DD250792B5

DD250792B5 - Einrichtung zur automatischen justierung von halbleiterscheiben

Info

Publication number: DD250792B5
Application number: DD29199086A
Authority: DD
Inventors: Karl-Werner Dr-Ing Gommel; Knut Dipl-Ing Hiltawski; Uwe Michl; Dietrich Dipl-Ing Mueller; Klaus Dipl-Ing Nestler; Guenter Osterland; Klaus Schultz
Original assignee: Jenoptik Jena Gmbh
Priority date: 1986-07-01
Filing date: 1986-07-01
Publication date: 1993-10-28
Also published as: DD250792A1

Description

Hierzu 3 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur genauen, automatischen ebenen Justierung der Lage von Halbleiterscheiben nach ihren äußeren Konturen in mikrolithografischen Bearbeitungs- und Kontrollgeräten.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen

Es ist allgemein bekannt, daß in mikrolithografischen Ausrüstungen die zu bearbeitenden oder zu kontrollierenden Halbleiterscheiben automatisch einem Magazin entnommen und mechanisch oder peneumatisch in die Bearbeitungspotition gebracht werden. Dabei erhält die Halbleiterscheibe eine in der Ebene zufällige, beliebige Lage. Die auf der Halbleiterscheibe befindlichen Strukturen müssen vor der Bearbeitung eine definierte Lage zu optischen oder mechanischen Bearbeitung!

Beobachtungs- oder Meßeinrichtungen einnehmen.

Die Feinstpositionierung erfolgt meist mittels lichtelektrischer Mikroskope nach entsprechenden Positioniermarken in der Struktur; dennoch ist für einen automatischen Betrieb eine Justierung der Halbleiterscheibe nach ihren äußeren Konturen notwendig, da die Positioniermarken in die relativ kleinen Einfangbereiche der lichtelektrischen Mikroskope zu bringen sind.

Zur Winkelorientierung haben die kreisrunden Halbleiterscheiben einen segmentartigen Anschliff, die sogenannte Hauptafase.

Zur Kennzeichnung technologischer Eigenschaften der Halbleiterscheiben können kürzere Nebenfasen unter einem Winkel vom Vielfachen von 45" gegenüber der Hauptfase geneigt angeschliffen sein.

Es ist bekannt, die Halbleiterscheide zwecks Justierung nach ihren äußeren Konturen zuerst auf einem Drehteller mechanisch oder auf einem Luftpolster pneumatisch angetrieben solange zu drehen, bis die Hauptfase eine bestimmte Lage erreicht hat. Das kann mechanisch durch Abrollen oder Gleiten an seitlichen Rollen oder Anschlägen erfolgen, gegen die die sich drehende Halbleiterscheibe z. B. pneumatisch gedrückt wird (DAS 2511071). Sie dreht sich, bis die Hauptfase eine definierte Lage gegenüber den Anschlägen eingenommen hat. Aus der DD-PS 114173 ist bekannt, daß die über eine seitliche Rolle erzeugte Drehbewegung der Halbleiterscheibe beim Erreichen der Sollage der Hauptfase durch lichtelektrische Signalgeber gestopt

Nach der Winkelorientierung erfolgt dann die Verschiebung der Halbleiterscheibe entlang der Hauptfase oder senkrecht dazu bis zum Erreichen mechanischer Anschläge oder pneumatischer oder lichtelektrischer Signalgeber. Auch diese Bewegung kann mechanisch oder pneumatisch angetrieben werden. Beide Vorgänge der rotatorischen und translatorischen Orientierung können gleichzeitig ablaufen.

Die DDR-PS 151 387 beinhaltet eine Vorrichtung zum automatischen Transport scheibenförmiger Objekte, bei der die Transport und Positioniermittel, Signalgeber sowie Steuerlogik aus pneumatischen Mitteln bestehen. Zur Lageorientierung der Objekte sind mechanische feste Anschläge vorgesehen

Die bekannten Lösungen haben folgende Nachteile:

— Systeme mit berührungslosen Signalgebern und gesteuerten Antrieben arbeiten relativ ungenau. Daher belasten sie die nachfolgende Präzisionsorientierung durch die Forderung nach großen Einfangbereichen der Meßsysteme auf Kosten der erreichbaren Genauigkeit und Produktivität.

