DE19853092B4

DE19853092B4 - Übernahme- und Haltesystem für ein Substrat

Info

Publication number: DE19853092B4
Application number: DE19853092A
Authority: DE
Inventors: Ulf-Carsten Dipl.-Phys. Kirschstein; Stefan Dipl.-Ing. Risse; Christoph Dipl.-Ing. Damm; Thomas Dr. Peschel
Original assignee: Vistec Electron Beam GmbH
Current assignee: Vistec Electron Beam GmbH
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1998-11-18
Publication date: 2004-10-21
Anticipated expiration: 2018-11-19
Also published as: DE19853092A1; WO2000030172A3; WO2000030172A2; TW430751B; US6480369B1; EP1048070A1; JP2002530866A

Abstract

Übernahme- und Haltesystem für ein Substrat (17) in einer Belichtungsanlage, die mit einer in den X- und Y-Koordinatenrichtungen einer Ebene verfahrbaren elektrostatischen Chuckanordnung (1) zum Halten des Substrates (17) auf einer zu der Ebene parallelen Auflagefläche (5) während der Belichtung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite elektrostatische Chuckanordnung (6) vorgesehen ist, die eine weitere Auflagefläche (7) für das Substrat (17) aufweist, wobei die zweite Chuckanordnung (6) mit ihrer Auflagefläche (7) in der auf der Ebene senkrecht stehenden Z-Koordinatenrichtung relativ zur Auflagefläche (5) der ersten Chuckanordnung (1) verschieblich angeordnet ist.

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übernahme- und Haltesystem für ein Substrat in einer Belichtungsanlage, die mit einer in den X- und Y-Koordinatenrichtungen einer Ebene verfahrbaren elektrostatischen Chuckanordnung zum Halten des Substrates auf einer zu der Ebene parallelen Auflagefläche während der Belichtung ausgestattet ist.
Haltevorrichtungen zur Aufnahme von Substraten, insbesondere von Masken und Wafern, während der Belichtung sind im Stand der Technik in verschiedenen Ausführungen bekannt. In der Regel sind die Haltesysteme auf einem in zwei Koordinaten X, Y verfahrbarer Tisch angeordnet und verfügen über eine Auflageebene für das Substrat, auf welche dieses vor Beginn des Belichtungsvorganges aufgelegt und auf der es gehalten wird, während der Tisch Schritt für Schritt in Richtung X und/oder Y verschoben und dabei zeitlich nacheinander in die gewünschten Belichtungspositionen gebracht wird. Die Auflageebenen werden meist durch hochebene Auflageflächen, teils auch durch mehrere punktförmige Auflageelementen gebildet.
Die Grundkörper, Tragplatten usw., auf denen Auflageelemente angeordnet oder Auflageflächen ausgebildet sind, sind in der Regel über Maßverkörperung zur Ausrichtung des Substrates in der Koordinate Z mechanisch fest mit dem Tisch verbunden. Die Koordinate Z entspricht dabei der rechtwinklig auf die Substratoberfläche gerichteten Einstrahlungsrichtung des Belichtungsstrahlenganges.
Die feinfühlige Handhabung des Substrates bei der Übernahme in die Belichtungseinrichtung und die Genauigkeit bei der Positionierung der Substratoberfläche relativ zur Belichtungseinrichtung sind wesentliche Kriterien im Hinblick auf die bei der Belichtung angestrebte Güte und Feinheit der Struktur und um so mehr von Bedeutung, je weiter die Bestrebungen der Mikroelektronikindustrie nach Verringerung der Strukturbreite gehen.
Insofern bestehen die hauptsächlichen Probleme bei der Ausführung solcher Haltesysteme immer wieder in der auch bei Temperatur- und Druckschwankungen zu gewährleistenden Positioniergenauigkeit für das Substrates und in der Formbeständigkeit der Substratauflage, da das Substrat selbst nicht formstabil ist. Deshalb ist dafür zu sorgen, daß mechanische Kräfte, gleich welchen Ursprungs, nicht in das Substrat eingeleitet werden, was Verformungen und damit unzulässige Strukturabweichungen zur Folge hätte. Weiterhin ist bei der Gestaltung von Haltesystemen zu beachten, daß die Richtung der Belichtungsstrahlung nicht ungewollt durch Magnetfelder und/oder durch elektrische Aufladungen im Haltesystem beeinflußt wird. Bei alledem sind die Kosten für die Herstellung der Haltesysteme in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen zu halten.

Unter dem Gesichtspunkt dieser hohen Anforderungen sind die bisher im Stand der Technik verfügbaren Haltesysteme zu bewerten. So ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 5,535,090 wie auch aus der Veröffentlichung „Semiconducter International", Sherman, Vol.20, Nr.8, p.319-322, eine Einrichtung bekannt, die über eine elektrostatische Chuckanordnung zum Halten des Substrates während der Belichtung verfügt. Die Chuckanordnung weist eine leitfähige Schicht auf, die über elektrische Versorgungskontakte mit abschaltbaren elektrischen Potentialen gegenüber dem aufgelegten Substrat beaufschlagt werden kann. Bei anliegendem Potential bildet sich ein elektrostatisches Feld aus, durch welches das Substrat auf einer ebenen, über der leitfähigen Schicht angeordneten Isolierschicht gehalten wird. Dabei ist die Größe der Anziehungskraft zwischen der Chuckanordnung und dem Substrat abhängig von der angelegten elektrischen Spannung, von der Flächengröße der leitfähigen Schicht (der sogenannten Chuckelektrode) und von der Dicke der Isolierschicht, die sich zwischen der leitfähigen Schicht und dem Substrat befindet.

