DE3338727C2 - - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Projektionsbelichtungs­ vorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Im Oberbegriff des Patentanspruchs 1 wird von einer Projek­ tionsbelichtungsvorrichtung ausgegangen, wie sie zum allge­ meinen Stand der Technik gehört und beispielsweise aus der DE-PS 21 35 469 bekannt ist.

Bei einer derartigen Projektionsbelichtungsvorrichtung wird ein erstes Objekt, bspw. eine Maske mit einem Schaltungsmu­ ster, mittels eines optischen Abbildungssystems auf einem zweiten Objekt, bspw. einem Wafer, abgebildet und auf diese Weise auf dieses übertragen. Da sowohl das erste als auch das zweite Objekt sehr fein strukturiert sind, ist eine sehr hohe Präzision bei der gegenseitigen Ausrichtung der Objekte sowie bei deren Ausrichtung relativ zum optischen Abbildungssystem zur Erzielung einer hohen Fertigungsquali­ tät notwendig.

Üblicherweise werden das erste und das zweite Objekt auf parallel zueinander ausgerichteten Tischen angeordnet, de­ ren Positionen jeweils in einer Ebene frei variierbar sind, d. h. die jeweils in eine X- und eine Y-Richtung verschieb­ bar und in der durch die X- und die Y-Richtung aufgespann­ ten Ebene drehbar sind. Auf diese Weise kann zwar theore­ tisch die exakte gegenseitige Ausrichtung der Objekte er­ reicht werden, aufgrund der bei der Verstellung zu überwin­ denden Haft- und Gleitreibung sowie von Spiel in den Antriebs­ systemen dieser Tische ist es allerdings in der Praxis sehr schwierig, eine ausreichende Genauigkeit bei der Positio­ nierung zu erzielen.

Es ist aus der DE-PS 21 35 469 eine Positionierungsvorrich­ tung bekannt, bei der der Ausrichtungsvorgang jedes Tisches in eine Grobpositionierung und eine Feinpositionierung auf­ geteilt ist. Für jeden Tisch ist zur Grobpositionierung ein Schrittmotor und zur Feinpositionierung ein zusätzli­ cher Motor in Form eines piezoelektrischen Wandlers vorge­ sehen, die über spezielle Meß-, Vergleichs- und Steuervor­ richtungen angesprochen werden. Ein derartiger Aufbau ist aber konstruktiv sehr aufwendig und dementsprechend bei der Herstellung kostenintensiv.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die gattungsge­ mäße Projektionsbelichtungsvorrichtung derart weiterzubil­ den, daß die beiden Objekte in einfacher Weise sehr genau aufeinander ausgerichtet werden können.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebe­ nen Maßnahmen gelöst.

Erfindungsgemäß werden dabei die Objekte ebenfalls mittels einer Grobpositionierungseinrichtung, etwa eines bekannten X-Y-Tisches, relativ zueinander und relativ zu der gemein­ samen Tragvorrichtung und dem optischen Abbildungssystem grob positioniert. Damit kann die exakte Positionierung bis auf einige µm angenähert werden. Es wurde festgestellt, daß die Feinpositionierung erreicht werden kann, indem die bei­ den Objekte als Einheit relativ zum optischen Abbildungssy­ stem verschoben werden, wenn diese Verschiebung ruhig, stoßfrei und mit sehr hoher Genauigkeit erfolgt. Dies wird erfindungsgemäß durch die Anordnung von Fluidlagern und durch deren Drucksteuerung erreicht.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Nachfolgend soll anhand der Fig. 1 der allgemeine Stand der Technik, wie er zumindest bei der Anmelderin bekannt ist, näher erläutert werden.

