DE4209557A1 - Senkrechte xy-buehne - Google Patents
Senkrechte xy-buehneInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Belichtungssystem
für genaue Vorlagen integrierter Halbleiterschaltun
gen und insbesondere auf eine senkrechte XY-Bühne, die
bei einem Belichtungssystem geeignet einsetzbar ist,
das eine Synchrotronumlaufstrahlung als Lichtquelle
verwendet.
Bei der Herstellung eines Halbleiterbauelementes fin
det ein Belichtungssystem Verwendung, um Schaltungs
muster auf einem Halbleiterbauelementsubstrat, einer
sogenannten Tablette, die mit einem empfindlichen Ma
terial beschichtet ist, durch Belichtung aufzubrin
gen. Um identische Schaltungsmuster auf einer großen
Zahl von Teilen auf der Tablette zu belichten, wird
in dem Belichtungssystem eine senkrechte XY-Bühne zum
Bewegen der Tablette in zwei axialen Richtungen einge
setzt.
Bei einer Steigerung des Integrationsgrades des Halb
leiterelementes wird die Wellenlänge der abbilden
den Lichtquelle verringert. Mit Blick in die Zukunft
ist ein Abbildungsverfahren für Schaltungsmuster unter
Verwendung einer Synchrotronstrahlung (nachfolgend als
SR-Licht bezeichnet) entwickelt worden, dessen Wellen
länge 1/100 oder weniger ist als die eines ultravio
letten Strahls einer fotolithographischen Lichtquelle.
Ein derartig kurzwelliges Licht wird verwendet, da bei
Verringerung der Wellenlänge des Lichtes durch Redu
zierung der Beugung und Interferenz der Abdruck schar
fer Schaltungsmuster gewährleistet ist.
Das SR-Licht ist definiert als Richtstrahl einer elek
tromagnetischen Welle, die in tangentialer Richtung
ausgesendet wird, wenn ein hochenergetischer Elektro
nenstrahl, der sich mit annähernder Lichtgeschwindig
keit ausbreitet, von einem Magneten gebeugt wird. Das
SR-Licht ist ein stark gebündeltes Licht hoher Leucht
kraft, das Lichtkomponenten vom sichtbaren Licht bis
zum Röntgenstrahl einschließt. Aus diesen Lichtkompo
nenten wird ein weicher Röntgenstrahl einer Wellenlänge
von ungefähr 1 nm extrahiert und als Lichtquelle für die
Abbildung eines Schaltungsmusters verwendet.
Aus Fig. 8 geht eine herkömmliche senkrechte XY-Bühne
hervor, die in einem Belichtungssystem zum Einsatz
kommt, bei dem ein derartiges SR-Licht als Lichtquelle
verwendet wird. Diese vertikale XY-Bühne wird nachfol
gend kurz beschrieben. Wie Fig. 1 zeigt, strahlt ein
SR-Licht 1 in alle Richtungen in einer Ebene, die pa
rallel zu Tangenten ist, entlang der sich Elektronen
strahlen von einem pfannkuchenartigen Ring 2 in Form einer
geschlossenen Umlaufbahn ausbreiten, in dem die Elek
tronenstrahlen gespeichert sind. Eine Röntgenstrahlen
maske 3 ist in einer der Richtungen des SR-Lichtes
1 angeordnet. Auf der Röntgenstrahlenmaske 3 ist eine
Schaltungsvorlage ausgebildet, durch die das SR-Licht 1
geleitet wird, um den Schatten des Schaltungsmusters aus
einer Tablette auszubilden. Eine Plattform 4 dient zur
Halterung der Röntgenstrahlenmaske 3 sowie zur Steuerung
deren Lage und Halterung. Weiterhin ist eine Plattform 5
vorgesehen zum Haltern eine Tablette mittels Saug
wirkung. Ein Erfassungssystem 7 dient zum Beobachten von
Ausrichtungskennzeichnungen, die vor der Röntgenstrahlen
maske 3 auf dieser und der Tablette 6 ausgebildet sind,
um optisch Positionierungsfehler zu erfassen. Eine
XY-Bühne 8 dient zum Bewegen der Tablette 6 in der X- und
in der Y-Richtung. Nach dem Positionieren der XY-Bühne 8
und der Plattform 4 für die Röntgenstrahlenmaske 3 durch
deren entsprechende Bewegung/Einstellung in Übereinstim
mung mit den die Positionierungsfehler erfassenden
Signalen, die auf den Ausrichtungskennzeichnungen ba
sieren, wird das SR-Licht 1 ausgestrahlt, um das Mu
ster der Röntgenstrahlenmaske 3 auf einem empfindli
chen Material abzubilden, mit dem die Tablette 6 be
schichtet ist.
Das SR-Licht 1 wird normalerweise in einer horizonta
len Ebene ausgestrahlt. Aus diesem Grund sind die Rönt
genstrahlenmaske 3 und die Tablette 6 senkrecht in ei
ner vertikalen Ebene angeordnet. Aus dem gleichen
Grund handelt es sich bei der XY-Bühne 8 um eine senk
rechte Bühne. Obgleich das SR-Licht 1 in hohem Maße ge
richtet ist, weist es eine leichte divergente Eigen
schaft auf. Wird daher die Entfernung zwischen der
Röntgenmaske 3 und der Tablette 6 vergrößert, so wird die
Form des projizierten Schaltungsmusters verzerrt oder
unscharf, so daß es schwierig ist, eine normale Be
lichtung durchzuführen. Um dies zu verhindern, muß die
Entfernung zwischen der Röntgenstrahlenmaske 3 und der
Tablette 6 sehr klein gestaltet werden, z. B. 50 µm
oder kleiner.
Wie aus Fig. 8 hervorgeht, befindet sich die Tablette
6 nicht auf der optischen Achse des SR-Lichtes 1, wo
die Röntgenstrahlenmaske 3 angeordnet ist, sondern sie
befindet sich in einer von letzterer entfernten Stel
lung, so daß die Röntgenstrahlenmaske 3 und die Ta
blette 6 leicht miteinander ausgewechselt werden kön
nen. Wird nur ein Belichtungsvorgang in Betracht gezo
gen, so ist es allein erforderlich, daß die XY-Bühne 8
um eine Strecke bewegt wird, die einer Belichtungsflä
che der Tablette 6 entspricht. Die Röntgenstrahlenmas
ke 3 und die Tablette 6 müssen nacheinander durch ande
re ausgewechselt werden. Wenn daher die XY-Bühne nur
eine Bewegungsstrecke hat, die der Belichtungsfläche
entspricht, so ist es meist schwierig, die Röntgen
strahlenmaske 3 und die Tablette 6 in einem Zustand
ohne Beschädigung auszuwechseln, in dem sie einander
mit einem kleinen Sicherheitsabstand zugewandt sind.
Aus diesem Grunde wird, wenn die Röntgenmaske 3 und
die Tablette 6 mit anderen in Richtung der Pfeile 9 und
10 (Fig. 8) ausgewechselt worden sind, die Tablette 6
durch die XY-Bühne 8 in eine Stellung bewegt, in der
sie der Röntgenstrahlenmaske 3 gegenüberliegt, und das
Belichtungsverfahren wird dann eingeleitet.
Die XY-Bühne 8 weist in Richtung der X-Achse eine Füh
rung 11, einen Schlitten 12 und eine Leitspindel 13
auf, die eine Führungseinheit zum Bewegen der Tablette
6 in Richtung der X-Achse, d. h. in Richtung der Hori
zontalen bilden. Ebenso weist die XY-Bühne 8 in Rich
tung der Y-Achse eine Führung 14, einen Schlitten 15
und eine Leitspindel 16 auf, die eine Führungseinheit
zum Bewegen der Tablette 6 in Richtung der Y-Achse, d. h.
in Richtung der Vertikalen bilden. Der in Richtung der
der Y-Achse laufende Schlitten 15 ist auf dem in Rich
tung der X-Achse laufenden Schlitten 12 befestigt und
die Führungen in Richtung der X- und Y-Achse 11 bzw.
14 dienen als ortsfeste Elemente, so daß die in X- bzw.
Y-Achsrichtung laufenden Schlitten 12 bzw. 15 entspre
chend in Richtung der X- bzw. der Y-Achse durch die
Leitspindel 13 bzw. 16 bewegt werden.
