NL8204450A

NL8204450A - Verplaatsingsinrichting, in het bijzonder voor het stralingslithografisch behandelen van een substraat.

Info

Publication number: NL8204450A
Application number: NL8204450A
Authority: NL
Original assignee: Philips Nv
Priority date: 1982-11-17
Filing date: 1982-11-17
Publication date: 1984-06-18
Also published as: CA1217088A; JPH0314223B2; EP0109718A1; JPS59101835A; DE3367287D1; EP0109718B1; US4655594A

Description

·» -» PHN 10.503 1

N.V. PHILIPS1 G3L3EILaMPENFAB8IEKElN TE EINDHOVEN

"Verplaatsingsinrichting, in het bijzonder voor het stralingslithogra-fisch behandelen van een substraat"

De uitsdnding heeft betrekking cp een verplaatsingsinrichting, in het bijzonder voor toepassing in een apparaat voor het stralingsli-thografisch behandelen van esp substraat, welke inrichting is voorzien van een houder, die geplaatst is op een sledemechanisme waarop aandrijf-5 organen inwerken voor het gesten van translatiebewegingen en een rotatie-bewsging aart de houder.

In veto ^vallen treedt de noodzaak qp cm voorwerpen ten opzichte van elkaar in te stellen. De uitvinding heeft betrekking op een verplaatsingsinrichting die geschikt is een uitermate nauwkeurige instel-10 ling te verschaffen. Een belangrijk toepassingsgebied is de vervaardiging van half geleiderinrichtingen, Bijvoorbeeld is bij het vervaardigen van maskers met behulp van een z.g. step and repeat camera een uiterst nauwkeurige instelling van groot belang. Ook bij het repeterend afbeelden van een patroon cp een lichtgevoelige laag op een substraat, evenals bij 15 optische- en eléttronenstraalgeneratoren is deze grote nauwkeurigheid eai. vereiste. Een nauwkeurig werkende verplaatsingsinrichting kan natuurlijk ook in andere gebieden van de techniek toepassing vinden.

Een voorbeeld van een verplaatsingsinrichting voor toepassing bij de vervaardiging van halfgeleider inrichtingen is weergegeven in 20 DE 19 53 712. Hierbij is een kruisledesysteem toegepast waarbij een X-slede axiaal beweegbaar is op een Y-slede, en een werkstukdrager axiaal beweegbaar is qp de X-slede. Er zijn voorts middelen aanwezig cm het werkstuk een geringe translatie en rotatie ten opzichte van de werkstukdrager te laten uitvoeren, en zodoende een fijninstelling te 25 verkrijgen.

Bij deze bekende opstelling van X-Y sleden cp elkaar moet een uitermate nauwkeurige geleiding tussen de beide slededelen en tussen de bovenste slede en de werkstukdrager aanwezig zijn; enige geringe speling in de geleiding kan tot ontoelaatbare instelafwijkingen leiden. Verplaat-30 sing van de werkstukdrager ten opzichte van de bovenste slede heeft tot gevolg dat die krachten die in de geleiding tussen de X en Y-slede optreden en die veroorzaakt warden door de versnelling van de massa van de

ίΐ:': ·. I

8204450 ' 'W‘.....ψ- ; - r:·!!·.::· ".,»· , ·' ··: :(*.·>: ·.

.iHiiaiit.* ·· - r · «Si' -- ·.*··. · .

FHN 10.503 2 , i * * bovenste slede en de werkstukdrager, veranderen, hetgeen de instelmoge-lijkheid nadelig kan beïnvloeden. De grofinstelling en de fijninstelling geschiedt bij de bekende inrichting door twee verschillende systemen, hetgeen de opbouw gecompliceerd maakt en een beperking veroorzaakt in 5 de snelheid van instellen. De fijninstelling werkt met instelelementen die slechts een zeer beperkte slag hebben, hetgeen de positionering bemoeilijkt en toch nog hoge eisen stelt aan de grof instelling.

De uitvinding beoogt een verplaats ings inrichting te verschaffen waarmee een grote instelnauwkeurigheid mogelijk is bij zeer geringe 10 insteltijd, waarbij geen afzonderlijke grof- en fijninstelorganen nodig zijn en de opbouw eenvoudig van aard is, en waarbij door af te stappen van een kruissledesysteem met afzonderlijke X en Y-slede bereikt kan worden, dat de tussen de slededelen optredende krachten geen ongunstige beïnvloeding ondervinden bij verplaatsing van een werktuigdrager, terwijl 15 door een gunstige verdeling der bij de verplaatsing optredende krachten een stabiele werking verkregen wordt.

