TWI818330B - 用於在曝光襯底的兩個表面上的二維結構時操作敏感襯底的翻轉裝置 - Google Patents

Abstract

本發明涉及一種用於在曝光襯底的兩個表面上的二維結構時操作敏感襯底的翻轉裝置。

為了在以提高流量的方式在水平襯底導引裝置中操作板狀或薄膜狀襯底時整合翻轉過程，並確保襯底表面受到最低程度的機械損傷，本發明提出以下解決方案：翻轉裝置(1)具有至少兩個平行的且沿所述旋轉軸(14)的徑向錯開佈置的樞轉臂(11)，所述樞轉臂具有吸嘴(12)，以便能夠佔據所述樞轉臂(11)在所述輸送軌道(3)的拾取區域(31)中處於所述輸送平面上方以及在所述安放區域(32)中處於所述輸送平面下方的平行的高度位置，並且所述吸嘴(12)借助可正交於所述輸送平面地伸出和縮回的線性致動器(13)可動地安裝在所述樞轉臂(11)上。

Description

用於在曝光襯底的兩個表面上的二維結構時操作敏感襯底的翻轉裝置

本發明涉及一種用於在相繼實施的、用於在襯底的一個或兩個表面上的敏感塗層中形成二維結構的加工步驟之間操作所述板狀或薄膜狀襯底的翻轉裝置，所述翻轉裝置包括：用於在相繼實施的兩個加工步驟之間水平地提供襯底的襯底導引裝置；可繞水平旋轉軸樞轉的保持裝置，其具有用於拾取在所述襯底導引裝置上備好的襯底的吸嘴，所述保持裝置用於使所述吸嘴所拾取的襯底圍繞所述水平旋轉軸朝所述襯底導引裝置的方向樞轉並將所述襯底安放在所述襯底導引裝置上，其中用於使所述保持裝置樞轉的驅動器與所述旋轉軸連接；以及傳感器和控制構件，其用於識別所述襯底的位置並在提供在所述襯底導引裝置上備好的襯底之後控制所述保持裝置樞轉。

本發明的應用領域特別是電子工業和半導體工業中的印製電路板和電路膜製造。

由現有技術已知用於片狀或板狀或基於薄膜的電路襯底的曝光系統，這些電路襯底可以作為曝光對象通過主要在可見光譜範圍或紫外光譜範圍內的電磁輻射，通過激光束或者也可以通過具有預定電路圖形的電子束或粒 子束進行曝光。在此情況下，只有在其上設有標記(目標標記或靶標)的曝光對象與儲存在曝光裝置中的預定圖形之間建立了正確的位置關係之後，才會進行曝光，其中由一個或多個攝像機來檢測曝光對象上的目標標記，並且在曝光區域前或者在曝光區域中將曝光對象與曝光圖形彼此對準。

就在板狀或薄膜狀襯底上製造印製導線或最小的電子結構而言，以較高的空間精度實施的曝光過程以及為此所需的操作和對準時間是提高流量的限制因素。因此，要爭取重疊地或同時實施操作和曝光步驟並在需要例如在正面和背面多次進行曝光的情況下，在同一裝置中縮短此曝光過程的輔助處理時間。文件EP 0 951 054 A1、US 6 806 945 B2和JP 2010-181519 A中例如揭露了此類解決方案。

在兩個曝光步驟或其他加工步驟之間輸送襯底的過程中，在未設有用於正面和背面曝光的反向對準的曝光裝置並且無需避免在料倉中發生中間堆疊的情況下，除了例如在滾筒輸送機上進行水平輸送之外，通常也需要執行襯底的翻轉過程。

此外，EP 0 722 123 B1描述了印製電路板的雙曝光設備內的翻轉站，其中裝配有吸收墊的保持臂在由驅動電機驅動並且固定在可線性移動的保持臺上的可旋轉的保持區段上方致使此印製電路板發生翻轉。為了進行翻轉，降下具有印製電路板的安放台，以便可以借助可旋轉的保持臂通過吸收墊從下方對印製電路板進行固定並使其樞轉至垂直位置。在進一步樞轉保持臂期間，移動保持台經過安放台，以便再次將此印製電路板(翻轉地)放到同一安放臺上，然後通過回轉將保持臂從印製電路板向上抬起。在此，缺點在於，在進行翻轉時，不會進一步對印製電路板進行輸送，因為是將其安放到同一工作臺上並且只有在翻轉過程結束之後才能對印製電路板進行進一步輸送。

但是，有時重要的是，與印製電路板的水平輸送相比，翻轉過程 本身不會造成時間損耗，因而可以立即進行第二次加工。如果針對第二次曝光要以相同的時間步長交替或循環地提供經翻轉和未旋轉的襯底，則上述情形尤為有利。

DE 10 2018 132 001 A1中描述了一種適用於上述情形的翻轉裝置，其中叉形翻轉瓣可以圍繞位於滾筒輸送機的輸送平面中的旋轉軸樞轉180°。在平放的狀態下，此翻轉瓣可以在旋轉軸兩側埋入滾筒輸送機的細分的滾筒的間隙中，使得到達的襯底進入打開的叉中並在樞轉沉入滾筒輸送機的細分的滾筒之間同樣存在的間隙中的翻轉瓣之後，可以再次──安放到滾筒輸送機的滾筒上──自由流出。可選地，襯底可以在與輸送平面成90°的位置處通過旋轉軸與翻轉瓣的叉形元件之間的縫隙穿過這個叉形翻轉瓣，而無需進行翻轉。此叉形翻轉瓣的缺點是叉形樞轉臂的機械接觸面較長，這可能會在翻轉的襯底上留下非期望的劃痕和擦痕。