Weiterhin sind eine Winkelplatte 17 zum vertikalen Be
festigen des in Y-Richtung laufenden Schlittens 15 auf
dem in Richtung der X-Achse laufenden Schlitten 12 so
wie ein entsprechender Antriebsmotor 18 bzw. 19 vorge
sehen. In diesem Fall ist die Belastung des der X-Ach
se zugeordneten Antriebsmotors 18 größer als die des
der Y-Achse zugeordneten Antriebsmotors 19, weil der
Antriebsmotor 19 für den gemeinsamen Antrieb des der
X-Achse zugeordneten Schlittens 12, der Winkelplatte
17, der der Y-Achse zugeordneten Führung 14 und des
der Y-Achse zugeordneten Schlittens 15 ausgelegt ist.
Der der X-Achse zugeordnete Antriebsmotor 18 weist un
vermeidbar ein größeres Leistungsvermögen auf. Der der
X-Achse zugeordnete Schlitten 12 muß insbesonders für
eine Bewegungsstrecke ausgelegt sein, die gleich der
Summe eines Bewegungshubes, der der Belichtungsfläche
entspricht, und eines Bewegungshubes ist, der für die
Auswechselung der Röntgenstrahlenmaske 3 und der Ta
blette 6 erforderlich ist. D.h., der der X-Achse zuge
ordnete Schlitten 12 muß einen Bewegungshub haben, der
ungefähr drei- bis fünfmal so groß ist wie die Belich
tungsfläche. Der der X-Achse zugeordnete Schlitten 12
ist folglich länger als der der Y-Achse zugeordnete
Schlitten 15, was eine Vergrößerung der Breite der
senkrechten XY-Bühne 8 in horizontaler Richtung zur
Folge hat.
Da bei der herkömmlichen, in einem SR-Belichtungssystem
verwendeten XY-Bühne 8 der der X-Achse zugeordnete
Schlitten 12 einen Bewegungshub aufweisen muß, der drei-
bis fünfmal so groß sein muß wie die Belichtungsfläche,
wird die Breite der XY-Bühne 8 in der horizontalen Rich
tung unvermeidbar vergrößert, was zu folgenden Proble
men führt.
1. Wie bereits erwähnt, wird das SR-Licht 1 in allen
Richtungen in der Ebene ausgestrahlt, die parallel zu
Tangenten ist, denen entlang Elektronenstrahlen rotie
ren.
Wenn daher die Breite der XY-Bühne 8 verringert wird,
kann eine große Anzahl von Belichtungssystemen in ra
dialer Richtung um den Ring 2 herum angeordnet werden,
was eine effektive Ausnutzung des Rings 2 gewährlei
stet. Bei der Anordnung der herkömmlichen senkrechten
XY-Bühne 8 muß jedoch zur Erleichterung der Auswechs
lung der Röntgenstrahlenmaske 3 und der Tablette 6 die
Breite der XY-Bühne 8 in der horizontalen Ebene senk
recht zu der Achse des SR-Lichtes 1, d. h. zur Richtung
der X-Achse vergrößert werden. Das bedeutet, daß die
Anordnung der herkömmlichen senkrechten XY-Bühne 8 ei
ner effektiven Ausnutzung des Ringes 2 entgegensteht.
2. Die Ganghöhengenauigkeit der XY-Bühne 8 ist ver
hältnismäßig schlecht. Es wird davon ausgegangen, daß
die Ganghöhengenauigkeit der XY-Bühne 8 bestimmt wird
durch die Führungsgenauigkeit sowie durch die Ganghö
hengenauigkeit beim Aufrechterhalten der
Stellung der Bühne, die durch die Bearbeitungsgenauig
keit der wesentlichen Elemente bestimmt werden. Bei ei
nigen Verfahren wird ein Mechanismus, der sich leicht
durch eine Größe bewegt, die dem Steigungsfehler der
XY-Bühne 8 entspricht, und ein Meßfehlersystem unabhän
gig voneinander hinzugefügt, um den Meßfehler zu korri
gieren, wodurch die Genauigkeit erhöht wird. Diese Vor
gehensweise hat jedoch zur Folge, daß ein mechanisches
System, ein Meßsystem, ein Steuersystem und dgl., zu
sätzlich befestigt werden müssen, die jeweils eine Genau
igkeit oder ein Leistungsvermögen aufweisen, die bzw.
das mindestens zehnmal höher als die bzw. das des
Hauptkörpers ist, was zu einer Vergrößerung des Gewichts
und zur Kostensteigerung führt. Außerdem wird die Büh
ne dadurch komplizierter und leicht fehleranfällig. Um
solche Nachteile auszuschließen, wird bevorzugt die
endgültige Genauigkeit allein durch den Hauptköper ge
währleistet. Die XY-Bühne muß daher einen verhältnismä
ßig einfachen Aufbau und eine Form aufweisen, die eine
Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit der wesentlichen
Elemente gewährleisten.
Wenn die Länge des in Richtung der X-Achse bewegbaren
Schlittens 12 vergrößert wird, muß die Länge der der
X-Achse zugeordneten Führung 11 und der der X-Achse
zugeordneten Leitspindel 13 entsprechend vergrößert
werden. Die Bearbeitungsgenauigkeit ist umgekehrt pro
portional zur Länge, selbst wenn die Festigkeit des
Elements unbegrenzt ist. Außerdem ist die Festigkeit
des Elements umgekehrt proportional der dritten Potenz
der Länge und der vierten Potenz des Durchmessers.
Beim Bearbeiten eines Elements wirken auf dieses ver
schiedene Kräfte und Spannungen ein, wie z. B. Schnitt-
und Beugungskräfte, Restspannungen sowie thermische
Spannungen, die bei der plastischen Verformung auftre
ten. Wenn das Element an einer Bearbeitungseinheit be
festigt ist, wirken außerdem Einspannkräfte und dgl.
auf das Element, wodurch dieses verformt wird, was ei
ne Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit zur
Folge hat. D.h. die Festigkeit eines Elements ist der
die Bearbeitungsgenauigkeit am entscheidensten beein
flussende Faktor.
Eine Vergrößerung der Länge eines Elementes verringert
somit erheblich die Bearbeitungsgenauigkeit, was wie
derum eine Verschlechterung der Ganghöhengenauigkeit
der XY-Bühne zur Folge hat.
3. Der in Richtung der Y-Achse bewegbare Schlitten 15
ist gewichtsmäßig nicht im Gleichgewicht. Das auf den
in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlitten 12 aufge
brachte Gewicht wirkt senkrecht auf die der X-Achse zu
ordnete Führung 11 und wird daher von den Führungsflä
chen getragen. In diesem Fall wird die statische Rota
tionsbeanspruchung die auf die der X-Achse zugeordne
te Leitspindel wirkt, nur von einer auf die Zahnfläche
wirkenden Reibungskraft gebildet und das Gewicht des
in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlittens 12 wirkt
nicht selbst wie eine Last. Im Gegensatz dazu wirkt
das auf den in Richtung der Y-Achse bewegbaren
Schlitten 15 aufgebrachte Gewicht in der Führungsrich
tung des Schlittens 15 und wird somit von der der Y-
Achse zugeordneten Leitspindel 16 getragen. Das Ge
wicht des in Richtung der Y-Achse bewegbaren Schlit
tens 15 wirkt daher unmittelbar als eine Rotations
belastung auf die der Y-Achse zugeordnete Leitspindel
16. Die Rotationsbelastung, die auf der Schwerkraft
basiert, wirkt in entgegengesetzter Richtung zur
Drehrichtung des der Y-Achse zugeordneten Antriebsmo
tors 16.
Es ist einsichtig, daß die dem Antriebsmotor 19
zugeführte Energie in Abhängigkeit davon geändert wer
den muß, ob der in Richtung der Y-Achse bewegbare
Schlitten 15 aufwärts oder abwärts bewegt wird. Eine
derartige Änderung der Energiezufuhr wirkt sich nach
teilig auf die Antriebssteuerung des in Richtung der
Y-Achse bewegbaren Schlittens 15 aus, was zur Folge
hat, daß die Positionierungsgenauigkeit des Schlit
tens 15 sich verschlechtert oder daß eine Steigerung
der Vorschubgeschwindigkeit verhindert wird.
Das jeweilige Gewicht der in Richtung der X- und der
Y-Achse bewegbaren Schlittens 12 bzw. 15 wird vor
zugsweise minimalisiert, weil eine Gewichtsverminde
rung jedes Schlittens die an den entsprechenden An
triebsmotor gelegte Last verringert, was eine Steuer
ung einer mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genau
igkeit ausgeführten Positionierung möglich macht.
