DE3607588A1

DE3607588A1 - Verfahren und vorrichtung zum automatischen handhaben von halbleiterplaettchen

Info

Publication number: DE3607588A1
Application number: DE19863607588
Authority: DE
Inventors: David C. Mesa Ariz. Klem
Original assignee: Epsilon Technology Inc
Current assignee: Epsilon Technology Inc
Priority date: 1985-03-07
Filing date: 1986-03-07
Publication date: 1986-09-18
Also published as: GB2171978A; GB2171978B; GB8605580D0; FR2578471A1; JPS61226287A; NL8600534A

Description

Die Erfindung bezieht sich allgemein auf Vorrichtungen zum Handhaben von Halbleiterplättchen , und sie bezieht sich insbesondere auf eine Vorrichtung zum Handhaben von Plättchen, die in einer automatisierten Umgebung verwendet werden kann. Die offenbarte Vorrichtung kann mit einem Roboter-Arm verwendet werden, so daß Halbleiterplättchen ohne Einsatz von Bedienungspersonal gehandhabt werden können.

Während der Bearbeitung oder Behandlung von Halbleitersubstraten oder -plättchen ist eine Vielzahl von routinemäßigen Operationen durchzuführen, die große Anzahlen von Halbleiterplättchen-Einheiten betreffen. So müssen z.B. unbearbeitete Plättchen von Speicherbehältern, sogenannten Kassetten, zu Trägern für die Bearbeitung , sogenannten Suszeptoren oder Booten , überführt werden. Nach der Bearbeitung müssen die Plättchen zu der Speicherkassette zurückgebracht werden. Diese Operationen wurden bisher typischerweise manuell von Arbeitern durchgeführt. Der Einsatz von Arbeitern hat sich als sehr unzufriedenstellend erwiesen. Von Menschen während der Handhabung der Plättchen abgeschiedene Teilchen wie Kopfschuppen und Haut-

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partikel haben mit kleiner werdenden Abmessungen von integrierten Schaltungen wachsende Fertigungsprobleme verursacht. Außerdem kann es durch unaufmerksame oder unsachgemäße Handhabung relativ häufig zu einem Bruch kommen, und die Häufigkeit der routinemäßigen Operationen führt zur Ermüdung des Personals mit entsprechender Beeinträchtigung der Ausführung der Arbeiten.

In den letzten Jahren sind einige Roboter-Arme entwickelt worden, die nunmehr im Handel erhältlich sind. Die Roboter-Arme können eine Vielzahl von grob kontrollierbaren Bewegungen durchführen, ohne daß die Leistungsfähigkeit als Funktion der Wiederholungsrate oder -häufigkeit abnimmt.

Es bestand daher das Bedürfnis für eine Vorrichtung , die an einen Roboter-Arm angeschlossen werden kann, fähig ist, Halbleiterplättchen zu fassen,und eine Zuverlässigkeit der Handhabung herbeiführen kann, die über die Fähigkeiten von Bedienungspersonal hinausgeht.
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A Demgemäß besteht ein Ziel der Erfindung darin, eine verbesserte Vorrichtung und ein verbessertes Verfahren zum Handhaben von Halbleiterplättchen zu schaffen.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht darin, eine verbesserte Vorrichtung zum Handhaben von Halbleiterplättchen zu schaffen, die nicht die Einschaltung oder den Beistand von Bedienungspersonal erfordert.

Ein weiteres Ziel der Erfindung besteht auch noch darin, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, die es ermöglichen, Halbleiterplättchen unter gesteuerten Bedingungen zu fassen und freizugeben, während gleichzeitig Informationen, die sich auf Kräfte beziehen, die auf die Halbleiterplättchen ausgeübt werden, überwacht werden.

