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Technisches Gebiet
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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Vereinzeln und Transportieren
von Substraten. Die Substrate sind scheibenförmig ausgebildet und bruchempfindlich.
Zum Vereinzeln ist eine Trägereinrichtung
vorgesehen, die die einzelnen Substrate in der Ausbildung eines
Substratstapels aufnimmt und für
das Vereinzeln bereithält.
Eine Entnahmeeinrichtung führt
den Prozess des Vereinzelns und Transportierens durch.
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Ferner
bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Vereinzeln und
Transportieren von in einem Substratstapel bereitgestellten Substraten.
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Definitionen
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Die „Substrate" sind scheiben- bzw.
flächenförmig ausgebildet
und in der Regel rechteckig. Sie werden nach einem Sägeprozess
aus einem Substratblock gewonnen. Sie weisen umlaufende Kanten auf,
die im Wesentlichen gerade ausgebildet sind, wobei die Ecken rechtwinklig,
abgerundet oder abgeschrägt
ausgestaltet sein können.
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Mehrere
aufeinander gestapelte oder nebeneinander bzw. hintereinander gestellte
Substrate ergeben einen „Substratstapel". Verlaufen die Substratflächen horizontal,
so wird erfindungsgemäß von einem „liegenden" Stapel übereinander
liegender Substrate gesprochen; verlaufen die Substratflächen vertikal,
so entspricht dies einem "stehenden" Stapel nebeneinander
stehender Substrate. Die einzelnen Substrate sind bereits von einer
für den
Sägeprozess notwendigen
Halteeinrichtung abgelöst
und frei und unabhängig
voneinander gestapelt. Häufig
haften die einzelnen Substrate aufgrund des vorangegangenen Sägeprozesses
jedoch noch ungewollt flächenartig zusammen.
Für den
Weiterbearbeitungsprozess ist es im Normalfall notwendig, diese
so gestapelten Substrate zu vereinzeln. Dies bedeutet, dass das
jeweils am Ende eines aufrecht positionierten Substratstapels bereitgestellte
Substrat mittels einer Einrichtung von dem Substratstapel entnommen
und in den weiteren Bearbeitungsprozess übergeben werden soll.
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Die „Stapelrichtung" der Substrate in
einem Substratstapel wird durch die Position des zu vereinzelnden
Substrats vorgegeben. Die einzelnen Substrate sind derart ausgerichtet,
dass sie mit ihren Flächen
im Wesentlichen aneinanderliegend stehen. Die Stapelrichtung entspricht
im Spezialfall exakt und vollständig
einander anliegender Substratflächen
genau der Richtung der Flächennormalen
des Substrats bzw. der Substrate, wobei die positive Richtung auf
dasjenige Ende des Stapels weist, von welchem das jeweils zu vereinzelnde
Substrat abgenommen werden soll. Sofern dieses Substrat auf der
rechten Seite des in einer Trägereinrichtung
angeordneten „stehenden" Substratstapels
angeordnet ist, zeigt die Stapelrichtung demnach in Pfeilrichtung
rechts.
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Die „Vorschubrichtung" eines Stapels entspricht
im Wesentlichen der Stapelrichtung.
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Der „Stapelanfang" bezeichnet dasjenige Ende
des Substratstapels, an welchem sich das nächste zu vereinzelnde Substrat
befindet. Das ist dasjenige Ende, welches in Vorschubrichtung zeigt. Wird
jedoch allgemein von „Stapelende" gesprochen, so ist
nicht näher
bezeichnet, ob es sich um den Stapelanfang oder das entgegengesetzte
Ende des Stapels handelt.
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Die
im Wesentlichen senkrecht bzw. aufrecht positionierten Substratstapel
werden in einer „Trägereinrichtung" bereitgestellt.
Dabei liegt eine Kante des jeweiligen Substrats auf der Trägereinrichtung auf.
Die Trägereinrichtung
nimmt den Substratstapel beispielsweise nach dem Sägen und/oder
dem Entfernen des häufig
zum Befestigen der zunächst
ungesägten
Substrate auf eine Halteplatte benutzten Klebers auf und transportiert
diesen zu einer Entnahmeeinrichtung, in welcher die Vereinzelung
erfolgen soll. Die Trägereinrichtung
ist bevorzugt derart ausgebildet, dass sie den Substratstapel als
Ganzes aufnimmt, d. h. die einzelnen Substrate stehen im Wesentlichen
flächig
aneinander- bzw. hintereinanderliegend.
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Die
Trägereinrichtung
kann gewünschtenfalls
ein gewisses Verkippen der flächig
einander berührenden
Substrate gegen die ursprüngliche
Stapelrichtung ermöglichen
oder erzwingen, so dass sich ein konstruktiv vorherbestimmter „Neigungswinkel" der Substrate gegenüber der
ursprünglichen
Stapelrichtung ergibt, der im Rahmen der vorliegenden Erfindung
mit α bezeichnet
wird. Dieser wird zwischen der Flächennormalen eines Substrats
und der Vorschubrichtung eingeschlossen, wobei die Flächennormale
derjenigen Substratseite zu wählen
ist, welche eher in Vorschubrichtung weist, so dass sich Neigungswinkel
zwischen –90° und +90° ergeben
können.
Positive Winkel deuten ein Kippen der Substrate nach hinten (entgegen
der Vorschubrichtung) an, negative Winkel ein Kippen der Substrate
nach vorn (in Vorschubrichtung). Bevorzugte Neigungswinkel liegen
im Bereich von +5° bis
+35°; besonders
bevorzugt sind Neigungswinkel von +15° bis +20°.
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Die „Entnahmeeinrichtung" dient zum Vereinzeln
und Abtransportieren eines Substrats vom Substratstapel. Dabei wird
das an dem einen Ende des zu vereinzelnden Substratstapels angeordnete Substrat
von der Entnahmeeinrichtung aufgegriffen, beispielsweise über Saugeinrichtungen,
von dem Substratstapel abgelöst
und damit vereinzelt, und einem weiteren Bearbeitungs- oder Transportprozess zugeführt. Die
Entnahmeeinrichtung dient dazu, das zu vereinzelnde Substrat aus
dem Substratstapel zu entfernen. Dabei kann die „Entnahme" in mehrere Richtungen erfolgen. Zum
einen kann die Entnahme in Stapelrichtung erfolgen, d. h. durch
die Entnahmeeinrichtung wird das zu vereinzelnde Substrat aufgegriffen
und parallel zur flächigen
Ausbildung des nachfolgenden Substrats in Stapelrichtung weggezogen,
so dass zwischen dem zu vereinzelnden Substrat und dem nachfolgenden
Substrat Zug- bzw. Druckkräfte
aufgrund bestehender Adhäsion
entstehen. Zum anderen kann vorgesehen werden, dass das Substrat
durch Verschieben gegenüber
dem nachfolgenden Substrat entfernt wird, so dass zwischen den beiden
Substraten lediglich Scherkräfte entstehen.
Dabei wird das zu vereinzelnde Substrat in Richtung der flächigen Erstreckung
des jeweiligen Substrats, vorzugsweise ungefähr senkrecht zur Ebene der
Trägereinrichtung,
nach oben verschoben bzw. entfernt.
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Je
nach Entnahmerichtung wirken daher unterschiedliche Kräfte unterschiedlicher
Stärke
auf das zu vereinzelnde Substrat und die noch im Stapel befindlichen
Substrate ein, wobei diesen Kräften
vor allem das dem gerade zu entnehmenden Substrat folgende Substrat
ausgesetzt ist.
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Zum
Vereinzeln des Substratstapels ist vorgesehen, diesen zusammen mit
der Trägereinrichtung
in einem Fluid anzuordnen, worunter hierbei im Wesentlichen flüssige Medien
zu verstehen sind. Innerhalb des Fluids sind „Strömungseinrichtungen" vorgesehen, die
den Substratstapel von der bzw. den Seiten und/oder von unten bzw.
oben mit Fluid derart beströmen,
dass eine Strömung
erzielt wird, die auf den Substratstapel zielt und bewirkt, dass
die einzelnen Substrate „auffächern" und im Abstand zueinander
gehalten werden. Dies bedeutet, dass zwischen den einzelnen Substraten
ein Zwischenraum entsteht, der mit Fluid gefüllt ist.
