DE3441621A1

DE3441621A1 - Ausfluchtvorrichtung

Info

Publication number: DE3441621A1
Application number: DE19843441621
Authority: DE
Inventors: Mitsugu Yokohama Kanagawa Yamamura; Minoru Kawasaki Kanagawa Yomoda
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1983-11-14
Filing date: 1984-11-14
Publication date: 1985-05-23
Also published as: GB2151045A; GB2151045B; US4600282A; DE3441621C2; GB8428609D0

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Ausfluchtvorrichtung, die bei der Herstellung oder Betrachtung von Halbleitervorrichtungen wie integrierten Schaltungen mit hohem Integrationsgrad (LSI) und sehr hohem Integrationsgrad (VLSI) für das Einstellen eines Halbleiterplättchens in bezug auf eine Abbildungsebene eines optischen Systems verwendbar ist. Im einzelnen bezieht sich die Erfindung auf ein bei einem Projektions-Belichtungsgerät verwendbares Ausfluchtsystem für das Einstellen eines Halbleiterplättchens in bezug auf das Bild einer Maske.

Die kürzliche Entwicklungsrichtung hinsichtlich einer Verringerung der kleinsten Linienbreite in einem Schaltungsmuster für eine Halbleiterschaltungsvorrichtung macht auch bei einem Projektions-Belichtungsgerät ein höheres Auflösungsvermögen erforderlich. Zum Erreichen des höheren Auflösungsvermögens müssen sowohl eine Maske als auch ein Halbleiterplättchen auf genaue Weise in die Lage eines Brennpunkts eines optischen Abbildungssystems des Projektions-Belichtungsgeräts eingestellt werden.

A/25

Dresdner Rank (München) Klo. 3939844

Bayer. Vommbank (München) Wo 508 9*1

Postscheck !München) Kto. G70-*3-BO*

Eine solche Einstellung oder Ausfluchtung in dem Belichtungsgerät wurde beispielsweise dadurch vorgenommen, daß eine obere Fläche eines Halbleiterplättchens, das mittels

κ einer von hinten an dem Plättchen wirkenden,extrem ebenen Platte (Plättchenaufnahme) geebnet wurde, gegen Rastklinken bzw. Taster angelegt wurde, die an drei Punkten einer in einer vorbestimmten Lage gelegenen Bezugsfläche (Plättchenebene ). gebildet waren. Bei diesem Verfahren kann jedoch

Q irgendein auf die Plättchenfläche aufgebrachtes haftendes Abdecklackmaterial an den Tastern in der Bezugsfläche (Plättchenebene) haften. Mit der Zunahme der Anzahl bearbeiteter Halbleiterplättchen nimmt die Menge an haftendem Abdecklack zu. Dadurch wird eine genaue Einstellung des Halbleiterplätt-

P- chens in bezug auf die Bezugsfläche verhindert und eine schädliche Unscharfe hervorgerufen. Darüberhinaus werden die Bereiche des Halbleiterplättchens, die an den Tastern anliegen, nicht mit dem Bildlicht aus der Fotomaske belichtet. Dies führt zu einer verringerten Ausbeute an Halbleitervorrichtungen.'

Zum Lösen dieser Probleme wurde vorgeschlagen, die Relativlage zwischen dem Halbleiterplättchen und der Abbildungsebene des optischen Systems auf berührungsfreie Weise wie

auf optische Weise, akustische Weise oder unter Anwendung 25

von Luft zu messen und das Halbleiterplättchen bezüglich der Abbildungsebene gemäß den Meßergebnissen einzustellen. Ein solches Systems ist in der US-PS 4 344 160 vom 10. August 1982 beschrieben. Bei dem System gemäß dieser US-PS sind mehrere Abstandsdetektoren und ieweils den Abstands-

detektoren entsprechende mehrere Stellvorrichtungen zum Bewegen der Oberfläche eines Objekts, nämlich des Halbleiterplättchens in der Richtung einer optischen Achse vorgesehen, um damit das Halbleiterplättchen in bezug auf die Abbildungsebene einzustellen. Diese Lageeinstellung ist auch

hinsichtlich des Ebnens der Plättchenfläche wirksam.

Dieses System hat jedoch folgende Unzulänglichkeiten:

Bei diesem System sind alle Abstands- bzw. Lagedetektoren ein und derselben Ebenenplatte gegenübergesetzt, wobei eine zugeordnete Stellvorrichtung entsprechend einem aus dem betreffenden Detektor zugeführten Meßsignal gesteuert wird. Dies bedeutet, daß die Betätigung einer der Stellvorrichtungen -die Meßinformationen aus den jeweiligen anderen De-

!Q tektoren beeinflußt. D.h., wenn eine der Stellvorrichtungen entsprechend der aus dem zugeordneten Detektor zugeführten Meßinformation betätigt wird, um damit die Oberfläche des Objekts in der Richtung der optischen Achse zu einer vorbestimmten Stelle zu bewegen, ändern sich die Lageinforma-

,c tionen aus den anderen Detektoren. Es ist daher schwierig, mittels dieser Kombinationen der Detektoren mit den Stellvorrichtungen eine schnelle und hochgenaue Einstellung zu erzielen. In manchen Fällen wird die Einstellbewegung nicht beendet und ein Schwingen hervorgerufen. In diesen Fällen ist es notwendig,' den Zusammenhang zwischen den jeweiligen Stellvorrichtungen und den entsprechenden Detektoren zu untersuchen, um eine Matrixsteuerung aufgrund einer schnellen Berechnung der untersuchten Zusammenhänge herbeizuführen. Diese Verarbeitung ist jedoch nicht einfach und macht ein kompliziertes Steuersystem erforderlich. Falls ferner die Detektoren in Abstand von den Stellvorrichtungen angeordnet sind oder falls die Relativlage hinsichtlich der Horizontalrichtung veränderbar ist, wird die Einstellsteuerung zunehmend schwieriger. Aus diesen Gründen kann das in der

__ genannten US-PS beschriebene System nur schwer in ein Projektions-Belichtungsgerät mit einem Mechanismus eingebaut werden, mit dem eine Stellvorrichtung in bezug auf einen Detektor horizontal bewegbar ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Ausfluchtvorrichtung zu schaffen, die ein schnelles und genaues Aus-

3 k k 1 62 1 -8- ' DE 441 1

richten eines Objekts in bezug auf eine Abbildungsebene eines optischen Systems ermöglicht.

Dabei soll die erfindungsgemäße Ausfluchtvorrichtung eine schnelle und genaue Einstellung einer ebenen Platte in bezug auf die Abbildungsebene des optischen Systems ermöglichen.

Q Ferner soll dabei mit der Erfindung eine Ausfluchtvorrichtung geschaffen werden, die ein schnelles und genaues Ausfluchten eines Halbleiterplättchens mit einem durch ein optisches Projektionssystem gebildeten Maskenbild erlaubt.

c Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 ist eine perspektivische Ansicht eines Beispiels eines Projektions-Belichtungsgeräts, bei dem die >_n erfindungsgemäße Ausfluchtvorrichtung anwendbar ist,

Fig. 2 ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ausfluchtvorrichtung gemäß einem Ausführungsbeispiel.

_3f. Fig. 3 ist eine Draufsicht, die Relativlagen von Luft-Mikrosensoren in bezug auf ein Halbleiterplättchen zeigt.

Fig. 4 ist ein Blockschaltbild eines Steuersystems der in Fig. 2 gezeigten Ausfluchtvorrichtung.

Fig. 5 ist ein Blockschaltbild eines Servosystems der in Fig. 2 gezeigten Ausfluchtvorrichtung.

Fig. 6A bis 6C zeigen Kurvenformen, welche Änderungen von 35

Servosteuerungs-Ausgangssignalen in Abhängigkeit von der Lage eines Halbleiterplättchens zeigen.

Fig. 7 ist eine Draufsicht auf ein Halbleiterplättchen und zeigt die Anordnung von Belichtungsflächen sowie die Relativlagen der Düsen von Luft-Mikrosensoren.

Fig. 8 ist eine Schnittansicht der erfindungsgemäßen Ausfluchtvorrichtung gemäß einem zweiten Ausführungsbeispiel.

2Q Fig. 9 ist ein Blockschaltbild eines Steuersystems der in Fig. 8 gezeigten Ausfluchtvorrichtung.

