DE3438029A1

DE3438029A1 - Roentgenstrahl-lithographieanlage

Info

Publication number: DE3438029A1
Application number: DE19843438029
Authority: DE
Inventors: Carlo New Canaan Conn. La Fiandra
Original assignee: Perkin Elmer Corp
Current assignee: Applied Biosystems Inc
Priority date: 1984-01-06
Filing date: 1984-10-17
Publication date: 1985-07-18
Also published as: JPS60160617A; GB2152682B; US4539695A; GB8424769D0; GB2152682A

Description

Röntgenstrahl-Lithographieanlage

Beschreibung

Die Erfindung bezieht sich auf Lithographieanlagen und insbesondere auf Röntgenstrahl-Lithographieanlagen. Röntgenstrahl-Lithographieanlagen, die nach der Lehre der Erfindung ausgelegt sind, sind, abgesehen von anderen möglichen Verwendungsweisen, insbesondere zur Verwendung beim Nachbilden bzw. Kopieren von integrierten Schaltkreismustern bestimmt.

Diese Anmeldung steht in engem Zusammenhang mit den US-Patentanmeldungen, die die Bezeichnung "Röntgenstrahl- Anodenanordnung¹¹ , " Ma s kenr in gano r dnun g für die Röntgenstrahl-Lithographie" und "Röntgenstrahl-Maskenringanordnung und Vorrichtung zur Herstellung derselben" tragen. Alle diese Anmeldungen wurden am gleichen Tag wie die vorliegende Anmeldung hinterlegt und gehen auf dieselbe Anmelderin zurück. Der Inhalt dieser Anmeldungen soll hierbei durch die Bezugnahme eingeführt sein.

Die Röntgenstrahl-Lithographie ist eine kontaktlose Musterbildungstechnik. Eine goldene, mustertragende Röntgenstrahl-Maske wird verwendet, um selektiv weiche Röntgenstrahlen zu absorbieren und durchzulassen, um eine deckbeschichtete Wafer zu belichten, die in unmittelbarer Nähe der Maske gehalten wird. Die Röntgenstrahl-Maske selbst weist ein dünnes Substrat aus BN, SiC oder Ti auf, das von einem starren Haltering ge-

tragen wird. Das Goldmaskenabsorptionsmuster wird durch Ätzen eines 7000 A dicken Goldfilms gebildet, der auf dem Substrat abgeschieden ist oder mit Hilfe eines speziellen Goldplattierungsverfahrens unter geringen Belastungen aufgebracht ist.

Weiche, 7 A Röntgenstrahlen werden durch eine Hochenergiequelle, eine wassergekühlte rotierende Anode und eine Elektronenkanone erzeugt, die gemeinsam in einer Vakuumkammer angeordnet sind. Röntgenstrahlen werden dadurch erzeugt, daß der hohle konusförmige Elektronenstrahl auf einer rotierenden Wolframoberfläche der Anode fokussiert wird. Die zylindrische, hochleistungsfähige Elektronenkanone gestattet, daß die an einer durchmesserkleinen Stelle erzeugten Röntgenstrahlen durch sie hindurchgehen. Dieser divergierende Konus der Röntgenstrahlung geht dann durch ein dünnes Berylliumvakuumfenster in einer heliumgefüllten Belichtungskammer.

Die Maske und die Wafer sind eng beieinanderliegend ausgerichtet, bevor sie in die Belichtungskammer eingeführt werden und sie werden während der Belichtung gehalten.

Obgleich die Röntgenstrahl-Lithographieanlagen der vorstehend angegebenen Art mit beträchtlichem Erfolg eingesetzt werden, befaßt sich die Erfindung mit Weiterentwicklungen derartiger Anlagen, insbesondere im Hinblick auf die Erzielung eines hohen Durchsatzes von belichteten Wafern mit einer minimalen Fehlüberdeckung zwischen der Maske und dem Wafer, was sich aus der nachstehenden Beschreibung näher ergibt.

Als auf diesem Gebiet liegende Patentschriften können u.a. folgende US-PS'en 3 743 842, ausgegeben am 3. Juli 1973, 3 892 973, ausgegeben am 1. Juli 1975, 4 037 111, ausge-

geben am 19. Juli 1977, 4 085 329, ausgegeben am 18. April 1978/ 4 185 202/ ausgegeben am 22. Januar 1980, 4 187 431 , ausgegeben am 5. Februar 1980, 4 215 192, ausgegeben am

29. Juli 1980, 4 238 682/ ausgegeben am 9. Dezember 1980, 4 301 237, ausgegeben am 17. November 1981 und 4 335 313, ausgegeben am 15. Januar 1982 angeführt werden.

Kurz gesagt, bezieht sich die Anmeldung auf eine neuartige und verbesserte Röntgenstrahl-Lithographieanlage, die sich durch eine Mehrzahl von Arbeitsstationen, eine Kassette und eine Einrichtung zum Anbringen einer Wafer und einer Maske an der Kassette auszeichnet. Zusätzlich enthält die Anlage eine Einrichtung zum Bewegen der Καεί 5 sette zwischen den Arbeitsstationen, eine Einrichtung in jeder der Stationen zum Bewegen der Kassette zu einer kinematischen Halterung, und eine kinematische Halterung, die in allen Stationen im wesentlichen übereinstimmend ausgebildet ist.

