DE3110341C2 - Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten eines dünnen Substrats in der Bildebene eines Kopiergerätes - Google Patents

Verfahren und Vorrichtung zum Ausrichten eines dünnen Substrats in der Bildebene eines Kopiergerätes

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Abstract

Belichtungseinrichtung und -verfahren zum Belichten einer Substrat-Belichtungsfläche mit einem vorbestimmten Muster, mit einer Vorrichtung zum Erfassen der Krümmung der Substrat-Belichtungsfläche, einer Haltevorrichtung einschließlich einer Saug- und Halteeinheit zum Ansaugen und Haltern einer zur Belichtungsfläche entgegengesetzten Substrat-Rückseite und einer Verformungseinheit zum Beaufschlagen der Substrat-Rückseite mit einer Kraft zum Verformen des Substrats, und mit einer Regeleinheit, die die Verformungseinheit der Haltevorrichtung nach Maßgabe der von der Erfassungsvorrichtung erfaßten Krümmung der Substrat-Belichtungsfläche derart einstellt, daß die Substrat-Belichtungsfläche an eine Bildfläche des Musters über einen Gesamtbelichtungsbereich innerhalb eines vorbestimmten zulässigen Fehlers angepaßt wird.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung zum Ausrichten eines dünnen Substrats in der Bildebene eines Kopiergerätes der im Oberbegriff der Ansprüche 1 bzw. 3 angegebenen Gattungen.
Anwendung findet die Erfindung bevorzugt beim fotografischen Aufbringen eines Maskenmusters auf ein Substrat, beispielsweise auf Silicium- oder Blasenwafer, ein Keramiksubstrat oder Leiterplatten. Fig. 1 zeigt den Aufbau einer bekannisn Projektions-Belichtungseinrichtung. Ein Muster2aufder Oberfläche einer Maske 1 wird mittels einer Lichtquelle 3 auf einen Wafer 4 fokussiert, und zwar mit einer Kleinoptik, die einen Konkavspiegel M1, einen Konvexspiegel M2 und einen Planspiegel M3 umfaßt. Das abgebildete Muster ist mit 5 bezeichnet. Der Rand der Maske 1 wird durch eine Ansaugvorrichtung mit einer Planheit von ±2μπι an einen Schlitten 6 gesaugt. Der den Wafer 4 und die Maske 1 tragende Schlitten 6 führt eine Hin- und Herbewegung aus (vgl. den Pfeil A), wobei das Maskenmuster 2 während der Abtastung auf den Wafer 4 übertragen wird. Ein Waferträger 7 enthält Luftkanäle, die an seiner Oberseite ausmünden und mit einem am Unterende ausgebildeten Zentralkanal 8 verbunden sind, welcher zu einer Unterdruckversorgung führt.
In Fig. 2b ist die Planheil des Wafers4 durch Umrißlinien 10 gezeigt. Im dargestellten Beispiel hat der Wafer 4 eine sphärisch konvex gewölbte Oberfläche. Wenn die Oberfläche des Wafers 4 nicht mit einer Bildfläche 12 der Optik zusammenfällt (vgl. Fig. 2a), wird nur ein Teil eines Zeilenmusters 13 (vgl. Fig. 2b) auf denjenigen Teil einer Waferoberfläciie 11 abgebildet, der innerhalb eines Scharfeinstellbereichs 14 liegt. Der Scharfeinstellbereich 14 wird durch das Auflösevermögen der Optik bestimmt. Der bei dem Auflösevermögen für die Übertragung einer Zeilenbreite von 3 μηι erforderliche Scharfeinstellbereich beträgt ±5 μην Wenn dieser Scharfeinstellbereich mit einem Maskenpositionierfehler von ±2μΐη kombiniert wird, ist der zulässige Scharfeinstellbereich für den Wafer ±3μπι. Wenn die zu übertragende Zeilenbreite 2μπι beträgt, ist der zulässige Scharfeinstellbereich für den Wafer ± 2 μπι. Dagegen beträgt die Planheit der Oberfläche 11 eines an der ebenen Halterungsfläche durch Saugkraft gehaltenen Wafers 4 normalerweise mindestens ±6μηι und manchmal sogar mehr als ±10μηι. Dies führt zu einer verringerten Ausbeute. Andererseits ist eine Verbesserung der Planheit des Wafers selbst sehr schwer zu erreichen.
Es wurde bereits vorgeschlagen, eine Fokussierung auf die Waferoberfläche 11 durchzuführen, um das Maskenmuster auf einen Wafer geringer Planheit abzubilden.
Unter Bezugnahme auf Fig. 3 wird das Aufbringen eines Leitungsmusters auf den Wafer.mit dem Fokussierverfahren erläutert. Der Wafer 4 ist sphärisch und ebenso wie in den Fig. 2a und 2b nach oben gewölbt, und es sei angenommen, daß der Scharfeinstellbereich zwei Umrißlinien 10 umfaßt. Wenn eine Abtastung in Richtungeines Pfeiles mit einer Belichtungsbreite W1 ohne Fokussierung erfolgt, wird das Schaltungsmuster nur auf einen ringförmigen Bereich mit einer dem Scharfeinstelibereich entsprechenden Breite R0 abgebildet. Wenn darin die Abtastungmit dergleichen Breite W1 unter gleichzeitiger Fokussierung längs dem Zentrum der Breite W1 durchgeführt wird, wird das Muster innerhalb des Bereichs R1 abgebildet. Wenn die Abtastung mit einer schmalen Belichtungsbreite W1 dreimal durchgeführt wird, und zwar für jeden von drei vertikal unterteilten Bereichen und mit gleichzeitiger Fokussierung, so wird das Muster in dem Bereich R3 abgebildet. Aus der vorstehenden Erläuterung ist ersichtlich, daß für eine hohe Ausbeute eine unterteilte Belichtung am besten ist. Wean aber das Dreiteilungsverfahren angewandt wird, wird der Durchsatz um den Faktor drei verringert, so daß ein erheblicher Verlust eintritt, und das Verbinden der einzelnen abgebildeten Muster miteinander ist nur sehr schwer zu erreichen. Infolgedessen kann ein Hochpräzisionsmuster nicht erhalten werden. Außerdem sind komplexe Vorrichtungen und Vorgänge erforderlich, um Fokussierungspunkte zu erfassen und Fokussierebenen einzustellen. Dadurch ergeben sich hohe Kosten, und die Wartung ist schwierig und zeitraubend.
