DE2511071C3 - Vorrichtung zum automatischen Ausrichten von Halbleiterscheiben - Google Patents
Vorrichtung zum automatischen Ausrichten von HalbleiterscheibenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum automatischen Ausrichten einer Halbleiterscheibe auf eine
gewünschte Position, wobei der Umfang der Halbleiterscheibe
einen runden Bogenabschnitt und einen Orientierungsabschnitt aufweist, der zwei Ecken an den
Schnittpunkten mit dem Bogenabschnitt besitzt, mit einer Auflageplatte für die Halbleiterscheibe, mit einem
Drehkopf auf der Auflageplatte, der die Halbleiterscheibe durch Umfangsberührung dreht und mit einem
Umfangsführungsglied. das die Halbleiterscheibe bei ihrer Drehung in eine bestimmte Position ebenfalls am
Umfang führt.
Be· der Herstellung von Festkörper-Bauelementen, beispielsweise Transistoren und integrierten Schaltungen,
auf einer einzigen Halbleiterscheibe durch ein mehrstufiges, photomechanisches Reproduktionsverfahren
ist es bei jedem der aufeinanderfolgenden Schritte der Photolackmaskenausrichtung und der
Herstellung erforderlich, daß die Scheibe an einer vorbestimmten Stelle; genau in einer vorgeschriebenen
Orientierungslage angeordnet wird. Im einzelnen wird auf der Oberfläche der Scheibe eine ohotoempfindliche
Schicht, die beispielsweise aus Photolack bestehen kann, aufgebracht, und die Scheibe wird dann an eine
Druckstation übertragen, wo die beschichtete Oberfläche durch eine Photomaske selektiv belichtet wird, um
eine Vielzahl von Diffusionsbereichen für Fremdatome zu bilden. Der Pholofiiaskefidruck wird bei Ausrichtung
der Photomaske gegenüber der Scheibe durchgeführt, das heißt nachdem die vorher unbestimmt orientierte
Scheibe auf eine gewünschte Position an einer vorbestimmten Lage auf einer Auflageplatte ausgerich-
tet ist. Um diese Ausrichtung der Scheibe vornehmen zu können, muß ein körperliches Unterscheidungsmerkmal
an dem Umfang der Scheibe ausgebildet werden, das als Bezugsmerkmal für die Ausrichtung dient. Beispielsweise
wird ein gerader oder ausgesparter Umfangsabschnitt ausgebildet, der von dem restlichen, runden
Umfangsabschnitt unterscheidbar ist Als Oberbegriff für diese Unterscheidungsmerkmale wird im folgenden
»Orientierungsabschnitt« verwendet.
Um die Wahrscheinlichkeit der Zerstörung der Halbleiterscheiben beim mechanischen Abtasten auf ein
Minimum herabzusetzen, ist es erwünscht, die Zahl der an dem Umfang der Scheibe angreifenden Führungsrollen
zu vermindern. Dazu ist eine Vorrichtung zum automatischen Ausrichten von Halbleiterscheiben bekannt,
bei der nur eine Führungsrolle und zwei gegenläufig drehbare Drehköpfe verwendet werden.
Wenn der Orientierungsschnitt der Scheibe in Kontakt
mit den beiden Drehköpfen gebracht wird, wird die Scheibe in der gewünschten Ausrichtung gegen eine
Drehung gehalten. Bei dieser Vorrichtung wirken die gegenläufigen Drehbewegungen der beiden Dreh^öpfe
gleichzeitig am Umfang der Scheibe, so daß die Scheibe immer vibriert und sich während der Ausrichtung in
einer unstabilen Position befindet. Zusätzlich zu der Schwingungsbewegung der Scheibe ist es aufgrund
eines Unterschiedes zwischen den Reibungskoeffizienten der beiden Drehköpfe gegenüber dem Umfang der
Scheibe und aufgrund von anderen Faktoren schwierig, die Orientierung und Lage der Scheibe mit großer
Genauigkeit und Zuverlässigkeit zu steuern.
Eine Vorrichtung der eingangs genannten Gattung ist aus der Druckschrift IBM Technical Disclosure Bulletin.
Band K.September 1971,Nr.4,Seite 1021,bekannt. Die
bekannte Vorrichtung ist dazu geeignet, eine Halbleiterscheibe auszurichten, an deren Umfang zwei sich von
dem übrigen Umfang unterscheidende Abschnitte vorhanden sind. Die bekannte Vorrichtung besitzt eine
Drehwelle und einen Seitenstopp, die mit dem Umfang der Halbleiterscheibe in Berührung stehen. Die Welle
dreht die Halbleiterscheibe, während sie vom Seitenstopp geführt wird. Dabei fällt die Drehwelle ir. eine
kleine Aussparung am Umfang der Halbleiterscheibe, während zugleich eine um 90° versetzte Orientierungsabflachung
am Umfang der Halbleiterscheibe die ebene Fläche des Seitenstopps berührt, so daß die Drehung
der Halbleiterscheibe anhält. Da die Vorrichtung nur ein Drehelement besitzt, das in die Aussparung dei
Halbleiterscheibe einfällt, ist das Anhalten der Halbleiterscheibe
an der gewünschten Position relativ stabil. Da jedoch die Drehwelle in Berührung mit der
Halbleiterscheibe bleibt, kann eine Vibration der Scheibe nicht vermieden werden. In einigen Fällen kann
sich auch die Aussparung von der Drehwelle aufgrund deren Drehkraft lösen.
Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung dieser bekannten Art so auszugestalten,
daß die Halbleiterscheibe nach Erreichen ihrer gewünschten Position und damit nach Beenden des
Ausrichtvorgangs stabil gehalten wird.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale des Kennzeichcnteils des Patentanspruchs I
gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.
Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung wird die stabile Lage der Halbleiterscheibe in ihrer gewünschten
Position dadurch erzielt, daß fiihe weitere Drehung der
Halbleiterscheibe nach Erreichen dieser gewünschten Position zwangsläufig zu einem Abheben von dem
Drehkopf als Antriebsquelle führt, so daß nicht nur eine
weitere Drehung ausgeschlossen ist, sondern praktisch auch keine Vibrationen oder dergleichen auf die
Halbleiterscheibe übertragen werden können.
Ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der Erfindung sieht in der Auflageplatte mehrere Durchgangsbohrungen
vor, die durch eine Pumpe und dafür vorgesehene Steuereinrichtungen zwischen Druck- und Vakuumbetrieb
umschaltbar sind. Der Führungsanschlag ist so aufgebaut, daß er eine flache Führungsfläche senkrecht
zu der Auflagefläche hat und neben dem Drehkopf auf der gegenüberliegenden Seite zu der Leerlaufrolle
angeordnet ist. Dadurch wird die Scheibe, während sie durch Anwendung von Luftdruck durch die Bohrungen
in der Auflageplatte leicht schwebend über der Auflagefläche gehalten wird, und während sie an ihrem
Umfang gleichzeitig in Anlage mit dem Drehkopf und der Leerlaufroüe gedrückt wird, durch die Reibungs-
2ü kraft zwischen dem Umfang der Sch..-be und dem
Drehkopf gedreht. Eine der beiden E.ken des Orientierungsschnitts schlägt sodann auf die flache
Fläche des Führungsanschlages an einem Punkt auf, vr>n dem aus sich die Ecke in gerader Richtung entlang der
2Ί Führungsfl? -he zu einem Punkt näher bei dem
Drehkopf bewegt, wo der Drehkopf keine erhebliche Drehbewegung mehr auf die Scheibe ausübt. Bei
Beendigung der Ausrichtung der Scheibe werden die Bohrungen von Druck auf Vakuum umgeschaltet, um
Hi die Scheibe in der gewünschten Orientierungsposition
an einer vorbestimmten Stelle mit hoher Genauigkeit und Zuverlässigkeit gegen eine Drehung zu halten.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung arbeitet mit einer Maskendruckeinrichtung zusammen, die einer Übertragungseinrichtung
zugeordnet ist. Die Übertragungseinrichtung ist in an sich bekannter Weise aufgebaut und
weist eine Nachschubeinrichtung für Halbleiterscheiben, eine drehbare Transporteinrichtung, beispielsweise
einen Bandförderer, und eine Schrittschalteinrichtung auf. wodurch unregelmäßig orientierte Scheiben automatisch
einzeln auf die Auflageplatte der erfindungsgemäßen Vorrichtung übertragen werden. Nachdem die
Auflageplatte die Scheibe aufgenommen hat, wird die Pumpe, die an die Bohrungen der Auflageplatte
angeschlossen ist, betätigt und führt durch die
Bohrungen Luft unter einem solchen Druck zu. daß die Scheibe leicht über der Auflagefläche schwebt. Die
Achsen der Bohrungen sind gegenüber der Auflagefläche so orientiert, daß die Scheibe in Anlage mit dem
■jo Drehkopf und der Leer'aufrolle gedrückt wird, wenn
nur der Orientierungsabschnitt außerhalb dem Teil des Bewegungsbereiches der Scheibe zwischen der Leerlaufrolle
i"-,d dem Drehkopf liegt, so daß der Bereich der Drehbewegung der Scheibe um ihre Achse definiert
Yi wird. Dadurch wird dui :h eine Drehung des Dre'ikopfes.
der durch einen Elektromotor mit einem geringen Antnebsdrehmoment angetrieben wird, die Scheibe
ruhig um ihre Achse gedreht, während die Scheibe gegen eine Schwingungsbewegung durch Anlage an der
bo Leerlaufrolle stabilisiert ist.
Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nun
anhand der Zeichnungen beschrieben. Es zeigt
Fig. 1 eine schematische Draufsicht auf ein Ausführungsbeispiel
der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum automatischen Ausrichten von Halbleiterscheiben;
Fig.2 einen schematischen Schnitt durch die erfindungsgemäße Vorrichtung der Linie X-X' von
Fig.l;
F i g. 3 und 4 ähnliche Darstellungen des Ausführungsbeispieles von Fig. I und 2, wobei Arbeitsprinzipien
verdeutlicht werden;
Fig,5 eine schematische Draufsicht auf ein anderes
Ausführungsbeispiel der Erfindung; und
Fig.6 eine zum Teil perspektivisches, zum Teil im
Schnitt gezeigte Darstellung der Vorrichtung von Fig.5, wobei der geschnittene Teil eine Anordnung
ähnlich wie die in F i g. 2 gezeigte Anordnung darstellt.
In Fi g. 1 ist ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel der
erfindungsgemäßen Vorrichtung zum selbsttätigen Ausrichten von Halbleiterscheiben gezeigt, wie sie in
einer Masken-Druckeinrichtung vorgesehen ist. Die Vorrichtung zum selbsttätigen Ausrichten der Halbleiterscheibe
weist eine Auflageplatte 1 mit einer glatten Auflagefläche zur Aufnahme und Halterung einer
Halbleiterscheibe auf. Die Auflageplatte 1 ist mit vier Füßen 101 (F \b. 2\ auf einpm Drehtisch montiert, der
durch eine an sich bekannte Schrittschalteinrichtung intermittierend gedreht wird, so daß die Auflageplatte 1
durch eine Folge von wenigstens einer Ausrichtstation für die Halbleiterscheibe und eine Maskendruckstation
transportiert wird. In der Druckstation wird die Scheibe durch ein optisches System, das zur Durchführung eines
Druckverfahrens durch Projektion des Bildmusters, durch Anordnung der Photomaske in der unmittelbaren
Nähe oder in Kontakt mit dem Substrat dient, m't einer
Photomaske ausgerichtet. Die folgende Erläuterung wird unter der Annahme gemacht, daß die Auflageplatte
1 in der Ausrichtstation ortsfest bleibt, d. h. daß die Drehung des Drehtisches angehalten wird.
