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Die
Erfindung betrifft eine Positionierungsvorrichtung, die mit einem
ersten Teil, einem zweiten Teil mit einem Objekthalter zum Halten
eines im wesentlichen scheibenförmigen
Objekts in einer Position parallel zu einer X-Richtung und parallel
zu einer zu der X-Richtung orthogonalen Y-Richtung und drei Motoren
ausgeführt
ist, mittels welcher der zweite Teil relativ zu dem ersten Teil
parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung verlagerbar
ist und um eine Drehachse drehbar ist, welche parallel zu einer Z-Richtung
ist, die orthogonal zu der X-Richtung und orthogonal zu der Y-Richtung
ist, wobei jeder der Motoren mit einem Permanentmagnetsystem und
einem elektrischen Spulensystem ausgeführt ist, das mit dem Magnetsystem
zusammenwirken soll, wobei das elektrische Spulensystem mit mindestens
einer elektrischen Spule mit Windungen ausgeführt ist, die sich im wesentlichen
parallel zu einer zur Z-Richtung orthogonalen Hauptachse des Spulensystems
erstrecken.
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Die
Erfindung betrifft ferner eine Lithographievorrichtung, welche mit
einer Strahlungsquelle, einem Maskenhalter, einer Fokussierungseinheit
mit einer zentralen Achse und einer Positionierungsvorrichtung mit
einem Substrathalter ausgeführt
ist, der relativ zu der Fokussierungseinheit parallel zu einer X-Richtung
verlagerbar ist, welche orthogonal zu der zentralen Achse und parallel
zu einer Y-Richtung liegt, die orthogonal zu der X-Richtung und
orthogonal zu der zentralen Achse liegt.
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Eine
Positioniervorrichtung der im eröffnenden
Paragraph genannten Art ist aus EP-A-0 421 527 bekannt. Der erste Teil
der bekannten Positioniervorrichtung umfasst einen Schlitten, welcher
mittels eines Spindelantriebsmechanismus der Positioniervorrichtung
mit vergleichsweise geringer Genauigkeit parallel zur X-Richtung
und parallel zur Y-Richtung verlagerbar ist. Der zweite Teil der
bekannten Positioniervorrichtung umfasst einen Substrathalter, welcher
sich parallel zur X-Richtung und parallel zur Y-Richtung erstreckt, über eine
Anzahl von Stützelementen – bei Betrachtung
parallel zur vertikalen Z-Richtung – auf einem statischen Luftlager
ruht und mittels des statischen Luftlagers über eine Führungsfläche verlagerbar geführt ist,
die sich ebenfalls parallel zur X-Richtung und parallel zur Y-Richtung
erstreckt und an einer Basis der Positioniervorrichtung vorgesehen
ist. Die bekannte Positioniervorrichtung umfasst einen X-Motor,
mittels dessen der zweite Teil mit vergleichsweise hoher Genauigkeit
relativ zu dem ersten Teil parallel zur X-Richtung verlagerbar ist,
sowie zwei Y-Motoren, mittels derer der zweite Teil mit vergleichsweise
hoher Genauigkeit relativ zu dem ersten Teil parallel zur Y-Richtung
verlagerbar und um die Drehachse drehbar ist. Die Spulensysteme des
X-Motors und der beiden Y-Motoren sind an dem ersten Teil befestigt,
wohingegen die Magnetsysteme des X-Motors und der beiden Y-Motoren an dem zweiten
Teil befestigt sind. Der X-Motor und die beiden Y-Motoren sind bei
Betrachtung parallel zur X-Richtung in einer Reihe angeordnet, wobei
der X-Motor zentral
zwischen den beiden Y-Motoren angeordnet ist. Die Hauptachse des
X-Motors ist parallel
zur Y-Richtung gerichtet, wohingegen die Hauptachsen der beiden
Y-Motoren parallel zur X-Richtung gerichtet sind.
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Die
bekannte Positioniervorrichtung eignet sich für die Positionierung im Wesentlichen
scheibenförmiger
Substrate mit einer vergleichsweisen hohen Genauigkeit im Submikrometer-Bereich.
Wenn eine derart hohe Genauigkeit zur erzielen ist, müssen Verformungen
des Substrathalters, die während
des Betriebs unter dem Einfluss der von den drei Motoren auf den
Substrathalter ausgeübten
Antriebskräfte hervorgerufen
werden, weitestmöglich
beschränkt werden.
Hierzu müssen
die Antriebskräfte
möglichst gleichmäßig in den
Substrathalter eingeleitet werden. Ein Nachteil der bekannten Positioniervorrichtung
ist, dass die Positionen, in denen die Antriebskräfte der drei
in Reihe zueinander angeordneten Motoren auf den ersten Teil einwirken,
benachbart zu einer Diagonalen des Substrathalters konzentriert
sind, welche parallel zur X-Richtung gerichtet ist. Infolgedessen muss
der erste Teil mit einer vergleichsweise schweren und komplizierten
Aussteifungskonstruktion versehen sein, um die Antriebskräfte in gleichförmiger Weise
auf den Substrathalter zu übertragen.
