DE4209557C2 - Senkrechte XY-Bühne - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine senkrechte XY-Bühne mit einem Grundgestell, einem einer X-Achse zugeordneten, auf dem Grundgestell beweglich gelagerten Schlitten, der eine L- Form mit einem horizontal angeordneten Teil, der den Haupt­ körper des der X-Achse zugeordneten Schlittens bildet, und mit einem vertikalen Teil aufweist, einem auf dem der X-Ach­ se zugeordneten Schlitten beweglich gelagerten, einer Y-Ach­ se zugeordneten Schlitten, der eine L-Form mit einem hori­ zontal angeordneten Teil, der den Hauptkörper des der Y- Achse zugeordneten Schlittens bildet, und mit einem verti­ kal angeordneten Teil aufweist, der eine Führung besitzt, auf der der der Y-Achse zugeordnete Schlitten in vertika­ ler Richtung bewegbar ist, wobei der vertikal angeordnete Teil des der X-Achse zugeordneten Schlittens als eine Füh­ rung für den der Y-Achse zugeordneten Schlitten betätigbar ist, und mit einer Plattform, auf der ein Werkstück angeord­ net ist.

Eine derartige bekannte senkrechte XY-Bühne (DE-Firmen­ schrift: PI Physik Instrumente, Information MP 12, µm-Posi­ tionierungen, Linearversteller Antriebseinheiten, 2. 1985, S. 3.28 und 3.31) kommt bei optische Bänken zum Einsatz und benötigt mit seinem die Plattform für das Werkstück bilden­ den Rundtisch verhältnismäßig viel Raum, da der Rundtisch stets auf einem in Richtung der dritten Raumkoordinate be­ weglich Schitten senkrecht zur Y-Achse angeordnet ist.

Die Erfindung bezieht sich auf ein Belichtungssystem für genaue Vorlagen integrierter Halbleiterschaltun­ gen und insbesondere auf eine senkrechte XY-Bühne, die bei einem Belichtungssystem geeignet einsetzbar ist, das eine Synchrotronumlaufstrahlung als Lichtquelle verwendet.

Bei der Herstellung eines Halbleiterbauelementes fin­ det ein Belichtungssystem Verwendung, um Schaltungs­ muster auf einem Halbleiterbauelementsubstrat, eine sog. Mikroplättchen, das mit einem empfindlichen Ma­ terial beschichtet ist, durch Belichtung aufzubrin­ gen. Um identische Schaltungsmuster auf einer großen Zahl von Teilen auf dem Plättchen zu belichten, wird in dem Belichtungssystem eine senkrechte XY-Bühne zum Bewegen des Plättchens in zwei axialen Richtungen eingesetzt.

Bei einer Steigerung des Integrationsgrades des Halb­ leiterelementes wird die Wellenlänge der abbilden­ den Lichtquelle verringert. In diesem Zusammenhang ist ein Abbildungsverfahren für Schaltungsmuster unter Verwendung einer Synchrotronstrahlung (nachfolgend als SR-Licht bezeichnet) entwickelt worden, dessen Wellen­ länge 1/100 oder weniger ist als die eines ultravio­ letten Strahls einer fotolithographischen Lichtquelle. Ein derartig kurzwelliges Licht wird verwendet, da bei Verringerung der Wellenlänge des Lichtes durch Redu­ zierung der Beugung und Interferenz der Abdruck schar­ fer Schaltungsmuster gewährleistet ist.

Das SR-Licht ist definiert als Richtstrahl einer elek­ tromagnetischen Welle, die in tangentialer Richtung ausgesendet wird, wenn ein hochenergetischer Elektro­ nenstrahl, der sich mit annähernder Lichtgeschwindig­ keit ausbreitet, von einem Magneten gebeugt wird. Das SR-Licht ist ein stark gebündeltes Licht hoher Leucht­ kraft, das Lichtkomponenten vom sichtbaren Licht bis zum Röntgenstrahl einschließt. Aus diesen Lichtkompo­ nenten wird ein weicher Röntgenstrahl einer Wellenlänge von ungefähr 1 nm extrahiert und als Lichtquelle für die Abbildung eines Schaltungsmusters verwendet.

Eine herkömmliche senkrechte XY-Bühne, die in einem Be­ lichtungssystem zum Einsatz kommt, bei dem ein SR-Licht als Lichtquelle verwendet wird, geht aus Fig. 8 der vorliegenden Zeichnung hervor. Gemäß Fig. 8 strahlt ein SR-Licht 1 in alle Richtungen in einer Ebene, die pa­ rallel zu Tangenten ist, entlang der sich Elektronen­ strahlen von einem pfannkuchenartigen Ring 2 in Form einer geschlossenen Umlaufbahn ausbreiten, in dem die Elek­ tronenstrahlen gespeichert sind. Eine Röntgenstrahlen­ maske 3 ist in einer der Richtungen des SR-Lichtes 1 angeordnet. Auf der Röntgenstrahlenmaske 3 ist eine Schaltungsvorlage ausgebildet, durch die das SR-Licht 1 geleitet wird, um den Schatten des Schaltungsmusters auf einem Plättchen 6 auszubilden. Eine Plattform 4 dient zur Halterung der Röntgenstrahlenmaske sowie zur Steuerung deren Lage und Halterung. Weiterhin ist eine Plattform 5 vorgesehen zum Haltern des Plättchens 6 mittels Saug­ wirkung. Ein Erfassungssystem 7 dient zum Beobachten von Ausrichtungskennzeichnungen, die vor der Röntgenstrahlen­ maske 3 auf dieser und dem Plättchen 6 ausgebildet sind, um optisch Positionierungsfehler zu erfassen. Eine XY- Bühne 8 dient zum Bewegen des Plättchens 6 in der X- und in der Y-Richtung. Nach dem Positionieren der XY-Bühne 8 und der Plattform 4 für die Röntgenstrahlenmaske 3 durch deren entsprechende Bewegung/Einstellung in Übereinstim­ mung mit den die Positionierungsfehler erfassenden Signalen, die auf den Ausrichtungskennzeichnungen ba­ sieren, wird das SR-Licht 1 ausgestrahlt, um das Mu­ ster der Röntgenstrahlenmaske 3 auf einem empfindli­ chen Material abzubilden, mit dem das Plättchen 6 be­ schichtet ist.

Das SR-Licht 1 wird normalerweise in einer horizonta­ len Ebene ausgestrahlt. Aus diesem Grund sind die Rönt­ genstrahlenmaske 3 und das Plättchen 6 senkrecht in ei­ ner vertikalen Ebene angeordnet. Aus dem gleichen Grund handelt es sich bei der XY-Bühne 8 um eine senk­ rechte Bühne. Obgleich das SR-Licht 1 in hohem Maße ge­ richtet ist, weist es eine leichte divergente Eigen­ schaft auf. Wird daher die Entfernung zwischen der Röntgenmaske 3 und das Plättchen 6 vergrößert, so wird die Form des projizierten Schaltungsmusters verzerrt oder unscharf, so daß es schwierig ist, eine normale Be­ lichtung durchzuführen. Um dies zu verhindern, muß die, Entfernung zwischen der Röntgenstrahlenmaske 3 und dem Plättchen 6 sehr klein gestaltet werden, z. B. 50 µm oder kleiner.

Wie aus Fig. 8 hervorgeht, befindet sich das Plättchen 6 nicht auf der optischen Achse des SR-Lichtes 1, wo die Röntgenstrahlenmaske 3 angeordnet ist, sondern es befindet sich in einer von letzterer entfernten Stel­ lung, so daß die Röntgenstrahlenmaske 3 und das Plätt­ chen 6 leicht miteinander ausgewechselt werden kön­ nen. Wird nur ein Belichtungsvorgang in Betracht gezo­ gen, so ist es allein erforderlich, daß die XY-Bühne 8 um eine Strecke bewegt wird, die einer Belichtungsflä­ che des Plättchens 6 entspricht. Die Röntgenstrahlenmas­ ke 3 und das Plättchen müssen nacheinander durch ande­ re ausgewechselt werden. Wenn daher die XY-Bühne nur eine Bewegungsstrecke hat, die der Belichtungsfläche entspricht, so ist es meist schwierig, die Röntgen­ strahlenmaske 3 und das Plättchen 6 in einem Zustand ohne Beschädigung auszuwechseln, in dem sie einander mit einem kleinen Sicherheitsabstand zugewandt sind. Aus diesem Grunde wird, wenn die Röntgenmaske 3 und das Plättchen mit anderen in Richtung der Pfeile 9 und 10 (Fig. 8) ausgewechselt worden sind, das Plättchen 6 durch die XY-Bühne 8 in eine Stellung bewegt, in der sie der Röntgenstrahlenmaske 3 gegenüberliegt, und das Belichtungsverfahren wird dann eingeleitet.

