DE19705184C2

DE19705184C2 - Method for positioning a circular disk-shaped substrate

Info

Publication number: DE19705184C2
Application number: DE1997105184
Authority: DE
Inventors: Friedrich Hofmann; Bernd Hensel; Hermann Koop; Paul Kaiser
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1997-02-11
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 1999-09-23
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: DE19705184A1

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Exzentrizität eines auf einem Drehteller einer vertikal ausgerichteten, von einem Motor angetriebenen Spindel ei ner Laser-Belichtungsvorrichtung aufliegenden kreis scheibenförmigen Substrates unter Erfassung ihrer Winkel position, bei dem in einem Rechner das Maß der Exzentri zität des Substrates relativ zum Drehteller errechnet und anschließend die Position des Substrates auf dem Drehtel ler korrigiert wird.The invention relates to a method for determining the Eccentricity one on a turntable one vertical aligned spindle driven by a motor ner laser exposure device overlying circle disc-shaped substrate with detection of their angles position in which the measure of the eccentri zity of the substrate is calculated relative to the turntable and then the position of the substrate on the rotating part corrected.

Beim Laserstrahlbelichten rotieren die meist als Master bezeichneten, kreisscheibenförmigen Substrate derzeit mit bis zu 7.200 Umdrehungen pro Minute. Deshalb ist es er forderlich, dass das jeweilige Substrat möglichst zen trisch auf dem Drehteller gespannt wird, damit keine Un wuchten auftreten. Diese würden zu Schwingungen führen und Spurfehler verursachen.In laser beam exposure, they usually rotate as masters designated, circular disc-shaped substrates up to 7,200 revolutions per minute. That's why it's him required that the respective substrate zen as possible clamped on the turntable so that no un balancing occur. This would lead to vibrations and cause tracking errors.

Zum exakten, zentrischen Aufspannen kreisscheibenförmiger Substrate ist es bei floppy disks bekannt, mittels eines aufwendig gestalteten Spannkegels in die zentrische Öff nung der floppy disk zu greifen. Als Beispiel für den Stand der Technik sei auf die US-A-4,409,629 verwiesen.For exact, centric clamping of circular disks It is known in floppy disks by means of a substrate elaborately designed clamping cone in the central opening floppy disk. As an example of the Prior art is referred to US-A-4,409,629.

Bei Laser-Beam-Recorder ist es auch bekannt, die Substrate mit einem mittigen Zentrierzapfen zu versehen, welcher in eine entsprechende, mittige Zentrierbohrung des Drehtellers eingreift. Solche Zentrierzapfen stören jedoch bei den nachfolgenden Arbeitsgängen, so dass man bestrebt ist, das Laserstrahlbelichten mit Substraten ohne Zentrierzapfen durchzuführen. Hinzu kommt, dass das Handhabungssystem, welches das jeweilige Substrat auf den Drehteller ablegt, sehr genau arbeiten muss, damit der Zentrierzapfen tatsächlich in die Zentrierbohrung ge langt, ohne dass es zu einem Verkanten kommt.With laser beam recorders it is also known that To provide substrates with a central centering pin, which in a corresponding, central center hole of the turntable engages. Such centering pins interfere however in the subsequent operations, so that one strives to laser beam exposure to substrates without centering pin. On top of that, that Handling system, which the respective substrate on the Turntable, must work very precisely so that Centering pin actually ge in the centering hole reaches without jamming.

Die nicht vorveröffentlichte, deutsche Patentanmeldung 195 44 281.4 beschreibt auch schon eine Zentriervorrich tung für Laserstrahl-Belichtungsvorrichtungen, bei denen das Substrat von einer Handhabungsvorrichtung auf den Drehteller abgelegt und dann von einem den Drehteller koaxial umgebenden konischen Ring angehoben und wieder auf den Drehteller abgelegt wird, um das Substrat in eine genau zentrische Position zu bringen.The unpublished German patent application 195 44 281.4 already describes a centering device device for laser beam exposure devices in which the substrate from a handling device on the Turntable stored and then one of the turntable coaxial surrounding conical ring raised and again is placed on the turntable to turn the substrate into a bring exactly centric position.

Es ist auch bekannt, die Zentrierung durch Zentrierstifte am Drehteller vorzunehmen, zwischen denen das Substrat gehalten wird. Die Zentrierung erfolgt dann durch die Au ßenmantelfläche des Substrates. Eine solche Außenzentrie rung erfordert relativ viel Spiel und führt zu einem stark außermittigen Spannen, wenn der Rand des Substrates geringfügige Unregelmäßigkeiten aufweist. Solche Unregel mäßigkeiten in Form von Ausbrüchen kommen jedoch insbe sondere bei wiederverwendeten Substraten relativ häufig vor.It is also known to center through centering pins on the turntable, between which the substrate is held. Centering is then carried out by the Au outer surface of the substrate. Such an outside center tion requires a lot of play and leads to one strong off-center clamping when the edge of the substrate has minor irregularities. Such an irregularity However, moderation in the form of outbreaks comes into play relatively often, especially with reused substrates in front.

