DE2901968A1 - Verfahren zur positionierung und planisierung eines substrats - Google Patents

Verfahren zur positionierung und planisierung eines substrats

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DE2901968A1 DE19792901968 DE2901968A DE2901968A1 DE 2901968 A1 DE2901968 A1 DE 2901968A1 DE 19792901968 DE19792901968 DE 19792901968 DE 2901968 A DE2901968 A DE 2901968A DE 2901968 A1 DE2901968 A1 DE 2901968A1
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Description

BLUMBACH · WESER-· BERGEN ■ KRAMER
ZWiRNER-BREHM 2301968
PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN
Patentconsult Radeckes:ra5e 43 8000 V'-ndien 60 Tetefon (G89) S33603/8836C4 Telex C5-212313 Telegramme Patentconsult Palentconsult Sonnenberger SlreSe 43 6ZX Wiesbaden Teisfon (06121) 562943/551998 Telex 04-186237 Telegramme Patentconsult
Western Electric Company, Incorporated Pirtion 7-35-3-16-7
Broadway
New York, N.Y. 10038, U.S.A.
Verfahren zur Positionierimg und Planisierung eines Substrats
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Positionierung und Planisierung eines eine Vorder- und Rückseite aufweisenden Substrats mit folgenden Schritten: Das Substrat wird ohne Einspannung in seine ungefähre Lage gebracht; auf der Vorderseite im wesentlichen gleichmäßig verteilte Kräfte werden auf diese aufgebracht; eine Mehrzahl von örtlichen Kräften auf der Rückseite werden so auf das Substrat aufgebracht, daß das Kräftegleichgewicht zu den Kräften auf der Vorderseite und die Einebnung des Substrats erhalten wird. ·
Die Fortschritte bei der Herstellung von Halbleiterbauteilen mit hohem Integrationsmaß wurde hauptsächlich durch Fotolitographie mit höherer Auflösung möglich, welche die Herstellung von feineren Hustern auf einem Halbleiterbauteil ermöglicht. Demgemäß können Schaltungsbauteile kleiner ge-
München: R. K'a-r-er Die".-'-; . V/. V.'e:=- ; z> -?rvs. Dr. rer. nat. . H. P. Breh-* C c!.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: F. G. EiUTr;—r.pl.-i-g. . ?. =5-33.-. D.si.-Ing. Or. jur. · G. Z λ ."=' Dtpl.-Ing. Dipl.-W.-Ing.
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macht werden, so daß es möglich ist, eine größere Anzahl von Bauteilen auf einem einzelnen Substrat unterzubringen. Es werden so Schaltungen höherer Komplexität, höherer Geschwindigkeit, geringerem Leistungsbedarf und geringeren Kosten erhalten.
In praktischer Hinsicht wird die Merkmalsgröße bei der Fotolitographie nicht durch die Auflösung der optischen Bauteile oder des Fotowiderstandes begrenzt, sondern eher durch die Ebenheit der Muster zu versehenden Halbleiteroberflächen. Eine Folge mangelnder Ebenheit besteht in der Verzerrung der abgelichteten Muster und einem Fehler in der Brennebenenlage. Die Ebenheit der Oberfläche ist insbesondere dann von Bedeutung, wenn die Drucherstellung durch Projektion angewendet wird, wobei die zu belichtende Halbleiteroberfläche im wesentlichen mit der Brennebene der Projektionsoptik übereinstimmen muß, wenn die maximale Auflösung der Projektionsoptik erreicht werden soll. Abweichungen der Oberfläche von der Brennebene dürfen die Schärfentiefe (Tiefeschärfe) des optischen Systems nicht überschreiten. Wenn beispielsweise die Schärfentiefe 10 Mikron beträgt, dann muß die Halbleiteroberfläche einschließlich eines ungefähr 1 IJ dicken Fotowiderstandfilms während der Belichtungszeit innerhalb von 10 U eben gehalten werden. Ein hohes Ausmaß an Oberflächenebenheit ist auch beim Kontaktdruck und dem Annäherungsdruckverfahren (proximity
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printing) erforderlich, wenn die Muster frei von Verzerrungen bzw. die höchste Auflösung hater·, sollen, ob zwar das Erfordernis nicht so kritisch ist wie bei dem Druckverfahren aufgrund von Projektion.
