DE69434363T2

DE69434363T2 - Abtastbelichtungsvorrichtung

Info

Publication number: DE69434363T2
Application number: DE69434363T
Authority: DE
Inventors: Susumu Zama-shi Makinouchi
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1993-07-14
Filing date: 1994-07-13
Publication date: 2005-10-06
Anticipated expiration: 2014-07-14
Also published as: KR960015755A; KR100308326B1; DE69434363D1; KR100326830B1; JP3282751B2; EP0634700B1; JPH0729801A; EP0634700A1

Description

HINTERGRUND DER ERFINDUNG
Gebiet der Erfindung
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Belichtungsvorrichtung, die in einem Photolithographieprozess bei der Herstellung z. B. eines Halbleiterelements, eines Flüssigkristallanzeigeelements, eines Dünnfilm-Magnetkopfs oder dergleichen verwendet wird und insbesondere auf eine Abtastbelichtungsvorrichtung für das Übertragen eines Musters auf einer Maske (oder einem Retikel) auf ein Substrat, indem die Maske und das Substrat synchron bewegt werden.
In Bezug stehende Hintergrundtechnik
Die Offenlegungsschrift der Japanischen Patentanmeldung Nr. 6-140305, eingereicht am 26. Oktober 1992 und veröffentlicht am 20. Mai 1994, betrifft eine Abtastbelichtungsvorrichtung. Gemäß der Offenbarung in dieser Anmeldung werden Antriebe eines Retikels und eines Wafers in einer relativen Abtastrichtung mit einer konstanten Geschwindigkeit und eine Positionierung des Retikels und des Wafers gleichzeitig mit einer hohen Präzision durch ein Schlitzabtastungs-Belichtungsschema durchgeführt. Eine retikelseitige Abtastbühne für das Abtasten eines Retikels relativ zu einem schlitzartigen Beleuchtungsbereich in der relativen Abtastrichtung wird auf eine retikelseitige Basis platziert. Eine retikelseitige Feineinstellungsbühne zum Verschieben und Drehen des Retikels innerhalb einer zweidimensionalen Ebene wird auf der retikelseitige Abtastbühne platziert. Das Retikel wird auf die retikelseitige Feineinstellungsbühne platziert. Antrieb mit konstanter Geschwindigkeit und Positionierung des Retikels und des Wafers werden durchgeführt, indem die retikelseitige Abtastbühne und die retikelseitige Feineinstellungsbühne unabhängig gesteuert werden.
EP-A-0 360 272 offenbart einen Stepper für die Formung von Stromkreismustern.
Im Photolithographieprozess bei der Herstellung von Halbleiterelementen, wird üblicherweise ein Projektions-Belichtungsvorrichtung für das Übertragen eines Musters von einer Maske oder einem Retikel (im folgenden im Allgemeinen als ein „Retikel" bezeichnet) auf ein Substrat (Wafer), welches mit einem lichtempfindlichen Material (Photoresist) beschichtet ist, über ein optisches Projektionssystem, insbesondere ein Schritt-und- Wiederhol-Typ der Verkleinerungs-Herstellungs-Belichtungsvorrichtung (Stepper) verwendet. In letzter Zeit wird es in Bezug auf eine Zunahme der Größe und eine Abnahme der Linienbreite der Halbleiterelemente erforderlich, das Bildfeld des optischen Projektionssystems zu verbreitern und die Auflösung des optischen Projektionssystems zu verbessern. Jedoch ist es, was die Gestaltung und Herstellung anbelangt, sehr schwierig, die hohe Auflösung und das breite Feld des optischen Projektionssystems zu realisieren. Wie z. B. in den U.S. Patenten Nr. 4,747,678, 4,924,257, 5,194,893 und 5,281,996 offenbart, erfährt daher eine Abtastbelichtungsvorrichtung eine große Aufmerksamkeit, die nur einen Teilbereich, der eine vorbestimmte Form hat (z. B. eine rechteckige Form, eine gebogene Form, eine sechseckige Form, eine rhombische Form oder dergleichen), mit Licht auf ein Retikel belichtet, und belichtet ein Muster auf dem Retikel auf einen Wafer, indem das Retikel und der Wafer synchron in einer Richtung senkrecht zur optischen Mittelachse des optischen Projektionssystems bewegt werden. In der Abtastbelichtungsvorrichtung kann, selbst wenn das Bildfeld des optischen Projektionssystems klein ist, ein großflächiges Musterbild auf den Wafer belichtet werden, und die Auflösung des optischen Projektionssystems kann verhältnismäßig einfach verbessert werden.
5A veranschaulicht eine herkömmliche Abtasttyp-Projektions-Belichtungsvorrichtung. Auf 5A bezugnehmend, beleuchtet Belichtungslicht EL, das von einem Beleuchtungssystem IL austritt, einen Beleuchtungsbereich 32 auf einem Retikel 12 mit einer gleichmäßigen Beleuchtungsstärke. Ein optisches Projektionssystem 8 projiziert ein Muster im Beleuchtungsbereich 32 auf dem Retikel 12 auf einen Wafer 5. In der Abtastbelichtung wird das Retikel 12 durch ein Retikelbühne RST mit einer Geschwindigkeit V_R in eine –Y Richtung (linke Richtung in der Ebene der Zeichnung) in Bezug auf den Beleuchtungsbereich 32 bewegt. Synchron mit dieser Bewegung, wird der Wafer 5 durch eine Waferbühne WST mit einer Geschwindigkeit V_W (= β × V_R, β: die Projektionsvergrößerung des optischen Projektionssystems 8) in eine +Y Richtung (rechte Richtung in der Ebene der Zeichnung) in Bezug auf einen Projektionsbereich (Belichtungsbereich ähnlich dem Beleuchtungsbereich 32) 32W, definiert durch das optische Projektionssystem 8, bewegt. Mit diesen Bewegungen wird ein Zielbereich SA auf dem Wafer 5 in der Y Richtung in Bezug auf den Belichtungsbereich 32W abgelichtet, wie in 5B gezeigt, und das Musterbild auf dem Retikel 12 wird auf den Zielbereich SA abtastbelichtet.
