DE102011114875A1

DE102011114875A1 - Substrathalter

Info

Publication number: DE102011114875A1
Application number: DE102011114875A
Authority: DE
Inventors: Ulrich Müller; Dr. Krause Helmut; Armin Bich; Franz Konle
Original assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Current assignee: Carl Zeiss SMT GmbH
Priority date: 2011-09-30
Filing date: 2011-09-30
Publication date: 2013-04-04
Anticipated expiration: 2031-10-01
Also published as: US20130083308A1; DE102011114875B4

Abstract

Es wird bereit gestellt ein Substrathalter zur Aufnahme eines Substrates aufweisend – ein Basiselement, – zumindest drei Kontaktelemente, – die mit dem Basiselement verbunden sind, und – die in einer Ebene angeordnet sind, – wobei das Substrat bei Aufnahme durch den Substrathalter auf den zumindest drei Kontaktelementen liegen kann, – wobei das Kontaktelement derart mit dem Basiselement verbunden ist, dass durch zumindest ein Kontaktelement in Richtung der Ebene auf das Substrat wirkende Kräfte minimiert werden. Weiterhin wird eine Positionsmessvorrichtung zur Ermittlung eines Platzierungsfehlers eines Strukturelements auf einer Maske bereitgestellt, welche einen Substrathalter aufweist, welcher die auf ein Substrat wirkenden Kräfte minimiert

Description

Diese Patentschrift betrifft Substrathalter zur Aufnahme eines Substrates aufweisend ein Basiselement, zumindest drei Kontaktelemente, die mit dem Basiselement verbunden sind, und die in einer Ebene angeordnet sind, wobei das Substrat bei Aufnahme durch den Substrathalter auf den zumindest drei Kontaktelementen liegen kann.
Diese Patentschrift betrifft zudem eine Positionsmessvorrichtung zur Ermittlung eines Platzierungsfehlers eines Strukturelements auf einer Maske, welche einen hier offenbarten Substrathalter aufweist.
In der Lithographie zur Herstellung von Halbleiterbauelementen werden durch Scanner oder Stepper die Strukturen von Masken, welche auch synonym als Retikeln bezeichnet werden, auf Wafer projiziert, welche mit einer lichtempfindlichen Schicht, dem Resist, beschichtet sind. Masken können beispielsweise als „binäre Masken” mit Chromstrukturen auf Quarzglas oder als Phasenschiebende (Phase-Shift) Masken ausgebildet sein. Zur Anwendung in der EUV-Lithographie kommen reflektive Masken zum Einsatz. Auch Schablonen (Templates) für das Nanoimprint-Verfahren werden zu den Masken gezählt. Bei Maskeninspektionsmikroskopen bzw. Positionsmessvorrichtungen wird die Struktur eines Retikels mit Hilfe von Optiken auf einen lichtempfindlichen ortsaufgelösten Detektor, wie beispielsweise einen CCD-Chip (Charge Coupled Device), projiziert.
Mit einer Positionsmessvorrichtung (Registration-Tool) werden spezielle als „Registration Pattern” oder als „Marker” bezeichnete Strukturelemente auf einer Maske, wie beispielsweise Quadrate, Kreuze oder Winkel mit vorgegebenen Formen gemessen und mit deren Soll-Positionen verglichen. Es werden auch Positionen von Strukturelementen auf der Maske vermessen, die Teil der genutzten Strukturen der Maske sind. Dies wird als „Real Pattern Registration” bezeichnet. Die Abweichung der Soll-Position eines Strukturelements von dessen Ist-Position auf der Maske ist der Platzierungsfehler, dieser wird auch als „Registration” oder „Registration-Fehler” bezeichnet.
Die Vermessung der Masken ermöglicht im Schreibprozess der Masken mit Elektronenstrahlschreibern die Positionsgenauigkeit der Strukturen auf der Maske zu prüfen. Weiterhin ermöglicht die Vermessung der Strukturen eines bestehenden Maskensatzes, die Abweichung der Strukturpositionen der verschiedenen Masken für die einzelnen lithographischen Schichten zueinander zu qualifizieren.
Zur Kontrolle von Positionen von Strukturelementen wird mit einer Positionsmessvorrichtung ein Luftbild eines Ausschnittes einer Maske aufgenommen. Die Maske liegt dabei auf einer Bühne (Stage, auch als Objekttisch oder Verfahreinheit bezeichnet), die ein Verschieben der Maske in Richtung der Maskenebene erlaubt, um die Positionierung eines gewünschten Ausschnitts im Bildfeld der Positionsmessvorrichtung zur Aufnahme des Luftbildes mit einem Detektor zu ermöglichen. Die Maske wird vor der Messung auf einem Maskenhalter ausgerichtet. Dieser Maskenhalter wird auf der Bühne ausgerichtet, so dass dessen Position auf der Bühne bekannt ist. Alternativ kann auch eine relative Ausrichtung der Maske zu speziellen Ausrichtungs-Strukturelementen auf der Maske erfolgen. Die Positionsermittlung erfolgt dann relativ zu diesen auch als Alignment-Markern bezeichneten Strukturelementen. Folglich kann das Bild der absoluten oder relativen Position des Ausschnittes auf der Maske eindeutig zugeordnet werden. Durch die Ermittlung der Position der Struktur innerhalb des aufgenommenen Bildes wird der Vergleich von Soll- und Ist-Position der Strukturen auf der Maske möglich und damit die Berechnung des Platzierungsfehlers.
Die Anforderungen an die Messung bei der Ermittlung von Platzierungsfehlern liegen bei 1 nm, sind aber in der nächsten Generation der Geräte auf bis zu 0,5 nm zu verbessern.
Von großer Bedeutung ist die Halterung der Maske auf der Bühne. Durch die Auflage von der Maske auf dem Maskenhalter bzw. von dem Maskenhalter auf der Bühne wirken Kräfte auf das jeweils aufliegende Substrat. Das Element, welches gehalten wird, d. h. die Maske, die vom Maskenhalter gehalten wird, oder der Maskenhalter, der von der Bühne gehalten wird, wird im folgenden auch als Substrat bezeichnet.
Die auf das Substrat wirkenden Kräfte führen zur Deformationen. Diese Deformationen müssen eine möglichst hohe Reproduzierbarkeit aufweisen bzw. möglichst genau bekannt sein, da hiervon die Reproduzierbarkeit des Ergebnisses der Positionsbestimmung abhängt.
Die Maske kann beispielsweise auf drei Kontaktelementen auf dem Maskenalter aufliegen. Die Kontaktelemente können als Halb-Kugeln ausgebildet sein, die aus einem möglichst verformungsstabilen Material wie beispielsweise Korund ausgebildet sind. So werden möglichst genau definierte und reproduzierbare Kontaktpunkte der Maske auf den Kontaktelementen erreicht.
Bei Auflage der Maske erfolgt an den Kontaktpunkten durch die Gewichtskraft der Maske eine Krafteinleitung. Diese führt zu einer Deformation der Maske, einer Durchbiegung, und zu einer resultierenden Spannungsverteilung. Die Deformation der Maske kann berechnet werden. Zu dieser Berechnung werden die Positionen der Kontaktpunkte auf der Maske ermittelt und berücksichtigt, auch die Eigenschaften über Ausmaße, Geometrie und Material der Maske werden berücksichtigt. Voraussetzung ist jedoch eine gleichmäßige reproduzierbare Krafteinleitung durch alle Kontaktelemente während dem Auflegen der Maske.
