WO2008011970A2

WO2008011970A2 - Lageveränderliche werkstückauflage für eine maschine und bearbeitungsanlage mit einer entsprechenden werkstückauflage

Info

Publication number: WO2008011970A2
Application number: PCT/EP2007/005992
Authority: WO
Inventors: Berthold Matzkovits; Kurt Brenner
Original assignee: Carl Zeiss Industrielle Messtechnik Gmbh
Priority date: 2006-07-26
Filing date: 2007-07-06
Publication date: 2008-01-31
Also published as: DE102006034455A1; WO2008011970A3

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Werkstückauflage (27) für eine Maschine mit: einen Werkstücktisch (4) mit einer Auflagefläche (28) zur Lagerung eines Werkstückes, wenigstens drei auf einer Basis (5) aufliegende Lagerelemente (7a, 7b, 7c) zur Lagerung des Werkstücktisches (4) auf der Basis (5), wobei wenigstens eines dieser Lagerelemente längenverstellbar ausgebildet ist, um den Werkstücktisch um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse kippen zu können und/oder die Lage des Werkstücktisches senkrecht zur Auflagefläche verändern zu können, Um Hystereseeffekte bei der Verstellung des Werkstücktisches zu vermeiden wird zusätzlich eine Führung vorgesehen, beispielsweise eine Blattfeder (8), die Querkräfte parallel zur Auflagefläche aufnimmt und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen parallel zur Auflagefläche verhindert aber eine Kippung um die wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse und/oder eine Bewegung des gesamten Werkstücktisches senkrecht zur Auflagefläche zulässt.

Description

Lageveränderliche Werkstückaυflage für eine Maschine und Bearbeitungsanlage mit einer entsprechenden Werkstückauflage

Die Erfindung betrifft eine Werkstückauflage, mit einen Werkstücktisch, der eine Auflagefläche zur Lagerung eines Werkstückes, sowie wenigstens drei auf einer Basis aufliegende Lagerelemente zur Lagerung des Werkstücktisches umfasst, wobei wenigstens eines dieser Lagerelemente längenverstellbar ausgebildet ist, um den Werkstücktisch um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse kippen zu können und/oder die Lage des Werkstücktisches senkrecht zur Auflagefläche verändern zu können.

Solche Werkstückauflagen sind bereits aus dem Stand der Technik bekannt.

Beispielsweise zeigt die US 4,731 ,934 eine solche Werkstückauflage in Form eines Drehtisches für ein Koordinatenmessgerät, auf dem das zu vermessende Werkstück gelagert werden kann. Der Drehtisch weist eine Basis auf, die um eine vertikale Achse verdreht werden kann. Der Werkstücktisch, auf dem das zu vermessende Werkstück dann befestigt werden kann ist auf drei Kugeln gelagert, wobei der Werkstücktisch dazu mit den Kugeln zusammenwirkende innensphärische Elemente aufweist, die auf den Kugeln aufliegen. Zwei der drei Kugeln sind über motorische Antriebe höhenverstellbar, so dass der Werkstücktisch um jede Achse parallel zur Auflagefläche rotiert werden kann, um hierdurch die Werkstückachse parallel zur Drehachse des Drehtisches ausrichten zu können. Außerdem sind noch zwei weitere motorische Antriebe vorhanden, über die der Werkstücktisch gegenüber der Basis in der zur Auflagefläche parallelen Horizontalebene in beliebige Richtungen verfahren werden kann.

Die DE-OS 2 248 535 zeigt ebenfalls eine Werkstückauflage für ein Messgerät, auf dem ein zu vermessendes Werkstück gelagert werden kann. Diese umfasst unter anderem drei übereinander liegende Platten, von denen die oberste Platte zur Lagerung des Werkstückes dient und diese Platte damit die Funktion des Werkstücktisches übernimmt. Diese oberste Platte ist hierbei über drei Kugeln auf der mittleren Platte gelagert, wobei sowohl die oberste Platte, wie auch die mittlere Platte für jede der Kugeln eine V-Führung aufweisen, wobei alle V-Führungen dieselbe Ausrichtung haben, so dass die oberste Platte gegenüber der mittleren Platte in einer ersten horizontalen Richtung bewegt werden kann. Auf genau dieselbe Weise ist die mittlere Platte auf der unteren Platte über drei Kugeln gelagert, wobei die Führungsrichtung dieser V-Führungen diesmal senkrecht zur Führungsrichtung der oben bezeichneten V-Führungen steht, sodass die mittlere Platte gegenüber der unteren Platte in einer zur ersten Bewegungsrichtung senkrechten zweiten horizontalen Bewegungsrichtung beweglich ist. Die untere Platte übernimmt damit die Funktion der Basis. Durch entsprechende manuell bedienbare Präzisionsverschiebungswerke kann die obere Platte gegenüber der mittleren Platte und die mittlere Platte gegenüber der unteren Platte in der jeweiligen Verschiebungsrichtung verschoben werden.

Zusätzlich ist sowohl bei der Lagerung der oberen Platte auf der mittleren Platte, wie auch bei der Lagerung der mittleren Platte auf der unteren Platte eine der jeweils unten liegenden V- Führungen auf einem auf- und abwärts beweglichen Hebel befestigt, dessen Höhe sich jeweils über ein weiteres Präzisionsverschiebungswerk verändern lässt, indem ein kugelförmiges Ende des Präzisionsverschiebungswerkes sich mehr oder weniger weit unter ein keilförmiges Ende des Hebels schiebt. Hierdurch kann die jeweils darüber liegende Platte an dieser Stelle angehoben oder abgesenkt werden, wodurch sich die jeweils darüber liegende Platte um die beiden anderen Kugeln, die als Drehgelenk wirken, dreht, so dass die obere Platte auch um zwei senkrecht aufeinander stehende horizontale Drehachsen rotiert werden kann.

