DE2256759A1

DE2256759A1 - Verfahren zur zweiseitigen belichtung einer halbleiter- oder substratplatte, insbesondere eines wafers, sowie vorrichtung zur parallel- und drehausrichtung einer solchen platte zwecks durchfuehrung des verfahrens

Info

Publication number: DE2256759A1
Application number: DE2256759A
Authority: DE
Inventors: Jean Schmidt
Original assignee: KARL SUESS KG PRAEZISIONSGERAETE fur WISSENSCHAFT und INDUSTRIE 8046 GARCHING; SUESS KG KARL
Current assignee: Karl Suess Kg Praezisionsgeraete fur Wissenschaf
Priority date: 1972-11-20
Filing date: 1972-11-20
Publication date: 1974-06-06
Also published as: JPS4984182A; JPS5543608B2; DE2256759B2; US3937579A

Description

225675a

Patentanwalt

Dr. Heta "Ji Späth

8200 licccriiidin/Gbb.

Max-Jossfs-PlatzÄ

Üsuiichland

12

Firma Karl Süss KG, Präzisionsgeräte für Wissenschaft und Industrie, 8046 Garching, Schleißheimer Str. 90

Verfahren zur zweiseitigen Belichtung einer Halbleiter- oder Substratplatte, insbesondere eines Wafers, sowie Vorrichtung zur Parallel-· und Drehausrichtung einer solchen Platte zwecks Durchführung des Verfahrens

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur zweiseitigen Belichtung einer Halbleiter- oder Substratplatte, insbesondere eines Wafers, durch planparallele Parallel«- und Drehausriehtung gegenüber je einer jeder Seite der Halbleiterplatte zugeordneten Belichtungsmaske* Die Erfindung betrifft ferner eine Vorrichtung zur Parallel- und prehausrichtung einer Halbleiter- oder Substratplatte, insbesondere eines Wafers, gegenüber zwei auf je eine der beiden Flächen der Halbleiter-? oder Substratplatte wirksamen Belichtungsmasken zum Zwecke einer zweiseitigen Belichtung gemäß dem der Erfindung zugrundeliegenden Verfahren, mit einem die Halbleiter- oder Substratplatte aufnehmenden' fixierbaren Keilfehlerkorrekturkopf zur planparallelen Einstellung der einen, vorzugsweise oberen, Fläche der Halbleiteroder Substratplatte gegenüber der ersten, vorzugsweise oberen, Belichtungsmaske, einer Einrichtung zum planparallelen Inberüh-

409§2 3/0463

rungbringen der anderen, vorzugsweise unteren. Fläche der Halb-Pleiter- oder Substratplatte gegenüber der zweiten, vorzugs-.weise unteren, Belichtungsmaske, einem der ersten Beiichtungsmaske zugeordneten, eine Maskenhalterung für dieselbe aufweisenden Dreh-Kreuztisch zur planparallelen Lagejustierung der ersten Belichtungsmaske gegenüber der Halbleiter- oder Subetratplatte und einer mikroskopischen Betrachtungseinrichtung,

Ee ist bereits seit langem bekannt, Halbleiter- oder Substratplatten, insbesondere Wafer, auf einer Seite mit verhältnismäßig sehr großer Genauigkeit mehrfach zu belichten, um mehrere Halbleiterschichten übereinander aufzubauen, von denen jede eine besondere Geometrie aufweist, die in genau festgelegter Anordnung zu den Flächenelementen der jeweils anderen Schichten vorliegen muß.

Im Zuge einer intensivierten Entwicklung integrierter Schaltkreise ist man bestrebt, Halbleiter- oder Substratplatten, insbesondere Wafer, doppelseitig mehrfach zu belichten. Diese Problemstellung wurde indessen nach dem gegenwärtig vorliegenden Stand der Technik noch nicht gelöst. Vielmehr konnte bisher lediglich eine doppelseitige Erstbelichtung einer Halbleiter- oder Substratplatte durchgeführt werden, d_fh, einer Platte, welche auf keiner Seite aufgrund vorangehender Belichtungen schon irgendeine Geometrie aufweist» Eine derartige Erstbelichtung nach dem Stand der Technik wird so durchgeführt, daß vorab eine obere und eine untere Belichtungsmaske mit horizontal verlaufenden Ebenen planparallel zueinander eingestellt und danach die Halbleiter- oder Substratplatte nach Einbringen in den Zwischenraum zwischen beiden Belichtungsmasken auf die untere Belichtungsmaske gelegt wird. Mittels dünner Stäbchen wird darauf die Halbleiter- oder Substratplatte gegenüber der unteren Belichtungsmaske einer groben Parallel« und Drehausrichtung unterworfen, wonach die abschließende beldseitige Belichtung über beide Belichtungsmasken erfolgt· Es

• 3 -

409823/0463

versteht sich, daß eine derartige grobe Justierung der Halbleiter- oder Substratplatte gegenüber der unteren Belichtungsmaske nicht, genügt, um eine einwandfreie Deckung der geometrischen S tiruktur en der Belichtungsmasken mit anderen geometrischen Strukturen zu-erzielen, die sich bereits auf der Halbleiter- oder Substratplatte befinden, d. h. um eine Mehrfachbelichtung durchzuführen.