In allgemeiner Form wurden vorstehend die wesentlichen Merkmale der Erfindung umrissen, um das Verständnis der nachstehend detaillierten Beschreibung zu fördern und um die Weiterentwicklung des Standes der Technik zu verdeutlichen. Selbstverständlich sind noch weitere nachstehend angegebene Merkmale der Erfindung vorgesehen, die auch in den Ansprüchen angegeben sind. Selbstverständlich ist das angegebene Konzept auch so beschrieben, daß es als eine Basis für die Auslegung von anderen Anlagen dienen kann, die andere Zwecke der Erfindung verfolgen. Die Ansprüche umfassen daher auch äquivalente Systeme im Rahmen des ursprünglich Offenbarten.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Beispielen 3g unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Darin zeigen:

Figuren 1a bis 1e Seitenansichten der vorgesehenen Stationen zur Verdeutlichung der Schrittfolge in einer Röntgenstrahl-Lithographieanlage nach der Erfindung/

Figur 2 eine vergrößerte Vertikalschnittan

sicht einer Kassette, die verwendet wird, um die Maske und die Wafer der lithographischen Anlage nach Figur 1

zu halten,

Figur 2a eine schematische Ansicht der Positionszuordnungen zwischen den horizontalen und vertikalen Biegungen,

Figur 3 eine vergrößerte Seitenansicht der Be-

schickungs- und Entnahme-Spaltmeßstation der lithographischen Anlage in Teilschnittdarstellung, und

Figur 4 eine vergrößerte Seitenansicht der Aus

richtstation der Anlage.

Die Röntgenstrahl-Lithographieanlage weist eine Röntgenstrahlquelle, eine Heliumbelichtungskammer, eine Ausrichtkassette und außerhalb liegende Ausrichteinrichtungen auf. Eine Wafer wird zur Maske unter Verwendung der Ausrichtkassette, Luftmesseinrichtungen, Laser und physikaiischen optischen Ausrichtsensoren ausgerichtet, wie dies nachstehend noch näher beschrieben wird.

Die Figuren 1a bis 1e zeigen die Schritte zur Ausrichtung und Belichtung gemäß einer Ausfuhrungsform nach der Erfindung. Die Anlage enthält eine Aufgabestation 10, eine

Ausrichtstation 12 und eine Belichtungsstation 14. Ein Tisch 16 dient zum Tragen einer Kassettenanordnung 18 auf Luftlagerkissen oder -fußen von einer Station zur nächsten. Die Kassette kann gegebenenfalls mit mechanischen Einrichtungen zur Bewegung zwischen den Arbeitsstationen verbunden werden. Figur 1 zeigt eine Wafer 20, die manuell oder gegebenenfalls automatisch auf eine Vakuumwafer-Einspanneinrichtung gelegt ist. Die Wafer ist gegenüber Randanschlägen in der Ausrichtkassette 18 ausgerichtet.

Figur 1b zeigt, daß die Waferhöhe relativ zu einer Luftmeßbezugseinrichtung 22 adjustiert ist, um indirekt den Annäherungsspalt oder AnnäherungsZwischenraum und ihr Kippen in zwei Richtungen zwischen der Wafer- und der Maskenposition einzustellen.

Dann wird nach Figur 1c eine Maske 24 unter Ausrichtung über den Wafer gelegt und zwar auf demselben Sitz, auf dem die Luftmeßeinrichtung in der Ausrichtkasse-te 18 aufsaß, und die Kassette wird unter der Ausrichteinrichtung vorbeibewegt und in die Ausrichtstation 12 gehoben. Alternativ könnte die Maske unter der Ausrichteinrichtung gehalten werden und automatisch aufgenommen werden, wenn die Kassette in diese Position kommt.

In der Ausrichtstation 12, wie in Figur 1d gezeigt ist, erfolgt die Seitenausrichtung in X- und Y-Richtungen und es erfolgt eine Drehung um die vertikale Achse durch manuelles Einstellen der Position des Wafers in der Ausrichtkassette mit Hilfe von physikalischen optischen Ausrichtsignalen. Wenn ein zusätzlicher Vergrößerungsbzw. Verstärkungsfehler vorhanden ist, der bedeutet, daß sich die Maske expandiert oder kontrahiert hat, kann dies

dadurch korrigiert werden, daß der Wafer in vertikaler Richtung bewegt wird. Da die Röntgenstrahl-Quelle divergent ist, kann die Vergrößerung bzw. Verstärkung dadurch abgeglichen werden, daß die Wafer vertikal bezüglich der Maske bewegt wird.

Dann werden die Wafer und ihre Kassette abgesenkt und auf den Luftlagerpolstern oder -fußen durch ein Tor zu einer Heliumkammer 26 in der Belichtungsstation 14 unter eine Röntgenstrahl-Quelle 28 bewegt, wie dies aus Figur 1e zu ersehen ist. Nach der Belichtung wird die Tür geöffnet und die Kassette wird auf ihren Luftfüßen aus der Belichtungsstation 14 zurück zu der Ausrichtstation 12 bewegt, in der die Maske abgenommen wird. Dann kehrt die Kassette zu der Aufgabe-Entnahme-Station 10 zurück, in der die belichtete Wafer aus der Kassette.entnommen und die Vorgehensweise wiederholt wird.