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Die vorstehenden und weitere Ziele werden erfindungsgemäß durch eine Vorrichtung erreicht, die drei nachstehend als Finger bezeichnete fingerartige Balken oder vorragende^ Teile aufweist, die aus einem Gehäuse oder Vorrichtungskörper herausragen. Die beiden äußersten der drei im wesentlichen ebenen.gleichen Finger sind über verformbare, blattartige Federn direkt mit dem Gehäuse verbunden. Der mittlere Finger ist ebenfalls über deformierbare , blattartige Federn an eine von einem Motor angetriebene Schlittenanordnung angeschlossen. Die Schlittenanordnung ist mit dem Gehäuse gekuppelt. An den Fingern sind kleine, knopfartige Spitzen angebracht, die zum Fassen der HaIbleiterplättchen verwendet werden können. Das Fassen eines Plättchens wird in der Weise durchgeführt, daß der mittlere Finger ausgefahren wird, die Vorrichtung um das aufzugreifende Plättchen herum bewegt wird und der mittlere Finger zurückgezogen wird, bis die knopfartigen Fingerspitzen an dem Plättchen angreifen. An den Fingern und an den deformierbaren Blattfedern können Sensoren in Form von Dehnungsmessern angebracht sein. Diese Sensoren ermöglichen es einem Rechnersystem , die Kräfte zu überwachen, die von der Vorrichtung auf ein Plättchen ausgeübt werden, und sie gestatten auch die Überwachung von Kräften, die von anderen Gegenständen wie dem Träger für die Behandlung oder der Kassette, in der die Plättchen angeordnet sein können, auf die Finger ausgeübt werden . Des weiteren können die Sensoren die Feststellung unerwarteter Kräfte auf die Finger ermöglichen, z.B. die Feststellung von Kräften, die durch eine Kollision mit einem Gegenstand

QQ oder mit einer Person verursacht werden. Die vorstehenden und weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich noch deutlicher aus der nachstehenden Erörterung eines Ausführungsbeispiels anhand der Zeichnung.

In der Zeichnung zeigt:

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Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer Ausfuhrungsform der an einen Roboter-Arm anschließbaren erfindungsgemäßen Vorrichtung ,

Fig. 2 eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß der Erfindung, die die Lage ihrer inneren Bauteile bei abgenommenem oberem Kammerdeckel wiedergibt,

Fig. 3 eine perspektivische Ansicht einer Baueinheit eines festen Fingers,

Fig. 4 eine perspektivische Ansicht einer Baueinheit eines beweglichen Schlittens, und

Fig. 5 die Ansicht der erfindungsgemäßen Vorrichtung

von unten, die die Lage der internen elektrischen Bauteile von dieser bei abgenommenem unterem Kammerdeckel wiedergibt.

Die Fig. 1 zeigt die für den Anschluß an einen Roboter-Arm geeignete Vorrichtung 10. Der Körper der Vorrichtung ist ein Gehäuse 11 mit zwei Kammern, die die mechanischen und elektrischen Bauteile der Vorrichtung halten. In der oberen Kammer des Gehäuses 11 sind, wie aus Fig. 2 ersichtlich, die bewegliche Schlitten-Baueinheit 21 , die Baueinheiten 27 für die unbeweglichen äußeren Finger 15 und die Baueinheit für den beweglichen Mittelfinger 16 untergebracht.

gO Gemäß Fig. 3 besteht jede Baueinheit 27 für die äußeren unbeweglichen Finger aus einem dünnen Balken 15 aus rostfreiem Stahl, der sich aus dem Gehäuse 11 herauserstreckt, einem verdickten Balken 17 aus rostfreiem Stähl, an dem der dünne Balken 15 befestigt ist, zwei deformierbaren

ok Blattfedern 25, die an den verdickten Balkenabschnitt 17

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angeschlossen sind, und zwei Stangentragern 23, die dazu dienen, die Baueinheit des betreffenden seitlichen Fingers an dem Gehäuse 11 zu montieren. Die deformierbaren Blattfedern 25 ermöglichen es den Fingern, sich etwas in Richtung ihrer Längsachse zu bewegen, während sie die Finger in allen anderen Achsen festhalten. Eine der Blattfedern 25 einer jeden Finger-Baueinheit ist mit zwei Sensoren 26 in Form von Dehnungsmessern ausgerüstet, die es ermöglichen, jegliche Auslenkung oder Biegung der Blattfedern 25 zu

,λ überwachen. Die Dehnungsmesser-Sensoren können Halbleiteroder folien- bzw. streifenartige Dehnungsmesser von einer der im Handel erhätlichen Bauarten sein . Der Finger selbst ist ebenfalls mit zwei Dehnungsmessern 26 ausgerüstet, mit denen jegliche Auslenkung oder Biegung des Fingers

,c in Richtung senkrecht zur Fingerebene überwacht werden kann.

