DE3118632C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Belichtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei einer derartigen Belichtungsvorrichtung, wie sie in der DE-OS 18 03 947 gezeigt ist, ist ein Tisch bzw. eine Tragvorrichtung entlang einer Führungsvorrichtung ver­ schieblich gelagert. Dabei besteht die Führungsvorrichtung für jede Richtung aus zwei in Fluchtung angeordneten, als Führungselemente dienenden Schienen, deren seitliche Ober­ flächen exakt eben sind. Auf jeder Schiene ist eine Lager­ vorrichtung in Form eines Bügels verschiebbar angeordnet, die am Tisch angebracht ist. In dem Bügel sind Luftlager ausgebildet, die eine Seite des Bügels gegen eine seit­ liche Oberfläche der Schiene drücken. Auf diese Weise ist gewährleistet, daß jeder Bügel bei Verschiebung des Ti­ sches sich in Anlage mit der seitlichen, als Führungsflä­ che dienenden Oberfläche der Schiene befindet, so daß die Verschiebungsbahn sehr genau definiert werden kann. Eine derartige Belichtungsvorrichtung weist allerdings den Nachteil auf, daß jede Schiene mit nur sehr geringen Fertigungstoleranzen gefertigt sein muß, wodurch die Her­ stellungskosten sehr hoch sind. Darüber hinaus müssen die Schienen exakt gegeneinander ausgerichtet werden, was nachteilig hinsichtlich der Montage und der damit verbun­ denen Kosten ist, da ansonsten Ungenauigkeiten in der Führung des Tisches auftreten, die zu Abbildungsfehlern der Belichtungsvorrichtung führen können.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Belich­ tungsvorrichtung zu schaffen, bei der für die Tragvorrich­ tungen in einfacher Weise eine sehr präzise Führung er­ zielbar ist.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Merkmale im kennzeichnenden Teil des Patentanspruchs 1 gelöst.

Erfindungsgemäß sind ein erstes und ein zweites Führungs­ element, beispielsweise in Form von Schienen, vorgesehen, die über Luftlager mit ersten bzw. zweiten geführten Ele­ menten in Eingriff stehen. Da das Luftlager zwischen dem ersten Führungselement und dem ersten geführten Element mit einer wesentlich größeren Steifigkeit als das Luftla­ ger zwischen dem zweiten Führungselement und dem zweiten geführten Element ausgebildet ist, bestimmt das erste Führungselement im wesentlichen die Verschiebungsbahn. Es wird deshalb mit sehr hoher Präzision gefertigt. Das Luftlager zwischen dem zweiten Führungselement und dem zweiten geführten Element dient im wesentlichen lediglich als Auflager und nur in sehr geringem Maße als Führung und gestattet es aufgrund seiner relativ geringen Steifigkeit, daß die zu bewegende Tragvorrichtung exakt dem mit hoher Präzision gefertigten ersten Führungselement folgt. Auf diese Weise ist nicht nur der Herstellungsaufwand wesent­ lich verringert, indem nur ein Element mit hoher Präzision herzustellen ist, sondern auch die Montage ist wesentlich erleichtert, da eine gegenseitige Ausrichtung des ersten und des zweiten Führungselementes mit normaler bzw. üb­ licher Genauigkeit ausreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausfüh­ rungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 zeigt die Anordnung der optischen Elemente eines ersten Ausführungs­ beispiels der Belichtungsvorrichtung in schematischer Darstellung.

Fig. 2 ist eine Außenansicht der Belichtungsvorrichtung.

Fig. 3 zeigt einen Schnitt der in Fig. 2 gezeig­ ten Belichtungsvorrichtung.

Fig. 4 und 5 sind Ansichten von Versetzungsmechanis­ men und

Fig. 6 zeigt einen Schnitt einer Belichtungsvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbei­ spiel.

Gemäß Fig. 1 umfaßt ein Beleuchtungssystem 1 längs der optischen Achse einen sphärischen Spiegel 3, eine Quecksilber-Lichtbogenlampe 4 als Lichtquelle, eine Linse 5, einen 45°-Umlenkspiegel 6 und eine Linse 7. Das Beleuchtungssystem 1 ist ferner mit einem Filter 2 zur Unterdrückung bestimmter Lichtkomponenten versehen, das während der Ausrichtung einer Vorlage 8 und eines zu belichtenden Materials 10 in den Strahlengang des Beleuchtungssystems 1 einsetzbar ist.

Die in einer oberen horizontalen Ebene angeordnete Vorlage 8 in Form einer Maske wird mittels eines in Fig. 1 nicht gezeigten Vorlagenträgers in bekannter Art gehalten. Ein optisches Abbildungs­ system 9 zum Erzeugen eines Bildes der Vorlage 8 auf dem zu belichtenden Material 10, beispielsweise einem Halbleiter-Plättchen, weist zwei 45°-Umlenkspiegel 11 und 12, einen Konvexspiegel 13 und einen Konkavspiegel 14 auf. Der Konvexspiegel 13 und der Konkavspiegel 14 sind auf einer gemeinsamen optischen Achse 15 angeordnet, die zu der obe­ ren und einer unteren horizontalen Ebene parallel ist. Die Einzelheiten des Abbildungs­ systems 9 sind in der japanischen Patentveröffentlichung Sho 48-12 039 beschrieben, so daß sie daher hier nicht erläutert werden.