Nunmehr soll die vorstehend beschriebene Anlage näher betrachtet werden, und zwar unter Bezugnahme auf Figur 2, die die Masken-Wafer-Kassette zeigt, die insgesamt mit 18 bezeichnet ist. Ein Merkmal der Erfindung ist in der Verwendung der beiden Flächen der Masken-Wafer-Kassettenanordnung zu sehen, des Bodens zum Transportieren von Station zu Station und der Oberseite zur kinematischen Ausrichtung in jeder Station. Zum Zwecke der kinematischen Ausrichtung in jeder Station wird eine Grenzfläche bzw. ein Interface mit einer Kugel, einem v-Block oder einer Nut verwendet. Obgleich die v-Blöcke von der Kassette getragen werden könnten und die Kugeln in jeder Station angebracht sind, zeigen die Figuren 1 bis 4, daß die Kugeln an der Kassette angebracht und die v-Blöcke an jeder Station angebracht sind. Nach Figur 2 ist eine Kugel 30 an dem Kassettenkörper 32 angebracht. Die Kas-

sette verwendet drei Positionierungskugeln, von denen nur eine in Figur 2 gezeigt ist. Die Kassette bewegt sich von Station zu Station auf einem Tisch, wie dies in Figur 1 gezeigt ist. Die Kassette ist mit einem Luftlagerfuß oder -kissen versehen, wie dies mit 34 in Figur 2 gezeigt ist. An jeder Station, d.h. der Aufgabe-Entnahme-Station 10, der Ausrichtstation 12 und der Belichtungsstation 14 tritt nach Figur 1 die Kassette tiefer ein und wird dann nach oben bewegt, bis die Kugeln in Eingriff mit den zugeordneten v-Blöcken kommen. Für die Ausführung dieser nach oben gerichteten Bewegung ist ein Luftkolben vorgesehen. Bei einigen Anlagen ist der Luftkolben auf dem Luftlagertisch angebracht und im ausgefahrenen Zustand kommt er in Eingriff mit einem Konus 36 in der Kassette. Eine Kugel ist am Ende des Kolbens für diesen Zweck gelagert. Bevorzugt jedoch wird der Kolben an der Kassette angebracht, wie dies mit 38 angedeutet ist. Wenn die Kolben gegen den Luftlagertisch ausgefahren werden, wird die Kassette gehoben. In diesem Fall sind nur drei Kolbenanordnungen notwendig und dieselben Kolben werden in jeder der Stationen verwendet. Auch wird die Notwendigkeit des Vorsehens einer Kugel und eines Konus im Fuß vermieden. Die jedem Kolben zugeführte Luft wird individuell geregelt, um den Druck als eine Funktion der Belastung zu variieren, die jeder Kolben trägt. Daher ändert sich der jedem Kolben zugeführte Luftdruck, um bei Anlagen eine Kompensation zu ermöglichen, bei denen der Schwerkraftsmittelpunkt nicht direkt zwischen allen drei Punkten liegt. Zweckmäßigerweise wird dieselbe Kraft an allen drei Stationen auf eine genau wiederholbare Weise ausgeübt.

Unter Bezugnahme auf Figur 2 wird die Wafer 20 von der Kassettenanordnung mit Hilfe einer Preßluftspanneinrich-

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tung 40 getragen. Die Spanneinrichtung ist in Abhängigkeit von den Abmessungen der zu handhabenden Wafer auswechselbar. Eine Spanneinrichtungsunterplatte 42, die an der Spanneinrichtung 40 angebracht ist/ ist ständig mit dem Kassettenkörper 32 mit Hilfe von drei vertikalen Biegungen 44 und drei horizontalen Biegungen 62 verbunden. Die Kassettenanordnung enthält ferner einen Hebeluntersetzungsmechanismus 46, der die vertikale Biegung 44 und den Kassettenkörper 32 verbindet, und der mit Hilfe eines Knopfes 48 zur Änderung der Position des Wafers bezüglich der Kassette und somit bezüglich der Maskenposition in der Kassette verstellbar ist. Diese Ein- und Verstellung wird in Zusammenarbeit mit der Luftmeßeinrichtung 22 (Figur 1b) durchgeführt, wenn die Kassettenanordnung in der Aufgabe-Entnahmestation 10 ist. Die Einstellung erfolgt bezüglich dem vertikalen Freiheitsgrad, der die vertikale Translationsbewegung, die Spalteinstellung und die Kippbewegung der Wafer in zwei Richtungen umfaßt.

Wenn daher eine der vertikalen Biegungen bewegt wird, erhält man eine Kippbewegung in einer Richtung, und wenn die andere bewegt wird, eine Kippbewegung in eine zweite Richtung, und wenn man alle drei zusammen bewegt, erhält man eine Translationsbewegung zur Spalteinstellung. Dies wird nachstehend noch näher in Verbindung mit der Erläuterung der Figur 3 beschrieben.

