DE19756486C1 - Trägertisch für eine Photomaske in einer Vorrichtung zur Mikrochip-Herstellung - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen Trägertisch für eine Photomaske in einer Vorrichtung zur Mikrochip-Herstellung, mit einer Rechteckplatte aus Glas oder Glaskeramik, die in der betrieblich oberen Plattenseite eine Bohrung zur positionsgenauen Aufnahme der Photomaske sowie in der Plattenoberseite und/oder in der Plattenunterseite Material-Ausnehmungen zur Gewichtsreduktion und zugleich zur Erhöhung der Steifigkeit des Trägertisches aufweist.

Bei der Herstellung von Mikrochips werden gemäß dem Stand der Technik in der Fig. 3 I dargestellte Vorrichtungen verwendet. Von einer nicht dargestellten Lichtquelle wird monochromatisches Licht 1 ausgesandt. Die Strahlung wird durch zwei Spiegelflächen 2a und 2b auf eine Photomaske 3 geleitet, die von einem Trägertisch 4 in vorgegebener Position aufgenommen ist, der aus einer Rechteckplatte aus Glas- oder Glaskeramik besteht, die anhand der Fig. 3 II noch näher beschrieben wird, da sie die Gattung für die Erfindung bildet.

Anschließend werden die monochromatischen Lichtstrahlen durch ein Linsensystem 5 gebündelt und bilden auf einem Wafer 6, der von einem Wafertisch 7 aufgenommen ist, die von der Photomaske 3 vorgegebenen Leiterbahnstrukturen ab, die in einem späteren Ätzvorgang weggeätzt werden. Auf dem Wafer 6 als Substrat wird eine Vielzahl von gleichartigen integrierten Schaltungen erzeugt, die nach Prüfung auf Funktionsfähigkeit zu den Halbleiter-Mikrochips vereinzelt werden.

Wie die Fig. 3 II zeigt, wird die Photomaske 3 in eine kreisrunde Bohrung 8 aufgenommen und in ihrer Lage durch Unterdruck positioniert. Gemäß dem Stand der Technik haben die Photomasken 3 typischerweise eine Größe von 6 Zoll (quadratische Form mit einer Kantenlänge von ca. 152 mm, Dicke ca. 9 mm). Die Größe der Photomaske steht in direktem Zusammenhang mit der Größe der Bohrung 8; denn in den Ecken muß der Abstand a der Photomaske 3 zur Innenseite der Bohrung 8 mindestens 10 mm betragen.

Durch die DE 88 00 272 U1 ist es dabei bekannt, die Photomaske in einer entsprechenden zentrischen Öffnung in einem metallischen Träger zu haltern. Mittels eines derartigen Trägers ist es möglich, die Photomasken auf einfache Weise in der Bohrung des Trägertisches definiert aufzulegen, mit Hilfe von Zentrierstiften und einer Verriegelungsvorrichtung zu halten und durch die zentrische Öffnung hindurch zu bearbeiten. Dadurch ist nicht nur ein automatisches Zuführen der Photomasken auf den Trägertisch, sondern auch eine automatische und einfache Handhabung der Träger mit den Photomasken zwischen den einzelnen Stationen möglich. Der Träger weist dabei in den Eckbereichen dreieckförmige Ausnehmungen zur Gewichtsreduktion ohne Beeinträchtigung der Steifigkeit auf.

Während des Belichtungsvorganges des Wafers 6 werden Bewegungen des Trägertisches 4 für die Photomaske 3 als auch des Wafertisches 7 vorgenommen. Der Trägertisch 4 für die Photomaske führt dabei ausschließlich Bewegungen in X-Richtung durch, während der Wafertisch 7 in X- und Y-Richtung bewegt wird.

Bei der Ausbildung nach dem Stand der Technik liegen die Beschleunigungswerte beim Trägertisch für die Photomaske 3 in der Größenordnung von 3 g (ca. 30 m/sec². Aufgrund der Beschleunigungsamplituden ergeben sich zwei grundlegende Anforderungen an die Ausbildung des Trägertisches 4 für die Photomaske 3. Auf der einen Seite muß eine Reduzierung bzw. Minimierung der bewegten Massen erfolgen, und zum anderen eine Erhöhung der dynamischen Steifigkeiten. Denn durch die Beschleunigungsamplituden wird das System zu Eigenschwingungen angeregt, die Abbildungsfehler auf dem Wafer zur Folge haben.

