DE3642418A1

DE3642418A1 - Projektionsbelichtungs-vorrichtung

Info

Publication number: DE3642418A1
Application number: DE19863642418
Authority: DE
Inventors: Kazuaki Suzuki
Original assignee: Nippon Kogaku KK
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-12-11
Filing date: 1986-12-11
Publication date: 1987-06-19
Also published as: JPS62136821A; JPH0712012B2; US4920505A

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungs-Vorrichtung für die Herstellung von Halbleiter-Bauelementen. Insbesondere betrifft die Erfindung eine Belichtungs-Vorrichtung mit Mitteln zum Korrigieren und zum Steuern von Änderungen der Abbildungseigenschaften, die hervorgerufen werden durch Änderungen optischer Eigenschaften aufgrund von Belichtungsenergie, die auf eine Projektionsoptik auftrifft.

Die Ausrichtungs-Genauigkeit ist einer der wichtigsten Faktoren beim Betrieb einer Projektionsbelichtungs-Vorrichtung vom Verkleinerungstyp oder vom Eins-zu-Eins-Abbildungstyp.

Ein Faktor, der sehr stark die Ausrichtungs-Genauigkeit beeinflußt, ist der Vergrößerungsfehler einer Projektionsoptik. Die Größen von Schaltungsmustern von integrierten Größtschaltkreisen (VLSI) haben sich von Jahr zu Jahr verkleinert, und die Linienbreiten von Mikromustern sind ebenfalls immer weiter miniaturisiert worden. Daraus ergab sich die Forderung, die Ausrichtungs-Genauigkeit einer Projektionsoptik zu verbessern. Dazu ist es zunächst notwendig, eine Projektions- Vergrößerung auf einem vorbestimmten Wert zu halten. Die Vergrößerung einer Projektionsoptik wird im Zeitpunkt der Herstellung einer ein solches System enthaltenden Apparatur exakt eingestellt, bevor die Apparatur in einer Fertigungsstraße installiert wird. Es ist jedoch bekannt, daß es bezüglich einer vorbestimmten Vergrößerung Vergrößerungs- Schwankungen gibt, die zurückzuführen sind auf geringe Temperaturänderungen der Apparatur, geringfügige Luftdruck- und Temperaturänderungen in den staubfreien Herstellungsräumen, oder die Emission von auf die Projektionsoptik auftreffendem Licht während des Belichtungsvorgangs. Im Hinblick auf diese Umstände wurden verschiedene Verfahren entwickelt zum automatischen Korrigieren von Fehlern, die durch Änderungen der Vergrößerung der Projektionsoptik verursacht werden. Ziel einer solchen automatischen Korrektur war es, für ein Werkstück, z. B. einen Wafer, eine vorbestimmte Vergrößerung beizubehalten. Beispiele für solche Verfahren sind: Ändern des Abstands zwischen einem Fadennetz (oder einer Maske) und einem Projektionsobjektiv in axialer Richtung, Bewegen eines speziellen Elements in einem Projektionsobjektiv und Steuern des Luftdrucks in einer speziellen Luftkammer innerhalb eines Projektionsobjektivs, mit dem Ziel, den Brechungsindex in dieser Luftkammer zu ändern.

Unter den bekannten Verfahren hat das letztgenannte Verfahren den Vorteil, daß keine mechanisch bewegten Teile benötigt werden und eine Änderung des Brechungsindex der Luft ausgenutzt wird, um eine Vergrößerungs-Steuerung mit beträchtlich hoher Genauigkeit zu erreichen. Die Vergrößerungs- Steuerung durch eine solche Luftdruck-Steuerung ist in der US-Patentanmeldung mit dem Aktenzeichen 6 32 335 beschrieben. Mit diesem System läßt sich ein Projektionsbild (z. B. ein 15 mm Quadrat) eines Musters auf einem Wafer im Bereich von 0,02 µm ± 0,5 µm feinjustieren. Sogenannte Brennpunktänderungen treten auch auf, wenn ein Brennpunkt (d. h. die Lage der Abbildungsebene) des Projektionsobjektivs in axialer Richtung geändert wird. Die Brennpunkt-Änderungen können ebenfalls durch Luftdruck-Steuerung korrigiert werden.

Die durch auf das Projektionsobjektiv auftreffende Licht verursachten Vergrößerungs- und Brennpunkt-Änderungen, also durch durch das Fasennetz hindurchgelangendes Licht hervorgerufene Änderung, lassen sich definieren als Speicherung von Wärme in dem Projektionsobjektiv. In einem normalen Projektionsobjektiv werden die Wellenlängen des Beleuchtungslichts mit hohem Wirkungsgrad durchgelassen. Einige Komponenten des Lichts werden jedoch durch das Objektiv oder damit zusammenhängende Teile absorbiert und in Wärme umgesetzt.

Da es sich bei der Wärmespeicherung in dem Projektionsobjektiv um ein Wärmediffusions-Phänomen mit einer gegebenen Zeitkonstanten handelt, sind die auf die optischen Eigenschaften, z. B. die Vergrößerung auf den Brennpunkt, einwirkenden Einflüsse die Summe der Einflüsse des zuvor eingefallenen Lichts. Mit Hilfe eines gegebenen Verfahrens, z. B. durch Öffnen und Schließen eines Verschlusses zum Durchlassen bzw. zum Sperren von Licht auf oder von dem Fadennetz, erhält man Information über die Vorgeschichte des eingefallenen Lichts, und auf der Grundlage dieser Information über die Vorgeschichte läßt sich eine Luftdruck- oder barometrische Steuerung durchführen. Auf diese Weise lassen sich sequentiell durch auf das Projektionsobjektiv eingefallenes Licht verursachte Änderungen der optischen Eigenschaften korrigieren. Eine dazu ausgelegte Apparatur ist in der US-Patentanmeldung SN 6 56 777 beschrieben. Danach ist die Vorgeschichts-Information des auf das Projektionsobjektiv eingefallenen Lichts der wichtigste Faktor. Die Vorgeschichts-Information wird definiert als Datenmenge, die allein die derzeitigen Änderungen der optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs auf der Grundlage des Einfallzustands des früheren Lichts spezifiziert.

Da die Vorgeschichts-Information eine Summe der Einflüsse sämtlicher vorausgehender Lichtkomponenten darstellt, macht ein durch irgendeinen Grund (z. B. eine Stromausfall) verursachter Verlust dieser Information während des Betriebs eine normale Korrektursteuerung der Vergrößerungswerde unmöglich. Wenn außerdem die Vorgeschichts-Information fehlerbehaftet ist, kann eine genaue Steuerung nicht erwartet werden. Um dies zu vermeiden, wird ein Verfahren vorgeschlagen, nach dem die Belichtung von dem Zeitpunkt an, zu dem die Vorgeschichts-Information verlorengeht oder mit Fehlern behaftet ist, die Belichtung gesperrt, d. h. unmöglich gemacht wird, und zwar für eine kurze Zeitspanne, in der die Einflüsse der Vorgeschichte des eingefallenen Lichts vernachlässigbar sind. Nachdem sich das Projektionsobjektiv abgekühlt hat, wird die Belichtung mit einer Korrektursteuerung, die frei ist von den Vorgeschichts-Einflüssen, neu gestartet. Es wird jedoch eine relativ lange Zeitspanne benötigt, um die normale Belichtungsverarbeitung wieder aufnehmen zu können. Dieses Steuerverfahren ist im Hinblick auf die Produktivität ungünstig. Das Verfahren wurde in einer Testapparatur untersucht, und es stellte sich heraus, daß es - einschließlich Sicherheitszeitspanne - 90 Minuten und mehr dauerte, bis die Apparatur abgekühlt war.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektionsbelichtungs- Vorrichtung mit einer Steuereinrichtung zu schaffen, wobei die Steuereinrichtung zum Korrigieren von Änderungen der Abbildungseigenschaften mit hoher Genauigkeit auf Echtzeitbasis geeignet ist.

Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Die Erfindung schafft eine Projektionsbelichtungs-Vorrichtung mit einer Steuereinrichtung zum Korrigieren der Abbildungseigenschaften eines Projektionsobjektivs auf der Grundlage von Information, die die Vorgeschichte des auf die Projektionslinse aufgetroffenen Lichts betrifft, wobei selbst dann, wenn die Vorgeschichts-Information des eingefallenen Lichts verlorengeht oder mit einem Fehler behaftet ist, die Korrektursteuerung für die Abbildungseigenschaften mit hoher Genauigkeit wieder aufgenommen werden kann.

