DE3715479C2 - Verfahren und Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Haltekraft auf eine Scheibe in einer Rotationsstation - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Einrichtung zur Aufrechterhaltung einer konstanten Haltekraft auf eine Scheibe (wafer) in einer Rotationsstation nach dem Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 2 wie beispielsweise aus der JP 60-79724 A in Patent Abstr. of Japan, Sect. E, Vol. (1985), No. 220 (E 341) bekannt.

Die Erfindung betrifft insbesondere eine Rotationsstation zur Bearbeitung dünner Scheiben (wafer) der Art, bei der eine Scheibe zwischen Spannbacken gehalten und in relativ hohe Drehgeschwindigkeit versetzt wird, so daß ein Rotationsvorgang auf der Rotationsstation ausgeführt wird.

Die Erfindung betrifft insbesondere auch eine Rotationsstation zur Bearbeitung dünner Scheiben, die ein bewegliches Spannfutter und einen Ausgleichsmechanismus aufweist, der es ermöglicht, die von dem beweglichen Spannfutter auf die Scheibe ausgeübte Greifkraft im wesentlichen unbeeinflußt von den Zentrifugalkräften wirken zu lassen, die in dem beweglichen Spannfutter während des Rotationsvorganges auftreten.

Scheiben (wafer) werden in verschiedenen Nenndurchmessern hergestellt, beispielsweise in Größen von 100 mm, 125 mm, 150 mm und 200 mm, und jede Durchmessergröße kann eine oder mehrere Abflachungen aufweisen. Die Winkel, in denen die Abflachungen über den Umfang der Scheibe verteilt sind, variieren ebenfalls.

Um eine einzelne Maschine in die Lage zu versetzen, Scheiben mit mehr als einem vorbestimmten Durchmesser und Scheiben mit mehr als einer vorbestimmten Anzahl und Lage von Abflachungen in schnelle Drehbewegungen zu versetzen, muß die Maschine eine Spannbackenausführung aufweisen, die sich an die verschiedenen Kantenausführungen anpassen kann.

Eine oder mehrere der Spannbacken müssen beweglich sein, um zu ermöglichen, daß die Spannbacken zwischen einer geöffneten Position zum Aufnehmen und Auswerfen und einer geschlossenen Klammerposition in Rotationsstellung bewegt werden können. Eine bewegliche Spannbacke muß in der Lage sein, die zusätzliche Verschiebung auszugleichen, die benötigt wird, wenn die Backe anstelle eines kreisförmigen Kantensegments eine Abflachung der Scheibe greift. Eine bewegliche Spannbacke muß zudem in der Lage sein, einen variablen Mittenversatz der Scheibe bezogen auf die Drehachse der Rotationsstation auszugleichen.

Eine bewegliche Spannbacke muß daher in ihrer praktischen Ausführung in ihrer endgültigen Klemmstellung einstellbar sein, um sich unterschiedlichen Ausführungen von Abflachungen und den unterschiedlichen Versatzwerten der einzelnen Scheiben bezogen auf die Klemmbacken und die Rotationsachse anpassen zu können.

Diese Unterschiedlichkeit der Endposition eines beweglichen Spannbackenelements in der Klemmstellung bringt Probleme hinsichtlich des Ausgleichs der Zentrifugalkraft mit sich, die sich in dem beweglichen Spannbackenelement während der für den Rotationsvorgang benötigten Drehbewegung entwickelt.

Wenn die Zentrifugalkraft nicht ausreichend ausgeglichen wird, kann die bewegliche Spannbacke auswandern und die auf die Scheibe ausgeübte Klemmkraft verlieren. Dieses kann dazu führen, daß die Scheibe aus der Rotationsstation herausfliegt und zerstört wird.

Wenn die Zentrifugalkraft, die von der beweglichen Spannbacke entwickelt wird, eine Überkompensation erfährt, kann die bewegliche Spannbacke gezwungen werden, einwärts zu wandern und die Scheibe kann zerdrückt werden.

Es ist zwar relativ einfach, die Zentrifugalkraft einer beweglichen Spannbacke für jede einzelne vorgegebene genau bestimmte Spannbackenposition auszugleichen. Wegen des praktisch auftretenden Problems der unterschiedlichen Lage der Abflachungen zu den Spannbacken und der unterschiedlichen Mittenversatzwerte der Scheiben zu der Rotationsachse kann die endgültige Klemmposition der beweglichen Spannbacke für jede einzelne Scheibe aber nicht genau vorherbestimmt werden. Statt dessen muß die Klemmposition der beweglichen Spannbacke einstellbar sein, um die Unterschiede in dem Betrag der Verschiebung, der von Scheibe zu Scheibe benötigt wird, ausgleichen zu können. Dieses bringt Probleme für den Ausgleich der in den beweglichen Spannbacken entstehenden Zentrifugalkraft mit sich, der in der Weise vorgenommen werden muß daß die bewegliche Spannbacke nicht nach außen rutscht und die Scheibe freigibt und daß diese auch nicht überkompensiert wird und die bewegliche Spannbacke veranlaßt, sich nach innen zu bewegen und die Scheibe zu zerdrücken.

