DE3940405A1 - Objekttraegervorrichtung und damit ausgestattetes roentgenstrahlenbelichtungsgeraet - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Objektträgervorrichtung für den Einsatz auf dem Gebiet der Herstellung von Halblei­ ter-Mikroschaltungsvorrichtungen sowie auf ein Röntgenstrah­ lenbelichtungsgerät, in dem eine solche Objektträgervorrich­ tung verwendet wird. Im einzelnen betrifft die Erfindung ein Röntgenstrahlenbelichtungsgerät für das Belichten eines Halbleiterplättchens mit in Synchrotronstrahlung enthaltenen Röntgenstrahlen durch eine Maske hindurch.

Synchrotronstrahlungen enthalten Röntgenstrahlen. Auf dem Gebiet der Synchrotronstrahlungs-Lithografie, bei der ein Halbleiterplättchen über eine Maske mit den in der Synchro­ tronstrahlung enthaltenen Röntgenstrahlen belichtet wird, ist eine Objektträgervorrichtung für die Lageeinstellung des Plättchens mit einer Staudruck-Lagervorrichtung ausgestat­ tet, in der als Arbeitsströmungsmittel Luft verwendet wird. Ferner ist das Belichtungsgerät (Ausrichtgerät) als ganzes einschließlich dieser Plättcheneinstellungs-Objektträgervor­ richtung von einer gewünschten Gasatmosphäre umgeben, wie beispielsweise von Unterdruck-Heliumgas. Eine solche Luftla­ gervorrichtung wird verwendet, um den Erfordernissen hin­ sichtlich höherer Genauigkeit, höherer Haltbarkeit und verringerter Möglichkeit zur Staubentwicklung zu genügen. Die umgebende Gasatmosphäre wie das Unterdruck-Heliumgas dient dazu, die Abschwächung der Synchrotronstrahlung zu verringern.

Wenn in einem Röntgenstrahlenbelichtungsgerät eine Stau­ druck-Lagervorrichtung, bei der Luft als Arbeitsströmungs­ mittel benutzt wird, in einer Umgebung aus Unterdruck- Heliumgas angeordnet ist, besteht die Möglichkeit, daß die der Lagervorrichtung zugeführte Luft in die umgebende Unter­ druck-Heliumatmosphäre austritt, wodurch die Reinheit des Heliumgases verringert wird. In diesem Fall ist es daher erforderlich, zum Aufrechterhalten eines im wesentlichen konstanten Drucks und einer im wesentlichen konstanten Reinheit des Heliumgases in einer Kammer, in der das Rönt­ genstrahlenbelichtungsgerät untergebracht ist, eine Vorrich­ tung zu verwenden, mittels der fortlaufend eine große Menge an Heliumgas in die Kammer geleitet und andererseits fort­ laufend das Heliumgas aus der Kammer ausgelassen werden kann.

Um jedoch mit einer solchen Vorrichtung die Reinheit des Heliumgases in der Kammer auf nicht weniger als 99% zu halten, ist es erforderlich, das Heliumgas in die Kammer in einer Menge einzuleiten, die 100mal größer ist als die Menge der der Staudruck-Lagervorrichtung zugeführten Luft. Dies ergibt der Verbrauch einer großen Menge an teuerem Heliumgas und führt zu erhöhten Betriebskosten. Ferner ist für das Auslassen einer großen Gasmenge aus der Kammer eine Gasauslaßvorrichtung mit hoher Aufnahmefähigkeit erforder­ lich. Infolgedessen muß die Vorrichtung als ganze sperrig sein. Außerdem ist sehr schwierig sicherzustellen, daß Vibrationen einer solchen Gasauslaßvorrichtung hoher Aufnah­ mefähigkeit keine Einwirkung auf die Einstellgenauigkeit der Objektträgervorrichtung haben. Darüber hinaus entstehen dann, wenn sich in der Kammer irgendwelche aus der Lagervorrich­ tung austretende Luft mit dem Heliumgas mischt, hinsichtlich der Reinheit des Heliumgases in der Kammer örtliche Un­ gleichförmigkeiten, die eine ungleichförmige Belichtung zur Folge haben.

Der Erfindung liegt infolgedessen die Aufgabe zugrunde, eine Objektträgervorrichtung und ein damit ausgestattetes Rönt­ genstrahlenbelichtungsgerät zu schaffen, bei denen eine hochgenaue Belichtung mit Synchrotronstrahlung gewährleitet ist.