Die vorstehende Erläuterung bezieht sich zwar auf einen LSI-Wafer, das gleiche trifft aber auch für andere Substrate (z.B. Magnet blasen-. Dünn- oder Dickschichtsubstrate und gedruckte Schaltungsplatten) zu.
Aus der FR-PS 7533464 ist bereits eine Belichtungseinrichtung für Halbleiter-Substrate bekannt, die eine Vorrichtung zum Ausrichten eines auf einem Träger durch Saugwirkung gehaltenen Substrates der angegebenen Gattung aufweis;. Der Träger hat eine ebene Oberfläche Und ist über drei oder mehrere Säulen aus jeweils einer Vielzahl von piezoelektrischen Elemente auf einem Schlitten abgestützt. In einem vorbestimmten Abstand über ausgewählten Bereichen des Substrates sind pneumatische Meßfühler neben einer Belichtungsoptik angeordnet, die die Substratlage erfassen und an eine Korrektureinrichtung angeschlossen sind, welche die piezoelektrischen Elemente der Stützsäulen aktiviert, um das Substrat zusammen mit dem Träger so einzustellen, daßTeilbereiche des Substrats sich in einer optimalen Lage in bezug auf die Bildfläche belinden. Bei einem Substrat mit gewölbter zu belichtender Oberfläche ist es wegen der vorstehend erläuterten Scharfeinstellbereiche nicht möglich, die gesamte Substratfläche in einem einzigen Vorgang zu belichten.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Substrat so auszurichten, daß scharfe Abbildungen einer Maske auf der gesamten- Substratfläche bei nur einem einzigen Belichtungsvorgang erhalten wercen können.
Diese Aufgabe erfindungsgemäß durch die kennzeichnenden Maßnahmen des Anspruchs 1 (Verfahren) bzw. des Anspruchs 3 (Vorrichtung) gelöst.
Da eine im Randbereich durch Ansaugen gehaltene Belichtungsmaske eine Planheit von ± 2 μπι hat, vird die Oberflächenkontur der zu belichtenden Substratfläche erfaßt, und auf der Grundlage dieser Meßdaten wird das Substrat partiell in Bestrahlungsrichtung so verformt, daß eine Planheit seiner gesamten Oberfläche innerhalb eines Scharfeinstellbereichs von höchstens ±3 pm erreicht wird. Danach wird die plane Substratfläche mit dem integrierten Halbleitermuster belichte;.
Bei sehr dünnen und daher nicht exakt ebenen Röntgenmasken müssen zum Erhalt hochpräziser Kopien die Abstandsabweichungen zwischen der Oberfläche des Maskenmusters und der Substratfläche über den gesamten Belichtungsbereich innerhalb von ca. +1 μπι gehalten werden. Diese geringen Abstandstoleranzen können eingehalten werden, wenn das Substrat bzw. eine flexible ίο Halterung erfindungsgemäß so verformt werden, daß der Abstand zwischen der Substratfläche und der Oberfläche des Maskenmusters über den gesamten Belichtungsbereich gleich ist.
In vorteilhafter Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, daß auf der Oberseite eines Tragkörpers eine biegsamere dünne Membrane angeordnet ist, an die das Substrat mit seiner Rückseite angesaugt wird. An der Membrane greift eine Kraft an, die sie zusammen mit dem angesalzten Substrat elastisch verformt. Hierdurch werden Substratbrüche vermieden. D*- ■'■ Rand der kreisrunden Membrane ist am Tragkörper festgelegt und an der Membrane greift die Korrektureinheit an, welche die durch einen Ätzvorgang gebildete konvexe Waferoberfläche in einem Bereich von höchstens ±3μηι plan macht. Dadurch kann die Mechanik der Substrathalterung und der Korrektureinheit vereinfacht werden. • Wenn als Korrektureinheit ein Druckluftzylinder eingesetzt wird, vereinfacht die Einstellung erheblich. ;
Im folgenden werden Ausführungsbeiipiel der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Fig. 1 schematisch den Aufbau einer bekannten Projektions-Belichtungseinrichtung;
Fig. 2a und 2b Beziehungen zwischen der Ebenheit eines Wafers und einer Abbildung;
Fig. 3 das Schema einer geteilten Belichtung;
Fig. 4 schematisch den Aufbau einer Positionierbzw. Ausrichtvorrichtung nach der Erfindung;
Fig. 5a bis 5d ein Prinzip zum Planmachen iines Substrats mit einer Vorrichtung nach Fig. 4;
Fig. 6a eine teilgeschnittene Draufsicht auf die Meß- und Ilorrektureinheit nach Fig. 4;
Fig. 6b eine teilgeschnittene Vorderansicht von Fig. 6a;
Fig. 7a bis 7 f Anordnungen von vertikal bewegbaren Segmentblöcken nach Fig. 6;
Fig. 8 eine Projektions-Belichtungsvorrichtung;
Fig. 9a eine Draufsicht auf eine andere Substrai-Korrektureinheit;
Fig. 9b einen Schnitt IXb-IXb in Fig. 9a;
so Fig. 10 einen Vertikalschnitt einer anderen Ausrichtvorrichtung mit einem Regler;
Fig. U eine teilgeschniUene Draufsicht auf die Vorrichtung nach Fig. 10 längs der Linie XI-XI;
Fig. 12 einen Vertikalschnitt einer anderen Ausgangsvorrichtung;
Fig. 13a bis 13c Verformungen der Oberfläche der Halterung nach Fig. 12;
Fig. 14 den Aufbau eines weiteren Ausführungsbeispiels;
Fig. 15 eine Schnittansicht der Halterung nach Fig. 14;
Fig. 16a bis 16c Schnittdarstellungen verschiedener austauschbarer Halterungen, die in Magazinen von Fig. 14 angeordnet sind;
Fig. 17a bis 17c Wafer, die auf den austauschbaren Halterungen nach den Fig. 16a —c angeordnet und durch Unterdruck gehalten sind;
Fig. 18 einen Meßpunkt., an dem die Verformung des
Wafers von der Meßeinheit nach Fig. 14 erfaßt wird. Bei der Ausführung nach Fig. 4 soll auf einem Wafer bzw. Substrat 4 eine integrierte Halbleiterschaltung ausgebildet werden. Eine Korrektureinheit 16 ist neben einer Maske 1 auf einem Schlitten 6 angeordnet, der auf einem Bett 22 zwischen einer Korrekturstation A und einer Belichtungs- und Druckstation B hin- unu herverfahrbar ist. In der Korrekturstation A ist eine Einheit 17 zum Messen der Oberflächenkontur bzw. der Ebenheit des Wafers 4 angeordnet, deren Meßwerte zu der Korrektureinheit 16 zugeführt werden, um die Waferoberfläche so zu verformen, daß sie der Bildfläche eines Maskenmusters entspricht. Wenn diese Bildflüche eben ist, wird auch die Oberfläche des Wafers 4 eben gemacht.
