AT501001B1 - Plattenförmiges justierelement zur parallelen ausrichtung einer halbleiterscheibe gegenüber einer projektions-belichtungsmaske - Google Patents

Description

2 AT 501 001 B1

Bei der Erstellung von elektrischen Strukturen (Schaltungen) auf Halbleiterscheiben mittels lithographischer Verfahren ist es notwendig, die Halbleiterscheibe (den Wafer) exakt parallel zu einer Projektions-Belichtungsmaske auszurichten. 5 Zur Aufbringung unterschiedlicher Strukturen wird die Belichtungsmaske (in der Regel eine Glasplatte mit der entsprechenden Struktur) in der Vorrichtung mehrfach ausgetauscht und der zugehörige Wafer entsprechend mehrfach belichtet.

Dazu wird beispielsweise zunächst die Maske geladen und ausgerichtet und anschließend der io Wafer zugeführt.

Auch unter Verwendung hochsensibler Zuführeinrichtungen läßt sich dabei keine exakt parallele Ausrichtung von Maske und Wafer erreichen, die aber, wie ausgeführt, notwendig ist. 15 Es hat deshalb nicht an Versuchen gefehlt, sowohl die Einrichtung zur Aufnahme der Maske als auch die Einrichtung zur Aufnahme des Wafers so zu gestalten, daß das entsprechende Bauteil eine exakt definierte Position einnimmt.

Aber auch danach bleibt das Problem, daß beide Teile (Maske, Wafer) noch nicht exakt parallel 20 zueinander verlaufen. Es wird versucht, diesen sogenannten Keilfehler durch separate Einrichtungen zu kompensieren, beispielsweise durch eine frei bewegliche Kalotte gemäß AT 401 588 B.

Die DE 38 27 960 A1 beschreibt eine Einrichtung zum Ausrichten zweier Körper (zum Beispiel 25 einer Leuchtdiode gegenüber einem Lichtwelienleiter) unter Verwendung eines einteiligen Rahmens, dessen äußerer und innerer Teil über Bandfedern verbunden sind.

Weiters zeigt die US 4,271,577 ein Ausrichtungsgerät für die Kontaktierung einer Maske mit einem Wafer unter Verwendung einer Vakuumkammer. Die US 5,376,988 zeigt eine Parallel-30 bewegungsvorrichtung mit einem fixierten Tisch und einem beweglichen Tisch, die über ein geeignete statisches Druckhalterungsbett beweglich ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Möglichkeit zum Keilfehlerausgleich aufzuzeigen, wobei insbesondere folgende Gesichtspunkte vorrangig sind: Aufgrund des häufigen Wechsels 35 von Maske und Wafer soll die Justierung schnell arbeiten. Die Parallelität von Maske und Wafer soll so exakt wie möglich sein.

Dabei geht die Erfindung von folgendem Grundgedanken aus: Die Ausrichtung der Maske getrennt vom Wafer führt, in Abhängigkeit von der Genauigkeit der zugehörigen Meß- und 40 Einstellinstrumente, in jedem Fall zu Toleranzen. Diese Toleranzen lassen sich jedoch vermeiden, sofern der Wafer, der wie die Maske ein flächiges Element darstellt, zunächst in unmittelbaren Kontakt (gegenseitige Anlage) mit der Maske gebracht wird, weil so in jedem Fall eine hundertprozentige Parallelität zwischen Maske und Wafer besteht. 45 Dieses Ziel läßt sich auf (verblüffend) einfache Weise dadurch erreichen, daß beispielsweise die Maske zunächst lediglich "schwimmend" in der entsprechenden Vorrichtung konfektioniert wird. Der Wafer wird anschließend gegen eine korrespondierende Hauptfläche der Maske geführt, bis beide vollflächig gegeneinander und damit parallel zueinander liegen. In diesem Moment wird die Position der Maske fixiert und der Wafer parallel zur Maske auf den gewünsch-50 ten Abstand verschoben.

Mit dieser Technik sind Maske und Wafer in der Regel zwar nicht hundertprozentig horizontal ausgerichtet, aber exakt parallel, was für die genannten lithographischen Belichtungsverfahren entscheidend ist. 55 3 AT 501 001 B1

Der Erfindungsgedanke löst sich demnach von den eingefahrenen Überlegungen im Stand der Technik, in jedem Fall jeweils eine exakt horizontale Ausrichtung von Wafer und Maske zu erreichen und stellt demgegenüber vielmehr auf deren Parallelität ab. 5 Entsprechend diesen Überlegungen verkörpert sich der Erfindungsgedanke in erster Linie in einem (plattenförmigen) Justierelement, welches beispielsweise der Aufnahme der Maske dient und so aufgebaut ist, daß das Justierelement die Maske zunächst "schwimmend" (in den Richtungen des Koordinatensystems bewegbar) aufnimmt, nach Ausrichtung gegenüber dem zugehörigen Wafer jedoch die parallele Position festlegt. 10

