EP0053278A2

EP0053278A2 - Unterdruck-Haltevorrichtung für flache Werkstücke

Info

Publication number: EP0053278A2
Application number: EP81108978A
Authority: EP
Inventors: Lawrence Patrick Hayes
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1980-11-28
Filing date: 1981-10-27
Publication date: 1982-06-09
Also published as: DE3170635D1; JPH025559B2; EP0053278A3; US4357006A; JPS5796794A; EP0053278B1

Abstract

Die Vorrichtung besteht aus vorzugsweise drei Auflageelementen (31) mit je einem die jeweilige Auflagefläche (34) einschließenden, eine Unterdruckkammer bildenden Dichtelement (36). Die Auflagefläche hat eine konvexe Oberfläche (34). Die Dichtelemente (36) sind so ausgebildet bzw. gelagert, daß das festzuhaltende Werkstück (M) zunächst nur auf den Dichtelementen (36) aufliegt und mit Wirksamwerden des Unterdrucks auf die Auflageflächen (34) zu liegen kommt. Infolge der konvexen Oberfläche derselben liegt das Werkstück (M) unter Beibehaltung seiner Form tangential an den Auflageflächen (34) an.

Description

Die Erfindung betrifft eine Unterdruck-Haltevorrichtung für flache Werkstücke, die aus einer Mehrzahl Auflageelementen mit je einer Unterdruckzufuhr und einem den Unterdruckraum einschließenden, ringförmigen flexiblen Dichtelement besteht, das am Auflageelement so gelagert ist, daß es zunächst als Auflage für das Werkstück wirksam ist und mit Erreichen und unter der Wirkung des vorgesehenen Unterdrukkes das Auflegen des Werkstücks auf die Oberfläche des Auflageelements freigibt.
Vorrichtungen zum Festhalten von Werkstücken mittels Unterdruck sind in vielen Ausführungen und Anwendungen bekannt. Bei flachen Werkstücken, insbesondere Platten, werden hinsichtlich der Auflage und der Haltekraft besondere Anforderungen gestellt, und zwar speziell dann, wenn es sich um sehr empfindliche Werkstücke handelt, bei denen die Dicke im Verhältnis zum Durchmesser sehr gering ist.
Bei einer derartigen Unterdruck-Haltevorrichtung, wie sie in der US-PS 2 730 370 beschrieben ist, liegt das Werkstück zunächst auf einem Dichtring aus Gummi oder weichem Kunststoff auf, der in einer entsprechenden Nut in einem Auflageelement liegt, und im Innern des Dichtringes mündet eine durch das Auflageelement führende Unterdruckleitung. Die Nut für den Dichtring hat einen solchen Querschnitt, z. B. in Hyperboloidform, daß mit Erreichen des vorgesehenen Unterdrucks in dem Raum zwischen Auflageelement, Dichtring und Werkstück der Dichtring soweit zusammengedrückt und verformt wird, daß das Werkstück schließlich auf der starren Oberfläche des Auflageelements zu liegen kommt.
Bei dieser bekannten Haltevorrichtung kann es vorkommen, daß das Werkstück unerwünscht verformt wird, und zwar entweder, weil die Oberfläche des Auflageelements bzw. der Auflageebene nicht genau eben ist, oder weil - bei ebener Auflagefläche - das Werkstück hinsichtlich seiner Planfläche gewisse Unregelmäßigkeiten aufweist. Eine im Prinzip ähnliche Anordnung zeigt die US-PS 3 484 093, wo der Dichtring in einem achsial beweglichen Kolben liegt.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Unterdruck-Haltevorrichtung der oben beschriebenen Art zu schaffen, welche die vorgegebene Form des Werkstücks nicht oder jedenfalls nicht nennenswert verändert, gleichwohl aber für Werkstücke unterschiedlicher Form und Größe einsetzbar ist. Diese Aufgabe ist durch die im Anspruch 1 angegebene Vorrichtung gelöst worden.
Die erfindungsgemäße Unterdruck-Haltevorrichtung bietet die Möglichkeit, auch sehr empfindliche Werkstücke, wie etwa Wafer, Masken und ähnliche, die für die Herstellung integrierter elektrischer Schaltungen benötigt werden, praktisch ohne Verformung zu fixieren, etwa während eines herstell- oder Bearbeitungsprozesses oder zu Prüfzwecken.
Die Erfindung bietet zahlreiche Möglichkeiten für unterschiedliche konstruktive Gestaltungen. So kann die Auflagefläche des Auflageelements als zentrisch zum Dichtelement angeordneter Stift ausgebildet sein oder durch eine in die Oberfläche des Auflageelements eingebettete Kugel gebildet werden. Das Dichtelement ist vorzugsweise als in einer Ringnut in der Oberfläche des Auflageelements ruhender Dichtring ausgebildet, wobei die Ringnut einen vergrößerten Querschnitt zur vollständigen Aufnahme des Dichtringes beim Wirksamwerden des Unterdrucks aufweist. Andererseits kann das Dichtelement aber auch als in eine Ringnut am Umfang des Auflageelements ruhender Dichtring ausgebildet werden, oder es wird ein achsial konzentrisch zum Auflageelement angeordneter Faltenbalg verwendet, dessen Innenraum an die Unterdruckleitung angeschlossen ist.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen im Vergleich zum Stand der Technik in mehreren Ausführungsformen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die Seitenansicht eines plattenförmigen dünnen Werkstücks mit einer gewissen Verformung, die zur Verdeutlichung übertrieben dargestellt ist,
Fig. 2 das Werkstück gemäß Fig. 1 in Halteposition auf einer Unterdruck-Haltevorrichtung nach dem bekannten Stand der Technik,
Fig. 3 das Werkstück gemäß Fig. 1 in Halteposition auf einer Unterdruck-Haltevorrichtung nach der Erfindung,
Fig. 4 eine abgewandelte Ausführungsform eines Auflageelements,
Fig. 5 eine weitere Ausführungsform eines Auflageelements und
Fig. 6 eine weitere Ausführungsform eines Auflageelements.

