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Die Erfindung betrifft ein Spannfutter, insbesondere zur Verwendung in einem Maskenausrichtgerät zum Ausrichten einer Scheibe (oder Wafer) parallel zu einer Maske und ein Verfahren zum Einstellen eines Spalts zwischen einer Scheibe (oder Wafer) auf einer oberen Platte eines Scheibenspannfutters und einer Maske.
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Im Folgenden werden die Informationen häufig unter Bezugnahme auf die Ausrichtung einer Scheibe bezüglich einer Maske beschrieben. Diese Bezugnahme auf eine Scheibe und eine Maske sollte jedoch nicht als eine Einschränkung aufgefasst werden, d. h. das beanspruchte Spannfutter und das Verfahren zum Einstellen eines Spalts sind gleichfalls auf die Ausrichtung eines ersten und zweiten ebenen Substrats im Allgemeinen anwendbar.
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Für die Herstellung von mikroelektronischen, mikrooptischen oder mikromechanischen Elementen und Geräten ist es ein üblicher Prozess, eine Struktur von einer Maske auf ein Substrat, z. B. eine Siliziumscheibe, mittels Photolithographie zu übertragen. Die Photolithographie verwendet Licht, um diese Strukturen, z. B. geometrische Muster, von einer Maske auf ein lichtempfindliches chemisches Abdeckmittel zu übertragen, das zuvor auf das Substrat aufgetragen wird. Chemische Mittel ätzen dann die freiliegenden Strukturen im Substrat oder ermöglichen die Abscheidung eines anderen Materials in den übertragenen Mustern auf dem Substrat. Die industrielle Herstellung kann die Wiederholung dieses Prozesses bis zu 50 Mal erfordern.
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Wenn die Maske und das Substrat nicht parallel sind, d. h. wenn es einen Keil zwischen der Maske und der Scheibe gibt, können die Strukturen der Maske nicht gleichmäßig auf das Substrat übertragen werden, was zu Defekten und ungenauen Strukturen, im Allgemeinen zu einem reduzierten Verarbeitungsfenster für den Kunden führt. In Hinblick auf die zahlreichen Wiederholungen des Photolithographieprozesses, kann ein solcher Keilfehler zu einem hohen Produktionsausfall führen. Folglich ist eine korrekte Ausrichtung der Scheibe und der Maske in Bezug aufeinander notwendig. Wenn die Maske und das Substrat nicht wiederholbar in einem korrekten Abstand angeordnet werden, werden Strukturen nicht genau auf das Substrat übertragen.
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Da moderne Herstellungsprozesse zunehmend große Substrate verwenden, wird die oben erwähnte Ausrichtung zunehmend schwieriger. Die Kompensation des Keilfehlers wird typischerweise mittels eines Keilfehlerkompensations-(WEC)-Kopfes durchgeführt.
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Ein solcher WEC-Kopf verwendet ein passives mechanisches System, um die Scheibenoberseite mit der Maskenunterseite auszurichten. Der WEC-Kopf weist einen Unterteil, der befestigt ist, und einen Oberteil auf, der beweglich gehalten wird und mit dem Unterteil mittels Federn verbunden ist. Während des WEC-Prozesses werden die Scheibe und die Maske (z. B. durch hochpräzise Abstandskugeln) in mechanischen Kontakt gebracht, anschließend wird der Oberteil am Unterteil in dieser Position mittels Bremsen fixiert. Als Ergebnis sind die Scheibe und die Maske parallel ausgerichtet.
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Jedoch ist eine solche Ausrichtung für großen Substrate sowie Submikron-Strukturen nicht ausreichend präzise.
WO 2011/098604 A2 betrifft eine Vorrichtung zur aktiven WEC, wobei der oben erwähnte bekannte WEC-Kopf mit piezoelektrischen Stellgliedern ergänzt wird, um eine feinere Ausrichtung auf der Grundlage von mechanischen Sensoren oder eines Abstandsmessgeräts zu ermöglichen; jedoch erlaubt dieses Verfahren nur eine relative Messung während des WEC-Prozesses und erfordert einen mechanischen Kontakt für jede getrennte Scheibe. Außerdem ist das Verfahren infolge eines verhältnismäßig hohen Verschleißes für automatische Maschinen weniger geeignet.
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US 2002/063221 A1 betrifft eine Spalteinstellvorrichtung und ein Spalteinstellverfahren zum Einstellen eines Spalts zwischen zwei Objekten.
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EP 0 722 122 A1 betrifft einen Prozess und eine Vorrichtung zum Einstellen des Abstands zwischen einem Werkstück und einer Maske.
