DE3133477A1

DE3133477A1 - Vorrichtung zum messen des grads an ebenheit einer oberflaeche einer platte

Info

Publication number: DE3133477A1
Application number: DE19813133477
Authority: DE
Inventors: Nobuyuki Akiyama; Yukio Kembo; Yasuo Totsuka Yokohama Nakagawa
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1980-08-29
Filing date: 1981-08-25
Publication date: 1982-04-08
Also published as: DE3133477C2; US4491787A; GB2083229B; GB2083229A; JPS6158763B2; JPS5744807A

Description

Be sehre ibung

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Zur Bildung eines Musters auf einer Siliciumwafer wird eine auf ihrer gesamten Oberfläche mit einem Photowiderstandsmaterial beschichtete Siliciumwafer mit einem Photomaskenmuster belichtet.

Dieser Muster bildende und als Photolithographie bezeichnete Vorgang wird unterteilt in ein Engkontaktverfahren, bei dem der Photowiderstandsfilm in einem Zustand belichtet wird, in dem die Maske und die Wafer innig miteinander verbunden sind, in ein Nahverfahren, bei dem die Maske und die Wafer beim Belichten des Photowiderstandsfilms um einige zehn Mikron voneinander getrennt sind, und in ein Projektionsverfahren, bei dem ein Maskenmuster optisch auf die Wafer projiziert wird.

Wenn beim Musterformvorgang die Wafer sich verformt, ist es schwierig, sie auf ihrer gesamten Oberfläche mit einem diskreten Muster gleichmässig zu belichten. Es ist in dieser Hinsicht wesentlich, dass die Wafer eben ist. Dies erfordert eine Vorrichtung zum Messen des Grads an Ebenheit der Waferoberfläche mit hoher Genauigkeit und eine weitere Vorrichtung zum Einebnen der Wafer.

Die Erfindung betrifft die erstere Vorrichtung oder eine Ebenheitsmessvorrichtung. Zur Erzielung einer wirklich ebenen Wafer, sind jedoch, wie oben erwähnt, zwei Vorrichtungen erforderlich. Vor der Beschreibung der Erfindung wird daher in Verbindung mit Fig. 1a und 1b eine in der DE-OS 3 110.341.3 angegebene Vorrichtung zum Einebnen einer Wafer beschrieben.

In Fig. 1b wird eine Wafer 1 auf eine Einebnungsvorrichtung gelegt, wonach eine Vakuumabzugvorrichtung 3 die Luft in der Einebnungsvorrichtung 5 in diesem Zustand absaugt. Als Ergebnis dieses Absaugvorgangs kommt die Rückseite der Wafer in enge Berührung mit der Einebnungsvorrichtung 5. Zum Einebnen der Oberfläche der Wafer 1 wird eine senkrecht verschiebende Einrichtung 2 senkrecht verschoben und die Oberfläche der Wafer 1 durch die Ebenheitsmessvorrichtung 4 beobachtet. In diesem Fall ist es wesentlich, die Ebenheit der Waferoberfläche genau zu messen.

Die obige Erläuterung bezieht sich auf die Siliciumwafer, ist aber entsprechend anwendbar bei der GGG-Wafer, der gedruckten Schaltung, dem Keramiksubstrat und dgl. Das Substrat oder die Tafel usw., bei der die Ebenheitsmessvorrichtung Anwendung findet, wird lediglich als Platte bezeichnet.

Ein Kapizitätsdetektor, ein Luftmikrometer oder dgl. wird für gewöhnlich als Ermittlungssonde zum Ermitteln einer Höhe der Substratoberfläche verwendet. Die Ermittlungssonden dieser Art werden auch in der Ebenheitsmessvorrichtung nach der Erfindung verwendet. Diese Vorrichtung misst, ähnlich wie der Stand der Technik, die Ebenheit der gesamten Oberfläche der Platte durch Messen der Spalte zwischen den Enden der Ermittlungssonden und der Platte an verschiedenen Stellen auf der Plattenoberfläche.

