DE19705184A1

DE19705184A1 - Substrate disc positioning method for laser beam recorder

Info

Publication number: DE19705184A1
Application number: DE1997105184
Authority: DE
Inventors: Friedrich Hofmann; Bernd Hensel; Hermann Dr Koop; Paul Kaiser
Original assignee: Leybold AG; Balzers und Leybold Deutschland Holding AG
Current assignee: Oerlikon Deutschland Holding GmbH
Priority date: 1997-02-11
Filing date: 1997-02-11
Publication date: 1998-08-27
Anticipated expiration: 2017-02-12
Also published as: DE19705184C2

Abstract

The positioning method provides accurate centring of the substrate disc (7) relative to a turntable (3) which is rotated at high revs by an electric motor drive spindle (2), by detecting the imbalance as a linear displacement of a linear guide (4), supporting the drive spindle and the turntable. A processor calculates the amplitude and angular position of the turntable eccentricity from the detected displacement, to allow the position of the substrate disc on the turntable to be corrected when the drive spindle is brought to a stop.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Positionieren eines kreisscheibenförmigen Substrates auf einem Drehtel ler einer vertikal ausgerichteten, von einem Motor mit hoher Drehzahl antreibbaren Spindel einer Laserstrahl-Be lichtungsvorrichtung, bei der die Spindel mit dem Dreh teller in einer Linearführung verfahrbar ist.The invention relates to a method for positioning of a circular disk-shaped substrate on a rotating part a vertically aligned one with a motor high speed drivable spindle of a laser beam loading clearing device in which the spindle rotates plate can be moved in a linear guide.

Beim Laserstrahlbelichten rotieren die meist als Master bezeichneten, kreisscheibenförmigen Substrate derzeit mit bis zu 7200 Umdrehungen pro Minute. Deshalb ist es er forderlich, daß das jeweilige Substrat möglichst zen trisch auf dein Drehteller gespannt wird, damit keine Un wuchten auftreten. Diese würden zu Schwingungen führen und Spurfehler verursachen.In laser beam exposure, they usually rotate as masters designated, circular disc-shaped substrates up to 7200 revolutions per minute. That's why it's him required that the respective substrate zen as possible is clamped on your turntable so that no un balancing occur. This would lead to vibrations and cause tracking errors.

Zum exakten, zentrischen Aufspannen kreisscheibenförmiger Substrate ist es bei floppy disks bekannt, mittels eines aufwendig gestalteten Spannkegels in die zentrische Öff nung der floppy disk zu greifen. Als Beispiel für den Stand der Technik sei auf die US-A-4,409,629 verwiesen.For exact, centric clamping of circular disks It is known in floppy disks by means of a substrate elaborately designed clamping cone in the central opening floppy disk. As an example of the Prior art is referred to US-A-4,409,629.

Bei Laser-Beam-Recorder ist es auch bekannt, die Substrate mit einem mittigen Zentrierzapfen zu versehen, welcher in eine entsprechende, mittige Zentrierbohrung des Drehtellers eingreift. Solche Zentrierzapfen stören jedoch bei den nachfolgenden Arbeitsgängen, so daß man bestrebt ist, das Laserstrahlbelichten mit Substraten ohne Zentrierzapfen durchzuführen. Hinzu kommt, daß das Handhabungssystem, welches das jeweilige Substrat auf den Drehteller ablegt, sehr genau arbeiten muß, damit der Zentrierzapfen tatsächlich in die Zentrierbohrung ge langt, ohne daß es zu einem Verkanten kommt.With laser beam recorders it is also known that To provide substrates with a central centering pin, which in a corresponding, central center hole of the turntable engages. Such centering pins interfere however in the subsequent operations, so that one strives to laser beam exposure to substrates without centering pin. In addition, that Handling system, which the respective substrate on the Turntable puts down, must work very precisely so that Centering pin actually ge in the centering hole reaches without jamming.

