DE102005000665B4 - Gripper for holding and positioning a disc-shaped or plate-shaped object and method for holding and positioning a disc-shaped or plate-shaped object - Google Patents
Gripper for holding and positioning a disc-shaped or plate-shaped object and method for holding and positioning a disc-shaped or plate-shaped object Download PDFInfo
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Abstract
Greifer (20) zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts (31, 32), insbesondere eines Wafers, nach dem Bernoulli-Prinzip, mit einer Haltevorrichtung mit Haltedüsen (21) zur Erzeugung einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts (31, 32) wirkenden Haltekraft, die mittels eines aus den Haltedüsen (21) in Richtung auf das Objekt (31, 32) austretenden Fluids, insbesondere eines Gases, erzeugbar ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (20) von der Haltevorrichtung getrennte Positionierungsdüsen (22) aufweist, die zur Erzeugung einer parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts (31, 32) wirkenden Positionierungskraft mittels eines aus den Positionierungsdüsen (22) austretenden Fluids vorgesehen sind, wobei die Haltekraft und die Positionierungskraft unabhängig voneinander steuerbar sind.grab (20) for non-contact holding and precise Positioning a disk-shaped or plate-shaped object (31, 32), in particular a wafer, according to the Bernoulli principle, with a holding device with holding nozzle (21) for generating a perpendicular to the main plane of extension of Object (31, 32) acting holding force, by means of one of the holding nozzle (21) towards the object (31, 32) exiting fluid, in particular a gas, is produced, characterized in that the gripper (20) Positioning nozzles (22) separate from the holding device having, for generating a parallel to the main extension plane of the object (31, 32) acting by a positioning force the positioning nozzles (22) leaving fluid are provided, wherein the holding force and the positioning force independent are controllable from each other.
Description
Die Erfindung betrifft einen Greifer zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts, insbesondere eines Wafers, mit einer Haltevorrichtung zur Erzeugung einer im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Haltekraft. Die Erfindung bezieht sich auch auf ein Verfahren zum Halten und Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objektes.The The invention relates to a gripper for non-contact holding and precise positioning a disc or plate-shaped Object, in particular a wafer, with a holding device for generating a substantially perpendicular to the main plane of extension of the object acting holding force. The invention also relates to a method for holding and positioning a disk-shaped or plate-shaped object.
Solche
Greifer sind an sich bekannt. Beispielsweise ist in der
Aus
der
Die
Die
In
der europäischen
Patentanmeldung
Aufgabe der Erfindung ist es, einen Greifer zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts bereitzustellen, der die Nachteile des Standes der Technik vermeidet, insbesondere mit geringem Aufwand eine sichere und eindeutige Positionierung des Objekts ermöglicht und darüber hinaus eine flexible Regulierung der Positionierungskraft des Objekts gegenüber einem Anschlag ermöglicht. Es ist auch Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Halten und Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objektes anzugeben.task The invention is a gripper for non-contact holding and precise positioning a disc or plate-shaped Object to provide the disadvantages of the prior art avoids, especially with little effort, a safe and unambiguous Positioning of the object allows and above In addition, a flexible regulation of the positioning force of the object across from allows a stop. It is also an object of the invention to provide a method for holding and positioning a disc or plate-shaped object specify.
Die Aufgabe wird durch einen Greifer zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts, insbesondere eines Wafers, nach dem Bernoulli-Prinzip gelöst, der eine Haltevorrichtung zur Erzeugung einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Haltekraft aufweist, die mittels eines aus den Haltedüsen in Richtung auf das Objekt austretenden Fluids, insbesondere eines Gases, erzeugbar ist, und darüber hinaus von der Haltevorrichtung getrennte Positionierungsdüsen aufweist, die zur Erzeugung einer parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Positionierungskraft mittels eines aus den Positionierungsdüsen austretenden Fluids vorgesehen sind, wobei die Haltekraft und die Positionierungskraft unabhängig voneinander steuerbar sind.The Task is a gripper for non-contact holding and precise positioning of a disk-shaped or plate-shaped Object, in particular a wafer, solved according to the Bernoulli principle, the a holding device for generating a perpendicular to the main extension plane having the object acting holding force by means of a the holding nozzles in the direction of the object escaping fluid, in particular one Gases, is producible, and above has separate positioning nozzles from the holding device, for generating a parallel to the main extension plane of the Object acting positioning force by means of a fluid emerging from the positioning nozzles are provided, wherein the holding force and the positioning force independently are controllable from each other.
