Vorrichtung zum Ausrichten einer Halbleiterscheibe-n Bezug auf eine
Maskenscheibe Bei der iierstellung,von elektrischen Halbleiter-Bauelementen in Kopiertechnik
besteht das Problem,. vor dem Kopieren der- Maskenbilder auf die mit einer Ii`:otoschlcht
belegte Halbleiterschebe jeweils den Maskenträger gegen die Halbleiterscheibe --
so genau wie irgend- möglich auszurichten, damit auch beim mehrmaligen Kopieren
die. einzelnen Maskenbilder sich noch mit genügender Genauigkeit überdecken. Das
aber wird um so schwierigem je feiner die Bildstrukturen sind.- -, fier Erfindung
liegt -die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum-Ausrichten einer Halbleiterscheibe
in Bezug auf eine `Maskenscheibe beim Herstellen von elektrischen 'Halbleiter-Hauelementen.zu
schaffen, die mit je einer Tragvorrichtung für die beiden Scheiben ausgerüstet ist.Device for aligning a semiconductor wafer with respect to a
Mask disk When making electrical semiconductor components using copying technology
is the problem. before copying the mask images onto those with an Ii`: otoschlcht
occupied semiconductor wafer in each case the mask carrier against the semiconductor wafer -
to be aligned as precisely as possible, so even when copying several times
the. individual mask images still overlap with sufficient accuracy. That
but becomes all the more difficult the finer the picture structures are
The object is based on a device for aligning a semiconductor wafer
in relation to a 'mask disk in the manufacture of electrical' semiconductor components
create, which is equipped with a support device for each of the two panes.
Gegenstand der Erfindung ist eine Vorrichtung der genannten Art-,
die sich dadurch auszeichnet, daß die Tragvorrichtung für die Maskenscheibe aus
einer- mit Äuschlägen versehenen Auflage besteht, auf die ein bogen--@oder ring-:
f ürm.ges Haltestück vorzugsweise durch die Kraft von Maxrieten angedr:tckt wird,,
und da,ß die. Tragvorrichtung fir die llalülelte°rschei:be. einen --in se iner Auflagefläche
mit rlrlg-, feigen Aucsparungen sowie einer mit diesen ve.c#bLxidenen Zentraten
Lkr)lircitig für clen Durc itrIGt von Luft werscleit:n fisr;tt ulnial3-t, der-mIttaka
girier auf °e.riem urig r1Lti;aiier
Kugelkalotte an einem mittels
eines-Kurvenstückes in seinen' Höhenlage in Bezug auf die Tragvorrichtung für die
Maskenscheibe veränderbaren Stempel gelagert ist, dessen Führungs--elemente verschiebbar
auf einem Tisch ruhen, der drehbar ist. Dabei kann der Stempel innen hohl und Verbindungsstück
zwischen der Bohrung des Tisches für den Luftdurchtritt - und dem Anschlußstutzen
für einen Luftschlauch sqin. Es ist eine Bremsvorrichtung für die Höhenverstellung
des Stempels vorhanden,x die in ihrer Wirkung einstellbar ist. Die Übertrageng des
Steuerweges von der Kurvenscheibe zum Stempel erfolgt mittels Kugeln. Wie sich gezeigt
hat, erlaubt die neue Vorrichtung das Ausrichten einer_Halbleiterscheibe in Bezug
auf eine Maskenscheibe mit so hoher Genauigkeit, daß eine weitere Verkleinerung
der Mikroschartbilder möglich erscheint. Darüber hinaus werden Unterschiede in der
Dicke der Halbleiterscheiben automatisch ausgeglichen.
Ausführungsbeispiele für den Gegenstand der Erfindung sind
in den Zeichnungen dargestellt und nachfolgend beschrieben.
Es zeigena
rLg. 1 einen Teil der neuen Vorrichtung in Seitenansicht,
zum Teil. geschnitten;
rg. 2 e.LCi9 Cresaliita, tisiclt W C113 .C Vorribhtttiie;;
PLg, :j EInfl ptietimatLsche fi-L'beiT()Z`Z'LCiitllng
fLZr die
t@l@i.3lct@ ttha:t 1 t e v o r@I. t; ti t tt nY @ ,
Die in Fig.1 gezeigte Vorrichtung zeigt geschnitten eine ring-
oder U-förmige Auflage 10 für die Maskenscheibe 11.
