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Die
Erfindung betrifft eine Transfereinheit einer Bearbeitungsanlage
für flächige Substrate
von Mikrosystemen gemäß dem Oberbegriff
des Anspruches 1.
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Eine
Transfereinheit der oben genannten Art ist aus der
DE 100 38 168 C2 bekannt
und besteht aus einer Andockstation für Transportboxen flächiger Substrate.
Die Andockstation nimmt eine Umsetzeinrichtung mit einem Handhabungsroboter
auf, dessen mehrgliedriger Greiferarm die Substrate zwischen der
Transportbox und gegenüberliegend
zur Transportbox an die Andockstation angesetzten, separaten Zwischenspeichern
umsetzt. Die Zwischenspeicher bilden ihrerseits Verbindungsglieder
zwischen der Andockstation und einem Basismodul, das Anschlüsse zu Prozessmodulen
aufweist und seinerseits ein Speicherkarussell und eine Handhabungsvorrichtung
aufnimmt, welche Zugriff nimmt auf die Zwischenspeicher, das Speicherkarussell
und die Prozessmodule. Die Vielzahl der hintereinander angeordneten
und vernetzt arbeitenden Elemente ermöglicht zwar eine variantenreiche
Arbeitsweise, bedingt aber insbesondere bei der vorgesehenen atmosphärischen
Abgrenzung der einzelnen Elemente einen hohen Aufwand, schon wegen
der erforderlichen Schleusen, und ist auch raumintensiv, wobei mit der
Sechseckkonfiguration des Basismoduls und der umrissangepassten
Ausgestaltung von Zwischenspei chern und Andockstation konstruktiv
aber noch eine gute Raumausnutzung verwirklicht ist.
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Zu
dieser Raumausnutzung und den Variationsmöglichkeiten im Arbeitsablauf
trägt auch
wesentlich bei, dass im Arbeitsraum des Basismoduls die Handhabungsvorrichtung
und das Speicherkarussell zusammengefasst sind, wobei das Speicherkarussell über und
die höhenverstellbare
Handhabungsvorrichtung unter der Transferebene liegen und auch die
Zwischenspeicher höhenverstellbar
sind, was wiederum einen entsprechend konstruktiven Aufwand bedingt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Transfereinheit der eingangs
genannten Art in ihrem Aufbau zu vereinfachen, und zwar unter weitgehender
Nutzung standardisierter Bauteile, und dies ohne Nachteile für die Arbeitsgeschwindigkeit bei
Arbeitsbedingungen, wie sie in Anlagen gefordert sind, die hinsichtlich
der Reinraumklassifikation hohen und höchsten Anforderungen zu genügen haben.
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Erreicht
wird dies mit den Merkmalen des Anspruches 1, demzufolge der Zwischenspeicher Bestandteil
der der Andockstation zugeordneten Umsetzeinrichtung ist, wodurch
der Arbeitsablauf gestrafft und der Raumbedarf verringert werden
kann; ferner, dass der Zwischenspeicher als Bestandteil der Umsetzeinrichtung über diese
Handhabungseinrichtung versetzt wird, somit die Funktionen Umsetzung
und Zwischenspeicherung in einer Arbeitseinheit zusammengefasst
sind.
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Dies
gilt insbesondere, wenn der Zwischenspeicher in seiner Kapazität der Aufnahmekapazität der standardisierten
international unter den Bezeichnungen MIF oder FOUP bekannten Transportboxen entspricht
und derart ausgestaltet ist, dass die gestapelt in der angedockten
Transportbox vorliegenden Substrate insgesamt in entsprechender
Stapelung entnommen und in den Zugriffsbereich einer nachfolgenden
Handhabungsvorrichtung überführt werden können. Die
erfindungsgemäße Lösung bietet
dabei den Vorteil, dass der Zwischenspeicher, hinsichtlich der Stapelvorrichtung
entsprechend jener der jeweiligen Transportbox aufgebaut, aus Materialien
bestehen kann, die in Berücksichtigung
der jeweils geforderten Reinheitsklasse ausgewählt sind und entsprechend abriebfest
und ausgasungsfrei sind, Forderungen, denen mit Kassetten standardisierter
Transportboxen zumindest bei gefordertem höherem Reinheitsgrad nicht genügt werden
kann; ferner, dass der Zwischenspeicher als Bestandteil der Umsetzeinrichtung über diese
Handhabungseinrichtung versetzt wird, somit die Funktionen Umsetzung
und Zwischenspeicherung in einer Arbeitseinheit zusammengefasst
sind.
