DE1944448A1 - Opt system for multiple printed circuits prodn - Google Patents
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Abstract
Description
CJLRL ZEISS, 7920 Heidenheim (BHSNZ)CJLRL ZEISS, 7920 Heidenheim (BHSNZ)
Verfahren und "Vorrichtung zur Herstellung integrierter Falbleiterschaltkreise in monolithischer Bauweise Method and "Apparatus for Manufacture integrated fall arrester circuits in monolithic construction
Bei der Herstellung integrierter Halb'leiterschaltkreise in monolithischer Bauweise geht man aus von einer Halbleiterscheibe, im allgemeinen einer Siliziumscheibe, auf der in mehreren aufeinanderfolgenden Bearbeitungsprozessen eine Vielzahl von identisch gleichen Schaltkreisen erzeugt werden. Diese Platte wird nach Abschluss aller Bearbeitungsprozesse durch Ritzen und Brechen in eine Vielzahl, beispielsweise 200 - 500 Einzelchips aufgeteilt, die je einen vollständigen Schaltkreis darstellen.When manufacturing integrated semiconductor circuits in monolithic construction, one starts with a semiconductor wafer, generally a silicon wafer on which several successive machining processes are carried out a large number of identical, identical circuits can be generated. This plate will be used after all machining processes have been completed divided by scoring and breaking into a large number, for example 200 - 500 individual chips, each representing a complete circuit.
Die Bearbeitung der Siliziumscheibe erfolgt in der sogenannten Planartechnik. Dabei wird zunächst eine dünne Oxydschicht auf der Platte erzeugt, die danach mit einem lichtempfindlichen Lack überzogen wird. Die Scheibe wird dann über eine Maske belichtet. An den belichteten Stellen wird der Lack polymerisiert und unlöslich, die unbelichteten Stellen werden danach abgelöst. Anschließend wird an den unbelichteten Stellen die Oxydschicht durch Aasätzen beseitigt, sodass eine feine Öffnungsstruktur entsteht. Die so behandelte Platte wird dann einem Diffusionsprozess unterworfen in dessen Verlauf an den Stellen an denen die Oxydschicht abgeätzt ist7der Leitfähigkeitstyp des Materials geändert wird.The silicon wafer is machined using the so-called planar technique. First a thin oxide layer is created on the plate, which is then coated with a light-sensitive lacquer. The disk is then exposed through a mask. The lacquer is polymerized and insoluble in the exposed areas, and the unexposed areas are then peeled off. The oxide layer is then removed from the unexposed areas by etching, so that a fine opening structure is created. The thus treated plate is then subjected to a diffusion process in the course of which at the points at which the oxide layer is etched off 7, the conductivity type of the material is changed.
Mehrere solcher Oxydations-, Beschichtungs-, Belichtungs-, Ätz- und Diffusionsvorgänge sind zur Herstellung der Halbleiterschaltkreise erforderlich. Weiterhin wird die Scheibe noch Epitaxie- und Bedampfungsprozessen unterworfen.Several such oxidation, coating, exposure, Etching and diffusion processes are required to manufacture the semiconductor circuits. Furthermore, the disc still subjected to epitaxy and vapor deposition processes.
-•φ- • φ
Bei allen diesen Prozessen muß an den genau vorgewählten Stellen der jeweils gewünschte Effekt eintreten und es muß zudem jeder einzelne Schaltkreis in genau derselbenIn all of these processes the carefully selected ones must be selected Make the desired effect occur and each individual circuit must also be exactly the same
- 2 1 P 64-1 10 9 8 3 4/0651 1 G 787- 2 1 P 64-1 10 9 8 3 4/0651 1 G 787
Weise "beeinflußt werden. Da außerdem in den verschiedenen aufeinanderfolgenden Bearbeitungsprozessen die Konturen verschiedener -'Masken auf der ganzen Siliziumscheibe sehr genau zur Deckung gebracht werden müssen, ist die Beherrschung der Maskiertechnik die Voraussetzung für eine Fertigung von Halbleiterschaltkreisen in monolithischer Bauweise.Way "to be influenced. As, moreover, in the various successive machining processes the contours Different -'masks must be brought very precisely to coincide on the entire silicon wafer, is the mastery masking technology is the prerequisite for the production of semiconductor circuits in monolithic construction.
