DE69829614T2 - Lithographiegerät mit einer positioniervorrichtung mit zwei objekthaltern - Google Patents

Lithographiegerät mit einer positioniervorrichtung mit zwei objekthaltern Download PDF

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    • H01L21/682—Mask-wafer alignment

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Positioniervorrichtung, mit einer Führungsoberfläche, die sich parallel zu einer X-Richtung und parallel zu einer Y-Richtung erstreckt, einem ersten Objekthalter und einem zweiten Objekthalter, die jeweils über die Führungsoberfläche geführt und jeweils parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung aus einer ersten Position in eine zweite Position verschiebbar sind, und einem Verschiebungssystem zum Verschieben des ersten objekthalters und des zweiten Objekthalters auf der Führungsoberfläche.
  • Die Erfindung betrifft ferner ein Lithographiegerät, das mit einer Strahlungsquelle, einem Maskenhalter, einer Fokussierungseinheit mit einer Hauptachse, einer Charakterisierungseinheit und einer Positioniervorrichtung versehen ist, wobei die Positioniervorrichtung eine Führungsoberfläche, die sich parallel zu einer X-Richtung erstreckt, die senkrecht zur Hauptachse verläuft, und die sich parallel zu einer Y-Richtung erstreckt, die senkrecht zu der X-Richtung und der Hauptachse verläuft, einen ersten Substrathalter und einen zweiten Substrathalter, die jeweils über die Führungsoberfläche geführt und jeweils parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung aus einer ersten Position in eine zweite Position, die nahe der Fokussierungseinheit liegt, verschiebbar sind, und ein Verschiebungssystem zum Verschieben des ersten Substrathalters und des zweiten Substrathalters auf der Führungsoberfläche umfasst.
  • Eine Positioniervorrichtung und ein Lithographiegerät der in den einleitenden Absätzen genannten Art ist aus der EP-A-0 687 957 bekannt. Das bekannte Lithographiegerät wird zur Belichtung von Halbleitersubstraten beim Herstellungsprozess für integrierte Halbleiterschaltungen verwendet und arbeitet nach dem so genannten Step-and-Repeat-Verfahren. Die bekannte Positioniervorrichtung wird in dem bekannten Lithographiegerät zum Verschieben von Halbleitersubstraten bezüglich der Fokussierungseinheit und bezüglich der Charakterisierungseinheit verwendet. Die erste Position der bekannten Positioniervorrichtung ist eine Position zum Aufbringen und zum Entnehmen, bei der ein Halbleitersubstrat auf den ersten oder zweiten Objekthalter aufgebracht bzw. von dem ersten oder zweiten Objekthalter entnommen werden kann. Die zweite Position der Positioniervorrichtung ist eine Belichtungsposition, in der ein auf dem ersten oder zweiten Objekthalter vorhandenes Halbleitersubstrat durch die Fokussierungseinheit belichtet werden kann. Der erste und der zweite Objekthalter sind aus der ersten Position in die zweite Position und umgekehrt durch das Verschiebungssystem der Positioniervorrichtung verschiebbar, was in der EP-A-0 687 957 nicht näher beschrieben ist. Wenn sich der erste Objekthalter in der zweiten Position befindet und das darauf befindliche Halbleitersubstrat belichtet wird, befindet sich der zweite Objekthalter in der ersten Position und ein nachfolgendes Halbleitersubstrat wird zunächst darauf aufgebracht. Dann wird der zweite Objekthalter aus der ersten Position in eine Charakterisierungsposition verschoben, in der das sich auf dem zweiten Objekthalter befindende Halbleitersubstrat durch die Charakterisierungseinheit charakterisiert wird. Wenn sich der zweite Objekthalter in der Charakterisierungsposition befindet, werden der erste Objekthalter und der zweite Objekthalter in festen Rastschritten verschoben. Auf diese Weise wird die Belichtung des Halbleitersubstrats, das sich auf dem ersten Objekthalter befindet, und die Charakterisierung des Halbleitersubstrats, das sich auf dem zweiten Objekthalter befindet, gleichzeitig durchgeführt, so dass ein hoher Durchsatz der Step-and-Repeat-Vorrichtung erreicht wird.
  • Ein Nachteil der bekannten Positioniervorrichtung und des bekannten Lithographiegeräts besteht darin, dass die Charakterisierung des Halbleitersubstrats, das sich auf dem zweiten Objekthalter befindet, und die Belichtung des Halbleitersubstrats, das sich auf dem ersten Objekthalter befindet, als Ergebnis der Verschiebungen in festen Rastschritten des ersten und des zweiten Objekthalters nicht unabhängig voneinander erfolgen kann. Folglich kann mit der Belichtung des Halbleitersubstrats, das sich auf dem ersten Objekthalter befindet, erst dann begonnen werden, wenn der zweite Objekthalter die Charakterisierungsposition erreicht hat.
  • Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, eine Positioniervorrichtung der in den einleitenden Absätzen genannten Art zu schaffen, bei der ein erster Prozess, der eine erste Reihe von Positionierschritten des ersten Objekthalters umfasst, gleichzeitig mit und unabhängig von einem zweiten Prozess durchgeführt werden kann, der eine zweite Reihe von Positionierschritten des zweiten Objekthalters umfasst, und bei der auch der erste Prozess mit dem zweiten Objekthalter und, gleichzeitig und unabhängig, der zweite Prozess mit dem ersten Objekthalter durchgeführt werden kann.
  • Eine weitere Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, ein Lithographiegerät der im zweiten Absatz genannten Art zu schaffen, bei dem ein Charakterisierungsprozess, der eine erste Reihe von Positionierschritten des ersten Substrathalters umfasst, gleichzeitig mit und unabhängig von einem Belichtungsprozess durchgeführt werden kann, der eine zweite Reihe von Positionierschritten des zweiten Substrathalters umfasst, und bei dem auch der Charakterisierungsprozess mit dem zweiten Substrathalter und, gleichzeitig und unabhängig, der Belichtungsprozess mit dem ersten Substrathalter durchgeführt werden kann.
