DE1522285A1

DE1522285A1 - Verfahren zur Erzeugung von Mikrostrukturen auf einem Substrat

Info

Publication number: DE1522285A1
Application number: DE19661522285
Authority: DE
Inventors: Schuetze Dipl-Phys Dr Juergen; Hennings Dipl-Phys Dr Klaus
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-03-17
Filing date: 1966-03-17
Publication date: 1969-08-07

Description

"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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.
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.

Claims

P a t e n t a n s p r ü c h e 1: Verfahren zur Erzeugung von Mikrostrukturen auf einem Substrat, bei dem das vorzugsweise vervielfältigte Bild einer Zeichnungsvorlage unter Verwendung von 1Rasken und einem Objektiv in eine auf dem Substrat befindliche lichtempfindliche Lackschicht übertragen wird, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung des Bildes der Zeichnrngsvorlage zur Kompensation der Bildfeldwölbung des Objektives und/-2der einer Krümmung der Substratoberfläche gekrümmte Masken verwendet werden:
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß bei der Übertragung des Bildes der Zeichnungsvorlage eine plane Maske auf den geglätteten Rand einer durchsichtigen Halterung aufgelegt wird, dann der entstandene Hohlraum, mittels einer Vakuumpumpe evakuiert wird und die dadurch bewirkte Durchbiegung der Maske durch den Druck im. Hohlraum eingemtellt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Begrenzung der Durchbiegung der Maske in der Mitte des Hohlraumes ein Klötzchen angebracht wird.
4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine plane Maske an eine gekrümmte Oberfläche z. B. einer Glasplatte. angepreßt wird, z. B. mittels Unterdruck, wobei die Maske mit der gekrümmten Glasplatte durch eine ringförmige Vorrichtung zusammengespannt wird, welche an der Berandung von Glasplatte und Maske einen abgedichteten Hohlraum aufweist, welcher mittels einer Vakuumpumpe evakuiert wird. 5.. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine der aneinander anzupressenden gekrümmten Oberflächen ganz oder nur am Rand mit einer Struktur versehen, z. B. angeätzt wird. E. Verfahren nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Glasplatte auf beiden Seiten gekrümmte: Oberflächen besitzt. ?. Verfahren nach Anspruch 'I, dadurch gekennzeichnet, daß eine plane Maske auf die gekrümmte Oberfläche einer Halbleiterscheibe angepreßt wird und dann die Übertragung des Bildes der Zeichnungsvorlage mit Hilfe des Kontaktkopieverfahrens vorgenommen wird. B. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Maske eine maßhaltige Folie' wie z_. B. eine Polyester- oder Mylarfolie verwendet wird.