本發明的目的在於找到一種用於縮短在相繼實施的、用於在襯底表面上的敏感塗層中形成二維結構的加工步驟之間對板狀或薄膜狀襯底進行操作的時間的新方案，其中針對襯底的翻轉功能被引入水平的襯底導引裝置，其中盡可能避免在襯底表面上留下機械劃痕或擦痕。進一步的任務是使翻轉裝置在放置在水平的襯底導引裝置中時也能夠使襯底平穩地通過這個翻轉裝置。

本發明用以達成上述目的的解決方案為一種用於在相繼實施的、用於在襯底的一個或兩個表面上的敏感塗層中形成二維結構的加工步驟之間操作所述板狀或薄膜狀襯底的翻轉裝置，所述翻轉裝置包括：用於在相繼實施的兩個加工步驟之間水平地提供襯底的襯底導引裝置；可繞水平旋轉軸樞轉的保持裝置，其具有用於拾取在所述襯底導引裝置上備好的襯底的吸嘴，所述保持裝置 用於使所述吸嘴所拾取的襯底圍繞所述水平旋轉軸朝所述襯底導引裝置的方向樞轉並將所述襯底安放在所述襯底導引裝置上，其中用於使所述保持裝置樞轉的驅動器與所述旋轉軸連接；以及傳感器和控制構件，用於識別所述襯底的位置以及用於在提供在所述襯底導引裝置上備好的襯底之後控制所述保持裝置樞轉，具體解決方式在於，所述襯底導引裝置是水平操作的輸送軌道，其用於借助位於所述可樞轉的保持裝置的水平旋轉軸前面的拾取區域和位於所述水平旋轉軸後面的安放區域，沿水平輸送平面線性地移動所述襯底，所述可樞轉的保持裝置構建為具有至少兩個平行的且沿所述旋轉軸的徑向錯開佈置的樞轉臂的翻轉裝置，所述樞轉臂具有吸嘴，以便能夠佔據所述樞轉臂在所述輸送軌道的拾取區域中處於所述輸送平面上方以及在所述安放區域中處於所述輸送平面下方的平行的高度位置，所述吸嘴借助可正交於所述輸送軌道伸出和縮回的線性致動器可動地安裝在所述樞轉臂上，以便將用於固定襯底的所有吸嘴同時放置在所述襯底上，並且所述用於識別襯底的位置以及用於控制襯底翻轉的傳感器和控制構件包括傳感器單元和控制單元，所述傳感器單元具有至少兩個用於檢測所述襯底的前沿的傳感器，所述控制單元用於觸發用於吸嘴的氣動單元和用於移動所述吸嘴的線性致動器。

有利地，與旋轉軸錯開的樞轉臂和吸嘴以某種方式可變地安裝，使得這些吸嘴就數量而言可以適配襯底的尺寸並且可以至少相對於所述襯底的角部或邊沿區域定位在所述樞轉臂上。

所述吸嘴可以有利地借助可橫向移動的樞轉臂和沿所述樞轉臂可動地固定的線性致動器來進行定位。在翻轉裝置中設有至少兩個平行的樞轉臂，其各具有至少兩個吸嘴。在一種優選的實施方式中，所述樞轉臂構建有橫撐以形成樞轉框架。

所述樞轉臂有利地安裝在集成到旋轉軸中的開放式載體框架上， 其中所述載體框架的至少兩個相對側是敞開的，以便允許襯底在不翻轉的情況下穿過這個載體框架的開放側。

優選設有用於在翻轉過程中在吸嘴處產生負壓以固定襯底的氣動單元。為此，樞轉臂有利地採用空心的構建方案並且在其內部安置有用於將吸嘴與氣動單元連接在一起的軟管。作為替代方案，用於將吸嘴與氣動單元連接在一起的軟管可以安裝在樞轉臂的外側。

所述氣動單元有利地構建為具有至少一個文丘裡式噴嘴的文丘裡式氣動單元或者構建為真空泵(52)。

作為替代方案，氣壓缸、電動執行機構或螺線管也可以用作線性致動器。為了控制電動執行機構或螺線管的伸出和縮回，設有電控制單元。這些線性致動器有利地適用於吸嘴的最大行程長度，所述最大行程長度為5mm至30mm，優選高達12mm。

為了限制導入的襯底的移動或對襯底進行緊急對準，所述樞轉臂有利地具有止擋部。

為了檢測襯底在拾取區域中存在和位置(對準)，所述傳感器單元包含至少兩個用於檢測所述襯底的前沿的傳感器。

作為用於水平地饋送襯底的輸送軌道，優選使用滾筒輸送機。在此情況下，在安放區域中，這個滾筒輸送機有利地在滾筒上具有供這些樞轉臂在這個滾筒輸送機的由這些滾筒構成的輸送軌道下方沉入的開口。

作為替代方案，用於饋送襯底的輸送軌道也可以由帶式輸送機、盒式輸送機、空氣噴嘴工作臺、空氣滑台或空氣滑軌的水平移動系統構成。

本發明所基於基本理念在於，為了節省多次塗布抗蝕劑的襯底的各個曝光或加工步驟之間的中間存放時間，水平的襯底輸送通常還必須與翻轉過程相關聯。一種對此已知的集成至滾筒輸送機軌道中的翻轉裝置可以以如下 方式進行改進：將因相對於樞轉臂的機械的縱向和橫向運動而引起的劃痕和擦痕減少至最低程度，所述翻轉裝置具有叉形開縫的樞轉臂，可以將印製電路板或電路膜推入這些樞轉臂中，在此情況下可能會發生刮擦。根據本發明，所述襯底在借助所述樞轉臂被拾取時不會發生摩擦或支承接觸，而是借助至少兩個平行的樞轉臂上的可伸出的吸嘴從上方拾取所述襯底。在此情況下，樞轉臂以沿旋轉軸的徑向平行錯開的方式安裝在這個旋轉軸上，以便能夠佔據在拾取區域中處於水平輸送軌道的輸送平面上方以及在安放區域中處於這個輸送平面下方的平行的高度水平，其中在拾取區域中的各個平行的高度水平處，吸嘴被伸出且被起動，在安放區域中的各個平行的高度水平處，吸嘴被關斷且被縮回。