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Dieses
Auffächern
kann nach einer bevorzugten Ausführungsform
noch mit weiteren geeigneten Mitteln wie z. B. mit insbesondere
im Auffächerungsbereich
positionierten Ultraschallstrahlern unterstützt werden. Dies ist insbesondere
dann vorteilhaft, wenn die Adhäsionskräfte zwischen
den einander berührenden
Substraten derart hoch sind, dass ein Eindringen des Fluids ansonsten
nur sehr langsam erfolgt.
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Eine „Lagebestimmungseinrichtung" dient dazu, die
Lage und/oder die Position des zu vereinzelnden Substrats und/oder
des Substratstapels festzustellen. Sofern eine entsprechend angeordnete Elektronik
mit einem Sensor ein entsprechendes Signal erhält, was gleichbedeutend damit
ist, dass das zu entnehmende Substrat lage- und positionsgerecht angeordnet
ist, wird der Betrieb der Entnahmeeinrichtung zum Vereinzeln freigegeben.
Liegt das zu vereinzelnde Substrat nicht lage- und positionsgerecht
an der Lagebestimmungseinrichtung an, so wird ein anderes Signal
ausgegeben, dass dann entsprechend zu interpretieren ist. Die Lagebestimmungseinrichtung
kann außerdem
dazu dienen, das zu vereinzelnde Substrat mittels geeigneter, z.
B. geometrischer, Zwangsbedingungen in die gewünschte Lage zu bewegen, die
zur Freigabe des Signals für die
Entnahmeeinrichtung notwendig ist, und/oder das Substrat dort zu
halten.
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Stand der Technik
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Bei
einem der bekannten Herstellungsverfahren für Substrate, wie sie beispielsweise
zur Herstellung von Solar- oder Halbleiterwafern angewendet werden,
werden Siliziumblöcke
oder Siliziumsäulen
(vorliegend Substratblöcke
genannt) verwendet, die in dünne,
bruchempfindliche Scheiben (vorliegend Substrate genannt) zersägt werden.
Die auf diese Weise hergestellten Substrate weisen typischerweise
Dicken von einigen 10 bis zu 300 μm
auf und sind in der Regel quadratisch oder rechteckig ausgebildet.
Sie haben dann bevorzugt eine jeweilige Kantenlänge bis 210 mm.
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Die
Substratblöcke
werden zum Sägen
gewöhnlich
auf eine Halteeinrichtung aufgeklebt. Diese Halteeinrichtung besteht
typischerweise aus einem Metallträger, auf dem wiederum eine
Glasplatte als Zwischenträger
aufgebracht ist, wobei der zu bearbeitende Substratblock auf der
Glasplatte aufgeklebt ist. Alternativ hierzu können nach dem Stand der Technik
auch andere Materialien für
die Ausbildung der Halteeinrichtung vorgesehen sein.
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Zur
Herstellung der zuvor genannten Substrate ist es notwendig, den
Substratblock scheibenartig vollständig durchzusägen, so
dass der Sägeschnitt
selbst über
den Substratblock hinaus bis in die Glasplatte hineinreicht. Nach
dem Sägen
haftet das auf diese Weise hergestellte Substrat mit seiner einen
Kante über
eine Klebeverbindung weiterhin an der Glasplatte. Nachdem der Substratblock
vollständig
in einzelne Substrate zerteilt worden ist, entsteht ein kammartiges
Gebilde.
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Bevor
die einzelnen Substrate, die nun eine scheibenförmige Ausbildung aufweisen,
von der Halteeinrichtung abgelöst
werden, findet in der Regel eine Vorreinigung statt.
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Zur
Durchführung
des Sägeprozesses
wird ein Medium benötigt,
das im Wesentlichen Glykol und ggfs. weitere chemische Zusätze sowie
ein Trennmittel wie z. B. Siliziumcarbidkörnchen umfasst. Dieses Medium
wird als „Slurry" bezeichnet und dient
der Durchführung
des Sägeprozesses.
Im Normalfall verbleibt immer ein gewisser Rest an Slurry im Raum
zwischen den einzelnen, gesägten Substraten.
Im ungünstigsten
Fall wird die Slurry während
des Bearbeitungsprozesses bzw. im Anschluss daran zu einem pastösen Gebilde,
da es sich mit den aus dem Substratblock entstandenen Siliziumpartikeln
sowie mit dem Abrieb des für
den Sägeprozess angewandten
Sägedrahts
und dem Trennmittel vermischt bzw. gewisse Bestandteile des Gemenges miteinander
reagieren. Aufgrund ihrer Konsistenz haftet die Slurry an der Oberfläche des
Wafers. Trotz einer sich an das Sägen der Substratblöcke im Normalfall
anschließenden
Vorreinigung finden sich sehr häufig
noch Reste des Gemenges zwischen den Substraten.
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In
der
WO 01/28745 A1 werden
Verfahren und Einrichtungen zum Ablösen von scheibenförmigen Substraten
beschrieben. Eine roboterartige Einrichtung greift das abzulösende Substrat über Saugeinrichtungen
(aktive Erzeugung eines Unterdruckes über z. B. eine Vakuumpumpe),
wodurch das Substrat durch eine oszillierende Bewegung der Einrichtung
von der Halteeinrichtung gelöst
wird. Dabei sind oszillierende Bewegungen in unterschiedliche Richtungen
vorgesehen. Das Greifen des zu vereinzelnden Substrats erfolgt mit
Hilfe einer über
der Fläche des
Substrats angeordneten und an der Einrichtung befestigten Saugeinrichtung.
Zur Freigabe des Substrats wird innerhalb der Saugeinrichtung ein
gewisser Überdruck
erzeugt, so dass das abgelöste
Substrat wieder von der Einrichtung entfernbar ist.
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Aus
der
DE 199 00 671
A1 sind Verfahren und Vorrichtungen zum Ablösen von
scheibenförmigen
Substraten wie insbesondere von Wafern bekannt. Es wird vorgeschlagen,
die unmittelbar nach dem Sägevorgang
aneinander haftenden Substrate, die mit ihrer einen Seite (Kante)
noch an der Halteeinrichtung befestigt sind, durch einen gezielten
Fluidstrahl voneinander im Abstand zu halten. Eine Keileinrichtung
sorgt dafür,
dass eine Trennung des abzulösenden
Substrats von der Halteeinrichtung erfolgt. Gleichzeitig wird das
vereinzelte Substrat mittels einer Saugeinrichtungen aufweisenden
greifarmähnlichen
Einrichtung aus der Halteeinrichtung entnommen.
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Aus
der
DE 697 22 071
T2 ist eine Vorrichtung für das Einlegen von durch Zersägen eines
Substratblocks erhaltenen Werfern in ein Aufbewahrungselement bekannt.
Es werden Handhabungsvorrichtungen vorgeschlagen, die es erlauben,
im Querschnitt runde oder ovale Substrate zu ergreifen und diese
in ein ständerartiges
Gebilde zu überführen. Dabei
werden mehrere Substrate gleichzeitig aufgenommen und auf eine Stellfläche überführt, welche die
vereinzelten Substrate aufnimmt.
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Aus
der
DE 199 04 834
A1 ist eine Vorrichtung zum Ablösen von einzelnen dünnen, bruchempfindlichen
und scheibenartigen Substraten bekannt. Der Substratblock mit den
bereits gesägten
Substraten befindet sich in einem mit einem Fluid gefüllten Behälter. Im
Gegensatz zum bisher bekannten Stand der Technik ist die Halteeinrichtung
zusammen mit den noch an der Halteeinrichtung fixierten Substraten senkrecht
ausgerichtet, so dass das zu vereinzelnde Substrat parallel zur
Fluidoberfläche
angeordnet ist. Eine Keileinrichtung sorgt dafür, dass eine Trennung zwischen
der Glasplatte und dem zu vereinzelnden Substrat stattfindet. Ein
in unmittelbarer Nähe
zum Substrat angeordnetes Transportband sorgt dafür, dass
die abgelösten
und aufschwimmenden Substrate abtransportiert werden. Eine Schiebeeinrichtung sieht
vor, dass die Halteeinrichtung immer wieder in die gleiche Position
gebracht und horizontal gegen die Keileinrichtung zur Ablösung des
jeweiligen Substrats gefahren wird. Auf der anderen Seite des Förderbandes
ist eine Einrichtung vorgesehen, mit der die vereinzelten Substrate
automatisch in einen Ständer
eingefügt
werden. Ziel der Ablösung
ist es, dass die abgetrennten, scheibenartig ausgebildeten Substrate
nach ihrer Entfernung von der Halteeinrichtung gestapelt und in
vorbestimmte Einrichtungen eingefügt oder unmittelbar planmäßig aufeinander gelegt
werden.
