DE3706327C2 - Bewegliche Verbundtischanordnung für die fotolithografische Herstellung - Google Patents
Bewegliche Verbundtischanordnung für die fotolithografische HerstellungInfo
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Description
Die Erfindung bezieht sich auf eine bewegliche
Verbundtischanordnung für die fotolithographische
Herstellung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs
1.
Nachfolgend soll der Stand der Technik erläutert
werden.
Bei der Herstellung einer integrierten Halbleiterschaltung
wird ein lithographisches Verfahren oder eine
lithographische Anordnung verwendet. Hierbei wird in
Übereinstimmung mit einem Schaltungsmuster eine mit
einem Photolack überzogene Scheibe (Wafer) belichtet
und das Schaltungsmuster entwickelt. Die lithographische
Anordnung muß in der Lage sein, die Positionierung mit
einer hohen Genauigkeit in der Größenordnung von 0,1 µm
vorzunehmen, und zwar infolge des Trends einer höheren
Integration der integrierten Halbleiterschaltung.
Es ist schwierig, mit einer herkömmlichen beweglichen
Tischanordnung, bei der ein Bewegungstisch lediglich
mit Hilfe einer Vorschubspindel bewegt wird, die
Positionierung mit der gewünschten hohen Genauigkeit zu
erreichen. Aus diesem Grunde hat man bereits daran ge
dacht, einen mit einer Schraubenspindel bewegbaren
Tisch als Grobeinstelltisch zu verwenden und auf dem
Grobeinstelltisch ein Feineinstellbett so anzuordnen,
daß es winzige Bewegungen ausführen kann. Die absolute
Position des Feineinstellbetts kann mit einem Laser
meßinstrument gemessen werden, und irgendeine Abwei
chung oder ein Fehler in der Bewegung des Grobeinstell
tisches soll dann durch eine winzig kleine Verschiebung
des Feineinstellbetts korrigiert werden, um eine prä
zise Positionierung zu erreichen.
Das lithographische Verfahren beinhaltet im allge
meinen ein projektionsphotolithographisches Verfahren.
Bei dem projektionsphotolithographischen Verfahren
handelt es sich um ein sogenanntes Repetierverfahren
(step-and-repeat), bei dem ein kleines integriertes
Schaltungsmuster mehrmals aufeinanderfolgend einzeln
auf einer Scheibe (Wafer) entwickelt wird. Es ist
daher erforderlich, die Parallelität aufrecht zu er
halten und die Positionierung der Lichtempfangsfläche
auf der Scheibe mit hoher Genauigkeit auszuführen. Im
einzelnen geht es somit darum, die Parallelität und
die Positionierung der Oberseitenfläche des Tisches,
auf der die Scheibe angebracht ist, mit höchster
Präzision und Genauigkeit aufrecht zu erhalten.
Bewegliche Verbundtische sind beispielsweise in
der japanischen Gebrauchsmuster-Offenlegungsschrift
Nr. 58-1 96 834 und in der US-PS 45 61 815 beschrieben.
Die Offenbarung in der japanischen Gebrauchsmuster-
Offenlegungsschrift Nr. 58-1 96 834 umfaßt im einzelnen
eine ganz obenliegende Z-Achsen-Konstruktion mit einem
Z-Achsen-Tisch in der obersten Tisch-Etage, wie in
Fig. 2 dargestellt, und eine ganz untenliegende Z-
Achsen-Konstruktion mit einem Z-Achsen-Tisch in der
untersten Tisch-Etage. Beide Tischarten verwenden ein
Schrägvorschubsystem, bei dem eine schräge oder geneigte
Oberfläche verwendet wird, um den Tisch in der Z-Achsen
richtung zu verschieben. Im einzelnen wird ein Z-Schlitten
längs der schrägen Oberfläche verschoben, um eine Bewe
gung in der Z-Achsenrichtung hervorzurufen.
Die herkömmlichen Konstruktionen mit oben und
unten liegendem Z-Tisch haben jedoch Nachteile. Da bei
der Konstruktion mit dem oben liegenden Z-Achsen-Tisch
der Z-Schlitten auf der oberen Oberfläche eines X,Y-
Schlittens montiert ist, drückt das Gewicht des Z-
Schlittens auf den X,Y-Schlitten, und zwar mit dem
Ergebnis, daß der X,Y-Schlitten zur Zeit seines Betriebs
eine erhöhte Trägheitsmasse aufweist. Der Betriebs
geschwindigkeit sind daher Grenzen gesetzt. Da die Be
lastung auf einem Tragabschnitt des X,Y-Schlittens
groß ist, muß der X,Y-Schlitten eine erhöhte Festigkeit
und Stärke haben. Die Folge davon ist, daß der X,Y-
Schlitten groß und schwer wird. Es ist daher nicht mög
lich, den Bewegungstisch in einer kleinen und leichten
Bauweise auszuführen. Da der X,Y-Schlitten als separates
Bauteil ausgebildet ist und die Stütz- oder Tragab
schnitte unabhängig voneinander sind, ist es notwendig,
die X,Y-Bewegungsebene parallel zur Oberseitenfläche
des Z-Schlittens zu machen. In diesem Fall besteht
allerdings die Neigung, daß bei einem Betrieb des X,Y-
Schlittens ein Fehler in der Z-Richtung hervorgerufen
wird. Es tritt daher das Problem auf, daß diese Kon
struktion bei lithographischen Verfahren und dergleichen
nicht verwendet werden kann, bei denen eine strenge
Parallelität unabdingbar ist.
Bei der Konstruktion mit unten liegendem Z-Achsen-
Tisch ist der X,Y-Schlitten auf dem Z-Schlitten mon
tiert. Der Betrieb des X,Y-Schlittens und der Betrieb
des Z-Schlittens können unabhängig voneinander vorge
nommen werden. Wendet man die X,Y,Z-Schlitten bei
einem lithographischen Verfahren an, bezweckt der Be
trieb des Z-Schlittens die Einstellung der Fokussie
rung. Da in der Z-Richtung ein häufiger Betrieb nicht
erforderlich ist, hat die Anordnung des X,Y-Schlittens
auf dem Z-Schlitten den Vorteil, daß Trägheitsein
flüsse eliminiert werden können. Da jedoch sowohl der
Z-Schlitten als auch der X,Y-Schlitten, der auf dem
Z-Schlitten montiert ist, mit schräg zulaufender Ge
stalt hergestellt werden müssen, ist es nach wie vor
schwierig, eine strenge Parallelität aufrecht zu er
halten.
Sowohl bei der oben liegenden Z-Achsen-Konstruk
tion als auch bei der unten liegenden Z-Achsen-Konstruk
tion wird die Bewegung in der Z-Achsenrichtung dadurch
erreicht, daß der Z-Schlitten in horizontaler Richtung
verschoben wird. Da der Z-Schlitten und der Tisch, auf
dem der Z-Schlitten in der Z-Richtung beweglich mon
tiert ist, an ausgebildeten Schrägflächen miteinander
in Berührung stehen, tritt das Problem auf, daß mit
wachsender Präzision der sich berührenden Oberflächen
und mit zunehmender Verminderung der Rauhigkeit dieser
Oberflächen der Gleitreibungswiderstand größer wird.
Man benötigt daher relativ hohe Kräfte, um den Z-Schlit
ten zu bewegen. Außerdem besteht die Neigung, daß es
zu einem sogenannten Stick-Slip oder ruckenden Gleiten
kommt. Diese Nachteile treten besonders deutlich bei
der unten liegenden Z-Achsen-Konstruktion auf, bei der
der X,Y-Schlitten auf dem Z-Schlitten montiert ist.
Zur Lösung der angesprochenen Problematik kann
man es in Betracht ziehen, eine in der US-PS 45 61 815
beschriebene Werkzeugmaschineneinstelleinrichtung für
den Z-Richtungspositionseinstellmechanismus zu verwen
den. Dort ist ein Oberschlitten mit Hilfe von Kugel
lagern auf einem keilförmigen Bauteil angeordnet, dessen
Oberseite eine horizontal verlaufende Fläche darstellt.
Das keilförmige Bauteil kann mit Hilfe einer Schrauben
spindel in Horizontalrichtung verschoben werden, die
von einem Schrittmotor drehbeweglich angetrieben wird,
der am Oberschlitten angebracht ist. Auf diese Weise
ist es möglich, den Oberschlitten in der Z-Richtung
anzuheben oder abzusenken. Da jedoch bei dieser Kon
struktion der Schrittmotor am Oberschlitten befestigt
ist, werden Vibrationen, die beim Betrieb des Schritt
motors erzeugt werden, direkt auf den Oberschlitten
(Z-Tisch) übertragen. Es ist daher schwierig, eine
Positionierung in einem Bereich vorzunehmen, der
größenordnungsmäßig im Sub-Mikrometer-Bereich liegt,
wie es für lithographische Verfahren erforderlich ist.