  • Gemäß der vorliegenden Erfindung ist ein Lithographiegerät geschaffen worden, das eine Positioniervorrichtung umfasst, mit:
    einer Führungsoberfläche, die sich parallel zu einer X-Richtung und parallel zu einer Y-Richtung erstreckt,
    einem ersten Objekthalter und einem zweiten Objekthalter, die über die Führungsoberfläche geführt sind und parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung aus einer ersten Position in eine zweite Position verschiebbar sind, und
    einem Verschiebungssystem zum Verschieben des ersten Objekthalters und des zweiten Objekthalters auf der Führungsoberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebungssystem eine erste Verschiebungseinheit und eine zweite Verschiebungseinheit umfasst, an welche der erste Objekthalter und der zweite Objekthalter wechselweise gekoppelt werden können, wobei die erste Verschiebungseinheit dafür geeignet ist, die Objekthalter aus der ersten Position in eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu verschieben, und wobei die zweite Verschiebungseinheit dafür geeignet ist, die Objekthalter aus der Zwischenposition in die zweite Position zu verschieben.
  • Als ein Ergebnis der Verwendung der ersten und zweiten Verschiebungseinheit kann in der ersten Position mittels der ersten Verschiebungseinheit ein erster Prozess durchgeführt werden, der eine erste Reihe von Positionierschritten des ersten Objekthalters umfasst, und mittels der zweiten Verschiebungseinheit kann in der zweiten Position gleichzeitig mit und unabhängig von dem ersten Prozess mittels der zweiten Verschiebungseinheit ein zweiter Prozess durchgeführt werden, der eine zweite Reihe von Positionierschritten umfasst. Sobald der erste Prozess und der zweite Prozess beendet worden sind, wird der erste Objekthalter mittels der ersten Verschiebungseinheit aus der ersten Position in die Zwischenposition und der zweite Objekthalter mittels der zweiten Verschiebungseinheit aus der zweiten Position in die Zwischenposition verschoben. In der Zwischenposition wird der erste Objekthalter von der ersten Verschiebungseinheit entkoppelt und an die zweite Verschiebungseinheit gekoppelt, während der zweite Objekthalter von der zweiten Verschiebungseinheit entkoppelt und an die erste Verschiebungseinheit gekoppelt wird. Danach wird der erste Objekthalter von der zweiten Verschiebungseinheit aus der Zwischenposition in die zweite Position und der zweite Objekthalter von der ersten Verschiebungseinheit aus der Zwischenposition in die erste Position verschoben. Dann kann der erste Prozess durchgeführt werden, wobei sich der zweite Objekthalter in der ersten Position befindet und, gleichzeitig oder unabhängig voneinander, kann der zweite Prozess durchgeführt werden, wobei sich der erste Objekthalter in der zweiten Position befindet. Ferner wird als ein Ergebnis der Verwendung der beiden Verschiebungseinheiten eine Entfernung, über die jede einzelne Verschiebungseinheit die Objekthalter verschieben muss, verringert, so dass die für die Verschiebungseinheiten erforderlichen Abmessungen reduziert werden. Ferner wird verhindert, dass die verschiebbaren Teile der ersten Verschiebungseinheit und die verschiebbaren Teile der zweiten Verschiebungseinheit so konstruiert sein müssen, dass sie sich aneinander vorbei bewegen können, wodurch eine verhältnismäßig einfache Konstruktion der Verschiebungseinheiten ermöglicht ist.
  • Ein Charakterisierungsprozess, der eine erste Reihe von Positionierschritten des ersten Substrathalters umfasst, kann in der ersten Position mittels der ersten Verschie bungseinheit der Positioniervorrichtung durchgeführt werden, und ein Belichtungsprozess, der eine zweite Reihe von Positionierschritten des zweiten Substrathalters umfasst, kann in der zweiten Position mittels der zweiten Verschiebungseinheit der Positioniervorrichtung gleichzeitig mit und unabhängig von dem ersten Prozess durchgeführt werden. Der erste Prozess kann auch mit dem zweiten Substrathalter in der ersten Position durchgeführt werden und, gleichzeitig und unabhängig voneinander, kann der zweite Prozess mit dem ersten Objekthalter in der zweiten Position durchgeführt werden.
  • Eine besondere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Verschiebungseinheiten jeweils einen X-Motor mit einem ersten Teil, der sich parallel zu der X-Richtung erstreckt, und einen zweiten Teil, der entlang dem ersten Teil des X-Motors verschiebbar ist und wechselweise an den ersten Objekthalter und an den zweiten Objekthalter gekoppelt werden kann, und zwei Y-Motoren umfassen, die jeweils einen ersten Teil, der sich parallel zur Y-Richtung erstreckt, und einen zweiten Teil aufweisen, der entlang dem ersten Teil des entsprechenden Y-Motors verschiebbar ist, wobei der erste Teil des X-Motors jeder Verschiebungseinheit mit den zweiten Teilen der zwei Y-Motoren der entsprechenden Verschiebungseinheiten verbunden ist. Da der erste Teil des X-Motors jeder Verschiebungseinheit mit den zweiten Teilen der beiden Y-Motoren der entsprechenden Verschiebungseinheit verbunden ist, wird eine vergleichsweise steife und feste Unterstützung des X-Motors durch die zwei Y-Motoren erzielt, was zu einer Verbesserung der Positioniergenauigkeit der Verschiebungseinheit beiträgt. Da die erste Verschiebungseinheit einen begrenzten Verschiebebereich aus der ersten Position in die Zwischenposition und die zweite Verschiebungseinheit einen begrenzten Verschiebebereich aus der Zwischenposition in die zweite Position hat, können die vier Y-Motoren der beiden Verschiebungseinheiten in zwei Reihen angeordnet sein, was zu einer kompakten und einfachen Konstruktion der Positioniervorrichtung führt.
