DE3213239A1

DE3213239A1 - Halbleiterdruckeinrichtung

Info

Publication number: DE3213239A1
Application number: DE19823213239
Authority: DE
Inventors: Kazuo Tokyo Takahashi
Original assignee: Canon Inc
Current assignee: Canon Inc
Priority date: 1981-04-13
Filing date: 1982-04-08
Publication date: 1982-11-04
Also published as: DE3213239C2; JPS57169244A; US4503335A

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Halbleiterdruckeinrichtung, nämlich eine Einrichtung zum Übertragen eines Musters einer Fotomaske auf ein Halbleiterscheibchen bei dem Halbleiter-Hersteilungsverfahren.

Bei dem Halbleiter-Herstellungsverfahren sind im allgemeinen mehrfache Maskenbearbeitungen erforderlich. Während dieser Bearbeitungen ändern sich von Zeit zu Zeit die Temperaturbedingungen. Ferner können sich auch cie Eigenschaften des optischen Übertragungssysterns ändern. Unter diesen Umständen' besteht zwischen der Fotomaske und dem HalDleiter-Scheibchen ein bestimmter Unterschied hinsichtlicn der Ausdehnung oder sie unterliegen einer bestimmten relativen Verformung. Ferner wird die Ausrichtung zwischen der Maske und dem Scheibchen durch Zwischenbearbeitungen wie das Ätzen beeinträchtigt. Alle diese Parameteränderun- _;jen verursachen zusammen eine gewisse Versetzung des Musters .

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Wenn mit einem derart versetzten Muster belichtet wird, ist es nicht mehr möglich, irgendwelche regelmäßigen bzw. serienmäßigen Halbleiter herzustellen. Daher ist es notwendig, trotz dieser Parameteränderungen den Muster-Ausrichtfehler zwischen Maske und Scheibchen zu verhindern oder zu kompensieren.

Zur Lösung dieses Problems ist eine Einrichtung bekannt, bei der temperaturgeregelte Luft gegen d^e Maske oaer das Scheibchen geblasen wird (siehe US-PS 4 202 623 und JP-OS Nr. 17 951/1981). Die Luft wird im Voraus auf ein« konstante Temperatur geregelt, um die Temperatur der Maske oder des Scheibchens oder aber die Temperaturdifferenz zwischen der Maske und dem Scheibchen konstant zu halten.

Ss ist jedoch unmöglich, jeweils die Temperatur mehrerer verschiedener Abschnitte unabhängig voneinander mittels des Strömungsmittels zu steuern, obgleich es möglich sein kann, die Temperaturdifferenz insgesamt zu steuern. Gegenwärtig haben die beim Drucken von Halbleitern verwendeten Muster einen hohen Miniaturisierungsgrad. Eine einzelne Ausrichtung mehrerer verschiedener Abschnitte kann durch Gesamttemperatursteuerung unter Verwendung des Strömungsmittels gemäß den vorstehenden Ausführungen nicht erzielt v/erden.

In der JP-OS Nr. 88 238/1980 v/urde die Anwendung mehrerer Luftdüsen bei der Einrichtung der vorstehend beschriebenen Art beschrieben. Dies bedeutet jedoch nur, daß die Anblaseluft durch mehrere Düsen aufgeteilt wird. Nach dem Stand 3® der Technik ist es auf keine Weise möglich, die Temperatur mehrerer verschiedener Abschnitte einzeln und unbhängig voneinander zu steuern.

Allgemein beinhaltet die Temperatursteuerung mit Hilfe eines Strömungsmittels die folgenden Probleme:

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Da erstens die Wärmekapazität der Maske una des Halbleiter-Scheibchens größer als diejenige von Luft ist, ist zur Einregelung der Temperatur der Maske oder des Scheibchens auf einen vorbestimmten konstanten Wert eine verhältnismäßig lange Zeit notwendig. Zweitens kann die Temperatursteuerung durch Anblasen mit Luft keiner derart plötzlichen Änderung der Temperatur der Maske oder des Scheibchens folgen, wie sie durch eine Störung verursacht wird. Drittens ist zwar die angeblasene Luft selbst ein gesteuertes reines Gas, jedoch besteht die Möglichkeit, daß durch Umwälzung der angeblasenen Luft Staub und Fremdkörper in der Luftströmung eingefangen bzw. mitgeführt werden. Schließlich kann sich durch irgendeine von dem Anblasen mit Luft verursachte Störung der Brechungsindex der Luft in dem optischen Weg von Zeit zu Zeit ändern, was wiederum Schwankungen bzw. Änderungen des projizierten optischen Bilds hervorrufen kann.

Aus den vorstehend genannten Gründen ist es fragwürdig, bei der Ausrichtung sehr feiner Muster das Vorgehen gemäß dem Stand der Technik einzusetzen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Halbleiterdruckeinrichtung zu schaffen, mit der allgemein durch eine Parameteränderung verursachte Fehler hinsichtlich der Musterausrichtung zwischen einer Maske und einem Halbleiter-Scheibchen aurch örtliche Korrektur des Ausrichtfehlers örtlich ,,und darüberhinaus insgesamt ausgeschaltet werden können.