Nun wird aber nach Fig. 2 der US-PS 45 61 815
bereits in Betracht gezogen, den Schrittmotor am Werk
zeugmaschinenrahmen anzubringen. In diesem Fall befin
det sich aber der X,Y-Bewegungstisch auf dem keilför
migen Bauteil, dessen Oberseitenfläche nunmehr eine
Schrägfläche ist. Wird der auf dem keilförmigen Bau
teil angeordnete X,Y-Bewegungstisch in der X- und Y-
Richtung bewegt, kommt es gleichzeitig auch zu einer
Verschiebung des X,Y-Tisches in der Z-Richtung. Dies
bedeutet, daß im Anschluß an eine Bewegung in der X-
und Y-Richtung eine Positionsabweichung in der Z-Rich
tung auftritt. Darüber hinaus entsteht eine neue
Schwierigkeit dadurch, daß die zwischen dem keilförmi
gen Bauteil und dem Oberschlitten angeordneten Kugel
lager während der Benutzung auf der Schrägfläche nach
unten verschoben werden. Ein glatter ruckfreier Betrieb
des keilförmigen Bauteils kann daher nicht garantiert
werden. Obgleich das Ausmaß der Verschiebung der Kugel
lager aufgrund der Bewegung des keilförmigen Bauteils
in Abwärtsrichtung gering ist, kommt es dennoch bei
längerer Benutzungsdauer zu einer beachtlichen Verschie
bung, da sich die einzelnen Verschiebungen akkumulieren.
Wie bereits erwähnt, wird bei der Projektions
photolithographie die Repetiertechnik angewendet, gemäß
der ein integriertes Schaltungsmuster auf einer Scheibe
(Wafer) jeweils einzeln aufeinanderfolgend entwickelt
wird. Ist eine Überlappung der Schaltungsmuster nicht
beabsichtigt, sind für ein einziges Scheibengebilde
mehrere hundert Positionierungen erforderlich. Die für
die Positionierungen aufgewandte Gesamtzeit ist daher
groß. Zur Verbesserung der Effizienz des Belichtungs
verfahrens ist es notwendig, die Positionierungsvor
gänge in relativ kurzer Zeit vorzunehmen.
Der obigen Bedingung wird bereits durch ein
Gerät Rechnung getragen, das in der japanischen Ge
brauchsmuster-Offenlegungsschrift Nr. 58-105604 be
schrieben ist. Bei diesem Gerät ist ein Feineinstellbett
auf einem Grobeinstelltisch federnd angeordnet. Ein
viscoses Fluid ist zwischen einem im Feineinstellbett
ausgebildeten Vibrationsdämpfungsabschnitt und einer am
Grobeinstelltisch vorgesehenen Auflageoberfläche vor
gesehen. Mit dieser Konstruktion sollen auftretende
Vibrationen gedämpft werden.
Zugegebenermaßen hat das so ausgebildete Gerät
den Vorteil, daß durch das viscose Fluid hoher Visko
sität, das zwischen die Dämpfungsoberfläche des Dämp
fungsabschnitts und die Auflageoberfläche des Grob
einstelltisches eingefüllt ist, Vibrationen wirksam
gedämpft werden, die im Feineinstellbett verursacht
werden, wenn der Grobeinstelltisch mit hohen Geschwin
digkeiten bewegt wird. Dadurch ist eine Positionierung
mit hohen Geschwindigkeiten möglich. Allerdings ist
der Vibrationsdämpfungsabschnitt in das viscose Fluid
eingetaucht. Erhöht man zur besseren Dämpfung der
Vibrationen die Viskosität des viscosen Fluids macht
sich allerdings ein störender Bewegungswiderstand
bemerkbar. Dieser Bewegungswiderstand wird verursacht
durch Kompression des viscosen Fluids durch eine Sei
tenwand des Vibrationsdämpfungsabschnitts und wird ins
besondere dann sehr groß, wenn das Feineinstellbett
durch einen Bewegungsmechanismus, wie einen Elektro
magneten oder dergleichen, geringfügig bewegt oder
verschoben wird. Der angesprochene Bewegungswiderstand
ist sehr störend, da er der Bewegung des Feineinstell
betts entgegensteht. Um eine glatte und ruckfreie
Bewegung des Feineinstellbetts sicherzustellen, ist
es infolge des sonst auftretenden hohen Bewegungs
widerstands erforderlich, die Viskosität des viscosen
Fluids beträchtlich herabzusetzen. Darunter leidet
aber der Dämpfungseffekt gegenüber Vibrationen. Ungelöst
bleibt daher das Problem, wie man gleichzeitig eine
glatte ruckfreie Bewegung des Feineinstellbetts und
eine hinreichend gute Dämpfung der Vibrationen er
zielen kann.
Beim Stand der Technik ist die Projektionsphoto
lithographie in den Herstellungsprozeß der integrierten
Halbleiterschaltungen einbezogen. Bei diesem Herstel
lungsprozeß wird auf einer Scheibe (Wafer) ein Schal
tungsmuster durch Belichtung übertragen und entwickelt.
Im allgemeinen ist es so, daß der lithographische Vor
gang mit Hilfe eines Geräts ausgeführt wird, das aus
schließlich für eine Scheibe (Wafer) mit bestimmten
Abmessungen verwendet wird.
Da die Größe der auf einer Spannvorrichtung auf
zubringenden Scheibe (Wafer) gleichbleibend ist, hat
in der oben beschriebenen Anordnung auch ein Scheiben
halterungsabschnitt einer Ladevorrichtung zum Laden
der Scheibe auf die Spannvorrichtung stets dieselben
Abmessungen. Ein Austausch der Spannvorrichtung zum
Belichten einer Scheibe mit einer anderen Scheibengröße
kommt selten vor. Die Spannvorrichtung ist daher am
X,Y-Tisch fest angebracht, beispielsweise mit Hilfe
von Bolzen.
Bei einer Anordnung der beschriebenen Art ist
somit die Spannvorrichtung zur Halterung eines zu
bearbeitenden Teils, beispielsweise wie einer zu be
lichtenden Scheibe oder dergleichen, mittels Bolzen am
Bewegungstisch fest angebracht. Solange die lithographi
sche Anordnung ausschließlich in einem Massenproduk
tionsverfahren für eine einzige, fest vorgegebene
Scheibengröße verwendet wird, gibt es keine Schwierig
keiten. Soll jedoch das Gerät als Mehrzweckgerät dienen,
beispielsweise zum Erproben einer Produktionsserie oder
für Experimente, sind im allgemeinen die zu bearbeiten
den Bauteile von unterschiedlicher Größe. So können
die zu belichtenden Scheiben unterschiedliche Abmes
sungen haben, beispielsweise in einem Bereich von 5 bis
15 cm. Will man ein zu bearbeitendes Bauelement kleiner
Größe auf der am Bewegungstisch montierten Spannvorrich
tung aufspannen, benötigt man eine Ladevorrichtung, die
der Größe des benutzten Bauelements angepaßt ist.
Tauscht man somit die Spannvorrichtung nicht gegen
eine Spannvorrichtung aus, die der Bauelement- oder
Scheibengröße angepaßt ist, ist es unmöglich, das Bau
element oder die Scheibe mit der Ladevorrichtung zu
laden. Da bei der herkömmlichen Litographie die Spann
vorrichtung am Bewegungstisch mittels Bolzen befestigt
ist, ist der Austausch der Spannvorrichtung ein müh
seliger und langwieriger Vorgang. Nachteilig ist auch,
daß beim Entfernen und Festziehen der Bolzen störende
Abriebteilchen erzeugt werden. Daüber hinaus besteht
die Gefahr, daß es zu Abweichungen in der Parallelität
bezüglich der Montagefläche der Spannvorrichtung kommt,
auf welcher Montagefläche das zu bearbeitende Bauele
ment bzw. die zu belichtende Scheibe zu haltern ist.
Die Erfindung will bezüglich der oben geschilderten
Problematik Abhilfe schaffen. Ausgehend von einer beweglichen
Verbundtischanordnung für die fotolithographische
Herstellung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1
liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit
der Parallelität und der Positionierung mit hoher
Genauigkeit beizubehalten, selbst wenn der Tisch mit
hohen Geschwindigkeiten bewegt wird, und die Positionierung
innerhalb einer kurzen Zeit und mit hoher Geschwindigkeit
zu erreichen, und zwar unter Sicherstellung sowohl
einer glatten und ruckfreien Bewegung des Z-Tisches
in der X- und Y-Richtung als auch einer guten Dämpfung
auftretender Vibrationen.
Diese Aufgabe wird durch die kennzeichnenden Merkmale
des Patentanspruchs 1 gelöst. Die erfindungsgemäße Lösung
gestattet es, daß der Z-Tisch vollkommen unabhängig von
einer Einstellbewegung in der X- und/oder Y-Richtung in
der Z-Achsenrichtung eingestellt werden kann, bzw. eine
in der X- und/oder Y-Richtung erfolgte Einstellung nicht
durch eine Einstellung in der Z-Richtung gestört wird und
umgekehrt. Die Vibrationsdämpfungsmittel sind derart vorgesehen,
daß Vibrationen des Z-Richtungspositionseinstellmechanismus
während ihres Antriebs nicht direkt oder unmittelbar
auf den Z-Tisch übertragen werden. Gleichzeitig
ist es möglich, irgendwelche Abweichungen bezüglich der
Parallelität des Z-Tisches zu vermeiden und die Positionierung
mit sehr hoher Genauigkeit vorzunehmen. Da die Vibrationsdämpfungsmittel
zwischen dem in der X- und Y-Richtung
beweglichen Z-Tisch und dem Basisbett vorgesehen sind,
kommt es zu einer schnellen Dämpfung von Vibrationen, die
im Z-Tisch infolge der Bewegung des Grobeinstelltisches
mit hohen Geschwindigkeiten hervorgerufen werden.