Die durch das erfindungsgemäße System korrigierten Abbildungseigenschaften umfassen die Projektions-Vergrößerung, eine Brennpunkt-Lage und die Bildfeldwölbung.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm einer ersten Ausführungsform einer Projektionsbelichtungs-Vorrichtung nach der Erfindung,

Fig. 2 ein Flußdiagramm, das den Steuerungsbetrieb beim Korrigieren von Vergrößerungsänderungen veranschaulicht,

Fig. 3 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der Korrektursteuerung,

Fig. 4 eine graphische Darstellung zur Erläuterung der zeitlichen Vergrößerungs-Änderungen bei einem Stromausfall,

Fig. 5 ein Flußdiagramm, welches das automatische Messen von Änderungen der Vergrößerung veranschaulicht,

Fig. 6 ein Impulsdiagramm, das die Signal-Wellenform bei der Signalverarbeitung für den Fall zeigt, daß Änderungen der Vergrößerungswerte erfaßt werden sollen,

Fig. 7A und 7B graphische Darstellungen, die Luftdruck- und Vergrößerungs-Änderungen veranschaulichen,

Fig. 8 eine schematische Skizze einer zweiten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektionsbelichtungs- Vorrichtung,

Fig. 9 eine Draufsicht auf ein Prüf-Fadennetz, welches sich für eine dritte Ausführungsform der Erfindung eignet, und

Fig. 10A und 10B graphische Darstellungen, die die Luftdruck- und Vergrößerungs-Änderungen bei einem Rückstellvorgang veranschaulichen.

Gemäß Fig. 1 wird von einer Lichtquelle 1 abgegebenes Licht durch einen Verschluß 2 gegeben und von einem Spiegel 3 reflektiert. Das reflektierte Licht beleuchtet gleichmäßig ein Fadennetz R mit einem Schaltungsmuster und Markierungen RM 1 und RM 2. Die Markierungen RM 1 und RM 2 sind an zwei einander gegenüberliegende Stellen im Randbereich des Schaltungsmusters des Fadennetzes R ausgebildet. (Nicht gezeigte) Lichtquellen erzeugen Lichtstrahlen LB zum unabhängigen Beleuchten jeweils einer Markierung RM 1 bzw. RM 2. Blenden 4 a und 4 b definieren die Beleuchtungsfelder. Durch das Schaltungsmuster und die Markierungen RM 1 und RM 2 des Fadennetzes R hindurchgelangendes Licht fällt auf ein Projektionsobjektiv 5. Auf einer vorbestimmten Brennebenen-Fläche werden ein Abbild des Schaltungsmusters und ein Markierungs-Abbild erzeugt. Ein Tisch 6 trägt auf seiner Oberseite einen Wafer W derart, daß die Höhe des Wafers W ausgerichtet ist mit der Höhe der Brennebene. Der Tisch 6 läßt sich durch einen Motor 7 in X- und Y-Richtung bewegen. Die Lage des Tisches 6 wird mit Hilfe eines ein Laser-Interferometer enthaltenden Detektors 8 ermittelt.

An dem Tisch 6 sind eine Schlitzplatte 9 und ein photoelektrischer Detektor 10 angeordnet. Die Schlitzplatte 9 besitzt Schlitze zum Durchlassen eines Projektionsbildes (Abbildes) P 1 der Markierung RM 1 und eines Projektionsbildes P 2 der Markierung RM 2. Die durch diese Schlitze gelangenden Lichtstrahlen werden von dem photoelektrischen Detektor 10 empfangen.

Bei dieser Ausführungsform ist eine Barometersteuerung 20 vorgesehen, um Änderungen der Vergrößerung des Projektionsobjektivs 5 zu korrigieren. Solche Änderungen werden verursacht durch auf das Objektiv 5 auftreffendes Licht. Die Barometersteuerung 20 steuert den Luftdruck in einer Luftkammer 5 a, die zwischen zwei Objektivelementen des Objektivs 5 ausgebildet ist. Die Barometersteuerung 20 empfängt von einer Steuerung 21 ein Signal S 1 zum gesteuerten Öffnen/Schließen des Verschlusses 2. Das Signal S 1 repräsentiert ein Tastverhältnis innerhalb einer Zeiteinheit (d. h., einer Abtastzeit) zwischen dem offenen und dem geschlossenen Zustand des Verschlusses 2. Die Barometersteuerung 20 erzeugt dann Vorhersageinformation für laufende Vergrößerungsänderungen und steuert den Druck oder den barometrischen Wert der Luftkammer 5 a auf der Grundlage der Vorhersageinformation.

Die Barometersteuerung 20 speichert vorab Daten wie z. B. eine Zeitkonstante für das Vergrößerungs-Änderungs-Verhalten des Projektionsobjektivs 5, eine durch das Objektiv 5 hindurchgehende Gesamtmenge von Beleuchtungslicht und einen Vergrößerungs-Änderungs-Wert (d. h. einen Koeffizienten) als Funktion eines barometrischen Steuerwerts. Auf der Grundlage dieser Datensignale und der spontanen Änderung der Vorhersageinformation berechnet die Barometersteuerung 20 den laufenden Vergrößerungs-Änderungswert des Objektivs 5 sowie einen Luftdruckwert zum Korrigieren eines solchen Änderungswerts, um so den Luftdruck in der Luftkammer 5 a zu steuern. Dieses Steuerungsverfahren ist in der oben erwähnten US-Anmeldung näher erläutert.

Bei dieser Ausführungsform ist ein Korrektur-Steuersystem 30 mit einem Mikrocomputer oder einem Minicomputer vorgesehen. In dem Korrektur-Steuersystem 30 übernimmt ein Belichtungsprozessor 31 die Steuerung eines Schritt-und-Wiederholungs- Systems. Er ist genauso ausgebildet wie der herkömmliche Prozessor. Insoweit bildet der Belichtungsprozessor 31 an sich keinen Bestandteil des Korrektur-Steuersystems 30. Aus Gründen der vereinfachten Darstellung jedoch sei der bei der in Fig. 1 gezeigten Anordnung in dem System 30 enthalten. Eine Ablaufsteuerung 32 liefert an den Belichtungsprozessor 31 eine Information S 21, ob eine momentane Schaltungsmuster- Belichtung erfolgt. Die Ablaufsteuerung 32 liefert außerdem an die Barometersteuerung 20 die Information S 22, ob eine Luftdrucksteuerung kontinuierlich durchgeführt wird.

Ein Eingangsport 33 empfängt von dem photoelektrischen Detektor 10 ein photoelektrisches Signal S 3 sowie von dem Detektor 8 eine Stellungsinformation S 4 und ermittelt die Lagebeziehung zwischen den Markierungs-Abbildern P 1 und P 2. Das Eingangsport 33 speicher sequentiell die gemessenen Daten entsprechend den Vergrößerungs-Änderungswerten. Der Tisch 6 muß bewegt werden, um die Positionen der Markierungs- Abbilder P 1 und P 2 zu erfassen. Das Eingangsport 33 liefert über einen Schalter 35 Antriebsinformation S 5 an den Motor 7. Der Schalter 35 liefert die Antriebsinformation S 6 von dem Belichtungsprozessor 31 an den Motor 7 während der Belichtung des Schaltungsmusters auf dem Wafer W, wodurch die Belichtung des Schritt-und-Wiederholungs-Systems erfolgt. Das Eingangsport 33 muß nicht bei jedem von einem Zeitgeber 34 festgelegten Intervall gestartet werden, sonder kann zeitlich so gestartet werden, daß geprüft wird, ob die Voraussageinformation verlorengegangen ist oder ein Fehler in der Voraussageinformation vorliegt. Der Start-Zeitpunkt bestimmt sich auf der Grundlage der von der Ablaufsteuerung 32 kommenden Information S 23.

Ein Rechner 36 zum Zurücksetzen oder zum Korrigieren der Vorhersageinformation vollzieht eine Wiederherstellung der verlorengegangenen Vorhersageinformation oder einer Korrektur der Vorhersageinformation zur Erzielung einer genauen Information. Dies geschieht anhand einer Anpaß-Kurvenschar oder dergleichen. Ein Rückstellabschnitt 37 sendet die wiederhergestellte oder korrigierte Vorhersageinformation (die exakt korrigierte Vorhersageinformation) zu der Barometersteuerung 20 und instruiert gleichzeitig den Neustart der Barometersteuerung auf der Grundlage der genauen Vorhersageinformation oder die Verschiebung zu einer genauen Luftdrucksteuerung mit einem vorbestimmten zeitlichen Ablauf.