Ferner sollen mit der Erfindung eine Objektträgervorrichtung und ein damit ausgestattetes Röntgenstrahlenbelichtungsgerät geschaffen werden, bei denen die Menge an zum Aufrechterhal­ ten einer erwünschten Heliumatmosphäre abgelassenem Helium­ gas beträchtlich verringert werden kann.

Zur Lösung der Aufgabe wird erfindungsgemäß als Arbeitsströ­ mungsmittel einer Staudruck-Lagervorrichtung das gleiche Gas wie das für das Bilden einer gewünschten Atmosphäre in einer Kammer benutzte verwendet. Ferner wird erfindungsgemäß das aus der Kammer ausgelassene Gas gereinigt und dann wieder zu der Staudruck-Lagervorrichtung zurückgeführt.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert, die eine schematische Blockdarstellung eines Röntgenstrah­ lenbelichtungsgeräts gemäß einem Ausführungsbeispiel ist.

Gemäß der Figur wird eine Maske 1 von einer Maskeneinspann­ vorrichtung 30 gehalten. Mit 2 ist ein Halbleiter-Plättchen bezeichnet, auf das für die Herstellung von Halbleiter- Mikroschaltungsvorrichtungen ein Bildmuster der Maske 1 zu übertragen ist. Mit 3 ist ein X-Tisch bezeichnet, der in bezug auf einen Sockel 7 in X-Richtung gemäß der Darstellung bewegbar ist, während mit 4 ein Y-Tisch bezeichnet ist, der in bezug auf den X-Tisch 3 gemäß der Darstellung in Y- Richtung bewegbar ist. Das Plättchen 2 ist an den Y-Tisch 4 angezogen und wird von diesem gehalten. Die Lage des Plätt­ chens 2 wird durch Versetzen des X-Tisches 3 und/oder des Y-Tisches 4 eingestellt. Der X-Tisch 3 und der Y-Tisch 4 sind jeweils mit einer Vielzahl von Statikdruck- bzw. Stau­ druck-Lagerkissen für deren Lagerung versehen. Diese Lager­ kissen lassen ein gasförmiges Strömungsmittel, nämlich bei diesem Ausführungsbeispiel Heliumgas ausströmen, wodurch der X-Tisch 3 statisch an dem Sockel 7 abgestützt wird, während der Y-Tisch 4 statisch an dem X-Tisch 3 gelagert ist.

An dem Sockel 7 ist eine X-Tisch-Führung 6 angebracht; ein Linearmotor 8 dient zum Antrieb des X-Tisches 3; an dem X- Tisch 3 ist eine Y-Tisch-Führung 31 angebracht. Die X- Tisch-Führung 6 ist den Lagerkissen bzw. Gaskissen 5 des X- Tisches 3 gegenübergesetzt, während die Y-Tisch-Führung 31 den Gaskissen 5 des Y-Tisches 4 gegenübergesetzt ist. Aus jedem Gaskissen 5 wird Heliumgas zu der gegenüberliegenden Fläche hin ausgestoßen. Der Y-Tisch 4 ist mit einem dem Linearmotor 8 gleichartigen Antriebsmechanismus ausgestat­ tet. Dieser Antriebsmechanismus kann durch eine andersartige Antriebsquelle ersetzt sein, wie z. B. durch einen elektrisch verstellbaren Zylinderkolben.

Mit 9 ist ein Strahlenleiter für das Einleiten der von einer Strahlungsquelle 25 erzeugten Synchrotronstrahlung bezeich­ net, dessen Inneres auf Hochvakuum gehalten ist, während mit 10 ein Beryllium-Fenster zum Isolieren des Vakuums in dem Strahlenleiter von der Atmosphäre am Gerät bezeichnet ist. Die gemäß der vorstehenden Beschreibung gestaltete Haupteinheit des Ausricht- bzw. Belichtungsgeräts ist durch eine Kammer 11 in einer Unterdruck-Heliumatmosphäre gehal­ ten. Mit 12, 13 und 14 sind Drucksensoren für das Erfassen von Druck an den jeweiligen Stellen bezeichnet. Mit 15, 16, 17 und 18 sind Servoventile für die Drucksteuerung bezeich­ net. Eine Steuereinrichtung 19 nimmt Meßsignale aus den Drucksensoren auf und gibt Befehle zum Steuern der Servoven­ tile ab. Eine Saugpumpe 20 dient zum Absaugen des Heliumga­ ses aus der Kammer 11 über das Servoventil 17. Ein Kompres­ sor 21 dient zur Druckbeaufschlagung des Heliumgases aus der Saugpumpe 20. Eine Reinigungsvorrichtung 22 dient zum Aufrechterhalten einer konstanten Reinheit des aus dem Kompressor 21 zugeführten Heliumgases. Mit 23 ist ein Spei­ cherbehälter für die Aufnahme des mittels der Reinigungsvor­ richtung 22 gereinigten Heliumgases bezeichnet. Mit 24 ist eine Helium-Druckgasflasche bezeichnet.

