DE1623297A1

DE1623297A1 - Einstellvorrichtung

Info

Publication number: DE1623297A1
Application number: DE19671623297
Authority: DE
Inventors: De Bos Leo J
Original assignee: Hewlett Packard Co
Current assignee: HP Inc
Priority date: 1966-06-06
Filing date: 1967-05-20
Publication date: 1971-01-21
Also published as: GB1196281A

Description

Einstellvorrichtung,

Für diese Anmeldung wird die Priorität aus der US-Patentanmeldung Serial No. 555-,583 vom 6. Juni 1966 in Anspruch genommen.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur genauen Einstellung einer Arbeitsfläche In einer gegebenen Ebene.

Für manche Zwecke ist es erforderlich, eine Arbeitsfläche mit einer Genauigkeit unterhalb eines Mikrons einstellen zu können. Beispielsweise wird bei der Herstellung von Masken, wie sie bei der Fabrikation von Halbleiter-Mikroschaltungen benutzt werden, eine fotografische Platte an der Arbeitsfläche angebracht und genau eingestellt, derart, dass ein fokussiertes, von einer Blitzlichtlampe darauf projiziertes Muster aufgenommen wird. Auf diese Weise werden verschiedene solcher Masken mit voneinander abweichenden Mustern nacheinander hergestellt. Bei dem Fabrikationsprozess der Mikroschaltungen werden diese Masken auf der gleichen Halbleiterunterlage übereinandergelegt. Dabei ist eine Genauigkeit unterhalb eines Mikrons bei der Einstellung der Platten vor der Belichtung

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notwendig,, um eine genaue Übereinstimmung der übereinander- . gelegten Muster zu gewährleisten.

Solche Einstellvorrichtungen enthalten, zwei bewegliche Bühnen» Eine" untere Bühne ist in einer. Richtung auf Führungen beweglich, die auf einer festen Basis ©.tier Unterlage angebracht sind, und eine obere Bühne, welche die Arbeitsfläche enthält, ist in einer dazu senkrechten Richtung auf Führungen beweglich, die an der unteren Bühne angebracht sind. Bei solchen Vorrichtungen kann die Bewegung der oberen Bühne gegenüber der unteren Bühne gemessen werden. Damit ist aber der Nachteil verbunden, dass eine Bewegung der oberen Bühne in cfer einen Richtung nicht feststellbar ist und somit wesentliche Systemfehler bei der nutzbaren Einstellung der Arbeitsfläche auftreten können.

Durch die Erfindung wird eine Einstellvorrichtung geschaffen, bei der diese Schwierigkeit behoben ist und darüberhinaus noch weitere Vorteile erzielt werden. r

Eine Einstellvorrichtung gemäss der Erfindung weist eine Einrichtung zum Projizieren einer optischen Strahlung in abwechselnd zueinander senkrechten Richtungen^ welche miteinander eine feste Ebene definieren, eine Einrichtung zum Bewegen einer Fläche in dieser festen Ebene und eine daran befestigte Einrichtung zur Reflexion' der optischen Strahlung sowie' in Abhängigkeit von der Lage der Reflexionseinrichtung gegenüber der in abwechselnd senkrechten Richtungen projizierten Strahlung ansprechende Einrichtungen auf, die dazu dienen ₃ der Lage der Fläche in"der festen Ebene entsprechende Anzeige-"und/oder Steuersignale zu geben«, ' ■· ^

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Insbesondere werden abwechselnd, in zueinander senkrechten Richtungen projizierte optische Strahlen von einer festen Basis aus projiziert, die miteinander eine Ebene für die Bewegung einer oberen Bühne definieren"; an der "oberen Bühne sind Reflektoren angebracht, so dass deren Stellung in. den optischen Strahlen interferometrisch^.n Bezug auf die feste Basis gemessen werden kann.

Im folgenden wird die Erfindung anhand der Zeichnungen beispielsweise näher erläutert:

Fig. 1 ist eine schematische Darstellung einer interferometrisch gesteuerten Einstellvorrichtung gemäss der Erfindung.

