DE2251361A1

DE2251361A1 - Pneumatische haltevorrichtung fuer werkstuecke, insbesondere flache, z. b. scheibenfoermige werkstuecke

Info

Publication number: DE2251361A1
Application number: DE2251361A
Authority: DE
Inventors: Rene Paul Cachon; Ariel Luis Perlmann; Michael August Schorr
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1971-10-21
Filing date: 1972-10-19
Publication date: 1973-04-26
Also published as: JPS4851582A; GB1402007A; JPS5547456B2; FR2156697A1; FR2156697B1; US3729206A

Description

Aktenzeichen der Anmelderin: FI 971 082

Pneumatische Haltevorrichtung für Werkstücke, insbesondere flache, z.B. scheibenförmige Werkstücke

Die Erfindung betrifft eine pneumatische Haltevorrichtung für Werkstücke, insbesondere flache, z.B. scheibenförmige Werkstücke, mit einer Mehrzahl in der Haltefläche angeordneter, an eine Unterdruckquelle anschaltbarer Mündungen.

Die Haltefläche pneumatischer Halte·· bzw. Spannvorrichtungen ist im allgemeinen der Form und Größe des zu bearbeitenden oder zu behandelnden Werkstücks angepaßt. Handelt es sich um Werkstücke mit beispielsweise kreisrunder, quadratischer oder rechteckiger Auflageform, so ist die Fläche zum Festhalten des Werkstückes sowohl in der Größe als auch in der Form entsprechend kreisrund, quadratisch oder rechteckig bemessen, wobei die an Unterdruck anschaltbaren Mündungen meist gleichmäßig oder in einer bestimmten Anordnung auf der Fläche verteilt sind. Normalerweise werden daher alle Vakuümmündungen durch das Werkstück abgedeckt.

Wenn aber ein Werkstück aufgelegt wird und festgehalten werden soll, dessen Auflagefläche kleiner ist als die Haltefläche,

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so kann es vorkommen, daß ein Teil der unter Vakuum gehaltenen Mündungen nicht abgedeckt ist. Die Folge ist, daß durch diese Mündungen im Leitungssystem ein ständiger Unterdruckverlust auftritt, wodurch die Haltekraft der übrigen, abgedeckten Mündungen zwangsläufig verringert wird, abgesehen von dem ständigen Energieverlust.

Als Beispiel hierfür seien Haltevorrichtungen für Halbleiterscheiben, sogenannte Wafer, genannt, aus denen sehr kleine, quadratische Schaltungselemente (Chips) für integrierte Schaltungen hergestellt werden. Die Halbleiterscheiben sind im Regelfall kreisrund, jedoch kommt es häufig vor, daß auch Scheibente^le oder gebrochene Scheiben den erforderlichen Bearbeitungs- und Prüfvorgängen zugeführt werden, weil sie infolge der nachfolgenden Aufteilung in sehr kleine Einzelscheibchen vollwertig brauchbar sind. Die Bearbeitungs - und Behandlungsvorgänge bei derartigen Elementen sind in erster Linie eine visuelle Prüfung und eine elektrische Prüfung auf Funktionsfähigkeit.

Bei der Bearbeitung und Behandlung derartiger Waferteile in den bekannten Haltevorrichtungen tritt nun häufig der vorgenannte Nachteil auf, daß die nicht abgedeckten Vakuummündungen Ursache eines erheblichen Unterdruckverlustes sind und die Haltekraft der übrigen, abgedeckten Vakuummündungen erheblich beeinträchtigt wird, so daß solche Haltevorrichtungen für Teilstücke bzw. kleinere Werkstücke nicht brauchbar sind, weil die Gefahr besteht, daß das Werkstück während der Prüfvorgänge nicht zuverlässig in der gleichen Position festgehalten wird.

