WO2000030172A2

WO2000030172A2 - Übernahme- und haltesystem für ein substrat

Info

Publication number: WO2000030172A2
Application number: PCT/DE1999/003637
Authority: WO
Inventors: Ulf-Carsten Kirschstein; Stefan Risse; Christoph Damm; Thomas Peschel
Original assignee: Leica Microsystems Lithography Gmbh
Priority date: 1998-11-18
Filing date: 1999-11-16
Publication date: 2000-05-25
Also published as: WO2000030172A3; DE19853092B4; JP2002530866A; EP1048070A1; US6480369B1; DE19853092A1; TW430751B

Abstract

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übernahme- und Haltesystem für ein Substrat (17) in einer Belichtungsanlage, die mit einem Handlingsystem zur Zuführung des Substrates (17), mit einer in den Koordinaten X,Y verfahrbaren elektrostatischen Chuckanordnung (1) zum Halten des Substrates (17) während der Belichtung sowie mit einer Belichtungsoptik ausgestattet ist, aus der eine Korpuskularstrahlung rechtwinklig, der Koordinate Z entsprechend, auf die Substratoberfläche gerichtet ist. Bei einem solchen Haltesystem ist mindestens eine zweite elektrostatische Chuckanordnung (6) vorgesehen, die ebenso wie die erste Chuckanordnung (1), die zum Halten des Substrates (17) während der Belichtung dient, eine Auflagefläche für das Substrat aufweist, wobei jedoch die Auflagefläche der zweiten Chuckanordnung (6) in Richtung der Koordinate Z verschieblich angeordnet ist. Beide Chuckanordnungen (1, 6) sind bezüglich ihrer Haltekraft so ausgelegt, dass das Substrat (17) sowohl bei Auflage auf der ersten Chuckanordnung (1) als auch nur bei Auflage auf der zweiten Chuckanordnung (6) positionssicher gehalten wird.

Description

Übernahme- und Haltesystem für ein Substrat

Die Erfindung bezieht sich auf ein Übernahme- und Haltesystem für ein Substrat in einer Be chtungsanlage, die mit einer in den Koordinaten X,Y verfahrbaren elektrostatischen Chuckanordnung zum Halten des Substrates auf einer Auflageflache wahrend der Belichtung ausgestattet ist

Haltevorrichtungen zur Aufnahme von Substraten, insbesondere von Masken und Wafern, wahrend der Belichtung sind im Stand der Technik in verschiedenen Ausfuhrungen bekannt In der Regel sind die Haltesysteme auf einem in zwei Koordinaten X,Y verfahrbarer Tisch angeordnet und verfugen über eine Auflageebene für das Substrat, auf welche dieses vor Beginn des Behchtungsvorganges aufgelegt und auf der es gehalten wird, wahrend der Tisch Schritt für Schritt in Richtung X und/oder Y verschoben und dabei zeitlich nacheinander in die gewünschten Belichtungspositionen gebracht wird Die Auflageebenen werden meist durch hochebene Auflageflachen, teils auch durch mehrere punktformige Auflageelementen gebildet

Die Grundkorper, Tragplatten usw , auf denen Auflageelemente angeordnet oder Auflageflachen ausgebildet sind, sind in der Regel über Maßverkorperung zur Ausrichtung des Substrates in der Koordinate Z mechanisch fest mit dem Tisch verbunden Die Koordinate Z entspricht dabei der rechtwinklig auf die Substratoberflache gerichteten Einstrahlungsrichtung des Belichtungsstrahlenganges

Die feinfühlige Handhabung des Substrates bei der Übernahme in die Belichtungseinrichtung und die Genauigkeit bei der Positionierung der Substratoberflache relativ zur Belichtungseinπchtung sind wesentliche Kriterien im Hinblick auf die bei der Belichtung angestrebte Güte und Feinheit der Struktur und um so mehr von Bedeutung, je weiter die Bestrebungen der Mikroelektronikindustrie nach Verringerung der Strukturbreite gehen.

Insofern bestehen die hauptsächlichen Probleme bei der Ausführung solcher Haltesysteme immer wieder in der auch bei Temperatur- und

Druckschwankungen zu gewährleistenden Positioniergenauigkeit für das Substrates und in der Formbeständigkeit der Substratauflage, da das Substrat selbst nicht formstabil ist. Deshalb ist dafür zu sorgen, daß mechanische Kräfte, gleich welchen Ursprungs, nicht in das Substrat eingeleitet werden, was Verformungen und damit unzulässige Strukturabweichungen zur Folge hätte. Weiterhin ist bei der Gestaltung von Haltesystemen zu beachten, daß die Richtung der Belichtungsstrahlung nicht ungewollt durch Magnetfelder und/oder durch elektrische Aufladungen im Haltesystem beeinflußt wird. Bei alledem sind die Kosten für die Herstellung der Haltesysteme in wirtschaftlich vertretbaren Grenzen zu halten.