Die Ermittelten Positionen von Strukturen auf der Maske können anhand der berechneten Deformation korrigiert werden, d. h. sie können in einem fiktiven schwerelosen Zustand der Maske angegeben werden. Diese Vorgehensweise ist beispielsweise in der DE 10 2007 033 814 beschrieben.
Nachdem die Maske auf den Maskenhalter gelegt wurde, wird der Maskenhalter auf entsprechende Kontaktelemente gelegt, die auf der Bühne ausgebildet sind. Auch hier erfolgt eine Krafteinleitung bzw. Spannungseinleitung und eine Deformation des Maskenhalters durch die Gewichtskraft.
Es hat sich gezeigt, dass bei wiederholter Auflage der Substrate, d. h. von Maske auf Maskenhalter und Maskenhalter auf die Bühne, und nachfolgender Messung der Positionen die Reproduzierbarkeit der ermittelten Positionen nicht den Anforderungen der Geräte der nächsten Generation entspricht. Dies ist zum Teil auf die mangelnde Reproduzierbarkeit der Krafteinleitung durch die Kontaktelemente zurückzuführen. Als Substrathalter wird einerseits der Maskenhalter bezeichnet, der die Maske aufnimmt. Es kann aber auch auf der Bühne ein Substrathalter ausgebildet sein, der den Maskenhalter aufnimmt.
Die Reproduzierbarkeit der Halterung der Maske auf dem Maskenhalter bzw. des Maskenhalters auf der Bühne oder allgemein die Reproduzierbarkeit der Halterung eines Substrates auf einem Substrathalter ist bisher nicht hoch genug.
Die Aufgabe der Erfindung ist es, einen Substrathalter bereitzustellen, der die Aufnahme eines Substrates bei hoher Reproduzierbarkeit ermöglicht.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch einen Substrathalter zur Aufnahme eines Substrates aufweisend

– ein Basiselement,
– zumindest drei Kontaktelemente,
– die mit dem Basiselement verbunden sind, und
– die in einer Ebene angeordnet sind,
– wobei das Substrat bei Aufnahme durch den Substrathalter auf den zumindest drei Kontaktelementen liegen kann,
– wobei das Kontaktelement derart mit dem Basiselement verbunden ist, dass durch zumindest ein Kontaktelement in Richtung der Ebene auf das Substrat wirkende Kräfte minimiert werden.

Wenn ein Substrat auf den Substrathalter aufgelegt wird, kommen die Kontaktelemente mit dem Substrat in Kontakt. Diese Stellen werden im Folgenden als Kontaktpunkte bezeichnet. Wegen der erwünschten Reproduzierbarkeit ist es vorteilhaft, wenn die Kontaktstellen möglichst klein, d. h. in guter Näherung punktförmig ausgebildet sind. Es ist jedoch auch möglich eine Auflage in der Form ausgedehnter Flächen zu realisieren. Diese werden durch den Begriff Kontaktpunkte umfasst.
Die Kontaktelemente auf dem Substrat können beispielsweise kugelförmig ausgebildet sein. Dies bedeutet hier, dass das Kontaktelement eine konvexe, ballige Oberfläche aufweist. Es kann sich auch um eine ellipsoide Fläche oder um eine Freiformfläche höherer Ordnung handeln. Die Gegenfläche zu den Kontaktelementen kann beispielsweise eine plane Fläche sein. Alternativ kann das Kontaktelement eine ebene Fläche aufweisen, wobei das Substrat dann kugelförmige Stützelemente aufweisen kann.
Die Rauigkeit der Oberfläche der Kontaktflächen bzw. -Punkte soll möglichst gering sein, damit eine Punktberührung mit der Gegenfläche möglich wird.
Das Substrat kann beispielsweise als Maske ausgebildet sein. Masken weisen eine plane Fläche auf. Mit dieser ebenen Fläche kann die Maske auf kugelförmig ausgebildete Kontaktelemente aufgelegt werden. Der Substrathalter kann in diesem Beispiel als Maskenhalter oder als Bühne ausgebildet sein.
Das Substrat kann beispielsweise als Maskenhalter ausgebildet sein. Dieser kann eine ebene Fläche aufweisen, mit der er auf kugelförmige Kontaktelemente aufgelegt werden kann. Das Substrat bzw. der Maskenhalter kann auch kugelförmige Stützelemente aufweisen, mit denen er auf eben ausgebildete Kontaktelemente aufgelegt werden kann.
Die erfindungsgemäße Lösung der Aufgabe wird im Folgenden am Beispiel einer Maske auf drei kugelförmigen Kontaktelementen erörtert. Dies ist jedoch auf den allgemeinen Fall der Halterung eines Substrates übertragbar.
Wie in 2 veranschaulicht, liegt eine Substrat 1a auf drei Kontaktelementen 20, 21, 22 auf. Die Ebene der drei Kontaktelemente wird im Folgenden als die x-y-Ebene bezeichnet, die Normale zu dieser Ebene als z-Richtung.
Die Kontaktpunkte 23, 24, 25 zwischen dem Substrat und den Kontaktelementen werden bezogen auf den Koordinatenursprung 26 durch die Vektoren r →_i angegeben. An den Kontaktpunkten greifen die Kräfte F →_i an. In 2 sind Beispiele für Kräfte F1, F2 und F3 eingezeichnet, die an den Kontaktpunkten 23, 24, 25 auf das Substrat 1a wirken.
Ist die Maske 1a, d. h. das Substrat, in Ruhe, so gelten die Bedingungen der Gleichungen 1 und 2. F₁ + F₂ + F₃ = –F_e 1 r →_i × F →₁ + r →₂ × F →₂ + r →₃ × F₃ = –M →_e. 2
Auf der rechten Seite der Gleichungen stehen jeweils die externen Kräfte und Drehmomente. Diese sind in der Regel die Gewichtskraft F →_g des Substrats und das dadurch verursachte Drehmoment M →_e. Bei Beschleunigungen des Substrats wären auf der rechten Seite zusätzlich die jeweiligen Trägheitskräfte einzusetzen. Die folgende Betrachtung bezieht sich aber auf ein Substrat in Ruhelage. Das Gleichungssystem für die neun Kraftkomponenten besteht aus sechs Bestimmungsgleichungen 3.
In Matrixschreibweise lässt sich dies darstellen als Gleichung 4, wobei berücksichtigt wird, dass r →_i = (x_i, y_i, z_i)
Ohne Beschränkung der Allgemeingültigkeit wird die x/y-Ebene des Koordinatensystems in die Ebene der drei Kontaktpunkte gelegt. Der Schwerpunkt des Substrates liegt im allgemeinen Fall nicht im Koordinatenursprung. Bei einer Maske liegt er oberhalb der Ebene der drei Kontaktpunkte (d. h. der x/y-Ebene). Das dadurch entstehende Drehmoment ist in den externen Momente M →_e enthalten. Aus Gleichung 4 wird durch Umstellung ein Gleichungssystem der Gleichung 5 in Blockdiagonalform.
Die Kraftkomponenten in Richtung der x/y-Ebene und die Kraftkomponenten in z-Richtung separieren in Gleichung 5. Die resultierende Matrix für die Kraftkomponenten in z-Richtung ist in Gleichung 6 gegeben.
