DE10139586C2 - Plattenförmiges Justierelement - Google Patents

Description

Beispielsweise 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.

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 Wafer zugeführt.

Auch unter Verwendung hochsensibler er Zuführeinrichtungen läßt sich dabei keine exakt parallele Ausrichtung Ton Maske und Wafer erreichen, die aber, wie ausgeführt, notwendig ist.

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 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 (z. B. einer Leuchtdiode gegenüber einem Lichtwellenleiter) unter Verwendung eines einteiligen Rahmens, dessen äußere und innere Teile über Bandfedern verbunden sind.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine alternative Möglichkeit zum Keilfehlerausgleich aufzuzeigen, wobei insbesondere folgende Gesichtspunkte vorrangig sind: Aufgrund des häufigen Wechsels 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 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.

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 gewünschten 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.

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.

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 Position festlegt.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung danach ein plattenförmiges Justierelement mit den Merkmalen des Anspruchs 1.

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 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.

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.

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 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.

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 der Erfindung.

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.

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.

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 Befestigungselemente 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.

Bei einem kreisförmigen Justierelement mit ringförmigen oder scheibenförmigen Rahmenteilen bietet sich die Anordnung von 3 Befestigungselementen an, jeweils im Winkel von 180° zueinander versetzt, mit zugehörigen Klemmeinrichtungen.

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

Sofern das Justierelement ein Bauteil aufnimmt, welches 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 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).

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.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

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 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 Fig. 1.

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

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 sind zwei plattenförmige Einheiten vertikal verfahrbar (Pfeile v). Die obere Einheit betrifft ein plattenförmiges Justierelement 20, welches nachstehend anhand von Fig. 2 näher beschrieben wird, auf dessen Unterseite eine optische Maske 30 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.

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 ist bekannt und wird hier nicht näher beschrieben.

Fig. 2 zeigt die erfindungsgemäße Ausbildung des plattenförmigen Justierelements 20, welches entlang der Säulen 10 vertikal verfahrbar ist.

Das Justierelement 20 umfaßt eine 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 Rahmenteil 24 angeordnet ist, auf dem wiederum die Belichtungsmaske 30 festgeklemmt ist.

Von jeder Außenfläche 24a des inneren Rahmens 24 steht ein Zapfen 24z ab, der in eine korrespondierende Aussparung 22a des Außenrahmens 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 26b 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.

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 (Fig. 1) und mit Hilfe der Einstellplatte 40 und seiner zu belichtenden Oberseite 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 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 definiert.

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.

Claims (7)

1. Plattenförmiges Justierelement zur parallelen Aus­ richtung einer Halbleiterscheibe gegenüber einer Projektions-Belichtungsmaske, wobei die Halbleiter­ scheibe gegen eine korrespondierende Hauptfläche der Maske geführt wird, bis beide vollflächig gegenein­ ander und damit parallel zueinander liegen, mit folgenden Merkmalen:

• 1. 1.1 einem äußeren Rahmenteil (22),
• 2. 1.2 einem mit Abstand zum äußeren Rahmenteil (22) schwimmend angeordneten inneren Rahmenteil (24) zur Aufnahme der Halbleiterscheibe oder der Maske,
• 3. 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,
• 4. 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.

2. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem das Befestigungselement (24z) aus einem Zapfen besteht, der vom inneren Rahmenteil (24) in eine korrespondierende Aussparung (22a) im äußeren Rahmenteil (22) unter Ausbildung eines Spiels eingreift.

3. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem die Feststelleinrichtung (22b) aus einer auf das Befestigungselement (24z) wirkenden Klemm- oder Bremseinrichtung besteht.

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. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem jedem Befestigungselement (24z) eine Feststelleinrichtung (22b) zugeordnet ist.

6. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem die Feststelleinrichtung (22b) pneumatisch aktivierbar ist.

7. Justierelement nach Anspruch 1, bei dem der äußere Rahmenteil (22) entlang vertikal verlaufender Säulen (10) vertikal verschiebbar ist.