Unter dem Gesichtspunkt dieser hohen Anforderungen sind die bisher im Stand der Technik verfügbaren Haltesysteme zu bewerten. So ist beispielsweise aus der US-Patentschrift 5,535,090 wie auch aus der Veröffentlichung „Semiconducter International", Sherman, Vol.20, Nr.8, p.319- 322, eine Einrichtung bekannt, die über eine elektrostatische Chuckanordnung zum Halten des Substrates während der Belichtung verfügt. Die Chuckanordnung weist eine leitfähige Schicht auf, die über elektrische Versorgungskontakte mit abschaltbaren elektrischen Potentialen gegenüber dem aufgelegten Substrat beaufschlagt werden kann. Bei anliegendem Potential bildet sich ein elektrostatisches Feld aus, durch welches das Substrat auf einer ebenen, über der leitfähigen Schicht angeordneten Isolierschicht gehalten wird. Dabei ist die Größe der Anziehungskraft zwischen der Chuckanordnung und dem Substrat abhängig von der angelegten elektrischen Spannung, von der Flächengröße der leitfähigen Schicht (der sogenannten Chuckelektrode) und von der Dicke der Isolierschicht, die sich zwischen der leitfähigen Schicht und dem Substrat befindet. Bei Verwendung elektrostatischer Chuckanordnungen in Belichtungsanlagen ist zu beachten, daß durch geeignete Maßnahmen elektrostatische Aufladungen an unerwünschten Stellen des Haltesystems bzw. der Belichtungseinrichtung vermieden werden, damit der Belichtungsstrahlengang nicht ungewollt beeinflußt wird. Eine solche Maßnahme ist beispielsweise der Einsatz unmagnetischer Werkstoffe. Bei der in der vorgenannten Veröffentlichung beschriebenen Anordnung wird dies durch den Einsatz von Saphirmaterial erzielt. Saphir ist zwar unmagnetisch, hat allerdings sehr hohe Beschaffungskosten und auch hohe technologische Kosten bei der Fertigung der ebenen Auflagefläche für das Substrat zur Folge. Bei der zitierten

Anordnung ist deshalb nicht die gesamte 8 Zoll große Auflagefläche mit Saphir belegt worden, sondern über einer Zwischenschicht aus Niob wurden lediglich mehrere nur 2 Zoll große Saphirscheiben angeordnet.

Nachteilig ist dabei immer noch das technologisch aufwendige Herstellungsverfahren für die mehrteilige Auflagefläche. Außerdem ist die Einheitlichkeit des Materials, auf dem das Substrat aufliegt, nicht gewährleistet, was eine auf die gesamte Auflagefläche bezogene Uneinheitlichkeit der Haltekraft zur Folge hat.

In der US-Patentschrift 5,600,530 ist ebenfalls eine Aufnahmeeinrichtung für Substrate beschrieben, in der wiederum eine elektrostatische

Chuckanordnung vorgesehen ist. Allerdings wird hier als Material für die Isolierschicht der Chuckanordnung Aluminiumoxid verwendet, und die Erfindung beschreibt zugleich ein Verfahren, durch welches die zunächst dick aufgetragene Aluminiumoxidschicht durch Rückverdünnen auf das notwendige Dickenmaß gebracht wird. Der Einsatz von Aluminiumoxid aber führt nachteiligerweise zu Problemen bei Temperaturschwankungen, die in seinen ungünstigen Temperaturausdehnungseigenschaften begründet sind. Deshalb hat der Einsatz von Aluminiumoxid, wenn eine hohe Belichtungsgenauigkeit erreicht werden soll, zwangsläufig aufwendige Maßnahmen zur Folge, die diesen Nachteil kompensieren und eine über ein zulässiges Maß hinausgehende Positions- und/oder Formänderung des auf der Aluminiumoxidschicht liegenden Substrates verhindern. Eine Lösung dieses mit Einsatz der Aluminiumoxidschicht entstehenden Problems ist in der genannten Schrift nicht angegeben.

Eine weitere Aufnahmeeinrichtung für Substrate zur Bearbeitung in einer Elekronenstrahlanlage offenbart die US-Patentschrift 5,644,137. Die hier beschriebene Anordnung ist mit Interferometem zur Positionsbestimmung und -Überwachung des Tisches und damit des Substrates bei der Bewegung in den Koordinaten X,Y ausgestattet. Hier wird eine Stabilisierung der Lage des Substrates relativ zur Belichtungseinrichtung dadurch erreicht, daß einige Teile der Halteeinrichtung und die Interferometerspiegel aus Werkstoff mit gleichem Ausdehnungsverhalten gefertigt sind, wodurch sich eine höhere Positioniergenauigkeit in den Richtungen X und Y ergibt. Allerdings sind bei dieser Veröffentlichung keine Mittel und Verfahren genannt, durch welche die Probleme hinsichtlich der Materialausdehnung in Richtung der Koordinate Z bzw. der damit verbundenen Ungenauigkeiten gelöst werden.

Nachteilig bei den vorgenannten Veröffentlichungen ist außerdem, daß die Halteeinrichtungen nicht über technische Mittel verfügen, mit denen die Übernahme des Substrates von einer Zuführeinrichtung, beispielsweise einem Roboterarm, und dessen Ablage auf der Ablageebene feinfühlig und positionssicher vorgenommen werden kann.

Ausgehend davon liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, Hattesysteme der vorbeschriebenen Art dahingehend weiterzubilden, daß eine präzise Übernahme von einem Handlingsystem sowie eine Verbesserung der Positions- und Formstabilität während der Belichtung erzielt wird.

