DE102021203570A1

DE102021203570A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Ansprengen von Bauteilen

Info

Publication number: DE102021203570A1
Application number: DE102021203570.1A
Authority: DE
Inventors: Eduard SCHWEIGERT
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2021-04-12
Filing date: 2021-04-12
Publication date: 2022-10-13
Also published as: US20240036345A1; CN117203154A; WO2022218793A1

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansprengen von Bauteilen (2, 3), umfassend: Auflegen einer ersten Oberfläche (2a) eines ersten Bauteils (2) auf eine zweite Oberfläche (3a) eines zweiten Bauteils (3) unter Ausbildung eines Luftfilms, sowie Andrücken der ersten Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) gegen die zweite Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) zum Ansprengen des ersten Bauteils (2) an dem zweiten Bauteil (3). Das Auflegen und bevorzugt das Andrücken des ersten Bauteils (2) wird von einem Roboter (4) durchgeführt. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung (1) zum Ansprengen von Bauteilen (2, 3), umfassend: einen Roboter (4), der ausgebildet ist, eine erste Oberfläche (2a) eines ersten Bauteils (2) auf eine zweite Oberfläche (3a) eines zweiten Bauteils (3) unter Ausbildung eines Luftfilms aufzulegen, wobei der Roboter (4) bevorzugt ausgebildet ist, die erste Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) gegen die zweite Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) anzudrücken, um das erste Bauteil (2) an dem zweiten Bauteil (3) anzusprengen, sowie eine Halteeinrichtung (8) zum Halten des zweiten Bauteils (3) beim Auflegen und beim Andrücken des ersten Bauteils (2).

Description

Hintergrund der Erfindung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Ansprengen von (zwei oder mehr) Bauteilen, umfassend: Auflegen einer ersten Oberfläche eines ersten Bauteils auf eine zweite Oberfläche eines zweiten Bauteils unter Ausbildung eines Luftfilms, sowie Andrücken der ersten Oberfläche des ersten Bauteils gegen die zweite Oberfläche des zweiten Bauteils zum Ansprengen des ersten Bauteils an dem zweiten Bauteil. Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zum Ansprengen von Bauteilen, die insbesondere geeignet ist, das Verfahren zum Ansprengen von Bauteilen durchzuführen.
Ansprengen ist eine Verbindung zweier Materialien, bei der die aneinander anliegenden Oberflächen nur durch molekulare Anziehungskräfte gehalten werden, so dass die Verbindung (beispielsweise unter dem Einfluss von Feuchtigkeit oder Keilwirkung) teilweise oder vollständig gelöst werden kann.
Das Ansprengen erfolgt typischerweise manuell, wobei das zweite Bauteil horizontal ausgerichtet ist bzw. auf einer horizontal ausgerichteten Auflagefläche aufliegt. Das erste Bauteil wird zunächst vorsichtig mit der ersten Oberfläche auf die Oberfläche des zweiten Bauteils aufgelegt und „schwimmt“ auf einem Luftfilm auf der Oberfläche des zweiten Bauteils auf. Voraussetzung für die Ausbildung des Luftfilms ist es, dass die beiden Oberflächen im Wesentlichen dieselbe Geometrie aufweisen und ausreichend glatt sind.
Die Gewichtskraft des ersten Bauteils ist in der Regel nicht ausreichend, um bei einem solchen flächigen Aufliegen den Luftfilm zu verdrängen und den eigentlichen Ansprengprozess auszulösen. Durch manuelles Andrücken der ersten Oberfläche des ersten Bauteils gegen die zweite Oberfläche des zweiten Bauteils wird daher der Luftfilm zwischen den Oberflächen verdrängt, so dass die beiden Oberflächen sich berühren und der eigentliche Ansprengprozess stattfindet, bei dem sich die beiden Oberflächen durch molekulare Anziehungskräfte miteinander verbinden.
Für das Ansprengen müssen die Oberflächen nicht nur glatt, sondern auch frei von Staub bzw. Partikeln, Fett oder sonstigen Verschmutzungen sein. Die Oberflächen der Bauteile werden daher vor dem Ansprengen typischerweise gereinigt. Beim Ansprengen besteht insbesondere beim horizontalen Handling der Bauteile jedoch das Risiko, dass Partikel auf die Oberfläche des zweiten Bauteils rieseln und nach dem Ansprengen zu Einschlüssen, so genannten Voids, führen. Bei diesen Voids handelt es sich um Fehlstellen, welche die Verbindung schwächen und - sofern diese an der falschen Stelle auftreten - dazu führen können, dass die aus den beiden Bauteilen zusammengesetzte Komponente zu Ausschuss wird.
Die Bauteile, die aneinander angesprengt werden, können - ggf. mit weiteren Bauteilen, die an diesen befestigt werden - beispielsweise Verbundstrukturen für die Lithographie bilden. Eine solche Verbundstruktur kann eine Haltevorrichtung für einen Wafer oder einen Spiegel zur Reflexion von EUV-Strahlung bilden, wie dies beispielsweise in der WO2013/021007 A1 beschrieben ist.
Aufgabe der Erfindung
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ansprengen von Bauteilen bereitzustellen, bei denen das Risiko von Einschlüssen zwischen den Oberflächen verringert ist.
Gegenstand der Erfindung
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren der eingangs genannten Art, bei dem der Schritt des Auflegens des ersten Bauteils und bevorzugt der Schritt des Andrückens des ersten Bauteils von einem Roboter durchgeführt wird.
Der Erfinder hat erkannt, dass das Risiko für die Bildung von Voids bzw. von Einschlüssen beim Ansprengen auch bei der Durchführung des Ansprengens in einem Reinraum deutlich erhöht ist, wenn das Ansprengen manuell erfolgt, da der Mensch die größte Partikelquelle im Reinraum darstellt. Erfindungsgemäß wird daher vorgeschlagen, zumindest den Schritt des Auflegens, ggf. auch den Schritt des Andrückens, mit Hilfe eines Roboters durchzuführen. Der Roboter hält das erste Bauteil und führt den Schritt des Auflegens und ggf. des Andrückens automatisiert durch, ohne dass zu diesem Zweck die Anwesenheit eines Menschen in der Nähe der Bauteile erforderlich ist.
In Versuchen hat sich gezeigt, dass das Auflegen der ersten Oberfläche des ersten Bauteils auf die zweite Oberfläche des zweiten Bauteils unter Bildung eines Luftspalts mit Hilfe eines Roboters möglich ist, ohne dass bei diesem Schritt durch eine Kraftwirkung bzw. durch das Andrücken der ersten Oberfläche des ersten Bauteils gegen die zweite Oberfläche des zweiten Bauteils unmittelbar das Ansprengen ausgelöst wird. Grundsätzlich ist es aber auch möglich, die Schritte des Auflegens und des Andrückens mit Hilfe des Roboters nicht zeitlich aufeinander folgend, sondern zeitlich parallel vorzunehmen. In diesem Fall wird beim Auflegen mit Hilfe des Roboters eine Kraft auf das zweite Bauteil ausgeübt, die groß genug ist, um den Vorgang des Ansprengens auszulösen. In beiden Fällen ist beobachtet worden, dass nach dem Ansprengen die miteinander verbundenen Bauteile weder Einschlüsse noch Blasen zeigten bzw. dass die Anzahl von Einschlüssen bzw. von Blasen deutlich reduziert war.
Grundsätzlich ist es möglich, mit Hilfe des Roboters nur den Schritt des Auflegens durchzuführen. Der Schritt des Andrückens erfolgt in diesem Fall manuell, wenn die beiden Oberflächen flächig aufeinander aufliegen. Da der beim Auflegen gebildete Luftfilm eine Dicke im Mikrometer-Bereich aufweist, ist die Gefahr der Ablagerung von Teilchen bzw. von Partikeln zwischen den beiden Oberflächen gering, wenn diese im aufliegenden Zustand manuell aneinander angedrückt werden. Für den Fall, dass der Roboter das Andrücken vornimmt, erzeugt dieser eine Anpresskraft bzw. ein entsprechendes Drehmoment, das stark genug ist, um das Ansprengen einzuleiten.
