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Die
vorliegende Erfindung betrifft ein ausbalanciertes Positioniersystem.
Insbesondere betrifft die Erfindung derartige Systeme in lithographischen
Projektionsvorrichtungen, mit:
- – einem
Strahlungssystem zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls aus
Strahlung;
- – einem
ersten Objekttisch zum Halten einer Maske;
- – einem
zweiten Objekttisch zum Halten eines Substrats; und
- – einem
Projektionssystem zum Abbilden eines bestrahlten Bereiches der Maske
auf einen Zielabschnitt des Substrats.
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Der
Einfachheit halber kann das Projektionssystem im Folgenden als „Linse" bezeichnet werden;
jedoch sollte dieser Begriff so weit interpretiert werden, dass
er verschiedene Arten von Projektionssystemen umfasst, die beispielsweise
lichtbrechende Optiken, reflektierende Optiken, katadioptrische
Systeme und Ladungsträgeroptiken
umfassen. Das Strahlungssystem kann auch Komponenten umfassen, die
gemäß jeder dieser
Konstruktionstypen zum Leiten, Formen oder Steuern des Projektionsstrahls
aus Strahlung arbeiten, und derartige Komponenten können nachstehend
auch zusammen oder einzeln als eine „Linse" bezeichnet werden. Darüber hinaus
können
der erste und der zweite Objekttisch jeweils als „Maskentisch" und als „Substrattisch" bezeichnet werden.
Ferner kann die lithographische Vorrichtung derart sein, dass sie
zwei oder mehr Substrattische und/oder zwei oder mehr Maskentische
aufweist. Bei derartigen „mehrstufigen" Geräten können die
zusätzlichen
Tische parallel verwendet werden, bzw. es können an einem oder an mehreren
Tischen vorbereitende Schritte durchgeführt werden, während ein
oder mehrere weitere Tische für
Belichtungen verwendet werden. Zweistufige lithographische Vorrichtungen
sind zum Beispiel in den internationalen Patentanmeldungen WO 98/28665
und WO 98/40791 beschrieben.
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Lithographische
Projektionsvorrichtungen können
beispielsweise für
die Herstellung von integrierten Schaltungen (ICs) verwendet werden.
In so einem Fall kann die Maske (Retikel) ein Schaltungsmuster entsprechend
einer einzelnen Schicht der in tegrierten Schaltung erzeugen und
dieses Muster kann auf einen Zielabschnitt (der z.B. einen oder
mehrere Dies enthält)
auf ein Substrat (Silizium-Wafer), das mit einer Schicht aus photosensitivem
Material (Resist) überzogen
worden ist, abgebildet werden. Im allgemeinen enthält ein einzelner
Wafer ein ganzes Netzwerk benachbarter Zielabschnitte, die sukzessive
einer nach dem anderen durch das Projektionssystem bestrahlt werden.
Bei einer Art von lithographischer Projektionsvorrichtung wird jeder Zielabschnitt
bestrahlt, indem das gesamte Maskenmuster in einem Schritt auf den
Zielabschnitt aufgebracht wird; eine derartige Vorrichtung wird
im allgemeinen als Wafer-Stepper bezeichnet. Bei einer alternativen
Vorrichtung – die
im allgemeinen als Step-and-Scan-Vorrichtung bezeichnet wird – wird jeder
Zielabschnitt bestrahlt, indem das Maskenmuster unter dem Projektionsstrahl
in einer vorbestimmten Referenzrichtung (der „abtastenden" Richtung) fortschreitend
abgetastet wird, während
der Substrattisch parallel oder antiparallel zu dieser Richtung
synchron abgetastet wird; da das Projektionssystem im allgemeinen
einen Vergrößerungsfaktor
M (im allgemeinen < 1)
aufweist, ist die Geschwindigkeit V, bei welcher der Substrattisch
abgetastet wird, um einen Faktor M mal so groß wie diejenige, bei welcher
der Maskentisch abgetastet wird. Weitere Informationen hinsichtlich
lithographischer Vorrichtungen, wie sie hier beschrieben sind, können der
internationalen Patentanmeldung WO 97/33205 entnommen werden.
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In
einer lithographischen Vorrichtung sind Reaktionen am Maschinenrahmen
auf Beschleunigungskräfte,
die zur genauen Positionierung der Maske (Retikel) und des Substrats
(Wafer) im Nanometerbereich verwendet werden, eine Hauptursache
für Vibrationen,
wodurch die Genauigkeit der Vorrichtung beeinträchtigt wird. Um die Einwirkungen
von Vibrationen auf ein Minimum reduzieren zu können, ist es möglich, einen
isolierten Metrologierahmen vorzusehen, an dem alle Positionserfassungsvorrichtungen
montiert sind und alle Reaktionskräfte zu einem sogenannten Kraft-
bzw. Reaktionsrahmen geleitet werden, der von der übrigen Vorrichtung
getrennt ist.
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Die
US 5,208,497 beschreibt
ein System, bei dem die Reaktion der Antriebskraft zu einer Ausgleichsmasse
geleitet wird, die gewöhnlich
schwerer ist als die getriebene Masse und die frei relativ zur übrigen Vorrichtung
verschoben werden kann. Die Reaktionskraft wird zur Beschleunigung
der Ausgleichsmasse verwendet und hat einen unwesentlichen Einfluss
auf die übrige
Vorrichtung. Das in der
US 5,208,497 offenbarte
Konzept ist jedoch nur für
Reaktionskräfte
in einer Richtung wirksam und kann nicht ohne Weiteres auf Systeme mit
mehreren Freiheitsgraden ausgedehnt werden. Ausgleichsmassen, die
in drei Freiheitsgraden in einer Ebene bewegt werden können, sind
in den (oben erwähnten)
WO 98/40791 und WO 98/28665 beschrieben.