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In
Ausgestaltung der Erfindung erweist es sich als zweckmäßig, die
Umsetzeinrichtung hinsichtlich ihrer Funktionen, nämlich der
translatorisch-rotatorischen Verschiebbarkeit des Zwischenspeichers
und dessen Höhenverstellbarkeit
unterschiedlichen Aggregaten zuzuordnen, nämlich einmal dem einen Gliederarm
umfassenden Handhabungsroboter als Handhabungseinrichtung die Verschiebbarkeit
und die Höhenverstellung
einer gesonderten Hubeinrichtung.
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Eine
bevorzugte diesbezügliche
Lösung
besteht darin, die Handhabungseinrichtung und die Hubeinrichtung
als gesonderte Bauelemente der Andockstation in Hochrichtung einander
gegenüberliegend
zuzuordnen, insbesondere die Handhabungseinrichtung mit dem von
ihr getragenen Zwischenspeicher oberhalb der Hubeinrichtung vorzusehen.
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Im
Rahmen der Erfindung ist der Zwischenspeicher über die Hubeinrichtung in Hochrichtung verstellbar,
und zwar in Hochrichtung verschiebbar gegenüber der Handhabungseinrichtung
geführt, bei Verschiebbarkeit
des Zwischenspeichers quer zur Hochrichtung gegenüber der
Hubeinrichtung über
die Handhabungseinrichtung. Diese Verschiebbarkeit quer Zur Hubrichtung
ist bevorzugt als Dreh-Schiebeführung
realisiert, bei der der Hubeinrichtung eine lineare Führungsbahn
zugeordnet ist, längs
der der Zwischenspeicher bei Abstützung in einem Drehpunkt über die
Handhabungseinrichtung verschiebbar ist.
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Es
zeigen:
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l schematisiert und teilweise im Schnitt, eine
Transfereinheit einer Bearbeitungsanlage für flächige Substrate von Mikrosystemen
mit ihrer Andockstation, an die Andockstation angedockter Transportbox
für flächige Substrate
und bei gegen die Transportbox geöffneter Andockstation auf die Transportbox
zugreifender Umsetzeinrichtung,
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2 schematisiert,
teils geschnitten gemäß Linie
II-II in 1 und teils höhenversetzt
dargestellt, die Andockstation gemäß 1 bei Zugriff
der Umsetzeinrichtung auf die Transportbox,
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3 in
einer der 1 entsprechenden Darstellung
die Andockstation, gegen die angedockte Transportbox über eine
Schleuse abgesperrt, nach Übernahme
der in der Transportbox befindlicher Substrate auf den Zwischenspeicher,
wobei der Zwischenspeicher auf die Transferebene zu einer nachgeordneten,
nicht dargestellten Handhabungsvorrichtung angehoben ist,
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4 eine
der 2 entsprechende Darstellung bezogen auf eine Schnittführung IV-IV
in 3,
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5 eine
Seitenansicht der Andockstation entsprechend dem Pfeil V in 1,
wobei die Andockstation lediglich als solche dargestellt ist, bei über eine
Schleuse abgedeckter Andocköffnung
für die
in 1 angesetzte Transportbox,
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6 eine
isolierte, perspektivische und vereinfachte Darstellung von Teilen
der Umsetzeinrichtung mit deren höhenverstellbarem Zwischenspeicher,
und
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7 Darstellungen
von Andockstationen, die in der Draufsicht einen abgewinkelten Querschnitt
aufweisen, derart, dass sich winklig zueinander stehende Anschlussebenen
zu einem nachgeordneten Teil der Bearbeitungsanlage ergeben, bei parallel
liegenden, und bzw. in einer gemeinsamen Ebene liegenden Anschlussquerschnitten
für jeweils anzudockende
Transportboxen.