Da die Photomaske im Fertigungsablauf eine zentrale Stellung einnimmt, muß die Herstellung solcher Masken mit äußerster Genauigkeit und Sorgfalt erfolgen.Because the photo mask plays a central role in the production process takes, the production of such masks must be done with the utmost Accuracy and care.
Bisher dient als Ausgangspunkt für die Photomaske eine große Schiiittmaske die aus einer Doppelschichtfolie hergestellt wird und deren Linearausdehnungen im Bereich von 0,5 bis Λ um liegen. Diese Schnittinaske wird ein- oder mehrstufig photographisch verkleinert, sodass schließlich eine Photomaske entsteht, deren Linearausdehnungen im Bereich 1 cm liegen.So far, the starting point for the photomask has been a large cut mask which is made from a double-layer film and whose linear dimensions are in the range from 0.5 to Λ µm. This cut mask is photographically reduced in one or more stages, so that ultimately a photomask is created, the linear dimensions of which are in the region of 1 cm.
Diese Photomaske wird nun nochmals abgebildet, wobei durch einen sogenannten "Photorepeater" auf einer Platte eine Vielzahl von sehr kleinen untereinander identisch gleichen Maskierungsmustern hergestellt wird. Da mehrere verschiedene Masken genau zusammen passen müssen und zwar nicht nur innerhalb einer einzelnen Schaltung sondern für alle etwa 200 "bis 500 Schaltungen auf einer Platte ist dieser Schritt der Erzeugung der Vielfachmaske sehr exakt auszuführen, das heißt die, entstehende Vielfachmaske ist teuer. In der Fertigung wird nun eine solche Vielfachmaske auf die photoaktivierte Oberfläche der Siliziumscheibe gelegt und es wird eine Kontaktkopie des Vielfachmusters hergestellt. Das direkte Auflegen der Vielfachiaaske auf die Scheibenoberfläche bedingt, daß die Lebensdauer dieser Maske nicht sehr hoch ist. Die Fertigung wird also durch den Verschleiß von teueren Vielfächmasken in unerwünschter Weise verteuert.This photomask is now imaged again, with through a so-called "photorepeater" on a plate Large number of very small identical to one another Masking patterns is produced. Since several different masks have to fit together exactly, and not just within a single circuit but for all about 200 "to 500 circuits on one board is this step the generation of the multiple mask to be carried out very precisely, that is, the multiple mask that is produced is expensive. In the Such a multiple mask is now placed on the photoactivated surface of the silicon wafer and it is manufactured a contact copy of the multiple pattern is made. The direct application of the multiple mask to the pane surface does not affect the service life of this mask is very high. The production is so through the wear of expensive multi-faceted masks in an undesirable manner.
Es ist nun die Aufgabe der vorliegenden Erfindung ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Herstellung integrierterIt is now the object of the present invention to provide a method and an apparatus for making integrated
109834/0651109834/0651
Halbleiterschaltkreise in monolithischer Bauweise anzugeben, welche die Fertigung vereinfachen und verbilligen.Specify semiconductor circuits in monolithic construction, which simplify and make production cheaper.
Die Erfindung geht aus von einem Herstellungsverfahren, bei dem in mehreren aufeinanderfolgenden Schritten jeweils auf die photοaktivierte Oberfläche einer Halbleiterscheibe ein Maskierungsmuster gleichmaßig über diese Fläche verteilt vielfach abgebildet und danach ein Atz- und Diffusionsvorgang eingeleitet wird. Das Verfahren nach der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine, das Maskierungsmuster nur einmal enthaltende Maske mittels einer aus identisch gleichen Spiegel-Systemen bestehenden Vielfachlinse^ in der gewünschten Größe_yie_lfach_auf die photοaktivierte Oberfläche abgebildet wird.The invention is based on a manufacturing method in which, in several successive steps, a masking pattern is repeatedly imaged evenly distributed over this area on the photo-activated surface of a semiconductor wafer and an etching and diffusion process is then initiated. The method according to the invention is characterized in that a mask containing the masking pattern only once is imaged on the photo-activated surface by means of a multiple lens consisting of identical mirror systems in the desired size.