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Ein weiterer Stand der Technik wird wie folgt aufgeführt:
JP 2004 233398 A ,
JP 11 194501 A ,
US 2007/190638 A1 ,
EP 2 006 899 A2 ,
JP 3 038024 A ,
JP 2008 310249 A ,
JP 58 103136 A .
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Es ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Vorrichtung und ein Verfahren bereitzustellen, um zwei ebene Oberflächen, insbesondere eine Scheibenoberseite und eine Maske, parallel zueinander zu positionieren. Insbesondere ist es eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Spannfutter, z. B. ein Scheibenspannfutter, zur Verwendung in Kombination mit einem WEC-Kopf oder ein Spannfutter bereitzustellen, das sogar einen WEC-Kopf eines Maskenausrichtgeräts zum Ausrichten einer Scheibe parallel zu einer Maske ersetzt. Außerdem ist es eine Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren zum Einstellen eines Spalts zwischen einer Scheibe auf einer oberen Platte eines Scheibenspannfutters und der Maske bereitzustellen.
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Diese Aufgaben werden mit den Merkmalen der Ansprüche gelöst.
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Gemäß einer Grundidee der Erfindung ist ein Spannfutter, das eine obere Platte und eine untere Platte aufweist, zum Aufspannen eines ersten Substrats auf der Oberseite der oberen Platte vorgesehen. Die obere Platte des Spannfutters liegt einem zweiten ebenen Substrat gegenüber. Zwischen der oberen Platte und der unteren Platte des Spannfutters sind lineare Stellglieder, z. B. drei Stellglieder angeordnet. Die linearen Stellglieder können fest an beiden Platten oder nur einer von ihnen angebracht sein. Wenn die linearen Stellglieder alle um denselben Verfahrweg bewegt werden, werden die obere Platte des Spannfutters und das erste ebene Substrat zum zweiten ebenen Substrat hin oder von ihm weg bewegt, wodurch folglich der Abstand zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat ohne jede Änderung einer möglichen Schrägstellung zwischen ihnen geändert wird. Jedoch kann durch Bewegen des linearen Stellglieds um unterschiedliche Verfahrwege eine mögliche Schrägstellung zwischen den beiden Substraten ausgeglichen werden.
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Um die Schrägstellung festzustellen, muss die Variation des Abstands zwischen der Oberfläche des ersten Substrats und der Oberfläche des zweiten Substrats festgestellt werden. Daher muss der Abstand zwischen beiden Oberflächen, die einander gegenüberliegen, an mindestens drei unterschiedlichen Positionen gemessen werden. Der Abstand zwischen den mindestens drei unterschiedlichen Positionen muss ausreichend groß sein, um das volle Ausmaß der Schrägstellung genau zu bestimmen.
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Jedoch kann es infolge des begrenzten Raums zwischen den beiden Substraten unpraktisch sein, den Abstand direkt zu messen. Folglich kann stattdessen gemäß einem Aspekt der Erfindung der Abstand zwischen der Oberseite der oberen Platte und der Oberfläche des zweiten Substrats an mindestens drei unterschiedlichen Positionen gemessen werden. Zusammen mit den Informationen über die Variation der Dicke des ersten Substrats kann die Variation des Abstands zwischen der Oberfläche des ersten Substrats und der Oberfläche des zweiten Substrats berechnet werden. Diese erforderlichen Informationen der Variation der Dicke des ersten Substrats können durch Messen der Dicke des ersten Substrats an verschiedenen Positionen des Substrats erhalten werden. Beruhend auf der berechneten Variation des Abstands zwischen der Oberfläche des ersten Substrats und der Oberfläche des zweiten Substrats kann die Schrägstellung zwischen dem ersten und dem zweiten ebenen Substrat festgestellt werden und anschließend mittels einer geeigneten Steuerung der linearen Stellglieder ausgeglichen werden.
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Die linearen Stellglieder können an einem Umfangskantenbereich des Scheibenspannfutters angeordnet werden. Zum Beispiel sind die linearen Stellglieder an der äußersten Position des Scheibenspannfutters oder bei 70% bis 100% des Radius eines kreisförmigen Scheibenspannfutters angeordnet. In einer solchen Anordnung ist der Abstand zwischen den linearen Stellgliedern verhältnismäßig groß, so dass im Vergleich zu einer Anordnung, wo die linearen Stellglieder nahe beieinander sind, eine verhältnismäßig große Höhe des Hubs eines linearen Stellglieds zu einer kleinen Schrägstellungskompensation führt. Folglich ist die Genauigkeit der Schrägstellungskompensation vergleichsweise hoch. Alternativ können die mindestens drei Stellglieder im zentralen Bereich des Spannfutters angeordnet werden, was zu einer größeren Fähigkeit der Schrägstellungskompensation und einer niedrigeren Kompensationsgenauigkeit führt.
