DE3338727A1

DE3338727A1 - Ausrichtsystem

Info

Publication number: DE3338727A1
Application number: DE19833338727
Authority: DE
Inventors: Junji Tokyo Isohata
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1982-10-27
Filing date: 1983-10-25
Publication date: 1984-05-03
Also published as: GB8327928D0; US4563820A; GB2131186B; DE3338727C2; GB2131186A; JPS5978533A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Ausrichtsystem, wie es beispielsweise zum Drucken von Halbleiterschaltungen verwendet wird, wobei eine hohe Übertragungsgenauigkeit (-Präzision) gefordert wird.

Auf dem Gebiet der Fertigung von Halbleiterschaltungen sind Belichtungsgeräte von hoher Präzision und hoher Güte erwünscht, um hochfein strukturierte und hoch integrierte Schaltungen im Zug der Entwicklung von IC (integrierter Schaltung) über LSI (großmaßstäblich integrierter Schaltung) zu VLSI (sehr großmaßstäblich integrierter Schaltung) zu verwirklichen. Wichtige, für solche Belichtungsgeräte erforderliche Faktoren oder Kennwerte sind die folgenden:

1. Leistungsfähigkeit in bezug auf das Drucken, um ein Drucken von feinen Strukturen in der Größenordnung von 1 bis 2 pm zu ermöglichen;

Dresdner Bank (München) KIo. 3939 844

Bayer Vereinsbank (München) KIo. 508·941

Postscheck (München) KIo. 670-43-804

2. Positioniergenauigkeit, um die auf einer Photomaske befindliche Struktur genau mit Bezug zu einer Struktur auf einer Dünnfilmschaltung zu positionieren, die durch eine Photomaske im vorausgegangenen Druckschritt gedruckt worden ist;

3. Übertragungsgenauigkeit für die Projektion des Photomaskenbildes auf die Dünnfilmschaltung ohne jegliche Vergrößerungs- und Verzerrungsfehler.

Die Fig. 1 zeigt schematisch ein Belichtungsgerät, bei dem ein mit Spiegeln arbeitendes optisches Abbildungssystem bei einer bekannten Halbleiter-Druckvorrichtung zur Anwendung kommt. Hierbei wird eine Dünnfilmschaltung 3 mit der Struktur oder dem Muster einer Photomaske 1 durch ein optisches Spiegel-Abbildungssystem m, bis m» über eine Spaltblende (Schlitz) belichtet, und die Photomaske sowie die Dünnfilmschaltung werden als eine Einheit in der zur Länge der Schlitzblende rechtwinkligen Richtung (angedeutet durch einen Pfeil) bewegt, um die gänzliche Belichtung zu bewerkstelligen. Wenn die Photomaske und die Dünnfilmschaltung als eine Einheit in der Längs(X-)-Richtung des Schlitzes, in der Drehrichtung θ in einer sowohl die Längsrichtung des Schlitzes wie auch die oben erwähnte Bewegungsrichtung, längs welcher die Photomaske und die Dünnfilmschaltung bewegt werden, enthaltenden Ebene oder in der Richtung Y, in der die Photomaske sowie die Dünnfilmschaltung mit Bezug zur Bewegungsrichtung in einer zur Längsrichtung des Schlitzes rechtwinkligen Ebene geneigt sind, verschoben werden, dann ist bei einer solchen Halbleiter-Druckvorrichtung während des vor dem Belichtungsschritt liegenden Ausrichtschrittes durch ein optisches Ausrichtsystem zu beobachten, daß die Ausrichtmarken auf der Photomaske und der Dünnfilmschaltung relativ zueinander um den doppelten Wert der obigen Verschiebung verlagert werden.

Deshalb ist die Ausrichtung zwischen den Ausrichtmarkierungen an der Maske und an der Dünnfilmschaltung, d.h. die Ausrichtung zwischen der Maske und der Schaltung durch das ausrichtende optische System dadurch zu erhalten, daß die Maske und die Dünnfilmschaltung als eine Einheit in der X-, Y- oder Θ-Richtung verschoben werden.