In der Fig. 1 ist ein Beispiel eines Verkleinerungsprojektion-Belichtungsgeräts gezeigt, bei dem die erfindungsgemäße Ausfluchtvorrichtung anwendbar ist und das ein optisches Beleuchtungssystem 10 zum Konvergieren von Maskenbeleuchtungslicht aufweist, das von einer Lichtquelle 10a abgegeben wird. Eine Maske 1 mit einem Integrationsschaltungsmuster wird von einer Maskenaufnahme 2 gehalten. Das Schal-

_on tungsmuster der Maske 1 wird mittels einer Verkleinerungs-Proiektionslinse 3 auf ein nachfolgend vereinfacht als Plättchen bezeichnetes Halbleiterplättchen 4 projiziert, das eine lichtempfindliche Schicht trägt. Das Plättchen 4 wird durch einen Plättchentisch 5 in einer Ebene (XY-Ebene) bewegbar gehalten, welche zu der optischen Achse der Projektionslinse 3 senkrecht liegt. An dem Plättchentisch 5 ist eine sog. (in dieser Figur nicht gezeigte) Plättchen-Z-Einheit der erfindungsgemäßen Ausfluchtvorrichtung zum Bewegen des Plättchens 4 in der Richtung der optischen Ach-

se der Projektionslinse, nämlich in der Richtung der Z-30

Achse angebracht.

Die Fig. 2 zeigt die Gestaltung der Z-Einheit und die Relativlage zwischen der Proiektionslinse 3 und der Z-Einheit,

Gemäß dieser Figur wird das Plättchen 4 von einem Spannfut-35

ter bzw. einer Plättchenaufnahme 20 gehalten. Ein elektro-

3 A4 1 62 1 -10- DE 4411

striktives Element wie eine piezoelektrische bzw. Piezovorrichtung 23 ist derart angebracht, daß ein Ende in Andruckberührung mit der Plättchenaufnahme 20 steht und das andere Ende in Andruckberührung mit der Unterseite eines Behälters für die Piezovorrichtung 23 steht, so daß die Plättchenaufnahme 20 durch eine Ausdehnung oder Zusammenziehung der Piezovorrichtung 23 in deren Längsrichtung gemäß der Darstellung in dieser Figur bewegbar ist. Ein He-

■j^Q bei 27 ist derart angebracht, daß er· über den Behälter für die Piezovorrichtung 23 ein Sockelteil 21 der Plättchenaufnahme 20 in Längsrichtung gemäß dieser Figur in bezug auf einen Plättchenaufnahme-Halter 24 bewegt. Der Halter 24 ist fest an dem Plättchentisch 5 (Fig. 1) angebracht. Zum ge-

.JC nauen Bewegen des Sockelteils 21 in der Richtung der Z-Achse in bezug auf den Halter 24 dienen Kugellagerführungen und 26.

An dem Halter 24 ist eine Schraube bzw. Mutter 28 befestigt, _n die mit einer Gewindestange 29 in Eingriff steht. An der Gewindestange 29 ist ein Zahnrad 30 befestigt, das mit einem Zwischenrad 31 kämmt. Das Zwischenrad 31 kämmt seinerseits mit einem Zahnrad 32, das an der Ausgangswelle eines Schrittmotors 33 befestigt ist. Die Drehung des Schritt- _j- motors 33 wird über die Räder 32, 31 und 30 zu der Gewindestange 29 übertragen, so daß diese dreht und sich in ihrer Längsrichtung gemäß der Darstellung in dieser Figur bewegt. Die Längsbewegung der Gewindestange 29 wirkt auf ein Ende des Hebels 27 ein, wodurch die Oberfläche des Plättchens 4

zu einer Lage bewegt wird, die mit der Abbildungsebene der 3Ü

Projektionslinse 3 übereinstimmt.

Ein Wirbelstrom-Lagedetektor 22 dient zum Messen des Ausmaßes der Verstellung durch die Piezovorrichtung 23 und

ist an dem Sockelteil 21 befestigt. Mit dem Lagedetektor 35

22 wird der Abstand zwischen dem Sockelteil 21 und der

Plättchenaufnahme 20 gemessen. Mit 34 und 35 sind in Fig. Düsen von Luft-Mikrosensoren bezeichnet, die an der Projektionslinse 3 befestigt sind. Mit jedem der Luft-Mikrosensoren kann der Abstand zur Plättchenoberfläche durch Änderungen der Durchflußleistung oder des Gegendrucks von Luft gemessen werden, die aus der Düse abgeblasen wird.

Die Lageverhältnisse zwischen der Projektionslinse 3, den ^q Luft-Mikrosensoren und dem Plättchen 4 sind in Fig. 3 gezeigt. Gemäß dieser Figur sind vier Luft-Mikrosensoren mit Düsen 34 bis 37 vorgesehen. Diese Luft-Mikrosensoren sind an dem Außenumfang der Prorektionslinse 3 unter im wesentlichen gleichen Winkelabständen angebracht, so daß die längs Tg des Außenumfangs der Projektionslinse 3 unter jeweils gegenseitigen Winkelabständen von ungefähr 90 angeordnet sind. An jeder Düse 34 bis 37 der Luft-Mikrosensoren kann der Abstand zur Oberfläche des Plättchens 4 gemessen werden. Falls die Abstände von den Stirnflächenteilen der Pro-2Q jektionslinse 3 zu den Oberflächenteilen des Plättchens 4 gemäß der Messung mittels der Düsen bzw. Mikrosensoren 34 bis 37 mit d₁, d_?, d, und d. bezeichnet werden, kann ein mittlerer Abstand ausgedrückt werden durch:

Cd₁₊d₂₊d₃₊d₄)/4.

Falls der Abstand zwischen der Brennebene der Proiektionslinse 3 und der Stirnfläche der Proiektionslinse 3 mit d_fi bezeichnet wird, ergibt sich eine Bewegungsstrecke Ad, die dafür erforderlich ist, das Plättchen mit dem Z-Mechanismus in eine Lage zu bewegen, bei der es mit der Brennebene der Projektionslinse 3 übereinstimmt, aus der Gleichung:

Ad = d₀ - (d₁₊d₂₊d₃-d₄)/4 Durch eine solche Bewegung kommt die mittlere Oberfläche

des Plättchens mit der Brennebene der Projektionslinse 3 in.Übereinstimmung.

Die Fig. 4 ist. ein Blockschaltbild, das den Aufbau eines Stellsteuersystems der Ausfluchtvorrichtung gemäß dem in Fig. 2 gezeigten Ausführungsbeispiel zeigt. In der Schaltung nach Fig. 4 dient eine Mikroprozessoreinheit bzw. ein Mikroprozessor (MPU) 40 zum Ausführen von verschiedenartigen Unterscheidungs- bzw. Erkennungsvorgängen und zur Abgabe von Befehlen entsprechend den herrschenden Bedingungen. Ein Register 41 ist zum Speichern von verschiedenerlei Befehlsinformationen hinsichtlich der Richtung, des Ausmaßes, der Geschwindigkeit und dergleichen der Drehung des Schrittmotors 33 ausgebildet, zugeführt vom Mikroprozessor 40. Entsprechend den aus dem Register abgegebenen Befehlsinformationen führt eine Schrittmotor-Steuerschaltung 42 eine rückführungslose Steuerung des Schrittmotors 33 aus.

Bei einem Anfangszustand besteht zwischen der Oberfläche des Plättchens 4 und der Brennebene ein Abstand von mindestens 2 mm. Dadurch wird irgendeine Berührung des Plättchens mit der Proiektionslinse 3 auch in dem Fall verhindert, daß das Plättchen große Dicke hat. Mit den jeweilige gen Mikrosensor-Düsen 34 bis 37 kann eine genaue Messung nur dann erreicht werden, wenn der Abstand von der Stirnfläche der Düse zu der Plättchenoberfläche nicht großer als ungefähr 0,2 mm ist. Falls daher die vorbestimmte Brennebene von der Stirnfläche der Düse einen Abstand von 0,1 mm hat, kann eine genaue Messung erst dann erzielt werden,

wenn die nach oben bewegte Plättchenoberfläche eine Lage erreicht, bei der sie von der Brennebene nach unten zu einen Abstand von ungefähr 0,1 mm hat.

