DD269076A3 - Einrichtung zur Positionierung scheibenförmiger Objekte - Google Patents

Abstract

Eine Einrichtung zur Positionierung scheibenfoermiger Objekte, insbesondere Halbleiterscheiben, die in technologischen Spezialausruestungen zur Herstellung hochintegrierter Schaltkreise auf dem Gebiet der Mikroelektronik anwendbar ist. Die Einrichtung besteht aus einer Abtriebsplatte zur Aufnahme des Objektes, die ueber Antriebseinheiten mit einer Grundplatte verbunden ist, einem senkrecht auf der Grundplatte befestigten Fuehrungszylinder, der gleichzeitig ueber eine Membran mit der Abtriebsplatte verbunden ist und im Inneren einen Kolben enthaelt. Dieser ragt mit einem Stempel, der an seiner Oberseite eine Vakuum-Ansaugoeffnung hat, durch eine Oeffnung in der Abtriebsplatte. Fig. 1

Description

Hierzu 2 Seiten Zeichnungen

Anwendungsgebiet der Erfindung

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Positionierun j einschließlich Übernahme, Halterung und Ausrichtung von scheibenförmigen Objekten, insbesondere Halbleiterscheiben und kann in technologischen Spezialausrüstungen zur Herstellung hochintegrierter Schaltkreise angjwendet werden.

Der Einsatz der Erfindung ist spezieii in Geräten zur schrittweisen Projektionslithografie zweckmäßig, darüber hinaus auch in der feingerätetechnischen Industrie zur Positionierung von Werkstücken möglich.

Charakteristik des bekannten Standes der Technik

In Geräten zur Strukturierung von Schichten auf der Oberfläche von Halbleiterscheiben durch Licht, Elektronen- oder Röntgenstrahlen ist folgender Ablauf bekannt:

Die Halbleiterscheiben werden automatisch aus einem Magazin entnommen, auf einer Vorausrichtstation abgelegt und dort ihre Lage bezüglich eines gerätefesten Koordinatensystems in x-, y-Richtung und Drehrichtung φ ausgerichtet. Anschließend werden die Halbleiterscheiben für die eigentliche Strukturierung und die dafür notwendigen Positioniervorgänge unter Einhaltung ihrer Lage auf einen Objekttisch transportiert und dort fixiert. Voraussetzung für die Struktutierung der Halbleiterscheiben ist die hochgenaue Ausrichtung in der Ebene.

Nach der Strukturierung werden die Halbleiterscheiben in ein zweites Magazin transportiert.

Eine derartige Einrichtung zur Übergabe einer Halbleiterscheibe ist aus der DE-OS 34 29084 bekannt, in der ein Greifer durch Bewegen eines Schlittens längs einer Führung und durch Betätigen eines Zylinders auf- und abwärts bewegt werden kann. Für den Transport der Halbleiterscheibe ist weiterhin bekannt, sie an ihrer Ober- oder Unterseite mit Hilfe von Vakuum zu fassen. Nachteilig ist daran, daß ein Fassen an der Oberseite (z. B. DE-OS 3017 582) zu einer Beschädigung der zu strukturierenden Schicht und damit zu einem Ausfall dieses Bereiches führt. Das Fassen an der Unterseite vermeidet zwar solche Beschädigungen, bringt aber ebenso wie die Lösung der DE-OS 34 29084 den Nachteil mit sich, daß ein beträchtlicher Bereich der Unterseite und der Aufspannung auf dem Objekttisch für den Transportbehälter reserviert werden muß. Dies ist ein Widerspruch dazu, die Halbleiterscheibe auf dem Objekttisch an eine sich möglichst über ihre gesamte Rückseite erstreckende, homogen strukturierte Referenzebene anzulegen bzw. durch Vakuum anzupressen, um eine hohe Ebenheit zu gewährleisten. Ausbrüche für den Transportbehälter beeinträchtigen die erreichbare Ebenheit. Weiterhin ist bekannt, die Halbleiterscheibe am Rand zu fassen. Jedoch ist es hierbei notwendig, in den Objektbehälter ebenfalls große Ausbrüche einzubringen, in die die Halteelemente eintauchen. Dies« wirken sich nicht nur auf die Ebenheit bei der Ansaugung nachteilig aus; sondern im Fall, daß der Objekthalter mit den Meßspiegeln für ein Laserwegsystem zur Positionierung des Objekttisches eine Einheit bildet, beeinträchtigen solche Ausbrüche die Stabilität der gesamten Anordnung einschücßüch der Meßspiegel und damit die Positioniergenauigkeit, die bei 0,1 pm liegen muß.

