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Titel der Erfindung: Manipuliereinrichtung
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Antendungsgebiet der Erfindung: Die Erfindung betrifft eine Manipuliereinrichtung
zur hochgenauen Orientierung ebener Bildträger, die jeweils zwei Justiermarken unterschiedlichen
Abstandes besitzen, bezüglich einer als Maßstabsplatte ausgebildeten festen Marke
durch Verschieben in x- und y-Richtung und Drehen in der xy-Ebene unter Verwendung
eines Doppelmikroskopes mit verstellbaren optischen Achsen.
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Im fotolithografischen Prozeß der Halbleiterherstellung steht häufig
die Aufgabe, eine strukturierte Schablone in ihrer Bildebene in zwei karthesischen
Koordinaten und azimutal auszurichten. Dabei trägt die Schablone in der Regel Justiermarken,
die mit einem Doppelmikroskop visuell oder lichtelektriscb beobachtet und mit anderen
Marken, die sich auf dem Bezugsobjekt befinden, zur Deckung gebracht werden.
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So ist es zO 3. erforderlich, die Bildträger der zu vervielfältigenden
Strukturen (Zischenschablonen) bei der Schablonenherstellung zur Repeatkamera zu
orientieren. Auch bei der Ubertragung der auf der Schablone befindlichen Mikrostrukturen
auf das Halbleitersubstrat ist eine exakte Uberdeckung mit Strukturen des vorangegangenen
Prozesses notwendig, d. b0 die Justiermarken der Schablone müssen nach denen des
Substrates
ausgerichtet werden. Da Substratscheiben unterschiedlichen Durchmessers zur Anwendung
kommen und die Justiermarken sich möglichst am Rand der Scheiben befinden sollen,
sind die Abstände der Marken sowohl auf den Substratscheiben als auch auf Schablonen
unterschiedliche Charakteristik der bekannten technischen Lösungen: Zum lagegenauen
Ausrichten einer Zwischenschablone gegenüber einem als Träger dienenden Rahmen für
den Einsatz in einer Repeatkamera ist bereits ein Doppelmikroskop mit Manipuliereinrichtung
bekannt (Fedotow/Pohl "Fotolithografie"). Als Justiernormal dient hier eine fest
in das Doppelmikroskop eingebaute, mit Querteilungen versehene Strichplatte, nachstehend
als Maßstabsplatte bezeichnet, in Verbindung mit drei Anschlägen. Die Anschläge
für den Rahmen im Doppelmikroskop entsprechen den Anschlägen in der Repeatkamera.
Durch Verschieben der Schablone relativ zum Rahmen werden die beiden Marken der
Schablone mit der Marke der Maßatabsplatte zur Deckung gebracht. Dabei beobachtet
man die Orientierungsmarken gleichzeitig oder nacheinander in ein und demselben
Okular eines Doppelmikroskopes mit geteiltem BeobachtungsfeldO Die Verschiebung
der Schablone in x- und y-Richtung erfolgt mit Hilfe eines Kreuztisches, auf dem
sich zur azimutalen Ausrichtung ein Drehtisch befindet.
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Der Nachteil dieser Anordnung besteht darin, daß eine sukzessive
Ausrichtung beider Marken durch abwechselnde Beleuchtung infolge der Abhängigkeit
der einzelnen Verstellkoordinaten untereinander erst nach mehreren Beobachtungen
approximativ zum Ziel führt0 Die Unabhängigkeit der einzelnen Justierschritte wäre
z. B.
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dann gegeben, wenn die Drehachse der Azimutalverstellung durch eine
der beiden Marken verlief, Man könnte dann zuerst diese Marke in x- und g-Richtung
justieren und anschließend durch die Winkelorientierung die andere Marke ausrichten,
ohne die erste Marke zu dejustieren. Die
unterschiedlichen Abstände
der Justiermarken auf den Schablonen lassen mit dieser bekannten, aus Kreuztisch
und Drehtisch bestehenden Manipuliereinrichtung ein derartiges Justierprinzip nicht
zu. Eine komplizierte Kombination von Kreuz- und Drehtischen wäre dafür notwendig.
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Es ist weiterhin bekannt, die Feineinstellung eines Körpers in einer
Ebene durch drei Stellglieder zu bewirken, von denen eines in der ersten Verschiebungsrichtung
angeordnet ist und die beiden anderen parallel zueinander liegen und in der zweiten
orthogonalen Verschiebungsrichtung wirken bzw. den einzustellenden Körper drehe
(M. Pollermann "Bauelemente der physikalischen Technik", Springer Verlag 1955, S.
128)o-Mit dieser Anordnung kann die geforderte Unabhängigkeit der Justierschritte
nur für eine bestimmte Lage der Justiermarke gewährleisten werden, In allen anderen
Fällen wäre wieder eine Vielzahl von Justierschritten zur genauen Feineinstellung
notwendige Ziel der Erfindung: Das Ziel der Erfindung besteht darin, die notwendige
Zeit zum Orientieren ebener Bildträger, insbesondere von Zwischenschablonen, auf
ein Mindestmaß herabzusetzen.
