DE2747439A1

DE2747439A1 - Vorrichtung zum ueberdecken von masken und substratscheiben

Info

Publication number: DE2747439A1
Application number: DE19772747439
Authority: DE
Inventors: Erhard Jaksch
Original assignee: Jenoptik Jena GmbH
Current assignee: Jenoptik AG
Priority date: 1976-11-09
Filing date: 1977-10-21
Publication date: 1978-06-01
Also published as: DD128165A1; FR2375631A1; DD128165B1; SU911439A1

Description

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Titel; Vorrichtung zum Überdecken von Masken und Substratscheiben

Anwendungsgebiet der Erfindung;

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Überdecken von Masken und Substratscheiben, bei der die Maske bezüglich der optischen Achse einer Projektionseinrichtung ausgerichtet ist und die auf der Maske vorhandenen Strukturen mittels Projektion auf einen Teil der Fläche der Substratscheibe übertragen werden und die Substratscheibe zur Grob- und Peinpositionierung auf einer in X- und Y-Richtung mittels eines Feinsteuermechanismus verschiebbaren und in der XY-Ebene drehbaren Subs trataufnähme befestigt ist, welche wiederum auf einem in der X- und Y-Richtung grobverstellbaren Kreuztisch gelagert ist.

5 Bei der fotolithografischen Herstellung von Halbleiterbauelementen werden die auf Masken vorhandenen Strukturen durch Projektions- oder Kontaktkopieren auf Substratscheiben übertragen. Für die Herstellung einer Halbleiteranordnung sind eine Vielzahl von Masken mit verschiedenen Strukturen erforderlich, die nacheinander zur Belichtung derselben Stelle der Substratscheibe dienen. Hierfür ist es erforderlich, vor jeder neuen Belichtung aufgebrachte Markierungen oder bereits vorhandene Strukturen von Maske und Substratscheibe durch Verschieben und Drehen der Maske und/oder Substratscheibe zur Deckung zu bringen. Um das zu erreichen, ist eine sehr feinfühlige Verschiebemög-

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lichkeit der Maske oder des Substrates notwendig. In den meisten Fällen wird die auf einer ebenen Fläche angesaugte Substratscheibe zur Maske ausgerichtet, wobei die Maske vorher in die optische Achse des Projektionsobjektivs gebracht wurde.

Wird mit einer Belichtung die Fläche der Substratscheibe voll ausgenutzt, genügt ein Verschiebesystem mit relativ kleinen Wegen. Dafür sind besonders diejenigen Antriebe geeignet, die einen physikalischen Effekt, wie z. B.

den Elektro- oder Magnetostriktionseffekt ausnutzen. Sind jedoch zur vollständigen Belichtung der Substratfläche mehrere über- und nebeneinanderliegende bzw. rasterförmig angeordnete Einzelbelichtungen erforderlich, so muß zusätzlich zu dem feinfühligen Verschiebesystem mit kleinen Wegen ein zweites Verschiebesystem vorhanden sein, welches größere Verschiebungen zuläßt und geeignet ist, die Substratscheibe im step-and-repeat-Verfahren zu bewegen.

Charakteristik der bekannten technischen Lösungen;

Eine Vorrichtung, die diese Forderungen annähernd realisiert, ist aus der GH-PS 485 328 bekannt. Bei der beschriebenen Vorrichtung zur Herstellung einer Fotolackmaske ist ein feinfühlig verschiebbarer Tisch, welcher die herzustellende Maske trägt, mechanisch mit einem Kreuztisch gekoppelt. Mit Hilfe des Kreuztisches wird die Maske grob positioniert. Die Feinverschiebung in Richtung der X- und Y-Koordinaten bewirkt eine getriebelose, zwischen den beiden Tischen wirkende Feineinstellung, welche vorzugsweise mit einem physikalischen Effekt arbeitet (Wärmeausdehnung, Elektro- oder Magnetostriktion). Muß zur exakten Positionierung die Maske in der XY-Ebene um einen definierten Punkt gedreht werden, so wird ein zusätzlicher Drehtisch benötigt, der auf dem feinfühlig verschiebbaren Tisch angeordnet und getrennt angetrieben wird.