  • Eine weitere Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die ersten Teile der Y-Motoren der beiden Verschie bungseinheiten mit einer gemeinsamen Ausgleichseinheit verbunden sind, die bezüglich einer Basis der Positioniervorrichtung geführt ist, um parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung verschiebbar zu sein und um eine Drehachse drehbar zu sein, die sich senkrecht zu der X-Richtung und der Y-Richtung erstreckt. Da die ersten Teile der Y-Motoren der Verschiebungseinheiten mit der gemeinsamen Ausgleichseinheit verbunden sind, werden Reaktionskräfte der X-Motoren und der Y-Motoren der Verschiebungseinheiten über die ersten Teile der Y-Motoren an die Ausgleichseinheit geleitet und zu Verschiebungen der Ausgleichseinheit parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung und zu Umdrehungen der Ausgleichseinheit um die Drehachse bezüglich der Basis umgewandelt. Auf diese Weise kann eine Übertragung der Reaktionskräfte zur Basis, den Führungsoberflächen und den Objekthaltern so weit wie möglich verhindert werden, so dass die Positioniergenauigkeit der Positioniervorrichtung weiter verbessert wird.
  • Eine weitere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass die Objekthalter jeweils ein Grundteil, welches über der Führungsoberfläche geführt ist und an die Verschiebungseinheiten gekoppelt werden kann, und einen Objekttisch umfassen, der bezüglich des Grundteils mittels einer Betätigungseinheit des entsprechenden Objekthalters verschiebbar ist. Bei dieser weiteren Ausführungsform der Positioniervorrichtung sind die Objekttische der Objekthalter durch die Verschiebungseinheiten über vergleichsweise große Entfernungen und mit vergleichsweise geringer Genauigkeit verschiebbar, während die Objekttische durch die Betätigungseinheiten über vergleichsweise geringe Entfernungen und mit vergleichsweise hoher Genauigkeit verschiebbar sind. Auf diese Weise können die Verschiebungseinheiten relativ einfacher, herkömmlicher Art sein, während die Abmessungen der genauen Betätigungseinheiten so weit wie möglich eingeschränkt sein können.
  • Eine besondere Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass der Objekttisch jedes Objekthalters bezüglich des Grundteils parallel zu der X-Richtung, parallel zu der Y-Richtung und parallel zu einer Z-Richtung, die sich senkrecht zu der X-Richtung und der Y-Richtung erstreckt, verschiebbar ist und bezüglich des Grundteils um eine erste Drehachse, die sich parallel zu der X-Richtung erstreckt, einer zweiten Drehachse, die sich parallel zu der Y-Richtung erstreckt und einer dritten Drehachse, die sich parallel zu der Z-Richtung erstreckt, drehbar ist. Auf diese Weise wird ein hoher Grad an Einstellbarkeit der Objekttische bezüglich der Grundteile erreicht.
  • Die Erfindung wird im Folgenden anhand der Zeichnungen genauer erläutert, wobei
  • 1 eine schematische Darstellung eines erfindungsgemäßen Lithographiegeräts ist;
  • 2 eine schematische Draufsicht einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung ist, die bei dem Lithographiegerät von 1 eingesetzt werden kann;
  • 3 die Positioniervorrichtung von 2 zeigt, wobei sich zwei Substrathalter der Positioniervorrichtung in einer Zwischenposition befinden; und wobei
  • 4 eine schematische Draufsicht auf eine zweite Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung ist, die bei dem Lithographiegerät von 1 eingesetzt werden kann.
  • Das erfindungsgemäße Lithographiegerät, das in 1 schematisch dargestellt ist, wird für die Belichtung von Halbleitersubstraten bei dem Herstellungsprozess von integrierten Schaltkreisen verwendet und umfasst einen Rahmen 1, der in der Reihenfolge wie sie parallel zu einer vertikalen Z-Richtung gesehen wird aus einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 3, einer Fokussiereinheit 5, einem Maskenhalter 7 und einer Strahlungsquelle 9 besteht. Das Lithographiegerät ist ein optisches Lithographiegerät, dessen Strahlungsquelle 9 eine Lichtquelle 11 umfasst. Der Maskenhalter 7 umfasst eine Auflagefläche 13, die sich senkrecht zur Z-Richtung erstreckt und auf die eine Maske 15 platziert werden kann, die aus einem Muster oder einem Teilmuster einer integrierten Halbleiterschaltung besteht. Die Fokussiereinheit 5 ist ein Abbildungs- oder Projektionssystem und umfasst ein optisches Linsensystem 17 mit einer Hauptachse 19, die parallel zur Z-Richtung verläuft, und einem optischen Reduktionsfaktor von z.B. 4 oder 5. Die Positioniervorrichtung 3 umfasst einen ersten Substrathalter 21 und einen zweiten Substrathalter 23, der mit dem ersten Substrathalter 21 identisch ist. Die Substrathalter 21, 23 umfassen jeweils eine Auflagefläche 25, 27, die senkrecht zu der Z-Richtung verläuft. Bei der in 1 dargestellten Situation befindet sich ein erstes Halbleitersubstrat 29 auf der Auflagefläche 25 des ersten Substrathalters 21, und ein zweites Halbleitersubstrat 31 befindet sich auf der Auflagefläche 27 des zweiten Substrathalters 23. Ferner umfasst die Positioniervorrichtung 3 eine Führungsoberfläche 33, die sich parallel zu einer horizontalen X-Richtung, die senkrecht zur Z-Richtung verläuft, und parallel zu einer horizontalen Y-Richtung erstreckt, die senkrecht zu der X-Richtung und der Z-Richtung verläuft. Die Substrathalter 21, 23 werden jeweils über die Führungsoberfläche 33 geführt und sind jeweils mittels eines Verschiebungssystems 35 der Positioniervorrichtung 3 über die Führungsoberfläche 33 parallel zur X-Richtung und parallel zur Y-Richtung verschiebbar.
