DE69204329T2

DE69204329T2 - Schützeinrichtung mit kippbarem Objekttisch, und optische Lithographieeinrichtung mit einer derartigen Einrichtung.

Info

Publication number: DE69204329T2
Application number: DE69204329T
Authority: DE
Inventors: Marcel Coenraad Marie Nl-5656 Aa Eindhoven Baggen; Petrus Rutgerus Nl-5656 Aa Eindhoven Bartray; Adrianus Gerardus Nl-5656 Aa Eindhoven Bouwer; Henricus Wilhelmus Aloysius Nl-5656 Aa Eindhoven Janssen; Jan Nl-5656 Aa Eindhoven Van Eijk
Original assignee: ASML Netherlands BV; Philips Electronics NV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 1991-03-08
Filing date: 1992-03-03
Publication date: 1996-04-25
Anticipated expiration: 2012-03-04
Also published as: KR100233614B1; DE69204329D1; JPH0737771A; NL9100421A; JP3291310B2; US5204712A; KR930020245A; EP0503712B1; EP0503712A1

Description

Die Erfindung betrifft eine Tragvorrichtung mit einer ersten Lagereinheit, die eine zweite Lagereinheit zur Führung der Tragvorrichtung jeweils entlang einer Grundfläche und einer parallel zur Grundfläche verlaufenden geradlinigen Führung trägt, und einer mit einem Objekttisch und einem den Objekttisch tragenden Versteifungsglied versehenen und mittels eines Stellgliedsystems parallel zu einer senkrecht zur Grundfläche stehenden z-Richtung relativ zur ersten Lagereinheit verschiebbaren Trageinheit.
Die Erfindung betrifft weiter eine mit einer erfindungsgemäßen Tragvorrichtung versehene optolithographische Vorrichtung.
Eine Tragvorrichtung der eingangs erwähnten Art ist aus US-Patent 4.698.575 bekannt. In dieser bekannten Tragvorrichtung ist das Stellgliedsystem mit vier als Parallelogrammechanimus wirkenden Stäben versehen, mit dem das Versteifungsglied mit der ersten Lagereinheit gekoppelt ist. Die zweite Lagereinheit ist direkt am Versteifungsglied befestigt, so daß der Objekttisch auf eine präzise Weise entlang der geradlinigen Führung geführt wird. Durch das Stellgliedsystem werden Verschiebungen des Objekttisches von wenigen zehntel Mikrometern parallel zur z- Richtung erreicht, wobei der Parallelogrammechanismus eine Neigbewegung des Objekttisches um eine parallel zur Grundfläche liegende Drehachse verhindert. Die bekannte Tragvorrichtung wird unter anderem in einer optolithographischen Vorrichtung zur Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen verwendet, wobei der Objekttisch eine Tragfläche für ein zu belichtendes Halbleitersubstrat aufweist. Das Halbleitersubstrat wird mittels einer Verschiebung parallel zur z-Richtung auf ein Linsensystem der optolithographischen Vorrichtung scharfeingestellt.
Die bekannte Tragvorrichtung hat den bei der Anwendung der Tragvorrichtung in einer optolithographischen Vorrichtung zutagetretenden Nachteil, daß die Scharfeinstellung eines Substrats ausschließlich durch eine Verschiebung des Substrats parallel zur z-Richtung erfolgt. Auf diese Weise wird ein Substrat von ungleichmäßiger Dicke nicht optimal scharfeingestellt. Überdies können mit der bekannten Tragvorrichtung nur vergleichsweise kleine Verschiebungen des Substrats in z-Richtung ausgeführt werden, da das Versteifungsglied direkt an der zweiten Lagereinheit befestigt ist.
Die vorliegende Erfindung hat zur Aufgabe, eine Tragvorrichtung der eingangs erwähnten Art zu verschaffen, durch die eine bessere Scharfeinstellung des Substrats ermöglicht wird, wobei der Objekttisch gleichzeitig auf eine präzise Weise entlang der geradlinigen Führung geführt wird.
Hierzu ist die Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinheit mittels des Stellgliedsystems um mindestens eine parallel zur Grundfläche liegende Drehachse zur ersten und zweiten Lagereinheit schwenkbar ist, wobei das Versteifungsglied mittels eines in einer Richtung parallel zur z-Richtung elastisch verformbaren Verbindungsglieds mit der zweiten Lagereinheit gekoppelt ist. Da die Trageinheit um mindestens eine parallel zur Grundfläche liegende Drehachse schwenkbar ist, können Substrate mit ungleichmäßiger Dicke optimal scharfeingestellt werden, wobei die Verwendung des elastisch verformbaren Verbindungsglieds zwischen dem Versteifungsglied und der zweiten Lagereinheit eine vergleichsweise große Verschiebung der Trageinheit parallel zur z-Richtung ermöglicht.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemaßen Tragvorrichtung, in der das Stellgliedsystem aus drei Stellgliedern besteht, ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Stellglieder im Betrieb auf das Versteifungsglied eine im wesentlichen parallel zur z-Richtung wirkende Kraft ausübt. Die Verwendung dieser Stellglieder verschafft eine statisch bestimmte Kopplung des Versteifungsglieds mit den beiden Lagereinheiten, wodurch eine von der Grundfläche parallel zur z-Richtung auf die Tragvorrichtung ausgeübte Tragkraft und ein Drehmoment um eine parallel zur Grundfläche liegende Achse über die erste Lagereinheit und das Stellgliedsystem auf das Versteifungsglied übertragen werden, während eine von der geradlinigen Führung auf die Tragvorrichtung ausgeübte Positionierkraft parallel zur Grundfläche und ein Drehmoment um eine parallel zur z-Richtung stehende Achse über die zweite Lagereinheit und ein elastisches Verbindungsglied auf das Versteifungsglied übertragen werden.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung mit einem besonders präzisen Stellgliedsystem mit geringer Hysterese ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Stellglieder mit einer Nockenscheibe und einer angetriebenen Nockenfolgerrolle versehen ist, wobei die Nockenscheibe an einer parallel zur Grundfläche angeordneten, drehbaren Nockenwelle befestigt und die Nockenfolgerrolle mit einer parallel zur Nockenwelle angeordneten Abtriebswelle eines Antriebsmotors gekoppelt ist. Durch eine Optimierung des Übersetzungsverhältnisses zwischen der Nockenscheibe und der Nockenfolgerrolle erübrigt sich außerdem die Verwendung eines Untersetzungsmechanismus' zwischen dem Antriebsmotor und der Nockenfolgerrolle, so daß ein besonders einfaches, kompaktes und schnellwirkendes Stellgliedsystem verschafft wird.
Eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung, die eine praktische Anordnung des Antriebsmotors und der Nockenwelle verschafft, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor an der ersten Lagereinheit befestigt ist, während die Nockenwelle mit dem Versteifungsglied gekoppelt ist.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung mit einem einfachen, kompakten und effektiven Versteifungsglied ist dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied drei Tragelemente zum Tragen des Objekttisches aufweist, welche Elemente in einer Ebene quer zur z-Richtung in einem Dreieck zueinander angeordnet sind, wobei die Tragelemente mittels plattenförmiger Bänder miteinander verbunden sind, während jedes der Tragelemente mittels eines in dieser Ebene angeordneten elastischen Verbindungsglieds mit der zweiten Lagereinheit gekoppelt ist.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung, die eine besonders starre und statisch bestimmte Kopplung des Versteifungsglieds mit der zweiten Lagereinheit verschafft, ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elastischen Verbindungsglieder ein plattenförmiges Band aufweist, das quer zu einer Winkelhalbierenden des neben dem jeweiligen Tragelement befindlichen Dreiecks angeordnet und an seinen beiden Enden mit einer im wesentlichen parallel zur jeweiligen Winkelhalbierenden angeordneten Verengung versehen ist.
Eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Tragelemente des Versteifungsglieds eine Tragkugel aufweist. Die Verwendung der Tragkugeln ergibt eine präzise und spannungsfreie Auflage des Objekttisches.
Eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung, die eine besonders starre und statisch bestimmte Kopplung des Versteifungsglieds mit der ersten Lagereinheit verschafft, ist dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Tragelemente des Versteifungsglieds über einen in einer Richtung parallel zur z- Richtung liegenden elastischen Stab mit einem der Stellglieder des Stellgliedsystems gekoppelt ist.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung, in der die elastischen Stäbe auf eine wirksame Weise ausgeführt sind, ist dadurch gekennzeichnet, daß jeder der elastischen Stäbe eine parallel zur z-Richtung stehende Säule mit an ihren Enden jeweils zwei senkrecht zueinander angeordneten Verengungen aufweist.
Eine besondere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied in z-Richtung zwischen der ersten und zweiten Lagereinheit angeordnet ist, wobei der Objekttisch über neben der zweiten Lagereinheit parallel zur z-Richtung stehende elastische Tragsäulen am Versteifungsglied befestigt ist, während die zweite Lagereinheit über neben dem Versteifungsglied parallel zur z-Richtung stehende Befestigungsglieder an der ersten Lagereinheit befestigt ist. Dadurch, daß das Versteifungsglied zwischen der ersten und zweiten Lagereinheit angeordnet ist, wird erreicht, daß der Schwerpunkt der aus dem Versteifungsglied und dem Objekttisch bestehenden Trageinheit in z-Richtung nahe bei der zweiten Lagereinheit liegt, so daß die Tragvorrichtung auf eine besonders stabile Weise entlang der geradlinigen Führung geführt wird.
Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung, die eine besonders starre Kopplung des Versteifungsglieds mit der zweiten Lagereinheit verschafft, ist dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied über drei quer zur z-Richtung liegende Blattfedern mit der zweiten Lagereinheit gekoppelt ist.
Eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung, die eine besonders starre und statisch bestimmte Kopplung des Objekttisches mit dem Versteifungsglled verschafft, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Objekttisch über drei elastische Tragsäulen am Versteifungsglied befestigt ist, die jede jeweils an einem ersten und einem zweiten Ende mit einer parallel zur Grundfläche angeordneten ersten Verengung und einer parallel zur ersten Verengung angeordneten zweiten Verengung sowie zwischen der ersten und zweiten Verengung mit einer quer zu dieser ersten und zweiten Verengung angeordneten dritten Verengung versehen sind.
Eine noch weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung, die eine praktische Anordnung des Antriebsmotors und der Nockenwelle verschafft, ist dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor am Versteifungsglied befestigt ist, während die Nockenwelle an der ersten Lagereinheit befestigt ist.
Eine optolithographische Vorrichtung, in der die Eigenschaften der darin verwendeten Tragvorrichtung besonders deuflich zutagetreten, ist dadurch gekennzeichnet, daß die optolithographische Vorrichtung in z-Richtung aufeinanderfolgend mit obiger Tragvorrichtung, einem Linsensystem mit einer parallel zur z-Richtung verlaufenden optischen Hauptachse, einem Manipulator für eine Maske und einer Lichtquelle mit einem Verschluß zur wiederholten Belichtung eines von der Tragvorrichtung zu tragenden Substrats versehen ist, wobei der Objekttisch eine im wesentlichen senkrecht zur optischen Hauptachse liegende Tragfläche für das Substrat aufweist.
Es sei darauf hingewiesen, daß das US-Patent 4.746.800 eine Positioniervorrichtung mit einem über drei elastisch verformbare Verbindungsstäbe mit einem Manipulator gekoppelten Objekttisch beschreibt. Die Senkrechtlage einer Tragfläche des Objekttisches zur z-Achse kann über eine Schraube in einer Bohrung in zweien dieser Verbindungsstäbe von Hand eingestellt werden. Auf diese Weise wird die Tragfläche eingestellt, wenn sie aufgrund von Herstellungs- und/oder Montagetoleranzen im Manipulator nicht senkrecht zur z-Achse liegt. Eine Einstellung dieser Art wird nur einmal, zum Beispiel nach der Montage der Positioniervorrichtung, oder mit begrenzter Frequenz vorgenommen. Hierin werden jedoch keine steuerbaren Stellglieder erwähnt.
Die Erfindung wird in der Folge unter Bezugnahme auf die Zeichnung naher beschrieben, worin
Fig. 1 eine Darstellung einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tragvorrichtung ist,
Fig. 2 die Tragvorrichtung von Fig. 1 mit weggelassenem Objekttisch der Tragvorrichtung zeigt,
Fig. 3 ein Stellglied zeigt, das Bestandteil eines Stellgliedsystems der Tragvorrichtung von Fig. 1 ist,
Fig. 4 eine Schnittansicht des Stellglieds von Fig. 3 ist,
Fig. 5 eine Darstellung einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Tragvorrichtung ist,
Fig. 6 eine schematische Darstellung einiger Komponenten der Tragvorrichtung von Fig. 5 ist,
Fig. 7 ein elastisch verformbares Verbindungsglied der Tragvorrichtung von Fig. 5 zeigt,
Fig. 8 eine Schnittansicht eines Stellglieds ist, das einen Bestandteil eines Stellgliedsystems der Tragvorrichtung von Fig. 5 bildet,
Fig. 9 eine Darstellung einer mit einer erfindungsgemäßen Tragvorrichtung versehenen optolithographischen Vorrichtung ist und
Fig. 10 eine Darstellung einer aus der Tragvorrichtung und einem Tragglied der optolithographischen Vorrichtung von Fig. 9 bestehende Einheit ist.
Die in Fig. 1 bis 4 dargestellte erste Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung 1 ist mit einer ersten Lagereinheit 2 mit einem runden, sogenannten aerostatischen Sockel 3 versehen. Die Tragvorrichtung 1 wird mittels des an sich aus US-Patent 4.698.575 bekannten aerostatischen Sockels 3 mit einem durch einen Unterdruck vorgespannten statischen Gaslager berührungsfrei entlang einer sich senkrecht zu einer in Fig. 1 und 2 angegebenen z-Richtung erstreckenden Grundfläche 5 geführt. Nach Darstellung in Fig. 2 ist die erste Lagereinheit 2 ferner mit einer sich entlang einem Umfang eines aerostatischen Sockels 3 erstreckenden aufrechtstehenden Metallwand 7 und mit quer zur aufrechtstehenden Wand 7 angeordneten radialen Metalltrennwänden 9 versehen. In Fig. 2 sind nur zwei Trennwände 9 sichtbar. Die Verwendung der aufrechtstehenden Wand 7 und der Trennwände 9 ergibt eine besonders starre Bauweise der ersten Lagereinheit 2, so daß mittels der ersten Lagereinheit 2 eine exakte und stabile Führung der Tragvorrichtung 1 entlang der Grundfläche 5 erzielt wird.