Nichtebenheit bei Substraten können in zwei Quellen getrennt werden. Die erste Ursache liegt in nichtlinearer Dickenschwankung des-Substrats. Während der Musterbelichtung wird normalerweise die eine Oberfläche des Substrats (Rückseite) im wesentlichen in Übereinstimmung mit einer ebenen Oberfläche durch eine Halteeinrichtung angepreßt gehalten. Die andere Oberfläche des Substrats (die Vorderseite) würde eben sein, wenn das Substrat keine nichtlinearen Schwankungen aufweisen würden. Wenn das Substrat eine lineare Dickenschwankung aufweisen würde, d.h., Keilform besäße, würde die Vorderseite zwar eben sein, aber nicht parallel zur Rückseite« Dies kann von den meisten Projektions- und Annäherungsdrucksystemen toleriert v/erden, da diese Einrichtungen zur Schwenkung der Substrat-Oberfläche aufweisen, um diese parallel zur optischen Ebene des Drucksystems auszurichten. Wennjedoch das Substrat eine nichtlineare Dickenschwankung zeigt, dann ist die Vorderseite nicht eben. Die nichtlinearen Dickenschwankungen können auf ein annehmbares Maß durch sorgfältige Herstellung des Substrats reduziert werden.
Die zweite Quelle der Nichtlinearität von Substraten geht
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auf Verziehen zurück. Da die Substrate für integrierte Schaltungen sehr dünn sind, wird immer ein gewisses Ausmaß an Verwerfung oder Verwindung angetroffen. Ein typisches Substrat von 7,6 cm Durchmesser und einer Dicke von 0,038 bis 0,05 cm zeigt eine Formabweichung von etwa 0,005 cm oder ungefähr 50 IJ. Das Verziehen bzw. Verwerfen wird erstmalig eingeführt, wenn die Halbleiterscheibe von der Einbettung abgeschnitten wird. Da die dünne Halbleiterscheibe ziemlich federnd ist, wird das Verziehen nicht durch das nachfolgende Läppen und Polieren in dem weiteren Herstellungsverfahren der Scheibe beseitigt. Die Wärmebehandlung, das Wachstum und der Niederschlag von verschiedenen Filmen auf der Halbleiterscheibe während des Herstellungsverfahrens der Halbleiterbauteile kann das Verziehen noch verschlimmern.
Die übliche Methode zur Beseitigung der Formabweichung der Scheibe während der Musterherstellung besteht darin, die Scheibe auf einer Vakuumhalteeinrichtung mit einer äußerst ebenen Haltefläche zu halten. Wenn die Formabweiqhung der Scheibe nicht zu schwerwiegend ist (weniger als 50 ü) und die Scheibe nur geringe nichtlineare Dickenschwankungen aufweist, bringt die Vakuumhalteeinrichtung im Prinzip die Vorderseite dazu, einen hohen Grad an Ebenheit aufzuweisen.
Es tritt jedoch ein Problem auf, wenn Schmutzpartikel zwi-
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sehen der Scheibe und der Halteoberfläche zwischentreten und den innigen Kontakt verhindern. Da Schmutzpartikel eine Größe von 10 IJ Durchmesser oder darüber aufweisen können, verursachen sie eine genügende Abweichung der Vorderseite der Scheibe von der Ebenheit, so daß Musterverzerrungen während der Belichtung in dem fotolitographischen Verfahren auftreten. Das Problem von Schmutzpartikel ist insbesondere dann schwer zu-lösen, wenn bei der Herstellung die Notwendigkeit eines hohen Durchsatzes an Scheiben bei jedem fotolitographischen Schritt besteht, so daß die wiederholte Reinigungsprozedur zur Entfernung von Schmutzpartikel von der Scheibe und dem Scheibenhalter unpraktisch wird. Die Entfernung von Partikel aus der Luft in einem ultrasauberen Raum löst das Problem nicht vollständig, da die meisten Schmutzpartikel von den Scheiben selbst in der Form von Chips herrühren, und zwar von den Scheibenkanten und Splittern des Films, der auf die Scheibenoberfläche niedergeschlagen oder gewachsen ist» Eine gebrochene Scheibe verursacht die gravierensten Kontaminationen von Partikeln.