Außerdem
führt die
gegenseitige Anordnung der drei Motoren zu einer konstruktiv ungünstigen
Positionierung der Stützelemente, über die
das statische Luftlager des ersten Teils den Substrathalter abstützt, bei
Betrachtung parallel zur vertikalen Z-Richtung. Die Stützelemente
sind bei der bekannten Positioniervorrichtung zu beiden Seiten der
drei in Reihe zueinander angeordneten Motoren vorgesehen, so dass
die Aussteifungskonstruktion auch Konstruktionsteile umfassen muss,
um von den Stützelemen ten
auf den Substrathalter ausgeübte
Stützkräfte gleichmäßig zu übertragen.
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Es
ist eine Aufgabe der Erfindung, eine Positioniervorrichtung der
im eröffnenden
Paragraph genannten Art bereitzustellen, bei der die von den Motoren
der Positioniervorrichtung während
des Betriebs auf den ersten Teil ausgeübten Antriebskräfte in gleichförmiger Weise
mittels einer vergleichsweise leichten und einfachen Aussteifungskonstruktion
des ersten Teils zu dem Objekthalter übertragen werden können.
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Die
Positioniervorrichtung gemäß der Erfindung
ist zu diesem Zweck dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachse
des Spulensystems jedes der drei Motoren einen Winkel von im Wesentlichen
120° mit
der Hauptachse des Spulensystems jedes der beiden anderen Motoren
einschließt.
Hierdurch wird erreicht, dass die Positionen, in denen die Antriebskräfte der
drei Motoren auf den ersten Teil einwirken, die Eckpunkte eines
gedachten Dreiecks bilden. Diese Positionen sind somit nicht benachbart
zu einer Diagonalen des Objekthalters konzentriert, sondern sind
gleichförmiger über den
Objekthalter verteilt, bei Betrachtung parallel zur X-Richtung und
parallel zur Y-Richtung. Dies bedeutet, dass die auf den ersten Teil
ausgeübten
Antriebskräfte
mittels einer vergleichsweise leichten und einfachen Aussteifungskonstruktion
des ersten Teils gleichmäßig auf
den Objekthalter übertragen
werden können.
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Eine
spezielle Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachsen der Spulensysteme
der drei Motoren in einer Sternkonfiguration angeordnet sind. Bei
dieser speziellen Ausführungsform
sind zwischen den Spulensystemen der drei Motoren drei in einem
Dreieck angeordnete Zwischenräume
vorhanden, welche Zwischenräume
zur Anbringung von drei Stützelementen
für die
Abstützung
des Objekthalters parallel zur Z-Richtung oder von drei Aktuatoren
für die
Verlagerung des Objektshalters relativ zu dem ersten Teil parallel
zur Z-Richtung und die Verschwenkung des Objekthalters relativ zu
dem ersten Teil um eine zur X-Richtung parallel gerichtete erste
Schwenkachse und eine zur Y-Richtung parallel gerichtete zweite
Schwenkachse genutzt werden können.
Die Positionen, in denen die Antriebskräfte der drei Motoren auf den
Objekthalter einwir ken, und die Positionen, in denen die Stützkräfte der
drei Stützelemente
oder die drei Aktuatoren auf den Objekthalter einwirken, sind somit
gleichmäßig längs eines
gedachten Kreises verteilt, so dass die auf den Objekthalter ausgeübten Antriebskräfte und die
auf den Objekthalter ausgeübten
Stützkräfte mittels
einer gemeinsamen vergleichsweise leichten und einfachen Aussteifungskonstruktion
des ersten Teils gleichmäßig auf
den Objekthalter übertragen werden
können.
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Eine
weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Hauptachsen der Spulensysteme
der drei Motoren in einer Dreiecksanordnung positioniert sind. Dies
sorgt für
eine besonders kompakte Konstruktion der Positioniervorrichtung, bei
der darüber
hinaus drei Stützelemente
für die
Abstützung
des Objekthalters parallel zur Z-Richtung oder drei Aktuatoren für die Verlagerung
des Objekthalters relativ zu dem ersten Teil parallel zur Z-Richtung
und die Verschwenkung des Objekthalters relativ zu dem ersten Teil
um eine zur X-Richtung
parallel gerichtete erste Schwenkachse und eine zur Y-Richtung parallel
gerichtete zweite Schwenkachse in konstruktiv vorteilhafter Weise
integriert werden können.
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Noch
eine weitere Ausführungsform
einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
ist dadurch gekennzeichnet, dass der erste Teil parallel zur X-Richtung
und parallel zur Y-Richtung mittels mindestens zweier weiterer Motoren
relativ zu einer Basis der Positioniervorrichtung verlagerbar ist.
Bei dieser weiteren Ausführungsform
ist der Objekthalter mittels der beiden weiteren Motoren parallel
zur X-Richtung und parallel zur Y-Richtung über vergleichsweise große Distanzen
und mit vergleichsweise geringen Genauigkeiten verlagerbar, während der Objekthalter
mittels der in Winkeln von 120° zueinander
angeordneten drei Motoren parallel zur X-Richtung und parallel zur
Y-Richtung über
vergleichsweise kleine Distanzen und mit vergleichsweise hohen Genauigkeiten
verlagerbar ist und um die zur Z-Richtung parallel gerichtete Drehachse
mit vergleichsweise hohen Genauigkeiten drehbar ist.