Im Betrieb treten die in der von der Strahlungsquelle 25 erzeugten Synchrotronstrahlung enthaltenen Röntgenstrahlen durch das Beryllium-Fenster 10 und die Maske 1 hindurch und treffen auf das Plättchen 2. Dadurch wird das Muster der Maske 1 auf das Plättchen 2 übertragen. Zum Verhindern einer Abschwächung der Synchrotronstrahlung und zum Verbessern des Durchsatzes bei der Musterübertragung wäre es das beste, die Maske 1 und das Plättchen 2 im Vakuum zu halten. In diesem Fall entsteht jedoch um die Maske 1 und das Plättchen 2 herum keine Konvektionsströmung zur Wärmeabfuhr, so daß daher dann, wenn infolge der Energie der Synchrotronstrah­ lung an der Maske 1 und dem Plättchen 2 Wärme entsteht, diese Wärme in der Maske 1 und dem Plättchen aufgespeichert wird. Infolgedessen werden die Maske 1 und das Plättchen 2 thermisch verformt, so daß eine Musterübertragung mit hoher Genauigkeit schwierig zu erreichen ist. In Anbetracht dessen wird bei diesem Ausführungsbeispiel die Ausrichtgerät-Haupt­ einheit in einer Unterdruck-Heliumatmosphäre untergebracht, in der die Synchrotronstrahlung weniger stark abgeschwächt wird. Eine thermische Verformung der Maske 1 und des Plätt­ chens 2 ist vermieden, wenn die Heliumatmosphäre in der Kammer 11 einen Druck von nicht weniger als einige kPa (einige zehn Torr) hat. Falls jedoch der Druck zu hoch ist, ist es erforderlich, die Dicke des Beryllium-Fensters 10 für das Trennen des Heliumgases von dem Vakuum zu erhöhen, was zu einer Abschwächung der Synchrotronstrahlung führt. Daher ist ein Druck von ungefähr 20 kPa (150 Torr) zweckmäßig.

Andererseits sollen die Lager für den X-Tisch 3 und den Y- Tisch 4 zum hochgenauen Einstellen eines jeweiligen Aufnah­ mebereichs des Plättchens 2 geringe Reibung, hohe Festig­ keit, geringe Staubentwicklung und hohe Haltbarkeit haben. In Anbetracht dessen wird gemäß der Beschreibung eine Stau­ druck-Lagervorrichtung verwendet, die eine berührungsfreie Führungsvorrichtung darstellt. Gewöhnlich wird als Arbeits­ strömungsmittel für eine solche Lagervorrichtung Luft ver­ wendet. Der Durchlaßfaktor der Luft für die Synchrotron­ strahlung ist jedoch ungefähr ¹/₁₅ desjenigen des Heliumga­ ses (1 Atom und 1 cm Länge); da bei dem Ausführungsbeispiel zum Verbessern des Durchsatzes die Kammer 11 mit Unterdruck- Heliumgas gefüllt wird, wird daher bei dem Ausführungsbei­ spiel gemäß der vorangehenden Beschreibung als Arbeitsströ­ mungsmittel das Heliumgas benutzt.

