DE2218164A1

DE2218164A1 - Präzisionsjustiertisch

Info

Publication number: DE2218164A1
Application number: DE19722218164
Authority: DE
Inventors: Gilbert Le Fontanil Gailland (Frankreich). P
Original assignee: Societe Europeenne de Semi Conducteurs de Microelectronique SA SESCOSEM
Current assignee: Societe Europeenne de Semi Conducteurs de Microelectronique SA SESCOSEM
Priority date: 1971-04-16
Filing date: 1972-04-14
Publication date: 1972-11-02
Also published as: FR2133319A5; CH553617A; GB1365416A; DE2218164B2

Description

SESCOSEM~SOCIETE EUR0PEENNE DES SEMI-CONDUCTEURS ET DE MICROELECTRONIQUE

101, Bd. Murat

P ar i s I6e/Frankreich Unser Zeichen: S 2679

Präzisionsjustiertisch

Die Erfindung betrifft einen horizontalen XY-Präzisionajustiertisch zur Durchführung von Verschiebungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen.

Der Zveck derartiger Tische ist es, Objekte in einer horizontalen Ebene zu verschieben, um sie mittels geeigneter Vorrichtungen,wie Mikroskopen,zu beobachten oder sie besonderen Behandlungen,wie z.B. chemischen Ablagerungen, zu unterziehen.

Die Tische weisen im allgemeinen einen Aufbau mit drei ebenen, übereinanderliegenden Platten auf, d.h. einem ebenen Sockel bzw. einer unteren Platte, einem verschiebbaren Tisch bzw. einer oberen Platte, auf der die zu verschiebenden Objekte befestigt werden, und einermittlere

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Platte, die zwischen den beiden vorherigen angeordnet ist und jeweils Führungsnuten an jeder der beiden Seiten aufweist. Die Führung wird dadurch sichergestellt, dass in die Nuten Elemente mit komplementärem Profil, z.B. Schienen, eingreifen, die an den gegenüberliegenden Flächen der beiden äusseren Platten angeordnet sind.

Die Verschiebung des auf der oberen Platte befestigten Objekts an alle Punkte der horizontalen Ebene wird dadurch erreicht, dass die Nuten der mittleren Platte, die an einer Seite angeordnet sind, senkrecht zu denen an der anderen Seite gerichtet sind.

Ein derartiger Tisch wird bei einer grossen Zahl von Anwendungsfällen im wesentlichen für Verschiebungen hoher Genauigkeit in einer der beiden Richtungen verwendet, wobei die Verschiebung in der anderen Richtung blockiert ist und so zu einer Abtastung der horizontalen Ebene entsprechend zwei kartesischen Achsen führt, weshalb ein derartiger Tisch unter dem Namen XY-Tisch bekannt ist.

Die mechanische Px'äzision, die man bei den Verschiebungen erzielt, die man aufgrund des Aufbaus mit drei Platten erhält, ist durch die jeweilige Präzision begrenzt, mit der die mit den Platten in Berührung stehenden Oberflächen und die Nuten und Schienen bzw. Gleitbahnen hergestellt werden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, die mechanische Präzision durch einen neuen Aufbau eines Justier-

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tisches zu verbessern, bei dem die mittlere Platte weggelassen werden kann und damit eine andere Führung erreicht werden kann als die bekannte Führung mittels Schienen und Nuten.

GeIOs⁺ wird diese Aufgabe gemäss der Erfindung durch einen unteren festen Sockel, einen oberen verschiebbaren Tisch und zwei horizontale gerade Schienen, die senkrecht zueinander befestigt sind, wobei der obere Tisch und der untere Sockel jeweils mit horizontalen und vertikalen Auflageflächen und die Schienen mit vertikalen Auflageflächen versehen sind, der obere Tisch mittels der jeweiligen horizontalen Auflageflächen direkt auf dem unteren Sockel aufliegt und die vertikalen Auflageflächen der Schienen gegenüber denen des Tisches und des Sockels angeordnet sind, so dass die Führung des oberen Tisches entsprechend den zueinander senkrechten Richtungen sichergestellt ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden nachstehend anhand der Figuren 1 bis 7 erläutert· Es zeigt:

Fig. 1 einen bekannten Justiertisch,

Fig. 2 einen Justiertisch gemäss der Erfindung,

Fig. 3 ^ein mit zwei Auflageflächen versehenes Führungslager,

Fig. h eine weitere Ausführungsform der Auflageflächen,

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Fig. 5 einen Justiertisch mit einer Vorrichtung zur
Korrektur von Fehlern einer Art,

Fig. 6 einen Justiertisch mit einer Vorrichtung zur
Korrektur von Fehlern einer weiteren Art, und

Fig. 7 einen Justiertisch mit einer Vorrichtung zur
Korrektur von Fehler beider Arten.