Die Auflageplatte 1 hat einen Drehkopf 2, der auf der Auflagefläche angeordnet, gegenüber dieser drehbar
und fest auf einer Antriebswelle 201 montiert ist, die durch eine mechanische Verbindung, beispielsweise
einen Getriebezug, mit der Abtriebswelle eines Elektromotors 8 verbunden ist, der auf der Unterseite
der Auflageplatte 1 montiert ist Der Betrieb des Motors 8 wird durch eine an sich bekannte Steuereinrichtung
gesteuert, so daß der Drehkopf so lange gedreht wird, wie die Auflageplatte 1 sich in der Ausrichtstation
befindet. Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist besonders geeignet, eine Halbleiterscheibe auszurichten, die
an ihrem Umfang ein Unterscheidungsmerkmal hat. so daß ein Orientierungsschnitt an dem Umfang zur
Unterscheidung gegenüber dem restlichen, runden Umfangsabschnitt ausgebildet wird, und eine Größe von
50 ± 2 mm bis 76 ± 2 mm im Durchmesser hat. In diesem Fall wird der Drehkopf 2 mit einer Drehzahl von
100 U/min angetrieben. Unter Abstand zu dem Drehkopf 2 ist als Umfangsführungsglied eine Leerlaufrolle 3
zur Führung des Außenumfangs der Scheibe drehbar auf einer Welle 301 montiert, die fest auf der
Auflageplatte 1 angeordnet ist. Eine Scheibe, die auf der
Auflagefläche liegt, wird an ihrem Außenumfang in Anlage mit dem Drehkopf 2 und der Leerlaufrolle 3
gebracht, so daß der Drehkopf 2 und die Leerlaufrolle 3 am Umfang eines Kreises, dessen Durchmesser gleich
dem Durchmesser der Scheibe ist, und dessen Mitte an einem vorbestimmten Lokalisierungspunkt liegt, und go
unter einem solchen Abstand voneinander angeordnet sind, der kleiner als der minimale Durchmesser der
Scheibe ist Experimentell wurde gefunden, daß der wirkungsvollste Abstand zwischen dem Drehkopf 2 und
der LeerJaufrolle 3 gleich dem Abstand ist, der einem
Winkel von etwa 120° entspricht Wenn der Abstand gegenüber diesem Wert vergrößert wird, wird die von
dem Drehkopf 2 und der Leerlaufrolle 3 auf die Scheibe ausgeübte Keilkraft stark erhöht. Mit anderen Worten
erfährt die Scheibe eine stark ansteigendd Reaktionskraft von dem Drehkopf 2 und der Leerlaufrolle 3, so
daß die Wahrscheinlichkeit, daß die Scheibe zerstört
wird, erheblich vergrößert wird. Umgekehrt bewirkt eine Verkleinerung des genannten Abstandes eine
Herabsetzung der Stabilisierung der Scheibe gegen eine
Schwingungsbewegung urn die Leerlaufrolle 3, während sie gedreht wird. Der Abstand zwischen dem Drehkopf
2 und der Leerlaufrölle 3 ist bei der Erfindung jedoch
nicht auf einen speziellen Wert festgelegt. Die Größe des Abstandes wird daher auf einen Bereich zwischen
dem minimalen Durchmesser der Scheibe und einem solchen Abstand begrenzt, der lang genug ist, um den
Bewegungsbereich der Scheibe bei ihrer Drehung genau zu definieren. Mit anderen Worten kann ein
verhältnismäßig größerer Abstand zum Ausricbn
ι groucrcr mccuäniscner i
cScigrCcii unu
ein verhältnismäßig kleinerer Abstand bei einem Drehkopf verwendet werden, der mit einer geringen
Drehzahl angetrieben wird, ohne daß der genannte Nachteil auftritt.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung weist ferner einen Führungsanschlag 4 mit einer flachen Führungsfläche 401 auf, der zur Führung eines Gegenstandes in
einer linearen Richtung dient und neben dem Drehkopf 2 auf des gegenüberliegenden Seite von der Leerlaufrolle
3 angeordnet ist. Der Führungsanschlag ist so orientiert, daß die Führungsfläche 401 die Verbindungslinie
zwischen Drehkopf 2 und LepWa'ifrolle 3 unter
einem Winkel von etwa 130° schneidet Die Führungsfläche liegt außerhalb des oben genannten Kreises und
so dicht bei dem Kreis, daß eine der beiden Ecken auf die Führungsfläche an einem Punkt auftreffen kann,
während die Scheibe um ihre Achse in einer Richtung von dem Drehkopf 2 zu der Leerlaufrolle 3 gedreht
wird. Mit anderen Worten ist die Führungsfläche 401 von einer Tangente an den genannten Kreis an einem
Punkt, an dem der Umfang der Scheibe an dem Umfang des Drehkopfes 2 angreift, um einen vorbestimmten
Abstand Δ C nach außen versetzt Es hat sich experimentell gezeigt, daß der Abstand Δ C vorzugsweise
kleiner als 0,05 mm ist oder im Bereich von ÖS Δ
< 0,05 mm liegt damit die Vorrichtung zum Ausrichten der Halbleiterscheiben in die Lage versetzt
wird, viele verschiedene Scheiben unterschiedlicher Größe, die gewöhnlich auftreten, in vorgewählte,
aufeinander bezogene Positionen auszurichten. Eine Vergrößerung in dem Abstand Δ Cüber 0,05 mm hinaus
macht es schwieriger, eine Beziehung zwischen dei sich
ergebenden Ausrichtposition zu erreichen, wenn die Scheibengröße variiert wird. Dadurch wird wiederum
die Gleichförmigkeit und Zuverlässigkeit der Endprodukte herabgesetzt Solange die auszurichtenden
Scheiben eine bestimmte Größe haben, kann jedoch der Abstand Δ C einen in Grenzen beliebigen Wert haben,
der von der jeweiligen Scheibengröße abhängt Es muß nur dafür gesorgt sein, daß die Ecke in Kontakt mit der
Führungsfläche gebracht werden kann, während die Scheibe in Anlage mit dem Drehkopf 2 und der
Leerlaufrolle 3 gedreht wird.
