DE3306999C2

DE3306999C2 -

Info

Publication number: DE3306999C2
Application number: DE19833306999
Authority: DE
Inventors: Herbert E. Eschen Li Mayer
Original assignee: Perkin Elmer Censor Anstalt
Current assignee: Perkin Elmer Censor Anstalt
Priority date: 1982-03-31
Filing date: 1983-02-28
Publication date: 1988-11-17
Also published as: JPS58178536A; JPH0363218B2; DE3306999A1

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterwafer- Haltevorrichtung mit einer unmittelbar unterhalb des Halbleiterwafers angeordneten und mit Öffnungen ver sehenen Halteplatte, einer mit den Öffnungen in Ver bindung stehenden Einrichtung zur Erzeugung von Unter druck, wodurch die Halbleiterwafer durch den in den Öffnungen vorhandenen Unterdruck auf die Halteplatte gedrückt wird, und einer Vorrichtung zur Temperaturstabili sierung des Halbleiterwafers.

Eine derartige Einrichtung ist aus der US-PS 41 39 051 bekannt geworden. Sie ist primär für derartige Anwendungen ge dacht, bei welchen dem Halbleiterwafer in kurzer Zeit große Wärmemengen zugeführt werden, die rasch abgeführt werden sollen, um eine Beschädigung des Wafers durch Überhitzung zu vermeiden. Der Anwendungsbereich der Erfindung entspricht somit eher US-PS 42 02 623, wo eine Einrichtung dargestellt ist, welche zum Projektions kopieren einer Maske auf den Halbleiterwafer dient. Auch hier ist eine Temperaturbeeinflussung vorgesehen, wobei der Halbleiterwafer beidseits mit Luft angeblasen wird, welche durch eine Widerstandsheizung verschieden stark erwärmt werden kann. Praxisnäher, weil die Notwendigkeit einer Kühlung berücksichtigend, ist DE-OS 27 35 043, wo im Zusammenhang mit einem fotolithografischen Kontaktver fahren die Kühlung der Waferaufnahme durch eine umlaufen de Flüssigkeit beschrieben ist.

Aufgabe der Erfindung ist es, die Halbleiterwafer-Haltevorrichtung nach dem Oberbegriff des Anspruchs 1 so weiterzubilden, daß unverzüglich von Erwärmung umgeschaltet werden kann, ohne daß hierzu ein als Wärmetauscher wirkendes Gas bzw. eine als Wärmetauscher wirkende Flüssigkeit abbekühlt oder erwärmt werden muß. Die Temperaturstabilisierung des Halbleiterwafers soll außer dem in der Weise erfolgen, daß andere Teile der Einrich tung in möglichst geringem Ausmaß an der Temperatur änderung des Wafers teilnehmen.

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die Vorrichtung zur Temperaturstabilisierung aus an der Unter seite der Halteplatte angeordneten und hintereinander geschalteten Peltier-Elementen besteht, die den Halbleiter wafer je nach Bedarf kühlen oder heizen.

Das durch Peltier-Elemente je nach der Richtung des sie durchfließenden Stromes eine örtliche Erwärmung und Ab kühlung erzielt werden kann, ist wohl bekannt (vgl. R. Müller, Bauelemente der Halbleiter-Elektronik, 1973, S. 197-199) und braucht daher nicht näher beschrieben zu werden.

Um solche Peltier-Elemente zur Heizung der Halteplatte anwenden zu können, müssen sie in einem Block angeordnet werden, dessen Oberseite und Unterseite jeweils einheitlich erhitzt bzw. abgekühlt werden, wenn ein Strom durch die hintereinandergeschalteten Elemente fließt. Zur Anordnung dieses Blockes dient vorzugsweise ein Rahmen, in den die aus den Peltier-Elementen gebilde te strukturelle Einheit eingeklebt ist, da ein solcher Rahmen leichter die mechanische Verbindung zwischen Halte platte und der die Halteplatte tragenden Grundplatte über nehmen kann. Insbesondere zur Abführung der von der Heiz- und Kühleinheit erzielten Überschußwärme, grundsätzlich aber auch zum Zweck einer gelegentlichen Wärmezufuhr, ist die Grundplatte mit einem Leitungssystem versehen, durch das ein Wärmeträger, beispielsweise Wasser, geführt werden kann, wie dies aus DE-OS 27 35 043 an sich bekannt ist.

Mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ist die Temperatur des Wafers, die durch einen in der Halteplatte angeordneten Meßfühler überwacht wird, rasch zu erhöhen oder zu er niedrigen, in dem Richtung und Stärke des die Peltier- Elemente durchfließenden Stromes geregelt werden. Die Temperatur des Wafers kann daher absichtlich variiert werden, um Veränderungen der Vergrößerung, welche auf Temperaturänderungen des Projektionssystems zurückgehen, zu kompensieren. Eine diesbezügliche Anregung findet sich in der US- 42 02 623.

Anschließend wird die Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert, wobei

Fig. 1 ein Querschnitt durch eine mit der erfindungsgemäßen Vorrichtung ausgerüsteste Vorpositionier station ist;

Fig. 2 bis 7 zeigen ein Ausführungsbeispiel der erfindungsgemäßen Haltevorrichtung für einen Wafer, und zwar

Fig. 2 in einer Ansicht von unten,

Fig. 3 im Schnitt entsprechend der Linie A-A in Fig. 2,

Fig. 4 im Schnitt ent sprechend der Linie B-B in Fig. 2,

Fig. 5 die Ansicht auf das Kühl- und Heizelement von unten,

Fig. 6 den Schnitt nach der Linie C-C in Fig. 3 und 4,

Fig. 7 den vergrößerten Aus schnitt nach der Linie D-D in Fig. 4;

Fig. 8 zeigt schematisch den Einsatz der Erfindung zur Konstanthaltung der Vergröße rung in einer Einrichtung zur photolithographischen Herstel lung elektrischer Schaltungen.

Fig. 1 zeigt einen Wafer 1 auf einer Halteplatte 2, der um einen Schaft 5 drehbar gelagert ist. Schlitten 6 und 7 er lauben die Bewegung des Wafers in X- und Y-Richtung.

Eine derartige Anordnung wird beispielsweise dazu ver wendet, um einen Wafer vorzupositionieren, bevor er in die eigentliche Belichtungsstation einer photolithographischen Einrichtung gebracht wird. Auch in diesem Stadium des Ver fahrens ist eine genaue Temperaturkontrolle des Wafers 1 bereits sinnvoll, da ja das Temperaturgleichgewicht in der Belichtungsstation durch die Einbringung eines Wafers mög lichst wenig gestört werden soll. Außerdem kann auch die Vorpositionierung bereits auf optischem Wege erfolgen, was durch temperaturbedingte Verschiebungen der Justiermarken auf dem Wafer 1 erschwert würde.

Um die Temperatur des Wafers 1 zu kontrollieren, befin det sich unterhalb der Halteplatte 2 eine Zwischenplatte 3, welche Mittel zum Heizen und Kühlen der Halteplatte 2 umfaßt. Die unterhalb der Zwischenplatte 3 angeordnete Grundplatte 4 trägt Zwischenplatte 3 und Halteplatte 2 und enthält die Mittel zum Abführen von Überschußwärme.

Der Aufbau der Haltevorrichtung für den Wafer 1 geht aus Fig. 2 bis 7 im einzelnen hervor. Wie vor allem Fig. 3 und 4 zu entnehmen ist, befinden sich an der Oberseite der Halteplatte 2 Absaugöffnungen 8, die mit Kanälen 9 in der Halteplatte 2 in Verbindung stehen. In diesen Kanälen herrscht ein Unterdruck, sobald durch die Bohrung 10 und den Kanal 11 Luft mittels der Luftleitung 12 abgesaugt wird. Die ser Unterdruck, der über die Vakuummeßleitung 13 kontrollier bar ist, führt in bekannter Weise zur Anpressung eines Wafers 1 an der Oberseite der Halteplatte 2. Zur Feststellung der je weiligen Temperatur der Halteplatte 2 befindet sich in dieser ein Temperaturfühler 14, der durch eine Verschlußschraube 15 eingeschlossen ist. Vom Tempeaturfühler 14 führt eine Signal leitung 6 durch den Kabelkanal 17 im Schaft 5 nach außen. Beim Temperaturfühler handelt es sich z. B. um einen Miniatur Pt-100 Meßwiderstand. Dieser ist gekennzeichnet durch hohe Absolutgenauigkeit, gute Auflösung und gute Reproduzierbarkeit.

