WO2003079115A2

WO2003079115A2 - Vorrichtung zum belichten von substratmaterialien

Info

Publication number: WO2003079115A2
Application number: PCT/EP2003/002578
Authority: WO
Inventors: Hans Opower; Stefan Scharl
Original assignee: Kleo Halbleitertechnik Gmbh & Co Kg
Priority date: 2002-03-15
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2003-09-25
Also published as: DE10212344A1; US7019818B2; US20050083509A1; EP1485761A2; WO2003079115A3

Abstract

Um eine Vorrichtung zum Belichten von Substratmaterialien umfassend mindestens eine optische Belichtungseinrichtung, mindestens einen Substrattisch, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Belichtungseinrichtung und dem Substrattisch in zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen, wobei die Relativbewegung in einer Hauptrichtung mit einer grösseren Dynamik erfolgt als in einer Nebenrichtung, mindestens einen Hauptantrieb zur Erzeugung der Relativbewegung in der Hauptrichtung und mindestens einen Nebenantrieb für die Erzeugung der Relativbewegung in der Nebenrichtung, derart zu verbessern, dass diese bei möglichst hoher Dynamik eine möglichst hohe Positionsgenauigkeit bei der Positionierung des Substrattisches aufweist, wird vorgeschlagen, dass die Vorrichtung zwei sich in Hauptrichtung im wesentlichen gegenläufig bewegende Substrattische aufweist.

Description

Vorrichtung zum Belichten von Substratmaterialien

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belichten von Substratmaterialien, umfassend mindestens eine optische Belichtungseinrichtung, mindestens einen Substrattisch, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Belichtungseinrichtung und dem Substrattisch in zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen, wobei die Relativbewegung in einer Hauptrichtung mit einer größeren Dynamik erfolgt als in einer Nebenrichtung, mindestens einen Hauptantrieb zur Erzeugung der Relativbewegung in der Hauptrichtung und mindestens einen Nebenantrieb zur Erzeugung der Relativbewegung in der Nebenrichtung.

Bei derartigen bekannten Vorrichtungen besteht stets das Problem, eine möglichst hohe Präzision der Positionierung des Substrattisches mit einer möglichst hohen Dynamik bei der Bewegung desselben zu verbinden.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art derart zu verbessern, daß diese bei möglichst hoher Dynamik eine möglichst hohe Positionsgenauigkeit bei der Positionierung des Substrattisches aufweist.

Diese Aufgabe wird bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zwei sich in Hauptrichtung im wesentlichen gegenläufig bewegende Substrattische aufweist. Diese Lösung schafft die Möglichkeit, die Substrattische mit hoher Dynamik, insbesondere großen Beschleunigungen, zu bewegen, ohne daß große Beschleunigungskräfte aufgenommen werden müssen, da sich durch die gegenläufige Bewegung der Substrattische die Beschleunigungskräfte im wesentlichen aufheben.

Um dies zu realisieren ist vorzugsweise vorgesehen, daß jedem Substrattisch ein Hauptantrieb zugeordnet ist.

Hinsichtlich des Zusammenwirkens zwischen dem Hauptantrieb und dem Substrattisch sind die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar. Beispielsweise könnte der Hauptantrieb so angeordnet sein, daß er den Substrattisch mittelbar oder unmittelbar antreibt.

Besonders günstig ist es jedoch, wenn der Hauptantrieb von dem Substrattisch getrennt angeordnet ist.

Diese Lösung führt zu einer guten thermischen Entkopplung und guten mechanischen Kopplung des Hauptantriebs von dem Substrattisch und insbesondere der Führung desselben.

Um eine Kopplung zwischen dem Hauptantrieb und dem Substrattisch günstig realisieren zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß ein Läufer des Hauptantriebs den jeweils zugeordneten Substrattisch über eine in Hauptrichtung starre Antriebsverbindung antreibt.

Damit ist einerseits eine starre Kopplung zwischen dem Läufer des Hauptantriebs und dem Substrattisch realisiert, die eine präzise Führung und Positionierung des Substrattischs erlaubt, andererseits eine ausreichend gute thermische und vor allem auch schwingungsmäßige Entkopplung zwischen den beiden, die vom Hauptantrieb erzeugte und auf den Subtrattisch übertragene Schwingungen auf ein Minimum reduziert.

Zweckmäßigerweise ist dabei jeder Substrattisch auf einem Trägerschlitten angeordnet und durch diesen in der Hauptrichtung geführt.

Eine besonders günstige Art der Kopplung des Läufers und des Substrattisches ist dadurch möglich, daß der Läufer und der Trägerschlitten des Subtrattisches über die in Hauptrichtung starre Antriebsverbindung miteinander gekoppelt sind.

Alternativ oder ergänzend wird die eingangs gestellte Aufgabe bei einer erfindungsgemäßen Vorrichtung auch noch dadurch gelöst, daß der Läufer des Hauptantriebs an Führungsflächen in der X-Richtung geführt ist, die von in X- Richtung verlaufenden Führungsflächen für den Trägerschlitten getrennt sind. Auch diese Lösung erlaubt eine möglichst optimale Entkopplungs des Läufers des Hauptantriebs von dem Führungsschlitten und dem den Führungsschlitten tragenden Trägerschlitten, um ebenfalls möglichst geringfügige thermische Auswirkungen vom Hauptantrieb auf die Führung des Trägerschlittens zu erhalten und andererseits auch eine möglichst gute schwingungsmäßige Entkopplung der beiden.

Hinsichtlich der Anordnung der Substrattische und der Hauptantriebe relativ zueinander gibt es zwei günstige Möglichkeiten.

Eine Möglichkeit sieht vor, daß die Substrattische zwischen den Hauptantrieben angeordnet sind. Eine andere Möglichkeit sieht vor, daß die Hauptantriebe zwischen den Substrattischen angeordnet sind.

Besonders günstig ist es dabei, wenn die Hauptantriebe für die Substrattische in einer gemeinsamen Antriebseinheit zusammengefaßt sind, so daß auf diese gemeinsame Antriebseinheit die gegenläufigen Beschleunigungskräfte 'wirken und sich in dieser aufheben können.

Vorzugsweise ist dabei die Antriebseinheit so realisiert, daß der Antriebsschlitten die gemeinsame Antriebseinheit trägt und somit der Antriebsschlitten seinerseits keine großen Beschleunigungskräfte aufnehmen muß, da sich diese alle in der Antriebseinheit zumindest im wesentlichen kompensieren.

Besonders günstig läßt sich eine derartige Vorrichtung dadurch realisieren, daß die Substrattische auf in Hauptrichtung einander gegenüberliegenden Seiten der Antriebseinheit angeordnet sind.

Um dabei eine möglichst kompakte Lösung zu realisieren, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Hauptantriebe in einer Richtung quer zur Hauptrichtung und quer zur Nebenrichtung in im Abstand voneinander verlaufenden Antriebsebenen arbeiten, so daß dadurch die Möglichkeit besteht, den für die Antriebseinheit benötigten Bauraum in Hauptrichtung möglichst gering zu halten.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der Läufer des Hauptantriebs für einen Substrattisch in der einen Antriebsebene und der Läufer des Hauptantriebs für den anderen Substrattisch in der zur einen Antriebsebenen parallelen anderen Antriebsebene arbeitet. Ferner sieht eine vorteilhafte Lösung der eingangs genannten Aufgabe alternativ oder ergänzend zu den bisher beschriebenen Ausführungsbeispielen bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß vor, daß die Relativposition von Substrattisch und Belichtungseinrichtung durch eine interferometrische Meßeinrichtung erfassbar ist.

Hinsichtlich der Zuordnung der mindestens einen Belichtungseinrichtung zu den Substrattischen wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Besonders vorteilhaft hinsichtlich der Effizienz bei der Belichtung von Substraten ist die erfindungsgemäße Vorrichtung dann, wenn jedem der Substrattische eine Belichtungseinrichtung zugeordnet ist.

Vorzugsweise ist dabei vorgesehen, daß der Substrattisch und die jeweils zugeordnete Belichtungseinrichtung relativ zueinander in der Hauptrichtung und in der Nebenrichtung bewegbar sind, so daß dadurch bei jedem der Substrattische im Zusammenhang mit der Belichtungseinrichtung eine steuerbare Belichtung des Substrats erfolgen kann.

Eine derartige interferometrische Meßeinrichtung hat den großen Vorteil, daß diese eine insbesondere im Nanometerbereich präzise Messung der Position des Substrattisches erlaubt.

