DE69930398T2

DE69930398T2 - Belichtungssystem mit einem parallelen Verbindungsmechanismus und Belichtungsverfahren

Info

Publication number: DE69930398T2
Application number: DE69930398T
Authority: DE
Inventors: c/o Nikon Corporation Keiichi Chiyoda-ku TANAKA
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1999-09-20
Filing date: 1999-09-20
Publication date: 2006-10-19
Anticipated expiration: 2019-09-21
Also published as: EP1137054A1; EP1137054B1; TW446998B; KR20010107969A; EP1137054A4; DE69930398D1; WO2001022480A1; AU5653699A; KR100699241B1; US6940582B1

Description

TECHNISCHER BEREICH
Die vorliegende Erfindung betrifft einen Parallelverbindungsmechanismus, eine Belichtungsvorrichtung und ein Verfahren zu deren Herstellung sowie ein Verfahren zum Herstellen einer Vorrichtung und – spezieller – eines Parallelverbindungsmechanismus, einer Art von Mechanismus, um wenigstens drei ausfahrbare Stangen zu verwenden und die Position/Lage eines beweglichen Objektes zu steuern, eine Belichtungsvorrichtung, die den Parallelverbindungsmechanismus benutzt, um die Lage einer Maske und/oder eines Substrats zu steuern, sowie ein Verfahren zu seiner Herstellung und ein Verfahren zur Herstellung eines Mikrogerätes (elektronisches Bauelement) unter Verwendung der Belichtungsvorrichtung.
TECHNISCHER HINTERGRUND
In einem Lithografieprozess zur Herstellung eines Halbleiterelementes, eines Flüssigkristallanzeigeelementes oder dergleichen wird eine Belichtungsvorrichtung eingesetzt. Es werden hauptsächlich eine Belichtungsvorrichtung mit verkleinerter Projektion (Stepper) eines Step-and-Repeat-Verfahrens, die ein Muster, das auf einer Maske oder einem Retikel (nachfolgend allgemein als „Retikel" bezeichnet) ausgebildet ist, durch ein optisches Projektionssystem auf eine Mehrzahl von Belichtungsbereichen auf einem Substrat wie z.B. ein Wafer oder eine Glasplatte (nachfolgend als „Wafer" bezeichnet) nacheinander überträgt, und eine Projektionsbelichtungsvorrichtung mit Einzelbewegung (nachfolgend nach Bedarf als „Stepper" bezeichnet) wie z.B. eine Abtastprojektionsbelichtungsvorrichtung (Scanning-Stepper) eines Step-und-Scan-Verfahrens, das durch Verbessern der Belichtungsvorrichtung mit verkleinerter Projektion erhalten wird, eingesetzt.
Wichtige der Grundfaktoren zum Ermitteln der Leistung des Steppers sind die Auflösungsfähigkeit (Auflösung) und die Fokustiefe des optischen Projektionssystems (Projektionslinse). Der Grund ist, dass die Auflösung die geringste Mustergröße bestimmt, die projiziert und abgebildet werden kann, d.h. die geringste Linienbreite in der Praxis (Device Rule). Und seine Fokustiefe muss möglichst breit sein, weil auf einem verarbeiteten Wafer Stufen durch Formen und Ätzen von dünnen Schichten aus Oxid, Metall usw. ausgebildet sind und weil er etwas verformt sein kann.
Die Auflösung R und die Fokustiefe DOF einer Projektionslinse werden durch die folgenden beiden Gleichungen als allgemeines Maß angegeben: R = k1·λ/N.A. (1) DOF = k2·λ/(N.A.)2 (2)
Man beachte, dass λ, N.A. und k1, k2 jeweils die Wellenlänge des zur Belichtung verwendeten Lichts, die numerische Apertur des optischen Projektionssystems und durch Resist bestimmte Parameter usw. repräsentieren.
Ein früher Stepper verwendete eine g-Linie (λ = 436 nm) einer Ultrahochdruck-Quecksilberlampe als Belichtungslicht; sein N.A.-Wert betrug etwa 0,3, seine Auflösung etwa 1,2 μm. Wie aus der obigen Gleichung (1) hervorgeht, je größer der N.A.-Wert ist, desto besser ist die Auflösung. Bei einem größeren N.A.-Wert nimmt jedoch die Fokustiefe ab, wie aus der obigen Gleichung (2) hervorgeht.
Daher erzielten Vorrichtungen zur Produktion von 16 Mbit DRAM und Vorrichtungen für diesen eine hohe Auflösung mit einer i-Linie (λ = 365 nm) und ein optisches Projektionssystem mit einem N.A.-Wert von etwa 0,5, und erzielten ebenfalls eine praktische Fokustiefe. Da die i-Linie von einer Ultrahochdruck-Quecksilberlampe wie die g-Linie erzielt und auf dieselbe Weise wie bei früheren Steppern in Halbleiterproduktionsanlagen verwendet werden kann, wurden die i-Linien-Stepper problemloser als erwartet als Produktionseinheit eingeführt.
Danach waren in der Periode von der dritten Generation von 64 Mbit DRAM bis 245 Mbit DRAM ihre Device Rules gleich oder kleiner als 0,3 μm, und anstatt der Quecksilberlampe als Lichtquelle wurde die Verwendung von KrF-Excimer-Laser untersucht, und es wurde die Anwendung eines Phasenverschiebungsretikels und von modifizierter Beleuchtung vorgeschlagen, die durch Verbessern der derzeitigen Einheiten appliziert werden kann.
Während ein mit KrF-Excimer-Laser- (λ = 248 nm) arbeitender Stepper einen gemeinsamen Grundkörper mit einem vorherigen Stepper unter Verwendung der g-Linie oder i-Linie benutzt, ist sein optisches System von der Quelle bis zum optischen Projektionssystem unterschiedlich. Das heißt, weil Licht mit einer kürzeren Wellenlänge verwendet wird, sind nutzbare optische Materialien auf Quarz, Fluorit usw. begrenzt. Darüber hinaus wird, weil Excimer-Laserlicht Impulsemissionslicht und kohärent ist, im Gegensatz zu einer Quecksilberlampe, eine spezielle Technologie für das Beleuchtungssystem benötigt.
Da der durch die Kohärenz des Excimer-Lasers induzierte Interferenzstreifen die Präzision der Linienbreite eines Belichtungsmusters beeinflusst, müssen die Effekte des Interferenzstreifens durch Vorsehen eines Schwingspiegels im optischen Beleuchtungssystem und dadurch unterdrückt werden, dass man feine Fluktuationen in einem Lichtstrahl erzeugt. In einem Stepper mit einer Lampe als Lichtquelle kann die Menge an akkumulierter Belichtung durch die Öffnungs-/Schließzeit seiner Blende reguliert werden. Dahingegen ist es in einem mit Impulsemission arbeitenden Laserlichtquellen-Stepper notwendig, die Zahl der Impulse pro Belichtung so einzustellen, dass sie gleich oder größer als eine bestimmte Zahl ist (als Mindestbelichtungsimpulszahl bezeichnet), um Energiefluktuationen auszugleichen.
Für den 1 Gbit DRAM der Zukunft, wenn Device Rules gleich oder kleiner als 0,2 μm sein werden, wird der Einsatz eines ArF-Excimer-Lasers (λ = 193 nm), eines Phasenverschiebungsretikels und von modifizierter Beleuchtungstechnik vorgeschlagen. Bei einem mit ArF-Excimer-Laser arbeitenden Stepper muss der Lichtweg seines Belichtungslichts mit Stickstoff oder dergleichen gefüllt werden, weil das Belichtungslicht von Sauerstoff absorbiert wird.
Um eine noch höhere Auflösung und eine breitere Fokustiefe zu erzielen, kann eine Lichtquelle mit einer kürzeren Wellenlänge verwendet werden, die den N.A.-Wert des optischen Projektionssystems unverändert lässt. Kürzlich wurde von MIT Lincoln Lab. Lithografie mit verkleinerter Projektion mit einem F₂-Laser (λ = 157 nm) mit einer kürzeren Wellenlänge als dem ArF-Excimer-Laser als Lichtquelle vorgestellt, die derzeit viel Aufmerksamkeit erregt. Da F₂-Laserlicht von Sauerstoff wie ArF-Excimer-Laserlicht absorbiert wird, muss die Belichtung in einer N₂- oder He-Atmosphäre erfolgen.
Ferner muss zum Verbessern der Präzision einer Belichtungsvorrichtung unter Verwendung einer Lichtquelle mit einer solch kurzen Wellenlänge die Präzision der Positionierung einer Retikelstufe und einer Waferstufe verbessert werden, und es ist ebenso notwendig, Vibrationen von Einheiten aufgrund von Reaktion, die durch den Antrieb der Stufen als bewegliche Objekte verursacht wird, weitgehend zu unterdrücken und Fußbodenschwingungen zu isolieren.
Daher ist es zum Realisieren einer äußerst präzisen Belichtung unter Verwendung einer Lichtquelle mit einer solch kurzen Wellenlänge wie F₂-Laser notwendig, die Positionierung präziser als je zuvor zu steuern und Vibrationen genauer als bisher zu unterdrücken oder zu isolieren.
Zum Beispiel, als Faktoren, die von einem Scanning-Stepper verlangt werden, der das Retikelmuster auf eine Mehrzahl von Belichtungsbereichen auf dem Wafer nacheinander gemäß einem Step-and-Scan-Verfahren durch Wiederholen eines Abtastbelichtungsverfahrens überträgt, bei dem ein Retikelmuster auf den Wafer übertragen wird, der die das Retikel haltende Retikelstufe und die den Wafer haltende Waferstufe in einer Dimensionsrichtung synchron bewegt, und einen Schrittschaltungzwischen-Belichtungen-Betrieb der Waferstufe, sind die folgenden anzuführen: [1] die Antriebsreaktionen der Stufen werden nicht auf den Rahmen übertragen, der das optische Projektionssystem trägt; [2] es ist leicht, die relative Position und Lage zwischen jeder der Stufen und dem optischen Projektionssystem zu justieren; [3] Antriebsschub und Antriebsreaktion werden reduziert, indem die Stufen leicht gemacht werden; [4] er ist so strukturiert, dass verhindert wird, dass Fußbodenschwingungen auf die Stufen und das optische Projektionssystem übertragen werden; [5] er ist so strukturiert, dass die Stufen und das optische Projektionssystem leicht getrennt werden können. [1] bis [4] müssen eine präzise Belichtung eines feines Musters realisieren, und [5] muss die Wartungsfreundlichkeit verbessern und Standzeiten reduzieren, so dass die Produktivität eines Mikrogerätes verbessert wird.
Ebenso gibt es eine Doppelwaferstufenausführung zum Erzielen eines hohen Durchsatzes. Dabei sind zwei Waferstufen auf dem Nivellierblock montiert; während in einer Waferstufe eine Belichtung stattfindet, erfolgt in der anderen Ausrichtung oder dergleichen, und die beiden Vorgänge werden abwechselnd und kontinuierlich durchgeführt. Ferner gibt es ein Mehrfachbelichtungsverfahren wie z.B. ein Doppelbelichtungsverfahren, bei dem zwei Retikelstufen verwendet werden, die jeweils ein Retikel mit einem Muster halten, das sich von dem Muster auf dem anderen Retikel unterscheidet, und diese Muster werden nacheinander übertragen. Dieses Verfahren ist effektiv für eine höhere Integration von Halbleiterbauelementen, weil Auflösung und Fokustiefe verbessert werden können. Man beachte, dass zum Erzielen eines erwünschten Effekts in der Doppelwaferstufenausführung und dem Mehrfachbelichtungsverfahren die obigen Faktoren [1] bis [4] vornehmlich erfüllt werden müssen, und dass es bevorzugt wird, den obigen Faktor [5] zu erfüllen.
Ferner ist es beim Belichten mit Licht einer Wellenlänge, die gleich oder kürzer als die von F₂ Laserlicht ist, [6] erforderlich, dass die Stufen, das optische Projektionssystem und dergleichen in einer Kammer enthalten sind, so dass sie in der N₂- oder He-Atmosphäre eingeschlossen sind.
Ebenso wird es in einem Stepper des Step-und-Repeat-Typs natürlich bevorzugt, dass die obigen Faktoren [1] bis [6] erfüllt werden.
Von den obigen Faktoren [1] bis [6] kann der Faktor [3] dadurch erfüllt werden, dass ein Planarmotor oder ein zylinderähnlicher Linearmotor als Antriebsquellen für die Stufen verwendet wird. Besonders dann, wenn der Planarmotor als Antriebsquelle der Waferstufe verwendet wird, kann der Planarmotor das bewegliche Objekt in drei Freiheitsgraden X, Y, θz mit einem Motor antreiben, und daher sind eine X-Führung und eine Y-Führung in einer zweidimensionalen X-Y-Anordnung, die zuvor unumgänglich waren, unnötig. Und beim Antreiben der den Wafer haltenden Stufe in der X- oder der Y-Achsenrichtung braucht kein Motor und keine Führung zum Antreiben der Stufe in der anderen Richtung zusammen mit der Stufe angetrieben zu werden, und dadurch kann das Gewicht des beweglichen Teils merklich reduziert werden. Daher zieht dies viel Aufmerksamkeit als vielversprechende Antriebsquelle der Waferstufe einer Belichtungsvorrichtung der Zukunft an.
Es ist jedoch sehr schwierig, den Rest, [1], [2], [4], [5], [6], gleichzeitig zu erfüllen, selbst dann, wenn der Planarmotor als Antriebsquelle der Stufe verwendet wird.
Dahingegen wird als Mittel zum Bewegen des beweglichen Teils in den sechs Freiheitsgraden in Bezug auf Translation und Rotation ein Mechanismus, der als Steward-Platform bezeichnet wird, eine Art Parallelmechanismus (auch Parallelverbindungsmechanismus genannt), bei dem ein Basisteil und ein Endeffektor durch eine Mehrzahl von Verbindungsketten verbunden sind, die jeweils mehr als zwei Glieder haben, bei Training und Simulation zum Fliegen eines Flugzeugs verwendet, und erregt Aufmerksamkeit im Bereich von Industrierobotern.
Vor diesem Hintergrund wurde die vorliegende Erfindung gemacht, und ein erster Zweck der vorliegenden Erfindung liegt darin, einen Parallelverbindungsmechanismus bereitzustellen, der gleichzeitig Miniaturisierung/Gewichtsverminderung und Ausgangsverbesserung realisieren kann.
Ferner besteht ein zweiter Zweck der vorliegenden Erfindung darin, eine Belichtungsvorrichtung bereitzustellen, die präzise ein feines Muster auf ein Substrat übertragen kann, sowie ein Verfahren zur Herstellung der Belichtungsvorrichtung.
Darüber hinaus besteht ein dritter Zweck der vorliegenden Erfindung darin, ein Verfahren zur Herstellung eines hoch integrierten Mikrogerätes mit hoher Produktivität bereitzustellen.
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG
Unter den obigen Umständen haben die Erfinder der vorliegenden Erfindung Studien durchgeführt, um eine solche Belichtungsvorrichtung zu realisieren, die so viele der obigen Faktoren [1] bis [6] wie möglich gleichzeitig erfüllt, unabhängig davon, ob ein Planarmotor als Stufenantriebsquelle verwendet wird oder nicht. Das Ergebnis war die Schlussfolgerung, dass das Ziel erreicht werden kann, indem ein Körper (mittlere Säule) weggelassen wird, der in den früheren Belichtungsvorrichtungen verwendet wurde, und die Retikelstufe, die Waferstufe usw. jeweils herabhängend zu tragen, und es zu ermöglichen, deren Positionen/Lagen in sechs Freiheitsgraden zu steuern, um jeder Anforderung zu genügen. Im Hinblick auf diese Schlussfolgerung und nach weiteren Studien wurde beabsichtigt, den obigen Mechanismus auf die Belichtungsvorrichtungen anzuwenden.
Dann wurde nach einer gründlichen Untersuchung des Parallelmechanismus (nachfolgend „Parallelverbindungsmechanismus" genannt) gefunden, dass er zwar die meisten der von den Erfindern beabsichtigten Faktoren erfüllen kann, z.B. dass der bewegliche Teil leicht ist und erwünschte Betriebseigenschaften, eine hohe Starrheit und Positionierungspräzision hat, dass es aber einige Punkte gibt, die verbessert werden müssen, weil ein Ölzylinder als aktive Gegenposition in einer Steward-Platform verwendet wird, der Parallelmechanismen repräsentiert.
Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Belichtungsvorrichtung bereitgestellt, die ein vorbestimmtes Muster auf ein Substrat überträgt, wobei die Belichtungsvorrichtung Folgendes umfasst:
einen Belichtungshauptteil, der das Muster überträgt;
einen Parallelverbindungsmechanismus, der den Belichtungshauptteil so trägt, dass seine Lage steuerbar ist;
einen Detektor, der eine Lage des Belichtungshauptteils erfasst; und
ein Steuergerät, das den Parallelverbindungsmechanismus gemäß einem Erfassungsergebnis des Detektors steuert.
Indem diese Vorrichtung verwendet wird, ist es möglich, weil ein Teil des Belichtungshauptteils, der ein vorbestimmtes Muster auf ein Substrat überträgt, von dem Parallelverbindungsmechanismus auf eine solche Weise getragen wird, dass seine Lage steuerbar ist, den Teil des Belichtungshauptteils, der von dem Parallelverbindungsmechanismus getragen wird, leicht zu machen, indem die Vorteile des Parallelverbindungsmechanismus genutzt werden, und seine Lage kann mit den erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden. Außerdem kann, weil der Teil des Belichtungshauptteils von dem Parallelverbindungsmechanismus so getragen werden kann, dass er von anderen Teilen unabhängig ist, die Übertragung von Vibrationen usw. verhütet werden. Besonders in einem Fall, in dem ein beweglicher Teil einer Substratstufe oder dergleichen, die den Belichtungshauptteil bildet, von dem Parallelverbindungsmechanismus getragen wird, können solche Effekte auf andere wie Vibrationen aufgrund des Antriebs des beweglichen Teils reduziert werden. Daher kann durch Verwenden des Belichtungshauptteils gemäß der vorliegenden Erfindung ein feines Muster präzise auf ein Substrat übertragen werden.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung umfasst der Belichtungshauptteil eine Substratstufe, die das Substrat hält, und es ist möglich, dass der Parallelverbindungsmechanismus die Position/Lage in wenigstens drei Freiheitsgraden der Substratstufe steuert. In einem solchen Fall kann, da der Parallelverbindungsmechanismus die Position/Lage in wenigstens drei Freiheitsgraden der Substratstufe steuert, die vom Parallelverbindungsmechanismus angetriebene Substratstufe leicht gemacht werden, und die Position/Lage kann in wenigstens drei Freiheitsgraden des Substrats mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden.
In diesem Fall kann der Parallelverbindungsmechanismus ein erstes Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare erste Stangen, die das erste Basiselement mit der Substratstufe verbinden, und erste Ausfahrmechanismen umfassen, die in den jeweiligen ersten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen ersten Stangen aus-/einfahren. In einem solchen Fall kann durch Aus- und Einfahren der jeweiligen Stangen durch die ersten Ausfahrmechanismen, die in den jeweiligen ersten Stangen angeordnet sind, die Position/Lage in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. X, Y, θz) der Substratstufe mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden. In diesem Fall sind, weil die Substratstufe von dem Parallelverbindungsmechanismus angetrieben wird, ein solcher Treiber zum Antreiben der Substratstufe wie ein Linearmotor, eine Stufenbasis (Waferbasisnivellierblock) zum Tragen der Waferstufe und dergleichen unnötig. Man beachte, dass zum Steuern der Position/Lage in sechs Freiheitsgraden des Substrats ein Antriebsmechanismus (z.B. Z-Kippmechanismus) erforderlich ist, der das Substrat in den anderen Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy) und dergleichen auf der Substratstufe antreibt.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass der Parallelverbindungsmechanismus sechs der ersten Stangen umfasst und Position/Lage, in sechs Freiheitsgraden, der Substratstufe durch Aus-/Einfahren jeder ersten Stange steuert. In einem solchen Fall sind, da die Position/Lage der Substratstufe in den sechs Freiheitsgraden durch individuelles Aus-/Einfahren der sechs ersten Stangen des Parallelverbindungsmechanismus gesteuert werden kann, der obige Z-Kippmechanismus usw. unnötig und daher kann die Substratstufe, als der bewegliche Teil, leichter gemacht werden.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der erste Ausfahrmechanismus einen Luftzylinder und einen elektromagnetischen Linearmotor umfassen, die parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind. In einem solchen Fall kann die Substratstufe grob und über größere Distanzen angetrieben werden, indem der Luftdruck des Luftzylinders geregelt wird, und auch fein durch den elektromagnetischen Linearmotor, und die Position/Lage der Substratstufe kann in wenigstens drei Freiheitsgraden für eine kurze Zeit präzise gesteuert werden.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Belichtungshauptteil ein optisches Projektionssystem umfassen, das das Muster auf das Substrat sowie auf die Substratstufe projiziert, dessen Position/Lage in wenigstens drei Freiheitsgraden von wenigstens drei ersten Stangen gesteuert wird. In diesem Fall kann durch individuelles Aus- und Einfahren der ersten Stangen durch die jeweiligen ersten Ausfahrmechanismen und Steuern der Position/Lage der Substratstufe in wenigstens drei Freiheitsgraden die relative Position, in wenigstens drei Freiheitsgraden, zwischen dem optischen Projektionssystem und der Substratstufe mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise justiert werden.
In diesem Fall kann der Belichtungshauptteil ferner eine Maskenstufe umfassen, um die Maske zu halten, auf der das Muster ausgebildet ist, und der Parallelverbindungsmechanismus kann die Position/Lage in wenigstens drei Freiheitsgraden der Maskenstufe steuern. In einem solchen Fall kann, da der Parallelverbindungsmechanismus die Position/Lage in wenigstens drei Freiheitsgraden der Maskenstufe steuert, die von dem Parallelverbindungsmechanismus angetriebene Maskenstufe leicht gemacht werden und die Position/Lage kann in wenigstens drei Freiheitsgraden der Maskenstufe mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden, und es ist möglich, die relative Position, in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. X, Y, θz oder Z, θx, θy), zwischen der Maskenstufe und dem optischen Projektionssystem zu justieren.
In diesem Fall kann der Parallelverbindungsmechanismus ein zweites Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare zweite Stangen, die das zweite Basiselement und die Maskenstufe verbinden, und zweite Ausfahrmechanismen umfassen, die in den jeweiligen zweiten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen zweiten Stangen aus-/einfahren. In einem solchen Fall können durch Aus- und Einfahren der jeweiligen Stangen durch die zweiten Ausfahrmechanismen, die in den jeweiligen zweiten Stangen angeordnet sind, die Steuerung der Position/Lage in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. X, Y, θz) der Maskenstufe und die Justierung der relativen Position in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. X, Y, θz oder Z, θx, θy) zwischen der Maskenstufe und dem optischen Projektionssystem präzise mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit ausgeführt werden. In diesem Fall sind, weil die Maskenstufe vom Parallelverbindungsmechanismus angetrieben wird, ein solcher Treiber zum Antreiben der Maskenstufe wie ein Linearmotor, eine Stufenbasis zum Tragen der Maskenstufe und dergleichen unnötig. Man beachte, dass zum Steuern der Position/Lage in sechs Freiheitsgraden der Maske ein Antriebsmechanismus (z.B. ein Z-Kippmechanismus oder ein Planarmotor) oder dergleichen erforderlich ist, der die Maske in den anderen Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy oder Z, θx, θy) auf der Maskenstufe antreibt.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass der Parallelverbindungsmechanismus sechs der zweiten Stangen umfasst und die Position/Lage der Maskenstufe in sechs Freiheitsgraden durch Aus-/Einfahren jeder zweiten Stange steuert. In einem solchen Fall sind, weil die Position/Lage der Maskenstufe in den sechs Freiheitsgraden durch individuelle Aus-/Einfahrbewegungen der sechs zweiten Stangen des Parallelverbindungsmechanismus gesteuert werden kann, der obige Z-Kippmechanismus, der Planarmotor usw. unnötig, und daher ist es möglich, die Maskenstufe, als der bewegliche Teil, leichter zu machen.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Fall, bei dem der Parallelverbindungsmechanismus wenigstens drei der ersten Stangen, die von den ersten Ausfahrmechanismen aus- und eingefahren werden, um die Position/Lage der Substratstufe zu steuern, und wenigstens drei der zweiten Stangen umfasst, die von den zweiten Ausfahrmechanimsen aus- und eingefahren werden, um die Position/Lage der Maskenstufe zu steuern, wenigstens einer der ersten und zweiten Ausfahrmechanismen einen Luftzylinder und einen elektromagnetischen Linearmotor umfassen, die parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind. In einem solchen Fall kann/können die Substratstufe und/oder die Maskenstufe grob und über größere Distanzen angetrieben werden, indem der Luftdruck des Luftzylinders geregelt wird, und auch fein durch den elektromagnetischen Linearmotor, und es ist auch möglich, die Position/Lage, in wenigstens drei Freiheitsgraden, der Substratstufe und/oder Maskenstufe präzise zu steuern und die relative Position von wenigstens einer Stufe in Bezug auf das optische Projektionssystem für eine kurze Zeit präzise zu justieren.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass wenigstens eine der ersten und zweiten Stangen ferner eine Lagereinheit umfasst, um den Läufer des elektromagnetischen Linearmotors in Bezug auf seinen Ständer auf kontaktlose Weise zu tragen. In einem solchen Fall kann, weil Reibung, die als nichtlineare Komponente beim Steuern des Aus-/Einfahrens der Stange mit der Lagereinheit durch den Ausfahrmechanismus wirkt, vermieden werden kann, die Position/Lage der Waferstufe und/oder der Maskenstufe in drei Freiheitsgraden präziser gesteuert werden.
Man beachte, dass in diesem Fall entweder eine statische Gasdrucklagereinheit oder eine Magnetlagereinheit als Lagereinheit verwendet werden kann.
Wenn eine statische Gasdrucklagereinheit als Lagereinheit verwendet wird, dann wird bevorzugt, dass ein Differentialablassmechanismus in ihrem Nachbar angeordnet ist, so dass ein der statischen Gasdrucklagereinheit zugeführtes Gas die Gasreinheit der Atmosphäre in der Belichtungsvorrichtung nicht beeinträchtigt.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die relative Position zwischen wenigstens einer der beiden Stufen und dem optischen Projektionssystem statisch mit Hilfe des Luftzylinders justiert werden, und es kann auch ein Steuergerät zum Unterdrücken von Vibrationen mit Hilfe des elektromagnetischen Linearmotors vorgesehen werden. In einem solchen Fall ist es möglich, die relative Position zwischen einer der beiden Stufen und dem optischen Projektionssystem zu justieren und Vibrationen aufgrund des Aus-/Einfahrens jeder Stange zu unterdrücken.
Eine Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Steuergerät umfassen, das hochfrequente Vibrationen durch Steuern des Stroms des elektromagnetischen Linearmotors isoliert. In einem solchen Fall können feine Vibrationen von der Bodenoberfläche, hochfrequente Vibrationen, isoliert werden.
Eine Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner einen Tragmechanismus aufweisen, der das optische Projektionssystem so trägt, dass es in einem festen Zustand auf der Bodenoberfläche ist, auf der der Belichtungshauptteil montiert ist. In einem solchen Fall können, indem es der Tragmechanismus so trägt, dass es unmittelbar nach der Anfangsjustierung des optischen Projektionssystems so fixiert ist, dass es eine gewünsche Position und Lage einnimmt, die relativen Positionen beider Stufen, in wenigstens drei Freiheitsgraden, in Bezug auf das optische Projektionssystem justiert werden, da die Positionen/Lagen der Substratstufe und der Maskenstufe in wenigstens drei Freiheitsgraden gesteuert werden können.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Parallelverbindungsmechanismus in einem Fall, bei dem er die ersten und zweiten Basiselemente umfasst, wenigstens drei der von den ersten Ausfahrmechanismen aus- und eingefahrenen ersten Stangen und wenigstens drei der von den zweiten Ausfahrmechanismen aus- und eingefahrenen zweiten Stangen, ferner ein drittes Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare dritte Stangen, die das dritte Basiselement und das optische Projektionssystem verbinden, und dritte Ausfahrmechanismen umfassen, die in den jeweiligen dritten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen dritten Stangen aus-/einfahren. In einem solchen Fall kann durch individuelles Steuern von Ausfahrmechanismen, die in den jeweiligen dritten Stangen angeordnet sind, nach der Anfangsjustierung des optischen Projektionssystems die Anfangsjustierung leicht durchgeführt werden. Nach der Anfangsjustierung kann durch Halten der Längen der jeweiligen dritten Stangen durch die dritten Ausfahrmechanismen das optische Projektionssystem in einer gewünschten Position und Lage getragen und fixiert werden. Danach wird die relative Position zwischen jeder Stufe und dem optischen Projektionssystem in wenigstens drei Freiheitsgraden durch Steuern der Position/Lage jeder Stufe justiert.