Eine derartige Vorrichtung hat verschiedene Nachtei-Ie. Das gesamte Tischsystem ist infolge der zusätzlichen

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Ebene relativ labil und neigt demzufolge leicht zu Schwingungen. Außerdem ist die Gefahr von unterwünschten Verkippungen um die X- und Y-Achse sehr groß. Wollte man diese Vorrichtung nicht zur Herstellung von Masken, sondern zur Belichtung von Substratscheiben im step-and-repeat-Verfahren verwenden, wurden sich noch weitere erhebliche Mangel ergeben. Da die Vorrichtung nach der genannten CH-PS 485 328 nur einen einzigen, durch die Achse des Drehtisches vorgegebenen, Drehpunkt hat, ließen sich die Grundforderungen für jede Justierung, die bekanntlich u. a.

darin bestehen, daß erstens eine komplette Justierung aus möglichst wenig Einzelschritten bestehen soll und daß zweitens kein Justiervorgang das Ergebnis irgend eines vorangegangenen beeinträchtigen darf, nicht erfüllen. Nach jeder Drehung der Substratscheibe müßten die bereits eingestellten Punkte in X- und Y-Richtung wieder nachgeregelt werden, sofern der Schnittpunkt der X-, Y-Koordinaten nicht zufällig in der Drehachse des Drehtisches liegt. In besonders ungünstigen Fällen müßten die Justierschritte noch mehrmais wiederholt werden, so daß zur exakten Überdeckung der Maske mit der Substratscheibe unvertretbar lange Justierzeiten nötig würden.

Auch eine Anordnung zum Einrichten einer Substratscheibe nach der DT-OS 1 953 712 löst dieses Problem nicht. Hier wird die X-Y-Verschiebung und die Drehung des Tisches, der die Substratscheibe trägt, mit Hilfe von drei Stellgliedern erreicht, von denen ein erstes in der einen Koordinatenrichtung liegt und die zwei anderen dazu rechtwinklig angeordnet sind. Durch ungleiche Ansteuerung der beiden parallelen Stellglieder wird die Drehung der Substratscheibe erreicht. Es ist offeneichtlich, daß mit dieser Anordnung nicht jeder beliebige Drehpunkt auf der Substratscheibe realisiert werden kann, so daß die genaue Einstellung der Substratscheibe nur in einem zeitaufwendigen Iterationsprozeß möglich ist. Diese Einrichtung hat außer-

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dem den Nachteil, daß sich bei automatischer Steuerung das Signal-Weg-Verhältnis ständig ändert.

Ziel der Erfindung;

Das Ziel der vorliegenden Erfindung besteht darin, die langen Justier- bzw. Einstellzeiten zu verkürzen, so daß letztlich die notwendige Zeit und die Kosten für die Herstellung von Halbleiterbauelementen gesenkt werden.

Darlegung des Wesens der Erfindung;

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Überdecken von Masken mit vorgegebenen Teilflächen einer Substratscheibe so auszubilden, daß keiner der zu Überdeckung notwendigen Justierschritte das Ergebnis eines der vorangegangenen beeinflußt.

Die Lösung der Aufgabe erfolgt mit einer Vorrichtung, bei der die Substratscheibe zur Grob- und Feinpositionierung auf einer in X- und Y-Richtung mittels eines Feinst euermeohanismus verschiebbaren und in der XY-Ebene drehbaren Substrataufnahme befestigt ist, welche wiederum auf einem in der X- und Y-Richtung grobverstellbaren Kreuztisch gelagert ist, dadurch, daß der Kreuztisch eine während der Grobverstellung mit der Substrataufnahme zusammenwirkende erste Arretierung besitzt und daß der Feinsteuermechanismus, welcher drei in an sich bekannter Weise angeordnete Steuerglieder besitzt, bezüglich der optischen Achse A der Projektionseinrichtung ortsfest gelagert ist und mit einer während der Feinverstellung mit der Substrataufnahme zusammenwirkenden zweiten Arretierung verbunden ist.

Vorteilhafte Ausführungen der Erfindung ergeben sich, wenn die erete Arretierung als pneumatisch oder elektromagnetisch zu betätigende Klemmung ausgeführt ist und wenn der Feinsteuermechanismus in Richtung der optischen Achse A beweglich gelagert ist und als zweite Arretierung eine Vakuum-Saugvorrichtung besitzt. Das Projektionsobjektiv und der Feinsteuermechanismus können in einer gemeinsamen Brücke

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gelagert sein, es ist aber ebenso möglich, den Feinsteuermechanismus direkt mit der Projektionseinrichtung zu verbinden. Eine vorteilhafte Anordnung der Steuerglieder wird erreicht, wenn zwei der an der Substrataufnahme angreifenden Steuerglieder senkrecht zueinander in der X- und Y-Achse und das dritte Steuerglied parallel zur Y-Achse angeordnet sind und die Angriffspunkte der beiden in bzw. parallel zur Y-Achse liegenden Steuerglieder auf der X-Achse liegen. Die Steuerglieder sind zweckmäßigerweise aus je einem aktiven Steuerelement und einem passiven Steuerstößel zur Übertragung der Längenänderungen des Steuerelements auf die Substrataufnahme zusammengesetzt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung enthält folgende vorteilhafte Merkmale:

- Zur definierten Verschiebung des Substrattisches sind keine Führungen erforderlich.