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Außerdem können die linearen Stellglieder durch gefederte Lager, z. B. drei gefederte Lager gehalten werden, die zwischen oberen und der unteren Platte angeordnet sind. Die gefederten Lager sind sowohl an der oberen Platte als auch der unteren Platte fest angebracht, oder nur an einer von ihnen fest angebracht. Zum Beispiel können die gefederten Lager Blattfedern und/oder Schraubenfedern sein. Die gefederten Lager können so bemessen und angeordnet sein, dass sie möglichen Vibrationen z. B. des Spannfutters oder des Systems, wo das Spannfutter eingebaut ist, oder die Vibrationen des Gebäudes minimieren, in dem sich das System befindet. Die gefederten Lager können die mindestens drei linearen Stellglieder vorbelasten.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung sind die mindestens drei gefederten Lager benachbart zu den mindestens drei linearen Stellgliedern angeordnet und in radiale Richtung zur Mitte des Scheibenspannfutters oder radial nach außen versetzt.
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Zum Messen des Abstands zwischen der Oberseite der oberen Platte und der Oberfläche des zweiten Substrats können Abstandsmesssensoren, z. B. drei oder vier Sensoren in der oberen Platte des Spannfutters angeordnet sein. Zum Beispiel können die Abstandsmesssensoren in der oberen Platte des Spannfutters so angeordnet sein, dass die Bezugsfläche der Abstandsmesssensoren mit der Oberseite der oberen Platte bündig ist. Alternativ kann die Differenz zwischen der Bezugsfläche der Abstandsmesssensoren und der Oberseite der oberen Platte festgestellt werden, und dieser Versatz kann bei der Bestimmung der oben erwähnten Schrägstellung berücksichtigt werden.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung kann die Variation des Abstands zwischen der Oberseite der oberen Platte und der Oberfläche des zweiten Substrats mit einem Messsensor gemessen werden, der beweglich an der oberen Platte, z. B. auf einer kreisförmigen Linie angeordnet ist. Folglich werden die mindestens drei unterschiedlichen Positionen eine nach der anderen gemessen.
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In einer anderen Ausführungsform können die Abstandsmesssensoren auch an einem Haltering angebracht sein, der an der Außenseite des Kantenbereichs des Scheibenspannfutters angebracht ist. Insbesondere können die Abstandsmesssensoren im Haltering in einer Weise angebracht sein, dass ihre Bezugsfläche mit der Oberseite der oberen Platte bündig ist. Der Haltering kann auch an der oberen Platte befestigt sein. Der Haltering kann auch Führungs- und Haltekabel vom und/oder zum Messsensor(en) und/oder den linearen Stellgliedern aufweisen.
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Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung weist das Spannfutter ferner mindestens einen Dickensensor, vorzugsweise ein Dickensensorsystem auf. Das Dickensensorsystem kann ein pneumatisches Sensorsystem sein. Das pneumatische Sensorsystem kann einen Sensorhebel mit mindestens einem pneumatischen Sensorkopf, z. B. zwei pneumatische Sensorköpfe aufweisen. Im Fall von zwei oder mehreren Sensorköpfen sind die Sensorköpfe auf gegenüberliegenden Seiten des Sensorhebels angebracht. Alternativ ist nur ein Sensorkopf am Hebel angebracht, und auf der gegenüberliegenden Seite des Sensorhebels ist ein vorbelastetes Luftlager angebracht. Zusätzlich kann das pneumatische Sensorsystem ferner pneumatische Sensoren aufweisen, die in der oberen Platte des Scheibenspannfutters angebracht sind. Mit diesem pneumatischen Sensorsystem kann die Dicke des ersten ebenen Substrats gemessen werden. Durch Messen der Dicke an einer Vielzahl von Punkten kann das pneumatische Sensorsystem auch die Dickenverteilung, d. h. eine mögliche Krümmung des ersten ebenen Substrats messen. Zusätzlich kann das Sensorsystem auch die Krümmung des ersten ebenen Substrats und die Krümmung des zweiten ebenen Substrats und die Krümmung der oberen Platte messen.
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Jedoch versteht es sich, dass der Dickensensor und das Dickensensorsystem jeweils nicht auf pneumatische Sensoren beschränkt sind. Es sind auch ein kapazitiver Sensor, ein optischer Sensor, z. B. ein Lasersensor oder ein Infrarotsensor, ein Ultraschallsensor oder ein magnetischer Induktionssensor möglich.
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Gemäß einer Ausführungsform kann die untere Platte eine einzelne steife Platte sein oder kann mehrere steife Stücke aufweisen. Auch die obere Platte kann eine einzelne steife Platte sein oder kann mehrere steife Stücke aufweisen. Vorzugsweise können die mehreren steifen Stücke der oberen Platte durch eine Membran bedeckt sein.