Man hat bisher versucht, dieses Problem auf verschiedene Arten zu lösen. Die eine Möglichkeit besteht darin, für kleinere Werkstücke entsprechend kleinere Halteflächen einzusetzen, deren Vakuummündungen vollzählig durch das Werkstück abgedeckt sind. Dies ist aber mit einem entsprechend Umrüstaufwand verbunden, und außerdem setzt es eine bestimmte Werkstückgröße voraus, so daß

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diese Methode bei Bruchstücken unterschiedlicher Form und Größe nicht verwendet werden kann» Man kann aber'auch die nicht abgedeckten Vakuummündungen mit dem Finger oder durch entsprechende Plättchen oder pander abdecken, was aber einen erheblichen manuellen Aufwand bedingt» - ■

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Haltevorrichtung für Werkstücke zu schaffen, bei der die Haltekraft auch bei ^nur teilweiser Abdeckung der Vakuununündungen unverändert ist und keine Energieverluste eintreten. Diese Aufgabe ist ■ bei einer Haltevorrichtung der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst worden, daß die Mündungen einzeln über je eine pneumatische logische Steuerschaltung selbsttätig an die ünterdruckquelle bleibend anschaltbar sind, in Abhängigkeit davon, ob die zugeordnete Mündung durch das Werkstück abgedeckt ist, wobei zur Abfühlung, ob die Mündung abgedeckt ist, der Steuerschaltung ein Überdruckimpuls zugeführt wird.

Pneumatische Haltevorrichtungen für Halbleiterscheiben, sogenannte Wafer, sind bekannt, z.B. durch die US-Patentschrift 3 272 350. Weiterhin ist es bekannt, zur Ausrichtung eines zugeführten Wafers in eine bestimmte Position zugeführte Druckluft zu verwenden, wie im IBM Technical Disclosure Bulletin, VoI, 14, LvIr. 4, September 1971, Seite 1021 beschrieben. Keine der bekannten Anordnungen bietet jedoch die Möglichkeit, daß die jeweils nicht abgedeckten Mündungen für die Werkstückhalterung selbsttätig von der Energiezufuhr - Unterdruck oder überdruck - abgesperrt werden. Die Erfindung ermöglicht somit eine wesentlich verbesserte wirtschaftliche Ausnutzung pneumatischer Haltevorrichtungen, weil mit einer vorgegebenen Halteflache die untersghiedliehsten Werkstücke festgehalten werden können, auch wenn ihre Auflagefläche kleiner ist als die Haltefläche,

Gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung weist die pneumatische logische steuerschaltung ein Sqhaltelement auf, welches mittels des Überdruckimpulses zur Anschaltung der

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ordneten Mündung an die Unterdruckquelle umschaltbar ist, wobei zwischen der Leitung zu der zugeordneten Mündung und der Rückstellseite des Schaltelements eine Rückkopplungsleitung angeordnet ist, mittels derer bei Ende des Überdruckimpulses die Rückstellung des Schaltelements verhindert wird, wenn und solange die zugeordnete Mündung abgedeckt ist.

Das Schaltelement der pneumatischen logischen Steuerschaltung besteht vorzugsweise aus zwei in je einer Kammer angeordneten miteinander mechanisch gekoppelten Membranen, wobei der der ersten Membran zugeordnete Überdruckimpuls auf die zweite Membran, die Verbindung zwischen der Leitung der zugeordneten Mündung und der Unterdruckquelle öffnend, verstellend wirksam ist und die Rückkopplungsleitung an den rückseitigen Teil der Kammer der zweiten Membran angeschlossen ist.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnungen in einem Ausführungsbeispiel beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung einer pneumatischen Haltevorrichtung für scheibenförmige Werkstücke mit selbsttätiger selektiver Auswahl der an Vakuum angeschlossenen Saugmündungen ,

Fig. 2 eine schematische Darstellung einer pneumatischen logischen Steuerschaltung zur Verwendung in der Anordnung gemäß Fig. 1 und

Fig. 3 einen Schnitt durch eine Ausführungsform einer

pneumatischen logischen Steuerschaltung mit dein schematischen Aufbau gemäß Fig. 2»

Der in Fig. 1 dargestellte vakuumbetriebene Halter 10 dient zum Festhalten von Werkstücken auf seiner oberen Fläche 11, und zwar unabhängig davon, ob es sich um vollständig«, kreis-

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förmige Werkstücke handelt oder um Teilstücke, welche nicht die vollständige Kreisfläche der oberen Fläche 11 bedecken. Im dargestellten Ausführungsbeispxel handelt es sich bei dem festgehaltenen Werkstück um einen Waferteil 12, der etwa halbkreisförmige Form hat und dementsprechend nur auf einem Teil der oberen Fläche 11 des Halters 10 aufliegt. Zur Fixierung der Lage des Waferteils 12 kann ein (nicht gezeigter ) Ring am Umfang der Fläche 11 angeordnet sein.