Die Trennung zwischen den beiden Erfordernissen einerseits des Haltens des scheiben- oder plattenförmigen Objekts und andererseits des Positionierens des Objekts ermöglicht es, in Abhängigkeit von der jeweiligen Benutzungssituation des Greifers, insbesondere in Abhängigkeit von dessen Rotationsgeschwindigkeit, eine optimale Fixierung des Objekts dadurch zu bewerkstelligen, dass die beiden Arten von Kräften getrennt optimal eingestellt werden.The Separation between the two requirements on the one hand holding the disc or plate-shaped Object and on the other hand the positioning of the object makes it possible to in dependence of the respective usage situation of the gripper, in particular in dependence from its rotational speed, an optimal fixation of the Object accomplish by separating the two types of forces be set optimally.
Als eine Haltekraft im Sinne der Erfindung wird eine Kraft verstanden, die von der Haltevorrichtung bzw. von dem Greifer ausgeübt wird und im Wesentlichen senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkt. Dabei wird jedoch als eine solche Haltekraft immer lediglich die resultierende Kraft in dieser Richtung bezeichnet. Desgleichen ist unter einer Positionierungskraft im Sinne der vorliegenden Er findung eine solche Kraft auf das Objekt zu verstehen, die im Wesentlichen in einer Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkt und die ebenfalls einer resultierenden Kraft auf das Objekt entspricht.As a holding force in the context of the invention is understood a force that is exerted by the holding device or by the gripper and acts substantially perpendicular to the main plane of extension of the object. However, only the resultant force in this direction is always referred to as such a holding force. Likewise, a positioning force in the sense of the present invention means such a force on the object which acts essentially in a direction parallel to the main extension plane of the object and which likewise corresponds to a resultant force on the object.
Der Greifer kann wenigstens eine Anschlagsvorrichtung aufweisen, wobei aufgrund der Richtung der Positionierungskraft und der Anordnung und Form der Anschlagsvorrichtung eine eindeutige Lagepositionierung des Objekts oder eine eindeutige Lage- und Drehpositionierung des Objekts bewirkbar ist. Hierdurch ist es vorteilhaft möglich, dass das Objekt immer eindeutig relativ zum Greifer genau und präzise positioniert ist.Of the Gripper can have at least one stop device, wherein due to the direction of the positioning force and the arrangement and Form of the stop device a unique position positioning of the object or a unique position and rotational positioning of the Object is effected. As a result, it is advantageously possible that the object always clearly and accurately positioned relative to the gripper is.
Die Erfindung stellt den typischen Fall eines Bernoulli-Greifers dar, bei dem aus der dem scheiben- oder plattenförmigen Objekt gegenüberliegenden Oberfläche des Greifers ein Fluid austritt, das zum Halten des Objekts verwendet wird.The Invention represents the typical case of a Bernoulli gripper, at the opposite of the disc or plate-shaped object surface of the gripper exits a fluid used to hold the object becomes.
Es kann hier insbesondere günstig sein, dass das aus der Haltedüse des Greifers austretende Fluid zur Erzeugung der Haltekraft in einem Winkel radial nach außen relativ zu dem scheiben- oder plattenförmigen Objekt ausgestoßen wird, d. h. dass die Haltedüse schräg nach radial außen angeordnet ist.It can be particularly cheap here be that from the holding nozzle of the gripper exiting fluid for generating the holding force in one Angle radially outward is ejected relative to the disk or plate-shaped object, d. H. that the holding nozzle aslant radially outward is arranged.
Zur Aufbringung der Haltekraft wird das Bernoulli-Prinzip verwendet, da es in diesem Fall möglich ist, das gleiche Funktionsprinzip zur Aufbringung der Haltekraft und zur Aufbringung der Positionierungskraft zu verwenden. Weiterhin ist es dadurch möglich, das gleiche Fluid für beide Kräfte zu verwenden, beispielsweise ein Gas, etwa Stickstoff, welches – insbesondere getrennt einstellbar – sowohl aus den Haltedüsen als auch aus den Positionierungsdüsen ausströmen kann.to Application of the holding force, the Bernoulli principle is used since it is possible in this case is, the same principle of operation for applying the holding force and to use for applying the positioning force. Farther is it possible the same fluid for both forces to use, for example, a gas, such as nitrogen, which - especially separately adjustable - both from the holding nozzles as well as from the positioning nozzles can flow out.
Besonders bevorzugt ist weiterhin, dass die Haltedüsen von den Positionierungsdüsen verschieden sind und sich mindestens eines gemeinsamen Reservoirs für ein gemeinsames Arbeitsfluid bedienen.Especially It is furthermore preferred that the holding nozzles be different from the positioning nozzles are at least one common reservoir for a common Operating working fluid.