Bei einer Variante wird das zweite Bauteil beim Auflegen und bevorzugt beim Andrücken des ersten Bauteils unter einem Winkel zu einer horizontalen Ebene, insbesondere vertikal (d.h. unter einem Winkel von 90° zur horizontalen Ebene) ausgerichtet. Wie weiter oben beschrieben wurde, besteht bei der horizontalen Ausrichtung des zweiten Bauteils das Risiko, dass sich unter Schwerkraftwirkung Partikel auf der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils absetzen. Durch die Ausrichtung des zweiten Bauteils unter einem Winkel zur Horizontalen, insbesondere bei einer vertikalen Ausrichtung, wird das Risiko der Ablagerung von Partikeln auf der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils reduziert. Der Winkel zwischen dem zweiten Bauteil und der horizontalen Ebene wird bei einer planen zweiten Oberfläche zwischen der horizontalen Ebene und der zweiten Oberfläche gemessen. Für den Fall, dass die zweite Oberfläche nicht plan ist, wird der Winkel zu einer Referenzfläche des zweiten Bauteils gemessen. Typischerweise handelt es sich bei der Referenzfläche um eine plane Oberfläche des zweiten Bauteils, an der dieses bei der horizontalen Ausrichtung auf einer Auflagefläche aufliegen würde.
Bei einer weiteren Variante wird zwischen der ersten Oberfläche des ersten Bauteils und der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils ein laminarer Gasstrom erzeugt, der bevorzugt unter einem Winkel zu einer horizontalen Ebene, insbesondere vertikal, ausgerichtet wird. Für den Fall, dass der Gasstrom unter einem Winkel zu einer horizontalen Ebene, insbesondere vertikal, ausgerichtet ist, verläuft die Strömungsrichtung des Gasstroms üblicherweise von oben nach unten, d.h. in Schwerkraftrichtung bzw. im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung. Diese Variante ist insbesondere sinnvoll, wenn das zweite Bauteil unter einem Winkel zu der horizontalen Ebene, insbesondere vertikal ausgerichtet ist, da in diesem Fall Partikel, die zwischen die beiden Oberflächen gelangen, von dem Gasstrom im Wesentlichen in Schwerkraftrichtung mitgenommen werden können.
Bei einer weiteren Variante wird das erste Bauteil vor dem (flächigen) Auflegen mit einem Teilbereich der ersten Oberfläche, der insbesondere an einem seitlichen Rand der ersten Oberfläche gebildet ist, mit der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils in Kontakt gebracht. Wird die Roboterhand bzw. die Greifeinrichtung, welche das erste Bauteil hält, beim Annähern an das zweite Bauteil mit ihrer Längsachse nicht parallel zur Normalenrichtung der zweiten Oberfläche ausgerichtet, sondern schräg bzw. unter einem Winkel, trifft die erste Oberfläche bei der Annäherung nur mit einem Teilbereich auf die zweite Oberfläche. Die erste Oberfläche kontaktiert die zweite Oberfläche hierbei typischerweise nur an ihrem seitlichen Rand, wobei die Kraft, die bei dem ersten Kontakt der ersten Oberfläche auf die zweite Oberfläche ausgeübt wird, in der Regel so gering gewählt wird, dass es nicht zu einem Ansprengen kommt. Die Kraft, die von dem Roboter bzw. von dem ersten Bauteil in dem Teilbereich auf das zweite Bauteil ausgeübt wird, sollte daher in der Regel die Gewichtskraft nicht überschreiten und in der Größenordnung von z.B. ca. 10 N liegen.
Der Teilbereich, mit dem das erste Bauteil das zweite Bauteil kontaktiert, sollte an der zweiten Oberfläche so positioniert sein, dass das erste Bauteil beim nachfolgenden flächigen Auflegen nicht mehr relativ zum zweiten Bauteil verschoben werden muss. Idealerweise kontaktiert die erste Oberfläche mit dem Teilbereich an ihrem seitlichen Rand einem Teilbereich am seitlichen Rand der zweiten Oberfläche.
Bei einer weiteren Variante wird der Kontakt des Teilbereichs der ersten Oberfläche mit der zweiten Oberfläche detektiert, und zwar bevorzugt anhand eines von dem zweiten Bauteil auf den Roboter ausgeübten Drehmoments. Der Roboter, genauer gesagt eine Roboterhand bzw. Greifeinrichtung des Roboters, hält das erste Bauteil während des Schritts des Auflegens auf das zweite Bauteil, wobei eine Längsachse der Greifeinrichtung, beispielsweise der Roboterhand, um welche diese drehbar ist, sich typischerweise ungefähr im Zentrum der ersten Oberfläche befindet. Kommt das erste Bauteil bei der Bewegung des Roboters bzw. der Greifeinrichtung mit dem Teilbereich der ersten Oberfläche mit der zweiten Oberfläche in Kontakt, der seitlich zur Längs- bzw. Mittelachse des Roboters versetzt ist, wird beim Kontakt mit der zweiten Oberfläche ein Drehmoment auf den Roboter ausgeübt. Dieses Drehmoment kann mit Hilfe mindestens eines Drehmomentsensors gemessen werden, der an dem Roboter bzw. an mindestens einem Gelenk des Roboters angebracht ist. Die Detektion des ersten Kontakts des Teilbereichs der ersten Oberfläche mit der zweiten Oberfläche kann aber auch auf andere Art erfolgen, z.B. optisch oder mittels eines Kontaktsensors, der auf einem anderen Messprinzip beruht.
Bei einer weiteren Variante werden die erste Oberfläche des ersten Bauteils und die zweite Oberfläche des zweiten Bauteils beim Kontaktieren des Teilbereichs unter einem vorgegebenen Winkel zueinander ausgerichtet. Der vorgegebene Winkel kann vergleichsweise groß gewählt werden und bei z.B. bei mehr als ca. 10° oder 15° liegen.
Wird das erste Bauteil beim Kontaktieren in dem Teilbereich unter einem großen Winkel relativ zum zweiten Bauteil ausgerichtet, kann die Gefahr des unbeabsichtigten Ansprengens minimiert werden. Zudem kann das erste Bauteil zum flächigen Auflegen auf das zweite Bauteil kontrolliert gedreht werden, wie nachfolgend beschrieben ist.
Bei einer weiteren Variante wird das erste Bauteil um den aufliegenden Teilbereich gedreht, bis die erste Oberfläche des ersten Bauteils flächig auf der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils aufliegt. Wie weiter oben beschrieben wurde, wird beim flächigen Auflegen zwischen der ersten Oberfläche und der zweiten Oberfläche ein Luftfilm gebildet, wenn kein zu großer Anpressdruck auf das zweite Bauteil ausgeübt wird. Durch die Drehung des ersten Bauteils um den Teilbereich kann das Auflegen mit einer kontrollierten (Dreh-)Bewegung erfolgen, idealerweise ohne dass zu diesem Zweck eine zusätzliche translatorische Bewegung des ersten Bauteils erforderlich ist. Der Roboter lässt in der Regel kleine Ausgleichsbewegungen des ersten Bauteils bei der Drehbewegung zu, um zu große Kräfte bzw. Drehmomente zu reduzieren bzw. auszugleichen.
Bei einer weiteren Variante wird das flächige Aufliegen der ersten Oberfläche des ersten Bauteils auf der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils detektiert, und zwar bevorzugt anhand eines von dem zweiten Bauteils auf den Roboter ausgeübten Drehmoments, insbesondere anhand einer Minimierung des von dem zweiten Bauteil auf den Roboter ausgeübten Drehmoments. Für den Fall, dass die erste Oberfläche des ersten Bauteils von dem Roboter wie gewünscht relativ zu der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils ausgerichtet wurde, ist typischerweise das Drehmoment, das von dem zweiten Bauteil auf den Roboter ausgeübt wird, minimal. Wie weiter oben beschrieben wurde, ist die Detektion des flächigen Aufliegens nicht auf die Detektion eines Drehmoments beschränkt, sondern kann ggf. auch auf andere Weise erfolgen, beispielsweise durch eine andere Art von Kontaktsensor oder durch einen optischen Sensor.
