NL8600785A - Positioneerinrichting met een z-manipulator en een o-manipulator. - Google Patents

Positioneerinrichting met een z-manipulator en een o-manipulator. Download PDF

Info

Publication number
NL8600785A
NL8600785A NL8600785A NL8600785A NL8600785A NL 8600785 A NL8600785 A NL 8600785A NL 8600785 A NL8600785 A NL 8600785A NL 8600785 A NL8600785 A NL 8600785A NL 8600785 A NL8600785 A NL 8600785A
Authority
NL
Netherlands
Prior art keywords
axis
manipulator
carrier
rotation
positioning device
Prior art date
Application number
NL8600785A
Other languages
English (en)
Original Assignee
Asm Lithography Bv
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Asm Lithography Bv filed Critical Asm Lithography Bv
Priority to NL8600785A priority Critical patent/NL8600785A/nl
Priority to US06/910,101 priority patent/US4746800A/en
Priority to EP87200480A priority patent/EP0240058A1/en
Priority to JP62068127A priority patent/JPS63107021A/ja
Publication of NL8600785A publication Critical patent/NL8600785A/nl

Links

Classifications

    • GPHYSICS
    • G03PHOTOGRAPHY; CINEMATOGRAPHY; ANALOGOUS TECHNIQUES USING WAVES OTHER THAN OPTICAL WAVES; ELECTROGRAPHY; HOLOGRAPHY
    • G03FPHOTOMECHANICAL PRODUCTION OF TEXTURED OR PATTERNED SURFACES, e.g. FOR PRINTING, FOR PROCESSING OF SEMICONDUCTOR DEVICES; MATERIALS THEREFOR; ORIGINALS THEREFOR; APPARATUS SPECIALLY ADAPTED THEREFOR
    • G03F7/00Photomechanical, e.g. photolithographic, production of textured or patterned surfaces, e.g. printing surfaces; Materials therefor, e.g. comprising photoresists; Apparatus specially adapted therefor
    • G03F7/70Microphotolithographic exposure; Apparatus therefor
    • G03F7/70691Handling of masks or workpieces
    • G03F7/70716Stages
    • BPERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • B23QDETAILS, COMPONENTS, OR ACCESSORIES FOR MACHINE TOOLS, e.g. ARRANGEMENTS FOR COPYING OR CONTROLLING; MACHINE TOOLS IN GENERAL CHARACTERISED BY THE CONSTRUCTION OF PARTICULAR DETAILS OR COMPONENTS; COMBINATIONS OR ASSOCIATIONS OF METAL-WORKING MACHINES, NOT DIRECTED TO A PARTICULAR RESULT
    • B23Q1/00Members which are comprised in the general build-up of a form of machine, particularly relatively large fixed members
    • B23Q1/25Movable or adjustable work or tool supports
    • B23Q1/26Movable or adjustable work or tool supports characterised by constructional features relating to the co-operation of relatively movable members; Means for preventing relative movement of such members
    • B23Q1/34Relative movement obtained by use of deformable elements, e.g. piezoelectric, magnetostrictive, elastic or thermally-dilatable elements
    • B23Q1/36Springs

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Container, Conveyance, Adherence, Positioning, Of Wafer (AREA)
  • Control Of Position Or Direction (AREA)
  • Exposure Of Semiconductors, Excluding Electron Or Ion Beam Exposure (AREA)
  • Exposure And Positioning Against Photoresist Photosensitive Materials (AREA)
  • Machine Tool Units (AREA)