Um die Ausrichtung zu erleichtern, sind mehrere Bohrungen 6 durch die Auflageplatte 1 gebohrt, um
einen Druck oder ein Vakuum an die Halbleiterscheibe anzulegen, die auf der Auflagefläche aufgenommen und
gehalten ist Die öffnungen der Bohrungen auf der Auflagefläche sind in zwei Linien angeordnet die
jeweils einen Winkel von etwa 30° mit der Führunesflä-
ehe 401 des FühningSanschlages 4 einschließen. Die
Achsen der Bohrungen 6 sind so orientiert, daß sie einen Winkel von etwa 60° gegenüber der Auflagefläche
(Fig.2) in jeder der Ebenen bilden die die jeweilige
Linie der Bohrungsöffnungen enthalten und senkrecht zu der Auflagefläche stehen, so daß, wenn Gas aus den
Botinnen 6 mit einem genügenden Drück austritt, um
die Scheibe leicht anzuheben bzw. schwebend zu tragen, die Scheibe an ihrem Umfang in Anlage mit wenigstens
zwei von den drei Teilen, nämlich dem Drehkopf 2. der ισ
Leerlaufrolle 3 und dem Führungsanschlag 4, verschoben wird. Es hai sich experimentell herausgestellt, daß
diese Anordnung oder Orientierung der Bohrungen 6 für die Ausrichtung der Scheibe sehr wirkungsvoll ist,
während gleichzeitig eine gute Balance der Scheibe bei Is der Drehbewegung in die gewünschte Ausrichtungsposition
beibehalten wird, und die am Ende eingenommene Aüsricht«"" υ"«! Δϊ>θΓ»Γΐ»Γ·'τ der Scheibe nv* h^h^r
Genauigkeit und Zuverlässigkeit gesteuert werden kann. Alle Bohrungen 6 sind auf eine Ausnehmung 601
ausgerichtet, die in einer Grundplatte 102 ausgebildet ist, die luftdicht auf der Unterseite der Auflageplatte 1
montiert ist. Die Ausnehmung 601 ist mit einer Pumpe (nicht gezeigt) durch einen Anschluß 602 verbunden, so
daß sie zwischen Druck- und Vakuumbeaufschlagung umgeschaltet werden kann. Der Betrieb der Pumpe zum
Anlegen eines Vakuums oder von Druck wird durch eine nicht gezeigte Steuereinrichtung synchron mit dem
Betrieb des Drehtisches gesteuert Die Steuereinrichtung Jr diese Betriebsweise kann in an sich bekannter
Weise aufgebaut sein. Die Pumpe liefert, während des gesamten Ausrichtvorganges eine kleine Luftströmung
durch den Anschluß 602 und die Ausnehmung 601 an die Bohrungen 6. Nach einem vorbestimmten Zeitintervall
nach dem Beginn des Ausrichtvorganges oder, nachdem die Scheibe in die gewünschte Position ausgerichtet ist,
wird die Pumpe von Druck- auf Vakuumbetrieb umgeschaltet, um die Scheibe in der am Ende
eingestellten, ausgerichteten Position an der vorbestimmten Stelle zu halten. Bei der Ausführungsform, bei
der die gegenüber der Senkrechten auf der Auflagefläche geneigten Bohrungen vorgesehen sind, ist es
bevorzugt, die Auflageplatte 1 mit der Auflagefläche gegenüber der Horizontalen um etwa 1° geneigt
anzuordnen, da der Drehkopf 2, die Leerlaufrolle 3 und
der Führungsanschlag 4 nach unten verschoben sind. In diesem Fall kann als Alternative eine Auflageplatte mit
mehreren Bohrungen 6 verwendet werden, von denen eineige senkrecht zu der Auflagefläche stehen. Wenn
die Auflageplatte 1 mehrere Bohrungen 6 aufweist, die so alle senkrecht zu der Auflagefläche stehen, muß die
Auflagefläche gegenüber der Horizontalen in einer Ebene senkrecht zu der Auflagefläche und parallel zu
den Linien, auf denen die öffnungen der Bohrungen 6 liegen, geneigt sein, so daß die zur Auflagefläche
parallele Komponente der Schwerkraft an der schwebend gelagerten Scheibe zu dem Mittelpunkt zwischen
dem Drehkopf 2 und der Leerlaufrolle 3 nahezu gleich der Kraftkomponente ist, die von der Luftströmung aus
den Bohrungen 6 auf die Scheibe ausgeübt wird, die parallel zu der Auflagefläche ist (s. Fig.2). In den
Figuren sind die Bohrungen 6 in einer regelmäßigen Anordnung in der Auflageplatte dargestellt. Die
Anordnung der Bohrungen ist jedoch nicht auf diese gezeigte Anordnung beschränkt Beispielsweise können
alle Bohrungen 6 unregelmäßig angeordnet sein. Obwohl diese in den Figuren nicht gezeigt ist, ist eine
Übertragungseinrichtung in der Masken-Druckeinrichtung vorgesehen, die mit der Ausrichtvorrichtung
zusammenwirkt, wenn diese in die \usrichtstation der
Druckeinrichtung eintritt. Dadurch werden die unregelmäßig orientierten Scheiben selbsttätig und einzeln von
dem Scheibenträger, beispielsweise der Scheiben-Zufuhreinrichtung, über Schrittschalteinrichtungen und
TransporleiririchtUrigen, beispielsweise Band- und Luftförderer,
an die Auflageplatte i der Vorrichtung zur Ausrichtung der Scheiben in einer Richtung parallel zu
der durch die öffnungen der Bohrungen 6 gebildeten Linie übertragen, die im folgenden alj Richtung A
bezeichnet wird. Statt der Verwendung einer Übertragungseinrichtung kann jede Scheibe von Hand auf die
Auflageplatte 1 von der Richtung A her aufgelegt werden.