Aufgabe der Erfindung ist die Schaffung eines Verfahrens, welches eine Mehrfachbelichtung von Halbleiter- oder Substratplatten, insbesondere Wafern, von beiden Seiten her bei einer ausreichenden Kongruenz der geometrischen Strukturen ermöglicht. Erreicht wird dies durch planparalleles Inberührungbringen beider Belichtungsmasken nach vorheriger gegenseitiger Parallel- und Drehausrichtung nebst Fixierung von deren planparalleler Einstellung, relative Entfernung beider BeIichtungsmasTeen voneinander in einer senkrecht zu deren Ebene verlaufenden Riehtung unter Beibehaltung der planparallelen Einstellung sowie der gegenseitigen Parallel- und Drehausrichtung, planparalleles Inberühr ungbringen der Halbleiter- oder Substratplatte mit einer der beiden Belichtungsmasken nach vorheriger Parallel- und Drehausrichtung von deren dieser Belichtungsmaske zugewendeter Fläche und relative Annäherung der anderen Belichtungsmasken bis zum Erreichen eines vorgegebenen geringen Abstandes gegenüber der Halbleiter- oder Substratplatte·unter Beibehaltung der planparallelen Einstellung sowie der gegenseitigen Parallel- und Drehausrichtung.

Eine besonders günstige und rationelle Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens läßt sich durch eine Vorrichtung der bereits eingangs erwähnten Art.erreichen, die dadurch gekennzeichnet ist, daß ein zusätzlicher Dreh-Kreuztisch nebst einer Maskenhalterung zur Aufnahme der zweiten Belichtungsmaske vorgesehen ist, daß der Abtriebsschlitten des einen Dreh-Kreuz-

409823/0 463

tisehes, vorzugsweise derjenige des der ersten Belichtungsmaske zugeordneten Dreh-Kreuztisches, mit dem Antriebsechlitten des anderen Dreh-Kreuztisches, vorzugsweise demjenigen des der zweiten Belichtungsmaske zugeordneten zusätzlichen Dreh-Kreuztisches, gekoppelt ist, daß die Maskenhalterung des einen Dreh-Kreuztisches, vorzugsweise diejenige des den anderen Dreh-Kreuztiech antreibenden Dreh-Kreuztisches, mit ihrem zugehörigen Dreh-Kreuztisch über eine senkrecht zu der Verfahrebene beider Dreh-Kreuztische verlaufende Halterungsannäherungsführung verbunden ist, daß die Maskenhalterung in einem der beiden Dreh-Kreuztische als fixierbarer Keilfehlerjustierrahmen auegebildet ist, daß der zur Aufnahme der Halbleiter- oder Substratplatte bestimmte Keilfehlerkorrekturkopf auf einem Schwenkarm gelagert ist, welcher bei auseinanderbewegten Maskenhalterungen in einer parallel zu sowie zwischen den Verfahrebenen beider Dreh-Kreuztische gelegenen Schwenkebene in den Zwischenraum zwischen beiden Verfahrebenen einschwenkbar, in Einschwenketeilung senkrecht zu den Verfahrebenen gegen die der Halbleiteroder Substratplatte zugewendete Maskenhalterung bis zur Berührung der Halbleiter- oder Substratplatte mit der dieser Maskenhalterung zugeordneten Belichtungsmaske bewegbar und nach Anbringung der Halbleiter- oder Substratplatte an der zugewendeten Belichtungsmaske wieder ausschwenkbar ist, und daß zumindest an dem Keilfehlerkorrekturkopf eine steuerbare Halterung zum Freigeben der Halbleiter- oder Substratplatte beim Inberührungbringen mit der zugewendeten Belichtungsmaske sowie zum Aufnehmen nach erfolgter Belichtung vorgesehen ist.

Bei einer weitgehend eine kinematische Umkehrung dieser bevorzugten Vorrichtung darstellenden abgewandelten Vorrichtung sind beide Maskenhalterungen mit ihren zugehörigen Dreh-Kreuztischen starr verbunden, und der Abtriebsschlitten des einen Dreh-Kreuztisches ist mit dem Antriebsschlitten des anderen Dreh-Kreuztisches über eine Tischannäherungsführung verbunden, welche senkrecht zu den Verfahrebenen beider Dreh-Kreuztische verläuft. Die Tischannäherungsführung dieses abgewandelten

409823/0463

Ausführungsbeispiels entspricht fiisrbei der Halterungsannäherungsführung bei dem bevorzugten Ausfuhrungsbeispiel,

Durch die vorangehend beschriebene erf indungsgeinäße Vorrichtung, und zwar sowohl nach dem bevorzugten als auch nach dem abgewandelten Ausführungsbeispiel_# ist es möglich, die beiden Beliohtungsmasken querst in einwandfreier Parallel- Und Brehausrieh-.. t-ung_t die mittels der beiden Breh-Kreuztische bewirkt wird, . durch den der einen Belichtungsmaske zugeordneten Keilfehlej?- 3ustierrahmen planparallel aufeinander einzustellen und danach die beiden Belichtungsmasken unter Beibehaltung dieser Ein-' stellung mittels der Haitepungsannäherungsführung beim bevori zugten Ausführungsbei3|}iel bz.W* mittels der !Dischannäherungs« führung voneinander weggube.wegen_f so daß ein ausreichender Zwischenraum zwischen beiden Beliehtungsmasken zum Einbringen der Halbleiter'- oder Substratplatte gebildet wird_f die von dem. an dem .Schw.enk9.rm angeordneten geilfehlerkorrekturkopf gehalten wird. Bei in den Ewißjshenraum beider BeliGhtungsmasken einge^ sehwenkteni Keilfehlerkorrekturkopf kann nunmehr die Halbleiteröder Subs tragplatte gegen eine der beiden B,elichtungsmasken_t vorzugsweiss die untere Belichtungsmaske durch Absenken dps Keilfehlerkorrekturkopfes,, zur planparallelen Berührung ge** bracht werdei}_f WQ.duijoh jegliches !luftpolster zwischen der- HaIb^ leiter- oder Substratplatte und der dagegen anliegenden Belichtungsmaske zum ilniiWeiehen gebracht wird, !fach Fixierung der planparallelen Einstellung der^ Halbleiter?- Pder Subs.t^atplatte gegenüber der zugewendeten B.elichtungsmasike und damit gegenüber beiden Belichtungsmasken in dem Keilfehlerkorrekturkopf kaü?i dies/er die Halbleiter- oder Substratplatte um, einen geringen Abstand von der zugewendeten Beliclitungsmaske abheben, wonach §s nunmehr möglich ist» mittels, des, einen der beiden 3}rehsKreug-< tische, dessen Abtpiebs,serlitten den Antriebssehlittgn des an? deren·Dreh-Weuztisahes lage^ptj beid.e BeliahtUiagSfflapk§n zus.§mm,en einer Ip-rallel- und'-Dr^aWSf ichtujig gegenüber· der- z\i