Ein weiterer Nachteil derartiger Ausbrüche ist die Sicherheit in Havariefällen, in denen der x, y-Tisch mit dem Objekttisch, ausgelöst z.B. durch Störimpulse und Bauelementeausfälle, unkontrolliert verfahren wird. Bei in Vertiefungen eingetauchten Objekthaltern kann es zu nicht reversiblen Beschädigungen führen.

Der Stand der Technik umfaßt weiterhin die konstruktive Ausführung des Objekttisches, der bekanntlich auf einem in der Ebene positionierbaren x, y-Tisch angeordnet ist und die Aufgabe hat, durch seine Vei stellung Unebenheiten der Oberfläche der Halbleiterscheibe auszugleichen. Dafür wird die Abtriebsplatte zur Halterung d js Objektes bezüglich Höhe und Neigung mit Genauigkeiten bei 0,1 μσι positioniert; der Objekttisch muß die gleichen Genauigkeiten gegenüber Verschiebungen in der x, y-Ebene aufweisen.

Um dies zu realisieren, ist nach OD-WP 230284 bekannt, den Objekthalter und die Meßspiegel für das Laserwegmeßsystem als eine geschlossene Einheit herzustellen. Dadurch ist das Problem unter statischen, allerdings nicht unter dynamischen Bedingungen gelöst. Da der Objekttisch und d»mit auch der Objekthalter Schwingungen, vor allem von der Beschleunigung des x, y-Tisches und von Gestellschwingungen herrührend, abgesetzt ist, schwingt der Objekthalter in der x, y-Ebene, ohne daß diese Schwingungen ausgeglichen werden können. Die bekannten Anordnungen sind in der x, y-Ebene mechanisch weich. Das rührt daher, daß sie bei einer Positionierung bezüglich Höhe und Neigung ihre Querstabilität nur durch die. Verstellelemente aufrechterhalten. Bei notwendigen Verstellbereichen dieser Elemente von mindestens 200pm sind diese auf Grund der physikalischen begrenzten Größe z. B. eines Piezmoduls, die durch Vergrößerung der Länge oder Einführung eines Hebelgetriebes ausgeglichen wird, mechanisch mit einer zu großen Nachgiebigkeit behaftet. Ausführungen, die zur Erhöhung der Querstabilität Membranführungen einsetzen, sind z. B. nach DD-WP 154146 nur für reif translatorische Bewegungen bekannt.

Ziel der Erfindung

Die Erfindung hat das Ziel, eine Positioniereinrichtung für scheibenförmige Objekte, insbesondere Halbleiterscheiben, zu entwickeln, die die Übernahme, Halterung und Ausrichtung dieser Objekte mit hoher Genauigkeit und geringem Aufwand ermöglicht, wobei die funktionelle Sicherheit erhöht, d. h. Ausfallzeiten gesenkt werden sollen. Die Einrichtung soll volumenmäßig klein, insbesondere flach und gegen Schwingungen stabil Fjin.

Darlegung des Wesens der Erfindung

Der Erfindung liegt die Aufgäbe zugrunde, eine derartige Positioniereinrichtung zu schaffen, die in einer Einheit die Einstellung einer Abtriebsplatte zur Objekthalterung bezüglich Höhe und Neigung bei größerer Querstabilität und größerer Reproduzierbarkeit, die Aufnahme des Objektes, das sich einige Millimeter über der Tischplatte befindet, sowie die Ablage dieses Objektes ohne Verdrehung entlang einer definierten Achse auf die Abtriebsplatte zur Halterung gewährleistet. Anhand einer Einrichtung zur Positionierung eines scheibenförmigen Objektes hinsichtlich Höhe und Neigung seiner Lage, bestehend aus einer Grundplatte, einer Abtriebsplatte zur Aufnahme des Objektes, zwischen dar Grund- und der Abtriebsplatte befindlichen Abtriebseinheiten und Mitteln zum Anheben und Absenken des Objektes, wird die Aufgabe dadurch gelöst, daß als Mittel zum Anheben und Absenken des Objektes sowie zu dessen Positionierung hinsictn'i'ch Holte und Neigung ein auf der Grundplatte angeordneter i'nd über eine Rinnmemhran mit der Ahtriehsnlatte verbundener Führungszylinder mit Kolben vorgesehen ist, wobei dk jewogungsrichtung des Kolbens senkrecht zur Grundplatte fixiert ist, die Abtriebsplatte in ihrer Ausgangslage etwa parallel zur Grundplatte ausgerichtet ist und die Ringmembran mit ihrem inneren Durchmesser an dem der Grundplatte entgegengesetzten Ende des Führungszylinders und mit ihrem äußeren Durchmesser an der Abtriebsplatte befestigt ist, daß der Kolben des Führungszylinders mit einem aus dem Führungszylinder über die Ebene der Abtriebsplatte hinausragenden Stempel versehen ist, der eine Ansaugöffnung aufweist und daß am Kolben Mittel zur Sicherung gegen Verdrehung um seine Bewegungsrichtung vorhanden sind.