In diesem Fall kann der dritte Ausfahrmechanismus einen Luftzylinder umfassen. In einem solchen Fall kann die Anfangsjustierung der Position/Lage des optischen Projektionssystems leicht durch Justieren des Innendrucks des Luftzylinders erfolgen.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können das erste, das zweite und das dritte Basiselement jeweils ein individuelles Element sein, oder wenigstens zwei der ersten, zweiten und dritten Basiselemente können ein gemeinsames Element sein. Das heißt, das erste, zweite und dritte Basiselement können ein gemeinsames Element sein, oder das erste und das zweite Basiselement, das zweite und das dritte Basiselement oder das erste und das dritte Basiselement können ein gemeinsames Element sein.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der Belichtungshauptteil eine Maskenstufe umfasst, um eine Maske zu halten, auf der das Muster ausgebildet ist, und den Parallelverbindungsmechanismus zu veranlassen, die relative Position der Maskenstufe in drei Freiheitsgraden zu steuern. In einem solchen Fall ist es, weil der Parallelverbindungsmechanismus die Position/Lage der Maskenstufe in wenigstens drei Freiheitsgraden steuert, möglich, die von dem Parallelverbindungsmechanismus angetriebene Maskenstufe leicht zu machen, und die Position/Lage der Maskenstufe kann in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. X, Y, θz oder Z, θx, θy) mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden. Man beachte, dass es möglich ist, wenn der Belichtungshauptteil das optische Projektionssystem umfasst, die relative Position zwischen der Maskenstufe und dem optischen Projektionssystem in wenigstens drei Freiheitsgraden zu justieren.
In diesem Fall kann der Parallelverbindungsmechanismus ein Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare Stangen, die das Basiselement und die Maskenstufe verbinden, und Ausfahrmechanismen umfassen, die in den jeweiligen zweiten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen Stangen aus-/einfahren. In einem solchen Fall kann durch Aus- und Einfahren der jeweiligen Stangen durch die Ausfahrmechanismen, die in den jeweiligen Stangen angeordnet sind, die Position/Lage der Maskenstufe in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. X, Y, θz) mit erwünschten Betriebseigenschaften oder hoher Starrheit präzise gesteuert werden. In diesem Fall sind, da die Maskenstufe vom Parallelverbindungsmechanismus angetrieben wird, ein solcher Treiber zum Antreiben der Maskenstufe wie ein Linearmotor, eine Stufenbasis zum Tragen der Maskenstufe und dergleichen unnötig. Man beachte, dass zum Steuern der Position/Lage in sechs Freiheitsgraden der Maske ein Antriebsmechanismus (z.B. einen Z-Kippmechanismus) vorgesehen werden muss, der die Maske in den anderen Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy) und dergleichen auf der Maskenstufe antreibt.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass der Parallelverbindungsmechanismus sechs der Stangen umfasst und die Position/Lage der Maskenstufe in sechs Freiheitsgraden durch Aus-/Einfahren jeder Stange steuert. In einem solchen Fall sind, weil die Position/Lage der Maskenstufe in den sechs Freiheitsgraden durch individuelles Aus-/Einfahren der sechs Stangen des Parallelverbindungsmechanismus gesteuert werden kann, der obige Z-Kippmechanismus, der Planarmotor usw. unnötig, und daher kann die Maskenstufe als der bewegliche Teil leichter gemacht werden.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ist es möglich, dass der Belichtungshauptteil eine Substratstufe, die das Substrat hält, und eine Stufenbasis zum Tragen der Substratstufe auf eine solche Weise umfasst, dass die Substratstufe beweglich ist, und den Parallelverbindungsmechanismus zu veranlassen, die relative Position der ersten Stufenbasis in drei Freiheitsgraden zu steuern. In einem solchen Fall kann, durch Steuern der relativen Position der ersten Stufenbasis mit dem Parallelverbindungsmechanismus in drei Freiheitsgraden, die relative Position, in drei Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy), der von der ersten Stufenbasis getragenen Substratstufe gesteuert werden. Das heißt, es ist ohne den an der Substratstufe montierten Z-Kippmechanismus möglich, einen Z-Kippantrieb des Substrats durchzuführen, und daher kann die Substratstufe leichter gemacht werden. Darüber hinaus ist es möglich, die Antriebskraft und die Antriebsreaktion beim Antreiben der Substratstufe auf der ersten Stufenbasis z.B. durch einen Planarmotor zu reduzieren.
In diesem Fall kann der Parallelverbindungsmechanismus ein erstes Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare erste Stangen, die das erste Basiselement und die erste Stufenbasis miteinander verbinden, sowie erste Ausfahrmechanismen umfassen, die in den jeweiligen ersten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen ersten Stangen aus-/einfahren. In einem solchen Fall wird durch individuelles Aus- und Einfahren der jeweiligen ersten Stangen von den ersten Ausfahrmechanismen, die in den jeweiligen ersten Stangen angeordnet sind, die Position/Lage der ersten Stufenbasis in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy) gesteuert. Infolgedessen kann die Position/Lage der Substratstufe in wenigstens drei Freiheitsgraden mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise justiert werden.
In diesem Fall kann der erste Ausfahrmechanismus einen Luftzylinder und einen elektromagnetischen Linearmotor umfassen, die parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind. In einem solchen Fall kann die erste Stufenbasis grob und über größere Distanzen durch Regeln des Luftdrucks des Luftzylinders und auch fein durch den elektromagnetischen Linearmotor angetrieben werden, und infolgedessen ist es möglich, die Position/Lage der Substratstufe in drei Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy) für kurze Zeit präzise zu steuern.
In diesem Fall kann, wenn der Parallelverbindungsmechanismus ein erstes Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare erste Stangen, die das erste Basiselement und die erste Stufenbasis verbinden, und erste Ausfahrmechanismen umfassen, die in den jeweiligen ersten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen ersten Stangen aus-/einfahren, der Belichtungshauptteil ferner das optische Projektionssystem umfassen, das unabhängig von der ersten Stufenbasis getragen wird und das Muster auf das Substrat projiziert.
In einem solchen Fall kann, wie oben erwähnt, durch individuelles Aus- und Einfahren der jeweiligen ersten Stangen durch die ersten Ausfahrmechanismen, die Position/Lage der Substratstufe in wenigstens drei Freiheitsgraden über die erste Stufenbasis mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden. Infolgedessen kann daher die relative Position zwischen dem optischen Projektionssystem und dem Substrat in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy), d.h. die Fokusnivellierungssteuerung, mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise justiert werden. Indem die Substratstufe leicht gemacht wird, ist es möglich, die Antriebskraft und die Antriebsreaktion beim Antreiben der Substratstufe auf der ersten Stufenbasis beispielsweise durch einen Linearmotor zu reduzieren und weil das optische Projektionssystem unabhängig von der ersten Stufenbasis getragen wird, kann verhindert werden, dass die Reaktion auf den Antrieb der Substratstufe auf das optische Projektionssystem übertragen wird. Es ist somit leicht, die Substratstufe und das optische Projektionssystem zu trennen.
In diesem Fall kann die Belichtungsvorrichtung ferner einen Positionsdetektor umfassen, der an dem optischen Projektionssystem befestigt ist und die relative Positionsbeziehung zwischen dem Substrat und dem optischen Projektionssystem in sechs Freiheitsgraden erfasst. In einem solchen Fall ist es möglich, weil, wie oben erwähnt, verhindert werden kann, dass die Reaktion auf den Antrieb der Substratstufe auf das optische Projektionssystem übertragen wird, die Positionsbeziehung zwischen dem Substrat und dem optischen Projektionssystem mit dem am optischen Projektionssystem befestigten Positionsdetektor in sechs Freiheitsgraden präzise zu erfassen.
Wenn ihr Belichtungshauptteil die Substratstufe, die erste Stufenbasis zum Tragen der Substratstufe und das optische Projektionssystem umfasst, dann kann eine Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ferner einen Tragmechanismus umfassen, der das optische Projektionssystem so trägt, dass es in einem festen Zustand auf der Bodenfläche steht, auf der der Belichtungshauptteil montiert ist. In einem solchen Fall kann, weil die Positionen/Lagen der Substratstufe in drei Freiheitsgraden gesteuert werden können, durch anfängliches Justieren des optischen Projektionssystems, so dass es eine gewünschte Position und Lage einnimmt, und indem bewirkt wird, dass der Tragmechanismus es nach der Anfangsjustierung fest trägt, die Positionsbeziehung zwischen dem Substrat und dem optischen Projektionssystem in drei Freiheitsgraden justiert werden.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Belichtungshauptteil Folgendes umfassen: eine Maskenstufe zum Halten einer Maske, auf der das Muster ausgebildet ist, und eine zweite Stufenbasis zum Tragen der Maskenstufe, so dass sie beweglich ist, sowie der Substratstufe, die erste Stufenbasis zum Tragen derselben und das optische Projektionssystem, und der Parallelverbindungsmechanismus kann auch die Position/Lage der zweiten Stufenbasis in drei Freiheitsgraden steuern. In einem solchen Fall kann verhindert werden, dass die Reaktion auf den Antrieb der Substratstufe auf das optische Projektionssystem übertragen wird, und indem der Parallelverbindungsmechanismus die Position/Lage der zweiten Stufenbasis in drei Freiheitsgraden steuert, ist es möglich, die relative Position und Lage zwischen der Maske und dem optischen Projektionssystem mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit in drei Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy) präzise zu justieren. Das heißt, es kann ohne den zwischen der Maskenstufe und der zweiten Stufenbasis oder auf der Substratstufe montierten Z-Kippmechanismus eine Fokusnivellierung der Maskenstufe mit Hilfe des Parallelverbindungsmechanismus erfolgen, und somit kann eine Qualitätsverschlechterung des Musterbildes aufgrund einer Defokussierung der Maske verhütet werden. Besonders dann, wenn die Objektseite des optischen Projektionssystems nicht telezentrisch ist, kann auch die Positionsabweichung des Musterbildes und dergleichen aufgrund der Defokussierung der Maske verhütet werden. Indem die Maske leicht gemacht wird, ist es möglich, die Antriebskraft und die Antriebsreaktion beim Antreiben auf der zweiten Stufenbasis z.B. durch einen Linearmotor zu reduzieren und zu verhindern, dass die Reaktion auf das optische Projektionssystem übertragen wird. Ebenso ist es leicht, die Maskenstufe und das optische Projektionssystem zu trennen.
In der Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann in einem Fall, bei dem der Parallelverbindungsmechanismus die relative Position zwischen der Maskenstufe und dem optischen Projektionssystem in drei Freiheitsgraden steuert, durch Steuern der Position/Lage der zweiten Stufenbasis in drei Freiheitsgraden ein Positionsdetektor, der an dem optischen Projektionssystem befestigt ist und die relative Positionsbeziehung zwischen der Maskenstufe und dem optischen Projektionssystem in sechs Freiheitsgraden erfasst, angeordnet werden. In einem solchen Fall kann, weil, wie oben erwähnt, verhindert wird, dass die Reaktionen auf die Antriebe der Substratstufe und der Maskenstufe auf das optische Projektionssystem übertragen werden, die relative Positionsbeziehung zwischen der Maskenstufe und dem optischen Projektionssystem durch den am optischen Projektionssystem fixierten Positionsdetektor in sechs Freiheitsgraden präzise erfasst werden.
In diesem Fall kann der Positionsdetektor ein Interferometer sein, und ein Spiegel zum Erkennen der relativen Position in den Freiheitsgraden X, Y, θz, auf den ein Messstrahl von dem Interferometer gerichtet wird, kann auf der Maskenstufe angeordnet sein, und ein Spiegel zum Erfassen der relativen Position in den Freiheitsgraden Z, θx, θy, auf den ein anderer Messstrahl von dem Interferometer gerichtet wird, kann an der zweiten Stufenbasis befestigt sein.
In diesem Fall kann, wenn der Parallelverbindungsmechanismus auch die Position/Lage der zweiten Stufenbasis in drei Freiheitsgraden steuert, der Parallelverbindungsmechanismus ein zweites Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare zweite Stangen, die das zweite Basiselement und die zweite Stufenbasis miteinander verbinden, und zweite Ausfahrmechanismen umfassen, die in den jeweiligen zweiten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen zweiten Stangen aus-/einfahren. In einem solchen Fall kann, wie oben erwähnt, die relative Position zwischen dem Substrat und dem optischen Projektionssystem mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise justiert werden, und es kann verhindert werden, dass die Reaktion auf den Antrieb der Substratstufe auf das optische Projektionssystem übertragen wird. Außerdem wird, durch individuelles Aus- und Einfahren der jeweiligen zweiten Stangen durch die zweiten Ausfahrmechanismen, die in den jeweiligen zweiten Stangen angeordnet sind, die Position/Lage der zweiten Stufenbasis in wenigstens drei Freiheitsgraden gesteuert. Infolgedessen kann die relative Position zwischen der Maske und dem optischen Projektionssystem in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy) mit den erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise justiert werden. Indem die Substratstufe und die Maskenstufe leicht gemacht werden, ist es möglich, die Antriebskraft und die Antriebsreaktion zu reduzieren und die Substratstufe, die Maskenstufe und das optische Projektionssystem so zu strukturieren, dass sie leicht getrennt werden können.
In diesem Fall kann der Parallelverbindungsmechanismus ein drittes Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare dritte Stangen, die das dritte Basiselement und das optische Projektionssystem verbinden, und dritte Ausfahrmechanismen umfassen, die in den jeweiligen dritten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen dritten Stangen aus-/einfahren. In einem solchen Fall kann nach der Anfangsjustierung des optischen Projektionssystems durch individuelles Steuern der Ausfahrmechanismen, die in den jeweiligen dritten Stangen angeordnet sind, die Anfangsjustierung leicht durchgeführt werden. Nach der Anfangsjustierung kann durch Halten der Längen der jeweiligen dritten Stangen durch die dritten Ausfahrmechanismen das optische Projektionssystem so getragen und fixiert werden, dass es sich in einer gewünschten Position und Lage befindet. Danach kann die relative Position zwischen jeder Stufe und dem optischen Projektionssystem in wenigstens drei Freiheitsgraden durch Steuern der Position/Lage jeder Stufe justiert werden.
In diesem Fall kann der dritte Ausfahrmechanismus einen Luftzylinder umfassen. In einem solchen Fall kann die Anfangsjustierung der Position/Lage des optischen Projektionssystems leicht durch Justieren des Innendrucks des Luftzylinders erfolgen.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung können das erste, das zweite und das dritte Basiselement, die jeweils mit der ersten Stufenbasis, der zweiten Stufenbasis und dem optischen Projektionssystem über die ersten, die zweiten bzw. die dritten Stangen verbunden sind, jeweils ein individuelles Element sein, oder es können wenigstens zwei der ersten, zweiten und dritten Basiselemente ein gemeinsames Element sein. Das heißt, das erste, zweite und dritte Basiselement können ein gemeinsames Element sein, oder das erste und das zweite Basiselement, das zweite und das dritte Basiselement oder das erste und das dritte Basiselement können ein gemeinsames Element sein.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann wenigstens einer der ersten und zweiten Ausfahrmechanismen, die jeweils in den ersten und den zweiten Stangen angeordnet sind, die jeweils die erste und die zweite Stufenbasis mit dem ersten und dem zweiten Basiselement verbinden, einen Luftzylinder und einen elektromagnetischen Linearmotor umfassen, die parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind. In einem solchen Fall kann/können die erste und/oder die zweite Stufenbasis grob und über größere Distanzen durch Regeln des Luftdrucks des Luftzylinders und auch fein durch den elektromagnetischen Linearmotor angetrieben werden, und infolgedessen ist es möglich, die Position/Lage der Substratstufe und/oder der Maskenstufe in drei Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy) präzise zu steuern, und dann die relative Position und Lage des Substrats und/oder der Maske in Bezug auf das optische Projektionssystem für eine kurze Zeit präzise zu justieren. Diese Justierung ist eine so genannte Fokusnivellierung.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass wenigstens eine der ersten und zweiten Stangen ferner eine Lagereinheit umfasst, die den Läufer des elektromagnetischen Linearmotors in Bezug auf seinen Ständer kontaktlos trägt. In einem solchen Fall kann, da Friktion, die als nichtlineare Komponente beim Steuern des Aus-/Einfahrens der Stange mit der Lagereinheit durch den Ausfahrmechanismus wirkt, vermieden werden kann, die Position/Lage der Waferstufe und/oder der Maskenstufe in drei Freiheitsgraden über wenigstens eine der ersten und zweiten Stufenbasis präziser gesteuert werden.
Man beachte, dass in diesem Fall entweder eine statische Gasdrucklagereinheit oder eine Magnetlagereinheit als Lagereinheit zum Einsatz kommen kann.
Wenn eine statische Gasdrucklagereinheit als Lagereinheit verwendet wird, dann wird bevorzugt, dass ein Differentialablassmechanismus in ihrem Nachbarn angeordnet ist, so dass ein zur statischen Gasdrucklagereinheit geführtes Gas die Gasreinheit der Atmosphäre in der Belichtungsvorrichtung nicht beeinträchtigt.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann die relative Position zwischen wenigstens einer der beiden Stufen und dem optischen Projektionssystem statisch mit Hilfe des Luftzylinders justiert werden, und es kann auch ein Steuergerät zum Unterdrücken von Vibrationen mit Hilfe des elektromagnetischen Linearmotors vorgesehen werden. In einem solchen Fall ist es möglich, die relative Position zwischen wenigstens einer der beiden Stufen und dem optischen Projektionssystem über die erste und/oder die zweite Stufenbasis zu justieren und Vibrationen aufgrund des Aus-/Einfahrens jeder Stange zu unterdrücken.
Eine Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann ferner ein Steuergerät umfassen, das hochfrequente Vibrationen durch Steuern des Stroms des elektromagnetischen Linearmotors isoliert, während niederfrequente Vibrationen durch Regeln des Luftdrucks des Luftzylinders unterdrückt werden. In einem solchen Fall werden in jeder Stufenbasis aufgrund der Reaktion auf ihren Antrieb erzeugte niederfrequente Vibrationen unterdrückt, und außerdem können feine Vibrationen von der Bodenoberfläche, hochfrequente Vibrationen, isoliert werden.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Mehrzahl von Stufen auf der ersten und/oder der zweiten Stufenbasis montiert werden. So kann beispielsweise in einem Fall, bei dem eine Mehrzahl von Stufen, d.h. Substratstufen, auf der ersten Stufenbasis montiert ist, weil der Austausch von Substraten, die Erkennung von Ausrichtungsmarkierungen eines Substrats oder dergleichen auf einer anderen Substratstufe während der Belichtung für ein Substrat auf einer Substratstufe durchgeführt werden können, der Durchsatz im Vergleich zu dem Fall einer einzigen Substratstufe verbessert werden. Ferner ist es z.B. in einem Fall, bei dem eine Mehrzahl von Stufen, d.h. Maskenstufen, auf der zweiten Stufenbasis montiert ist, weil der Austausch von Masken durch Austauschen der Positionen der Maskenstufen erfolgt, möglich, eine Mehrfachbelichtung wie z.B. eine Doppelbelichtung mit einer Mehrzahl von Masken mit einem höheren Durchsatz durchzuführen. Insbesondere kann in einem Fall, bei dem eine Mehrzahl der Substratstufen und Maskenstufen vorgesehen ist, weil der Austausch von Substraten, die Erkennung von Ausrichtungsmarkierungen eines Substrats oder dergleichen auf einer anderen Substratstufe während der Mehrfachbelichtung für ein Substrat auf einer Substratstufe ausgeführt werden können, eine Mehrfachbelichtung wie z.B. eine Doppelbelichtung mit einer Mehrzahl von Masken mit einem höheren Durchsatz durchgeführt werden.
In einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann der Belichtungshauptteil eine Maskenstufe zum Halten der Maske, auf der das Muster ausgebildet ist, und eine Stufenbasis zum Tragen der Maskenstufe auf eine solche Weise umfassen, dass die Maskenstufe beweglich ist, und der Parallelverbindungsmechanismus kann die Position/Lage der Stufenbasis in drei Freiheitsgraden steuern. In einem solchen Fall kann dadurch, dass der Parallelverbindungsmechanismus die Position/Lage der Stufenbasis in drei Freiheitsgraden steuert, die Position/Lage der Maske in drei Freiheitsgraden mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise justiert werden. Indem die Maskenstufe leicht gemacht wird, ist es möglich, die Antriebskraft und die Antriebsreaktion beim Antreiben auf der Stufenbasis z.B. durch einen Linearmotor zu reduzieren.
In diesem Fall kann der Parallelverbindungsmechanismus ein Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare Stangen, die das Basiselement und die Stufenbasis verbinden, und Ausfahrmechanismen umfassen, die in den jeweiligen Stangen angeordnet sind und die jeweiligen Stangen aus-/einfahren. In einem solchen Fall ist es möglich, die relative Position der Maskenstufe mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit in wenigstens drei Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy) präzise zu justieren, indem die jeweiligen Stangen durch die Ausfahrmechanismen, die in den jeweiligen Stangen angeordnet sind, individuell aus- und eingefahren werden und die Position/Lage der Stufenbasis in wenigstens drei Freiheitsgraden gesteuert wird. Ebenso ist es möglich, indem die Maskenstufe leicht gemacht wird, die Antriebskraft und die Antriebsreaktion jeder Stufe zu reduzieren.
Eine Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung kann eine Kammer aufweisen, die wenigstens einen Teil des Belichtungshauptteils in einem Zustand aufnimmt, in dem er gegen die Außenatmosphäre abgedichtet ist, und seine Lage geändert werden kann. In einem solchen Fall ist es möglich, einen Teil des Belichtungshauptteils, der von dem Parallelverbindungsmechanismus getragen wird, unter Nutzung der Vorteile des Parallelverbindungsmechanismus leicht zu machen, und seine Lage kann mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden. Ferner kann, weil die Kammer wenigstens einen Teil des Belichtungshauptteils in einem Zustand aufnimmt, in dem er gegen die Außenatmosphäre abgedichtet ist und seine Lage geändert werden kann, durch Füllen der Kammer mit Stickstoffgas (N₂), Heliumgas (He) oder dergleichen ein feines Muster mit hoher Auflösung unter Verwendung von ArF-Excimer-Laserlicht oder Vakuumultraviolett-Licht wie F₂-Laserlicht, dessen Wellenlänge kürzer ist als die von ArF-Licht, auf ein Substrat übertragen werden.
In diesem Fall ist vorzugsweise ein Vakuumablasssystem und ein Gaszuführungssystem in der Belichtungsvorrichtung angeordnet, um nichtaktives Gas in die Kammer zu spülen. In einem solchen Fall wird dadurch, dass sich in der Kammer Gas befindet, das durch das Vakuumablasssystem abgelassen wird, und indem ein nichtaktives Gas wie Stickstoffgas (N₂) und Heliumgas (He) von einem Gaszuführungssystem zugeführt wird, das Gas in der Kammer durch das nichtaktive Gas sofort ersetzt und der Innendruck wird auf einen gewünschten Wert eingestellt.
In einem Fall, in dem der Belichtungshauptteil die Substratstufe und die erste Stufenbasis zum Tragen derselben, das optische Projektionssystem, die Maskenstufe und die zweite Stufe zum Tragen derselben und den Parallelverbindungsmechanismus zum Justieren der Positionen/Lagen der ersten und zweiten Stufenbasis in drei Freiheitsgraden umfasst, kann eine Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ferner eine Kammer umfassen, die einen ersten Raum zur Aufnahme der Maskenstufe und mit der zweiten Stufenbasis als Teil, einen zweiten Raum zur Aufnahme des optischen Projektionssystems, einen dritten Raum zur Aufnahme der Substratstufe und mit der ersten Stufenbasis als Teil, sowie ausfahrbare Balgelemente umfasst, die jeweils den ersten Raum und den zweiten Raum, den zweiten Raum und den dritten Raum verbinden und die Substratstufe, das optische Projektionssystem und die Maskenstufe gegen die Außenatmosphäre abdichten. In einem solchen Fall enthält der dritte Raum, der die erste Stufenbasis als Teil enthält, die Substratstufe; ein zweiter Raum enthält das optische Projektionssystem; ein erster Raum, der die zweite Stufenbasis als Teil beinhaltet, enthält die Maskenstufe; und ausfahrbare Balgelemente verbinden den ersten Raum, den zweiten Raum und den dritten Raum. Daher können die Positionen/Lagen der ersten und der zweiten Stufenbasis von dem Parallelverbindungsmechanismus ohne jegliches Problem in drei Freiheitsgraden justiert werden. Ebenso sind die Substratstufe, das optische Projektionssystem und die Maskenstufe gegen die Außenatmosphäre abgedichtet. Daher kann durch Füllen des Kammerinneren mit Stickstoffgas (N₂), Heliumgas (He) oder dergleichen ein feines Muster mit hoher Auflösung unter Verwendung von ArF-Excimer-Laserlicht oder Vakuumultraviolett-Licht wie z.B. F₂-Laserlicht, dessen Wellenlänge kürzer ist als die von ArF-Licht, auf ein Substrat übertragen werden.
In diesem Fall wird bevorzugt, dass ein Vakuumablasssystem und ein Gaszuführungssystem in der Belichtungsvorrichtung angeordnet sind, um nichtaktives Gas in die Kammer zu spülen. In einem solchen Fall wird, da Gas innerhalb der Kammer durch ein Vakuumablasssystem abgelassen und ein nichtaktives Gas wie Stickstoffgas (N₂) und Heliumgas (He) von einem Gaszufuhrsystem zugeführt wird, das Gas in der Kammer sofort durch das nichtaktive Gas ersetzt und der Innendruck auf einen gewünschten Wert eingestellt.
Gemäß einem dritten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein erstes Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsvorrichtung zum Übertragen eines Musters einer Maske auf ein Substrat bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst: einen ersten Schritt des Bereitstellens einer Maskenstufe zum Halten der Maske; einen zweiten Schritt des Bereitstellens eines optischen Projektionssystems zum Übertragen eines Musters der Maske auf ein Substrat; einen dritten Schritt des Bereitstellens einer Substratstufe zum Halten des Substrats; und einen vierten Schritt des Bereitstellens eines Parallelverbindungsmechanismus zum Tragen der Maskenstufe und/oder der Substratstufe auf eine solche Weise, dass die relative Position der Maskenstufe und/oder Substratstufe in Bezug auf das optische Projektionssystem in wenigstens drei Freiheitsgraden... [sic].
Demzufolge kann durch mechanisches, optisches und elektrisches Montieren und Justieren des optischen Beleuchtungssystems, des optischen Projektionssystems, der Maskenstufe und der Substratstufe, des Parallelverbindungsmechanismus zum Tragen der Maskenstufe und/oder der Substratstufe auf eine solche Weise, dass die relative Position der Maskenstufe und/oder der Substratstufe in Bezug auf das optische Projektionssystem in wenigstens drei Freiheitsgraden gesteuert werden kann, und anderer verschiedener Elemente eine Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
Gemäß dem vierten Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein zweites Verfahren zum Herstellen einer Belichtungsvorrichtung zum Übertragen eines Musters einer Maske auf ein Substrat bereitgestellt, das die folgenden Schritte umfasst: einen ersten Schritt des Bereitstellens einer Maskenstufe zum Halten der Maske; einen zweiten Schritt des Bereitstellens eines optischen Projektionssystems zum Übertragen eines Musters der Maske auf ein Substrat; einen dritten Schritt des Bereitstellens einer Substratstufe zum Halten des Substrats; einen vierten Schritt des Bereitstellens einer ersten Stufenbasis zum Tragen der Maskenstufe, so dass sie beweglich ist; einen fünften Schritt des Bereitstellens einer zweiten Stufenbasis zum Tragen der Substratstufe, so dass sie beweglich ist; und einen sechsten Schritt des Bereitstellens eines Parallelverbindungsmechanismus zum Tragen der ersten und/oder der zweiten Stufenbasis auf eine solche Weise, dass die relative Position der ersten und/oder der zweiten Stufenbasis mit Bezug auf das optische Projektionssystem in wenigstens drei Freiheitsgraden gesteuert werden kann.
Demgemäß kann durch mechanisches, optisches und elektrisches Montieren und Justieren des optischen Beleuchtungssystems, des optischen Projektionssystems, der Maskenstufe und der Substratstufe, der ersten Stufenbasis zum Tragen der Substratstufe, so dass sie beweglich ist, der zweiten Stufenbasis zum Tragen der Maskenstufe, so dass sie beweglich ist, des Parallelverbindungsmechanismus zum Tragen der ersten und/oder der zweiten Stufenbasis auf eine solche Weise, dass die relative Position der ersten und/oder der zweiten Stufenbasis mit Bezug auf das optische Projektionssystem in wenigstens drei Freiheitsgraden steuerbar ist, und verschiedener anderer Elemente eine Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung hergestellt werden.
Darüber hinaus kann in dem Lithografieverfahren durch Ausführen einer Belichtung mit einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung ein mehrschichtiges Muster auf dem Substrat mit hoher Überdeckungspräzision ausgebildet werden, und daher ist es möglich, ein höher integriertes Mikrogerät mit hohem Ertrag herzustellen. Daher ist ein weiterer Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes unter Verwendung einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung.
KURZBESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist eine schematische Ansicht der Anordnung einer Belichtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausgestaltung;
2 ist eine planare Ansicht des Aufbaus, von dem einige Teile nicht dargestellt sind, des Parallelverbindungsmechanismus von 1;
3 ist eine Querschnittsansicht der ersten Stange 78₁ von 1, von der ein Teil nicht dargestellt ist;
4 ist eine schematische Ansicht des Strukturmodells eines Antriebssystems, um das Prinzip der Steuerung eines Parallelverbindungsmechanismus in einer Belichtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausgestaltung zu erläutern;
5 ist ein Blockdiagramm eines Steuermodells für das Antriebssystem von
4;
6 ist eine Ansicht einer Beziehung zwischen einer stationären Koordinate und einer Stangenkoordinate;
7 ist eine Ansicht zum Erläutern des Strukturmodells der Stange von 4 und der auf die Stange und einen Antriebskörper ausgeübten Reaktionen;
8 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Steuersystems einer Belichtungsvorrichtung gemäß der ersten Ausgestaltung;
9 ist eine schematische Ansicht des Aufbaus einer Belichtungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausgestaltung;
10 ist ein Schrägriss des ersten Parallelverbindungsmechanismus von 9;
11 ist eine Planaransicht eines Waferlaser-Interferometersystems zum Erfassen der Position der Waferstufe von 9 in der X-Y-Ebene;
12 ist eine schematische Ansicht des Strukturmodells eines Antriebssystems, um das Prinzip der Steuerung eines Parallelverbindungsmechanismus in einer Belichtungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausgestaltung zu erläutern;
13 ist eine Ansicht eines Zustands, in dem die Waferstufe von dem ersten Parallelverbindungsmechanismus in der X-Achsenrichtung angetrieben wird;
14 ist eine Ansicht eines Zustands, in dem die Waferstufe von dem ersten Parallelverbindungsmechanismus in der Z-Achsenrichtung angetrieben wird;
15 ist eine Ansicht eines Zustands, in dem das Rollen der Waferstufe von dem ersten Parallelverbindungsmechanismus gesteuert wird;
16 ist eine Ansicht eines Zustands, in dem das Gieren der Waferstufe von dem ersten Parallelverbindungsmechanismus gesteuert wird;
17 ist ein Blockdiagramm des Aufbaus eines Steuersystems einer Belichtungsvorrichtung gemäß der zweiten Ausgestaltung;
18 ist ein Fließschema zum Erläutern eines Verfahrens zur Herstellung eines Bauelementes mit einer Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung;
19 ist ein Fließschema des Ablaufs des Waferverarbeitungsschrittes (Schritt 204) von 18.
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER ERFINDUNG
<<Eine erste Ausgestaltung>>
Eine erste Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die 1 bis 8 beschrieben.
1 zeigt die schematische Anordnung einer Belichtungsvorrichtung 10 gemäß einer Ausgestaltung. Die Belichtungsvorrichtung 10 ist eine so genannte Step-and-Scan-Abtastbelichtungsvorrichtung, die während des Beleuchtens des Retikels R als Maske mit Belichtungslicht EL, das Vakuumultraviolett ist, das Retikel R und den Wafer W synchron als ein Substrat in einer Abtastrichtung (nachfolgend als die Y-Richtung definiert, die die laterale Richtung in 1 ist) bewegt und ein Muster auf dem Retikel R auf eine Mehrzahl von Belichtungsbereichen des Wafers W durch ein optisches Projektionssystem PL übertragt. Diese Belichtungsvorrichtung 10 ist ein so genannter Scanning-Stepper.
Diese Belichtungsvorrichtung 10 beinhaltet ein optisches Beleuchtungssystem IOP, das das Retikel R mit dem Belichtungslicht EL von einer Lichtquelle (nicht dargestellt) beleuchtet, wobei eine Retikelstufe RST als Maskenstufe zum Halten des Retikels dient, ein optisches Projektionssystem PL zum Projizieren des von dem Retikel R auf einen Wafer W gesendeten Belichtungslichtes EL dient und eine Waferstufe WST als Substratstufe zum Halten und Bewegen des Wafers W in der zweidimensionalen X-Y-Richtung dient.
Das obige optische Beleuchtungssystem IOP wird von einem Beleuchtungssystem-Tragelement (nicht dargestellt) getragen. Dieses optische Beleuchtungssystem IOP beinhaltet ein Beleuchtungssystemgehäuse, das die Innenseite luftdicht gegen die Atmosphäre abdichtet und mit einem Niederabsorptionsgas gefüllt ist, das so rein und nichtaktiv ist, dass es eine Luft- (Sauerstoff-) Konzentration von ein paar oder weniger als ein paar Prozent oder wünschenswerterweise weniger als ein Prozent enthält und Licht mit der Wellenlänge von Vakuumultraviolett gering absorbiert, wie z.B. Trockenstickstoff (N₂), Helium (He), Argon (Ar), Neon (Ne) und Krypton (Kr) oder ein Gas, in dem diese Gase gemischt sind. Der Grund ist, dass bei Verwendung von Licht mit der Wellenlänge von Vakuumultraviolett als Belichtungslicht ein Gas (nachfolgend nach Bedarf als „Absorptionsgas" bezeichnet) wie Sauerstoff, Dampf und Kohlenwasserstoff oder verwandtes Gas, das Licht mit einer solchen Wellenlänge stark absorbiert, aus dem Lichtweg entfernt werden muss. Das Innere des Beleuchtungssystemgehäuses ist mit dem oben erwähnten nichtaktiven Gas gefüllt (nachfolgend nach Bedarf als „Niederabsorptionsgas" bezeichnet) und wird so gehalten, dass es einen Druck hat, der ein bis zehn Prozent höher ist als der von Luft.
Das Beleuchtungssystemgehäuse beherbergt, wie beispielsweise in dem japanischen offengelegten Patent Nr. 7-142354 und dem diesem entsprechenden US-Patent Nr. 5,534,970 usw. offenbart ist, ein Strahlenumformungssystem, eine Flugaugenlinse als optischen Integrator, einen Schwingspiegel, ein Sammellinsensystem, eine Relaislinse, einen Retikelblindmechanismus, ein Hauptkondensatorlinsensystem usw. in einer vorbestimmten Anordnung. Die obigen Offenbarungen sind hierin durch diese Bezugnahme eingeschlossen, soweit dies die nationalen Gesetze in den designierten Staaten oder gewählten Staaten zulassen, auf die sich diese internationale Anwendung bezieht.
Auf der Rückseite des optischen Beleuchtungssystems IOP von 1 ist ein optisches Fret-System mit einem optischen System zur Lichtachsenjustage, das als Strahlenanpassungseinheit bezeichnet wird, mit wenigstens einem Teil des optischen Beleuchtungssystems IOP verbunden, und über das optische Fret-System ist eine auf einer Bodenfläche FD angeordnete Lichtquelle (nicht dargestellt) verbunden. Als diese Lichtquelle wird beispielsweise eine Lichtquelle zum Emittieren von Licht, dessen Wellenlänge im Bereich von etwa 120 nm bis etwa 180 nm liegt und zur Vakuumultraviolettregion gehört, wie z.B. Fluorlaser von 157 nm als Oszillationswellenlänge (F₂-Laser), Krypton-Dimer-Laser von 146 nm (Kr₂-Laser) und Argon-Dimer-Laser von 126 nm (Ar₂-Laser) verwendet. Man beachte, dass ArF-Excimer-Laser usw. ebenfalls als Lichtquelle zum Einsatz kommen kann. Ein Lichtquellensteuergerät (nicht dargestellt) ist mit dieser Lichtquelle verbunden und regelt die Oszillationsmittenwellenlänge eines von der Quelle emittierten Impuls-Ultraviolettlichtes, den Trigger der Impulsoszillation, ein Gas in der Laserkammer usw.
Ein schlitzähnlicher Beleuchtungsbereich des Retikels R, der durch eine feste Retikelblende (feste Feldblende) definiert ist, wird mit gleichförmiger Beleuchtungsstärke von dem optischen Beleuchtungssystem IOP beleuchtet. In diesem Fall ist der schlitzähnliche Beleuchtungsbereich so eingestellt, dass er in der Mitte eines kreisförmigen Projektionsfeldes des in 1 gezeigten optischen Projektionssystems PL ist und in der X-Richtung (Nichtabtastrichtung) verläuft, wobei die Breite in Y-Richtung (Abtastrichtung) fast konstant ist.
Übrigens könnte diese Lichtquelle auch in einem Versorgungsraum am Boden eines Raums (Service-Raum) installiert werden, der eine geringere Reinheit hat als ein Reinraum, oder im Reinraum.
Die obige Retikelstufe RST schwebt über der Oberseite eines Retikelbasisnivellierblocks 12, hat eine dreieckige Form in einer Planaransicht und dient als zweite Stufenbasis, mit einem vorbestimmten Abstand von beispielsweise etwa 5 μm über ein kontaktloses Lager (nicht dargestellt; z.B. ein Luftpolster). Diese Retikelstufe RST wird in der Y-Richtung, der Abtastrichtung, innerhalb eines vorbestimmten Hubbereiches abgetastet und kann auf einer horizontalen Ebene (X-Y-Ebene) von einem Retikeltreiber 14 (in 1 nicht dargestellt; siehe 8) mit einem Linearmotor usw. fein bewegt werden. Das Retikel R ist auf dieser Retikelstufe RST durch Ansaugen oder durch elektrostatisches Einspannen befestigt.
Auf der Oberseite des Retikelbasisnivellierblocks 12 ist eine Trennwand 16 mit einer rechteckigen Öffnung 16a, die größenmäßig gegenüber dem darauf gebildeten Retikel R reduziert ist, vorgesehen. Und diese Trennwand 16 und die Retikelstufenbasis 12 bilden einen Retikelraum 18 als ersten Raum zum Aufnehmen der Retikelstufe. Die Trennwand 16 besteht aus einem Material, das keine große Gasmenge emittiert, wie z.B. Edelstahl (SUS). Das obere Ende der Trennwand 16 ist mit dem emittierenden Ende des Beleuchtungssystemgehäuses durch ein balgähnliches Element 20 verbunden, so dass seine Innenseite gegen die Außenluft abgedichtet ist, wobei das Element 20 ausfahrbar ist und aus Fluorgummi besteht, das ein chemisch reines Material ist.
Am emittierenden Ende des Beleuchtungssystemgehäuses ist ein Übertragungsfenster (nicht dargestellt) so angeordnet, dass es den Innenraum des Beleuchtungssystemgehäuses gegen den des Retikelraums 18 abdichtet. Dieses Übertragungsfenster ist im Lichtweg des Belichtungslichtes EL angeordnet, das vom optischen Beleuchtungssystem IOP auf das Retikel R fällt. Dazu ist es aus einem Kristallmaterial hergestellt, das einen hohen Transmissionsgrad gegenüber Vakuumultraviolett als Belichtungslicht hat, wie z.B. Fluorit.
Auf dem Retikelbasisnivellierblock 12 ist eine in der Querschnittsansicht rechteckige Öffnung ausgebildet, die der Pfad des Belichtungslichtes EL nach dem Passieren des Retikels R ist. Auf dem Retikelbasisnivellierblock 12 ist auch eine Öffnung 12a, die vertikal penetrierend ist und in der ein Tragelement für ein Retikellaserinterferometer (nachfolgend beschrieben) eingeführt ist. Der Tragmechanismus und dergleichen des Retikelbasisnivellierblocks 12 werden übrigens später beschrieben.
Die Position der Retikelstufe RST in der X-Y-Ebene (X-Position, Y-Position und Rotation um die Z-Achse (θz-Rotation)) wird mit einer vorbestimmten Auflösung von beispielsweise etwa 0,5 bis 1 nm über einen beweglichen Spiegel 22R gemessen, der mit dem Retikellaserinterferometer 24R an der Retikelstufe RST befestigt ist. In der Praxis sind an der Retikelstufe RST ein in X-Richtung beweglicher Spiegel mit einer Reflexionsfläche lotrecht zur X-Richtung und ein in Y-Richtung beweglicher Spiegel mit einer Reflexionsfläche lotrecht zur Y-Richtung angeordnet, und es sind zwei Retikelinterferometer 24Ry₁ , 24Ry₂ zum Messen der Position in der Y-Richtung und ein Interferometer 24Rx zum Messen der Position in der X-Richtung angeordnet (siehe 8). In 1 sind hierfür der bewegliche Spiegel 22R und das Retikellaserinterferometer 24R repräsentativ.
Die unteren Enden des Retikellaserinterferometers 24R, d.h. Interferometer 24Ry₁ , 24Ry₂ , 24Rx, sind am oberen Teil der Linsentrommel des optischen Projektionssystems PL befestigt, und die oberen Enden davon sind jeweils über die Öffnung 12a und ähnliche Öffnungen (nicht dargestellt) an den oberen Enden von drei Tragelementen 26 befestigt, die auf dem Retikelbasisnivellierblock 12 exponiert sind.
Die Messwerte des Retikellaserinterferometers 24R, d.h. Interferometer 24Ry₁ , 24Ry₂ , 24Rx, werden zum Stufensteuergerät 52 und dann zum Hauptsteuergerät 50 (siehe 8) übertragen. Im Stufensteuergerät 52 wird nach dem Durchschnitt der Messwerte der Interferometer 24Ry₁ , 24Ry₂ die Y-Position der Retikelstufe RST berechnet, nach der Differenz dieser Messwerte und anhand der Abstände zwischen den Achsen der Interferometer wird die θz-Rotation berechnet, und nach dem Durchschnitt der Messwerte der Interferometer 24Rx wird die X-Position der Retikelstufe RST berechnet. Das Stufensteuergerät 52 meldet diese Berechnungsergebnisse in Echtzeit dem Hauptsteuergerät 50.
Ferner ist ein Reflexionsspiegel 28 an der Bodenfläche des Retikelbasisnivellierblocks 12 montiert, und ein Retikelbasisinterferometer 30 zum Messen der Z-Position des Reflexionsspiegels 28 ist an einer vorbestimmten Position um die Peripherie des oberen Endes des optischen Projektionssystems PL angeordnet. Übrigens sind in der Praxis an der Bodenfläche des Retikelbasisnivellierblocks 12 Reflexionsspiegel in drei unterschiedlichen Positionen befestigt, und ein erstes Interferometer 30₁ , ein zweites Interferometer 30₂ und ein drittes Interferometer 30₃ sind jeweils an drei Positionen um die Peripherie des oberen Endes des optischen Projektionssystems entsprechend den drei Spiegeln angeordnet (siehe 8). In 1 sind diese durch einen Reflexionsspiegel 28 und ein Retikelbasisinterferometer 30 repräsentiert. Das erste Interferometer 30₁ , das zweite Interferometer 30₂ und das dritte Interferometer 30₃ messen jeweils die Z-Positionen von drei Reflexionsspiegeln. Die Messwerte dieser drei Interferometer 30₁ , 30₂ und 30₃ werden dem Stufensteuergerät 52 und dann dem Hauptsteuergerät zugeführt. Das Stufensteuergerät 52 berechnet die Z-Position, die θx-Rotation (Längsneigung) und die θy-Rotation (Rollen) durch Ausführen einer vorbestimmten Berechnung auf der Basis der Messwerte der drei Interferometer 30₁ , 30₂ und 30₃ . Diese Ergebnisse werden dem Hauptsteuergerät 50 in Echtzeit vom Stufensteuergerät 52 gemeldet.
Im optischen Projektionssystem PL wird ein optisches System, das eine Linse und einen Reflexionsspiegel aus einem Fluoridkristall wie Fluorit und Lithiumfluorid umfasst, von der Linsentrommel getragen. In dieser Ausgestaltung wird als dieses optische Projektionssystem PL ein Reduziersystem eingesetzt, das beispielsweise ein kreisförmiges Bildfeld hat und von dem die Objektebenenseite und die Bildebenenseite beide telezentrisch sind und der Verkleinerungsfaktor β z.B. 1/4 oder 1/5 ist. Als dieses optische Projektionssystem wird, obwohl ein optisches Brechungssystem verwendet werden kann, das sich nur aus Linsen aus Fluoridkristall zusammensetzt, in dieser Ausgestaltung ein optisches ReflexionsBrechungs-Projektionssystem (katadioptrisches System) verwendet. Durch Verwenden einer Abtastbelichtungsvorrichtung, die ein solches optisches ReflexionsBrechungs-Projektionssystem umfasst, kann ein feines Muster von etwa 100 nm L/S-Muster auf Wafer sogar mit F₂-Laserlicht beispielsweise mit einer Wellenlänge von 157 nm als Belichtungslicht präzise übertragen werden. Man beachte, dass ein optisches System, das sich nur aus optischen Reflexionselementen zusammensetzt, als optisches Projektionssystem zum Einsatz kommen kann.
Als optisches Reflexions/Brechungs-Projektionssystem kann ein Reflexions-Brechungssystem, das einen Strahlenteiler und einen konkaven Spiegel als optische Reflexionselemente umfasst, wie zum Beispiel im japanischen offengelegten Patent Nr. 8-171054 und dem diesem entsprechenden US-Patent Nr. 5,668,672, sowie im japanischen offengelegten Patent Nr. 10-20195 und dem diesem entsprechenden US-Patent Nr. 5,835,275 offenbart ist, verwendet werden, oder ein Reflexions-Brechungssystem, das keinen Strahlenteiler, sondern einen konkaven Spiegel usw. als optische Reflexionselemente umfasst, das im japanischen offengelegten Patent Nr. 8-334695 und dem diesem entsprechenden US-Patent Nr. 5,689,377 sowie im japanischen offengelegten Patent Nr. 10-3039 und der diesem entsprechenden US-Patentanmeldung Nr. 873,605 (Anmeldungsdatum: 12. Juni 1997) offenbart ist, zum Einsatz kommen. Die Offenbarungen in den obigen japanischen offengelegten Patenten, dem US-Patent und der US-Patentanmeldung sind hierin durch diese Bezugnahme eingeschlossen, soweit dies die nationalen Gesetze in den designierten Staaten oder gewählten Staaten zulassen, auf die sich diese internationale Anwendung bezieht.
Als optisches Reflexions/Brechungs-Projektionssystem kann auch ein Reflexions-/Brechungssystem zur Anwendung kommen, das eine Mehrzahl von optischen Brechungselementen und zwei Spiegel umfasst (wobei ein Hauptspiegel ein konkaver Spiegel ist und ein Nebenspiegel ein Rückflächenspiegel ist, dessen Reflexionsfläche auf der gegenüberliegenden Seite zur Einfallsfläche eines Brechungselementes oder einer planparallelen Platte gebildet ist), die entlang einer Achse angeordnet sind und deren Zwischenbild eines Retikelmusters wieder auf einem Wafer unter Verwendung des Hauptspiegels und des Nebenspiegels abgebildet wird, und ist im japanischen offengelegten Patent Nr. 10-104513 und dem diesem entsprechenden US-Patent Nr. 5,488,229 offenbart. Bei diesem Reflexions-/Brechungssystem sind der Hauptspiegel und der Nebenspiegel in Reihe mit der Mehrzahl von optischen Brechungselementen angeordnet, und ein Beleuchtungslicht passiert durch einen Teil des Hauptspiegels, wird von dem Nebenspiegel und dem Hauptspiegel nacheinander reflektiert, passiert durch einen Teil des Nebenspiegels und erreicht den Wafer. Die Offenbarungen in den obigen japanischen offengelegten Patenten und in dem US-Patent sind hierin durch diese Bezugnahme eingeschlossen, solange dies die nationalen Gesetze in den designierten Staaten oder gewählten Staaten zulassen, auf die sich diese internationale Anmeldung bezieht.
In dieser Ausgestaltung wird, wie oben beschrieben, als optisches Projektionssystem, weil das optische Reduktionsystem mit dem Verkleinerungsfaktor β, z.B. 1/4 oder 1/5, eingesetzt wird, wenn das Retikel R mit dem Belichtungslicht EL von dem optischen Beleuchtungssystem IOP beleuchtet wird, das reduzierte (teilinvertierte) Bild eines Schaltungsmusters im schlitzähnlichen Beleuchtungsbereich auf dem Retikel auf der Belichtungsfläche, konjugiert mit dem schlitzähnlichen Beleuchtungsbereich, auf dem Wafer ausgebildet.
Wie in der vorliegenden Ausgestaltung, muss in einer Belichtungsvorrichtung unter Verwendung einer Belichtungswellenlänge von Vakuumultraviolett ebenfalls ein Gas in der Linsentrommel des optischen Projektionssystems PL durch das obige nichtaktive Gas (Niederabsorptionsgas) ersetzt werden, um die Absorption des Belichtungslichtes durch ein Absorptionsgas wie Sauerstoff zu vermeiden. Daher wird in der vorliegenden Ausgestaltung die Innenseite der Linsentrommel des optischen Projektionssystems PL mit dem obigen nichtaktiven Gas gefüllt, und der Druck der Innenseite wird auf den vorbestimmten Wert eingestellt. Das Verfahren, mit dem das Gas in der Linsentrommel dieses optischen Projektionssystems PL durch das obige nichtaktive Gas ersetzt wird, wird später beschrieben.
In einer Position etwas unterhalb der Mitte in der vertikalen Richtung der Linsentrommel des optischen Projektionssystems PL ist ein Flansch FLG vorgesehen. Die gesamte Linsentrommel einschließlich des Flansches FLG wird von einer Trennwand aus einem Material bedeckt, das keine große Menge Gas emittiert, wie z.B. Edelstahl (SUS), und diese Trennwand bildet einen Linsenraum 32, der als zweiten Raum zur Aufnahme des optischen Projektionssystems PL dient. In einem Teil der Decke der den Linsenraum 32 bildenden Trennwand ist eine Öffnung ausgebildet, und die Außenseite der Öffnung ist mit dem Retikelbasisnivellierblock 12 durch ein ausfahrbares balgähnliches Element 34 verbunden, das aus einem fluorhaltigen Gummi besteht, in dem Zustand, in dem die Innenseite gegen die Atmosphäre abgedichtet ist. Außerdem ist in der Bodenwand der den Linsenraum 32 bildenden Trennwand eine Öffnung ausgebildet, die der Pfad für das von dem optischen Projektionssystem PL auf den Wafer W projizierte Belichtungslicht EL ist. Die Außenseite der Öffnung ist mit einer Trennwand verbunden, die einen Waferraum (später beschrieben) durch ein ausfahrbares balgähnliches Element 36 bildet, das aus fluorhaltigem Gummi gebildet ist, in dem Zustand, in dem die Innenseite gegen die Atmosphäre abgedichtet ist.
Auf einem Waferbasisnivellierblock 38, der in planarer Ansicht dreieckig ist und als erste Stufenbasis dient, wird die obige Waferstufe WST von einem Wafertreiber 40 (in 1 nicht zu sehen; siehe 8), der aus einem zweidimensionalen Linearaktuator (Planarmotor) Magnetschwebetyps besteht, der beispielsweise im US-Patent Nr. 519,745 usw. offenbart ist, in der X-Y-Ebene frei angetrieben. Die Offenbarung in dem obigen US-Patent ist durch diese Bezugnahme hierin eingeschlossen, solange dies die nationalen Gesetze in den designierten Staaten oder gewählten Staaten zulassen, auf die sich diese internationale Anmeldung bezieht.
Der Wafer W wird auf dieser Waferstufe WST durch Ansaugen oder durch elektrostatisches Einspannen (beide sind nicht dargestellt) fixiert.
Eine Trennwand 42, in der eine Öffnung einer vorbestimmten Form ausgebildet ist, ist am Waferbasisnivellierblock 38 angeordnet, und ein als dritter Raum zur Aufnahme der Waferstufe WST dienender Waferraum 44 wird von der Trennwand 42 und dem Waferbasisnivellierblock 38 gebildet. Die Trennwand 42 besteht aus einem Material, das keine großen Gasmengen emittiert, wie z.B. Edelstahl (SUS). Ferner ist, wie oben beschrieben, das obere Ende der Trennwand 42 mit dem unteren Ende des Linsenraums 32a durch das ausfahrbare balgähnliche Element 36 in dem Zustand verbunden, in dem die Innenseite gegen die Atmosphäre abgedichtet ist. Der Tragmechanismus usw. des Waferbasisnivellierblocks wird später beschrieben.
In der vorliegenden Ausgestaltung setzt sich eine Kammer 46, die die Waferstufe WST, das optische Projektionssystem PL und die Retikelstufe RST gegen die Atmosphäre isoliert, wie folgt zusammen: aus dem Retikelbasisnivellierblock 12 und der Trennwand 18, die den Retikelraum 18 bilden, aus einer den Linsenraum 32 bildenden Trennwand, aus dem Waferbasisnivellierblock 38 und der Trennwand 42, die den Waferraum 44 bilden, aus dem balgähnlichen Element 36, das den Linsenraum 32 und den Retikelraum 18 verbindet, und aus dem balgähnlichen Element 20, das den Retikelraum 18 und das optische Beleuchtungssystem IOP verbindet (siehe 1). Wie die vorliegende Ausgestaltung, so muss im Falle des Verwendens von Licht mit einer Wellenlänge im ultravioletten Bereich als Belichtungslicht das obige Absorptionsgas wie z.B. Sauerstoff aus dem Lichtweg entfernt werden. Daher wird das Innere der Kammer 46, d.h. der Retikelraum 18, der Linsenraum 32 und der Waferraum 44, mit einem Niederabsorptionsgas wie z.B. Helium gefüllt, um den Innendruck auf einen vorbestimmten Wert einzustellen.
Dies wird nachfolgend ausführlicher erläutert. Ein Ende eines ersten Rohres 48 aus einer flexiblen Röhre ist mit der Trennwand 16 des die Kammer 46 bildenden Retikelraums 18 verbunden, das andere Ende des ersten Rohres 48 ist mit der Auslassöffnung einer Heliumgasquelle (nachfolgend „Gasversorgung" genannt) 54 verbunden, und das eine Ende eines zweiten Rohrs 56 aus einer flexiblen Röhre ist mit der Trennwand des die Kammer 46 bildenden Waferraums 44 verbunden, und das andere Ende des zweiten Rohrs 56 ist mit der Einlassöffnung einer Kanalschalteinheit 58 verbunden, die das Kanalschaltventil (Dreiwegeventil) umfasst, das ein elektromagnetisches Ventil ist. Die erste Ausflussöffnung dieser Kanalschalteinheit 58 ist über ein drittes Rohr 60 mit der Rücklauföffnung der Gasversorgung 54 verbunden. Ferner ist die zweite Ausflussöffnung dieser Kanalschalteinheit 58 über Rohre 62, 64 mit einer Turbomolekularpumpe 66 und dann einer Trockenpumpe 68 verbunden.
Die obige Gasversorgung 54 hat einen Heliumgas enthaltenden Gasbehälter, der so rein ist, dass er eine Sauerstoffkonzentration von weniger als einem Prozent enthält. Eine erste und eine zweite Pumpe sind jeweils an der Auslassöffnungsseite (Austrittsseite) und der Rücklauföffnungsseite (Eintrittsseite) des Gasbehälters vorgesehen. Eine Temperatureinstelleinheit (nicht dargestellt) hält das Heliumgas in dem Gasbehälter auf einer vorbestimmten Zieltemperatur. Außerdem sind ein Chemikalienfilter, ein Luftfilter usw. um die Rücklauföffnung herum angeordnet.
Das Verfahren zum Ersetzen des Gases (Luft) in der Kammer 46 durch Helium wird nachfolgend kurz beschrieben. Man beachte, dass der nachfolgend beschriebene Vorgang durchgeführt wird, während das später beschriebene Hauptsteuergerät 50 (siehe 8) den Ausgang usw. eines Drucksensors (nicht dargestellt) überwacht.
Zunächst wird das Kanalschaltventil innerhalb der Kanalschalteinheit 58 auf die Seite der Turbomolekularpumpe 66 geschaltet, und dann wird die Trockenpumpe 68 zum Absaugen des Inneren der Kammer 46 eingeschaltet. Als Nächstes wird, wenn sich das Innere der Kammer in einem vorbestimmten ersten Vakuumzustand befindet, die Turbomolekularpumpe 66 eingeschaltet und gleichzeitig wird die Trockenpumpe 68 abgeschaltet, um das Innere der Kammer 46 weiter zu evakuieren. Wenn sich das Innere der Kammer 46 in einem vorbestimmten zweiten Vakuumzustand von beispielsweise weniger als 0,1 hPa befindet, dann wird das Kanalschaltventil in der Kanalschalteinheit 58 auf die Seite der Gasversorgung 54 geschaltet und gleichzeitig wird die Turbomolekularpumpe 66 abgeschaltet. Durch das obige Senken des Drucks wird das Absorptionsgas wie Sauerstoff aus dem Innern der Kammer 46 entfernt.
Als Nächstes wird ein Ladeventil (nicht dargestellt) in der Gasversorgung geöffnet und gleichzeitig wird die erste Pumpe eingeschaltet, um die Zufuhr von Heliumgas von der Gasversorgung 54 in die Kammer 46 zu starten. Wenn dann der Druck in der Kammer 46 den vorbestimmten Wert nach einer vorbestimmten Zeit seit Zufuhrbeginn erreicht hat, wird das Ladeventil geschlossen und gleichzeitig wird das erste Ventil abgeschaltet.
