DE2854856A1

DE2854856A1 - Hochleistungspraezisionsjustiergeraet

Info

Publication number: DE2854856A1
Application number: DE19782854856
Authority: DE
Inventors: Hiroshi Sato; Hironori Yamamoto
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1978-12-19
Publication date: 1979-06-28
Also published as: JPS5485678A; DE2854856C2; JPS6130419B2; US4234175A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Hochleistungspräzisionsjustiergerät und betrifft insbesondere ein Hochleistungspräzisions justiergerät mit einem mittels einem Luftlager schwimmend gelagerten, parallel zu einer. Führung bewegbaren Justierschlitten, gemäß dem Oberbegriff eines der Ansprüche 1-3.

Das Hochleistungspräzisionsjustiergerät gemäß der Erfindung kann in Verbindung mit Geräten auf vielen Gebieten, bei denen es auf eine äußerst genaue Justierung in einer X- und einer Y-Richtung ankommt, verwendet werden; die folgende Beschreibung soll jedoch am Beispiel der Justierung einer Maskenausrichteinrichtung oder einem Fotokopierer oder ähnlichem in X-Y-Rich-

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tung zur Herstellung von Halbleitern, bei der eine besonders große Präzision erforderlich ist, erfolgen.

In den letzten Jahren hat ein beachtlicher Fortschritt in Richrung der Verkleinerung und der hohen Integration der Muster von Halbleiterbausteinen, wie z.B. IC, LSI oder ähnlichem, stattgefunden, wobei die Leitungs- bzw. Linienbreite der Muster 1 bis 2 um erreichten. Zur weiteren Verkleinerung und Steigerung der Integration der Muster und um eine Kopierleistung zu erreichen, die das Kopieren von Mustern von 1 bis 2 pm ermöglicht, ist es erforderlich, ungefähr 10 Fotomaskenmuster während mehreren Verfahrenschritten genau zu justieren und die auf die Halbleiterscheiben mittels der Fotomaske im vorangegangenen Verfahrensschritt kopierten Muster und das Muster der darauffolgenden Fotomaske genau anzuordnen.

Im allgemeinen ist für die Anordnung dieser Muster eine Genauigkeit von ungefähr 1/10 der Linienbreite, d.h. bei einer Linienbreite von 1 bis 2 ptl, eine Genauigkeit von 0,1 bis 0,2 pm ,erforderlich. Ein Justiergerät zur Ausrichtung eines Gegenstandes in X-Y-Richtung, der diese Forderung erfüllt, muß folgende Bedingungen erfüllen:

1. Es muß zur Lagebestimmung mit der geforderten Genauigkeit in der Lage sein; _i.

2. das Justiergerät muß in X- und Y-Richtung so geführt werden, daß es auf einen geringen Antrieb gleichmäßig anspricht;und

3. es muß einen Antrieb aufweisen, mit dem kleinste Bewegungseinheiten durchgeführt werden können.

Bekannte Geräte erfüllen die Bedingung 1 mittels einem Laser-Interferometer und Bedingung 2 mit einem Luftführungslager oder ähnlichem.

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Mit der vorliegenden Erfindung soll ein Gerät geschaffen werden, mit dem die Bedingung 3 erfüllt wird. Hierzu sind zwar verschiedene Antriebe zur Hochleistungsjustierung in X- und Y-Richtung bekannt, die z.B. einen Motor mit einer Antriebsspindel oder einen Antrieb mittels Piezokristallen verwenden:

Bei einem Antrieb mittels Motor und Antriebsspindel ist jedoch zur Erzielung derartig hoher Genauigkeiten ein sehr hohes Maß an mechanischer Genauigkeit erforderlich, andererseits erfordert ein Antrieb mittels einem Piezokristall für einen Bereich in der Größenordnung von 1 bis 2 um eine Spannung von einigen tausend Volt, die an einen Piezokristall relativ grosser Länge, d.h. etwa 30 mm, angelegt werden müssen.

