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Dokumentenidentifikation DE19938893A1 29.03.2001
Titel Schwingungsfreie Vorrichtung zur Halbleiterbelichtung
Anmelder Infineon Technologies AG, 81669 München, DE
Erfinder Schätz, Thomas, 84428 Buchbach, DE
Vertreter Wilhelm & Beck, 80636 München
DE-Anmeldedatum 17.08.1999
DE-Aktenzeichen 19938893
Offenlegungstag 29.03.2001
Veröffentlichungstag im Patentblatt 29.03.2001
IPC-Hauptklasse G03F 7/23
IPC-Nebenklasse H01L 21/20   
Zusammenfassung Die Erfindung betrifft einen Stepper mit einer in zwei Dimensionen beweglichen Belichtungseinheit und einem gegenläufig beweglichen Gegengewicht zur Kompensation eines durch die Bewegung der Belichtungseinheit und des Gegengewichts aufgewandten Drehmoments wird das Gegengewicht entweder in mehrere Masseblöcke aufgeteilt auf gleicher Höhe wie die Belichtungseinheit angeordnet ist, oder es werden weitere bewegliche Einheiten wie etwa Schwungräder oder höhenbewegliche Masseblöcke mitbewegt. Kombinationen dieser Ausführungsformen führen auch bei einer zweidimensionalen Bewegung der Belichtungseinheit zu einer Ausschaltung von Drehmomenten und ermöglichen so eine erschütterungsfreie Belichtung mit Toleranzen unterhalb von einigen Nanometern. Trotz der Gegengewichte bzw. der zusätzlich bewegten Massen ist ein seitlicher Zugriff auf die Substrathalterung gewährleistet.

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Belichten von Halbleitersubstraten mit einer Belichtungseinheit, die relativ zu einer Substrathalterung in zwei Dimensionen beweglich ist, und mit einem Gegengewicht, dessen Bewegung an eine Bewegung der Belichtungseinheit gekoppelt und gegenläufig zu dieser ist. Derartige Vorrichtungen werden als Stepper zur Maskenbelichtung in der Halbleiterfertigung eingesetzt. Mit Hilfe eines Steppers wird ein auf einem Reticle befindliches Muster nacheinander auf viele benachbarte Bereiche eines oder mehrerer Halbleitersubstrate abgebildet. Das Substrat wird meist in einer ruhenden Substrathalterung gelagert, während die Belichtungseinheit über dem Substrat schrittweise verfahren wird. Der umgekehrte Fall einer ruhenden Belichtungseinheit und einer beweglichen Substrathalterung ist ebenso denkbar. Je nach Größe des Substrats und des abzubildenden Musters wird die Belichtung des Musters auf das Substrat bis zu einigen hundertmal wiederholt. Im Zuge der Massenproduktion vieler Substrate wird die Verweildauer eines Substrats im Stepper dadurch verringert, daß die Belichtungseinheit stets so schnell wie möglich über die zu belichtende Position auf dem Substrat gefahren wird. Anschließend wird das Muster ohne Verzögerung auf das Substrat belichtet.

Bei der Bewegung des Steppers treten erhebliche Beschleunigungskräfte auf, die auch nach Abschluß der Verfahrbewegung zu Schwingungen des Steppers führen. Bei der unmittelbar anschließenden Belichtung führen diese zu optischen Abbildungsfehlern, die die Qualität der einbelichteten Strukturen mindern. Angesichts der fortschreitenden Miniaturisierung werden an die Genauigkeit der optischen Abbildungen zunehmend höhere Anforderungen gestellt. Gegenwärtig darf beispielsweise die als Uniformity bezeichnete Ebenheit von Halbleiterschichten ca. 10 nm nicht übersteigen.

Es sind Stepper bekannt, die die Schwingungen beim Verfahren der Belichtungseinheit dadurch ausgleichen, daß ein Gegengewicht unterhalb der Belichtungseinheit angeordnet und derart mit ihr gekoppelt ist, daß sie sich bei einer horizontalen Bewegung der Belichtungseinheit entgegengesetzt zu dieser bewegt. Da das Gegengewicht die gleiche Masse wie die Belichtungseinheit hat, werden Stöße beim Beschleunigen und Bremsen der Belichtungseinrichtung unterdrückt. Die gegensinnige Bewegung von Belichtungseinheit und Gegengewicht erzeugt jedoch ein Drehmoment, das immer noch ausreicht, um die Belichtungseinheit und die Substrathalterung relativ zueinander in Schwingung zu versetzen. Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Vorrichtung zur Belichtung von Halbleitersubstraten bereitzustellen, die solche Schwingungen unterbindet.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die Kennzeichen der Ansprüche 1 und 3 gelöst. Gemäß Anspruch 1 ist das Gegengewicht derart in Masseblöcke aufgeteilt, daß bei der gekoppelten Bewegung der Belichtungseinheit und der Masseblöcke des Gegengewichts insgesamt kein Drehmoment erzeugt wird. Durch die erfindungsgemäß vorgenommene Aufteilung des herkömmlich einstückig kompakten Gegengewichts in mindestens zwei kleineren Gegengewichte wird es möglich, das Gegengewicht als Ganzes in derselben Ebene wie die Belichtungseinheit anzuordnen. Vorzugsweise ist vorgesehen, daß das Gegengewicht zwei Masseblöcke aufweist, die beidseitig der Belichtungseinheit und in gleicher Höhe zu dieser angeordnet sind. Durch diese Anordnung wird jedes Drehmoment senkrecht zur Bewegung der Belichtungseinheit ausgeschlossen. Die Masseblöcke werden über Zahnräder oder dergleichen stets mit der gleichen Geschwindigkeit wie die Belichtungseinheit, aber in die entgegengesetzte Richtung und somit auch parallel zueinander bewegt. Bei dieser Kopplung unterbleibt auch bei noch so hohen Beschleunigungen eine Erschütterung des Steppers.