Fig. 1 zeigt einen bekannten Justiertisch. Er besteht aus einem Sockel bzw. einer unteren Platte 51» einer mittleren Platten 2 und einer oberen, verschiebbaren Platte 53i auf der zu verschiebende Objekte, wie ^₁ angeordnet werden.
Die äusseren Platten stehen an ihren Aussenseiten 5 und 8 mit den Aussenseiten 6 und 7 der mittleren Platte in Berührung. Die Querführung wird durch Schienen 9 und 10
sichergestellt, die in Nuten 11 und 12 eingreifen, wobei
sich die jeweiligen Querprofile der Schienen und Nuten
geometrisch ergänzen und ein bestimmter Abstand bzw. ein bestimmtes Spiel zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen ausgebildet ist, um die relativen Verschiebungen zu ermöglichen.

Die Genauigkeit, die bei einem bekannten Tisch mit diesem Aufbau zu erreichen ist, ist aus mehreren Gründen begrenzt, nämlich in der horizontalen Ebene durch die Notwendigkeit eines erheblichen Spiels, die nicht kontrollierbare Änderung der Dicke des unerlässlichen Schmiermittelfilms und
das Auftreten einer erhöhten Keibung.

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Die Notwendigkeit, die Wirkung von Staubteilchen oder örtlichen Unregelmässigkeiten der horizontalen Ebenen der Platten bei einer relativen Verschiebung zu vermindern, führt andererseits oft dazu, einen vertikalen Druck zwischen den Platten zu schaffen, der durch eine besondere Form der Schienen und Nuten, nämlich eine Schwalbenschwanzform erreicht wird, die geneigte Führungsflächen aufweisen,die es durch Verspannung ermöglichen, Kräfte zu erhalten, deren eine Komponente vertikal verläuft.

Hierdurch ergibt sich bei einer bestimmten Genauigkeit bei der Verwendung von Führungsflächen in Querrichtung ein Fehler für die Verschiebungen, der, wie es bekannt ist, im wesentlichen der trigonometrischen Tangente des Winkels proportional ist, der durch diese Fläche mit der vertikalen Ebene gebildet wird.

Entsprechend bekannten Verbesserungsvox-schlägen bringt man zwischen die aufeinander gleitenden Oberflächen sich drehende Elemente mit geringem Reibungskoeffizienten, wie Kugeln, Nadeln oder Rollen ein, die mit sehr hoher Genauigkeit hergestellt werden können und es ermöglichen, das notwendige Spiel auf einen sehr kleinen Wert zu verringern. Infolge der Punktberührung beeinflussen jedoch die örtlichen Fehler der Schienen oder der Kugeln bzw, das Vorhandensein von Staubteilchen direkt die erhaltene Endgenauigkeit.

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Gemäss anderen bekannten Verbesserungsvorschlägnn bringt man zwischen die aufeinander gleitenden Oberflächen mittels Kanälen ein Drucks trörnungsmi t te 1 ein, deren eines Ende mit einer Ströniungsmi t telque I 1 e und deren anderes Ende mit Ausnehmungen bzw, Kciinmorn in Verbindung steht, die in diesen Flächen ausgebildet sind. Diese G leitbahrien, die je nachdem, ob das verwendete Strömungsmittel flüssig oder gasförmig ist, als hydrostatische oder aerostatische Gleitbahnen bezeichnet worden und die es ermöglichen, das Spiel auf einen sehr niedrigen Wert zu verringern, haben einen sehr geringen Reibungskoeffizienten und da zwischen den einander gegenüberliegenden Flächen keine Berührung auftritt, wird der ί influxs von Örtlichen Fehlern der Gleitbahnen oder von Staubteilchen erheblich vermindert.

