DE69629087T2

DE69629087T2 - Positionierungsgerät mit einem referenzrahmen für ein messsystem

Info

Publication number: DE69629087T2
Application number: DE69629087T
Authority: DE
Inventors: Gerard Van Engelen; Bernhard Frank SPERLING; Wilhelmus Henricus JANSSEN; Gerardus Adianus BOUWER; Dionysius Cornelis VAN DIJK; Mathijs Johannes VAN KIMMENADE; Jan Van Eijk; Adrianus Van Der Pal
Original assignee: ASML Netherlands BV
Current assignee: ASML Netherlands BV
Priority date: 1995-05-30
Filing date: 1996-04-29
Publication date: 2004-04-22
Anticipated expiration: 2016-04-30
Also published as: US5953105A; EP0772801A1; EP1341044A2; EP0772801B1; DE69629087D1; WO1996038765A1; EP1341044A3

Description

Die Erfindung bezieht sich auf ein Positionierungsgerät mit einem Objekttisch, einem Subsystem zum Verarbeiten eines auf dem Objekttisch zu plazierenden Objekts, einer Antriebseinheit zum Verschieben des Objekttisches in Bezug auf das Subsystem und einem Meßsystem zum Messen einer Position des Objekttisches in Bezug auf das Subsystem, wobei die Antriebseinheit einen stationären Teil aufweist, der an einem Maschinenrahmen bzw. Maschinengestell des Positionierungsgerätes befestigt ist, während das Meßsystem einen stationären Teil und einen beweglichen Teil umfaßt, der am Objekttisch für ein Zusammenwirken mit dem stationären Teil des Meßsystems befestigt ist.
Die Erfindung bezieht sich ferner auf ein lithographisches Gerät mit einer Strahlungsquelle, einem Maskentisch, einem Projektionssystem mit einer Hauptachse, einem Substrattisch, einer Antriebseinheit zum Verschieben des Substrattisches in Bezug auf das Projektionssystem in mindestens einer Richtung senkrecht zur Hauptachse und einem Meßsystem zum Messen einer Position des Substrattisches in Bezug auf das Projektionssystem, wobei die Antriebseinheit einen stationären Teil umfaßt, der an einem Maschinengestell des lithographischen Gerät befestigt ist, während das Meßsystem einen stationären Teil und einen beweglichen Teil umfaßt, der am Substrattisch für ein Zusammenwirken mit den stationären Teil des Meßsystems befestigt ist.
EP-B-0 250 031 offenbart ein lithographisches Gerät der in den einleitenden Absätzen erwähnten Art, das ein Positionierungsgerät der in den einleitenden Absätzen erwähnten Art aufweist. Der Objekttisch des bekannten Positionierungsgerätes entspricht dem Substrattisch des bekannten lithographischen Geräts, während das Subsystem des bekannten Positionierungsgerätes einem Subsystem mit dem Projektionssystem, dem Maskentisch, und der Strahlungsquelle des bekannten lithographischen Geräts entspricht. Das bekannte lithographische Gerät wird bei der Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen mit Hilfe eines optischen Lithographieprozesses genutzt. Die Strahlungsquelle des bekannten lithographischen Geräts ist eine Lichtquelle, während das Projektionssystem ein optisches Linsensystem ist, mit dessen Hilfe ein Teilmuster einer integrierten Halbleiterschaltung, welches Muster auf einer auf dem Maskentisch des lithographischen Gerätes zu plazierenden Maske vorhanden ist, im verkleinerten Maßstab auf einem Halbleitersubstrat abgebildet wird, das auf dem Substrattisch des lithographischen Geräts plaziert werden soll. Ein derartiges Halbleitersubstrat umfaßt eine große Anzahl von Feldern, auf denen identische Halbleiterschaltungen vorgesehen werden sollen. Die einzelnen Felder des Halbleitersubstrats werden zu diesem Zweck nacheinander belichtet, wobei das Halbleitersubstrat in Bezug auf die Maske und das Projektionssystem während der Belichtung eines einzelnen Feldes bei einer konstanten Position liegt, während zwischen zwei aufeinanderfolgenden Belichtungsschritten ein nächstes Feld des Halbleitersubstrats mit Hilfe der Antriebseinheit des lithographischen Geräts in Bezug auf das Fokussiersystem in Position gebracht wird. Dieser Prozeß wird mehrere Male wiederholt, jedes Mal mit einer verschiedenen Maske mit einem verschiedenen Teilmuster, so daß integrierte Halbleiterschaltungen mit vergleichsweise komplizierter Struktur hergestellt werden können. Die Strukturen solcher integrierter Halbleiterschaltungen weisen Detailabmessungen auf, die im Submikrometerbereich liegen. Die Teilmuster, die auf den aufeinandertolgenden Masken vorhanden sind, sollen demgemäß auf den Feldern des Halbleitersubstrats in Bezug aufeinander mit einer Genauigkeit abgebildet werden, die im Submikrometerbereich liegt. Das Halbleitersubstrat soll demgemäß in Bezug auf die Maske und das Projektionssystem mit Hilfe der Antriebseinheit mit einer Genauigkeit ebenfalls im Submikrometerbereich positioniert werden. Um eine solch hohe Positioniergenauigkeit zu erhalten, muß die Position des Substrattisches in Bezug auf das Projektionssystem mit dem Meßsystem des lithographischen Geräts mit einer entsprechenden Genauigkeit gemessen werden. Zu diesem Zweck umfaßt das Meßsystem des bekannten lithographischen Geräts ein Laserinterferometersystem. Der bewegliche Teil des Laserinterferometersystems umfaßt einen Spiegel, der am Substrattisch befestigt ist, während der stationäre Teil des Laserinterferometersystems ein Laserinterferometer umfaßt, das an einer Glasplatte befestigt ist, die an vier vertikalen Säulen des Maschinengestells bzw. Maschinenrahmens des bekannten lithographischen Geräts befestigt ist.
Ein Nachteil des bekannten lithographischen Geräts und des darin verwendeten bekannten Positionierungsgerätes ist, daß die Genauigkeit des Meßsystems durch mechanische Vibrationen und Verformungen des Maschinengestells nachteilig beein flusst wird. Da der stationäre Teil der Antriebseinheit am Maschinengestell befestigt ist, ergeben sich solche Vibrationen und Verformungen insbesondere unter dem Einfluß von Reaktionskräften, die auf den stationären Teil der Antriebseinheit ausgeübt werden, welche Reaktionskräfte von Antriebskräften herrühren, die durch die Antriebseinheit auf den Substrattisch ausgeübt werden. Als Folge dieser Vibrationen und Verformungen ist die Position des stationären Teils des Meßsystems in Bezug auf das Projektionssystem nicht präzise definiert. Insbesondere sind die Vibrationen des Maschinengestells vergleichsweise stark, wenn die Reaktionskräfte eine Frequenz haben, die mit einer Eigenfrequenz vergleichbar ist, die für ein gewöhnliches Maschinengestell charakteristisch ist, wie es in dem bekannten lithographischen Gerät und dem Positionierungsgerät verwendet wird. Unter solchen Umständen bewirken die Reaktionskräfte, daß das Maschinengestell in Resonanz schwingt, wodurch vergleichsweise starke mechanische Vibrationen im Maschinengestell und in der Glasplatte entstehen, die den stationären Teil des Meßsystems trägt, selbst wenn die auf den stationären Teil der Antriebseinheit ausgeübten Reaktionskräfte vergleichsweise klein sind.
Es ist eine Aufgabe der Erfindung, ein lithographisches Gerät der Bauarten zu schaffen, die in den einleitenden Abschnitten erwähnt sind, mit denen der obige Nachteil möglichst verhindert wird.
Gemäß einem Gesichtspunkt der Erfindung wird ein lithographisches Gerät geschaffen, mit:
einer Strahlungsquelle;
einem Maskentisch;
einem Projektionssystem mit einer Hauptachse;
einem Substrattisch;
einer Antriebseinheit zum Verschieben des Substrattisches in Bezug auf das Projektionssystem in mindestens eine Richtung senkrecht zur Hauptachse; und
einem Meßsystem zum Messen einer Position des Substrattisches in Bezug auf das Projektionssystem;
worin die Antriebseinheit einen stationären Teil aufweist, der an einem Maschinengestell des lithographischen Geräts befestigt ist; das Meßsystem mehrere Meßsensoren aufweist, die einen stationären Teil und einen beweglichen Teil aufweisen; und
der bewegliche Teil eines der Sensoren am Substrattisch für ein Zusammenwirken mit dem stationären Teil des einen Sensors befestigt ist;
dadurch gekennzeichnet, daß das lithographische Gerät ferner aufweist:
einen Bezugsrahmen bzw. ein Bezugsgestell, das vom Maschinengestell mechanisch isoliert ist und an dem die stationären Teile der Sensoren befestigt sind.
Da das Bezugsgestell vom Maschinengestell dynamisch isoliert ist, werden die durch die Reaktionskräfte der Antriebseinheit im Maschinengestell hervorgerufenen mechanische Vibrationen nicht in das Bezugsgestell übertragen, so daß das Bezugsgestell und der stationäre Teil des Meßsystems, der am Bezugsgestell befestigt ist, von durch die Reaktionskräfte hervorgerufenen mechanischen Vibrationen frei bleiben. Es wird dadurch verhindert, daß das Bezugsgestell durch vergleichsweise hochfrequente Komponenten der Reaktionskräfte in Resonanz gebracht werden, so daß der stationäre Teil des Meßsystems in Bezug auf das Subsystem und den Objekttisch des Positionierungsgerätes oder in Bezug auf das Projektionssystem und den Substrattisch des lithographischen Gerätes eine präzise definierte Bezugsposition hat. Auf diese Weise wird die Genauigkeit, mit der die Position des Objekttisches oder Substrattisches in Bezug auf das Subsystem bzw. Projektionssystem gemessen werden kann, durch Ungenauigkeiten in der Position des stationären Teils des Meßsystems, die von mechanischen Vibrationen herrühren, nicht nachteilig beeinflusst.
In einer besonderen Ausführungsform eines Positionierungsgerätes gemäß der Erfindung ist der Objekttisch über eine Führung parallel zu mindestens einer X-Richtung verschiebbar, wobei die Führung am Bezugsgestell befestigt ist.
In einer besonderen Ausführungsform eines lithographischen Gerätes gemäß der Erfindung ist der Substrattisch über eine Führung verschiebbar, die senkrecht zur Hauptachse verläuft und am Bezugsgestell befestigt ist.
Falls die durch die Antriebseinheit des Positionierungsgerätes oder des lithographischen Gerätes auf den Objekttisch bzw. Substrattisch ausgeübte Antriebskraft im wesentlichen parallel zur Führung gerichtet ist und falls im wesentlichen keine mechanische Reibung zwischen der Führung und dem Objekttisch oder Substrattisch vorhanden ist, wird die Antriebskraft allein zum Beschleunigen oder Verzögern des Objekttisches oder Substrattisches genutzt, und es wird keine von der Antriebskraft herrührende Reaktionskraft durch den Objekttisch oder Substrattisch auf die Führung ausgeübt. Es wird besonders erwähnt, daß im wesentlichen keine mechanische Reibung zwischen der Führung und dem Objekttisch oder Substrattisch vorhanden ist, wenn der Objekttisch oder Substrattisch entlang der Führung mit Hilfe z.B. eines statischen Fluidlagers geführt wird. Da in diesen besonderen Ausführungsformen des Positionierungsgerätes und lithographischen Gerätes die Führung am Bezugsgestell befestigt ist, werden in der Führung keine mechanischen Vibrationen oder Verformungen als Folge der Reaktionskräfte der Antriebseinheit verursacht. Die Tatsache, daß die Führung frei von mechanischen Vibrationen bleibt, die durch die Reaktionskräfte hervorgerufen werden, impliziert nicht nur, daß die Positioniergenauigkeit und die Zeit, die zum Positionieren erforderlich ist, aufgrund des Fehlens mechanischer Vibrationen in der den Objekttisch oder Substrattisch tragenden Führung verbessert werden, sondern auch daß die erforderliche Zeit weiter reduziert wird, weil vergleichsweise hohe Frequenzen der Antriebskraft der Antriebseinheit während eines Positionierens des Objekttisches oder Substrattisches zulässig sind.