Die der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird alternativ dadurch gelöst, daß eine weitere bewegliche Einheit vorgesehen ist, deren Bewegung derart mit der Bewegung der Belichtungseinheit und/oder des Gegengewichts gekoppelt ist und die derart geformt und angeordnet ist, daß bei der gekoppelten Bewegung der Belichtungseinheit, das Gegengewicht und der beweglichen Einheit insgesamt kein Drehmoment erzeugt wird. Die bewegliche Einheit im Sinne dieser Lösung ist eine Masse oder eine Anordnung mehrerer Massen, die sich in anderer Weise als die Belichtungseinheit und als das Gegengewicht bewegt. Nichts desto trotz sind die Bewegungen dieser Körper miteinander gekoppelt, so daß die Hinzufügung der beweglichen Einheit keinen weiteren Freiheitsgrad schafft.

Eine erste Ausführungsform dieser Lösung sieht vor, daß die bewegliche Einheit einen rotierbaren Körper aufweist, der zwischen der Belichtungseinheit und dem Gegengewicht angeordnet ist und ein durch die Belichtungseinheit und das Gegengewicht erzeugtes Drehmoment kompensiert. Die Drehgeschwindigkeit des rotierbaren Körpers wird auf mechanische oder sonstige Weise so gesteuert, daß das durch die Belichtungseinheit und das dazu höhenversetzt angeordnete Gegengewicht erzeugte Drehmoment zu jedem Zeitpunkt und in jeder Lage der Belichtungseinheit kompensiert wird.

Dabei ist vorzugsweise vorgesehen, daß der rotierbare Körper zwei Schwungscheiben aufweist. Die Schwungscheiben können seitlich weit von dem Stepperkomponenten entfernt angeordnet werden, zu dem ermöglicht eine schmale Mittelachse zwischen den Schwungscheiben die Anordnung des Gegengewichts möglichst dicht unterhalb der Belichtungseinheit. Dadurch wird das zu kompensierende Drehmoment kleiner.

Eine andere Ausführungsform dieser Lösung sieht vor, daß die bewegliche Einheit zwei Masseblöcke aufweist, die derart angeordnet und gekoppelt sind, daß sie ein durch die Belichtungseinheit und das Gegengewicht erzeugtes Drehmoment kompensieren. Durch die Hinzunahme zweier weiterer Masseblöcke zusätzlich zu dem Gegengewicht kann die Relativbewegung von Belichtungseinheit und Gegengewicht durch eine gleichzeitige Relativbewegung der zwei zusätzlichen Masseblöcke zueinander kompensiert werden. Dabei bilden die Belichtungseinheit und das Gegengewicht ein erstes Paar von Masseteilen und die beiden Masseblöcke der beweglichen Einheit ein zweites Paar von Masseteilen. Die Bewegung der Paare erfordert gleich große, aber zueinander entgegengesetzte Drehmomente.

Eine bevorzugte Ausführungsform sieht vor, daß die Masseblöcke der beweglichen Einheit vertikal gegenläufig zueinander beweglich sind. Entsprechend einer weiteren Ausführungsform können auch weitere Masseblöcke vorgesehen sein, deren Bewegungen zusammenwirkend Schwingungsanteile noch höherer Ordnungen unterdrücken.

Die Erfindung wird nachstehend anhand der Fig. 1 bis 4 beschrieben.

Fig. 1 zeigt schematisch die beweglichen Teile eines herkömmlichen Steppers, nämlich die Bühne B mit der Belichtungseinheit und das entgegengesetzt zur Bühne verfahrbare Gegengewicht G. Letzteres ist tiefer als die Bühne angeordnet, bei Bewegung in Fallrichtung muß das angedeutete Drehmoment aufgewandt werden.

Fig. 2 zeigt schematisch die erfindungsgemäß auf gleicher Höhe wie die Belichtungseinheit und beidseitig neben dieser angeordnete Gegengewichte G1, G2. Die schematisch angedeuteten Gegengewichte und die Belichtungseinheit sind so in der Höhe angeordnet, daß ihre Schwerpunkte auf gleicher Höhe liegen.