Eine besonders hohe Meßgenauigkeit bei der Bestimmung der Position des Substrattisches läßt sich dann erreichen, wenn die interferometrische Meßeinrichtung mit einem Optikkopf der optischen Belichtungseinrichtung als Bezugspunkt arbeitet, das heißt, daß sämtliche Messungen der interferometrischen Meßeinrichtung auf die Position des Optikkopfes als Referenzposition bezogen werden. Die interferometrische Meßeinrichtung läßt sich dabei räumlich besonders günstig in eine erfindungsgemäße Vorrichtung integrieren, wenn diese in einer parallel zur Hauptrichtung und zur Nebenrichtung verlaufenden Referenzebene die Position des Optikkopfes erfaßt und in einer parallel zur Referenzebene verlaufenden Meßebene die Position des Substrattisches erfaßt.

Zur Erfassung der einzelnen Positionen ist vorzugsweise vorgesehen, daß die interferometrische Meßeinrichtung in der Referenzebene und in der Meßebene mit auf sich in Hauptrichtung und Nebenrichtung erstreckenden Spiegeln auftreffenden Meßstrahlen arbeitet. Damit lassen sich insbesondere in einfacher Weise Abstände über Interferenzen ermitteln.

Eine besonders günstige Realisierungsmöglichkeit sieht vor, daß der Optikkopf mit einem sich in Hauptrichtung und einem sich in Nebenrichtung erstreckenden Reflexionsspiegel versehen ist.

Hinsichtlich der Erfassung des Substrattisches ist es günstig, wenn der Substrattisch mit einem sich mindestens in Hauptrichtung über den maximalen Weg des Substrattisches erstreckenden Spiegel versehen ist. Damit läßt sich insbesondere auch bei Bewegung des Substrattisches dessen Position in der Nebenrichtung günstig erfassen.

Ferner ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Substrattisch mit einem sich mindestens über den maximalen Weg in der Nebenrichtung erstreckenden Spiegel versehen ist, mit welchem sich dann bei der Bewegung des Substrattisches auch die Position desselben in der Hauptrichtung zweckmäßig ermitteln läßt. Eine besonders hohe Meßgenauigkeit läßt sich mit der interferometrischen Meßeinrichtung dann erreichen, wenn die interferometrische Meßeinrichtung mit Laserlicht derselben Wellenlänge sowohl in der Hauptrichtung als auch in der Nebenrichtung mißt.

Dies läßt sich besonders vorteilhaft dann erreichen, wenn die interferometrische Meßeinrichtung mit dem Laserlicht einer gemeinsamen Laserstrahlungsquelle arbeitet.

Um eine möglichst gute Fokussierung des Lichts der optischen Belichtungseinrichtung auf dem zu belichteten Substrat zu erhalten, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die optische Belichtungseinrichtung mit einem Autofokussystem versehen ist, das gleichzeitig dabei auch geringfügige Ungenauigkeiten in der Führung des Substrattisches relativ zur Führungsebene ausgleicht.

Hinsichtlich der Beschickung des Substrattisches mit Substratmaterialien wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. Beispielsweise wäre es denkbar, die Substratmaterialien manuell auf dem Substrattisch zu positionieren und manuell für die Belichtung mit der Belichtungseinrichtung auszurichten.

Eine besonders günstige Lösung sieht jedoch vor, daß die Vorrichtung ein Transportsystem aufweist, mit welchem Substratmaterialien von einer Vorbereitungsstation auf den Substrattisch transportierbar sind. Eine derartige Vorrichtung hat den Vorteil, daß damit Zeit für die Positionierung der Substratmaterialien auf dem Substrattisch eingespart werden kann. Besonders günstig ist dies, wenn die Substratmaterialien in der Vorbereitungsstation vorpositionierbar sind und vorpositioniert von dem Transportsystem auf dem Substrattisch ablegbar sind.

Damit besteht die Möglichkeit, die zeitaufwendige Vorpositionierung der Substratmaterialien in der Vorbereitungsstation durchzuführen, so daß beispielsweise während der Vorpositionierung der Substratmaterialien bereits auf dem Substrattisch vorhandene Substratmaterialien belichtet werden können, und dann die vorpositionierten Substratmaterialien unter Aufrechterhaltung der Vorpositionierung von dem Transportsystem auf dem Substrattisch abzulegen, nachdem die belichteten Substratmaterialien von dem Substrattisch entfernt wurden.

Um auch das Entfernen der belichteten Substratmaterialien möglichst rationell zu gestalten, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Vorrichtung ein Transportsystem aufweist, mit welchem belichtete Substratmaterialien von dem Substrattisch in eine Abnahmestation transportierbar sind.

Die eingangs genannte Aufgabe wird alternativ oder ergänzend bei einer Vorrichtung der eingangs beschriebenen Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß der Antrieb für die Hauptrichtung auf einem Antriebsfundamentkörper sitzt, der von einem die Belichtungseinrichtung und den Substrattisch tragenden Fundamentkörper körperlich getrennt angeordnet ist.

Der Vorteil der erfindungsgemäßen Lösung ist somit darin zu sehen, daß alle negativen Einflüsse des Hauptantriebs für die Hauptrichtung, wie beispielsweise starke Beschleunigungen und Temperaturänderungen, sich nicht unmittelbar auf die Positionsgenauigkeit des Substrattisches relativ zur Belichtungseinrichtung auswirken, da sowohl der Substrattisch als auch die Belichtungseinrichtung von einem Fundamentkörper getragen werden, der körperlich getrennt von dem Antriebsfundamentkörper angeordnet ist.

Zieht man ferner in Betracht, daß derartige Fundamentkörper vorzugsweise Körper mit großer Masse, insbesondere im Bereich von Tonnen, sind, so ist durch die körperlich getrennten Fundamentkörper eine optimale Entkopplung zwischen dem Antriebsfundamentkörper und dem Fundamentkörper für die Belichtungseinrichtung und den Substrattisch erreicht.

Hinsichtlich der Ausbildung der Vorrichtung zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen der Belichtungseinrichtung und dem Substrattisch wurden im Zusammenhang mit dem Grundkonzept der Erfindung keine näheren Angaben gemacht. So wäre es beispielsweise denkbar, einerseits die Belichtungseinrichtung in einer Achsrichtung zu bewegen und andererseits den Substrattisch in der anderen Richtung.

Besonders vorteilhaft ist es jedoch, wenn die Belichtungseinrichtung stationär an dem Fundamentkörper gehalten ist. Dies hat den Vorteil, daß durch die stationäre Anordnung der Belichtungseinrichtung relativ zum Fundamentkörper die gesamten mechanischen Dämpfungseigenschaften des Fundamentkörpers ausgenützt werden können, um möglichst geringe Erschütterungen und Vibrationen auf die Belichtungseinrichtung zu übertragen.

Darüber hinaus hat diese Lösung den Vorteil, daß eine Erfassung der Relativposition zwischen der Belichtungseinrichtung und dem Substrattisch dadurch vereinfacht werden kann, daß durch die stationäre Anordnung der Belichtungseinrichtung am Fundamentkörper in einfacher Weise ein Bezugspunkt für die Meßeinrichtung zur Bestimmung der Position des Substrattisches vorliegt.

Aus diesem Grund ist vorzugsweise der Substrattisch in der Hauptrichtung und der Nebenrichtung bewegbar.

Um diese Bewegbarkeit des Substrattisches günstig realisieren zu können, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Substrattisch auf einem Trägerschlitten angeordnet ist, der relativ zum Fundamentkörper in der Haupt- und der Nebenrichtung bewegbar ist.

Diese Bewegbarkeit muß andererseits aber mit einer präzisen Führung des Trägerschlittens einhergehen.

Zur präzisen Führung des Trägerschlittens ist daher vorzugsweise vorgesehen, daß der Trägerschlitten in Richtung der Hauptrichtung bewegbar an einem Führungsschlitten geführt ist, wobei der Führungsschlitten seinerseits relativ zum Fundamentkörper mindestens in der Nebenrichtung bewegbar ist.

Um eine möglichst präzise Führung des Trägerschlittens am Führungsschlitten zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Trägerschlitten an dem Führungsschlitten lediglich gegen eine Relativbewegung in der Nebenrichtung geführt ist und in keiner weiteren Richtung, so daß die Führung des Trägerschlittens an dem Führungsschlitten mit hoher Präzision ausgebildet sein kann und die Führungen für die anderen Richtungen sich nicht negativ auf die Präzision der Führung des Trägerschlittens am Führungsschlitten auswirken. Eine besonders präzise und leichtgängige Führung ist dann erreichbar, wenn der Trägerschlitten mit Luftführungen an dem Führungsschlitten geführt ist, wobei die Führung insbesondere durch Luftpolster erfolgt. Derartige Luftpolster haben nicht nur den Vorteil einer leichtgängigen Führung, sondern auch den Vorteil einer großen Dämpfung mechanischer Schwingungen.