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Nachteile des Standes der Technik
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Die
Vereinzelung der jeweiligen Substrate gestaltet sich schwierig.
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Für das Vereinzeln
sind Bewegungen notwendig, die komplexe Einrichtungen erfordern,
sofern man auf eine manuelle Bedienung verzichten möchte. Da
es sich jedoch bei den Substraten um sehr bruchempfindliche und
dünne,
plattenartig ausgestaltete Substrate handelt, können diese nicht ohne weiteres über herkömmliche
greifarmähnliche Systeme
aufgenommen werden. Hierzu ist es notwendig, sehr präzise und
feinfühlige
Einrichtungen vorzusehen.
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Aus
dem Stand der Technik sind somit ausschließlich solche Einrichtungen
bekannt, die das jeweilige Substrat mittels einer Saugeinrichtung
ergreifen. Unmittelbar nach dem Anfahren der Saugeinrichtung an
die flächige
Ausgestaltung des zu vereinzelnden Substrats wird zwischen Saugeinrichtung und
zu vereinzelndem Substrat über
eine Vakuumpumpe ein Vakuum erzeugt, so dass ein Anhaften des Substrats
an einer Handhabungseinrichtung möglich ist. Es ist jedoch Vorsicht
geboten, da das zu vereinzelnde Substrat durch zu hohen Unterdruck
zu Bruch gehen kann.
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Ein
weiterer kritischer Punkt hierbei besteht darin, dass das jeweilige
Substrat von der Handhabungseinrichtung angefahren, d. h. berührt werden muss.
Da das Substrat von der Einrichtung in keinem Fall weggedrückt werden
darf, ist eine exakte Positionierung notwendig. Dies gestaltet sich
doch schwierig, da zum einen eine Relativbewegung der Halteeinrichtung
zur Positionierung des zu vereinzelnden Substrats im Bereich der Halteeinrichtung
vorgesehen ist, und die Halteeinrichtung selbst damit entsprechende
Freiheitsgrade aufweist. Daher sind Toleranzen möglich, die zur möglichen
Beschädigung des
zu vereinzelnden Substrats führen.
Zum anderen finden solche Bewegungen in der Regel in einem Fluid
statt, so dass Gefahr besteht, dass durch die einzelnen Bewegungen
der Einrichtungen ein Strömungsdruck,
insbesondere in Richtung der Substrate, entsteht, der zu Positionsverschiebungen
der Substrate oder sogar zu Bruch führen kann.
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Eine
von Hand durchgeführte
Vereinzelung birgt die Gefahr, dass die sehr dünnen und bruchempfindlichen
sowie scheibenförmig
ausgebildeten Substrate insbesondere aufgrund der erhöhten Adhäsionskräfte zerbrechen.
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Aufgabe der Erfindung
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Die
Aufgabe der Erfindung besteht daher in der Bereitstellung von Vorrichtungen
und Verfahren, mit denen ein nahezu beschädigungsfreies Entnehmen von
dünnen,
bruchempfindlichen und gestapelten Substraten ermöglicht wird.
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Lösung
der Aufgabe
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Der
Kerngedanke der Erfindung besteht darin, eine Trägereinrichtung, auf der sich
ein Substratstapel mit sequenziell hintereinander angeordneten Substraten
befindet, und eine Entnahmeeinrichtung mit der Eigenschaft vorzuschlagen,
dass jeweils das am Stapelanfang des Substratstapels angeordnete Substrat
an seiner vom Substratstapel fortweisenden Fläche über die Entnahmeeinrichtung
aufgegriffen, geringfügig
vom nachfolgenden Substrat entfernt und alsdann parallel zu seiner
Flächenausrichtung
vom Substratstapel und somit von der Trägereinrichtung weggeführt wird.
Wesentlich dabei ist, dass der in einem Fluid angeordnete Substratstapel
von einer durch Düsen
erzeugten Strömung
durchströmt
wird, wodurch insbesondere die am freien Ende des Substratstapels
angeordneten Substrate zueinander auf Abstand gehalten werden. Dadurch
wird ein Aneinanderhaften der jeweiligen Substrate vermieden. Gleichzeitig
bewirkt diese Strömung
zwischen den einzelnen Substraten die Ausbildung eines fluiden Dämpfungskissens,
so dass auf das zu vereinzelnde Substrat beim Heranfahren der Entnahmeeinrichtung eine
Dämpfungswirkung
entsteht und damit ein Bruch der einzelnen Substrate vermieden werden kann.
Ein Greifarm der Entnahmeeinrichtung erfasst das zu vereinzelnde
Substrat mit einem Greifer derart, dass zwischen dem Greifer und
dem Substrat Adhäsionskräfte durch
ein Ansaugen des Fluids aus dem Zwischenraum mittels im Greifer
befindlicher Bohrungen entstehen und damit der Greifer flächig eine
Ansaugkraft auf das Substrat bewirkt.
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Somit
besteht die Lösung
der Aufgabe darin, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und/oder ein Verfahren
gemäß den Merkmalen
des Anspruchs 16 vorzuschlagen.
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Vorteile der Erfindung
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Einer
der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht darin, dass die
Substrate bruchsicher in einem schnellen Zyklus vollständig und
automatisiert vereinzelt werden können.
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Der
Kerngedanke der Lösung
besteht darin, dass die im Wesentlichen senkrecht zur Vorschubrichtung,
jedoch leicht unter einem Winkel geneigt ausgerichteten Substrate
innerhalb des Substratstapels durch eine Strömungseinrichtung aufgefächert werden.
Vorzugsweise werden die ersten fünf
bis zehn Substrate von durch Strömungsdüsen erzeugten
Strömungen
umströmt,
so dass die einzelnen Substrate im Abstand zueinander gehalten werden und
sogenannte fluide Dämpfungskissen
zwischen den einzelnen Substraten entstehen. Sofern gegen die Stapel- bzw. Vorschubrichtung
eine Kraft auf die Substrate wirkt, werden die einzelnen Substrate
im Rahmen des erfindungsgemäßen Verfahrens
nicht weiter zusammengedrückt;
vielmehr wird vollständig über die
gesamte Fläche
eine Gegenkraft erzeugt, die jedoch in gewissen Grenzen eine Restbeweglichkeit
insbesondere des am Stapelanfang befindlichen Substrats ermöglicht.
Diese Gegenkraft wird zusammen mit der Restbeweglichkeit ausgenutzt,
damit der Greifer der Entnahmeeinrichtung gegen das zu vereinzelnde
Substrat drücken
kann. Ohne indirekte Dämpfung
mittels der zwischen den aufgefächerten Substraten
befindlichen fluiden Dämpfungskissen würde das
Substrat mit hoher Wahrscheinlichkeit brechen.
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Handelt
es sich um einen stehenden Stapel, so wird der Greifer bevorzugt
von oben, d. h. parallel zur Längserstreckung
der jeweiligen Substrate und damit ungefähr quer zur Stapelrichtung
eingeführt und
dann gegen das zu vereinzelnde Substrat geführt. Die in dem Greifer vorgesehenen
Bohrungen dienen dazu, das Fluid aus dem Zwischenraum zwischen dem
Greifer und dem zu vereinzelnden Substrat abzusaugen. Hierzu ist
ein Unterdruck notwendig, der sowohl mittels dynamischer Verfahren
(z. B. Pumpe), statischer Verfahren (Unterdrucktank) oder sonstiger
Verfahren innerhalb oder außerhalb
der Vorrichtung erzeugt werden kann. Befinden sich schließlich Greifer
und Substrat in unmittelbarem Kontakt, bzw. befindet sich nur noch
ein sehr dünner Fluidfilm
(wenige Nanometer bis zu 50 Mikrometer) zwischen Greifer und Substrat,
so bauen sich Adhäsionskräfte auf,
die ein selbsttätiges
Festhalten bzw. Anhaften des Substrats an dem Greifer ermöglichen. Diese
Adhäsionskräfte sind
insbesondere größer als diejenigen
zum nachfolgenden Substrat, so dass die Entnahme des zu vereinzelnden
Substrats mit dem Greifer parallel zur Flächenrichtung des nachfolgenden
Substrats erfolgen kann. Dabei wirken allenfalls nur geringe Scherkräfte auf
das zu vereinzelnde Substrat, wodurch die Bruchrate erheblich verringert wird.
