Technisches Gebiet
[0001] 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.
[0002] Ferner bezieht sich die Erfindung auf ein Verfahren zum Vereinzeln und Transportieren
von in einem Substratstapel bereitgestellten Substraten.
Definitionen
[0003] 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.
[0004] 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.
[0005] 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
[0006] Trägereinrichtung angeordneten "stehenden" Substratstapels angeordnet ist, zeigt
die Stapelrichtung demnach in Pfeilrichtung rechts.
[0007] Die "Vorschubrichtung" eines Stapels entspricht im Wesentlichen der Stapelrichtung.
[0008] 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.
[0009] 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.
[0010] 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°.
[0011] 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.
[0012] 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.
[0013] 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.
[0014] 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.
[0015] 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.
Stand der Technik
[0016] 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.
[0017] 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.
[0018] 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.
[0019] Bevor die einzelnen Substrate, die nun eine scheibenförmige Ausbildung aufweisen,
von der Halteeinrichtung abgelöst werden, findet in der Regel eine Vorreinigung statt.
[0020] 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.
[0021] 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.
[0022] 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.
[0023] Aus der
DE 697 22 071 T2 ist eine Vorrichtung für das Einlegen von durch Zersägen eines Substratblocks erhaltenen
Wafern 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.
[0024] 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.
Nachteile des Standes der Technik
[0025] Die Vereinzelung der jeweiligen Substrate gestaltet sich schwierig.
[0026] 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.
[0027] 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.
[0028] 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.
[0029] Eine von Hand durchgeführte Vereinzelung birgt die Gefahr, dass die sehr dünnen und
bruchempfindlichen sowie scheibenförmig ausgebildeten Substrate insbesondere aufgrund
der erhöhten Adhäsionskräfte zerbrechen.
Aufgabe der Erfindung
[0030] 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.
Lösung der Aufgabe
[0031] 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.
[0032] Somit besteht die Lösung der Aufgabe darin, eine Vorrichtung gemäß Anspruch 1 und/oder
ein Verfahren gemäß den Merkmalen des Anspruchs 16 vorzuschlagen.
Vorteile der Erfindung
[0033] Einer der wesentlichen Vorteile der Erfindung besteht darin, dass die Substrate bruchsicher
in einem schnellen Zyklus vollständig und automatisiert vereinzelt werden können.
[0034] 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.
[0035] 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.
[0036] 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.
[0037] 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.
[0038] 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.
[0039] 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.
[0040] 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.
[0041] 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.
[0042] 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.
[0043] 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.
[0044] 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.
[0045] 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.
[0046] Der Zyklus ist beliebig oft wiederholbar.
[0047] 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.
[0048] 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.
[0049] 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.
[0050] 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.
[0051] Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen gehen aus der nachfolgenden Beschreibung, den
Ansprüchen sowie den Zeichnungen hervor.
Zeichnungen
[0052] Es zeigen:
- Fig. 1 [A-F]
- eine schematische Darstellung des erfinderischen Kerns der erfindungsgemäßen Vorrichtung,
insbesondere des Ablaufs eines Vereinzelungs- und Transportprozesses eines zu vereinzelnden
Substrats;
- Fig. 2
- eine schematische Darstellung eines Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung
gemäß Fig. 1 in Seitenansicht;
- Fig. 3
- eine schematische Darstellung der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform in perspektivischer
Ansicht;
- Fig. 4 [A]
- eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in Seitenansicht;
- Fig. 4 [B]
- eine schematische Darstellung eines ersten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in perspektivischer Ansicht;
- Fig. 5 [A]
- eine schematische Darstellung eines zweiten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in Seitenansicht;
- Fig. 5 [B]
- eine schematische Darstellung eines zweiten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in perspektivischer Ansicht;
- Fig. 6 [A]
- eine schematische Darstellung eines dritten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in Seitenansicht;
- Fig. 6 [B]
- eine schematische Darstellung eines dritten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in perspektivischer Ansicht;
- Fig. 7 [A]
- eine schematische Darstellung eines vierten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in Seitenansicht;
- Fig. 7 [B]
- eine schematische Darstellung eines vierten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in perspektivischer Ansicht;
- Fig. 8 [A]
- eine schematische Darstellung eines fünften Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in Seitenansicht;
- Fig. 8 [B]
- eine schematische Darstellung eines fünften Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in perspektivischer Ansicht;
- Fig. 9 [A]
- eine schematische Darstellung eines sechsten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in Seitenansicht;
- Fig. 9 [B]
- eine schematische Darstellung eines sechsten Verfahrensschritts der erfindungsgemäßen
Vorrichtung gemäß Fig. 2 in perspektivischer Ansicht.
Beschreibung
[0053] In Figur 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.
[0054] 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 Figur 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.
[0055] 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.
[0056] 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.
[0057] 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 Figur 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.
