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Ausgangspunkt der Erfindung
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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung bezieht
sich auf eine Werkstückhaltevorrichtung
insbesondere für
die Verwendung in einer Poliervorrichtung zum Erzeugen einer flachen
Spiegeloberfläche
auf einem Werkstück,
wie beispielsweise einem Halbleiterwafer.
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Beschreibung
des Standes der Technik
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In der vergangenen Jahren gab es
einen bemerkenswerten Fortschritt in der Dichte von integrierten
Schaltungseinrichtungen, was zu einem Trend der Verringerung der
Zwischenlinienabstände
führt und,
in dem Fall der Verwendung optischer Lithographieprozesse, welche
kleinere als 0,5 μm
Linienabstände
umfassen, ist insbesondere die flache Tiefenschärfe mit der Anforderung assoziiert,
dass die Fokussierebene der Steppereinrichtung sehr flach ist. Es
wird dann notwendig, eine sehr flache Oberfläche auf dem Halbleiterwafer
vorzusehen und ein solches Verfahren zur Durchführung der Planarisierung ist
die Verwendung einer Poliervorrichtung.
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5 zeigt
eine herkömmliche
Poliervorrichtung mit einem Drehtisch 132 mit einem Poliertuch 131 an
dessen Oberfläche
angebracht, und einem oberen Ring bzw. Topring 133 zum
Halten eines Wafers W und zum Drücken
desselben auf den Drehtisch 132. Das Polieren wird durchgeführt durch
Drehen des Drehtischs 132 und des Topringgliedes 100 unabhängig voneinander
während
eine Polierlösung Q
von einer Versorgungsdüse 134 auf
das Poliertuch aufgebracht wird, um das Oberflächenmaterial sowohl chemisch
als auch mechanisch zu entfernen.
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Wie z. B. in den 6 und 7 dargestellt
ist, ist das Topringglied 100, das in der japanischen Offenlegungsschrift
H6-198561 offenbart ist, mit einer Drückvorrichtung und einer Antriebsvorrichtung
gekoppelt über
eine Antriebswelle 102 (Keilnutwelle). Ein Flanschabschnitt 104 ist
an dem unteren Ende der Antriebswelle
102 vorgesehen, um
sich seitlich zu erstrecken und eine Anzahl von sich radial erstreckenden
Antriebsstiften 106 sind an der Seitenoberfläche des
Flanschabschnitts 104 vorgesehen. An der Oberseite des
Topringgliedes 100 ist eine entsprechende Anzahl von sich
vertikal erstreckenden Eingriffsstiften 108 vorgesehen,
so dass die Drehung der Antriebswelle 102 die Antriebsstifte 106 mit
den Eingriffsstiften 108 in Eingriff bringt, um die Antriebskraft
von der Antriebswelle 102 auf das Topringglied 100 zu übertragen.
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Ferner sind Hohlräume 110, 112,
welche jeweils eine sphärische
Innenoberfläche
besitzen vorgesehen, und zwar an der Unterseite der Antriebswelle 102 bzw.
an der Oberseite des Topringgliedes 100, so dass eine abnutzungsresistente
Kugel 114 darin platziert werden kann, um eine sphärische Lagereinrichtung 116 zu
bilden. Diese sphärische
Lagereinrichtung 116 stellt sicher, dass selbst dann, wenn der
Drehtisch bezüglich
der Antriebswelle 102 verkippt wird, das Topringglied 100 in
der Lage ist der Neigung zu folgen, um einen engen Kontakt zwischen
dem Werkstück
und dem Drehtisch beizubehalten.
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Die Poliervorrichtung mit einem solchen
Aufbau führt
das Polieren des Werkstücks
W durch, indem das Werkstück
W auf den Drehtisch gedrückt wird,
und zwar über
das Topringglied 100 mit einer bestimmte Druckkraft, während der
Topring und der Drehtisch gedreht werden, um eine flache und spiegelpolierte
Oberfläche
zu erzeugen.
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Ein Durchgangsloch 118 ist
in dem Mittelabschnitt der Antriebswelle 102 vorgesehen
und der Oberabschnitt des Durchgangslochs 118 ist mit einer externen
Einrichtung, wie beispielsweise einer Fluidversorgungseinrichtung
oder einer Saugeinrichtung verbunden und der untere Abschnitt des
Durchgangslochs 118 ist mit einem Ende eines Rohrs 120 verbunden,
um mit dem Abstandsbereich zwischen dem Topringglied 100 und
dem zu polierenden Werkstück
W zu kommunizieren. Unterschiedliche Vorgänge werden durch das Rohr 120 durchgeführt, wie beispielsweise
die Handhabung von Fluid zwischen der externen Vorrichtung und der
Poliervorrichtung, ein Unterdruckhalten des Wafers W an dem Topringglied 100 oder
das Drücken
des Wafers W auf den Drehtisch durch Vorsehen eines Hochdruckfluids während des
Poliervorgangs.
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Bei einer solchen herkömmlichen
Poliervorrichtung kann, da die Druckkraft der Antriebswelle 102 so
aufgebaut ist bzw. angelegt wird, dass sie über das sphärische Lager 116 zwischen
der Antriebswelle 102 und dem Topring 100 übertragen wird,
ein enger Kontakt des Wafers W mit der Drehtischobertläche beibehalten
werden. Zur selben Zeit kann jedoch, da die Reibungskräfte, die
zwischen dem Wafer W und dem Poliertuch auf dem Drehtisch wirken,
das Topringglied 100 einem Drehmoment ausgesetzt werden,
was dazu neigt die Struktur 100 um das sphärische Lager 116 zu
drehen und abhängig
von der Polierbedingung bzw. dem Zustand kann ein stabiles Polieren
nicht durchgeführt
werden.
