DE2113980C2 - Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkstücks - Google Patents

Description

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In zahlreichen Füllen müssen Werkstücke zu ihrer Bearbeitung oder Montage in eine vorbcstimmie Lage ausgerichtet werden, wobei sehr unterschiedliche Anforderungen an die Genauigkeit der Ausrichtung anzutreffen sind. In bestimmten Bereichen müssen In wachsendem Maße sehr hohe, hisweilcn extrem hohe Anforderungen an die Genauigkeit gestellt werden. F.in solcher Bereich findet sich z. B. bei der Herstellung von inte grierten Schaltungskomponenien tür elektronische Schaltungen, bei denen zur Durchführung einer Mehrzahl aufeinanderfolgender Arbeitsgänge eine mehrmalig-.: \usrichtung des bei reffenden Schaltungselement notwendig ist, wobei LagCdbweichungcn im Bereich Min Bruchteilen von (i bereits zu unbefriedigende:, ίn:ch; isscn führen können. Derart hohe Anfoiilerungen .in iliu Ausnchigenauigkeit werden / B. hei der Ausrichtung der Masken beim photolithoar.iphischen Verlahren gestellt oder auch hei mechanischen Bearbeilungsgänuen. wie ι. Ii. heim Aufsagen von Halbleiterscheiben, sog. Watern, in eine Anzahl quadratischer Plättchen, sog. Chips

F.ine für diese Anwendungen entwickelte Ausrichtvorrichtung ist durch clic USA-Patentschrift 34 6fi λ 14 bekannt, llei der dort beschriebenen Anordnung erfolgt die Einstellung eines Werkstücks, z. Ii einer zu bearbeitenden Halbleiterscheibe, in eine definierte Lage in bezug auI die \-Achse, die ) Achse und in Drehrichtung durch Ir.M linear wirkende Stelltriehe, von denen zwei parallele. .hi derjenigen des dritten senkrecht verlautende W'irkrichmngen aufweisen, und wohci jj einer der beiden senkrecht zueinander gerichteten Stelllrlehe den Iransla- -Tischen Verschiebungen und der dritte Stelltrieh den i >;ehsersehlebunnen zugeordnet ist I 'nahhiingig davon, ob die Ausrichtuni! des Werkslüo . mit dieser bekannten

40 Vorrichtung manuell durchgeführt wird oder uutoma-Usch mit Hilfe von optischen Ablastsysiemen, welche die SteJItrlehe unmittelbar steuern, setzen die hohen Genaulgkeitsanrorderungen bei der Ausrichtung des Werkstücks voraus, daß die Lagerung und Führung des Werkstücks absolut spielfrei und außerdem so reibungsarm wie möglich ausgebildet ist, da jede Abnützung der Lagerungselemente Ungenauigkeiten bei der Positionierung zur Folge hat.

Die bisher bekannten Lagerungs- und Einstellelemente, wie Führungsspindeln, Führungsschienen und andere Schubführungen mit zwischen den Führungselementen unvermeidbar auftretender Gleitreibung konnten daher die gestellten Anforderungen häufig bereits nach wenigen Stunden Betrlebszeit nicht mehr erfüllen. Auch wenn die betreffenden Vorrichtungen in Reinräumen betrieben werden, in denen die schädlichen Wirkungen der in der Luft befindlichen Staubteilchen a«if ein Minimum reduziert sind, bleibt das Problem der Abnutzung durch die bei den Einstellvorgängen auftretende Reibung ungelöst. Tatsächlich bewirken nämlich auch in Reinräumen die zur Verringerung der Reibungskräfte erforderliehen Schmiermittel eine Beeinträchtigung der Luftreinheit.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkstückes mit sehr hoher EinstellgeFoulgkeit zu schaffen, bei der die während der Einstellbewegungen auftretenden Reibungskräfte wesentlich herabgesetzt sind. Die Erfindung geht aus von dem in der vorgenannten USA-Patentschrift beschriebenen Einstellprinzip. und die gestellte Aufgabe ist dadurch gelöst worden, daß zur Führung des Werkstücks drei mittels je eines der Stelltriebe betäiigbare Träger angeordnet sind, wobei jeder der Träger als Parallelführungselement ausgebildet ist und zwei der Träger mit ihren zueinander entgegengesetzten Enden stationär gelagert sind und an ihren zueinander gerichteten freien Enden das eine, geteilte Finde des dritten, das Werkstück tragenden Trägers im rechten Winkel dazu befestigt ist. und wobei die Stelltriebe auf die beweglichen Enden der beiden ersten Träger bzw. auf öxs fieie Ende des dritten Trägers wirksam angeordnet sind. Dabei macht die Erfindung von an sich bekannten Paraüelführungselementen Gebrauch, wie sie zum reibungsarmen Feineinstellen von Maschinenteilen nach der I)E-AS 10 08 466 bekannt sind.

