DE9017733U1 - Greifersystem, insbesondere zur Reinraumanwendung - Google Patents

Description

90/24447-IPA 19.8.1991

Neue Gebrauchsmusteranmeldung
Fraunhofer-Gesellschaft zur Förderung der angewandten Forschung e.V.

Greifersystem, insbesondere zur Reinraumanwendung Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf ein Greifersystem, insbesondere zur Reinraumanwendung, mit einem Grundteil, der an einer Handhabungseinrichtung anbringbar ist, und an dem zwei Greiferbacken derart gehalten sind, daß sie eine Zustellbewegung zur Handhabung von Wafern, Carriern o. dgl. ausführen können.

Derartige Greifersysteme sind insbesondere in Reinräumen, aber auch bei anderen Anwendungen anwendbar.

Dr. Munich: European Patent Attorney

Dr. Sceinniann: Zufdawen bei den Landgerichten Müixhec I und II. beim Objrlandisgericht München und beim Bayerischen Obenten Landesfericht

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Die Herstellung der Strukturen auf Wafern, wie sie für die Chipfertigung in der Halbleiterindustrie verwendet werden, erfordert je nach Integrationdichte der Chips bis zu 400 Prozeßschritte. In der Praxis finden heute alle Prozeßschritte in Reinräumen der Klasse 10 und besser statt. Dabei erfordern die meisten Fertigungsverfahren spezielle, gegen hohe Temperaturen und/oder chemisch resistente Wafercarrier. Je nach Anzahl der notwendigen Prozeßschritte müssen bis zu 100 Umhordevorgänge erfolgen, d.h. die Wafer müssen zwischen Prozeß- und Transportcarrier umgeladen werden. Typischerweise treten folgenden Möglichkeiten der Waferumhordung zur Anwendung, die für eine automatisierte Fertigung ein flexibles Umhordewerkzeug erfordern:

- eins-zu-eins Umhordung,

- Umhordung mit Freiplätzen,

- Gruppenumhordung,

- Einzelumhordung,

- Back-to-Back-Umhordung,

- Umhordung mit Abstandsänderung.

Die Tendenz zumindest im Prozeßbereich zu hochwertigen Reinräumen erfordert zunehmend hochentwickelte, reinraumtaugliche Handhabungseinrichtungen. Ein geführtes Greifwerkzeug, das die Carrier- und Waferhandhabung einfach und schnell automatisch durchführen kann, ist deshalb in der Chipfertigung von großem Interesse. Das Greifwerkzeug kann dabei entweder von reinraumtauglichen Robotern oder Handhabungssystemen geführt werden, wie sie z.B. in der DE 37 26 025 Al beschrieben sind.

Bislang sind die verschiedensten Werkzeuge bekannt geworden, mit denen Carrier transportiert bzw. Waferum-

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hordvorgänge automatisiert ausgeführt werden können:

Derartige Werkzeug sind beispielsweise Vakuumpinzetten: Eine in mindestens zwei Bewegungsachsen geführte Vakuumpinzette entnimmt Wafer für Wafer der Bereitstellungshorde und legt ihn in der Prozeßhorde ab.

Weiterhin ist es bekannt, Umhordvorgänge mittels eines Aushubstempel auszuführen:

Das Waferpaket wird mittels eines Aushubstempels über den Transportcarrier gehoben. Ein Greifwerkzeug mit kammartigen Greifflächen transportiert das Paket auf einen zweiten Hubstempel. Das Waferpaket wird dann in den Prozeßcarrier abgesenkt. Eine Umhordung mit Abstandsänderung ist ebenfalls möglich.

Weiterhin ist aus dem Artikel "Mit sanfter Hand alles im Griff" in "Produktronic 4-1989, S. 98-101" ein reinraumtaugliches Greifersystem mit Wechselbacken bekannt. Von diesem Greifersystem ist: bei der Formulierung des Oberbegriffs des Anspruchs 1 ausgegangen worden; im übrigen wird auf den genannten Artikel zur Erläuterung aller hier nicht näher erläuterten Einzelheiten ausdrücklich verwiesen.

Dieses bekannte Greifersystem gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1 weist zwei programmierbare Rotationsachsenpaare auf, die eine Verstellung der Greifweite ermöglichen. Darüberhinaus ist in einer Bereitstellungseinrichtung ein Wechsel der Greifflächen möglich.

Dieses Greifwerkzeug hat zwar eine hohe Flexibilität hinsichtlich der Umhordemöglichkeiten. Jedoch ist es für die Carrierhandhabung nur bedingt zu gebrauchen:

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Das Bauvolumen ist auffallend groß. Es muß von reinraumtauglichen Industrieroboter geführt werden, deren Handachsen sich oberhalb des Carriers befinden.

- Der Greifer ist etwa so lang wie der Carrier selber. Sofern der Carrier an seinen standartisierten Handhabungsflächen gegriffen werden soll, kann er nie auf seine Stirnseite gestellt werden; dies entspricht aber seiner genormten Transportstellung.