— Systeme mit mechanischen Anschlägen am Rand der Halbleiterscheiben arbeiten zwar genauer, aber führen zu Abrieb, insbesondere durch über den Scheibenrand verlaufende Schichten von Fotoresistlacken. Dieser verschmutzt nicht nur die Anschläge und führt zu Orientierungsfehlern, sondern die Halbleiterscheibe selbst unmittelbar vor dem staubempfindlichen Strukturierungsprozeß.

— Da die mechanischen Anschläge oder Rollen über die Scheibenoberfläche, d. h. die Bildebene, hinausragen, behindern sie die Strukturübertragung im kontakt- oder auch projektionslithografischen Prozeß.

Versenkbare Anschläge oder ein nachträgliches Umsetzen der justierten Halbleiterscheibe sind mit Genauigkeitsverlusten verbunden.

Weiterhin ist aus der DE-OS 3506782 eine Vorrichtung zum Ausrichten der Kanten einer Wafer bekannt, bei der ein der x-y-Position und der Winkelausrichtung der Wafer entsprechendes Signal erzeugt wird, wobei die Wafer gedreht wird. Nachteilig daran ist, daß zur Abbildung der Kante der Wafer ein sehr aufwendiges optisches Abbildungssystem sowie ein hochauflösendes Winkelmeßsystem erforderlich sind.

Ziel der Erfindung

Das Ziel der Erfindung ist, eine Einrichtung zur genauen, automatischen ebenen Justierung dfer Lage einer Halbleiterscheibe in technologischen Ausrüstungen, insbesondere zur Mikrostrukturierung oder optischen Kontrolle zu schaffen. Dabei soll die Lage der Halbleiterscheibe reproduzierbar sein und derartige Ausrüstungen sollen mit hoher Produktivität arbeiten.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine derartige Einrichtung zur berührungsarmen und nahezu stufenfreien Justierung zu entwickeln, bei der die Halbleiterscheiben nicht an der Oberseite oder am Rand berührt werden. Außerdem soll die Anwendung unterschiedlicher zur Justierung erforderlicher Orientierungskriterien anwendbar sein, insbesondere die Orientierung nach der Hauptfase und ihrer Mittelsenkrechten, unabhängig von Durchmessertoleranzen und der Anordnung von Nebenfasen.

Anhand einer in Anspruch 1 näher bezeichneten Einrichtung zur Justierung wird die Aufgabe gemäß der Erfindung durch Anwendung der Merkmale des Kennzeichenteils des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen enthalten.

Mit Hilfe der erfindungsgemäßen Lösung wird die genaue, automatische Justierung erreicht, indem eine Halbleiterscheibe mittels eines Transportsystems in zufälliger, ungeordneter Winkelorientierung über eine gestellfeste Platte transportiert wird, auf der sich die fotoelektrischen Meßsysteme, die durch Lichtquellen beleuchtet werden, befinden. Die Meßsysteme sind alle so angeordnet, daß sie den Rand einer die Sollage des Objektes beschreibenden Kontur rechtwinklig in ihrem Meßbereich schneiden.

Erreicht die Kante der Halbleiterscheibe bei Bewegung in y-Richtung alle zusätzlichen Meßsysteme, wird der Antrieb abgeschaltet. Das Transportsystem wird durch eine pneumatische Hubeinrichtung abgesenkt und die Halbleiterscheibe mittels einer Haltevorrichtung z. B. drei Vakuumdüsen, befestigt. Diese Haltevorrichtung ist mit einer parallel zur Ebene der Halbleiterscheibe translatorisch und rotatorisch verschieblichen Bewegungseinrichtung verbunden, an der die drei Antriebssysteme angreifen.