Saugbefestigungseinrichtungen zum Halten dünner Werkstücke sind an sich bekannt (US-PS 3 627 338 und 3 747 282). Solche Einspannvorrichtungen weisen eine Halteseite für das Werkstück mit einer Planenoberfläche und ringförmigen und radialen Nuten zur Verteilung des Vakuums an die Rückseite
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des Werkstückes auf. Diese bekannten Einspannvorrichtungen sind für Anwendungen beim Zerspannen und Polieren dünner Werkstücke ausgelegt, wobei die Erfordernisse für die Werkstückebenheit nicht so kritisch ist wie bei der Fotolitographie. Deswegen bieten die bekannten Einspannvorrichtungen keine Lösung für die bei der Fotolitographie auftretenden Probleme mit der Ebenheit der Halbleiterscheibe und den schädlichen Effekten von Schmutzpartikel bei der Erzielung dieser Ebenheit.
Aus der vorhergehenden Betrachtung folgt, daß ein Bedarf an einer Vakuumhalteeinrichtung für Halbleiterscheiben existiert, die im wesentlichen immun gegen Schmutzpartikel ist, welche in einer Umgebung der Herstellung von Halbleiterbauteilen immer vorhanden ist.
Die geschilderten Probleme werden erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß eine Mehrzahl von örtlichen Kräften auf jeweils einen zugehörigen Bereich der Rückseite des Substrats in der Größenordnung von 1,29 x 10 bis 1,25 x 10 aufgebracht werden, daß das Substrat in einer Richtung quer zur Richtung der örtlichen Kräfte bewegt wird, bis Schmutzpartikel in Kontakt mit der Rückseite verschoben sind, wonach das Substrat in einer bestimmten Lage festgehalten wird.
Weitere Einzelheiten der Erfindung werden anhand der Zeich-
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mm { ***
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nung beschrieben. Dabei zeigt:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer Saughalteeinrichtung, teilweise aufgebrochen;
Fig. 2 eine Ansicht von oben auf die Einrichtung nach Fig. 1;
Fig. 3 einen Schnitt entlang der Linie 3-3 der Fig. 2; und
Fig. 4 eine Halbleiterscheibe beim manuellen Aufbringen auf die Halteeinrichtung.
Eine im großen und ganzen kreisförmige Basisplatte 10 (Fig. 1, 2, 3) besitzt einen erhabenen Rand 11. Der Rand schließt einen preß-eingepassten Einsatz 12 ein und weist eine Schmalflache 13 auf, welche eine glatte ebene Oberseite zur Abstützung des Randes der Oberfläche eines Filmwerkstücks besitzt, beispielsweise einer Halbleiterscheibe 14 mit einer darauf aufgebrachten Widerstandsschicht 19. Der Durchmesser des Randes 11 ist kleiner als der Werkstückdurchmesser, so daß die. Werkstückkante über den Rand 11 hinwegreicht. In einer typischen Ausbildungsform zum Halten von Halbleiterscheiben von 7,62 cm beträgt der Außendurchmesser der Schmalfläche 7,26 cm. Die Schmalfläche tritt im wesentlichen in einaa luftdichten Abdichtkontakr. mit der Rückseite des Werkstückes, so daß sich eine evakuierbare Kammer 15 bildet. Ein Absaugkanal 16 in der Basisplatte 10 verbindet die evakuierbare Kammer 15 mit einer nicht darge-
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stellten Saugpumpe. Steife zylindrische Stifte 17 mit sich verjüngenden Enden 18 sind im regelmäßigen Abstand voneinander auf der Basisplatte 10 und im wesentlichen senkrecht zu dieser befestigt. Die Enden 18 der Stifte 17 bilden zusammen mit der Schmalfläche 13 eine Haltefläche, gegen welche die Rückseite des Werkstückes gepreßt wird, wenn die Kammer 15 evakuiert ist.
Die Enden 18 der Stifte 17 sorgen für örtliche Abstützstellen, deren Flächen wesentlich kleiner gemacht· werden können, als die von verteilten Abstützstellen in bekannten Saugeinspannvorrichtungen, welche ringstreifenförmige Abstützfelder zwischen den das Vakuum verteilenden Nuten auf der Halteseite der Vorrichtung aufwiesen.
Die Höhe der Stifte 17 und des Randes 11 muß im wesentlichen übereinstimmen, damit die Haltefläche ein hohes Mßa an Ebenheit aufweist. In der bevorzugten Ausführungsform wird die Ebenheit durch Lappen der Gesamtfläche nach der Herstellung erzielt. Die Haltefläche wird auf diese Weise bis auf einen Bruchteil eines U über den gesamten kreisförmigen Bereich von ungefähr 7,6 cm Durchmesser eben hergestellt.
