DE2854824A1

DE2854824A1 - Automatische ausrichteinrichtung fuer halbleiterscheiben

Info

Publication number: DE2854824A1
Application number: DE19782854824
Authority: DE
Inventors: Junji Isohata; Hiroshi Sato; Kei Takatsu
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1977-12-20
Filing date: 1978-12-19
Publication date: 1979-06-21
Also published as: JPS6130420B2; JPS5485679A; DE2854824C2; US4407627A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine automatische Ausrichteinrichtung für Halbleiterscheiben,nachstehend kurz "Scheiben" genannt.

Bei der Herstellung von Halbleiterelementen ist es im allgemeinnen notwendig, in verschiedenen Schritten die Muster auf einer Scheibe mit den Mustern einer Fotomaske (Maskenjustierung) zur Musterübertragung genau auszurichten.

Die Maskenjustierung wurde von Hand durch Beobachtung des Scheibenmusters und des Musters der Fotomaske unter einem Mikroskop durchgeführt, wobei jedoch in den letzten Jahren verschiedene

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automatische Maskenjustiertechniken mit fotoelektrischer Abtastung in den Herstellungsprozeß Eingang gefunden haben.

Bei einer manuellen Maskenjustierung wird die Justierung einer Maske erreicht, wenn ein Justiermuster auf der Scheibe genau in dem Sichtfeld eines Mikroskops angeordnet ist, wobei die Präzision der Justierung im allgemeinen innerhalb + 150 pm bei den gewöhnlichen Abmessungen des Sichtfeldes eines Mikroskops beträgt. Zur Ausrichtung einer Scheibe innerhalb dieser Justierpräzision ist eine Scheibenausrichtvorrichtung (US-PS 3 982 627) zum Antrieb und zur Drehung einer Scheibe bekannt, wodurch die Scheibe unter Verwendung einer Seitenkante und eines Orientierungseinschnitts in derselben als Führung justiert wird.

Bei einer automatischen Maskenjustierung, bei der die Justierung mittels fotoelektrischer Abtastsignale von einem Scheibenmuster und einem Potomaskenmuster erreicht wird, ist es gewöhnlich notwendig,besondere automatische Ausrichtmarkierungen zu verwenden, die in die Scheibe eingebracht werden müssen, wodurch eine bestimmte Anzahl Halbleiterelemente zerstört werden.

Die Größe derartiger automatischer Ausrichtmarkierungen, oder die Anzahl der zerstörten Halbleiterelemente stellt eine Funktion der Genauigkeit der Scheibenjustierung dar, und kann entsprechend der Steigerung der Präzision vermindert werden.

Im Fall, in dem eine Fotomaske mit einem Verstärker erzeugt wird, muß das Fadenkreuz zur Einbringung der automatischen Ausrichtmarkierungen an die Stelle des Halbleitermusters ausgetauscht werden, wobei der mögliche positionsmäßige Fehler zwischen den Mustern und den automatischen Ausrichtmarkierungen, der von dem Fadenkreuzaustausch herrührt, die Ursache für Fehler in der automatischen Justierung ist.

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D.h., daß die Verminderung der Größe der automatischen Ausrichtmarkierungen die Ausbeute der Halbleiterelemente einer gegebenen Fläche der Scheibe verbessert, wobei es möglich ist, auf den Fadenkreuzaustausch zu verzichten, wodurch die Genauigkeit der automatischen Justierung entscheidend verbessert wird, wenn die Ausrichtmarkierungen so verkleinert werden können, daß sie in jedes Halbleiterplättchen eingebracht werden können.

Aus diesen Gründen ist die Verminderung der Größe der automatischen Ausrichtmarkierungen bei der Herstellung von Halbleiterelementen von großer Bedeutung.

