Устройство для совмещения и экспонирования

Устройство для совмещения и экспонирования

Реферат

 

Изобретение относится к производству интегральных микросхем и полупроводниковых приборов, а именно к технологии ренгенолитографии, может быть использовано в установках для совмещения рисунка на маске с рисунком на подложке и экспонирования. Цель изобретения - повышение точности совмещения рисунков топологических слоев на подложке за счет снижения разброса величины рабочего микрозазора, вызванного клиновидностью подложкодержателя и подложки. Сущность изобретения: в механизме поступательного перемещения жесткое взвешивание платформы в одной из кареток выполнено на упругих металлических стержнях, расположенных в одной плоскости, параллельной рабочей поверхности подложки, что в свою очередь позволяет увеличить число степеней свободы обрабатываемого объекта. 1 з. п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к производству интегральных микросхем и полупроводниковых приборов, а именно к технологии рентгенолитографии, и может быть использовано в устройствах для совмещения рисунка на маске с рисунком интегральной схемы на подложке и экспонирования.

Операция совмещения рисунка на маске с рисунком на подложке является одной из самых трудоемких и ответственных операций при производстве полупроводниковых приборов и интегральных схем методом планарной технологии. От достигаемой точности совмещения зависит качество приборов, а также возможность изготовления приборов и схем с минимальными размерами элементов.

Совмещение рисунка на маске с рисунком подложки осуществляется путем относительных перемещений маски и подложки и может быть условно разбито на два этапа. На первом этапе рабочая поверхность подложки путем перемещения по трем координатам перпендикулярным ей (рабочей поверхности подложки) устанавливается параллельно рабочей поверхности маски, которая изначально установлена перпендикулярно ходу экспонирующего излучения, с некоторым зазором между ними (рабочими поверхностями).

На втором этапе, осуществляя взаимные перемещения маски и подложки по трем координатам в плоскостях из рабочих поверхностей, совмещают топологические рисунки на маске и подложке.

Известны устройства для совмещения и экспонирования (в которых рабочие поверхности маски и подложки расположены в горизонтальной плоскости), содержащие механизм создания плотного контакта между подложкой и маской, механизм поступательного перемещения в горизонтальной плоскости, механизм поворота вокруг вертикальной оси, механизм выравнивания рабочей поверхности подложки относительно рабочей поверхности маски, механизм вертикального перемещения и поджима, механизм образования зазора.

Поскольку подложки полупроводниковые пластины обладают клиновидностью и имеют довольно большой разброс по толщине, то для проведения операции совмещения топологических рисунков необходимо, чтобы устройство совмещения обеспечивало установление определенного зазора между рабочими поверхностями маски и подложки независимо от величины клина и толщины подложки.

С этой целью в устройствах-аналогах механизм выравнивания рабочей поверхности подложки относительно рабочей поверхности маски содержит гнездо, установленный в гнезде шаровой сегмент с выводными каналами, на котором крепится с помощью вакуумного присоса подложка.

Для установления рабочих поверхностей подложки и маски параллельно друг другу и создания зазора используют операции контактного наложения подложки и маски, при которой происходит поворот шарового сегмента в гнезде на некоторый угол, фиксацию сегмента в гнезде и последующую раздвижку рабочих поверхностей на величину рабочего зазора.

Поскольку поворот шарового сегмента происходит при воздействии на рабочую поверхность подложки "внешней механической силы" в точке соприкосновения маски и подложки, то данная операция приводит к быстром износу маски-фотошаблона (т. е. количество дефектов резко увеличивается с увеличением числа пропечаток) и повреждению слоя фоторезиста на подложке. Это приводит к снижению процента выхода годных приборов и снижению их надежности.

Наиболее близким техническим решением, выбранным в качестве прототипа, является устройство для совмещения и экспонирования, содержащее маску и подложку, зафиксированные на маскодержателе и подложкодержателе, которые установлены на соответствующих установочных столах, механизм поступательного перемещения подложки в плоскости ее рабочей поверхности и механизм взаимной ориентации рабочих поверхностей маски и подложки.

