AT528049A2 - Positionierungsvorrichtung mit Staudruckdüsen und Verfahren zum Ausrichten eines Substrats - Google Patents

Positionierungsvorrichtung mit Staudruckdüsen und Verfahren zum Ausrichten eines Substrats

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AT528049A2 ATA50102/2025A AT501022025A AT528049A2 AT 528049 A2 AT528049 A2 AT 528049A2 AT 501022025 A AT501022025 A AT 501022025A AT 528049 A2 AT528049 A2 AT 528049A2
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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Positionierungsvorrichtung zum Ausrichten eines Substrats (12) relativ zu einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14), aufweisend eine Substrataufnahmevorrichtung (18) zur Aufnahme des Substrats (12); mindestens drei Staudruckdüsen (22), die an der oder um die Substrataufnahmevorrichtung (18) angeordnet sind, wobei jede der Staudruckdüsen (22) zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14) hin ausgerichtet ist und mit einer Druckmessvorrichtung (24) zur Erfassung ihres jeweiligen Staudruckes verbunden ist; mindestens zwei lineare Stellglieder (28), die mit der Substrataufnahmevorrichtung (18) verbunden sind und jeweils dazu ausgebildet sind, die Substrataufnahmevorrichtung (18) relativ zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14) zu verfahren; und ein Steuergerät (34), das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, Verfahrwege der linearen Stellglieder (28) in Abhängigkeit von den gemessenen Staudrücken vorzugeben. Ferner betrifft die Erfindung ein Verfahren zum Ausrichten eines Substrats (12).

Description

Zur Herstellung von mikro- und/oder nanostrukturierten Komponenten ist es häufig notwendig, Bauteile relativ zueinander exakt auszurichten, beispielsweise ein Substrat gegenüber einer Maske.
Die Maske und das Substrat können dabei entweder flach aneinander anliegen oder bevorzugt mit einem geringen Spaltmaß, beispielsweise 20 um, parallel zueinander positioniert werden. Um dies zu erreichen, werden typischerweise Keilfehlerausgleichsköpfe eingesetzt. Im Falle, dass ein Kontakt zwischen der Maske und dem Substrat vorliegt, erfolgt der Keilfehlerausgleich oft rein mechanisch. Das Substrat wird gegen die Maske gedrückt. Dabei richtet der Keilfehlerausgleichskopf durch den Druck das Substrat bzw. einen Substrathalter parallel zur Maske aus. Diese Parallelstellung wird dann durch Bremsen fixiert.
Diese Lösung bringt jedoch einige Probleme mit sich. Die Mechanik in konventionellen Keilfehlerausgleichsköpfen ist technisch kompliziert und entsprechend teuer in der Herstellung. Außerdem können empfindliche Substrate durch den Anpressdruck beschädigt werden.
Daneben gibt es auch aktive Keilfehlerausgleichsköpfe, in denen beispielsweise piezoelektrische Stellglieder eingesetzt werden, um ein Substrat gegenüber einer Maske auszurichten. Die Integration der Stellglieder in derartige Keilfehlerausgleichsköpfe ist jedoch kompliziert und daher nicht einfach umsetzbar.
Es ist daher Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und System bereitzustellen, das eine technisch einfache und zuverlässige Positionierung eines Substrats relativ zu einem im
Wesentlichen ebenen Bauteil ermöglicht.
Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch eine Positionierungsvorrichtung zum Ausrichten eines Substrats relativ zu einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche. Die
Positionierungsvorrichtung umfasst: - eine Substrataufnahmevorrichtung zur Aufnahme des Substrats;
- Mindestens drei Staudruckdüsen, die an der oder um die Substrataufnahmevorrichtung angeordnet sind, wobei jede der Staudruckdüsen zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche hin ausgerichtet ist und mit einer Druckmessvorrichtung zur Erfassung ihres jeweiligen
Staudruckes verbunden ist;
- mindestens zwei lineare Stellglieder, die mit der Substrataufnahmevorrichtung verbunden sind und jeweils dazu ausgebildet sind, die Substrataufnahmevorrichtung relativ zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche zu verfahren; und
- ein Steuergerät, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, Verfahrwege der linearen Stellglieder in Abhängigkeit von den gemessenen Staudrücken vorzugeben.
Der Grundgedanke der Erfindung ist es, mittels der Positionierungsvorrichtung an verschiedenen Stellen an oder um die Substrataufnahmevorrichtung Staudrücke zu erfassen und dadurch lokale Abstandsinformationen des Substrats bzw. der Substrataufnahmevorrichtung zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche zu erhalten. Die im Wesentlichen ebene Oberfläche kann beispielsweise die Oberfläche einer Maske oder eines Stempels sein. Basierend auf den
erhaltenen Informationen kann dann ein kontaktloser Keilfehlerausgleich realisiert werden.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird unter einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche eine Oberfläche verstanden, die Unebenheiten aufweisen kann, beispielsweise im Nano-, Mikro-, Milli- und/oder Zentimeterbereich.
Der Keilfehlerausgleich kann so besonders schnell und substratschonend durchgeführt werden. Außerdem ermöglicht die erfindungsgemäße Positionierungsvorrichtung einen Keilfehlerausgleich auch für Substrate mit verschiedenen Dicken, Dickenvariationen und/oder Strukturierungen durchzuführen. Die Dicke der Substrate kann vorgegeben sein und/oder vorab auf einem Messstand bestimmt werden, z.B. mittels eines sogenannten Aligners. Auch Verkippungen und/oder Toleranzen des Substrathalters sowie der Maske können berücksichtigt und kompensiert
werden.
