DE2511071B2 - Vorrichtung zum automatischen Ausrichten von Halbleiterscheiben - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Ausrichten einer Halbleiterscheibe auf eine gewünschte Position, wobei der Umfang der Halbleiterscheibe einen runden Bogenabschnitt und einen Orientierungsabschnitt aufweist, der zwei Ecken an den Schnittpunkten mit dem Bogenabschnitt besitzt, mit einer Auflageplatte für die Halbleiterscheibe, mit einem Drehkopf auf der Auflageplatte, der die Halbleiterscheibe durch Umfangsberührung dreht und mit einem Umfangsführungsglied, das die Halbleiterscheibe bei ihrer Drehung in eine bestimmte Position ebenfalls am Umfang führt.

Bei der Herstellung von Festkörper-Bauelementen, beispielsweise Transistoren und integrierten Schaltungen, auf einer einzigen Halbleiterscheibe durch ein mehrstufiges, photomechanisches Reproduktionsverfahren ist es bei jedem der aufeinanderfolgenden Schritte der Photolackmaskenausrichtung und der Herstellung erforderlich, daß die Scheibe an einer vorbestimmten Stelle genau in einer vorgeschriebenen Orientierungslage angeordnet wird. Im einzelnen wird auf der Oberfläche der Scheibe eine photoempfindliche Schicht, die beispielsweise aus Photolack bestehen kann, aufgebracht, und die Scheibe wird dann an eine Druckstation übertragen, wo die beschichtete Oberfläche durch eine Photomaske selektiv belichtet wird, um eine Vielzahl von Diffusionsbereichen für Fremdatome zu bilden. Der Photomaskendruck wird bei Ausrichtung der Photomaske gegenüber der Scheibe durchgeführt, das heißt nachdem die vorher unbestimmt orientierte Scheibe auf eine gewünschte Position an einer vorbestimmten Lage auf einer Auflageplatte ausgerich-

tet ist. Um diese Ausrichtung der Scheibe vornehmen zu können, muß ein körperliches Unterscheidungsmerkmal an dem Umfang der Scheibe ausgebildet werden, das als Bezugsmerkmal für die Ausrichtung dient. Beispielsweise wird ein gerader oder ausgesparter Umfangsabschnitt ausgebildet, der von dem res,dichen, runden Umfangsabschnitt unterscheidbar ist. Als Oberbegriff für diese Unterscheidungsmerkmale wird im folgenden »Orientierungsabschnitt« verwendet.

Um die Wahrscheinlichkeit der Zerstörung der Halbleiterscheiben beim mechanischen Abtasten auf ein Minimum herabzusetzen, ist es erwünscht, die Zahl der an dem Umfang der Scheibe angreifenden Führungsrollen zu vermindern Dazu ist eine Vorrichtung zum automatischen Ausrichten von Halbleiterscheiben bekannt, bei der nur eine Führungsrolle und zwei gegenläufig drehbare Drehköpfe verwendet werden. Wenn der Orientierungsschnitt der Scheibe in Kontakt mit den beiden Drehköpfen gebracht wird, wird die Scheibe in der gewünschten Ausrichtung gegen eine Drehung gehalten. Bei dieser Vorrichtung wirken die gegenläufigen Drehbewegungen der beiden Drehköpfe gleichzeitig am Umfang der Scheibe, so daß die Scheibe immer vibriert und sich während der Ausrichtung in einer unstabilen Position befindet. Zusätzlich zu der Schwingungsbewegung der Scheibe ist es aufgrund eines Unterschiedes zwischen den Reibungskoeffizienten der beiden Drehköpfe gegenüber dem Umfang der Scheibe und aufgrund von anderen Faktoren schwierig, die Orientierung und Lage der Scheibe mit großer Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu steuern.

Eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung ist aus der Druckschrift IBM Technical Disclosure Bulletin, Band 14, September 1971, Nr. 4, Seite 1021, bekannt. Die bekannte Vorrichtung ist dazu geeignet, eine Halbleiterscheibe auszurichten, an deren Umfang zwei sich von dem übrigen Umfang unterscheidende Abschnitte vorhanden sind. Die bekannte Vorrichtung besitzt eine Drehwelle und einen Seitenstopp, die mit dem Umfang der Halbleiterscheibe in Berührung stehen. Die Welle dreht die Halbleiterscheibe, während sie vom Seitenstopp geführt wird. Dabei fällt die Drehwelle in eine kleine Aussparung am Umfang der Halbleiterscheibe, während zugleich eine um 90° versetzte Orientierungsabflachung am Umfang der Halbleiterscheibe die ebene Fläche des Seitenstopps berührt, so daß die Drehung der Halbleiterscheibe anhält. Da die Vorrichtung nur ein Drehelement besitzt, das in die Aussparung der Halbleiterscheibe einfällt, ist das Anhalten der Halbleiterscheibe an der gewünschten Position relativ stabil. Da jedoch die Drehwelle in Berührung mit der Halbleiterscheibe bleibt, kann eine Vibration der Scheibe nicht vermieden werden. In einigen Fällen kann sich auch die Aussparung von der Drehwelle aufgrund deren Drehkraft lösen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung dieser bekannten Art so auszugestalten, daß die Halbleiterscheibe nach Erreicher, ihrer gewünschten Position und damit nach Beenden des Ausrichtvorgangs stabil gehalten wird.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichenteils des Patentanspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung wird die stabile Lage der Halbleiterscheibe in ihrer gewünschten Position dadurch erzielt, daß eine weitere Drehung der Halbleiterscheibe nach Erreichen dieser gewünschten Position zwangsläufig zu einem Abheben von dem Drehkopf als Antriebsquelle führt, so daß nicht nur eine weitere Drehung ausgeschlossen ist, sondern praktisch auch keine Vibrationen oder dergleichen auf die Halbleiterscheibe übertragen werden können.

Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht in der Auflageplatte mehrere Durchgangsbohrungen vor, die durch eine Pumpe und dafür vorgesehene Steuereinrichtungen zwischen Druck· und Vakuumbetrieb umschaltbar sind. Der Führungsanschlag ist so aufgebaut, daß er eine flache Führungsfläche senkrecht zu der Auflagefläche hat und neben dem Drehkopf auf der gegenüberliegenden Seite zu der Leerlaufrolle angeordnet ist. Dadurch wird die Scheibe, während sie durch Anwendung von Luftdruck durch die Bohrungen in der Auflageplatte leicht schwebend über der Auflagefläche gehalten wird, und während sie an ihrem Umfang gleichzeitig in Anlage mit dem Drehkopf und der Leerlaufrolle gedrückt wird, durch die Reibungskraft zwischen dem Umfang der Scheibe und dem Drehkopf gedreht. Eine der beiden Ecken des Orientierungsschnitts schlägt sodann auf die flache Fläche des Führungsanschlages an einem Punkt auf, von dem aus sich die Ecke in gerader Richtung entlang der Führungsfläche zu einem Punkt näher bei dem Drehkopf bewegt, wo der Drehkopf keine erhebliche Drehbewegung mehr auf die Scheibe ausübt. Bei Beendigung der Ausrichtung der Scheibe werden die Bohrungen von Druck auf Vakuum umgeschaltet, um die Scheibe in der gewünschten Orientierungsposition an einer vorbestimmten Stelle mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit gegen eine Drehung zu halten.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet mit einer Maskendruckeinrichtung zusammen, die einer Obertragungseinrichtung zugeordnet ist. Die Übertragungseinrichtung ist in an sich bekannter Weise aufgebaut und weist eine Nachschubeinrichtung für Halbleiterscheiben, eine drehbare Transporteinrichtung, beispielsweise einen Bandförderer, und eine Schrittschalteinrichtung auf, wodurch unregelmäßig orientierte Scheiben automatisch einzeln auf die Auflageplatte der erfindungsgemäßen Vorrichtung übertragen werden. Nachdem die Auflageplatte die Scheibe aufgenommen hat, wird die Pumpe, die an die Bohrungen der Auflageplatte angeschlossen ist, betätigt und führt durch die Bohrungen Luft unter einem solchen Druck zu, daß die Scheibe leicht über der Auflagefläche schwebt. Die Achsen der Bohrungen sind gegenüber der Auflagefläche so orientiert, daß die Scheibe in Anlage mit dem Drehkopf und der Leerlaufrolle gedrückt wird, wenn nur der Orientierungsabschnitt außerhalb dem Teil des Bewegungsbereiches der Scheibe zwischen der Leerlaufrolle und dem Drehkopf liegt, so daß dei Bereich der Drehbewegung der Scheibe um ihre Achse definiert wird. Dadurch wird durch eine Drehung des Drehkopfes, der durch einen Elektromotor mit einem geringen Antriebsdrehmoment angetrieben wird, die Scheibe ruhig um ihre Achse gedreht, während die Scheibe gegen eine Schwingungsbewegung durch Anlage an der

bo Leerlaufrolle stabilisiert ist.

Ausfiihrungsbeispiele der Erfindung werden nun anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt

F i g. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum

hi automatischen Ausrichten von Halbleiterscheiben;

F i g. 2 einen schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung der Linie X-X' von Fig.l;

F i g. 3 und 4 ähnliche Darstellungen des Ausführungsbeispieles von F i g. 1 und 2, wobei Arbeitsprinzipien verdeutlicht werden;

F i g. 5 eine schematische Draufsicht auf ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung; und

F i g. 6 eine zum Teil perspektivisches, zum Teil im Schnitt gezeigte Darstellung der Vorrichtung von F i g. 5, wobei der geschnittene Teil eine Anordnung ähnlich wie die in F i g. 2 gezeigte Anordnung darstellt.

In F i g. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum selbsttätigen Ausrichten von Halbleiterscheiben gezeigt, wie sie in einer Masken-Druckeinrichtung vorgesehen ist. Die Vorrichtung zum selbsttätigen Ausrichten der Halbleiterscheibe weist eine Auflageplatte 1 mit einer glatten Auflagefläche zur Aufnahme und Halterung einer Halbleiterscheibe auf. Die Auflageplatte 1 ist mit vier Füßen 101 (Fig.2) auf einem Drehtisch montiert, der durch eine an sich bekannte Schrittschalteinrichtung intermittierend gedreht wird, so daß die Auflageplatte 1 durch eine Folge von wenigstens einer Ausrichtstation für die Halbleiterscheibe und eine Maskendruckstation transportiert wird. In der Druckstation wird die Scheibe durch ein optisches System, das zur Durchführung eines Druckverfahrens durch Projektion des Bildmusters, durch Anordnung der Photomaske in der unmittelbaren Nähe oder in Kontakt mit dem Substrat dient, mit einer Photomaske ausgerichtet. Die folgende Erläuterung wird unter der Annahme gemacht, daß die Auflageplatte 1 in der Ausrichtstation ortsfest bleibt, d. h. daß die jn Drehung des Drehtisches angehalten wird.