Die Haltekraft und die Positionierungskraft sind erfindungsgemäß unabhängig voneinander steuerbar oder einstellbar, indem die Haltekraft mittels des Volumenstroms des aus den Haltedüsen austretenden Fluids und die Positionierungskraft mittels des Volumenstroms des aus den Positionierungsdüsen austretenden Fluids steuerbar bzw. einstellbar ist. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln möglich, eine Beeinflussung der Position des Objekts in der Richtung senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts unabhängig von der Richtung parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts vorzunehmen.The Holding force and the positioning force according to the invention independently controllable or adjustable by the holding force by means of the volume flow of the emerging from the holding nozzles Fluids and the positioning force by means of the volume flow of from the positioning nozzles exiting fluid is controllable or adjustable. This is it possible with simple means an influence on the position of the object in the direction perpendicular parallel to the main extension plane of the object, regardless of the direction to the main extension plane of the object.
Bevorzugt ist ferner, dass durch die Anschlagsvorrichtung die Wirkung der Positionierungskraft im Wesentlichen auf einen Teil einer Kante des Objekts vorgesehen ist. Die auftretenden Andrückkräfte dienen bei Rotation des Wafers in erheblichem Maße der Verdrehsicherung durch Reibschluss. Die Belastung des Objekts durch die Positionierung bzw. durch die zur Positionierung des Objekts notwendigen Kräfte, insbesondere der Positionierungskraft, kann dadurch auf ein notwendiges Minimum reduziert werden. Dies ist insbesondere vorteilhaft im Hinblick auf die Bearbeitung von modernen vergleichsweise sehr großen und gleichzeitig sehr dünnen Wafern in der Halbleitertechnologie.Prefers is further that the impact device by the stop device Positioning force substantially on a part of an edge of the object is provided. The occurring pressure forces serve upon rotation of the wafer to a considerable degree by preventing rotation Friction. The load of the object due to the positioning or by the forces necessary for positioning the object, in particular the positioning force, can thereby to a necessary minimum be reduced. This is particularly advantageous in terms on the processing of modern comparatively very large and at the same time very thin Wafers in semiconductor technology.
Bevorzugt kann der Greifer einen Stift zur Verdrehsicherung des Objekts aufweisen, insbesondere wenn das Objekt einen sogenannten Notch, d. h. eine „Nase" bzw. Justierausnehmung, aufweist, in die der Stift eingreifen kann. Eine alternative oder zusätzliche Ausbildung einer solchen Verdrehsicherung kann selbstverständlich auch in einem Kantenanschlag bestehen.Prefers the gripper may have a pin for preventing rotation of the object, especially if the object is a so-called Notch, d. H. a "nose" or Justierausnehmung, has, in which the pin can engage. An alternative or additional Training such a rotation can of course also exist in a edge stop.
Es ist weiterhin bevorzugt, dass der Greifer zusammen mit dem Objekt um eine Drehachse drehbar ist. Hierdurch wird es möglich, bestimmte Produktionsschritte bei der Halbleiterherstellung durchzuführen.It is further preferred that the gripper together with the object is rotatable about an axis of rotation. This will make it possible for certain To carry out production steps in semiconductor manufacturing.
Weiterhin ist bevorzugt, dass die Positionierungsdüsen bezüglich der Drehachse ausschließlich in einer Hälfte des Greifers bzw. der Flächenerstreckung des Objekts angeordnet sind. Hierdurch ist es mit einfachen Mitteln durch eine solche asymmetrische Verteilung der Positionierungsdüsen auf dem erfindungsgemäßen Greifer möglich, eine resultierende Positionierungskraft derart auf das Objekt auszuüben, dass das Objekt gegen die Anschlagsvorrichtung gedrückt und somit präzise anhand der präzisen Anordnung der Anschlagsvorrichtung positioniert werden kann.Farther is preferred that the positioning nozzles with respect to the axis of rotation exclusively in a half of the gripper or the surface extension of the object are arranged. This is done with simple means by such an asymmetric distribution of the positioning nozzles the gripper according to the invention possible, to apply a resultant positioning force to the object such that pressed the object against the stop device and thus accurately based the precise one Arrangement of the stop device can be positioned.
Bevorzugt ist es weiterhin, dass die Positionierungsdüsen und die Anschlagsvorrichtung bezüglich der Drehachse in der gleichen Hälfte des Greifers angeordnet sind und dass eine Mehrzahl von Positionierungsdüsen gruppiert angeordnet sind, insbesondere in Dreiergruppen. Hierdurch ist es ebenfalls einfach möglich, die erforderliche Positionierungskraft auf das Objekt auszuüben.Prefers It continues to be that the positioning nozzles and the stop device in terms of the axis of rotation in the same half of the gripper are arranged and that a plurality of positioning nozzles grouped are arranged, especially in groups of three. This is it also just possible, to apply the required positioning force to the object.