Bei Verwendung elektrostatischer Chuckanordnungen in Belichtungsanlagen ist zu beachten, daß durch geeignete Maßnahmen elektrostatische Aufladungen an unerwünschten Stellen des Haltesystems bzw. der Belichtungseinrichtung vermieden werden, damit der Belichtungsstrahlengang nicht ungewollt beeinflußt wird. Eine solche Maßnahme ist beispielsweise der Einsatz unmagnetischer Werkstoffe. Bei der in der vorgenannten Veröffentlichung beschriebenen Anordnung wird dies durch den Einsatz von Saphirmaterial erzielt. Saphir ist zwar unmagnetisch, hat allerdings sehr hohe Beschaffungskosten und auch hohe technologische Kosten bei der Fertigung der ebenen Auflagefläche für das Substrat zur Folge. Bei der zitierten Anordnung ist deshalb nicht die gesamte 8 Zoll große Auflagefläche mit Saphir belegt worden, sondern über einer Zwischenschicht aus Niob wurden lediglich mehrere nur 2 Zoll große Saphirscheiben angeordnet.

Nachteilig ist dabei immer noch das technologisch aufwendige Herstellungsverfahren für die mehrteilige Auflagefläche. Außerdem ist die Einheitlichkeit des Materials, auf dem das Substrat aufliegt, nicht gewährleistet, was eine auf die gesamte Auflagefläche bezogene Uneinheitlichkeit der Haltekraft zur Folge hat.

In der US-Patentschrift 5,600,530 ist ebenfalls eine Aufnahmeeinrichtung für Substrate beschrieben, in der wiederum eine elektrostatische Chuckanordnung vorgesehen ist. Allerdings wird hier als Material für die Isolierschicht der Chuckanordnung Aluminiumoxid verwendet, und die Erfindung beschreibt zugleich ein Verfahren, durch welches die zunächst dick aufgetragene Aluminiumoxidschicht durch Rückverdünnen auf das notwendige Dickenmaß gebracht wird. Der Einsatz von Aluminiumoxid aber führt nachteiligerweise zu Problemen bei Temperaturschwankungen, die in seinen ungünstigen Temperaturausdehnungseigenschaften begründet sind. Deshalb hat der Einsatz von Aluminiumoxid, wenn eine hohe Belichtungsgenauigkeit erreicht werden soll, zwangsläufig aufwendige Maßnahmen zur Folge, die diesen Nachteil kompensieren und eine über ein zulässiges Maß hinausgehende Positions- und/oder Formänderung des auf der Aluminiumoxidschicht liegenden Substrates verhindern. Eine Lösung dieses mit Einsatz der Aluminiumoxidschicht entstehenden Problems ist in der genannten Schrift nicht angegeben.

Eine weitere Aufnahmeeinrichtung für Substrate zur Bearbeitung in einer Elekronenstrahlanlage offenbart die US-Patentschrift 5,644,137. Die hier beschriebene Anordnung ist mit Interferometern zur Positionsbestimmung und -überwachung des Tisches und damit des Substrates bei der Bewegung in den Koordinaten X,Y ausgestattet. Hier wird eine Stabilisierung der Lage des Substrates relativ zur Belichtungseinrichtung dadurch erreicht, dass einige Teile der Halteeinrichtung und die Interferometerspiegel aus Werkstoff mit gleichem Ausdehnungsverhalten gefertigt sind, wodurch sich eine höhere Positioniergenauigkeit in den Richtungen X und Y ergibt. Allerdings sind bei dieser Veröffentlichung keine Mittel und Verfahren genannt, durch welche die Probleme hinsichtlich der Materialausdehnung in Richtung der Koordinate Z bzw. der damit verbundenen Ungenauigkeiten gelöst werden.

Eine Vorrichtung zum Halten eines Objekts mittels elektrostatischer Kräfte ist in dem U.S. Patent 5,258,047 offenbart. Ferner ist ein Element zum schnellen erden vorgesehen, um das Halbleitersubstrat von der Vorrichtung zu lösen.

Die deutsche Offenlegungsschrift DE 41 38 731 betrifft eine Belichtungsapparatur für die Montage von Halbleiter-Mikroplättchen zur Belichtung mit Röntgenstrahlung. Die Apparatur beinhaltet einen Mikroplättchenstufenrahmen, der die Fassung für einen Mikroplättchenträger bildet. Eine Vakuum-Kupplung ist an dem Mikroplättchenträger montiert. Der Mikroplättchenträger dient dazu, ein montiertes Mikroplättchen für die Belichtung genau zu positionieren.

Das deutsche Gebrauchsmuster G 88 00 272.1 Träger für Fotomasken zur Herstellung von elektrischen integrierten Schaltungen.

In Patents Abstract of Japan, Section E ist durch JP 6-112 115 eine Halterung für ein Substrat offenbart, mit dem das Substrat für Spinvorgänge montiert ist.