Zug- und Druckkräfte werden
vermieden. Ein im Zeittakt schnelles Entnehmen aus dem Substratstapel
ist möglich.
Die Adhäsionskräfte sind
ferner so groß,
dass sie, je nach geometrischer Ausgestaltung des Greifers und Substratgewicht,
insbesondere dann ein Anhaften von Substrat am Greifer auch ohne
aktive Unterdruckerzeugung ermöglichen, wenn
sich das Substrat außerhalb
des den Substratstapel umgebenden Fluids befindet. Hierbei ist zu
beachten, dass der funktionelle Zusammenhang von Bohrungsdurchmesser
und -anzahl in der Greiferfläche,
die Größe der Greiferfläche, sowie
die Größe des zum
Absaugen des Fluids und zum Ansaugen des Substrats notwendigen Unterdrucks
berücksichtigt
wird.
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Der
Greifer selbst ist vorzugsweise derart ausgestaltet, dass er ausschließlich aus
einem Balken besteht. Alternative Ausführungen können vorsehen, dass balkenförmige, O-förmige, U-förmige, dreieckige und in Greiferbewegungsrichtung
spitz zulaufende (V-förmig),
oder aber auch flächenmäßig ausgestaltete
Greifer vorgesehen sind. Besonders bevorzugt sind solche Ausführungen,
die einen geringen Strömungswiderstand
in Greiferbewegungsrichtung aufweisen und/oder möglichst geringe Turbulenzen
beim Entfernen des Substrats vom Substratstapel und der nachfolgenden
Vereinzelungsbewegung erzeugen. Die Greifer aller Ausführungen
weisen weiterhin den Vorteil auf, dass nur ein Greifer für unterschiedliche
Formate von Substraten verwendet werden muss, und dass das Prinzip
des Greifens des zu vereinzelnden Substrats auch bei solchen Substraten
funktionsgerecht ausgeführt
werden kann, die bereits gebrochen sind und daher nicht mehr die üblichen
Abmaße
aufweisen. Ein weiterer Vorzug liegt darin, dass mit einer Greiferausführung unterschiedliche
Formate von Substraten aufgenommen werden können. Dies liegt darin begründet, dass
nicht eine Saugwirkung, sondern eine Adhäsionskraft erzielt wird, die
sich flächenmäßig über die
Kontaktfläche zwischen
Greifer und Substrat erstreckt.
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Erfindungsgemäß wird der
Unterdruck zu Beginn der Entnahmephase erzeugt. Auch wenn dieser
Unterdruck nur bis zum Erhalt des oben genannten Fluidfilms zwischen
Substrat und Kontaktfläche des
Greifers aufrechterhalten bleiben muss, kann der Unterdruck auch
bis zum Ablegen des Substrates auf die Transportvorrichtung aufrechterhalten
bleiben.
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Die
Trägereinrichtung
selbst ist derart aufgebaut, dass sie mindestens einen aus einer
Vielzahl von Substraten bzw. Wafern bestehenden Substratstapel aufnehmen
kann. Ferner weist die Trägereinrichtung
Mittel auf, durch welche sichergestellt wird, dass die einzelnen
Substrate eine gewisse Neigung aufweisen, wobei die Neigung derart
ausgebildet ist, dass der Neigungswinkel α, gebildet zwischen der Vorschubrichtung
des Stapels und der eher in Vorschubrichtung weisenden Flächennormalen
eines Substrats, größer 0 Grad,
also positiv ist. Im Falle eines stehenden Stapels bedeutet dies,
dass die auf der Trägereinrichtung
liegende Kante des Substrats in Vorschubrichtung vor der oberen
Kante angeordnet ist. Dies bringt den Vorteil mit sich, dass der
Greifer parallel zu dieser Ausrichtung in das Fluid eintauchen und
das Substrat so in dieser Richtung auch wieder entnehmen kann. Dadurch
wird auch vermieden, dass der stehende Stapel bei einem Weitertransport
der Trägereinrichtung
innerhalb des Fluids nach vorne kippt und damit seine Lageorientierung verliert.
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Somit
ist die Trägereinrichtung
zumindest in eine Richtung verschiebbar. Vorzugsweise ist sie in Vorschubrichtung
verschiebbar, und zwar zunächst soweit,
bis das erste zu vereinzelnde Substrat des Substratstapels an die
Lagebestimmungseinrichtung gelangt. Anschließend ist sie z. B. in Schritten
verschiebbar, deren Schrittweite vorzugsweise der jeweiligen, im
Normalfall über
den Stapel hin konstanten Substratdicke entspricht, und zwar soweit,
bis schließlich
das letzte Substrat des Stapels an die Entnahmeeinrichtung herangeführt ist.
Alternativ kann die Trägereinrichtung
stationär
ausgebildet sein. In diesem Falle würden geeignete Mittel bereitgestellt
werden, mit denen der Substratstapel auf der Trägereinrichtung in Vorschubrichtung
bewegt werden kann. Alternativ oder zusätzlich können die Greifeinrichtung sowie
die Lagebestimmungseinrichtung über
entsprechend größere Freiheitsgrade
verfügen, damit
sie entgegen der Vorschubrichtung in Richtung des Stapelanfangs
bewegbar sind.
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Die
Lagebestimmungseinrichtung ist eine Einrichtung, mit der die Lage
und Position des zu vereinzelnden Substrats detektiert wird. Hierzu
ist vorgesehen, dass die Lagebestimmungseinrichtung Andruckstifte
umfasst, die in Richtung des Substratstapels ausgerichtet sind.
Durch Verringern des Abstandes zwischen der Lagebestimmungseinrichtung
und dem Substratstapel wird der aufgefächerte Anfang des Substratstapels
solange ausgerichtet, bis das zu vereinzelnde Substrat an allen
vorgesehenen Andruckstiften anliegt. Ein zusätzliches Sensorelement, beispielsweise
in Form eines Berührungssensors, gibt
ein entsprechendes Signal aus, wodurch der Greifer nun vorzugsweise
zwischen die Andruckstifte eintauchen und das zu vereinzelnde Substrat
vereinzeln und wegtransportieren kann.
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Sofern
der Substratstapel Substrate umfasst, deren Dicke die für das Justieren
der Andruckelemente eingestellte Durchschnittsdicke und damit die
resultierende Schrittweite übersteigt,
wird dieser Zustand von der Lagebestimmungseinrichtung detektiert,
so dass der Substratstapel entsprechend in Vorschubrichtung verfahren
wird, bis das nächste
zu vereinzelnde Substrat die Andruckelemente kontaktiert.
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Alternativ
oder zusätzlich
kann die Lagebestimmungseinrichtung durch einen Winkelmesser ergänzt werden.
Auf diese Weise kann die Lage des zu vereinzelnden Substrats exakt
bestimmt und gewünschtenfalls
als Messgröße zur Überprüfung der Qualität des zu
vereinzelnden Substrats herangezogen werden.
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Der
Vorteil der Vorrichtung liegt somit darin, dass durch das Zusammenspiel
von Trägereinrichtung,
Entnahmeeinrichtung, Strömungseinrichtung sowie
Lagebestimmungseinrichtung eine Vorrichtung insbesondere zum Vereinzeln
und Transportieren von Substraten geschaffen worden ist, mittels
der die Verfahrensschritte automatisiert und mit einer im Vergleich
zum Stand der Technik äußerst geringen Bruchrate
ausgeführt
werden können.
Dieser Vorteil wird durch das aufgrund der Strömungseinrichtung vorgesehene
fluide Dämpfungskissen
unterstützt.