Außer der /wischen den Übertragungselementen der -■'elliriehe wirksamen Gleitreibung tritt bei der eriiniUngsgemaßen Vorrichtung in den 1 ührungselonienten für das Werkstück ausschließlich die innere Reibung bei der W erkstolfverlormunt! auf. Vorzugsweise -^intl die Träger aus parallelen Blattfedern mit AhstaiuNstücken Bebildet, und die Verformung der ULitlf-dern beim Einsiellvorgang erzeugt bekanntlich nur ein sehr geringes Mali an Reibung, 'line daß hierbei durch aneinander »leitende Machen ein meßbarer Verschleiß iuhre'.en ■;ann

Ein Ausliihrungsbeispiel der Erfindung wird im Ι-Ί-genden an Hand der Zeichnungen be sehne be n h zeigt

l-'i g I eine schaubildi''.he Darstellung einer \usnchtvorrichtung für eine H.^bleiterscheib-e. wnhei zur besseren Erkennbarkeit der Eir elteile die Scheibe teilweise Beschnitten dargestellt ist.

lii!. 2 eine Teil-Draufsicht aiii die Vurnchtung nach Hg. I. wobei sich das Werkstück ¹Ii unausuerichteter Lage befindet.

Fig. 2Λ eine Draufsicht entsprechend Fig. 2 nach dem Wirksaniwerden des ersten LinearsteiMriebcs.

Pig. 2B efne Draufsicht entsprechend Fig. 2 nach dem Wirksamwerden Ues zweiten Lfne-rstelltriebes,

Fig.2C eine Draufsicht entsprechend Fig.2 nach dem Wirksamwerden des dritten Linearstelltriebes, wobei das Werkstück seine endgültige vorgeschriebene Einstellage erreicht hat.

Gemäß den Fig. 1 und 2 liegt eine Halbleiterscheibe auf einer Lagerplatte 11, die mittels eines Trägerbolzens 13 auf einem FedertrSger 12 gelagert ist. Die Halbleiterscheibe 10 soll bezüglich der .V- und der »'-Achse sowohl linear als auch «n Drehrichtung für einen bestimmten Bearbeitungsvorgang so ausgerichtet werden, daß die Marken 14 und 15 mit der X-Achse und die Marke 16 mit der K-Achse ausgerichtet sind. Das Koordinatenkreuz kann beispielsweise als Fadenkreuz in einer entsprechenden optischen Beobachtungseinrichtung, beispielsweise einem Mikroskop oder einem Videomonitor, enthalten sein.

Zur Justage der Halbleiterscheibe 10 in den genannten Versiellrichtungen dienen Federträger 12, 17 und 18, wobei alle Federiräger »fliegend« angeordnet sind und die Fedenräger 17 und 18 an je einem Ende am Rahmen gelagert sind. Der Federiräger 17 besteht aus zwei naral-IeIn Blattfedern 19 und 20, die an einem auf rt:m Rahmen 22 montierten Halter 21 befestigt sind. Die Parallelführung der Blattfedern 19 und 20 wird durch ein Abstandsstück 23 am entgegengesetzten, freien Ende bewirkt. Auf einem Bolzen 25 im Abstandsstück 23 befindet sich eine Nockenfolgerolle 24, über die eine erste lineare Verstellbewegung auf den Federträger 17 übertragen wird. Der Fedenräger 18 ist gleich wie der Federträger 17 ausgebildet und besieht, wie aus den Fig. 1 und 2 ebenfalls erkennbar ist, aus Blattfedern 26 und 27, einem Abstandsstück 29 mit einem Bolzen 28 und einer Nockenfolgerolle 30.

