NL2008934C2

NL2008934C2 - Positioneerinrichting voor een waferchuck.

Info

Publication number: NL2008934C2
Application number: NL2008934A
Authority: NL
Inventors: Dick Laro; Leonardus Cornelis Maria Sanders; Elwin Boots
Original assignee: Mi Partners B V
Priority date: 2012-06-04
Filing date: 2012-06-04
Publication date: 2013-12-05

Description

Positioneerinrichting voor een waferchuck BESCHRIJVING: 5

Gebied van de uitvinding

De uitvinding heeft betrekking op een positioneerinrichting voor een waferchuck, omvattende: 10 - een basis, een op de basis aanwezige ondersteuning, een op de ondersteuning aanwezige behuizing waarin onderdruk heerst en die is voorzien van een bodem, een in de behuizing over de bodem verplaatsbare waferchuck voorzien van 15 permanente magneten, en onder de bodem aanwezige positioneermiddelen voor het positioneren van de waferchuck, welke positioneermiddelen spoelen omvatten.

Stand van de techniek 20

Een dergelijke positioneerinrichting is bekend uit JP 2-262091 A. Doordat bij deze bekende positioneerinrichting de waferchuck in een van de positioneermiddelen afgescheiden vacuüm ruimte aanwezig is, kan geen vervuiling van de waferchuck optreden die het gevolg is van de positioneerinrichting.

25

Samenvatting van de uitvinding

Een doel van de uitvinding is het verschaffen van een positioneerinrichting van de in de aanhef omschreven soort met verbeterde 30 positioneermiddelen. Hiertoe is de positioneerinrichting volgens de uitvinding gekenmerkt, doordat: de positioneermiddelen ten minste zes actuatoren omvatten om de waferchuck in met zes vrijheidsgraden overeenkomende richtingen te positioneren, waarbij van de actuatoren drie verticale actuatoren de waferchuck positioneren in verticale 2 richting en om twee haaks op elkaar staande horizontale assen, en drie horizontale actuatoren de waferchuck positioneren in twee haaks op elkaar staande horizontale richtingen en om de verticale as, welke verticale actuatoren elk zwaartekrachtcompensatiemiddelen omvatten die 5 een schijfvormige ronde permanente magneet omvatten, alsmede een deels daaromheen en deels daarboven aanwezige spoel, waarbij de onderzijde van de spoel op een niveau aanwezig is tussen de onder- en bovenzijde van de schijfvormige magneet en waarbij de binnendiameter van de spoel groter is dan de buitendiameter van de schijfvormige magneet, 10 - waarbij in de waferchuck boven de spoel een ringvormige permanente magneet aanwezig is met een opening in het midden, waarbij: de buitendiameter van de ringvormige magneet groter is dan de binnendiameter van de spoel en kleiner is dan de buitendiameter van de spoel, en 15 - de binnendiameter van de ringvormige magneet kleiner is dan de binnendiameter van de spoel, en de ringvormige magneet en de schijfvormige magneet verticaal gepolariseerd zijn en de ringvormige magneet tegengesteld gemagnetiseerd is aan de schijfvormige magneet.

20 Met deze configuratie kan een verticale actuatiekracht op de waferchuck uitgeoefend worden die binnen grenzen (binnen ongeveer 5 mm van de middenstand) onafhankelijk is van de verticale afstand van de waferchuck ten opzichte van de po sitioneermiddelen.

Opgemerkt wordt dat deze configuratie ook voor andere toepassingen 25 dan voor het positioneren van een waferchuck en in andere inrichtingen dan een positioneerinrichting gebruikt kan worden.

Bij voorkeur bevinden de positioneermiddelen zich ook in een afgesloten ruimte waar onderdruk heerst. De onderdruk in deze ruimte kan geringer zijn dan die in de ruimte waar de waferchuck zich bevindt. De elektronica van de positioneermiddelen 30 is zo afgeschermd van de omgeving waardoor minder kans op verstoring door omgevingsinvloeden aanwezig is.