Belichtungsmasken planparallel eingestellten Halbleiter· oder Substratplatte zu unterwerfen. Schließlich kann die !Halbleiter· oder Substratplatte an der zugewendeten Belißhtu»feinft«|c# angebracht werden, im Falle einer vertikalen Überein»ndi»r»noi?dnung beider Belichtungamasken durch Auflegen der HtXbIelter» ©der Substratplatte auf die untere Belichtungsmaske, Der Keilfehlerkorrekturkopf ist danach mittels des Schwenkarmes aus dt» Zwischenraum beider Beliehtungaaasken ausschwenkbar'_p worauf die von der Halbleiter- oder Substratplatte entfernte Bjslichtunfsmaske soweit abgesenkt werden kann, daJ3 eine beidfeitife Belichtung der in exakter Parallel· und Brehausrißhtiing ssu den beiden Belichtungsmasken befindliehen Halbleiter» ©dtr Substrat" platte von beiden Seiten her erfolgen kann. Wn bffOIWlfJ?#F Vorteil der erfindungsgemäien Vorrichtung liegt darin, da! »it einem einzigen Mikroakop durch Betrachtung §§nkr©Cih.t IU der Ebene einer der beiden Belichtungsmasken sowahl beide Belichtungsmasken zueinander als auch die geometrie der §in©n Seit© der Halbleiterplatte zu der mikroskopisch betrachteten Belioh« tungsmaske justiert werden können, wodurch dann autojsatieoh auoh die richtige Justierung der anderen Seite der Halbleitti?- oder Substratplatte gegenüber der anderen BelichtuHfflStekf iiehargestellt ist. Durch die exakte planparallele MttSttilunf der beiden Belichtungsmasken zueinander sowie der Halbleiter» oder Substratplatte gegenüber den beiden B«!iohtungSfflÄ8k#n lasse» sich die mikroskopisch au beobachtenden Fliehen Auf sehr geringt Abstände annähern, welche im TiefenscMrfenbereioh des verwendeten Mikroskops liegen.

Die Erfindung- ist nachstehend anhand der Zeichnungen näher erläutert, Es zeigen?

Fig, 1 ein Ausführungsbeispiel einer «r£in&ungegemtte*n Vorrichtung in halbachematischer und teilweise nufgobroohener Ansicht von vorn,

40982'3/0463

Pig. 2 die Vorrichtung nach Tig. 1 in Draufsicht sowie in . teilweise aufgebrochener bzw. abgebrochener Darstellung,

Pig. 5 einen Schnitt längs der Linie III - III von Fig. 1.

Die in der Zeichnung veranschaulichte Vorrichtung ist für HaIbleiterplatten, insbesondere Wafer, und aus Isolatormaterial bestehende Substratplatten anwendbar. Voraussetzung für die Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens sowie für die Anwendung der in den Zeichnungen veranschaulichten Vorrichtung ist es, daß die zu belichtende Halbleiter- oder Substratplatte " zumindest für das zur Belichtung verwendete Licht undurchlässig ist. Um zu einer rationellen Erläuterung der in den Zeichnungen veranschaulichten Vorrichtung zu gelangen, ist in der ^r folgenden Beschreibung stets auf einen Wafer als Spezialfall einer Halbleiterplatte Bezug genommen, obgleich die Vorrichtung selbstverständlich auch auf eine Substratplatte anwendbar ist.

Auf einer Grundplatte 2 ist ein unteres Lampengehäuse 2 angebracht, das an seiner Oberseite über einen zwischengeordneten Lüfter 3 ein oberes Lampengehäuse 4 aufnimmt. Mit dem unteren Lampengehäuse 2 ist eine untere Belichtungsoptik 5 starr verbunden, welche den (strichpunktiert dargestellten) Strahlengang einer unteren UV-Lampe 6 kollimiert und über einen um 135° zur Horizontalen geneigten Umlenkspiegel 7 vertikal nach oben umlenkt. In ähnlicher Weise ist mit dem oberen Lampengehäuse 4 eine obere Belichtungsoptik 8 starr verbunden, welche den (strichpunktiert dargestellten) Strahlengang einer oberen UV-Lampe 9 mittels eines in einem Winkel von 45° zur Horizontalen geneigten Umlenkspiegels 1o vertikal nach unten richtet. Die optischen Achsen des vertikalen Teils des unteren und obe- '-ren Strahlenganges sind hierbei zusammenfallend, justiert.

Auf der Grundplatte 1 ist ein (schematisch dargestellter) unterer Kreuztisch 11 mit seinem Antriebsschlitten 12 senkrecht

■409823/0463

zur Päpierebene von Pig. 1 bzw. in Richtung des Doppelpfeiles P1 von Fig. 3 mittels einer Mikrometerschraube 13 in y-Richtung verfahrbar. Der Antriebsschlitten 14 des unteren Kreuztisches 11 ist mittels einer Mikrometerschraube 15 in Richtung des Doppelpfeiles P2 von Fig. 1 bzw. senkrecht zur Zeichnungsebene von Fig. 3 in x-Richtung verfahrbar.