Die DE 42 18 984 Al zeigt ein Positioniersystem für optische Prüfgeräte, bei dem eine als Werkstücktisch fungierende Auflageplatte, auf der ein zu prüfendes optisches Bauteil angeordnet werden kann, über sechs längenveränderliche Stützen, gegenüber einer Basis in allen Freiheitsgraden bewegt werden kann. Die längenveränderlichen Stützen sind hierzu gelenkig an der Auflageplatte und an der Basis befestigt.

Die Besonderheit der gezeigten Werkstückauflagen besteht darin, dass Kräfte, die parallel zur Auflagefläche des Werkstücktisches wirken, also im Regelfall in horizontaler Richtung (im folgenden als Querkräfte bezeichnet) von den Lagerelementen aufgenommen werden müssen. Im Falle der US 4,731,934 handelt es sich hierbei um die Kugeln und die hiermit zusammenwirkenden innensphärischen Elemente. Im Falle der DE-OS 2 248 535 werden Querkräfte, die senkrecht zur Führungsrichtung der V-Führungen vorhanden sind, ebenfalls von den Kugeln und den V-Führungen aufgenommen. Im Falle der DE 42 18 984 Al werden die Querkräfte durch die längenveränderlichen Stützen aufgenommen.

Bei relativ kleinen Werkstückauflagen ist die Aufnahme der Querkräfte durch die Lagerelemente kein Problem. Bei Werkstückauflagen für größere Werkstücke können hier jedoch beträchtliche Querkräfte auftreten, die zu unerwünschten Hystereseeffekten führen können.

Aufgabe ist es daher eine Werkstückauflage eingangs genannter Art vorzuschlagen, mit der Hystereseeffekte vermieden werden können.

Die Aufgabe wird durch eine Werkstückauflage mit den Merkmalen des Anspruches 1 gelöst, wobei die Werkstückauflage erfindungsgemäß eine Führung enthält, die Querkräfte parallel zur Auflagefläche aufnimmt und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen parallel zur Auflagefläche verhindert aber eine Kippung um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse und/oder eine Bewegung des gesamten Werkstücktisches in einer Richtung senkrecht zur Auflagefläche zulässt.

Der Grundgedanke der Erfindung ist darin zu sehen, dass eine von den Lagerelementen unabhängige Führung vorgesehen wird, die alle Querkräfte in Richtungen parallel zur Auflagefläche aufnimmt. Hierdurch wird erreicht, dass die beweglichen Lagerelemente nur in Richtung ihrer Längenverstellbarkeit mit Kräften beaufschlagt werden und somit keine Hystereseffekte auftreten.

Als Führungen sind eine Vielzahl von Lösungen denkbar. Für eine Anordnung, bei der der Werkstücktisch nur in einer Richtung senkrecht zur Auflagefläche bewegt werden soll, würde beispielsweise eine Linearführung (z.B. eine Kugel-Schienenführung oder eine Luftlagerführung) vollkommen ausreichen, die den Werkstücktisch in dieser Richtung beweglich lagert.

Vorteilhaft kann die Führung aber auch als ein elastischer Körper ausgebildet sein, der in Richtungen parallel zur Auflagefläche und bezüglich Torsionen um eine senkrecht zur Auflagefläche stehende Achse steif ist und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen parallel zur Auflagefläche verhindert, aber bei einer Kippung um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse elastisch ausgebildet ist und/oder hinsichtlich einer Bewegung des gesamten Werkstücktisches in einer Richtung senkrecht zur Auflagefläche elastisch ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass eine solche Führung praktisch vollkommen Hysteresefrei ist, da diese Führung keine gegeneinander beweglichen Teile besitzt.

Eine besonders einfache, und damit vorteilhafte Ausgestaltung für einen solchen elastischen Körper, der als Führung wirkt, kann eine Blattfeder sein. Eine solche Blattfeder weist dabei vorteilhaft einen Bereich auf, der zur Auflagefläche des Werkstücktisches parallel ist. Hierdurch können einerseits die Querkräfte in Richtungen parallel zur Auflagefläche aufgenommen werden, da die Blattfeder in diesen Richtungen nahezu steif ist, während die Blattfeder hinsichtlich Bewegungen des Werkstücktisches senkrecht zur Auflagefläche und auch hinsichtlich Rotationen des Werkstücktisches um Achsen parallel zur Auflagefläche flexibel ist.

Die Blattfeder kann hierbei prinzipiell an Ihrem einen Ende mit dem Werkstücktisch starr verbunden sein, während sie an ihrem anderen Ende mit der Basis starr verbunden ist.

Um eine verbesserte Beweglichkeit des Werkstücktisches in der zur Auflagefläche senkrechten Bewegungsrichtung zu gewährleisten, kann die Blattfeder an zumindest einem der Enden des zur Auflagefläche parallelen Bereiches einen gegenüber diesem Bereich rechtwinklig abgewinkelten zweiten Bereich aufweisen, der senkrecht zur Auflagefläche liegt. Vorteilhaft sind in einer solchen Ausführungsform dann

entweder beide Enden der Blattfeder starr mit der Basis verbunden und der Werkstücktisch mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zur Basis starr mit der Blattfeder verbunden oder beide Enden der Blattfeder starr mit dem Werkstücktisch verbunden und die Basis mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zum Werkstücktisch starr mit der Blattfeder verbunden.