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung danach ein plattenförmiges Justierelement zur parallelen Ausrichtung einer Halbleiterscheibe gegenüber einer Projektions-Belichtungsmaske, wobei die Halbleiterscheibe gegen eine korrespondierende Hauptfläche der Maske geführt wird, bis beide vollflächig gegeneinander und damit parallel zueinander liegen 15 mit folgenden Merkmalen: - einem äußeren Rahmenteil, - einem inneren Rahmenteil zur Aufnahme der Halbleiterscheibe oder der Maske, - der innere Rahmenteil ist in einer ersten Ebene des Koordinatensystems mit Spiel gegen-20 über dem äußeren Rahmenteil sowie kippbar zu dieser Ebene angeordnet, - am inneren Rahmenteil ist mindestens ein Befestigungselement vorgesehen, das nach Ausrichtung des inneren Rahmenteils gegenüber dem äußeren Rahmenteil über eine Feststelleinrichtung arretierbar ist und den inneren Rahmenteil in seiner Ausrichtung gegenüber dem äußeren Rahmenteil festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rahmenteil mit 25 Abstand zum äußeren Rahmenteil schwimmend angeordnet ist. Üblicherweise wird der Wafer von oben mit UV-Licht über die zugehörige Maske belichtet. Das plattenförmige Justierelement kann dann der Aufnahme und Ausrichtung der Maske dienen. Diese kann dazu auf dem inneren Rahmenteil ortsfest angeordnet, beispielsweise angeklemmt 30 werden.

Der innere Rahmenteil, beispielsweise ein quadratischer Rahmen, liegt mit Abstand im zugehörigen äußeren Rahmenteil ein, so daß in einer horizontalen Ebene zwischen der Innenseite des äußeren Rahmenteils und der Außenseite des inneren Rahmenteils Spiel besteht. 35

Damit der innere Rahmenteil nicht nach unten durchfällt kann er entweder auf einer falzartigen Stufe am inneren Rand des äußeren Rahmenteils aufliegen oder von unten, beispielsweise durch Haken, abgestützt werden. 40 Wird ein Wafer zugeführt, so wird dieser zunächst gegen die unten auf dem inneren Rahmenteil aufliegende Maske geführt und soweit angehoben, bis die Maske vollständig auf dem Wafer aufliegt, also parallel zum Wafer ausgerichtet ist. Der innere Rahmenteil mit Maske verschiebt sich und/oder kippt dabei, bis die Maske flächig auf dem fest geführten Wafer aufliegt. Die Ausrichtung kann auch umgekehrt erfolgen. Das Prinzip ist dasselbe. Auf diese Weise wird der 45 eingangs erwähnte "Keilfehler" bereits ausgeglichen. Üblicherweise ist der Keilfehler sehr gering, weshalb der Wafer oft nur Bruchteile eines Millimeters angehoben werden braucht, um die gewünschte Parallelausrichtung zur Maske einzustellen, so

In dieser Position wird nun der innere Rahmenteil gegenüber dem positionsfesten äußeren Rahmenteil fixiert. Dies geschieht durch das erwähnte Befestigungselement, welches am inneren Rahmenteil angeordnet ist, mit Hilfe einer Feststelleinrichtung, die beispielsweise am äußeren Rahmenteil angeordnet sein kann. Aber auch eine umgekehrte Anordnung liegt im Rahmen 55 der Erfindung. 4 AT 501 001 B1

Nach einer Ausführungsform besteht das Befestigungselement aus einem Zapfen, der vom inneren Rahmenteil in eine korrespondierende Aussparung im äußeren Rahmenteil unter Ausbildung eines Spiels eingreift. 5 Während des Ausgleichs des Keilfehlers verstellt sich entsprechend die Position des Zapfens innerhalb der Aussparung. Anschließend greift die Feststelleinrichtung den so neu ausgerichteten Zapfen und fixiert damit den inneren Rahmenteil gegenüber dem äußeren Rahmenteil in der zuvor eingerichteten Stellung. io Dabei kann die Feststelleinrichtung aus einer Klemm- oder Bremseinrichtung bestehen, die das Befestigungselement arretiert.