Механизм поступательного перемещения подложки в плоскости ее рабочей поверхности представляет собой двухкареточный двухкоординатный ортогональный стол. На основании закреплены привод и направляющие, которые служат для перемещения каретки (Х-каретки) по координате Х. На Х-каретке закреплены направляющие и привод, перемещающий каретку (У-каретку) по координате Y.

Для перемещения кареток по координатам Х и Y использованы шаговые двигатели. Передача движения от двигателя к каретке осуществляется через цилиндрическую беззазорную передачу и безлюфтовую винт-гайку качения.

Механизм взаимной ориентации рабочих поверхностей маски и подложки содержит (Z-каретку) с прижимом и упорами для установки подложкодержателя, закрепленную на пластинчато-пружинном параллелограмме на У-каретке. Платформа перемещается шаговым двигателем, который через червячный редуктор вращает кулачок-эксцентрик, толкающий платформу через шариковый подшипник. Механизм снабжен конечным фотоэлектрическим датчиком, который останавливает двигатель в "базовом" положении наибольшего давления подложки от маски, в случае любых перемещений кареток, с целью предотвращения возможных при этом контактов маски и подложки, могущих повлечь за собой полное разрушение маски.

Устройство совмещения и экспонирования, выбранное в качестве прототипа, имеет существенный недостаток, обусловленный отсутствием в устройстве механизма установления рабочей поверхности подложки параллельно рабочей поверхности маски. Главным образом изначальная клиновидность обрабатываемой подложки приводит к клину между рабочими поверхностями маски и подложки, т. е. возникает разброс величины рабочего микрозазора, что влечет за собой нежелательные деформации топологического рисунка в резистивном слое подложки в процессе литографии и в конечном счете снижает выход годных полупроводниковых и их надежность.

Цель изобретения повышение точности совмещения рисунков топологических слоев на подложке за счет более точного установления рабочего микрозазора исключающего его клиновидность.

Поставленная цель достигается тем, что в устройстве для совмещения и экспонирования, содержащем механизм поступательного перемещения подложки в плоскости ее рабочей поверхности, механизм взаимной ориентации рабочих поверхностей маски и подложки, включающий платформу с посадочным местом под подложкодержатель, платформа жестко взвешивается в одной из кареток механизма поступательного перемещения на упругих элементах, выполненных в виде металлических стержней, в количестве не менее трех штук, расположенных в одной плоскости, параллельной рабочей поверхности подложки, и на той же каретке частично или полностью монтируются четыре привода, обеспечивающие вращательное перемещение подложки в плоскости ее рабочей поверхности и вращательные и поступательное перемещения, перпендикулярные рабочей поверхности подложки.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемое устройство совмещения и экспонирования отличается конструкцией упругих элементов и способом крепления на них платформы и количеством независимых приводов, приводящих в движение платформу. Таким образом предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Анализ известных технических решений в исследуемой области позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в предлагаемом устройстве. Хотя сами по себе в отдельности отличительные признаки известны, однако их использование в совокупности с известными признаками позволило выполнить установочный стол подложки устройства совмещения и экспонирования с количеством кареток, равным прототипу, но при этом позволяющим обрабатываемому объекту (подложке) перемещаться в любом направлении и поворачиваться на любой угол.

Так в отличии от прототипа, имеющего три каретки обеспечивающие обрабатываемой подложке при помощи трех приводов перемещение по трем степеням свободы, предлагаемое устройство также имея три каретки обеспечивает обрабатываемой подложке при помощи шести приводов перемещение по шести степеням свободы (т. е. обрабатываемый объект может осуществлять в пространстве всевозможные перемещения).

Следует отметить, что увеличение числа степеней свободы обрабатываемого объекта достигнуто не только за счет увеличения количества приводов, но и за счет нового способа взвешивания платформы. Сочетание совокупности нового способа взвешивания платформы с увеличением количества приводов проявляет новое свойство появляются новые степени свободы перемещения обрабатываемого объекта, что снижает разброс величины рабочего микрозазора, вызванного клиновидностью.

Взвешивание платформы посредством закрепления на пластинчато-пружинном параллелограмме в одной из кареток, как это имеет место в прототипе, не позволяет увеличить количество степеней свободы путем увеличения количества приводов.