In einer Ausführungsvariante ist vorgesehen, dass die Positionierungsvorrichtung ferner ein Auflager umfasst. Die linearen Stellglieder sind dabei auf dem Auflager voneinander beabstandet angeordnet. So ist es möglich, dass die Substrataufnahmevorrichtung relativ zum Auflager ausgerichtet oder verstellt werden kann.
Bei einer ungeraden Anzahl an linearen Stellgliedern können die linearen Stellglieder gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sein.
Optional ist das Auflager Teil einer Hubvorrichtung. So kann durch ein Verschieben des Auflagers mittels der Hubvorrichtung zunächst eine zeitsparende Grobjustierung vorgenommen werden bevor eine präzise Ausrichtung des Substrats gegenüber der im Wesentlichen ebenen Oberfläche mittels der linearen Stellglieder erfolgt.
Insbesondere ist das Auflager eine Auflageplatte und/oder die Substrataufnahmevorrichtung eine Substrataufnahmeplatte.
In einer Variante der Erfindung sind die linearen Stellglieder in der Positionierungsvorrichtung, insbesondere mit der Substrataufnahmevorrichtung und/oder dem Auflager, fest verbaut. Dadurch wird sichergestellt, dass die linearen Stellglieder nicht verrutschen.
Die linearen Stellglieder können auf dem Auflager mechanisch, magnetisch, mittels Klebstoff und/oder mittels eines Vakuums befestigt sein. Dies ist technisch einfach umsetzbar. Insbesondere kann, insofern auf der Substrataufnahmevorrichtung Vakuumkanäle zum Ansaugen des Substrats vorgesehen sind, dasselbe Vakuumsystem zum Fixieren der linearen Stellglieder genutzt werden. Selbstverständlich ist dies nicht einschränkend zu verstehen. Auch eine Befestigung mittels Schrauben, Bolzen, Rastelementen, Klebeverbindungen oder anderen Verbindungssystemen ist denkbar.
Es kann vorgesehen sein, dass das Auflager und die Substrataufnahmevorrichtung ein geschlossenes Bauteil bilden, beispielsweise einen Chuck, in dem zumindest die linearen Stellglieder aufgenommen sind, wobei die Substrataufnahmevorrichtung relativ zum Auflager durch die linearen Stellglieder verstellbar ist. Dadurch kann eine äußerst kompakte und platzsparende
Bauweise erreicht werden.
Beispielsweise kann hierbei das Auflager zumindest einen Teil der Unterseite des gebildeten Bauteils darstellen und/oder die Substrataufnahmevorrichtung kann hierbei zumindest einen Teil der Oberseite des gebildeten Bauteils darstellen.
Vorzugsweise sind die Staudruckdüsen außerhalb einer Substrataufnahmefläche der Substrataufnahmevorrichtung angeordnet, insbesondere um diese gleichmäßig verteilt. So wird verhindert, dass die Messung der Staudrücke durch das Substrat gestört wird.
Der Arbeitsabstand der Staudruckdüsen kann kleiner sein als die Dicke typischerweise auszurichtender Substrate.
Um auch für dickere Substrate das Arbeiten der Staudruckdüsen in einem optimalen Arbeitsbereich zu ermöglichen, können die Staudruckdüsen so angeordnet sein, dass sie über die Substrataufnahmefläche der Substrataufnahmevorrichtung in Richtung der im Wesentlichen ebenen Oberfläche hinausstehen.
Alternativ können aber auch bezüglich der im Wesentlichen ebenen Oberfläche stationäre Anstrahlgeometrien vorgesehen sein, die über die im Wesentlichen ebene Oberfläche in Richtung der Substrataufnahmevorrichtung hinausstehen. Im einfachsten Falle können die Anstrahlgeometrien speziell ausgeformte Bereiche einer Maske und/oder eines Stempels sein, die von den Staudruckdüsen angestrahlt werden.
Die Positionierungsvorrichtung kann außerdem eine lineare Führung aufweisen, beispielsweise eine Linearachse, welche die Substrataufnahmevorrichtung bei Bewegungen auf die im Wesentlichen ebene Oberfläche zu oder von der ebenen Oberfläche weg linear führt. Dadurch kann ein seitliches Ausscheren und/oder Verdrehen der Substrataufnahmevorrichtung technisch
einfach und effektiv unterbunden werden.
Es ist ferner denkbar, dass die Positionierungsvorrichtung eine Referenzstaudruckdüse umfasst, deren Staudruck im Wesentlichen von einer relativen Position der Substrataufnahmevorrichtung zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche unabhängig ist und/oder von einem Umgebungsdruck abhängig ist. Beispielsweise kann die Referenzstaudruckdüse einen Luftstrom in eine Umgebung ausstoßen, in der zumindest in der Nähe des Ausstoßpunktes kein Hindernis für den Luftstrom vorhanden ist. Der Staudruck der Referenzstaudruckdüse dient dann als Maß für den Luftdruck. Entsprechend kann der Referenzstaudruck bzw. Luftdruck bei der Bestimmung der Verfahrwege der linearen Stellglieder berücksichtigt werden, wodurch eine besonders hohe Positionierungsgenauigkeit erreicht wird.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß ferner gelöst durch ein Verfahren zum Ausrichten eines Substrats relativ zu einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche mittels einer erfindungsgemäßen Positionierungsvorrichtung. Das Verfahren umfasst die Schritte:
- Bewegen der Substrataufnahmevorrichtung auf die im Wesentlichen ebene Oberfläche zu, wobei beim Bewegen Staudrücke der Staudruckdüsen erfasst werden;
- Bestimmen von lokalen Abstandswerten der Substrataufnahmevorrichtung von der im
Wesentlichen ebenen Oberfläche anhand der Staudrücke;
- Bestimmen eines Verfahrweges zumindest eines der linearen Stellglieder anhand der lokalen Abstandswerte; und
- Bewegen des mindestens einen linearen Stellgliedes um den Verfahrweg.