Eine spezielle Ausführungsform eines Positionierungsgerätes gemäß der Erfindung ist mit einem Kraftstellgliedsystem versehen, das von einer elektrischen Steuereinheit gesteuert wird und während des Betriebs eine Kompensationskraft auf das Bezugsgestell ausübt, welche Kompensationskraft ein mechanisches Moment um einen Bezugspunkt des Bezugsgestells mit einem Wert aufweist, der gleich einem Wert eines mechanischen Moments einer auf den Objekttisch wirkenden Gewichtkraft um den Bezugspunkt ist, und einer Richtung, die einer Richtung des mechanischen Moments der Gewichtkraft entgegengesetzt ist.
Eine spezielle Ausführungsform eines lithographischen Gerät gemäß der Erfindung ist mit einem Kraftstellgliedsystem versehen, das von einer elektrischen Steuereinheit gesteuert wird und während des Betriebs eine Kompensationskraft auf das Bezugsgestell ausübt, welche Kompensationskraft ein mechanisches Moment um einen Bezugspunkt des Bezugsgestells mit einem Wert aufweist, der gleich einem Wert eines mechanischen Moments einer auf den Substrattisch wirkenden Gewichtkraft um den Bezugspunkt ist, und einer Richtung, die einer Richtung des mechanischen Moments der Gewichtkraft entgegengesetzt ist.
In diesen speziellen Ausführungsformen ruhen der Objekttisch des Positionierungsgerätes und der Substrattisch des lithographischen Geräts auf der am Bezugsgestell befestigten Führung, wodurch der Objekttisch und Substrattisch eine Abstütz- bzw. Tragkraft auf die Führung und das Bezugsgestell ausüben, die durch die auf den Objekttisch bzw. Substrattisch wirkende Gewichtkraft bestimmt ist. Wenn der Objekttisch oder Substrattisch verschoben wird, wird auch der Punkt der Anwendung der Tragkraft auf die Führung in Bezug auf das Bezugsgestell verschoben. Die Verwendung des Kraftstellgliedsystems verhindert, daß das Bezugsgestell als Folge vergleichsweise großer oder schneller Verschiebungen des Objekttisches oder Substrattisches und des Anwendungspunktes in Bezug auf das Bezugsgestell vibriert oder erzittert. Die Steuereinheit steuert die Kompensationskraft des Kraftstellgliedsystems als Funktion der Position des Objekttisches oder Substrattisches in Bezug auf das Bezugsgestell. Aufgrund der Kompensationskraft hat der verschiebbare Objekttisch oder Substrattisch einen sogenannten virtuellen Schwerpunkt, der in Bezug auf das Bezugsgestell eine konstante Position hat. In diesen speziellen Ausführungsformen des Positionierungsgerätes und lithographischen Gerätes sind daher das Bezugsgestell und das Meßsystem nicht nur frei von mechanischen Vibrationen und Verformungen, die durch Reaktionskräfte der Antriebseinheit hervorgerufen werden, sondern bleiben auch frei von mechanischen Vibrationen und Verformungen, die durch Verschiebungen des tatsächlichen Schwerpunktes des Objekttisches bzw. Substrattisches in Bezug auf das Bezugsgestell hervorgerufen werden. Die Positioniergenauigkeit des Positionierungsgerätes und lithographischen Gerätes und die Zeit, die für eine Verschiebung des Objekttisches bzw. Substrattisches in eine gewünschte Endposition erforderlich ist, werden auf diese Weise weiter verbessert.
Eine weitere Ausführungsform eines lithographischen Geräts gemäß der Erfindung umfaßt eine weitere Antriebseinheit zum Verschieben des Maskentisches in Bezug auf das Projektionssystem in einer zur Hauptachse senkrechten Scan-Richtung, wobei die weitere Antriebseinheit einen stationären Teil aufweist, der am Maschinen gestell befestigt ist, während der Substrattisch in Bezug auf das Projektionssystem parallel zu mindestens der Scan-Richtung verschiebbar ist, wobei das Meßsystem einen stationären Teil aufweist, der am Bezugsgestell befestigt ist, und einen beweglichen Teil, der am Maskentisch für ein Zusammenwirken mit dem stationären Teil des Meßsystems befestigt ist, um eine Position des Maskentisches in Bezug auf das Projektionssystem zu messen oder um eine Position des Maskentisches in Bezug auf den Substrattisch zu messen. In dieser weiteren Ausführungsform eines lithographischen Gerätes gemäß der Erfindung ist das Halbleitersubstrat bei der Herstellung nicht in einer konstanten Position bezüglich der Maske und des Projektionssystems während der Belichtung eines einzelnen Feldes des Halbleitersubstrates, sondern statt dessen werden das Halbleitersubstrat und die Maske in Bezug auf das Projektionssystem mit Hilfe der Antriebseinheit bzw. der weiteren Antriebseinheit während der Belichtung parallel zur Scan-Richtung synchron verschoben. Auf diese Weise wird das auf der Maske vorhandene Muster parallel zur Scan-Richtung gescannt und synchron auf dem Halbleitersubstrat abgebildet. Dadurch wird erreicht, daß eine maximale Oberfläche der Maske, die mit Hilfe des Projektionssystems auf dem Halbleitersubstrat abgebildet werden kann, durch eine Größe einer Apertur des Projektionssystems auf einen geringeren Umfang begrenzt ist. Da die Detailabmessungen der herzustellenden integrierten Halbleiterschaltungen im Submikrometerbereich liegen, sollten während der Belichtung das Halbleitersubstrat und die Maske mit einer Genauigkeit ebenfalls im Submikrometerbereich in Bezug auf das Projektionssystem verschoben werden. Um die zur Herstellung der Halbleiterschaltungen erforderliche Zeit zu reduzieren, sollten das Halbleitersubstrat und die Maske während der Belichtung außerdem mit einer vergleichsweise hohen Geschwindigkeit in Bezug aufeinander verschoben und positioniert werden. Da das auf der Maske vorhandene Muster in einem verkleinerten Maßstab auf dem Halbleitersubstrat abgebildet wird, sind die Geschwindigkeit und die Distanz, mit der und über die die Maske verschoben wird, größer als die Geschwindigkeit und die Distanz, mit der und über die das Halbleitersubstrat verschoben wird, wobei das Verhältnis zwischen den Geschwindigkeiten und das Verhältnis zwischen den Distanzen beide gleich einem Verkleinerungsfaktor des Projektionssystems sind. Da in dieser weiteren Ausführungsform des lithographischen Gerä tes sowohl der stationäre Teil des Meßsystems, der mit dem beweglichen Teil des Meßsystems zusammenwirkt, der am Substrattisch befestigt ist, als auch der stationäre Teil des Meßsystems, der mit dem beweglichen Teil des Meßsystems zusammenwirkt, der am Maskentisch befestigt ist, am Bezugsgestell befestigt sind, bleiben die stationären Teile des Meßsystems frei von mechanischen Vibrationen, die durch die Reaktionskräfte der Antriebseinheit des Substrattisches und durch die vergleichsweise großen Reaktionskräfte der weiteren Antriebseinheit des Maskentisches hervorgerufen werden. Auf diese Weise haben Teile des Meßsystems genau definierte Positionen in Bezug aufeinander und genau definierte Bezugspositionen in Bezug auf das Projektionssystem, den Substrattisch und den Maskentisch. Dadurch wird erreicht, daß die Genauigkeit, mit der die Positionen des Substrattisches und des Maskentisches in Bezug auf das Projektionssystem gemessen werden können, oder die Genauigkeit, mit der die Position des Maskentisches in Bezug auf den Substrattisch gemessen werden kann, durch Ungenauigkeiten der Positionen der stationären Teile des Meßsystems nicht nachteilig beeinflusst werden.
Es wird besonders erwähnt, daß ein lithographisches Gerät mit einem verschiebbaren Substrattisch, einem verschiebbaren Maskentisch und einem Laserinterferometersystem zum Messen einer Position des Substrattisches und einer Position des Maskentisches in Bezug auf das Projektionssystem aus dem US-Patent 5,194,893 bekannt ist. Das US-Patent 5,194,893 offenbart jedoch nicht, wie die stationären Teile des Laserinterferometersystems am Gestell des bekannten lithographischen Gerätes befestigt sind.
In noch einer weiteren Ausführungsform eines lithographischen Geräts gemäß der Erfindung ist der Maskentisch über eine erste Führung verschiebbar, die parallel zur Scan-Richtung verläuft, und der Substrattisch ist über eine zweite Führung verschiebbar, die senkrecht zur Hauptachse verläuft, wobei die erste Führung und die zweite Führung am Bezugsgestell befestigt sind. Falls die durch die Antriebseinheit und die weitere Antriebseinheit auf den Substrattisch und den Maskentisch ausgeübten Antriebskräfte im wesentlichen parallel zur ersten bzw. zweiten Führung gerichtet sind und falls zwischen der zweiten Führung und dem Substrattisch und zwischen der ersten Führung und dem Maskentisch im wesentlichen keine mechanische Reibung vorhanden ist, werden die Antriebskräfte ausschließlich genutzt, um den Substrattisch und den Maskentisch zu beschleunigen oder zu verzögern, und es werden keine Reaktionskräfte, die von den Antriebskräften herrühren, durch den Substrattisch und den Maskentisch auf die erste und zweite Führung ausgeübt. Es wird besonders erwähnt, daß zwischen den Führungen und den Tischen im wesentlichen keine mechanische Reibung vorhanden ist, wenn die Tische beispielsweise mit Hilfe statischer Fluidlager entlang den Führungen geführt werden. Da in dieser Ausführungsform des lithographischen Geräts die erste und zweite Führung am Bezugsgestell befestigt sind, werden als Folge der Reaktionskräfte der Antriebseinheit und der weiteren Antriebseinheit keine mechanischen Vibrationen oder Verformungen in den Führungen hervorgerufen. Die Tatsache, daß die Führungen von mechanischen Vibrationen, die durch die Reaktionskräfte hervorgerufen werden, frei bleiben, impliziert nicht nur, daß die Positioniergenauigkeiten des Substrattisches und des Maskentisches aufgrund des Fehlens mechanischer Vibrationen in den Führungen verbessert werden, sondern auch daß die Positioniergenauigkeiten weiter verbessert und daß die Scan-Geschwindigkeiten der Tische erhöht werden, da vergleichsweise hohe Frequenzen und hohe Werte der Antriebskräfte der Antriebseinheit und der weiteren Antriebseinheit während der Scan-Bewegungen des Substrattisches und des Maskentisches zulässig sind.
Eine bestimmte Ausführungsform eines lithographischen Gerätes gemäß der Erfindung ist mit einem Kraftstellgliedsystem versehen, das von einer elektrischen Steuereinheit gesteuert wird und während des Betriebs eine Kompensationskraft auf das Bezugsgestell ausübt, welche Kompensationskraft ein mechanisches Moment um einen Bezugspunkt des Bezugsgestells mit Wert hat, der gleich einem Wert einer Summe eines mechanischen Moments einer auf den Substrattisch wirkenden Gewichtkraft um den Bezugspunkt und eines mechanischen Moments einer auf den Maskentisch wirkenden Gewichtkraft um den Bezugspunkt ist, und einer Richtung, die zur Richtung der Summe der mechanischen Momente entgegengesetzt ist. Der Substrattisch und der Maskentisch ruhen auf der zweiten Führung bzw. der ersten Führung, die am Bezugsgestell befestigt sind, wodurch der Substrattisch und der Maskentisch eine Tragkraft auf die zweite Führung bzw. die erste Führung ausüben, die durch die auf den Substrattisch und den Maskentisch wirkenden Gewichtkräfte bestimmt ist. Wenn der Substrattisch und der Maskentisch verschoben werden, wird auch ein Anwendungspunkt der Tragkräfte auf die Führungen in Bezug auf das Bezugsgestell verschoben. Die Verwendung des Kraftstellgliedsystems verhindert, daß das Bezugsgestell als Folge vergleichsweise großer oder schneller Verschiebungen des Substrattisches und des Maskentisches in Bezug auf das Bezugsgestell vibriert oder erzittert. Die Steuereinheit steuert die Kompensationskraft des Kraftstellgliedsystems als Funktion der Position des Substrattisches und der Position des Maskentisches in Bezug auf das Bezugsgestell. Aufgrund der Kompensationskraft weisen der verschiebbare Substrattisch und Maskentisch sogenannte virtuelle Schwerpunkte auf, die in Bezug auf das Bezugsgestell eine konstante Position haben. In dieser besonderen Ausführungsform des lithographischen Gerätes sind daher das Bezugsgestell und das Meßsystem nicht nur frei von mechanischen Vibrationen und Verformungen, die durch Reaktionskräfte der Antriebseinheit und der weiteren Antriebseinheit hervorgerufen werden, sondern bleiben auch frei von mechanischen Vibrationen und Verformungen, die durch Verschiebungen der tatsächlichen Schwerpunkte des Substrattisches und des Maskentisches in Bezug auf das Bezugsgestell hervorgerufen werden. Die Positioniergenauigkeiten der Antriebseinheiten werden auf diese Weise weiter verbessert.