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Die
EP-A-0,557,100 beschreibt ein System, das sich auf den aktiven Antrieb
von zwei Massen in entgegengesetzte Richtungen stützt, so
dass die Reaktionskräfte
gleich und entgegengesetzt sind und sich somit ausgleichen. Das
beschriebene System arbeitet in zwei Dimensionen, die aktive Positionierung
der Ausgleichsmasse erfordert jedoch ein zweites Positioniersystem
gleicher Qualität
und gleichen Leistungsvermögens
zu dem, welches das Hauptobjekt antreibt.
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Keines
der vorgenannten Systeme ist in gegenläufigen Giermomenten besonders
effektiv, die durch Anpassungen der Drehposition der getriebenen
Masse oder aufgrund von Fehlausrichtung zwischen der Funktionslinie
von Kräften,
die auf den getriebenen Körper
und seinen Massenschwerpunkt wirken, induziert sein können.
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Die
US 5,815,246 offenbart ein
Positioniersystem, bei dem sich eine erste Ausgleichsmasse in einer XY-Ebene
frei bewegen kann, d.h. sich in X und Y verschieben und um Achsen
drehen kann, die parallel zur Z-Richtung verlaufen. Zur Steuerung
der Drehung der ersten Ausgleichsmasse wird ein Schwungrad, das
eine zweite Ausgleichsmasse bildet, durch einen Drehmotor getrieben,
der an der ersten Ausgleichsmasse befestigt ist, um ein gegenläufiges Drehmoment
auszuüben.
Die Steuerung der Drehung der ersten Ausgleichsmasse erfordert daher
eine akkurate Steuerung der Rotation des Schwungrades. Jegliche
Verzögerung
dieser Steuerung bzw. Unwucht des Schwungrades erzeugt Vibrationen.
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Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, ein verbessertes ausbalanciertes
Positioniersystem für
gegenläufige
Giermomente in der getriebenen Masse und vorzugsweise auch einen
Kraftausgleich in wenigstens zwei verschobenen Freiheitsgraden zu
schaffen. Die Erfindung ist durch die Ansprüche definiert.
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Durch
Bereitstellen von zwei Ausgleichsmassen, die in wenigstens eine
Richtung verschieben können, kann
das Drehmoment, das für
den Antrieb des Objekttisches zur Einstellung seiner Drehposition
oder für
den Ausgleich von Drehmomenten, die durch weitere Antriebskräfte induziert
sind, erforderlich ist, als die Summe von zwei linear wirkenden
Kräften
bereitgestellt werden, die zwischen dem Objekttisch und den beiden
Ausgleichsmassen wirken. Die auf die beiden Ausgleichsmassen wirkenden
Reaktionskräfte
bewirken eine lineare Bewegung, was leicht zu ermöglichen
ist. In anderen Worten: die Reaktion auf ein auf den angetriebenen
Objekttisch ausgeübtes
Drehmoment wird in Verschiebungen der beiden Ausgleichsmassen umgewandelt
und es tritt keine Drehbewegung der Ausgleichsmasse auf. Selbstverständlich können, wenn
eine Drehbewegung des Objekttisches mit einer linearen Bewegung
kombiniert ist, die auf jede der Ausgleichsmassen einwirkenden Nettokräfte in gleicher
Richtung verlaufen, obwohl sie eine unterschiedliche Größenordnung
aufweisen.
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Bei
einem Herstellungsprozess, bei dem eine erfindungsgemäße lithographische
Projektionsvorrichtung eingesetzt wird, wird ein Muster in einer
Maske auf ein Substrat abgebildet, das zumindest teilweise von einer
Schicht aus energieempfindlichem Material (Resist) bedeckt ist.
Vor diesem Abbildungsschritt kann das Substrat mehreren Verfahrensschritten
unterzogen werden, wie z.B. Grundieren, Schutzlackbeschichtung und ein
Softbake. Nach der Belichtung kann das Substrat weiteren Verfahrensschritten
ausgesetzt werden, wie z.B. Post-Exposurebake (PEB), Entwicklung,
Hardbake und Messen/Inspizieren der abgebildeten Strukturen. Diese
Folge von Verfahrensschritten wird als Basis verwendet, um eine
individuelle Schicht eines Bauelements, z.B. einer integrierten
Schaltung, mit einem Muster zu versehen. Eine derart gemusterte
Schicht kann dann mehreren Verfahrensschritten wie z.B. Ätzen, Ionenimplantation
(Doping), Metallisierung, Oxydation, chemo-mechanisches Polie ren
etc. ausgesetzt werden, die alle dazu dienen, eine individuelle
Schicht fertig zu stellen. Sind mehrere Schichten erforderlich,
muss die gesamte Prozedur, oder eine Variante davon, für jede neue
Schicht wiederholt werden. Schließlich befindet sich eine Gruppe
von Bauelementen auf dem Substrat (Wafer). Diese Elemente werden
dann durch ein Verfahren wie z.B. Teilen (Dicing) oder Sägen voneinander getrennt,
wonach die einzelnen Elemente auf einen Träger montiert, an Pins angeschlossen
werden können, etc..