4. Bei einer herkömmlichen XY-Bühne ist die Gefahr
der Beeinträchtigung der Sicherheit durch bestimmte
Hindernisse gegeben. Der in Richtung der X-Achse
bewegbare Schlitten 12 wird zwischen der Auswechsel
stellung für die Tablette 6 und der Belichtungsstel
lung hin- und herbewegt. Während die Vorwärtsbewegung
nicht problematisch ist, trifft dies jedoch für die
Rückwärtsbewegung nicht zu, da bei dem Aneinandervor
beilaufen der Plattform 4 für die Röntgenstrahlenmaske
3 und der Plattform 5 für die Tablette 6 die Hand oder
ein Finger der Bedienungsperson beim Anlaufen und/oder
während des Betriebs dazwischen eingeklemmt werden
kann, was zu ernsthaften Verletzungen der Bedienungs
person führen kann. Diese Gefahr besteht, weil das Ge
wicht des in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlittens
12 sowie die Einzelgewichte der der Y-Achse zugeordne
ten Führung 14, des in Richtung der Y-Achse bewegbaren
Schlittens 15 und der Winkelplatte 17, die von dem in
Richtung der X-Achse bewegbaren Schlitten 12 getragen
werden, ein erhebliches Gesamtgewicht ergeben. Ein der
art schwerer Teil ist nicht leicht zu stoppen, wenn er
erstmal in Bewegung gesetzt worden ist. Wenn der An
triebsmotor in Betrieb ist, ist es noch schwieriger,
den in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlitten 12 an
zuhalten. Unter diesen Umständen sind hohe Anforder
ungen an die Sicherheit zu stellen.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine senk
rechte XY-Bühne zur Verfügung zu stellen, mit der im
Vergleich zu einer herkömmlichen XY-Bühne eine Steige
rung hinsichtlich der Geschwindigkeit, der Genauigkeit
und der Sicherheit erzielbar ist, wobei insbesondere
für eine möglichst geringe Breite der XY-Bühne in der
horizontalen Ebene in Richtung senkrecht zur optischen
Achse des SR-Lichtes gesorgt und ein kompakter Aufbau
realisiert werden soll.
Ferner wird eine XY-Bühne angestrebt, die eine effekti
ve Ausnutzung eines Rings des SR-Lichtes ermöglicht.
Schließlich wird eine XY-Bühne mit einem verhältnis
mäßig einfachem Aufbau angestrebt, die zugleich eine
Steigerung der Genauigkeit eines Meßsystems im Ver
gleich zu einer herkömmlichen XY-Bühne ermöglicht.
Diese Aufgabe und Zielstellungen werden gemäß der Er
findung gelöst durch eine XY-Bühne mit einem Grundge
stell, einem auf diesem beweglich gelagerten, in Rich
tung der X-Achse bewegbaren Schlitten, einem auf diesem
beweglich gelagerten, in Richtung der Y-Achse bewegba
ren Schlitten und mit einer Plattform zur Anordnung von
Werkstücken, wobei der in Richtung der Y-Achse bewegbare
Schlitten einen horizontal angeordneten Hauptkörper, ei
nen senkrecht angeordneten vertikalen Teil und eine
Führung aufweist, die eine Bewegung des in Richtung der
Y-Achse bewegbaren Schlittens in Richtung der Y-Achse
ermöglicht, wobei die Plattform in einem von dem
Hauptkörper des Schlittens und dem vertikalen Teil des
der Y-Achse zugeordneten Schlittens umfaßten Raum ange
ordnet und durch eine auf dem in Richtung der Y-Achse be
wegbaren Schlitten gelagerte Welle schwenkbar ist.
Die erfindungsgemäße XY-Bühne wird nun anhand der Zeich
nungen erläutert. In diesen sind:
Fig. 1 eine teilweise geschnittene und auseinanderge
zogene perspektivische Ansicht einer Ausfüh
rungsform der senkrechten XY-Bühne;
Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische An
sicht der Grundelemente;
Fig. 3 eine Ansicht, die einen Aufbau zum Öffnen/
Schließen einer Plattform in Richtung der Ho
rizontalen zeigt;
Fig. 4 eine Ansicht, aus der der Einfluß der
Schwerkraft auf eine rücklehnbare Platt
form hervorgeht;
Fig. 5(a) und 5(b) Ansichten, die einen Vakuumeinspannmechanis
mus der Plattform zeigen;
Fig. 6(a) und 6(b) perspektivische Ansichten, aus denen eine
Verbindungsplattform zum Befestigen eines
der Y-Achse zugeordneten Schlittens an ei
nem der X-Achse zugeordneten Hilfsschlit
ten hervorgeht;
Fig. 7 eine Ansicht eines Luftschmierungsmechanis
mus des der X-Achse zugeordneten Schlittens;
und
Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer herkömm
lichen senkrechten XY-Bühne.
Aus Fig. 1, die eine teilweise geschnittene, auseinan
dergezogene perspektivische Ansicht der bevorzugten Aus
führungsform der senkrechten XY-Bühne zeigt, geht deren
geöffneter Zustand hervor. Die auseinandergezogene per
spektivische Ansicht gemäß Fig. 2 zeigt die Grundele
mente der senkrechten XY-Bühne. Wie aus den Fig. 1 und
2 ersichtlich ist, ist auf einer Plattform 20 eine
Plattform 5 für eine Tablette 6 gelagert. Die Plattform
20 ist mit einem der Y-Achse zugeordneten Schlitten 22
über eine abgestützte Welle 23 verbunden, die horizontal
angeordnet ist. Bei diesem Aufbau kann die Plattform 20
zwischen einer horizontalen Stellung (Auswechselstellung)
die in Fig. 1 in ausgezogenen Linie dargestellt ist, und
einer senkrechten Stellung (Belichtungsstellung), die
in Fig. 1 in strichpunktierten Linien dargestellt ist,
geschwenkt werden. Die Plattform 20 ist so ausgelegt,
daß sie über einen Impulsmotor 29 verschwenkt werden
kann.
Auch wenn die Plattform 20 so ausgelebt ist, daß sie in
der horizontalen Richtung geöffnet/geschlossen werden
kann, wird der gleiche beschriebene Effekt erzielt. Ein
derartiger Aufbau ist in Fig. 3 dargestellt. Auch wenn
die abgestützte Welle 23 parallel zur horizontalen Ach
se eines L-förmigen Teils des der X-Achse zugeordneten
Schlittens (Fig. 2) angeordnet ist, kann sie parallel zu
der vertikalen Achse des L-förmigen Teils angeordnet
werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall wird
die abgestützte Welle als Öffnungs-/Schließ-Well be
zeichnet.
Die Zielstellungen der Erfindung werden erreicht, egal
ob die Welle in der abgestützten oder in der sogenannten
Öffnungs-/Schließstellung zum Einsatz kommt. Der Unter
schied zwischen der abgestützten Stellung und der Öff
nungs-/Schließ-Stellung der Welle liegt darin, daß bei
der abgestützten Anordnung der Welle die Schwerkraft
sich nachteilig auswirkt, wie nachfolgend unter Bezug
auf Fig. 4 beschrieben wird.
Aus Fig. 4 gehen der Schwerpunkt 20a der Plattform 20
sowie eine Torsionsfeder 23a hervor, die auf der abge
stützten Welle 23 angebracht ist. Wenn die Plattform
20 aufgerichtet wird und horizontal liegt, verändert
sich die Lage des Schwerpunktes der Plattform 20. Infol
ge hiervon unterscheidet sich das auf die abgestützte
Welle aufgebrachte Kraftmoment um einen Betrag, der der
oben erwähnten Änderung entspricht. Da die Größe des
Kraftmomentes gleich dem Produkt des Gewichtes der
Plattform 20 und der horizontalen Komponente der Ent
fernung zwischen dem Schwerpunkt 20a und der abgestütz
ten Welle 23 bei aufgerichteter Plattform 23 ist, ist
das Kraftmoment meistens Null, d. h. es nimmt den minima
len Wert ein. Im Gegensatz dazu ist das Kraftmoment ma
ximal, wenn die Plattform 20 horizontal angeordnet ist.
Die Kraft, die zum Drehen der abgestützten Welle 23 er
forderlich ist, d. h. die Leistung des Impulsmotors 29,
muß gleich oder größer als das maximale Kraftmoment sein,
das an der rückgelehnten Welle 23 angreift. Wenn jedoch
gemäß Fig. 4 die Torsionsfeder 23a hinzugefügt wird, die
in der abwärts geneigten Stellung der Plattform verformt
wird, so kann der maximale Wert des Kraftmomentes, der
auf der Schwerkraft basiert, entsprechend beträchtlich
vermindert werden. Hierdurch ist es möglich, die Abmes
sung eines abgestützten Kraftsystems, das den Impulsmo
tor 29 einschließt, zu verringern. Bei der Anordnung zum
Öffnen/Schließen ist, da die Plattform 20 in der Rich
tung rechtwinklig zur Schwerkraft gedreht worden ist, der
beschriebene nachteilige Einfluß nicht gegeben.