Natürlich können anstelle der Blattfeder auch anders geformte elastische Körper verwendet werden, die zumindest Teile der Funktionen der eben beschriebenen Blattfeder übernehmen. Beispielsweise könnte ein an und für sich steifer Rahmen verwendet werden, der durch entsprechende Einfräsungen an definierten Stellen torsionsweich wird. Es könnten auch mehrere Blattfedern, z.B. mehrere elastische Stäbe, die nebeneinander angeordnet sind, verwendet werden.

Als Lagerelemente können eine Vielzahl von Lagerungen verwendet werden, wie sie auch Eingangs im Stand der Technik genannt wurden. Es könnten beispielsweise Kugeln verwendet werden, die mit innensphärischen Elementen oder V-Führungen zusammenwirken oder gelenkig angekoppelte, längenveränderliche Beine. Besonders vorteilhaft können jedoch Lagerelemente verwendet werden, die keinerlei Querkräfte, also Kräfte parallel zur Auflagefläche, aufnehmen können. Ein solches Lagerelement umfasst ein Laufelement mit einer ebenen Fläche sowie eine Kugel, die auf der ebenen Fläche des Laufelementes beweglich gelagert ist. Es ist klar, dass das Laufelement mit der ebenen Fläche natürlich auch integraler Bestandteil des Werkstücktisches oder der Basis sein kann, indem Beispielsweise einfach in dem Werkstücktisch oder in der Basis selber eine ebene Fläche eingearbeitet wird. Ein solches Lagerelement könnte beispielsweise eine Kugelrolle mit einer hierin kugelgelagerten Kugel umfassen, die auf der ebenen Fläche beweglich gelagert ist. Alternativ könnte ein solches Lagerelement auch eine Kugel umfassen, die mit zwei Laufelementen mit jeweils ebenen Flächen zusammenwirkt, wobei eines der Laufelemente mit dem Werkstücktisch verbunden ist und das andere Laufelement mit der Basis verbunden ist.

Zusätzlich kann die ebene Fläche des Laufelementes auch gegenüber der Auflagefläche geneigt sein, indem das Laufelement beispielsweise keilförmig ausgebildet ist. Dies hat den besonderen Vorteil, dass eine Relativbewegung der Kugel gegenüber der ebenen Fläche in einer Richtung parallel zur Auflagefläche in eine Bewegung senkrecht zur Auflagefläche umgesetzt wird, um hierdurch die Längenänderung des Lagerelementes zu erreichen. Um dies zu erreichen, kann beispielsweise auf der Basis ein Laufelement, beispielsweise in Form eines Keils vorgesehen sein, der in einer zur Auflagefläche parallelen Richtung beweglich gelagert ist und dessen ebene Fläche in Verschiebungsrichtung gegenüber der Auflagefläche geneigt ist, so dass bei einer Verschiebung des Laufelementes in Verschiebungsrichtung die Kugel senkrecht zur Auflagefläche bewegt wird und der Werkstücktisch hierdurch senkrecht zur Auflagefläche bewegt wird, also bei einer horizontalen Auflagefläche angehoben oder abgesenkt wird. Es sind viele Varianten möglich. Alternativ kann beispielsweise auch am Werkstücktisch ein keilförmiges Element mit einer ebenen Fläche befestigt sein, die gegen die Auflagefläche geneigt ist, während die Kugel an der Basis in Richtung der Auflagefläche verschieblich gelagert ist. Durch Verschiebung parallel zur Auflagefläche kann der Werkstücktisch in analoger weise gehoben oder gesenkt werden.

Soweit ebene Flächen Einsatz finden, die gegen die Auflagefläche geneigt sind, ergibt sich durch die auf das Lagerelement wirkende Gewichtskraft des Werkstücktisches, die auf das verschieblich gelagerte Laufelement mit der geneigten ebenen Fläche wirkt, nach dem Prinzip des Hangabtriebes eine Kraft in Verschiebungsrichtung des Laufelementes, also in einer Richtung parallel zur Auflagefläche. In einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der Erfindung ist daher wenigstens eine Feder vorgesehen, die diese Kraft in Verschiebungsrichtung zumindest teilweise kompensiert. Die Feder kann, je nach Anordnung, entweder als Zugfeder oder als Druckfeder ausgestaltet sein.

Der Werkstücktisch weist eine Auflagefläche auf, auf der ein Werkstück gelagert werden kann. Das Werkstück kann entweder direkt auf dem Werkstücktisch gelagert werden, indem das Werkstück hieran direkt befestigt wird. Alternativ kann jedoch auch auf dem Werkstücktisch eine weitere Vorrichtung, wie beispielsweise ein Drehtisch oder eine Aufspannvorrichtung montiert sein, auf der dann wiederum das Werkstück befestigt ist.

Auch bei den Werkstücken kann es sich um die unterschiedlichsten Varianten handeln. Es kann sich beispielsweise um einen Wafer handeln, der zur Herstellung einer integrierten Schaltung bearbeitet wird oder um ein Substrat, wie eine Glasscheibe, die auf einer Seite mit einer Halbleiterschicht überzogen ist. Es kann sich aber auch um ein Werkstück handeln, das von einem Messgerät vermessen wird oder um ein Werkstück das von einer Werkstückbearbeitungsmaschine bearbeitet wird.

Auch die Basis kann unterschiedlich ausgestaltet sein. Es kann sich hierbei im einfachsten Fall um den Hallenboden handeln, auf dem der Werkstücktisch über die Lagerelemente gelagert ist. Alternativ kann es sich hierbei um ein Bauteil der Maschine handeln, das ggf. sogar in einer oder in mehreren Richtungen beweglich gelagert ist.