Nachteilig bei den vorgenannten Veröffentlichungen ist außerdem, dass die Halteeinrichtungen nicht über technische Mittel verfügen, mit denen die Übernahme des Substrates von einer Zuführeinrichtung, beispielsweise einem Roboterarm, und dessen Ablage auf der Ablageebene feinfühlig und positionssicher vorgenommen werden kann.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Haltesysteme der vorbeschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, dass eine präzise Übernahme von einem Handlingsystem sowie eine Verbesserung der Positions- und Formstabilität während der Belichtung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Übernahme- und Haltesystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche.

Bei dem Übernahme- und Haltesystem der eingangs beschriebenen Art ist mindestens eine zweite elektrostatische Chuckanordnung vorgesehen, die ebenso wie die erste elektrostatische Chuckanordnung, die zum Halten des Substrates während der Belichtung dient, eine Auflagefläche für das Substrat aufweist, wobei jedoch die Auflagefläche der ersten und die Auflagefläche der zweiten Chuckanordnung gemeinsam die Auflagefläche für das Substrat bilden und wobei die Auflagefläche der zweiten Chuckanordnung in Richtung der Koordinate Z, d.h. in Einfallsrichtung des Belichtungsstrahlenganges, relativ zur Auflagefläche der ersten Chuckanordnung verschieblich angeordnet ist.

Beide Chuckanordnungen sind bezüglich ihrer Haltekraft so ausgelegt, dass das Substrat sowohl auf der Auflagefläche der ersten Chuckanordnung als auch nur bei Auflage auf der Auflagefläche der zweiten Chuckanordnung positionssicher gehalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung bietet den Vorteil, dass die Auflageflächen beider Chucks in der auf der Ebene senkrecht stehende Z-Koordinatenrichtung gegeneinander verschoben werden können, wodurch es möglich ist, die Auflagefläche der zweiten Chuckanordung bis in eine Übernahmeposition z₂ zu verschieben, in der ein Roboterarm das Substrat zur Übernahme in die Belichtungsanlage bereithält. Die Übernahmeposition z₂ befindet sich beispielsweise in einer Entfernung Δz von der Auflagefläche der ersten Chuckanordnung, die stets in der Position z₁ verbleibt. Aus Gründen einer deutlicheren verbalen Unterscheidung wird im folgenden, der zugeordneten Funktionen entsprechend, für die erste Chuckanordnung die Bezeichnung "Haltechuck", für die zweite Chuckanordnung die Bezeichnung "Handlingchuck" verwendet.

Beim Betreiben der erfindungsgemäßen Übernahme- und Halteeinrichtung übernimmt der aus dem Haltechuck herausgefahrene Handlingchuck in der Position z₂ das Substrat von beispielsweise einem Roboterarm und wird, nachdem die elektrostatische Haltekraft zwischen dem Handlingchuck und dem Substrat wirksam ist, mindestens wieder soweit zurückverschoben, bis die Auflageflächen beider Chucks bei der Position z₁ eine gemeinsame Ebene bilden. Die Auflagefläche des Handlingchuck ist kleiner als die aufzunehmende Substratfläche, so daß das Substrat mit freien Flächenabschnitten über die Auflagefläche des Handlingchucks hinauskragt. Erst nachdem der Handlingchuck mit seiner Auflagefläche in die Position z₁ zurückgefahren ist, kommt das Substrat mit seinen freien Flächenabschnitten auch mit der Auflagefläche des Haltechucks in Berührung und liegt, sofern der Handlingchuck in der Position z₁ verbleibt, auf den Auflageflächen sowohl des Haltechucks als auch des Handlingchucks auf.

Erfindungsgemäß ist in einer Ausgestaltungsvariante vorgesehen, daß der Handlingchuck nach dem Zurückfahren in der Position z₁ verbleibt, in der sich das Substrat in der Belichtungsposition befindet und hier zum Teil auf der Auflagefläche des Haltechucks, zum Teil auf der Auflagefläche des Handlingchucks aufliegt. In dieser Position z₁ kann alternativ der Handlingchuck entweder mittels einer Klemmeinrichtung fixiert werden, oder er wird unfixiert in der Position z₁ angehalten. Im letzteren Fall ist die Auflagefläche des Handlingchucks in Richtung der Koordinate Z frei beweglich und kann, sobald die elektrostatische Haltekraft nun auch zwischen Haltechuck und Substrat wirkt, durch die spannungsausgleichenden Kräfte, die das Substrat ausübt, sofern sich die beiden Auflageflächen nicht in einer Ebene befinden, in die Position z₁ gezogen werden, in der sich die Auflagefläche des Haltechucks befindet. Auf diese Weise wird vorteilhaft ohne hohen technischen Aufwand im Hinblick auf eine exakte Positionierung des Handlingchucks in der Position z₁ erreicht, daß das Substrat spannungsfrei ohne Gefahr einer Deformation gehalten wird.

Allerdings kann das erfindungsgemäße Übernahme- und Haltesystem in einer weiteren Variante auch so ausgestaltet sein, dass nach dem Auflegen des Substrates auf die Auflagefläche des Haltechucks der Handlingchuck vom Substrat entkoppelt und auf eine Position z₂' zurückgezogen wird, für welche gilt z₂'< z₁ <z₂. Dann liegt das Substrat während der Belichtung lediglich auf der Auflagefläche des Haltechucks auf, während zwischen der Auflagefläche des Handlingchucks und dem Substrat ein Freiraum verbleibt.