Das Steuersystem enthält, ferner eine Wandlerschaltung 50, 35

die jeweils Änderungen der Durchflußleistungen in den je-

weiligen Düsen 34 bis 37 in Spannungen umsetzt, um dadurch Spannungen V₁, V₂, V^ und V₄ zu erzeugen, die jeweils den Abständen d₁, d_?, d, und d. von den Stirnflächenteilen der Proiektionslinse 3 zu den Oberflächenteilen des Plättchens entsprechen. Mit einem Analog/Digital- bzw. A/D-Wandler 49 werden die von der Wandlerschaltung 50 abgegebenen Spannungen V₁, V₂, V₃ und V₄ jeweils in digitale Signale umgesetzt, .die dem Mikroprozessor 40 zugeführt werden. Da hier-

J^q bei anfänglich das Plättchen 4 von der Brennebene einen Abstand von nicht weniger als 2 mm hat, wird von dem Mikroprozessor 40 fortgesetzt an das Register 41 ein Antriebsbefehlssignal für den Schrittmotor 33 zugeführt, bis das nach oben in der Richtung der Z-Achse bewegte Plätt-

^g chen 4 in den Meßbereich der Luft-Mikrosensor-Düsen gelangt. Wenn der Abstand von dem Plättchen 4, das durch die Drehung des Schrittmotors 33 in der Richtung der Z-Achse bewegt wurde, zu der Brennebene gleich oder kleiner als 0,1 mm wird, wird von dem Mikroprozessor 40 mittels der Düsen 34

2Q bis 37, der Wandlerschaltung 50 und des A/D-Wandlers 49 erfaßt, daß das Plättchen 4 in die Meßbereiche der Düsen gelangt ist. Entsprechend dieser Erfassung führt der Mikroprozessor 40 dem Register 41 ein Anhaltebefehlssignal zu, um die Drehung des Schrittmotors 33 zu beenden, wodurch die

₂c Aufwärtsbewegung des Plättchens 4 beendet wird. Darauffolgend führt der Mikroprozessor .40 wieder Messungen der Lage der Oberfläche des Plättchens 4 mit Hilfe der Düsen 34 bis 37, der Wandlerschaltung 50 und des A/D-Wandlers 49 aus und berechnet dementsprechend ein Ausmaß für die Bewegung mittels der Z-Einheit, nämlich:

= d₀ - (d₁₊d₂+d₃₊d₄)/4.

Das Bewegungsauflösungsvermögen, nämlich die kleinste Stufe bei der Bewegung des Plättchens 4 durch die schrittweise Drehung des Schrittmotors 33 beträgt 2 yarn. Daher führt der

Mikroprozessor ΊΟ dem Register 4 1 ein Befehlssignal für die Bewegungsstrecke ^d₁ in der Einheit 2 pm zu, um das Plättchen 4 in der Richtung der Z-Achse aufwärts zu bewegen. Infolgedessen wird die Oberfläche des Plättchens 4 in bezug auf die Brennebene mit einer Genauigkeit in der Größenordnung von nicht mehr als ungefähr 2 pn ausgefluchtet.

Darauffolgend werden wieder die Abstände der Stirnflächen- ^q teile der Projektionslinse 3 zu den Oberflächenteilen des Plättchens 4 gemessen. Wenn man dabei die mittels der Düsen 34 bis 37 jeweils gemessenen Abstände mit d_q bis d_1? bezeichnet, führt der Mikroprozessor 40 einem Register ein Befehlssignal für die Richtung und das Ausmaß einer jg von der Piezovorrichtung 23 auszuführenden Stellbewegung zu, die folgendermaßen ausgedrückt werden kann:

Ad₂ = d₀ - (d₉₊d₁₀₊d_1l+d_l2)/4

Das Register 43 speichert die dermaßen zugeführte Information sowie eine zugeführte Information darüber, ob die Piezovorrichtung angesteuert werden soll oder nicht. Das Register 43 führt die Informationen einem Digital/Analog-. bzw. D/A-Wandler 44 und einer Treiberschaltung 46 zu, welche eine Spannung für das Ansteuern der Piezovorrichtung 23 erzeugt.

Der D/A-Wandler 44 setzt die Information aus dem Mikroprozessor 40 in eine analoge Spannung um und führt diese einem Differenzverstärker 45 als Befehls- bzw. Vorgabespannung zu. Entsprechend einem Ausgangssignal des Differenzverstärkers 45 erzeugt die Treiberschaltung 46 eine Spannung in einem Bereich mit einem Mittelwert, der ungefähr die Hälfte einer Spannung V„ entspricht, welche maximal an die Piezovorrichtung 23 angelegt werden kann. Sobald das Plättchen 4 durch die Verstellung mittels der Piezovorrichtung 23

in deren Längsrichtung gemäß Fig. 2 versetzt wird, kann das Ausmaß der Verstellung mittels der Mikrosensor-Düsen 34 bis 37 sowie des Wirbelstrom-Lagedetektors 22 erfaßt und gemessen werden. Das Ausgangssignal des' Wirbelstrom-Lagedetektors 22 wird mittels einer Verstellung/Spannung-Wandlerschaltung 48 in eine Spannung umgesetzt, die proportional zu dem Ausmaß der Verstellung ist und die an den Differenzverstärker 45 sowie an einen A/D-Wandler 47 ange-

IQ legt wird. Der Differenzverstärker 45 vergleicht aufeinanderfolgend oder schrittweise das mittels des Wirbelstrom-Lagedetektors 22 erfaßte Ausmaß der Bewegung des von der Piezovorrichtung 23 verstellten Plättchens 4 mit dem von dem Mikroprozessor 40 befohlenen Verstellungsausmaß und

^g steuert die Treiberschaltung 46 fortgesetzt an, bis die bei dem Vergleich ermittelte Differenz in einen vorbestimmten zulässigen Fehlerbereich fällt. Infolgedessen kann die Oberfläche des Plättchens 4 auf genaue Weise in bezug auf die vorbestimmte Brennebene eingestellt werden. Der A/D-Wandler

2Q 47 setzt das mittels des Wirbelstrom-Lagedetektors 22 erfaßte Ausmaß der Verstellung der Piezovorrichtung 23 in ein digitales Signal um und führt dieses dem Mikroprozessor 40 zu. Der Wirbelstrom-Lagedetektor wird deshalb als zweite Meßvorrichtung verwendet, weil seine Ansprechgeschwindigkeit niedrig ist. Würde man andererseits zum Bilden einer Servo- bzw. Regelschleife einen Luftsensor verwenden, würde die Zeitdauer bis zum Beenden der Einstellbewegung länger werden.

OQ Die Fig. 5 ist ein Blockschaltbild, das ein Servosystem der in Fig. 2 gezeigten Ausfluchtvorrichtung zeigt. In dieser Figur bilden mit 60 bis 83 bezeichnete Elemente die vorangehend anhand der Fig. 4- beschriebenen Treiberschaltung 46 für das Erzeugen einer Spannung zur Ansteuerung der piezoelektrischen bzw. Piezovorrichtung. Von diesen Elementen ist mit 60 ein Sägezahnwellen-Generator bezeich-

3 A4 1 62 1 -16- DE 4411

. net, der eine Schwingung mit Sägezahn-Kurvenform bei ungefähr 10 kHz abgibt. Mit 62 ist ein Vergleicher zum Vergleichen des Ausgangssignals des Differenzverstärkers 45 mit dem Ausgangssignal des Sägezahnwellen-Generators 60 bezeichnet. Entsprechend dem Vergleichsergebnis führt der Vergleicher 62 einem Inverter 64 ein Ausgangssignal in der Form eines digitalen Signals "0" oder "1" zu. Durch den Vergleich der Ausgangssignale des Differenzverstärkers 45 ^q und des Sägezahnwellen-Generators 60 mittels des Vergleichers 62 wird ein Ausgangssignal erzeugt, das einer Impulsbreitenmodulation unterzogen ist.

