DE2025280A1 - Halterung fur ein Objektiv - Google Patents

Description

• "Halterung für eine Objektiv" Die Erfindung betrifft eine Halterung für ein Objektiv9 mit dessen Hilfe Strukturen auf ein Substrat abgebildet werden.
• Insbesondere in der Halbleitertechnik kommt es darauf an, daß noch sehr kleine Strukturen genügend scharf auf licht empfindliche Schichten abgebildet werden. Bereits Ab standsänderungen zwischen dem Objektiv und dem Substrat in der Größenordnung von wenigen /um sind auf diesem Spezialgebiet nicht mehr zulässig.
• Zum Verständnis der vorliegenden Erfindung se@ zunächst kurz auf den Arbeitsablauf bei der Herstellung von Halb leiterbauelementen hingewiesen0 Zur Herstellung von planaren Bauelementen, wie Dioden, Transistoren und integrierten Festkörperschaltungen,sind zahlreiche Maskierungs- Atz-und Diffusionsverfahren erforderlich. Aus einer einzigen Halbleiterscheibe werden durch die nacheinander ablaufenden Arbeitsprozesse eine Vielzahl gleichartiger Halbleiterbau elemente oder Schaltungen erzeugt. Die einzelnen Bauelemente werden durch Zerbrechen der Halbleiterscheiben separiert Maskierungsprozesse sind fur die Herste.llung der Diffusion fenster und für die Herstellung der Leitbahnens Anschluß und Kontaktstellen auf der Halbleiteroberfläche erforder lich.
• Zur Herstellung eines Diffusionsfensters wird beispielsweise die Halbleiteroberfläche mit einer Oxydschicht bedeckt Auf diese Oxydschicht wird eine photoempfindliche Lack schicht aufgebracht9 die mit einer Photomaske abgedeckt und dann belichtet wird Durch das Entwickeln der Photolackschicht verhärten sicht je nach Lackart, die belichteten oder die unbelichteten Teile. Die nicht verhärteten Teile erden von der Oxydschicht abgelöst, so daß bei einem nachfolgenden Ätzprozess die an diesen Stellen freige legten Oberflächenbereiche der Oxydschicht abgetragen werden können. Die mit Lack bedeckten Teile der Oxydschicht werden dagegen vor dem Angriff der Ätzflüssigkeit geschützt.
• Zur Herstellung von Halblelteranordnungen sind daher ganze Maskensätze erforderlich. Bei der Herstell.ung der Masken geht man im allgemeinen so vor, daß zunächst eine Muttermaske für nur ein einziges Bauelement oder eine einzelne Schaltung im großen maßstab aufgezeichnet und abgebildet wird. Aus dieser relativ großformatigen Muttervorlage stellt man die Gesamtmaske für die Halbleiterscheibe dadurch her9 daß man nach dem sogenannten "Step and Repeat- Verfahren" diese Vorlage stark verkleinert und wiederholt ablichtet.
• Bei Jeder Verschiebung der dazu erforderlichen Kamera um die Große eines Bau- oder eines Schaltungselements wird das Maskenbild erneut abgelichtet. Wiederholt man dieses Verfahren Schritt um Schritt und Reihe um Reihe, so erhält man am Eine ein zusammenhangendes Bild der für die gesamte Halbleiterscheibe vorgesehenen maske. Zur Herstellung der Gesamtmaske wird ein Substrat mit einer Photoemulsion bedeckt. auf die Stuck für Stück die Vorlage verkleinert abgebildet wird0 Die Schichtdicke der Emulsion beträgt beispielsweise 6µm, während der Tiefenschärfenbereich geeigneter Objektive nur bei 1,6 µm liegt. Daß trotzdem ei ne scharfe Abbildung mit Auflösungen bis zu 0,4 µm möglich ist, liegt daran, daß das Bild an die Oberfläche der Emulsion projiziert und dort durch eine bevorzugte Oberflächenentwicklung sichtbar gemacht wird. Da aber die verwendeten Substratplatten im allgemeinen Abweichungen von der vorgegebenen Mittellage in der Größenordnung von 20 µm haben, tritt hierdurch eine Defokussierung auf0 Substratplatten, die noch ebener sind,konnen entweder nicht her gestellt werden, oder sind in der Herstellung unrentabel teuer. Wenn also das abbildende Objektiv über die Substratfläche geführt wird, variiert der Abstand zwischen dem Objektiv und der Photoemulsion in einem unzulässig großen Maß. Diese Abstandsvariation9 die im folgenden mit # z be zeichnet wird9 muß, um optimale Abbildungen zu erhalten, eleminiert werden.