Der Führungszylinder sollte an seinem der Grundplatte zugewandten Ende mit einer Abdeckplatte verschlossen sein, die einen Druckluftanschluß aufweist, Abdeckplatte und Kolben können über eine Rückstellfeder miteinander verbunden sein. Die Ansaugöffnung am Stempel kann über einen Kanal mit einer Vakuumpumpe verbunden sein. Zur Übernahme des scheibenförmigen Objektes wird der Führungszylinder über den Druckluftanschluß mit Druckluft beaufschlagt, der Kolben dadurch über die Ebene der Abtriebsplatte hinausgefahren, bis sich der Stempel mit Ansaugöffnung in unmittelbarer Nähe der Objektunterseite befindet, während das Objekt noch von einem Transportarm gehalten wird. Über den Kanal und die Ansaugöffnung wird das Objekt auf den Stempel gesaugt und durch Absenken des Kolbens auf der Abtriebsplatte abgelegt. Das Absenken des Kolbens wird ausgelöst durch die Rückstellfeder bei Entlüftung des Führungszylinders über den Druckluftanschluß.

In Ruhelage ist die Abtriebsplatte mit dem Objekt parallel zur Grundplatte ausgerichtet. Eine bei der Bearbeitung erforderliche Neigung des Objektes wird eingestellt über die zwischen Grund- und Abtriebsplatte befindlichen Antriebseinheiten, wobei die Flexibilität der Membran genutzt wird. Ein Ausleger, der am Kolben befestigt und durch die Wand des Führungszylinders nach außen geführt ist, verhindert durch seine Anlage an einer Leiste die Verdrehung des Kolbens um seine Bewegungsrichtung. Die Vorteile diei er technischen Lösung bestehen darin, daß mit einer Einheit d^;° Einstellung des Objektes hinsichtlich Höhe und Neigung bei großer Querstabilität und hoher Reproduzierbarkeit gewährleistet ist. Übernahme, Halterung und Ausrichtung des Objektes sind mit hoher Genauigkeit und geringem Aufwand möglich.

Ausrührungsbeispiel Die Erfindung soll nachfolgend an einem Beispiel e, läutert werden. In der dazugehörigen Zeichnung zeigen

Fig. 1: sine Darstellung der erfindungsgöritdßen Lösung im Schnitt Fig. 2: eine Darstellung der Verdrehsicherung des Kolbens.

In Fig. 1 ist auf einer Grundplatte 3 ein Führungszylinder 4 mit Kolben 16 so angeordnet, daß die Bewegungsrichtung des Kolbens 16 senkrecht zur Grundplatte 3 ausgerichtet ist. Zur Ausrichtung sind Justierringe 5 eingefügt. Der Führungszylinder 4 ist über eine Ringmembran β mit einer Abtriebsplatte 10 verbunden, wobei die Abtriebsplatte 10 in ihrer Ausgangslage etwa parallel zur Grundplatte 3 positioniert ist und die Ringmembran 6 mit ihrem inneren Durchmesser an dem der Grundplatte 3 entgegengesetzten Ende des Führungszylinders 4 und mit ihrem äußeren Durchmesser an der Abtriebsplatte 10 befestigt ist. Als Befestigungselement dienen die Klemmringe 7 und 8 und das Zwischenteil 9.

Der Kolben 16 des Führungszylinders 4 ist mit einem Stempel 17 versehen, der über die Ebene der Abtriebsplatte 10 hinausragt und der eine Ansaugöffnung 18 aufweist. Außerdem ist am Kolben 15 ein Ausleger 20 befestigt, der durch die Wand des Führungszylinders 4 nach außen geführt ist und durch seine Anlage an einer Leiste 23 die Verdrehung des Kolbens 16 um seine Bewegungsrichtung verhindert.