Die Maske 24 wird von einem Maskenring 50 getragen, der mit einer konisch ausgebildeten Ausnehmung 52 zur Aufnähme einer Kugel 54 versehen ist. Die Kugel 54 wird von radial nachgiebigen Biegungen 56 getragen, die mit einer Biegeplatte 58 verbunden sind, die ihrerseits mit dem Kassettenkörper 52 bzw. 32 durch eine Bahneinstellschraube 56 verbunden ist. Insgesamt sind drei konisch ausgebildete Ausnehmungen, drei Kugeln, drei radiale Bie-

gungen, eine Biegeplatte und drei Einstellschrauben bei diesem System vorgesehen. Es ist noch zu bemerken, daß das Röntgenstrahl-Muster auf der Maske sehr genau erzeugt werden kann, daß aber die Position des so genau erzeugten Musters nicht mit hoher Genauigkeit niedergelegt werden kann. Der Maskenring ist hinsichtlich seiner Bewegungsbahn ausgerichtet, um ein Herauslaufen aus dem Einstellbereich des Systems zu verhindern, indem er eine Auflageposition zur Akkommodierung der Lageausrichtung hat. Hierzu wird ein Maskenring auf die Kugeln 54 gelegt, die Stellschrauben 60 werden gelöst und mit einer Mikroskopeinrichtung oder einer äquivalenten Einrichtung wird die Biegeplatte 58 bewegt/ bis der Maskenring im Wirkungsbereich des Ausrichtsystems ist. Dann werden die Einstellschrauben angezogen und die Maske ist wirksam in ihrer Position bezüglich des Kassettenkörpers fixiert. Eine weitere Einstellung erfolgt durch Bewegen der Wafer.

Die Spanneinrichtungsunterplatte 42 ist auch an dem Kassettenkörper 32 mit Hilfe von horizontalen Biegungen 62 angebracht, von denen drei vorgesehen sind. Die Anordnung umfaßt einen Hebelreduktionsmechanismus 64, der die horizontale Biegung 62 und den Kassettenkörper 32 verbindet und der mit Hilfe eines Knopfes 66 zur Veränderung der Positon des Wafers bezüglich der Kassette und somit bezüglich der Maske einstellbar ist. Diese Ausrichtung erfolgt in der Ausrichtstation 12 mit Hilfe von physikalischen optischen Ausrichtsignalen, was nachstehend noch näher erläutert wird.

Die Biegungen 44 und 62 haben eine einheitliche Positionszuordnung, wie dies aus Figur 2a zu ersehen ist. Die drei vertikalen Biegungen 44, 44A und 44B sind koaxial bezüglich den drei der vier Ausrichtmarken 45 angeord-

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net, die von der Maske auf die Wafer 20 projiziert werden. Die drei horizontalen Biegungen 62A, 62B und 62C haben die in der nachstehenden Tabelle I angegebene Funktion:

Tabelle I

Bewegung I

von Biegung j Drehpunkt

ummer

62B

62A 62C

J resultierende Bewegung ι

: 1

44B

j "Y"-Bewegung am Punkt 44A

Unendlichkeit (Bie-

. gungen sind .

' parallel)

"X"-Bewegung am Punkt 44A

44A

"Y"-Bewegung am Punkt 44B

i I

Die Bewegung der Biegungen 62A, 62B oder 62C führt zu einer Drehung um den Punkt, der durch das Zusammenwirken der Wirklinien der beiden unbewegten Biegungen definiert ist. Im Prinzip wird eine Ausrichtmarke in "X"-Richtung und "Y"-Richtung zum Punkt 44A bewegt und dann festgehalten, währenddem die andere Maske in "Y"-Richtung bewegt wird, bis sie über 44B ist.

Selbstverständlich können Präzisionsbewegungseinrichtungen, wie beispielsweise von piezoelektrischer Bauart, in Serie mit den Biegungsstangen angeordnet sein, um einen geschlossenen Regelkreisbetrieb oder einen sogenannten "freihändigen" Betrieb zu ermöglichen.

Figur 3 zeigt nähere Einzelheiten der Aufgabe-Entnahme/ Spaltmeßstation 10. Der obere Teil der Kassettenanordnung ist bei 66 angedeutet. Dieser enthält die Kugeln 30, die am Kassettenkörper 32 angebracht sind. Auch sind die Biegeplatte 58, die Stellschrauben 60 und die die Kugeln 54 tragenden radialien Biegungen 56 gezeigt. In der dort dargestellten Lage ist auf den Kugeln 54 nichts angebracht. Bei der nachstehenden Beschreibung der weiteren Arbeitsweise wird ein Maskenring darauf angebracht. In der Aufgabestation wird manuell die Wafer 20 auf die Preßluftspanneinrichtung 40 gebracht. Eine Luftmeßarmanordnung, die mit 22 bezeichnet ist, hat ein Armelement 67 und ist bei 68 zur Ausführung einer Schwenkbewegung in und aus der Position direkt über der Kassettenanordnung heraus angebracht. In der Arbeitsstellung befindet sich das Element direkt über der Kassette. Initialisierungsstifte 69 dienen zur Einstellung des oberen Tragelements 71 bezüglich eines unteren Tragelements 73. Zu diesem Zeitpunkt wird die Kassette mit Hilfe der Luftkolben 38 nach oben bewegt, bis die Kugeln 54 in Eingriff mit den v-Blöcken oder den Luftmeßstützen 70 kommen, die von dem oberen Tragelement 71 getragen werden. Bei einer fortgesetzten, nach oben gerichteten Bewegung der Kassette wird das untere Tragelement 73 mit den Luftmeßeinrichtungen 72 aus ihren Schlitzen 74 auf dem Armelement 67 herausgehoben. Die Kassette bewegt sich weiter nach oben, bis die Kugeln 30 aus den v-Blökken 76 austreten. Zu diesem Zeitpunkt sitzen die Luftmeßeinrichtungen durch ihr Eigengewicht auf den Kugeln 54 genau an der Stelle, an der später im Betrieb die Maske sitzt. Durch die Verwendung der Luftmeßeinrichtungen auf eine übliche Weise wird die Wafer 20 durch Handhabung der vertikalen Biegungen 44 (Figur 2) mit dem Knopf 48 adjustiert. Die Adjustierung erfolgt bezüglich