Description

' - ' * i,a C
« ' —*
V
PHN 11.698 .1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken te Eindhoven.
ASM Lithography B.V. te Veldhoven.
Positioneerinrichting met een Z-manipulator en een Θ-manipulator.
De uitvinding heeft betrekking op een positioneerinrichting met een Z-manipulator die een ten opzichte van een eerste drager om een rotatieas '(Θ) draaibare tweede drager bevat en een door middel van de Z-manipulator in een (Z) van drie 5 coördinaatrichtingen van een met een van de dragers verbonden orthogonaal assenstelsel (X, Y, Z) met een nagenoeg wrijvingsloze en hysteresisvrije translatiebeweging verplaatsbare objecthouder die tevens met behulp van een θ-manipulator nagenoeg wrijvingsloos en hysteresisvrij draaibaar is om de met de Z-as samenvallende 10 rotatieas (Θ), waarbij de twee dragers aan elkaar zijn bevestigd door eerste elastische koppelorganen en een van de twee dragers een vaste positie inneemt volgens de Z-as van het assenstelsel (X, Y, Z).
De uitvinding heeft tevens betrekking op een optisch lithografische inrichting met de genoemde positioneerinrichting.
15 Bij een bekende positioneerinrichting van de in de aanhef genoemde soort (uit het boek "Lösungskataloge für Sensoren" van R.
Breitinger, 1976, p. 60; ISBN 3-7830-0111-0) wordt de translatiebeweging in de Z-richting van een met de eerste drager verbonden as (objecthouder) verkregen door draaiing van de eerste drager om de met de 20 Z-as samenvallende rotatieas .(θ') ten opzichte van de vast opgestelde tweede drager. Deze tweede drager is door drie scheef opgestelde bladveren verbonden met de eerste drager. Een dergelijke positioneerinrichting staat in de praktijk bekend als een Tomlinson-element.
25 Een bezwaar van de bekende positioneerinrichting is dat de Z-translatie en de θ-rotatie niet onafhankelijk van elkaar kunnen worden uitgevoerd. Het toepassingsgebied van de bekende positioneerinrichting is daardoor relatief beperkt.
Het doel van de uitvinding is een positioneerinrichting 30 te verschaffen waarmee een translatie van de objecthouder in de Z-richting mogelijk is zonder gelijktijdige rotatie van de objecthouder om de rotatieas Θ en een rotatie van de objecthouder om de rotatieas <ö Λ '·** r\ ö 0 'J y / 1 ____ ' ΐ ‘ * ΡΗΝ 11.698 2 θ zonder gelijktijdige translatie in de Z-richting, terwijl tevens een simultane translatie in de Z-richting en daarvan onafhankelijke rotatie om de rotatieas 0 kan worden uitgevoerd.
De uitvinding heeft daartoe tot kenmerk, dat de 5 Z-manipulator door een in de richting van de Z-as elastisch vervormbare separator is gekoppeld met de θ-manipulator door welke de objecthouder bij afwezigheid van een translatie volgens de Z-as draaibaar is om de rotatieas (0), welke separator bij relatieve rotatie van de eerste ten opzichte van de tweede drager door elastische vervorming van de eerste 10 elastische koppelorganen een translatie bewerkstelligt van de objecthouder in de richting van de Z-as bij afwezigheid van een rotatie van de objecthouder om de rotatieas (Θ).
Opgemerkt wordt dat uit het Amerikaanse octrooischrift nr. 3887811 een positioneerinrichting bekend is die deel uitmaakt van 15 een zgn. electronenstraal patroon generator voor de fabricage van geïntegreerde halfgeleider schakelingen. De positioneerinrichting bezit een mechanisme voor de verplaatsing in de Z-richting en een nagenoeg wrijvingsloze en hysteresisvrije θ-manipulator. Zowel het Z-mechanisrae als de θ-manipulator dienen voor het positioneren van 20 een objecthouder met een masker of halfgeleider substraat. De Z-beweging is onafhankelijk van de θ-beweging. Het Z-mechanisme bevat een schuifas die kan worden verplaatst in de Z-richting onder veerkracht van een elastische balg en is derhalve niet geschikt voor micromanipulatie in de Z-richting vanwege speling, wrijving en 25 hysteresis veroorzaakt door de schuifas en de balg. De focussering van de electronenbundel geschiedt dan ook met behulp van focusseringsspoelen.
Een bijzondere uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting met een eenvoudig geconstrueerde, mechanisch 30 stabiele separator heeft tot kenmerk, dat de separator een aan de 0- manipulator bevestigde platte ring bezit waarvan het middelpunt op de Z-as is gelegen die loodrecht staat op een vlak door de ring, welke ring door bladveervormige, buigzame spaken is verbonden met een vast opgesteld deel van de positioneerinrichting en een relatieve rotatie om 35 de rotatieas (0) van een sectie van de Z-manipulator ten opzichte van een sectie van de θ-manipulator verhindert.
Een verdere uitvoeringsvorm van de δ 0 U / S 0 - · · i PHN 11.698 3 positioneerinrichting, waarbij zowel voor de fabricage van de Z-manipulator als van de θ-manipulator gebruik kan worden gemaakt van overeenkomstige technologieën, heeft verder tot kenmerk, dat de θ-manipulator is ondersteund door de Z-manipulator, terwijl de eerste 5 drager van de Z-manipulator een ten opzichte van een vast opgestelde buitensectie draaibare binnensectie bevat die door uitsluitend in een vlak loodrecht op de Z-as vervormbare eerste elastische scharnieren is verbonden met de buitensectie, waarbij de binnensectie, de buitensectie en de eerste elastische scharnieren uit één stuk plaatmetaal als een 10 integrale constructie zijn vervaardigd, welke binnensectie door de eerste elastische koppelorganen is verbonden met de boven de eerste drager opgestelde tweede drager die door middel van de separator enerzijds aan de vast opgestelde buitensectie van de eerste drager is bevestigd en anderzijds aan een boven de tweede drager opgestelde 15 binnensectie van een derde drager, welke derde drager verder een door tweede koppelorganen aan de objecthouder bevestigde buitensectie bevat die door uitsluitend in een vlak loodrecht op de Z-as vervormbare tweede elastische scharnieren is verbonden met de betreffende binnensectie, waarbij de als θ-manipulator functionerende derde drager uit één 20 stuk plaatmetaal als een integrale constructie is vervaardigd.
Een verdere uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting waarin statische overbepaalheden in de Z-manipulator worden vermeden, heeft tot kenmerk, dat de eerste elastische koppelorganen tussen de eerste en de tweede drager van de Z-manipulator een cirkelcylindrische 25 staafvorm bezitten en nabij hun beide uiteinden zijn voorzien van een elastisch scharnier, terwijl de uiteinden van de eerste elastische koppelorganen zijn bevestigd in boringen van de eerste en tweede drager waarvan de hartlijn een scherpe hoek insluit met een loodlijn op de respectievelijke drager die evenwijdig is aan de Z-as.
30 Een nog verdere uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting waarmee een kanteling van de objecthouder kan worden verkregen om assen die in een vlak loodrecht op de Z-as zijn gelegen, heeft tot kenmerk, dat de tweede koppelorganen tussen de derde drager en de objecthouder elastisch vervormbaar zijn en worden gevormd 35 door een drietal bladveren die alle zijn voorzien van een eerste elastisch scharnier waarvan de scharnieras loodrecht staat op het vlak van de bladveer, terwijl twee van de drie bladveren bovendien nog zijn λ, ^ -r» .
: ; J ? 1 .· -» * * v s- t 1 ί PHN 1.1.698 4 voorzien van een tweede elastisch scharnier waarvan de scharnieras evenwijdig is aan het vlak van de bladveer en de hartlijn daarvan loodrecht kruist.
Een weer verdere uitvoeringsvorm van de 5 positioneerinrichting waarbij door de bedieningsorganen een nagenoeg zuiver koppel wordt overgebracht op de Z-manipulator en de Θ-manipulator, heeft tot kenmerk, dat een translatie van de objecthouder volgens de Z-as plaatsvindt met behulp van een eerste bedieningsorgaan en een rotatie van de objecthouder om de rotatieas (Θ) 10 met behulp van een tweede bedieningsorgaan, welke bedieningsorganen elk twee bladveren bezitten die in vlakken zijn gelegen die elkaar snijden volgens een lijn evenwijdig aan de Z-as, waarbij naar elkaar toe gerichte uiteinden van elk paar bladveren zijn ingeklemd in een vast opgesteld frame en van elkaar af gerichte uiteinden van elk paar 15 bladveren zijn bevestigd aan een brug die verplaatsbaar is in een richting tangentieel aan een cirkel waarvan het middelpunt ligt op de genoemde snijlijn evenwijdig aan de Z-as, welke bruggen zijn verbonden met om de rotatieas (0) draaibare secties van respectievelijk de Z-manipulator en de θ-manipulator door middel van telkens twee 20 evenwijdige, aan elkaar bevestigde platen waarvan het plaatvlak loodrecht staat op de Z-as.
Een optisch lithografische inrichting voor de fabricage van geïntegreerde schakelingen waarin de eigenschappen van de daarin toegepaste positioneerinrichting volgens de uitvinding op bijzondere 25 wijze tot gelding komen, heeft tot kenmerk, dat de objecthouder is voorzien van een masker-ondersteuning waarvan een oplegvlak loodrecht staat op een met de Z-as samenvallende optische as van een, in een vast opgestelde, aan de buitensectie van de eerste drager van de Z-manipulator bevestigde, lenshouder gevatte optische projectielens, welke 30 inrichting in projectierichting gezien achtereenvolgens een lichtbron bevat, een diafragma, een condensorlens, de genoemde positioneerinrichting, de genoemde projectielens en een onder de projectielens opgestelde X, Y-tafel voor de translatie in X- en Y-richting bij het repeterend belichten van een substraat.
35 De uitvinding zal nader worden toegelicht aan de hand van de tekening, waarin : fig. 1 een eerste geschematiseerde uitvoeringsvorm toont y\ η ^ V * y PHN 11.698 5 van een positioneerinrichting volgens de uitvinding, fig. 2 een tweede geschematiseerde uitvoeringsvorm toont van een positioneerinrichting volgens de uitvinding, fig. 3 een derde geschematiseerde uitvoeringsvorm toont 5 van een positioneerinrichting volgens de uitvinding, fig. 4 perspectivisch een uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting toont volgens het principe van fig. 1 en geschikt voor toepassing in een optisch lithografische inrichting, fig. 5 een geschematiseerde optisch lithografische 10 inrichting volgens de uitvinding toont met een positioneerinrichting volgens de uitvinding, fig. 6 de eerste drager van de Z-manipulator in een positioneerinrichting volgens fig. 1 en fig. 4 toont, fig. 7 een deel van de Θ-manipulator in een 15 positioneerinrichting volgens fig. 1 en fig. 4 toont, fig. 8 de koppelorganen van de Z-manipulator toont, fig. 9 een eerste soort koppelorgaan van de θ-manipulator toont, fig. 10 een tweede soort koppelorganen van de Θ-20 manipulator toont.