Die nicht vorveröffentlichte, deutsche Patentanmeldung 195 44 281.4 beschreibt auch schon eine Zentriervorrich tung für Laserstrahl-Belichtungsvorrichtungen, bei denen das Substrat von einer Handhabungsvorrichtung auf den Drehteller abgelegt und dann von einem den Drehteller koaxial umgebenden konischen Ring angehoben und wieder auf den Drehteller abgelegt wird, um das Substrat in eine genau zentrische Position zu bringen.The unpublished German patent application 195 44 281.4 already describes a centering device device for laser beam exposure devices in which the substrate from a handling device on the Turntable stored and then one of the turntable coaxial surrounding conical ring raised and again is placed on the turntable to turn the substrate into a bring exactly centric position.

Es ist auch bekannt, die Zentrierung durch Zentrierstifte am Drehteller vorzunehmen, zwischen denen das Substrat gehalten wird. Die Zentrierung erfolgt dann durch die Au ßenmantelfläche des Substrates. Eine solche Außenzentrie rung erfordert relativ viel Spiel und führt zu einem stark außermittigen Spannen, wenn der Rand des Substrates geringfügige Unregelmäßigkeiten aufweist. Solche Unregel mäßigkeiten in Form von Ausbrüchen kommen jedoch insbe sondere bei wiederverwendeten Substraten relativ häufig vor.It is also known to center through centering pins on the turntable, between which the substrate is held. Centering is then carried out by the Au outer surface of the substrate. Such an outside center tion requires a lot of play and leads to one strong off-center clamping when the edge of the substrate has minor irregularities. Such an irregularity However, moderation in the form of outbreaks comes into play relatively often, especially with reused substrates in front.

Die bekannten Verfahren zum Positionieren kreisscheiben förmiger Substrate auf einem Drehteller erfordern aufwen dig und mit hoher Präzision gestaltete Vorrichtungen und führen dennoch nicht zu einem schwingungsfreien Lauf des Drehtellers mit dem Substrat, da die Geometrie der Substrate normalerweise nicht perfekt ist und da nicht von einer völlig gleichmäßigen Massenverteilung innerhalb des Substrates ausgegangen werden kann.The known methods for positioning circular disks shaped substrates on a turntable require expenditure dig and with high precision designed devices and nevertheless do not lead to vibration-free running of the Turntable with the substrate because of the geometry of the Substrates is usually not perfect and not there of a completely uniform mass distribution within of the substrate can be assumed.

Der Erfindung liegt das Problem zugrunde, ein Verfahren zum Positionieren eines kreisscheibenförmigen Substrates auf einem Drehteller zu entwickeln, welches ein möglichst genaues Zentrieren der Substrate erlaubt, ohne daß hierzu aufwendige Vorrichtungen erforderlich werden.The problem underlying the invention is a method for positioning a circular disk-shaped substrate to develop on a turntable, which one if possible exact centering of the substrates allowed without elaborate devices are required for this.

Dieses Problem wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß nach dem Auflegen des Substrates die Spindel mit dem Mo tor unter Erfassung ihrer Winkelposition angetrieben und dabei die Unwuchtbewegungen als lineare Verschiebungen in der Linearführung gemessen werden, daß in einem Rechner aufgrund der Unwuchtbewegungen das Maß der Exzentrizität des Substrates relativ zum Drehteller errechnet und da nach nach einem Stillsetzen der Spindel die Position des Substrates auf dem Drehteller korrigiert wird.This problem is solved according to the invention in that after placing the substrate, the spindle with the Mo Tor driven under detection of their angular position and the unbalance movements as linear shifts in the linear guide can be measured in a computer the degree of eccentricity due to the unbalance movements of the substrate is calculated relative to the turntable and there after stopping the spindle the position of the Substrate on the turntable is corrected.

Ein solches Verfahren ist auf gebräuchlichen Laserstrahl-Be lichtungsvorrichtungen durchzuführen und erfordert kei nerlei zusätzliche Zentriereinrichtungen. Bei Anwendung des erfindungsgemäßen Verfahrens muß das Handhabungssys tem nur mit einer guten Reproduzierbarkeit beim Aufnehmen und Ablegen des Substrates arbeiten. Toleranzen der Geo metrie des Substrates und eine ungleichförmige Massenver teilung innerhalb des Substrates spielen bei dem erfin dungsgemäßen Verfahren keine Rolle, weil genau wie beim dynamischen Auswuchten von Autoreifen zunächst mit einem Probelauf die aufgrund unterschiedlicher Fehler auftre tende Unwucht nach Größe und Lage ermittelt und dann die Position des Substrates auf dem Drehteller korrigiert wird.Such a method is based on conventional laser beam loading to perform clearing devices and requires no kei no additional centering devices. When using the handling system of the method according to the invention only with good reproducibility when recording and depositing the substrate work. Tolerances of the geo metry of the substrate and a non-uniform mass ver division within the substrate play with the inventor Process according to the invention does not matter, because exactly as with dynamic balancing of car tires with a first Test run that occurs due to different errors imbalance based on size and position and then the Corrected the position of the substrate on the turntable becomes.