In den Ausführungsformen der Positionier- und lithographischen Geräte gemäß der Erfindung kann das Subsystem oder Projektionssystem am Bezugsgestell befestigt sein.
In solchen Ausführungsformen des Positionierungsgerätes und des lithographischen Gerätes bilden das Subsystem bzw. das Projektionssystem und das Bezugsgestell, das den stationären Teil oder die stationären Teile des Meßsystems trägt, zusammen eine stabile bzw. steife Einheit, die frei von mechanischen Vibrationen und Verformungen bleibt, die von Reaktionskräften der Antriebseinheit oder -einheiten herrühren. Folglich ist die Position des stationären Teils oder der stationären Teile des Meßsystems in Bezug auf das Subsystem bzw. das Projektionssystem besonders gut definiert, so daß die Position des Objekttisches bzw. Substrattisches und des Maskentisches in Bezug auf das Subsystem bzw. das Projektionssystem sehr genau gemessen werden können.
Die Erfindung wird im folgenden mit Verweis auf die beiliegenden Zeichnungen ausführlicher erläutert, in denen:
1 ein lithographisches Gerät gemäß der Erfindung zeigt,
2 ein Diagramm des lithographischen Geräts von 1 ist;
3 ein Diagramm eines Maschinengestells und eines Bezugsgestells des lithographischen Geräts von 1 ist,
4 eine Basis und einen Substrattisch des lithographischen Geräts von 1 zeigt,
5 eine Draufsicht der Basis und des Substrattisches des lithographischen Geräts von 4 ist,
6 eine Draufsicht eines Maskentisches des lithographischen Geräts von 1 ist,
7 ein Querschnitt eines dynamischen Isolators des lithographischen Geräts von 1 ist,
8 ein entlang der Linie VIII-VIII in 7 gelegter Querschnitt ist,
9 ein Kraftstellgliedsystem des lithographischen Geräts von 1 schematisch zeigt, und
10a bis 10d alternative Rahmen- bzw. Gestellstrukturen eines lithographischen Geräts gemäß der Erfindung zeigen.
Das in 1, 2 und 3 dargestellte lithographische Gerät gemäß der Erfindung wird für die Herstellung integrierter Halbleiterschaltungen durch einen optischen lithographischen Prozess verwendet. Wie 2 schematisch zeigt, ist das lithographische Gerät, parallel zur vertikalen Z-Richtung betrachtet, nacheinander versehen mit einem Substrattisch 1, einem Projektionssystem 3, einem Maskentisch 5 und einer Strahlungsquelle 7. Das in 1, 2 und 3 gezeigte lithographische Gerät ist ein optisches lithographisches Gerät, in welchem die Strahlungsquelle 7 eine Lichtquelle 9, eine Blende 11 und Spiegel 13 und 15 umfaßt. Der Substrattisch 1 weist eine Tragfläche 17 auf, die senkrecht zur Z-Richtung verläuft und auf der ein Halbleitersubstrat 19 plaziert werden kann, während es in Bezug auf das Projektionssystem 3 parallel zu einer zur Z-Richtung senkrechten X-Richtung und parallel zu einer Y-Richtung, die zur X-Richtung und der Z-Richtung senkrecht ist, mit Hilfe einer Antriebseinheit 21 des lithographischen Geräts verschiebbar ist. Das Projektionssystem 3 ist ein Abbildungssystem und umfaßt ein System optischer Linsen 23 mit einer optischen Hauptachse 25, die zur Z-Richtung parallel ist, und einem optischen Verkleinerungsfaktor, der z.B. 4 oder 5 beträgt. Der Maskentisch 5 umfaßt eine Tragfläche 27, die zur Z-Richtung senkrecht ist und auf der eine Maske 29 plaziert werden kann, während sie in Bezug auf das Projektionssystem 3 mit Hilfe einer weiteren Antriebseinheit 31 des lithographischen Geräts parallel zur X-Richtung verschiebbar ist. Die Maske 29 weist ein Muster oder ein Teilmuster einer integrierten Halbleiterschaltung auf. Während des Betriebs wird ein von der Lichtquelle 9 stammender Lichtstrahl 33 über die Blende 11 und die Spiegel 13 und 15 durch die Maske 29 geführt und mit Hilfe des Projektionssystems 3 auf das Halbleitersubstrat 19 projiziert, so daß das auf der Maske 29 vorhandene Muster in einem verkleinerten Maßstab auf dem Halbleitersubstrat 19 abgebildet wird. Das Halbleitersubstrat 19 umfaßt eine große Anzahl einzelner Felder 35, auf denen identische Halbleiterschaltungen vorgesehen werden sollen. Zu diesem Zweck werden die Felder 35 des Halbleitersubstrats 19 nacheinander durch die Maske 29 belichtet, wobei ein nächstes Feld 35 in Bezug auf das Projektionssystem 3 jedesmal nach der Belichtung eines einzelnen Feldes 35 dadurch positioniert wird, daß der Substrattisch 1 mit Hilfe der Antriebseinheit 21 parallel zu der X-Richtung und/oder der Y-Richtung bewegt wird. Dieser Prozess wird mehrere Male wiederholt, jedesmal mit einer verschiedenen Maske, so daß vergleichsweise komplizierte integrierte Halbleiterschaltungen mit einer geschichteten Struktur hergestellt werden.
Wie 2 zeigt, werden während der Belichtung eines einzelnen Feldes 35 des Halbleitersubstrats 19 das Halbleitersubstrat 19 und die Maske 29 durch die Antriebseinheiten 21, 31 in Bezug auf das Projektionssystem 3 parallel zur X-Richtung, d.h. parallel zu einer Scan-Richtung synchron verschoben. Das auf der Maske 29 vorhandene Muster wird somit parallel zur Scan-Richtung gescannt und auf dem Halbleitersubstrat 19 synchron abgebildet. Auf diese Weise ist, wie in 2 verdeutlicht ist, ausschließlich eine parallel zur Y-Richtung gerichtete maximale Breite B der Maske 29, die auf dem Halbleitersubstrat 19 durch das Projektionssystem 3 abgebildet wer den kann, durch einen Durchmesser D einer Apertur 37 des Projektionssystems 3 beschränkt, das in 2 schematisch dargestellt ist. Eine zulässige Länge L der Maske 29, die auf dem Halbleitersubstrat 19 durch das Projektionssystem 3 abgebildet werden kann, ist größer als der Durchmesser D. In diesem Abbildungsverfahren, das dem sogenannten "Step-and-Scan"-Prinzip folgt, ist die maximale Oberfläche der Maske 29, die durch das Projektionssystem 3 auf dem Halbleitersubstrat 19 abgebildet werden kann, durch den Durchmesser D der Apertur 37 des Projektionssystems 3 in einem geringeren Maße als in einem herkömmlichen Abbildungsverfahren begrenzt, das dem sogenannten "Step-and-Repeat"-Prinzip folgt, das z.B. in einem aus EP-A-0 250 031 bekannten lithographischen Gerät verwendet wird, bei dem die Maske und das Substrat in Bezug auf das Projektionssystem während einer Belichtung des Halbleitersubstrats an festgelegten Positionen sind. Da das auf der Maske 29 vorhandene Muster in einem verkleinerten Maßstab auf dem Halbleitersubstrat 19 abgebildet wird, sind die Länge L und die Breite B der Maske 29 größer als eine entsprechende Länge L' und einer Breite B' der Felder 35 auf dem Halbleitersubstrat 19 sind, wobei ein Verhältnis zwischen den Längen L und L' und zwischen den Breiten B und B' gleich dem optischen Verkleinerungsfaktor des Projektionssystems 3 ist. Folglich sind auch ein Verhältnis zwischen einer Distanz, über die die Maske 29 während einer Belichtung verschoben wird, und einer Distanz, über die das Halbleitersubstrat 19 während einer Belichtung verschoben wird, und ein Verhältnis zwischen der Geschwindigkeit, mit der die Maske 29 während einer Belichtung verschoben wird, und einer Geschwindigkeit, mit der das Halbleitersubstrat 19 während einer Belichtung verschoben wird, beide gleich dem optischen Verkleinerungsfaktor des Projektionssystems 3. In dem in 2 dargestellten lithographischen Gerät sind die Richtungen, in denen das Halbleitersubstrat 19 und die Maske 29 während einer Belichtung verschoben werden, einander entgegengesetzt. Es wird besonders erwähnt, daß die Richtungen auch die gleichen sein können, falls das lithographische Gerät ein verschiedenes Projektionssystem aufweist, mit dem die Maske nicht umgekehrt abgebildet wird.
Die integrierten Halbleiterschaltungen, die mit dem lithographischen Gerät hergestellt werden sollen, haben eine Struktur mit Detailabmessungen im Submikrome terbereich. Da das Halbleitersubstrat 19 nacheinander durch mehrere verschiedene Masken belichtet wird, müssen die auf den Masken vorhandenen Muster auf dem Halbleitersubstrat 19 in Bezug aufeinander mit einer Genauigkeit abgebildet werden, die ebenfalls im Submikrometerbereich oder gar im Nanometerbereich liegt. Während einer Belichtung des Halbleitersubstrats 19 sollten das Halbleitersubstrat 19 und die Maske 29 demgemäß in Bezug auf das Projektionssystem 3 mit solch einer Genauigkeit verschoben werden, so daß vergleichsweise hohe Anforderungen an die Positioniergenauigkeit der Antriebseinheiten 21, 31 gestellt werden.
Wie 2 schematisch zeigt, ist das lithographische Gerät mit einem Meßsystem 39 zum Messen einer Position des Substrattisches 1 in Bezug auf das Projektionssystem 3 und zum Messen einer Position des Maskentisches 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 versehen. Das Meßsystem 39 arbeitet mit einem Positionssteuerungssystem des lithographischen Geräts zusammen, das in den Figuren nicht dargestellt ist und die Antriebseinheiten 21, 31 steuert. Das Meßsystem 39 umfaßt ein Laserinterferometersystem 41, das per se üblich und bekannt und in 2 nur schematisch dargestellt ist. Das Laserinterferometersystem 41 umfaßt bewegliche Teile 43 und 45, die am Substrattisch 1 befestigt sind, wobei der bewegliche Teil 43 eine erste reflektierende Seitenwand 47 des Substrattisches 1 aufweist, die senkrecht zur Y-Richtung verläuft, und der bewegliche Teil 45 eine zweite reflektierende Seitenwand 49 des Substrattisches 1 aufweist, die senkrecht zur X-Richtung verläuft. Das Laserinterferometersystem 41 umfaßt ferner stationäre Teile 51, 53 und 55, die in 2 nur schematisch dargestellt sind. Der stationäre Teil 51 umfaßt ein Laserinterferometer 57, das mit dem beweglichen Teil 45 zusammenarbeitet, um eine X-Position des Substrattisches 1 in Bezug auf das Projektionssystem 3 zu messen, während die stationären Teile 53 und 55 Laserinterferometer 59 bzw. 61 umfassen, die mit dem beweglichen Teil 43 zusammenarbeiten, um eine Y-Position des Substrattisches 1 in Bezug auf das Projektionssystem 3 und einen Drehwinkel θ des Substrattisches 1 um eine Drehachse zu messen, die zur Z-Richtung parallel gerichtet ist. Wie 2 ferner zeigt, umfaßt das Laserinterferometersystem 41 weitere bewegliche Teile 63 und 65, die am Maskentisch 5 befestigt sind, wobei der weitere bewegliche Teil 63 eine erste reflektierende Seitenwand 67 des Maskentisches 5 umfaßt, die zur Y-Richtung senk recht ist, und der bewegliche Teil 65 eine zweite reflektierende Seitenwand 69 des Maskentisches 5 umfaßt, die zur X-Richtung senkrecht verläuft. Das Laserinterferometersystem 41 umfaßt weitere stationäre Teile 71, 73 und 75, die in 2 nur schematisch dargestellt sind. Der weitere stationäre Teil 71 umfaßt ein Laserinterferometer 77, das mit dem beweglichen Teil 65 zusammenarbeitet, um eine X-Position des Maskentisches 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 zu messen, während die weiteren stationären Teile 73 und 75 Laserinterferometer 79 bzw. 81 aufweisen, die mit dem beweglichen Teil 63 zusammenarbeiten, um eine Y-Position des Maskentisches 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 und einen Drehwinkel θ' des Maskentisches 5 um eine zur Z-Richtung parallel gerichteten Drehachse zu messen.
