DE2106920C2

DE2106920C2 - Mask alignment mechanism for integrated circuit mfr. - separates mask and chip before lateral alignment

Info

Publication number: DE2106920C2
Application number: DE19712106920
Authority: DE
Inventors: Rene Paul Cachon; Forrest Robert Wappingers Falls N.Y. Grundon; Frank Harrison Masterson; Joseph Charles Poughkeepsie N.Y. Miller; Fred Ernest Accord N.Y. Wustrau
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 1970-03-31
Filing date: 1971-02-13
Publication date: 1982-12-09
Also published as: DE2106920A1

Abstract

Abrasive damage to mask or chip during lateral alignment for projection lithography is avoided, by separating mask and chip before alignment, after which chip and mask are in close contact during exposure. The movements are executed by a pneumatic mechanism. Vertical movement of the integrated circuit towards and away from the mask held by a mask holder on a sledge is by air pressure and suction. An air cushion is produced under the chip via a pressure gauge which provides feed back to an electronic control circuit. Air pressure produced by a stepping motor operates a piston which effects vertical movement of the chip. PS.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum genauen Ausrichten eines Halbleiterplättchens mit Bezug auf eine Maske nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 sowie eine Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens. The invention relates to a method of precisely aligning a semiconductor die with reference to FIG a mask according to the preamble of claim 1 and a device for carrying out the method.

Integrierte Schaltungen, häufig auch als Festkörperschaltkreise bezeichnet, werden bekanntlich in Planartechnik meist in mehreren aufeinanderfolgenden Diffusionsprozessen hergestellt, wobei das Diffusionsmuster jeweils durch Belichtung des mit einer lichtempfindlichen Schicht versehenen, mit einer Maske abgedeckten Halbleiterplättchens auf fotografischem Wege auf dem Halbleiterplättchen erzeugt wird.Integrated circuits, often also referred to as solid-state circuits, are known to use planar technology mostly produced in several successive diffusion processes, whereby the diffusion pattern in each case by exposure of the one provided with a photosensitive layer and covered with a mask Semiconductor wafer is produced by photographic means on the semiconductor wafer.

Im Hinblick auf die sehr geringen Abmessungen solcher integrierter Schaltungen und insbesondere ihrer Elemente und auf die notwendige Übereinstimmung der relativen Positionierung der in mehreren aufeinanderfolgenden Diffusionsprozessen auf einem Halbleiterplättchen herzustellenden Schaltungsebenen ist jeweils für die Ausrichtung des Halbleiterplättchens bezüglich der Maske äußerste Genauigkeit erforderlich.In view of the very small dimensions of such integrated circuits and especially their Elements and on the necessary correspondence of the relative positioning of the several consecutive Diffusion processes on a semiconductor wafer to be produced circuit levels is each extreme accuracy is required for the alignment of the semiconductor die with respect to the mask.

Ein Verfahren der eingangs genannten Gattung ist bereits aus der US-PS 31 92 844 bekanntA method of the type mentioned is already known from US Pat. No. 3,192,844

Das auf die planparallele Ausrichtung folgende Auseinanderbewegen von Maske und Halbleiterplättchen um eine gewisse Distanz ist notwendig, damit beim anschließenden seitlichen Ausrichten des Halbleiterplättchens bezüglich der Maske diese nicht durch mögliche Oberflächenrauhigkeiten des Halbleiterplättchens zerkratzt werden kann.The moving apart of the mask and the semiconductor wafer following the plane-parallel alignment a certain distance is necessary for the subsequent lateral alignment of the semiconductor wafer with respect to the mask, it is not scratched by possible surface roughness of the semiconductor wafer can be.

Ausgehend von dem aus der US-PS 31 92 844 bekannten Stand der Technik liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, das Ausrichten des Halbleiterplättchens mit Bezug auf die Maske im Hinblick auf äußerste Genauigkeit des Ausrichtevorgangs, Ausschluß einer Be-Schädigung von Halbleiterplättchen und Maske und weitestgehende Ausschaltung von Verschleißerscheinungen insbesondere an der Maske zu verbessern.Based on the prior art known from US-PS 31 92 844, the object of the invention is is based on aligning the die with respect to the mask for extreme accuracy the alignment process, exclusion of damage to the semiconductor wafer and mask and To improve as far as possible elimination of signs of wear, especially on the mask.

Diese Aufgabe wird gemäß der Erfindung durch die im kennzeichnenden Teil des Anspruchs 1 angegebenen Maßnahmen gelöstThis object is achieved according to the invention by what is stated in the characterizing part of claim 1 Measures resolved

Der mit diesen Maßnahmen erzielte technische Fortschritt liegt in einer praktisch reibungslosen Lagerung des Plättchenhalters im Kolben und einer besonders feinfühligen Steuerung der pneumatischen Anhebung des Kolbens, wodurch die Belastungen von Halbleiterplättchen und Maske insbesondere während des planparallelen Ausrichtens des Halbleiterplättchens minimal gehalten werden können.The technical progress achieved with these measures lies in a practically problem-free storage the plate holder in the piston and a particularly sensitive control of the pneumatic lifting of the piston, reducing the loads on the semiconductor wafer and mask, especially during the plane-parallel alignment of the semiconductor wafer can be kept to a minimum.

Eine vorteilhafte Weiterbildung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand des Anspruchs 2.An advantageous development of the invention The method is the subject of claim 2.