Bei diesem Verfahren entfällt also die Herstellung einer Vielfachmaske und die darauffolgende Herstellung einer Kontaktkopie. Man geht aus von einer das Maskierungsmuster nur einmal enthaltenden Photomaske, welche durch optische Mittel auf die Siliziumscheibe abgebildet wird. Ein Kontakt zwischen Make und Siliziumscheibe entfällt also, sodaß die Lebensdauer der Photomaske an sich unbegrenzt ist.With this method, the production of a multiple mask and the subsequent production of a mask are not necessary Contact copy. The starting point is a photomask which contains the masking pattern only once and which is passed through optical means is imaged on the silicon wafer. There is no contact between the make and the silicon wafer in other words, so that the life of the photomask is inherently unlimited.
Versuche haben ergeben, daß eine aus vielen kleinen Objektiven zusammengesetzte Vielfachlinse zur Lösung der gestellten Aufgabe nicht ausreicht. Die Abbildungsfehler solcher Linsensysteme sind für das vorliegende äußerst genau arbeitende Herstellungsverfahren zu groß. Das Verfahren nach der Erfindung verwendet deshalb eine Vielfachlinse aus identisch gleichen Spiegelsystemen.·Solche Spiegelsysteme sind für die durch das Herstellungsverfahren gestellten Anforderungen auskorrislerbar« Sie müssen allerdings ein gewisses Mindestoffnungsverhältnis von etwa 1 : 2j5 aufweisen damit die geforderte Auflösung erreicht wird. Dadurch bedingt haben die optischen Elemente einen Durchmesser, welcher die Erzeugung von unmittelbar aneinandergrenzendön Bildern des Mäskierungsmüsters nicht erlaubt. Tests have shown that a multiple lens composed of many small objectives is not sufficient to solve the problem. The aberrations of such lens systems are too great for the present extremely precisely working manufacturing process. The method according to the invention therefore uses a multiple lens made of identical mirror systems. Such mirror systems can be corrected for the requirements imposed by the manufacturing process. They must, however, have a certain minimum aperture ratio of about 1: 2j5 so that the required resolution is achieved. As a result, the optical elements have a diameter which does not allow the generation of directly adjacent images of the masking pattern.
4/06514/0651
Aus diesen Gründen bildet man zweckmäßig das Verfahren so aus, daß die Abbildung der Maske so erfolgt, daß zwischen jedem Bild des Maskierungsmusters ein Abstand von mindestens der Breite bzw-. Höhe des Musters verbleibt und daß die Vielfachlinse' und die Halbleiterscheibe nach dem.ersten Belichtungsvorgang relativ zueinander jeweils um den Betrag einer' Musterbreite bezw.- höhe zunächst seitlich und dann in der Höhe und schließlich wieder seitlich verschoben werden, wobei in jeder Lage ein Belichtungsvorgang erfolgt. Die EelatiwerSchiebung der Halbleiterscheibe und der Vielfachlinse ist mit einfachen mechanischen Mitteln sehr genau durchzuführen. Damit wird es auf einfache Weise möglich, mit dem Verfahren nach der vorliegenden Erfindung auf der Halbleiterscheibe eine Vielzahl von identischen Maskierungsmustern zu erzeugen, welche nur durch die zum Ritzen der Scheibe notwendige Distanz voneinander getrennt sind.For these reasons, it is expedient to design the process in this way from that the mapping of the mask takes place so that between each image of the masking pattern a distance of at least the width or. Height of the pattern remains and that the multiple lens' and the semiconductor wafer after the first exposure process relative to each other by the amount of a 'pattern width or height, first laterally and then in the Height and finally laterally shifted again, with an exposure process taking place in each position. The Eelatiwer Shift the semiconductor wafer and the multiple lens is very precise with simple mechanical means perform. This makes it possible in a simple manner to use the method according to the present invention on the Semiconductor wafer to produce a multitude of identical masking patterns, which are only used by the for scribing the The necessary distance from each other.