In der JP 60-79724 A in: Patents Abstr. of Japan, Sect E ist eine Rotationsstation zum Halten von Wafer-Scheiben beschrieben, bei der die Kanten des Wafer durch Haken gehalten werden, die ein Gegengewicht aufweisen, wodurch die Haken mit zunehmender Drehgeschwindigkeit auf den Wafer drücken und diesen festhalten. Die Klemmkraft der Haken hängt allerdings von der Drehgeschwindigkeit ab.

Aus der US 2 471 038 ist eine Zentriereinrichtung für dünnwandige drehende Werkstücke bekannt, bei der mit Gegengewichten versehene Andruckarme vorgesehen sind, die am Außenumfang des Werkstückes angreifen und in Abhängigkeit von der Drehgeschwindigkeit des Werkstückes eine radiale Druckkraft auf das Werkstück ausüben.

Schließlich zeigt auch die FR 481 505 eine Zentriervorrichtung für Werkstücke unter Verwendung von Haltern, deren Klemmkraft mit zunehmender Drehzahl ansteigt.

Keine der zuvor genannten Druckschriften offenbart eine drehende Klemmvorrichtung, deren Haltekraft unabhängig von der Drehgeschwindigkeit ist.

Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, die Ausgleichsprobleme bekannter Rotationsstationen mit beweglichen Spannbacken zu überwinden.

Insbesondere ist es eine Aufgabe der Erfindung, eine bewegliche Spannbacke so auszugleichen, daß diese die von ihr auf die Scheibe ausgeübte Greifkraft im wesentlichen unabhängig von den Zentrifugalkräften bei behält, die von der beweglichen Spannbacke bei allen während des Rotationsvorganges auftretenden Rotationsgeschwindigkeiten entwickelt werden, und zwar über den gesamten Bereich der Klemmpositionen des beweglichen Spannfutters.

Diese Aufgabe wird durch die in den Ansprüchen 1 und 2 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in Unteransprüchen angegeben.

Gemäß einer bevorzugten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung umfaßt eine Rotationsstation für die Bearbeitung von Scheiben eine Spannbacken-Montageplatte und eine damit verbundene Spindel, um die Spannbacken-Montageplatte in Drehbewegung zu versetzen.

Mit der Spannbacken-Montageplatte sind Scheiben -Spannbacken funktionsmäßig so verbunden, daß sie um den äußeren Rand der Scheibe greifen und diese während eines Rotationsvorganges an ihrem Platz festhalten.

Die Spannbacken-Haltemittel enthalten mindestens eine bewegliche Spannbacke, die verschiebbar ist zwischen einer offenen Stellung und einer Klemmstellung, und deren Klemmstellung ebenfalls einstellbar ist, um sich dem Betrag der Verschiebung anpassen zu können, der für die verschiedenen Lagemöglichkeiten der Abflachungen und die verschiedenen Werte des Mittenausgleichs der einzelnen Scheiben benötigt wird.

Gemäß der vorliegenden Erfindung ist mit dem beweglichen Spannfutter ein Ausgleichsmechanismus funktionsmäßig in der Weise verbunden, daß die Greifkraft, die von der beweglichen Spannbacke auf die Scheibe ausgeübt wird, im wesentlichen unberührt von den Zentrifugalkräften erhalten bleibt, die durch das bewegliche Spannfutter in allen während des Rotationsvorganges auftretenden Rotationsgeschwindigkeiten entwickelt werden und zwar über den gesamten Bereich der Klemmpositionen der beweglichen Spannbacke.

Der Ausgleichsmechanismus ist so aufgebaut, daß er über eine drehbare Achse Schwenkbewegungen ausführen kann und ist im wesentlichen in einem Rotationskörper zusammengefaßt, der um die Drehachse ausgestaltet ist. Der Ausgleichsmechanismus enthält Gewichte, die in dem Rotationskörper in der Weise verteilt sind, daß keine reine Drehbewegung um die Drehachse entsteht, aber eine Drehung des Ausgleichsmechanismus um die Drehachse in bestimmten Winkeln möglich ist. Die Mittellinie der Spindel liegt in ihrer Ebene senkrecht zu der in dem Ausgleichsmechanismus befindlichen Drehachse und führt durch den Ausgleichsmechanismus hindurch.

Nach einer besonderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung ist der Ausgleichsmechanismus im Seitenaufriß gesehen sternförmig ausgestaltet und die bewegliche Spannbacke erscheint in dem System des Ausgleichsmechanismus als ein Punkt an der Spitze des Sterns.

In anderen Ausführungsformen kann der Ausgleichsmechanismus auch eine andere Anordnung von Ausgleichsgewichten aufweisen bis hin zur Annäherung an eine durchgehende Scheibe.

Rotationsgeräte für die Bearbeitung von Scheiben und Verfahren, die die vorbeschriebenen Merkmale aufweisen und die wie vorbeschrieben arbeiten, machen weitere Gegenstände der Erfindung aus.