Die bekannten Verfahren zum Positionieren kreisscheiben förmiger Substrate auf einem Drehteller erfordern aufwen dig und mit hoher Präzision gestaltete Vorrichtungen und führen dennoch nicht zu einem schwingungsfreien Lauf des Drehtellers mit dem Substrat, da die Geometrie der Substrate normalerweise nicht perfekt ist und da nicht von einer völlig gleichmäßigen Massenverteilung innerhalb des Substrates ausgegangen werden kann. The known methods for positioning circular disks shaped substrates on a turntable require expenditure dig and with high precision designed devices and nevertheless do not lead to vibration-free running of the Turntable with the substrate because of the geometry of the Substrates is usually not perfect and not there of a completely uniform mass distribution within of the substrate can be assumed.

Die JP 4-241 261 erläutert ein Verfahren, bei dem die Ex zentrizität einer optischen Platte ermittelt wird, indem ein optischer Aufnehmer einer auf der Platte ausgebilde ten, optischen Spur folgt. Der optische Aufnehmer wird zu diesem Zweck von einem Spursensor radial verfahren. Die rotierende Platte wird zur Verminderung der Exzentrizität so weit verschoben, bis die vorgegebene Spur zuverlässig abgelesen werden kann. Beim Laserstrahlbelichten von als Master bezeichneten Substraten ist auf dem Substrat beim Belichten zunächst keine Spur vorhanden, so dass das Ver fahren nach der UP 4-241 261 beim Laserstrahlbelichten nicht eingesetzt werden kann.JP 4-241 261 explains a method in which the Ex centricity of an optical disk is determined by an optical pickup one formed on the plate optical track follows. The optical pickup becomes move radially for this purpose from a track sensor. The rotating plate is used to reduce eccentricity shifted until the specified track is reliable can be read. When laser beam exposure from as Master designated substrates is on the substrate at Expose no trace at first, so the ver drive after the UP 4-241 261 when laser beam exposure cannot be used.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Positionieren eines kreisscheibenförmigen Substrates auf einem Drehteller zu entwickeln, welches ein möglichst genaues Zentrieren der Substrate erlaubt, ohne dass hierzu aufwendige Vorrichtungen erforderlich werden.The problem underlying the invention is a method for positioning a circular disk-shaped substrate to develop on a turntable, which one if possible exact centering of the substrates allowed without elaborate devices are required for this.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, dass zum Laserstrahlbelichten eine Vorrichtung mit einer in einer Linearführung verfahrbaren Spindel verwendet und nach dem Auflegen des Substrates die Spindel mit dem Mo tor mit hoher Drehzahl angetrieben und mechanische Un wuchtbewegungen des Substrates relativ zum Drehteller als lineare Verschiebungen der mit dem Drehteller in der Li nearführung verfahrbaren Spindel gemessen werden und das Maß der Exzentrizität aufgrund der Unwuchtbewegungen der Spindel errechnet und nach einem Stillsetzen der Spindel die Position des Substrates auf dem Drehteller korrigiert wird.This problem is solved according to the invention in that for laser beam exposure a device with a used a linear guide movable spindle and after placing the substrate, the spindle with the Mo Tor driven at high speed and mechanical Un balancing movements of the substrate relative to the turntable as linear shifts of the with the turntable in the Li and the movable spindle can be measured Degree of eccentricity due to the unbalance movements of the Spindle is calculated and after the spindle has stopped corrected the position of the substrate on the turntable becomes.