通過本發明實現了一種用於縮短在相繼實施的、用於在襯底表面上的敏感塗層中形成二維結構的加工步驟之間對板狀或薄膜狀襯底進行操作的時間的新方案，其中針對襯底的翻轉功能集成在水平的襯底導引裝置中，其中盡可能避免在襯底表面上留下機械劃痕或擦痕。此外，在翻轉裝置放置在水平的輸送裝置的輸送軌道中時，也能夠(在不翻轉的情況下)使襯底平穩地通過這個翻轉裝置。

1:翻轉裝置

11:樞轉臂

12:吸嘴

13:線性致動器

131:氣壓缸

132:電動執行機構

133:螺線管

14:旋轉軸

141:開放式載體框架

15:傳感器單元

151,152,...:傳感器

16:樞轉框架

17:止擋部

2:襯底

21:頂面

22:底面

23:前沿

3:輸送軌道

31:拾取區域

32:安放區域

33:滾筒

34:開口

4:驅動器

5:氣動單元

51:文丘裡式氣動單元

52:真空泵

6:電控制單元

下面結合實施例和相關附圖對本發明進行詳細說明。其中：[圖1]：具有適於沿襯底的運動方向圍繞位於襯底表面外的旋轉軸翻轉襯底的翻轉裝置的滾筒輸送機的立體圖；[圖2]：具有翻轉裝置的滾筒輸送機沿圖1所示線A-A剖切的側視示意圖，其中襯底在拾取側被引入並通過吸嘴固定在翻轉裝置的樞轉臂上；[圖3]：圖1所示滾筒輸送機和翻轉裝置的另一橫截面圖，然而，與圖2有所不同，在該圖中，襯底被樞轉到安放側上並且──被吸嘴釋放──再次與翻轉裝 置的樞轉臂分離；[圖4]：圖1所示滾筒輸送機和翻轉裝置的另一橫截面圖，其中考慮到拾取側的襯底，翻轉裝置的樞轉臂從平行位置以較小的樞轉角抬起；[圖5]：用於基於用於樞轉臂的開放式載體框架實現具有外部驅動器和中心打開的旋轉軸的可通過的翻轉裝置的有利實施方式的立體圖，襯底可以不受阻礙地通過這個載體框架，而無需翻轉過程；[圖6]：翻轉裝置的替代性設計方案的沿圖5所示線B-B剖切的側視圖，其中示出在沒有移動翻轉裝置的情況下從滾筒輸送機的拾取側移動到安放側的襯底；[圖7]：具有與圖1類似的翻轉裝置的滾筒輸送機的立體圖，這個翻轉裝置具有用於檢測襯底的前沿的傳感器以及包括傾斜導入的襯底的特殊情況；[圖8]：圖7中標記的區段C的詳圖，其中示出用於檢測襯底的前沿的傳感器單元和翻轉裝置上的用於對拾取區域中傾斜導入的襯底進行緊急對準的止擋部。

根據本發明的用於翻轉板狀或薄膜狀襯底2的翻轉裝置1──如圖1所示──配備有至少兩個平行的樞轉臂11，這些樞轉臂離軸地，即沿旋轉軸14的徑向平行錯開地固定在翻轉裝置1的旋轉軸14上，並且樞轉臂11可以圍繞旋轉軸14在平行於滾筒輸送機的輸送軌道3的兩個位置中樞轉180°，其中樞轉臂11在針對襯底2的拾取區域31中佔據樞轉臂11的位於滾筒輸送機的輸送軌道3上方的平行高度位置，在安放區域32中則佔據這些輸送臂的位於輸送軌道3下方的平行高度位置。

在此述及的滾筒輸送機──即使是就翻轉裝置1的以下所描述的 所有實施方式而言，也不失一般性──已被選為襯底導引裝置的一個可能示例，這個導引裝置具有用於沿水平輸送平面線性移動襯底2的水平驅動的輸送軌道3的功能。也可以將帶式輸送機、盒式輸送機、空氣滑軌和空氣滑台以及空氣噴嘴工作臺(後者也基於多孔陶瓷材料)用作等效的水平輸送裝置。

此外，翻轉裝置1具有用於圍繞旋轉軸14移動樞轉臂11的驅動器4和包括至少兩個傳感器151、152、...的傳感器單元15，這些傳感器用於檢測襯底2在滾筒輸送機的由滾筒33的頂面預設的輸送軌道3中的位置。

以某種方式設計樞轉臂11在旋轉軸14上的離軸固定，從而能夠拾取具有在0.05mm到5mm之間(就多層印製電路板而言，也可能高達8mm)的不同厚度的襯底2。襯底2可以在滾筒輸送機的輸送軌道3的拾取區域31中借助安裝在共用抽吸平面中的平行樞轉臂11上的吸嘴12從上方被拾取，在滾筒輸送機的安放區域32中，通過在滾筒輸送機的由滾筒33構成的輸送軌道3下方沉入樞轉臂11來安放襯底2。為了在安放區域32中沉入樞轉臂11，滾筒輸送機的滾筒33在該處具有開口34。

與氣動單元5連接的吸嘴12確保從拾取開始、在翻轉期間以及直到安放之前張緊且平穩地保持襯底2，使得襯底2不會塌陷或翻折、相對於樞轉臂11而滑動或者接觸其他部件。

彼此平行的樞轉臂11分別配設有定義數量的用於拾取襯底2的吸嘴12，其中吸嘴12配備有線性致動器13，進而可以補充性地進行高度調節，以便相對於樞轉臂11改變抽吸平面。吸嘴12的數量和位置取決於襯底2的尺寸(包括格式)和厚度(包括剛度或穩定性和重量)。為此，在橫向於輸送方向的襯底寬度上，安裝在旋轉軸14上的樞轉臂11的數量可以從兩個到四個不等，並且可以沿輸送方向在每個樞轉臂11上固定兩個或更多個吸嘴。