Als ein Mechanismus zur Verschiebung der Photomaske und der Dünnfilmschaltung ist eine Kombination aus bewegbaren Tischen, bei denen rollende oder gleitende KU-geln zur Anwendung kommen, mit Antrieben wie Motore, Zylinder od. dgl., bekannt. Obwohl bei einem solchen Mechanismus der Betrag der Bewegung groß sein kann, weisen die bewegbaren Tische ein Haften und Gleiten auf, so daß sie sich nicht ruhig und stoßfrei bewegen können. Ferner ist bei dem Antriebssystem ein Spiel oder Totgang vorhanden, wodurch das Ansprechen bei der Feinverstellung nachteilig beeinflußt wird. Insofern erfordert ein Mechanismus nach dem Stand der Technik zur Verschiebung der Photomaske und der Dünnfilmschaltung eine längere Zeitdauer im Ausrichtvorgang oder -schritt, was mit einer verminderten Genauigkeit und mäßigen Bedienbarkeit verbunden ist.

Die oben erwähnten Probleme können gelöst werden, wenn ein Fluidlager zur Anwendung kommt und der Zufuhr oder Speisedruck zu schwimmenden Elementen geregelt wird, um die Ausrichtung zu gewährleisten. Mit einer solchen Einrichtung wird jedach die absolute Größe der Bewegung nicht groß, weil der Spalt zwischen der Führung und dem schwimmenden Element auf Grund der Starrheit oder Steifigkeit beschränkt ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Ausrichtsystem zu schaffen, das eine Fluidlagereinrichtung verwendet, um ein erstes sowie zweites Objekt, die miteinander ausgerichtet werden sollen, als eine Einheit teilweise und aufeinander-

folgend zu bewegen, und das sowohl einen erweiterten oder vergrößerten Bereich in der Positioniergenauigkeit wie auch ein verbessertes Ansprechvermögen in den Ausrichtschritten aufweist.

Ein Ziel der Erfindung ist ferner in der Schaffung eines Ausrichtsystems zu sehen, bei welchem das erste sowie zweite Objekt zuerst miteinander ausgerichtet und dann als eine Einheit bewegt werden, um sie relativ zu einem vorbestimmten Bezugspunkt auszurichten.

Das wird erfindungsgmeäß dadurch erreicht, daß die Ausrichtung durch eine Grobeinstellung, wobei das erste sowie zweite Objekt relativ zueinander bewegt werden, und durch eine Feineinstellung, die unter der Drucksteuerung der Fluidlagereinrichtungen ausgeführt wird, verwirklicht wird.

Der Erfindungsgegenstand wird anhand der Zeichnungen erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 die bereits erwähnte schematische Ansicht eines Belichtungsgeräts, bei dem ein mit Spiegeln arbeitendes optisches Abbildungssystem zur Anwendung kommt;

Fig. 2 eine Ansicht einer erfindungsgemäßen Ausführungsform für ein Ausrichtsystem;

Fig. 3 eine Draufsicht auf einen Tisch zur Bewegung einer Dünnfilmschaltung;

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer Luftlagerführung der Universal-Richtungskontroll- oder Bewegungsbeschränkungsbauart;

Fig. 5 bis 7 Seitenansichten der Luftlagerführung, wobei die Ausrichteinstellung in der Y-Richtung gezeigt ist;

Fig. 8 bis 10 Draufsichten auf die Luftlagerführung, wobei die Ausrichteinstellung in der X-Richtung gezeigt ist;

Fig.11 und 12 Draufsichten auf die Luftlagerführung, wobei die Ausrichteinstellung in der Θ-Richtung gezeigt ist.

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform des Erfindungsgegenstandes ist eine Photomaske 1 auf einem deren Bewegung dienenden Tisch 2 angeordnet. Eine Dünnfilmschaltung 3 befindet sich auf einem anderen, diese Schaltung bewegenden Tisch 4. Die beiden Tische 2 und 4 sind untereinander durch eine Plattenanordnung 5 verbunden, wobei die Tische 2, 4 über die Plattenanordnung 5 von einem Luftlager 6 der Universal-Richtungskontrol1- oder Bewegungsbeschränkungsbauart getragen sind, dessen Lageorientierung in der vertikalen und horizontalen Richtung regelbar ist. Bei einer Belichtung werden die Photomaske 1 und die Dünnfilmschaltung 3 als eine Einheit in der zur Zeichnungsebene von Fig. 2 rechtwinkligen Richtung bewegt, um sie den aufeinanderfolgenden Schlitz- oder Spaltbelichtungsvorgängen auszusetzen. Auch ist ein Luftlager 7 der Vertikal-Richtungskontrol1- oder Bewegungsbeschränkungsbauart vorgesehen, das lediglich eine Lasttragefunktion und keinerlei Einfluß auf die Orientierung weder der Photomaske, noch der Dünnfilmschaltung hat.

Zuerst wird durch die Tische 2 und 4 eine Grobausrichtung der Photomaske und der Dünnfilmschaltung ausgeführt. Während der Grobausrichtung ist das Luftlagersystem ortsfest. Die Grobausrichtung wird mit Bezug auf Fig. 3 beschrieben.

Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Tisch 4 der Dünnfilmschaltung, der mit Hilfe von rollenden oder gleitenden Kugeln bewegbar ist. Der Tisch 4 weist eine X-Y-Bewe-

gungsplatte 8, eine Θ-Drehungsplatte 9 und ein T-förmiges Glied 10 zur Bewegung der X-Y-Bewegungsplatte 8 in der X-Richtung auf. Das T-Glied 10 wird durch eine V-förmige Führung 11 aus V-förmigen Nuten und mit Kugeln zwangsläufig geführt und durch einen X-Achsenmotor 12 bewegt. Die X-Y-Bewegungsplatte 8 wird in der Y-Richtung durch eine Stange 13 bewegt, die durch einen Y-Achsenmotor 14 betätigt wird. Die Θ-Drehungsplatte 9 wird von einem Θ-Drehungsmotor 15 angetrieben. Der Photomaskentisch 2 wird von einem anderen Antriebsmechanismus, der zu dem des Tisches 4 gleichartig ist, bewegt.

Nach der Grobausrichtung, d.h. der Relativausrichtung zwischen der Maske und der Dünnfilmschaltung, durch die bewegbaren Tische werden die Speisedrücke zu den schwimmenden Kissen oder Gleitblöcken des Luftlagers 6 der Universal-Richtungskontrollbauart individuell geregelt, um eine Feinausrichtung auszuführen. Durch diese Feinausrichtung werden die Photomaske und die Dünnfilmschaltung als eine Einheit an vorbestimmten Positionen, die miteinander mit Bezug auf ein optisches Abbildungssystem (m.. bis m.) optisch konjugiert sind, eingestellt.

Die Steuerung des Luftlagersystems wird nun im einzelnen beschrieben.

Die Fig. 4 zeigt den Aufbau der Luftlagerführung der Universal-Richtungskontrollbauart, die eine Führungsschiene 22 sowie ein in der Pfeilrichtung bewegbares Gleitstück 23 umfaßt, welches durch schwimmende Kissen (Gleitblöcke) 16, 17, 18 und 19 in der Querrichtung (X-Richtung) und durch schwimmende Kissen (Gleitblöcke) 20 sowie 21 in der vertikalen Richtung zwangsläufig, d.h. bewegungsbeschränkt, geführt ist.

Der Ausrichtvorgang von Photomaske und Dünnfilmschaltung in der Y-Richtung wird mit Bezug auf die Fig. 5 bis 7 beschrieben, die die Luftlagerführung der Universal-Richtungskontrollbauart in Seitenansichten zeigen. In Fig. 5 ist die normale Orientierung des Gleitstücks 23 dargestellt, wobei dem vorderen und hinteren Kissen 20 sowie 21 Luft unter gleichem Druck zugeführt wird, um zwischen den jeweiligen Kissen und der Führungsschiene 22 denselben Spalt d" auszubilden. Bei einer Ausrichtung wird der Speisedruck zum einen der beiden Kissen 20 oder 21 verändert. Die Fig. 6 zeigt die Orientierung des Gleitstücks 23, wenn der Druck für das Kissen 21 vermindert wird, wodurch der Spalt zwischen der Führungsschiene 22 und dem Kissen 21 kleiner wird, so daß das Gleitstück 23 um das Kissen 20 um einen Winkel θ geschwenkt oder gedreht wird.

Die Fig. 7 zeigt die Orientierung des Gleitstücks 23, wenn der Druck auf das Kissen 21 erhöht wird, um den Spalt zwischen der Führungsschiene 22 und diesem Kissen 2u vergrößern. Das hat zum Ergebnis, daß das Gleitstück 23 um das Kissen 20 um den Winkel θ in der zu Fig. 6 entgegengesetzten Richtung geschwenkt wird. Wenn das Gleitstück in einer solchen Weise geschwenkt wird, dann werden die vom Gleitstück getragene Photomaske bzw. Dünnfilmschaltung ebenfalls um den gleichen Winkel mit Bezug zum optischen System verschwenkt. Bei einem Druckgerät der Reflexionsbauart werden, wenn die Photomaske sowie die Dünnfilmschaltung als eine Einheit relativ zum optischen System gedreht werden, und unter der Annahme, daß der Drehwinkel θ ist sowie der Abstand zwischen Photomaske und Dünnfilmschaltung Z beträgt, die Photomaske und die Dünnfilmschaltung relativ zueinander mit einer durch /. tgO wiedergegebenen Lageabweichung positioniert. Diese Lageabweichung kann durch die Ausrichteinstellung zwischen Photomaske und Schaltung in der Y-Richtung ausgeglichen werden.

