DE4133037C2 - Belichtungsvorrichtung - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Belichtungsvorrichtung zur Projektion eines Schemas von einem Original auf ein Substrat beispielsweise zur Herstellung von Halbleiter- Bauelementen.

Im Zuge der Miniaturisierung solcher Bauelemente wächst der Bedarf nach höheren Auflösungen bei der Belichtung. Dieses wird zunehmend durch die Verwendung von Lichtquellen mit geringer Wellenlänge erreicht. So ist die Verwendung eines KrF-Excimerlasers mit einer Wellenlänge von 248 nm in Aus­ sicht. Damit dabei die Baugröße der Belichtungsvorrichtung nicht zu groß wird, ist eine Anordnung der Lichtquelle ge­ trennt von der restlichen Belichtungsvorrichtung vorgese­ hen. Dazu ist allerdings genaues Augenmerk auf die genaue Einhaltung der Relativlage zu richten.

Als weitere Maßnahme ist auch die Verminderung von Vibra­ tionen Ziel der Entwicklung. Dadurch kann ebenfalls die Ausrichtpräzision gesteigert werden. Herkömmlicherweise werden dazu besondere Lager sowie auch rückgekoppelte Ser­ voeinrichtungen verwendet, bei denen eine variable Rück­ stellkraft erzeugt werden kann.

Allerdings treten insbesondere im Zusammenhang mit Repe­ tier-Belichtungsgeräten (Stepper), bei denen eine Bühne schrittweise in X-Y-Richtung bewegt wird, besondere Proble­ me auf. So verlagert sich dort bei der schrittweisen Bewe­ gung der Schwerpunkt der Hauptbaugruppe, so daß bei Verwen­ dung einer herkömmlichen Trageeinrichtung eine statische Lageänderung die Folge sein kann. Wenn dann eine getrennt angeordnete Lichtquelle verwendet wird, tritt dadurch die an sich unbedingt zu vermeidende Änderung der Relativlage auf.

Die US 4,595,282 zeigt zwar eine Messung von Vibrationen, allerdings keine Auswertung der gemessenen Signale zur Her­ beiführung einer wie auch immer gearteten Dämpfung. Auch die GB 1 489 005 offenbart zwar eine Positionssteuerung, bei der ein Ist-Positionswert mit dem zugehörigen Soll- Positionswert verglichen wird und eine entsprechende Nach­ steuerung erfolgt. Eine Dämpfung von Vibrationen ist aber auch dort nicht angestrebt.

Demgegenüber offenbart die DE 39 17 408 A1 einen Dämpfungs­ sockel, mit dem durch Ansteuerung von Linearmotoren auftre­ tende Vibrationen auf aktive Weise bekämpft werden. Aller­ dings wird dort von einer bereits feststehenden Position des Gerätetisches ausgegangen und lediglich Schwingungen aufgrund von Erdbeben oder vorbeifahrenden Fahrzeugen ver­ mindert. Das heißt, die bekämpften Vibrationen werden aus­ schließlich von außerhalb der gedämpften Vorrichtung einge­ leitet. Eine Aufnahme auch von Auslenkungen des Geräteti­ sches aufgrund einer unmittelbar zuvor erfolgten Bewegung zur erneuten Teilbelichtung, das heißt, aufgrund einer ge­ wollten Bewegung des Gerätetisches, sowie einer Rückführung dieser aufgenommenen Werte zur verbesserten Ansteuerung ist dort nicht gezeigt.

Gleiches gilt für die DE 39 21 824 A1. Diese zeigt eben­ falls einen Dämpfungssockel, bei dem durch Ansteuerung von Linearmotoren auftretende Vibrationen auf aktive Weise be­ kämpft werden. Wie bei der DE 39 17 408 A1 wird auch dort jedoch grundsätzlich von einer bereits feststehenden Posi­ tion des Gerätetisches ausgegangen und lediglich von außer­ halb der Vorrichtung aufgebrachte Schwingungen aufgrund von Erdbeben oder vorbeifahrenden Fahrzeugen vermindert.

Anders dagegen die US 4,473,292. Diese zeigt ebenfalls eine Belichtungsvorrichtung, mit der ein Schema eines Originals auf ein Substrat projiziert werden kann. Das Substrat ist dabei auf einer Bühne gelagert und wird durch eine Positio­ nierungseinrichtung zur Teilbelichtung im wesentlichen in der X-Y-Ebene bewegt. Dort wird zudem eine mit einer be­ stimmten Zeitkonstante behaftete passive Dämpfung mittels einer Flüssigkeits-Dämpfungseinrichtung vorgenommen.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, eine Belichtungsvorrichtung gemäß dem Oberbegriff des Patentan­ spruchs 1 derart weiterzubilden, daß eine hohe Belichtungs­ präzision bei hohem Belichtungsdurchsatz erzielbar ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Patentanspruch 1 angegebenen Maßnahmen gelöst.