Die Stangenträger 23 bilden im im oberen Hohlraum des Gehäuses montierten Zustand auch Träger für zwei zylindrische Schienen 22, welche die in Fig. 4 im einzelnen dargestellte bewegliche Schlitten-Baueinheit 21 (Fig. 2) tragen. Die Schlitten-Baueinheit 21 besteht aus einem Schlittenkörper 24, Schienenlagern 30 und einer Zahnstange 28, wie dies am besten aus Fig. 4 ersichtlich ist. Der

_nt- ausfahrbare Mittelfinger ist mittels zweier deformierbarer Blattfedern 25 an dem Schlitten-Körper 24 befestigt. An diesen Blattfedern sind ebenfalls Dehnungsmesser 26 angebracht. Im zusammengebauten Zustand greift in die Zahnstange 28 ein Zahnritzel 18 ein, das an der Ausgangswelle des Motors 14 angeordnet ist. Dieser Motor dient dazu, den Mittelfinger bezüglich des Gehäuses 11 hinein und heraus anzutreiben. Er ist an dem Deckel 19 des oberen Gehäusehohlraums montiert und tritt mit der Zahnstange 28 in Kontakt, wenn der Deckel 19 auf dem Gehäuse 11 installiert ist. Wenn der Motor in Drehung versetzt wird, wer-

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den der Schlitten und der Mittelfinger geradlinig angetrieben. Zwei photo-optische Sensoren 29 dienen dazu, eine Kante 21 der Schlitten-Baueinheit abzutasten, um die „yoll ausgefahrene und voll zurückgezogene Stellung des Schlittens zu bestimmen.

Gemäß Fig. 5 enthält die untere Kammer des Gehäuses 11 die elektrischen Bauteile der Vorrichtung. Diese Bauteile umfassen eine gedruckte Leiterplatte 31, auf der die anderen Bauteile montiert sind, sechs Dehnungsmesser-Verstärkerschaltungen 32 , eine Motorsteuerschaltung 33 und einen Kabelverbinder oder -anschluß. Jedes der Dehnungsmesserpaare, mit denen die Mechanismen in der oberen Kammer ausgerüstet sind, ist über Drähte an eine Verstärkerschaltung 32 angeschlossen. Die Verstärkerschaltungen 32 verstärken und formen die von den Dehnungsmesser-Sensoren empfangenen Signale in der für die übertragung zu einem Überwachungs-Computersystem richtigen Weise. Das Oberwachungs-Computersystem kann eine Allzweck-Datenverarbeitungseinheit mit passenden Interface-Einheiten und passender Programmierung zum Ansprechen auf die Eingangssignale sein. Die Motorsteuerschaltung 33 besteht aus drei integrierten Schaltungen, die die Funktion erfüllen, den Motor über eine von einem Sensor-Überwachungs-Computersystem festgelegte Strecke anzutreiben. Der Kabelverbinder 36 sorgt für die Verbindung aller elektrischen Signale zwischen der Vorrichtung und einem Überwachungs-Computersystem.

ολ Arbeitsweise der bevorzugten Ausführungsform:

Die bevorzugte Ausführungsform arbeitet folgendermaßen:

Es stehen fünf Betriebsarten zur Verfügung, in denen die gg vorbeschriebene Erfindung zur überführung eines Halbleiter-

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plättchens zwischen einem Speicherbehälter, z.B. einer Kassette, und einem Träger für die Bearbeitung der Plättchen, der nachstehend als Behandlungsträger bezeichne^ wird, z.B. einem Suszeptor, gebraucht werden kann. Diese Betriebsarten sind 1) das Fassen des Plättchens oder Plättchenfassen, 2) das Freigeben des Plättchens oder die Plättchenfreigabe, 3) die Plättchenkantenpositionie^ng, 4) die Oberflächenpositionierung und 5) die Kollisionsfeststellung. Bei jeder dieser Betriebsarten werden die von den Dehnungsmesser-Sensoren gelieferten Daten dafür benützt, die funktioneile Zuverlässigkeit der Plättchenüberführungsoperation zu steigern. Die von den Dehnungsoder Spannungsmessern gelieferten Signale werden in den in der Vorrichtung 10 enthaltenen elektronischen Bauteilen verarbeitet und zu dem dem Roboter-Arm zugeordneten , nicht dargestellten Datenverarbeitungs-Steuergerät übertragen. Die grobe Position der Vielzahl von Plättchen, die von der Vorrichtung zu handhaben sind , kann in den Roboter-Arm programmiert sein. Der Roboter-Arm bewegt dann die Handhabungsvorrichtung 10 in Position über dem Plättchen in der Speicherkassette. Dann wird der Mittelfinger, von dem Computerprogramm gesteuert, ausgefahren. Nun werden die an den Enden der einzelnen Finger angebrachten knopfartigen Spitzen 20 relativ nahe bei der Oberfläche jedoch außerhalb der Kante des Plättchens angeordnet. Der Roboter-Arm senkt die Vorrichtung 10 in eine Position, in der die knopfartigen Fingerspitzen 20 ungefähr in der Ebene des Plättchens liegen . Dann wird von dem Sensorüberwachungs-Computersystem eine kontrollierte Bewegung befohlen und gelenkt, die die Vorrichtung 10 verlagert, bis die äußeren Seitenfinger mit einer vorbestimmten Kraft mit der Kante des Plättchens Kontakt haben. Jegliche von einer anfänglichen Fehlpositionierung der Vorrichtung herrührende Ungleichheit der Kräfte wird

gg festgestellt, und der Roboter-Arm wird so gelenkt, daß

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er die Position der Vorrichtung 10 entsprechend verändert. Diese Betriebsart wird als Plättchenkantenpositionierung bezeichnet. „..