Bei einer weiteren Variante umfasst das Verfahren: Detektieren eines Interferenz-Streifenmusters des Luftfilms, der zwischen den beiden flächig aufeinander aufliegenden Oberflächen gebildet wird, wobei das Detektieren des Interferenz-Streifenmusters bevorzugt durch das zweite Bauteil hindurch erfolgt. Gegebenenfalls kann das Interferenz-Streifenmuster auch bereits während des Auflegens detektiert werden, wenn der Luftfilm sich bereits teilweise ausgebildet hat. Das Interferenz-Streifenmuster wird erzeugt, weil die beiden Oberflächen nicht vollständig parallel zueinander ausgerichtet sind.
Das Detektieren des Interferenz-Streifenmusters kann beispielsweise dazu verwendet werden, das Ansprengen bzw. das Ende des Ansprengens zu erkennen: Für den Fall, dass die beiden Bauteile aneinander angesprengt wurden, verschwindet das Interferenz-Streifenmuster, da der Luftfilm zwischen den beiden Oberflächen verdrängt wurde. In diesem Fall kann der Roboter das erste Bauteil loslassen, da dieses mit dem zweiten Bauteil verbunden ist. Für den Fall, dass das Anpressen mit dem Roboter durchgeführt wurde und nach dem Anpressen noch ein Interferenz-Streifenmuster z.B. in einem Teilbereich der beiden Oberflächen zu erkennen ist, bedeutet dies, dass das Ansprengen nicht erfolgreich war. In diesem Fall können die beiden teilweise aneinander angesprengten Oberflächen wieder voneinander gelöst werden, beispielsweise indem der Roboter das erste Bauteil wieder von dem zweiten Bauteil weg bewegt und beispielsweise eine Keilwirkung erzeugt. Auch können weitere Maßnahmen vorgenommen werden, um die beiden Bauteile wieder voneinander zu lösen.
Bei einer weiteren Variante wird eine Anpressposition, an der die erste Oberfläche gegen die zweite Oberfläche angepresst wird, in Abhängigkeit von dem detektierten Interferenz-Streifenmuster, insbesondere in Abhängigkeit von einer Verlaufsrichtung des Interferenz-Streifenmusters, festgelegt. In der Regel wird beim Anpressen nicht die gesamte erste Oberfläche mit einem Anpressdruck beaufschlagt, vielmehr wird eine Anpressposition ausgewählt, an welcher der Luftfilm zunächst verdrängt werden soll. Der Ansprengprozess erfolgt in diesem Fall ausgehend von der Anpressposition in der Art einer Verdrängungswelle, die entlang der beiden Oberflächen propagiert und die den Luftfilm verdrängt.
Anhand der Ausrichtung der Interferenzstreifen des Interferenz-Streifenmusters kann erkannt werden, in welche Richtung sich die Verdrängungswelle des Luftfilms ausbreitet: In der Regel propagiert die Verdrängungswelle senkrecht zur Richtung der Interferenzstreifen. Es ist daher günstig, die Anpressposition abhängig von der Ausrichtung der Interferenzstreifen des Interferenz-Streifenmusters zu wählen. Grundsätzlich ist es vorteilhaft, die Anpressposition am seitlichen Rand der ersten Oberfläche zu wählen. Hierbei wird bevorzugt diejenige Position am seitlichen Rand der ersten Oberfläche als Anpressposition ausgewählt, an der die Oberfläche in einer Richtung senkrecht zur Verlaufsrichtung der Interferenzstreifen ihre maximale Erstreckung aufweist.
Bei einer weiteren Variante ist/sind an der ersten Oberfläche des ersten Bauteils und/oder an der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils mindestens eine, bevorzugt mehrere parallel ausgerichtete, insbesondere grabenförmige Vertiefungen gebildet, wobei eine Ausrichtung des ersten Bauteils beim flächigen Aufliegen in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Interferenz-Streifenmusters relativ zu einer Längsrichtung der mindestens einen Vertiefung gewählt wird.
Für den Fall, dass eine oder mehrere Vertiefungen in dem ersten Bauteil und/oder in dem zweiten Bauteil gebildet sind, sollte sich die Verdrängungswelle des Luftfilms, die beim Anpressen erzeugt wird, möglichst nicht senkrecht zur Längsrichtung der Vertiefung(en) ausbreiten, da die Verdrängungswelle und somit das Ansprengen ansonsten ggf. an der Vertiefung gestoppt wird. Die Verdrängungswelle sollte daher unter einem von 90° verschiedenen Winkel zu der bzw. den Vertiefungen ausgerichtet sein. Eine solche Ausrichtung des Interferenz-Streifenmusters kann ggf. durch geeignete, geringfügige Bewegungen des ersten Bauteils mit Hilfe des Roboters erreicht werden.
Eine parallele Ausrichtung der Interferenztreifen des Interferenz-Streifenmusters zur Längsrichtung der grabenförmigen Vertiefung(en) sollte daher vermieden werden. Es ist besonders günstig, wenn die Verlaufsrichtung des Interferenz-Streifenmusters senkrecht zur Längsrichtung der mindestens einen Vertiefung ausgerichtet ist, d.h. unter einem Winkel von 90°. Als günstig haben sich Winkel für die Verlaufsrichtung der Interferenzstreifen erwiesen, die mindestens 30° von der Längsrichtung der Vertiefung(en) abweichen.
Die grabenförmigen Vertiefungen können beispielsweise im Wesentlichen geradlinig in dem zweiten Bauteil verlaufen. Die Vertiefungen werden von dem ersten Bauteil beim Ansprengen abgedeckt, wodurch Kanäle in der beim Ansprengen hergestellten Komponente entstehen. Bei dieser Komponente kann es sich beispielsweise um ein Substrat für ein reflektierendes optisches Element, z.B. für einen Spiegel, handeln. An dem ersten Bauteil kann in diesem Fall vor oder nach dem Ansprengen eine reflektierende Beschichtung aufgebracht werden, Die reflektierende Beschichtung kann beispielsweise zur Reflexion von Strahlung im EUV-Wellenlängenbereich oder zur Reflexion von Strahlung im VUV-Wellenlängenbereich ausgebildet sein. Es versteht sich, dass das zweite Bauteil auch aus einem anderen Grund Vertiefungen aufweisen kann.
Es ist auch möglich, dass nur das erste Bauteil Vertiefungen aufweist, die von der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils beim Ansprengen abgedeckt werden, wodurch Kanäle in der beim Ansprengen hergestellten Komponente entstehen. Es ist ebenfalls möglich, das das erste Bauteil und das zweite Bauteil Vertiefungen aufweisen. In diesem Fall müssen die Vertiefungen in dem ersten Bauteil beim Ansprengen geeignet, in der Regel parallel, zu den Vertiefungen in dem zweiten Bauteil ausgerichtet werden. Auch in diesem Fall kann durch eine geeignete Ausrichtung des ersten Bauteils mit Hilfe von kleinen Auslenkungen die Ausrichtung des Interferenz-Streifenmusters relativ zu den Vertiefungen in den beiden Bauteilen verändert werden.
Es ist nicht zwingend erforderlich, dass die erste Oberfläche des ersten Bauteils und die zweite Oberfläche des zweiten Bauteils plan ausgebildet sind. Vielmehr können die beiden Oberflächen komplementär geformt sein, so dass diese beim Auflegen aufeinander passen. Beispielsweise kann die erste Oberfläche konvex gekrümmt sein und auf eine entsprechend konkav gekrümmte zweite Oberfläche aufgelegt werden, oder umgekehrt.