Bei den gewöhnlichen Verfahren zur Einstellung des Justiergerätes in X- bzw. Y-Richtung ist es üblich, das Gerät in X-Richtung zur Bestimmung der Position in X-Richtung und das Gerät in Y-Richtung zur Bestimmung der Position in Y-Richtung zu verschieben, wobei die Führungen in X- bzw. in Y-Richtung des Justiergerätes als die festen Bezugspositionen dienen.

Demgegenüber ist es Aufgabe der Erfindung, ein Hochleistungspräzisions justiergerät der eingangs genannten Art zu schaffen, mit dem eine Justierung in der Größenordnung von Micrometern über einen großen Bereich in zwei senkrecht zueinander in einer Ebene liegenden Richtungen möglich ist.

Diese Aufgabe wird durch die Merkmale eines jeden der Ansprüche 1 bis 3 gelöst, wobei ein Justierschlitten relativ zu einer Führung mittels eines Gaslagers schwimmend gelagert ist, und durch Ausgleich des dem Gaslager zugeführten Gasdrucks der Justierschlitten längs einer Gegenrichtung einstellbar ist, indem das Spiel zwischen der Führung und dem Justierschlitten verändert wird, wobei der schwimmend gelagerte Justierschlitten selbst auf einer schwimmend gelagerten Führung bzw. einem Ju-

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Stierschlitten angeordnet ist und die beiden Justierschlitten in X- bzw. Y-Richtung mittels Luftlagern verschiebbar sind.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung ist in der Zeichnung dargestellt und wird im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine Ansicht des mittels Gaslagern arbeitenden Justiergeräts;
Fig. 2 eine Seitenansicht des Geräts von Fig. 1.

Fig. 1 zeigt eine Kopiereinrichtung zur Herstellung von Halbleiterschaltelementen mit dem Hochleistungspräzisionsjustiergerät. Eine Maske 1 ist auf einem nicht gezeigten Maskenträger angeordnet und funktionsmäßig einem optischen Projektionssystem 2 zur Ausbildung des Maskenbildes auf einer Scheibe 3 zugeordnet. Die Maske 1 und das Projektionssystem 2 sind stationär angeordnet. Die Scheibe 3 ist beweglich mittels eines Hochleistungspräzisions Justiergerätes zur Ausrichtung in X- bzw. Y-Richtung angeordnet, wodurch das Bild der Maske 1 und die Scheibe 3 in die gewünschte lagemäßige Beziehung zueinander gebracht werden können. Eine Führung 5 des Hochleistungspräzisions Justiergerätes 4 zur Ausrichtung in Y-Richtung ist stationär angeordnet. Ein Führungsschlitten 6 ist mittels Lagern schwimmend zur Bewegung längs der Führung 5 senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 1 oder nach links und rechts in Fig. 2 (im folgenden als Y-Richtung bezeichnet) gelagert. Die Lager sind als Gaslager 7a,7b,7c und 7d ausgebildet, die mittels Düsen ein Gas unter hohem Druck, z.B. Luft zwischen die Führung 5 und den Justierschlitten 6 bringen.

Der erste Justierschlitten 6 ist mittels dieser Gaslager in Bezug auf die Führung 5 in Y-Richtung mittels der Hochdruckluft aus den Düsen schwimmend gelagert. Ein Antrieb 8 zur Grobeinstellung des ersten Justierschlittens 6 in Y-Richtung

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ist in Fig. 2 gezeigt. Der Antrieb 8 umfaßt einen L-förmigen Arm 9, der an der Y-Führung 5 befestigt ist, einen Motor 10, eine mit der Welle des Motors 10 verbundene Schraubenspindel 11, die in Y-Richtung bewegbar ist, und eine Rückholfeder Wenn der Motor zur Bewegung der Spindel 11 nach rechts gedreht wird, wird der erste Justierschlitten 6 längs der Y-Führung nach rechts bewegt, und wenn die Schraubenspindel 11 in die entgegengesetzte Richtung gedreht wird, wird der Justierschlitten 6 mittels der Rückholfeder 12 nach links bewegt.

