DD213082A1

DD213082A1 - DEVICE FOR AUTOMATIC ALIGNMENT OF IMAGE CARRIER

Info

Publication number: DD213082A1
Application number: DD24695583A
Authority: DD
Inventors: Karl-Werner Gommel; Hans Radtke; Uwe Michl
Original assignee: Zeiss Jena Veb Carl
Priority date: 1983-01-03
Filing date: 1983-01-03
Publication date: 1984-08-29

Abstract

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum automatischen Ausrichten eines ebenen Bildtraegers nach einer Bildebene eines Projektionssystems zum Zwecke der photolithographischen Strukturierung. Ziel ist die Vermeidung von subjektiven Fehljustierungen.Die Einrichtung soll einen gleichmaessigen Andruck aller drei die Referenzuebene bildenden Anlegepunkte und eine anschliessende Klemmung der beweglichen Teile ohne Veraenderung der erreichten Lage des Bildtraegers gewaehrleisten. Die Aufgabe loest eine Einrichtung mit einer auf drei pneumatisch, mittels Druckluft oder Vakuum senkrecht zur Bildebene beweglichen und in drei Zylindern gefuehrten Kolben kardanisch gelagerten Platte, wobei die Druckstosspunkte der Kolbenachsen mit einer zur Bildebene parallelen Ebene ein gleichseitiges Dreieck aufweisen, erfindungsgemaess dadurch, dass zwischen den drei Zylindern ein evakuierbarer, elastischer Metallfaltenbalg mit seiner Achse durch den Schwerpunkt des gleichseitigen Dreiecks angeordnet ist, dass ein Ende des Faltenbalges fest mit den Zylindern verbunden ist, dass mit dem freien Ende des Faltenbalges drei sternfoermig angeordnete Druckstaebe gelenkig verbunden sind und dass die Kolben in den Zylindern klemmbar sind.The invention relates to a device for automatically aligning a flat Bildtraegers to an image plane of a projection system for the purpose of photolithographic structuring. The aim is to avoid subjective misalignments. The device should ensure uniform contact pressure of all three points of contact forming the reference plane and subsequent clamping of the moving parts without changing the position of the image carrier achieved. The object is achieved by a device with a gimbal mounted on three pneumatically, by compressed air or vacuum perpendicular to the image plane and guided in three cylinders guided piston, the Druckstosspunkte the piston axes with a plane parallel to the image plane have an equilateral triangle according to the invention in that between the three cylinders an evacuated, elastic metal bellows is arranged with its axis through the center of gravity of the equilateral triangle, that one end of the bellows is fixedly connected to the cylinders, that are connected to the free end of the bellows three sternfoermig arranged Druckstaebe and that the pistons are clamped in the cylinders.

Description

-A--A-

Titel: Einrichtung zum automatischen Ausrichten eines 3ildträgers Title: Device for automatic alignment of a 3ildträgers

Anwendungsgebiet der Erfindung Field of application of the invention

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum automatischen Ausrichten und Fixieren eines ebenen Bildträgers, z.B. einer Fotoplatte oder Halbleiterscheibe, nach der Bildebene eines Projektionssystems zum Zwecke der photolithographischen Strukturierung.The invention relates to a device for automatically aligning and fixing a flat image carrier, e.g. a photographic plate or semiconductor wafer, according to the image plane of a projection system for the purpose of photolithographic structuring.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen Die Projektionsobjektive zur Strukturierung bei der Fertigung mikroelektronischer Bauelemente haben wegen der notwendigen hohen Auflösung eine sehr geringe Schärfentiefe und einen geringen Abstand der Frontlinse von der Bildebene. Automatische Fokussiereinrichtungen halten den Abstand zwischen dem Projektionsobjektiv und dem Bildträger konstand. Dazu ist es notwendig, daß der zu belichtende Bildträger nach dem Einlegen in das Gerät orthogonal zur Projektionsachse ausgerichtet wird. Eine Befestigung des Bildträgers auf seiner der lichtempfindlichen Schicht abgewandten Seite erfordert eine hohe Parallelität der Vorder- und der Rückseite des Bildträgers (Repeatkamera Typ DSVV 350 der Firma D, Mann/USA). Insbesondere bei Halbleiterscheiben wird diese Parallelität nicht gewährleistet, bei Glasplatten zur Schablonenherstellung ist sie nur mit erhöhtem technologischen Aufwand zu erreichen. Einen Andruck des Sildträgers mit seiner die lichtempfindliche Schicht tragende Vorderseite ist wegen des geringen Ab- Characteristic of the Known Technical Solutions Because of the necessary high resolution, the projection objectives for structuring in the production of microelectronic components have a very shallow depth of field and a small distance of the front lens from the image plane. Automatic focusing devices keep the distance between the projection lens and the image carrier. For this it is necessary that the image carrier to be exposed is aligned orthogonal to the projection axis after insertion into the device. An attachment of the image carrier on its side facing away from the photosensitive layer requires a high degree of parallelism of the front and the back of the image carrier (Repeat camera type DSVV 350 from D, Mann / USA). In particular, in semiconductor wafers, this parallelism is not guaranteed in glass plates for stencil production, it can only be achieved with increased technological effort. A pressure of the Sildträgers with its the light-sensitive layer bearing front is due to the small Ab-