Die Verwendung einer Konstruktion mit dr-ei Platten begrenzt in allen Fällen die erzielte Genauigkeit, da sie zu einem mehrfachen horizontalen Spiel führt. Sie führt ausserdem zu einer weiteren Fehlerursache, die mit der vergrüssorten Gesamthöbe dieser KonstruktJon zusammenhängt. Wenn geometrische Unregelmässigkeiton oder Staubteilchen zwischen zweien dieser Platten, z.B. 51 und 2, vorhanden sind, tritt keine Parallelität mehr zwischen ihren Oberflächen auf. Wenn z.B. bei 15 ein Staubteilchen vorhanden ist, schiiessen die beiden Plcitten zwischen sich einen Winkel 13 ein, der eine Lageänderung 1'( in der horizontalen Ebene verursacht, die bei einem bestimmten Winkel der Höhe 12 zwischen der oberen Ebene dos verschiebbaren Tisches und der Auflageebene des Sockels proportional ist. Üiese Höhe ist dalier zu vermindern.

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Fig. 2 zeigt einen Justiertisch geraäss der Erfindung.Er besteht aus einer unteren Platte 1 und einer oberen Platte bzw. einem oberen Tisch 3» auf dem das zu untersuchende Objekt befestigt wird. Die mittlere Platte 2 der Fig. 1 entfällt und die obere Platte ruht auf der unteren Platte mittels Stützen 16, die mit ebenen Auflage! "ichen in Berührung stehen, die präzise ausgebildet werden, können und sich an der Unterseite der oberen Pla^te befinden. Zur Verminderung der Reibung sind die Auflageflächen der Stützen mit Kugeln 17 versehen, von denen der Klarheit der Zeichnung wegen nur eine einzige pro Stütze gezeichnet ist.

Der Wegfall der mittleren Platte führt zu einer geringeren Hohe 18 zwischen der oberen Ebene des verschxebbaren Tisches und den Auflageebenen des Sockels und damit, wie bereits erwähnt wurde, zu einer höheren Genauigkeit.

Die Führung in der horizontalen Ebene wird durch die Verwendung zweier gekreuzter gerader Leisten bzw. Schienen 19 und 20 sichergestellt, die mit hoher Genauigkeit herstellbar sind und sich in Blöcken bzv. Lagern 21, 22, 23 und 2k verschieben können, die jeweils an der unteren und oberen Platte befestigt und mit Querführungsflachen gegenüber denen der Schienen versehen sind bzw. mit Führungsbacken.

Fig. 3 zeigt im Schnitt ein Ausführungsbeispiel eines Lagers.

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Ee besteht aus einem Stützblock 25 in Form eines hohlen, an zwei gegenüberliegenden Enden offenen Parallelepipeds, das mit zwei Führungsbacken 26 und 27 versehen ist, deren einander gegenüberliegende, vertikale ebene Führungsflächen 28 und 29 an den entsprechenden Flächen einer der beiden Schienen, z.B. 20, anliegen können. Jeder Führungsbacken ist in der Blockstütze des Lagers durch eine Kugelgelenkvorrichtung einstellbar befestigt, die im wesentlichen eine Kugel 30 aufweist, die in schalenfb'rmigen Ausnehmungen 31 bzw. 32 ruht, die am Ende einer verstellbaren Druckschraube 33 und einer Fläche des Gleitbackens ausgebildet sind.

Die Länge der Auflagefläche 29 zwischen einem Gleitbacken und der Schiene ist sehr gross gegenüber der von geometrischen Unregelmässigkeiten oder von eingeschlossenen Staubteilchen und man vermindert deren Einfluss durch die Wirkung einer Vorrichtung erheblich.

Fig. h zeigt eine bevorzugte Ausfuhrungsform eines Gleitbackens zur Erläuterung des Aufbaus eines der Gleitbacken der Schienen des Justiertisches gemäss der Erfindung.

Die Führungsflüche des Backens 27 in Form einer mit hoher Genauigkeit bearbeiteten Ebene ist mit einer Ausnehmung 3^ mit nahezu ebenem Boden versehen, so dass der ebene Teil der Führungsfläche einen äusseren, umlaufenden Rand 35 des Backens bildet.

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Im Boden der Ausnehmung 3^ münden Öffnungen 36 und 37
zweier Kanäle, die mittels geeigneter Rohre 38 bzw. 39 an eine Druckströmungsmittelquelle und eine Drucksnessvorrichtung anschliessbar sind.

