DE3643578C2

DE3643578C2 - Projektionsbelichtungsvorrichtung und Verfahren für deren Betrieb

Info

Publication number: DE3643578C2
Application number: DE3643578A
Authority: DE
Inventors: Kyoichi Suwa; Hiroshi Tanaka
Original assignee: Nikon Corp
Current assignee: Nikon Corp
Priority date: 1985-12-19
Filing date: 1986-12-19
Publication date: 2002-03-21
Anticipated expiration: 2006-12-20
Also published as: JPS62145730A; DE3643578A1; US4748478A; JP2593440B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Projektionsbelichtungsvorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1, außerdem ein Verfahren zum Belichten eines lichtempfindlichen Substrat nach dem Oberbegriff des Anspruchs 7.

Eine im Bereich der Halbleiterfertigung eingesetzte Projektionsbelichtungsvorrichtung besitzt im allgemeinen ein Projektionsobjektiv hoher Leistung, welche in der Lage ist, ein Linienmuster mit Linien im Submikrometerbereich auf einen Halbleiterwafer zu übertragen. Das Abbildungsfeld des Projektionsobjektivs ist im allge meinen klein im Vergleich zu der Gesamtfläche des Wafers. Daher erfolgt eine sog. schrittweise Wiederholungs-Belichtung derart, dass ein zu projizierendes Abbild eines auf einem Fadennetz vorhandenen Musters wiederholt auf ein Wafer belichtet wird, wobei der Wafer schrittweise weiter bewegt wird. Wenn bei einem solchen Verfahren ein identisches Schaltungsmuster wiederholt auf der gesamten Oberfläche des Wafers gebildet wird, wird nur ein Fadennetz benötigt. Wird allerdings ein Test-Schal tungsmuster teilweise auf dem Wafer gebildet, so müssen im Vergleich zu wirklich ausgebildeten Schaltungsmustern zusätzlich mindestens zwei Fadennetze für eine gegebene Schicht vorbereitet werden. Da in einer herkömmlichen Pro jektionsbelichtungsvorrichtung nicht gleichzeitig zwei Fadennetze verarbeitet werden können, muß das Fadennetz, das zum Belichten des tatsächlich benötigten Schaltungs musters verwendet wird, ausgetauscht werden gegen ein Faden netz zur Bildung der Prüfschaltung. Dabei werden Ausricht markierungen an gemeinsamen Stellen dieser Fadennetze ge bildet, und das Ausrichten der Fadennetze mit Hilfe dieser Ausrichtmarkierungen stellt einen unerläßlichen Vorgang nach dem Austauschen der Fadennetze dar. Das Austauschen der Fadennetze und die Ausrichtung sind zeitraubende Vor gänge.

Eine weitere herkömmliche Methode ist in der japanischen offengelegten Patentanmeldung 60-221 758 beschrieben. Nach diesem Verfahren werden auf einem einzigen Fadennetz ver schiedene Schaltungsmuster (z. B. die Muster der tatsächlich benötigten Schaltung und der Testschaltung) ausgebildet. Ein den Wafer tragender Tisch wird wie folgt positioniert: Eine Fadennetzblende wird verschoben, um Form und Größe einer Beleuchtungsöffnung so zu ändern, daß das Muster mit Ausnahme des gewünschten Schaltungsmusters nicht mit Licht beleuchtet wird und lediglich das projizierte Abbild des gewünschten Musters an einer vorbestimmten Stelle auf dem Wafer gebil det wird. In diesem Fall muß das System so ausgelegt sein, daß, wenn die Fadennetzblende vollständig geöffnet ist, sämtliche unterschiedlichen Schaltungsmuster durch das Pro jektionsobjektiv auf den Wafer abgebildet werden. Dadurch werden die Größen der Abbilder der individuellen Schaltungs muster innerhalb des Bildfeldes des Projektionsobjektivs stark begrenzt, was eine unerwünschte Einschränkung dar stellt. Da das Abbildungsfeld des Projektionsobjektivs in kleine Bereiche unterteilt ist, unterscheiden sich Verzer rungen der kleinen Bereiche geringfügig voneinander. Deshalb läßt sich die Anpassungsgenauigkeit während der überlappenden Belichtung nicht verbessern.

In den vergangenen Jahren wurden Verfahren und Systeme für die Chip-Integration oder die Wafer-Integration zur Her stellung von VLSIs (integrierte Größtschaltkreise) vorge schlagen. Dabei ist die Größe eines zu übertragenden Schal tungsmuster-Abbilds möglichst so groß, daß sich eine Be schränkung lediglich durch das Abbildungsfeld des Projek tionsobjektivs ergibt. Gleichzeitig ist es erwünscht, die Muster-Abbildungsvorlagen innerhalb möglichst kurzer Zeit austauschen zu können. Ist ein Schaltungsmuster zu bilden, das größer ist als die maximale durch das Abbildungsfeld oder andere Faktoren des Projektionsobjektivs bestimmte Aufnahmefläche, muß von einer Bildflächensynthese Gebrauch gemacht werden. Dabei wird gefordert, daß ein sehr schnel les Austauschen der Bildmuster-Vorlage möglich ist.

Allerdings wurde bislang keine Vorrichtung vorgeschlagen, die sowohl die Forderung hoher Arbeitsgeschwindigkeit als auch die Forderung hoher Präzision in der Praxis erfüllt. Deshalb besteht ein außerordentlicher Bedarf daran, eine Projektionsbelichtungsvorrichtung zu schaffen, die sich für die Chip-Integration, die Wafer-Integration und die Bild flächensynthese eignet.

In Übereinstimmung mit dem Oberbegriff des Anspruchs 1 bzw. des Anspruchs 7 zeigt die DE-A-30 17 582 eine Projektions belichtungsvorrichtung bzw. ein Verfahren zum Belichten eines lichtempfindlichen Substrats, bei der bzw. bei dem mit Hilfe mehrerer Maskensubstrate durch das Projektionssystem Schaltungsmuster-Bilder auf einen Wafer projiziert werden, wobei allerdings die einzelnen Schaltungsmuster-Bilder in diskreten Schritten übereinander auf ein und derselben Stelle jeweils eines Bauelementbereichs des Wafers projiziert werden, um eine mehrlagige Halbleiteranordnung zu bilden.