Wie aus den Fig. 1 und 2 weiter hervorgeht, ist ein Im
pulsmotor 29 an einer Winkelplatte 35 befestigt, wobei
ein Luftzylinder 28 eine entsprechende Befestigungsein
heit der senkrechten XY-Bühne bildet. Da der Impulsmotor
29 hinter der Plattform 20 verdeckt und somit praktisch
nicht sichtbar ist, zeigt Fig. 1 den Impulsmotor 29 aus
Gründen der Darstellung zusammen mit den Luftzylinder 28
von der Winkelplatte 35 entfernt angeordnet. Bei dieser
Ausführungsform weist die Winkelplatte 35 eine L-Form
auf und ist ähnlich wie der der Y-Achse zugeordnete
Schlitten 22 aufrecht angeordnet. Die Drehung des Im
pulsmotors 29 wird über eine Antriebskupplung 26 und ei
ne angetriebene Kupplung 27 auf eine Schnecke 24 über
tragen. Die Drehung der Schnecke 24 wird wiederum auf
ein Schneckenrad 25 übertragen, um eine Schwenkung der
abgestützten Welle zu bewirken. Infolge hiervon wird die
Plattform 20 zwischen der horizontalen Auswechselstel
lung und der senkrechten Belichtungsstellung hin- und
hergeschwenkt. Ein Positionierungsstift 61 mit einem
kugelförmigen Ende dient dazu, die Standstellung der
Plattform 20 zu fixieren. Eine in Fig. 5 gezeigte Ke
gelbohrung 62, die in Fig. 1 nicht sichtbar ist, ist in
der Rückfläche des ortsfesten Anschlags 30 ausgebildet
und nimmt den Positionierungsstift 61 paßmäßig auf. Ein
Spannfutterring 30b, bestehend aus einem ringähnlichen
Film oder einer Feinfolie, ist auf der Rückfläche des
ortsfesten Anschlags 30 ausgebildet, um ihn mittels
Unterdruck oder Vakuum an der Plattform festzuspannen.
Die Fixierung der Standstellung der Plattform 20 durch
Saugwirkung wird nachfolgend im Einzelnen unter Bezug
auf die Fig. 5(a) und 5(b) beschrieben.
Fig. 5(a) zeigt den Zustand der Plattform 20 unmittel
bar vor ihrer Fixierung durch Saugwirkung, wobei nur
ein Teil in der Nähe des Positionierungsstiftes 61 im
Schnitt dargestellt ist. Ein konvexer Teil 30a ist an
der geschlossenen Umlaufbahn ausgebildet und umgibt
die Kegelbohrung 62. Die sehr dünne filmartige Folie
ist mit dem konvexen Teil 30a verbunden, erstreckt
sich in Form eines Auslegers nach außen und bildet ein
Spannfutterkissen 30b. Ein Auslaß 30c ist mit einem
Schlauch 30d verbunden und ein Abstandssensor 30e dient
zum Erfassen der Plattform 20 in ihrer Standstellung.
Wenn mit einem solchen Aufbau zur Ausübung einer Saug
wirkung bei Ansprechen des Abstandssensors 30e eine
Evakuierung durchgeführt wird, wird zunächst der Zwi
schenraum zwischen dem Spannfutterkissen 30b und der
Plattform 20 evakuiert, und Luft strömt dazwischen. Da
der Druck in einer Richtung rechtwinklig zur Luftströ
mung reduziert wird (Zerstäuberprinzip), wird das
Spannfutterkissen 30b in Form der dünnen filmartigen
Folie durch den Luftdruck von hinten druckmäßig beauf
schlagt. Infolge hiervon wird, wie Fig. 5(b) zeigt, das
Spannfutterkissen 30b automatisch an der Plattform 20
befestigt und dichtet den geschlossenen Raum innseitig
des Spannfutterkissens 30b ab. Folglich wird der Posi
tionierungsstift 61 fest durch den Luftdruck in die Ke
gelbohrung 62 gedrückt und fixiert die Plattform 20 in
ihrer Standstellung.
Das Verbinden und Trennen der Antriebskupplung 26 und
der angetriebenen Kupplung 27 (Fig. 1) erfolgt durch
Antrieb des Impulsmotors 29 in die Vorwärts- bzw. in
Rückwärtsrichtung bei Antrieb des Luftzylinders 28. Die
rückgelehnte Stellung der Plattform 20 wird daher auf
vorbestimmte Positionen innerhalb der Bewegungshübe in
der X- und in der Y-Achsrichtung begrenzt. Der der Y-
Achse zugeordnete Schlitten 22 weist den ortsfesten An
schlag 30 zum vakuummäßigen Einspannen der Plattform 22
auf, um diese in der Standposition zu halten. Ein elek
tromagnetischer Anschlag 31 zum Halten der Plattform 20
in der horizontalen Stellung durch Saugwirkung ist ein
stückig mit der Winkelplatte 35 ausgebildet. Der An
schlag 32 ist in Fig. 2 nicht dargestellt.
Wie Fig. 2 zeigt, weist der der Y-Achse zugeordnete
Schlitten 22 eine L-Form auf. Tragarme 22 zur axialen
Abstützung der beiden Enden der abgestützten Welle 23
sind einstückig mit der oberen Fläche eines horizonta
len Teils 22a des Schlittens 22 ausgebildet, während der
ortsfeste Anschlag 30, ein Druckluftkissen 53, das spä
ter beschrieben wird und ein der Y-Achse zugeordneter
Magnet 54 an einem vertikalen Teil 22b des Schlittens
22 ausgebildet sind.
Ein der X-Achse zugeordneter Schlitten 32 weist eine
L-Form auf. Ein horizontaler Teil 32A bzw. ein verti
kaler Teil 32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens
32 bilden den Hauptkörper des Schlittens bzw. eine Füh
rung für den der Y-Achse zugeordneten Schlitten 22 So
wohl die Plattform 20, als auch der der y-Achse zuge
ordnete Schlitten 22 sind in einem Raum angeordnet, der
von dem Hauptkörper 32A und dem vertikalen Teil 32B
definiert ist. Der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22
ist durch ein Luftlager gelagert, das durch eine Viel
zahl von der Y-Achse zugeordneten Druckluftziehkissen
33 auf beiden Seiten des vertikalen Teils 32B gebil
det ist. Der Schlitten 22 weist eine der Y-Achse zuge
ordnete Mutter 34 auf, die gewindemäßig mit einer der
Y-Achse zugeordneten Leitspindel 16 in Eingriff bring
bar ist bzw. steht. Wenn die der Y-Achse zugeordnete
Leitspindel 16 durch einen der Y-Achse zugeordneter. Mo
tor 19 in Drehung versetzt wird, wird die Drehung der
Leitspindel in eine lineare Bewegung der der Y-Achse
zugeordneten Mutter 34 umgesetzt. Infolge hiervon wird
der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 vertikal ent
lang des vertikalen Teils 32B bewegt.
Eine der X-Achse zugeordnete Leitspindel 13 für die ho
rizontale Hin- und Herbewegung des der X-Achse zugeord
neten Schlittens 32 ist auf der Winkelplatte 35 ange
ordnet, die die gesamte senkrecht XY-Bühne trägt. Eine
der X-Achse zugeordnete, lufthydrostatische Mutter 36
steht gewindemäßig mit der der X-Achse zugeordneten
Leitspindel 13 in Eingriff. Die Mutter 36 ist auf dem
Hauptkörper 32A des der X-Achse zugeordneten Schlittens
32 befestigt. Wenn bei diesem Aufbau die der X-Achse
zugeordnete Leitspindel 13 durch einen der X-Achse zuge
ordneten Motor 18 in Drehung versetzt wird, wird die
Drehung der Leitspindel 13 in eine lineare Bewegung der
der X-Achse zugeordneten Mutter 36 umgesetzt, um den
der X-Achse zugeordneten Schlitten 32 hin- und herzube
wegen. Die der X-Achse zugeordnete Leitspindel 13 und
die der Y-Achse zugeordnete Leitspindel 16 des der Y-
Achse zugeordneten Schlittens 22 sind parallel zu dem
Hauptkörper 32A und dem vertikalen Teil 32B des der X-
Achse zugeordneten Schlittens 32 und in Nähe der Mit
telpunkte zwischen der Plattform 20 und dem Hauptkör
per 32A und dem vertikalen Teil 32B angeordnet, so daß
die Axialkraftzentren der Leitspindeln 13 und 16, d. h.
die Stellungen der Muttern 34 und 36 des Hauptkörpers
32A und des vertikalen Teils 32B in der Nähe der
Schwerpunkte der X- und der Y-Ebenen der Schlitten 22
und 32 angeordnet sind. In ähnlicher Weise sind der der
Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 und der der X-Achse
zugeordnete Schlitten 32 durch ein Luftlager geführt,
das von einer Vielzahl der X-Achse zugeordneter Druck
luftziehkissen 38 auf beiden Seiten der der X-Achse
zugeordneten Führung 37 ausgebildet ist, die einstückig
mit der Winkelplatte 35 und dem Grundgestell 100 aus
gebildet ist.