Genauer wird ein in X-, Y- und Z-Richtung bewegbares Basi­ selement zur Lagerung der Bühne von Stelleinrichtungen in X-, Y- und Z-Richtung bewegt. Dabei sind zwei Meßfühlerein­ richtungen vorgesehen, die Vibrationen und Auslenkungen des Basiselements ermitteln. Mit Zuführung des Ermittlungs­ signals zu einer Steuereinrichtung sowie entsprechender An­ steuerung können dann nicht nur die ermittelten Vibrationen sondern auch Änderungen hinsichtlich Position oder Stellung des Basiselements vermindert werden. Im Gegensatz zur US 4,473,292 liegt somit eine aktive Dämpfung eines schrittweise bewegten Gerätetisches vor.

Vorteilhafte Weiterbildungen sind Gegenstand der Unteran­ sprüche.

Die Erfindung wird nachstehend anhand von Ausführungsbei­ spielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher beschrie­ ben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung zum allgemeinen Aufbau einer Belichtungsvorrichtung in einer ersten Ausführungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 2 eine abgebrochene Ansicht zur Darstellung von Ein­ zelheiten der Servo-Trageinrichtung der Vorrich­ tung von Fig. 1;

Fig. 3 eine Draufsicht auf eine Trageinrichtung zur Erläu­ terung der Anordnung von Stellantrieben in der Servo-Trageinrichtung;

Fig. 4 eine schematische Darstellung zum allgemeinen Aufbau einer Belichtungsvorrichtung in einer zweiten Aus­ führungsform gemäß der Erfindung;

Fig. 5 eine Teil-Darstellung von Einzelheiten einer Posi­ tionsermittlungseinrichtung zur Feststellung einer Relativlage eines Laserstrahl-Eingangsteils.

Die Fig. 1 zeigt den grundsätzlichen Aufbau einer Repetier- Belichtungsvorrichtung in einer Ausführungsform gemäß der Erfindung, die zur Herstellung von Halbleiter-Bauelementen zu verwenden ist.

Gemäß Fig. 1 dient ein Beleuchtungssystem 1 dazu, einen auf einen Lichteintritt (Laserlichteintritt) einfallenden Laserstrahl zur Oberseite eines Zwischennegativs oder einer Maske 3 zu lenken. Ein Fluchtungsfernrohr 2 erfaßt die Posi­ tion des Zwischennegativs 3 mit Bezug zu einer (nicht darge­ stellten) Zwischennegativ-Bezugsmarke und ermittelt die Posi­ tion eines Wafers 7 mit Bezug zum Zwischennegativ 3, wel­ ches ein Muster oder eine Struktur, das bzw. die auf das Wafer zu übertragen ist, trägt. Ein äußeres Gehäuse 4 dient der Abstützung des Zwischennegativs 3 und des Fluchtungsfern­ rohrs 2. Mittels eines Verkleinerungsprojektivsystems 5 wird die Struktur des Zwischennegativs auf das Wafer in einem verkleinerten Maßstab projiziert. Eine Projektionssystem- Richtplatte 6 lagert das Projektiv 5, das Beleuchtungs­ system 1 und das, äußere Gehäuse 4. Eine in der X-Richtung bewegliche X-Bühne 8 trägt das Wafer 7. Eine in der Y- Richtung bewegbare Y-Bühne 9 lagert die X-Bühne 8. Auf einer Bühnen-Richtplatte 10 ist die Y-Bühne 9 gelagert. Eine Basis-Richtplatte 11 trägt die Projektionssystem- Richtplatte 6 sowie die Bühnen-Richtplatte 10.

Bei der Beschreibung der vorliegenden Erfindung entspricht die Lage oder absolute Position der Hauptbaugruppe der Vor­ richtung einer solchen Position, daß diese, wenn die von der Basis-Richtplatte 11 getragenen Bauelemente als ein einzi­ ges starres Teil betrachtet werden, durch Werte in sechs Freiheiten mit Bezug auf dreidimensionale X-Y-Z-Koordinaten, welche in einem virtuellen Raum angeordnet werden können, darge­ stellt wird, nämlich X-, Y- und Z-Richtungen sowie Drehrich­ tungen wx, wy und wz um die X-, Y- und Z-Richtungen. Jede der X- und Y-Richtungen in den X-Y-Z-Koordinaten ist im wesentlichen zu einer horizontalen Ebene parallel, während die Z-Richtung im wesentlichen zur vertikalen Richtung pa­ rallel ist. Mehrere Trageinrichtungen 12 dienen der Lagerung der Basis-Richtplatte 11. Die Trageinrichtungen werden von vier Einheiten gebildet (12-1, 12-2, 12-3 und 12-4 in Fig. 3), die fest an den vier Ecken der Basis-Richtplatte 11 vorgese­ hen und untereinander durch einen Rahmen 20 verbunden sind. Das Vorhandensein dieser Trageinrichtung ist eines der her­ ausragenden Merkmale der vorliegenden Erfindung.