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Das Drehmoment ist proportional zu
dem Radialabstand zwischen der Mitte des Lagers 116 und
der Polieroberfläche
des Wafers W und daher kann z. B. das Polieren stabiler gemacht
werden, indem das Topringglied 100 dünner gemacht wird zum Reduzieren
des Drehmoments. Ein solcher Ansatz besitzt jedoch das Problem einer
möglichen
Verformung des Topringgliedes 100 in Folge der Verringerung
der Steifheit, sowie anderer Probleme, die mit fehlendem Platz zur
Herstellung des Verbindungsloches 122 zwischen dem Rohr
und dem Innenraum des Topringgliedes 100 in Beziehung steht
oder dem Einbetten der Antriebsstifte 108 an dem Topringglied 100,
was zu Schwierigkeiten bei der Herstellung oder der Reduktion der
strukturellen Festigkeit des Toprings führt.
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Da darüber hinaus die Druckkraft durch
die Antriebswelle 102 über
das sphärische
Lager 116 in der herkömmlichen
Poliervorrichtung übertragen wird,
kann der Wafer W eng gegen die Drehtischoberfläche gedrückt werden. Obwohl diese Anordnung einen
hohen Grad an Freiheit für
ihr Kippen erlaubt, wird jedoch, da nur ein Antriebsstift an der
Topringseite mit einem Eingriffsstift an der Antriebswellenseite
in Eingriff kommt, dann wenn die Drehung des Toprings aus irgendeinem
Grund instabil wird, der Kontakt zwischen den zwei Stiften ungleichmäßig und
die Übertragung
der Drehkraft wird instabil was die Drehinstabilität des Toprings
noch verstärkt.
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Darüber hinaus besitzt die herkömmliche
Poliervorrichtung einen Metallantriebsstift 102 mit einem
Durchgangsloch 118 in dessen Mittelabschnitt. Wenn es Stiftlöcher in
der Innenoberfläche
des Durchgangslochs 118 gibt, bietet das Anlegen eines Rostschutzüberzugs
an die Oberfläche
des Durchgangslochs 118 keine ausreichende Abdeckung um eine
Rostbildung zu unterdrücken.
In einem solchen Fall wird reines Wasser, welches durch das Durchgangsloch 118 in
den Raum zwischen dem Topringglied 100 und dem Wafer W
gerichtet wird, mit Rostsubstanzen kontaminiert, was die Gefahr
einer Verschlechterung der Eigenschaften des Waferprodukts bewirkt.
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US-A-5,423,558 zeigt einen Halbleiterwafercarrier
mit einer Welle. Ein Durchlass innerhalb der Welle sieht eine Vakuumquelle
vor und ist mit einer Vakuumleitung gekoppelt. US-A-4,194,324 bezieht sich
auf einen Carrier bzw. Träger
für zu
polierende Halbleiterwafer. Eine Mittelwelle ist vorgesehen, um die
eine Spindel drehbar zur Drehung gelagert ist. Die Mittelwelle ist
mit einer Wellenbohrung versehen und eine Vakuumquelle kommuniziert
durch eine Dreheinheit mit der Wellenbohrung.
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US-A-5,441,444 zeigt eine Poliermaschine mit
einem kleineren Halteabschnitt. Die Poliermaschine weist einen Wellenabschnitt
auf, in dessen Axialrichtung ein Durchgangsloch gebohrt ist. Ein Verbindungsraum
ist mit einem Saugrohr verbunden durch einen Verbinder, der luftdicht
durch einen O-Ring an das Saugrohr gepasst ist. Und der Verbinder
ist luftdicht an eine Tragplatte angepasst und zwar durch einen
weiteren O-Ring. Somit sind der Verbindungsraum und das Saugrohr
mit einem kleinen Freiraum dazwischen miteinander verbunden.
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Gemäß der vorliegenden Erfindung
ist eine Werkstückhalteeinrichtung
gemäß Anspruch
1 vorgesehen. Bevorzugte Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind in den abhängigen
Ansprüchen
beansprucht.
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Zusammenfassung
der Erfindung
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Es ist ein erstes Ziel der vorliegenden
Erfindung eine Werkstückhalteeinrichtung
vorzusehen, welche die Durchführung
eines stabilen Polierens ermöglicht
ohne die strukturelle Festigkeit des Toprings oder den Raum, der
notwendig ist zum Bearbeiten des Durchgangslochs oder zum Implantieren
der Eingriffsstifte aufzugeben, während erlaubt wird, dass ein
enger Kontakt zwischen dem Werkstück und dem Poliertuch auf dem
Drehtisch hergestellt wird.
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Das erste Ziel wurde erreicht in
einer Werkstückhalteeinrichtung,
die Folgendes aufweist: Ein Topringglied, das eine Halteplatte aufweist
zum Halten des Werkstücks
an einer Vorderseite und einer Abdeckplatte, die an der Rückseite
der Halteplatte befestigt ist durch Eingriff mit einem Eindruckabschnitt,
der an einer Rückseite
der Halteplatte ausgebildet ist mit einem Vorsprungabschnitt, der
an einer Vorderseite der Abdeckplatte ausgebildet ist; eine Antriebswelle
zum Tragen des Topringgliedes während
eine Übertragung
einer Druckkraft zu dem Topringglied erlaubt wird; und eine, eine
gekrümmte Oberfläche aufweisende
Lagereinheit, die zwischen einem Endteil der Antriebswelle und einer
Rückseite der
Abdeckplatte vorgesehen ist zum Koppeln der Antriebswelle und des
Topringgliedes, während
eine Schwenk- bzw. Kippbewegung des Topringgliedes relativ zu dem
Drehtisch erlaubt wird, wobei wenigstens ein Teil der die gekrümmte Oberfläche aufweisenden
Lagereinheit innerhalb des Eindrück-
bzw. Ausnehmungsabschnitts positioniert ist.
