe durch Ätzen hergestellt, vorzugsweise durch elektrochemisches Ätzen.

In einer alternativen Ausführung wird mindestens ein Distanzelement mit einer definierten Distanzelementhöhe durch Laserabtrag hergestellt.

In einer weiteren alternativen Ausführung wird mindestens ein Distanzelement mit einer definierten Distanzelementhöhe durch Funkenerosion hergestellt.

In einer weiteren alternativen Ausführung wird mindestens ein Distanzelement mit einer definierten Distanzelementhöhe in einem ersten Verfahrensschritt als separater Einleger auf dem Innen- oder Au ßenteil angeordnet und in einem weiteren Verfahrensschritt befestigt, vorzugswei- - - se durch Kleben. Bevorzugt wird als Einleger eine Messfolie bzw. ein Messfolienstreifen verwendet. Denkbar ist auch die Anordnung mehrerer Folienstreifen übereinander.

In einer weiteren alternativen Ausführung wird mindestens ein Distanzelement mit einer definierten Distanzelementhöhe durch Texturieren zumindest eines Bereichs einer Oberfläche hergestellt, vorzugsweise durch Erodieren, insbesondere durch Ätzen.

In einer bevorzugten Ausführung wird eine Bernoulli-Düse hergestellt, indem in einem Verfahrensschritt das Innen- und das Au ßenteil der Düse koaxial angeordnet werden und das gewünschte Spaltmaß des Düsenschlitzes an der Düsen-Unterseite eingestellt wird. Vorzugsweise wird ein Spaltmaß von null zwischen einem Distanzelement und dem gegenüberliegend angeordneten Außen- bzw. Innenteil eingestellt. Damit ergibt sich in dem Bereich zwischen zwei Distanzelementen ein Spaltmaß für den Düsenschlitz, das genau der Distanzelementhöhe entspricht. In einem weiteren Verfahrensschritt werden die Unterseiten von Innen- und Au ßenteil und damit die Düsen-Unterseite eingeebnet, vorzugsweise durch Plandrehen und/oder Schleifen. Dadurch wird im gefügten Zustand der Bernoulli-Düse nach dem Einstellen des Spaltmaßes eine plane Greiffläche an der Düsen-Unterseite für eine gleichmäßige Luftströmung erzeugt.

Denkbar ist auch ein weiterer Verfahrensschritt, in dem mindestens eine Position mindestens einer Einstellschraube gegen Verstellen bzw. Verändern gesichert, vorzugsweise durch Verkleben, insbesondere durch Versiegeln oder Vergießen der Verschraubung. Auf diese Weise ist gewährleistet, dass sich das Spaltmaß beispielsweise nicht durch eventuelle Erschütterungen selbsttätig verändern kann. Ferner wird die Gefahr einer Manipulation reduziert. - -

Diese und weitere Merkmale gehen au ßer aus den Ansprüchen auch aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervor, wobei die einzelnen Merkmale jeweils für sich alleine oder zu mehreren in Form von Unterkombinationen bei einer Ausführung der Erfindung und auf anderen Gebieten verwirklicht sein und vorteilhafte sowie für sich schutzfähige Ausführungen darstellen können, für die hier Schutz beansprucht wird. Die Unterteilung der Anmeldung in einzelne Abschnitte und Zwischenüberschriften beschränken die unter diesen gemachten Aussagen nicht in ihrer Allgemeingültigkeit.