Bei den Material des ersten und/oder des zweiten Bauteils kann es sich um Glas, z.B. um Quarzglas, insbesondere um titandotiertes Quarzglas, handeln, wie es beispielsweise unter dem Handelsnamen ULE® angeboten wird, oder um ein anderes Glas. Bei dem Material des ersten und/oder des zweiten Bauteils kann es sich aber auch um eine Glaskeramik oder um eine Keramik handeln, z.B. um Cordierit. Auch bei anderen als den hier genannten Materialien ist ein Ansprengen grundsätzlich möglich.
Ein weiterer Aspekt der Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Ansprengen von Bauteilen, insbesondere zur Durchführung des Verfahrens zum Ansprengen von Bauteilen, wie es weiter oben beschrieben ist, umfassend: einen Roboter, der ausgebildet bzw. programmiert ist, eine erste Oberfläche eines ersten Bauteils auf eine zweite Oberfläche eines zweiten Bauteils unter Ausbildung eines Luftfilms aufzulegen, wobei der Roboter bevorzugt ausgebildet ist, die erste Oberfläche des ersten Bauteils gegen die zweite Oberfläche des zweiten Bauteils anzudrücken, um das erste Bauteil an dem zweiten Bauteil anzusprengen, sowie eine Halteeinrichtung zum Halten des zweiten Bauteils beim Auflegen und beim Andrücken des ersten Bauteils.
Die Vorrichtung kann zur Durchführung des Schrittes des Auflegens sowie ggf. zur Durchführung des Schrittes des Andrückens eine Steuerungseinrichtung aufweisen, die ausgebildet bzw. programmiert ist, den Roboter zu steuern bzw. zu regeln, um das oben beschriebene Verfahren bzw. die mit Hilfe des Roboters durchgeführten Varianten des oben beschriebenen Verfahrens durchzuführen. Bei der Steuereinrichtung kann es sich eine geeignete Hard- und/oder Software handeln, die programmierbar ist, um Befehle für den Roboter zu erzeugen und an den Roboter zu übermitteln, sofern die Steuerungseinrichtung nicht in den Roboter integriert ist.
Durch die Verwendung eines Roboters besteht die Möglichkeit, den Prozess des Ansprengens an individuelle Bauteile bzw. Bauteil-Geometrien anzupassen. Beispielsweise können ein Teilbereich der ersten Oberfläche, an der ein erster Kontakt zur zweiten Oberfläche hergestellt wird, Fügebewegungen wie das Drehen bzw. das Abrollen des ersten Bauteils, die Startseite des Ansprengens bzw. die Anpressposition sowie die eingeleiteten Kräfte ohne eine Umkonstruktion geändert werden. Um dies zu erreichen, sollte der Roboter mindestens ein Gelenk, in der Regel zwei oder mehr Gelenke aufweisen, um zusätzlich zu einer translatorischen Bewegung des ersten Bauteils auch eine Drehbewegung durchführen zu können. Das erste Bauteil kann von einer Roboterhand bzw. einer Greifeinrichtung des Roboterarms gehalten werden, die über ein Gelenk an dem Roboterarm angebunden ist.
An Stelle eines Roboterarms kann der Roboter auch eine Greifeinrichtung mit mehreren Spannelementen aufweisen, die jeweils mit einer beispielsweise teleskopierbaren Lineareinheit verbunden sind, um das erste Bauteil an mehreren Stellen einzuspannen, die sich typischerweise entlang des seitlichen Umfangs bzw. Randes des ersten Bauteils befinden. Mit Hilfe der Lineareinheiten kann der Roboter eine translatorische Bewegung des ersten Bauteils ausführen. Für den Fall, dass die Spanneinrichtungen mit den Lineareinheiten über Gelenke verbunden sind, kann zusätzlich zur translatorischen Bewegung auch eine Drehbewegung des ersten Bauteils erfolgen, wenn die Lineareinheiten bei der Bewegung des Bauteils unterschiedlich schnell bzw. unterschiedlich weit bewegt werden. Es versteht sich, dass auch andere Ausgestaltungen des Roboters bzw. des Kinematiksystems möglich sind.
Bei einer Ausführungsform umfasst der Roboter mindestens einen Sensor, bevorzugt mindestens einen Drehmomentsensor, zur Detektion des flächigen Aufliegens der ersten Oberfläche des ersten Bauteils auf der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils sowie bevorzugt zum Detektieren eines ersten Kontakts eines Teilbereichs der ersten Oberfläche mit der zweiten Oberfläche. Die Detektion kann mit Hilfe eines Kraftmoment- bzw. Drehmomentsensors erfolgen, wie dies weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben ist. Es ist aber auch möglich, das flächige Aufliegen bzw. den ersten Kontakt der ersten Oberfläche an der zweiten Oberfläche mit einer anderen Art von Sensor zu detektieren.
Bei einer Ausführungsform ist die Halteeinrichtung ausgebildet, das zweite Bauteil unter einem Winkel zu einer horizontalen Ebene, insbesondere vertikal, auszurichten. Wie weiter oben beschrieben wurde, kann mit Hilfe eines Roboters, der detektiert, ob das erste Bauteil aufgelegt wurde, der Schritt des Auflegens sowie ggf. des Anpressens an einem nicht horizontal ausgerichteten zweiten Bauteil durchgeführt werden. Insbesondere wenn die zweite Oberfläche im Wesentlichen vertikal ausgerichtet wird, kann verhindert werden, dass sich unter Schwerkraftwirkung Partikel auf der zweiten Oberfläche absetzen.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung eine Belüftungseinrichtung zur Erzeugung einer laminaren Gasströmung zwischen der ersten Oberfläche des ersten Bauteils und der zweiten Oberfläche des zweiten Bauteils auf, wobei die Gasströmung bevorzugt unter einem Winkel zu einer horizontalen Ebene, insbesondere vertikal, ausgerichtet ist. Bei der Belüftungseinrichtung kann es sich beispielsweise um eine so genannte Filter Fan Unit (FFU) handeln, wie sie in Reinräumen verwendet wird. Eine solche FFU ist typischerweise im Bereich einer Decke der Vorrichtung installiert und weist einen Ventilator und einen Filter auf, der die Luft von oben ansaugt und durch den Filter in den Raum zwischen den beiden Oberflächen einbläst. Die laminare Gas- bzw. Luftströmung ist in diesem Fall typischerweise vertikal ausgerichtet, kann durch einen Gitterboden der Vorrichtung hindurch treten und mit Hilfe einer Strömungsleiteinrichtung, beispielsweise mit Hilfe eines Strömungsleitblechs, umgelenkt werden, um eine Umluft-Strömung zu erzeugen. Durch den laminaren Luftstrom zwischen den beiden Oberflächen kann ebenfalls das Risiko der Ablagerung von Partikeln und damit das Auftreten von Voids beim Ansprengen deutlich gesenkt werden.
Bei einer weiteren Ausführungsform weist die Vorrichtung einen ortsauflösenden Detektor, beispielsweise eine Kamera, zum Detektieren eines Interferenz-Streifenmusters des Luftfilms auf, der zwischen den beiden flächig aufeinander aufliegenden Oberflächen gebildet ist, wobei der ortsauflösende Detektor bevorzugt zum Detektieren des Interferenz-Streifenmusters durch das zweite Bauteil hindurch ausgebildet ist.
Das zweite Bauteil ist in diesem Fall transparent für die Wellenlänge(n), die von dem Detektor bei der Detektion des Interferenz-Streifenmusters detektiert werden. Diese Wellenlängen können insbesondere im sichtbaren Wellenlängenbereich liegen. Die Vorrichtung kann auch eine Auswerteeinrichtung aufweisen, um das Interferenz-Streifenmuster auszuwerten und eine Verlaufsrichtung der Interferenzstreifen des Interferenz-Streifenmusters zu bestimmen. Wie weiter oben in Zusammenhang mit dem Verfahren beschrieben wurde, kann anhand der Verlaufsrichtung der Interferenzstreifen mit Hilfe der Steuerungseinrichtung eine Anpressposition festgelegt werden. Die Steuerungseinrichtung kann auch dazu dienen, die Ausrichtung des ersten Bauteils zu korrigieren, wenn die Verlaufsrichtung der Interferenzstreifen ungünstig in Bezug auf eine Längsrichtung von in dem zweiten oder ggf. in dem ersten Bauteil gebildeten grabenförmigen Vertiefungen ausgerichtet ist.