De in de figuren 1,2 en 3 geschematiseerde aangegeven eerste, tweede en derde uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting zijn voor zover mogelijk van (functioneel) overeenkomstige verwijzingscijfers voorzien. Beoogd wordt met de beschrijving van de 25 figuren 1, 2 en 3 een inleiding te verschaffen waarin het principe van de uitvinding wordt verduidelijkt en nader omlijnd terwijl tevens ondersteuning wordt nagestreefd voor de beschrijving van fig. 4.
De met fig. 1 geiillustreerde eerste uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting bezit een in een orthogonaal assenstelsel 30 X, Y, Z vast opgesteld frame 1. In het frame 1 bevindt zich een cirkelcylindrische kamer 3 waarin een zgn. Z-manipulator is aangebracht.
Deze in het navolgende nader beschreven Z-manipulator dient voor de overbrenging van een translatie in de richting van de Z-as naar een tafelvormige objecthouder 5. De Z-manipulator bevat een aan het frame 1 35 bevestigde buitenring 7 die door een aantal radiaal naar de Z-as gerichte, eerste elastische scharnieren 9 is verbonden met een binnenring 11. De buitenring 7 (buitensectie), de scharnieren 9 en de 8502785 ____Λ ΡΗΝ 11.698 6 " ί (/ * binnenring 11 (binnensectie) vormen samen de eerste drager van de Z-manipulator. De elastische scharnieren 9 kunnen worden gevormd door bladveren als getekend of door scharnierende stangen zoals nader zal worden toegelicht aan de hand van fig. 4. Het aantal scharnieren 9 5 bedraagt twee of meer. De scharnieren 9 zijn gerangschikt langs de omtrek van de ringen 7 en 11 en laten geen beweging volgens de Z-as toe van de binnenring 11 ten opzichte van de buitenring 7. Aan de binnenring 11 is een eerste bedieningsorgaan 13 in de vorm van een stang bevestigd waarmee een koppel kan worden uitgeoefend. Als een koppel 10 wordt uitgeoefend op de binnenring 11 met behulp van het eerste bedieningsorgaan 13 worden de scharnieren 9 elastisch vervormd en draait de binnenring 11 ten opzichte van de buitenring 7 om een rotatieas Θ die samenvalt met de Z-as. De tweede drager van de Z-manipulator wordt gevormd door een ronde schijf 15 die door middel van een ringmembraan 17 15 (separator) is verbonden met het frame 1. Het ringmembraan 17 laat een translatie volgens de Z-as toe van de schijf 15. Door middel van het eerste elastische, staafvormige koppelorganen 19 is de schijf 15 bevestigd aan de binnenring 11. De koppelorganen 19 zijn voorzien van elastische scharnieren 21. Aan de hand van de figuren 6 en 8 zal de 20 bevestigingswijze respectievelijk de vorm van de koppelorganen 19 nader worden beschreven. Opgemerkt zij nu reeds dat de koppelorganen 19 ook kunnen worden gevormd door bladveren. In dat geval is er sprake van het reeds in de inleiding genoemde, op zichzelf bekende Tomlinson-element. Het aantal koppelorganen 19 bedraagt drie of meer. De koppelorganen 19 25 zijn regelmatig gerangschikt langs een omtrek van de binnenring 11 en de schijf 15. Opgemerkt wordt dat de zgn. middenvlakken van de ringen 7 en 11 en de schijf 15 loodrecht staan op de Z-as. De middelpunten van de ringen 7 en 11 en de schijf 15 liggen onder alle omstandigheden op de Z-as.
30 Bij rotatie van de binnenring 11 ten opzichte van de buitenring 7 om de rotatieas Θ volgen punten op de koppelorganen 19 een schroefvormige baan. De koppelorganen 19 verhinderen een kanteling van de schijf 15 zodat het middenvlak daarvan evenwijdig blijft aan het middenvlak van de ringen 7 en 11. De schijf 15 kan dus uitsluitend een 35 translatie uitvoeren volgens de Z-as. Door middel van tweede koppelorganen 23 is de schijf 15 verbonden met een zgn. θ-manipulator. Deze θ-manipulator bevat een binnenring 25 die door tweede elastische /-* ·* ^ -.λ t-y- -j . Ίj) *- t PHN 11.698 7 scharnieren 27 is verbonden met een buitenring 29 en vormt een derde drager waarop de objecthouder 5 is bevestigd. De scharnieren 27 zijn van dezelfde soort als de scharnieren 9. De zgn. middenvlakken van de ringen 25 en 29 staan loodrecht op de Z-as. Hun middelpunten zijn op 5 de Z-as gelegen. De tweede koppelorganen 23 kunnen worden gevormd door een starre ring, maar kunnen ook elastisch en instelbaar zijn zoals nader zal worden beschreven aan de hand van de figuren 9 en 10. Aan de buitenring 29 van de θ-manipulator (derde drager) is een tweede bedieningsorgaan 31 in de vorm van een stang bevestigd. Met het 10 bedieningsorgaan 31 kan een koppel worden uitgeoefend op de buitenring 29 waardoor deze een relatieve rotatie om de rotatieas Θ ondergaat ten opzichte van de binnenring 25. Duidelijkheidshalve zijn de delen die geen rotatie ondergaan in fig. 1 gearceerd aangegeven. Dit is ook het geval voor de figuren 2 en 3. Het zal duidelijk zijn dat het als 15 separator functionerende ringmembraan 17 verhindert dat bij een geactiveerd eerste bedieningsorgaan 13 van de Z-manipulator naast de gewenste beweging van de objecthouder 5 ook een rotatie van de objecthouder 5 om de rotatieas Θ plaatsvindt bij een niet geactiveerd tweede bedieningsorgaan 31 van de θ-manipulator. De Z-beweging en de Θ-20 beweging zijn onafhankelijk van elkaar en kunnen zowel sequentieel als simultaan worden bewerkstelligd. Doordat alle verbindingselementen worden gevormd door elastisch vervormbare organen zijn de door elastische vervormingen verkregen bewegingen in principe wrijvingsloos en hysteresisvrij.
25 De met fig. 2 geüllustreerde tweede uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting onderscheidt zich in hoofdzaak van de eerste uitvoeringsvorm doordat de binnenringen 7 en 25 van respectievelijk de Z-manipulator en de θ-manipulator identiek zijn.
Hiermee is een eenvoudige constructie verkregen waarvan het nabij het 30 ringmembraan 17 gelegen deel (7, 9, 11, 15, 25, 27, 29) symmetrisch is ten opzichte van het ringmembraan. Ook bij de tweede uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting zijn de Z-beweging en de θ-beweging van de objecthouder 5 onafhankelijk van elkaar en kunnen zowel sequentieel als simultaan worden verkregen. Het als separator functionerende 35 ringmembraan 17 verhindert zowel bij de eerste als de tweede uitvoeringsvorm dat de rotatie van de θ-manipulator wordt doorgeleid naar de Z-manipulator, maar geeft wel de translatie uit de Z-manipulator
---M
* . - ; 1 t ' i PHN 11.698 8 door aan de gehele θ-manipulator met de objecthouder.
De met fig. 3 gelillustreerde derde uitvoeringsvorm van de positioneerinrichting verschilt van de in de figuren 1 en 2 getoonde eerste en tweede uitvoeringsvorm doordat de Z-manipulator boven de Θ-5 manipulator is opgesteld (gezien in de richting van de positieve Z-as). De θ-manipulator bevindt zich nu in de kamer 3. Aan de binnenring 29 van de θ-manipulator zijn weer de tweede koppelorganen 23 bevestigd. De koppelorganen 23 kunnen worden gevormd door een starre ring of door elastische, instelbare organen. De koppelorganen 23 zijn door een 10 tweetal ringen 33 en 35 verbonden met de binnenring 7 van de Z- manipulator. Het ringmembraan 17 is aan zijn binnenomtrek bevestigd aan de ring 35 en aan zijn buitenomtrek aan een ring 37 die is verbonden met de objecthouder 5. In het geval dat de tweede koppelorganen 23 zijn uitgevoerd als één starre ring kunnen de ringen 7, 35, 33, 23 en 29 15 worden vervangen door een buis waarvan het bovenste deel de binnenring 7 vormt van de eerste drager van de Z-manipulator en het onderste deel de binnenring 29 van de θ-manipulator. Opgemerkt wordt dat de tweede drager van de Z-manipulator bij de uitvoeringsvorm volgens fig. 3 wordt gevormd door de objecthouder 5. De middenvlakken van alle ringen 11, 7, 20 37, 35, 33, 23, 29 en 25 staan loodrecht op de Z-as. De middelpunten van deze ringen liggen alle op de Z-as, ook tijdens bedrijf. Aan de ring 33 is een in fig. 3 gestippeld aangegeven arm 39 bevestigd waarop een Z-actuator 41 is gemonteerd die samenwerkt met het tweede bedieningsorgaan 13 van de Z-manipulator. De Z-actuator 41 kan bijvoorbeeld een 25 electromagneet zijn waarvan de spoel op de arm 39 is gemonteerd en waarvan het anker een druk (Z+) of trekkracht uitoefent op het bedieningsorgaan 13. De Z-actuator 41 kan ook electrodynamisch zijn waarbij een verplaatsbare spoel een kracht uitoefent op het bedieningsorgaan 13 en een permanente magneet op de arm 39 is 30 geplaatst. De reactiekracht Z_ van een op het bedieningsorgaan 13 door een Z-actuator 41 uitgeoefende kracht Z+ werkt uiteraard op de arm 39. De kracht Z~ wordt echter volledig gecompenseerd door een kracht Z+ die via ring 11, eerste koppelorganen 19, de objecthouder 5 en het ringmembraan 17 wordt teruggekoppeld naar de arm 39. De 35 resulterende kracht op de arm 39 is derhalve nul. Het systeem is als het ware intern krachtgesloten. Ook in dit geval functioneert het ringmembraan 17 als een separator, zij het van een andere soort als bij *- \ '“* -v 1 - i Λ * ΡΗΝ 11.698 9 de uitvoeringsvormen volgens de figuren 1 en 2. Terwijl het ringmembraan 17 alle rotaties van de ring 29 direct doorleidt naar de objecthouder 5 via de ring 37 worden translaties volgens de Z-as van de objecthouder 5 opgevangen door vervorming in de richting van de Z-as van 5 het ringmembraan 17. Er worden dus geen translaties in de richting van de Z-as vanuit de Z-manipulator doorgegeven aan de θ-manipulator. De elastische scharnieren 27 van de θ-manipulator laten geen verplaatsing van ring 29 ten opzichte van ring 25 in de richting van de Z-as toe zoals uit het navolgende nog duidelijk zal worden.
