Greifer, insbesondere Bernoulli-Greifer

Die Erfindung betrifft einen Greifer, insbesondere Bernoulli-Greifer zur berührungslosen Aufnahme von flächigen Bauteilen wie siliziumbasierten Wafern, mit einem mit einem steuerbaren Roboterarm verbundenen Klemmring, mit einer über ein trichterförmiges Bauelement mit dem Klemmring verbundenen Prallscheibe mit einer GreiSläche, die mit einem das trichterförmige Bauelement und die Prallscheibe durchsetzenden Strömungssystem kommuniziert, über das nach Anlegen eines überdrucks an den Bernoulli-Greifer ein Unterdruck an der Greifϊläche der Prallscheibe zum Ansaugen des zu greifenden Wafers zu erzeugen ist, mit einer in der Greifϊläche integrierten gummierten Anlagefläche eines Auflagerings, durch die ein rutschfestes Verfahren des an der Greiffläche angesaugten Wafers gegeben ist, und mit einem Sensor zur Erkennung des an der Greiffläche angesaugten Wafers.

Es ist z.B. bekannt, bei der automatisierten Herstellung von bruchgefährdeten siliziumbasierten Wafern bzw. von Solarzellen für vielfaltige Handlingsaufgaben Greifsysteme mit auf dem Beraoulliprinzip basierenden Greifern einzusetzen, mit denen durch Erzeugen eines Unterdrucks an der Greiffläche des Greifers eine vereinzelte berührungslose Aufnahme der Wafer in der gerade vorhandenen Position möglich ist. Hierbei hat sich jedoch als eine Gefahrenquelle für eine Waferbeschädigung der ansaugbedingte ungebremste Anschlag des jeweils zugreifenden Wafers an der Greiffläche des Greifers erwiesen.

Der vorliegenden Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, einen Greifer der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stellen, mit dem zur Verringerung des Ausschusses bei der berührungslosen Aufnahme von flächigen Bauteilen wie siliziumbasierten Wafern ein äußerst stoßschonendes Anlegen des zu greifenden Wafers an der Greiffläche des Greifers möglich ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine an den Greifer umlaufend adaptierte Dämpfungseinrichtung, deren Umriß - gesehen in der Draufsicht des Greifer - diesen konturenmäßig umlaufend überragt und die für den zu greifenden Wafer in dessen zur Greiffläche ansaugbedingten Anflug einen solchen Dämpfungswiderstand bildet, daß der Wafer stoßschonend an der gummierten Anlagefläche des Auflagerings zur Anlage kommt.

Vorzugsweise ist die Dämpfungseinrichtung des Greifers von einer Bürste mit elastischen Borsten gebildet ist, die - gesehen in der Seitenansicht des Greifers - um ein bestimmtes Maß über alle übrigen Bauteile des Greifers vorragen und für den zu greifenden Wafer im zur Greiffläche ansaugbedingten Anflug als ersten Kontakt den Dämpfungswiderstand bilden. Die zu den frei auslaufenden Borstenenden entgegengesetzten Borstenenden können in einem umlaufenden Bürstenrand befestigt sein, der in einer umlaufenden Klemmnut des Greifers auswechselbar gehaltert ist, die von dem Klemmring und dem trichterförmigen Bauelement gebildet ist.

Es ist auch denkbar, die Dämpfüngseinrichtung des Greifers in Form eines kreisförmigen Folienzuschnitts aus Kunststoff mit sich vom Umfang des letzteren radial einwärts ersteckenden, durch Schlitze voneinander getrennten elastischen Lamellen auszubilden, die für die erforderliche Dämpfung beim ansaugbedingten Anflug des zu greifenden flächigen Bauteils sorgen. äquivalente Ausfuhrungsformen sind ebenfalls möglich.

Bevorzugt sind - gesehen in der Draufsicht des Greifers - der Umriß der Greiffläche der Prallscheibe und der Umriß der Bürste kreisförmig und die Prallscheibe und die Bürste koaxial zur Achse des Greifers angeordnet. Weiterhin können die elastischen Borsten der Bürste - gesehen in der Draufsicht des Greifers - einen offenen Kreisring von ca. 340° bilden, wobei der borstenfreie Ringabschnitt der Bürste einem kapazitiven Sensor zur Erkennung des angesaugten Wafers räumlich zugeordnet ist. Auch können die Borsten der Bürste zur Ebene der Greiffläche der Prallscheibe unter einem Winkel von 16,5° ± 1° abwärts geneigt verlaufen, wobei das vorbestimmte Maß, über das die elastischen Borsten der Bürste - gesehen in der Seitenansicht des Greifers - über alle übrigen Bauteile des Greifers vorragen, im Bereich von 1,5 mm bis 3,5 mm liegt. Bevorzugt bestehen die elastischen Borsten der Bürste aus Polyamid.