Beispielsweise können die lokalen Abstandswerte direkt mittels der, insbesondere kontinuierlich gemessenen Staudrücke und der damit korrelierenden Abstände bestimmt werden.
Alternativ können die lokalen Abstandswerte indirekt mittels Staudruckschaltpunkten und der damit korrelierenden lokalen Abstandswerte, der insbesondere konstanten Bewegungsgeschwindigkeit der Hubvorrichtung in Richtung der im Wesentlichen ebenen Oberfläche, der vergangenen Zeit zwischen dem Erreichen des jeweiligen Staudruckschaltpunkts einer Staudruckdüse bis zum Ende der Bewegung der Substrataufnahmefläche und/oder der Lagekoordinaten der Staudruckdüsen bestimmt werden.
Insbesondere umfasst der Schritt des Bestimmens eines Verfahrweges zumindest eines der linearen Stellglieder das Identifizieren einer Strecke, um die ein piezoelektrischer Stift aus- oder eingefahren werden muss, um eine parallele Ausrichtung des Substrates zur im Wesentlichen
ebenen Oberfläche in einem gewünschten Abstand zu erreichen.
Selbstverständlich können auch unterschiedliche Verfahrwege für mehrere verschiedene lineare Stellglieder bestimmt werden.
Die Vorteile, die zur Positionierungsvorrichtung diskutiert wurden, gelten für das Verfahren in entsprechender Weise.
In einer Variante umfasst das Verfahren außerdem den folgenden Schritt: Bestimmen einer Substratabmessung, insbesondere einer Substratdicke und/oder Keilform, wobei der Verfahrweg anhand der lokalen Abstandswerte und der Substratabmessung bestimmt wird. Das Bestimmen einer Substratabmessung erfolgt insbesondere vorgelagert zu den übrigen Verfahrensschritten. Der Verfahrensschritt kann auch außerhalb der Positionierungsvorrichtung mittels einer dafür vorgesehenen Messvorrichtung durchgeführt werden.
Insbesondere wenn verschiedene Substrate ausgerichtet werden sollen, die nicht alle eine einheitliche Dicke und/oder Keilform aufweisen, ist dieser Verfahrensschritt sinnvoll, da hierdurch die Abmessungen jedes einzelnen Substrats beim Ausrichten individuell berücksichtigt werden
können.
Alternativ kann auch eine bekannte Substratabmessung und/oder Keilform für einen bestimmten Substrattyp vorgegeben werden.
Weiterhin kann das Verfahren den zusätzlichen Schritt umfassen: Kalibrieren der Druckmessvorrichtungen durch Erfassen und Abspeichern eines Zusammenhanges eines Staudruckes zumindest einer der Staudruckdüsen und einem Abstand der zumindest einen Staudruckdüse von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche. Durch diesen Kalibrierungsschritt wird sichergestellt, dass die Verfahrwege der linearen Stellglieder stets korrekt berechnet werden. Das Kalibrieren kann auch luftdruckabhängig erfolgen. In diesem Falle werden für verschiedene Luftdrücke, die beispielsweise mittels der Referenzstaudruckdüse erfasst werden können, unterschiedliche Datensätze generiert und abgespeichert, welche jeweils eine beim gegebenen Luftdruck vorliegende Korrelation des Staudruckes und des Abstands der Staudruckdüse von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche wiedergeben.
In einer Variante des Verfahrens werden das Bestimmen der lokalen Abstandswerte, das Bestimmen des Verfahrweges und/oder das Bewegen des mindestens einen linearen Stellgliedes um den Verfahrweg kontinuierlich während des Bewegens der Substrataufnahmevorrichtung zur im Wesentlichen ebene Oberfläche durchgeführt. Das stellt eine besonders effiziente
Prozessabfolge dar, wodurch Prozesszeit gespart und demnach der Durchsatz erhöht werden
kann.
Alternativ kann ein Staudruckschaltpunkt vorgegeben, wobei im Falle, dass der Staudruck einer Staudruckdüse den Staudruckschaltpunkt erreicht, die Druckmessvorrichtung ein Signal ausgibt, wobei das Bestimmen der lokalen Abstandswerte und/oder das Bestimmen des Verfahrweges durch das Signal initiiert wird. Durch das Vorsehen eines Staudruckschaltpunkts ist das Verfahren
technisch einfacher umsetzbar und weniger rechenaufwendig.
In diesem Zusammenhang kann auch vorgesehen sein, dass wenn das Signal ausgegeben wird, ein Verfahren der Substrataufnahmevorrichtung (beispielsweise mittels der Hubvorrichtung und/oder mittels der linearen Stellglieder) gestoppt wird und/oder der Verfahrweg auf null gesetzt
wird.
Alternativ kann vorgesehen sein, dass bei der Bewegung der Substrataufnahmefläche zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche hin die Staudruckschaltpunkte aller Staudruckdüsen erreicht werden, insbesondere wobei die Staudruckschaltpunkte von zumindest zwei Staudruckdüsen nicht im Wesentlichen gleichzeitig, sondern zu unterschiedlichen Zeitpunkten schalten, wenn die Substrataufnahmefläche nicht parallel zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche ausgerichtet ist. Mittels der Staudruckschaltpunkte und der damit korrelierenden lokalen Abstandswerte, der bis zum Erreichen aller Staudruckschaltpunkte insbesondere konstanten Bewegungsgeschwindigkeit der Hubvorrichtung in Richtung der im Wesentlichen ebenen Oberfläche, der vergangenen Zeit zwischen dem Erreichen des jeweiligen Staudruckschaltpunkts einer Staudruckdüse bis zum Ende der Bewegung der Substrataufnahmefläche und/oder der Lagekoordinaten der Staudruckdüsen können die finalen, d.h. die beim Ende der Bewegung der Substrataufnahmefläche vorliegenden, lokalen Abstandswerte und folglich der Verfahrweg zumindest eines linearen Stellglieds bestimmt
werden.
