DE2607607B1 - Parallelisierlehre in einem keilfehlerkorrekturkopf - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Parallelisierlehre in einem Keilfehlerkorrekturkopf nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Zur Herstellung elektronischer Schaltungen werden in steigendem Ausmaß Substratplatten aus keramischem Material, Glas oder Halbleitermaterial verwendet, welche in einer oder mehreren übereinanderliegenden Schichten mit Schaltungsmustern versehen werden. Dies erfordert einen oder mehrere Belichtungsvorgänge, bei denen jedesmal die Substratplatte durch eine Maske belichtet wird, deren Muster dem gewünschten Schaltungsmuster der betreffenden Ebene entspricht. Eine Grundvoraussetzung zur Herstellung einwandfrei scharf belichteter Muster auf der Substratplatte ist eine genau planparallele Einstellung der Substratplatte gegenüber der Belichtungsmaske vor der Belichtung. Dies geschah gemäß einem älteren Stand der Technik durch Annäherung der auf dem Keilfehlerkorrekturkopf angeordneten Substratplatte an die Belichtungsmaske bis zur vollflächigen Berührung von Substratplatte und Belichtungsmaske, wodurch sich die gewünschte planparallele Einstellung zwangsläufig ergibt. Bei dieser Einstellung wurde entweder gleich belichtet, oder aber es wurde die Einstellung des Keilfehlerkorrekturkopfes in der Berührungsstellung von Substratplatte und

t5 Belichtungsmaske fixiert und daraufhin der Keilfehlerkorrekturkopf um einen sehr geringen Abstand gegenüber der Belichtungsmaske entfernt und in dieser Distanzstellung die Justage der Muster auf der Belichtungsmaske zu den Mustern auf der Substratplatte durchgeführt. Das Belichten erfolgt, nachdem der Kontakt zwischen Maske und Substrat wieder hergestellt war.

Da jedoch die mit der Belichtungsmaske in Berührung gebrachte Fläche der Substratplatte keineswegs eben ist, sondern einen sehr erheblichen Mikrorauhigkeitsgrad aufweist, wird die Belichtungsmaske bei jedem Parallelisierungsvorgang etwas beschädigt, so daß bisher nach etwa vierzig Belichtungsvorgängen die relativ teure Belichtungsmaske ausgewechselt werden mußte.

Die vorliegende Erfindung geht von einem weiterentwickelten Stand der Technik aus (»Micro Electronics«, Band 6, Nr. 4, 1975, Seiten 51—59), bei welchem die Substratplatte zum Parallelisieren nicht mehr mit der Belichtungsmaske flächig in Berührung gebracht werden muß; vielmehr wird zum Parallelisieren von Substratplatte und Belichtungsmaske zwischen diese beiden Elemente eine scheibenförmige Parallelisierlehre mit einem umlaufenden Randwulst eingeführt, der eine sehr konstante axiale Dicke aufweist und in Axialrichtung beidseitig über die umschlossene Scheibenfläche vorsteht. Bei Annäherung der Substratplatte an die Belichtungsmaske erfolgt nun eine Anlage jeweils eines äußeren Umfangsrandbereiches der Substratplatte und der Belichtungsmaske gegen die beiden voneinander abgewendeten Stirnflächen des Randwulstes der Parallelisierlehre. Diese ermöglicht eine einwandfreie planparallele Einstellung der Substratplatte gegenüber der Belichtungsmaske, ohne daß sich die beiden Elemente (abgesehen von einem vernachlässigbar schmalen Randbereich, der ohnehin nicht verwertet wird) berühren. Jedoch muß die scheibenförmige Parallelisierlehre, damit sie über einen Schieber zwischen die Substratplatte und die Belichtungsmaske ohne Durchhängen und ohne Verkratzen der Substratplatte oder Belichtungsmaske eingeschoben werden kann, eine beträchtliche Dicke aufweisen, welche wesentlich größer ist als derjenige Abstand zwischen Substratplatte und Belichtungsmaske, welcher während des Belichtungsvorganges gerade noch zulässig ist (bei zu großem Abstand zwischen Substratplatte und Belichtungsmaske ergeben sich unscharfe Belichtungen). Infolgedessen muß nach der Paralleleinstellung von Substratplatte und Belichtungsmaske durch entsprechende Axialbewegung des Keilfehlerkorrekturkopfes die Substratplatte von der Belichtungsmaske ausreichend weit entfernt werden, damit die Parallelisierlehre ohne Beschädigung der beidseitigen Oberflä-