Die Aufgabe v/ird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß ein auftretender Ausrichtfehler ermittelt und kompensiert bzw. korrigiert wird. Falls der Ausrichtfehler eine dem System eigene Konstante ist, ist die Ermittlung nicht erforder-

. . .

lieh.

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Zur Ermittlung des Ausrichtfehlers können vercchieoonerlei Meßvorrichtungen eingesetzt werden. Beispielsweise kann der Fehler durch Ermitteln des Temperaturverteilungs-Unterschieds zwischen der Maske und dem Scheibchen erfaßt ^D werden. Ferner kann der Fehler durch Ermitteln irgendeiner relativen Versetzung zwischen der Maske und dem Scheibchen mittels eines geeigneten Ausrichtfehler-Meßsyste:r;s wie eines Mikroskops erfaßt werden.

¹^ Die Vorrichtung zum Kompensieren bzw. Korrigieren ies ermittelten Ausrichtfehlers bildet einen wesentlichen Teil der erfindungsgemäßen Halbleiterdruckeinrichtung. Diese Kompensationsvorrichtung hat erfindungsgemäß eine Vorrichtung zum Erwärmen oder Kühlen der Maske und/oder des

Scheibchens, und zwar mehrerer verschiedener Abschnitte derselben jeweils in voneinander unabhängiger Weise.

Die Erfindung wird nachstehend anhand vcn Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die Zeichnung näher erläutert.

Fig. 1 A, IB und IC sind schematische Darstellungen des herkömmlichen Ausrichtens zwischen Maske und

Scheibchen.
25

Fig. 2 veranschaulicht den Grundgedanken des auf Abschnitte aufgeteilten Temperatursteuersystems bei -der Halbleiterdruckeinrichtung.

Fig. 3 zeigt ein Ausführungsbeispiel der Halbleiterdruckeinrichtung.

Fig. 4 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel, bei dem Halbleiter-Thermomodule eingesetzt werden.

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Fig. 5 ist eine Längsschnittansicht dieses Ausfünrungsbeispieis.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung konzentrischer Ringblock-Heizvorrichtungen.

Fig. 7 zeigt ein Ausführungsbeispiel, bei dem die Anordnung konzentrischer Ringblock-Heizvorrichtungen eingesetzt ist.
10

Fig. 8 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der Halbleiterdruckeinrichtung, bei dem ein Ausrichtfehler-Meßsystem eingesetzt ist.

Fig. 9 zeigt ein nächstes Ausführungsbeispiel der Halbleiterdruckeinrichtung, bei dem der Abstanc zwischen einer Heiz-/Kühlvorrichtung und der Maske bzw. aera Halbleiter-Scheibchen verändert wird.

Zunächst wire anhand der Fig. IA bis IC die Art und Weise des gegenseitigen Ausrichtens eines Halbleiter-Scheibchens und einer Maske beschrieben.

In der Fig. IA sine Ml und M2 an einer Maske angezeichnete

Richtmuster, wänrend Wl und W2 Ricntmuster an einem entsprechenden Halbleiter-Scheibchen sind. Jeae-i der Richtmuster Ml und Ι·'.2 an cer Kaske ist als ein Paar von Doppeliinien aufgezeichnet, die einander unter rechten Winkeln

„_ schineiden. D₁C Richtmuüter VJl und W2 an cern Scheibchen entsprechen hinsichtlich der Lage unu der Form den Richtmustern Ml unu M2 mit eier Ausnahme, aaß jedes der Rij'ntrnuster Wl und W2 als ein Paar einzelner Linien aufgezeichnet ist.

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Diese Richtmuster werden beispielsweise mittels eir.es Abtaststrahls gemäß der Darstellung in der Fig. IB abgetastet. Während des Abtastens werden von einem fotoelektri sehen Ausrichtungsmeßsystem in zeitlicher Folge Stui'ensignale gemäß der Darstellung in der Fig. IC abgegeben, die aus den Aufzei chnungslinien der Richtmu:..ter an der Mas.<e und aem Scheibchen abgeleitet sind. Wenn dii? Rich^muster wl unc W2 in die entsprechenden Richtmuster Ml und Ά2 eingesetzt gesehen werden und in die jeweiligen Mitten der Muster Hl und M2 gelangt sind, -ist das Ausrichten de = Scheibchens mit der Maske vollendet. Daher kann irgendein Ausrichtfehler als Zeitdifferenz zwischen zwei Intervallen t. und t₂ oder t,, und t. (nach Fig. IC) erfaßt werden.

*5 Die Richtmuster Ml und M2 wurden zv/ar zur Vereinfachung in der Fig. IA in gegenseitigem Abstand dargestellt, jedoch ist es ersichtlich, daß die Muster nahe beieinander angeordnet sein können. Ferner ist es möglich, diese

Richtrnuster an benachbarten Stellen in ein Muster fur taton

^ίυ sachliche Elemente einzugliedern. Wie es spater beschrieben wird, können dort auch Fühler wie Temperaturfühler eingegliedert werden.