Erfindungswesentlich an der dargestellten Einrichtung ist vor allem die in Fig. 5 in einer Ansicht von unten dar gestellte Heiz- und Kühleinrichtung. Diese wird durch in einem Block 19 matrixartig angeordnete Peltier-Elemente 20 gebil det, die in Serie geschaltet sind und über elektrische Lei tungen 21 und 22 mit elektrischer Spannung versorgt werden. Je nach der Polarität dieser Spannung wird die Oberseite des Blockes 19 abgekühlt und die Unterseite erhitzt und um gekehrt. Typische elektrische Betriebswerte sind 3 A und 3 bis 4 V. Der Block 19 ist in einen Rahmen 18 eingespannt, mit dem zusammen er die Zwischenplatte 3 bildet. Dieser Rahmen 18 hat vor allem den Zweck, eine exakte mechanische Verbin dung von der Halteplatte 2 und Grundplatte 4 zu ermöglichen, ohne daß der Block 19 beeinträchtigt wird. Andererseits darf der Rahmen 18 nur in möglichst geringem Ausmaß zwischen der Halteplatte 2 und der Grundplatte 4 eine Wärmebrücke darstellen. Er liegt daher nur in Form von schmalen Stegen 26 an der Hal teplatte 2 und der Grundplatte 4 an. Die Durchführung der Signal leitung 16 durch den Rahmen 18 ermöglicht eine Ausnehmung 25.

Die in Fig. 6 im Schnitt dargestellte Grundplatte 4 trägt nicht nur die darüberliegenden Teile, sie übernimmt auch die Aufgabe, überschüssige Wärme abzutransportieren. Zu diesem Zwecke ist sie mit einen Kreislauf bildenden Boh rungen 4 versehen, die über eine Zuleitung 28 und eine Ab leitung 29 von einem Wärmeträger, beispielsweise Wasser, durchflossen werden. Eine Ausnehmung 30 in der Grundplatte 4 erlaubt die Durchführung der elektrischen Leitungen 21 und 22 zu den im Schaft 5 verlaufenden Kabelkanälen 23 und 24.

Um die Teile 2, 3 und 4 exakt zusammenpassen zu können, sind zunächst Schrauben 31 vorgesehen, welche den Rahmen 18 mit der Halteplatte 2 verbinden. Wenn diese Verbindung her getellt ist, wird die Waferspannfläche plan geschliffen und vier weitere Schrauben 32 werden mit dem Rahmen 18 ver bunden, wodurch ein Verziehen der ebenen Spannfläche vermie den wird. Für eine genaue gegenseitige Ausrichtung der mit einander verbundenen Teile sorgen überdies Zapfen 33.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung erlaubt es, die Tempe ratur eines Wafers 1 in der in Fig. 8 schematisch dargestell ten Weise zur Konstanthaltung der Vergrößerung einer Einrich tung für die Photolithographie zu verwenden.

Diese Einrichtung besteht im wesentlichen aus einer Be leuchtungseinheit 34, welche eine Maske 35 über ein Linsensy stem 39 verkleinert auf dem Wafer 1 abbildet. Ändert sich nun die Temperatur der Linse 39 oder die Länge der Säule 37, wel che die Maske 35 und den Wafer 1 distanziert, so gerät zu nächst der Wafer 1 aus der Brennebene, was jedoch bei allen fortgeschrittenen Systemen automatisch korrigiert wird. Dabei entsteht jedoch eine Veränderung der Vergrößerung, welche die genaue Deckung aufeinanderfolgender Bilder verhinder wür de. Es ist leicht einzusehen, daß daher die Temperatur des Wafers 1 sorgfältig kontrolliert werden muß, da ein Tempera turanstieg von 1K ein Siliciumplättchen mit einer Kanten länge von 10 mm um 0,08 µ verändert. Andererseits kann durch Heizen oder Kühlen des Wafers die effektive Vergrößerung ge ändert werden.

