SE456873B - Anordning foer anvaendning i ett steg- och repetitionssystem foer direkt exponering av halvledarskivor - Google Patents

Description

456 875 Ett tunt styroxidskikt odlas därefter direkt på kiselsubstratet i dessa exponerade områden. Ett annat fotoresiststeg med användning av en andra fotografisk mask används för att definiera platserna för emittern och kollektorn hos varje fälteffekttransistor. Öpnningar utformas genom det tunna styroxidskiktet vid de platser som definiereas av denna mask för emitter och kollektor. Dopningsmaterialet diffunderas genom öppningarna till bildande av emittern och kollektorn. Denna diffusionsoperation sker vid hög temperatur, typiskt av storleksordingen av 1100°C. Samtidigt odlas oxiden för att täcka öppningarna för emittern och kollektorn.

Därnäst används en tredje, fotografisk mask för att definiera platserna för metallstyrelektroden,metallkontakterna till emitter och kellektorområdena samt bondningsdynplatserna för varje fälteffekttransistorelement.

Därefter odlas en tjock ångutfälld oxid över hela anordningen såsom en skyddsbeläggning. Slutligen används en fjärde, fotografisk mask för att definier de platser vid vilka den ångutfällda oxiden kommer att avlägsnas för att exponera bondningsdynorna för fälteffekttransistorns styre, emitter och kollektor. Oxiden bortetsas vid dessa defininierade ställen för att exponera de metalldynområden till vilka elektriska kontakttrådar senare kommer att bondas.

I detta enkla exempel används sålunda fyra separata, fotografiska masker.

Det är av största betydelse att varje successiv mask inriktas korrekt med de krets- eller anordningsmönster som definierats av de föregående maskningsstegen.

Denna inriktning är kritisk för korrekt funktion av den färdiga anordningen. I den fälteffekttransistorprocess som beskrivits ovan är exempelvis positioneringen av den tredje mask som används för att definiera platsen för metallstyrelektroden mycket kritisk. Styrområdet måste placeras exakt över styroxiden mellan öppningarna för emitter och kollektor. Felinriktning skulle kunna medföra att styrelektroden överlappar emittern eller kollektorn och därigenom försämrar fälteffekttransistorns prestation eller ännu värre åstadkommer kortslutning från styret till emittern eller kollektorn och därigenom göra anordningen oduglig.

Problemet med maskens felinställning blir ännu mera kritisk, när tätheten av individuella komponenter i varje integrerad krets ökas. För att framställa en integrerad krets med ett stort antal idividuella komponenter krävs att var och e av dessa komponenter är extremt liten. I moderna integrerade kretsar kan elementavstånd ned till 2 um krävas. Dylik fin upplösning ställer mycket snäva toleranskrav på överensstämmelsen mellan successiva fotografiska masker under fabrikationsprocessen. I själva verket är den grad med vilken dylik, successiv överenstämmelse kan uppnås en av de huvudfaktorer som begränsar tätheten eller antalet anordningar per cmz i LSI-kretsar. 456 873 Den illustrerade process som beskrivits ovan avser fabrikationen av en enda FET-anordning. I själva verket framställs ett flertal anordningar eller ett flertal kretsar, av vilka var och en innehåller många indivudella anordningar, på en enda skiva.För att tidigare utföra detta har varje fotografisk mask bildat glasskiva innehållande ett flertal, identiskt lika mönsterbilder vid platser motsvarande de olika anordningar eller kretsar som fabricerats på en enda skiva.

Om exempelvis 50 identiskt lika kretsar skall utformas på skivan i fem rader med tio kretsar vardera, skulle masken behöva innehålla 50 identiskt lika mönster, exakt anordnade i den motsvarande gruppen av 5 rader och 10 kolumner.

Den verkliga, fotografiska exponeringen av den skiva som behandlas utförs på följande sätt. Skivan placeras på en hållare eller ett stativ, som är beläget under ett binokulärt mikroskop. Masken eller nätet själv, (d v s glasskivan med mångfalden fotografiska bilder) är monterade på en hållare direkt ovanför skivan men under mikroskopet. En operatör ser både masken och skivan genom mikroskopet och manipulerar fysiskt antingen stativet elller maskhållaren, till dess inriktning uppnås, såsom bestäms genom visuell inspektion. En enda ljuskälla med hög intensitet används då samtidigt för att exponera hela skivan genom hela masken. Detta innebär att skivan exponeras samtidigt för alla de individuella mönster som är grupperade på masken.

Vissa inriktningsproblem är inneboende i denna process. Det uppträder först vid fabrikationen av själva masken. Normalt utförs denna genom upprepad exponering från förstorade ritningar, som innehåller mönstret för en enda (eller möjligen några få) av de anordningar som fabriceras på skivan. Detta individuella mönster exponeras successivt i varje grupposition på masken.

Positionseringsfel kan inträffa. En eller flera bilder kan exempelvis vara något ur linje eller snedställda i förhållande till raderna eller kolumnerna av andra bilder på samma mask. Om detta skulle inträffa även om perfekt överensstämmelse uppnåtts mellan skivan och varje annan mask som används under anordnings- fabrikationen, kan felinriktningen av vissa mönster i denna individu- ella mask mycket väl medföra defekta anordningar eller kretsar. Även om perfekt positionering av varje individuell bild i maskmönstret kan uppnås, kan felöverensstämmelse fortfarande inträffa under exponerings- processen. Operatören kan exempelvis inrikta masken med skivan med användning av endast en eller två referenspunkter nära centrum eller nära kanten av skivan och masken. Om masken är något snedställd i förhållande till skivan, såsom exempelvis om masken skulle vridas något litet, så att dess centrumlinje icke var exakt parallell med skivans centrumlinje, skulle detta fel eventuellt icke observeras av operatören. Om operatören såg masken och skivan endast 456 873 ' 4 nära centrum, kunde exempelvis inom det begränsade synfältet i mikroskopet masken och skivan synas vara inriktade. Vid skivans omkrets kan emellertid masken vara förskjuten med ett värde, som, även om det är mycket litet, kan vara tillräckligt, för att medföra missöverensstämmelse, som är tillräcklig för att förstöra anordningens funktion." En annan komplikation uppträder till följd av det termiska kretsloppet av själva skivan av vissa processteg. I den ovan beskrivna processen exempelvis utförs emitter och kollektordiffusionen vid mycket hög temperatur. Skivan kommer typiskt att utsättas för många dylika steg, i vilka dess temperatur ändras från rumstemperatur till en starkt förhöjd temperatur och därefter åter förs till rumstemperatur. Detta termiska kretslopp kan framkalla en viss oregelbunden deformation av själva skivan. Härav följer att, även om de fotografiska maskerna själva är perfekta, den bild de alstrar på den deformerade skivan kan vara utom överenstämmelse med de bilder som framställts under tidigare processteg, vilka utförts, innan skivan blev deformerad.