Weitere Informationen hinsichtlich derartiger Verfahrensschritte
können
zum Beispiel dem Buch „Microchip
Fabrication: A Practical Guide to Semiconductor Processing", 3. Ausgabe, von
Peter van Zant, McGraw Hill Publishing Co., 1997, ISBN 0-07-067250-4
entnommen werden.
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Obwohl
in diesem Text speziell auf die Verwendung der erfindungsgemäßen Vorrichtung
bei der Herstellung von integrierten Schaltungen hingewiesen werden
kann, sollte klar sein, dass eine derartige Vorrichtung viele weitere
Anwendungsmöglichkeiten
hat. Sie kann zum Beispiel bei der Herstellung von integrierten optischen
Systemen, Leit- und Erfassungsmustern für Magnetblasenspeicher, Flüssigkristall-Anzeigetafeln, Dünnschicht-Magnetköpfen und
dergleichen verwendet werden. Der Fachmann wird erkennen, dass im
Kontext mit derartigen alternativen Anwendungsmöglichkeiten jede Benutzung
der Begriffe „Retikel", „Wafer" oder „Die" in diesem Text jeweils
durch die allgemeineren Begriffe „Maske", „Substrat" und „Zielabschnitt" ersetzt worden sind.
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Im
vorliegenden Dokument werden die Begriffe „Strahlung" und „Strahl" verwendet, um alle Arten elektromagnetischer
Strahlung bzw. Teilchenfluss mit einzuschließen, einschließlich, jedoch
nicht begrenzt auf ultraviolette Strahlung (z.B. mit einer Wellenlänge von
365 nm, 248 nm, 193 nm, 157 nm bzw. 126 nm), EUV, Röntgenstrahlen,
Elektronen und Ionen.
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Im
Folgenden werden Ausführungsformen
der vorliegenden Erfindung mit Bezug auf ein Kartesisches Koordinatensystem
beschrieben, dessen Achsen mit X, Y und Z bezeichnet sind und in
dem die XY-Ebene parallel zu den nominellen Substrat- und Retikelflächen verläuft. Die
Notation Ri wird für
die Bezeichnung der Rotation um eine Achse parallel zur I-Richtung
verwendet.
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Die
vorliegende Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf beispielhafte
Ausführungsformen
und die beigefügten
schematischen Zeichnungen beschrieben, wobei:
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1 eine
lithographische Projektionsvorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform
der Erfindung zeigt;
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2 eine
Draufsicht auf die Retikelstufe der Vorrichtung von 1 ist;
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3 eine
Endansicht der Retikelstufe der Vorrichtung von 1 ist;
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4 ein
Diagramm eines Servo-Steuermechanismus ist, der in der ersten Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung verwendet wird;
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5 eine
Draufsicht auf die Retikelstufe einer zweiten Ausführungsform
der Efindung ist;
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6 eine
Endansicht der Retikelstufe der zweiten Ausführungsform der Erfindung ist;
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7 eine
Draufsicht auf die Retikelstufe einer dritten Ausführungsform
der Erfindung ist;
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8 eine
Endansicht der Retikelstufe der dritten Ausführungsform der Erfindung ist;
und
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9 und 9A ein
Beispiel einer Kabelführung
zeigen, die nicht Teil der Erfindung ist, die in Ausführungsformen
der Erfindung verwendet werden kann.
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In
den Zeichnungen bezeichnen gleiche Bezugsziffern gleiche Teile.
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Ausführungsform 1
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1 ist
eine schematische Darstellung einer erfindungsgemäßen lithographischen
Projektionsvorrichtung. Die Vorrichtung umfasst:
- – ein Strahlungssystem
LA, IL zur Bereitstellung eines Projektionsstrahls PB aus Strahlung
(z.B. UV oder EUV-Strahlung, Röntgenstrahlen,
Elektronen oder Ionen);
- – einen
ersten Objekttisch (Maskentisch) MT zum Halten einer Maske MA (z.B.
ein Retikel), der mit ersten Positioniereinrichtungen zur genauen
Positionierung der Maske bezüglich
Gegenstand PL verbunden ist;
- – einen
zweiten Objekttisch (Substrattisch) WZ zum Halten eines Substrats
(z.B. ein mit einer Schutzschicht überzogener Silizium-Wafer),
der mit zweiten Positioniereinrichtungen zur genauen Positionierung
des Substrats bezüglich
Gegenstand PL verbunden ist;
- – ein
Projektionssystem („Linse") PL (z.B. ein strahlenbrechendes
oder katadioptrisches System, ein Spiegelfeld oder eine Gruppe von
Bildablenkungseinrichtungen) zum Abbilden eines bestrahlten Bereichs
der Maske MA auf einen Zielabschnitt C (der aus einem oder mehreren
Dies besteht) auf das Substrat W.
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Wie
hier gezeigt, ist die Vorrichtung lichtdurchlässiger Art (d.h. sie weist
eine durchlässige
Maske auf). Im allgemeinen kann sie jedoch zum Beispiel auch reflektierender
Art sein.
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Das
Strahlungssystem umfasst eine Quelle LA (z.B. eine Halogenlampe,
ein Excimer-Laser,
ein Undulator, der um den Weg eines Elektronenstrahls in einem Speicherring
oder Synchrotron angeordnet ist, oder eine Elektronen- oder Ionenstrahlquelle),
die einen Strahl aus Strahlung erzeugt. Dieser Strahl wird durch
mehrere optische Komponenten, die im Beleuchtungssystem IL enthalten
sind, – z.B.
strahlformende Optik Ex, einen Integrator IN und einen Kondensor
CO – geführt, so
dass der daraus resultierende Strahl PB in seinem Querschnitt eine
gewünschte
Form und Intensitätsverteilung
aufweist.