Um die Halbleiterscheibe nacheinander oder gleichzeitig in beiden Koordinatenrichtungen zentrieren zu können, werden die paarweise diametral zur Sollage der Halbleiterscheibe angeordneten Meßsysteme abwechselnd in Differenz- und Summenschaltung mit den Antriebssystemen zu Regelkreisen geschaltet. Dabei sind die diametral angeordneten Meßsysteme paarweise in Differenzschaltung, die symmetrisch zur Wirkungslinie des Antriebssystems angeordneten Meßsysteme paarweise in Summenschaltung mit dem jeweiligen Antriebssystem als Regelkreis geschaltet. Die beiden parallel angeordneten Antriebssysteme werden dabei synchron betrieben.

Da die Hauptfase der Halbleiterscheibe in einer beliebigen Winkellage liegt, ist die erreichte Zentrierung maximal um die Hälfte der Bogenhohe des durch die Hauptfase abgeschnittenen Segmentes fehlerhaft. Anschließend wird die Halterung der Halbleiterscheibe gelöst, der Drehtisch wird mittels einer pneumatischen Hubeinrichtung angehoben und die Halbleiterscheibe auf dem Drehtisch angesaugt. Er wird gedreht, bis das erste, zweite und dritte Meßsystem gleiche Signale abgeben, d. h. bis die Hauptfase der Halbleiterscheibe parallel zu einer Symmetrieachse liegt.

Die Vakuumansaugung wird gelöst, der Drehtisch wieder abgesenkt und die Halbleiterscheibe von der mit der Bewegungsrichtung verbundenen Haltevorrichtung übernommen. Die parallelen Antriebssysteme werden mit den auf ihren Wirkungslmien angeordneten Meßsystemen zu zwei Regelkreisen geschaltet. Jenach Orientierungskriterium wird das längs der y-Achse angeordnete Antriebssystem mit den Meßsystemen unterschiedlich verschaltet. Es erfolgt eine Präzisionsonentierung in drei Koordinaten, d. h. translatorisch und rotatorisch.

Ausführungsbeispiele

Im folgenden soll die Erfindung anhand zweier Ausfuhrunysbeispiele und der dazugehörigen Zeichnungen naher erläutert werden.

Figur 1 zeigt eine Justiereinrichtung mit vier zusätzlichen Meßsystemen,

Figur 1 a eine Schnittdarstellung zu Fig. 1 und

Figur 2 eine Justiereinrichtung mit drei zusätzlichen Meßsystemen.

Ausführungsbeispiel 1

Eine Halbleiterscheibe 1 wird mittels eines Schnurtriebes 2 über eine gestellfeste Platte 3 transportiert, auf der lineare fotoelektrische Meßsysteme 4; 5; 6; 7 paarweise diametral und symmetrisch zu den Koordinatenachsen x; у angeordnet sind

Die Meßsysteme liegen vorteilhaft um einen Winkel von 22,5° zur Hauptfase geneigt, damit sie in der Sollage der Halbleiterscheibe von keiner der möglichen Nebenfasen erreicht werden

Die Meßsysteme übernehmen folgende Funktionen:

Erreicht die Kante der Halbleiterscheibe 1 die Meßsysteme 6 oder 7, so wird, von diesen gesteuert, die Antriebsgeschwindigkeit des Schnurtriebes 2 verringert. Beim Erreichen der Meßsysteme 4 oder 5 wird der Antrieb abgeschaltet. Der Schnurtrieb 2 wird durch eine pneumatische Hubeinrichtung 8 abgesenkt und damit die Halbleiterscheibe 1 auf drei Vakuumdüsen 9 aufgelegt und angesaugt. Diese sind mit einer kugelgelagerten, parallel zur Ebene der Halbleiterscheibe 1 translatorisch und rotatorisch verschieblichen Bewegungseinrichtung 10 (Fig. 1 a) verbunden, die durch drei schematisch dargestellt, translatorische Antriebssysteme 11; 12; 13 angetrieben wird.