Während des Belichtungsvorganges des Wafers 6 werden die Bewegungen des Trägertisches 4 für die Photomaske 3 überwacht und Lageabweichungen durch Stellglieder kompensiert. Für die Z-Koordinate sind dies drei Aktuatoren, die in Ausnehmungen 9a, 9b und 9c des Trägertisches 4 aufgenommen sind. Für die Kompensation in X-Richtung ist ein Lorentz-Motor 10 vorgesehen, der an einer Stirnseite des Trägertisches 4 befestigt ist, und zwar an der Seite, an der sich die Ausbildungen 9a und 9b für zwei Z-Aktuatoren befinden.

Ein für die Verstellgröße des Trägertisches für die Photomaske maßgeblicher Parameter ist ein Interferometerspiegel auf einer der langen Seitenflächen (nicht dargestellt).

Würde man beispielsweise einen Trägertisch für eine Photomaske mit den Abmaßen 560 × 450 × 66 mm aus einem Block (z. B. dem Glas-Werkstoff Zerodur®, mit einer Dichte von 250 kg/m³) herstellen, abzüglich der Bohrungen für die Photomaske und der Z-Aktuatoren, dann entspräche dies etwa einer Gesamtmasse von 30 kg. Die Anforderungen hinsichtlich der Masse, um geeignete Beschleunigungswerte zu erreichen, liegen jedoch im Bereich zwischen 10 bis 14 kg.

Zur Gewichtsreduzierung werden daher gemäß dem Stand der Technik Taschen 11 aus dem Vollmaterial gefräst. Eine mögliche Ausführung ist in Fig. 4 dargestellt. Im Teil I der Fig. 4 ist die Ansicht von oben auf den Trägertisch 4 mit der Ausnehmung 8 für die Aufnahme der Photomaske 3 dargestellt, mit einer Reihe von Taschen 11 und 11', die Sackbohrungen darstellen, die an beiden Längsseiten des Trägertisches ausgebildet sind.

Im Teil II ist die Ansicht von unten dargestellt, mit Taschen 11'' in Form von Sackbohrungen, die nach Steifigkeitsgesichtspunkten verteilt ausgebildet sind. Die Form der Taschen kann rechteckig, wabenförmig oder dreieckig sein. Zur Erhöhung der Steifigkeit des Trägertisches führt man die Taschen mit Hinterfräsungen aus. Die Bearbeitungsrichtung ist dabei auf die Dickenrichtung (analog zu den Bohrungen für die Z-Aktuatoren) beschränkt. Dabei liegen die minimalen Wanddicken in der Größenordnung von 4 bis 5 mm. Geringere Wanddicken lassen sich aufgrund der Schnittkräfte und unter Berücksichtigung des spröden Werkstoffverhaltens von Glas bzw. Glaskeramik mit konventionellen Fräsoperationen nicht realisieren. Mit diesen Maßnahmen lassen sich Trägertische für 6 Zoll-Photomasken mit einer Masse von ca. 14 kg herstellen.

Für den Betrieb ist es nun von besonderer Bedeutung, daß die dynamische Steifigkeit ausreichend hoch ist, damit es während des Belichtungsvorganges nicht zu unerwünschten Schwingungen kommt.

Hersteller von Vorrichtungen für die Mikrochip-Herstellung fordern für die Biegeschwingung des Gesamtsystems eine Frequenz von mindestens 500 Hz.

Die mit der bekannten Konstruktion erzielbaren Eigenfrequenzen liegen in der Größenordnung von ca. 450 Hz für die Biegung. Diese Werte beziehen sich auf einen Glasblock ohne Anbauteile (Z-Motor, Lorentz-Motor) bei frei-frei-Lagerung.

Änderungen der Taschengröße in den beiden Randbereichen des Trägertisches für die Photomaske zeigen, daß eine deutliche Erhöhung der dynamischen Steifigkeiten nicht möglich ist. Die Biege-Eigenfrequenzen lagen dabei im Bereich zwischen 700 ± 30 Hz. Vergleichende experimentelle Schwingungsuntersuchungen haben dabei gezeigt, daß eine sehr gute Korrelation der berechneten und gemessenen Größen gegeben ist.

Eine Änderung der Lage der Taschen führt, wie Untersuchungen gezeigt haben, zu keiner nennenswerten Erhöhung der dynamischen Steifigkeit.

Die bekannten konstruktiven Maßnahmen zur Gewichtsreduzierung und zugleich Versteifung des Trägertisches für eine Photomaske beschränken die Abmessungen dem Trägertisches, so daß gemäß dem Stand der Technik nur Trägertische für eine 6 Zoll-Photomaske möglich sind.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ausgehend von einem Trägertisch für eine Photomaske der eingangs genannten Art, dessen Steifigkeit bei gleichzeitiger Massereduzierung zu erhöhen.