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Ein erfindungsgemäßes Spannfutter kann als ein Scheibenspannfutter zum Justieren einer Maske und einer Scheibe in einem Maskenausrichtgerät verwendet werden. Ein solches Scheibenspannfutter kann auf einen Keilfehlerkompensationskopf eines Maskenausrichtgeräts gesetzt werden oder als Teil eines solchen Keilfehlerkompensationskopfes angeordnet werden. Das Scheibenspannfutter kann auch in das Maskenausrichtgerät eingebaut werden, wobei es einen vorhandenen Keilfehlerkompensationskopf vollständig ersetzt oder einen Keilfehlerkompensationskopf redundant macht. Ein Maskenausrichtgerät ist in diesem Kontext eine Vorrichtung zum Justieren der Maske relativ zur Scheibe.
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Falls das erste Substrat eine Scheibe ist und das zweite Substrat eine Maske ist, ist die Oberfläche der Maske, die zur Scheibe weist, mit Chrom oder irgendeinem anderen geeigneten Material, z. B. einem elektrisch leitendem Material überzogen, das die Anwendung von kapazitiven Abstandsmesssensoren unterstützt. Das Chrom oder das andere geeignete Material kann mit den Mustern strukturiert sein, die auf die Scheibe angewendet werden, oder es kann insbesondere für die Verwendung im Abstandsmessvorgang angewendet werden. Zweckmäßigerweise kann dasselbe Material zur Scheibenmusterung und zur Abstandsmessung verwendet werden.
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Das Maskenausrichtgerät kann Mittel zum Durchführen einer Photolithographie aufweisen, die zum Beispiel eine Lichtquelle, z. B. eine Ultraviolett-Lichtquelle und ein geeignetes Lampensystem sind. Jedoch kann das Spannfutter auch in einem anderen Gerät verwendet werden, das typischerweise zur Scheibenbearbeitung verwendet wird. In diesem Sinn ist die vorliegende Erfindung auch auf andere Mittel zum Bearbeiten des Substrats wie einen Maskenbeschichter, Entwickler, Bonder oder einen Maskenreiniger anwendbar. Folglich kann das Maskenausrichtgerät auch andere Mittel zum Bearbeiten von Substraten wie die Entwicklung des Abdeckmittels und/oder die Reinigung der Photomaske als getrennte Funktionen oder z. B. in einem sogenannten Litho-Cluster aufweisen.
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Es versteht sich, dass das oben erwähnte Spannfutter nicht nur ein Scheibenspannfutter zum Justieren einer Maske und einer Scheibe in einem Maskenausrichtgerät sein kann. Die Grundidee der vorliegenden Erfindung kann auch auf eine Vielfalt von technischen Gebieten und Bereichen angewendet werden, wo es im Allgemeinen erwünscht ist, dass zwei ebene Substrate parallel zueinander ausgerichtet sind.
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Die Erfindung betrifft auch ein Computerprogrammprodukt, das ein oder mehrere computerlesbare Medien aufweist, die computerausführbare Befehle zum Ausführen der Schritte irgendeiner der vorher beschriebenen und/oder der unten beschriebenen Verfahren zum Einstellen eines Spalts und der Schrägstellung zwischen einer Scheibe auf einer oberen Platte eines Scheibenspannfutters und einer Maske aufweisen.
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Die Erfindung wird unter Bezugnahme auf die Zeichnungen weiter offenbart:
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1a zeigt schematisch eine Draufsicht eines Scheibenspannfutters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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1b zeigt schematisch einen perspektivischen Querschnitt eines Scheibenspannfutters gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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2a zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm, das Verfahrensschritte zum Einstellen eines Spalts zwischen einer Scheibe und einer Maske gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
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2b zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm, das Verfahrensschritte zum Einstellen eines Spalts zwischen einer Scheibe und einer Maske mit einer zusätzlichen Höhenjustierung gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt;
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3a zeigt schematisch eine Vorderansicht eines pneumatischen Dickensensorsystems gemäß einer Ausführungsform der Erfindung;
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3b zeigt schematisch eine Vorderansicht eines pneumatischen Dickensensorsystems gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung; und
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3c zeigt schematisch zwei Vorderansichten eines pneumatischen Dickensensorsystems gemäß einer weiteren Ausführungsform der Erfindung.
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Über die verschiedenen Figuren hinweg werden dieselben Bezugsziffern für dieselben Elemente verwendet.