Diese Aufgabe wird bei einem Übernahme- und Haltesystem der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Merkmale des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche. Bei dem Übernahme- und Haltesystem der eingangs beschriebenen Art ist mindestens eine zweite elektrostatische Chuckanordnung vorgesehen, die ebenso wie die erste elektrostatische Chuckanordnung, die zum Halten des Substrates während der Belichtung dient, eine Auflagefläche für das Substrat aufweist, wobei jedoch die Auflagefläche der ersten und die Auflagefläche der zweiten Chuckanordnung gemeinsam die Auflagefläche für das Substrat bilden und wobei die Auflagefläche der zweiten Chuckanordnung in Richtung der Koordinate Z, d.h. in Einfallsrichtung des Belichtungsstrahlenganges, relativ zur Auflagefläche der ersten Chuckanordnung verschieblich angeordnet ist. Beide Chuckanordnungen sind bezüglich ihrer Haltekraft so ausgelegt, daß das Substrat sowohl auf der Auflagefläche der ersten Chuckanordnung als auch nur bei Auflage auf der Auflagefläche der zweiten Chuckanordnung positionssicher gehalten werden kann.

Die erfindungsgemäße Anordnung bietet den Vorteil, daß die Auflageflächen beider Chucks in Richtung der Koordinate Z gegeneinander verschoben werden können, wodurch es möglich ist, die Auflagefläche der zweiten Chuckanordung bis in eine Übernahmeposition z₂ zu verschieben, in der ein Roboterarm das Substrat zur Übernahme in die Belichtungsanlage bereithält. Die Übernahmeposition z₂ befindet sich beispielsweise in einer Entfernung Δz von der Auflagefläche der ersten Chuckanordnung, die stets in der Position z₁ verbleibt. Aus Gründen einer deutlicheren verbalen Unterscheidung wird im folgenden, der zugeordneten Funktionen entsprechend, für die erste Chuckanordnung die Bezeichnung „Haltechuck", für die zweite Chuckanordnung die Bezeichnung „Handlingchuck" verwendet. Beim Betreiben der erfindungsgemäßen Übernahme- und Halteeinrichtung übernimmt der aus dem Haltechuck herausgefahrene Handlingchuck in der Position z₂ das Substrat von beispielsweise einem Roboterarm und wird, nachdem die elektrostatische Haltekraft zwischen dem Handlingchuck und dem Substrat wirksam ist, mindestens wieder soweit zurückverschoben, bis die Auflageflächen beider Chucks bei der Position ∑ι eine gemeinsame Ebene bilden. Die Auflagefläche des Handlingchuck ist kleiner als die aufzunehmende Substratfiäche, so daß das Substrat mit freien Flächenabschnitten über die Auflagefläche des Handlingchucks hinauskragt. Erst nachdem der Handlingchuck mit seiner Auflagefläche in die Position z-i zurückgefahren ist, kommt das Substrat mit seinen freien Flächenabschnitten auch mit der Auflagefläche des Haltechucks in Berührung und liegt, sofern der Handlingchuck in der Position z-i verbleibt, auf den Auflageflächen sowohl des Haltechucks als auch des Handlingchucks auf. Erfindungsgemäß ist in einer Ausgestaltungsvariante vorgesehen, daß der Handlingchuck nach dem Zurückfahren in der Position ∑ι verbleibt, in der sich das Substrat in der Belichtungsposition befindet und hier zum Teil auf der Auflagefläche des Haltechucks, zum Teil auf der Auflagefläche des Handlingchucks aufliegt. In dieser Position z-, kann alternativ der Handlingchuck entweder mittels einer Klemmeinrichtung fixiert werden, oder er wird unfixiert in der Position z₁ angehalten. Im letzteren Fall ist die Auflagefläche des Handlingchucks in Richtung der Koordinate Z frei beweglich und kann, sobald die elektrostatische Haltekraft nun auch zwischen Haltechuck und Substrat wirkt, durch die spannungsausgleichenden Kräfte, die das Substrat ausübt, sofern sich die beiden Auflageflächen nicht in einer Ebene befinden, in die Position z₁ gezogen werden, in der sich die Auflagefläche des Haltechucks befindet. Auf diese Weise wird vorteilhaft ohne hohen technischen Aufwand im Hinblick auf eine exakte Positionierung des Handlingchucks in der Position z-i erreicht, daß das Substrat spannungsfrei ohne Gefahr einer Deformation gehalten wird. Allerdings kann das erfindungsgemaße Übernahme- und Haltesystem in einer weiteren Variante auch so ausgestaltet sein, daß nach dem Auflegen des Substrates auf die Auflageflache des Haltechucks der Handlingchuck vom Substrat entkoppelt und auf eine Position z₂' zurückgezogen wird, für welche gilt z₂'< z₁ < z₂ Dann egt das Substrat wahrend der Belichtung lediglich auf der Auflageflache des Haltechucks auf, wahrend zwischen der Auflageflache des Handlingchucks und dem Substrat ein Freiraum verbleibt

In einer besonders bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß die Auflageflachen der beiden Chuckanordnungen parallel zur Wirkungsrichtung der Erdschwerkraft ausgerichtet sind, und zwar beispielsweise so, daß die Koordinate Y in der Wirkungsrichtung der Schwerkraft liegt, wahrend die Koordinaten X,Z rechtwinklig zur Schwerkraftrichtung verlaufen Daraus ergeben sich mehrere Vorteile im Hinblick auf die Handhabung und Positionierung des Substrates, worauf im folgenden noch eingegangen wird