Die Arbeitsweise der Ausrichtvorrichtung nach den F i g. 1 und 2 wird als nächstes unter Bezugnahme auf die
F i g. 3 und 4 beschrieben. Wenn die Ausrichtvorrichtung in die ^usrichtstation der Druckeinrichtung
eintritt, wird der Motor 8 erregt und die Pumpe betätigt, so daß sie Gas 7, beispielsweise Luft, durch die
Bohrungen 6 an die Auflagefläche führt. Eine Scheibe 5, die anfänglich in der in Fig.3 gezeigten Weise
orientiert ist, wird dann durch die selbsttätige Scheibenübertragungseinrichtung in der Richtung A auf
die Auflagefläche gelegt. Durch das Gas wird die Scheibe in einem Abstand von 0,1 bis 0,2 mm schwebend
über der Auflagefläche gehalten, um die Reibungskraft zwischen der Scheibe 5 und der Auflageplatte 1 im
wesentlichen auf Null zu reduzieren. Da die Schubkraft der Gasströmung, die aus den Bohrungen 6 hervortritt,
eine Komponente in der Richtung A hat, wird die Scheibe in der Richtung A bewegt, bis sie sowohl an dem
Drehkopf 2, als auch an der Leerlaufrolle 3 anstößt. Da der Drehkopf 2 von dem Motor 8 im Gegenuhrzeigersinn
gedreht wird, wird die Scheibe um ihre Achse gedreht, die durch die Mitte eines Kreises verläuft, der
durch den kreisförmigen Umfangsabschnitt 5Λ definiert wird. Aufgrund der Reibungskraft zwischen der Scheibe
5 und dem Drehkopf 2 erfolgt die Drehung der Scheibe im Uhrzeigersinn. Da keine Reibungskraft zwischen der
Auflageplatte 1 und der Scheibe 5 vorhanden ist, beginnt sich die Scheibe 5 gleichförmig und ruhig zu drehen. Die
Umfangsgeschwindigkeit der Scheibe 5 erreicht in einer kurzen Zeit einen Wert, der nahezu gleich der
Umfangsgeschwindigkeit des Drehkopfes 2 ist. Ferner wird die Scheibe 5 stabil zwischen dem Drehkopf 2 und
der Leerlaufrolle 3 abgestützt, so daß keine Schwingungsbewegung an der Scheibe 5 erzeugt wird.
Während die Scheibe 5 gedreht wird, erreicht der geradlinige Umfangsabschnitt 5ß oder Orientierungsschnitt
den Drehkopf 2, so daß die Mitte der Scheibe 5 sich langsam in der Richtung A verschiebt Von diesem
Moment an wird die Drehung des Drehkopfes 2 über den geradlinigen Umfangsabschnitt 5B auf die Scheibe 5
übertragen. Wenn die Verschiebung der Scheibenmitte einen Wert erreicht, der von dem Abstand Δ C, der
Scheibengröße und der Form des Orientierungsschnitts und seiner Größe abhängt, schlägt die rechte Ecke 5ß'
die an dem Schnittpunkt zwischen den Abschnitten 5Λ und 55 ausgebildet ist, auf einen Punkt der Führungsfläche
401 des Führungsanschlages 4 auf. Bei diesem Stadium der Drehung der Scheibe 5 bleibt die Anlage
des geradlinigen Umfangsabschnittes SB an dem Drehkopf 2 erhalten, so daß die Scheibe 5 weiter im
Uhrzeigersinn gedreht wird, während die Ecke 5B' entlang der Führungsfläche 401 geradlinig zu einem
Punkt gleitet, wo der Drehkopf 2 keine erhebliche
Drehbewegung mehr auf die Scheibe überträgt, da die zur Abstützung der Scheibe 5 erforderliche Kraft auf die
Leerlaufrolle 3 und den Führungsanschlag 4 jedoch nicht auf den Drehkopf 2 wirkt. Mit anderen Worten
wird der Abschnitt 55 der Scheibe 5 außer Kontakt mit dem Umfang des Drehkopfes 2 genommen. Zu diesem
Zeitpunkt nimmt die Scheibe 5 die gewünschte Orientierungsposilion an einer vorbestimmten Lage ein,
bei der die Scheibe 5 gegen eine Restdf ehüfig stabilisiert
ist, weil die Anlage des runden Ürfifangsabschnittes 5Λ
und der Ecke 5ß'der Scheibe 5 mit der Leerlaufrolle 3 bzw. dem Führungsanschlag 4 zu einer keilartigen Kraft
oder Keilwirkung auf die Scheibe 5 führt. Die Position und Lage der abschließend ausgerichteten Scheibe 5
kann je nach den Bedingungen für die Ausrichtung mit der Photomaske in der Druckeinrichtung dadurch
eingerichtet werden, daß man die Anordnung des Drehkopfes 2, der Leerlaufrolle 3 und des Führungsanschlages
4 variiert. Nach einer Zeitdauer von 8 Sekunden bei einer Scheibe mit einem Durchmesser von
etwa 5 cm oder nach einer Zeitdauer von 12 Sekunden bei einer Scheibe mit einem Durchmesser von etwa
7,5 cm, wobei die Zeitdauer vom Auflegen der Scheibe 5 auf die Auflageplatte 1 gerechnet wird, wird der
Anschluß 602 von Druck- auf Vakuumbetrieb umgeschaltet, so daß die Scheibe 5 fest auf der Auflageplatte 1
gehalten wird. Die genannte Zeitdauer hängt von der Umfangsform der Scheibe 5 und der Drehzahl des
Drehkopfes 2 ab und wird genügend lang gewählt, damit bei einer vorgegebenen Drehzahl des Drehkopfes 2 die
Ausrichtvorrichtung eine Scheibe, die in einer beliebigen Orientierungsposition aufgelegt worden ist, auf eine
vorbestimmte Orientierungsposition ausrichten kann. Wie bereits erwähnt wurde, bewirkt die Neigung der
Auflageplatte 1 gegenüber der Horizontalen um einen Winkel von etwa 1° eine nach unten gerichtete
Gleitbewegung der Scheibe 5, so daß sie stetig in Anlage mit dem Führungsanschlag 4 und der Leerlaufrolle 3
gehalten wird. Dabei wird sichergestellt, daß die Orientierungsposition und -lage der Scheibe 5, die sich
ergeben, wenn die Scheibe 5 schwebend gehalten wird, nach der Ablage der Scheibe auf der Auflagefläche
durch die Anwendung von Vakuum erhalten bleibt. Nachdem die Scheibe 5 in die gewünschte Position
•ausgerichtet worden ist, wird die Auflageplatte 1 mit der darauf befindlichen Scheibe 5 in die nächste Station
übertragen, während der Drehtisch betätigt wird. Andernfalls kann die Scheibe 5 allein durch eine
Transporteinrichtung mit Preßluft-Spanneinrichtungen
in die nächste Station übertragen werden, während die Örientierungsposition beibehalten wird.