Grundsätzlich genügt ein Befestigungselement und eine Feststelleinrichtung. Die Fixierung der eingestellten Lage der Maske läßt sich ersichtlich jedoch optimieren, wenn mehrere Befesti-15 gungselemente und entsprechend mehrere Feststelleinrichtungen vorgesehen werden. Zum Beispiel bei einem quadratischen Justierelement mit quadratischen Rahmenteilen können 4 Befestigungselemente vorgesehen sein, die jeweils um 90° zueinander versetzt angeordnet sind. 20 Bei einem kreisförmigen Justierelement mit ringförmigen oder scheibenförmigen Rahmenteilen bietet sich die Anordnung von 3 Befestigungselementen an, jeweils im Winkel von 120° zueinander versetzt, mit zugehörigen Klemmeinrichtungen.

Dabei sollte dann jedem Befestigungselement eine eigene Feststelleinrichtung zugeordnet sein, 25 die beispielsweise pneumatisch arbeiten kann.

Sofern das Justierelement einen Bauteil aufnimmt, welcher unterhalb eines parallel auszurichtenden weiteren Bauteils verläuft muß der innere Rahmenteil in Vertikalrichtung elastisch gelagert werden, um beim Ausrichten auch nach unten bewegt werden zu können. Dazu bietet sich 30 beispielsweise die eingangs erwähnte Ausführungsform an, bei der der äußere Rahmenteil innenseitig eine falzartige Stufe aufweist, die wiederum auf ihrer horizontalen Grundfläche mit einem elastomeren Material beschichtet ist, welches eine Verformbarkeit (Verstellbarkeit) des inneren Rahmenteils in Vertikalrichtung erlaubt (oder wieder umgekehrt). 35 Um letztendlich die exakt parallele Relativverschiebung der beispielsweise die Maske beziehungsweise den Wafer aufnehmenden Vorrichtungsteile zu ermöglichen sieht eine weitere Ausführungsform der Erfindung vor, beispielsweise den äußeren Rahmenteil des Justierelementes entlang vertikal verlaufender Säulen vertikal verstellbar auszubilden. Eine entsprechende Führung bietet sich für den Bauteil an, der den Wafer aufnimmt. 40

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher erläutert. Dabei zeigen - jeweils in stark schematisierter Darstellung -:

Fig. 1: eine Seitenansicht einer Vorrichtung zur Belichtung eines Wafers über eine zugehörige 45 Maske, wobei nur die hier interessierenden Bauteile dargestellt sind,

Fig. 2: eine Aufsicht (von unten) auf das Justierelement für die optische Maske der Vorrichtung nach Figur 1.

In den Figuren sind gleiche oder gleichwirkende Bauteile mit gleichen Bezugsziffern bezeichnet. 50

Die Vorrichtung gemäß Fig. 1 umfaßt unter anderem vier Säulen 10, deren jeweilige Mittenlängsachsen untereinander ein Quadrat aufspannen und die auf einem Boden 12 aufstehen. Entlang der Säulen 10 können zwei plattenförmige Einheiten vertikal verfahren werden (Pfeile v). Die obere Einheit betrifft ein plattenförmiges Justierelement 20, welches nachstehend 55 anhand von Fig. 2 näher beschrieben wird, auf dessen Unterseite eine optische Maske 30 5 5 5 AT 501 001 B1 angeordnet ist.

Die untere Einheit stellt eine Einstellplatte 40 dar, auf deren Oberseite ein zugehöriger Wafer 50 platziert ist.

Maske 30 und Wafer 50 werden auf an sich bekannt Art und Weise über entsprechende Zuführeinrichtungen auf den zugehörigen Einheiten angeordnet, weshalb dies hier nicht näher beschrieben wird. io Zwischen Maske 30 und Wafer 50 kann zum Beispiel ein Mikroskop 60 entlang eines Arms 62 positioniert werden, um eine gewünschte Justierung zwischen Maske 30 und Wafer 50 durchzuführen.

Die Belichtung des Systems erfolgt von oben, durch die Maske 30 auf den Wafer 50. Auch dies 15 ist bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Ausbildung des plattenförmigen Justierelements 20, welches entlang der Säulen 10 vertikal verfahren werden kann. 20 Das Justierelement 20 umfaßt einen äußeren, quadratischen Rahmenteil 22, der einen quadratischen Raum 26 umgreift, in dem unter Ausbildung eines Spiels in x-y-Richtung (Zeichenebene; Spalt s) ein innerer quadratischer Rahmenteil 24 angeordnet ist, auf dem wiederum die Belichtungsmaske 30 festgeklemmt ist. 25 Von jeder Außenfläche 24a des inneren Rahmens 24 steht ein Zapfen 24z ab, der in eine korrespondierende Aussparung 22a des äußeren Rahmenteils 22 mit Spiel hineinragt.

Beidseitig jedes Zapfens 24z sind Bremsbacken 22b innerhalb der Aussparungen 22a angeordnet, die über zugehörige Pneumatikzylinder 22z aktivierbar sind. Die Form der Bremsbacken 30 22b ist innenseitig der Form der Zapfen 24z angepaßt.