Die Ankopplung der Antriebssysteme 11; 12; 13 an die Bewegungseinrichtung 10 erfolgt durch pu/iktförmige, rollende oder gleitende, mit den Antriebssystemen 11; 12; 13 verbundene Anschläge, gegen die zwei rechtwinklig zueinander angeordnete Kanten der Bewegungseinrichtung 10, z. B. durch nicht dargestellte Feder- oder Magnetkräfte, gedrückt werden

Zur Vorzentrierung der Halbleiterscheibe 1 sind der Antrieb 13 mit der Summenschaltung der Meßsysteme 4; 5 in Differenzschaltung mit der Summenschaltung der Meßsysteme 6; 7 und die synchron gesteuerten Antriebe 11; 12 mit der Summenschaltung der Meßsysteme 5; 7 in Differenzschaltung mit der Summenschaltung der Meßsysteme 4; 6 zu zwei Regelkreisen geschaltet. Die Winkelorientierung erfolgt durch einen von Meßsystemen 15; 16; 17 gesteuerten Drehtisch 14 (Fig. 1 a). Dazu wird die Ansaugung der Halbleiterscheibe 1 auf den Vakuumdüsen 9 gelöst, der Drehtisch 14 mittels einer pneumatischen Hubeinrichtung 22 geringfügig angehoben und die Halbleiterscheibe 1 auf dem Drehtisch 14 angesaugt. Dieser wird nun geringfügig gedreht, bis die Meßsysteme 15; 16; 17 gleiches Signal abgeben, d.h. bis die Hauptfase der Halbleiterscheibe 1 parallel zur y-Achse liegt. Anschließend wird die Vakuumansaugung gelöst, der Drehtisch 14 wieder abgesenkt und die Halbleiterscheibe 1 von den mit der Bewegungseinrichtung 10 verbundenen Vakuumdüsen 9 übernommen. Für die Präzisionsorientierung der Halbleiterscheibe 1 sind das Antriebssystem 11 mit dem Meßsystem 15, das Antriebssystem 12 mit dem Meßsystem 16 und das Antriebssystem 13 wie bei der Vorzentrierung mit der Summenschaltung der Meßsysteme 6; 7 zu Regelkreisen geschaltet. Die Verknüpfung der Meß- und Antriebssysteme zu Regelkreisen erfolgt mittels einer Signalverarbeitungseinheit 21. Bei dieser Ausführung und Schaltung ist das Justierkriterium für die Orientierung der Halbleiterscheibe die Hauptfase und deren durch den Scheibenmittelpunkt verlaufende Mittelsenkrechte. Die Justierung der Halbleiterscheibe ist unabhängig von Durchmessertoleranzen und von Hilfsfasen.

Ausführungsbelspiel 2

Wie in Fig. 2 dargestellt, sind die Meßsysteme 15; 16; 17 sowie die Antriebssysteme 11; 12; 13 gegenüber dem Ausführungsbeispiel 1 unverändert angeordnet.

Meßsysteme 18; 19; 20 sind auf den Koordinatenachsen x; у unter Einbeziehung des Meßsystems 17 paarweise diametral angeordnet.

Zur Vorzentrierung sind das Antriebssystem 13 mit der Differenzschaltung der Meßsysteme 18; 19, die Antriebssysteme 11; 12, untereinander synchron gesteuert, mit der Differenzschaltung der Meßsysteme 17; 20 zu Regelkreisen geschaltet. Während der Präzisionsorientierung werden vorzugsweise das Antriebssystem 13 mit der Differenzschaltung der Meßsysteme 18; 19, das Antriebssystem 11 mit dem Meßsystem 15 und das Antriebssystem 12 mit dem Meßsystem 16 zu Regelkreisen geschaltet.

Hierbei ist das Justierkriterium die Hauptfase und eine dazu von der Durchmessertoleranz unabhängige, aber möglicherweise von einer Nebenfase beeinflußten Senkrechten zur Hauptfase.

