Brevet FR2539066A1 — publié le 19840713

L'invention concerne un dispositif de support destiné à supporter un élément et à le déplacer dans une certaine direction linéaire et dans une autre direction linéaire, par exemple perpendiculaire à la première et/ou pour le faire tourner Le dispositif auquel l'invention a trait est souvent appelé platine X-Y L'un de ces dispositifs, qui peut être manoeuvré avec précision à grande vitesse et qui peut exécuter des mouvements fins, est utilisé dans des machines de fabrication de circuits à semiconducteurs, par exemple des dispositifs d'alignement de masques de projection ou des machines à dessiner à faisceau d'électrons, et dans des machines de fabrication de dispositifs semiconducteurs, tels des dispositifs de liaison de fils, ainsi que dans des machines de con- trôle de matières, pour réaliser un positionnement précis. lies platines X-Y sont largement utilisées dans le domaine indiqué cidessus En particulier dans le domaine des machines de fabrication de circuits semi- conducteurs, les platines X-Y comportent des parties mobiles réalisées en alliage léger, comprenant AI, Ti ou Mg, afin d'être elles-mêmes plus légères pour satis- faire le critère demandé de mouvement à grande vitesse. Cependant, ces alliages légers ont pour inconvénient une moindre rigidité, une déformation sous l'effet des varia- tions de température, une moindre résistance à l'abrasion et une moindre résistance à l'oxydation. Le maintien de la haute précision d'une platine X-Y à mouvements fins est très difficile en raison des variations que les matières métalliques présentent dans le temps. Dans le domaine des machines à dessiner à faisceau d'électrons, qui sont à présent mises en oeuvre dans la fabrication des circuits semiconducteurs, les platines doivent être en matière non magnétique pour permettre la commande appropriée du faisceau d'électrons, de sorte qu'il est difficile de les alléger En outre, les platines doivent être manoeuvrées sous vide, dans certains cas, de sorte qu'une lubrification ne peut être utilisée qu'à un degré limité, ce qui a pour effet une dégradation de la résistance à l'abrasion. L'invention a donc pour objet Principal un dispositif de support qui est pratiquement exempt de déformation sous l'effet du poids ou de variations des conditions ambiantes, et qui est pratiquement exempt de variations apparaissant avec le temps. L'invention a également pour objet un dispositif de support dans lequel l'appui par action coulissante 1 o entre un chariot et un organe porteur est notablement réduit. L'invention a pour autre objet un dispositif de support n'exerçant aucune-influence sur des particules possédant une charge électrique. L'invention a également pour autre objet un dispositif de support qui travaille de façon satisfai- sante, même sous vide. L'invention sera décrite plus en détail en regard du dessin annexé à titre d'exemples nullement limitatifs et sur lequel: la figure 1 est une vue en perspective d'une forme de réalisation du dispositif selon l'invention; la figure 2 est une coupe transversale d'une partie importante d'une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention; et la figure 3 est une coupe transversale d'une partie importante d'une autre forme de réalisation du dispositif selon l'invention. La figure 1 représente un plateau 1 en matière céramique à base d'alumine, sur lequel est plaquée par une dépression une tranche de matière semiconductrice ou autre Le plateau 1 présente une ouverture interne non représentée permettant le maintien de la tranche par dépression, ainsi qu'un conduit non représenté relié à une pompe à vide Le dispositif de la figure 1 comprend une platine 2 à direction X, en céramique à base d'alu- mine, destinée à déplacer le plateau i dans la direction X. La platine 2 comporte une saillie 2 ' dont la surface inférieure peut glisser sur un autre élément qui sera décrit ci-après La surface de glissement peut être revêtue de polytétrafluoréthylène Un bloc coulissant 3 en céramique d'alumine, dont la surface de glissement est revêtue de polytétrafluoréthylène, est disposé à l'intérieur de la platine 2 Ce bloc coulissant 3 est en contact avec un rail 9 de guidage qui sera décrit ciaprès Un écrou 4 à billes en céramique est relié à la platine 2 par un accouplement afin de transmettre à cette platine 2 une force la déplaçant, et cet écrou renferme des billes non métalliques, par exemple en céramique, en rubis ou en saphir