6 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Steuersystem der Abtastbelichtungsvorrichtung zeigt, welches in 5A gezeigt ist. Auf 6 bezugnehmend treibt das Geschwindigkeits-Steuersystem 61, wenn ein Geschwindigkeitssteuersignal, das eine Abtastgeschwindigkeit angibt, an ein Geschwindigkeits-Steuersystem 61 auf der Seite des Wafer eingegeben wird, die Waferbühne WST in der Y Richtung an und führt eine Geschwindigkeitssteuerung durch, so dass die Bewegungsgeschwindigkeit V_W der Waferbühne WST mit dem Geschwindigkeitsbefehl übereinstimmt. Normalerweise wird die Position der Waferbühne WST durch ein Laser-Interferometer gemessen. Jedoch wird in 6 eine Geschwindigkeits-Signalausgabe vom Geschwindigkeits-Steuersystem 61 an einen Integrator 62 geführt, und das Ausgangssignal vom Integrator 62 wird als Positionssignal verwendet, das eine Position Y_W der Waferbühne WST in der Y Richtung angibt. Auf der anderen Seite wird ein Geschwindigkeitssignal (ein Signal, welches die Geschwindigkeit V_R angibt), das von einem Geschwindigkeits-Steuersystem 64 auf der Seite des Retikels ausgegeben wird, an einen Integrator 65 geführt, und das Ausgangssignal vom Integrator 65 wird als Positionssignal verwendet, das eine Position Y_R der Retikelbühne RST in der Y Richtung angibt. Die Positionssignale von den Integratoren 62 und 65 werden in einen Subtrahierer 63 eingegeben, und ein Signal, das einen Positionsunterschied (Y_W – Y_R) angibt, das vom Subtrahierer 63 ausgegeben wird, wird dem Geschwindigkeits-Steuersystem 64 zugeführt. Aus Gründen der Einfachheit wird die Projektionsvergrößerung β des optischen Projektionssystems 8 auf 1 gesetzt.
Wenn die Waferbühne WST anfängt sich durch das Geschwindigkeits-Steuersystem 61 zu bewegen, um dem Geschwindigkeitsbefehlsignal zu folgen, ändert sich das Signal, das den Unterschied zwischen der Position Y_R der Retikelbühne RST und der Position Y_W der Waferbühne WST angibt und vom Subtrahierer 63 ausgegeben wird und wird dem Geschwindigkeits-Steuersystem 64 zugeführt, um das Retikel 12 in einer Richtung, die durch den Unterschied angezeigt wird, zu beschleunigen. Das Geschwindigkeits-Steuersystem 64 umfasst eine PID-Steuerung (proportionale, integrale, differentielle Steuerungen), die eine integrale Funktion und dergleichen hat und eine Beschleunigungssteuerung der Retikelbühne RST durchführt, bis der oben erwähnte Unterschied (Y_W – Y_R) null wird. So werden das Retikel 12 und der Wafer 5 synchron zueinander bewegt.
Jedoch wird in dem oben genannten Stand der Technik (6), das Geschwindigkeitsbefehlsignal dem Geschwindigkeits-Steuersystem 61 auf der Seite des Wafers zugeführt, und das Signal, das den Unterschied zwischen den Positionen Y_W und Y_R der Wafer- und der Retikelbühne angibt, wird zum Geschwindigkeits-Steuersystem 64 auf der Seite des Retikel geführt. Genauer, nachdem die Bewegung der Waferbühne WST erfasst ist, wird die Abtastgeschwindigkeit der Retikelbühne RST erhöht/verringert. Aus diesem Grund ist eine Zeit von der Beschleunigung des Retikels und des Wafers bis zum Anfang der synchronen Abtastung lang.
JP 6-140305 offenbart eine Abtastbelichtungsvorrichtung, umfassend: ein Beleuchtungssystem für das Beleuchten eines Teilbereichs auf einer Maske mit Licht, eine Maskenbühne, die in einer vorbestimmten Abtastrichtung beweglich ist, wobei sie die Maske hält, und eine Substratbühne, die in einer vorbestimmten Abtastrichtung beweglich ist, wobei sie ein Substrat hält, auf das ein Muster auf der Maske übertragen werden soll; worin ein Feinbewegungsbühne auf dem Maskenbühne angeordnet ist und relativ zu der Maskenbühne fein beweglich ist; eine erste Messeinrichtung zum Messen der Position der Feinbewegungsbühne in der vorbestimmten Abtastrichtung, eine zweite Messeinrichtung zum Messen der Position der Substratbühne in der vorbestimmten Abtastrichtung, eine Vorrichtung zum Steuern der Position der Feinbewegungsbühne durch eine Rückkopplungsverfahren entsprechend einem Unterschied zwischen der Position, die durch die erste Messeinrichtung gemessen wird und der Position, die durch die zweite Messeinrichtung gemessen wird.
ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
Es ist eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Abtastbelichtungsvorrichtung zur Verfügung zu stellen, welche die Zeit von der Beschleunigung einer Maske und eines Substrats bis zum Beginn der synchronen Abtastung zur Abtastbelichtung verkürzen kann.
Diese Aufgabe wird durch eine Vorrichtung gelöst, welche die Eigenschaften von Anspruch 1 umfasst.