Damit der innere Rahmenteil 24 gegenüber dem äußeren Rahmenteil 22 nicht nach unten durchfällt wird der innere Rahmenteil 24 von Haken 28 gehalten, die am äußeren Rahmenteil 22 befestigt sind. 35

Die Funktion des Justierelementes ist wie folgt:

Nach der Positionierung der Maske 30 auf dem inneren Rahmenteil 24 wird der zu belichtende Wafer 50 zugeführt (Figur 1) und mit Hilfe der Einstellplatte 40 mit seiner zu belichtenden Ober-40 seite nach oben entlang der Säulen 10 gegen die Unterseite der Maske 30 geführt. Da Maske 30 und Wafer 50 zu diesem Zeitpunkt in der Regel nicht exakt parallel zueinander ausgerichtet sind kommt es zunächst zu einem punkt- oder linienförmigen Kontakt zwischen Wafer 50 und Maske 30. Der Wafer 50 wird weiter nach oben gegen die Maske 30 verfahren, wobei die Maske 30 aufgrund ihrer "schwimmenden Lagerung" auf dem inneren Rahmenteil 24 innerhalb des 45 äußeren Rahmenteils 22 so verschoben/gekippt wird, daß sie letztendlich vollflächig und damit „hundertprozentig“ parallel auf dem Wafer 50 aufliegt. Dabei kommt es zu entsprechenden Winkelverschiebungen der Zapfen 24z innerhalb der Ausnehmungen 22a. In dieser Position werden die Bremseinrichtungen 22b über die Pneumatikzylinder 22z aktiviert und gegen die Zapfen 24z geführt und diese festgelegt. Damit ist die Lage (Ausrichtung) des Wafers 50 defi-50 niert.

Der Wafer 50 wird anschließend entlang der Säulen 10 wieder nach unten in den gewünschten Abstand zur Maske 30 verfahren. Die Parallelität von Maske 30 und Wafer 50 bleibt dabei erhalten. Anschließend können die lithographischen Arbeiten ausgeführt werden. 55

Claims (7)

1. 5 6 AT 501 001 B1 Patentansprüche: 1. 10 15 Plattenförmiges Justierelement zur parallelen Ausrichtung einer Halbleiterscheibe gegenüber einer Projektions-Belichtungsmaske, wobei die Halbleiterscheibe gegen eine korrespondierende Hauptfläche der Maske geführt wird, bis beide vollflächig gegeneinander und damit parallel zueinander liegen, mit folgenden Merkmalen: 1.1 einem äußeren Rahmenteil (22), 1.2 einem inneren Rahmenteil (24) zur Aufnahme der Halbleiterscheibe oder der Maske, 1.3 der innere Rahmenteil (24) ist in einer ersten Ebene (x-y) des Koordinatensystems mit Spiel (s) gegenüber dem äußeren Rahmenteil (22) sowie kippbar zu dieser Ebene (x-y) angeordnet, 1.4 am inneren Rahmenteil (24) ist mindestens ein Befestigungselement (24z) vorgesehen, das nach Ausrichtung des inneren Rahmenteils (24) gegenüber dem äußeren Rahmenteil (22) über eine Feststelleinrichtung (22b) arretierbar ist und den inneren Rahmenteil (24) in seiner Ausrichtung gegenüber dem äußeren Rahmenteil (22) festlegt, dadurch gekennzeichnet, daß der innere Rahmenteil (24) mit Abstand zum äußeren Rahmenteil (22) schwimmend angeordnet ist.
2. 2. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem das Befestigungselement (24z) aus einem Zap-20 fen besteht, der vom inneren Rahmenteil (24) in eine korrespondierende Aussparung (22a) im äußeren Rahmenteil (22) unter Ausbildung eines Spiels eingreift.
3. 3. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem die Feststelleinrichtung (22b) aus einer auf das Befestigungselement (24z) wirkenden Klemm- oder Bremseinrichtung besteht.
4. 4. Justierelement nach Anspruch 1 mit zwei, drei oder vier Befestigungselementen (24z), die um 180°, 120° beziehungsweise 90° zueinander versetzt am inneren Rahmenteil (24) angeordnet sind.
5. 5. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem jedem Befestigungselement (24z) eine Feststell einrichtung (22b) zugeordnet ist.
6. 6. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem die Feststelleinrichtung (22b) pneumatisch aktivierbar ist. 35
7. 7. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem der äußere Rahmenteil (22) entlang vertikal verlaufender Säulen (10) vertikal verschiebbar ist. 4o Hiezu 2 Blatt Zeichnungen 45 50 55