Eine Einrichtung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist Gegenstand der Ansprüche 3 bis 14.A device for carrying out the method according to the invention is the subject of claims 3 until 14.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die Zeichnungen mehr im einzelnen beschrieben. Es zeigenAn embodiment of the invention will be described in more detail below with reference to the drawings described. Show it

F i g. 1 eine Einrichtung nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung im Querschnitt,F i g. 1 shows a device according to an embodiment of the invention in cross section,

F i g. 2 die Einrichtung in Draufsicht,
F i g. 3 die Einrichtung im Längsschnitt, dieF i g. 2 the device in plan view,
F i g. 3 the device in longitudinal section, the

F i g. 4,5 und 6 jeweils einen vergrößerten Teilschnitt durch die Einrichtung während verschiedener Phasen der Ausrichtung einer Maske relativ zu einem Halbleiterplättchen, dieF i g. 4,5 and 6 each have an enlarged partial section by setting up during various phases of aligning a mask relative to a die, the

F i g. 7, 8 und 9 ähnliche Teilschnitte durch die Einrichtung während aufeinanderfolgender Ausrichtephasen, F i g. 7, 8 and 9 similar partial sections through the device during successive alignment phases,

F i g. 10 den Plättchenhalter der Einrichtung in vergrößerter Draufsicht aus der Ebene 10-10 in Fig.8, so F i g. 11 einen vergrößerten Schnitt durch den Plättchenhalter in der Ebene 11-11 in F i g. 10,F i g. 10 the chip holder of the device in an enlarged plan view from the plane 10-10 in FIG. 8, so F i g. 11 shows an enlarged section through the wafer holder in the plane 11-11 in FIG. 10,

Fig. 12 einen Schnitt durch den Plättchenhalter längs der Schnittlinie 12-12 in F i g. 10, und die12 shows a longitudinal section through the wafer holder the section line 12-12 in FIG. 10, and the

Fig. 13 und 14 Teilschnitte ähnlich den Fig.4 bis 9 während verschiedener Phasen des Ausrichtevorgangs.13 and 14 partial sections similar to FIGS. 4 to 9 during different phases of the alignment process.

F i g. 1 zeigt teilweise schematisch die Einrichtung zur Ausrichtung eines Halbleiterplättchens bezüglich einer Maske in ihrer Gesamtheit.F i g. 1 shows partially schematically the device for aligning a semiconductor wafer with respect to a Mask in its entirety.

Die Einrichtung 10 weist ein Unterteil 11 auf, das bezüglich eines Rahmens 12 verschiebbar ist. Auf dem Unterteil 11 sitzt ein nach oben durch eine Bohrung 14 des Rahmens 12 hindurchragendes Ringteil 13, in welchem eine Kammer 15 gebildet ist, die einen Kolben 16 aufnimmt. Der Kolben 16 ist mit einer kugeligen Lagerfläche 17 zur Aufnahme eines Plättchenhalters 30 versehen. Auf dem Rahmen 12 ist ein Schlitten 60 verschiebbar, der einen Maskenhalter 61 zur Positionierung einer Maske 62 über dem Plättchenhalter 30 trägtThe device 10 has a lower part 11, which with respect to a frame 12 is displaceable. On the lower part 11 sits an upward through a hole 14 of the Ring part 13 protruding through frame 12, in which a chamber 15 is formed which receives a piston 16. The piston 16 is provided with a spherical bearing surface 17 for receiving a wafer holder 30. On the frame 12, a slide 60 is displaceable, which has a mask holder 61 for positioning a Mask 62 wears over wafer holder 30

Vor der Erläuterung weiterer Einzelheiten wird zum besseren Verständnis das Ausrichteverfahren kurz erläutert: Before explaining further details, the alignment procedure is briefly explained for a better understanding:

Die gemäß Fig. 1 über die Rahmenbohrung 14 gebrachte Maske 62 wird etwas abgesenkt, bis sie auf der Oberfläche 12A des Rahmens 12 aufliegt Zwischen die Lagerfläche 17 des Kolbens 16 und den Plättchenhalter 30, auf welchem ein Hableiterplättchen 18 fixiert ist, wird durch eine Leitung 19 und einen Strömungsmesser 20 Druckluft zugeführt, so daß sich ein den Plättchenhalter tragendes Luftpolster ausbildet. Die durch den Lagerspalt zwischen der Auflagefläche des Plättchenhalters und der Lagerfläche des Kolbens entweichende Luft tritt zwischen dem Unterteil 11 und dem Rahmen 12 aus der Einrichtung aus. Sodann wird durch eine Leitung 21 und einen Druckregler 22 Druckluft in die Kammer 15 eingeleitet, wobei der in der Kammer herrschende Luftdruck mittels eines Schrittmotors 23 geregelt wird Infolgedessen wird der Kolben 16 angehoben und das Halbleiterplättchen 18 legt sich an die Unterseite der Maske 62 an, wobei es sich planparallel zur Maske ausrichtet. Bei weiterer Anhebung des Kolbens 16 verringert sich der Lagerspalt zwischen dessen Lagerfläche 17 und dem Plättchenhalter, so daß sich der Luftdurchsatz verringert, wodurch sich ein im Strömungsmesser 20 in der Luftströmung befindlicher, als Zeigerelement dienender Ball 24 absenkt, bis er schließlich die Höhe eines Annäherungsfühlers 25 erreicht Dieser schaltet dann über eine elektrische Kontrolleinrichtung 26 den den Druckregler 22 steuernden Schrittmotor 23 ab. Dadurch kommt die Aufhebung des KolbensThe one brought over the frame hole 14 according to FIG Mask 62 is lowered slightly until it rests on surface 12A of frame 12 Bearing surface 17 of the piston 16 and the wafer holder 30 on which a semiconductor wafer 18 is fixed, compressed air is supplied through a line 19 and a flow meter 20, so that the platelet holder forms a load-bearing air cushion. The through the bearing gap between the bearing surface of the wafer holder and air escaping from the bearing surface of the piston passes between the base 11 and the frame 12 from the facility. Then, through a line 21 and a pressure regulator 22, compressed air is introduced into the chamber 15, the air pressure in the chamber being regulated by means of a stepping motor 23 As a result, the piston 16 is raised and the semiconductor wafer 18 lies on the underside of the mask 62, whereby it aligns itself plane-parallel to the mask. When the piston is raised further 16 reduces the bearing gap between its bearing surface 17 and the plate holder, so that the Air throughput is reduced, whereby a located in the flow meter 20 in the air flow, than Ball 24 serving as pointer element is lowered until it finally reaches the height of a proximity sensor 25 then switches the stepping motor controlling the pressure regulator 22 via an electrical control device 26 23 from. This causes the piston to be lifted