Die Tragvorrichtung 1 ist weiter mit einer auf der ersten Lagereinheit 2 befestigten zweiten Lagereinheit 11 versehen. Die zweite Lagereinheit 11 führt die Tragvorrichtung 1 entlang einer in Fig. 2 nur schematisch dargestellten und parallel zur Grundfläche 5 liegenden geradlinigen Führung 13. Die geradlinige Führung 13 ist mit parallelen Rundstäben 15 und 17 versehen, während die zweite Lagereinheit 11 mit in Fig. 1 und 2 nicht dargestellten Rollengliedern zur Führung der zweiten Lagereinheit 11 entlang den Stäben 15 und 17 versehen ist. Es wird darauf hingewiesen, daß eine Führung dieser Art aus vorgenanntem US-Patent 4.698.575 bekannt ist. In der Folge wird erläutert, wie die zweite Lagereinheit 11 in einer besonders geeigneten Ausführungsform der Tragvorrichtung (1) in einer optolithographischen Vorrichtung in eine Antriebseinheit der optolithographischen Vorrichtung zur Verschiebung der Tragvorrichtung 1 entlang der Grundfläche 5 und der geradlinigen Führung 13 integriert ist.
Nach Darstellung in Fig. 1 ist die Tragvorrichtung 1 weiter mit einem Objekttisch 19 mit einer quer zur z-Richtung liegenden Tragfläche 21 versehen, auf die ein Objekt gelegt werden kann. Der Objekttisch 19 ist auf einem in Fig. 2, in der der Objekttisch 19 weggelassen ist, dargestellten Versteifungsglied 23 angebracht. Das Versteifungsglied 23 ist als eine quer zur z-Richtung liegende und im wesentlichen dreieckige Metallplatte mit Aussparungen 25 und 27 konstruiert. Das Versteifungsglied 23 ist an jeder seiner Ecken 29 mit einer Saphir-Tragkugel 31 versehen. Der Objekttisch 19, dessen in Fig. 1 dargestellte Unterseite 33 mit drei nicht dargestellten und in radialen Richtungen zu einem Mittelpunkt des Objekttisches 19 verlaufenden V- förmigen Nuten versehen ist, deren Lagen zueinander den Lagen der Tragkugeln 31 zueinander entsprechen, liegt in der in Fig. 1 dargestellten Zusammenstellung auf den drei Tragkugeln 31 auf. Jede Tragkugel 31 übt auf den Objekttisch 19 eine im wesentlichen parallel zur z-Richtung wirkende Tragkraft aus. Durch die Verwendung der Tragkugeln 31 wird die Übertragung eines Biegemoments vom Versteifungsglied 23 auf den Objekttisch 19 verhindert, so daß eine exakte und spannungsfreie Lagerung des Objekttisches 19 erzielt wird. In der Folge wird erläutert, daß eine solche spannungsfreie Lagerung des Objekttisches 19 bei der Anwendung der Tragvorrichtung 1 in einer optolithographischen Vorrichtung besonders vorteilhaft ist.
Nach Darstellung in Fig. 2 ist das Versteifungsglied 23 an jeder seiner Ecken 29 mittels eines elastischen Verbindungsglieds 35 mit der zweiten Lagereinheit 11 und über ein Stellglied 37 mit der ersten Lagereinheit 2 gekoppelt. In Fig. 2 ist nur ein Stellglied 37 vollständig dargestellt, während die beiden anderen Stellglieder 37 nur teilweise sichtbar sind.
Die Verbindungsglieder 35 bilden feste Bestandteile des Versteifungsglieds 23 und bestehen jeweils aus einem in einer Ebene quer zur z-Richtung liegenden und quer zu einer Halbierenden des Winkels der jeweiligen Ecke 29 angeordneten plattenförmigen Band 39. Jedes Verbindungsglied 35 ist an beiden Enden mit einer parallel zur jeweiligen Winkelhalbierenden rund ausgekehlten, zylindrischen ersten Verengung 41 versehen. Jede der Verengungen 41 bildet ein elastisches Scharnier mit einer parallel zur jeweiligen Winkelhalbierenden liegenden Scharnierachse, so daß die Enden der mit den Ecken 29 des Versteifungsglieds 23 verbundenen Verbindungsglieder 35 parallel zur z-Richtung beweglich sind. Eine parallel zur Grundfläche 5 wirkende und im Betrieb durch die geradlinige Führung 13 auf die Tragvorrichtung 1 ausgeübte Positionierkraft sowie ein aus der Positionierkraft abgeleitetes Drehmoment um eine parallel zur z-Richtung liegende Achse werden über die elastischen Verbindungsglieder 35 direkt auf das Versteifungsglied 23 übertragen. Die Kopplung des Versteifungsglieds 23 mit der zweiten Lagereinheit 11 weist in einer Richtung quer zur z- Richtung eine hohe Starrheit auf, so daß der Objekttisch 19 auf exakte Weise entlang der geradlinigen Führung 13 geführt wird.
Jede Ecke 29 des Versteifungsglieds 23 ist mittels obiger Stellglieder 37 parallel zur z-Richtung verschiebbar. Bei gleichförmigem Antrieb der drei Stellglieder 37 wird das Versteifungsglied 23 mit dem Objekttisch 19 unter elastischer Verformung der ersten Verengungen 41 parallel zur z-Richtung verschoben, wodurch eine geringfügige, an sich unerwünschte Verdrehung des Versteifungsglieds 23 und des Objekttisches 19 um eine Drehachse parallel zur z-Richtung verursacht wird. Aufgrund dieser Verdrehung bei den Tragkugeln 31 möglicherweise auftretende unerwünschte mechanische Spannungen werden dadurch verhindert, daß jedes der elastischen Verbindungsglieder 35 an seinen beiden Enden jeweils mit einer in Fig. 2 dargestellten und parallel zur x-Richtung angeordneten zweiten Verengung 42 versehen ist. Wie in der Folge erläutert wird, läßt sich diese unerwünschte Verdrehung des Objekttisches 19 bei der Anwendung der Tragvorrichtung 1 in einer optolithographischen Vorrichtung auf einfache Weise kompensieren. Die Verwendung der Verbindungsglieder 35 mit den Verengungen 41 und 42 ermöglicht Verschiebungen des Objekttisches 19 parallel zur z- Richtung von ungefähr 1 mm. Wenn die drei Stellglieder 37 auf verschiedene Weisen angetrieben werden, wird nicht nur eine Verschiebung des Objekttisches 19 parallel zur z-Richtung, sondern auch eine Verdrehung des Objekttisches 19 um eine Drehachse parallel zur Grundfläche 5 erzielt. Die Verwendung einer solchen Verdrehung bei der Anwendung der Tragvorrichtung 1 in einer optolithographischen Vorrichtung wird in der Folge näher erläutert.
Fig. 3 zeigt eine detaillierte Darstellung des Stellglieds 37. Das Stellglied 37 ist mit einer mit zwei Lagerzapfen 45 drehbar in zwei Kugellagern 47 gelagerten nockenförmigen Metallscheibe 43 versehen. In Fig. 3 ist nur ein Lagerzapfen 45 mit dem zugehörigen Kugellager 47 sichtbar. Die Kugellager 47 mit einer parallel zur Grundfläche 5 verlaufenden gemeinsamen Mittellinie 49 sind in den beiden Schenkeln eines ersten U-förmigen Lagerblocks 51 des Stellglieds 37 angebracht. Fig. 4 zeigt, daß bei der nockenförmigen Scheibe 43 ein Abstand r zwischen einem auf der Mittellinie 49 liegenden Mittelpunkt M der Scheibe 43 und einem Punkt P am Umfang der Scheibe 43 eine lineare Funktion eines in der Figur dargestellten Winkels ist:
r = r&sub0; + Δr. 2π
Der Wert von r&sub0; ist ca. 15 mm, während der Wert von Δr ca. 1 mm ist. Nach Darstellung in Fig. 4 ist das Stellglied 37 weiter mit einer an der nockenförmigen Scheibe 43 anlaufenden runden Nockenfolgerrolle 53 versehen. Die Nockenfolgerrolle 53 ist am Ende einer in Fig. 3 dargestellten Abtriebswelle 55 eines an der ersten Lagereinheit 2 befestigten Elektromotors 57 angebracht. Die Abtriebswelle 55 ist in zwei Kugellagern 59 drehbar gelagert, von denen nur eines in Fig. 3 sichtbar ist. Die Kugellager 59 haben eine parallel zur Grundfläche 5 liegende gemeinsame Mittellinie 61 und sind in einem zweiten U-förmigen Lagerblock 63 angebracht, der nach Darstellung in Fig. 2 am Umfang des aerostatischen Sockels 3 an der ersten Lagereinheit 2 befestigt ist. Der Durchmesser der Nockenfolgerrolle 53 beträgt ca. 4 mm.
Wie weiter in Fig. 3 gezeigt ist der zweite Lagerblock 63 mit einer über zwei parallel zur Grundfläche 5 liegende Verbindungsplatten 67 und 69 mit dem ersten Lagerblock 51 verbundenen aufrechtstehenden Wand 65 versehen. Jede der Verbindungsplatten 67 und 69 ist an beiden Enden jeweils mit einer parallel zu den Mittellinien 49 und 61 verlaufenden, rund ausgekehlten zylindrischen Verengung 71 versehen. Durch die Verwendung der Verengungen 71 bilden der erste Lagerblock 51, die aufrechtstehende Wand 65 des zweiten Lagerblocks 63 und die beiden Verbindungsplatten 67 und 69 einen Parallelogrammechanismus, wobei der erste Lagerblock 51 unter elastischer Verformung der Verengungen 71 parallel zur z-Richtung relativ zum zweiten Lagerblock 63 verschiebbar ist. Ferner ist der erste Lagerblock 51 mit einem parallel zu den Verbindungsplatten 67 und 69 angeordneten Querbalken 73 versehen. Nach Darstellung in Fig. 4 sind im Querbalken 73 und in der Verbindungsplatte 67 quer zur Verbindungsplatte 67 verlaufende koaxiale Bohrungen 75 angebracht. Nach Darstellung in Fig. 4 umgeben die Bohrungen 75 mit geringem Lüftspiel eine in einer Gewindebohrung 78 im zweiten Lagerblock 63 drehbar angebrachte Stellschraube 77. Eine mechanische Schraubenfeder 83 ist zwischen einem Kopf 79 der Stellschraube 77 und einer oberen Fläche 81 des Querbalkens 73 vorgespannt, welche Feder eine Andruckkraft zwischen der nockenförmigen Scheibe 43 und der Nockenfolgerrolle 53 erzeugt. Die Starke dieser Andruckkraft läßt sich durch Verdrehen der Stellschraube 77 verändern. Auf diese Weise wird eine einstellbare Reibungskraftübertragung zwischen der nockenförmigen Scheibe 43 und der Nockenfolgerrolle 53 erzielt.
Bei Drehung der Nockenfolgerrolle 53 durch den Elektromotor 57 wird auch die nockenförmige Scheibe 43 gedreht, so daß der erste Lagerblock 51 parallel zur z-Richtung relativ zum zweiten Lagerblock 63 verschoben wird. Auf diese Weise wird die mit dem zugehörigen Stellglied 37 gekoppelte Ecke 29 des Versteifungsglieds 23 parallel zur z-Richtung relativ zur ersten Lagereinheit 2 verschoben. Da sowohl der Durchmesser der Nockenfolgerrolle 53 (4 mm) als auch der Wert von Δr (1 mm) im Vergleich zum durchschnittlichen Durchmesser der nockenförmigen Scheibe 43 (30 mm) klein sind, hat das Stellglied 37 ein verhältnismäßig niedriges Übersetzungsverhältnis von ca. 0,4 um Verschiebung parallel zur z-Richtung pro Verdrehungswinkelgrad der Nockenfolgerrolle 53. Aufgrund dieses niedrigen Übersetzungsverhältnisses erübrigt sich ein Untersetzungsmechanismus zwischen dem Elektromotor 57 und der Nockenfolgerrolle 53, so daß das Stellglied 37 besonders kompakt und einfach im Aufbau ist. Die Verwendung der nockenförmigen Scheibe 43 in Verbindung mit der Nockenfolgerrolle 53 verschafft ein besonders präzises Stellglied 37 mit geringer Hysterese.
Nach Darstellung in Fig. 2 und 3 ist jedes Stellglied 37 mittels eines parallel zur z-Richtung angeordneten elastischen Stabes 85 mit dem Versteifungsglied 23 verbunden. Jeder elastische Stab 85 besteht aus einer parallel zur z-Richtung stehenden Säule 87 und einem Anschlußblock 89, auf dem die zugehörige Ecke 29 des Versteifungsglieds 23 befestigt ist. Nach Darstellung in Fig. 3 ist die Säule 87 an beiden Enden mit zwei parallel zur Grundfläche 5 und senkrecht zueinander angeordneten Verengungen 91, 93 versehen. Durch die Verwendung der Verengungen 91, 93, deren jede ein elastisches Scharnier mit einer parallel zur Grundfläche 5 liegenden Scharnierachse bildet, wird erreicht, daß ausschließlich eine parallel zur z-Richtung wirkende Tragkraft und ein von dieser Tragkraft bestimmtes Drehmoment um eine parallel zur Grundfläche 5 liegende Drehachse von der ersten Lagereinheit 2 über die elastischen Stäbe 85 auf das Versteifungsglied 23 übertragen wird. Die Kopplung des Versteifungsglieds 23 mit der ersten Lagereinheit 2 weist in einer Richtung parallel zur z-Richtung eine hohe Steifigkeit auf, so daß der Objekttisch 19 präzise entlang der Grundfläche 5 geführt wird.
Es wird darauf hingewiesen, daß die Verwendung der in einer Richtung parallel zur z-Richtung besonders starren und quer zur z-Richtung verhältnismäßig lockeren elastischen Stäbe 85 und der in einer Richtung quer zur z-Richtung besonders starren und parallel zur z-Richtung verhältnismäßig lockeren elastisch verformbaren Verbindungsglieder 35 eine statisch bestimmte Kopplung des Versteifungsglieds 23 mit der ersten Lagereinheit 2 und der zweiten Lagereinheit 11 verschafft.
In Fig. 5 bis 8, in denen die zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Tragvorrichtung 1 dargestellt ist, werden mit den Teilen der obenbeschriebenen ersten Ausführungsform übereinstimmende Teile der dort dargestellten Tragvorrichtung 1 jeweils mit den selben Bezugszeichen gekennzeichnet. Nach Darstellung in Fig. 5 und 6 weist die Tragvorrichtung 1 auch in ihrer zweiten Ausführungsform eine ersten Lagereinheit 2 mit einem aerostatischen Sockel 3 zur berührungslosen Führung der Tragvorrichtung 1 entlang einer senkrecht zu einer in diesen Figuren angegebenen z-Richtung liegenden Grundfläche 5 auf. Die erste Lagereinheit 2 ist in z-Richtung nicht so hoch wie die in Fig. 1 und 2 dargestellte erste Lagereinheit 2, und sie ist entlang einem Umfang des areostatischen Sockels 3 mit einem im Vergleich zur in Fig. 1 und 2 dargestellten aufrechtstehenden Wand 7 verhältnismäßig niedrigen Rand 95 versehen. Die Tragvorrichtung 1 nach Fig. 5 und 6 weist weiter eine zweite Lagereinheit 11 auf, durch die die Tragvorrichtung 1 entlang einer parallel zur Grundfläche 5 liegenden und in Fig. 5 nur schematisch dargestellten geradlinigen Führung 13 geführt wird. Die geradlinige Führung 13 ist von ähnlicher Art wie die in Fig. 1 und 2 dargestellte geradlinige Führung 13 und sie ist mit parallelen Rundstäben 15 und 17 versehen, an denen entlang die zweite Lagereinheit 11 mit in Fig. 5 und 6 nicht sichtbaren Rollengliedern geführt wird. Die zweite Lagereinheit 11 ist mit drei parallel zur z-Richtung stehenden und in einem Dreieck zueinander angeordneten Verbindungsbeinen 97 mit am Rand 95 der ersten Lagereinheit 2 befestigten Füßen 99 versehen. In Fig. 5 ist nur ein Verbindungsbein 97 sichtbar, während in Fig. 6 alle Verbindungsbeine 97 dargestellt sind.