Die XY-Bühne 8 weist in Richtung der X-Achse eine Füh­ rung 11, einen Schlitten 12 und eine Leitspindel 13 auf, die eine Führungseinheit zum Bewegen des Plättchens 6 in Richtung der X-Achse, d. h. in Richtung der Hori­ zontalen bilden. Ebenso weist die XY-Bühne 8 in Rich­ tung der Y-Achse eine Führung 14, einen Schlitten 15 und eine Leitspindel 16 auf, die eine Führungseinheit zum Bewegen des Plättchens in Richtung der Y-Achse, d. h. in Richtung der Vertikalen bilden. Der in Richtung der der Y-Achse laufende Schlitten 15 ist auf dem in Rich­ tung der X-Achse laufenden Schlitten 12 befestigt und die Führungen in Richtung der X- und Y-Achse 11 bzw. 14 dienen als ortsfeste Elemente, so daß die in X- bzw. Y-Achsrichtung laufenden Schlitten 12 bzw. 15 entspre­ chend in Richtung der X- bzw. der Y-Achse durch die Leitspindel 13 bzw. 16 bewegt werden.

Weiterhin sind eine Winkelplatte 17 zum vertikalen Be­ festigen des in Y-Richtung laufenden Schlittens 15 auf dem in Richtung der X-Achse laufenden Schlitten 12 so­ wie ein entsprechender Antriebsmotor 18 bzw. 19 vorge­ sehen. In diesem Fall ist die Belastung des der X-Ach­ se zugeordneten Antriebsmotors 18 größer als die des der Y-Achse zugeordneten Antriebsmotors 19, weil der Antriebsmotor 19 für den gemeinsamen Antrieb des der X-Achse zugeordneten Schlittens 12, der Winkelplatte 17, der der Y-Achse zugeordneten Führung 14 und des der Y-Achse zugeordneten Schlittens 15 ausgelegt ist. Der der X-Achse zugeordnete Antriebsmotor 18 weist un­ vermeidbar ein größeres Leistungsvermögen auf. Der der X-Achse zugeordnete Schlitten 12 muß insbesonders für eine Bewegungsstrecke ausgelegt sein, die gleich der Summe eines Bewegungshubes, der der Belichtungsfläche entspricht, und eines Bewegungshubes ist, der für die Auswechselung der Röntgenstrahlenmaske 3 und des Plätt­ chens 6 erforderlich ist. D. h., der der X-Achse zuge­ ordnete Schlitten 12 muß einen Bewegungshub haben, der ungefähr drei- bis fünfmal so groß ist wie die Belich­ tungsfläche. Der der X-Achse zugeordnete Schlitten 12 ist folglich länger als der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 15, was eine Vergrößerung der Breite der senkrechten XY-Bühne 8 in horizontaler Richtung zur Folge hat.

Da bei der herkömmlichen, in einem SR-Belichtungssystem verwendeten XY-Bühne 8 der der X-Achse zugeordnete Schlitten 12 einen Bewegungshub aufweisen muß, der drei- bis fünfmal so groß sein muß wie die Belichtungsfläche, wird die Breite der XY-Bühne 8 in der horizontalen Rich­ tung unvermeidbar vergrößert, was zu folgenden Proble­ men führt.

• 1. Wie bereits erwähnt, wird das SR-Licht 1 in allen Richtungen in der Ebene ausgestrahlt, die parallel zu Tangenten ist, denen entlang Elektronenstrahlen rotie­ ren.
  Wenn daher die Breite der XY-Bühne 8 verringert wird, kann eine große Anzahl von Belichtungssystemen in ra­ dialer Richtung um den Ring 2 herum angeordnet werden, was eine effektive Ausnutzung des Rings 2 gewährlei­ stet. Bei der Anordnung der herkömmlichen senkrechten XY-Bühne 8 muß jedoch zur Erleichterung der Auswechs­ lung der Röntgenstrahlenmaske 3 und des Plättchens 6 die Breite der XY-Bühne 8 in der horizontalen Ebene senk­ recht zu der Achse des SR-Lichtes 1, d. h. zur Richtung der X-Achse vergrößert werden. Das bedeutet, daß die Anordnung der herkömmlichen senkrechten XY-Bühne 8 ei­ ner effektiven Ausnutzung des Ringes 2 entgegensteht.
• 2. Die Ganghöhengenauigkeit der XY-Bühne 8 ist ver­ hältnismäßig schlecht. Es wird davon ausgegangen, daß die Ganghöhengenauigkeit der XY-Bühne 8 bestimmt wird durch die Führungsgenauigkeit sowie durch die Ganghö­ hengenauigkeit beim Aufrechterhalten der Stellung der Bühne, die durch die Bearbeitungsgenauig­ keit der wesentlichen Elemente bestimmt werden. Bei ei­ nigen Verfahren wird ein Mechanismus, der sich leicht durch eine Größe bewegt, die dem Steigungsfehler der XY-Bühne 8 entspricht, und ein Meßfehlersystem unabhän­ gig voneinander hinzugefügt, um den Meßfehler zu korri­ gieren, wodurch die Genauigkeit erhöht wird. Diese Vor­ gehensweise hat jedoch zur Folge, daß ein mechanisches System, ein Meßsystem, ein Steuersystem und dgl., zu­ sätzlich befestigt werden müssen, die jeweils eine Genau­ igkeit oder ein Leistungsvermögen aufweisen, die bzw. das mindestens zehnmal höher als die bzw. das des Hauptkörpers ist, was zu einer Vergrößerung des Gewichts und zur Kostensteigerung führt. Außerdem wird die Büh­ ne dadurch komplizierter und leicht fehleranfällig. Um solche Nachteile auszuschließen, wird bevorzugt die endgültige Genauigkeit allein durch den Hauptköper ge­ währleistet. Die XY-Bühne muß daher einen verhältnismä­ ßig einfachen Aufbau und eine Form aufweisen, die eine Erhöhung der Bearbeitungsgenauigkeit der wesentlichen Elemente gewährleisten.
  Wenn die Länge des in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlittens 12 vergrößert wird, muß die Länge der der X-Achse zugeordneten Führung 11 und der der X-Achse zugeordneten Leitspindel 13 entsprechend vergrößert werden. Die Bearbeitungsgenauigkeit ist umgekehrt pro­ portional zur Länge, selbst wenn die Festigkeit des Elements unbegrenzt ist. Außerdem ist die Festigkeit des Elements umgekehrt proportional der dritten Potenz der Länge und der vierten Potenz des Durchmessers. Beim Bearbeiten eines Elements wirken auf dieses ver­ schiedene Kräfte und Spannungen ein, wie z. B. Schnitt- und Beugungskräfte, Restspannungen sowie thermische Spannungen, die bei der plastischen Verformung auftre­ ten. Wenn das Element an einer Bearbeitungseinheit be­ festigt ist, wirken außerdem Einspannkräfte und dgl. auf das Element, wodurch dieses verformt wird, was ei­ ne Verschlechterung der Bearbeitungsgenauigkeit zur Folge hat. D. h. die Festigkeit eines Elements ist der die Bearbeitungsgenauigkeit am entscheidensten beein­ flussende Faktor.
  Eine Vergrößerung der Länge eines Elementes verringert somit erheblich die Bearbeitungsgenauigkeit, was wie­ derum eine Verschlechterung der Ganghöhengenauigkeit der XY-Bühne zur Folge hat.
• 3. Der in Richtung der Y-Achse bewegbare Schlitten 15 ist gewichtsmäßig nicht im Gleichgewicht. Das auf den in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlitten 12 aufge­ brachte Gewicht wirkt senkrecht auf die der X-Achse zu­ ordnete Führung 11 und wird daher von den Führungsflä­ chen getragen. In diesem Fall wird die statische Rota­ tionsbeanspruchung, die auf die der X-Achse zugeordne­ te Leitspindel wirkt, nur von einer auf die Zahnfläche wirkenden Reibungskraft gebildet und das Gewicht des in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlittens 12 wirkt nicht selbst wie eine Last. Im Gegensatz dazu wirkt das auf den in Richtung der Y-Achse bewegbaren Schlitten 15 aufgebrachte Gewicht in der Führungsrich­ tung des Schlittens 15 und wird somit von der der Y- Achse zugeordneten Leitspindel 16 getragen. Das Ge­ wicht des in Richtung der Y-Achse bewegbaren Schlit­ tens 15 wirkt daher unmittelbar als eine Rotations­ belastung auf die der Y-Achse zugeordnete Leitspindel 16. Die Rotationsbelastung, die auf der Schwerkraft basiert, wirkt in entgegengesetzter Richtung zur Drehrichtung des der Y-Achse zugeordneten Antriebsmo­ tors 16.
  Es ist einsichtig, daß die dem Antriebsmotor 19 zugeführte Energie in Abhängigkeit davon geändert wer­ den muß, ob der in Richtung der Y-Achse bewegbare Schlitten 15 aufwärts oder abwärts bewegt wird. Eine derartige Änderung der Energiezufuhr wirkt sich nach­ teilig auf die Antriebssteuerung des in Richtung der Y-Achse bewegbaren Schlittens 15 aus, was zur Folge hat, daß die Positionierungsgenauigkeit des Schlit­ tens 15 sich verschlechtert oder daß eine Steigerung der Vorschubgeschwindigkeit verhindert wird.
  Das jeweilige Gewicht der in Richtung der X- und der Y-Achse bewegbaren Schlittens 12 bzw. 15 wird vor­ zugsweise minimalisiert, weil eine Gewichtsverminde­ rung jedes Schlittens die an den entsprechenden An­ triebsmotor gelegte Last verringert, was eine Steuer­ ung einer mit hoher Geschwindigkeit und hoher Genau­ igkeit ausgeführten Positionierung möglich macht.
• 4. Bei einer herkömmlichen XY-Bühne ist die Gefahr der Beeinträchtigung der Sicherheit durch bestimmte Hindernisse gegeben. Der in Richtung der X-Achse bewegbare Schlitten 12 wird zwischen der Auswechsel­ stellung für das Plättchen 6 und der Belichtungsstel­ lung hin- und herbewegt. Während die Vorwärtsbewegung nicht problematisch ist, trifft dies jedoch für die Rückwärtsbewegung nicht zu, da bei dem Aneinandervor­ beilaufen der Plattform 4 für die Röntgenstrahlenmaske 3 und der Plattform S für das Plättchen 6 die Hand oder ein Finger der Bedienungsperson beim Anlaufen und/oder während des Betriebs dazwischen eingeklemmt werden kann, was zu ernsthaften Verletzungen der Bedienungs­ person führen kann. Diese Gefahr besteht, weil das Ge­ wicht des in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlittens 12 sowie die Einzelgewichte der der Y-Achse zugeordne­ ten Führung 14, des in Richtung der Y-Achse bewegbaren Schlittens 15 und der Winkelplatte 17, die von dem in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlitten 12 getragen werden, ein erhebliches Gesamtgewicht ergeben. Ein der­ art schwerer Teil ist nicht leicht zu stoppen, wenn er erstmal in Bewegung gesetzt worden ist. Wenn der An­ triebsmotor in Betrieb ist, ist es noch schwieriger, den in Richtung der X-Achse bewegbaren Schlitten 12 an­ zuhalten. Unter diesen Umständen sind hohe Anforder­ ungen an die Sicherheit zu stellen.