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Eine
Lithographievorrichtung der im zweiten Absatz erwähnten Art
ist aus WO-A- 96/38766
bekannt. Die bekannte Lithographievorrichtung wird bei der Herstellung
integrierter Halbleiterschaltungen mittels eines optischen Lithographieprozesses
eingesetzt. Die Strahlungsquelle bei der bekannten Lithographievorrichtung
ist eine Lichtquelle, während
die Fokussierungseinheit ein optisches Linsensystem ist, mittels
dessen ein Submuster einer integrierten Halbleiterschaltung, das
auf einer auf den Maskenhalter setzbaren Maske vorhanden ist, in
verkleinertem Maßstab
auf ein Halbleitersubstrat abgebildet wird, das auf den Substrathalter
setzbar ist. Ein derartiges Halbleitersubstrat umfasst eine große Anzahl
von Feldern, in denen identische Halbleiterschaltungen gebildet
werden. Bei dieser bekannten Lithographievorrichtung wird eine Belichtungsmethode
eingesetzt, die dem sogenannten "Schritt
und Wiederholung"-Prinzip
folgt, bei dem die einzelnen Felder nacheinander durch die Maske
hindurch belichtet werden, wobei mittels der Positioniervorrichtung
zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten jedes Mal
ein nächstes
Feld des Halbleitersubstrats in Position zur Fokussierungseinheit
gebracht wird. Dieser Prozess wird einer Anzahl von Malen wiederholt,
jedes Mal mit einer anderen Maske mit einem anderen Submuster, so
dass integrierte Halbleiterschaltungen mit vergleichsweise komplizierten Strukturen
hergestellt werden können.
Da diese Strukturen Merkmalsabmessungen haben, die im Submikrometer-Bereich
liegen, müssen
die auf den aufeinandefolgenden Masken vorhandenen Submuster mit
einer Genauigkeit im Submikrometer-Bereich auf die Felder des Halbleitersubstrats
abgebildet werden. Der Substrathalter muss daher während des
Betriebs in einer präzisen
Position gegenüber der
Fokussierungseinheit sein.
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Die
Lithographievorrichtung gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die darin verwendete Positioniervorrichtung
eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung
ist. Die günstigen
Eigenschaften der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
werden bei der erfindungsgemäßen Lithographievorrichtung
besonders sichtbar, indem Deformationen des Substrathalters, die
während
des Betriebs als Folge der auf den Substrathalter ausgeübten Antriebskräfte der
Positioniervorrichtung entstehen, soweit wie möglich als Folge der gleichmäßigen Einleitung
der Antriebskräfte
in den Substrathalter beschränkt
werden. Dies fördert
die Genauigkeit, mit der Substrathal ter relativ zu der Fokussiereinheit
positioniert werden kann.
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Die
Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die Zeichnung in näherer Einzelheit
erläutert,
in der
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1 schematisch
eine Lithographievorrichtung gemäß der Erfindung
zeigt,
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2 eine
schematische Draufsicht auf eine erste Ausführungsform einer in der Lithographievorrichtung
der 1 verwendeten Positioniervorrichtung ist,
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3 ein
an der Linie III-III der 2 genommener schematischer Querschnitt
ist und
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4 eine
schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform einer in der Lithographievorrichtung
der 1 verwendeten Positioniervorrichtung ist.
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Die
in 1 schematisch gezeigte erfindungsgemäße Lithographievorrichtung
wird bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen mittels eines
optischen Lithographieprozesses eingesetzt, der eine Abbildungsmethode
anwendet, die dem sogenannten "Schritt
und Wiederholung"-Prinzip
folgt. Wie 1 schematisch zeigt, ist die
Lithographievorrichtung mit einem Rahmen 1 ausgeführt, welcher
in dieser Reihenfolge und bei Betrachtung parallel zu einer vertikalen
Z-Richtung eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung 3 mit
einem Substrathalter 5, eine Fokussiereinheit 7,
eine weitere Positioniervorrichtung 9 mit einem Maskenhalter 11 sowie
eine Strahlungsquelle 13 trägt. Die in 1 gezeigte
Lithographievorrichtung ist eine optische Lithographievorrichtung,
wobei die Strahlungsquelle 13 eine Lichtquelle 15 umfasst.
Der Substrathalter 5 weist eine Stützfläche 17 auf, welche
sich orthogonal zur Z-Richtung
erstreckt und auf der ein im Wesentlichen scheibenförmiges Halbleitersubstrat 19 während des Betriebs
in einer zur Z-Richtung orthogonalen Position gehalten werden kann.
Der Substrathalter 5 ist mittels einer Antriebseinheit 21 der
Positioniervorrichtung 3, die nachstehend in weiterer Einzelheit
zu beschreiben ist, parallel zu einer zur Z-Richtung orthogonalen
X-Richtung und parallel zu einer zur X-Richtung orthogonalen und
zur Z-Richtung orthogonalen Y-Richtung relativ zu der Fokussiereinheit 7 verfahrbar.