Gleichung 6 ist exakt lösbar, sofern die Koeffizientendeterminante der 3×3-Matrix nicht null wird. Gleichung 6 wäre nur für Anordnungen unlösbar, die in der Praxis nicht relevant sind, beispielsweise wenn die drei Kontaktpunkte auf einer Geraden liegen oder in einem Funkt zusammenfallen.
Aus den z-Komponenten der Kräfte sowie der Gewichtskraft resultieren innere Drehmomente, die das Substrat verbiegen. Diese Durchbiegung des Substrats wird, wie eingangs erwähnt, berechnet und die Messwerte der ermittelten Positionen werden entsprechend korrigiert.
Die Gleichung 7 für die in der x/y-Richtung, d. h. in Richtung der Ebene, wirkenden Kraftkomponenten ist unterbestimmt. Es eröffnet sich ein 3-dimensionaler Raum, in dem beliebige Kombinationen von Kraftkomponenten möglich sind.
Sofern die Kontaktelemente starr an dem Basiselement 25 befestigt sind, begrenzt die Haftreibung zwischen Substrat und den Kontaktpunkten den maximalen Betrag der Kraftkomponenten in der x/y-Richtung. Dies führt zu der Nebenbedingung aus Gleichung 8. Dabei ist μ der Haftreibungskoeffizient zwischen Substrat und Kontaktelement.
Bei jedem Abheben und wieder Aufsetzen des Substrats wird sich eine zufällige Aufteilung der Kraftkomponenten in der x/y-Richtung einstellen. Diese Kraftkomponenten können innere Spannungen des Substrates verursachen. Daraus resultiert eine laterale Deformation. Diese laterale Deformation ist zufallsverteilt und kann weder durch eine Korrektur noch durch eine Kalibrierung beseitigt werden.
Erfindungsgemäß werden nun die durch die Kontaktelemente in Richtung der Ebene auf das Substrat wirkenden Kräfte, also Kräfte in x/y-Richtung mit den Komponenten F_ix und minimiert.
Durch die Minimierung dieser Kräfte ist die zufallsverteilte Aufteilung der Kraftkomponenten in der x/y-Richtung minimiert. Diese Kraftkomponenten können in guter Näherung gleich null sein. Eine zufallsverteilte d. h. nicht reproduzierbare Deformation des Substrates wird somit weitestgehend vermieden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung werden die auf das Substrat wirkende Kräfte in je einer Richtung pro Kontaktelement minimiert.
Die Kräfte werden bei dieser Ausgestaltung in bevorzugte Richtungen innerhalb der Ebene, d. h. Richtungen innerhalb der x/y-Richtungen, minimiert. Die Anzahl der Richtungen, die auch als Freiheitsgrade bezeichnet werden können, entspricht hier der Anzahl der Kontaktelemente. Bei drei Kontaktelementen werden die Kräfte in Richtung der Ebene in drei Richtungen minimiert. Um dies zu erreichen, können beispielsweise die Verbindungen zwischen Kontaktelement und Basiselement derart flexibel ausgebildet werden, dass die Kontaktelemente in die entsprechenden Richtungen frei beweglich angeordnet sind.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird durch jedes Kontaktelement die auf das Substrat wirkende Kraft in einer Richtung minimiert.
In Fortsetzung des oben erläuterten Beispiels wird diese Maßnahme anhand einer Maske, die auf drei kugelförmigen Kontaktelementen ruht, erörtert. Wie in 2 veranschaulicht, liege eine Substrat 1a wieder auf drei Kontaktelementen 20, 21, 22 auf. Es werden an den Kontaktpunkten 23, 24 und 25 drei lokale Koordinatensysteme für die Radialrichtungen e_1R, e_2R und e_3R und drei lokale Koordinatensysteme für die Tangentialrichtung e_1T, e_2T und e_3T definiert, wie in den Gleichungen 9 und 10 angegeben, mit i = 1, 2 und 3.
Im neuen Basissystem gelten für die Radial-Kräfte F_iR und für die Tangential-Kräfte F_iT Gleichungen 11 und 12. F_iR = F_i·e →_iR bzw. F_iT = F →_i·e →_iT also 11
Die Kraft-Komponenten F_ix und F_iy können in Abhängigkeit der Radial-Kräfte F_iR und Tangential-Kräfte F_iT dargestellt werden, wie aus Gleichungen 13 und 14 ersichtlich. F_ix = F_iR·e →_iR·e →_ix + F_iT·e →_iT·e →_ix etc. also 13
Durch Einsetzen von Gleichung 14 in das Gleichung 7 ergibt sich Gleichung 15.
Aus Gleichung 15 folgt unter Verwendung der Beziehung aus Gleichung 16 (Orthogonalitätsrelation der Gleichungen 9 und 10) die Gleichung 17. –y₁·(cosϕ₁) + x₁sinϕ₁ = 0; –y₁·(–sinϕ₁) + x₁cosϕ₁ = r₁ 16
Mit Gleichung 17 ist es gelungen zu zeigen, dass die Radialkomponenten F_iR der Kräfte keine Wirkung auf das Drehmoment M_ez haben.
Durch eine Minimierung der Radialkomponenten der Kräfte F_iR mit geeigneten mechanischen Mitteln, gilt näherungsweise Gleichung 18. F_iR = 0 18
Unter dieser Voraussetzung der Gleichung 18 wird aus Gleichung 17 ein exakt lösbares Gleichungssystem der Gleichung 19.
Aus Gleichung 19 sind die Tangentialkräfte aus den Randbedingungen eindeutig bestimmt. Die Richtungen, in welchen die verbleibenden Tangentialkräfte wirken sind so zu wählen, dass die Koeffizientendeterminante der Gleichung 19 ungleich null ist.
Um diese Bedingung der Gleichung 20 zu erfüllen, müssen die Richtungen in der Ebene, in welchen die Radial-Kräfte F_iR minimiert werden, sich an einem Punkt schneiden.
Beispiele für Anordnungen, die diese Bedingung erfüllen, werden in den 3 bis 5 veranschaulicht. Substrat Maske und Basiselement bzw. Maskenhalter sowie die Kontaktelemente und Kontaktpunkte haben in diesen Figuren die gleichen Bezugszeichen wie in 2. Die drei Richtungen in der Ebene, in welchen die Radial-Kräfte F_iR minimiert werden, werden im folgenden als Ausgleichsrichtungen benannt und mit den Buchstaben R₁, R₂ und R₃ bezeichnet. In den Figuren sind diese Ausgleichsrichtungen als Pfeile dargestellt.
In einer ersten Variante, die in 3 veranschaulicht wird, sind die Kontaktelemente und die Kontaktpunkte als Ecken eines gleichseitigen Dreiecks angeordnet. Die Ausgleichsrichtungen R₁, R₂ und R₃ verlaufen von den Kontaktpunkten in Richtung zum Mittelpunkt S₁ des Dreiecks. Schnittpunkt S₁ und Ursprung des Koordinatensystems fallen in der Skizze der 3 zusammen.
In einer zweiten Variante, wie in 4 skizziert, liegen zwei Ausgleichsrichtungen R₄, R₅ und der Schnittpunkt S₁ aller Ausgleichsrichtungen auf einer Geraden.