Eine weitere Verbesserung ergibt sich, wenn der Werkstücktisch zusätzlich auf wenigstens einem federnden Element gegenüber der Basis gelagert ist, das zumindest Teile der Gewichtskraft des Werkstücktisches aufnimmt. Dies hat den besonderen Vorteil, dass die Lagerelemente nur geringe Gewichtskräfte aufnehmen müssen, und hierdurch den ggf. schweren Werkstücktisch mit relativ geringen Kräften bewegen können.

Wie oben bereits ausgeführt, kann die oben beschriebene Werkstückauflage in unterschiedlichsten Maschinen verwendet werden. Vorteilhaft ist die Werkstückauflage jedoch in einer Bearbeitungsanlage mit einem Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung eines Werkstückes einsetzbar, das ein zu bearbeitendes Halbleitermaterial umfasst, beispielsweise bei einer Anlage, mit der durch einen Laserstrahl die Oberfläche eines Wafers oder eines mit einem Halbleitermaterial beschichteten Trägersubstrates aufgeschmolzen wird, um die Kristall struktur des Halbleitermaterials zu verändern. Das Bearbeitungswerkzeug kann dann eine Laservorrichtung sein, die einen Laserstrahl so auffächert, dass der auf dem Halbleitermaterial des Werkstückes auftreffende Laserstrahl eine Linie ergibt. In einem solche Fall ist es insbesondere wichtig den Werkstücktisch hochgenau in der oben angegebenen Weise um eine beliebige Achse parallel zur Auflagefläche zu kippen oder ihn senkrecht zur Auflagefläche zu bewegen, um die zu bearbeitende Oberfläche des Halbleitermaterials bestmöglich in die Fokuslinie zu bewegen. Da eine Bewegung des Laserstrahl in einer solchen Anordnung nur schwer möglich ist, sollte außerdem die Basis der Werkstückauflage in wenigstens einer Richtung verschieblich gelagert sein und zwar senkrecht zur Ebene, die durch den aufgefächerten Laserstrahl definiert wird.

Damit die jeweilige Position der Auflagefläche des Werkstücktisches genau ermittelt werden kann, ist wenigstens einem Lagerelement ein Wegmesssystem zugeordnet, über das der Abstand zwischen der Basis und dem Werkstücktisch bestimmt werden kann. Ist der Werkstücktisch auf drei längenveränderlichen Lagerelementen gelagert und ist jedem Lagerelement ein Wegmesssystem zugeordnet, so können aus den Signalen der Wegmessysteme hochgenau die Lage der Auflagefläche in der zur Auflagefläche senkrechten Richtung, wie auch Kippwinkel um Drehachsen, die parallel zur Auflagefläche ausgerichtet sind, bestimmt und eingestellt werden. Zur Messung können die Wegmesssysteme unterschiedlich ausgestaltet sein, beispielsweise mit Inkrementalmassstäben, oder mit einem Induktivmeßsystem.

Weitere Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Figuren. Hierin zeigen: Figur 1 : Eine Bearbeitungsanlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Werkstückauflage 27;

Figur 2: Perspektivische Darstellung des Werkstücktisches 4 im abmontierten Zustand gesehen von seitlich unten;

Figur 3: Ein Lagerelement 7a aus Figur 2 in der Seitenansicht;

Figur 4: Das Lagerelement 7a nach Figur 3 in der Draufsicht;

Figur 5+6: schematische Darstellung der Zusammenwirkung zwischen dem Schlitten 17a und der Kugel 16a der Kugelrolle 15a;

Figur 7: Perspektivische Darstellung der Kugelrolle 15a mit einem aufgeschnittenen

Gehäuse 33 a; und

Figur 8: Perspektivische Darstellung des Wegmesssystems 29a aus Figur 2, das dem

Lagerelement 7a zugeordnet ist.

In Figur 1 ist eine Bearbeitungsanlage 1 mit einer erfindungsgemäßen Werkstückauflage 27 zu sehen. Wie hieraus zu sehen, weist die Bearbeitungsanlage 1 einen Laser 2 auf, mit dem der für die Bearbeitung des hier nicht näher zu sehenden Werkstückes (eine Glasplatte, die mit einer Halbleiterschicht überzogen ist) erforderliche Laserstrahl erzeugt wird. Der Laserstrahl wird über Spiegel in ein optisches System 3 eingespiegelt, über das der Laserstrahl so aufgefächert wird, dass der auf dem Halbleitermaterial auftreffende Laserstrahl eine Linie quer zur Bewegungsrichtung (siehe Pfeil y) der Werkstückauflage 27 ergibt. Das optische System 3 ist hierbei über eine Stahlkonstruktion 23 auf einem Grundgestell 6 gelagert, das wiederum über Dämpfer 26 auf dem darunter liegenden Boden gelagert ist. Die Werkstückauflage 27, auf der das zu bearbeitende Werkstück aufliegt ist hier in Figur 1 nur grob zu erkennen. Diese Werkstückauflage 27 umfasst eine Basis 5, die über Luftlager 25 in Richtung des Pfeils y beweglich geführt sind. Außerdem ist im Grundgestell 6 ein Kanal 24 eingearbeitet, über den die Werkstückauflage 27 auch seitlich geführt. Die Werkstückauflage 27 wird über einen hier nicht näher gezeigten Reibradantrieb angetrieben, wobei die genaue Position der Werkstückauflage über einen ebenfalls hier nicht näher zu sehenden Maßstab bestimmt wird. Außerdem umfasst die Werkstückauflage auch einen Werkstücktisch 4, auf dem das Werkstück (eine Glasplatte mit einer Halbleiterschicht) aufliegt. Der Werkstücktisch 4 weist eine Auflagefläche 28 auf, die im vorliegenden Fall horizontal ausgerichtet ist.