Die Auflageplatte t hat einen Drehkopf 2, der auf der Auflagefläche angeordnet, gegenüber dieser drehbar und fest auf einer Antriebswelle 201 montiert ist, die durch eine mechanische Verbindung, beispielsweise j3 einen Getriebezug, mit der Abtriebswelle eines Elektromotors 8 verbunden ist, der auf der Unterseite der Auflageplatte 1 montiert ist. Der Betrieb des Motors 8 wird durch eine an sich bekannte Steuereinrichtung gesteuert, so daß der Drehkopf so lange gedreht wird, wie die Auflageplatte 1 sich in der Ausrichtstation befindet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet, eine Halbleiterscheibe auszurichten, die an ihrem Umfang ein Unterscheidungsmerkmal hat, so daß ein Orientierungsschnitt an dem Umfang zur Unterscheidung gegenüber dem restlichen, runden Umfangsabschnitt ausgebildet wird, und eine Größe von 50 ± 2 mm bis 76 ± 2 mm im Durchmesser hat. In diesem Fall wird der Drehkopf 2 mit einer Drehzahl von 100 U/min angetrieben. Unter Abstand zu dem Dreh- ίο kopf 2 ist als Umfangsführungsglied eine Leerlaufrolle 3 zur Führung des Außenumfangs der Scheibe drehbar auf einer Welle 301 montiert, die fest auf der Auflageplatte 1 angeordnet ist. Eine Scheibe, die auf der Auflagefläche liegt, wird an ihrem Außenumfang in :·^Γι Anlage mit dein Drehkopf 2 und der Leerlaufrolle 3 gebracht, so daß der Drehkopf 2 und die Leerlaufrolle 3 am Umfang eines Kreises, dessen Durchmesser gleich dem Durchmesser der Scheibe ist, und dessen Mitte an einem vorbestimmten Lokalisicrungspunkt liegt, und m> unlcr einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, der kleiner als der minimale Durchmesser der Scheibe ist. Experimentell wurde gefunden, daß der wirkungsvollste Abstand /wischen dem Drehkopf 2 und der Lecrlaufrolle 3 gleich dem Abstand ist, der einem ι·'> Winkel von etwa 120" entspricht. Wenn der Abstand gegenüber diesem Wert vergrößert wird, wird die von dom Drehkopf 2 und der l.ucrkiufrolle 3 auf die Scheibe ausgeübte Keilkraft stark erhöht. Mit anderen Worten erfährt die Scheibe eine stark ansteigende Reaktionskraft von dem Drehkopf 2 und der Leerlaufrolle 3, so daß die Wahrscheinlichkeit, daß die Scheibe zerstört wird, erheblich vergrößert wird. Umgekehrt bewirkt eine Verkleinerung des genannten Abstandes eine Herabsetzung der Stabilisierung der Scheibe gegen eine Schwingungsbewegung um die Leerlaufrolle 3, während sie gedreht wird. Der Abstand zwischen dem Drehkopl 2 und der Leerlaufrolle 3 ist bei der Erfindung jedoch nicht auf einen speziellen Wert festgelegt. Die Größe des Abstandes wird daher auf einen Bereich zwischen dem minimalen Durchmesser der Scheibe und einem solchen Abstand begrenzt, der lang genug ist, um der Bewegungsbereich der Scheibe bei ihrer Drehung genau zu definieren. Mit anderen Worten kann ein verhältnismäßig größerer Abstand zum Ausrichten einer Scheibe mit größerer mechanischer Festigkeit und ein verhältnismäßig kleinerer Abstand bei einen-Drehkopf verwendet werden, der mit einer geringer Drehzahl angetrieben wird, ohne daß der genannte Nachteil auftritt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist fernei einen Führungsanschlag 4 mit einer flachen Führungsfläche 401 auf, der zur Führung eines Gegenstandes ir einer linearen Richtung dient und neben dem Drehkopl 2 auf der gegenüberliegenden Seite von der Leerlaufrol-Ie 3 angeordnet ist. Der Führungsanschlag ist se orientiert, daß die Führungsfläche 401 die Verbindungslinie zwischen Drehkopf 2 und Leerlaufrolle 3 untei einem Winkel von etwa 130° schneidet. Die Führungsfläche liegt außerhalb des oben genannten Kreises unc so dicht bei dem Kreis, daß eine der beiden Ecken aul die Führungsfläche an einem Punkt auftreffen kann während die Scheibe um ihre Achse in einer Richtung von dem Drehkopf 2 zu der Leerlaufrolle 3 gedrehl wird. Mit anderen Worten ist die Führungsfläche 401 von einer Tangente an den genannten Kreis an einerr Punkt, an dem der Umfang der Scheibe an dem Umfang des Drehkopfes 2 angreift, um einen vorbestimmter Abstand Δ C nach außen versetzt. Es hat sich experimentell gezeigt, daß der Abstand Δ C vorzugsweise kleiner als 0,05 mm ist oder im Bereich vor OS Δ S 0,05 mm liegt, damit die Vorrichtung zurr Ausrichten der Halbleiterscheiben in die Lage versetzi wird, viele verschiedene Scheiben unterschiedlichei Größe, die gewöhnlich auftreten, in vorgewählte aufeinander bezogene Positionen auszurichten. Eine Vergrößerung in dem Abstand Δ Cüber 0,05 mm hinau; macht es schwieriger, eine Beziehung zwischen der siel· ergebenden Ausrichtposition zu erreichen, wenn die Scheibengröße variiert wird. Dadurch wird wiederurr die Gleichförmigkeit und Zuverlässigkeit der Endprodukte herabgesetzt. Solange die auszurichtender Scheiben eine bestimmte Größe haben, kann jedoch dei Abstand Δ C einen in Grenzen beliebigen Wert haben der von der jeweiligen Scheibengröße abhängt. Es muO nur dafür gesorgt sein, daß die Ecke in Kontakt mit dei Führungsfläche gebracht werden kann, während die Scheibe in Anlage mit dem Drehkopf 2 und det Leerlaufrolle 3 gedreht wird.