• Die Feineinstellung an käuflichen Objektiven läßt in der Regel eine minimale reproduzierbare Höhenänderung um ca. 13µm zu. Es sind ferner bei einzelnen optischen Geraten Hilfsteilungen vorgesehen, die den genannten Minimalbereich auf etwa 3 µm reduzieren. Durch die unvermeidbare mechanische Reibung bei der Einstellung kann aber nicht sichergestellt werden, daß bei der Höheneinstellung des Objektivs keine Verstellung in Richtung der kartesischen Koordinaten erfolgt Zur Lösung dieses Problems wurde bereits eine pneumatische Meß und Regelvorrichtung vorgeschlagen9 bei der der Abstand zwischen Objektiv und Substrat über eine Dü5e, die am Objektiv befestigt Ist, über eine Druclunessung abgetastet wird. Das Objektiv wird dabei über eine Federaufhangung une einen Gelenkmechanismus dem Substrat nachgeführt. Diese Aufhängemechanik hat den Nachteil, daß mit einer Höhenverstellung zwangsläufig auch eine seitliche Versetzung des Objektivs verbunden ist0 So wurde gemessen, daß bei einer Höhenveränderung um 10 µm die axiale Auslenkung mindestens 0,5 µm beträgt. Außerdem wurde bei der bekannten Anordnung das Objektiv dem Substrat nachgeführt, was eine Veränderung der Tubuslänge zur Folge hat0 Damit ist aber eine Veränderung des Abbildungsmaßstabes verbunden.
• Zur Vermeidung dieser Nachteile wird nun erfindungsgemäß eine Halterung vorgeschlagen, bei der vorgesehen ist, daß das Objektiv bzw. der Objektivtrager an mindestens einer Membran befestigt ist, die axial von dem Objektiv bzw.
• dem Objektivträger durchstroßen ist, während der freie Rand der Membran in einer fassung fest eingespannt ist.
• Eine Membran, das axial von dem Objektivträger durchstoßen iwrd, weist keine seitzliche Versetzung des Mittelpunktes auf, wenn auf die Membran ein gleichmäßiger Druck einwirkt. Der für die Höhenverstellung erforderliche Druck kann beispielsweise durch Pressluft erzeugt werden.
• Bei einer besonders vorteilhaften Weiterbildung der er; findungsgemäßen Halterung ist vorgesehen, daß das Objektiv bzw. der Objektivträger an zwei Membranen befestigt ist, die mit der Nembranfassung einen geschlossenen Hohlraum bilden. Damit eine Höhenverstellung mit einer derartigen Aufhängung möglich ist, muß die wirksame Fläche der einen Membran großer sein als die der anderen Membran0 In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird der Hohlraum in zwei voneinander getrennte Druckkammern aufgeteilt- Dies geschieht vorzugsweise durch die Verwendung einer dritten Membran, die zwischen den beiden äußeren Membranen angeordnet ist und sich in ihrer Fläche wesentlich von der Fläche der äußeren Membran unterscheidet0 Die mittlere Membran ist vorzugsweise kleiner als die beiden außeren Membrane.
• Die Membrane, die die Aufhängung für das Objektiv bzw. die Objektivfassung bilden, sind vorzugsweise kreisförmig ausgebildet, während die Membranfassung, in der die freien Rinder der Membrane fest eingespannt sind, hohlzylinderförmig ausgebildet ist Die Zylinderfassung weist einen nach innen ragenden Flansch auf, an dessen stirnseitigem Ende die flächenkleinere Membran eingespannt ist, während die öußeren, flächengrößeren Membrane außerhalb des Flansches an der Innenfläche der Membranfassung eingespannt sind.
• Die Erfindung und ihre weitere vorteilhafte Ausgestaltung soll im weiteren anhand der Figuren 1 bis 3 noch näher erläutert werden.
• In der Figur l ist im Schnitt und in der Draufsicht -die Prinzipdarstellung einer vorteilhaften Objektivaufhängung dargestellt. Mit l ist das Objektiv bzw. der Objektiv träger, der u0 U. den gesamten Tubus umfassen kann, bezeichnet, An diesem Objektivträger l sind in horizontaler Lage drei kreisförmige Membrane 3, 4 und 5 befestigt, die an ihrer freien Randfläche in eine hohlzylinderförmige Membranfassung 2 eingespannt sind. Die beiden äußeren Membrane 3 und 4 sind flächengleich und flächengrößer als die dazwischen liegende mittlere Membran 5. Der Durchmesser der äußeren Membrane sei mit d3 bezeichnet, während der Durchmesser der mittleren Membran 5 d2 beträgt. Der Durchmesser der Objektivhalterung ist in der Figur mit dl beziffert. Die Membranfassung ist beispielsweise an einem Tragerarm 14 befestigt0 Bei einer nach der Figur 1 gewählten Anordnung mit drei Membranen kommt zur Höhenverstellung des Systems die Fläche F3 zur Wirkung. Diese Fläche ist: Die Auslenkung beträgt dann: Hierbei ist p; der in der von den Membranen 3 und 6 begrenzten Druckkammer 7 herrschende Druck, während in der Druckkammer 8, die von den Membranen 4 und 5 begrenzt ist, der Druck 2 herrscht. Cges ist die resultierende Federkonstante der drei Membrane.