Im Zusammenhang mit dieser vertikalen Ausrichtung der Auflageflachen ist erfindungsgemaß weiterhin vorgesehen, daß die beiden Chuckanordnungen mit einem Hubwagen verbunden sind, der in Richtung der Koordinate Y verfahrbar ist, wobei der Haltechuck über eine Tragplatte fest, der Handlingchuck dagegen über einen linearen Stellantrieb (verschieblich in Z- Richtung) mit dem Hubwagen gekoppelt ist

Auf diese Weise wird erreicht, daß die beiden Chuckanordnungen mit ihren vertikal ausgerichteten Auflageflachen und auch das aufliegende Substrat durch Heben und Senken des Hubwagens in Richtung Y (bei gleichbleibendem Abstand zur Belichtungsoptik) verschoben werden können

Hierzu ist vorgesehen, daß der Hubwagen an einer parallel zur Koordinate Y ausgerichteten Säule angeordnet und an dieser Sauie verschieblich mit Gleitfußen und/oder Rollen geradegefuhrt ist, wobei zusätzlich zu den Gleitfußen und/oder Rollen piezoelektrisch angetriebene Klemmeinrichtungen zur zeitweisen Arretierung des Hubwagens an der Säule vorgesehen sind Der Hubwagen kann so z B wahrend des Belichtungsvorganges in seiner Position in Richtung der Koordinate Y arretiert werden

Die Säule ist mit mindestens einem in X-Richtung verschieblich geführten Schlitten verbunden, wodurch das aufliegende Substrat bei gleichbleibendem Abstand zur Belichtungsoptik in Richtung X verschoben werden kann Hierdurch ist gewährleistet, daß einerseits durch Zustellbewegung des Hubwagens in Y-Richtung und/oder andererseits durch Zustellbewegung des Schlittens in X-Richtung jeder Flachenabschnitt des Substrates in Belichtungsposition gebracht werden kann In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung kann vorgesehen sein, daß der lineare Stellantrieb für den Handlingchuck mit einem pneumatischen Antriebselement, etwa einem Faltenbalg oder auch einer Membran, ausgestattet ist Derart ausgebildete Pneumatikantriebe sind im Stand der Technik bekannt und müssen deshalb hier nicht naher beschrieben werden Eine weitere, sehr vorteilhafte Ausgestaltung der erfindungsgemaßen

Anordnung besteht dann, daß die Auflageflachen beider Chuckanordnungen kreisrund ausgebildet und konzentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Auflageflache des Handlingchucks von der Auflageflache des Haltechucks umschlossen ist und eine Ausdehnung von kleiner 1/3, bevorzugt kleiner 1/4 der Auflageflache des Haltechucks hat Damit ist gewährleistet, daß das

Substrat bei Auflage auf dem Handlingchuck in ausreichendem Maße seitlich über dessen Auflageflache hinauskragt, so daß sich ausreichend überstehende Flachenabschnitte des Substrates beim Zurückfahren des Handlingchucks auf die Auflageflache des Haltechucks auflegen können Erfindungsgemaß ist weiterhin vorgesehen, daß jede der beiden

Chuckanordnungen aus einem Grundkorper besteht, auf dem zumindest abschnittsweise eine elektrisch leitende Schicht und über dieser eine Isolierschicht aufgebracht ist, wobei die Isolierschichten der Belichtungsoptik zugewandt sind und die Auflageflachen für das Substrat bilden In die Isolierschichten können Kanäle für ein Kuhlmedium eingearbeitet sein, wobei die Kanäle in Zu- und Abflüsse für das Kühlmedium münden und als Kühlmedium vorzugsweise Helium eingesetzt ist.

In einer sehr bevorzugten Ausgestaltung sind die Tragplatte und die Grundkörper der Chuckanordnungen aus einer Glaskeramik mit gleichen Werkstoffeigenschaften, beispielhaft mit gleichem

Temperaturausdehnungskoeffizienten _τ = 0±0,05^*10^"6K^"1 , gleichem Elastrizitätsmodul von E ~ 90,6 GPa und gleicher Biegebruchfestigkeit von B etwa 130 MPa gefertigt.

Die Verwendung einer solchen Glaskeramik für die genannten Teile ermöglicht einen Aufbau des Haltesystems, der äußerst unempfindlich gegenüber Temperaturschwankungen ist. Da Temperatureinflüsse innerhalb der Anordnung während des Belichtungsvorganges technisch nicht zu vermeiden sind, können durch Einsatz dieser Glaskeramik negative Auswirkungen soweit reduziert werden, daß der Aufwand für weitergehende Temperaturstabilisierungsmaßnahmen innerhalb der Belichtungsanordnung bzw. für Temperaturstabilisierungsmaßnahmen in der Nähe des zu belichtenden Substrates auf ein Mindestmaß beschränkt werden kann.