An seinem der Grundplatte 3 zugewandten Ende ist der Führungszylinder 4 mit einer Abdeckplatte 25 verschlossen, die einen Druckluftanschluß 26 aufweist. Abdeckplatte 25 und Kolben 16 sind über eine Rückstellfeder 29 miteinander verbunden, die an Stiften 27 und 28 angehängt ist. Die Ansaugöffnung 18 ist durch einen Kanal 19 mit einer Vakuumpumpe (nicht dargestellt) verbunden.

Als weitere Einzelheit sind ein scheibenförmiges Objekt, z. B. ein Wafer 21, ein Wafertranspor'.halter 32, eine Spiegelschicht 12 an der Abtriebsplatte 10, der Laserstrahl 13 eines Laserwegmeßsystemszur Positionsbestimmung der Abtriebsplatte 10, Füße 2 zur Abstützung der Grundplatte 3 von einem Koordinatentisch 1 sowie Anschläge 30 und 31 für den Kolben 16 zu erkennen. Zwischen der Grundplatte 3 und der Abtriebsplatte 10 sind Piezoverstellelemente 14 angeordnet und über eine Koppelstelle 15 miteinander verbunden. Vorteilhafterweise können drei Paar Piezoverstellelemente 14 auf einem Kreisumfang konzentrisch zum Führungszylinder gleichmäßig verteilt sein. In Fig. 1 ist nur ein Paar dargestellt.

In Fig. 2 ist der Ausleger 20 dargestellt, der über ein Kuppellager 22 an der Leiste 23 anliegt und mit einem Vakuumanschluß 21 versehen ist. Ein Permanentmagnet 24 gewährleistet die Anlage des Kugellagers 22 an der Leiste 23. Der Stempel 17 befindet sich in der dargestellten Ausgangslage, und vom Wafertransportbehälter 31 wird der Wafer 11 in die dargestellte, präzis vorgegebene Übergangsposition gebracht. Der Raum zwischen der Abdeckplatte 25, dem Führungszylinder 4 und dem Kolben 16 wird mit Druckluft beaufschlagt, so daß sich der Kolben 16 in die durch den oberen Anschlag 30 begrenzte Lage bewegt, die so abgestimmt ist, daß der Stempel 17 bis an den Wafer 11 herangefahren wird. Über den Vakuumanschluß 21 und die Ansaugöffnung 18 wird der Wafer 11 mittels Vakuum am Stempel 17 festgehalten, und der Wafertnnsportbehälter 31 zurückgefahren.

Nach Ablassen der Druckluft am Druckluftanschluß 26 senkt sich der Kolben 16 auf Grund der Wirkung der Rückzugsfeder 29 und seines Eigengewichtes soweit, bis der Wafer 11 auf der Oberseite der Abtriebsplatte 10 aufliegt und fixiert werden kann. Da das am Ausleger 20 angebrachte Kugellager 22 stets an der Leiste 23 anliegt, kann sich der Kolben 16 bei seiner Auf- und Abbewegung nicht verdrehen, so daß der Wafer 11 seine eingestellte Lage mit hoher Genauigkeit beibehält. Durch Lösen des Vakuums kehrt der Stempel 17 in seine Ausgangslage zurück. Während der folgenden Bearbeitung des Wafers 11 wird die Abtriebsplatte 10 durch die Piezoverstellelemente 14 so in ihrer Höhe und Neigung verändert, daß die Oberfläche des Wafers 11 an der zu belichtenden Stelle immer in der gleichen Ebene, z. B. der Bildebene eines Projektionsobjektivs liegt. Die Ringmembran 6 besitzt eine solche Beweglichkeit bzw. Nachgiebigkeit, daß eine Höhenverstellung und Kippung im gewünschten Bereich möglich ist. Die Ringmembran 6 sollte nahe dem Wafer 11 angeordnet werden. Gegenüber einer Verdrehung des Zwischenteils 9 um die Achse des Führungszylinders 4 und gegenüber Verschiebungen in der Membraflebene besitzt die Ringmembran eine sehr hohe Steifigkeit und wirkt somit im Zusammenhang mit dem Führungszylinder 4, an dem sie befestigt ist, als spiel- und verschleißfreie Drehsicherung und gewährleistet mechanische Unnachgiebigkeit in der Ebene. Dies ermöglicht, die von Beschleunigungskräften beim Verfahren des Koordinatentisches 1 herrührenden Verschiebungen wesentlich kleiner als 0,1 pm zu halten. Die Verstellelemente selbst sind auf Grund ihres Aufbaus nicht in der Lage, eine ausreichende Festigkeit für solch enorm hohe Genauigkeit zu gewährleisten.

