DE19938893B4

DE19938893B4 - Schwingungsfreie Vorrichtung zur Halbleiterbelichtung

Info

Publication number: DE19938893B4
Application number: DE19938893A
Authority: DE
Inventors: Thomas Schätz
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Polaris Innovations Ltd
Priority date: 1999-08-17
Filing date: 1999-08-17
Publication date: 2005-06-09
Anticipated expiration: 2019-08-18
Also published as: DE19938893A1

Abstract

Vorrichtung zum Belichten von Halbleitersubstraten mit einer Belichtungseinheit, die relativ zu einer Substrathalterung in zwei Dimensionen beweglich ist, und mit einem Gegengewicht, dessen Bewegung an eine Bewegung der Belichtungseinheit gekoppelt und gegenläufig zu dieser ist, wobei die Belichtungseinheit und das Gegengewicht so angeordnet sind, dass bei einer Bewegung von Belichtungseinheit und Gegengewicht ein Drehmoment entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere bewegliche Einheit vorgesehen ist, die einen rotierbaren Körper aufweist, der zwischen der Belichtungseinheit und dem Gegengewicht angeordnet und dessen Bewegung derart mit der Bewegung der Belichtungseinheit und des Gegengewichts gekoppelt ist, daß das durch die Belichtungseinheit und das Gegengewicht erzeugte Drehmoment kompensiert wird, wobei die Achse des rotierbaren Körpers durch den gemeinsamen Schwerpunkt der Belichtungseinheit und des Gegengewichts läuft.

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belichten von Halbleitersubstraten mit einer Belichtungseinheit, die relativ zu einer Substrathalterung in zwei Dimensionen beweglich ist, und mit einem Gegengewicht, dessen Bewegung an eine Bewegung der Belichtungseinheit gekoppelt und gegenläufig zu dieser ist. Derartige Vorrichtungen werden als Stepper zur Maskenbelichtung in der Halbleiterfertigung eingesetzt. Mit Hilfe eines Steppers wird ein auf einem Reticle befindliches Muster nacheinander auf viele benachbarte Bereiche eines oder mehrerer Halbleitersubstrate abgebildet. Das Substrat wird meist in einer ruhenden Substrathalterung gelagert, während die Belichtungseinheit über dem Substrat schrittweise verfahren wird. Der umgekehrte Fall einer ruhenden Belichtungseinheit und einer beweglichen Substrathalterung ist ebenso denkbar. Je nach Größe des Substrats und des abzubildenden Musters wird die Belichtung des Musters auf das Substrat bis zu einigen hundertmal wiederholt. Im Zuge der Massenproduktion vieler Substrate wird die Verweildauer eines Substrats im Stepper dadurch verringert, daß die Belichtungseinheit stets so schnell wie möglich über die zu belichtende Position auf dem Substrat gefahren wird. Anschließend wird das Muster ohne Verzögerung auf das Substrat belichtet.
Bei der Bewegung des Steppers treten erhebliche Beschleunigungskräfte auf, die auch nach Abschluß der Verfahrbewegung zu Schwingungen des Steppers führen. Bei der unmittelbar anschließenden Belichtung führen diese zu optischen Abbildungsfehlern, die die Qualität der einbelichteten Strukturen mindern. Angesichts der fortschreitenden Miniaturisierung werden an die Genauigkeit der optischen Abbildungen zunehmend höhere Anforderungen gestellt. Gegenwärtig darf beispielsweise die als Uniformity bezeichnete Ebenheit von Halbleiterschichten ca. 10 nm nicht übersteigen.
Es sind Stepper bekannt, die die Schwingungen beim Verfahren der Belichtungseinheit dadurch ausgleichen, daß ein Gegengewicht unterhalb der Belichtungseinheit angeordnet und derart mit ihr gekoppelt ist, daß sie sich bei einer horizontalen Bewegung der Belichtungseinheit entgegengesetzt zu dieser bewegt. Da das Gegengewicht die gleiche Masse wie die Belichtungseinheit hat, werden Stöße beim Beschleunigen und Bremsen der Belichtungseinrichtung unterdrückt. Die gegensinnige Bewegung von Belichtungseinheit und Gegengewicht erzeugt jedoch ein Drehmoment, das immer noch ausreicht, um die Belichtungseinheit und die Substrathalterung relativ zueinander in Schwingung zu versetzen.

Auf der Druckschrift US 4,781,067 ist eine Abtastvorrichtung bekannt, bei der entsprechend eines Abtastmusters linear auf einer Halterung bewegt wird. Die Abtastvorrichtung ist auf einer ersten Halterung und ein Gegengewicht auf einer zweiten Halterung befestigt. Die gesamte Masse der ersten Halterung und der Abtastvorrichtung entspricht der Masse der zweiten Halterung mit dem Gegengewicht. Beim Bewegen der Abtastvorrichtung werden die beiden Halterungen in einer Bewegungsebene entgegengesetzt bewegt, so dass die Beschleunigungen der Halterungen gleich, aber entgegengesetzt gerichtet sind, wobei kein Drehmoment auftritt.