Da der Erfindungsgedanke davon Gebrauch macht, daß die Wahrscheinlichkeit des Vorhandenseins von Schmutzpartikeln auf der Haltefläche dadurch abnimmt, daß deren Größe redu-
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ziert wird, sollte die Haltefläche aus so wenig Stiftenden wie möglich bestehen. Die Stiftenden dürfen aber nicht so weit voneinander stehen, daß die nicht unterstützten Bereiche des Werkstückes unter der Saugkraft durchbiegen, da dadurch das Hauptziel der Erfindung, die Werkstückoberfläche zu einem hohen Ausmaß an Ebenheit auszurichten, vereitelt werden würde. Der optimale Abstand zwischen angrenzenden Stiftenden hängt von der Dicke des Werkstückes und den mechanischen Eigenschaften des Werkstücks ab. Der richtige Abstand kann von einem Durchschnittsfachmann leicht errechnet oder durch Experiment bestimmt werden» Als Beispiel einer solchen Berechnung ist "Advance Strength of Materials11, J.Po DenHartog, McGraw-Hill Book Co., 1952, Seite 128 hingewiesen. In dem speziellen, dargestellten Ausführungsbeispiel zum Halten von Silikonscheiben mit 7»6 cm Durchmesser und 0,05 cm Dicke beträgt der Abstand zwischen angrenzenden Stiftenden in der Haltefläche 0,508 cm. Die Durchmesser von Halbleiterscheiben, wie sie bei der Herstellung von Schaltungsbauteilen verwendet werden, schwanken etwas, und im allgemeinen nimmt die Dicke der Scheibe mit zunehmendem Durchmesser zu. Gemäß Erfindungsgedanken können verschiedene Vorrichtungen so ausgelegt werden, daß Scheiben beliebigen Durchmessers gehalten werden können.
Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, die Fläche jeder einzelnen Abstützstelle in der Haltefläche zu verringern und dadurch die Wahrscheinlichkeit zu vergrößern,
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daß ein Schmutzpartikel abgebürstet wird, während das Werkstück aufgelegt wird, und daß der Druck einer kleinen, lokalisierten Abstütztstelle zum Wegdrücken eines Schmutzpartikels führt, welches sich zwischen der Abstütztstelle und dem Werkstück befinden sollte. In der Praxis hängt die Kleinheit der Abstützstelle vom Abstützmaterial, von dem Herstellungsverfahren der Stifte, von dem Verfahren zur ebenen Herstellung der Haltefläche und von der Abnutzungsgeschwindigkeit der verwendeten Abstützung. In der bevorzugten Ausführungsform bestehen die Stifte aus Keramik mit geschliffenen Spitzen und geläppter, planisierter Haltefläche, die Stiftenden haben einen Durchmesser zwischen 0,025 und 0,038 cm. Eine Haltefläche, durch Läppen planisiert, hat praktisch Abstützstellen mit minimalen Abmessungen größer als 0,013 cm« In der gleichen Ausführungsform besteht der eingefügte Rand 12 beispielsweise aus gehärtetem Stahl und besitzt eine Schmalfläche 13 von 0,05 cm Breite.
Ein weiterer Erfindungsgedanke besteht darin, die Halbleiterscheibe beim Aufbringen auf die Haltefläche (manuell mit Pinsette oder mit einer automatischen Ladeeinrichtung), der Halbleiterscheibe immer etwas seitliche Bewegung zu erteilen, selbst wenn die Halbleiterscheibe die Haltefläche berührt, wie dies durch Fig. 4 angedeutet wird. Die seitliche Bewegung wird vorteilhaft bei der vorliegenden Erfindung dazu verwendet, Schmutzpartikel von den Stiftenden wegzubürsten
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und so sicherzustellen, daß der Durchmesser jeder Abstützstelle (oder die maximale Abmessung im Falle von Stiftenden mit nicht kreisförmiger Ausbildung) geringer ist, als das Ausmaß der seitlichen Bewegung der Halbleiterscheibe. Im bevorzugten Ausführungsbeispiel, wie dieses in Verbindung mit einem automatisch arbeitenden Ladegerät für Halbleiterscheiben verwendet wird, welche für eine minimale seitliche Schrubbewegung von mindestens 0,130 cm sorgt, wird der Durchmesser der Stiftenden demgemäß kleiner gemacht als 0,130 cm. Daher sollte die Fläche jeder kreisförmigen Abstützstelle in der Größenordnung von 1,3 x 10
—? 2
bis 1,3 x 10 cm betragen.