Die Vorrichtung kann auch eine Beladeeinrichtung zum Beladen mit ersten und/oder zweiten Bauteilen aufweisen. Die Beladeeinrichtung kann zu diesem Zweck beispielsweise eine Beladetisch aufweisen, auf dem erste und/oder zweite Bauteile abgelegt werden können. Die ersten/zweiten Bauteile können für das Beladen auf einer Transportauflage aufliegen, die z.B. mit Hilfe eines Rollentischs in den Zugriffsbereich des Roboters bewegt wird. Der Roboter kann zunächst ein zweites Bauteil aufnehmen, um dieses an der Halteeinrichtung zu positionieren. Die Halteeinrichtung kann ausgebildet sein, das zweite Bauteil automatisiert aufzunehmen und z.B. mit Hilfe einer geeigneten Halte- bzw. Klemmeinrichtung zu halten. Nach der Positionierung des zweiten Bauteils an der Halteeinrichtung kann der Roboter ein erstes Bauteil aufnehmen und auf die weiter oben beschriebene Weise mit der ersten Oberfläche flächig auf die zweite Oberfläche des zweiten Bauteils auflegen. Es ist auch möglich, dass der Roboter die beim Ansprengen hergestellte Komponente ergreift und automatisiert an einer gewünschten Stelle, ggf. an einer zu diesem Zweck vorgesehenen Entladeeinrichtung oder an einer vorgegebenen Ablageposition, ablegt.
Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung, anhand der Figuren der Zeichnung, die erfindungswesentliche Einzelheiten zeigen, und aus den Ansprüchen. Die einzelnen Merkmale können je einzeln für sich oder zu mehreren in beliebiger Kombination bei einer Variante der Erfindung verwirklicht sein.
Figurenliste
Ausführungsbeispiele sind in der schematischen Zeichnung dargestellt und werden in der nachfolgenden Beschreibung erläutert. Es zeigt

1 eine schematische Darstellung einer Vorrichtung zum Ansprengen von zwei Bauteilen,
2a,b schematische Darstellungen des Herstellens eines ersten Kontakts zwischen den beiden Bauteilen bzw. des flächigen Aufliegens der beiden Bauteile aufeinander,
3 eine schematische Darstellung eines Interferenz-Streifenmusters, das in einem Luftfilm zwischen den beiden flächig aufeinander aufliegenden Bauteilen erzeugt wird, sowie
4 eine schematische Darstellung eines Roboters, der ein Kinematiksystem mit drei Lineareinheiten aufweist, bei der Annäherung des ersten Bauteils an das zweite Bauteil.

In der folgenden Beschreibung der Zeichnungen werden für gleiche bzw. funktionsgleiche Bauteile identische Bezugszeichen verwendet.
1 zeigt schematisch den Aufbau einer Vorrichtung 1, die zum Ansprengen von zwei Bauteilen 2, 3 ausgebildet ist. Die Vorrichtung 1 umfasst einen Roboter 4, der in Form eines Roboterarms ausgebildet ist. Bei dem Roboter 4 handelt es sich im gezeigten Beispiel um einen Leichtbauroboter, der sieben Gelenke aufweist. Der Roboter 4 ist mit einem Fuß an einem Beladetisch 5 montiert. Bei dem in 1 dargestellten Roboter handelt es sich um einen Leichtbauroboter der Fa. KUKA, es versteht sich aber, dass auch andere Roboter 4 zum hier beschriebenen Zweck eingesetzt werden können, sofern diese eine ausreichend feinfühlige Motorik aufweisen.
Der Roboter 4 weist eine Greifeinrichtung in Form einer Roboterhand 6 auf, die über ein Gelenk 7 an den restlichen Roboter 4 angebunden ist. An der Roboterhand 6 ist das erste Bauteil 2 befestigt, das an dem zweiten Bauteil 3 angesprengt werden soll. Die Befestigung bzw. das Halten des ersten Bauteils kann mit Hilfe der Roboterhand 6 erfolgen.
Das zweite Bauteil 3 ist an einer Halteeinrichtung 8 vertikal, d.h. unter einem Winkel α von 90°, relativ zu einer horizontalen Ebene X, Y gelagert, die der Auflageebene des Beladetisches 5 entspricht. Durch die vertikale Ausrichtung des zweiten Bauteils 3 wird die Anlagerung von Partikeln an einer zweiten Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 verringert, die an einer ersten Oberfläche 2a des ersten Bauteils 2 angesprengt werden soll, da die Partikel nicht mehr an der vertikal ausgerichteten zweiten Oberfläche 3a aufliegen können.
Die Anhaftung von Partikeln an der zweiten Oberfläche 3a sowie an der ersten Oberfläche 2a wird bei der in 1 gezeigten Vorrichtung 1 auch durch eine Belüftungseinrichtung 9 reduziert, die im Bereich der Decke der Vorrichtung 1 angebracht ist. Die Belüftungseinrichtung 9 ist im gezeigten Beispiel als so genannte Filter Fan Unit (FFU) ausgebildet, wie sie in Reinräumen verwendet wird. Die Belüftungseinrichtung 9 weist einen Ventilator und einen Filter auf, der Luft von oben ansaugt und durch den Filter in den Raum zwischen den beiden Oberflächen 2a, 3a in Form einer laminaren Luftströmung 10 einbläst. Die laminare Luftströmung 10 ist im gezeigten Beispiel vertikal, d.h. in Z-Richtung, ausgerichtet. Die Luftströmung 10 tritt durch einen Gitterboden 11 des Beladetisches 5 hindurch und wird an einem LuftLeitblech 12 umgelenkt, bevor die Luft aus einem Gehäuse 13 der Vorrichtung 1 ausgeleitet wird, um einen Umluft-Strom zu bilden. Durch den laminaren Luftstrom 10 zwischen den beiden Oberflächen 2a, 3a kann ebenfalls das Risiko der Ablagerung von Partikeln und damit das Auftreten von Voids beim Ansprengen der beiden Bauteile 2, 3 deutlich gesenkt werden. Durch die Belüftungseinrichtung 9 kann insbesondere ggf. die Reinraumklasse der Vorrichtung 1 erhöht werden.
Die Vorrichtung 1 weist auch einen ortsauflösenden Detektor 14 in Form einer Kamera auf, der an einer der zweiten Oberfläche 3a abgewandten Seite des zweiten Bauteils 3 angebracht ist. Der Detektor 14 ermöglicht es, die zweite Oberfläche 3a und auch die erste Oberfläche 2a durch das zweite Bauteil 3 hindurch zu beobachten. Das zweite Bauteil 3 ist im gezeigten Beispiel wie das erste Bauteil 2 aus titandotiertem Quarzglas, genauer gesagt aus ULE®, gebildet, welches für sichtbare Wellenlängen transparent ist, was die Beobachtung durch das zweite Bauteil 3 hindurch ermöglicht. Das erste Bauteil 2 und das zweite Bauteil 3 können aber auch aus anderen Materialien gebildet sein.
Bei dem in 1 gezeigten Beispiel ist das erste Bauteil 2 im Wesentlichen scheibenförmig ausgebildet und bildet einen Deckel zum Überdecken von grabenförmigen Vertiefungen 15, die an der zweiten Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 gebildet sind. Wird das erste Bauteil 2 an der ersten Oberfläche 2a mit der zweiten Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 verbunden, wird der Querschnitt der Vertiefungen 15 geschlossen und es werden Kanäle in der hierbei hergestellten optischen Komponente gebildet, die zum Durchströmen mit einem Kühlmedium geeignet sind. Bei der optischen Komponente handelt es sich im gezeigten Beispiel um ein Substrat für einen Spiegel für die EUV-Lithographie. In einem auf das Verbinden der beiden Bauteile 2, 3 folgenden Beschichtungsprozess wird an einer der ersten Oberfläche 2a abgewandten Oberfläche des ersten Bauteils 2 eine reflektierende Beschichtung aufgebracht, die EUV-Strahlung reflektiert.
