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"Verfahren zur Erzeugung von Mikrostrukturen auf einem Substrat" Die
Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung von Mikrostrukturen auf einem Substrat,
bei dem das vorzugsweise vervielfältigte Bild einer Zeichnungsvorlage unter Verwendung
von Masken und einem Objektiv in eine auf dem Substrat befindliche lichtempfindliche
Lackschicht übertragen wird. Unter einer Maske soll dabei eine flächige Anordnung
mit durchsichtigen und undurchsichtigen Bereichen freitragend oder auf einer durchsichtigen
Unterlage verstanden werden.
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Bei der Erzeugung von Mikrostrukturen auf einem Substrat geht man.
meist von einer Zeichnungsvorlage aus, deren Muster in einem oder mehreren Schritten
durch ein Objektiv verkleinert in eine lichtempfindliche Schicht abgebildet und
hierbei vervielfältigt wird (Steg- und Repeat-Verfahren), dann wird dieses
vervielfältigte
Muster durch Kontaktbelichtung in eine auf einem Substrat, z. B. einem Halbleiterkörper,
befindliche lichtempfindliche Lackschicht '-übertragen. Die t',-bertragung eines
feinen Bildmusters durch Kontaktkopie z. B. von einer Belichtungsmaske auf eine
mit einer lichtempfindlichen Lackschicht versehene Halbleiterscheibe wird hauptsächlich
durch zwei Dinge erschwert, nämlich --@.Ärch die Beugung an der Musterstruktur selbst,
die um so stärker in Erscheinung tritt, je feiner die Struktur und je größer der
durch Staub und Unebenheiten verursachte Spalt zwischen Maske und Fotolack ist,
und außerdem durch die erforderliche Justierung der Maske auf der Halbleiterscheibe.
Bei der Justierbewegung muß ein Spalt zwischen Maske und Halbleiterscheibe von ca.
10 bis 30 /um eingestellt werden, der es unmöglich macht, in einem hochauflösenden
Mikroskop mit ge";öhnlich geringer Tiefenschärfe beide Ebenen gleichzeitig scharf
abgebildet zu beobachten.
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Zur Behebung dieser Schwierigkeiten ist vorgeschlagen worden, die
Übertragung des Musters durch optische Abbildung der Maske mittels eines Objektivs
auf die Halbleiterscheibe vorzunehmen. Die Abbildung ist dann nur durch die Auflösung
des Objektivs begrenzt, und unabhängig von Staubkörnern oder
kleinen
Unebenheiten wie z. B. Pickeln auf der Halbleiteroberfläche, solange sich die Fotolackschicht
innerhalb der Schärfentiefe des Objektivs befindet. Zur Justierung wird die Halbleiterscheibe
beleuchtet und in die Ebene der Maske abgebildet, so daß die Maske und das Bild
der Halbleiterscheibe mit einem Mikroskop kleiner Tiefenschärfe gleichzeitig beobachtet
werden könne. Dies gilt jedoch nur, solange die Bildfeldwö'Jbung des Objektivs vernachlässigbar
ist. Das kann bei Objektiven hoher Apertur nicht unbedingt vorausgesetzt werden,
da die BildfeldwÖlbung manchmal zugunsten anderer Korrekturen nicht ausreühend korrigiert
wird. Leider ist auch die Halbleiteroberfläche meistens gekrümmt. Diese Oberflächenkrümmung
ist im allgemeinen konvex, so daß sich der daraus resultierende Fehler zu dem Fehler
der Bildfeldwölbung addiert. Jedoch können in teuren Herstellungsverfahren auch
Halbleiterscheiben mit anderer Oberfläche, also plan oder konkav, hergestellt werden,
so daß es im Prinzip möglich ist, durch eine definierte Halbleiteroberfläche die
Bildfeldwölbung zu kompensieren. Da bei gleichem Herstellungsverfahren die Kriimmung
der Halbleiteroberfläche bei allen- Scheiben etwa gleich ist, können Bildfeldwölbung
und Scheibenkrümmung aber auch gemeinsam durch eine Krümmung der abzubildenden Maske
kompensiert werden.
Bei konvexer Halbleiteroberfläche muß die Maske
dann in der optischen Achse weiter vom Objektiv entfernt sein als am Rand.