Der vorstehend beschriebene Ausrichtvorgang muß für jede .-laskenbearbeitung wiederholt werden. Der Grund hierfür liegt darin, daß die Bedingungen wie die Temperatur, unter welchen eine Maskenbearbeitung ausgeführt wird, sich im allgemeinen von denjenigen bei der Ausführung der nächsten Maskenbearbeitung unterscheiden. Falls nach dem Ausrichten

für eine vorhergehende Maskenbearbeitung kein Ausrichten für die nächste Maskenbearbeitung erfolgt, entstellt eine gewisse Versetzung des Musters, die die Halbleiter-Herstellung behindert.

Anhand der Fig. 2 und 3 wird nun em Ausführungsbeispiel der Halbieitercruckeinrichtung beschrieben.

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Hit 1 ist eine Signaleingabeeinheit für das Einstellen von Steuerparametern bezeichnet. Die Signaleingabeeinheit kann beispielsweise eine Tastatur eines Fernschreibgeräts sein. 2 ist ein Fühler für die Erfassung der Temperatur und der Temperaturverteilung der Maske. 3 ist eine Ausrichtfehler-Meßeinheit für die Ermittlung irgendeiner Versetzung der Muster (diese Einheit 3 kann weggelassen werden, wenn ein entsprechendes Signal aus irgendeiner Ausrichtfehler-Meßvorrichtung zur Verfugung steht, die ursprünglich an der Druckeinrichtung angebracht ist, wie beispielsweise ein fotoelektrisches Ausrichtungs-I-ießsystem). 4 ist eine Hauptsteuereinheit mit einem Vergleicher, einem Rechenwerk, einem Speicher zur Speicherung von Informationen usw. (die Hauptsteuereinheit 4 kann exn Mikro-

¹^ computer sein). Mit b sind Steuereinheiten zum Steuern veil Heizvorrichtungen oder Halbleiter-Triermomodulen (bzw. Peltier-Elementen) entsprechend Signalen aus der Hauptsteuereinheit 4 bezeichnet. 6 sind Heiz- und/oder Kühlelemente, die jeweils durch Heizvorrichtungen oder Halblei-

ter-Thermomodule gebildet sind. 7 sind Fühler zum Erfassen der Oberflächentemperatur des Halbleiter-Scheibchens oder des Scheibchen-Spannfutters in den Elementen 6 entsprechenden Abschnitten. Die Fühler 7 geben entsprechende
Steuersignale an die Steuereinheiten t, ab. 8 ist die Fotomafcke, während 9 das Halbleiter-Plättchen ist. 10 ist ein Ma^kenhalter zürn Festhalten der Fotomaske, während 11 ein Scheibchen-Sf i.nnfutter zum Einspannen des Halbleiter-Scheibch^ns ist.

Die Temperaturfühler 2 an der Maske können beispielsweise

in irgendwelcnen kleinen Zwischenräumen zwischen den tatsächlichen Elementmustern der Maske angebracht sein (wie z.B. in einem Zeilenbereich für das Beschriften). Andererseits können die Temperaturfühler 7 gemäß cer Darstellung 35

in der Fig. i> an dem ScheiDchen zwischen den Heiz- und/

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1 oder Kühl elementen G eingebettet sein. Die auf diese Weise angeordneten Fühler behindern nicnt die belichtung, so daß aer Belichtungszustand aufrecht erhalten werden kann.

Hinsichtlich der Anbringungslage der Temperaturfühler besteht keine Einschränkung auf die vorangehend beschriebene. Die Fühler können in der Umgebung des belichtun^sfreien Bereichs außerhalb des Belichtungsbereichs angebracht v/erden, obgleich dadurch die Genauigkeit der Temperaturerfassung etwas verringert sein kann. In diesem Fall kann jedoch auch das Ausrichten unter Aufrechterhalten aes erwünschten Belichtungszustands vorgenommen werden, da die Fühler nicht auf den Belichtungsbereich einwirken. Wenn es nicht notwendig ist, die Beeinflussung des Belichtungszustands zu beachten, können die Temperaturfühler direkt oberhalb der Maske und direkt oberhalb des Scheibchens angeordnet werden. Die Temperaturfühler 7 an dem Scheibchen können so angeordnet werden, daß sie den Fühlern 2 an der Maske direkt im Verhältnis 1:1 oder in einem solchen Verhältnis entsprechen, daß einer der Fühler 7 je ~ weils zwei oder mehreren Fühlern 2 entspricht. Die Anzanl der Temperaturfühler 7 an dem Scheibchen sollte gleich der Anzahl der gleichfalls an dem Scheibchen angeordneten Heiz-und/oder Kühlelemente 6 sein. Wenn die Temperaturfühler 7 an dem Scheibchen in dem letztgenannten Verhältnis der Übereinstimmung eines der Fühler 7 mit jeweils zwei oder mehreren Fühlern 2 an der Maske angeordnet sind, wird die Temperatur eines jeden Abschnitts des Scheibchens so geregelt, daß sie der Durchschnittstemperatur in den entsprechenden mehreren Abschnitten der Maske entspricht.