Die Fokussiereinheit 7 ist ein Abbildungs- oder Projektionssystem
und umfasst ein optisches Linsensystem 23 mit einer zur
Z-Richtung parallelen optischen Zentralachse 25 und einem
optischen Verkleinerungsfaktor von beispielsweise 4 oder 5.
Der Maskenhalter 11 weist eine Stützfläche 27 auf, welche
sich orthogonal zur Z-Richtung erstreckt und auf der während des
Betriebs eine Maske 29 in einer Position orthogonal zur
Z-Richtung gehalten werden kann. Die Maske 29 weist ein
Muster oder ein Submuster einer integrierten Halbleiterschaltung
auf. Der Maskenhalter 11 ist mittels einer in 1 lediglich schematisch
dargestellten Antriebseinheit 31 der weiteren Positioniervorrichtung 9 relativ
zur Fokussiereinheit 7 parallel zur X-Richtung verfahrbar.
Während
des Betriebs wird ein von der Lichtquelle 15 ausgehender
Lichtstrahl mittels des Linsensystems 23 durch die Maske 29 geführt und
auf das Halbleitersubstrat 19 fokussiert. Das Halbleitersubstrat 19 weist
eine große
Anzahl einzelner Felder auf, auf denen identische Halbleiterschaltungen
vorgesehen werden. Die Felder des Halbleitersubstrats 19 werden
zu diesem Zweck nacheinander durch die Maske 29 belichtet.
Während
der Belichtung eines einzelnen Felds des Halbleitersubstrats 19 werden
der Substrathalter 5 mit dem Halbleitersubstrat 19 und
der Maskenhalter 11 mit der Maske 29 mittels der
Positioniervorrichtung 3 bzw. der weiteren Positioniervorrichtung 9 synchron
relativ zu der Fokussiereinheit 7 parallel zur X-Richtung
verfahren, sodass das auf der Maske 29 vorhandene Muster
oder Submuster abgetastet wird, dies bei Betrachtung parallel zur
X-Richtung. Nach der Belichtung eines einzelnen Felds des Halbleitersubstrates 19 wird
jedes Mal ein nächstes Feld
des Halbleitersubstrats 19 in Position zur Fokussiereinheit 7 gebracht,
indem der Substrathalter 5 mit dem Halbleitersubstrat 19 mittels
der Positioniervorrichtung 3 parallel zur X-Richtung und/oder
parallel zur Y-Richtung verfahren wird. Dieser Vorgang wird eine
Anzahl von Malen wiederholt, jedes Mal mit einer anderen Maske,
sodass komplizierte integrierte Halbleiterschaltungen mit einem
Schichtaufbau erhalten werden. Die mittels der Lithographievorrichtung
herzustellenden integrierten Halbleiterschaltungen weisen Strukturen
mit Merkmalsabmessungen auf, die im Submikrometer-Bereich liegen.
Da das Halbleitersubstrat 19 nacheinander durch eine Anzahl
unterschiedlicher Masken hindurch belichtet wird, müssen die
auf den Masken vorhandenen Muster mit einer Genauigkeit, die ebenfalls
im Submikrometer-Bereich
oder sogar im Nanometer-Bereich liegt, nacheinander auf das Halbleitersubstrat 19 abgebildet
werden. Der Substrathalter 5 muss daher zwischen zwei aufeinanderfolgenden
Belichtungsschritten mit einer ähnlichen
Genauigkeit gegenüber der
Fokussiereinheit 7 positioniert werden und es müssen der
Substrathalter 5 und der Maskenhalter 11 während eines
Belichtungsschritts ebenfalls mit einer ähnlichen Genauigkeit synchron
relativ zur Fokussiereinheit 7 verfahren werden. An die
Positioniergenauigkeiten der Positioniervorrichtung 3 und der
weiteren Positioniervorrichtung 9 werden somit sehr hohe
Anforderungen gestellt.
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Wie
die 2 und 3 schematisch zeigen, umfasst
die Positioniervorrichtung 3 einen ersten Teil 33 und
einen zweiten Teil 35. Der erste Teil 33 umfasst
einen aerostatisch gelagerten Fuß 37, in dem eine
Anzahl von statischen Luftlagern 39 vorgesehen ist, mittels
derer der erste Teil 33 auf einer Führungsfläche 41 ruht, welche
Fläche
sich parallel zur X-Richtung und parallel zur Y-Richtung erstreckt und
welche Fläche
auf einer Basis 43 der Positioniervorrichtung 3 vorgesehen
ist, dies bei Betrachtung parallel zu vertikalen Z-Richtung. Der
erste Teil 33 ist mittels der statischen Luftlager 39 außerdem parallel zur
X-Richtung und parallel zur Y-Richtung längs der Führungsfläche 41 verfahrbar
geführt.