In einer dritten Variante, wie in 4 skizziert, liegt der Schnittpunkt S₁ aller Ausgleichsrichtungen außerhalb der durch die Kontaktelemente aufgespannten Fläche.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass die Kräfte, die zu einer nicht reproduzierbaren Deformation des Substrats führen minimiert werden, das Substrat aber gleichzeitig stabil in einer Position gehalten wird.
Zudem ist die Anordnung stabil gegen Dejustage. Weicht eine Ausgleichsrichtung von der vorgegebenen Soll-Richtung ab, sodass diese nicht durch den Schnittpunkt S1 verläuft, erfolgt dennoch in hohem Maße ein Ausgleich der Kräfte.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die an einem ersten Kontaktelement 21 auf das Substrat wirkende Kraft in alle Richtungen R7, R8 minimiert, die an einem zweiten Kontaktelement 22 auf das Substrat wirkende Kraft wird in einer Richtung R9 minimiert.
Das dritte Kontaktelement 20 wird mit dem Basiselement starr verbunden.
Mit mechanisch konstruktiven Mitteln wird dafür gesorgt, dass das erste Kontaktelement 21 in der Ebene vollkommen weich ist, d. h. Kräfte (F₃) in allen Ausgleichsrichtungen, d. h. in allen Richtungen der Ebene minimiert werden. Damit werden die Kraftkomponenten F_3x und F_3y aus Gleichung 7 in guter Näherung gleich null. Gleichwertig sind zwei Ausgleichsrichtungen R₇, R₈ des ersten Kontaktelementes, die rechtwinklig zueinander angeordnet sind, wie dies in 6 veranschaulicht wird.
Zur einfacheren Berechnung wird der Ursprung des Koordinatensystems an den Kontaktpunkt des dritten Kontaktelements 23 gelegt.
Analog zu den Gleichungen 9 und 10 werden am zweiten Kontaktpunkt 22 ein lokales Koordinatensystem für die Radialrichtung e_2R und eines für die Tangentialrichtung e_2T definiert.
Analog zu den obigen Überlegungen ergibt sich das Gleichungssystem der Gleichung 21.
Durch eine Minimierung der Radialkomponenten der Kraft F_2R am zweiten Kontaktelement mit geeigneten mechanischen Mitteln, d. h. der Näherung aus Gleichung 18, wird aus Gleichung 21 ein exakt lösbares Gleichungssystem.
Die Ausgleichsrichtung des zweiten Kontaktelements liegt in Richtung der Verbindung des zweiten und dritten Kontaktpunktes.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kontaktelement ein Festkörpergelenk zur Minimierung der Kräfte auf.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Festkörpergelenk ein flexibles Element auf, welches eine Bewegung des Kontaktelements zur Minimierung der Kräfte in eine Ausgleichsrichtung ermöglicht.
Der Einsatz von Festkörpergelenken den Vorteil, dass auf einfache Weise ein Kräfteausgleich in eine oder auch in mehrere Ausgleichsrichtungen ermöglicht wird. Festkörpergelenke lassen sich präzise fertigen, bei den meist kleinen geforderten Auslenkungen sind die Bewegungen von hoher Reproduzierbarkeit.
Ein Festkörpergelenk kann als Scharnier ausgebildet sein, um einen Ausgleich in eine Ausgleichsrichtung zu ermöglichen. Es kann auch als flexible Stange ausgebildet sein, um so einen Ausgleich in alle Ausgleichsrichtungen zu ermöglichen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Festkörpergelenk zumindest zwei parallel angeordnete flexible Elemente auf.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine höhere Stabilität gegen unerwünschte Bewegungen erzielt wird, die nicht in Richtung der Ausgleichsrichtung erfolgen. Dies ist für eine genaue Positionierung bzw. für die Stabilität einer Position eines Substrates von Vorteil.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Festkörpergelenk zumindest zwei als Stege ausgebildete flexible Elemente auf, die eine Ausgleichsbewegung parallel zur Ebene ermöglichen.
Bei dieser Maßnahme wird beispielsweise eine rechteckige Platte an zwei gegenüberliegende Seiten über flexible Stege mit einem Rahmen verbunden. Die Platte wird so senkrecht zur Richtung der Stege beweglich angeordnet. Die Platte kann horizontal auf einer Bühne oder auf einem Maskenhalter angeordnet werden.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass eine Ausgleichsbewegung ermöglicht wird, bei welcher der Kontaktpunkt während der Bewegung auf konstanter Höhe bleibt. Durch die zweiseitige Anbindung der Platte an einen Rahmen wird eine hohe Formstabilität und damit eine hohe Reproduzierbarkeit der Bewegung ermöglicht.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kontaktelement eine Kugel auf, die drehbar angeordnet ist.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass sie auf vergleichsweise einfache Weise bereitgestellt werden kann. So ist es beispielsweise auf einfache Weise möglich, eine Kugel mit planer Oberfläche auf einer planen Ebene anzuordnen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die Kugel auf einer planen Fläche auf, die parallel zur Ebene angeordnet ist.
Es ist beispielsweise auf einfache Weise möglich, eine Kugel mit planer Oberfläche auf einer planen Ebene anzuordnen. Die Kugel bewegt sich dann d. h. sie rollt in alle Ausgleichsrichtungen. Der Rollwiderstand der Kugel ist sehr gering. Die Positionierung der Kugel hat eine hohe Reproduzierbarkeit.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die Kugel in einer Nut, die in Richtung der Ebene verläuft.
Diese Maßnahmen haben den Vorteil, dass die Ausgleichsrichtungen auf einfache Weise auf eine Ausgleichsrichtung längs der Nut festgelegt werden kann.
Die Kugel kann beispielsweise in einer geraden V-förmigen Nut frei beweglich angeordnet werden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung wird die Kugel durch Sicherungselemente in einer Ausgangsposition gehalten.
Wird beispielsweise eine Maske auf drei Kontaktelemente aufgelegt, so müssen die Positionen der Kontaktpunkte zwischen Maske und Kontaktelement bekannt sein. Um dies zu erreichen ist es hilfreich, wenn die Positionen der Kontaktelemente definiert sind. Durch die Sicherungselemente wird es erreicht, dass die Kugeln, auf deren Oberfläche die Maske ruhen wird, bereits vor dem Auflegen der Maske, definierte Positionen haben.
Die Sicherungselemente weisen beispielsweise horizontal angeordnete flexible Zungen auf, die in Ruhestellung mit er Oberfläche im Kontakt sind. Sobald die Kugel sich bewegt, werden diese Zungen entsprechend gebogen.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung liegt die Kugel auf zumindest zwei flexiblen Stützelementen auf.
Die Kugel kann beispielsweise auf zwei oder auch drei einander zugewandten Flächen der Stützelemente aufliegen. Ein Stützelement weist beispielsweise einen flexiblen Stab auf, der in Richtung der Normalen der Auflageflächen verläuft. Wird durch ein Auf der Kugel aufliegendes ebenes Substrat eine Kraft auf die Kugel ausgeübt, die bei den vorstehend genannte Maßnahmen zu einer Rollbewegung führen würden, wird jetzt durch ein Verbiegen der flexiblen Stäbe eine Drehung der Kugel erreicht. Diese Drehbewegung entspricht in guter Näherung einer Bewegung um den Mittelpunkt der Kugel.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein Ausgleich der Kräfte erfolgt, der Kontaktpunkt aber bezüglich des Basiselements die Position in der Ebene nicht ändert.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist das Kontaktelement drei Kugeln auf, die zwischen zwei ebenen Flächen beweglich angeordnet sind.