Bei einem später beschriebenen Ausführungsbeispiel wird zugleich die Versetzung des Musters an aer Maske und dem Scheibchen mittels der Ausrichtfehler-Meiieinheit erfaßt. In diesem Fall werden die Richtmuster als Bezugsorte ein-

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gesetzt. Wie die vorstehend genannten Temperaturfühler können die Richtmuster zwischen dem tatsächlichen Elementmuster an der Maske angebracht sein. An dem Scheibchen können die Richtmuster unter jeweiliger Übereinstimmung mit einem der Richtmuster an der Maske oder unter jeweiliger Übereinstimmung mit zwei oder mehreren Richtmustern der Maske angeordnet werden.

Bei dem in den Fig. 2 und 3 gezeigten Ausführungsbeispielen sind die Heiz- und/oder Kühlelemente 6 in dem Scheibchen-Spannfutter so angeordnet, daß sie diesem eine bestimmte geregelte Temperaturverteilung erteilen. Das
Scheibchen 9 wird hinsichtlich der Temperatur indirekt über das Scheibchen-Spannfutter 11 geregelt. Es ist natürlieh möglich, die Heiz- und/oder Kühlelemente 6 in der V/eise anzuordnen, daß das Scheibchen 9 hinsichtlich der Temperatur direkt mittels der Elemente ö geregelt v/ird. Bei dem dargestellten Ausführungsbeispiel hat das Scheibchen-Spannfutter 11 gleichzeitig zwei verschiedene Funktionen, nämlich das Scheibchen festzuhalten und die Temperatur des Scheibchens zu regeln.

Die Funktionsweise bei dem vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispiel iat folgende:
25

Zu Beginn des Ausrichtungsvorgangs gibt die Bedienungsperson mittels (..er Signaleingabeeinheit 1, die eine Schreibmacchine_oder eine Tastatur sein kann, die Steuerparameter für die Einstellung der notwendigen Steuergrößen ein. Die

^ou eingegebenen Steuerparameter werden in die Hauptsreuereinheit 4 eingeleitet, die eine Reihe von Betriebsablauffolgen hat, welcne im Voraus in dem Speicher gespeichert
sind. Entsprechend den nunmehr eingegebenen Steuerparametern aus der Signaleingabeeinheit 1 wählt die Hauptsteuereinneit A die für iie eingegebenen Steuerparameter am be-

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sten geeignete Ablauffolge aus den eingespeicherten verschiedenen Ablauffeigen. Dann führt die Hauptsteuereinheit 4 die gewählte Betriebsablauffolge aus. Gewünschtenfalls können diese Betriebsablauffolgen für verschiedenerlei unterschiedliche Steuerparameter in dem Speicher in der Hauptsteuereinheit automatisch bei der Einstellung der Parameter über einen an die Siganleingabeeinheit 1 angeschlossenen Magnetspeicher eingelesen werden. Ferner ist es möglich, derartige Betriebsablauffolgen in irgendein nicht-flüchtiges Speicherelement einzuschreiben (w,e beispielsweise in einen programmierbaren Festspeicher (PROM), einen löschbaren und neu programmierbaren Festspeicher (EPROM) oder dergleichen)). Ferner kann an die Hauptsteuereinheit 4 eine Sichtanzeigeeinheit wie ein Kathodenstrahlröhren-Endgerät, eine Leuchtdioden- oder Flüssigkristallanzeige · und/oder eine Aufzeichnungseinheit wie ein Drukker angeschlossen werden, um während des Betriebs die Betriebsdaten zu überwachen und/oder aufzuzeichnen.

Beispiele für die vorangehend genannten Betriebsablauffolgen für verschiedenerlei unterschiedliche Steuerbedingungen sind folgende:

Ablauffolge I
25

Die Temperaturverteilung der von dem Maskenhalter 10 gehaltenen Fotomaske 8 wird mittels einer Vielzahl von Verteilungsm.eß-Temperaturfühlern 2 ermittelt, die an der Maske 8 angeordnet sind. Die Daten für die ermittelte Tempe-

raturverteilung werden in die Hauptsteuereinheit 4 eingegeben, die Signale an die jeweiligen Steuereinheiten 5 abgibt, um die Temperaturverteilung an der Oberfläche des Spannfutters 11 gleich der mittels der Fühler 2 erfaßten Temperaturverteilung der Maske zu machen. Entsprechend

ien Signalen aus der Hauptsteuereinheit 4 setzen daher

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die jeweiligen Steuereinheiten 5 die daran angeschlossenen Heiz- und/oder Kühlelernente 6 (in Form von Heizvorrichtungen oder Halbleiter-Thermomodulen) gemäß den Signalen aus der Hauptsteuereinheit 4 in Betrieb. Zugleich steuern die jeweiligen Steuereinheiten 5 die Heiz- und/oder Kühlelernente 6 in der Weise, daß unter Bezugnahme auf die entsprechend den an die jeweiligen Steuereinheiten 5 angeschlossenen Elementen 6 angeordneten Spannfutteroberflächen-Temperaturfühler 7 die Temperaturen der Elemente auf den den von der Hauptsteuereinheit 4 angelegten Signalen entsprechenden Werten gehalten werden.