Nach diesem Schritt werden die Wafer 4 und die Korrektureinheit 16 in die Belichtungsstation B verschoben, in der eine Belichtungsoptik 21 über einer Fotomaske positioniert ist. Ein Regler 18 steuert die Korrektureinheit !6. Ein Magazin !9 sp.'.häi! Kassetten für die bedruckten oder zu bedruckenden Wafer 4. Eine Transportvorrichtung 20 fördert einen ausgewählten Wafer zwischen dem Magazin 19 und der Korrektureinheit 16. Der Wafer 4 wird auf den Substratträger aufgelegt und die Meßeinheit 17 erfaßt seine Oberflächenkontur. Anhand der Meßdaten berechnet der Regler 18 die erforderliehe Verformung des Wafers 4 durch die Korrektureinheit 16, welche den Wafer 4 so weit verformt, daß seine Oberfläche der Bildfläche des Maskenmusters (die im Fall der Belichtungseinrichtung die Bildebene des Maskenmusters und im Fall der Röntgenbilderzeugung eine jo Bildebene ist, die von der Maske und dem Wafer über den Belichtungsbereich gleichbeabstandet ist) entspricht. Da bei dem Ausführungsbeispiel die Maske plan ist, wird der Wafer 4 plan gemacht.
Die Meßeinheit 17 prüft dann die Planheit, und wer.n diese nicht innerhalb eines Toleranzbereichs liegt, wird die Korrektureinheit mit vorbestimmter Häufigkeit feinfühlig aktiviert, um den Wafer schrittweise weiter zu verformen. Wenn die Verformung im Toleranzbereich liegt, wird der Schlitten 6 unter die Belichtungsoptik 21 gefahren und durch Verstellen eines Tischs in X-, Y- und Θ- bzw. Rotations-Richtung relativ zur Maske ausgerichtet, während ein Ausrichtungs-Testmuster mit nicht der Belichtung dienendem Licht bestrahlt wird. Nach der Ausrichtung wird das Muster der Maske 1 abgedruckt.
Der bedruckte Wafer wird durch die Transportvorrichtung 20 in dem Magazin 19 abgelegt.
Die Fig.^a —d veranschaulichen das Arbeitsprinzip der Korrektureinheit 16. Wenn ein konvexer Wafer 4 (vgl. Fig. 5a) vor einer herkömmlichen ebenen Unterdruckhalterung 23 gehalten wird (vgl. Fig. 5b), ist seine Oberfläche 11 konvex. Wenn der Wafer 4 von einer Halterung .14 (vgl. Fig. 5c) gehalten wird, die jede Form nach Maßgabe der Dicke des Wafers annehmen kann, wird die Oberfläche 11 des Wafers 4 plan gemacht. Eine Kraft zuh: Verformen des Wafers bei diesem Ausführungsbeispiel ist Aimosphärendruck 25, der durch die Unterdruckkraft der Halterung 24 erzeugt wird und den Wafer auf die Halterung 24 drückt. Weitere Verfor- eo mungskräfte sind z. B. elektrostatische Kräfte, Haftkräfte, Kontaktkräfte oder eine auf den Umfang des Wafer 4 ausgeübte Kraft. Die Verformung des Wafers 4 wird durch seinen elastischen Verformungskoeffizienten und nach der Verformungskraft bestimmt. Ein bestimmtes Substrat wie etwa ein Wafer zeigt üblicherweise eine Verformung von ca. 10 pm, und deren Form kann durch eine quadratische Kurve mit einem Fehler im Bereich von ± 2μΐτι angenähert werden. Somit kann die Verformung durch Atmosphärendruck angewandt werden.
Beider Ausführung nach Fig. 6 a, 6 b werden Segmente der Halterung vertikal verschoben, so daß eine konvexe Waferoberfläche 11 eben wird. Für jedes Segment des Wafers gemäß Fig. 6a ist ein Stellglied 36 mit je einem Motor 33, einem Getriebe 34 und einem mit einer Leitspindel (vgl. Fig. 6b) gedoppelter Block 35 vorgesehen. Jedem Segment ist ein unabhängiges Stellglied 36 und Abstandsmesser 37 zugeordnet. Der Wafer 4 liegt auf einem ringförmigen Tragkörper 38 auf. in dem die Stellglieder 36 angeordnet sind und dessen Innenraum über die Bohrung 8 an eine nicht gezeigte Saugleitung angeschlossen ist. Ein Regler 39 verarbeitet die Ausgangssignalc der Abstandsmesser 37 und bestimmt über eine Verstelleinheit 40 für die Motoren 33 die Vertikalbewegung der Stellglieder 36.