Als nächstes wird die Umwälzung des Heliumgases erläutert. Vor Beginn der Umwälzung werden die Kammer 1 und der Spei­ cherbehälter 23 evakuiert. Zuerst wird Heliumgas aus der Druckgasfläche 24 mit einem Druck von ungefähr 8 kg/cm² zugeführt. Das zugeführte Heliumgas strömt durch das ent­ sprechend einem Befehlssignal aus der Steuereinrichtung 19 geöffnete Servoventil 15, wonach der Druck des Gases für das Zuführen zu den Gaskissen 5 mittels des Servoventils 16 auf 5 kg/cm² verringert wird, wobei das Öffnen und Schließen des Servoventils 16 durch die Steuereinrichtung 19 entsprechend dem von dem Drucksensor 12 erfaßten Wert gesteuert wird. Das dem jeweiligen Gaskissen 5 zugeführte Heliumgas bildet in dem Zwischenraum von 5 µm zwischen dem Gaskissen 5 und der Führung 6 oder 31 einen "Schmierfilm", wodurch der X-Tisch 3 und der Y-Tisch 4 schwebend von der Führung 6 bzw. 31 abhe­ ben, während zugleich die Bewegung des jeweiligen Tisches in irgendeiner anderen Richtung als in seiner Stellrichtung beschränkt ist. Zum Erhöhen der Festigkeit und zum Verrin­ gern der Strömungsrate besteht die Lagervorrichtung aus einem porösen Material. Das Lagerkissen bzw. Gaskissen 5 hat eine Fläche von 50 × 70 mm² und eine Festigkeit von ungefähr 6 kg/cm. Wenn insgesamt 24 Lagerkissen bzw. Gaskissen für den X-Tisch 3 und den Y-Tisch 4 benutzt werden, beträgt der Strömungsdurchsatz an Heliumgas einige zehn l/min. Durch das aus dem Gaskissen 5 ausgestoßene Heliumgas steigt der Druck in der Kammer 11 an. Der Druck in der Kammer 11 wird mittels des Drucksensors 13 erfaßt. Wenn der erfaßte Wert gleich 20 kPa (150 Torr) wird, setzt die Steuereinrichtung 19 die Saugpumpe 20 in Betrieb, um das Auslassen des Heliumgases aus der Kammer 11 zu beginnen. Die Steuereinrichtung 19 steuert, jedoch auch das Öffnen und Schließen des Servoven­ tils 17, um damit die Strömungsrate des abgelassenen Gases derart zu steuern, daß der Druck in der Kammer 11 ständig konstant gehalten wird. Dies erfolgt deshalb, weil irgendei­ ne Änderung des Heliumgas-Drucks in der Kamera 11 eine ungleichmäßige Belichtung hervorrufen würde. Das aus der Saugpumpe 20 ausgestoßene Heliumgas wird mit Druck durch den Kompressor 21 beaufschlagt, der zur gleichen Zeit von der Steuereinrichtung 19 in Betrieb gesetzt wird. Darauffolgend wird das Heliumgas einer bekannten Reinigungsvorrichtung 22 für das Einhalten einer konstanten Reinheit des Heliumgases zugeführt. Während die Reinheit des Heliumgases in der Druckgasflasche 24 99,9999% beträgt, wird von der Reini­ gungsvorrichtung 22 auf eine Reinheit von nicht weniger als 99,99% gereinigt. Nach der Reinigung wird das Heliumgas in dem Speicherbehälter 23 aufgenommen, der ein Aufnahmevermö­ gen von 40 bis 50 Liter hat. Über den Drucksensor 14 wird von der Steuereinrichtung 19 der Druckanstieg in dem Spei­ cherbehälter 23 erfaßt, wonach die Steuereinrichtung dann, wenn der Druck gleich 8 kg/cm² wird, das Servoventil 15 schließt und das Servoventil 18 öffnet. Bei diesem Zustand ist das Zuführen des Heliumgases aus der Druckgasflasche 24 gesperrt und es beginnt die Umwälzung des Heliumgases über den vorstehend beschriebenen Weg. Falls der Druck in dem Speicherbehälter 23 beispielsweise infolge eines Austretens des Heliumgases aus der Kammer 11 abfällt, wird zum Zuführen von Heliumgas das Servoventil 15 geöffnet, bis der von dem Drucksensor 14 erfaßte Wert gleich dem vorgeschriebenen Wert wird. Bei diesem Zustand wird das Bildmuster der Maske 1 auf das Plättchen 2 übertragen.

Bei diesem Ausführungsbeispiel wird die Masken/Plättchen- Belichtung in Unterdruck-Heliumgas vorgenommen, in welchem die Synchrotronstrahlung weniger stark gedämpft bzw. abge­ schwächt ist. Es wird auch eine berührungsfreie, staubfreie, sehr dauerhafte und sehr genaue Ausrichtung erzielt. Ferner wird verglichen mit dem Fall, daß das Heliumgas aus der Kammer einfach abgelassen wird, durch die Umwälzung des Heliumgases an Verbrauch von teuerem Heliumgas gespart, so daß daher die Betriebskosten herabgesetzt sind.