Упругие элементы совместно с приводами выполняют функции направляющих движения, что позволяет уменьшить число звеньев механизма взаимной ориентации рабочих поверхностей маски и подложки, что повышает жесткость манипулирования кареткой, также создает силовое замыкание для выборки зазоров в кинематических парах. Поэтому, такая конструкция позволяет увеличить число степеней свободы обрабатываемого объекта практически при этом же весе и габаритах установочного стола подложки.

Таким образом, данная конструкция механизма взаимной ориентации рабочих поверхностей маски и подложки предлагаемого устройства совмещения и экспонирования позволяет устанавливать рабочую поверхность подложки с любой изначальной клиновидностью параллельно рабочей поверхности маски, что дает необходимые технические предпосылки для более точного перенесения посредством рентгенолитографии топологического рисунка маски в резистивный слой подложки, повышая тем самым точность совмещения топологических слоев на подложке, что позволяет увеличить выход годных полупроводниковых приборов и их надежность.

Подобной конструкции механизма взаимной ориентации рабочих поверхностей маски и подложки в патентной и технической литературе не обнаружено при изучении данной и смежной областей техники и, следовательно, указанные отличительные признаки обеспечивают предлагаемому решению соответствие критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство для совмещения и экспонирования; на фиг. 2 механизм взаимной ориентации рабочих поверхностей маски и подложки; на фиг. 3 вид по стрелке А на фиг. 2 механизма взаимной ориентации рабочих поверхностей маски и подложки.

Устройство для совмещения и экспонирования содержит маску 1 и подложку 2, зафиксированные на маскодержателе 3 и подложкодержателе 4, которые установлены в посадочных местах установочного стола 5 маски и установочного стола подложки соответственно. Посадочное место установочного стола подложки под подложкодержатель 4 расположено на платформе 6, которая жестко взвешена на двенадцати упругих металлических стержнях 7, в каретке 8 установочного стола подложки, перемещающейся по координате Y. Направляющие и привод каретки 8 расположены на каретке 9, перемещающейся по координате Х. Каретка 8 приводится в движение двигателем 10, а каретка 9 двигателем 11. Четыре двигателя 12, 13, 14, 15 жестко крепятся к каретке 8 и приводят в движение платформу 6. Маскодержатель 3 размещается в посадочном месте на каретке 16 микроперемещений установочного стола 5 маски. Каретка 16 приводится в движение тремя двигателями 17. Устройство контроля за совмещением представляет двухфокусный микроскоп, микрообъективы 18 которого жестко закреплены в корпусе установочного стола 5 маски, пристыкованного к каналу 19 вывода синхротронного излучения (CИ) из накопительного кольца. Канал оборудован рентгенонепрозрачной дистанционноуправляемой заслонкой 20, приводимой в движение двигателем 21. Управляющие сигналы на двигатели 10, 11, 12, 13, 14, 15, 17, 21 подаются при помощи блока 22 управления, содержащего аналого-цифровой преобразователь (АЦП), для преобразования сигналов от различных датчиков, содержащихся в устройстве совмещения и экспонирования и миниЭВМ. электроника-60".

Питание на двигатели и на платы блока 22 управления подается с блока питания 23. Привода, расположенные (смонтированные) на каретке и обеспечивающие вращательные и поступательное перемещения платформы перпендикулярные рабочей плоскости подложки 2, идентичны между собой и содержат шаговые двигатели 12, 13, 14 каждый из которых через червячный редуктор вращает соответствующий кулачок-эксцентрик 24, приводящий в движение упругий стержень 25, жестко связанный с большим плечом рычага 26. Каждый из рычагов 26 имеет по два упругих элемента, одним из которых они жестко крепятся к каретке 8 другими к платформе 6.

Платформа 6 содержит (имеет) два выступа 27, жестко связанные со средними точками сильфонных пар 28, являющихся ведомыми элементами гидравлической передачи. Ведущими элементами гидравлической передачи являются сильфоны, подвижные донья которых приводятся в движение вследствие вращения двигателем 15 через червячный редуктор кулачка-эксцентрика (не показан).