Ablauffolge II

Falls einer Steuereinheit 5 mehrere Fühler 2 zugeordnet sind, wird mittels der Fühler 2 die Temperaturverteilung der Maske 8 ermittelt, wobei die erfaßten Daten in die Hauptsteuereinheit 4 eingegeben werden. Die Hauptsteuereinheit 4 führt einen Rechenvorgang zur Ermittlung eines Mittelwerts der erfaßten Daten aus und legt an die Steuereinheiten 5 Signale zum Einregeln der Oberf lächenternperatur des Spannfutters 11 an einem jeweiligen Abschnitt auf den Mittelwert an. In Bezug auf die Fühler 7 steuern die jeweiligen Steuereinheiten 5 die Heiz- und/oder Kühlelernente 6, wodurch die jeweiligen Oberflächentemperaturen der mehreren Abschnitte des Spannfutters 11 auf die jeweiligen Mittelwerte der Temperaturverteilungen der entsprechenden Abschnitte der Maske 8 gesteuert werden. Der hier-Dei angewandte Mittelwert kann das einfache arithmeti-

sehe Mittel eier Temperaturen sein, die mittels der mehreren Fühler 2 erfaßt werden, die für ein einzelnes Heizoder Kühlelement 6 vorgesehen sind, oder aber ein arithmetischer Mittelwert, der unter Berücksichtigung der Koordinatenstellen der Fühler 2 etwas bewertet ist.
35

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Ablauffolge III

Diese Ablauffolge ist im wesentlichen die gleiche wie die vorstehend beschriebene Ablauf folge 1. Die Oberf läcr.entem-5 oeratur des Spannfutters 11 wird aber so gesteuert, daß die Temperaturdifferenz zwischen den den Fühlern 2 entsprechenden verschiedenen Punkten an der Spannfutteroberfläche konstant gehalten werden kann.

Ablauffolge IV

Diese Ablauffolge ist im wesentlichen die gleiche wie die vorstehend beschriebene Ablauffolge II. Die Oberflächentemperatur des Spannfutters 11 wird aber so gesteuert, daß die Oberflächentemperatur auf einen Wert einstellbar ist, der sich um einen bestimmten Wert von dem mittels der Hauptsteuereinheit 4 berechneten Mittelwert der Temperaturverteilung an den Fühlern 2 unterscheidet.

Ablauffolge V

Die Temperatur an dem Maskenhalter 10 wird mit einem, zwei drei oder vier von Sensoren 2' erfaßt, die an dem Halter, jedoch im belichtungsfreien Bereich angeordnet sind. Aus äen Ausgangssignalen der Fühler berechnet die Hauptsteuereinheit 4 auf die vorangehend beschriebene V/eise den Mittelwert (wobei die Durchschnittsberechnung unnötig ist, wenn nur, ein Fühler vorgesehen ist). Die jeweiligen Abschnitte des Spannfutters 11 werden so geregelt, daß die Oberflächenternperatur eines jeweiligen Abschnitts auf den entsprechenden Mittelwert eingestellt wird.

Ablauffolge VI

In einer zur vorstehend unter V beschriebenen Weise

gleichartigen Weise wird die Oberflächentemperatur des

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Spannfutters 11 an den jeweiligen Abschnitten so geregelt, daß sie auf einen Wert eingestellt wird, der sich von dem Mittelwert um einen bestimmten Wert unterscheidet.

Ablauffolge VII

In den Speicher in der Hauptsteuereinheit 4 werden im Voraus Daten einer den Temperaturen der Fühler 2' entsprechenden Temperaturverteilung an der Maske 8 eingespeichert. Die Hauptsteuereinheit 4 berechnet auf die vorstehend unter V beschriebene Weise die mittlere Temperatur der Fühler 2' und liest die zuvor eingespeicherte, den Fühlern 2' entsprechende Temperaturverteilung an der Maske 8 aus dem Speicher aus. Das Spannfutter 11 wird zu der au;; dem Speicher ausgelesenen Temperaturverteilung hin gesteuert.

Ablauffolge VIII

Diese Ablauffolge ist im wesentlichen die gleiche wie die

vorstehend beschriebene Ablauffolge VII. Die Oberflächen-

temperatur des Spannfutters 11 wird aber so gesteuert, daß an den jeweiligen Stellen der Spannfutteroberfläche die Temperaturdifferenz zwischen der aus dem Speicher ausgelesenen Temperaturverteilung an der Maske 8 und der
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Spannfutter-Oberflächentemperatur konstant gemacht wird.

Ablauffolge IX

Die Oberflächentemperatur des Spannfutters 11 an den je-30

weiligen Abschnitten wird auf eine Temperatur oder eine Ternperaturverteilung geregelt, die von aer Hauptsteuereinheit 4 vorgegeben ist.