Bevorzugt kann bei der Bestimmung des Verfahrweges zumindest eines linearen Stellglieds die Staudruckdüse als statischer Referenzpunkt verwendet werden, die zum Zeitpunkt des Endes der Bewegung der Substrataufnahmefläche am weitesten von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche entfernt ist, d.h. deren Staudruckschaltpunkt als letztes erreicht wurde und/oder zum Zeitpunkt des Endes der Bewegung der Substrataufnahmefläche immer noch erreicht ist. Als Ergebnis einer derartigen Bestimmung des Verfahrweges zumindest eines linearen Stellglieds wird zumindest ein lineares Stellglied so verfahren, dass alle Staudruckdüsen, die nicht als statischer Referenzpunkt verwendet werden, an eine Position verfahren werden, an der sie ihren jeweiligen Staudruckschaltpunkt besitzen. Falls zum Zeitpunkt des Endes der Bewegung der Substrataufnahmefläche die als statischer Referenzpunkt verwendete Staudruckdüse ihren Staudruckschaltpunkt immer noch erreicht hatte, haben nach dem Verfahren der Stellglieder wie
im Vorangegangen erläutert alle Staudruckdüsen ihren Staudruckschaltpunkt erreicht, sodass nun die Substrataufnahmefläche parallel zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche ausgerichtet ist. Falls zum Zeitpunkt des Endes der Bewegung der Substrataufnahmefläche die als statischer Referenzpunkt verwendete Staudruckdüse ihren Staudruckschaltpunkt nicht (mehr) erreicht hatte, muss nach oder vor dem Parallelausrichten der Substrataufnahmefläche zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche zumindest die als statischer Referenzpunkt verwendete Staudruckdüse, beispielsweise über die Hubvorrichtung oder zumindest ein lineares Stellglied, an eine Position verfahren werden, an der sie ihren jeweiligen Staudruckschaltpunkt besitzt. In beiden Fällen muss nach dem Parallelausrichten der Substrataufnahmefläche zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche die Substrataufnahmefläche lediglich über eine geringe oder sogar keine Distanz bewegt werden damit alle Staudruckdüsen ihren Staudruckschaltpunkt erreichen und so der gewünschte Abstand zwischen der Substrataufnahmefläche und der im Wesentlichen ebenen Oberfläche vorliegt.
Alternativ kann irgendeine der Staudruckdüsen als statischer Referenzpunkt zur Ausrichtung der Substrataufnahmefläche mittels der linearen Stellglieder parallel zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche genutzt werden. Bei Bedarf ist hierbei ein wiederholtes „Anfahren“ der Substrataufnahmefläche zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche notwendig, um den gewünschten Abstand zwischen der Substrataufnahmefläche und der im Wesentlichen ebenen Oberfläche zu
erreichen.
In einem optionalen weiteren Schritt kann vorgesehen sein, dass nach dem Ausrichten der Substrataufnahmefläche parallel zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche die Substrataufnahmefläche nochmals von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche weg und wieder zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche hin verfahren wird bis erneut ein Schaltpunkt zumindest einer Staudruckdüse erreicht wird. So kann überprüft werden, ob die Staudruckschaltpunkte aller Staudruckdüsen in einem zu definierenden Toleranzbereich gleichzeitig erreicht werden und so die gewünschte Parallelität der Substrataufnahmefläche und der im Wesentlichen ebenen Oberfläche vorherrscht. Falls die Zeitpunkte der Staudruckschaltpunkte außerhalb des zu definierenden Toleranzbereichs liegen, können einzelne oder alle vorherige Schritte wiederholt werden, um die gewünschte Parallelität der Substrataufnahmefläche und der im Wesentlichen ebenen Oberfläche
zu erreichen. Der Toleranzbereich kann sich im Millisekundenbereich erstrecken.
Weitere Vorteile und Merkmale der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und aus den beigefügten Zeichnungen, auf die Bezug genommen wird. In den
Zeichnungen zeigen:
- Figur 1 schematisch eine Seitenansicht einer ersten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Positionierungsvorrichtung;
- Figur 3 schematisch eine Seitenansicht einer zweiten Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Positionierungsvorrichtung.
In den Figuren 1 und 2 ist ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Positionierungsvorrichtung 10 zum Ausrichten eines Substrats 12 relativ zu einer im Wesentlichen
ebenen Oberfläche 14 einer Maske 16 gezeigt.
Die Positionierungsvorrichtung 10 umfasst eine Substrataufnahmevorrichtung 18 mit einer Substrataufnahmefläche 20 zur Aufnahme des Substrats 12.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist die Substrataufnahmevorrichtung 18 eine Substrataufnahmeplatte.
In einem Randbereich der Substrataufnahmevorrichtung 18 sind außerhalb der Substrataufnahmefläche 20 drei Staudruckdüsen 22 angeordnet, die alle zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 hin ausgerichtet sind.
Die Staudruckdüsen 22 sind im Ausführungsbeispiel auf einen Arbeitsbereich von 1 mbar bis 5000 mbar ausgelegt und werden bevorzugt zwischen 200 mbar und 2000 mbar betrieben.