Die Feinbewegungsbühne zur feinen Justierung der Position der Maske und des Substrats wird zusätzlich zur Maskenbühne und zur Substratbühne angeordnet, die für das Bewegen der Maske und des Substrats mit vorbestimmten Geschwindigkeiten verwendet werden. Da die Geschwindigkeitssteuerung gleichzeitig einen Abtastgeschwindigkeitsbefehl zur Maskenbühne und zur Substratbühne führt, erscheint nur ein Fehler, der durch einen Unterschied zwischen den Ansprecheigenschaften der Geschwindigkeits-Steuerung der zwei Bühnen verursacht wird, als Fehler zwischen den Abtastgeschwindigkeiten der zwei Bühnen. Im Gegensatz dazu erscheint in der herkömmlichen Steuermethode eine Summe aus der Verzögerungszeit, die durch das Geschwindigkeits-Steuersystem auf der Seite der Maske verursacht wird, und der Verzögerungszeit, die durch das Geschwindigkeits-Steuersystem auf der Seite des Substrats verursacht wird, in einer von der Maskenbühne und der Substratbühne.
Um außerdem die Erzeugung eines Fehlers zwischen den relativen Positionen der Maske und des Substrats zu verhindern, der durch einen Unterschied zwischen den An sprecheigenschaften des Geschwindigkeits-Steuersystems auf der Seite der Maske und des Geschwindigkeits-Steuersystems auf der Seite des Substrats verursacht werden, wird die Position der Feinbewegungsbühne durch das Rückkopplungsverfahren entsprechend einem Unterschied zwischen der Position der Maskenbühne und der Position der Substratbühne gesteuert. Mit dieser Steuerung wird eine Zeit von der Beschleunigung der Maske und des Substrats bis zum Beginn der synchronen Abtastung verkürzt, und der Durchsatz kann verbessert werden. Zusätzlich können, da die Bewegungsstrecken der Bühnen vor der synchronen Abtastung verkürzt werden können, die Ausschläge in der Abtastrichtung der Bühnen verkürzt werden, und die Vorrichtung kann kompakt gehalten werden.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Seitenansicht, welche die Anordnung für eine Abtasttyp-Projektions-Belichtungsvorrichtung zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung zeigt;
2A ist ein ebene Ansicht, welche die Anordnung für ein Waferbühne zeigt, die in 1 gezeigt ist, und
2B ist eine ebene Ansicht, welche die Anordnung für ein Retikelbühne zeigt, die in 1 gezeigt ist;
3 ist ein Blockdiagramm, das ein Steuersystem der Vorrichtung zeigt, die in 1 gezeigt ist;
4 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Steuersystem der Bühnen in 1 zeigt;
5A ist eine schematische Seitenansicht, die eine herkömmliche Abtasttyp-Projektions-Belichtungsvorrichtung zeigt, und
5B ist eine vergrößerte Ansicht, die einen Zielbereich auf einem Wafer zeigt, der in 5A gezeigt wird; und
6 ist ein Funktionsblockdiagramm, das ein Steuersystem der Bühnen der herkömmlichen Abtasttyp-Projektions-Belichtungsvorrichtung zeigt.
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Eine Abtasttyp-Projektions-Belichtungsvorrichtung zum besseren Verständnis der vorliegenden Erfindung ist mit Bezug auf 1 bis 4 unten beschrieben. 1 zeigt die schematische Anordnung für eine Abtasttyp-Projektions-Belichtungsvorrichtung. Auf 1 bezugnehmend wird Belichtungslicht EL von einem optischen Beleuchtungssystem (nicht gezeigt) auf nur einen länglichen lokalen rechteckigen Bereich auf einem Retikel 12 gestrahlt. Das Belichtungslicht EL, das durch das Retikel 12 hindurch gelassen wird, fällt auf ein optisches Projektionssystem 8, und das optische Projektionssystem 8 projiziert ein Bild eines Musters auf dem Retikel 12 auf einen Wafer 5. In der Abtastbelichtung wird das Retikel 12 in Bezug auf den Beleuchtungsbereich des Belichtungslichts EL mit einer konstanten Geschwindigkeit V_R in eine Vorwärtsrichtung (–Y Richtung) senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 1 bewegt. Synchron mit dieser Bewegung wird der Wafer 5 mit einer konstanten Geschwindigkeit β × V_R (β ist die Projektionsvergrößerung des optischen Projektionssystems 8) in eine Rückwärtsrichtung (+Y Richtung) senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 1 bewegt.
Ansteuersysteme des Retikels 12 und des Wafers 5 sind unten beschrieben. Ein Grobbewegungsbühne 10, die nur in der Y Richtung beweglich ist (eine Richtung senkrecht zur Ebene der Zeichnung von 1), wird auf einem Tragetisch (Basis) 9 angeordnet, und eine Feinbewegungsbühne 11 wird auf der Grobbewegungsbühne 10 platziert. Das Retikel 12 wird auf der Feinbewegungsbühne 11 z. B. durch einen Vakuumspanner gehalten. Die Feinbewegungsbühne 11 ist in den X und Y Richtungen und in einer Rotationsrichtung (θ Richtung) in einer Ebene senkrecht zu einer optischen Mittelachse AXT des optischen Projektionssystems 8 fein beweglich und führt die Positionssteuerung des Retikels 12 mit hoher Genauigkeit durch. Ein beweglicher Spiegel 21 ist auf der Feinbewegungsbühne 11 angeordnet, und die Positionen der Feinbewegungsbühne 11 in den X, Y und θ Richtungen werden immer durch ein Laser-Interferometer 14 überwacht, das auf der Basis 9 angeordnet ist. Positionsinformationen S1 vom Interferometer 14 werden zu einem Hauptsteuersystem 22A geführt. Wie später beschrieben wird, wird die Position Grobbewegungsbühne 10 in der Y Richtung (Abtastrichtung) immer durch ein Interferometer gemessen (siehe 2B).