Die Fig. 3 und 4 zeigen Ausführungsformen einer weiteren erfindungsgemäßen Belichtungsvorrichtung. Gemäß Fig. 3 ist zur Drehmoment-Kompensation eine Achse R mit zwei Schwungrädem vorgesehen, die durch den gemeinsamen Schwerpunkt der Stage, d. h. der Belichtungsbühne und des Gegengewichts läuft. Diese Ausführungsform bietet den Vorteil eines besseren seitlichen Zugriffs, da die Schwungräder lediglich rotieren, jedoch nicht translatorisch bewegt werden. Eine zweite Ausführungsform gemäß Fig. 4 sieht zur Drehmoment- Kompensation zwei weitere, in Bewegungsrichtung der Belichtungseinheit voneinander beabstandete und horizontal gegenläufig verfahrbare Zusatzgewichte Z1, Z2 vor. Je größer ihre Masse, desto weiter voneinander entfernt können sie angeordnet werden und damit ausreichend Spielraum für die Bewegung der Belichtungsbühne und des Gegengewichts bieten.

Für die zweidimensionale Bewegung der Belichtungseinheit können verschiedene erfindungsgemäße Ausführungen miteinander kombiniert werden. So kann beispielsweise vorgesehen sein, für die Bewegung der Belichtungseinheit in X-Richtung die Ausführung gemäß Fig. 4 und für die Bewegung in Y-Richtung die Ausführungsform gemäß Fig. 3 zu wählen. Dabei sind dann in X-Richtung zwei voneinander beabstandete erste Masseblöcke einer ersten beweglichen Einheit vorgesehen, die beispielsweise vertikal beweglich sind. Zur Kompensation der Bewegung der Belichtungseinheit in Y-Richtung ist dann als zweite bewegliche Einheit eine entlang der X-Richtung verlaufende rotierbare Achse mit ebenfalls in X-Richtung voneinander beabstandeten Schwungscheiben vorgesehen. Diese Kombination bietet den Vorteil eines leichten Zugriffs auf die Substrathalterung in Y-Richtung.

Wird der Mechanismus nach Fig. 2 bzw. nach Anspruch 1 und 2 zur Kompensation der Bewegung in X-Richtung verwandt, können zusätzlich ein Gegengewicht sowie weitere bewegliche Einheiten gemäß Anspruch 4, 5 oder 6 zur Kompensation der Y- Bewegung der Belichtungseinheit und der in X-Richtung verfahrbaren Masseblöcke vorgesehen sein. Ebenso können zwei dazu gegenläufig in Y-Richtung bewegliche Masseblöcke vorgesehen sein, die über und unter der Ebene der Belichtungseinheit und der Gegengewichte und zueinander in X-Richtung versetzt angeordnet sind. Diese weiteren Blöcke sind in Y-Richtung beweglich und gleichen einer entsprechenden Bewegung des Systems aus Belichtungseinheit und Gegengewichten aus. Weitere Kombinationen der oben beschriebenen Ausführungsformen ergeben sich bei Anwendung der Kenntnisse und Fähigkeiten des Fachmanns.


Anspruch[de]
  1. 1. Vorrichtung zum Belichten von Halbleitersubstraten mit einer Belichtungseinheit, die relativ zu einer Substrathalterung in zwei Dimensionen beweglich ist, und mit einem Gegengewicht, dessen Bewegung an eine Bewegung der Belichtungseinheit gekoppelt und gegenläufig zu dieser ist, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewicht derart in Masseblöcke aufgeteilt ist, daß bei der gekoppelten Bewegung insgesamt kein Drehmoment erzeugt wird.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Gegengewicht zwei Masseblöcke aufweist, die beidseitig der Belichtungseinheit und in gleicher Höhe zu dieser angeordnet sind.
  3. 3. Vorrichtung zum Belichten von Halbleitersubstraten mit einer Belichtungseinheit, die relativ zu einer Substrathalterung in zwei Dimensionen beweglich ist, und mit einem Gegengewicht, dessen Bewegung an eine Bewegung der Belichtungseinheit gekoppelt und gegenläufig zu dieser ist, dadurch gekennzeichnet, daß eine weitere bewegliche Einheit vorgesehen ist, deren Bewegung derart mit der Bewegung der Belichtungseinheit und/oder des Gegengewichts gekoppelt ist und die derart geformt und angeordnet ist, daß bei der gekoppelten Bewegung der Belichtungseinheit, des Gegengewichts und der beweglichen Einheit insgesamt kein Drehmoment erzeugt wird.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Einheit einen rotierbaren Körper aufweist, der zwischen der Belichtungseinheit und dem Gegengewicht angeordnet ist und ein durch die Belichtungseinheit und das Gegengewicht erzeugtes Drehmoment kompensiert.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der rotierbare Körper zwei Schwungscheiben aufweist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die bewegliche Einheit zwei Masseblöcke aufweist, die derart angeordnet und gekoppelt sind, daß sie ein durch die Belichtungseinheit und das Gegengewicht erzeugtes Drehmoment kompensieren.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Masseblöcke der beweglichen Einheit vertikal gegenläufig zueinander beweglich sind.
  8. 8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß weitere Masseblöcke vorgesehen sind.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung ein Scanner ist.






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