10 De in de figuren 1, 2 en 3 getoonde uitvoeringsvormen van de positioneerinrichting volgens de uitvinding bezitten vele varianten die alle gebaseerd zijn op hetzelfde principe. In het algemeen is een zgn. kinematische omkering mogelijk binnen elk paar in eenzelfde vlak gelegen binnen- en buitenringen respectievelijk binnen- en buitensecties 15 van een drager, zowel in de Z-manipulator als de θ-manipulator. Vast opgestelde ringen kunnen worden geïntegreerd in het frame. De objecthouder kan zijn geïntegreerd met een ring tot een komvormig in plaats van een schijfvormig orgaan. De eerste en tweede koppelorganen kunnen bladveervormig of staafvormig zijn, terwijl de eerste en tweede 20 elastische scharnieren kunnen worden gevormd door bladveren of stangen respectievelijk stangenmechanismen met geïntegreerde elastische scharnieren. De eigenschappen van de positioneerinrichting maken deze in het bijzonder geschikt voor meetinstrumenten en apparatuur waarin objecten met grote precisie moeten worden gemanipuleerd in Z-richting en 25 θ-richting. Door de wrijvingsloze en hysteresisvrije constructie leent de positioneerinrichting zich uitstekend voor verplaatsingen met een nauwkeurigheid in het submicrongebied, vooral als deze verplaatsingen moeten worden uitgevoerd met een grote herhalingsnauwkeurigheid. De eigenschappen van de positioneerinrichting komen op een bijzondere 30 manier tot gelding bij toepassing van de positioneerinrichting in een zgn. optisch lithografische inrichting voor de fabricage van geïntegreerde schakelingen.
De positioneerinrichting die is getoond in fig. 4 en die overeenkomt met de aan de hand van fig. 1 besproken eerste 35 uitvoeringsvorm, bezit een eenvoudig geconstrueerde, mechanisch stabiele en relatief gunstig belaste separator. De positioneerinrichting volgens fig. 4 is enigszins aangepast en daarmee tevens geschikt gemaakt
- . *» > *-? U
\ _ >r> ----
L V
PHN 11.698 10 voor integratie in de in fig. 5 getoonde optisch lithografische inrichting. Vooreerst zal de positioneerinrichting volgens fig. 4 echter worden besproken met de nadruk op de uitvoering van de koppelingen tussen de verschillende delen. Daarna zal in combinatie met 5 fig. 5 worden verduidelijkt hoe de positioneerinrichting wordt geïntegreerd in een optisch lithografische inrichting.
De met fig. 4 gelillustreerde positioneerinrichting bevat een Z-manipulator met een eerste drager die is opgebouwd uit een vast opgestelde buitensectie 107 en een ten opzichte daarvan om de 10 rotatieas Θ draaibare binnensectie 109. Hoewel de buitensectie 107 en de binnensectie 109 niet ringvormig zijn in de gebruikelijke betekenis dienen zij te worden vergeleken en gelijkgesteld in functie met de buitenring 7 en de binnenring 11 volgens fig. 1. In fig. 6 is de eerste drager van de Z-manipulator van de positioneerinrichting volgens fig. 4 15 gedetaileerd aangegeven. Deze eerste drager is gevormd door in een metalen plaat een aantal sneden 111, 113, 115 117, 119 en 121 aan te brengen. Het patroon van de sneden 111, 113 en 115 is identiek aan het patroon van de sneden 117, 119 en 121. Beide patronen van sneden liggen symmetrisch ten opzichte van een middellijn 123 door en loodrecht op de 20 Z-as. De sneden kunnen worden aangebracht door o.a. vonkverspanen, frezen of een laserbewerking. Tussen de sneden 111 en 113 respectievelijk 115 en 113 zijn materiaalbruggen blijven staan die als stangen functioneren die scharnierbaar zijn. Zo is tussen de sneden 111 .en 113 een stang 125 ontstaan met elastische scharnieren 127 en 129, 25 terwijl tussen de sneden 115 en 113 een stang 131 is ontstaan met elastische scharnieren 133 en 135. Ook tussen de sneden 117 en 119 respectievelijk 121 en 119 zijn materiaalbruggen blijven staan die als stangen functioneren die scharnierbaar zijn. Zo is tussen de sneden 117 en 119 een stang 137 ontstaan met elastische scharnieren 139 en 141, 30 terwijl tussen de sneden 121 en 119 een stang 143 is ontstaan met elastische scharnieren 145 en 147. De hartlijnen van de stangen 125, 143 respectievelijk de stangen 131, 137 liggen in eikaars verlengde en snijden de Z-as loodrecht. De hartlijnen van het ene paar tegenover elkaar gelegen stangen snijden de hartlijnen van het andere paar 35 tegenover elkaar gelegen stangen loodrecht. De scharnieren 129, 135, 147, 141 en de scharnieren 127, 133, 145, 139 liggen derhalve op twee concentrische cirkels met hun middelpunt op de Z-as. In de binnensectie PHN 11.698 11 109 bevindt zich nog een opening 149 waarvan de functie in het navolgende zal blijken. De stangen 125, 131, 143 en 137 gedragen zich samen als een stangenmechanisme waarmee de binnensectie 109 relatief kan worden gedraaid om de rotatieas Θ ten opzichte van de buitensectie 107.
5 In het onderhavige geval is de buitensectie 107 vast opgesteld en kan op de binnensectie 109 een koppel om de Z-as worden uitgeoefend met behulp van een aan de hand van fig. 4 nog nader te omschrijven eerste bedieningsorgaan. Doordat de buitensectie 107, de binnensectie 109 en de stangen met hun scharnieren als een integrale constructie uit 10 plaatmetaal zijn vervaardigd mag de eerste drager statisch overbepaald zijn. Dit is namelijk het geval omdat vier stangen 125, 131, 143 en 137 zijn toegepast in plaats van twee. Het voordeel van vier stangen is de daarmee verkregen symmetrische constructie en relatief grote stijfheid. Opgemerkt wordt dat het plaatmetaal van de eerste drager een dikte bezit 15 die stangen en bijbehorende scharnieren oplevert met een relatief grote weerstand tegen verplaatsingen evenwijdig aan de Z-as van de binnensectie 109 ten opzichte van de buitensectie 107. De stangen 125, 131, 143 en 137 draaien dus slechts om assen evenwijdig aan de rotatieas Θ. De binnensectie 109 draait ten opzichte van de buitensectie 107 om de 20 rotatieas Θ door de plaatsing van de elastische scharnieren 127, 133, 145, 139 en van de elastische scharnieren 129, 135, 147 en 141 op concentrische cirkels met hun middelpunt op de rotatieas bij gelijke lengte van de stangen 125, 131, 143 en 137. Wellicht ten overvloede zij vermeld dat alle sneden in de eerste drager van de Z-manipulator zich 25 over de gehele dikte van de metalen plaat uitstrekken, zoals blijkt uit de in fig. 6b getoonde sneden 113 en 119. De eerste drager bezit verder een drietal ronde bevestigingsgaten 151 (zie fig. 6a) waarvan de hartlijn een scherpe hoek insluit met het middenvlak van de eerste drager (zie ook fig. 6c). De gaten 151 zijn bedoeld voor de reeds 30 vermelde eerste elastische koppelorganen tussen de eerste en tweede drager van de Z-manipulator. Alvorens nader in te gaan op de eerste elastische koppelorganen die worden getoond in de figuren 4, 8a en 8b zal eerst de tweede drager van de Z-manipulator worden beschreven.
De in fig. 4 getoonde tweede drager van de Z-manipulator 35 bevat een ronde ring 152 die op enige afstand boven de eerste drager van de Z-manipulator is gelegen. Het zgn. middenvlak van de ring 152 staat loodrecht op de Z-as. Het middelpunt van de ring 152 ligt op de Z-as.
-· * ‘ \
* · -* 'S
__ PHN 11.698 12
Aan <3e ring 152 is een sectie bevestigd van de nog nader te bespreken Θ-manipulator. De ring 152 is geschroefd aan een separator 153 die gevormd wordt door een ronde ring 155 met een drietal buigzame radiaal ten opzichte van de Z-as gerichte bladveervormige spaken 157. Deze 5 spaken 157 zijn geschroefd aan een verdere ronde ring 159 die is bevestigd aan de buitensectie 107 van de eerste drager van de Z-manipulator. Opgemerkt wordt dat de ring 152 functioneert als de schijf 15 volgens fig. 1, terwijl de separator 153 functioneert als het ringmembraan 17 volgens fig. 1, Hoewel in fig. 4 de ring 159 lijkt vast 10 te zitten aan de binnensectie 109 van de eerste drager van de Z- manipulator is dit niet het geval. De binnensectie 109 kan vrij draaien ten opzichte van de ring 159 die is bevestigd aan de buitensectie 107.
De ring 155 van de separator 153 is via een draagring 161 bevestigd aan de θ-manipulator. Deze draagring 161 is o.a bedoeld om de Z-manipulator 15 los van de θ-manipulator te kunnen testen. In de ring 159 bevinden zich uitsparingen zoals een in fig. 4 getoonde uitsparing 163 waarin een omgezette flap 165 van de spaak 157 is vast geschroefd. De lengte van de flap 165 is zodanig dat een gedeelte van de flap 165 boven de ring 159 uitsteekt. Op deze wijze kan de spaak 157 worden gebogen en de ring 155 20 van de separator 153 een verplaatsing in de richting van de Z-as ondergaan. Hoewel in fig. 4 slechts één spaak 157 van de separator 153 zichtbaar is bezit deze drie op regelmatige wijze langs zijn buitenomtrek gerangschikte spaken. In de als tweede drager van de Z-manipulator functionerende ring 152 bevinden zich drie bevestigingsgaten 25 zoals het bevestigingsgat 167 die corresponderen met de drie bevestigingsgaten 151 van de eerste drager van de Z-manipulator (zie ook figuren 6a en 6c). In elk van de drie paren bevestigingsgaten 151 en 167 zijn uiteinden 169 en 171 gelijmd van een in fig. 8 getoond eerste elastisch staafvormig koppelorgaan 173. Het eerste elastische 30 koppelorgaan 173 dat een ronde dwarsdoorsnede bezit over zijn gehele lengte is voorzien van elastische scharnieren 175 en 177 in de vorm van plaatselijke verjongingen. De lijm voor de bevestiging van de uiteinden 169 en 171 in de gaten 151 en 167 wordt aangebracht op lijmvlakken 179 en 181 via een langskanaal 183 en een dwarskanaal 185. Het kanaal 185 35 mondt uit ter plaatse van een deel met een geringere diameter dan de diameter ter plaatse van de lijmvlakken 179 en 181 zodat de lijm zich na de montage van het koppelorgaan in de bevestigingsgaten kan *} . .· .· :) PHN 11.698 13 verspreiden over de lijmvlakken. In de gemonteerde toestand bij een onbelaste Z-manipulator sluiten de hartlijnen van de drie identieke eerste elastische koppelorganen 173 een hoek van ongeveer 75° in met een vlak loodrecht op de Z-as. Deze hoek is zodanig gekozen dat een 5 nagenoeg lineaire belastingskarakteristiek van de Z-manipulator wordt verkregen. Bij draaiing van de binnensectie 109 van de eerste drager ten opzichte van de buitensectie 107 van de eerste drager van de Z-manipulator om de rotatieas Θ worden de koppelorganen 173 gebogen ter plaatse van de elastische scharnieren 175 en 177. Daarbij volgen punten 10 op de koppelorganen 173 een schroeflijnvormige baan. Het middenvlak van de ring 152 blijft loodrecht staan op de Z-as. Afhankelijk van de draairichting van de binnensectie 109 verplaatst de ring 152 zich naar boven of naar onder bij gelijktijdige buiging van de spaken 157. De ring 152 kan geen rotatie ondergaan om de rotatieas Θ doordat de flappen 15 165 zijn bevestigd aan de vast opgestelde ring 159. De wijze waarop een koppel wordt uitgeoefend op de binnensectie 109 met behulp van een eerste bedieningsorgaan voor de Z-beweging zal nader worden toegelicht in het navolgende wanneer ook een soortgelijk tweede bedieningsorgaan voor de θ-manipulator ter sprake komt.