Устройство для совмещения и экспонирования работает следующим образом. Очередная обрабатываемая подложка 1 фиксируется посредством электростатического прижима на подложкодержателе 4, который крепится на платформе 6. Каретки 8 и 9 передвигают подложку 2 в положение первого экспонируемого чипа, находящегося в центре рабочей поверхности подложки, при помощи двигателей 10 и 11. Установление рабочего микрозазора между рабочими поверхностями маски 1 и подложки 2, равного 30 мкм, производится при помощи трех двигателей 12, 13, 14, которые приводят в движение платформу 6 через систему независимых приводов. Затем оператор производит грубое совмещение топологических рисунков на маске 1 и подложке 2 посредством перемещения подложки 2 при помощи двигателей 10, 11 и 16, наблюдая этот процесс в двухфокусный микроскоп. Точного совмещения добиваются вследствие перемещения маски 1 тремя двигателями 17, которые и поддерживают совмещенное положение в течение всего времени экспонирования, отрабатывая команды блока 22 управления. По окончании процесса совмещения оператор с помощью вакуумной системы создает требуемую для экспонирования атмосферу внутри рабочей камеры и подает с помощью пульта управления сигнал на начало экспонирования, по которому двигатель 21 убирает вакуумплотную рентгенонепрозрачную заслонку 20 с пути экспонирующего синхротронного излучения, распространяющегося по каналу 19 вывода СИ из накопительного кольца. СИ экспонирует рентгенорезист, нанесенный на подложку 2. По окончании набора требуемой дозы данным участком рентгенорезиста, заслонка 20 перекрывает канал 19, и обрабатываемая подложка 2 переезжает при помощи двигателей 10 и 11 в положение следующего экспонируемого чипа. Топологический рисунок очередного чипа также точно совмещается с топологическим рисунком на маске 1 и производится экспонирование рентгенорезиста на этом участке подложки 2.

В тех устройствах совмещения и экспонирования, в которых и совмещение и экспонирование производится на воздухе при давлении 1 атмосфера, платформа 6 может содержать набор вакуумных канавок (т.е. оборудована вакуумным присосом) подключенных к управляемой вакуумной системе, что позволяет фиксировать подложку 2 непосредственно на платформе 6 без посредника подложкодержателя 4. Это упрощает процесс фиксации и создает необходимые предпосылки для его автоматизации.

Непосредственная фиксация подложки 2 на платформе 6 позволяет уменьшить изначальную клиновидность рабочего микрозазора (зазоры между рабочими поверхностями маски и подложки) поскольку исключает вклад, вносимый неплоскостностью подложкодержателя 4.

Таким образом, жесткое взвешивание платформы в одной из кареток механизма поступательного перемещения на упругих металлических стержнях, расположенных в одной плоскости, параллельной рабочей поверхности подложки, позволяет при помощи соответствующих приводов обеспечить установление рабочей поверхности подложки параллельно рабочей поверхности маски на требуемом микрозазоре между ними, что приводит к повышению точности совмещения рисунков топологических слоев на обрабатываемой подложке.

Ожидаемый экономический эффект в данный момент оценить практически невозможно, так как рентгенолитография, где предполагается применение предлагаемого решения, находится на стадии лабораторных испытаний и еще не нашла своего применения в серийном производстве.

Формула изобретения

1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОВМЕЩЕНИЯ И ЭКСПОНИРОВАНИЯ, содержащее держатели маски и подложки, механизм возвратно-поступательного перемещения подложки в плоскости ее рабочей поверхности в виде кареток и механизм взаимной ориентации поверхностей маски и подложки с установлением между ними микрозазора с платформой, установленной на одной из кареток механизма возвратно-поступательного перемещения подложки с зазорами относительно ее стенок, отличающееся тем, что, с целью повышения точности совмещения, средство для образования зазора между стенками каретки и платформы выполнено в виде упругих металлических стержней, расположенных в одной плоскости, параллельной рабочей поверхности подложки.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод механизма взаимной ориентации поверхностей маски и подложки с установлением между ними микрозазора выполнен с тремя двуплечими рычагами с двумя упругими элементами каждый, причем одни из упругих элементов жестко закреплены на платформе, а другие жестко закреплены на каретке на которой размещена платформа.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3