DE2523982A1 - Maskenlose mikromaterialbeschichtung - Google Patents

Description

• Maskenlose Mikromaterialbeschichtung Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur maskenlosen i;Iikromaterialbeschichtung eines Substrats, bei welchem ein optisch durchlässiger Materialträger von seiner unbeschichteten Rückseite einem Energiestrahl ausgesetzt wird derart, #aß das darauf befund liche Material(muster) zumindest örtlich verlnpft wird und anschließend auf dem zur Vorderseite benachbart angeordneten zu beschichtenuen Substrat kondensiert. Die Erfindung betrifft ferner eine Einrichtung zur Durchführung dieses Verfahrens.
• Materialbeschichtung in der Art feinststrukturierter Geometrien im Bereich von etwa 1 bis 25 pm wird heute durch Maskierungstechniken bewerkstelligt. Beispielsweise in der Halbleiterfertigung werden derartige Maskierungstechniken u. a. bei der Chrommasken-Herstellung und bei der Herstellung von Diffusionsfenstern auf einer Haibleiterscheibe benützt. In jedem dieser Fälle wird in einem Parallelprozeß die gesamte Maske bzw. die gesamte Halbleiterscheibe bearbeitet. Daneben treten jedoch auch Fälle auf (z. B.
• die Reparatur von Chrommasken oder von flächenhaften Leiterzügen auf Halb leiters cheiben oder Schaltungskarten), bei denen man aus Gründen einer möglichst hohen Ausbeute an Gutteilen eine Materialbeschichtung streng lokalisiert aufbringen muß, ohne daß dabei das restliche fertige Produkt in seinem Zustand verändert wird.
• Es ist bekannt, daß mit hochenergetischen strahlen, z. B. mit Laserstrahlen Materialien verdampft werden können. Dies kann u. a. dazu benutzt werden, um z. B. Fehlstellen auf Chrorni#lasken infolge überschüssiger Cnromflecken durch Abdampfung zu reparierein, Es ist jedoch bisher kein Verfahren bekannt, mit den es geliegt, auf ähnliche Weise genau lokalisiert fehlendes Material zuverlässig aufzubringen.
• In der US-Patentschrift 3 560 253 ist ein Verfahren zur Ausbildung eines Verbindungsmusters auf einem Substrat angegeben, bei dem eine mit einem verdamzfungsfähigen Material beschichtete Glasplatte über dem Substrat angeordnet und von der unbeschichteten Rückseite einem intensiven Energiestrahl ausgesetzt wird. Dabei soll sich das Muster (oder Teile davon) von der Glasplatte auf das zu beschichtende Substrat übertragen, Mit einer derartigen Verfahrens anordnung durchgeführte Untersuchungen haben jedoch ergeben, daß eine solche Vorgehensweise nicht zum gewünschten Erfolg führt. Wie später iI Zusammnenhang mit der Beschreibung von Fig. 1 noch näher erläutert werden wird, versagt dieses Verfahren, da der nach der Materialabdampfung von der Trägerplatte auf den zu beschichtenden Substratbereich treffende intensive Energiestrahl dort sogleich eine Sekundärverdampfung bewirkt. Um einen guten Wirkungsgrad bei einer solchen Materialübertragung zu erzielen bzw. um eine mit Maskenprozessen vergleichbare Genauigkeit der resultierenden Strukturen zu erreichen, kann der Abstand zwischen dem Materialträger, von dein das Material abgedampft werden soll, und dem zu beschichtenden Substrat nicht ohne weiteres größer gewählt werden. Vielmehr ist dazu gerade ein extrem geringer Abstand erforderlich.
• Die GB-Patentschrift 1 134 963 betrifft ebenfalls das Gebiet der Naterialbeschichtung durch Verdampfen eines Materials mittels einer Laserbestrahlung, welches Material sich dann infolge Kondensation auf einem benachbart angeordneten Substrat niederschlägt.
• Eine Sekundärverdampfung scheint dort dadurch vermieden zu werden, daß die zu beschichtende Unterlage außerhalb des direkten Strahlenganges angeordnet ist. Eine solche Anordnung versagt jedoch bei sehr kleinen Strukturen, bei denen der Abstand zwischen der das Beschichtungsmaterial tragenden unc der zu beschichtenden Fläche sehr klein gehalten werden lnuß.
• Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren sowie die zugehörige Einrichtung zur Durchführung einer lokalen maskenlosen Materialbeschichtung anzugeben;, bei der die seitliciien Abmessungen im Grußenordnungsbereich von wenigen µm liegen Dabei sollen die zu beschichtenden Teile (Unterlagen) nicht mit Frer1dmaterialien, z. 13.
• Photolacks Lösungs-, Ätzmitteln usw,, in Beruhrung kommen müssen.
• Es soll sich ferner ein guter Wirkungsgrad bei der Materialübertagung ergeben, d. h. sie soll mit intensiver Bestrahlung und trotzdem bzw. zudem geringen Abstand zwischen Materialträger und zu beschichtendem Substrat durchgeführt werden können. Insbesondere soll eine wirksame Lösung der mit dem Phänomen der Sekundärverdampfung zusammenhängenden Probleme erzielt werden.
• Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ein Verfahren der im Patentanspruch 1 gekennzeichneten Art vor. Zusammengefaßt besteht die Erfindung darin, daß als Materialträger die Basisfläche eines Prismas vorgesehen wird. Das zu bes# ichtende Substrat befindet sich in wenigen Mikrometer Abstand von dieser BasisLlache.
• Ein Laserstrahl wird derart auf das zu verdampfende Material ge-~richtet, daß nach der (örtlichen) Abdampfung praktisch alle Strahlung an der Glas-Grenzfläche (Prismen-Basisfläche) total reflektiert wird und somit nicht auf die gerade erzeugte Struktur treffen kann, Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.
• Die Erfindung wird im folgenden anhand von #usführunysbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen naher erlautert.
• Es zeigen.
• Fig. 1 eine dem stand der ~technik zu entnehflende Anordnung, an der die mit der Erfindunc,- bezweckten Verbesserungen erläutert werden sollen, Fig. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und Fig. 3 ein zweites Ausführungsbeis:oiel der Erfindung.
• Vor der Beschreibung der in den Figuren dargestellten Anordnungen sei bemerkt; daß der optische Strahlengang in den jeweiligen Medien ohne Berücksichtigung der Brechungsauswirkungen dargestellt ist, soweit dem im Rahmen der Erfindung keine Bedeutung zukommt. Es werden ferner für in den verschliedenen Darstellungen vorkommende gleiche Teile dieselben Bezugsziffern verszendet.
• In Fig. 1 ist eine Anordnung dargestellt, die dem eingangs genannten Stand der Technik (US-P 3 560 258) zu entnehmen ist. Dabei wird ein Laserstrahl, der erforderlichenfalls an einen Spiegel 1 umgelenkt und mittels einer Linse 2 fokussiert ist, auf die Rückseite einer Glasplatte 3 gerichtet, die auf ihrer dem einfallonden Strahl gegenüberliegenden Oberfläche 4 mit dem auf zubringenden, d. h. zunächst abzudampfenden Material in Forin der Schicht 5 belegt ist. Der Laserstrahl ist dabei auf diese Materialschicht 5 fokussiert. Gemäß der Zielsetzung einer solchen Anordnung soll die Intensität des Laserstrahls ausreichen, die Materialschicht 5 örtlich soweit zu erhitzen, daß das Material im Brennpunktsbereich verdampft und sich auf dem in einem kleinen Abstand d gegenüberliegend angeordneten Substrat 6 genau an der dem Verdanlpfungspunkt gegenüberliegenden Stelle 7 durch Kondensation niederschlägt. Dies ist in Fig. 1 schematisch durch die ausgezogenen Pfeile angedeutet.
• Nimmt man nun beispielsweise an, daß auf diese Weise eine Unterbrechung eines flächenhaften Leiterzuges d-3' oder eine Fehlstelle in einer Chromrnaske repariert werden soll, oder daß ein in der Materialschicht 5 ausgebildetes Muster auf diese Weise auf das Substrat 6 übertragen werden soll, ergibt sich jedoch, daß das von der Glasplatte 3 abgedampfte Material sich nicht auf dem Substrat 6 niederschlagen kann. Die intensive Laserstrahlung gelangt nämlich nach dem Abdampfvorgang im Bereich der Schicht 5 an die Stelle 7 des eigentlich zu beschichtenden Substrats 6 und bewirkt dort sogleich eine Sekundärverdampfung. Dies ist in Fig. 1 schematisch durch die unterbrochenen Pfeile angedeutet.
• Der Abstand d zwischen dem Substrat, z. B. einem Reparaturteil, und dem Materialträger 3 kann aber nicht vergrößert werden, wenn man einen zufriedenstellenden Wirkungsgrad der Material übertragung erreichen will.
• Einen Ausweg aus dieser Situation zeigt erfindungsgemäß die Anordnung nach Fig. 2. Hierbei wird verhindert, daß der intensive Laserstrahl L-L auf das zu reparierende bzw. allg. auf das zu beschichten-de Substrat 6 gelangt. Erfindungsgemäß dient als Materialträger die Basisfläche 10 eines Prismas 11, das in seinem Hauptschnitt dargestellt ist. Das zu beschichtende Substrat 6 ist in einem geringen Abstand d (Größenordnung wenige pn) von dieser Basisfläche justiert angeordnet, vorzugsweise über ein (nicht näher dargestelltes) Mikroskop wird die Laserstrahlung derart auf die Materialschicht 5 gerichtet, daß nach dessen lokaler (selektiver) Abdampfung im Bereich 12 praktisch alle Strahlung an der Glas-Grenzfläche, d.h. der Basisfläche 10 des Prismas, total reflektiert wird. Für diesen Fall der Totalreflexion sind in unterbrochenen Linien die das Prisma an der zur Einfallsrichtung gegenüberliegenden Kathete austretenden Strahlen L ~-L' schematisch angedeutet. Auf das Reparaturteil bzw. allg. auf das Substrat 6 kann lediglich Beugungslicht (erzeugt durch Beugung am Lochbereich 12 in der laterialscninht) gelangen, das jedoch wegen seiner geringen Intensität keine Sekundärabdampfung vom Bereich 7 auf dem Substrat 6 zulßt.
• Trotzdem kann dabei in außerordentlich vorteilhafter Weise ein geringer Abstand d zugelassen werden, was einen hohen Aufdainpfwirkungsgrad bei großer Strukturgenauigkeit ermöglicht. Bei einer Anordnung der in Fig. 1 gezeigten Art ist eine Einstrahlung mit resultierenden Totalreflexionsverhältnissen wie nach der Erfindung nicht möglich.