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Gezeigt
ist von einer Bearbeitungsanlage für flächige Substrate von Mikrosystemen
ein Ausschnitt aus einer Transfereinheit mit einer Andockstation
1 für Transportboxen
2,
in denen flächige
Substrate über
Kassetten zueinander in Höhenrichtung
beabstandet gestapelt sind. Bei an die Andockstation
1 angedockter
Transportbox
2 liegen die in dieser gestapelten Substrate
im Zugriffsbereich einer Umsetzeinrichtung
3, die in der
Andockstation
1 vorgesehen ist. Die Andockstation
1 weist
weiter einen Anschluss
4 auf, der im Übergang auf eine weitere, hier
nur schematisch angedeutete Station
5 der Bearbeitungsanlage
liegt und über
den eine der Station
5 zugeordnete Handhabungsvorrichtung
Zugriff auf die Andockstation
1 und in dieser befindliche
Substrate nehmen kann. Die Umsetzung der Substrate
24 zwischen
Transportboxen
2, Zwischenspeicher
14 und nachgeordneten
Stationen
5, etwa einem Basismodul und Prozessmodulen,
erfolgt längs
einer Transferebene
44. Als eine weitere Station
5 der
Bearbei tungsanlage kommt beispielsweise ein Basismodul gemäß der
DE 18 31 032 A1 in
Frage, das als Übergangsmodul
zu Prozessmodulen ausgestaltet, ein Speicherkarussell sowie eine
Handhabungsvorrichtung umfasst, die sowohl auf die Andockstation
1,
die Prozessmodule und das Speicherkarussell Zugriff nehmen kann.
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In 1 ist
eine Transportbox 2 an die Andockstation 1 angesetzt,
und die Umsetzeinrichtung 3 greift durch die Übergabeöffnung 6 der
Andockstation 1 auf die Transportbox 2 zu, wobei
die Schleusentür 7 der
der Übergabeöffnung 6 zugeordneten Schleuse 8 (5)
geöffnet
ist. Die Schleusentür 7 ist
im Ausführungsbeispiel
durch eine in Hochrichtung verschiebbare Glasscheibe gebildet, sodass eine
visuelle Beobachtung der Arbeitsweise der Umsetzeinrichtung 3 möglich ist.
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Die
Umsetzeinrichtung 3 umfasst im Ausführungsbeispiel als Handhabungseinrichtung
einen Handhabungsroboter 9, der deckelseitig zur Andockstation 1 vorgesehen
ist und dessen Antrieb 10 außerhalb des Gehäuses 11 der
Andockstation 1 liegt, bei höhenfester Lagerung des als
SCARA-Arm ausgebildeten Gliederarmes 12 des Handhabungsroboters 9.
Das Endglied 13 des Gliederarmes 12 ist als Hand-
oder Greiferteil Träger
eines Zwischenspeichers 14, wobei der Zwischenspeicher 14 lediglich
in Hochrichtung zum Endglied 13 verstellbar ist, parallel zur
Bewegungsebene des Endgliedes 13 aber gegenüber diesem
lagefest.
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Die
höhenverstellbare
Verbindung zwischen dem Endglied 13 und dem Zwischenspeicher 14 umfasst – als Parallelführung – zwei Führungssäulen 15, längs derer
der Zwischenspeicher 14 in Hochrichtung verschiebbar ist.
Ausgestaltet ist der Zwischenspeicher 14, wie insbesondere 6 zeigt,
mit zwei Tragarmen 16, 17, die zueinander lagefest über eine
Brücke 18 verbunden
sind, wobei die Brücke 18 eine
untere Querverbindung zwischen den Tragarmen 16, 17 im
Bereich der diese durchsetzenden Aufnahme bohrungen 19 für die Führungssäulen 15 bildet.
Ausgehend von den von der Brücke 18 aufragenden
Aufnahmebereichen 20, 21 für die Aufnahmebohrungen 19 sind
die Tragarme 16, 17 durch kammartig übereinander
liegende Auflagen 22 gebildet, die Tragfinger bilden, welche
entsprechend den Auflagen der Aufnahmekassette der Transportbox 2 in
Hochrichtung zueinander beabstandet sind und die in der Kassette der
Transportbox 2 abgelegten Substrate untergreifend in die
Transportbox 2 eingefahren werden können. Durch Höhenversatz
der Transportbox 2 mit darin befindlicher Aufnahmekassette,
der Aufnahmekassette gegenüber
der Transportbox 2 und/oder durch Höhenversatz des Zwischenspeichers 14 können die
in der Kassette der Transportbox 2 abgelegten Substrate
von den Auflagen der Kassette abgehoben und auf die Auflagen 22 des
Zwischenspeichers 14 übernommen
werden, sodass dieser mit den übernommenen
Substraten in den Innenraum 23 der Andockstation 1 überführt werden
können.