In der Fläche 11 befindet sich eine Anzahl Mündungen 13A bis 13G, die über zugeordnete Kanäle 14A bis 14G mit Anschlußöffnungen 15A bis 15G an der Unterseite des Halters 10 verbunden sind.

Wenn es sich bei dem Werkstück um einen vollständigen, die gesamte Fläche 1 bedeckenden Wafer handelt, so sind alle Mündungen 13A bis G abgedeckt, und die Zufuhr von Vakuum durch die Anschlußöffnungen 15A bis 15G bewirkt eine entsprechende Unterdruck-Festhaltekraft an allen Mündungen 13A bis 13G. Wenn jedoch, wie in Fig. 1 dargestellt_; die Mündungen 13A bis C nicht durch ein Werkstück abgedeckt sind, würde ein ständiger Unterdruckverlust die Folge sein.

Daher wird der Unterdruck von einer Unterdruckpumpe 16 nur wahlweise den Anschlußöffnungen 15A bis G und den mit diesen verbundenen Kanälen 14A bis G zugeführt. Zur Auswahl der mit Unterdruck zu beaufschlagenden Mündungen 13A bis G sind den Anschlußöffnungen 15A bis G pneumatische logische Steuerschaltungen 17A bis G vorgeschaltet und mit diesen über Leitungen 18A bis G verbunden. Von der Unterdruckpumpe 16 wird der Unterdruck über eine Hauptunterdruckleitung 20 über einzelne Leitungen 21A bis G den Steuerschaltungen 17A bis G zugeführt, die außerdem über eine Hauptüberdruckleitung 23 an einen Überdruckgene rator 22 angeschlossen sind.

Bei Betätigung eines Schalters 25 gibt der Überdruckgenerator 22 einen einzelnen Druckimpuls von vorbestimmter Dauer ab,

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der dazu dient festzustellen, ob sich über den einzelnen Mündungen 13A bis G ein Werkstück befindet oder nicht. Der Schalter 25 kann entweder handbetätigt bzw. fußbetätigt oder automatisch auslösbar sein/ sobald auf den Halter 10 ein Werkstück aufgelegt wurde.

Dieser Einzeldruckimpuls wird gleichzeitig jeder der Steuerschaltungen 17A bis G zugeführt, die gleichzeitig mit der Betätigung des Schalters 25 über die Leitungen 2IA bis G solange an die Unterdruckpumpe 16 angeschlossen werden, bis ein Unterdruckausschalter 26 betätigt wird. Dieser kann gleichfalls entweder hand- oder fußbetätigt sein, oder seine Betätigung erfolgt automatisch nach Abschluß des Bearbeitungsvorganges am Werkstück auf dem Halter 10, beispielsweise der visuellen Kontrolle oder einer elektrischen Prüfung.

Die Steuerschaltungen 17A bis G sind, wie in Fig. 2 schematisch dargestellt, als pneumatische logische Flip-Flopschalter ausgebildet. In ihrem schematischen Aufbau bestehen sie aus einem am Punkt 31 drehbar gelagerten Schaltelement 30, das mittels einer Druckfeder 29 belastet ist und mittels des vom Punkt 32 zugeführten Druckimpulses und eines bei 34 zugeführten Rückkopplungssignals betätigbar ist. Unterdruck wird über den Eingang 33 zugeführt. Der Ausgang an der Leitung 18 ist, wie beschrieben, mit der zugeordneten Anschlußöffnung 15 verbunden, die über den entsprechenden Kanal 14 im Halter 10 mit der darüber angeordneten Mündung 13 Verbindung hat. Die Rückkopplungsleitung 35 verbindet die Leitung 18 mit der Mündung 34.