standes der Frontlinse zum Bildträger insbesondere dann nicht möglich, wenn der Bildträger relativ zum Projektionsobjektiv schrittweise bewegt und bis zum Rand genutzt werden soll.Standes the front lens to the image carrier, in particular, not possible if the image carrier is to be moved gradually relative to the projection lens and used to the edge.

Es ist auch bekannt, daß der Bildträger mit seiner Rückseite auf einer kardanisch auf drei Stößeln liegenden Platte angesaugt wird (Zeiss-Repeatkamera UER). Die Stößel drücken die Fotoplatte mit ihrer lichtempfindlichen Vorderseite gegen eine mit dem Projektionsobjektiv verbundene durch drei Anschlagpunkte festgelegte Referenzebene, die zum Zwecke der Fokussierung gemeinsam mit dem Projektionsobjektiv in Richtung der optischen Achse verschiebbar ist. Anschließend werden die drei federnden Stößel manuell geklemmt und das Projektionsobjektiv um einen definierten Betrag axial verschoben, so daß zwischen der Referenzebene und dem Bildträger ein definierter Luftspalt entsteht, der pneumatisch gemessen und elektromotorisch nachgeregelt wird und der so bemessen ist, daß auf der lichtempfindlichen Vorderseite des Bildträgers die Bildebene des Projektionsobjektives liegt. Zum Wechsel des Sildträgers wird die Klemmung der federnden Stößel manuell gelöst und die Platte mit dem Bildträger gegen die Federkraft nach unten gedruckt.It is also known that the image carrier is sucked with its back on a gimbal lying on three plungers plate (Zeiss-Repeat camera UER). The plungers press the photo plate with its photosensitive front against a fixed to the projection objective fixed by three attachment points reference plane, which is displaced for the purpose of focusing together with the projection lens in the direction of the optical axis. Subsequently, the three resilient plunger are clamped manually and the projection lens axially displaced by a defined amount, so that between the reference plane and the image carrier a defined air gap is formed, which is pneumatically measured and readjusted by an electric motor and which is such that on the photosensitive front of the Image carrier is the image plane of the projection lens. To change the Sildträgers the clamping of the resilient plunger is released manually and printed the plate with the image carrier against the spring force down.

Ziel der Erfindung Aim of the invention

Ziel der Erfindung ist eine Einrichtung zum automatischen Ausrichten eines Bildträgers, die subjektive Fehljustierungen des 3ildträgers weitgehend vermeidet.The aim of the invention is a device for automatically aligning an image carrier, the subjective misalignments of the 3ildträgers largely avoids.

Darlegung des Wesens der Erfindung Explanation of the essence of the invention

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine automatische Einrichtung zum Andrücken des Bildträgers an die Referenzebene und zu dessen Fixierung in dieser Lage zu schaffen. Dabei ist ein gleichmäßiger Andruck an alle drei die Referenzebene bildenden Anlegepunkte und eine anschließende gleichzeitige Klemmung de"r beweglichen Teile ohne Veränderung der erreichten Lage des Bildträgers zu gewährleisten.The invention has for its object to provide an automatic means for pressing the image carrier to the reference plane and to fix it in this position. In this case, a uniform pressure on all three the reference plane forming contact points and a subsequent simultaneous clamping of the "moving parts without changing the position of the image carrier reached to ensure.

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Die automatische Arbeitsweise ist durch eine pneumatische Steuerung zu realisieren.The automatic operation is to be realized by a pneumatic control.