16 zum Stillstand. Gleichzeitig wird die Luftströmung in der Leitung 19 durch Anlegen eines Vakuums umgekehrt, so daß der Plättchenhalter 30 an der Lagerfläche16 to a standstill. At the same time, the air flow is in the line 19 reversed by applying a vacuum, so that the wafer holder 30 on the bearing surface

17 des Kolbens festgesaugt wird, und der Schrittmotor 23 wird umgeschaltet, so daß er eine bestimmte Anzahl von Schritten zurückläuft und dadurch einen Teil des Druckes in der Kammer 15 abläßt, so daß sich der Kolben 16 wieder nach unten bewegt und das Halbleiterplättchen 18 um eine bestimmte Distanz von der Maske 62 wegbewegt wird. Anschließend wird unter optischer Steuerung das Unterteil 11 mittels einer nicht dargestellten Vorrichtung horizontal verschoben, um das Halbleiterplättchen genau bezüglich der Maske auszurichten. Danach wird der Schrittmotor 23 wieder so betätigt, daß er genau die Anzahl der zuvor zurückgelaufenen Schritte wieder vorwärts läuft und der Druck in der Kammer 15 wieder genau um das Maß der vorhergegangenen Druckreduzierung gesteigert wird. Dadurch wird das Halbleiterplättchen wieder an die Maske angelegt und kann nunmehr belichtet werden.17 of the piston is sucked tight, and the stepping motor 23 is switched so that it is a certain number runs back from steps and thereby relieves some of the pressure in the chamber 15, so that the piston 16 moved back down and the semiconductor wafer 18 a certain distance from the mask 62 is moved away. The lower part 11 is then under optical control by means of a not shown Device displaced horizontally in order to precisely align the semiconductor die with respect to the mask. Thereafter, the stepping motor 23 is operated again so that it exactly the number of previously run back Steps forward again and the pressure in the chamber 15 again exactly by the amount of the previous one Pressure reduction is increased. As a result, the semiconductor die is reattached to the mask and can now be exposed.

Nachstehend wird die Funktion der Einrichtung zur Ausführung des eben kurz zusammengefaßten Verfaherns mehr im einzelnen beschrieben.The following is the function of the means for carrying out the method just briefly summarized described in more detail.

Wie aus den F i g. 1 bis 3 hervorgeht, ist der den Maskenhalter 61 tragende Schlitten 60 mittels Rollen 65 auf Führungen 63 und 64 des Rahmens 12 verschiebbar. Außerdem weist der Schlitten 60 seitlich überstehende Ränder 68 und 69 des Rahmens 12 untergreifende Nasen 66 und 67 sowie eine mittige Öffnung 7OA auf, durch welche die Maske sichtbar istAs shown in FIGS. 1 to 3, the slide 60 carrying the mask holder 61 can be displaced by means of rollers 65 on guides 63 and 64 of the frame 12. In addition, the slide 60 has laterally protruding edges 68 and 69 of the frame 12 engaging under noses 66 and 67 and a central opening 70A through which the mask is visible

Zur Grobpositionierung des Schlittens 60 über der Bohrung 14 des Rahmens dient ein Anschlag 70, der mit der Stirnseite 71A des Schlittens zusammenwirkt Zur genauen Positionierung des Schlittens dient mindestens ein Indexierstift 71, der in eine entsprechende konische Vertiefung 72 in der Unterseite des Schlittens 60 hinein anhebbar istA stop is used for coarse positioning of the carriage 60 via the bore 14 of the frame 70, which with the end face 71 A of the carriage cooperating for accurately positioning the carriage is at least one indexing pin 71 which engages in a corresponding conical recess 72 into the bottom of the carriage 60 is liftable