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Danach
tritt der Strahl PB in die Maske MA ein, die in einem Maskenhalter
auf einem Maskentisch MT gehalten wird. Nachdem er die Maske MA
durchquert hat, läuft
der Strahl PB durch die Linse PL, die den Strahl PB auf einen Zielabschnitt
C des Substrats W fokussiert. Mit Hilfe des interferometrischen
Verschiebungsmesssystems IF kann der Substrattisch WT genau bewegt
werden, zum Beispiel um unterschiedliche Zielabschnitte C im Weg
des Strahls PB zu positionieren. Auf gleiche Weise kann die erste
Antriebseinrichtung verwendet werden, um die Maske MA im Hinblick
auf den Weg des Strahls PB genau zu positionieren, zum Beispiel
nachdem die Maske MA mechanisch von einer Maskenbibliothek geholt
worden ist. Im allgemeinen wird die Bewegung der Objekttische MT,
WT mit Hilfe eines langhubigen Moduls (Grobpositionierung) und eines kurzhubigen
Moduls (Feinpositionierung) durchgeführt, die in 1 nicht
explizit dargestellt sind.
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Die
gezeigte Vorrichtung kann auf zwei unterschiedliche Arten eingesetzt
werden:
- 1) Im Step-Modus wird der Maskentisch
MT im wesentlichen stationär
gehalten, und ein ganzes Maskenbild wird in einem Schritt (d.h.
einem einzelnen „Flash") auf einen Zielabschnitt
C projiziert. Der Substrattisch WT wird dann in x- und/oder y-Richtung
verschoben, so dass ein anderer Zielabschnitt C durch den Strahl PB
bestrahlt werden kann.
- 2) Im Scan-Modus geschieht im wesentlichen das Gleiche, mit
der Ausnahme, dass ein bestimmter Zielabschnitt C nicht in einem
einzigen „Flash" belichtet wird.
Stattdessen ist der Maskentisch MT in einer vorgegebenen Richtung
(der sogenannten „Abtastrichtung", z.B.. der Y-Richtung)
mit einer Geschwindigkeit v bewegbar, um zu veranlassen, dass der
Projektionsstrahl PB ein Maskenbild abtastet; gleichzeitig wird
der Substrattisch WT simultan in die gleiche oder entgegengesetzte
Richtung mit einer Geschwindigkeit V = Mv bewegt, wobei M die Vergrößerung der
Linse PL ist (gewöhnlich
ist M = 1/4 oder 1/5). Auf diese Weise kann ein relativ großer Zielabschnitt
C belichtet werden, ohne dass hinsichtlich der Auflösung Kompromisse
eingegangen werden müssen.
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Die 2 und 3 zeigen
die Retikel-(Masken-)Stufe der ersten Ausführungsform der Erfindung genauer.
Die (in 2 nicht dargestellten) Maske
MA, deren Muster auf den Wafer abgebildet werden soll, wird auf
dem Maskentisch gehalten. Um den Scan-Modus der Vorrichtung durchzuführen, muss
die Maske genau über
einen relativ großen
Bewegungsbereich (Hub) in der Y-Richtung, jedoch nur über wesentlich
kleinere Bewegungsbereiche in den anderen Freiheitsgraden positioniert
werden. Dieser große
Hub in Y-Richtung sowie ein eingeschränkterer Hubbereich in X-Richtung und eine
gewisse Rz-Bewegung erfolgt durch das vorstehend beschriebene langhubige
Modul (Grobpositionierung). Eine Feinpositionierung in allen sechs
Freiheitsgraden erfolgt durch kurzhubige Positionsstellglieder,
die im Maskentisch enthalten sind.
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Der
in den 2 und 3 dargestellte Maskentisch MT
ist für
die Verwendung mit durchlässigen Masken
gedacht, was bedeutet, dass der Raum darunter und darüber frei
bleiben muss. Folglich wird der Maskentisch MT von zwei an jeder
Seite eines sich in Y-Richtung erstreckenden freien Raumes angeordneten
Ausgleichsmassen 20, 30 gehalten. Bei der vorliegenden
Ausführungsform
sind zu diesem Zweck drei Strahlen 11, 12, 13,
die quer vom Masketisch MT verlaufen, vorgesehen, die Strahlen können jedoch
alternativ integral mit dem Körper
des Maskentisches MT ausgebildet sein oder der Maskentisch selbst
kann sich über
die Ausgleichsmassen 20, 30 hinaus erstrecken.
Die Ausgleichsmassen 20, 30 weisen parallele ebene
Oberflächen auf,
gegen die an den Enden der Strahlen 11, 12, 13 vorgesehene
Tischlager 14, 15, 16 zum Halten des
Maskentisches wirken. Die Tischlager 14, 15, 16 erlauben
es dem Maskentisch MT, sich in der XY-Ebene relativ zu den Ausgleichsmassen 20, 30 im
wesentlichen reibungsfrei zu bewegen. Die Tischlager 14, 15, 16 können zum
Beispiel Gaslager sein. Z-Richtungsstellglieder können zur
Grobpositionierung in Z, Rx und Ry in diesen Lagern ebenfalls enthalten
sein.