Die Messvorrichtung nach dem Stand der Technik ist in Verbindung mit Fig. 2a, 2b, 3a, 3b, 4a, und 4b beschrieben. Fig. 2a und 2b zeigen eine Ebenheitsmessvorrichtung zum Messen des Grads an Ebenheit einer Platte, etwa eines Wafersubstrats 1, auf deren gesamter Oberfläche unter Anwendung einer einzigen Ermittlungssonde 6. Die Ermittlungssonde 6 ist am äusseren Ende eines Arms 11 befestigt, der an einem X-Y-Tlsch. unbe- ■ weglich befestigt ist, der durch Antriebsquellen 9 und 10 in X-Y-Richtungen angetrieben wird. Bei dieser Anordnung wird

die Ermittlungssonde 6 längs einer Ortskuve 12 auf der Platte 1 bewegt. Durch die Bewegung wird der Abstand zwischen der Spitze 7 der Ermittlungssonde 6 und der Platte 1 gemessen, wodurch der Grad an Ebenheit der Platte 1 gemessen wird. Da der X-Y-Tisch 8 abwechselnd in den X- und Y-Riehtungen angetrieben wird, treten bei dieser Vorrichtung beim Wechsel der Antriebsrichtung Schwingungen auf» Da der Hochgeschwindigkeitsantrieb des X-Y-Kurvenschreibers schwierig ist, benötigt die Messung eine lange Zeit.

Bei einer Ebenheitsmassvorrichtung gemäss Fig» 3a und 3b sind mehrere Ermittlungssonden 6 geradlinig oder im wesentlichen geradlinig auf einem Arm 14 angebracht, der an einem durch eine Antriebsquelle 16 angetriebenen X-Achsentisch 15 befestift ist. Der X-Achsentisch wird in einer X-Richtung 17 angetrieben und misst hierdurch den Grad an Ebenheit auf der gesamten Oberfläche der Platte 1. Die Messvorrichtung benötigt eine Anzahl von Ermittlungssonden 6. Sie muss die Änderung der Ebenheit auf der Platte 1 wiederholt messen, so dass der X-Tisch hin- und herbewegt werden muss.Daher treten wie bei der Vorrichtung von Fig. 2a und 2b auch bei dieser Vorrichtung

Umlcehr
in nachteiliger Weise bei. der / des Tischs Schwingungen auf=

Bei einer in Fig. 4a und 4b gezeigten weiteren Ebenheitsmessvorrichtung ist eine Anzahl von Ermittlungssonden 6 auf einer Montagetafel 18 befestigt, die die gesamte Oberfläche der Platte 1 ausreichend bedeckt, wobei die Ermittlungssonden 6 auf der Oberseite der Platte 1 angeordnet sind,, Bei dieser Anordnung wird die Ebenheit der Platte 1 ohne Bewegen der Montagetafel 18 gemessen. Diese Vorrichtung ist aber teuer in der Herstellung, da eine Anzahl von Ermittlungssonden 6 benötigt wird..

Aufgabe der Erfindung ist daher die Schaffung einer Ebenheitsmessvorrichtung , die die Nachteile der angegebenen herkömmlichen Vorrichtungen vermeidet und die Ebenheit einer Plattenoberfläche mit hoher Geschwindigkeit und Genauigkeit ohne

- 6 das Auftreten von Schwingungen messen kann.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt erfindungsgemäss durch den Gegenstand des Anspruch 1.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.

Zum Erreichen der angegebenen Aufgabe ist erfindungsgemäss eine rotierende Scheibe parallel zu einer Platte auf deren einen Seite angeordnet. Mehrere Ermittlungseinrichtungen ermitteln den Abstand von der rotierenden Scheibe zur Oberfläche der Platte und sind auf der der Platte näherliegenden Seite der rotierenden Scheibe angeordnet. Im Verlauf der Drehung der Scheibe werden von den Ermittlungseinrichtungen Ermittlungssignale erhalten.