chen von Substratplatte und Belichtungsmaske herausgezogen werden kann, wonach die Substratplatte erneut an die Belichtungsmaske bis zu der für die Belichtung erforderlichen geringen Distanz angenähert werden muß. Die hierzu erforderlichen Axialbewegungen des Keilfehlerkorrekturkopfes können jedoch nur mit einer verhältnismäßig geringen Geschwindigkeit gefahren werden, da in jedem Fall ein Aufschlagen der Substratplatte auf der Belichtungsmaske vermieden werden muß. Diese geringen Geschwindigkeiten wiederum bedingen einen sehr wesentlichen Zeitaufwand.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung einer gegenüber dem Stand der Technik verbesserten Parallelisierlehre, welche nur sehr kurze axiale Bewegungen des Keilfehlerkorrekturkopfes zwischen der Paralleleinstellung und der Belichtungsstellung erfordert. Erreicht wird dies durch die kennzeichnenden Merkmale des Patentanspruchs 1.

Durch den Erfindungsgedanken wird erreicht, daß die Foliensegmente kurz gehalten werden und aus sehr dünnem Material bestehen können, wobei die Materialdicke im Bereich des gewünschten Abstandes zwischen Substratplatte und Belichtungsmaske während des Belichtungsvorganges liegt, d. h. also im Bereich von 10—200 Mikron. Es erfordert einen wesentlich geringeren Zeitaufwand, nach der Paralleleinstellung die verhältnismäßig kurzen, radial nach innen verlaufenden Foliensegmente aus dem Zwischenraum zwischen Substratplatte und Belichtungsmaske herauszuführen, was eine erste Zeitersparnis bedingt. Eine zweite Zeitersparnis ergibt sich daraus, daß die kurzen Foliensegmente praktisch nicht durchhängen, so daß zum Herausbewegen der Foliensegmente der Keilfehlerkorrekturkopf mit der Substratplatte nur eine verhältnismäßig sehr kurze axiale Rückzugbewegung gegenüber der Belichtungsmaske auszuführen braucht. Eine dritte Zeitersparnis ergibt sich daraus, daß zum Erreichen der Belichtungsstellung nur der vom Keilfehlerkorrekturkopf vorangehend ausgeführte axiale Rückzugweg wieder kompensiert werden muß, da beim Erreichen desjenigen Abstandes zwischen Substratplatte und Belichtungsmaske, welcher bei der Paralleleinstellung und eingeführten Foliensegmenten vorlag, auch die Belichtung vorgenommen werden kann. Eine vierte Zeitersparnis ergibt sich daraus, daß, jedenfalls bei der Erstbelichtung der Substratplatte, der Belichtungsvorgang unmittelbar nach durchgeführter Paralleleinstellung erfolgen kann, wobei sich die Foliensegmente zwischen der Substratplatte und der Belichtungsmaske befinden, ohne daß ein Herausbewegen aus diesem Zwischenraum nebst entsprechenden Axialbewegungen des Keilfehlerkorrekturkopfes erforderlich ist.

Die Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes nach dem Patentanspruch 2 ergibt eine besonders günstige Betätigungseinrichtung für die als Parallelisierlehre dienenden Foliensegmente bei geringen Bauabmessungen, insbesondere in radialer Richtung.

Die Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes nach dem Patentanspruch 3 ergibt eine günstige raumsparende, gleichzeitig auf alle Folienelemente wirkende Betätigungseinrichtung. Die Patentansprüche 4—6 beinhalten Ausgestaltungen der Weiterbildung nach dem Patentanspruch 3.

Die Weiterbildung des Erfindungsgegenstandes nach dem Patentanspruch 7 ermöglicht einen leichten Austausch der die Parallelisierlehre bildenden Foliensegmente, sei es zum Zwecke des Austausches bei Beschädigungen, sei es zum Zwecke der Anpassung an unterschiedliche gewünschte Belichtungsabstände zwischen Substratplatte und Belichtungsmaske.