Um das Werkstück möglichst genau gegenüber dem Laserstrahl in dessen Fokus positionieren zu können, der hier als Fokuslinie ausgebildet ist, kann die Lage des Werkstücktisches 4 in der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung senkrecht zu seiner horizontalen Auflagefläche 28 bewegt werden, auf der das Werkstück aufliegt, so dass das Werkstück also in vertikaler Richtung insgesamt gegenüber dem Laserstrahl auf- und abbewegt werden kann. Außerdem kann der Werkstücktisch 4 auch um eine beliebige Achse parallel zur Auflagefläche 28 verkippt werden, also sowohl um eine Drehachse, die zu dem mit x bezeichneten Pfeil parallel ist, als auch um eine zum Pfeil y parallele Drehachse. Hierdurch kann die Auflagefläche 28 und mithin die Oberfläche des hierauf aufliegenden Werkstückes auch gegenüber dem Laserstrahl gekippt werden.

Die Steuerung des Lasers 2, des optischen Systems 3, der Bewegung der Werkstückauflage 27 in der mit dem Pfeil y gezeigten Richtung sowie die Bewegung des Werkstücktisches 4 gegenüber der Basis 5 erfolgt hierbei, wie üblich, durch eine Steuerung, die hier nicht näher zu sehen ist. Die konkrete Mechanik, über die der Werkstücktisch 4 in der zur Auflagefläche 28 senkrechten Richtung z bewegt wird und um die zur Auflagefläche parallelen Achsen (Achsen parallel zur x und y-Achse) rotiert wird, wird näher anhand der nun folgenden Figuren 2 bis 8 näher erläutert.

Figur 2 zeigt hierbei Teile des Werkstücktisches 4 gemeinsam mit den Elementen, die zur Bewegung des Werkstücktisches 4 notwendig sind, im abmontierten Zustand in einer perspektivischen Ansicht von seitlich unten. Wie hierbei zunächst zu sehen ist, sind am Werkstücktisch 4 drei Lagerelemente 7a, 7b, 7c zur Lagerung des Werkstücktisches 4 auf der hier nicht zu sehenden Basis 5 vorgesehen. Die Lagerelemente 7a, 7b, 7c sind dazu einerseits auf ihrer Oberseite mit dem Werkstücktisch 4 verbunden, während ihre Unterseite, im vorliegenden Fall die Platten 13a, 13b und 13c auf der in Figur 2 nicht zu sehenden Basis 5 aufliegen und hier befestigt sind. Im vorliegenden Fall sind alle drei Lagerelemente 7a, 7b, 7c in der mit dem Pfeil z gezeigten Richtung längenverstellbar ausgebildet, wie dies anhand der Figuren 3 bis 8 weiter unten noch näher beschrieben wird. Hierdurch kann der Werkstücktisch 4 einerseits so bewegt werden, dass die Lage des Werkstücktisches 4 senkrecht zur Auflagefläche 28 verändert wird. Dazu muß lediglich bei allen Lagerelementen 7a, 7b, 7c die jeweilige Länge La (Länge des Lagerelementes 7a, vgl. Figur 3), Lb (Länge des Lagerelementes 7b) und Lc (Länge des Lagerelementes 7c) um denselben Betrag verlängert oder verkürzt werden. Außerdem kann die Auflagefläche 28 des Werkstücktisches auch um eine im wesentlichen beliebige, zur Auflagefläche 28 parallel ausgerichtete Achse gekippt werden, also eine Achse, die zu den Pfeilen x oder y parallel ist, indem die Längen La, Lb und Lc der Lagerelemente 7a, 7b und 7c so verändert werden, dass sich die Längenunterschiede La-Lb und/oder La-Lc und/oder La-Lb verändern.

Wie bereits oben ausgeführt, ist ferner eine Führung vorgesehen, die Querkräfte parallel zur Auflagefläche 28 aufnimmt, also in den mit den Pfeilen x und y bezeichneten Richtungen und damit eine Bewegung des Werkstücktisches 4 in Richtungen parallel zur Auflagefläche 28 verhindert, aber eine Kippung um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse und/oder eine Bewegung des gesamten Werkstücktisches 4 senkrecht zur Auflagefläche 28 zulässt.

Die Führung ist vorteilhaft als ein elastischer Körper ausgeführt, der in Richtungen parallel zur Auflagefläche 28, also in Richtungen der Pfeile x und y und bezüglich Torsionen um eine senkrecht zur Auflagefläche stehende Achse, also Torsionen um eine zur Achse z parallele Achse, steif ist. Hierdurch werden Bewegungen des Werkstücktisches in Richtungen parallel zur Auflagefläche 28 verhindert, also Bewegungen in Richtungen x und y und auch Rotationen um eine zur Achse z parallele Drehachse. Bezüglich Kippungen um eine parallel zur Auflagefläche 28 ausgerichtete Achse ist der elastische Körper hingegen elastisch ausgebildet ist und hinsichtlich einer Bewegung des gesamten Werkstücktisches 4 in einer Richtung z senkrecht zur Auflagefläche 28.