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Kurzbeschreibung der Zeichnungen

Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Zeichnungen schematisch dargestellt und werden im Folgenden näher erläutert. Die in den einzelnen Figuren gezeigten Ausführungen weisen teilweise Merkmale auf, die nicht in allen gezeigten Ausführungen dargestellt sind bzw. die nicht alle gezeigten Ausgestaltungen aufweisen. In den Zeichnungen zeigen

Fig. 1 einen Schnitt durch einen Teil einer Greifervorrichtung mit einer

Bernoulli-Düse entlang B-B',

Fig. 2 eine Ansicht von unten auf die Düsen-Unterseite der Bernoulli- Düse entsprechend Fig. 1 ,

Fig. 3 eine Draufsicht auf das Innenteil der Bernoulli-Düse entsprechend Fig. 1 unterhalb der Schnittebene A-A',

Fig. 4 einen Schnitt durch einen Teil einer Greifervorrichtung mit einer

Bernoulli-Düse entlang C-C,

Fig. 5 eine Ansicht von unten auf eine Düsen-Unterseite der Bernoulli- Düse entsprechend Fig. 4 mit einem eingestellten Spaltmaß von null ohne Druckbeaufschlagung und

Fig. 6 die Ansicht von unten auf die Düsen-Unterseite entsprechend

Fig. 5 mit Druckbeaufschlagung.

Detaillierte Beschreibung der Ausführungsbeispiele

In Fig. 1 ist beispielhaft ein Schnitt dargestellt entlang der Schnittebene B-B', siehe Fig. 2, durch einen Teil einer Greifervorrichtung 50 und einer erfindungsgemäßen Bernoulli-Düse 1 1 . Von der Greifervorrichtung 50 sind ein Teil einer Greiferplatte 36 und Anlageflächen 35 abgebildet. Dabei ist die Greiferplatte 36 um die Bernoulli-Düse 1 1 herum angeordnet und die Anlageflächen 35 sind von unten an der Greiferplatte 36 befestigt. Die Greiferplatte 36 ist bevorzugt quadratisch bzw. entsprechend der zu handhabenden Werkstückgeometrie ausgebildet, was hier ge- - - zeigten Schnittdarstellung jedoch nicht erkennbar ist. Die Anlageflächen 35 sind vorzugsweise gummiert und beispielsweise aus Moosgummi. Sie können aber auch aus einem anderen Werkstoff mit ähnlichen funktionalen, vorteilhaften Eigenschaften sein. Die Anlageflächen 35 sind so ausgebildet, dass zwischen der Anlagefläche 35 und einem durch die Ansaugkraft an der Anlagefläche 35 anliegenden Werkstück eine Haftreibkraft quer zur Ansaugrichtung entsteht, die größer ist als die beim Handhaben entstehenden Querkräfte, so dass das Werkstück auch unter quer zur Ansaugrichtung auftretenden Beschleunigungen in seiner Position gehalten werden kann.

In Fig. 1 ist des Weiteren die Bernoulli-Düse 1 1 dargestellt mit einem Druckluftanschluss 14, einem Au ßenteil 12 und einem Innenteil 13. Das topfförmige Au ßenteil 12 weist eine um eine Hochachse 24 rotationssymmetrische Innenwand 22 auf, die sich trichterförmig nach oben hin verjüngt. Der Innendurchmesser der Innenwand 22 ist in der Ebene der Unterseite 18 des Au ßenteils 12 maximal. Ferner weist die in Fig. 1 beispielhaft gezeigte Ausführung ein Innenteil 13 mit einem im unteren Bereich umlaufenden, flanschförmigen Randbereich 25 auf. Die Außenwand 23 des Innenteils 13 ist rotationssymmetrisch um eine Hochachse 124 angeordnet. Das Innenteil 12 und das Außenteil 13 sind koaxial zueinander angeordnet und bilden eine Druckluftkammer 32. Der flansch- förmige Randbereich 25 des Innenteils 13 weist an seiner Unterseite 19 einen korrespondierenden Verlauf zur Innenwand 22 des Au ßenteils 12 auf, so dass Innenteil 13 und Außenteil 12 an der Düsen-Unterseite 20 einen Düsenschlitz 27 mit einem konstanten Spaltmaß 28 bilden.