Der Inverter 64 invertiert das Ausgangssignal des Verglei- ^g chers 62 und führt das invertierte Ausgangssignal UND-Gliedern 66 und 67 zu. Wenn das Register 43 ein Ausgangssignal "0" (nämlich ein Ausschaltsignal) abgibt, welches anzeigt, daß die Piezovorrichtung nicht angesteuert werden soll, geben die beiden UND-Glieder 66 und 67 unabhängig von dem 2Q Ausgangssignal des Differenzverstärkers 45 Ausgangssignale "0" ab. Dadurch wird die Piezovorrichtung 23 entlastet bzw. entspannt bzw. in einem entlasteten oder entspannten Zustand gehalten. Wenn die Piezovorrichtung 23 unter Servo- . steuerung bzw. Regelung angesteuert werden soll, wird aus op- dem Mikroprozessor 40 über das Register 43 ein Ausgangssignal "1" (nämlich ein Einschaltsignal) zugeführt, welches anzeigt, daß die Piezovorrichtung angesteuert \verden soll. Infolgedessen lassen die beiden UND-Glieder 66 und 67 ein Ausgangssignal des Differenzverstärkers 45 in der Form eines Signals, das durch den Vergleicher 62 der Impulsbreiten-ου

modulation unterzogen ist, zu Fotokopplern 70 bzw. 78 durch.

Falls das UND-Glied 66 ein Ausgangssignal "0" (Ausschaltsignal) abgibt, ist der Fotokoppler 70 ausgeschaltet, wodurch ein Transistor 73 und ein Transistor 75 durchge-35

schaltet werden, während ein Transistor 76 gesperrt wird.

DE 4411

Daher wird die Piezovorrichtung 23 nicht belastet bzw. mit Spannung beaufschlagt. Falls andererseits das UND-Glied 66 ein Ausgangssignal "1" (Einschaltsignal) abgibt, ;vird der Fotokoppler 70 eingeschaltet, wodurch die Transistoren 73 und 75 gesperrt werden, während der Transistor 76 durchgeschaltet wird. Auf diese Weise wird die Piezovorrichtung belastet bzw. mit Spannung beaufschlagt ("geladen").

Falls das UND-Glied 67 ein Ausgangssignal "0" (Ausschaltsignal) abgibt, wird der Fotokoppler 78 ausgeschaltet, wodurch ein Transistor 81 sowie ein Transistor 82 eingeschaltet werden, so daß die Piezovorrichtung 23 entlastet bzw. entladen wird. Falls andererseits das UND-Glied 67 ein Ausgangssignal "1" (Einschaltsignal) abgibt, wird der Fotokoppler 78 eingeschaltet, so daß die Transistoren 81 und 82 gesperrt werden, wodurch die Piezovorrichtung 23 nicht entlastet bzw. entladen wird. Die möglichen Kombinationen der Ausgangssignale der UND-Glieder 66 und 67 sind lediglich ein Paar aus Signalen "0" oder ein Paar aus Signalen "1". Diese Kombinationen sind in der nachstehenden Tabelle 1 gezeigt.

DE 4411

Tabelle 1

SIGNAL AUS REGISTER 43 ZUR BESTINMJNG DER AN STEUERUNG DER PIEZOVOR- RIOiTUNG	1	1	O	• O	1	O
AUSGANG INVERTER 64	1	O	O	O
AUSGANG UND-GLIEDER 66 UND 67	EIN	AUS	AUS	AUS
TRANSISTOR 76	AUS	EIN	EIN	EIN
TRANSISTOR 82	*	***	***	***
PIEZOVORRICHTUNG 23

: LADEN BZW. BELASTEN
*** : ENTLADEN BZW. ENTLASTEN

Die Piezovorrichtung 23 weist einen Stapel aus vielen piezoelektrischen Elementen auf und besteht damit aus einem sog. Piezostapel . Bei diesem Ausführungsbeispiel besteht der Piezostapel aus 100 Blättern piezoelektrischer Elemente mit einer jeweiligen Dicke von 0,5 mm und kann bei dem Anlegen einer Spannung von 400 V eine Verstellung um 30 pm ergeben. Die Piezovorrichtung kann als eine Äquivalenzschaltung eines Kondensators angesehen werden, wobei die Piezovorrichtung bei diesem Ausführungsbeispiel eine Kapazität von 0,01 μΈ hat. Wenn der Transistor 76 durchgeschaltetist und der Transistor 83 gesperrt ist, wird die Piezovorrichtung 23 aus einer Spannungsquelle V„ über einen Widerstand

76 geladen, so daß sie sich in der Richtung der optischen Achse, nämlich in der Richtung der Z-Achse ausdehnt. Wenn der Transistor 76 ausgeschaltet ist und der Transistor 83 g eingeschaltet ist, werden die in der Piezovorrichtung 23 gesammelten elektrischen Ladungen über einen Widerstand 83 abgeführt, so daß das elektrische Potential vermindert wird, wodurch sich die Piezovorrichtung 23 in der Richtung der optischen Achse, nämlich der Z-Achse zusammenzieht. Die

,Q Spannungsquelle Vy, hat einen Spannungspegel von 400 V. Zum Absenken der Spannung ist ein Widerstand 68 vorgesehen. Ferner ist eine Zenerdiode 69 vorgesehen, die als eine Konstantspannungsquelle wirkt, die verhindert, daß an die Fotokoppler 70 und 78 eine übermäßige Spannung angelegt wird.

Mit 71, 72, 74, 79 und 80 sind Kollektorwiderstände der Transistoren bezeichnet. Mit 77 ist ein Widerstand für das Laden der Piezovorrichtung bezeichnet, die über den Widerstand 83 elektrisch entladen bzw. entlastet wird, wobei ein Widerstand von 240 kOhm benutzt wird. Damit beträgt die Belastungs/Entlastüngs- bzw. Lade/Entlade-Zeitkonstante der Piezovorrichtung 2 bis 5 ms.

Es wird nun die Funktionsweise des Servosystems bei dem Ausführungsbeispiel beschrieben. Bei einem Anfangszustand _2S gibt das Register 43 ein Signal ab, welches anzeigt, daß eine Regelung nicht erforderlich ist, so daß daher die Piezovorrichtung 23 völlig entladen wird. Wenn die Bewegung des Plättchens 4 in der Richtung der optischen Achse (der Z-Achse) durch den Schrittmotor 33 beendet ist, gibt das Register 43 ein Signal ab, welches anzeigt, daß die Regelung erforderlich wird. Zugleich hiermit führt das Register 43 dem D/A-Wandler 44 ein Ausgangssignal zu, welches eine Verstellung in einem Ausmaß befiehlt, das der Hälfte des maximalen Verstellungsausmaßes, nämlich einer Verstellung

um 15 /um entspricht. Im Ansprechen hierauf ist der D/A-35

Wandler 44 eine der Verstellung um 15 um entsprechende ana-

löge Spannung von 5 V ab, die dem Differenzverstärker 45

zugeführt wird. Andererseits gibt der Wirbelstrom-Lagedetektor 22 ein Ausgangssignal ab, welches bewirkt, daß die Wandg lerschaltung 48 eine Spannung von 5 V abgibt, wenn eine Verstellung um 15 um erfaßt wird.

Während der Periode unmittelbar nach dem Anfangszustand wird jedoch die Piezovorrichtung 23 entladen bzw. entlastet

^q gehalten, so daß noch keinerlei Erweiterung oder Verstellung auftritt. Daher gibt die Wandlerschaltung 48 ein Ausgangssignal mit 0 V ab, welches dem Differenzverstärker 45 zugeführt wird. Da die Rückführungsgröße aus der Wandlerschaltung 48 klein ist, gibt der Differenzverstärker 45 ein Ausgangssignal mit einer hohen positiven Spannung ab. Da die Ausgangsspannung des Differenzverstärkers 45 höher als diejenige des Sägezahnwellen-Generators 60 ist, erzeugt der Vergleicher 62 im wesentlichen Ausgangssignale "0" (Ausschaltsignale), so daß über den Inverter 64 die UND-Glieder

_on 66 und 67 Ausgangssignale "1" erzeugen. Danach wird fortgesetzt die Piezovorrichtung 23 geladen bzw. belastet. Mit der Steigerung der gesammelten Ladungsmenge beginnt die Piezovorrichtung 23 eine zunehmende Verstellung durch eine zunehmende Ausdehnung. Daher erzeugt die Wandlerschaltung

_ot- 48 ein Ausgangssignal, das zu der Verstellung proportional ist. Mit dem Ablauf der Zeit erreicht die Verstellung einen Wert von 15 pm, so daß die Wandlerschaltung 48 eine Spannung abgibt, die nahe an 5 V liegt. Da von dem Ausgang der Wandlerschaltung 48 (als Verstellungsspannung) eine