Die Auflage 10 weist Anschläge
in Form von Stiften 12 auf, gegen die die Maskenscheibe von einer ortsfest gelagerten
Blattfeder 13 gedrückt wird. Auf' der Maskenscheibe liegt ein geschnitten gezeigtes
ring- oder U-förmiges Haltestück 14 auf, welches mit Ausnehmungen 141 für die Stifte
1 2 sowie die Feder 13. versehen ist. Es wrd@durch in die Aufluge eingelassene,
federnd gelagerte Dauermagnete 15 gegen die Auflage 10 und. damit gegen die. Maskenscheibe
11 gedrückt. Die Auflage 10 -st an einem langen einseitigen rieben 16 befestigt,
der an deiner Feder 17 drehbar gelagert Ist. Die Ortslage des Federträgers 46 im
Grundgestell ist -mittels eines Koordinatentisches 48 in Dichtung der Ioordi--iiäten
x und y einstellbar. Als Auflage für das freie Ende dieses Hebels 16 dient
eine Kugel 67, deren Höhenlage mittels einer Schraube 18 einstellbar ist.
Zum Abheben `des Hebels von dieser Auflage dient eine mittels eines.Handhebels 19
über eine nicht dargestellte biegsame Welle betätigbare Exzenterscheibe 20, deren
nachfolgend noch zu erläuternde Arbeitsstellungen durch Raste bzwe Anschläge und,
falls gewünscht, durch Schaltkontakte für Anzeigelampen gekennzeichnet sind: Der
die Halbleiterscheibe 21 tragende Tisch 22 ist auf einer in einem Ring 23 gelagerten
Kugelkalotte 24befestigt, Der Tisch ist mit riTigf'örmig;eti Aussparungen versehen,
die über 4uerverbindungen mit eitler zentralen Boxi-"-run.g,@. die: auch durch die
Kugelkalotte geführt ist, in
Verbindung stehen. Der Ring 23 ruht
auf einem mit einem Tragteller 25 versehenen Stempel 26, der mittels Kugeln
27 und eines unter dem Druck einer Feder 28 stehenden, an einer Abflachung des Stempels
angreifenden Kugellagers 29 geführt ist. Die Kugeln stützen sich an der Wand eines
topfartigen Gehäuses-30 ab, das in einem Grundblock 31 starr gelagert ist. Der Stempel
26 .ist innen hohl und trägt- seitlich einen Anschlußstutzen 32 für einen Schlauch
33, der zu einem über ein Ansatzstück 34 am Grundblock 31 befestigten Doppelanschlußstutzen
35 führt. An diesen ist außerdem ein Luftschlauch 36 angeschlossen. Der Stempel
26 sitzt unten auf einer Reihe von Kugeln 37 auf, die in einem Krümmer 38 geführt
sind und die Verbindung zu einem walzenförmigen, aus-Weicheisen gefertigten Körper
39 herstellen, der in einer Bohrung 40 des Grundkörpers 31 gelagert ist..
Der Körper 39 weist an seinen Stirnseiten zwei Stifte 41, 42 auf, von denen der
eine (42) mit den Kugeln in Berührung steht, während der andere (41) mit seinem
abgerundeten Ende nach- außen geführt ist und dort mit einem ortsfest montierten
Kurvenstück 43 zusammenwirken kann. Quer zur Bohrung 40 ist eine Bohrung 44 gelegt,
in der sich ein Dauermagnet 45 befindet: Dieser dient als Bremse für die Bewegungen
des- Körpers 39 in der Bohrung 40. Die Bremswirkung ist durch Annähern oder Entfernen
des Magneten zum bzwe vom Körper 39 variabel.The subject of the invention is a device of the type mentioned, which is characterized in that the support device for the mask disc consists of a support provided with Äuschlag, on which a curved - @ or ring-: for ürm.ges retaining piece, preferably through the Kraft von Maxrieten pressed: is tickt, and there, ß the. Carrying device for the universal disk: be. a --in its support surface with rlrlg-, fig cutouts as well as one with these ve.c # bLxidenen centrates Lkr) lircitig for the passage of air werscleit: n fisr; tt ulnial3-t, der-mIttaka girier auf ° e. riem urig r1Lti; aiier spherical cap is mounted on a stamp which can be changed in its height position in relation to the support device for the mask disk by means of a curved piece, the guide elements of which rest displaceably on a table which can be rotated. The punch can be hollow on the inside and a connecting piece between the hole in the table for air to pass through and the connection piece for an air hose sqin. There is a braking device for the height adjustment of the ram, the effect of which is adjustable. The transmission of the control path from the cam to the punch takes place by means of balls. As has been shown, the new device allows a semiconductor disk to be aligned with respect to a mask disk with such a high degree of accuracy that a further reduction in the size of the microchart images appears possible. In addition, differences in the thickness of the semiconductor wafers are automatically compensated for. Embodiments of the subject matter of the invention are
shown in the drawings and described below.