Bekannt ist weiterhin (DE 37 14 045 A1), bei einem Roboter­ arm, der in einer modularen Bearbeitungsanlage benutzt wird, eine fest mit einer Welle verbundene Halteplatte für Halbleiterplättchen vorzusehen, wobei ein ebenfalls auf der Welle sitzender Handhabungsarm unter Mitnahme des Plätt­ chens um mehr als 95° aus der Horizontalen verschwenkbar ist, um das Plättchen in eine Bearbeitungsstellung zu brin­ gen.

Auch bei einer Anlage für Synchrotron-Röntgenstrahl-Litho­ grafie mit einer vertikalen Schrittschaltung ist der Ein­ satz einer vertikalen XY-Bühne bekannt (US-Z.: Ishihara, S., et al.: A vertical stepper for synchrotron x-ray lithogra­ phy. IN: J. Vac. Sci. Technol. B., Vol. 7, No. 6 Nov/Dec 1989, S. 1652-1656), wobei das Werkstück in Form eines zu bestrahlenden Scheibchens auf dem der Y-Achse zugeordneten Schlitten in einer durch die Y-Achse verlaufenden Ebene an­ geordnet wird. Eine ähnliche Anlage wird ferner besprochen in: (US-Z.: Koga, K, et al.: High-performance synchrotron orbitral radiation x-ray stepper. IN: J. Va. Sci. Technol. B., Vol. 8, No. 6, Nov/Dec 1990, S. 1633-1637).

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine senkrechte XY-Bühne der eingangs erwähnten Art zur Verfügung zu stel­ len, die bei besonders kompaktem Aufbau eine Kompensation mechanischer Verformung ermöglicht, die die Genauigkeit und Sicherheit der Schlittenbewegungen der XY-Bühen beeinträch­ tigen könnte. Insbesondere wird eine möglichst geringe Brei­ te der senkrechten XY-Bühne in der horizontalen Ebene in Richtung senkrecht zur optischen Achse des SR-Lichtes ange­ strebt, wobei eine effektive Ausnutzung eines Rings des SR- Lichtes möglich und zugleich eine Steigerung der Genauig­ keit des Meßsystems gewährleistet sein soll.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Plattform in ihrer Grundstellung in einer Ebene angeordnet ist, die von dem Hauptkörper und dem vertikalen Teil des der Y-Achse zugeordneten Schlittens aufgespannt ist, die Plattform durch eine auf dem der Y-Achse zugeordneten Schlitten gelagerte Welle aus ihrer Grundstellung ver­ schwenkbar ist, und ein mit dem Grundgestell einstückig ausgebildetes, aufrecht stehendes Befestigungselement vor­ gesehen ist, mit einem auf letzterem angeordneten, der X- Achse zugeordneten Hilfsschlitten, wobei eine zwischen letzterem und dem der Y-Achse zugeordneten Schlitten ange­ ordnete Verbindungsplatte flexibel ausgebildet ist.

Vorteilhafte Weiterbildungen der erfindungsgemäßen senk­ rechten XY-Bühne gehen aus den Patentansprüchen 2 bis 8 hervor.

Der Bewegungshub der senkrechten XY-Bühne in der X-Rich­ tung muß nur der Belichtungsfläche eines Plättchens ent­ sprechen, so daß die Länge der Führung des der X-Achse zugeordneten Schlittens und der Leitspindel im Vergleich zu einer herkömmlichen XY-Bühne entsprechend verkürzt werden kann. Hierdurch wird die Bearbeitungsgenauigkeit jedes wesentlichen Elementes verbessert, was eine Stei­ gerung der Vorschubgenauigkeit der senkrechten XY-Bühne mit sich bringt. Es erweist sich außerdem als vorteil­ haft, daß die Breite der Plattform reduziert werden kann, so daß eine große Anzahl an Belichtungssystemen in der radialen Richtung um die horizontale Ebene im rechten Winkel zur optischen Achse des SR-Lichtes ange­ ordnet werden kann. Da die Plattform für die Röntgen­ strahlenmaske und die Plattform für das Plättchen nicht aneinander vorbeilaufen, ist eine Erhöhung der Sicher­ heit gegen Unfälle bei der Montage und dem Betrieb des Systems erzielbar. Weiterhin erweist sich eine Ausfüh­ rungsform als vorteilhaft, bei der der Antriebsmecha­ nismus für die Abstützung der Plattform nicht auf der senkrechten XY-Bühne gelagert ist, sondern getrennt in vorbestimmten Positionen innerhalb des jeweiligen Be­ wegungshubes in der X- und in der Y-Richtung gelagert ist und die Leistung über eine Kupplungseinrichtung übertragen wird, weil dadurch das Gewicht auf der Platte beträchtlich im Verhältnis zu der Ausführungsform ver­ ringert wird, bei der der Antriebsmechanismus auf der Plattform gelagert ist. Da die rückgelehnte Position begrenzt werden kann, kann der Raum hinter der Rück­ fläche der vertikalen Plattform, d. h. der Raum in der Richtung, in der die Plattform rückgelehnt ist, verwen­ det werden. Die auf den Abstützmechanismus wirkende Torsionsschraubenfeder dient dazu, das Kraftmoment zu verringern, so daß die Abmessung und das Gewicht die­ ses Mechanismus reduziert werden können. Dies hat einen Anstieg der gesamten Arbeitsgeschwindigkeit zur Folge. Die Standposition der Plattform ist durch ein dünnes auslegerartiges Spannfutterpolster festgelegt. Insbe­ sondere kann diese dünne, filmartige Folie selbsttätig mittels Saugwirkung an der gegenüberliegenden Vakuum­ spannfutterfläche befestigt werden, um den entsprechen­ den Raum luftdicht abzudichten. Selbst wenn die Genau­ igkeit der Vakuumspannfutterfläche nicht so hoch ist und ein Spielraum zwischen den Spannfutterflächen ge­ bildet ist, kann eine beträchtlich hohe Saugwirkung er­ zielt werden, da die dünne filmartige Folie sich an die gegenüberliegende Fläche unter Bildung eines luftdicht verschlossenen Raumes anpaßt. Auf diese Weise kann eine Verringerung der Leistung des das Vakuum erzeugenden Sy­ stems erzielt und die Standposition der Plattform dauer­ haft aufrechterhalten werden.

Die Verbindungsplatte, die einen Z-förmigen, mit Kerben versehenen Teil aufweist, verhindert, daß der der X- und der Y-Achse zugeordnete Schlitten Änderungen hinsicht­ lich ihrer Abmessungen infolge von Wärmeausdehnung je­ des Elements oder der Aufbringung des Gewichtes der der Y-Achse zugeordneten Plattform und dgl. unterliegen, wenn die Hauptkomponenten der XY-Bühne nachteilig durch Monta­ gefehler des Mechanismus beeinträchtigt worden sind.