Fig. 2 ist eine Grundrissdarstellung, welche die baulichen Einzelheiten der Bühne der Vorrichtung nach Fig. 1 zeigt.
Fig. 3.ist eine Seitenansicht längs der Linie 3-3

in Fig. 2.
Fig. 4 ist eine Querschnittansicht längs der Linie

¹I-¹J in Fig. 2.
Fig. 5 ist eine Draufsicht auf die Ebene gemäss

der Linie 5-5 in Fig. ¹J.
Fig. 6 ist eine Seitenansicht längs der Linie 6-6 s

in Fig. 2.
Fig. 7 ist ein Querschnitt längs der Linie 7-7 in Fig. 2.

Fig. 8 ist eine vergrösserte Seitenansicht eines, . ; Teils 8-8 in Fig..3.

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Fig. 9 ist eine Seitenansicht j teilweise ±ni Schnitt,.

, längs dar Linie 9-9 in Fig. 8. Fig. Io ist eine Grundrissansicht längs der Linie

io-lo in Fig. 8, und
Fig. Il ist.eine vergrösserte Querschnittsdarstellung

des Bereichs 11-11 in Fig. 9.

Wie Fig. 1 zeigt, sind an der festen Basis 1 Führungsleisten 2 für die untere Bühne 3 in der Richtung X angebracht, und an der unteren Bühne 3 sind Führungsleisten 4 für die obere Bühne in der Richtung Y gegenüber der unteren Bühne J angebracht. An der oberen Bühne 5 kann eine Arbeitsfläche vorgesehen sein, die genau in der X-Y-Ebene eingestellt werden soll.

Ein Laser 6, beispielsweise ein mit einer kontinuierlichen Welle arbeitender Hellum-Neongaslaser, der bei 6328 A arbeitet, richtet einen hochmonochromatischen und gebündelten Strahl auf den Strahlteiler 7, und die beiden Teile des aufgeteilten Strahles werden auf entsprechende Strahlteiler 8 bzw. 9 gerichtet, um eine Interferometa?-Messung sowie Bezügsstrahl zu bilden. Der eine Meßstrahl 11 ist längs der X-Achsel und der andere Meßstrahl 12 längs der Y-Achse gerichtet. Diese beiden Strahlen bilden eine waagerechte Ebene, in welcher die Lage der Oberen Bühne 5 steuerbar ist» An der oberen Bühne 5 ist ein länglicher Spiegel 13 angebracht, der mittels einer geeigneten Einstellvorrichtung so gerichtet wird, dass der X-Strahl 11 längs seiner eigenen Achse zurück reflektiert wird; ferner ist daran ein länglicher Spiegel I¹I

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vorgesehen, der in gleiher Weise ausgerichtet wird, um den Y-Strahl 12 längs seiner eigenen Achse zurückzureflektieren. Ein Bezugsstrahl für die X-Achse wird von dem festen Bezugsspiegel 15 zurückreflektiert und ein Bezugsstrahl für die Y-Achse wird von einem festen Bezugsspiegel 16 zurückreflektiert .

Die Mess- und Bezugsstrahlen für die X-Achse setzen sich in dem Strahlteiler 8 wieder zusammen und der wieder zusammengesetzte Strahl, welcher Interferenzstreifen enthält, wird auf Fotodetektoren 17 und 18 gerichtet. Die Hälfte des wieder zusammengesetzten, auf die Fotozelle 17 gerichteten Strahles wird durch einen Viertelwellenlängen-Phasenverzögerungsfilm geleitet. Nach an sich bekannten Verfahren der Richtungs-StreifenZcShlinterferometrie wird in dem Fotodetektor jeweils ein Impuls durch die Interferenzstreifen erzeugt, wenn der Spiegel 11 sich in der X-Richtung um einen Betrag bewegt, "der gleich der Hälfte oder einem anderen vorbestimmten Bruchteil der Wellenlänge der Strahlungsquelle 6 ist. Die in den Fotodt.·⁴ Aktoren 17 und 18' erzeugten Impulse sind wegen des Phasen-Vfcrsügerungsfilms 19 um 90° phasenverschoben; daher können cj«se Impulse in einem Zweirichtungszähler 21 kombiniert werden, so dass sie ein'Digitalsignal oder einen Zählwert, erzeugen, das bzw. der ein Mass für die nutzbare Bewegung des Spiegels 13 in der X-Riehtung darstellt; das bedeutet, dass der Zähler Zählwerte addiert, wenn sich der Spiegel in einem Richtungssinn, beispielsweise also nach rechts, bewegt,