Andere Ausführungsformen der Erfindung, die dieselben oder gleichwertige Bestandteile verkörpern, können Verwendung finden und strukturelle Veränderungen können, wenn nötig, von einem Fachmann ausgeführt werden, ohne daß dadurch eine Abweichung von der vorliegenden Erfindung und dem Bereich der zugehörigen Patentansprüche erfolgt.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend näher erläutert.

Fig. 1 zeigt zur Veranschaulichung von Detailkonstruktionen teilweise im Schnitt gezeichnet, eine Seitenansicht einer Rotationsstation für die Bearbeitung von Scheiben (wafer) mit einer beweglichen Spannbacke und einem Ausgleichsmechanismus gemäß einer Ausführung der vorliegenden Erfindung,

Fig. 2 zeigt eine Teildraufsicht, teilweise im Schnitt zur Veranschaulichung von Einzelheiten der Konstruktion. Dabei ist die Lage feststehender Spannbacken gezeigt, die benötigt werden, um unterschiedliche Scheiben im Durchmesser von 100 mm bis 200 mm festhalten zu können,

Fig. 3 zeigt eine Teildraufsicht bezogen auf die Schnitt­ linie und die Richtung, die durch die Pfeile 3-3 in Fig. 1 angegeben sind. Fig. 3 zeigt Einzelhei­ ten des Federmechanismus zur Entfaltung der Greif­ kraft, die durch die bewegliche Spannbacke auf die Scheibe ausgeübt wird,

Fig. 4 zeigt eine teilweise Seitenansicht, zum Teil im Schnitt zur Veranschaulichung von Einzelheiten der Konstruktion, bezogen auf die Schnittlinie und die Richtung, die durch die Pfeile 4-4 in Fig. 1 an­ gegeben sind,

Fig. 5 zeigt eine Draufsicht von oben auf eine mit einem Fensterdurchbruch versehene Platte, zugeordnet zu der beweglichen Spannbacke in der in Fig. 1 gezeig­ ten Ausführungsform. Fig. 5 bezieht sich auf die Schnittlinie und die Richtung, die durch die Pfeile 5-5 in Fig. 4 angegeben sind,

Fig. 6 zeigt eine Seitenansicht einer beweglichen Spann­ backe, die zusammen mit dem in Fig. 1 gezeigten Ausgleichsmechanismus Verwendung findet. Fig. 6. zeigt eine bewegliche Spannbacke, die für eine Scheibe von 200 mm Durchmesser verwendet wird,

Fig. 7 zeigt eine Stirnansicht der in Fig. 6 gezeigten beweglichen Spannbacke und ist bezogen auf die Schnittlinie und die Richtung, die durch die Pfeile 7-7 in Fig. 6 angegeben sind,

Fig. 8 zeigt eine schematische Darstellung zur Erzielung einer strahlenförmigen und gleichmäßigen Symmetrie bezogen auf zwei rechtwinklig zueinander angeord­ nete Durchmesserlinien, um den Ausgleichsmechanis­ mus in der in Fig. 1 gezeigten Ausführung für jede Position der beweglichen Spannbacken im Ausgleich zu halten. Die in Uhrzeigerdrehrichtung von dem Aus­ gleichsmechanismus verursachten Momente entsprechen den in Gegendrehrichtung auftretenden Momenten, so daß das gesamte System sich immer im Ausgleich befindet und zwar bei allen Abständen der beweglichen Spann­ backe zur Rotationsachse der Spindel und bei allen Rotationsgeschwindigkeiten des Spindel-Mechanismus,

Fig. 9 zeigt eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 8, jedoch unter Darstellung der beweglichen Spannbacke eingerückt von einer anfänglich geöff­ neten Position in eine Klemmposition.

Eine Rotationsstation für die Bearbeitung von Scheiben mit einem Ausgleichsmechanismus aufgebaut gemäß einer Ausführungs­ form der vorliegenden Erfindung wird unter Ziffer 21 in den Fig. 1 und 2 gezeigt.

Die Rotationsstation 21 besitzt eine Spannbacken-Montage­ platte 23. Die Platte 23 ist über Imbusschrauben 27 an einer Spindelmontagenabe 25 befestigt. Die Nabe 25 ist über eine Imbusschraube 31 und einen Keil 33 an einer Spindel 29 be­ festigt, so daß die Platte 23 von der Spindel 29 gedreht werden kann.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, ist die Platte 23 an ver­ schiedenen Stellen entlang der strahlenförmig angeordneten Linien 37, 39 und 41 mit Bohrungen 35 versehen, so daß unter Verwendung von Imbusschrauben 43 Paare von feststehenden Spannbacken (entsprechend der in Fig. 1 gezeigten festen Spannbacke 44 ) auf der oberen Fläche der Montageplatte 23 montiert sind.

In der in Fig. 1 und 2 gezeigten bevorzugten Ausführungs­ form werden zwei feststehende und eine bewegliche Spannbacke zum Festhalten einer Scheibe benötigt. Eine Scheibe ist in gestrichelter Darstellung in Fig. 1 gezeigt.