Bei über der Bohrung 14 positioniertem Schlitten 60 kann der Maskenhalter 61 abgesenkt werden, um die Maske in Anlage mit der Rahmenoberseite zu bringen. Gemäß den Fig. 1, 5 und 6 weist der Maskenhalter 61 einen Maskenhalterahmen 75 mit einer mittigen öffnung 76 auf, deren Durchmesser demjenigen der öffnung 70,4 des Schlittens 60 entspricht Dieser Maskenhalterahmen 75 ist mittels ihn nach oben gegen die Unterseite 79 des Schlittens vorspannenden Blattfedern 77 an Schultern 78 des Schlittens befestigt In der Unterseite des Maskenhalterahmens 75 ist eine Nut 80 gebildet, die mittels eines Schlauches 81 (F i g. 2) an eine Vakuumquelle anschließbar istWith the slide 60 positioned over the bore 14, the mask holder 61 can be lowered in order to Bring the mask into contact with the top of the frame. According to FIGS. 1, 5 and 6, the mask holder 61 has a mask holding frame 75 with a central opening 76, the diameter of which corresponds to that of the opening 70.4 of the slide 60 corresponds to this mask holding frame 75 by means of it upwards against the underside 79 of the slide biasing leaf springs 77 attached to shoulders 78 of the slide In the underside Of the mask holding frame 75, a groove 80 is formed which is connected to a vacuum source by means of a hose 81 (FIG. 2) is connectable

Zum Absenken des Maskenhalters 61 in Anlage an die gemäß F i g. 4 zunächst grob positioniert über der Bohrung 14 auf dem Rahmen liegende Maske 62 ist zwischen der Unterseite 79 des Schlittens und der Oberseite des Maskenhalterahmens 61 ein ringförmiger aufblasbarer Schlauch 82 angeordnet, der beim Aufblasen durch eine Leitung 83,84(Fi g. 2,5 und 6) den Maskenhalterahmen entgegen der Vorspannkraft der Federn 77 nach unten an die Maske andrückt Dabei wird durch die Reaktionskräfte der Schlitten 60 etwas angehoben, wodurch sich seine Nasen 66 und 67 an die überstehenden Rahmenränder 68 und 69 anlegen und den Schlitten am Rahmen arretieren. Danach wird die Nut 80 mit Vakuum beaufschlagt, so daß die Maske an der Unterseite des Maskenhalterahmens festgesaugt wird. Anschließend wird aus dem Schlauch 82 die Luft wieder abgelassen, so daß der Maskenhalterahmen durch die Federn 77 wieder über den Rahmen 12 angehoben und gleichzeitig die Arretierung des Schlittens am Rahmen wieder gelöst wird. Nach dem Zurückfahren des Schlittens 60 in seine in F i g. 3 dargestellte Stellung kann nunmehr ein zu belichtendes Halbleiterplättchen 29 auf den Plättchenhalter 30 aufgelegt und grob positioniert werden. To lower the mask holder 61 in contact with the FIG. 4 initially roughly positioned over the Hole 14 lying on the frame mask 62 is between the underside 79 of the carriage and the On top of the mask holding frame 61, an annular inflatable tube 82 is arranged, which when inflated through a line 83, 84 (Figs. 2, 5 and 6) the mask holding frame against the biasing force of the springs 77 presses down on the mask slightly raised by the reaction forces of the carriage 60, whereby its lugs 66 and 67 to the protruding Place the frame edges 68 and 69 and lock the slide on the frame. After that, the groove 80 is applied with a vacuum, so that the mask is sucked firmly to the underside of the mask holding frame. The air is then released from the hose 82 so that the mask holding frame through the Springs 77 raised again over the frame 12 and at the same time the locking of the slide on the frame is solved again. After the carriage 60 has moved back into its position shown in FIG. 3 position shown can now a semiconductor wafer 29 to be exposed is placed on the wafer holder 30 and roughly positioned.

Wie aus den F i g. 7 bis 9 hervorgeht, ist der den Plättchenhalter 30 aufnehmende Kolben 16 von einem Ring 90 umgeben, dessen gekröpfter Rand 91 in eine Anzahl von Segmenten unterteilt ist und der unten einen radial auswärts abstehenden Flansch 92 aufweist, mit welchem die Kolbenstangen einer Anzahl von kranzartig im Ringteil 13 angeordneten Kolben 93 verbunden sind. Durch Druckluftbeaufschlagung der Kolben 93 kann der Ring 90 angehoben werden, wie in F i g 7 dargestellt, so daß sich das Halbleiterplättchen leicht auflegen läßtAs shown in FIGS. 7 to 9 is the plate holder 30 receiving piston 16 surrounded by a ring 90, the cranked edge 91 in a number is divided by segments and the bottom has a radially outwardly projecting flange 92, with which the piston rods of a number of pistons 93 arranged like a ring in the ring part 13 are connected. By applying compressed air to the piston 93, the ring 90 can be raised, as shown in FIG. so that the semiconductor wafer can be easily placed

Gemäß den Fig. 10, 11 und 12 weist der Plättchenhalter 30 einen massiven Kardankörper 31 auf, der als Rotationskörper in Form eines Halbkugelstumpfes ausgebildet ist und eine mit der Lagerfläche 17 des Kolbens 16 zusammenwirkende kugelige Auflagefläche aufweist Damit ist der Plättchenhalter kardanisch im Kolben gelagert Die ebene Oberfläche 32 des Plättchenhalters dient zur Aufnahme des Halbleiterplättchens. According to FIGS. 10, 11 and 12, the wafer holder 30 on a massive cardan body 31, which as a rotation body in the form of a hemispherical truncated is formed and a spherical bearing surface cooperating with the bearing surface 17 of the piston 16 The platelet holder is thus mounted in a cardanic manner in the piston. The flat surface 32 of the platelet holder serves to hold the semiconductor wafer.