Der »fliegend« angeordnete Federträger 12 ist aus parallelen Blattfedern 31 und 32 zusammengesetzt, die ihrerseits von den freien Enden der Federträger 17 und 18 getragen werden. Ein Abstandsstück 33 am freien Ende des Federträgers 12 bewirkt die Parallelführung der Blattfedern 31 und 32 und nimmt gleichzeitig den Trägerbolzen 13 fjr die Lagerplatte 11 auf. Weilerhin ist am Abstandsstück 33 eine Nockenfolgerolle 34 mittels eines Bolzens 35 gelagert.

Das Justieren der Halbleiterscheibe 10 in die ausgerichtete Lage zur .V- und !-Achse wird mittels dreier, auf die genannten drei Federiräger wirksamer Stellkräfle durchgeführt. Zwei dieser Kräfte sind im v;esentlichen senkrecht zur V-Achse wirksam und die andere Kraft im wesentlichen senkrecht zur ) -Achse, wobei die beiden erstgenannten Kräfte auf die Federiräger 17 und 18 wirken, während die dritte Stcllkraft auf den Federträger 12 wirksam ist. Hierfür können Stellantriebe verschiedenster Ausführung eingesetzt werden, jedoch haben sich für den vorliegenden Zweck Schrittmotoren am besten bewahrt. Die in den Fig. 1 und 2 dargestellten Schrittmotoren 36. 37 und 38 betätigen zugeordnete Axialnockenscheiben 39. 40 bzw. 41, die ihrerseits über die Nockenfoigerollen 24. 30 und 34 lineare Verslcllkräfie auf die Federträger 17, 18 bzw. 12 ausüben.

Die Steuersignale für die Schrittmotoren 36. 37 und 38 können entweder manuell durch einen Bediener eingegeben werden, welcher die l.ageahweichungen der Halbleiterscheibe 10 mittels eines Mikroskops ermittelt und die Antriebe so hinge entsprechend steuert, bis die Marken 14. 15 und 16 mit der .V-Achsc h/w. der ) -Achse ausgesind. Die Sehrittmotoren können aber auch, wenn die dargestellte Anordnung vollautomatisch betrieben wird, als Servoantriebe ausgebildet sein, wobei die Werte für die Lagerabweichungen der Halblelterspheibe 10 automalisch abgetastet und die entsprechenden Korrekturwerte den Servoantrieben zugeführt werden. Ein derartiges automatisch arbeitendes Regelsystem ist beispielsweise in den USA-Patentschriften 34 75 805 und 34 66 514 sowie in der USA-Patentschrift 32 07 904 beschrieben.

An Hand der Fig. 2A, 2B und IC wird nun ein vollständiger Ausrichtvorgang für eine Halbleiterscheibe 10 erläutert. Dabei wird davon ausgegangen, daß die einzelnen Stellbewegungen aufeinanderfolgend ablaufen und mit derjenigen auf den Federträger 17 beginnen und schließlich mit der auf den Federträger 12 wirksamen Stellbewegung beendet werden. Indes kann diese Reihenfolge beliebig verändert werden, ebenso wie auch die gleichzeitige Einschaltung aller drei Stellbetriebe möglich ist.

In der Ausgangsstellung sind die Blattfedern der Federträger 12, 17 und 18 so vorgespannt, daß ihre Nokkenfolgerollen 24, 30 und 34 an den it-geordneten Axialncckenscheiben 39, 40 bzw. 41 anliegen. Ein Spiel zwisehen den genannten Übertragungselementen für die Stellbewegung ist dadurch verhindert. Zunächst führt, entsprechend den aus der Lageabweichung der Halbleiterscheibe 10 resultierenden Lageabweichungswerten, der Schrittmotor 36 eine Drehbewegung aus, in deren Folge

JO die Axialnockenscheibe 39 auf die Nockenfolgerolle 24 eine lineare Schubkraft .v, ausübt und den Federträger 17 gegen die V-Achse verschiebt, wodurch die Blattfeder 31 des Federträgers 12 verschoben wird, bis die Marke 14 mit der .V-Achse ausgerichtet ist. vgl. Fig. 2A.