  • Bei der in 1 dargestellten Situation befindet sich der Substrathalter 21 mit dem ersten Halbleitersubstrat 29 in einer zweiten Position der Positioniervorrichtung 3, die einer Belichtungsposition des Lithographiegeräts entspricht, das sich in der Nähe der Fokussiereinheit 5 befindet. In dieser Position wird ein von der Lichtquelle 11 kommender Lichtstrahl durch die Maske 15 geführt und mittels der Fokussiereinheit 5 auf das erste Halbleitersubstrat 29 gerichtet, so dass das auf der Maske 15 vorhandene Muster in verkleinertem Maßstab auf das erste Halbleitersubstrat 29 abgebildet wird. Das erste Halbleitersubstrat 29 umfasst eine große Anzahl von einzelnen Feldern, auf die identische Halbleiterschaltungen abgebildet werden sollen. Die Felder des ersten Halbleitersubstrats 29 werden zu diesem Zweck nacheinander durch die Maske 15 belichtet. Der bei dem Lithographiegerät gemäß 1 eingesetzte Belichtungsprozess ist ein so genanntes Step-and-Repeat-Belichtungsverfahren, gemäß dem sich das erste Halbleitersubstrat 29 und die Maske 15 bezüglich der Fokussiereinheit 5 während der Belichtung eines einzelnen Feldes des ersten Halbleitersubstrats 29 in fixen Positionen befinden und gemäß dem ein nachfolgendes Feld des Halbleitersubstrats 29 bezüglich der Fokussiereinheit 5 in Position gebracht wird, nachdem ein vorher belichtetes Feld belichtet worden ist, indem der erste Substrathalter 21 parallel zu der X-Richtung und/oder parallel zu der Y-Richtung durch das Verschiebungssystem 35 der Positioniervorrichtung 3 verschoben wird. Dieser Vorgang wird jedes mal mit einer anderen Maske mehrmals wiederholt, so dass komplizierte integrierte Halbleiterschaltungen mit einer Schichtstruktur hergestellt werden können.
  • Bei der in 1 dargestellten Situation befindet sich der zweite Substrathalter 23 mit dem zweiten Halbleitersubstrat 31 in einer ersten Position der Positioniervorrichtung 3, die einer Charakterisierungsposition des Lithographiegeräts entspricht. Bei der dargestellten Situation wurde ein vorausgehendes Halbleitersubstrat, das in der Belichtungsposition durch die Maske 15 vollständig belichtet worden ist, dem zweiten Substrathalter 23 entnommen und zu einem in der Herstellung befindlichen Halbleitersubstratstapel transportiert, was in der Figur nicht dargestellt ist. Das zweite in 1 dargestellte Halbleitersubstrat 31 ist ein folgendes Halbleitersubstrat, das dem Halbleitersubstratstapel gerade erst entnommen und auf den zweiten Substrathalter 23 aufgebracht worden ist und das nach dem ersten Halbleitersubstrat 29 durch die Maske 15 belichtet werden soll. In der Charakterisierungsposition wird das zweite Halbleitersubstrat 31 durch eine Charakterisierungseinheit 37 des Lithographiegeräts charakterisiert, das ebenfalls vom Rahmen 1 getragen wird. Sobald das zweite Halbleitersubstrat 31 vollständig charakterisiert und das erste Halbleitersubstrat 29 vollständig belichtet worden ist, wird der zweite Substrathalter 23 mit dem zweiten Halbleitersubstrat 31 durch das Verschiebungssystem 35 aus der Charakterisierungsposition in die Belichtungsposition verschoben, und der erste Substrathalter 21 mit dem ersten Halbleitersubstrat 29 wird durch das Verschiebungssystem 35 aus der Belichtungsposition in die Charakterisierungsposition verschoben. Die Charakterisierungseinheit 37 umfasst zum Beispiel ein Messsystem, das zum Messen der Positionen der einzelnen Felder des zweiten Halbleitersubstrats 31 bezüglich dem zweiten Substrathalter 23 verwendet wird. Da diese Positionen bereits in der Charakterisierungsposition gemessen werden, können die einzelnen Felder des zweiten Halbleitersubstrats 31 anschließend bezüglich der Fokussiereinheit 5 in der Belichtungsposition positioniert werden, indem die Position des zweiten Substrathalters 23 bezüglich der Fokussiereinheit 5 gemessen wird. Auf diese Weise wird die für die Positionierung der einzelnen Felder der aufeinander folgenden Halbleitersubstrate bezüglich der Fokussiereinheit 5 in der Belichtungsposition erforderliche Zeit erheblich begrenzt, so dass sich der Durchsatz des Lithographiegeräts erheblich erhöht. Da die Position jedes einzelnen Feldes des zweiten Halbleitersubstrats 31 in der Charakterisierungsposition gemessen werden muss, führt das Verschiebungssystem 35 der Positioniervorrichtung 3 in der Charakterisierungsposition eine schrittweise Verschiebung des zweiten Substrathalters 23 mit dem zweiten Halbleitersubstrat 31 durch. Als ein Ergebnis der Verwendung der zwei separaten identischen Substrathalter 21 und 23 kann der Belichtungsprozess eines Halbleitersubstrats in der Belichtungsposition gleichzeitig mit dem Vorgang des Entnehmens eines vorherigen Halbleitersubstrats und dem Vorgang des Aufbringens und des Charakterisierens eines folgenden Halbleitersubstrats in der Charakterisierungsposition durchgeführt werden, so dass der Durchsatz des Lithographiegeräts weiter erhöht wird.