Andererseits wird eine Y Bühne 2, die in der Y Richtung beweglich ist, auf einen Tragetisch (Basis) 1 platziert, und eine X Bühne 3, die in der X Richtung beweglich ist, wird auf die Y Bühne 2 platziert. Außerdem wird eine ZL Bühne 4, die in der Richtung der optischen Mittelachse AXT fein beweglich ist und beliebig in Bezug auf eine Ebene, die senkrecht zur optischen Mittelachse AXT ist, kippbar ist, auf der X Bühne angeordnet, und der Wafer 5 wird auf der ZL Bühne 4 über eine Vakuumklemme gehalten (θ Tisch; nicht dargestellt). Ein beweglicher Spiegel 7 ist auf der ZL Bühne 4 befestigt, und die Positionen der ZL Bühne 4 in den X, Y und θ Richtungen werden durch ein außen angeordnetes Interferometer 13 überwacht. Positionsinformationen vom Interferometer 13 werden auch dem Hauptsteuersystem 22A zugeführt. Das Hauptsteuersystem 22A steu ert die Ausrichtungsoperationen der Y Bühne 2 zur ZL Bühne 4 über einen Antrieb 22B und dergleichen, und steuert systematisch die gesamte Vorrichtung.
Um eine Entsprechung zwischen einem Wafer-Koordinatensystem, das durch das Interferometer 13 definiert wird, und einem Retikel-Koordinatensystem, das durch das Interferometer 14 definiert wird, herzustellen, wird ist eine Bezugsmarkierungsplatte 6 in einer Position nahe des Wafer 5 auf der ZL Bühne 4 befestigt. Verschiedene Bezugsmarkierungen werden auf der Bezugsmarkierungsplatte 6 ausgebildet. Eine dieser Bezugsmarken wird von seiner rückseitigen Oberfläche mit Beleuchtungslicht (Belichtungslicht), das zum Inneren der ZL Bühne 4 geführt wird, beleuchtet, wie z. B. im U.S. Patent Nr. 4,780,616 offenbart wird.
Ausrichtungsmikroskope 19 und 20 zum gleichzeitigen Beobachten der Bezugsmarken auf der Bezugsmarkenplatte 6 und der Markierungen auf dem Retikel 12 werden über dem Retikel 12 eingerichtet. Auch werden Spiegel 15 und 16 zum Führen von Abtastlicht vom Retikel 12 zu den Ausrichtungsmikroskopen 19 und 20 beweglich geordnet. Wenn eine Belichtungsreihe begonnen wird, ziehen Antriebe 17 und 18 die Spiegel 15 und 16 gemäß einem Befehl vom Hauptsteuersystem 22A an Positionen außerhalb der optischen Belichtungswege zurück. Außerdem wird eine Ausrichtungsvorrichtung 34 von nicht-axialer Art zum Beobachten der Ausrichtungsmarkierungen (Wafermarkierungen) auf dem Wafer 5 auf dem seitlichen Oberflächenabschnitt in der Y Richtung des optischen Projektionssystems 8 angeordnet. Eine ausführliche Beschreibung der Ausrichtungsvorrichtung 34 wird weggelassen, da sie z. B. im U.S. Patent Nr. 4,962,318 offenbart ist.
Die genauen Anordnungen der Waferbühne und der Retikelbühne werden unter Bezug auf 2A und 2B unten beschrieben. 2A zeigt die Waferbühne. Der Wafer 5 wird auf der ZL Bühne 4 gehalten, und die Bezugsmarkenplatte 6 und die beweglichen Spiegel 7X und 7Y werden auch auf der Bühne 4 angeordnet. Das Bild des Musters auf dem Retikel 12 wird durch das optische Projektionssystem 8 auf einen länglichen rechteckigen Belichtungsbereich 32W auf dem Wafer 5 projiziert, dessen Bereich dem Beleuchtungsbereich auf dem Retikel 12 ähnlich ist.
Auf 2A bezugnehmend hat der bewegliche Spiegel 7X eine Reflexionsoberfläche, die sich in der Y Richtung erstreckt, und wird mit Laserstrahlen LWX und LW_OF von zwei X-Achsen Interferometern (nicht gezeigt) zum Ermitteln der Position der ZL Bühne 4 in der X Richtung bestrahlt. Die zwei Laserstrahlen LWX und LW_OF werden durch einen Abstand IL getrennt, sind in der X Richtung zueinander parallel und treten jeweils durch die optische Mittelachse des optischen Projektionssystems 8 und einen Bezugspunkt (Erfassungszentrum) der Ausrichtungsvorrichtung 34 hindurch. Andererseits hat der be wegliche Spiegel 7Y eine Reflexionsoberfläche, die sich in der X Richtung erstreckt, und wird mit Laserstrahlen LWY1 und LWY2 von zwei Y-Achsen Interferometern 13Y1 und 13Y2 bestrahlt. Die Laserstrahlen LWY1 und LWY2 werden durch den Abstand IL getrennt und sind in der Y Richtung zueinander parallel.