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass die Auflageflächen der beiden Chuckanordnungen parallel zur Wirkungsrichtung der Erdschwerkraft ausgerichtet sind, und zwar beispielsweise so, dass die Y-Koordinatenrichtung in der Wirkungsrichtung der Schwerkraft liegt, während die X- und Z-Koordinatenrichtungen rechtwinklig zur Schwerkraftrichtung verlaufen. Daraus ergeben sich mehrere Vorteile im Hinblick auf die Handhabung und Positionierung des Substrates, worauf im folgenden noch eingegangen wird.

Im Zusammenhang mit dieser vertikalen Ausrichtung der Auflageflächen ist erfindungsgemäß weiterhin vorgesehen, dass die beiden Chuckanordnungen mit einem Hubwagen verbunden sind, der in Y-Koordinatenrichtung verfahrbar ist, wobei der Haltechuck über eine Tragplatte fest, der Handlingchuck dagegen über einen linearen Stellantrieb (verschieblich in Z-Koordinatenrichtung) mit dem Hubwagen gekoppelt ist.

Auf diese Weise wird erreicht, dass die beiden Chuckanordnungen mit ihren vertikal ausgerichteten Auflageflächen und auch das aufliegende Substrat durch Heben und Senken des Hubwagens in Y-Koordinatenrichtung (bei gleichbleibendem Abstand zur Belichtungsoptik) verschoben werden können.

Hierzu ist vorgesehen, dass der Hubwagen an einer parallel zur Y-Koordinatenrichtung ausgerichteten Säule angeordnet und an dieser Säule verschieblich mit Gleitfüßen und/oder Rollen geradegeführt ist, wobei zusätzlich zu den Gleitfüßen und/oder Rollen piezoelektrisch angetriebene Klemmeinrichtungen zur zeitweisen Arretierung des Hubwagens an der Säule vorgesehen sind.

Der Hubwagen kann so z.B. während des Belichtungsvorganges in seiner Position in Y-Koordinatenrichtung arretiert werden.

Die Säule ist mit mindestens einem in X-Koordinatenrichtung verschieblich geführten Schlitten verbunden, wodurch das aufliegende Substrat bei gleichbleibendem Abstand zur Belichtungsoptik in X-Koordinatenrichtung verschoben werden kann. Hierdurch ist gewährleistet, dass einerseits durch Zustellbewegung des Hubwagens in Y-Koordinatenrichtung und/oder andererseits durch Zustellbewegung des Schlittens in X-Koordinatenrichtung jeder Flächenabschnitt des Substrates in Belichtungsposition gebracht werden kann.

In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, dass der lineare Stellantrieb für den Handlingchuck mit einem pneumatischen Antriebselement, etwa einem Faltenbalg oder auch einer Membran, ausgestattet ist. Derart ausgebildete Pneumatikantriebe sind im Stand der Technik bekannt und müssen deshalb hier nicht näher beschrieben werden.

Eine weitere, sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemäßen Anordnung besteht darin, dass die Auflageflächen beider Chuckanordnungen kreisrund ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Auflagefläche des Handlingchucks von der Auflagefläche des Haltechucks umschlossen ist und eine Ausdehnung von kleiner 1/3, bevorzugt kleiner 1/4 der Auflagefläche des Haltechucks hat. Damit ist gewährleistet, dass das Substrat bei Auflage auf dem Handlingchuck in ausreichendem Maße seitlich über dessen Auflagefläche hinauskragt, so dass sich ausreichend überstehende Flächenabschnitte des Substrates beim Zurückfahren des Handlingchucks auf die Auflagefläche des Haltechucks auflegen können.

Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass jede der beiden Chuckanordnungen aus einem Grundkörper besteht, auf dem zumindest abschnittsweise eine elektrisch leitende Schicht und über dieser eine Isolierschicht aufgebracht ist, wobei die Isolierschichten der Belichtungsoptik zugewandt sind und die Auflageflächen für das Substrat bilden. In die Isolierschichten können Kanäle für ein Kühlmedium eingearbeitet sein, wobei die Kanäle in Zu- und Abflüsse für das Kühlmedium münden und als Kühlmedium vorzugsweise Helium eingesetzt ist.

In einer sehr bevorzugten Ausgestaltung sind die Tragplatte und die Grundkörper der Chuckanordnungen aus einer Glaskeramik mit gleichen Werkstoffeigenschaften, beispielhaft mit gleichem Temperaturausdehnungskoeffizienten α_T = 0±0,05·10^–6K^–1, gleichem Elastrizitätsmodul von E ≈ 90,6 GPa und gleicher Biegebruchfestigkeit von B etwa 130 MPa gefertigt.

Die Verwendung einer solchen Glaskeramik für die genannten Teile ermöglicht einen Aufbau des Haltesystems, der äußerst unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen ist. Da Temperatureinflüsse innerhalb der Anordnung während des Belichtungsvorganges technisch nicht zu vermeiden sind, können durch Einsatz dieser Glaskeramik negative Auswirkungen soweit reduziert werden, daß der Aufwand für weitergehende Temperaturstabilisierungsmaßnahmen innerhalb der Belichtungsanordnung bzw. für Temperaturstabilisierungsmaßnahmen in der Nähe des zu belichtenden Substrates auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Glaskeramik besteht darin, daß bei der Herstellung der genannten Teile konventionelle Optikbearbeitungstechnologien anwendbar sind, durch welche auf effektive Weise ein Höchstmaß an Genauigkeit bei der Bearbeitung erzielt werden kann. Das bezieht sich vor allem auf die Herstellung planer Flächen mit höchsten Ebenheitsanforderungen, aber auch auf die Einhaltung von Parallelitäten und Winkeln an den betreffenden Teilen. So ist es möglich, Fertigungstoleranzen im Mikrometerbereich und in den Bereichen von Bogensekunden einzuhalten. Aufgrund der Sprödhärte der verwendeten Glaskeramik sind plastische Verformungen an den Planflächen, insbesondere an den Auflageflächen für das Substrat, ausgeschlossen, wodurch bleibende Verformungen, die ihre Ursache in mechanischen Kräften haben, nicht auf das Substrat übertragen werden können.