Eine Führung 13 zur Führung in X-Richtung ist an dem ersten Justierschlitten 6 befestigt (siehe Fig. 1). Auf dieser Führung 13 ist ein zweiter Justierschlitten 14 angeordnet, der eine Halterung zur Anordnung der Scheibe 3 aufweist und zur Bewegung in X-Richtung relativ zu der X-Führung mittels einem Luftalger schwimmend gelagert ist. Das Luftlager 15a,15b,15c und 15d umfaßt die in Fig. 2 gezeigten Luftdüsen. Ein Antrieb 16 zur Grobeinstellung in X-Richtung umfaßt einen L-förmigen Arm 17, einen Motor 18, eine Schraubenspindel 19 und eine Rückholfeder 20, entsprechend dem Antrieb 8 in Y-Richtung.

Weiter ist ein Interferometer 21 zur Abtastung des Bewegungsbetrages des zweiten Justierschlittens 14 in X-Richtung relativ zur optischen Achse des Projektionsobjektivs 2 vorgesehen. Das Interferometer arbeitet mit einer Laser-Licht-

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quelle 22, einem Durchgangsspiegel'23, und Spiegeln 24,25,26. Weiter ist ein Lichtfühler 27 vorgesehen. Ein ähnliches Interferometer ist senkrecht zu dem,Interferometer 21 zur Abtastung des Bewegungsbetrages des zweiten Justierschlittens in Y-Richtung vorgesehen.

Das beschriebene Gerät arbeitet wie folgt.

Wenn ein gleichmäßiger Gasdruck bzw. Luftdruck dem Luftlager bzw. den Düsen 7a und 7b zugeführt wird, und man annimmt, daß

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die Scheibe um einige Micron in X-Richtung von der gewünschten Position abweicht, wird der, der linken und rechten Düse 7a und 7b zugeführte Luftdruck mittels eines Ventils eingestellt. Beide Luftdrücke können geändert werden, wobei in der vorliegenden Beschreibung aus Gründen der Einfachheit von dem Fall ausgegangen wird, bei dem nur ein Luftdruck geändert wird, Wenn die Scheibe 3 zuerst einige Micron nach rechts bewegt wird, und wenn dann der Luftdruck der Düse 7b konstant eingestellt wird, kann der Luftdruck der Düse 7a durch Schließen des Ventils graduell verändert werden, wodurch sich der Justierschlitten 6 nach rechts bewegt und das Spiel άX zwischen der Führung 5 und dem Justierschlitten 6 verändert wird. Dieses A.X entspricht dem Bewegungsbetrag, wobei dieser Betrag mittels des Interferometers 21 erfaßt wird. Wenn sich der erste Justierschlitten 6 um einige Micron bewegt hat und dies mittels des Interferometers erfaßt wurde, wird das Schließen des Ventils unterbrochen, wodurch die Scheibe in der vorbestimmten Lage angeordnet ist.

Im folgenden soll die Lage der Scheibe von der vorbestimmten Lage um einen großen Betrag, z.B. einige Zentimeter, in X- und Y-Richtung abweichen. Nun wird zuerst der Antriebsmotor 18 angetrieben, wodurch die Schraubenspindel 19 die Führung 14 in X-Richtung bewegt. Der Antriebsmotor 18 wird mittels des Ausgangssignals des Laser-Interferometers 21 angehalten, wenn eine Lagegenauigkeit von 1 trait erreicht ist.

Darauf wird der Druck im Gaslager bzw. den Düsen 7a und 7b an der Y-Führung 6, die zur Führung nach links und rechts dient, mittels des Ausgangssignals des Laser-Interferometers gesteuert, wodurch das Spiel AX verändert wird, und die Y-Führung 6 in X-Richtung bewegt wird, wodurch die Lage der Scheibe 3 mit einer äußerst hohen Genauigkeit von weniger als 0,1 um verändert wird.

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Zur Einstellung in Y-Richtung wird die Y-Führung 6 mittels des Antriebsmotors 10 mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von 1 um angeordnet, woraufhin der Gasdruck des Gaslagers bzw. der Düsen 15a und 15b, die links und rechts der X-Führung 14 angeordnet sind, so gesteuert, daß die Y-Richtung mit äußerst hoher Präzision eingestellt wird. Die Berührungsabschnitte zwischen der Spindel 19 und der X-Führung 14 und der Spindel 11 und der Y-Führung 6 weisen eine ausreichend geringe Reibung auf, so daß die Einstellung mit einer Genauigkeit von weniger als 0,1 um nicht beeinträchtigt wird.