Die Fig. 1 zeigt schematisch eine Projektionsbelichtungsvorrichtung, bei der ein mit Spiegeln arbeitendes optisches Abbildungssystem bei einer herkömmlichen Halbleiter-Druckvorrichtung zur Anwendung kommt. Hierbei wird ein Objekt in Form einer Dünnfilmschaltung 3 mit der Struktur oder dem Muster eines weiteren Objektes in Form einer Photomaske 1 durch ein optisches Spiegel-Abbildungssystem m₁ bis m₄ 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 R 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 Ausricht­ marken auf der Photomaske und der Dünnfilmschaltung re­ lativ zueinander um den doppelten Wert der obigen Verschie­ bung verlagert werden.

Deshalb ist die Ausrichtung zwischen den Ausrichtmarkie­ rungen an der Maske und an der Dünnfilmschaltung, d. h. die Ausrichtung zwischen der Maske und der Schaltung durch das ausrichtende optische System dadurch zu erhal­ ten, daß die Maske und die Dünnfilmschaltung als eine Ein­ heit in der X-, Y- oder R-Richtung verschoben werden.

Als ein Mechanismus zur Verschiebung der Photomaske und der Dünnfilmschaltung ist eine Kombination aus be­ wegbaren Tischen, bei denen rollende oder gleitende Ku­ geln zur Anwendung kommen, mit Antrieben wie Motore, Zy­ linder od. dgl., bekannt. Obwohl bei einem solchen Mecha­ nismus 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 Aus­ richtvorgang 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 jedoch die absolute Größe der Bewegung nicht groß, weil der Spalt zwischen der Führung und dem schwimmenden Element auf Grund der Starrheit oder Stei­ figkeit beschränkt ist.

Der Erfindungsgegenstand wird nachfolgend anhand der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 die bereits erwähnte schematische Ansicht einer Projektionsbelichtungsvorrichtung, bei der ein mit Spiegeln arbeitendes optisches Abbildungssystem zur Anwendung kommt,

Fig. 2 eine Ansicht einer Ausführungsform für eine Projektionsbelichtungsvorrichtung,

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

Fig. 4 eine Darstellung zur Erläuterung des Aufbaus einer Luftlagerführung,

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

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

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

Bei der in Fig. 2 gezeigten Ausführungsform ist eine Photomaske 1 auf einem deren Bewegung dienenden Tisch 2 angeordnet. Eine Dünnfilmschaltung 3 be­ findet sich auf einem anderen, diese Schaltung bewegenden Tisch 4. Die beiden Tische 2 und 4 sind untereinander durch eine Tragvorrichtung in Form einer Plattenanordnung 5 verbunden, wobei die Tische 2, 4 über die Plattenanordnung 5 von einem Luftlager 6 getragen sind, dessen Lageorientierung in der ver­ tikalen und horizontalen Richtung regelbar ist. Bei einer Belichtung werden die Photomaske 1 und die Dünnfilmschal­ tung 3 als eine Einheit in der zur Zeichnungsebene von Fig. 2 rechtwinkligen Richtung bewegt, um sie den aufein­ anderfolgenden Schlitz- oder Spaltbelichtungsvorgängen auszusetzen. Auch ist ein Luftlager 7 vorgese­ hen, 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. Wäh­ rend der Grobausrichtung ist das Luftlagersystem ortsfest. Die Grobausrichtung wird unter Bezugnahme auf Fig. 3 beschrieben.

Die Fig. 3 zeigt eine Draufsicht auf den Tisch 4 der Dünn­ filmschaltung, der mit Hilfe von rollenden oder gleiten­ den Kugeln bewegbar ist. Der Tisch 4 weist eine X-Y-Bewegungsplatte 8, eine R-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 zwangsläu­ fig 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 betä­ tigt wird. Die R-Drehungsplatte 9 wird von einem R-Dre­ hungsmotor 15 angetrieben. Der Photomaskentisch 2 wird von einem anderen Antriebsmechanismus bewegt, der zu dem des Ti­ sches 4 gleichartig ist.

Nach der Grobausrichtung, d. h. der Relativausrichtung zwischen der Maske und der Dünnfilmschaltung, durch die bewegbaren Tische werden die Speisedrücke zu den schwim­ menden Kissen oder Gleitblöcken des Luftlagers 6 individuell geregelt, um eine Feinausrichtung auszuführen. Durch diese Feinaus­ richtung werden die Photomaske und die Dünnfilmschaltung als eine Einheit an vorbestimmten Positionen eingestellt die mitein­ ander mit Bezug auf ein optisches Abbildungssystem (m₁ bis m₄) optisch konjugiert sind.