Um die Ausrichtung zu erleichtern, sind mehrere Bohrungen 6 durch die Auflageplatte 1 gebohrt, uneinen Druck oder ein Vakuum an die Halbleiterscheibe anzulegen, die auf der Auflagefläche aufgenommen unc gehalten ist. Die öffnungen der Bohrungen auf dei Auflagefläche sind in zwei Linien angeordnet, die ieweils einen Winkel von etwa 30" mit der Führunssflii-

ehe 40) des Führungsanschlages 4 einschließen. Die Achsen der Bohrungen 6 sind so orientiert, daß sie einen Winkel von etwa 60° gegenüber der Auflagefläche (F i g. 2) in jeder der Ebenen bilden, die die jeweilige Linie der Bohrungsöffnungen enthalten und senkrecht zu der Auflagefläche stehen, so daß, wenn Gas aus den Bohrungen 6 mit einem genügenden Druck austritt, um die Scheibe leicht anzuheben bzw. schwebend zu tragen, die Scheibe an ihrem Umfang in Anlage mit wenigstens zwei von den drei Teilen, nämlich dem Drehkopf 2, der Leerlaufrolle 3 und dem Führungsanschlag 4, verschoben wird. Es hat sich experimentell herausgestellt, daß diese Anordnung oder Orientierung der Bohrungen 6 für die Ausrichtung der Scheibe sehr wirkungsvoll ist, während gleichzeitig eine gute Balance der Scheibe bei der Drehbewegung in die gewünschte Ausrichtungsposition beibehalten wird, und die am Ende eingenommene Ausrichtung und Anordnung der Scheibe mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit gesteuert werden kann. Alle Bohrungen 6 sind auf eine Ausnehmung 601 ausgerichtet, die in einer Grundplatte 102 ausgebildet ist, die luftdicht auf der Unterseite der Auflageplatte 1 montiert ist. Die Ausnehmung 601 ist mit einer Pumpe (nicht gezeigt) durch einen Anschluß 602 verbunden, so daß sie zwischen Druck- und Vakuumbeaufschlagung umgeschaltet werden kann. Der Betrieb der Pumpe zum Anlegen eines Vakuums oder von Druck wird durch eine nicht gezeigte Steuereinrichtung synchron mit dem Betrieb des Drehtisches gesteuert. Die Steuereinrichtung für diese Betriebsweise kann in an sich bekannter Weise aufgebaut sein. Die Pumpe liefert, während des gesamten Ausrichtvorganges eine kleine Luftströmung durch den Anschluß 602 und die Ausnehmung 601 an die Bohrungen 6. Nach einem vorbestimmten Zeitintervall nach dem Beginn des Ausrichtvorganges oder, nachdem die Scheibe in die gewünschte Position ausgerichtet ist, wird die Pumpe von Druck- auf Vakuumbetrieb umgeschaltet, um die Scheibe in der am Ende eingestellten, ausgerichteten Position an der vorbestimmten Stelle zu halten. Bei der Ausführungsform, bei der die gegenüber der Senkrechten auf der Auflagefläche geneigten Bohrungen vorgesehen sind, ist es bevorzugt, die Auflageplatte 1 mit der Auflagefläche gegenüber der Horizontalen um etwa 1° geneigt anzuordnen, da der Drehkopf 2, die Leerlaufrolle 3 und der Führungsanschlag 4 nach unten verschoben sind. In diesem Fall kann als Alternative eine Auflageplatte mit mehreren Bohrungen 6 verwendet werden, von denen eineige senkrecht zu der Auflagefläche stehen. Wenn die Auflageplatte 1 mehrere Bohrungen 6 aufweist, die alle senkrecht zu der Auflagefläche stehen, muß die Auflagefläche gegenüber der Horizontalen in einer Ebene senkrecht zu der Auflagefläche und parallel zu den Linien, auf denen die öffnungen der Bohrungen 6 liegen, geneigt sein, so daß die zur Auflagefläche parallele Komponente der Schwerkraft an der schwebend gelagerten Scheibe zu dem Mittelpunkt zwischen dem Drehkopf 2 und der Leerlaufrolle 3 nahezu gleich der Kraftkomponente ist, die von der Luftströmung aus den Bohrungen 6 auf die Scheibe ausgeübt wird, die parallel zu der Auflagefläche ist (s. Fig.2). In den Figuren sind die Bohrungen 6 in einer regelmäßigen Anordnung in der Auflageplatte dargestellt. Die Anordnung der Bohrungen ist jedoch nicht auf diese gezeigte Anordnung beschränkt. Beispielsweise können alle Bohrungen 6 unregelmäßig angeordnet sein. Obwohl diese in den Figuren nicht gezeigt ist, ist eine Übertragungseinrichtung in der Masken-Druckeinrichtung vorgesehen, die mit der Ausrichtvorrichtung zusammenwirkt, wenn diese in die Ausrichtstation dei Druckeinrichtung eintritt. Dadurch werden die unregel mäßig orientierten Scheiben selbsttätig und einzeln vor dem Scheibenträger, beispielsweise der Scheiben-Zu fuhreinrichtung, über Schrittschalteinrichtungen unc Transporteinrichtungen, beispielsweise Band- und Luft förderer, an die Auflageplatte 1 der Vorrichtung zui Ausrichtung der Scheiben in einer Richtung parallel zi

der durch die öffnungen der Bohrungen 6 gebildeter Linie übertragen, die im folgenden als Richtung Λ bezeichnet wird, Statt der Verwendung einer Übertra gungseinrichtung kann jede Scheibe von Hand auf die Auflageplatte 1 von der Richtung A her aufgeleg werden.