Nach der Bearbeitung des Wafers 11 erfolgt dessen Übergabe in der Reihenfolge, daß der Stempel 17 durch Druckluft bis zum Wafer 11 angehoben, der Wafer 11 am Stempel mittels Vakuum gehalten, die Waferfixierung auf der Abtriebsplatte 10 gelöst wird, der Stempel 17 weiter nach oben in eine Übergabeposition fährt, der Wafertransportbehälter 32 einfährt, der Wafer 11 an diesem geklemmt und die Vakuumhaltung am Stempel 17 gelöst wird Es kann für den zeitlichen Ablauf günstig sein, wenn zwei Übergabepositionen in unterschiedlicher Höhe existieren, d. h. eine für Zu- und eine für Abführung des Wafers 11. Für beide Vorgänge sind jeweils ein Wafertransportbehälter 32 in der jeweiligen Höhe vorgesehen, die beide gleichzeitig in ihre Übergabepositionen eingefahren werden, wodurch Zeit eingespart wird. Dafür kann ein zv/eiter Druckluftanschluß im Führungszylinder 4 bzw. in der Abdeckplatte 25 vorgesehen werden. Seine Öffnung zum Inneren des Führungszylirides 4 sollte in einer solchen Höhe liegen, daß der Abstand zum unteren Anschlag 31 dem Abstand zwischen der Ausgangslage des Stempels 17 und der Übergabelage entspricht, wobei diese zweite Übergabelage unterhalb der ersten, durch den oberen Anschlag 30 begrenzten Übergabelage liegt. Wenn an diesem zweiten Druckluftanschluß die Druckluft des ersten Anschlußt s 26 anliegt, wird der Kolben 16 so vorgeschoben, als sei der zweite Anschluß nicht vorhanden. Ist der zweite Anschluß so gesteuert, daß die Luft, die vom ersten Anschluß kommt, durch diesen abströmen kann, hebt odar senkt sich der Kolben 16 so weit, daß die Öffnung zum zweiten Anschluß einen bestimmten Betrag geöffnet ist und sich ein Druckgleichgewicht eingestellt. Der Kolben 16 steht in diesem Fall in einer bestimmten Höhe, die der zweiten Übergabeposition entspricht.

Claims (3)

1. Einrichtung zur Positionierung eines scheibenförmigen Objektes hinsichtlich Höhe und Neigung seiner Lage, bestehend aus einer Grundplatte, einer Abtriebsplatte >~ur Aufnahme des Objektes, zwischen der Grund- und Abtriebsplatte befindlichen Antriebseinheiten und aus Mitteln zum Anheben und .Absenken des Objektes, gekennzeichnet dadurch,

— Jaß als Mittel zum Anheben und Absenken des Objektes sowie zu dessen Positic, ndi ung hinsichtlich Höhe und Neigung ein auf der Grundplatte (3) angeordneter und übe r eine Ringmembran (6) mit der Abtriebsplatte (10) verbundener Führungszylinder (4) mit Kolben (16) vorgesehen ist, wobei die Bewegungsrichtung des Kolbens (16) senkrecht zur Grundplatte (:>) fixiert ist, die Abtriebsplatte (10) in ihrer Ausgangslage etwa parallel zur Grundplatte (3) ausgerichtet ist und dia Ringmembran (6) mit ihrem inneren Durchmesser an dem der Grundplatte (3) entgegengesetzten Ende des Führungszylinders (4) und mit ihrem äußeren Durchmesser an der Abtriebsplatte (10) befestigt ist,

— daß der Kolben (16) des Führungszylinders (4) mit einem aus dem Führungszylinder (4) über die Ebene der Abtriebsplatto (10) hinausragenden Stempel (17) versehen ist, dereine Ansaugöffnung (18) aufweist und

— daß am Kolben (16) Mittel zur Sicherung gegen Verdrehung um seine Bewegungsrichtung vorhanden sind.

2. Einrichtung zur Positionierung eines scheibenförmigen Objektes nach Anspruch 1, gekennzeichnet dadurch, daß der Führungszylinder (4) an seinem der Grundplatte (3) zugewandten Ende mit einer Abdeckplattß (25) verschlossen ist, die einen Druckluftanschluß (26) aufweist und daß Abdeckplatte (25) und Koioen (16) über eine Rückstellfeder (29) miteinander verbunden sind.

3. Einrichtung zur Positionierung eines scheibenförmigen Objektes nach Anspruch 1 und 2, gekennzeichnet dadurch, daß die Ansaugöffnung (18) am Stempel (17) über einen Kanal (19) mit einer Vakuumpumpe verbunden ist.