• Zur Erhöhung der haftung des so aufgebrachten Materials kann in entsprechender Weiterbildung der Erfindung die Materialüeertragung vorteilhaft im Vakuum oder einer anderen geeigneten Atmosphäre auf ein erwärmtes Substrat vorgenommen werden.
• In Fig. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt, Als Träger für die aufzubringende Materialschicht 5 dient hier eine gesonderte und damit leicht auswechselbare Trägerplatte 207 die vorzugsweise aus demselben Material wie das Prisma 11 besteht, z.B. aus einem planparallelen Glas. Eine solche Anordnung läßt sich bezüglich des Strahlenganges völlig gleich zu der Anordnung nach Fig. 2 ausbilden, wenn man das Prisma 11 und die separate Trägerplatte 20 zu einem sogenannten Immersionssystem ause bildet. Ziel ist dabei eine Anordnung, bei der die gesonderte Trägerplatte 20 optisch gleichwirkend zu der Prismenbasisfläche 10 in Fig. 2 ist. Dazu wird der Zwischenraum zwischen der Basisfläche des Prismas 11 und der (unbeschichteten) Deckfläche der Trägerplatte 20 mit einer Inmersiollsflassiykeit ausgefüllt, die in der lediglich schematischen Darstellung nach Fig. 3 mit 21 bezeichnet ist. Derartige Immersionssysteme sind an sich bekannt, um beispielsweise in der Mikroskopie den Einfluß der auf einen Objektträger gelegten Deckgläser auf die resultierende Apertur zu beeinflussen. Insbesondere mit öl-I=aersionssysternen lassen sich ohne weiteres Strahlengänge der in den Fign. 2 und 3 angedeuteten Art realisieren. Beispielsweise weist Zedernholzöl einen in sehr guter Näherung mit einem üblichen Glas vergleichbaren Brechun4silldex (n=1,51) auf. Bezüglich der konstruktiven Ausgestaltung derartiger Immersionssysteme sowie der Brechungsquotienten verschiedener Gläser, Flüssigkeiten und Gase kann auf die optische Fachliteratur verwiesen werden. Dasselbe gilt für die den Zustand der Totalreflexion festlegenden Randbedingungen, nallich die Brechungsquotienten der beteiligten Medien sowie die jeweiligen Grenzwinkelwerte.
• Die Erfindung läßt sich ganz allgemein zu ßeschichtungszwecken bei feinststrukturierten Geometrien anwenden. Darunter fallen beispielsweise die Reparatur von Metall-Masken, vorzugsweise Chrom-Masken, wie sie bei der Halbleiterfertigung benützt werden. Es lassen sich damit nunmehr zusätzlich zum Abdartbpfen von Fehlern, die aus einem Überschuß an Material resultieren, solche Fehlerstellen beseitigen, die durch fehlendes Material verursacht sind. Weiterhin kann das erfindungsgemäße Verfahren zur Reparatur von Unterbrechungen in flächenhaften Leiterzügen auf den verschiedenen Integrationsebenen, wie z. B. auf einer Haibleiterscheibe oder einer gedruckten Schaltungskarte dienen. Es ist jedoch festzustellen, daß die Erfindung keineswegs auf die Vornahme von Reparaturen beschränkt ist, sondern es lassen sich in der genannten Weise auch Parallelübertragungen von Gesamtstrukturen, z.B. von Verbindungsmustern, danzen Masken usw. vornehsnen.
• Soweit in den Figuren eine bestimmte Prismenform dargestellt ist, ist die Erfindung grundsätzlich jedoch nicht darauf beschränkt.
• Vielmehr ist unter einem Prisma allgemein ein von zwei ebenen, polierten, gegeneinander geneigten Flächen egrenzter Körper aus Glas oder einem anderen optisch durchsichtigen Material zu verstehen, Bezüglich der für das Verfahren verwendbaren Laser kann auf eine Vielzahl von im Handel z.B. für die Chrom-Abtragung bei Masken, Leiterzugauftrennung, Widerstandstrimmung usw. angebotenen Lasertypen, z,B. gepulste YAG-, Rubin- oder Argon-Laser zurückgegriffen werden. Insbesondere letztere weisen gute optische Strahlungs- und Betriebse igenschaften, wie Intensitätsverteilung, Wellenlängenbereich, Fokussierbarkeit, und Steuerbarkeit der Strahlparameter auf. Als praktischer Anhaltspunkt kann beispielsweise davon ausgegangen werden, daß ein 1W-Argon-Laserstrahl auf eine 800 i dicke Chromschicht gerichtet diese verdampft, ohne den Glasträger zu beeinträchtigen. Wenn auch bevorzugt Laser als Strahlungsquellen gewählt werden, ist die Erfindung jedoch nicht auf diese spezielle Energiestrahlung beschränkt.
• Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile lassen sich schließlich wie folgt zusammenfassen: Eine Sekundärverdampfung wird verhindert; es ist eine streng lokalisierte Materialübertragung im Hikrometerbereich möglich; die Aufdampfwerte können durch den Strahldurchmesser und die Materialdicke eingestellt werden; das Reparaturteil bzw. das Substrat kommt nicht mit zusätzlichen MAterialien in Berührung, da keine Maskierungsschritte erforderlich sind. Ferner kann eine Nachinspektion der Teile entfallen, ada ueber Mikroskop die reparierte bzw. behandelte Stelle sofort begutachtet werden kann.