Die Druckschrift US 4,760,750 betrifft ein Vibrationsdämpfungsapparat für eine sich hin und her bewegende Vorrichtung, bei der die Vorrichtung entgegengesetzt zu einer Vibrationsdämpfungseinrichtung bewegt wird. Vorrichtung und Vibrationsdämpfungseinrichtung werden dabei in unterschiedlichen Ebenen bewegt, so dass ein Drehmoment bei ihrer Bewegung entsteht. Es ist nicht vorgesehen, dieses entstehende Drehmoment zu kompensieren.

Auch bei der Druckschrift JP 56-152237 A werden unerwünschte Vibrationen einer sich hin und her bewegenden Einrichtung ei nes Schlittens, mit dem ein Bildmuster abgetastet werden soll, vermieden, indem gleichermaßen ein bewegliches Element in die entgegengesetzte Richtung bewegt wird.

Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Belichtung von Halbleitersubstraten bereitzustellen, bei der auch bei einer höhenversetzten Anordnung von Belichtungseinheit und Gegengewicht keine Schwingungen entstehen.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Ansprüche 1 und 3 gelöst. Weiter vorteilhafte Ausführungsformen sind in den abhängigen Ansprüchen angegeben.

Die der Erfindung zugrundeliegende Aufgabe wird dadurch gelöst, dass eine weitere bewegliche Einheit vorgesehen ist, deren Bewegung derart mit der Bewegung der Belichtungseinheit und/oder des Gegengewichts gekoppelt ist und die derart geformt und angeordnet ist, dass bei der gekoppelten Bewegung der Belichtungseinheit, das Gegengewicht und der beweglichen Einheit insgesamt kein Drehmoment erzeugt wird. Die bewegliche Einheit im Sinne dieser Lösung ist eine Masse oder eine Anordnung mehrerer Massen, die sich in anderer Weise als die Belichtungseinheit und als das Gegengewicht bewegt. Nichtsdestotrotz sind die Bewegungen dieser Körper miteinander gekoppelt, so dass die Hinzufügung der beweglichen Einheit keinen weiteren Freiheitsgrad schafft.

Eine erste Lösung sieht vor, daß die bewegliche Einheit einen rotierbaren Körper aufweist, der zwischen der Belichtungseinheit und dem Gegengewicht angeordnet ist und ein durch die Belichtungseinheit und das Gegengewicht erzeugtes Drehmoment kompensiert. Die Drehgeschwindigkeit des rotierbaren Körpers wird auf mechanische oder sonstige Weise so gesteuert, daß das durch die Belichtungseinheit und das dazu höhenversetzt angeordnete Gegengewicht erzeugte Drehmoment zu jedem Zeitpunkt und in jeder Lage der Belichtungseinheit kompensiert wird.

Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß der rotierbare Körper zwei Schwungscheiben aufweist. Die Schwungscheiben können seitlich weit von dem Stepperkomponenten entfernt angeordnet werden, zu dem ermöglicht eine schmale Mittelachse zwischen den Schwungscheiben die Anordnung des Gegengewichts möglichst dicht unterhalb der Belichtungseinheit. Dadurch wird das zu kompensierende Drehmoment kleiner.