der Kippbewegung der Wafer in zwei Richtungen, sowie eine translatorische und eine vertikale Positionierung. Nach der Adjustierung der Wafer wird die Kassette abgesenkt. Während der nach unten gerichteten Bewegung verlassen die Kugeln 30 zuerst die v-Blöcke 76 und dann später weiter unten verlassen die v-Nuten der Luftmeßstützen 70 die Kugeln 54. Als Folge hiervon wird die Kassette in ihrer unteren oder Transportstellung abgesenkt und die Luf tme ßarmanordnung 22 wird um den Schwenkpunkt 68 zu einer Stellung außerhalb der Bahn geschwenkt. Dann wird die Kassette mit Hilfe der Luftfüße oder -kissen 34 entsprechend Figur 2 zu der Ausrichtstation 12 in Figur 1 bewegt.

Figur 4 zeigt die Ausrichtstation im Detail, die insgesamt mit 12 bezeichnet ist. Der Luftlagertisch ist mit 16 bezeichnet. Er hat Vibrationsisolierfüße 78, so daß der Tisch frei von von außerhalb kommenden Erdvibrationen ist. Anschläge 80 dienen zur anfänglichen Anordnung der Kassette 18 in der unteren Position in der Ausrichtstation. Nach dem Ankommen der Kassette von der Aufgabe-Entnahme stat ion 10 in dieser Station wird die Kassette mit Hilfe der Luftkolben 38 nach oben bewegt. Zu diesem Zeitpunkt wird die Maske 24 auf ihrem Tragring in der Ausrichtstation durch einziehbare radial verlaufende Tragstifte 82 gestützt. Während der Aufwärtsbewegung der Kassette nimmt sie die Maske und den Tragring auf, und die Kugeln 54 treten in die konische Ausnehmung 52 des Tragrings 50 ein (Figur 2). Die Tragstifte 82 werden dann zurückgezogen. Die Kassette bewegt sich auf der nach oben gerichteten Bahn weiter nach oben, bis die Kugeln 30 in den v-Blocken 84 austreten. Die v-Blöcke 84 sind auf einer optischen Bank 86 angebracht, die ein optisches Verteilersystem trägt, das insgesamt mit 88 bezeichnet ist.

Selbstverständlich wird die Kassette selbst mit in das Ausrichtsystem einbezogen, so daß sie sich innerhalb des zugelassenen Bereiches des abschließenden Ausrichtsystems befindet, wenn die Kassette nach oben zu den Sensoren kommt, die im Ausrichtsystem während der Endausrichtung verwendet werden. Irgendein geeignetes Ausrichtsystem kann verwendet werden, wie beispielsweise eine Mikroskop-Ausrichteinrichtung oder eine physikalisehe optische Ausrichteinrichtung. Die Wafer wird durch Handhabung der horizontalen Biegungen 62 mit dem Knopf 66 (Figur 2) adjustiert. Die Adjustierung erfolgt bezüglich den Querrichtungen X und Y sowie bezüglich einer Drehung um eine vertikale Achse. Die physikalische optische Ausrichteinrichtung verwendet vier physikalische optische Sensoren. Diese Technik besteht darin, die relativen Positionen der linearen Zonenplattenmuster auf der Maske zu messen, um Linienbeugungsgitter auf der Wafer zu erzeugen. Die eindimensionale linsenähnliche Eigenschaft der Zonenplatte fokussiert die auftreffende Laserstrahlung zu einer Fokussierungslinie auf der Oberfläche der Wafer.

Wenn diese Linienfokussierung mit einem engen, in die Wafer geätzten Gitter bzw. Raster übereinstimmt, wird die Laserenergie an Stellen und in negativer Ordnung um die Normale zur Oberfläche gebeugt. Der Großteil der gebeugten Laserenergie fällt in die erste Plus- oder Minusbeugungsordnung und sie wird gebündelt und dann durch einen Photodetektor erfaßt. Die Ausrichtung ist erzielt, wenn das Linienraster auf der Wafer genau unter der Mitte des Zonenplattenmusters auf der Maske sich befindet. In dieser Position wird von dem Raster eine maximale Lichtmenge gebeugt und durch den Photodetektor erfaßt.

Eine Kompensation für die lineare Wafer- oder Maskenexpansion erfolgt mit einer vierten Ausrichtmarke und einem physikalischen optischen Ausrichtsensor. Die Breite zwischen zwei Ausrichtmarken wird gemessen und mit einem Nennwert bzw. Sollwert oder Vorgabewert verglichen. Jeder Vergrößerungsfehler wird durch eine kleine Rückstellung des Annäherungsspaltes vor der Belichtung kompensiert.