Im praktischen Betrieb der in Fig. 2 dargestellten Steuerschaltung wird dem Eingang 33 kontinuierlich Vakuum zugeführt und am Punkt 32 ein Druckimpuls vorbestimmter Dauer. Dieser wird auf das Schaltelement 30 wirksam, welches eine Verbindung zwischen dem Eingang 33 und der Leitung 18 herstellt, wodurch die entsprechende Mündung 13 im Halter 10 Unterdruck erhält. Ist diese Mündung durch den Waferteil 12'abgedeckt, so bleibt in der Leitung 18 der gleiche

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Unterdruck erhalten wie am Eingang 33, und der gleiche Unterdruck wird über die Rüekkopplungsleitung 35 auch zur Mündung 34 übertragen« Sobald der vom Punkt 32 gleichzeitig zugeführte Druckimpuls beendet wird, bewirkt der an der Mündung 34 bleibende Unterdruck die Aufrechterhaltung der Verbindung zwischen dem Eingang 33 und der Leitung 18. Folglich bleibt die zugeordnete Mündung 13 an den Unterdruck angeschlossen.

Wenn im anderen Fall die betreffende Mündung 13, z.B. eine der Mündungen 13A bis 13C gemäß Fig. 1, nicht durch einen Waferteil 12 abgedeckt ist, kehrt das Schaltelement 30, nachdem es durch den Druckimpuls über 32 um den Punkt 31 im Uhrzeigersinn geschwenkt wurde, in seine in Fig. 2 dargestellte Ausgangslage zurück, sobald der über 32 zugeführte Druckimpuls endet. Denn der an der entsprechenden Mündung 13 auftretende Unterdruckverlust verringert entsprechend auch den in der Leitung 18 herrschenden Unterdruck gegenüber dem am Eingang 13 zugeführten Unterdruckwert. Im gleichen Maße wie in der Leitung 18 verringert sich über die Rückkopplungsleitung 35 auch der Unterdruck an der Leitung 34, so daß der dort noch herrschende Restunterdruck nicht ausreicht, nach Beendigung des Druckimpulses von 32 das Schaltelement 30 in der dargestellten Lage festzuhalten. Die Unterdruckverbindung zwischen dem Eingang 33 und der Leitung 18 ist daher unterbrochen, so daß der nicht abgedeckten Mündung 13 des Halters 10 kein weiterer Unterdruck mehr zugeführt wird.

Die Schnittdarstellung der Steuerschaltung 17 gemäß Fig. 3 zeigt ein Gehäuse 40 mit zwei Kammern 41 und 42, in denen sich je eine im Gehäuse 40 eingespannte Membran 43 bzw. 44 befindet. Die Membranen 43 und 44 sind mittels eines längsverschiebbar geführten Gestänges 45 miteinander verbunden. Der Überdruckimpuls gelangt über eine Zuführung 46 in die Kammer 41, der Unterdruck ist über die Zuführung 47 angeschlossen und eine Zuführung 48 ist mit eier Rüekkopplungs leitung 45 (vgl. Fig. 2) verbünden* Kin Ausgang 49 hat Verbindung mit der Leitung 18, die gemäß

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Fig. 1 zu der entsprechenden Mündung 13 führt. Die Rückkopp'lungsleitung 35 verbindet die Leitung 18 mit der Zuführung 48. über eine zusätzliche Öffnung 50 wird ein Druckimpuls zugeführt, der als Rückstellsignal für die Schaltung benützt werden kann oder als Teil der Rückkopplungsschaltung zur Aufrechterhaltung eines bestimmten Betriebszustandes.

Wenn durch die Zuführung 46 die Kammer 41 einen Druckimpuls erhält, wird die Membran 4 3 beaufschlagt und verstellt über das Gestänge 45 entsprechend auch die Membran 44 in der Kammer 42. Gleichzeitig wird über die Zuführung 4 7 durch Leitungen 51, 52 und 53 dem Ausgang 43 solange Unterdruck zugeführt, wie die Membranen 4 3 und 4 4 und das Gestänge 45 in ihrer verstellten Lage bleiben, da nur solange die in Fig. 3 rechts dargestellte Münuung der Leitung 51 geöffnet ist. Bei Beendigung des Druckimpulses bleibt, wenn die zugeordnete Mündung 13 im Halter 10 durch ein Werkstück abgedeckt ist, der Unterdruckwert am Ausgang 49 der gleiche wie an der Zuführung 48 und in der Kammer 42. Ist hingegen die zugeordnete Mündung 13 im Halter 10 nicht durch ein Werkstück abgedeckt, fällt der Unterdruckwert in der Leitung entsprechend ab und der Unterdruck kann nicht über die Rückkopplungsleitung 35 in der Kammer 42 aufrechterhalten bleiben, um entsprechend die Verstellung der Membranen 44 und 4 3 über das Gestänge 45 aufrechtzuerhalten. Die Unterdruckzufuhr durch die Leitungen 51, 52 und 53 ist daher unterbrochen.