Die Vorrichtung nach der vorliegenden Erfindung besteht aus einer Vielfachlinse, welche e'ine Vielzahl von identisch gleichen Spiegelsysterden enthält. Jedes Spiegelsystem dieser Vielfachlinse besteht aus einem ringförmigen sphärischen Hohlspiegel, einem ebenen Umlenkspiegel und in der Nähe der Bildebene angeordneten dioptrischen Korrektionsmitteln.The device according to the present invention consists of a multiple lens, which e'a plurality of identical contains the same mirror systeres. Each mirror system of this multiple lens consists of an annular, spherical one Concave mirror, a flat deflecting mirror and close to the image plane arranged dioptric correction means.
Um die Herstellung und Justierung der Vielfachlinse zu erleichtern, ist es zweckmäßig, diese Linse so auszubilden, daß sie aus einer ersten durchsichtigen planparallelen Platte besteht, deren der Maske zugewandte Oberfläche eine Vielzahl ebener Umlenkspiegel und deren andere Oberfläche eine Vielzahl ringförmiger sphärischer Hohlspiegel trägt und daß dieser ersten eine zweite durchsichtige planparallele Platte in geringem Abstand gegenübersteht, die auf ihrer der ersten Platte zugewandten Oberfläche eine Vielzahl von sammelnden Linsen trägt. Die ringförmigen sphärischen Hohl-.spiegel sind vorteilhaft durch ruckflachenverspiegelte Plankonvexlinsen gebildet, die mit ihren planen Vorderflächen mit der ersten Planparallelplatte verbunden sind. Diese Plan-To facilitate the manufacture and adjustment of the multiple lens, it is advisable to design this lens in such a way that it consists of a first transparent plane-parallel lens Plate consists, the mask facing surface a Large number of flat deflecting mirrors and the other surface of which carries a large number of annular spherical concave mirrors and that this first a second transparent plane-parallel Plate facing at a small distance, which on its surface facing the first plate a plurality of collecting lenses. The annular, spherical concave mirror are advantageous due to the back surface mirrored planoconvex lenses formed with their flat front surfaces the first plane-parallel plate are connected. This plan-
■ " — 5 _ " ■■ "- 5 _" ■
109834/06 5 T109834/06 5 d
_ 5 _ 194U48_ 5 _ 194U48
konvexlinsen sind so verspiegelt, daß ein ringförmiger Hohlspiegel entsteht, während der zentrale Lins.enbereich durchlässig "bleibt. Die ebenen Umlenkspiegel sind zweckmäßig durch Bedampfen der vorderen Oberfläche der ersten Planparallelplatte hergestellt. Convex lenses are mirrored in such a way that an annular concave mirror arises, while the central lens area is permeable The flat deflecting mirrors are expediently produced by vapor deposition on the front surface of the first plane-parallel plate.
Zur Verbesserung der Abbildungsgüte der einzelnen Spiegelsysteme ist es zwckmäßig, die erst Planparallelplatte aus miteinander verkitteten kleinen Glasquadern herzustellen, deren aneinandergränzende Flächen geschwärzt sind und jeweils ein Spiegelsystem umschließen. Durch diese Maßnahme wird erreicht, daß Strahlen, welche die Abbildung verschlechtern wurden, in den Grenzflächen absorbiert und damit unschädlich gemacht werden.To improve the image quality of the individual mirror systems, it is useful to first remove the plane-parallel plate to produce small glass cuboids cemented together, the surfaces of which adjoining one another are blackened and each enclose a mirror system. This measure ensures that rays which degrade the image were absorbed in the interfaces and thus rendered harmless.
Von ganz besonders großem Vorteil ist es, die optischen Elemente der Spiegelsysteme durch Kunststoff-Abformtechnik herzustellen. Durch diese Technik wird es möglich, die Vielzahl der notwendigen Spiegel bzw. Linsen billig und mit der erforderlichen Genauigkeit herzustellen.It is particularly advantageous to use plastic molding technology to shape the optical elements of the mirror systems to manufacture. This technology makes it possible to use the multitude of necessary mirrors or lenses cheaply and with the the required accuracy.
Die Erfindung wird im folgenden anhand der Fig. 1 bis 6 der beigefügten Zeichnungen näher erläutert. Im einzelnen zeigen:The invention is explained in more detail below with reference to FIGS. 1 to 6 of the accompanying drawings. Show in detail:
Fig. 1 eine unter Verwendung der Vorrichtung nach der" Erfindung aufgebaute Einrichtung zur Herstellung integrierter Halbleiterschaltkreise in monolithischer Bauweise;Fig. 1 using the device according to the " Invention constructed device for the production of integrated semiconductor circuits in monolithic Construction;
Fig. 2 eine Ansicht der bei der Vorrichtung der Fig. 1 verwendeten Fotomaske; _ . Figure 2 is a view of the photomask used in the apparatus of Figure 1; _.