Die vorhergehende Beschreibung der Betriebsweise der Ausrichtvorrichtung wurde in Zusammenhang mit
einer speziellen Ausführungsform vorgenommen, bei der die Achsen der Bohrungen 6 gegen die Senkrechte
auf der Auflagefläche der Auflageplatte 1 geneigt sind. Das Arbeitsprinzip ist jedoch bei einer anderen
Ausrichtvorrichtung dasselbe, bei dem die Bohrungen 6 senkrecht zu der Auflagefläche gebohrt sind, wobei
jedoch die Auflagefläche gegenüber der Horizontalen um einen größeren Winkel von etwa 2° geneigt ist.
Lediglich die Art der Kraft, die die Scheibe in Anlage mit wenigstens zwei der folgenden Elemente dem
Führungsanschlag 4, dem Drehkopf 2 und der Leerlaufroüe 3 bewegt, ist bei den Ausführungsbeispielen
unterschiedlich und ist in einem Beispiel der Druck der Gasströmung, die aus den Bohrungen 6 abgegeben
wird, und bei dem anderen Ausführungsbeispiel die Schwerkraft
Die Erfindung wurde oben in Zusammenhang mit einem schematischen: Ausführungsbeispiel beschrieben,
das in verschiedenen Arten abgewandelt werden kann.
Beispielsweise ist es möglich, statt einer Rolle als Leerlaufrolle 3 einen Stift zu verwenden, der fest auf der
Auflageplatte montiert ist Die Leerlaufrolle 3 kann die
Form eines umgekehrten Konus oder eines Zylinders haben. Im Falle einisr Leerlauffolie 3 in Form eines
umgekehrten Konus wird die Scheibe 5 daran gehindert, sich in unerwünschter Weise nach oben und auch seitlich
zu verschieben. Selbstverständlich kann der Winkel des Konus einen beliebigen Wert haben.
Auch kann der Drehkopf 2 entweder die Form eines Zylinders oder die Form eines umgekehrten Konus
haben. Der Drehkopf 2, der die Form eines umgekehrten Konus hat, begrenzt die Verschiebungen der
Scheibe 5 nach oben und seitwärts. Ferner kann der Drehkopf 2 durch ein Endlosband ersetzt werden, das
auf zwei Rollen läuft In diesem Fall liegt eine der beiden Leitrollen an der Stelle des Drehkopfes 2, und ein
Endlosriemen ist so über diese Rolle gelegt, daß er normalerweise mit dem Umfang der Scheibe in Kontakt
steht. Die andere Rolle kann durch einen Elektromotor 8 gedreht werden, dessen Abtriebswelle unter Abstand
zu der Welle der erstgenannten Rolle liegt Die Scheibe wird dann in Anlage mit dem Band oder Riemen
gedreht.
Die F i g. 5 und 6 zeigen ein anderes Ausführungsbei-
M spiel der Erfindung, bei dem die Teile, die Teilen in den
Fig. 1 und 2 entsprechen, dieselben Bezugszeichen haben. Durch eine Düse 9 wird die Scheibe 5, die gerade
ausgerichtet wird, rückwärts gedreht Die Düse 9 ist in der Ausrichtstation der Masken-Druckeinrichtung angeordnet
und wird ortsfest von einem starren Teil getragen, der sich von dem Rahmen der Druckeinrichtung
weg erstreckt Die Düse kann auch drehbar auf dem Rahmen an einer Welle gelagert sein, die senkrecht
zu der Auflagelfäche der Auflageplatte 1 steht Die Düse
W 9 ist so ausgerichtet, daß die Strömungsrichtung des aus
ihrer Öffnung austretenden Gasstrahlers C einen Winkel von 30 bis 45° gegenüber der Auflagefläche der
Platte 1 einschließt und daß der Düsenstrahl Cnahe bei deren Außenumfang auf die Scheibe 5 gerichtet wird,
*s die in Anlage mit dem Drehkopf 2, der Leerlaufrclle 3
und dem Führungsanschlag 4 im Uhrzeigersinn gedreht wird. Der Druck des Gasstrahles C, der auf die Scheibe 5
gerichtet wird, wird so gesteuert, daß die Scheibe 5 im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkelbetrag von 30 bis
40° gedreht wird, obwohl der Drehkopf 2 versucht, die Scheibe 5 im Uhrzeigersinn zu drehen. Die Düse 9 ist
mit einer nicht gezeigter, Purrspeneir.richtung über eine
Leitung 901 verbunden. Die Betätigung und der Betrieb der Pumpeneinrichtung wird durch eine an sich
bekannte Steuereinrichtung so gesteuert daß etwa in der Mitte des Zeitintervalles, während dem die
Ausrichtung der Scheibe 5 durchgeführt wird (dieses Zeitintervall wird in Abhängigkeit von der Drehzahl des
Drehkopfes 2 und anderen Faktoren so ausgewählt daß die Zeit ausreicht um die Scheibe auf eine vorbestimmte
Örientierungsposition auszurichten, die in einer beliebigen Orientierungslage zugeführt worden ist), die Düse 9
einen Gasstrahl, beispielsweise einen Luftstrahl, während einer Zeitdauer von etwa 0,5 bis 1 Sekunden (kurz
rvall nicht
genug, um das erwähnte Zeitinterv
überschreiten, das mir Durchführung der gesamten Ausrichtung erforderlich ist) synchron mit dem Betrieb der Druckeinrichtunfi'abgeben kann.