Der Wafer 4 wird durch Unterdruck angesaugt, so daß
«•r Ae-T 1SIi-IIiInH rl.-r 'st.Mlulierlpr V> l'nlol Snhalri die Knn-— . c e — —o.. _- — .....
tür seiner Oberfläche 11 erfaßt wurde, werden die Motoren 33 entsprechend den Korrekturgrößen eingeschaltet, und die Leitspindeln werden über die Untersetzungsgetriebe 34 mit verminderten Drehzahlen angetrieben, um die Blöcke 35 vertikal zu verstellen. Bei Gleichstrommotoren 33 beträgt das Untersetzungsverhältnis 1: 10000 bis 1: 100000. Wenn es sich um Schrittmotoren handelt, müssen sie die Blöcke 35 in Schritten von ca. 0,5 μηι verstell'^ und es werden keine großen Untersetzungsverhältnisse benötigt. Die Gleichstrommotoren sind durch Regelschleifen zusammen mit den Abstandsmessern 37 einstellbar, während die Schrittmotoren durch offene Regelkreise gesteuert werden. Die Schrittmotoren sind größer als die Gleichstrommotoren und erzeugen selbst im Ruhezustand Wärme. Bei beiden Motorarten muß das jeweilige Spiel entweder beseitigt oder auf eine kontrollierte Größe minimiert sein.
Die Korrektureinheit umfaßt mehrere Blöcke 35, die unabhängig vertikal um geringe Beträge verschiebbar sind. Der Tragkörper 38 besitzt einen kreisrunden oder eckigen Umfangsflansch. Der Wafer 4 ist auf dem Flansch und den Stellgliedern 36 angeordnet.
Wenn der Wafer 4 durch den Unterdruck nach unten gezogen wird, werden einzelne Blöcke 35 um geringe Beträge nach oben oder unten verschoben, und zwar entsprechend den von der Meßeinheit 17 erfaßten Planheitssignalen, so daß die Waferoberfläche auch dann plan gemacht wird, wenn sie Unebenheiten, Verziehungen oder Biegungen aufweist oder wenn zwischen dem Wafer und den Blöcken Fremdkörper vorhanden sind.
Die Stellglieder 36 können auch Feinverschiebeeinheiten unter Einsatz eines Elektrostriktionselements, dines Magnctostriktionselements, eines thermischen Verformungselements oder von Magneten, Fluidelementen oder Hebeln oder Kombinationen sein. Wenn das Substrat ein Wafer ist, werden ein Hub von 30 pm und eine Positioniergenauigkeit von nicht mehr als ± 1 pm verlangt, und die Verformungsgeschwindigkeit muß mit Rücksicht auf den Mengendurchsatz hoch sein. Zum Zeitpunkt der Herstellung der Abbildung muß die Verformung stabil sein.
Die Kontur der Waferoberfläche kann durch serielles Messen einer Vielzahl von Punkten mit einem einzigen Meßelement oder durch paralleles Messen dieser Punkte mit mehreren Meßelementeri erfaßt werden.
In jedem Fall ist es wichtig, daß die Kontur an jedem Punkt der Oberfläche des Wafers 4 gemessen wird, an dem einer der Blöcke 35 angreift, und zwar mit irgendeiner der genannten Meßvorrichtungen und -methoden.
In der Station B kann eine Kontakl-Belichlungsvorrichtung, bei der die Belichtung erfolgt, während die Fotomaske den Wafer berührt, oder eine andere Belichtungsvorrichtung, bei der die Belichtung durch Bestrahlen eines Musters mit UV- oder Röntgenstrahlen erfolgt, wobei die Fotomaske und das Substrat einen Zwischenabstand von einigen pm bis einigen zehn pm haben, vorgesehen sr.in. Bei einer in Fig. 8 dargestellten Projektions-Belichtungsvorrichtung wird von einer Lichtquelle 50 ausgehendes Licht von einem Filter 51 in UV- oder ferne UV-Strahlung umgewandelt und in einem Kollimator 52 parallel auf eine Fotomaske 1 gerichtet, so daß ihr Muster 2 einer integrierten Halbleiterschaltung o.dgl., als Muster 5 auf dem Wafer 4 abgebildet wird, und zwar über eine Projektionsoptik 21a mit Planspiegeln M5 und /W4, einem Konkavspiegel M1, einem Konvexspiegel M1 und einem Planspiegel M1. Auf diese Weise erfolgt die Belichtung des Wafers 4 mit dem Muster.
Nach den Fig. 7a —f können die Blöcke Uittersegmenie 41, Radialsegmente 42, konzentrische Segmente 43, mehrfachkonzentrische Segmente 44, parallele Segmente 45 oder konzentrische oder radiale Segmente 46 sein.
Gemäß Fig. 9 ist über den Stellgliedern 36 der Korrektureinheit eine dünne Membrane 56i/angeordnet, die das Innere des Tragkörpers 38 staubdicht abschließt und deren Aufbau anhand der Fig. 10, 11 unten erläutert wird. Jedes Stellglied 36 umfaßt ein Teil 36a, das mit der Unterseite der Membrane S6d verbunden ist, ein U-förmiges Teil 36r, das mit dem Körper 38 mittels einer Schraube 36«1 höhenverstellbar verspannt ist, einen mit dem U-Teil 36c verbundenen Sockel 36rf, auf dem ein piezoelektrisches Element 36? befestigt ist, eine zwischen dem piezo-elektrischen Element 36? und dem Teil 36a angeordnete Kugel 36/ und eine Feder 36g zwischen dem Teil 36a und dem Sockel 3Oa*. Der Tragkörper 38 ist mittels eines Kugelschalen-Lagers 38a, 55» auf ein™· Tisch 565 abgestützt, der durch einen Spindelbetrieb nach oben und unten verstellt werden kann. Da der Wafer 4 zusammen mit der Membrane 56a1 verformt wird, wirken auf ihn keine größeren lokalen Spannungen ein, so daß Brüche vermieden werden. Seine zu belichtende Oberfläche kann somit gleichmäßig einer erwünschten Form angepaßt werden. Die Kugeln 36/zwischen den Elementen 36? und den Tragteilen 36a bewirken eine dauerhafte gelenkige Abstützung und eine Kompensation von Ausbiegungen, Verformungen und Kippbewegungen der Elemente 36?.