Des Weiteren ist in Fig. 1 schematisch ein Strömungssystem 16 dargestellt, über das der Druckluftanschluss 14 mit dem Düsenschlitz 27 kommuniziert. Die Luft strömt durch den Druckluftanschluss 14 über das Strömungssystem 16 in die Druckluftkammer 32 und tritt von dort durch den Düsenschlitz 27 wieder aus. Die Geometrie des Düsenschlitzes 27 - - ist dabei so gestaltet, dass die Luftströmung an der Unterseite 18 des Außenteils anliegt. Auf diese Weise entsteht an der Düsen-Unterseite 20 im Bereich der Greiffläche ein Unterdruck und saugt den Wafer an.

In dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel kann das Spaltmaß 28 des Düsenschlitzes 27 mittels einer Einstellschraube 15 eingestellt werden. Dabei verläuft die Einstellschraube 15 in einem Bereich von einer Unterseite des Au ßenteils 12 zu einer Oberseite des Innenteils 13. Das Einstellen des Spaltmaßes 28 erfolgt durch Ineinander- bzw. Auseinanderschieben von Innen- und Außenteil 13 bzw. 12 in senkrechter Richtung zur Düsen-Unterseite 20.

Mittels der Einstellschraube 15 kann in diesem Ausführungsbeispiel außerdem die Vorspannung des umlaufend ausgebildeten flanschförmigen und federnden Randbereichs 25 gegen die Innenwand 22 eingestellt werden, indem die Andrückkraft verändert wird, die in einer Kontaktzone zwischen Innenteil 13 und Au ßenteil 12 bzw. Distanzelementen 17 und Innen- oder Au ßenteil 13 bzw. 12 auf den Randbereich 25 wirkt. In einer bevorzugten Ausführung werden statt einer gemeinsamen Einstellschraube 15 zwei oder mehr verteilte Einstellschrauben verwendet, um das Spaltmaß unabhängig von der Vorspannung einstellen zu können.

Die in Fig. 1 dargestellte Bernoulli-Düse 1 1 weist auf der Oberseite 26 des Randbereichs 25 des Innenteils 13 angeordnete Distanzelemente 17 auf, die bis in den Düsenschlitz 27 hinein ausgebildet sind, jedoch nicht über die Düsen-Unterseite 20 hinausragen.

In Fig. 2 ist die Ansicht von unten auf die Düsen-Unterseite 20 dargestellt. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Düsenschlitz 27 kreisförmig und vollständig umlaufend ausgebildet und liegt innerhalb einer durch die Unterseite 18 des Außenteils 12 und die Unterseite 19 des Innenteils 13 gebildeten Greiffläche an der Düsen-Unterseite 20. - -

Im direkten Wirkbereich 29 der Distanzelemente 17 beträgt das Spaltmaß 28 zwischen Distanzelement 17 und Außenteil null. Das Spaltmaß 28 in dem Bereich 30 zwischen zwei Distanzelementen 17 entspricht jeweils der Distanzelementhöhe 33. In einer vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung weisen alle Distanzelemente 17 eine gleiche Distanzelementhöhe 33 auf. Vorteilhaft ist eine Distanzelementhöhe 33 und damit das Spaltmaß 28 des Düsenschlitzes 27 kleiner als 20 μιτι, besonders vorteilhaft sind die Distanzelemente 10 μιτι hoch oder nur 5 μιτι. Dabei sollte eine Toleranz der Distanzelementhöhe 33 unterhalb von 1 μιτι sein für Spaltmaße im Bereich kleiner 20 μιτι.

In dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind die Distanzelemente 17 als vom Innenteil 13 separate Einleger ausgebildet und als schmale Folienstreifen aufgeklebt. Alternativ können die Folienstreifen auf die Innenwand geklebt werden. Mittels mate rialabt ragend er Verfahren wie eingangs genannt kann auch im Randbereich 25 die Oberseite 26 des Innenteils 13 bis auf die Distanzelemente 17 abgetragen bzw. entfernt werden. Ein solcher Prozessschritt ist technologisch und für große Stückzahlen besser geeignet als das Aufkleben separater Teile.