Wie 1 und 3 zeigen, hat das lithographische Gerät eine Basis 83, die auf einer horizontalen Bodenfläche plaziert werden kann. Die Basis 83 bildet einen Teil eines Maschinenrahmens bzw. Maschinengestells 85, zu dem ferner eine vertikale, vergleichsweise stabile bzw. steife Metallsäule 87 gehört, die an der Basis 83 befestigt ist. Das lithographische Gerät umfaßt ferner ein Bezugsgestell 89 mit einer dreieckigen, vergleichsweise steifen Hauptplatte 91 aus Metall, die quer zur optischen Hauptachse 25 des Projektionssystems 3 verläuft und mit einer zentralen Lichtdurchgangsöffnung versehen ist, die in 1 nicht sichtbar ist. Die Hauptplatte 91 hat drei Eckteile 93, mit denen sie auf drei dynamischen Isolatoren 95 ruht, die auf der Basis 83 befestigt sind und unten weiter beschrieben werden. Nur zwei Eckteile 93 der Hauptplatte 91 und zwei dynamische Isolatoren 95 sind in 1 und 3 sichtbar, während in 4 und 5 alle drei dynamische Isolatoren 95 sichtbar sind. Das Projektionssystem 3 ist nahe einer unteren Seite mit einem Montagering 97 versehen, mit dessen Hilfe das Projektionssystem 3 an der Hauptplatte 91 befestigt ist. Das Bezugsgestell 89 weist auch eine vertikale, vergleichsweise steife Metallsäule 99 auf, die auf der Metallplatte 91 befestigt ist. Nahe einer Oberseite des Projektionssystems 3 gibt es überdies ein Tragelement 101 für den Maskentisch 5, welches Element auch zum Bezugsgestell 89 gehört, an der Säule 99 des Bezugsgestells 89 befestigt ist und unten weiter erläutert wird. Zum Bezugsgestell 89 gehören auch drei vertikale Aufhängungsplatten 103, die an einer Unterseite der Hauptplatte 91 nahe den drei jeweiligen Eckteilen 93 befestigt sind. Nur zwei Aufhängungsplatten 103 sind in 1 und 3 teilweise sichtbar, während alle drei Aufhängungsplatten 103 in 4 und 5 sichtbar sind. Wie 5 zeigt, ist eine horizontale Tragplatte 105 für den Substrattisch 1, die auch zum Bezugsgestell 89 gehört, an den drei Aufhängungsplatten 103 befestigt. Die Tragplatte 105 ist in 1 nicht sichtbar und in 4 nur teilweise sichtbar.
Aus dem vorhergehenden ist ersichtlich, daß das Bezugsgestell 89 die Hauptkomponenten des lithographischen Geräts, d.h. den Substrattisch 1, das Projektionssystem 3 und den Maskentisch 5, parallel zur vertikalen Z-Richtung trägt. Wie unten weiter erläutert wird, weisen die dynamischen Isolatoren 95 eine vergleichsweise geringe mechanische Steifigkeit auf. Dadurch wird erreicht, daß die in der Basis 83 vorhandenen mechanischen Vibrationen, wie z.B. Bodenvibrationen, über die dynamische Isolatoren 95 nicht in das Bezugsgestell 89 übertragen werden. Die Antriebseinheiten 21, 31 haben folglich eine Positioniergenauigkeit, die durch die in der Basis 83 vorhandenen mechanischen Vibrationen nicht nachteilig beeinflußt wird. Die Funktion des Maschinengestells 85 wird unten weiter ausführlicher erläutert.
Wie 1 und 6 zeigen, umfaßt der Maskentisch 5 einen Block 107, auf dem die Tragfläche 27 vorhanden ist. Das Tragelement 101 für den Maskentisch 5, der zum Bezugsgestell 89 gehört, umfaßt eine zentrale Lichtdurchgangsöffnung 109, die in 6 sichtbar ist, und zwei ebene Führungen 111, die parallel zu der X-Richtung verlaufen und in einer gemeinsamen Ebene liegen, die zur Z-Richtung senkrecht ist. Der Block 107 des Maskentisches 5 wird über die ebenen Führungen 111 des Tragelements 101 mit Hilfe eines (in den Figuren nicht sichtbaren) gasstatischen Lagers mit Freiheitsgraden einer Bewegung parallel zu der X-Richtung und parallel zu der Y-Richtung und einem Freiheitsgrad einer Drehung um eine Drehachse 113 des Maskentisches 5 geführt, die zur Z-Richtung parallel gerichtet ist.
Wie 1 und 6 ferner zeigen, umfaßt die weitere Antriebseinheit 31, durch die der Maskentisch 5 verschiebbar ist, einen ersten Linearmotor 115 und einen zweiten Linearmotor 117. Der zweite Linearmotor 117, der von einer per se üblichen und bekannten Art ist, umfaßt einen stationären Teil 119, der an der Säule 87 des Maschinengestells 85 befestigt ist. Der stationäre Teil 119 der weiteren Antriebseinheit 31 umfaßt eine Führung 121, die parallel zur X-Richtung verläuft und entlang der ein beweglicher Teil 123 des zweiten Linearmotors 117 verschiebbar ist. Der bewegliche Teil 123 umfaßt einen Verbindungsarm 125, der sich parallel zu der Y-Richtung erstreckt und an dem ein elektrischer Spulenhalter 127 des ersten Linearmotors 115 befestigt ist. Ein Permanentmagnethalter 129 des ersten Linearmotors 115 ist am Block 107 des Maskentisches 5 befestigt. Der erste Linearmotor 115 ist von einer aus EP-B-0 421 527 bekannten Art und umfaßt einen ersten X-Motor 131, einen zweiten X-Motor 133, einen dritten X-Motor 135, einen vierten X-Motor 137 und einen Y-Motor 139, wie in 6 gezeigt ist. Der Maskentisch 5 ist mit Hilfe der X-Motoren 131, 133, 135 und 137 parallel zu der X-Richtung verschiebbar und um die Drehachse 113 drehbar, während der Maskentisch 5 mit Hilfe des Y-Motors 139 parallel zu der Y-Richtung verschiebbar ist.
Während einer Belichtung des Halbleitersubstrats 19 sollte der Maskentisch 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 über eine vergleichsweise große Distanz und mit hoher Positioniergenauigkeit parallel zu der X-Richtung verschoben werden. Um dies zu erreichen, wird der Spulenhalter 127 des ersten Linearmotors 115 mit Hilfe des zweiten Linearmotors 117 parallel zu der X-Richtung verschoben, wobei die Maske 5 in Bezug auf den beweglichen Teil 123 des zweiten Linearmotors 117 durch eine geeignete Lorentz-Kraft der X-Motoren 131, 133, 135, 137 des ersten Linearmotors 115 mitgeführt wird, wodurch eine gewünschte Verschiebung des Maskentisches 5 durch den zweiten Linearmotor 117 ungefähr erreicht wird. Die gewünschte Verschiebung des Maskentisches 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 wird dadurch erreicht, daß die Lorentz-Kraft der X-Motoren 131, 133, 135, 137 mit Hilfe des Positionssteuerungssystems des lithographischen Geräts während der Verschiebung des Maskentisches 5 gesteuert wird, wobei die Position des Maskentisches 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 mit Hilfe der Laserinterferometer 77, 79 und 81 des Lasterinterferometersystems 41 gemessen wird, das mit dem Positionssteuerungssystem zusammenarbeitet. Während der Belichtung des Halbleitersubstrats 19 steuert der erste Linearmotor 115 nicht nur die Verschiebung des Maskentisches 5 parallel zu der X-Richtung, sondern er steuert auch eine Position des Maskentisches 5 parallel zu der Y-Richtung und einen Drehwinkel des Maskentisches 5 um die Drehachse 113. Da der Maskentisch 5 auch parallel zu der Y-Richtung positioniert und um die Drehachse 113 durch den ersten Linearmotor 115 gedreht werden kann, weist die Verschiebung des Maskentisches 5 eine Parallelität in Bezug auf die X-Richtung auf, die durch die Positioniergenauigkeit des ersten Linearmotors 115 bestimmt ist. Abweichungen von der Parallelität der Führung 121 des zweiten Linearmotors 117 in Bezug auf die X-Richtung können somit durch Verschiebungen des Maskentisches 5 parallel zu der Y-Richtung kompensiert werden. Da die gewünschte Verschiebung des Maskentisches 5 nur durch den zweiten Linearmotor 117 ungefähr erreicht werden muß und keine besonders hohen Anforderungen an die Parallelität der Führung 121 in Bezug auf die X-Richtung gestellt werden, kann ein vergleichsweise einfacher herkömmlicher eindimensionaler Linearmotor als der zweite Linearmotor 117 verwendet werden, mit dessen Hilfe der Maskentisch 5 über vergleichsweise große Distanzen mit einer vergleichsweise geringen Genauigkeit verschiebbar ist. Die gewünschte Genauigkeit der Verschiebung des Maskentisches 5 wird dadurch erreicht, daß der Maskentisch 5 über vergleichsweise kleine Distanzen in Bezug auf den beweglichen Teil 123 des zweiten Linearmotors 117 mit Hilfe des ersten Linearmotors 115 verschoben wird. Der erste Linearmotor 115 hat vergleichsweise kleine Abmessungen, weil die Distanzen, über die der Maskentisch 5 in Bezug auf den beweglichen Teil 123 des zweiten Linearmotors 117 verschoben wird, nur klein sind. Elektrische Widerstandsverluste in den elektrischen Spulen des ersten Linearmotors 115 werden dadurch minimiert.