• Die mittlere Membrane hat im wesentlichen nur die Aufgabe, beide Druckkammern gegeneinander abzugrenzen, Die durch das Gewicht bedingte statische Auslenkung des Systems i.st konstant und muß nur bei der ersten Justierung und bei der Auslegung der Membrane berücksichtigt werden Um eine möglichst große wirksame Membranfläche bei der Anordnung nach der Figur 1 zu erzielen, weist die Membran fassung 2 einen Mittelflansch 6 auf, der sich zwischen. die beiden äußeren Membrane 3 und 4 erstreckt und an dessen Stirnfläche die mittlere, flächenkleinere Membran 5 einige spannt ist.
• In der Figur 2 ist eine Membranaufhängung dargestellt, die nur zwei Membrane 4 und 5 und damit nur eine Druckkammer 8 aufweist. Die obere Membran 5 ist flächenkleiner und an der Stirnseite des Flansches 6 befestigt, der sich von der hohlzylinderförmigen Membranfassung 2 ausgehend nach innen erstreckte An den innen liegenden Rändern der Membrane 4 und 5 ist die. Objektivfassung 18 befestigt, in die das Objektiv 16 eingeschraubt ist. In der Figur ist außerdem eine Rändelschraube 17 dargestellt, mit der das Objektiv groß in der Höhenlage verstellt werden kann. Die Membranfassung 2 mündet in ein Einschraubfassung 15, mit der die Fassung in den Tabus eingeschraubt wird0 Die Objektivhalterung hat bei normalem Luftdruck in der Druckkammer 8 eine Ausgangsstellung, aus der sie ausgelenkt werden kann, wenn in der Druckkammer ein Unter- oder ein Überdruck erzeugt wird0 Aus diesem Grund ist die Druckkammer 8 an eine Druckleitung 9 angeschlossen, über die der Druckkammer 8 jeweils die gewünschten Druckverhältnisse zugeführt werden0 Die Auslenkung aus der Normallage richtet sich nach dem jeweils in der Durckkammer herrschenden Druck In der Figur 3 ist eine Objektivhalterung dargestellt, bei der der gesamte Tubus 13 an Membranen 3, 4 und 5 aufgehängt ist. Der Tubus 13 enthält die Lichtquelle 22, den Kondensator 23, ein Filter 24, das abzubildende Muster i2 und das Objektiv 16. Die Membranfassung 2 ist vorzugsweise in der Höhe verstellbar an einem seitlichen Trägerarm 14 befestigt. Unterhalb des Objektivs ist auf einem Sockel. 21 die mit einer photoempfindlichen Schicht bedeckte Substrat platte 20 angeordnet.
• Die äußeren Ränder der Membrane 3. , 4, und 5 sind in eine Membranfassung 2 eingespannt, die hohlzylinderförmig aus gebildet ist und einen Mittel flansch 6 zwischen den beiden äußeren und flåchengroßeren Membranen 3 und 4 aufweist. Am Mittelflansch ist die mittlere, flächenkleinere Membran 5 eingespannt. Tn die von den Membranen 3 und 5 mit der Membran fassung und dem Tubus gebildete Druckkammer 7 fuhrt eine Druckleitung 10, während in die Druckkammer 8, die von den Membranen 4 und 5, der Membranfassung und dem Tubus gebildet wird, die Druckluftleitung 11 führt. Beide Druckleitungen sind unabhängig voneinander ansteuerbar.
• Der variierende Abstand z zwischen dem Objektiv und der Substrattplatte wird mit einer Düse 26 und einer Prellplatte gemessen. Einer Abstandsänderung # z z entspricht eine Druckänderung. Der Abstand kann an einem Instrument 25 abgelesen werden, und diesem Abstand entsprechend wird der Druck pol und P2 in den beiden Druckkammern 7 und 8 derart gewählt, , daß der wirksame Abstand zwischen dem Objektiv und der zugeordneten Stelle auf der Substratoberfläche immer exakt konstant ist.
• Die erfindungsgemäße Halterung eignet sich besonders zur Verwendung bei optischen Geräten, mit deren Hilfe aus einer Muttermaske eine Gesamtmaske hergestellt wird, die in verkleinerter Form in einer Vielzahl nebeneinandergeordnet die Strukturen der Muttenmaske enthält0 Die Erfindung kann auch bei optischen Geräten verwendet werden, mit deren Hilfe feine Strukturen in einer Fotomaske auf einer mit einer lichtempfindlichen Schicht bedeckte Halbleiterscheibe abgebildet werden.