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Wie 2 zeigt,
umfasst die Positioniervorrichtung 3 einen elektrischen
X-Linearmotor 45,
der üblich
und an sich bekannt ist und mittels dessen der erste Teil 33 mit
vergleichsweise geringen Genauigkeiten über vergleichsweise große Distanzen
parallel zur X-Richtung verfahrbar ist, sowie zwei elektrische Y-Linearmotoren 47 und 49,
die üblich
und als solche bekannt sind und mittels derer der erste Teil 33 mit vergleichsweise
geringen Genauigkeiten über
vergleichsweise große
Distanzen parallel zur Y-Richtung verfahrbar ist. Die Y-Linearmotoren 47 und 49 weisen jeweils
einen Stator 51, 53 auf, der sich parallel zur Y-Richtung
erstreckt und an der Basis 43 befestigt ist, sowie einen
längs des
Stators 51, 53 verfahrbar geführten Umsetzer 55, 57.
Der X-Linearmotor 45 weist einen Stator 59 auf,
der sich parallel zur X-Richtung erstreckt und von dem ein erstes
Ende 61 an dem Umsetzer 55 des Y-Linearmotors 47 befestigt
ist und von dem ein zweites Ende 63 an dem Umsetzer 57 des
Y-Linearmotors 49 befestigt
ist. Wie 3 zeigt, weist der X-Linerarmotor 45 ferner
einen Umsetzer 65 auf, welcher längs des Stators 59 verfahrbar
geführt
ist und an dem ersten Teil 33 befestigt ist.
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Wie
die 2 und 3 zeigen, umfasst die Positioniervorrichtung 3 ferner
drei Stützelemente 67, 69, 71,
mittels welcher der zweite Teil 35 mit dem Substrathalter 5 parallel
zur Z-Richtung gegenüber dem
ersten Teil 33 abgestützt
ist. Die Stützelemente 67, 69, 71,
die von einer üblichen
und an sich bekannten Art sind und um der Einfachheit willen in
den 2 und 3 nicht in jedem Detail gezeigt
sind, üben
jeweils eine Stützkraft
in einer zur Z-Richtung parallelen Richtung auf den zweiten Teil 35 aus
und gestatten Verlagerungen des zweiten Teils 35 relativ zu
dem ersten Teil 33, die parallel zur X-Richtung gerichtet
sind, Verlagerungen des zweiten Teils 35 relativ zu dem
ersten Teil 33, die parallel zur Y-Richtung gerichtet sind,
sowie Drehungen des zweiten Teils 35 relativ zu dem ersten
Teil 33 um eine zur Z-Richtung parallele Drehachse 73.
Statt der Stützelemente 67, 69, 71 können alternativ
auch drei Z-Aktuatoren verwendet werden, die ebenfalls die vorstehend
erwähnten
Verlagerungen und Drehungen des zweiten Teils 35 relativ
zum ersten Teil 33 gestatten. Die drei Z-Aktuatoren stützen den
zweiten Teil 35 nicht nur parallel zur Z-Richtung relativ
zum ersten Teil 33 ab, sondern mittels der drei Z-Aktuatoren
ist der zweite Teil 35 auch relativ zum ersten Teil 33 parallel
zur Z-Richtung verfahrbar und um eine zur X-Richtung parallel gerichtete
erste Schwenkachse und um eine zur Y-Richtung parallel gerichtete zweite
Schwenkachse schwenkbar.
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Wie
die 2 und 3 ferner zeigen, umfasst die
Positionierungsvorrichtung 3 drei im wesentlichen identische
Lorentz-Motoren 75, 77, 79, die an sich üblich und
bekannt sind und mittels derer der zweite Teil 35 mit dem
Substrathalter 5 parallel zur X-Richtung und parallel zur
Y-Richtung relativ zu dem ersten Teil 33 über vergleichsweise
kleine Distanzen mit vergleichsweise hohen Genauigkeiten verfahrbar ist
und um die zur Z-Richtung parallele Drehachse 73 drehbar
ist. Die Lorentz-Motoren 75, 77, 79 weisen jeweils
eine elektrische Spule 81, 83, 85 mit
Windungen auf, die sich im wesentlichen parallel zu einer zur Z-Richtung
orthogonalen Hauptachse 87, 89, 91 der jeweiligen
elektrischen Spule 81, 83, 85 erstrecken. Wie 3 für den Lorentz-Motor 75 zeigt,
ist die elektrische Spule 81, 83, 85 jedes
Lorentz-Motors 75, 77, 79 über eine
Verbindungsbrücke 93 an
einer Montageplatte 95 des ersten Teils 33 befestigt,
wobei sich die Montageplatte orthogonal zur Z-Richtung erstreckt.
Die Lorentz-Motoren 75, 77, 79 weisen
ferner jeweils ein Permanentmagnetsystem 97, 99, 101 zur Zusammenwirkung
mit der betreffenden elektrischen Spule 81, 83, 85 auf.