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und dass er Zählwerte substrahiert, wenn der Spiegel sich . im entgegengesetzten Sinne, also beispielsweise nach links, bewegt. In gleicher Weise wird"die Hälfte des wieder zusammengesetzten Strahls in der Y-Achse durch einen Phasenverzögerungsfilm 22 geleitet, um in den Fotodetektoren 23 und 24 um 90° phasenverschobene Interferenzstreifenimpulse zu erzeugen, welche einen Zweirichtungszähler 25 zugeführt werden, um ein Digitalsignal zu bilden, das der nutzbaren oder Nettobewegung in der Y-Richtung entspricht.

Eine digitale Eingangsvorrichtung 26, beispielsweise von der Art, wie sie bei Lochstreifen benutzt wird, speichert Digitalinformationen, welche in Form von Streifenzählwerten den verschiedenen X- und Y-Koordinatenwerten entsprechen, um welche die obere Bühne 5 bewegt werden soll. Bei Erregung durch den Folgeschalter (sequencer) 27 wird der Zählwert aus dem Eingang 26, der der gewünschten X-Koordinate entspricht, mit dem Ausgangswert des X-Achsenzählers 21 in dem Vergleicher 28 verglichen, so dass ein Ausgangssignal zu der X-Achsen-Servokontrolleinrichtung 29 geleitet wird, welche in beiden Richtungen den Antrieb des Servomotors 31 regelt, um die untere Bühne 3 in der X-Richtung über den Antriebsstab 32 in dem für die Annullierung des Ausgangswerts aus dem Vergleicher 28 richtigen Sinne zu bewegen, wobei zugleich die obere Bühne 5 zu dem gewünschten X-Koordinatenwert hin verstellt wird. In gleicher Weise wird der Zählwert aus dem Eingang 26, der der gewünschten Y-Koordinate entspricht,

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mit dem Ausgangswert des X-Achsen-2ählei»B 25 in dem Vergleicher 35 verglichen, ,wobei ein Ausgangswert zu de** Y-Achsen-Servokontrolleinriehtung 24 geleitet wird, um die obere Bühne, 5 mittels des Servomotors 35 und des Antriebsstabes j>6 zu der gewünschten Y-Koordinate zu führen. Der Folgeschalter 27 kann dann einen Vorgang oder eine Bewegung an der Arbeitsfläche der oberen Bühne steuern; ist beispielsweise eine fotografische Platte zur Bildung einer Maeke für eine Mikroschaltung an der Bühne 5 angebracht, so kann der Folgeschalter eine Blitzlichtlampe einschalten, um ein Muster auf die Platte zu projizieren, nachdem sie auf die gewünschte Lage in der X-Y-Ebene eingestellt ist.

Da die Interferometer-Ileßstrahlen 11 und 12, welche die X-Y-Ebene definieren, gegenüber der Basis 1 fest sind, wird jede Bewegung der oberen Bühne 5 gegenüber der unteren Bühne in der X-Eichtung festgestellt·'auf diese Weise werden die eingangs erwähnten Systeinfehler früherer Vorrichtungen vermieden.

Einzelheiten der Antriebs- und Führungseinrichtung für die Bühnen 3 und 5 sind in den Fig. 2 bis 11 gezeigt.