Jede der Staudruckdüsen 22 ist mit einer Druckmessvorrichtung 24 zur Erfassung ihres jeweiligen Staudruckes verbunden. Je näher die Substrataufnahmevorrichtung 18 sich an der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 der Maske 16 befindet, desto stärker wird ein von den jeweiligen Staudruckdüsen 22 erzeugter Luftstrom gestaut, was zu einem Druckanstieg führt. Dieser Druckanstieg kann mittels der Druckmessvorrichtungen 24 erfasst werden. Der gemessene Druck ist daher ein direktes und genaues Maß für den Abstand der Substrataufnahmevorrichtung 18 bzw. der Staudruckdüsen 22 von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 und kann somit
genutzt werden, um diesen zu überprüfen und/oder gezielt einzustellen.
Der Arbeitsabstand der Staudruckdüsen 22, also der Abstand, in welchem die Staudruckdüsen 22 für eine optimale Funktion gegenüber einer anzustrahlenden Oberfläche positioniert sein müssen, kann dabei auch kleiner sein als die Dicke typischerweise auszurichtender Substrate 12.
Um einen Betrieb der Staudruckdüsen 22 in einem idealen Arbeitsbereich zu ermöglichen, kann die Positionierungsvorrichtung 10 Anstrahlgeometrien 40 umfassen, welche an oder neben der Maske 16 angeordnet sind und die über die im Wesentlichen ebene Oberfläche 14 in Richtung der Substrataufnahmevorrichtung 18 hinausstehen. Im einfachsten Falle können die Anstrahlgeometrien 40 speziell ausgeformte Bereiche am Rand der Maske 16 sein, die von den Staudruckdüsen 22 angestrahlt werden.
Alternativ können die Staudruckdüsen 22 auch so angeordnet sein, dass sie über die Substrataufnahmefläche 20 der Substrataufnahmevorrichtung 18 in Richtung der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 hinausstehen.
Selbstverständlich sind auch in ihrer Position verstellbare Staudruckdüsen 22 denkbar.
Im Ausführungsbeispiel weist die Positionierungsvorrichtung 10 außerdem eine optionale Referenzstaudruckdüse 26 auf. Die Referenzstaudruckdüse 26 ist seitlich an der Substrataufnahmevorrichtung 18 angebracht und so angeordnet, dass ein durch sie erzeugter Luftstrom ungehindert austreten kann. Dadurch ist der Staudruck der Referenzstaudruckdüse 26 im Wesentlichen vom Umgebungsdruck abhängig und geeignet diesen zu quantifizieren. Der Umgebungsdruck kann dann beim Ausrichten des Substrats 12 entsprechend berücksichtigt
werden.
Ferner umfasst die Positionierungsvorrichtung 10 in der vorliegenden Ausführungsform drei
lineare Stellglieder 28, die mit der Substrataufnahmevorrichtung 18 beweglich verbunden sind.
Alternativ kann die Positionierungsvorrichtung 10 zwei, vier oder mehrere Stellglieder 28 aufweisen.
Im Ausführungsbeispiel sind die linearen Stellglieder 28 piezoelektrische Stifte und dazu ausgebildet, die Substrataufnahmevorrichtung 18 auf die im Wesentlichen ebene Oberfläche 14 zu oder von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 weg zu bewegen.
Die Positionierungsvorrichtung 10 weist zudem ein Auflager 32 auf, auf welcher die linearen Stellglieder 28 gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind.
Im gezeigten Ausführungsbeispiel ist das Auflager 32 eine Auflageplatte und Teil einer Hubvorrichtung 30.
Die Hubvorrichtung 30 dient dazu, die Substrataufnahmevorrichtung 18 schnell und über größere Verfahrwege auf die Maske 16 zu oder von der Maske 16 wegbewegen zu können.
Die linearen Stellglieder 28 werden dagegen für die Feinjustierung genutzt. Sie sind im Ausführungsbeispiel mit dem Auflager 32 verschraubt und bewegen sich daher mit dem Auflager 32, wenn die Hubvorrichtung 30 aktiv ist. Alternativ können die linearen Stellglieder 28 auch magnetisch und/oder mittels eines Vakuums auf dem Auflager 32 befestigt sein.
Die linearen Stellglieder 28 sind also nicht in die Substrataufnahmevorrichtung 18 integriert, sondern fest mit dem Auflager 32 verbunden. Dadurch werden ein einfaches Design und eine hohe Designfreiheit der Substrataufnahmevorrichtung 18 erreicht.
Weiterhin weist die Positionierungsvorrichtung 10 ein Steuergerät 34 auf, das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, Verfahrwege der linearen Stellglieder 28 in Abhängigkeit von den gemessenen Staudrücken vorzugeben. Dadurch kann der Abstand der Substrataufnahmevorrichtung 18 und somit auch des Substrats 12 von der Maske 16 sehr genau eingestellt werden.
Um bei Bewegungen der Substrataufnahmevorrichtung 18 und/oder des Auflagers 32 auf die Maske 16 zu oder von der Maske 16 weg Verkippungen oder Verdrehungen der Substrataufnahmevorrichtung 18 bzw. des Auflagers 32 zu vermeiden, sind außerdem zwei lineare Führungen 36 vorgesehen. Die linearen Führungen 36 sind als Säulenführungen ausgebildet und an gegenüberliegenden Umfangsseiten der Substrataufnahmevorrichtung 18 bzw. des Auflagers 32 angeordnet. Sie lassen nur Bewegungen der Substrataufnahmevorrichtung 18 bzw. des Auflagers 32 senkrecht zur Maske 16 zu.