Deshalb wird als X-Koordinate der ZL Bühne 4 ein Koordinatenwert verwendet, der durch das X-Achsen Interferometer unter Verwendung des Laserstrahls LWX gemessen wird, und als Y-Koordinate der ZL Bühne 4 wird ein Durchschnittswert (Y_W1 + Y_W2)/2 eines Koordinatenwerts Y_W1, der durch das Interferometer 13Y1 gemessen wird, und ein Koordinatenwert Y_W2, der durch das Interferometer 13Y2 gemessen wird, verwendet. Zusätzlich wird der Drehfehler (Richtung und Größe) der ZL Bühne 4 auf der Grundlage z. B. des Unterschieds zwischen der Koordinate Y_W1 und Y_W2 und dem Abstand IL berechnet. Basierend auf diesen Koordinatenwerten werden die Abtastgeschwindigkeit, die Position und der Rotationswinkel in der XY-Ebene der ZL Bühne 4 gesteuert. Insbesondere wird, da die Bewegungsrichtung der ZL Bühne 4 nach der Abtastbelichtung die Y Richtung ist, der Durchschnittswert der Messresultate der zwei Interferometer 13Y1 und 13Y2 in der Y Richtung verwendet, wodurch eine Verschlechterung der Genauigkeit verhindert wird, die z. B. durch Neigung nach der Abtastbelichtung verursacht wird. Die Ausrichtungsvorrichtung 34 nicht-axialer Art verwendet den Messwert des X-Achse Interferometers, was keinen Abbildungsfehler nach Abbe verursacht und den Laserstrahl LW_OF verwendet.
2B zeigt die Retikelbühne. Die Feinbewegungsbühne 11 wird auf der Grobbewegungsbühne 10 angeordnet, und das Retikel 12 wird auf der Bühne 11 gehalten. Auf der Feinbewegungsbühne 11 sind ein beweglicher Spiegel 21x, der eine Reflexionsoberfläche hat, die sich in der Y Richtung erstreckt und mit einem Laserstrahl LRx von einem X-Achse Interferometer (nicht gezeigt) zum Ermitteln der Position in der X Richtung bestrahlt wird, und bewegliche Spiegel 21y1 und 21y2, welche mit Laserstrahlen LRy1 und LRy2 von zwei Y-Achse Interterometern 14y1 und 14y2 zum Ermitteln der Position in der Y Richtung bestrahlt werden, angeordnet. Als Y-Koordinate der Feinbewegungsbühne 11 wird ein Durchschnittswert (Y_R1 + Y_R2)/2 eines Koordinatenwerts Y_R1, der durch das Interferometer 14y1 gemessen wird und eines Koordinatenwerts Y_R2, der durch das Interferometer 14y2 gemessen wird, verwendet, und als X-Koordinate wird ein Koordinatenwert, der durch das X-Achse Interferometer unter Verwendung des Laserstrahls LRx gemessen wird, verwendet. Außerdem wird ein Drehfehler (Richtung und Größe) der Feinbewegungsbühne 11 z. B. aus dem Unterschied zwischen den Koordinatewerten Y_R1 und Y_R2 errechnet.
Als die beweglichen Spiegel 21y1 und 21y2 werden würfeleckenartige Reflexionselemente verwendet. Die Laserstrahlen LRy1 und LRy2, die durch die beweglichen Spiegel 21y1 und 21y1 reflektiert werden, werden jeweils durch stationäre Spiegel 39 und 38 reflektiert und kehren zu den beweglichen Spiegeln 21y1 und 21y2 zurück. Genauer, die Y-Achse Interferometer 14y1 und 14y2 sind zweifachdurchgangsartige Interterometer, und sie können Positionsverschiebungen der Laserstrahlen verhindern, selbst wenn die Feinbewegungsbühne 11 gedreht wird. Ein rechteckiger Bereich 32 auf dem Retikel 12 wird mit Belichtungslicht EL mit einer gleichmäßigen Beleuchtungsstärke beleuchtet.
Weiterhin ist ein würfeleckenartiger beweglicher Spiegel 24 an einem Endabschnitt in der Y Richtung der Grobbewegungsbühne 10 befestigt. Ein Laserstrahl von einem Y-Achse Interterometer 23 für die Grobbewegungsbühne wird durch den beweglichen Spiegel 24 in Richtung eines stationären Spiegels 25 reflektiert, und der Laserstrahl, der durch den stationären Spiegel 25 reflektiert wird, kehrt über den beweglichen Spiegel 24 zum Interferometer 23 zurück. Genauer, das Interferometer 23 überwacht immer einen Koordinatenwert Y_R3, in der Y Richtung der Grobbewegungsbühne 10 durch ein Zweifachdurchgangsverfahren. Die Feinbewegungsbühne 11 ist durch einen Steller (nicht gezeigt) in die X, Y und θ Richtungen relativ zu der Grobbewegungsbühne 10 fein bewegbar.
3 zeigt ein Steuersystem des Vorrichtung von 1. Auf 3 bezugnehmend, wird die Grobbewegungsbühne 10 durch einen Linearmotor 9a in der Y Richtung relativ zur Basis 9 angetrieben, und die Feinbewegungsbühne 11 wird durch einen Motor 30 in der Y Richtung relativ zur Grobbewegungsbühne 10 angetrieben. Die Y-Koordinaten Y_R1 und Y_R2 der Feinbewegungsbühne 11, die durch die Interterometer 14y1 und 14y2 gemessen werden, und die Y-Koordinate Y_R3 der Grobbewegungsbühne 10, die durch das Interferometer 23 gemessen wird, werden zum Hauptsteuersystem 22A geführt. Andererseits wird die Y Bühne 2 auf der Seite des Wafers 5 durch einen Linearmotor 1a in der Y Richtung relativ zur Basis 1 angetrieben, und die Y-Koordinaten Y_W1 und Y_W2 der Y Bühne 2, die durch die Interterometer 13Y1 und 13Y2 gemessen werden, werden zum Hauptsteuersystem 22A geführt.