Die Erfindung ist nachstehend anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Ausführungsbeispiel eines eine erfindungsgemäße Parallelisierlehre enthaltenden Keilfehlerkorrekturkopfes, dessen oberer Teil nebst einer Auflage für eine Substratplatte ausführlich im Axialschnitt und dessen unterer Teil lediglich schematisch veranschaulicht ist, zusammen mit einer dem Keilfehlerkorrekturkopf zugeordneten Belichtungsmaske nebst Maskenträger, wobei Bestandteile der erfindungsgemäßen Parallelisierlehre bildende Foliensegmente in einer Ausschwenkstellung veranschaulicht sind,

F i g. 2 einen Schnitt längs der Linie H-II von F i g. 1,

F i g. 3 eine gegenüber F i g. 1 stark schematisierte Darstellung zur Veranschaulichung einer Einschwenkstellung der Bestandteile der Parallelisierlehre bildenden Foliensegmente zwischen der Belichtungsmaske und einer Substratplatte.

Der in F i g. 1 veranschaulichte Keilfehlerkorrekturkopf umfaßt eine Substratauflage 1 für eine kreisförmige Substratplatte 2. Selbstverständlich können jedoch auch bei entsprechender Gestaltung der Substratauflage 1 auch rechteckige oder quadratische Substratplatten 2 belichtet werden. Die Substratauflage 1 ist über mehrere versenkte, über den Umfang verteilte Schrauben 3 (von denen in F i g. 1 lediglich eine einzige gestrichelt angedeutet ist) mit einem zylindrischen Auslagenunterteil 4 verbunden, welches eine zentrale Bohrung 4a von einem gegenüber dem Außendurchmesser des Auflagenunterteils 4 wesentlich geringeren Durchmesser aufweist. Im axialen Erstreckungsbereich der Bohrung 4a ist das Auflagenunterteil 4 mit vier gleichmäßig über den Umfang verteilten radialen Schlitzen 5 versehen. Die obere Stirnfläche des Auflagenunterteils 4 ist mit einer flachen zylindrischen Ausnehmung 6 versehen, welche über eine Zuleitung 7 wahlweise mit Saug- oder Druckluft zu beaufschlagen ist. Die Substratauflage 1 weist eine Gruppe von über die Oberfläche verteilten Düsen 7 auf, um nach dem Auflegen einer Substratplatte 2 ein sattes Aufliegen durch Beaufschlagung mit Saugluft und nach beendetem Belichtungsvorgang ein leichtes Abheben durch Beaufschlagung mit Druckluft von geringem Überdruck zu gewährleisten.

In die zentrale Bohrung 4a des Auflagenunterteils 4 ist ein mit einem Flansch 8 versehener Stellzylinder 9 eingeführt, dessen axiale Länge geringer als diejenige der Bohrung 4a ist. Der Flansch 8 ist mittels mehrerer über den Umfang gleichmäßig verteilter, gestrichelt angedeuteter Schrauben 10 mit der unteren Stirnfläche des Auflagenunterteils verbunden. Der Stellzylinder 9 dient zur Aufnahme eines zentral in dem Korrekturkopf geführten Stellkolbens 11, der an seiner oberen Fläche eine Gruppe von vier radial nach außen verlaufenden Hubnocken 12 trägt. Auf den Hubnocken 12 sowie gegebenenfalls mit diesen sowie dem Stellkolben 11 in einem Stück ausgebildet ist ein Führungskolben 13 vorgesehen, welcher bei einer Aufwärtsbewegung des Stellkolbens 11 gemäß der Richtung eines Pfeiles Pi aus der in F i g. 1 veranschaulichten Grundstellung zum Eintritt in eine koaxiale zylindrische Führungsvertiefung 14 an der unteren inneren Stirnfläche des Auflagenunterteiles 4 bestimmt ist. Über eine Rückstellfeder 15 ist der Stellkolben 11 mit den Hubnocken 12 in die in F i g. 1 dargestellte Grundstellung vorgespannt. Über eine in dem Flansch 8 des Stellzylinders 9 verlaufende

Zuleitung 16 kann der Stellkolben 11 an seiner unteren Fläche mit Druckluft beaufschlagt werden.