Bei verschiedenen automatischen Kantenjustiertechniken wird die Scheibe gewöhnlich einer Vorausrichtung oder Vorjustierung unterworfen, wobei eine Umfangskante und ein Justiereinschnitt als Führung dienen, woraufhin sie dann einer automatischen Maskenjustierung mittels eines fotoelektrischen Abtastmechanismus unterworfen wird, der so ausgelegt ist, daß er einen der Genauigkeit der Vorausrichtung entsprechenden Erfassungsbereich hat ,und der die Positionsabweichung zwischen den automatischen Ausrichtmarkierungen der Scheibe und der Fotomaske zur Steuerung der Scheibe oder der Fotomaske mittels des Abtastsignals erfaßt. Entsprechend erlaubt eine Verbesserung in der Genauigkeit der Vorjustierung eine Verminderung des Erfassungsvermögens der fotoelektrischen Abtasteinrichtung und eine Verminderung der Größe der automatischen Ausrichtmarkierungen.

Bei bekannten Techniken wird die Vorausrichtung beispielsweise durch Antreiben einer umfangskante der Scheibe mit einer Antriebsrolle zur Drehung der Scheibe erreicht, wobei die Antriebsrolle von der Scheibe gelöst wird, wenn der Justiereinschnitt der Scheibe in eine bestimmte Stellung gebracht ist, oder durch Vorsehen einer zusätzlichen Antriebs-

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rolle zu der oben erwähnten Antriebsrolle, wobei die zweite Antriebsrolle sich in entgegengesetzter Richtung dreht, wodurch die Antriebskräfte der Rollen auf die Scheibe ausgeglichen werden, wenn der Justiereinschnitt der Scheibe gleichzeitig mit beiden Rollen in Eingriff kommt.

Mit derartigen Techniken zur Vorausrichtung ist es unmöglich eine Genauigkeit der Vorausrichtung zu erreichen, die + 10 um überschreitet, da die Vorausrichtung durch Anhalten der Drehbewegung der Scheibe mittels des Justiereinschnitts erreicht wird.

Eine derartige bekannte Ausrichtvorrichtung mit einem beträchtlichen mechanischen Aufwand kann nicht direkt auf die Scheibenhalterung montiert werden und ist im allgemeinen außerhalb der Halterung vorgesehen. Um nun dementsprechend eine genauere Vorausrichtung in einem Bereich von + 10 pm zu erhalten, ist es erforderlich, eine Einstellgenauigkeit von einigen Mikrometern zwischen der Scheibenhalterung und der außerhalb der Scheibenhalterung angeordneten Ausrichtvorrichtung, die wiederholt zum Kopierprozeß verstellt wird, zu erreichen und beizubehalten. Aufgrund dieser Schwierigkeiten liegt die Genauigkeit bei der Vorausrichtung nach dem Stand der Technik im Bereich von +150 pm.

Es ist daher Aufgabe der Erfindung, eine automatische Scheibenausrichtvorrichtung zu schaffen, die eine Halbleiterscheibe auf einer Scheibenhalterung mit größerer Genauigkeit automatisch ausrichten kann.

Diese Aufgabe wird durch Antreiben und Drehen einer Scheibe mit einer ersten Ausrichteinrichtung außerhalb der Scheibenhalterung zur Justierung der Scheibe erreicht, indem eine Umfangskante und ein Justierungseinschnitt in derselben als Führung dienen, worauffolgend die Scheibe auf der Scheiben-

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halterung gegen vorgesehene Justierelemente gedrückt wird.

Die Vorrichtung verbessert nicht nur die Genauigkeit der automatischen Maskenjustierung und die Ausbeute der Halbleiterelemente bei der Herstellung, sondern erleichtert in besonderem Maß die Ausrichtung des Scheibenmusters hinsichtlich einer Prüfmaschine oder eines Schreibers mit einer Genauigkeit von + 20 μια. - + 30 pm, wie dies im Abschlußtest oder Schreibabschnitt erforderlich ist, da die Scheibenmuster schon mit einer größeren Genauigkeit zur seitlichen Kante und dem Justierungseinschnitt der Scheibe ausgerichtet sind, wodurch eine bessere Produktivität gewährleistet ist.