Optional können auch Fenster oder Öffnungen 38 in dem Auflager 32 und/oder der Substrataufnahmevorrichtung 18 vorgesehen sein, durch welche Substratmarkierungen auf der Substratunterseite zu Ausrichtungszwecken erfassbar sind (sog. Back Side Alignment).
Die Positionierungsvorrichtung 10 ist dazu vorgesehen, ein Verfahren zum Ausrichten eines
Substrats 12 relativ zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 der Maske 16 durchzuführen. Ein Ausführungsbeispiel dieses Verfahrens wird im Folgenden kurz erläutert.
In einem vorgelagerten ersten Schritt des Verfahrens werden die Druckmessvorrichtungen 24 kalibriert. Dazu werden bei verschiedenen bekannten Abständen der Substrataufnahmevorrichtung 18 bzw. der Staudruckdüsen 22 von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 jeweils die Staudrücke der Staudruckdüsen 22 erfasst. Der gefundene Zusammenhang wird abgespeichert. So können beispielsweise für verschiedene Substrataufnahmevorrichtungen 18 individuelle Konfigurationsdateien erstellt werden.
Die Kalibration kann auch für verschiedene vorherrschende Luftdrücke bzw. mit der Referenzstaudruckdüse 26 erfasste Referenzstaudruckwerte wiederholt werden, sodass eine luftdruckabhängige Korrelation der Staudrücke der jeweiligen Staudruckdüsen 22 mit ihrem Abstand von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 erfasst und abgespeichert werden kann.
In diesem Zusammenhang können auch ein oder mehrere Staudruckschaltpunkte vorgegeben werden oder vorgegeben sein. Im Ausführungsbeispiel weisen alle Staudruckdüsen 22 denselben Staudruckschaltpunkt auf, der durch einen gemeinsamen Staudruckwert definiert ist.
Alternativ können für die verschiedenen Staudruckdüsen 22 aber auch unterschiedliche Staudruckschaltpunkte vorgesehen sein. Beispielsweise können die Staudruckschaltpunkte der
individuellen Staudruckdüsen 22 durch einen gemeinsamen Abstandswert von der im
Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 definiert sein, der zwischen 1 um und 1000 um, vorzugsweise 100 um bis 200 um, beträgt. Je nach Kalibration können beim gemeinsamen Abstandswert (also wenn alle Staudrückdüsen 22 denselben Abstand von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 haben) unterschiedliche Staudrücke der individuellen Staudruckdüsen 22 vorliegen.
Selbstverständlich können auch der Staudruckschaltpunkt bzw. die Staudruckschaltpunkte vom Luftdruck und/oder dem Referenzstaudruck abhängig sein.
Grundsätzlich muss der Schritt des Kalibrierens nicht bei jedem Ausrichten eines Substrats 12 mittels der Positionierungsvorrichtung 10 erneut durchgeführt werden. Es kann ausreichend sein, wenn dieser Schritt beispielsweise nach dem Aufstellen oder Einrichten der Positionierungsvorrichtung 10 oder nach Veränderungen an der Positionierungsvorrichtung 10 durchgeführt wird.
In einem zweiten Schritt des Verfahrens wird mittels einer Messvorrichtung eine Abmessung des Substrats 12 bestimmt, insbesondere eine Substratdicke sowie eine Keilform des Substrats 12.
Anschließend wird die Positionierungsvorrichtung 10 mit dem Substrat 12 beladen.
In einem dritten Schritt des Verfahrens fährt die Hubvorrichtung 30 das Auflager 32 und damit auch die Substrataufnahmevorrichtung 18 mit dem Substrat 12 an die im Wesentlichen ebene Oberfläche 14 der Maske 16 heran. Dabei werden die Staudrücke der Staudruckdüsen 22 erfasst und an das Steuergerät 34 übermittelt.
Mit geringer werdendem Abstand zur Maske 16 nehmen die Staudrücke der Staudruckdüsen 22 zu. Dieser Anstieg wird von den Druckmessvorrichtungen 24 erfasst.
In einer Ausführungsvariante des Verfahrens wird in einem vierten Schritt beim Erreichen des Staudruckschaltpunktes zumindest einer der Staudruckdüsen 22 ein Signal ausgegeben. Durch das Signal wird das weitere Heranfahren des Auflagers 32 an die Maske 16 mittels der Hubvorrichtung 30 gestoppt.
Gleichzeitig wird durch das Signal ein fünfter Verfahrensschritt initiiert, in welchem das Steuergerät 34 an den Positionen der Staudruckdüsen 22 lokale Abstandswerte der Substrataufnahmevorrichtung 18 von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 anhand der Staudrücke der Staudruckdüsen 22 und der Kalibrationsdaten ermittelt.
In einem anschließenden sechsten Verfahrensschritt bestimmt das Steuergerät 34 dann anhand der lokalen Abstandswerte sowie der Substratabmessung Verfahrwege, um welche die linearen Stellglieder 28 zu verfahren sind, um eine parallele Ausrichtung des Substrats 12 zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 der Maske 16 zu erreichen.
In einem siebten Verfahrensschritt bewegen die linearen Stellglieder 28 die Substrataufnahmevorrichtung 18 und somit auch das Substrat 12 um die zuvor bestimmten Verfahrwege in Richtung der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 der Maske 16.
Dadurch wird eine parallele Ausrichtung des Substrats 12 zur Maske 16 erreicht.
In Figur 3 ist eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positionierungsvorrichtung 10 gezeigt. Diese entspricht in mehreren wesentlichen Aspekten der in den Figuren 1 und 2 gezeigten ersten Ausführungsform, sodass nachfolgend lediglich auf die Unterschiede eingegangen wird. Für gleiche oder funktionsgleiche Merkmale werden dieselben
Referenzzeichen verwendet.