Das Gewicht der unteren Bühne 3 wird auf der Basis 1 durch 4 senkrechte Luftlager 4l getragen, das Gewicht der , oberen Bühne 5 durch 4 senkrechte Luftlager 42. Die Lager 4l und 42 sind im wesentlichen genau gleich; sie sind in Fig. 4 dargestellt. Luft oder ein anderes Gas wird unter Druck durch einen zentralen Durchgang in dem Bolzen 43

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hindurchgeleitet, der ein abgerundetes Ende 44 aufweist,, das in einem Lagerkopf 45 ruht . Die Luft wird über 3 Durchgänge "4-6 zu öffnungen 47 auf der Vorderseite der Köpfe 45 und von da aus durch radial angeordnete und auf dem, Umfang verteilte Kanäle 48 xveitergeleitet, wie es in Fig. 5 gezeigt ist , Die Basis 1, die aus Granit hergestellt sein kann, hat eine optisch flache oder ebene.Oberseite, über weichender Lagerkopf 45 im Wesentlichen reibungsfrei mittels einer dazu eingefügten dünnen Luftschicht geführt ist. Der Bolzen 43 kann sich in dem Sitz 44 frei drehen und gewährleistet so, dass der Kopf 45 parallel zur Oberfläche der Basis 1 bleibt

Die Bühnenführungsleisten 2 und 4, welche beispielsweise aus Quarz bestehen können, sind rechteckige Leisten mit optisch feinbearbeiteten Seiten der Flächen 5o zur genauen Führung der Bühnen in der X- und Y-Richtung auf waagerechten Luft- - lagern 51, wie in Fig. 7 gezeigt. Die Bauweise der Lager 51 ist etwa die gleiche wie die der Lager 4l, 42, weswegen für die einander entsprechenden Elemente die gleichen Bezugszeichen verwendet s:ind. Ein Joch 52» das an der entsprechenden Bühne 3 bzw. 5 angebracht ist, überspannt in Querrichtung die dazugehörige Führungsleiste 2 oder 4 und nimmt an seinen entgegengesetzten Enden die Lagerzapfen 43 an, so dass die Lagerköpfe 45 an den parallelen Seitenflächen 5o der Führungsleisten geführt sind. Der Kopf 45 kann sich frei in dem Sitz drehen, so dass er parallel zu der Führungsfläche 5o verbleibt, wobei stets eine dazwischenliegende Luftschicht als Schmiermittel vorgesehen ist. Da das Gewicht der Bühnen

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von dem senkrechten Lager 4l und 42 getragen wird, sind die waagerechten-Lager 4l im wesentlichen unbelastet, und die Führung in der X- und Y-Richtung ist sehr genau auf die Führungsleisten 2 und 4 bezogen.

Um die Genauigkeit der X- und Y-Führung beizubehalten, ist es wichtig, dass keine inneren Torsionsspannungen in den Führungsleisten 2 und 4 auftreten können, welche die Führungsflächen 5o verformen würden» Dies wird durch die in den Fig. 8 bis 11 gezeigte neue Bauweise erreicht. Um Jede Führungsleiste 2 bzw. 4 wird durch 3 C-Klammern 6l gehalten. Die berührenden Teile jeder Klammer Gl bestehen₍ wie Fig. 11 zeigt, aus einem Zapfen 62 mit abgerundetem Ende 63, das einen Sitz in der Platte 64 hat . Der Zapfen kann vorteilhaft aus einer handelsüblichen Kugelkalottenscheibe bestehen. Die Zapfen 62 können sich frei in dem Sitz 63 drehen, so dass ihre Flachseiten die Ober- und Unterseite der dazu genau parallelen Führungsleiste berühren, so dass die Druckspannungen gleichmässig über die Berührungsfläche vorteilt werden, auch wenn Unterschiedlichkeiten in der oc-eren und unteren Führungsleistenfläche vorhanden sein sollten. Dies erlaubt in vorteilhafter Weise, die optisch feine Politur (optical finishing) der Leiste auf die seitlichen Führungsflächen 5o zu begrenzen. Da die 3 Klammerstellen die räumliche Lage der Führungsleisten eindeutig definieren, werden durch die Tragvorrichtung keinerlei innere Spannungen verursacht.

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Wie aus Fig. 2 hervorgeht, sind die Servomotoren 31 und 35 durch ein Reibungsgetriebe derart untersetzt ₃ dass sie eine sehr genaue Bewegung der" entsprechenden AntriebsstSbe 32 bzw. 36 ermöglichen. Bei einem typischen gemäss der
Erfindung ausgebildeten System kann die obere Bühne 5 mit einer Genauigkeit von 10 Mikrozoll oder 0,00025 M eingestellt werden.