Die Korrektur der Lage des Substrates kann gänzlich ohne zusätzliche Stellantriebe und Meßsysteme mit den bei La serstrahl-Belichtungsvorrichtungen vorhandenen Einrich tungen erfolgen, wenn gemäß einer Weiterbildung des er findungsgemäßen Verfahrens nach dem Ermitteln der Un wuchtbewegungen der Drehteller in einer solchen Position zur Linearführung positioniert wird, in der die erfaßten Unwuchtbewegungen ihren Extremwert hatten, und daß an schließend das Substrat vom Drehteller abgehoben, der Drehteller um die Exzentrizität verfahren und danach das Substrat wieder auf den Drehteller aufgelegt wird.The correction of the position of the substrate can be done entirely without additional actuators and measuring systems with those at La existing beam exposure devices are carried out if, according to a further training of the he inventive method after determining the Un balancing movements of the turntable in such a position is positioned to the linear guide in which the detected Unbalance movements had their extreme value, and that at then the substrate is lifted from the turntable Move the turntable around the eccentricity and then the Substrate is placed back on the turntable.

Eine ganz besonders gute Wuchtung des Drehapparates der Laserstrahl-Belichtungsvorrichtung erreicht man, wenn nach einer ersten Korrektur der Position des Substrates auf dem Drehteller die Exzentrizität mit Hilfe der Un wuchtbewegungen erneut überprüft und erforderlichenfalls die Lage des Substrates erneut relativ zum Drehteller korrigiert wird.A particularly good balance of the rotating mechanism of the Laser beam exposure device can be reached when after a first correction of the position of the substrate eccentricity on the turntable using the Un balancing movements checked again and if necessary the position of the substrate again relative to the turntable is corrected.

Das erfindungsgemäße Verfahren läßt verschiedene Abwand lungen zu. Zur weiteren Verdeutlichung seines Grundprin zips wird nachfolgend auf die Zeichnung Bezug genommen. Diese zeigt inThe method according to the invention leaves various modifications lungs to. To further clarify his basic print zips is referred to the drawing below. This shows in

Fig. 1 eine schematische Darstellung eines Drehappa rates zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, Fig. 1 is a schematic representation of a Drehappa rates for performing the method according to the invention,

Fig. 2 ein Diagramm, welches den Verlauf der Un wuchtbewegungen eines Drehtellers des Dreh apparates über die Winkelstellung zeigt. Fig. 2 is a diagram showing the course of the Un balancing movements of a turntable of the rotating apparatus over the angular position.

Die Fig. 1 zeigt eine von einem Motor 1 antreibbare Spindel 2, die an ihrem oberen Ende einen Drehteller 3 trägt. Der Motor 1 ist mit der Spindel 2 und dem Drehtel ler 3 in einer Linearführung 4 mittels eines Vorschubs 5 verfahrbar. Hierzu hat der Vorschub 5 beispielsweise eine motorisch verfahrbare Reibradstange 6, die sich am Motor 1 abstützt. Fig. 1 shows a drivable by a motor 1 spindle 2, which supports a turntable 3 at its upper end. The motor 1 can be moved with the spindle 2 and the rotary lever 3 in a linear guide 4 by means of a feed 5 . For this purpose, the feed 5 has, for example, a motor-driven friction wheel rod 6 , which is supported on the motor 1 .

Auf dem Drehteller 3 liegt ein scheibenförmiges Substrat 7 auf, welches von einer Handhabungsvorrichtung 8 angeho ben und wegtransportiert werden kann. On the turntable 3 is a disc-shaped substrate 7 , which is raised by a handling device 8 ben and can be transported away.