Många av dessa problem med missöverenstämmelse elimineras genom ett system, i vilket en mask med en mångfald bilder totalt elimineras. I stället används ett nät innehållande ett enda mönster, motsvarande en eller högst några få av de kretsar eller anordningar som skall framställas på skivan, för direkt exponering på själva skivan. Detta innebär att vid varje maskningsoperation en enda mask med ett flertal bilder icke används. I stället används nätet med dess enda mönster upprepat och successivt för att exponera, en åt gången, alla de anordningar eller kretsar som formats på skivan. I ett dylikt system för direkt exponering är nätet monterat i en projektionskamera, som är placerad ovanför ett stativ, vilket håller skivan. En anordning eller krets på skivan är inriktad under kameran och exponeringen för denna krets utförs genom nätet, Skivan framstegas därefter till nästföljande kretsposition, exempelvis genom förflyttning av stativet på lämpligt sätt i riktning för raden eller kolumnen.

Nästföljande krets exponeras därefter genom nätet. Processen upprepas för var och en av de många kretsarna eller anordningarna på skivan.

Denna metod med direkt exponering och framstegning av skivan kan totalt eliminera de felinriktningsproblem som förbundits med framställning med den mask som har ett flertal bilder och användning av denna mask samtidigt för att exponera alla kretsarna på en gång. Den erbjuder fortfarande en ytterligare fördel genom att storleken av det nät som används för att exponera bilden kan vara väsentligt större (exempelvis 5 eller 10 gånger större) än den verkliga storleken av den krets som framställts. Detta står i motsats till metoden med multipelbildmask, vid vilken de individuella bilderna har ett 456 873 storleksförhållande ett-till-ett med kretsarna eller anordningarna på skivan.

Användningen av ett dylikt, förstorat mönster för att göra exponeringen på skivan genom optisk storleksreduktion medför möjligheten att alstra bildgeometrier med mindre dimensioner än som kan uppnås genom en maskningsoperation i skala ett-till-ett.

Vissa problem uppträder vid ett system med direkt exponering och framstegning av skivan. Dessa hänför sig huvudsakligen till inriktning av nätbilden med tidigare exponerade mönster på skivan. I tidigare kända system utfördes endast en inriktning för varje maskningsoperation, oberoende av hur många individuella nätexponeringar som utförts. Ett par inriktningsmål placerades på motställda sidor av skivan, antingen före eller under initialmaskningsoperationen. En stativtranslationsanordning med hög precision, typiskt med användning av en laserinterferometer, för rörelsekontroll användes då för att framstega skivan till varje grupposition mellan successiva exponeringar. Vid den nästföljande och varje successiv maskningsoperation användes en metod med indirekt förskjuten axel för att från början inrikta skivan med det nya nätet.

För att utföra detta var varje nät försett med ett par referensmål. Från början inriktades nätet manuellt till en referens vid ett parti av kameran med förskjuten axel med användning av detta referensmål. Därnäst placerades skivan på ett skivstativ och inriktades separat med samma referens med förskjuten axel i kameran. När successiva, individuella exponeringar utfördes, berodde rätt positionering av stativet på noggrannheten hos det mekaniska X-Y drivsystemet.

Ingen individuell inriktning i förhållande till kameran och nätet utfördes och ingen är heller möjlig. Dylik inriktning beror helt på den precision med vilken stativet kan styras av sitt positioneringssystem. Avsevärd möjlighet föreligger för införing av positioneringsfel.

Ett ändamål med föreliggande uppfinning är att åstadkomma ett förbättrat bildsystem med direkt exponering, framstegning och repetition, vilket övervinner nackdelarna hos den tidigare tekniken. Ett annat ändamål med uppfinningen är att anvisa ett system med direkt exponering, vid vilket inriktning av nätet och målet utförs genom kameraoptiken. Ett ytterligare ändamål är att åstadkomma en anordning, vid vilket ett individuellt inriktningsmål kan anbringas vid varje separat kretsplats på skivan och vid vilket en individuell inriktning kan utföras vid varje grupplats före varje exponering. 456 873 Ännu ett ändamål är att åstadkomma ett system med direkt exponering, vilket kompenserar tillstånd med skevhet, deformation eller olikformig tjocklek hos den skiva som exponeras. I detta avseende är ett ändamål med uppfinningen att åstadkomma en skivplattform och tillhörande mekanism för att automatiskt bringa ytpartiet av den skiva som exponeras till parallell inriktning med kamerans botten. Detta medverkar till perfekt fokus även om kameraoptiken kan ha ett grunt fältdjup. Ännu ett ändamål med uppfinningen är att åstadkomma en anordning för att noggrant förinrikta skivan på stativet både med avseende på rotation och längs ortogonala axlar. Sådan förinriktning eliminerar rotationspositioneringsfel hos skivan och medverkar till att erhålla noggrann framstegning genom gruppen.

Dessa och andra ändamål uppnås med en anordning av inledningsvis angivet slag med i krav 1 angivna kännetecken. Inriktning av en bild hos ett nätmönster och en föregående exponering på en halvledarskiva åstadkoms genom samma kameralinssystem som används för att utföra exponeringarna. Exponeringarna utför repetitivt och i sekvens med vid successiva grupplatser på skivan och ett lämpligt framstegningssystem för skivan används för att förflytta skivan mellan varje exponering.

En kamera är avsedd att direkt projicera en reducerad bild av ett kretsmönster, som innehålls på ett nät, på ett parti av en halvledarskiva. Under initialmaskningsoperationen används ett nät, som innehåller både ett I kretsmönster och ett inriktningsmål. Skivans stegmekanism används stegvis för att förflytta skivan genom en grupp av platser. Vid varje sådan plats exponerar kameran skivan för en bild av nätkretsmönstret och inriktningsmålet.

