DE19620234A1 - Verfahren und Vorrichtung zum Positionieren eines Substrats - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Positionieren eines Substrats

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Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Positionieren eines Substrats, z. B. einer Glasscheibe, auf einem Support.
In der elektronischen Industrie ist es bekannt, Substrate während des Transports oder während eines Beschichtungs- oder lithographischen Prozesses mit Hilfe eines sogenannten "vacuum chuck" oder Vakuumspannvorrichtung festzuhalten. Die Vakuumspannvorrichtung besteht üblicherweise aus einer ebenen Auflagefläche mit einer Öffnung, welche über einen Kanal mit einer Unterdruckquelle in Verbindung steht. In den vorzugsweise automatisch ablaufenden Beschichtungsprozessen werden die Substrate in der Regel mit einer Einspannvorrichtung gefaßt, dann auf die Vakuumspannvorrichtung gelegt und mittels Vakuum festgesaugt.
Nachteilig an dem beschriebenen Verfahren ist, daß die Lage des Substrats auf der Vakuumspannvorrichtung nicht genau oder nicht genau genug bestimmt ist. Ein nachträgliches Justieren und Verschieben des Substrats auf der Vakuumspannvorrichtung hat den Nachteil, daß beim Aneinanderreiben der Oberflächen Partikel gebildet werden, die die Ausschußrate der hergestellten Produkte erhöhen.
Es ist Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Verfügung zu stellen, die die Nachteile des Stands der Technik weitgehend vermeiden. Insbesondere sollte die Vorrichtung das genaue Positionieren eines großflächigen Substrats ermöglichen, ohne daß Partikel gebildet werden.
Erfindungsgemäß wird dies durch ein Verfahren realisiert, bei welchem zwecks Bildung eines Luftkissens die Oberfläche des Supports von unten her mit Luft beaufschlagt wird, daß das Substrat durch Neigen des Supports und/oder durch das Luftkissen selbst in eine Anschlagsposition gebracht und mittels eines Unterdrucks am Support festgestellt wird. Dieses Verfahren hat den Vorteil, daß beim Positionieren die Gefahr der Partikelbildung sehr stark reduziert ist. Auch können großflächige Substrate, z. B. "flat-panels" für Flachbildschirme, mühelos positioniert werden.
Zweckmäßigerweise wird das Substrat zuerst auf dem Support abgelegt und dann das Luftkissen erzeugt. Vorteilhaft wird die Position des Substrats gemessen. Dies kann dadurch erfolgen, daß die Lage der Substratkante an mindestens zwei Stellen gemessen wird. Dies ermöglicht es, die nacheinander zu bearbeitenden Substrate reproduzierbar immer in die gleiche Bearbeitungsposition zu bringen.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff von Anspruch 4 zur Durchführung des Verfahrens, die dadurch gekennzeichnet ist, daß Mittel zur Erzeugung einer Positionierkraft vorgesehen sind, daß der Support Anschlagmittel besitzt, daß die Gasfördermittel eine Unterdruck- und eine Überdruckquelle umfassen und daß Mittel vorgesehen sind, um zum Positionieren und Festhalten des Substrats die Unterdruck- bzw. die Überdruckquelle mit der Öffnung zu verbinden. Anstelle einer Unterdruck- und einer Überdruckquelle kann auch eine Membranpumpe eingesetzt werden.
Vorteilhaft ist die Supportoberfläche in wenigstens einer Richtung relativ zur Horizontalen schwenkbar. Dies ermöglicht die Vorwärtsbewegung des Substrats mit Hilfe der Schwerkraft. In einer vorteilhaften Ausführungsform besitzt der Support eine Dreipunktauflage, die durch höhenverstellbare Säulen, z. B. Piezoelementstapel, gebildet sein kann. Die Dreipunktauflage erlaubt, das auf dem Luftkissen liegende Substrat in einer beliebigen Richtung zu verschieben.