Aus der JP-A-60-221758 ist es bekannt, innerhalb einer wirksamen Projektionsöffnung eines Projektionssystems mehrere unterschiedliche Muster anzuordnen. Mit Hilfe eines Blenden mechanismus läßt sich für einen jeweiligen Belichtungsvorgang eines der verschiedenen Muster auswählen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Projektions belichtungsvorrichtung gemäß Oberbegriff des Anspruchs 1 und ein Verfahren zum Belichten eines lichtempfindlichen Sub strats gemäß Oberbegriff des Anspruchs 7 anzugeben, bei der bzw. bei dem ein sehr schneller Austausch der verschiedenen Schaltungsmuster zum raschen Zusammenstellen eines Bau elements mit nebeneinander zusammengesetzten Schaltungs mustern möglich ist.

Gelöst wird diese Aufgabe durch die im Anspruch 1 bzw. im Anspruch 7 angegebenen Merkmale.

Durch die Erfindung ist es möglich, ein sehr großes Chip mühelos und mit hoher Geschwindigkeit zu belichten, selbst wenn eine Projektionsoptik eine relativ kleine Gesichtsgröße aufweist.

In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist ein Positionsdetektor mit hoher Auflösung vorgesehen, der es gestattet, eine Echtzeit-Erfassung der Bewegung des Faden netztisches durchzuführen. Die Zeit, die für den Austausch des Vorlagen-Bildmusters benötigt wird, kann stark ge kürzt werden. Außerdem läßt sich eine Projektionsoptik mit hoher Auflösung und kleiner Bildfläche verwenden, um einen hohen Durchsatz bei der Herstellung eines zusammengesetzten Chips mit einer großen Fläche zu erhalten. Deshalb ist die erfindungsgemäße Projektionsbelichtungsvorrichtung besonders gut geeignet, Speicher hoher Kapazität und Bauelemente mit Mehrfachfunktionen herzustellen.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vor gesehen, daß, wenn einmal die Markierungen auf dem Faden netz mit jenen auf dem Wafer ausgerichtet sind, wozu ein Ausrichtungssensor verwendet wird, unterschiedliche Muster in bezug auf diese Lage gesteuert mit Hilfe eines Fadennetz tisch-Interferometer ausgetauscht werden können. Dies läßt darauf schließen, daß die Erfindung eine "Form-zu-Form"-Aus richtung gestattet. Die Erfindung ist nicht darauf be schränkt, Wafer Mustern zu exponieren, sondern sie kann auch eingesetzt werden in eine Apparatur für gleichzeitige Belichtung, eine Apparatur für Röntgenstrahlbelichtung und dergleichen.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 eine perspektivische Ansicht des Hauptteils einer ersten Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Pro jektionsbelichtungsvorrichtung,

Fig. 2 eine Schnittansicht, die den Aufbau der Apparatur nach Fig. 1 verdeutlicht,

Fig. 3 einen Grundriß eines Fadennetzes,

Fig. 4 ein Flußdiagramm, welches einen ersten Betriebsablauf in der Apparatur nach Fig. 2 darstellt,

Fig. 5 eine Draufsicht auf einen Wafer zur Erläuterung der Chip-Integration mit Hilfe der Bildrastersynthese,

Fig. 6 ein Flußdiagramm, das eine zweite Betriebsablauf-Folge veranschaulicht, die in der Apparatur nach Fig. 2 abläuft,

Fig. 7 eine perspektivische Ansicht einer Fadennetzanordnung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel der Erfindung, und

Fig. 8 einen Grundriß eines anderen Fadennetz-Musters.

Bei dem in Fig. 1 und 2 dargestellten ersten Ausführungs beispiel der Erfindung wird von einer (nicht gezeigten) Be leuchtungslichtquelle kommendes Licht von einem dichroiti schen Spiegel 4 durch eine Fokussierlinse 1, eine eine Be leuchtungsöffnung bildende Fadennetzblende 2 und Fokussier linsen 3 reflektiert. Das reflektierte Licht beleuchtet gleichmäßig durch eine Kondensorlinse 5 ein Fadennetz R. Die Fadennetzblende 2 besitzt vier unabhängig voneinander beweg bare Blätter. Zwei der vier Blätter lassen sich durch einen Blendenaktuator 6 in Richtung des Doppelpfeils A bewegen, die verbleibenden zwei Blätter lassen sich in zu den Rich tungen des Doppelpfeils A senkrechten Richtungen bewegen. Eine durch die Fadennetzblende 2 definierte rechtwinklige Öffnung ist optisch mit der Oberfläche eines Fadennetz musters PT konjugiert. Aus diesem Grund wird eine Abbildung der Öffnung durch das Beleuchtungslicht auf das Fadennetz projiziert.

Das Fadennetz ist auf einem Fadennetztisch 7 angeordnet. Der Fadennetztisch 7 wird zweidimensional, d. h., in einer Ebene, mit Hilfe eines Antriebs 9 auf einer Säule 8 bewegt, welche mit einem Fixierteil der Apparatur einstückig ausge bildet ist. Eine Öffnung 7a zum Abschirmen des Musters PT auf dem Fadennetz ist in dem Fadennetztisch 7 ausgebildet. In dem oberen Abschnitt der Säule 8 ist eine Öffnung 8a derart ausgebildet, daß sie ein von der Apparatur belich tetes Musterabbild maximaler Größe nicht beschattet. Eine Führungsfläche des Fadennetztisches 7 ist am oberen Endab schnitt der Säule 8 ausgebildet.

An einem Ende des Fadennetztisches 7 ist ein Spiegel 10 fixiert, um einen gebündelten Strahl von einem ein Laser- Interferometer enthaltenden Lagedetektor 11 zu reflektieren. Der Detektor 11 erfaßt eine zweidimensionale Koordinaten position des Fadennetztisches 7. Der Laserstrahl befindet sich vorzugsweise in der gleichen Ebene wie das Fadennetz muster PT. Der Detektor 11 ist an der Säule 8 fixiert.