Efter det att de lämpliga processtegen för halvledarskivan har utförts, återförs skivan till anordningen enligt uppfinningen för en efterföljande maskningsoperation genom ett andra nät. Detta nät innehåller ett annat kretsmönster och ett inriktningsmönster, som har en profil, vilken är komplementär med det inriktningsmål som tidigare exponerats vid varje grupplats på skivan. Skivans steganordning förflyttar åter skivan stegvis till samma gruppositioner som tidigare använts. Vid varje sådan position kan en inriktningsoperation utföras med användning av inriktningsmålet på skivan, inriktningsmönstret på det andra nätet och samma kameralinssystem används för att utföra varje exponering.

Ett system anges för att noggrant förinrikta skivan under kameran, innan operationen med framstegning och repetition utförs. Detta förinriktningssystem 456 873 utnyttjar ett luftmätdon för att finna motställda kanter av skivan, från vilka ortogonala centrumlinjer hos skivan bildas. En unik fästanordning finns, vid vilken den skivstödande plattformen kan vridas kring sin vertikala axel, utan någon linjär rörelse längs stödbordets X-Y- axlar. Denna anordning tillåter noggrann korrektion av eventuella rotationsfel i skivans förinriktning.

Luftmätsystemet används även i förbindelse med ett sfäriskt luftlagerstöd för skivplattformen för att åstadkomma parallell inriktning av ett parti av skivans yta och ett referensplan genom kameran. Genom åstadkommande av ett sådant parallellförhållande elimineras fokuserings- eller fältdjupsfel, som annars kan uppkomma genom deformation av skivan eller olikformig tjocklek hos denna.

I det följande ges en detaljbeskrivning av uppfinningen med hänvisning till bifogade ritningar, på vilka lika hänvisningssiffror betecknar motsvarande delar i de olika ritningsfigurerna. Ritningarna är icke med nödvändighet skalenliga.

På ritningen visar fig 1 en perspektivbild av steg- och repetitionssystemet vid anordningen enligt uppfinningen för direkt fotoexponering av en halvledarskiva, fig 2 en planvy uppifrån av en skiva, som exponeras med användning av systemet enligt fig 1, fig 3 en planvy uppifrån av ett nät, som innehåller den initialbild som skall exponeras på den skiva som behandlas. Detta nät innehåller ett korsformigt inriktningsmål, som exponeras på skivan vid varje bildposition, såsom visas i fig 2, _ fig 4 en planvy uppifrån av ett nät som används vid ett senare processteg.

Det innehåller ett komplementärt format mål, som används fär att inrikta bilden hos detta nät med det mål som tidigare anbragts på skivan med användning av nätet enligt fig 3. i Fig 5 visar en schematisk bild av den bildinriktningsanordning som används i systemet enligt fig 1. Den virtuella bilden av det mål som innehålls på skivan inriktas med det komplementärt formade målet på nätet enligt fig 4 genom användning av ett observationssystem, som fungerar direkt genom huvudkameraoptiken.

Fig 6 visar en detaljbild av den virtuella bilden av skivans inriktningsmål som är överlagrad på nätinriktningsmönstret, sedd genom det optiska systemet enligt fig 5, Fig 7 visar en sektion av skivans stödstativ och skivytans parallellinriktningssystem, som utnyttjas i systemet enligt fig 1.

Fig 8 visar en schematisk bild av rotationsmekanismen för det i fig 7 visade stativet, 456 873 fig 9 och 10 visar schematiska bilder av förinriktningen av skivan, före dess framstegning och repetitionsexponering, samt fig 11 visar en detaljbild, liknande fig 6 under förinriktningsprocessen.

Följande beskrivning gäller det bästa för närvarande använda sättet att tillämpa uppfinningen. Beskrivningen bör icke tas i begränsande syfte utan är endast avsedd att illustrera de allmänna principerna för uppfinningen, emedan uppfinningens område bäst definieras av efterföljande patentkrav.

Systemet 10 enligt fig. 1 används för att direkt och repetitivt exponera partier av en halvledarskiva 11 (fig. 2) för en bild, som innehålls på ett nät 12 (fig. 3) eller 13 (fig. 4). Såsom beskrivs nedan i förbindelse med fig. 5, utförs inriktningen av varje ny bild med ett mönster, vilket tidigare placerats på skivan 11 genom samma kameraoptik 14, som används för den direkta exponering- en av varje nätbild. Apparaten 10 kallas sålunda ibland för repetitionsapparat med "enkel lins".

Systemet 10 är monterat på ett massivt granitblock 15, som hålls av tre stöd 16. Blockets 15 massa isolerar apparaten 10 från yttre vibrationseffekter.

En kassett 17, som innehåller skivor, vilka skall exponeras, är placerad i en modul 18 för laddning och urladdning. En skiva åt gången uttas automatiskt från kassetten 17 och transporteras på satser av o-ringsband 19 till en förinrikt- ningsstation 20. Där centreras skivan 11 mekaniskt över en spindel 20', vid vilken skivan hålls av ett vakuum. Spindeln 20' vrids därefter, till dess en platt kant 11f av skivan 11 (fig. 2) är i en känd orientering. Skivan 11 sägs då vara "förinriktad“.

Den förinriktade skivan 11 lyfts därefter från spindeln 20' av vakuumchucke hos en transportmekanism 21. Denna mekanism förflyttar skivan 11 längs en skena 22, till dess den befinner sig över ett stativ 23 (bäst visat i fig. 7), som används för att stöda skivan under exponeringsprocessen. Skivan sänks från transportmekanismen 21 på stativet 23, där den åter fastspänns på plats av vakuum.

Stativet 23 är rörligt längs två ortogonala X-Y axlar genom ett precisions- system 24 för X-Y drift. En konventionell laserinterferometer 25 används i för- bindelse ned drivsystemet 24 för att uppnå mycket noggrann X-Y positionering av stativet 23. Efter fullständig exponering av en skiva 11 används transportmeka- .nismen 21 för att avlägsna skivan från stativet 23 och transportera den tillbaka på D-ringsbandet 19. Dessa band driver skivan 11 till en annan kassett 17', i vilken de exponerade skivorna staplas automatiskt.