Mittels zweier vertikal aufragender Distanzplatten I6a_f 16b, welche an ihren oberen Schmalflächen jeweils eine senkrecht zu der Zeichnungseberie von Fig. 1 verlaufende gerade Führung aufweisen, ist der Antriebeschlitten 17 eines oberen Kreuztischee 18 gelagert, welcher senkrecht zu der Papierebene von Fig. 1 sowie in Richtung des Doppelpfeiles P3 von Fig. 3 mittele einer Mikrometerschraube 19 in y-Richtung verfahrbar ist. Der Abtriebsschlitten 20 des Kreuztisches 18_f welcher in Richtung des Doppelpfeiles P4 bzw. senkrecht zu der Zeichnungsebene von Fig. 3 mittels einer Mikrometerschraube 21 in x-Richtung verfahrbar ist, nimmt an seiner Oberseite einen lediglich schematisch veranschaulichten Keilfehlerjuptierrahmen 22 für eine untere Belichtungsmaske 23 auf. Der zur Keilfehlerkorrektur dienende I-Iechanismus des Keilfehlerjustlerrahmens 22 ist Stand der Technik und kann beispielsweise ähnlich dem Mechanismus de" Keilfehlerkorrekturkopfes nach der DT-OS 2 032 027 ausgebildet sein. Wie sich insbesondere aus Fig. 1 und 3 ergibt, muß der lichte Abstand zwischen den beiden Kreuztischen 11, 18 etwas größer als die Höhe der unteren Belichtungsoptik 5 sein, damit eine freie Verfahrbarkeit beider Kreuztische möglich ist, ohne an der unteren Belichtungsoptik zu streifen.

Bei beiden Kreuztischen 11 und 18 kann jeweils der Abtriebsschlitten 14 bzw. 20 gegenüber dem Antriebsschlitten 12 bzw.17 mittels einer Rändelschraube 24 bzw. 25 verdreht werden (der Drehmechanismus ist, da Stand der Technik» nicht in Einzelheiten dargestellt), so daß die beiden Kreuztische 11, 18 in der

Α09823/ΟΛ63

« B ~
weiteren Besß&re.i=bang· als

"Kit dem JObtriete&enlitt^ Ϊ4 te sinteren Bren-KreuztisöIi-es 11 1st ein fcurser -horizontal verlaufender insatz 26 starr verbun den, welclter ©.toe einen IlecntecifcguerscftMitt aiafweissendie· verti kale Sattle 27 tragt» Joaf der Säule 27 ist eine einen
gen Innenq&e^scnnitt &τα£weisenüe Hülse ES mittels meines
veransGiiatillehten) Stellgliecles in Ifertikal^lcataiig längs des Boppelpfeiles $5 auf waM ab Ijeweglicn* Die Bauelemente 27, 28 Eilten ziaisamraen ^e ine BaltfeiTangBannäliertQ^sfiiliit^^ ττοη wel

cner ein nöjeiZOntaledr starrer Ana 5Ö aiasgeiit,, dessen frei aus ■kragen-äes !Ende mn sedner Unterseite eine Maskenhältemng fwe eine otere Bellentungsmaske 31 aufweist, äie sieh "bei Betracn Mi Drauf si ent in angeöä&erter: Beefcung zu fen? "ctnteYen Be-25. foefin&et, Buren Betätigung äes in der BaI- /

Tiang' 29· vorhandenen Stellgliedes ist es <ile leli:chtxtngsmaske 51 auf die Belientxingsmaske 23 "bis zut: BerSir"ttSig, aiiLt derselben aifezusenken,. Wö^bei siicii "bei
nient fixiertem 3iistierraixitten 22 die Belientungsmaslce 23 iplan pa^eallföl zn &&z Belietetmmgsffiaske 3i einztistellen vermag· und
diese "planbar allele Sins teilung ffiittels des. ipastieiüranmens 22

In Bl^ißfcrlöntiaiig ven tig.» %_lt 2 r:e;6nts &&&&& ^d

sen 1_% 4 swie den 3)rete--l:rera2tis:cfeem "ii, 18 .ist auf ter

;£>iatte 1 «ine in Äientlang d;es So^peiipfeiieiS ¥6

getucdnet:, welche -altnliGäi ä-er
^äusge%iläet ist «nt -an itorem öfeeren En-33 aufweist, dessen frei '®a;sfcr:agenae>s fede
einest liarge^Sfapf©η 3Ά- fiir ein«n ScTi^eörarto 55 aufnitmnt,, !Der

seinem frei mmb&agmM&®. Ind-e einen
^6 a^af_Ϋ vmlcfter;, wie

am festen Mas Mg* ^ 5-ergitot* an seiner -unteren Stirnfläene ''e&es&e 1!ältei3iatte^v 5f .mit -ein^a? i©r:tif?pe' v©n .gleicKfeßäßlg
ttber dförerft ϊΊ&ϊΙϊ® 'Verifoilten irtiftSängiiiBea 3& -aufweist,,