Eine zweite Lösung sieht vor, daß die bewegliche Einheit zwei Masseblöcke aufweist, die derart angeordnet und gekoppelt sind, daß sie ein durch die Belichtungseinheit und das Gegengewicht erzeugtes Drehmoment kompensieren. Durch die Hinzunahme zweier weiterer Masseblöcke zusätzlich zu dem Gegengewicht kann die Relativbewegung von Belichtungseinheit und Gegengewicht durch eine gleichzeitige Relativbewegung der zwei zusätzlichen Masseblöcke zueinander kompensiert werden. Dabei bilden die Belichtungseinheit und das Gegengewicht ein erstes Paar von Masseteilen und die beiden Masseblöcke der beweglichen Einheit ein zweites Paar von Masseteilen. Die Bewegung der Paare erfordert gleich große, aber zueinander entgegengesetzte Drehmomente. Die Masseblöcke der beweglichen Einheit sind dabei vertikal gegenläufig zueinander beweglich.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der 1 bis 4 beschrieben.
1 zeigt schematisch die beweglichen Teile eines herkömmlichen Steppers, nämlich die Bühne B mit der Belichtungs einheit und das entgegengesetzt zur Bühne verfahrbare Gegengewicht G. Letzteres ist tiefer als die Bühne angeordnet, bei Bewegung in Fallrichtung muß das angedeutete Drehmoment aufgewandt werden.
2 zeigt schematisch die auf gleicher Höhe wie die Belichtungseinheit und beidseitig neben dieser angeordnete Gegengewichte G1, G2. Die schematisch angedeuteten Gegengewichte und die Belichtungseinheit sind so in der Höhe angeordnet, daß ihre Schwerpunkte auf gleicher Höhe liegen.
Die 3 und 4 zeigen Ausführungsformen einer erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung. Gemäß 3 ist zur Drehmoment-Kompensation eine Achse R mit zwei Schwungrädern vorgesehen, die durch den gemeinsamen Schwerpunkt der Stage, d. h. der Belichtungsbühne und des Gegengewichts läuft. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil eines besseren seitlichen Zugriffs, da die Schwungräder lediglich rotieren, jedoch nicht translatorisch bewegt werden. Eine zweite Ausführungsform gemäß 4 sieht zur Drehmoment-Kompensation zwei weitere, in Bewegungsrichtung der Belichtungseinheit voneinander beabstandete und horizontal gegenläufig verfahrbare Zusatzgewichte Z1, Z2 vor. Je größer ihre Masse, desto weiter voneinander entfernt können sie angeordnet werden und damit ausreichend Spielraum für die Bewegung der Belichtungsbühne und des Gegengewichts bieten.
Für die zweidimensionale Bewegung der Belichtungseinheit können verschiedene erfindungsgemäße Ausführungen miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, für die Bewegung der Belichtungseinheit in X-Richtung die Ausführung gemäß 4 und für die Bewegung in Y-Richtung die Ausführungsform gemäß 3 zu wählen. Dabei sind dann in X-Richtung zwei voneinander beabstandete erste Masseblöcke einer ersten beweglichen Einheit vorgesehen, die beispielsweise vertikal beweglich sind. Zur Kompensation der Bewegung der Belichtungseinheit in Y-Richtung ist dann als zweite be wegliche Einheit eine entlang der X-Richtung verlaufende rotierbare Achse mit ebenfalls in X-Richtung voneinander beabstandeten Schwungscheiben vorgesehen. Diese Kombination bietet den Vorteil eines leichten Zugriffs auf die Substrathalterung in Y-Richtung.
Wird der Mechanismus nach 2 bzw. nach Anspruch 1 zur Kompensation der Bewegung in X-Richtung verwandt, können zusätzlich ein Gegengewicht sowie weitere bewegliche Einheiten gemäß Anspruch 2, 3 oder 4 zur Kompensation der Y-Bewegung der Belichtungseinheit und der in X-Richtung verfahrbaren Masseblöcke vorgesehen sein. Ebenso können zwei dazu gegenläufig in Y-Richtung bewegliche Masseblöcke vorgesehen sein, die über und unter der Ebene der Belichtungseinheit und der Gegengewichte und zueinander in X-Richtung versetzt angeordnet sind. Diese weiteren Blöcke sind in Y-Richtung beweglich und gleichen einer entsprechenden Bewegung des Systems aus Belichtungseinheit und Gegengewichten aus. Weitere Kombinationen der oben beschriebenen Ausführungsformen ergeben sich bei Anwendung der Kenntnisse und Fähigkeiten des Fachmanns.

Claims

Vorrichtung zum Belichten von Halbleitersubstraten mit einer Belichtungseinheit, die relativ zu einer Substrathalterung in zwei Dimensionen beweglich ist, und mit einem Gegengewicht, dessen Bewegung an eine Bewegung der Belichtungseinheit gekoppelt und gegenläufig zu dieser ist, wobei die Belichtungseinheit und das Gegengewicht so angeordnet sind, dass bei einer Bewegung von Belichtungseinheit und Gegengewicht ein Drehmoment entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere bewegliche Einheit vorgesehen ist, die einen rotierbaren Körper aufweist, der zwischen der Belichtungseinheit und dem Gegengewicht angeordnet und dessen Bewegung derart mit der Bewegung der Belichtungseinheit und des Gegengewichts gekoppelt ist, daß das durch die Belichtungseinheit und das Gegengewicht erzeugte Drehmoment kompensiert wird, wobei die Achse des rotierbaren Körpers durch den gemeinsamen Schwerpunkt der Belichtungseinheit und des Gegengewichts läuft.
Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der rotierbare Körper zwei Schwungräder aufweist
Vorrichtung zum Belichten von Halbleitersubstraten mit einer Belichtungseinheit, die relativ zu einer Substrathalterung in zwei Dimensionen beweglich ist, und mit einem Gegengewicht, dessen Bewegung an eine Bewegung der Belichtungseinheit gekoppelt und gegenläufig zu dieser ist, wobei die Belichtungseinheit und das Gegengewicht so angeordnet sind, dass bei einer Bewegung von Belichtungseinheit und Gegengewicht ein Drehmoment entsteht, dadurch gekennzeichnet, dass eine weitere bewegliche Einheit vorgesehen ist, die zwei Masseblöcke aufweist, die derart angeordnet und gegenläufig zueinander bewegbar sind, dass sie das durch die Belichtungs einheit und das Gegengewicht erzeugte Drehmoment mit einem Gegendrehmoment kompensieren.
Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Scanner ist.