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Bei der vorliegenden Poliervorrichtung
ist die die gekrümmte
Oberfläche
aufweisende Lagereinheit näher
an dem Drehtisch angeordnet, indem der Topring dünner ausgebildet ist indem
er einen Ausnehmungsabschnitt an der Abdeckplattenseite aufweist und
dadurch dass wenigstens ein Teil der Lagereinheit innerhalb des
Ausnehmungsabschnitt positioniert ist. Dadurch wird das durch den
Drehtisch an dem Werkstück
ausgeübte
Drehmoment reduziert, was das Verhalten des Werkstücks stabilisiert.
Darüber
hinaus passt der Ausnehmungsabschnitt der Halteplatte und der Vorsprungsabschnitt
an der Halteplatte ineinander, so dass die Steifheit des Toprings nicht
beeinträchtigt
wird. Die vorliegende Werkstückhalte einrichtung
ermöglicht
somit die Durchführung eines
stabilen Polierens eines Werkstücks
ohne irgendwelche wichtigen Faktoren aufzugeben, wie beispielsweise:
Beibehalten der Materialanforderungen für die Herstellung der Strömungslöcher und
anderer Teile in dem Topring und der enge Kontakt zwischen dem Poliertuch
und dem Werkstück.
Die die gekrümmte
Oberfläche
aufweisende Lagereinheit ist üblicherweise
ein sphärisches
bzw. kugelförmiges Lager,
aber andere Lagerkonfigurationen können adaptiert werden und zwar
in Abhängigkeit
von den Bedingungen bzw. Anforderungen.
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Bei der obigen Poliervorrichtung
kann ein weiterer Ausnehmungsbereich auf einer Rückseitenoberfläche der
Abdeckplatte ausgebildet sein und ein weiterer Vorsprungsbereich
kann an dem Bodenende der Antriebswelle ausgebildet sein zur Einführung in
den Ausnehmungsbereich, so dass die die gekrümmte Oberfläche aufweisende Lagereinheit zwischen
dem Ausnehmungsbereich und dem Vorsprungsbereich eingeschlossen
ist. Diese Anordnung erlaubt eine Reduktion hinsichtlich der Dicke des
Mittelbereichs, wodurch der Stabilisierungseffekt noch weiter verbessert
wird.
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Ein zweites Ziel der Erfindung liegt
im Vorsehen einer Werkstückhalteeinrichtung
die die Durchführung
eines stabilen Polierens ermöglicht
durch verlässliche Übertragung
der Antriebskraft von der Antriebswelle zu dem Topring während die
Freiheit einer Kipp- bzw. Schwenkbewegung zwischen dem Topring und
der Antriebswelle beibehalten wird.
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Das zweite Ziel wurde bei einer Werkstückhalteeinrichtung
erreicht, die Folgendes aufweist: Ein Topringglied zum Halten eines
Werkstücks;
eine Antriebswelle zum Tragen des Topringgliedes um frei kippbar
um das Topringglied zu sein und zwar über eine Lagereinheit mit gekrümmter Oberfläche; und ein
Kraftübertragungsmechanismus,
der zwischen einem Bodenende der Antriebswelle und dem Topringglied
angeordnet ist zum Übertragen
einer Drehkraft von der Antriebswelle zu dem Topringglied, wobei
der Kraftübertragungsmechanismus
ein Antriebsglied umfasst, dass sich in eine gegebene Richtung von
einer Antriebwellenseite erstreckt und ein angetriebenes Glied,
dass sich von einer Topringgliedseite zu einem Eingriff sort erstreckt,
um mit dem Antriebsglied in Eingriff zu kommen, wenn die Antriebswelle gedreht
wird und wobei wenigstens das Antriebsglied und/oder das angetriebene
Glied so angeordnet ist, dass es das andere Glied von beiden Seiten
in einer Umfangsrichtung kontaktiert, um eine relative Umfangs-
bzw. Drehbewegung des Topringgliedes bezüglich der Antriebswelle einzuschränken.
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Diese Konfiguration erlaubt eine
verlässliche Übertragung
der Antriebskraft von der Antriebswelle zu dem Topringglied ohne
Lösen des
Kontaktes zwischen dem Antriebsglied und dem angetriebenen Glied.
Die Abmessungen, die Form und Ausrichtung des Antriebsgliedes und
des angetriebenen Gliedes kann auf unterschiedliche Arten verändert werden, aber
im Allgemeinen werden Stiftformen verwendet. Es wird bevorzugt,
dass das Material der Konstruktion ausreichend steif ist, um einen
verlässliche
Kraftübertragung
zu ermöglichen,
während
eine freie Schwenkbewegung in Folge einer gewissen elastischen Deformation
erlaubt wird.
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Diese Glieder stehen in bevorzugter
Weise in einer sich überkreuzenden
Art und Weise in Eingriff. Normalerweise erstreckt sich das Antriebsglied
radial nach außen
und das angetriebene Glied erstreckt sich nach oben von der Oberseite
des Toprings. Ein Satz von Antriebsgliedern und angetriebenen Gliedern
ist ausreichend aber zwei oder mehr Sätze von Gliedern können mit
gleichem Abstand um die Umfangsperipherie verteilt sein, um die Übertragungsstabilität zu verbessern.
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Das Antriebsglied und das angetriebene Glied
können
in einem Punktkontakt mit jeder Erhebungslinie stehen. In diesem
Fall kann der Grad der Freiheit der Schwenkbewegung verbessert werden und
insbesondere kann das Kippen in der Vertikalrichtung der Antriebswelle
und ein Verdrehen einschließlich
einer Umfangsversetzung bis zu einem gewissen Grad aufgenommen bzw.
ermöglicht
werden.