Um den Trägerschlitten bei einer Bewegung quer zur Haupt- und Nebenrichtung präzise zu führen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Trägerschlitten in einer Richtung quer zur Haupt- und Nebenrichtung auf einer Führungsebene des Fundamentkörpers geführt ist.

Die Führungsebene erlaubt somit eine Bewegung des Trägerschlittens sowohl in der Haupt- als auch in der Nebenrichtung und bewirkt eine möglichst große Führungspräzision in Richtung senkrecht zu diesen.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der Trägerschlitten mit Luftführungen am Fundamentkörper geführt ist, so daß eine sehr leichtgängige und dennoch präzise und insbesondere schwingungsdämpfende Führung des Trägerschlittens vorliegt.

Da die Präzision der Führung des Trägerschlittens in Richtung quer zur Hauptrichtung und zur Nebenrichtung von der Qualität der Führungsebene abhängt, ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Führungsebene durch eine geschliffene, noch besser auch noch polierte Fläche gebildet wird.

Vorzugsweise ist dabei der Fundamentkörper aus einem schweren Material ausgebildet, das als Führungsebene eine geschliffene und polierte Fläche aufweist. Besonders günstig ist es dabei, wenn der Fundamentkörper aus einem Stein, insbesondere Granit hergestellt ist. Um eine möglichst hohe Präzision zu erreichen, ist es besonders vorteilhaft, wenn der Substrattisch relativ zum Führungsschlitten in Richtung der Nebenrichtung ausrichtbar ist, so daß die Möglichkeit besteht, Positionskorrekturen, insbesondere translatorische und/oder rotatorische Korrekturen des Substrattisches durch Bewegungen in Richtung der Nebenrichtung vorzunehmen und somit nachträglich Ungenauigkeiten auszugleichen, die sich durch den mechanischen Aufbau oder das Temperaturverhalten des mechanischen Aufbaus ergeben.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der Substrattisch relativ zum Führungsschlitten durch in der Nebenrichtung wirksame Positionierelemente ausrichtbar ist, die eine exakte Nachpositionierung des Substratschlittens zulassen.

Die Positionierelemente können dabei manuell betätigbar sein. Eine besonders günstige Lösung sieht vor, daß die Positionierelemente durch eine Steuerung ansteuerbar sind und somit die Möglichkeit besteht, die Ausrichtung des Substrattisches in der Nebenrichtung zu jedem gewünschten Betriebszeitpunkt gesteuert zu korrigieren.

Die Positionierelemente können dabei in unterschiedlichster Art und Weise ausgebildet sein. Es können Lorenzmotoren oder Tauchspulenservos sein. Eine besonders günstige Ausführungsform sieht vor, daß die Positionierelemente Piezoelemente sind. Hinsichtlich der Positionierung des Führungsschlittens in der Nebenrichtung selbst wurden bislang keine näheren Angaben gemacht. So sieht eine besonders günstige Lösung vor, daß der Führungsschlitten durch zwei in Hauptrichtung im Abstand voneinander angeordnete Nebenantriebe in der Nebenrichtung bewegbar ist. Diese Lösung hat den Vorteil, daß sich eine hohe Führungsgenauigkeit des Führungsschlittens in der Nebenrichtung erreichen läßt, da durch ein synchrones Betreiben der beiden Nebenantriebe der Führungsschlitten durch eine gesteuerte Ausrichtung präzise ausgerichtet in der Nebenrichtung bewegt werden kann.

Alternativ oder ergänzend zu den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wird die eingangs genannte Aufgabe bei einer Vorrichtung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß auch dadurch gelöst, daß der Hauptantrieb auf einem von dem Führungsschlitten getrennten Antriebsschlitten sitzt, der seinerseits in der Nebenrichtung durch einen Nebenantrieb bewegbar am Antriebsfundament geführt ist.

Diese Trennung des Hauptantriebs von dem Führungsschlitten, der seinerseits den Trägerschlitten führt, dient ebenfalls einer möglichst guten thermischen und auch mechanischen Entkopplung des Hauptantriebs von der mit höchster Präzision zu realisierenden Führung für den Trägerschlitten.

Hinsichtlich der Führung des Antriebsschlittens quer zur Haupt- und Nebenrichtung sind ebenfalls die unterschiedlichsten Möglichkeiten denkbar.

Besonders günstig ist es dabei, wenn der Antriebsschiitten quer zur Hauptrichtung und quer zur Nebenrichtung auf einer Führungsebene des Antriebsfundamentkörpers geführt ist. Die Führungsebene sollte dabei ebenfalls eine möglichst gute Führungsqualität für den Antriebsschlitten haben.

Aus diesem Grund ist vorzugsweise vorgesehen, daß die Führungsebene als geschliffene Fläche ausgebildet ist, noch besser ist es, wenn die Führungsebene als polierte Fläche ausgebildet ist.

Insbesondere ist dabei der Antriebsfundamentkörper ebenfalls ein möglichst schwerer Körper, vorzugsweise aus Granit.

Um auch den Antriebsschlitten möglichst leichtgängig zu führen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Antriebsschlitten mit Luftführungen am Antriebsfundamentkörper geführt ist.

Um bei einer Bewegung des Führungsschlittens in der Nebenrichtung keinerlei Führungsungenauigkeit durch einen Versatz relativ zur Bewegung des Antriebsschlittens zu erreichen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß der Antriebsschlitten synchron zum Führungsschlitten bewegbar ist.

Vorzugsweise sind dabei die Nebenantriebe für die Bewegung des Antriebsschlittens und des Führungsschlittens miteinander synchronisiert.

Hinsichtlich der Realisierung des Hauptantriebs wurden bislang ebenfalls keine näheren Angaben gemacht. So sieht ein besonders vorteilhaftes Ausführungsbeispiel vor, daß am Antriebsschlitten ein Läufer des Hauptantriebs in Hauptrichtung bewegbar geführt ist. Um die Bewegungen des Läufers auf den Trägerschlitten zu übertragen, ist vorzugsweise vorgesehen, daß zwischen dem Läufer und dem Trägerschlitten eine in Hauptrichtung starre Antriebsverbindung vorgesehen ist, wobei diese Antriebsverbindung vorzugsweise noch so ausgebildet ist, daß sie eine gewisse Beweglichkeit quer zur Hauptrichtung aufweist.

Weitere Merkmale und Vorteile der Erfindung sind Gegenstand der nachfolgenden Beschreibung sowie der zeichnerischen Darstellung einiger Ausführungsbeispiele.

In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zur Belichtung von Substratmaterialien bei nur durch einen Optikkopf repräsentierter Belichtungseinrichtung;

Fig. 2 eine vergrößerte Darstellung einer Hälfte der in Fig. 1 dargestellten Vorrichtung mit Blick in Richtung A in Fig. 1;

Fig. 3 einen Schnitt längs Linie 3-3 in Fig. 2;

Fig. 4 eine Gesamtansicht des in Fig. 1 dargestellten ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit Blick in Richtung A in Fig. 1;

Fig. 5 einen Schnitt längs Linie 5-5 in Fig. 2; Fig. 6 eine Draufsicht auf das erste Ausführungsbeispiel gemäß

Fig. 1 mit Blick in Richtung B in Fig. 1;

Fig. 7 eine vergrößerte Darstellung eines Substrattisches mit dem

Transportschlitten des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung zusammen mit einer erfindungsgemäßen Meßeinrichtung zur Bestimmung einer Position des Substrattisches;

Fig. 8 einen Schnitt längs Linie 8-8 in Fig. 3;

Fig. 9 eine vergrößerte perspektivische Darstellung ähnlich Fig. 1 eines Teils des ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung mit vollständig dargestellter Belichtungseinrichtung;

Fig. 10 eine ausschnittsweise Draufsicht ähnlich Fig. 6 auf ein zweites Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 11 eine Darstellung ähnlich Fig. 4 eines dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 12 eine Darstellung ähnlich Fig. 6 des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung;

Fig. 13 eine Darstellung ähnlich Fig. 9 des dritten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemäßen Vorrichtung und Fig. 14 eine Darstellung ähnlich Fig. 6 eines vierten Ausführungsbeispiels einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Belichten von Substratmaterialien.