- Die Stellwege der Steuerglieder werden voll in die geforderte Bewegungsrichtung umgesetzt.

- Bei automatischer Überdeckung wird das durch Ablage von der Sollstellung ausgelöste Signal analog in Stellweg umgesetzt.

- Die Steuerelemente können sich weitab vom Substrat befinden, ao daß fehlerhafte Auswirkungen auf das Substrat,

z. B. durch Wärme, vermieden werden. - Der Peinsteuermechanismus kann relativ groß ausgeführt werden. Eine gute Zugänglichkeit gewährleistet auch eine gute Wartung sowie kurzzeitiges Auswechseln und Justieren ohne Ausbau der Substrataufnähme.

- An der Substrataufnahme wirken keine Kräfte durch Leitungen für die Energiezufuhr der Steuerelemente.

Ausführungsbeispiel;

Die Erfindung soll nachstehend an einem Ausführungsbeispiel näher erläutert werden. In der dazugehörenden Zeichnung zeigen:
Pig. 1 eine teilweise im Schnitt dargestellte Vor-

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richtung zum überdecken einer Maske mit rasterförmig angeordneten Flächenabschnitten einer Substratscheibe gemäß der Erfindung, Fig. 2 eine Seitenansicht des Kreuztisches mit der Substrataufnahme und dem Feinsteuermechanis

mus,

Fig. 3 die Draufsicht nach Fig. 2; die Substrataufnahme ist teilweise gebrochen dargestellt. Die Vorrichtung zum Überdecken einer Maske mit rasterförmig angeordneten Flächenabschnitten einer Substratscheibe ist wie folgt aufgebaut:

In Fig. 1 befindet sich auf einer Grundplatte 1 ein Kreuztisch 2 mit den entsprechenden Abtriebssystemen für die X-Koordinate und 2.2 für die Y-Koordinate. Über dem Kreuztisch 2 ist die Sub st rat aufnahme 3 auf drei Kugelabstützungen 4 gelagert. Die Kugelabstützungen können auch durch Stützfedern ersetzt werden. Auf der Substrataufnahme 3 ist die zu belichtende Substratscheibe 5 befestigt. Darüber sind in einer Brücke 6 das Projektionsobjektiv 7 und die bezüglich der optischen Achse A bereits ausgerichtete Maske (in der Zeichnung nicht dargestellt) angeordnet. In der Brücke 6 ist auch der Feinst eue im echanismus 9 über ein Federgelenk 10 um geringe Beträge vertikal verschiebbar gelagert. Eine durch einen Saugnapf 11 angedeutete Vakuum-Saugvorrichtung ist über drei Stützfedern 12 mit dem Feinsteuermechanismus 9 verbunden.

Dieser besitzt zur X- und Y-Verschiebung und zur Drehung der Substrataufnähme 3 um den Schnittpunkt der X- und Y-Achsen drei Steuerglieder 9.1, 9.2, 9.3, wobei die Wirkungsrichtung des Steuergliedes für die X-Verschiebung 9.1 mit Hilfe eines Federgelenkes 13 90° umgelenkt wird (Fig.3). Die Angriffspunkte der Steuerglieder für die Y-Verschiebung 9.2 und die Drehung 9.3 liegen auf der X-Achse, so daß eine Drehung der Substratscheibe 5

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um eine definierte Drehachse, die durch eine der auf der Substratscheibe 5 vorhandenen Justiermarken 8 verläuft, gewährleistet ist. Aus Fig. 1 ist ersichtlich, daß die Steuerglieder aus einem aktiven Steuerelement 9.1.1, 9.2.1, 9.5.1 und einem passiven Steuerstößel 9.1.2, 9.2.2, 9.5.2 zusammengesetzt sind. Der aktive Teil kann z. B. aus elektrostriktivem Material bestehen, dessen Längenänderungen durch den passiven Steuerstößel auf die Substrataufnahme 5 übertragen werden.