Das in Fig. 1 dargestellte Werkstück ist eine Maske M, wie sie in der Halbleiterindustrie für die Herstellung integrierter Schaltungen verwendet wird. Derartige Masken bestehen häufig aus Glasplatten von etwa 3 mm Dicke und beispielsweise 100 mm Durchmesser, jedoch sind auch andere Abmessungen anzutreffen. Obwohl solche Platten dem Auge völlig eben erscheinen, enthalten sie dennoch gewisse Unregelmäßigkeiten hinsichtlich der Oberflächenebenheit. Um dies deutlich zu machen, ist die Maske M gemäß Fig. 1 übertrieben verformt dargestellt.
Die in Fig. 2 dargestellte Haltevorrichtung, wie sie nach dem Stand der Technik bekannt ist, kann, wie ersichtlich, auf die Maske M eine gewisse Verformung bewirken, abweichend von der ursprünglichen Form gemäß Fig. 1. Dies ist durch den Aufbau und die Wirkungsweise dieser Haltevorrichtung bedingt. Die Vorrichtung gemäß Fig. 2 enthält eine Grundplatte 10 mit einer Anzahl Auflageelementen 11, von denen zwei dargestellt sind. Jedes Auflageelement 1] besteht aus einem zylindrischen Auflagekörper mit einer zentralen achsialen Leitung 15, die mit einer Leitung 16 in der Grundplatte 10 fluchtet, die ihrerseits über ein Ventil an eine Unterdruckpumpe angeschlossen ist (nicht gezeigt).
Derartige Haltevorrichtungen werden üblicherweise so betrieben, daß das Werkstück zunächst auf die Auflageelemente aufgelegt und dann Unterdruck zugeführt wird, in dessen Folge die Platte mittels des Atmosphärendruckes auf dem Auflageelement festgehalten wird. In einer Ringnut 18 in der Oberfläche 19 des Auflagekörpers 14 befindet sich ein Dichtring 17 aus elastischem Werkstoff, wie Gummi, weichem Kunststoff oder ähnlichem, und von kreisförmigem Querschnitt, wie er allgemein unter der Bezeichnung O-Ring bekannt ist. Die Ringnut 18 hat einen vom Querschnitt des Dichtrings J7 in entspanntem Zustand unterschiedlichen Querschnitt, der so gestaltet ist, daß der Dichtring zunächst als Auflage für das Werkstück wirksam ist, unter dem Einfluß des Unterdrucks jedoch vollständig in die Ringnut 18 gedrückt wird. Das Volumen der Ringnut 18 ist demgemäß ausreichend, um den gesamten Dichtring 17 aufzunehmen.
Wenn die Maske M auf die Auflageelemente 11 aufgelegt und der Unterdruck durch die 'Leitungen 16 und 15 wirksam ist, gelangt der Raum zwischen der Oberfläche 19 des Auflageelements 11 und dem Werkstück zwischen dem Dichtring 17 unter Unterdruck, und das Werkstück wird auf den Dichtring 17 herabgezogen. Da der Dichtring 17 aus weichem, leicht verformbarem Werkstoff besteht, wird er mit zunehmendem Unterdruck mehr und mehr zusammengedrückt, bis die Maske auf der Oberfläche 19 aufliegt. Da das Volumen der Ringnut 18 größer ist als das Volumen des Dichtringes 17, wird dieser vollständig von der Ringnut 18 aufgenommen. Mit dem Auflegen der Maske auf die Oberfläche 19 des Auflageelements 11 wird, wie Fig. 2 im Vergleich zu Fig. 1 deutlich macht, die Maske M bezüglich ihrer ursprünglichen Form verformt, da ihre untere Fläche eben auf der Oberfläche 19 des Auflageelements 11 aufliegt.
Die in Fig. 3 dargestellte, erfindungsgemäße Anordnung besteht aus einer Grundplatte 30 mit einer Anzahl Auflageelementen 31, von denen zwei in der Zeichnung dargestellt sind. Jedes Auflageelement 31 besteht aus einem hohl-zylindrischen Auflagekörper 32, in dessen Zentrum ein Stift 33 mit einer Kuppe von konvexer Form angeordnet ist. Der Stift 33 ragt über die Oberfläche 38 des Auflagekörpers 32 hinaus. Der Innenraum des Auflagekörpers 32 ist an eine Unterdruckleitung 35 angeschlossen. Ein Dichtring 36 liegt in einer Ringnut 37 in der Oberfläche des Auflagekörpers 32 und verläuft konzentrisch zum Stift 33 und zum Innenraum des Auflagekörpers 32. Die Ausbildung des Stiftringes 36 und der Ringnut 37 stimmt insoweit mit derjenigen des Stiftrings 17 und der Ringnut 18 nach Fig. 2 überein, als das Volumen der Ringnut 37 ausreicht, den Dichtring 36 in zusammengedrücktem Zustand vollständig aufzunehmen.