為此，在圖1-3中，設有具有自由端的樞轉臂11，這些自由端用於 適當移動吸嘴12和中間所佈置的線性致動器13。圖1-3中所示的翻轉裝置1的實施方式作為針對小型輕質襯底2的最低配置變體僅具有兩個樞轉臂11，每個樞轉臂均具有兩個吸嘴12，這些吸嘴分別相對襯底2的角部進行定位，使得吸嘴12以與襯底邊沿間隔一定距離的方式在角部處吸住襯底2並可靠地對其進行固定。

在此情況下，在以下圖4-7所示實施方式中，三個樞轉臂11各配備有兩個到三個吸嘴12。也可以採用三個或更多個樞轉臂11上的更多的吸嘴12，但並未示出。就吸嘴12的分佈而言，建議採用規則的方案，並且優選不佔據襯底2的中心，以免不必要地污染或損壞經加工或仍待加工的頂面21。因此，在圖4-7中──儘管在規則網格中可能存在九個吸嘴12──只有八個吸嘴定位在邊緣區域中或沿襯底2的邊沿定位。然而，如果襯底2非常大以及/或者特別薄或不穩定，則可能偏離中心開口。

圖1所示滾筒輸送機的輸送軌道3具有拾取區域31和安放區域32，襯底2在具有均勻佈置的滾筒33的傳統滾筒組上導入這個拾取區域中，在這個安放區域中，滾筒33被細分，即具有正交於各個滾筒33的軸的凹槽，翻轉裝置1的樞轉臂11可以沉入這些凹槽中。翻轉裝置1佈置在分區拾取區域31與安放區域32之間，這個翻轉裝置──被驅動器4驅動──可以圍繞位於滾筒輸送機的輸送軌道3上方的旋轉軸14從拾取區域31樞轉180°至安放區域32並轉回。拾取區域31中的滾筒輸送機的滾筒33通常不是細分的圓柱體，其寬度至少相當於襯底2的最大待處理寬度。

就導入拾取區域31中的襯底2而言，在此應──在不失一般性的情況下──假設當其被位於滾筒輸送機的輸送軌道3上方的樞轉臂11的吸嘴12拾取時，這個襯底在頂面21上已經加工。如果襯底2停在拾取區域31中的期望位置中，則伸出吸嘴12的線性致動器13，直至吸嘴12接觸襯底2，然後通過起動氣動單元5來進行激活。如果襯底2如此固定，則圍繞旋轉軸14對翻轉裝置1進行樞 轉，直至樞轉臂11在安放區域32中沉入滾筒輸送機的滾筒33之間的間隙中並且具有經加工的頂面21的單側經加工的襯底2向下定位在滾筒輸送機的輸送軌道3的安放區域32中，而不是已將這個襯底安放在滾筒33上。然後關斷吸嘴12並借助相關的線性致動器13拉入這些吸嘴，使得襯底2──與樞轉臂11的吸嘴12分離──被安放在滾筒輸送機的滾筒33上。在此情況下，安放區域32中的滾筒輸送機才會起動並將襯底2進一步輸送至針對襯底2的先前未加工的底面22的下一加工步驟。

除了溫和地拾取和安放襯底2之外，襯底2的這種翻轉的其他優點在於，襯底2在圍繞旋轉軸14的翻轉過程中不會在滾筒輸送機的移動速度上發生延遲，而是在這個翻轉過程期間幾乎以相同的速度移動。也就是說，不會因翻轉過程而導致輸送延遲，因此，與在不進行翻轉的情況下的操作時間相比，在翻轉襯底2的情況下，不會延長兩個加工步驟之間的輸送過程中的操作時間。

就根據本發明的翻轉裝置1而言，在無襯底2的情況下回轉樞轉臂11的時間間隔並不是襯底2的流量的限制因素，因為在進行回轉時，在樞轉臂11再次到達平行於滾筒輸送機的輸送軌道3的位置之前，下一襯底2可能已經到達。此外，這個時間間隔僅通過上游加工過程的持續時間得以保持，因此線性輸送路徑中不存在真正的限制。

可以通過以下方式將借助伸出和起動吸嘴12而拾取襯底2以及借助關斷和縮回吸嘴12而鬆開襯底2所需的其他時間間隔保持在最小的程度上，其中襯底2不再或尚未被滾筒輸送機的滾筒33移動(即經歷運動停頓)：當傳感器單元15識別到襯底2的前沿23到達止擋部17時，立即關斷拾取區域31中的滾筒輸送機，並且立即借助停止滾筒輸送機而開始伸出和激活吸嘴12。這同樣適用於在傳感器單元15發出樞轉臂11的結束位置的信號，即發出樞轉臂11沉入安放區域32中的滾筒33的凹部中的信號以便隨後起動滾筒輸送機時，起動安放區域32中的 滾筒輸送機。

圖2示出翻轉裝置1、拾取區域31中的襯底2和滾筒輸送機的橫截面。示出了樞轉臂11的狀態，其中吸嘴12通過線性致動器13而伸出和激活，以便從滾筒輸送機的拾取區域31拾取襯底2並且可以開始翻轉過程。在這個結合圖1的示例中，僅設有兩個各具有兩個吸嘴12的樞轉臂11，用於拾取襯底2。但可以將吸嘴12的數量與襯底2的類型和尺寸相匹配。在此，可以通過朝樞轉臂11的末端的方向移動吸嘴12可選地適配更長的襯底2。在此情況下，就更大且特別是柔性的襯底2而言，每個樞轉臂11和/或一至兩個附加的樞轉臂11可以使用更多的吸嘴12。優選通過固定在樞轉臂11上的軟管(僅在圖4中示出)或者在空心樞轉臂11的內部由氣動單元5(在圖1中示出)來操作吸嘴12，就用於伸出和縮回吸嘴12的線性致動器13而言，可以採用不同類型的驅動器，這些驅動器會在以下示例中加以描述並且在圖1至圖3中，這些驅動器可以任意進行更換。