Ein Ausführungsbeispiel einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Belichten von Substratmaterialien, partiell dargestellt in Fig. 1 und 2, umfaßt zwei BelichtungseinrichtungenlOa, b, wobei jede der Belichtungseinrichtungen 10a, b in Fig. 1 und 2 lediglich durch einen Optikkopf 12a, b repräsentiert ist und deren Anordnung im übrigen nachfolgend noch im Detail erläutert wird.

Ferner umfaßt die erfindungsgemäße Vorrichtung zwei Substrattische 14a, b, auf welchen zu belichtende Substrate 16, 18 angeordnet sind, um diese mittels der optischen Belichtungseinrichtungen 10a, b zu belichten.

Hierzu ist eine Relativbewegung zwischen dem jeweiligen Substrattisch 14a, b mit den Substraten 16 und 18 und dem jeweiligen Optikkopf 12a, b erforderlich.

Aus Gründen der Vereinfachung erfolgt zunächst eine Beschreibung der Verhältnisse, die sich für einen der Optikköpfe 12a, b und den entsprechenden der Substrattische 14a, b ergeben, wobei da die Beschreibung für beide Optikköpfe 12a, b und die entsprechenden Substrattische 14a, b gilt, die Buchstaben a, b weggelassen werden.

Diese Relativbewegung wird bei dem dargestellten erfindungsgemäßen Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zum Belichten von Substratmaterialien, wie beispielsweise Wafem, dadurch realisiert, daß der Substrattisch 14 in einer X- Richtung und einer Y-Richtung relativ zu der Belichtungseinrichtung 10 bewegbar ist. Hierzu ist der Substrattisch 14 auf einem Trägerschlitten 20 angeordnet, welcher auf einer parallel zur X-Richtung und parallel zur Y-Richtung verlaufenden Führungsebene 22 gleitend geführt ist, wobei sich die Führungsebene 22 quer zu einer vertikalen, vorzugsweise ungefähr in der Horizontalen erstreckt.

Ferner ist der Trägerschlitten 20 seinerseits an einem Führungsschlitten 24 geführt, welcher sich mit einer Längsführung 26 parallel zur X-Richtung erstreckt, längs welcher der Trägerschlitten 20 in X-Richtung bewegbar ist, jedoch gegen eine Bewegung in Y-Richtung geführt ist.

Wie in Fig. 2 dargestellt, wird die Längsführung 26 vorzugsweise durch einen langgestreckten Führungsbalken 28 gebildet, der einander gegenüberliegende Seitenführungsflächen 30a und 30b aufweist, die sich quer zur Y-Richtung und vorzugsweise in parallel zur X-Richtung und parallel zur Z-Richtung, die ihrerseits senkrecht auf der X- und Y-Richtung steht, verlaufenden Ebenen erstrecken.

Der Trägerschlitten 20 umgreift seinerseits mit Seitenschenkeln 32a, b den Führungsbalken 28 umgekehrt U-förmig, so daß sich die Seitenschenkel 32a, b des Trägerschlittens 20 beiderseits des Führungsbalkens 28 erstrecken und mit ihren Enden 33a, b der Führungsebene 22 zugewandt sind (Fig. 3).

Diese Seitenschenkel 32a, b tragen nun an ihren den Führungsflächen 30a, b zugewandten Seiten Einrichtungen 34a, b, zum Erzeugen von Luftpolstern so daß zwischen diesen Einrichtungen 34a, b und den Führungsflächen 30a, b den Trägerschlitten 20 in Y-Richtung am Führungsbalken 28 führende Luftpolster entstehen. Ferner sind die Seitenschenkel 30a, b an ihren der Führungsebene 22 zugewandten Enden 33a, b ebenfalls mit Einrichtungen 36a, b zur Erzeugung von Luftpolstern versehen, welche zwischen sich und der Führungsebene 22 jeweils Luftpolster erzeugen, so daß der Trägerschlitten 20 auf diesen Luftpolstern über die Führungsebene 22 gleiten kann.

Darüber hinaus ist auch noch der Führungsschlitten 24 seinerseits durch Einrichtungen 38a, b zur Erzeugung von Luftpolstern auf der Führungsebene 22 gleitend geführt, wobei diese Einrichtungen 38a, b ebenfalls zwischen sich und der Führungsebene 22 den gesamten Führungsschlitten 24 auf der Führungsebene 22 gleitend führende Luftpolster bilden.

Die Führungsebene 22 wird bei der erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Belichten von Substratmaterialien vorzugsweise durch eine Oberfläche eines Fundamentkörpers 40 gebildet, wobei der Fundamentkörper 40 vorzugsweise ein Granitblock mit einer polierten Oberfläche ist, die die Führungsebene 22 darstellt und somit eine hochpräzise Fläche zur Führung des Trägerschlittens 20 ist.

Der Fundamentkörper 40 sitzt dabei vorzugsweise mit einer Unterseite 42 auf einer Stellfläche 44 für die erfindungsgemäße Vorrichtung auf.

Ferner ist der Fundamentkörper 40 mit zwei sich ausgehend von der Führungsebene 22 in diesen hinein erstreckenden Führungsnuten 46, 48 versehen, die in Y-Richtung verlaufen, wobei jede der Führungsnuten 46, 48 durch ihre einander gegenüberliegenden Nutwände Führungsflächen 50a, 50b bildet, die sich parallel zur Y-Richtung und parallel zur Z-Richtung erstrecken und somit jeweils eine Führung gegen eine Bewegung in X-Richtung darstellen. In diesen Führungsnuten 46 und 48 sind Führungskörper 52 und 54 des Führungsschlittens 24 vorgesehen, die fest mit dem Führungsbalken 28 verbunden sind und jeweils auf gegenüberliegenden Seiten Einrichtungen 56a, 56b zur Erzeugung von Luftpolstern tragen, die zwischen sich und den Führungsflächen 50a, b ein den jeweiligen Körper 52 und 54 in den Führungsnuten 46 bzw. 48 führendes Luftpolster bilden, so daß der Führungsschlitten 24 hierdurch gegen eine Bewegung in X-Richtung relativ zum Fundamentkörper 40 geführt ist.

Zur Verschiebung des Führungsschlittens 24 in Y-Richtung sind in den Führungsnuten 46 und 48 angeordnete Linearmotoren 60 und 62 vorgesehen, deren Wicklungskörper 64 vorzugsweise auf einem Nutgrund 66 der Führungsnuten 46 und 48 stationär angeordnet ist, während ein durch geeignete Bestromung des Wicklungskörpers 64 verschiebbarer Läufer 68 in den Führungsnuten 46 und 48 jeweils in der Y-Richtung geführt bewegbar ist.

Vorzugsweise ist dabei der Läufer 68 des jeweiligen Linearmotors 60, 62 ebenfalls durch Luftpolster in den Führungsnuten 46 und 48 geführt.

Die Verbindung zwischen dem Läufer 68 und dem Führungsschlitten 24 erfolgt vorzugsweise über eine zwischen dem jeweiligen Läufer 68 und dem entsprechenden Führungskörper 52 bzw. 54 vorgesehene, in Y-Richtung starre Koppelstange 70.

Die Bewegung des Substrattisches 14 in Y-Richtung stellt eine Bewegung in einer Nebenrichtung dar, während die Hauptrichtung der Bewegung die X- Richtung ist, da bei der Belichtung der Substratmaterialien 16 und 18 mittels der Belichtungseinrichtung 10 die Bewegung in X-Richtung eine weit höhere Dynamik aufgrund des großen Bewegungsweges im Vergleich zur Bewegung in Y-Richtung aufweist.

Aus diesem Grund ist eine separate Antriebseinheit 78 vorgesehen, welcher einen Linearantrieb 80 für die Bewegung des Substrattisches 14 in X-Richtung umfaßt, der auf einem Antriebsschlitten 82 angeordnet ist, wobei der Antriebsschlitten 82 seinerseits in Y-Richtung bewegbar auf einer Führungsebene 84 geführt ist, die sich parallel zur X- und Y-Richtung erstreckt (Fig. 1, 4, 5).

Vorzugsweise weist hierzu der Antriebsschlitten 82 an seiner Unterseite 86 angeordnete Einrichtungen 88 zur Erzeugung eines Luftpolsters zwischen diesen und der Führungsebene 84 auf, so daß der Antriebsschlitten 82 gegenüber der Führungsebene 84 durch die Luftpolster geführt bewegbar ist.