Das zu belichtende Material 10 ist mittels eines bekannten Trägers gehalten, der in X-Rich­ tung, Y-Richtung und R-Richtung fein einstellbar ist.

In den Strahlengang zwischen der Linse 7 und der Vorlage 8 kann bei der Ausrichtung ein optisches Mikroskop­ system 16 eingesetzt werden, um festzustellen, ob die Vorlage 8 und das zu belichtende Material 10 ein bestimmtes gegenseitiges Lageverhältnis haben. Falls dies nicht zutrifft, kann das bestimmte Lageverhältnis durch Verschiebung des zu belichtenden Materials 10 relativ zur Vorlage 8, mittels entsprechen­ der Feineinstellvorrichtungen erreicht werden.

Fig. 2 zeigt einen Lampenkasten 20, der das in Fig. 1 gezeigte optische Beleuchtungssystem 1 aufnimmt, eine Einheit 21, die das optische Mikroskop­ system 16 enthält und die längs der in Fig. 1 gezeigten optischen Achse 15 verschiebbar ist, einen Vorlagenträger 22, einen Träger 23 für das zu belichtende Material 10, Verbindungsglieder 24, die die Träger 22 und 23 verbinden, jedoch eine geringfügige Verstellung des Trä­ gers 23 in bezug auf die Verbindungsglieder 24 erlauben, und Arme 25, die ein erstes und ein zweites geführtes Element bilden und an den Verbindungsgliedern 24 befestigt sind. Die Arme 25 sind über Fluidlager an ersten und zweiten Führungs­ elementen 26 so gelagert, daß der Vorlagenträger 22 und der Träger 23 längs der Füh­ rungselemente 26 als eine Einheit und horizontal geradlinig versetzbar sind. Ein Gehäuse 27 enthält das das optische Abbil­ dungssystem 9 und es sind des weiteren ein Sockel 28, eine Drehplatte 29 und eine automatische Zuführvorrichtung 30 vorgesehen, mittels der das zu belichtende Material 10 automatisch über die Drehplatte 29 dem Träger 23 zugeführt werden kann.

Gemäß Fig. 3 werden die Arme 25 mit Hilfe von Luftlagern im Schwebezustand gehalten, wobei Luftkissen 31 mit einer nicht gezeigten Druckluftquelle verbunden sind und eine Druckluftströmung abgeben. Der gemäß Fig. 3 rechte Arm 25, der das erste geführte Element bildet, ist oben, unten und an den Seiten mit sechs Luftkissen 31 versehen, die ein in alle Richtungen begrenzendes bzw. wirksames Luftlager bilden, während der gemäß Fig. 3 linke Arm 25, der das zweite geführte Element bildet, Luftkissen 31 an der Oberseite und der Unterseite versehen ist, die ein in Vertikaltrichtung begrenzendes bzw. wirksames Luftlager bilden.

Dementsprechend hat im Vergleich zu dem Luftlager an dem rechten Arm das Luftlager an dem linken Arm sowohl in vertikaler Richtung als auch in seitlicher Richtung eine geringere Steifigkeit bzw. Festigkeit.

Die Fig. 4 und 5 zeigen den Mechanismus für die Verschiebung des Vorlagenträgers 22 und des Trägers 23 längs der Führungselemente 26. Der Vorlagen­ träger 22 und der Träger 23 sind mittels eines Gewichts 32 gemäß Fig. 4 nach links vorgespannt. Zum Verschieben wirkt auf dem Träger 23 ein Stellstab 33 über eine Stellrolle 34 ein. Ferner sind eine erste Führungsrolle 35 und eine zweite Führungsrolle 36 vorgesehen, die mittels einer Feder 37 in Richtung der Stell­ rolle 34 vorgespannt ist.

Die Stellrolle 34 wird mittels eines in der Fig. 5 gezeigten Motors 38 angetrieben, dessen Drehung über eine Riemenscheibe 39, ein Schneckenrad 40 und ein Zahn­ rad 41 übertragen wird und dessen Drehgeschwindigkeit mittels einer magnetischen Skala 42, die zur Lageer­ mittlung an dem Vorlagenträger 22 bzw. dem Träger 23 angebracht ist, und mittels eines codierenden Dreh­ gebers 43 gesteuert wird.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Belichtungsvorrichtung erläutert:

Zunächst erfolgt die gegenseitige Ausrichtung der Vorlage 8 und des zu belichtenden Materials 10. Bei dieser Ausrichtung wird das Filter 2 in das Beleuchtungs­ system 1 eingesetzt, so daß mit nicht Beleuchtungswirksamen Licht über die Linsen 5 und 7 auf der Vorlage 8 ein sektorförmiges Bild der Lichtquelle 4 erzeugt wird. Ferner wird zwischen die Linse 7 und die Vorlage 8 das Mikroskopsystem 16 eingefügt. Die Ausrichtung wird dadurch erzielt, daß über das Mikroskopsystem 16 Richtmarken der Vorlage 8 und des zu belichtenden Materials 10 beobachtete werden und der Träger 23 so verschoben wird, daß die Richtmarken in Übereinstimmung kommen. Nach Abschluß des Ausrichtens werden das Filter 2 und das Mikroskopsystem 16 aus dem Strahlengang zurückgezogen, während zugleich die Lichtquelle 4 ausgeschaltet oder mittels einer nicht gezeigten Verschlußvorrichtung abgeschirmt ist. Darauf­ folgend wird die Lichtquelle 4 eingeschaltet oder die Verschlußvorrichtung geöffnet, um ein sektorförmiges Bild der Lichtquelle 4 an der Vorlage 8 zu erzeugen, wodurch über das Abbildungssystem 9 der auf diese Weise beleuchtete Teilbereich der Vorlage 8 auf dem zu belichtenden Material 10 abgebildet wird. In diesem Zustand wird der Motor 38 eingeschaltet, um mit konstanter Ge­ schwindigkeit den Stellstab 33 zu verschieben, wodurch der Vorlagenträger 22 und der Träger 23 längs der Führungselemente 26 versetzt werden. Trotz eventueller Mängel hinsichtlich der Genauigkeit des gemäß Fig. 3 linken Führungselementes 26 er­ folgt dieses Versetzen ohne Neigung in Längs- oder Querrichtung, da das dem linken Führungselement entsprechende Luftlager eine geringe Steifigkeit hat, während das Luftlager an der rechten Seite eine höhere Steifigkeit hat und das rechte Führungselement 26 mit ausreichender Genauigkeit ausgebildet ist. Auf diese Weise wird durch die Versetzung nach und nach das ganze Bild der Vorlage 8 auf das zu belichtende Material 10 projiziert.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel wird die Steifigkeit eines Luftlagers dadurch gestei­ gert, daß die Anzahl seiner Luftkissen erhöht wird. Es ist aber auch möglich, statt durch Änderung der Anzahl der Luftkissen die Steifigkeit durch Erhöhung des Drucks der aus den Luftkissen strömenden Luft zu steigern. Ferner ist es möglich, anstelle der Vorlage und des zu belichtenden Materials des Abbildungssystems zu versetzen.

Die Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel der Belichtungsvorrichtung, bei dem zwischen den Armen bzw. den geführten Elementen eine Dämpfungs- und Kompensationsvorrichtung so angeordnet ist.

Die Dämpfungs- und Kompensationsvorrichtung kann aus einer Kugelfassung, die eine Pufferwirkung in alle Richtungen ergibt, einem in nur einer Richtung wirkenden Lager oder einem ver­ schiebbaren Gelenk gebildet sein und fängt vertikale und/oder horizontale Schwankungen ab, die von einem Führungselement geringerer Genauigkeit hervorgerufen werden. Dadurch kann das Abbil­ dungssystem 9 und/oder der Vorlagenträger 22 und der Träger 23 mit hinreichender Genauigkeit längs der Führungselemente 26 versetzt bzw. verschoben werden, ohne daß eine Neigung in Längs- oder Querrichtung auftritt.

Bei dem in Fig. 6 gezeigten Ausführungsbeispiel ist der linke Arm 25 mit einer Kugelfassung 50 versehen. Daher wird von der Kugelfassung 50 eine eventuell durch mangelhafte Genauigkeit des linken Führungselementes 26 verur­ sachte Schwankung abgefangen und führt nicht zu einer Neigung in Längs- oder Querrichtung, da das linke Luft­ lager mit den Luftkissen 31 eine geringe Steifigkeit hat, während das rechte Luftlager hohe Steifigkeit hat und das rechte Führungselement 26 ausreichend genau ausgebildet ist.

Claims (3)

1. Belichtungsvorrichtung, mit einem Vorlagenträger, einem Abbildungssystem, einem Träger für ein zu belichtendes Material und einer Führungsvorrichtung zur Relativver­ schiebung des Vorlagenträgers und/oder des Trägers für das zu belichtende Material bezüglich des Abbildungssystems, wobei die Führungsvorrichtung zumindest ein erstes und ein zweites geradliniges Führungselement aufweist, die über Luftlager mit ersten bzw. zweiten geführten Elementen in Eingriff stehen, dadurch gekennzeichnet, daß das Luftlager (31) zwischen dem ersten Führungselement (26) und dem ersten geführten Element (25) mit einer wesentlich größeren Steifigkeit als das Luftlager (31) zwischen dem zweiten Führungselement (26) und dem zweiten geführten Element (25) ausgebildet ist.

2. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das Luftlager (30) zwischen dem ersten Füh­ rungselement (26) und dem ersten geführten Element (25) ein in alle Richtungen wirksames Luftlager und das Luftla­ ger (31) zwischen dem zweiten Führungselement (26) und dem zweiten geführten Element (25) ein in vertikaler Richtung wirksames Luftlager ist.

3. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem ersten geführten Element (25) und dem zweiten geführten Element (25) eine Dämpfungs- und Kompensationsvorrichtung (50) angeordnet ist.