為了有條理地拾取襯底2，借助傳感器單元15檢測導入拾取區域31中的襯底2的位置，如下文結合圖7和圖8進一步詳細說明的那樣，這個傳感器單元及時停止滾筒輸送機並防止襯底2碰撞到存在的止擋部17，以便避免損壞襯底表面。

止擋部17和傳感器單元15有利地直接耦合到樞轉臂11上，因此，這些止擋部和這個傳感器單元在翻轉過程中與襯底2一同移動並且還會以如下方式對這個襯底進行監測：襯底2未與吸嘴12分離，否則就會發射故障信號。

吸嘴12在樞轉臂11上形成抽吸平面，這個抽吸平面確保對襯底2進行均勻的抽吸並防止對(曝光的)頂面21造成機械損害。在借助傳感器單元15的一個或多個傳感器151、152、...檢測到襯底2的位置之後，借助縮回的吸嘴12將樞轉臂11平行於輸送方向地定位在襯底2上方。在襯底2停留在期望的拾取位置中時，伸出吸嘴12，並且通過起動氣動單元5而在吸嘴12中產生負壓，從而吸 住襯底2的頂面21。隨後，借助翻轉裝置1將襯底2的經加工的頂面21向下“翻折”至安放區域32中，使得襯底2以未經加工的先前的底面22在安放區域32中朝上的方式到達。

吸嘴12優選與氣動單元5連接，在這個氣動單元中，例如通過文丘裡式噴嘴(未示出)產生樞轉臂11的多個或所有吸嘴12所需的負壓。但作為替代方案，吸嘴12也可以與真空泵52(僅在圖7中示出)連接。

此外，吸嘴12借助線性致動器13固定在樞轉臂11上，進而可以完成至少5mm至高達30mm的行程。線性致動器13優選構建為具有12mm的行程的氣壓缸131(僅在圖4中示出)。在(曝光的)導入的頂面21處吸住襯底2的優點在於，在翻轉時根本不會接觸到未曝光的底面22。

圖3示出翻轉裝置1在進行翻轉並將襯底2以其(已曝光的)頂面21安放在滾筒輸送機的輸送軌道3的安放區域32中之後的橫截面。翻轉裝置1的樞轉臂11可以借助固定到線性致動器13上方的吸嘴12完全在滾筒輸送機的由滾筒33構成的輸送軌道3下方移動到安放區域32中並停在該處。

在對樞轉臂11進行樞轉之後，由於吸嘴12的伸出的線性致動器13，襯底2首先位於滾筒輸送機的滾筒33上方。通過關斷與吸嘴12連接的氣動單元5以及縮回線性致動器13來安放襯底2，從而將吸嘴12與襯底2的目前位於下方的頂面21分離並移除這些吸嘴(使這些吸嘴下降)，直至襯底2被安放到滾筒輸送機的滾筒33的輸送軌道3上。然後，吸嘴12繼續下降運動，以便借助隨後起動的滾筒輸送機確保用於無接觸地移走襯底2的間距。在安放襯底2之後，這個襯底在拾取區域31中以導入的頂面21放置在滾筒輸送機的安放區域32的滾筒33上。只要吸嘴12尚未松脫，襯底2就不會經歷任何滾筒驅動運動。

圖4示出翻轉裝置1的橫截面，其與先前的圖1至圖3的不同之處在於，吸嘴12可以借助作為線性致動器13的氣壓缸131而伸出和縮回，氣動單元5作 為文丘裡式氣動單元51配備有文丘裡式噴嘴，其一方面用於針對吸嘴12產生負壓，另一方面用於為氣壓缸131的行程控制提供壓力。在這個示例中，文丘裡式氣動單元51在進行劃分之後通過固定在樞轉臂11外側的軟管單獨與這些吸嘴12中的每個連接。這同樣適用於向氣壓缸131供應壓縮空氣(未示出)。

此外，這個實施方式的特徵在於，翻轉裝置1處於略微抬升的保持位置中，用以導入下一襯底2。滾筒輸送機的輸送軌道3與樞轉臂11的由吸嘴12定義的平面之間的角度至少為2°，優選為3°至10°。樞轉臂11的這種也可以通過提前停止樞轉臂11的回轉來進行調節的可選地抬升的保持位置確保不受干擾地導入較厚和/或不平整的(波狀或彎曲的)或者非常薄的柔性襯底2，否則，在導入襯底2時，吸嘴12可能會與這些襯底發生接觸，從而可能會導致襯底2損壞、位置偏移或甚至堵塞。

在圖5以立體圖示出的翻轉裝置1的有利實施方式中，樞轉臂11與樞轉框架16連接，其中滾筒輸送機的安放區域32的滾筒33中的開口34相應地適配樞轉框架16的框架形狀。此外，在這個示例中，吸嘴12借助作為線性致動器13的電動執行機構132而伸出和縮回。為此，吸嘴12如在圖4所示最後一個示例中那樣與文丘裡式氣動單元51連接，但借助旋轉或線性馬達驅動的執行機構引起吸嘴12的線性運動的電動執行機構132則由單獨的電控制單元6來進行操縱。

此外，在翻轉裝置1的這個實施方式中，也可以替代性地在無翻轉過程的情況下，在滾筒輸送機的輸送軌道3上通過翻轉裝置1將襯底2從拾取區域31輸送至安放區域32。在應對襯底2的頂面21進行多次曝光或以其他方式對其進行加工的情況下，上述方案可能是有利的。這種具有通過功能的實施方式對於應僅對各個襯底的頂面21進行一次曝光且完全不會對底面22進行曝光的應用而言也可能是有利的。