Die Anordnung der Achsen des Industrieroboter und der Greiferachsen oberhalb des Waferpakets bzw. des Carriers bewirken eine turbulente Strömung im Bereich der Wafer.

- Die Steuerung der Greiferkinematik, bestehend aus zwei programmierbaren Rotationsachsenpaaren, ist aufwendig und bewirkt zusätzliche Positionierungenauigkeiten innerhalb des Gesamtsystems.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Greifersystem, insbesondere zur Reinraumanwendung, mit einem Grundteil, der an einer Handhabungseinrichtung o. dgl. anbringbar ist, und an dem zwei Greiferbacken derart gehalten sind, daß sie eine Zustellbewegung zur Handhabung von Wafern, Carriern o. dgl. ausführen können, derart weiterzubilden, daß eine flexiblere Handhabung der handzuhabenden Teile, wie beispielsweise sowohl von Carriern als auch von Wafern möglich ist, und insbesondere Carrier sowohl auf ihrer Fuß- wie auch auf ihrer Stirnfläche absetzbar sind, und darüberhinaus sämtliche Umhordevorgänge durch raschen Wechsel der Greifflächen möglich sind.

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Eine erfindungsgemäße Lösung dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 angegeben. Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der weiteren Ansprüche.

Erfidnungsgemäß weisen die Greiferbacken jeweils einen Linearteil auf, die in dem Grundteil in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar gelagert sind, und an deren vorderem Ende jeweils eine Dreheinheit angebracht ist, deren Welle sich in etwa senkrecht zur Längsachse des Linearteils erstreckt und wenigstens zwei unterschiedliche Greifelemente trägt.

Das erfindungsgemäße Greifersystem erlaubt verglichen mit dem gattungsgemäßen Greifersystem eine flexiblere Handhabung sowohl von Carriern als auch von Wafern:

Sämtliche Umhordevorgänge sind durch raschen Wechsel der Greifflächen möglich.

Der Carrier ist sowohl auf seiner Fuß- wie auch auf seiner Stirnfläche absetzbar.

- Wahlweise können durch Wahl entsprechender Greifeinsätze beliebige Carrier- oder Waferformen (z.B. Quarzboote, eckige Wafer) gehandhabt werden.

- Aufgrund der konstruktiven Auslegung des Greifmechanismusses bzw. der Greifflächenwechseleinrichtung ist das Greifwerkzeug hinsichtlich Partikelemission und Umströmungsbehinderung besonders günstig.

Die Erfindung wird nachstehend ohne Beschränkung des allgemeinen Erfindungsgedankens anhand von Ausführungsbei-

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spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung exemplarisch beschrieben, auf die im übrigen bezüglich der Offenbarung aller im Text nicht näher erläuterten erfindungsgemäßen Einzelheiten ausdrücklich verwiesen wird. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht eines erfindungsgemäßen Greifersystems,

Fig. 2 einen Längsschnitt durch dieses Greifersystem, Fig. 3 einen Querschnitt bei I-I in Fig. 2, und Fig. 4 das Greifersystem mit einem Carrier.

Das in den Fig. 1 bis 4 dargestellte Ausführungsbeispiel eines erfindungsgemäßen Greifersystems weist einen Grundteil 1 auf, der beispielsweise an einer (nicht gezeigten) Handhabungseinrichtung o. dgl. anbringbar ist, und der die eigentlichen Greiferbacken trägt.

Wie insbesondere die Fig. 1 und 2 zeigen, weisen die Greiferbacken jeweils einen Linearteil 2, 2' auf, von denen jeder in dem Grundteil 1 in Richtung seiner Längsachse verschiebbar gelagert ist, so daß eine Zustellbewegung ausgeführt werden kann. Dabei haben die beiden Linearteile 2 und 2' einen festen Abstand A in Richtung senkrecht zu ihrer Längsachse voneinander.

Die Verschiebung für die Zustellbewegung der Linearteile kann beispielsweise durch ein Ritzel 17 (s. Fig. 2) erfolgen, das die Linearteile 2 bzw. 2' über jeweils eine Zahnstange gegenläufig bewegt. Der Antrieb des Ritzels 17 kann z.B. durch einen Motor 19 mit nachgeschaltetem Getriebe 18 und mit integriertem Wegmesssystem 20 erfolgen. Die Abdichtung zwischen Greiferführungen und Handachse kann z.B. durch Absaugung, Falten-

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balg, Ferrofluid-, Drossel- oder Labyrinthdichtungen erfolgen. Zur Kabelführung können ferner die Linearteile 2 bzw. 2' hohlgebohrt sein.

Die Linearteile 2 und 2' weisen an ihrem vorderen Ende jeweils eine Kröpfung 2" auf, die jeweils eine Dreheinheit trägt. Diese Dreheinheiten weisen aus Strömungsgründen tropfenförmige, geschlossene und glatte Gehäuse 6 auf, so daß sich möglichst keine Teile im Laminarstrom über dem handzuhabenden Objekt 21 (s. Fig. 4), wie einem Behälter befinden. Beide Gehäuse sind darüberhinaus neben dem Handhabungsobjekt 21 angeordnet, so daß dessen laminare Umströmung geringstmöglichst gestört wird.