Im vorliegenden Fall wurde dieser elastische Körper, durch den die Führung realisiert ist, durch eine Blattfeder 8 realisiert, die unter anderem einen Bereich 8a aufweist, der zur Auflagefläche 28 des Werkstücktisches parallel ist und an einem Ende des zur Auflagefläche 28 parallelen Bereiches 8a einen gegenüber diesem Bereich rechtwinklig abgewinkelten zweiten Bereich 8b aufweist, der senkrecht zur Auflagefläche 28 liegt. Wie zu sehen, sind hierbei beide Enden der Blattfeder 8 starr mit dem Werkstücktisch 4 verbunden, nämlich einmal über eine Klemmleiste 1 1, und zum anderen über eine Klemmleiste 12. Die in Figur 2 nicht dargestellte Basis 5 hingegen ist mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder 8 zum Werkstücktisch 4 starr mit der Blattfeder verbunden, indem eine Klemmleiste 9 hieran befestigt ist, an der wiederum eine Seite eines Winkelstückes 10 befestigt ist, wobei die andere Seite des Winkelstückes 10 an der Basis 5 befestigt ist. Bedingt durch die Blattfeder 8 ist der Werkstücktisch 4 und die Basis 5 mithin in den mit den Pfeilen y und x bezeichneten Richtungen, die parallel zur Auflagefläche 28 sind, steif miteinander gekoppelt und auch hinsichtlich Torsionen um senkrecht zur Auflagefläche 28 stehende Achsen, die parallel zur z-Achse sind, so dass Querkräfte parallel zur Auflagefläche 28 aufgenommen werden. Bewegungen des Werkstücktisches 4 senkrecht zur Auflagefläche, also in der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung lässt die Blattfeder 8 hingegen zu, nachdem die Blattfeder sich in der betreffenden Richtung elastisch verformen kann. Genauso lässt die Blattfeder 8 auch Kippungen um parallel zur Auflagefläche 28 ausgerichtete Achsen, also um Kippachsen zu, die zu den Achsen x und y parallel sind, da sich die Blattfeder 8 auch entsprechend elastisch verformen kann.

Damit die Lagerelemente 7a, 7b, 7c möglichst wenig Kräfte aufnehmen müssen, ist der Werkstücktisch 4 zusätzlich auf federnden Elementen 22a, 22b, 22c gelagert, die jeweils Teile der Gewichtskraft des Werkstücktisches 4 aufnehmen. Hierdurch wird praktisch die gesamte Gewichtskraft des Werkstücktisches 4 von den federnden Elementen 22a, 22b und 22c aufgenommen, so dass die Lagerelemente 7a, 7b, 7c den Werkstücktisch 4 mit sehr geringen Kräften bewegen können.

Mit dem Bezugszeichen 29c ist ein Wegmesssystem bezeichnet, mit dem die jeweilige eingestellte Länge Lc (vgl. die Länge La für das Lagerelement 7a in Figur 3) des zugeordneten Lagerelementes 7c bestimmt werden kann, die hier dem Abstand zwischen der Basis 5 und dem Werkstücktisch 4 enspricht. Auch die anderen Lagerelemente 7a und 7b weisen entsprechende Wegmesssysteme auf, mit denen die jeweilig eingestellte Länge Lb und Lc erfasst werden kann, so dass über einen entsprechenden Regelkreis durch die Steuerung hochgenau eine gewünschte Position des Werkstücktisches 4 in der zur Auflagefläche 28 senkrechten Richtung (siehe Pfeil z) und/oder eine Kippung um eine zur Auflagefläche 28 parallele Achse eingestellt werden kann.

Anhand der Figuren 3 bis 8 soll nunmehr die Funktion eines dieser drei Lagerelemente 7a, 7b, 7c erläutert werden, nämlich für das Lagerelement 7a. Figur 3 zeigt hierbei das Lagerelement 7a in der Seitenansicht und Figur 4 in der Draufsicht. Wie aus Figur 3 ersichtlich, ist das Lagerelement 7a über eine Platte 13 an der in Figur 3 nur ausschnittsweise im Schnitt dargestellten Basis 5 befestigt. Zur Veränderung der Länge La des Lagerelementes 7a weist dieses einen Linearantrieb auf, der beispielhaft in Form eines Spindelantriebes ausgebildet ist. Der Spindelantrieb umfasst hierbei einen elektromotorischen Antrieb 20a und eine Gewindespindel 19a, die über den elektromotorischen Antrieb 20a angetrieben wird.

Die Gewindespindel 19awirkt mit einem Innengewinde eines auf einer Kugelschienenführung 35 geführten Schlittens 17a zusammen und bewegt diesen in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung. Der Schlitten 17a ist teilweise von einer Feder 18a verdeckt, deren genaue Funktion noch später erläutert wird. Der Schlitten 17a weist hierbei eine Ebene 32a auf, die gegen die Horizontale und damit gegenüber der Auflagefläche 28 geneigt ist, wobei auf dieser Ebene 32a die Kugel 16a einer Kugelrolle 15a läuft. Die Kugelrolle 15a wiederum ist leicht geneigt in einer Halterung 14a befestigt, die wiederum am in Figur 3 nur ausschnittsweise im Schnitt dargestellten Werkstücktisch 4 befestigt ist.

Das Zusammenwirken zwischen dem Schlitten 17a und der Kugel 16a der Kugelrolle 15a soll nunmehr näher anhand von Figuren5 und 6 dargestellt werden. In Figur 6 ist rein schematisch der Schlitten 17a aus Figur 3 zu sehen, der vom Spindelantrieb in der mit dem Pfeil x bezeichneten Richtung verfahren wird. Bedingt durch die schräge Ebene 32a des Schlittens 17a wird die Kugel 16a der Kugelrolle 15a in der mit dem Pfeil z bezeichneten Richtung angehoben. Über die in Figur 3 zu sehende Halterung 14a wird der Hub auf den Werkstücktisch 4 übertragen.