Die Lösung dieser Aufgabe gelingt gemäß der Erfindung dadurch, daß Material-Aus­ nehmungen im Randbereich beider Längsseiten der Rechteckplatte als stirnseitige Längsbohrungen, die sich in der Plattenebene erstrecken, ausgebildet sind.

Durch die Maßnahmen gemaß der Erfindung ist es insbesondere möglich, einen entsprechend größeren Trägertisch für eine 9 Zoll-Photomaske zu schaffen, dessen Masse dennoch im geforderten Bereich zwischen 10 und 14 kg liegt. Im Falle einer 9 Zoll-Photomaske beträgt dabei die Kantenlänge des Trägertisches ca. 229 mm. Die dynamische Steifigkeit ist dabei so hoch, daß die Schwingungsanfälligkeit bei transienter Erregung sehr reduziert ist. Die 9-Zoll-Photomaske ermöglicht es, daß in einem Arbeitsvorgang mehr Mikrochips zur gleichen Zeit auf dem Wafer belichtet werden, wodurch die Produktivität bei der Herstellung der Mikrochips vergrößert wird. Der Trägertisch ist auf der anderen Seite aber dynamisch so steif, daß er mit Beschleunigungen von ca. 5 g (ca. 50 m/sec²) und größer bewegbar ist, ohne daß die Schwingungsanfälligkeit ein bestimmtes Maß überschreitet. Durch diese hohen Beschleunigungswerte ist die Produktivität bei der Mikrochip-Herstellung ebenfalls gesteigert.

Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß die Längsbohrungen mit standardisierten Fertigungsverfahren für Glas ausgebildet werden können, so daß auf kostenintensive Sonderverfahren verzichtet werden kann.

Durch die erfindungsgemäß ausgebildeten Längsbohrungen, insbesondere dann, wenn sie gemäß einer Weiterbildung der Erfindung als dünnwandiges geschlossenes Kastenprofil ausgebildet sind. In Verbindung mit dem üblichen Einsatz von Dreiecksstrukturen bei den Material-Ausnehmungen, bei sonst unveränderten Abmaßen (Länge, Breite und Höhe) des Glas-Trägertisches, kann gemäß der Erfindung eine Reduzierung des Gewichtes auf bis zu 10 kg und einer Erhöhung der dynamischen Steifigkeiten erreicht werden. Die dynamische Eigenfrequenz des Glas-Trägertisches ohne Anbauteile kann auf über 500 Hz und die Biegefrequenz über 850 Hz, jeweils bei frei-freier Lagerung gesteigert werden.

Trägertische der vorgenannten Art besitzen einen Motor für die Z-Komponente des Trägertisches. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist der Motor in den Trägertisch integriert. Durch diese Maßnahme wird die freie Biegelänge reduziert bzw. die Biegefrequenz erhöht.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind auf den Randbereichen der Oberseite des Trägertisches, in denen die Längsbohrungen ausgebildet sind, d. h. im speziellen auf den Oberseiten der Kastenprofile, Versteifungsrippen aufgebracht. Diese Versteifungsrippen können dabei aufgeklebt oder bei feinpolierten Flächen durch einfache Adhäsion aufgebracht werden. Die Größe der Rippen richtet sich nach den vorhandenen Platzverhältnissen. Die Aufbringung der Versteifungsrippen wirkt sich günstig auf die Erhöhung der Biegefrequenz aus.

Gemäß einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung sind die Versteifungsrippen außermittig aufgebracht. Durch diese Maßnahme kann eine Verlagerung des Schwerpunktes durch den an dem Trägertisch angehängten Lorentz-Motor im gewissen Umfang kompensiert werden.

Anhand eines in den Zeichnungen dargestellten Ausführungsbeispieles wird die Erfindung näher beschrieben:

Es zeigen:

Fig. 1 eine bevorzugte Ausführungsform des gemäß der Erfindung ausgebildeten Trägertisches für eine Photomaske mit einer Draufsicht auf den Trägertisch in der Teilfigur I sowie eine Ansicht von unten auf den Trägertisch im Figurenteil II,

Fig. 2 eine bevorzugte Ausbildung des Profiles für die Längsbohrungen in dem Trägertisch, und zwar in der Ansicht I als idealisierte Hohlstruktur und in der Ansicht II als gebohrter Hohlquerschnitt,

Fig. 3 eine Darstellung einer bekannten Vorrichtung zur Mikro­ chip-Herstellung, mit einer prinzipiellen Darstellung der Gesamtvorrichtung in der Teilzeichnung I und eine Darstellung des dabei verwendeten üblichen Trägertisches für eine Photomaske in der Teilfigur II, und

Fig. 4 eine bekannte Ausführungsform von Material-Ausnehmungen in der Ober- und Unterseite des Trägertisches.