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Auch
die Ausgestaltung der Entnahmeeinrichtung selbst sowie die hierdurch
vorgegebene Entnahme des Substrats quer zur Stapelrichtung bewirkt,
dass auf das zu vereinzelnde Substrat keine oder nur geringe Zug-
oder Druckkräfte
wirken. Vorteilhafterweise ist diese Entnahmeeinrichtung derart ausgebildet,
dass die Entnahme parallel zur flächenmäßigen Erstreckung des jeweiligen
Substrats erfolgt, damit möglichst
wenig Zug-, Druck- oder Biegekräfte
auf das entsprechende Substrat wirken.
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Der
Weitertransport erfolgt vorzugsweise innerhalb des Fluids. Es ist
jedoch auch vorgesehen, den Greifer aus dem Fluid herauszuführen und
das über
Adhäsion
anhaftende Substrat von dem Greifer auf ein Fördermittel wie z. B. ein Transportband
derart abzulegen, dass Fluid über
die im Greifer vorgesehenen Bohrungen in Richtung des Substrates
ausgestoßen
wird, so dass sich das flächig
ausgebildete Substrat von dem Greifer einfach und ohne Wirkung durch
von außen
angreifender Zug- und/oder Druckkräfte lösen kann.
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Der
Zyklus ist beliebig oft wiederholbar.
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Einer
der wesentlichen Vorteile einer weiteren Ausbildung der Erfindung
besteht darin, dass der vorgesehene Greifarm in seiner Annäherung an
das Substrat eine gewisse Toleranz aufweisen kann. Es ist nicht
erforderlich, dass der Greifarm exakt vor dem zu vereinzelnden Substrat
anhält
und dort positioniert wird. Vielmehr kann die Dämpfung, die aufgrund der Anordnung
der Substrate innerhalb des Fluids sowie durch die Strömungseinrichtung
entsteht, vorteilhaft ausgenutzt werden, indem der Greifer mit geringer Kraft
entgegen der Vorschubrichtung gegen den Substratstapel fährt und
so einen flächigen
Kontakt zu dem zu vereinzelnden Substrat herstellt, welches aufgrund
des dahinter liegenden fluiden Dämpfungskissens
nachgiebig gelagert ist.
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Ein
weiterer Vorteil der Erfindung betrifft die Bereitstellung einer
Vorrichtung, mit der die zwischen Greifarm und Substrat vorhandenen
Adhäsionskräfte maschinell
und damit selbsttätig
ausgenutzt werden, so dass jedes einzelne Substrat relativ unabhängig von
seiner Größe und Außenkontur
auf einfache Art und Weise bruchfrei entnommen, durch den Transport
innerhalb des Fluids teilweise sogar vorgereinigt und in eine bestimmte
Einrichtung wie beispielsweise auf eine Transportvorrichtung überführt werden
kann.
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Eine
weitere alternative Ausführungsform der
Entnahmeeinrichtung zeigt eine Einrichtung, die einen definierten
Flexibilitätsgrad
aufweist, so dass Toleranzen im Positionierungsbereich im Hinblick
auf die flächige
Anordnung der Aufnahme zu dem zu vereinzelnden Substrat ausgeglichen
werden. Dabei ist der Greifer, die Handhabungseinrichtung und/oder die
Verbindung zwischen beiden Bauteilen in sich biegsam ausgestaltet
und entsprechend verformbar.
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Um
die Taktzeiten für
die Vereinzelung zu erhöhen,
ist nach einer besonders bevorzugten Ausführungsform ein weiteres Mittel
zur Übernahme
des vereinzelten Substrats von der Entnahmeeinrichtung vorgesehen.
Innerhalb der Zeitspanne, in der das Substrat durch dieses weitere
Mittel auf ein Förderband
abgelegt wird, kann die Entnahmeeinrichtung bereits ein weiteres
Substrat vom Substratstapel aufnehmen. Alternativ oder zusätzlich können zwei
im Wesentlichen baugleiche Entnahmeeinrichtungen vorgesehen sein,
die phasenverschoben geschaltet sind.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung,
den Ansprüchen
sowie den Zeichnungen hervor.
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Zeichnungen
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Es
zeigen:
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1 [A–F]
eine schematische Darstellung des erfinderischen Kerns der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
insbesondere des Ablaufs eines Vereinzelungs- und Transportprozesses
eines zu vereinzelnden Substrats;
-
2 eine
schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß 1 in Seitenansicht;
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3 eine
schematische Darstellung der in 2 gezeigten
Ausführungsform
in perspektivischer Ansicht;
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4[A] eine schematische Darstellung eines ersten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
Seitenansicht;
-
4[B] eine schematische Darstellung eines ersten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
perspektivischer Ansicht;
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5[A] eine schematische Darstellung eines zweiten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
Seitenansicht;
-
5[B] eine schematische Darstellung eines zweiten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
perspektivischer Ansicht;
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6[A] eine schematische Darstellung eines dritten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
Seitenansicht;
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6[B] eine schematische Darstellung eines dritten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
perspektivischer Ansicht;
-
7[A] eine schematische Darstellung eines vierten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
Seitenansicht;
-
7[B] eine schematische Darstellung eines vierten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
perspektivischer Ansicht;
-
8[A] eine schematische Darstellung eines fünften Verfahrensschritts
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß 2 in
Seitenansicht;
-
8[B] eine schematische Darstellung eines fünften Verfahrensschritts
der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß 2 in
perspektivischer Ansicht;
-
9[A] eine schematische Darstellung eines sechsten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
Seitenansicht;
-
9[B] eine schematische Darstellung eines sechsten
Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen Vorrichtung gemäß 2 in
perspektivischer Ansicht.
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Beschreibung
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In 1, Darstellungen A–F, ist schematisch der Kerngedanke
der erfinderischen Vorrichtung 101 sowie des erfindungsgemäßen Verfahrens
dargestellt. Diese Vorrichtung 101 ist geeignet zum Vereinzeln
und Transportieren von scheibenförmig
ausgebildeten Substraten 102.
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Bei
dem dargestellten Ausführungsbeispiel sind
die Substrate 102 in einem Substratstapel 103 angeordnet,
wobei der Substratstapel 103 in einer Trägereinrichtung 104 gelagert
ist. Die einzelnen Substrate 102 sind bereits von einer
Halteeinrichtung gelöst.
Bevorzugt sind die Flächennormalen
der eher in Vorschubrichtung weisenden Flächen der einzelnen Substrate 102 in
einem Winkel α (Neigungswinkel)
(in 2 dargestellt) zur Vorschubrichtung angeordnet.
Bei der Anordnung der Vorrichtung innerhalb eines Fluids wird im
Falle eines stehenden Substratstapels 103 durch diese Schrägstellung
verhindert, dass die einzelnen Substrate 102 aufschwimmen oder
die Trägereinrichtung 104 ungewollt
verlassen. Zudem lassen sich die einzelnen Substrate 102 durch
die noch näher
zu beschreibende Entnahmeeinrichtung 107 einfacher aufnehmen.
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Die
einzelnen flächig
ausgebildeten Substrate 102 sind derart aneinandergereiht,
dass sich deren Oberflächen
berühren.
Zwischen ihnen wirken Adhäsionskräfte, die
von dem sehr kleinen Spalt zwischen den Substraten einerseits und
ggf. von Verunreinigungen z. B. durch einen vorangegangenen Sägeschritt
herrühren.
Durch diese Anordnung geben die Substrate 102 eine definierte
Vorschubrichtung 105 vor.
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In
den dargestellten Zeichnungen sind die Substrate schematisch dargestellt.
Dabei bedeutet die schematisch dargestellte Blockansicht, dass die Substrate
in diesem Bereich sehr eng aneinander liegen. In dem weiteren Bereich,
nämlich
dem Entnahmebereich, sind die Substrate aufgefächert und weisen einen Zwischenraum
auf. Die Adhäsionskräfte zwischen
den aufgefächerten
Substraten betragen vorzugsweise null.
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Ferner
ist erfindungsgemäß eine Entnahmeeinrichtung 107 vorgesehen,
die greiferartig ausgestaltet ist. Sie ist bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt und zeigt im Wesentlichen einen Greifer 108.