Bei einer anderen Ausführung der Stellglieder 36 werden mehrere Kammern mit unterschiedlichen Unter- drücken beaufschlagt, um die Membrane S6d zu verformen, wobei der Wafer 4 über eine Bohrung 56g an die Membrane 56a" gesaugt wird.
Die Meßeinheit 17 kann mit Kontakt oder kontaktlos arbeiten. Im Fall der Kontakteinheit umfaßt diese eine Meßuhr, und die kontaktlose Meßeinheit umfaßt ein Luftmikrometer, eine elektromagnetische Einheit, eine statische Kapazitätseinheit und eine optische Einheit.
Unter Bezugnahme auf die Fig. 10 und 11 werden bevorzugte Ausführungsbeispiele der Meßeinheit 57 (17), der Korrektureinheit 56 (16) und des Reglers 58 (18) erläutert. Die Korrektureinheit 56 besteht aus einem dünnen, biegsamen Metallblech, z.B. Stahl-, Aluminium-, rostfreies Stahl-, Phosphorbronze- oder Silizramblech inst einer Dicke von 0,4 — 3 mm, einer dünnen Glas- platte mit einer Dicke von ca. 0,7 mm oder einer dünnen Kunstharzplatte, z. B. aus Tefuron. Die Halterung weist an ihrem Umfang eine ringförmige durchgehende Rippe 56? mit einer Höhe von ca. 50—100 μηι auf. Auf einem Tragkörper 56a ist eine biegsame Membrane 56d innerhalb der Rippe 56? angeordnet. Die Rippe 56? kann viereckig oder kreisrund sein. Um den Rand der Auflagemembrane 56d im wesentlichen frei zu haltern, ist eine Ringnut 56: an ihrem Rand ausgebildet, um die Membranendicke zu vermindern. Zum Ausstoßen des belichteten Wafers 4 mittels Luftstrahlen sind schräg verlaufende Bohrungen 56 ν gebildet, die mit einem im Tragkörper 56a verlaufenden Kanal 56.ν verbunden sind. Eine Kolbenstange 56 c mit einem Saugkanal 56/isi mit der Unterseite der Auflagemembrane 56rf verbunden. Der Saugkanal 56/mündet mit seiner öffnung 56g in der Mitte der Membrane 56r/aus und ist durch eine biegsame Leitung mit einem Unterdruckerzeuger 56A verbunden.
Die Korrektureinheit umfaßt ein Stellglied 56/ mit einer Luftzufuhr 56a, das einen im Tragkörper 56n integrierten Block 56k mit einer Zylinderkammer 56/ und einem Kolben 56p aufweist, dessen Kolbenstange 56c mittig an der Membrane 56d angreift. In einer mit der Luftzufuhr 56a verbundenen Leitung 56r sind ein Druckregelventil SSb und ein Umschaltventil 58a eingeschaltet. Die zur Zylinderkammer 56/führenden Leitungen 56/μ und 56/1 werden wahlweise mit Auslaßschlitzen des Umschaltventils 58a verbunden. Der von der Luftzufuhr 56 ο zugeführte Luftdruck wird von dem Druckregelventil SSb eingestellt und der gewählten Leitung 56/n oder 56π zugeführt, so daß der Kolben 56p mit seiner Kolbenstange 56 c aufwärts oder abwärts bewegt wird. Infolgedessen wird die Mitte der Membrane 56a", deren Rand festgelegt ist, durch den zentralen Angriff einer Kraft um den Betrag iv verformt, der durch die Gleichung (1) gegeben ist.
mit P = die an der Mciribrarifniiic angreifende Kraft, D= £A2/12(l-v2), A = Dicke der Membrane 56a1 E = Längselastizitütskoeffizicnt, ν = Poissonsche Konstante, a = konstanter Radius der Membrane 56a*, r = veränderlicher Radius der Membrane 56i/.
Ein Motor 59b wird durch den Befehl einer Motorsteuerung 59a eingeschaltet und verstellt über einen Spindeltrieb den auf dem Schlitten 6 montierten Tisch 565 nach oben oder unten (vgl. Pfeil). In einem Schalensitz 56u des Tisches 565 ist der Tragkörper 56a über Kugelsegmente 56/ gelenkig abgestützt.
Dh Meßeinheit 57 umfaßt eine Luftversorgung 17/ eine an der Korrektureinheit befestigte Platte 57/ Luftmikrometer 57α bis 57rf, die an der Platte SIjin der Mitte des Wafers 4 und in Randpositionen um jeweils 120° gegeneinander versetzt angeordnet sind und die von der Oberfläche des Wafers 4 beabstandet sind. Distanzhalter 57 Jt, 57/, 57 m sind an der Platte 51 j neben den Luftmikrometern 57 a bis 5Td angeordnet. Meßwandler 57?, 57/, 57g und 57A sind mit den Luftmikrometern 57α—α" gekoppelt und wandeln den Luftdruck in entsprechende Spannungen. Eine Einheilt 57 !verarbeitet die Ausgangssignale der Meßwandler 57?—A und fuhrt dem Regler 58 ein Konkav-/Konvex-Signal und ein Waferoberflächenverformungs-Signal zu. Die Luftversorgung YIj führt den Lafünikrometem Sla—d durch eine Leitung 57Ar1 Luft mit konstantem Druck zu, und die Luftmikrometer 57a—d erfassen Luftdrücke, die den Abständen A1 -A4 zwischen ihren Düsen und der Ober-
fläche des Wafers 4 proportional sind. Die erfaßten Luftdrücke werden von den Meßwandlern Sle-h in Spannungen umgewandelt, und diese werden der Verarbeitungseinheit 571 zugeführt, die aufgrund der Signale K1 - K4 von den Meßwandlern 57e-h eine konkave oder konvexe Oberfläche diskriminiert und den Verformungsgrad bestimmt und auf der Grundlage dieser Resultate den Regler 58 steuert.