Unter Bezug auf Fig. 2 sind die zwei feststehenden Spann­ backen zum Halten einer 200 mm Scheibe auf den Linien 37 montiert, die zwei feststehenden Spannbacken für eine 150 mm Scheibe auf den Linien 39 und die zwei feststehenden Spann­ backen für eine 100 mm Scheibe auf den Linien 41 in Fig. 2.

In einer anderen Ausgestaltung werden vier feststehende Spann­ backen auf den Linien 37 und 41 und auf den Linien 39 werden keine Spannbacken benötigt. In dieser Ausgestaltung, in der Scheiben im Durchmesser von 200 mm, 150 mm, 125 mm und 100 mm wechseln, stehen die feststehenden Spannbacken ent­ lang der Linien 37 und 41 strahlenförmig einwärts versetzt.

Wie ebenfalls in Fig. 2 gezeigt, können zwei feste Ausgleichs­ gewichte unter die Platte 23 an den mit den Ziffern 47 be­ zeichneten Plätzen zum Ausgleich für die feststehenden Spann­ backen auf der 200-mm-Position montiert werden.

Ein Trimm-Gegengewicht kann unterhalb der Platte 23 an dem mit der Ziffer 49 in Fig. 2 bezeichneten Platz montiert werden zum Ausgleich für die festen Spannbacken an den für 150 mm, 125 mm und 100 mm Scheibendurchmesser festgelegten Spannbackenpositionen.

Gemäß der vorliegenden Erfindung enthält die bevorzugte Aus­ führungsform der in den Zeichnungen gezeigten Rotationsstation eine einzelne bewegliche Spannbacke 51, die zusammenarbeitet mit den zwei festen Spannbacken 44, um eine Scheibe 45 an ihrer äußeren Kante zu greifen und diese während des Rotations­ vorganges in Position zwischen den festen und der beweglichen Spannbacke zu halten.

Die bewegliche Spannbacke 51 ist zwischen den zwei Endlagen verschiebbar, die durch die Hilfsdarstellungen 51A und 51B in Fig. 1 gekennzeichnet sind. Die Hilfsdarstellung 51A stellt die geöffnete Position zum Aufnehmen einer 200 mm Scheibe dar und die Hilfsdarstellung 51B stellt die Klemmposition zum Halten einer 100 mm Scheibe dar. Die bewegliche Spannbacke 51 ist zwischen diesen in Fig. 1 gezeigten Klemmpositionen frei verschiebbar.

Wie in den Fig. 6, 8 und 9 gezeigt, kann sich die Ausgestaltung der beweglichen Spannbacke 51 abhängig von dem Durchmesser der zu greifenden Scheibe ändern.

Jede bewegliche Spannbacke 51 ist ausgestaltet mit einem unteren Schlitz 53 zur Aufnahme eines Stiftes 55. Der Schwerpunkt einer jeden beweglichen Spannbacke 51 befin­ det sich in der Mittellinie des Schlitzes 53, wie in den Fig. 6 und 8-9 dargestellt.

Die Spannbacke hat an ihrer Vorder- und Rückseite Gleit­ elemente 54, die in einen Schlitz 56 in der Platte 23 greifen (siehe Fig. 1 und 4). Die Gleitelemente 54 werden an ihrem Platz von Schrauben 58 gehalten.

Wie besonders aus den Fig. 3 und 4 ersichtlich ist, ist jedes der beiden äußeren Enden des Stiftes 55 mit einer Feder 57 verbunden. Jede Feder 57 erstreckt sich durch eine entsprechende Öffnung 59 in der Nabe 25, und das andere Ende jeder Feder 57 ist verbunden mit einem entsprechenden Ende eines Stiftes 61, der über einen an der Unterseite der Platte 23 befestigten Montageblock 63 in Position gehalten wird.

Die Federn 57 üben ihre Kraft auf die bewegliche Spannbacke 51 aus, um die bewegliche Spannbacke 51 an die Kante der Scheibe 45 andrücken zu lassen und so während eines Rotations­ vorganges die Scheibe 45 in ihrer Lage zwischen den festen Spannbacken 44 und der beweglichen Spannbacke 51 festzu­ halten oder zu klemmen.

Wie in den Fig. 4 und 5 gezeigt, ist eine mit einem Schlitz 67 versehene Platte 65 zur Ermöglichung der Verschie­ bung der beweglichen Spannbacke 51 auf der Oberseite der Platte 23 oberhalb des Schlitzes 56 montiert.

Das bewegliche Spannfutter 51 ist zwischen den in Fig. 1 gezeigten Positionen 51A und 51B in der Weise verschiebbar, daß eine einzelne bewegliche Backe (zusammen mit einem Paar fester Backen 44) benötigt wird, um eine beliebige Scheibe einer der vier in Fig. 1 oben angegebenen Durchmessergrößen greifen zu können.

Wenn die Rotationsstation beispielsweise für einen Scheiben­ durchmesser von 200 mm eingerichtet ist, befinden sich zwei feste Spannbacken auf den Positionen, wie sie auf den Linien 37 in Fig. 2 bezeichnet sind und alle anderen festen Spann­ backen sind entfernt.