Die zweite Ausführungsform der Tragvorrichtung 1 weist ferner einen Objekttisch 19 mit einer sich quer zur z-Richtung erstreckenden Tragfläche 21 auf, auf die ein Objekt gesetzt werden kann. Der Objekttisch 19 ist mittels dreier Tragsäulen 101 mit einem in z-Richtung zwischen der ersten Lagereinheit 2 und der zweiten Lagereinheit 11 angeordneten Versteifungsglied 23 gekoppelt. In Fig. 5 ist nur eine Tragsäule 101 sichtbar, während in Fig. 6 nur zwei der drei in einem Dreieck zueinander angeordneten Tragsäulen 101 dargestellt sind. Die Tragsäulen 101 stehen entlang der zweiten Lagereinheit 11 parallel zur z-Richtung und sind an einem am Versteifungsglied 23 befestigten Ende jeweils mit einer parallel zur Grundfläche 5 liegenden ersten Verengung 103 (siehe Fig. 6) versehen. An ihren am Objekttisch 19 befestigten Enden sind alle Tragsäulen 101 mit einer parallel zur entsprechenden ersten Verengung 103 liegenden zweiten Verengung 105 versehen. Wie in Fig. 6 weiter dargestellt, sind alle Tragsäulen 101 zwischen der ersten Verengung 103 und der zweiten Verengung 105 mit einer quer zur ersten Verengung 103 und zur zweiten Verengung 105 angeordneten dritten Verengung 107 versehen. Die Verwendung der Tragsäulen 101 mit den Verengungen 103, 105 und 107, die jede ein elastisches Scharnier bilden, verschafft eine besonders starre und statisch bestimmte Kopplung des Objekttisches 19 mit dem Versteifungsglied 23. Durch die Verwendung der Tragsäulen 101 werden hier Verformungen des Objekttisches 19 verhütet, wie sie in der Praxis aufgrund von Unterschieden in der Wärmedehnung zwischen dem Objekttisch 19 und dem Versteifungsglied 23 entstehen können. Dehnungsunterschiede dieser Art werden durch die elastische Verformung der Verengungen 103, 105 und 107 aufgenommen, wobei eine starre Kopplung zwischen dem Objekttisch 19 und dem Versteifungsglied 23 gewahrt bleibt. In der Folge wird verdeutlicht, daß diese statisch bestimmte Kopplung des Objekttisches 19 mit dem Versteifungsglied 23 bei der Anwendung der Tragvorrichtung 1 in einer optolithographischen Vorrichtung besonders vorteilhaft ist.
Nach Darstellung in Fig. 5 und 6 ist das Versteifungsglied 23 mit drei senkrecht zur Grundfläche 5 stehenden und zueinander in einem Dreieck angeordneten Verbindungsplatten 109 versehen. In Fig. 5 sind zwei Verbindungsplatten 109 nur teilweise sichtbar, während in Fig. 6 zwei Verbindungsplatten 109 vollständig dargestellt sind. Jede der Verbindungsplatten 109 ist in der in Fig. 5 dargestellten Zusammenstellung parallel zu einer der Tragsäulen 101 angeordnet und steht ebenso wie die zugeordnete Tragsäule 101 seitlich neben der zweiten Lagereinheit 11. Ein in Fig. 7 dargestelltes plattenförmiges Verbindungsglied 113 ist quer zur z-Richtung auf einer in Fig 6 dargestellten oberen Fläche 111 der zweiten Lagereinheit 11 befestigt. Das Verbindungsglied 113 ist in Fig. 5 nicht sichtbar, während das Verbindungsglied 113 in Fig. 6 nur schematisch dargestellt ist. Nach Darstellung in Fig. 7 weist das Verbindungsglied 113 eine auf die obere Fläche 111 der zweiten Lagereinheit 11 aufgeschraubte dreieckige Mittelplatte 115 auf. Weiter ist das Verbindungsglied 113 mit drei Seitenplatten 117 versehen, die an ihren Enden 119 auf eine in Fig. 6 dargestellte obere Fläche 121 einer der Verbindungsplatten 109 des Versteifungsglieds 23 aufgeschraubt sind. Jede der Seitenplatten 117 des Verbindungsglieds 113 bildet eine quer zur z- Richtung angeordnete und parallel zur z-Richtung flexible Blattfeder. Eine parallel zur Grundfläche 5 wirkende und von der geradlinigen Führung 13 auf die Tragvorrichtung 1 ausgeübte Positionierkraft sowie ein von dieser Positionierkraft bestimmtes Drehmoment um eine parallel zur z-Richtung liegende Drehachse werden von der zweiten Lagereinheit 11 über die Seitenplatten 117 und die Verbindungsplatten 109 auf das Versteifungsglied 23 übertragen. Aufgrund der Dreiecksanordnung der Verbindungsplatten 109 wird eine besonders starre Kopplung des Verbindungsglieds 113 mit dem Versteifungsglied 23 quer zur z-Richtung erzielt.
Das Versteifungsglied 23 ist außerdem mittels dreier Stellglieder 123 mit der ersten Lagereinheit 2 gekoppelt. Jedes der in Fig. 5 und 6 schematisch dargestellten und in einem Dreieck zueinander angeordneten Stellglieder 123 ist jeweils unterhalb einer Tragsäule 101 angeordnet. Eines der Stellglieder 123 ist in Fig. 8 detailliert dargestellt.
Nach Darstellung in Fig. 8 ist das Stellglied 123 mit einer nockenförmigen Metallscheibe 125 mit zwei Lagerzapfen 127 versehen. Die Lagerzapfen 127 sind drehbar in zwei in einem U-förmigen Lagerblock 133 der ersten Lagereinheit 2 angebrachten Kugellagern 129 mit einer parallel zur Grundfläche 5 liegenden gemeinsamen Mittellinie 131 gelagert. Das Stellglied 123 ist weiter mit einer an der nockenförmigen Scheibe 125 anlaufenden runden Nockenfolgerrolle 135 aus Metall versehen und in zwei Kugellagern 137 gelagert. Die Kugellager 137 mit einer parallel zur Grundfläche 5 liegenden gemeinsamen Mittellinie 139 sind in einem am Versteifungsglied 23 befestigten U-förmigen Lagerblock 141 angebracht. Wie weiter in Fig. 8 dargestellt, ist die Nockenfolgerrolle 135 über ein Kopplungsglied 143 mit einer Abtriebswelle 145 eines am Versteifungsglied 23 befestigten Elektromotors 147 gekoppelt.
Die nockenförmige Scheibe 125 und die Nockenfolgerrolle 135 haben mit der in Fig. 4 dargestellten nockenförmigen Scheibe 43 und Nockenfolgerrolle 53 der ersten Ausführungsform der Tragvorrichtung identische Formen. Bei Drehung der Nockenfolgerrolle 135 durch den Elektromotor 147 wird auch die nockenförmige Scheibe 125 gedreht, so daß die beim jeweiligen Stellglied 123 angeordnete Tragsäule 101 des Objekttisches 19 im wesentlichen parallel zur z-Richtung verschoben wird. Bei Drehung der Elektromotoren 147 der drei Stellglieder 123 über gleiche Winkel wird das Versteifungsglied 23 mit dem Objekttisch 19 parallel zur z-Richtung verschoben, wobei die drei Seitenplatten 117 des Verbindungsglieds 113 gebogen werden. Die Verwendung des plattenförmigen Verbindungsglieds 113 ermöglicht ebenso wie bei der ersten Ausführungsform der Tragvorrichtung 1 Verschiebungen des Objekttisches 19 von ca. 1 mm parallel zur z-Richtung. Durch Drehung der Elektromotoren 147 über verschiedene Winkel wird eine Verdrehung des Objekttisches 19 um eine parallel zur Grundfläche 5 liegende Drehachse erzielt. Bei jedem der Stellglieder 123 ist eine in den Figuren nicht dargestellte, vorgespannte mechanische Feder angebracht. Durch diese mechanische Feder, deren erstes Ende an der ersten Lagereinheit 2 und deren zweites Ende am Versteifungsglied 23 befestigt ist, wird eine Andruckkft zwischen der nockenförmigen Scheibe 125 und der Nockenfolgerrolle 125 erzeugt, so däß ein Antrieb der nockenförmigen Scheibe 125 mit geringer Hysterese erzielt wird.