Die Fig. 1 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Trägertisches 4 für eine Photomaske 3 in einer Vorrichtung zur Mikrochip-Herstellung entsprechend der Darstellung in Fig. 3. Die Teilfigur I zeigt dabei eine Draufsicht auf die Oberseite des Trägertisches entsprechend der Darstellung des bekannten Trägertisches gemäß Fig. 4. Der Trägertisch besteht aus einer Rechteckplatte aus Glas oder Glaskeramik mit der Bohrung 8 zur positionsgenauen Aufnahme der Photomaske 3. Ferner sind, wie in der Fig. 4, die Bohrungen 9a bis 9c für die Aufnahme der Aktuatoren in der Z-Richtung dargestellt.

Die Teilfigur II der Fig. 1 ist eine Draufsicht auf die Unterseite des Trägertisches entsprechend der Teilzeichnung II der Fig. 4. In dem Trägertisch 4 sind dabei, ganz entsprechend der Ausbildung des bekannten Trägertisches nach Fig. 4, Teilzeichnung II, von der Unterseite aus taschenförmige Material-Ausnehmungen 11'' ausgebildet, wobei die Geometrie der Material-Ausnehmungen bei der Ausführungsform nach der Erfindung derjenigen nach dem bekannten Trägertisch in Fig. 4, II entspricht.

Die Verteilung der taschenförmigen Material-Ausnehmungen 11'' ist in Fig. 1, II nur beispielhaft. Die Material-Ausnehmungen können auch eine andere Konfiguration bzw. andere Verteilung haben, wobei der Gesichtspunkt der optimalen Versteifung im Vordergrund steht. Es sind auch Ausführungsformen denkbar, bei der taschenförmige Material-Ausnehmungen, nicht nur auf der Unterseite, sondern auch auf der Oberseite (nicht dargestellt) der Rechteckplatte ausgeformt sein können.

Der zentrale Unterschied zwischen der Ausführungsform nach der Erfindung gemäß Fig. 1 in bezug auf die bekannte Ausführungsform nach Fig. 4 liegt darin, daß bei der Ausführungsform nach der Erfindung die bei dem bekannten Trägertisch 4 im Randbereich der Längsseiten ausgebildeten taschenförmigen Material-Ausnehmungen 11 und 11' durch stirnseitige Längsbohrungen 12a und 12b ersetzt sind, wobei die Längsbohrungen sich in der Plattenebene erstrecken. Die Längsbohrungen sind dabei vorzugsweise als dünnwandiges geschlossenes Kastenprofil gemäß der Fig. 2 ausgebildet, die später noch erläutert werden wird. Zur Verbesserung der Steifigkeit und der Erhöhung der Eigenfrequenz sind auf den Randbereichen der Grundseiten des Trägertisches, in denen die Längsbohrungen 12a und 12b ausgebildet sind, Versteifungsrippen 13a und 13b aufgebracht. Vorzugsweise sind die Versteifungsrippen, wie dargestellt, außermittig aufgebracht, so daß eine Beeinflussung des Schwerpunktes erfolgen kann, der ja auch maßgebend von dem Lorentz-Motor 10 gemäß Fig. 3, Teilzeichnung II, beeinflußt wird.

Ein bevorzugter Querschnitt für die Längsbohrungen 12a und 12b ist in der Fig. 2 dargestellt, wobei die Teilzeichnung I eine idealisierte Hohlstruktur zeigt, mit einer Gewichtsersparnis von 67%, und wobei die Teilzeichnung II einen mit Bohrern von unterschiedlichen Durchmessern gebohrten Hohlquerschnitt zeigt, mit einer Gewichtsersparnis von 63%. Die minimale Wanddicke "d" soll bei den Längsbohrungen, wie bei den taschenförmigen Material-Ausnehmungen ebenfalls in der Größenordnung von 4-5 mm liegen, auch wegen möglicher Abweichungen des Bohrers von der Ideallinie. Diese Maße stellen einen guten Kompromiß zwischen Herstellung und Gewichtsminimierung dar. Für eine hohe Biegesteifigkeit, d. h. ein hohes Flächenträgheitsmoment gegen Biegung haben die seitlichen Strukturen einen größeren Einfluß als die beiden Flächen oben und unten. Als Richtlinie zur Konstruktion kann man den Quotienten II/b einführen, der Angaben über das Profil der Längsbohrung gibt. Für die Konstruktion des Trägertisches zeigt es sich, daß unter Berücksichtigung der äußere Abmaße ein Quotient von ca. 1,2-1,5 optimal ist. Bei einem Trägertisch für eine 9 Zoll-Photomaske beträgt die Höhe des Profils ca. 66 mm und die Breite 50 mm.