Da die horizontalen und vertikalen Teile des L-förmigen, der X-Achse zugeordneten Schlittens den Hauptkörper bzw. die Führung des der Y-Achse zugeordneten Schlittens bilden und der der Y-Achse zugeordnete Schlitten und die Plattform in einem Raum angeordnet sind, der von den horizontalen und vertikalen Teilen umfaßt wird, wird z. B. der Transport der Röntgenstrahlenmasken und der Plättchen erleichtert. Eine Leitspindel kann im Schwerpunkt angeordnet werden, der sich in der Mittel­ position zwischen dem Befestigungsmechanismus und dem horizontalen oder vertikalen Teil befindet, so daß der der X- oder der Y-Achse zugeordnete Schlitten in einer Stellung in der Nähe des Schwerpunktes angetrieben wer­ den kann, in der der Schlitten nicht ausschlägt. Der Konstantkraftmechanismus, der eine Spiralfeder auf­ weist, sorgt vorzugsweise für einen Ausgleich der Be­ lastungen des Motors in Vorwärts- und in Rückwärts­ richtung infolge einer vertikalen Bewegung des der Y-Achse zugeordneten Schlittens. Außerdem ist es vor­ teilhaft, daß der Verlauf der Drähte oder Riemen belie­ big in Übereinstimmung mit den Positionen und Schräg­ stellungen der Riemenscheiben gewählt werden kann, und daß die Gewichtsverteilung und der Ausgleich der Schwerpunkte erleichtert werden. Dies hat zur Folge, daß der Antrieb in den Schwerpunkten realisiert werden kann, wodurch die Steuerung der Feinpositionierung er­ leichtert wird.

Wenn die gesamte Anordnung lufthydrostatisch ausgelegt ist, wobei die Luftlager von Führungen gebildet und Leitspindeln verwendet werden, da die Luftlager eine Ganghöhengenauigkeit ermöglichen, die mindestens zehn­ mal höher als die Bearbeitungsgenauigkeit eines Elemen­ tes ist, kann allein mittels der senkrechten XY-Bühne eine Endgenauigkeit erzielt werden, die den Anforderun­ gen einer SR-Belichtung genügt. Weiterhin werden sand­ wichartige Luftlager in der K- und der Y-Richtung ver­ wendet, während das Luftlager zum Ausgleichen des Luft­ lagerdrucks und der Anziehungskraft der Magnete in der Z-Richtung rechtwinklig zu der XY-Ebene verwendet wird. Ein derartiger Aufbau der senkrechten XY-Bühne genügt den gegensätzlichsten Anforderungen, d. h., einer gefor­ derten Verbesserung der Ganghöhengenauigkeit sowie ei­ ner Reduzierung der Abmessungen und des Gewichts der Plattform. Schließlich können die den Luftlagern inne­ wohnenden Eigenschaften, wie z. B. Ausgleichen der Füh­ rungsbahnenluft, Fehlen von Reibung, lange Betriebsle­ bensdauer, Sauberkeit und dgl. genutzt werden, um die Positionsgenauigkeit und die Anwendung des Systems zu verbessern.

Die Erfindung wird nun anhand der Zeichnungen erläutert. In diesen sind:

Fig. 1 eine teilweise geschnittene und auseinanderge­ zogene perspektivische Ansicht einer Ausfüh­ rungsform der senkrechten XY-Bühne;

Fig. 2 eine auseinandergezogene perspektivische An­ sicht der Grundelemente;

Fig. 3 eine Ansicht, die einen Aufbau zum Öffnen/­ Schließen einer Plattform in Richtung der Ho­ rizontalen zeigt;

Fig. 4 eine Ansicht, aus der der Einfluß der Schwerkraft auf eine rücklehnbare Platt­ form hervorgeht;

Fig. 5(a) und 5(b) Ansichten, die einen Vakuumeinspannmechanis­ mus der Plattform zeigen;

Fig. 6(a) und 6(b) perspektivische Ansichten, aus denen eine Verbindungsplattform zum Befestigen eines der Y-Achse zugeordneten Schlittens an ei­ nem der X-Achse zugeordneten Hilfsschlit­ ten hervorgeht;

Fig. 7 eine Ansicht eines Luftschmierungsmechanis­ mus des der X-Achse zugeordneten Schlittens; und

Fig. 8 eine perspektivische Ansicht einer herkömm­ lichen senkrechten XY-Bühne.

Aus Fig. 1, die eine teilweise geschnittene, auseinan­ dergezogene perspektivische Ansicht der bevorzugten Aus­ führungsform der senkrechten XY-Bühne zeigt, geht deren geöffneter Zustand hervor. Die auseinandergezogene per­ spektivische Ansicht gemäß Fig. 2 zeigt die Grundele­ mente der senkrechten XY-Bühne. Wie aus den Fig. 1 und 2 ersichtlich ist, ist auf einer Plattform 20 eine Plattform 5 für ein Plättchen 6 gelagert. Die Plattform 20 ist mit einem der Y-Achse zugeordneten Schlitten 22 über eine abgestützte Welle 23 verbunden, die horizontal angeordnet ist. Bei diesem Aufbau kann die Plattform 20 zwischen einer horizontalen Stellung (Auswechselstellung), die in Fig. 1 in ausgezogenen Linie dargestellt ist, und einer senkrechten Stellung (Belichtungsstellung), die in Fig. 1 in strichpunktierten Linien dargestellt ist, geschwenkt werden. Die Plattform 20 ist so ausgelegt, daß sie über einen Impulsmotor 29 verschwenkt werden kann.

Auch wenn die Plattform 20 so ausgelegt ist, daß sie in der horizontalen Richtung geöffnet/geschlossen werden kann, wird dergleiche beschriebene Effekt erzielt. Ein derartiger Aufbau ist in Fig. 3 dargestellt. Auch wenn die abgestützte Welle 23 parallel zur horizontalen Ach­ se eines L-förmigen Teils des der X-Achse zugeordneten Schlittens (Fig. 2) angeordnet ist, kann sie parallel zu der vertikale Achse des L-förmigen Teils angeordnet werden, wie in Fig. 3 gezeigt ist. In diesem Fall wird die abgestützte Welle als Öffnungs-/Schließ-Welle be­ zeichnen. Der Unter­ schied zwischen der abgestützten Stellung und der Öff­ nungs-/Schließ-Stellung der Welle liegt darin, daß bei der abgestützten Anordnung der Welle die Schwerkraft sich nachteilig auswirkt, wie nachfolgend unter Bezug auf Fig. 4 beschrieben wird.

Aus Fig. 4 gehen der Schwerpunkt 20a der Plattform 20 sowie eine Torsionsfeder 23a hervor, die auf der abge­ stützten Welle 23 angebracht ist. Wenn die Plattform 20 aufgerichtet wird und horizontal liegt, verändert sich die Lage des Schwerpunktes der Plattform 20. Infol­ ge hiervon unterscheidet sich das auf die abgestützte Welle aufgebrachte Kraftmoment um einen Betrag, der der oben erwähnten Änderung entspricht. Da die Größe des Kraftmomentes gleich dem Produkt des Gewichtes der Plättform 20 und der horizontalen Komponente der Ent­ fernung zwischen dem Schwerpunkt 20a und der abgestütz­ ten Welle 23 bei aufgerichteter Plattform 23 ist, ist das Kraftmoment meistens Null, d. h. es nimmt den minima­ len Wert ein. Im Gegensatz dazu ist das Kraftmoment ma­ ximal, wenn die Plattform 20 horizontal angeordnet ist.

Die Kraft, die zum Drehen der abgestützten Welle 23 er forderlich ist, d. h. die Leistung des Impulsmotors 29, muß gleich oder größer als das maximale Kraftmoment sein, das an der rückgelehnten Welle 23 angreift. Wenn jedoch gemäß Fig. 4 die Torsionsfeder 23a hinzugefügt wird, die in der abwärts geneigten Stellung der Plattform verformt wird, so kann der maximale Wert des Kraftmomentes, der auf der Schwerkraft basiert, entsprechend beträchtlicht vermindert werden. Hierdurch ist es möglich, die Abmes­ sung eines abgestützten Kraftsystems, das den Impulsmo­ tor 29 einschließt, zu verringern. Bei der Anordnung zum Öffnen/Schließen ist, da die Plattform 20 in der Rich­ tung rechtwinklig zur Schwerkraft gedreht worden ist, der beschriebene nachteilige Einfluß nicht gegeben.