-17- DE 2042 Ablauffolge X

Gemäß der Darstellung in der Fig. 8 wird aus einer Ausrichtfehler-Meßeinheit 3 ein Fehlersignal gewonnen. (Im allgemeinen sind die derzeit erhältlichen Maskenausrichtvorrichtungen mit einem fotoelektrischen Richtmuster-Erfassungssystem ausgestattet, das über ein Mikroskopobjektiv 13 betreibbar ist. Dieses Erfassungssystem kann als Ausrichtfehler-Meßeinheit bzw. Fehlersensor 3 dienen. Wenn daher ein derartiges fotoelektrisches hichtmuster-Erfassungssystem auch als Fehlermeßeinheit 3 eingesetzt werden soll, ist keine gesonderte Meßeinheit 3 mehr notwendig). Das Fehlersignal (das beispielsweise ein Signal über den Umstand sein kann, daß die in der Fig. IC gezeigten Zeitig Intervalle t₁ und t_? oder t~ und t, einander nicht gleich sind) wird in die Hauptsteuereinheit 4 eingegeben, die es in eine Ausdehnung des Scheibchens umsetzt und dann die Oberflächentemperatur des Spannfutters 11 so steuert, daß der Fehler auf 0 oder ungefähr auf 0 verkleinert wird.

Als Fehlermeßeinheit 3 kann auch eine Einrichtung zum Be obachten des Ausrichtfehlers mit dem unbewaffneten Auge über das optische Ausrichtungssystem verwendet werden. Falls mehrere Richtmuster in den mehreren Abschnitten angebracht sind, wobei jeweils ein Muster jeweils einem Ab-

schnitt entspricht, kann die Fehlerermittlung unter Bewegen der Fehlermeßeinheit 3 längs der Maske erfolgen.

Ablauffolge XI

Diese Ablauffolge ist im wesentlichen gleich der vorstenend beschriebenen Ab1auffölge.. X. Für irgendeinen, durch eine örtliche Verformung des Scheibchens verursachten örtlichen Ausrichtfehler wird aber die Temperatur in der

V/eise geregelt, daß nur diejenigen Heiz- oder Kühlelemente 35

5 gesteuert werden, die an den Stellen der Örtlichen Ver-

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* formung des Scheibchens entsprechenden Stellen angeordnet sind. Die Heiz- oder Kühlelemente 6 werden so gesteuert, daß der örtliche Ausrichtfehler auf 0 oder ungefähr 0 verringert wird.

Aus diesen verschiedenen Betriebsablauffolgen kann nach Erfordernis irgendeine gewählt werden, wobei von einer Ablauffolge auf eine andere umgeschaltet wird. Ferner können in Verbindung zwei oder mehrere unterschiedliche Ablauffolgen eingesetzt werden.

Die Fig. 4 und 5 zeigen ein weiteres Ausführungsbeispiel der Halbleiterdruckvorrichtung.

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Oberflächen von Halbleiter-Thermomodulen 6' gemeinsam als Scheibchen-Spannfutter-Oberfläche verwendet. Ein Zwischenraum 12 zwischen den Modulen 6' bei diesem Ausführungsbeispiel kann als Unterdruckkanal für das Festhalten des Scheibchens ^u an der Spannfutter-Oberfläche durch Ansaugkraft eingesetzt werden. Da die Thermomodule in gegenseitigem Abstand stehen, entsteht keine V/echselwirkung zwischen den Modulen, die sonst durch Wärmeübertragung zwischen den Modulen verursacht wäre. Das Scheibchen ist in direkter Berührung mit der Oberfläche der Module. Diese Eigenschaften dieses Ausführungsbeispiels ergeben auch einen Vorteil insofern, als die örtliche Temperaturregelung leicht ausführbar ist. Bei diesem Ausführungsbeispiel werden ähnlich wie bei den

vorangehenden Ausführungen die Temperaturfühler 7 nahe 30

den Modulen innerhalb des Scheibchen-Spannfutters angeordnet.

Die Fig. 6 und 7 zeigen die einfachste Ausführungsform der- Halbleiterdruckeinrichtung.

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Bei dieser Ausführungsform sind gemäß der Darstellung in der Fig. 6 Heizblöcke 6 · -1, 6'-2 und 6' -3 in Keramikpakkung auf konzentrischen Kreisen angeordnet. Bei dieser Anordnung kann die Temperaturregelung in ausreichend stabiler Weise mittels eines sehr einfachen Steuersystems gemäß der Darstellung in der Fig. 7 vorgenommen werden.

Alle die verstehend beschriebenen Ausführungsbeispiele sind Einrichtungen, mit denen alle möglichen Steuerpararneter einstellbar sind und die für die eingestellten Parameter am besten geeignete Steuerablauffolge ausführbar ist.
Bei dem Einbau in ein Druckgerät sind verschiedenerlei Abwandlungen der Ausführungsform möglich. Beispielsweise kann die Hauptsteuereinheit 4 in den zur Steuerung des Druckgeräts verwendeten Steuercomputer eingegliedert werden. Ferner können zur Vereinfachung dieser Einrichtung die vorstehend beschriebenen Betriebsablauffolgen allein auf eine besonders festgelegte Ablauffolge oder allein auf zwei derartige Ablauffolgen beschränkt werden. Bei den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen wurde eine Vielzahl von Heiz- und/oder Kühlelementen 6 in einem Spannfutter eingebettet. Wenn jedoch als Heiz- oder Kühlelemente 6 Halbleiter-Thermomodule verwendet werden und die Thermcmodule gemäß der Darstellung in den Fig. 4 und 5 angeordnet werden, kann die Spannfutter-Oberfläche durch die Oberflächen der Thermomodule selbst gebildet sein. Falls die Arbeitstemperatur der Einrichtung auf den Bereich oberhalb der Raumtemperatur begrenzt wird, können statt der Heiz- oder Kühlelemente 6 einfache Heizelemente

^QW wie gewöhnlicher Metalldraht, eine Metallbeschichtung oder ein Halbleiter verwendet werden. Die einfachste Ausführungsform der Heiz- oder Kühlelemente 6 ist die in den Fig. 6 und 7 gezeigte. Auch wenn dieser einfachste Aufbau der Elemente 6 verwendet wird, ist es leicht möglich, die Verteilung der Spannfutter-Oberflächentemperatur innerhalb

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eines Bereichs von + 0,1 C zu halten.