Es werden eine Objektträgervorrichtung sowie ein damit ausgestattetes Röntgenstrahlenbelichtungsgerät angegeben. Die Objektträgervorrichtung hat einen bewegbaren Objektträ­ ger, eine Staudruck-Lagervorrichtung zum Führen der Bewegung des Objektträgers, eine den Objektträger und die Staudruck- Lagervorrichtung umschließende Kammer, die das Austreten von aus der Staudruck-Lagervorrichtung ausströmendem Gas in die Luft verhindert, eine Auslaßvorrichtung für das Auslassen des Gases aus der Kammer, eine Druckbeaufschlagevorrichtung zum Unterdrucksetzen des Gases aus der Auslaßvorrichtung, eine Reinigungsvorrichtung zum Reinigen des Gases aus der Druckbeaufschlagevorrichtung auf eine konstante Reinheit, eine Zuführ- und Umwälzvorrichtung zum Zuführen des Gases aus der Reinigungsvorrichtung zu der Staudruck-Lagervorrich­ tung und zum Umwälzen des Gases und eine Steuereinrichtung zum Steuern der Zuführ- und Umwälzvorrichtung.

Claims (5)

1. Objektträgervorrichtung, gekennzeichnet durch
einen bewegbaren Objektträger (3, 4),
eine Staudruck-Lagervorrichtung (5) zum Führen der Bewegung des Objektträgers,
eine den Objektträger und die Staudruck-Lagervorrichtung umschließende Kammer (11), die das Austreten von aus der Staudruck-Lagervorrichtung ausströmendem Gas in die Luft verhindert,
eine Auslaßvorrichtung (20) für das Auslassen des Gases aus der Kammer,
eine Druckbeaufschlagevorrichtung (21) zum Unterdrucksetzen des Gases aus der Auslaßvorrichtung,
eine Reinigungsvorrichtung (22) zum Reinigen des Gases aus der Druckbeaufschlagevorrichtung auf eine konstante Rein­ heit,
eine Zuführ- und Umwälzvorrichtung (12 bis 18, 23) zum Zuführen des Gases aus der Reinigungsvorrichtung zu der Staudruck-Lagervorrichtung und zum Umwälzen des Gases und eine Steuereinrichtung (19) zum Steuern der Zuführ- und Umwälzvorrichtung.

2. Objektträgervorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ net, daß die Zuführ- und Umwälzvorrichtung (12 bis 18, 23) einen Speicherbehälter (23) zur Aufnahme des Gases aus der Reinigungsvorrichtung (22) und einen Drucksensor (14) zum Erfassen des Drucks in dem Speicherbehälter aufweist und daß die Steuereinrichtung (19) das Zuführen des Gases aus dem Speicherbehälter zu der Staudruck-Lagervorrichtung (5) einleitet, wenn das Ausgangssignal des Drucksensors gleich einem vorbestimmten Signal wird.

3. Objektträgervorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführ- und Umwälzvorrichtung (12 bis 18, 23) ein zwischen der Kammer (11) und der Auslaßvor­ richtung (20) angebrachtes Ventil (17) und einen Drucksensor (13) zum Erfassen des Drucks in der Kammer aufweist und daß die Steuereinrichtung (19) das Öffnen und Schließen des Ventils (17) derart steuert, daß das Ausgangssignal des Drucksensors (13) gleich einem vorbestimmten Signal wird.

4. Röntgenstrahlen-Belichtungsgerät zum Belichten eines Plättchens mit in einer Synchrotronstrahlung enthaltenen Röntgenstrahlen durch eine Maske hindurch für das Übertragen eines Musters der Maske auf das Plättchen, gekennzeichnet durch
einen bewegbaren Objektträger (3, 4) zum Halten des Plätt­ chens (2),
eine Staudruck-Lagervorrichtung (5) zum Führen der Bewegung des Objektträgers,
eine den Objektträger und die Staudruck-Lagervorrichtung umschließende Kammer (11), die das Austreten von aus der Staudruck-Lagervorrichtung ausströmendem Gas in die Umge­ bungsluft verhindert, wobei das Gas im wesentlichen Helium ist und das Innere der Kammer mit Helium gefüllt ist,
eine Auslaßvorrichtung (20) zum Auslassen des Gases aus der Kammer,
eine Druckbeaufschlagevorrichtung (21) zum Unterdrucksetzen des Gases aus der Auslaßvorrichtung
eine Reinigungsvorrichtung (22) zum Reinigen des Gases aus der Druckbeaufschlagevorrichtung auf eine konstante Reinheit und
eine Zuführ- und Umwälzvorrichtung (12 bis 18, 23) zum Zuführen des Gases aus der Reinigungsvorrichtung zu der Staudruck-Lagervorrichtung (5) und zum Umwälzen des Gases.

5. Röntgenstrahlenbelichtungsgerät nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das Innere der Kammer (11) mit einer Unterdruck-Heliumgasatmosphäre gefüllt ist.