Bei einem solchen Verfahren wird das jeweilige Substrat zunächst exzentrisch auf den Drehteller gelegt. Die Ex zentrizität wird dann vor dem Aufbringen der Information aufgrund dynamischer Unwuchtbewegungen ermittelt und kor rigiert. Da das bei hoher Geschwindigkeit geschieht, kön nen selbst sehr geringe Exzentrizitäten zuverlässig er mittelt und korrigiert werden. Deshalb werden Schwingun gen in einem besonders hohen Maße ausgeschlossen. Das er findungsgemäße Verfahren ist auf gebräuchlichen Laser strahl-Belichtungsvorrichtungen durchzuführen und erfor dert keinerlei zusätzliche Zentriereinrichtungen. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens muss das Hand habungssystem nur mit einer guten Reproduzierbarkeit beim Aufnehmen und Ablegen des Substrates arbeiten. Toleranzen der Geometrie des Substrates und eine ungleichförmige Massenverteilung innerhalb des Substrates spielen bei dem erfindungsgemäßen Verfahren keine Rolle, weil genau wie beim dynamischen Auswuchten von Autoreifen zunächst mit einem Probelauf die aufgrund unterschiedlicher Fehler auftretende Unwucht nach Größe und Lage ermittelt und dann die Position des Substrates auf dem Drehteller kor rigiert wird. In such a process, the respective substrate first placed eccentrically on the turntable. The ex Centricity then becomes before the information is applied determined based on dynamic unbalance movements and correct rigged. Since this happens at high speed, even very small eccentricities be averaged and corrected. That is why vibrations excluded to a particularly high degree. That he The method according to the invention is on customary lasers perform and require beam exposure devices no additional centering devices. At The hand must be used to apply the method according to the invention system only with a good reproducibility at Pick up and put down the substrate work. Tolerances the geometry of the substrate and a non-uniform Mass distribution within the substrate play in the The method according to the invention does not matter, because exactly how when dynamically balancing car tires a test run due to different errors imbalance is determined by size and position and then the position of the substrate on the turntable kor rigged.

Die Korrektur der Lage des Substrates kann gänzlich ohne zusätzliche Stellantriebe und Messsysteme mit den bei La serstrahl-Belichtungsvorrichtungen vorhandenen Einrich tungen erfolgen, wenn gemäß einer Weiterbildung des er findungsgemäßen Verfahrens nach dem Ermitteln der Un wuchtbewegungen der Drehteller in einer solchen Position zur Linearführung positioniert wird, in der die erfassten Unwuchtbewegungen ihren Extremwert hatten, und dass an schließend das Substrat vom Drehteller abgehoben, der Drehteller um die Exzentrizität verfahren und danach das Substrat wieder auf den Drehteller aufgelegt wird.The correction of the position of the substrate can be done entirely without additional actuators and measuring systems with those at La existing beam exposure devices are carried out if, according to a further training of the he inventive method after determining the Un balancing movements of the turntable in such a position is positioned to the linear guide in which the detected Unbalance movements had their extreme value, and that at then the substrate is lifted from the turntable Move the turntable around the eccentricity and then the Substrate is placed back on the turntable.

Eine ganz besonders gute Wuchtung des Drehapparates der Laserstrahl-Belichtungsvorrichtung erreicht man, wenn nach einer ersten Korrektur der Position des Substrates auf dem Drehteller die Exzentrizität mit Hilfe der Un wuchtbewegungen erneut überprüft und erforderlichenfalls die Lage des Substrates erneut relativ zum Drehteller korrigiert wird.A particularly good balance of the rotating mechanism of the Laser beam exposure device can be reached when after a first correction of the position of the substrate eccentricity on the turntable using the Un balancing movements checked again and if necessary the position of the substrate again relative to the turntable is corrected.

Das erfindungsgemäße Verfahren lässt verschiedene Abwand lungen zu. Zur weiteren Verdeutlichung seines Grundprin zips wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt inThe method according to the invention leaves various modifications lungs to. To further clarify his basic print zips is referred to the drawing below. This shows in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drehappa rates zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a schematic representation of a Drehappa rates for performing the method according to the invention,

Fig. 2 ein Diagramm, welches den Verlauf der Un wuchtbewegungen eines Drehtellers des Dreh apparates über die Winkelstellung zeigt. Fig. 2 is a diagram showing the course of the Un balancing movements of a turntable of the rotating apparatus over the angular position.

Die Fig. 1 zeigt eine von einem Motor 1 antreibbare Spindel 2, die an ihrem oberen Ende einen Drehteller 3 trägt. Der Motor 1 ist mit der Spindel 2 und dem Drehtel ler 3 in einer Linearführung 4 mittels eines Vorschubs 5 verfahrbar. Hierzu hat der Vorschub 5 beispielsweise eine motorisch verfahrbare Reibradstange 6, die sich am Motor 1 abstützt. Fig. 1 shows a drivable by a motor 1 spindle 2, which supports a turntable 3 at its upper end. The motor 1 can be moved with the spindle 2 and the rotary lever 3 in a linear guide 4 by means of a feed 5 . For this purpose, the feed 5 has, for example, a motor-driven friction wheel rod 6 , which is supported on the motor 1 .