Bei der Anordnung der Düsen ist darauf zu achten, dass ein möglichst langer Luftspalt bis zum Austritt vorhanden ist. Es hat sich gezeigt, dass die auf den Wafer wirkende Kraft umso größer ist, je größer die Spaltfläche ist.When arranging the nozzles is on it Make sure that the air gap is as long as possible to the point of exit. It has been found that the larger the nip area, the larger the force acting on the wafer.
Besonders bevorzugt ist es, dass die von dem aus den Positionierungsdüsen austretenden Fluid erzeugte Positionierungskraft in Abhängigkeit der Drehgeschwindigkeit und/oder der Neigung des Greifers steuerbar ist. Es ist somit möglich, in jeder beliebigen Lage und in jedem beliebigen Betriebszustand des Greifers das Objekt sicher zu halten und zu positionieren.Especially it is preferred that the fluid exiting from the positioning nozzles generated positioning force as a function of the rotational speed and / or the inclination of the gripper is controllable. It is thus possible in any position and in any operating condition of the Gripper to hold the object safely and position.
Im ersten Fall (Schwerpunkt des Objekts und Drehachse fallen zusammen) ergibt sich bei einer Drehung des Greifers zusammen mit dem Objekt keine von der Drehung verursachte resultierende Kraft auf das Objekt in Richtung zu der Anschlagsvorrichtung hin, so dass das Material des Objekts geschont wird und ein besonders ruhiger Lauf erzielt wird. Im zweiten Fall kann bei einer höheren Robustheit des Objekts eine zusätzlich auf die Anschlagsvorrichtung hin wirkende Kraft aufgrund der Rotation ausgeübt werden, die die Wirkung der ausschließlich aufgrund des aus dem Positionierungsdüsen austretenden Fluids bewirkten Positionierungskraft verstärkt.in the first case (focus of the object and axis of rotation coincide) results from a rotation of the gripper together with the object no resulting force on the object caused by the rotation towards the stop device, so that the material the object is spared and achieved a particularly smooth running becomes. In the second case, at a higher robustness of the object an additional force acting on the stop device due to the rotation be exercised which the effect of exclusively due to the fluid exiting the positioning nozzle Reinforced positioning force.
Eine Anordnung mit dem erfindungsgemäßen Greifer ermöglicht es ein scheiben- oder plattenförmiges Objekt, insbesondere einen Wafer in der Halbleiterherstellung, beliebig zu bewegen sowie auch beliebig in eine Drehbewegung zu versetzen.A Arrangement with the gripper according to the invention allows it is a disk-shaped or plate-shaped object, in particular a wafer in semiconductor production, arbitrary to move as well as to arbitrarily put into a rotary motion.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum berührungsfreien Halten und präzisen Positionieren eines scheiben- oder plattenförmigen Objekts, insbesondere eines Wafers, das mittels eines Greifers nach dem Bernoulli-Prinzip mittels einer senkrecht zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Haltekraft gehalten wird, wobei das Objekt zusätzlich mittels einer parallel zur Haupterstreckungsebene des Objekts wirkenden Positionierungskraft gehalten wird und wobei die Haltekraft und die Positionierungskraft unabhängig voneinander steuerbar sind.One Another object of the invention is a method for non-contact Hold and precise Positioning a disc-shaped or plate-shaped object, in particular a wafer, which by means of a gripper according to the Bernoulli principle by means of a perpendicular to the main plane of extension of the object Holding force is maintained, the object additionally by means of a parallel acting on the main extension plane of the object positioning force is held and wherein the holding force and the positioning force independently are controllable from each other.
Vorzugsweise wird in einem ersten Schritt die Haltekraft und in einem zweiten Schritt nachfolgend die Positionierungskraft erzeugt. Ein solches Verfahren ermöglicht es, eine große Präzision beim Halten und Positionieren des Objekts dadurch zu erreichen, dass die beiden Bewegungen, nämlich einerseits das Halten bzw. das Annähern des Objekts an den Greifer und zum Anderen das präzise Positionieren, d. h. die Ausübung der Positionierungskraft auf das Objekt hin getrennt werden und vorzugsweise zeitlich nacheinander ausgeübt werden.Preferably In a first step, the holding force and in a second Step subsequently generates the positioning force. Such a procedure allows it, a big one precision while holding and positioning the object, that the two movements, namely on the one hand the holding or the approach of the object to the gripper and on the other hand that precisely Positioning, d. H. the exercise the positioning force on the object to be separated and preferably be exercised consecutively in time.