Direktexponeringsprocessen med framstegning och repetition utförs, med skivan 11 placerad på stativet 23. Exponeringen utförs med det lämpliga nätet 12, 13 monterat i en näthållare 28, som är svängbart fäst vid ett stöd 29 nära 456 873 apparatens 10 överdel. Ett flertal olika nät 12, 13 kan vara förmonterade i mot- svarande öppningar 28' i hållaren 28 och vridas i läge i en kamera 30 efter behov.

Kameran 30 (fig. 1 och 5) innehåller en vertikalt monterad, väsentligen cylindrisk kamerastomme 31, vilken innehåller lämplig optik 14, för att fokusera en bild av nätets 12, 13 mönster på den skiva 11 som är monterad på stativet 23.

Optiken 14 är i och för sig känd och kan utnyttja en eller ett flertal linser för att åstadkomma den erforderliga fokuseringsoperationen. En exponeringslampa 32 med hög intensitet används såsom en ljuskälla, typiskt vid 4360 Å, för att exponera fotoresist på skivan 11.

Nätet kan i användning automatiskt inriktas med kameraoptiken 14 genom att varje nät 12, 13 förses med ett med en sats av kamerainriktningsmärken 33, 33'.

En lämplig mekanism, (ej visad), som är anbragt i ett hus 34 kan användas för att detektera märkena 33, 33' och styra rörelsen av näthållaren 28 och/eller dess stöd 29, för att placera nätet 12, 13 noggrant i förhållande till kamerans 30 optik.

Såsom ovan beskrivits, undergår varje skiva 11 en serie av steg för anord- ningsfabrikation, av vilka vissa kräver separat masknings- eller mönsterexpone- ringssteg. Under initialmaskningsoperationen används nätet 12 (fig. 3). Endast detta första nät innehåller ett korsformigt inriktningsmål 35, av vilket en bild exponeras på skivan 11 samtidigt med exponeringen av ett mönster 36, som inne- hålls på samma nät 12. “ Med användning av en direktexponeringsoperation med framstegning och repe- tition framställs ett flertal bilder av mönstret 36 och det korsformiga inrikt- ningsmålet 35 i en önskad grupp 37 på skivan 11 (fig. 2).

För detta ändamål positioneras stativet 23 från början vid ett valfritt ställe under kameran 30. Med användning av exponeringslampan 32 utförs en första exponering genom nätet 12 för att på skivan 11 alstra en bild 36-1 av nätmönst- ret 36 och en bild 35-1 av detkorsformiga inriktningsmålet 35. Drivsystemet 24 används därefter i förbindelse med laserinterferometern 25 för att förflytta stativet 23 en specifik sträcka längs X och/eller Y axeln till en ny position, vid vilken nästföljande bild exponeras. Skivan 11 kan exempelvis framstegas läng Y-axeln endast till nästföljande position, vid vilken mönsterbilden 36-2 och målbilden 35-2 exponeras. På likartat sätt framstegas skivan 11 repetitivt och exponeras, till dess hela mönstergruppen 37 har åstadkommits. Vid denna tidpunkt transporteras skivan 11 bort från stativet 23 och in i modulen 17'.

Efter det att de lämpliga halvledarprocesstegen har utförts, återförs skivan ll till apparaten 10 för nästföljande maskningsoperation. Denna operation 456 873 10 utnyttjar nätet 13 (fig. 4), som har ett inriktningsmönster 40, vilket med fördel har en profil, som är komplementär med nätets 12 inriktningsmål 35. I den visade utföringsformen består mönstret 40 av fyra L-formiga element 40', som är anordnade att bilda en öppen, korsformig area 40“, vilken profil motsvarar inriktningsmålet 35. Nätet 13 innehåller även ett nytt mönster 41, som är olika mönstret 36 men måste exponeras på skivan 11 i noggrant överlappande inriktning med var och en av de första bilderna 36-1, 36-2 etc, som framställts med använd- ning av det första nätet 12. W För att åstadkomma detta monteras nätet 13 i hållaren 26 och positionera i kameran 30. Märkena 33' används för att inrikta nätet 13 med kameraoptiken 14.

Stativet 23, som innehåller skivan ll med det tidigare exponerade mönstret 37, positioneras därefter så att en viss av de tidigare bilderna (exempelvis bilden 36-1) är under kameran 30. Det sätt på vilken detta utförs beskrivs nedan.

Därnäst används mönstret 40 och den förut exponerade bilden av målets 35 inriktning för att åstadkomma perfekt överlappningsinriktning mellan en bild av nätmönstret 41 och den förut exponerade bilden av mönstret 36. För detta ändamål observeras en virtuell bild 35-1' (fig 6) av skivans inriktningsmål 35-1 direkt genom kameraoptiken 14. Stativet 23 förflyttas på lämpligt sätt så att denna virtuella bild 35-1' av målet 35-1 (som tidigare framställts på skivan 11) är noggrant inriktad med inriktningsmönstret 40 på nätet 13. När den önskade inriktningen uppnåtts, kommer det överlappande inriktningsmönstret 40 och den virtuella bilden av målet 35-1' ha det utseende som visas i fig 6, sett genom kameraoptiken 14. När denna inriktning uppnåtts, tänds lampan 32 för att expo- nera skivan 11 för en bild av mönstret 41. Perfekt inriktning är uppnådd.

Stativet 23 förflyttas därefter längs X och/eller Y axeln till nästföljande bildposition och processen upprepas.

För att underlätta denna inriktningsoperation används en separat ljuskälla 42 med låg intensitet för att belysa skivans inriktningsmål 35-1 genom kameraoptiken 14, såsom visas i fig 5. Ljuskälan 42 kan ha tillräckligt låg intensitet så att den icke väsentligt exponerar fotoresistet på skivan 11.

Ljuskällans våglängd kan vara densamma som hos blixtlampan 32 med hög intensitet. Ljus 43 från lampan 42 passerar genom en strålklyvare 44 och genom mönstret 40 på nätet 13 för att alstra belysningen vid platsen för målet 35-1.

Den virtuella bilden av skivans inriktningsmål 35-1 projiceras tillbaka genom reduktionslinsen 14 och fokuseras vid nätets 13 plan. Den virtuella bilden av inriktningsmålet 35-1 och mönstret 40 observeras smtidigt genom optiken 49 via strålklyvare 44, ett prisma 45 och en videokamera 46, vilka visas schematiskt i fig 5 och innehålls inom ett hus 47 i fig 1. Mikroskopssiktoptik 48 kan vara 456 873 11 förbunden med kameran 46. När inriktning uppnåtts, kommer den bild som produceras på en videoskärm (ej visad) i förbindelse med videokameran 46 att ha det utseende som visas i fig 6.