Ein Steuergerät 31 dient der Steuerung des Betriebs der Be­ lichtungsvorrichtung als Ganzes. Eine Steuereinrichtung 32 ist eine Träger-Steuereinrichtung, die hauptsächlich die Ar­ beitsweise der vier Träger 12 steuert. Eine Treibereinrich­ tung 33 dient dem Antrieb von Stellantrieben für jeweils einen der vier Träger 12.

Die Arbeitsweise der Belichtungsvorrichtung mit dem in Fig. 1 gezeigten Aufbau wird im folgenden erläutert.

Im Betrieb wird ein Wafer 7 von einer (nicht dargestellten) Wafer-Transporteinrichtung der X-Bühne 8 zugeführt und auf dieser mittels eines (nicht dargestellten) Wafer-Spannfut­ ters angebracht sowie gehalten. Danach erzeugt das Steuerge­ rät 31 ein Antriebssignal, um die schrittweise Bewegung zum Positionieren des Wafers an seiner Belichtungsposition (Be­ lichtungs-Startposition) einzuleiten. Im Ansprechen hierauf bewegen sich die X-Bühne 8 und/oder die Y-Bühne 9 schritt­ weise. Bei Beendigung dieser schrittweisen Bewegung wird unter Verwendung des Fluchtungsfernrohres 2 eine abschließen­ de Positionsmessung vorgenommen und durch Rückkopplung des erlangten Signals wird das Positionieren der X- und Y-Bühne 8 sowie 9 beendet.

Andererseits wird jegliche Vibration vom Boden oder aus einer Bewegung der Bühne oder jegliche Lageänderung, die aus einer unausgewogenen Belastung der Bühne resultiert, durch die (noch zu beschreibende) Trageinrichtung 12 gemessen und zur Träger-Steuereinrichtung in Form eines Beschleunigungs- oder Verlagerungssignals rückgekoppelt. Das gewährleistet eine rasche Vibrationsdämpfung (Unterdrückung von Vibrationen) der Hauptbaugruppe der Vorrichtung wie auch eine rasche Posi­ tionierung von dieser. Nach Beendigung der Unterdrückung der Vibrationen und des Positionierens erzeugt die Träger-Steu­ ereinrichtung 32 ein Beendigungssignal, das dem Steuergerät 31 zugeführt wird.

Wenn das Steuergerät 31 die Beendigungssignale vom Fluch­ tungsfernrohr 2 und von der Träger-Steuereinrichtung 32 emp­ fängt, so erzeugt es ein Befehlssignal, um eine Lichtemis­ sion der Lichtquelle zu bewirken, die bei der in Rede ste­ henden Ausführungsform eine Laserlichtquelle ist. Das von der Lichtquelle ausgesandte Laserlicht geht durch das Beleuch­ tungssystem 1, das Zwischennegativ 3 und das Projektiv 5, die der Hauptbaugruppe der Belichtungsvorrichtung eingeglie­ dert sind, um das Wafer 7 zu beleuchten und dadurch zu be­ lichten.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 2 und 3 werden Einzelheiten der Trageinrichtung 12 der Belichtungsvorrichtung von Fig. 1 er­ läutert, wobei zu Fig. 1 gleiche Bezugszeichen entsprechende Teile bezeichnen.

Die Belichtungsvorrichtung der in Rede stehenden Ausführungs­ form umfaßt vier Träger 12, die am Rahmen 20 der Trageinrich­ tung befestigt sind. Jeder der Träger oder jede der Tragein­ richtungen 12 besitzt drei Stellantriebe 13, 14 und 18, die den drei Achsen (Richtungen) entsprechen. Unter diesen Stellantrieben kann ein Z-Achsen-Antrieb 18, der der ver­ tikalen Richtung zugeordnet ist, welche zur Zeichnungsebene der Fig. 3 senkrecht verläuft, von einem Luftfeder-Stellan­ trieb gebildet sein. Jeder der X- und Y-Achsen-Stellantrie­ be 13 bzw. 14 kann nach Art einer Sprech- oder Schwingspule, eines Luftzylinders oder einer Luftfeder ausgebildet sein.