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Das Antriebsglied und das angetriebene Glied
können über ein
elastisches Kissen bzw. Abfederglied in Kontakt stehen. In diesem
Fall wird der Grad der Freiheit der Schwenkbewegung beibehalten
und Vibrationen können
durch elastische Defor mation des Abfederglieds absorbiert werden,
um die Werkstückhaltekapazität des Topringgliedes
zu stabilisieren.
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Das eine Glied kann in ein Loch eingebettet sein,
das zur losen Aufnahme des anderen Gliedes darinnen vorgesehen ist.
Hierdurch erstrecken sich diese Glieder nicht aus der Vorrichtung
zum Interferieren heraus und die Positionierung und der Aufbau des
anderen Gliedes werden vereinfacht und die Produktionskosten der
Poliervorrichtung können
verringert werden.
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Es ist ein drittes Ziel der vorliegenden
Erfindung eine Werkstückhalteeinrichtung
vorzusehen, welche ermöglicht,
das reines Wasser dort hindurch geliefert wird, um eine Kontamination
des Werkstücks
zu verhindern.
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Das dritte Ziel wurde bei einer Werkstückhalteeinrichtung
erreicht, die Folgendes aufweist: Ein Topringglied zum Halten eines
Werkstücks;
eine Antriebswelle zum Tragen des Topringgliedes um ein freies Schwenken
bzw. Kippen des Topringgliedes zu ermöglichen und zwar über eine
eine gekrümmte Oberfläche aufweisende
Lagereinheit; und ein Kraftübertragungsmechanismus,
der zwischen einem Endteil der Antriebswelle und dem Topringglied
angeordnet ist zum Übertragen
einer Drehkraft von der Antriebswelle zu dem Topringglied, wobei
ein Durchgangsloch in einem Mittelbereich der Antriebswelle ausgebildet
ist und ein Fluid- bzw. Strömungsmittelrohr
in das Durchgangsloch eingeführt
ist und zwar in einer solchen Art und Weise, dass ein Ende des Fluidrohrs
mit einer externen Einrichtung einschließlich einer Fluidversorgungsquelle
in Verbindung steht und ein entgegengesetztes Ende des Fluidrohrs
mit einem Raum in Verbindung steht, der zwischen dem Topringglied
und dem Werkstück
ausgebildet ist.
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Gemäß der Werkstückhalteeinrichtung
ist ein Durchgangsloch durch den Mittelabschnitt der Antriebswelle
hindurch ausgebildet und ein Fluidrohr aus einem geeigneten Material,
das sich von dem Material der Antriebswelle unterscheidet, ist innerhalb
des Durchgangslochs vorgesehen und reines Wasser wird durch das
Fluidrohr zu dem Raum zwischen dem Topring und dem Werkstück oder
Substrat geliefert, so dass eine Vermischung von Rost in dem Wasser
verhindert wird und eine Kontamination des Werkstücks verhindert
wird, wodurch die physikalische Präzision der Politur sowie dessen
Qualität der
chemischen Reinheit verbessert wird.
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Bei einer obigen Vorrichtung kann
das Fluidrohr aus irgendeinem rostfreien und flexiblen Material hergestellt
sein.
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Kurze Beschreibung
der Zeichnungen
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1 ist
eine Querschnittsansicht eines ersten Ausführungsbeispiels der Poliervorrichtung
der vorliegenden Erfindung.
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2 ist
eine Querschnittsansicht des oberen Abschnitts der Vorrichtung gemäß 1.
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3 ist
eine Draufsicht auf die wesentlichen Teile der Vorrichtung gemäß 1.
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4 ist
eine perspektivische Ansicht des in 1 dargestellten
Ausführungsbeispiels.
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5 ist
eine schematische Querschnittsansicht einer herkömmlichen Poliervorrichtung.
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6 ist
eine Querschnittsansicht eines Toprings in der herkömmlichen
Poliervorrichtung.
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7 ist
eine Draufsicht auf die Vorrichtung gemäß 6.
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Beschreibung
der bevorzugten Ausführungsbeispiele
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Bevorzugte Ausführungsbeispiele der Werkstückhalteeinrichtung
zur Verwendung in einer Poliervorrichtung werden im Folgenden dargestellt
unter Bezugnahme auf die 1 bis 4. Die Werkstückhalteeinrichtung
weist ein oberes Ringglied bzw. ein Topringglied 10 mit
einer insgesamt scheibenförmigen
Form, einer Antriebswelle 12 zum Tragen des Topringgliedes 10 und
zum Übertragen
der Dreh- und Druckkräfte
auf das Topringglied 10, und ein Universalgelenk 14 auf,
welche die Antriebswelle 12 mit dem Topringglied 10 verbindet
und zwar in einer solchen Art und Weise, dass eine Kippbewegung
des Topringgliedes relativ zur Antriebswelle 12 aufgenommen
bzw. erlaubt wird. In der folgenden Darstellung werden horizon tale
Oberflächen
unterschiedlicher Bauteile so bezeichnet, dass eine Unterseite, welche
näher am
Werkstück
liegt, die Vorderseite ist und eine Oberseite die von dem Werkstück entfernt ist
die Rückseite
ist. Ober- und Unterseiten entsprechen somit den Rück- bzw.
den Vorderseiten.