  • Wie in 2 dargestellt, umfasst das Verschiebungssystem 35 der Positioniervorrichtung 3 eine erste Verschiebungseinheit 39 und eine zweite Verschiebungseinheit 41. Die Substrathalter 21, 23 umfassen jeweils einen aerostatisch getragenen Fuß 43, 45, der mit einem statischen Gaslager versehen ist, durch das der entsprechende Substrathalter 21, 23 über die Führungsoberfläche 33 geführt wird. Die Führungsoberfläche 33 bildet eine Oberfläche aus einem Granitblock 47, der am Rahmen 1 des Lithographiegeräts befestigt ist. Ferner umfassen die Substrathalter 21, 23 jeweils ein erstes Kopplungselement 49, 51 und ein zweites Kopplungselement 53, 55, durch welche die Substrathalter 21, 23 abwechselnd jeweils an ein Kopplungselement 57 der ersten Verschiebungseinheit 39 und an ein Kopplungselement 59 der zweiten Verschiebungseinheit 41 gekoppelt werden können. Bei der in 2 dargestellten Situation ist der erste Substrathalter 21 an das Kopplungselement 59 der zweiten Verschiebungseinheit 41 und der zweite Substrathalter 23 an das Kopplungselement 57 der ersten Verschiebungseinheit 39 gekoppelt. Alternativ kann der erste Substrathalter 21 an das Kopplungselement 57 der ersten Verschiebungseinheit 39 und der zweite Substrathalter 23 an das Kopplungselement 59 der zweiten Verschiebungseinheit 41 gekoppelt werden. Die Kopplungselemente 49, 51, 53, 55, 57, 59 können der Art sein, wie sie per se bekannt sind und verwendet werden, wie z.B. ein mechanisches oder elektromechanisches Kopplungselement.
  • Wie in 2 dargestellt, umfassen die erste Verschiebungseinheit 39 und die zweite Verschiebungseinheit 41 jeweils einen linearen X-Motor 61, 63 und zwei lineare Y-Motoren 65, 67, 69, 71 herkömmlicher Art, wie sie per se bekannt ist und verwendet wird. Die X-Motoren 61, 63 umfassen jeweils einen ersten Teil 73, 75, der sich parallel zu der X-Richtung erstreckt, und einen zweiten Teil 77, 79, der entlang dem ersten Teil 73, 75 des entsprechenden X-Motors 61, 63 verschiebbar ist und die Kopplungselemente 57, 59 des entsprechenden X-Motors 61, 63 umfasst. Die Y-Motoren 65, 67, 69, 71 umfassen jeweils einen ersten Teil 81, 83, 85, 87, der sich parallel zu der Y-Richtung erstreckt und einen zweiten Teil 89, 91, 93, 95, der entlang dem ersten Teil 81, 83, 85, 87 des jeweiligen Y-Motors 65, 67, 69, 71 verschiebbar ist. Der X-Motor 61 und die beiden Y-Motoren 65, 67 der ersten Verschiebungseinheit 39 sind zueinander in einer H-Form angeordnet, wobei ein erstes Ende 97 und ein zweites Ende 99 des ersten Teils 73 des X-Motors 61 jeweils an den zweiten Teil 89 des Y-Motors 65 und an den zweiten Teil 91 des Y-Motors 67 gekoppelt sind. Ebenso sind der X-Motor 63 und die beiden Y-Motoren 69, 71 der zweiten Verschiebungseinheit 41 zueinander in einer H-Form angeordnet, wobei ein erstes Ende 101 und ein zweites Ende 103 des ersten Teils 75 des X-Motors 63 jeweils an den zweiten Teil 93 des Y-Motors 69 und an den zweiten Teil 95 des Y-Motors 71 gekoppelt sind.
  • Bei der in 2 dargestellten Situation befindet sich der zweite Substrathalter 23 in der ersten Position bzw. Charakterisierungsposition, und es wird mittels der ersten Verschiebungseinheit 39 ein Charakterisierungsprozess durchgeführt, der eine erste Reihe von Positionierschritten des zweiten Substrathalters 23 beinhaltet. Gleichzeitig befindet sich der erste Substrathalter 21 in der zweiten Position bzw. Belichtungsposition, und es wird mittels der zweiten Verschiebungseinheit 41 ein Belichtungsprozess durchgeführt, der eine zweite Reihe von Positionierschritten des ersten Substrathalters 21 beinhaltet. Folglich kann, als ein Ergebnis der Verwendung der ersten Verschiebungseinheit 39 und der zweiten Verschiebungseinheit 41, der Charakterisierungsprozess nicht nur gleichzeitig mit dem Belichtungsprozess erfolgen, sondern auch unabhängig davon. Wenn der Belichtungsprozess mit dem ersten Substrathalter 21 und der Charakterisierungsprozess mit dem zweiten Substrathalter 23 beendet worden ist, wird der erste Substrathalter 21 durch die zweite Verschiebungseinheit 41 aus der Belichtungsposition in eine Zwischenposition M' zwischen der Belichtungsposition und der Charakterisierungsposition verschoben, wie in 3 dargestellt, und der zweite Substrathalter 23 wird durch die erste Verschiebungseinheit 39 aus der Charakterisierungsposition in eine Zwischenposition M'' zwischen der Belichtungsposition und der Charakterisierungsposition verschoben. In den besagten Zwischenpositionen M' und M'' wird das zweite Kopplungselement 53 des ersten Substrathalters 21 vom Kopplungselement 59 der zweiten Verschiebungseinheit 41 und das erste Kopplungselement 51 des zweiten Substrathalters 23 wird vom Kopplungselement 57 der ersten Verschiebungseinheit 39 entkoppelt. Danach wird das Kopplungselement 57 der ersten Verschiebungseinheit 39 an das erste Kopplungselement 49 des ersten Substrathalters 21 und das Kopplungselement 59 der zweiten Verschiebungseinheit 41 wird an das zweite Kopplungselement 55 des zweiten Substrathalters 23 gekoppelt, wie in 3 dargestellt. Dann wird der erste Substrathalter 21 durch die erste Verschiebungseinheit 39 aus der Zwischenposition M' in die Charakterisierungsposition verschoben, wo das auf dem ersten Substrathalter 21 vorhandene Substrat entnommen und ein nachfolgendes Substrat aufgebracht und charakterisiert wird. Gleichzeitig damit und unabhängig davon wird der zweite Substrathalter 23 durch die zweite Verschiebungseinheit 41 aus der Zwischenposition M'' in