Bevorzugte Weiterbildungen und zweckmäßige Ausgestaltungen
der Erfindung sind in Unteransprüchen gekennzeichnet.
Insbesondere ist nach dem Patentanspruch 8
auf dem Z-Tisch ein Spannvorrichtungshalterungsteil
vorgesehen, das durch Ansaugen bzw. durch
Erzeugen eines Unterdrucks zum Haltern einer Spannvorrichtung
dient, die ihrerseits durch Ansaugen
oder durch Erzeugen von Unterdruck ein zu bearbeitendes
Bauelement aufspannt, beispielsweise eine zu belichtende
Scheibe (Wafer) oder dergleichen. In den aneinandergrenzenden
Oberflächen der Spannvorrichtung und
des Spannvorrichtungshalterungsteils ist vorzugsweise
eine Ausnehmung vorgesehen, die mit einer Gasabsaugvorrichtung
verbunden werden kann. Auf diese Weise ist
es möglich, die Spannvorrichtung mit einer gleichförmigen
Saugkraft fest zu haltern. Da der innere Spannungszustand
der Spannvorrichtung gleichförmig ist, ist
eine Deformation der Spannvorrichtung infolge einer
äußeren Kraft gleichförmig und es kommt nicht zu
irgendwelchen Verwerfungen und dergleichen während der
Zeit der Halterng der Spannvorrichtung. Darüber hinaus
kann bedingt durch die Größe des mittels der Spannvorrichtung
zu halternden Bauelements die Spannvorrichtung
ohne weiteres leicht ausgetauscht werden. Vorteilhaft
ist auch, daß durch die Art der Halterung der
Spannvorrichtung keine Abriebteilchen hervorgerufen
werden. Es besteht daher auch keine Gefahr, daß die
Parallelität der Halterungs- oder Montagefläche der
Spannvorrichtung gestört wird.
Im folgenden wird die Erfindung an Hand von
Zeichnungen beispielshalber erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 eine schematische, teilweise als Block
schaltbild dargestellte Anordnung, bei der es sich um
ein Ausführungsbeispiel einer Projektionsphotolithogra
phie handelt, auf die die Erfindung angewendet werden
kann,
Fig. 2 eine schematische perspektivische Ansicht
eines Ausführungsbeispiels der Erfindung,
Fig. 3 eine perspektivische Zusammenbauansicht
des Ausführungsbeispiels der Erfindung nach Fig. 2,
Fig. 4 eine Ansicht von oben auf eine Tischetage,
Fig. 5 eine Schnittansicht längs einer Linie
V-V in Fig. 4,
Fig. 6 eine Schnittansicht längs einer Linie
VI-VI in Fig. 4,
Fig. 7 eine Schnittansicht längs einer Linie
VII-VII in Fig. 5, und
Fig. 8 eine Ansicht von oben auf eine Montage
blockspannvorrichtung, auf die die Erfindung anwendbar
ist.
Zunächst soll an Hand von Fig. 1 eine Projektions
photolithographie näher erläutert werden, auf die die
Erfindung anwendbar ist.
Eine in Fig. 1 dargestellte photolithographische
Projektionsanordnung 100 enthält eine X,Y,Z-Tischetage
103, die von einem Sockel oder Fundament 101 getragen
wird und seinerseits einen Wafer oder eine Scheibe 102
trägt, eine Verkleinerungslinse 104, die der Oberseite
der X,Y,Z-Tischetage 103 gegenüberstehend fest ange
bracht ist, eine oberhalb der Verkleinerungslinse 104
vorgegebene Fadennetzhalterungsbank 106, an der ein
Fadennetz 105 befestigt ist, und eine Lichtquellen
stufe 107, die bei einer Position oberhalb der Faden
netzhalterungsbank 106 vorgesehen ist. Ein zur Belich
tung dienender Lichtstrahl der Lichtquellenstufe 107
beleuchtet über das Fadennetz 105 und die Verkleine
rungslinse 104 die Scheibe 102 auf der X,Y,Z-Tisch
etage 103, bei der es sich um eine Verbundtischanord
nung handelt, die eine zusammengesetzte Bewegung aus
führen kann. Bei der Belichtung mittels des Lichtstrahls
wird ein auf dem Fadennetz 105 ausgebildetes Schaltungs
muster verkleinert und auf die Scheibe 102 projiziert.
Die X,Y,Z-Tischetage ist derart ausgebildet, daß sie
mit Hilfe eines Antriebsmechanismus 2 mit einem X,Y-
Achsenantrieb 2 a, 2 b und mit einem Z-Achsen-Antrieb 2 c
in den drei Achsenrichtungen der X-, Y- und Z-Achse
bewegt oder verschoben werden kann. Dabei wird durch
eine Verschiebung in der Z-Achsenrichtung die Fokussie
rung erreicht.
Am unteren Endabschnitt eines zylinderförmigen
Körpers oder Zylinders 108, der die Verkleinerungslinse
104 trägt und der Scheibe 102 gegenübersteht, ist eine
Durchtrittsöffnung 109 ausgebildet, die zum Durchlassen
des zur Belichtung dienenden Lichtstrahls geeignet ist.
Am Rand des unteren Endabschnitts sind vier Luftblas
düsen 110 in gleichem Winkelabstand voneinander angeord
net. Jede der Düsen 110 ist mit einer gemeinsamen Luft
zufuhrquelle 111 über eine Verengung oder Drosselstelle
112 verbunden, und darüber hinaus ist jede der Düsen
auch mit einer Eingangsseite eines Differential- oder
Differenzendruckwandlers 113 verbunden. Die andere Ein
gangsseite des Differenzendruckwandlers 113 ist über
eine Verengung oder Drosselstelle 114 an die gemeinsame
Luftzufuhrquelle 111 angeschlossen und steht außerdem mit
der Atmosphäre in Verbindung. Die Düsen 110, die Luft
zufuhrquelle 111, die Drosselstellen 112, 114 und der
Differenzendruckwandler 113 bilden ein Luftmikrometer
oder einen pneumatischen Feinmeßfühler 115.
Ein vom Differenzendruckwandler 113 erzeugtes Detek
tionssignal gelangt zu einer Fokussiersteuervorrichtung
116 und wird dort mit einem vorbestimmten Soll- oder
Zielwert verglichen, der mit Hilfe eines Zielwertein
stellers 116 a in der Fokussiersteuervorrichtung 116
eingestellt werden kann. Ein aufgrund des Vergleiches
erzeugtes Fehlersignal, das einen Differenzwert angibt,
gelangt zu einer Ansteuerschaltung 116 b, die einen Ver
stärker und dergleichen enthält. Die Ansteuerschaltung
116 b liefert einen Erregerstrom zum Betätigen eines
Stellglieds, beispielsweise eines Motors oder derglei
chen. Wie aus der Zeichnung ersichtlich, wird der Erre
gerstrom dem Z-Achsen-Antrieb 2 c der X,Y,Z-Tischetage 103
zugeführt, und zwar zum Antrieb des Tisches in einer
solchen Weise, daß der Abstand zwischen den Düsen 110
und der Scheibe 102 auf einen passenden Wert genau ein
gestellt wird.
Ein konkretes Ausführungsbeispiel der X,Y,Z-Tischetage
103 ist in Fig. 2 bis 8 dargestellt.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, ist ein Trag- oder
Grundbett 1 auf einem Grobeinstelltisch 3 angebracht,
der mit Hilfe des X-Achsen-Antriebs 2 a oder mit Hilfe
des Y-Achsen-Antriebs 2 b, die beide am Sockel oder Fun
dament 110 befestigt sind, in der X-Achsenrichtung bzw.
in der Y-Achsenrichtung bewegt werden kann.
Am mittleren Abschnitt des Grundbetts 1 ist eine
Führungsbank 4 befestigt, wie es aus Fig. 3, 4 und 5
ersichtlich ist. Die Führungsbank 4 hat auf ihrer Ober
seite eine in ihrer Breitenrichtung weite Ausnehmung 4 a,
die in Richtung auf die Vorderseite schräg nach unten
verläuft. Die Führungsbank 4 hat somit einen U-förmigen
Querschnitt, und in den die Ausnehmung 4 a seitlich be
grenzenden, einander gegenüberstehenden Innenwandflächen
der Führungsbank 4 befinden sich geneigte Führungsnuten
4 b, 4 c, die in Richtung auf die Vorderseite schräg nach
unten verlaufen.