Die Fig. 9 zeigt ein weiteres Ausführungsbeispiel der

Haibleiterdruckeinrichtung.
5

Bei diesem Ausführungsbeispiel werden die Heiz- oder Kühlelemente 6 in Bezug auf das Halbleiter-Scheibchen 9 bewegt, wie es durch den Pfeil dargestellt ist. Daher erfolgt die Temperaturregelung durch Änderung des Abstand zwischen dem Scheibchen 9 und dem Element 6. Bei diesem Ausführungsbeispiel muß die Temperatur der Heiz/Xühlvorrichtung nicht veränderbar sein, sondern kann konstant sem. Bei dieser Ausführungsform können alle Heiz- oder Kühlvorrichtungen mit einer konstanten Temperatur eingesetzt werden. Natürlich sind bei diesem Ausführungsbeispiel Festkörperelemente wie der vorstehend genannte Thermomodul brauchbar. Ferner können auch Fluidstrahlvorrichtungen wie Luftdüsen eingesetzt werden. Durch zweidimensionales Bewegen des Heiz- oder Kühlelements 6 zur Oberfläche des Scheibchens 9 hin und längs derselben ist es auch möglich, die Temperatur des Scheibchens abschnittsweise zu regeln.

Im Vorstehenden wurde die Halbleiterdruckeinrichtung im einzelnen anhand von Ausführungsbeispielen dargestellt und beschrieben, bei welchen die Temperatur und die Temperaturverteilung einzelner Objekte geregelt werden, um eine fehlerfreie Ausrichtung zweidimensionaler Miniaturmuster zu erzielen. Es ist jedoch ersichtlich, daß die Einrich-

tung nicht allein auf die beschriebenen Ausführungsbeispiele beschränkt ist. Für den Fachmann ist es offensichtlich, daß die Einrichtung auch allgemein bei einer Feineinstellungs-Ausrichtung oder Musterausrichtung zwischen

zwt-i Objekten anwendbar ist, von welchen eines aus einem 35

thermisch ausdehnbaren oder zusammenziehbaren Material

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·*■ besteht. Daher sind die beschriebenen Merkmale nicht auf den Einsatz bei einer Halbleiterdruckeinrichtung beschränkt .

Wie aus dem Vorstehenden leicht ersichtlich ist, wird bei der Einrichtung ein in Abschnitte aufgeteiltes Temperaturregelsystem angewandt, das es ermöglicht, nach Belieben die für die Regelung am besten geeignete Betriebsablauffolge zu v/ählen. Insgesamt hat die Einrichtung die folgen- -Q den Wirkungen und Vorteile:

(1) Ein durch den Wärmeausdehnungs-Unterschied zwischen der Fotomaske und dem Scheibchen hervorgerufener Ausrichtfehler kann unterdrückt werden.

(2) Ein durch eine nichtlineare Ausdehnung aufgrund der Temperaturverteilung verursachter Ausrichtfehler kann verringert werden, da mit der Einrichtung dem Scheibchen eine zur Temperaturverteilung der Fotomaske ana-

^u löge Temperaturverteilung erteilt wird.

(3) Die Temperatur und die Temperaturverteilung des Scheibchen-Spannfutters kann von außen her geregelt werden. Daher ist die Halbleiterdruckeinrichtung auch

für die Ausrichtung eines Musters brauchbar, das in einer anderen Druckeinrichtung oder unter anderen Temperaturbedingungen gedruckt wurde.

(4) Die örtliche Temperaturregelung bei der Halbleiter-

druckeinrichtung ist dazu zweckdienlich, einen Musterausrichtfehler zu verringern, der durch irgendeine örtliche Verformung des Scheibchens hervorgerufen wird, die bei dem Druckschritt oder einem anderen

Schritt des Halbleiter-Herstellungsverfahrens entsteht 35

(die Verringerung des Ausrichtfehlers wird allgemein

als "Verformung in der Ebene" (in-plain distortion) bezeichnet).