Die Arbeitsweise der Ausrichtvorrichtung nach der F i g. 1 und 2 wird als nächstes unter Bezugnahme auf di« F i g. 3 und 4 beschrieben. Wenn die Ausrichtvorrich tung in die Ausrichtstation der Druckeinrichtung eintritt, wird der Motor 8 erregt und die Pumpe betätigt so daß sie Gas 7, beispielsweise Luft, durch di« Bohrungen 6 an die Auflagefläche führt. Eine Scheibe 5 die anfänglich in der in Fig.3 gezeigten Weis« orientiert ist, wird dann durch die selbsttätig« Scheibenübertragungseinrichtung in der Richtung A aui die Auflagefläche gelegt. Durch das Gas wird die Scheibe in einem Abstand von 0,1 bis 0,2 mm schwebenc über der Auflagefläche gehalten, um die Reibungskrafi zwischen der Scheibe 5 und der Auflageplatte 1 irr wesentlichen auf Null zu reduzieren. Da die Schubkrafi der Gasströmung, die aus den Bohrungen 6 hervortritt eine Komponente in der Richtung A hat, wird dif Scheibe in der Richtung A bewegt, bis sie sowohl an derr Drehkopf 2, als auch an der Leerlaufrolle 3 anstößt. Di der Drehkopf 2 von dem Motor 8 im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, wird die Scheibe um ihre Achse gedreht, die durch die Mitte eines Kreises verläuft, dei durch den kreisförmigen Umfangsabschnitt 5Λ definier! wird. Aufgrund der Reibungskraft zwischen der Scheibe 3 und dem Drehkopf 2 erfolgt die Drehung der Scheibe im Uhrzeigersinn. Da keine Reibungskraft zwischen dei Auflageplatte 1 und der Scheibe 5 vorhanden ist, beginnl sich die Scheibe 5 gleichförmig und ruhig zu drehen. Die Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe 5 erreicht in einer kurzen Zeit einen Wert, der nahezu gleich der Umfangsgeschwindigkeit des Drehkopfes 2 ist. Fernet wird die Scheibe 5 stabil zwischen dem Drehkopf 2 und der Leerlaufrolle 3 abgestützt, so daß keine Schwingungsbewegung an der Scheibe 5 erzeugt wird Während die Scheibe 5 gedreht wird, erreicht der geradlinige Umfangsabschnitt 5ß oder Orientierungsschnitt den Drehkopf 2, so daß die Mitte der Scheibe 5 sich langsam in der Richtung A verschiebt. Von diesem Moment an wird die Drehung des Drehkopfes 2 über den geradlinigen Umfangsabschnitt 5ß auf die Scheibe 5 übertragen. Wenn die Verschiebung der Scheibenmitte einen Wert erreicht, der von dem Abstand Δ C, der Scheibengröße und der Form des Orientierungsschnitts und seiner Größe abhängt, schlägt die rechte Ecke 5ß' die an dem Schnittpunkt zwischen den Abschnitten 5A und 5ß ausgebildet ist, auf einen Punkt der Führungsfläche 401 des Führungsanschiages 4 auf. Bei diesem Stadium der Drehung der Scheibe 5 bleibt die Anlage des geradlinigen Umfangsabschnittcs 5ß an dem

Μ Drehkopf 2 erhalten, so daß die Scheibe 5 weiter im Uhrzeigersinn gedreht wird, während die Ecke 5ß entlang der Führungsfläche 401 geradlinig zu einem Punkt gleitet, wo der Drehkopf 2 keine erhebliche

Drehbewegung mehr auf die Scheibe überträgt, da die zur Abstützung der Scheibe 5 erforderliche Kraft auf die Leerlaufrolle 3 und den Führungsanschlag 4 jedoch nicht auf den Drehkopf 2 wirkt. Mit anderen Worten wird der Abschnitt 55 der Scheibe 5 außer Kontakt mit dem Umfang des Drehkopfes 2 genommen. Zu diesem Zeitpunkt nimmt die Scheibe 5 die gewünschte Orientierungsposition an einer vorbestimmten Lage ein, bei der die Scheibe 5 gegen eine Restdrehung stabilisiert ist, weil die Anlage des runden Umfangsabschnittes 5A und der Ecke 5ß'der Scheibe 5 mit der Leerlaufrolle 3 bzw. dem Führungsanschlag 4 zu einer keilartigen Kraft oder Keilwirkung auf die Scheibe 5 führt. Die Position und Lage der abschließend ausgerichteten Scheibe 5 kann je nach den Bedingungen für die Ausrichtung mit der Photomaske in der Druckeinrichtung dadurch eingerichtet werden, daß man die Anordnung des Drehkopfes 2, der Leerlaufrolle 3 und des Führungsanschlages 4 variiert. Nach einer Zeitdauer von 8 Sekunden bei einer Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 5 cm oder nach einer Zeitdauer von 12 Sekunden bei einer Scheibe mit einem Durchmesser von etwa 7,5 cm, wobei die Zeitdauer vom Auflegen der Scheibe 5 auf die Auflageplatte 1 gerechnet wird, wird der Anschluß 602 von Druck- auf Vakuumbetrieb umgeschaltet, so daß die Scheibe 5 fest auf der Auflageplatte 1 gehalten wird. Die genannte Zeitdauer hängt von der Umfangsform der Scheibe 5 und der Drehzahl des Drehkopfes 2 ab und wird genügend lang gewählt, damit bei einer vorgegebenen Drehzahl des Drehkopfes 2 die Ausrichtvorrichtung eine Scheibe, die in einer beliebigen Orientierungsposition aufgelegt worden ist, auf eine vorbestimmte Orientierungsposition ausrichten kann. Wie bereits erwähnt wurde, bewirkt die Neigung der Auflageplatte 1 gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von etwa 1° eine nach unten gerichtete Gleitbewegung der Scheibe 5, so daß sie stetig in Anlage mit dem Führungsanschlag 4 und der Leerlaufrolle 3 gehalten wird. Dabei wird sichergestellt, daß die Orientierungsposition und -lage der Scheibe 5, die sich ergeben, wenn die Scheibe 5 schwebend gehalten wird, nach der Ablage der Scheibe auf der Auflagefläche durch die Anwendung von Vakuum erhalten bleibt. Nachdem die Scheibe 5 in die gewünschte Position ausgerichtet worden ist, wird die Auflageplatte 1 mit der darauf befindlichen Scheibe 5 in die nächste Station übertragen, während der Drehtisch betätigt wird. Andernfalls kann die Scheibe 5 allein durch eine Transporteinrichtung mit Preßluft-Spanneinrichtungen in die nächste Station übertragen werden, während die Orientierungsposition beibehalten wird.