Auf diese Weise erfolgt das Austauschen von Gasen innerhalb der Kammer 46 und das Innere der Kammer 46, spezieller der Retikelraum 18, der Linsenraum 32, der Waferraum 44 und das Innere der Linsentrommel des optischen Projektionssystems PL wird mit Helium gefüllt.
Man beachte, dass in der vorliegenden Ausgestaltung, wie aus 1 offensichtlich wird, das Heliumgasversorgungssystem ein Umwälzsystem mit dem Umwälzpfad für Heliumgas ist, und dies ist wirtschaftlich. In diesem Fall besteht eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass Heliumgas, das zur Rücklauföffnung der Gasversorgung 54 zurückkehrt, Partikel oder Chemikalienverunreinigungen enthält, aber wie oben beschrieben, werden diese vom Chemikalienfilter, dem Luftfilter usw., die um die Rücklauföffnung herum angeordnet sind, entfernt, und äußerst reines Heliumgas, das chemisch rein und fast ohne Partikel ist, kehrt ins Innere des Gasbehälters zurück.
Die Position der Waferstufe WST in der X-Y-Ebene (X-Position, Y-Position und θz-Rotation) wird mit einer vorbestimmten Auflösung von beispielsweise etwa 0,5 bis 1 nm über einen an der Waferstufe WST befestigten beweglichen Spiegel 22W vom Waferlaserinterferometer 24W gemessen, das von einem Tragelement 70 unterhalb der Linsentrommel des optischen Projektionssystems PL herabhängend getragen wird.
Übrigens kann eine Reflexionsfläche auf einem vorbestimmten Teil der Oberseite des Waferbasisnivellierblocks 38 mittels eines Spiegelprozesses ausgebildet werden, und ein Waferbasisinterferometer zum Messen der Z-Position der Reflexionsfläche kann an der Unterseite des Waferlaserinterferometers 24W befestigt werden.
In diesem Fall sind in der Praxis an der Waferstufe WST ein in X-Richtung beweglicher Spiegel mit einer Reflexionsfläche lotrecht zur X-Achse und ein in Y-Richtung beweglicher Spiegel mit einer Reflexionsfläche lotrecht zur Y-Achse angeordnet, und es sind zwei Waferinterferometer 24Wy₁ , 24Wy₂ zum Messen der Position in der Y-Richtung und ein Interferometer 24Wx zum Messen der Position in der X-Richtung angeordnet (siehe 8). Die Messwerte des Waferlaserinterferometers 24W, d.h. die Interferometer 24Wy₁ , 24Wy₂ , 24Wx, werden dem Stufensteuergerät 52 und dann dem Hauptsteuergerät 50 zugeführt (siehe 8). Im Stufensteuergerät 52 wird anhand des Durchschnitts der Messwerte der Interferometer 24Wy₁ , 24Wy₂ die Y-Position der Waferstufe WST berechnet; anhand der Differenz dieser Messwerte und der Abstände zwischen den Achsen der Interferometer wird die θz-Rotation berechnet; und anhand des Durchschnitts der Messwerte der Interferometer 24Wx wird die X-Position der Waferstufe WST berechnet. Das Stufensteuergerät 52 meldet diese Berechnungsergebnisse in Echtzeit dem Hauptsteuergerät 50.
Inzwischen wird die Position des Wafers in Z-Richtung in Bezug auf das optische Projektionssystem als Referenz durch einen Fokussensor 73 gemessen, der an der Linsentrommel des optischen Projektionssystems PL befestigt ist und mit einem Schrägeinfallslichtverfahren arbeitet. Dieser Fokussensor 73 setzt sich, wie in 1 gezeigt, aus einem Sendelichtsystem 73a, das an der Peripherie der Linsentrommel des optischen Projektionssystems befestigt ist und die Oberfläche des Wafers W mit einem Detektionsstrahl in einer schrägen Richtung beleuchtet, und einem Empfangslichtsystem 73b zusammen, das an der Peripherie der Linsentrommel des optischen Projektionssystems befestigt ist und den von der Oberfläche des Wafers W reflektierten Detektionsstrahl empfängt. In diesem Fall sind das Sendelichtsystem 73a und das Empfangslichtsystem 73b beide so angeordnet, dass sie einen Winkel von 45 Grad in Bezug auf die X-Achse und die Y-Achse bilden. Als dieser Fokussensor wird ein Mehrfokus-Positionsdetektionssystem eingesetzt, das beispielsweise im japanischen offengelegten Patent Nr. 6-283403 und dem diesem entsprechenden US-Patent Nr. 5,448,332 offenbart ist. Die Offenbarungen in den obigen japanischen offengelegten Patenten und dem US-Patent sind hierin durch diese Bezugnahme eingeschlossen, solange dies durch die nationalen Gesetze in den designierten Staaten oder gewählten Staaten zulässig ist, auf die sich diese internationale Anwendung bezieht. Man beachte, dass dieser Fokussensor 73 (73a, 73b) integral an dem optischen Projektionssystem PL montiert ist.
Der Ausgang dieses Fokussensors 73 wird zum Stufensteuergerät 52 geleitet, das die relative Position in den Richtungen Z, θx und θy des Wafers W mit Bezug auf das optische Projektionssystem berechnet, spezifischer die z-Position (die Menge an Defokussierung) und die θx-Rotation (die Menge an Längsneigung) und die θy-Rotation (die Menge an Rollen) eines Ziels im Belichtungsbereich der Waferoberfläche auf der Basis des Ausgangs dieses Fokussensors 73. Diese Berechnungsergebnisse, die Fokusnivellierungsmessergebnisse des Ziels im Belichtungsbereich von Wafer W sind, werden dem Hauptsteuergerät 50 in Echtzeit vom Stufensteuergerät 52 gemeldet.
Als Nächstes werden die jeweiligen Tragmechanismen des obigen Retikelbasisnivellierblocks 12, des optischen Projektionssystems PL und des Waferbasisnivellierblocks 38 im Folgenden beschrieben. Als dieser Tragmechanismus wird in der vorliegenden Ausgestaltung ein Parallelverbindungsmechanismus 74 eingesetzt. 2 ist eine Planaransicht, die einige der Elemente zeigt, die den Parallelverbindungsmechanismus 74 bilden. Übrigens ist 1 eine Querschnittsansicht entlang Linie A-A in 2.
Der Parallelverbindungsmechanismus 74 umfasst einen ersten Mechanismus, der die Position und Lage des Waferbasisnivellierblocks 38 in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy steuert, einen zweiten Mechanismus, der die Position und Lage des Retikelbasisnivellierblocks 12 in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy steuert, und einen dritten Mechanismus, der die Position und Lage des optischen Projektionssystems PL in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy steuert.
Von diesen Mechanismen hat der erste Mechanismus drei erste Basiselemente 76₁ , 76₂ , 76₃ (siehe 2), die um jeweilige Scheitelpunkte eines gleichseitigen Dreiecks herum platziert sind, und drei ausfahrbare erste Stangen 78₁ , 78₂ , 78₃ , die jeweils die ersten Basiselemente 76₁ , 76₂ , 76₃ mit dem Waferbasisnivellierblock 38 verbinden.
Diese ersten Stangen 78₁ , 78₂ , 78₃ haben jeweils, wie in 1 gezeigt, ein erstes Achsenelement 79 und ein zweites Achsenelement 80, die sich entlang ihrer Achsenrichtung relativ bewegen können, und das eine (untere) Ende des ersten Achsenelementes 79 ist an dem entsprechenden ersten Basiselement 76 so montiert, dass es um eine aus einem Bolzen oder Pin bestehende Lagerspindel 81 herum rotieren kann, und das andere (obere) Ende des zweiten Achsenelementes 80 wird dann so an dem Waferbasisnivellierblock 38 montiert, dass es ebenso wie oben rotieren kann.
3 zeigt den Querschnitt (teilweise weggelassen) der ersten Stange 78₁ . Wie in 3 gezeigt, befindet sich in dem ersten Achsenelement 79 ein Hohlraum 82, der wie ein Zylinder mit Stufen ausgebildet ist, und in einem Ende (linke Seite in 1) des Inneren dieses Hohlraums 82 befindet sich ein balgartiger Luftzylinder 84. Mit diesem Luftzylinder 84 ist ein Ende eines Rohres 86 verbunden, das ein Teil eines Luftdruckkreises (nicht dargestellt) ist, und das andere Ende eines Rohrs 86 ist mit einer Luftdruckquelle verbunden. Durch Regeln des Luftdrucks der von der Luftdruckquelle über den Luftdruckkreis zugeführten Druckluft wird der Innendruck des Luftzylinders 84 geregelt. Dadurch wird ein Kolben 84A entlang der Achsenrichtung vor und zurück bewegt. Im Luftzylinder 84 von 3 nutzt der Rückführungsprozess die Schwerkraft, die auf den Kolben 84A wirkt, in dem im Parallelverbindungsmechanismus 84 eingebetteten Zustand.
Ferner ist am anderen Ende im Innern des Hohlraums 82 des ersten Achsenelementes 79 eine Ankereinheit 88 bestehend aus dem Ständer in einem Wellenmotor 92 angeordnet, der eine Art von EMK-Linearmotor ist und eine Mehrzahl von in Achsenrichtung angeordneten Ankerspulen aufweist. Als Wellenmotor 92 wird ein Drehstrommotor verwendet. Daher wird die Ankereinheit 88 von einer Mehrzahl von Spuleneinheiten gebildet, die in Reihe geschaltet sind, wobei jeweils drei Spulen in Reihe geschaltet sind, jeweils eine für eine Phase und jede mit einer Länge von Spule zu Achse von L/3, einem Drittel einer Teilung L (später beschrieben).
Das zweite Aehsenelement 80 hat ein röhrenähnliches Läuferjoch 80a, das aus Magnetelementen besteht, und ein Montageelement 80b am anderen Ende (rechtes Ende in 3) in der Achsenrichtung (Längsrichtung) dieses Läuferjochs 80a. Auf der Peripherie des Läuferjochs 80a ist ein hohler, säulenförmiger, d.h. zylindrischer Magnetkörper 89 aus einer Mehrzahl von Dauermagneten, alle von derselben Größe, angeordnet. In diesem Fall besteht eine hohle, säulenartige Magnetpoleinheit 90 als Läufer des Wellenmotors 92 aus dem Läuferjoch 80a und dem Magnetkörper 89. Der Magnetkörper 89 umfasst eine Mehrzahl von ersten Magneten, die in einer vorbestimmten Distanz entlang der Achsenrichtung angeordnet sind und jeweils ein in Achsenrichtung magnetisierter, zylindrischer Dauermagnet sind, und eine Mehrzahl von zweiten Magneten, die jeweils zwischen den benachbarten beiden ersten Magneten angeordnet sind und ein in Radiusrichtung magnetisierter Dauermagnet sind. Zwei Pole von zueinander benachbarten zwei ersten Magneten, die einander gegenüberliegen, haben dieselbe Polarität zueinander. Ebenso sind zweite Magnete so angeordnet, dass ihre Magnetisierungsrichtungen abwechselnd entgegengesetzt sind und ihre Pole dieselbe Polarität haben, da die Pole ihrer benachbarten ersten Magnete auswärts zeigen.
Daher wird im Nachbar des Ständers ein Öffnungsmagnetkreis (oder Schließmagnetkreis) mit einer Teilung (L) von 2L1 omnidirektional (radial) ausgebildet, da die Länge des ersten Magnets und des zweiten Magnets durch L1 repräsentiert wird.
In dem auf diese Weise aufgebauten Wellenmotor 92 wird, wenn ein sinuswellenförmiger Antriebsstrom mit einer vorbestimmten Periode und Amplitude zu jeder Spule der Ankereinheit 88 als Ständer zugeführt wird, das zweite Achsenelement 80 in Achsenrichtung in Bezug auf das erste Achsenelement 79 durch Lorentz-Kraft (Schub) relativ angetrieben, eine Art von elektromagnetischer Reaktion zwischen der Magnetpoleinheit 90 und der Ankereinheit 88.
Das heißt, in der vorliegenden Ausgestaltung treiben der obige Luftzylinder 84 und der Wellenmotor 92 relativ das erste Achsenelement 79 und das zweite Achsenelement 80 in der Achsenrichtung an und bilden einen ersten Ausfahrmechanismus 94₁ , der die erste Stange 78₁ ausfährt.
Ferner ist auf der Innenfläche des ersten Achsenelementes 79, das die erste Stange 78₁ bildet, eine Mehrzahl von Luftkissen (statische Luftdrucklagereinheit) 96 angeordnet, die als statische Gasdrucklagereinheiten dienen. Die statische Gasdrucklagereinheit ist eine Lagereinheit, die die als Läufer des obigen Wellenmotors 92 dienende Magnetpoleinheit 90 auf kontaktlose Weise in Bezug auf die Ankereinheit 88 als Ständer lagert. Jedes Luftkissen 96 hat einen Luftdruckkreis (nicht dargestellt), der über einen Luftzuführungsweg 98 und ein damit verbundenes Luftzuführungsrohr 99 mit einer Luftdruckquelle (nicht dargestellt) verbunden ist. Und über den Luftdruckkreis wird der Druck einer von der Luftdruckquelle zugeführten Druckluft reguliert, und die Druckluft wird mit einem vorbestimmten Druck von jedem Luftkissen 96 in Richtung auf die Peripherie der Magnetpoleinheit 90 ausgeblasen. Dann wird die Magnetpoleinheit 90 durch den statischen Druck der Druckluft, den so genannten Spaltinnendruck, auf kontaktlose Weise in Bezug auf die Ankereinheit 88 gelagert.
So wird Reibung, die eine nichtlineare Komponente ist, beim Steuern des Aus-/Einfahrens der ersten Stange 78₁ , wo sich das Luftkissen 96 befindet, durch den ersten Ausfahrmechanismus 94₁ vermieden.
Ferner ist im Nachbar dieses Luftkissens 96 ein Differentialablassmechanismus (Vakuumablassmechanismus) 400 angeordnet, der mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden ist. Dieser Differentialablassmechanismus 400 verhindert, dass ein aus dem Luftkissen 96 ausgeblasenes Gas die Gasreinheit der Atmosphäre in der Belichtungsvorrichtung (z.B. Heliumgasatmosphäre) beeinträchtigt, indem die Luft von dem Luftkissen 96 differential abgelassen wird.
Übrigens fungiert der obige Wellenmotor 92 auch als eine Art Magnetlager durch Steuern der Phase des Antriebsstroms. Das obige Luftkissen 96 jedoch ist unter Berücksichtigung des Effekts der auf das zweite Achsenelement 80 ausgeübten Schwerkraft angeordnet. Daher kann anstatt des obigen Luftkissens eine Magnetlagereinheit als Lagereinheit verwendet werden.
Man beachte, dass, obwohl in 3 nicht gezeigt, ein Linearcodierer 95₁ vorgesehen ist, der mit einem Hall-Bauelement arbeitet, um die Menge an Bewegung der Magneteinheit 90 in Bezug auf die Ankereinheit 88 zu erfassen, und damit der Ausgang des Linearcodierers zum Hauptsteuergerät 50 gesendet wird (siehe 8).
Die übrigen ersten Stangen 78₂ , 78₃ werden ebenso gebildet wie die erste Stange 78₁ und haben erste Ausfahrmechanismen 94₂ , 94₃ und Linearcodierer 95₂ , 95₃ , die jeweils die gleichen sind, wie die der ersten Stange 78₁ (siehe 8).
Darüber hinaus umfasst der zweite Mechanismus ein zweites Basiselement 102, das auf der Bodenfläche FD eines Reinraums vorgesehen ist, sowie drei ausfahrbare zweite Stangen 104₁ , 104₂ , 104₃ , die jeweils das zweite Basiselement 102 mit dem Retikelbasisnivellierblock 12 verbinden. Wie in 2 gezeigt, umfasst das zweite Basiselement 102 eine Basis 102a und drei verlängerte Abschnitte 102b, die von den drei Positionen der Basis 102a aufwärts verlaufen und dieselbe Höhe haben.
Die zweiten Stangen 104₁ , 104₂ , 104₃ haben jeweils ein erstes Achsenelement 106 und ein zweites Achsenelement 108, die entlang ihrer Achse relativ beweglich sind, und ein (unteres) Ende des ersten Achsenelementes 106 ist an einer Position in einer vorbestimmten Höhe in der Nähe des oberen Endes der entsprechenden verlängerten Abschnitte 102b so montiert, dass eine Rotation um eine Lagerachse 110, die ein Bolzen oder ein Pin ist, als Mittelpunkt ermöglicht wird. Und ebenso ist ein (oberes) Ende des zweiten Achsenelementes (108) drehbar am Retikelbasisnivellierblock 12 montiert. Diese drei zweiten Stangen 104₁ , 104₂ , 104₃ sind so angeordnet, dass sie in der Planaransicht von 2 jeweils den ersten Stangen 78₁ , 78₂ , 78₃ gegenüber liegen.
Ferner umfassen die zweiten Stangen 104₁ , 104₂ , 104₃ jeweils zweite Ausfahrmechanismen 112₁ , 112₂ , 112₃ , die ebenso zusammengesetzt sind wie die ersten Ausfahrmechanismen 94₁ der ersten Stange 78₁ und die Linearcodierer 95₄ , 95₅ , 95₆ (siehe 8). Ebenso sind in den zweiten Stangen 104₁ , 104₂ , 104₃ Luftkissen auf dieselben Weise und für denselben Zweck wie die erste Stange angeordnet.
Der dritte Mechanismus umfasst drei dritte Basiselemente 114₁ , 114₂ , 114₃ (siehe 2), die jeweils auswärts neben den drei ersten Basiselementen 76₁ , 76₂ , 76₃ auf der Bodenfläche FD eines Reinraums angeordnet sind, und drei ausfahrbare dritte Stangen 118₁ , 118₂ , 118₃ , die jeweils drei dritte Basiselemente 114₁ , 114₂ , 114₃ mit einer Montagestufe 116 an der Außenseite der das optische Projektionssystem PL enthaltenden Trennwand verbinden.
Die jeweiligen dritten Stangen 118₁ , 118₂ , 118₃ haben ein erstes Achsenelement 120 und ein zweites Achsenelement 122, die entlang ihrer Achse relativ beweglich sind, und ein (unteres) Ende des ersten Achsenelementes 120 ist an dem entsprechenden dritten Basiselement 114 so montiert, dass es um eine Lagerachse 124, die ein Bolzen oder ein Pin ist, als Mittelpunkt rotieren kann. Ebenso ist ein (oberes) Ende des zweiten Achsenelementes 122 drehbar an der Montagestufe 116 montiert.
Die dritten Stangen 118₁ , 118₂ , 118₃ umfassen jeweils dritte Ausfahrmechanismen 126₁ , 126₂ , 126₃ , die ebenso aufgebaut sind wie die ersten Ausfahrmechanismen 94₁ der ersten Stange 78₁ , und Linearcodierer 95₇ , 95₈ , 95₉ (siehe 8). Ebenso sind in den dritten Stangen 118₁ , 118₂ , 118₃ Luftkissen auf dieselbe Weise angeordnet wie in der ersten Stange.
Ausfahrmechanismen der Stangen 94₁ bis 94₃ , 112₁ bis 112₃ , 126₁ bis 126₃ , die den Parallelverbindungsmechanismus in der oben beschriebenen Weise bilden, werden vom Hauptsteuergerät 50 über das Stufensteuergerät 52 gesteuert (siehe 8).
In der vorliegenden Ausgestaltung wird der obige dritte Mechanismus, der den Parallelverbindungsmechanismus 74 bildet, beispielsweise verwendet, um zunächst die Position und Lage des optischen Projektionssystems beim Starten der Belichtungsvorrichtung 10 nach der Montage in einem Werk einzustellen. Das heißt, ein Bediener gibt notwendige Informationen für die Anfangseinstellung über eine Ein-/Ausgabeeinheit ein, und das Hauptsteuergerät 50 steuert die dritten Ausfahrmechanismen 126₁ , 126₂ , 126₃ über das Stufensteuergerät 52 auf der Basis der Eingabeinformationen. Dann werden die dritten Stangen 118₁ , 118₂ , 118₃ ausgefahren und das optische Projektionssystem PL wird in eine vorbestimmte Position und Lage eingestellt. Nach Abschluss der Anfangseinstellung werden die dritten Stangen 118₁ , 118₂ , 118₃ im Nachjustagezustand gelassen.
Man beachte, dass die obige Anfangseinstellung, da die Möglichkeit besteht, dass sich die Z-Position und -Lage des optischen Projektionssystems PL aufgrund von geringfügigen Verformungen der Reinraumbodenfläche im Laufe der Zeit ändert, nach einem vorbestimmten Zeitintervall wiederholt oder nach Bedarf durchgeführt werden kann.
Als Nächstes wird im Folgenden das Prinzip des Steuerns der Position und Lage in drei Freiheitsgraden, d.h. θx, θy, Z, eines Körpers (gesteuertes Objekt) beschrieben, der mit einem Antriebssystem mit drei derselben Stangen als obigen ersten, zweiten und dritten Mechanismus angetrieben werden soll.
Als ein solches Antriebssystem betrachte man, wie schematisch in 4 dargestellt, eines mit einem stationären Element T, einem angetriebenen Körper S und ausfahrbaren Stangen RD_i (i = eins bis drei), die jeweils ein Ständerseitenelement RM1 und ein Läuferseitenelement RM2 aufweisen und drei Punkte A_i (i = eins bis drei) des stationären Elementes T und drei Punkte B_i (i = eins bis drei) des angetriebenen Körpers S verbinden. Man beachte, dass in der durch drei Punkte A_i (i = eins bis drei) definierten Ebene diese Punkte an Scheitelpunkten eines gleichseitigen Dreiecks platziert werden und dass durch Einstellen des Mittelpunkts des gleichseitigen Dreiecks als Nullpunkt O ein stationäres Koordinatensystem XYZ so definiert ist, dass die Ebene mit dem gleichseitigen Dreieck seine X-Y-Ebene ist. Ferner werden in der durch drei Punkte B_i (i = eins bis drei) definierten Ebene diese Punkte an Scheitelpunkten eines gleichseitigen Dreiecks platziert, und indem der Mittelpunkt des gleichseitigen Dreiecks so eingestellt wird, dass er ein Nullpunkt P ist, wird ein Antriebskörper-Koordinatensystem UVW so definiert, dass die Ebene mit dem gleichseitigen Dreieck seine U-V-Ebene ist. Übrigens wird in jeder der Stangen das Aus-/Einfahren der Stange RD_i durch die Bewegung des Läuferseitenelements RM2 der Stange RD_i entlang der Linie zwischen A_i und B_i bewirkt.
In der vorliegenden Ausgestaltung steuert ein in 5, einem Blockdiagramm, gezeigtes Steuersystem die Position und Lage in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z, wie in 4 gezeigt, in der nachfolgend beschriebenen Weise.
Zunächst werden Anfangswerte eines Position/Lage-Einstellteils 306 und eines Geschwindigkeitseinstellteils 304 auf Ist-Werte von Position und Lage (θx, θy, Z) in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z eingestellt, und die Geschwindigkeiten (dθx/dt, dθy/dt, dZ/dt) eines angetriebenen Körpers S sowie Anfangswerte eines Beschleunigungseinstellteils 302 werden auf Beschleunigungswerte (d²θx/dt², d²θy/dt², d²Z/dt²) zum Steuern einer gewünschten Position/Lage eingestellt. Danach wird bis zu einer neuen Anfangseinstellung nur der Beschleunigungseinstellteil 302 von Zeit zu Zeit aktualisiert.
Unterdessen werden im Geschwindigkeitseinstellteil 304 die Einstellwerte jeweils auf die Summe ihres Anfangswerts und die Integration von Beschleunigungswerten vom Beschleunigungseinstellteil 302 eingestellt, und im Position/Lage-Einstellteil 306 werden die Einstellwerte jeweils auf die Summe ihres Anfangswerts und die Integration von Geschwindigkeitswerten vom Geschwindigkeitseinstellteil 304 eingestellt.
Jedes Mal analysiert ein Umkehrdynamikanalyseteil 308 die Beschleunigungseinstellwerte des Beschleunigungseinstellteils 302, die Geschwindigkeitseinstellwerte des Geschwindigkeitseinstellteils 304 und die Position/Lage-Einstellwerte des Position/Lage-Einstellteils 306, die auf diese Weise eingestellt und darin eingegeben werden, und auf der Basis der Ergebnisse dieser Analyse bestimmt der Umkehrdynamikanalyseteil 308 Befehlswerte von Schüben für die jeweiligen Stangen RD_i.
Der Umkehrdynamikanalyseteil 308 führt kinematische Analysen in Bezug auf Position/Lage, Geschwindigkeit und Beschleunigung durch. Diese werden nachfolgend nacheinander beschrieben.
In der folgenden Beschreibung wird der Einfachheit halber jeder Vektor durch einen Expressionsvektor XX in Sätzen repräsentiert, und ein Vektorsymbol „–" wird in mathematischen Ausdrücken an XX angehängt.
<Analyse von Position/Lage>
Bei der Analyse von Position/Lage werden Länge und Aus-/Einfahrrichtung jeder Stange RD_i auf der Basis der Position/Lage-Einstellwerte (θx, θy, Z) erhalten.
Daher wird zunächst anhand der jeweiligen Positionsvektoren Bb_i (bekannte Konstantenvektoren) der Punkte B_i (i = eins bis drei) im UVW-Koordinatensystem ein Vektor b_i im XYZ-Koordinatensystem mit der folgenden Gleichung (3) berechnet: bi = ARB·Bbi (3)
Man beachte, dass ARB eine Rotationstransformationsmatrix vom UVW-Koordinatensystem ins XYZ-Koordinatensystem ist und von den Lageeinstellwerten θx, θy und bekannten θz-Koordinaten (Konstante; z.B. null) im Positon/Lage-Einstellteil 306 ermittelt wird. Eine solche Rotationstransformationsmatrix ist allgemein bekannt und kann leicht berechnet werden. Übrigens können anstatt der Position/Lage-Einstellwerte θx, θy, Z Eulersche Winkel verwendet werden, und in einem solchen Fall wird der später beschriebene Ausdruck für Bewegungsgleichungen einfach.
Dann wird unter Verwendung eines von Gleichung (3) erhaltenen Vektors b_i ein Vektor r_i von A_i bis B_i mit der folgenden Gleichung (4) berechnet: ri = p + bi – ai (4)
Man beachte, dass der Vektor p gemäß 4 ein Vektor vom Nullpunkt O des XYZ-Koordinatensystems zum Nullpunkt P des UVW-Koordinatensystems ist, dass in der XYZ-Koordinate die Z-Komponente des Vektors p anhand eines Positionseinstellwertes Z im Position/Lage-Einstellteil 306 ermittelt wird, und dass seine X-Komponente und Y-Komponente bekannt sind (Konstante; z.B. beide null, wenn Punkt p gerade auf Punkt O ist). Ebenso ist ein Vektor a_i der Positionsvektor des Punkts A_i im XYZ-Koordinatensystem und ein bekannter Konstantenvektor.
Als Nächstes werden mit den folgenden Gleichungen (5) und (6) die Länge D_i jeder Stange RD_i und ein Einheitsvektor s_i in der Aus-/Einfahrrichtung jeder Stange RD_i im XYZ-Koordinatensystem erhalten:
Übrigens ermittelt der Umkehrdynamikanalyseteil 308 schließlich den Schub in der Aus-/Einfahrrichtung jeder Stange RD_i, und da die Rotation der Stange RD_i durch das Aus-/Einfahren der Stange RD_i erzeugt wird, ist es praktisch, für jede Stange RD_i ein Stangenkoordinatensystem zu verwenden, bei dem die Aus-/Einfahrrichtung der Stange RD_i ihre eine Achse ist, um die Rotation der Stange RD_i leicht auszudrücken. Daher werden in der vorliegenden Ausgestaltung, die ein X_iY_iZ_i Koordinatensystem gemäß 6 hat, das das Stangenkoordinatensystem für jede Stange RD_i repräsentiert, die folgenden Definitionen vorgenommen.
Das heißt, es werden Definitionen aufgestellt, dass ein X_i'Y_i'Z_i'-Koordinatensystem ein Koordinatensystem ist, dessen Achsen jeweils parallel zu denen des XYZ-Koordinatensystems sind und sein Nullpunkt ein Punkt A_i ist, dass die Z_i'-Richtung und die Aus-/Einfahrrichtung der Stange RD_i einen Winkel Ψ_i bilden, und dass die X_i'-Achse und eine Schnittlinie zwischen der X_i'Y_i'-Ebene und einer Ebene, die von der Z_i'-Achse und der Aus-/Einfahrrichtungsachse der Stange RD_i gebildet wird, einen Winkel ϕ_i bilden. Ferner werden Definitionen aufgestellt, dass ein X_i''Y_i''Z_i''-Koordinatensystem ein Koordinatensystem ist, das erhalten wird, wenn man das X_i'Y_i'Z_i'-Koordinatensystem um die Z_i'-Achse durch den Winkel ϕ_i dreht, und dass ein X_iY_iZ_i-Koordinatensystem, das durch Rotieren des X_i''Y_i''Z_i''-Koordinatensystems um die Y_i'' Achse durch den Winkel Ψ_i erhalten wird, ein individuelles Stangenkoordinatensystem für die Stange RD_i ist.