Der erfindungsgemäße Greifer gewährleistet, daß der anzusaugende Wafer in jedem Fall zuerst mit den elastischen Borsten der Bürste in Kontakt kommt und somit im ansaugbedingten Anflug zur Greiffläche des Greifers sozusagen behutsam auf mechanische Weise gedämpft und dann stoßschonend an der gummierten Anlagefläche des Anlagerings zur Anlage gebracht wird. Hierbei ist es unbedeutend, ob das flächige Bauteil parallel zur gummierten Anlagefläche liegt oder nicht,

vielmehr wird in jedem Fall die Gefahr einer Beschädigung der bruchgefährdeten Wafer bei ihrem Handling vermindert und deren Ausschuss somit beträchtlich verringert. Die gummierte Anlagefläche sorgt für eine zum schnellen Seitwärtsverfahren notwendige Reibung zwischen dem zu greifenden Wafer und der Greiffläche des Greifers.

Vorteilhafterweise kann die Dämpfungseinrichtung des Greifers, die an diesen umlaufend adaptiert ist und den Greifer konturenmäßig umlaufend überragt, auch ein in sich geschlossener dichtlippenartiger Gummiring aus geeignetem elastischen, sehr weichem Material sein, durch den der Wafer in seiner ansaugbedingten Anlage an der gummierten Anlagefläche des Auflagerings, die in der Greiffläche integriert ist, umfangsmäßig hermetisch gegenüber der vom Strömungssystem durchsetzten Prallscheibe abgedichtet ist. Bei dieser Ausführungsform ist der Betrieb des Bernoulli- Greifers unmittelbar nach dem ansaugbedingten Anlegen des Wafers an der gummierten Anlagefläche durch Einschalten einer an einen Luftanschluß des Strömungssystems angeschlossenen Vakuumpumpe auf Vakuumbetrieb umzustellen, während zugleich ein zweiter Luftanschluß des Strömungssystems abgeschaltet wird, der zur Erzeugung der Druckdifferenz zum Ansaugen des Wafers mit Luft beaufschlagt war. Wenn der Bernoulli-Greifer den Wafer ansaugt, zieht sich der dichtlippenartige Gummiring zusammen und bildet einen kompletten Dichtkreis mit dem Wafer. Innerhalb des Dichtkreises kann sich ein Vakuum aufbauen, so daß der Wafer durch atmosphärischen Außendruck an der gummierte Anlagefläche angedrückt und rutschfest festgehalten wird. Der Luftverbrauch kann auf diese Weise bei sicherem Halten des Wafers an der gummierten Anlagefläche des Auflagerings beträchtlich vermindert werden.

Eine bevorzugte Ausführungsform des erfindungsgemäßen Greifers wird nun anhand der Zeichnungen beschrieben. In diesen sind:

Fig. 1 eine geschnittene Seitenansicht eines schematisch dargestellten Bernoulli-Greifers in Zuordnung zu einem zu greifenden Wafer,

Fig. 2 eine von unten gesehene Perspektivdarstellung des Bernoulli-Greifers ohne den zu greifenden Wafer,

Fig. 3 eine von oben gesehene Perspektivdarstellung des Bernoulli-Greifers ohne den zu greifenden Wafer und

Fig. 4 eine der Fig. 2 entsprechende Perspektivdarstellung des Bernoulli-Greifers, wobei die Dämpfungseinrichtung des Greifers jedoch von einem in sich geschlossenen Gummiring gebildet ist.

Wie aus den Fig. 1 bis 3 zu ersehen ist, setzt sich der Bernoulli-Greifer 1 zur berührungslosen Aufnahme von flächigen Bauteilen wie siliziumbasierten Wafern 2 im Wesentlichen zusammen aus einem Klemmring 4, der mit mindesten einem steuerbaren Roboterarm 3 verbunden ist, einer Prallscheibe 6, die mit dem Klemmring 4 über ein trichterförmiges Bauelement 5 verbunden ist und eine Greifϊläche 7 aufweist, in der eine gummierte Anlagefläche 9 eines Auflagerings 10 integriert ist, einem das trichterförmige Bauelement 5 und die Prallscheibe 6 durchsetzenden Strömungssystem 8, das mit der Greiffläche 7 des Greifers 1 kommuniziert, einer an den Greifer 1 umlaufend adaptierten Dämpfüngseinrichtung 12 in Form einer Bürste mit elastischen Borsten 19 und einem kapazitiven Sensor 7 zur Erkennung eines vom Greifer 1 aufgenommene Wafers 2.