Diese Maßnahme hat den Vorteil, dass ein Kraftausgleich in alle Ausgleichsrichtungen möglich ist, die Bewegungen aber formstabil sind und von hoher Reproduzierbarkeit in einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung weist ein Kontaktelement jeweils zwei Kontaktpunkte auf, wobei die auf das Kontaktelement wirkenden Kräfte zumindest teilweise gegeneinander gerichtet sind.
Diese Maßnahme ist besonders dann von Vorteil, wenn ein Substrat mit hoher Reproduzierbarkeit bei der Positionierung von dem Substrathalter aufgenommen werden soll.
Es werden beispielsweise an sechs Kontaktpunkten r →_i jeweils die Kräfte F →_i eingetragen.
Die Summe der Kräfte an den Kontaktpunkten ergibt sich dann aus Gleichung 22, die Summe der Drehmomente aus Gleichung 23
Im allgemeinen Fall können die Kräfte an den Kontaktpunkten in allen drei Raumrichtungen, d. h. in drei Freiheitsgraden, wirken, da neben der Deformationskraft in Richtung zur Normalen der Kontaktfläche auch noch die Reibungskräfte in den Richtungen der Ebene wirken können.
Durch Zusammenfassen der Komponenten aus den Gleichungen 22 und 23 zu Spaltenvektoren folgen die Gleichungen 24 und 25 für die Kräfte und die externen Momente an den Kontaktpunkten. F ~_i = (F_1x F_2x F_3z ... F_6y F_6z)': 24 F ~_e = (F_ex F_ey F_ez M_ex M_ey M_ez)' 25
Das zu lösende Gleichungssystem 26 ist dann unterbestimmt. A ~·F ~_i = –F ~_e 26
Es enthält in der Matrix A die Geometrie der Kontaktpunkte bezogen auf ein Referenz-Koordinatensystem, in dem auch die externen Momente gegeben sind.
Zur konstruktiven Beseitigung der Unterbestimmung werden erfindungsgemäß die Anzahl der Kräfte, die am Kontaktpunkt wirken, und die Richtungen dieser Kräfte variiert.
Hier öffnet sich eine fast unbegrenzte Vielfalt an geometrischen Möglichkeiten zur Anordnung der 6 Kontaktpunkte sowie der n Richtungen. Für eine reproduzierbare Positionierung ist eine Vorspannung notwendig. Es wird in einer Variante durch geschickt geneigte Planflächen erreicht, dass alleine die Schwerkraft für die notwendige Vorspannung an den Verbindungspunkten sorgt.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung bestehen zwischen den Kontaktelementen und dem Substrat sechs Kontaktpunkte.
In einer Variante des Verfahrens bestehen nach Aufnahme des Substrates zwischen jedem von drei Kontaktelementen und dem Substrat zwei Kontaktpunkte.
Die beiden vorstehend genannten Maßnahmen haben den Vorteil, dass eine symmetrische Anordnung der Kontaktelemente möglich ist. Diese können beispielsweise an den Ecken eines gleichseitigen Dreiecks liegen. Ein Substrathalter kann dann in unterschiedlichen Positionen aufgelegt werden, die sich jeweils um eine Drehung von 120° unterscheiden.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Substrathalter als Maskenhalter ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist der Substrathalter als Bühne ausgebildet.
Die Erfindung umfasst weiterhin eine Positionsmessvorrichtung zur Ermittlung eines Platzierungsfehlers eines Strukturelements auf einer Maske, welche einen hier offenbarten Substrathalter aufweist.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand einiger ausgewählter Ausführungsbeispiele und anhand der Zeichnungen näher beschrieben und erläutert.
Kurze Beschreibung der Zeichnungen:
1: zeigt schematisch den Aufbau einer Positionsmessvorrichtung mit einer erfindungsgemäßen Ausgestaltung von Kontaktelementen, die im Detail in den 7 und 8 veranschaulicht werden;
2 bis 6: Draufsichten auf eine Maske auf einem Maskenhalter mit Kontaktelementen;
7: ist die schematische Ansicht eines Schnittes längs der Linie I-I des Kontaktelements aus 8, welches ein Festkörperscharnier aufweist;
8: ist die schematische Seitenansicht eines Kontaktelements, welches ein Festkörperscharnier aufweist;
9: ist die schematische Ansicht eines Kontaktelements, welches ein Festkörperscharnier mit mehreren flexiblen Elementen aufweist;
10: ist die schematische Ansicht ein Kontaktelement, welches eine horizontal bewegliche Platte aufweist;
11: ist die schematische Ansicht eines Schnittes längs der Linie I-I des Kontaktelements aus 10;
12: ist die schematische Seitenansicht eines Schnittes längs der Linie II-II des Kontaktelements aus 13 mit einer Kugel auf einer planen Platte;
13: ist die schematische Draufsicht eines Schnittes längs der Linie I-I des Kontaktelements aus 12;
14: ist die schematische Seitenansicht eines Kontaktelements mit einer Kugel in einer Nut;
15: ist die schematische Seitenansicht eines Kontaktelements mit zwei flexiblen Stützelementen;
16: ist die schematische Ansicht eines Schnittes eines Kontaktelements mit zwei flexiblen Stützelementen;
17: ist die schematische Seitenansicht eines weiteren Kontaktelements eines mit zwei flexiblen Stützelementen;
18: ist die schematische Seitenansicht eines Kontaktelements mit drei Kugeln zwischen zwei Platten;
19: ist die schematische Seitenansicht eines Kontaktelements mit drei Kugeln zwischen zwei Platten;
20: ist die schematische Draufsicht auf einen Maskenhalter auf einer Bühne;
21: ist die schematische Schnittzeichnung eines Kontaktelements des Maskenhalters aus 20 längs der Linie I-I aus 20.
In 1 ist eine Positionsmessvorrichtung 10 gezeigt, die zur Messung der Position von Strukturen auf Masken dient.
Eine Maske 1a für die Photolithographie ist auf einer Bühne 2 (Stage) gelagert. Maske 1a liegt auf drei Halbkugeln 35 die Teile der Kontaktelementen 34 sind. Die Halbkugeln 35 sind über Festkörperscharniere 36 flexibel mit Verbindungselementen 37 verbunden. Die Verbindungselemente 37 sind mit einem Maskenhalter 1b verbunden. Der Maskenhalter 1b liegt auf der Bühne 2. Die Bühne 2 kann zur Positionierung der Maske 1 in drei Raumrichtungen verfahren werden. Um eine hohe Genauigkeit zu gewährleisten, wird die aktuelle Position bzw. die Wegedifferenz mittels – nicht gezeigter – laserinterferometrischer oder anderer hochpräziser Messgeräte kontrolliert. Die Maske 1a und die Bühne 2 sind horizontal angeordnet, die Maskenebene wird auch als x-y-Ebene bezeichnet. Oberhalb der Bühne 2 mit der Maske 1a ist eine Beleuchtungseinrichtung 3 angeordnet. Diese enthält mindestens eine Beleuchtungslicht ausstrahlende Beleuchtungsquelle, die die Maske über einen Beleuchtungsstrahlengang beleuchtet. Die Beleuchtungslichtquelle kann beispielsweise als Laser, der Licht der Wellenlänge 193·nm aussendet, ausgestaltet sein. Die Beleuchtungseinrichtung 3 dient der Durchlichtbeleuchtung der Maske 1a. Auf der anderen Seite der Bühne 2 befindet sich eine weitere Beleuchtungseinrichtung 3', die der Beleuchtung der Maske 1a in Auflicht dient.