An dem Greifer 108 ist eine Handhabungseinrichtung (in 1[A] dargestellt) angeordnet, die es erlaubt,
den Greifer 108 in verschiedene Richtungen zu bewegen und/oder
zu verschwenken. Vorzugsweise ist der Greifer 108 in Pfeilrichtung 110 und
um eine Achse in Pfeilrichtung 112 verschwenkbar.
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Ferner
ist eine Transporteinrichtung 113 vorgesehen. Diese Transportvorrichtung 113 besteht aus
einem Förderband 114,
das über
eine Achse 115 in Pfeilrichtung 116 angetrieben
wird.
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Bevorzugt
ist vorgesehen, dass zumindest bestimmte Teile der Vorrichtung 101,
nämlich
die Trägereinrichtung 104,
der Substratstapel 103, sowie Teile der Entnahmeeinrichtung 107 innerhalb
eines Fluids angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht, dass die
Substrate über
die Dauer des gesamten Verfahrens, zumindest bis zu ihrer Ablage
auf die Transporteinrichtung nicht trockenfallen. Optional können die restlichen
Teile der Entnahmeeinrichtung 107 sowie die Transporteinrichtung 113 ebenfalls
innerhalb des Fluids angeordnet sein, wobei die Transporteinrichtung
alternativ auch eigene Mittel zur Befeuchtung der Substrate aufweisen
kann.
-
Ferner
ist zur Verbesserung der Vereinzelung der jeweiligen Substrate 102 mindestens
eine Strömungseinrichtung 117 mit
Strömungsdüsen 118 angeordnet,
durch die Fluid in Zwischenräume 119 eingebracht
wird, wobei sich dieser Zwischenraum 119 jeweils zwischen
dem zu vereinzelnden Substrat 102 und dem nachfolgenden
Substrat 102 befindet. Vorzugsweise bleibt der jeweilige
Zwischenraum 119 bestehen, solange von den Strömungsdüsen 118 Fluid
in die Zwischenräume 119 ausströmt. Vorteilhafterweise
bilden sich in einem definierten Bereich, in dem mehrere Substrate 102 angeordnet
sind, zwischen jeweils zwei Substraten 102 Zwischenräume 119 aus.
-
Um
zu verhindern, dass die einzelnen Substrate 102 durch die
Strömung
die Trägereinrichtung 104 verlassen,
ist ein Andruckelement 122 vorgesehen, das bei dem in den
Figuren dargestellten Ausführungsbeispiel
im wesentlichen Andruckstifte 123 umfasst. Beim Verfahren
des Substratstapels in Vorschubrichtung drückt das zu vereinzelnde Substrat gegen
die Andruckstifte 123, wodurch eine Gegenkraft zu der Kraft
ausgeübt
wird, die durch das Einströmen
des Fluids in die Zwischenräume 119 erzeugt
wird.
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In
den Zwischenräumen 119 entstehen
sogenannte Fluidkissen, durch die sichergestellt werden kann, dass
die einzelnen an das jeweilige Fluidkissen anliegenden Substrate 102 im
Abstand zueinander gehalten werden. Ferner weisen diese Fluidkissen
die Eigenschaft auf, dass aufgrund des Ausübens der Gegenkraft zum einen
durch das Andruckelement 122, aber auch durch das Anfahren
des Greifes 108 an das zu vereinzelnde Substrat 102 eine Dämpfungswirkung
entsteht.
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In
der Darstellung 1[B] ist der Greifer 108 der
Einrichtung 107 bereits parallel zur Oberfläche des
Substrats 102 angeordnet. Der Greifer 108 verfährt parallel
in Pfeilrichtung 110 und in einem weiteren anschließenden Schritt
auf die Fläche
des Substrats 102 zu, und zwar soweit, bis dieser, wie
es in 1[C] dargestellt ist, das zu
vereinzelnde Substrat 102 kontaktiert hat. Aufgrund des
Anfahrdruckes, der durch den Greifer 108 erzeugt wird,
wenn er das Substrat 102 berührt, wird der jeweilige Zwischenraum zwischen
zwei Substraten 102 verkleinert. Aufgrund der Anordnung
des Fluids innerhalb der Zwischenräume 119 zwischen jeweils
zu vereinzelnden Substraten 102 entsteht ein Dämpfungseffekt.
In dieser Darstellung [C] werden die in der Zeichnung nicht näher dargestellten
Bohrungen innerhalb des Greifers 108 aktiviert, indem gemäß obiger
Darstellung ein Unterdruck erzeugt wird. Der Unterdruck führt dazu, dass
der Greifer 108 das zu vereinzelnde Substrat 102 soweit
ansaugt, dass sich der Spalt zwischen dem Substrat 102 und
dem Greifer 108 sehr stark verkleinert und sich zwischen
den Kontaktflächen eine
Adhäsionskraft
ausbildet. Das Auffächern
wird durch das Ausströmen
des Fluids aus den Strömungsdüsen 118 unterstützt.
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Der
Greifer 108 bewegt sich mit dem anhaftenden Substrat 102 gemäß Darstellung
[D] soweit, bis er das Substrat 102 auf die Transporteinrichtung 113 ablegen
kann. Bei diesem Vorgang muss die Einheit aus Substrat und Greifer
ein Stück
entgegen der Vorschubrichtung 105 verfahren werden, so
dass es bei der anschließenden
Entnahmebewegung zu keiner Kontaktierung der Andruckstifte 123 mit
der Substratfläche
kommt. Zur Freigabe des Wafers kann alternativ auch die Lagebestimmungseinrichtung
ein Stück
in Vorschubrichtung verfahren werden. Diese beiden Bewegungen können erfindungsgemäß auch kombiniert
werden. Gemäß Darstellung
[E] wird das Substrat 102 flächig auf das Förderband 114 positioniert.
Für das
Vereinzeln des nächsten
Substrats 102 wird gemäß Darstellung
[F] der Greifer 108 wieder in die gemäß Darstellung [B] gezeigte
Position verfahren.
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Die
Adhäsionskräfte, die
beim Ansaugen des zu vereinzelnden Substrats 102 entstehen,
sind derart bemessen, dass diese ausreichen, das durch den Greifer 108 aufgenommene
Substrat 102 innerhalb des Fluids zu transportieren.
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In
den 2 und 3 ist schematisch eine Vorrichtung 201 dargestellt,
die im Vergleich zu 1 eine Weiterbildung
des Grundgedankens darstellt.
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Die
Vorrichtung 201 ist insbesondere zum Vereinzeln und Transportieren
von scheibenförmig ausgebildeten
Substraten 202 geeignet.
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Bei
dem hier dargestellten Ausführungsbeispiel
sind die Substrate 202 in einem Substratstapel 203 angeordnet,
wobei der Substratstapel 203 in einer Trägereinrichtung 204 gelagert
ist und die einzelnen Substrate 202 bereits von einer Halteeinrichtung gelöst sind.
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Bevorzugt
sind die einzelnen Substrate 202 in einem Neigungswinkel α (2)
zwischen der Vorschubrichtung 205 und der eher in Vorschubrichtung weisenden
Flächennormalen
des Substrats angeordnet. Durch diese Schrägstellung wird bei Anordnung der
Vorrichtung innerhalb eines Fluids und bei einer stehenden Position
des Substratstapels 203 verhindert, dass die einzelnen
Substrate 202 aufschwimmen und die Trägereinrichtung 204 ungewollt
verlassen. Die Substrate 202 sind derart angeordnet, dass sich
deren Oberflächen
berühren.
Die einzelnen Substrate 202 bilden dadurch eine Aneinanderreihung, die
eine definierte Vorschubrichtung 205 ergibt.
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Ferner
ist erfindungsgemäß eine Entnahmeeinrichtung 207 vorgesehen,
die greiferartig ausgestaltet ist. Sie ist bei dem hier dargestellten
Ausführungsbeispiel
schematisch dargestellt und zeigt im Wesentlichen einen Greifer 208.
An dem Greifer 208 ist eine Handhabungseinrichtung 209 angeordnet, die
es erlaubt, den Greifer 208 in verschiedene Richtungen
(Pfeilrichtungen 210, 211, 212) zu verschieben
und zu verschwenken. Der Greifer 208 und die Handhabungseinrichtung 209 bilden
zusammen einen Greifarm.