Voorts omvat de positioneerinrichting bij voorkeur voorts een onder de bodem aanwezige over de basis verplaatsbare slede, alsmede op de basis aanwezige verplaatsingsmiddelen voor het verplaatsen van de slede, waarbij de 3 positioneermiddelen voor het positioneren van de waferchuck op de slede aanwezig zijn en de waferchuck ten opzichte van de slede positioneren. Hierdoor kan de waferchuck over een grotere horizontale afstand nauwkeurig gepositioneerd worden. De lange slag hoeft hierbij niet erg nauwkeurig te zijn en kan met bekende conventionele 5 verplaatsingsmiddelen gerealiseerd worden. De vereiste nauwkeurigheid wordt verkregen door de korte slag positioneermiddelen. Voorts kan luchtturbulentie veroorzaakt door beweging van de slede geen invloed hebben op de positie van de waferchuck. Bij voorkeur bevindt ook de slede met verplaatsingsmiddelen zich in de afgesloten ruimte waar onderdruk heerst.

10 Voorts zijn er bij voorkeur in de waferchuck geen spoelen aanwezig zijn.

Hierdoor zijn er geen kabels naar de waferchuck nodig en kan de hoogte van de waferchuck klein gehouden worden. In de waferchuck zijn alleen permanente magneten aanwezig.

Een uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting volgens de uitvinding 15 is gekenmerkt, doordat boven de opening in de ringvormige magneet of onder de schijfvormige magneet een verdere schijfvormige magneet aanwezig is, die eveneens verticaal gepolariseerd is, waarbij de polarisatie tegengesteld is aan die van de ringvormige magneet respectievelijk gelijk is aan die van de schijfvormige magneet. Hierdoor wordt de werking van de actuator verbeterd.

20 Een verdere uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting volgens de uitvinding is gekenmerkt, doordat: de horizontale actuatoren elk twee langwerpige, ringvormige spoelen omvatten, in de waferchuck boven elke spoel een rij permanente magneten aanwezig is, welke rijen zich in lengterichting van de spoelen uitstrekken, waarbij: 25 - boven de langgerekte delen van de wikkelingen de magneten verticaal gepolariseerd zijn waarbij boven een van de delen de noordpool aan de bovenzijde aanwezig is en boven het andere deel de noordpool aan de onderzijde aanwezig is, boven de kernen van de spoelen waar zich geen wikkelingen bevinden, 30 de magneten horizontaal gepolariseerd zijn, waarbij de noordpolen aanwezig zijn aan de zijde van die magneten waarbij de noordpool zich aan de onderzijde bevindt, en waarbij de spoelen en de daarboven aanwezige permanente magneten gespiegeld ten opzichte van elkaar aanwezig zijn.

4

Met deze configuratie kan een horizontale actuatiekracht op de waferchuck uitgeoefend worden die binnen grenzen (binnen ongeveer 5 mm van de middenstand) onafhankelijk is van de positie in het horizontale vlak van de waferchuck ten opzichte van de positioneermiddelen.

5 Bij voorkeur is tussen de beide rijen magneten een afscheidingswand van niet-magnetisch materiaal aanwezig om demagnetisatie van de permanente magneten te voorkomen en het mogelijk te maken relatief kleine magneten toe te passen hetgeen de stijfheid bevordert.

Voorts zijn de beide spoelen bij voorkeur zodanig aangesloten dat de 10 grootte van de stroom door elke spoel gelijk is.

Beknopte omschrijving van de tekeningen

Hieronder zal de uitvinding nader worden toegelicht aan de hand van een 15 in de tekeningen weergegeven uitvoeringsvoorbeeld van de positioneerinrichting volgens de uitvinding. Hierbij toont:

Figuur 1 een schematische weergave van de positioneerinrichting volgens de uitvinding;

Figuur 2 een verticale actuator van de positioneerinrichting in doorsnede; 20 Figuur 3 een horizontale actuator van de positioneerinrichting in doorsnede;

Figuur 4 een onderaanzicht van de waferchuck; en

Figuur 5 een bovenaanzicht van het controlesysteem van de positioneermiddelen.