Eine besonders vorteilhafte Ausführungsform hat die Kanäle in einem schrägen Winkel zur Supportoberfläche angeordnet, d. h. die aus den Öffnungen austretende Luft kann eine Kraft auf das Substrat ausüben und dieses in die Bearbeitungsposition bringen. In diesem Fall ist eine Neigungsverstellung der Supportoberfläche nicht unbedingt erforderlich.
Vorteilhaft ist die Auflagefläche des Supports durch eine Vielzahl von Rinnen oder Vertiefungen unterbrochen, wobei die Öffnungen in die Rinnen münden. Die Rinnen sorgen dann für eine gute Verteilung der Luft. Zweckmäßigerweise weisen die Rinnen eine Tiefe von bis zu ungefähr 0.5, vorzugsweise bis ungefähr 0.3 mm auf. Vorteilhaft gewährleistet die Auflagefläche, daß beim Festellen des Substrats durch einen Unterdruck das Substrat sich nicht durchbiegt. Die Auflagefläche muß also so strukturiert und eine solche Fläche aufweisen, daß das Substrat sich nicht verformen kann.
Vorteilhaft ist wenigstens ein Distanzsensor zur Bestimmung der Substratposition vorgesehen. Dieser erlaubt es, die Endlage des Substrats genau zu bestimmen. In einer besonders vorteilhaften Ausführungsform sind zusätzlich zu den Anschlägen elastische Mittel vorgesehen, mit welchen das Substrat vor dem Einnehmen der Endlage in Kontakt kommt. Dies hat den Vorteil, daß die Position der Substratkanten zuverlässig bestimmt werden kann. Dies erlaubt es auch, Sensoren, die nach unterschiedlichen Prinzipien arbeiten, einzusetzen. Zweckmäßigerweise sind die elastischen Mittel Blattfedern.
Vorteilhaft sind die Anschlagmittel jeweils durch ein Kugellager gebildet. Dadurch kann die Bildung von Partikeln weitgehend verhindert werden, da die Oberflächen nicht aneinander reiben, wenn das Kugellager beim Positionieren als Führungshilfe dient. Vorteilhaft wirken zur Bestimmung der Endlage des Substrats die Distanzsensoren mit den elastischen Mittel zusammen. Als Distanzsensoren können Luftsensoren, optische Sensoren oder kapazitive Sensoren vorgesehen sein. Besonders vorteilhaft ist ein mit Unterdruck arbeitender Sensor, wie er in der WO 94/19821 beschrieben ist. Der Inhalt der WO 94/19821 wird hiermit durch Bezugnahme aufgenommen.
Nachfolgend werden Ausführungsbeispiele der Erfindung unter Bezugnahme auf die Figuren beschrieben. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung mit einem Support für ein Substrat, welcher mit einer Über- und einer Unterdruckquelle in Verbindung steht und am Rand einen Anschlag und Mittel zum Bestimmen der Lage des Substrats aufweist; und
Fig. 2 eine ausschnittsweise Draufsicht auf einen Support.
Die in den Fig. 1 und 2 dargestellte Vorrichtung 11 zum Positionieren und Feststellen eines Substrats besitzt einen Support 13, dessen Oberfläche eine bestimmte Anzahl von Öffnungen 15 aufweist. Die Öffnungen 15 stehen über Kanäle 17, die in einen Hauptkanal 19 münden, mit einer Unterdruck- und einer Überdruckquelle 21 und 23 in Verbindung, welche mittels der Ventile 22, 24 vom Hauptkanal 19 getrennt werden können.
Der Support 13 besitzt eine strukturierte Oberfläche mit einer Vielzahl von Erhebungen 25 und Rinnen 27. Während die Erhebungen 25 als Auflagefläche für das Substrat dienen, sorgen die Rinnen 27, in welche die Öffnungen 15 münden, für eine gleichmäßige Verteilung oder für ein gleichmäßiges Ansaugen der Luft. Die im Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 2 gezeigte Oberflächenstruktur kann beispielsweise durch Einfräsen von entsprechenden Rinnen in die Supportoberfläche hergestellt werden. Die Tiefe der Rinnen 27 kann beispielsweise 0.2 bis 0.3 mm betragen. Die durch die Erhebungen 25 gebildete Auflagefläche kann ungefähr 50% der gesamten Supportoberfläche betragen. Das Ausmaß der Auflagefläche hängt in erster Linie vom Substratmaterial und -dicke ab.