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Ansicht einer ersten Ausführungsform;

Fig. 2 eine scheiratische Darstellung der Aus rieht technik mittels einer zweiten in Fig. 1 gezeigten Ausrichteinrichtung;

Fig. 3· eine schematische Ansicht einer zweiten Ausführungsform; und

Fig. 4 eine schematische Ansicht eines in Fig. 3 gezeigten Andrückelements.

Bei einer ersten Ausführungsform der automatischen Scheibenausrichtvorrichtung sind ein Anschlag 2, eine Antriebsrolle 3 als Antrieb und eine Justierrolle 4 als Ausrichteinrichtung auf einer Trägerplatte 1 befestigt. Eine zugeführte Scheibe 5 wird mittels Reibantrieb von der Antriebsrolle 3, die mit der ümfangskante der Scheibe in Eingriff kommt im Gegenuhrzeigersinn gedreht und ausgerichtet, wobei die Ümfangskante 5A und der Justiereinschnitt 5B der Scheibe als Führung dienen. Die Einzelheiten der oben erwähnten ersten Ausrichtein-

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richtung sind in der US-PS 3 982 627 beschrieben.

Durch diese Ausrichteinrichtung kann eine Genauigkeit der Vorausrichtung von ungefähr +150 |um erreicht werden.

Nach Beendigung der ersten Justierung oder Ausrichtung wird die Scheibe 5 mittels eines automatischen Hebels 6 von der ersten Ausrichteinrichtung gelöst und zu einer Scheibenhalterung gefördert und auf ihr angeordnet, wobei die Scheibenhalterung drei Justierelemente 8a,8b,8c an Positionen aufweist, die dem Anschlag 2, der Antriebsrolle 3 und der Ausrichtrolle 4 der ersten Ausrichteinrichtung entsprechen.

Fig. 2 zeigt die zur Halterung überführte und auf der Scheibenhai terung 7 angeordnete Scheibe, wobei die Spalte Δa,Δ b undA c zwischen den Justierelementen 8a,8b und 8c und der so angeordneten Scheibe kleiner als 150 pm sind und diese Justiergenauigkeit mit der ersten Justiereinrichtung erreichbar ist.

In Fig. 1 ist ebenfalls ein Andrückelement 9a und 9b gezeigt, das die zweite Justiereinrichtung bildet.

Nachdem die Scheibe auf der Scheibenhalterung 7 angeordnet ist, drückt das Andrückelement 9a, das auf einer Linie senkrecht zu einer die Mittelpunkte der Justierelemente 8a,8b verbindenden Linie angeordnet ist, die Scheibe zum Mittelpunkt der die Mittelpunkte der Justierelemente 8a,8b verbindenden Linie, wobei der Justiereinschnitt 5B der Scheibe gegen eins der beiden Justierelemente, die einen kleineren Spalt Δ a oder^ b aufweisen, gedrückt wird. Darauf wird die Scheibe um das berührende Justierelement gedreht, bis das andere Justierelement mit dem Justiereinschnitt 5B in Berührung kommt. Während der Justiereinschnitt 5B mit dem Justierelementen 8a und 8b in Berührung steht, drückt das andere

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Element 9b die Scheibe in einer Richtung parallel zum Justiereinschnitt 5B, wodurch die Scheibe 5 unter Beibehaltung der Berührung horizontal verschoben wird, bis die Scheibe gegen das Justierelement 8c gedrückt wird und damit die zweite Justierung beendet ist. Die oben erwähnten Justierelemente 8a,8b und 8c und die Andrückelemente 9a und 9b bestehen aus einem Material, das einen sehr niedrigen Reibungskoeffizienten aufweist. Auf diese Weise ist es möglich, eine Justiergenauigkeit von ungefähr +10 pm zu erreichen.