Wie oben erwähnt und in Fig. 8 dargestellt, läuft die Nockenfolgerrolle 135 an die nockenförmige Scheibe 125 an. Auf diese Weise werden eine quer zur Grundfläche 5 wirkende Tragkraft und ein von dieser Tragkraft bestimmtes Drehmoment um eine parallel zur Grundfläche 5 liegende Drehachse ausschließlich von der ersten Lagereinheit 2 über die Stellglieder 123 auf das Versteifungsglied 23 übertragen. Durch die Verwendung des obigen, in einer Richtung quer zur z-Richtung besonders starren und parallel zur z-Richtung verhältnismäßig lockeren Verbindungsglieds 113 in Kombination mit den Stellgliedern 123 wird in der zweiten Ausführungsform der Tragvorrichtung 1 eine direkte, starre und damit exakt bestimmte Übertragung der von der Grundfläche 5 und der geradlinigen Führung 13 auf die Tragvorrichtung 1 ausgeübten Kräfte erzielt. Da die zweite Lagereinheit 11 zwischen dem Objekttisch 19 und dem Versteifungsglied 23 angeordnet ist, wird zusätzlich erreicht, daß der Schwerpunkt der aus dem Objekttisch 19 und dem Versteifungsglied 23 gebildeten Einheit in z- Richtung im wesentlichen auf der Höhe der geradlinigen Führung 13 liegt. Somit wirkt die von der geradlinigen Führung 13 auf die Tragvonrichtung 1 ausgeübte Positionierkraft in der Nähe ihres Schwerpunkts auf diese Einheit ein, so daß eine besonders stabile Führung des Objekttisches 19 entlang der geradlinigen Führung 13 verschafft wird.
Die oben mit Bezug auf zwei Ausführungsformen beschriebene erfindungsgemäße Tragvorrichtung 1 ist aufgrund ihrer starren und spielfreien Konstruktion mit geringer Hysterese insbesondere für die Verwendung in einer erfindungsgemäßen optolithograpischen Vorrichtung 149 nach Darstellung in Fig. 9 und 10 geeignet. Die Vorrichtung 149 wird in der Herstellung von integrierten Halbleiterschaltungen mit Strukturen mit Detailkonstruktionen in der Größenordnung von zehntel Mikrometern verwendet. Die Vorrichtung 149 bildet ein optisches Projektionssystem, mit dem zahlreiche Stellen für identische integrierte Schaltungen auf einem Halbleitersubstrat 153 mit einem auf einer Maske 151 angebrachten Muster einer elektronischen Halbleiterschaltung wiederholt in verkleinertem Maßstab belichtet werden. Hierzu wird das auf dem Objekttisch 19 der Tragvorrichtung 1 angebrachte Halbleitersubstrat 153 mittels der mit der Tragvorrichtung 1 gekoppelten Antriebseinheit 155 parallel zu einer x-Richtung und einer y-Richtung stufenweise relativ zu einem optischen Linsensystem 157 verschoben, welche beiden Richtungen senkrecht zu einer zur z-Richtung parallelen optischen Hauptachse 159 des Linsensystems 157 verlaufen.
In der Folge wird die Konstruktion der optolithographischen Vorrichtung 149 kurz beschrieben. Nach Darstellung in Fig. 9 ist das Linsensystem 157 mittels eines Montagerings 161 an einer Unterseite an einem Montageglied 163 befestigt, das einen Bestandteil eines Rahmens 165 der Vorrichtung 149 bildet und als im wesentlichen dreieckige, in einer Ebene senkrecht zur optischen Hauptachse 159 liegende Platte konstruiert ist. An der Oberseite des Linsensystems 157 ist die Vorrichtung 149 mit einem Maskenmanipulator 167 zum Festhalten und Ausrichten der Maske 151 zum Linsensystem 157 versehen. Im Betrieb wird ein der Lichtquelle 169 entstammender Lichtstrahl über Spiegel 171 und 173 durch die Maske 151 geführt und mittels des Linsensystems 157 auf das auf der Tragvorrichtung 1 positionierte Halbleitersubstrat 153 scharfeingestellt. Das Montageglied 163 ist mit drei jeweils auf einem unteren Rahmenlager 177 ruhenden Eckteilen 175 versehen. In Fig. 9 sind nur zwei Eckteile 175 und zwei untere Rahmnenlager 177 sichtbar. Die unteren Rahmenlager 177 sind hier auf einem kastenförmigen Sockel 179 des Rahmens 165 angeordnet, der mittels Einstellgliedern 181 auf einem ebenen Fundament positioniert ist. Die Vorrichtung 149 ist mittels der unteren Rahmenlager 177 zum Fundament niederfrequent federnd gelagert, um die Übertragung von unerwünschten Schwingungen aus dem Fundament über die unteren Rahmenlager 177 auf das Linsensystem 157 und die Tragvorrichtung 1 zu verhüten.
Nach Darstellung in Fig. 9 und 10 besteht die Grundfläche 5, über die die Tragvorrichtung 1 mittels der ersten Lagereinheit 2 geführt wird, aus einer senkrecht zur optischen Hauptachse 159 liegenden oberen Fläche 183 eines Tragglieds 185 in der Form einer Granittafel. Das Tragglied 185 bildet zusammen mit der Tragvorrichtung 1 und der Antriebseinheit 155 eine auf einem Tragelement 189 des Rahmens 165 angebrachte Einheit 187. Das Tragelement 189 wird von einer senkrecht zur optischen Hauptachse 159 liegenden, im wesentlichen dreieckigen Platte gebildet, deren Hauptkanten 191 sich jeweils zwischen zwei unteren Rahmenlagern 177 erstrecken. Außerdem ist das Tragelement 189 mittels dreier plattenförmiger Aufhängungselemente 193 an einer Unterseite 195 des in Fig. 9 dargestellten Montageglieds 163 aufgehängt. Jedes der Aufhängungselemente 193, von denen in Fig. 9 nur zwei teilweise sichtbar sind, besteht aus einer in einer senkrechten Ebene parallel zur optischen Hauptachse 159 stehenden Platte, wobei diese senkrechten Ebenen Winkel von etwa 600 zueinander bilden.
In Fig. 10 ist obige Einheit 187 detailliert dargestellt. Wie aus der Figur hervorgeht, ist die mit der Tragvorrichtung 1 gekoppelte Antriebseinheit 155 mit drei elektrischen Linearmotoren 197,199 und 201 versehen. Der Linearmotor 197 enthält einen parallel zur x-Richtung angeordneten x-Ständer 203, in den die parallel zur x- Richtung liegende geradlinige Führung 13 mit den Stäben 15 und 17 integriert ist. Weiter enthält der Linearmotor 197 einen x-Läufer 205 mit in die zweite Lagereinheit 11 der Tragvorrichtung 1 integrierten Dauermagneten. Die Linearmotoren 199 und 201 bestehen jeweils aus einem parallel zur y-Richtung angeordneten y-Ständer 207 und einem mit Dauermagneten versehenen und an einem ersten Ende 209 des x-Ständers 203 befestigten y-Läufer 211 sowie einem parallel zur y-Richtung angeordneten y-Ständer 213 und einem mit Dauermagneten versehenen und an einem zweiten Ende 215 des x-Ständers 203 befestigten y-Läufer 213. An den y-Ständern 207 und 213 sind jeweils parallel zur y-Richtung liegende Führungsstäbe 219 und 221 sowie parallel zur y- Richtung liegende Führungsstäbe 223 und 225 befestigt. Die y-Läufer 211 und 217 sind jeweils mit in Fig. 10 nicht sichtbaren Rollengliedern zur Führung der y-Läufer 211 und 217 entlang der Führungsstäbe 219, 221 und der Führungsstäbe 223, 225 versehen. Außerdem sind die y-Ständer 207 und 213 an einem Fensterrahmen 277 der Antriebseinheit 155 befestigt, die an ihren Ecken an der oberen Fläche 183 des Tragglieds 185 befestigt ist. Der Objekttisch 19 der Tragvorrichtung 1 ist mittels des Linearmotors 197 parallel zur x-Richtung verschiebbar, während der Objekttisch 19 mittels der Linearmotoren 199 und 201 parallel zur y-Richtung verschiebbar und über einen begrenzten Winkel um eine Drehachse parallel zur optischen Hauptachse 159 schwenkbar ist. Durch diese Verdrehung des Objekttisches 19 läßt sich die obenerwähnte unerwünschte Verdrehung des Objekttisches 19 um eine Drehachse parallel zur z-Richtung ausgleichen, welche unerwünschte Verdrehung in der ersten Ausführungsform der Tragvorrichtung 1 bei einer Verschiebung des Objekttisches 19 parallel zur z-Richtung entsteht.