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1a zeigt schematisch eine Draufsicht eines Scheibenspannfutters 100 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung. Es sind eine Vielzahl von Steuerungs- und Abtastkabeln 109 für die drei linearen Stellgliedern 104 und die vier Abstandsmesssensoren 103 im Haltering 106 angeordnet. Das Scheibenspannfutter 100 kann auf einen Keilfehlerkompensationskopf eines Maskenausrichtgeräts gesetzt oder als Teil davon angeordnet werden. Das Scheibenspannfutter kann auch in das Maskenausrichtgerät eingebaut werden, wobei es einen vorhandenen Keilfehlerkompensationskopf ersetzt oder einen Keilfehlerkompensationskopf redundant macht. Die Ausführungsform der Erfindung wird im Folgenden hinsichtlich 1b weiter erläutert.
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1b zeigt schematisch einen Querschnitt eines Scheibenspannfutters 100. Das Scheibenspannfutter 100 weist eine obere Platte 101 auf, die eine Oberseite 101' aufweist. Die Scheibe 200 (siehe 3a–3c), die angeordnet werden soll, wird auf die Oberseite 101' gelegt. Die Scheibe 200 wird an der Oberseite 101' z. B. durch ein Vakuum fixiert, das über Rillen 108 ausgeübt wird, mit denen (nicht gezeigte) Vakuumrillen verbunden sind. Das Scheibenspannfutter 100 weist außerdem vier Abstandsmesssensoren 103 auf (von denen zwei gezeigt werden), die Kapazitätssensoren sein können. Die Abstandsmesssensoren können in einem Haltering 106 in einer Weise angebracht sein, dass ihre Bezugsfläche mit der Oberseite 101' bündig ist. Der Haltering 106 ist an der oberen Platte 101 befestigt.
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Die Oberfläche 301 der Maske 300 (siehe 3a–3c) weist zur Oberseite 101' des Scheibenspannfutters 100, wenn die Maske 300 im Maskenhalter 302 der Maskenausrichtgerät angebracht ist. Die Oberfläche 301 der Maske 300 ist im Allgemeinen mit Chrom überzogen, das mit den Mustern strukturiert ist, die auf die Scheibe 200 angewendet werden sollen. Folglich sind die Kapazitätssensoren 103 imstande, den Abstand zwischen der Oberseite 101' des Scheibenspannfutters 100 und der überzogenen Oberfläche 301 der Maske 300 zu messen. Außerdem weist das Scheibenspannfutter 100 eine untere Platte 102 auf, die im Allgemeinen an einem Keilfehlerkompensationskopf angebracht ist.
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Das Scheibenspannfutter 100 weist außerdem drei lineare Stellglieder 104 auf (von denen eins gezeigt wird), die in dieser Ausführungsform piezoelektrische lineare Stellglieder sind. Die drei linearen Stellglieder 104 stehen mit der oberen Platte 101 und der unteren Platte 102 in Kontakt, d. h. die drei linearen Stellglieder 104 verbinden die obere Platte 101 mit der unteren Platte 102. In dieser Ausführungsform sind die Haltevorrichtungen für die linearen Stellglieder 104 in die untere Platte 102 eingebaut, und folglich weist die untere Platte 102 die linearen Stellglieder 104 auf. Jedoch versteht es sich, dass die Haltevorrichtung für die linearen Stellglieder 104 auch in die obere Platte 101 eingebaut sein kann, d. h. die obere Platte 101 weist die linearen Stellglieder 104 auf. In der in 1b schematisch gezeigten Ausführungsform sind die drei linearen Stellglieder 104 an einem Umfangskantenbereich des Scheibenspannfutters 100 angeordnet. Folglich ist der Abstand zwischen den linearen Stellgliedern verhältnismäßig groß, so dass eine verhältnismäßig große Höhe des Hubs eines linearen Stellglieds zu einer kleinen Schrägstellungskompensation führt. Folglich ist die Genauigkeit im Vergleich zu einer Anordnung hoch, wo die linearen Stellglieder in der Mitte des Spannfutters 100 dicht beieinander sind. Nichtsdestoweniger ist der Abstand zwischen den linearen Stellgliedern 104 groß genug, um eine ausreichende Genauigkeit der Schrägstellungskompensation sicherzustellen.
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Wenn die drei linearen Stellglieder 104 denselben Verfahrweg aufweisen, wird die obere Platte 101 in eine Richtung senkrecht zur unteren Platte 102 und bezüglich der unteren Platte 102 ohne Änderung der Schrägstellung, falls überhaupt vorhanden, zwischen der unteren Platte 102 und der oberen Platte 101 bewegt. Wenn mindestens eines der drei linearen Stellglieder 104 einen Verfahrweg aufweist, der sich von den Verfahrwegen der anderen zwei Stellglieder unterscheidet, kann eine Schrägstellung zwischen der oberen Platte 101 und der unteren Platte 102 justiert werden. In diesem Kontext kann der Verfahrweg von mindestens einem der drei linearen Stellgliedern 104 null sein.