L'écrou 4 à billes est en prise sur une vis 5 à billes en céramique, destinée à entraîner l'écrou Un bâti 6 en céramique est destiné à supporter la vis 5 à billes et il loge fixement un palier supportant également la vis 5 Le palier est réalisé en une matière non métallique, par exemple en rubis ou en saphir Un accouplement 7 de transmission en céramique, destiné à transmettre la force d' entraîne- ment d'un moteur 8 associé à la platine 2, est relié à la vis 5 Le rail de guidage 9, réalisé en céramique, définit le mouvement linéaire de la platine 2 dans la direction X Ce rail 9 de guidage présente une face latérale contre laquelle peut porter un galet 23 (figure 2) qui tourillonne sur un axe, et une autre face latérale contre laquelle porte le bloc coulissant 3. Le dispositif de la figure 1 comprend en outre une platine 10 de direction Y, réalisée en céramique, qui supporte la saillie 2 ' de la platine 2 et qui est en contact avec le rail 9 de guidage dans la direction X. Un bloc coulissant 11 en céramique, de préférence revêtu de polytétrafluoréthylène, est disposé à l'intérieur de la platine 10 Un rail 12 de guidage en céramique définit un mouvement linéaire pour la platine 10 de direction Y et il est relié à une platine immobile ou fixe 18 en céramique Des bâtis 13 et 14 en céramique supportent une vis 15 à billes assurant l'entraînement dans la direction Y, et ils renferment chacun un palier en matière non magnétique par exemple en céramique, en rubis ou en saphir Bien que non représenté sur le dessin, un écrou à billes est en prise avec la vis 15 et est fixé à l'intérieur de la platine 10. Un accouplement 16 de transmission en céramique est destiné à transmettre la force d'entraînement d'un moteur 17 à la platine de direction Y Des surfaces 19 et 21 de glissement en céramique, qui ont été polies de façon à présenter un fini spéculaire, supportent la saillie inférieure de la platine 2 et la saillie inférieure de la platine 10, respectivement. La figure 2 représente une structure modifiée destinée à supporter la platine 2 de direction X La figure 3 représente une autre structure modifiée destinée à supporter la platine 2 La structure de la figure 2 comprend des éléments 24 qui sont des rouleaux en céramique ou en matière non métallique, disposés dans une direction perpendiculaire au plan du dessin afin de constituer un palier Les éléments 24 peuvent être des aiguilles de roulement comprenant un organe de retenue en polytétra- fluoréthylène La structure de la figure 3 utilise un dispositif d'appui à air du type glissant, comprenant un patin à air 25 en céramique relié à une conduite d'air non représentée. Parmi les éléments décrits ci-dessus, les pièces de glissement et les pièces de roulement sont réalisées en une céramique fine, et les autres pièces peuvent étre réalisées en alliage, par exemple en alliage d'aluminium, comme dans les machines classiques. En fonctionnement, le moteur 8 fixé à la platine de direction Y fait tourner, lorsqu'il est mis en marche, la vis à billes 5 par l'intermédiaire de l'accou- plement 7 afin que l'écrou 4 à billes en prise avec la vis 5 exécute un mouvement alternatif de même, par consé- quent, que la platine 2 de direction X qui lui est fixée. La platine 2 glisse sur la surface plane 19 de façon que son mouvement soit limité à un plan, sans fluctuations, et le rail 9 de guidage limite les fluctuations de ce mouvement dans la direction Y. Lorsque le moteur 17 fixé à la platine fixe 18 est mis en marche, la vis à billes 15 est mise en rotation par l'intermédiaire de l'accouplement 16 de manière que la platine 10 de direction Y exécute un mouvement alter- natif Cette platine 10 se déplace sur la surface plane 21 et le rail 12 de guidage maintient correctement son mouvement dans la direction Y. Les accouplements entre les platines et les moteurs sont réalisés en céramique, car cette matière présente une rigidité élevée et une faible inertie, ce qui permet de réduire la transmission des vibrations provenant des éléments moteurs. Dans le cas o les platines sont réalisées entière- ment en céramique, cette matière n'étant pas magnétique, elles peuvent être utilisées avec une machine à dessiner à faisceaux d'électrons, qui exige une platine non magné- tique, et elles peuvent également être utilisées avec des machines à mouvements fins et avec des machines de mesures fines, dans d'autres domaines o des matières chimi- ques corrosives ou collantes risquent d'y adhérer