為此，圖5示出有利設計的翻轉裝置1，這個翻轉裝置在襯底2已 被滾筒輸送機的輸送軌道3從安放區域32移走之後在安放區域32中處於其典型結束位置中。在這個示例中，樞轉臂11通過橫撐進行加強以形成樞轉框架16。在襯底2被移走之後，翻轉裝置1可以被折回其在拾取區域31中的起始位置，或者這個翻轉裝置保持在安放區域32中，以便下一未經翻轉的襯底2能夠從滾筒輸送機的拾取區域31平穩地進入安放區域32。

只有在如圖5示意性所示，翻轉裝置1在樞轉臂11的旋轉軸14上具有外部驅動器4時，才能在不翻轉襯底2的情況下使其穿過翻轉裝置1。此外，樞轉臂11在旋轉軸14上的固定應佈置在滾筒輸送機的待保持暢通的輸送軌道3之外(未示出)，或者作為替代方案──如圖5和圖6所示──旋轉軸14構建為具有兩個相對的開放側的開放式載體框架141，其中由滾筒輸送機推動從拾取區域31導入的襯底2通過平面界定的開放式載體框架141。只有在襯底2的前沿23穿過開放式載體框架141之後，傳感器單元15的傳感器151和152(僅在圖1中標示)才能將襯底2檢測為已完全進入拾取區域31中，並且才能將傳感器151和152的信號用於觸發滾筒輸送機的拾取區域31中的滾筒33的關斷和安放區域32中的滾筒33的起動。

作為圖5中的圖示的替代方案，傳感器151和152以及止擋部17也可以作為固定元件固定在翻轉裝置1的底座上，使得這些傳感器以及止擋部不會與樞轉臂11一同移動。為了不阻礙襯底在不翻轉的情況下通過，可以以以下方式來實現上述情形：可以在襯底2到達之前，將傳感器151和152與止擋部17一同縮回。

但是，如果在輸送過程中以相同的速度驅動拾取區域31和安放區域32中的滾筒33，則也可以在不觸發這兩個區域31和32中的滾筒33的關斷或起動的情況下以不翻轉的方式輸送(使)襯底2穿過翻轉裝置1。

圖6為與圖5所示實施方式相當的滾筒輸送機和翻轉裝置1沿平面 B-B的側視剖面圖。由翻轉裝置1在不翻轉的情況下輸送的襯底2穿過開放式載體框架141，在此情況下，這個載體框架以空心的四邊形棱柱的形式構建，這個四邊形棱柱具有梯形基面和覆蓋面以及兩個梯形側邊上的敞開的側面，並且這個載體框架在滾筒輸送機的輸送軌道3的安放區域32中橫穿翻轉裝置1的沉入滾筒33之間的樞轉臂11。

在襯底2橫穿埋入滾筒輸送機的輸送軌道3的安放區域32中的樞轉框架16時，翻轉裝置1的吸嘴12被關斷，在這個示例中構建為電動執行機構132的線性致動器13以某種程度回縮至樞轉框架16中，使得這些線性致動器完全處於滾筒輸送機的輸送軌道3下方，以便不會以任何方式妨礙到襯底2的自由通過。圖6示出襯底2在滾筒輸送機的滾筒33的輸送軌道3下方橫穿樞轉框架16時的瞬態顯示。

根據傳感器單元15的傳感器151和152在襯底2的前沿23(或者視情況也可以是後沿)橫穿時的信號，可以計算襯底2從安放區域32導出的時間點，然後通過控制開放式載體框架141的旋轉軸14上的驅動器4將樞轉框架16或樞轉臂11轉回到位於拾取區域31上方的起始位置，以便可以再次拾取下一襯底2以進行翻轉。為此，樞轉臂11可以根據圖1在平行於滾筒輸送機的滾筒33的輸送平面的位置中備用，或者根據圖4在有所抬升的保持位置中備用。

圖7為翻轉裝置1的另一有利的實施方式的立體圖，其中由樞轉臂11和橫撐構成的樞轉框架16具有八個吸嘴12，這些吸嘴的線性致動器13實施為螺線管133並且與電控制單元6連接。在這個示例中，借助真空泵52來操作吸嘴12，但也可以借助文丘裡式氣動單元51來進行操作。電動執行機構132或氣壓缸131在此也可以用作替代的線性致動器13。

圖7中示出了具有與滾筒輸送機的輸送軌道3不平行地導入的襯底2的翻轉裝置1。在略微傾斜的情況下，即只要不超過兩個傳感器151和152的信 號之間的時間差的閾值，這種狀態就處於容許的範圍內。這個閾值主要設置成使得襯底2的較大傾斜度可以基於翻轉裝置1的放置到襯底2的邊沿上的吸嘴12而觸發翻轉過程的故障，因此，這些較大的傾斜度是要避免的，或者還必須將滾筒輸送機的有限寬度考慮在內，以免對襯底2的進一步輸送和加工造成損害。因此，當在翻轉裝置1的拾取區域31中觸發進給停止時，也同時在襯底2上對這個襯底的對準進行檢測並評估傾斜是否仍然是可容許的。在緊急情況下，可以在此對這個對準進行機械校正。

圖8以俯視放大圖示出了圖7所示由點劃線勾勒的局部C。這個局部示出了位於滾筒輸送機的拾取區域31的末端處的翻轉裝置1所需的傳感器151和152，這些傳感器主要負責通過翻轉裝置1的由樞轉臂11和橫撐構成的樞轉框架16溫和地拾取襯底2，以便在通過樞轉臂11的吸嘴12取下襯底2之前，避免在拾取襯底2之前以及在此期間因滾筒輸送機的旋轉的滾筒33而對襯底2造成摩擦相關的損壞。