Das Halbleitersubstrat 153 wird durch eine Verschiebung des Objekttisches 19 parallel zur z-Richtung mittels der Stellglieder 37 (erste Ausführungsform) oder der Stellglieder 123 (zweite Ausführungsform) auf das Linsensystem 157 scharfeingestellt. In der Praxis hat das Halbleitersubstrat 153 aufgrund von Herstellungstoleranzen eine ungleichmäßige Dicke, so daß ohne zusätzliche Maßnahmen keine optimale Scharfeinstellung des gesamten Halbleitersubstrats 153 möglich ist. Indem das Halbleitersubstrat 153 mittels der Stellglieder 37, 123 auch über einen begrenzten Winkel um eine parallel zur Grundfläche 5 liegende Drehachse geneigt wird, wird im Falle einer ungleichmäßigen Dicke des Halbleitersubstrats 153 eine optimale Scharfeinstellung erzielt.
Die Lage des Objekttisches 19 in x- und y-Richtung wird in der Vorrichtung 149 mittels eines Laser-Interferometersystems einer an sich bekannten Art gemessen, das in Fig. 9 und 10 einfachheitshalber nicht dargestellt ist. Zu diesem Laser-Interferometersystem gehörige Spiegel 233 und 235 sind jeweils an einer senkrecht zur x-Richtung stehenden und in Fig. 10 dargestellten ersten Seitenfläche 229 des Objekttisches 19 und an einer senkrecht zur y-Richtung stehenden zweiten Seitenfläche 231 angebracht. Aufgrund der spannungsfreien Lagerung des Objekttisches 19 auf dem Versteifungsglied 23 mittels der Tragkugeln 31 (erste Ausführungsform der Tragvorrichtung 1) oder durch die statisch bestimmte Kopplung des Objekttisches 19 mit dem Versteifungsglied 23 mittels der Tragsäulen 101 (zweite Ausführungsform der Tragvorrichtung 1) bleibt der Objekttisch 19 im Betrieb frei von Verformungen, die zum Beispiel infolge von Wärmedehnung und elastischer Verformung der ersten und zweiten Lagereinheit 2, 11 auftreten können. Auf diese Weise wird eine exakt bestimmte Lage der beiden Spiegel 233, 235 zur Tragfläche 21 des Objekttisches 19 erzielt, so daß mittels des Laser-Interferometersystems eine besonders präzise Lagebestimmung des Halbleitersubstrats 153 möglich ist.
Es wird darauf hingewiesen, daß die in beiden Ausführungsformen der obenbeschriebenen Tragvorrichtung 1 mit einem statischen Gaslager versehene erste Lagereinheit 2 auch auf eine alternative Weise konstruiert sein kann. So kann die erste Lagereinheit 2 zum Beispiel mit einem vorgespannten elektromagnetischen Lager versehen sein, wobei die Grundfläche 5 aus einem magnetischen Werkstoff besteht. Auch kann die zweite Lagereinheit 11 zum Beispiel mit einem elektromagnetischen Lager versehen sein, wobei beiderseits einer aus magnetischem Werkstoff bestehenden und parallel zur Grundfläche 5 verlaufenden geradlinigen Führung Elektromagneten angeordnet sind.
Weiter wird darauf hingewiesen, daß der Objekttisch 19 durch die Verwendung der drei Stellglieder 37,123 um jede beliebige Drehachse parallel zur Grundfläche 5 geneigt werden kann. Eine Neigung dieser Art läßt sich auch mittels alternativer Stellgliedsysteme wie zum Beispiel eines Stellgliedsystems mit einem - Stellglied erzielen, das eine Neigung um eine parallel zur Grundfläche 5 liegende x- Achse ermöglicht, und mit einem dem -Stellglied zugeordneten ψ-Stellglied, das eine Neigung um eine parallel zur Grundfläche und quer zur x-Achse liegende y-Achse ermöglicht. Bei der Verwendung eines Stellgliedsystems dieser Art ist es jedoch schwieriger, eine statisch bestimmte Kopplung des Versteifungsglieds 23 mit der ersten und zweiten Lagereinheit 2, 11 zu erzielen.
Außerdem wird darauf hingewiesen, daß alle Stellglieder 37,123 auf das Versteifungsglied 23 eine im wesentlichen parallel zur z-Richtung wirkende Kraft ausüben. Anstelle der Stellglieder 37, 123 mit den nockenförmigen Scheiben 43, 125 und den Nockenfolgerrollen 53, 135 können auch alternative Stellglieder wie zum Beispiel Stellglieder mit einem in z-Richtung wirkenden Linearmotor (zum Beispiel ein Motor mit bewegter Spule) oder ein Linearmotor in Verbindung mit einem Piezostellglied verwendet werden. Alternative Stellglieder dieser Art weisen im allgemeinen jedoch eine kompliziertere Konstruktion auf.
Auch wird darauf hingewiesen, daß sich die erfindungsgemäße Tragvorrichtung ganz allgemein für reibungslose und spielfreie Verschiebungen mit geringer Hysterese von zu untersuchenden und/oder zu bearbeitenden Werkstoffen und Gegenstanden verwenden läßt. In vielen Fällen dieser Art sind exakte Verschiebungen in der z-Richtung oder exakte Neigbewegungen um eine parallel zur Grundfläche 5 ausgerichtete Drehachse erforderlich.
Ferner wird darauf hingewiesen, daß die H-förmig zueinander angeordneten Linearmotoren 197, 199 und 201 an sich aus dem US-Patent 4.737.823 bekannt sind. Bei ihrer Verwendung in einer optolithographischen Vorrichtung kann die Tragvorrichtung auch mit einer alternativen Antriebseinheit wie zum Beispiel einer aus der niederländischen Patentanmeldung 8902471 bekannten zweistufigen Antriebseinheit kombiniert werden. In dieser zweistufigen Antriebseinheit wird der Objekttisch von einem in zwei Koordinatenrichtungen relativ zur Grundfläche verschiebbaren Schlitten geführt. In diesem Fall wird der Objekttisch ausschließlich durch Lorentzkräfte in der gleichen Koordinatenrichtung relativ zum Schlitten angetrieben.
Wie oben bereits erwähnt eignet sich die beschriebene optolithographische Vorrichtung hervorragend zur Belichtung von Halbleitersubstraten bei der Herstellung von integrierten elektronischen Schaltungen. Zum Schluß sei darauf hingewiesen, daß eine lithographische Vorrichtung dieser Art auch zur Herstellung anderer Erzeugnisse mit Strukturen mit Detailabmessungen in der Größenordnung von zehntel Mikrometern verwendet werden kann, wobei ein Substrat mittels dieser Vorrichtung mit Maskenmustern belichtet werden muß. Beispiele hierfür sind Strukturen von integrierten optischen Systemen, Leitungs- und Detektionsstrukturen von Speichern mit magnetischen Domänen und Strukturen von Flüssigkristall-Bildwiedergabemustern.