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Ferner
ist eine Transporteinrichtung 213 vorgesehen. Diese Transporteinrichtung 213 besteht aus
einem Förderband 214,
das über
eine Achse 15 in Pfeilrichtung 216 angetrieben
wird.
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In
der bevorzugten Ausführungsform
ist vorgesehen, dass zumindest bestimmte Teile der gesamten Vorrichtung 201,
nämlich
die Trägereinrichtung 204,
der Substratstapel 203, und Teile der Entnahmeeinrichtung 207,
innerhalb eines Fluids angeordnet sind. Hierdurch wird erreicht,
dass die Substrate über
die Dauer des gesamten Verfahrens, zumindest bis zu ihrer Ablage
auf die Transporteinrichtung nicht trockenfallen. Optional können auch
die restlichen Teile der Entnahmeeinrichtung 207 sowie die
Transporteinrichtung 213 in dem Fluid angeordnet sein,
wobei die Transporteinrichtung alternativ auch eigene Mittel zur
Befeuchtung der Substrate aufweisen kann.
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Ferner
ist zur Verbesserung der Vereinzelung der jeweiligen Substrate 202 in
der Nähe
des Stapelanfangs mindestens eine Strömungseinrichtung 217 mit
Strömungsdüsen 218 angeordnet, durch
die Fluid in einen Zwischenraum 219 eingebracht wird, wobei
der Zwischenraum 219 jeweils zwischen dem zu vereinzelnden
Substrat 202 und dem nachfolgenden Substrat 202 entsteht.
Die Strömungsdüsen 218 sind
insbesondere in dem Bereich des Substratstapels 203 angeordnet,
der unmittelbar für
die Auffächerung
bestimmt ist. In der Regel betrifft dies mindestens die ersten vier
bis neun Substrate 202, die dem gerade zu vereinzelnden
Substrat 202 folgen. Dadurch entstehen mehrere Zwischenräume 219,
wobei jeder Zwischenraum 219 links und rechts von einem
Substrat 202 begrenzt ist. Innerhalb des Zwischenraums 219 bildet
sich ein Fluidkissen aus, das dämpfende
Eigenschaften besitzt.
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Ferner
ist in 2 und 3 eine Lagebestimmungseinrichtung 220 dargestellt.
Diese Lagebestimmungseinrichtung 220 besteht im Wesentlichen
aus einer weiteren Handhabungseinrichtung 221 sowie einem
an einem freien Ende der Handhabungseinrichtung 221 angeordneten
Andruckelement 222. Das Andruckelement 222 umfasst
ferner Andruckstifte 223, die die Oberfläche der
jeweiligen Substrate 202 gemäß 2 und 3 in
einer definierten Lage berühren
bzw. es mittels der Berührung in
eine definierte Lage bringen und dort halten. Die weitere Handhabungseinrichtung 221 ist
in und entgegen Pfeilrichtung 230 verschiebbar gelagert.
-
Ferner
ist der Lagebestimmungseinrichtung 220 ein Sensorelement 224 zugeordnet.
Dieses Sensorelement 224 hat die Aufgabe, zu detektieren,
ob an dem Andruckelement 222 und/oder an den Andruckstiften 223 eine
flächige
Anlage des zu vereinzelnden Substrats 202 vorliegt.
-
Eine
besondere Ausbildung dieses Sensorelements 224 ist in den 2 und 3 dargestellt. Dieses
Sensorelement 224 tastet mechanisch das Vorhandensein des
zu vereinzelnden Substrats 202 ab. Hierfür sind unterschiedliche
Stellungen vorgesehen, die über
einen Näherungsschalter 229 detektiert werden.
Das Sensorelement 224 weist eine kniehebelartige Ausbildung
auf, wobei diese an einem Gelenk 225 schwenkbar in und
gegen die Pfeilrichtung 226 gelagert ist. Das eine freie
Ende 227 dient zur Auflage an der Oberfläche des
zu detektierenden Substrats 202. Das andere Ende 228 ist
zur Anordnung im Bereich des Näherungsschalters 229 vorgesehen.
Die Grundstellung des Sensorelements 224 wird dann eingenommen,
wenn an dem freien Ende 227 kein Substrat 202 detektiert
wird. Das freie Ende 227 steht über eine gedachte Linie zwischen
den freien Enden der Andruckstifte 223, und das andere
freie Ende 228 ist derart gestaltet, dass der Abstand des freien
Endes 228 zum Näherungsschalter
nahezu Null ist. Sobald das freie Ende 227 Druck erfährt, verschwenkt
das Sensorelement 224, und der Abstand des freien Endes 228 zum
Näherungsschalter
vergrößert sich.
Hat dieser eine zuvor kalibrierte Stellung eingenommen, kann selbsttätig festgestellt
werden, ob an den freien Enden der Andruckstifte 223 ein
Substrat 202 anliegt. Ohne Druck an dem freien Ende 227 geht
das Sensorelement 224 wieder in seine Grundstellung über. In
alternativen, nicht näher
erläuterten
Ausführungsformen
des Sensorelementes 224 kann die Detektion des Vorhandenseins
des Substrates und seiner Position auch mittels anderer, geeigneter
Vorrichtungen, wie mittels z. B. optischer oder akustischer Näherungsschalter,
erfolgen, wobei ggf. auf die mechanische Weiterleitung der Berührungsinformation
mittels Kniehebel und Gelenk 225 verzichtet werden kann.
-
Das
Andruckelement 222 ist vorzugsweise in einem Winkel zur
Handhabungseinrichtung 221 angeordnet, der dem Neigungswinkel α entspricht.
So weisen die einzelnen Andruckstifte 223 vorzugsweise
dieselbe Länge
auf.
-
Alternativ
hierzu kann vorgesehen sein, dass das Andruckelement 222 senkrecht
zur Handhabungseinrichtung 221 angeordnet ist, und die
Andruckstifte 223 unterschiedliche Längen aufweisen, so dass in
der dargestellten Position immer die freien Enden der Andruckstifte 223 die
Oberfläche
des Substrats 202 berühren.
-
Die
Funktionsweise der Lagebestimmungseinrichtung 220 ist derart,
dass der Substratstapel 203 in Vorschubrichtung 205 gefahren
wird, und zwar soweit, bis die Oberfläche des zu vereinzelnden Substrats 202 die
freien Enden der Andruckstifte 223 der Andruckeinrichtung 222 kontaktiert.
Bei lage- und positionsgerechter Ausrichtung des zu vereinzelnden Substrats 202 wird
das Sensorelement 224 in eine der Pfeilrichtungen 226 bewegt,
und der Näherungsschalter 229 detektiert
die korrekte Lage.
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Ist
die Lage des zu vereinzelnden Substrats 202 positionsgerecht,
so kann die Entnahmeeinrichtung 207 in den von den Andruckstiften 223 gebildeten
Zwischenraum eintauchen und das zu vereinzelnde Substrat 202 aufnehmen.
-
Im
nachfolgenden werden die einzelnen Verfahrensschritte anhand der 4 bis 9 näher erläutert.
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In 4A und B ist die sogenannte Beladesituation
der erfindungsgemäßen Vorrichtung 201 dargestellt.
Die Trägereinrichtung 204 ist
zur Aufnahme eines noch nicht näher
dargestellten Substratstapels bereit.
-
Durch
entsprechende Mittel ist bereits der gewünschte Neigungswinkel α des Substratstapels vorgegeben.
Die Entnahmeeinrichtung 207 und die Lagebestimmungseinrichtung 220 befinden
sich in ihrer Ausgangssituation und können in Pfeilrichtung 210 bzw.
Pfeilrichtung 230 verfahren werden. Das Sensorelement 224,
das an dem Andruckelement 222 angeordnet ist, ist ebenfalls
in seiner Ausgangsstellung und detektiert kein an den Andruckstiften 223 anliegendes
Substrat.
-
Der
Greifer 208 der Entnahmeeinrichtung 207 befindet
sich ebenfalls in einer Ausgangssituation, so dass er zwischen die
Andruckstifte 223 des Andruckelements 222 eintauchen
kann.
-
Die
Transporteinrichtung 213 ist für die Aufnahme von Substraten
bereit. Die Strömungsdüsen 218 der
Strömungseinrichtung 217 sind
noch ausgeschaltet.