Im Betrieb übt das in die Ausnehmung 3h in flüssiger
oder vorzugsweise gasförmiger Form eingeführte Strömungsmittel einen Druck auf den Teil der gegenüberliegenden Fläche der Schiene aus und tritt infolge des zwischen dieser Fläche und den äusseren Rändern der
Führungsfläche des Backens vorhandenen Spiels aus«,

Die Gegendrücke, die auf die beiden parallelen Flächen einer jeden Schiene ausgeübt werden, sichern die genaue Positionierung des Tisches gegenüber dieser«

Die Kombination der mit Strömungsmittel beaufschlagten Backen und des Aufbaus der beiden Platten ermöglicht es somit,einen Justiertisch zu schaffen, der gleichzeitig deren jeweilige Vorteile aufweist»

Fig. 5 zeigt schematisch einen Justiertisch gemSss
Erfindung, der mit einer¹ Vorrichtung zur Korrektes³
ersten Art von Führungs fehlern itovsqIiqu ±st₀ w®b©i dia Korrektur durch Verwendung "vosa asu S-SröBauaagssii-ö©! b©= aufschlagt en Lagern erfolgt *,

Die erste Art ist die voa
von Querabweichungen der ¥ersehie'ibi3ag des Tis©fe©s gegen über der durch eine der boidea Scfei

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tung« Diese Abweichungen sind z.B. auf die während der Verschiebung zu überwindenden veränderbaren Kräfte zurückzuführen, die insbesondere durch geometrische Unregeltnässigkeiten der einander gegenüberliegenden Flächen verursacht werden.

Die Vorrichtung weist eine Druckströmungsmittelquelle kk auf, die durch Zuführleitungen 40 an die Lagerbacken angeschlossen ist, von denen der Klarheit halber nur einer gezeigt ist. Der Druck ist durch eine geeignete Vorrichtung 42 regulierbar und seine Grosse in den Kammern der Backen wird durch eine Manometervorrichtung 43 geraessen, die durch Steuerleitungen 4i an die Backen angeschlossen ist.

Im Betrieb verändert jede zufällige Abweichung des normalerweise zwischen jedein Backen und der Oberfläche der entsprechenden Schiene vorgesehenen Abstandes die Oberfläche des Kanals des Druckströmungsmitteis, das zwischen dem Backen und der Schiene austritt, und damit den Druck in der Kammer dieses Backens. Die Manometervorrichtung 43, die diese Änderung misst, wirkt nun auf die Druckreguliervorrichtung 42 mittels des Verbindungselements 45, um in der Kammer den normalen Wert des Druckes wieder herzustellen und so die anfängliche störende Abweichung zu beseitigen» Das verwendete Verbindungselement kann ein elektronisches oder fluidisches Element sein*

Fig. 6 zeigt schematisch einen Justiertisch gemäss der Erfindung, dar mit einer Korrekturvorrichtung für eine zweite Art von. Führungsfehlern versehen ist, wobei die

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Korrektur durch Verwendung von mit Strömungsmittel beaufschlagten Lagern erfolgt.

Diese zweite Art ist die von systematischen Führungsfehlern, d.h. von Abweichungen der Verschiebung des Tisches gegenüber einer idealen geraden Linie, Abweichungen, die auf örtliche Unvollkommenheiten der Führungsschienen zurückzuführen sind.

Die Vorrichtung weist eine DruckströmungsmittelqueHe hh auf, die über Zuführleitungen 40 an die Backen der Lager angeschlossen sind, von denen der Klarheit halber nur ein einziger 21 gezeigt ist. Der Druck ist durch eine geeignete Vorrichtung 42 regulierbar. Die Querabweichungen der Schienen gegenüber einer idealen geraden Linie infolge von geometrischen Unvollkommenheiten der Schienen werden durch eine vorherige genaue Messung erfasst. Die Gesetzmässigkeit der Abweichung in Abhängigkeit von der horizontalen Verschiebung wird, nachdem sie in 47 registriert wurde, durch ein Lesegerät 46 ausgewertet, um ein Signal zur Korrektur der Abweichung zu erzeugen, das schliesslich über das Verbindungselement 45 auf die Druckreguliervorrichtung 42 gegeben wird.

Fig. 7 zeigt schematisch einen Justiertisch gemäss der Erfindung, der mit einer Vorrichtung zur gleichzeitigen Korrektur von Führungsfehlern der ersten und zweiten, oben definierten Art versehen ist.

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Die Vorrichtung unterscheidet sich im wesentlichen von dor der Fig. 6 durch die Mittel zur Erzeugung des Signals für die Abweichungskorrektur.

Die gleichen Elemente der Figur sind mit den gleichen Bezugsziffern versehen. Die das Korrektursignal erzeugende Vorrichtung arbeitet nach dem Prinzip der optischen Interferometrie. Diese sehr genaue Methode, die bekannt ist, wird im einzelnen nicht näher erläutert, sondern es ist nur angegeben, dass sie den Vergleich zweier optischer Bahnen von Strahlenbündeln umfasst, von denen eines als Bezugsstrahlenbündel und das andere als Messstrahlenbündel dient, das an dem Objekt reflektiert wird, dessen Position anzuzeigen ist.