Wie in 1 zu erkennen ist, sind die beiden Oberflächen 2a, 3a kongruent zueinander, d.h. die erste Oberfläche 2a ist konvex gekrümmt und die zweite Oberfläche 3a ist konkav gekrümmt, wobei die beiden Krümmungsradien übereinstimmen. Die Kongruenz der beiden Oberflächen 2a, 3a ist eine Voraussetzung für das Ansprengen der beiden Bauteile 2, 3. Die beiden Oberflächen 2a, 3a müssen zudem hinreichend glatt und frei von Verunreinigungen sein. Vor dem Ansprengen werden die beiden Oberflächen 2a, 3a daher gereinigt.
Im gezeigten Beispiel wird der Roboter 4 bei dem nachfolgend beschriebenen Anspreng-Vorgang von einer Steuerungseinrichtung 16 gesteuert, die auch die Beladung der Vorrichtung 1 mit ersten bzw. zweiten Bauteilen 2, 3 mittels einer Beladeeinrichtung 17 steuert. Die Steuerungseinrichtung 16 steht auch mit dem Detektor 14 in signaltechnischer Verbindung und weist eine Auswerteeinrichtung auf, um das von dem Detektor 14 aufgenommene Bild auszuwerten.
Der Verfahrensablauf beim Ansprengen wird nachfolgend anhand von 2a,b erläutert, bei denen die beiden Oberflächen 2a, 3a vereinfachend plan dargestellt sind.
Das erste Bauteil 2 wird zunächst mit Hilfe des Roboters 4 an das zweite Bauteil 3 angenähert, bis das erste Bauteil 2 an einem Teilbereich 18 der ersten Oberfläche 2a an der zweiten Oberfläche 3a anliegt. Der Teilbereich 18 der ersten Oberfläche 2a ist am seitlichen Rand der ersten Oberfläche 2 gebildet, wie dies in 2a zu erkennen ist. Der Teilbereich 18 am Rand der ersten Oberfläche 3a liegt hierbei an einem seitlichen Rand der zweiten Oberfläche 3a an. Wie in 2a ebenfalls zu erkennen ist, ist die erste Oberfläche 2a unter einem Winkel β zur zweiten Oberfläche 3a ausgerichtet, der bei ca. 15° liegt, der aber auch größer oder kleiner gewählt werden kann. Der Winkel β wird von der Steuerungseinrichtung 16 vorgegeben und wird vergleichsweise groß gewählt, um ein ungewolltes Ansprengen der beiden Oberflächen 2a, 3a zu verhindern. Auch sollte die Kraft, die beim ersten Kontakt von dem Roboter 4 auf das zweite Bauteil 3 ausgeübt wird, nicht zu groß sein: In der Regel sollte die Kraft nicht größer sein als für den Fall, dass das erste Bauteil 2 mit seiner Gewichtskraft auf das zweite Bauteil 3 drücken würde. Die auf das zweite Bauteil 3 ausgeübte Kraft sollte in der Regel in der Größenordnung von ca. 10 N liegen.
Der erste Kontakt zwischen der ersten Oberfläche 2a und der zweiten Oberfläche 3a in dem Teilbereich 18 kann anhand eines Drehmoments M detektiert werden, das von dem zweiten Bauteil 3 auf das erste Bauteil 2 und von diesem auf den Roboter 4, genauer gesagt auf die Längsachse 19 der Roboterhand 6 bzw. auf das Gelenk 7 ausgeübt wird. Wie in 2a zu erkennen ist, verläuft die Längsachse 19 im Wesentlichen mittig durch die erste Oberfläche 2a des ersten Bauteils 2. Der Teilbereich 18 der ersten Oberfläche 3a, an dem der erste Kontakt erfolgt, ist zur Längsachse 19 der Roboterhand 6 beabstandet, wobei der Abstand in 2a durch einen Pfeil angedeutet ist. Daher wird beim ersten Kontakt des Teilbereichs 18 ein Drehmoment M auf den Roboter 4 ausgeübt. Dieses Drehmoment M wird von dem Roboter 4 an dem Gelenk 7 mit Hilfe eines Gelenkmomentsensors 20 detektiert, der in 1 dargestellt ist.
Anhand des detektierten Drehmoments M, bei dem es sich um eine vektorielle Größe handelt, kann die Steuerungseinrichtung 19 erkennen, in welcher Richtung bzw. entlang von welcher Drehachse D das erste Bauteil 2 gedreht werden muss, um den Winkel β zu schließen und das erste Bauteil 2 flächig auf dem zweiten Bauteil 3 aufzulegen. Die Kenntnis der Richtung des Drehmoments M ist hierbei nicht zwingend erforderlich. Die Drehachse D beim Drehen des ersten Bauteils 2 befindet sich an dem Teilbereich 18, an dem der erste Kontakt stattfindet, d.h. das erste Bauteil 2 wird um den bereits aufliegenden Teilbereich 18 bzw. die entsprechende Kontur am Rand der ersten Oberfläche 2a gedreht.
2b zeigt die beiden Bauteile 2, 3 nach dem Abschluss der Drehbewegung in einer aufeinander aufliegenden Stellung. Aufgrund der vergleichsweise geringen Kräfte, die bei der Drehbewegung auf das zweite Bauteil 3 ausgeübt werden, wird bei der Drehbewegung das Ansprengen nicht ausgelöst. Das erste Bauteil 2 liegt daher mit der ersten Oberfläche 2a unter Ausbildung eines Luftfilms 21 flächig auf der zweiten Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 auf. Der Luftfilm 21 weist eine Dicke auf, die in der Regel in der Größenordnung von Mikrometern liegt.
Das flächige Aufliegen der ersten Oberfläche 2a des ersten Bauteils 2 auf der zweiten Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 wird ebenfalls mit Hilfe des Drehmomentsensors 20 des Roboters 4 detektiert: Das Drehmoment M, das von dem zweiten Bauteil 3 in der in 2b gezeigten flächig aufliegenden Stellung auf das erste Bauteil 2 ausgeübt wird, ist nahezu Null bzw. unterschreitet einen Schwellwert, was von der Steuerungseinrichtung 16 als das Erreichen des flächigen Aufliegens detektiert wird. Die Steuerungseinrichtung 16 führt zu diesem Zweck eine Regelung durch, um das Drehmoment M zu minimieren.
Im gezeigten Beispiel wird bei den flächig aufeinander aufliegenden Bauteilen 2, 3 das Ansprengen ausgelöst, indem das erste Bauteil 2 mit seiner ersten Oberfläche 2a an einer Anpressposition 24, die am kreisförmigen, umlaufenden Rand der ersten Oberfläche 2a gebildet ist, gegen die zweite Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 angedrückt wird. Die Anpressposition 24 ist in 3 dargestellt, die das von dem ortsauflösenden Detektor 14 aufgenommene Bild des Luftfilms 21 zwischen der ersten Oberfläche 2a des ersten Bauteils 2 und der zweiten Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 zeigt. Wie in 3 zu erkennen ist, handelt es sich bei der Anpressposition 24 um eine Position, die am seitlichen Rand der in der Projektion in die XY-Ebene kreisförmigen ersten Oberfläche 2a des ersten Bauteils 2 gebildet ist.
