Устройство для совмещения проводящего рисунка на маске с рисунком подложки
Изобретение относится к технике полупроводникового производства, в частности к рентгенолитографии, и предназначено для использования в установках для совмещения рисунка на маске с рисунком на подложке и экспонирования. Цель изобретения - повышение точности совмещения рисунков топологических слоев на подложке - достигается путем уменьшения погрешности установления рабочих поверхностей маски и подложки параллельно друг другу с определенным микрозазором между ними, а также путем стабилизации микрозазора во время операций совмещения и экспонирования. В устройстве для совмещения рисунка на маске с рисунком подложки маска 1 и подложка 2 установлены с возможностью периодического изменения угла наклона между их рабочими поверхностями в различных направлениях, маска 1 и подложка 2 электрически изолированы от устройства и электрически соединены с входом электрической схемы 9, соединенной с блоком 3 обработки и управления, маска 1 и подложка 2 при этом выполняют функцию бесконтактного датчика микрозазора. 3 ил. V -ч,/
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛ И СТИЧ Е С К ИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ
ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ
ПРИ ГКНТ. СССР
ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ
gr n
l (Риг. f (21} 4621281/21 (22) 04.11,88 (46) 30,11.91. Бюль 44 (71) Научно-исследовательский институт
"Восток" (72) А.Н,Генцелев и Н.П.Самойлиди (53) 621.382(088,8) (56) Заявка Японии М 60-154618, кл. G 03 F
7/20, 1985. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОВМЕЩЕНИЯ
ПРОВОДЯЩЕГО РИСУНКА НА МАСКЕ С
РИСУНКОМ ПОДЛОЖКИ (57) Изобретение относится к технике полупроводникового производства, в частности к рентгенолитографии, и предназначено для использования в установках для совмещения рисунка на маске с рисунком на подложке и экспонирования. Цель изобретения— повышение точности совмещения рисунков
„„5U „„161 1.158 А1
1611158 маске 1 с рисунком подложки 2 содержит 25 механизм (на чертеже не показан) ориентации параллельно друг другу рабочих повер-
30 пленки 5 прикреплена подложка 2 (электроста- 10
Изобретение относится к технике полупроводникового производства, в частности к рентгенолитографии, и предназначено для использования в установках для совмещения рисунка на маске с рисунком интегральной схемы на подложке и экспонирования.
Цель изобретения — повышение точности совмещения рисунков топологических слоев на подложке за счет уменьшения погрешности установления рабочих поверхностей маски и подложки параллельно друг другу с определенными микрозазорами между ними, а также за счет стабилизации микрозазора во время операций совмещения и экспонирования, На фиг.1 схематично изображено устройство для совмещения рисунка на маске с рисунком подло>кки, на фиг.2 изображена упрощенная электрическая мостиковая схема для измерения величины емкости конденсатора, обкладками которого являются маска и подложка, на фиг,3 — разрез А-А на фиг,1, Устройство для совмещения рисунка на хностей, проводящих либо содержащих проводящие слои маски 1 и подложки 2 и образования между ними микрозазора. узел контроля непараллельности рабочих поверхностей маски 1 и подло>кки 2 и микрозазора между ними, а также блок 3 обработки и управления, Механизм ориентации параллельно друг другу рабочих поверхностей маски 1 и подложки 2 и образования между ними микрозазора содержит столик 4 подложки, к которому с помощью диэлектрической тический прижим), три независимых двигателя 6, управляемых от блока 3 обработки и управления, позволяющих менять зазор между маской 1 и подложкой 2 на определенную величину и положение подложки 2 в пространстве.
Узел контроля непараллельности рабочих поверхностей маски и подложки и микрозаэора между ними содержит столик 7 маски, три электромагнита 8, выполняющих функции привода и обеспечивающих периодическое изменение угла на:лона между рабочими поверхностями маски 1 и подло>кки 2, электрическую схему 9, измеряющую величину емкости конденсатора, образованного маской 1 и подложкой 2, путем сравнения с эталонной емкостью, связанную обратной связью через блок 3 обработки и управления с двигателями 6 и в
20 упрощенном виде изображенную на фиг,2 и представляющую собой мостиковую схему, Маска 1 жестко закреплена в маскодержателе 10 посредством токопроводящего клея, Маскодержатель10 изготовлен из проводящего материала (сталь) и зафиксирован на внешнем кольце диска 11. Диск 11 представляет собой цельнометаллическую деталь из магнитной стали, содержащую два опорных кольца, соединенных друг с другом тонкостенной мембраной, Внутреннее кольцо диска 11 прикреплено к столику 7 через диэлектрическую прокладку 12. Таким образом, подложка 2 с одной стороны и маска 1, маскодержатель 10, диск 11 с другой стороны оказываются электрически изолированными от устройства совмещения и друг от друга.