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Bei
der Übernahme
der Substrate auf die Auflagen 22 des Zwischenspeichers 14 kommen
die Substrate, wie in 6 für ein Substrat 24 angedeutet,
in streifenförmigen
Bereichen 25 mit den als Tragfingern gestalteten Auflagen 22 zur Überdeckung, und
es kann deshalb im Rahmen der Erfindung, um möglichst geringe Berührflächen zu
erreichen, zweckmäßig sein,
die Auflagen 22 im Bereich dieser streifenförmigen Bereiche 25 berührflächenreduzierend
auszubilden, beispielsweise durch Noppen oder dergleichen. Die Bereiche 25 erstrecken
sich, wie die als Tragfinger ausgebildeten Auflagen 22,
bevorzugt benachbart und parallel zu den Sehnen der Segmente 26, über die
die Substrate 24 in der Kassette abgestützt sind (6).
Daraus ergibt sich für
den Zwischenspeicher 14 eine im Wesentlichen U-förmige Grundform
mit der Brücke 18 als
Steg und den Tragarmen 16, 17 als Schenkel, wobei
der Abstand der Tragarme 16 im Bereich der Brücke 18 größer ist
als im Bereich der insbesondere durch Tragfinger gebildeten Auflagen 22.
Gegen die freien Enden aus laufend erstrecken sich die Auflagen 22 der
Tragarme 16, 17 im Wesentlichen parallel. An diese
parallelen Erstreckungsbereiche 27 schließen Übergangsbereiche 28 an,
in denen die Auflagen 22 der Tragarme 16, 17 mit
zunehmendem Abstand zueinander auf die Aufnahmebereiche 20, 21 zulaufen,
wobei diese Aufnahmebereiche 20, 21 auch dadurch
gebildet sein können,
dass die die Auflagen 22 bildenden Tragfinger über entsprechende
Zwischenlagen beabstandet miteinander verspannt werden.
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6 zeigt
auch etwas detaillierter den an sich bekannten Aufbau des mehrgliedrigen
Gliederarmes 12, ausgehend von dem mit dem Antrieb 10 verbundenen
Oberarm 29, dem drehbar mit diesem verbundenen Unterarm 30 und
dem Endglied 13 als Hand- oder Greiferteil, wobei die Armglieder
voneinander unabhängig
schwenkbar sind und das Endglied 13 mit der Brücke 18 über die
Führungssäulen 15 verbunden
ist und dieser Verbund eine in sich geschlossene steife Rahmeneinheit
bildet, die mit dem Unterarm 30 in bekannter Weise drehbar
verbunden ist.
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Wie
vorstehend erläutert,
ist der Zwischenspeicher 14 höhenverstellbar und zu dieser
Höhenverstellbarkeit über eine
Hubeinrichtung 31 abgestützt, die zum Handhabungsroboter 9 mit
Gliederarm 12 der Umsetzeinrichtung 3 gegenüberliegend bodenseitig
am Gehäuse 11 der
Andockstation 1 angeordnet ist. Die Hubeinrichtung 31 umfasst
ein Linearstellglied, beispielsweise in Form eines Hubzylinders 32,
dessen Kolbenstange 33 den Zwischenspeicher 14 im
Bereich der Brücke 18 untergreift
und abstützt.
Die Abstützung
erfolgt bevorzugt punktuell im Bereich einer die Führungssäulen 15 enthaltenden Ebene
etwa mittig zwischen den Führungssäulen 15.
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Durch
die vorgesehene punktuelle Abstützung
ergibt sich ein minimaler Abrieb, wobei die punktuelle Abstützung im
Ausführungsbeispiel
gegenüber
einem zur Achse 34 senkrechten Stützbalken 35 erfolgt,
der eine lineare Rollbahn 36 für eine Stützkugel 37 aufweist,
der seitens der Brücke 18 des
Zwischenspeichers 14 eine entsprechende Lagerpfanne zugeordnet
ist. Aufgrund dieser Abstützung
sind die Dreh- und Schwenkbewegungen, die sich für den Zwischenspeicher 14 aufgrund
seiner Verbindung zum Gliederarm 12 ergeben, durch die separate
Hubabstützung über die
Hubvorrichtung 31 nicht behindert. Der Stützbalken 35 liegt
in der Symmetrieebene 43 des zwischenspeichers 14 in
dessen Zugriffsstellung auf die Transferbox 2. Zu dieser Symmetriebene 43 als
Zugriffsebene liegt der Antrieb 10 mit der Hauptdrehachse 39 des
Handhabungsroboters 9 seitlich versetzt, wie 2, 4 und 5 zeigen.