Zwischen den Winkeln Ψ_i, ϕ_i und den Komponenten (s_ix s_iy s_iz) des Einheitsvektors s_i im XYZ-Koordinatensystem existieren die folgenden Gleichungen: cos φi = siz (7) sin φi = (six 2 + siy 2)1/2 (8) sin ϕi = siy/sin φi (9) cos ϕi = six/sin φi (10)
Ferner wird eine Rotationstransformationsmatrix AR_i vom X_iY_iZ_i-Koordinatensystem in das XYZ-Koordinatensystem wie folgt ausgedrückt:
Übrigens ist die Rotationstransformationsmatrix AR_i eine Hermitesche Matrix, und die Rotationstransformationsmatrix _iRA vom XYZ-Koordinatensystem in das X_iY_iZ_i-Koordinatensystem, die die Umkehrtransformation der Rotationstransformation durch die Rotationstransformationsmatrix AR_i ist, ist eine transponierte Matrix.
<Analyse von Geschwindigkeiten>
Bei der Analyse von Geschwindigkeiten auf der Basis der obigen Analyseergebnisse der Position und Lage und der Geschwindigkeitseinstellwerte werden die Geschwindigkeitsvektoren im Angetriebener-Körper-Verbindungspunkt B_i jeder Stange RD_i, im XYZ-Koordinatensystem und im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem betrachtet, und der Winkelgeschwindigkeitsvektor jeder Stange RD_i, im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem betrachtet, erhalten.
Zunächst wird der Geschwindigkeitsvektor vb_i im Punkt B_i, im XYZ-Koordinatensystem betrachtet, erhalten durch: vbi = vp + ωpxbi (12)
Man beachte, dass der Vektor V_p der Geschwindigkeitsvektor des Schwerpunkts des angetriebenen Körpers S im XYZ-Koordinatensystem ist, dass die X-Komponente und die Y-Komponente des Vektors V_p beide null sind, weil sich der angetriebene Körper S in der X-Richtung und der Y-Richtung nicht bewegt, und seine Z-Komponente der Geschwindigkeitseinstellwert dZ/dt im Geschwindigkeitseinstellteil 304 ist. Ebenso repräsentiert ω_p den Winkelgeschwindigkeitsvektor des angetriebenen Körpers S im XYZ-Koordinatensystem, und seine X-Komponente und Y-Komponente repräsentieren jeweils Winkelgeschwindigkeitseinstellwerte dθx/dt, dθy/dt im Geschwindigkeitseinstellteil 304. Ebenso ist seine Z-Komponente null, weil der angetriebene Körper S nicht um die Z-Achse rotiert. In Gleichung (12) und den nachfolgenden Gleichungen repräsentiert „x" eine äußere Produktoperation und „." eine innere Produktoperation.
Als Nächstes wird ein Geschwindigkeitsvektor _ivb_i des Punktes B_i, im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem betrachtet, erhalten durch:
Man beachte, dass die Z_i-Komponente von Vektor _ivb_i die Aus-/Einfahrgeschwindigkeit VR_i der Stange RD_i repräsentiert.
Als Nächstes wird mit der folgenden Gleichung (14) der obige Einheitsvektor s_i in einen Vektor _is_i transformiert, d.h. seinen Ausdruck im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem:
Und ein Winkelgeschwindigkeitsvektor _iω_i der Stange RD_i, im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem betrachtet, wird erhalten durch:
<Beschleunigungsanalyse>
Bei der Analyse von Beschleunigung auf der Basis der obigen Analyseergebnisse der Position/Lage und der Geschwindigkeit und den Beschleunigungseinstellwerten werden die Beschleunigungsvektoren und Winkelbeschleunigungsvektoren in dem Angetriebener-Körper-Verbindungspunkt B_i jeder Stange RD_i erhalten.
Als Nächstes wird der Beschleunigungsvektor in Punkt B_i, im XYZ-Koordinatensystem betrachtet, erhalten durch:
Man beachte, dass der Vektor α_p der Beschleunigungsvektor des Schwerpunkts des angetriebenen Körpers S im XYZ-Koordinatensystem ist, dass die X-Komponente und die Y-Komponente des Vektors α_p beide null sind, weil der angetriebene Körper S nicht in der X-Richtung und Y-Richtung angetrieben wird, und dass seine Z-Komponente der Beschleunigungseinstellwert d²Z/dt² im Beschleunigungseinstellteil 302 ist. Ebenso repräsentiert β_p den Winkelgeschwindigkeitsvektor des angetriebenen Körpers S im XYZ-Koordinatensystem, und seine X-Komponente und Y-Komponente repräsentieren jeweils Winkelbeschleunigungseinstellwerte d²θx/dt², d²θy/dt² im Beschleunigungseinstellteil 302. Ebenso ist seine Z-Komponente null, weil der angetriebene Körper S nicht um die Z-Achse angetrieben wird.
Als Nächstes wird ein Geschwindigkeitsvektor _iab_i des Punktes B_i, im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem betrachtet, erhalten durch:
Man beachte, dass die Z_i-Komponente des Vektors _iαb_i die Aus-/Einfahrbeschleunigung αR_i der Stange RD_i repräsentiert.
Als Nächstes wird ein Winkelbeschleunigungsvektor _iβ_i des Punktes B_i, im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem betrachtet, erhalten durch:
Übrigens setzt sich jede Stange RD_i aus dem Ständerseitenelement RM1 und dem Läuferseitenelement RM2 zusammen. Man nehme an, dass die Struktur des Ständerseitenelementes RM1 und des Läuferseitenelementes RM2 die in 7 gezeigte ist. Das heißt, die Masse des Ständerseitenelementes RM1 und die Masse des Läuferseitenelementes RM2 werden jeweils durch ml und m2 repräsentiert. Man nehme ebenfalls an, dass sich der Schwerpunkt des Ständerseitenelementes RM1 an der Position der Distanz L1 vom Punkt A_i in der Richtung von Punkt A_i zu B_i befindet und dass sich der Schwerpunkt des Läuferseitenelementes RM2 an der Position der Distanz L2 von Punkt B_i in der Richtung von Punkt B_i zu A_i befindet.
In diesem Fall werden ein Beschleunigungsvektor _iα1_i im Schwerpunkt des Ständerseitenelementes RM1 und ein Beschleunigungsvektor _iα2_i im Schwerpunkt des Läuferseitenelementes RM2 im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem betrachtet durch die folgenden Gleichungen (19), (20) erhalten:
Nach Beendigung der Analysen der Position/Lage, der Geschwindigkeit/Winkelgeschwindigkeit und der Beschleunigung/Winkelbeschleunigung wie oben beschrieben und in 7 gezeigt, durch virtuelles Teilen des angetriebenen Körpers S und der Stange RD_i am Punkt B_i wird das System in ein Angetriebener-Körper-System und ein offenes Stangensystem zerlegt.
Wenn man jede Stange RD_i als ein Subsystem betrachtet, dann wird eine Bewegungsgleichung um A_i für die Stange RD_i ausgedrückt durch:
Man beachte, dass der Vektor _in_iA_i ein Momentvektor um den Punkt A_i der Stange RD_i ist und dass der Vektor _ih_iA_i ein Winkelmomentvektor um den Punkt A_i der Stange RD_i ist.
Übrigens, wie in 7 gezeigt, im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem betrachtet, wird eine Reaktion _ifa_i(_ifa_xi, _ifa_yi, _ifa_zi), die auf die Stange RD_i wirkt, an Punkt A_i erzeugt, und eine Reaktion (–_ifb_i(–_ifb_xi, –_ifb_yi, –_ifb_zi), die auf die Stange RD_i wirkt, wird an Punkt B_i erzeugt. Und eine Reaktion _ifb_i wird an einem Punkt des angetriebenen Körpers S erzeugt, der dem Punkt B_i entspricht.
Die Werte _ifb_xi, _ifb_yi, die jeweils die X_i-Achsenkomponente und die Y_i-Achsenkomponente der Reaktion, die auf den Punkt B_i und den dem Punkt B_i entsprechenden Punkt des angetriebenen Körpers S wirkt, werden auf der Basis der Ergebnisse der obigen Umkehrdynamikanalyse von Position/Lage, Geschwindigkeit/Winkelgeschwindigkeit, Beschleunigung/Winkelbeschleunigung, der Masse ml des Ständerseitenelementes RM1, der Masse m2 des Läuferseitenelementes RM2 und einer Gravitätsbeschleunigung unabhängig von der Masse des angetriebenen Körpers S erhalten. Ebenso wird der Wert _ifb_zi, der die Z_i-Achsenkomponente ist, durch Auflösen einer Translationsbewegungsgleichung des angetriebenen Körpers S, im XYZ-Koordinatensystem (22) betrachtet, und einer Rotationsgleichung (23) erhalten:
Der Vektor Afb_i ist ein Reaktionsvektor, der auf den Punkt des angetriebenen Körpers S wirkt, der dem Punkt B_i im XYZ-Koordinatensystem entspricht, und wird durch die folgende Gleichung (24) ausgedrückt: Afbi = ARi·ifbi (24)
Ebenso repräsentiert m_p die Masse des angetriebenen Körpers S und ein Vektor g repräsentiert einen Gravitätsbeschleunigungsvektor.
Ferner repräsentiert der Vektor Bn_p den Moment des angetriebenen Körpers S, im UVW-Koordinatensystem betrachtet, und der Vektor Bfb_i ist ein Reaktionsvektor, der auf den Punkt des angetriebenen Körpers S wirkt, der dem Punkt B_i im UVW-Koordinatensystem entspricht, und wird durch die folgende Gleichung (25) angegeben:
Übrigens beinhalten die Gleichungen (22) und (23) zwar sechs Gleichungen, aber wenn man beachtet, dass der angetriebene Körper in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z angetrieben wird, dann werden eine Gleichung in Bezug auf die die Z-Komponente von Gleichung (24) und zwei Gleichungen in Bezug auf die Komponenten θx, θy von Gleichung (25) beim Berechnen von drei Werten _ifb_zi (i = eins bis drei) verwendet.
Und der Umkehrdynamikanalyseteil 308 berechnet schließlich den Befehlswert τ_i von Schub für jede der Stangen RD_i gemäß: τi =i fbZi + m2·gc·cosφi + m2·iα2Zi (26)
Man beachte, dass _ifb_zi die Z-Komponente von Vektor _ifb_i ist und dass gc die Größe (9,8 m/S²) der Gravitätsbeschleunigung ist.
Obwohl oben die Berechnung des Befehlswertes von Schub für jede Stange RD_i gemäß der Newton/Euler-Methode beschrieben wird, kann der Befehlswert von Schub für jede Stange RD_i gemäß der d'Alembert-Methode berechnet werden. In der d'Alembert-Methode werden die Gleichungen der Newton/Euler-Methode in Funktionalmatrizen zusammengefasst, und Haltekräfte und Momente der Newton/Euler-Methode werden aus den Bewegungsgleichungen entfernt. Daher ist sie effizienter als die Newton/Euler-Methode, sie ist praktischer und wird bevorzugt. Die d'Alembert- Methode wird nachfolgend kurz beschrieben. Man beachte, dass die Symbole dieselben Elemente repräsentieren wie in der Newton/Euler-Methode.
Zunächst werden, ebenso wie in der Newton/Euler-Methode, Position/Lage, Geschwindigkeit/Winkelgeschwindigkeit und Beschleunigung/Winkelbeschleunigung durch Umkehrdynamikanalyse analysiert. Es werden die Rotationstransformationsmatrix vom UVW-Koordinatensystem in das XYZ-Koordinatensystem und der Winkelgeschwindigkeitsvektor ω_p und der Winkelbeschleunigungsvektor β_p im Ausdruck von Euler-Winkeln erhalten.
Als Nächstes wird die Funktionalmatrix Jb_i jeder Stange RD_i in Bezug auf das XYZ-Koordinatensystem berechnet, das die folgende Gleichung (27) erfüllt: vbi = Jbi·vap (27)
Man beachte, dass va_p ein Geschwindigkeitsvektor in sechs Freiheitsgraden im XYZ-Koordinatensystem und die Resultierende des obigen Geschwindigkeitsvektors v_p des Schwerpunkts des angetriebenen Körpers S und des Winkelgeschwindigkeitsvektors ω_p des angetriebenen Körpers S ist.
Die Funktionalmatrix Jb_i wird von den Ergebnissen der Umkehrdynamikanalysen von Position/Lage und Geschwindigkeit/Winkelgeschwindigkeit durch Anwenden einer Gleichung erhalten, die mit der Gleichung (12) äquivalent ist.
Als Nächstes wird die Funktionalgleichung _iJb_i jeder Stange RD_i in Bezug auf das X_iY_iZ_i Koordinatensystem mit der folgenden Gleichung (28) errechnet: Jbi =i RA·Jbi (28)
Unter Verwendung der Funktionalmatrix _iJb_i vom Geschwindigkeitsvektor va_p in sechs Freiheitsgraden im XYZ-Koordinatensystem wird der Geschwindigkeitsvektor _ivb_i des Punktes B_i, im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem betrachtet, mit der folgenden Gleichung (29) erhalten: ivbi =i Jbi·vap (29)
Als Nächstes wird eine Funktionalmatrix JP des angetriebenen Körpers mit der folgenden Gleichung (30) erhalten: VRi = JP·vp (30)
Die Funktionalmatrix JP des angetriebenen Körpers wird auf der Basis erhalten, dass die Z_i-Komponente des Vektors_ivb_i der Aus-/Einfahrgeschwindigkeitsvektor VR_i der Stange RD_i ist.
Übrigens, in Anbetracht der Tatsache, dass die Schwerkraft auf den angetriebenen Körper S wirkt, werden ein Angewandte-Kraft-Vektor fS_p und ein Trägheitsdrehmoment tS_p, das auf die Schwerkraft des angetriebenen Körpers S ausgeübt wird, mit den folgenden Gleichungen (31) und (32) erhalten, die eine Trägheitsmatrix um die Schwerkraft des angetriebenen Körpers S im XYZ-Koordinatensystem mit AI_p repräsentieren: fSp = mp·g – mp·αp (31) tSp = –AIp·βp – ωpx(AIp·ωp) (32)
Die Resultierende des Angewandte-Kraft-Vektors fS_p und des Trägheitsdrehmoments tS_p wird durch Vektor T_p wie nachfolgend beschrieben repräsentiert.
Auf die gleiche Weise wie der angetriebene Körper S werden die Resultierende _iT1_i, im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem, des Angewandte-Kraft-Vektors und des Trägheitsdrehmoments, die auf die Schwerkraft des die Stange RD_i bildenden Ständerseitenelementes RM1 wirken, und die Resultierende _iT2_i, im X_iY_iZ_i-Koordinatensystem, des Angewandte-Kraft-Vektors und des Trägheitsdrehmoments, die auf die Schwerkraft des die Stange RD_i bildenden Läuferseitenelementes RM2 wirken, erhalten.
Als Nächstes wird unter Verwendung des Befehlswertes τ_i von Schub für jede Stange RD_i als Parameter und mit Hilfe der Funktionalmatrix des angetriebenen Körpers eine Bewegungsgleichung erstellt. Und durch Lösen dieser Gleichung wird der Befehlswert τ_i von Schub für jede Stange RD_i erhalten. Man beachte, dass der Befehlswert τ_i von Schub durch Anwenden der Gauß'schen Eliminierung auf die Bewegungsgleichung berechnet werden kann.
Das heißt, der Befehlswert τ_i von Schub ist von der Umkehrtransformation der Funktionalmatrix des angetriebenen Körpers abhängig. Daher wird, weil dann, wenn der angetriebene Körper nahe an einen singulären Punkt der Umkehrtransformation kommt, ein als Befehlswert τ_i von Schub berechneter Wert instabil und es ist notwendig, die Menge an Aus-/Einfahren sowie Geschwindigkeit und Beschleunigung jeder Stange RD_i ständig zu überwachen.
Wie oben beschrieben, wandelt ein Spannungswandlungsteil 310 den Befehlswert τ_i von Schub für jede Stange RD_i, der mit dem Umkehrdynamikanalyseteil 308 erhalten wurde, in eine an jede Stange RD_i angelegte Spannung um. Die Spannung wird an das elektromagnetische Stellglied (das dem Wellenmotor 92 von 3 entspricht) jeder Stange RD_i über einen Spannungsaddierer 322 und einen Verzögerungsteil 312 erster Ordnung angelegt. Und durch das Aus- oder Einfahren der Stange RD_i gemäß der Spannung wird der angetriebene Körper 316 (d.h. der obige angetriebene Körper S (entsprechend dem Waferbasisnivellierblock 38 usw.)) in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z angetrieben.
Man beachte, dass unter Berücksichtigung einer Zeitverzögerung im Verzögerungsteil 312 und im angetriebenen Körper 316 ein Steuergerät 318 eine Spannung gemäß der Differenz zwischen den Position/Lage-Einstellwerten im Position/Lage-Einstellteil 306 sowie den von einem Stufensystemsensor 320 (entsprechend dem Fokussensor 73 in 1) gemessenen Positions-/Lagewerten erzeugt und an den Spannungsaddierer 322 anlegt. Ferner erzeugt ein Steuergerät 324, unter Berücksichtigung der obigen Zeitverzögerung, eine Spannung gemäß der Differenz zwischen der Länge jeder Stange RD_i, berechnet mit dem Umkehrdynamikanalyseteil 308, und der Länge jeder Stange RD_i, gemessen mit einem Stangensystemsensor 326 (entsprechend dem Linearcodierer 95) und legt sie an den Spannungsaddierer 322 an. Mit dieser von dem Steuergerät 318, 324 erzeugten kompensierten Spannung für jede Stange wird die Steuerverzögerung durch den Verzögerungsteil 312 oder den angetriebenen Körper 316 kompensiert.
8 zeigt schematisch den Aufbau des Steuersystems der Belichtungsvorrichtung 10. Das Steuersystem von 8 umfasst das Hauptsteuergerät 50 und das Stufensteuergerät 52, die jeweils aus einem Mikrocomputer oder einer Workstation als Hauptteil bestehen. Man beachte, dass das Hauptsteuergerät 50 und das Stufensteuergerät 52 den Beschleunigungseinstellteil 302, den Geschwindigkeitseinstellteil 304, den Position/Lage-Einstellteil 306, den Umkehrdynamikanalyseteil 308, den Spannungswandlungsteil 310 und die Steuergeräte 318, 324 umfassen und den Retikelbasisnivellierblock 12 und den Waferbasisnivellierblock 38 unter Anwendung des Prinzips der Antriebssteuerung durch den obigen Parallelverbindungsmechanismus auf der Basis der Detektionsergebnisse durch das Retikelinterferometer 24R, das Waferinterferometer 24W, den Fokussensor 73 und den Linearcodierer 95 steuern.
Als Nächstes wird der Belichtungsvorgang mit der Belichtungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausgestaltung, die auf die oben beschriebene Weise aufgebaut ist, mit Bezug auf 8 und dergleichen im Folgenden beschrieben.
Man nehme an, dass, als Voraussetzung, die obige Anfangseinstellung des optischen Projektionssystems PL mit dem den Parallelverbindungsmechanismus 74 bildenden dritten Mechanismus erfolgt.
Zunächst erfolgt nach der Vorbereitung, z.B. Retikelausrichtung und Basislinienmessung mit einem Retikelmikroskop (nicht dargestellt), einem Achsenversatzausrichtungssensor (nicht dargestellt) und dergleichen, eine Feinausrichtung (EGA (Enhanced Global Alignment) usw.) eines Wafers W mit dem Ausrichtungssensor. Danach werden die Anordnungskoordinaten einer Mehrzahl von Belichtungsbereichen auf dem Wafer erhalten. Übrigens sind die Details der obigen Vorbereitung wie z.B. Retikelausrichtung und Basislinienmessung im japanischen offengelegten Patent Nr. 4-324923, dem diesem entsprechenden US-Patent Nr. 5,243,195 und dergleichen offenbart, und die Details der EGA sind im japanischen offengelegten Patent Nr. 61-44429, dem diesem entsprechenden US-Patent Nr. 4,780,617 und dergleichen offenbart. Die Offenbarungen in den obigen japanischen offengelegten Patenten und US-Patenten sind hierin durch diese Bezugnahme eingeschlossen, solange dies die nationalen Gesetze in den designierten Staaten oder gewählten Staaten zulassen, auf die sich diese internationale Anmeldung bezieht.
Als Nächstes bewegt das Stufensteuergerät 52 die Retikelstufe RST gemäß den Befehlen vom Hauptsteuergerät 50 über den Retikeltreiber 14 und überwacht dabei die Messwerte des Retikellaserinterferometers 24Ry₁ , 24Ry₂ , 24Rx, und das Retikel wird in einer Abtaststartposition in der Y-Richtung positioniert. In derselben Weise bewegt das Stufensteuergerät 52, gemäß den Befehlen vom Hauptsteuergerät 50, die Waferstufe WST über den Wafertreiber 40 und überwacht dabei die Messwerte des Waferlaserinterferometers 24Wy₁ , 24Wy₂ , 24Wx, und ein entsprechender Belichtungsbereich auf dem Wafer wird in einer Abtaststartposition in der Y-Richtung positioniert.
Dann bewegt das Stufensteuergerät 52 die Retikelstufe RST und die Waferstufe WST jeweils über den Retikeltreiber 14 und den Wafertreiber 40 in zueinander entgegengesetzten Richtungen mit einem Geschwindigkeitsverhältnis, das der Projektionsvergrößerung entspricht, und es erfolgt die Abtastbelichtung.
Mit dem obigen Vorgang wird eine One-Scan-Belichtung (Einzelschussbelichtung) des Retikels R vollendet.
Als Nächstes schaltet das Stufensteuergerät 52, gemäß den Befehlen vom Hauptsteuergerät 50, die Waferstufe WST um eine Reihe von Belichtungsbereichen in der X-Richtung weiter und tastet die Waferstufe WST und die Retikelstufe RST jeweils in einer entgegengesetzten Richtung zu ihrer vorherigen Richtung ab und führt eine Abtastbelichtung auf andere Belichtungsbereiche auf dem Wafer durch.
Während der obigen Abtastbelichtung steuert das Hauptsteuergerät 50 unter Anwendung des obigen Antriebssteuerprinzips auf der Basis der Messergebnisse von Fokus und Nivellierung im Belichtungsbereich auf dem Wafer die Ein-/Ausfahrbewegungen der ersten Stangen 78₁ bis 78₃ über das Stufensteuergerät 52 und jeweils über die ersten Ausfahrmechanismen 94₁ bis 94₃ , die den Parallelverbindungsmechanismus 74 bilden, und steuert die Position/Lage der Waferstufe WST in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy über den Waferbasisnivellierblock 38, so dass die Belichtungsbereiche innerhalb des Bereiches der Fokustiefe des optischen Projektionssystems gehalten werden. Das heißt, auf diese Weise justiert das Hauptsteuergerät 50 die relativen Positionen des optischen Projektionssystems PL und des Wafers W (der Waferstufe WST) in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy, mit anderen Worten, führt präzise eine Fokusnivellierungssteuerung durch, um die Verschlechterung von Musterübertragungsbildern aufgrund einer Defokussierung weitgehend zu verhüten.
Ferner führt das Hauptsteuergerät 50 während der obigen Abtastbelichtung unter Anwendung des obigen Antriebssteuerprinzips auf der Basis der Position/Lage-Detektionsinformationen des Retikelbasisnivellierblocks 12, die in Echtzeit von der Stufeneinheit 52 gemeldet wurden, eine Feedback-Steuerung des Stufensteuergeräts 52 und der den Parallelverbindungsmechanismus 74 bildenden zweiten Ausfahrmechanismen 112₁ bis 112₃ durch und steuert die Aus-/Einfahrbewegungen der zweiten Stangen 104₁ bis 104₃ und die Position/Lage des Retikelbasisnivellierblocks 12 in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy, um die Position/Lage der Retikelstufe RST in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy stets in einem erwünschten Zustand zu halten. Das heißt, auf diese Weise justiert das Hauptsteuergerät 50 die relative Position der Retikelstufe RST in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL. Daher werden selbst dann, wenn eine Versatzlast aufgrund der Bewegung der Retikelstufe RST auf den Retikelbasisnivellierblock 12 ausgeübt wird, die Übertragungspositionsabweichungen, Bildunschärfen usw. des Musterübertragungsbildes effektiv unterdrückt.
Wie oben beschrieben, kann in der Belichtungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausgestaltung mit den ausfahrbaren ersten Stangen 78₁ bis 78₃ , die den vom Hauptsteuergerät 50 gesteuerten ersten Mechanismus des Parallelverbindungsmechanismus 74 bilden, die Position/Lage des Waferbasisnivellierblocks 38 in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z gesteuert werden. Daher kann die Position/Lage der Waferstufe WST, die über dem Waferbasisnivellierblock 38 schwebt, in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z präzise mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit gesteuert werden. Das heißt, in der Belichtungsvorrichtung 10 ohne Z-Kippantriebsmechanismus an der Waferstufe WST können mit den ausfahrbaren ersten Stangen 78₁ bis 78₃ der Z-Kippantrieb des auf der Waferstufe WST gehaltenen Wafers W und die relative Position, in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z, des Wafers mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL, d.h. die Fokusnivellierung, präzise mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit gesteuert werden. In diesem Fall tragen die drei ersten Stangen 78₁ bis 78₃ den Waferbasisnivellierblock 38 so, dass er vom optischen Projektionssystem PL unabhängig ist. So wird also selbst dann, wenn der Waferbasisnivellierblock 38 aufgrund der Reaktion auf die Antriebskraft beim Antreiben der Waferstufe WST vibriert, die Vibration kaum auf das optische Projektionssystem PL übertragen. Ebenso ist es in diesem Fall, da der Z-Kippantriebsmechanismus unnötig ist, möglich, die Waferstufe WST leichter zu machen, und die Antriebskraft und die Antriebsreaktion beim Antreiben der Waferstufe WST am Waferbasisnivellierblock 38 durch den einen Planarmotor umfassenden Wafertreiber 40 können reduziert werden.
Ferner steuert in der Belichtungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausgestaltung der Belichtungshauptteil die Position/Lage des Retikelbasisnivellierblocks 12 in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy durch die ausfahrbaren zweiten Stangen 104₁ bis 104₃ , die den vom Hauptsteuergerät 50 gesteuerten zweiten Mechanismus des Parallelverbindungsmechanismus 74 bilden. Daher kann die Position/Lage der über dem Retikelbasisnivellierblock 12 schwebenden Retikelstufe RST in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden. Das heißt, in der Belichtungsvorrichtung 10, ohne Z-Kippantriebsmechanismus zwischen der Retikelstufe RST und dem Retikelbasisnivellierblock 12, oder an der Retikelstufe RST, können der Z-Kippantrieb des auf der Retikelstufe RST gehaltenen Retikels R und die relative Position, in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z, des Retikels mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL, d.h. die Fokusnivellierung, durch die ausfahrbaren zweiten Stangen 104₁ bis 104₃ mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden. Daher können Verschlechterungen von Musterbildern aufgrund einer Defokussierung des Retikels R, die durch eine Versatzlast usw. verursacht wird, die bei der Bewegung der Retikelstufe RST auf den Retikelbasisnivellierblock 12 ausgeübt wird, verhindert werden. In diesem Fall tragen die drei zweiten Stangen 104₁ bis 104₃ den Retikelbasisnivellierblock 12 so, dass er vom optischen Projektionssystem PL unabhängig ist. Daher wird selbst dann, wenn der Retikelbasisnivellierblock 12 aufgrund der Reaktion auf die Antriebskraft beim Antreiben der Retikelstufe RST vibriert, die Vibration kaum auf das optische Projektionssystem PL übertragen. Ebenso ist es in diesem Fall, weil der Z-Kippantriebsmechanismus unnötig ist, möglich, die Retikelstufe RST leichter zu machen, und die Antriebskraft und die Antriebsreaktion beim Antreiben der Retikelstufe RST auf dem Retikelbasisnivellierblock 12 durch den einen Linearmotor umfassenden Retikeltreiber 14 können reduziert werden.
Ebenso können in diesem Fall die Waferstufe WST, die Retikelstufe RST und das optische Projektionssystem PL leicht gegeneinander abgedichtet und gewartet werden.
In der vorliegenden Ausgestaltung bilden ein Fokussensor 73 und ein am optischen Projektionssystem PL befestigtes Waferlaserinterferometer 24W einen Positionsdetektor zum Detektieren der relativen Position, in sechs Freiheitsgraden, des Wafers W und des optischen Projektionssystems. In der vorliegenden Ausgestaltun, wie oben beschrieben, wird verhindert, dass die auf die Waferstufe WST und die Retikelstufe RST ausgeübten Antriebsreaktionen auf das optische Projektionssystem PL übertragen werden. Daher ist es mit dem am optischen Projektionssystem PL befestigten Positionsdetektor (dem Fokussensor 73 und dem Waferlaserinterferometer 24W) möglich, die Positionsbeziehung zwischen dem optischen Projektionssystem PL und dem Wafer W präzise zu detektieren.