Wie 3 für
den Lorentz-Motor 75 zeigt, umfasst das Magnetsystem 97, 99, 101 jedes
Lorentz-Motors 75, 77, 79 ein erstes
Paar von Permanentmagneten 103, 105, welche in
derselben Richtung parallel zur Z-Richtung magnetisiert sind und
welche zu beiden Seiten einer ersten Hälfte 107 der betreffenden
elektrischen Spule 81, 83, 85 angeordnet
sind, um so mit dieser ersten Hälfte 107 zusammenzuwirken,
sowie ein zweites Paar von Permanentmagneten 109, 111,
welche in einer Richtung magnetisiert sind, die entgegengesetzt
zu derjenigen des ersten Paars von Magneten 103, 105 ist,
und zu beiden Seiten einer zweiten Hälfte 113 der betreffenden
elektrischen Spule 81, 83, 85 angeordnet
sind, um so mit dieser zweiten Hälfte 113 zusammenzuwirken.
Die Magnete 103 und 105 sind an einem ersten magnetischen
Flussleiter 115 des betreffenden Lorentz-Motors 75, 77, 79 befestigt,
und die Magnete 109 und 111 sind an einem zweiten
magnetischen Flussleiter 117 des betreffenden Lorentz-Motors 75, 77, 79 befestigt,
wobei die magnetischen Flussleiter 115, 117 an
einer Aussteifungskonstruktion 119 des zweiten Teils 35 befestigt
sind, welche in 3 lediglich schematisch angedeutet
ist und an welcher der der Substrathalter 5 befestigt ist.
Wie in 2 gezeigt, üben
die Lorentz-Motoren 75, 77, 79 während des
Betriebs jeweils eine Antriebskraft F1,
F2, F3 auf die Aussteifungskonstruktion 119 aus,
welche Kraft im wesentlichen orthogonal zur Hauptachse 87, 89, 91 der
betreffenden elektrischen Spule 81, 83, 85 und
im wesentlichen orthogonal zur Z-Richtung gerichtet ist und welche
Kraft auf eine Einwirkstelle P1, P2, P3 einwirkt, die
in Bezug auf die betreffende elektrische Spule 81, 83, 85 zentral
liegt. Die Antriebskräfte
F1, F2, F3 sowie die von den Stützelementen 67, 69, 71 auf
den zweiten Teil 35 ausgeübten Stützkräfte werden mittels der Aussteifungskonstruktion 119 gleichmäßig in den
Substrathalter 5 eingeleitet, d.h. sie werden gleichmäßig über die
gesamte Konstruk tion des Substrathalters 5 verteilt. Verformungen des
Substrathalters 5, die unter dem Einfluss der Antriebskräfte und
der Stützkräfte entstehen,
werden hierdurch weitestmöglich
vermieden, sodass derartige Verformungen einen geringstmöglichen
nachteiligen Einfluss auf die Genauigkeit haben, mit der die einzelnen
Felder des auf den Substrathalter 5 setzbaren scheibenförmigen Halbleitersubstrats 19 mittels
der Positioniervorrichtung 3 gegenüber der Fokussiereinheit 7 positioniert
werden können.
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Wie
in 2 erkennbar ist, sind die Hauptachsen 87, 89, 91 der
drei Lorentz-Motoren 75, 77, 79 zueinander
in einer Sternanordnung positioniert, wobei die Hauptachse 87, 89, 91 jedes
der drei Lorentz-Motoren 75, 77, 79 einen
Winkel von im wesentlichen 120° mit
der Hauptachse 87, 89, 91 jedes der betreffenden
beiden anderen Lorentz-Motoren 75, 77, 79 einschließt. Da die
Hauptachsen 87, 89, 91 Winkel von im
wesentlichen 120° miteinander
einschließen,
wird erreicht, dass die Einwirkpunkte P1, P2, P3, an denen die
Antriebskräfte
F1, F2, F3 der Lorentz-Motoren 75, 77, 79 auf
die Aussteifungskonstruktion 119 des zweiten Teils 35 einwirken,
die Eckpunkte eines gedachten Dreiecks bilden und dementsprechend
gleichmäßig über die
Aussteifungskonstruktion 119 verteilt sind, und zwar bei
Betrachtung parallel zur X-Richtung
und parallel zur Y-Richtung. Die Tatsache, dass diese Einwirkpunkte
gleichmäßig über die
Aussteifungskonstruktion 119 verteilt sind, bedeutet, dass
die Antriebskräfte
gleichmäßig über die
gesamte Konstruktion des Substrathalters 5 weiterverteilt
werden können
und sie dementsprechend mittels einer vergleichsweise leichten und
einfachen Konstruktion der Aussteifungskonstruktion 119 gleichmäßig in den
Substrathalter 5 eingeleitet werden. Die Aussteifungskonstruktion 119 ist
in den 2 und 3 nicht in jeder Einzelheit
gezeigt. Eine mögliche
Aussteifungskonstruktion ist beispielsweise eine mit einem ringförmigen Aussteifungselement,
welches benachbart zu den Einwirkstellen P1, P2, P3 angeordnet
ist, sowie mit einer Anzahl von Verstärkungsrippen, die sich in radialer
Richtung von dem ringförmigen
Aussteifungselement erstrecken. Da die Hauptachsen 87, 89, 91 in
Sternanordnung angeordnet sind, sind zwischen den drei im Dreieck angeordneten
Lorentz-Motoren 75, 77, 79 drei Zwischenräume vorhanden,
welche Zwischenräume
zur Unterbrin gung der drei Stützelemente 67, 69, 71 genutzt
werden können.