Efter exponering av varje bild av mönstret 41 på ett av de föregående mönstren 36-1, 36-2 etc, används drivsystemet 24 och laserinterferometern 25 för att förflytta stativet 23 och skivan 11 så att det nästföljande mönstret i gruppen 37 är i position för exponering. Avståndet och riktningen för rörelsen från steg till steg kommer typiskt att motsvara de avstånd och riktningar som används för att framstega skivan 11 när initialgruppen 37 exponerades från nätet 12. Vid varje steg kan den virtuella mönsterbilden (ex.vis bilden 35-1' ) av det motsvarande målet 35-1, 35-2 etc observeras med användning av ljuskällan 42 och videokameran 46. En konventionell spak eller annat styrdon (ej visat) kan användas i förbindelse med drivsystemet 24 och laserinterometern 25 för att tillåta en operatör att fininställa stativets 23 position, så att perfekt målinriktning uppnås (såsom den i fig 6 visade). Detta kan utföras för varje individuell exponering i gruppen 37. Om positioneringsförmågan hos drivsystemet 24 och interferometern 25 är tillräckligt noggrann, behöver alternativt endast visuell återinriktning utföras en gång, två gånger eller endast några få gånger för varje rad eller kolumn i gruppen 37 i stället för vid varje position. Genom att anbringa ett individuellt inriktningsmål 35-1, 35-2 etc vid varje grupposition ges möjligheten att utföra en inriktning individuellt för varje exponering.

Typiskt kommer kameraoptiken 14 att ha ett mycket grunt fokaldjup. Om skivans 11 tjocklek är olikformig, kan den bild som alstras av kameran 30 på ett parti av skivan 11 vara i fokus, medan den bild som alstras vid ett annat ställe kan vara utanför fokus. Om detta är fallet, kan de fulla möjligheterna hos systemet 10 för fininställning och hög upplösning gå förlorade. Skivans nivåinställningssystem, som illustreras i fig 7, är avsett att eliminera detta problem, som kan uppkomma genom att skivan själv har en kilformig tvärsektion eller emedan skivan har deformerats under behandlingen.

Med hänvisning till nämnda figur innehåller stativet 23 ett rörligt bord 50 som självt drivs längs X och Y axeln av drivsystemet 24 och interferometern 25. ömsesidig förbindelse nellan bordet 50 och drivsystemet 24 är konventionell och är utelämnad från ritningarna för tydlighetens skull. På bordet 50 är monterat det stationära fundamentet 51 hos ett sfäriskt luftlagerstöd för en plattform 53 Plattformen 53 är fäst med bultar 54 vid ett väsentligen halvsfäriskt lager 55, som vilar i den halvsfäriska, konkava övre ytan 56 av basen 51. Skivan l1', som exponeras, hålls med vakuum vid plattformens 54 överdel. 456 875 12 En serie 57, 58, 59 av ringformiga spår är utformade på lagrets yta 56.

Spåret 57 kommunicerar via en kanal 60 i basen 51 med ett anslutningsdon 61, som är förbundet med ett vakuum. Spåret 58 är avluftat till atmosfärstryck via en avluftningskanal 62 genom basen 51. Med anordningen kommer ett vakuum, som utövas på anslutningsdonet 61, att bringa lagret 55 och plattformen 53 att hållas fast på plats i förhållande till basen 51. Vakuumkanalen 60 kommunicerar även via kanalen 63 genom lagret 55 och plattformen 53 med en eller flera öppningar på den övre ytan av plattformen S3 under skivan 11'. Med denna anordning kommer samma vakuum, som utövas på anslutningsdonet 61, även att hålla skivan 11' fast på plats ovanpå plattformen 53. En alternativ konstruktion kan ha skivans hållvakuum tillfört separat från det vakuum som används för att hopklämma de två halvorna av luftlagret.

Spåret 59 kommunicerar via en kanal 64 med ett anslutningsdon 65, vilket är fäst vid en källa för luft eller annan gas under positivt tryck. Normalt tillförs ett vakuum kontinuerligt vid anslutningsdonet 61. När det är nödvändigt att ändra plattformens 53 orientering, tillförs gas under tryck till anslutningsdonet 65. Trycket hos denna gas, som tillförs via spåret 59 till den inre ytan 56 av basen 51, övervinner hållkraften av vakuumet och bildar ett luftstöd för lagret 55. Såsom resultat härav kan lagret 55 och plattformen 53 inställas i förhållande till basen 51 genom applicering av en mycket liten kraft på plattformen 53 eller skivan l1'. När den önskade plattformsorienteringen har uppnåtts, frånkopplas den trycksatta gasen från anslutningsdonet 65 och vakuume låser omedelbart lagret 55 på plats i förhållande till basen 51.

Denna stödmekanism 52 för luftlagret används för att underlätta parallell- inriktningen av den övre ytan 1lT hos skivan ll' med ett referensplan, såsom planet vid den nedre änden 3lL av kamerahuset 31. För detta ändamål finns inuti huset 31 ett flertal (typiskt tre) luftkanaler 68, 68'. Med fördel är dessa åtskilda kring husets 31 periferi, exempelvis med 120” intervall. En källa (ej visad) för luft eller annan gas under tryck är ansluten till de övre ändarna av kanalerna 68, 68'. En del av denna luft avviker via de öppna, nedre ändarna 68a, 68a' av kanalerna 68, 68' till bildande av en grupp av luftstrålar 69, 69'.

Trycket av luften i var och en av kanalerna kan avkännas genom en motsvarande trycksensor 70, 70', som innehålls i huset 31.