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5A und B zeigen, dass die Trägereinrichtung 204 nun
durch den Substratstapel 203 beladen ist. Diese Trägereinrichtung 204 bzw.
der Substratstapel 203 wird in Vorschubrichtung 205 verfahren und
zwar soweit, bis die durch Bewegung in Pfeilrichtung 230 positionierte
Lagebestimmungseinrichtung 220 eine definierte Position
eingenommen hat. In dieser Position berühren das Andruckelement 222 bzw. dessen
Andruckstifte 223 die Oberfläche des zu vereinzelnden Substrats 202.
-
Um
eine bestimmte lage- und formgerechte Ausrichtung der Substrate 202 zu
bewirken, führen die
Strömungsdüsen 218 der
Strömungseinrichtung 217 Fluid
auf den Substratstapel 203, so dass zumindest ein Teil
des Substratstapels 203 auffächert und spaltartige Zwischenräume 219 entstehen.
Aufgrund des Andrückens
des Andruckelements 222 wird verhindert, dass die einzelnen
Substrate 202 weiter auffächern. Es wird dadurch auch
erreicht, dass die Substrate 202 auf der Trägereinrichtung 204 verbleiben. Sofern
durch das Auffächern
die entsprechende Position des zu vereinzelnden Substrats 202 erreicht
ist, wird durch die Sensoreinheit 224 die exakte Lage detektiert.
Ist diese nicht erreicht, so verfährt entweder die Lagebestimmungseinrichtung 220 weiter
in Pfeilrichtung 230, und/oder es wird weiter bewirkt,
dass der Substratstapel 203 weiter aufgefächert wird.
Erreichen beide Maßnahmen
nicht, dass die Sensoreinheit 224 ein entsprechendes Signal
zur Freigabe der Entnahmeeinrichtung 207 ausgibt, so wird
eine Störungsmeldung
signalisiert.
-
In 6A und B strömen die Strömungsdüsen 218 weiter Fluid
in den Zwischenraum 219, um insbesondere zu erreichen,
dass in den Zwischenräumen 219 ein
sogenanntes Fluidkissen entsteht. Dieses Fluidkissen dient dazu,
eine entsprechende Dämpfungswirkung
zwischen den einzelnen Substraten zu erreichen. Nun erfolgt die
Freigabe aufgrund der lagegerechten Position der Substrate 202,
da das Sensorelement 224 derart verschwenkt ist, dass der Näherungsschalter 229 betätigt worden
ist.
-
Die
Entnahmeeinrichtung 207 bewegt sich nun in Pfeilrichtung 210 derart,
dass der Greifer 208 zwischen den Andruckstiften 223 des
Andruckelements 222 der Lagebestimmungseinrichtung 220 hindurchtaucht
und in den Bereich der Anlage der Oberfläche des zu vereinzelnden Substrats 202 gelangt.
Durch Verschwenken der Entnahmeeinrichtung 207 in Pfeilrichtung 211 wird
eine Anlage des Greifers 208 an die Oberfläche des
Substrats 202 bewirkt. Durch auftretende Adhäsionskräfte, die
insbesondere dadurch verstärkt
werden, dass zwischen dem Greifer 208 und der Oberfläche des
zu vereinzelnden Substrats 202 ein Unterdruck ausgebildet wird,
kann das Substrat entgegen der Pfeilrichtung 210 wie in 7A und B dargestellt entnommen werden.
Alternativ oder zusätzlich
ist vorgesehen, den Greifer in Pfeilrichtung 212 (7A) zu verschwenken, bis eine flächige Anlage
an der Oberfläche
des Substrats 202 erfolgt. Dadurch ist das zu vereinzelnde
Substrat freigegeben und kann, wie in 7A und B
dargestellt, in Pfeilrichtung 210 entnommen werden, um
es anschließend
auf der Transporteinrichtung 213 abzulegen.
-
Um
jedoch zu verhindern, dass die Oberfläche des zu vereinzelnden Substrats 202 beschädigt wird,
wird, wie in 7A und B dargestellt,
entweder das Andruckelement 222 ein Stück zurückgefahren, oder die Trägereinrichtung 204 bzw.
der Substratstapel 203 fährt gegen die Vorschubrichtung 205 ein Stück zurück. Das
Sensorelement 224 verschwenkt wieder in seine Ausgangslage
und der Näherungsschalter
detektiert, dass das zu vereinzelnde Substrat 202 nicht
mehr an den Andruckstiften 223 anliegt.
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In
der Zeitspanne (8A und B), in der
die Entnahmeeinrichtung 207 bzw. ihr Greifer 208 in Pfeilrichtung 212 verschwenkt,
um das zu vereinzelnde Substrat 202 auf der Transportvorrichtung 213 bzw.
auf ihr Transportband 214 abzulegen, verfährt die
Trägereinrichtung 204 bzw.
der Substratstapel 203 wiederum in Vorschubrichtung 205 gegen
die Lagebestimmungseinrichtung 220, bis wieder eine Anlage
des zu vereinzelnden Substrats 202 an dem Andruckelement 222 bzw.
an seinen Andruckstiften 223 erfolgt.
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Die
Ablage des Substrats 202 durch die Entnahmeeinrichtung 207 ist
in den 9A und B dargestellt. Das Substrat 202 wird
auf dem Transportband 214 der Transportvorrichtung 213 abgelegt
und durch einen Antrieb an der Achse 215 in Pfeilrichtung 216 wegtransportiert.
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Entweder
während
dieses Prozesses oder darauffolgend wird durch die Strömungseinrichtung 217 bzw.
ihren Strömungsdüsen 218 wiederum
Fluid in die Zwischenräume 219 des
Substratstapels 203 geführt,
so dass eine entsprechende Auffächerung stattfindet,
und zwar soweit, bis das zu vereinzelnde Substrat 202 wiederum
zur Anlage an die Andruckstifte 223 des Andruckelements 222 der
Lagebestimmungseinrichtung 220 gelangt. Dabei erzeugt die Sensoreinheit 224 das
Signal zur Freigabe der Abholung des zu vereinzelnden Substrats 202 durch
die Entnahmeeinrichtung 207.
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Auf
diese Weise wird der entsprechende Prozess wiederholt, so oft es
nötig ist.
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Sobald
kein Substrat 202 mehr im Substratstapel 203 vorhanden
ist, wird das Fehlen von Substraten 202 durch das Andruckelement 222 bzw.
das Sensorelement 224 detektiert, und eine entsprechende
Fehlermeldung wird ausgegeben.
-
Die
Adhäsionskräfte, die
beim Ansaugen des zu vereinzelnden Substrats 202 entstehen,
sind derart bemessen, dass diese gerade ausreichen, das durch den
Greifer 208 aufgenommene Substrat 202 innerhalb
des Fluids zu transportieren.
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Die
vorliegende Erfindung wurde im Hinblick auf die Behandlung von Siliziumwafern
dargelegt. Selbstverständlich
können
auch scheibenförmige Substrate
aus anderen Materialien wie z. B. Kunststoff erfindungsgemäß bearbeitet
werden.
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- 101
201
- Vorrichtung
- 102
202
- Substrat
- 103
203
- Substratstapel
- 104
204
- Trägereinrichtung
- 105
205
- Vorschubrichtung
- 206
- Bohrungen
- 107
207
- Entnahmeeinrichtung
- 108
208
- Greifer
- 209
- Handhabungseinrichtung
- 110
210
- Pfeilrichtung
- 211
- Pfeilrichtung
- 112
212
- Pfeilrichtung
- 113
213
- Transporteinrichtung
- 114
214
- Förderband
- 115
215
- Achse
- 116
216
- Pfeilrichtung
- 117
217
- Strömungseinrichtung
- 118
218
- Strömungsdüsen
- 119
219
- Zwischenraum
- 220
- Lagebestimmungseinrichtung
- 221
- weitere
Handhabungseinrichtung
- 122
222
- Andruckelement
- 123
223
- Andruckstifte
- 224
- Sensorelement
- 225
- Gelenk
- 226
- Pfeil
- 227
- freies
Ende
- 228
- anderes
freies Ende
- 229
- Näherungsschalter
- 230
- Pfeilrichtung
- α α
- Neigungswinkel