Het beoogde doel wordt, volgens de uitvinding bereikt doordat de slede is gevormd door een onderste en een bovenste slededeel, welke slededelen een naar elkaar toegekeerd plat vlak bezitten, waarbij drie 20 lineaire aandrijf organen op de slede inwerken, welke aandrijf organen elk een huis en een aan beide einden uit het huis stekend, ten opzichte van het huis axiaal beweegbaar aandrijf element bezitten, dat het huis van het eerste aandrijforgaan is verbonden met het bovenste slededeel, terwijl de aandrijfelementen van het tweede en derde aandrijforgaan zijn 25 gekoppeld met het tweede slededeel en dat de aandrijf elementen van het eerste aandrijforgaan zijn verbonden met het huis van het tweede respek-tievelijk derde aandrijforgaan, waarbij de aandrijf organen zijn opgesteld in de vorm van een H.

De slede wordt niet meer gevormd door een kruissledesysteem 30 waarbij nauwkeurige geleidingen tussen de delen aanwezig moeten zijn, maar door twee in een plat vlak willekeurig ten opzichte van elkaar beweegbare delen. Nauwkeurige positiebepaling kan plaatsvinden met een meetsysteem. De opstelling van de aandrijf organen maakt een snelle en nauwkeurige instelling mogelijk. Mede doordat de aandrijforgqaen in één 35 vlak en in de vorm van een H zijn gelegen, wordt een gunstige verdeling van de op de slede werkende krachten verkregen.

De uitvinding zal aan de hand van een in de tekening schematisch weergegeven uitvoeringsvoorbeeld nader worden toegelicht.

8204450 ΙΏΝ 10.503 3

Fig. 1 een schematische weergave van het bovenaanzicht van een inrichting volgens de uitvinding.

Fig. 2 een zijaanzicht, gedeeltelijk doorsnede van de inrichting.

5 Fig. 3 een schematische weergave van het laser-interferaneter samenstel voor het instellen fan de positie.

In de Fig. 1 en 2 is een uitvoeringsvorm van de verplaatsings-inrichting op schematische wijze weergegeven. De inrichting bevat een slede, waarvan het onderste slededeel 1 uit een granieten plaat be-10 staat en het bovenste slededeel 2 uit een luchtvoet. De naar elkaar toegekeerde vlakken van de beide slededelen hebben een plat oppervlak. Luchtlagering met behulp van de luchtvoet maakt dat bewegen van de slededelen ten opzichte van elkaar wrijvingsarm geschiedt. Hoewel een lucht-lagering de voorkeur verdient is zij niet noodzakelijk voor de goede wer-15 king van de inrichting; ook b.v. smering net olie tussen de beide slededelen is mogelrjk.

De inrichting bevat drie aandrijforganen 3, 4, 5 die in de vorm van een H zijn opgesteld. De in de tekening weergegeven aandrijforganen zijn hydraulische lineaire motoren, bij voorkeur hydrostatisch gelagerd. 20 De besturing^niddelen voer de hydraulische motoren zijn terwille van de overzichtelijkheid niet getoond. Het huis 6 van de hydraulische motor 3, die de beweging in. de X richting van het bovenste slededeel 2 ten opzichte van slededeel 1 verzorgt, is op slededeel 2 bevestigd met niet weergegeven igiddiaLen, b.v. met bout-moer verbindingen. De beweging in de 25 Y-richting wftrdt verzorgd door de aandrijforganen 4 en 5, die ook een rotatie van slededeel 2 kunnen te werk stellen. Aan beide einden van het huis 7 resp. 8 steekt een axiaal beweegbaar aandrijf element 9 resp. 10 naar buiten. .De aandr ijfelementen zijn assen die zijn verbonden met een in het huis van het aandrijf orgaan aanwezige plunjer. De einden van de 30 assen 9 en 10 zijn vast verfraaien met slededeel 1, met behulp van ver-bindingsblokken 11. De aandrijf elementen 12, 13 van aandr ij f orgaan 3 voor de X-richting zijn scharnierend bevestigd aan het huis 7 resp. 8 van de aandr ij forganen 4, 5 voor de Y-richting. Hiertoe zijn b.v. twee boven elkaar liggende platen 14 aan huis 7 en 8 bevestigd, welke platen een 35 schamieras 15 kunnen opnemen, welke schamierassen ook door het einde van de aandrijfelementen 12 en 13 zijn geleid. Cm bij hoekverdraaiing van slededeel 2 de afstand tussen de beide scharnierassen 15 te kunnen 8204450 p v PHN 10.503 4 overbruggen, is aandrijfelement 13 uitgevoerd als schuifas, zoals schematisch bij 16 is oergegeven.