Ein weiterer wesentlicher Vorteil der Glaskeramik besteht darin, daß bei der Herstellung der genannten Teile konventionelle Optikbearbeitungstechnologien anwendbar sind, durch welche auf effektive Weise ein Höchstmaß an Genauigkeit bei der Bearbeitung erzielt werden kann. Das bezieht sich vor allem auf die Herstellung planer Flächen mit höchsten Ebenheitsanforderungen, aber auch auf die Einhaltung von Parallelitäten und Winkeln an den betreffenden Teilen. So ist es möglich, Fertigungstoleranzen im Mikrometerbereich und in den Bereichen von Bogensekunden einzuhalten. Aufgrund der Sprödhärte der verwendeten Glaskeramik sind plastische Verformungen an den Planflächen, insbesondere an den Auflageflächen für das Substrat, ausgeschlossen, wodurch bleibende Verformungen, die ihre Ursache in mechanischen Kräften haben, nicht auf das Substrat übertragen werden können. Die Gleitfüße und/oder Rollen zur Hubwagenführung und die Säule sind aus einer hochfesten Keramik mit einem Elastizitätsmodul im Bereich von etwa 300 bis 400 GPa gefertigt. Damit kann eine exakte Führung des Hubwagens an der Säule erzielt werden. Zusätzlich zu den Gleitfüßen und/oder Rollen sind elektrisch angetriebene Klemmeinrichtungen zur zeitweisen Arretierung des Hubwagens jeweils in den Positionen vorgesehen, in denen die Belichtung der Substratoberfläche erfolgt.

Mit dem Einsatz der Glaskeramik- bzw. Keramikwerkstoffe für die genannten Teile wird erreicht, daß der Belichtungsstrahlengang nicht ungewollt durch Magnetfelder beeinflußt werden kann, da diese Werkstoffe magnetfrei sind.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß diese Werkstoffe auf technologisch einfache Weise mit den elektrisch leitfähigen Beschichtungen, beispielsweise Chrom oder Nickel, versehen werden können, an die ein elektrisches Spannungspotential gelegt werden kann. Zur sicheren Halterung der Substrate auf den Auflageflächen der beiden

Chuckanordnungen ist vorgesehen, an die leitfähigen Schichten einerseits und an das Substrat andererseits ein elektrisches Potential von bis zu 5000 Volt anzulegen.

In einer weiteren sehr bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß an die Tragplatte zwei verspiegelte Flächen angearbeitet sind, von denen eine in die Richtung der Koordinate X und die andere in die Richtung der Koordinate Y weist und die beide als Referenzspiegel eines Metrologiesystems dienen, in welchem die Positionsbestimmung der Tragplatte bzw. des Substrates durch interferometrische Messungen vorgenommen wird. Die verspiegelten Flächen können durch eine mit einer Oxidschutzschicht, vorzugsweise SiO₂, versehenen Aluminiumbeschichtung gebildet sein. Weiterhin kann die Tragplatte Mateπalausnehmungen aufweisen, die der Gewichtsreduzierung dienen, was vorteilhaft geringere Antriebsleistungen sowie ein gunstigeres Beschleunigungsverhalten bei der Bewegung des Hubwagens zur Folge hat Ausgestaltungen bestehen auch dahingehend, daß der Grundkorper der ersten Chuckanordnung entweder direkt auf den Hubwagen aufgesetzt oder alternativ hierzu über eine Tragplatte mit dem Hubwagen verbunden ist

Die Erfindung soll nachfolgend anhand eines Ausfuhrungsbeispieles naher erläutert werden In den zugehörigen Zeichnungen zeigen Fig 1 die Pπnzipdarstellung der erfindungsgemaßen Anordnung

Fig 2 einen Schnitt aus Fig 1

Fig 3 den Handlingchuck mit Substrat in Ubemahmeposition

Fig 4 Haltechuck und Handlingchuck mit Substrat in Behchtungsposition

In Fig 1 ist ein Übernahme- und Haltesystem dargestellt, bei dem eine erste Chuckanordnung, namlich ein Haltechuck 1 , über eine Tragplatte 2 fest mit einem Hubwagen 3 verbunden ist Der Hubwagen 3 ist über Gleitfuße und/oder Rollen 18 an eine Säule 4 gekoppelt und dabei in Längsrichtung dieser Säule verschiebbar

Diese Anordnung ist so ausgerichtet, daß die Säule 4 in Richtung der Koordinate Y verlauft, die Koordinate Y der Wirkungsrichtung der Schwerkraft entspricht und die Auflageflache 5 des Haltechucks 1 parallel zu der in den Koordinaten X,Y aufgespannten Ebene ausgerichtet ist Die Einstrahlungsrichtung des Be chtungsstrahlenganges, der von einer nicht dargestellten Belichtungsoptik ausgeht, erfolgt dabei in Richtung der Koordinate Z rechtwinklig auf die Auflageflache 5

Die Säule 4 ist mit einem in Richtung der Koordinate X geradegefuhrten Schlitten verbunden, der auf dem in X-Richtung dargestellten Lineal lauft Damit ist gewährleistet, daß der Haltechuck 1 mit seiner Auflageflache 5 in Richtung der Koordinaten X,Y verfahrbar ist Die Verschiebung in Richtung X erfolgt dabei durch Verschieben des (zeichnerisch nicht dargestellten) Schlittens, mit dem die Säule 4 fest verbunden ist, die Verschiebung in Richtung Y erfolgt durch Verschiebung des Hubwagens 3 entlang der Säule 4 Dabei sind sowohl der Schlitten als auch der Hubwagen 3 mit elektromechanischen Antrieben (die ebenfalls nicht dargestellt sind) gekoppelt