Im folgenden werden Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben."Es zeigen:

Fig. 1a und 1b schematische Darstellungen eines Beispiels einer Abflachungsvorrichtung, wobei Fig. 1a eine teilweise geschnittene Draufsicht Ia-Ia von Fig. 1b ist, während Fig. 1b ein Längsschnitt der Abflachungsvorrichtung ist;

Fig. 2a, 2b, 3a, 3b, 4a und 4b sind schematische Darstellungen dreier Beispiele von Ebenheitsmessvorrichtungen nach dem Stand der Technik, wobei Fig. 2a, 3a und 4a Draufsichten der Vorrichtungen und Fig. 2b, 3b und 4b Längsschnitte derselben sind;

Fig. 5, 6 und 7 sind schematische Darstellungen einer Ausführungsform einer Ebenheitsmessvorrichtung nach der Erfindung, wobei Fig. 5 eine Draufsicht, Fig. 6 eine Vorderansicht und Fig. 7 eine Seitenansicht von rechts sind;

Fig. 8 und 9 zeigen Draufsichten zweier Ausfuhrungsformen von rotierenden Scheiben in einer Ebenheitsmessvorrichtung nach der Erfindung;

Fig. 10 ein Schaltschema für die Verarbeitung der von den Ermittlungssonden stammenden Ausgangssignale.

Eine Ausführungsform einer Ebenheitsmessvorrichtung nach der Erfindung wird in Verbindung mit Fig. 5, 6 und 7 beschrieben.

Eine Einrichtung 22 dient zum Befestigen und Tragen einer Platte 1 und kann in derselben Weise wie die in Fig. 1a und Fig. 1b gezeigte Vorrichtung aufgebaut sein. Bei der Abflachungsvorrichtung von Fig. 1a und 1b wird durch eine Vakuumabsaugvorrichtung ein Substrat befestigt, kann aber auch durch andere Befestigungseinrichtungen befestigt werden. Zum Abflachen der Platte innerhalb der Vorrichtung muss die Einrichtung 22 eine Äbflachungsfunktion-haben ähnlich wie die zum Beispiel in der DE-OS 3 110 341.3 gezeigte Vorrichtung. Die Einrichtung 22 wird durch geradlinige Lager 28 auf einer auf der Unterseite der Vorrichtung vorgesehenen Führungsschiene 27 gehalten und ist durch eine nicht gezeigte Antriebsquelle in Richtung eines Pfeils 29 bewegbar. Die Ebenheit der Platte 1 wird an der dargestellten Station ermittelt, wonach die Platte auf der Basis der ermittelten Ebenheit eingeebnet wird. Nach dem Einebnen wird die Platte 1 in Richtung des Pfeils 29 bewegt und auf einer nicht gezeigten nachfolgenden Station ein Schaltmuster auf die Platte 1 belichtet.

Gemäss Fig. 6 ist an einem festgelegten Ort über der Platte 1 eine hierzu parallele Scheibe 23 angeordnet. Die Scheibe 23 wird mittels Stahlkugeln 24 auf einer Basis 31 getragen. Es werden mit hoher Genauigkeit hergestellte Stahlkugeln verwendet. Die Oberseite der Basis 31 und die mit den Stahlkugeln 24 in Berührung stehende Unterseite 23a der Scheibe 23 sind sorgfältig und genau abgeflacht. Die Basis 31 ist

kreisförmig und durch zwei Abstandsstücke 30 an einem Körper 41 befestigt.

Die Scheibe 23 hat im Querschnitt die Form eines Trapezes und in der Aussenansicht die Form eines Kegelstumpfs. Ein abgeschrägter Schulterteil 23b steht in Berührung mit mehreren an der Basis 31 befestigten rotierenden Lagern 32. Die Lager 32 drücken die Scheibe 23 gleichmässig nach unten und errichten in der Scheibe 23 eine Rotationsmitte. Daher werden wenigstens drei Lager 32 verwendet und schräg auf der Basis 31 befestigt, vgl. Fig. 6 und 7. Bei Verwendung von drei Lagern sind diese vorzeigsweise in gleichen Abständen von 120° angeordnet.