Wie oben besonders erwähnt wurde, ist der stationäre Teil 119 des zweiten Linearmotors 117 am Maschinengestell 85 des lithographischen Geräts befestigt. Dadurch wird erreicht, daß die Reaktionskraft, die durch den beweglichen Teil 123 des zweiten Linearmotors 117 auf den stationären Teil 119 ausgeübt wird und von der Antriebskraft des zweiten Linearmotors 117 herrührt, die auf den beweglichen Teil 123 ausgeübt wird, in das Maschinengestell 85 übertragen wird. Da überdies der Spulenhalter 127 des ersten Linearmotors 115 am beweglichen Teil 123 des zweiten Linearmotors 117 befestigt ist, wird auch eine Reaktionskraft, die durch den Maskentisch 5 auf den beweglichen Teil 123 ausgeübt wird und von einer Lorentz-Kraft des ersten Linearmotors 115 herrührt, die auf den Maskentisch 5 ausgeübt wird, über den beweglichen Teil 123 und den stationären Teil 119 des zweiten Linearmotors 117 ebenfalls in das Maschinengestell 85 übertragen. Eine Reaktionskraft, die wäh rend eines Betriebs durch den Maskentisch 5 auf die weitere Antriebseinheit 31 ausgeübt wird und von einer Antriebskraft herrührt, die durch die weitere Antriebseinheit 31 auf den Maskentisch 5 ausgeübt wird, wird somit ausschließlich in das Maschinengestell 85 übertragen. Die Reaktionskraft hat eine Komponente niedriger Frequenz, die sich aus den vergleichsweise großen Verschiebungen des zweiten Linearmotors 117 ergibt, sowie eine Komponente hoher Frequenz, die sich aus den vergleichsweise kleinen Verschiebungen ergibt, die durch den ersten Linearmotor 115 ausgeführt werden, um die gewünschte Positioniergenauigkeit zu erreichen. Da das Maschinengestell 85 vergleichsweise steif und auf einer festen Basis 83 plaziert ist, sind die mechanischen Vibrationen, die durch die Komponente niedriger Frequenz der Reaktionskraft im Maschinengestell 85 hervorgerufen werden, vernachlässigbar klein. Die Komponente hoher Frequenz der Reaktionskraft hat einen kleinen Wert; sie weist aber gewöhnlich eine Frequenz auf, die mit einer Resonanzfrequenz vergleichbar ist, die für einen Gestelltyp wie z.B. das verwendete Maschinengestell 85 charakteristisch ist. Folglich bewirkt die Komponente hoher Frequenz der Reaktionskraft eine nicht vernachlässigbare mechanische Vibration hoher Frequenz im Maschinengestell 85. Das Maschinengestell 85 ist vom Bezugsgestell 89 dynamisch isoliert, d.h. mechanische Vibrationen mit einer Frequenz oberhalb eines bestimmten Schwellenwerts, zum Beispiel 10 Hz, die im Maschinengestell 85 vorhanden sind, werden nicht in das Bezugsgestell 89 übertragen, weil das letztgenannte ausschließlich über die niederfrequenten dynamischen Isolatoren 95 mit dem Maschinengestell 85 gekoppelt ist. Dadurch wird erreicht, daß die im Maschinengestell 85 durch die Reaktionskräfte der weiteren Antriebseinheit 31 hervorgerufenen mechanischen Vibrationen hoher Frequenz nicht in das Maschinengestell 89 übertragen werden, ähnlich den oben erwähnten Bodenvibrationen. Da die ebenen Führungen 111 des Tragelements 101 senkrecht zur Z-Richtung verlaufen und die durch die weitere Antriebseinheit 31 auf dem Maskentisch 5 ausgeübten Antriebskräfte ebenfalls senkrecht zur Z-Richtung gerichtet sind, sind die Antriebskräfte im Wesentlichen parallel zu den Führungen 111 gerichtet. Da der Maskentisch 5 mit Hilfe eines im Block 107 vorgesehenen gasstatischen Lagers über die Führungen 111 geführt wird, ist zwischen den Führungen 111 und dem Block 107 im Wesentlichen keine mechanische Reibung vorhanden. Folglich werden die Antriebskräfte der weiteren Antriebseinheit 31, die parallel zu den Führungen 111 gerichtet sind, ausschließlich genutzt, um den Maskentisch 5 zu beschleunigen oder zu verzögern, und es werden keine Reaktionskräfte, die von den Antriebskräften herrühren, durch den Maskentisch 5 direkt auf die Führung 111 und das Bezugsgestell 89 ausgeübt. Überdies können die im Maschinengestell 85 vorhandenen mechanischen Vibrationen nicht durch den stationären Teil 119 und den beweglichen Teil 123 des zweiten Linearmotors 117 in das Bezugsgestell 89 übertragen werden, weil sowohl, wie aus dem obigen ersichtlich ist, der Maskentisch 5 im Wesentlichen ausschließlich durch Lorentz-Kräfte des Magnetsystems und des elektrischen Spulensystems des ersten Linearmotors 115 mit dem beweglichen Teil 123 des zweiten Linearmotors 117 gekoppelt ist als auch der Maskentisch 5 vom beweglichen Teil 123 des zweiten Linearmotors 117 bis auf die Lorentz-Kräfte physikalisch entkoppelt ist. Somit zeigt die obige Diskussion, daß das Bezugsgestell 89 im Wesentlichen frei von mechanischen Vibrationen und Verformungen bleibt, die durch die Antriebskräfte und Reaktionskräfte der weiteren Antriebseinheit 31 hervorgerufen werden. Die Vorteile davon werden im folgenden weiter diskutiert.
Wie 4 und 5 zeigen, umfaßt der Substrattisch 1 einen Block 141, auf welchem die Tragfläche 17 vorhanden, und einen gasstatisch abgestützten Fuß 143, der mit einem gasstatischen Lager versehen ist. Der Substrattisch 1 wird mit Hilfe des gasstatisch abgestützten Fußes 143 über eine ebene Führung geführt, die von einer Oberseite 145 eines Granitträgers 147 gebildet wird, wobei die Oberseite 145 senkrecht zur Z-Richtung verläuft und der Granitträger 147 auf der Tragplatte 105 des Bezugsgestells 89 vorgesehen ist. Der Substrattisch 1 weist Freiheitsgrade einer Verschiebung parallel zur X-Richtung und parallel zur Y-Richtung und einen Freiheitsgrad einer Drehung um eine Drehachse 149 des Substrattisches 1 auf, die parallel zur Z-Richtung gerichtet ist.
Wie 1, 4 und 5 ferner zeigen, umfaßt die Antriebseinheit 21 des Substrattisches 1 einen ersten Linearmotor 152, einen zweiten Linearmotor 153 und einen dritten Linearmotor 155. Der zweite Linearmotor 153 und der dritte Linearmotor 155 der Antriebseinheit 21 sind von einer Bauart, die mit dem zweiten Linearmotor 117 der weiteren Antriebseinheit 32 identisch ist. Der zweite Linearmotor 153 umfaßt einen stationären Teil 157, der an einem Arm 159 befestigt ist, der an der zum Maschinengestell 85 gehörenden Basis 83 befestigt ist. Der stationäre Teil 157 umfaßt eine Führung 161, die parallel zur Y-Richtung verläuft und entlang der ein beweglicher Teil 163 des zweiten Linearmotors 153 verschiebbar ist. Ein stationärer Teil 165 des dritten Linearmotors 155 ist auf dem beweglichen Teil 163 des zweiten Linearmotors 153 angeordnet und mit einer Führung 167 versehen, die sich parallel zur X-Richtung erstreckt und entlang der ein beweglicher Teil 169 des dritten Linearmotors 155 verschiebbar ist. Wie in 5 sichtbar ist, umfaßt der bewegliche Teil 169 des dritten Linearmotors 155 ein Kopplungsstück 171, an dem ein elektrischer Spulenhalter 173 des ersten Linearmotors 151 befestigt ist. Der erste Linearmotor 151 der Antriebseinheit 21 ist, wie der erste Linearmotor 115 der weiteren Antriebseinheit 31, von einer aus EP-B-0 421 527 bekannten Art. Da der erste Linearmotor 115 der weiteren Antriebseinheit 31 oben ausführlich beschrieben wurde, wird hier eine detaillierte Beschreibung des ersten Linearmotors 151 der Antriebseinheit 21 weggelassen. Es reicht aus, besonders zu erwähnten, daß der Substrattisch 1 während des Betriebs ausschließlich durch eine zur Z-Richtung senkrechten Lorentz-Kraft mit dem beweglichen Teil 169 des dritten Linearmotors 155 gekoppelt ist. Ein Unterschied zwischen dem ersten Linearmotor 151 der Antriebseinheit 21 und dem ersten Linearmotor 115 der weiteren Antriebseinheit 31 ist jedoch, daß der erste Linearmotor 151 der Antriebseinheit 21 X-Motoren und Y-Motoren mit vergleichbaren Leistungskenndaten umfaßt, wohingegen der einzelne Y-Motor 139 des ersten Linearmotors 115 der weiteren Antriebseinheit 31 eine Leistungskennzahl hat, die verglichen mit den Leistungskennzahlen der X-Motoren 131, 133, 135, 137 verhältnismäßig gering ist. Dies bedeutet, daß der Substrattisch 1 von dem ersten Linearmotor 151 nicht nur parallel zur X-Richtung über vergleichsweise große Distanzen, sondern auch parallel zur Y-Richtung mitgeführt werden kann. Der Substrattisch 1 ist überdies mit Hilfe des ersten Linearmotors 151 um die Drehachse 149 drehbar.
Während der Belichtung des Halbleitersubstrats 19 sollte der Substrattisch 1 in Bezug auf das Projektionssystem 3 mit einer hohen Positioniergenauigkeit parallel zur X-Richtung verschoben werden, während der Substrattisch 1 ist parallel zu der X-Richtung und/oder der Y-Richtung verschoben werden soll, wenn ein nächstes Feld 35 des Halbleitersubstrats 19 in Bezug auf das Projektionssystem 3 zur Belichtung in Position gebracht wird. Um den Substrattisch 1 parallel zur X-Richtung zu verschieben, wird der Spulenhalter 173 des ersten Linearmotors 151 mit Hilfe des dritten Linearmotors 155 parallel zur X-Richtung verschoben, wobei der Substrattisch 1 durch eine geeignete Lorentz-Kraft des ersten Linearmotors 151 in Bezug auf den beweglichen Teil 169 des dritten Linearmotors 155 geführt wird, wodurch eine gewünschte Verschiebung des Substrattisches 1 durch den dritten Linearmotor 155 ungefähr erreicht wird. In ähnlicher Weise wird eine gewünschte Verschiebung des Substrattisches 1 parallel zur Y-Richtung dadurch approximiert, daß der Spulenhalter 173 mit Hilfe des zweiten Linearmotors 153 parallel zur Y-Richtung verschoben wird, wobei der Substrattisch 1 durch eine geeignete Lorentz-Kraft des ersten Linearmotors 151 in Bezug auf den beweglichen Teil 169 des dritten Linearmotors 155 geführt wird. Die gewünschte Verschiebung des Substrattisches 1 parallel zur X-Richtung oder Y-Richtung wird mit Hilfe der Lorentz-Kraft des ersten Linearmotors 151 erreicht, der während der Verschiebung des Substrattisches 1 mittels des Positionssteuerungssystems des oben verwiesenen lithographischen Geräts gesteuert wird, wobei die Position des Substrattisches 1 in Bezug auf das Projektionssystem 3 mit Hilfe der Laserinterferometer 57, 59 und 61 des Laserinterferometersystems 41 gemessen wird, das mit dem Positionssteuerungssystem zusammenarbeitet. Da die gewünschte Verschiebung des Substrattisches 1 durch den zweiten Linearmotor 153 und den dritten Linearmotor 155 nur durch Approximation erreicht werden muß und demgemäß keine besonders hohen Anforderungen an die Positioniergenauigkeit des zweiten und dritten Linearmotors 153, 155 gestellt werden, sind der zweite Linearmotor 153 und der dritte Linearmotor 155, wie der zweite Linearmotor 117 der weiteren Antriebseinheit 31, vergleichsweise einfache, herkömmliche eindimensionale Linearmotoren, mit deren Hilfe des Substrattisch 1 mit einer vergleichsweise geringen Genauigkeit über vergleichsweise große Distanzen parallel zu der Y-Richtung bzw. X-Richtung verschiebbar ist. Die gewünschte Genauigkeit der Verschiebung der Substrattisches 1 wird dadurch erreicht, daß der Substrattisch 1 durch den ersten Linearmotor 151 über vergleichsweise kleine Distanzen in Bezug auf den beweglichen Teil 169 des dritten Linearmotors 155 verschoben wird.
Da die Antriebseinheit 21 des Substrattisches 1 von einer Bauart ist, die der weiteren Antriebseinheit 31 des Maskentisches 5 ähnlich ist, und der stationäre Teil 157 des zweiten Linearmotors 153 der Antriebseinheit 21 am Maschinengestell 85 des lithographischen Geräts befestigt ist, wie der stationäre Teil 119 des zweiten Linearmotors 117 der weiteren Antriebseinheit 31, wird erreicht, daß eine durch den Substrattisch 1 auf die Antriebseinheit 21 während des Betriebs ausgeübte und von einer durch die Antriebseinheit 21 auf den Substrattisch 1 ausgeübten Antriebskraft herrührende Reaktionskraft ausschließlich in das Maschinengestell 85 übertragen wird. Dies erreicht, daß die Reaktionskräfte der Antriebseinheit 21 sowie die Reaktionskräfte der weiteren Antriebseinheit 31 mechanische Vibrationen im Maschinengestell 85 hervorrufen, die nicht in das Bezugsgestell 89 übertragen werden. Da die Oberseite 145 des Granitträgers 147, über den der Substrattisch 1 geführt wird, senkrecht zur Z-Richtung verläuft und die durch die Antriebseinheit 21 auf den Substrattisch 1 ausgeübten Antriebskräfte ebenfalls senkrecht zur Z-Richtung gerichtet sind, sind die Antriebskräfte im wesentlichen parallel zur Oberseite 145 gerichtet. Da der Substrattisch 1 mit Hilfe des gasstatisch abgestützten Fußes 149 über der Oberseite 145 geführt wird, ist im wesentlichen keine mechanische Reibung zwischen der Oberseite 145 und dem Fuß 143 vorhanden. Folglich werden die Antriebskräfte der Antriebseinheit 21, die parallel zur Oberseite 145 gerichtet sind, ausschließlich zum Beschleunigen oder Verzögern des Substrattisches 1 genutzt, und es werden keine von den Antriebskräften herrührenden Reaktionskräfte durch den Substrattisch 1 direkt auf die Oberseite 145 und das Bezugsgestell 89 ausgeübt.