Die Erfindung wird nachfolgend anhand von in der Zeichnung beschriebenen Ausführungsformen näher erläutert.The Invention will be described below with reference to the drawing Embodiments explained in more detail.
Es zeigen:It demonstrate:
Die
Erfindungsgemäß ist vorgesehen,
dass die Haltekraft durch die Haltedüsen
Zusätzlich zu
den Haltedüsen
Im
Betrieb wird das zu greifende Objekt
Ein
wesentlicher Vorteil eines derartigen Greifers
Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass das Objekt durch das Luftpolster glatt gezogen wird und durch die bei der Rotation entstehenden Druckunterschiede über der Waferfläche während der Rotation und durch die Positionierungskräfte nur unwesentlich verzogen werden kann. Insbesondere zum Erreichen eines guten Planlaufs bei hohen Drehzahlen ist die erfindungsgemäße Lösung geeignet.One Another advantage is that the object through the air cushion is drawn smoothly and by the pressure differences arising during the rotation over the wafer surface while the rotation and the positioning forces only slightly distorted can be. In particular, to achieve a good runout at high speeds, the solution of the invention is suitable.
Die
Anordnung der Positionierungsdüsen
Die
Anpresskraft bzw. die Positionierungskraft, die durch die Positionierdüsen
Die
Art, die Anzahl, die Position und die Form der Kantenanschläge der Anschlagsvorrichtung
Bei
Rotationsbewegungen, insbesondere von runden Objekten
Eine
alternative Anordnung zum Halten von Wafern mit einem sogenannten „Notch" ist in der
Die
Anschlagsvorrichtung
Vorteilhaft
bei einer Ausführung
eines Greifers
Je
nach Anwendung des Greifers
Bei
der konzentrischen Anordnung der Drehachse
Falls
das Objekt robust ist oder die Anschlagsvorrichtung entsprechend
gestaltet ist, kann es sinnvoll sein, eine solche Exzentrizität vorzusehen,
da insbesondere bei hohen Drehzahlen die Ausnutzung der sich überlagernden
Kräfte
vorteilhaft sein kann, um eine stabile Lage des Objekts
In
einem exemplarischen erfindungsgemäßen Verfahren wird zunächst das
zu greifende Objekt
Das
Greifen erfolgt vorzugsweise in einer Anordnung
Die
strömungsdynamischen
Andruckkräfte, insbesondere
die Positionierungskräfte,
können
dabei konstant gehalten werden oder bei der Verwendung einer Anordnung
mit von den Haltedüsen
gegebenenfalls getrennt ansteuerbaren Positionierdüsen, auch
beispielsweise in Abhängigkeit
der Drehzahl geregelt werden, um eine zuverlässige Lagepositionierung sicher
zu stellen. Nach dem Ende der Prozessierung wird die Rotationsbewegung
des Greifers
Es
ist somit möglich,
insbesondere bei der Prozessierung von Halbleiterwafern, Objekte
In
der
In
der
In
der
- 1010
- Anordnungarrangement
- 1111
- Drehachseaxis of rotation
- 2020
- Greifergrab
- 2121
- Haltedüsenholding nozzle
- 2222
- Positionierungsdüsenpositioning nozzles
- 23, 2423 24
- Anschlagsvorrichtungstop device
- 2525
- Stift zur Verdrehsicherungpen to prevent rotation
- 2626
- Hilfsanschlagsubstopper
- 2727
- Oberflächesurface
- 31, 3231 32
- Objektobject
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Legal Events
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OP8 | Request for examination as to paragraph 44 patent law | ||
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEHLER ACHLER PATENTANWAELTE, DE |
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Owner name: RUDOLPH TECHNOLOGIES GERMANY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: NANOPHOTONICS AG, 55129 MAINZ, DE Effective date: 20120926 Owner name: RUDOLPH TECHNOLOGIES GERMANY GMBH, DE Free format text: FORMER OWNER: NANOPHOTONICS GMBH, 55129 MAINZ, DE Effective date: 20120926 |
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R082 | Change of representative |
Representative=s name: MEHLER ACHLER PATENTANWAELTE, DE Effective date: 20120121 Representative=s name: MEHLER ACHLER PATENTANWAELTE, DE Effective date: 20120926 Representative=s name: MEHLER ACHLER PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT MBB, DE Effective date: 20120121 Representative=s name: MEHLER ACHLER PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT MBB, DE Effective date: 20120926 |
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Representative=s name: WSL PATENTANWAELTE PARTNERSCHAFT MBB, DE |