In Figur 7 ist genau der umgekehrte Vorgang zu Figur 6 dargestellt. Hierin wird der Schlitten 17a in der mit dem Pfeil -x bezeichneten Richtung verschoben. Bedingt durch die schräge Ebene 32a des Schlittens 17a wird die Kugel 16a der Kugelrolle 15a in der mit dem Pfeil -z bezeichneten Richtung abgesenkt. Über die in Figur 3 zu sehende Halterung 14a wird die Absenkung auf den Werkstücktisch 4 übertragen.

Der Aufbau einer Kugelrolle 15a mit der Kugel 16a soll kurz anhand von Figur 7 erläutert werden. Wie aus Figur 7 zu sehen, ist die Kugel 16a über eine Vielzahl von kleinen Kugeln 21a in einem Käfig beweglich gelagert. Der Käfig wird durch ein Gehäuse, von dem nur die eine aufgeschnittene Hälfte 33a zu sehen ist und durch einen Kern 34a gebildet. Damit umfasst das hier dargestellte Lagerelement 7a ein keilförmig ausgebildetes Laufelement (Schlitten 17a ) das parallel zur Auflagefläche 28 verschieblich gelagert ist und das eine ebene Fläche 32a, aufweist, die in Verschiebungsrichtung gegenüber der Auflagefläche 28 geneigt ist. Das Lagerelement 7a umfasst außerdem eine in einer Kugelrolle 15a kugelgelagerte Kugel 16a, die auf der ebenen Fläche 32a des Laufelementes (Schlitten 17a) beweglich gelagert ist. Durch eine Verschiebung des Laufelementes (Schlitten 17a) in Verschiebungsrichtung ist also eine Bewegung der Kugel 16a senkrecht zur Auflagefläche 28 erzeugbar.

Bedingt durch die auf das betreffende Lagerelement 17a wirkende Gewichtskraft des Werkstücktisches 4 auf das verschieblich gelagerte Laufelement (Schlitten 17a) mit der geneigten ebenen Fläche (32a) wird nach dem Prinzip der „Hangabtriebskraft" eine Kraft in Verschiebungsrichtung des keilförmigen Laufelementes (Schlitten 17a) erzeugt, die in der mit dem Pfeil — x bezeichneten Richtung der Figur 6 wirkt. Um diese Kraft aufzunehmen sind seitlich des Schlittens 17a Federn 18a und 34a vorgesehen, die diese Kraft in Verschiebungsrichtung kompensieren. Es handelt sich hierbei um Zugfedern, die, wie in Figur 4 dargestellt, befestigt sind. Figur 4 zeigt hierbei eine Aufsicht auf das Lagerlement 7a.

Figur 8 zeigt eine perspektivische Darstellung eines Wegmesssystems 29a, das genauso wie das Wegmesssystem 29c gemäß aus Figur 2 aufgebaut ist, und das jedoch dem Lagerelement 7a zugeordnet ist. Hierbei handelt es sich um ein Wegmesssystem, bei dem über eine entsprechende Messeinrichtung der Abstand einer Platte 30a gegenüber der gekapselten Messvorrichtung 31a gemessen wird. Die gekapselte Messvorrichtung 31a ist hierbei an der Basis 5 befestigt, während die Platte 30a am Werkstücktisch 4 befestigt ist. Die Platte 30 ist hierbei über einen Stab mit einem im Inneren der Messvorrichtung 31a befindlichen Ablesekopf verbunden, der die jeweilige Position gegenüber einem ebenfalls im Inneren der Messvorrichtung 31a befindlichen Inkrementalmassstab bestimmt. Hierüber kann die jeweilige Position der Platte 30a gegenüber der Messvorrichtung 31a bestimmt werden. Das Signal der Messvorrichtung 31a wird, wie auch für die Signale der anderen Messvorrichtungen, die den Lagerelementen 7b und 7c zugeordnet sind, an die Steuerung geliefert, und hier in einen Regelkreis eingebunden, in den auch die Antriebe 20a, 20b und 20c eingebunden sind, so dass hochgenau für jedes Lagerelement 7a, 7b und 7c die entsprechende Länge La, Lb und Lc eingestellt werden kann. Abschließend sei noch bemerkt, dass die Erfindung natürlich in keiner Weise auf das beschriebene Ausführungsbeispiel beschränkt ist und vielfältig variieren kann, wie dies bereits oben ausgeführt ist. Beispielsweise muss die Auflagefläche 28 nicht horizontal ausgerichtet sein, sondern kann genauso mit der Horizontalen einen Winkel einschließen.

Claims

Patentansprüche:

1. Werkstückauflage (27) für eine Maschine, umfassend:

- einen Werkstücktisch (4) mit einer Auflagefläche (28) zur Lagerung eines Werkstückes

- wenigstens drei auf einer Basis (5) aufliegende Lagerelemente (7a, 7b, 7c) zur Lagerung des Werkstücktisches (4) auf der Basis (5), wobei wenigstens eines dieser Lagerelemente längenverstellbar ausgebildet ist, um den Werkstücktisch um wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse kippen zu können und/oder die Lage des Werkstücktisches senkrecht zur Auflagefläche verändern zu können,

- eine Führung, die Querkräfte parallel zur Auflagefläche aufnimmt und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen (x, y) parallel zur Auflagefläche (28) verhindert aber eine Kippung um die wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse und/oder eine Bewegung des gesamten Werkstücktisches in einer Richtung (z) senkrecht zur Auflagefläche (28) zulässt.