Wenn die Rotationsstation für Scheiben mit einem Durchmesser von 100 mm gebraucht werden soll, sind zwei feste Spannbacken auf den Positionen montiert, wie sie auf den Linien 41 in Fig. 2 bezeichnet sind und alle anderen festen Spannbacken sind entfernt.

Die bewegliche Spannbacke 51 muß also für jede Scheibengröße zwischen einer entsprechenden Öffnungsposition und einer Klemmposition verschiebbar sein.

Wie bereits ausgeführt, ergibt sich daraus ein Bedarf für eine gewisse Justiermöglichkeit hinsichtlich der Klemmposi­ tion der beweglichen Spannbacke für die einzelnen Scheiben. Die Anzahl und Lage der Abflachungen an einer Scheibe sind abhängig von der Ausgestaltung der Scheibe. Einige Scheiben (jedes vorgegebenen Durchmessers) weisen nur eine Abflachung auf. Andere Scheiben des selben Durchmessers können mehrere Abflachungen aufweisen. Die Anzahl und Lage der Abflachungen kann (je nachdem, wie die Scheibe zur Rotationsachse trans­ portiert und darin eingelegt wird) viele verschiedene Möglich­ keiten ergeben, wie die Kante der Scheibe von den Spannbacken erfaßt wird. Wenn eine bewegliche Spannbacke eine Abflachung erfaßt, ist der Weg der Spannbacke größer als wenn diese eine kreisförmige Kante erfaßt. Es ist daher praktisch nicht mög­ lich, jede einzelne Scheibe zur Rotationsachse in der Weise festzulegen, daß ein exakter Abgleich der Mittellinie der Scheibe mit der Rotationsachse der Spindel 29 erfolgt. Statt dessen ist regelmäßig eine gewisse Abweichung zwischen dem Mittelpunkt der Scheibe und der Rotationsachse gegeben.

Die bewegliche Spannbacke muß daher solche bezüglich der Lage und der Mittenabweichung der Scheibe auftretenden Differenzen ausgleichen, weil die festen Spannbacken nicht verschiebbar sind.

Der Weg der Verschiebung, der für eine bewegliche Spannbacke benötigt wird um eine einzelne Scheibe zu greifen, bestimmt die Endlage, an der die bewegliche Spannbacke sich befindet, wenn während der Durchführung eines Rotationsvorganges die Scheibe zwischen den Spannbacken festgeklemmt ist.

Weil die bewegliche Spannbacke sich radial gesehen außerhalb der Rotationsachse der Spindel 29 befindet, ruft die Rotation der Spindel eine Zentrifugalkraft hervor, die durch das Ge­ wicht der beweglichen Spannbacke 51 verursacht wird. Diese Zentrifugalkraft muß dynamisch und genau über alle Rotations­ geschwindigkeiten der Rotationsstation 21 und für alle Posi­ tionen der beweglichen Spannbacke 51 innerhalb ihres Klemm­ bereichs ausgeglichen werden um die Greifkraft, die von der beweglichen Spannbacke auf die Scheibe ausgeübt wird, im we­ sentlichen unbeeinflußt von den Zentrifugalkräften der beweg­ lichen Spannbacke zu erhalten.

Die Greifkraft, die benötigt wird um auf die Scheibe zu wirken, ist die von den Federn 57 aufgebrachte Kraft.

Wenn die Zentrifugalkraft, die sich in der beweglichen Spannbacke 51 entwickelt, nicht ausgeglichen wird, ist die bewegliche Spannbacke 51 bestrebt, sich nach außen zu be­ wegen. Dadurch gibt diese die Klammerung der Scheibe 45 frei, dieses gestattet der Scheibe aus der Rotationsachse zu flie­ gen und führt zur Zerstörung der Scheibe.

Wenn die Zentrifugalkraft, die von der beweglichen Spannbacke 51 entwickelt wird, überkompensiert wird, wird die bewegliche Spannbacke einwärts gedrückt und die Scheibe 45 wird zerstört.

Es ist eine relativ einfache Sache, die Zentrifugalkraft der beweglichen Spannbacke 51 für jede gegebene genau vorherbe­ stimmte Position auszugleichen, jedoch kann (wie bereits oben ausgeführt) die endgültige Klemmposition der beweglichen Spann­ backe 51 für jede einzelne Scheibe jedes einzelnen Nenndurch­ messers nicht vorherbestimmt werden. Statt dessen muß die Klemm­ position der beweglichen Spannbacke 51 einstellbar sein, um die unterschiedlichen Lagen der Abflachungen und die unterschied­ lichen Beträge des Mittenversatzes von Scheibe zu Scheibe aus­ gleichen zu können.

Es ist daher Zweck der vorliegenden Erfindung, die von dem Gewicht der beweglichen Spannbacke 51 entwickelte Zentrifu­ galkraft über alle Rotationsgeschwindigkeiten der Rotations­ station 21 und auf allen Positionen der beweglichen Spannbacke innerhalb ihres Klemmbereiches dynamisch genau auszugleichen, um die Greifkraft, die von der beweglichen Spannbacke auf die Scheibe ausgeübt wird, im wesentlichen unberührt von den Zen­ trifugalkräften zu erhalten.