Das Fadennetzmuster-Abbild wird durch ein Projektionsobjek tiv 12 hindurch auf dem Wafer W fokussiert. Das Projektions objektiv 12 ist ortsfest in der Säule 8 derart angeordnet, daß eine optische Achse AX des Projektionsobjektivs 12 senkrecht zur Oberfläche des Fadennetz-Musters und der Wafer-Oberfläche verläuft und mit der optischen Achse des Beleuchtungssystems (1, 3 und 5) ausgerichtet ist. Der Wafer befindet sich auf einem Wafertisch 13 und wird von einem Antrieb 15 auf einer Unterlage 14, die einstückig mit der Säule 8 ausgebildet ist, zweidimensional, d. h., in einer Ebene, bewegt.

An dem Wafertisch 13 ist ein Spiegel 17 befestigt, der einen gebündelten Laserstrahl von einem ein Laser-Interferometer enthaltenden Positionsdetektor 16 reflektiert. Der Detektor 16 mißt eine zweidimensionale Koordinatenposition des Wafer tisches 13. Der Laserstrahl befindet sich in der Höhe der Oberfläche des Wafers W. Genauer gesagt: Der Laserstrahl ist in der gleichen Ebene enthalten wie die Brennebene des Fadennetz-Musters PT, die durch das Projektionsobjektiv 12 eingestellt ist.

Eine Hauptsteuerung 18 liefert einen Befehl zum Steuern der Größe der Blendenöffnung an den Aktuator 6 und empfängt Positionsinformation von den Detektoren 11 und 16, um die Positionen von Fadennetz und Wafer zu erfassen. Dann lie fert die Hauptsteuerung 18 vorbestimmte Antriebsbefehle an die Antriebe 8 und 15. Die Hauptsteuerung 18 veranlaßt den Wafertisch 13, schrittweise in x- und y-Richtung eines xy- Koordinatensystems zu verrücken, um dadurch eine Belichtung durch schrittweises Belichten und wiederholtes Belichten zu erreichen. Die Hauptsteuerung 18 bewegt den Fadennetztisch 7, wenn die Muster PT ausgetauscht werden und bewegt bei der Fadennetz-Ausrichtung den Tisch geringfügig. Der von der Steuerung 18 in der Apparatur durchgeführte Steuervorgang wird im folgenden näher beschrieben.

Obschon in der obigen Beschreibung nicht besonders erwähnt, ist in den Fadennetz-Tisch ein Winkeltisch eingebaut, um das Fadennetz auf dem Tisch 7 geringfügig drehen zu können. Während des Ausrichtvorgangs korrigiert der Winkeltisch die Lage des Fadennetzes, indem das Fadennetz gedreht und auf dem Tisch 7 im Meßkoordinatensystem des Detektors 16 ge halten wird.

Wie Fig. 2 zeigt, sind zwischen dem Fadennetz und der Konden sorlinse 5 Ausrichtsensoren 21a und 21b mit Spiegeln 20a bzw. 20b angeordnet, um das Fadennetz in bezug auf die Apparatur auszurichten. Die Spiegel 20a und 20b sind schräg angeordnet, um eine Beobachtung der Ausrichtmarkierungen im Umfangsbe reich des Fadennetzes zu gestatten. Die Spiegel 20a und 20b können in Richtung des Doppelpfeils B entsprechend den Aus richtmarkierungs-Positionen bewegt werden, oder können an vorbestimmten Stellen fixiert werden. Die Ausrichtsensoren 21a und 21b umfassen vorzugsweise ein optisches Ausricht- Beleuchtungssystem. Die Ausrichtsensoren 21a und 21b sind vor zugsweise derart ausgebildet, daß die in dem Bereich des Fa dennetzes außerhalb des Musters PT liegenden Schritt-Aus richtmarkierungen sowie ein (durch das Projektionsobjektiv 12) umgekehrt projiziertes Abbild der Markierungen in der Belichtungsfläche des Wafers W erfaßt werden können, wenn die Spiegel 20a und 20b entlang der optischen Achse AX vorwärts bewegt werden.

Wie Fig. 1 zeigt, sind auf dem Fadennetz R bei diesem Aus führungsbeispiel zwei unterschiedliche Muster PT1 und PT2 gebildet. Die zentralen Belichtungspunkte der recht winkligen Muster PT1 und PT2 sind O1 bzw. O2. Ein aus Chrom oder dergleichen bestehendes Lichtschutzband SB1, das eine vorbestimmte Breite besitzt, umgibt das Muster PT1. Ein Lichtschutzband SB2 vorbestimmter Breite umgibt das Muster PT2. Die Abstände zwischen den Mittelpunkten O1 und O2 in x- und y-Richtung sind beim Entwurf des Fadennetzes bekannt. Zwei Laserstrahlen L2x und L2y vom Detektor 11, die parallel zu der x- bzw. y-Achse des xy-Koordinatensys tems sind, treffen auf die Spiegel 10a bzw. 10b auf. Der Spiegel 10a besitzt eine reflektierende Oberfläche, die etwa die gleiche Länge besitzt wie die y-Richtungs-Seite des Fa dennetzes und erstreckt sich in y-Richtung. Der Spiegel 10b besitzt eine reflektierende Oberfläche mit etwa der Länge der x-Richtungs-Seite des Fadennetzes und erstreckt sich entlang der x-Richtung. Deshalb weichen die Laserstrahlen L2x und L2y von den Spiegeln 10a und 10b innerhalb des Hubs des Fadennetztisches 7 nicht ab. Die die Laserstrahlen L2y und L2x enthaltende Ebene steht senkrecht auf der optischen Achse AX. Verlängerungslinien der Laserstrahlen L2y und L2x kreuzen sich in der optischen Achse AX. Fadennetz-Aus richtmarkierungen RM1, RM2, RM3 und RM4 sind an vier Seiten des Fadennetzes R gebildet. Die Markierungen RM1 und RM3 sind auf einer zu der y-Achse parallelen Linie gebil det, und sie laufen durch die Mitte des Fadennetzes, wäh rend die Markierungen RM2 und RM4 auf einer zur x-Achse parallelen Linie ausgebildet sind und die Mitte des Faden netzes kreuzen.