Spannung zurückgeführt wird, die der Ausgangsspannung des 30

D/A-Wandlers 44 (als Ansteuerungsbefehlsspannung) nahekommt, nähert sich das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 45 0 V. Wenn sich das Ausgangssignal des Differenzverstärkers 45 dem Wert 0 V nähert, hat es einen Pegel, der im

wesentlichen dem mittleren Pegel der Ausgangsspannung des 35

Sägezahnwellen-Generators 60 entspricht. Daher gibt der

DE 4411

Vergleicher 62 wiederholt Ausgangssignale "0" (AUS) und "1V (EIN) mit im wesentlichen der gleichen Dauer bzw. Breite mit einer Frequenz ab, die gleich der Schwingfrequenz des Sägezahnwellen-Generators 60 ist. Wenn der Vergleicher 62 Ausgangssignale in der Form wiederholter Signale "0" und "1" mit im wesentlichen der gleichen Dauer bzw. zeitlichen Breite abgibt, werden die Lademenge und die Entlademenge der Piezovorrichtung 23 einander gleich, so daß die Anschlußspannung der piezoelektrischen bzw. Piezovorrichtung 23 konvergierend wird. Auf diese Weise wird eine Rückführung ausgeführt und ein stabiler Zustand herbeigeführt, wenn die Verstellungsbefehlsspannung und die Verstellungsspannung einander gleich werden, was bedeutet, daß die Piezovorrichtung 23 eine Verstellung in einem erwünschten Ausmaß (von 15 μτα) erreicht hat. Gemäß der vorstehenden Beschreibung kann dadurch, daß anfänglich die Verstellung um 15 μηι gewählt wird, welche der Hälfte der maximalen Verstellung entspricht, die nachfolgende Regelung schnell ausgeführt ^werden-

Darauffolgend wird erneut mittels der Düsen 34 bis 37 die Lage der Oberfläche des Plättchens 4 gemessen. Falls die mittels der Düsen 34 bis 37 gemessenen Abstände mit d_q bis d.|2 bezeichnet sind, ist eine erneute Verstellung mittels der Piezovorrichtung 23 in einem Ausmaß erforderlich, das sich aus folgender Gleichung ergibt:

Ad₂ = d₀ - (d₉₊d₁₀₊d_ll+d_l2)/4.

Gemäß der vorangehenden Beschreibung liegt die Größe ^ d₂ wegen der vorangehenden Einstellung in einem Bereich von 2 yum. Daher führt der Mikroprozessor 40 dem Register 43 ein Signal zu, das einem Wert entspricht, der gleich der Summe aus dem Ausmaß der anfänglichen Verstellung (um 15 /um),

mit dem die Piezovorrichtung 23 schon verstellt wurde, und

dem neu bestimmten Verstellungsausmaß ^cL ist. Im Ansprechen hierauf erzeugt das Register 43 wieder eine Steilbefehlsspannung, von der ausgehend der Differenzverstärker ■g 45 den Fehler bzw. die Differenz verstärkt. Wenn das Ausgangssignal der Wandlerschaltung 48 (als Verstellungsspannung) gleich der Steilbefehlsspannung wird, konvergiert die Anschlußspannung der Piezovorrichtung, so daß die vorbestimmte Verstellung abgeschlossen ist.

Die Fig. 6A bis 6C zeigen Signalkurvenformen, die die Impulsbreitenmodulation des Ausgangssignals des Sägezahnwellen-Generators 60 mittels des Vergleichers 62 veranschaulichen. Die Fig. 6A entspricht dem Fall, daß die Ausdehnung der Piezovorrichtung 23 geringer als der befohlene Verstellungswert ist. Da die Verstellungsspannung niedriger als die Stellbefehlsspannung ist, erzeugt der Differenzverstärker 45 eine Spannung, die höher als die Sägezahnspannung, die bei dem Vergleich mittels des Vergleichers 62 höher als die Sägezahnspannung ist. Daher erzeugt der Vergleicher 62 ein Ausgangssignal, das in seinem Bereich mit dem Pegel "1" eine geringere Breite hat. Dieses Signal wird invertiert, wodurch die UND-Glieder 66 und 67 ein Signal mit einer größeren Breite des Abschnitts mit dem Pegel "1" abgeben,

ο,- nämlich ein Signal für das leaden bzw. Belasten der Piezovorrichtung 23.

Die Fig. 6B zeigt einen Fall, bei dem die Ausdehnung der Piezovorrichtung 23 im wesentlichen dem befohlenen Verstellungswert entspricht. Da die Stellbefehlsspannung und die 30

Verstellungsspannung im wesentlichen einander gleich sind, erzeugt der Differenzverstärker 45 eine mittlere Spannung, die dann mittels des Vergleichers 62 mit der Sägezahnspannung verglichen wird. Daher erzeugt der Vergleicher 62 ein

Ausgangssignal, bei dem die Bereiche mit den Pegeln "1" 35

und "0" im wesentlichen die gleiche Breite haben. Obgleich

dieses Signal den UND-Gliedern 66 und 67 invertiert zugeführt wird, wird mit dem invertierten Signal das Laden und Entladen der Piezovorrichtung 23 aneinander angeglichen, da der Unterschied zwischen der Breite der Bereiche mit den Pegeln "1" und "0" gering ist.

Die Fig. 6C entspricht einem Fall, bei dem die Ausdehnung der Piezovorrichtung 23 größer als der befohlene Verstel-

,Q lungswert ist. Da die Verstellungsspannung höher als die Stellbefehlsspannung ist, erzeugt der Differenzverstärker 45 eine niedrigere Spannung, die dann durch den Yerglei- *■ eher 62 mit der Sägezahnspannung verglichen wird. Auf diese Weise erzeugt der Vergleicher 62 ein Ausgangssignal,

,ρ· dessen Bereich mit dem Pegel "1" eine größere Breite hat. Dieses invertiert an die UND-Glieder 66 und 67 angelegte Signal wird als ein Signal abgegeben, dessen Bereich mit dem Pegel "1" eine geringere Breite hat, nämlich als ein Signal für das Entladen bzw. Entlasten oder Entspannen

_on der Piezovorrichtung 23.

Die Fig. 7 ist eine Draufsicht auf das Halbleiterplättchen 4 und zeigt die Anordnung von Aufnahmeflächen bzw. Belichtungsflächen sowie die Lagebeziehungen zwischen der Projekte tionslinse 3 und den Luft-Mikrosensor-Düsen 34 bis 37. Die in dieser Figur mit P bezeichnete Fläche ist eine Musterfläche, die bei einen Belichtungsvorgang belichtet werden soll. Bei einem Projektions-Belichtungsgerät mit schrittweiser Belichtung und Fortschaltung wird das von dem Plätt- _ chentisch 5 getragene Plättchen 4 zu aufeinanderfolgenden Belichtungen in der X-Rrchtung und der Y-Richtung bewegt"."

Falls eine mit Q bezeichnete Fläche belichtet werden soll, sind die Projektionslinse 3 und die Düsen 34 bis 37 in bezug auf das Plättchen gemäß der Darstellung in dieser Fig. 7 angeordnet. Daher kann mit der Düse 34 die Oberflächen-

lage des Plättchens nicht erfaßt bzw. gemessen werden. Im.einzelnen ermittelt während der Bewegung des Plättchens 4 zu der Projektionslinse 3 hin der Mikroprozessor 40, daß die Plättchenoberfläche in zufriedenstellender Weise in die Meßbereiche der Düsen 35, 36 und 37 eingeführt ist. Von der Düse 34 wird jedoch in den Mikroprozessor 40 kein Antwortsignal eingegeben. Aus diesem Grund wird van dem Mikroprozessor 40 beurteilt, daß mit der Düse 34 keine Messung möglich ist, und ein Mittelwert der Meßwerte d₂, d, und d. der Düsen 35, 36 und 37 gebildet. Dabei wird ein mittlerer Abstand (d₇+d,+d.)/3 des Plättchens 4 berechnet. Die Scharfeinstellung wird gemäß diesen Rechenergebnissen vorgenommen.