Beim Anlegen eines überdrucks an den Bernoulli-Greifer 1 wird über das Strömungssystem 8 ein Unterdruck an der Greifϊläche 7 der Prallscheibe 6 zum Ansaugen des zu greifenden Wafers 2 aufgrund der gebildeten Druckdifferenz erzeugt. Da, wie am besten Fig. 1 verdeutlicht, die Prallscheibe 6 und die die Dämpfungseinrichtung bildende Bürste 12 koaxial zur Längsachse 18 des Greifers 1 angeordnet sind und der kreisförmige Umriß der Bürste - gesehen in der Draufsicht des Greifers 1- diesen und damit die kreisförmige Greiffläche 7 der Prallscheibe 6 konturenmäßig umlaufend überragt, kommt der zu greifende Wafer 2 beim ansaugbedingten Anflug zur Greifϊläche 7 in jedem Fall zuerst mit den elastischen Borsten 13 der Bürste 12 in Kontakt, die - gesehen in der Seitenansicht des Greifers 1 - über den Klemmring 4, das trichterförmige Bauelement 5 und die Prallscheibe 6 des Greifers 1 um ein Maß im Bereich von 1,5 mm bis 3,5 mm vorragen. Die Borsten 13 der Bürste 12, die gemäß Fig. 1 zur Ebene der Greiffläche 7 der Prallscheibe 6 unter einem Winkel von 16,5° ± 1° abwärts geneigt verlaufen können, üben einen solchen Dämpfungswiderstand für den ansaugbedingten Anflug des Wafers 2 aus, daß dieser stoßschonend an der gummierten Anlagefläche 9 des Auflagerings 10 zur Anlage kommt. Die Bruchgefährdung

des Wafers 2 wird somit auf mechanische und zugleich Energie sparende Weise beträchtlich herabgesetzt.

Wie aus Fig. 1 weiterhin hervorgeht, sind die zu den frei auslaufenden Borstenenden 14 entgegengesetzten Borstenenden 15 in einem umlaufenden Borstenrand 16 befestigt, der in einer umlaufenden Klemmnut 17 des Greifers 1 auswechselbar gehaltert ist, die von dem Klemmring 4 und dem trichterförmigen Bauelement 5 gebildet. Eine Auswechselung der Dämpfungseinrichtung entsprechend der Flächengröße des zu greifenden Wafers 2 ist somit bei Bedarf in geeigneter Weise möglich.

Die Fig. 2 und 3 zeigen, daß bei der dargestellten Ausfuhrungsform des Greifers 1 die elastischen Borsten 13 der Bürste 12 - gesehen in der Draufsicht des Greifers 1 - einen offenen Kreisring von ca. 340° bilden, wobei der borstenfreie Ringabschnitt 19 der Bürste 12 dem kapazitiven Sensor 11 zur Erkennung des angesaugten 2 Wafers räumlich zugeordnet ist.

Gemäß Fig. 4 ist die Dämpfungseinrichtung 12 des Greifers 1, die an diesen umlaufend adaptiert ist und den Greifer 1 konturenmäßig umlaufend überragt, von einem in sich geschlossenen dichtlippenartigen Gummiring aus geeignetem elatischen, sehr weichem Material gebildet, durch den der Wafer 2 in seiner ansaugbedingten Anlage an der gummierten Anlagefläche 9 des Auflagerings 10, die in der Greiffläche 7 integriert ist, umfangsmäßig hermetisch gegenüber der vom Strömungssystem 8 durchsetzten Prallscheibe abgedichtet ist. Der Betrieb des Bernoulli- Greifers 1 ist unmittelbar nach dem ansaugbedingten Anlegen des Wafers 2 an der gummierten Anlagefläche 9 des Auflagerings 10 durch Einschalten einer an einen Luftanschluß des Strömungssystems 8 angeschlossenen Vakuumpumpe auf Vakuumbetrieb umzustellen, während zugleich ein zweiter Luftanschluß des Strömungssystems 8 abgeschaltet wird, der zur Erzeugung der Druckdifferenz zum Ansaugen des Wafers 2 mit Luft beaufschlagt war. Wenn der Bernoulli- Greifer 1 den Wafer 2 ansaugt, zieht sich der dichtlippenartige Gummiring 12 zusammen und bildet einen kompletten Dichtkreis mit dem Wafer 2. Innerhalb des Dichtkreises kann sich Vakuum aufbauen, so daß der Wafer 2 durch atmosphärischen Druck an der gummierten Anlagefläche 9 angedrückt und rutschfest gehalten wird. Der Luftverbrauch wird auf diese Weise bei sicherem Halten des Wafers 2 an der Anlagefläche 9 des Auflagerings 10 beträchtlich vermindert.

Liste der Bezugszeichen:

1 Greifer, Bernoulli-Greifer

2 flächiges Bauteil, siliziumbasierter Wafer

3 Roboterarm

4 Klemmring

5 trichterförmiges Bauelement

6 Prallscheibe

7 Greiffläche

8 Strömungssystem

9 gummierte Anlagefläche

10 Auflagering

11 Sensor

12 Dämpfungseinrichtung, Bürste, Gummiring

13 Borsten

14 frei auslaufende Borstenenden

15 festliegende Borstenenden

16 Bürstenrand

17 Klemmnut

18 Längsachse des Greifers

19 borstenfreier Ringabschnitt der Bürste d bestimmtes Maß