Claims

1. Tragvorrichtung (1) mit einer ersten Lagereinheit (2), die eine zweite Lagereinheit (11) zur Führung der Tragvorrichtung (1) jeweils entlang einer Grundfläche (5) einer parallel zur Grundfläche (5) verlaufenden geradlinigen Führung (13) trägt, und einer mit einem Objekttisch (19) und einem den Objekttisch (19) tragenden versteifungsglied (23) versehenen und mittels eines Stellgliedsystems (37, 123) parallel zu einer senkrecht zur Grundfläche (5) stehenden z-Richtung gegenüber der ersten Lagereinheit (2) verschiebbaren Trageinheit (19, 23), dadurch gekennzeichnet, daß die Trageinheit (19, 23) mittels des Stellgliedsystems (37, 123) um mindestens eine parallel zur Grundfläche (5) liegende Drehachse zur ersten und zweiten Lagereinheit (2, 11) schwenkbar ist, wobei das Versteifungsglied (23) mittels eines in einer Richtung parallel zur z-Richtung elastisch verformbaren Verbindungsglieds (35, 113) mit der zweiten Lagereinheit (11) gekoppelt ist.

2. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 1, in dem das Stellgliedsystem (37, 123) aus drei Stellgliedern (37, 123) besteht, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Stellglieder (37, 123) im Betrieb auf das Versteifungsglied (23) eine im wesentlichen parallel zur z-Richtung wirkende Kraft ausübt.

3. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Stellglieder (37, 123) mit einer Nockenscheibe (43, 125) und einer angetriebenen Nockenfolgerrolle (53, 135) versehen ist, wobei die Nockenscheibe (43, 125) an einer parallel zur Grundfläche (5) angeordneten, drehbaren Nockenwelle (45, 127) befestigt und die Nockenfolgerrolle (53, 135) mit einer parallel zur Nockenwelle (45, 127) angeordneten Abtriebswelle (55, 145) eines Antriebsmotors (57,147) gekoppelt ist.

4. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (57) an der ersten Lagereinheit (2) befestigt ist, während die Nockenwelle (45) mit dem Versteifungsglied (23) gekoppelt ist.

5. Tragvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied (23) drei Tragelemente (31) zum Tragen des Objekttisches (19) aufweist, welche Elemente (13) in einer Ebene quer zur z-Richtung in einem Dreieck zueinander angeordnet sind, wobei die Tragelemente (31) mittels plattenförmiger Bänder miteinander verbunden sind, während jedes der Tragelemente (31) mittels eines in dieser Ebene angeordneten elastischen Verbindungsglieds (35) mit der zweiten Lagereinheit (11) gekoppelt ist.

6. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der elastischen Verbindungsglieder (35) ein plattenförmiges Band (29) aufweist, das quer zu einer Winkelhalbierenden des neben dem jeweiligen Tragelement (31) befindlichen Dreiecks angeordnet und an seinen beiden Enden mit einer im wesentlichen parallel zur jeweilige Winkelhalbierenden angeordneten Verengung (41) versehen ist.

7. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Tragelemente (31) des Versteifungsglieds (23) eine Tragkugel (31) aufweist.

8. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 5, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß jedes der Tragelemente (31) des Versteifungsglieds (23) über einen in einer Richtung parallel zur z-Richtung liegenden elastischen Stab (85) mit einem der Stellglieder (37) des Stellgliedsystems (37) gekoppelt ist.

9. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß jeder der elastischen Stäbe (85) eine parallel zur z-Richtung stehende Säule (87) mit an ihren Enden jeweils zwei senkrecht zueinander angeordneten Verengungen (91, 93) aufweist.

10. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 1, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied (23) in z-Richtung zwischen der ersten und zweiten Lagereinheit (2,11) angeordnet ist, wobei der Objekttisch (19) über neben der zweiten Lagereinheit (11) parallel zur z-Richtung stehende elastische Tragsäulen (101) am Versteifungsglied (23) befestigt ist, während die zweite Lagereinheit (11) über neben dem Versteifungsglied (23) parallel zur z-Richtung stehende Befestigungsglieder (97) an der ersten Lagereinheit (2) befestigt ist.

11. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß das Versteifungsglied (23) über drei quer zur z-Richtung liegende Blattfedern (117) mit der zweiten Lagereinheit (11) gekoppelt ist.

12. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Objekttisch (19) mittels dreier elastischer Tragsäulen (101) am Versteifungsglied (23) befestigt ist, die jede jeweils an einem ersten und einem zweiten Ende mit einer parallel zur Grundfläche (5) angeordneten ersten Verengung (103) und einer parallel zur ersten Verengung (103) angeordneten zweiten Verengung (105) sowie zwischen der ersten und zweiten Verengung (103, 105) mit einer quer zu dieser ersten und zweiten Verengung (103, 105) angeordneten dritten Verengung (107) versehen sind.

13. Tragvorrichtung (1) nach Anspruch 10, 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsmotor (147) am Versteifungsglied (23) befestigt ist, während die Nockenwelle (127) an der ersten Lagereinheit (2) befestigt ist.

14. Optolithographische Vorrichtung (149) mit einer Tragvorrichtung (1) nach einem der obigen Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optolithographische Vorrichtung (149) in z-Richtung aufeinanderfolgend mit obiger Tragvorrichtung (1), einem Linsensystem (157) mit einer parallel zur z-Richtung verlaufenden optischen Hauptachse (159), einem Manipulator (167) für eine Maske (151) und einer Lichtquelle (169) mit einem Verschluß zur wiederholten Belichtung eines von der Tragvorrichtung (1) zu tragenden Substrats (153) versehen ist, wobei der Objekttisch (19) eine im wesentlichen senkrecht zur optischen Hauptachse (159) liegende Tragfläche (21) für das Substrat (153) aufweist.