Ein im Bildfeld befindliche Ausschnitt der Maske 1 wird entweder durch das durch die Maske 1a hindurchtretende oder das von ihr reflektierte Licht über eine Abbildungsoptik 4 und einen Strahlteiler 5 auf einen ortsauflösenden Detektor 6, der als CCD-Kamera (Charge Coupled Device) ausgestaltet ist, abgebildet. Die optische Achse der Abbildungsoptik 4 ist mit dem Bezugszeichen 9 bezeichnet, deren Richtung wird als Z-Richtung bezeichnet. Die Ebene der Maske wird auch als x-y-Ebene bezeichnet. Die detektierten Intensitäten des ersten Luftbildes werden von einer Steuereinheit 7, welche als Computer mit Bildschirm ausgebildet ist, digitalisiert und als Graustufenbild abgespeichert. Dieses ist als eine Matrix von 1000·1000 Pixeln aus Intensitätswerten ausgebildet.
Zur Aufnahme eines Luftbildes der Maske 1a wird diese in der x-y-Ebene derart ausgerichtet, dass der gewünschte Bereich im Bildfeld der Positionsmessvorrichtung zu liegen kommt und auf Detektor 6 abgebildet wird. Nach Ermittlung der besten Fokus-Ebene durch Verfahren der Bühne 2 in z-Richtung wird durch Detektor 6 und Steuereinheit 7 ein Graustufenbild aufgenommen.
Im Folgenden werden zahlreiche Ausgestaltungen von Kontaktelementen beschrieben, die in einer oder in mehreren Ausgleichsrichtungen die Kräfte auf die Maske minimieren. In den 7, 8, 12, 13, 14 bis 19 und 21 sind Ausschnitte der jeweiligen Substrate dargestellt, ohne das dies bei der folgenden Beschreibung erneut erwähnt wird.
Ein erstes Kontaktelement 34 besteht aus einer Halbkugel 35, die über ein Festkörpergelenk 36 mit einem Verbindungselement 37 verbunden ist, wie in 7 im Schnitt und in 8 in der Seitenansicht veranschaulicht. Das Verbindungselement 37 ist mit dem Basiselement 30 verbunden, das hier als Maskenhalter ausgebildet ist. Die Halbkugel 35 ist senkrecht zu dem Festkörpergelenk 36 beweglich. Halbkugel 35, Festkörpergelenk 36 und Verbindungselement 37 haben die Form einer Kugel, mit abgeflachtem Boden 37a. Die Kugel ist mit dem Boden 37a auf dem Maskenhalter 30 befestigt. Das Festkörpergelenk wurde durch das Einfügen von Schlitzen 36a, 36b in eine Kugel erhalten. Mit diesem Kontaktelement 34 ist eine Minimierung der Kräfte in eine Ausgleichsrichtung möglich, die durch das Festkörpergelenk 36 vorgegeben ist.
Dieses Kontaktelement 34 ist in einer Ausgestaltung auf einem Maskenhalter 30 befestigt und findet Verwendung zur Auflage von Masken. Die Maske liegt dann auf der Oberseite der Halbkugel 35. Das Kontaktelement 34 ist in einer weiteren Variante auf einer Bühne 2 angeordnet und dient zur Auflage von Maskenhaltern mit planer Unterseite.
In einer Variante des Kontaktelements 34, die nicht in den Figuren dargestellt ist, das Festkörpergelenk 36 als Steg mit rundem oder quadratischem Steg ausgebildet, der die Halbkugel und das Verbindungselement 37 verbindet. Analog zu den Schlitzen 36a, 36b verläuft dann umfänglich zu dem Steg ein Schlitz. Die Halbkugel ist dann in alle Ausgleichsrichtungen beweglich ausgebildet.
In einer weiteren Ausgestaltung eines Kontaktelements 39 ist, wie in 9 veranschaulicht, eine Kugel 40, auf welcher das Substrat aufliegen kann, in einer horizontalen Platte 41 befestigt. Die Kugel 40 ruht zur Befestigung in einer passgenauen Mulde 41a der Platte 41. Die Platte 41 ist mit einem Gelenk-Körper 42 verbunden. Dieser Gelenk-Körper 42 weist vier parallel angeordnete quaderförmige Aussparungen 42a auf. Durch diese Aussparungen 42a werden 5 parallel angeordnete Festkörpergelenke 43a–e gebildet. Die mit dem Gelenkkörper 42 verbundene Kugel 40 und die Platte 41 sind durch eine Scherbewegung des Gelenk-Körpers 42 in einer Richtung senkrecht zu den Flächen der Festkörpergelenke 43a–e beweglich. Die Zahl der Aussparungen 42a und damit der Festkörpergelenke 43a–e ist variabel.
Dieses Kontaktelement 39 ist in einer Ausgestaltung auf einem Maskenhalter 30 befestigt und findet Verwendung zur Auflage von Masken. Die Maske liegt dann auf der Oberseite der Kugel 40. In einer nicht in den Figuren dargestellten Variante diese Kontaktelementes ist die Oberfläche der Platte 41 eine Ebene Fläche. Auf diesen Kontaktelementen können Maskenhalter abgelegt werden, bei welchen Halbkugeln als Stützelemente befestigt wurden, die dann auf den eben ausgebildeten horizontalen Platten 41 aufliegen können. Diese Variante von Kontaktelementen sind dann auf einer Bühne 2 angeordnet.
In einer weiteren Ausgestaltung eines Kontaktelements 54 ist eine horizontale Platte 55 über Stege 56 mit einem Rahmen verbunden, wie in 10 veranschaulicht. Ein Schnitt längs der gestrichelten Linie II ist in 11 gezeigt. Die Stege sind an zwei gegenüberliegenden Seiten der quadratischen horizontalen Platte parallel angeordnet. Die Stege entsprechen in ihrer Höhe der Höhe der Platte 55. Die Dicke der Stege wird so gewählt, dass eine möglichst freie Bewegung der Platte ermöglicht wird, dabei die Richtungs-Stabilität und die Reproduzierbarkeit der Bewegung aber erhalten bleiben. Die horizontale Platte 55 ist senkrecht zur Richtung der Stege beweglich. Der Rahmen 57 ist an einem nicht dargestellten Basiselement, einem Maskenhalter 30 oder einer Bühne 2 befestigt.
Dieses Kontaktelement 54 ist in einer Ausgestaltung auf einem Maskenhalter 30 befestigt und findet Verwendung zur Auflage von Masken. Auf der horizontalen Platte ist dann eine, nicht in den 10 und 11 dargestellte, Halbkugel angeordnet, auf welcher die Maske aufliegt. Es können jedoch auch Halbkugeln als Stützelemente an einem Substrat befestigt werden, die dann auf den eben ausgebildeten horizontalen Platten 55 aufliegen können.