2. Werkstückauflage nach Anspruch 1, wobei die Auflagefläche (28) horizontal ausgerichtet ist.

3. Werkstückauflage nach Anspruch 1 oder 2, wobei der Werkstücktisch sowohl senkrecht zu seiner Auflagefläche bewegt werden kann, als auch um eine beliebige Achse parallel zur Auflagefläche verkippt werden kann.

4. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstücktisch auf genau drei Lagerelementen (7a, 7b, 7c) gelagert ist.

5. Werkstückauflage nach Anspruch 4, wobei alle drei Lagerelemente längenverstellbar sind

6. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei zumindest eines der Lagerelemente folgendes umfasst:

- ein Laufelement ( 17a) mit einer ebenen Fläche (32a) - eine Kugel (16a), die auf der ebenen Fläche (32a) des Laufelementes beweglich . gelagert ist

7. Werkstückauflage nach Anspruch 6, wobei die ebene Fläche (32a) des Laufelementes (17a) gegenüber der Auflagefläche (28) geneigt ist.

8. Werkstückauflage nach Anspruch 7, wobei das Laufelement (17a) keilförmig ausgebildet ist.

9. Werkstückauflage nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die Kugel (16a) kugelgelagert in einer Kugelrolle (15a) geführt ist.

10. Werkstückauflage nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei das Laufelement (17a) parallel zur Auflagefläche verschieblich gelagert ist, und die ebene Fläche (32a) in Verschiebungsrichtung gegenüber der Auflagefläche geneigt ist, so dass durch eine Verschiebung des Laufelementes in Verschiebungsrichtung eine Bewegung der Kugel senkrecht zur Auflagefläche erzeugbar ist.

11. Werkstückauflage nach Anspruch 10, wobei die auf das betreffende Lagerelement wirkende Gewichtskraft des Werkstücktisches auf das verschieblich gelagerte Laufelement (17a) mit der geneigten ebenen Fläche (32a) eine Kraft in Verschiebungsrichtung des Laufelementes erzeugt, und wobei eine Feder (18a) vorgesehen ist, die diese Kraft in Verschiebungsrichtung zumindest teilweise kompensiert.

12. Werkstückauflage nach einem der Ansprüche 8 bis 11, wobei das verschieblich gelagerte Laufelement in der Verschiebungsrichtung durch einen Linearantrieb, insbesondere durch einen Spindelantrieb (19a, 20a), antreibbar ist.

13. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei der Werkstücktisch zusätzlich auf wenigstens einem federnden Element (22a, 22b, 22c) gelagert ist, das zumindest Teile der Gewichtskraft des Werkstücktisches aufnimmt.

14. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Führung ein elastischer Körper ist, der in Richtungen (x und y) parallel zur Auflagefläche und bezüglich Torsionen um eine senkrecht zur Auflagefläche stehende Achse (z) steif ist und damit eine Bewegung des Werkstücktisches in Richtungen (x und y) parallel zur Auflagefläche (28) verhindert, aber bei einer Kippung um die wenigstens eine parallel zur Auflagefläche ausgerichtete Achse elastisch ausgebildet ist und/oder hinsichtlich einer Bewegung des gesamten Werkstücktisches in einer Richtung (z) senkrecht zur Auflagefläche (28) elastisch ausgebildet ist.

15. Werkstückauflage nach Anspruch 14, wobei der elastische Körper eine Blattfeder (8) ist.

16. Werkstückauflage nach Anspruch 15, wobei die Blattfeder (8) einen Bereich (8a) aufweist, der zur Auflagefläche (28) des Werkstücktisches parallel ist.

17. Werkstückauflage nach Anspruch 16, wobei ein Ende der Blattfeder (8) starr mit der Basis (5) verbunden ist und das andere Ende starr mit dem Werkstücktisch (4) verbunden ist.

18. Werkstückauflage nach Anspruch 16, wobei die Blattfeder zumindest an einem Ende des zur Auflagefläche (28) parallelen Bereiches (8a) einen gegenüber diesem Bereich rechtwinklig abgewinkelten zweiten Bereich (8b) aufweist, der senkrecht zur Auflagefläche liegt.

19. Werkstückauflage nach Anspruch 18, wobei entweder beide Enden der Blattfeder (8) starr mit der Basis (5) verbunden sind und der Werkstücktisch (4) mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zur Basis (5) starr mit der Blattfeder (8) verbunden ist oder beide Enden der Blattfeder (8) starr mit dem Werkstücktisch (4) verbunden sind und die Basis (5) mittig zwischen den beiden starren Verbindungen der Blattfeder zum Werkstücktisch starr mit der Blattfeder verbunden ist

20. Werkstückauflage nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei wenigstens einem Lagerelement (7a) ein Wegmesssystem (29a) zugeordnet ist, über das der Abstand (La) zwischen der Basis (5) und dem Werkstücktisch (4) bestimmt werden kann.

21. Bearbeitungsanlage zur Bearbeitung eines Werkstückes, das ein zu bearbeitendes Halbleitermaterial umfasst, mit einem Bearbeitungswerkzeug zur Bearbeitung des Halbleitermaterials und einer Werkstückauflage (27) nach einem der Ansprüche 1 bis 20.

22. Bearbeitungsanlage nach Anspruch 21, wobei die Basis (5) der Werkstückauflage in wenigstens einer Richtung (y) verschieblich gelagert ist.

23. Bearbeitungsanlage nach einem der Ansprüche 21 bis 22, wobei das Bearbeitungswerkzeug eine Laservorrichtung (2, 3) ist, die einen Laserstrahl so auffächert, dass der auf dem Halbleitermaterial des Werkstückes auftreffende Laserstrahl eine Linie ergibt.