Ferner umfasst ein Positionsdetektor zum Detektieren der relativen Position, in sechs Freiheitsgraden, zwischen der Retikelstufe RST und dem optischen Projektionssystem PL die Retikelinterferometer 24Ry₁ , 24Ry₂ , 24Rx, die auf einen auf der Retikelstufe RST vorgesehenen beweglichen Spiegel 22R einen Längenmessstrahl richten und die Position der Retikelstufe RST in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z detektieren, und das erste bis dritte Interferometer 30₁ bis 30₃ , die auf einen am Retikelbasisnivellierblock 12 befestigten Spiegel 28 einen Längenmessstrahl richten und die Position des Retikelbasisnivellierblocks 12 in drei Freiheitsgraden θx, θy, Z detektieren. In diesem Fall wird verhindert, dass die auf die Waferstufe WST und die Retikelstufe RST ausgeübten Antriebsreaktionen auf das optische Projektionssystem PL übertragen werden. Daher ist es möglich, mit dem am optischen Projektionssystem PL befestigten Positionsdetektor (Interferometer 24Ry₁ , 24Ry₂ , 24Rx, 30₁ bis 30₃ ) die Positionsbeziehung zwischen dem optischen Projektionssystem PL und der Retikelstufe RST präzise zu detektieren.
Ferner umfassen in der Beleuchtungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausgestaltung die ersten Ausfahrmechanismen 94₁ bis 94₃ und die zweiten Ausfahrmechanismen 112₁ bis 112₃ , die jeweils in den ersten Stangen 78₁ bis 78₃ und den zweiten Stangen 104₁ bis 104₃ angeordnet sind, jeweils den Luftzylinder 84 und den Wellenmotor 92, eine Art von elektromagnetischem Linearmotor, die in Reihe (oder parallel) zueinander geschaltet sind. Daher kann das Hauptsteuergerät 50 den Retikelbasisnivellierblock 12 grob und über größere Distanzen durch Regeln des Luftdrucks des Luftzylinders 84 und auch fein durch den Wellenmotor 92 antreiben. Infolgedessen kann das Hauptsteuergerät 50 die Positionen/Lagen, in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy, der Waferstufe und der Retikelstufe und dann deren relative Positionen mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy in kurzer Zeit präzise justieren. Das heißt, es kann in kurzer Zeit ein präziser Fokusnivellierungsvorgang durchgeführt werden.
Ferner kann, da die ersten Stangen 78₁ bis 78₃ und die zweiten Stangen 104₁ bis 104₃ jeweils das Luftkissen 96 zum Tragen der Magnetpoleinheit 90 als Läufer des Wellenmotors 92 mit Bezug auf die Ankereinheit 88 als Ständer auf kontaktlose Weise umfassen, beim Steuern der Aus- und Einfahrbewegungen von Stangen mit den ersten und zweiten Ausfahrmechanismen Reibung, die als nichtlineare Komponente wirkt, vermieden werden. Daher können die Positionen/Lagen der Waferstufe WST und der Retikelstufe RST in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy präziser jeweils über den Waferbasisnivellierblock 38 und den Retikelbasisnivellierblock 12 gesteuert werden.
Ferner werden in der Belichtungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausgestaltung die Wellenmotoren 92 als elektromagnetische Linearmotoren eingesetzt, die die ersten Ausfahrmechanismen 94₁ bis 94₃ , die zweiten Ausfahrmechanismen 112₁ bis 112₃ und die dritten Ausfahrmechanismen 126₁ bis 126₃ umfassen, und in diesem Wellenmotor 92 wird die Magnetpoleinheit 90 mit zylindrischen Magneten auf der Läuferseite eingesetzt. Daher wird Magnetfluss (Magnetfeld) radial und in allen Richtungen erzeugt, und bei dieser Belichtungsvorrichtung kann der gesamte Magnetfluss in allen Richtungen zur Erzeugung von Lorentz-Kraft (Antriebskraft) durch elektromagnetische Interaktion beitragen. Und dann kann ein weitaus größerer Schub im Vergleich zu einem gewöhnlichen Linearmotor usw. erzeugt werden, und er kann kleiner gemacht werden als ein Hydraulikzylinder usw.
Daher wird der Parallelverbindungsmechanismus 74, bei dem Stangen jeweils den Wellenmotor 92 aufweisen, aufgrund ihrer Miniaturisierung und der Gewichtsverringerung vorzugsweise auf die Belichtungsvorrichtung 10 angewendet, und gleichzeitig kann ihr Ausgang verbessert werden.
Ferner kann das Hauptsteuergerät 50 in der Belichtungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausgestaltung die relative Position mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL des Waferbasisnivellierblocks 38 und/oder des Retikelbasisnivellierblocks 12 unter Verwendung der die ersten und zweiten Ausfahrmechanismen bildenden Luftzylinder 84 statisch justieren und Vibrationen mit Hilfe der Wellenmotoren 92 unterdrücken. Somit ist es möglich, wenigstens eine der beiden Stufen WST, RST mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL über den Waferbasisnivellierblock 38 und/oder den Retikelbasisnivellierblock zu justieren, und die Vibrationen des Waferbasisnivellierblocks 38 und des Retikelbasisnivellierblocks 12, die durch die Aus-/Einfahrbewegungen der jeweiligen Stangen und der Reaktionen aufgrund der Antriebe der Stufen verursacht werden, zu unterdrücken.
Ferner ist es mit dem Hauptsteuergerät 50 möglich, niederfrequente Vibrationen durch Regeln der Luftdrücke der die ersten und zweiten Ausfahrmechanismen bildenden Luftzylinder 84 zu unterdrücken und hochfrequente Vibrationen durch Steuern der Ströme der Wellenmotoren 92 zu isolieren. Daher ist es möglich, die niederfrequenten Vibrationen des Waferbasisnivellierblocks 38 und des Retikelbasisnivellierblocks 12 aufgrund von Reaktionen auf die Antriebe der Stufen zu unterdrücken und feine Vibrationen, hochfrequente Vibrationen, von der Bodenoberfläche zu isolieren.
Ferner umfasst die Belichtungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausgestaltung einen Retikelraum 18, der die Retikelstufe RST beinhaltet und teilweise den Retikelbasisnivellierblock 12 aufweist, den Linsenraum 32, der das optische Projektionssystem PL enthält, den Waferraum 44, der die Waferstufe WST beinhaltet und teilweise den Waferbasisnivellierblock 38 aufweist, und die Kammer 46 mit den ausfahrbaren balgähnlichen Elementen 34, 36, die jeweils den Retikelraum 18 und den Linsenraum 32, den Linsenraum 32 und den Waferraum 44 verbinden, um die Waferstufe WST, das optische Projektionssystem PL und die Retikelstufe RST gegen die Außenatmosphäre zu isolieren. Daher können mit dem Parallelverbindungsmechanismus 74 die Positionen/Lagen, in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy, des Waferbasisnivellierblocks 38 und des Retikelbasisnivellierblocks 12 problemfrei justiert werden. Ferner ist es möglich, da die Waferstufe WST, das optische Projektionssystem PL und die Retikelstufe RST von der Kammer 46 gegen die Außenatmosphäre isoliert werden, durch Füllen des Innern der Kammer 46 mit einem Gas wie Stickstoff (N₂) oder Helium (He) ein feines Muster auf dem Retikel mit dem ArF-Excimer-Laser oder einem Vakuumultraviolett-Licht mit einer kürzeren Wellenlänge wie z.B. F₂-Laserlicht auf den Wafer zu übertragen.
Mit der Belichtungsvorrichtung 10 der vorliegenden Ausgestaltung ist mit einer Reihe von oben beschriebenen Methoden möglich, die Gewichtsverringerung und die Positionssteuerbarkeit der Waferstufe WST und der Retikelstufe RST zu verbessern, und die Belichtungsvorrichtung eignet sich ausgezeichnet zum Unterdrücken von Vibrationen ihrer Einheiten und zum Isolieren von Vibrationen des Fußbodens, hat eine große Zahl von Freiheitsgraden beim Justieren der Stufen, die voneinander getrennt werden können, und kann mit hoher Auflösung unter Verwendung von F₂-Laserlicht oder einem Energiestrahl einer kürzeren Wellenlänge in der mit einem Gas wie Helium gefüllten Atmosphäre belichten. Ebenso ist es möglich, mit hohem Ertrag hoch integrierte Halbleiterbauelemente mit feineren Linienbreiten herzustellen.
Übrigens beschrieb die obige Ausgestaltung den Fall, in dem das optische Projektionssystem PL von den den dritten Mechanismus des Parallelverbindungsmechanismus bildenden drei dritten Stangen 118₁ , 118₂ , 118₃ getragen wird. Der Grund ist, dass die Anfangsjustierung des optischen Projektionssystems PL leicht durch individuelles Steuern der dritten Ausfahrmechanismen 126₁ , 126₂ , 126₃ erfolgen kann, um die dritten Stangen 118₁ , 118₂ , 118₃ jeweils aus-/einzufahren. Da jedoch das optische Projektionssystem PL nach dem Einstellen seiner Position/Lage in einen erwünschten Zustand hinsichtlich seiner Position/Lage nicht unbedingt geändert zu werden braucht, kann anstatt des dritten Mechanismus ein Tragmechanismus zum Tragen des optischen Projektionssystems PL vorgesehen werden, um es an der Bodenfläche FD zu befestigen. Selbst in diesem Fall sind, da die Positionen/Lagen, in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy, der Waferstufe WST und der Retikelstufe RST, die Positionsbeziehungen des Wafers W und des Retikels R mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy justierbar. [sic] Ebenso haben die dritten Ausfahrmechanismen 126₁ bis 126₃ in der obigen Ausgestaltung jeweils den Luftzylinder und den Wellenmotor, aber die dritten Ausfahrmechanismen haben jeweils möglicherweise nur den Luftzylinder. Selbst in diesem Fall kann die Anfangsposition/-lage des optischen Projektionssystems PL leicht durch Justieren des Innendrucks des Luftzylinders justiert werden.
Ferner wird in der obigen Ausgestaltung ein bilateral telezentrisches optisches System als optisches Projektionssystem PL eingesetzt. Die vorliegende Erfindung ist darauf jedoch natürlich nicht begrenzt. So kann beispielsweise als optisches Projektionssystem ein optisches System verwendet werden, das auf seiner Objektseite nicht telezentrisch ist. In einem solchen auf seiner Objektseite nicht telezentrischen optischen System kann, obwohl die Defokussierung des Retikels R ein Faktor für die Abweichung der Transferposition des Musterbildes ist, die Abweichung der Transferposition des Musterbildes aufgrund der Defokussierung des Retikels R verhindert werden, weil die Position des Retikels R in der obigen Ausgestaltung in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy in der obigen Weise gesteuert wird.
Übrigens wurde in der obigen Ausgestaltung der Fall beschrieben, bei dem die ersten Basiselemente 76₁ , 76₂ , 76₃ , das zweite Basiselement 102 und die dritten Basiselemente 114₁ , 114₂ , 114₃ jeweils individuelle Elemente sind. Es können jedoch wenigstens entweder die ersten Basiselemente oder die dritten Elemente ein gemeinsames Element sein, oder wenigstens beliebige zwei der ersten, zweiten und dritten Basiselemente können ein gemeinsames Element sein. Das heißt, es können alle erste, zweite und dritte Basiselemente ein gemeinsames Element sein, oder das erste und das zweite, das zweite und das dritte oder das erste und das dritte Basiselement können ein gemeinsames Element sein.
Außerdem wurde in der obigen Ausgestaltung der Fall beschrieben, bei dem eine Stufe sowohl am Waferbasisnivellierblock 38 als auch am Retikelbasisnivellierblock 12 montiert ist. Es kann aber eine Mehrzahl von Stufen am Waferbasisnivellierblock 38 und/oder am Retikelbasisnivellierblock 12 montiert sein. So können beispielsweise in einem Fall, bei dem eine Mehrzahl von Waferstufen WST am Waferbasisnivellierblock 38 montiert ist, während dem Belichtungsvorgang eines Wafers an der Waferstufe ein Waferwechsel an einer anderen Waferstufe oder andere Vorgänge wie die Erkennung von Waferausrichtungsmarkierungen gleichzeitig durchgeführt werden.
Daher kann der Durchsatz im Vergleich zu einem Fall mit nur einer Waferstufe verbessert werden. Ebenso kann z.B. in einem Fall, bei dem eine Mehrzahl von Retikelstufen RST auf dem Retikelbasisnivellierblock 12 montiert ist, da die Retikel durch Wechseln der Positionen dieser Mehrzahl von Retikelstufen gewechselt werden können, der Durchsatz einer solchen Mehrfachbelichtung mit einer Mehrzahl von Retikeln als Doppelbelichtung verbessert werden. Insbesondere können in einem Fall, in dem eine Mehrzahl von Waferstufen WST und Retikelstufen RST vorgesehen ist, während der Mehrfachbelichtung eines Wafers auf einer Waferstufe weitere Vorgänge wie Waferwechsel auf einer anderen Waferstufe und die Erkennung von Waferausrichtungsmarkierungen gleichzeitig erfolgen. Daher kann eine solche Mehrfachbelichtung mit einer Mehrzahl von Retikeln als Doppelbelichtung mit hohem Durchsatz durchgeführt werden.
Ferner wird in der obigen Ausgestaltung der Fall beschrieben, bei dem der Waferbasisnivellierblock 38 und der Retikelbasisnivellierblock 12 jeweils von dem ersten Mechanismus und dem zweiten Mechanismus des Parallelverbindungsmechanismus 74 so getragen werden, dass ihre Lagen gesteuert werden können. Die vorliegende Erfindung ist aber darauf natürlich nicht begrenzt. Das heißt, es ist möglich, dass nur entweder der Waferbasisnivellierblock 38 oder der Retikelbasisnivellierblock 12 von dem Parallelverbindungsmechanismus getragen wird. Sogar in einem solchen Fall kann die Position/Lage eines Nivellierblocks, der von dem Parallelverbindungsmechanismus getragen wird und als Endeffektor des Parallelverbindungsmechanismus dient, auf dieselbe Weise wie oben gesteuert werden, und infolgedessen werden die obigen Effekte erzielt.
Ferner ist die in der obigen Ausgestaltung beschriebene Struktur der Kammer 46 nur ein Beispiel, und die vorliegende Erfindung ist natürlich darauf nicht begrenzt. Das heißt, in der Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung kann eine beliebige Kammer verwendet werden, die wenigstens einen Teil des Hauptteils der Belichtungsvorrichtung enthält (die Retikelstufe RST, das optische Projektionssystem PL, die Waferstufe WST usw.), die von dem Parallelverbindungsmechanismus getragen werden, um gegen die Außenatmosphäre isoliert zu werden, und die Änderung ihrer Lage zulässt. In einem solchen Fall kann ein Teil des von dem Parallelverbindungsmechanismus getragenen Hauptteils der Belichtungsvorrichtung unter Ausnutzung der Vorteile des Parallelverbindungsmechanismus leichter gemacht werden, und seine Lage kann mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit präzise gesteuert werden. Ebenso kann, weil die Kammer wenigstens einen Teil des Hauptteils der Belichtungsvorrichtung aufnimmt, der gegen die Außenatmosphäre isoliert werden soll und dessen Lage änderbar sein soll, ein feines Muster auf dem Retikel auf den Wafer mit dem ArF-Excimer-Laser oder einem Vakuumultraviolett-Licht mit einer kürzeren Wellenlänge wie z.B. F₂-Laserlicht durch Füllen der Innenseite der Kammer mit einem Gas wie Stickstoff (N₂) oder Helium (He) übertragen werden.
Ferner kann in der obigen Ausgestaltung wenigstens ein Teil des optischen Beleuchtungssystems IOP von dem Parallelverbindungsmechanismus getragen werden.
<Eine zweite Ausgestaltung>
Eine zweite Ausgestaltung der vorliegenden Erfindung wird nachfolgend mit Bezug auf die 9 bis 17 beschrieben. Nachfolgend erhielten dieselben oder äquivalente Elemente wie die in der obigen ersten Ausgestaltung dieselben Bezugsziffern, und für jede davon wird nur eine kurze oder gar keine Beschreibung gegeben.
Außerdem können die erste und die zweite Ausgestaltung in Kombination je nach Bedarf verwendet werden.
9 zeigt schematisch eine Belichtungsvorrichtung 130 gemäß der zweiten Ausgestaltung. Diese Belichtungsvorrichtung ist eine Scanning-Belichtungsvorrichtung auf der Basis eines Step-and-Scan-Verfahrens, d.h. ein Scanning-Stepper, der ein Muster auf einem Retikel auf eine Mehrzahl von Belichtungsbereichen auf einem Wafer überträgt, während das Retikel als Maske mit einem Belichtungslicht EL beleuchtet wird und das Retikel und der Wafer synchron als ein Substrat in einer vorbestimmten Richtung bewegt werden (die nachfolgend als Y-Achsenrichtung lotrecht zur Zeichnung von 9 zu verstehen ist).
In dieser Belichtungsvorrichtung 130 werden eine Retikelstufe RST als Maskenstufe und eine Stufe, die in einer Planaransicht dreieckig ist und als Substrat oder Waferstufe dient, verwendet, und ihr Merkmal ist, dass diese Stufen vom Parallelverbindungsmechanismus in den sechs Freiheitsgraden X, Y, Z, θx, θy, θz gesteuert werden.
Diese Belichtungsvorrichtung 130 umfasst ein optisches Beleuchtungssystem IOP, die das Retikel R haltende Retikelstufe RST und die den Wafer W haltende Waferstufe WST, einen ersten Parallelverbindungsmechanismus 132 mit der Waferstufe WST als Endeffektor, einen zweiten Parallelverbindungsmechanismus 134 mit der Retikelstufe RST als Endeffektor und dergleichen.
Der erste Parallelverbindungsmechanismus 132 umfasst, wie in 10 gezeigt ist, ein erstes Basiselement 136, das fast horizontal auf der Bodenfläche FD eines Reinraums angeordnet und in einem regelmäßigen Hexagon gestaltet ist; sechs ausfahrbare erste Stangen 178₁ bis 178₆ , die jeweils das erste Basiselement 136 und die Waferstufe verbinden; und erste Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ (in 9 nicht zu sehen; siehe 17), die jeweils in den ersten Stangen 178₁ bis 178₆ montiert sind und ihre erste Stange jeweils aus-/einfahren.
Als erste Stangen 178₁ bis 178₆ werden Stangen verwendet, die jeweils ein erstes Achsenelement und ein zweites Achsenelement umfassen, die sich relativ in ihrer Achsenrichtung in derselben Weise wie die erste Stange 78₁ in der obigen ersten Ausgestaltung bewegen können. Und das erste Achsenelement und das zweite Achsenelement, die sich jeweils aus den ersten Stangen 178₁ bis 178₆ zusammensetzen, werden relativ durch einen jeweiligen der ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ angetrieben, die dieselben sind wie der erste Ausfahrmechanismus 94₁ , der aus dem Luftzylinder und dem Wellenmotor besteht. Ebenso sind Linearcodierer 95₁ bis 95₆ (siehe 17), die jeweils ein Hall-Bauelement zum Erkennen der Bewegungsmenge einer Magnetpoleinheit in Bezug auf eine Ankereinheit in einem Wellenmotor verwenden, der einen jeweiligen der ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ aufweist, und Luftkissen zum Schwebenlassen und Lagern der Magnetpoleinheit in Bezug auf die Ankereinheit auf kontaktlose Weise, in den ersten Stangen 178₁ bis 178₆ montiert.
In diesem Fall sind, wie aus 10 offensichtlich wird, beide Seiten jeder der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ jeweils mit dem ersten Basiselement 136 und der Waferstufe WST über Universalgelenke 138 verbunden. Ebenso sind die ersten Stangen 178₁ , 178₂ um einen Scheitelpunkt der dreieckigen Waferstufe WST verbunden, und das erste Basiselement 136 und die ersten Stangen 178₁ , 178₂ bilden fast ein Dreieck. Ebenso sind die Stangen 178₃ , 178₄ sowie die Stangen 178₅ , 178₆ jeweils um die anderen Scheitelpunkte der dreieckigen Waferstufe WST verbunden, und das erste Basiselement 136 und die Stangen 178₃ , 178₄ und das erste Basiselement 136 und die Stangen 178₅ , 178₆ bilden jeweils fast ein Dreieck.
Das Hauptsteuergerät 50 empfängt die Ausgänge der Linearcodierer 95₁ bis 95₆ und steuert die ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ auf der Basis der Ausgänge der Linearcodierer 95₁ bis 95₆ über das Stufensteuergerät 52 (siehe 17).
Wieder zurück zu 9, das optische Projektionssystem PL wird auf einem Linsentrommelnivellierblock 144 gehalten, der fast horizontal von vier Säulen 140 gelagert wird, die an der Bodenfläche FD fixiert sind, sowie von Vibrationsverhütungseinheiten 142, die an den Säulen 140 montiert sind.
Der Linsentrommelnivellierblock 144 besteht z.B. aus Gussteilen, und eine in Planaransicht kreisförmige Öffnung ist in seiner Mitte ausgebildet, und das optische Projektionssystem PL wird von oben in die Öffnung eingeführt, so dass seine optische Achse mit der Z-Achsenrichtung zusammenfällt. Auf der Peripherie des optischen Projektionssystems PL ist ein Flansch FLG vorgesehen, der in die Linsentrommel integriert ist. Als Material für diesen Flansch FLG wird ein Material mit niedriger Wärmeausdehnung wie Inver (eine Eisenlegierung mit 36% Nickel, 0,25% Mangan und einer geringen Menge an Kohlenstoff und anderen Elementen) verwendet, und dieser Flansch FLG bildet eine kinematische Traghalterung, die das optische Projektionssystem PL an drei Punkten über Punkte, Oberflächen und V-förmige Nuten am Linsentrommelnivellierblock 144 festhält. Durch die Verwendung einer solchen kinetischen Tragstruktur kann das optische Projektionssystem PL leicht am Linsentrommelnivellierblock 144 montiert werden, und es besteht auch der Vorteil, dass nach der Montage Spannungen aufgrund von Vibrationen, Temperaturänderungen, Lageänderungen und dergleichen des Linsentrommelnivellierblocks 144 und des optischen Projektionssystems PL äußerst effektiv reduziert werden können.
In diesem Fall isoliert die Vibrationsverhütungseinheit 142 feine Vibrationen, die von der Bodenoberfläche auf Mikro-G-Niveau auf den Linsentrommelnivellierblock 144 übertragen werden. In der vorliegenden Ausgestaltung bilden die Tragsäule 140, die Vibrationsverhütungseinheit 142 und der Linsentrommelnivellierblock 144 einen Tragmechanismus, um das optische Projektionssystem PL an der Bodenfläche FD zu fixieren und zu lagern, wo der Hauptteil der Belichtungsvorrichtung angeordnet ist.
Auf der Waferstufe WST wird der Wafer W durch Einspannen gehalten, und die Position der Waferstufe in der X-Y-Ebene wird mit einer Auflösung von 0,5 bis 1 nm von dem Waferlaser-Interferometersystem erfasst, das aus den drei in 11 gezeigten Interferometern 24Wx₁ , 24Wx₂ , 24Wy besteht.
Spezieller ausgedrückt, das Interferometer 24Wx₁ ist am Linsentrommelnivellierblock 144 befestigt und hängt davon herab. Und eine auf der Seitenfläche der Waferstufe WST ausgebildete erste Reflexionsfläche 146a wird vertikal mit Messstrahlen WIX1, WIX3 in einer Richtung beleuchtet, die einen vorbestimmten Winkel θ_i (nachfolgend +60°) in Bezug auf die Y-Achse bildet. Der Messstrahl WIX1 wird auf die optische Achse des optischen Projektionssystems PL gerichtet. Ein fester Spiegel Mw1, auf den ein Referenzstrahl fällt, der diesem Messstrahl WIX1 entspricht, ist an der Seitenfläche des optischen Projektionssystems PL befestigt (siehe 9), und der Messstrahl WIX3 wird auf die Detektionsmitte eines Achsenversatz- Ausrichtungsdetektionssystems ALG gerichtet. Ein fester Spiegel (nicht dargestellt), auf den ein Referenzstrahl fällt, der diesem Messstrahl WIX3 entspricht, ist an der Seitenfläche eines Achsenversatz-Ausrichtungsdetektionssystems ALG befestigt.
Ferner ist das Interferometer 24Wx₂ am Linsentrommelnivellierblock 144 befestigt und hängt davon herab. Und eine an der Seitenfläche der Waferstufe WST ausgebildete dritte Reflexionsfläche 146c wird vertikal mit Messstrahlen WIX2, WIX4 in einer Richtung beleuchtet, die einen vorbestimmten Winkel θ₂ (nachfolgend –60°) in Bezug auf die Y-Achse bildet. Die Verlängerungslinie des Lichtwegs des Messstrahls WIX2 überquert die Verlängerungslinie des Belichtungslichts des Messstrahls WIX1. Ein fester Spiegel Mw2, auf den ein Referenzstrahl fällt, der diesem Messstrahl WIX2 entspricht, ist an der Seitenfläche des optischen Projektionssystems PL befestigt (siehe 9), und die Verlängerungslinie des Lichtwegs des Messstrahls WIX4 überquert die Verlängerungslinie des Lichtstrahls des Messstrahls WIX3 in der Mitte des Achsenversatz-Ausrichtungserkennungssystems ALG. Ein fester Spiegel (nicht dargestellt), auf den ein Referenzstrahl fällt, der diesem Messstrahl WIX4 entspricht, ist an der Seitenfläche eines Achsenversatz-Ausrichtungserkennungssystems ALG befestigt.
Ferner ist das Interferometer 24Wy am Linsentrommelnivellierblock 144 befestigt und hängt davon herab. Und eine zweite an der Seitenfläche der Waferstufe WST ausgebildete Reflexionsfläche 146b wird vertikal mit Messstrahlen WIY1, WIY2 in der Y-Achsenrichtung beleuchtet. Diese Messstrahlen WIY1, WIY2 laufen durch Lichtpfade, die in Bezug auf die Y-Achse zwischen der optischen Achse des optischen Projektionssystems PL und der Detektionsmitte des Ausrichtungserkennungssystems ALG bilateral symmetrisch sind. Ein fester Spiegel (nicht dargestellt), auf den Referenzstrahlen fallen, die diesen Messstrahlen WIY1, WIY2 entsprechen, ist an der Seitenfläche des optischen Projektionssystems befestigt.
Die Messwerte der obigen Interferometer 24Wx₁ , 24Wx₂ , 24Wy werden dem Stufensteuergerät 52 und dann dem Hauptsteuergerät 50 zugeführt (siehe 17). Das Stufensteuergerät 52 berechnet die Y-Position der Waferstufe WST auf der Basis des Durchschnittswerts von Messwerten durch die Messstrahlen WIY1, WIY2 des Interferometers 24Wy, und berechnet die θz-Rotation (Gieren) der Waferstufe WST auf der Basis der Differenz der obigen beiden Messwerte und dem Abstand zwischen den Messachsen.
Ferner berechnet das Stufensteuergerät 52 die X-Position der Waferstufe WST auf der Basis eines Messwerts X1 des Interferometers 24Wx₁ und eines Messwerts X2 des Interferometers 24Wx₂ mit der folgenden Gleichung (33): X = {(X1/|sinθ1|) – (X2/|sinθ2|)}/2 (33)
Da |sinθ₁| = |sinθ₂| = sinθ ist, wird die X-Koordinatenposition der Waferstufe WST ausgedrückt durch: X = (X1 – X2/(2sinθ) (33')
Man beachte, dass, da es wichtig ist, einen so genannten Abbe-Fehler nach dem Belichtungsvorgang zu vermeiden, das Stufensteuergerät 52 die X-Position der Waferstufe WST mit der obigen Gleichung (33') auf der Basis der Messwerte von den Messstrahlen WIX1, WIX2 berechnet, die von den Interferometern 24Wx₁ , 24Wx₂ auf die optische Achse des optischen Projektionssystems PL gerichtet werden, und nach dem Ausrichten die X-Position der Waferstufe WST mit der obigen Gleichung (33') auf der Basis der Messwerte von den Messstrahlen WIX3, WIX4 berechnet, die von den Interferometern 24Wx₁ , 24Wx₂ auf die Detektionsmitte des Ausrichtungserkennungssystems ALG gerichtet werden.
Die oben erhaltene Positionsinformation in den Freiheitsgraden X, Y, θz der Waferstufe WST wird dem Hauptsteuergerät 50 in Echtzeit vom Stufensteuergerät 52 gemeldet.
Übrigens wird in der vorliegenden Ausgestaltung bevorzugt, wenn das Interferometer mit einer Messachse, die jedem der Messstrahlen entspricht, eine so genannte Doppelwegstruktur hat, um zu verhüten, dass ein Feingieren (θz-Rotation) der Waferstufe die Belichtungsgenauigkeit beeinträchtigt, und es wird ebenso bevorzugt, einen so genannten Abbe-Fehler aufgrund der Höhendifferenz zwischen der Interferometermessachse und der Oberfläche des Wafers W zu kompensieren. Insbesondere wird bevorzugt, wenn weitere Messstrahlen, die beispielsweise unterhalb oder oberhalb der Messstrahlen WIX1, WIX2 und WIY1 (oder WIY2) einfallen, die Längsneigung und das Rollen der Waferstufe WST messen und die oben berechneten X-Y-Positionsinformationen der Waferstufe WST auf der Basis dieser Ergebnisse korrigieren.