Zur Positionierung des Halbleiterplättchens auf dem Plättchenhalter ist dieser mit Positionierungsmitteln 33 und 40 versehen, von denen der Anschlag 33 normalerweise über die ebene Oberseite 32 des Plättchenhalters hinausragt Die Positionierungsmittel 40 sind durch die Anschläge bildenden hochgebogenen Enden 42 und 43 eines Federstreifens 41 gebildet, der durch eine im Haltekörper 31 gebildete Aussparung 39 hindurchverläuft und bei 44 und 45 etwas nach unten abgebogen ist sowie auf in der Aussparung gebildeten Nocken 39Λ aufliegt In der Mitte des Federstreifens ist ein KolbenIn order to position the semiconductor wafer on the wafer holder, the latter is provided with positioning means 33 and 40, of which the stop 33 is normally provided over the flat top 32 of the wafer holder The positioning means 40 are bent-up ends 42 and 43 which form the stops a spring strip 41 is formed, which extends through a recess 39 formed in the holding body 31 and is slightly bent down at 44 and 45 and on cams 39Λ formed in the recess rests in the middle of the spring strip is a piston

46 befestigt, der bei Anliegen eines Vakuums über eine Leitung 47 den Mittelteil des Federstreifens nach unten bewegt und dadurch die hochgezogenen Anschläge 42 und 43 über die ebene Oberfläche 32 des Plättchenhalters hinaus anhebt. Die Vakuumbeaufschlagung der Leitung 47 erfolgt über eine im Kolben 16 gebildete Leitung 48,49 (F i g. 8).46 attached, the central part of the spring strip down through a line 47 when a vacuum is applied moves and thereby the raised stops 42 and 43 over the flat surface 32 of the wafer holder lifts out. The line 47 is subjected to a vacuum via a line formed in the piston 16 48.49 (Fig. 8).

In der Oberfläche 32 des Plättchenhalters 30 ist eine Anzahl beispielsweise radialer Nuten 50 gebildet, die über Öffnungen 50A mit Bohrungen 51 Verbindung haben, die ihrerseits über Kanäle 52 mit einer mittigen Kammer 53 in Verbindung stehen, an welche eine flexible Leitung 54 angeschlossen ist In jeder Bohrung 51 sitzt ein kleiner Hubkolben 55 mit einem Stift 56, der in die betreffende Nut 50 hineinragt Jeder Kolben 55 weist in seinem rohrförmigen Koibenkörper 57 eine öffnung 58 auf, welche die Öffnung 5OA mit der Bohrung 51 verbindet. Eine Druckbeaufschlagung der Kanäle 52 über die Leitung 54 bewirkt ein Anheben der Hubkolben, um ein auf der Oberfläche 32 liegendes Halbleiterplättchen von dieser abzuheben.In the surface 32 of the chip holder 30 a number of, for example radial, grooves 50 are formed which have openings 50A with bores 51 connection, which in turn via channels 52 with a central Communicating chamber 53 to which a flexible conduit 54 is connected in each bore 51 A small reciprocating piston 55 is seated with a pin 56 which protrudes into the relevant groove 50. Each piston 55 has an opening in its tubular Koibenk body 57 58, which the opening 5OA with the bore 51 connects. Pressurization of the channels 52 via the line 54 causes the reciprocating pistons to be raised, in order to lift a semiconductor wafer lying on the surface 32 therefrom.

Der Anschlag 33 besteht aus einem Trägerstreifen 34 und einem Anschlagzapfen 37. Dieser ist zurückziehbar, wenn das Halbleiterplättchen durch Vakuumanwendung auf der ebenen Oberfläche 32 festgesaugt ist, um das Halbleiterplättchen an die Unterseite der Maske anheben zu können. Dazu ist der Trägerstreifen 34 an seinem inneren Ende mittels einer Schraube 35 freitragend befestigt und trägt nahe seines freien Endes einen in einer Kammer 38 des Kardankörpers 31 untergebrachten Kolben 38A Diese Kammer 38 steht über einen Kanal 52A mit der Kammer 53 in Verbindung, so daß beim Anlegen eines Vakuums an die Kammer 53 zum Festsaugen des Halbleiterplättchens an die Oberfläche 32 auch der Kolben 38 nach unten bewegt wird und den Anschlagzapfen 37 bis unterhalb der Oberfläche 32 zurückzieht The stop 33 consists of a carrier strip 34 and a stop pin 37. This is retractable, when the die is sucked onto the flat surface 32 by application of vacuum to to be able to lift the semiconductor die to the underside of the mask. For this purpose, the carrier strip 34 is on his inner end fastened in a cantilevered manner by means of a screw 35 and carries near its free end an in a chamber 38 of the cardan body 31 housed piston 38A. This chamber 38 is a Channel 52A with the chamber 53 in connection, so that when a vacuum is applied to the chamber 53 for Suction of the semiconductor wafer to the surface 32 also moves the piston 38 downwards and the Stop pin 37 withdraws to below surface 32

Die in die Kammer 53 führende zwecks Winkelbeweglichkeit des Plättchenhalters flexible Leitung 54 ist über eine Leitungsverlängerung 54A (F i g. 1) mit einer umschaltbaren Druck/Vakuumquelle verbunden, um entweder das Halbleiterplättchen auf dem Plättchenhalter festsaugen oder durch Druckbeaufschlagung der Kolben 55 von diesem abheben zu können. The flexible line leading into the chamber 53 for the purpose of angular mobility of the wafer holder 54 is connected to a switchable pressure / vacuum source via a line extension 54A (FIG. 1), either by sucking the semiconductor die onto the die holder or by applying pressure to be able to lift the piston 55 from this.