[0058] Ferner ist eine Transporteinrichtung 113 vorgesehen. Diese Transportvorrichtung 113
besteht aus einem Förderband 114, das über eine Achse 115 in Pfeilrichtung 116 angetrieben
wird.
[0059] 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.
[0060] 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.
[0061] 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.
[0062] 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.
[0063] In der Darstellung Figur 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 Figur 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.
[0064] 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.
[0065] 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.
[0066] In den Figuren 2 und 3 ist schematisch eine Vorrichtung 201 dargestellt, die im Vergleich
zu Fig. 1 eine Weiterbildung des Grundgedankens darstellt.
[0067] Die Vorrichtung 201 ist insbesondere zum Vereinzeln und Transportieren von scheibenförmig
ausgebildeten Substraten 202 geeignet.
[0068] 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.
[0069] Bevorzugt sind die einzelnen Substrate 202 in einem Neigungswinkel α (Fig. 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.
[0070] 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.
[0071] Ferner ist eine Transporteinrichtung 213 vorgesehen. Diese Transporteinrichtung 213
besteht aus einem Förderband 214, das über eine Achse 15 in Pfeilrichtung 216 angetrieben
wird.
[0072] 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.
[0073] 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.
[0074] Ferner ist in Fig. 2 und Fig. 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 Fig. 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.
[0075] 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.
[0076] Eine besondere Ausbildung dieses Sensorelements 224 ist in den Fig. 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.
[0077] 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.
[0078] 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.
[0079] 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.
[0080] 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.
[0081] Im nachfolgenden werden die einzelnen Verfahrensschritte anhand der Fig. 4 bis 9
näher erläutert.
[0082] In Fig. 4 A und B ist die sogenannte Beladesituation der erfindungsgemäßen Vorrichtung
201 dargestellt. Die Trägereinrichtung 204 ist zur Aufnahme eines noch nicht näher
dargestellten Substratstapels bereit.
[0083] 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.
[0084] Der Greifer 208 der Entnahmeeinrichtung 207 befindet sich ebenfalls in einer Ausgangssituation,
so dass er zwischen die Andruckstifte 223 des Andruckelements 222 eintauchen kann.
[0085] Die Transporteinrichtung 213 ist für die Aufnahme von Substraten bereit. Die Strömungsdüsen
218 der Strömungseinrichtung 217 sind noch ausgeschaltet.
[0086] Fig. 5 A 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.
[0087] 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.
[0088] In Fig. 6 A 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.
[0089] 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 Fig. 7 A und B dargestellt entnommen werden. Alternativ oder zusätzlich ist vorgesehen,
den Greifer in Pfeilrichtung 212 (Fig. 7 A) zu verschwenken, bis eine flächige Anlage
an der Oberfläche des Substrats 202 erfolgt. Dadurch ist das zu vereinzelnde Substrat
freigegeben und kann, wie in Fig. 7 A und B dargestellt, in Pfeilrichtung 210 entnommen
werden, um es anschließend auf der Transporteinrichtung 213 abzulegen.
[0090] Um jedoch zu verhindern, dass die Oberfläche des zu vereinzelnden Substrats 202 beschädigt
wird, wird, wie in Fig. 7 A 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.
[0091] In der Zeitspanne (Fig. 8 A 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.
[0092] Die Ablage des Substrats 202 durch die Entnahmeeinrichtung 207 ist in den Fig. 9
A 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.
[0093] 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.
[0094] Auf diese Weise wird der entsprechende Prozess wiederholt, so oft es nötig ist.
[0095] 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.
[0096] 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.
[0097] 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.
Bezugszeichenliste
[0098]
| 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 |
1. Vorrichtung zum Vereinzeln und Transportieren von scheibenförmig ausgebildeten Substraten,
wobei die Vorrichtung im Wesentlichen folgende Baugruppen umfasst:
- eine innerhalb eines Fluids angeordnete Trägereinrichtung (104; 204), in der die
einzelnen Substrate (102; 202) sequenziell hintereinander stehend in einer Vorschubrichtung
(105; 205) in Form eines Substratstapels (103; 203) angeordnet sind,
- eine Entnahmeeinrichtung (107; 207) zum Vereinzeln und Transportieren mindestens
eines Substrats (102; 202), wobei die Entnahmeeinrichtung (107; 207) einen Greifer
(108; 208) mit Mitteln umfasst, mit denen das Substrat (102; 202) aufnehmbar und von
der Trägereinrichtung (104; 204) wegführbar ist,
- eine Strömungseinrichtung (117; 217) zum Auffächern zumindest eines Teils des Substratstapels
(103; 203), und
- ein Andruckelement (122; 222), das den aufgefächerten Substraten (102; 202) entgegenwirkt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Andruckelement (122; 222) mehrere Andruckstifte (123; 223) umfasst, die gegen
die Oberfläche des zu vereinzelnden Substrats (102; 202) drücken.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass eine Lagebestimmungseinrichtung (220) zum Detektieren der Lage und/oder Position
zumindest des zu vereinzelnden Substrats (202) vorgesehen ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (108; 208) derart ausgebildet ist, dass die Entnahme des zu vereinzelnden
Substrats (102; 202) quer oder zumindest ungefähr senkrecht zur Vorschubrichtung (105;
205) erfolgt.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Entnahme parallel zur flächigen Ausbildung des zu vereinzelnden Substrats (102;
202) erfolgt.
6. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (108; 208) Öffnungen aufweist, durch die Fluid ansaugbar oder ausgebbar
ist.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass der Greifer (108; 208) in Draufsicht balkenförmig, O-förmig, U-förmig, V-förmig oder
flächenmäßig ausgestaltet ist.
8. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (104; 204) Mittel aufweist, durch die die zu vereinzelnden
Substrate (102; 102) entlang einem Neigungswinkel α ausrichtbar sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Neigungswinkel α derart gewählt ist, dass der sich zwischen Vorschubrichtung
(105; 205) und Flächennormalen der eher in Vorschubrichtung weisenden Substratfläche
der einzelnen Substrate (102; 202) ergebende Winkel positiv ist, was mit einer Neigung
der Substrate nach hinten gleichbedeutend ist.
10. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (104; 204) in mindestens eine Richtung verschiebbar ist.
11. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (104; 204) und/oder der Substratstapel (103; 203) gegen das
Andruckelement (122; 222) verschiebbar ist bzw. sind.
12. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Trägereinrichtung (204) und/oder der Substratstapel (203) gegen die Lagebestimmungseinrichtung
(220) verschiebbar ist bzw. sind.
13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass sie ferner eine über dem Substratstapel (103; 203) mit den zu vereinzelnden Substraten
(102; 202) angeordnete Transporteinrichtung (113; 213) umfasst.
14. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Lagebestimmungseinrichtung (220) einen Sensor (222) zur Prüfung der Anlage eines
Substrats (202) umfasst.
15. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Andruckelement (122; 222) derart angeordnet ist, dass der Greifer (108; 208)
zwischen seinen Andruckstiften (123; 223) positionierbar ist.
16. Verfahren zum Auffächern, Vereinzeln und Transportieren von scheibenförmig ausgebildeten
Substraten unter Verwendung einer Vorrichtung, welche im Wesentlichen folgende Baugruppen
umfasst:
- eine innerhalb eines Fluids angeordnete Trägereinrichtung (104; 204), in der die
einzelnen Substrate (102; 202) sequenziell hintereinander stehend in einer Vorschubrichtung
(105; 205) in Form eines Substratstapel (103; 203) angeordnet sind,
- eine Entnahmeeinrichtung (107; 207) zum Vereinzeln und Transportieren mindestens
eines Substrats (102; 202), wobei die Entnahmeeinrichtung (107; 207) einen Greifer
(108; 208) mit Mitteln umfasst, mit denen das Substrat (102; 202) aufnehmbar und von
der Trägereinrichtung (104; 204) wegführbar ist,
- eine Strömungseinrichtung (117; 217) zum Auffächern zumindest eines Teils des Substratstapels
(103; 203), und
- ein Andruckelement (122; 222), das den aufgefächerten Substraten (102; 202) entgegenwirkt;
wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst:
a. Verfahren der Trägereinrichtung (104; 204) zusammen mit dem Substratstapel (103;
203) bzw. des Substratstapels (103; 203) in Vorschubrichtung (105; 205) gegen das
Andruckelement (123; 223) zum Erreichen einer Entnahmeposition für das zu vereinzelnde
Substrat (102; 202),
b. Auffächern zumindest eines Bereichs des Substratstapels (103; 203) durch eine Strömungseinrichtung
(117; 217) derart, dass Zwischenräume (119; 219) entstehen;
c. Vereinzeln des Substrats durch
- Positionieren des Greifers (108; 208) nahezu parallel zur flächigen Ausbildung des
Substrats (102; 202),
- Herstellung eines Haftkontaktes zwischen Substrat (102; 202) und Greifer (108; 208),
und
- Entnehmen des Substrats (102; 202) innerhalb des Fluids quer zur Vorschubrichtung
(105; 205) bzw. parallel zur flächigen Ausbildung der Substrate (102; 202).
17. Verfahren nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass innerhalb des Substratstapels (103; 203) durch das Auffächern mittels der Strömungseinrichtung
(117; 217) Zwischenräume (119; 219) gebildet werden, und durch die Fluidströmung der
Strömungseinrichtung (117; 217) in den Zwischenräumen (119; 219) Fluidkissen entstehen,
die eine dämpfende Wirkung beim Anfahren des Greifers (108; 208) auf das zu vereinzelnde
Substrat (102; 202) erzeugen.