20 De constructie die wordt gevormd door de combinatie van eerste drager, eerste elastische koppelorganen en tweede drager vormt in principe een zgn. Tomlinson-element. Op zichzelf bekende Tomlinson-elementen bezitten bladveervormige koppelorganen tussen eerste en tweede drager en zijn daardoor statisch overbepaald. Door de keuze van 25 staafvormige, in dwarsdoorsnede ronde koppelorganen wordt een constructie verkregen die statisch bepaald is en die derhalve geen onbekende, in de tijd veranderende spanningen veroorzaakt, o.a. ten gevolge van temperatuurinvloeden, krimp en schokken.
De ring 155 is samen met de draagring 161 enerzijds 30 bevestigd aan de ringvormige tweede drager 152 van de Z-manipulator en anderzijds aan een binnensectie 187 die behoort tot een derde drager die de θ-manipulator vormt. De derde drager bevat verder nog een buitensectie 189 die door elastische organen met de binnensectie 187 is verbonden. De in de figuren 4, 7a en 7b getoonde binnen- en 35 buitensectie van de derde drager zijn gevormd door in een metalen plaat een aantal sneden 191, 193, 195, 197, 199, 201, 203 en 205 aan te brengen die zich over de gehele dikte van de plaat uitstrekken. Het Λ ,Λ *'7 O * « ·* i ‘ \
v !_/ V J *d V
-------- PHN 11.698 14 patroon van de sneden 191 - 197 is voor het grootste deel identiek aan het patroon van de sneden 199 - 205. Beide patronen van sneden liggen nagenoeg symmetrisch ten opzichte van een middellijn 207 door en loodrecht op de Z-as. Ook de binnensectie 187 bevat weer een opening 5 209 voor een nog nader te noemen doel. Tussen de sneden 191 en 193 respectievelijk 197 en 195 zijn materiaalbruggen blijven staan die als stangen functioneren die scharnierbaar zijn. Zo is tussen de sneden 191 en 193 een stang 211 ontstaan met elastische scharnieren 213 en 215, terwijl tussen de sneden 197 en 195 een stang 217 is ontstaan met 10 elastische scharnieren 219 en 221. Ook tussen de sneden 199 en 201 respectievelijk 205 en 203 zijn materiaalbruggen blijven staan die als stangen functioneren die scharnierbaar zijn. Zo is tussen de sneden 199 en 201 een stang 223 ontstaan met elastische scharnieren 225 en 227, terwijl tussen de sneden 205 en 203 een stang 229 is ontstaan met 15 elastische scharnieren 231 en 233. De hartlijnen van de stangen 211, 229 respectievelijk de stangen 217, 223 liggen in eikaars verlengde en snijden de Z-as loodrecht. De hartlijnen van het ene paar tegenover elkaar gelegen stangen snijden de hartlijnen van het andere paar tegenover elkaar gelegen stangen loodrecht. De scharnieren 213, 219, 20 233, 227 en de scharnieren 215, 221, 231, 225 liggen derhalve op twee concentrische cirkels met hun middelpunt op de Z-as. De stangen 211, 217, 229 en 223 gedragen zich samen als een stangenmechanisme waarmee de buitensectie 189 relatief kan worden gedraaid om de rotatieas Θ ten opzichte van de binnensectie 187. In het onderhavige geval is de 25 binnensectie 187 rotatievast opgesteld en kan op de buitensectie 189 een koppel om de Z-as worden uitgeoefend met behulp van een aan de hand van fig. 4 nog nader te beschrijven tweede bedieningsorgaan voor de Θ-beweging. Hoewel de als θ-manipulator dienende derde drager door de met de stangen 125, 131, 143 en 137 (zie figuur 6a) van de eerste drager van 30 de Z-manipulator vergelijkbare stangen 211, 217, 229 en 223 (zie figuur 7a) in principe gelijk functioneert als de eerste drager wijken de respectievelijk binnen- en buitensecties van beide dragers enigszins van elkaar af. Dit is een gevolg van het feit dat het eerste bedieningsorgaan van de Z-manipulator is gekoppeld met de binnensectie 35 109, terwijl het tweede bedieningsorgaan van de θ-manipulator is gekoppeld met de buitensectie 189. De koppeling van de bedieningsorganen met de manipulatoren zal nog nader worden toegelicht - ' λ
-^ -j j 'J
PHN 11.698 15 aan de hand van figuur 4. De relatieve rotatie om de rotatieas Θ tussen de buitensectie 189 en de binnensectie 187 van de θ-manipulator is begrensd doordat een neus 230 aan de binnensectie 187 een aanslag vormt voor randen 232 in een uitsparing 234 van de buitensectie 189.
5 Zoals blijkt uit fig. 7a is de buitensectie 189 van de derde drager voorzien van een drietal gatenparen 235. De gatenparen 235 dienen voor het middels een schroefverbinding bevestigen van een drietal tweede elastische koppelorganen aan de derde drager. In fig. 4 zijn slechts twee van de drie even lange koppelorganen zichtbaar, namelijk 10 de koppelorganen 237 en 239. Het derde koppelorganen kan worden gelocaliseerd «door de gatenparen 235 van fig. 7a in relatie te zien met figuur 4. Het koppelorgaan 237 dat nader wordt beschreven aan de hand van figuur 9 (a, b) verschilt van het in figuur 10 (a, b, c) getoonde koppelorganen 239 waarvan er twee aanwezig zijn. De koppelorganen 15 237 en 239 zijn nabij hun ene uiteinde door schroefverbindingen bevestigd in de gaten 235 van de buitensectie 189 van de als Θ-aanipulator dienende derde drager en nabij hun andere uiteinde door een lijnverbinding aan een objecthouder 241 (zie figuur 4). De koppelorganen 237, 239 en de objecthouder 241 corresponderen 20 respectievelijk met de koppelorganen 23 en de objecthouder 5 volgens figuur 1. De objecthouder 241 bezit een rechthoekige raamvorm en is voorzien van opleggingen 243 voor bijvoorbeeld een vlak object die door middel van flexibele slangen 245 kunnen worden aangesloten op een vacuuabron. De koppelorganen 237 en 239 geven een extra 25 positioneringsmogelijkheid aan de objecthouder 241 buiten de door de Z-manipulator en θ-manipulator geleverde Z-translatie en θ-rotatie. De genoemde positioneringsmogelijkheid betreft een kanteling van de objecthouder 241 die kan worden opgebouwd gedacht uit een kanteling om een as evenwijdig aan de X-as en een kanteling om een as evenwijdig aan 30 de Y-as. Deze kantelmogelijkheid kan worden gebruikt om het vlak door de opleggingen 243 loodrecht in te stellen op de Z-as als om welke reden dan ook de Z-as een hoek maakt met het genoemde vlak die afwijkt van 90°. Te denken valt in dit verband bijvoorbeeld aan een afwijkende hoek ten gevolge van fabricage en/of montagetoleranties in de Z-35 manipulator en/of θ-manipulator. Door middel van de koppelorganen 237 en 239 kan tevens worden verhinderd dat te grote mechanische spanningen optreden in de objecthouder 241 die voor bijvoorbeeld toepassing in een
1 ·„✓ SUM
-_ ' * Λ ΡΗΝ 11.698 16 optisch lithografische inrichting gedeeltelijk of geheel uit glas kan zijn vervaardigd. Dergelijke spanningen kunnen onstaan door het verschil in uitzettingscoëfficient tussen de materialen van de objecthouder en het metaal van de buitensectie 189 van de Θ-5 manipulator. De beschreven dubbelfunctie van het drietal elastische koppelorganen 237 en 239 zal worden verduidelijkt aan de hand van de figuren 9 (a, b) en 10 (a, b) waarin respectievelijk het koppelorgaan 237 en de koppelorganen 239 (twee) in detail zijn getoond.
Het in figuur 9 getoonde koppelorgaan 237 bezit een 10 bovenste bevestigingsblok 247 en een onderste bevestigingsblok 249 die met elkaar, zijn verbonden door een bladveer 251. De blokken 247, 249 en de bladveer 251 vormen een integrale constructie die uit één stuk metaal is vervaardigd. In het onderste bevestigingsblok 249 zijn twee sneden 253 en 255 aangebracht (zie figuur 9b) waardoor een materiaalbrug 15 257 is blijven staan die functioneert als een elastisch scharnier met een scharnieras 259 die loodrecht staat op het vlak van de bladveer 251. Het koppelorgaan 237 is verder voorzien van twee schroefgaten 261 waarmee het bevestigingsblok 249 wordt bevestigd aan de buitensectie 189 van de θ-manipulator via een gatenpaar 235. Het bovenste 20 bevestigingsblok 247 wordt gelijmd in een niet aangegeven passend gat in de onderzijde van de objecthouder 241.
Het in figuur 10 getoonde koppelorgaan 239 bezit een bovenste bevestigingsblok 263 en een onderste bevestigingsblok 265 die met elkaar zijn verbonden door een bladveer 267. De blokken 263, 265 25 en de bladveer 267 vormen een integrale constructie die uit één stuk metaal is vervaardigd. In het onderste bevestigingsblok 265 zijn twee sneden 269 en 271 (zie figuur 10a) aangebracht alsmede twee dwars op de sneden 269 en 271 staande verdere sneden 273 en 275 (zie figuur 10b). Door de vier sneden 269-275 is een relatief dunne, langwerpige 30 materiaalbrug 277 blijven staan die functioneert als een dubbel elastisch scharnier met een eerste scharnieras 279 loodrecht op het vlak van de bladveer 267 en een tweede scharnieras 281 evenwijdig aan het vlak van de bladveer 267. De scharnierassen 279 en 281 (zie respectievelijk figuren 10a en 10b) snijden elkaar loodrecht. In het 35 onderste bevestigingsblok 265 is nog een vijfde snede 283 evenwijdig aan het vlak van de bladveer 267 aangebracht. Hierdoor ontstaat een arm 285 waarmee de materiaalbrug 277 om de scharnieras 281 kan worden ïj „3 ..¾ .-¾ - g·. v»
ÏJ \ê \J iViV
PHN 11.698 17 getordeerd. Dit heeft het effect van een buigend moment dat op het onderste uiteinde van de bladveer 267 wordt uitgeoefend. Het onderste uiteinde van de bladveer 267 ondergaat hierdoor een verplaatsing in de Z-richting die evenredig is met de in figuur 10b aangegeven afstand A 5 tussen een vlak door de scharnieras 281 evenwijdig aan het vlak van de bladveer en een vlak door de hartlijn van de bladveer evenwijdig aan het vlak van de bladveer. De arm 285 is voorzien van een schroefgat 287 dat gecentreerd is ten opzichte van een steungat 289 in het bevestigingsblok 265. Door een bout in het gat 287 te schroeven tot deze met een 10 bepaalde kracht aanligt in het steungat 289 kan de breedte van de snede 283 worden gewijzigd en daarmee de mate van vervorming van de als elastisch scharnier werkende materiaalbrug 277. Het onderste bevestigingsblok 265 is verder voorzien van twee tegenover elkaar gelegen groeven 291 en 293 waarin een bladveer 295 is afgesteund. De 15 voorspankracht van de bladveer 295 levert een zodanige vervorming van de materiaalbrug 277 dat deze met behulp van de arm 285 vergroot of verkleind kan worden. Op deze wijze kan een verplaatsing in zowel de positieve als de negatieve Z-richting van de bladveer 267, het bovenste bevestigingsblok 263 en de objecthouder 241 worden verkregen.