Der Ausrichtvorgang von Photomaske und Dünnfilmschaltung in der X-Richtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 8 bis 10 beschrieben, die Draufsichten auf eine Luftlagerführung der Universal-Richtungskontroll- oder Bewegungsbeschränkungsbauart zeigen.

In Fig. 8 ist die normale Orientierung des Gleitstücks dargestellt, wobei auf die rechten und linken Kissen 16, 17 bzw. 18, 19 der gleiche Luftdruck wirkt, um gleiche Spalte zwischen der Führungsschiene und den jeweiligen Kissen herzustellen. Die Ausrichteinstellung in der X-Richtung kann durch Ändern des Speisedrucks zu einem oder jedem der Kissen 16 und 17 bewerkstelligt werden.

Die Fig. 9 zeigt die Orientierung des Gleitstücks 23, wenn der Luftdruck zu den Kissen 16 und 17 vermindert wird. Das hat zur Folge, daß der Spalt zwischen den jeweiligen Kissen 16, 17 und der Führungsschiene um X. vermindert wird. Somit wird das Gleitstück 23 in der X-Richtung um den Betrag X₁ abgelenkt.

Die Orientierung des Gleitstücks 23 bei Erhöhung des Drucks auf die Kissen 16, 17 ist in Fig. 10 dargestellt. Dabei wird der Spalt zwischen den jeweiligen Kissen und der Führungsschiene um X₁ vergrößert, was zur Folge hat, daß das Gleitstück 23 mit Bezug zur optischen Achse um den Betrag X₁ in der zu Fig. 9 entgegengesetzten Richtung verlagert wird. Die Verlagerung des Gleitstücks 23 führt zu einer Verlagerung der von diesem getragenen Photomaske und Dünnfilmschaltung um den gleichen Betrag. Wenn die Photomaske sowie die Dünnfilmschaltung in einem Druckgerät der Reflexionsbauart relativ zur optischen Achse um X₁ verschoben werden, dann werden sie auch mit Bezug zueinander um den Betrag 2X₁ verschoben. Eine solche Ablenkung kann durch die Ausrichteinstellung zwischen Photomas'ke >

und Dünnfilmschaltung in der X-Richtung ausgeglichen werden.

Der Ausrichtvorgang von Photomaske und Dünnfilmschaltung in der Θ-Richtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 erläutert, die Draufsichten auf die Luftlagerführung der Universal-Richtungskontrol1- oder Bewegungsbeschränkungsbauart zeigen.

In Fig. 11 ist die normale Ausrichtung des Gleitstücks 23 dargestellt, wobei den rechten und linken Kissen 16, bzw. 18, 19 der gleiche Luftdruck zugeführt wird, um gleiche Spalte zwischen den jeweiligen Kissen und der Führungsschiene zu bestimmen. Um die Ausrichtung aus dem in Fig.11 gezeigten Zustand in die Θ-Richtung zu bewerkstelligen, wird der Druck auf jedes der Kissen 16, 17, 18 und 19 verändert.

Die Fig. 12 zeigt das Gleitstück 23 nach Beendigung" der Ausrichteinstellung in der Θ-Richtjng. Das Gleitstück 23 ist durch Erhöhen des Luftdrucks auf die Kissen 16 sowie 19 und durch gleichzeitige Verminderung des Luftdrucks auf die Kissen 17 sowie 18 um den Betrag θ gedreht worden. Wird gegensätzlich hierzu der Luftdruck auf die Kissen 17 sowie 18 erhöht und der Druck für die Kissen 16 sowie 19 herabgesetzt, dann wird das Gleitstück 23 um den Betrag θ in der zu Fig. 12 entgegengesetzten Richtung geschwenkt. Das hat zum Ergebnis, daß die Photomaske und die Dünnfilmschaltung relativ zueinander in der Drehrichtung um denselben Betrag θ verschoben werden.

Auf diese Weise kann die Ausrichtung in den Richtungen X, Y und θ bewerkstelligt werden.