25

Gedetailleerde omschrijving van de tekeningen

In figuur 1 is een uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting volgens de uitvinding schematisch weergegeven. De positioneerinrichting 1 heeft een basis 3 30 waarop een ondersteuning 5 aanwezig is. Op de ondersteuning bevindt zich de bodem 7 van een behuizing 9 die een ruimte 11 afsluit waarin onderdruk heerst. In deze ruimte is een over de bodem verplaatsbare waferchuck 13 aanwezig. Onder de bodem is een verdere van de omgeving afgesloten ruimte 15 aanwezig waarin positioneermiddelen 17 aanwezig zijn voor het positioneren van de waferchuck. Deze positioneermiddelen zijn 5 aanwezig op een onder de bodem 7 aanwezige en over de basis 3 verplaatsbare slede 18. De slede kan eveneens voorzien zijn van een ondersteuning voor het dragen van de bodem, bijvoorbeeld in de vorm van een aantal draaibaar gelagerde kogels.

Onder de slede bevinden zich verplaatsingsmiddelen 19 voor het 5 verplaatsen van de slede. Deze verplaatsingsmiddelen zijn gevormd door een op de basis aanwezige eindloze riem waaraan een subframe is bevestigd en een op het subframe aanwezige verdere eindloze riem waaraan de slede is bevestigd en die zich haaks op de andere riem uitstrekt. Het subframe is langs een op de basis aanwezige geleiding verplaatsbaar en de slede is langs een op het subframe aanwezige verdere 10 geleiding verplaatsbaar. In de ruimte 15 tussen de basis en de bodem heerst eveneens een onderdruk, echter deze is geringer dan de in de ruimte 11 heersende onderdruk.

Op de basis 3 bevindt zich voorts een verdere ondersteuning 20 waarop een meetplateau 21 aanwezig is dat zich in de ruimte 11 boven de waferchuck 13 bevindt. Op het meetplateau bevinden zich meetmiddelen voor het bepalen van de 15 positie van de waferchuck. Het voordeel hiervan is dat de positie van de waferchuck direct ten opzichte van de basis gemeten wordt en niet indirect via de slede.

De positioneerinrichting heeft acht actuatoren (zes actuatoren volstaan maar door acht actuatoren toe te passen kan de regeling eenvoudiger uitgevoerd worden). Van deze actuatoren zijn er vier verticale actuatoren en vier horizontale 20 actuatoren. De actuatoren zijn zodanig ontworpen dat zij een kracht in slechts één richting uit kunnen oefenen. De actuatoren bestaan elk uit twee delen. Een deel is in de waferchuck aanwezig en heeft enkel één of meer permanente magneten en geen spoelen of elektromagneten. Het andere deel bevindt zich op de slede en heeft een spoel en eventueel één of meer verdere permanente magneten.

25 In figuur 2 is een van de verticale actuatoren 23 weergegeven. Deze actuator bestaat uit twee delen, een deel 23A is aanwezig boven de bodem 7 en het andere deel 23B is onder de bodem aanwezig.

Het deel 23B heeft een schijfvormige ronde permanente magneet 25, alsmede een deels daaromheen en deels daarboven aanwezige spoel 27. De onderzijde 30 27A van de spoel bevindt zich, gezien in verticale richting, tussen de onderzijde 25A en bovenzijde 25B van de schijfvormige magneet, en de binnendiameter Dl van de spoel is groter dan de buitendiameter D2 van de schijfvormige magneet.

Het deel 23 A heeft een ringvormige permanente magneet 29 met een opening 31 in het midden. Deze magneet 29 bevindt zich in de waferchuck en is boven 6 de spoel 27 aanwezig. De buitendiameter D4 van de ringvormige magneet 29 is groter dan de binnendiameter D1 van de spoel 27 en kleiner dan de buitendiameter D3 van de spoel, en de binnendiameter D5 van de ringvormige magneet is kleiner dan de binnendiameter Dl van de spoel.

5 De ringvormige magneet 29 en de schijfvormige magneet 25 zijn beide verticaal gepolariseerd waarbij de polarisatie van beide magneten tegengesteld aan elkaar is.