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Jeder dieser Abschnitte wird in größerer Einzelheit
nachfolgend beschrieben.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel weist das Topringglied 10 eine
Halteplatte 16 mit einer allgemeinen scheibenförmigen Form
zum Halten eines Werkstücks,
wie beispielsweise eines Wafers mittels einer Saugkraft, einer Abdeckplatte 18 mit
einer allgemeinen scheibenförmigen
Form, die an der Halteplatte 16 angebracht ist, um einen
Raum S an der Oberseite der Halteplatte 16 zu bilden und
eine Fixier- bzw. Anbringungsplatte 20 mit einer hohlen Scheibenform
auf, zum Abdecken der Abdeckplatte 18 und zum Anbringen
derselben an der Halteplatte 16. Ein Führungsring 22 ist
an der unteren Außenperipherie
bzw. dem unteren Außenumfang
der Halteplatte 16 befestigt um den Außenumfang des Werkstücks zu umgeben,
wenn die Halteplatte 16 den Wafer an ihrer Unterseite hält. Ein
Vertiefungs- oder Ausnehmungsabschnitt 24 ist in der Oberseite
(Rückseite
im Bezug auf die Vorderseite, welche das Werkstück hält) der Halteplatte 16 ausgebildet
und eine Stufenoberfläche 26 ist
um den Außenumfang
der Halteplatte 16 herum ausgebildet. Andererseits ist ein
Vorsprungsabschnitt 28 zum Einpassen in den Vertiefungsabschnitt 24 in
dem Mittelbereich der Vorderseite der Abdeckplatte 18 ausgebildet
und ein dünner
Flanschabschnitt 30, der mit Schrauben bzw. Bolzen an der
Stufenoberfläche 26 angebracht
werden soll, ist um den Umfangsabschnitt der Abdeckplatte 18 vorgesehen.
Die obere (Rück-)
Seite der Abdeckplatte 18 besitzt einen mittleren vertieften bzw.
ausgenommenen Bereich 32 und einen ringförmigen Schulterabschnitt 34,
der dessen Umfang umgibt und ein Außenbereich ist als eine gestufte
Oberfläche 36 ausgebildet
zur Befestigung an der Anbringungsplatte 20.
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Die Tiefe des Vertiefungsabschnitts 24 in
der Halteplatte 16 ist größer ausgebildet als die Höhe des Vorsprungsabschnitts 28 in
der Abdeckplatte 18, wodurch ein Raum S mit bestimmter
Dicke zwischen dem Vertiefungsabschnitt 24 und dem Vorsprungsabschnitt 28 ausgebildet
wird. Die Halteplatte 16 besitzt eine große Anzahl
von Strömungslöchern 38,
die vertikal durch die Platte 16 hindurch ausgebildet sind und
sie stehen in Verbindung mit dem Fluidloch 40 in der Anbringungsplatte 20 über den
Raum S, der zwischen der Abdeckplatte 18 und der Halteplatte 16 ausgebildet
ist. Die Strömungslöcher 38 stehen
in Verbindung mit der Rückseite
des Werkstücks,
das an der Vorderseite der Halteplatte 16 gehalten wird. Der
Raum S, der in größerer Einzelheit
nachfolgend beschrieben wird, dient zum Halten eines Rückseitendrucks
darinnen, wenn er mit einer Evakuiereinrichtung verbunden ist, erzeugt
er einen Saugkraft, und wenn er mit einer Druckfluidquelle verbunden
ist erzeugt er eine Druckkraft.
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Die Antriebswelle 12 ist
durch den Topringkopfabschnitt 42 getragen, der an der
Poliervorrichtung angebracht ist, um frei drehbar und vertikal bewegbar
zu sein und sie ist mit der Ausgangswelle der Antriebsquelle (Motor
mit Reduktionsgetriebe, nicht gezeigt) über eine Riemenscheibeneinrichtung 44 verbunden.
Die Vertikalbewegung wird durch die Wirkung der Kolbenstange 48a in
dem Topringzylinder 48, der zwischen dem Topringkopf 42 und
dem Antriebswellenhalter 46 angeordnet ist (siehe 2), erzeugt. Insbesondere
ist der Hauptkörper
des Topringzylinders 48 an dem Schulterabschnitt des Antriebswellenhalters 46 angebracht
und die Spitze der Kolbenstange 48a ist an der Unterseite
des Topringkopfabschnitts 42 angebracht.
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Die Antriebswelle 12 ist
als ein hohles Glied ausgebildet und ein Durchgangsloch 50,
das in dessen Mittelabschnitt ausgebildet ist, steht in Verbindung
mit einer externen Druckquellenvorrichtung 54 über eine
Drehgelenk bzw. eine Drehverbindung 52. Ein korrosionsresistentes
bzw. rostfreies Fluidrohr 56, aus einem Polymerharz, wie
beispielsweise Teflon oder Polypropylen, ist in das Durchgangsloch 50 eingeführt. Das
obere Ende des Fluidrohrs 56 ist mit einem Drehgelenk bzw.
einer Drehverbindung 52 verbunden und das Bodenende ist
in separate Rohre 56a und 56b aufgeteilt, welche
mit dem Fluidloch 40 in der Anbringplatte 20 verbunden
sind. Bei diesem Aufbau wird Druckfluid durch die Drehverbindung 52 zu
dem oberen Ende des Durchgangslochs 50 geliefert, so dass
keine Notwendigkeit besteht ein Horizontalloch an der Seite der
Antriebswelle 12 vorzusehen, wodurch sich ein vereinfachter
Aufbau und geringe Produktionskosten ergeben.
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Die externe Druckquellenvorrichtung 54 wird bei
diesem Ausführungsbeispiel
durch eine Evakuierungseinrichtung 58, eine Druckluftquelle 60 und
eine Reinwasserversorgungsquelle 62 vorgesehen, die jeweils
selektiv mit den Strömungslöchern 38 in
der Halteplatte 16 verbunden werden können durch die Auswahlventile 64a, 64b, 64c,
die Drehverbindung 52, die Lieferrohre 56, 56a und 56b.