Ein Offset-Einstellabschnitt 38 dient als Eingabeeinrichtung, die es einer Bedienungsperson gestattet, der Vergrößerung einen zusätzlichen Offsetwert (Versetzungswert) hinzuzufügen. Wird ein Offsetwert angegeben, so werden die Eingangsdaten zu der Barometersteuerung 20 gesendet, damit bei der Luftdrucksteuerung stets ein vorbestimmter Luftdruck-Offset mitspielt.

Das Steuersystem 30, dessen innerer Aufbau oben erläutert wurde, ist in Funktionsblöcke unterteilt, um die Funktionen gemäß der Erfindung zu realisieren. In der Praxis werden diese Funktionen durch Software realisiert.

Oben wurde die grundsätzliche Ausgestaltung dieser Ausführungsform der Erfindung erläutert. Zur Vereinfachung des Verständnisses jedoch soll zunächst der Fall beschrieben werden, bei dem die Vorhersageinformation verlorengeht, und anschließend soll der Fall beschrieben werden, daß die Vorhersageinformation korrigiert wird.

Der Betrieb der Barometersteuerung 20 soll unter Bezugnahme auf das in Fig. 2 dargestellte Flußdiagramm und das in Fig. 3 dargestellte Wellenformdiagramm kurz erläutert werden. Der allgemeine Ablauf des Steuerverfahrens nach dem Flußdiagramm ist in der zuletzt erwähnten US-Patentanmeldung beschrieben. Es sei angenommen, daß die gesamte durch das Fadennetz R auf das Projektionsobjektiv 5 auftreffende Lichtmenge gemessen und als Wert QD gespeichert werde.

Im Schritt 100 fragt das System 30 ab, ob die Information S 1 von der Verschlußsteuerung 21 vorliegt. Falls Ja, wird im Schritt 101 ein Tastverhältnis DT bestimmt. Das Tastverhältnis ist das Verhältnis einer Gesamtzeit Tu zum Öffnen des Verschlusses 2 zu einer Gesamtzeit Td zum Schließen des Verschlusses 2 in Zeitspannen, wenn die Zeitspannen (z. B. 10 Sekunden) durch Zeitpunkte t 1, t 2, . . . t 12, . . . entlang der Zeitachse gemäß Fig. 3 definiert sind. Die Zeitspanne wird als Zeiteinheit TO bezeichnet, so daß die Beziehung TO = Tu + Td gilt. Das Tastverhältnis DT bestimmt sich nun wie folgt:

DT = Tu/TO = Tu/(Tu + Td)

Wie aus der Gleichung hervorgeht, ist Tu = TO, wenn der Verschluß 2 während der Zeiteinheit TO geöffnet bleibt, und Td = 0. In diesem Fall ist das Tastverhältnis 1 (100%).

Auf der Abszisse in Fig. 3 ist die Zeit t aufgetragen, während auf der Ordinate in dem oberen Graphen ein Änderungswert Δ M und auf der Ordinate im unteren Graphen das Tastverhältnis DT (0 Dt 1) aufgetragen ist. Im Zeitpunkt Ts 1 wird die Schritt-und-Widerholungs-Belichtung für den ersten Wafer gestartet. Im Zeitpunkt Te 1 ist die Belichtung des ersten Wafers beendet. Im Zeitpunkt Ts 2 wird mit der Belichtung des zweiten Wafers begonnen. Der Änderungswert Δ MO ist ein vorbestimmter Offsetwert. Der Änderungswert der Vergrößerung (oder des Brennpunkts) der verursacht wird durch das auf das Projektionsobjektiv 5 auftreffende Beleuchtungslicht, wird als ein Bezugswert definiert.

Der Änderungswert Δ M in Fig. 3 repräsentiert Vorhersage- Kennlinien für jede Zeiteinheit, geschätzt auf der Grundlage des eingefallenen Lichts. Er ist nicht der tatsächliche Änderungswert der optischen Eigenschaften des Projektionsobjektivs 5. Der momentane Änderungswert, bei dem eine Korrektur der Luftdrucksteuerung nicht erfolgt, wird repräsentiert durch eine reale Kennlinienkurve EV, die durch eine Linie mit abwechselnd einem langen und zwei kurzen Strichen dargestellt ist.

Es sei nun wieder das Flußdiagramm betrachtet. Wenn das Tastverhältnis DT bestimmt ist, wird der Änderungswert Δ M 1 entsprechend der angesammelten Energie des Beleuchtungslichts, welches innerhalb der Zeiteinheit auftrifft, bestimmt. In diesem Fall erfolgt eine Verrechnung der Gesamtlichtmenge QD und einer Proportionalitätskonstanten S, die durch Versuche oder dergleichen bestimmt wird, nach folgender Gleichung:

Δ M 1 = S · QD · DT (1)

In Fig. 3 liegt der Belichtungs-Startzeitpunkt Ts 1 für den ersten Wafer zwischen Zeitpunkten t 1 und t 2. Das Tastverhältnis innerhalb der Zeiteinheit zwischen den Zeitpunkten t 1 und t 2 wird im Zeitpunkt t 2 als DTa festgestellt. Der Wert DTa wird als Vorhersagewert im Zeitpunkt t 2 herangezogen, so daß der Änderungswert Δ M 1.1 gemäß Gleichung (1) bestimmt wird.

Im Schritt 103 wird nach Verstreichen der Zeiteinheit ein Abfallwert Δ M 2 bezüglich des Änderungswerts im Zeitpunkt t 1 aus einem Speicher ausgelesen. Dies geschieht am Ende der vorausgehenden Zeiteinheit. Wenn der Vorhersagewert im Zeitpunkt t 1 nach Fig. 3 Null ist, so ist sein Wert Δ M 2 Null. Dann wird der Datenwert "Null" in dem Speicher abgespeichert.

Im Schritt 104 wird nach folgender Gleichung ein Änderungswert Δ Mc berechnet:

Δ Mc = Δ M 1 + Δ M 2 (2)

Da beispielsweise im Zeitpunkt t 2 die Beziehung Δ M 2 = 0 gilt, ergibt sich Δ Mc = Δ M 1. Im Schritt 105 wird der Abfall- oder Abklingwert von Δ Mc nach Verstreichen der Zeiteinheit zu Δ M 2 berechnet, und der berechnete Wert wird in dem Speicher gespeichert. Diese Berechnung erfolgt entsprechend Gleichung (4), wobei eine Abklingfunktion f(t) verwendet wird, wie durch Versuche oder dergleichen bestimmt wird, und die durch folgende Gleichung (3) definiert ist:

Wenn z. B. der Änderungswert Δ Mc im Zeitpunkt t 2 gegeben ist durch Δ M 1.1, so fällt Δ M 1.1 entsprechend Gleichung (4) im Zeitpunkt t 3 auf den Wert Δ M 2.1 ab.

Im Schritt 106 wird nur die Änderung, die durch auf das Projektionsobjektiv 5 einfallendes Beleuchtungslicht verursacht wird, durch Luftdrucksteuerung auf der Grundlage des im Zeitpunkt t 2 berechneten Änderungswerts Δ Mc korrigiert. Der oben beschriebene Vorgang wird dann beginnend mit dem Schritt 100 wiederholt.

Innerhalb der Zeiteinheiten zwischen den Zeitpunkten t 2 und t 3, den Zeitpunkten t 3 und t 4 und den Zeitpunkten t 5 und t 6 werden die Belichtungsblitze für den Wafer in regelmäßigen Zeitintervallen wiederholt. Deshalb sind die Tastverhältnisse DT in den jeweiligen Zeiteinheiten praktisch identisch, d. h., die haben einen vorbestimmten Wert DTb. Aus diesem Grund beträgt der Änderungswert Δ Mc, der im Zeitpunkt t 3 bestimmt wird, Δ M 2.1 + Δ M 1.2 (für Δ M 1.2 = S · -QD · DTb). Der Änderungswert Δ Mc, der im Zeitpunkt t 4 bestimmt wird, beträgt Δ M 2.2 + Δ M 1.3 (für Δ M 2.2 = (Δ M 2.1- + Δ M 1.2) · f(t), und Δ M 1.3 ≒ Δ M 1.2). Auf diese Weise werden die Änderungswerte (Vorhersagewerte) Δ Mc sequentiell aktualisiert. Wenn man die Δ Mc-Werte zu den Zeitpunkten t 1, t 2, t 2, . . . aufzeichnet, um eine Hüllkurve zu erhalten, so stimmt diese Hüllkurve im wesentlichen mit der realen Kennlinie EV überein.