För att åstadkomma parallellinriktning av skivan l1', tillförs luft under tryck till anslutningsdonet 65, så att plattformen 53 och skivan 11' är fria att förflyttas på det sfäriska luftlagerstödet 52. Kamerastommen 31 sänks då mot skivan ll med luft under tryck tillförd till kanalerna 68 och 68'. De resul- terande luftstrålarna 69, 69' utövar en kraft på skivan 11' och plattformen 53. Om skivans yta lll icke är parallell med huset och 1lL, kommer den kraft som F» 456 873 13 utövas av de individuella luftstrålarna 69, 69' icke att vara lika. Till följd härav kommer de olika krafterna att bringa skivan 11' och plattformen 53 att förflyttas i förhållande till det sfäriska luftlagerstödet 52, till dess ett jämviktstillstånd uppnås, vid vilket den kraft som utövas av alla luftstrålarna 69, 69' är lika. Detta komer att inträffa, när avståndet mellan kanalöppningarna 68a och 68a' samt skivans 11' yta är lika, dvs det kommer att inträffa, när skivans övre yta 11T är parallell med husets botten 11L. Detta tillstånd avkänns genom uppträdande av lika mottryck vid alla sensorerna 70, 70'. Lämpliga styrkretsar (ej visade) som är påverkbara av detta lika mottryckstillstånd, bringar tillförseln av lufttryck till anslutningsdonet 65 att avbrytas. Till följd härav kommer lagret 55 att omedelbart låsas av vakuum vid basen 51, som därigenom styvt håller plattformen 53 och skivan 11' i den önskade positionen, med den övre ytan lll parallell med kamerabotten 31L.

Fig. 7 är icke nödvändigtvis ritad i skala. Den kilformiga tvärsektionen av skivan 11 har överdrivits för tydlighetens skull. I praktiken kan dessutom husets 31 diameter vara väsentligt mindre än skivans ll' diameter. Parallellin- riktningen kan sålunda utföras över en relativt mindre area av skivan 11' än som illustreras i fig. 7. Parallellinriktningen kan utföras före varje exponering eller kan utföras endast en gång eller några få gånger under stegningen och den upprepade exponeringen av hela skivan 11.

Systemet enligt fig. 7 eller en på likartat sätt utnyttjad serie av strålar med en annan fysisk placering kan även användas för att utföra en mycket noggrann fokusering av kameran 30, när en gång den ovan beskrivna parallellin- riktningen har uppnåtts. Luftstrålarna 69, 69' och mottryckssensorerna 70, 70' används även för att åstadkomma sådan fokusering.

Exakt fokus uppnås när kamerans optiska system 14 är anbragt på ett noggrant avstånd från skivans övre yta 11T. Vid detta avstånd kommer ett visst mottryck att finnas vid sensorerna 70, 70'. Fokusering kan sålunda uppnås genom gradvis sänkning av kamerakroppen 31 mot skivan ll' under övervakning av den mottrycksnivå som detekteras av sensorerna 70, 70'. När kamerakroppen sänks, kommer detta mottryck att ökas i enlighet härmed. När det förutbestämda tryck som motsvarar avståndet för exakt fokus detekteras, avbryts nedåtriktad för- flyttning av kroppen 31. Perfekt fokus är uppnått. Denna fokuseringsoperation kan utföras före varje individuell exponering i gruppen 37.

Avkänningssystemet för luftstrålens mottryck eller det "luftmått" som just beskrivits i förbindelse med skivans nivåinriktning och fokusering kan även användas såsom ett hjälpmedel för automatisk, noggrann förinriktning av skivan 11. Före utförande av initialexponeringen med användning av nätet 13 förinriktas 456 873 l4 skivan 11, såsom ovan beskrivits, och inställs i ett läge i vilket bilden 40a (fig. 6) bör vara helt nära inriktningsmålet 35-1 på skivan 11. Om skivan 11 är rätt förinriktad, kommer målet 35-1 att uppträda inom videokamerans 46 siktfält.

Detta synfält är emellertid mycket litet (av storleksordningen 1,3 mm2) så att noggrann förinriktning erfordras för att säkerställa att målet 35-1 kommer att uppträda inom kamerans 46 synfält. Dessutom är det väsentligt att skivans 11 vinkelorientering på stativet 23 är korrekt, exempelvis inom orten för målen 35- 1, 35-2 etc, som är inriktade parallellt med X och Y axlarna hos drivsystemet 24. Detta är nödvändigt så att när skivan ll framstegas längs Z och eller Y axlarna mellan successiva exponeringar, varje successivt mål 35-2, 35-3 etc kommer att i tur och ordning uppträda inom videokamerans 46 synfält.

Såsom ovan beskrivits utförs en förinriktning av skivans platta kant llf vid den förinriktade stationen 20. När skivan 11 placeras på stativet 23, inriktas den platta kanten llf grovt med en av axlarna (typiskt X axeln) hos drivsystemet 24. En av luftstrålarna i kamerahuset 31 (exempelvis luftstrålen 69 och den tillhörande trycksensorn 70) används därefter för att bestämma skivans ll centrum. Detta förfarande illustreras i fig. 9.

Först förflyttas stativet 23 parallellt med Y axeln, till dess luftstrålen 69 är belägen längs en godtycklig linje 75 (fig. 9), vilken är parallell ned X axeln men åtskild på avstånd från skivans 11 horisontella centrumlinje 76.

Därefter används drivsystemet 24 för att förflytta stativet 23 parallellt med dess X axel 73, till dess platserna för skivans kanter 75 L och 75 R detekteras.

Stativet 23 kan exempelvis först transporteras åt höger i fig. 9 så att linjen 75 definierar banan för luftstrålen 69 i förhållande till den rörliga skivan 11.

När skivans 11 kant 75L uppnås, kommer det mottryck som detekteras av sensorn ll att omedelbart minskas. Sensorn 70 kommer att sända en motsvarande signal till en dator (ej visad), vilken i förbindelse med laserinterferometersystemet 25 kommer att bilda en plats eller en referensposition för kantpunkten 75L längs linjen 75. Stativet 23 förflyttas därefter i den motsatta eller vänstra riktningen och luftstrålen 69 och sensorn 70 används för att detektera positione för den motställda kanten 75R. När dessa två positioner är kända, divideras den motsvarande längden utmed linjen 75 (dvs sträckan mellan kantpunkterna 75L och 75R) med två (av datorn) för att bilda läget för mittpunkten 75c längs linjen. 75. Detta mätförfarande upprepas med fördel ett flertal gånger längs olika linjer 77, 78, som är parallella med linjen 75. Såsom resultat kommer en grupp av punkter 75c, 77c, 78c att bestämmas, vilkas medelplaceringar kommer att bilda en vertikal centrumlinje för skivan 11. Denna process kommer även att eliminera fel, som kan införas, om exempelvis ett urtag eller en oregelbundenhet skulle 456 873 15 finnas längs skivans 11 kant, där den skärs av en av linjerna 75, 77 eller 78.