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Zur Kompensation der Bildfeldwölbung ist es weiterhin bekannt, den
Empfänger eines Bildes, z. B. eine fotografische Platte, einen Film oder allgemein
eine lichtempfindliche Emulsion in Form einer gekrümmten 7läche auszubilden, welche
der Bildfeldwölbung des Objektivs entspricht.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Erzeugung
von Mikrostrukturen anzuSeben, mit dessen Hilfe es möglich ist, die Bildfeldwölbung
des verwendeten Objektivs und die Krümmung der Substratoberfläche zu kompensieren,
bzw. wenn dies exakt nicht möglich ist, wenigstens eine Anpassung von Bildfeldwölbung
des Objektivs und SubstratkrÜmmung im Zentrum und einer. um das Zentrum herum liegenden
Kreiszone auf dem Substrat zu erzielen. Erfindungageigäß wird die Aufgabe dadurch
gelöst, daß ein Verfahren zur Erzeugung von Mikrostrukturen auf einem Substrat vorgeschlagen
wird, bei dem das vorzugsweise vervielfältigte Bild einer Zeichnungsvorlage unter
Verwendung von Maskenand einem Objektiv in eine auf dem Substrat befindliche lichtempfindliche
Lackschicht
übertragen wird, wobei das Verfahren dadurch gekennzeichnet
ist, daß bei der Übertragung des Bildes der Zeichnungsvorlage zur Kompensation der
Bildfeldwölbung des Objektives und/oder einer Krümmung der Substratoberfläche gekrümmte
Masken verwendet werden.
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Mit Hilfe des erfi,dungsgemä3^n Verfahrens ist es möglich, die Bildfeldwölbung
des verwendeten Objektivs und die fiubstratkrümmung zu kompensieren. Die erfindungsgemäße
Krümmung kann den verwendeten Masken. :ereits bei ihrer Herstellung, bei der das
Maskenmuster durch eine optische Abbildung erzeugt wird, gegeben werden; L-ei dieser
Abbildung wird dann der Bildebene die gewünschte Krümmung z. B. durch Vlölbun#-der
Zeichnungsvorlage verliehen. Da jedoch die Masken häufig durch Step- und Repeat-Verfahren
hergestellt werden, welche eine ebene Fläche voraussetzen, wird erfindungsgemäß
vorgeschlagen, zunächst eine plane Maske herzustellen und dieser dann bei der Abbildung
des Zeichnungsmusters auf die Halbleiterscheibe die erforderliche Krümmung zu geben.
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Ein Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens sei anhand
der schematischen Figur 'f erläutert. 'I ist eine Maske mit einem Muster 2, z. B.
eine Glasplatte mit aufgebrachten
Metallstrukturen, die auf eine
Halbleiterscheibe 3, welche selbst Strukturen 4 und eine Fotolackschicht 5 enthält,
übertragen werden sollen. Hierzu ist eine Justierung der Strukturen 2 der Maske
1 zum Muster 4 auf der Halbleiterscheibe 3 notwendig. Dabei wird die Maske 1 mit
ihrer Halterung 12, das Objektiv 6 oder die Halbleiterscheibe 3 senkrecht zur optischen
Achse 0 des Systems bewegt, bis die gewünschte Lage der Muster 2 und 4 gegeneinander
erreicht ist. Hierbei werden die beiden Muster in der Ebene des Musters 2 mit dem
darüber geschwenkten Mikroskop 11 beobachtet, wobei das Muster 4 in die Ebene der
Strukturen 2 z. B. durch an der Anordnung 3-4 reflektiertes Licht der Beleuchtungseinrichtung
9, welches über den halbdurchlässigen Spiegel 10 läuft, abgebildet wird. Wird das
Muster 2 der Maske 1 bei der anschließenden Abbildung auf die Halbleiterscheibe
3 verkleinert, empfiehlt sich die Bewegung der Maske 1 mittels eines drehbaren Kreuztisches.
Nach der. Justierung erfolgt die Abbildung des Musters 2 der Maske 1 in die auf
der Halbleiterscheibe 3 befindliche lichtempfindliche Lackschicht 5 durch Licht
der Beleuchtungsvorrichtung 8 über die Kondensorlinie und die an der durchsichtigen
Halterung 12 befestigte Maske 1. durch das Objektiv 6 (das Mikroskop 11 wird dann
aus dem Strahlengang geschwenkt).Hierbei wird zur Vermeidung von Abbildungsfehlern
der Spiegel 10 aus dem Strahlengang entfernt.
Erfindungsgemäß wird
nun bei der Abbildung des Musters 2 der Maske 1 in die lichtempfindliche Lackschicht
5 auf der Halbleiterscheibe 3 die Maske 1 mit einer Wölbung versehen, derart, daß
dadurch die Bildfeldwölbung des Objektivs 6 und/oder die evtL vorhandene Krümmung
der Oberfläche der Halbleiterscheibe 3 kompensiert werden bzw. einander angepaßt
werden. Diese Wölbung der Maske 1 wird erfindungsgemäß z. B. auf die folgende Weise
erreicht. Die plane Maske 1 wird auf den ge-" glätteten Rand der durchsichtigen
Halterung 12, welche z. B.