Провода с клемм электрической схемы
9 имеют электрический контакт с диском 11 и с напыленной на диэлектрическую пленку
5токопроводящей шиной, непосредственно контактирующей с нерабочей поверхностью подло>кки, Величина электрических емкостей между маскодержателем и подложкой, а также между диском и подложкой составляют незначительную добавку к суммарной емкости конденсатора, образованного маской и подложкой, при величинах микрозазора в несколько десятков микрон, данная добавка компенсируется экспериментальным подбором величины эталонной емкости мостиковой схемы.
Зазоры между сердечниками электромагнитов 8, центры которых образуют правильный треугольник, и находящимися напротив них выступами диска 11 (см, фиг.3) отрегулированы так. что при подаче равных токов на любой из электромагнитов 8 соответствующие им выступы имеют равные смещения lio направлению к электромагнитам. Величина этих смещений определяется силой тока через данный электромагнит и жесткостью упругой мембраны диска 11..
Устройство работает следующим образом.
Маска 1, жестко закрепленная в маскодержателе 10, и подложка 2 устанавливаются на своих установочных столах 5 с достаточно большим зазором между их рабочими плоскостями. При подаче трехфазного сетевого напряжения через балластные регулировочные сопротивления на электромагниты 8, внешнее кольцо диска
11, а вместе с ним жестко крепящийся к нему маскодержатель 10 и маска 1, жестко закрепленная на последнем, будут осуществлять периодическое движение, называемое прецессией, 1611158
Р0
V, переменной составляющей трехфазного тока необходимо добавля — ü постоянную состаBnяющую, TcIK/ю, чтобы напря>кение на электромагните всегда было одного знака, в противном случае прецессия вырождается в более сложное движение, так как поло>1<ительный и отрицательный ток через электромагнит вызывает одинаковый эффект.
Информацию о величине зазора между рабочими поверхностями маски 1 и подложки 2 и о их непараллельности определяют по величине емкости конденсатора, образованного проводящими либо содержащими проводящие слои маской 1 и подложкой 2, и по изменениям этой величины вследствие периодического изменения угла наклона между рабочими поверхностями маски 1 и подложки 2 в различных направлениях. Это может быть осуществлено путем поо ::еред— ного покачивания одного из совмещаемых объектов (маски 1 либо подложки 2) относительно другого, в двух взаимно перпендикулярных направлениях и поиска положения, при котором емкость этого конденсатора минимальна. МОжнО также 8Mecio покачивания использовать прецессию одного из совмещаемых обьектов, В случае установления рабочей поверхности другого совмещаемого обьекта ортогонально оси прецессии первого угол между плоскостями, а следовательно, и емкость конденсатора, будут постоянными по времени, что позволяет использовать для измерений мостиковую схему.
Схема 9 узла контроля непараллельности рабочих поверхностей маски 1 и подло>кки 2 и микрозазора между ними постоянно следит за меняющейся емкостью конденсатора и совместно с блоком 3 обработки и управления вырабатывает и подает управляющие сигналы на двигатели 6, добиваясь при этом такого положения подложки
2, когда величина электрической емкости конденсатора равна определенной наперед заданной величине {эталонной емкости) и величина ее изменений (отклонений от эталонной величины) за период прецессии ми нимальна, Измерение емкости конденсатора Ск путем сравнения с эталонной емкостью Сэ (см. фиг,2) можно производить а определенные отрезки времени, равные 1 мс, и соответствующие максимальному току через один из электромагнитов, а соответственно, и максимальному отклонению от среднего поло>кения, соответствующего данному электромагниту, края маски 1. Для этого на вход мостиковой схемы подают переменное напряжение 5 В с часто — îé 20 кГц. В случае, если Ск меньше Сэ, то соответствующему шаговому двигателю б подается команда сделать один шаг вперед на сближение данного края подложки 2 с маской, если Ск большe С>, то дается команда назад на удаneHve данного "ðàÿ подложки 2 от маски 1, Таким образом, емкость межд, маской и подложкой замеряют за каждый период прецессии три раза, при этом каждому из двигателей дают команду "Вперед", либо
"Назад". Шаг двигателя б соответствует перемещению края подложки 2 на величину
0.5 мкм. При прецессии маски 1 амплитуда ее краев равна 2 мкм. Края маски как бы поочередно шагают по направлению к подложке, и при этом центр маски остается неподьижным, а угол между рабочими плоскостями маски и подложки при их непараллельности меняется.
Если же маска 1 в отсутствие напряжения, задающего прецессию, параллельна подложке 2, то при подаче его на электромагниты 8 маска 1 становится под некоторым углом к подложке 2 и на протяжении всей прецессии этот угол не меняется по величине, а меняется по направлению, При этом вели «ина емкости конденсатора, образованного маской и подложкой 2, не меняется за период прецессии, точнее, величина отклонений емкости конденсатора, образованного маской 1 и подложкой 2, от эталонной емкости за период прецессии минимальна.