為了在從導入過渡至在滾筒輸送機的拾取區域31中使襯底2進行樞轉以及/或者與翻轉裝置1的“樞轉機構”(即樞轉臂11或吸嘴12)發生接觸的過程中，盡可能避免襯底2與旋轉的滾筒33之間的摩擦過程，翻轉裝置1的傳感器單元15(僅在圖1中標示)配備有平行於旋轉軸14的至少兩個傳感器151和152，在正常情況下，當襯底2的前沿23已被傳感器151和傳感器152檢測到時，借助這些傳感器可靠地檢測拾取區域31中所導入的襯底2的位置並促使滾筒輸送機在拾取區域31中關斷。然後以此觸發滾筒輸送機的關斷，使得前沿23停在翻轉裝置1的樞轉臂11的止擋部17的正前方。這樣就幾乎不會在襯底2的底面22及其頂面21上產生劃痕或擦痕。如果滾筒輸送機的輸送軌道3上的襯底2具有可容許的較小傾斜度，其中襯底2的前沿23以某一偏移時間(時間差)被傳感器151和152檢測到，但這個偏移時間卻並未超過這個時間差的預設的閾值，則也能確保上述情 形，其中這個閾值由襯底2的最大允許傾斜度來定義。

然而，如果超過了這個時間差的預設閾值，則需要對襯底2進行對準。為此，圖8示出翻轉裝置1的圖7所示局部C，其包括與滾筒輸送機的輸送軌道3不平行地導入的襯底2。由此可以看出，不平行地導入的襯底2的前沿23基於傳感器151和152平行於旋轉軸14的位置而具有傾斜的走向，必須通過這兩個傳感器151和152以顯著的時間差來檢測這個傾斜的走向。為此，基於襯底2的輸送速度和總體較小的允許傾斜度，傳感器151與152之間的間距至少為200mm，優選在300-500mm之間，直至達到所使用的襯底2的整個寬度。特別優選以某種方式將傳感器間距與外部吸嘴12的位置進行適配，使得兩個傳感器151和152只有在對於吸嘴12而言也能確保上述情形的情況下，才會被襯底2“完全覆蓋”。也就是說，如果傳感器151和152中的每一個也都在傳感器寬度的範圍內完全檢測到襯底2的前沿23，則同時也應該針對襯底2的預期的位置偏差確保吸嘴12完全放置在襯底2上，進而借此可靠地拾取襯底2。

在超過通過傳感器151和傳感器152進行的邊沿檢測之間的時間差的閾值的情況下，延遲滾筒輸送機的基於傳感器的關斷。然後以某種方式觸發這個關斷，從而繼續通過滾筒輸送機的滾筒33來驅動襯底2，直至這個襯底碰撞到止擋部17的一部分(例如碰撞到樞轉臂11中的一個)，前沿23首先碰撞到這個部分。由此對襯底2的對準進行──不一定是完全的──校正。

如果傳感器151和152基於在導入前沿23時所測得的時間差而記錄到襯底2的不允許的較大傾斜度，則根據襯底2的由此產生的位置計算出延遲滾筒輸送機的關斷的時間，從而通過襯底2的前沿23碰撞到樞轉臂11中的至少一個的止擋部17來減小或消除這個傾斜度。

只要這個時間差不超過預設的閾值，就測定兩個傳感器151和152的第二信號並在襯底2的前沿23碰撞到樞轉臂11的止擋部17中的一個之前，將這 個第二信號用於關斷滾筒輸送機的驅動功能。

因此，襯底2的位置檢測原則上應避免襯底2與樞轉臂11的止擋部17的機械接觸。因此，在襯底2到達拾取區域31中的定義位置時以及在通過樞轉臂11的吸嘴12拾取襯底2之前，在拾取區域31中以觸發的方式關斷滾筒輸送機，使得襯底2在借助在此用作線性致動器13的螺線管133伸出吸嘴12並借助真空泵52的起動而激活這些吸嘴之前靜止不動。

要特別強調的是，針對襯底2借助傾斜的前沿23碰撞到樞轉臂11的止擋部17而延遲滾筒輸送機的關斷僅在特殊情況下用作緊急對準，如果襯底2的傾斜在其他情況下可能會對襯底2的進一步的加工過程和/或整個加工機器的無錯的工作方式造成重大損害的話。此外，可以通過以下方式將因襯底2在滾筒輸送機的輸送軌道3上的較小的旋轉運動而產生劃痕的風險降至最低：滾筒33具有包含丙烯腈-丁二烯橡膠(NBR-Nitril Butadiene Rubber)的塗層。

雖然本發明主要針對在襯底2的多次曝光過程中，例如在多個單側或兩側施加的具有最終的Mylar(邁拉)聚酯薄膜(針對抗蝕劑的氧化分解的保護層)的光阻層中直接曝光電路圖形的過程中操作印製電路板和柔性電路膜(PCB‘s-Printed Circuit Boards)這一個方面，但翻轉裝置1應被理解為具有用於不同敏感襯底2的多重價值。也就是說，本發明──如本發明所屬領域中具有通常知識者容易理解的那樣──並不局限於對電子電路、電子電路的坯件或半成品進行翻轉，而且還包括對所有包括拋光、研磨或具有其他敏感特性的表面的板狀或薄膜狀工件進行翻轉，其中在輸送襯底2時，應盡可能在不會因劃痕、擦痕或其他機械損害而損壞表面的情況下引入翻轉過程。

1:翻轉裝置

11:樞轉臂

12:吸嘴

13:線性致動器

14:旋轉軸

15:傳感器單元

17:止擋部

2:襯底

21:頂面

23:前沿

3:輸送軌道

31:拾取區域

32:安放區域

33:滾筒

34:開口

4:驅動器

5:氣動單元

Claims (18)