Die Bildgröße ist annähernd proportional zur Temperatur T _M der Maske und umgekehrt proportional zur Temperatur T _C der Säule. Wenn also die Wärmeausdehnungskoeffizienten a _M, α _C der Maske und der Säule gleich sind, entsteht keine Verände rung der Bildgröße bei Temperaturgleichgewicht T = T _M = T _C, da die Linse in bezug auf die Bildseite telezentrisch ist. Da α _M = a _C eine technisch realistische Bedingung ist, entstünde ein perfekter Temperaturausgleich, wenn die Brennweite f der Linse nicht eine komplizierte Funktion f (T) der Temperatur wäre.

Folglich muß für die Vergrößerung ein computergesteuertes Temperaturausgleichssystem verwendet werden. Es tastet die Temperaturen der Maske, der Säule, der Linse und des Wafers bei 36, 38, 40 und 14 ab und stellt durch Erwärmung oder Ab kühlung des Wafers die effektive Vergrößerung ein. Der Ko effizient α _M ist der einzige für die Steuereinrichtung er forderliche Eingangsparameter.

Claims

1.Halbleiterwafer-Haltevorrichtung mit

a) einer unmittelbar unterhalb des Halbleiterwafers (1) angeordneten und mit Öffnungen (8) versehenen Halteplatte (2),
b) einer mit den Öffnungen (8) in Verbindung stehenden Einrichtung zur Erzeugung von Unterdruck, wodurch der Halbleiterwafer (1) durch den in den Öffnungen (8) vorhandenen Unterdruck auf die Halteplatte (2) gedrückt wird,
c) einer Vorrichtung zur Temperaturstabilisierung des Halbleiterwafers (1),

dadurch gekennzeichnet, daß die Vorrichtung zur Temperaturstabilisierung aus an der Unterseite der Halteplatte (2) angeordneten und hintereinanderge schalteten Peltier-Elementen (20) besteht, die den Halb leiterwafer (1) je nach Bedarf kühlen oder heizen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (20) in Form eines Blockes (19) angeordnet sind, der in einem Rahmen (18) be festigt, insbesondere eingeklebt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Peltier-Elemente (20) in Form eines Blockes (19) angeordnet sind, der in einem Rahmen (18) be festigt, insbesondere eingeklebt ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß unterhalb des Blockes (19) und des Rahmens (18) eine Basisplatte (4) angeordnet ist, in welcher eine Flüssigkeitsleitung (27) ausgespart ist.

4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Basisplatte (4) von einem drehbaren Schaft (5) elektrische Versorgung des Heiz- und Kühlblocks (19) sowie eine Luftleitung (12) und zwei Wasserleitungen (28, 29) geführt sind.

5. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Rahmen (18) die Halteplatte (2) und die Basis platte (4) nur entlang schmaler Stege (26) berührt.

6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in der Halteplatte (2) ein Temperaturfühler (14) angeordnet ist, und daß von diesem eine Signalleitung (16) durch Durchbrechungen (25, 30) des Rahmens (18) und der Basisplatte (4) in den Schaft (5) führt.

7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Zuführung von elektri schem Strom geeigneter Polarität zur Heiz- und Kühl einrichtung von einer Kontrolleinheit (41) gesteuert ist, welche von der Temperatur der Maske, die auf dem Wafer durch ein Projektionsobjektiv abgebildet werden soll, beeinflußt ist, sowie von der Temperatur des Projektionsobjektives und der Temperatur einer Säule, welche die Maske in Abstand vom Wafer hält.