In der zweiten Ausführungsform bilden das Auflager 32 und die Substrataufnahmevorrichtung 18 ein geschlossenes Bauteil, beispielsweise einen Chuck. Die linearen Stellglieder 28 sind in dem geschlossenen Bauteil aufgenommen. Dadurch kann eine äußerst kompakte und platzsparende
Bauweise erreicht werden.
Auch in der zweiten Ausführungsform ist die Substrataufnahmevorrichtung 18 relativ zum Auflager 32 durch die linearen Stellglieder 28 verstellbar, sodass mit der Positionierungsvorrichtung 10 ein erfindungsgemäßes Verfahren zum Ausrichten eines Substrats 12 relativ zu einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 durchgeführt werden kann, insbesondere die oben erläuterte Ausführungsform eines solchen Verfahrens.
Selbstverständlich ist dies nicht einschränkend zu verstehen. Auch andere Verfahrensabläufe sind denkbar.
Beispielsweise kann vorgesehen sein, dass bei der Bewegung der Substrataufnahmefläche 20 zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 hin die Staudruckschaltpunkte aller Staudruckdüsen 22 erreicht werden, insbesondere wobei die Staudruckschaltpunkte von zumindest zwei Staudruckdüsen 22 nicht gleichzeitig, sondern zu unterschiedlichen Zeitpunkten schalten, wenn die Substrataufnahmefläche 20 nicht parallel zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 ausgerichtet ist.
Mittels der Staudruckschaltpunkte und der damit korrelierenden lokalen Abstandswerte, der bis zum Erreichen aller Staudruckschaltpunkte insbesondere konstanten Bewegungsgeschwindigkeit der Hubvorrichtung 30 in Richtung der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14, der vergangenen Zeit zwischen dem Erreichen des jeweiligen Staudruckschaltpunkts einer Staudruckdüse 22 bis zum Ende der Bewegung der Substrataufnahmefläche 20 und/oder der Lagekoordinaten der Staudruckdüsen 22 können die finalen, d.h. die beim Ende der Bewegung der Substrataufnahmefläche 20 vorliegenden, lokalen Abstandswerte und folglich der zum Ausrichten
des Substrats 12 notwendige Verfahrweg zumindest eines linearen Stellglieds 28 bestimmt
werden.
Bevorzugt kann bei der Bestimmung des Verfahrweges zumindest eines linearen Stellglieds 28 die Staudruckdüse 22 als statischer Referenzpunkt verwendet werden, die zum Zeitpunkt des Endes der Bewegung der Substrataufnahmefläche 20 am weitesten von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 entfernt ist, d.h. deren Staudruckschaltpunkt als letztes erreicht wurde und/oder zum Zeitpunkt des Endes der Bewegung der Substrataufnahmefläche 20 immer noch erreicht ist.
Als Ergebnis einer derartigen Bestimmung des Verfahrweges zumindest eines linearen Stellglieds 28 wird zumindest ein lineares Stellglied 28 so verfahren, dass alle Staudruckdüsen 22, die nicht als statischer Referenzpunkt verwendet werden, an eine Position verfahren werden, an
der sie ihren jeweiligen Staudruckschaltpunkt besitzen.
Falls zum Zeitpunkt des Endes der Bewegung der Substrataufnahmefläche 20 die als statischer Referenzpunkt verwendete Staudruckdüse 22 ihren Staudruckschaltpunkt immer noch erreicht hatte, haben nach dem Verfahren der linearen Stellglieder 28, wie im Vorangegangen erläutert, alle Staudruckdüsen 22 ihren Staudruckschaltpunkt erreicht, sodass nun die Substrataufnahmefläche 20 parallel zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 ausgerichtet ist.
Falls zum Zeitpunkt des Endes der Bewegung der Substrataufnahmefläche 20 die als statischer Referenzpunkt verwendete Staudruckdüse 22 ihren Staudruckschaltpunkt nicht (mehr) erreicht hatte, muss nach oder vor dem Parallelausrichten der Substrataufnahmefläche 20 zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 zumindest die als statischer Referenzpunkt verwendete Staudruckdüse 22, beispielsweise über die Hubvorrichtung 30 oder zumindest ein lineares Stellglied 28, an eine Position verfahren werden, an der sie ihren jeweiligen Staudruckschaltpunkt besitzt.
In beiden Fällen muss nach dem Parallelausrichten der Substrataufnahmefläche 20 zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 die Substrataufnahmefläche 20 lediglich über eine geringe oder sogar keine Distanz bewegt werden, damit alle Staudruckdüsen 22 ihren Staudruckschaltpunkt erreichen und so der gewünschte Abstand zwischen der Substrataufnahmefläche 20 und der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 vorliegt.
Alternativ kann irgendeine der Staudruckdüsen 22 als statischer Referenzpunkt zur Ausrichtung der Substrataufnahmefläche 20 mittels der linearen Stellglieder 28 parallel zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 genutzt werden.
Bei Bedarf kann ein wiederholtes „Anfahren“ der Substrataufnahmefläche 20 zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 erfolgen, um den gewünschten Abstand zwischen der Substrataufnahmefläche 20 und der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 zu erreichen.