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Die
Ausgleichsmassen 20, 30 werden durch im wesentlichen
reibungsfreie Z-Lager 21, 22, 23, 31, 32, 33 auf
parallelen Schienen 40, 50 gehalten, die in Y-Richtung
verlaufen und Teil des Hauptmaschinenrahmens bzw. der Grundplatte
BP sein oder damit verbunden sein. Die Schienen 40, 50 weisen
im wesentlichen flache horizontale Oberflächen 41, 51 auf,
gegen die Z-Lager 21, 22, 23, 31, 32, 33 so
wirken, dass sich die Ausgleichsmassen 20, 30 in
Y-Richtung über
einen relativ großen
Bewegungsbereich frei bewegen können.
Die Z-Lager 21, 22, 23, 31, 32, 33 können nachgiebig
sein, d.h. weisen eine geringe Steifigkeit in der Z-Richtung auf,
so dass sich die Ausgleichsmassen 20, 30 auch
in Z-Richtung im Wesentlichen frei bewegen können, wenn auch über einen
wesentlich kleineren Bewegungsbereich. Eine freie Bewegung der Ausgleichsmassen in
X-Richtung kann gleichermaßen
durch nachgiebige X-Lager 24, 25, 34, 35 geschaffen
werden, die gegen im wesentlichen plane vertikale Wände 42, 52 der
Schienen 40, 50 wirken. Die X-Lager 24, 25, 34, 35 können vorbelastete
Lager oder Gegensegmentlager sein, um in beide Richtungen Kräfte ausüben zu können. Die Z-Lager 21, 22, 23, 31, 32, 33 und
die X-Lager 24, 25, 34, 35 können zum
Beispiel Gaslager sein. Die Ausgleichsmassen 20, 30 können sich
somit in allen drei Verschiebungsfreiheitsgraden frei bewegen und
so einen Ausgleich für
den Maskentisch in diese Richtungen schaffen. Ein Drehausgleich
in Rx und Ry ist gegeben, weil die Z-Lager 21, 22, 23, 31, 32, 33 unabhängig bewegt
werden können
und beabstandet sind. Ein Ausgleich für Ry-Bewegungen ist gegeben,
indem die beiden Ausgleichsmassen 20, 30 wie vorstehend
erörtert
unterschiedlich angetrieben werden.
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Wenn
die Bewegungsbereiche des Maskentisches in den anderen Freiheitsgraden
als der Y-Verschiebung klein sind, wie es bei der vorliegenden Ausführungsform
der Fall ist, kann die erforderliche Bewegungsfreiheit der Ausgleichsmassen
auch durch Blattfederanordnungen, nachgiebige Lager bzw. andere
steife Lager zusammen mit einem Schwerkraftkompensator erfolgen.
Es ist ebenfalls möglich,
dass Reaktionskräfte
in einige oder alle der anderen Freiheitsgrade nur zu einer der
Ausgleichsmassen verschoben werden, so dass nur diese Ausgleichsmasse
mit gesteuerter Nachgiebigkeit in den relevanten Freiheitsgraden
gehalten zu werden braucht.
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Die
Steifheit der Lager oder Halterungen in den anderen Freiheitsgraden
und die Masse der Ausgleichsmasse(n) bilden ein Massenfedersystem,
das als Tiefpassfilter wirkt, d.h. es werden nur niederfrequente
Kräfte
zum Maschinenrahmen übertragen.
Es kann eine erhebliche Dämpfung
der Reaktionskräfte
erzielt werden, wenn die natürliche
Frequenz dieses Massenfedersystems erheblich, zum Beispiel 5 bis
50 mal, niedriger ist als die Grundfrequenz der Betätigungskräfte.
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Wie
später
noch beschrieben, wird der Maskentisch MT durch Stellglieder angetrieben,
die gegen die Ausgleichsmassen 20, 30 so wirken,
dass sie in entgegengesetzter Richtung zum Maskentisch MT beschleunigen.
Die Größenordnungen
der Beschleunigungen der Ausgleichsmassen und des Maskentisches
MT sind proportional zu ihren Massen und daher müssen sich die Bewegungsbereiche
der Ausgleichsmassen und des Maskentisches in die verschiedenen
Richtungen im Verhältnis
ihrer Massen befinden. Um die Bewegungsbereiche, die für die Ausgleichsmassen 20, 30 vorgesehen
sein müssen,
damit die gewünschten
Bewegungsbereiche für
den Maskentisch MT bereitstellt werden können, zu reduzieren, sind die
Ausgleichsmassen 20, 30 relativ massiv hergestellt,
z.B. ist jede 2 bis 10 mal so massiv wie der Maskentisch MT. Die
Massezentren der Ausgleichsmassen 20, 30 und des
Maskentisches MT befinden sich vorzugsweise so dicht wie möglich in
der Z-Richtung, z.B. erheblich unter 100 mm, um Kipp- oder Rollmomente
auf ein Minimum reduzieren zu können.
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Bei
der vorliegenden Ausführungsform
wird der Maskentisch MT in der Y-Richtung durch einen Y1-Antrieb 18,
der zwischen ihm und der Ausgleichsmasse 20 wirkt, und
durch einen Y2-Antrieb 17, der zwischen ihm und der Ausgleichsmasse 30 wirkt,
angetrieben. Die Y1- und Y2-Antriebe 17, 18 können zum
Beispiel lineare Motoren mit einem am Maskentisch MT befestigten
Anker und einen an der jeweiligen Ausgleichsmasse befestigten länglichen
Stator umfassen. Der Yi-Antrieb übt
bei Betrieb eine Kraft Fyi auf den Maskentisch
MT und eine gleiche und entgegengesetzte Reaktionskraft Ryi auf die jeweilige Ausgleichsmasse aus.