Ausrichtsteuersignale werden durch Winkelabtastung des Laserstrahls über kleine Winkelbereiche erzeugt, um zu bewirken, daß die Laserlinienfokussierung sinusförmig das Gitter bzw. das Raster abtastet. Der Ausgang des Photodetektors gelangt zu einem phasenempfindlichen Verstärker. Der Nulldurchgang des differenzierten Ausgangs dieses Verstärkers wird als eine Anzeige für die Präzisionseinrichtung verwendet.

Die Kassette, die die Maske und die Wafer trägt, wird dann zu ihrer unteren Position oder Transportposition bewegt und sie wird mit Hilfe der Luftfüße oder -kissen längs des Luftlagertisches 16 zu der Heliumkammer 26 in der Belichtungsstation 14 transportiert (Figur 1e). In der Belichtungsstation wird die Kassette wiederum nach oben bewegt, bis die Kugeln 30 in Eingriff mit v-Blöcken 90 kommen, um hierdurch die Ausrichtung und dieselben resultierenden Verformungen zu gewährleisten. Zu diesem Zeitpunkt wird die Wafer durch die Röntgenstrahlen 28 belichtet.

Nach der Belichtung wird die Kassette, die die Maske und die Wafer trägt, zu der Ausrichtstation 12 zurückgebracht, in der sie wiederum nach oben bewegt wird, bis die Maske und der Maskenring oberhalb der Stelle der

Tragstifte 82 sind. Die Stifte werden dann radial nach innen ausgefahren und die Kassette wird abgesenkt/ wobei die Maske und der Tragring auf den Tragstiften zurückbleiben. Die Kassette wird dann mit Hilfe ihrer Luftfüße zur Aufgabe-Entnahmestation 10 zurückbewegt, in der die Wafer von Hand aufgegeben wird.

Es ist somit zu ersehen, daß ein wesentlicher Gedanke der Erfindung in der spezifischen Auslegung der Kassette und in der Art und Weise zu sehen ist, mit der sie in Wechselwirkung mit dem System tritt. Zusammengefaßt hält die Kassette die Röntgenstrahl-Maske und die Wafer und sie ist so beschaffen und ausgelegt, daß sie sich auf Luftlagern zum Transport zwischen den Stationen bewegen kann. Wenn sie sich in irgendeiner der Stationen befindet, wird sie in einer kinematischen Halterung, d.h. mit Hilfe von drei Sätzen von Kugeln und dazu passenden radialen v-Blöcken nach oben bewegt. Die v-Blöcke 76, 84 und 90 an jeder Station sind im wesentlichen gleich und als Folge hiervon ist die Kassette derselben mechanischen Verformung an jeder Station unterworfen. Die gleichen Kolben werden an jeder Station zum Heben der Kassette verwendet, so daß eine wiederholbare regelbare Kraft zwisehen den v-Blöcken und den Kugeln erzeugt wird. An jeder Station sind in der oberen Stellung alle kritischen Bauteile, d.h. die Maske und die Wafer, die kinematische Halterung, das Masken-Wafer-Ausrichtsystem und das Belichtungssystem miteinander verbunden, so daß hierdurch Bewegungen zwischen denselben als Folge von von außen einwirkenden Störungen reduziert werden. Selbstverständlich sind auch die thermischen Auswirkungen ebenfalls von Bedeutung. Die Anlage bzw. das System nach der Erfindung ist so beschaffen und ausgelegt, daß die kritischen Elemente desselben nahe beieinanderliegen. Dies

bedeutet, daß die Maske, die Wafer, die Positionskugeln und v-Blöcke, und die Ausrichtoptik alle in engem Kontakt miteinander sind oder in enger Verbindung miteinander stehen. Daher werden sie auf dieselbe Weise beeinflußt und versuchen auf dieselbe Art und Weise im Hinblick auf von außen einwirkende Temperaturänderungen zu reagieren. Hierdurch werden die Auswirkungen von Beanspruchungen und die hieraus resultierenden Verformungen oder Spannungen minimalisiert, die durch mechanische und thermische Störungen sowohl langfristig als auch kurzfristig verursacht werden.

Claims

GRÜNECKER, KINKELDEY, STOCKMAlS & PARTNER THE PERKIN-ELMER CORPORATION Main Avenue Norwalk, Connecticut 06856 USA PATENTANWÄLTE EUROPEAN «TENT ATTORNEYS A. GRÜNECKER, DR. H..KINKELDEY, opu-ino DR. W. STOCKMAIR. cupu-ina-Ac DR. K. SCHUMANN, opl-phys P. H.JAKOB. DtPLiNO DR. Q. BEZOLD, uplocm W. MEISTER. oiPL-iNG H. HILGERS. opl-ins DR H. MEYER-PLATH, diplwg 8000 MÜNCHEN 22 MAXIMILIANSTRASSE 58 P 19 100 Röntgenstrahl-Lithographieanlage Patentansprüche

1. Röntgenstrahl-Lithographieanlage, gekennzeichnet durch:

eine Mehrzahl von Arbextsstatxonen (10, 12, 14), eine Kassette (18),

eine Einrichtung (40, 42) zur Anbringung einer Wafer (20) und einer Maske (24) an der Kassette (18),

eine Einrichtung (16, 34) zum Bewegen der Kassette (18) zwischen den Stationen (10, 12, 14), und

eine Einrichtung (28, 38) in jeder Station (10/ 12, 14) zum Bewegen der Kassette (18) zu einer kinematischen Halterung (30, 44, 62, 76, 84, 90),

wobei die kinematischen Halterungen (30/ 44, 62, 76, 84, 90) in allen Stationen (10, 12, 14) im wesentlichen identisch sind.

2. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Mehrzahl von Arbeitsstationen eine Aufgabestation (10), eine Ausrichtstation (12) und eine Belichtungsstation (14) umfaßt.

3. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Kassette (18) eine Einrichtung (62) zur Einstellung des Kippens in zwei Richtungen und zur Translationsbewegung der Wafer (20) bezüglich der Maske (24) und eine Einrichtung

(44) zur Einstellung der translatorischen Querbewegungen in X- und Y-Richtung sowie einer Drehung um eine vertikale Achse der Wafer (20) bezüglich der Maske (24) enthält.

4. Anlage nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß beide Einstelleinrichtungen biegbare Einrichtungen (44, 62) aufweisen.

5. Anlage nach Anspruch 1, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen der Kassette (18) zwischen den Stationen (10, 12, 14) Luftlagerfüße (34, 38) aufweist, die am Boden der Kassette (18) zur Bewegung längs eines Tisches (16) angebracht sind.

6. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede kinematische Halterung eine Kugel (30) mit einem mit dieser zusammenarbeitenden v-Block (76, 84, 90) aufweist.

7. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jede kinematische Halterung drei im Abstand angeordnete Kugeln (30), die von der Kassette (18) getragen werden, und drei zugeordnete v-Blöcke (76, 84, 90) aufweist, die fest an der jeweiligen Station (10, 12, 14) angebracht sind.

8. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung an jeder Station (10, 12, 14) zur Bewegung der Kassette (18) eine Kolbenanordnung (38) aufweist, die an der Kassette (18) angebracht ist.

9. Anlage nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen der Kassette (18) zwischen den Stationen (10, 12, 14) einen Tisch (16) enthält, und daß die Einrichtung in jeder Station (10, 12, 14) zum Bewegen der Kassette (18) eine Kolbenanordnung (38) aufweist, die an der Kassette (18) angebracht ist, um mit dem Tisch (16) zur Bewegung der Kassette (18) bezüglich desselben nach oben zusammenzuarbeiten.

10. Röntgenstrahl-Lithographieanlage, gekennzeichnet durch:

eine Aufgabestation (10),

eine Ausrichtstation (12),

eine Belichtungsstation (14),

eine Kassette (18),
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eine Einrichtung (40, 42) zur Anbringung einer Wafer (20) und einer Maske (24) auf der Kassette (18),

eine Einrichtung (16/ 34) zum Bewegen der Kassette (18) zwischen den Stationen (10, 12/ 14), und

eine Kolbeneinrichtung (38) in jeder Station (10, 12, 14) zum Bewegen der Kassette zu einer kinematischen Halterung (30, 44, 62, 76, 84, 90), wobei jede kinematische Halterung (3) im Abstand angeordnete Kugeln (30) und drei zugeordnete v-BlÖcke (76, 84, 90) enthält, und

wobei die kinematischen Halterungen (30, 44, 62, 76, 84, 90) in allen Stationen (10, 12) im wesentlichen identisch sind.

11. Anlage nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet/ daß die Wafer (20) an der Kassette

(18) in der Aufgabestation (10) angebracht wird und daß die Maske (24) auf der Kassette (18) in der Ausrichtstation (12) angebracht wird.

12. Anlage nach Anspruch 11, gekennzeichnet durch eine Einrichtung (22) in der Aufgabestation (10) zur Adjustierung der Kippbewegung in zwei Richtungen der Wafer (20) und zur Einstellung der Nähe bezüglich der Maskenposition in der Kassette (18).

13. Anlage nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet/ daß die Einrichtung in der Aufgabestation (10) zur Adjustierung eine Luftmeßeinrichtung (22, 70) aufweist.

14. Anlage nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß eine schwenkbare Luftmeßeinrichtungs-Tragarmanordnung (22) zur Bewegung der Luftmeßeinrichtung (22, 70) in ihre Arbeitsstellung und aus ihrer Arbeitsstellung heraus vorgesehen ist.

15. Anlage nach Anspruch 14, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Kassette eine Halteeinrichtung (40, 42) zum Anbringen der Maske (24) enthält, und daß die Einrichtung in der Aufgabestation (10) zur Adjustierung eine Luftmeßeinrichtung (70) aufweist, die an der Halteeinrichtung (40, 42) anbringbar ist.

16. Anlage nach Anspruch 12, gekennzeichnet durch eine Einrichtung in der Ausrichtstation (12) zur Adjustierung der Seitenausrichtung in X- und Y-Richtungen und der Drehausrichtung um die vertikale Achse der Wafer (20) bezüglich der Maske (24).

17. Anlage nach Anspruch 10, dadurch g e k e η η zeichnet, daß die Einrichtung zum Bewegen der Kassette (18) zwischen den Stationen (10, 12, 14) einen Tisch (14) und Lufttragfüße (34, 37) am Boden der Kassette aufweist, die mit dem Tisch (16) zusammenarbeitet, und daß die in jeder Station (10, 12, 14) betätigbaren Kolbeneinrichtungen (38) zum

Bewegen der Kassette (18) zu einer kinematischen Halterung (30, 44, 62, 76, 84, 90) eine Kolbenanordnung enthält, die an der Kassette (18) zum Zusammenarbeiten mit dem Tisch (16) angebracht ist, um die Kassette (18) zu der kinematischen Halterung nach oben zu bewegen.