Das im Zeitpunkt t 7 festgestellte Tastverhältnis DT ist ein Tastverhältnis DTc, welches kleiner ist als das Tastverhältnis DTb, da der Zeitpunkt Te 1 in die Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten t 6 und t 7 fällt. Das Tastverhältnis Dt zwischen den Zeitpunkten t 8 und t 9 ist Null, da keine Belichtung stattfindet. Da zwischen den Zeitpunkten t 8 und t 9 kein Licht einfällt, bestimmt sich der Änderungswert Δ Mc im Zeitpunkt t 9 als monotoner Abfallwert, der von dem Änderungswert Δ Mc ausgeht. Die Belichtung des zweiten Wafers erfolgt in der oben beschriebenen Weise. Ein neuer Änderungswert (Δ M 1 = S · QD · DTb) auf der Grundlage eines Tastverhältnisses DTd im Zeitpunkt t 10 wird auf den Offsetwert Δ M 0 addiert.

Bei der Proportionalitätskonstanten S handelt es sich um einen gegebenen Wert, wenn das Reflexionsvermögen des Wafers festliegt. Der wert QD ist ebenfalls vorbestimmt, wenn nicht das gerade verwendete Fadennetz durch ein anderes Fadennetz ersetzt wird und die Intensität des Beleuchtungslichts sich nicht ändert, während der Verschluß 2 geöffnet ist.

Oben wurde der Normalbetrieb der Barometersteuerung 20 beschrieben. Der Wert Δ M 2 oder Δ Mc stellt eine Vorhersageinformation (d. h. einen Vorhersagewert) lediglich für Änderungen der Abbildungseigenschaften dar.

Im folgenden soll beschrieben werden, daß die Luftdrucksteuerung nach Verlust des Vorhersagewerts wieder aufgenommen wird, d. h., es wird der Fall beschrieben, daß der Betrieb unmittelbar nach einem Netzausfall wieder aufgenommen wird oder wieder aufgenommen wird, nachdem die Apparatur (z. B. die Barometersteuerung) aufgrund eines Fehlers übersteuert und vorübergehend zurückgesetzt wird. Aus Gründen der Einfachheit sein angenommen, daß der atmosphärische Druck und die Temperatur am Projektionsobjektiv 5 unverändert bleiben. Der momentane Änderungswert Δ Y(t) des Projektionsobjektivs 5 während der Änderungs-Korrektursteuerung wird wie folgt ausgedrückt: wobei Ce der (der Konstanten S entsprechende) Koeffizient der charakteristischen Änderungen ist, die verursacht werden durch das auf das Projektionsobjektiv 5 auftreffende Licht, E(τ) die Menge des auf das Objektiv 5 zum Zeitpunkt t = τ auftreffenden Lichts ist, α(t-τ) das Verhältnis der Restmenge von E(τ) zu E(τ) im Zeitpunkt t ist, Δ Tof(t) der Offsetwert und Δ Ycnt(t) der Steuerwert für die Änderungskorrektur ist.

Die Funktion α(t) wird folgendermaßen ausgedrückt (wobei k unterschiedliche Zeitkonstanten T 1, T 2, . . . Tk sind:

Die Gleichung (6) repräsentiert den in Gleichung (3) definierten Abfall-Kurvenverlauf.

Im Normalzustand ist der Korrektursteuerungswert Ycnt(t) durch folgende Gleichung (7) gegeben: Durch Einsetzen der Gleichung (7) in die Gleichung (5) ergibt sich, daß der Wert Δ Y(t) Null ist. Deshalb werden Vergrößerung und Brennpunkt im Normalzustand genau gesteuert, und es erfolgen keine Änderungen.

Es sei nun angenommen, daß der Vorhersagewert und die Offsetinformation im Zeitpunkt t 0 verlorengingen. Ferner sei angenommen, daß nach dem Zeitpunkt t 0 ein neuer Vorhersagewert im Zeitpunk t′ erzeugt werde. In anderen Worten: Der Stromausfall wird zu einer Zeit Ti vor dem Zeitpunkt t′, jedoch nach dem Zeitpunkt t 0 behoben, und der gesteuerte Zustand der Apparatur wird auf den Anfangszustand zurückgestellt. Der neue Vorhersagewert wird im Zeitpunkt Ti von Null aus auf der Grundlage des Tastverhältnisses DT erzeugt. Wenn vom Zeitpunkt Ti ab die Belichtung erneut begonnen wird, ändert sich die Änderung der Kennlinie, wie in Fig. 4 gezeigt ist. Auf der Abszisse ist in Fig. 4 die Zeit aufgetragen, während auf der Ordinate der Änderungswert Δ M aufgetragen ist. Ein Druck zum Zeitpunkt des Auftretens des Fehlers (t 0) wird aufrechterhalten bis zum Zeitpunkt Ti. Der Offsetwert wird im Zeitpunkt t 0 ebenfalls verloren.

Die Belichtung des ersten Wafers wird im Zeitpunkt Te 1 beendet, und die Belichtung des zweiten Wafers wird im Zeitpunkt Ts 2 gestartet. Der Stromausfall geschieht zum Zeitpunkt t 0 unmittelbar nach Beginn der Belichtung des zweiten Wafers. Bis zum Zeitpunkt t 0 wird die reale Kennlinie (Kennlinie ohne Luftdrucksteuerung) EV 0 der Vergrößerungs-Änderungen des Projektionsobjektivs 5, die verursacht werden durch auf das Objektiv auftreffendes Beleuchtungslicht, auf der Grundlage der exakten Vorhersagewerte Δ Mc, die mit Hilfe des Tastverhältnisses DT berechnet werden, ziemlich genau korrigiert. Die auf den Wafer projizierte Abbildung wird so gesteuert, daß die absolute Größe kontinuierlich dem Offsetwert Δ M 0 entspricht.

Nach dem Zeitpunkt t 0 jedoch fällt die reale Kennlinie EV 1 der Vergrößerungsänderungen des Projektionsobjektivs 5 entsprechend der Funktion nach Gleichung (3) oder (6) monoton ab. Wenn die Apparatur den vorhergehenden Zustand im Zeitpunkt Ti wiederherstellt, ist der Änderungswert auf der Grundlage der realen Kennlinienkurve EV 1 noch vorhanden. Wenn nach dem Zeitpunkt Ti die Belichtung wieder aufgenommen wird, ist der in Zeitpunkt t′ erzeugte neue Vorhersagewert gegeben als Δ Mc′, während er im Zeitpunkt Ti Null ist.

Allerdings neigt sich die reale Kennlinie Ev 1 des Projektionsobjektivs 5 von dem verbleibenden Bereich des Zeitpunkts Ti aus und wird zu der realen Kennlinienkurve EV 2. Es sei beachtet, daß der im Zeitpunkt Ti vorhandene Druck auf den Standard-Atmosphärendruck zurückgestellt wird, d. h. auf 760 mmHg. Obschon der Vorhersagewert im Zeitpunkt t′ den Wert Δ Mc′ aufweist, ist der Wert der realen Kennlinienkurve EV 2 um einen Restwert Δ EV′ größer als der Vorhersagewert Δ Mc′. Die Eins-zu-Eins-Entsprechung wird zu diesem Zeitpunkt nicht hergestellt. Wenn gleichzeitig der Offsetwert auf Null gestellt wird, beträgt der Vergrößerungsfehler auf dem Wafer Δ EV′ + Δ M 0. Da der Wert Δ EV′ als Funktion der Zeit auf Null reduziert wird (oder abnimmt), stimmt schließlich der Wert Δ Mc′ mit der realen Kennlinienkurve EV 2 überein. Wenn ein unvollständiger Korrektursteuerwert (Δ Mc′) zu einer Zeit t nach dem Zeitpunkt Ti (oder t 0) gegeben ist als Δ Ycht′(t), so gilt: Setzt man Δ Ycnt′(t) in Gleichung (8) ein in Δ Ycnt(t) in Gleichung (5) und Gleichung (6), so ergibt sich folgende Gleichung (9): Dabei beträg Bn:

Wenn der von sämtlichen vorher auf das Projektionsobjektiv 5 aufgefallenem Beleutungslicht erzeugte Vorhersagewert im Zeitpunkt t 0 verlorengeht, folgen die Vergrößerungs-Änderungen (die Fehler der auf dem Wafer benötigten Vergrößerung) des Projektionsobjektivs 5 unter der Korrektursteuerung (d. h., der Luftdrucksteuerung vom Zeitpunkt Ti ab) der durch die Gleichung (9) gegebenen Kennlinie. Deshalb ergeben sich die Vergrößerungs-Änderungen als Summe der Werte Δ EV′ und Δ Yof(t) in Fig. 4. Wenn nach Gleichung (9) die unbekannten Parameter Bn (n = 1, 2, . . . k) und der Wert Δ Yof(t) bestimmt sind, läßt sich die Luftdrucksteuerung mit hoher Genauigkeit wiederherstellen.