Die Führungsebene 84 ist dabei gebildet durch einen Antriebsfundamentkörper 90, welcher mit seiner Unterseite 92 ebenfalls auf der Stellfläche 44 steht.

Dabei ist der Antriebsfundamentkörper 90 körperlich vollständig getrennt vom Fundamentkörper 40 für den Trägerschlitten 20 und den Führungsschlitten 24.

Vorzugsweise ist der Antriebsfundamentkörper 90 ebenfalls als Granitblock mit einer polierten Oberfläche als Führungsebene 84 ausgebildet.

Der Linearantrieb 80 zum bewegen des Trägerschlittens 20 in X-Richtung umfaßt einen Wicklungskörper 92, welcher fest auf einem Grund 94 einer U- förmigen Ausnehmung 95 des Antriebsschlittens 82 angeordnet ist sowie einen zwischen seitlichen Führungsflächen 96a und 96b der U-förmigen Vertiefung geführten Läufer 98, der zwischen den Führungsflächen 96a, b in X-Richtung bewegbar geführt ist, wobei die Führung des Läufers 98 vorzugsweise über Einrichtungen 100a, 100b zur Erzeugung von Luftpolstern erfolgt, die zwischen diesen Einrichtungen 100a, b und den Führungsflächen 96 den Läufer 98 gegen eine Bewegung in Y-Richtung führen.

Die Kopplung zwischen dem Läufer 98 und dem Trägerschlitten 20 erfolgt dabei vorzugsweise durch eine in X-Richtung starre Koppelstange 102, die sowohl am Läufer 98 als auch am Trägerschlitten 20 angreift.

Die Führung des Antriebsschlittens 82 am Antriebsfundamentkörper 90 erfolgt vorzugsweise durch eine im Antriebsfundamentkörper 90 vorgesehene und sich ausgehend von der Führungsebene 84 in diesen hinein erstreckende Führungsnut 106, mit durch deren Seitenwände gebildeten Führungsflächen 108a, 108b, zwischen denen ein Führungskörper 110 in Y-Richtung beweglich, jedoch gegen eine Bewegung in X-Richtung geführt ist, der fest mit dem Antriebsschlitten 82 verbunden ist.

Der Führungskörper 110 ist dabei seinerseits mit den Führungsflächen 108a, b zugewandten Einrichtungen 112a, 112b zur Erzeugung eines Luftpolsters versehen, wobei das Luftpolster zwischen diesen Einrichtungen 112a, 112b und den Führungsflächen 108a, b liegt.

Zum Bewegen des Antriebsschlittens 82 in Y-Richtung ist ein Linearmotor 114 vorgesehen, dessen Wicklungsträger 116 auf einem Nutgrund 118 der Führungsnut 106 angeordnet ist und dessen Läufer 120 in der Führungsnut 106 in Y-Richtung bewegbar ist, wobei der Läufer 120 vorzugsweise ebenfalls durch Luftpolster zwischen den Führungsflächen 108a, b geführt ist. Eine Verbindung zwischen dem Läufer 120 und dem mit dem Antriebsschlitten 82 verbundenen Führungskörper 110 erfolgt über eine in Y-Richtung starre Koppelstange 122.

Die von dem Linearantrieb 80 erzeugten Beschleunigungen in X-Richtung zum Verschieben des Trägerschlittens 20 mit dem Substrattisch 14 in der X-Richtung würden aufgrund der hohen Dynamik und der stets erfolgenden Bewegungsumkehr nach Überstreichen der beiden Substratmaterialien 16, 18 oder Wafer, zu hohen Belastungen der Führung des Führungskörpers 110 zwischen den Führungsflächen 108a, b führen.

Aus diesem Grund sieht die erfindungsgemäße Vorrichtung vorteilhafterweise auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebsschlittens 82 jeweils einen Fundamentkörper 40a, 40b mit einem darauf in X-Richtung verschiebbaren Trägerschlitten 20a, b vor. Ferner sind in der Antriebseinheit im Antriebsschlitten 82 zwei Linearantriebe 80a und 80b vorgesehen, wobei der Linearantrieb 80a zum Bewegen des Trägerschlittens 20a und der Antrieb 80b zum Bewegen des Trägerschlittens 20b, die auf gegenüberliegenden Seiten des Antriebsschlittens 82 liegen, vorgesehen sind. Ferner werden die Linearantriebe 80a und 80b durch eine Steuerung 130 so angesteuert, daß sich die Läufer 98a und 98b stets im wesentlichen gegenläufig bewegen, das heißt entweder beide Trägerschlitten 20a, 20b von der Antriebseinheit 78 weg bewegt werden oder auf die Antriebseinheit 78 zu bewegt werden. Dadurch lassen sich die hohen, von den Linearantrieben 80a und 80b erzeugten Beschleunigungen zumindest im wesentlichen gegenseitig kompensieren, so daß nur noch geringe Kräfte von dem zwischen den Führungsflächen 108a, b geführten Führungskörper 110 aufgenommen werden müssen, die den Antriebsschlitten 82 in X-Richtung exakt in seiner X-Position führen. Die übereinanderliegende Anordnung der Linearantriebe 80a und 80b führt, wie in Fig. 4 und 5 dargestellt, dazu, daß die Koppelstange 102a in einer ersten Antriebsebene 132 wirksam ist, während die Koppelstange 102b in einer parallel zur Antriebsebene 132 verlaufenden, jedoch gegenüber dieser versetzten Antriebsebene 134 wirksam ist, die beispielsweise näher der Stellfläche 44 verläuft.

Denselben Versatz wie die Antriebsebenen 132 und 134 weisen auch die Führungsebenen 22a und 22b der Fundamentkörper 40a und 40b auf, so daß auch die Trägerschlitten 20a und 20b in unterschiedlicher Höhe geführt sind, wobei vorzugsweise die Trägerschlitten 20a und 20b und die Führungsschlitten 24 identisch aufgebaut und an dem Fundamentkörper 40a, b geführt sind.

Aus diesem Grund gelten sämtliche bislang gemachten Ausführungen zu Aufbau, Führung und Struktur der Trägerschlitten für beide Trägerschlitten 20a, 20b.

Ferner sind auch die Fundamentkörper 40a und 40b körperlich getrennt, vorzugsweise verbindungsfrei zum Antriebsfundamentkörper 90 angeordnet. Dies hängt primär damit zusammen, daß aufgrund er hohen Dynamik beim Antrieb der Trägerschlitten 20a, 20b in Z-Richtung seitens der Linearantriebe 80a, 80b eine hohe Wärmeentwicklung entsteht, die wiederum der Präzision bei der Positionierung der Trägerschlitten 20a, b abträglich ist.

Ferner müssen aufgrund der hohen Dynamik auch Beschleunigungen vom Antriebsfundamentkörper 90 aufgenommen werden, die dann, wenn eine körperliche Trennung zwischen dem Antriebsfundamentkörper 90 und den Fundamentkörpern 40a und 40b besteht, nicht oder in einem weit geringeren Maße auf diese Fundamentkörper 40a, 40b übertragen werden. Somit kann durch die Trennung des Antriebsfundamentkörpers 90 von den Fundamentkörpern 40a und 40b die Präzision bei der hochgenauen Führung der Trägerschlitten 20a, 20b in den Führungsebenen 22a, 22b verbessert werden.

Wie in Fig. 6 dargestellt, steuert nun die Steuerung 130 die Bewegung der Trägerschlitten 20a, 20b durch entsprechende Bewegung der Führungsschlitten 24a, 24b mittels der Linearmotoren 60 und 62 sowie die Bewegung des Antriebsschlittens 82 mittels des Linearmotors 114 in Y-Richtung derart, daß die Bewegung der Trägerschlitten 20a und 20b und des Antriebsschlittens 82 derart synchron erfolgt, daß eine Mittelachse 136a, die in der Antriebsebene 132 liegt und eine Mittelachse 136b, die in der Antriebsebene 134 liegt, stets in einer gemeinsamen Ausrichtebene 138 liegen, die senkrecht zu den Antriebsebenen 132 und 134 und somit parallel zur Z-Richtung verläuft.