Der Flansch 8 ist ein Bestandteil eines lediglich gestrichelt angedeuteten Kugelgelenkes 17, welches ermöglicht, daß die damit über den Flansch 8 sowie das Auflagenunterteil 4 starr verbundene Substratauflage 1 Kippbewegungen gegenüber einer von einem Maskenhalter 18 gehaltenen Belichtungsmaske 19 ausführen kann. Statt des Kugelgelenkes 17 kann auch eine Anzahl anderer Gelenkkonstruktionen verwendet werden, insbesondere eine kardanische Lagerung. Die Ausbildung des Gelenkes 17 stellt keinen Teil der vorliegenden Erfindung dar, desgleichen nicht eine zugehörige (nicht veranschaulichte) Fixiereinrichtung zum Feststellen des Gelenkes 17, nachdem eine Paralleleinstellung zwischen der Substratplatte 2 und der Belichtungsmaske 19 herbeigeführt wurde. Unterhalb des Gelenkes 17 ist eine (nicht veranschaulichte) vertikale Hubeinrichtung vorgesehen, welche eine axiale Annäherung der Substratauflage 1 nebst der darauf liegenden Substratplatte 2 gegen die Belichtungsmaske 19 hin bzw. von dieser weg ermöglicht.

Im unteren Teil der radialen Schlitze 5 ist, senkrecht zu dem jeweiligen Hubnocken 12 ausgerichtet, tangential zu der Korrekturkopfebene bzw. Ebene der Substratauflage 1 verlaufend je eine Schwenkachse 20 angeordnet. Jede Schwenkachse 20 lagert einen zugehörigen Klapparm 21, welcher über eine zugeordnete Blattfeder 22 radial nach innen gemäß der Richtung der Pfeile P2 vorgespannt ist. Alle Klapparme 21 liegen daher mit entsprechenden Schrägflächen in jeder Stellung des Stellkolbens 11 gegen die Hubnocken 12 an.

An der Außenfläche jedes Klapparmes 21 ist ein L-förmiger Folienstreifen 23 an seinem längeren Schenkel mittels Schrauben 24 befestigt. Der jeweils kürzere Schenkel eines Folienstreifens 23 ist radial nach innen zum Zentrum des Korrekturkopfes ausgerichtet und bildet ein Foliensegment 25. Die Dicke der Folienstreifen 23 liegt im Bereich zwischen 10 und 200 Mikron und entspricht vorzugsweise dem lichten Abstand zwischen den einander gegenüberliegenden Oberflächen der Substratplatte 2 sowie der Belichtungsmaske 19 während eines Belichtungsvorganges. Zumindest ist die Dicke der Foliensegmente 25 so zu wählen, daß ein auf der Oberfläche der Belichtungsmaske 19 befindliches Muster 26 aus kratzempfindlichem Material nicht durch eventuelle nach oben verlaufende Oberflächenvorsprünge der Substratplatte 2 beschädigt wird.

Zur Durchführung einer Belichtung an einer Substratplatte 2 wird ausgehend von der Betriebsstellung gemäß Fig. 1 der Stellkolben 11 mit Druckluft beaufschlagt, wodurch die Hubnocken 12 nach oben bewegt werden. Durch die Vorspannung der Blattfedern 22 wird jeder Klapparm 21 unter Beibehaltung der Anlage gegen die Hubnocken 12 radial nach innen gedrückt, bis die Foliensegmente 25 den Zwischenraum zwischen der Belichtungsmaske 19 und der Substratplatte 2 überdekken. Danach wird bei nicht fixiertem Gelenk 17 der

ίο gesamte Keilfehlerkorrekturkopf axial nach oben bewegt, bis die Substratplatte 2 über die Foliensegmente 25 gegen die Belichtungsmaske 19 anstößt. Diese Stellung ist in F i g. 3 schematisch veranschaulicht. Da die Foliensegmente 25 konstante Dicke aufweisen, ist damit auch eine genaue optische Paralleleinstellung zwischen der Substratplatte 2 und der Belichtungsmaske 19 herbeigeführt. Nunmehr kann das Gelenk 17 fixiert werden.