Die Gleitfüße und/oder Rollen zur Hubwagenführung und die Säule sind aus einer hochfesten Keramik mit einem Elastizitätsmodul im Bereich von etwa 300 bis 400 GPa gefertigt. Damit kann eine exakte Führung des Hubwagens an der Säule erzielt werden. Zusätzlich zu den Gleitfüßen und/oder Rollen sind elektrisch angetriebene Klemmeinrichtungen zur zeitweisen Arretierung des Hubwagens jeweils in den Positionen vorgesehen, in denen die Belichtung der Substratoberfläche erfolgt.

Mit dem Einsatz der Glaskeramik- bzw. Keramikwerkstoffe für die genannten Teile wird erreicht, dass der Belichtungsstrahlengang nicht ungewollt durch Magnetfelder beeinflußt werden kann, da diese Werkstoffe magnetfrei sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, dass diese Werkstoffe auf technologisch einfache Weise mit den elektrisch leitfähigen Beschichtungen, beispielsweise Chrom oder Nickel, versehen werden können, an die ein elektrisches Spannungspotential gelegt werden kann.

Zur sicheren Halterung der Substrate auf den Auflageflächen der beiden Chuckanordnungen ist vorgesehen, an die leitfähigen Schichten einerseits und an das Substrat andererseits ein elektrisches Potential von bis zu 5000 Volt anzulegen.

In einer weiteren sehr bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass an die Tragplatte zwei verspiegelte Flächen angearbeitet sind, von denen eine in X-Koordinatenrichtung und die andere in Y-Koordinatenrichtung weist und die beide als Referenzspiegel eines Metrologiesystems dienen, in welchem die Positionsbestimmung der Tragplatte bzw. des Substrates durch interferometrische Messungen vorgenommen wird. Die verspiegelten Flächen können durch eine mit einer Oxidschutzschicht, vorzugsweise SiO₂, versehenen Aluminiumbeschichtung gebildet sein.

Weiterhin kann die Tragplatte Materialausnehmungen aufweisen, die der Gewichtsreduzierung dienen, was vorteilhaft geringere Antriebsleistungen sowie ein günstigeres Beschleunigungsverhalten bei der Bewegung des Hubwagens zur Folge hat.

Ausgestaltungen bestehen auch dahingehend, dass der Grundkörper der ersten Chuckanordnung entweder direkt auf den Hubwagen aufgesetzt oder alternativ hierzu über eine Tragplatte mit dem Hubwagen verbunden ist.