Im Hauptsteuersystem 22A liest eine Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsvorrichtung 41 Informationen über eine Zielabtastgeschwindigkeit V_W* der Waferbühne aus, die in einem Speicher synchron mit einem vorbestimmten Taktgebersignal gespeichert werden, und liefert die ausgelesene Geschwindigkeitsinformationen an einen Leistungsverstärker 26 und einen Multiplikator 27. Der Leistungsverstärker 26 steuert die Antriebsfunktion des Linearmotors 1a damit die Grobbewegungsbühne 2 in Y Richtung mit der Zielabtastgeschwindigkeit V_W* angetrieben wird. Der Multiplikator 27 führt einem Leistungsverstärker 28 Informationen über eine Zielabtastgeschwindigkeit V_R* zu, die erhalten wird, in dem die Zielabtastgeschwindigkeit V_W* mit dem Reziproken (1/β) der Projektionsvergrößerung β des optischen Projektionssystems 8 multipliziert wird. Genauer, die Zielabtastgeschwindigkeit V_R* der Retikelbühne wird auf V_W*/β eingestellt. Z. B. wird die Projektionsvergrößerung β auf 1/4 eingestellt. Der Leistungsverstärker 28 steuert die Antriebsfunktion des Linearmotors 9a, damit die Grobbewegungsbühne 10 mit der Zielabtastgeschwindigkeit V_R* in –Y Richtung angetrieben wird.
Im Hauptsteuersystem 22A wird eine Koordinate Y_R, die durch Mittelung der Y-Koordinaten Y_R1 und Y_R2 der Feinbewegungsbühne 11 durch einen Mittelungsschaltkreis 42 ermittelt wird, einem Subtrahierer 43 zugeführt. Auch die Y-Koordinate Y_R3 der Grobbewegungsbühne 10 wird einem differentiellen Schaltkreis 44 zugeführt, und der differentielle Schaltkreis 44 errechnet in einem vorbestimmten Zyklus den Unterschied der Koordinate Y_R3 vom Mittelwert, wodurch eine Abtastgeschwindigkeit V_R3 in der –Y Richtung der Grobbewegungsbühne 10 errechnet wird. Der differentielle Schaltkreis 44 führt die Abtastgeschwindigkeit V_R3 einem Subtrahierer 45 zu. Parallel zu diesen Vorgängen wird eine Koordinate Y_W, die ermittelt wird, indem die Y-Koordinaten Y_W1 und Y_W2 der Y Bühne 2 durch einen Mittelungsschaltkreis 46 gemittelt werden, einem differentiellen Schaltkreis 47 und einem Multiplikator 48 zugeführt. Der differentielle Schaltkreis 47 errechnet in einem vorbestimmten Zyklus den Unterschied der Koordinate Y_W vom Mittelwert, wodurch eine Abtastgeschwindigkeit V_W in der Y Richtung der Y Bühne 2 errechnet wird. Der Schaltkreis 47 führt die Abtastgeschwindigkeit V_W einem Multiplikator 49 zu. Der Multiplikator 49 führt eine Abtastgeschwindigkeit V_W/β, die ermittelt wird, indem die Abtastgeschwindigkeit V_W mit dem Reziproken (1/β) der Projektionsvergrößerung multipliziert wird, dem Subtrahierer 45 zu, und der Multiplikator 48 führt einen Koordinatenwert Y_W/β, der ermittelt wird, indem die Y-Koordinate Y_W mit dem Reziproken (1/β) multipliziert wird, dem Subtrahierer 43 zu.
Der Subtrahierer 43 führt den Unterschied {(Y_W/β) – Y_R} zwischen der Y-Koordinate Y_W/β der Y Bühne 2 und der Y-Koordinate Y_R der Feinbewegungsbühne 11 auf dem Retikel einem Multiplikator 51 zu. Der Multiplikator 51 multipliziert den Unterschied mit einer Konstanten K_P, um einen Positionsgewinn zu errechnen und führt diese Informationen dem Subtrahierer 50 zu. Der Subtrahierer 45 führt Informationen über Geschwindigkeitsunterschiede, die den Unterschied {(V_W/β) – V_R3} zwischen der Abtastgeschwindigkeit V_W/β der Y Bühne 2 und der Abtastgeschwindigkeit V_R3 der Grobbewegungsbühne 10 auf dem Retikel darstellt, dem Subtrahierer 50 zu. Der Subtrahierer 50 subtrahiert die Positionsgewinninformationen des Multiplikators 51 von den Informationen über den Geschwindigkeitsunterschied des Subtrahierers 45, um eine Zielabtastgeschwindigkeit V_RF* zu errechnen, und führt ein Signal, das diese Zielabtastgeschwindigkeit V_RF* darstellt, dem Motor 30 über den Leistungsverstärker 29 zu.
Der Motor 30 treibt die Feinbewegungsbühne 11 mit der Zielabtastgeschwindigkeit V_RF* in –Y Richtung in Bezug auf die Grobbewegungsbühne 10 an, und die Zielabtastgeschwindigkeit V_RF* ist gegeben durch: VRF* = {(VW/β) – VR3} – KP{(YW/β) – YR} (1)
Genauer, es wird die Zielabtastgeschwindigkeit V_RF* der Feinbewegungsbühne 11 relativ zur Grobbewegungsbühne 10 in –Y Richtung auf eine Geschwindigkeit eingestellt, die den Unterschied zwischen den Geschwindigkeiten der Y Bühne 2 und der Grobbewegungsbühne 10 auf dem Retikel 12 und den Unterschied zwischen den Positionen der Feinbewegungsbühne 11 und der Y Bühne 2 auf dem Retikel 12 nahe an Null bringt.