Ein Schrägflächengleiter oder Schrägflächenschlit
ten 5 ist in der Ausnehmung 4 a längs der schräg oder
geneigt verlaufenden Führungsnuten 4 b, 4 c verschiebbar
angeordnet. Die Unterseite 5 a des Schrägflächenschlit
tens 5 stellt eine schräg verlaufende Fläche dar, die
sich parallel zur Ausnehmung 4 a erstreckt. Demgegenüber
ist die Oberseite 5 b des Schrägflächenschlittens 5 eine
horizontal verlaufende Ebene oder Fläche, so daß der
Schrägflächenschlitten im Längsschnitt eine trapezförmi
ge Gestalt hat. Weiterhin weist der Schrägflächenschlit
ten 5 an seinen Seitenflächen ebenfalls schräg oder
geneigt verlaufende Führungsnuten 6 a, 6 b auf, die derart
ausgebildet sind, daß sie jeweils den schräg verlaufen
den Führungsnuten 4 b, 4 c der Ausnehmung 4 gegenüber
stehen. Zwischen den einander gegenüberstehenden schrä
gen Führungsnuten 6 a und 4 b sowie zwischen den einander
gegenüberstehenden schrägen Führungsnuten 6 b und 4 c
befinden sich jeweils Quer- oder Schrägrollenanordnun
gen 7, 7. Jede Querrollenanordnung 7 enthält, wie es
in einem vergrößerten Ausschnitt von Fig. 5 dargestellt
ist, eine Anzahl zylinderförmiger Rollen 7 a, die mittels
eines Halters 7 b derart gehaltert sind, daß die Dreh
achsen der in Längsrichtung des Halters 7 b aufeinander
folgenden Rollen 7 a abwechselnd gegeneinander um 90°
versetzt sind. Dies bedeutet, daß in einer Querrollen
anordnung 7 die zylinderförmigen Rollen 7 a abwechselnd
mit verschiedenen einander gegenüberstehenden Oberflä
chen der schräg verlaufenden Führungsnuten 6 a und 4 b
in Berührug stehen. Gleichermaßen stehen in der ande
ren Querrollenanordnung 7 die zylinderförmigen Rollen
7 a abwechselnd mit verschiedenen, einander gegenüber
liegenden Oberflächen der schrägen Führungsnuten 6 b
und 4 c in Berührung. Die Querrollenanordnungen 7, 7
sind vorgespannt oder vorbelastet, so daß ein Versatz
der Halter 7 b selten auftritt. Sollte es dennoch er
forderlich sein, den Versatz der Halter 7 b so gering
wie möglich zu machen, sind nicht dargestellte Einrich
tungen vorgesehen, die ein Versetzen oder einen Versatz
der Halter verhindern und vorzugsweise von einer Feder
kraft oder dergleichen Gebrauch machen, die auf die beiden
Enden jedes Halters oder Käfigs 76 einwirkt. Selbst wenn
solche einen Halterversatz verhindernde Einrichtungen
vorgesehen sind, wird die Bewegung des Schrägflächen
schlittens 5 durch einen Gleit- oder Rollwiderstand
zwischen der Führungsbank 4 und dem Schrägflächenschlit
ten 5 nicht beeinträchtigt. Wenn somit die Konstruktion
derart ausgeführt ist, daß ein im wesentlichen konstan
ter Roll- oder Gleitwiderstand zwischen der Führungs
bank 4 und dem Schrägflächenschlitten 5 auftritt, kann
man diesen Roll- oder Gleitwiderstand dadurch absorbie
ren, daß in Abhängigkeit von dem Betrag des Absolutwerts
dieses Roll- oder Gleitwiderstands die Ausgangsleistung
eines Gleichstrommotors 9 entsprechend eingestellt wird.
Die schrägen Führungsnuten 4 b, 4 c sowie 6 a, 6 b und die
Querrollenanordnungen 7, 7 bilden zusammen eine Schräg
oder Querrollenführung CG.
Wie es aus Fig. 6 ersichtlich ist, befindet sich
am hinteren Ende des Schrägflächenschlittens 5 eine
Kugelmutter 8, und die Kugelmutter 8 ist mit einer
Vorschubschraubenspindel 11 gekuppelt. Die Vorschub
schraubenspindel 11 ist mit einer Drehwelle des Gleich
strommotors 9 verbunden, der einen Antrieb darstellt. Am
Motor 9 ist ein Codierer 10 angebracht, der zum Erfassen
oder Detektieren des Drehwinkels dient. In Übereinstim
mung mit dem Detektionssignal des Codierers 10 wird der
Motor 9 servogesteuert. Wenn somit der Motor 9 in Drehung
versetzt wird, bewegt sich der Schrägflächenschlitten 5
in Längsrichtung der Bodenfläche der Ausnehmung 4 a in
der Führungsbank 4. Die Führungsbank 4, der Schrägflä
chenschlitten 5, die Kugelmutter 8 und die Vorschub
schraubenspindel 11 bilden einen Positionseinstellmecha
nismus 12 in der Z-Achsenrichtung.
Auf der horizontal verlaufenden Oberseite 5 b des
Schrägflächenschlittens 5 ist ein mit Hilfe von Stahl
kugeln 13 a getragener Z-Tisch 14 angeordnet. Die Stahl
kugeln 13 a sind rollbar und voneinander beabstandet in
einem Käfig oder Halter 13 b gehaltert. Der Z-Tisch 14
ist in der horizontalen Ebene in der X- und der Y-Rich
tung beweglich vorgesehen. Bei den vom Halter 13 b ge
halterten Stahlkugeln 13 a handelt es sich um eine Anzahl
von Stahlkugeln, die mit hoher Präzision zum Zwecke der
Rollbeweglichkeit bearbeitet sind. Ferner ist ein Stopper
oder Anschlag 13 c vorgesehen, der verhindern soll, daß
der Halter 13 b aus seiner Position wegbewegt wird.
Weiterhin sind auf dem Grundbett 1, wie es aus
Fig. 3 hervorgeht, U-förmige Tragteile 16 a, 16 b ange
bracht, und zwar auf der linken und der rechten Seite
des Grundbetts 1. Ein Feineinstelltisch 17, der einen
in der X- und Y-Richtung verschiebbaren X,Y-Bewegungs
tisch bildet, wird mit Hilfe von Anlageflächen 16 c, 16 d
abgefangen, die mit Siliconöl 16 e in Form eines visco
sen Fluids mit einer hohen Viskosität (etwa 105 Zenti
stokes) auf den Tragteilen 16 a, 16 b ausgebildet sind.
Der Feineinstelltisch 17 hat, wie es aus Fig. 5
und 7 hervorgeht, einen quadratischen Abschnitt 17 a und
Stützabschnitte 17 c, 17 d, die sich von der linken und
rechten Seite des quadratischen Abschnitts 17 a aus nach
außen erstrecken, und zwar unter Ausbildung von abge
stuften Abschnitten 17 b, so daß die Breite der Stütz
abschnitte 17 c, 17 d vermindert ist. Der quadratische
Abschnitt 17 a und die Stützabschnitte 17 c, 17 d sind
einstückig ausgebildet. Eine im wesentlichen quadrati
sche Durchgangsöffnung 17 e befindet sich im Mittenab
schnitt des quadratischen Abschnitts 17 a, und rechteck
förmige Durchgangsöffnungen 17 f, 17 g sind in den Stütz
abschnitten 17 c, 17 d jeweils vorgesehen. Wie aus Fig. 5
ersichtlich, sind vibrationsdämpfende Bauglieder 19, 19
mit jeweiligen vibrationsdämpfenden Oberflächen 18, 18,
die den Tragteilen 16 a, 16 b gegenüberstehen, innerhalb
der Durchgangsöffnungen 17 f, 17 g angebracht. Wie eben
falls aus Fig. 5 ersichtlich, ist der Z-Tisch 14 in die
Durchgangsöffnung 17 e eingesetzt. Blattfedern 20 sind
brückenartig zwischen der Oberseite des Feineinstell
tisches 17 und der Oberseite des Z-Tisches 14 vorgesehen,
wie es in Fig. 7 dargestellt ist. Jede der Blattfedern 20
hat eine im wesentlichen trapezförmige Gestalt, und zu
beiden Seiten der Mittenlinie des Grundabschnitts des
Trapez sind bei symmetrischen Stellen Parallelschlitze
20 a in einer solchen Weise ausgebildet, daß die Blatt
feder 20 in zwei Seitenabschnitte 20 b und einen Mitten
abschnitt 20 c unterteilt ist. Der Mittenabschnitt 20 c
ist am Z-Tisch 14 befestigt. Die beiden Seitenabschnitte
20 b sind am Feineinstelltisch 17 befestigt. Die Befesti
gung kann beispielsweise mittels Schrauben erfolgen.
Die Gesamtanordnung mittels der Blattfedern 20 ist
derart getroffen, daß der Z-Tisch 14 nach unten gedrückt
wird, d.h. gegen den Z-Achsen-Positionseinstellmechanis
mus.
Ferner sind am Grundbett 1 U-förmige Tragteile 21 a,
21 b befestigt, und zwar in der Y-Richtung gesehen am
vorderen und hinteren Endabschnitt des Grundbetts 1.
Jeder von U-förmigen Blöcken 23 a, 23 b, die in der X-
Richtung beweglich sind, ist über Blattfedern 22 mit
Schenkelabschnitten der Stütz- oder Tragteile 21 a, 21 b
verbunden. Säulenabschnitte 24 f, 24 r zu beiden Seiten
jeder der Blöcke 23 a, 23 b erstrecken sich in der Nach
barschaft der abgestuften Abschnitte 17 b des Feinein
stelltisches 17 nach oben, und eine Vorderseite des
Säulenabschnitts 24 f und eine Hinterseite des Säulen
abschnitts 24 r sind jeweils mit dem quadratischen Ab
schnitt 17 a des Feineinstelltisches 17 über Blattfe
dern 25 verbunden, wie es aus Fig. 2 hervorgeht.