Bei der Montage dieser X-, Y- und Z-Achsen-Stellantriebe 13, 14 sowie 18 ist es in jedem Fall notwendig, eine solche Kon­ struktion anzuwenden, die wirksam ist, um jegliche Kraft in fünf Freiheiten außer der Angriffs- oder Wirkrichtung zu ent­ lasten oder auszuschließen. Das wird bei dieser Ausführungs­ form folgendermaßen erreicht. Soweit die Z-Achsenrichtung betroffen ist, wird zuerst wie im Fall einer herkömmlichen Servo-Trageinrichtung die Luftfeder 18 elastisch durch den Rahmen 20 über aufgeschichtete Gummilagen 15, die zwischengefügt werden, abgestützt. Das gewährleistet einen Ausschluß einer jeglichen Druckkraft in der X- oder Y-Richtung wie auch einen Ausschluß jeglicher Drehkraft um die X-, Y- oder Z-Achse. Es ist hier zu bemerken, daß der Punkt der Wir­ kung der Luftfeder 18, d. h. des bewegbaren, in der Z-Rich­ tung sich verlagernden Teils, an der Basis-Richtplatte 11 befestigt ist. Soweit die X- und Y-Achsen-Stellantriebe 13 und 14 betroffen sind, werden die vier Träger 12 fest vom Rahmen 20 gelagert, d. h. die Stellantriebe 13 und 14 werden unmittelbar vom Rahmen ohne das Zwischenfügen von aufge­ schichteten Gummilagen 15 abgestützt. Im Hinblick hierauf wird jeder Stellantrieb 13 oder 14 mit der Stelle seines Kraftangriffs gegenüber der Basis-Richtplatte 11 mittels eines stabartigen Bauteils verbunden, z. B. eines Klavier- oder Stahldrahtes, d. h. eines Bauteils, das leicht in Rich­ tungen außer der Richtung des Kraftangriffs biegbar ist.

Das stabartige Bauteil 21 des X-Achsen-Stellantriebs 13 er­ streckt sich im wesentlichen parallel zur X-Richtung, während das stabartige Bauteil 21 des Y-Achsen-Stellantriebs 14 im wesentlichen parallel zur Y-Richtung verläuft. Durch diese Anordnung wird ein Ausschluß irgendeiner Druck- oder Dreh­ kraft in einer anderen Richtung als der Angriffsrichtung auf der Grundlage der Biegung des stabartigen Bauteils 21 gewährleistet. Was die Änderung in der Lage der Hauptbaugrup­ pe der Belichtungsvorrichtung angeht, kann praktisch die oben beschriebene Konstruktion völlig zufriedenstellend sein, weil gegenwärtig die maximale Verlagerung an der Tragein­ richtung in einer Größenordnung von wenigen mm gehalten wer­ den kann. Das Servoventil 19 wird im Ansprechen auf ein Treibersignal von der Treibereinrichtung 33 gesteuert, um die Luftzufuhr zur Luftfeder 18 zu regeln.

Als Fühleinrichtungen für die Vibrations- und Positions­ steuerung werden ein Beschleunigungs-Meßfühler 16 und ein Verlagerungs-Meßfühler 17 verwendet. Der Beschleunigungs- Meßfühler 16 ist an einem bewegbaren Teil der Tragein­ richtung 12 (einem mit der Basis-Richtplatte 11 einstücki­ gen Teil) befestigt. Der Verlagerungsfühler 17 ist am Rah­ men 20 (festes Teil) angebracht und mißt den Betrag in der Verlagerung des bewegbaren Teils der Trageinrichtung 12.

Die Anzahl dieser Fühler 16 oder 17 ist in Übereinstimmung mit der Art des verwendeten Steuersystems variabel. Wenn bei­ spielsweise vier Träger 12 unabhängig voneinander gesteuert werden sollen, sollte jeder Träger 12 mit Beschleunigungs- Meßfühlern 16 in einer Anzahl, die zur Ermittlung der Be­ schleunigung in jeder der drei Freiheiten (X-, Y- und Z- Richtung) notwendig ist, wie auch mit Verlagerungs-Meßfüh­ lern 17 in einer Anzahl, die zur Ermittlung einer Verlage­ rung in jeder der drei Freiheiten (X-, Y- und Z-Richtung) nötig ist, ausgestattet sein. Ist eine Verminderung in der Anzahl der Fühler erwünscht, können vier Träger abhängig von­ einander gesteuert werden, und in diesem Fall kann der Einsatz von lediglich zwei Sätzen von Beschleunigungsfühlern 16 mit drei Freiheiten und zwei Sätzen von Verlagerungsfühlern 17 mit drei Freiheiten ausreichend sein. Jedoch kann das Vermin­ dern der Anzahl der Fühler eine nachteilige Wirkung in bezug auf eine rasche Berechnung und ein rasches Ansprechen des Steuersystems haben.

Bei der in Fig. 3 gezeigten Ausführungsform werden die vier Träger im folgenden als ein erster Träger 12-1, ein zweiter Träger 12-2, ein dritter Träger 12-3 sowie ein vierter Trä­ ger 12-4 jeweils bezeichnet. Diese vier Träger 12-1 bis 12-4 sind entlang der X-Y-Ebene so verteilt, daß sie die Bühnen-Richtplatte 10 umgeben, und sie sind an den vier Ecken des Rahmens 20, der im wesentlichen eine quadratische Gestalt hat, angeordnet. Das Zentrum 0 der Richtplatte 10 ist im wesentlichen mit der optischen Achse des Projektivs 5 ausgefluchtet. Jeder der vier Träger 12 ist mit einem Z-Achsen-Beschleunigungs-Meßfühler (16) ausgestattet. Der erste sowie der dritte Träger 12-1 und 12-3 ist je mit einem X-Achsen-Beschleunigungs-Meßfühler (16) versehen. Der zweite Träger 12-2 und der vierte Träger 12-4 sind je­ weils mit einem Y-Achsen-Beschleunigungs-Meßfühler (16) aus­ gestattet. Ein Beschleunigungssignal von jedem Beschleunigungs- Meßfühler 16 wird zur Träger-Steuereinrichtung 32 rückgekop­ pelt.