Show it
rLg. 1 a part of the new device in side view,
partly. cut;
rg. 2 e.LCi9 Cresaliita, tisiclt W C113 .C Vorribhtttiie ;;
PLg,: j EInfl ptietimatLsche fi-L'beiT () Z`Z'LCiitllng fLZr die
t @ l @ i.3lct @ ttha: t 1 tevor @ I. t; ti t tt nY @,
The device shown in FIG. 1 shows, in section, an annular or U-shaped support 10 for the mask disk 11. The support 10 has stops in the form of pins 12, against which the mask disk is pressed by a stationary leaf spring 13. A ring-shaped or U-shaped retaining piece 14 (shown in section) rests on the mask disk and is provided with recesses 141 for the pins 1 2 and the spring 13. It wrd @ by resilient permanent magnets 15 embedded in the support against the support 10 and. thus against the. Mask disk 11 pressed. The support 10 -st attached to a long one-sided rubbed 16, which is rotatably mounted on your spring 17. The position of the spring support 46 in the base frame can be adjusted by means of a coordinate table 48 in the seal of the ioordi ies x and y. A ball 67, the height of which can be adjusted by means of a screw 18 , serves as a support for the free end of this lever 16. To lift the lever off this support, an eccentric disk 20 which can be actuated by means of a hand lever 19 via a flexible shaft (not shown) is used, whose working positions to be explained below are characterized by notches or stops and, if desired, by switching contacts for indicator lamps: The semiconductor disk 21 supporting table 22 is attached to a spherical cap 24 mounted in a ring 23. The table is provided with riTigf'örmig; eti recesses, which are also led through the spherical cap via 4uer connections with vain central boxi - "- run.g, @ The ring 23 rests on a plunger 26 provided with a support plate 25, which is guided by means of balls 27 and a ball bearing 29 which is under the pressure of a spring 28 and engages a flat portion of the plunger the wall of a pot-like housing 30, which is rigidly mounted in a base block 31. The punch 26 is hollow on the inside and laterally carries a connecting piece 32 for a hose 33, which leads to a double connecting piece 35 attached to the base block 31 via an extension piece 34. An air hose 36 is also connected to this. The punch 26 is seated at the bottom on a row of balls 37, which are guided in a bend 38 and establish the connection to a cylindrical body 39 made of soft iron, which is mounted in a bore 40 of the base body 31. The body 39 has two pins 41, 42 on its end faces, of which one (42) is in contact with the balls, while the other (41) is led out with its rounded end and can interact there with a stationary cam piece 43 . A bore 44 is placed transversely to the bore 40, in which a permanent magnet 45 is located: This serves as a brake for the movements of the body 39 in the bore 40. The braking effect is variable by moving the magnet closer to or away from the body 39.