Wie beschrieben wurde, wird durch die Erfindung ein Ausrichtsystem geschaffen, in dem zwei Objekte, wie z.B. eine Photomaske und eine Dünnfilmschaltung, als eine Einheit durch Anwendung einer Fluidlagereinrichtung bewegt werden, um sie aufeinanderfolgend ein.er Belichtung oder anderen Vorgängen zu unterwerfen, und, wobei eine Grobausrichtung durch die herkömmlichen bewegbaren Tische, von denen jeder einen vergrößerten Bewegungsweg aufweist, erhalten werden kann, während eine Feineinstellung durch Regelung oder Steuerung des der Fluidlagereinrichtung zugeführten Drucks bewerkstelligt werden kann. Somit wird durch die Erfindung ein Ausrichtsystem von vereinfachtem Aufbau, jedoch gesteigerter Genauigkeit geschaffen, weil die Fluidlagereinrichtung sowohl für das Zustandebringen der Ausrichtung wie des Belichtungsv.organgs od. dgl. angewendet wird.

Obwohl die Erfindung in Verbindung mit der speziellen Ausführungsform als ein Ausrichtsystem zur Ausrichtung von zwei Objekten, wie einer Photomaske und einer Dünnfilmschaltung, zueinander durch Bewegen dieser als eine Einheit und mit einem mit Spiegeln arbeitenden optischen Abbildungssystem zur Bestimmung der X-, Y- und Θ-Richtungen in einem umgekehrten, invertierten System erläutert wurde, kann der Erfindungsgegenstand auch auf andere umgekehrte optische Systeme oder gewöhnliche Belichtungsgeräte zur Ausführung des Teildruckverfahrens (geteilter Druckvorgang) durch Bewegen von zwei Objekten als eine Einheit angewendet werden.

Es wurde ein Ausrichtsystem für das Ausrichten eines ersten ■ sowie zweiten Objekts miteinander durch Bewegen der Objekte als eine Einheit mit Hilfe eines Fluidlagers offenbart,das für die Ausführung einer Grobausrichtung durch Verlagern des ersten sowie zweiten Objekts mit Bezug zueinander und zur Ausführung einer Feinausrichtung durch Regelung der Druckzufuhr zum Luftlager ausgebildet und geeignet ist.

Claims

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Dipl.-lng. B. Pellmann Dipl.-lng. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif

Bavariaring 4, Postfach 20 8000 München 2

Tel.: 0 89-539653 Telex: 5-24845 tipat Telecopier: 0 89-537377 cable: Germaniapatent Münchei

25. Oktober 1983 DE 3418

Patentansprüche

Ausrichtsystem, gekennzeichnet

- durch eine Fluidlagereinrichtung (16-23) zur Bewegung eines ersten sowie zweiten, miteinander auszurichtenden Objekts (1, 3) in einer vorbestimmten Richtung als eine Einheit,

- durch eine Einrichtung (2, 4) zur Verlagerung der
Objekte (1, 3) mit Bezug zueinander zu ihrer Grobausrichtung miteinander und

- durch eine Einrichtung zur Steuerung der Druckzufuhr zu der Fluidlagereinrichtung zur Feinausrichtung der Objekte miteinander.
2. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste sowie zweite Objekt (1, 3) durch ein optisches Abbildungssystem (m^-rr^) in optisch konjugierter Beziehung angeordnet sind.

Dresdner Bank (München) Kto. 3939 844 Bayer. Vereinsbank (München) Kto. 508 941 Postscheck (München) Kto. 670-43-804
3. Ausrichtsystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinausrichtung durch Verlagerung des ersten sowie zweiten Obejkts als eine Einheit erfolgt, so daß sie mit Bezug zu dem optischen Abbildungssystem ausgerichtet sind.
4. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Ausrichtung des ersten sowie zweiten Objekts mit Bezug zu einem vorbestimmten schlitzartigen Bereich erfolgt und die Objekte dann eine Bewegung als eine Einheit in der zur Längsrichtung des schlitzartigen Bereichs rechtwinkligen Richtung durch die FluidlagereLnrichtung ausführen.
5. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausführung der Feinausrichtung eine Mehrzahl von Fluidzufuhrkanälen zur Zufuhr von Fluid mit unterschiedlichen Drücken aufweist.
6. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidlagereinrichtung ein Luftlager ist, das horizontale und vertikale Steuervorgänge ausführt.
7. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidlagereinrichtung während der Grobausrichtung ortsfest gehalten ist.
8. Ausrichtsystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausführung der Grobausrichtung einen bewegbaren Tisch (2, 4) umfaßt, der für eine Bewegung in Übereinstimmung mit einer Antriebskraft an rollenden oder gleitenden Kugeln angeordnet ist.
9. Ausrichtsystem nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zur Ausführung der Feineinstellung eine Bezugsebene relativ zu dem bewegbaren Tisch (2, 4) hat.