Denkbar wäre es auch, Kastenprofile quer anzuordnen. Diese haben jedoch, wie Untersuchungen gezeigt haben, im Vergleich zu Dreiecktaschen keinerlei Vorteile hinsichtlich dynamischer Steifigkeit und Gewichtsersparnis.

Die Fig. 2, Teilzeichnung II zeigt, auch einen weiteren Vorteil des dünnwandigen geschlossenen Kastenprofil 12a bzw. 12b. Es ist ersichtlich, daß sich durch die Mehrfachbohrungen im Bereich der Kanten des Profils große Übergangsradien ergeben. Dadurch werden Spannungsspitzen in dem Trägertisch im Profilbereich vermieden, wie sie bei scharfen Kanten oder Absätzen bei äußeren Belastungen an sich auftreten.

Ein weiterer Vorteil ergibt sich bei der Herstellung des Interferometerspiegels (nicht dargestellt) auf einer Längs-Seitenfläche. Die notwendige Länge des Interferometer-Spiegels bestimmt letztlich die Länge des Trägertisches, im Fall einer 9 Zoll-Photomaske beträgt die Spiegellänge 556 mm zuzüglich einer Toleranz für die Bearbeitung von 2 mm auf beiden Seiten, so daß sich eine erforderliche Länge von ca. 560 mm ergibt. Bei der Taschenstruktur des bekannten Trägertisches nach Fig. 4, Teilzeichnung I, d. h. durch die Materialausnehmung 11 und 11' entlang der beiden Längsseiten, ergeben sich entlang der Längsachse unterschiedliche Steifigkeiten, denn jeweils im Bereich der Ausnehmungen ist die Steifigkeit herabgesetzt. Beim notwendigen Polieren der Seitenflächen erfahren die Bereiche mit geringerer Steifigkeit höhere elastische Verformungen als die Bereiche mit höherer Steifigkeit. Bei der Entlastung führt dies zu einer elastischen Rückfederung und damit zu einer Welligkeit entlang der Längsachse. Beim geschlossenen Kastenprofil gemäß der Ausführungsform nach Fig. 1, Teilzeichnung I ist jedoch mit Vorteil die Steifigkeit entlang der Längsachse und ebenfalls in Richtung der z-Koordinate konstant und damit auch die elastische Rückfederung nach dem Poliervorgang. Es tritt dadurch keine Welligkeit wie im bekannten Fall auf.

Claims (5)

1. Trägertisch (4) für eine Photomaske (3) in einer Vorrichtung zur Mikrochip-Herstellung, mit einer Rechteckplatte aus Glas oder Glaskeramik, die in der betrieblich oberen Plattenseite eine Bohrung zur positionsgenauen Aufnahme der Photomaske (3) sowie Material-Aus­ nehmungen (11, 11', 11'') in der Plattenoberseite und/oder Plattenunterseite zur Gewichtsreduktion und zugleich zur Erhöhung der Steifigkeit des Trägertisches aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß Material-Ausnehmungen im Randbereich beider Längsseiten der Rechteckplatte als stirnseitige Längsbohrungen (12a, b), die sich in der Plattenebene erstrecken, ausgebildet sind.

2. Trägertisch nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Längsbohrungen (12a, b) als dünnwandiges geschlossenes Kastenprofil ausgebildet sind.

3. Trägertisch nach Anspruch 1 oder 2, mit einem Motor für die Z-Komponente des Trägertisches, dadurch gekennzeichnet, daß der Motor in den Trägertisch (4) integriert ist.

4. Trägertisch nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß auf den Randbereichen der Grundseiten des Trägertisches, in denen die Längsbohrungen (12a, 12b) ausgebildet sind, Versteifungsrippen (13a, b) angebracht sind.

5. Trägertisch nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Versteifungsrippen (13a, b) außermittig aufgebracht sind.