Der erste Träger 12-1, der zweite Träger 12-2 und der dritte Träger 12-3 sind jeweils mit einem Z-Achsen-Verlagerungs- Meßfühler (17) ausgerüstet. Der erste Träger 12-1 und der dritte Träger 12-3 besitzen jeweils einen X-Achsen-Verla­ gerungs-Meßfühler (17), und der vierte Träger 12-4 ist mit einem Y-Achsen-Verlagerungs-Meßfühler (17) ausgestattet. Ein Positionssignal von jedem Verlagerungs-Meßfühler 17 wird zur Träger-Steuereinrichtung 32 rückgekoppelt.

Die Träger-Steuereinrichtung 32 dient dann dazu, Beschleu­ nigungssignale von jedem Beschleunigungsfühler 16 zu inte­ grieren, um ein Geschwindigkeitssignal zu erzeugen. Auf der Grundlage des erhaltenen Geschwindigkeitssignals liefert sie dann ein Datensignal, um jeden Stellantrieb der Trageinrich­ tung 12 dazu zu bringen, eine Kraft zu erzeugen, die zum Unterdrücken der Vibration der Hauptbaugruppe der Belichtungs­ vorrichtung mit Bezug auf die X-Y-Z-Koordinaten notwendig ist. Auf der Grundlage der Positionssignale von den Verla­ gerungsfühlern 17 erzeugt die Träger-Steuereinrichtung auch ein Datensignal zur Korrektur der Lage und der Verlagerung der Hauptbaugruppe der Belichtungsvorrichtung mit Bezug auf die X-Y-Z-Koordinaten. Auf der Grundlage dieser Datensigna­ le steuert die Treibereinrichtung 33 die Stellantriebe der Träger 12, d. h., die Stellantriebe werden so gesteuert, daß sie eine einer absoluten Geschwindigkeit proportionale Kraft erzeugen, wobei diese Geschwindigkeit durch Integrieren der durch die Fühler 16 ermittelten Beschleunigungen erhalten wird und einen Phasenunterschied mit Bezug auf die ermittel­ te Vibration hat.

Im folgenden wird die Arbeitsweise der Stellantriebe der vier Träger 12 erläutert. Soweit die Z-Achsen-Bewegung und Drehbewegungen (wx sowie wy) um die X- sowie Y-Achse betrof­ fen sind, werden das Unterdrücken der Vibration und das Posi­ tionieren mit Hilfe von Luftfedern 18 (Z-Achsen-Stellantrie­ be) der vier Träger bewirkt. Was die Bewegung längs der X-Y- Ebene betrifft, so erfolgt die Steuerung unter Verwendung von durch zwei Paare von X-Achsen-Stellantrieben und zwei Paare von Y-Achsen-Stellantrieben erzeugten Kräften, wobei jedes Paar zwei einander längs einer bestimmten Achse gegen­ überliegende Stellantriebe umfaßt, z. B. ein Paar, das den X-Achsen-Stellantrieb des ersten Trägers 12-1 und den X-Ach­ sen-Stellantrieb 13 des zweiten Trägers 12-2 einschließt. Soweit die Bewegung in der X-Richtung betroffen ist, werden zwei Paare von X-Achsen-Stellantrieben 13 verwendet, um das Unterdrücken der Vibration und das Positionieren auszuführen. In gleichartiger Weise werden bezüglich der Y-Richtung zwei Paare von Y-Achsen-Stellantrieben 14 verwendet, um das Unter­ drücken der Vibration und das Positionieren zu bewirken. Mit Bezug auf die Bewegung (wz) um die Z-Achse werden das Unterdrücken der Vibration und das Positionieren unter An­ wendung eines "Kräftepaares", das durch zwei Paare von X- und zwei Paare von Y-Achsen-Stellantrieben 13 bzw. 14 er­ zeugt werden kann, bewirkt.

Die Fig. 4 zeigt in einer Frontansicht den elementaren Auf­ bau einer Belichtungsvorrichtung der Repetier-Bauart in einer weiteren erfindungsgemäßen Ausführungsform.