Wie aus Fig. 2 ersichtlich, sind Elektromagnete
26 a, 26 b mit U-förmigen Kernen, die mit Erregerspulen
bewickelt sind, jeweils an den Tragteilen 21 a, 21 b be
festigt. Die beiden Enden des Elektromagneten 26 a
stehen mit einem vorbestimmten Abstand einer magneti
schen Platte 27 a gegenüber, die am vorderen Seitenrand
des Feineinstelltisches 17 angebracht ist. In ähnlicher
Weise stehen die beiden Enden des Elektromagnets 26 b
mit einem vorbestimmten Abstand einer magnetischen
Platte 27 b gegenüber, die am hinteren Seitenrand des
Feineinstelltisches 17 befestigt ist. Wie aus Fig. 5
ersichtlich, sind unterhalb der Tragteile 16 a, 16 b
Elektromagnete 28 a, 28 b mit U-förmigen Kernen, die mit
Erregerspulen bewickelt sind, am Grundbett 1 ange
bracht. Beide Enden der Elektromagnete 28 a, 28 b
liegen jeweils mit einem vorbestimmten Abstand magneti
schen Platten 29 a, 29 b gegenüber, die jeweils an Mitten
abschnitten der Blöcke 23 a, 23 b befestigt sind. Durch
Einstellen des Betrages der den Erregerspulen der
Elektromagnete 28 a, 28 b zugeführten Erregerströme kann
die Magnetkraft eines der gegenüberliegenden Elektro
magnete 28 a, 28 b über einen Referenzwert hinaus erhöht
werden und die Magnetkraft des anderen der Magnete 28 a,
28 b vermindert werden, wobei der erzeugten Magnetkraft
eine durch Verschiebung der Blattfedern 22 erzeugte
Federkraft entgegensteht, so daß im Ergebnis die
Blöcke 23 a, 23 b geringfügig in der X-Richtung gegen
die Kraft der Blattfedern 22 verschoben werden, um auf
diese Weise den Feineinstelltisch 17 in der X-Richtung
Über die Blattfedern 25 zu verschieben. Stellt man
andererseits den Betrag der den Erregerspulen der Elek
tromagnete 26 a, 26 b zugeführten Ströme derart ein, daß
die Magnetkraft eines der Elektromagnete 26 a, 26 b über
einen Referenzwert hinaus erhöht und die Magnetkraft
des anderen der Elektromagnete 26 a, 26 b vermindert wird,
wobei der Magnetkraft eine durch Versetzung der Blatt
federn 25 erzeugte Federkraft entgegenwirkt, kommt es
zu einer geringfügigen Bewegung des Feineinstelltisches
17 in der Y-Richtung gegen die Kraft der Blattfedern 25.
Wie es aus Fig. 5 und 8 hervorgeht, ist eine zum
Anbringen einer Spannvorrichtung dienende Befestigungs
platte 30 großer Breite an der Oberseite des Z-Tisches 14
befestigt. Eine Montageblockspannvorrichtung kreisför
miger Gestalt ist an der Befestigungsplatte 30 ange
bracht. In der Oberseite der Montageblockspannvorrich
tung 31 sind gesehen in Umfangsrichtung in gleichmäßi
gen Abständen voneinander sechs Ausnehmungen 32 sektor
förmiger Gestalt ausgebildet. Ferner ist in die Montage
blockspannvorrichtung 31 ein Positionierstift 33 einge
lassen. Am Umfangsrand der Montageblockspannvorrichtung
31 ist ein ringförmiger Positionierrahmen 34 vorgesehen.
Wie es insbesondere aus Fig. 8 hervorgeht, erstreckt
sich vom linken Rand der Montageblockspannvorrichtung 31
eine Durchgangsverbindung 35 a bis zur Mitte und dann
weiter von der Mitte bis zur Oberseite, so daß in der
Oberseite der Spannvorrichtung 31 eine Öffnung vor
handen ist. Ferner umgibt eine U-förmige Durchgangs
verbindung 35 b die Durchgangsverbindung 35 a, und die
Durchgangsverbindung 35 b steht mit jeder der Ausneh
mungen 32 in Verbindung. Wie in Fig. 4 dargestellt,
sind die Durchgangsverbindungen 35 a, 35 b über ein
jeweils zugeordnetes Dreiwegrichtungssteuerventil 36 a,
36 b mit einer Gasabsaugvorrichtung 36 c verbunden, bei
der es sich um einen Kompressor oder dergleichen handeln
kann.
Auf der Montageblockspannvorrichtung 31 ist eine
Wafer- oder Scheibenspannvorrichtung 37 befestigt, die
zur Halterung einer Scheibe (Wafer) oder eines Faden
kreuzes dient. Die Unterseite der Scheibenspannvorrich
tung 37 hat eine solche Größe und verläuft zur Oberseite
der Spannvorrichtung 31 derart parallel, daß sie die
Ausnehmungen 32 der Montageblockspannvorrichtung 31
dicht abschließt. Dadurch ist es möglich, die Scheiben
spannvorrichtung 37 durch Ansaugen und Erzeugen eines
entsprechenden Unterdrucks an der Montageblockspann
vorrichtung 31 unverrückbar anzubringen. In der Unter
seite der Scheibenspannvorrichtung 37 befindet sich ein
Positionierloch 37 a, in das der Positionierstift 33 der
Montageblockspannvorrichtung 31 ragt. Wie es ferner aus
Fig. 4 und 5 hervorgeht, erstreckt sich von der Unter
seite der Scheibenspannvorrichtung 37 eine Durchgangs
verbindung 38 nach oben bis zu Durchgangsverbindungen
39 a, die von der Mitte der Scheibenspannvorrichtung 37
aus radial nach außen verlaufen. Die radial nach außen
verlaufenden Durchgangsverbindungen 39 a sind allerdings
an ihren Außenenden abgeschlossen. In der Oberseite der
Scheibenspannvorrichtung 37 sind konzentrisch verlau
fende Kanäle 39 b geringer Breite ausgebildet. Die
Kanäle 39 b stehen mit den Durchgangsverbindungen 39 a
über kleine Durchtrittsöffnungen 39 c in Verbindung. An
dieser Stelle sei erwähnt, daß zahlreiche verschieden
artige Spannvorrichtungen vorgesehen sein können, deren
Anbringungs- oder Befestigungsoberflächen den Abmessungen
der daran anzubringenden Bauteile oder Bauelemente ange
paßt ist.
Wie es ferner aus Fig. 4 hervorgeht, ist in L-för
miger Gestalt am Umfangsrand der Befestigungsplatte 30
ein Reflexionsspiegel 41 L-förmiger Gestalt vorgesehen,
und zwar mit einem Spiegelabschnitt 41 a parallel zur
Y-Achse und mit einem Spiegelabschnitt 41 b parallel zur
X-Achse. Dem Spiegelabschnitt 41 a des Reflexionsspie
gels 41 steht eine X-Achsen-Lasermeßmaschine 42 a gegen
über. Gleichermaßen steht dem Spiegelabschnitt 41 b des
Reflexionsspiegels 41 eine Y-Achsen-Lasermeßmaschine 42 b
gegenüber. Die Lasermeßmaschinen 42 a und 42 b sind an
einem Hauptkörper des Geräts befestigt, und sie erzeugen
Positionsdetektionssignale, welche die absoluten Posi
tionen des Feineinstelltisches 17 in der X-Achsenrich
tung und in der Y-Achsenrichtung angeben. Mit Hilfe
dieser Positionsdetektionssignale wird die Position des
Feineinstelltisches 17 genau festgestellt, und in Über
einstimmung mit der genau festgestellten Position wird
der Betrag der Ströme gesteuert, die den Elektromagneten
26 a, 26 b, 28 a, 28 b zugeführt werden, und eine genaue
Positionierung der Scheibenspannvorrichtung 37 in der
X- und der Y-Richtung erzielt.
Wie aus Fig. 4 bis 6 erkennbar, dient ein Photo
detektor 43 zum Erfassen von Ungleichförmigkeiten in der
Menge des Lichts der zur Belichtung dienenden Licht-
Quelle. Der Photodetektor 43 ist an einem L-förmigen
Haltearm 44 angebracht, der am Stützabschnitt 17 c des
Feineinstelltisches 17 befestigt ist. Durch Messen der
Lichtmenge an mehreren Positionen, was durch sequentiel
les Bewegen des Grobeinstelltisches 3 erreicht wird,
wird auf der Grundlage der Meßpositionen und der dabei
gemessenen Lichtmengen eine Mustererkennung durchgeführt,
und zwar mit dem Ziel, die Positionierung der Lichtquelle
für die Belichtung zu erhalten. Ferner ist, wie aus
Fig. 4 ersichtlich, ein Temperaturdetektor 45 zum Messen
der Temperatur bei der Position der Scheibenspannvor
richtung 37 vorgesehen. Aufgrund des erfaßten Temperatur
meßwertes wird eine nicht dargestellte Klimaanlage mit
dem Ziel gesteuert, die Temperatur bei der Position der
Scheibenspannvorrichtung 37 auf einem vorbestimmten Wert
zu halten. Schließlich ist noch nach Fig. 4 ein auf
Magnetismus beruhender Detektor 46 vorgesehen. Der
Detektor 46 dient zum Erfassen oder Feststellen von
drei Positionen einschließlich eines Steuerausgangs
punktes (neutrale Position), einer oberen Grenzposition
und einer unteren Grenzposition in der Z-Achsenrichtung.