In Fig. 4 ist auch eine Darstellung eines üblichen Musterbelichtungsgerätes 20 enthalten, mit welchem ein Muster hoher Auflösung in der Schicht 19 belichtet v/erden kann,
Obzwar die spezielle dargestellte Ausführungsform der Erfindung das Halten kreisförmiger Halbleiterscheiben während der fotolitographischen Belichtung betraf, kann die Erfindung auch auf eine Einrichtung zun Halten anderer dünner Werkstücke verschiedener Gestalt während anderer Operationen verwendet werden, beispielsweise beim Polieren, Schleifen oder Fräsen. Es versteht sich, daß d:.e Ausdrücke "Abstützung" und "Abstutzstelle" in der Beschreibung und den Ansprüchen eine örtlich willkürliche Gestalt,
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jedoch mit kleiner Fläche, betreffen, zusätzlich zu der kreisförmigen Gestalt, wie dies in der Zeichnung dargestellt ist. Ferner versteht es sich, daß der Ausdruck "Stift", wie er in der Beschreibung und den Ansprüchen verwendet ist, zylinderförmige Glieder beliebigen Querschnitts und Höhe einschließt und einen der Vielzahl möglicher Strukturen zum Tragen kleinflächiger örtlicher Abstützungen darstellt. Zahlreiche weitere Modifikationen können vom Fachmann durchgeführt werden, ohne von dem Geist und dem Umfang der Erfindung abzuweichen'. Welche spezielle Einrichtung immer gewählt, ist es offensichtlich,' daß die Verwendung einer solchen Einrichtung gemäß den Prinzipien der vorliegenden Erfindung ein Herstellungsverfahren ermöglicht, welches den zu erzielenden Durchsatz bei der Herstellung von mikro- oder miniaturisierten Bauteilen ermöglicht.
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Claims (2)

  1. BLUMBACH · WESER - EiERGEN · KRAMER ZWIRM£R - 8REHh/i ~
    PATENTANWÄLTE IN MÜNCHEN UND WIESBADEN r
    Patentconsult Radeckestraße 43 8G00 München 60 Telefon (C89) 883503/883604 Telex 05-212313 Telegramme Patentconsult Patentconsiilt Sonnenberger Straße 43 62C0 Wiesbaden Telefon (06121) 562943/561998 Telex 04-180237 Telegramme Patentconsult
    Western Electric Company, Incorporated Firtion 7-35-3-16-7 Broadway
    New York, N.Y. 10038, U.S.A.
    Patentansprüche
    Verfahren zur Positionierung und Planisierung eines eine Vorder- und Rückseite aufweisenden Substrats (Halbleiterscheibe), mit folgenden Schritten: das Substrat wird ohne Einspannung (lose) in seine ungefähre Lage gebracht;
    auf der Vorderseite im wesentlichen gleichmäßig verteilte Kräfte werden auf diese aufgebracht; eine Mehrzahl von örtlichen Kräften auf der Rückseite v/erden so auf das Substrat aufgebracht, daß das Kräftegleichgewicht zu den Kräften auf der Vorderseite und die Einebnung des Substrats erhalten wird; gekennzeichnet durch: jede örtliche Kraft wird auf einen zugehörigen Bereich
    -4 der Rückseite in der Größenordnung von 1,3 x 10 bis
    -2 2
    1,3x10 cm aufgebracht;
    das Substrat wird in einer Richtung quer zur Richtung der örtlichen Kräfte bewegt, bis Schmutzpartikel in Kontakt mit der Rückseite verschoben sind, wonach das
    München: R. Kramer Dipl.-Ing. . W. Weser Dipl.-Phys. Dr. rer. nat. · H. P. Brenm Oipl.-Chem. Dr. phil. nat. Wiesbaden: P. G. Blumbach Dipl.-Ing. · P. Bergen Dipl.-Ing. Dr. jur. · G. Zwirner Dipl.-Ing. Dipl.-W.-lng.
    9098 :ui/0730
    ORJGINAL INSPECTED
    Substrat in einer bestimmten Lage festgehalten wird.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Kräfte auf der Vorderseite durch Evakuierung eines Bereichs in der Nähe der Rückseite aufgebracht wird, und daß nach der Positionierung des Substrats
    mit einem Muster hohen Auflösungsvermögens auf der
    Vorderseite des Substrats belichtet wird.
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DE19792901968 1978-01-23 1979-01-19 Verfahren zur positionierung und planisierung eines substrats Granted DE2901968A1 (de)

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