Fig. 3 eine Ansicht der in Fig. 1 gezeigten Halbleiterscheibe nach abgeschlossenem Belichtungsvorgang.FIG. 3 is a view of the semiconductor wafer shown in FIG. 1 after the exposure process is complete.
Fig. 4- einen Teilschnitt durch die Vielfachlinse nach der vorliegenden Erfindung;Fig. 4- shows a partial section through the multiple lens of the present invention;
Fig. 5 eine Teilansicht der Vielfachlinse von vorne;Fig. 5 is a partial front view of the multiple lens;
Fig. 6 ein einzelnes Spiegelsystem der Vielfachlinse in vergrößerter Darstellung;6 shows a single mirror system of the multiple lens in FIG enlarged view;
- 6 109834/0651 - 6 109834/0651
1.9 4 AA-41.9 4 AA-4
In Fig. list mit 1 und 2 ein System zur Beleuchtung einer Fotomaske 3 bezeichnet. Diese Fotomaske enthält, wie Fig. zeigt, das Maskierungsmuster nur einmal. Die Fotomaske 3 ist in der Brennebene eines-Kollimatorobjektives 4 angeordnet. Im Parallelstrahlengang des aus dem Objektiv 4- austretenden Lichtes ist eine Vielfachlinse 5 angeordnet, welche aus einer Vielzahl von identisch gleichen Spiegelsystemen besteht. In der Bildebene der Vielfachlinse 5 ist eine Halbleiterscheibe 6 angeordnet. Die Vielfachlinse 5 erzeugt auf der Halbleiterscheibe 6 eine Vielzahl von Bildern der Fotomaske J» wobei zwischen jedem Bild des Maskierungsmusters ein Abstand von mindestens der Breite bzw. der Höhe des Musters verbleibt.In Fig. List with 1 and 2 a system for illuminating a Designated photo mask 3. As shown in FIG. 1, this photomask contains the masking pattern only once. The photo mask 3 is arranged in the focal plane of a collimator lens 4. In the parallel beam path of the 4- emerging from the objective A multiple lens 5 is arranged, which consists of a large number of identical mirror systems. A semiconductor wafer 6 is arranged in the image plane of the multiple lens 5. The multiple lens 5 generates of the semiconductor wafer 6 a plurality of images of the photomask J »where between each image of the masking pattern a distance of at least the width or the height of the pattern remains.
Es wird zunächst ein Belichtungsvorgang vorgenommen, wobei die in Fig. 3 mit ausgezogenen Linien dargestellten Bilder auf der Halbleiterscheibe 6 entstehen. Danach wird die Halbleiterscheibe 6 zunächst um den Betrag einer Musterbreite seitlich verschoben und wieder ein Belichtungsvorgang durchgeführt. Dabei entstehen die in Fig. 3 mit gestrichelten Linien eingezeichneten Bilder. Danach wird die Scheibe 6 in der Höhe um eine. Musterhöhe verschoben und wieder ein Beliehtungsvorgang durchgeführt, bei welchem die mit punktierten Linien eingezeichneten Bilder entstehen. Schließlich wird die Scheibe 6 seitlich wieder um eine Musterbreite verschoben wobei die mit strich- punktierten Linien dargestellten Bilder entstehen.An exposure process is first carried out, with the Images shown in solid lines in FIG. 3 arise on the semiconductor wafer 6. Then the semiconductor wafer 6 first shifted laterally by the amount of a pattern width and again carried out an exposure process. This results in those in Fig. 3 with dashed lines Lines drawn in pictures. Then the disc 6 in height by one. Pattern height shifted and back on The exposure process is carried out in which the images drawn in with dotted lines are created. In the end the disc 6 is shifted laterally again by a pattern width where those shown with dash-dotted lines Images emerge.