20 Aangenomen is daarbij dat het onderste bevestigingsblok in Z-richting vast is opgesteld. Het koppelorgaan 239 is verder voorzien van schroefgaten 297 (slechts een zichtbaar in figuur 10b) waarmee het onderste bevestigingsblok 265 aan de buitensectie 189 van de Θ-manipulator kan worden bevestigd via een corresponderend gatenpaar 235.
25 Het bovenste bevestigingsblok 263 wordt gelijmd in een passend gat van de objecthouder 241 (niet zichtbaar in figuur 4).
Opgemerkt wordt dat de bladveren 251 en 267 van respectievelijk de koppelingsorganen 237 en 239 met hun in de neutrale stand verticale vlakken de raakvlakken vormen van een cirkel met zijn 30 middelpunt op de Z-as.
Door de actieve instelling evenwijdig aan de Z-as van de instelbare koppelorganen 239 kan een kanteling van de objecthouder 241 om een as evenwijdig aan de X-as worden verkregen bij tegengesteld gerichte instellingen van de koppelorganen 239 en een kanteling om een 35 as evenwijdig aan de Y-as bij gelijkgerichte instellingen van de koppelorganen 239. Deze kantelas evenwijdig aan de Y-as is evenwijdig aan het vlak van de bladveer 251 van het koppelorgaan 237, terwijl de . -¾ ______ * * * w PHN 11.698 18 kantelas evenwijdig aan de X-as daar loodrecht op staat. Door een niet van buitenaf verkregen instelling van de drie koppelorganen wordt verhinderd dat te grote mechanische spanningen ontstaan in de objecthouder 241. De tweede elastische koppelorganen 237 en 239 geven 5 dus een extra instelmogelijkheid aan de positioneerinrichting die bijzondere voordelen heeft bij toepassing in de nog nader te bespreken optisch lithografische inrichting.
Het eerste bedieningsorgaan voor de Z-manipulator en het tweede bedieningsorgaan voor de θ-manipulator zijn in principe van 10 dezelfde soort en kunnen zowel sequentieel als simultaan worden geactiveerd. De Z-beweging en de θ-beweging zijn onafhakelijk van elkaar. Aan de hand van figuur 4 zullen beide bedieningsorganen nader worden beschreven.
Het eerste bedieningsorgaan waarmee een relatieve rotatie 15 wordt verkregen om de rotatieas Θ van de binnensectie 109 van de eerste drager van de Z-manipulator ten opzichte van de buitensectie 107 bezit twee evenwijdige, plaatveren 299 en 301 waarvan de plaatvlakken loodrecht staan op de Z-as. De plaatveren 299 en 301 zijn aan elkaar bevestigd door een stijve koppelbalk 303. De plaatveer 299 is door 20 middel van schroefverbindingen bevestigd aan de binnensectie 109 van de eerste drager van de Z-manipulator, terwijl de plaatveer 301 is bevestigd aan een brug 305. De balkvormige brug 305 strekt zich uit en is ook verplaatsbaar in een richting tangentieel aan een cirkel waarvan het middelpunt ligt op een snijlijn evenwijdig aan de Z-as van 25 twee bladveren (slechts een bladveer 307 is in figuur 4 zichtbaar) die aan hun ene uiteinde zijn bevestigd aan de brug 305 en aan hun andere uiteinde via een verdere niet zichtbare balkvormige brug aan een vast opgesteld frame 309. Een in figuur 4 met een streep-stippel-lijn aangegeven electrodynamische actuator 311 van een op zichzelf bekende 30 soort wordt gebruikt om door middel van een verplaatsbare spoeldrager een kracht uit te oefenen op de brug 305 in een richting evenwijdig aan de hartlijn van deze brug.
Het tweede bedieningsorgaan waarmee een relatieve rotatie wordt verkregen om de rotatieas Θ van de buitensectie 189 van de als Θ-35 manipulator werkende derde drager ten opzichte van de binnensectie 187 van die drager bezit twee evenwijdige plaatveren 313 en 315 waarvan de plaatvlakken loodrecht staan op de'Z-as. De plaatveren 313 en 315 zijn ^ *\ " 7 . ¾ ..· ··. · ' h
'x? V * 'V W
* * PHN 11.698 19 aan elkaar bevestigd door een stijve koppelbalk 317. De plaatveer 313 is door middel van schroefverbindingen bevestigd aan de buitensectie 189 van de derde drager of θ-manipulator, terwijl de plaatveer 315 is bevestigd aan een brug 319. De balkvormige brug 319 strekt zich uit en 5 en is ook verplaatsbaar in een richting tangentieel aan een cirkel waarvan het middelpunt ligt op een snijlijn evenwijdig aan de Z-as van twee bladveren 321 en 323 die aan hun ene uiteinde zijn bevestigd aan de brug 319 en aan hun andere uiteinde via een verdere balkvormige brug 325 aan het frame 309. De hartlijnen van de balkvormige bruggen 305, 319, 10 325 en de balken 303 en 317 zijn evenwijdig aan elkaar. Een electrodynamische actuator 327 van dezelfde soort als de actuator 311 wordt gebruikt om een kracht uit te oefenen op de brug 319 evenwijdig aan de hartlijn van deze brug.
Voor de beide bedieningsorganen geldt dat ten gevolge van 15 de torsiestijve verbindingen van de bruggen 305 en 319 met het frame 309 en de torsieslappe verbindingen van deze bruggen met respectievelijk de binnensectie 109 en de buitensectie 189 slechts een zuiver koppel op deze sectie wordt overgebracht door de actuatoren 311 en 327. Eventuele dwarskrachten evenwijdig aan de X- of Y-as worden wél overgebracht 20 naar het frame 309 maar niet of nauwelijks naar de secties 109 en 189.
Dit is een belangrijke eigenschap van de bedieningsorganen die de positioneerinrichting bijzonder geschikt maakt voor toepassing in optische lithografische inrichtingen waarbij krachten dwars op de optische as (Z-as) van een lenzenstelsel zoveel mogelijk moeten worden 25 vermeden.
Een dergelijke optisch lithografische inrichting volgens de uitvinding waarin de eigenschappen van de positioneerinrichting volgens de uitvinding als beschreven aan de hand van de figuren 1, 2, 3, 4, 6, 7, 8, 9 en 10 op een bijzondere manier tot gelding komen is 30 getoond in figuur 5. De inrichting volgens figuur 5 wordt toegepast bij de fabricage van geïntegreerde schakelingen en vormt in feite een repeterend optisch projectie systeem met als hart een Z-manipulator en een θ-manipulator De in figuur 5 met het referentienummer 329 aangegeven manipulator is van de soort als beschreven aan de hand van 35 figuur 4, waarbij aan de vast opgestelde buitensectie 107 van de eerste drager van de Z-manipulator een projectielens 331 is bevestigd. Dit is in figuur 4 schematisch met een streep-stippel-lijn aangegeven. De ··> ' Λ Λ Λ V :„· . - C- ------_asi
, V
PHN 11.698 20 projectielens 331 (zie fig. 5) is met zijn lenshouder vast opgesteld in een zgn. objectiefplaat 333 die deel uitmaakt van een frame 335 van de optisch lithografische inrichting. Tot het frame 335 behoren tevens een zeer vlakke granieten plaat 337 en een bovenplaat 339. De zich in 5 een horizontaal vlak loodrecht op de Z-as uitstrekkende granieten plaat 337 is geplaatst op instelbare steunen 341. Het frame 335 is zo opgesteld dat de optische as van de projectielens 331 samenvalt met de Z-as. De opleggingen 243 (zie figuur 4) van de objecthouder 241 dienen nu ter ondersteuning van een masker 343 (zie figuur 5). Onder de 10 projectielens 331 bevindt zich een X, Ί - slede 345 van een op zichzelf bekende soort (zie Europese octrooiaanvrage 0109718-A1) met een over de granietplaat 337 geleide luchtvoet 347. Op de slede 345 is een repeterend te belichten halfgeleidersubstraat 349 geplaatst met een lichtgevoelige lak. De belichting van het substraat 349 vindt plaats in 15 een aantal verschillende posities van de slede 345 ten opzichte van de projectielens 331. Voor het positioneren van de slede 345 dient een op zichzelf bekend meetsysteem 351 met laser interferometers (zie Amerikaans octrooi 4251160). Boven de plaat 339 is een lichtbron 353 opgesteld met een parabolische reflector 355. Via een 20 spiegel 357, een diafragma sectie 359, een spiegel 361 en een condensor lens 363 wordt het licht geleid naar het masker 343. Door de projectielens 331 wordt het masker 343 afgebeeld op het substraat 349. Opgemerkt wordt dat de in het voorgaande genoemde openingen 149 en 209 (zie figuren 6a en 7a) bij de onderhavige toepassing dienen om het licht 25 door te laten. Het focusseren van de afbeelding van het masker 343 op het substraat 349 geschiedt door middel van een op zichzelf bekend focusseringssysteem 365 (zie Amerikaans octrooi 4356392). Zowel het masker 343 als het substraat 349 zijn voorzien van een tweetal richtkenmerken met bijvoorbeeld X, Y rasters. Deze richtkenmerken 30 dienen voor het registreren of uitrichten van het masker ten opzichte van het substraat waarbij gebruik gemaakt wordt van een aligneersysteem 367 (zie Nederlandse octrooiaanvrage 8600639). Het aligneersysteem 367 constateert wanneer de richtkenmerken op masker en substraat elkaar dekken in projectie terwijl het meetsysteem 351 bepaald hoe 35 groot de horizontale verplaatsingen van de slede 345 in X- en Y-richting zijn die hiertoe nodig waren, üit deze gegevens wordt zowel de benodigde hoek Δ Θ voor het uitrichten van het masker ten opzichte van ~\ ^ Λ λ V ' “
-v' 1i J
.* V
* % PHN 11.698 21 het substraat berekend als de waarde van de relatieve translatie in Z-richting van masker en lens die nodig is ter verkrijging van de correcte vergroting. Met behulp van de positioneerinrichting 329 wordt het masker 343 vervolgens ten opzichte van het substraat 349 geroteerd om de 5 rotaties Θ (θ-manipulator) en getransleerd in de richting van de Z-as (Z-manipulator) tot een perfecte registratie en een correcte vergroting zijn verkregen. Verondersteld is hierbij dat masker en substraat vooraf reeds evenwijdig aan elkaar waren geplaatst met behulp van de koppelorganen 237 en 239 (zie figuur 4). De in het voorgaande 10 beschreven kanteling van de objecthouder 241 maakt het mogelijk het masker zodanig te kantelen ten opzichte van het substraat dat het beeldvlak loodrecht staat op de optische as (Z-as) van de projectielens. Dit is van groot belang aangezien daarmee vertekening van de afbeelding wordt voorkomen. Opgemerkt wordt dat de in het 15 voorgaande beschreven positioneerinrichtingen bijzonder geschikt zijn voor zeer nauwkeurige manipulatie van objecten tot in het submicron bereik. Doordat alle verplaatsingen door elastische vervorming spelingsvrij worden verkregen is de constructie nagenoeg wrijvingsloos en bovendien hysteresisvrij. 1 ; - . j