2256753

eine Leitung 39 sowie eine Saugkammer 40 kan-ia den Imftaäugtüsen 38 wahlweise Saug- oder Druckluft zugeführt werden. De-r Keil fehlerkorrekturkopf selbst ist nicht besonders 'iarfeestellt, da er Stand der Technik ist, und kann beispielsweise :gemSß der DT-OS 2 032 027 ausgebildet sein. Bei nicht fixiertem Keilfehlerkorrekturkopf ißt es möglich, einen von der lialteplatte 37 angesaugten (nicht dargestellten) Wafer mit der muteren Belichtungsmaske 23 in Berührung zu bringen, wobei sich der Wafer frei planparallel zu der unteren Belichtungsmaske 23 einzustellen vermag, wonach der Keilfehlerkorreiturkopf in dieser planparallelen Einstellung des Wafers fixiert werden kann» Wenn sich die beiden Belichtungsmasken 23, 31, wie dies in Fig. 1_ät 3 veranschaulicht ist, in einem wesentlichen Abstand voneinander befinden, kann der Schwenkarm 35 mit dem Keilfehlerkorrekturkopf 36 in den Zwischenraum zwischen beiden Belichtungsiaasken 23, 31 eingeschwenkt werden, sofern sich die Yertikalfüfarun^ 32 in der Einstellung gemäß Fig. 1 befindet, lachfolgend kann die Vertikalführung 32 nach unten abgesenkt werden, bis der von der Halteplatte 37 durch Saugluft festgehaltene Wafer die untere Belichtungsmaske 23 berührt und sich bei der Berührung planparallel zu derselben einstellt. Nach Fixierung der planparallelen Einstellung des Wafers in dem Keilfehlerkorrelcturkopf 36 kann die Vertikalführunr¹; 32 um einen vorgegebenen Abstand vertikal nach oben bewegt v/erden, um entweder die Belichtungsniaske 23 gegenüber dem Wafer zu justieren oder um den Schwenkarm aus dem Zwischenraum zwischen den Belichtungsmasken 23, 31 wieder auszuschwenken, wie dies nachfolgend noch ausführlich erläutert wird.

In Blickrichtung von Fig. 1 rechts neben der unteren Belichtungsmaske 23 ist ein kreisförmiger Drehtisch 41 auf einer vertikalen Säule 42 drehbar gelagert, die mit der .Grundplatte 1 fest verbunden ist. Auf dem Drehtisch 41 sind zwei kreisförmige Waferauflagen 43a, 43b angeordnet, auf welchen je ein Wafer, von bis zu etvja 50 mm Durchmesser abgelegt werden kann. Wie sich

3/04-6 3

insbesondere aus Pig. 2 ergibt, ist der Drehtisch 41 mittels (nicht gezeigter) Einrastungen um jeweils 180° so drehbar, daß stets die in Blickrichtung von Pig. 2 linke Waferauflage 43b im Schwenkbereich des Sehwenkarmes 35 liegt und die Achse des Keilfehlerkorrekturkopfes 36 beim Ausschwenken des Sehwenkarmes 35 gemäß dem gekrümmten Pfeil P7 von Pig. 2 mit der durch den Mittelpunkt der Waferauflage 43b verlaufenden Vertikalachse zur Deckung zu bringen ist. Durch Absenken der Vertikalführung 32 bei in Ausschwenkstellung befindlichem Schwenkarm 35 kann daher von der Waferauflage 43b ein darauf befindlicher Wafer durch den Keilfehlerkorrekturkopf 36 bzw. dessen Halteplatte 37 aufgenommen oder aber ein von dem Keilfehlerkorrekturkopf 36 bzw, dessen Halteplatte 37 festgehaltener Wafer auf der Waferauflage 43b abgelegt werden.

Wie sich insbesondere aus Pig, 1 und 3 ergibt, ist der Justier«*· rahmen 22 für die untere Belichtungsmaske 23 so ausgebildet, daß zwischen den Abtriebsschlitten 20 des oberen Dreh-Kreuztisches 18 sowie die Unterseite der unteren Belichtungsmaske 23 ein Objektivtubus 44 eines Mikroskops 45 in einer horizontalen Bewegungsebene einschiebbar ist. Der Objektivtubus 44 umfaßt ein Objektiv 46 sowie einen in einem Winkel von 45° zur · Horizontalen geneigten Umlenkspiegel 47, wobei das Objektiv 46 angenähert auf die vertikale optische Strahlengangachse der Belichtungsoptiken 5, 8 einstellbar ist. Im Mikroskop 45 ist ein im Winkel von 135° zur Horizontalen geneigter halbdurchlässiger Umlenkspiegel 48 sowohl iin Okular strahlengang als auch im Strahlengang einer Mikroskopbeleuchtungslainpe 49 angeordnet. Der- Strahlengang des Mikroskops 45 ist hierbei strichpunktiert dargestellt. Das Mikroskop 45 ist auf einer vertikalen Säule 50 montiert, welche in einer (in Pig. 3 gestrichelt veranschaulichten) Horizontalführung 51 innerhalb der Grundplatte 1 längs eines Pfeiles P8 so verschiebbar ist, daß der Objektivtubus 44 des Mikroskops 45 aus dem Strahlengang zwischen den beiden Belichtungsmasken 23, 31 gelangt. Auf diese Woise ist es möglich., über das Mikroskop 45 die Parallel- "und Drehausrichtung der beiden Belichtungsmasken 23, 31 gegeneinander und die Parallel-

AO 9 8 23/QA 63 . " ¹² "

und Drehausrichtung der Belichtungsmaake 23 (in Kopplung mit der Belichtungsmaske 31) gegenüber der Unterseite des von dem Keilfehlerkorrekturkopf 36 gehaltenen Wafers zu kontrollieren und nach fixierter Einstellung das Mikroskop 45 mit seinem Objektivtubus 44 aus dem Strahlengang herauszubewegen, um den Wafer beidseitig über die Belichtungsoptiken 5, 8 belichten zu können.

Der untere hintere Bereich der Vorrichtung ist von einem Gehäuse 55 umgeben, welches an seiner Frontseite ein Bedienungspult mit einer Gruppe von Bedienungstasten 56 (Pig. 1, 2), mit einem auf die Tiefenschärfe des Mikroskops 45 einzustellenden Separationsanzeiger 57 und mit Zeituhren 58 zur Einstellung der Anpreßzeit des Wafers gegen die untere Belichtungsmaske 23 aufweist. Die Drucktasten 56 sind ein Bestandteil einer in der Vorrichtung enthaltenen (nicht veranschaulichten) Programmsteuerung, um die nachfolgend im einzelnen erläuterten Betriebsvorgänge entweder halbautomatisch oder vollautomatisch ablaufen zu lassen.