Anschließend wird der Schrittmotor 37 über die Axialnockenscheibc 40 mit einer Kraft .v_; gegen die Nockcnfolgerolle 30 am Federträger 18 wirksam, bis infolge der dadurch bewirkten Linearverstellung der Blattfeder 32 des Federträgers 12 die Marke 15 mit der V-Achse ausgerichtet ist, vgl. Fig. 2B. Schließlich verursacht der Schrittmotor 38 mittels der Axialnockenscheibe 41 das Wirksamwerden einer Linearkrafi ν gegen die unmittelbar -!tn freien Ende des Federlrägers 12 angebrachte Nokkenfolgerolle 34. bis die Marke 16 mit der ) -Achse ausgerichtet ist. Infolge der Parallelführung der Blattfedern 31 und 32 bleibt hierbei die Ausrichtung der Marken 14 und 15 mit der A'-Achse aufrechterhalten, vgl. Flg. 2C.

Die Halbleiterscheibe 10 ist nunmehr genju justiert.

Die In den Zeichnungen dargestellten Stelltriebe sind.

wie erwähnt, jeweils Im wesentlichen senkrecht zu den Koordinatenachsen wirksam. Sollte jedoch die Anordnung der Stelllriebe so beschaffen sein, daß die Versteilkräfte nicht genau senkrecht oder nicht annähernd senkrecht zu den Achsen wirken, sondern in einem hiervcn nennenswert abweichenden Winkel, so bleibt die VerstJlrichtung der einzelnen Federiräger hiervon unbeeinflußt, und der Verstcllweg ist ausschließlich durch die senkrecht zur Achse v/irksame Wegkomponente bestimmt

w Während, wie im Auslührungsbeispiel dargestellt, für die Einstellung in >-. ) - und Dichrichtung drei l.inearstclltriebe erforderlich sind, werden, wenn nur eine Justage in V- und Y-Richtung gebraucht wird, lediglich zwei lineare Stellantriebe benötigt, um eine einwandfreie

*>5 Ausrichtung zu erreichen.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (3)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Ausrichten eines Werkstückes

in eine vorbestimmte Lage mittels dreier linear wirksamer Stelltriebe. von denen zwei parallele, zu derjenigen des dritten senkrecht verlaufende Wirklichlungen aufweisen, wobei je einer der beiden senkrecht zueinander gerichteten Stelltriebe den iranslatorischen Verschiebungen und der dritte Stelltrieb den Drehver- ι ο Schiebungen zugeordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß zur Führung des Werkstücks drei mittels je eines der Stelltriebe betätigbare Träger (12, 17, 18) angeordnet sind, wobei jeder der Träger als Parallelführungselement ausgebildet ist und zwei der '5 Träger (17, 18) mit ihren zueinander entgegengesetzten Enden stationär gelagert sind und an ihren zueinander gerichteten freien Enden das eine, geteilte Ende des dritten, das Werkstück (10) tragenden Trägers (12) im rechtet. Winkel dazu befestigt ist, und wobei die Steütriebe (36 bis 41) auf die beweglichen F.nden der beiden ersten Träger (17, 18) bzw. auf das freie Ende des dritten Trägers (12) wirksam angeordnet sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch I. dadurch gekennzeichnet, daß die Träger (!2, 17, 18) aus je einem Paar paralleler Blattfedern (19, 20; 26, 27; 31, 32) mit Abstandsstücken (23, 29. 33) gebildet sind.

3. Vorrichtung nach den Ansprüchen I und 2, dadurch gekennzeichnet, daß an den Abstandsstücken (23, 29, 33) von motorisch angetriebenen Axial- » nockenschf.'bcn (39 bis 41) betäiigbare Nockcnfolgeelemente (24, 30. 34) angeordnet sind.