Der Grundblock 31 ist mittels einer Schwalbenachwanzfführung auf einem
Tiscii 47 parallel zur Zeichenebene verschiebiich
gelagert.-Er wird
mittels einer Schraube in seiner jewei-Ingen Lage gehalten. Der TI sch-47 ist auf-einem
senkrecht zur Zeichenebene im Grundgestell verschiebbaren Schlitten 66 drehbar
montiert.'Der Tisch 47 ist :auf seiner vom Betrachter abgewandten Seite: mit einer
Radialverzahnung -versehen:, in die eine- von Hand mittels eines Knopf es f2 dreh-:
bare, am Grundgestell gelagerte Schnecke eingreifen kann. Beim Drehen der Schnecke
dreht sich der..TiSch 47 und damit der Tisch 22.. Am Grundgestell - et das- Kurvenstück
4j,-befestigt. Es weist ein Langloch auf, weIches,= die Just'.erung des Kurvenstiicli;es
in Abhängigkeit von der jeweiligen Stellung des Grundblockes_-31 auf dem Tisch 47
gestattet, Durch eine Ausspäruug im Schlitten 66 ist ein starr am. Tisch 4'j .befestlgter
Führungsetift 6T bis dicht- über die Oberfläche des Grundgestells geführt. Er hat.
d':e Aufgabe, mittels im Verechiebeweg de.s Schlittens 66 hef indlieher Steuerstücke
64 am@ Ende eines Ausrzchtvorganges den Tisch 47' aus. a einer -durch die- Betätigung
der Schnecke bestimmten Lage in die Nullstellung zurückzuführen.The base block 31 is mounted displaceably parallel to the plane of the drawing by means of a dovetail guide on a table 47. It is held in its respective position by means of a screw. The TI sch-47 is rotatably mounted on a slide 66 that is displaceable perpendicular to the plane of the drawing in the base frame. The table 47 is: on its side facing away from the viewer: with a radial toothing -provided: in one hand by means of a button f2 rotatable screw mounted on the base frame can intervene. When the worm rotates, the table 47 and thus the table 22 rotates. Attached to the base frame - et the curve piece 4j. It has an elongated hole, which allows the adjustment of the curve piece, depending on the respective position of the base block 31 on the table 47. attached guide pin 6T up to just above the surface of the base frame. He has. d ': e task, by means of the sliding path of the slide 66 hef indlieher control pieces 64 at the end of a Ausrzchtvorganges the table 47'. a due to a position determined by the actuation of the worm into the zero position.
Die Funktionsweiae--der Vorrichtung ist folgende: Nachdem die -Maskenscheibe
11 auf die Auflage- 10-aufgebracht und mittels der Felder .1_3aowie dar Stifte
12 horizontal fixiert ietg,- wird. d,e ,glteatück 14 aufgesetzt und damit
auch. die vertikale frage - der. Macke fixiert. Bei diesen Ar:-beiten iet der Rebel
16 ein gutes Stück von -.er Kugel. 67
abgehoben.-Sodann--wird -d;.e= Talbleiteraeheibe
-21: auf den Tisch 22 ` gelegt uÜd: der-Schlitten 66 auf Anschlag unter
die
Maskenscheibe geschoben. Eine von Hand wieder lösbare Raste hält ihn in dieser Stellung
fest. Bei dieser Bewegung des Schlittens 66 kommt das Kurvenstück 43 mit dem Stift
41 in Kontakt und verschiebt dabei den Körper 39 in horizontaler, den Stempel 26
in vertikaler Richtung. Diese Stellung bleibt beim Verlassen des Wirkbereiches des
Kurven-Stückes 43 erhalten, da der Magnet 45 eine Rückbewegung des Körpers 39 bremst.