Wie Fig. 3 zeigt sind die einzelnen Bilder des Msskierungsmusters 7 so weit von einander getrennt, daß die Platte 6 durch eingeritzte Linien 8 und 9 geteilt werden kann. Die Platte wird-nach beendeter Bearbeitung durch Brechen in Einzelchips aufgeteilt wobei jeder Chip durch Linien 8 und begrenzt ist.As shown in Fig. 3, the individual images are of the measurement pattern 7 separated from one another so far that the plate 6 can be divided by incised lines 8 and 9. the After processing is finished, the plate is broken into individual chips, with each chip indicated by lines 8 and is limited.
Wie die Fig. 4 und 5 zeigen, besteht die Vielfachlinse 5 aus einer ersten Glasplatte 10 deren der Maske zugewandte Oberfläche 11 eine Vielzahl ebener Umlenkspiegel 12 trägt. Diese Umlenkspiegel sind vorteilhaft durch Aufdampfen er-As shown in FIGS. 4 and 5, the multiple lens 5 is made from a first glass plate 10 which faces the mask Surface 11 carries a plurality of flat deflecting mirrors 12. These deflecting mirrors are advantageously created by vapor deposition
109834/0651 _7_109834/0651 _ 7 _
_ 19U448_ 19U448
zeugt.testifies.
Die Oberfläche I5 der Glasplatte 10 trägt eine Vielzahl ringförmiger sphärischer Hohlspiegel 14. Diese sind aus rückflächenverspiegelten Plankonvexlinsen I5 gebildet, die mit ihren planen Vorderflächen mit der Oberfläche I3 verbunden sind. Die Rückflächen der Linsen I5 sind teilweise verspiegelt, wie dies Fig. 6 zeigt. In geringem Abstand von der ersten Glasplatte 10 ist eine zweite Glasplatte 16 angeordnet, die auf· ihrer der Platte 10 zugewandten Oberfläche 17 eine Vielzahl von sammelnden Linsen 18 trägt. Die. Bildebene 19 der Vielfachlinse 5 liegt in einem kleinen Abstand hinter der Oberfläche 20 der Glasplatte ή6. The surface I5 of the glass plate 10 carries a plurality of ring-shaped spherical concave mirrors 14. These are formed from planoconvex lenses I5 which are mirrored on the rear surface and which are connected to the surface I3 with their flat front surfaces. The rear surfaces of the lenses 15 are partially mirrored, as FIG. 6 shows. At a small distance from the first glass plate 10, a second glass plate 16 is arranged, which on its surface 17 facing the plate 10 carries a plurality of converging lenses 18. The. The image plane 19 of the multiple lens 5 lies at a small distance behind the surface 20 of the glass plate ή6.
Die Linsen I5 und 18 sind zweckmäßig in Kunststoff-Abforntechnik hergestellt.The lenses 15 and 18 are expediently made of plastic molding technology manufactured.
Fig. 6 zeigt ein aus den Elementen 12, 14 und 18 sowie den Platten 10 und 1? bestehendes Spiegelsystem der Vielfachlinse 5 in vergrößerter Darstellung. Aus dieser Darstellung ist auch der Strahlengang in diesem Spiegelsystem ersichtlich. . ■ m Fig. 6 shows one of the elements 12, 14 and 18 and the plates 10 and 1? existing mirror system of the multiple lens 5 in an enlarged view. This illustration also the beam path in this mirror system can be seen. . ■ m
Wie die Fig. 4 und 5' zeigen, ist die Glasplatte 10 aus einer Vielzahl von kleinen Glasquadern 21 aufgebaut, deren aneinandergrenzende Flächen geschwätzt sind und die jeweils ein Spiegelsystem umschließen. Die Glasquader/i" sind miteinander verkittet. Durch diesen Aufbau der Glasplatte 10 wird erreicht, daß die Abbildungsgüte der Spiegelsysteme verbessert wird. '■■",. As FIGS. 4 and 5 'show, the glass plate 10 is made up of a large number of small glass cuboids 21, the adjoining surfaces of which are chipped and which each enclose a mirror system. The glass cuboids / i "are cemented to one another. This structure of the glass plate 10 means that the image quality of the mirror systems is improved.
109834/0651109834/0651
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Families Citing this family (1)
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- 1969-09-02 DE DE19691944448 patent/DE1944448B2/en active Pending
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