Zur exakten Positionierung des jeweiligen Substrattisches 14 relativ zu dem Optikkopf 12 ist, wie in Fig. 7 dargestellt, eine interferometrische Meßeinrichtung 140 vorgesehen, welche eine sich in Y-Richtung erstreckende Spiegelleiste 142 mit einer Spiegelfläche 144 umfaßt, welche sich parallel zur Y- und parallel zur Z-Richtung über die Breite des Substrattisches 14 erstreckt. Ferner ist am Substrattisch 14 auf einer Längsseite eines sich in X-Richtung erstreckende Spiegelleiste 146 vorgesehen, welche eine Spiegelfläche 148 trägt, die sich in X-Richtung und in Z-Richtung erstreckt.

Die Spiegelflächen 144 und 148 sind somit relativ zum Substrattisch 14 feststehend angeordnet. Darüber hinaus ist der Optikkopf 12 mit einer Spiegelfläche 150 versehen, die sich parallel zur Y- und Z-Richtung und somit parallel zur Spiegelfläche 144 erstreckt und mit einer Spiegelfläche 152, die sich parallel zur X-Richtung und zur Z-Richtung und somit parallel zur Spiegelfläche 148 erstreckt.

Beide Spiegelflächen 150 und 152 sind fest mit dem Optikkopf 12 verbunden.

Ferner umfaßt die Meßeinrichtung 140 zwei Interferometereinheiten 154 und 156, von denen jede einen Meßstrahl 158 bzw. 160 in Richtung zur Spiegelfläche 144 des Substrattisches 14 aussendet und außerdem jeweils einen Meßstrahl 162 bzw. 164, zur Spiegelfläche 150. Jede der Interferometereinheiten 154 und 156 ist somit durch Differenzbildung der mittels der Meßstrahlen 158 und 162 bzw. 160 und 164 bestimmbaren Wegdifferenzen in der Lage, die Abstände zwischen der Spiegelfläche 144 und der Spiegelfläche 150 zu ermitteln, die somit die exakte Relativposition des Substrattisches 14, in diesem Fall des Substrattisches 14b relativ zu dem Optikkopf, in diesem Fall dem Optikkopf 12b, angibt.

Hierzu verlaufen die Meßstrahlen 158 bis 164 exakt parallel zur X-Richtung und vorzugsweise auch die Meßstrahlen 162 und 164 in einer Referenzebene 188 bzw. 158 und 160 in einer Meßebene 189, die beide ihrerseits zu der Führungsebene 22, in diesem Fall der Führungsebene 22b, parallel verlaufen.

Vorzugsweise sind die beiden Interferometereinheiten 154 und 160 so angeordnet, daß deren Meßstrahlen 158 und 162 bzw. 160 und 164 in Y-Richtung im Abstand voneinander angeordnet sind, so daß sich nicht nur die Relativposition der Spiegelflächen 144 und 150 in X-Richtung ermitteln läßt, sondern auch feststellen läßt, ob die Spiegelflächen 150 und 144 exakt parallel zueinander ausgerichtet sind. Liegen Abweichungen von einem exakt parallelen Verlauf vor, so liegt eine Verdrehung des Substrattisches 14b um eine zur Z- Richtung parallele Achse vor.

Darüber hinaus umfaßt die Meßeinrichtung 140 noch eine Interferometerein- heit 170, welche einen zur Spiegelfläche 148 gerichteten und in der Meßebene 189 liegenden Meßstrahl 172 und einen zur Spiegelfläche 152 gerichteten und in der Referenzebene 188 liegenden Meßstrahl 154 erzeugt und durch Wegdifferenz dieser Meßstrahlen 152 und 154, die in Y-Richtung verlaufen, die Lagedifferenz zwischen dem Optikkopf 12b und dem Substrattisch 14b in Y- Richtung ermitteln kann.

Um sicherzustellen, daß alle Interferometereinheiten 154, 156 und 170 mit derselben Wellenlänge arbeiten, ist diesen eine gemeinsame Laserlichtquelle 176 zugeordnet, welche wellenlängenstabilisierte Laserstrahlung 178 erzeugt, die über Strahlteiler 180 bis 186 auf die Interferometereinheiten 154, 156 und 170 aufgeteilt wird, so daß alle Interferometereinheiten 154, 156 und 170 mit der Laserstrahlung derselben Wellenlänge arbeiten.

Alle Interferometereinheiten 154, 156 und 170 sind relativ zum Fundamentkörper 40 stationär angeordnet, so daß sich der Substrattisch 14 relativ zu den Meßstrahlen 158 und 160 sowie 172 bewegt, die jedoch in jeder Stellung des Substrattisches 14 noch auf die entsprechende Spiegelfläche 144 bzw. 148 auftreffen, wobei die Spiegelfläche 144 in der Y-Richtung und die Spiegelfläche 148 in der X-Richtung vorzugsweise Ausdehnungen aufweisen, die größer als die Wege sind, längs welcher der Substrattisch 14 in Y-Richtung und X-Richtung bewegbar ist. Mit den von den Interferometereinheiten 154 und 156 erfaßten relativen Abständen zwischen der Spiegelfläche 150 und der Spiegelfläche 144 ist die Steuerung 130 in der Lage, den jeweiligen Linearantrieb, in diesem Fall den Linearantrieb 80b, so anzusteuern, daß der Optikkopf 12 in der gewünschten Relativposition zu dem Substrattisch 14 und somit zu den Substratmaterialien oder Wafern 16b und 18b steht.

Darüber hinaus läßt sich eine durch die Interferometereinheiten 154 und 156 festgestellte Verdrehung der Spiegelfläche 144 relativ zur Spiegelfläche 170 um eine in Z-Richtung verlaufende Drehachse dadurch durch die Steuerung 130 korrigieren, daß die Einrichtungen zur Erzeugung eines Luftpolsters 34a bis 34b, die an den Seitenschenkeln 32a, 32b des Trägerschlittens 20 angeordnet sind, jeweils auf Piezoelementen 190a bis d sitzen, die durch die Steuerung 130 ansteuerbar dickenveränderlich sind und somit die Möglichkeit schaffen, den Abstand der Einrichtungen 34a bis 34d zur Erzeugung eines Luftpolsters von den Seitenschenkeln 32a und 32b zu variieren, so daß durch geeignete Ansteuerung der Piezoelemente 190a bis 190d eine Verdrehung des Trägerschlittens 20 um eine zur Z-Richtung parallele Achse in geringem Maße möglich ist, die es erlaubt, die Spiegelfläche 144 exakt parallel zur Spiegelfläche 150 ausgerichtet zu halten. (Fig. 8)

Darüber hinaus ist die Steuerung 130 in der Lage, entsprechend dem gemessenen Abstand zwischen der Spiegelfläche 152 und der Spiegelfläche 148 die Verschiebung des Substrattisches 14 in Y-Richtung zu erfassen und die Linearmotoren 60 und 62, in diesem Fall die Linearmotoren 60b und 62b, entsprechend anzusteuern und gleichzeitig auch den Linearmotor 114 zum Bewegen des Antriebsschlittens 82 synchron anzusteuern. Die konstruktive Realisierung der stationären Anordnung der Interferometereinheiten 154 und 156 sowie 170 relativ zum Fundamentkörper 140 ist in Fig. 9 im Detail dargestellt.

Um durch die Anordnung der Interferometereinheiten 154 und 156 die Bewegbarkeit der Koppelstange und des Substrattisches, in diesem Fall der Koppelstange 102a, und des Substrattisches 14a nicht zu behindern, sitzt auf dem Fundamentkörper 40 ein als Ganzes mit 200 bezeichneter Brückenkörper, der sich über äußere Fußelemente 202 und 204 auf der Führungsebene 22, in diesem Fall der Führungsebene 22a, abstützt und mit Brückenbereichen 206 und 208 den Bewegungsbereich des Trägerschlittens 20, in diesem Fall des Trägerschlittens 20a und des Substrattisches 14, in diesem Fall des Substrattisches 14a, übergreift.

Dabei sitzen beispielsweise auf dem der Antriebseinheit 78 zugewandt angeordneten Brückenbereich 206 die beiden Interferometereinheiten 154 und 156, wobei unterhalb des Brückenbereichs 206 die Koppelstange 102a durchläuft, während auf dem Brückenbereich 208, der sich über den Substrattisch 14 und den Trägerschlitten 20 hinweg erstreckt, die Belichtungseinrichtung 10 sitzt, die auf ihrer dem Substrattisch 14 zugewandten Seite den Optikkopf 12 trägt.

Die Belichtungseinrichtung 10 ist dabei so ausgebildet und arbeitet so, wie dies beispielsweise in der deutschen Patentanmeldung 101 60 917.5 beschrieben ist, auf weiche diesbezüglich vollinhaltlich Bezug genommen wird.