überschreiten, das mir Durchführung der gesamten Ausrichtung erforderlich ist) synchron mit dem Betrieb der Druckeinrichtunfi'abgeben kann.
Wenn eine Scheibe 5 auf die Auflageplatte 1 aufgegeben wird und anfänglich eine Orientierungspositili.
ι annimmt, wie sie in Fig.5 gezeigt ist, wobei die
Ecke 5ß'in den Bereich zwischen einem Punkt auf der Führungsfläche 401, an dem die Scheibe 5 die
gewünschte Örientierungsposition annimmt, und einem Punkt in dem Raum zwischen dem Drehkopf 2 und der
Kante 401' der Führungsfläche 401 fällt, an dem der Drehkopf 2 in Kontakt mit oder außer Kontakt von dem
geradlinigen Umfangsabschnitt 5ß der Scheibe 5 gebracht wird, wird die Scheibe nicht in die gewünschte
Position gedreht, weil die Scheibe 5 nicht mit dem Drehkopf 2 in Anlage kommt Diese Lage der Scheibe,
die mit einer Wahrscheinlichkeit von einer aus 200 bis 300 Scheiben auftritt, wird als Totpunktlage bezeichnet.
Bei den Ausrichtvorrichtungen nach den Fig. 5 und 6 wird diese Lage dadurch überwunden, daß die genannte
Gasversorgungseinrichtung betätigt wird, die mit der Düse 9 verbunden ist. Wenn ein Gasstrahl C auf die
Scheibe 5 gerichtet wird, wird sie im Gegenuhrzeigersinn um einen Winkelbetrag von 30 bis 40° um ihre
Achse gedreht, so daß sie aus der Totpunktlage herauskommt. Danach wird die Düse 9 abgeschaltet, so
daß sie keinen Strahl mehr abgibt. Der nachfolgende Teil des Ausrichtungsvorganges geht in ähnlicher Weise
vonstatten, wie oben in Verbindung mit den F i g. 3 und 4 gezeigt wurde.
In einer Folge von Ausrichtvorgängen werden beliebig orientierte Scheiben einzeln auf die Auflageplatte
1 zugeführt, von denen einige in Grientierungspositionen aufgegeben werden, wie in F i g. 3 und 4 gezeigt
ist. Selbst in diesen Fällen können die Scheiben ausgerichtet werden. Dazu wird bei der Vorrichtung
nach den F i g. 5 und 6 die Düse 9 betätigt, so daß die Scheibe im Gegenuhrzeigersinn um einen vorbestimmten
Winkelbetrag gedreht wird. Das Zeitintervall, das zur Durchführung der gesamten Ausrichtung erforderlich
ist, ist jedoch so kurz, daß die Verzögerung, die durch die Rückwärtsdrehung jeder Scheibe durch den
Düsenstrahl eintritt, den gesamten Durchsatz der Druckeinrichtung für Halbleiterscheiben nicht erheblich
verlangsamt.
Obwohl bei dem Ausführungsbeispiel in den F i g. 5 und 6 eine Düse 9 beschrieben und gezeigt wurde, die
oberhalb der Auflageplatte 1 angeordnet ist, kann diese Düse auch durch eine Bohrung in der Auflageplatte 1
ersetzt werden, die eine ähnliche Funktion wie die Düse 9 übernimmt. In diesem Fall muß die Düsenboh "ung ad
einem solchen Punkt angeordnet sein, daß sie auf die
Scheibe 5 in der Nähe von deren Umfang gerichtet ist, wenn die Scheibe an dem Drehkopf 2, der Leerlaufrolle
3 und dem Führungsanschlag 4 anliegt. Die Richtung der Düsenbohrung muß so sein, daß die Scheibe 5 bei
Abgabe einer Gasströmung im Gegenuhrzeigersinn gedreht wird, obwohl der Drehkopf 2 versucht, die
Scheibe 5 im Uhrzeigersinn zu drehen. Eine andere Abwandlung kann dadurch erfolgen, daß die Leerlaufrolle
3 eine ähnliche Funktion wie die Düse 9 übernimmt. Zu diesem Zweck kann ein zusätzlicher
Motor verwendet werden, der mit der Leerlaufrolle 3 über eine geeignete Steuereinrichtung verbunden ist.
Dadurch kann die Leerlaufrolle 3 mit entgegengesetzter Richtung zu dem Drehkopf 2, das heißt in diesem Fall im
Uhrzeigersinn, in einer solchen zeitlichen Abfolge gedreht werden, die der Betätigung und dem Betrieb der
Düse 9 gleicht. Solch eine Steuereinrichtung kann in an sich bekannter Weise aufgebaut sein. Statt der
Verwendung eines zusätzlichen Motors kann auch der Motor 8 für den Drehkopf 2 verwendet werden, um über
eine geeignete Nockensteuerung mit der Leerlaufrolle 3 zusammenzuwirken. In beiden Fällen wirken die
Leerlaufrollen 3, wenn sie nicht betätigt werden, wie ein Zapfen.