Die Fuhrung dieser beiden Baugruppen beim Bewegungsablauf erfolgt hochgenau unter Bindung aller übrigen Freiheitsgrade, so daß ein auf die Auflageflache 5 aufgelegtes Substrat 17, beispielhaft ein Wafer, relativ zur Belichtungsoptik so positioniert werden kann, daß Schritt für Schritt die Belichtung des Substrates 17 mit einer vorgebenen Struktur vorgenommen werden kann An zwei rechtwinklig zueinander stehenden Seitenflächen der Tragplatte 2 können Spiegelflachen 19,20 aufgebracht sein, über die die Position der Tragplatte 2 mit interferometπscher Genauigkeit gemessen werden kann Erfindungsgemaß ist nunmehr vorgesehen, daß außer dem Haltechuck 1 eine zweite Chuckanordnung, namlich ein Handlingchuck 6, vorhanden ist Die Positionierung der beiden Chuckanordnungen 1 und 6 zueinander ist aus der Schnittdarstellung in Fig 2 ersichtlich Hier ist zunächst erkennbar, daß die Auflageflache 7 des Handlingchucks 6 parallel zur Auflageflache 5 des Haltechucks 1 ausgerichtet ist

Beide Auflageflachen 5, 7 sind senkrecht zur Koordinate Z und damit zur Einfallsrichtung des Belichtungsstrahlenganges ausgerichtet Wahrend jedoch der Haltechuck 1 fest mit der Tragplatte 2 verbunden ist, beispielhaft durch Verschraubung oder Klemmung, ist der Handlingchuck 6 in Richtung der Koordinate Z verschiebbar angeordnet Dabei sind der Grundkorper 8 des

Haltechucks 1 und der Grundkorper 9 des Handlingchucks 6 einschließlich der Auflageflachen 5 und 7 als Kreisflächen ausgeführt Beide Chucks 1 , 6 sind über (zeichnerisch nicht dargestellte) Zwangsfuhrungen verbunden, welche die Freiheitsgrade einschranken und dadurch eine genaue Einhaltung der Relativposition der Chucks 1 ,6 zueinander, insbesondere im Hinblick auf eine Verdrehung gegeneinander um die Koordinate Z, gewährleisten Diese Zwangsfuhrungen können beispielhaft als teilweise in V-formige Nuten eintauchende Kugeln ausgebildet sein, wobei an einem der Chucks die Kugeln, am anderen die Nuten vorgesehen sind Der Grundkorper 8 des Haltechucks 1 ist durchbrochen, und in dem

Durchbruch ist der Grundkorper 9 des Handlingchucks 6 beweglich gefuhrt Des weiteren ist der Grundkorper 9 des Handlingchucks 6 über ein Getriebeglied 10 mit einem pneumatischen Antrieb 1 1 verbunden Durch Ansteuerung des pneumatischen Antriebes 1 1 kann die Verschiebung des Handlingchucks 6 in Richtung der Koordinate Z veranlaßt werden Wie Fig 2 weiterhin zeigt, ist die Tragplatte 2 über Festkorpergelenkbolzen 12 kinematisch bestimmt mit dem Hubwagen 3 verbunden

Auf den Grundkorper 8 des Haltechucks 1 ist in Richtung zur Belichtungsoptik eine elektrisch leitfahige Schicht 13 aus Chrom oder Nickel mit einer Starke von <200nm aufgetragen, auf weiche eine Isolierschicht 14 aufgebracht ist Auf der Isolierschicht 14 ist die Auflageflache 5 für das aufzunehmende, hier noch nicht dargestellte Substrat 17 hocheben ausgebildet Das trifft analog zu für den Handlingchuck 6, bei dem auf den Grundkorper 9 zunächst eine elektrisch leitfahige Schicht 15 und darüber eine Isolierschicht 16 aufgebracht ist Auch hier ist die Isolierschicht 16 als Auflageflache für das Substrat 17 hocheben ausgebildet

Die Verfahrensweise bei der Übernahme und beim Halten wird nun im folgenden anhand Fig 3 und Fig 4 erläutert Soll ein Substrat 17 zur Belichtung auf die Auflageflache 5 des Haltechucks 1 aufgelegt werden, erfolgt zunächst dessen Zufuhrung mit Hilfe eines nicht dargestellten Roboterarmes bis in eine Position z₂ Dabei sollte das Substrat 17 mit Hilfe des Roboterarmes etwa zentrisch zur Auflageflache 5 ausgerichtet sein Nunmehr wird das Getriebeglied 10 durch den pneumatischen Antrieb 11 angesteuert und dadurch der Handlingchuck 6 vorgeschoben, und zwar so weit bis die Abschnitte der Substratflache 18, die der Auflageflache 7 gegenüberstehen, mit der Auflageflache 7 in Kontakt kommen

Hiernach wird über Elektrokontakte, die zeichnerisch nicht dargestellt sind, an die elektrisch leitfahige Schicht 15 des Handlingchucks 6 einerseits und an das Substrat 17 andererseits eine elektrische Spannung mit einem Potential von etwa 4000 Volt gelegt Die dabei entstehenden elektrostatischen Kräfte halten das Substrat 17 auf der Auflageflache 7 des Handlingchucks 6