Ein magnetischer Körper 46 a des Detektors 46 ist an der
Befestigungsplatte 30 befestigt. Ein Fühl- oder Detek
tionsabschnitt 46 b des Detektors 46 ist am Tragteil 21 a
befestigt. Der Detektionsteil 46 b liefert ein Detek
tionssignal an die Ansteuerschaltung 116 b der bereits
erwähnten Fokussiersteuervorrichtung 116, und zwar
zur Einstellung des Ausgangspunktes.
Als nächstes soll die Arbeitsweise des oben aufbau
mäßig beschriebenen Ausführungsbeispiels erläutert wer
den. Zunächst wird in einem Zustand, bei dem, wie in
Fig. 4 dargestellt, die Durchgangsverbindungen 35 a, 35 b
der Montageblockspannvorrichtung 31 über die Dreiwege
richtungssteuerventile 36 a, 36 b zur Atmosphäre hin offen
sind, in Abhängigkeit von den Abmessungen der zu belich
tenden Scheibe 102 eine Scheibenspannvorrichtung, wie die
in Fig. 5 gezeigte Scheibenspannvorrichtung 37, ausge
wählt und unter Einsetzen des Positionierungsstiftes 33
der Montageblockspannvorrichtung 31 in die Positionie
rungsöffnung 37 a der Scheibenspannvorrichtung 37 auf
die Montageblockspannvorrichtung 31 aufgesetzt, wobei
sich die Umfangsoberfläche der Scheibenspannvorrichtung
37 in den Positionierrahmen 34 einsetzt.
In diesem Zusammenbauzustand wird das Dreiwegerich
tungssteuerventil 36 b von dem in Fig. 4 dargestellten
Zustand umgeschaltet, so daß die Durchgangsverbindung 35 b
der Montageblockspannvorrichtung 31 mit der Gasabsaug
vorrichtung 36 c verbunden wird. Dadurch wird in den
Ausnehmungen 32 ein Unterdruck ausgebildet, so daß die
Scheibenspannvorrichtung 37 angesaugt und fest gehal
tert wird. Da die Durchgangsverbindung 35 a der Montage
blockspannvorrichtung 31 mit der Durchgangsverbindung
38 in der Scheibenspannvorrichtung 37 ausgerichtet ist,
wird im Anschluß an das Auflegen der Scheibe 102 auf
die Befestigungsoberfläche der Spannvorrichtung 37
mittels einer nicht dargestellten Ladevorrichtung das
Dreiwegerichtungssteuerventil 36 a gegenüber der Stel
lung nach Fig. 4 umgeschaltet, so daß die Durchgangs
verbindung 35 a der Montageblockspannvorrichtung 31 und
damit auch die Durchgangsverbindung 38 der Scheiben
spannvorrichtung 37 mit der Gasabsaugvorrichtung 36 c
in Verbindung treten, so daß die Scheibe 102 durch
den erzeugten Unterdruck fest angesaugt wird.
Wenn im Anschluß an das obige Aufspannen der
Scheibe 102 eine Positionseinstellung der Scheibe 102
erforderlich ist und wenn diese Positionseinstellung
eine längere Bewegungsstrecke erforderlich macht, wird
der Grobeinstelltisch 3 mit hoher Geschwindigkeit mit
Hilfe des X- und Y-Antriebs 2 a, 2 b in eine Position
gefahren, die möglichst nahe bei der gewünschten Ziel
position ist. Da der Feineinstelltisch 17, der über
die Blattfedern 20 mit dem Z-Tisch verbunden ist,
seinerseits von den Blattfedern 22, 25 gehaltert ist,
treten infolge der Trägheit des Feineinstelltisches 17
Vibrationen auf, wenn es zu einem Anhalten des mit
hoher Geschwindigkeit bewegten Grobeinstelltisches 3
kommt. Da sich aber das Siliconöl 16 e hoher Viskosität
zwischen den Anlageflächen 16 c, 16 d des Grundbetts 1
und der Vibrationsdämpfungsoberfläche 18 des Fein
einstelltisches 17 befinden, werden die Vibrationen,
die durch irgendeine Bewegung in den beiden Bewegungs
dimensidnen des Feineinstelltisches 17 hervorgerufen
werden, mit Hilfe des durch die Viskosität des Silicon
öls 16 e bereitgestellten Dämpfungswiderstands gleich
förmig gedämpft. Die Vibrationen des Feineinstelltisches
17 kommen daher schnell zur Ruhe. Da die Vibrations
dämpfungsabschnitte 19 an beiden Endabschnitten des
Feineinstelltisches 17 ausgebildet sind, können die
Vibrationen selbst dann wirksam gedämpft werden, wenn
die durch die Bewegung des Grobeinstelltisches 3 ver
ursachten Vibrationen auf ein Drehmoment zurückzuführen
sind, dessen Zentrum mit der Mittenachse des Feineinstell
tisches 17 zusammenfällt.
Unter Berücksichtigung der obigen Bedingungen kann
im Falle einer Feineinstellung der Position der Schei
be 102 auf der Grundlage der Meßwerte von den Lasermeß
maschinen 42 a, 42 b durch Steuerung des Betrags der
Ströme, die den Erregerspulen der Elektromagnete 26 a,
26 b und/oder der Elektromagnete 28 a, 28 b zugeführt
werden, der Feineinstelltisch 17 um winzige Strecken
in der X- bzw. Y-Richtung bewegt werden, wobei es mög
lich ist, eine Positionierung in einem Bereich zu er
zielen, der größenordnungsmäßig unter dem Mikrometer-
Bereich (Sub-Micron-Bereich) liegt. Da während der
Bewegungszeit des Feineinstelltisches 17 die Seiten
wände der Vibrationsdämpfungsabschnitte 19 niemals in
Berührug mit dem Silikonöl 16 e stehen, wird der Wider
stand aufgrund der Kompression des Silikonöls 16 e
nicht erhöht. Auf diese Weise wird eine glatte und
ruckfreie Bewegung des Feineinstelltisches 17 sicher
gestellt.
Als nächstes wird die Fokussierung der lithogra
phischen Anordnung 100 vorgenommen. Zur Fokussierung
wird über die Drosselstelle 112 den Düsen 110 von der
Luftzufuhrquelle 111 Druckluft zugeführt, um das Luft
mikrometer 115 in seinen Betriebszustand zu bringen.
In diesem Zustand wird die Fokussierungssteuervorrich
tung 116 betätigt.
Befindet sich die Fokussierungssteuervorrichtung
116 im Betriebszustand, gelangt ein Fehlersignal, das
einen Differenzwert zwischen einem mittels des Ziel
werteinstellers 116 a voreingestellten Fokussierungs
zielwert und einem von dem Differenzendruckwandler 113
gelieferten Differenzendruckdetektionssignal darstellt,
zur Ansteuerschaltung 116 b. Der von der Ansteuerschal
tung 116 b abgegebene Erregerstrom gelangt zum Gleich
strommotor 9, der den Z-Achsen-Antrieb 2 c bildet. Wenn
das Differenzdruckdetektionssignal kleiner als der
Zielwert ist, was bedeutet, daß der Abstand zwischen
den Düsen 110 und der Scheibe 102 größer als ein
Referenzwert ist, führt der Gleichstrommotor 9 bei
spielsweise eine Drehbewegung in umgekehrter Richtung
aus. Wenn sich der Gleichstrommotor 9 in umgekehrter
Richtung dreht, wird die dabei erzeugte Drehkraft
über die Kugelschraube 11 auf den Schrägflächenschlit
ten 5 übertragen. Demzufolge wird der Schrägflächen
schlitten 5 geführt von der Querrollenführung CG
zurückgezogen. Aufgrund dieser Zurückziehbewegung wird
der Schrägflächenschlitten 5 nach oben angehoben. Da
bei der Bewegung des Schrägflächenschlittens 5 seine
Oberseite 5 b horizontal ausgerichtet bleibt, kommt es
zu keiner Abweichung in der Position der Rollelement
anordnung 13 mit dem Käfig oder Halter 13 b, der auf
der Oberseite 5 b angeordnet ist, und es wird ein glat
tes und ruckfreies Zurückziehen des Schrägflächen
schlittens 5 sichergestellt. Angesichts der Linearbewe
gung des Schrägflächenschlittens 5 mit Hilfe der
Querrollenführung CG wird die Parallelität der Ober
seite des Schrägflächenschlittens 5 nicht beeinträch
tigt. Da es weiterhin möglich ist, die Stahlkugeln 13 a
mit hoher Präzision herzustellen, bleibt die Paralleli
tät der Ober- und Unterseiten der Spannvorrichtungen
31 und 37 unabhängig von der Bewegung des Schrägflächen
schlittens 5 vollkommen erhalten. Dadurch ist es auch
möglich, eine Abweichung in der Parallelität der die
Scheibe 102 tragenden Oberseite der Spannvorrichtung
37 zu vermeiden.