In 3 sind auch die grabenförmigen Vertiefungen 15 in der zweiten Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 zu erkennen, deren Längsrichtung mit der Y-Richtung des in 1 gezeigten XYZ-Koordinatensystems übereinstimmt. In 3 ebenfalls zu erkennen ist ein Interferenz-Streifenmuster 22, das aufgrund der nicht vollständig parallelen Ausrichtung der beiden flächig aufeinander aufliegenden Oberflächen 2a, 3a in dem Luftfilm 21 entsteht. Die Interferenzstreifen 23 des Interferenz-Streifenmusters 22 sind bei dem in 3 gezeigten Beispiel zur besseren Unterscheidung von den grabenförmigen Vertiefungen 15 gestrichelt dargestellt. Die jeweiligen Interferenzstreifen 23 weisen eine Verlaufsrichtung auf, die der X-Richtung des XYZ-Koordinatensystems entspricht.
Die Verlaufsrichtung X der Interferenzstreifen 23 ist somit senkrecht zur Längsrichtung Y der grabenförmigen Vertiefungen 15 ausgerichtet. Dies ist günstig, da eine Verdrängungswelle, welche den Luftfilm 21 aus dem Zwischenraum bzw. aus dem Spalt zwischen den beiden Oberflächen 2a, 3a verdrängt, quer zu den Interferenzstreifen 23, d.h. in Y-Richtung, propagiert, wie dies in 3 durch einen Pfeil angedeutet ist. Die Verdrängungswelle geht hierbei von der Anpressposition 24 aus, an der die erste Oberfläche 2a des ersten Bauteils 2 gegen die zweite Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 angepresst wird. Sobald die Verdrängungswelle den Luftfilm 21 zwischen den beiden Bauteilen 2, 3 vollständig verdrängt hat, sind die beiden Bauteile 2, 3 aneinander angesprengt und werden durch molekulare Anziehungskräfte gehalten.
Sowohl die Anpressposition 24 als auch die Ausrichtung des ersten Bauteils 2 bzw. der ersten Oberfläche 2a relativ zum zweiten Bauteil 3 bzw. zur zweiten Oberfläche 3a wird in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Interferenz-Streifenmusters 22, genauer gesagt von der Verlaufsrichtung X der Interferenzstreifen 23 des Interferenz-Streifenmusters 22, festgelegt. Die Ausrichtung des ersten Bauteils 2, genauer gesagt der ersten Oberfläche 2a, kann hierbei durch kleine Bewegungen des ersten Bauteils 2 mit Hilfe des Roboters 4 so verändert werden, dass die Verlaufsrichtung X der Interferenzstreifen 23 im Wesentlichen senkrecht zur Längsrichtung Y der grabenförmigen Vertiefungen 15 ausgerichtet ist. Auf diese Weise kann erreicht werden, dass die Verdrängungswelle, die den Luftfilm 21 verdrängt, nicht auf die Längsseite einer der grabenförmigen Vertiefungen 15 trifft, da in diesem Fall die Verdrängungswelle ggf. an der grabenförmigen Vertiefung 15 gestoppt würde. Eine solche Ausrichtung des ersten Bauteils 2 ist auch möglich, wenn die grabenförmigen Vertiefungen 15 nicht in dem zweiten Bauteil 3, sondern in dem ersten Bauteil 2 gebildet sind oder wenn sowohl das erste Bauteil 2 als auch das zweite Bauteil 3 grabenförmige Vertiefungen 15 aufweisen.
Da die Verdrängungswelle senkrecht zu den Interferenzstreifen 23 des Interferenz-Streifenmusters 22 propagiert, wird die Anpressposition 24 an derjenigen Position am umlaufenden Rand der ersten Oberfläche 2a gewählt, an der die Oberfläche 2a senkrecht zur Verlaufsrichtung X der Interferenzstreifen 23 ihre maximale Erstreckung aufweist. Bei dem in 3 gezeigten Beispiel wird die Anpressposition 24 an der in Y-Richtung untersten Stelle des Randes der Oberfläche 2a gewählt. Es versteht sich, dass die Anpressposition 24 auch an der in Y-Richtung obersten Stelle des Randes der Oberfläche 2a gewählt werden. Grundsätzlich können auch andere Anpresspositionen 24 von der Steuerungseinrichtung 16 festgelegt werden, wobei die Festlegung einer Anpressposition 24 an dem Rand der ersten Oberfläche 2a sich als günstig erwiesen hat.
Das erfolgreiche Ansprengen der beiden Bauteile 2, 3 kann ebenfalls mit Hilfe des ortsauflösenden Detektors 14 überprüft werden: Für den Fall, dass das Ansprengen erfolgreich war, sollte das Interferenz-Streifenmuster 22 in dem aufgenommenen Bild vollständig verschwinden. Ist dies nicht der Fall, können die beiden Bauteile 2, 3 ggf. wieder voneinander gelöst werden, wenn der Roboter 4 eine ausreichend große Kraft auf die Bauteile 2, 3 ausübt. Es ist auch möglich, den Schritt des Auflegens der beiden Bauteile 2, 3 aufeinander zu unterbrechen bzw. neu zu beginnen, z.B. wenn sich das Drehmoment M nicht wie gewünscht minimieren lässt. In diesem Fall kann beispielsweise ein anderer Teilbereich 19 der ersten Oberfläche 2a ausgewählt werden, der den ersten Kontakt zur zweiten Oberfläche 3a herstellt, wodurch die Drehachse D sich verändert, um die das erste Bauteil 2 gedreht wird.
Die Komponente, die beim Ansprengen der beiden Bauteile 2, 3 gebildet wird und bei der es sich im gezeigten Beispiel um einen Spiegel bzw. um ein Substrat für einen Spiegel handelt, kann mit Hilfe des Roboters 4 entladen werden. Der Roboter 4, genauer gesagt die Roboterhand 6, kann hierbei beide Bauteile 2, 3 greifen bzw. halten. Es ist aber auch möglich, dass der Roboter 4 die zusammengesetzte Komponente nur an dem ersten Bauteil 2 greift, sofern die beim Ansprengen gebildete Verbindung stabil genug ist.
4 zeigt die Annäherung des ersten Bauteils 2 an das zweite Bauteil 3, dessen Oberfläche 2a wie in 2a unter einem vorgegebenen Winkel β zur Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 ausgerichtet ist, bei einer alternativen Ausgestaltung des Roboters 4. Der in 4 gezeigte Roboter 4 weist ein Kinematiksystem mit drei oder mehr Lineareinheiten auf, von denen in der Schnittdarstellung von 4 nur zwei Lineareinheiten 25a,b dargestellt sind. Die Lineareinheiten 25a, 25b, ... weisen jeweils einen Motor auf und sind teleskopierbar ausgebildet. An einem freien Ende einer jeweiligen Lineareinheit 25a, 25b, ... ist ein Spanneinrichtung 26a, 26b, ... in Form eines Spanngreifers über ein jeweiliges Gelenk 7a, 7b, ... angebunden. Von den Spanneinrichtungen 26a, 26b, ... sind in 4 nur zwei Spanneinrichtungen 26a,b dargestellt. Entsprechend sind in 4 auch nur zwei Gelenke 7a, 7b dargestellt. Die Spanneinrichtungen 26a, 26b, ... bilden eine Greifeinrichtung 6 des Roboters 4 und greifen an unterschiedlichen Positionen entlang des seitlichen Randes des ersten Bauteils 2 an.
Mit Hilfe der Gelenke 7a, 7b, ... kann zusätzlich zu einer translatorischen Bewegung des ersten Bauteils 2 auch eine kontrollierte Dreh- bzw. Kippbewegung des ersten Bauteils 2 realisiert werden, indem die Lineareinheiten 25a, 25b, ... unterschiedlich weit ausgelenkt werden. Die Feinpositionierung der Lineareinheiten 25a, 25b, ... bzw. der an diesen angebrachten Spanneinrichtungen 26a, 26b, ... kann ggf. mit Hilfe von Piezo-Aktoren erfolgen.