Bevor das Muster auf dem Retikel 12 auf den Wafer 5 übertragen wird, messen die Ausrichtungsmikroskope 19 und 20 im Voraus das Positionsverhältnis zwischen dem Retikel 12 und der Bezugsmarkenplatte 6 auf der Waferbühne, und die Ausrichtungsvorrichtung 34 misst das Positionsverhältnis zwischen einem Zielbereich auf dem Wafer 5 und der Bezugsmarkenplatte 6. Wenn das Muster auf dem Retikel 12 auf den Zielbereich auf dem Wafer 5 übertragen wird, werden die Messwerte der Interterometer 14y1, 14y2 und 23 auf der Seite des Retikels und die Messwerte der Interferometer 13Y1 und 13Y2 auf der Seite des Wafers nach der Ausrichtung des Musters auf dem Retikel 12 mit dem Zielbereich auf dem Wafer 5 jeweils auf Null zurückgesetzt. Zusätzlich wird die Polarität der Interferometer auf der Seite des Retikel so eingestellt, dass ihre Zählwerte sich erhöhen wenn sich das Retikel 12 in die –Y Richtung bewegt, und die Polarität der Interferometer auf der Seite des Wafer wird so eingestellt, dass ihre Zählwerte sich erhöht, wenn sich der Wafer 5 in die +Y Richtung bewegt. Danach wird synchrone Abtastung des Retikel 12 und des Wafer 5 durch das Steuersystem durchgeführt, das in 3 gezeigt ist.
4 ist ein Funktionsblockdiagramm des Steuersystems gemäß dem Format des Funktionsblockdiagramms in 6, welche das herkömmliche Steuersystem zeigt. Die gleichen Bezugsziffern bezeichnen in 4 entsprechende Teile in 3, und die Funktion der gesamten Steuersysteme für die Retikelbühne und die Waferbühne dieser Ausführungsform wird mit Bezug auf 4 unten beschrieben.
Mit Bezug auf 4 wird Information, welche die Zielabtastgeschwindigkeit V_W* der Waferbühne darstellt, und die von der Geschwindigkeitsbefehl-Erzeugungsvorrichtung 41 ausgegeben wird, dem Multiplikator 27, der die eingegebenen Daten mit dem Rezipro ken (1/β) der Projektionsvergrößerung multipliziert, und einem Waferbühnen-Geschwindigkeitssteuersystem 52 zugeführt. Die Information, welche die Abtastgeschwindigkeit darstellt (V_W*/β) und vom Multiplikator 27 ausgegeben wird, wird einem Grobbewegungsbühnen-Geschwindigkeitssteuersystem 54 zugeführt. Das Geschwindigkeitssteuersystem 52 ist ein Steuersystem für die Abtastgeschwindigkeit der Y Bühne 2 in 3, und das Geschwindigkeitssteuersystem 54 ist ein Steuersystem für die Abtastgeschwindigkeit der Grobbewegungsbühne 10 in 3. Mit diesen Steuersystemen werden die Y Bühne 2 und die Grobbewegungsbühne 10 gleichzeitig beschleunigt. Weil das Retikel 11 auf der Grobbewegungsbühne 10 über die Feinbewegungsbühne 11 platziert ist, werden die Feinbewegungsbühne 11 und das Retikel 12 auch gleichzeitig beschleunigt.
Weiterhin wird in 4 die Abtastgeschwindigkeit V_R3 der Grobbewegungsbühne 10 in der –Y Richtung, die durch das Geschwindigkeitssteuersystem 54 gemessen wird, dem Subtrahierer 45 zugeführt, und die Abtastgeschwindigkeit V_W der Y Bühne 2 in der Y Richtung, die durch das Geschwindigkeitssteuersystem 52 gemessen wird, wird dem Multiplikator 49 und einem Integrator 53 zugeführt. Zu beachten ist, dass die Positionen der Bühnen durch die Interterometer in der Ausführungsform, die in 3 gezeigt ist, gemessen werden, jedoch sagt 4 der Einfachheit halber aus, dass die Geschwindigkeiten gemessen werden, indem der Vorgabe des Blockdiagramms gefolgt wird.
Die Information über die Abtastgeschwindigkeit (V_W/β), die vom Multiplikator 49 ausgegeben wird, wird dem Subtrahierer 45 zugeführt, und die Information, die den Unterschied {(V_W/β) – V_R3} der Abtastgeschwindigkeiten darstellt, die vom Subtrahierer 45 ausgegeben wird, wird dem Subtrahierer 50 zugeführt. Geschwindigkeitsinformation, die erhalten wird, indem die Abtastgeschwindigkeit Y_W der Y Bühne 2 in der Y Richtung, die vom Integrator 53 ausgegeben wird, mit dem Reziproken (1/β) der Projektionsvergrößerung durch dem Multiplikator 48 multipliziert wird, wird dem Subtrahierer 43 zugeführt, und Information über die Abtastgeschwindigkeit Y_R der Feinbewegungsbühne 11 in –Y Richtung, die von einem Feinbewegungsbühnen-Geschwindigkeitssteuersystem 56 (wird später beschrieben) ausgegeben wird, wird ebenso dem Subtrahierer 43 zugeführt. Information über den Unterschied {(Y_W/β) – Y_R} zwischen den Positionen, die vom Subtrahierer 43 ausgegeben wird, wird einem Feinbewegungsbühnen-Positionssteuersystem 55 zugeführt. Das Positionssteuersystem 55 umfasst den Multiplikator 51 zum Multiplizieren von Eingangsinformationen mit dem Positions-Verstärkungsfaktor K_P in 3, und führt Informationen über den Unterschied K_P × {(Y_W/β) – Y_R} dem Subtrahierer 50 zu. Die Information, welche die Zielabtastgeschwindigkeit V_RF* darstellt und vom Subtrahierer 50 ausgeben wird, wird dem Feinbewegungsbühnen-Geschwindigkeitssteuersystem 56 zugeführt. Das Geschwindigkeitssteuersystem 56 führt eine Steuerung durch, so dass die Abtastgeschwindigkeit der Feinbewegungsbühne 11 in 3 der Zielabtastgeschwindigkeit V_RF* folgt, und die Zielabtastgeschwindigkeit V_RF* ist durch die obige Gleichung (1) gegeben. Deshalb kann in dieser Ausführungsform, da der Geschwindigkeitsbefehl parallel dem Waferbühnen-Geschwindigkeitssteuersystem 52 und dem Retikel-Grobbewegungsbühnen-Geschwindigkeitssteuersystem 54 zugeführt wird, eine Verzögerung von einer der Y Bühne 2 und der Grobbewegungsbühne 10 verhindert werden.