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Die
Positionierung in X-Richtung erfolgt durch ein einzelnes X-Stellglied 19,
das gegen die Ausgleichsmasse 30 wirkt. Das X-Stellglied 19 kann
auch ein linearer Motor sein, dessen Anker am Maskentisch und dessen
Stator an der Ausgleichsmasse befestigt ist oder kann ein länglicher
Schwingspulenmotor sein, der in der Y-Richtung frei verschoben werden
kann, oder ein zylindrischer Schwingspulenmotor, der mit einem Luftlager verbunden
ist, das gegen eine Fläche
parallel zur Y-Z-Ebene trägt.
Um einen Antrieb des Maskentisches in X-Richtung zu ermöglichen,
ungeachtet der relativen Y-Position des Maskentisches MT und der
Ausgleichsmasse 30, wenn das X-Stellglied ein linearer Motor ist, muss
sich der Stator über
den gesamten miteinander verbundenen Bewegungsbereich der Ausgleichsmasse
und des Maskentisches in Y-Richtung
erstrecken. Die Wirklinie des X-Stellgliedes 19 ist vorzugsweise
so angeordnet, dass sie durch wenigstens die Y-Position des Schwerpunktes
CGMT des Maskentisches MT verläuft, um
so die Erzeugung von Rz-Momenten auf ein Minimum zu reduzieren.
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Aus
dem Newtonschen Gesetz folgt, dass dann, wenn keine Drehbewegung
des Maskentisches gegeben ist, die Verschiebungen Δy
b1, Δy
b2 und Δy
MT der Ausgleichsmassen
20,
30 und
des Maskentisches MT folgenden Bedingungen entsprechen:
wobei:
I
1 und I
2 jeweils
die Abstände
in X-Richtung zwischen den Schwerpunkten CG
B1,
CG
B2 der Ausgleichsmassen
20,
30 und
dem Schwerpunkt CG
MT des Maskentisches MT
sind; und
m
b1, m
b2 und
m
MT die Massen der Ausgleichsmassen
20,
30 und
des Maskentisches MT sind.
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Wenn
m
b1 = m
b2 = m
b und I
1 = I
2, dann kann Gleichung 1 reduziert sein auf:
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Um
eine Gierbewegung (Rz) der Maskenstufe zu bewirken, während die
Reaktionskräfte
immer noch im Ausgleichsmassensystem enthalten sind, werden die
durch die Y1- und Y2-Antriebe
17,
18 angelegten Kräfte gesteuert,
um die d'Alembertschen
Kräfte
nutzen zu können,
indem die Ausgleichsmassen in entgegengesetzte Richtungen bewegt
werden. Zu beachten ist, dass dann, wenn die Gierbewegung zur gleichen
Zeit erfolgt wie die Y-Bewegung, die Ausgleichsmassen sich in die
gleiche Richtung, jedoch in unterschiedlichen Größen, bewegen können, folglich
ist die Bewegung in entgegengesetzte Richtungen eher relativ als
absolut. Für
eine Bewegung des Maskengestells entgegen dem Uhrzeiger um einen
Winkel θ
MT sind die erforderlichen Relativbewegungen
der Ausgleichsmassen gegeben durch:
wobei
J
MT der Trägheitsmoment des Maskentisches
MT ist.
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Festzustellen
ist, dass es bei der vorliegenden Erfindung weder erforderlich ist,
dass die Massen der ersten und zweiten Ausgleichsmasse gleich sind,
noch dass sie im gleichen Abstand um den Schwerpunkt des Maskentisches
angeordnet sind.
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Bei
einem perfekten, geschlossenen System sind der kombinierte Schwerpunkt
des Maskentisches MT und der Ausgleichsmassen 20, 30 stationär, es ist
jedoch vorzuziehen, ein negatives Feedback-Servosystem vorzusehen,
um sich anhäufende
Langzeitverschiebungen (Drift) der Ausgleichsmassen zu korrigieren, die
aus folgenden Faktoren entstehen können: Verkabelung zu Maskentisch
und Antrieben, Fehlausrichtung der Antriebe, geringe Reibung in
den Lagern, keine perfekte Horizontale der Vorrichtung, etc. Als
Alternative zum nachstehend beschriebenen aktiven Drift-Steuersystem kann
ein passives System verwendet werden, das z.B. auf Federn mit geringer
Steifheit basiert.
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4 zeigt
den Steuerkreis des Servosystems 130. Die Y- und Rz-Einstellpunkte
der Ausgleichsmassen bezüglich
des Maschinenrahmens werden dem positiven Eingang des Subtraktors 131 zugeführt, dessen Ausgang
zur Servo-Steuerung 132 weitergeleitet wird. Ein Feedback
zum negativen Eingang des Subtraktors 131 wird durch ein
oder mehrere Messsysteme 134 mit mehreren Freiheitsgraden
bereitgestellt, das die Positionen der Ausgleichsmassen und der
getriebenen Masse (Maskentisch) misst. Die Servo-Steuerung steuert ein
Stellgliedsystem 133 mit zwei Freiheitsgraden, das die
erforderlichen Korrekturen an die Ausgleichsmassen 20, 30 anlegt.