Wie aus den Fig. 1 und 2 weiter hervorgeht, ist ein Im­ pulsmotor 29 an einer Winkelplatte 35 befestigt, wobei ein Luftzylinder 28 eine entsprechende Befestigungsein­ heit der senkrechten XY-Bühne bildet. Da der Impulsmotor 29 hinter der Plattform 20 verdeckt und somit praktisch nicht sichtbar ist, zeigt Fig. 1 den Impulsmotor 29 aus Gründen der Darstellung zusammen mit den Luftzylinder 28 von der Winkelplatte 35 entfernt angeordnet. Bei dieser Ausführungsform weist die Winkelplatte 35 eine L-Form auf und ist ähnlich wie der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 aufrecht angeordnet. Die Drehung des Im­ pulsmotors 29 wird über eine Antriebskupplung 26 und ei­ ne angetriebene Kupplung 27 auf eine Schnecke 24 über­ tragen. Die Drehung der Schnecke 24 wird wiederum auf ein Schneckenrad 25 übertragen, um eine Schwenkung der abgestützten Welle zu bewirken. Infolge hiervon wird die Plattform 20 zwischen der horizontalen Auswechselstel­ lung und der senkrechten Belichtungsstellung hin- und hergeschwenkt. Ein Positionierungsstift 61 mit einem kugelförmigen Ende dient dazu, die Standstellung der Plattform 20 zu fixieren. Eine in Fig. 5 gezeigte Ke­ gelbohrung 62, die in Fig. 1 nicht sichtbar ist, ist in der. Rückfläche des ortsfesten Anschlags 30 ausgebildet und nimmt den Positionierungsstift 61 paßmäßig auf. Ein Spannfutterring 30b, bestehend aus einem ringähnlichen Film oder einer Feinfolie, ist auf der Rückfläche des ortsfesten Anschlags 30 ausgebildet, um ihn mittels Unterdruck oder Vakuum an der Plattform festzuspannen. Die Fixierung der Standstellung der Plattform 20 durch Saugwirkung wird nachfolgend im Einzelnen unter Bezug auf die Fig. 5(a) und 5(b) beschrieben.

Fig. 5(a) zeigt den Zustand der Plattform 20 unmittel­ bar vor ihrer Fixierung durch Saugwirkung, wobei nur ein Teil in der Nähe des Positionierungsstiftes 61 im Schnitt dargestellt ist. Ein konvexer Teil 30a ist an der geschlossenen Umlaufbahn ausgebildet und umgibt die Kegelbohrung 62. Die sehr dünne filmartige Folie ist mit dem konvexen Teil 30a verbunden, erstreckt sich in Form eines Auslegers nach außen und bildet ein Spannfutterkissen 30b. Ein Auslaß 30c ist mit einem Schlauch 30d verbunden und ein Abstandssensor 30e dient zum Erfassen der Plattform 20 in ihrer Standstellung.

Wenn mit einem solchen Aufbau zur Ausübung einer Saug­ wirkung bei Ansprechen des Abstandssensors 30e eine Evakuierung durchgeführt wird, wird zunächst der Zwi­ schenraum zwischen dem Spannfutterkissen 30b und der Plattform 20 evakuiert, und Luft strömt dazwischen. Da der Druck in einer Richtung rechtwinklig zur Luftströ­ mung reduziert wird (Zerstäuberprinzip), wird das Spannfutterkissen 30b in Form der dünnen filmartigen Folie durch den Luftdruck von hinten druckmäßig beauf­ schlagt. Infolge hiervon wird, wie Fig. 5(b) zeigt, das Spannfutterkissen 30b automatisch an der Plattform 20 befestigt und dichtet den geschlossenen Raum innseitig des Spannfutterkissens 30b ab. Folglich wird der Posi­ tionierungsstift 61 fest durch den Luftdruck in die Ke­ gelbohrung 62 gedrückt und fixiert die Plattform 20 in ihrer Standstellung.

Das Verbinden und Trennen der Antriebskupplung 26 und der angetriebenen Kupplung 27 (Fig. 1) erfolgt durch Antrieb des Impulsmotors 29 in die Vorwärts- bzw. in Rückwärtsrichtung bei Antrieb des Luftzylinders 28. Die rückgelehnte Stellung der Plattform 20 wird daher auf vorbestimmte Positionen innerhalb der Bewegungshübe in der X- und in der Y-Achsrichtung begrenzt. Der der Y- Achse zugeordnete Schlitten 22 weist den ortsfesten An­ schlag 30 zum vakuummäßigen Einspannen der Plattform 22 auf, um diese in der Standposition zu halten. Ein elek­ tromagnetischer Anschlag 31 zum Halten der Plattform 20 in der horizontalen Stellung durch Saugwirkung ist ein­ stückig mit der Winkelplatte 35 ausgebildet. Der An­ schlag 31 ist in Fig. 2 nicht dargestellt.

Wie Fig. 2 zeigt, weist der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 eine L-Form auf. Tragarme 22 zur axialen Abstützung der beiden Enden der abgestützten Welle 23 sind einstückig mit der oberen Fläche eines horizonta­ len Teils 22a des Schlittens 22 ausgebildet, während der ortsfeste Anschlag 30, ein Druckluftkissen 53, das spä­ ter beschrieben wird, und ein der Y-Achse zugeordneter Magnet 54 an einem vertikalen Teil 22b des Schlittens 22 ausgebildet sind.

Ein der X-Achse zugeordneter Schlitten 32 weist eine L-Form auf. Ein horizontaler Teil 32A bzw. ein verti­ kaler Teil 32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 bilden den Hauptkörper des Schlittens bzw. eine Füh­ rung für den der Y-Achse zugeordneten Schlitten 22. So­ wohl die Plattform 20, als auch der der Y-Achse zuge­ ordnete Schlitten 22 sind in einem Raum angeordnet, der von dem Hauptkörper 32A und dem vertikalen Teil 32B definiert ist. Der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 ist durch ein Luftlager gelagert, das durch eine Viel­ zahl von der Y-Achse zugeordneten Durckluftziehkissen 33 auf beiden Seiten des vertikalen Teils 32B gebil­ det ist. Der Schlitten 22 weist eine der Y-Achse zuge­ ordnete Mutter 34 auf, die gewindemäßig mit einer der Y-Achse zugeordneten Leitspindel 16 in Eingriff bring­ bar ist bzw. steht. Wenn die der Y-Achse zugeordnete Leitspindel 16 durch einen der Y-Achse zugeordneten Mo­ tor 19 in Drehung versetzt wird, wird die Drehung der Leitspindel in eine lineare Bewegung der der Y-Achse zugeordneten Mutter 34 umgesetzt. Infolge hiervon wird der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 vertikal ent­ lang des vertikalen Teils 32B bewegt.

Eine der X-Achse zugeordnete Leitspindel 13 für die ho­ rizontale Hin- und Herbewegung des der X-Achse zugeord­ neten Schlittens 32 ist auf der Winkelplatte 35 ange­ ordnet, die die gesamte senkrecht XY-Bühne trägt. Eine der X-Achse zugeordnete, lufthydrostatische Mutter 36 steht gewindemäßig mit der der X-Achse zugeordneten Leitspindel 13 in Eingriff. Die Mutter 36 ist auf dem Hauptkörper 32A des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 befestigt. Wenn bei diesem Aufbau die der X-Achse zugeordnete Leitspindel 13 durch einen der X-Achse zuge­ ordneten Motor 18 in Drehung versetzt wird, wird die Drehung der Leitspindel 13 in eine lineare Bewegung der der X-Achse zugeordneten Mutter 36 umgesetzt, um den der X-Achse zugeordneten Schlitten 32 hin- und herzube­ wegen. Die der X-Achse zugeordnete Leitspindel 13 und die der Y-Achse zugeordnete Leitspindel 16 des der Y- Achse zugeordneten Schlittens 22 sind parallel zu dem Hauptkörper 32A und dem vertikalen Teil 32B des der X- Achse zugeordneten Schlittens 32 und in Nähe der Mit­ telpunkte zwischen der Plattform 20 und dem Hauptkör­ per 32A und dem vertikalen Teil 32B angeordnet, so daß die Axialkraftzentren der Leitspindeln 13 und 16, d. h. die Stellungen der Muttern 34 und 36 des Hauptkörpers 32A und des vertikalen Teils 32B in der Nähe der Schwerpunkte der X- und der Y-Ebenen der Schlitten 22 und 32 angeordnet sind. In ähnlicher Weise sind der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 und der der X-Achse zugeordnete Schlitten 32 durch ein Luftlager geführt, das von einer Vielzahl der X-Achse zugeordneter Druck­ luftziehkissen 38 auf beiden Seiten der der X-Achse zugeordneten Führung 37 ausgebildet ist, die einstückig mit der Winkelplatte 35 und dem Grundgestell 100 aus­ gebildet ist.

Ein der X-Achse zugeordneter Hilfsschlitten 39, der von einer der X-Achse zugeordneten Hilfsführung 40 geführt ist, ist an der Winkelplatte 35 mittels eines Luftlagers fixiert. Der der X-Achse zugeordnete Hilfsschlitten 39 ist mit der oberen Fläche des vertikalen Teils 32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 über eine Ver­ bindungsplatte 41 aus flexiblem Material verbunden. Ei­ ne Z-förmige Nut 42 ist in der oberen Fläche der Verbin­ dungsplatte 41 derart ausgebildet, daß die Vorschubkraft des der X-Achse zugeordneten Hilfsschlittens 39 entlang der horizontalen Ebene besser als die Kräfte übertragen wird, die bei der Verformung der Verbindungsplatte 41 freigesetzt werden.