Der Wafertisch 13 umfaßt einen in x-Richtung auf der Unter lage 14 laufenden x-Tisch 13b und einen in y-Richtung auf dem x-Tisch 13b laufenden y-Tisch 13a. Die zwei Laserstrahl bündel L1x und L2y vom Detektor 16 verlaufen parallel zur x- bzw. y-Achse des xy-Koordinatensystems und treffen auf die Spiegel 17a und 17b auf. Die die Laserstrahlbündel L1x und L1y enthaltende Ebene steht senkrecht auf der optischen Achse AX. Verlängerungslinien der Laserstrahlbündel L1x und L1y kreuzen die optische Achse AX.

Fig. 3 ist ein Grundriß des Fadennetzes R. Die Öffnung 7a des Fadennetztisches 3 ist etwas kleiner als die Außenabmes sungen des Fadennetzes. Eine durch eine imaginäre Linie de finierte rechtwinklige Fläche AR1 ist eine effektive Pro jektionsfläche, die begrenzt ist durch den Bewegungshub des Fadennetztisches 7. Befindet sich innerhalb der Fläche AR1 ein Muster oder eine Markierung, so wird sie durch das Pro jektionsobjektiv 12 projiziert. Eine durch eine imaginäre Linie angedeutete rechtwinklige Fläche AR2, die sich inner halb der Fläche AR1 befindet, ist eine Fläche, in der der mittlere Belichtungspunkt, der durch den Bewegungshub des Fadennetztisches 7 beschränkt ist, vorhanden sein muß. In anderen Worten: Wenn der mittlere oder zentrale Belichtungs punkt sich innerhalb der Fläche AR2 befindet, kann er so positioniert werden, daß er immer mit der optischen Achse AX des Projektionsobjektivs 12 ausgerichtet ist.

Wie Fig. 3 zeigt, befinden sich die Muster PT1 und PT2 in nerhalb der Fläche AR1, ohne sich jedoch zu überlappen. Gleichzeitig befinden sich beide Mittelpunkte O1 und O2 im Inneren der Fläche AR2. Die Fadennetz-Ausrichtmarkierungen RM1, RM2, RM3 und RM4 sind innerhalb der Fläche AR1 gebildet, und den Muster PT1 und PT2 sind Schritt-Ausrichtmarkierungen hinzugefügt. Bezüglich der Mitte O1 des Musters PT1 sind radial Markierungen S1, S2, S3 und S4 ausgebildet. In bezug auf die Mitte O2 des Musters PT2 sind Markierungen S5, S6, S7 und S8 hinzugefügt. Bei dieser Ausführungsform brauchen die Markierungen S1 bis S4 und S5 bis S8 nicht vorhanden zu sein. Allerdings werden diese Markierungen benötigt, um die Ausrichtung zwischen dem Fadennetz und dem Wafer zu prüfen, wenn ein TTL-System (Through-The-Lens-System) verwendet wird.

Obschon in Fig. 1 und 2 nicht dargestellt, ist ein Wafer-Ausrichtungssensor angeordnet, um die Ausrichtmarkierungen am Wafer zu erfassen und damit eine globale Ausrichtung des Wafers oder eine Ausrichtung für jede Belichtung des Wafers durchzuführen. Die Breiten der Lichtschutzbänder SB1 und SB2 in Fig. 3 bestimmen sich entsprechend der Positions- Ausrichtgenauigkeit der vier Blätter der Fadennetzblende 2. Nimmt man an, daß die Öffnung der Blende 2 mit einem Ver größerungsfaktor K vergrößert wird und das vergrößerte Ab bild auf dem Fadennetz erzeugt wird, und nimmt man weiter an, daß die Genauigkeit der Blätter ±a (mm) im Hinblick auf die Reproduzierbarkeit beträgt, so muß die Breite jedes Lichtschutzbandes SB1 und SB2 2ak (mm) betragen. Außerdem bestimmt sich die Breite der Lichtschutzbänder SB1 und SB2 unter Berücksichtigung eines Unschärfebetrags des Faden netzes. Wenn beispielsweise Fadennetze mit geringfügig un terschiedlicher Dicke verwendet werden, kann es selbst dann, wenn ein Kantenbild der Blende 2 scharf auf die Musterflä che eines gegebenen Fadennetzes fokussiert wird, dazu kommen, daß das Kantenbild auf der Musterfläche eines anderen Faden netzes etwas unscharf ist. Deshalb bestimmt sich die Breite der Lichtschutzbänder SB1 und SB2 im Hinblick auf die Ab messungsgenauigkeiten der Blätter so, daß in dem Muster PT nicht das unscharfe Kantenbild erzeugt wird.

Der typische Ablauf beim Betrieb der Vorrichtung soll nun unter Bezugnahme auf das in Fig. 4 gezeigte Flußdiagramm er läutert werden. Es wird hier der Fall angenommen, daß ein auf einem Chip ausgebildetes VLSI-Bauelement, welches durch Bildflächensynthese erhalten wurde, auf einen Wafer belich tet wird. Wie Fig. 5 zeigt, ist die Chip-Integration so de finiert, daß mehrere Schaltungen mit einer speziellen Funktion gleichzeitig auf einem Chip geschrieben werden. Innerhalb eines Chips CP repräsentiert ein Funktionsblock Fu-A einen Prozessor, ein Funktionsblock Fu-B stellt einen Schreib/ Lese-Speicher (RAM) dar, ein Funktionsblock Fu-C stellt einen Festspeicher (ROM) dar, ein Funktionsblock Fu-D stellt einen Analog/Digital-Umsetzer (A/D) oder einen Digital/Analog-Um setzer (D/A) und ein Funktionsblock Fu-E stellt einen Steuer abschnitt zum Austauschen von Information und für Steuerungs zwecke der Elemente des Chips dar. Die Funktionsblöcke können nach Bedarf untereinander verbunden werden.