Wenn nach dem Abschluß der Belichtung der Fläche Q eine mit R bezeichnete Fläche belichtet werden soll, wird mittels der Düse 35 vorbereitend die Lage der Plättchenober- _on fläche an der Fläche R erfaßt und der Abstand an dieser Fläche zu dem Zeitpunkt gemessen, an dem die Belichtung der Fläche Q abgeschlossen ist. Der Meßwert wird durch den Mikroprozessor 40 dem Register 43 als befohlenes Verstellungsausmaß zugeführt. Wenn das Plättchen 4 so bewegt wird, daß die Belichtungsfläche R unterhalb der Projektionslinse 3 angeordnet wird, beginnt die Ansteuerung der Piezovorrichtung 23, wobei das Verstellungsausmaß durch diese Vorrichtung mittels des Wirbelstrom-Lagedetektors 22 in der Weise erfaßt, daß die Verstellung abgeschlossen ^Wird-

Auf diese Weise kann hinsichtlich der Belichtungsfläche R die Scharfeinstellung während der Bewegung des Plättchens aus der Lage für die Belichtung der Fläche Q in die Lage für die Belichtung der Fläche R vorgenommen werden. Hierdurch wird eine Belichtung mit verringerter Leerlaufzeit gewährleistet, da die für die Ausführung eines Betriebsvorgangs notwendige Zeitdauer zugleich für einen anderen Betriebsvorgang genutzt wird.

Die Figur 8 zeigt eine erfindungsgemäße Ausfluchtvorrichtung gemäß einem weiteren bzw. zweiten Ausführungsbeispiel. Dieses Ausführungsbeispiel unterscheidet sich gegenüber dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel daringehend, daß

die Oberfläche des Plättchens 4 mit der Abbildungsebene der 15

Projektionslinse 3 selbst dann in Übereinstimmung gebracht werden kann, wenn die gesamte Oberfläche des Plättchens 4 uneben oder ungleichmäßig ist.

Gemäß Figur 8 wird-das Plättchen von einer Plättchenaufnah-

me 120 gehalten. Ein Sockelteil 121 für die Plättchenaufnahme 120 ist mit drei in gleichen Winkelabständen angeordneten piezoelektrischen bzw. Piezovorrichtungen 123a, 123b und 123c versehen (von denen in dieser Figur nur zwei gezeigt sind). Gleichermaßen wie bei dem voranstehend beschrie-

benen Ausführungsbeispiel weist jede Piezovorrichtung einen Stapel aus einer Vielzahl piezoelektrischer Elemente bzw. Plättchen auf. Durch die Stellbewegung der Piezovorrichtungen wird die Plättchenaufnahme 120 in der Richtung der Z-

Achse, nämlich in Längsrichtuna zu den Piezovorrichtungen 30

gemäß dieser Figur bewegt. An Stellen, die jeweils den Stellen der Piezovorrichtungen 123a, 123b und 123c entsprechen, sind jeweils Wirbelstrom-Lagedetektoren 122a, 122b bzw. 122c angeordnet (von denen in dieser Figur nur zwei gezeigt

sind). Jeder der Lagedetektoren 122 ist zum Messen des Ab-35

1
stands zwischen dem Sockelteil 121 und einem Vorsprung 123'a, 123 'b bzw. 123'c der Verstellungsachse der zugeordneten Piezovorrichtung ausgebildet, um dadurch das Ausmaß der Verstellung zu messen, die durch die zugeordnete Piezovorrichtung vorgenommen wird. An der Projektionslinse 3 sind Düsen 125a, 125b und 125c von Luft-Mikrosensoren befestigt (wobei in dieser Figur nur zwei Düsen gezeigt sind). Aufgrund der Änderungen der Durchflußleistung oder des Gegendrucks von aus der jeweiligen Düse abgeblasene Luft kann der Abstand der Düse von der Oberfläche des Plättchens 4 gemessen werden. Die Vorrichtung weist ferner Schraubenfedern 124a, 124b und 124c auf (von denen in dieser Figur nur zwei gezeigt sind), die die Plättchenaufnahme 120 mit dem Sockelteil 121 ver-

2^g binden und die Piezovorrichtungen 123a, 123b und 123c derart vorspannen, daß die Spitzen der Piezovorrichtungen nachgeführt mit entsprechenden Ausnehmungen in der Plättchenaufnahme 120 in Berührung bleiben. Die Piezovorrichtungen, die Wirbelstrom-Lagedetektoren und die Schraubenfedern bilden drei Sätze von'Meßsystemen, die bezüglich der Mitte des Sockelteils 121 in jeweiligen Winkelabständen von 120° gegeneinander angeordnet sind. Ferner sind die Düsen der Luft-Mikrosensoren unter gegenseitigen Winkelabständen von 120° in Bezug auf die Mitte der Projektionslinse 3 derart angeordnet,

daß ihre Lagen denjenigen der Piezovorrichtungen entsprechen.

Die Figur 9 ist ein Blockschaltbild, das das Verstellungssteuersystem des in Figur 8 gezeigten Ausführungsbeispiels zeigt.

_on Gemäß Figur 9 weist das Verstellungs-Steuersystem eine Mikro-

Prozessoreinheit bzw. einen Mikroprozessor 130 für das Ausführen von verschiedenartigen Erkennungsvorgängen und für das Zuführen von verschiedenerlei Befehlen entsprechend den Gegebenheiten auf. Das System enthält ferner Register 131a,

_ot- 131b und 131c für das Speichern von Einschaltsignalen (Betä-35

tigungssignalen) oder Ausschaltsignalen (Abschaltsignalen), die den Piezovorrichtungen 123a, 123b bzw. 12 3c zugeführt werden, und von Signalen auf, die die gewählte Verstellungsgrößer darstellen und die den Piezovorrichtungen zugeführt werden. Die Register führen die Ein- oder Ausschaltsignale jeweils Treiberschaltungen 134a, 134b bzw. 134c zu, um Spannungen für das Ansteuern der Piezovorrichtungen zu erzeugen, wobei die vorstehend genannten Signale für die Angabe der ^q Verstellungsgrößen an den Piezovorrichtungen über D/A-VJandler 132a, 132b bzw. 132c zugeführt werden.

Bei einem Anfangszustand gibt der Mikroprozessor 130 ein Einschaltsignal (Betätigungssignal) für jede Piezovorrich-

^g tung sowie ein Befehlssignal ab, welches ein Verstellungsausmaß vorschreibt, das der Hälfte des maximalen Ausmaßes der Verstellung mit der Piezovorrichtung entspricht. Im Ansprechen hierauf Liegt an jeder der D/A-Wandler 132a, 132b und 132c eine Spannung von 5V als Verstellungsgrößen-Befehls-

__ spannung an einen zugeordneten Differenzverstärker 133a, 133b bzw. 133c an. Da sich zu diesem Zeitpunkt jede der Piezovorrichtungen 123a, 12b und 123c in ihrem Anfangszustand befindet, befindet sie sich in dem entladenen bzw. entspannten oder entlasteten Zustand, so daß das Ausmaß

-₅ der Verstellung "Null" ist. Daher wird aus dem zugeordneten Wirbelstrom-Lagedetektor 122a, 122b bzw. 122c über eine zugeordnete Verstellung/Spannung-Wandlerschaltung 135a, 135b bzw. 135c (als Rückführungsspannung) ein Ausgangssignal mit OV erzielt. Das Verstellungs-Steuersystem ist so gestaltet,

daß sich eine Rückführungsspannung von 10V ergibt, wenn das ου

Ausmaß der Verstellung durch" die Piezovorrichtung maxinäX'ist, und eine Rückführungsspannung von 5V, wenn das Verstellungsausmaß die Hälfte des maximalen Ausmaßes ist. Jeder der Differenzverstärker 133a, 133b und 133c gibt fortgesetzt sein

Ausgangssignal an die zugeordnete Treiberschaltung 13a, 134b ob

und 134c ab, bis die Rückführungsspannung gleich der Befehls-

spannung wird; auf diese Weise wird die jeweils zugeordnete Piezovorrichtung 123a, 123b bzw. 123c angesteuert. Wenn das Ausmaß der Verstellung durch die Piezovorrichtung gleich der

Hälfte des maximalen Verstellungsausmaßes wird, wird die 5
abgegebene Spannung konvergiert und stabilisiert. Zu diesem Zeitpunkt liest der Mikroprozessor die Rückführungsspannungen aus A/D-Wandlern 136a, 13 6b und 136c aus, so daß damit jeweils das Ausmaß der Verstellung durch die jeweilige Piezovorrichtung festgestellt wird. Danach befiehlt der Mikroprozessor 130 das Messen des Abstands zwischen der Plättchenoberfläche und der jeweiligen Düse 125a, 125b und 125c mit Hilfe von Spannungs-Wandlerschaltungen 137a, 137b bzw. 137c und A/D-Wandlern 138a, 138b bzw. 138c. Da die Lagebeziehung

zwischen der jeweiligen Düse und der entsprechenden Piezovor-15

richtung im voraus bei jeder Lage auf dem Plättchentisch

(nämlich in der XY-Ebene) festgelegt ist, korrigiert der . Mikroprozessor 130 den Meßwert des Abstands zwischen der jeweiligen Düse und der Plättchenoberfläche unter Berücksichtigung dieser Lagebeziehung und berechnet das Ausmaß der

durch die jeweilige Piezovorrichtung auszuführenden Verstellung in der Weise, daß die Plättchenoberfläche zu der Ebene parallel wird, in der die Spitzen der Düsen angeordnet sind, und im einzelnen in der Weise, daß die Plättchenoberfläche mit der Abbildungsebene der Projektionslinse 3 in Überein-

Stimmung kommt.