Solange der Dichtring 36 unbelastet ist, hat er eine solche Form, daß die durch seinen oberen Rand gebildete Fläche über die Kuppe 34 des Stiftes 33 hinausragt. Mit dem Wirksamwerden des durch die Leitung 35 zugeführten Unterdrucks gelangt auch die Kammer im Auflagekörper 32 unter Unterdruck, und die von der Maske M auf den Dichtring 36 ausgeübte Kraft vergrößert sich unter der zunehmenden Wirkung des Atmosphärendruckes, bis die Maske M tangential auf der Kuppe 34 des Stiftes 33 aufliegt. Diese Position ist in Fig. 3 dargestellt. Ein weiteres Zusammendrücken des Dichtringes 36 kann daher nicht stattfinden, so daß ein Auf14-e-gen der Maske M auf der Oberfläche 38 des Auflagekörpers 32 verhindert ist. In der Fig. 3 ist jeweils auf der rechten Seite des Auflagekörpers 32 der Dichtring 36 in stärkerem Maße zusammengedrückt dargestellt als auf der linken Seite, was durch die ursprüngliche Form der Maske M bedingt ist, vgl. Fig. 1.
In den Fign. 4, 5 und 6 sind alternative Ausführungsformen der Vorrichtung nach Fig. 3 dargestellt, mit denen gleichfalls ein Verformen der aufgelegten Maske M bzw. eines ähnlichen Werkstücks verhindert werden kann.
Gemäß Fig. 4 ist auf einer Grundplatte 40 ein Faltenbalg 41 befestigt, in dessen Innerem auf der Grundplatte 40 ein Stift 42 mit einer Kuppe 43 angeordnet ist. Eine Leitung 44 verbindet eine Unterdruckquelle mit dem Innenraum des Faltenbalgs 41. Wird ein flaches Werkstück auf die obere Fläche des Faltenbalges 41 aufgesetzt und der Unterdruck eingeschaltet, so wird der Faltenbalg 41 soweit zusammengedrückt, bis das Werkstück auf der Kuppe 43 des Stiftes 42 aufliegt, entsprechend der Darstellung in Fig. 3.
Bei der Ausführung gemäß Fig. 5 ist ein Stift 50 mit einer Y-förmig verzweigten Leitung 51 so auf einer Grundplatte 54 befestigt, daß die Leitung 51 durch die Grundplatte 54 hindurch unmittelbar mit einer Unterdruckquelle verbunden werden kann. Am Umfang des Stiftes 50 ist eine Manschette 52 angeordnet, deren oberer Bereich wulstförmig gestaltet ist und etwas über den Stift 50 hinausragt. Die Manschette 52 besteht aus flexiblem Werkstoff, nämlich Gummi, weichem Kunststoff oder ähnlichem, derart, daß beim Wirksamwerden des Unterdrucks in dem Raum zwischen Stift 50 und Manschette 52 das Werkstück auf der Oberfläche des Stiftes 50 zur Auflage gelangt. Die Y-förmige Verzweigung der Leitung 51 hat hierbei den Zweck, daß die Mündungen der Leitungen in der Oberfläche des Stiftes 50 nicht unbeabsichtigt vom Werkstück abgedeckt werden.
Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 ist ein Zylinder 60 auf einer Grundplatte 61 montiert, und durch beide führt eine Leitung 62, die an eine Unterdruckquelle anschließbar ist. Am Umfang des Zylinders 60 nahe dessen Oberfläche ist eine V-förmige Ringnut 63 angeordnet, in der ein Dichtring 64 ruht. In der Mitte der oberen Fläche des Zylinders 60, also zentrisch zum Dichtring 64, ist in einem entsprechenden Ausschnitt eine Kugel 65 eingesetzt, die über die Oberfläche des Zylinders 60 hinausragt. Die Wirkungsweise dieser Ausführung stimmt grundsätzlich mit derjenigen der Ausführungsformen nach den Fign. 3, 4 und 5 überein.