Der Regler 58 umfaßt neben dem Umschaltventil 58 a und dem Druckregelventil 586, Stellglieder 58 c und SSd, einen mit dem Stellglied SSd verbundenen Motor 58e und Zahnräder 58g und 58/zwischen einer Abtriebswelle des Motors SSe und einem Ventilstößel des Druckregelventils 58 ft. Ein Ausgangssignal der Verarbeitungseinheit 57/ steuert das Stellglied 58c und öffnet das Umschaltventil 58a zur Leitung 56m oder 56n. Ein anderes Ausgangssignal der Verarbeitungseinheit 57/ stellt den OfT-nungsgrad des Druckregelventils 586 über das Stellglied 5Sd, den Meter SSe und die Zahnräder 5Sg und 58/cin, so daß die Bewegung des Kolbens 56c gesteuert wird.
Nachstehend wird das Ausrichten eines Substrates und das Einebnen seiner Oberfläche erläutert. Die Wafer 4 werden dem Magazin 19 einzeln durch die Transportmechanik 20 entnommen und von einer Positioniereinheit (nicht gezeigt) in der Transportmechanik 20 grob ausgerichtet und auf der Korrektureinheit 56 in der Korrekturstation B befestigt. Dann wird durch Einschalten •des Unterdruckerzeugers 56Λ der Wafer 4 an der Membrane S6d festgesaugt und gehaltert. Der Lufterzeuger 17_/ speist die Luftmikrometer 57a — d mit Luft mit konstantem Druck, welche die den Abständen A, -Zi4 proportionalen Drücke erfassen, die von den Meßumformern 57 e— h in die Spannungen K1 — V4, umgewandelt werden. Die Einheit 59 c gibt einen Befehl an die Steuerschaltung 59a, die den Motor 596 so ansteuert, daß dieser den Tisch 56j hebt. Dadurch gelangen Bereiche auf der Oberfläche des Wafers 4 nacheinander in Kontakt mit den Distanzhaltern STk, 57/, 57m, und der Wafer 4 wird automatisch durch sein Kugelgelenk 56r, 56u zentriert und egalisiert. Wenn die Oberfläche des Wafers 4 an den Ausgleichsstücken STk-m anliegt, erzeugen die mit den Luftmikromettin Sla-d verbundenen Meßwandler 57 e—h gleiche Ausgangssignale. Die Verarbeitungseinheit 59 c erfaßt diesen Ausgangszustand und hält den Motor S9b über die Ansteuerschaltung 59a an, so daß der Apparatetisch 56j nicht weiter gehoben wird. Nach dem Egalisieren des Wafers 4 werden die Kugelschale 56t und der Kugelschalensitz 56 u durch Saugkraft festgelegt.
Wenn die Waferoberfläche nicht plan ist (vgl. die Strichpunktlinie in Fig. 10), erfassen die Luftmikrometer 57a—rf die unterschiedlichen Abstände A1 -A4 und die Meßwandler 57e—A erzeugen diesen Abständen A, -A4 entsprechende Spannungen K1 — K4.
Die Form des Wafers 4 wird in folgender Weise bestimmt. Die Verarbeitungseinheit 57/ berechnet
_ 3K,
Signal Vc = 1, so daß das Stellglied 58c das Umschaltventil 58a betätigt, wodurch der Kanal S6m zur oberen Zylinderkammer 56/geöffnet wird. Wenn die Planheit der Waferoberfläche innerhalb von 3 μπι gehalten werden soll, wird in der Verarbeitungseinheit 57/anhand einer eingegebenen Bezugsspannung V0, die den vorbestimmten Abständen zwischen den Distanzhalern 57*, 57/ und 57m und den Enden der Luftmikrometern 57a — d entspricht, sowie anhand einer Toleranz- Spannung Vμ entsprechend 3 μπι K berechnet nach der Gleichung
K =
auf der Grundlage der Spannungen V1, V1, K3 und K4. Wenn Vc £ 1 bedeutet dies eine konvexe Form der Waferoberfläche und bei Ve< 1 ist die Waferoberfläche konkav nach innen gewölbt. Da die Oberfläche des Wafers 4 geläppt und geätzt ist, wird üblicherweise der Randbereich des Wafers 4 stärker als der Mittenbereich abgetragen und die Oberfläche des Wafers 4 hat eins: konvexe Form entsprechend der Strichpunktlinie in Fig. 10. In diesen Fällen erzeugt die Verarbeitungseinheit 57/ ein wobei K=e\ne Konstante von z.B. 3 ist.
Die Verarbeitungseinheit bestimmt, ob — K11 < K4-K1 < K11 oder - K„< K0- K2 < K„ oder - K„< K0- K,< Γ, oder -K„< K0- K4< V11 ist. Die Luftversorgung 56o führt dann der Zylinderkammer 56/ über den Kanal 56m Luft zu, so daß der Kolben 56p abwärts bewegt wird. Die Verarbeitungseinheit 57/ beaufschlagt das Stellglied SSd des Reglers 58 mit dem Signal K, so daß der öflhungsgrad des Druckregelventils 586 vom Motor 58e eingestellt wird. Wenn die Bedingungen - K„< V0-V1K K11, - y„< V0- V2< V„, - V„< V0- vi< V, und - K„< K0 - Vi < V„ erfüllt sind, wird die Verstellung des Druckregelventils 586 beendet, und die Membrane SSd wird konkav verformt, so daß die Oberfläche des Wafers 4 entsprechend der Vollinie in Fig. 10 plan wird. Wenn der Wafer 5 konkave Form hat. kann seine Oberfläche in gleicher Weise plan gemacht werden. Es können auch mehrere Zylinder 56/ und Kolben 56/) vorgesehen sein, wodurch der Wafer der Bildfläche eines unebenen Maskenmusters genauer angepaßt werden kann.