Entsprechend den Rechenergebnissen bewirkt der Mikroprozessor 130 an jedem der Register 131s, 131b und 131c das Einspeichern des Ausmaßes der Verstellung durch die entsprechende Piezovorrichtung sowie das Einleiten der Ansteuerung der Piezovorrichtung. Da jede Piezovorrichtung anfänglich in eine Lage eingestellt wird, die der Hälfte des Verstellungsbereichs entspricht, kann die Piezovorrichtung sowohl

in der Richtung einer Ausdehnung als auch in der Richtung 35

einer Zusammenziehung angesteuert werden.Bis die Rückführungsspannung gleich der Befehlsspannung wird, die an dem jeweiligen D/A-Wandler 132a, 132b bzw. 132c entsprechen dem aus _c dem jeweiligen Register zugeführten Verstellungsgrößen-Bofehl abgegeben wird, wird an jeder der Piezovorrichtungen eine Rückführungskreis-Einstellregelung in Echtzeit ausgeführt, so daß die Piezovorrichtung in einem Ausmaß angesteuert wird, das dem befohlenen Verstellungsausmaß entspricht. Dabei erfaßt jeder Wirbelstrom-Lagedetektor nur das durch die zugeordnete Piezovorrichtung hervorgerufene Verstellungsausmaß und wird nicht durch die Verstellung mittels irgendeiner anderen Piezovorrichtung beeinflußt. Infolgedessen ist die Einstellregelung für jede Piezovorrichtung sta-

__bil, was eine hochgenaue Einstellung mit einem einfachen 15

Schaltungsaufbau unter Verkürzung der Zeit bis zum Beenden der Einstellung gewährleistet.

Nachdem die Steuerung der Piezovorrichtungen abgeschlossen

ist, befiehlt der Mikroprozessor 130 erneut das Messen der ZU

Abstände zwischen den jeweiligen Düsen und der Plättchenoberfläche, wonach der Mikroprozessor ermittelt, ob die Plättchenoberfläche in einer Ebene liegt, die parallel zu derjenigen Ebene ist, in der die Spitzen aller Düsen liegen.

Falls der mit einer jeweiligen Düse gemessene Abstand einen 25

Fehler bzw. eine Abweichung enthält, der bzw. die nicht kleiner als ein vorbestimmter V'ert ist, wird von dem Mikro- ■ prozessor 130 wieder aufgrund des Meßwerts ein Ausmaß der mittels der jeweiligen Piezovorrichtung vorzunehmenden Verstellung berechnet und die dementsprechende Ansteuerung der jeweiligen Piezovorrichtung befohlen. Der Mikroprozessor wiederholt die vorstehend beschriebenen Betriebsvorgänge, bis der Fehler bzw. die Abweichung in einen vorbestimmten Bereich fällt. In der Praxis wird jedoch allein durch eine einmalige oder zweimalige zusätzliche Verstellung mittels der Piezovor-

_70- *DE 4411

1
richtung der Fehler so vermindert, daß er nicht größer als ein vorbestimmter zulässiger Wert (von beispielsweise 1 am) ist.' Dies ist auf folgende Gründe zurückzuführen:

(1) Die Meßgenauigkeit, das Auflösungsvermögen und die Linearität der Luft-Mikrosensoren sind gut (Meßbereich: 200 um).

(2) Die Meßgenauigkeit, das Auflösungsvermögen und die Linearität der Wirbelstrom-Lagedetektoren sind gut.

(3) Die Ausfluchtvorrichtung enthält keinerlei mechanische Verbindung für die Ansteuerung der Piezovorrichtungen, so daß kein mechanisches Element vorhanden ist, das eine Zeitverzögerung oder eine Instabilität der Steuerung hervorruft.

(4) Der Wirbelstrom-Lagedetektor erfaßt das Ausmaß der Verstellung durch die eine bestimmte Piezovorrichtung in der Weise, daß er nicht durch die Verstellung mittels irgendeiner anderen Piezovorrichtung beeinflußt wird.

Die vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele wurden zwar anhand eines Belichtungsgeräts für schrittweise Belichtung und Fortschaltung unter Verkleinerungsprojektion beschrieben, jedoch ist die erfindungsgemäße Ausfluchtvorrich-25

tung auch bei irgendwelchen anderen Arten von Belichtungsgeräten anwendbar. Insbesondere sind die Vorteile der erfindungsgemäßen Ausfluchtvorrichtung besonders bei einem Belichtungsgerät ausgeprägt, bei dem ein optisches Reflek-

tionsspiegelsystem benutzt wird, um eine Gesamtflächenbe-3O₁, _v

lichtung mit einem einzigen Belichtungsvorgang auszuführen. Bei Belichtungsgeräten dieser Art ist die bei einem einzelnen Belichtungsvorgang zu belichtende Fläche groß, so daß die Flächenungleichmäßigkeiten in der zu belichtenden Fläche groß sind. In diesem Fall kann der mittlere Teil der 35

Plättchenaufnahme gleichfalls mit einem beweabaren Element

versehen werden, das mittels des erfindungsgemäßen Verstellungsmechanismus mit einer weiteren Meßvorrichtung für das Erfassen des Ausmaßes der Verstellung verstellt werden kann,

r. um dadurch an dem Halbleiterplättchen die Ebenheit zu korrio

gieren.

Hinsichtlich der ersten Lage-Meßvorrichtung besteht keine Einschränkung auf den Luft-Mikrosensor. Wenn eine Ultra-₀schallwellen-Reflexions-Abstandmeßvorrichtung, eine fotoelektrische Reflexions-Abstandineßvorrichtung oder eine Wirbelstrom-Abstandsmeßvorrichtung verwendet wird, kann die Lage auch im Vakuum gemessen werden. Daher ist das erfindungsgemäße Ausfluchtsystem auch bei Röntgenstrahlen-

, _ Belichtungsgeräten und Elektronenstrahlen-Belichtungsge-15

raten anwendbar. Ferner kann die erfindungsgemäße Ausfluchtvorrichtung auf einfache Weise in ein Gerät mit einer Kombination aus einem Mikroskop und einem X-Y-Objektträger eingebaut werden, wie in ein Gerät zum Untersuchen fehlerhafter Masken oder zum Prüfen und Vergleichen von Masken.

Bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel· wurde zwar das Ausfluchten des Halbleiterplättchens erläutert, jedoch ist die erfindungsgemäße Gestaltung gleichermaßen auch

für das Ausfluchten einer Maske bzw. eines Gitternetzes an-25

wendbar. Darüber hinaus besteht für die zweite Meßvorrichtung keine Einschränkung auf die Wirbelstran-Abstandsmeßvorrichtung bzw. den Wirbelstrom-Lagedetektor. Es kann beispielsweise .eine elektrostatische Kapazitäts-Abstandsmeßvorrichtung verwendet werden, die gleichermaßen genaue Messungen ergibt. 30

Hinsichtlich der Verstellvorrichtung bzw. Antriebsquelle erübrigt eine linear bewegende Stellvorrichtung für direkte Verstellung wie die bei den beschriebenen Ausführungsbeispielen der erfindungsgemäßen Ausfluchtvorrichtung verwendete

piezoelektrische Vorrichtung oder ein Linearmotor die Erfor-35

dernis irgendwelcher mechanischer Verbindungsglieder.Daher wird irgendein Totbereich bzw. nicht steuerbarer Bereich wie ein Spiel vermieden, was eine genaue Lagesteuerung und eine

höhere Ansprechgeschwindigkeit gewährleistet. Es kann jedoch 5
natürlich eine Drehantriebs- bzw. Dreheinstellvorrichtung

eingesetzt werden.