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert werden. In den zugehörigen Zeichnungen zeigen
1 die Prinzipdarstellung der erfindungsgemäßen Anordnung
2 einen Schnitt aus 1
3 den Handlingchuck mit Substrat in Übernahmeposition
4 Haltechuck und Handlingchuck mit Substrat in Belichtungsposition
In 1 ist ein Übernahme- und Haltesystem dargestellt, bei dem eine erste Chuckanordnung, nämlich ein Haltechuck 1, über eine Tragplatte 2 fest mit einem Hubwagen 3 verbunden ist. Der Hubwagen 3 ist über Gleitfüße und/oder Rollen 18 an eine Säule 4 gekoppelt und dabei in Längsrichtung dieser Säule verschiebbar.
Diese Anordnung ist so ausgerichtet, dass die Säule 4 in Y-Koordinatenrichtung verläuft, die Y-Koordinatenrichtung der Wirkungsrichtung der Schwerkraft entspricht und die Auflagefläche 5 des Haltechucks 1 parallel zu der X- und Y-Koordinatenrichtungen in einer Ebene ausgerichtet ist. Die Einstrahlungsrichtung des Belichtungsstrahlenganges, der von einer nicht dargestellten Belichtungsoptik ausgeht, erfolgt dabei in Z-Koordinatenrichtung rechtwinklig auf die Auflagefläche 5.
Die Säule 4 ist mit einem in der X-Koordinatenrichtung geradegeführten Schlitten verbunden, der auf dem in X-Koordinatenrichtung dargestellten Lineal läuft. Damit ist gewährleistet, dass der Haltechuck 1 mit seiner Auflagefläche 5 in der X- und Y-Koordinatenrichtung verfahrbar ist. Die Verschiebung in X-Koordinatenrichtung erfolgt dabei durch Verschieben des (zeichnerisch nicht dargestellten) Schlittens, mit dem die Säule 4 fest verbunden ist; die Verschiebung in Richtung Y erfolgt durch Verschiebung des Hubwagens 3 entlang der Säule 4.
Dabei sind sowohl der Schlitten als auch der Hubwagen 3 mit elektromechanischen Antrieben (die ebenfalls nicht dargestellt sind) gekoppelt.
Die Führung dieser beiden Baugruppen beim Bewegungsablauf erfolgt hochgenau unter Bindung aller übrigen Freiheitsgrade, so daß ein auf die Auflagefläche 5 aufgelegtes Substrat 17, beispielhaft ein Wafer, relativ zur Belichtungsoptik so positioniert werden kann, daß Schritt für Schritt die Belichtung des Substrates 17 mit einer vorgebenen Struktur vorgenommen werden kann. An zwei rechtwinklig zueinander stehenden Seitenflächen der Tragplatte 2 können Spiegelflächen 19, 20 aufgebracht sein, über die die Position der Tragplatte 2 mit interferometrischer Genauigkeit gemessen werden kann.
Erfindungsgemäß ist nunmehr vorgesehen, daß außer dem Haltechuck 1 eine zweite Chuckanordnung, nämlich ein Handlingchuck 6, vorhanden ist. Die Positionierung der beiden Chuckanordnungen 1 und 6 zueinander ist aus der Schnittdarstellung in 2 ersichtlich. Hier ist zunächst erkennbar, daß die Auflagefläche 7 des Handlingchucks 6 parallel zur Auflagefläche 5 des Haltechucks 1 ausgerichtet ist.
Beide Auflageflächen 5, 7 sind senkrecht zur Koordinate Z und damit zur Einfallsrichtung des Belichtungsstrahlenganges ausgerichtet. Während jedoch der Haltechuck 1 fest mit der Tragplatte 2 verbunden ist, beispielhaft durch Verschraubung oder Klemmung, ist der Handlingchuck 6 in Richtung der Koordinate Z verschiebbar angeordnet. Dabei sind der Grundkörper 8 des Haltechucks 1 und der Grundkörper 9 des Handlingchucks 6 einschließlich der Auflageflächen 5 und 7 als Kreisflächen ausgeführt. Beide Chucks 1, 6 sind über (zeichnerisch nicht dargestellte) Zwangsführungen verbunden, welche die Freiheitsgrade einschränken und dadurch eine genaue Einhaltung der Relativposition der Chucks 1, 6 zueinander, insbesondere im Hinblick auf eine Verdrehung gegeneinander um die Z-Koordinatenrichtung, gewährleisten. Diese Zwangsführungen können beispielhaft als teilweise in V-förmige Nuten eintauchende Kugeln ausgebildet sein, wobei an einem der Chucks die Kugeln, am anderen die Nuten vorgesehen sind.
Der Grundkörper 8 des Haltechucks 1 ist durchbrochen, und in dem Durchbruch ist der Grundkörper 9 des Handlingchucks 6 beweglich geführt. Des weiteren ist der Grundkörper 9 des Handlingchucks 6 über ein Getriebeglied 10 mit einem pneumatischen Antrieb 11 verbunden. Durch Ansteuerung des pneumatischen Antriebes 11 kann die Verschiebung des Handlingchucks 6 in Z-Koordinatenrichtung veranlasst werden. Wie 2 weiterhin zeigt, ist die Tragplatte 2 über Festkörpergelenkbolzen 12 kinematisch bestimmt mit dem Hubwagen 3 verbunden.
Auf den Grundkörper 8 des Haltechucks 1 ist in Richtung zur Belichtungsoptik eine elektrisch leitfähige Schicht 13 aus Chrom oder Nickel mit einer Stärke von <200nm aufgetragen, auf welche eine Isolierschicht 14 aufgebracht ist. Auf der Isolierschicht 14 ist die Auflagefläche 5 für das aufzunehmende, hier noch nicht dargestellte Substrat 17 hocheben ausgebildet. Das trifft analog zu für den Handlingchuck 6, bei dem auf den Grundkörper 9 zunächst eine elektrisch leitfähige Schicht 15 und darüber eine Isolierschicht 16 aufgebracht ist. Auch hier ist die Isolierschicht 16 als Auflagefläche für das Substrat 17 hocheben ausgebildet.