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Durch
die erfindungsgemäße Ausgestaltung mit
einander gegenüberliegend
angeordnetem, angetriebenem Gliederarm 12 und Hubvorrichtung 31 ergibt
sich ein einfacher Aufbau mit standardisierten Aggregaten, der es
bei entsprechender atmosphärischer
Abgrenzung der Antriebe für
den Gliederarm 12 und den Stützbalken 35 unter
vertretbarem Aufwand ermöglicht,
für den
Innenraum 23 Reinraumbedingungen bis hin zu Hochvakuum
oder auch Ultrahochvakuum zu realisieren. Ein entsprechender Absauganschluss
ist bei 38 angedeutet (2). Entsprechenden
Anforderungen kann auch bezüglich des
Zwischenspeichers 14 durch die Verwendung insbesondere
ausgasungsfreier Materialien Rechnung getragen werden, wobei die
erfindungsgemäß geschilderte
Lösung
auch nur sehr geringe Zugriffszeiten auf die Transportboxen 2 bedingt,
da über
den Zwischenspeicher 14 jeweils auch der gesamte Inhalt
einer Transportbox 2 übernommen
werden kann, die nachfolgend über
die Schleuse 8 wiederum abgegrenzt werden kann.
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7 veranschaulicht,
dass der erfindungsgemäße Aufbau
von Andockstationen 1 nicht auf Lösungen beschränkt ist,
bei denen, wie in den Darstellungen gemäß 1 bis 6 veranschaulicht,
die Übergabeöffnung 6 zur
Transportbox 2 einerseits und die An schlussöffnung 4 zu
einer nachgeordneten Station 5 andererseits in einer Flucht
liegen. Vielmehr ist auch eine winklige Lage der jeweiligen Übergabeöffnungen 6 bzw.
Anschlussöffnungen 4 zueinander möglich bei
entsprechend geknicktem Ablaufweg, und dementsprechend im Querschnitt
entsprechend der Winkelstellung der Übergabeöffnungen 6 und Anschlussöffnungen 4 zueinander
geknickter Kontur des Gehäuses 11,
wie in 7 veranschaulicht. Um den in der Draufsicht gegebenen
Raum für
die Andockstationen 2 bei einer derartigen Lösung wiederum
möglichst
klein zu halten, erweist es sich ebenfalls als zweckmäßig, den
Antrieb für
den Gliederarm 12, und damit die gehäusefeste Drehachse dessen Oberarmes 29,
die mit 39 bezeichnet ist, außermittig anzuordnen, und zwar
bevorzugt etwa in einer Ebene 40, die zu den Anschlussebenen 41, 42 eine
Winkelhalbierende bildet. Mit 41 ist dabei die Anschlussebene
zwischen der Andockstation 1 und einer angedockten Transportbox 2 und
mit 42 die Anschlussebene zwischen der Andockstation 1 und
einer nachgeordneten Station 5 bezeichnet. Die Drehachse 39 ist
dabei in Richtung auf die Spitze des Winkels zwischen den Ebenen 41 und 42 verlagert,
somit also entsprechend der Krümmung
im Übergangsweg
zwischen den Anschlussöffnungen 4 und Übergabeöffnungen 6 In
der Symmetrieebene 43 erstreckt sich wiederum der Stützbalken 35 und
die Hubachse 34.
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Es
lassen sich somit im Rahmen der Erfindung unter Verwendung gleicher
Aggregate unterschiedlichen Anforderungen angepasste Andockstationen
1 gestalten,
wobei eine Ausrichtung der Andockstationen
1, wie in
7 gezeigt,
auf eine gemeinsame Anschlussebene
41 für die Transportboxen
2 aus
Handhabungs- und Beschickungsgründen eine
besonders vorteilhafte Lösung
bildet. Auch bei der Ausgestaltung gemäß
7 ist als
nachgeordnete Station
5 wiederum eine Basiseinheit gemäß der
DE 100 38 168 C2 angedeutet.
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Dadurch,
dass bei der Erfindung der Zwischenspeicher 14 als Greifer
ausgebildet ist, erfüllt dieser
eine Doppelfunktion, die den Aufbau der Bearbeitungsanlage vereinfacht
und komprimiert. Anstelle eines Zugriffs auf Transportboxen sowie
auch ergänzend
hierzu, kann der Zwischenspeicher in seiner Greiferfunktion auch
auf anderweitige Speicher- oder Transportmittel Zugriff nehmen,
sodass ein vielfältiger
Einsatz möglich
ist.