Der Aufbau der Verbindungsplatte 41 wird nachfolgend im Einzelnen unter Bezug auf die Fig. 6(a) und 6(b) beschrieben.

Fig. 6(a) zeigt eine Ansicht der Verbindungsplatte 41 in der Vergrößerung. Zwei parallele Kerben 41a und eine geneigt verlaufende Kerbe 41b sind in der Ver­ bindungsplatte 41 eine Z-Form beschreibend ausgebildet, wobei die Kerben 41a bzw. die Kerbe 41b den unteren und oberen Balken bzw. den letztere verbindenden ge­ neigt verlaufenden Balken des Buchstabens Z bilden. Mit einer derartigen Form weist die Verbindungsplatte 41 eine beträchtlich hohe Festigkeit in einer Rich­ tung parallel zu der Planfläche auf, die erforderlich ist, um den vertikalen Teil 32B des der X-Achse zuge­ ordneten Schlittens 32 zu tragen, während sie eine ver­ hältnismäßig sehr geringe Festigkeit in einer Rich­ tung rechtwinklig zu der Planfläche besitzt, die nicht zum Abstützen des vertikalen Teils 32B erforderlich ist, weil die gekerbten Teile gebogen sind.

Aufgrund der aus Fig. 6(b) hervorgehenden Form muß die Genauigkeit des Zusammenbaus des vertikalen Teils 32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32, des Schlittens 32 selbst und des der X-Achse zugeordneten Hilfsschlittens 39 nicht so sehr vergrößert werden. Vielmehr wird bei der senkrechten XY-Bühne eine mecha­ nische Verformung, die durch das Aufbringen eines Ge­ wichts in Richtung der Y-Achse auf den der X-Achse zu­ geordneten Hilfsschlitten 39 verursacht wird, von der Verbindungsplatte 41 absorbiert, so daß eine derartige Verformung nicht auf den der X-Achse zugeordneten Schlitten 32 übertragen wird und eine hohe Genauigkeit nicht erforderlich ist.

Eine der Y-Achse zugeordneter Hilfsschlitten 43 mit C- förmiger Querschnittsform ist am Ende des horizontalen Teils 22a des der Y-Achse zugeordneten Schlittens 22 ausgebildet und dient zur Führung des Endes des hori­ zontalen Teils 22a entlang einer der Y-Achse zugeordne­ ten Führung 44, die auf dem Hauptkörper 32A des der X- Achse zugeordneten Schlittens 32 mittels eines Luftla­ gers festgelegt. Ein Magnet 43a ist auf dem der Y-Achse zugeordneten Hilfsschlittens 43 angeordnet. Der Aufbau dieser Luftlagerführung wird von der Kombination eines Magneten und von Luftauslässen ähnlich zu dem Aufbau anderer Luftlagerführungen gebildet. Der der X-Achse zugeordnete Hilfsschlitten 40 oder der der Y-Achse zu­ geordnete Hilfsschlitten 43 sind so ausgelegt daß nur das Ende des Hauptkörpers 32A des der X-Achse zugeord­ neten Schlittens 32 oder das Ende des horizontalen Teils 22a des Y-Achse zugeordneten Schlittens 22 in ei­ ner axialen Richtung (hier in Richtung der Z-Achse) im rechten Winkel zu den X- und Y-Ebenen abgestützt werden. Die zuvor beschriebene Z-förmige Nut 42 basiert auch auf einer solchen Gestaltung. Ein derartiger Aufbau wird aus folgenden Gründen verwendet. Wenn die Führun­ gen an den beiden Enden jedes Schlittens in der Längs­ richtung angeordnet sind, damit sie parallel zueinander verlaufen, ist es schwierig, die beiden Achsen so ein­ zurichten, daß sie zueinander parallel sind. Wenn sich außerdem die Entfernung zwischen den beiden Achsen auf­ grund thermischer Expansion verändert, werden die Füh­ rung und der Schlitten zwecks Fixierung miteinander er­ griffen. Ein Ende jedes Schlittens muß daher als ein freies Ende ausgebildet sein.

Ein Aufhängungshaken 45 ist an der Rückfläche des der Y-Achse zugeordneten Schlittens 22 mit Bolzen be­ befestigt. Außerdem ist ein metallisches Aufhängeform­ stück, das zwei Riemenscheiben 47a und 47b aufweist, an dem der X-Achse zugeordneten Hilfsschlitten 38 be­ festigt. Ein eine Konstantkraft ausübender Mechanismus 48 weist eine Spiralblattfeder 48a auf, die die glei­ che Funktion hat, wie der Kabelrückspulmechanismus ei­ nes Staubsaugers. Der eine Konstantkraft ausübende Me­ chanismus 48 kann eine Aufwickeltrommel 49 mit einem konstanten Drehmoment beaufschlagen, um das Gewicht des der Y-Achse zugeordneten Schlittens 22 auszubalancie­ ren. Ein Spanndraht 50 ist mit einem Ende an dem Auf­ hängehaken 45 und mit dem anderen Ende an der Aufwickel­ trommel 49 über die beiden Riemenscheiben 47a und 47b befestigt. Die Aufwickeltrommel 49 ist unterhalb des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 angeordnet, so daß der Schwerpunkt des Schlittens 32 auf der der X-Achse zugeordneten Mutter 36 angeordnet ist. Die Lage und Neigung jeder Riemenscheibe 47 ist so eingestellt, daß der Aufhängehaken 45 im Schwerpunkt des der Y-Achse zu­ geordneten Schlittens 22, d. h. auf der der Y-Achse zu­ geordneten Mutter 34 angeordnet ist.

Eine Anzahl der X-Achse zugeordneter Magnete 51, die gleich der aus Fig. 2 hervorgehenden Anzahl ist, ist auf der anderen Seite der der X-Achse zugeordneten Führung 37 angeordnet. Eine der Z-Achse zugeordnete Führungsplatte 52 aus magnetischem Material dient zum Tragen des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 in der Z-Richtung. Eine magnetische Anziehungskraft wirkt zwischen der der Z-Achse zugeordneten Führungsplatte 52 und den der X-Achse zugeordneten Magneten 51. Da diese Anziehungskraft durch das Luftlager der der X-Achse zu­ geordneten Druckluftziehkissen 38 ausbalanciert wird, ist der der X-Achse zugeordnete Schlitten 32 im kon­ taktlosen Zustand luftgeschmiert. Jedes Druckluftzieh­ kissen 53 dient zur Abstützung des der Y-Achse zugeord­ neten Schlittens 22 in der Z-Richtung. Der Y-Achse zu­ geordnete Z-förmige Führungsflächen 32c sind beidseitig der Rückfläche des vertikalen Teils 32B des der X-Ach­ se zugeordneten Schlittens 32 vorgesehen. Der Y-Achse zugeordnete Magneten 54 sind, was nicht zu sehen ist, in Einkerbungen, die in der Rückfläche des vertikalen Teils 32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 aus­ gebildet sind, befestigt/fixiert, wobei eine der Y-Achse zugeordnete Platte 32d aus magnetischem Material äqui­ valent zu einer der Z-Achse zugeordnete Führungsplatte des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 ist. Letzte­ rer ist aus dem gleichen Element aus magnetischem Material wie die der Z-Achse zugeordnete Führungsplat­ te 52 gebildet. Im Gegensatz dazu ist der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 aus einem Element unterschied­ lichen Materials zu dem der Z-Achse zugeordneten Füh­ rungsplatte 52 gebildet. In ähnlicher Weise wie der der X-Achse zugeordnete Schlitten 32 ist jedoch der der Y- Achse zugeordnete Schlitten 22 durch Ausbalancieren des Luftlagerdrucks und der Anziehungskraft der Magnete luftgeschmiert. Ein ausbalancierter luftgeschmierter Betrieb wird nachfolgend im Einzelnen unter Bezug auf die Y-Achse beschrieben.

Fig. 7 ist eine Schnittansicht, die den vertikalen Teil 32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 zeigt, wobei der vertikale Teil 32B zusammen mit dem der Y- Achse zugeordneten Schlitten 32 geschnitten und von oben gesehen ist. Der der Y-Achse zugeordnete Magnet 54 ist von einem Joch 54a zur effektiven Führung eines Magnetflusses zu der der Y-Achse zugeordneten Platte 32d aus magnetischem Material umfaßt. Der der Y-Achse zugeordnete Magnet 54 ist an dem der Y-Achse zugeord­ neten Schlitten 22 befestigt. Eine Luftzuführung 33a dient zur Zuführung von Luft unter Hochdruck in das La­ gerspiel, das von der der Y-Achse zugeordneten Z-Füh­ rungsfläche 32c und einer der Y-Achse zugeordneten X-Führungsfläche 32A bestimmt, ist.