Wie vorher erwähnt wurde, sollten der das Halbleitersubstrat 19 tragende Substrattisch 1 und der die Maske 29 tragende Maskentisch 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 während einer Belichtung des Halbleitersubstrats 19 im wesentlichen synchron mit einer Genauigkeit verschoben werden, die im Submikrometerbereich liegt. Um eine solche Positioniergenauigkeit zu erhalten, sollten die Positionen des Substrattisches 1 und Maskentisches 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 durch das Meßsystem 29 während einer Belichtung des Halbleitersubstrats 19 mit einer Genauigkeit gemessen werden, die im Submikrometerbereich oder gar im Nanometerbereich liegt. Wie vorher erwähnt wurde, wird die Position des Substrattisches 1 in Bezug auf das Projektionssystem 3 mit Hilfe der stationären Teile 51, 53, 55 und der beweglichen Teile 43, 45 des Meßsystems 39 gemessen, während die Position des Maskentisches 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 mit Hilfe der weiteren stationären Teile 71, 73, 75 und der weiteren beweglichen Teile 63, 65 des Meßsystems 39 gemessen wird. Wie in 3 schematisch gezeigt ist, sind die stationären Teile 51, 53, 55 und die weiteren stationären Teile 71, 73, 75 des Meßsystems 39 am Bezugsgestell 89 des lithographischen Geräts befestigt, das mit Hilfe der dynamischen Isolatoren 95 vom Maschinengestell 85 dynamisch isoliert ist. Wie vorher erwähnt wurde und in 3 schematisch gezeigt ist, ist das Projektionssystem 3 des lithographischen Geräts auch am Bezugsgestell 89 befestigt. Wie vorher diskutiert wurde, werden mechanische Vibrationen, die im Maschinengestell 85 durch die Reaktionskräfte der Antriebseinheit 21 und der weiteren Antriebseinheit 31 erzeugt werden, sowie Bodenvibrationen nicht in das Bezugsgestell 89 übertragen, so daß das Bezugsgestell 89 frei von mechanischen Vibrationen bleibt, die durch die Reaktionskräfte und Bodenvibrationen hervorgerufen werden. Da die stationären Teile 51, 53, 55 und die weiteren stationären Teile 71, 73, 75 des Meßsystems 39 und des Projektionssystems 3 am Bezugsgestell 89 befestigt sind, haben die stationären Teile 51, 53, 55 und die weiteren stationären Teile 71, 73, 75 präzise definierte Bezugspositionen in Bezug auf das Projektionssystem 3, die durch Verformungen des Bezugsgestells 89 nicht nachteilig beeinflusst werden, die durch mechanische Vibrationen im Bezugsgestell 89 hervorgerufen werden. Auf diese Weise wird die Genauigkeit des Meßsystems 39 mit dem Laserinterferometersystem 41, dessen Genauigkeit per se ausreicht, um die erforderliche Positioniergenauigkeit des Substrattisches 1 und Maskentisches 5 zu erhalten, die oben erwähnt wurden, durch Ungenauigkeiten der Bezugspositionen der stationären Teile 51, 53, 55 und der weiteren stationären Teile 71, 73, 75 des Laserinterferometersystems 41 in Bezug auf das Projektionssystem 3 nicht nachteilig beeinflußt, welche Ungenauigkeiten als Folge von Verformungen des Bezugsgestells 89 entstehen können, die durch mechanische Vibrationen im Bezugsgestell 89 hervorgerufen werden. Da die Führungen 111, über die der Maskentisch 5 geführt wird, und die Oberseite 145, über die der Substrattisch 1 geführt wird, ebenfalls am Bezugsgestell 89 befestigt sind, bleiben auch die Führungen 111 und die Oberseite 145 frei von mechanischen Vibrationen, die durch Bodenvibrationen und durch die Reaktionskräfte der Antriebseinheit 21 und der weiteren Antriebseinheit 31 hervorgerufen werden. Auf diese Weise werden die Positioniergenauigkeit des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 und die Zeit, die zum Erreichen der Positioniergenauigkeit erforderlich ist, weiter verbessert.
7 und 8 zeigen einen der drei dynamischen Isolatoren 95 im Querschnitt. Der dargestellte dynamische Isolator 95 umfaßt eine Montageplatte 175, an der der Eckteil 93 der Hauptplatte 91 des Bezugsgestells 89, das auf dem dynamischen Isolator 95 ruht, befestigt ist. Der dynamische Isolator 95 umfaßt ferner ein Gehäuse 177, das an der Basis 83 des Maschinengestells 85 befestigt ist. Die Montageplatte 175 ist über eine Kopplungsstange 179, die parallel zur Z-Richtung gerichtet ist, mit einer Zwischenplatte 181 verbunden, die in einer zylindrischen Wanne 183 mit Hilfe von drei paralleler Zugstangen 185 aufgehängt ist. In 7 ist nur eine Zugstange 185 sichtbar, während alle drei Zugstangen 185 in 8 sichtbar sind. Die zylindrische Wanne 183 ist konzentrisch in einer zylindrischen Kammer 187 des Gehäuses 177 angeordnet. Ein zwischen der zylindrischen Wanne 183 und der zylindrischen Kammer 187 vorhandener Raum 189 bildet einen Teil einer pneumatischen Feder 191 und wird über ein Zufuhrventil 193 mit Druckluft gefüllt. Der Raum 189 ist mit Hilfe einer ringförmigen biegsamen Gummimembran 195 abgedichtet, die zwischen einem ersten Teil 197 und einem zweiten Teil 199 der zylindrischen Wanne 183 und zwischen einem ersten Teil 201 und einem zweiten Teil 203 des Gehäuses 177 befestigt ist. Das Bezugsgestell 89 und die Komponenten des lithographischen Geräts, die durch das Bezugsgestell 89 getragen werden, werden somit in einer zur Z-Richtung parallelen Richtung durch die Druckluft in den Räumen 189 der drei dynamischen Isolatoren 95 getragen, wobei die zylindrische Wanne 183 und demgemäß auch das Bezugsgestell 89 als Folge der Biegsamkeit der Membran 195 einen bestimmten Freiheitsgrad einer Bewegung in Bezug auf die zylindrische Kammer 187 aufweisen. Die pneumatische Feder 191 weist eine Steifigkeit auf, so daß ein Massenfedersystem, das von den pneumatischen Federn 191 der drei dynamischen Isolatoren 95 und durch das Bezugsgestell 89 und die Komponenten des lithographischen Geräts, die durch das Bezugsgestell 89 getragen werden, gebildet wird, eine vergleichsweise niedrige Resonanzfrequenz wie z.B. 3 Hz hat. Das Bezugsgestell 89 ist dadurch im Hinblick auf mechanische Vibrationen mit einer Frequenz oberhalb eines bestimmten Schwellenwertes wie z.B. den früher erwähnten 10 Hz vom Maschinengestell 85 dynamisch isoliert. Wie 7 zeigt, ist der Raum 189 über einen schmalen Durchgang 207 mit einer Seitenkammer 205 der pneumatischen Feder 191 verbunden. Der schmale Durchgang 207 wirkt als Stoßdämpfer, mit dessen Hilfe periodische Bewegungen der zylindrischen Wanne 183 in Bezug auf die zylindrische Kammer 187 gedämpft werden.
Wie 7 und 8 weiter zeigen, umfaßt jeder dynamische Isolator 95 ein Kraftstellglied 209, das mit dem dynamischen Isolator 95 integriert ist. Das Kraftstellglied 209 umfaßt einen elektrischen Spulenhalter 211, der an einer Innenwand 213 des Gehäuses 177 befestigt ist. Wie 7 zeigt, umfaßt der Spulenhalter 211 eine elektrische Spule 215, die senkrecht zur Z-Richtung verläuft und in der Figur mit einer gestrichelten Linie angegeben ist. Der Spulenhalter 211 ist zwischen zwei magnetischen Jochen 217 und 219, die an der Montageplatte 175 befestigt sind, angeordnet. Überdies ist ein Paar Permanentmagnete (221, 223), (225, 227) an jedem Joch 217, 219 befestigt, wobei die Magnete (221, 223), (225, 227) eines Paares in zueinander entgegengesetzte Richtungen senkrecht zur Ebene der elektrischen Spule 215 magnetisiert sind. Wenn durch die Spule 215 ein elektrischer Strom geleitet wird, üben die Spule 215 und die Magnete (221, 223, 225, 227) gegenseitig eine parallel zur Z-Richtung gerichtete Lorentz-Kraft aus. Der Wert der Lorentz-Kraft wird durch eine elektrische Steuereinheit des lithographischen Gerätes (nicht dargestellt) in einer Weise gesteuert, die weiter unten ausführlicher erläutet wird.
Die mit den dynamischen Isolatoren 95 integrierten Kraftstellglieder 209 bilden ein Kraftstellgliedsystem, das in 9 schematisch dargestellt ist. 9 zeigt ferner schematisch das Bezugsgestell 89 und den Substrattisch 1 und Maskentisch 5, die in Bezug auf das Bezugsgestell 89 verschiebbar sind, sowie die Basis 83 und die drei dynamischen Isolatoren 95. 9 zeigt ferner einen Bezugspunkt P des Bezugsgestells 89, bezüglich dem ein Schwerpunkt G_S des Substrattisches 1 eine X-Position X_S und eine Y-Position Y_S hat und ein Schwerpunkt G_M des Maskentisches 5 eine X-Position X_M und eine Y-Position Y_M hat. Es wird besonders erwähnt, daß die Schwer punkte G_S und G_M den Schwerpunkt der gesamten verschiebbaren Masse des Substrattisches 1 mit dem Halbleitersubstrat 19 bzw. denjenigen des Maskentisches 5 mit der Maske 29 bezeichnet. Wie 9 ferner zeigt, haben die Lorentz-Kräfte F_L,1, F_L,2 und F_L,3 der drei Stellglieder 209 Punkte einer Anwendung auf das Bezugsgestell 89 mit der Position X_F,1, X_F,2 und X_F,3 und eine Y-Position Y_F,1 Y_F,2 und Y_F,3 in Bezug auf den Bezugspunkt. Da das Bezugsgestell 89 den Substrattisch 1 und den Maskentisch 5 parallel zur Z-Richtung trägt, üben der Substrattisch 1 und der Maskentisch 5 eine Tragkraft F_S bzw. eine Tragkraft F_M auf das Bezugsgestell 89 mit einem Wert aus, der einem Wert einer Gewichtkraft entspricht, die auf den Substrattisch 1 und dem Maskentisch 5 wirkt. Die Tragkräfte F_S und F_M weisen Punkte einer Anwendung in Bezug auf das Bezugsgestell 89 mit einer X-Position und einer Y-Position auf, die der X-Position und der Y-Position der Schwerpunkte G_S und G_M des Substrattisches 1 bzw. des Maskentisches 5 entsprechen. Falls der Substrattisch 1 und der Maskentisch 5 in Bezug auf das Bezugsgestell 89 während einer Belichtung des Halbleitersubstrats 19 verschoben werden, werden auch die Punkte einer Anwendung der Tragkräfte F_S und F_M des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 in Bezug auf das Bezugsgestell 89 verschoben. Die elektrische Steuereinheit des lithographischen Geräts steuert den Wert der Lorentz-Kräfte F_L,1, F_L,2 und F_L,3 derart, daß eine Summe mechanischer Momente der Lorentz-Kräfte F_L,1, F_L,2 und F_L,3 um den Bezugspunkt P des Bezugsgestell 89 einen Wert hat, der gleich einem Wert einer Summe mechanischer Momente der Tragkräfte F_S und F_M des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 um den Bezugspunkt P ist, und eine Richtung, die einer Richtung einer Summe dieser mechanischen Momente entgegengesetzt ist. FL,1 + FL,2 + FL,3 = FS + FM FL,1*XF,1 + FL,2*XF,2 + FL,3*XF,3 = FS*XS + FM*XM FL,1*YFF,1 + FL,2*YFF,2 + FL,3*YF,3 = FS*YS + FM*YM
Die Steuereinheit, die die Lorentz-Kräfte F_L,1, F_L,2 und F_L,3 steuert, umfaßt z.B. einen Regelkreis mit positiver Rückkopplung, der per se üblich und bekannt ist, bei dem die Steuereinheit Informationen über die Positionen X_S, Y_S des Substrattisches 1 und die Positionen X_M, Y_M des Maskentisches 5 vom Positionssteuerungssystem des lithographischen Geräts empfängt, das die Positionen des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 steuert, wobei die empfangenen Informationen sich auf die gewünschten Positionen des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 beziehen. Die Steuereinheit kann alternativ dazu mit einem Regelkreis mit Rückkopplung versehen sein, der per se üblich und bekannt ist, bei dem die Steuereinheit Informationen über die Positionen X_S, Y_S des Substrattisches 1 und die Positionen X_M, Y_M des Maskentisches 5 vom Meßsystem 39 des lithographischen Geräts empfängt, wobei die empfangenen Informationen sich auf die gemessenen Positionen des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 beziehen. Die Steuereinheit 1 kann alternativ dazu eine Kombination der Regelkreise mit positiver Rückkopplung (engl. feedforward) und Rückkopplung (engl. feedback) umfassen. Die Lorentz-Kräfte F_L,1, F_L,2 und F_L,3 des Kraftstellgliedsystems bilden somit eine Kompensationskraft, mit deren Hilfe Verschiebungen der Schwerpunkte G_S und G_M des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 in Bezug auf das Bezugsgestell 89 kompensiert werden. Da die Summe der mechanischen Momente der Lorentz-Kräfte F_L,1, F_L,2, F_L,3 und der Tragkräfte F_S, F_M um den Bezugspunkt P des Bezugsgestells 89 einen konstanten Wert und Richtung hat, weisen der Substrattisch 1 und der Maskentisch 5 jeweils einen sogenannten virtuellen Schwerpunkt auf, der in Bezug auf das Bezugsgestell 89 eine im wesentlichen konstante Position hat. Dadurch wird erreicht, daß das Bezugsgestell 89 die Verschiebungen der tatsächlichen Schwerpunkte G_S und G_M des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 während einer Belichtung des Halbleitersubstrats 19 nicht fühlt. Ohne das obige Kraftstellgliedsystem würde eine Verschiebung des Substrattisches 1 oder des Maskentisches 5 zu einer nicht kompensierten Änderung im mechanischen Moment der Tragkräfte F_S oder F_M um den Bezugspunkt P führen, infolge dessen das Bezugsgestell 89 eine Rüttelbewegung mit niedriger Frequenz an den dynamischen Isolatoren 95 ausführen würde oder elastische Verformungen oder mechanische Vibrationen im Bezugsgestell 89 entstehen könnten.