Dies wird durch einen Ausgleichsme­ chanismus erreicht, wie er unter der Ziffer 71 in den Fig. 1, 2 und 4 der Zeichnungen allgemein dargestellt ist.

Der Ausgleichsmechanismus 71 besteht aus einem sternförmigen Teil 73, einem Haupt-Ausgleichsgewicht 75 und zwei Tragstäben 77, über die der Ausgleichsmechanismus 71 mit der Nabe 25 verbunden ist. Wie in Fig. 4 gezeigt, sind die Stäbe 77 in Aussparungen 79 der Nabe 25 eingepaßt. Das Haupt-Ausgleichs­ gewicht 75 gleicht den sternförmigen Teil 73 und die beweg­ liche Spannbacke 51 aus.

Der sternförmige Teil 73 bewirkt den Ausgleich der Zentrifugal­ kraft, die von der beweglichen Spannbacke 51 entwickelt wird.

Wie in den Fig. 1 und 2 gezeigt, kann der sternförmige Teil 73 sich im Uhrzeigersinn und im Gegenuhrzeigersinn um eine Achse 81 verdrehen, die sich im rechten Winkel zu der Rotationsachse der Spindel 29 erstreckt. Der sternförmige Teil 73 besitzt eine zentrale Welle 83 und diese Welle 83 weist im Durchmesser verkleinerte Endteile 85 auf, die in Buchsen 87 an den linksseitigen Enden (bezogen auf die Fig. 1 und 2) der Stäbe 77 montiert sind. Diese Buchsen erlau­ ben eine schaukelnde oder drehende Bewegung des sternförmigen Teils 73 im Uhrzeiger- und Gegenuhrzeigersinn.

Wie in Fig. 1 gezeigt, weist der sternförmige Teil 73 eine erste Achse 91 auf, die sich durch die Mitte der Drehachse 81 und die Mitte des Stiftes 55 erstreckt.

Der sternförmige Teil 73 hat eine zweite Achse 93, die recht­ winklig zu der Achse 91 verläuft und ebenfalls durch die Mitte der Drehachse 81 führt.

Der sternförmige Teil 73 weist zwei sternförmig ausgebildete Seitenteile 95 auf, die, wie aus der Zeichnung ersichtlich, einzeln seitlich angeordnet sind. Jeder sternförmige Seiten­ teil besitzt einen oberen Schenkel 95-1, einen unteren Schenkel 95-2, einen Seitenschenkel 95-3 und einen wei­ teren Seitenschenkel 95-4 (siehe Fig. 1).

Ein kleines Gegengewicht 97 ist zwischen den zwei unteren Schenkeln 95-2 montiert. Ein kleines Gegengewicht 98 ist zwischen den beiden Seitenschenkeln 95-3 montiert und ein kleines Gegengewicht 99 ist zwischen den Seitenschen­ keln 95-4 montiert. Das Gewicht eines jeden Gegengewichts 97, 98 und 99 entspricht genau dem Gewicht der beweglichen Spannbacke 51.

Der Schwerpunkt eines jeden Gegengewichts 97, 98 und 99 ist in genau derselben Entfernung von der Drehachse 81 ange­ bracht, wie die Entfernung von der Mittelachse des Stiftes 55 zur Drehachse 81.

Wie bereits oben ausgeführt (und in Fig. 6 dargestellt) ist der Schwerpunkt der beweglichen Spannbacke 51 senk­ recht genau abgeglichen mit der Mittelachse des Stiftes 55.

Im Ergebnis weist der sternförmige Teil 73 daher eine ra­ diale identische Symmetrie hinsichtlich der beiden recht­ winklig zueinander stehenden Durchmesser 91 und 93 auf. Die bewegliche Spannbacke 51 erscheint in diesem Stern- System-Ausgleichsmechanismus 73 als ein Punkt an einer Spitze des Sterns. Die bewegliche Spannbacke 51 ist prak­ tisch an der Spitze der oberen Schenkel 95-1 in dersel­ ben Weise befestigt, wie die Gegengewichte 97, 98 und 99 an ihren jeweiligen Schenkeln.

Die Bedeutung des Vorstehenden wird nachstehend unter Bezug­ nahme auf die Fig. 8 und 9 im Einzelnen beschrieben.

Unter Bezugnahme auf Fig. 1 in der dargestellten besonderen Ausführungsform ist anzumerken, daß der untere Schenkel 95-2 um einen Winkel von 39° gedreht werden muß, um eine Verschiebung des Stiftes 55 um 1′′ auszuführen. Für jede einzelne verschiebbare Spannbacke erfolgen die ersten 5/8′′ der Verschiebung von der geöffneten Position bis zum Klemm­ bereich, der sich über 3/8′′ ausdehnt oder es erfolgt eine Totalverschiebung über den Maximalbereich von 1′′. Diese maximale Verschiebung von 1′′ wird begrenzt durch den Schlitz 67.