Etant donné que la céramique élimine toute possibilité de formation de rouille, elle peut être utilisée avec des produits chimiques liquides Du fait que la céramique peut également travailler dans le vide, elle peut être utilisée dans l'espace. Dans les formes de réalisation décrites ci- dessus, les platines sont décrites comme étant mobiles linéairement dans des directions orthogonales, mais il est évident qu'elles peuvent également être réalisées de façon à pouvoir tourner. Conformément à l'invention, la faible rigidité qui accompagne généralement la tendance à diminuer le poids peut être évitée De plus, en raison de la faible conductibilité thermique de la céramique, et de son coefficient de dilatation thermique inférieur à celui des métaux ordinaires, le dispositif est pratiquement insen- sible à l'influence possible de la température ambiante. En outre, la grande dureté de la matière oppose une résistance élevée à l'abrasion Alors que dans les machines classiques se pose inévitablement le problème de l'impossi- bilité de maintenir une haute précision pendant une longue durée en raison des variations affectant les métaux avec le temps, le dispositif selon l'invention permet de réduire ces variations et de les limiter à une valeur très faible. De plus, étant donné que la céramique n'est pratiquement pas influencée par les vibrations extérieures, un comportement stable peut être maintenu Aucun problème de liaison n'apparaît comme dans le cas o un métal est utilisé En outre, la surface de glissement et la surface de roulement peuvent être utilisées sans lubrification. Il va de soi que de nombreuses modifications - peuvent être apportées au dispositif décrit et représenté sans sortir du cadre de l'invention. REVENDICATIONS 1 Dispositif de support, caractérisé en ce qu'il comporte une première platine ( 18) comportant au moins un élément, une deuxième platine ( 10) comportant au moins un élément et mobile par rapport à la première platine, et des moyens ( 14, 15, 16, 17) comportant au moins un élément et destinés à produire un mouvement relatif entre la première platine et la deuxième platine, au moins l'un desdits éléments étant en céramique. 2 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre une troisième platine ( 2) mobile par rapport à la deuxième platine et comportant au moins un élément ( 3) en céramique. 3 Dispositif selon la revendication 2, caracté- risé en ce que la troisième platine se déplace linéaire- ment par rapport à la deuxième platine. 4 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que les pièces des première et deuxième platines qui sont en contact entre elles sont en céramique 5 Dispositif selon la revendication 4, caracté- risé en ce qu'une surface d'au moins l'une des pièces, présente un revêtement de polytétrafluoréthylène. 6 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce qu'il comporte en outre un élément ( 12) de guidage destiné à guider la deuxième platine par rapport à la première platine et comportant au moins un élément en céramique. 7 Dispositif selon la revendication 6, caracté- risé en ce que l'élément de guidage comprend un rail ( 12) de guidage situé sur la première platine,et un bloc coulissant ( 11) et un galet qui peuvent porter contre le rail de guidage et qui sont situés sur la deuxième platine. 8 Dispositif selon la revendication 7, caracté- risé en ce que le bloc coulissant présente une surface pouvant entrer en contact avec le rail de guidage et portant un revêtement de polytétrafluoréthylène. 9 Dispositif selon la revendication 1, caracté- risé en ce que la première platine et la deuxième platine sont en céramique. Dispositif selon la revendication 9, caractérisé en ce que la céramique est une céramique d'alumine. 11 Dispositif selon la revendication 9, caracté- risé en ce que la deuxième platine peut être déplacée linéairement par rapport à la première platine. 12 Dispositif selon la revendication 9, caracté- risé en ce que la deuxième platine peut être tournée par rapport à la première platine. 13 Dispositif selon la revendication 1, carac- térisé en ce qu'un appui ( 24) est situé entre la première platine et la deuxième platine. 14 Dispositif selon la revendication 13, caractérisé en ce que l'appui est constitué de plusieurs rouleaux. Dispositif selon la revendication 13, carac- térisé en ce que l'appui est du type à aiguilles. 16 Dispositif selon la revendication 14, carac- térisé en ce que l'appui est un appui à gaz ( 25).