die Belichtungsposition verschoben, wo das auf dem zweiten Substrathalter 23 vorhandene Substrat belichtet wird. Da die erste Verschiebungseinheit 39 dafür geeignet ist, beide Substrathalter 21 und 23 aus der ersten Position bzw. Charakterisie rungsposition in die Zwischenpositionen M' und M'' zu verschieben und die zweite Verschiebungseinheit 41 dafür geeignet ist, beide Substrathalter 21 und 23 aus den Zwischenpositionen M' und M'' in die Belichtungsposition zu verschieben, wird eine Entfernung verringert, über die jede der Verschiebungseinheiten 39, 41 die Substrathalter 21 und 23 verschieben können muss, so dass die für die Verschiebungseinheiten 39, 41 erforderlichen Abmessungen reduziert sind. Wie in 2 dargestellt, sind insbesondere die Abmessungen für die Y-Motoren 65, 67, 69, 71 der Verschiebungseinheiten 39, 41 erheblich reduziert worden, wie es parallel zu der Y-Richtung zu sehen ist. Darüber hinaus wird durch die Verwendung der beiden Verschiebungseinheiten 39, 41 verhindert, dass die verschiebbaren Teile des Verschiebungssystems 35, insbesondere die X-Motoren 61 und 63, so konstruiert sein müssen, dass sie in der Lage sind, sich aneinander vorbei zu bewegen, wodurch eine vergleichsweise einfache Konstruktion des Verschiebungssystems 35 erzielt wird. Die Anordnung der beiden X-Motoren 61, 63 und der vier Y-Motoren 65, 67, 69, 71 in zwei H-Formen führt zu einer vergleichsweise festen und stabilen Unterstützung der X-Motoren 61, 63 durch die entsprechenden Y-Motoren 65, 67, 69, 71, was zu einer Verbesserung der Positioniergenauigkeit der Verschiebungseinheiten 39, 41 beiträgt. Der eingeschränkte Verschiebungsbereich der Verschiebungseinheiten 39, 41, wie es parallel zur Y-Richtung zu sehen ist, erlaubt die Anordnung der vier Y-Motoren 65, 67, 69, 71 in zwei Reihen von je zwei Y-Motoren 65, 69 und 67, 71 zueinander, was zu einer kompakten und einfachen Konstruktion der Positioniervorrichtung 3 führt.
  • 4 zeigt eine zweite Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 105, die für die Verwendung im erfindungsgemäßen Lithographiegerät geeignet ist. Entsprechende Teile der ersten Ausführungsform der Positioniervorrichtung 3 und der zweiten Ausführungsform der Positioniervorrichtung 105 sind durch entsprechende Bezugsziffern in den 2, 3 und 4 angezeigt. Im Folgenden werden nur die Hauptunterschiede zwischen den Positioniervorrichtungen 3 und 105 erörtert.
  • Die Substrathalter 21 und 23 der Positioniervorrichtung 105 umfassen jeweils ein Grundteil 107, 109, das den aerostatisch gestützten Fuß 43, 45, das erste Kopplungselement 49, 51 und das zweite Kopplungselement 53, 55 des entsprechenden Substrathalters 21, 23 umfasst. Ferner umfassen die Substrathalter 21, 23 der Positioniervorrichtung 105 jeweils einen Substrattisch 111, 113, der die Auflagefläche 25, 27 des entsprechenden Substrathalters 21, 23 umfasst. Die Substrathalter 21, 23 umfassen jeweils eine Betätigungseinheit 115, 117, die nur in 4 schematisch dargestellt ist und durch die der Substrattisch 111, 113 des entsprechenden Substrathalters 21, 23 bezüglich des Grundteils 107, 109 des entsprechenden Substrathalters 21, 23 verschiebbar ist. Bei der zweiten Ausführungsform der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung 105 umfassen die Betätigungseinheiten 115, 117 jeweils ein System aus kontaktlosen Lorentzmotoren, die per se bekannt sind und verwendet werden und durch die der Substrattisch 111, 113 des entsprechenden Substrathalters 21, 23 bezüglich des Grundteils 107, 109 des entsprechenden Substrathalters 21, 23 mit vergleichsweise hohen Genauigkeiten und über vergleichsweise geringe Entfernungen in Richtungen verschiebbar ist, die parallel zu der X-Richtung, parallel zu der Y-Richtung und parallel zu der Z-Richtung verlaufen, und durch die der Substrattisch 111, 113 des entsprechenden Substrathalters 21, 23 gegenüber dem Grundteil 107, 109 des entsprechenden Substrathalters 21, 23 mit vergleichsweise hohen Genauigkeiten und über vergleichsweise kleine Winkel um eine erste Drehachse drehbar sind, die parallel zu der X-Richtung verläuft, wobei eine zweite Drehachse parallel zu der Y-Richtung verläuft und wobei eine dritte Drehachse parallel zu der Z-Richtung verläuft. Auf diese Weise ist durch jede der Verschiebungseinheiten 39, 41 eine so genannte Grob-Fein-Verschiebungseinheit gegeben, wobei die Substrathalter 21, 23 mit den Substrattischen 111, 113 über vergleichsweise große Entfernungen und mit vergleichsweise geringen Genauigkeiten mittels der X-Motoren 61, 63 und der Y-Motoren 65, 67, 69, 71 der Verschiebungseinheiten 39, 41 verschiebbar sind und wobei die Substrattische 111, 113 mit vergleichsweise hohen Genauigkeiten und über vergleichsweise geringe Entfernungen und kleine Winkel gegenüber den Grundteilen 107, 109 der Substrathalter 21, 23 durch die Betätigungseinheiten 115, 117 der Verschiebungseinheiten 39, 41 verschiebbar und dreh bar sind. Auf diese Weise können die X-Motoren 61, 63 und die Y-Motoren 65, 67, 69, 71 von relativ einfacher, herkömmlicher und kostengünstiger Art sein, während die erforderlichen Abmessungen und daher die Kosten für die genauen und verbesserten Betätigungseinheiten 115, 117 so weit wie möglich begrenzt sein können. Die Verwendung der beschriebenen Betätigungseinheiten 115, 117 schafft ferner einen hohen Grad an Einstellbarkeit der Substrattische 111, 113 bezüglich der Fokussiereinheit 5 und bezüglich der Charakterisierungseinheit 37 des Lithographiegeräts.