Claims (7)

1. Positioneerinrichting met een Z-manipulator die een ten opzichte van een eerste drager om een rotatieas (Θ) draaibare tweede drager bevat en een door middel van de Z-manipulator in een (Z) van drie coördinaatrichtingen van een met een van de dragers verbonden 5 orthogonaal assenstel (X, Yf Z) met een nagenoeg wrijvingsloze en hysteresisvrije translatiebeweging verplaatsbare objecthouder die tevens met behulp van een θ-manipulator nagenoeg wrijvingsloos en hysteresis-vrij draaibaar is om de met de Z-as samenvallende rotatieas (Θ), waarbij de twee dragers aan elkaar zijn bevestigd door eerste elastische 10 koppelorganen en een van de twee dragers een vaste positie inneemt volgens de Z-as van het assenstelsel (X, Y, Z), met het kenmerk, dat de Z-manipulator door een in de richting van de Z-as elastisch vervormbare separator is gekoppeld met de θ-manipulator door welke de objecthouder bij afwezigheid van een translatie volgens de Z-as draaibaar is om de 15 rotatieas (Θ), welke separator bij relatieve rotatie van de eerste ten opzichte van de tweede drager door elastische vervorming van de eerste elastische koppelorganen een translatie bewerkstelligt van de objecthouder in de richting van de Z-as bij afwezigheid van een rotatie van de objecthouder om de rotatieas (Θ).
2. Positioneerinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de separator een aan de θ-manipulator bevestigde platte ring bezit waarvan het middelpunt op de Z-as is gelegen die loodrecht staat op een vlak door de ring, welke ring door bladveervormige, buigzame spaken is verbonden met een vast opgesteld deel van de 25 positioneerinrichting en een relatieve rotatie om de rotatieas (Θ) van een sectie van de Z-manipulator ten opzichte van een sectie van de Θ-manipulator verhindert.
3. Positioneerinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de θ-manipulator is ondersteund door de Z-manipulator, 30 terwijl de eerste drager van de Z-manipulator een ten opzichte van een vast opgestelde buitensectie draaibare binnensectie bevat die door uitsluitend in een vlak loodrecht op de Z-as vervormbare eerste elastische scharnieren is verbonden met de buitensectie, waarbij de binnensectie, de buitensectie en de eerste elastische scharnieren uit 35 één stuk plaatmetaal als een integrale constructie zijn vervaardigd, welke binnensectie door de eerste elastische koppelorganen is verbonden met de boven de eerste drager opgestelde tweede drager die door middel A> -4 N '•v ,· z y’ 3 j *'J «·* * . PHN 11.698 23 van de separator enerzijds aan de vast opgestelde buitensectie van de eerste drager is bevestigd en anderzijds aan een boven de tweede drager opgestelde binnensectie van een derde drager, welke derde drager verder een door tweede koppelorganen aan de objecthouder bevestigde 5 buitensectie bevat die door uitsluitend in een vlak loodrecht op de Z-as vervormbare tweede elastische scharnieren is verbonden met de betreffende binnensectie, waarbij de als θ-manipulator functionerende derde drager uit één stuk plaatmetaal als een integrale constructie is vervaardigd.
4. Positioneerinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat de eerste elastische koppelorganen tussen de eerste en de tweede drager van de Z-manipulator een cirkelcylindrische staafvorm bezitten en nabij hun beide uiteinden zijn voorzien van een elastisch scharnier, terwijl de uiteinden van de eerste elastische koppelorganen 15 zijn bevestigd in boringen van de eerste en tweede drager waarvan de hartlijn een scherpe hoek insluit met een loodlijn op de respectievelijke drager die evenwijdig is aan de Z-as.
5. Positioneerinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de tweede koppelorganen tussen de derde drager en de 20 objecthouder elastisch vervormbaar zijn en worden gevormd door een drietal bladveren die alle zijn voorzien van een eerste elastisch scharnier waarvan de scharnieras loodrecht staat op het vlak van de bladveer, terwijl twee van de drie bladveren bovendien nog zijn voorzien van een tweede elastisch scharnier waarvan de scharnieras evenwijdig is 25 aan het vlak van de bladveer en de hartlijn daarvan loodrecht kruist.
6. Positioneerinrichting volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een translatie van de objecthouder volgens de Z-as plaatsvindt met behulp van een eerste bedieningsorgaan en een rotatie van de objecthouder om de rotatieas (Θ) met behulp van een tweede 30 bedieningsorgaan, welke bedieningsorganen elk twee bladveren bezitten die in vlakken zijn gelegen die elkaar snijden volgens een lijn evenwijdig aan de Z-as, waarbij naar elkaar toe gerichte uiteinden van elk paar bladveren zijn ingeklemd in een vast opgesteld frame en van elkaar af gerichte uiteinden van elk paar bladveren zijn bevestigd aan 35 een brug die verplaatsbaar is in een richting tangentieel aan een cirkel waarvan het middelpunt ligt op de genoemde snijlijn evenwijdig aan de Z-as, welke bruggen zijn verbonden met om de rotatieas (Θ) * > ** > *7 .·% -* J / 0 J * « PHN 11.698 24 draaibare secties van respectievelijk de Z-manipulator en de Θ-manipulator door middel van telkens twee evenwijdige, aan elkaar bevestigde platen waarvan het plaatvlak loodrecht staat op de Z-as.
7. Optisch lithografische inrichting voor de fabricage van 5 geïntegreerde schakelingen en voorzien van een positioneerinrichting volgens conclusie 3, met het kenmerk, dat de objecthouder is voorzien van een masker-ondersteuning waarvan een oplegvlak loodrecht staat op een met de Z-as samenvallende optische as van een, in een vast opgestelde, aan de buitensectie van de eerste drager van de Z-10 manipulator bevestigde, lenshouder gevatte optische projectielens, welke inrichting in projectierichting gezien achtereenvolgens een lichtbron bevat, een diafragma, een condensorlens, de genoemde positioneerinrichting, de genoemde projectielens en een onder de projectielens opgestelde X, Y-tafel voor de translatie in X- en Y-15 richting bij het repeterend belichten van een substraat. "*· ? :*¥ - ' - y
NL8600785A 1986-03-27 1986-03-27 Positioneerinrichting met een z-manipulator en een o-manipulator. NL8600785A (nl)