Auf der Oberseite der Waferstufe WST ist, wie in 11 gezeigt, eine Referenzmarkierungsplatte FM angeordnet, auf der Referenzmarkierungen für eine Basislinienmessung sowie andere Referenzmarkierungen des Ausrichtungsdetektionssystems ausgebildet sind.
Wieder zurück zu 9, der zweite Parallelverbindungsmechanismus 134 ist auf einem torförmigen Rahmen 152 montiert, der von einem Paar vertikaler Elemente 148A, 148B und einer horizontalen Platte 150 gebildet wird, die von diesen vertikalen Elementen 148A, 148B gelagert wird. Die horizontale Platte 150 hat eine Öffnung in einer vorbestimmten Form, die fast in ihrer Mitte ausgebildet ist.
Der zweite Parallelverbindungsmechanismus 134 ist auf dieselbe Weise strukturiert wie der erste Parallelverbindungsmechanismus 132. Das heißt, der zweite Parallelverbindungsmechanismus 134 umfasst ein zweites Basiselement 154, das auf dem torförmigen Rahmen 152 angeordnet ist, eine Öffnung hat, die in seiner Mitte ausgebildet ist, deren Form und Größe fast der Öffnung der horizontalen Platte 150 entspricht, und in einem regelmäßigen Hexagon gestaltet ist; sechs ausfahrbare zweite Stangen 179₁ bis 179₆ , die jeweils das zweite Basiselement und die Retikelstufe RST über ihre Universalgelenke verbinden; und zweite Ausfahrmechanismen 195₁ bis 195₆ (in 9 nicht zu sehen; siehe 17), die jeweils in den zweiten Stangen 179₁ bis 179₆ montiert sind und jeweils ihre zweite Stange aus-/einfahren. Als zweite Stangen 179₁ bis 179₆ werden Stangen mit derselben Struktur wie die erste Stange 78₁ verwendet, und als zweite Ausfahrmechanismen 195₁ bis 195₆ werden Mechanismen mit demselben Aufbau wie der erste Ausfahrmechanismus 94₁ eingesetzt. Linearcodierer 95₇ bis 95₁₂ , die jeweils ein Hall-Bauelement zum Erkennen der Bewegungsmenge einer Magnetpoleinheit in Bezug auf eine Ankereinheit in einem Wellenmotor verwenden, der einen jeweiligen der ersten Ausfahrmechanismen 195₁ bis 195₆ aufweist, und Luftkissen zum Schwebenlassen und Lagern der Magnetpoleinheit in Bezug auf die Ankereinheit auf kontaktlose Weise, sind in den zweiten Stangen 179₁ bis 179₆ montiert.
Der Ausgang der Linearcodierer 95₇ bis 95₁ wird dem Hauptsteuergerät 50 zugeführt und das Hauptsteuergerät 50 steuert auf der Basis des Ausgangs der Linearcodierer 95₇ bis 95₁₂ die zweiten Ausfahrmechanismen 195₁ bis 195₆ über das Stufensteuergerät 52 (siehe 17).
Die Position der Retikelstufe RST in der X-Y-Ebene wird mit drei Interferometern 24Rx₁ , 24Rx₂ , 24Ry (das Interferometer 24Ry auf der Rückseite der Zeichnung ist in 9 nicht zu sehen; siehe 17), die an der horizontalen Platte 150 des torförmigen Rahmens 152 befestigt sind, z.B. mit einer Auflösung von 0,5 bis 1 nm erfasst. Diese Position wird mit festen Spiegeln Mr₁, Mr₂, Mr₃ (der Spiegel Mr₃ auf der Rückseite der Zeichnung ist nicht zu sehen) als Referenzen erfasst, die an der Seitenfläche der Linsentrommel des optischen Projektionssystems PL befestigt sind. Ebenso wie oben berechnet das Stufensteuergerät 52 die Position in den Freiheitsgraden X, Y, θz der Retikelstufe RST und die Positionsinformation in den Freiheitsgraden X, Y, θz der Retikelstufe RST wird dem Hauptsteuergerät 50 in Echtzeit vom Stufensteuergerät 52 gemeldet.
Als Ausrichtungserkennungssystem ALG wird beispielsweise ein Abbildungstyp-Ausrichtungssensor verwendet, der Ausrichtungsmarkierungen (oder die Referenzmarkierungsplatte FM) auf dem Wafer mit einem Breitbandlicht beleuchtet, sein Reflexionslicht empfängt und die Markierungen durch Bildverarbeitung detektiert. Die Details eines solchen Abbildungstyp-Ausrichtungssensors sind im japanischen offengelegten Patent Nr. 7-321030, dem diesem entsprechenden US-Patent Nr. 5,721,605 und dergleichen offenbart. Die Offenbarungen in dem obigen japanischen offengelegten Patent und im US-Patent sind hierin durch diese Bezugnahme eingeschlossen, solange dies die nationalen Gesetze in den designierten Staaten oder gewählten Staaten zulassen, auf die sich diese internationale Anmeldung bezieht. Die Messwerte des Ausrichtungserkennungssystems ALG werden dem Hauptsteuergerät 50 zugeführt (siehe 17).
Übrigens kann als Ausrichtungserkennungssystem ALG eine LIA-(Laser Interferometric Alignment)-Ausrichtungssensormethode angewendet werden, bei der Rastermarkierungen auf einem Wafer mit einem Laserlicht in zwei Richtungen so beleuchtet werden, dass seine gebrochenen Lichtstrahlen miteinander interferieren, und die Positionen der Rastermarkierungen auf der Basis der Phase des interferierten Lichts erkannt werden.
Ferner ist ein Fokussensor 73 (73a, 73b) auf der Seitenfläche des optischen Projektionssystems PL angeordnet; die Ausgänge des Fokussensors 73 werden dem Stufensteuergerät 52 zugeführt und das Stufensteuergerät 52 berechnet die relative Position mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL des Wafers in den drei Freiheitsgraden Z, θx, θy, speziell die Z-Position (eine Defokussierungsmenge), die θx-Rotation (eine Längsneigungsmenge), die θy-Rotation (eine Rollmenge) des Belichtungsbereichs auf der Waferoberfläche auf der Basis der Ausgänge des Fokussensors 73. Diese Ergebnisse, d.h. die Fokusnivellierungsmessergebnisse, des Belichtungsbereichs des Wafers werden dem Hauptsteuergerät 50 in Echtzeit gemeldet.
Ferner ist ein Fokussensor 173 (in 9 nicht zu sehen; siehe 17), der ein Multifokalpositionserkennungssystem ist, das dasselbe ist wie der Fokussensor 73 und die Z-Position der Musteroberfläche des Retikels mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL detektiert, um die Retikelstufe RST herum angeordnet, und der Ausgang des Fokussensors 173 wird zum Stufensteuergerät 52 übertragen. Dann berechnet das Stufensteuergerät 52 die relative Position, mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL, des Retikels in den Freiheitsgraden Z, θx, θy, mit anderen Worten, die Z-Position (eine Defokussierungsmenge), die θx-Rotation (eine Längsneigungsmenge), die θy-Rotation (eine Rollmenge) der Musteroberfläche des Retikels auf der Basis der Ausgänge des Fokussensors 173. Diese Ergebnisse, d.h. die Fokusnivellierungsmessergebnisse, des Retikels werden dem Hauptsteuergerät 50 in Echtzeit gemeldet.
Als Nächstes wird das Prinzip des Steuerns der Position/Lage eines angetriebenen Körpers in den sechs Freiheitsgraden X, Y, Z, θx, θy, θz durch ein Antriebssystem nachfolgend beschrieben, das sechs Stangen wie der Parallelverbindungsmechanismus der vorliegenden Ausgestaltung hat.
Als ein solches Antriebssystem betrachte man ein Antriebssystem, wie schematisch in 12 dargestellt ist, das ein stationäres Element T, einen angetriebenen Körper S, ein Ständerseitenelement RM1, ein Läuferseitenelement RM2 und ausfahrbare Stangen RD_i (i = eins bis sechs) umfasst, die sechs Punkte A_i (i = eins bis sechs) des stationären Elementes T und sechs Punkte B_i (i = eins bis sechs) des angetriebenen Körpers S verbinden. Danach werden sechs Punkte A_i (i = eins bis sechs) in einer Ebene positioniert, und eine stationäre Koordinate XYZ ist so definiert, dass diese Ebene ihre X-Y-Ebene ist, und der Mittelpunkt dieser Punkte ist ihr Nullpunkt O, und sechs Punkte B_i (i = eins bis sechs) werden in einer Ebene positioniert und eine stationäre Koordinate UYW ist so definiert, dass diese Ebene ihre U-V-Ebene und die Mitte dieser Punkte ihr Nullpunkt P ist. Man beachte, dass das Aus-/Einfahren jeder Stange RD_i dadurch erzielt wird, dass sich ihr Läuferseitenelement RM2 entlang der geraden Linie zwischen dem Punkt A_i und dem Punkt B_i bewegt.
In der vorliegenden Ausgestaltung steuert in dem Antriebssystem von 12 ein Steuersystem, dessen Blockdiagramm dadurch erhalten wird, dass das von 5 für die drei Freiheitsgrade in die sechs Freiheitsgrade erweitert wird, die Position/Lage in den sechs Freiheitsgraden X, Y, Z, θx, θy, θz.
Das heißt, Anfangswerte des Geschwindigkeitseinstellteils 304 und des Position/Lage-Einstellteils 306 werden auf aktuelle Werte für die Position/Lage (X, Y, Z, θx, θy, θz) des angetriebenen Körpers S in den sechs Freiheitsgraden X, Y, Z, θx, θy, θz und Geschwindigkeiten (dX/dt, dY/dt, dZ/dt, dθx/dt, dθy/dt, dθz/dt) eingestellt, und Anfangswerte des Beschleunigungseinstellteils 302 werden auf gewünschte Beschleunigungswerte zum Steuern der Position/Lage (d²X/dt², d²Y/dt², d²Z/dt², d²θx/dt², d²θy/dt², d²θz/dt²) eingestellt. Danach wird bis zu einer neuen Anfangseinstellung nur der Beschleunigungseinstellteil 302 von Zeit zu Zeit aktualisiert. Im Geschwindigkeitseinstellteil 304 werden indessen seine Einstellwerte jeweils auf die Summe ihres Anfangswerts und der Integration von Beschleunigungswerten vom Beschleunigungseinstellteil 302 gesetzt, und im Position/Lage-Einstellteil 306 werden seine Einstellwerte jeweils auf die Summe ihres Anfangswerts und der Integration von Geschwindigkeitswerten vom Geschwindigkeitseinstellteil 304 gesetzt.
Jedes Mal analysiert, auf dieselbe Weise wie in den oben beschriebenen drei Freiheitsgraden, ein Umkehrdynamikanalyseteil 308 die Beschleunigungseinstellwerte des Beschleunigungseinstellteils 302, die Geschwindigkeitseinstellwerte des Geschwindigkeitseinstellteils 304 und die Position/Lage-Einstellwerte des Position/Lage-Einstellteils 306, die auf diese Weise eingestellt und darin eingegeben werden, und auf der Basis dieser Ergebnisse dieser Analyse ermittelt der Umkehrdynamikanalyseteil 308 Befehlswerte von Schüben für jede Stange RD_i. Auf dieselbe Weise wie in den oben beschriebenen drei Freiheitsgraden wird die Position/Lage des angetriebenen Körpers S in den sechs Freiheitsgraden gesteuert.
Als Nächstes wird eine Art und Weise, in der der erste Parallelverbindungsmechanismus 132 die Position/Lage der Waferstufe WST in den sechs Freiheitsgraden steuert, mit Bezug auf die 13 bis 16 nachfolgend beschrieben.
Das Hauptsteuergerät 50 kann die Waferstufe WST um eine Distanz L1 in einer Nichtabtastrichtung, d.h. der X-Richtung, durch Steuern des Aus-/Einfahrens der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ über die ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ und beispielsweise Ändern eines Zustands der in 13 mit durchgezogenen Linien gezeigten ersten Stangen 178₁ bis 178₆ in einen durch virtuelle Linien (Zweipunkt-Kettenlinien) angedeuteten anderen Zustand bewegen. Ebenso kann das Hauptsteuergerät 50 die Waferstufe WST in einer Abtastrichtung, d.h. der Y-Richtung, durch geeignetes Steuern der Aus-/Einfahrbewegungen der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ über die ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ bewegen.
Ferner kann das Hauptsteuergerät 50 die Waferstufe WST um eine Distanz L2 nach oben in der Z-Achsenrichtung durch Steuern der Aus-/Einfahrbewegungen der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ über die ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ und beispielsweise Ändern eines Zustands der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ , in 14 durch durchgezogene Linien dargestellt, in einen durch virtuelle Linien (Zweipunkt-Kettenlinien) angedeuteten Zustand bewegen. Man beachte, dass es aufgrund der Auf-/Abwärtsbewegung der Waferstufe keine Möglichkeit gibt, dass der Messstrahl des Interferometers aus der Reflexionsoberfläche hinaus gerät, weil ein Bewegungshub in der Z-Achsenrichtung in der Praxis z.B. etwa 100 μm beträgt.
Außerdem kann das Hauptsteuergerät 50 die Waferstufe WST durch einen feinen Winkel ϕ₁ um die Y-Achse durch den Schwerpunkt der Waferstufe passierend durch Steuern des Aus-/Einfahrens der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ über die ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ und Ändern eines in 15 durch durchgezogene Linien angedeuteten Zustands der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ in einen durch virtuelle Linien (Zweipunkt-Kettenlinien) angedeuteten anderen Zustand drehen. Somit ist die θy-Rotation (eine Rollmenge) der Waferstufe WST justierbar. Ebenso kann das Hauptsteuergerät 50 die θx-Rotation (eine Längsneigungsmenge) der Waferstufe WST durch entsprechendes Steuern der Aus-/Einfahrbewegungen der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ über die ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ justieren.
Ebenso kann das Hauptsteuergerät 50 die Waferstufe WST durch einen feinen Winkel ϕ₂ um die Z-Achse durch den Schwerpunkt der Waferstufe passierend durch Steuern der Aus-/Einfahrbewegungen der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ über die ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ und beispielsweise Ändern eines in 16 durch durchgezogene Linien angedeuteten Zustands der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ in einen durch virtuelle Linien angedeuteten anderen Zustand drehen. Somit ist die θz-Rotation (eine Giermenge) der Waferstufe WST justierbar.
Wie oben beschrieben, kann in der vorliegenden Ausgestaltung die Position/Lage der Waferstufe WST in den sechs Freiheitsgraden durch den ersten Parallelverbindungsmechanismus 132 gesteuert werden.
Ebenso wie oben kann das Hauptsteuergerät 50 die Position/Lage der Retikelstufe RST in den sechs Freiheitsgraden durch geeignetes Steuern des Aus-/Einfahrens der sechs zweiten Stangen 179₁ bis 179₆ des zweiten Parallelverbindungsmechanismus 134 über die ersten Ausfahrmechanismen 195₁ bis 195₆ steuern.
17 zeigt schematisch den Aufbau des Steuersystems der Belichtungsvorrichtung 130. Dieses Steuersystem in 17 setzt sich aus dem Hauptsteuergerät 50 und dem Stufensteuergerät 52 als sein Hauptteil zusammen, die jeweils ein Mikrocomputer oder eine Workstation sind.
Als Nächstes wird nachfolgend mit Bezug auf 17 usw. der Vorgang des Belichtens mit der Belichtungsvorrichtung 130 der vorliegenden Ausgestaltung beschrieben.
Zunächst wird, in derselben Weise wie in der ersten Ausgestaltung, nach der Vorbereitung wie z.B. Retikelausrichtung und Basislinienmessung mit einem Retikelmikroskop, einem Ausrichtungserkennungssystem ALG, einer Referenzmarkierungsplatte FM und dergleichen (alle nicht dargestellt), eine Feinausrichtung (EGA (Enhanced Global Alignment) usw.) eines Wafers W mit dem Ausrichtungserkennungssystem ALG durchgeführt, und dann werden die Anordnungskoordinaten einer Mehrzahl von Belichtungsbereichen auf dem Wafer erhalten. Bei solchen Vorbereitungsarbeiten bewegt das Hauptsteuergerät 50 die Waferstufe WST über das Stufensteuergerät 52 unter Anwendung des obigen Antriebsprinzips und Steuern der ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ , die den ersten Parallelverbindungsmechanismus 132 bilden.
Als Nächstes steuert das Hauptsteuergerät 50 unter Anwendung des obigen Antriebsprinzips auf der Basis der Positionsinformationen in den Freiheitsgraden X, Y, θz der Retikelstufe RST, die von der Stufeneinheit 52 in Echtzeit gemeldet wurden, die Aus-/Einfahrbewegungen der zweiten Stangen 179₁ bis 179₆ über das Stufensteuergerät 52 mit Hilfe der zweiten Ausfahrmechanismen 195₁ bis 195₆ , die den zweiten Parallelverbindungsmechanismus 134 bilden, bewegt die Retikelstufe RST und positioniert das Retikel R am Abtastanfangspunkt in der Y-Richtung. Ebenso steuert das Hauptsteuergerät 50 unter Anwendung des obigen Antriebsprinzips auf der Basis der von der Stufeneinheit 52 in Echtzeit gemeldeten Positionsinformationen in den Freiheitsgraden X, Y, θz der Waferstufe WST das Aus-/Einfahren der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ über das Stufensteuergerät 52 mit Hilfe der ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ , die den ersten Parallelverbindungsmechanismus 132 bilden, bewegt die Waferstufe WST und positioniert einen entsprechenden Belichtungsbereich auf dem Wafer W am Abtaststartpunkt in der Y-Richtung.
Dann bewegt das Hauptsteuergerät 50 unter Anwendung des obigen Antriebsprinzips auf der Basis der von der Stufeneinheit 52 in Echtzeit gemeldeten Positionsinformationen in den Freiheitsgraden X, Y, θz der Retikelstufe RST und der Waferstufe WST die Retikelstufe RST und die Waferstufe WST synchron in zueinander entgegengesetzten Richtungen mit einem Geschwindigkeitsverhältnis, das der Projektionsvergrößerung entspricht, durch Steuern des ersten und zweiten Parallelverbindungsmechanismus 132, 134, und es erfolgt die Abtastbelichtung.
Bei dieser Abtastbelichtung steuert das Hauptsteuergerät 50 die Geschwindigkeiten der sechs ersten Stangen 178 und der sechs zweiten Stangen 179, die jeweils den ersten Parallelverbindungsmechanismus 132 und den zweiten Parallelverbindungsmechanismus 134 bilden, infolge der Positionssteuerung jeder Stufe auf der Basis des obigen Antriebsprinzips.
Mit dem obigen Vorgang ist die One-Scan-Belichtung (Einzelschussbelichtung) des Retikels R abgeschlossen.
Als Nächstes bewegt das Stufensteuergerät 52 auf Befehle vom Hauptsteuergerät 50 hin die Waferstufe WST um eine Reihe von Belichtungsbereichen in der X-Richtung weiter und tastet die Waferstufe WST und die Retikelstufe RST jeweils in einer zu ihrer vorherigen Richtung entgegengesetzten Richtung ab und führt eine Abtastbelichtung auf andere Belichtungsbereiche auf dem Wafer durch.
Während der obigen Abtastbelichtung berechnet das Hauptsteuergerät 50 auf der Basis der vom Stufensteuergerät 52 in Echtzeit gemeldeten Messergebnisse von Fokussierung und Nivellierung im Belichtungsbereich auf dem Wafer die Werte von Z, θx, θy der Waferstufe WST so, dass die Belichtungsbereiche im Bereich der Fokustiefe des optischen Projektionssystems PL gehalten werden, berechnet Beschleunigungswerte zum Realisieren der durch diese Werte angegebenen Position/Lage, und überträgt sie zur Stufeneinheit 52. Dadurch steuert das Stufensteuergerät 52 auf der Basis der Beschleunigungswerte die ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ , die den ersten Parallelverbindungsmechanismus 132 bilden, steuert die Aus-/Einfahrbewegungen der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ und steuert die Position/Lage in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy der Waferstufe WST und ihre Position/Lage in den Freiheitsgraden X, Y, θx gleichzeitig. Das heißt, auf diese Weise erfolgt die Justierung der relativen Position in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy zwischen dem optischen Projektionssystem und dem Wafer W (Waferstufe WST), d.h. eine Fokusnivellierungssteuerung, auf präzise Weise, um eine Verschlechterung von Musterübertragungsbildern aufgrund einer Defokussierung weitgehend zu verhüten.
Ferner berechnet das Hauptsteuergerät 50 bei der obigen Abtastbelichtung auf der Basis der vom Stufensteuergerät 52 in Echtzeit gemeldeten Messergebnisse von Fokussierung und Nivellierung im Belichtungsbereich auf dem Wafer die Werte von Z, θx, θy der Retikelstufe RST, berechnet Beschleunigungswerte zum Realisieren der durch diese Werte angegebenen Position/Lage und übermittelt sie der Stufeneinheit 52 zum Halten der Position/Lage, in den Freiheitsgraden Z, θx, θy der Retikelstufe RST in einem gewünschten Zustand. Auf der Basis der Beschleunigungswerte steuert das Stufensteuergerät 52 die zweiten Ausfahrmechanismen 195₁ bis 195₆ , die den Parallelverbindungsmechanismus 134 bilden, steuert die Aus-/Einfahrbewegungen der zweiten Stangen 179₁ bis 179₆ und steuert die Position/Lage der Retikelstufe RST in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy und ihre Position/Lage gleichzeitig in den Freiheitsgraden X, Y, θz. Das heißt, auf diese Weise wird die relative Position, in drei Freiheitsgraden Z, θx, θy, der Retikelstufe RST mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL justiert.
Daher werden die Übertragungspositionsabweichungen, Bildunschärfen usw. von Musterübertragungsbildern aufgrund von Defokussierung usw. effektiv unterdrückt.
Wie oben beschrieben, fährt das Hauptsteuergerät 50 in der Belichtungsvorrichtung 130 der zweiten Ausgestaltung die ersten Stangen 178₁ bis 178₆ mittels der ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ , die den ersten Parallelverbindungsmechanismus 132 bilden, über das Stufensteuergerät 52 individuell aus und ein und steuert dadurch präzise die Position/Lage in den sechs Freiheitsgraden X, Y, Z, θx, θy, θz) der Waferstufe WST mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit. Da die Waferstufe WST vom ersten Parallelverbindungsmechanismus 132 angetrieben wird, sind ein solcher Treiber zum Antreiben der Waferstufe WST wie ein Linearmotor und eine Stufenbasis (Waferbasisnivellierblock) zum Lagern der Waferstufe WST unnötig. Ebenso ist es unnötig, einen Z-Kippantriebsmechanimus usw. auf der Waferstufe WST vorzusehen. Daher ist es möglich, die Waferstufe WST klein und leicht zu machen.
In der Belichtungsvorrichtung 130 der vorliegenden Ausgestaltung fährt das Hauptsteuergerät 50 die zweiten Stangen 179₁ bis 179₆ unter Verwendung der zweiten Ausfahrmechanismen 195₁ bis 195₆ , die den zweiten Parallelverbindungsmechanismus 134 bilden, über das Stufensteuergerät 52 individuell aus und ein und steuert dadurch präzise die Position/Lage, in den sechs Freiheitsgraden (X, Y, Z, θx, θy, θz), der Retikelstufe RST mit erwünschten Betriebseigenschaften und hoher Starrheit. Da die Retikelstufe RST von dem zweiten Parallelverbindungsmechanismus 134 angetrieben wird, sind ein solcher Treiber zum Antreiben der Retikelstufe RST wie ein Linearmotor und eine Stufenbasis (Retikelbasisnivellierblock) zum Lagern der Retikelstufe RST unnötig. Ebenso ist es unnötig, einen Z-Kippantriebsmechanismus usw. auf der Retikelstufe RST vorzusehen. Daher ist es möglich, die Retikelstufe RST klein und leicht zu machen.
Ferner trägt in der Belichtungsvorrichtung 130 der vorliegenden Ausgestaltung ein Tragmechanismus (140, 142, 144) das daran befestigte optische Projektionssystem PL auf der Bodenfläche FD, wo die Belichtungsvorrichtung 130 installiert ist. Daher steuert das Hauptsteuergerät 50 nach dem Justieren des optischen Projektionssystems PL in eine gewünschte Position und Lage bei der Anfangsjustierung im Voraus und dem Befestigen desselben in einem solchen Zustand mit dem Tragmechanismus, die Position/Lage, in den sechs Freiheitsgraden (X, Y, Z, θx, θy, θz), der Waferstufe WST und der Retikelstufe RST wie oben beschrieben. Infolgedessen kann die relative Position, in sechs Freiheitsgraden, der Waferstufe WST (Wafer W) mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL und die relative Position, in sechs Freiheitsgraden, der Retikelstufe RST (Retikel R) mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL gesteuer werden. Ebenso wird die Position/Lage, in sechs Freiheitsgraden, des Wafers W mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL als Referenz vom Waferinterferometersystem (24Wx₁ , 24Wx₂ , 24Wy) und dem Fokussensor 73 gemessen, die am Linsentrommelnivellierblock 144 oder am optischen Projektionssystem PL befestigt sind, die bezüglich Schwingungen von der Waferstufe WST und der Retikelstufe RST unabhängig sind. Somit können präzise Messungen durchgeführt werden.
In der vorliegenden Ausgestaltung kann das Hauptsteuergerät 50, weil die ersten Ausfahrmechanismen 194₁ bis 194₆ und die zweiten Ausfahrmechanismen 195₁ bis 195₆ jeweils einen Luftzylinder und einen Wellenmotor, die zueinander in Reihe geschaltet sind, umfassen, die Waferstufe WST und die Retikelstufe RST grob und über größere Distanzen durch Regeln des Luftdrucks des Luftzylinders und auch fein mit dem Wellenmotor antreiben. Infolgedessen kann das Hauptsteuergerät 50 die Positionen/Lagen, in sechs Freiheitsgraden, der Waferstufe und der Retikelstufe und dann ihre relativen Positionen mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL in einer kurzen Zeit präzise justieren.
In der vorliegenden Ausgestaltung kann in derselben Weise wie in der ersten Ausgestaltung, weil die ersten Stangen 178₁ bis 178₆ und die zweiten Stangen 179₁ bis 179₆ jeweils ein Luftkissen zum Lagern des Läufers des Wellenmotors mit Bezug auf seinen Ständer auf kontaktlose Weise umfassen, beim Steuern der Aus-/Einfahrbewegungen der ersten Stangen 178₁ bis 178₆ und der zweiten Stangen 179₁ bis 179₆ durch Ausfahrmechanismen als nichtlineare Komponente wirkende Reibung vermieden werden. Daher können die Positionen/Lagen, in sechs Freiheitsgraden, der Waferstufe WST und der Retikelstufe RST präziser gesteuert werden. Man beachte, dass in diesem Fall eine Magnetlagereinheit anstatt des Luftkissens verwendet werden kann.
In der Belichtungsvorrichtung 130 der vorliegenden Ausgestaltung kann in derselben Weise wie in der ersten Ausgestaltung ein weitaus größerer Schub im Vergleich zu beispielsweise dem gewöhnlichen Linearmotor usw. erzeugt werden, und sie kann kleiner als ein Hydraulikzylinder usw. gemacht werden. Ebenso sind die Parallelverbindungsmechanismen 132, 134, von denen jede Stange einen Luftzylinder und einen Wellenmotor umfasst, für die Belichtungsvorrichtung 130 geeignet, weil die Belichtungsvorrichtung klein und leichter wird und gleichzeitig ihr Ausgang besser wird.
In der Belichtungsvorrichtung 130 der vorliegenden Ausgestaltung justiert das Hauptsteuergerät 50 die relative Position mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL der Waferstufe WST und/oder der Retikelstufe RST statisch unter Verwendung von Luftzylindern, die die ersten und zweiten Ausfahrmechanismen bilden, und kann Vibrationen durch Verwenden von Wellenmotoren unterdrücken. Auf diese Weise ist es möglich, die relative Position mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL der Waferstufe WST und/oder Retikelstufe RST zu justieren und durch den Aus-/Einfahrantrieb der Stangen verursachte Vibrationen zu unterdrücken.
Das Hauptsteuergerät 50 kann niederfrequente Vibrationen durch Regeln des Luftdrucks der Luftzylinder, die die ersten und zweiten Ausfahrmechanismen bilden, unterdrücken und hochfrequente Vibrationen durch Steuern der Ströme zu den Wellenmotoren isolieren. Daher können niederfrequente Vibrationen im Waferbasisnivellierblock 38 und im Retikelbasisnivellierblock 12 aufgrund einer durch den Antrieb jeder Stufe verursachten Reaktion unterdrückt und feine Vibrationen von der Bodenfläche, d.h. hochfrequente Vibrationen, isoliert werden.
Ferner kann das Hauptsteuergerät 50 hochfrequente Vibrationen durch Steuern von Strömen zu den Wellenmotoren isolieren, so dass feine Vibrationen von der Bodenfläche, d.h. hochfrequente Vibrationen, isoliert werden können.