  • Wie in 4 ferner dargestellt, sind die ersten Teile 81, 83, 85, 87 der Y-Motoren 65, 67, 69, 71 der Verschiebungseinheiten 39, 41 der Positioniervorrichtung 105 an einer Ausgleichseinheit 119 befestigt, die den beiden Verschiebungseinheiten 39, 41 gemein ist. Die Ausgleichseinheit 119 umfasst einen ersten Träger 121, der sich im wesentlichen parallel zu der Y-Richtung erstreckt und an dem der erste Teil 81 des Y-Motors 65 der ersten Verschiebungseinheit 39 und der erste Teil 85 des Y-Motors 69 der zweiten Verschiebungseinheit 41 befestigt ist, sowie einen zweiten Träger 123, der sich ebenfalls im wesentlichen parallel zu der Y-Richtung erstreckt und an dem der erste Teil 83 des Y-Motors 67 der ersten Verschiebungseinheit 39 und der erste Teil 87 des Y-Motors 71 der zweiten Verschiebungseinheit 41 befestigt ist. Der erste Träger 121 und der zweite Träger 123 sind über einen ersten Querträger 125 und einen zweiten Querträger 127 miteinander verbunden, wobei die Träger 121 und 123 und die Querträger 125 und 127 rechtwinklig angeordnet sind und den Granitblock 47 umgeben, der die Führungsoberfläche 33 trägt. Wie in 4 schematisch dargestellt, ist der erste Träger 121 der Ausgleichseinheit 119 durch statische Gaslager 129 über eine weitere Führungsoberfläche 131 geführt, die an einer Basis 133 der Positioniervorrichtung 105 vorgesehen ist und sich parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung erstreckt, und der zweite Träger 123 der Ausgleichseinheit 119 wird durch statische Gaslager 135 über die weitere Führungsoberfläche 131 geführt. Folglich ist die Ausgleichseinheit 119 in Richtungen verschiebbar, die parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung sind und ist um eine Drehachse drehbar, die parallel zu der Z-Richtung verläuft. Bei Betrieb werden Reaktionskräfte der Betätigungseinheiten 115, 117 der Verschiebungseinheiten 39, 41, die parallel zu der X-Richtung und/oder parallel zu der Y-Richtung ausgerichtet sind, durch die X-Motoren 61, 63 und die Y-Motoren 65, 67, 69, 71 an die Ausgleichseinheit 119 geleitet, Reaktionskräfte der X-Motoren 61, 63 der Verschiebungseinheiten 39, 41, die parallel zu der X-Richtung und/oder parallel zu der Y-Richtung ausgerichtet sind, werden durch die Y-Motoren 65, 67, 69, 71 an die Ausgleichseinheit 119 geleitet, und Reaktionskräfte der Y-Motoren 65, 67, 69, 71 der Verschiebungseinheiten 39, 41, die parallel zu der X-Richtung und/oder parallel zu der Y-Richtung ausgerichtet sind, werden direkt an die Ausgleichseinheit 119 geleitet. Da die Ausgleichseinheit 119 über die weitere Führungsoberfläche 131 durch die statischen Gaslager 129, 135 geführt wird, werden diese Reaktionskräfte im wesentlichen vollständig in relativ geringe Verschiebungen der Ausgleichseinheit 119 in Richtungen parallel zu der X-Richtung und/oder parallel zu der Y-Richtung und in relativ geringe Drehungen der Ausgleichseinheit 119 um die Drehachse, die parallel zu der Z-Richtung verläuft, umgewandelt. Auf diese Weise werden mechanische Erschütterungen, die durch die Reaktionskräfte in der Basis 133 hervorgerufen werden können und die an den Granitblock 47 und die Substrathalter 21, 23 des Lithographiegeräts 105 und an den Rahmen 1 des Lithographiegeräts weitergeleitet werden können, soweit wie möglich verhindert, so dass die Positioniergenauigkeit des Verschiebungssystems 35 der Positioniervorrichtung 105 weiter verbessert werden konnte.
  • Es wird festgestellt, dass anstelle der Verschiebungseinheiten 39, 41, die bei den vorstehend beschriebenen Positioniervorrichtungen 3, 105 verwendet worden sind, eine weitere Art von Verschiebungseinheit bei der erfindungsgemäßen Positioniervorrichtung eingesetzt werden kann. So können zum Beispiel die Verschiebungseinheiten der Positioniervorrichtung alternativ einen einzelnen linearen X-Motor und einen einzelnen linearen Y-Motor für Verschiebungen des entsprechenden Objekthalters über größere Entfernungen sowie eine Betätigungseinheit umfassen, die nur einen X-Lorentzmotor und einen Y-Lorentzmotor für Verschiebungen des entsprechenden Objekttisches über geringere Entfernungen umfasst.