Um den oberen Schulterteil 23b der Scheibe 23 ist eine Riemenrille 23c ausgebildet. Ein Riemen 38 ist um eine Riemenscheibe 39 eines Motors 40 und die Riemenrille 23c geschlungen. Demnach setzt die Scheibe 23 ihre Drehung in einer festgelegten Richtung fort und wird durch die Kombination aus der Basis 31, den Stahlkugeln 24 und den rotierenden Lagern 32 genau parallel zur Platte 1 gehalten.

Die Scheibe 23 ist mit mehreren Ermittlungssonden 6 versehen, deren Enden zur Oberfläche der Platte 1 gerichtet sind zum Ermitteln der Abstände zwischen den Enden und der Oberfläche der Platte 1. . ■> "

Die auf der Scheibe 23 befestigten ErmittlungsSonden 6 sind ausgehend von der Mitte der Scheibe 23 bis zu deren Umfang geradlinig oder gekrümmt angeordnet. Es sind zwei Anordnungen der"Ermittlungssonden in Fig. 8 und 9 gezeigt. Wenn bei der Anordnung von Fig. 8 die Scheibe 23 in Richtung eines Pfeils 26 gedreht wird, bilden die Ermittlungssonden 6 kreisförmige Bahnen um die Mitte der Scheibe 23 ab und ermitteln die Abstände zwischen ihren Enden und den Oberflächen der entsprechenden Stellen auf der Platte 1. Hierdurch wird der Grad an Ebenheit der Platte 1 auf deren gesamter Oberfläche gemessen.

Wenn die Ermittlungssonden 6 gemäss Fig» 8 geradlinig angeordnet sind? können sie nicht derart angeordnet werden, dass der Abstand zwischen den benachbarten Ermittlungssonden kleiner als der Durchmesser jeder Ermittlungssonde ist. Durch gekrümmtes' Anordnen der Ermittlungssonden muss dieser Abstand kleiner als der Durchmesser gemacht werden, wobei die Ermittlungssonden 6 nach und nach ein wenig von einer Geraden weg verschoben sind, vgl = Fig. 9. Diese Anordnung der Ermittlungssonden gewährleistet genauere Messungen der Plattenoberfläche als diejenige von Fig. 8=

Die von den Ermittlungssonden 6 stammenden Ermittlungssignale werden durch Kabel 33 nach aussen geleitet. Die Kabel 33 sind an der rotierenden Seide 34 eines Schleifrings, die von der Scheibe 23 gehalten wird und sich zusammen mit dieser dreht. Die Ermittlungissignale wandern weiter von der stationären Seite 35 des Schleifrings, der durch einen an d@n Ab=* Standsstücken 30 befestigten Halterrahmen 37 gehalten wird„ durch ein Kabel 36 zu einer Signalverarbeitungseinrichtung mit einer Anzeige, einer Recheneinheit, einer Kathodenstrahlröhre und dgl. Die Signalverarbeitungseinrichtung ist für die Erfindung nicht wesentlich und wird daher nicht im einzelnen beschrieben. Einer der wesentlichen Punkte der Erfindung liegt in einem Mechanismus zum schnellen, exakt schwingungsfreien und ohne Erhöhung der Anzahl der Ermittlungssonden erfolgenden Messen des Grads an Ebenheit, Das vom Kabel 36 stammende Signal ist ein durch eine Umdrehung der Scheibe 23 erzeugtes analoges Signal. Für die Signalaufbereitung kann das analoge Signal unmittelbar für die Darstellung der Ebenheitsinformation der Platte verwendet werden. Das analoge Signal kann alternativ bei jedem gegebenen Drehwinkel der Scheibe 23 in ein digitales Signal umgewandelt werden, das als Ebenheitsinformation der Platte 1 verwendet wird= In jedem Fall der Verwendung eines digitalen oder analogen Signals ist eine Einrichtung zur Ermittlung der Drehposition der Scheibe 23 erwünscht. Die Scheibe 23 ist in Fig. 6 zusätzlich mit einer Einrichtung zur Ermittlung von Taktsignalen für die Durchführung