Die vorhergehende Beschreibung der Betriebsweise der Ausrichtvorrichtung wurde in Zusammenhang mit einer speziellen Ausführungsform vorgenommen, bei der die Achsen der Bohrungen 6 gegen die Senkrechte auf der Auflagefläche der Auflageplatte 1 geneigt sind. Das Arbeitsprinzip ist jedoch bei einer anderen Ausrichtvorrichtung dasselbe, bei dem die Bohrungen 6 senkrecht zu der Auflagefläche gebohrt sind, wobei jedoch die Auflagefläche gegenüber der Horizontalen um einen größeren Winkel von etwa 2° geneigt ist. Lediglich die Art der Kraft, die die Scheibe in Anlage mit wenigstens zwei der folgenden Elemente dem Führungsanschlag 4, dem Drehkopf 2 und der Leerlaufrolle 3 bewegt, ist bei den AusfUhrungsbeispiclen unterschiedlich und ist in einem Beispiel der Druck der Gasströmung, die aus den Bohrungen 6 abgegeben wird, und bei dem anderen Ausführungsbeispiel die Schwerkraft.

Die Erfindung wurde oben in Zusammenhang mit einem schematischen Ausführungsbeispiel beschrieben, das in verschiedenen Arten abgewandelt werden kann. Beispielsweise ist es möglich, statt einer Rolle als Leerlaufrolle 3 einen Stift zu verwenden, der fest auf der Auflageplatte montiert ist. Die Leerlaufrolle 3 kann die Form eines umgekehrten Konus oder eines Zylinders haben. Im Falle einer Leerlaufrolle 3 in Form eines umgekehrten Konus wird die Scheibe 5 daran gehindert, sich in unerwünschter Weise nach oben und auch seitlich zu verschieben. Selbstverständlich kann der Winkel des Konus einen beliebigen Wert haben.

Auch kann der Drehkopf 2 entweder die Form eines Zylinders oder die Form eines umgekehrten Konus haben. Der Drehkopf 2, der die Form eines umgekehrten Konus hat, begrenzt die Verschiebungen der Scheibe 5 nach oben und seitwärts. Ferner kann der Drehkopf 2 durch ein Endlosband ersetzt werden, das auf zwei Rollen läuft. In diesem Fall liegt eine der beiden Leitrollen an der Stelle des Drehkopfes 2, und ein Endlosriemen ist so über diese Rolle gelegt, daß er normalerweise mit dem Umfang der Scheibe in Kontakt steht. Die andere Rolle kann durch einen Elektromotor 8 gedreht werden, dessen Abtriebswelle unter Abstand zu der Welle der erstgenannten Rolle liegt. Die Scheibe wird dann in Anlage mit dem Band oder Riemen gedreht.

Die Fig. 5 und 6 zeigen ein anderes Ausführungsbeispiel der Erfindung, bei dem die Teile, die Teilen in den F i g. 1 und 2 entsprechen, dieselben Bezugszeichen haben. Durch eine Düse 9 wird die Scheibe 5, die gerade ausgerichtet wird, rückwärts gedreht. Die Düse 9 ist in der Ausrichtstation der Masken-Druckeinrichtung angeordnet und wird ortsfest von einem starren Teil getragen, der sich von dem Rahmen der Druckeinrichtung weg erstreckt. Die Düse kann auch drehbar auf dem Rahmen an einer Welle gelagert sein, die senkrecht zu der Auflagelfäche der Auflageplatte 1 steht. Die Düse

*o 9 ist so ausgerichtet, daß die Strömungsrichtung des aus ihrer öffnung austretenden Gasstrahlers C einen Winkel von 30 bis 45° gegenüber der Auflagefläche der Platte 1 einschließt und daß der Düsenstrahl C nahe bei deren Außenumfang auf die Scheibe 5 gerichtet wird,