Betrachtet man, zu der Darstellung gemäß Fig. 1 zurückkehrend, die beschriebenen Vorgänge in Zusammenhang mit sämtlichen Mündungen 13A bis G des Halters 10, so wird deutlich, daß jede einzelne der Steuerschaltungen 17A bis G zunächst einen Abfühl-Vorgang durchführt, um festzustellen, ob die betreffende Mündung 13 durch das Werkstück verdeckt ist; in Abhängigkeit vom Ergebnis dieses Abfühlvorganges bleibt sodann die betreffende Mündung an die Lnterdruckpuinpe 16 angeschlossen, wenn sie verdeckt ist, oder die Unterdruckzufuhr wird selbsttätig unterbrochen, wenn die zugeordnete Mündung 13 offen ist. Im dargestellten Beispiel nach

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Fig. 1 bleiben daher die Mündungen 13A bis 13C nicht an die Unterdruckpumpe 16 angeschlossen.

Die dargestellte Anordnung kann selbstverständlich in der gleichen Weise Verwendung finden, wenn ein Waferteil oder ein sonstiges, nicht die ganze Fläche 11 abdeckendes Werkstück aufeinanderfolgend in verschiedene Lagen auf der Fläche 1 gebracht werden soll, wie z.B. zum Zwecke der aufeinanderfolgenden Prüfung in unterschiedlichen Positionen. Bei jeder Positionsänderung werden durch Zufuhr eines Überdruckimpulses die pneumatischen logischen Steuerschaltungen 17 wirksam, um die Zufuhr von Unterdruck zu den nicht abgedeckten Mündungen 13 zu unterbrechen.

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Claims

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I./ Pneumatische ilaltevorrichtung für Werkstücke, insbesondere flache,- z.B. scheibenförmige Werkstücke, mit einer Mehrzahl in üer halteflache angeordneter, an eine Unterdruckquelle anschaltbarer Mündungen, aadurch gekennzeichnet, daß aie Mündungen (13A bis 13G) einzeln üßer je eine pneumatische logische Steuerschaltung (17A bis 17G) selbsttätig an aie Unterdruckquelle (16) bleibend anschaltbar sind, in Abhängigkeit davon, ob die zugeordnete Mündung (13) durch das Werkstück (12) abgedeckt ist, wobei zur Abfühlung, ob aie Mündung (13) abgedeckt ist, aer Steuerschaltung (17) ein Überdruckimpuls zugeführt wird.
2. Pneumatische Haltevorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die pneumatische logische Steuerschaltung (17) ein Schaltelement (30) aufweist, welches mittels des Überdruckimpulses zur Anschaltung der zugeordneten Mündung (13) an die Unterdruckquelle (16) umschaltbar ist und daß zwischen der Leitung (IB) zu der zugeordneten Mündung (13) unu der Rückstellseite des Schaltelements (30) eine Rückkopplungsleitung (35) angeordnet ist, mittels derer bei Ende des Überdruckiinpulses die Rückstellung des Schaltelements (30) verhindert wird, wenn und solange die zugeordnete Mündung (13) abgedeckt ist.
3. Pneumatische Ilaltevorrichtung nach den Ansprüchen 1 und 2, uadurch gekennzeichnet, daß das Schaltelement (3ü) der pneumatischen logiscnen Steuerschaltung (17) aus zwei in je einer Kammer (41, 42) angeordneten, miteinanaer mechanisch gekoppelten Membranen (43, 44) besteht, wobei der der ersten Merubranc (43) zugeführte Überdruck-■ impuls auf aie zweite Membrane (44), aie Verbindungen (53, 52, i> 1, 47) zwischen uet. Leitung (Ib) zur zugoora-

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neten Mündung (13) una der Unterdruckquelle (IG) öffnend, verstellend wirksam ist und die Rückkopplungsleitung (35) an. aen rückseitigen Teil der Kammer (42) der zweiten Membrane (44) angeschlossen ist.

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