Zu Beginn eines Betriebszyklus befindet sich der Schwenkarm entgegen der Darstellung von Fig. 1, 2 in einer Ausschwenkstellung, wobei die Achse des Keilfehlerkorrekturkopfes 36 mit der Mittelpunktsachse der Waferauflage 43b zusammenfällt. Der Objektivtubus 44 bzw. das Objektiv 46 des Mikroskops 45 befindet sich in der Einschubstellung, wie sie in Fig. 3 veranschaulicht ist. Nunmehr wird die Halterungsannäherungsführung 29 abgesenkt, bis die obere Belichtungsmaske 31 mit der unteren Belichtungsmaske 23 in Berührung gelangt und der Keilfehlerjustierrahmen 22 eine planparallele Einstellung der unteren Belichtungsmaske 23 auf die obere Belichtungsmaske ermöglicht. In dieser planparallelen Einstellung wird die Belichtungsmaske 23 durch den Keilfehlerjustierrahmen 22 fixiert, Darauf wird die Halterungsannäherungsführung 29 um eine vor-

_2
gegebene Distanz von etwa 5 x 10 mm bis 2 mm angehoben,

- 13 4 0982 3/04 6 3

welche an dem Separationsanzeiger 57 vor Inbetriebnahme eingestellt wurde. Biese Distanz muß im Tiefensehärfebereich des Mikroskops 45 liegen. ■

In der nunmehr erreichten Separationsstellung wird mittels der Mikrometerschrauben 19, 21 sowie der Rändelschraube 25 eine Parallel- und Drehausriehtung der unteren Belichtungsmaske 23 gegenüber der oberen 'Belichtungsmaske 31 durch entsprechende Einstellung des Dreh-Kreuztisches 18 vorgenommen, bis die Geometrien beider Belichtungsmasken.23, 31 voll zur Deckung gelangt sind. Da die Belichtungsmasken 23, 31 planparallel eingestellt sind, läßt sich eine. Justierung in weiten Bereichen vornehmen, ohne daß die Schärfeeinstellung des Mikroskops 45. in irgendeiner Weise geändert werden muß.

Nach erfolgter Parallel- und Drehausriehtung der beiden.Belichtungsmasken 23» 3.1 wird die Halterungsannäherungsführung 28 in Vertikalrichtung nach oben bewegt, bis die Stellung gemäß Fig. 1 und 3 erreicht ist. Gleichzeitig wird von dem Keilfehlerkorrekturkopf 36 bzw, dessen Halteplatte 37 durch Saug- ■ luftbeaufschlagung von der Waferauflage 43b ein dort liegender, beidseitig zu belichtender Wafer aufgenommen und der Schwenkarm 35 nebst Keilfehlerkorrekturkopf 36. in die Stellung gemäß Fig. 1, 2 in den Zwischenraum zwischen beiden Beliehtungsmasken 23, 31 eingeschwenkt. Alsdann wird die Vertikalführung 32 abgesenkt, bis der von dem Keilfehlerkorrekturkopf 36 gehaltene Wafer mit der unteren Belichtungsmaske 23 in Berührung gelangt und sich planparallel zu dieser unteren Belichtungsmaske 23 einstellt. Die auf diese Weise gewonnene planparallele Einstellung des Wafers gegenüber der unteren Belichtungsmaske 23 wird in dem Keilfehlerkdrrekturkopf 36 fixiert, worauf durch ein geringes Hochfahren der Vertikalführung 32 eine Separation zwischen der unteren Fläche des Wafers sowie der oberen Fläche der unteren Belichtungsmaske in einem Bereich

■ - 14' - ■-■'■■" ■■■ ■ :

409823/0463

von vorzugsweise 10 - 900 Mikron herbeigeführt wird. Nunmehr können bei starr festgehaltenem Schwenkarm 35 beide Belichtungsmasken 23, 31, ohne deren bereits erfolgte gegenseitige Justierung in irgendeiner V/eise zu beeinflussen, gegenüber dem Wafer einer Parallel- und !Drehausrichtung unterworfen werden, indem unter Beibehaltung der ^Anstellung des oberen Dreh-Kreuztisches 18 mittels der Mikrometerschrauben 13, 15 sowie der Rändelschraube 24 der untere Dreh-Kreuztisch 11 so betätigt wird, daß unter der Überwachung durch das Objektiv 46 des Mikroskops 45 die untere Belichtungsmaske 23 gegenüber der Geometrie der unteren Fläche des Wafers einer Parallel- und Drehausrichtung unterworfen wird. Ist diese Ausrichtung durchgeführt, so ist damit automatisch auch die obere Belichtungsmaske 31 gegenüber der Geometrie der oberen Fläche des Wäfer3 (die durch das Mikroskop 45 nicht beobachtet werden kann) genau ausgerichtet.

Alsdann wird die Vertikalführung 32 wieder nach unten bewegt, bis die untere Fläche des Viafers die obere Fläche der unteren Belichtungsmaske 23 berührt. Diese Berührungsstellung wird bei einer Kraft von etwa 100 Pond über 0,1 - 0,5 see aufrecht erhalten, wobei sichergestellt wird, daß das zwischen dem Wafer sowie der unteren Belichtungsmaske 23 vorhandene Luftpolster vollständig entweichen kann. Alsdann wird der Keilfehlerkorrekturkopf 36 über die Leitung 39 mit Druckluft von etwa 1 Atü beaufschlagt, wonach die Vertikalführung 32 nebst dem Keilfehlerkorrekturkopf 36 in die Stellung gemäß Fig. 1,3 angehoben wird. Von größter Wichtigkeit bei diesem Vorgang ist es, daß sich einerseits der Wafer ohne die geringste Verdrehung oder Verschiebung von der Halteplatte 37 dee Keilfehlerkorrekturkopfes 36 ablöst, andererseits auch nach <ler Ablösung ohne jegliche Verdrehung oder Verschiebung auf der unteren Belichtungsmaske 23 liegenbleibt, d. h. also nicht auf einem Luftpolster "schwimmt". Zum Abschluß dieses Arbeitsganges wird der Schwenkarm 35 gemäß dem Pfeil P7 von Fig. 2 ausgeschwenkt.