In der Belichtungsvorrichtung 130 der vorliegenden Erfindung machen eine Reihe von oben beschriebenen Bauelementen die Waferstufe WST und die Retikelstufe RST leicht, verbessern die Steuerbarkeit ihrer Positionen und ihre Eigenschaften des Unterdrückens von Vibrationen der Einheiten und des Isolierens von Vibrationen des Fußbodens, und ermöglichen die Herstellung von hoch integrierten Halbleiterbauelementen mit feineren Linienbreiten mit hohem Ertrag. Ebenso kann die Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Ausgestaltung eine Belichtung mit hoher Auflösung unter Verwendung von F₂-Laserlicht oder einem Energiestrahl von kürzerer Wellenlänge in der mit einem Gas wie Helium gefüllten Atmosphäre durchführen.
Übrigens wurde zwar in der zweiten Ausgestaltung ein Fall beschrieben, bei dem die Positionen/Lagen, in sechs Freiheitsgraden, der Waferstufe WST und der Retikelstufe RST von den Parallelverbindungsmechanismen gesteuert werden, aber die vorliegende Erfindung ist natürlich darauf nicht beschränkt. So kann beispielsweise die Position/Lage, in sechs Freiheitsgraden, von nur der Waferstufe WST oder der Retikelstufe RST durch den Parallelverbindungsmechanismus gesteuert werden, während die jeweils andere Stufe in den Freiheitsgraden X, Y, θz mit einem Linearmotor, einem Planarmotor usw. gesteuert wird, und die Position/Lage, in den Freiheitsgraden Z, θx, θy, eines auf der Stufe montierten Objekts (Wafer oder Retikel) wird von einem an der Stufe vorgesehenen Z-Nivellierungsmechanismus gesteuert.
In einem anderen Fall können für die Waferstufe WST und/oder die Retikelstufe RST die Positionen/Lagen in wenigstens drei Freiheitsgraden, z.B. X, Y, θz, durch die drei ausfahrbare Stangen umfassenden Parallelverbindungsmechanismen gesteuert werden. In diesem Fall sind ein Treiber wie z.B. ein Linearmotor, eine Stufenbasis und dergleichen der Waferstufe WST und/oder der Retikelstufe RST unnötig. Man beachte, dass es zum Steuern der Positionen/Lagen von Wafer und Retikel in sechs Freiheitsgraden notwendig ist, einen Mechanismus (z.B. einen Z-Kippantriebsmechanismus) und dergleichen zum Antreiben des auf der Stufe montierten Objekts (Wafer bzw. Retikel) in den drei anderen Freiheitsgraden (z.B. Z, θx, θy) vorzusehen.
Übrigens kann, obwohl in der zweiten Ausgestaltung ein Fall beschrieben wurde, in dem ein Tragmechanismus (140, 142, 144) das daran befestigte optische Projektionssystem PL auf der Bodenfläche FD trägt, ein wenigstens drei ausfahrbare Stangen umfassender Parallelverbindungsmechanismus das optische Projektionssystem PL wie in der ersten Ausgestaltung tragen. In diesem Fall kann die Anfangsjustierung des optischen Projektionssystems PL durch Steuern des Ausfahrmechanismus jeder Stange leicht durchgeführt werden. Danach kann das optische Projektionssystem PL so getragen werden, dass es eine erwünschte und feste Position/Lage einnimmt, indem die Länge jeder Stange von ihrem Ausfahrmechanismus gehalten wird. Dann kann durch Steuern der Positionen/Lagen beider Stufen und Justieren der relativen Positionen, in wenigstens drei Freiheitsgraden, beider Stufen mit Bezug auf das optische Projektionssystem PL die gesamte Justierung auf zufriedenstellende Weise durchgeführt werden. In diesem Fall wird ein Ausfahrmechanismus bevorzugt, der einen Luftzylinder wie die obigen Ausfahrmechanismen umfasst. Mit einem solchen Ausfahrmechanismus kann die anfängliche Position/Lage des optischen Projektionssystems PL durch Justieren des Innendrucks des Luftzylinders leicht justiert werden.
Ferner wurde in der zweiten Ausgestaltung zwar ein Fall beschrieben, bei dem das Basiselement 136 des ersten Verbindungsmechanismus 132 zum Steuern der Position/Lage der Waferstufe WST und das Basiselement 154 des zweiten Verbindungsmechanismus 134 zum Steuern der Position/Lage der Retikelstufe RST getrennt sind, aber diese Basiselemente können auch ein Element sein. In diesem Fall können, wenn ein Verbindungsmechanismus das optische Projektionssystem PL trägt, das Basiselement des Verbindungsmechanismus und das Basiselement 136 und/oder das Basiselement 154 ein Element sein.
Man beachte, dass die Parallelverbindungsmechanismen der ersten und der zweiten Ausgestaltung Beispiele sind und dass Parallelverbindungsmechanismen, die die Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Erfindung verwenden kann, darauf nicht beschränkt sind.
Die Belichtungsvorrichtung der vorliegenden Ausgestaltungen wird durch Montieren verschiedener Subsysteme hergestellt, die Elemente in den Ansprüchen der vorliegenden Patentanmeldung umfassen, während die mechanische, die elektrische und die optische Präzision beibehalten werden. Um die Präzision vor und nach der Montage zu gewährleisten, erfolgt eine Justierung zum Erzielen der optischen Präzision an ihrem optischen System; die Justierung zum Erzielen der mechanischen Präzision erfolgt an ihrem mechanischen System und die Justierung zum Erzielen der elektrischen Präzision erfolgt an ihrem elektrischen System. Das Verfahren zum Montieren verschiedener Subsysteme zu einer Belichtungsvorichtung beinhaltet das mechanische Verbinden unter den Subsystemen, das Verbinden von elektrischen Schaltkreisen und das Verbinden von Luftdruckkreisrohren. Es versteht sich von selbst, dass vor dem Montieren verschiedener Subsysteme zu einer Belichtungsvorrichtung jedes Subsystem einzeln zu montieren ist. Nach dem Vorgang des Montierens verschiedener Subsysteme zu einer Belichtungsvorrichtung erfolgt eine umfassende Justierung, um verschiedene Präzisionsarten der gesamten Belichtungsvorrichtung zu gewährleisten. Man beachte, dass bevorzugt wird, eine Belichtungsvorrichtung in einem Reinraum herzustellen, wo die Temperatur, der Reinheitsgrad und dergleichen reguliert werden.
Übrigens wurde in den vorliegenden Ausgestaltungen zwar ein Fall beschrieben, bei dem die vorliegende Erfindung in einer Abtastbelichtungsvorrichtung eines Step-and-Scan-Verfahrens angewendet wird, aber die vorliegende Erfindung ist darauf nicht beschränkt. Die vorliegende Erfindung kann geeigneterweise in einem Typ mit stationärer Belichtung wie z.B. einer Belichtungsvorrichtung (Stepper) eines Step-and-Repeat-Verfahrens sowie in einer Belichtungsvorrichtung eines Step-and-Switch-Verfahrens wie z.B. bei einem Spiegelprojektionsjustierer zum Einsatz kommen.
Übrigens wurde in den vorliegenden Ausgestaltungen zwar ein Fall beschrieben, bei dem Licht, dessen Wellenlänge im Bereich von etwa 120 nm bis etwa 180 nm liegt und das zum Vakuumultraviolettbereich gehört, F₂-Laserlicht, Kr₂-Laserlicht, Ar₂-Laserlicht, ArF-Excimer-Laserlicht oder dergleichen als Belichtungslicht verwendet wird, aber es kann auch ein ultraviolettes Emissionslicht (g-Linie, i-Linie usw.) von einer Ultrahochdruck-Quecksilberlampe, KrF-Excimer-Laserlicht, Oberwelle von Kupferdampflaser oder YAG-Laser oder dergleichen verwendet werden.
Ferner wird als Vakuumultraviolettlicht ArF-Excimer-Laserlicht oder F₂-Laserlicht verwendet. Es kann jedoch eine höhere Oberwelle verwendet werden, die mit einer Wellenlängenkonvertierung in Ultraviolett mittels eines nichtlinearen optischen Kristalls nach dem Verstärken eines Einzelwellenlängen-Laserlichts, Infrarot oder sichtbar, erhalten wird, das von einem DFB-Halbleiterlaserbauelement oder einem Faserlaser durch einen Faserverstärker mit beispielsweise Erbium- (oder Erbium und Ytterbium) Dotierung emittiert wird.
Wenn man beispielsweise betrachtet, dass die Oszillationswellenlänge eines Einzelwellenlängenlasers im Bereich von 1,51 bis 1,59 μm liegt, dann wird eine achtmal höhere Oberwelle, deren Wellenlänge im Bereich von 189 bis 199 nm liegt, oder eine zehnmal höhere Oberwelle, deren Wellenlänge im Bereich von 151 bis 159 nm liegt, emittiert. Besonders dann, wenn die Oszillationswellenlänge im Bereich von 1,544 bis 1,553 μm liegt, wird eine achtmal höhere Oberwelle, deren Wellenlänge im Bereich von 193 bis 194 nm liegt, d.h. fast dasselbe Licht wie ArF-Excimer-Laserlicht (ultraviolettes Licht), erhalten, und wenn die Oszillationswellenlänge im Bereich von 1,57 bis 1,58 μm liegt, dann wird eine zehnmal höhere Oberwelle, deren Wellenlänge im Bereich von 157 bis 158 nm liegt, d.h. fast dasselbe Licht wie F₂-Laserlicht (ultraviolettes Licht), erhalten.
Ferner wird, wenn die Oszillationswellenlänge im Bereich von 1,03 bis 1,12 μm liegt, eine siebenmal höhere Oberwelle, deren Wellenlänge im Bereich von 147 bis 160 nm liegt, emittiert, und besonders dann, wenn die Oszillationswellenlänge im Bereich von 1,099 bis 1,106 μm liegt, wird eine siebenmal höhere Oberwelle, deren Wellenlänge im Bereich von 157 bis 158 nm liegt, d.h. fast dasselbe Licht wie F₂-Laserlicht (ultraviolettes Licht), erhalten. In diesem Fall kann beispielsweise mit Ytterbium dotierter Faserlaser als Einzelwellenlängenlaser verwendet werden.
Ferner kann die vorliegende Erfindung auf eine Abtastbelichtungsvorrichtung angewendet werden, die mit EUV-(Extreme Ultraviolet)-Licht, dessen Wellenlänge im Bereich von 5 bis 50 nm liegt, als Belichtungslicht arbeitet. Bei einer solchen mit EUV-Licht arbeitenden Belichtungsvorrichtung werden ein optisches System des Vollreflexionstyps und ein Reflexionstyp-Retikel eingesetzt.
Ebenso kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf eine oben beschriebene Belichtungsvorrichtung angewendet werden, sondern auch auf eine Belichtungsvorrichtung, die mit einem geladenen Partikelstrahl wie z.B. einem Elektronenstrahl arbeitet.
Außerdem kann die vorliegende Erfindung nicht nur auf Mikrobauelemente wie Halbleiterbauelemente angewendet werden, sondern auch auf die Produktion von Retikeln oder Masken, die von einer Belichtungsvorrichtung, EUV-(Extreme Ultraviolet)-Belichtungsvorrichtung, einer Röntgenbelichtungsvorrichtung und einer Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung sowie einer Belichtungsvorrichtung verwendet werden, die eine Schaltungsstruktur auf ein Glassubstrat oder einen Siliciumwafer überträgt. Übrigens wird in einer Belichtungsvorrichtung, die DUV- (fernes ultraviolettes)-Licht oder VUV-(Vakuumultraviolett)-Licht verwendet, im Allgemeinen ein Retikel des Transmissionstyps eingesetzt. Und als Substrat des Retikels wird Quarzglas, Quarzglas mit Fluor dotiert, Fluorit, Magnesiumfluorid oder Quarzkristall verwendet. Und eine Röntgenstrahlen- oder eine Elektronenstrahlbelichtungsvorrichtung mit einem Näherungsverfahren arbeitet mit einer Transmissionstyp-Maske (Schablonenmaske, Membranmaske), und als Substrat der Maske wird ein Siliciumwafer oder dergleichen verwendet.
Man beachte, dass die vorliegende Erfindung nicht nur auf eine Waferbelichtungsvorrichtung angewendet werden kann, die bei der Produktion von Halbleiterbauelementen eingesetzt wird, sondern auch auf eine Belichtungsvorrichtung, die eine Bauelementstruktur auf eine Glasplatte überträgt und bei der Produktion von Displays wie z.B. Flüssigkristallanzeigebauelementen verwendet wird, eine Belichtungsvorrichtung, die eine Bauelementstruktur auf eine Keramikplatte überträgt und bei der Produktion von dünnen Magnetköpfen eingesetzt wird, und eine Belichtungsvorrichtung, die bei der Produktion von Aufnehmerbauelementen (CCD, usw.) eingesetzt wird.
Ferner kann der Parallelverbindungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung nicht nur auf eine Belichtungsvorrichtung angewendet werden, sondern vorzugsweise auch auf jede Vorrichtung, die miniaturisiert und leichter gemacht und deren Ausgang verbessert werden soll und die die Position/Lage eines anzutreibenden Körpers präzise steuern muss.
<<Ein Bauelementherstellungsverfahren>>
Die Ausgestaltung des Verfahrens zur Herstellung eines Bauelementes unter Verwendung der obigen Belichtungsvorrichtung in Lithografieprozessen wird als Nächstes beschrieben.
18 ist ein Fließschema für die Herstellung eines Bauelementes (Halbleiterchip wie IC oder LSI, Flüssigkristalltafel, CCD, dünner Magnetkopf, Mikromaschine oder dergleichen) in dieser Ausgestaltung. Wie in 18 gezeigt, erfolgt in Schritt 201 (Designschritt) der Entwurf von Funktion/Leistung für ein Bauelement (z.B. Schaltungsdesign für ein Halbleiterbauelement), um ein Musterdesign zum Implementieren der Funktion auszuführen. In Schritt 202 (Maskenherstellungsschritt) wird eine Maske hergestellt, auf der die geplante Schaltungsstruktur ausgebildet wird. In Schritt 203 (Waferherstellungsschritt) wird ein Wafer unter Verwendung eines Siliciummaterials oder dergleichen hergestellt.
In Schritt 204 (Waferverarbeitungsschritt) wird eine tatsächliche Schaltung und dergleichen auf dem Wafer durch Lithografie oder dergleichen unter Verwendung der in den Schritten 201 bis 203 vorbereiteten Maske und Wafer ausgebildet, wie nachfolgend beschrieben wird. In Schritt 205 (Bauelementmontageschritt) wird ein Bauelement unter Verwendung des in Schritt 204 bearbeiteten Wafers montiert. Schritt 205 beinhaltet Vorgänge wie Zertrennen, Bonden und Verpacken (Chipverkapselung).
Schließlich erfolgen in Schritt 206 (Inspektionsschritt) ein Test des Betriebs des Bauelementes, ein Haltbarkeitstest und dergleichen. Nach diesen Schritten ist das Bauelement fertig und wird versandt.
19 ist ein Fließschema, das ein detailliertes Beispiel für den oben beschriebenen Schritt 204 zur Herstellung des Halbleiterbauelementes zeigt. Gemäß 19 wird in Schritt 211 (Oxidationsschritt) die Oberfläche des Wafers oxidiert. In Schritt 212 (CVD-Schritt) wird ein Isolierfilm auf der Waferoberfläche gebildet. In Schritt 213 (Elektrodenbildungsschritt) wird eine Elektrode durch Aufdampfung auf dem Wafer ausgebildet. In Schritt 214 (Ionenimplantationsschritt) werden Ionen im Wafer implantiert. Die oben beschriebenen Schritte 211 bis 214 bilden einen Vorprozess für jeden Schritt im Waferprozess und werden selektiv gemäß der in jedem Schritt erforderlichen Verarbeitung ausgeführt.
Wenn der obige Vorprozess in jedem Schritt im Waferprozess abgeschlossen ist, dann wird ein Nachprozess wie folgt ausgeführt. In diesem Nachprozess wird zunächst in Schritt 215 (Resist-Bildungsschritt) der Wafer mit einem fotosensitiven Mittel beschichtet. In Schritt 216 wird die Schaltungsstruktur auf der Maske mit der/dem oben beschriebenen Belichtungsvorrichtung und -verfahren auf den Wafer übertragen. In Schritt 217 (Entwicklungsschritt) wird der belichtete Wafer entwickelt. In Schritt 218 (Ätzschritt) wird ein belichtetes Element auf einem anderen Teil als dem, auf dem Resist übrig ist, durch Ätzen entfernt. In Schritt 219 (Resist-Entfernungsschritt) wird das unnötige Resist nach dem Ätzen entfernt.
Durch wiederholtes Durchführen dieses Vorprozesses und Nachprozesses wird eine mehrschichtige Schaltungsstruktur auf jedem Belichtungsbereich des Wafers ausgebildet.
Gemäß dem Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes der vorliegenden Ausgestaltung wird, da die Belichtung mit Hilfe einer Belichtungsvorrichtung 10 oder 130 der obigen Ausgestaltungen im Belichtungsprozess (Schritt 216) erfolgt und die Belichtungspräzision verbessert wird, ein hoch integriertes Bauelement mit hohem Ertrag hergestellt.
INDUSTRIELLE ANWENDBARKEIT
Wie oben beschrieben wurde, ist der Parallelverbindungsmechanismus gemäß der vorliegenden Erfindung, da er Miniaturisierung und Gewichtsverringerung realisieren kann, für die Anwendung auf eine Belichtungsvorrichtung geeignet. Ferner ist die Belichtungsvorrichtung gemäß der vorliegenden Erfindung geeignet, ein feines Muster aus mehreren Schichten auf einem Substrat wie z.B. einem Wafer durch Übertragen jeder Schicht präzise zu bilden. Ferner ist das Verfahren zur Herstellung eines Bauelementes gemäß der vorliegenden Erfindung zur Herstellung eines Bauelementes mit einer feinen Struktur geeignet.

Claims

Belichtungsvorrichtung, die ein vorbestimmtes Muster auf ein Substrat überträgt, wobei die Belichtungsvorrichtung Folgendes umfasst: einen Belichtungshauptteil, der das Muster überträgt; einen Parallelverbindungsmechanismus, der den Belichtungshauptteil so trägt, dass seine Lage steuerbar ist; einen Detektor, der eine Lage des Belichtungshauptteils erfasst; und ein Steuergerät, das den Parallelverbindungsmechanismus gemäß einem Erfassungsergebnis des Detektors steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Belichtungshauptteil eine Substratstufe umfasst, die das Substrat hält, und wobei das Steuergerät die Position/Lage der Substratstufe mit wenigstens drei Freiheitsgraden steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, wobei der Parallelverbindungsmechanismus ein erstes Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare erste Stangen, die das erste Basiselement und die Substratstufe verbinden, und erste Ausfahrmechanismen umfasst, die in jeweiligen ersten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen ersten Stangen ausfahren/einfahren.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Parallelverbindungsmechanismus sechs der ersten Stangen umfasst und das Steuergerät die Position/Lage der Substratstufe durch Ausfahren/Einfahren jeder ersten Stange mit sechs Freiheitsgraden steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei die ersten Ausfahrmechanismen jeweils einen Luftzylinder und einen elektromagnetischen Linearmotor umfassen, die parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 3, wobei der Belichtungshauptteil ferner ein Lichtprojektionssystem umfasst, das das Muster auf das Substrat projiziert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 6, wobei der Belichtungshauptteil ferner eine Maskenstufe umfasst, die eine Maske hält, auf der das Muster ausgebildet ist, und wobei das Steuergerät die relative Position der Maskenstufe mit wenigstens drei Freiheitsgraden steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 7, wobei der Parallelverbindungsmechanismus ein zweites Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare zweite Stangen, die das zweite Basiselement und die Maskenstufe verbinden, und zweite Ausfahrmechanismen umfasst, die in den jeweiligen zweiten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen zweiten Stangen ausfahren/einfahren.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Parallelverbindungsmechanismus sechs der zweiten Stangen umfasst und die Position/Lage der Maskenstufe durch Ausfahren/Einfahren jeder zweiten Stange mit sechs Freiheitsgraden steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der wenigstens einer der ersten und zweiten Ausfahrmechanismen einen Luftzylinder und einen elektromagnetischen Linearmotor umfasst, die parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 10, bei der wenigstens eine der ersten und zweiten Stangen ferner eine Lagereinheit umfasst, die einen Antrieb des elektromagnetischen Linearmotors mit Bezug auf seinen Ständer kontaktlos lagert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Lagereinheit eine statische Gasdrucklagereinheit ist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 12, bei der die statische Gasdrucklagereinheit einen Differentialablassmechanismus umfasst.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 11, wobei die Lagereinheit eine Magnetlagereinheit ist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, wobei das Steuergerät die relative Position von wenigstens einer der beiden Stufen mit Bezug auf das Lichtprojektionssystem mit Hilfe des Luftzylinders statisch justiert und Vibrationen mit Hilfe des elektromagnetischen Linearmotors unterdrückt.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der das Steuergerät hochfrequente Vibrationen durch Steuern eines dem elektromagnetischen Linearmotor zugeführten elektrischen Stroms isoliert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, die ferner einen Tragmechanismus umfasst, der das Lichtprojektionssystem so trägt, dass es in einem festen Zustand auf einer Bodenfläche gehalten wird, wo der Belichtungshauptteil montiert ist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 8, bei der der Parallelverbindungsmechanismus ferner ein drittes Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare dritte Stangen, die das dritte Basiselement und das Lichtprojektionssystem verbinden, und dritte Ausfahrmechanismen umfasst, die in den jeweiligen dritten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen dritten Stangen ausfahren/einfahren.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 18, bei der die dritten Ausfahrmechanismen jeweils einen Luftzylinder umfassen.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 18, bei der wenigstens zwei aus dem ersten, zweiten und dritten Basiselement ein Element sind.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Belichtungshauptteil eine Maskenstufe umfasst, die eine Maske hält, auf der das Muster ausgebildet ist, und wobei das Steuergerät die relative Position der Maskenstufe mit drei Freiheitsgraden steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 21, bei der der Parallelverbindungsmechanismus ein Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare Stangen, die das Basiselement und die Maskenstufe verbinden, und Ausfahrmechanismen umfasst, die in den jeweiligen Stangen angeordnet sind und die jeweiligen Stangen ausfahren/einfahren.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 22, bei der der Parallelverbindungsmechanismus sechs der Stangen umfasst und das Steuergerät die Position/Lage der Maskenstufe durch Ausfahren/Einfahren jeder Stange mit sechs Freiheitsgraden steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Belichtungshauptteil eine Substratstufe, die das Substrat hält, und eine erste Stufenbasis aufweist, die die Substratstufe so lagert, dass sie beweglich ist, und wobei das Steuergerät die relative Position der ersten Stufenbasis mit drei Freiheitsgraden steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 24, bei der der Parallelverbindungsmechanismus ein erstes Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare erste Stangen, die das erste Basiselement und die erste Stufenbasis verbinden, und erste Ausfahrmechanismen umfasst, die in den jeweiligen ersten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen ersten Stangen ausfahren/einfahren.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 25, bei der die ersten Ausfahrmechanismen jeweils einen Luftzylinder und einen elektromagnetischen Linearmotor umfassen, die parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 25, bei der der Belichtungshauptteil ferner ein Lichtprojektionssystem umfasst, das unabhängig von der ersten Stufenbasis gelagert ist und das Muster auf das Substrat projiziert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 27, die ferner ein Auflageelement umfasst, das das Lichtprojektionssystem so lagert, dass es sich in einem festen Zustand auf einer Bodenfläche befindet, wo der Belichtungshauptteil montiert ist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 27, bei der der Belichtungshauptteil ferner eine Maskenstufe, die eine Maske hält, auf der das Muster ausgebildet ist, und eine zweite Stufenbasis aufweist, die die Maskenstufe so lagert, dass sie beweglich ist, und wobei das Steuergerät die Position/Lage der zweiten Stufenbasis mit drei Freiheitsgraden steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 29, bei der der Parallelverbindungsmechanismus ein zweites Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare zweite Stangen, die das zweite Basiselement und die zweite Stufenbasis miteinander verbinden, und zweite Ausfahrmechanismen umfasst, die in den jeweiligen zweiten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen zweiten Stangen ausfahren/einfahren.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 30, bei der der Parallelverbindungsmechanismus ferner ein drittes Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare dritte Stangen, die das dritte Basiselement und das Lichtprojektionssystem verbinden, und dritte Ausfahrmechanismen umfasst, die in den jeweiligen dritten Stangen angeordnet sind und die jeweiligen dritten Stangen ausfahren/einfahren.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 31, bei der die dritten Ausfahrmechanismen jeweils einen Luftzylinder umfassen.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 31, bei der wenigstens zwei aus dem ersten, zweiten und dritten Basiselement ein Element sind.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 30, bei der wenigstens einer der ersten und zweiten Ausfahrmechanismen einen Luftzylinder und einen elektromagnetischen Linearmotor umfasst, die parallel oder in Reihe zueinander geschaltet sind.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 34, bei der wenigstens eine der ersten und zweiten Stangen ferner eine Lagereinheit umfasst, die einen Antrieb des elektromagnetischen Linearmotors mit Bezug auf seinen Ständer kontaktlos lagert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 35, bei der die Lagereinheit eine statische Gasdrucklagereinheit ist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 36, bei der die statische Gasdrucklagereinheit einen Differentialablassmechanismus umfasst.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 35, bei der die Lagereinheit eine Magnetlagereinheit ist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 34, bei der das Steuergerät die relative Position der ersten und/oder zweiten Stufenbasis mit Bezug auf das Lichtprojektionssystem mit Hilfe des Luftzylinders statisch justiert und Vibrationen mit Hilfe des elektromagnetischen Linearmotors unterdrückt.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 34, bei der das Steuergerät niederfrequente Vibrationen durch Regeln des Luftdrucks des Luftzylinders unterdrückt und hochfrequente Vibrationen durch Steuern eines elektrischen Stroms des elektromagnetischen Linearmotors isoliert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 29, bei der eine Mehrzahl von Stufen auf der ersten und/oder zweiten Stufenbasis montiert ist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, bei der der Belichtungshauptteil eine Maskenstufe, die eine Maske hält, auf der das Muster ausgebildet ist, und eine Stufenbasis aufweist, die die Maskenstufe so lagert, dass sie beweglich ist, und wobei das Steuergerät die Position/Lage der Stufenbasis mit drei Freiheitsgraden steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 42, bei der der Parallelverbindungsmechanismus ein Basiselement, wenigstens drei ausfahrbare Stangen, die das Basiselement und die Stufenbasis verbinden, und Ausfahrmechanismen umfasst, die in den jeweiligen Stangen angeordnet sind und die jeweiligen Stangen ausfahren/einfahren.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, die ferner eine Kammer umfasst, die wenigstens einen Teil des Belichtungshauptteils beherbergt, der gegen die Außenatmosphäre abzudichten ist, und damit seine Lage geändert werden kann.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 44, die ferner ein Vakuumablasssystem und ein Gaszufuhrsystem zum Spülen von nichtaktivem Gas in die Kammer aufweist.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 29, die ferner eine Kammer mit Folgendem umfasst: einem ersten Raum, der die Maskenstufe aufnimmt und die zweite Stufenbasis als einen Teil beinhaltet, einem zweiten Raum zur Aufnahme des Lichtprojektionssystems, einem dritten Raum, der die Substratstufe aufnimmt und die erste Stufenbasis als einen Teil beinhaltet, und ausfahrbare Balgelemente, die den ersten Raum und den zweiten Raum sowie den zweiten Raum und den dritten Raum jeweils miteinander verbinden und die Substratstufe, das Lichtprojektionssystem und die Maskenstufe gegen die Außenatmosphäre abdichten.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 46, die ferner ein Vakuumablasssystem und ein Gaszuführungssystem zum Spülen von nichtaktivem Gas in die Kammer umfasst.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Belichtungshauptteil ein Projektionssystem umfasst, das das vorbestimmte Muster auf das Substrat projiziert, und wobei das Steuergerät eine Lage des Projektionssystems steuert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 48, wobei das Projektionssystem das vorbestimmte Muster optisch projiziert.
Belichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, wobei der Detektor ein Interferometersystem umfasst.
Belichtungsverfahren, das ein Muster mit einem Lichtprojektionssystem auf ein Substrat belichtet, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Lagern des Lichtprojektionssystems mit einem Parallelverbindungsmechanismus; Justieren einer Lage des Lichtprojektionssystems mit einem elektromagnetischen Linearmotor; und Erfassen einer Oberfläche des Substrats mit einem Sensor, der mit dem Lichtprojektionssystem gekoppelt ist.
Belichtungsverfahren nach Anspruch 51, bei dem der elektromagnetische Linearmotor auf dem Parallelverbindungsmechanismus montiert wird.
Belichtungsverfahren nach Anspruch 51, bei dem der Parallelverbindungsmechanismus drei Stangen zum Lagern des Lichtprojektionssystems aufweist, wobei die drei Stangen mit einem äußeren Abschnitt des Lichtprojektionssystems verbunden sind.
Belichtungsverfahren nach Anspruch 51, wobei der Sensor einen Ausrichtungssensor und/oder einen Autofokussiersensor umfasst.