*5 die in Anlage mit dem Drehkopf 2, der Leerlaufrolle 3 und dem Führungsanschlag 4 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Der Druck des Gasstrahles C, der auf die Scheibe 5 gerichtet wird, wird so gesteuert, daß die Scheibe 5 im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkelbetrag von 30 bis 40° gedreht wird, obwohl der Drehkopf 2 versucht, die Scheibe 5 im Uhrzeigersinn zu drehen. Die Düse 9 ist mit einer nicht gezeigten Pumpeneinrichtung über eine Leitung 901 verbunden. Die Betätigung und der Betrieb der Pumpeneinrichtung wird durch eine an sich bekannte Steuereinrichtung so gesteuert, daß etwa in der Mitte des Zeitintervalles, während dem die Ausrichtung der Scheibe 5 durchgeführt wird (dieses Zeitintervall wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des Drehkopfes 2 und anderen Faktoren so ausgewählt, daß

so die Zeit ausreicht, um die Scheibe auf eine vorbestimmte Orientierungsposition auszurichten, die in einer beliebigen Orientierungslage zugeführt worden ist), die Düse 9 einen Gasstrahl, beispielsweise einen Luftstrahl, während einer Zeitdauer von etwa 0,5 bis I Sekunden (kurz genug, um das erwähnte Zeitintervall nicht zu überschreiten, das zur Durchführung der gesamten Ausrichtung erforderlich ist) synchron mit dem Betrieb der Druckeinrichtung abgeben kann.

Wenn eine Scheibe 5 auf die Auflageplatte 1 aufgegeben wird und anfänglich eine Orientierungsposition annimmt, wie sie in Fig.5 gezeigt ist, wobei die Ecke 5ß'in den Bereich zwischen einem Punkt auf der Führungsfläche 401, an dem die Scheibe 5 die gewünschte Orientierungsposition annimmt, und einem Punkt in dem Raum zwischen dem Drehkopf 2 und der Kante 401' der Führungsfläche 401 fällt, an dem der Drehkopf 2 in Kontakt mit oder außer Kontakt von dem geradlinigen Umfangsabschnitt 54? der Scheibe 5 gebracht wird, wird die Scheibe nicht in die gewünschte Position gedreht, weil die Scheibe 5 nicht mit dem Drehkopf 2 in Anlage kommt. Diese Lage der Scheibe, die mit einer Wahrscheinlichkeit von einer aus 200 bis 300 Scheiben auftritt, wird als Totpunktlage bezeichnet. Bei den Ausrichtvorrichtungen nach den F i g. 5 und 6 wird diese Lage dadurch überwunden, daß die genannte Gasversorgungseinrichtung betätigt wird, die mit der Düse 9 verbunden ist. Wenn ein Gasstrahl C auf die Scheibe 5 gerichtet wird, wird sie im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkelbetrag von 30 bis 40° um ihre Achse gedreht, so daß sie aus der Totpunktlage herauskommt. Danach wird die Düse 9 abgeschaltet, so daß sie keinen Strahl mehr abgibt. Der nachfolgende Teil des Ausrichtungsvorganges geht in ähnlicher Weise vonstatten, wie oben in Verbindung mit den F i g. 3 und 4 gezeigt wurde.

In einer Folge von Ausrichtvorgängen werden beliebig orientierte Scheiben einzeln auf die Auflageplatte 1 zugeführt, von denen einige in Orientierungspositionen aufgegeben werden, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt ist. Selbst in diesen Fällen können die Scheiben ausgerichtet werden. Dazu wird bei der Vorrichtung nach den F i g. 5 und 6 die Düse 9 betätigt, so daß die Scheibe im Gegenuhrzeigersinn um einen vorbestimmten Winkelbetrag gedreht wird. Das Zeitintervall, das zur Durchführung der gesamten Ausrichtung erforderlich ist, ist jedoch so kurz, daß die Verzögerung, die durch die Rückwärtsdrehung jeder Scheibe durch den Düsenstrahl eintritt, den gesamten Durchsatz der Druckeinrichtung für Halbleiterscheiben nicht erheblich verlangsamt.

Obwohl bei dem Ausführungsbeispiel in den F i g. 5 und 6 eine Düse 9 beschrieben und gezeigt wurde, die oberhalb der Auflageplatte 1 angeordnet ist, kann diese Düse auch durch eine Bohrung in der Auflageplatte 1 ersetzt werden, die eine ähnliche Funktion wie die Düse 9 übernimmt. In diesem Fall muß die Düsenbohrung an einem solchen Punkt angeordnet sein, daß sie auf die Scheibe 5 in der Nähe von deren Umfang gerichtet ist, wenn die Scheibe an dem Drehkopf 2, der Leerlaufrolle 3 und dem Führungsanschlag 4 anliegt. Die Richtung der Düsenbohrung muß so sein, daß die Scheibe 5 bei Abgabe einer Gasströmung im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, obwohl der Drehkopf 2 versucht, die Scheibe 5 im Uhrzeigersinn zu drehen. Eine andere Abwandlung kann dadurch erfolgen, daß die Leerlaufrolle 3 eine ähnliche Funktion wie die Düse 9 übernimmt. Zu diesem Zweck kann ein zusätzlicher Motor verwendet werden, der mit der Leerlaufrolle 3 über eine geeignete Steuereinrichtung verbunden ist. Dadurch kann die Leerlaufrolle 3 mit entgegengesetzter Richtung zu dem Drehkopf 2, das heißt in diesem Fall im Uhrzeigersinn, in einer solchen zeitlichen Abfolge gedreht werden, die der Betätigung und dem Betrieb der Düse 9 gleicht. Solch eine Steuereinrichtung kann in an sich bekannter Weise aufgebaut sein. Statt der Verwendung eines zusätzlichen Motors kann auch der Motor 8 für den Drehkopf 2 verwendet werden, um über eine geeignete Nockensteuerung mii der Leerlaufrolle 3 zusammenzuwirken. In beiden Fällen wirken die Leerlaufrollen 3, wenn sie nicht betätigt werden, wie ein Zapfen.