Für den weiteren Ablauf der Betriebsvorgänge kommt es darauf an, ob eine Erstbelichtung oder eine Folgebelichtung durchzuführen ist. Wenn eine Erstbelichtung durchgeführt werden soll, ist es zweckmäßig, die Dicke der Foliensegmente 25 so zu wählen, daß der durch die Foliensegmente 25 definierte Abstand zwischen der Belichtungsmaske 19 und der Substratplatte 2 dem für eine Abstandsbelichtung günstigsten Abstand in dem bereits vorangehend genannten Bereich von 10—200 Mikron entspricht. Die Tatsache, daß die Foliensegmente 25 gewisse Randflächenbereiche der Substratplatte 2 überdecken, ist unerheblich, da diese Randbereiche bei der späteren Verarbeitung der Substratplatte 2 ohnehin nicht verwertet werden können und weggebrochen werden. Wenn indessen die Dicke der Foliensegmente 25 nicht dem gewünschten Abstand für die Abstandsbelichtung der Substratplatte 2 entspricht, so wird nach der Fixierung des Gelenkes 17 der gesamte Keilfehlerkorrekturkopf gegenüber der Belichtungsmaske 19 geringfügig abgesenkt. Danach wird die Druckluftbeaufschlagung des Stellkolbens 11 weggenommen, worauf unter der Wirkung der Rückstellfeder 15 die Hubnocken 12 mit dem Stellkolben 11 entgegen der Richtung des Pfeiles PX nach unten gedrückt werden und hierbei die Klapparme entgegen der Richtung der Pfeile P2 radial nach außen auslenken, bis die Grundstellung von F i g. 1 erreicht ist. Alsdann kann der Keilfehlerkorrekturkopf unter Belassung der Fixierung des Gelenkes 17 wieder der Belichtungsmaske axial angenähert werden, bis der gewünschte lichte Abstand zwischen der Substratplatte 2 sowie der Belichtungsmaske 19 herbeigeführt ist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (7)

Patentansprüche:

1. Parallelisierlehre in einem Keilfehlerkorrekturkopf zur Paralleleinstellung einer Substratplatte zu der Ebene einer Belichtungsmaske mit einer Bewegungseinrichtung zum Einführen und Herausbewegen in den bzw. aus dem Zwischenraum von Substratplatte und Maske, gekennzeichnet durch zumindest drei über den Umfang des Keilfehlerkorrekturkopfes verteilte, radial nach innen verlaufende Foliensegmente (25), von denen jedes über die Bewegungseinrichtung in radialer Richtung bewegbar ist.

2. Lehre nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Foliensegmente (25) die jeweils kürzeren Schenkel von U-förmig gebogenen Folienstreifen (23) bilden, deren jeweils längerer Schenkel an je einem etwa vertikal verlaufenden, um je eine tangential zu der Korrekturkopfebene verlaufende Schwenkachse (20) tangential zu der Korrekturkopfebene verlaufende Schwenkachse (20) gelagerten Klapparm (21) befestigt ist, und daß die kürzeren Schenkel der Folienstreifen etwa radial nach innen zum Zentrum des Korrekturkopfes ausgerichtet sind.

3. Lehre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Klapparme (21) mittels eines zentral in dem Korrekturkopf geführten fluidbetätigten Stellkolbens (11) nebst einer von diesem angetriebenen, gegen die Innenflächen der Klapparme anliegenden Gruppe von radial nach außen verlaufenden Hubnocken (12) entgegen einer Vorspannung in eine radiale Ausschwenkstellung der Foliensegmente (25) beweglich sind.

4. Lehre nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (9) mit der Gruppe von Hubnocken (12) fest verbunden ist.

5. Lehre nach einem der Ansprüche 3, 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Stellkolben (11) nur von einer Seite her entsprechend einer Einschwenkstellung der Klapparme (21) nebst Foliensegmenten (25) beaufschlagbar (Zuleitung 16) und in der Gegenrichtung über eine Rückstellfeder (15) vorgespannt ist.

6. Lehre nach einem der Ansprüche 3—5, dadurch gekennzeichnet, daß die Klapparme (21) über je eine zugehörige Feder (Blattfeder 22) in die Einschwenkstellung vorgespannt sind.

7. Lehre nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die längeren Schenkel der Foliensegmente (23) mit den zugeordneten Klapparmen (21) an deren Außenfläche lösbar befestigt, vorzugsweise verschraubt, sind.