In Fig. 3 ist die Draufsicht auf das Innenteil dargestellt mit den Distanzelementen 17 bzw. 1 17 bzw. 217 unterhalb der Schnittebene A-A'. In dieser Abbildung ist die Anordnung der Distanzelemente 17 bzw. 1 17 bzw. 217 auf der Oberseite des flanschförmigen Randbereichs 25 des Innenteils 13 dargestellt. Dabei sind die Distanzelemente 17 umlaufend gleichmäßig verteilt und in radialer Richtung angeordnet und länglich bzw. stegförmig ausgebildet. In dieser Abbildung sind beispielhaft zwei Distanzelemente 1 17 und 217 dargestellt, die für eine gezielte Strömungsbeeinflussung ausgebildet sind. Die Distanzelemente 17, 1 17 und 217 erstrecken sich dabei nicht über den gesamten Verlauf der Au ßenwand 23 des Innenteils 13, sondern lediglich über einen Teil der Innenwand 23 auf der Oberseite 26 des Randbereichs 25. - -

In Fig. 4 ist beispielhaft ein Schnitt dargestellt entlang der Schnittebene C-C\ siehe Fig. 2. Das topfförmige Außenteil 12 weist eine um eine Hochachse 24 rotationssymmetrische Innenwand 22 auf, die sich trichterförmig nach oben hin verjüngt. Die Au ßenwand 23 des Innenteils 13 ist rotationssymmetrisch um eine Hochachse 124 ausgebildet. Die in dieser Abbildung gezeigte Bernoulli-Düse weist im Randbereich 25 an dessen Oberseite 26 eine kugelförmige Oberflächenkontur auf, wobei der zugehörige Kugelmittelpunkt 30 auf der Achse 124 weit au ßerhalb des Innenteils 13 unterhalb der aus den Unterseiten 18 und 19 des Außen- und Innenteils 12 bzw. 13 gebildeten Greiffläche liegt. Wird, wie in dem hier gezeigten Ausführungsbeispiel, jedoch mit einer Distanzelementhöhe von null μιτι, ein Spaltmaß 28 von 0 μιτι für den Düsenschlitz 27 eingestellt, bildet sich als Kontaktzone eine kreisförmige umlaufende Kontaktlinie aus. Auch wenn das Innen- und Außenteil 13 bzw. 12 nicht exakt koaxial zueinander angeordnet werden, sondern beispielsweise durch Fertigungstoleranzen kleine Abweichungen in der Koaxialität auftreten, bildet sich bedingt durch die kugelförmige Oberflächenkontur der Oberseite 26 des Randbereichs 25 nur eine Kontaktlinie und keine Kontaktfläche aus.

In Fig. 5 ist zum besseren Verständnis die Ansicht von unten auf die Düsen-Unterseite 20 der Bernoulli-Düse 1 1 entsprechend Fig. 4 dargestellt mit einem eingestellten Spaltmaß 28 von null für eine beispielhafte Distanzelementhöhe von null μιτι in einem Zustand ohne Druckbeaufschlagung. In dem dargestellten Ausführungsbeispiel ist der Düsenschlitz 27 kreisförmig und vollständig umlaufend ausgebildet und liegt innerhalb einer durch die Unterseite 18 des Außenteils 12 und die Unterseite 19 des Innenteils 13 gebildeten Greiffläche an der Düsen-Unterseite 20. Der Düsenschlitz 27 ist in diesem Zustand ohne Druckbeaufschlagung quasi geschlossen. Die Kontaktzone zwischen Innen- und Außenteil 13 - - und 12 ist als Kontaktlinie ausgebildet, was in dieser Darstellung jedoch nicht zu erkennen ist.