Nunmehr wird durch Absenkendes Hebels 16 durch Verdrehen der Exzenterscheibe 20
die Maskenscheibe 11 mit der Halbleiterscheibe 21 in Flächenkontakt gebracht. Dann
senkt sich der Hebel 16 solange ab, bis er wieder auf der Kugel 67 aufliegt. Bei
dieser Absenkbewegung wird der Stempel 26 mit nach unten gedrückt und dabei ein
automatischer Dickenausgleich der Halbleiterscheiben bewirkt.-Dazu ist es wichtig,
daß die Bremswirkung des Magneten 45 so eingestellt ist, daß die Maskenscheibe nicht
beschädigt wird. Bei dieser.Absenkbewegung stellt sich dann auch wegen der verwendeten
Kugelkalotte 24 die Parallelität der beiden Scheiben zueinander ein. Nunmehr wird
an den Schlauch 36 eine nicht dargestellte Pumpe angeschlossen, die die Scheibe
2.1 an die Oberfläche des Tisches 22 ansaugt. Sodann wird mittels des Exzenters
20 die Maskenscheibe 11 von der-Halbleiterscheibe 21 um 10-15/um abgehoben. Durch
Drehender am Grundgestell befestigten Schnecke wird die Halbleiterscheibe 21 mit
ihren Strukturen parallel zu den Strukturen der Maskenscheibe 11 gestellt. Sodann
wird der Federträger 46 im Grundgestell verschoben derart, daß d:Le gewünschte Deckung
der Strukturen erzielt wird. Anschließend wird der
Hebel 16 wieder
ganz abgesenkt, und-es@n-belichtet werden. In Abwandlung des Beschriebenen ist es
auch möglich., - das Heben-und Senken des Hebels 16 pneumatisch zu steuern.-Eine-
Vorrichtung dazu ist in Figo3 gezeigt. Hier ist auf dem Hebel 16, an dem die Auflage
10 befestigt ist, eine einstellbare Nocke 50 befestigt. Diese kann mit dem
Membranstößel 51 eines Druckkessels 52 zusammenwirken. An einer Strebe 60
ist eine Luftdüse 53 befestigt, der eine-. an einem l.;ängsverschi.eblich am Hebel
16 gelagerten Stift 54 befestigte Prallplatte 55 gegenübersteht. Ein Dauermagnet
56 hält den Stift 5z1; in seiner jeweiligen Lage. Denn freien Ende des Stiftes 54.
steht ein einstellbarer ortsfester Anschlag -57 gegenüber. Die Düse-53 - ist- über
eineu Schlauch 58 sowie
ein Ventil-mit '
mst dem Druckleessel 52 verbunden,
Diese Anordnung funktioniert wie folgt Durch hohen Druck im Kessel. 52 wird der
Hebel. 16 starkangehoben und dabei der Stift 54 durch den Anschlag 57 nach unten
verschoben. Beim Absenken des ZHebels wird der Stift solange nach oben geschoben,
bis die Maskenscheibe auf der Kristallscheibe aufliegta-Wrd nunmehr die Düse
53
zum-Drucklcessel parällel'geschaltet und Druck auf den Kessel gegeben,
so gibt die Düse beim Anheben des Hebels 16 Luft frei, und man kann diese Anordnung
leicht so einregem, daß.sich in diesem Falle die Maskenscheibe nur 1`0-15:`um von
der Halbleiterscheibe abhebt.
Diese Anordnung hat- ebenfalls den
Vorteil, daß Dickenunterschiede bei den Halbleiterscheiben automatisch ausgeglichen
werden. -SchliLeßlich ist es auch möglich, das zum Einjustieren notwendige Trennen
der Maskenscheibe von der Halbleiterscheibe wie folgt durchzuführen: Das Aufbringen
der beiden Scheiben erfolgt in der bei Fig.1 beschriebenen: Weise, ebenso das Einfahren
des Schlittens in die Arbeitsstellung. Gegen Ende des Absenken: des Hebels 16 wird
an den Schlauch 36 eine-Druckluftquell.e angeschlossen, welche zwischen die Halbleiterscheibe
und den Tisch ein Druckluftpolster legt, so daß der Stempel etwas weiter nach unten
gedrückt wird. Durch Drosselung der- Luftzufuhr läßt sich .dieses Luftpolster leicht
auf eine Dicke von 10-15@um einjustieren. Schaltet man nun an die Stelle der Druckluftquelle
eine Pumpe an, so wird die Halbleiterscheibe auf den Tisch gezogen und damit zwischen
den beiden Scheiben der gewünschte Abstand erzielt, Nach Beendigung des Ausrichten:
der beiden Scheiben zueinander können dann, beispielsweise auf Pneumatische Weise
durch Druck auf den Stift 41, die beiden Scheiben wieder miteinander in Kontakt