Die Positionen beider Ausgleichsmassen und der getriebenen Masse
können
relativ zu einem festen Referenzrahmen gemessen werden. Alternativ
kann eine Position, z.B. die der Ausgleichsmassen, relativ zum Referenzrahmen
und die Position der getriebenen Masse relativ zu den Ausgleichsmassen
gemessen werden. Im letzteren Fall können die relativen Positionsdaten
entweder mittels Software oder Hardware in absolute Positionsdaten
transformiert werden. Insbesondere in Y-Richtung kann die Positionsmessung
durch einen linearen Encoder mit einer hohen Toleranz auf verbleibende
Relativbewegungen in den anderen Freiheitsgraden erfolgen, wie jene,
wie sie beispielsweise im US-Patent 5,646,730 beschrieben sind.
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Die
Einstellpunkte des Servo-Systems 130 sind festgelegt, um
sicherstellen zu können,
dass der kombinierte Schwerpunkt des Maskentisches MT und der Ausgleichsmassen 20, 30 in
der X-, Y-, Rz-Ebene unverändert
bleibt. Dadurch wird folgende Bedingung definiert: mMT·ūMT(t) + mb1·ūb1(t) + mb2·ūb2(t)
= mMT·ūMT(0) + mb1·ūb1(0) + mb2·ūb2(0) (4)wobei ū, (t) die
Vektorstelle der Masse i in der X-Y-Ebene bei der Zeit t relativ
zu einem fixen Referenzpunkt ist. Das Fehlersignal zwischen den
berechneten (unter Verwendung der Gleichung (4)) und den gemessenen Positionen
wird dem Betätigungssystem 133 bereitgestellt,
das entsprechende Korrekturkräfte
an die Ausgleichsmassen 20, 30 anlegt. Der Modus
niedrigster Resonanz des Ausgleichsrahmens und/oder der Maschinenbasis
ist vorzugsweise um wenigstens einen Faktor fünf höher als die Servo-Bandbreite
des Drift-Steuersystems.
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Das
vorstehend beschriebene Servo-System kann nur dann in Y-Richtung
verwendet werden, wenn die Drift-Steuerung in den anderen Freiheitsgraden
durch die geringe Steifheit der Halterungen für die Ausgleichsmassen in jenen
Freiheitsgraden durchgeführt
wird.
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Ausführungsform 2
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Eine
zweite Ausführungsform
der Erfindung ist in den 5 und 6 dargestellt
und ist im wesentlichen der ersten Ausführungsform gleich, mit Ausnahme
des nachstehend genannten.
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Die
zweite Ausführungsform
ist insbesondere auf eine lithographische Vorrichtung anwendbar,
die Spiegelmasken verwendet, so dass der Raum unter dem Maskentisch
MT nicht freigehalten zu werden braucht. Diese Tatsache erbringt
den Vorteil, dass der Maskentisch MT über eine dritte Ausgleichsmasse 60 gehalten
wird. Diese Ausgleichsmasse 60 weist eine plane, horizontale
Oberfläche
auf, über
die der Maskentisch MT, unterstützt
von Lagern 71, 72, 73 geführt wird.
Diese Lager können
zum Beispiel Gaslager sein. Die dritte Ausgleichsmasse 60 wiederum
wird über
den Maschinenbasisrahmen mittels nachgiebiger Lager 61, 62, 63 geführt, die
Federn mit geringer Steifheit aufweisen können. Die dritte Ausgleichsmasse 60 bewegt
sich nicht in der X-Y-Ebene, so dass sie alternativ durch Blattfedern
oder Gaszylinder ohne tatsächliche
Lager gestützt
werden können.
Wie dargestellt, verwendet die zweite Ausführungsform zylindrische Schwingspulen 74, 75 zusammen
mit X-Lagern 76, 77, die gegen die Seite der zweiten
Ausgleichsmassen 30 für
eine Betätigung in
X-Richtung wirken.
Die X-Lager 76, 77 können gegenläufige Segmentlager oder vorbelastet
sind, so dass in beide Richtungen Kräfte ausgeübt werden können.
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Ausführungsform 3
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Bei
einer dritten Ausführungsform,
die in den 7 und 8 dargestellt
ist und die der ersten Ausführungsform
gleich ist, mit Ausnahme des nachstehend genannten, positioniert
das langhubige Modul einen kurzen Hubrahmen 80 nur in Y
und Rz. Der Maskentisch MT wird relativ zum kurzhubigen Rahmen 80 angetrieben,
um die Maske in sechs Freiheitsgraden mit hoher Präzision zu
positionieren. Eine derartige Positionierung erfolgt durch die kurzhubigen
Z-Stellglieder 81, 82, 83, das X-Stellglied 84 und
die Y-Stellglieder 85, 86. Der Kurzhubrahmen 80 wird über erste
und zweite Ausgleichsmassen 20, 30 mittels steifer
Z-Lager 14', 15', 16' getragen, die
Gaslager sein können,
die auf die plane Oberfläche
der Ausgleichsmassen wirkt. Der Kurzhubrahmen 80 ist auch
in X durch das Lager 78 relativ zu nur einer der Ausgleichsmassen
eingespannt, in diesem Fall der zweiten Ausgleichsmasse 30.