Die Verfahrensweise bei der Übernahme und beim Halten wird nun im folgenden anhand 3 und 4 erläutert. Soll ein Substrat 17 zur Belichtung auf die Auflagefläche 5 des Haltechucks 1 aufgelegt werden, erfolgt zunächst dessen Zuführung mit Hilfe eines nicht dargestellten Roboterarmes bis in eine Position z₂. Dabei sollte das Substrat 17 mit Hilfe des Roboterarmes etwa zentrisch zur Auflagefläche 5 ausgerichtet sein. Nunmehr wird das Getriebeglied 10 durch den pneumatischen Antrieb 11 angesteuert und dadurch der Handlingchuck 6 vorgeschoben, und zwar so weit, bis die Abschnitte der Substratfläche 18, die der Auflagefläche 7 gegenüberstehen, mit der Auflagefläche 7 in Kontakt kommen.
Hiernach wird über Elektrokontakte, die zeichnerisch nicht dargestellt sind, an die elektrisch leitfähige Schicht 15 des Handlingchucks 6 einerseits und an das Substrat 17 andererseits eine elektrische Spannung mit einem Potential von etwa 4000 Volt gelegt. Die dabei entstehenden elektrostatischen Kräfte halten das Substrat 17 auf der Auflagefläche 7 des Handlingchucks 6.
Nun wird das Substrat 17 aus dem Eingriff mit dem Roboterarm gelöst und der Roboterarm aus dem Raum zwischen Substrat 17 und ebenfalls nicht dargestellter Belichtungsoptik ausgeschwenkt. Der pneumatische Antrieb 11 wird angesteuert, wodurch der Handlingchuck 6 in den Haltechuck 1 hineingezogen wird, bis die Auflagefläche 7 die Position z₁ erreicht. Dabei setzen die Abschnitte der Substratfläche 18, die nicht von der Auflagefläche 7 überdeckt sind, auf die Auflagefläche 5 am Haltechuck 1 auf.
Damit ist die Verschiebung des Handlingchucks 6 bzw. des Substrates 17 beendet. Mit der Auflage auf dem Haltechuck 1 befindet sich das Substrat 17 in der Belichtungsposition. Einer bevorzugten Variante der Erfindung entsprechend wird der Handlingchuck 6 in dieser Position nicht fixiert, sondern bleibt in Z-Richtung „schwimmend" frei beweglich.
An die leitfähige Schicht 13 des Haltechucks 1 wird nun über (zeichnerisch nicht dargestellte Elektrokontakte) ebenfalls ein elektrisches Potential von 4000 V gelegt, wodurch zusätzlich zu der Haltekraft zwischen Handlingchuck 6 und Substrat 17 eine elektrostatische Haltekraft zwischen dem Haltechuck 1 und dem Substrat 17 wirksam wird. Die Halteposition für das Substrat 17 ist dabei allein durch die Position der Auflagefläche 5 am Haltechuck 1 bestimmt.
Das Substrat 17 haftet zwar weiterhin auch an der Auflagefläche 7 des Handlingchucks 6, die aber aufgrund der „schwimmenden" Lagerung des Handlingchucks 6 keine definierte Position in Bezug auf die Belichtungsoptik hat. Die Auflagefläche 7 des Handlingchucks 6 sorgt insofern lediglich für die Formstabilität des Substrates 17, indem die Substratfläche 18 unterstützt wird.
Andererseits wird die Position der Auflagefläche 7 in Z-Koordinatenrichtung durch die Substratfläche 18 selbsttätig in die Position z₁ gerückt, wodurch eine Überbestimmung des Substrates 17 bzw. Spannungen im Substratmaterial aufgrund von Überbestimmungen ausgeglichen werden.
Das Substrat 17 ist nun zur Belichtung vorbereitet und wird in der Folge durch Ansteuerung des Schlittenantriebes zur Verschiebung in der X-Koordinatenrichtung und durch Ansteuerung des Hubwagenantriebes zur Verschiebung in der Y-Koordinatenrichtung in die jeweiligen Belichtungspositionen gebracht, in denen das Aufbringen der Struktur auf das Substrat 17 erfolgt.
Die Entnahme des Substrates 17 aus der Belichtungseinrichtung erfolgt in umgekehrter Weise, indem zunächst das Spannungspotential zwischen Substrat 17 und Haltechuck 1 abgeschaltet wird, so dass das Substrat 17 nur noch am Handlingchuck 6 haftet. Der Handlingchuck 6 mit dem Substrat 17 wird nun in Richtung der Koordinate Z verfahren, bis sich die Substratfläche 18 in der Position z₂ befinden, in welcher das Substrat 17 wieder in Eingriff mit dem Roboterarm gebracht wird. Hiernach wird auch die leitfähige Schicht 15 potentialfrei geschaltet, woraufhin die Entnahme des Substrates 17 aus der Belichtungseinrichtung mit Hilfe des Roboterarmes erfolgt.
In einer alternativen Ausführungsvariante, die in 4 dargestellt ist, kann vorgesehen sein, dass der Handlingchucks 6 nach Auflegen des Substrates 17 auf den Haltechuck 1 nicht in der Position z₁ verbleibt, sondern (nach Potentialfreischaltung der leitfähigen Schicht 15) in eine Position z₂' weiterverschoben wird, so dass das Substrat 17 während der Belichtung lediglich vom Haltechuck 1 gehalten wird.
Erfindungsgemäß ist weiterhin vorgesehen, dass die Grundkörper 8, 9 der beiden Chuckanordnungen 1, 6 und die Isolierschichten 14, 16 der beiden Chuckanordnungen 1, 6 aus Glaskeramik "ZERODUR" und die Tragplatte 2, das Gestell des Hubwagens 3 und die Säule 4 aus Siliziumcarbid gefertigt sind. Damit ist gewährleistet, dass sich Temperatureinflüsse nicht nachteilig auf die Positionsgenauigkeit des Substrates 17 auswirken.