Das Retikel 12 wird auf der Grobbewegungsbühne 10 über die Feinbewegungsbühne 11 platziert, und die Antriebssteuerung der Feinbewegungsbühne 11 wird durch eine Rückkopplungssteuerung des Unterschieds zwischen den Abtastpositionen der Y Bühne 2 und der Feinbewegungsbühne 11 auf dem Retikel erzielt. Außerdem wird die Antriebssteuerung der Feinbewegungsbühne 11 auch durch eine Vorwärtskopplungssteuerung des Unterschieds zwischen den Abtastgeschwindigkeiten der Y Bühne 2 und der Feinbewegungsbühne 11 auf dem Retikel erzielt. Deshalb kann die Zeit vom Beginn der Abtastung bis zum Beginn der synchronen Abtastung des Retikels 12 und des Wafers 5 verkürzt werden, und der Durchsatz des Belichtungsprozesses kann verbessert werden. Zusätzlich können, weil die Bewegungsabstände (Laufdistanzen) verkürzt werden, die vor der synchronen Abtastung erforderlich sind, die Ausschläge der Y Bühne 2 und der Grobbewegungsbühne 10 in der Y Richtung verkürzt werden, und die gesamte Vorrichtung kann kompakt gehalten werden.
Es ist anzumerken, dass die Funktionen der jeweiligen Elemente im Hauptsteuersystem 22A in 3 mittels Software durchgeführt werden können. Bestandteile des Waferbühnen-Geschwindigkeitssteuersystems 52 bis zum Feinbewegungsbühnen-Positionssteuersystem 55 in 4 können aus herkömmlichen PID-Steuerungen bestehen (proportionale, integrale und differentielle Steuerungen), oder aus Steuerungen, die einem Ausgleich von Phasenvorlauf/-nachlauf unterworfen werden. Die Verstärkungskonstanten (z. B. die Positionsverstärkungskonstante K_P) der Steuersysteme werden durch die mechanischen Konstanten der Bühnen bestimmt.
In 3 wird das Retikel 12 auf der Grobbewegungsbühne 10 über die Feinbewegungsbühne 11 platziert. Z. B. kann eine Feinbewegungsbühne, die zumindest in der Y Richtung relativ zu der Y Bühne 2 beweglich ist, auf der Y Bühne 2 angeordnet werden, und der Wafer 5 kann auf dieser Feinbewegungsbühne platziert werden. Die Feinbewegungsbühne braucht nicht immer zwischen der Grobbewegungsbühne 10 und dem Retikel 12 oder zwischen der Y Bühne 2 und dem Wafer 5 angeordnet zu sein. Z. B. können die Grobbewegungsbühne 10 oder die Y Bühne 2 auf der Feinbewegungsbühne angeordnet werden, und die Feinbewegungsbühne kann die Grobbewegungsbühne 10 und das Retikel 12 oder die Y Bühne 2 und den Wafer 5 in der Abtastrichtung (Y Richtung in diese Ausführungsform) integral fein bewegen. Weiterhin können Feinbewegungsbühnen auf beiden Seiten des Retikels 12 und des Wafers 5 angeordnet werden.
Darüber hinaus werden die Bewegungsgeschwindigkeiten der Bühnen gemessen, indem die Interferometer verwendet werden. Z. B. können die Bewegungsgeschwindigkeiten der Bühnen mit Geschwindigkeitssensoren (oder Beschleunigungssensoren) gemessen werden. Wenn Heterodynlaser-Interferometer verwendet werden, können Geschwindigkeitsinformationen, die von den Laser-Interterometern ausgegeben werden, direkt als die Bewegungsgeschwindigkeiten der Bühnen verwendet werden, da diese Interferometer die Bewegungsgeschwindigkeiten der Objekte ermitteln und der Bewegungsabstand errechnet wird, indem die Bewegungsgeschwindigkeiten integriert werden.

Claims

Abtastbelichtungsvorrichtung, umfassend: ein Beleuchtungssystem zum Belichten eines Teilbereichs auf einer Maske mit Licht, eine Maskenbühne, die in einer vorbestimmten Abtastrichtung bewegbar ist, wobei sie die Maske hält, und eine Substratbühne, die in der vorbestimmten Abtastrichtung bewegbar ist, wobei sie ein Substrat hält, auf das ein Muster auf der Maske übertragen werden soll; worin sowohl die Maskenbühne als auch die Substratbühne eine Feinbewegungsbühne umfasst, die relativ zu der Maskenbühne bzw. der Substratbühne bewegbar ist; eine erste Messeinrichtung zum Messen der Position der Feinbewegungsbühne für die Maskenbühne in der vorbestimmten Abtastrichtung, eine zweite Messeinrichtung zum Messen der Position der Feinbewegungsbühne für die Substratbühne in der vorbestimmten Abtastrichtung, eine Einrichtung zum Steuern der Position jeder Feinbewegungsbühne während der Abtastbelichtung durch ein Rückkopplungsverfahren, entsprechend eines Unterschieds zwischen der Position, die durch die erste Messeinrichtung gemessen wird, und der Position, die durch die zweite Messeinrichtung gemessen wird.
Abtastbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, worin die erste und zweite Messeinrichtung ein Interferometersystem umfassen.
Abtastbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, worin die Substratbühne sich in eine Richtung bewegt, die zur Bewegung der Maskenbühne entgegengesetzt ist.