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(5) Die Stabilität der Einrichtung kann verbessert werden. Keine Druckeinrichtung kann sofort nach der Inbetriebnahme in einen stabilen Zustand gelangen. Nach Beginn des Betriebs steigt allmählich die Temperatur der Einrichtung selbst durch die eigene Wärmeerzeugung. Es dauert gewöhnlich einige Stunden, bis die Einrichtung einen stabilen Betriebszustand einnimmt. Daher unterscheidet sich genaugenommen ein unmittelbar nach Beginn des Arbeitens gedrucktes Muster von einem bei dem stabilen Betriebszustand gedruckten Muster aufgrund einer gewissen Temperaturdifferenz zwischen den beiden Druckzeitpunkten. Zur Überwindung dieser
Schwierigkeiten ist es notwendig, eine Maßnahme vorzusehen, mit der die Einrichtung immer in einem stabilen Zustand gehalten wird. Bei der Halbleiterdruckeinrichtung kann die Temperatur des Scheibchen-Spannfutters zwangsweise auf eine bezüglich der Temperatur der Fotomaske konstante Temperatur geregelt werden. Daher wird mit der Halbleiterdruckeinrichtung das Problem gelöst und die Stabilität der Einrichtung verbessert.

Es wird eine Halbleiterdruckeinrichtung angegeben, mit der ein Ausrichtfehler ausgeschaltet wird, der durch irgendeine zwischen einer Maske und einem Halbleiter-Scheibchen durch Parameteränderungen wie Temperaturänderungen, eine Zwischen-Bearbeitung wie beispielsweise das Ätzen oder dergleichen hervorgerufene relative Verformung verursacht wi_rd. Ein Merkmal der beschriebenen Einrichtung besteht darin, daß eine Vorrichtung zum jeweiligen unabhängi>,en Kühlen oder Erwärmen mehrerer verschiedener Abschnitte der Maske und/oder des Scheibchens vorgesehen ist.

£3

Leerseite

Claims

Patentansprüche

Halbleiterdruckeinrichtung, bei der irgendeine durch eine Parameteränderung hervorgerufene Relatiwersetzung des Musters zwischen einer Maske und einem Halbleiter-Scheibchen kompensierbar ist, gekennzeichnet durch eine Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (6; zum jeweiligen unabhängigen Erwärmen und/oder Kühlen mehrerer unterschiedlicher Abschnitte der Maske (8) und/oder des Scheibchens (9).
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (6) aus Festkörperelementen gebildet ist.
3. Einrichtung nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch eine Steuereinrichtung (4,5) zum Steuern der Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (6) gemäß einer für die Parameteränderung geeigneten bestimmten Erwartungsgröße.
4. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch eine Temperaturmeßvorrichtung (2) zur Erfassung der Temperatur der mehreren unterschiedlichen Abschnitte der Maske (8), eine Temperaturmeßvorrichtung (7) zur Erfassung der Temperatur der mehreren unterschied-

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lichen Abschnitte des Scheibchens (9) und eine Steuereinrichtung (4,5) zum Steuern der Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (6) gemäß dem mittels der Temperaturmeßvorrichtungen erfaßten Temperaturverteilungs-Unterschied zwischen der Maske und dem Scheibchen.
5. Einrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßvorrichtung (7) für das Scheibchen (9) innerhalb eines das Scheibchen haltenden Scheibchen-Spannfutters (11) angebracht ist.
6. Einrichtung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Temperaturmeßvorrichtung (2) für die Maske (8) in dem Bereich des Maskenmusters angebracht _ist.
7. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, gekennzeichnet durch eine Ausrichtfehler-Meßeinrichtung (3) zum gleichzeitigen Ermitteln der Lagebeziehung zwischen

²^ der Maske (8) und dem entsprechenden Muster sowie der Lagebeziehung zwischen dem Scheibchen (9) unc dem entsprechenden Muster und eine Steuereinrichtung (4) zum Steuern der Heiz und/oder Kühlvorrichtung (6) in Abhängigkeit von der mittels der Ausrichtfehler-Meßeinrichtung ermittelten Fehlergröße.
8. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurcn gekennzeichnet, dafi. die Ausrichtfehler-Meßeinrichtung ^3) ein optisches System (13) zürn gleichzeitigen Betrachten sowohl

der Maske (8) als auch des Scheibchens (9) aufweist.
9. Einrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtfehler-Meßeinrichtung (3) eine Strahlenabtastvorrichtung zum Abtasten jeweiliger Ausrichtmuster (Ml, M2 bzw. Wl, W2) der Maske (8) und des Scheib-

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chens (9) und eine fotoelektrische Meßeinrichtung zum Erfassen reflektierter Strahlen aufweist.
10. Einrichtung nach einem der Anüprücne 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausrichtiihier-Meßeinrichtung (3) relativ zur iJaske (8) und läng.; dieser bewegbar angebracht ist.
11. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (6) innerhalb eines Scheibchen-Spannfutters (11) angebracht ist.
12. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 11,

dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (6) aus Thermomodulen (6¹) zusammengesetzt ist.
13. Einrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Oberflächen der Therruomodule (G¹) ge-

meinsam eine Scheibchenhaitefläche bilden und die Zwischenräume zwischen den Thermornodulen als Unterdruckkanal zum Festhalten des Scheibchens (9) durch Ansaugen verwendbar sind.
14. Einrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 10,

dadurch gekennzeichnet, daß die Heiz- und/oder Kühlvorrichtung (6) zur Änderung ihres Abstands von der Maske (8) und/-eder dem Scheibchen (9) bewegbar ist.