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Benachbart zu jedem linearen Stellglied 104 befindet sich ein entsprechendes gefedertes Lager 105 in Kontakt mit der oberen Platte 101 und der unteren Platte 102, d. h. die drei gefederten Lager 105 verbinden außerdem die obere Platte 101 mit der unteren Platte 102. In dieser Ausführungsform sind die gefederten Lager 105 durch Schrauben fest an der unteren Platte 102 und der oberen Platte 101 angebracht. Die entsprechenden gefederten Lager 105 sind in eine radiale Richtung zur Mitte des Scheibenspannfutters 100 bezüglich der linearen Stellglieder 104 versetzt. Die gefederten Lager 105 dienen nicht nur als Lager für die obere Platte 101, sondern stellen auch eine Vorbelastung für die benachbarten linearen Stellglieder 104 bereit, so dass die obere Platte 101 zur unteren Platte 102 getrieben wird.
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Es sind drei Laststifte 107 nahe der Mitte des Scheibenspannfutters 100 angeordnet. Die Laststifte 107 zum Anheben des Substrats oder der Scheibe unterstützen die Scheibenüberführung zu anderen Teilen des Maskenausrichtgeräts, z. B. mittels einer Roboterhandhabung.
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2a zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm, das Verfahrensschritte zum Einstellen des Spalts zwischen der Scheibe 200 und der Maske 300 gemäß einer Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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In einem ersten Schritt S1 wird die Dicke der Scheibe 200 an mindestens einem, vorzugsweise drei unterschiedlichen Punkten der Scheibe 200 gemessen. Das Messen der Dicke der Scheibe 200 an drei unterschiedlichen Punkten ermöglicht die Berücksichtigung von Inhomogenitäten der Dicke der Scheibe 200 oder des Substrats, z. B. eines Scheibenkeils. Wenn eine Scheibe 200 eine hohe Homogenität der Dicke aufweist oder Variationen der Dicke zugunsten einer höheren Verarbeitungsgeschwindigkeit vernachlässigt werden können, kann die Dicke der Scheibe 200 an nur einem Punkt gemessen werden. Für eine nähere Analyse und/oder genauere Positionierung ist die Dickenmessung an mehreren Punkten der Scheibe 200 nützlich. Jedoch kann dieser erste Schritt S1 optional in einer getrennten Station des Maskenausrichtgeräts, z. B. am Vorausrichtgerät vor dem Anordnen der Scheibe 200 auf der Oberseite 101' des Scheibenspannfutters 100 durchgeführt werden.
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In einem zweiten Schritt S2 wird der Abstand zwischen der Oberfläche 301 der Maske 300 und der Oberseite 101' der oberen Platte 101 durch die Abstandsmesssensoren 103 des Scheibenspannfutters 100 gemessen.
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In einem dritten Schritt S3 wird die Schrägstellung zwischen der Oberfläche 201 der Scheibe 200 und der Oberfläche 301 der Maske 300 mittels der linearen Stellglieder 104 des Scheibenspannfutters 100, vorzugsweise in Kombination mit mindestens drei gefederte Lagern 105 des Scheibenspannfutters 100 justiert. Die gefederten Lager 105 vorbelasten die linearen Stellglieder 104. Die Schrägstellung wird mittels der Informationen, die in den Schritten S1 und S2 erhalten werden, und falls erforderlich, einer vorhergehenden Kalibrierung berechnet. Die Schrägstellung wird justiert bis sie vollständig verschwindet oder mindestens vernachlässigbar klein ist, d. h. die Oberfläche der Scheibe 200 und die Oberfläche der Maske werden parallel zueinander ausgerichtet, und der Spalt wird justiert.
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Alternativ kann die Schrägstellung auf einen von Null verschiedenen Wert justiert werden, der z. B. durch den Benutzer vorgegeben ist.
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Vor dem ersten Schritt S1, während der Einrichtung des Maskenausrichtgeräts, können die Abstandsmesssensoren 103 so kalibriert werden, dass eine mögliche Höhendifferenz zwischen der Oberseite der Messsensoren 103 und der Oberseite 101' ausgeglichen oder präzise gemessen wird. Die resultierenden Kalibrierungswerte werden dann im weiteren Messvorgang verwendet. Diese Kalibrierung ermöglicht Ausführungsformen, wo die Bezugsfläche der Abstandsmesssensoren 103 z. B. infolge von konstruktionstechnischen Gründen nicht mit der Oberseite 101' bündig sein kann.
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2b zeigt schematisch ein Ablaufdiagramm, das Verfahrensschritte zum Einstellen des Spalts zwischen der Scheibe 200 und der Maske 300 gemäß einer anderen Ausführungsform der Erfindung darstellt.