Die Positionen 51A und 51B, dargestellt in Fig. 1, sind 3′′ voneinander entfernt und zeigen den gesamtem Bereich der Positionen für die Bearbeitung von 200 mm Scheiben bis hinun­ ter zu 100 mm Scheiben.

Die dynamischen Vorgänge im Ausgleichsmechanismus 71 werden nachfolgend unter besonderer Bezugnahme auf die Fig. 8 und 9 beschrieben.

Mit besonderer Bezugnahme auf Fig. 8 unter der Voraussetzung, daß jedes der Gewichte 51, 97, 98 und 99 einheitlich ist, ist zu sehen, daß die Drehung des sternförmigen Teils 73 von der A-Position der Gewichte zur B-Position der Gewichte um die Drehachse 81 die End-Gleichgewichtsbedingungen des Systems nicht ändert, weil die im Gegenuhrzeigersinn gerichteten Mo­ mente F1 und F4, die erzeugt von der Zentrifugalkraft in den Gewichten 51 und 98 entstehen, genau gleich und im Aus­ gleich mit den im Uhrzeigersinn gerichteten Momenten F2 und F3 stehen.

Die Zentrifugalkräfte sind abhängig vom Gewicht und dessen Abstand zur Mittellinie der Spindel. In Position B übt das Gewicht 51 eine höhere Zentrifugalkraft aus als 97, mit der Tendenz, den sternförmigen Teil im Gegenuhrzeigersinn zu drehen. Andererseits übt das Gewicht 99 eine größere Kraft aus als das Gewicht 98 und versucht, den sternförmigen Teil im Uhrzeigersinn zu drehen. Es kann nachgewiesen werden, daß diese beiden Bewegungen im Gegenuhrzeigersinn und im Uhrzeigersinn gleichgroß für jeden Winkel sind und den sternförmigen Teil daher immer im Gleichgewicht halten.

Fig. 9 ist eine schematische Darstellung entsprechend Fig. 8, zeigt jedoch die bewegliche Spannbacke 51 in ihrer tatsächlichen Form und zeigt diese Spannbacke rechtwärts be­ wegt (in einer im Gegenuhrzeigersinn befindlichen Stellung wie in Fig. 9 gezeigt) in der Bewegung von der geöffneten Position in die Klemm- oder Greifposition zu der Scheibe. Im Ausgleichsmechanismus, wie er in Fig. 9 gezeigt ist, verbleibt das System in allen Positionen der beweglichen Spannbacke 51 (innerhalb des Bereichs der benötigten Klemm­ positionen) im Ausgleich, weil die im Gegenuhrzeigersinn wirkenden Momente sich gegenseitig ausgleichen.

Geringe Abweichungen in der endgültigen Klemmlage der be­ weglichen Spannbacke 51 ( die von den physikalischen Abwei­ chungen der Kanten der einzelnen Scheiben oder aus der Lage der Scheiben-Abflachungen in den Spannbacken herrühren haben daher keinen Einfluß auf die Zentrifugalkraft, die sich in der beweglichen Spannbacke entwickelt und die sich in der beweglichen Spannbacke 51 entwickelnde Zentrifugalkraft wirkt sich nicht auf die Kraft aus, mit der die Scheibe von der be­ weglichen Spannbacke 51 festgehalten wird.

Claims (9)

1. Verfahren zur Aufrechterhaltung einer kontrollierten im wesentlichen konstanten Haltekraft auf eine Scheibe in einer Rotationsstation zur Bearbeitung von Scheiben (wafer) in der eine Scheibe zwischen Spannbacken gehalten und in Drehbewegungen relativ hoher Geschwindigkeiten versetzt wird, so daß eine Rotation der Scheibe in der Rotationsstation erfolgt, wobei die Rotationsstation im wesentlichen aus einer Spannbacken-Montageplatte und einer mit der Spannbacken- Montageplatte verbundenen Spindel zum Drehen der Montageplatte besteht, dadurch gekennzeichnet,

• - daß auf der Spannbacken-Montageplatte (23) Spannbacken (44, 51) in der Weise montiert werden, daß diese in der Lage sind, Scheiben (45) an ihrer Außenkante aufzunehmen und zwischen den Spannbacken (44, 51) während eines Rotationsvorganges festzuhalten,
• - daß mindestens eine der Spannbacken in einer Weise beweglich montiert wird, die es erlaubt, diese bewegliche Spannbacke (51) zwischen einer geöffneten Stellung und einer Klemmstellung zu verschieben, und deren Klemmstellung einstellbar ist, um die Klemmstellung der Spannbacken (44, 51) an Scheiben anzupassen, deren Mitte aufgrund von Durchmessertoleranzen aus der Mitte der Spindelachse versetzt sind und/oder aufgrund verschiedener Anzahl der Scheibenabflachungen und/oder unterschiedlicher Zuordnung der Scheibenabflachungen in Bezug auf die Lage der Spannmittel,
• - und daß ein Ausgleichsmechanismus (71) mit der beweglichen Spannbacke (51) in der Weise verbunden wird, daß die auf die Scheibe (45) von der beweglichen Spannbacke (51) ausgeübte Greifkraft im wesentlichen unbeeinflußt von den Zentrifugalkräften erhalten bleibt, die von der beweglichen Spannbacke (51) bei allen Drehgeschwindigkeiten während des Rotationsvorganges und über den Arbeitsbereich aller Klemmpositionen der beweglichen Spannbacke (51) entwickelt werden.