Durch Verzicht auf die Differenzschaltung der Meßsysteme 18; 19 kann eine Präzisionsorientierung nach drei Meßsystemen 15; 16 und 18 oder 19 erfolgen. Diese Schaltung entspricht dem Orientierungskriterium einer mechanischen Dreipunktanlage. Sie kann z.B. zur Gewährleistung der Multivalenz mit technologischen Ausrüstungen mit mechanischen Dreipunktanlagen vorteilhaft sein. Diese Orientierung ist unabhängig von Durchmessertoleranzen und Nebenfasen

Claims

1. Einrichtung zur genauen, automatischen ebenen Justierung der Lage einer Halbleiterscheibe mit mindestens einer Orientierungsfase, der Hauptfase, nach ihren äußeren Konturen, wobei sich die Halbleiterscheibe auf einem senkrecht zur Justierebene verschiebbaren Drehtisch mit einer bezüglich einem Grundgestell festen Drehachse und mit einer Haltevorrichtung für die Halbleiterscheibe befindet und eine parallel zur Justierebene in zwei zueinander senkrechten Richtungen (x- bzw. y-Koordinatenrichtung) sowie einer Drehrichtung (φ-Richtung) verschiebbaren Bewegungseinrichtung mit zwei parallelen, symmetrisch zur x-Achse und einem dazu senkrecht, längs der y-Achse angeordneten translatorischen Antriebssystemen vorhanden sind, dadurch gekennzeichnet, daß in geringem Abstand unter der Halbleiterscheibe in fester Lage bezüglich des Grundgestells zur Lageerkennung der Hauptfase ein erstes und ein zweites lineares fotoelektrisches Meßsystem längs den Wirkungslinien der beiden parallelen translatorischen Antriebssysteme und ein drittes lineares fotoelektrisches Meßsystem in paralleler Lage zwischen dem ersten und dem zweiten Meßsystem sowie zur Erkennung der zentrischen Lage zusätzliche lineare fotoelektrische Meßsysteme radial zur Sollage der Halbleiterscheibe in definierter Lage zur x- oder y-Achse angeordnet sind, daß die Peripherie der Halbleiterscheibe in ihrer Sollage alle Meßsysteme in ihrem Meßbereich schneidet und daß die translatorischen Antriebssysteme mit den fotoelektrischen Meßsystemen zu Regelkreisen geschaltet sind.

2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß vier zusätzliche lineare fotoelektrische Meßsysteme paarweise diametral, symmetrisch zur x- oder y-Achse angeordnet sind.

3. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß drei zusätzliche lineare fotoelektrische Meßsysteme jeweils im Winkel von 90 zueinander auf den Koordinatenachsen angeordnet sind und als viertes zusätzliches Meßsystem das zur Lageerkennung der Orientierungsfase erforderliche dritte dient.

4. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzliches lineares fotoelektrisches Meßsystem auf der y-Achse angeordnet ist.

5. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die linearen fotoelektrischen Meßsysteme zwecks Grob- und Feinjustierung über ihren Wirkungsbereich unterschiedliche Empfindlichkeiten aufweisen.

6. Einrichtung nach den Ansprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die translatorischen Antriebssysteme, auf deren Wirkungslinien Meßsysteme angeordnet sind, mit diesen direkt und die translatorischen Antriebssysteme, zu deren Wirkungslinien Meßsysteme symmetrisch angeordnet sind, über die Summenschaltung jeweils der beiden symmetrisch zu besagter Wirkungslinie liegenden Meßsysteme und gleichzeitig die Antriebssysteme über Differenzschaltungen jeweils zweier diametral gegenüberliegender Meßsysteme bzw. Summenschaltungen zu Regelkreisen geschaltet sind.

7. Einrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß zwei parallel liegende Antriebssysteme synchron betrieben und als eines verwendet werden, dessen Wirkungslinie längs der x-Achse verläuft.