  • Ferner wird festgestellt, dass die Erfindung auch ein Lithographiegerät betrifft, bei dem ein Belichtungsprozess eingesetzt wird, der nach dem Step-and-Scan-Verfahren arbeitet. Ein derartiges Lithographiegerät weist eine weitere Positioniervorrichtung auf, durch die der Maskenhalter in eine Abtastrichtung verschiebbar ist, die parallel beispielsweise zur X-Richtung verläuft. Gemäß dem Step-and-Scan-Verfahren befinden sich die Maske und das Halbleitersubstrat bezüglich der Fokussiereinheit während des Belichtungsprozesses nicht in fixen Positionen, sondern werden gleichzeitig in die Abtastrichtung verschoben, so dass das auf der Maske vorhandene Muster abgetastet wird.
  • Schließlich wird festgestellt, dass eine erfindungsgemäße Positioniervorrichtung nicht nur bei einem Lithographiegerät, sondern auch bei anderen Geräten verwendet werden kann, bei denen zwei Objekttische eine Reihe von Positionierschritten gleichzeitig und unabhängig voneinander durchführen müssen. Beispiele hierfür sind Fertigbearbeitungsmaschinen, Werkzeugmaschinen und andere Maschinen oder Geräte, bei denen ein fertig zu bearbeitender bzw. weiter zu bearbeitender Gegenstand zunächst bezüglich einem Objekthalter in einer Charakterisierungsposition charakterisiert und danach in einer Betriebsposition fertig bearbeitet bzw. weiter verarbeitet wird.

Claims (6)

  1. Lithographiegerät umfassend eine Positioniervorrichtung mit: einer Führungsoberfläche (33), die sich parallel zu einer X-Richtung und parallel zu einer Y-Richtung erstreckt, einem ersten Objekthalter (21) und einem zweiten Objekthalter (23), die über die Führungsoberfläche geführt sind und parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung aus einer ersten Position in eine zweite Position verschiebbar sind, und einem Verschiebungssystem (35) zum Verschieben des ersten Objekthalters (21) und des zweiten Objekthalters (23) auf der Führungsoberfläche, dadurch gekennzeichnet, dass das Verschiebungssystem eine erste Verschiebungseinheit (39) und eine zweite Verschiebungseinheit (41) umfasst, an welche der erste Objekthalter (21) und der zweite Objekthalter (23) wechselweise gekoppelt werden können, wobei die erste Verschiebungseinheit (39) dafür geeignet ist, die Objekthalter aus der ersten Position in eine Zwischenposition zwischen der ersten Position und der zweiten Position zu verschieben, und die zweite Verschiebungseinheit (41) dafür geeignet ist, die Objekthalter aus der Zwischenposition in die zweite Position zu verschieben.
  2. Lithographiegerät wie in Anspruch 1 beansprucht, wobei die Verschiebungseinheiten jeweils einen X-Motor (61, 65) mit einem ersten Teil (73, 75), der sich parallel zu der X-Richtung erstreckt, und einem zweiten Teil (77, 79), der entlang dem ersten Teil des X-Motors verschiebbar ist und wechselweise an den ersten Objekthalter und den zweiten Objekthalter gekoppelt werden kann, und zwei Y-Motoren (65, 67) umfassen, die jeweils einen ersten Teil (81, 83, 85, 87), der sich parallel zu der Y-Richtung erstreckt, und einen zweiten Teil (89, 91, 93, 95) haben, der entlang dem ersten Teil des entsprechenden Y-Motors verschiebbar ist, wobei der erste Teil des X-Motors jeder Verschie bungseinheit mit den zweiten Teilen der zwei Y-Motoren der entsprechenden Verschiebungseinheiten verbunden ist.
  3. Lithographiegerät wie in Anspruch 2 beansprucht, wobei die ersten Teile (81, 83, 85, 87) des Y-Motors der zwei Verschiebungseinheiten mit einer gemeinsamen Ausgleichseinheit (119) verbunden sind, die bezüglich einer Basis der Positioniervorrichtung geführt ist, um parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung verschiebbar zu sein und um eine Drehachse drehbar zu sein, die sich senkrecht zu der X-Richtung und der Y-Richtung erstreckt.
  4. Lithographiegerät wie in Anspruch 1, 2 oder 3 beansprucht, wobei die Objekthalter (21, 23) jeweils ein Grundteil (107, 109), welches über der Führungsoberfläche geführt ist und an die Verschiebungseinheiten gekoppelt werden kann, und einen Objekttisch (111, 113) umfassen, der bezüglich dem Grundteil mittels einer Betätigungseinheit (115, 117) des entsprechenden Objekthalters verschiebbar ist.
  5. Lithographiegerät wie in Anspruch 4 beansprucht, wobei der Objekttisch (111, 113) jedes Objekthalters (21, 23) bezüglich dem Grundteil (107, 109) parallel zu der X-Richtung, parallel zu der Y-Richtung und parallel zu einer Z-Richtung, die sich senkrecht zu der X-Richtung und der Y-Richtung erstreckt, verschiebbar ist und bezüglich des Grundteils um eine erste Drehachse, die sich parallel zu der X-Richtung erstreckt, einer zweiten Drehachse, die sich parallel zu der Y-Richtung erstreckt und einer dritten Drehachse, die sich parallel zu der Z-Richtung erstreckt, drehbar ist.
  6. Lithographiegerät gemäß einem der vorhergehenden Ansprüche, weiterhin umfassend eine Strahlungsquelle, einen Maskenhalter, eine Fokussierungseinheit mit einer Hauptachse und eine Charakterisierungseinheit, wobei die ersten und zweiten Objekthalter ein erster Substrathalter und ein zweiter Substrathalter sind; und die erste Position der Objekthalter eine Charakterisierungsposition ist, welche nahe der Charakterisierungseinheit liegt.
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