Zur Messung des von dem zweiten Bauteil 3 auf das erste Bauteil 2 ausgeübten Drehmoments M ist an einem jeweiligen Gelenk 7a, 7b, ... des Roboters 4 jeweils ein Drehmomentsensor 20a, 20b, ... (Kraft-Momenten-Sensor) angebracht, von denen in 4 nur zwei Drehmomentsensoren 20a,b dargestellt sind. Anhand der von den Drehmomentsensoren 20a, 20b, ... gemessenen Kräfte, die auf die jeweiligen Gelenke 7a, 7b, ... ausgeübt werden, kann analog zu dem weiter oben beschriebenen Roboter 4 eine Kraft-Momenten-Steuerung des Verfahrens zu Ansprengen durchgeführt werden, die allein auf dem Feedback der Drehmomentsensoren 20a, 20b, ... beruht. Auf diese Weise können insbesondere der erste Kontakt des Teilbereichs 18 der ersten Oberfläche 2a mit der zweiten Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 sowie das flächige Aufliegen der ersten Oberfläche 2a des ersten Bauteils 2 auf der zweiten Oberfläche 3a des zweiten Bauteils 3 detektiert werden. Für die Steuerung des Verfahrens ist es in der Regel ausreichend, wenn an Stelle von Kraft-Momenten-Sensoren 20a, 20b, ... Kraftsensoren an den Gelenken 7a, 7b, ... der jeweiligen Lineareinheiten 25a, 25b, ... angebracht sind, da aus den an unterschiedlichen Stellen wirkenden Kräften ebenfalls das auf das erste Bauteil 2 ausgeübte Drehmoment M bestimmt werden kann. Die Halteeinrichtung 8 für das zweite Bauteil 3 kann wie in 1 dargestellt vertikal ausgerichtet sein, es ist aber auch möglich, dass das zweite Bauteil 3 horizontal ausgerichtet ist.
An das weiter oben beschriebene Ansprengen der beiden Bauteile 2, 3 kann sich beispielsweise ein Temperschritt anschließen, bei dem eine dauerhafte Verbindung zwischen den beiden Bauteilen 2, 3 hergestellt wird, dies ist aber nicht zwingend erforderlich.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

WO 2013/021007 A1 [0005]

Claims

Verfahren zum Ansprengen von Bauteilen (2, 3), umfassend: Auflegen einer ersten Oberfläche (2a) eines ersten Bauteils (2) auf eine zweite Oberfläche (3a) eines zweiten Bauteils (3) unter Ausbildung eines Luftfilms (21), sow i e Andrücken der ersten Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) gegen die zweite Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) zum Ansprengen des ersten Bauteils (2) an dem zweiten Bauteil (3), dadurch gekennzeichnet, dass das Auflegen und bevorzugt das Andrücken des ersten Bauteils (2) von einem Roboter (4) durchgeführt wird.
Verfahren nach Anspruch 1, bei dem das zweite Bauteil (3) beim Auflegen und bevorzugt beim Andrücken des ersten Bauteils (2) unter einem Winkel (a) zu einer horizontalen Ebene (X, Y), insbesondere vertikal, ausgerichtet wird.
Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, bei dem zwischen der ersten Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) und der zweiten Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) ein laminarer Gasstrom (10) erzeugt wird, der bevorzugt unter einem Winkel (a) zu einer horizontalen Ebene (X, Y), insbesondere vertikal, ausgerichtet wird.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, bei dem das erste Bauteil (2) vor dem Auflegen mit einem Teilbereich (18) der ersten Oberfläche (2a), der insbesondere an einem seitlichen Rand der ersten Oberfläche (2a) gebildet ist, mit der zweiten Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) in Kontakt gebracht wird.
Verfahren nach Anspruch 4, weiter umfassend: Detektieren des Kontakts des Teilbereichs (18) der ersten Oberfläche (2a) mit der zweiten Oberfläche (3a), bevorzugt anhand eines von dem zweiten Bauteil (3) auf den Roboter (4) ausgeübten Drehmoments (M).
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 oder 5, bei dem die erste Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) und die zweite Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) beim Kontaktieren des Teilbereichs (18) unter einem vorgegebenen Winkel (β) zueinander ausgerichtet sind.
Verfahren nach einem der Ansprüche 4 bis 6, bei dem das erste Bauteil (2) um den aufliegenden Teilbereich (18) gedreht wird, bis die erste Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) flächig auf der zweiten Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) aufliegt.
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Detektieren eines flächigen Aufliegens der ersten Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) auf der zweiten Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3), bevorzugt anhand eines von dem zweiten Bauteil (3) auf den Roboter (4) ausgeübten Drehmoments (M), insbesondere anhand einer Minimierung des von dem zweiten Bauteil (3) auf den Roboter (4) ausgeübten Drehmoments (M).
Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, weiter umfassend: Detektieren eines Interferenz-Streifenmusters (22) des Luftfilms (21), der zwischen den beiden flächig aufeinander aufliegenden Oberflächen (2a, 3a) gebildet wird, wobei das Detektieren des Interferenz-Streifenmusters (22) bevorzugt durch das zweite Bauteil (3) hindurch erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 9, bei dem eine Anpressposition (24), an der die erste Oberfläche (2a) gegen die zweite Oberfläche (3a) angepresst wird, in Abhängigkeit von dem detektierten Interferenz-Streifenmuster (22), insbesondere in Abhängigkeit von einer Verlaufsrichtung (X) des Interferenz-Streifenmusters (22), festgelegt wird.
Verfahren nach Anspruch 9 oder 10, bei dem an der ersten Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) und/oder an der zweiten Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) mindestens eine, bevorzugt mehrere parallel ausgerichtete grabenförmige Vertiefungen (15) gebildet sind, wobei eine Ausrichtung des ersten Bauteils (2) beim flächigen Aufliegen in Abhängigkeit von der Ausrichtung des Interferenz-Streifenmusters (22) relativ zu einer Längsrichtung (Y) der mindestens einen grabenförmigen Vertiefung (15) gewählt wird.
Vorrichtung (1) zum Ansprengen von Bauteilen (2, 3), insbesondere zur Durchführung des Verfahrens zum Ansprengen von Bauteilen (2, 3) nach einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend: einen Roboter (4), der ausgebildet ist, eine erste Oberfläche (2a) eines ersten Bauteils (2) auf eine zweite Oberfläche (3a) eines zweiten Bauteils (3) unter Ausbildung eines Luftfilms (21) aufzulegen, wobei der Roboter (4) bevorzugt ausgebildet ist, die erste Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) gegen die zweite Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) anzudrücken, um das erste Bauteil (2) an dem zweiten Bauteil (3) anzusprengen, sowie eine Halteeinrichtung (8) zum Halten des zweiten Bauteils (3) beim Auflegen und beim Andrücken des ersten Bauteils (2).
Vorrichtung nach Anspruch 12, bei welcher der Roboter (4) mindestens einen Sensor, bevorzugt mindestens einen Drehmomentsensor (20), zur Detektion des flächigen Aufliegens der ersten Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) auf der zweiten Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3) sowie bevorzugt zum Detektieren eines ersten Kontakts eines Teilbereichs (18) der ersten Oberfläche (2a) mit der zweiten Oberfläche (3a) aufweist.
Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, bei der die Halteeinrichtung (8) ausgebildet ist, das zweite Bauteil (3) unter einem Winkel (a) zu einer horizontalen Ebene (X, Y), insbesondere vertikal, auszurichten.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, weiter umfassend: eine Belüftungseinrichtung (9) zur Erzeugung einer laminaren Gasströmung (10) zwischen der ersten Oberfläche (2a) des ersten Bauteils (2) und der zweiten Oberfläche (3a) des zweiten Bauteils (3), wobei die laminare Gasströmung (10) bevorzugt unter einem Winkel (a) zu einer horizontalen Ebene (X, Y), insbesondere vertikal, ausgerichtet ist.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 15, weiter umfassend: einen ortsauflösenden Detektor (14) zum Detektieren eines Interferenz-Streifenmusters (22) des Luftfilms (21), der zwischen den beiden flächig aufeinander aufliegenden Oberflächen (2a, 3a) gebildet ist, wobei der ortsauflösende Detektor (14) bevorzugt zum Detektieren des Interferenz-Streifenmusters (22) durch das zweite Bauteil (3) hindurch ausgebildet ist.