Eine Polierlösungsversorgungsdüse (nicht
gezeigt) ist oberhalb des Drehtischs angeordnet, um zu ermöglichen,
dass eine Polierlösung
auf die Oberfläche
des Poliertuchs auf dem Drehtisch geliefert wird.
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Eine Antriebsplatte 68 mit
einem sich nach außen
erstreckenden Flanschabschnitt 66 ist an dem Bodenende
der Antriebswelle 12 angebracht. Das Universalgelenk 14 ist
zwischen der Antriebsplatte 68 und der Abdeckplatte 18 des
Topringgliedes 10 vorgesehen zum schwenk- bzw. kippbaren
Tragen des Topringgliedes 10 und zum Übertragen der Druckkraft darauf.
Das Universalgelenk 14 besitzt einen sphärischen
bzw. kugelförmigen
Lagermechanismus 70 und einen Drehübertragungsmechanismus 72 zum Übertragen
der Drehkraft von der Antriebswelle 12 auf das Topringglied 10.
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Der sphärische Lagermechanismus 70 wird zunächst beschrieben.
In der Mitte der Rückseite
der Antriebsplatte 68 ist ein Vorsprungsbereich 76 in
einer solchen Art und Weise ausgebildet, dass die Unterseite eine
sanfte sphärische
Oberfläche
bildet und in der Mitte dieses Vorsprungsbereichs 76 ist
ein sphärischer
Hohlraum 80 ausgebildet zum freien, gleitbaren Halten einer
Lagerkugel 78 aus einem eine hohe Härte aufweisenden Material,
wie z. B. Keramik. Der Vertiefungsbereich 32 in der Mitte
der Oberseite der Abdeckplatte 18 besitzt Breiten- und
Tiefenabmessungen, welche ausreichen, um den Vorsprungsbereich 76 der
Antriebsplatte 68 aufzunehmen und in der Mitte des Vertiefungsbereichs 32 ist auch
ein sphärischer
Hohlraum 82 vorgesehen, der mit dem sphärischen Hohlraum 80 zusammenpasst, um
die Lagerkugel 78 aufzunehmen. Das Bodenende der Lagerkugel 78 ist
inner halb des Vertiefungsabschnitts 24 der Halteplatte 16,
d. h. unterhalb des Niveaus der Stufenoberfläche 26 positioniert.
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Durch Ausbildung des Vertiefungsabschnitts 24 in
der Halteplatte und des Vorsprungsbereichs 76 in der Abdeckplatte,
wodurch der Topring dünn
ausgebildet ist und durch Anordnen wenigstens eines Teils der sphärischen
Lagereinheit innerhalb des Vertiefungsabschnitts der Halteplatte 16 wird
es möglich, die
sphärische
Lagereinheit nahe an den Drehtisch heran zu bringen. Der Abstand
L zwischen der Mitte der Lagerkugel 78 und der Vorderseite
der Halteplatte 16 ist so konstruiert, dass er kleiner
als 26 mm ist.
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Wie in den 1, 3 und 4 dargestellt ist, ist der
Schulterabschnitt 34, der um den Vertiefungsbereich 32 der
Abdeckplatte 18 herum vorspringt mit mehreren Stiften 84, 86 (sechs
in diesem Ausführungsbeispiel)
versehen, welche mit gleichem Winkel bzw. Winkelabstand platziert
sind und die in entsprechende Löcher 88, 90 eingeführt sind,
die an entsprechenden Stellen in dem Flanschabschnitt 66 der
Antriebsplatte 68 vorgesehen sind. Diese Stifte 84, 86 sind
so verteilt, dass Aufhängstifte 84 zum
Aufhängen
des Topringgliedes 10 und Antriebsstifte 86 zum Übertragen
des Drehmoments an das Topringglied 10 abwechselnd platziert
sind. Die Aufhängstifte 84 stehen
aus der Oberseite der Antriebsplatte 68 hervor und einen
Feder 94 ist zwischen die Anschlagplatte 92, die
an dem oberen Ende des Stifts angeordnet ist, und der Antriebsplatte 68 platziert,
um (einen Teil der) Last zu tragen, die durch das Topringglied 10 ausgeübt wird
und zwar mit der elastischen Kraft der Feder 94.
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Gemäß den 3 und 4 sind
zwei parallele Antriebsstifte 98 horizontal in den Löchern 90 der
Antriebsplatte 68 eingebettet und zwar an beiden Umfangsseiten
der Antriebsstifte 86. D. h., wie in 4 dargestellt ist, sind zwei kleine bzw.
feine Löcher 99 in
einer solchen Art und Weise vorgesehen, dass sie sich an der Seitenoberfläche des
Flanschabschnitts 66 und in ein Loch 90, das an
dem Flanschabschnitt 66 der Antriebsplatte 68 angeordnet
ist, öffnet,
und die Antriebsstifte 98 sind in diese kleinen Löcher 99 eingeführt und
in diesen befestigt bzw. fixiert.
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Wie in 4 dargestellt
ist, ist der Antriebsstift 86 mit einem Kissen bzw. Abfederelement 96 versehen,
das aus solchen elastischen Materialien, wie beispielsweise Gummi
hergestellt ist, und zwar um dessen Umfang und jedes Kissen 96 besitzt
eine Kissenabdeckung 97 an seinem Umfang. Der Antrebsstift 98 berührt den
Außenumfang
der Kissenabdeckung 97. Der Drehübertragungsmechanismus 72 weist
somit Antriebsstifte 98 und die angetriebenen Stifte 86 auf,
um das Drehmoment sanft bzw. glatt und mit Bestimmtheit von der
Antriebswelle 12 zu dem Topringglied 10 zu übertragen.