Nun wird das Substrat 17 aus dem Eingriff mit dem Roboterarm gelost und der Roboterarm aus dem Raum zwischen Substrat 17 und ebenfalls nicht dargestellter Belichtungsoptik ausgeschwenkt Der pneumatische Antrieb 11 wird angesteuert, wodurch der Handlingchuck 6 in den Haltechuck 1 hineingezogen wird, bis die Auflageflache 7 die Position z₁ erreicht Dabei setzen die Abschnitte der Substratflache 18, die nicht von der Auflageflache 7 überdeckt sind, auf die Auflageflache 5 am Haltechuck 1 auf Damit ist die Verschiebung des Handlingchucks 6 bzw des Substrates 17 beendet Mit der Auflage auf dem Haltechuck 1 befindet sich das Substrat 17 in der Behchtungsposition Einer bevorzugten Variante der Erfindung entsprechend wird der Handlingchuck 6 in dieser Position nicht fixiert, sondern bleibt in Z-Richtung „schwimmend" frei beweglich An die leitfahige Schicht 13 des Haltechucks 1 wird nun über (zeichnerisch nicht dargestellte Elektrokontakte) ebenfalls ein elektrisches Potential von 4000 V gelegt, wodurch zusätzlich zu der Haltekraft zwischen Handlingchuck 6 und Substrat 17 eine elektrostatische Haltekraft zwischen dem Haltechuck 1 und dem Substrat 7 wirksam wird Die Halteposition für das Substrat 17 ist dabei allein durch die Position der Auflageflache 5 am Haltechuck 1 bestimmt

Das Substrat 17 haftet zwar weiterhin auch an der Auflageflache 7 des Handlingchucks 6, die aber aufgrund der „schwimmenden" Lagerung des Handlingchucks 6 keine definierte Position in Bezug auf die Belichtungsoptik hat Die Auflageflache 7 des Handlingchucks 6 sorgt insofern lediglich für die Formstabihtat des Substrates 17, indem die Substratflache 18 unterstutzt wird Andererseits wird die Position der Auflageflache 7 in Z-Richtung durch die Substratflache 18 selbsttätig in die Position z-i geruckt, wodurch eine Uberbestimmung des Substrates 17 bzw Spannungen im Substratmaterial aufgrund von Uberbestimmungen ausgeglichen werden Das Substrat 17 ist nun zur Belichtung vorbereitet und wird in der Folge durch Ansteuerung des Schlittenantriebes zur Verschiebung in der Koordinate X und durch Ansteuerung des Hubwagenantriebes zur Verschiebung in der Koordinate Y in die jeweiligen Behchtungspositionen gebracht, in denen das Aufbringen der Struktur auf das Substrat 17 erfolgt Die Entnahme des Substrates 17 aus der Belichtungseinπchtung erfolgt in umgekehrter Weise, indem zunächst das Spannungspotential zwischen Substrat 17 und Haltechuck 1 abgeschaltet wird, so daß das Substrat 17 nur noch am Handlingchuck 6 haftet Der Handlingchuck 6 mit dem Substrat 17 wird nun in Richtung der Koordinate Z verfahren, bis sich die Substratflache 18 in der Position z₂ befinden, in welcher das Substrat 17 wieder in Eingriff mit dem Roboterarm gebracht wird Hiernach wird auch die leitfahige Schicht 15 potentialfrei geschaltet, woraufhin die Entnahme des Substrates 17 aus der Belichtungseinπchtung mit Hilfe des Roboterarmes erfolgt

In einer alternativen Ausfuhrungsvariante, die in Fig 4 dargestellt ist, kann vorgesehen sein, daß der Handlingchucks 6 nach Auflegen des Substrates 17 auf den Haltechuck 1 nicht in der Position z verbleibt, sondern (nach Potentialfreischaltung der leitfahigen Schicht 15) in eine Position z₂' weiterverschoben wird, so daß das Substrat 17 wahrend der Belichtung lediglich vom Haltechuck 1 gehalten wird Erfindungsgemaß ist weiterhin vorgesehen, daß die Grundkorper 8, 9 der beiden Chuckanordnungen 1 , 6 und die Isolierschichten 14, 16 der beiden Chuckanordnungen 1 , 6 aus Glaskeramik „ZERODUR" und die Tragplatte 2, das Gestell des Hubwagens 3 und die Säule 4 aus Sihziumcarbid gefertigt sind Damit ist gewährleistet, daß sich Temperatureinflusse nicht nachteilig auf die Positionsgenauigkeit des Substrates 17 auswirken Bezugszeicheniiste

1 erste Chuckanordnung (Haltechuck)

2 Tragplatte

3 Hubwagen

4 Säule

5 Auflagefläche

6 zweite Chuckanordnung (Handlingchuck)

7 Auflagefläche

8 Grundkörper

9 Grundkörper

10 Getriebeglied

1 1 pneumatischer Antrieb

12 Festkörpergelenke

13 elektrisch leitfähige Schicht

14 Isolierschicht

15 elektrisch leitfähige Schicht

16 Isolierschicht

17 Substrat (Wafer)

18 Rollen

19 Spiegelfläche

20 Spiegelfläche

Claims

Patentansprüche

1. Übernahme- und Haltesystem für ein Substrat (17) in einer Belichtungsanlage, die mit einer in den Koordinaten X,Y verfahrbaren elektrostatischen Chuckanordnung (1) zum Halten des Substrates (17) auf einer Auflagefläche (5) während der Belichtung ausgestattet ist, dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine zweite elektrostatische Chuckanordnung (6) vorgesehen ist, die eine weitere Auflagefläche (7) für das Substrat (17) aufweist, wobei die zweite Chuckanordnung (6) mit ihrer Auflagefläche (7) in Richtung der Koordinate Z relativ zur Auflagefläche (5) der ersten

Chuckanordnung (1) verschieblich angeordnet ist.