Es wird eine Ausfluchtvorrichtung für das Ausfluchten eines

Halbleiterplättchens mit einem durch ein optisches Projek-10

tionssystem erzeugten Bild einer Maske angegeben. Die Vorrichtung weist ein erstes Meßsystem zum Messen des Abstands zwischen einer Abbildungsebene des optischen Systems und dem Halbleiterplättchen, einen Verstellungsmechanismus für das Bewegen des Halbleiterplättchens in der Richtung der opti-

sehen Achse des optischen Systems und ein zweites Meßsystem zum Messen des Ausmaßes des Bewegens des Halbleiterplättchens auf. Der Verstellungsmechanismus wird unter Vergleich des mittels des ersten Meßsystems gemessenen Abstands mit dem mittels des zweiten Meßsystems gemessenen Ausmaß des Be-

wegens gesteuert, wodurch das Halbleiterplättchen auf richtige und genaue Weise in die Abbildungsebene des optischen Systems eingestellt wird.

Claims

T1 D.. ΙΛ /"* - - --. Patentanwälte und IEDTKE - DUHLING - IVlNNE-T ldRUPE ": - >-, -.Vertreter beim EPA η /■* Ο·ί-" '-' -"■' -:· "'-" Dipl.-Ing. H.Tiedtke ΓΈΙ-LMANN - «RAMS - OTRUIF Dipl.-Chem. G. Bühüng Dipl.-Ing. R. Kinne Dipl.-Ing. R Grupe 3441621 Dipl.-Ing. B. Pellmann Dipl.-Ing. K. Grams Dipl.-Chem. Dr. B. Struif Bavariaring 4, Postfach 20 8000 München 2 Tel.: 089-539653 \ . Telex: 5-24 845 tipat Telecopier: 0 89-537377 Caule: Germaniapatent Mund 14. November 1984 DE 4411 Patentansprüche

1. Vorrichtung zum Ausfluchten eines Objekts mit einer Abbildunosebene eines optischen Systems, gekennzeichnet durch eine erste Meßvorrichtung (34 bis 37; 125) zum Messen der Lage des Objekts (4) in bezug auf die Abbildungsebene des optischen Systems (3), eine Verstellvorrichtung (23; 123) zum Ändern der Relativlage des Objekts in bezug auf die Abbildungsebene des optischen Systems, eine zweite Meßvorrichtung (22; 122) zum Messen des Ausmaßes der Änderung der Relativlage des Objekts in bezug auf die Abbildungsebene des optischen Systems mittels der Verstellvorrichtung und eine Steuereinrichtung (Fig. 5) zum Steuern der Verstellvorrichtung nach den Meßergebnissen der ersten und der zweiten Meßvorrichtung, wobei die Steuereinrichtung aufeinanderfolgend die Meßergebnisse der ers.ten und der zweiten Meßvorrichtung miteinander vergleicht und die Stellvorrichtung derart steuert, daß die Meßergebnisse der ersten und der zweiten Meßvorrichtung gegeneinander abgestimmt werden.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meßvorrichtung (22; 122) mindestens einen Wirbelstrom-Lagedetektor aufweist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Meßvorrichtung (34 bis 37; 125) mindestens einen Luft-Mikrosensor aufweist.

A/25

ank (München) Klo. 3938 844 Bayer Verelmbank (München! KIo 506 941 Po»t»cne<* llAjnchen) Klo. 670-43-804

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstellvorrichtung (23; 123) mindestens ein elektrostriktives Element aufweist.

5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung (Fig.5) eine Verarbeitungseinrichtung (45) zum Erzeugen eines Signals, das der Differenz zwische.n dem Meßergebnis der ersten Meßvorrichtung (34 bis

J^q 37; 125) und dem Meßergebnis der zweiten Meßvorrichtung (22; 122) entspricht, eine Vergleichseinrichtung (62) zum binären Digitalisieren eines Sägezahnwellen-Signals gemäß dem von der Verarbeitungseinrichtung abgegebenen Signal und eine Schalteinrichtung (66 bis 82) zum Steuern des Belastens

,,- bzw. Entlastens des elektrostriktiven Elements entsprechend einem Ausgangssignal der Vergleicheinrichtung aufweist.

6. Ausfluchtvorrichtung, gekennzeichnet durch ein elektrostriktives Teil (23), eine Meßvorrichtung (22) zum Messen des Ausmaßes einer Änderung des elektrostriktiven Teils und eine Steuereinrichtung (Fig.5) zum Steuern des Belastens bzw. Entlastens des elektrostriktiven Teils gemäß der Differenz zwischen dem mittels der Meßvorrichtung erfaßten Änderungsausmaß und einem vorbestimmten Sollausmaß.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet,

daß die Steuereinrichtung (Fig. 5) eine mit einer niedrigeren Spannung betriebene erste Schaltung (45, 62 bis 67) zum Erzielen der Differenz zwischen dem mittels der Meßvorrichtung (22) ermittelten Änderungsausmaß und dem vorbestimmten 30

Sollausmaß und eine mit einer höheren Spannung betriebene zweite Schaltung (68 bis 83) für das Belasten bzw. Entlasten des elektrostriktiven Teils (23) aufweist.

8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, 5

daß die Steuereinrichtung (Fig. 5) mindestens einen Foto-

koppler (70, 78) für das Obertragen eines Ausgangssignals der ersten Schaltung (45, 62 bis 67) zu der zweiten Schaltung (68 bis 83) aufweist.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet,

daß die erste Schaltung (45, 62 bis 67) einen Rechenverstärker (45) zum Erzeugen eines Signals_} das der Differenz zwischen dem mittels der Meßvorrichtung (22) erfaßten Ände- ^q rungsausmaß und dem vorbestimmten Sollausmaß entspricht, und einen Vergleicher (62) zum binären Digitalisieren eines Sägezahnwellen-Signals gemäß dem von dem Rechenverstärker erzeugten Signal aufweist.

,c

10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Schaltung (68 bis 83) mehrere Transistoren aufweist, die durch das Ausgangssignal des Fotokopplers (70, 78) steuerbar sind.

11. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuereinrichtung (Fig. 5) eine Impulsgeberschaltung zum Erzeugen eines Impulssignals für das Steuern des Belastens bzw. Entlastens des elektrostriktiven Teils und eine Tastverhältnis-Änderungsschältung für das Ändern des

_p. Tastverhältnisses des von der Impulsgeberschaltung erzeugten Impulssignals aufweist.

12. Vorrichtung zum Ausfluchten eines ebenen Objekts mit einer Abbildungsebene eines optischen System, gekennzeich-

net durch mehrere erste Meßvorrichtungen (125), von denen 30

jede die Lage des Objekts (4) in bezug auf die Abbildungsebene des optischen Systems (3) erfaßt, mehrere Verstellvorrichtung (123), von denen jede die Relativlage eines zugeordneten Bereichs des Objekts in bezug auf die Abbil- .

dungsebene des optischen Systems ändert, mehrere zweite 35

Meßvorrichtungen (122), von denen iede das Ausmaß der Ände-

rung der Relativlage zwischen einem zugeordneten Bereich des Objekts in bezug auf die Abbildungsebene des optischen Systems durch die zugeordnete Verstellvorrichtung unabhängig von einer Änderung durch die anderen Verstellvorrichtungen erfaßt, und eine Steuereinrichtung (Fig. 9) zum gesonderten Steuern einer jeden der mehreren Verstellvorrichtungen aufgrund der Erfassungsergebnisse eines zugeordneten Paars aus einer ersten und einer zweiten Meßvorrichtung.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet,

daß die mehreren ersten Meßvorrichtungen (125), die mehreren zweiten Meßvorrichtungen (122) und die mehreren Verstellvorrichtungen (123) in jeweils gleicher Anzahl vorgesehen sind.

14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet,

daß jede der zweiten Meßvorrichtungen (122) direkt das Ausmaß der durch die zugeordnete Verstellvorrichtung (123) hervorgerufenen Änderung erfaßt.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet,

daß jede der Verstellvorrichtungen (123) ein elektrostriktives Element aufweist.

16. Vorrichtung nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß jede der zweiten Meßvorrichtungen (122) einen Wirbelstrom-Lagedetektor aufweist.