Ein der X-Achse zugeordneter Hilfsschlitten 39, der von
einer der X-Achse zugeordneten Hilfsführung 40 geführt
ist, ist an der Winkelplatte 35 mittels eines Luftlagers
fixiert. Der der X-Achse zugeordnete Hilfsschlitten 39
ist mit der oberen Fläche des vertikalen Teils 32B des
der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 über eine Ver
bindungsplatte 41 aus flexiblem Material verbunden. Ei
ne Z-förmige Nut 42 ist in der oberen Fläche der Verbin
dungsplatte 41 derart ausgebildet, daß die Vorschubkraft
des der X-Achse zugeordneten Hilfsschlittens 34 entlang
der horizontalen Ebene besser als die Kräfte übertragen
wird, die bei der Verformung der Verbindungsplatte 41
freigesetzt werden.
Der Aufbau der Verbindungsplatte 41 wird nachfolgend
im Einzelnen unter Bezug auf die Fig. 6(a) und 6(b)
beschrieben.
Fig. 6(a) zeigt eine Ansicht der Verbindungsplatte 41
in der Vergrößerung. Zwei parallele Kerben 41a und
eine geneigt verlaufende Kerbe 41b sind in der Ver
bindungsplatte 41 eine Z-Form beschreibend ausgebildet,
wobei die Kerben 41a bzw. die Kerbe 41b den unteren
und oberen Balken bzw. den letztere verbindenden ge
neigt verlaufenden Balken des Buchstabens Z bilden.
Mit einer derartigen Form weist die Verbindungsplatte
41 eine beträchtlich hohe Festigkeit in einer Rich
tung parallel zu der Planfläche auf, die erforderlich
ist, um den vertikalen Teil 32B des der X-Achse zuge
ordneten Schlittens 32 zu tragen, während sie eine ver
hältnismäßig sehr geringe Festigkeit in einer Rich
tung rechtwinklig zu der Planfläche besitzt, die nicht
zum Abstützen des vertikalen Teils 32B erforderlich
ist, weil die gekerbten Teile gebogen sind.
Aufgrund der aus Fig. 6(b) hervorgehenden Form muß die
Genauigkeit des Zusammenbaus des vertikalen Teils 32B
des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32, des
Schlittens 32 selbst und des der X-Achse zugeordneten
Hilfsschlittens 39 nicht so sehr vergrößert werden.
Vielmehr wird bei der senkrechten XY-Bühne eine mecha
nische Verformung, die durch das Aufbringen eines Ge
wichts in Richtung der Y-Achse auf den der X-Achse zu
geordneten Hilfsschlitten 39 verursacht wird, von der
Verbindungsplatte 41 absorbiert, so daß eine derartige
Verformung nicht auf den der X-Achse zugeordneten
Schlitten 32 übertragen wird und eine hohe Genauigkeit
nicht erforderlich ist.
Eine der Y-Achse zugeordneter Hilfsschlitten 43 mit
C-förmiger Querschnittsform ist am Ende des horizontalen
Teils 22a des der Y-Achse zugeordneten Schlittens 22
ausgebildet und dient zur Führung des Endes des hori
zontalen Teils 22a entlang einer der Y-Achse zugeordne
ten Führung 44, die auf dem Hauptkörper 32A des der X-
Achse zugeordneten Schlittens 32 mittels eines Luftla
gers festgelegt. Ein Magnet 43a ist auf dem der Y-Achse
zugeordneten Hilfsschlitten 43 angeordnet. Der Aufbau
dieser Luftlagerführung wird von der Kombination eines
Magneten und von Luftauslässen ähnlich zu dem Aufbau
anderer Luftlagerführungen gebildet. Der der X-Achse
zugeordnete Hilfsschlitten 40 oder der der Y-Achse zu
geordnete Hilfsschlitten 43 sind so ausgelegt daß nur
das Ende des Hauptkörpers 32A des der X-Achse zugeord
neten Schlittens 32 oder das Ende des horizontalen
Teils 22a des Y-Achse zugeordneten Schlittens 22 in ei
ner axialen Richtung (hier in Richtung der Z-Achse) im
rechten Winkel zu den X- und Y-Ebenen abgestützt werden.
Die zuvor beschriebene Z-förmige Nut 42 basiert auch
auf einer solchen Gestaltung. Ein derartiger Aufbau
wird aus folgenden Gründen verwendet, wenn die Führun
gen an den beiden Enden jedes Schlittens in der Längs
richtung angeordnet sind, damit sie parallel zueinander
verlaufen, ist es schwierig, die beiden Achsen so ein
zurichten, daß sie zueinander parallel sind. Wenn sich
außerdem die Entfernung zwischen den beiden Achsen auf
grund thermischer Expansion verändert, werden die Füh
rung und der Schlitten zwecks Fixierung miteinander er
griffen. Ein Ende jedes Schlittens muß daher als ein
freies Ende ausgebildet sein.
Ein Aufhängungshaken 45 ist an der Rückfläche des der
Y-Achse zugeordneten Schlittens 22 mit Bolzen be
befestigt. Außerdem ist ein metallisches Aufhängeform
stück, das zwei Riemenscheiben 47a und 47b aufweist,
an dem der X-Achse zugeordneten Hilfsschlitten 38 be
festigt. Ein eine Konstantkraft ausübender Mechanismus
48 weist eine Spiralblattfeder 48a auf, die die glei
che Funktion hat, wie der Kabelrückspulmechanismus ei
nes Staubsaugers. Der eine Konstantkraft ausübende Me
chanismus 48 kann eine Aufwickeltrommel 49 mit einem
konstanten Drehmoment beaufschlagen, um das Gewicht des
der Y-Achse zugeordneten Schlittens 22 auszubalancie
ren. Ein Spanndraht 50 ist mit einem Ende an dem Auf
hängehaken 45 und mit dem anderen Ende an der Aufwickel
trommel 49 über die beiden Riemenscheiben 47a und 47b
befestigt. Die Aufwickeltrommel 49 ist unterhalb des der
X-Achse zugeordneten Schlittens 32 angeordnet, so daß
der Schwerpunkt des Schlittens 32 auf der der X-Achse
zugeordneten Mutter 36 angeordnet ist. Die Lage und
Neigung jeder Riemenscheibe 47 ist so eingestellt, daß
der Aufhängehaken 45 im Schwerpunkt des der Y-Achse zu
geordneten Schlittens 22, d. h. auf der der Y-Achse zu
geordneten Mutter 34 angeordnet ist.
Eine Anzahl der X-Achse zugeordneter Magnete 51, die
gleich der aus Fig. 2 hervorgehenden Anzahl ist, ist
auf der anderen Seite der der X-Achse zugeordneten
Führung 37 angeordnet. Eine der Z-Achse zugeordnete
Führungsplatte 52 aus magnetischem Material dient zum
Tragen des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 in
der Z-Richtung. Eine magnetische Anziehungskraft wirkt
zwischen der der Z-Achse zugeordneten Führungsplatte 52
und den der X-Achse zugeordneten Magneten 51. Da diese
Anziehungskraft durch das Luftlager der der X-Achse zu
geordneten Druckluftziehkissen 38 ausbalanciert wird,
ist der der X-Achse zugeordnete Schlitten 32 im kon
taktlosen Zustand luftgeschmiert. Jedes Druckluftzieh
kissen 53 dient zur Abstützung des der Y-Achse zugeord
neten Schlittens 22 in der Z-Richtung. Der Y-Achse zu
geordnete Z-förmige Führungsflächen 32c sind beidseitig
der Rückfläche des vertikalen Teils 32B des der X-Ach
se zugeordneten Schlittens 32 vorgesehen. Der Y-Achse
zugeordnete Magneten 54 sind, was nicht zu sehen ist, in
Einkerbungen, die in der Rückfläche des vertikalen Teils
32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 aus
gebildet sind, befestigt/fixiert, wobei eine der Y-Achse
zugeordnete Platte 32d aus magnetischem Material äqui
valent zu einer der Z-Achse zugeordnete Führungsplatte
des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 ist. Letzte
rer ist aus dem gleichen Element aus magnetischem
Material wie die der Z-Achse zugeordnete Führungsplat
te 52 gebildet. Im Gegensatz dazu ist der der Y-Achse
zugeordnete Schlitten 22 aus einem Element unterschied
lichen Materials zu dem der Z-Achse zugeordneten Füh
rungsplatte 52 gebildet. In ähnlicher Weise wie der der
X-Achse zugeordnete Schlitten 32 ist jedoch der der Y-
Achse zugeordnete Schlitten 22 durch Ausbalancieren des
Luftlagerdrucks und der Anziehungskraft der Magnete
luftgeschmiert. Ein ausbalancierter luftgeschmierter
Betrieb wird nachfolgend im Einzelnen unter Bezug auf
die Y-Achse beschrieben.
Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die den vertikalen Teil
32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 zeigt,
wobei der vertikale Teil 32B zusammen mit dem der Y-
Achse zugeordneten Schlitten 32 geschnitten und von
oben gesehen ist. Der der Y-Achse zugeordnete Magnet 54
ist von einem Joch 54a zur effektiven Führung eines
Magnetflusses zu der der Y-Achse zugeordneten Platte
32d aus magnetischem Material umfaßt. Der der Y-Achse
zugeordnete Magnet 54 ist an dem der Y-Achse zugeord
neten Schlitten 22 befestigt. Eine Luftzuführung 22a
dient zur Zuführung von Luft unter Hochdruck in das La
gerspiel, das von der der Y-Achse zugeordneten Z-Füh
rungsfläche 32c und einer der Y-Achse zugeordneten
X-Führungsfläche 33a bestimmt ist.
Auch wenn bei einem solchen Aufbau Hochdruckluft zuge
führt wird, wird der Druck in der Lagerluft (Führungs
bahnenluft) vergrößert, da die der Y-Achse zugeordneten
Druckluftziehkissen 33 so angeordnet sind, daß sie dem
vertikalen Teil 32B entgegenwirken, wobei der rechte
und der linke Lagerdruck sich gegenseitig ausgleichen
und kein Problem entsteht. Da jedoch der der Y-Achse
zugeordnete Schlitten 22 und das von der der Y-Achse
zugeordneten Z-Führungsfläche 32c bestimmte Lagerspiel
in der gleichen Ebene angeordnet sind, wird, wenn der
Lagerdruck vergrößert wird, das Lagerspiel bzw. die La
gerluft auch vergrößert. Folglich wird kein Druck in
dem Lagerspiel erzeugt und die Lagerluft kann nicht als
Luftlager dienen. Bei dem aus Fig. 7 ersichtlichen Auf
bau tritt jedoch das erwähnte Phänomen nicht auf, da
die auf der magnetischen Kraft basierende Anziehungs
kraft zwischen dem der Y-Achse zugeordneten Magneten
54 und der der Y-Achse zugeordneten Platte 32d aus mag
netischem Material wirkt, um den Lagerdruck auszuglei
chen, so daß die Lagerluft als Luftlager dienen kann.
Obgleich der der X-Achse zugeordnete Hilfsschlitten 40
und der der Y-Achse zugeordnete Hilfsschlitten 43 in
der Z-Richtung durch Ausgleichen der Luftlagerdrucke
und der von den Magneten in der oben beschriebenen Wei
se erzeugten Anziehungskraft luftgeschmiert sind, er
folgt keine nochmalige Beschreibung.
Die sandwichartigen luftgelagerten Führungen 33, 38 sind
in den Dichtungen der XY-Ebene gebildet, wohingegen
die druckmäßig ausgeglichene, luftgeschmierte luftgela
gerte Führung in Z-Richtung durch Ausgleich der Magnet-
und der Luftlagerkraft gebildet ist. Da bei der druck
mäßig ausgeglichenen, luftgeschmierten Ausführungsform
nur eine Führungsfläche pro Achse erforderlich ist,
kann die Anzahl der erforderlichen Druckluftziehkissen
entsprechend verringert werden. Das bedeutet, die druck
mäßig ausgeglichene, luftgeschmierte Ausführungsform
ist vorteilhafter als die sandwichartige, luftgeschmier
te Führung, was die Verringerung der Abmessungen und
des Gewichts eines Schlittens anbetrifft, auch wenn die
Führungsgenauigkeit des druckmäßig ausgeglichenen, luft
geschmierten Typs etwas geringer als die des sandwichar
tigen Typs ist. Für die senkrechte XY-Bühne ist es von
Wichtigkeit, die Ganghöhengenauigkeit und die Geschwin
digkeit in der X- und in der Y-Richtung zu erhöhen. Aus
diesem Grund wird die druckmäßig ausgeglichene, luftge
schmierte Ausführungsform nur in der Z-Richtung verwen
det, um das Gewicht der Plattform zu verringern, wodurch
eine Steigerung der Geschwindigkeit und Reduzierung der
erforderlichen Leistung mit bewirkt wird. Ferner werden
Luftlager als Führungen sowohl für den der X-, als auch
Y-Achse zugeordneten Schlitten 32 bzw. 22 verwendet. Wei
terhin finden, wie bereits erwähnt, lufthydrostatische
Leitspindeln für den Vorschub Verwendung. Mit diesem
Aufbau ist die senkrechte XY-Bühne als vollkommen luft
geschmierte Bühne gestaltet. Es ist bekannt, daß ein
Luftlager für eine Führungsgenauigkeit sorgt, die min
destens zehnmal größer als die Bearbeitungsgenauigkeit
von Elementen ist, die der vereinigenden Wirkung eines
luftgeschmierten Spielraums zu verdanken ist. Dies gilt
in gleicher Weise für die Ganghöhengenauigkeit einer hy
drostatischen Leitspindel.
Aus den Fig. 1 und 2 geht jeweils eine halbe Hubstellung
des der X- und der Y-Achse zugeordneten Schlittens 32
bzw. 22 entsprechend der jeweiligen gestützten Stellung
der Plattform 5 für die Tablette 6 und der Plattform 20
hervor.
Der Betrieb der senkrechten XY-Bühne wird nachfolgend be
schrieben.
Wenn, wie Fig. 2 zeigt, die Plattform 20 sich in der mit
durchgezogenen Linie dargestellten horizontalen Lage be
findet, können die Röntgenstrahlenmaske 3 und die Tablet
te 6 miteinander unter Ausnutzung eines Raums über der
Plattform 20 ausgewechselt werden. Wenn der Luftzylinder
28 in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, um die Antriebs
kupplung 26 mit der Folgekupplung 27 des der Y-Achse zu
geordneten Schlittens 22 zu verbinden und den Impulsmo
tor 29 nach Beendigung der Auswechslung in Drehung zu
versetzen, wird die Drehung des Impulsmotors 29 auf die
abgestützte Welle 23 über die Schnecke 24 und das
Schneckenrad 25 übertragen. Infolge hiervon wird die
Plattform 20 nach vorn in die aufgerichtete Stellung ge
schwenkt, wie in Fig. 1 durch die sich abwechselnde lan
ge und zwei kurze Strichlinien dargestellt ist. Wenn die
Plattform 20 in die aufrechte Stellung gebracht ist, wird
der an der Plattform 20 ausgebildete Positionierungs
stift 61 mit seinem kugelförmigen Ende in die in dem
ortsfesten Anschlag ausgebildete Kegelbohrung 62 (Fig.
6(a)) eingesetzt, wodurch die Plattform 20 positioniert
wird. Darauf wird die Plattform 20 durch den an dem
ortsfesten Anschlag 30 ausgebildeten Spannfutterring 30b
vakuummäßig exakt in der Belichtungsstellung eingespannt.
Wenn der Luftzylinder 28 nach diesem Vorgang zu einer
Nachbehandlung veranlaßt wird, wird die Verbindung zwi
schen der Antriebskupplung 26 und der angetriebenen
Kupplung 27 gelöst. Wenn der der X-Achse zugeordnete Mo
tor 18 angetrieben wird, wird der der X-Achse zugeordne
te Schlitten 32 in Richtung der X-Achse entlang der
der X-Achse zugeordneten Führung 37 bewegt. Wenn der
der Y-Achse zugeordnete Antriebsmotor 19 angetrieben
wird, wird der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 durch
das vertikale Teil 32B des der X-Achse zugeordneten
Schlittens 32 geführt, um in der Richtung der Y-Achse
geführt zu werden. Als Folge wird die Plattform 20 in
der X- und in der Y-Richtung bewegt. Es ist einsichtig,
daß bei Auswechselung der Röntgenstrahlenmaske 3 und der
Tablette 6 im abgestützten Zustand der Plattform 20 nur
eine solche Bewegungsgröße der senkrechten XY-Bühne er
forderlich ist, daß sowohl der der X-, als auch der der
Y-Achse zugeordnete Schlitten 32 bzw. 22 einen Hub auf
weist, der der Belichtungsfläche entspricht.