Nach dem Absenken des Ringes 90 unter die Oberfläche 12A des Rahmens 12 und dem Fixieren des Halbleiterplättchens auf der Plättchenhalteroberfläche 32 wird der Schlitten 60 mit der vom Maskenhalter 61 gehalterten Maske 62 wieder über den Plättchenhalter gebracht und durch Anheben der Indexierstifte 71 (F i g. 2) genau positioniert Durch Aufblasen des Schlauches 82 wird der Maskenhalterahmen abgesenkt, bis die Maske 62 auf der Oberfläche 12A des Rahmens 12 aufliegt Dadurch wird, wie bereits erwähnt, der Schlitten 60 etwas angehoben und durch gegenseitige Anlage seiner Nasen 66 und 67 mit den Rahmenrändern 68 und 69 am Rahmen fixiert Sodann wird über den Strömungsmesser 20 und die Leitung 19 Luft in den Lagerspalt zwischen der Lagerfläche 17 und dem Plättchenhalter eingeleitet, so daß der Kardankörper 31 auf einem sich auf der Lagerfläche 17 ausbildenden Luftpolster schwebt In diesem Zusammenhang ist zu bemerken, daß der Lagerspalt in F i g. 13 der Deutlichkeit halber übertrieben dargestellt istAfter lowering the ring 90 below the surface 12A of the frame 12 and fixing the semiconductor die The slide 60 with that held by the mask holder 61 is mounted on the wafer holder surface 32 Put the mask 62 back over the wafer holder and lift the indexing pins 71 (FIG. 2). precisely positioned By inflating the tube 82, the mask holding frame is lowered until the mask 62 rests on the surface 12A of the frame 12. As a result, as already mentioned, the slide 60 becomes somewhat raised and by mutual abutment of its lugs 66 and 67 with the frame edges 68 and 69 on Frame is then fixed via the flow meter 20 and the line 19 air into the bearing gap between the bearing surface 17 and the plate holder initiated, so that the cardan body 31 on a The air cushion forming the bearing surface 17 floats. In this connection it should be noted that the Bearing gap in FIG. 13 is shown exaggerated for the sake of clarity

Danach wird der Kolben 16 durch Druckbeaufschlagung der Kammer 15 angehoben, um das Halbleiter-Dlättchen 29 an die Unterseite der Maske 62 anzulegen.The piston 16 is then raised by pressurizing the chamber 15 around the semiconductor wafer 29 to be placed on the underside of the mask 62.

Die Hubbewegung des Kolbens bei gleichzeitigem Ausschluß einer Querbewegung wird durch zwei Ringmembranen 90A und 91 ermöglicht, die den Kolben 16 mit dem Ringteil 13 verbinden. Dabei ist die untere Membran 91A mit Öffnungen 92 versehen, durch welche die in die Kammer 15 eintretende Luft hindurchtreten und die Membran 9OA beaufschlagen kann. Die Membranen bestehen vorzugsweise aus einem elastischen, jedoch starken Material wie Federstahl.The stroke movement of the piston with the simultaneous exclusion of transverse movement is controlled by two annular diaphragms 90A and 91, which connect the piston 16 to the ring part 13. Here is the lower one Diaphragm 91A is provided with openings 92 through which the air entering chamber 15 can pass and can act on the membrane 9OA. The membranes are preferably made of an elastic, however strong material like spring steel.

ίο Die angehobene Stellung des Kolbens 16 ist in F i g. 14 gezeigt Beim Anheben des Kolbens 16 richtet sich infolge der Anlage des Halbleiterplättchens 29 an die Maske 62 der Kardankörper 31 des Plättchenhalters in der Lagerfläche 17 selbsttätig planparallel zur Maske aus. Außerdem verengt sich nach der Anlage des Halbleiterplättchens an die Maske der Lagerspalt, wodurch der Luftdruck in der Leitung 19 ansteigt und der Luftdurchsatz abnimmt Infolgedessen sinkt der als Zeigerelement dienende Ball 24 im Strömungsmesser 20 ab, bis schließlich der Annäherungsfühler 25 den Schrittmotor 23 zum Abschalten des Reglers 22 veranlaßt Danach wird über die elektrische Kontrolleinrichtung 26 (Fig. 1) ein Luftventil 100 geschlossen und ein Vakuumventil 101 geöffnet, wodurch eine Vakuumpumpe 102 eine Saugwirkung im Lagerspalt erzeugt, durch welche der Kardankörper 31 in der Lagerfläche 17 festgesaugt und damit fixiert wird. Sodann wird in der bereits erläuterten Weise der Schrittmotor umgeschaltet und der Kolben 16 in der Kammer 15 durch eine Druckverringerung etwas abgelassen. Anschließend wird durch horizontales Verschieben des Unterteils 11 mittels eines optischen Systems das Halbleiterplättchen bezüglich der Maske ausgerichtet, bis einander entsprechende Markierungen auf dem Halbleiterplättchen und der Maske miteinander fluchten.ίο The raised position of the piston 16 is in F i g. 14, when the piston 16 is raised, the semiconductor wafer 29 arises as a result of the abutment the mask 62 of the cardan body 31 of the wafer holder in the bearing surface 17 automatically plane-parallel to the mask the end. In addition, the bearing gap narrows after the semiconductor wafer has come into contact with the mask, as a result of which the air pressure in the line 19 increases and the air flow rate decreases. As a result, the than decreases Pointer element serving ball 24 in flow meter 20 until finally the proximity sensor 25 the Stepping motor 23 causes the controller 22 to be switched off. Thereafter, the electrical control device is used 26 (Fig. 1) an air valve 100 is closed and a vacuum valve 101 is opened, whereby a vacuum pump 102 generates a suction effect in the bearing gap, through which the cardan body 31 in the bearing surface 17 is sucked tight and thus fixed. Then in the As already explained, the stepping motor is switched over and the piston 16 in the chamber 15 by a pressure reduction something drained. Subsequently, by horizontally moving the lower part 11 by means of an optical system aligns the semiconductor wafer with respect to the mask until they correspond Markings on the semiconductor wafer and the mask are in line with one another.