der A/D-Umwandlung versehen, d. h. zum Auffinden der Messorte auf der Platte 1, d. h. der Drehposition der Scheibe Im einzelnen sind mehrere Markierungen 42a, 42b ... um das Unterteil der Schulter 23b der Scheibe 23 geklebt. Wenn die A/D-Umwandlung jede 1/16 Umdrehung der Scheibe 23 ausgeführt wird, so sind sechzehn Markierungen 42a, 42b ... 42p jede Drehung um 22,5° auf den unteren Schulterteil geklebt. In diesem Fall wird der Durchgang der Markierung durch einen Photosensor 43 von Fig. 5 ermittelt und ein Ausgangssignal vom Photosensor als Taktsteuersignal für die A/D-Umwandlung oder die Messpositxonsdaten für die Platte 1 verwendet. Wenn eine der sechzehn Markierungen langer als die übrigen ist, so kann ein den Drehstart oder den Ursprung des Taktsteuersignals darstellendes Signal durch die längere Markierung erzielt werden.

Ein Schaltschema für die Aufbereitung der AusgangsSignaIe von den Ermittlungssonden 6 synchron mit dem Taktsteuersignal, das zur Erzielung des Grads an Ebenheit der Platte 1 durch den Photosensor 43 erhalten wird, wird in Verbindung mit Fig. 10 erläutert. Fig. 10 zeigt ein Beispiel, bei dem drei Kapazitätssonden als Ermittlungssonden 6 verwendet werden. Gemäss Fig. 10 dienen Strom in Spannung umwandelnde Verstärker 46 jeweils zum Umwandeln des Ausgangsstroms von der entsprechenden Ermittlungssonde 6 in ein Stromsignal, während ein A/D-Wandler 48 zum Umwalnden von analogen SpannungsSignalen von den Verstärkern 46 in digitale Signale in Abhängigkeit von einem Taktsteuersignal vom Photosensor 43 dient. Das digitale Ausgangssignal des A/D-Wandlers 48 wird auf eine Signalaufbereitungseinrichtung einschliesslich einer zentralen Rechenanlage zur Berechnung des Grad an Ebenheit der Platte 1 gegeben.

Bei einer derartigen Anordnung der Ebenheitsmessvorrichtung nach der Erfindung ist diese Vorrichtung frei von Schwingungen, die in der herkömmlichen Vorrichtung an den Umkehrpunkten der Bewegung des X-Y-Tischs erzeugt werden, wodurch die Genauigkeit

der Ebenheitsmessung beträchtlich verbessert wird. Beim bisherigen X-Y-Tisch treten beim Bewegen mit hoher Geschwindigkeit starke Schwingungen auf, so dass die Geschwindigkeitszunahme der Tischbewegung begrenzt ist. Demgegenüber erfolgt die Bewegung der Ebenheitsmessvorrichtung nach der Erfindung in einer einzigen Drehrichtung. Daher kann die Ermittlungsgeschwindigkeit der Ebenheitsmessvorrichtung gegenüber der bisherigen Vorrichtung um das 10- bis 100-fache erhöht werden.