Auf dem Drehteller 3 liegt ein scheibenförmiges Substrat 7 auf, welches von einer Handhabungsvorrichtung 8 angeho ben und wegtransportiert werden kann. On the turntable 3 is a disc-shaped substrate 7 , which is raised by a handling device 8 ben and can be transported away.

Der dargestellte Drehapparat hat einen Positionssensor 9, welcher die Linearbewegungen in der Linearführung 4 er fasst, und zusätzlich einen Drehwinkelgeber 10 zur Erfas sung des Drehwinkels der Spindel 2.The rotary apparatus shown has a position sensor 9 , which it detects the linear movements in the linear guide 4 , and additionally a rotary angle encoder 10 for detecting the angle of rotation of the spindle 2 .

Wird der Motor 1 bestromt, dann dreht sich die Spindel 2 kontinuierlich. In Fig. 1 wurde mit 11 der Massenmittel punkt des Substrates 7 gekennzeichnet, welcher bei diesem Beispiel außerhalb der Drehachse der Spindel 3 liegt. Das hat zur Folge, dass aufgrund von Elastizitäten die ge samte Anordnung in der Linearführung 4 eine hin- und her gehende Unwuchtbewegung ausführt, welche vom Positions sensor 9 erfasst wird.When the motor 1 is energized, the spindle 2 rotates continuously. In Fig. 1, 11 was the center of mass of the substrate 7 , which in this example lies outside the axis of rotation of the spindle 3 . The result of this is that, due to elasticities, the entire arrangement in the linear guide 4 executes a reciprocating imbalance movement, which is detected by the position sensor 9 .

Die Fig. 2 zeigt, dass die Unwuchtbewegung in Richtung der Linearführung 4 bei einem Winkel ϕ₁ in einer Position P₁ ihr Minimum und bei einem Winkel ϕ₂ in einer Position P₂ ihr Maximum hat. Aus diesen Unwuchtbewegungen kann man mit Hilfe der Masse des Substrates 7, der Winkelgeschwin digkeit, der Federkonstante des Vorschubs 5 und einer Ge rätekonstante in einem Rechner die Exzentrizität berech nen. Danach kann man mittels der Handhabungsvorrichtung 8 das Substrat 7 anheben und mittels des Vorschubs 5 den Motor 1 mit der Spindel 2 und dem Drehteller 3 um das Maß der errechneten Exzentrizität verfahren, welches in Fig. 1 mit r bezeichnet wurde. FIG. 2 shows that the unbalance movement in the direction of the linear guide 4 has its minimum at an angle ϕ ₁ in a position P ₁ and at an angle ϕ ₂ in a position P ₂ its maximum. From these imbalance movements, the eccentricity can be calculated with the aid of the mass of the substrate 7 , the angular velocity, the spring constant of the feed 5 and a device constant in a computer. Thereafter, the substrate 7 can be raised by means of the handling device 8 and the motor 1 with the spindle 2 and the turntable 3 can be moved by the amount of the calculated eccentricity, which was designated by r in FIG. 1, by means of the feed 5 .

Reference list

11

Motor
engine

22nd

Spindel
spindle

33rd

Drehteller
Turntable

44th

Linearführung
Linear guide

55

Vorschub
Feed

66

Reibradstange
Friction wheel rod

77

Substrat
Substrate

88th

Handhabungsvorrichtung
Handling device

99

Positionssensor
Position sensor

1010th

Drehwinkelgeber
Angle of rotation encoder

1111

Massenmittelpunkt
Center of mass

Claims

1. A method for determining the eccentricity of a circular disk-shaped substrate lying on a turntable of a vertically oriented, motor-driven spindle of a laser exposure device with detection of its angular position, in which the degree of eccentricity of the substrate relative to the turntable is calculated in a computer and then the position of the substrate on the turntable is corrected, characterized in that a device with a spindle which can be moved in a linear guide is used for laser beam exposure and, after placing the substrate, the spindle is driven by the motor at high speed and mechanical imbalance movements of the substrate relative to the turntable are measured as linear displacements of the spindle that can be moved in the linear guide with the turntable, the degree of eccentricity is calculated on the basis of the unbalance movements of the spindle, and the position after the spindle has stopped the substrate on the turntable is corrected.

2. The method according to claim 1, characterized in that that after determining the unbalance movements the rotation plate in such a position for linear guidance posi is tioned in which the recorded unbalance movements ih extreme value, and then the substrate lifted from the turntable, the turntable around the Exzen process and then put the substrate back on Turntable is placed.

3. The method according to claims 1 or 2, characterized ge indicates that after a first correction of the posi tion of the substrate on the turntable the eccentricity checked again with the help of the unbalance movements and he if necessary, the position of the substrate again relative to the turntable is corrected.