In den F i g. 2 und 3 ist die Anordnung zur Verschiebung des Unterteils 11 dargestellt Der Rahmen 12 ist über Stützen 110 auf einer Grundplatte 111 abgestützt und mit dem auf Lagern 114 auf der Grundplatte gelagerten Unterteil 11 sind Stellantriebe X, Kund ©verbunden. Die X- und V-Stellantriebe wirken mit einem auf der Grundplatte 111 befestigten Bezugskörper 112 und der Θ-Stellantrieb mit einem ebenfalls auf der Grundplatte befestigten ähnlichen Bezugskörper 113 zusammen. Durch an Schnüren 117 und 118 befestigte Gewichte 115 und 116 ist das Unterteil 11 in X- und y-Richtung vorgespannt Eine Betätigung der X- und y-Stellantriebe bewirkt über deren Wellen 120 bzw. 121 eine Verschiebung des Unterteils in der X- bzw. y-Richtung, während eine Betätigung des ©-Stellantriebs über seine mit dem Bezugskörper 113 zusammenwirkende Welle 122 eine Drehung des Unterteils bezüglich des Bezugskörpers 112 bewirktIn the F i g. 2 and 3 the arrangement for moving the lower part 11 is shown. The frame 12 is supported by supports 110 on a base plate 111 and actuators X, Kund © are connected to the lower part 11, which is supported on bearings 114 on the base plate. The X- and V-actuators cooperate with a reference element 112 fastened on the base plate 111 and the Θ-actuator with a similar reference element 113 also fastened on the base plate. Due to cords 117 and 118 attached weights 115 and 116, the lower part 11 in the X- and Y-direction biased Actuation of the x and y-actuators effected through their shafts 120 and 121, a displacement of the base in the X and y-direction, while an actuation of the © actuator via its shaft 122 interacting with the reference body 113 causes a rotation of the lower part with respect to the reference body 112

Nach beendeter Ausrichtung des Unterteils 11 wird ein expandierbares Dichtungselement 130 durch Druckluftbeaufschlagung über eine Leitung 131 expandiert, wodurch einerseits der Raum zwischen dem Unterteil 11 und dem Rahmen 12 dicht verschlossen und andererseits das Unterteil bezüglich des Rahmens fixiert wird.After the end of the alignment of the lower part 11, an expandable sealing element 130 is passed through Pressurization of compressed air through a line 131 expands, whereby on the one hand the space between the lower part 11 and the frame 12 are tightly closed and, on the other hand, the lower part is fixed with respect to the frame will.

Danach wird der Schrittmotor wieder betätigt, um über den Regler 22 den Druck in der Kammer 15 ansteigen zu lassen und den Kolben 16 wieder so weit anzuheben, daß das Halbleiterplättchen 29 wieder an die Maske 62 angelegt wird. Dabei führt der Schrittmotor eine der Anzahl der Rückwärtsschritte während des Absenkens des Kolbens vor der Horizontalausrichtung des Unterteils entsprechende Anzahl von Schritten aus.The stepping motor is then actuated again in order to increase the pressure in the chamber 15 via the regulator 22 to let and raise the piston 16 again so far that the semiconductor wafer 29 is back to the Mask 62 is applied. The stepper motor performs one of the number of backward steps during lowering of the piston before the horizontal alignment of the lower part from the corresponding number of steps.

Bei einigen lichtempfindlichen Schichten ist es erforderlich, sie unter Ausschluß von Luft zu belichten, wozu dann der mittels des Dichtungselements 130 abgedichtete Raum zwischen Unterteil und Rahmen durch eine Leitung 140 (F i g. 3) evakuiert wird.In the case of some light-sensitive layers, it is necessary to expose them with the exclusion of air, for which purpose then the space sealed by means of the sealing element 130 between the lower part and the frame by a Line 140 (Fig. 3) is evacuated.

Nach dem Belichten des Halbleiterplättchens wird der Kolben 16 durch Ablassen des Druckes in der Kammer 15 wieder abgesenkt, um das Halbleiterplättchen 29 von der Maske 62 wegzubewegen. Danach wird der Maskenhalterahmen wieder angehoben und der Schlitten 60 weggefahren, um das sodann mittels der Hubkolben 55 angehobene Halbleiterplättchen 29 vom Plättchenhalter 30 abnehmen und ein neues Halbleiterplättchen aufsetzen zu können.After exposure of the semiconductor wafer, the piston 16 is by releasing the pressure in the Chamber 15 lowered again in order to move the semiconductor die 29 away from the mask 62. After that, will the mask holding frame is raised again and the carriage 60 is moved away to then use the Lift piston 55 remove raised semiconductor wafer 29 from wafer holder 30 and a new semiconductor wafer to be able to put on.