Boven de opening 31 in de ringvormige magneet 29 of onder de schijfvormige magneet 25 kan optioneel een verdere schijfvormige magneet 33, 35 (met 10 onderbroken lijnen weergegeven) aanwezig zijn ter verbetering van de actuator. Deze verdere schijfvormige magneet is eveneens verticaal gepolariseerd. In geval van toepassing van de verdere magneet 33 is hierbij de polarisatie van deze verdere magneet tegengesteld aan die van de ringvormige magneet 29. In geval van toepassing van de verdere magneet 35 is hierbij de polarisatie van deze verdere magneet 35 gelijk aan die 15 van de schijfvormige magneet.

In figuur 3 is een van de horizontale actuatoren 37 weergegeven. De actuatoren zijn gebaseerd op een algemeen bekend Halbach array met ten minste vijf permanente magneten. Ook deze actuator bestaat uit twee delen, een deel 37A is aanwezig boven de bodem 7 en het andere deel 37B is onder de bodem aanwezig.

20 Het deel 37B heeft twee langwerpige, ringvormige spoelen 39 en 41 die zodanig zijn aangesloten (bijvoorbeeld in serie) dat de grootte van de stroom door elke spoel gelijk is.

Het deel 37A heeft twee rijen permanente magneten met polarisatie volgens een Halbach array. In plaats van vijf magneten zijn er in elke rij acht magneten 25 43-50 aanwezig waarbij drie middelste paren magneten 44 en 45, 46 en 47, 48 en 49 dezelfde polarisatie hebben. Door acht magneten toe te passen, kunnen alle magneten dezelfde afmetingen hebben waardoor ze goedkoper te vervaardigen zijn.

Elke rij is aanwezig boven een van de spoelen en strekt zich in lengterichting van de spoel uit. Boven de langgerekte delen 39A, 39B en 4 IA, 41B van 30 de wikkelingen zijn de magneten 43, 46, 47, 50 verticaal gepolariseerd waarbij boven een van de delen 39A, 41A de noordpool N boven aanwezig is en boven het andere deel 39B, 41B de noordpool N onder aanwezig is. Boven de kernen 39C, 41C van de spoelen, waar zich geen wikkelingen bevinden, zijn de magneten 44, 45 en 48, 49 7 horizontaal gepolariseerd, waarbij de noordpool aanwezig is nabij die magneet waarbij de noordpool zich onder bevindt.

De spoelen 39, 41 en de daarboven aanwezige permanente magneten 43-50 zijn gespiegeld in denkbeeldig vlak 51 ten opzichte van elkaar aanwezig zijn.

5 Ter illustratie is in figuur 4 de waferchuck 13 in onderaanzicht weergegeven en is in figuur 5 het controlesysteem van de positioneermiddelen 17 in bovenaanzicht weergegeven. Hierin zijn de posities van de permanente magneten 29 en 43-50 en van de spoelen 27 en 39, 41 duidelijk zichtbaar. Ook is hierin te zien dat tussen de beide rijen magneten 43-50 van de horizontale actuatoren een 10 afscheidingswand 53 van niet-magnetisch materiaal aanwezig is.

Hoewel in het voorgaande de uitvinding is toegelicht aan de hand van de tekeningen, dient te worden vastgesteld dat de uitvinding geenszins tot de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm is beperkt. De uitvinding strekt zich mede uit tot alle van de in de tekeningen getoonde uitvoeringsvorm afwijkende uitvoeringsvormen 15 binnen het door de conclusies gedefinieerde kader.