- 15 -

409823/0463

Außerdem wird nunmehr das Mikroskop 45 mit seinem Objektivtubus 44 längs der Horizontalführtmg 51 · aus dem. vertikalen Strahlengang der Belichtungsoptiken 5, 8 herausbewegt.

Darauf wird die Halterungsannäherungsführung 29 mit der oberen Belichtungsmaske 31 vertikal nach unten bewegt, bis die untere Fläche der Belichtungsraaske 31 nur noch einen sehr geringen Abstand von der oberen Fläche des Wafers aufweist. Danach werden die UV-Lampen 6, 9 eingeschaltet und der Wafer sowohl über die untere Belichtungsmaske 23 als auch über die obere Belichtungsmaske 31 belichtet.

Nach, durchgeführter Belichtung wird die Halterungsannäherungsführung 29 mit der oberen Belichtungsmaske 31 wiederum nach oben bewegt, bis die Stellung gemäß Fig. 1,3 erreicht ist„ Danach wird der Schwenkarm 35 mit dem Keilfehlerkorrekturkopf 36 zwischen die Belichtungsmasken 23, 31 eingeschwenkt und durch die Vertikalführung 32 auf den Wafer abgesenkt. Der Keilfehlerkorrekturkopf wird darauf mit Saugluft beaufschlagt und nimmt den belichteten Wafer auf. Die Vertikalführung 32 nebst , dem Keilfehlerkorrekturkopf 36 sowie dem Schwenkarm 35 wird wiederum in die Stellung gemäß Fig. 1, 3 nach oben bewegt, wonach der Schwenkarm 35 gemäß dem Pfeil P7 von Fig. 2 über die Waferaüflage 43b des Drehtisches 41 ausgeschwenkt wird. Durch Absenken der Vertikalführung 32 nebst Schwenkarm 35 und Keilfehlerkorrekturkopf 36 sowie Beaufschlagung des Keilfehlerkorrekturkopfes 36'mit Druckluft wird der Wafer auf der Waferauflage 43b abgelegt. Abschließend wird der Drehtisch 41 um 180° gedreht, wobei ein zwischenzeitlich auf die Waferauflage 43a gelegter unbelichteter Wafer unter den Keilfehlerkorrekturkopf 36 des ausgeschwenkten Schwenkarmes 35 zu liegen kommt. Danach wiederholen sich die beschriebenen Betriebsvorgänge hinsichtlich des auf der Waferauflage 43a befindlichen Wafers in analoger Weise, Die 'Betriebszyklen der Vorrichtung können· über eine Programmsteuerung auch halb- oder vollautomatisch durchgeführt werden. - 16 - ..".".

409823/0 463

Claims

Patentansprüche

(iy Verfahren zur zweiseitigen Belichtung einer Halbleiter- oder Substratplatte, insbesondere eines Wafers, durch planparallele Parallel- und Drehausrichtung gegenüber je einer jeder. Seite der Halbleiterplatte zugeordneten Belichtungsmaske, gekennzeichnet durch planparalleles Inberührungbringen beider Belichtungsmasken nach vorheriger gegenseitiger Parallel- und Drehausrichtung nebst Fixierung von deren planparalleler Einstellung, relative Entfernung beider Belichtungsmasken voneinander in einer senkrecht zu deren Ebene verlaufenden Richtung unter Beibehaltung der planparallelen Einstellung sowie der gegenseitigen Parallel- und Drehausrichtung, planparalleles Inberührungbringen der Halbleiter- oder Substratplatte mit einer der beiden Belichtungsmasken nach vorheriger Parallel« und Drehausrichtung von deren dieser Belichtungsmaske zugewendeter Fläche und relative Annäherung der anderen Belichtungsma3ke bis zum Erreichen eines vorgegebenen geringen Abstandes gegenüber der Halbleiterplatte unter Beibehaltung der planparallelen Einstellung sowie der gegenseitigen Parallel- und Drehausrichtung.
2. Vorrichtung zur Parallel- und Drehausrichtung einer Halbleiteroder Substratplatte, insbesondere eines Wafers, gegenüber zwei auf je eine der beiden Flächen der Halbleiter- oder Substratplatte wirksamen Belichtungsmasken zum Zwecke einer zweiseitigen Belichtung gemäß dem Verfahren nach Anspruch 1 mit einem die Halbleiter- oder Substratplatte aufnehmenden fixierbaren Keilfehlerkorrekturkopf zur planparallelen Einstellung der einen, vorzugsweise oberen, Fläche der Halbleiter- oder Substratplatte gegenüber der ersten, vorzugsweise oberen, Belichtungsmaske, einer Einrichtung zur planparallelen Inberührungbringen der anderen, vorzugsweise unteren, Fläche der Halbleiter- oder Substratplatte gegenüber der zweiten, vorzugsweise unteren, Belichtungsmaske, einem der ersten Belichtungs-