1. 一種用於在相繼實施的、用於在襯底(2)的一個或兩個表面上的敏感塗層中形成二維結構的加工步驟之間操作所述板狀或薄膜狀襯底的翻轉裝置，所述翻轉裝置包括：- 用於在相繼實施的兩個加工步驟之間水平地提供所述襯底(2)的襯底導引裝置，- 可繞水平旋轉軸(14)樞轉的保持裝置，其具有用於拾取在所述襯底導引裝置上備好的襯底(2)的吸嘴(12)，所述保持裝置用於使所述吸嘴(12)所拾取的所述襯底(2)圍繞所述水平旋轉軸(14)朝所述襯底導引裝置的方向樞轉並將所述襯底(2)安放在所述襯底導引裝置上，其中用於使所述保持裝置樞轉的驅動器(4)與所述旋轉軸(14)連接，以及- 傳感器和控制構件，用於識別所述襯底(2)的位置以及用於在提供在所述襯底導引裝置上備好的所述襯底(2)之後控制所述保持裝置樞轉，其特徵在於，- 所述襯底導引裝置是水平操作的輸送軌道(3)，其用於借助位於所述可樞轉的保持裝置的所述水平旋轉軸(14)前面的拾取區域(31)和位於所述水平旋轉軸後面的安放區域(32)，沿水平輸送平面線性地移動所述襯底(2)，- 所述可樞轉的保持裝置構建為具有至少兩個平行的且沿所述旋轉軸(14)的徑向錯開佈置的樞轉臂(11)的翻轉裝置(1)，所述樞轉臂具有吸嘴(12)，以便能夠佔據所述樞轉臂(11)在所述輸送軌道(3)的所述拾取區域(31)中處於所述輸送平面上方以及在所述安放區域(32)中處於所述輸送平面下方的平行的高度位置，- 所述吸嘴(12)借助可正交於所述輸送軌道(3)伸出和縮回的線性致動器(13)可動地安裝在所述樞轉臂(11)上，以便將用於固定所述襯底(2)的 所有吸嘴(12)同時放置在所述襯底(2)上，並且- 所述用於識別所述襯底(2)的位置以及用於控制所述襯底(2)翻轉的傳感器和控制構件包括傳感器單元(15)和控制單元，所述傳感器單元具有至少兩個用於檢測所述襯底(2)的前沿(23)的傳感器(151、152)，所述控制單元用於觸發用於所述吸嘴(12)的氣動單元(5)和用於移動所述吸嘴(12)的所述線性致動器(13)。
2. 根據請求項1所述的裝置，其特徵在於，與所述旋轉軸(14)錯開的所述樞轉臂(11)和所述吸嘴(12)以某種方式可變地安裝，使得所述吸嘴(12)就數量而言可以適配所述襯底(2)的尺寸並且可以至少相對於所述襯底(2)的角部或邊沿區域定位在所述樞轉臂(11)上。
3. 根據請求項1或2所述的裝置，其特徵在於，所述吸嘴(12)可以借助可橫向移動的樞轉臂(11)和沿所述樞轉臂(11)可動地固定的線性致動器(13)來進行定位。
4. 根據請求項1或2所述的裝置，其特徵在於，設有至少兩個平行的樞轉臂(11)，所述樞轉臂各具有至少兩個吸嘴(12)。
5. 根據請求項1或2所述的裝置，其特徵在於，所述樞轉臂(11)構建有橫撐以形成樞轉框架(16)。
6. 根據請求項1或2所述的裝置，其特徵在於，所述樞轉臂(11)安裝在集成到所述旋轉軸(14)中的開放式載體框架(141)上，其中所述載體框架(141)的至少兩個相對側是敞開的，以便允許襯底(2)在不翻轉的情況下穿過所述載體框架(141)的開放側。
7. 根據請求項1所述的裝置，其特徵在於，設有用於在所述翻轉過程中在所述吸嘴(12)處產生負壓以固定所述襯底(2)的氣動單元(5)。
8. 根據請求項7所述的裝置，其特徵在於，所述樞轉臂(11)採用空心的構建方案並且在其內部安置有用於將所述吸嘴(12)與所述氣動單元(5)連接在一起的軟管。
9. 根據請求項7所述的裝置，其特徵在於，所述樞轉臂(11)的外側安裝有用於將所述吸嘴(12)與所述氣動單元(5)連接在一起的軟管。
10. 根據請求項7至9中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述氣動單元(5)構建為具有至少一個文丘裡式噴嘴的文丘裡式氣動單元(51)或者構建為真空泵(52)。
11. 根據請求項1所述的裝置，其特徵在於，氣壓缸(131)、電動執行機構(132)或螺線管(133)用作線性致動器(13)。
12. 根據請求項11所述的裝置，其特徵在於，設有用於控制所述電動執行機構(132)或所述螺線管(133)的伸出和縮回的電控制單元(6)。
13. 根據請求項1、7至9、11至12中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述線性致動器(13)適用於所述吸嘴(12)的最大行程長度，所述最大行程長度為5mm至30mm，優選高達12mm。
14. 根據請求項1、7至9、11至12中任一項所述的裝置，其特徵在於，所述樞轉臂(11)具有用於限制導入的襯底(2)的移動或對所述襯底進行緊急對準的止擋部(17)。
15. 根據請求項14所述的裝置，其特徵在於，所述傳感器單元(15)包含至少兩個用於檢測所述襯底(2)的前沿(23) 的傳感器(151、152、...)。
16. 根據請求項1所述的裝置，其特徵在於，用於饋送所述襯底(2)的所述輸送軌道(3)由滾筒輸送機構成。
17. 根據請求項16所述的裝置，其特徵在於，在所述安放區域(32)中，所述滾筒輸送機的輸送軌道(3)在所述滾筒(33)上具有供所述樞轉臂(11)在所述滾筒輸送機的由所述滾筒(33)構成的輸送軌道(3)下方沉入的開口(34)。
18. 根據請求項1、16、17中任一項所述的裝置，其特徵在於，用於饋送所述襯底(2)的所述輸送軌道(3)由來自帶式輸送機、盒式輸送機、空氣噴嘴工作臺、空氣滑台或空氣滑軌的群組中的至少一個水平移動系統構成。