Obwohl die obenerwähnten Ausführungsbeispiele der Erfindung dazu geeignet sind. Scheiben auszurichten,
die einen Orientierungsschnitt haben, kann die Erfindung auch auf die Ausrichtung von Scheiben abgestimmt
werden, die eine Orientierungskerbe haben. In diesem Fall muß die Lage des Drehkopfes 2 gegenüber
der in den F i g. 1 oder 5 gezeigten Lage je nach dem Maß der Krümmung des ausgeschnittenen Abschnittes
geändert werden. Ferner muß der Drehkopf 2 kleiner als die Länge der öffnung des ausgeschnittenen
Abschnittes gemacht werden, damit der Drehkopf kontinuierlich über der gesamten Länge des ausgeschnittenen
Abschnittes abrollen kann.
Hierzu 2 Blatt Zeichnungen
Claims (9)
1. Vorrichtung zum automatischen Ausrichten einer Halbleiterscheibe auf eine gewünschte Position,
wobei der Umfang der Halbleiterscheibe einen runden Bogenabschnitt und einen Orientierungsabschnitt
aufweist, der zwei Ecken an den Schnittpunkten mit dem Bogenabschnitt besitzt, mit einer
Auflageplatte für die Halbleiterscheibe, mit einem Drehkopf auf der Auflageplatte, der die Halbleiterscheibe
durch Umfangsberührung dreht und mit einem Umfangsführungsglied, das die Halbleiterscheibe
bei ihrer Drehung in eine bestimmte Position ebenfalls am Umfang führt, dadurch gekennzeichnet,
daß ein Führungsanschlag (4) mit einer Fühmngsfläche (401) zum Führen einer der Ecken
(SB') im Umfang der Halbleiterscheibe (5) auf der Auflageplatte (1) auf der dem Umfangsführungsglied
(3) entgegengesetzten Seite des Drehkopfes (2) angeordnet ist, so daß die Ecke während der
Drehung der Rsibleiterscheibe durch den Drehkopf
auf die Führungsfläche stößt und bei der Weiterdrehung der Halbleiterscheibe entlang dieser Führungsfläche
bis zu einem Punkt geführt wird, an dem die Halbleiterscheibe im wesentlichen außer Berührung
mit dem Drehkopf gelangt, und durch eine Einrichtung (6), die die Halbleiterscheibe an ihrem
Außenumfang in Anlage mit wenigstens zwei der folgenden drei Teile, dem Drekepf, dem Umfangsführungsglied
und dem Führungsanschlag, bewegt.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Einnchtung (9), mittels derer die
Halbleiterscheibe (5) in entgegengesetzter Richtung zu der vom Drehkopf (2) ausgeübten Drehbewegung
drehbar ist, wobei diese Einrichtung während einer kurzen Zeitdauer innerhalb eines bestimmten
Zeitintervalls nach dem Beginn des Ausrichtvorgangs anschaltbar ist, um vorübergehend eine
Rückwärtsdrehung der Halbleiterscheibe hervorzurufen.
3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die eine Rückwärtsdrehung der Halbleiterscheibe (5) bewirkende Einrichtung eine
Düse (9) aufweist, die oberhalb der Auflageplatte (1) derart angeordnet und mit einer Gaszufuhreinrichtung
(901) verbunden ist. daß ein die Düse verlassender Druckgasstrahl in die Nähe des
Umfangs der Halbleiterscheibe richtbar ist.
4. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet,
daß die die Rückwärtsdrehung der Halbleiterscheibe (5) bewirkende Einrichtung eine
Antriebseinrichtung umfaßt, die mit dem Umfangsführungsglied (3) verbunden ist und dieses während
der kurzen Zeitdauer in einer die Rückwärtsdrehung der Halbleiterscheibe veranlassenden Weise antreibt.
5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche I bis 4 gekennzeichnet durch eine Vielzahl von
Bohrungen (6), die durch die Auflageplatte (1) verlaufen und mit einer zwischen Druck- und
Vakuurnbetrieb umschaiibaren Pumpe verbunden sind, derart, daß die Halbleiterscheibe (5) während
des Ausrichtvorgangs schwebend über der Auflageplatte haltbar und nach Beendigung des Ausrichtvorgangs
in der gewünschten Position an der Auflagefläche der Auflageplatte fixierbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet,
daß wenigstens ein Teil der Bohrungen (6)
gegenüber der Auflagefläche so orientiert ist, daß die zur Auflagefläche parallele Komponente der
Kraft, die von dem unter Druck stehenden, aus den Bohrungen austretenden Gas auf die Halbleiterscheibe
(5) ausgeübt wird, den Umfang der Halbleiterscheibe; in Anlage mit wenigstens zwei der
folgenden drei Teile, nämlich dem Drehkopf (2), dem Umfangsführungsglied (3) und dem Führungsanschlag
(4), bewegt
7. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß diie Bohrungen (6) senkrecht zur
Auflagefläche durch die Auflageplatte (1) verlaufen und daß die Auflagefläche gegenüber einer horizontalen
Ebene derart geneigt ist, daß die zur Auflagefläche parallele Komponente der Schwerkraft
den Umlang der schwebend gelagerten Halbleiterscheibe (5) in Anlage mit wenigstens zwei
der folgenden drei Teile, nämlich dem Drehkopf (2), dem Umfangsführungsglied (3) und dem Führungsanschlag
(4) bewe:gt-
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche ! bis 7, dadurch gekenn2:eichnet, daß der Drehkopf (2) und
das Umfangsführungsglied (3) um einen Winkel von etwa 120° gegeneinander versetzt sind.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die in der Ebene der
Auflagefläche der Auflageplatte (1) von der Führungsfläche (401) des Führungsanschlags (4) festgelegte
Gerade die Verlängerung der Verbindungslinie zwischen dem Drehkopf (2) und dem Umfangsführungsglied
(3) im derselben Ebene unter einem Winkel von etwa 130° schneidet.
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