Fig. 3 und 4 zeigen eine zweite Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die der ersten Ausführungsform ähnlich ist, jedoch nur ein einziges Andrückelement auf der Scheibenhalterung aufweist. Entsprechend den in Fig. 1 gezeigten Justierelementen 8a,8b und 8c sind Justierkugellager 10a,1Ob und 10c vorgesehen, die einen Drehpunkt 11 aufweisen. Der Andrückmechanismus 12 drückt die Scheibe in Richtung der Lager 10. Der Andrückmechanismus 12 umfaßt einen schwenkbar um eine Welle 14 gelagerten Andrückarm 13, der ,wie man in Fig. 4 sieht, auf einer Trägerplatte 16 mittels eines Lagers 15 befestigt ist. Der Arm 13 ist auf seiner Oberseite an seinem vorderen Ende mit einem, mit einer Schraube 18 befestigten Kugellager 17 zum Anpressen der Scheibe und an seinem hinteren Ende mit einer Feder 19 zum konstanten Vorspannen des Arms in Richtung der Scheibe, versehen. Das hintere Ende (siehe Fig. 4) umfaßt ein Steuerelement 20 für den Arm, das aus einem Motor 21 und einem Exzenterarm 22 zur Steuerung der Armbewegung besteht, wenn der Motor 21 in Richtung des Pfeils gedreht wird. Wenn die Scheibe mittels eines an dem Arm 6 vorgesehenen Saugkissens 24 auf die Scheibenhalterung 7 gebracht wird, wird der Motor 21 synchron zur Drehung des Arms 13 im Gegenuhrzeigersinn gedreht, wodurch der Arm 13 in den abgestuften Abschnitt 25 der Scheibenhalterung gelangt. Auf diese Weise wird die Scheibe 5 mittels des Kugellagers 17 gegen die Justierkugellager 10 gedrückt und mit einer erhöhten Genauig-

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keit justiert.

Aus der Beschreibung ist ersichtlich, daß die vorliegende Erfindung eine Genauigkeit der Ausrichtung von ungefähr + 10 um mit einer zweiten Ausrichtung nach einer ersten Ausrichtung mit einer Genauigkeit von ungefähr + 150 pm erlaubt, was für die Justierung der Scheibe außerordentlich vorteilhaft ist.

Es wurde eine automatische Scheibenausrichtvorrichtung zum Antrieb und Drehen einer Scheibe unter Verwendung einer Umfangskante und eines Justiereinschnitts als Führung beschrieben, wobei eine weitere Einrichtung die von der ersten Ausrichteinrichtung justierte Scheibe löst und sie einer zweiten Ausrichteinrichtung zum weiteren Justieren zuführt f wobei eine Seitenkante und ein Justiereinschnitt gegen auf der Scheibenhalterung vorgesehene Justierelemente gedrückt werden.

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Claims

Patentanspruch

J Automatische Ausrichteinrichtung für Halbleiterscheiben,gekennzeichnet durch eine erste automatische Ausrichtvorrichtung mit einer Trägerplatte (1) für eine einen Orientierungseinschnitt (5B) in einem Teil der ümfangskante (5A) aufweisende Halbleiterscheibe (5) und mit Scheibeneinstellelementen, bestehend aus einer Antriebsrolle (3) für die ümfangskante (5A) der Halbleiterscheibe (5) zur Drehung der Halbleiterscheibe (5) auf der Trägerplatte (1) und Begrenzungselementen(2,4) zur Berührung der ümfangskante (5A) der Halbleiterscheibe (5), und durch eine Transporteinrichtung zum Transport der auf der ersten automatischen Ausrichtvorrichtung ausgerichteten Halbleiterscheibe zu einer zweiten automatischen Ausrichtvorrichtung ,dieeineScheibenhalterung (7) mit darauf vorgesehenen Justierelementen (8a,b ,c;10a,b) und ein Andrückelement (9a,b;12) zum Andrücken der transportierten Halbleiterscheibe gegen die Justierelemente (8a,b,c?1Oa ,b) aufweist.

ORIGINAL INSPECTED

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