Die Tatsache, daß die drei Kraftstellglieder 209 mit den drei dynamischen Isolatoren 95 integriert sind, hat einen kompakten und einfachen Aufbau des Kraftstellgliedsystems und des lithographischen Geräts zur Folge. Die dreieckige Anordnung der dynamischen Isolatoren 95 erreicht zusätzlich eine besonders stabile Funktion des Kraftstellgliedsystems. Da die Kompensationskraft des Kraftstellgliedsystems ausschließlich eine Lorentz-Kraft umfaßt, werden in der Basis 83 und dem Maschinengestell 85 vorhandene Vibrationen durch die Kraftstellglieder 209 nicht in das Bezugsgestell 89 übertragen.
Das vorher beschriebene lithographische Gerät gemäß der Erfindung umfaßt ein Maschinengestell 85, das den stationären Teil 119 der weiteren Antriebseinheit 31 trägt, und ein Bezugsgestell 89, das die stationären Teile 51, 53, 55 und die weiteren stationären Teile 71, 73, 75 des Meßsystems 39 trägt, das Projektionssystem 3 und die Führungen 111 und 145 des Maskentisches 5 bzw. des Substrattisches 1. Dieser Gestellaufbau des lithographischen Geräts ist in 3 schematisch dargestellt. Es wird besonders erwähnt, daß die Erfindung auch andere Gestellstrukturen abdeckt, mit denen ein lithographisches Gerät versehen sein kann. Einige Beispiele solcher alternativen Gestellstrukturen sind in 10a bis 10d schematisch dargestellt und werden im folgenden beschrieben.
10a zeigt schematisch ein lithographisches Gerät 229 gemäß der Erfindung, das mit einem Maschinengestell 231 und einem Bezugsgestell 233 versehen ist, das vom Maschinengestell 231 mittels dynamischer Isolatoren 235 dynamisch isoliert ist. Wie 10a zeigt, trägt nur das Bezugsgestell 233 die stationären Teile 51, 53, 55 und 71, 73, 75 des Meßsystems. Das Maschinengestell 231 trägt die Hauptkomponenten des lithographischen Gerätes wie z.B. des Projektionssystems 3, die Antriebseinheiten 21 und 31 und die Führungen 111 und 145 des Maskentisches 5 und des Substrattisches 1. In dieser Ausführungsform mißt das Meßsystem eine Position des Substrattisches 1 in Bezug auf den Maskentisch 5. Das Meßsystem des lithographischen Geräts 229 kann alternativ dazu mit einem weiteren stationären Teil 237 versehen sein, der am Maschinengestell 233 befestigt ist und eine Position des Projektionssystems 3 in Bezug auf das Bezugsgestell 233 mißt. Auf diese Weise kann das Meßsystem eine Position des Maskentisches 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 sowie eine Position des Substrattisches 1 in Bezug auf das Projektionssystem 3 messen. In dieser Ausführungsform ist es nicht notwendig, das Bezugsgestell 233 mit ei nem Kraftstellgliedsystem zum Kompensieren von Verschiebungen der Schwerpunkte des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 zu versehen.
10b zeigt schematisch ein lithographisches Gerät 239 gemäß der Erfindung, das mit einem Maschinengestell 241 und einem Bezugsgestell 243 versehen ist, das mittels dynamischer Isolatoren 245 vom Maschinengestell 241 dynamisch isoliert ist. Wie 10b zeigt, trägt nur das Bezugsgestell 243 die stationären Teile 51, 53, 55 und 71, 73, 75 des Meßsystems. Das Maschinengestell 241 umfaßt ein Basisgestell 247 und ein sogenanntes Kraftgestell 249, das vom Basisgestell 247 mittels weiterer dynamischer Isolatoren 251 dynamisch isoliert ist. Das Kraftgestell 249 trägt die stationären Teile 157 und 119 der Antriebseinheiten 21 und 31, während das Basisgestell 247 das Projektionssystem 3 und die Führungen 111 und 145 des Maskentisches 5 bzw. des Substrattisches 1 trägt. In dieser Ausführungsform werden die Reaktionskräfte der Antriebseinheiten 21 und 31 zum Kraftgestell 249 übertragen. Das Bezugsgestell 243 und das Basisgestell 247 bleiben beide frei von mechanischen Vibrationen und Verformungen, die durch die Reaktionskräfte hervorgerufen werden. Es ist nicht notwendig, das Bezugsgestell 243 mit einem Kraftstellgliedsystem zum Kompensieren der Verschiebungen der Schwerpunkte des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 zu versehen.
10c zeigt schematisch ein lithographisches Gerät 253 gemäß der Erfindung, das mit einem Maschinengestell 255 und einem Bezugsgestell 257 versehen ist, welches mittels dynamischer Isolatoren 259 vom Maschinengestell 255 dynamisch isoliert ist. Wie 10c zeigt, trägt das Bezugsgestell 257 die stationären Teile 51, 53, 55 und 71, 73, 75 des Meßsystems und des Projektionssystems 3. Das Maschinengestell 255 trägt die Antriebseinheiten 21, 31 und die Führungen 111 und 145 des Maskentisches 5 bzw. Substrattisches 1. In dieser Ausführungsform ist es notwendig, das Bezugsgestell 257 mit einem Kraftstellgliedsystem zum Kompensieren von Verschiebungen der Schwerpunkte des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 zu versehen. Die stationären Teile 51, 53, 55 und 71, 73, 75 des Meßsystems und des Projektionssystems 3 haben präzise definierte gegenseitige Positionen, so daß das Meßsystem die Positionen des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 genau mißt.
10d zeigt schließlich schematisch ein lithographisches Gerät 261 gemäß der Erfindung, das mit einem Maschinegestell 263 und einem Bezugsgestell 265 versehen ist, das mittels dynamischer Isolatoren 267 vom Maschinengestell 263 dynamisch isoliert ist. Wie 10d zeigt, trägt des Bezugsgestell 265 die stationären Teile 51, 53, 55 und 71, 73, 75 des Meßsystems und des Projektionssystems 3. Das Bezugsgestell 263 umfaßt ein Basisgestell 269 und ein Kraftgestell 271, das mittels dynamischer Isolatoren 273 vom Basisgestell 269 dynamisch isoliert ist. Das Basisgestell 269 trägt die Führungen 111 und 145 des Maskentisches 5 bzw. des Substrattisches 1, während das Kraftgestell 271 die stationären Teile 157 und 119 der jeweiligen Antriebseinheiten 21 und 31 trägt. In dieser Ausführungsform werden Reaktionskräfte der Antriebseinheiten 21, 31 auf das Kraftgestell 271 ausgeübt, so daß das Basisgestell 269 und das Bezugsgestell 265 beide von mechanischen Vibrationen und Verformungen frei bleiben, die durch die Reaktionskräfte hervorgerufen werden. Es ist nicht notwendig, das Bezugsgestell 265 mit einem Kraftstellgliedsystem zum Kompensieren von Verschiebungen der Schwerpunkte des Substrattisches 1 und des Maskentisches 5 zu versehen.
Die vorher beschriebenen lithographischen Geräte gemäß der Erfindung arbeiten gemäß dem „Step-and-Scan"-Prinzip, gemäß dem der Substrattisch 1 und der Maskentisch 5 in Bezug auf das Projektionssystem 3 während einer Belichtung des Halbleitersubstrats 19 synchron verschoben werden. Es wird besonders erwähnt, daß die Erfindung auch lithographische Geräte abdeckt, die gemäß dem früher erwähnten „Step-and-Repeat"-Prinzip arbeiten und die mit einem Maskentisch versehen sind, der in Bezug auf das Projektionssystem stationär ist. Ein derartiges durch die Erfindung abgedecktes lithographisches Gerät wird auch dadurch erhalten, daß der Maskentisch 5 mit der weiteren Antriebseinheit 31 in den vorher beschriebenen lithographischen Geräten durch einen herkömmlichen Maskenhalter ersetzt wird, der in Bezug auf das Projektionssystem 3 stationär ist, wie z.B. den aus beispielsweise EP-A-250 031 bekannten Maskenhalter. Gemäß der Erfindung ist ein derartiges lithographisches Gerät, das gemäß dem „Step-and-Repeat"-Prinzip arbeitet, mit einem Bezugsgestell versehen, daß die stationären Teile des Meßsystems trägt, das die Position des Substrattisches in Bezug auf das Projektionssystem mißt. Gemäß der Erfin dung kann das Bezugsgestell des lithographischen Geräts für „Step-and-Repeat" auch das Projektionssystem des lithographischen Geräts oder das Projektionssystem und den stationären Maskenhalter tragen, in welchem Fall es nicht notwendig ist, das Bezugsgestell mit einem Kraftstellgliedsystem zum Kompensieren von Verschiebungen des Substrattisches zu versehen. Das Bezugsgestell des lithographischen Geräts für „Step-and-Repeat" kann überdies auch die Führung tragen, entlang der der Substrattisch geführt wird. In der letzten Ausführungsform kann das Bezugsgestell mit einem Kraftstellgliedsystem zum Kompensieren von Verschiebungen des Schwerpunktes des Substrattisches in Bezug auf das Bezugsgestell versehen sein. Ein solches Kraftstellgliedsystem übt eine Kompensationskraft auf das Bezugsgestell aus, das ein mechanisches Moment um einen Bezugspunkt des Bezugsgestells mit einem Wert aufweist, der gleich einem Wert eines mechanischen Moments einer Gewichtkraft, die auf den Substrattisch wirkt, um den Bezugspunkt ist, und eine Richtung, die einer Richtung des mechanischen Moments der Gewichtkraft entgegensetzt ist.
Die lithographischen Geräte gemäß der Erfindung, wie vorher beschrieben, werden verwendet, um Halbleitersubstrate bei der Herstellung integrierter elektronischer Halbleiterschaltungen zu belichten. Es wird ferner besonders erwähnt, daß ein derartiges lithographisches Gerät alternativ dazu für die Herstellung anderer Produkte mit Strukturen mit Detailabmessungen im Submikrometerbereich verwendet werden kann, wo Maskenmuster mit Hilfe des lithographischen Geräts auf ein Substrat abgebildet werden. Strukturen integrierter optischer Systeme oder Leitungs- und Nachweismuster von Magnetdomänenspeicher sowie Strukturen von Flüssigkristallanzeigemustern können in diesem Zusammenhang erwähnt werden.