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Als nächstes wird der Betrieb der
Poliervorrichtung mit dem oben dargestellten Aufbau beschrieben.
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Durch Verbinden der Evakuiereinrichtung 58 der
externen Druckquellenvorrichtung 54 mit der Drehverbindung 52 wird
das Werkstück
an der Unterseite der Halteplatte 16 durch ein Ansaugen
an den Strömungslöchern 38 in
der Halteplatte 16 gehalten, und die Antriebsleistung wird
an die Antriebswelle 12 angelegt, um die Halteplatte 16 zu
drehen. Da in diesem Fall das Fluidrohr 56 aus Teflon oder
Polypropylen hergestellt ist, ist es ausreichend fest, um unter der
Belastung der Evakuierung nicht zusammen zu fallen.
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Gemäß 2 wird der Topringzylinder 48 so betätigt, dass
die Kolbenstange 48a in den Topringzylinder 48 gezogen
wird, und dann wird, da der Topringkopf 42 an dem Polienrorrichtungsrahmen
befestigt ist, der Topringzylinder 48 zusammen mit dem Antriebswellenhalter 46 abgesenkt.
Das Werkstück wird
dazu gebracht den Drehtisch zuerst zu berühren und dann wird es weiter
gegen den Drehtisch gedrückt.
Die Zugkraft, die durch die Kolbenstange 48a ausgeübt wird,
wird auf das Werkstück übertragen und
zwar in der Form einer Druckkraft, und zwar mittels der Antriebswelle 12,
der Lagerkugel 78, dem Flanschabschnitt 30 der
Abdeckplatte 18 und der Halteplatte 16. Das Werkstück wird
somit mit einem vorgegebenen Druck auf das Poliertuch auf dem Drehtisch
gedrückt.
Mittlerweile wurde, als das Topringglied 10 angefangen
hat sich abzusenken, die Drehtischdrehung gestartet und die Polierlösung wird durch
die Versorgungsdüse
auf das Poliertuch auf dem Drehtisch aufgebracht. Die zu polierende
Oberfläche
(Unterseite) des Werkstücks wird
unter Gegenwart der Polierlösung
poliert, so dass der Polierprozess begonnen wird.
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Da bei diesen Poliervorgang die Druckkraft von
der Antriebswelle 12 durch das sphärische Lager 70 übertragen
wird, das zwischen der Antriebswelle 12 und dem Topringglied 10 vorgesehen
ist, kann selbst dann wenn die vertikale Ausrichtung der Antriebswelle 12 zu
der Tuchoberfläche
des Drehtischs beeinträchtigt
ist, z. B. die Halteplatte 16 sich um eine Mitte der Lagerkugel 78 schwenken
bzw. verkippen, so dass das Werkstück in engen Kontakt mit der
Tuchoberfläche
gehalten wird.
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Da ferner der Vertiefungsabschnitt 24 und der
Vorsprungsabschnitt 28 so ausgebildet sind, dass sie in
entgegengesetzter Weise zueinander passen und zwar an der Halteplatte 16 bzw.
der Abdeckplatte 18, wird die Dicke des Mittelbereichs
der Halteplatte 16 reduziert. Da ferner ein Teil der sphärischen
Lagerstruktur innerhalb des Vertiefungsabschnitts 24 vorgesehen
ist, wird der Abstand zwischen der Mitte des sphärischen Lagers 70 und
der Werkstückoberfläche kurz
ausgebildet. Daher wird auch das Drehmoment um das sphärische Lager 70 herum
reduziert, so dass das Verhalten des Werkstücks stabilisiert wird. Das
Ergebnis liegt darin, dass eine stabile Politur durchgeführt werden
kann ohne Aufgeben der Festigkeit der Halteplatte, während alle wesentlichen
Polieranforderungen aufrecht erhalten werden, wie beispielsweise
das Sicherstellen des Abstands zum Liefern der Polierlösung in
dem Topringglied 10 und dem Halten des Werkstücks in engem
Kontakt mit dem Poliertuch auf dem Drehtisch.
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Ferner wird der Abstand zwischen
der Mitte des sphärischen
Lagers 70 und der Werkstückoberfläche kurz ausgebildet, da die
Lagerkugel 78 zwischen dem vertieften Bereich 32 in
der Abdeckplatte 18 und dem Vorsprungsbereich 76 am
Bodenende der Antriebswelle 12 vorgesehen ist, was auch
die stabile Ausrichtung des Werkstücks fördert. Ferner wurde dem Umfangsabschnitt
des Topringgliedes 10 eine ausreichende Dicke gegeben,
was den Schulterabschnitt 34 und die Stufenoberfläche 36 vorsieht, um
weder die Steifheit noch den erforderlichen Raum für die Herstellung
des Verbindungslochs 40 oder zum Implantieren der Antriebsstifte 86 aufzugeben.
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Bei diesem Design bzw. diesem Aufbau
der Werkstückhalteeinrichtung
sind selbst dann, wenn sich die Halteplatte 16 verkippt
die angetriebenen Stifte 86 und die Antriebsstifte 98 in
der Vertikalrichtung relativ bewegbar, so dass das Drehmoment der Antriebswelle 12 verlässlich auf
die Halteplatte 16 übertragen
wird, indem einfach die Kontaktpunkte zueinander verändert bzw.
zu einer neuen Stelle gebracht werden. Da ferner die angetriebenen
Stifte 86 und die Antriebsstifte 98 mit rechten
Winkeln in Punktkontakt zueinander stehen, ist die Reibung gering
und die Freiheit des Schwenkens bzw. Kippens wird beibehalten.