Der Support 13 ist vorzugsweise in wenigstens einer Richtung neigbar. Ein Winkel von 0.2 bis 0.5 Grad zwischen der Supportoberfläche und der Horizontalen reicht beispielsweise schon aus, um das Substrat auf dem Luftkissen in Richtung des Gefälles zu bewegen.
Besonders vorteilhaft ist, wenn eine Dreipunktauflage für den Support 13 vorgesehen ist, welche aus höhenverstellbaren Säulen 31 gebildet sein kann. Eine Dreipunktauflage ermöglicht auf einfache Weise, die Supportoberfläche in einer beliebigen Richtung zu neigen. Als höhenverstellbare Auflagen können beispielsweise Piezo-Elemente eingesetzt sein.
Am Rand des Supports 11 sind Anschläge 33 vorgesehen, an welchen das Substrat in seiner Endlage anliegen kann. Die Anschläge 33 bestehen vorzugsweise aus einem Kugellager, dessen Drehachse 35 senkrecht zur Supportoberfläche angeordnet ist. Durch die Kugellager wird bei der Bewegung des Substrats in die Endlage ein möglicher Reibungswiderstand zwischen einem Anschlag 33 und der Substratkante praktisch eliminiert. Dadurch kann die Bildung von Partikeln weitgehend verhindert werden.
Am Rand der Supportoberfläche ist wenigstens ein Sensor 37 zur Bestimmung der Substratposition vorgesehen. Als Sensoren kommen beispielsweise kapazitive oder optische Distanzmeßsensoren oder Berührungssensoren in Frage. Berührungslos arbeitende Sensoren sind aber besonders vorteilhaft.
Ein besonderes Problem bei der Bestimmung der Endlage stellen die Substratkanten dar, die häufig geschliffen und facettiert sind. Da großflächige Substrate, insbesondere solche aus Glas, aber häufig etwas verbogen und die flache Substratkante oft nur 1 bis 2 mm hoch ist, können sich leicht Fehlmessungen ergeben, wenn der Meßstrahl nicht den flachen Teil der Substratkante trifft. Die Verwendung von optischen Sensoren zur Bestimmung der Lage von Glassubstraten ist problematisch, da die Lichtreflexionen nur schwach sind und die Facetten das Licht zusätzlich streuen.
Die obigen Schwierigkeiten können überwunden werden, wenn die Substratlage indirekt bestimmt wird. Zu diesem Zweck sind Blattfedern 39 vorgesehen, welche die Anschläge 33 in Richtung der Supportoberfläche ein bestimmtes Maß überragen. Die Blattfedern 39 sind von einer solchen Stärke und so angeordnet, daß diese vom Substrat beim Einnehmen der Endlage nach außen geschoben werden, so daß diese fluchtend mit der Innenkante der Anschläge 33 sind. Hinter jeder Blattfeder 39 ist jeweils ein Sensor 37 angeordnet, welcher die Distanz zur Blattfeder 39 mißt.
Die Anschläge 33, Sensoren 37 und Blattfedern 39 sind auf einer Schiene 41 angeordnet, die an den Support 13 angeschraubt ist. Jede Blattfeder 39 ist in einen Klemmblock 43 eingespannt.
Die Sensoren 37 sind über Leitungen 45 mit einer Kontroll- und Steuereinheit 47, z. B. Computer, in Verbindung, welche vorzugsweise auch die Neigungsverstellung der Supportoberfläche steuern und kontrollieren kann. Dies erlaubt es, die Positionierung eines Substrats auf der Supportoberfläche zu automatisieren.