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In
Y- und Rz-Richtung bewegt sich der Maskentisch MT durch den Kurzhubrahmen 80,
so dass in den Gleichungen 2 und 3 die Masse und
der Trägheitsmoment,
mMT und JMT, durch
die kombinierte Masse und den Trägheitsmoment
des Maskentisches MT und den Kurzhubrahmen 80 ersetzt werden
sollten. In den anderen Freiheitsgraden ist der Kurzhubrahmen 80 jedoch
in seiner Bewegung mit der Ausgleichsmasse eingeengt und erhöht dadurch
die effektive Ausgleichsmasse, wodurch sein Hub reduziert wird.
Der Schwerpunkt des Maskentisches MT ist vorzugsweise koplanar,
oder beinahe koplanar, mit dem Kurzhubrahmen 80 und den
Ausgleichsmassen 20, 30.
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Beispiel,
das nicht Teil der Erfindung ist.
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Eine
Kabelführungsvorrichtung
gemäß dem folgenden
Beispiel, das nicht Teil der Erfindung ist, ist in den 9 und 9A dargestellt.
Zwei Kabelkanäle 151a, 151b werden
zum Führen
von Kabeln und anderen Leitungen für Service-Einrichtungen, wie
Steuersignale und Strom, die für
den Maskentisch erforderlich sind, verwendet. Die beiden Kabelkanäle 151a, 151b sind
in entgegengesetzten Richtungen zwischen einem auf dem Maskentisch
befestigten Anschluss 152 und einem am Maschinenrahmen
befestigten Anschluss 153 verlegt, so dass während der
Bewegung des Maskentisches in Y-Richtung ein Kabelkanal aufgerollt
und der andere abgerollt wird. Die Gesamtlänge des sich mit dem Maskentisch
bewegenden Kabelkanals bleibt daher konstant, wie auch immer die
Y-Position des Maskentisches sein mag. Daher bleibt die sich bewegende
Masse gleich. Jegliche verbleibende Tendenz der Kabelkanäle sich
auf- bzw. abzurollen ist ebenfalls gegenläufig. Die Kabelkanäle 151a, 151b weisen
einen leicht gekrümmten
Querschnitt auf, der in 9A gezeigt
ist, die eine Querschnittsansicht entlang der Linie A-A ist, auf
die gleiche Art wie ein Messband. Dadurch wird ein Durchbiegen verhindert
und eine saubere „U-Form" beibehalten, während sich
der Maskentisch bewegt.
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Auch
wenn spezielle Ausführungsformen
der Erfindung beschrieben worden sind, ist festzustellen, dass die
Erfindung auch anders als beschrieben durchgeführt werden kann. Die Beschreibung
soll die Erfindung nicht eingrenzen. Insbesondere ist festzustellen,
dass die Erfindung bei dem Retikel- oder Maskentisch einer lithographischen
Vorrichtung verwendet werden kann, wo eine schnelle und genaue Positionierung
eines Objekts in einer Ebene erwünscht
ist.
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Obwohl
sich dieser Text auf lithographische Vorrichtungen und Verfahren
konzentriert hat, wobei eine Maske zum Mustern des in das Projektionssystem
eintretenden Strahlungsstrahls verwendet wird, ist festzustellen,
dass die hier vorgestellte Erfindung im weiteren Kontext lithographischer
Vorrichtungen und Verfahren gesehen werden sollte, die generische „Musteraufbringungseinrichtungen" verwenden, um den
besagten Strahlungsstrahl mit einem Muster zu versehen. Der hier
verwendete Begriff „Musteraufbringungseinrichtung" bezieht sich im
weiteren Sinne auf Einrichtungen, die dazu verwendet werden können, einen
eingehenden Strahlungsstrahl mit einem gemusterten Querschnitt zu
versehen, der einem Muster entspricht, das in einem Zielabschnitt
des Substrats erzeugt werden soll; der Begriff „Lichtventil" wird ebenfalls in
diesem Kontext verwendet. Gewöhnlich
entspricht das besagte Muster einer speziellen Funktionsschicht
in einem Bauelement, das im Zielabschnitt erzeugt worden ist, wie
einer integrierten Schaltung oder einem anderen Bauelement. Neben
einer Maske auf einem Maskentisch umfasst eine derartige Musteraufbringungseinrichtung
folgende beispielhafte Ausführungsformen:
- – Ein
programmierbares Spiegelfeld. Ein Beispiel für ein derartiges Element ist
eine matrixadressierbare Oberfläche,
die eine viskoelastische Steuerschicht und eine reflektierende Oberfläche aufweist.
Das Grundprinzip hinter einer derartigen Vorrichtung ist, dass (zum
Beispiel) adressierte Bereiche der reflektierenden Oberfläche auftreffendes
Licht als gebeugtes Licht reflektieren, wohingegen unadressierte
Bereiche auftreffendes Licht als ungebeugtes Licht reflektieren.
Wird ein geeigneter Filter verwendet, kann das besagte ungebeugte
Licht aus dem reflektierten Strahl herausgefiltert werden, wobei
nur das gebeugte Licht zurückgelassen
wird; auf diese Weise wird der Strahl gemäß dem Adressierungsmuster der
matrixadressierbaren Oberfläche
gemustert. Die erforderliche Matrixadressierung kann unter Verwendung
geeigneter elektronischer Einrichtungen durchgeführt werden. Weitere Informationen über derartige
Spiegelfelder können
beispielsweise den US-Patenten 5,296,891 und US 5,523,193 entnommen
werden.
- – Ein
programmierbares LCD-Feld. Ein Beispiel für eine derartige Konstruktion
ist im US-Patent 5,229,872 gegeben.