Fig. 2 zeigt die Kugelarretierung 14 des Kreuztisches 2 mit der Substrataufnahme 5. Diese besteht aus einer Kugel 14.1, die mittels einer Blattfeder 14.2 an der Unterseite der Substrataufnahme 5 befestigt und über die Stabfeder 14.5 mit einem Kolben 14.4 verbunden ist.

Der Kolben 14.4 gleitet in einen Zylinder 14.5, der einen nicht dargestellten Saugluftanschluß besitzt. Beim Anlegen der Saugluft wird die Kugel 14.1 in den Kegel 14.6 gezogen und bewirkt somit die Kopplung der Substrataufnähme 5 mit dem Kreuztisch 2. In dieser Stellung bewegt der Kreuztisch 2 die Substratscheibe 5 in die erste, durch bestimmte X- und Y-Koordinatenwerte vorgegebene Arbeitslage. Im allgemeinen werden sich nach dem Grobpositionieren die auf der Maske vorhandenen Justiermarken mit denen auf der Substratscheibe noch nicht überdecken. Ee wird also die Kugelarretierung 14 gelöst, d. h. die Substrataufnahme 5 ist jetzt um geringe Beträge relativ zum Kreuztisch 2 verschiebbar. Gleichzeitig wird die Substrataufnahme 5 über den Saugnapf 11 an den FeinsteuermechanismuB 9 angekoppelt. Durch Betätigen der Steuerglieder 9.1, 9.2, 9.5 erfolgt die Feinpositionierung der Substratscheibe. Nach dem Belichten der ersten Stelle wird der Feinsteuermechanismus 9 von der Subs trat aufnahme 5 gelöst und diese wieder an den Kreuztisch 2 angekoppelt. Der Kreuztisch fährt die Substratscheibe in die zweite Arbeitslage, worauf sich die bereits beschriebenen Arbeitsgänge solange wiederholen, bis die Substratscheibe 5 vollständig belichtet ist.

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Claims

Erfindungsanspruch;

1. Vorrichtung zum Überdecken von Masken und Substratscheiben, bei der die Maske bezüglich der optischen Achse einer Projektionseinrichtung ausgerichtet ist und die auf der Maske vorhandenen Strukturen mittels Projektion auf einem Teil der Fläche der Substratscheibe übertragen werden und die Substratscheibe zur Grob- und Peinpositionierung auf einer in X- und Y-Richtung mittels eines Peinsteuermechanismus verschiebbaren und in der XY-Ebene drehbaren Substrataufnahme befestigt ist, welche wiederum auf einem in der X- und Y-Richtung grobverstellbaren Kreuztisch gelagert ist, dadurch gekennzeichneit, daß der Kreuztisch (2) eine während der Grobverstellung mit der Substrataufnahme (3) zusammenwirkende erste Arretierung (14) besitzt, und daß der Peinsteuermechanismus (9), welcher drei in an sich bekannter Weise angeordnete Steuerglieder (9.1, 9.2, 9.3) besitzt, bezüglich der optischen Achse A der Projektionseinrichtung (7) ortsfest gelagert ist und mit einer während der Peinverstellung mit der Substrataufnahme (3) zusammenwirkenden zweiten Arretierung (11) verbunden ist.

2. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die erste Arretierung (H) eine pneumatisch oder elektromagnetisch zu betätigende Klemmung ist.

3. Vorrichtung nach Punkt 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Peinsteuermechanismus (9) in Richtung der optischen Achse A beweglich gelagert ist und als zweite Arretierung (11) eine Vakuum-Saugvorrichtung besitzt.

4. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Projektionseinrichtung (7) und der Peinsteuermechanismus (9) in einer gemeinsamen Brücke (6) gelagert sind.

5. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Peinsteuermechanismus (9) direkt mit der Projektionseinrichtung (7) verbunden ist.

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6. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß zwei der an der Substrataufnahme (3) angreifenden Steuerglieder (9.1, 9.2) senkrecht zueinander in der X- und Y-Achse und das dritte Steuerglied (9.3) parallel zur Y-Achse angeordnet sind und die Angriffspunkte der beiden in bzw. parallel zur Y-Achse liegenden Steuerglieder (9.2, 9.3) auf der X-Achse liegen.

7. Vorrichtung nach Punkt 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerglieder (9.1, 9.2, 9.3) aus einem aktiven Steuerelement (9.1.1, 9.2.1, 9.3.1) und einem passiven Steuerstößel (9.1.2, 9.2.2, 9.3.2) bestehen.

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