Die Vorrichtung umfasst somit ein Interferometer ^8, dessen Messstrahlenbündel 50 an einem Spiegel ^9 reflektiert wird, der sich mit dem verschiebbaren Tisch verschiebt.

Im Betrieb verändert jede Abweichung der Position des Tisches während seiner Verschiebung die optische Länge, die von dem Messstrahlenbündel durchlaufen wird, und das Interferometer 48 erzeugt ein Signal, dessen Grosse zu der der Abweichung in Beziehung steht. Dieses Signal wird auf die Druckreguliervorrichtung h2 gegeben, die, wie bereits erläutert wurde, durch geeignete Druckänderungen die Abweichungen korrigiert.

Es ist besonders zweckmässig, als Lichtquelle des Interferometers ein monochromatisches Licht mit grosser räumlicher und zeitlicher Kohärenz zu verwenden, z.B. das eines Lasers«

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Die Ergebnisse, die man z.B. bei einem Justiertisch geraäss der Erfindung im Vergleich zu einer bekannten und oben beschriebenen Präzisionsjustiervorrichtung erhält, sind folgende:

Fehler bei der horizontalen Verschiebung 0,1 /u anstelle von 0,5/U, bei der vertikalen Verschiebung 0,2/u anstelle von 0,5/u;

Winkelfehler gegenüber den Richtungen der beiden Achsen, die die theoretische horizontale Ebene bildenϊ horizontaler Welligkeitsfehler: 0,4 Bogensekunden anstelle von 1 bis 3 Sekunden; Neigungsfehler des Tisches in Richtung der Verschiebung: 0,8 Bogensekunden anstelle von 1 bis Sekunden; Neigungsfehler des Tisches quer zur Verschiebungsrichtung ι 0,8 Bogensekunden anstelle von 1 bis 3 Sekunden. Diese Ergebnisse zeigen die erheblichen Verbesserungen im Bereich der Genauigkeit durch den Justiertisch gemäss der Erfindung.

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Claims

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Patentansprliche

M.) Horizontaler XY-Präzisionsjustiertisch zur Durchführung von Verschiebungen in zwei zueinander senkrechten Richtungen, gekennzeichnet durch einen unteren festen Sockel, einen oberen verschiebbaren Tisch und zwei horizontale gerade Schienen, die senkrecht zueinander befestigt sind, wobei der obere Tisch und der untere Sockel jeweils mit horizontalen und vertikalen Auflageflächen und die Schienen mit vertikalen Auflageflächen versehen sind, der obere Tisch mittels der jeweiligen horizontalen Auflageflächen direkt auf dem unteren • Sockel aufliegt und die vertikalen Auflageflächen der Schienen gegenüber denen des Tisches und des Sockels angeordnet sind, so dass die Führung des oberen Tisches entsprechend den zueinander senkrechten Richtungen sichergestellt ist·

2. Justiertisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die vertikalen Auflageflächen Ausnehmungen aufweisen, deren Öffnungen gegenüber den vertikalen Auflageflächen der Schienen liegen, und dass die Ausnehmungen mit einer Druckströmungsmittelquelle verbunden sind.

3. Justiertisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Ausnehmungen mit Manometervorrichtungen verbunden sind, die deren Innendruck messen·

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km Justiertisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck als Funktion der horizontalen Ver·= Schiebungen entsprechend einer CSesetzniässigkeit der Änderung reguliert wird, die durch eine Einrichtung zur Korrektur der systematischen Fehler bestimmt wird« die durch die aufgezeichneten Messergebnisse der Fehler gesteuert wird.

5. Justiertisch nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck entsprechend Werten reguliert wird, die durch eine Einrichtung zur Korrektur zufälliger Fehler bestimmt werden, die von Manometervorriehtungen. gesteuert werden·

6· Justiertisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Druck entsprechend Werten reguliert wird, die durch eine Einrichtung zur Korrektur von Fehlern in Abhängigkeit von den Verschiebungen bestimmt werden, wobei die Fehler durch ein Reflexionsinterferometer gemessen werden, das die Korrektureinrichtung steuert und die Reflexion durch einen an dem oberen verschiebbaren Tisch befestigten Spiegel erreicht wird.

7· Justiertisch nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Druckströmungsmittel gasförmig ist.

8. Justiertisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die horizontalen Auflageflächen Kugeln aufweisen*

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