Hierzu 6 Blatt ZeichnungenIn addition 6 sheets of drawings

Claims

Patent claims:

1. Method of accurately aligning a S semiconductor die with respect to a mask by means of a device that gimbals a mask holder and one with a spherical support surface has a plate holder mounted in a correspondingly spherical bearing surface of a piston and relative vertical and lateral movement between the mask holder and the wafer holder allowed, in which after the placement of the semiconductor wafer on the wafer holder and the positioning of the ones held on the mask holder Mask above the semiconductor die the piston is lifted pneumatically until it touches the Semiconductor wafers resting on the masking side has aligned itself together with the plate holder plane-parallel to the mask, in which subsequently the wafer holder is sucked against the bearing surface of the piston by applying a vacuum and is thereby fixed in its plane-parallel aligned position, and then again a vertical moving apart of the mask and the semiconductor wafer by a certain distance, then a lateral alignment of the semiconductor die with respect to the mask in a mask-parallel manner Level and finally again a vertical movement towards one another of the mask and semiconductor wafer in mutual system, characterized by the following measures:

a) the wafer holder is floating on an air cushion by placing between Platelet holder underside and the piston compressed air is introduced, which through the Bearing gap between the bearing surface of the wafer holder and the bearing surface of the piston escapes through

b) the flow of compressed air into the air cushion is measured and, if one, by constriction of the bearing gap caused reduction of this compressed air inflow to a certain one The limit value indicates that the wafer holder with the semiconductor wafer is placed against the mask and is plane-parallel to it has aligned, the piston stops lifting and the compressed air supply to the air cushion is stopped interrupted and instead the vacuum to fix the platelet holder on the flask created, and

c) moving the mask and the semiconductor wafer apart and towards one another and after the lateral alignment of the semiconductor wafer is carried out by pneumatic Lowering and raising of the piston raised for plane-parallel alignment, with the pressure reduction measured when lowering again and the pressure again by exactly the same amount when the pressure is raised again Pressure reduction is increased.

2. The method according to claim 1, characterized in that the pressure reduction and the pressure increase when the piston is pneumatically lowered and raised again gradually, and

that the pressure is increased by the same number of steps when it is raised again as it is increased by Lowering again has been reduced

3. Device for performing the Vsrverfahren according to claim 1 with a plate holder, which means a spherical bearing surface in a correspondingly spherical bearing surface of a piston gimbal is stored, and with one over the wafer holder positionable mask holder, further with means for pneumatic lifting of the piston against the mask holder, furthermore with means for applying a vacuum between the underside of the wafer holder and the piston, and having means for allowing relative lateral movement therebetween the piston and the mask holder, characterized by

a) Pneumatic means (19, 20) for introducing an air cushion between the wafer holder (30) and the piston (16) generating compressed air between the plate holder underside and the piston,

b) switching means (24, 25, 26) which respond to a pressure increase in the air cushion Address reduction of the compressed air flow to the air cushion and then raise it of the wafer holder, interrupt the supply of compressed air and apply a vacuum between place on the underside of the plate holder and the piston, and

c) control means (21, 22, 23) for controlling the pneumatic pressure lifting the piston, the lowering the piston again by a certain amount and raising the again Piston against the mask holder through controlled pressure reduction or pressure increase allow.

4. Device according to claim 3, characterized in that the plate holder (30) has the shape of a Hemispherical has

5. Device according to claim 3 or 4, characterized in that the plate holder (30) has a has flat top and grooves (50) formed therein, which are connected to a vacuum line and can be acted upon with a vacuum.

6. Device according to one of Claims 3 to 5 for carrying out the method according to Claim 2, characterized in that the control means include a pressure regulator controlled by a stepping motor (23) (22) have.

7. Device according to one of claims 3 to 6, characterized in that the switching means one Proximity switch (25) which points to the pointer element (24) of the compressed air inflow responds to the air cushion measuring flow meter (20).

8. Device according to one of claims 3 to 7, characterized in that

that the die holder (30) is provided on its periphery with positioning means (33, 40) for positioning the semiconductor die on the die holder surface (32), and
that these positioning means can be moved between a working position projecting beyond the upper side of the wafer and a rest position, in which latter position they are at least below the upper side plane of the one lying on the wafer holder

Semiconductor die are located.

9. Device according to one of claims 3 to 8, characterized in that the piston (16) is guided vertically movable by means of two flexible membranes (9OA 91A) , but fixed in the transverse direction in a holder (11)

10. Device according to one of claims 3 to 9, characterized in that the mask holder (61) is arranged on a carriage (60) which is on a frame (12) between a position in which the mask holder is above the wafer holder (30) and is horizontally displaceable in one position is in which the mask holder is in a laterally offset position with respect to the plate holder is located

11. Device according to claim 10, characterized in that that the carriage (60) with means (82) for lowering the mask holder (61) in contact with the frame (12) is provided

12 device according to claim 11, characterized in that the means for lowering the Mask holder (61) against the frame (12) arranged between a slide and mask holder have inflatable tube (82).

13. Device according to one of claims 8 to 12, characterized in that

that the positioning means (33, 40) arranged on the chip holder (30) have two stops (42, 43) arranged at the two ends of a spring strip (41) extending through a recess (39) in the chip holder, and
that these stops can be deflected upwards into their working position in that the central part of the spring strip mounted on two cams (39A) on both sides thereof can be moved downwards by means of a piston (46) attached to it

14. Device according to claim 13, characterized in that the positioning means (33, 40) have a further stop (37) which is attached to a carrier strip (34) and by means of a attached piston (38/4) between its raised working position and its lowered Rest position is movable