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Die Schritte S1 bis S3 sowie die mögliche vorhergehende Kalibrierung sind dieselben wie in der in 2b gezeigten Ausführungsform. Jedoch ist ein vierter Schritt S4 hinzugefügt. Im Schritt S4 wird der Abstand zwischen der Scheibenoberfläche 201 und der Maskenoberfläche 301 mittels der linearen Stellglieder 104 des Scheibenspannfutters 100 vorzugsweise in Kombination mit den gefederten Lager 105 des Scheibenspannfutters 100 auf einen vorgegebenen Wert justiert. Der vorgegebene Wert kann durch einen Benutzer vor dem ersten Schritt S1 in eine Steuereinheit eingegeben werden. Der maximale Wert für die Abstandsjustierung mittels der linearen Stellglieder 104 ist durch ihren maximalen Verfahrweg begrenzt. Außerdem kann der Abstand auch durch Bewegen des gesamten Spannfutters 100 grob justiert werden, und die Feinjustierung wird mittels der linearen Stellglieder 104 durchgeführt.
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Die Schritte S1 bis S3 sowie die Schritte S1 bis S4 können mehrmals wiederholt werden, bis die erwünschten vorgegebenen Werte für die Schrägstellung und die Höhe erreicht sind. Alternativ können die Schritte zwei- oder dreimal wiederholt werden, unabhängig davon, ob die erwünschten Werte erreicht werden. Die Schritte S3 und S4 können auch in entgegengesetzter Reihenfolge oder sogar gleichzeitig durchgeführt werden.
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3a zeigt eine andere Ausführungsform der Erfindung, die ein pneumatisches Sensorsystem 400 offenbart. Das pneumatische Sensorsystem 400 weist einen Sensorhebel 401 mit zwei pneumatischen Sensorköpfen 402 auf, die auf gegenüberliegenden Seiten des Sensorhebels 401 angebracht sind. Zusätzlich weist das pneumatische Sensorsystem 400 ferner pneumatische Sensoren 403 auf, die integral in der oberen Platte 101 des Scheibenspannfutters 100 angebracht sind. Die beiden pneumatischen Sensorköpfe 402 messen den Abstand zwischen der Oberseite 201 der Scheibe 200 und der Oberfläche 301 der Maske 300, die der Oberseite 201 der Scheibe 200 gegenüberliegt, längs der gesamten Scheibe 200 an einer Vielzahl von Punkten durch Bewegen des Sensorhebels 401 über die Scheibe, wie schematisch mit den Pfeilen 3a angezeigt wird. Die pneumatischen Sensoren 403 messen den Abstand zwischen der Oberseite 101' der oberen Platte 101 des Spannfutters 100 und der Oberfläche 301 der Maske 300.
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Gemäß einer anderen Ausführungsform kann die Messung des Abstands zwischen der Oberseite 101' der oberen Platte 101 und der Oberfläche 301 auch ebenso durch die Sensorköpfe 402 durchgeführt werden, so dass die pneumatischen Sensoren 403 vollständig weggelassen werden können.
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Beide oben erwähnten Abstandsmessungen können mehrmals wiederholt werden, wobei die dreimalige Wiederholung bevorzugt wird. Beruhend auf beiden Abstandsmessungen – dem Abstand zwischen der Oberseite 201 und der Oberfläche 301 und dem Abstand zwischen der Oberseite 101 der oberen Platte 100 und der Oberfläche 301 – kann die Dicke der Scheibe 200 zur Verwendung im oben erwähnten Schritt S1 berechnet werden. Durch Messen der Abstände an einer Vielzahl von Punkten kann die Dickenverteilung der Scheibe 200 berechnet werden, wobei mögliche Variationen der Dicke über die gesamte Scheibe 200 aufgedeckt werden.
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Zusätzlich kann das pneumatische Sensorsystem 400 daher eine mögliche Krümmung der Scheibe 200 und der Scheibenoberfläche 201, der Maske 300 und der Maskenoberfläche 301 oder der Oberseite 101' messen. Folglich können diese Parameter berücksichtigt werden, wenn die Schrägstellung zwischen der Oberfläche der Scheibe 200 und der Oberfläche der Maske berechnet wird.
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3b zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, wobei das pneumatische Sensorsystem 400 – anstelle von zwei Sensorköpfen 402, die einander gegenüberliegen (3a) – ein Vorlast-Luftlager 402' aufweist, das auf der Seite des Hebels 401 angebracht ist, der der Maske 300 gegenüberliegt. Jedoch ist die Funktionalität des pneumatischen Sensorsystems 400 in 3b dieselbe wie in 3a.