Auch wenn bei einem solchen Aufbau Hochdruckluft zuge­ führt wird, wird der Druck in der Lagerluft (Führungs­ bahnenluft) vergrößert, da die der Y-Achse zugeordneten Druckluftziehkissen 33 so angeordnet sind, daß sie dem vertikalen Teil 32B entgegenwirken, wobei der rechte und der linke Lagerdruck sich gegenseitig ausgleichen und kein Problem entsteht. Da jedoch der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 und das von der der Y-Achse zugeordneten Z-Führungsfläche 32c bestimmte Lagerspiel in der gleichen Ebene angeordnet sind, wird, wenn der Lagerdruck vergrößert wird, das Lagerspiel bzw. die La­ gerluft auch vergrößert. Folglich wird kein Druck in dem Lagerspiel erzeugt und die Lagerluft kann nicht als Luftlager dienen. Bei dem aus Fig. 7 ersichtlichen Auf­ bau tritt jedoch das erwähnte Phänomen nicht auf, da die auf der magnetischen Kraft basierende Anziehungs­ kraft zwischen dem der Y-Achse zugeordneten Magneten 54 und der der Y-Achse zugeordneten Platte 32d aus mag­ netischem Material wirkt, um den Lagerdruck auszuglei­ chen, so daß die Lagerluft als Luftlager dienen kann.

Obgleich der der X-Achse zugeordnete Hilfsschlitten 40 und der der Y-Achse zugeordnete Hilfsschlitten 43 in der Z-Richtung durch Ausgleichen der Luftlagerdrucke und der von den Magneten in der oben beschriebenen Wei­ se erzeugten Anziehungskraft luftgeschmiert sind, er­ folgt keine nochmalige Beschreibung.

Die sanwichartigen luftgelagerten Führungen 33,38 sind in den Richtungen der XY-Ebene gebildet, wohingegen die druckmäßig ausgeglichene, luftgeschmierte luftgela­ gerte Führung in Z-Richtung durch Ausgleich der Magnet- und der Luftlagerkraft gebildet ist. Da bei der druck­ mäßig ausgeglichenen, luftgeschmierten Ausführungsform nur eine Führungsfläche pro Achse erforderlich ist, kann die Anzahl der erforderlichen Druckluftziehkissen entsprechend verringert werden. Das bedeutet, die druck­ mäßig ausgeglichene, luftgeschmierte Ausführungsform ist vorteilhafter als die sandwichartige, luftgeschmier­ te Führung, was die Verringerung der Abmessungen und des Gewichts eines Schlittens anbetrifft, auch wenn die Führungsgenauigkeit des druckmäßig ausgeglichenen, luft­ geschmierten Typs etwas geringer als die des sandwichar­ tigen Typs ist. Für die senkrechte XY-Bühne ist es von Wichtigkeit, die Ganghöhengenauigkeit und die Geschwin­ digkeit in der X- und in der Y-Richtung zu erhöhen. Aus diesem Grund wird die druckmäßig ausgeglichene, luftge­ schmierte Ausführungsform nur in der Z-Richtung verwen­ det, um das Gewicht der Plattform zu verringern, wodurch eine Steigerung der Geschwindigkeit und Reduzierung der erforderlichen Leistung mit bewirkt wird. Ferner werden Luftlager als Führungen sowohl für den der X-, als auch Y-Achse zugeordneten Schlitten 32 bzw. 22 verwendet. Wei­ terhin finden, wie bereits erwähnt, lufthydrostatische Leitspindeln für den Vorschub Verwendung. Mit diesem Aufbau ist die senkrechte XY-Bühne als vollkommen luft­ geschmierte Bühne gestaltet. Es ist bekannt, daß ein Luftlager für eine Führungsgenauigkeit sorgt, die min­ destens zehnmal größer als die Bearbeitungsgenauigkeit von Elementen ist, die der vereinigenden Wirkung eines luftgeschmierten Spielraums zu verdanken ist. Dies gilt in gleicher Weise für die Ganghöhengenauigkeit einer hy­ drostatischen Leitspindel.

Aus den Fig. 1 und 2 geht jeweils eine halbe Hubstellung des der X- und der Y-Achse zugeordneten Schlittens 32 bzw. 22 entsprechend der jeweiligen gestützten Stellung der Plattform 5 für die Plättchen 6 und der Plattform 20 hervor.

Der Betrieb der senkrechten XY-Bühne wird nachfolgend be­ schrieben.

Wenn, wie Fig. 2 zeigt, die Plattform 20 sich in der mit durchgezogenen Linie dargestellten horizontalen Lage be­ findet, können die Röntgenstrahlenmaske 3 und das Plätt­ chen miteinander unter Ausnutzung eines Raums über der Plattform 20 ausgewechselt werden. Wenn der Luftzylinder 28 in Vorwärtsrichtung angetrieben wird, um die Antriebs­ kupplung 26 mit der Folgekupplung 27 des der Y-Achse zu­ geordneten Schlittens 22 zu verbinden und den Impulsmo­ tor 29 nach Beendigung der Auswechslung in Drehung zu versetzen, wird die Drehung des Impulsmotors 29 auf die abgestützte Welle 23 über die Schnecke 24 und das Schneckenrad 25 übertragen. Infolge hiervon wird die Plattform 20 nach vorn in die aufgerichtete Stellung ge­ schwenkt, wie in Fig. 1 durch die sich abwechselnde lan­ ge und zwei kurze Strichlinien dargestellt ist. Wenn die Plattform 20 in die aufrechte Stellung gebracht ist, wird der an der Plattform 20 ausgebildete Positionierungs­ stift 61 mit seinem kugelförmigen Ende in die in dem ortsfesten Anschlag ausgebildete Kegelbohrung 62 (Fig. 6(a)) eingesetzt, wodurch die Plattform 20 positioniert wird. Darauf wird die Plattform 20 durch den an dem ortsfesten Anschlag 30 ausgebildeten Spannfutterring 30b vakuummäßig exakt in der Belichtungsstellung eingespannt. Wenn der Luftzylinder 28 nach diesem Vorgang zu einer Nachbehandlung veranlaßt wird, wird die Verbindung zwi­ schen der Antriebskupplung 26 und der angetriebenen Kupplung 27 gelöst. Wenn der der X-Achse zugeordnete Mo­ tor 18 angetrieben wird, wird der der X-Achse zugeordne­ te Schlitten 32 in Richtung der X-Achse entlang der der X-Achse zugeordneten Führung 37 bewegt. Wenn der der Y-Achse zugeordnete Antriebsmotor 19 angetrieben wird, wird der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 22 durch das vertikale Teil 32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 geführt, um in der Richtung der Y-Achse geführt zu werden. Als Folge wird die Plattform 20 in der X- und in der Y-Richtung bewegt. Es ist einsichtig, daß bei Auswechselung der Röntgenstrahlenmaske und des Plätchens im abgestützten Zustand der Plattform 20 nur eine solche Bewegungsgröße der senkrechten XY-Bühne er­ forderlich ist, daß sowohl der der X-, als auch der der Y-Achse zugeordnete Schlitten 32 bzw. 22 einen Hub auf­ weist, der der Belichtungsfläche entspricht.

Wenn die Plattform in die oben erwähnte abgestützte Lage zurückgeführt und ein zum Verbringen der Plattform 20 in ihre Standstellung entgegengesetzter Betriebsablauf voll­ zogen wird, nachdem eine SR-Belichtung durch Bewegen der der X- und der der Y-Achse zugeordneten Schlitten 32 bwz. 22 in die X- und die Y-Richtung beendet worden ist, wird die Plattform 20 abgesenkt, wie in Fig. 1 dargestellt ist. Wenn die Feder des abgestützten Anschlags 31 nach Absen­ ken der Plattform 20 angeregt wird, da ein nicht darge­ stelltes, auf der Plattform 20 gelagertes magnetisches Element angezogen wird, kann die horizontale Position der Plattform 20 ähnlich wie die Standposition exakt ein­ gestellt werden, womit die Betriebsabfolgen beendet wer­ den.

Der L-förmige, der X-Achse zugeordnete Schlitten 32 bildet das Hauptelement der senkrechten XY-Bühne, wobei der ge­ samte Aufbau, eingeschlossen die der X- und der Y-Achse zugeordneten Hilfsschlitten, eine einem Trapez ähnliche Form aufweist.