Die Steuerung des Luftlagersystems wird nun im einzelnen beschrieben.

Die Fig. 4 zeigt den Aufbau der Luftlagerführung, die eine Führungsschie­ ne 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. bewegungsbe­ schränkt, geführt ist.

Der Ausrichtvorgang von Photomaske und Dünnfilmschaltung in der Y-Richtung wird mit Bezug auf die Fig. 5 bis 7 be­ schrieben, die die Luftlagerführung in Seitenansichten zeigen. In Fig. 5 ist die normale Orientierung des Gleitstücks 23 darge­ stellt, 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 Spei­ sedruck 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 R 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 zu ver­ größern. Das hat zum Ergebnis, daß das Gleitstück 23 um das Kissen 20 um den Winkel R in der zu Fig. 6 entgegen­ gesetzten Richtung geschwenkt wird. Wenn das Gleitstück in einer solchen Weise geschwenkt wird, dann werden die vom Gleitstück getragenen Objekte (Photomaske bzw. Dünnfilmschaltung) ebenfalls um den gleichen Winkel mit Bezug zum optischen System verschwenkt. Bei einem Druckgerät der Reflexions­ bauart werden, wenn die Photomaske sowie die Dünnfilm­ schaltung als eine Einheit relativ zum optischen System gedreht werden, und unter der Annahme, daß der Drehwinkel R ist sowie der Abstand zwischen Photomaske und Dünnfilm­ schaltung l beträgt, die Photomaske und die Dünnfilm­ schaltung relativ zueinander mit einer durch l·tgR wiedergegebenen Lageabweichung positioniert. Diese Lage­ abweichung 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 Luftlager­ führung zeigen.

In Fig. 8 ist die normale Orientierung des Gleitstücks 23 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 der Kissen 16 und 17 vermindert wird. Das hat zur Folge, daß der Spalt zwischen den jewei­ ligen Kissen 16, 17 und der Führungsschiene um X₁ vermin­ dert 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 Be­ trag X₁ in der zu Fig. 9 entgegengesetzten Richtung ver­ lagert 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 zuein­ ander um den Betrag 2X₁ verschoben. Eine solche Ablenkung kann durch die Ausrichteinstellung zwischen Photomaske und Dünnfilmschaltung in der X-Richtung ausgeglichen wer­ den.

Der Ausrichtvorgang von Photomaske und Dünnfilmschaltung in der R-Richtung wird unter Bezugnahme auf die Fig. 11 und 12 erläutert, die Draufsichten auf die Luftlagerfüh­ rung zeigen.

In Fig. 11 ist die normale Ausrichtung des Gleitstücks 23 dargestellt, wobei den rechten und linken Kissen 16, 17 bzw. 18, 19 der gleiche Luftdruck zugeführt wird, um glei­ che Spalte zwischen den jeweiligen Kissen und der Führungs­ schiene zu bestimmen. Um die Ausrichtung aus dem in Fig. 11 gezeigten Zustand in die R-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 R-Richtung. Das Gleitstück 23 ist durch Erhöhen des Luftdrucks der Kissen 16 sowie 19 und durch gleichzeitige Verminderung des Luftdrucks der Kissen 17 sowie 18 um den Betrag R gedreht wor­ den. Wird gegensätzlich hierzu der Luftdruck der Kissen 17 sowie 18 erhöht und der Druck der Kissen 16 sowie 19 herabgesetzt, dann wird das Gleitstück 23 um den Betrag R in der zu Fig. 12 entgegengesetzten Richtung geschwenkt. Das hat zum Ergebnis, daß die Photomaske und die Dünnfilmschaltung relativ zueinander in der Drehrich­ tung um denselben Betrag R verschoben werden.