1: erste Chuckanordnung (Haltechuck)
2: Tragplatte
3: Hubwagen
4: Säule
5: Auflagefläche
6: zweite Chuckanordnung (Handlingchuck)
7: Auflagefläche
8: Grundkörper
9: Grundkörper
10: Getriebeglied
11: pneumatischer Antrieb
12: Festkörpergelenke
13: elektrisch leitfähige Schicht
14: Isolierschicht
15: elektrisch leitfähige Schicht
16: Isolierschicht
17: Substrat (Wafer)
18: Rollen
19: Spiegelfläche
20: Spiegelfläche

Claims

Übernahme- und Haltesystem für ein Substrat (17) in einer Belichtungsanlage, die mit einer in den X- und Y-Koordinatenrichtungen einer Ebene verfahrbaren elektrostatischen Chuckanordnung (1) zum Halten des Substrates (17) auf einer zu der Ebene parallelen Auflagefläche (5) während der Belichtung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, dass mindestens eine zweite elektrostatische Chuckanordnung (6) vorgesehen ist, die eine weitere Auflagefläche (7) für das Substrat (17) aufweist, wobei die zweite Chuckanordnung (6) mit ihrer Auflagefläche (7) in der auf der Ebene senkrecht stehenden Z-Koordinatenrichtung relativ zur Auflagefläche (5) der ersten Chuckanordnung (1) verschieblich angeordnet ist.
Übernahme- und Haltesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Summe der beiden Auflageflächen (5, 7) etwa der Flächenausdehnung des aufzunehmenden Substrates (17) entspricht.
Übernahme- und Haltesystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Chuckanordnung (6) in Z-Koordinatenrichtung bis in eine Endlage z₂ vor der Auflagefläche (5) verschiebbar ist, die einer Übernahmeposition für das Substrat (17) entspricht.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Chuckanordnung (6) in eine erste Position z₁ verschiebbar ist, in welcher sich die Auflageflächen (5, 7) in einer Ebene befinden, wobei die erste Position z₁ der Halteposition für das Substrat (17) während der Belichtung entspricht.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zweite Chuckanordnung (6) in eine zweite Position z₂' verschiebbar ist, bei der sich die Auflagefläche (7) hinter der Auflagefläche (5) befindet.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Auflageflächen (5, 7) als Kreisflächen ausgebildet und zentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Auflagefläche (7) von der Auflagefläche (5) umschlossen ist und eine Ausdehnung von kleiner 1/3, bevorzugt kleiner 1/4 der Auflagefläche (5) hat.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Y-Koordinatenrichtung parallel zur Wirkungsrichtung der Schwerkraft und die X- und Z-Koordinatenrichtungen rechtwinklig zur Wirkungsrichtung der Schwerkraft ausgerichtet sind.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die beiden Chuckanordnungen (1, 6) mit einem Hubwagen (3) verbunden sind, der geradlinig in der Y-Koordinatenrichtung verfahrbar ist, wobei die erste Chuckanordnung (1) mit dem Hubwagen (3) fest verbunden und die zweite Chuckanordnung (6) über einen Linearantrieb, der zur Verschiebung der zweiten Chuckanordnung (6) in Z-Koordinatenrichtung dient, mit dem Hubwagen (3) gekoppelt ist.
Übernahme- und Haltesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die erste Chuckanordnung (1) über eine Tragplatte (2) mit dem Hubwagen (3) verbunden ist.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass der Hubwagen (3) an einer parallel zur Y-Koordinatenrichtung ausgerichteten Säule (4) angeordnet und an dieser Säule (4) verschieblich mit Gleitfüßen und/oder Rollen (18) geradegeführt ist, wobei zusätzlich zu den Gleitfüßen und/oder Rollen (18) ansteuerbare Klemmeinrichtungen zur zeitweisen Arretierung des Hubwagens (3) an der Säule (4) vorgesehen sind.
Übernahme- und Haltesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemmeinrichtungen mit piezoelektrischen Antrieben gekoppelt sind.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Säule (4) mit mindestens einem in der X-Koordinatenrichtung verschieblich geführten Schlitten verbunden ist.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass als Linearantrieb für die zweite Chuckanordnung (6) ein Pneumatikantrieb (11) vorgesehen ist.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass jede der beiden Chuckanordnungen (1, 6) aus einem Grundkörper (8, 9) besteht, auf welchen zumindest abschnittweise elektrisch leitende Schichten (13, 15) und über diesen jeweils eine Isolierschicht (14, 16) aufgebracht ist, wobei die Isolierschichten (14, 16) die Auflageflächen (5, 7) für das Substrat (17) bilden.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (2) und die Grundkörper (8, 9) aus einer Glaskeramik mit einem Temperaturausdehnungskoeffizienten α_T = 0±0,05·10^–6K^–1 und einem Elastizitätsmodul von E ≈ 90,6 GPa gefertigt sind.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Gleitfüße und/oder Rollen (18) und die Säule (4) aus einer hochfesten Keramik mit einem Elastizitätsmodul im Bereich von etwa 300 bis 400 GPa gefertigt sind.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass während der Übernahme des Substrates (17) die leitfähige Schicht (15) der zweiten Chuckanordnung (6) einerseits und das Substrat (17) andererseits und während des Haltens des Substrates (17) in der Belichtungsposition die leitfähige Schicht (13) der ersten Chuckanordnung (1) einerseits und das Substrat (17) andererseits an ein elektrisches Potential bis zu 5000 Volt gelegt sind.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass an die Tragplatte (2) und/oder an die erste Chuckanordnung (1) zwei Spiegelflächen (19, 20) angearbeitet sind, die als Referenzspiegel für ein Metrologiesystem dienen und von denen jeweils eine in die X- und Y-Koordinatenrichtung weist.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Tragplatte (2) und/oder die Grundkörper (8, 9) Materialaussparungen zur Gewichtsreduzierung aufweisen.
Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass in die Isolierschichten (14, 16) Kanäle für ein Kühlmedium eingearbeitet sind, wobei die Kanäle in Zu- und Abflüsse für das Kühlmedium münden und als Kühlmedium vorzugsweise Helium eingesetzt ist.