In einem optionalen weiteren Schritt kann vorgesehen sein, dass nach dem Ausrichten der Substrataufnahmefläche 20 parallel zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 die Substrataufnahmefläche 20 nochmals von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 weg und wieder zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 hin verfahren wird bis erneut ein Schaltpunkt zumindest einer Staudruckdüse 22 erreicht wird. So kann überprüft werden, ob die Staudruckschaltpunkte aller Staudruckdüsen 22 in einem vorgegebenen bzw. definierten Toleranzbereich gleichzeitig erreicht werden und so die gewünschte Parallelität der Substrataufnahmefläche 20 und der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 vorherrscht.
Falls die Zeitpunkte der Staudruckschaltpunkte außerhalb des Toleranzbereichs liegen, können einzelne oder alle vorherige Schritte wiederholt werden, um die gewünschte Parallelität der Substrataufnahmefläche 20 und der im Wesentlichen ebenen Oberfläche 14 zu erreichen.
Optional gilt für die beschriebenen Ausführungsformen der Positionierungsvorrichtungen 10 sowie Verfahrensausgestaltungen, dass durch die Bewegung der Substrataufnahmevorrichtung 18 mit den linearen Stellgliedern 28 auch ein Kontakt des Substrats 12 mit der Maske 16 hergestellt wird, sodass weitere Bearbeitungsschritte des Substrats 12, beispielsweise eine Belichtung durch die Maske 16, direkt im Anschluss an das erfindungsgemäße Verfahren durchgeführt werden
können.

Claims (11)

1. Positionierungsvorrichtung zum Ausrichten eines Substrats (12) relativ zu einer im
Wesentlichen ebenen Oberfläche (14), aufweisend: eine Substrataufnahmevorrichtung (18) zur Aufnahme des Substrats (12);
mindestens drei Staudruckdüsen (22), die an der oder um die Substrataufnahmevorrichtung (18) angeordnet sind, wobei jede der Staudruckdüsen (22) zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14) hin ausgerichtet ist und mit einer Druckmessvorrichtung (24) zur Erfassung ihres jeweiligen Staudruckes verbunden ist;
mindestens zwei lineare Stellglieder (28), die mit der Substrataufnahmevorrichtung (18) verbunden sind und jeweils dazu ausgebildet sind, die Substrataufnahmevorrichtung (18) relativ zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14) zu verfahren; und
ein Steuergerät (34), das dazu ausgebildet und eingerichtet ist, Verfahrwege der linearen Stellglieder (28) in Abhängigkeit von den gemessenen Staudrücken vorzugeben.
2. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 1, ferner umfassend ein Auflager (32), wobei die linearen Stellglieder (28) auf dem Auflager (32) gleichmäßig voneinander beabstandet angeordnet sind, insbesondere wobei das Auflager (32) Teil einer Hubvorrichtung (30) ist.
3. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei die linearen Stellglieder (28) auf dem Auflager (32) mechanisch, magnetisch, mittels Klebstoff und/oder mittels eines Vakuums befestigt sind.
4. Positionierungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das Auflager (32) und die Substrataufnahmevorrichtung (18) ein geschlossenes Bauteil bilden, beispielsweise einen Chuck, in dem zumindest die linearen Stellglieder (28) aufgenommen sind, wobei die Substrataufnahmevorrichtung (18) relativ zum Auflager (32) durch die linearen Stellglieder (28) verstellbar ist.
5. Positionierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Staudruckdüsen (22) außerhalb einer Substrataufnahmefläche (20) der Substrataufnahmevorrichtung (18) angeordnet sind.
6. Positionierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, aufweisend zumindest eine lineare Führung (36), welche die Substrataufnahmevorrichtung (18) bei Bewegungen auf die im Wesentlichen ebene Oberfläche (14) zu oder von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14)
weg linear führt.
7. Positionierungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, aufweisend zumindest eine Referenzstaudruckdüse (26), deren Staudruck im Wesentlichen von einer relativen Position der Substrataufnahmevorrichtung (18) zur im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14) unabhängig ist und/oder von einem Umgebungsdruck abhängig ist.
8. Verfahren zum Ausrichten eines Substrats (12) relativ zu einer im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14) mittels einer Positionierungsvorrichtung (10) gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, umfassend die Schritte:
Bewegen der Substrataufnahmevorrichtung (18) auf die im Wesentlichen ebene Oberfläche (14) zu, wobei beim Bewegen Staudrücke der Staudruckdüsen (22) erfasst werden;
Bestimmen von lokalen Abstandswerten der Substrataufnahmevorrichtung (18) von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14) anhand der Staudrücke;
Bestimmen eines Verfahrweges zumindest eines der linearen Stellglieder (28) anhand der lokalen Abstandswerte; und
Bewegen des mindestens einen linearen Stellgliedes (28) um den Verfahrweg.
9. Verfahren nach Anspruch 8, umfassend den weiteren Schritt:
Bestimmen einer Substratabmessung, insbesondere einer Substratdicke und/oder Keilform des Substrats 12, wobei der Verfahrweg anhand der lokalen Abstandswerte und der Substratabmessung bestimmt wird.
10. Verfahren nach Anspruch 8 oder 9, umfassend den weiteren Schritt:
Kalibrieren der Druckmessvorrichtung (24) durch Erfassen und Abspeichern eines Zusammenhanges eines Staudruckes zumindest einer der Staudruckdüsen (22) und einem Abstand der zumindest einen Staudruckdüse (22) von der im Wesentlichen ebenen Oberfläche (14).
11. Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 10, wobei zumindest ein Staudruckschaltpunkt vorgegeben ist, wobei im Falle, dass der Staudruck zumindest einer der Staudruckdüsen (22) den Staudruckschaltpunkt erreicht, die Druckmessvorrichtung 24 ein Signal ausgibt, wobei das Bestimmen der lokalen Abstandswerte und/oder das Bestimmen des Verfahrweges durch das Signal initiiert wird.
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