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

Wie beschrieben wurde, wird eine Projektionsbeschichtungsvorrichtung geschaffen, bei der zwei Objekte, wie z. B. eine Photomaske und eine Dünnfilmschaltung, als eine Ein­ heit durch Anwendung einer Fluidlagereinrichtung bewegt werden, um sie aufeinanderfolgend einer Belichtung oder anderen Vorgängen zu unterwerfen, und wobei eine Grobaus­ richtung durch die herkömmlichen bewegbaren Tische, von denen jeder einen vergrößerten Bewegungsweg aufweist, er­ halten 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 Belichtungsvorgangs od. dgl. angewendet wird.

Obwohl die Projektionsbelichtungsvorrichtung in Verbindung mit der speziellen Aus­ führungsform als ein Ausrichtsystem zur Ausrichtung von zwei Objekten, wie einer Photomaske und einer Dünnfilm­ schaltung, zueinander durch Bewegen dieser als eine Ein­ heit und mit einem mit Spiegeln arbeitenden optischen Ab­ bildungssystem zur Bestimmung der X-, Y- und R-Richtungen in einem umgekehrten, invertierten System erläutert wurde, kann das gezeigte Prinzip auch bei anderen umgekehrten optischen Systemen oder gewöhnlichen Belichtungsgeräten zur Ausführung des Teildruckverfahrens (geteilter Druckvor­ gang) durch Bewegen von zwei Objekten als eine Einheit angewendet werden.

Claims (7)

1. Projektionsbelichtungsvorrichtung, mit einem optischen Abbildungssystem (m₁ bis m₄) zur Abbil­ dung eines ersten Objekts (1) auf einem zweiten Objekt (3), einer Tragvorrichtung (5), die das erste (1) und das zweite Objekt (3) trägt und mittels einer Lagervorrich­ tung (6, 7) entlang einer Führungseinrichtung ver­ schiebbar gelagert ist, und einer Ausrichtvorrichtung zur exakten Positionierung des ersten (1) und zweiten Objekts (3), wobei die Ausrichtvorrichtung (2, 4, 6, 8 bis 15) eine Grobpositionierungseinrichtung (2, 4, 8 bis 15), mittels der die Positionen des ersten (1) und des zweiten Objekts (3) relativ zueinander sowie relativ zur Tragvorrichtung (5) veränderbar sind, und eine Feinpositionierungseinrichtung (6) aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Lagervorrichtung (6, 7) der Tragvorrichtung (5) eine Vielzahl von Fluidlagern (16 bis 23) umfaßt und daß die Feinpositionierungseinrichtung (6) eine Druck­ steuerungsvorrichtung für die Fluidlager (16 bis 23) aufweist, mittels der der Fluiddruck jedes Fluidlagers unabhängig veränderbar ist, so daß die Tragvorrichtung (5) zusammen mit dem ersten (1) und dem zweiten Objekt (3) als eine Einheit relativ zum Abbildungssystem (m₁ bis m₄) verstellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste (1) und zweite Objekt (3) durch das opti­ sche Abbildungssystem (m₁ bis m₄) in optisch konjugier­ ter Beziehung angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß für die Vielzahl von Fluid­ lagern (16 bis 23) eine entsprechende Vielzahl von Fluidzuführkanälen zur Zufuhr von Fluid mit unter­ schiedlichen Drücken vorgesehen sind.

4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidlager (16 bis 23) als Luftlager ausgeführt sind, die eine horizontale und vertikale Steuerung zulassen.

5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Fluidlager (16 bis 23) während der Grobpositionierung ortsfest gehalten wer­ den.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Grobpositionierungsein­ richtung (2, 4, 8 bis 15) einen Tisch (2, 4) umfaßt, der mittels roll- oder gleitfähiger Kugeln derart gela­ gert ist, daß er mittels einer Antriebseinrichtung (12, 14, 15) bewegbar ist.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Feinpositionierungseinrichtung (6) eine Be­ zugsebene relativ zu einem bewegbaren Tisch (2, 4) hat.