Obwohl die obenerwähnten Ausführungsbeispiele der Erfindung dazu geeignet sind, Scheiben auszurichten, die einen Grientierungsschnitt haben, kann die Erfindung auch auf die Ausrichtung von Scheiben abgestimmt werden, die eine Orientierungskerbe haben. In diesem Fall muß die Lage des Drehkopfes 2 gegenüber der in den Fig. 1 oder 5 gezeigten Lage je nach dem Maß der Krümmung des ausgeschnittenen Abschnittes geändert werden. Ferner muß der Drehkopf 2 kleiner als die Länge der öffnung des ausgeschnittenen Abschnittes gemacht werden, damit der Drehkopf kontinuierlich über der gesamten Länge des ausgeschnittenen Abschnittes abrollen kann.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims (9)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum automatischen Ausrichten einer Halbleiterscheibe auf eine gewünschte Position, wobei der Umfang der Halbleiterscheibe einen runden Bogenabschnitt und einen Orientierungsabschnitt aufweist, der zwei Ecken an den Schnittpunkten mit dem Bogenabschnitt besitzt, mit einer Auflageplatte für die Halbleiterscheibe, mit einem Drehkopf auf der Auflageplatte, der die Halbleiterscheibe durch Umfangsberührung dreht und mit einem Umfangsführungsglied, das die Halbleiterscheibe bei ihrer Drehung in eine bestimmte Position ebenfalls am Umfang führt, dadurch gekennzeichnet, daß ein Führungsanschlag (4) mit einer Führungsfläche (401) zum Führen einer der Ecken (5B') im Umfang der Halbleiterscheibe (5) auf der Auflageplatte (1) auf der dem Umfangsführungsglied (3) entgegengesetzten Seite des Drehkopfes (2) angeordnet ist, so daß die Ecke während der Drehung der Halbleiterscheibe durch den Drehkopf auf die Führungsfläche stößt und bei der Weiterdrehung der Halbleiterscheibe entlang dieser Führungsfläche bis zu einem Punkt geführt wird, an dem die Halbleiterscheibe im wesentlichen außer Berührung mit dem Drehkopf gelangt, und durch eine Einrichtung (6), die die Halbleiterscheibe an ihrem Außenumfang in Anlage mit wenigstens zwei der folgenden drei Teile, dem Drekopf, dem Umfangsführungsglied und dem Führungsanschlag, bewegt.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (9), mittels derer die Halbleiterscheibe (5) in entgegengesetzter Richtung zu der vom Drehkopf (2) ausgeübten Drehbewegung drehbar ist, wobei diese Einrichtung während einer kurzen Zeitdauer innerhalb eines bestimmten Zeitintervalls nach dem Beginn des Ausrichtvorgangs anschaltbar ist, um vorübergehend eine Rückwärtsdrehung der Halbleiterscheibe hervorzurufen, to

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die eine Rückwärtsdrehung der Halbleiterscheibe (5) bewirkende Einrichtung eine Düse (9) aufweist, die oberhalb der Auflageplatte (1) derart angeordnet und mit einer Gaszufuhreinrich- 4 tung (901) verbunden ist, daß ein die Düse verlassender Druckgasstrahl in die Nähe des Umfangs der Halbleiterscheibe richtbar ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die die Rückwärtsdrehung der Halbleiterscheibe (5) bewirkende Einrichtung eine Antriebseinrichtung umfaßt, die mit dem Umfangsführungsglied (3) verbunden ist und dieses während der kurzen Zeitdauer in einer die Rückwärtsdrehung der Halbleiterscheibe veranlassenden Weise antreibt.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch durch eine Vielzahl von Bohrungen (6), die durch die Auflageplatte (1) verlaufen und mit einer zwischen Druck- und *>o Vakuumbetrieb umschaltbaren Pumpe verbunden sind, derart, daß die Halbleiterscheibe (5) während des Ausrichtvorgangs schwebend über der Auflageplatte haltbar und nach Beendigung des Ausrichtvorgangs in der gewünschten Position an der Auflage- b^r> fläche der Auflageplatte fixierbar ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Teil der Bohrungen (6) gegenüber der Auflagefläche so orientiert ist, daß die zur Auflagefläche parallele Komponente der Kraft, die von dem unter Druck stehenden, aus den Bohrungen austretenden Gas auf die Halbleiterscheibe (5) ausgeübt wird, den Umfang der Halbleiterscheibe in Anlage mit wenigstens zwei der folgenden drei Teile, nämlich dem Drehkopf (2), dem Umfangsführungsglied (3) und dem Führungsanschlag (4), bewegt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Bohrungen (6) senkrecht zur Auflagefläche durch die Auflageplatte (1) verlaufen und daß die Auflagefläche gegenüber einer horizontalen Ebene derart geneigt ist, daß die zur Auflagefläche parallele Komponente der Schwerkraft den Umfang der schwebend gelagerten Halbleiterscheibe (5) in Anlage mit wenigstens zwei der folgenden drei Teile, nämlich dem Drehkopf (2), dem Umfangsführungsglied (3) und dem Führungsanschlag (4) bewegt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Drehkopf (2) und das Umfangsführungsglied (3) um einen Winkel von etwa 120° gegeneinander versetzt sind.

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ebene der Auflagefläche der Auflageplatte (1) von der Führungsfläehe (401) des Führungsanschlags (4) festgelegte Gerade die Verlängerung der Verbindungslinie zwischen dem Drehkopf (2) und dem Umfangsführungsglied (3) in derselben Ebene unter einem Winkel von etwa 130° schneidet.