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3c zeigt eine weitere Ausführungsform des pneumatischen Sensorsystems 400, die nur einen Sensorkopf 402 aufweist, der auf der Seite des Hebels 401 angebracht ist, der der Scheibe gegenüberliegt. Folglich misst der Sensorkopf 402 den Abstand zwischen dem Sensorkopf 402 und der Oberfläche 201 der Scheibe 200 und – nach einer Bewegung des Hebels 401 in die Richtung der gepunkteten Pfeile in 3c – ebenfalls den Abstand zwischen dem Sensorkopf 402 und der Oberseite 101'. Die pneumatischen Sensoren 403 messen dann den Abstand zwischen der Oberseite 101' der oberen Platte 101 und der Oberfläche 301. Folglich kann die Dicke der Scheibe 200 sowie die mögliche Krümmung der Scheibe 200 und der Scheibenoberfläche 201, der Maske 300 und der Maskenoberfläche 301 oder der Oberseite 101' gemessen und berechnet werden.
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Außerdem können die Resultate der Abstandsmesssensoren 103 und Dickendaten sowie der Wert für die kompensierte Schrägstellung und die justierte Höhe, die Anzahl der Wiederholungen der Schritte, die Genauigkeit, die Hysterese und die Verfahrwege der linearen Stellglieder 104 aufgezeichnet und zum Überwachen der Leistung insbesondere des Scheibenspannfutters 100 und auch des Maskenausrichtgeräts im Allgemeinen verwendet werden. Wenn sie die Leistung in spezifischen Mustern von einem vordefinierten Standard oder der Leistung einer neuen Maschine verschlechtert, kann eine Wartung geplant werden. Zusätzlich zeigt der Typ/das Muster der Verschlechterung spezifische Probleme an, z. B. das Versagen von einem oder mehreren der linearen Stellglieder 104 oder von einem oder mehreren der Abstandsmesssensoren 103, oder z. B. die Schrägstellung muss immer auf dieselbe Weise korrigiert werden, was ein Problem mit dem Kopf anzeigen kann, an dem das Scheibenspannfutter 100 angebracht ist. Dies stellt wichtige Informationen für einen Servicetechniker über den Typ der Servicemaßnahme oder darüber bereit, welche Art von Ersatzteilen vor dem geplanten Servicetermin benötigt wird. Folglich kann die Stillstandzeit infolge der Wartung oder infolge eines unvorhergesehenen Maschinenausfalls reduziert werden.
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Außerdem können die Abstandsmesssensoren 103 und die linearen Stellglieder 104 in einer Online-Rückkopplungsschleife betrieben werden, d. h. die Schrägstellung und die Höhe werden zu jeder Zeit kontinuierlich z. B. während der Belichtung justiert. In sehr schnellen Rückkopplungsschleifen können selbst Vibrationen im Maskenausrichtgerät kompensiert werden. Dies ermöglicht lange Belichtungszeiten mit einer hohen Spaltgenauigkeit und Schrägstellungsgenauigkeit sowie eine hohe Stabilität und Reproduzierbarkeitsanforderungen.
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Da die Abstandsmesssensoren 103 einen Absolutwert für den Abstand zwischen der Oberfläche der Maske und der Oberseite messen, ist überhaupt kein Referenzierungsvorgang während der Scheibenbearbeitung erforderlich. Folglich können der mechanische Keilfehlerkompensationsvorgang und die erforderlichen mechanischen Teile aus der Gestaltung und dem Prozess entfernt werden. Außerdem wird daher kein mechanischer Kontakt zwischen Maschinenteilen (z. B. die hochpräzisen Abstandskugeln, die für den herkömmlichen Keilfehlerkompensationsvorgang verwendet werden) und der Scheibe des Kunden mehr benötigt.
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Gemäß dieser Erfindung ist das gesamte Spalteinstellsystem integral in das Scheibenspannfutter 101 eingebaut, was die Option bereitstellt, das vorliegende Spannfutter an einem vorhandenen Maskenausrichtgerät mit fast keinen Änderungen am Maskenausrichtgerät zu verwenden.
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Während die Erfindung im Detail in den Zeichnungen und der vorhergehenden Beschreibung erläutert und beschrieben worden ist, sind eine solche Erläuterung und Beschreibung veranschaulichend oder exemplarisch und nicht einschränkend zu betrachten; die Erfindung ist folglich nicht auf die offenbarten Ausführungsformen beschränkt. Es können Abänderungen an den offenbarten Ausführungsformen aus einem Studium der Zeichnungen, der Offenbarung und der beigefügten Ansprüche durch Fachleute verstanden und ausgeführt werden, die die beanspruchte Erfindung ausnutzen. In den Ansprüchen schließt das Wort „aufweisen” keine anderen Elemente oder Schritte aus, und der unbestimmte Artikel „ein” oder „eine” schließt keine Vielzahl aus und kann „mindestens eine” bedeuten.