Das wirksamste Verfahren zum Bestimmen der unbekannten Parameter ist das Verfahren der kleinsten Quadrate. Die unbekannten Parameter in Gleichung (9) bestimmen sich durch das Verfahren der kleinsten Quadrate. Die Anzahl der zu bestimmenden Parameter beträgt (k + 1). Die Änderungswerte Δ Y(tj) auf der realen Kennlinie Ev 2, gegeben durch die Gleichung (9) in m Zeitpunkten nach dem Zeitpunkt Ti in Fig. 4 werden exakt gemessen, wobei m gegeben ist und durch m k + 1 und j = 1, 2, . . . m. Die Änderungswerte bei m diskreten Zeitpunkten entlang der Zeitachse werden gemessen zu Δ Y(t 1), Δ Y(t 2), . . . Δ Y(tm).

Eine Funktion G 1(n) ist durch die unten angegebene Gleichung (11) gegeben, wobei n = 1, 2, . . . k, und eine Funktion G 2(a, b) ist definiert durch die Gleichung (12), wobei a und b jeweils unabhängig die Werte 1, 2, . . . k annehmen:

Mit Hilfe der Funktionen G 1(n) und G 2(a, b) werden die Parameter Bn (n = 1, 2, . . . k) und der Wert Δ Yof(t) (unter der Annahme eines konstanten Wertes Δ Yof) gemäß folgender Gleichung (13) berechnet: Die Anzahl von Zeitkonstanten, die ausreicht, um die Abfallkurve zu approximieren, beträgt Vier. Wenn k = 4 ist, ist die Gleichung (13) eine 5 × 5-Matrix. Deshalb können die unbekannten Parameter Bn und der Wert Δ Yof(t) berechnet werden, ohne daß umfangreiche Rechnungen erforderlich sind.

Bei Gleichung (13) wird angenommen, daß j Datenwerte Δ Y(tj) identische Fehler aufweisen. Haben die Datenwerte jedoch unterschiedliche Fehler σ(tj), ergeben sich folgende Gleichungen, und man erhält die Parameter aus der Gleichung (17): (wobei n, a und b jeweils unabhängig 1, 2, . . . k sein können).

Das einfachste Verfahren zum Wiederherstellen der Luftdrucksteuerung mit hoher Genauigkeit unter Verwendung der sich ergebenden Parameter B 1, B 2, . . . Bk und des Wertes Δ Yof geschieht wie folgt: Das Einsetzen von Gleichung (6) in Gleichung (8) ergibt folgende Gleichung (18):

Durch Einsetzen in Gleichung (18) ergibt sich wobei n = 1, 2, . . . k und σ(τ-Tr) die Deltafunktion ist.

Die oben erwähnte Einsetzung geschieht zu einer vorbestimmten Rückstellzeit, um den Wert Δ Ycnt′(t) in Gleichung (18) auf den genauen Vorhersagewert zu korrigieren. Gleichzeitig wird der durch Gleichung (13) oder (17) berechnete Offsetwert Δ Yof von dem Wert Δ Ycnt′(t) subtrahiert, und vom Zeitpunkt Tr ab ist die genaue Luftdrucksteuerung wiederhergestellt.

Der durch die Gleichung (18) erhaltene Wert ist ein neuer Vorhersagewert, der vom Zeitpunkt t 0 (oder Ti) ab erzeugt wird. In dem durch Gleichung (18) dargestellten Zustand entspricht der Wert Δ Y′cnt(t) noch dem Wert Δ Mc′, wie in Fig. 4 gezeigt ist.

Wenn der durch Einsetzen der Gleichung (19) in Gleichung (18) erhaltene Wert Δ Y′cnt(Tr) der exakte Vorhersagewert zum Zeitpunkt Tr ist, läßt sich die Luftdrucksteuerung wieder herstellen und kann fortgesetzt werden. Da in diesem Fall auch der Offsetwert Δ Yof wiederhergestellt wird, läßt sich die Größe des Abbilds auf dem Wafer so wiederherstellen, wie es in dem System vorher vorhanden war.

Die obige Beschreibung betrifft den Fall, daß der Offsetwert Δ Yof der Vergrößerung ebenfalls verlorengeht. Wenn aber der Offsetwert auf einer Floppy-Disk oder dergleichen gespeichert wird, sind die unbekannten Parameter, die durch die Gleichung (13) oder (17) berechnet werden, lediglich Bn (mit n = 1, 2, . . . k). In diesem Fall werden nur k Vergrößerungs-Änderungsdaten Δ Y(tj) mit j = 1, 2, . . . k gemessen.

Die Berechnung der Vergrößerungs-Änderungs-Daten Δ ϒ(tj) soll nun anhand des Flußdiagramms in Fig. 5 erläutert werden. Fig. 5 veranschaulicht anhand eines Flußdiagramms den Betrieb des Eingangsports 33 in Fig. 1. Wenn nach einem Stromausfall der Betrieb des Steuersystems 30 wieder aufgenommen wird oder der Betrieb nach dem Auftreten eines Steuerungsfehlers wieder aufgenommen und die Apparatur zurückgestellt wird, gibt die Ablaufsteuerung 32 ein Signal S 23 ab. Ansprechend auf dieses Signal wird der Schritt 110 durchgeführt. Dabei wird die Variable j auf "1" gesetzt. Der Schalter 35 wird in die in Fig. 1 gezeigte Stellung gebracht. Der Verschluß 2 bleibt geschlossen. Lediglich die Markierungen RM 1 und RM 2 werden mit Licht LB beleuchtet.

Im Schritt 111 wird der Tisch 6 bewegt, um die Markierungen P 1 und P 2 durch die Schlitze in der Schlitzplatte 9 abzutasten. Gleichzeitig werden das Signal S 3 und die Positionsinformation S 4 an das Eingangsport 33 gegeben. Eine Position PP 1 des Markierungs-Abbilds P 1 und eine Position PP 2 des Markierungs- Abbilds P 2 werden durch Hochgeschwindigkeits-Verarbeitung berechnet.

Die Positionen PP 1 und PP 2 werden berechnet, wie es in Fig. 6 dargestellt ist. Die Abtastposition wird auf der Abszisse gemäß Fig. 6 aufgetragen. Der Signalverlauf des Signals S 3 vom Photodetektor 10 wird digitalisiert, und die sich daraus ergebenden Binärdaten werden der von dem Detektor 8 kommenden Positionsinformation S 4 zugeordnet. Die Mittelpunkte zwischen dem Paar Vorderflanken und zwischen dem Paar Rückflanken der Binärdaten werden als Positionen PP 1 und PP 2 definiert. Die Berechnung der Positionen PP 1 und PP 2 ist nicht auf das oben beschriebene Verfahren beschränkt. Die Zeit zur Durchführung des Schritts 111 wird in dem Eingangsport 33 gespeichert.

Die Änderungsdaten Δ Y(tj) werden auf der Grundlage der gemessenen Positionen PP 1 und PP 2 im Schritt 112 berechnet. Die Markierungs-Abbilder P 1 und P 2 sind symmetrisch bezüglich der Strahlmitte. Wenn eine gewünschte Entfernung zwischen den Markierungs-Abbildern P 1 und P 2 den Wert L besitzt, errechnen sich die Daten Δ Y(tj) wie folgt:

Δ Y(tj) = {(PP 1-PP 2)-L} /2 (20)

Dieser Wert läßt sich mit einer Genauigkeit (von beispielsweise 0,01 µm) berechnen, entsprechend der halben Auflösung des Detektors 8.

Das System 30 bestimmt im Schritt 113, ob die Variable j (k + 1) oder k erreicht. Ist das Ergebnis der Abfrage im Schritt 113 "Ja", so ist der Daten-Hol-Ablauf abgeschlossen.