Wie Fig. 5 zeigt, werden bei dieser Ausführungsform neun Chips CP1 bis CP9 belichtet, und in jedem Chip sind fünf un abhängige Schaltungen ausgebildet. Deshalb sind in dem Faden netz nach Fig. 1 und 3 fünf Muster PT1, PT2, . . . und PT5 aus gebildet. Die Musternummer der Muster PT1, PT2, . . . PT5 auf dem Fadennetz wird bezeichnet mit n (= A, B, C, D und E), die Chipzahl auf dem Wafer wird mit m bezeichnet. Der Be triebsablauf wird anhand der einzelnen Schritte unter Bezug nahme auf das Flußdiagramm erläutert.

Schritt 100

Das Fadennetz wird in eine vorbestimmte Lage auf dem Faden netztisch 7 gebracht. Die Fadennetz-Ausrichtung erfolgt da durch, daß die Ausrichtsensoren 21a und 21b nach Fig. 2 veranlaßt werden, die Markierungen RM1, RM2, RM3 und RM4 zu erfassen. Gleichzeitig wird auch ein kleiner Drehfehler korrigiert. Wenn die Ausrichtsensoren 21a und 21b integriert an der Säule 8 gemäß Fig. 2 montiert sind, lassen sich die Erfassungszentren der Ausrichtsensoren 21a und 21b bezüg lich der Markierungen RM als fixe Positionen betrachten, die von der optischen Achse AX ein vorbestimmtes Stück ent fernt sind. Deshalb wird nach Beendigung der Fadennetz-Aus richtung die optische Achse AX so positioniert, daß sie durch den Mittelpunkt des Fadennetzes läuft. Die Koordina tenposition des Fadennetztisches wird in diesem Zustand von dem Detektor 11 erfaßt, und die Koordinaten werden als Be zugsposition in der Hauptsteuerung 18 gespeichert. Wenn auf dem Wafertisch 13 Kennmarkierungen vorhanden sind, erfassen in diesem Schritt die Ausrichtsensoren 21a und 21b diese Markierungen durch das Projektionsobjektiv 12 hindurch, um das orthogonale Koordinatensystem des Fadennetztisches mit demjenigen des Wafertisches in Übereinstimmung zu bringen.

Schritt (101)

Anschließend wird der Wafer W auf dem Wafertisch 13 in einer vorbestimmten Lage vorausgerichtet, die Wafermarkierungen, die an vorbestimmten Stellen des Wafers vorhanden sind, wer den erfaßt und es erfolgt eine Wafer-Globalausrichtung. Da bei wird ein kleiner Drehfehler des Wafers korrigiert. Nach Beendigung der Globalausrichtung wird die Lagebeziehung zwi schen einem spezifischen Punkt auf dem Wafer und der opti schen Achse AX des Projektionsobjektivs 12 definiert. Die zu belichtende Waferfläche läßt sich mit dem Muster-Projek tionsabbild des Objektivs 12 nach Maßgabe der Auflösung des Detektors 16 ausrichten.

Schritt (102)

Die Musternummer n wird zum Beispiel auf den Funktionsblock Fu-A eingestellt und die Chip-Nummer m wird auf z. B. 1 einge stellt (ein Chip CP1).

Schritt (103)

Wenn die Muster-Nummer n als A gegeben ist, bei dem es sich z. B. um ein Muster PT1 nach Fig. 1 handelt, liest die Haupt steuerung 18 die Meßwerte vom Detektor 11, und gleichzeitig steuert sie den Antrieb 9 derart, daß der Antrieb den Faden netztisch 7 so verschiebt, daß der Mittelpunkt O1 mit der optischen Achse AX ausgerichtet ist. Da derjenige Koordina tenpunkt, an dem der Mittelpunkt des Fadennetzes überein stimmt mit der optischen Achse AX, bereits bekannt ist, läßt sich eine Hochgeschwindigkeits-Steuerung durchführen, ohne daß die Ausrichtsensoren verwendet werden. Die Steue rung geschieht auf der Grundlage lediglich der vom Detektor 11 kommenden Meßwerte. Wenn in diesem Fall eine Projektions vergrößerung des Objektivs 12 1/10 (Verkleinerung) beträgt, und wenn die Auflösung des Detektors 16 0,01 µm beträgt, so kann die Detektorauflösung des Detektors 11 0,1 µm betragen. Dies läßt erkennen, daß der Fadennetztisch 7 sehr einfach mit hoher Geschwindigkeit verschoben werden kann. Die maxi male Geschwindigkeit des Tisches 7 kann etwa 1000 mm/sec be tragen, in der Praxis jedoch ergibt sich eine geeignete Ge schwindigkeit von etwa 50 bis 100 mm/sec. Unter dieser Be dingung wird lediglich eine Muster-Austauschzeit von einigen Sekunden benötigt. Der Durchsatz der Apparatur bei dieser Ausführungsform ist wesentlich höher als bei der herkömmli chen Apparatur.

Schritt (104)

Die Öffnungsgröße der Blende 2 wird nach Maßgabe der Größe des ausgewählten Funktionsblocks oder Musters A (Muster PT1) eingestellt. Die Öffnungsgröße der Blende 2 wird durch den Aktuator 6 eingestellt. Die Schritte 103 und 104 können in der Programmsequenz gleichzeitig durchgeführt werden.

Schritt (105)

Der Wafertisch 13 wird in eine Position innerhalb des Chips m (das erste Chip ist CP1) auf dem Wafer gerückt, wo das Muster A zu belichten ist. Das projizierte Bild des Musters A wird ausgerichtet mit der Fläche (Fu-A), das in dem Chip m zu belichten ist. Dies geschieht auf der Grundlage der Detektorauflösung.

Schritt (106)

Das Muster A (PT1) des Fadennetzes wird durch die Beleuch tungsoptik hindurch für eine bestimmte Zeitdauer mit Licht bestrahlt. Die auf der Oberfläche des Wafers vorhandene Photoresist-Schicht wird dem projizierten Abbild des Musters A ausgesetzt. In diesem Fall wird die Chip-Nummer m um Eins erhöht.