2. Rotationsstation zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, in welcher eine Scheibe zwischen Spannbacken gehalten und in Drehbewegungen relativ hoher Geschwindigkeiten versetzt wird, so daß eine Rotation der Scheibe in der Rotationsstation erfolgt, dadurch gekennzeichnet,

• - daß die Rotationsstation aus einer Spannbacken-Montageplatte (23), einer mit der Spannbacken-Montageplatte (23) verbundenen Spindel (29) zum Drehen der Montageplatte (23) und mit der Spannbacken-Montageplatte (23) wirksam verbundene Spannmittel zum Erfassen der Scheibe (45) an ihrer äußeren Kante und zum Halten der Scheibe zwischen den Spannmitteln während eines Rotationsvorganges besteht,
• - und die Spannmittel mindestens eine bewegliche Spannbacke (51) enthalten, welche zwischen einer geöffneten Stellung und einer Klemmstellung einstellbar ist zum Ausgleich der von den Spannmitteln aufgenommenen Scheiben (45), deren Mitten aufgrund unterschiedlicher Durchmessertoleranzen der Scheiben und/oder Unterschieden in der Anzahl der Scheiben-Abflachungen und/oder unterschiedlicher Zuordnung der Scheibenabflachungen in Bezug auf die Lage der Spannmittel gegenüber der Rotationsachse der Spindel (29) versetzt sind,
• - und mit der beweglichen Spannbacke (51) wirksam verbundene Ausgleichsmittel, die die auf die Scheibe von der beweglichen Spannbacke (51) ausgeübte Greifkraft im wesentlichen unbeeinflußt von den Zentrifugalkräften erhalten, die von der beweglichen Spannbacke (51) bei allen Drehgeschwindigkeiten während des Rotationsvorganges und über den Bereich aller Klemmpositionen der beweglichen Spannbacke (51) entwickelt werden.

3. Rotationsstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgleichsmittel einen über eine Drehachse (81) drehbar gelagerten Ausgleichsmechanismus (71) enthalten, der im wesentlichen aus einem um die Drehachse (81) geformten Drehkörper besteht, welcher Ausgleichsgewichte (97, 98, 99) enthält, die so angeordnet sind, daß der Drehkörper keine volle Drehbewegung um die Drehachse (81) ausführt und ihm eine Drehbewegung um einen bestimmten Drehwinkel ermöglicht ist.

4. Rotationsstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Rotationsachse der Spindel (29) in einer Ebene senkrecht zu der im Ausgleichsmechanismus (71) befindlichen Drehachse (81) verläuft und durch den Ausgleichsmechanismus (71) hindurchführt.

5. Rotationsstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsmechanismus (71) in Seitenansicht gesehen sternförmig ausgestaltet ist und die bewegliche Spannbacke (51) in diesem Ausgleichsmechanismussystem einen Punkt auf der Spitze des Sterns darstellt.

6. Rotationsstation nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsmechanismus (71) über einen Stift (55) mit der beweglichen Spannbacke (51) verbunden ist und die Mitte der Stiftverbindung auf einer Linie sich befindet, die parallel zur Rotationsachse der Spindel (29) verläuft und durch den Schwerpunkt der beweglichen Spannbacke (51) verläuft.

7. Rotationsstation nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet daß der Ausgleichsmechanismus (71) ein erstes Ausgleichsgewicht (97) aufweist, dessen Eigengewicht dem Gewicht der beweglichen Spannbacke (51) entspricht, dessen Schwerpunkt sich auf einer Linie befindet, die durch die Stiftverbindung des Ausgleichsgewichtes (97), der beweglichen Spannbacke (51) und durch die Drehachse (81) des Ausgleichsmechanismus (71) verläuft und dessen Schwerpunkt abstandsmäßig in derselben Entfernung von der Drehachse (81) sich befindet, wie der Schwerpunkt der beweglichen Spannbacke (51).

8. Rotationsstation nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgleichsmechanismus (71) ein zweites und ein drittes Ausgleichsgewicht (98, 99) aufweist, deren jeweiliges Eigengewicht dem Gewicht der beweglichen Spannbacke (51) entspricht und deren jeweiliger Schwerpunkt sich auf einer gemeinsamen Linie befindet, die im rechten Winkel zu der durch das erste Ausgleichsgewicht (97) und die bewegliche Spannbacke (51) verlaufenden Linie durch die Drehachse (81) verläuft und deren jeweiliger Schwerpunkt abstandsmäßig in derselben Entfernung von der Drehachse (81) sich befindet, wie der Schwerpunkt der beweglichen Spannbacke (51).

9. Rotationsstation nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Spannbacke (51) über einen Arbeitsbereich verschiebbar ist, der einen Ausgleich ermöglicht, um Scheiben mit einem Durchmesser von 100 mm bis 200 mm aufzunehmen.