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Claims

Patentansprüche

1. Einstellvorrichtungj welche eine Einrichtung'(6) zum Projizieren einer optischen Strahlung (11, 12) in abwechselnd zueinander senkrechten Richtungen (X₅ Y), die miteinander eine feste Ebene definieren, eine Einrichtung zum Bewegen einer Fläche (5) in dieser festen Ebene und eine an dieser befestigte Einrichtung (13, 1*0 zur Reflexion«der optischen Strahlung soviie in Abhängigkeit von der Lage der Reflexionseinrichtung gegenüber der in abwechselnd senkrechten Richtungen projizierten Strahlung ansprechende Einrichtungen (17, 18; 23,. 24) aufweist, die dazu dienen, der Lage der

Fläche (5) in der festen Ebene (X, Y) entsprechende Anzeige- und/oder Steuersignale zu geben.

2. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass auf einer festen Basis oder Unterlage eine Einrichtung zur Führung einer unteren Bühne in einer der beiden zueinander senkrechten Richtungen und auf dieser eine Einrichtung zur Führung der oberen Bühne in der anderen Richtung befestigt sind, und dass an der oberen Bühne die Reflektoren angebracht sind, während die Einrichtungen zum Projizieren der optischen Strahlung auf der festen Basis befestigt sind.

3". Einstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die untere und die obere Bühne von senkrechten Gaslagern getragen werden und dass waagerechte Gaslager

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für die Bewegung der Bühnen über ihre Führungen vorgesehen sind.

4. Einstellvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet", dass die Führungseinrichtungen aus rechteckigen Leisten mit optisch feinbearbeiteten oder polierten seitlichen Führungsflächen bestehen. ·

5. Einstellvorrichtung· nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Leisten an der festen Basis bzw. der unteren Bühne an jeweils drei Punkten festgeklemmt sind, so dass keine inneren Torsionsspannungen auftreten können, welche die Führungsflächen verformen.

6. Einstellvorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass der die Leiste je^ls berührende Teil einer Klemmvorrichtung aus einem Zapfen mit einer ebenen Berührungsfläche und mit einer abgerundeten Endfläche besteht, die mit einem entsprechend geformten Hohlsitz so zusammenwirkt, dass der Zapfen sich frei drehen kann, so dass die ebene Endfläche

§4e Ober- und Unterseite der Leiste stets zueinander parallel s ind.

.7. Einstellvorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch senkrechte Gaslager für die Bewegung der Bühnen längs ihrer seitlichen Führungsflächen.

8. Einstellvorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine interferometrische Einrichtung zur Messung der Reflexion der optischen Strahlung zwecks übereinstimmender Einstellung der Bewegung der Arbeitsfläche in jeder der " » beiden zueinander senkrechten Richtungen nach Streifenzähl-

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werten. "

9. Einstellvorrichtung nach Anspruch 8, gekennzeichnet durch einen Eingang für Digitalwerte zur Erzeugung von jeweils einer gewünschten Lage der Arbeitsfläche in jeder der abwechselnd zueinander senkrechten Richtungen entsprechenden Digitalsignale, eine Einrichtung zum Vergleichen dieser mit der durch die interferometrische Einrichtung registrierten Bewegung und einer in Abhängigkeit von dieser Vergleichereinrichtung wirksamen Antriebsvorrichtung zur Einstellung der Arbeitsfläche in die gewünschte Richtung. ....,,_=.... ■-

10. Einstellvorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch die Kombination mindestens einer rechteckigen Führungsleiste für die Bewegung der Arbeitsfläche mit optisch feinbearbeiteten oder polierten seitlichen Führungsflächen und einer Tragvorrichtung zum Halten der Führungsleiste, bestehend aus Mitteln zum Festklemmen der Unter- und Oberseite der Leiste an drei Punkten, derart, ■lass in dieser keine inneren Torsionsspannungen auftreten können, welche die Führungsflächen zu verformen suchen.

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