Wenn die Plattform in die oben erwähnte abgestützte Lage
zurückgeführt und ein zum Verbringen der Plattform 20 in
ihre Standstellung entgegengesetzter Betriebsablauf voll
zogen wird, nachdem eine SR-Belichtung durch Bewegen der
der X- und der der Y-Achse zugeordneten Schlitten 32 bzw.
22 in die X- und die Y-Richtung beendet worden ist, wird
die Plattform 1 abgesenkt, wie in Fig. 1 dargestellt ist.
Wenn die Feder des abgestützten Anschlags 31 nach Absen
ken der Plattform 20 angeregt wird, da ein nicht darge
stelltes, auf der Plattform 20 gelagertes magnetisches
Element angezogen wird, kann die horizontale Position
der Plattform 20 ähnlich wie die Standposition exakt ein
gestellt werden, womit die Betriebsabfolgen beendet wer
den.
Der L-förmige, der X-Achse zugeordnete Schlitten 32 bildet
das Hauptelement der senkrechten XY-Bühne, wobei der ge
samte Aufbau, eingeschlossen die der X- und der Y-Achse
zugeordneten Hilfsschlitten, eine einem Trapez ähnliche
Form aufweist.
Die Gestaltung des Hauptelements ist nicht auf die L-
Form begrenzt. Die einzige abgestützte Welle 23 ist au
ßerdem in der obigen Ausführungsform horizontal angeord
net, wodurch letztere jedoch nicht begrenzt wird. Wenn
z. B. zwei vertikale Wellen synchron angetrieben werden,
ist ein Aufbau mit einer Doppeltür zum Öffnen/Schließen
möglich. Wenn die Wellen horizontal angeordnet sind, ist
ein ähnlicher Aufbau möglich. Außerdem werden bei der
senkrechten XY-Bühne Luftlager für die Führungen und
Leitspindeln verwendet, um die erforderliche Endgenauig
keit für das SR-Belichtungssystem zu gewährleisten. Wenn
eine derart hohe Genauigkeit nicht erforderlich ist, kann
die senkrechte XY-Bühne auch mit Wälzkugellagerführungen
oder mit Kugelumlaufspindeln ausgerüstet werden. Im ex
tremen Fall kann selbst ein Linearmotor anstelle einer
lufthydrostatischen Leitspindel verwendet werden. Die XY-
Bühne ist somit nicht auf den oben beschriebenen Aufbau
beschränkt. Außerdem kann bei der beschriebenen Ausfüh
rungsform der aufeinanderfolgende Wechsel der Röntgen
strahlenmasken und der Tabletten ohne eine Erhöhung des
Bewegungshubes der senkrechten XY-Bühne realisiert wer
den. Es ist einsichtig, daß auch andere Elemente als
Röntgenstrahlenmasken und Tabletten nacheinander ausge
wechselt werden können. Wenn die Leitspindeln 13 und 16
der der X- und der Y-Achse zugeordneten Schlitten 32 und
22 in den Mittelstellungen zwischen der Plattform 20 und
der der X- und der Y-Achse zugeordneten Führungen, d. h.
dem vertikalen Teil 32B des der X-Achse zugeordneten
Schlittens 32 angeordnet sind, kann ein Antrieb der
Schlitten 32 und 22 in der Nähe der Schwerpunkte in der
X- und in der Y-Ebene realisiert werden. Ebenso sind die
Positionen der Leitspindeln nicht auf die erwähnten be
grenzt, sondern die Leitspindeln können irgendeine Posi
tion einnehmen, so lange sie parallel zu den Führungen
verlaufen. Auch wenn die abgestützte Stellung der Platt
form 20 durch Verwendung des an einem Ende kugelförmi
gen Positionsstiftes 61 und der Kegelbohrung 62 fixiert
wird, sind verschiedene Kombinationen, wie z. B. ein ku
gelförmiges Element und eine ebene Fläche, eine koni
sche oder zylindrische Welle und eine Bohrung verwend
bar. Es kann nur ein Positionierungsstift 61 oder eine
Vielzahl von Positionierungsstiften verwendet werden.
Die Plattform 20 kann auch mittels Saugwirkung oder
Magnetkraft abnehmbar festgelegt werden. Ein solcher
Betrieb kann auch mittels einer elektrostatischen Kraft
durchgeführt werden.
Wenn die Plattform 20 in ihre abgesenkte Stellung be
wegt werden soll, wird die Differenz des Schwerkraftmo
mentes durch die Torsionsschraubenfeder 23a reduziert.
Falls jedoch eine Feder bei dem Verschwenken der Platt
form 20 flexible verformbar ist, ist eine Torsions
schraubenfeder nicht erforderlich. Z.B. kann leicht ein
Mechanismus realisiert werden, bei dem eine einfache
Blattfeder oder eine Zug- oder Druckschraubenfeder zum
Einsatz kommt.
Die Kerbe 41b der Verbindungsplatte 41, die eine umge
kehrte U-Form aufweist, kann z. B. auch leicht V- oder
U-förmig ausgebildet werden.
Verschiedene Änderungen und Modifikationen der senk
rechten XY-Bühne sind denkbar, wobei die horizontalen
und vertikalen Teile 32A und 32B des L-förmigen, der
X-Achse zugeordneten Schlittens 32 entsprechend den
Hauptkörper und die Führung für den der Y-Achse zugeord
neten Schlitten 22 bilden, die Plattform 20 mit dem der
Y-Achse zugeordneten Schlitten 22 über die abgestützte
Welle verbunden oder die Welle zum Öffnen/Schließen in
dem Raum angeordnet ist, der von den horizontalen und
vertikalen Teilen umfaßt ist, ein Zuführen/ Zurückneh
men von Gegenständen zu bzw. aus der senkrechten XY-
Bühne unter Ausnutzung der Drehung der Plattform 20
durchgeführt wird.
Der Bewegungshub der senkrechten XY-Bühne in der X-Rich
tung muß nur der Belichtungsfläche einer Tablette ent
sprechen, so daß die Länge der Führung des der X-Achse
zugeordneten Schlittens und der Leitspindel im Vergleich
zu einer herkömmlichen XY-Bühne entsprechend verkürzt
werden kann. Hierdurch wird die Bearbeitungsgenauigkeit
jedes wesentlichen Elementes verbessert, was eine Stei
gerung der Vorschubgenauigkeit der senkrechten XY-Bühne
mit sich bringt. Es erweist sich außerdem als vorteil
haft, daß die Breite der Plattform 20 reduziert werden
kann, so daß eine große Anzahl an Belichtungssystemen
in der radialen Richtung um die horizontale Ebene im
rechten Winkel zur optischen Achse des SR-Lichtes ange
ordnet werden kann. Da die Plattform für die Röntgen
strahlenmaske und die Plattform für die Tablette nicht
aneinander vorbeilaufen, ist eine Erhöhung der Sicher
heit gegen Unfälle bei der Montage und dem Betrieb des
Systems erzielbar. Weiterhin erweist sich eine Ausfüh
rungsform als vorteilhaft, bei der der Antriebsmecha
nismus für die Abstützung der Plattform nicht auf der
senkrechten XY-Bühne gelagert ist, sondern getrennt in
vorbestimmten Positionen innerhalb des jeweiligen Be
wegungshubes in der X- und in der Y-Richtung gelagert
ist und die Leistung über eine Kupplungseinrichtung
übertragen wird, weil dadurch das Gewicht auf der Platte
beträchtlich im Verhältnis zu der Ausführungsform ver
ringert wird, bei der der Antriebsmechanismus auf der
Plattform gelagert ist. Da die rückgelehnte Position
begrenzt werden kann, kann der Raum hinter der Rück
fläche der vertikalen Plattform, d. h. der Raum in der
Richtung, in der die Plattform rückgelehnt ist, verwen
det werden. Die auf den Abstützmechanismus wirkende
Torsionsschraubenfeder dient dazu, das Kraftmoment zu
verringern, so daß die Abmessung und das Gewicht die
ses Mechanismus reduziert werden können. Dies hat einen
Anstieg der gesamten Arbeitsgeschwindigkeit zur Folge.
Die Standposition der Plattform ist durch ein dünnes
auslegerartiges Spannfutterpolster festgelegt. Insbe
sondere kann diese dünne, filmartige Folie selbsttätig
mittels Saugwirkung an der gegenüberliegenden Vakuum
spannfutterfläche befestigt werden, um den entsprechen
den Raum luftdicht abzudichten. Selbst wenn die Genau
igkeit der Vakuumspannfutterfläche nicht so hoch ist
und ein Spielraum zwischen den Spannfutterflächen ge
bildet ist, kann eine beträchtlich hohe Saugwirkung er
zielt werden, da die dünne, filmartige Folie sich an die
gegenüberliegende Fläche unter Bildung eines luftdicht
verschlossenen Raumes anpaßt. Auf diese Weise kann eine
Verringerung der Leistung des das Vakuum erzeugenden Sy
stems erzielt und die Standposition der Plattform dauer
haft aufrechterhalten werden.