Die Einstellung des Spiels von 0,1 um kann, wie man sieht, durch einfaches Ändern des Gasdrucks der linken und rechten Düse im Bereich von·· 0,05 atmosphärischem Druck erreicht werden.

Weiter ist es möglich durch Steuerung der Gasdruckdifferenz zwischen den Düsen 15a- und 15a₂ oder 7b- und 7b„, die längs der Bewegungsrichtung der Führung angeordnet sind, den Justierschlitten relativ zur Führung ein wenig zu drehen, wobei es weiter möglich ist, den Betrag der Drehung als Ergebnis der Verdrehung des Justiergerätes zu dem Laser-Interferometer zu messen, und mittels eines Ausgangssignals des Interferometers die Dfehkomponente des Justiergerätes zu berücksichtigen.

Es wurde ein Hochleistungspräzisionsjustiergerät mit einem, mittels einem Luftlager in einer Führung, zur Parallelbewegung relativ zu der Führung gelagerten Justierschlitten beschrieben. Durch Druckluftausgleich der einzelnen Düsen des Luftlagers kann der Justierschlitten in eine gewünschte Richtung bewegt werden, wodurch eine Präzisionsjustierung im Micrometerbereich möglich ist.

ICLSi = Intergrierter Schaltkreis mit hohem Integrationsgrad

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Claims

Patentansprüche

1. Hochleistungspräzisionsjustiergerät gekennzeichnet durch eine stationäre Führung (5), durch einen längs der stationären Führung (5) bewegbaren Justierschlitten (6), durch ein Gaslager (7a,7b,7c,7d) zur schwimmenden Lagerung des Justierschlittens (6) in Bezug auf die stationäre Führung (5), und durch eine Einrichtung zur Steuerung des Gasdrucks quer

zur Führungsrichtung der Führung (5).

2. Hochleistungspräzisionsjustiergerät gekennzeichnet durch eine erste stationäre Führung (5), durch einen auf der ersten stationären Führung (5) mittels eines Gaslagers (7a,7b, 7c,7d) schwimmend gelagerten Justierschlitten (6), durch eine zweite auf dem schwimmend gelagerten Justierschlitten (6) befestigte Führung (13), durch einen längs der zweiten Führung (13) bewegbaren Justierschlitten (14), durch einen Antrieb (16) für den Justierschlitten (14) zur Bewegung längs der Führung

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(13) und durch eine Einrichtung zur Steuerung des Gasdrucks quer zur Führungsrichtung der Führung (13).

3. Hochleistungspräzisionsjustiergerät zur Justierung eines Gegenstandes in zwei senkrecht zueinander in einer Ebene liegenden Richtungen, gekennzeichnet durch eine erste Führung (5) zur Führung eines Justierschlittens (6) in einer ersten Richtung, durch ein erstes Gaslager (7a,7b,7c,7d) zur schwimmenden Lagerung des Justierschlittens (6) in Bezug auf die erste Führung (5), durch eine am Justierschlitten (6) befestigte zweite Führung (13) zur Führung eines zweiten Justierschlittens (14) in einer zur ersten Richtung senkrechten Richtung, durch ein zweites Gaslager (15a,15b,15c,15d) zur schwimmenden Lagerung des zweiten Justierschlittens (14) in Bezug auf die zweite Führung, durch einen Antrieb (8) für den ersten Justierschlitten (6) zur Bewegung in der ersten Richtung längs der Führung (5), durch eine Einrichtung zur Änderung und Einstellung des Gasdrucks des Gaslagers (7a,7b,7c,7d) zur Bestimmung einer schwimmend gelagerten Position des ersten Justierschlittens (6) in der zweiten Richtung, durch einen Antrieb (16) für den Justierschlitten (14) zur Bewegung in der zweiten Richtung längs der Führung (13), und durch eine Einrichtung zur Änderung und Einstellung des Gasdrucks des Gaslagers (15a,15b,15c,15d) zur Bestimmung einer schwimmend gelagerten Position des zweiten Justierschlittens (14) in der ersten Richtung.

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