Das vorher beschriebene lithographische Gerät ist mit einem Meßsystem 39 versehen, das ein Laserinterterometersystem 41 mit drei Laserinterferometern 57, 59, 61 aufweist, um eine X-Position, eine Y-Position und einen Drehwinkel θ des Substrattisches 1 zu messen, und drei Laserinterferometern 77, 79, 81, um eine X-Position, eine Y-Position und einen Drehwinkel θ' des Maskentisches 5 zu messen. Es wird besonders erwähnt, daß das Laserinterterometersystem 41 auch eine unterschiedliche Anzahl Laserinterferometer aufweisen kann. Zum Beispiel kann die weitere Antriebseinheit 31 des Maskentisches 5 mit einem Motor versehen sein, mit des sen Hilfe der Maskentisch 5 ausschließlich parallel zur X-Richtung verschiebbar ist, in welchem Fall der weitere stationäre Teil des Meßsystems 39 nur ein einziges Laserinterferometer zum Messen einer X-Position des Maskentisches 5 aufweist. Es wird ferner besonders erwähnt, daß anstelle eines Laserinterferometersystems das Meßsystem eine andere Art von System zum Messen der Positionen des Substrattisches 1 und/oder des Maskentisches 5 wie z.B. ein induktives Meßsystem aufweisen kann.
Das vorher beschriebene lithographische Gerät umfaßt ein Positionierungsgerät mit dem Substrattisch 1 des lithographischen Geräts, der einen Objekttisch des Positionierungsgerätes bildet, dem Projektionssystem 3, dem Maskentisch 5 und der Strahlungsquelle 7 des lithographischen Geräts, die zusammen ein Subsystem des Positionierungsgeräts zum Belichten eines auf dem Substrattisch 1 zu plazierenden Halbleitersubstrats 19 bilden, die Antriebseinheit 21, das Meßsystem 29, das Maschinengestell 85 und das Bezugsgestell 89. Schließlich wird besonders erwähnt, daß die Erfindung auch andere Arten von Positionierungsgeräten abdeckt, die einen Objekttisch, ein Subsystem zu Bearbeiten eines auf dem Objekttisch zu plazierenden Objekts, eine Antriebseinheit zum Verschieben des Objekttisches in Bezug auf das Subsystem und ein Meßsystem zum Messen einer Position des Objekttisches in Bezug auf das Subsystem aufweisen, worin ein stationärer Teil der Antriebseinheit an einem Maschinengestell befestigt ist und ein stationärer Teil des Meßsystems an einem Bezugsgestell befestigt ist, das vom Maschinengestell dynamisch isoliert ist. Beispiele sind Geräte zum Analysieren und Messen von Objekten oder Stoffen, wo ein Objekt oder Stoff in Bezug auf ein Meßsystem oder ein Scan-System genau positioniert oder verschoben werden soll. Eine andere Anwendung für ein Positionierungsgerät gemäß der Erfindung ist beispielweise eine Präzisionswerkzeugmaschine, mit deren Hilfe Werkstücke, beispielsweise Linsen, mit Genauigkeiten im Submikrometerbereich maschinell bearbeitet werden können. Die Antriebseinheit in dem Positionierungsgerät gemäß der Erfindung wird in diesem Fall verwendet, um das Werkstück in Bezug auf ein drehendes Werkzeug zu positionieren oder um ein Werkzeug in Bezug auf ein drehendes Werkstück zu positionieren. Der Ausdruck "Subsystem zum Bearbeiten eines Objekts", der in den Ansprüchen und der Beschreibung erwähnt wird, bezieht sich daher nicht nur auf Systeme zur maschinellen Bearbeitung, durch die ein Objekt maschinell bearbeitet werden kann, sondern auch z.B. auf Meß-, Scan- oder Belichtungssysteme, in denen zwischen dem Subsystem und dem zu bearbeitenden Objekt kein mechanischer oder physischer Kontakt besteht.

Claims

Lithographisches Gerät, aufweisend: eine Strahlungsquelle; einen Maskentisch; ein Projektionssystem (3) mit einer Hauptachse; einen Substrattisch (1); eine Antriebseinheit (21) zum Verschieben des Substrattisches in Bezug auf das Projektionssystem (3) in mindestens eine Richtung senkrecht zur Hauptachse; und ein Meßsystem (39) zum Messen einer Position des Substrattisches in Bezug auf das Projektionssystem; worin die Antriebseinheit (21) einen stationären Teil (157) aufweist, der an einem Maschinengestell (85) des lithographischen Geräts befestigt ist; das Meßsystem mehrere Meßsensoren aufweist, die einen stationären Teil und einen beweglichen Teil aufweisen; und der bewegliche Teil (43, 45) von einem der Sensoren am Substrattisch (1) für ein Zusammenwirken mit dem stationären Teil des einen Sensors befestigt ist; dadurch gekennzeichnet, daß das lithographische Gerät ferner aufweist: ein Bezugsgestell (89), welches vom Maschinengestell mechanisch isoliert ist und an dem die stationären Teile der Sensoren befestigt sind.
Lithographisches Gerät nach Anspruch 1, worin der Substrattisch (1) über eine Führung (145) verschiebbar ist, die senkrecht zur Hauptachse verläuft und am Bezugsgestell befestigt ist.
Lithographisches Gerät nach Anspruch 2, worin das lithographische Gerät mit einem Kraftstellgliedsystem (209) versehen ist, welches von einer elektrischen Steuereinheit gesteuert wird und eine Kompensationskraft auf das Bezugsgestell (89) während eines Betriebs ausübt, welche Kompensationskraft ein mechanisches Moment um einen Bezugspunkt des Bezugsgestells aufweist mit einem Wert, der gleich einem Wert eines mechanischen Moments einer auf den Substrattisch (1) wirkenden Gewichtkraft um den Bezugspunkt ist, und einer Richtung, die einer Richtung des mechanischen Moments der Gewichtkraft entgegengesetzt ist.
Lithographisches Gerät nach Anspruch 1, worin das lithographische Gerät eine weitere Antriebseinheit (31) zum Verschieben des Maskentisches (5) in Bezug auf das Projektionssystem (3) in einer zur Hauptachse senkrechten Scan-Richtung aufweist, wobei der Substrattisch in Bezug auf das Projektionssystem parallel zu mindestens der Scan-Richtung verschiebbar ist, die weitere Antriebseinheit (31) einen stationären Teil (119) aufweist, der am Maschinengestell (85) befestigt ist, das Meßsystem (39) einen Meßsensor aufweist, der einen stationären Teil (71, 73, 75) hat, der am Bezugsgestell befestigt ist, und einen beweglichen Teil (63, 65), der am Maskentisch (5) befestigt ist, für ein Zusammenwirken mit dem stationären Teil (71, 73, 75) des Sensors zum Messen einer Position des Maskentisches (5) in Bezug auf das Projektionssystem (3) oder zum Messen einer Position des Maskentisches (5) in Bezug auf den Substrattisch.
Lithographisches Gerät nach Anspruch 4, worin der Maskentisch (5) über eine erste Führung (111) verschiebbar ist, die parallel zur Scan-Richtung verläuft, und der Substrattisch über eine zweite Führung (145) verschiebbar ist, die senkrecht zur Hauptachse verläuft, wobei die erste Führung und die zweite Führung am Bezugsgestell (89) befestigt sind.
Lithographisches Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß das lithographische Gerät mit einem Kraftstellgliedsystem (209) versehen ist, welches von einer elektrischen Steuereinheit gesteuert wird und eine Kompensationskraft auf das Bezugsgestell (89) während eines Betriebs ausübt, welche Kompensationskraft ein mechanisches Moment um einen Bezugspunkt des Bezugsgestells aufweist mit einem Wert, der gleich einem Wert einer Summe ei nes mechanischen Moments einer auf den Substrattisch (1) wirkenden Gewichtkraft um den Bezugspunkt und eines mechanischen Moments einer auf den Maskentisch (5) wirkenden Gewichtskraft um den Bezugspunkt ist, und einer Richtung, die einer Richtung der Summe mechanischer Momente entgegengesetzt ist.
Lithographisches Gerät nach einem der vorhergehenden Ansprüche, worin das Projektionssystem (3) am Bezugsgestell (89) befestigt ist.
Verfahren zur Herstellung eines Geräts unter Verwendung eines lithographischen Geräts, welches Verfahren die Schritte aufweist, bei denen: auf einem Maskentisch (5) eine Maske mit einem Maskenmuster vorgesehen wird; auf einem Substrattisch (1) ein Substrat mit einer strahlungsempfindlichen Schicht vorgesehen wird; die Maske bestrahlt wird; und unter Verwendung eines Projektionssystem ein Bild von mindestens einem Teil des Maskenmusters auf die strahlungsempfindliche Schicht projiziert wird, dadurch gekennzeichnet, daß: vor oder während des Projizierschritts der Maskentisch (5) und/oder der Substrattisch (1) unter Verwendung einer Antriebseinheit (21, 31) einschließlich eines stationären Teils (157, 119) positioniert wird, der an einem Maschinengestell des lithographischen Geräts angebracht ist, und die Position des Maskentisches (5) und/oder des Substrattisches (1) unter Verwendung eines Meßsystems (39) mit mehreren Meßsensoren gemessen wird, die einen stationären Teil und einen beweglichen Teil aufweisen; wobei einer der Sensoren einen stationären Teil (51, 53, 55, 71, 73, 75) und einen beweglichen Teil (43, 45, 63, 65) aufweist, befestigt an dem Maskentisch oder dem Substrattisch, dessen Position gemessen wird; wobei die stationären Teile der Sensoren an einem Bezugsgestell (89) befestigt sind, das vom Maschinengestell mechanisch isoliert ist.
Verfahren nach Anspruch 8, worin der Substrattisch (1) über eine Führung (145) positioniert wird, die zur Hauptachse senkrecht verläuft und am Bezugsgestell (89) befestigt ist.
Verfahren nach Anspruch 9, welches ein Ausüben einer Kompensationskraft, unter Verwendung eines Kraftstellgliedsystems (209), auf das Bezugsgestell (89) während eines Betriebs umfaßt, welche Kompensationskraft ein mechanisches Moment um einen Bezugspunkt des Bezugsgestells aufweist mit einem Wert, der gleichen einem Wert eines mechanischen Moments einer auf den Substrattisch (1) wirkenden Gewichtskraft um den Bezugspunkt ist, und einer Richtung, die einer Richtung des mechanischen Moments der Gewichtskraft entgegengesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 8, worin der Maskentisch (5) in Bezug auf das Projektionssystem (3) in einer zu einer Hauptachse des Projektionssystems senkrechten Scan-Richtung positioniert wird, während der Substrattisch (1) in Bezug auf das Projektionssystem parallel zu mindestens der Scan-Richtung positioniert wird, wobei der bewegliche Teil (63, 65) des einen der Sensoren, der am Maskentisch befestigt ist, mit dem stationären Teil (71, 73, 75) des einen der Sensoren zusammenwirkt, um eine Position des Maskentisches (5) in Bezug auf das Projektionssystem (3) zu messen oder eine Position des Maskentisches (5) in Bezug auf den Substrattisch (1) zu messen.
Verfahren nach Anspruch 11, worin der Maskentisch (5) über eine parallel zur Scan-Richtung verlaufende erste Führung (111) positioniert wird und der Substrattisch (1) über eine zur Hauptachse senkrecht verlaufende zweite Führung (145) positioniert wird, wobei die erste Führung und die zweite Führung am Bezugsgestell (89) befestigt sind.
Verfahren nach Anspruch 12, welches ein Ausüben einer Kompensationskraft, unter Verwendung eines Kraftstellgliedsystems (209), auf das Bezugsgestell (89) während eines Betriebs umfaßt, welche Kompensationskraft ein mechanisches Moment um einen Bezugspunkt des Bezugsgestells aufweist mit einem Wert, der gleich einem Wert einer Summe einer auf den Substrattisch (1) wirkenden Gewichtskraft um den Bezugspunkt und eines mechanischen Moments einer auf den Maskentisch (5) wirkenden Gewichtskraft um den Bezugspunkt ist, und einer Richtung, die zu einer Richtung der Summe mechanischer Momente entgegengesetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 8 bis 13, worin das Projektionssystem (3) am Bezugsgestell (89) befestigt ist.