Der dargestellte Drehapparat hat einen Positionssensor 9, welcher die Linearbewegungen in der Linearführung 4 er faßt, und zusätzlich einen Drehwinkelgeber 10 zur Erfas sung des Drehwinkels der Spindel 2.The rotary apparatus shown has a position sensor 9 , which it detects the linear movements in the linear guide 4 , and in addition a rotary encoder 10 for detecting the angle of rotation of the spindle 2 .

Wird der Motor 1 bestromt, dann dreht sich die Spindel 2 kontinuierlich. In Fig. 1 wurde mit 11 der Massenmittel punkt des Substrates 7 gekennzeichnet, welcher bei diesem Beispiel außerhalb der Drehachse der Spindel 3 liegt. Das hat zur Folge, daß aufgrund von Elastizitäten die ge samte Anordnung in der Linearführung 4 eine hin- und her gehende Unwuchtbewegung ausführt, welche vom Positions sensor 9 erfaßt wird.When the motor 1 is energized, the spindle 2 rotates continuously. In Fig. 1, 11 was the center of mass of the substrate 7 , which in this example lies outside the axis of rotation of the spindle 3 . The result of this is that due to elasticities, the entire arrangement in the linear guide 4 executes a reciprocating imbalance movement, which is detected by the position sensor 9 .

Die Fig. 2 zeigt, daß die Unwuchtbewegung in Richtung der Linearführung 4 bei einem Winkel ϕ₁ in einer Position P₁ ihr Minimum und bei einem Winkel ϕ₂ in einer Position P₂ ihr Maximum hat. Aus diesen Unwuchtbewegungen kann man mit Hilfe der Masse des Substrates 7, der Winkelgeschwin digkeit, der Federkonstante des Vorschubs 5 und einer Ge rätekonstante in einem Rechner die Exzentrizität berech nen. Danach kann man mittels der Handhabungsvorrichtung 8 das Substrat 7 anheben und mittels des Vorschubs 5 den Motor 1 mit der Spindel 2 und dem Drehteller 3 um das Maß der errechneten Exzentrizität verfahren, welches in Fig. 1 mit r bezeichnet wurde. FIG. 2 shows that the unbalance movement in the direction of the linear guide 4 has its minimum at an angle ϕ ₁ in a position P ₁ and at an angle ϕ ₂ in a position P ₂ its maximum. From these imbalance movements, the eccentricity can be calculated with the aid of the mass of the substrate 7 , the angular velocity, the spring constant of the feed 5 and a device constant in a computer. Thereafter, the substrate 7 can be raised by means of the handling device 8 and the motor 1 with the spindle 2 and the turntable 3 can be moved by the amount of the calculated eccentricity, which was denoted by r in FIG. 1, by means of the feed 5 .

Reference list

11

Motor
engine

22nd

Spindel
spindle

33rd

Drehteller
Turntable

44th

Linearführung
Linear guide

55

Vorschub
Feed

66

Reibradstange
Friction wheel rod

77

Substrat
Substrate

88th

Handhabungsvorrichtung
Handling device

99

Positionssensor
Position sensor

1010th

Drehwinkelgeber
Angle of rotation encoder

1111

Massenmittelpunkt
Center of mass

Claims

1. A method for positioning a circular disk-shaped substrate on a turntable of a vertically oriented, from a motor with high speed drive spindle of a laser beam exposure device, in which the spindle can be moved with the turntable in a linear guide, characterized in that after Placing the substrate, the spindle is driven by the motor with detection of its angular position, and the unbalance movements are measured as linear displacements in the linear guideway, that the amount of the eccentricity of the substrate is calculated in relation to the turntable in a computer on the basis of the unbalance movements and then after the stopping Spindle the position of the substrate on the turntable is corrected.

2. The method according to claim 1, characterized in that that after determining the unbalance movements the rotation plate in such a position for linear guidance posi is tioned in which the detected unbalance movements ih had extreme value, and that subsequently the substrate lifted from the turntable, the turntable around the Exzen process and then put the substrate back on Turntable is placed.

3. The method according to claims 1 or 2, characterized ge indicates that after a first correction of the Posi tion of the substrate on the turntable the eccentricity checked again with the help of the unbalance movements and he if necessary, the position of the substrate again relative to the turntable is corrected.