Fig. 6 ist die Ansicht auf die Düsen-Unterseite 20 entsprechend Fig. 5 mit Druckbeaufschlagung dargestellt. Durch die Druckbeaufschlagung biegt sich der federnd ausgebildete, in dieser Abbildung nur angedeutete Randbereich 25, ein kleines Stück nach unten, beispielsweise wenige μιτι, und vergrößert somit den Düsenschlitz 27 bzw. öffnet diesen. Damit ergibt sich ein Spaltmaß 28 größer 0 μιη, beispielsweise 5 μιτι bis 20 μιτι, vorteilhaft etwas weniger als 10 μιη. Bevorzugt weist der Randbereich 25 gleichmäßige federnde bzw. elastische Eigenschaften auf, so dass sich der Düsenschlitz 27 unter Druckbeaufschlagung mit einem umlaufend konstanten Spaltmaß 28 ausbildet.

Zur Herstellung einer in Fig. 1 bis 6 dargestellten Bernoulli-Düse 1 1 werden in einem ersten Verfahrensschritt das Innenteil 13 mit den Distanzelementen 17 und das Au ßenteil 12 koaxial zueinander angeordnet und das Spaltmaß 28 des Düsenschlitzes 27 auf die gewünschte Breite an der Düsen-Unterseite 20 eingestellt. In einem weiteren Verfahrensschritt werden dann die beiden Unterseiten 18 und 19 des Au ßenteils 12 und des Innenteils 13 eingeebnet. Das Einebnen erfolgt vorzugsweise im Bereich der Greiffläche, beispielsweise mittels Plandrehen und anschließendem feinen Schleifen. Dann liegen die Unterseite 19 des Innenteils 13 und die Unterseite 18 des Außenteils in einer gemeinsamen Ebene 34 an der Düsen-Unterseite 20.

Claims

Patentansprüche

1 . Bernoulli-Düse (1 1 ) zur Handhabung flächiger Werkstücke, insbesondere von Silizium-Wafern,

mit einem Druckluftanschluss (14),

mit einem Au ßenteil (12) mit einer topf- oder trichterförmig ausgebildeten Innenwand (22), wobei die Innenwand (22) an einer Unterseite (18) des Au ßenteils (12) ihren maximalen Innendurchmesser aufweist, und

mit einem Innenteil (13) mit einem in einem unteren Bereich umlaufenden, flanschförmigen Randbereich (25),

wobei das Innen- und Au ßenteil (13, 12) koaxial angeordnet sind und eine Druckluftkammer (32) bilden,

wobei der Randbereich (25) des Innenteils (13) an einer Düsen-Unterseite (20) einen korrespondierenden Verlauf zur Innenwand (22) des Au ßenteils (12) aufweist, so dass Innen- und Außenteil (13 bzw. 12) an der Düsen-Unterseite (20) zwischen sich einen Düsenschlitz (27) mit einem konstanten Spaltmaß (28) bilden, und

wobei die Unterseite (19) des Innenteils (13) und die Unterseite (18) des Außenteils (12) eine Greiffläche bilden,

dadurch gekennzeichnet, dass

mindestens ein Distanzelement (17, 1 17, 217) mit einer definierten Distanzelementhöhe (33) im Bereich des Düsenschlitzes (27) als Abstandshalter vorgesehen ist.

2. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, dass eine Oberseite (26) des Randbereichs (25) des Innenteils (13) in einem Bereich nah am Düsenschlitz (27) eine Oberflächenkontur eines sphärischen Körpers aufweist und konvex gewölbt in die Druckluftkammer (32) hineinragt.

3. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberflächenkontur der Oberseite (26) des Randbereichs (25) in dem Bereich nah am Düsenschlitz (27) kugelförmig ist, wobei ein zugehöriger Kugelmittelpunkt (30) der Oberflächenkontur unterhalb des Innenteils (13) auf seiner Hochachse (124) liegt.

4. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Distanzelement (17, 1 17, 217) auf einer Oberseite (26) des Randbereichs (25) des Innenteils (13) angeordnet ist.

5. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Distanzelement (17, 1 17, 217) bis in den Düsenschlitz (27) hinein ausgebildet ist.

6. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltmaß (28) des Düsenschlitzes (27) an der Düsen-Unterseite (20) durch Verschieben des Innen- und Au ßenteils (13, 12) ineinander bzw. auseinander in Richtung senkrecht zur Düsen-Unterseite (20) einstellbar ist.

7. Bernoulli-Düse (1 1 ) einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Spaltmaß (28) des Düsenschlitzes (27) zwischen mindestens einem Distanzelement (17, 1 17, 217) und einem gegenüberliegenden Innen- oder Außenteil (13, 12) an der Düsen-Unterseite (20) im Bereich der Greiffläche auf null einstellbar ist und das Spaltmaß (28) in mindestens einem Bereich zwischen zwei Distanzelementen (17, 1 17, 217) entlang des Düsenschlitzes (27) die Distanzelementhöhe (33) ist.

8. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Distanzelementhöhe (33) kleiner als 20 μιτι ist, vorzugsweise kleiner als 10 μιτι, insbesondere kleiner als 5 μιη.

9. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine in einem begrenzten Bereich eines Innen- oder Außenteils (13, 12) texturierte Oberfläche nahe am Düsenschlitz (27) ein Distanzelement (17, 1 17, 217) bildet und die Distanzelementhöhe (33) einem Oberflächenrauhigkeitswert entspricht, vorzugsweise einer maximalen Profilhöhe R_y, insbesondere mit einem besonders kleinen Mittenrauhwert R_a.

10. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Distanzelement (17, 1 17, 217) länglich bzw. stegartig ausgebildet ist und in radialer Richtung angeordnet ist.

1 1 . Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Distanzelement (17, 1 17, 217) für eine definierte Strömungsbeeinflussung ausgebildet ist.

12. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass der flanschförmige Randbereich (25) des Innenteils (13) federnd bzw. elastisch ausgebildet ist, wobei vorzugsweise der Randbereich (25) so ausgebildet ist, dass sich bei einer Druckbeaufschlagung auf diesen Bereich das Spaltmaß (28) des Düsenschlitzes (27) vergrößert.

13. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass eine im Bereich des Düsenschlitzes (27) zwischen Innen- und Au ßenteil (13, 12) in einer Kontaktzone wirkende Andrückkraft als Vorspannung auf den federnden Randbereich (25) einstellbar ist, vorzugsweise mittels mindestens eines Einstellmittels, insbesondere mittels einer im Bereich von der Unterseite des Au ßenteils (12) zur Oberseite des Innenteils (13) verlaufenden Einstellschraube (15).

14. Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Unterseiten (19, 18) des Innen- und Außenteils (13, 12) im Bereich der Greiffläche in einer Ebene (34) liegen.

15. Greifervorrichtung zur Handhabung flächiger Werkstücke, insbesondere von Silizium-Wafern, dadurch gekennzeichnet, dass die Greifervorrichtung eine Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14 aufweist.

16. Verfahren zur Herstellung einer Bernoulli-Düse (1 1 ) nach einem der Ansprüche 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens ein Distanzelement (17, 1 17, 217) mit definierter Distanzelementhöhe (33) durch ein abtragendes Fertigungsverfahren hergestellt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass

in einem Verfahrensschritt das Innen- und Au ßenteil (13, 12) der Düse koaxial zueinander angeordnet werden, und das Spaltmaß (28) des Düsenschlitzes (27) auf die gewünschte radiale Breite an der Düsen-Unterseite (20) eingestellt wird, vorzugsweise auf ein Spaltmaß (28) von 0 μιη zwischen mindestens einem Distanzelement (17, 1 17, 217) und dem gegenüberliegend angeordneten Innen- oder Außenteil (13, 12), und in einem weiteren Verfahrensschritt die Unterseiten (18, 19) von Innen- und Au ßenteil (13, 12) eingeebnet werden, und damit die Düsen-Unterseite (20), vorzugsweise der Bereich der Greiffläche, insbesondere durch Plandrehen.