2. Übernahme- und Haltesystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Summe der beiden Auflageflächen (5,7) etwa der Flächenausdehnung des aufzunehmenden Substrates (17) entspricht.

3. Übernahme- und Haltesystem nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Chuckanordnung (6) in Richtung der Koordinate Z bis in eine Endlage z₂ vor der Auflagefläche (5) verschiebbar ist, die einer Übernahmeposition für das Substrat (17) entspricht.

4. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Chuckanordnung (6) in eine Position z-, verschiebbar ist, in welcher sich die Auflageflächen (5,7) in einer Ebene befinden, wobei die Position z-i der Halteposition für das Substrat (17) während der Belichtung entspricht.

5. Übernahme- und Haltesystem nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Chuckanordnung (6) in eine Position z₂ ^' verschiebbar ist, bei der sich die Auflagefläche (7) hinter der

Auflagefläche (5) befindet.

6. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Auflageflächen (5,7) als Kreisflächen ausgebildet und zentrisch zueinander angeordnet sind, wobei die Auflagefläche (7) von der Auflagefläche (5) umschlossen ist und eine

Ausdehnung von kleiner 1/3, bevorzugt kleiner 1/4 der Auflagefläche (5) hat.

7. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Koordinate Y parallel zur Wirkungsrichtung der Schwerkraft und die Koordinaten X,Z rechtwinklig zur Wirkungsrichtung der Schwerkraft ausgerichtet sind.

8. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Chuckanordnungen (1 ,6) mit einem Hubwagen (3) verbunden sind, der geradlinig in der Koordinate Y verfahrbar ist, wobei die erste Chuckanordnung (1 ) mit dem Hubwagen

(3) fest verbunden und die zweite Chuckanordnung (6) über einen Linearantrieb, der zur Verschiebung der zweiten Chuckanordnung (6) in Z-Richtung dient, mit dem Hubwagen (3) gekoppelt ist.

9. Übernahme- und Haltesystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Chuckanordnung (1 ) über eine Tragplatte

(2) mit dem Hubwagen (3) verbunden ist.

10. Übernahme- und Haltesystem nach einem der Ansprüche 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Hubwagen (3) an einer parallel zur Koordinate Y ausgerichteten Säule (4) angeordnet und an dieser Säule (4) verschieblich mit Gleitfüßen und/oder Rollen (18) geradegeführt ist, wobei zusätzlich zu den Gleitfüßen und/oder Rollen (18) ansteuerbare Klemmeinrichtungen zur zeitweisen Arretierung des Hubwagens (3) an der Säule (4) vorgesehen sind.

1 1. Übernahme- und Haltesystem nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Klemmeinrichtungen mit piezoelektrischen

Antrieben gekoppelt sind.

12. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Säule (4) mit mindestens einem in X- Richtung verschieblich geführten Schlitten verbunden ist.

13. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Linearantrieb für die zweite Chuckanordnung (6) ein Pneumatikantrieb (11) vorgesehen ist.

14. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Chuckanordnungen (1 ,6) aus einem Grundkörper (8,9) besteht, auf weichen zumindest abschnittweise elektrisch leitende Schichten (13,15) und über diesen jeweils eine Isolierschicht (14,16) aufgebracht ist, wobei die Isolierschichten (14,16) die Auflageflächen (5,7) für das Substrat (17) bilden.

15. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (2) und die Grundkörper (8,9) aus einer Glaskeramik mit einem

Temperaturausdehnungskoeffizienten α_τ = 0±0,05^*10^"6K^"1 und einem Elastrizitätsmodul von E « 90,6 GPa gefertigt sind.

16. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Gleitfüße und/oder Rollen (18) und die Säule (4) aus einer hochfesten Keramik mit einem Elastizitätsmodul im Bereich von etwa 300 bis 400 GPa gefertigt sind.

17. Übernahme- und Haitesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß während der Übernahme des Substrates (17) die leitfähige Schicht (15) der zweiten Chuckanordnung (6) einerseits und das Substrat (17) andererseits und während des Haltens des Substrates (17) in der Belichtungsposition die leitfähige Schicht (13) der ersten Chuckanordnung (1) einerseits und das Substrat (17) andererseits an ein elektrisches Potential bis zu 5000 Volt gelegt sind.

18. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß an die Tragplatte (2) und/oder an die erste Chuckanordnung (1) zwei Spiegelflächen (19,20) angearbeitet sind, die als Referenzspiegel für ein Metrologiesystem dienen und von denen jeweils eine in Richtung der Koordinaten X,Y weist.

19. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Tragplatte (2) und/oder die Grundkörper (8,9) Materialaussparungen zur Gewichtsreduzierung aufweisen.

20. Übernahme- und Haltesystem nach einem der vorgenannten Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in die Isolierschichten (14,16) Kanäle für ein Kühlmedium eingearbeitet sind, wobei die Kanäle in Zu- und Abflüsse für das Kühlmedium münden und als Kühlmedium vorzugsweise Helium eingesetzt ist.