Устройство для совмещения проводящего рисунка на маске с рисунком подложки

(Риг 1 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ. СССР АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СОВМЕЩЕНИЯПРОВОДЯЩЕГО РИСУНКА НА МАСКЕ СРИСУНКОМ ПОДЛОЖКИ(57) Изобретение относится к технике полупроводникового производства, в частностик рентгенолитографии, и предназначено дляиспользования в установках для совмещения рисунка на маске с рисунком на подложке и экспонирования. Цель изобретения -повышение точности совмещения рисунков 01 1 21/312. 0 03 Е 7/20 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 воэможностью 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 подлож-3 ка 2 при этом выполняют функцию бесконтактного датчика микрозазора. 3 ил.маске 1 с рисунком подложки 2 содержит 25механизм на чертеже не показан) ориентации параллельно друг другу рабочих повер 30 пленки 5 прикреплена подложка 2 (электростаИзобретение 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 подложки, на фиг.2 изображена упрощенная электрическая мостиковая схема для измерения величины емкости конденсатора, обкладками которого являются маска и подложка, на фиг,З - разрез А-А на фиг,1,Устройство для совмещения рисунка на хностей, проводящих либо содержащих проводящие слои масаки 1 и подложки 2 и образования между ними микрозазора, узел контроля непараллельности рабочих поверхностей маски 1 и подложки 2 и микрозазора между ними, а также блок 3 обработки иуправления,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 даигателя 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 наклона между рабочими поверхностями маски 1 и подлокки 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 5 10 15 20 упрощенном виде изображенную на фиг,2 и представляющую собой мостиковую схему,Маска 1 жестко закреплена в маскодержателе 10 посредством токопроводящегоклея, Маскодержатель 10 изготовлен из проводящего материала (сталь) и зафиксирован на внешнем кольце диска 11. Диск 11 представляет собой цельнометаллическую деталь из магнитной стали, содержащую дваопорных 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 отдруга.Провода с клемм электрической схемы9 имеют электрический контакт с диском 11и с напыленной на диэлектрическую пленку 5 токопроводящей шиной, непосредственно контактирующей с нерабочей поверхностью подлокки, 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 находящимисянапротив них выступами диска 11 (см, фиг.З) отрегулированы так. что при подаче равных токов на любой из электромагнитов 8 соответствующие им выступы имеют равные смещения по направлению к электромагнитам. Величина этих смещений определяется силой тока через данный электромагнит и жесткостью упругой мембраны диска 11Устройство 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, 1611158К переменной составляющей трехфазного тока необходимо добавлять постоянную составляющую, такую, чтОбы напрякение на электромагните всегда было одного знака, в противном случае прецессия вырождается в более сложное движение, так как положительный и отрицательный ток церез 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 всличины 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 вместо покачивания использовать прецессию одного из совмещаемых обьектов, В случае установления рабоцей поверхности другого совмещаемого обьекта ортогонально оси прецессии первого угол между плоскостями, а следовательно, и емкость конденсатора, будут постоянными по времени, цто позволяет использовать для измеоений мостиковую схему.Схема 9 узла контроля непараллельности рабочих поверхностей маски 1 и подложки 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 б, добиваясь при этом такого положения подложки 2, когда величина электрической емкости конденсатора равна определенной наперед заданной велицине (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 полокения, соответствующего данному электромагниту, края маски 1. Для этого на вход мостиковой схемы подают переменное напряжение 5 В с частотой 20 кГц. В случае, 35 40 45 50 5 10 15 20 25 30 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 больше Сэ, то дается команда назад на удаление данного края 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 чина 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 С 1=-С 2=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 многократно наносят слои различной толщины и из материалов с различной диэлектрической проницаемостыо приводят к необходимости для каждой литографии экспериментально подбирать требуемую эталонную емкость Сэ, 1611158например, меняя величину переменной емкости.,Цополнительным преимуществом изобретения является то, 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 подлоккой 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 1 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.) на рабочую и нерабочую поверхности могут 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 подлокки параллельно друг другу с определенным зазором между ними перед каждой операцией совмещения и экспонирования при проведении литографических процессов, Кроме того, устройство позволяет поддерживать стабильным микоозазор между маской и подложкой во время операций совмещения и экспонирования, в этом режиме переменное напряжение, подаваемое на электромагниты 8, приводящие в движение внешнее кольцо диска 11 с закрепленным на 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 емко 5 10 15 20 25 30 35 40 45 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 микро- зазора",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 подлокки установлены с возможностью периодического изменения угла наклона между их рабочими поверхностями.1611158 фа орректор Л Бескид ошкарева едак Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 10 аказ 46 ВНИоставитель Л.Михайлехред М.Моргентал Тираж Подписное осударственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ ССС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5