Zum Positionieren wird das Substrat zuerst auf der vorzugsweise horizontal ausgerichteten Supportoberfläche abgelegt und dann ein Gas, z. B. Luft oder ein Inertgas, durch die Öffnungen 15 geblasen. Durch das entstehende Luftkissen wird das Substrat vom Support 13 abgehoben und schwebt auf dem Luftkissen. Durch eine entsprechende Neigungsverstellung der Supportoberfläche relativ zur Horizontalen wird das Substrat dann in Richtung auf die Anschläge 33 hin bewegt. Die Bestimmung der Substratposition erfolgt dabei durch die Sensoren 37. Sobald die Sensoren die korrekte Einnahme der Substratposition melden, wird die Verbindung zur Überdruckquelle 23 unterbrochen und die Unterdruckquelle in Betrieb gesetzt. Durch den erzeugten Unterdruck wird das Substrat an die Supportoberfläche gepreßt und festgestellt. Danach kann das Substrat bearbeitet werden, beispielsweise indem ein lithographischer Prozeß oder eine Beschichtung vorgenommen wird. Die Entnahme des Substrats kann dann in umgekehrter Abfolge der Verfahrensschritte erfolgen.
Das Verfahren und die Vorrichtung eignet sich insbesondere für eine Vorpositionierung (pre-alignment) von großflächigen Substraten. Dabei müssen die Substrate möglichst genau vorpositioniert werden. Der Support kann Teil eines Mehrachsentisches sein, welcher die Feinpositionierung des Substrats ermöglicht.

Claims (16)

1. Verfahren zum Positionieren eines Substrats, z. B. einer Glasscheibe, auf einem Support, dadurch gekennzeichnet, daß zwecks Bildung eines Luftkissens die Oberfläche des Supports von unten her mit einem Gas, z. B. Luft, beaufschlagt wird und daß das Substrat durch Neigen des Supports und/oder durch das Luftkissen selbst in eine Anschlagsposition gebracht und mittels eines Unterdrucks am Support festgestellt wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat zuerst auf dem Support abgelegt und dann das Luftkissen erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Position des Substrats gemessen wird.
4. Vorrichtung zum Positionieren eines Substrats, z. B. einer Glasscheibe, auf einem Support mit einer wenigstens eine Öffnung aufweisenden Oberfläche, und einem Kanal, welcher mit Gasfördermitteln und der Öffnung in Verbindung steht, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel zur Erzeugung einer Positionierkraft vorgesehen sind, daß der Support Anschlagmittel besitzt, daß die Gasfördermittel eine Unterdruck- und eine Überdruckquelle umfassen und daß Mittel vorgesehen sind, um zum Positionieren und Festhalten des Substrats die Unterdruck- bzw. die Überdruckquelle mit der Öffnung zu verbinden.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Supportoberfläche in wenigstens einer Richtung relativ zur Horizontalen schwenkbar ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Support eine Dreipunktauflage besitzt.
7. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Kanäle in einem schrägen Winkel zur Supportoberfläche angeordnet sind.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberfläche des Supports durch eine Vielzahl von Rinnen oder Vertiefungen unterbrochen ist und daß die Öffnungen in die Rinnen münden.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Rinnen eine Tiefe von bis zu ungefähr 0.5, vorzugsweise bis ungefähr 0.3 mm aufweisen.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflagefläche gewährleistet, daß beim Festellen des Substrats durch einen Unterdruck das Substrat sich nicht durchbiegt.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens ein Distanzmeßsensor zur Bestimmung der Substratposition vorgesehen sind.
12. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß zusätzlich zu den Anschlägen elastische Mittel vorgesehen sind, mit welchen das Substrat vor dem Einnehmen der Endlage in Kontakt kommt.
13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die elastischen Mittel Blattfedern sind.
14. Vorrichtung nach Anspruch 12 oder 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Anschlagmittel jeweils durch ein Kugellager gebildet sind.
15. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 12 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß zur Bestimmung der Endlage des Substrats die Distanzsensoren mit den elastischen Mittel zusammenwirken.
16. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß als Distanzsensoren Luftsensoren, optische Sensoren oder kapazitive Sensoren vorgesehen sind.
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