Priority Applications (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8600785A NL8600785A (nl) 1986-03-27 1986-03-27 Positioneerinrichting met een z-manipulator en een o-manipulator.
US06/910,101 US4746800A (en) 1986-03-27 1986-09-22 Positioning device comprising a z-manipulator and a θ-manipulator
EP87200480A EP0240058A1 (en) 1986-03-27 1987-03-16 Positioning device comprising a Z-manipulator and a O-manipulator
JP62068127A JPS63107021A (ja) 1986-03-27 1987-03-24 位置決め装置

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
NL8600785 1986-03-27
NL8600785A NL8600785A (nl) 1986-03-27 1986-03-27 Positioneerinrichting met een z-manipulator en een o-manipulator.

Publications (1)

Publication Number Publication Date
NL8600785A true NL8600785A (nl) 1987-10-16

Family

ID=19847782

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
NL8600785A NL8600785A (nl) 1986-03-27 1986-03-27 Positioneerinrichting met een z-manipulator en een o-manipulator.

Country Status (4)

Country Link
US (1) US4746800A (nl)
EP (1) EP0240058A1 (nl)
JP (1) JPS63107021A (nl)
NL (1) NL8600785A (nl)

Families Citing this family (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE3623891A1 (de) * 1986-07-15 1988-01-28 Siemens Ag Anordnung zur genauen gegenseitigen ausrichtung einer maske und einer halbleiterscheibe in einem lithographiegeraet und verfahren zu ihrem betrieb
GB8808282D0 (en) * 1988-04-08 1988-05-11 Lk Tool Co Ltd Support assemblies
JP2623123B2 (ja) * 1988-08-17 1997-06-25 キヤノン株式会社 微動ステージ装置
NL9100421A (nl) * 1991-03-08 1992-10-01 Asm Lithography Bv Ondersteuningsinrichting met een kantelbare objecttafel alsmede optisch lithografische inrichting voorzien van een dergelijke ondersteuningsinrichting.
US5835198A (en) * 1997-01-06 1998-11-10 Etec Systems, Inc. Articulated platform mechanism for laser pattern generation on a workpiece
US6089525A (en) * 1997-10-07 2000-07-18 Ultratech Stepper, Inc. Six axis active vibration isolation and payload reaction force compensation system
DE10257423A1 (de) * 2002-12-09 2004-06-24 Europäisches Laboratorium für Molekularbiologie (EMBL) Mikroskop
ATE429031T1 (de) * 2003-08-07 2009-05-15 Nikon Corp Belichtungsverfahren
CN107102518B (zh) * 2017-06-26 2018-11-13 中国科学技术大学 应用于近场扫描光刻的高精度被动对准的柔性台

Family Cites Families (10)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US3684904A (en) * 1969-04-24 1972-08-15 Gennady Vasilievich Galutva Device for precision displacement of a solid body
US3887811A (en) * 1971-10-08 1975-06-03 Radiant Energy Systems Electro mechanical alignment apparatus for electron image projection systems
US3790155A (en) * 1972-07-17 1974-02-05 Radiant Energy Systems X-y table for vacuum systems
US3870416A (en) * 1974-01-09 1975-03-11 Bell Telephone Labor Inc Wafer alignment apparatus
JPS51111076A (en) * 1975-03-26 1976-10-01 Hitachi Ltd Exposure device
JPS51123565A (en) * 1975-04-21 1976-10-28 Nippon Telegr & Teleph Corp <Ntt> Three-dimention-position differential adjustment of processing article
US4506154A (en) * 1982-10-22 1985-03-19 Scire Fredric E Planar biaxial micropositioning stage
US4516029A (en) * 1983-04-28 1985-05-07 Control Data Corporation E beam stage with below-stage X-Y drive
DE3317033A1 (de) * 1983-05-10 1984-04-19 Kodak Ag, 7000 Stuttgart Objektiveinstellvorrichtung fuer ein photographisches geraet
JPH0614789B2 (ja) * 1984-06-25 1994-02-23 株式会社東芝 テーブル微動方法およびこの方法を用いた微動装置

Also Published As

Publication number Publication date
US4746800A (en) 1988-05-24
EP0240058A1 (en) 1987-10-07
JPS63107021A (ja) 1988-05-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
KR101332471B1 (ko) 대물 렌즈, 특히 반도체 리소그래피용 투사 대물 렌즈
US5973863A (en) Exposure projection apparatus
US8659745B2 (en) Optical system with an exchangeable, manipulable correction arrangement for reducing image aberrations
US6859337B2 (en) Optical-element mountings exhibiting reduced deformation of optical elements held thereby
US6989922B2 (en) Deformable mirror actuation system
US4516253A (en) Lithography system
US4514858A (en) Lithography system
US7345834B2 (en) Optical element holding system, barrel, exposure apparatus, and device manufacturing method
US20090141258A1 (en) Imaging Device in a Projection Exposure Machine
US7486382B2 (en) Imaging device in a projection exposure machine
JPS62276612A (ja) 位置決め装置
NL9100421A (nl) Ondersteuningsinrichting met een kantelbare objecttafel alsmede optisch lithografische inrichting voorzien van een dergelijke ondersteuningsinrichting.
US20060072219A1 (en) Mirror holding mechanism in exposure apparatus, and device manufacturing method
US10386732B2 (en) Bearing assembly for a lithography system, and lithography system
KR100573665B1 (ko) 리소그래피장치 및 디바이스 제조방법
NL8600785A (nl) Positioneerinrichting met een z-manipulator en een o-manipulator.
TW200412476A (en) Lithographic apparatus and device manufacturing method
KR101470650B1 (ko) 광학 부재 보지 장치, 광학 부재의 위치 조정 방법 및 노광장치
KR101415371B1 (ko) 지지 장치 및 노광 장치
US20060187511A1 (en) Device for mounting an optical element, particularly a lens in an objective
JP2007266511A (ja) 光学系、露光装置、及び光学特性の調整方法
KR20230082682A (ko) 광학 구성요소 및 광학 구성요소를 정렬하기 위한 방법, 및 투영 노광 장치
NL2025278A (en) Guiding device
JPH09320954A (ja) ステージ装置
KR20050038560A (ko) 조립체, 리소그래피 장치 및 디바이스 제조방법

Legal Events

Date Code Title Description
A1B A search report has been drawn up
BV The patent application has lapsed