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Bei diesem Ausführungsbeispiel sind die angetriebenen
Stifte 86 mit einem elastischen Kissen 96, wie
beispielsweise Gummi umgeben, um Vibrationen zwischen der Antriebswelle
und dem Topring zu absorbieren. Darüber hinaus ist die Außenoberfläche des
Kissens 96 mit einer rohrförmigen Kissenabdeckung 97 abgedeckt
und die Antriebsstifte 98 kontaktieren die Kissenabdeckung 97 an
beiden Umfangsseiten., Daher sind die angetriebenen Stifte 86 und die
Antriebsplatte 68 in der Lage sich frei vertikal relativ
zueinander zu bewegen, während
sie einen elastischen Kontakt beibehalten.
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Darüber hinaus ist die Bodenendseite
des Vorsprungsbereichs 76 der Antriebsplatte 68 als
eine sphärische
Oberfläche
(Flanke) 74 mit einem großen Krümmungsradius ausgebildet, so
dass der Trennungsabstand von der Oberseite der Abdeckplatte 18 sich
allmählich
von der Mitte zu dem Umfang erhöht
und somit gibt es selbst dann, wenn der sphärische Hohlraum 82 ausreichend
groß ausgebildet
ist, keine mechanische Interferenz zwischen der gekrümmten Oberfläche 74 und
dem Vertiefungsbereich 32, so dass die Druckkraft verlässlich von
der Antriebswelle 12 auf die Lagerkugel 78 übertragen wird.
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Um einen verlässlichen Kontakt des Werkstücks mit
dem Poliertuch sicher zu stellen, kann das Fluidrohr 56 zu
einer Luftdruckquelle 60 geschaltet werden, so dass komprimierte
Luft an die Rückseite des
Werkstücks
geliefert werden kann über
die Strömungslöcher 38 und
den Abstand S.
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Wenn der Poliervorgang beendet wird,
wird die Antriebswelle 12 angehoben und die Antriebsplatte 68,
die integral mit der Antriebswelle 12 ist, wird auch angehoben,
und die Abdeckplatte 18 und das Topringglied 10 werden
elastisch getragen ungefähr
horizontal durch die Stifte 94 und die Aufhängestifte 84.
In diesem Zustand wird das Topringglied 10 von dem Drehtisch
zurückgezogen
und durch Betätigen
der Druckquellenvorrichtung 54 je nach Notwendigkeit zum
Halten/Lösen
des Werkstücks
von dem Topringglied 10 wird das Werkstück zwischen dem Topringglied 10 und
einer externen Einrichtung gehandhabt.
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Durch Verbinden der Evakuierungseinrichtung 58 mit
der externen Druckquellenvorrichtung 54 mit der Drehverbindung 52 wird
das Werkstück
an der Unterseite der Halteplatte 16 gehalten und durch Verbinden
der Reinwasserversorgungsquelle 62 der externen Druckquellenvorrichtung 54 mit
der Drehverbindung 52 wird reines Wasser dazu gebracht durch
das Fluidrohr 56, den Abstand S und die Strömungslöcher 38 in
der Halteplatte 16 zu strömen, um gegen die Rückseite
des Werkstücks
zu drücken,
um das Werkstück
leicht von der Halteplatte 16 zu lösen.
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Da bei diesem Ausführungsbeispiel
die Halteeinrichtung so aufgebaut ist, dass die Druckkraft von dem
Flanschabschnitt 30 in der Abdeckplatte 18 zu
der Stufenoberfläche 26 in
der Halteplatte 16 übertragen
wird, kann ein gleichförmiger
Druck an die Halteplatte 16 an der gesamten Oberfläche des Werkstücks angelegt
werden im Vergleich mit dem herkömmlichen
Aufbau, bei dem der Druck durch die Mitte der Halteplatte durch
die Lagerkugel 78 angelegt wird, da die Kräfte um den
Umfang der Halteplatte 16 herum verteilt sind, um die Größe der Ablenkung
der Halteplatte 16 zu reduzieren.
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Bei der vorliegenden Poliervorrichtung
ist das Fluidrohr 56 aus einem korrosionsresistenten bzw.
rostfreien Material hergestellt und daher wird, selbst wenn Wasser
oder Luft durch das Durchgangsloch geliefert wird, kein Rost an
dessen Innenseite ausgebildet. Eine Kontamination wird somit verhindert
und die Polierprä zision
sowie die schlussendliche Qualität
des polierten Werkstücks
kann verbessert werden.
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Obwohl bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel
der Antriebsabschnitt und der angetriebene Abschnitt zum Übertragen
des Drehmoments von der Antriebswelle 12 zu der Halteplatte 16 auf
Stiftkontakten basiert, ist es nicht notwendig sich auf einen solchen
Aufbau festzulegen bzw. einzuschränken. Andere mögliche Formen
bzw. Konstruktionen, wie beispielsweise eine Plattenform oder andere
spezielle Formen sind auch möglich.
Ferner sind die Antriebsstifte 98 zum Eingriff mit den
angetriebenen Stiften 86 bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel parallel
angeordnet, aber sie können
auch nicht parallel angeordnet sein und sie sind auch nicht auf
zwei Stifte beschränkt.
In umgekehrter Weise können
z. B. die Antriebsstifte von der Seite einer Platte 68 vorstehen
und mehrere angetriebene Stifte können an der Oberseite der angetriebenen
Platte 18 vorgesehen sein, um den Antriebsstift zu halten.
Ferner besitzt bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel die Antriebswelle 12 eine
separate, daran angebrachte Antriebsplatte 68 obwohl die
Antriebsplatte 68 auch integral mit der Antriebswelle 12 ausgebildet
sein könnte.