Ferner sitzt die Interferometereinheit 170 auf einem seitlich des Brückenkörpers 200 vorgesehenen Sockelbereich 210, der außerhalb eines Bewegungsbereichs des Trägerschlittens 20 und des Substrattisches 14 angeordnet ist. Ein zweites Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung umfaßt, wie in Fig. 10 dargestellt, ein als Ganzes mit 220 bezeichnetes Transportsystem, mit einer beispielsweise in Y-Richtung bewegbaren Greifeinrichtung 222, mit welcher sich in einer Vorbereitungsstation 224 vorbereitete und insbesondere vorpositionierte unbelichtete Substratmaterialien, beispielsweise die Wafer 16R und 18R greifen und in der vorpositionierten Stellung dem Substrattisch 14 zuführen lassen.

Ferner ist die Greifeinrichtung 22 auch noch zu einer Abnahmestation 226 bewegbar, die auf einer der Vorbereitungsstation 224 gegenüberliegenden Seite des Fundamentkörpers 40 angeordnet ist und in welcher die belichteten Wafer 16B, 18B ablegbar sind.

Damit läßt sich die Zeit für die Positionierung der Wafer 16, 18 auf dem Substrattisch 14 optimal kurz gestalten und somit lassen sich die Zeiten für die Belichtungen der einzelnen Substratmaterialien 16, 18 optimieren.

Bei einem dritten Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Vorrichtung, dargestellt in den Fig. 11 bis 13 sind diejenigen Elemente, die mit denen der vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele identisch sind, mit denselben Bezugszeichen versehen, so daß auf die voranstehenden Ausführungen hierzu vollinhaltlich Bezug genommen werden kann.

Bei dem dritten Ausführungsbeispiel sind die Substrattische 14a und 14b in gleicher Weise wie bei den voranstehenden Ausführungsbeispielen auf für diese vorgesehen Trägerschlitten 20' angeordnet, die allerdings an in der Y- Richtung stationären Führungbalken 28 in X-Richtung geführt sind, wobei die Führungsbalken 28 unverschieblich auf den Fundamentkörpern 40a und 40b gehalten sind, so daß die Trägerschlitten 20' lediglich in der X-Richtung relativ zu den Fundamentkörpern 40a, 40b bewegbar sind.

Darüber hinaus ist eine Antriebseinheit 78' vorgesehen, die allerdings nicht mehr auf einem separaten Fundamentkörper angeordnet ist, sondern beispielsweise mit auf dem Fundamentkörper 40b sitzt, und in der in bekannter Weise die Linearantriebe 80 angeordnet sind, die die Trägerschlitten 20' in der bekannten Weise in der X-Richtung antreiben.

Zur Erzeugung der Relativbewegung zwischen dem Optikkopf 12 und dem jeweiligen Substrattisch, in Fig. 13 dem Optikkopf 12a und dem Subtrattisch 14a, ist die gesamte Belichtungeinrichtung 10, in Fig. 13 die Belichtungseinrichtung 10a in Y-Richtung auf dem als Ganzes mit 200 bezeichneten Brückenkörper, in Fig. 13 dem Brückenkörper 200a, geführt, wobei auf dem Brückenkörper 200a eine sich in Y-Richtung erstreckende Führung 230 vorgesehen ist, längs welcher ein die jeweilige Belichtungseinrichtung 10 tragender Optikschlitten 232 - beispielsweise ebenfalls luftgelagert - in der Y-Richtung durch einen Linearantrieb 234 bewegbar ist, dessen Läufer 236 mit dem Optikschlitten 232 verbunden ist und dessen Stator 238 in die Y-Führung 230 integriert ist.

Damit läßt sich durch die Bewegung der Belichtungseinrichtung 10 in Y-Richtung und die Bewegung des Substrattisches 14 in X-Richtung die Relativbewegung zwischen dem Substrattisch 14 und der Belichtungseinrichtung 10 in der gewünschten einfachen Art und Weise erzeugen. Bei diesem Ausführungsbeispiel arbeitet die interferometrische Messeinrichtung 140 im Prinzip in derselben Weise, wie im Zusammenhang mit dem ersten Ausführungsbeispiel beschrieben, mit dem einzigen Unterschied, daß es erforderlich ist, daß die fest mit dem Optikkopf 12 verbundene Spiegelfläche 150, welche sich parallel zur Y-Richtung erstreckt, eine Ausdehnung in der Y- Richtung aufweist, die dem von der Belichtungseinrichtung 10 in Y-Richtung beschreibbaren Weg entspricht.

Bei einem vierten Ausführungsbeispiei, dargestellt in Fig. 14, sind zwei Antriebseinheiten 78"a und 78"b vorgesehen, wobei die Antriebseinheit 78"a dazu dient, den Substrattisch 14a anzutreiben und die Antriebseinheit 78"b dazu, den Substrattisch 14b anzutreiben.

Jede dieser Antriebseinheiten 78" ist jeweils mit einem Linearantrieb 80"a bzw. 80"b versehen. Ferner ist jeder der Linearantriebe 80"a bzw. 80"b mittels einer erfindungsgemäß bereits beschriebenen Koppelstange 102a bzw. 102b mit dem jeweiligen Substrattisch 14a bzw. 14b gekoppelt.

Im Gegensatz zu den voranstehend beschriebenen Anführungsbeispielen sind bei dem vierten Ausführungsbeispiel die Antriebseinheiten 78"a und 78"b ferner so angeordnet, daß zwischen diesen die Substrattische 14a, 14b liegen, das heißt, daß bei jedem Substrattisch 14a, 14b die zugeordnete Antriebseinheit 78"a bzw. 78"b auf der dem jeweils anderen Substrattisch 14b bzw. 14a gegenüberliegenden Seite angeordnet ist.

Diese Lösung hat den Vorteil, daß die Linearantriebe 80"a bzw. 80"b einfacher mit Energie versorgt und angesteuert werden können und im übrigen auch die Wartung der Linearantriebe 80"a und 80"b vereinfacht werden kann. Darüber hinaus lässt sich eine Bestückung beider Substrattische 14a, 14b einfacher realisieren.

Im übrigen sind die Substrattische 14a, 14b in gleicher Weise wie im Zusammenhang mit den voranstehenden Ausführungsbeispielen beschrieben, auf Trägerschlitten 20' angeordnet, die an Führungsbalken 28' in X-Richtung geführt sind, wobei vorzugsweise auch beim vierten Ausführungsbalken die Führungbalken 28' stationär auf den Fundamentkörpern 40a und 40b angeordnet und somit nicht in Y-Richtung beweglich sind. Die Relativbewegung zwischen den Substrattischen 14a und 14b und dem jeweiligen Optikkopf 12a, b wird in gleicher Weise wie beim dritten Ausführungsbeispiel durch die bewegbare Anordnung der Belichtungseinrichtungen 10a, 10b in der Y-Richtung realisiert.

Claims

PATENTANSPRÜCHE

1. Vorrichtung zum Belichten von Substratmaterialien umfassend mindestens eine optische Belichtungseinrichtung (10), mindestens einen Substrattisch (14), eine Vorrichtung zur Erzeugung einer Relativbewegung zwischen der Belichtungseinrichtung (10) und dem Substrattisch (14) in zwei quer zueinander verlaufenden Richtungen (X, Y), wobei die Relativbewegung in einer Hauptrichtung (X) mit einer größeren Dynamik erfolgt als in einer Nebenrichtung (Y), mindestens einen Hauptantrieb (80) zur Erzeugung der Relativbewegung in der Hauptrichtung (X) und mindestens einen Nebenantrieb (60, 62, 234) für die Erzeugung der Relativbewegung in der Nebenrichtung (Y), d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t, daß die Vorrichtung zwei sich in Hauptrichtung (X) im wesentlichen gegenläufig bewegende Substrattische (14a, b) aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jedem Substrattisch (14a, b) ein Hauptantrieb (80a, b) zugeordnet ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptantrieb (80a, b) von dem Substrattisch getrennt (14a, b) angeordnet ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß ein Läufer (98) des Hauptantriebs (80a, b) den jeweils zugeordneten Substrattisch (14a, b) über eine in Hauptrichtung (X) starre Antriebsverbindung (102) antreibt.

5. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jeder Substrattisch (14a, b) auf einem Trägerschlitten (20) angeordnet ist.

6. Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (98) und der Trägerschlitten (20) des Substrattisches (14a, b) über die in Hauptrichtung (X) starre Antriebsverbindung (102) miteinander gekoppelt sind.

7. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (98) des Hauptantriebs (80) an Führungsflächen (96a, b) in der X-Richtung geführt ist, die von in X-Richtung verlaufenden Führungsflächen (30a, b) für den Trägerschlitten (20) getrennt sind.

8. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptantriebe (80a, b) für die Substrattische (14a, b) in einer gemeinsamen Antriebseinheit (78) zusammengefaßt sind.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsschlitten (82) die gemeinsame Antriebseinheit (78) trägt.

10. Vorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrattische (14a, b) auf in Hauptrichtung (X) einander gegenüberliegenden Seiten der Antriebseinheit (78) angeordnet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 8 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Hauptantriebe (80a, b) in einer Richtung (Z) quer zur Hauptrichtung (X) und quer zur Nebenrichtung (Y) in im Abstand voneinander verlaufenden Antriebsebenen (132, 134) arbeiten.

12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der Läufer (98a) des Hauptantriebs (80a) für einen Substrattisch (14a) der einen Antriebsebene (132) und der Läufer (98b) des Hauptantriebs (80b) für den anderen Substrattisch (14b) in der zur einen Antriebsebene (132) parallelen anderen Antriebsebene (134) arbeitet.

13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Substrattische (14a, b) zwischen den Hauptantrieben (80"a, b) angeordnet sind.

14. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß jedem der Substrattische (14a, b) eine Belichtungseinrichtung (10a, b) zugeordnet ist.

15. Vorrichtung nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrattisch (14a, b) und die jeweils zugeordnete Belichtungseinrichtung (10a, b) relativ zueinander in der Hauptrichtung (X) und der Nebenrichtung (Y) bewegbar sind.

16. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Relativposition von Substrattisch (14) und Belichtungseinrichtung (10) durch eine interferometrische Meßeinrichtung (140) erfassbar ist.

17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, daß die interferometrische Meßeinrichtung (140) mit einem Optikkopf (12) der optischen Belichtungseinrichtung (10) als Bezugspunkt arbeitet.

18. Vorrichtung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die interferometrische Meßeinrichtung (140) in einer parallel zur Hauptrichtung (X) und zur Nebenrichtung (Y) verlaufenden Referenzebene (188) die Position des Optikkopfes (12) erfaßt und in einer parallel zur Referenzebene (188) verlaufenden Meßebene (189) die Position des Substrattisches (14) erfaßt.

19. Vorrichtung nach Anspruch 18, dadurch gekennzeichnet, daß die interferometrische Meßeinrichtung (140) in der Referenzebene (188) und in der Meßebene (189) mit auf sich in Hauptrichtung (X) und Nebenrichtung (Y) erstreckenden Spiegeln (150, 152; 144, 148) auftreffenden Meßstrahlen (162, 164, 174; 158, 160, 172) arbeitet.

20. Vorrichtung nach Anspruch 19, dadurch gekennzeichnet, daß der Optikkopf (12) mit einem sich in Hauptrichtung (X) und einem sich in Nebenrichtung (Y) erstreckenden Reflexionsspiegel (152, 150) versehen ist.

21. Vorrichtung nach Anspruch 19 oder 20, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrattisch (14) mit einem sich mindestens in Hauptrichtung (X) über den maximalen Weg des Substrattisches (14) erstreckenden Spiegel (148) versehen ist.

22. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 19 bis 21, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrattisch (14) mit einem sich mindestens über den maximalen Weg in der Nebenrichtung (Y) erstreckenden Spiegel (144) versehen ist.

23. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 16 bis 22, dadurch gekennzeichnet, daß die interferometrische Meßeinrichtung (140) mit Laserlicht derselben Wellenlänge sowohl in der Hauptrichtung (X) als auch in der Nebenrichtung (Y) mißt.

24. Vorrichtung nach Anspruch 22, dadurch gekennzeichnet, daß die interferometrische Meßeinrichtung (140) mit dem Laserlicht einer gemeinsamen Laserstrahlungsquelle (176) arbeitet.

25. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Transportsystem (220) aufweist, mit welchem Substrattmaterialien (16R, 18R) von einer Vorbereitungsstation (224) auf den Substrattisch (14) transportierbar sind.

26. Vorrichtung nach Anspruch 25, dadurch gekennzeichnet, daß die Substratmaterialien (16R, 18R) in der Vorbereitungsstation (224) vorpositionierbar sind und vorpositionierbar von dem Transportsystem (220) auf dem Substrattisch (14) ablegbar sind.

27. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Transportsystem (220) aufweist, mit welchem belichtete Substratmaterialien (16B, 18B) von dem Substrattisch (14) in eine Abnahmestation (226) transportierbar sind.

28. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Antrieb für die Hauptrichtung (X) auf einem Antriebsfundamentkörper (90) sitzt, der von einem die Belichtungseinrichtung (10) und den Substrattisch (14) tragenden Fundamentkörper (40) körperlich getrennt angeordnet ist.

29. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungseinrichtung (10) in einer Achsrichtung (Y) bewegbar ist und der Substrattisch (14) in der anderen Achsrichtung (X).

30. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 28, dadurch gekennzeichnet, daß die Belichtungseinrichtung (10) stationär an dem Fundamentkörper (40) gehalten ist.

31. Vorrichtung nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrattisch (14) auf einem Trägerschlitten (20) angeordnet ist, der relativ zum Fundamentkörper (40) in der Haupt- (X) und der Nebenrichtung (Y) bewegbar ist.

32. Vorrichtung nach Anspruch 31, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerschlitten (20) in Richtung der Hauptrichtung (X) bewegbar an einem Führungsschlitten (24) geführt ist.

33. Vorrichtung nach Anspruch 32, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerschlitten (20) an dem Führungsschlitten (24) lediglich gegen eine Relativbewegung in der Nebenrichtung (Y) geführt ist.

34. Vorrichtung nach Anspruch 32 oder 33, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerschlitten (20) mit Luftführungen (34) am Führungsschlitten (24) geführt ist.

35. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 31 bis 34, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerschlitten (20) in einer Richtung (Z) quer zur Haupt- und Nebenrichtung (X, Y) auf einer Führungsebene (22) des Fundamentkörpers (40) geführt ist.

36. Vorrichtung nach Anspruch 35, dadurch gekennzeichnet, daß der Trägerschlitten (20) mit Luftführungen (36) am Fundamentkörper (40) geführt ist.

37. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 36, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrattisch (14) relativ zum Führungsschlitten (24) in Richtung der Nebenrichtung (Y) ausrichtbar ist.

38. Vorrichtung nach Anspruch 37, dadurch gekennzeichnet, daß der Substrattisch (14) relativ zum Führungsschlitten (24) durch in der Nebenrichtung (Y) wirksame Positionierelemente (190) ausrichtbar ist.

39. Vorrichtung nach Anspruch 38, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierelemente (190) durch eine Steuerung (130) ansteuerbar sind.

40. Vorrichtung nach Anspruch 39, dadurch gekennzeichnet, daß die Positionierelemente (190) Piezoelemente sind.

41. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 32 bis 40, dadurch gekennzeichnet, daß der Führungsschlitten (24) durch zwei in Hauptrichtung (X) im Abstand voneinander angeordnete Nebenantriebe (60, 62) in der Nebenrichtung (Y) bewegbar ist.

42. Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 oder nach einem der voranstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Hauptantrieb (80) auf einem von dem Führungsschlitten (24) getrennten Antriebsschlitten (82) sitzt, der seinerseits in der Nebenrichtung (Y) durch einen Nebenantrieb (114) bewegbar am Antriebsfundamentkörper (90) geführt ist.

43. Vorrichtung nach Anspruch 42, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsschlitten (82) quer zur Hauptrichtung (X) und Nebenrichtung (Y) auf einer Führungsebene (84) des Antriebsfundamentkörpers (90) geführt ist.

44. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 oder 43, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsschlitten (80) mit Luftführungen (88) am Antriebsfundamentkörper (90) geführt ist.

45. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 44, dadurch gekennzeichnet, daß der Antriebsschlitten (82) synchron zum Führungsschlitten (24) bewegbar ist.

46. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 42 bis 45, dadurch gekennzeichnet, daß am Antriebsschlitten (82) ein Läufer (98) des Hauptantriebs (80) in Hauptrichtung (X) bewegbar geführt ist.

47. Vorrichtung nach Anspruch 46, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Läufer (98) und dem Trägerschlitten (20) eine in Hauptrichtung (X) starre Antriebsverbindung (102) vorgesehen ist.