Die Gestaltung des Hauptelements ist nicht auf die L- Form begrenzt. Die einzige abgestützte Welle 23 ist au­ ßerdem in der obigen Ausführungsform horizontal angeord­ net, wodurch letztere jedoch nicht begrenzt wird. Wenn z. B. zwei vertikale Wellen synchron angetrieben werden, ist ein Aufbau mit einer Doppeltür zum Öffnen/Schließen möglich. Wenn die Wellen horizontal angeordnet sind, ist ein ähnlicher Aufbau möglich. Außerdem werden bei der senkrechten XY-Bühne Luftlager für die Führungen und Leitspindeln verwendet, um die erforderliche Endgenauig­ keit für das SR-Belichtungssystem zu gewährleisten. Wenn eine derart hohe Genauigkeit nicht erforderlich ist, kann die senkrechte XY-Bühne auch mit Wälzkugellagerführungen oder mit Kugelumlaufspindeln ausgerüstet werden. Im ex­ tremen Fall kann selbst ein Linearmotor anstelle einer lufthydrostatischen Leitspindel verwendet werden. Die XY- Bühne ist somit nicht auf den oben beschriebenen Aufbau beschränkt. Außerdem kann bei der beschriebenen Ausfüh­ rungsform der aufeinanderfolgende Wechsel der Röntgen­ strahlenmasken und der Plättchen ohne eine Erhöhung des Bewegungshubes der senkrechten XY-Bühne realisiert wer­ den. Es ist einsichtig, daß auch andere Elemente als Röntgenstrahlenmasken und Tabletten nacheinander ausge­ wechselt werden können. Wenn die Leitspindeln 13 und 16 der der X- und der Y-Achse zugeordneten Schlitten 32 und 22 in den Mittelstellungen zwischen der Plattform 20 und der der X- und der Y-Achse zugeordneten Führungen, d. h. dem vertikalen Teil 32B des der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 angeordnet sind, kann ein Antrieb der Schlitten 32 und 22 in der Nähe der Schwerpunkte in der X- und in der Y-Ebene realisiert werden. Ebenso sind die Positionen der Leitspindeln nicht auf die erwähnten be­ grenzt, sondern die Leitspindeln können irgendeine Posi­ tion einnehmen, so lange sie parallel zu den Führungen verlaufen. Auch wenn die abgestützte Stellung der Platt­ form 20 durch Verwendung des an einem Ende kugelförmi­ gen Positionsstiftes 61 und der Kegelbohrung 62 fixiert wird, sind verschiedene Kombinationen, wie z. B. ein ku­ gelförmiges Element und eine ebene Fläche, eine koni­ sche oder zylindrische Welle und eine Bohrung verwend­ bar. Es kann nur ein Positionierungsstift 61 oder eine Vielzahl von Positionierungsstiften verwendet werden. Die Plattform 20 kann auch mittels Saugwirkung oder Magnetkraft abnehmbar festgelegt werden. Ein solcher Betrieb kann auch mittels einer elektrostatischen Kraft durchgeführt werden.

Wenn die Plattform 20 in ihre abgesenkte Stellung be­ wegt werden soll, wird die Differenz des Schwerkraftmo­ mentes durch die Torsionsschraubenfeder 23a reduziert. Falls jedoch eine Feder bei dem Verschwenken der Platt­ form 20 flexible verformbar ist, ist eine Torsions­ schraubenfeder nicht erforderlich. Z. B. kann leicht ein Mechanismus realisiert werden, bei dem eine einfache Blattfeder oder eine Zug- oder Druckschraubenfeder zum Einsatz kommt.

Die Kerbe 41b der Verbindungsplatte 41, die eine umge­ kehrte U-Form aufweist, kann z. B. auch leicht V- oder U-förmig ausgebildet werden.

Verschiedene Änderungen und Modifikationen der senk­ rechten XY-Bühne sind denkbar, wobei die horizontalen und vertikalen Teile 32A und 32B des L-förmigen, der X-Achse zugeordneten Schlittens 32 entsprechend den Hauptkörper und die Führung für den der Y-Achse zugeord­ neten Schlitten 22 bilden, die Plattform 20 mit dem der Y-Achse zugeordneten Schlitten 22 über die abgestützte Welle verbunden oder die Welle zum Öffnen/Schließen in dem Raum angeordnet ist, der von den horizontalen und vertikalen Teilen umfaßt ist, ein Zuführen/Zurückneh­ men von Gegenständen zu bzw. aus der senkrechten XY- Bühne unter Ausnutzung der Drehung der Plattform 20 durchgeführt wird.

Claims (8)

1. Senkrechte XY-Bühne mit einem Grundgestell (100), einem einer X-Achse zugeordneten, auf dem Grundgestell (100) beweglich gelagerten Schlitten (32), der eine L-Form mit einem horizontal angeordneten Teil (32A), der den Haupt­ körper des der X-Achse zugeordneten Schlittens (32) bildet, und mit einem vertikalen Teil (32B) aufweist, einem auf dem der X-Achse zugeordneten Schlitten (32) beweglich gelagerten, einer Y-Achse zugeordneten Schlit­ ten (22), der eine L-Form mit einem horizontal angeord­ neten Teil (22a), der den Hauptkörper des der Y-Achse zugeordneten Schlittens (22) bildet, und mit einem ver­ tikal angeordneten Teil (22b) aufweist, der eine Füh­ rung besitzt, auf der der der Y-Achse zugeordnete Schlit­ ten (22) in vertikaler Richtung bewegbar ist, wobei der vertikal angeordnete Teil (32B) des der X-Achse zuge­ ordneten Schlittens (32) als eine Führung für den der Y-Achse zugeordneten Schlitten (22) betätigbar ist, und mit einer Plattform (20), auf der ein Werkstück ange­ ordnet ist, dadurch gekennzeichnet, daß

• - die Plattform (20) in ihrer Grundstellung in einer Ebene angeordnet ist, die von dem Hauptkörper (22a) und dem vertikalen Teil (22b) des der Y-Achse zuge­ ordneten Schlittens (22) aufgespannt ist,
• - die Plattform (20) durch eine auf dem der Y-Achse zu­ ordneten Schlitten (22) gelagerte Welle (23) aus ih­ rer Grundstellung verschwenkbar ist,
• - ein mit dem Grundgestell (100) einstückig ausgebilde­ tes, aufrecht stehendes Befestigungselement (35) vor­ gesehen ist, mit einem auf letzterem angeordneten, der X-Achse zugeordneten Hilfsschlitten (39), wobei eine zwischen letzterem und dem der Y-Achse zugeordneten Schlitten (22) angeordnete Verbindungsplatte (41) flexibel ausgebildet ist.

2. Senkrechte XY-Bühne gemäß Anspruch 1, dadurch gekennzeich­ net, daß die Welle (23) zum Verschwenken der Plattform (20) auf dem vertikal angeordneten Teil (22b) des der Y-Achse zugeordneten Schlittens (22) parallel zur Y- Achse gelagert und die Plattform (20) aus ihrer Grund­ stellung in eine durch die Y-Achse begrenzte Ebene ver­ schwenkbar ist.

3. Senkrechte XY-Bühne nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Welle (23) zum Verschwenken der Plattform (20) auf dem horizontal angeordneten Teil (22a) des der Y-Achse zugeordneten Schlittens (22) pa­ rallel zur X-Achse gelagert und die Plattform (20) aus ihrer Grundstellung in eine horizontale Stellung ver­ schwenkbar ist.

4. Senkrecht XY-Bühne nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Kupplungseinrichtung (26, 27) zum Kuppeln der Plattform (20) mit einer Antriebsquelle (29) zum Verschwenken der Plattform (20), wenn die der X- und der Y-Achse zugeordneten Schlitten (32, 22) in jeweils eine vorbestimmte Position bewegt sind.

5. Senkrechte XY-Bühne nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß mindestens eine Riemenscheibe (47a, 47b) oberhalb des den der X-Achse zugeordneten Schlitten (32) tragenden Grundgestells (100) angeordnet und be­ festigt ist, daß eine Aufwickeltrommel (49) mit einer Spiralfeder (48a) unterhalb des der X-Achse zugeordneten Schlittens (32) angeordnet ist, und daß der der Y-Achse zugeordnete Schlitten (22) und die Aufwickeltrommel (49) durch einen Spanndraht (50), der über die mindestens ei­ ne Riemenscheibe (47a, 47b) läuft, so gekuppelt sind, daß ein auf den der Y-Achse zugeordneten Schlitten (22) auf­ gebrachtes Gewicht und ein auf die Aufwickeltrommel (49) aufgebrachtes Drehmoment durch die Spiralfeder (48a) ausgeglichen sind.

6. Senkrechte XY-Bühne nach einem der Ansprüche 1 bis 5, ge­ kennzeichnet durch eine in der Verbindungsplatte (41) ausgebildete Z-förmige Nut (42, 41a, 41b).

7. Senkrechte XY-Bühne nach Anspruch 3, dadurch gekennzeich­ net, daß der Welle (23) eine Feder (23a) zugeordnet ist, durch die die Wirkung der Schwerkraft auf die Welle (23) verringerbar ist, wenn sich die Plattform (20) in ihrer Grundstellung befindet.

8. Senkrechte XY-Bühne nach einem der Ansprüche 1 bis 7, da­ durch gekennzeichnet, daß die der X- und der Y-Achse zugeordneten Schlitten (32, 22) durch luftgelagerte Füh­ rungen (33, 38) geführt sind.