gebracht werden.The function of the device is as follows: After the mask disk 11 is placed on the support 10 and fixed horizontally by means of the fields 1 and 3 as well as the pins 12. d, e, glteatück 14 put on and thus also. the vertical question - the. Macke fixed. The Rebel 16 has a good chunk of a ball for this job. 67 lifted off.-Then - is -d; .e = Talbleiteraeheibe -21: placed on the table 22 `uÜd: the slide 66 is pushed under the mask pane as far as it will go. A detent, which can be released again by hand, holds it in this position. During this movement of the carriage 66, the cam piece 43 comes into contact with the pin 41 and thereby displaces the body 39 in the horizontal direction and the punch 26 in the vertical direction. This position is retained when the active area of the curve piece 43 is left, since the magnet 45 brakes a return movement of the body 39. Now, by lowering the lever 16 by rotating the eccentric disk 20, the mask disk 11 is brought into surface contact with the semiconductor disk 21. The lever 16 then lowers until it rests on the ball 67 again. During this lowering movement, the punch 26 is also pressed downwards, thereby automatically compensating the thickness of the semiconductor wafers. For this purpose, it is important that the braking effect of the magnet 45 is set so that the mask disk is not damaged. During this lowering movement, because of the spherical cap 24 used, the two disks are parallel to one another. A pump (not shown) is now connected to the hose 36, which sucks the disk 2.1 onto the surface of the table 22. Then, by means of the eccentric 20, the mask disk 11 is lifted from the semiconductor disk 21 by 10-15 μm. By rotating the screw fastened to the base frame, the semiconductor wafer 21 with its structures is placed parallel to the structures of the mask wafer 11. The spring support 46 is then displaced in the base frame in such a way that the desired coverage of the structures is achieved. The lever 16 is then completely lowered again and-it @ n-exposed. In a modification of what has been described, it is also possible to control the lifting and lowering of the lever 16 pneumatically. A device for this is shown in FIG. Here, an adjustable cam 50 is attached to the lever 16 to which the support 10 is attached. This can interact with the diaphragm tappet 51 of a pressure vessel 52 . On a strut 60, an air nozzle 53 is attached, the one. on a longitudinally differently mounted pin 54 attached to the lever 16 faces the baffle plate 55. A permanent magnet 56 holds the pin 5z1; in its respective position. Because the free end of the pin 54 is opposite an adjustable stationary stop -57. The nozzle-53- is via a tube 58 as well a valve with '
mst connected to the pressure lever 52 ,
This arrangement works as follows: By high pressure in the boiler. 52 becomes the lever. 16 raised and the pin 54 moved downwards by the stop 57. When lowering the Z-lever, the pin is pushed up until the mask disc rests on the crystal disc - the nozzle 53 is now connected in parallel to the pressure tank and pressure is applied to the tank, so the nozzle releases air when the lever 16 is raised, and one can easily adjust this arrangement in such a way that in this case the mask disc only lifts 1`0-15: `um from the semiconductor wafer. This arrangement also has the advantage that thickness differences in the semiconductor wafers are automatically compensated for. Finally, it is also possible to separate the mask disk from the semiconductor disk, which is necessary for adjustment, as follows: The application of the two disks takes place in the manner described in FIG. Towards the end of the lowering: of the lever 16, a compressed air source is connected to the hose 36, which places a compressed air cushion between the semiconductor wafer and the table, so that the punch is pressed a little further downwards. By throttling the air supply, this air cushion can easily be adjusted to a thickness of 10-15 μm. If a pump is now switched on instead of the compressed air source, the semiconductor wafer is pulled onto the table and the desired distance is thus achieved between the two wafers the pin 41, the two disks are brought into contact with one another again.
In Abwandlung des Beschriebenen ist es auch möglich, die Auflage für
die Maskenscheibe höhenfest, d.h. nur in ihrer Ebene verschieblich ,zu lagern. In
diesem Falle-muß die Wirkung des Bremsmagneten 45 schaltbar sein, das Kurvenstück
43 entfällt und der Antrieb der Höhenverstellung den Tisches 22 erfolgt schaltbar,
beispielsweise"pneumatisah oder elektrisch.In a modification of what has been described, it is also possible to use the edition for
to store the mask pane at a fixed height, i.e. only movable in its plane. In
In this case, the action of the brake magnet 45 must be switchable, the curve piece
43 is omitted and the drive of the height adjustment of the table 22 is switchable,
for example "pneumatisah or electric.