Schritt (107)

Die Hauptsteuerung 18 bestimmt, ob das Muster A auf sämtlichen Chips des Wafers zu belichten ist. Der Wafer umfaßt hier neun Chips. Wenn m ≦ 9, geht der Ablauf zum Schritt 105 zurück, um den nächsten Schritt der schrittweise wie derholten Belichtung durchzuführen. Es sei angemerkt, daß die Schrittweite im Schritt 105 im wesentlichen die gleiche ist wie die Größe des Chips.

Schritt (108)

Lautet die Anwort der Frage im Schritt 107 "Ja", wird die Lage des Wafertisches 13 zurückgestellt, und es wird m = 1 gesetzt.

Schritt (109)

Dann bestimmt die Hauptsteuerung 18, ob die Belichtung für sämtliche n Muster beendet ist. Lautet die Antwort im Schritt 109 "Ja", bestimmt die Hauptsteuerung 18, daß die gesamte Belichtung für einen Wafer abgeschlossen ist. In die sem Fall ist die Sequenz beendet.

Schritt (110)

Lautet die Antwort im Schritt 109 "Nein", wird die Muster- Nummer n aktualisiert auf beispielsweise B (Muster PT2).

Gleichzeitig werden die Belichtungspositionsdaten zum Vor rücken des Wafertisches 18 entsprechend dem Schritt-für- Schritt-System um eine Abstand zwischen dem Mittelpunkt des Funktionsblocks Fu-A auf dem Wafer und dem Mittelpnkt des Funktionsblocks Fu-B korrigiert.

Der Ablauf geht wieder zum Schritt 103, und es schließen sich die bereits oben beschriebenen Vorgänge an.

Fig. 6 zeigt eine modifizierte Ausführungsform des oben be schriebenen Ablaufs anhand eines Flußdiagramms. Das Flußdia gramm nach Fig. 6 unterscheidet sich von dem nach Fig. 4 da durch, daß das Wafer-Weiterrücken erfolgt, nachdem zu be lichtende Muster sequentiell ersetzt wurden und ein Chip auf dem Wafer belichtet ist. Die Schritte 200 bis 202 in Fig. 6 sind die gleichen wie die Schritte 100 bis 102 in Fig. 4.

Dann wird der Schritt 203 ausgeführt. Es wird diejenige Posi tion eingestellt, bei der eine Belichtung in dem Muster A innerhalb des Chips CP1 erfolgen soll. In diesem Fall wird die Position des Wafertisches 13 als eine Belichtungsposi tion des Chips CP1 gespeichert. Im Schritt 204 wird der Fadennetztisch 7 so positioniert, daß das Muster A (PT1) belichtet wird. Im Schritt 205 wird die Öffnung der Blende 2 mit dem Muster A (PT1) ausgerichtet. Im Schritt 206 erfolgt die Belichtung.

Die Hauptsteuerung 18 bestimmt dann im Schritt 207, ob sämt liche Muster (A, B, C, D und E) auf dem Fadennetz abge bildet wurden. Wenn das nächste Muster B abzubilden ist, d. h., wenn eine Belichtung entsprechend diesem Muster B er folgen soll, schließt sich der Schritt 208 an, und die Muster- Nummer n wird aktualisiert. Im Schritt 209 wird der Wafer tisch 13 verschoben, um eine Differenz zwischen der Belich tungsposition des Musters A und der Belichtungsposition des Musters B, d. h., um ein Stück, welches dem Abstand der Mit telpunkte der Funktionsblöcke Fu-A und Fu-B in Fig. 5 ent spricht.

Die oben beschriebenen Abläufe werden vom Schritt 204 an wiederholt. Wenn die Hauptsteuerung 18 im Schritt 207 fest stellt, daß sämtliche Muster auf dem Fadennetz für eine Be lichtung verwendet wurden, ist der gesamte Belichtungszyklus für die Funktionsblöcke Fu-A bis Fu-E für das Chip CP1 abge schlossen. In diesem Fall geht der Ablauf mit dem Schritt 210 weiter. Im Schritt 210 wird die Chip-Nummer m um Eins erhöht, und die Muster-Nummer n wird auf A eingestellt. Gleichzeitig werden die Belichtungspositions-Daten des nächs ten Chips CP2 ausgelesen. Wenn im Schritt 211 die Bedingung m < 9 erfüllt ist, ist die Belichtung für sämtliche Chips abgeschlossen. Wenn die Bedingung m < 9 erfüllt ist, werden vom Schritt 203 ab die oben erläuterten Vorgänge wiederholt.

Wenn bei dem Ablauf nach Fig. 6 die Steuerung des Faden netztisches 9 und die Steuerung des Wafertisches 13 unab hängig voneinander durch verschiedene Prozessoren durchge führt werden, lassen sich die Schritte 208 und 209 und die Schritte 204 und 205 gleichzeitig durchführen.

Im folgenden soll unter Bezugnahme auf Fig. 7 eine zweite Ausführungsform der Erfindung beschrieben werden. Fig. 7 zeigt einen Fall, in dem vier Fadennetze R1, R2, R3 und R4 mit unterschiedlichen Mustern auf einem Fadennetztisch 7 angeordnet sind. Der gleiche Effekt wie beim ersten Ausfüh rungsbeispiel läßt sich erreichen, auch wenn auf dem Tisch 7 eine Vielzahl von Fadennetzen eingespannt ist. Nach Fig. 7 sind auf den Fadennetzen R1 bis R4 Muster PT1, PT2, PT3 bzw. PT4 gebildet. Im Umfangsbereich jedes Musters befinden sich vier Ausrichtmarkierungen AM, die zwischen den Licht schutzbändern liegen. Der Fadennetztisch 7 besitzt Öff nungen, deren Form den Abschnitten der Muster PT1 bis PT4 entsprechen. Aus diesem Grund läßt sich die Flachheit der Muster PT1 bis PT4 im Vergleich zum ersten Ausführungsbei spiel vorteilhaft verbessern.