Bei der Vorrichtung nach Fig. 12 ist an den Regler 58 ein Regler 61 angeschlossen, der den Druck einer auf der Rückseite der Membrane 56^gebildeten LüftkamrneroO regelt. Dadurch wirkt der Druck PR in der Luftkammer 60 mit dem von der Kolbenstange 56 c erzeugten Druck P5 zusammen. Die Membrane Södverformt sich elastisch um WR (vgl. Fig. 13a), wenn sie nur mit deiii Druck PR der Luftkammer 60 beaufschlagt wird, und um Ws (vgl. Fig. 13 b). wenn sie nur mit dem Kolbenstangendruck Ps beaufschlagt wird. Durch Beaufschlagung mit beiden
*5 Drücken verformt sie sich um W (vgl. Fig. 13c), das durch die folgende Gleichung (2) gegeben ist:
W=WK+WS (2).
Die Verformung kann auch die zwischen den Verformungen nach Fig. I3c liegende Verformung sein. Die Verformung W kann wie folgt geschrieben werden:
W=Wy-Wf (3)
mit WF = Verformung der Oberfläche des Wafers auf der ebenen Halterung, und
Wy= Verformung der Oberfläche des Wafers auf der Halterung.
Dann muß die Bedingung W=d
erfüllt werden, wobei ^zulässige Planheit. Aus den Gleichungen (2), (3) und (4) wird die optimale Verformung der Auflagefläche 56a" der Halterung bestimmt. Die Meßeinheit 57 führt die obige Berechnung durch und gibt die Meßdaten dem Regler 58 ein. Auf
diese Weise kann ein allgemein konvexer und in der Mitte konkaver Wafer 4 plan gemacht werden.
Die Vorrichtung nach Fig. 14—16 umfaßt ein Maga- *nn71 für mehrere austauschbare Halterungen 70 a — 70 c, eine Transporteinheit mit einer Handhabungsmechanik 73 und Motoren 74a, 746 mit einem Regler 75 für den Transport der Halterungen 70a —70c vom Magazin 71 zu einem Tragkörper 72 und zurück. Die im Magazin 19 gespeicherten unbedruckten Wafer 4 werden von der Transportmechanik 20 auf den Schlitten 6 mit Antrieb 76 übertragen. Eine Wählschaltung 78 bestimmt die Form des Wafers auf der Grundlage der von der Meßeinheit 17 (57) erhaltenen Meßergebnisse und wählt eine Halterung 70 aus, deren Form im wesentlichen der Form des Wafers entspricht. Eine Steuereinheit 79 steuert die Transporteinheit 20 auf der Grundlage des Signals der Wählschaltung 78.
Die Halterung 70c hat eine ebene Oberfläche, und die Η·»!ΐ£Γ»Γΐ° 70ί? und IQö haben konkave QK/*rfi5/*h#»n mit unterschiedlichem Krümmungsradius; sämtliche Halterungen sind aLgestuft zylinderförmig. Das Halterungsmagazin 71 weist Ausschnitte 71 α für jeweils eine Halterung auf, die sich zur Handhabungseinheit 73 hin öffnen. Die Weite des Ausschnitts 71a ist so gewählt, daß ein Abschnitt der Halterung mit kleinerem Durchmesser darin gleiten kann. Die Handhabungseinheit 73 umfaßt zwei Arme 73a zum Erfassen einer der Halterungen 70a, 70 b oder 70 c. Ein erstes Stützorgan 736 schwenkt die Arme 73a um einen rechten Winke' (vgl. den Pfeil S) und ein zweites Stützorgan 73c bewegt die ausgewählte Halterung 70a, 70b oder 70c zum und vom Ausschnitt 71a mittels der Motoren 74a, 746 in Richtung C bzw. D. Der Schlitten 6 mit der Basis 72 wird von dem Antrieb 76 in Richtung E verschoben. Die Oberfläche der Basis 72 entspricht dem Stufenabschnitt der Halterungen 70«, 706 oder 70c. Nach Fig. 15 wird ein Wafer 4 durch Kanäle in der Basis 72 und Halterung 70a, 7Oi oder 70c angesaugt. Die Meßvorrichtung 17/57 erfaßt das Niveau der Oberfläche des Wafers 4 synchron mit der Bewegung des Schlittens 6. Die Wählschaltung 78 führt eine Berechnung aufgrund des Erfassungssignals aus und erzeugt ein Wählsignal, das der Transporteinheit zugeführt wird.
Eine der Halterungen 70a bis 70c wird auf dem Magazin 71 auf der auf dem Schlitten 6 montierten Basis 72 befestigt. Dieser Vorgang wird von der Wähleinheit und der Transporteinheit ausgeführt, wenn ein Steuerknopf (nicht gezeigt) gedrückt wird. Ein Wafer 4 wird dem Magazin 19 entnommen und auf der Halterungsbasis 72 befestigt. Dann wird der Wafer 4 durch Beaufschlagung mit Unterdruck angesaugt. Der Schlitten 6 positioniert den Wafer direkt unter der Meßeinheit 17 (57), und der die Basis 72 tragende Tisch 56 s wird angehoben, um die Oberfläche des Wafers in Kontakt mit den Distanzhaltern Slk — m zu bringen und dadurch den Wafer 4 zu egalisieren. Dann wird das Kugelgelenk 72a wie bei der Ausführung nach Fig. 10 durch Unterdruck blockiert. Der Tisch 56i wird um einen vorbestimmten Betrag gesenkt und der Wafer 4 durch Verfahren des Schlittens 6 abgetastet. Die Meßeinheit 17 (57) erfaßt die Verformung über die Gesamtoberfläche des Wafers synchron mit dar Bewegung des Schlittens 6. Die erhaltene information bezüglich einer nach oben konvex gewölbten Form (vgl.