In einer weiteren Ausgestaltung eines Kontaktelements 64 liegt eine Kugel 65 frei beweglich auf einer planen Platte 66, wie in 12 und 13 veranschaulicht. 12 ist ein Schnitt in Richtung der Line II aus 13. 13 ist ein Schnitt längs der Linie I aus 12. Die plane Platte 66 ist auf dem Maskenhalter 30 befestigt. Auf der Kugel 65 kommt eine Maske 1a als Substrat zu liegen. Die Kugel wird durch vier flexible Sicherungselemente 67a–d gegen unbeabsichtigtes Wegrollen gesichert. Die Sicherungselemente 67a–d sind über einen vertikalen Steg an der planen Platte 66 befestigt. Am vertikalen Steg ist eine flexible horizontal angeordnete Zunge befestigt. Die vier Zungen der Sicherungselemente berühren in der Ruhelage der Kugel 65 deren Oberfläche. Die vier Zungen der Sicherungselemente sind in der Draufsicht längs der Seiten eines Quadrates angeordnet. Sofern die Kugel 65 sich bewegt, werden die entsprechenden Zungen verbogen.
Dieses Kontaktelement 64 ist in einer Ausgestaltung auf einem Maskenhalter 30 befestigt und findet Verwendung zur Auflage von Masken oder Substraten mit planer Unterseite. Das Kontaktelement 64 ist in einer weiteren Variante auf einer Bühne 2 angeordnet und dient zur Auflage von Maskenhaltern mit planer Unterseite.
Eine weitere Ausgestaltung eines Kontaktelements 74 ist eine Variante des vorstehend genannten Kontaktelements 64. Eine Kugel 75 liegt in einer Nut 76 mit V-förigem Querschnitt. Diese Nut 76 ist in einer Platte 77 ausgebildet, die auf einem Maskenhalter 30 befestigt ist. Auf der Kugel 75 kommt das Substrat 1a zu liegen. Die Kugel wird durch zwei flexible Sicherungselemente 78 gegen unbeabsichtigtes Wegrollen längs der Nut 76 gesichert, wobei in 14 nur eines der Sicherungselemente 78 sichtbar ist. Die Sicherungselemente 78 sind über einen vertikalen Steg an der Platte 77 befestigt. Am vertikalen Steg ist eine flexible horizontal angeordnete Zunge befestigt. Die Zungen der Sicherungselemente 78 stehen senkrecht zur Längsrichtung der Nut 76. Die zwei Zungen der Sicherungselemente berühren in der Ruhelage der Kugel 75 deren Oberfläche. Sofern die Kugel 75 sich längs der Nut 76 bewegt, wird die entsprechende Zunge verbogen. Die Wände der Nut haben einen Winkel von 90°, wobei die Winkelhalbierende senkrecht zum Basiselement steht. Der Winkel kann auch in einem Bereich von 60 bis 120° liegen.
Dieses Kontaktelement 74 ist in einer Ausgestaltung auf einem Maskenhalter 30 befestigt und findet Verwendung zur Auflage von Masken. Das Kontaktelement 74 ist in einer weiteren Variante auf einer Bühne 2 angeordnet und dient zur Auflage von Maskenhaltern mit planer Unterseite.
In einer weiteren Ausgestaltung eines Kontaktelements 84, das in 15 und 16 veranschaulicht wird, liegt eine Kugel 85 auf den V-förmig gegeneinander geneigten Stirnflächen von zwei ersten Zylindern 86a, 86b. Jeder der Zylinder 86a, 86b ist auf der der Kugel abgewandten Seite mittig längs der Achse des Zylinders mit einer flexiblen Stange 87a, 87b verbunden. Die Stange ist an ihrem freien Ende mittig mit der Stirnseite eines zweiten Zylinders 88a, 88b verbunden. Die Stange verläuft längs der Achse des zweiten Zylinders. Die zweiten Zylinder weisen einen ersten Abschnitt mit einem ersten Durchmesser und einen zweiten Abschnitt mit einem zweiten Durchmesser auf, der größer ist als der erste Durchmesser, am Übergang vom ersten zum zweiten Abschnitt ist eine Stufe ausgebildet. Die beiden Zylinder und die Stange bilden jeweils eine Stütze. Der Durchmesser des ersten Zylinders entspricht dem Durchmesser des ersten Abschnitts des zweiten Zylinders. In dem Hauptkörper 89 des Kontaktelementes sind zwei zylindrische Bohrungen 90a, 90b ausgebildet. Der Durchmesser dieser Bohrungen ist geringfügig größer als der Durchmesser des ersten Zylinders. Die Länge dieser Bohrungen entspricht dem Abstand von der Stirnfläche des ersten Zylinders bis zur Stufe des zweiten Zylinders. An der der Kugel abgewandten Seite der Bohrungen ist eine Stufe ausgebildet und der Durchmesser der Bohrung entspricht nach dieser Stufe dem Durchmesser des zweiten Abschnitts des zweiten Zylinders. In der Oberseite des Hauptkörpers ist eine Mulde 91 ausgebildet, in der die Kugel 85 formschlüssig zu liegen kommt. Werden die Stützen von der der Kugel abgewandten Öffnung mit dem ersten Zylinder zuerst in die Bohrungen eingeführt, bis der zweite Zylinder mit der Stufe in der Stufe der Bohrung passgenau zu liegen kommt, dann wird die Kugel durch die Stirnflächen der ersten Zylinder etwas angehoben. Wirkt eine horizontale Kraft auf die Kugel 85, kann sich diese drehen, wobei sich die elastischen Stangen 87a, 87b der Stützen reversibel verbiegen. Die Kugel dreht sich in guter Näherung um ihren Mittelpunkt. Die Stirnflächen, auf welchen die Kugel ruht, haben einen Winkel von 130°, wobei die Winkelhalbierende senkrecht zum Basiselement steht. Der Winkel kann auch in einem Bereich von 50° bis 160° liegen.
In einer weiteren nicht in den Abbildungen dargestellten Ausgestaltung dieses Kontaktelements 84 ruht die Kugel 85 auf den Stirnflächen von drei Stützen, die symmetrisch angeordnet sind.
Dieses Kontaktelement 84 ist in einer Ausgestaltung auf einem Maskenhalter 30 befestigt und findet Verwendung zur Auflage von Masken 1a mit planer Unterseite. Das Kontaktelement 84 ist in einer weiteren Variante auf einer Bühne 2 angeordnet und dient zur Auflage von Maskenhaltern mit planer Unterseite.
In einer weiteren Ausgestaltung eines Kontaktelements 94, die in 17 und 16 veranschaulicht ist, liegt eine Kugel 95 auf den V-förmig gegeneinander geneigten Stirnflächen von zwei elastischen Stützen 96a, 96b. Die Stützen sind einstückig mit dem Hautkörper 96a, 96b ausgebildet. Der Hauptkörper ist als Quader mit konstanter Dicke ausgebildet. In diesen werden Nuten 96a, 96b gefräst, wodurch die Stützen 96a, 96b entstehen. Die Stützen sind in der Richtung senkrecht zu den Nuten elastisch ausgebildet.
In der Oberseite des Hauptkörpers ist eine V-förmige Nut 98 ausgebildet, in der die Kugel 95 auf den Stirnflächen der Stützen 96a, 96b zu liegen kommt.