- 17 -

409823/0463

maske zugeordneten, eine Maskenhalterung für dieselbe aufweisenden Dreh-Kreuztisch zur planparallelen Lagejustierung der ersten Belichtungsmaske gegenüber der Halbleiter- oder Substratplatte und. einer mikroskopischen, Betrachtungseinrichtung, dadurch gekennzeichnet, daß ein zusätzlicher Dreh-Kreuz,tisch (18) nebst einer Maskenhalterung (Keilfehlerjustierrahmen 22) zur Aufnahme der^: zweiten Beliehtungsmaske .(23·)- vorgesehen ist, daß der Abtriebesehlitt.en (14) des einen Dreh-Kreuztisches (11), vorzugsweise derjenige des der ersten Belichtungsmaske (31) zugeordneten Dreh-Kreuztisches,. mit dem Antriebs schlitten (17) des anderen Dreh-Kreuztisches (18), vorzugsweise demjenigen des der zweiten Belichtungsmaske (23) zugeordneten zusätzlichen Dreh-Kreuztisches, gekoppelt ist (Bauelemente 16a, 16b), daß die Maskenhalterung des einen Dreh-Kreuztisches (11), Vorzugs-? weise diejenige des den anderen Dreh-Kreuz tisch (1.8) antreibenden Dreh-Kreuztisches (1ΐ), mit ihrem zugehörigen Dreh-KreUz- -. tisch über eine senkrecht zu der Verfahrebene beider, Dreh-Kreuztische verlaufende Halterungsannäherungsführung (29) verbunden ist,:daß die Maskenhalterung in einem der beiden Dreh-Kreuztische als fixierbarer Keilfehlerjustierrahmen (22) ausgebildet ist, daß der zur Aufnahme der Halbleiter- oder Substratplatte bestimmte Keilfehlerkorrekturkopf (36) auf einem Schwenkarm (35) gelagert ist, welcher bei auseinanderbewegten Maskenhalterungen mit einer parallel zu sowie zwischen den Verfahrebenen beider Dreh-iCreuztische (11, 18) gelegenen Schwenkebene in den . Zwischenraum zwischen beiden Verfahrebenen einschwenkbar^ in-Einsehwenkstellung senkrecht zu den ■Verfahrebenen gegen-die der Halbleiter-Substratplatte zugewendete Maskenhalterung (Keilfehler justierrahmen 22) bis zur Berührung der · Halbleiter- oder Substratplatte mit der dieser Maskenhalterung. zugeordneten Belichtungsmaske (23) bewegbar und nach Anbringung der Halbleiter-, oder Substratplatte· an der zugewendeten Belichtungsmaske ('23) wieder ausschwenkbar ist, und daß zumindest an dem Keilfehlerkorrekturkopf (36) -eine- steuerbare Halterung ■■·. zum Freigeben der Halbleiter- oder Substratplatte bei Inberührungbringen mit der zugewendeten Beliehtungsmaske (23) sowie · "

- 18 409823/046 3

zum Aufnehmen nach erfolgter Belichtung vorgesehen ist.
3. Abwandlung einer Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß beide Maskenhalterungen mit ihren zugehörigen Dreh-Kreuztischen (11, 18) starr verbunden sind und daß der Abtriebsschlitten (14) des einen Dreh-Kreuztisches (11) mit dem Antriebsschlitten (17) des anderen Dreh-Kreuztiso-hes (.18) über eine Tischannäherungsführung verbunden ist, welche senkrecht zu den Verfahrebenen beider Dreh-Kreuztische verläuft.
4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2, 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Verfahrebenen beider Dreh-Kreuztische (11, 18) horizontal verlaufen und die Dreh-Kreuztische vertikal übereinander angeordnet sind.
5« Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Maskenhalterung des zusätzlichen Dreh-Kreuztisches (18) für die zweite Belichtungsmaske (23) unterhalb der Maskenhalterung des Dreh-Kreuztisches (11) für die erste Belichtungsmaske (31) angeordnet ist und daß die Halbleiter- oder Substratplatte nach dem Freigeben seitens der steuerbaren Halterung (Halteplatte 37) des Keilfehlerkorrekturkopfes (36) unter Schwerkrafteinv'irkung auf der zweiten Belichtungsmaske (23) ablegbar ist.
6. Verfahren zum Betrieb der Vorrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Halbleiter-- oder Substratplatte vor dem Freigeben seitens der steuerbaren Halterung bei einer Kraft von etwa 100 Pond mit der zweiten Belichtungsmaske über 0,1 - 0,5 see in Berührung gehalten wird.
7· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4, 5, dadurch gekennzeichnet, daß die steuerbare Halterung des Keilfehlerkorrekturkopfes (36) eine ebene Halteplatte (37) mit einer Gruppe von

- 19 -

409823/0463

gleichmäßig über die Fläche der Halbleiter- oder Substratplatte verteilten Luftsaugdüsen (38) umfaßt, die von Saugluftauf Druckluftbeaufschlagung umschaltbar sind..
8. Verfahren nach Anspruch 6 bzw. Verfahren zum Betrieb einer Vorrichtung nach'Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Luftsaugdüsen (38) nach Ablauf der vorgegebenen Berührungszeit der Halbleiter- oder Substratplatte mit der zweiten Belichtungsmaske mit Druckluft von etwa 1 Atü beaufschlagt werden.
9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 - 5, 7» dadurch gekennzeichnet, daß die mikroskopische Betrachtungseinrichtung unterhalb der Maskenhalterungder zweiten Belichtungsmaske. (23) angeordnet und horizontal aus dem Belichtungsstrahlengang herausbewegbar ist (Objektivtubus 44).
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2,- 5, 7, 9» dadurch gekennzeichnet, daß neben bzw. oberhalb der Maskenhalterung für die erste Belichtungsmaske (31) sowie neben bzw, unterhalb, der Maskenhalterung für die zweite 'Belichtungsmaske (23) jeweils an deren von der Halbleiter- oder Substratplatte abgewendeten Seiten je eine feste Belichtungsoptik (5, 8) vorgesehen ist, *

4098 23/046

Leerseite