Ist das Ergebnis im Schritt 113 "Nein", wird die Variable j im Schritt 114 um Eins erhöht, und der Ablauf geht mit dem Schritt 115 weiter, in welchem das System 30 ein von der Zeitsteuerung 34 kommendes Flag jedesmal prüft, wenn eine vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist. Bis das Flag gesetzt ist, läuft der Vorgang ohne Unterbrechung weiter. Wenn die vorbestimmte Zeitspanne verstrichen ist, werden die Schritte von dem Schritt 111 ab wiederholt. Die durch die Zeitsteuerung 34 eingestellte vorbestimmte Zeitspanne kann eine Dauer von beispielsweise 10 Sekunden haben. Wenn jedoch keine Belichtung erfolgt, fällt die reale Kennlinienkurve der Änderungen ab, so daß die Zeitspanne entsprechend verlängert werden kann.

Wenn z. B. ein Zeitintervall zwischen der Meßzeit für j = 1 und der für j = 2 auf 5 Sekunden eingestellt wird, wird das Zeitintervall zwischen den Meßzeiten für j = 2 und j = 3 auf 10 Sekunden eingestellt. Die Zeitintervalle werden nach und nach in der Reihenfolge von 20, 40, 80 . . . Sekunden erhöht, um eine bessere Meßgenauigkeit zu erhalten. In diesem Fall brauchen die Zeitintervalle nicht ganz genau bemessen zu sein.

Die sich ergebenden Daten Δ Y(tj) werden als Graphen gemäß Fig. 7A und 7B aufgetragen. Fig. 7A repräsentiert die Luftdrucksteuerungswerte P als Vorhersagewerte, und Fig. 7B zeigt die Vergößerungs-Änderungswerte Δ Y(tj) auf der Oberfläche des Wafers. In den jeweiligen Kennlinien wird von einem Vergrößerungs- Offsetwert von +Δ Yof gegenüber dem Null-Vergrößerungs- Fehler auf dem Wafer ausgegangen, selbst wenn der Luftdruckwert P auf Null eingestellt ist (gesteuert auf der Grundlage des Standard-Atmosphärendrucks, d. h. 760 mmHg). Ein Luftdruck-Offsetwert von +Pof wird addiert, um den Vergrößerungs- Offsetwert von Δ Yof auf Null einzustellen. In anderen Worten: Das Projektionsobjektiv selbst wird mit einem Offset von -Δ Yof entsprechend +Pof verwendet. Wie Fig. 7A zeigt, erfolgt eine genaue Luftdrucksteuerung auf der Grundlage des exakten Vorhersagewertes bis zum Zeitpunkt t 0, wenn ein Stromausfall erfolgt. Die Barometersteuerung 20 ist jedoch so ausgelegt (als normalerweise geschlossender Typ), daß vom Zeitpunkt t 0 ab ein elektromagnetisches Ventil oder dergleichen geschlossen wird, welches mit dem Luftspalt 5 a in Verbindung steht.

Der Vergrößerungswert auf dem Wafer wird bis zum Zeitpunkt t 0 auf Null eingeregelt. Wenn der Luftdruckwert im Zeitpunkt t 0 P 1 beträgt, bleibt der Luftdruckwert bis zum Zeitpunkt Ti zum Initialisieren des Systems, wenn der Betrieb nach dem Stromausfall wiederhergestellt wird, unverändert. Für die Dauer zwischen den Zeitpunkten t 0 und Ti gelangt das Belichtungs- Licht nicht durch das Projektionsobjektiv. Wie Fig. 7B zeigt, wird der Vergrößerungsfehler des Projektionsobjektivs selbst entsprechend der Abklingkurve EV 1 durch das Phänomen der Wärmediffusion selbst verkleinert. Aus diesem Grund wird der Vergrößerungs-Änderungswert auf dem Wafer von Null aus in negativer Richtung geändert. Wenn das System im Zeitpunkt Ti mit Energie versorgt wird, vollzieht die Barometersteuerung 20 einen Einstellvorgang, um den Druck aus der Luftkammer 5 a abzulassen und den Standard-Atmosphärendruck (760 mmHg) einzustellen. Aus diesem Grund reduziert sich der Luftdruckwert P 1 im Zeitpunkt Ti auf Null, wie Fig. 7A zeigt. Wie weiter aus Fig. 7A hervorgeht, reduziert sich im Zeitpunkt Ti der Luftdruckwert abrupt auf Null. In der Praxis jedoch reduziert sich der Wert im Verlauf einer gewissen Zeitspanne bis auf Null, um zu vermeiden, daß das Linsenelement in dem Projektionsobjektiv abrupten Belastungsänderungen ausgesetzt ist.

Ändert sich der Druck zum Zeitpunkt Ti von P 1 auf Null, erhöht sich die Änderung der Vergrößerung auf dem Wafer auf +Δ Y(Ti), wie Fig. 7B zeigt. Der Änderungswert von diesem Moment an umfaßt die ständige Vergrößerungs-Offsetkomponente Δ Yof. Der neue Vorhersagewert für die Luftdrucksteuerung wird vom Zeitpunkt Ti an auf der Grundlage des Tastverhältnisses DT des Öffnens/Schließens des Verschlusses 2 erzeugt. Bei dieser Ausführungsform ist der Verschluß 1 nicht geöffnet, während der Momentanwert der Vergrößerungsänderung gemessen wird. Deshalb wird für jede Zeiteinheit (von z. B. 10 Sekunden) ein Datenwert DT = 0 nacheinander erhalten.

Die Apparatur selbst beginnt die Zeit vom Zeitpunkt Ti an zu zählen, wenn das System mit Energie versorgt wird. Die Apparatur empfängt vier Datenwerte Δ Y(t 1), Δ Y(t 2), Δ Y(t 3) und Δ Y(t 4) zu den Zeitpunkten t 1, t 2, t 3 und t 4. Währenddessen führt die Barometersteuerung 20 auf der Grundlage von DT = 0 eine Luftdrucksteuerung durch. Solange die Beziehung DT = 0 weiter gilt, bleibt der momentane Luftdruckwert P auf Null (d. h. 760 mmHg). Die durch die Datenwerte Δ Y(t 1), . . . Δ Y(t 4) bestimmten Kennlinien werden gemessen als Summe des Werts, der dargestellt wird durch die Abklingkurve EV 1 des Projektionsobjektivs selbst und durch den Offsetwert Δ Yof. Nachdem der letzte Datenwert Δ Y(t 4) erhalten wurde, führt der Rechner 36 in Fig. 1 die Berechnungen gemäß Gleichung (13) oder (17) durch. Anschließend vollzieht der Rechner 36 den Einsetzvorgang gemäß Gleichung (19) bei der vorbestimmten Rückstellzeit Tr.

Durch die oben beschriebenen Berechnungen werden der Offsetwert Δ Yof zum Zeitpunkt Tr sowie der Änderungswert Δ EV′ der Kennlinie EV 1 in der Zeitzone nach dem Zeitpunkt t 0 reproduziert. Wenn die Substitution (19) zum Zeitpunkt Tr durchgeführt wird, bietet der Rückstellabschnitt 37 der Barometersteuerung 20 eine Summe P 2 an, die sich aus dem barometrischen Offsetwert Pof entsprechend dem Vergrößerungs-Offsetwert Δ Yof und dem Δ EV′ entsprechenden Luftdruckwert zusammensetzt. Daher wird der Vergrößerungs-Änderungswert des Wafers so korrigiert, daß er wiederum Null beträgt. Die Barometersteuerung 20 behält den Vorhersagewert als exakten Vorhersagewert bei, um einen Luftdruckwert zu liefern, der im Zeitpunkt Tr dem Wert Δ EV′ entspricht.

Wenn nach dem Zeitpunkt Te die Belichtung begonnen wird, ist das Tastverhältnis DT nicht länger Null. Der Luftdruckwert P wird von dem Zeitpunkt Te ab, beginnend mit dem Wert P 3, erhöht, um dadurch den Vergrößerungsfehler auf dem Wafer so zu korrigieren, daß der Fehler stets Null ist.

Eine Kennlinie EP, die einen Wert darstellt, der von dem Offsetwert Pof aus im Zeitpunkt Te anwächst, ist eine Barometersteuerungs- Kennlinie für den Fall, daß ein durch das auf das Projektionsobjektiv nach dem Zeitpunkt t 0 auftreffende Licht verursachter Rest des Vergrößerungs-Änderungswerts zum Zeitpunkt Te Null ist. Nach der obigen Beschreibung läßt sich der Zeitpunkt Tr willkürlich festlegen. Vorzugsweise wird die Zeit aber dadurch verkürzt, daß man die Berechnungszeitspanne (z. B. einige Sekunden), bis zu deren Ende die Substitution (19) nach dem Zeitpunkt t 4 eingeleitet werden kann, vorhersagt und außerdem einen Zeitpunkt nach dem Verstreichen der Berechnungszeitspanne vorhersagt. Damit die Substitution (19) mit den Graphen in Fig. 7A und 7B übereinstimmt, entspricht der Zeitpunkt t 0 dem Zeitpunkt Ti.