In Fig. 4 dient ein Beleuchtungssystem 1 dazu, einen auf einen Lichteintritt (Laserlichteintritt) einfallenden Laser­ strahl zur Oberseite eines Zwischennegativs oder einer Maske 3 zu lenken. Eine Positionsermittlungseinrichtung 30 stellt den Einfallpunkt des Laserlichts, das in ein Teil des Beleuch­ tungssystems 1 eintritt, fest. Ein Fluchtungsfernrohr 2 er­ mittelt die Position des Zwischennegativs 3 mit Bezug auf eine (nicht dargestellte) Zwischennegativ-Bezugsmarke und erfaßt die Position eines Wafers 7 mit Bezug auf das Zwi­ schennegativ 3, welches ein auf das Wafer zu übertragendes Muster trägt. Ein äußeres Gehäuse 4 dient der Abstützung des Zwischennegativs 3 sowie des Fluchtungsfernrohres 2. Durch ein Verkleinerungsprojektivsystem 5 wird das Muster oder die Struktur des Zwischennegativs auf das Wafer in einem verkleinerten Maßstab projiziert. Eine Projektionssystem- Richtplatte 6 lagert das Projektiv 5, das Beleuchtungs­ system 1 sowie das äußere Gehäuse 4. Eine das Wafer 7 lagern­ de X-Bühne 8 ist in der X-Richtung bewegbar. Eine Y-Bühne 9 lagert die X-Bühne 8 und ist in der Y-Richtung bewegbar. Die Y-Bühne 9 ist auf einer Bühnen-Richtplatte 10 gelagert. Eine Basis-Richtplatte 11 stützt die Projektionssystem- Richtplatte 6 sowie die Bühnen-Richtplatte 10 ab.

Eine Trageinrichtung 12 lagert die Basis-Richtplatte 11. Diese Trageinrichtung 12 wird aus vier Einheiten (12-1, 12-2, 12-3 und 12-4, die in Fig. 3 gezeigt sind) gebildet, wobei diese Träger oder Einheiten fest an den vier Ecken der Basis-Richtplatte 11 angeordnet und untereinander durch einen Rahmen 20 verbunden sind. Das Vorsehen dieser Tragein­ richtung ist ein wesentliches Merkmal der vorliegenden Er­ findung.

Ein Steuergerät 31 dient der Steuerung des Betriebs der Be­ lichtungsvorrichtung als Ganzes. Eine Träger-Steuereinrich­ tung 32 steuert hauptsächlich die Arbeitsweise der vier Trä­ ger 12. Eine Treibereinrichtung 33 dient dem Antrieb von Stellantrieben für jeweils einen der vier Träger 12.

Die Arbeitsweise der Belichtungsvorrichtung mit dem in Fig. 4 gezeigten Aufbau wird im folgenden erläutert.

Im Betrieb wird ein Wafer 7 durch eine (nicht dargestellte) Wafer-Transporteinrichtung der X-Bühne 8 zugeführt und auf dieser durch ein (nicht dargestelltes) Wafer-Spannfutter angeordnet und festgehalten. Hiernach erzeugt das Steuerge­ rät 31 ein Antriebssignal, um eine schrittweise Bewegung zur Positionierung des Wafers 7 an seine Belichtungsposition (Belichtungs-Startposition) einzuleiten. Im Ansprechen hier­ auf bewegen sich die X-Bühne 8 und/oder die Y-Bühne 9 schritt­ weise. Bei Beendigung dieser schrittweisen Bewegung wird un­ ter Verwendung des Fluchtungsfernrohres 2 eine abschließen­ de Positionsmessung vorgenommen und durch Rückkopplung des erlangten Signals das Positionieren der X- und Y-Bühnen 8 bzw. 9 beendet. Andererseits wird jegliche Vibration vom Boden oder auf Grund der Bewegung der Bühne oder irgend­ einer aus einem unausgewogenen Zustand der Bühne resultieren­ de Lageänderung durch die Trageinrichtung 12 gemessen, und sie wird zur Träger-Steuereinrichtung 32 in Form eines Be­ schleunigungs- oder eines Verlagerungssignals rückgekoppelt. Das gewährleistet eine rasche Vibrationsdämpfung (Unterdrüc­ kung von Vibrationen) der Hauptbaugruppe der Vorrichtung wie auch eine rasche Positionierung von dieser.

Die relative Position der Hauptbaugruppe der Belichtungsvor­ richtung und der (nicht dargestellten) Lichtquelle, die ge­ trennt von der Hauptbaugruppe der Belichtungsvorrichtung an­ geordnet ist, wird durch die Lichtachsen-Positionsermittlungs­ einrichtung 30, die am Laserlicht-Eingangsteil vorgesehen ist, erfaßt. Ein von der Positionsermittlungseinrichtung 30 erhaltenes Positionssignal wird der Träger-Steuereinrichtung 32 eingegeben, die auf der Grundlage dieses Positionssignals die Stellantriebe der Träger 12 steuert, so daß das Posi­ tionieren der Hauptbaugruppe der Belichtungsvorrichtung bewerkstelligt wird.