Wirkt eine horizontale Kraft auf die Kugel 95, kann sich diese drehen, wobei sich die elastischen Stützen reversibel verbiegen. Die Drehung erfolgt bezogen auf 17 horizontal in der Zeichenebene. Die Kugel dreht sich in guter Näherung um ihren Mittelpunkt.
Dieses Kontaktelement 94 ist in einer Ausgestaltung auf einem Maskenhalter 30 befestigt und findet Verwendung zur Auflage von Masken oder Substraten mit planer Unterseite. Das Kontaktelement 94 ist in einer weiteren Variante auf einer Bühne 2 angeordnet und dient zur Auflage von Maskenhaltern mit planer Unterseite.
In einer weiteren Ausgestaltung eines Kontaktelements 104 liegen drei Kugeln 105 frei beweglich auf einer ersten planen Platte 106, wie in 18 und 19 veranschaulicht. Auf den drei Kugeln liegt eine zweite plane Platte 107. Die erste plane Platte 106 ist mit dem Basiselement, einer Bühne 2 verbunden. Ein Maskenhalter 1b mit einem Stützelement 101 in Form einer Halbkugel kann auf die Oberseite der zweiten Platte 107 gelegt werden. Eine Minimierung der Kräfte erfolgt durch dieses Kontaktelement in alle Ausgleichsrichtungen, d. h. in alle Richtungen der Ebene.
Die Kugeln können durch in den Zeichnungen nicht dargestellte Sicherungselemente gegen unbeabsichtigtes Wegrollen gesichert sein.
In einer weiteren Ausgestaltung eines Kontaktelements 114 liegt ein halbkugelförmiges Stützelement 115 auf flexiblen Elementen 116, die an den Wänden einer V-förmige Nut 118 angeordnet sind. Die Nut ist in einer Platte 117 ausgebildet, die auf einer Bühne 2 befestigt ist. Die Kontaktelemente 114 sind derart auf der Bühne 2 angeordnet, dass diese die Ecken eines gleichseitigen (in den Zeichnungen nicht dargestellten) Dreiecks bilden. Die Nuten 118 in den Platten 117 verlaufen jeweils in Richtung des Mittelpunktes des Dreiecks. Die Stützelemente 115 sind an Armen 113 des Maskenhalters 112 befestigt. Auf dem Maskenhalter sind weitere, in der 20 nicht dargestellte, Kontaktelemente zur Aufnahme der Maske angeordnet. Die flexiblen Elemente weisen Ellipsoide 121 auf, die mit dem Stützelement 115 des Maskenhalters 112 in Kontakt kommen. Die Ellipsoide 121 sind an stabförmigen Festkörpergelenken 122 befestigt, die durch Biegung eine Bewegung des Ellipsoids in alle Richtungen erlauben. Die Festkörpergelenke 122 sind über einen Kegel 123 an der Oberfläche der Wände der Nut 118 befestigt. Jeweils zwei elastische Elemente 116 sind in einer Ebene senkrecht zur Nut 118 angeordnet. Damit wird eine Beweglichkeit des Stützelementes 115 längs der Nut 118 ermöglicht.
Die Kontaktelemente sind beispielsweise aus Edelstahl oder Federbronze hergestellt. Halbkugeln oder Kugeln, auf welchen die Substrate zu liegen kommen sind beispielsweise aus Edelstahl oder aus Korund hergestellt. Die Verbindung der Bauteile kann beispielsweise durch Kleben erfolgen.
Die beschriebenen Kontaktelemente können in beliebigen Kombinationen auf einer Bühne 2 bzw. auf einem Maskenhalter 30 angeordnet sein.
In einer Variante eines Maskenhalters sind drei Kontaktelemente mit je einer Ausgleichsrichtung an den Ecken eines Dreiecks angeordnet, wobei die Ausgleichsrichtungen von den Ecken in Richtung des Mittelpunktes des Dreiecks verlaufen.
In einer Variante eines Maskenhalters sind drei Kontaktelemente an den Ecken eines Dreiecks angeordnet. Ein Kontaktelemente ist starr ausgebildet, ein Kontaktelement weist eine Ausgleichsrichtung auf, die durch die Verbindung dieses Kontaktelementes und des starren Kontaktelements definiert wird. Das dritte Kontaktelement wirkt in alle Ausgleichsrichtungen.
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur

DE 102007033814 [0012]

Claims

Substrathalter zur Aufnahme eines Substrates aufweisend – ein Basiselement, – zumindest drei Kontaktelemente, – die mit dem Basiselement verbunden sind, und – die in einer Ebene angeordnet sind, – wobei das Substrat bei Aufnahme durch den Substrathalter auf den zumindest drei Kontaktelementen liegen kann, – wobei das Kontaktelement derart mit dem Basiselement verbunden ist, dass durch zumindest ein Kontaktelement in Richtung der Ebene auf das Substrat wirkende Kräfte minimiert werden.
Substrathalter nach Anspruch 1, wobei die auf das Substrat wirkenden Kräfte in je einer Richtung pro Kontaktelement minimiert werden.
Substrathalter nach Anspruch 1 oder 2, wobei durch jedes Kontaktelement die auf das Substrat wirkende Kraft in einer Richtung minimiert wird.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 oder 2, wobei die an einem ersten Kontaktelement auf das Substrat wirkende Kraft in alle Richtungen minimiert wird und die an einem zweiten Kontaktelement auf das Substrat wirkende Kraft in einer Richtung minimiert wird.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei das Kontaktelement ein Festkörpergelenk zur Minimierung der Kräfte aufweist.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Festkörpergelenk ein flexibles Element aufweist, welches eine Bewegung des Kontaktelements zur Minimierung der Kräfte in eine Ausgleichsrichtung ermöglicht.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 6, wobei das Festkörpergelenk zumindest zwei parallel angeordnete flexible Elemente aufweist.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei das Festkörpergelenk zumindest zwei als Stege ausgebildete flexible Elemente aufweist, die eine Ausgleichsbewegung parallel zur Ebene ermöglichen.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 8, wobei das Kontaktelement eine Kugel aufweist, die drehbar angeordnet ist.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei die Kugel auf einer planen Fläche, die parallel zur Ebene angeordnet ist, aufliegt.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 10, wobei die Kugel in einer Nut liegt, die in Richtung der Ebene verläuft.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 11, wobei die Kugel durch Sicherungselemente in einer Ausgangsposition gehalten wird.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 12, wobei die Kugel auf zumindest zwei flexiblen Stützelementen aufliegt.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei das Kontaktelement drei Kugeln aufweist, die zwischen zwei ebenen Flächen beweglich angeordnet sind.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 14, wobei ein Kontaktelement jeweils zwei Kontaktpunkte aufweist, wobei die auf das Kontaktelement wirkenden Kräfte zumindest teilweise gegeneinander gerichtet sind.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 15, wobei zwischen den Kontaktelementen und dem Substrat sechs Kontaktpunkte bestehen.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 16, der als Maskenhalter ausgebildet ist.
Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 17, der als Bühne ausgebildet ist.
Positionsmessvorrichtung zur Ermittlung eines Platzierungsfehlers eines Strukturelements auf einer Maske, welche einen Substrathalter nach einem der Ansprüche 1 bis 18 aufweist.