Zur Beseitigung des aus den Schwingungen entstehenden Problems verwendet die bisherige Vorrichtung von Fig. 4a und 4b eine Anzahl von Ermittlungssonden zum Ermitteln der Ebenheit der. Platte ohne Bewegen der Ermittlungssonden. Das Problem dieser Vorrichtung besteht jedoch darin, dass eine Anzahl der Ermittlungssonden erforderlich ist. Die Messvorrichtung nach der Erfindung kann zum Beispiel bei Verwendung von nur vier Ermittlungssonden die durch die bisherige Vorrichtung bei Verwendung von 37 Ermittlungssenden erzielten Wirkungen erzielen. Der Aussendurchmesser einer Halbleiterwafer nimmt von Jahr zu Jahr zu. Entsprechend dem Trend des zunehmenden Durchmessers muss die bisherige Vorrichtung die Anzahl der Ermittlungssonden erhöhen. Die Beziehungen zwischen der Anzahl 1 der Reihen von Ermittlungssonden und der Anzahl m der für die Vorrichtung nach der Erfindung erforderlichen Ermittlungssonden sowie die Anzahl η der Ermittlungssonden für die bisherige Vorrichtung sind in der folgenden Tabelle zusammengestellt.

Tabelle

1	m	η	η - m
O	1	. 1	O
1	2	7	5
2	3	19	16
3	4	37	33
4	5	61	56
5	6	91	85
6	7	127	120

Gemäss der Tabelle beträgt im Fall einer Siliciumwafer mit etwa 127 mm (5 Zoll) Durchmesser der wirksame Durchmesser 120 mm- Demnach betragen bei der Messung der Ebenheit des Substrats in Intervallen von 10 mm: 1=6 und η - m = 120.

Deshalb können bei der Vorrichtung nach der Erfindung 120 Ermittlungssonden eingespart werden-

Leerseite

Claims

BEETZ-LAMPRECHT-BEETZ
München 22 - Steinedorf str. 10

81-32.777P(32.778H) 25. Aug. 1981

HITACHI₅ LTDo₀ Tokyo„

Japan

Vorrichtung zum Messen des Grads an Ebenheit einer Oberfläche einer Platte ■- -.

Ansprüche

;iy Vorrichtung zum Messen des Grads an Ebenheit einer Oberfläche einer Platte, etwa eiaer SilieiuHtwafes¹,, einer GGG-Wafer, einer Photomaske, einer gedruckten Schaltung«. eines Keramiksubstj?ats oder dgl _o? unter Verwendung einer Ermittlungseinrichtung zur Ermittlung des Abstands ztfischen der Plattanoberflache und der Ermittlungseinrichtung,
gekennzeichnet

- durch eine Halteeinrichtung (22) sum Halten einer Platte (1),

- durch eine Scheibe C23)„ die parallel zu einer der Oberflächen der Platte (1) angeordnet und drehbar gelagert ist,

- durch mehrere an der Scheibe (23) befestigte Ermittlungseinrichtungen (6) zum Ermitteln der Abstände ihrer Enden von einer der Oberflächen der Platte {1) „

- durch eine Antriebseinrichtung (40I sum Drehen der Scheibe (23) und

- durch eine Äusgangseinrichtung (34) sum Herausführen der von den Ermittlungseinrichtungen (6) stammenden Ermittlungssignale.

81-A 5877-03
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Ermittlungseinrichtungen (6) von der Mitte der Scheibe (23) zum Umfang geradlinig angeordnet sind.
3. Vorrichtung nach Anspruch T, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Ermittlungseinrichtungen (6) von der Mitte der Scheibe (23) zum Umgang gekrümmt angeordnet sind.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet,

- daß die Halteeinrichtung (22) mit Schienen (27) verbunden und während des Haltens der Platte (1) bewegbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Scheibe (23) im Querschnitt die Form eines Trapezes und in der Aussenansicht die Form eines Kegelstumpf S hat, auf der Seite drehbar gelagert ist und in der Trapezform einen abgeschrägten Teil (23b) aufweist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 5,

dadurch gekennzeichnet, - -.

- dass die Glieder zum drehbaren Lagern des abgeschrägten Teils (23b) der Scheibe (23) drei Drehlager (32) sind, die schräg gehalten und in Abständen von 120° angeordnet sind.
7. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet,

- dass die Ausgangseinrichtung (34) ein Schleifring ist.