Die Beziehung zwischen den Zeitpunkten Tr und Te läßt sich umkehren. In diesem Fall jedoch erfolgt eine ungenaue Luftdrucksteuerung während einer Zeitspanne zwischen den Zeitpunkten Te und Tr.

Bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel läßt sich selbst dann, wenn die Vorhersageinformation (d. h., der Vorhersagewert) vollständig verlorengeht, eine genaue Luftdrucksteuerung wiederherstellen, wenn eine Berechnungszeit für die Vergrößerungs-Änderungsdaten Δ Y(tj) verstrichen ist. Während die Δ Y(tj)-Werte berechnet werden, wird der Luftdruckwert P gemäß Fig. 7A auf Null (760 mmHg) eingestellt. Allerdings kann man den Luftdruckwert auf einem vorbestimmten Wert halten, z. B. auf einem Wert P 1, bis der Zeitpunkt Tr ereicht ist. In diesem Fall muß ein neuer Vorhersagewert von dem Zeitpunkt Ti an vorbereitet werden.

Es soll nun der Fall beschrieben werden, daß der Vorhersagewert mit einem Fehler behaftet ist. Der dabei stattfindende Ablauf ist im wesentlichen der gleiche wie bei dem Fall, daß der Vorhersagewert verlorengeht. Es ist schwierig, den Fall, bei dem der Vorhersagewert verlorengeht, zu unterscheiden von dem Fall, daß ein Fehler in dem Vorhersagewert auftritt. Natürlich wird ein solcher Fehler normalerweise festgestellt, wenn das Resist-Muster des Wafers inspiziert wird. Auch in diesem Fall wird die Belichtung des Schaltungsmusters auf dem Wafer unterbrochen, die Vergrößerungs-Änderungsdaten Δ Y(tj) werden aktuell gemessen, und der gerade verwendete Vorhersagewert wird durch den genauen Vorhersagewert ersetzt. Wenn der Term E(t) auf der rechten Seite der Gleichung (10) eine Differenz zwischen dem genauen Betrag der auffallenden Lichtmenge und dem momentanen, jedoch falschen Betrag des auffallenden Lichts ist, gelten die Gleichungen (13) und (17) sowie die Substitution (19) ohne Modifizierungen. Wenn aber t ≦λτ t 0 (nach dem Zeitpunkt T 1), dann erhält man den genauen Vorhersagewert auf der Grundlage des vorausgehenden Lichteinfallzustands (Tastverhältnis des Verschlusses).

Fig. 8 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Projektions-Belichtungsvorrichtung. Die Apparatur nach dem zweiten Ausführungsbeispiel unterscheidet sich von der nach dem ersten Ausführungsbeispiel dadurch, daß als Änderungs- Detektoreinrichtung ein TLL-(Through-The-Lens)Ausrichtungssystem vom Selbstbeleuchtungstyp verwendet wird.

Bei der zweiten Ausführungsform umfaßt das TLL-System Spiegel 50 a und 50 b, die oberhalb der Markierungen RM 1 bzw. RM 2 eines Fadennetzes R angeordnet sind, Objektive 51 a und 51 b und photoelektrische Detektoren 52 a und 52 b, die Fernsehkameras und Beleuchtungssysteme enthalten. Das TTL-System erfaßt den Überlappungszustand zwischen den Markierungen RM 1 oder RM 2 und einer auf dem Tisch 6 ausgebildeten Bezugsmarkierung FM. Verfahren zum Messen der Vergrößerungsänderung werden wie folgt durchgeführt:

Der Tisch 6 wird so positioniert, daß die Bezugsmarkierung FM mit der Markierung RM 1 ausgerichtet ist (oder in einer gegebenen Lagebeziehung zu der Markierung RM 1 steht), was mit Hilfe des Ausrichtsystems (50 a, 51 a, 52 a) geschieht. Eine Ausrichtposition PP 1 wird mit Hilfe eines Detektors 8 festgestellt und in einem Speicher abgespeichert. Anschließend wird der Tisch 6 so positioniert, daß die Bezugsmarkierung FM mit der Markierung RM 2 durch das Ausrichtsystem (50 b, 51 b, 52 b) ausgerichtet ist. Eine Ausrichtposition PP 2 wird in der oben genannten Weise erfaßt. Die anschließend stattfindenden Berechnungen sind die gleichen wie bei dem oben beschriebenen Ausführungsbeispiel.

Im folgenden wird eine dritte Ausführungsform der Erfindung erläutert. Die dritte Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten und zweiten Ausführungsform dadurch, daß ein Verschluß 2 geöffnet wird, um Belichtungslicht auf ein Projektionsobjektiv 5 abzugeben, während Vergrößerungs-Änderungs- Daten Δ Y(tj) gemessen werden. Es sei angenommen, daß ein Test-Fadennetz RT gemäß Fig. 9 anstelle des Original- Fadennetzes montiert sei, während das System nach beispielsweise einem Stromausfall wieder versorgt wird. Testmarkierungen TM sind an vorbestimmten unterschiedlichen Stellen auf dem Test-Fadennetz RT ausgebildet. Um die Momentanwerte der Vergrößerungs-Änderungen zu messen, werden Projektionsstellen der Markierungen TM unter Verwendung einer Schlitzplatte 9 (Fig. 1) erfaßt, während ein Abbild des Test-Fadennetzes RT projiziert bleibt.

In diesem Fall müssen mindestens zwei Bilder der Testmarkierungen TM erfaßt werden, um einen Datenwert Δ Y(tj) zu erhalten. Um jedoch die Meßgenauigkeit zu vergrößern, läßt sich eine große Anzahl von Testmarkierungen TM erfassen. Dieses Erfassen muß für eine sehr kurze Zeitspanne durchgeführt werden. Die Beziehungen zwischen den Vorhersagewerten (Luftdruck-Steuerwerten) und den momentanen Änderungskennlinien werden entsprechend dem Graphen nach Fig. 10A und 10B aufgezeichnet. Fig. 10A zeigt Luftdruckwerte P als Vorhersagewerte, Fig. 10B zeigt Vergrößerungs-Änderungswerte Δ Y(tj) des Wafers. Zeitpunkte t 0, Ti, t 1, t 2, t 3, t 4 und Tr sind genauso definiert wir in Verbindung mit den Fig. 7A und 7B. Allerdings ist die Barometersteuerung 20 bei der dritten Ausführungsform derart ausgebildet, daß der Druck innerhalb des Projektionsobjektivs 5 auf einen Standard-Atmosphärendruck entspannt wird, wenn ein Stromausfall erfolgt. Aus Gründen der Einfachheit werden sowohl der Vergrößerungs-Offset als auch der Druck-Offset auf Null eingestellt.

Wenn der Druck P 1 im Zeitpunkt t 0 auf Null reduziert wird (760 mmHg), erhöht sich der Vergrößerungs-Änderungswert Δ Y(tj) des Wafers von Null auf Δ Y(t 0). Wenn das System im Zeitpunkt Ti wieder gespeist wird, wird das Test-Fadennetz RT nach Fig. 9 eingelegt. In diesem Fall wird der neue Vorhersagewert auf der Grundlage des Tastverhältnisses DT vom Zeitpunkt Ti ab erzeugt. Der Verschluß 2 wird im Zeitpunkt Tes nach dem Einlegen des Test-Fadennetzes RT geöffnet. Aus diesem wird das Tastverhältnis DT nach dem Zeitpunkt Tes auf Eins (100%) eingestellt. Die Anstiegskurve EV 3 nach dem Zeitpunkt Tes in Fig. 10B repräsentiert Vergrößerungs-Änderungen des Projektionsobjektivs selbst in einem Zustand, in dem der Vergrößerungs- Änderungswert Δ Y(tj) bereits zum Zeitpunkt Tes auf Null eingestellt wurde. Eine Kennlinie EV 4, die vom Zeitpunkt Tes an ansteigt, repräsentiert die Vergrößerungs-Änderungswerte des Wafers, wenn die Luftdrucksteuerung nicht auf der Grundlage des neuen Vorhersagewerts durchgeführt wird. Bei dieser Ausführungsform wird, wie Fig. 10A zeigt, die Luftdrucksteuerung vom Zeitpunkt Tes an gestartet und der Luftdruckwert wird von Null an erhöht (z. B. von 760 mmHg an). In diesem Fall ist der unter dieser Luftdrucksteuerung korrigierte Änderungswert die EV 3-Komponente.