Därnäst används sama process i den ortogonala riktningen för att lokalisera centrumlinjen 76. För detta ändamål förflyttas stativet 23 parallellt med X axeln 73, till dess luftstrålen 69 är belägen längs en vertikal linje 81 (fig. 9), vilken icke skär planet 11f. Stativet 23 förflyttas därefter endast parallellt med sin Y axel och luftstrålen 69 och sensorn 70 används för att lokalisera punkterna 81T och 81B, vid vilka linjen 81 skär skivans 11 överdel.

Datorn och laserinterferometern 25 samverkar åter för att erhålla dessa mått och beräkna centrum 81c av linjen 81. Processen upprepas sedan vid en eller flera vertikala linjer 82 för att erhålla en eller flera centrumpunkter 82c. Punkterna 81c, 82c definierar därefter läget av den horisontella centrumlinjen 76. Skär- ningen 83 mellan centrumlinjerna 76 och 79 definierar därefter skivans 11 centrum. Detta innebär att den exakta placeringen av centrum 83 nu åstadkommits i förhållande till en valfri referenspunkt för X och Y axlarna 73, 74, med avseende på vilka drivsystemet 24 och laserinterferometern 25 inställer bordet 23.

Under initialmaskningsoperationen för skivan 11 med användning av nätet 12 utförs framstegnings- och repetitionsinställningen, vilken bestämmer gruppen 37 (fig 2), med fördel i förhållande till centrumpunkten 83 och de centrumlinjer 76 och 79 som åstadkommits under den ovan i anslutning till fig 9 beskrivna proceduren. För varje efterföljande maskningsoperation med användning av ett nät 13 används emellertid med fördel en ytterligare förinriktningsprocedur, illustrerad i fig 10 och 11,för att eliminera eventuella rotationsfel i skivans 11 inställning. Med nätet 13 på plats bildas centrum 83 av skivan 11 på ovan beskrivet sätt. Om ett rotationsfel föreligger, kommer de bildade centrumlinjerna 76 och 79 icke att vara parallella med de X och Y axlar till vilka inriktningsmålen 35-1, 35-2 etc i gruppen är hanförda. För att korrigera detta rotationsfel används systemet 24 först för att driva skivan 23, till dess ett visst inriktningsmål 35c (fig 10) nära skivans 11 centrum är beläget under kameran 30 vid ett ställe, vid vilket, om förinriktningen vore perfekt, bilden 40a av inriktningsmålet 40 kommer att sammanfalla med detta. Emedan detta mål 35-C är nära skivans 11 centrum 83, även om ett relativt avsevärt rotationsinställningsfel hos skivan skulle föreligga, bör målet 35-C uppträda inom videokamerans 46 synfält.

Operatören kan sedan använda en lämplig manuell styranordning, såsom en spak (ej visad), för att bringa drivsystemet 24 att förflytta stativet 23 längs X och/eller Y axlarna 73, 74, till dess inriktningsmålet 35-C är i nära inriktning med bilden 40a av mönstret 40 på nätet 13. Vid denna tidpunkt kan operatören 456 873 16 intrycka en knapp (ej visad) för att bringa den tillhörande datorn att registrera detta läge hos målet 35-C.

Därnäst förflyttas stativet 23 längs antingen X eller Y axeln till det förväntade läget för ett annat inriktningsmål 35-D, som är längre från skivans centrum 83. Om ett rotationsfel finns, kommer förhållandet mellan målbilden 40a och inriktningsmålet 35-D att vara lika med det som visas i fig 11. Operatören g använder åter spaken eller liknande styrdon för att förflytta stativet längs X och Y axlarna, till dess inriktningsmålet 35-D är centrerat i förhållande till inriktningsbilden 40a. Vid denna tidpunkt inmatas den nya skivpositionen i datorn.

I Det är uppenbart att, när denna operation upprepas, X axel och/eller Y axelkorrektionerna, vilka är nödvändiga vid varje punkt, för att inrikta målen 35-C, 35-D etc, direkt indikerar rotationsfelet Å i skivans 11 inställning. Efte trigonometrisk beräkning av,D kan mekanismen enligt fig 8 användas för att vrida basen 51 och plattformen 53, som uppbär skivan 11, i förhållande till skivans ' centrum 83 genom en motsvarande vinkel ø. Detta kommer att eliminera skivans rotationsinställningsfel.

För att åstadkomma denna ß korrektion är basen 51 monterad ovanpå bordet 50 på ett sätt, som tillåter en mycket fin vinkelrotation av basen, utan någon sammanhängande translationsrörelse längs X eller Y axlarna. För detta ändamål innehåller basens 51 undersida ett cylindriskt urtag 85, inuti vilket ändarna 86 av tre böjningsarmar 86-1, 86-2, 86-3 är fästa. De yttre ändarna 86b av dessa armar 86 är förbundna genom kopplingar 87 med bordet 50. Varje arm sträcker sig genom en motsvarande slits 88 genom basens 51 cylindriska, nedre vägg. En styv arm 89 är fäst vid och sträcker sig utåt från basen 51.

När de yttre ändarna 89a av armen 89 förflyttas åt vänster eller höger i fig 8, kommer med denna anordning basen 51 och plattformen 53 att rotera kring basens 51 vertikala centrumaxel. Denna rotationsrörelse upptas genom böjning av alla armarna 86. Armarna 86 kommer emellertid att hindra basen från att för- flyttas i sidled (dvs parallellt med antingen X eller Y axeln) i förhållande till bordet 50. En ren rotationskorrektion uppnås.

Rörelse bibringas armen 89 av en motor 91, som vrider en axel 92, vilken har ett skruvgängat parti 93. Axelns 92 ände är lagrad i ett lager 94, som är fäst vid bordet 50.

Axeln 92 ingriper med gängor i det inre av en öppning genom en ände av en styv arm 95, vars andra ände är svängbart fäst genom en kardanknut 96 till en kopplingsarm 97, vilken i sin tur är förbunden med armens 89 yttre ände 89a genom en annan kardanknut 98. Balken 95 är svängbart fäst i förhållande till bordet 50 genom en styv koppling 99, vilken är svängbart förbunden med armen 95 genom en kardanknut 100.