z. B. Fig. 17a) wird durch W0 (.v, y) ausgedrückt und für jeden Kreuzungspunkt auf einem Gitter 90 (vgl. Fig. 18) aufgezeichnet, wobei die Abtastrichiung des Schlittens 6 mit .ν und die zur Abtastrichtung senkrechte Richtung mit y bezeichnet sind. Auf der Grundlage der Daten C, (.v, y) und C2(x.y) der Planheit der Oberfläche der austauschbaren Halterungen 706 (vgl. Fig. 17b) und 70a (vgl. Fig. 17a) errechnet die Wählschaltung 78 die Planheit der Wafer Ab und Aa, wenn diese an die Halterungen 706 und 70g angesäugt sind, mittels der p.achstehenden Formeln:
W/2(v, y) = W0 (,v, v) + C2(.γ, >■)·
Aus WJX und Wf2 wird ein Bereich SF, der im Scharfeinstellbereich (Wn — WF2) liegt, mittels der folgenden Gleichung errechnet:
= Ιν,.ν,Ι für 1(.Y1, v;)| Wn £
g WF2.
Wjx, Wj1 und W0 sind in die obige Gleichung einge-
setzt., um die austauschbare Halterung 70 a, 706 oder 70 c mit dem größten Bereich SF auszuwählen.
Wenn die ebene Halterung 70a, 706 oder 70c den größten Wert SF aufweist, wird der Wafer 4, der durch Unterdruck auf der ebenen Halterung gehalten ist, durch die Belichtungseinheit (nicht gezeigt) belichtet und mit einem Muster bedruckt. Der belichtete und bedruckte Wafer 4 wird durch nicht gezeigte Mittel von der ebenen Halterung 70a, 706 oder 70c entnommen.
Wie vorstehend erläutert wirde, kann mit der angegebenen Einrichtung ein LSI-Wafer, der verschiedenen Wärmebehandlungen unterworfen wurde und Verwerfungen oder Verformungen in der Größenordnung von 100 μηη aufweist und der bisher durch herkömmlich«: Verfahren wie Läppen oder Ätzen bis auf 15 — 20 μΐη an die Bildfläche des Maskenmusters angenähert werden konnte, so verformt werden, daß er mit einer Genauigkeit von ±3μπι der Bildfläche des Maskenmusters entspricht, wobei die Einrichtung einfach aufgebaut ist und das Verfahren einfach durchführbar ist, ohne daß der Durchsatz vermindert wird. Auf der gesamten Oberfläche des Wafers wird ein feines Muster in der Größenordnung von 1 — 2μηι gebildet, und die Ausbeute der LSI- und Magnetblasenelemente wird erheblich verbessert.
Hierzu 11 Blatt Zeichnungen

Claims (14)

Patentansprüche:
1. Verfahren zum Ausrichten eines dünnen Substrats in der Bildebene eines Kopiergerätes, bei dem s das Substrat durch Ansaugen gehalten und seine Lage nach Abtasten seiner Oberfläche in Anpassung an die Bildfläche eingestellt wird, dadurch gekennzeichnet, daß die Kontur der Substratoberfläche erfaßt wird und daß das Substrat durch gezielten to Angriff einer Kraft an der Substratrückseite so weit verformt wird, bis seine Oberflächenkontur der BiIdflächenkontur entspricht.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Substrat in seinem verformten Zustand seitlich verfahren und fotografisch bedruckt wird.
3. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 oder 2, bestehend aus einer Halte- und Ansaugvorrichtung für das Substrat, aus einer die Substraufberfläche erfassenden Meßeinheit, aus einer die erfaßten Meßdaten auswertenden Steuereinheit und aus einer Lagekorrektureinheit, die auf der Grundlage der ausgewerteten Meßdaten die Lage der Substratoberfläche in bezug auf die Bildfläche einstellt, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (17, 37, 57) zum Erfassen der gesamten Kontur (Krümmung) der Substratoberfläche (11) ausgelegt ist und daß die Korrektureinheit (16,36.56a bis J), an der Rückseite des Substrats (4) angreift und das Substrat (4) so weit verformt, bis die Kontur seiner Oberfläche (11) der Kontur der Bildfläche (1) entspricht.
4. Vorrichtung nach Ansprwh 3, dadurch gekennzeichnet, daß das- Subarai. (4) auf einer flexiblen Membran (56d) festhaftend auf sgt, welche durch die Korrektureinheit (56) elastisch verformbar ist.
5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Membran (56t/) mit ihrem Rand auf einem Tragkörper (38, 56cr) festgelegt ist.
6. Vorrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß an der Oberfläche der Membran (56c/) Saugschlitze angeordnet sind, die mit einem Unterdruckerzeuger (56Ä) verbunden sind.
7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß am Rand der Membran (56«/) eine schmale Ringnut (56;) verläuft.
8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinheit mehrere Stellglieder (36) aufweist, die in dem Trag- 5C' körper (38, 56a) angeordnet sind.
9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinheit mehrere regelmäßig verteilt angeordnete piezoelektrische Elemente (36 e) enthält, auf denen sich die Membran (56 d) mittels Haltegliedern (36/, 36g) gelenkig abstützt.
10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinheit einen Zylinder (56/) und einen Kolben (56p) aufweist, dessen Kolbenstange (56c) an der Membran (56*/) angreift.
11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß im Tragkörper (56a) an der Rückseite der Membran (56rf) eine Druckkammer (60) angeordnet ist.
12. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Haltevorrichtung einen Tragkörper (72) aufweist, in den Substrathalterungen (70a, b, c) mit unterschiedlichen Oberflächen wahlweise einsetzbar sind.
13. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis
12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinheit (57) mehrere Distanzhalter (57/, m, Ar) und Meßfühler (57a, b, d, e) aufweist und daß der Tragkörper (56a, 72) über ein blockierbares Kugelgelenk (56 i, u) auf einem Tisch (56s) gelagert ist.
14. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 3 bis
13, dadurch gekennzeichnet, daß die Korrektureinheit (16,36,56) in einem zwischen einer Meßstation (A) und einer Belichtungsstation (B) verfahrbaren Schlitten (6) angeordnet ist.
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