Fig. 3 zeigt, daß in den Gehäusen 6 jeweils ein Stellmotor 4, ein Endschalter 3 und ein Elektromagnet 5 angeordnet sind. Der Stellmotor 4 treibt über ein Getriebe 8 einen auf einer Achse 7 drehbar gelagerten Zylinder 11 zu einer Drehbewegung an. Hierzu sind entsprechende Lager 12 bzw. 15 auf der Achse 7 vorgesehen. Die Achsen 7 bzw. die Zylinder 11 erstrecken sich bei dem gezeigten Ausführungsbeispiel parallel zur Verbindungslinie der beiden Linearteile 2 und 2¹.

Auf dem Zylinder 11 sind Greifflächen 13, 14 bzw. 16 angebracht, die durch eine Drehung des Zylinders 11 in die Einsatzstellung überführt werden können, in der sie in Anlage mit dem handzuhabenden Teil 21 (Fig. 4) kommen:

Sollen die Greiferflächen 13, 14 bzw. 16 gewechselt werden, zieht der Elektromagnet 5 einen Arretierstift aus den Klauen des Drehzylinders 11 und bedämpft

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gleichzeitig den Endschalter 3. Als Folge des Schaltsignals dreht der Elektromotor 4 über das Getriebe 8 langsam den Drehzylinder 11. Nach kurzer Zeit wird der Elektromagnet abgeschaltet. Die Arretierstifte 10 drükken so lange gegen den Drehzylinder, bis sie in die Klauen der nächsten Greiferstellung fallen. Der Endschalter 3 wird nun nicht mehr bedämpft, worauf der Motor 4 abgeschaltet wird. Zur Sicherheit kann ein zusätzlicher Sensor vorgesehen werden, der die erfolgte Drehung registriert. Der Drehzylinder ist gegenüber dem Gehäuse hermetisch, z.B. mittels einer Ferrofluiddichtung, abgedichtet. Partikel können somit nicht in den Produktraum entweichen.

Als Greifflächen sind hierbei denkbar:

Greifflächen zum Carriertransport, die an wenigstens zwei Stellen linienförmig oder an 4 Stellen nahezu punktförmig am Carrier anliegen, wobei durch die geringe Auflagefläche eine Kontaminierung von Greifer und/oder Carrier praktisch vermieden wird. Greifflächen zum Wafertransport, die ein Waferpaket bzw. Einzelwafer greifen und transportieren können.

Durch eine spezielle Ausbildung des (kammförmigen) Werkzeugs kann eine Umhordung mit Abstandsänderung der Einzelscheiben zueinander erfolgen.

Greifflächen zum Transport/Handhabung von Prozeßcarriern, z.B. für Quarzboote, können dem Behälter entsprechend angepaßt werden, wobei auf geringe Auflageflächen zur Vermeidung der Partikelerzeugung geachtet werden muß.

Claims (8)

- 9 - ■ F 52/90 Petansprüche

1. Greifersystem, insbesondere zur Reinraumanwendung, mit einem Grundteil, der an einer Handhabungseinrichtung o. dgl. anbringbar ist, und an dem zwei Greiferbacken derart gehalten sind, daß sie eine Zustellbewegung zur Handhabung von Wafern, Carriern o. dgl. ausführen können,

dadurch gekennzeichnet, daß die Greiferbacken jeweils einen Linearteil (2,2') aufweisen, die in dem Grundteil (1) in Richtung ihrer Längsachse verschiebbar gelagert sind, und an deren vorderem Ende jeweils eine Dreheinheit (4,8) angebracht ist, deren Welle (11) sich in etwa senkrecht zur Längsachse des Linearteils (2,2') erstreckt und wenigstens zwei unterschiedliche Greifelemente (13,14,16) trägt.

2. Greifersystem nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet, daß sich die Wellen (11) der Dreheinheiten (4,8) parallel zur Verbindungslinie der beiden Linearteile (2,2') erstrecken.

3. Greifersystem nach Anspruch 1 oder 2,

dadurch gekennzeichnet, daß die Linearteile (2,2') an ihrem vorderen Ende eine Kröpfung aufweisen, die die Dreheinheiten trägt.

4. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreheinheiten (4,8) ein tropfenförmiges, geschlossenes und glattes Gehäuse (6) aufweisen.

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5. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zum Antrieb der Linearteile (2,2") ein Ritzel (17) vorgesehen ist, das die Linearteile über jeweils eine Zahnstange gegenläufig bewegt.

6. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß Sensoren (20) zur Überwachung der Bewegung der Linearteile (2,2') und/oder Dreheinheiten (4,8) vorgesehen sind.

7. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß zur Kabelführung o. dgl. die Linearteile (2 bzw. 2') hohl sind.

8. Greifersystem nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß Dichtungen für sämtliche beweglichen Teile vorgesehen sind.