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Wesen der Erfindung: Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die
Manipuliereinrichtung zur hoch genauen Orientierung ebener Bildträger mit jeweils
zwei in der ersten Koordinatenrichtung (x) eines x-y-Koordinatensystems liegenden
Justiermarken unterschiedlichen Abstandes bezüglich einer festen Maßstabsplatte
so auszubilden, daß der Manipuliervorgang mit zwei orthogonalen Verschiebungen und
einer Drehung des Bildträgers im wesentlichen abgeschlossen ist0
Die
Aufgabe wird dadurch gelöst, daß an einem mit dem Bildträger gekoppelten und parallel
zur Ebene des Bildträgers frei verschiebbaren Grundkörper in bekannter Weise ein
erstes Stellglied in der ersten Verschiebungsrichtung (x), ein zweites Stellglied
in der zweiten Verschiebungsrichtung (g) und ein drittes, parallel zum ersten oder
zweiten angeordnetes Stellglied angreifen, wobei die Bewegungsvektoren der ersten
beiden Stellglieder und die durch eine der Justiermarken senkrecht zur Ebene des
Bildträgers verlaufende optische Achse eines Mikroskopes einen gemeinsamen Schnittpunkt
bilden und daß das der zweiten Koordinatenrtchtung (g) angeordnete Stellglied senkrecht
zu seiner Beuegungsrichtung verschiebbar gelagert ist.
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Ausführungsbeispiel: Nachstehend soll die Erfindung an einem Ausführungsbei
spiel näher erläutert werden. In den dazugehörigen Zeichnungen zeigent Fig. 1 das
Prinzip eines bekannten Doppelmikroskopes zur Vororientierung von Zischenschablonen,
Fig. 2 eine Schnittdarstellung der zum Stand der Technik gehörenden Manipuliereinrichtung,
Fig. 3 die Draufsicht nach Fig. 1, Fig. 4 eine Schnittdarstellung der erfindungsgemäßen
Manipuliereinrichtung, Fig.5 die Draufsicht nach Fig. 4, Fig. 6 eine vergrößerte
Darstellung einer bezUglich der Maßstabsplatte ausgerichteten Justiermarke.
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In Fig. 1 ist das Prinzip eines bekannten Doppelmikroskopes zur Vororientierung
der für den Einsatz in einer Repeatkamera benötigten Zwischenschablone dargestellt.
ueber einen binokularen Tubus 1 2 und 3 werden die von den Objektive 6 aufgenommenen
und im Prisma 4 vereinigten Bilder der Marken 20; 21 auf
der Schablone
7 und der gerätefesten Maßstabsplatte 9 beobachtet. Durch Verschieben der Schablone
7 relativ zum Rahmen 8 bringt man die Marken der Schablone mit den gerätefesten
zur Deckung. Die Anschläge 5, gegen die der Rahmen 8 vor dem Aufsetzen der Schablone
7 gedrückt wird, sind bezüglich der fest eingebauten Maßstabsplatte 9 ausgerichtet
und entsprechend den Anschlägen in der Repeatkamera (Fig. 2 und Fig. 3).
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Von den Beleuchtungssystemen 10, bestehend aus Kondensor, Verschluß
und Lichtleitkabel, werden beide Objektive 6 abwechselnd beleuchtet. Der Abstand
der Mikroskope ist entsprechend dem unterschiedlichen Markenabstand verstellbar.
Die Verschiebung der Schablone 7 erfolgt über die in Fig. 2 und Fig. 3 dargestellte
Manipuliereinrichtung. Auf einem Kreuztisch 11 für die Orientierung in x- und y-Richtung
befindet sich ein Drehtisch 12 zur azimutalen Ausrichtung der Schablone 7.
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Diese ist über zwei Vakuum-Saugnäpfe 13 mit dem Kreuz-und Drehtisch
verbunden. Der Nachteil dieser Anordnung ist bereits im Abschnitt "Charakter der
bekannten technischen Lösungen" beschrieben.
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Erfindungsgemäß wird vorgeschlagen, zur Orientierung der Schablonen
in den Koordinaten x, y und den in den Fig. 4 und 5 dargestellten einfachen Aufbau
zu verwenden. Ein in der Ebene frei beweglicher, z. B, auf Kugeln 18 gelagerter
Grundkörper 14 wird durch Federn 19 oder andere Kräfte definiert gegen drei Stellglieder
15; 16; 17 (z. B. Gewindespindeln) gedrückt. Dabei sind die Stellglieder 15 und
16 so angeordnet, daß ihre Bewegungsvektoren mit der optischen Achse eines Beobachtungsmikroskopes,
die annähernd durch eine der Justirmarken 20 verläuft, einen gemeinsamen Schnittpunkt
bilden. Mit diesen beiden Stellgliedern wird die Justiermarke 20 in x- und y-Richtung
justiert.
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Bei einer nachfolgenden Bewegung des dritten Stellgliedes 17
dreht
sich die Schablone 7 um den Momentanpol, d. h.
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annähernd um die bereits eingestellte Justiermarke 20.
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Dabei erfolgt die azimutale Ausrichtung nach der zweiten Justiermarke
21. Das zweite Stellglied 16 läßt sich entsprechend der Lage der Justiermarke 20
senkrecht zu seiner Bewegungsrichtung mit Hilfe des u-förmig ausgebildeten Schlittens
22 und der Meßschraube 23 um definierte Beträge verschieben.
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Fig. 6 zeigt eine vergrößerte Darstellung der Justiermarke 20 und
einen Teil der Maßstabsplatte 9.
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Die Querteilung des langen geraden Maßstabsstriches, welche zur Orientierung
in x-Richtung dient, ermöglicht die lagegenau aneinandergereihte Abbildung von Schablonen
unterschiedlicher Konfiguration in einer Repeatkamera.
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L e e r s e i t e