Infolge der Aufwärtsbewegung der Oberseite 5 b des
Schrägflächenschlittens 5 wird der auf dem Schräg
flächenschlitten 5 sitzende Z-Tisch 14 über die Roll
elementanordnung 13 samt Käfig oder Halter nach oben
bewegt. Da die Befestigungsplatte 30, die Montageblock
spannvorrichtung 31 und die Scheibenspannvorrichtung 37,
die alle auf dem Z-Tisch 14 angeordnet sind, ebenfalls
angehoben werden, wird der Abstand zwischen der Scheibe
102 und den Düsen 110 kleiner. Sobald dieser Abstand
mit dem Referenzwert zusammenfällt, wird die Aufwärts
bewegung angehalten, und der Fokussierungsvorgang ist
beendet. Ist umgekehrt der Wert des Differenzdruck
detektionssignals größer als der Zielwert, liefert
die Fokussiersteuervorrichtung 116 einen derartigen
Erregerstrom, daß der Gleichstrommotor 9 in Vorwärts
richtung angetrieben wird. Bei einer Vorwärtsdrehbewe
gung des Gleichstrommotors 9 wird der Schrägflächen
schlitten 5 nach vorne geschoben. Dies bedeutet, daß
der Z-Tisch 14, die Befestigungsplatte 30, die Mon
tageblockspannvorrichtung 31 und die Scheibenspann
vorrichtung 37 abgesenkt werden. Dadurch wird der Ab
stand zwischen der Scheibe 102 und den Düsen 110 ver
größert. Sobald die Referenzposition erreicht wird,
kommt es zu einem Anhalten der Abwärtsbewegung, und
der Fokussiervorgang ist beendet.
In diesem Zustand mit beendetem Fokussiervorgang
wird zur Positionseinstellung der Scheibe 102 im Falle
einer erforderlichen großen Bewegungsdistanz der
Scheibe 102 der Grobeinstelltisch 3 zu einer Position
nahe der gewünschten Zielposition mit hoher Geschwin
digkeit mittels des X-Achsenantriebs 2 a und/oder des
Y-Achsenantriebs 2 b gefahren. Danach wird der Fein
einstelltisch 17 durch Erregen der Erregerspulen der
Elektromagnete 26 a, 26 b und/oder der Elektromagnete
28 a, 28 b in der X- und/oder Y-Richtung um eine winzige
Strecke bewegt. Durch Erfassen des Absolutwerts dieser
winzigen Bewegung mit Hilfe der Lasermeßmaschinen 42 a
und/oder 42 b und durch Steuerung der den Erregerspulen
der Elektromagnete 26 a, 26 b und/oder der Elektromagnete
28 a, 28 b zugeführten Ströme auf der Grundlage des ge
messenen oder erfaßten Werts ist es möglich, die Fein
positionierung im Bereich einer Größenordnung durchzu
führen, die unterhalb des Mikrometer-Bereiches (Sub-
Mikron-Bereich) liegt. Infolge der Verwendung der Elek
tromagnete als Antriebsmechanismen zum Ausführen der
Feineinstellung in der X- und Y-Richtung werden im
Gegensatz zu einer Einstellung, die mit einem Motor
vorgenommen wird, keine Vibrationen hervorgerufen. Auf
diese Weise ist es möglich, eine Abweichung von der
Position in der Z-Achsenrichtung zu vermeiden, wenn sich
der Z-Tisch 14 und der Feineinstelltisch 17 in der X-
oder Y-Richtung bewegen.
Soll ein Wafer oder eine Scheibe 102 mit anderen
Abmessungen aufgespannt oder montiert werden, werden
die Dreiwegerichtungssteuerventile 36 a, 36 b zurück in
ihren Schaltzustand nach Fig. 4 gebracht, wodurch die
Verbindung zwischen den Durchgangsverbindungen 35 a, 35 b
der Montageblockspannvorrichtung 31 und der Gasabsaug
vorrichtung 36 c unterbrochen wird. Die Durchgangsverbin
dungen 35 a, 35 b stehen jetzt mit der Atmosphäre in
Verbindung. Die bisherige Scheibenspannvorrichtung 37
kann jetzt entfernt und durch eine neu ausgewählte,
andere Scheibenspannvorrichtung 37 ersetzt werden, die
dann in einer ähnlichen, wie der oben beschriebenen
Weise, durch Erzeugen von Unterdruck an der Montageblock
spannvorrichtung 31 befestigt wird.
Im Falle des Austausches einer Quecksilberlampe
oder dergleichen in der Lichtquellenstufe 107 wird zur
Einstellung der Befestigungsposition der Quecksilber
lampe zunächst die Guecksilberlampe in einer vorbe
stimmten Position angebracht, und in diesem Zustand
wird die Quecksilberlampe eingeschaltet, so daß der
zur Belichtung dienende Lichtstrahl die Oberseite der
X,Y,Z-Etage 103 beleuchtet In diesem Beleuchtungs
zustand mit dem zur Belichtung dienenden Lichtstrahl
wird der Grobeinstelltisch 3 mittels des X-Achsen
antriebs 2 a und/oder des Y-Achsenantriebs 2 b bewegt,
und der Lichtmengendetektor 43 wird zu einer Vielzahl
von Positionen im Beleuchtungsbereich des zur Belich
tung dienenden Lichtstrahls bewegt. Das bei jeder
Position erfaßte Lichtmengenausgangssignal des Licht
mengendetektors 43 gelangt zu einer nicht gezeigten
Verarbeitungseinrichtung, deren Ziel es ist, die Ver
teilung der Lichtmenge des zur Belichtung dienenden
Lichtstrahls zu erfassen und festzustellen. Diese
Verteilung wird beispielsweise in einer Sichtanzeige
einheit mit verschiedenen Farben für verschiedene
Mengen an Licht dargestellt. Durch Nacheinstellen der
Anbringungs- oder Befestigungsposition der Quecksilber
lampe gemäß der dargestellten Anzeige kann die Anbrin
gungsgenauigkeit der Quecksilberlampe verbessert werden.
Obgleich bei dem oben beschriebenen Ausführungsbei
spiel der Schrägflächenschlitten 5 mittels der Quer
rollenführung CG von der Führungsbank 4 des auf dem
Grobeinstelltisch 3 montierten Grundbetts 1 getragen
wird, ist die Erfindung auf einen solchen Aufbau nicht
beschränkt. Die Oberfläche der geneigten Ausnehmung 4 a
der Führugsbank 4 kann auch in direkter Oberflächen
berührung mit der Unterseite 5 a des Schrägflächenschlit
tens 5 stehen.
Gleichermaßen ist der Antriebsmechanismus für den
Schrägflächenschlitten 5 nicht auf die Ausführungs
form in dem obigen Ausführungsbeispiel beschränkt.
Anstelle des Gleichstrommotors kann ein Impuls- oder
Schrittmotor benutzt werden, und, falls erforderlich,
kann ein Untersetzungsgetriebe verwendet werden.
Schließlich sind verschiedenartige Antriebsmechanismen
denkbar, einschließlich eines Vorschubspindelantriebs,
eines Kurvenantriebs und dergleichen.
Bei dem oben betrachteten Ausführungsbeispiel
kann der auf dem Schrägflächenschlitten 5 montierte
Z-Tisch 14 in der X- und Y-Richtung bewegt werden. Die
Erfindung ist aber auch auf einen Fall anwendbar, bei
dem der Z-Tisch 14 lediglich in der X-Richtung oder
in der Y-Richtung bewegbar ist. In einem solchen Falle
kann die Rollelementanordnung 13 anstelle der Stahl
kugeln mit Rollen oder Walzen ausgerüstet sein.
Obgleich bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel
die vibrationsdämpfenden Bauglieder 19 an zwei Ab
schnitten des Feineinstelltisches 17 vorgesehen sind,
ist die Erfindung auf eine solche Anordnung nicht be
schränkt. Die Anzahl und der Bereich vibrationsdämpfen
der Einrichtungen kann in einer beliebigen geeigneten
Weise gewählt werden.
Bei dem betrachteten Ausführungsbeispiel wird das
Silikonöl 16 e zwischen die Auflageflächen 16 c, 16 d und
die Vibrationsdämpfungsflächen 18 injiziert, so daß
das Siliconöl 16 e bei Stellen vorgesehen ist, welche
von den Seitenkanten der Vibrationsdämpfungsfläche 18
entfernt bzw. um ein Stück nach innen versetzt sind,
das der Bewegungsstrecke des Feineinstelltisches 17
entspricht. Auf eine solche Anordnung des Silikonöls
ist die Erfindung nicht beschränkt. Das Siliconöl 16 e
kann auch die gesamte Oberfläche der Vibrationsdämpfungs
fläche 18 abdecken. Wesentlich ist allerdings, daß das
Siliconöl derart eingebracht oder zwischengeschaltet
wird, daß durch die Seitenwand und das Siliconöl ein
unnötiger Widerstand nicht verursacht wird, wenn die
Seitenwand zur Zeit der Bewegung des Feineinstell
tisches 17 in Berührung mit dem Siliconöl 16 e steht.
Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel
wird als viscoses Fluid das Siliconöl 16 e verwendet.
Die Erfindung ist jedoch hierauf nicht beschränkt.
Irgendein viscoses Fluid mit einer hohen Viskosität
kann verwendet werden.
Obgleich bei dem obigen Ausführungsbeispiel der
Führungs- oder Positionierrahmen 34 am Rand der Ober
seite der Montageblockspannvorrichtung 31 vorgesehen
ist, braucht dies nach der Erfindung nicht so zu sein.
Der Führungsrahmen 34 kann auch durch mehrere Posi
tionierstifte 33 und entsprechende Positionierlöcher
37 a ersetzt werden.