Hierdurch wird erreicht, dass die Einwirkstellen P1,
P2, P3 der Antriebskräfte F1, F2, F3 sowie
die Positionen, an denen die Stützkräfte der drei
Stützelemente 67, 69, 71 auf
die Aussteifungskonstruktion 119 einwirken, gleichmäßig entlang
eines gedachten Kreises verteilt sind, sodass die Aussteifungskonstruktion 119 keiner
größeren Anpassungen
bedarf, um nicht nur die Antriebskräfte, sondern auch die Stützkräfte zu dem
Substrathalter 5 zu übertragen
und sie in den Substrathalter 5 einzuleiten.
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4 zeigt
eine zweite Ausführungsform
einer Positioniervorrichtung 3' gemäß der Erfindung, die zur Verwendung
bei der erfindungsgemäßen Lithographievorrichtung
anstelle der vorstehend beschriebenen Positioniervorrichtung 3 geeignet
ist. Komponenten der Positioniervorrichtung 3', die Komponenten
der Positioniervorrichtung 3 entsprechen, sind in 4 mit
entsprechenden Bezugszeichen versehen. Die anschließende Beschreibung
befasst sich nur mit einigen Unterschieden zwischen den Positioniervorrichtungen 3' und 3.
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Wie 4 zeigt,
umfasst die Positioniervorrichtung 3' wiederum drei Lorentz-Motoren 75', 77', 79', die im wesentlichen
den Lorentz-Motoren 75, 77, 79 der zuvor
erläuterten
Positioniervorrichtung 3 entsprechen. Die Hauptachse 87', 89', 91' jedes der drei Lorentz-Motoren 75', 77', 79' schließt wiederum
einen Winkel von im wesentlichen 120° mit der Hauptachse 87', 89', 91' jedes der zwei
anderen Lorentz-Motoren 75', 77', 79' ein, sodass
die Einwirkpunkte P1', P2', P3', an denen die Antriebskräfte F1', F2',
F3' der
Lorentz-Motoren 75', 77', 79' auf die Aussteifungskonstruktion 119' des Substrathalters 5 einwirken,
wiederum die Eckpunkte eines gedachten Dreiecks bilden und gleichmäßig über die
Aussteifungskonstruktion 119 verteilt sind, dies bei Betrachtung
parallel zur X-Richtung und parallel zur Y-Richtung. Als Folge können die
Antriebskräfte
der Lorentz-Motoren 75', 77', 79' gleichmäßig über die
gesamte Konstruktion des Substrathalters 5 weiterverteilt
werden und somit auch in der Positioniervorrichtung 3' mittels einer
vergleichsweise leichten und einfachen Konstruktion der Aussteifungskonstruktion 119' gleichmäßig in den
Substrathalter 5 eingeleitet werden.
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Die
Hauptachsen 87', 89', 91' der drei Lorentz-Motoren 75', 77', 79' sind bei der
Positioniervorrichtung 3' zueinander
in einem Dreieck angeordnet. Dies bewirkt, dass die drei Lorentz-Motoren 75', 77', 79' in vergleichsweise
kurzen Abständen
voneinander angeordnet werden können,
sodass eine vergleichsweise kompakte gegenseitige Anordnung der drei
Lorentz-Motoren 75', 77', 79' und eine kompakte Konstruktion
der Positioniervorrichtung 3' vorgesehen
werden. Wie 4 zeigt, bedeutet diese Anordnung
der drei Lorentz-Motoren 75', 77', 79', dass auch
die drei Stützelemente 67', 69', 71' der Positioniervorrichtung 3' in kurzen Abständen von
den drei Lorentz-Motoren 75', 77', 79' angebracht
werden können,
sodass die zuvor erwähnte
kompakte Konstruktion der Positioniervorrichtung 3' durch das Vorhandensein
der drei Stützelemente 67', 69', 71' nur zu einem
begrenzten Grad gestört
wird. Zu beachten ist, dass es bei der oben erläuterten Positioniervorrichtung 3 wiederum
möglich
ist, statt der drei Stützelemente 67', 69', 71' der Positioniervorrichtung 3' drei Z-Aktuatoren zu verwenden,
mittels welcher Aktuatoren der Substrathalter 5 nicht nur
parallel zur Z-Richtung relativ zu dem ersten Teil 33 abgestützt wird,
sondern auch parallel zur Z-Richtung relativ zum ersten Teil 33 verfahrbar
ist und um eine zur X-Richtung
parallel gerichtete erste Schwenkachse sowie eine zur Y-Richtung
parallel gerichtete zweite Schwenkachse schwenkbar ist.