18. Anlage nach Anspruch 17, dadurch g e k e η η zeichnet, daß drei im Abstand vorgesehene Kugeln (30) von der Kassette (18) getragen, werden und daß drei zugeordnete v-BlÖcke (76, 84, 90) in jeder Station (10, 12, 14) fest angebracht sind.

19. Röntgenstrahl-Lithographieanlage unter Verwendung einer Kassette zum Transportieren einer Wafer und einer Maske durch eine Reihe von Arbeitsstationen mit einer verbesserten Ausrichteinrichtung zum Ausrichten der Wafer bezüglich der Maske, g e k e η η zeichnet durch:

eine Spanneinrichtung (40) zum Halten der Wafer (20),

eine erste vertikale Biegung bzw. nachgiebige Einrichtung (44) und eine im Abstand angeordnete zweite, vertikale nachgiebige Einrichtung (44) zum Verbinden der Spanneinrichtung (40) mit der Kassette (18),

erste, zweite und dritte horizontale nachgiebige Einrichtungen (62A, 62B, 62C) zum Verbinden der Spanneinrichtung (40) mit der Kassette (18) , wobei die erste horizontale nachgiebige Einrichtung (62A) mit der Spanneinrichtung in der Nähe der ersten vertikalen nachgiebigen Einrichtung (44) an einem ersten

Punkt (44a) verbunden ist, die zweite horizontale nachgiebige Einrichtung (62B) orthogonal zur ersten horizontalen nachgiebigen Einrichtung (62A) angeordnet und mit der Spanneinrichtung (40) am ersten Punkt (44A) verbunden ist, und wobei die dritte horizontale nachgiebige Einrichtung (62C) parallel zur zweiten horizontalen nachgiebigen Einrichtung (44) und mit der Spanneinrichtung (40) in der Nähe der zweiten vertikalen nachgiebigen Einrichtung (44) an einem zweiten Punkt (44B) verbunden ist,

eine Einrichtung zum Bewegen der zweiten horizontalen nachgiebigen Einrichtung (62B) und eine Einrichtung zum Bewegen der ersten horizontalen nachgiebigen Einrichtung (62A), um eine erste Ausrichtmarke zum ersten Punkt zu bewegen, und

eine Einrichtung zum Bewegen der dritten horizontalen nachgiebigen Einrichtung (62C), um eine zweite Ausrichtmarke zum zweiten Punkt zu bewegen.

20. Verfahren zum Behandeln einer Maske und einer Wafer in einer Röntgenstrahl-Lithographieanlage, g e kennzeichnet durch folgende Schritte:

Anbringen einer Wafer an einer Kassette,

Bewegen der Kassette zu einer ersten kinematischen Halterung,

ι,

Adjustieren der Kippung in zwei Richtungen der Wafer sowie der Einstellung ihrer Nähe zu einer Maskenposition in der Kassette,

Bewegen der Kassette zu einer zweiten kinematischen Halterung,

Anbringen einer Maske mittels einer kinematischen Anordnung an der Kassette/

Einstellen der Querausrichtung in X- und Y-Richtungen und der Drehausrichtung um eine vertikale Achse der Wafer bezüglich der Maske/

Bewegen der Kassette zu einer dritten kinematischen Halterung, und

Belichten der Wafer mit Röntgenstrahlen.

21. Verfahren zum Behandeln einer Maske und einer Wafer in einer Röntgenstrahl-Lithographieanlage, gekennzeichnet durch folgende Schritte:

Anbringen einer Wafer auf einer Kassette an einer Aufgabestation,

Bewegen der Kassette nach oben zu einer kinematisehen Halterung in der Aufgabestation/

Adjustieren mit einer Luftmeßeinrichtung in der Aufgabestation zur Adjustierung der Kippung in zwei Richtungen der Wafer und zur Einstellung der Länge bezüglich einer Maskenposition in der Kassette,

Absenken der Kassette zu ihrer Transportposition,

Bewegen der Kassette auf ihren Luftfüßen zu einer Ausrichtstation,

Anbringen einer Maske auf der Kassette/

Bewegen der Kassette zu einer kinematischen HaI-terung in der Ausrichtstation nach oben.

Einstellen der Querausrichtung in X- und Y-Richtung und der Drehausrichtung um eine vertikale Achse der Wafer bezüglich der Maske,
10

Absenken der Kassette auf ihre Transportposition mit festgehaltener Maske,

Bewegen der Kassette auf ihren Luftfüßen zu einer Röntgenstrahl-Belichtungsstation,

Bewegen der Kassette in der Belichtungsstation zu einer kinematischen Halterung nach oben,

Reinigen der Fläche mit Heliumgas, und

Belichtung der Wafer mit Röntgenstrahlen.

22. Verfahren nach Anspruch 21, gekennzeichnet durch folgende weitere Schritte:

Absenken der Kassette in der Belichtungsstation zu ihrer Transportposition,

Bewegen der Kassette auf ihren Luftfüßen zu der Ausrichtstation,

Abnehmen der Maske von der Kassette, und

Bewegen der Kassette auf ihren Luftfüßen zu der Aufgabestation.