Die Verbindungsplatte, die einen Z-förmigen, mit Kerben
versehenen Teil aufweist, verhindert, daß der der X- und
der Y-Achse zugeordnete Schlitten Änderungen hinsicht
lich ihrer Abmessungen infolge von Wärmeausdehnung je
des Elements oder der Aufbringung des Gewichtes der der
Y-Achse zugeordneten Plattform und dgl. unterliegen wenn
die Hauptkomponenten der XY-Bühne nachteilig durch Monta
gefehler des Mechanismus beeinträchtigt worden sind.
Da die horizontalen und vertikalen Teile des L-förmigen,
der X-Achse zugeordneten Schlittens den Hauptkörper
bzw. die Führung des der Y-Achse zugeordneten Schlittens
bilden und der der Y-Achse zugeordnete Schlitten und
die Plattform in einem Raum angeordnet sind, der von
den horizontalen und vertikalen Teilen umfaßt wird,
wird z. B. der Transport der Röntgenstrahlenmasken und
der Tabletten erleichtert. Eine Leitspindel kann im
Schwerpunkt angeordnet werden, der sich in der Mittel
position zwischen dem Befestigungsmechanismus und dem
horizontalen oder vertikalen Teil befindet, so daß der
der X- oder der Y-Achse zugeordnete Schlitten in einer
Stellung in der Nähe des Schwerpunktes angetrieben wer
den kann, in der der Schlitten nicht ausschlägt. Der
Konstantkraftmechanismus, der eine Spiralfeder auf
weist, sorgt vorzugsweise für einen Ausgleich der Be
lastungen des Motors in Vorwärts- und in Rückwärts
richtung infolge einer vertikalen Bewegung des der
Y-Achse zugeordneten Schlittens. Außerdem ist es vor
teilhaft, daß der Verlauf der Drähte oder Riemen belie
big in Übereinstimmung mit den Positionen und Schräg
stellungen der Riemenscheiben gewählt werden kann,
und daß die Gewichtsverteilung und der Ausgleich der
Schwerpunkte erleichtert werden. Dies hat zur Folge,
daß der Antrieb in den Schwerpunkten realisiert werden
kann, wodurch die Steuerung der Feinpositionierung er
leichtert wird.
Wenn die gesamte Anordnung lufthydrostatisch ausgelegt
ist, wobei die Luftlager von Führungen gebildet und
Leitspindeln verwendet werden, da die Luftlager eine
Ganghöhengenauigkeit ermöglichen, die mindestens zehn
mal höher als die Bearbeitungsgenauigkeit eines Elemen
tes ist, kann allein mittels der senkrechten XY-Bühne
eine Endgenauigkeit erzielt werden, die den Anforderun
gen einer SR-Belichtung genügt. Weiterhin werden sand
wichartige Luftlager in der X- und der Y-Richtung ver
wendet, während das Luftlager zum Ausgleichen des Luft
lagerdrucks und der Anziehungskraft der Magnete in der
Z-Richtung rechtwinklig zu der XY-Ebene verwendet wird.
Ein derartiger Aufbau der senkrechten XY-Bühne genügt
den gegensätzlichsten Anforderungen, d. h., einer gefor
derten Verbesserung der Ganghöhengenauigkeit sowie ei
ner Reduzierung der Abmessungen und des Gewichts der
Plattform. Schließlich können die den Luftlagern inne
wohnenden Eigenschaften, wie z. B. Ausgleichen der Füh
rungsbahnenluft, Fehlen von Reibung, lange Betriebsle
bensdauer, Sauberkeit und dgl. genutzt werden, um die
Positionsgenauigkeit und die Anwendung des Systems zu
verbessern.
Claims (9)
1. Senkrechte XY-Bühne, gekennzeichnet durch
ein Grundgestell (100),
einen einer X-Achse zugeordneten, auf dem Grundge stell beweglich gelagerten Schlitten (32),
einen auf der der X-Achse zugeordneten Schlitten (32) beweglich gelagerter, einer Y-Achse zugeord neter Schlitten (22) und
eine Plattform (20), auf der Werkstücke angeordnet sind,
wobei der der Y-Achse zugeordnete Schlitten (22) einen horizontal angeordneten Hauptkörper (22a) und einen senkrecht angeordneten vertikalen Teil (22b) sowie eine Führung aufweist, auf der der der Y-Achse zugeordnete Schlitten (22) in Richtung der Y-Achse bewegbar ist,
wobei die Plattform (20) in einem Raum angeordnet ist, der von dem Hauptkörper (22a) und dem vertika len Teil (22b) des der Y-Achse zugeordneten Schlit tens (22) umfaßt ist, und
wobei die Plattform (20) durch eine auf dem der Y- Achse zugeordneten Schlitten (22) gelagerte Welle (23) verschwenkbar ist.
ein Grundgestell (100),
einen einer X-Achse zugeordneten, auf dem Grundge stell beweglich gelagerten Schlitten (32),
einen auf der der X-Achse zugeordneten Schlitten (32) beweglich gelagerter, einer Y-Achse zugeord neter Schlitten (22) und
eine Plattform (20), auf der Werkstücke angeordnet sind,
wobei der der Y-Achse zugeordnete Schlitten (22) einen horizontal angeordneten Hauptkörper (22a) und einen senkrecht angeordneten vertikalen Teil (22b) sowie eine Führung aufweist, auf der der der Y-Achse zugeordnete Schlitten (22) in Richtung der Y-Achse bewegbar ist,
wobei die Plattform (20) in einem Raum angeordnet ist, der von dem Hauptkörper (22a) und dem vertika len Teil (22b) des der Y-Achse zugeordneten Schlit tens (22) umfaßt ist, und
wobei die Plattform (20) durch eine auf dem der Y- Achse zugeordneten Schlitten (22) gelagerte Welle (23) verschwenkbar ist.
2. XY-Bühne gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (23) zum Verschwenken der Plattform
(20) auf dem Hauptkörper (22a) des der Y-Achse zu
geordneten Schlittens (22) gelagert und die Platt
form (20) rücklehnbar ist.
3. XY-Bühne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (23) zum Verschwenken der Plattform
(20) auf dem Hauptkörper (22a) des der Y-Achse zu
geordneten Schlittens (22) gelagert und die Platt
form (20) horizontal verschwenkbar ist.
4. XY-Bühne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine
Kupplungseinrichtung (26, 27) zum Kuppeln der Platt
form mit einer Antriebsquelle zum Verschwenken der
Plattform (20), wenn die der X- und der Y-Achse zu
geordnete Schlitten (32, 22) in vorbestimmten Stel
lungen angeordnet sind.
5. XY-Bühne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß eine Riemenscheibe oberhalb eines vertikalen
Teils des der X-Achse zugeordneten Schlittens (32)
angeordnet und befestigt ist, daß eine Aufwickel
trommel (49) mit einer Spiralfeder unterhalb des
der X-Achse zugeordneten Schlittens (32) angeordnet
ist, und daß der der Y-Achse zugeordnete Schlitten
(22) und die Aufwickeltrommel (49) miteinander über
die Riemenscheibe so gekuppelt sind, daß ein auf den
der Y-Achse zugeordneten Schlitten (22) aufgebrach
tes Gewicht und ein auf die Aufwickeltrommel (49)
aufgebrachtes Drehmoment durch die Spiralfeder aus
geglichen sind.
6. XY-Bühne nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch ein
mit dem Grundgestell (100) einstückig ausgebildetes,
aufrecht stehendes Befestigungselement (35), durch
einen auf letzterem angeordneten, der X-Achse zuge
ordneten Hilfsschlitten (39) und durch eine zwischen
letzterem und dem der Y-Achse zugeordneten Schlit
ten (22) angeordnete Verbindungsplattform (41).
7. XY-Bühne nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch ei
ne in der Verbindungsplattform (41) ausgebildete
Z-förmige Nut (42, 41a, 41b).
8. XY-Bühne nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die Welle (23) eine Feder (23a) aufweist, von
der die Wirkung der Schwerkraft auf die Welle (23)
verringerbar ist, wenn die Plattform (20) sich in
der aufrechten Stellung befindet.
9. XY-Bühne nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,
daß die der X- und der Y-Achse zugeordneten Schlit
ten (32, 22) durch lufthydrostatische Führungen ge
führt sind.
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