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aus Glas oder durchsichtigem Kunststoff besteht, aufgelegt. Danach
wird der entstandene Hchlraum 13 über den Anschlußstutzen 14 mittels einer (nicht
eingezeichneten) Vakuumpumpe evakuiert. Dabei biegt sich die Maske 1 in Richtung
auf den Hohlraum 13 durch. Die Tiefe dieser Durchbiegung läßt sich durch den Druck
im Hohlraum 13 und die Dicke der Glasplatte 1 beliebig einstellen: Zur Begrenzung
der Durchbiegung kann z. B. in der Mitte des Hohlraumes 13 ein durchsichtiges Klötzchen
angebracht werden, wodurch Schwankungen des Druckes im Hohlraum 13 und der Dicke
der Glasplatte 1 eliminiert werden.
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In der Mehrzahl der Fälle wird die erfindungsgemäße Wölbung der Xaskenfläche
die Summe der Fehler von Bildfeldwölbung
und Scheibenkrümmung nicht
völlig genau kompensieren. Jedoch wird mit Hilfe der angegebenen Lösung immer eine
Anpassung von Bildfeldwölbung und Scheibenkrümmung wenigstens im Zentrum und in
einer dieses umgebenden Kreiszone auf der Halbleiterscheibe erreicht.
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Ein weiteres Ausführungsbeispiel des erfindungsgemäßen Verfahrens
sei aahand der Figur 2 erläutert. In diesem Beispiel wird eine bessere Anpassung
von Bildfeldwölbung und Scheibenkrümmung erreicht. Hierbei wird eine von Natur aus
plane Maske an eine Oberfläche vorgegebener Krümmung, die z. B. aus einer Glasplatte
herausgeschliffen ist, angepreßt. Das Anpressen geschieht z. B. wieder mittels Unterdruck
in der
in der Figur 2 dargestellten Anordnung. In dieser Anordnung |
ist die Maske/mit der auf der Seite 16 konkav gekrümmten |
Glasplatte 15 durch die ringförmige Vorrichtung 17 zusammengespanntDer durch die
Dichtungsringe 18, 19 und 20 abgedichtete Hohlraum 21 wird über den Anschlußstutzen
22 mittels einer (nicht eingezeichneten) Vakuumpumpe evakuiert, wobei dann der äußere
Luftdruck die Maske 1 an die gekrümmte Fläche 'i6 der Glasplatte 15 preßt. Erfindungsgemäß
ist es auch möglich, die gekrimuate Fläche 16 der Glasplatte 15 oder die dieser
zugekehrten Fläche der Maske 1 ganz oder nur am Rand
mit einer
Oberflächenstruktur zu versehen, z. B. anzuätzen, um auf diese Weise ein gleichmäßiges
Ansaugen der Maske
1
beim Evakuieren des Hohlraumes 2'I zu gewährleisten.
Auch in diesem Ausführungsbeispiel wird für die Maske 'f vorzugsweise Glas verwendet.
Bei starken Durchbiegungen kann als Maske 'I: jedoch auch eine maßhaltige Folie
wie z. B. eine Polyester- oder Mylarfolie mit geringem Ausdehnungskoeffizienten
bei Temperatur- und Feuchtigkeitsänderung verwendet werden, wenn Temperatur und
Luftfeuchtigkeit bei der Herstellung und der erfindungsgemäßen Anwendung der Folien
in engen Grenzen gehalten werden.
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Die geschliffene Glasgätte 'i5 muß aus Gründen der mechanischen Stabilität
eine gewisse Mindastdicke aufweisen, die sich jedoch bei der Beobachtung der Muster
2 und 4 mit dem Mikroskop 'f'1 störend bemerkbar machen kann, da hochauflösende
Objektive einen kleinen Arbeitsabstand besitzen. In diesem Fall und auch dann, wenn
der-Einfluß der Dicke der Glas= platte lauf die Krümmung ihrer Oberfläche eleminiert
werden soll, empfiehb sich eine erfindungsgemäße Anordnung, welche in der Figur
3 dargestellt ist. Hierbei weist die Oberfläche 23 der Glasplatte 15 eine konvexe
Krümmung auf und die Maske 1 liegt mit ihrem Muster 2 auf dieser Fläche auf.
Als
Vakuumhalterung wird z. B. die gleiche Anordnung wie in der Figur 2 .'1%) verwendet.
Die Unterseite der Glasplatte 15 kann statt plan auch konkav ausgebildet sein, um
den Einfluß der Glasf latto 15 auf die Abbildung durch das Objektiv 6 möglichst
gering zu halten, denn die Glasplatte 15 befindet sich ja hier im abbildendan Strahlengang.
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Erfindungsgemäß ist es auch möglich, die Anordnung der Figur 3 mit
der zugehörigen Vakuumhalterung zur Übertragung eines Zeichnungsmusters auf ein
Substrat mit Hilfe des an sich bekannten Kontaktkopieverfahrens zu benutzen. Hierbei
ist darin die Glasplatte 15 durch dic gewölbte Halbleiterscheibe selbst (3) ersetzt
zu denken.