Die Aufgabe löst eine Einrichtung zum automatischen Ausrichten und anschließendem Fixieren eines ebenen Bildträgers nach einer mindestens durch drei Anlegepunkte definierten Bildebene mit einer auf drei pneumatisch mittels Druckluft oder Vakuum senkrecht zur Bildebene beweglichen, in drei Zylindern geführten Kolben, kardanisch gelagerten Platte zum Aufspannen des Bildträgers, wobei die Durchstoßpunkte der Kolbenachsen mit einer zur 3ildebene parallelen Ebene ein möglichst gleichseitiges Dreieck aufweisen, erfindungsgemäß dadurch, daß zwischen den drei pneumatischen Zylindern ein evakuierbarer elastischer Metallfaltenbalg mit seiner Achse durch den Schwerpunkt des möglichst gleichseitigen Dreiecks angeordnet ist, daß ein Ende des Faltenbalges fest mit den Zylindern verbunden ist, daß mit dem freien Ende des Faltenbalges drei sternförmig angeordnete Druckstäbe gelenkig verbunden, sind und daß die Kolben in den Zylindern zur Fixierung der Lage des Bildträgers klemmbar sind. ~The object is achieved by a device for automatically aligning and then fixing a flat image carrier to an at least three points of application defined image plane with a pneumatically on three pneumatically or vacuum perpendicular to the image plane movable in three cylinders guided piston, gimbal mounted plate for mounting the image carrier, wherein the piercing points of the piston axes with a plane parallel to 3ildebene have a equilateral triangle as possible, according to the invention, that between the three pneumatic cylinders an evacuated elastic metal bellows is arranged with its axis through the center of gravity of the equilateral triangle that one end of the bellows firmly connected to the cylinders, that are connected to the free end of the bellows three star-shaped pressure rods articulated, and that the piston in the cylinders for fixing the position of the image carrier sin be clamped d. ~

Es ist vorteilhaft, wenn zwischen den Druckstäben und den pneumatischen Kolben mit den Zylindern verbundene Blattfedern zum übertragen der Klemmkraft angeordnet sind. Erfindungsgemäß ist eine justierbare Düsenkombination zur pneumatischen Ansteuerung der Kolben vorgesehen. Die pneumatische Ansteuerung erfolgt dabei so, daß die drei pneumatischen Kolben .annäherd mit gleichen Geschwindigkeiten arbeiten, gleiche Andruckkräfte erzeugen und das für die Klemmung notwendige Vakuum erst bei Erreichen des Andrucks des Bildträgers an die Bildebene eingeschaltet wird. Zum Ausrichten und Fixieren des ebenen Bildträgers erfolgt die Klemmung der Kolben, indem der Hetallfaltenbalg evakuiert wird und die durch den Luftdruck ausgeübte Kraft nach dem bekannten Kniehebelprinzip über die drei Druckstäbe auf die Kolben übertragen wird. Durch die Biegeelastizität des Metallfaltenbalges erfolgt die Klemmung aller drei Kolben unabhängig von Fertigungstoleranzen gleichzeitig und mit gleichen Kräften. Zur Vermeidung axialerIt is advantageous if leaf springs connected to the cylinders between the pressure rods and the pneumatic pistons are arranged to transmit the clamping force. According to the invention, an adjustable nozzle combination for the pneumatic control of the piston is provided. The pneumatic control is carried out so that the three pneumatic pistons .Area to work at the same speeds, generate the same pressure forces and necessary for the clamping vacuum is switched on only when reaching the Andrucks of the image carrier to the image plane. For aligning and fixing the flat image carrier, the clamping of the piston takes place by the Hetallfaltenbalg is evacuated and the force exerted by the air pressure force is transmitted to the known toggle principle on the three pressure rods on the piston. Due to the bending elasticity of the metal bellows, the clamping of all three pistons takes place independently of manufacturing tolerances simultaneously and with the same forces. To avoid axial

Verschiebungen der Kolben in den Zylindern während des Klernmvorganges werden die Klemmkräfte indirekt von den Druckstäben über die Blattfedermembranen auf die Kolben übertragen, wobei die Blattfedermembranen an den Zylindern befestigt sind.Displacements of the pistons in the cylinders during the Clernmvorganges the clamping forces are transmitted indirectly from the pressure rods via the leaf spring diaphragms on the pistons, the leaf spring diaphragms are attached to the cylinders.