Im Anschluß daran wird der ausfahrbare Finger so weit zurückgezogen, bis er schließlich an der Plättchenkante anliegt. Im Anschluß daran wird das Plättchen gegen die äußeren, festen Finger gestoßen, wobei die verformbaren Blattfedern 25 von diesen ausgelenkt oder gebogen werden. Wenn die Auslenkung der Blattfedern ein vorbestimmtes Ausmaß erreicht, das durch die Dehnungsmesser überwacht wird, wird der den mittleren Finger antreibende Motor angehalten. Das Plättchen ist nun sicher gefaßt. Diese Betriebsart ist das oben erwähnte Plättchenfassen.

Der Roboter-Arm wird nun dafür eingesetzt, die Plättchenhandhabungsvorrichtung 10 und das Plättchen in eine grobe oder ungefähre Position bezüglich der Oberfläche des Behandlungsträgers, der beladen wird, zu bewegen. Wenn der Behandlungsträger, wie dies bei einigen Arten von Suszeptoren der Fall ist, vertikal stünde, wäre die Vorrichtung nunmehr ungefähr parallel zur Oberfläche des Trägers, jedoch in einigem Abstand hiervon positioniert. Nun kann die Betriebsart der Oberflächenpositionierung / eingesetzt werden, um die Bewegung des Roboter-Armes, die nötig ist, um das Plättchen sehr nahe bei der Oberfläche des Suszeptors oder auch direkt auf dieser Oberfläche auszurichten, zu koordinieren. Die Dehnungsmeß-Sensoren an den Fingern schaffen die zur Durchführung dieser Aufgabe nötigen Daten.

gQ Sobald alle Finger durch die Oberfläche im gleichen Maße ausgelenkt worden sind, wird der Roboter-Arm angehalten. -

Der Roboter-Arm kann unter der Programmsteuerung die Plättchenhandhabungsvorrichtung in einen vorbestimmten Abstand von der Oberfläche bewegen, um eine teilweise

/ oder -umsteuerung

BAD ORIGINAL

Erzeugung dadurch, daß das Plättchen an der Oberfläche entlangkratzt, zu verhindern, und die Betriebsart der Plättchenkantenpositionierung kann eingesetzt werden,^ um nach aus der Suszeptoroberflache vorragenden Registerführungen zu suchen, auf denen das Plättchen getragen wird. In dieser Betriebsart werden die Vorrichtung und das Plättchen entlang der Oberfläche bewegt, bis der Kontakt mit den Registerführungen hergestellt ist.

Sobald das Plättchen an den Registerführungen des Trägers gesichert ist und an dessen Oberfläche ruht, kann die Betriebsart der Plättchenfreigabe eingesetzt werden. In dieser Betriebsart wird der mittlere Finger ausgefahren, während der Überwachungs-Computer die an den Blattfedern 25 der äußeren festen Finger verbleibenden Kräfte überwacht. Da das Plättchen zu dieser Zeit zwischen den festen Fingern der Vorrichtung und den Registerführungen des Trägers eingespannt ist, sollte es zu keiner bedeutenden Änderung der Auslenkung dieser Blattfedern kommen, wenn der mittlere Finger ausgefahren wird. Es wird der Vorrichtung praktisch nicht gestattet, das Plättchen in eine unsichere Position freizugeben.

Das Plättchen kann freigegeben werden, und der Roboter-Arm kann dafür eingesetzt werden, die Vorrichtung vom Behandlungsträger wegzubewegen und den nächsten Beladungszyklus zu beginnen. Zum Entladen des Behandlungsträgers kann der Vorgang natürlich umgekehrt werden. Die Dehnungsmesser-Sensoren an allen Fingern ermöglichen es auch, einen unerwarteten Kontakt mit Gegenständen oder Personen festzustellen. Wenn ein solcher Kontakt festgestellt worden ist, kann dem Roboter-Arm eine passende Reaktion befolgen werden. Er kann z.B. unverzüglich angehalten werden, oder es kann ihm befohlen werden, sich mit einer kleineren Geschwindigkeit zu bewegen, bis festgestellt