U 456 873 När motorn 91 drivs i en riktning (ex.vis medurs) bringar med denna anordning gängorna 93 armen 95 att svängas kring fästet 100 så att därigenom rörelse åt vänster e11er höger via armen 97 bibringas armen 89. Ti11 följd härav kommer basen 51 och piattformen 53 att vridas i en motsvarande vinkeïriktning.

Motriktad rotation av motorn 91 åstadkommer sammanhängande vridning av basen i en motsatt riktning. En kodare 101, som är förbunden med axeïn 92, aïstrar en utsignaï, vi1ken indikerar utsträckningen av motorns 91 rotation och föijaktiigen indikerar det vinkeivärde med viïket basen 51 har vridits.

Motorn 91 kan styras automatiskt av datorn (ej visad), som används på ovan beskrivet sätt, för att bestämma rotationsinstäiïningsfeiet ß hos skivan 11. När motorn ll strömsätts, kommer kodaren 101 att tiil datorn återmata en signai, som indikerar den rotation som bibringats basen 51. I beroende av denna signai kan motorn 91 på rätt sätt frånkoppias, när den önskade korrektionsvinkeïn p har uppnåtts. På detta sätt kan rotationskorrektion i skivans 11 positionering åstadkommas automatiskt och med mycket hög noggrannhet.

När en gång detta rotationspositioneringsfei har korrigerats, är det uppenbart att de effektiva centrumlinjerna 76 och 79 hos skivan 11 nu kommer att vara inriktade para11e11t med X och Y axiarna 73, 74 i förbindeise med stativet 23 och vidare att aïia inriktningsmåien 35-1, 35-2 etc även kommer att vara korrekt inriktade i förhåiïande ti11 stativets X och Y axlar. Under framstegnings- och repetitionsprocessen, om skivan 11 framstegas genom samma avstånd och riktningar som användes under initiaiexponeringen av skivan 11, för att aïstra gruppen 37 (fig 2), kommer i enïighet härmed mönsterbiïden 40a att i varje faii vara mycket nära det motsvarande inriktningsmåiet 35-1,'35-2 etc.

Mindre korrektioner kan utföras av operatören vid behov med användning av spaken Perfekt inriktning av mönstrets 41 biid från nätet 13 med de förut exponerade biiderna 36-1, 36-2 etc kommer att uppnås vid varje grupposition.

Claims (3)

Patentkrav 456 873 18

1. Anordning för användning i ett steg- och repetitionssystem för direkt exponering av halvledarskivor, innefattande positionsinställningsorgan, = k ä n n e t e c k nya d av ett stativ (23), på vilket halvledarskivan (11) är 7 monterad, en stativdrivanordning (24) för att förflytta stativet längs ortogonala X och Y axlar, luftstrålanordningar (68,68'), som är anbragta ovanför skivan (11), för att rikta en stråle (69) av tryckluft mot skivan (ll), vilka luftstrålanordningar innefattar en första sensor (70), för att avkänna backtrycket hos den riktade luften, samt styranordningar för att bringa stativdrivanordningen att förflytta stativet parallellt med en ena av de ortogonala axlarna och detektera positionerna av de motstående kanterna av skivan (11) längs nämnda ena axel genom avkänning av ändringen i backtryck hos den riktade luften, när strålen (69, 69') av luft förflyttas över de motstående kanterna, varefter styranordningarna utnyttjar de detekterade kantpartierna för att bestämma läget för en första centrumlinje hos skivan, samt att exponeringssystemet innefattar en kamera (30) för att exponera en bild på skivan (ll), varvid luftstrålanordningarna innefattar ett flertal åtskilda luftstrålar (69, 69') som riktas mot skivans (11) yta, varvid var och en av luftstrålarna 'har en motsvarande backtryckssensor (70, 70') varjämte stativet (23) innefattar en fästplattform (53) för halvledarskivan (11), vilken är uppburen av ett luftlager (55) tillsammans med anordningar för att tillåta plattformen (53) och skivan (ll) att förflyttas i förhållande till luftlagret (55) under tryck, som utövas mot skivan av luftstrålarna, samt för att låsa luftlagret (55) i ändamål att hindra ytterligare förflyttning av plattformen (53) och skivan (11), när de backtryck som detekters av alla sensorerna (70, 70') är lika, vilket tillstånd indikerar parallellinriktning mellan ett parti av skivans (11) yta och ett referensplan hos kameran (30).

2. Anordning enligt patentkravet 1, k ä n n e t e c k n a d av att styranordningarna vidare bringar stativdrivanordningarna att framstega den fästa skivan stegvis till en förutbestämd grupp av platser i förhållande till kame- ran (30) samt att kameran exponerar bilden på skivan (ll) vid var och en av nämnda platser.

3. Anordning enligt patentkravet 1 eller 2, k ä n n e t e c k n a d av 3 att kameran (30) först exponerar skivan (ll) från ett första nät (12), som innehåller ett kretsmönster (36) och ett inriktningsmål (35), så att, efter det att skivan (11) har framstegats genom nämnda grupp av platser och exponeringen upprepats vid varje dylik plats, skivan (11) kommer att innehålla ett mönster 456 873 19 av exponerande kretsmönster, viïka vart och ett har ett ti11hörande exponerat inriktningsmåi (35-1), varefter kameran (30) exponerar skivan (11) från ett andra nät (13), som innehålier ett annat kretsmönster (41) och ett inriktnings- mönster (40), som är format kompïementärt med inriktningsmålet (35), varjämte anordningen innefattar inriktningsobservationsanordningar (44,45,46,48,49) för samtidig observation av varje mönsterpïats genom samma kameraïinssystem som används för att exponera skivan (11), det andra nätets inriktningsmönster (40), och en virtue11 biid av ett exponerat inriktningsmåï (35-1) på skivan (ll), viiket stativ är röriigt för att uppnå noggrann inriktning av den samtidigt observerade virtue11a biiden och mönstret, varvid kameran (30) utför den efterföïjande exponeringen när dy1ik noggrann inriktning har uppnåtts, så att den exponerade biïden av det andra kretsmönstret (41) kommer att vara i noggrant överiappande förhållande med det exponerade kretsmönstret på skivan (11) vid varje gruppiats.