Nach Abschluß der Vibrationsunterdrückung und des Posi­ tionierens erzeugt die Träger-Steuereinrichtung 32 ein Be­ endigungssignal, das sie an das Steuergerät 31 legt. Da das Steuergerät 31 Abschlußsignale von dem Fluchtungsfern­ rohr 2 sowie der Träger-Steuereinrichtung 32 empfängt, er­ zeugt sie ein Befehlssignal, um eine Emission von Licht seitens der Lichtquelle, die im in Rede stehenden Fall eine Laserlichtquelle ist, zu bewirken. Das von der Licht­ quelle ausgesandte Laserlicht tritt durch das Beleuchtungs­ system 1, das Zwischennegativ oder die Maske 3 und das Pro­ jektiv 5, die in die Hauptbaugruppe der Belichtungsvorrich­ tung eingegliedert sind, um das Wafer 7 zu beleuchten und dadurch zu belichten. Der Aufbau der Trageinrichtung 12 wie auch deren Anordnung und der Aufbau der Träger sind im we­ sentlichen zur vorherigen Ausführungsform gleich.

Unter Bezugnahme auf die Fig. 5 werden Einzelheiten der Positionsermittlungseinrichtung 30 der Belichtungsvorrich­ tung von Fig. 4 erläutert. Das in Fig. 5 im einzelnen darge­ stellte Laserlicht-Eingangsteil ist ein Teil des Beleuchtungs­ systems 1, wobei die Positionsermittlungseinrichtung 30 eine Einheit ist, um die Relativposition der Hauptbaugruppe der Belichtungsvorrichtung und der Lichtquelle unter Verwendung des Laserlichts von dieser Lichtquelle festzustellen.

Zur Ermittlung der Relativposition wird ein Schwenkspiegel 22 in eine hochgeschwenkte Stellung bewegt und in dieser gehalten. Ein im wesentlichen parallel zur X-Achse ein­ gehender Laserstrahl fällt hierbei auf einen halbdurchlässi­ gen Spiegel 23, wodurch er in ein gerade übertragenes Licht und in ein reflektiertes Licht geteilt wird. Das gerade verlaufende Laserlicht tritt durch ein Fourier-Transforma­ tionsobjektiv 24 und fällt auf einen Neigungsermittlungs­ fühler 26, durch welchen jegliche Neigung der Achse des Laserlichts mit Bezug auf die wy- oder wz-Richtung fest­ gestellt werden kann. Das andere Laserlicht tritt durch ein Abbildungsobjektiv 25 und fällt auf einen Positionsermitt­ lungsfühler 27. Durch diesen Positionsermittlungsfühler 27 kann jegliche Lageabweichung der Achse des Laserstrahls mit Bezug auf die Y- oder Z-Richtung erfaßt werden. Die erlangten Ermittlungssignale von diesen Fühlern werden als Rückkopplungssignale der Träger-Steuereinrichtung 32 zugeführt, um die Hauptbaugruppe der Belichtungsvorrichtung zu positionieren. Bei Belichten eines Wafers wird der Schwenkspiegel 22 nach unten geschwenkt, so daß er dazu dient, das Laserlicht zum Beleuchtungssystem 1 zu lenken.

Bei der Belichtungsvorrichtung in dieser Ausführungsform wer­ den Beschleunigungs-Meßfühler 16, wie sie in Fig. 2 gezeigt sind, als die Fühleinrichtungen für die Steuerung der Vibra­ tionsunterdrückung verwendet. Jeder Beschleunigungs-Meßfühler ist an einem bewegbaren Teil der Trageinrichtung 12 (ein mit der Basis-Richtplatte 11 einstückiges Teil) befestigt. Der Aufbau des übrigen Teils dieser Ausführungsform wie auch die Funktionen der vier Träger zur Unterdrückung von Vibrationen und zum Positionieren sind im wesentlichen zur Ausführungsform von Fig. 1 gleich, so daß eine Wiederholung von Erläuterungen hier unterbleiben kann.

Da bei der zweiten Ausführungsform ein Positionsermitt­ lungsfühler 27 am Einlaßteil für einen Empfang des Lichts von der Laserlichtquelle vorhanden ist, ist es möglich, die Positionsfühler 17 in den Trägern 12 wegzulassen. Auf diese Weise können die Kosten für die Vorrichtung ver­ mindert und der Aufbau der Trageinrichtung vereinfacht werden. Dadurch besteht die Möglichkeit, die Größenab­ messungen der Trageinrichtung im Vergleich zur Ausführungs­ form von Fig. 1 zu vermindern. Auch werden dadurch vorteil­ hafte Wirkungen in bezug auf Änderungen mit der Zeit in der Relativverlagerung, die durch die Drift des Positionsfühlers 17 hervorgerufen werden, erzielt.