Claims

1. Unterdruck-Haltevorrichtung für flache Werkstücke, bestehend aus einer Mehrzahl Auflageelementen (31/33; 42; 50; 60/65) mit je einer Unterdruck-Zuführleitung und einem den Unterdruckraum einschließenden, ringförmigen flexiblen Dichtelement (17; 36; 41; 52; 64), das am Auflageelement so gelagert ist, daß es zunächst als Auflage für das Werkstück (M) wirksam ist und mit Erreichen und unter der Wirkung des vorgesehenen Unterdruckes das Auflegen des Werkstücks (M) auf die Oberfläche des Auflageelements freigibt,
dadurch gekennzeichnet,
daß jedes Auflageelement (33; 42; 50; 60/65) eine als konvexe Oberfläche (34; 43; 65) ausgebildete Auflagefläche aufweist, die vor dem Wirksamwerden des Unterdrucks vom Dichtelement (17; 36; 41; 52; 64) überragt wird und mit Erreichen des vorgesehenen Unterdrucks zur tangentialen Auflage des Werkstücks (M) dient.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Auflagefläche des Auflageelements als zentrisch zum Dichtelement (36; 41; 52) angeordneter Stift (33; 42; 50) ausgebildet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß die konvexe Oberfläche durch eine in die Oberfläche des Auflageelements (60) teilweise eingebettete Kugel (65) gebildet ist.

4. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtelement als in einer Ringnut (37) in der Oberfläche des Auflageelements (32) ruhender Dichtring (36) ausgebildet ist, wobei die Ringnut einen vergrößerten Querschnitt zur vollständigen Aufnahme des Dichtringes beim Wirksamwerden des Unterdrucks aufweist.

5. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtelement als in einer Ringnut (63) am Umfang des Auflageelements (60) ruhender Dichtring (64) ausgebildet ist.

6. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtelement als achsial konzentrisch zum Auflageelement (42) angeordneter, an die Unterdruckleitung angeschlossener Faltenbalg (41) ausgebildet ist.

7. Vorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, dadurch gekennzeichnet,
daß das Dichtelement als das Auflageelement (50) umschließende Manschette (52) ausgebildet ist.

8. Vorrichtung nach den Ansprüchen 2 und 7, dadurch gekennzeichnet,
daß in dem Stift (50) eine achsiale, sich in die konvexe Oberfläche verzweigende Unterdruckleitung (51) angeordnet ist.