Таким образом, измерения емкости С„, произведенные в три различных момента, дадут равные значения между собой, то есть
CI=-Cz--Сз. При отключении напряжения прецессии электромагниты 8 прекращают притягивать выступы внешнего кольца диска 111, после чего диск 11 принимает нормальное недеформированное положение, при котором рабочая поверхность маски 1 параллельна рабочей поверхности подложки 2, при этом величина емкости рассматриваемого конденсатора станет меньше величины емкости на некоторую величину, вызванную изменением угла наклона прецессирующей обкладки при возвращении ее в состояние покоя, в котором рабочие поверхности маски 1 и подложки 2 параллельны, а емкость конденсатора, образованного ими, минимальна. Этот момент и то. что на подложку 2 в процессе изготовления полупрозодниковых приборов л ногократно наносят слои различной толщины и из материалов с различной диэлектрической проницаемостыо приводят к необходимости для каждой литографии экспериментально подбирать требуемую эталонную ел кость Сэ, 1611158 например, меняя величину переменной емкОСти. ,Цополнительным преимуществом изобретения является iQ, что электрический контакт с проводящими слоями на маске 1 и подложке 2 может быть осуществлен не непосредственным контактированием, а через емкость, желательно существенно большую по величине, чем емкость конденсатора, образованного маской 1 и подло>ккой 2, для уменьшения влияния на точность измерения, Таким Образом, величина суммарной емкости двух последовательно включенных емкостей будет отличаться от измеряемой на несколько процентов, но это влияние на величину зазора между рабочими поверхностями маски i и подложки 2 устраняется тем. что эталонная емкость подбирается экспериментально для каждой литографии, Таким образом, подложка 2 с нанесенными диэлектрическими слоями {окисел, нитрид кремния и др.j на рабочую и нерабочую поверхности могу крепится к металлическим столикам вакуумным присосом, и электрический контакт может быть создан непосредственно с металлическим столиком, который не должен иметь электрического контакта с другими металлическими деталями устройства.
Таким Образом, устройство позволяет бесконтактным способом выставлять рабочие поверхности маски и подло>кки параллельно друг другу с определенным зазором между ними перед каждой операцией совмещения и экспонирования при проведении литографических процессов. Кроме того, устройство позволяет поддерживать стабильным микрозазор между маской и подложкой во время операций совмещения и экспонирования, в этом режиме переменное напря>кение, подаваемое на электромагниты 8, приводящие в движение внешнее кольцо диска 11 с закрепленным
Н3 нем маскодержателем 10 и маской 1, отключается, прецессирующее движение маски прекращается. Схема 9 узла контроля непараллельности рабочих поверхностей маски и подложки и микрозазора между ними продолжает следить за величиной емко5
Щ
50 сти конденсатора и совместно с блоком 3 обработки и управления вырабатывает и подает управляющие сигналы на двигатели 6, которые в данном режиме работают синхронно. То есть, если величина емкости конденсатора больше эталонной емкости. то на все три двигателя 6 подается команда "Сделать шаг на увеличение микрозазора",если меньше эталонной емкости, то подается команда "Сделать шаг на уменьшение микрозазора", Таким образом, микрозазор между рабочими поверхностями маски 1 и подложки
2 поддерживается постоянным на протяжении операций перемещения и экспонирования.
В результате точность совмещения рисунков топологических слоев на подложке повышается, что позволяет увеличить процент выхода годных полупроводниковых приборов.
Формула изобретения
Устройство для совмещения проводящего рисунка на маске с рисунком подложки, содержащее механизм взаимной параллельной ориентации маскодержателя и сток подложки и образования между ними зазора, узел контроля непараллельности рабочих поверхностей маски и подложки и зазора между ними, блок обработки и управления, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности совмещения рисунков топологических слоев на подложке за счет уменьшения погрешности установления рабочих поверхностей маски и подложки параллельно одна другой с определенным зазором между ними, а также стабилизации его во время операций совмещения и экспонирования, устройство снабжено средствами электрической изоляции маски от подложки, а узел контроля непараллельности рабочих поверхностей маски и подложки снабжен средствами измерения величины емкости, установленными с возможностью электрического соединения с маской и подложкой, при этом маскодержатель и сток подло>кки установлены с возможно тью периодического изменения угла наклона между их рабочими поверхностями.
1611158
4-4
Составитель Л.Михайлова
Редактор Т.Лошкарева Техред M.Ìoðãåíòàë Корректор Л.Бескид
Заказ 4646 Тираж Подписное
ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР
113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5
Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101