Wenngleich bei den beschriebenen Ausführungsformen vier Trä­ ger verwendet werden, um die Hauptbaugruppe der Belichtungs­ vorrichtung zu lagern, ist die Anzahl der Träger hierauf nicht begrenzt. Die Verwendung von wenigstens drei Trägern ermöglicht klarerweise die Verwirklichung der vorliegen­ den Erfindung. Ferner ist es nicht notwendig, daß jeder der Träger sowohl mit X- als auch Y-Achsen-Stellantrieben ausgerüstet ist, vielmehr kann jeder Träger lediglich einen Stellantrieb besitzen.

Claims (10)

1. Belichtungsvorrichtung
zur Projektion eines Schemas von einem Original (3) auf ein Substrat (7),
das auf einer Bühne (10) gelagert ist,
wobei eine Positionierungseinrichtung (8, 9, 31) das Substrat (7) zur Teilbelichtung im wesentlichen in der X-Y- Ebene bewegt,
dadurch gekennzeichnet,
daß ein in X-, Y- und Z-Richtung bewegbares Basiselement (11) zur Lagerung der Bühne (10) von Stelleinrichtungen (13, 14, 18) in X-, Y- und Z-Richtung bewegt wird,
daß eine erste Meßfühlereinrichtung (16) zur Messung von Beschleunigungen des Basiselements (11) vorhanden ist, um Vi­ brationen zu ermitteln,
daß eine zweite Meßfühlereinrichtung (17; 30) zur Messung von Auslenkungen des Basiselements (11) vorhanden ist, und
daß eine Steuereinrichtung (31, 32) die Stelleinrichtungen (13, 14, 18) derart ansteuert,
daß die ermittelten Vibrationen des Basiselements (11) vermindert werden und
daß eine auf Basis der erfaßten Auslenkungen erfaßba­ re Änderung der Lage des Basiselements (11) vermindert wird.

2. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekenn­ zeichnet, daß eine Trageeinrichtung (12) vorgesehen ist, die aus vier Trägern (12-1, 12-2, 12-3, 12-4) besteht, die an vier Ecken des Basiselement (11) angeordnet und über einen Rahmen (20) verbunden sind.

3. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekenn­ zeichnet, daß jeder der Träger (12-1, 12-2, 12-3, 12-4) drei Stelleinrichtungen (13, 14, 18) aufweist.

4. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die erste Meßfühlereinrichtung (16) an einem bewegbaren Teil der Trageeinrichtung (12) und die zweite Meß­ fühlereinrichtung (17) am Rahmen (20) befestigt ist.

5. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die erste Meßfühlereinrichtung (16) derart gebil­ det ist, daß jeder der vier Träger (12-1, 12-2, 12-3, 12-4) mit einem Z-Achsen-Beschleunigungsfühler (16), zwei der vier Träger (12-1, 12-3) mit einem X-Achsen-Beschleunigungsfühler (16) und die anderen zwei der vier Träger (12-2, 12-4) mit einem Y- Achsen-Beschleunigungsfühler (16) ausgestattet sind.

6. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch ge­ kennzeichnet, daß die zweite Meßfühlereinrichtung (17) derart gebildet ist, daß drei der vier Träger (12-1, 12-2, 12-3) mit einem Z-Achsen-Verlagerungsfühler (17), der verbleibende der vier Träger (12-4) mit einem Y-Achsen-Verlagerungsfühler (17) und zwei der vier Träger (12-1, 12-3) mit einem X-Achsen- Verlagerungsfühler (17) ausgestattet sind.

7. Belichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Meßfühlereinrichtung (30) als lichtelektrischer Fühler ausgebildet ist, der lichte­ lektrisch das Licht von einer zur Belichtung verwendeten Licht­ quelle erfaßt.

8. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekenn­ zeichnet, daß zur Ermittlung der Relativposition zwischen der das Basiselement (11) enthaltenden Hauptbaugruppe der Belich­ tungsvorrichtung und der Lichtquelle ein Schwenkspiegel (22) in eine hochgeschwenkte Stellung bewegt und in dieser gehalten wird, so daß ein im wesentlichen parallel zur X-Richtung einge­ hender Laserstrahl der ansonsten zur Belichtung verwendeten Lichtquelle auf einen halbdurchlässigen Spiegel (23) fällt, wo­ durch der Laserstrahl in gerade verlaufendes Laserlicht und in reflektiertes Laserlicht geteilt wird.

9. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekenn­ zeichnet, daß das gerade verlaufende Laserlicht durch ein Fou­ rier-Transformationsobjektiv (24) auf einen Neigungsermitt­ lungsfühler (26) fällt, durch den Neigungen der Achse des La­ serlichts mit Bezug auf die Drehrichtungen (wy, wz) um die Y- und Z-Richtungen erfaßt werden.

10. Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch ge­ kennzeichnet, daß das reflektierte Laserlicht durch ein Abbil­ dungsobjektiv (25) auf einen Positionsermittlungsfühler (27) fällt, durch den Lageabweichungen der Achse des Laserstrahls mit Bezug auf die Y- oder Z-Richtung erfaßt werden.