Claims

1. Positioneerinrichting (1) voor een waferchuck, omvattende: een basis (3), een op de basis aanwezige ondersteuning (5), 5. een op de ondersteuning aanwezige behuizing (9) waarin onderdruk heerst en die is voorzien van een bodem (7), een in de behuizing over de bodem verplaatsbare waferchuck (13) voorzien van permanente magneten (29, 43-50), en onder de bodem aanwezige positioneermiddelen (17) voor het positioneren van 10 de waferchuck, welke positioneermiddelen spoelen (27, 39, 41) omvatten, met het kenmerk, dat: de positioneermiddelen ten minste zes actuatoren (23, 37) omvatten om de waferchuck (13) in met zes vrijheidsgraden overeenkomende richtingen te positioneren, waarbij van de actuatoren drie verticale actuatoren (23) de 15 waferchuck positioneren in verticale richting en om twee haaks op elkaar staande horizontale assen, en drie horizontale actuatoren (37) de waferchuck positioneren in twee haaks op elkaar staande horizontale richtingen en om de verticale as, welke verticale actuatoren (23) elk zwaartekrachtcompensatiemiddelen omvatten 20 die een schijfvormige ronde permanente magneet (25) omvatten, alsmede een deels daaromheen en deels daarboven aanwezige spoel (27), waarbij de onderzijde (27A) van de spoel op een niveau aanwezig is tussen de onder- en bovenzijde (25A, 25B) van de schijfvormige magneet en waarbij de binnendiameter (Dl) van de spoel groter is dan de buitendiameter (D2) van de 25 schijfvormige magneet, waarbij in de waferchuck (13) boven de spoel een ringvormige permanente magneet (29) aanwezig is met een opening (31) in het midden, waarbij: de buitendiameter (D4) van de ringvormige magneet groter is dan de binnendiameter (Dl) van de spoel en kleiner is dan de buitendiameter 30 (D3) van de spoel, en de binnendiameter (D5) van de ringvormige magneet kleiner is dan de binnendiameter (Dl) van de spoel, en de ringvormige magneet (29) en de schijfvormige magneet (25) verticaal gepolariseerd zijn en de ringvormige magneet tegengesteld gemagnetiseerd is aan de schijfvormige magneet.

2. Positioneerinrichting (1) volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de 5 positioneerinrichting voorts een onder de bodem (7) aanwezige over de basis (3) verplaatsbare slede (18) omvat, alsmede op de basis aanwezige verplaatsingsmiddelen (19) voor het verplaatsen van de slede, waarbij de positioneermiddelen (17) voor het positioneren van de waferchuck (13) op de slede aanwezig zijn en de waferchuck ten opzichte van de slede positioneren.

3. Positioneerinrichting (1) volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat in de waferchuck (13) geen spoelen aanwezig zijn.

4. Positioneerinrichting (1) volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat boven de opening (31) in de ringvormige magneet (29) een verdere schijfvormige magneet (33) aanwezig is, die eveneens verticaal gepolariseerd is, waarbij de polarisatie 15 tegengesteld is aan die van de ringvormige magneet.

5. Positioneerinrichting (1) volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat onder de schijfvormige magneet (25) een verdere schijfvormige magneet (35) aanwezig is, die eveneens verticaal gepolariseerd is, waarbij de polarisatie gelijk is aan die van de schijfvormige magneet.

6. Positioneerinrichting (1) volgens één der voorgaande conclusies, kenmerk, dat: de horizontale actuatoren (37) elk twee langwerpige, ringvormige spoelen (39, 41) omvatten, in de waferchuck (13) boven elke spoel een rij permanente magneten (43-50) 25 aanwezig is, welke rijen zich in lengterichting van de spoelen uitstrekken, waarbij: boven de langgerekte delen (39A, 39B, 4IA, 41B) van de wikkelingen de magneten (43, 46, 47, 50) verticaal gepolariseerd zijn waarbij boven een van de delen (39A, 4IA) de noordpool aan de bovenzijde aanwezig is en 30 boven het andere deel (39B, 41B) de noordpool aan de onderzijde aanwezig is, boven de kernen (39C, 41C) van de spoelen waar zich geen wikkelingen bevinden, de magneten (44, 45, 48, 49) horizontaal gepolariseerd zijn, waarbij de noordpolen aanwezig zijn aan de zijde van die magneten (46, 47) waarbij de noordpool zich aan de onderzijde bevindt, en waarbij de spoelen (39, 41) en de daarboven aanwezige permanente (43-50) magneten gespiegeld ten opzichte van elkaar aanwezig zijn.

7. Positioneerinrichting (1) volgens conclusie 6, met het kenmerk, dat tussen de beide rijen magneten (43-50) een afscheidingswand (53) van magnetisch niet-materiaal aanwezig is.

8. Positioneerinrichting (1) volgens conclusie 6 of 7, met het kenmerk, dat de beide spoelen (39, 41) zodanig aangesloten zijn dat de grootte van de stroom door 10 elke spoel gelijk is.