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Bei
den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Positioniervorrichtungen 3 und 3' weisen die
darin verwendeten Lorentz-Motoren 75, 77, 79, 75', 77', 79' jeweils eine
einzelne elektrische Spule 81, 83, 85, 81', 83', 85' auf. Es ist
zu beachten, dass sich die Erfindung auch auf Positioniervorrichtungen
bezieht, bei denen die verwendeten Motoren jeweils ein elektrisches
Spulensystem aufweisen, das mit zwei oder mehr gesonderten elektrischen Spulen
mit Windungen ausgeführt
ist, die sich im wesentlichen parallel zu einer zur Z-Richtung orthogonalen
Hauptachse des Spulensystems erstrecken.
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Bei
den vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Positioniervorrichtungen 3 und 3' ist der zweite
Teil 35 mit dem Substrathalter 5 durch den ersten
Teil 33 mit dem aerostatisch gelagerten Fuß 37 über die
drei Stützelemente
oder Z-Aktuatoren 67, 69, 71, 67', 69', 71' parallel zur
vertikalen Z-Richtung abgestützt.
Es ist zu beachten, dass sich die Erfindung auch auf Positioniervorrichtungen
bezieht, bei denen der zweite Teil mit dem Objekthalter nicht durch
den ersten Teil parallel zur Z-Richtung abgestützt ist, sondern durch eine
Basis der Positioniervorrichtung parallel zur Z-Richtung abgestützt ist, wie es der Fall bei
der oben angesprochenen und aus EP-A-0 421 527 bekannten Positioniervorrichtung
ist. Der zweite Teil mit dem Objekthalter ist bei einer derartigen
Positioniervorrichtung – bei
Betrachtung parallel zur X-Richtung
und parallel zur Y-Richtung – ausschließlich mittels
der Antriebskräfte
der drei in Winkeln von 120° angeordneten
Motoren mit dem ersten Teil gekoppelt.
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Bei
der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lithographievorrichtung
ist die Positioniervorrichtung 3 mit dem verlagerbaren
Substrathalter 5 eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung,
wobei der Substrathalter 5 mittels der drei in Winkeln
von 120° angeordneten
Lorentz-Motoren 75, 77, 79 parallel zur
X-Richtung und parallel zur Y-Richtung über vergleichsweise kleine
Distanzen mit vergleichsweise hohen Genauigkeiten verfahrbar ist
und um die Drehachse 73 drehbar ist. Zu beachten ist, dass
auch die weitere in der vorstehend beschriebenen Lithographievorrichtung
verwendete Positioniervorrichtung 9 mit dem verlagerbaren
Maskenhalter 11 eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung sein
kann, nämlich
derart, dass der zweite Teil der weiteren Positioniervorrichtung
parallel zur X-Richtung und parallel zur Y-Richtung über vergleichsweise kleine
Distanzen mit einer vergleichsweise hohen Genauigkeit relativ zum
ersten Teil der weiteren Positioniervorrichtung verfahrbar ist und
um eine zur Z-Richtung parallel gerichtete Drehachse drehbar ist, während der
erste Teil der weiteren Positioniervorrichtung parallel zur X-Richtung über vergleichsweise große Distanzen
mit vergleichsweise geringen Genauigkeiten mittels eines weiteren
X-Linearmotors verfahrbar ist. Da der zweite Teil mit dem Maskenhalter
bei einer derartigen Lithographievorrichtung nicht nur parallel
zur X-Richtung verfahrbar ist, sondern auch parallel zur Y-Richtung
verfahrbar ist und um die Drehachse drehbar ist, benötigt die
weitere Positioniervorrichtung keine zur X-Richtung parallel gerichtete gerade
Führung
für den
Maskenhalter. Die Parallelität
der Verlagerungen des Maskenhalters bezüglich der X-Richtung wird somit
nicht durch die Geradheit einer solchen geraden Führung bestimmt, sondern
durch die Genauigkeit, mit der der Maskenhalter mittels der weiteren
erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung
parallel zur Y-Richtung positioniert werden kann und um die Drehachse
gedreht werden kann.
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Bei
der vorstehend beschriebenen erfindungsgemäßen Lithographievorrichtung
wird eine dem „Schritt
und Abtastung"-Prinzip
folgende Abbildungsmethode angewandt. Zu beachten ist, dass sich
die Erfindung auch auf Lithographievorrichtungen erstreckt, bei
denen eine Abbildungsmethode angewendet wird, die dem sogenannten „Schritt
und Wiederholung"-Prinzip
folgt, wie dies der Fall bei der aus der angeführten WO-A-96/38766 bekannten
Lithographievorrichtung ist, und bei denen die Positioniervorrichtung
mit dem verlagerbaren Substrathalter eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung
ist.
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Schließlich ist
anzumerken, dass eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung nicht
nur in einer Lithographievorrichtung eingesetzt werden kann, sondern
auch in anderen Vorrichtungen, bei denen ein im wesentlichen scheibenförmiges Objekt
mittels eines Objekthalters in einer präzisen Position parallel zu
einer X-Richtung und parallel zu einer zu der X-Richtung orthogonalen
Y-Richtung gehalten werden soll und parallel zu der X-Richtung und/oder
parallel zu der Y-Richtung präzise
verfahren und/oder positioniert werden soll. Beispiele hierfür sind Hochpräzisions-Werkzeugmaschinen
und Analysegeräte.