Die Vergrößerungs-Änderungswerte des Wafers ändern sich in der Reihenfolge Δ Y(t 1), Δ Y(t 2), Δ Y(t 3) und Δ Y(t 4). In anderen Worten: Wenn die Luftdrucksteuerung auf der Grundlage des neuen Vorhersagewerts nach dem Speisen des Systems erfolgt, läßt sich die Kennlinie erhalten, die von einem Vergrößerungs- Änderungswert Δ Y(t 0) zum Zeitpunkt des Netzausfalls monoton abfällt.

Da der Verschluß 2 im Zeitpunkt Tes geschlossen ist, erreicht der Luftdruckwert einen Wert P 4 und nimmt dann allmählich ab. Der Rückstell- oder Wiederaufnahmevorgang erfolgt im Zeitpunkt Tr. Der Änderungswert der Kennlinie EV 4 im Zeitpunkt tr wird als der korrekte Vorhersagewert reproduziert, und es wird ein entsprechender Luftdruckwert P 6 eingestellt. Wenn der Luftdruckwert P 6 eingestellt wird, wird zu diesem Zeitpunkt der Vergrößerungsfehler des Wafers auf Null korrigiert. Anschließend wird der Vergrößerungsfehler entsprechend dem genauen Vorhersagewert auf der Grundlage des Tastverhältnisses auf Null gehalten.

Bei dieser Ausführungsform erfolgt die Belichtung, wenn die Daten Δ Y(tj) gemessen werden. Unter dieser Annahme erfolgt die Einstellung unter Luftdrucksteuerung. Allerdings kann man den Luftdruckwert auf Null (760 mmHg) bis zum Zeitpunkt Tr halten, während die Bereitstellung des neuen Vorhersagewerts vom Zeitpunkt Ti ab begonnen wird. In diesem Fall folgen die Vergrößerungs-Änderungs-Datenwerte Δ Y(tj) des Wafers der Kennlinie EV 4 in Fig. 10B. Wenn der Wert auf der Grundlage der Kennlinie EV 3 von den gemessenen Daten auf der Grundlage der Kennlinie EV 4 subtrahiert wird, lassen sich die Datenwerte Δ Y(t 1), Δ Y(t 2), Δ Y(t 3) und Δ Y(t 4) auf der Grundlage der in Fig. 10B gezeigten Abklingkurve berechnen. Der Wert auf der Grundlage der Kennlinie EV 3 entspricht lediglich dem neuen Vorhersagewert vom Zeitpunkt Ti ab.

Bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen wird der Luftdruckwert P im Zeitpunkt Ti auf Null (760 mmHg) zurückgestellt. Allerdings können die Daten Δ Y(tj) aktuell gemessen werden, während der Luftdruckwert P auf dem Wert (P 1) gehalten wird, der vorlag, als der Stromausfall stattfand oder ein Überlauf erfolgte. Dadurch erhält man den gleichen Effekt wie bei den oben beschriebenen Ausführungsbeispielen. Selbst in diesem Fall muß der neue Vorhersagewert nach dem Zeitpunkt Ti erhalten werden, wobei der Zeitpunkt Ti als Anfangszeit (Null) gegeben ist. Bei den obgien Ausführungsbeispielen werden die Vergrößerungs-Änderungswerte nach dem Messen dazu verwendet, die Luftdrucksteuerung zurückzustellen oder wiederherzustellen (zu korrigieren). Allerdings können die Korrekturdaten als Meßwerte in ein automatisches Fokussiersystem eingegeben werden, um den Wafer vertikal zu bewegen. Auch in diesem Fall lassen sich Brennpunktänderungen, die verursacht werden durch auf das Projektionsobjektiv auftreffendes Licht, genau korrigieren. Anstatt die Vergrößerungs- Änderungswerte unter Verwendung des geschlitzten photoelektrischen Detektors und dem optischen Ausrichtsystem auf dem Tisch zu messen, kann man ein Verfahren zum Messen der Brennpunkt-Änderungswerte verwenden, um den gleichen Effekt zu erzielen wie bei den obigen Ausführungsbeispielen. Um dieses Verfahren zu realisieren, ordnet man eine flache Bezugsplatte an einer von der Lage des Wafers verschiedenen Stelle des Tisches an. Der Tisch wird vertikal bewegt, während ein TTL-(Through-The-Lens-)System den Brennpunkt des projizierten Fadennetz-Abbildes auf der Bezugsplatte erfaßt. Im scharfeingestellten Zustand lassen sich die vertikalen Positionen des Tisches sequentiell zu diskreten Zeitpunkten messen. Obschon der Zustand des auf das Projektionsobjektiv auftreffenden Lichts auf der Grundlage des Tastverhältnisses des Verschlusses berechnet wird, kann man auch den geöffneten oder geschlossenen Zustand des Verschlusses für jeweils ein Zeitintervall (von z. B. einer Millisekunde) erfassen, das kürzer als die Öffnungs/Schließ-Zeit (von z. B. 50 msec) des Verschlusses ist, um dadurch den Vorhersagewert durch schnelle Verarbeitung wie im Fall von Fig. 3 zu erhalten.

Wenn die Korrektursteuerung wie z. B. die Luftdrucksteuerung oder die Brennpunktsteuerung, auf der Grundlage des neuen Vorhersagewerts (falsch) während Messungen erfolgt, nachdem das System erneut gespeist wird, entsprechen die Meßwerte den Korrekturwerten für die genauen Vorhersagewerte. Daher lassen sich die arithmetischen Operationen vereinfachen.

Claims

1. Projektionsbelichtungs-Vorrichtung, gekennzeichnet durch:
- eine Projektionsoptik (5) mit vorbestimmten Abbildungseigenschaften,
- eine Einrichtung zum Leiten von Licht durch ein Objekt (R) auf die Optik (5), um auf einem Werkstück (W) ein Abbild des Objektes zu erzeugen,
- eine Vorhersageeinrichtung (30) zum Vorhersagen von Änderungen der Abbildungseigenschaften der Optik nach Maßgabe eines Zustands des auf die Optik auftreffenden Lichts und zum Erzeugen von Vorhersageinformation, die Änderungen der Abbildungseigenschaften entspricht,
- eine Einrichtung (20) zum Einstellen eines Zustands des Abbilds des Objekts (R) auf dem Werkstück (W) auf der Grundlage der Vorhersageinformation, und
- eine Rückstelleinrichtung (37) zum Erzeugen neuer Vorhersageinformation, wenn die Vorhersageinformation verlorengegangen ist, wozu die Rückstelleinrichtung eine Detektoreinrichtung (8) aufweist zum zeitseriellen Messen der Abbildungseigenschaften, um Daten zu erzeugen, die die Änderungen der Abbildungseigenschaften repräsentieren, wobei die neue Vorhersageinformation auf der Grundlage der von der Detektoreinrichtung kommenden Daten erzeugt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Einstelleinrichtung (20) die Projektionsoptik (5) so steuert, daß die Abbildungseigenschaften eingestellt werden.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Abbildungseigenschaften repräsentiert werden durch eine Vergrößerung der Projektionsoptik (5).

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionsoptik (5) mehrere Linsenelemente umfaßt, und daß mindestens ein Raum (5 a) zwischen den Linsenelementen vorhanden ist, wobei die Einstelleinrichtung (20) Mittel enthält zum Steuern des Drucks innerhalb des Raums (5 a).

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhersageeinrichtung die Vorhersageinformation für jeweils eine vorbestimmte Zeiteinheit erzeugt.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorhersageeinrichtung die Vorhersageinformation auf der Grundlage eines Tastverhältnisses innerhalb der Zeiteinheit erzeugt, wobei das Tastverhältnis bestimmt wird durch das auf die Projektionsoptik (5) einfallende Beleuchtungs-Licht.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung (8) Mittel enthält zum mehrmaligen Messen eines Intervalls zwischen Abbildern (P 1, P 2) mehrerer Punkte (RM 1, RM 2) des Objekts (R) in Zeitintervallen, wobei die Abbilder durch die Projektionsoptik (5) gebildet werden.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Rückstelleinrichtung neue Vorhersageinformation auf der Grundlage von Daten erzeugt, die von der Detektoreinrichtung erzeugt werden, sowie auf der Grundlage der Menge von Beleuchtungs-Licht, die auf die Projektionsoptik (5) auftrifft.