Obgleich bei dem oben betrachteten Ausführungs
beispiel die Montageblockspannvorrichtung 31 und der
Z-Tisch 14 den Spannvorrichtungshalterungskörper in Form
separater Bauteile bilden, ist die Erfindung auf eine
solche Konstruktion nicht beschränkt. Die Montageblock
spannvorrichtung 31 kann einstückig mit dem Z-Tisch 14
ausgebildet sein. Ferner ist die Erfindung nicht auf
einen Fall beschränkt, bei dem die Ausnehmungen nur in
der Oberseite der Montageblockspannvorrichtung 31 aus
gebildet sind. Die Ausnehmungen 32 der Montageblock
spannvorrichtung 31 können weggelassen werden, und an
ihre Stelle können Ausnehmungen treten, die in der
Unterseite der Scheibenspannvorrichtung 37 ausgebildet
sind. Die Durchgangsverbindungen 35 b führen dann bis
zur Oberseite der Montageblockspannvorrichtung 31. Ab
weichend davon können aber auch Ausnehmungen sowohl in
der Montageblockspannvorrichtung 31 als auch in der
Scheibenspannvorrichtung 37 vorgesehen sein. Wesentlich
ist, daß die Ausnehmungen durch die angrenzenden Ober
flächen der Spannvorrichtungen 31 und 37 dicht abge
schlossen werden. Ferner ist wesentlich, daß die Aus
nehmungen mit der Gasabsaugvorrichtung 36 c in Verbindung
treten können, damit die Spannvorrichtung 31 in der
Lage ist, die Spannvorrichtung 37 durch erzeugten
Unterdruck fest aufzuspannen.
Ferner wird das betrachtete Ausführungsbeispiel
auf einen Anwendungsfall bezogen, bei dem die Belich
tungsvorrichtung eine verkleinernde Projektion ausführt.
Darauf ist die Erfindung nicht beschränkt. Die Erfindung
kann vielmehr angewendet werden in Verbindung mit einer
beliebigen X,Y,Z-Tischetage, beispielsweise in Verbin
dung mit einem X,Y,Z-Tisch für andere Werkzeugmaschinen
und dergleichen.
Claims (8)
1. Bewegliche Verbundtischanordnung für die fotolithographische
Herstellung mit Bewegungsmöglichkeit wenigstens in einer
Z-Achsenrichtung, enthaltend:
einen Grobeinstelltisch (3), der auf einem Sockel (101) angebracht ist und in einer X-Achsenrichtung sowie in einer Y-Achsenrichtung antreibbar ist,
ein Grundbett (1), das auf dem Grobeinstelltisch (3) befestigt ist,
ein Feineinstelltisch (17), den der Grobeinstelltisch (3) trägt,
einen Z-Tisch (14), der in der X-Achsennrichtung und in der Y-Achsenrichtung als auch in der Z-Achsenrichtung bewegbar ist, und
einen Z-Richtungspositionseinstellmechanismus (12), der am Grundbett (1) angebracht ist und zum Einstellen einer Position des Z-Tisches (14) in der Z-Achsenrichtung gegenüber dem Grundbett (1) dient,
wobei der Z-Richtungspositionseinstellmechanismus (12) einen Antriebsmechanismus (2 c) zum Einstellen der Position des Z-Tisches (14) in der Z-Achsenrichtung enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feineinstelltisch (17) den Z-Tisch (14) in der Z-Achsenrichtung federnd trägt,
daß zwischen dem Z-Tisch (14) und dem Grundbett (1) Vibrationsdämpfungsmittel (16 e, 18, 19) vorgesehen sind, die zum Dämpfen von Vibrationen dienen, welche im Z-Tisch (14) während seiner Bewegung in der X-Achsenrichtung und/oder Y-Achsenrichtung hervorgerufen werden,
daß der Z-Richtungspositionseinstellmechanismus (12) enthält einen am Grundbett (1) ausgebildeten Schrägführungsabschnitt (4), einen vom Schrägführungsabschnitt (4) beweglich geführten Schrägschlitten (5) mit einer horizontal verlaufenden Oberseitenfläche und einen Antriebsmechanismus (8, 9, 11) zum Antreiben des Schrägschlittens (5) zum Vorschieben und Zurückziehen des Schrägschlittens längs des Schrägführungsabschnitts.
einen Grobeinstelltisch (3), der auf einem Sockel (101) angebracht ist und in einer X-Achsenrichtung sowie in einer Y-Achsenrichtung antreibbar ist,
ein Grundbett (1), das auf dem Grobeinstelltisch (3) befestigt ist,
ein Feineinstelltisch (17), den der Grobeinstelltisch (3) trägt,
einen Z-Tisch (14), der in der X-Achsennrichtung und in der Y-Achsenrichtung als auch in der Z-Achsenrichtung bewegbar ist, und
einen Z-Richtungspositionseinstellmechanismus (12), der am Grundbett (1) angebracht ist und zum Einstellen einer Position des Z-Tisches (14) in der Z-Achsenrichtung gegenüber dem Grundbett (1) dient,
wobei der Z-Richtungspositionseinstellmechanismus (12) einen Antriebsmechanismus (2 c) zum Einstellen der Position des Z-Tisches (14) in der Z-Achsenrichtung enthält,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feineinstelltisch (17) den Z-Tisch (14) in der Z-Achsenrichtung federnd trägt,
daß zwischen dem Z-Tisch (14) und dem Grundbett (1) Vibrationsdämpfungsmittel (16 e, 18, 19) vorgesehen sind, die zum Dämpfen von Vibrationen dienen, welche im Z-Tisch (14) während seiner Bewegung in der X-Achsenrichtung und/oder Y-Achsenrichtung hervorgerufen werden,
daß der Z-Richtungspositionseinstellmechanismus (12) enthält einen am Grundbett (1) ausgebildeten Schrägführungsabschnitt (4), einen vom Schrägführungsabschnitt (4) beweglich geführten Schrägschlitten (5) mit einer horizontal verlaufenden Oberseitenfläche und einen Antriebsmechanismus (8, 9, 11) zum Antreiben des Schrägschlittens (5) zum Vorschieben und Zurückziehen des Schrägschlittens längs des Schrägführungsabschnitts.
2. Anordnung nach Anspruch 1,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Schrägführungsabschnitt (4) eine Querrollenführung
(CG) enthält und der Antriebsmechanismus (8, 9, 11) mit
einer schraubenartigen Schubvorrichtung (8, 11) versehen ist,
die eine Schraubenspindel (11) aufweist, welche eine zum
Schrägführungsabschnitt (4) parallelverlaufende Achse aufweist
und von einem Antriebsmotor (9) drehbeweglich antreibbar
ist.
3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Z-Tisch (14) mittels einer Rollelementvorrichtung
(13) mit einem Halter (13 b) auf dem Z-Richtungspositionseinstellmechanismus
(12) derart angebracht ist, daß der Z-Tisch
(14) in der Horizontalrichtung bewegbar ist.
4. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feineinstelltisch (17) ein X,Y-Bewegungstisch ist
und die Vibrationsdämpfungsmittel enthalten einen Vibrationsdämpfungsabschnitt
(19), mit einer Vibrationsdämpfungsoberfläche
(18), die parallel zu einer auf dem Feineinstelltisch
(17) ausgebildeten Bewegungsoberfläche verläuft, eine auf dem
Grundbett (1) ausgebildete Anlageoberfläche (16 c, 16 d), die
der Vibrationsdämpfungsoberfläche (18) dicht gegenüberliegt,
und ein viskoses Fluid (16 e), das zwischen die Anlageoberfläche
(16 c, 16 d) und die Vibrationsdämpfungsoberfläche (18)
eingebracht ist, wobei das viskose Fluid (16 e) zwischen der
Anlageoberfläche (16 c, 16 d) und der Vibrationsdämpfungsoberfläche (18)
einen Raum mit einer Höhe ausfüllt, die gleich
oder geringer als der Abstand zwischen der Anlageoberfläche
(16 c, 16 d) und der Vibrationsdämpfungsoberfläche (18) ist,
wodurch auf den Vibrationsdämpfungsabschnitt (19) ein Dämpfungseffekt
ausgeübt wird.
5. Anordnung nach Anspruch 4,
dadurch gekennzeichnet,
daß die Vibrationsdämpfungsoberfläche (18) und die Anlageoberfläche
(16 c, 16 d) bei jedem der beiden Seitenabschnitte
des Feineinstelltisches (17) ausgebildet sind.
6. Anordnung nach Anspruch 4 oder 5,
dadurch gekennzeichnet,
daß das viskose Fluid (16 e) ein Siliconöl mit einer hohen Viskosität
ist.
7. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß der Feineinstelltisch (17) den Z-Tisch (14) mittels einer
zwischen den beiden Tischen vorgesehenen Blattfeder trägt,
die den Z-Tisch (14) in der Z-Achsenrichtung gegen den
Schrägschlitten (5) drückt.
8. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche,
dadurch gekennzeichnet,
daß auf dem Z-Tisch (14) ein Spannvorrichtungshalterungsteil
(31) vorgesehen ist, eine Spannvorrichtung (37), die zum
Ansaugen und Haltern eines von einer Belichtungsvorrichtung
zu belichtenden Teils dient, an dem Spannvorrichtungshalterungsteil
(31) entfernbar gehaltert ist, eine einen dichten
Raum abschließende Ausnehmung (32) zwischen der Spannvorrichtung
(37) und dem Spannvorrichtungshalterungsteil (31) bei
einem aneinandergrenzenden Abschnitt ausgebildet ist und die
Ausnehmung (32) mit einer Gasabsaugvorrichtung (36 e) in Verbindung
steht.
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