Claims (12)

Patentansprüche

1) Halterung für ein Objektiv, mit dessen Hilfe Strukturen auf ein Substrat abgebildet werden, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv bzw der Objektivträger (i) an mindestens einer Membran (3, 4, 5) befestigt ist, die axial von dem Objektiv bzw dem Objektivträger (1) durchstoßen ist, während der freie Rand der Membran in einer Fassung (2) fest ein gespannt ist.

2) Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv bzw der Objektivträger (i) an zwei Membranen (4 und 5) befestigt ist, die mit der Membranfassung (2) ei ne geschlossene Druckkammer bilden, und daß sich die Fläche der einen Membran von der Fläche der anderen Membran unter scheidet.

3) Halterung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Objektiv bzw der Objektivträger (1) an zwei Membranen (3 und 4) befestigt ist, die mit der Membranfassung (2) einen geschlossenen Hohlraum bilden, der in zwei voneinander getrennte Druckkammern (7 und 8) aufgeteilt ist.

4) Halterung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Aufteilung des Hohlraums in zwei Druckkammern (7 und 8) eine dritte, zwischen den äußeren Membranen (3 und 4) liegende Membran (5) vorgesehen ist, deren Fläche sich von der Fläche der beiden äußeren Membrane unterscheidet.

5) Halterung nach Anspruch 4s dadurch gekennzeichnet, daß die beiden äußeren Membrane (3 und 4) gleiche Flachen aufweisen, wahrend die mlttlere Membran (5) eine wesentlich kleinere Fläche aufweist.

6) Halterung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet. daß die Membrane (3, 4, 5) kreisformlg und die Membranfassung (2) hohlzylinderförmig ausgebildet sind, daß die Zylinderfassung einen nach innen ragenden Flansch (6) aufweist, an dessen stirnseitigem Ende die flachenkleinere Membran eingespannt ist1 während die flachengroßeren Membrane (3, 4) außerhalb des Flansches an der Innenflache der Membranfassung eingespannt sind.

7) Halterung nach einem der vorangehenden Anspruche, da durch gekennzeichnet, daß zumindest eine Druckkammer (7, 8) mit einer Druckleitung (9) verbunden ist. über die der innendruck in der Kammer (8) regelbar ist

8) Halterung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß beide Druckkammern (7, 8) an je eine Druckleitung (10, 11) angeschlossen sind, über die der Innendruck in den beiden Kammern (7, 8) unabhängig voneinander regelbar ist.

9) Halterung nach einem der vorangehenden Ansprüche, da durch gekennzeichnet, daß die Objektivfassung (12) an den Membranen befestigt ist0

10) Halterung nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der gesamte Tubuskopf (13) an den Membranen bafestigt ist.

11) Halterung nach einem der vorangehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch seine Verwendung bei optischen Geraten mit deren Hilfe aus einer Muttermaske eine Gesamtmaske her gestellt wird, die in verkleinerter Form in einer Vielzahl nebeneinandergeordnet die Strukturen der Muttermaske enthält.

12) Halterung nach einem der vorangehenden Ansprüche, ge kennzeichnet, durch seine Verwendung bei optischen Geraten, mit deren Hilfe feine Strukturen in einer Fotomaske auf eine mit einer lichtempfindlichen Schicht bedeckte Halbleiterscheibe abgebildet werden.