Während der tatsächlichen Belichtung wird die Ausrichtung zwischen den Ausrichtmarkierungen AM der Fadennetze R1 und R2 und der Wafermarkierungen an dem der Belichtung ausgesetzten Waferbereich durch Ausrichtsensoren 21a und 21b über wacht (d. h., es wird eine sogenannte Form-zu-Form-Ausrich tung durchgeführt). Vorzugsweise erfolgt die Belichtung, nachdem zumindest ein Tisch vom Wafertisch 13 und vom Faden netztisch 7 etwas verschoben wurde, so daß die Markierungen ausgerichtet sind. Da in diesem Fall die Ausrichtgenauigkeit der Fadennetze R1 bis R4 in bezug auf den Fadennetztisch 7 nicht besonders hoch sein muß, läßt sich die Zykluszeit für das Ausrichten verkürzen, obschon vier Ausrichtzyklen durch geführt werden müssen. Die Ausrichtgenauigkeit (z. B. ±2 µm) kann so gegeben sein, daß die Ausrichtmarkierungen AM der Fadennetze innerhalb der Erfassungsbereiche der Ausricht sensoren 21a und 21b gelegen sind, nachdem die Ausrichtung der Mittelpunkte des Musters des Fadennetzes mit der opti schen Achse AX erfolgt ist. Wird die sogenannte Form-zu-Form- Ausrichtung durchgeführt, läßt sich ein Linearkodierer oder dergleichen anstelle des Detektors 11 als Fadennetz-Koordi natendetektor einsetzen.

Wenn der Fadennetztisch 7 und der Wafertisch 13 auf der Grundlage der Steuerung verschoben werden, wie es beim ersten Ausführungsbeispiel der Fall ist, müssen, nachdem die Fadennetze R1 bis R4 auf dem Tisch 7 festgespannt sind, die Abstände zwischen den mittleren Belichtungspunkten der Fadennetze gemessen werden. In diesem Fall wird die Ausrichtung zwischen den (durch das Projektionsobjektiv 12) umgekehrt projizierten Bildern der Markierungen auf dem Wafertisch 13 und den Ausrichtmarkierungen AM der Faden netze R1 bis R4 durch die Ausrichtsensoren 21a und 21b er faßt, und die Positionen des Fadennetztisches 7 und des Wafertisches 13 werden so berechnet, daß diese Markierungen miteinander ausgerichtet sind. Die relativen Positionen der mittleren Belichtungspunkte der Muster PT1 bis PT4 wer den von den in obiger Weise berechneten Positionen abge leitet.

Es ist auch wirksam, einen Winkeltisch vorzusehen, um einen Drehwinkel θ jedes der Fadennetze R1 bis R4 zu korrigieren.

Gegenüber den oben beschrieben Ausführungsbeispielen sind noch Abwandlungen möglich. Fig. 8 ist eine Draufsicht auf ein Fadennetz mit einer Vielzahl von Mustern. Rechte und linke Markierungen AM des Fadennetzes R werden bei der Form- zu-Form-Ausrichtung (oder Fadennetz-Ausrichtung) herange zogen. Bei dieser modifizierten Ausführungsform wird ein Lichtschutzband SB zwischen benachbarten Mustern gemeinsam für diese benachbarten Muster verwendet. Die Breite des Lichtschutzmusterbandes SB ist für die Muster PT1, PT2, PT3 und PT4 identisch. Hierdurch wird die nutzbare Fläche für die Muster vergrößert, so daß die Flexibilität bei der Musterauswahl und -anordnung in vorteilhafter Weise erhöht wird. Wenn also mehrere Muster auf einem Fadennetz ge bildet sind, kann, weil die Positionsbeziehung zwischen den mittleren Belichtungspunkten (O1, O2, O3 und O4) der Muster vorbestimmt ist, nur eine Form-zu-Form-Ausricht markierung auf dem Fadennetz gebildet werden. Da außerdem der Fadennetztisch 7 einen großen Hub aufweist, ist die Lage der Markierung nicht auf den Umfangsbereich des Fadennetzes beschränkt, sondern die Markierung kann in einem mittleren Abschnitt des Fadennetzes angeordnet sein, wenn dies mit Rücksicht auf den Tisch-Hub möglich ist.

Selbst wenn mehrere Muster auf dem Fadennetz gebildet sind, oder wenn mehrere Fadennetze auf dem Fadennetztisch einge spannt sind, kann man den Fadennetztisch um eine Drehachse drehen, und man kann einen Sensor zum Ablesen des Dreh winkels mit hoher Genauigkeit anordnen.

Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf eine Rönt genstrahl-Belichtungsapparatur eines Näherungstyp-Schritt wiederholungssystems. In diesem Fall entspricht eine Linie, die eine Röntgenstrahlquelle mit einer Röntgenstrahlmaske (oder einem Wafer) verbindet, der optischen Achse des Pro jektionsobjektivs. Eine der Fadennetzblende entsprechende Mas kenblende befindet sich dann zwischen der Röntgenstrahlmaske und der Röntgenstrahlquelle.

Claims

1. Projektionsbelichtungsvorrichtung, mit:
einem Maskentisch (7), der ein oder mehrere Maskensubstrate (R; R₁, R₂, . . .) in einer ersten Ebene zu halten vermag und in dieser Ebene bewegbar ist, wobei das Maskensubstrat Schaltungsmuster (PT₁, PT₂, . . .) trägt, die in jedem einer Mehrzahl Rechteckgebiete ausgebildet sind, und wobei Lichtabschirmbänder (SB₁, SB₂, SB), die jedes Rechteckgebiet mit vorbestimmter Breite umgeben, vorgesehen sind,
einem Beleuchtungssystem (1-5) zum Beleuchten eines aus der Mehrzahl Schaltungsmuster ausgewählten Schaltungsmusters mit Belichtungs- Licht,
einem optischen Projektionssystem (12) zum Projizieren eines Bildes des vom Beleuchtungssystem beleuchteten Schaltungsmusters (PT₁, PT₂, . . .) in eine zweite Ebene,
einem Substrattisch (13) zum Halten eines lichtempfindlichen Substrats (W) mit mehreren Bereichen (CP1-CP9) zur Aufnahme je eines Bauelements, auf das jedes der Bilder der projizierten Schaltungsmuster übertragen wird, parallel zu der zweiten Ebene, und zum Veranlassen, daß das lichtempfindliche Substrat (W) in der zweiten Ebene zweidimensional bewegt wird,
gekennzeichnet durch
eine erste Antriebssteuereinrichtung (9, 10, 11, 18) zum Steuern der Positionierung des Maskentisches (7) in der Weise, daß sich nacheinander je eines der Schaltungsmuster (PT₁, PT₂, . . .) an einer vorbestimmten Stelle innerhalb des Projektionsfeldes des optischen Projektionssystems (12) befindet,
einen beweglichen Blendenmechanismus (2), der in einer zur ersten Ebene innerhalb des optischen Beleuchtungssystems (1-5) im wesentlichen konjugierten Stellung angeordnet ist und eine veränderliche Rechtecköffnung zum Begrenzen des die erste Ebene erreichenden Belichtungs-Lichts auf ein Rechteck beliebiger Größe aufweist,
eine Antriebseinrichtung (6), die den beweglichen Blendenmechanismus (2) in Abhängigkeit von den Schaltungsmustern (PT₁, PT₂, . . .), die sich nacheinander innerhalb des Projektionsfeldes des optischen Projektionssystems (12) befinden, einstellt, und
eine zweite Antriebssteuereinrichtung (15-18) zum Steuern der Positionierung des Substrattisches (13), einhergehend mit dem Austausch des Schaltungsmusters in der Weise, daß in jedem Bereich (CP1-CP9) auf dem Substrat (W) die mehreren Schaltungsmuster-Bilder, die nacheinander vom optischen Projektionssystem (12) projiziert werden, zu einem Bauelement nebeneinander zusammengesetzt werden.

2. Projektionsbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
der Maskentisch (7) für einen Bewegungshub ausgelegt ist, durch welchen jedes Rechteckgebiet mit einem Schaltungsmuster innerhalb des Projektionsfeldes positioniert wird, und
die erste Antriebssteuereinrichtung (9-11, 18) eine Längenmeßeinrichtung (10, 11) aufweist, die den Bewegungshub des Maskentisches mißt.

3. Projektionsbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Längenmeßeinrichtung (10, 11) umfaßt
Spiegel (10a, 10b), die an dem Maskentisch befestigt sind und in Richtung des Bewegungshubs verlaufen, und
ein Interferometer, das einen Laserstrahl in Richtung auf die Spiegel (10a, 10b) ausstrahlt und von diesen reflektiertes Licht empfängt.

4. Projektionsbelichtungsvorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß im Fall einer Mehrzahl auf dem Maskentisch (7) getragener Maskensubstrate (R₁-R₄) auf jedem Maskensubstrat eine Ausrichtmarkierung (AM) gebildet und auf dem Substrattisch (13) eine Ausrichtmarkierung vorgesehen ist, um durch das optische Projektionssystem (12) eine Relativlagebeziehung mit der Ausrichtmarkierung auf jedem Maskensubstrat sicherzustellen.

5. Projektionsbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die zweite Antriebssteuereinrichtung (15-18) eine Längenmeßeinrichtung (15, 16) aufweist, die einen Bewegungshub des Substrattisches mißt.

6. Projektionsbelichtungsvorrichtung nach Anspruch 1 dadurch gekennzeichnet, daß die Größe des gesamten Musters des Bauelements größer ist als ein Projektionsfeld des optischen Projektionssystems (12), und die Größe jedes der unterteilten Mehrzahl Schaltungsmuster in der Weise bestimmt wird, daß sie im Projektionsfeld des optischen Projektionssystems enthalten ist.

7. Verfahren zum Belichten eines lichtempfindlichen Substrats, bei dem mindestens ein Maskensubstrat (R) mit n < 1 Schaltungsmustern (PT₁, PT₂, . . .), in n Rechteckgebieten auf einem beweglichen Maskentisch (7) angeordnet wird, wobei
auf einem Substrattisch das lichtempfindliche Substrat (W) angeordnet wird, wobei
jeder Bereich des Substrats von jedem der n Schaltungsmuster-Bilder, die von einem optischen Projektionssystem (12) projiziert werden, zu belichten ist, und
n Teilgebiete (Fu-A, Fu-B, . . .) jedes Bereichs nebeneinander auf dem lichtempfindlichen Substrat (W) selektiv mit Bildern der n Schaltungs muster belichtet werden, indem der Substrattisch (13) in zwei dimensionaler Richtung bewegt wird,
gekennzeichnet durch folgende Schritte:

a) Bewegen des Maskentisches (7) in der Weise, daß das i-te Schaltungsmuster der n Schaltungsmuster in einem Projektionsfeld des optischen Projektionssystems (12) positioniert ist,
b) Einstellen eines in einer Beleuchtungsvorrichtung (1-5) vorgesehenen variablen Blendenmechanismus (2), um die Größe des von der Beleuchtungsvorrichtung (1-5) abgestrahlten Belichtungs-Lichts anzupassen an die Größe eines Rechteckgebietes des i-ten Schaltungsmusters, und Bewegen des Substrattisches (13) in der Weise, daß ein mit dem i-ten Schaltungsmuster zu belichtendes Teilgebiet unter den n Teilgebieten (Fu-A, Fu-B, . . .) auf dem lichtempfindlichen Substrat bezüglich des Projektionsfeldes ausgerichtet ist,
c) Belichten eines entsprechenden Teilgebietes auf dem lichtempfindlichen Substrat (W) durch Beleuchten des i-ten Schaltungsmusters mit Belichtungs-Licht,
d) Bewegen des Maskentisches (7), basierend auf einer Information über die relative Lagebeziehung jedes der n Schaltungsmuster und einer Meßinformation, die von einer Positionsnachweiseinrichtung (11) zum Nachweisen der Bewegungsstellung des Maskentisches (7) geliefert wird, in der Weise, daß ein Zentrum des i + 1-ten Schaltungsmusters, welches als nächstes Schaltungsmuster von den n Schaltungsmustern zu belichten ist, nahezu auf dieselbe Position eines Zentrums des zuvor belichteten i-ten Schaltungsmusters ausgerichtet wird, und
e) Wiederholen der Schritte b), c) und d) so lange, bis n Teilgebiete auf dem lichtempfindlichen Substrat (W) mit sämtlichen Bildern der n Schaltungsmuster belichtet sind.