Op het huis 6 van aandrijforgaan 3 is bij voorkeur een plaat 17 bevestigd van een materiaal met een lage thermische uitzettingscoëf-5 ficient. Op deze plaat zijn een drietal steunen 18 aanwezig. Een referen-tieorgaan 19 wordt gedragen door deze steunen. Het referentieorgaan , dat bij voorkeur ook van een materiaal met een lage uitzettingscoëfficient is, heeft twee loodrecht op elkaar staande buitenvlakken 20 en 21, die als spiegels zijn gevormd. Met deze spiegelvlakken kan, in samenwerking 10 met een laser-interferometer samenstel, uitermate nauwkeurig en wel binnen 0,1 micrometer de positie van slededeel 2 ten opzichte van slededeel 1 worden bepaald. In het referentieorgaan 19 is een uitsparing 22 aanwezig. Een houder 23 voor een werkstuk, b.v. voor een substraat waarin halfgeleiderelementen moeten worden gevormd, is op de plaat 17 aange-15 bracht. Het bovenvlak van de houder 23 is het draagvlak voor het substraat. Dit bovenvlak wordt zodanig ten opzichte van de spiegelvlakken 20 en 21 gekozen, dat het vrijwel samenvalt net een vlak waarin de lichtstralen van het laser-interferometer samenstel zijn gelegen. Door het substraat juist op deze hoogte te plaatsen worden optische fouten, die 20 kunnen ontstaan door onvlakheid en daardoor kanteling van slededeel 2 ten opzichte van slededeel 1, bij de plaatsdetektie voorkomen.

Het substraat wordt door de houder vastgehouden. Bij voorkeur vindt dit vasthouden plaats met behulp van onderdruk in op zichzelf bekende en hier niet weergegeven wijze. In fig. 2 is wel schematisch de 25 uitvoering van de luchtvoet aangegeven. In het bovenste slededeel is een toevoer 24 voor lucht onder druk aanwezig, van waaruit restrikties 25 naar het platte vlak leiden, dat naar het eerste slededeel 1 is gericht. De lucht onder'druk die uit de restrikties stroomt, zorgt voor een aeros-tatische lagering tussen de slededelen 1 en 2. Er is in slededeel 2 30 voorts een ruimte 26 aanwezig waarin onderdruk kan worden opgewekt, om zodoende de aerostatische lagering een gewenste voorspanning te geven.

Als aan de hydraulische motor 3 vloeistof wordt toegevoerd, zal het huis 6 en daarmede de slede 2 in Fig. 1 naar rechts of links bewegen. Beweging in de Y-richting van de slede wordt verkregen door 35 gelijktijdig aan motor 4 en 5 vloeistof toe te voeren, zodanig dat de huizen 7 en 8 in dezelfde richting bewegen. Rotatie van slede 2 wordt verkregen door in tegengestelde richting bewegen van de motoren 4 en 5.

8204450 ............

, o . . »- '· 'i· ' ' ." i -<· PHN 10.503 5

De motoren 3/ 4 en 5 bevinden zich qp dezelfde hoogte boven de slededelen 1 en 2. Dit is gunstig voor de krachten die de instelling van de slede 1, % bewerkstelligen. De H opstelling van de motoren 3, 4 en 5 maakt dat de.;.instelling van de slede op eenvoudige en snelle wijze 5 kan plaatsvinden, zowel wat translatie als wat rotatie betreft.

In de figuren zijn hydraulische lineaire motoren weergegeven.

Er kunnen evenwel ook elektrische lineaire motoren worden toegepast. Daar bij lineaire elektrische motoren enige speling tussen huis en aandrijf-elementen aanwezig kan zijn, is het dan niet nodig on de X-motor schar-10 nierend met de beide Y-motaren. de koppelen, maar kan die verbinding ook star uitgevoerd worden.

Fig. 3 toomt zeer schematisch de middelen cm uiterst nauwkeurig de plaats van de slede te meten en met dit meetresultaat de besturing van de motoren ter instelling van de gewenste positie van de slede te 15 bewerkstelligen. Alleen de voor de meting strikt benodigde elementen zijn weergegeven. ,

Een !as^ 3p zendt licht uit, dat via omkeerspiegels 31, 32 naar gedeeltelijk doorlatende spiegels 33 en 34 wordt geleid. Spiegel 33 laat b.v. 2/3 van het licht door en richt 1/3 deel van het licht via een inter-20 feraneter 36 naar het spiegelvlak 21 van referentieorgaan 19. Het van het spiegelvlak 21 teruggekaatste licht wordt door de interfercmeter opgevangen en de in de interfercmeter verwerkte lichtstraal gaat naar een ontvanger 37, die een elektrisch signaal stuurt naar niet weergegeven elektronische verwarkingsmiddélen. In deze verwerkingsmiddelen wordt de 25 door interferometer 36 gemeten positie van de X-richting van de slede vergeleken met qen gewgmste positie. Een eventueel verschilsignaal wordt benut cm de lineaire motor 3 te sturen tot de gewenste X-positie is bereikt.