Die axiale Vorspannung des Metallfaltenbalges ist so bemessen, daß ohne Vakuum eine selbständige Lösung der Klemmung eintritt oder die Klemmung erst durch Druckluft gelöst wird.The axial preload of the metal bellows is so dimensioned that without vacuum an independent solution of the clamping occurs or the clamping is released only by compressed air.

Der Metallfaltenbalg ist so dimensioniert, daß er quer zu seiner Achse ausreichend elastisch ist, um Fertigungsund Oustiertoleranzen auszugleichen und eine gleichmäßige und gleichzeitige Klemmung der pneumatischen Kolben zu gewährleisten.The metal bellows is dimensioned so that it is sufficiently elastic across its axis to compensate for manufacturing and Oustiertoleranzen and to ensure a uniform and simultaneous clamping of the pneumatic piston.

Working Example

Die Erfindung wird anhand eines innder Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiel näher erläutert. Figur 1 und 2 zeigen Ansichten eines Ausführungsbeispieles gemäß der Erfindung.The invention will be explained in more detail with reference to an embodiment shown in the drawing. Figures 1 and 2 show views of an embodiment according to the invention.

Die den Bildträger aufnehmende Platte 1 ist mit einer Vakuumzuleitung 9 verbunden und auf drei pneumatischen Kolben 2, die mit einer Druckluftzuleitung 10 verbunden sind, gelagert. Zur Gewährleistung einer zwangfreien Lagerung ist die Platte 1 mit den Kolben 2 entsprechend Fig. 2b, 2c und 2d geometrisch bestimmt befestigt. Die Zylinder-3 sind gemeinsam mit einem Metallfaltenbalg 4 auf einem Grundkörper 5 befestigt. Am freien Ende des Metallfaltenbalges 4 sind sternförmig drei Druckstäbe 6 gelenkig befestigt. Bei Evakuierung des Metallfaltenbalges 4 über die mit dem Faltenbalg 4 verbundene Vakuumzuleitung 9, drücken die Druckstäbe 6 radial über die mit den Zylindern 3 verbundenen Blattfedern 7 auf die Kolben 2 und klemmen diese gegenüber den Zylindern 3. Die pneumatische Ansteuerung derThe image carrier receiving plate 1 is connected to a vacuum supply line 9 and mounted on three pneumatic piston 2, which are connected to a compressed air supply line 10. To ensure a force-free storage, the plate 1 with the piston 2 according to Fig. 2b, 2c and 2d fixed geometrically determined. The cylinder 3 are fastened together with a metal bellows 4 on a base body 5. At the free end of the metal bellows 4 are three star-shaped pressure rods 6 hinged. When evacuating the metal bellows 4 via the connected to the bellows 4 vacuum supply line 9, press the push rods 6 radially via the cylinder springs 3 connected to the leaf springs 7 on the piston 2 and clamp them against the cylinders 3. The pneumatic control of

Kolben 2 erfolgt durch eine justierbare Düsenkombination 8, Durch entsprechende Vorspannung des Metallfaltenbalges 4 löst sich die Klemmung bei Abschalten des Vakuums,Piston 2 is effected by an adjustable nozzle combination 8, By appropriate bias of the metal bellows 4, the clamping dissolves when switching off the vacuum,

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Claims

invention claim

1. Device for automatically aligning and then fixing a flat 3ildträgers after a
at least by three contact points defined image plane with a three pneumatically, by compressed air or vacuum perpendicular to the image plane, guided in three cylinders piston, gimbal mounted plate for mounting the image carrier, wherein the piercing points of the piston axes with a plane parallel to the image plane as equilateral
Triangle, characterized in that between the three pneumatic cylinders an evacuated,
elastic metal bellows is arranged with its axis through the center of gravity of the equilateral triangle as possible, that one end of the bellows is firmly connected to the cylinders, that with the free end of the bellows three star-shaped pressure rods are articulated connected and that the piston in
the cylinders are for fixing the position of the Sildträgers klemmba r.

2. Device according to item 1, characterized in that between the pressure rods and the pneumatic piston connected to the cylinders leaf springs for transmitting the clamping force are arranged.

3. Device according to item 1 and 2, characterized in that the pneumatic control is realized by means of adjustable nozzle combinations.

- 2 sheets of drawings -