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worden ist, daß das Hindernis nicht mehr vorhanden

ORIGINAL IMSPECTED

Claims

Patentansprüche

1. Mit einem Roboter-Arm verwendbare Vorrichtung zum Handhaben von Werkstücken, gekennzeichnet durch

ein Gehäuse,

mehrere, sich aus dem Gehäuse heraus erstreckende Glieder,

eine Kupplungseinrichtung zum Anschließen mindestens eines der Glieder an das Gehäuse, wobei die Kupplungseinrichtung eine Kühleinrichtung zum Feststellen einer auf das betreffende Glied ausgeübten Kraft aufweist, und

eine Ausfahreinrichtung zum Bewegen mindestens eines anderen Gliedes bezüglich der Vorrichtung.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung eine vorbestimmte Position bezüglich eines Werkstückes aufweist und die Ausfahreinrichtung die Glieder veranlaßt, an dem Werkstück anzugreifen.

Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kupplungseinrichtung ein deformierbares Material aufweist und die Fühleinrichtung einen mit dem defoimierbaren Material verbundenen Dehnungsmesser enthält.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung , der den Betrieb der Ausfahreinrichtung unterbricht, wenn Parameter des

Dehnungsmessers bestimmte vorgegebene Werte er- . reichen.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch mindestens einen zweiten Dehnungsmesser, der mit dem anderen Glied verbunden ist, wobei Parameter des zweiten Dehnungsmessers anzeigen, wenn ein Kontakt mit einem Körper hergestellt ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, gekennzeichnet durch einen Roboter-Arm , wobei eine Steuereinrichtung des Roboter-Armes mit dem zweiten Dehnungsmesser

gekoppelt ist und die Steuereinrichtung in vorbe-

stimmter Weise auf Parameter des Dehnungsmessers an- »

spricht.

* 20 ^· Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück in einer vorbestimmten Position bezüglich eines Werkstückträgers als Funktion der Parameter des zweiten Dehnungsmessers angeordnet werden kann.

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8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mehreren Glieder einen ausfahrbaren Arm und mindestens einen nicht ausfahrbaren Arm umfassen, die Kupplungseinrichtung einen defor-

gQ mierbaren Körper aufweist, der den nicht ausfahrbaren Arm mit dem Gehäuse verbindet, und die Fühleinrichtung mindestens einen mit dem deformierbaren Körper verbundenen Dehnungsmesser aufweist, der elektrisch an einen Überwachungs-Computer angeschlossen ist, der einen den ausfahrbaren Finger antrei-

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benden Motor steuert und die Bewegungen des Roboter-Armes lenkt.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch mindestens einen mit dem ausfahrbaren Arm verbundenen Dehnungsmesser, der ein Ausgangssignal liefert, wenn auf den Arm eine Kraft ausgeübt wird.

10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurc h gekenn- -^q zeichnet, daß die mehreren Glieder dafür verwendet werden, an einem im wesentlichen kreisrunden ebenen Material anzugreifen und ausgerüstet sind mit:

einer Vielheit von Greifeinrichtungen oder - elemten

mit jedem der Greifelemente verbundene Bauelemte zur Steuerung des Kontaktes mit dem Material,

einer Einrichtung zum Steuern der Bewegung der Greifeinrichtungen in Anpassung an Materialien von verschiedenen Durchmessern, und

eine mit mindestens einem der Glieder verbundene Fühleinrichtung zum Steuern der Bewegungseinrichtung in Abhängigkeit von einer auf das Material ausgeübten Kraft.

11. Vorrichtung nach Anspruch 10, gekennzeichnet durch eine mit mindestens einer der Greifeinrichtungen verbundene zweite Fühleinrichtung zum Feststellen

«λ einer Kraft, die eine Komponente aufweist, welche zu einer von der Vielheit von Greifeinrichtungen gebildeten Ebene senkrecht ist.

12. Verfahren zum Handhaben einer Vielzahl von kreisrun- _,- den ebenen Werkstücken mit der Vorrichtung gemäß

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einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Werkstück mit der eine kontrollierte Kraft ausübenden Vorrichtung gefaßt wird und von der Vorrichtung ermittelte Kräfte während der Freigabe des Werkstückes überwacht werden.

13. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß Kr?fte, die eine unerwartete Kollision anzeigen, überwacht werden.

14. Verfahren nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß bewegliche Teile der Vorrichtung zum Ausrichten des Werkstückes bezüglich das Werkstück aufnehmender Träger anpassungsfähig gesteuert werden.