Op soortgelijke wijze wordt de Y-positie bepaald, waarbij twee 30 lichtstralen worden toegepast en interferometers 38 en 39 een positie-in-dicatie geven. Ontvangers 40 en 41 zenden weer een elektrisch signaal naar de genoemde verwerkingsmiddelen. Met de beide waarden van Y kan zowel de ingencmen Y positie als de hoek waaronder het referentieorgaan 19 staat worden bepaald. Een eventueel verschilsignaal met de gewenste positie 35 wordt benut cm de motoren 4 en 5 te sturen.

820 4454 i

Claims

1. Verplaatsingsinrichting, In het bijzonder voor toepassing in éen apparaat voor het stralingslithografisch behandelen van een substraat^ welke inrichting is voorzien van een houder, die geplaatst is op een sledemechanisme waarop aandrijforganen inwerken voor het geven van trans- 5 latiebewegingen en een rotatiebeweging aan de houder, met het kenmerk, dat de slede is gevormd door een onderste en een bovenste slededeel, welke slededelen een naar elkaar toegekeerd plat vlak bezitten, waarbij drie lineaire aandrijf organen op de slede inwerken, welke aandrijf organen elk een huis en een aan beide einden uit het huis stekend, ten opzichte 10 van het huis axiaal beweegbaar aandrijfelement bezitten, dat het huis van het eerste aandrijforgaan is verbonden met het bovenste slededeel, terwijl de aandrijf elementen van het tweede en derde aandrij forgaan zijn gekoppeld met het tweede slededeel en dat de aandrijf elementen van het eerste aandrijforgaan zijn verbonden met het huis van het tweede, respek-15 tievelijk derde aandrij forgaan, waarbij de aandrijforganen zijn opgesteld in de vorm van een H.

2. Inrichting volgens conclusie 1, net het kenmerk, dat de lineaire aandrijforganen bestaan uit hydraulische lineaire motoren, dat de aandrijf elementen van het eerste aandrijforgaan scharnierend zijn bevestigd 20 aan het huis van het tweede, resp. derde aandrijforgaan en dat één van deze aandrijfelementen een schuifas bevat.

3. Inrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de lineaire aandrijforganen bestaan uit lineaire elektromotoren.

4. Inrichting volgens conclusie 1, 2 of 3, met het kenmerk, dat het 25 bovenste slededeel is voorzien van restrikties die uitmonden in het platte vlak dat naar het onderste slededeel is gericht, welke restrikties aansluiten op een in het bovenste slededeel aanwezige bron van overdruk, ter vorming van een aerostatische lagering tussen de beide slededelen, waarbij in het bovenste slededeel een aan het onderste 30 slededeel grenzende kamer aanwezig is, die op onderdruk aansluitbaar is, ter verkrijging van een voorspanning van de aerostatische lager ing.

5. Inrichting volgens een der conclusies 1-4, met het kenmerk, dat op het bovenste slededeel twee, loodrecht op elkaar staande spiegelvlakken aanwezig zijn, die twee ópstaande zijden van een referentieorgaan 35 vormen, waarbij het instellen van de positie geschiedt door middel van een sturing van de aandrijforganen, afgeleid uit de gemeten positie met behulp van een laser-interfercmeter samenstel, aan de hand van door de laser uitgezonden en door de spiegelvlakken teruggekaatste lichtstralen. 8204450 PHN 10.503 7

6. Inrichting volgens conclusie 5, met het kenmerk, dat de houder zich bevindt in asn hitsparing van het referentieorgaan met de spiegel-blokken, waarbij de houder een draagvlak voer een voorwerp heeft, welk draagvlak in hoogterichting van de spiegelvlakken vrijwel samenvalt met 5 het vlak waarin de lichtstralen zijn gelegen, waarmee het laser-interfe-rosamsistel in samenwerking mst de beide spiegelvlakken, de positie van de houder bepaalt. 10 15 20 25 . 30 ' . 35 · · 8204450 : ψ; .....................