Claims (12)

PATENTANSPRUCHE

1. Verfahren zur maskenlosen Mikromaterialbeschichtung eines Substrats, bei welchem ein optisch durchlässiger Materialträger von seiner unbeschichteten Rückseite einem Energiestrahl ausgesetzt wird derart, daß das darauf befindliche Material (muster) zumindest örtlich verdampft wird und anschließend auf dem zur Vorderseite benachbart angeordneten zu beschichtenden Substrat kondensiert, dadurch gekennzeichnet, daß als Matnrialträger für das aufzubringende Material die Basisfläche eines Prismas bzw. eine gleichwirkende Fläche vorgesehen wird, daß die zu beschichtende Substratfläche in einem geringen Abstand (wenige pm) von dieser Basisfläche justiert angeordnet wird, und daß - vorzugsweise über ein Mikroskop - eine Energiestrahlung, vorzugsweise Laserstrahlung, derart auf das zu verdampfende Material gerichtet wird, daß nach dessen Abdampfung praktisch alle Strahlung an dem (den) dann freigelegten Basisflächenbereich(en) total reflektiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialübertragung in Vakuum vorgenommen wird.

3. Verfahren nach den Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialübertragung auf ein erwärmtes Substrat vorgenommen wird.

4. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Energieeinstrahlung in Richtung auf die Prismenbasisfläche unter einem solchen Winkel erfolgt, daß an unbeschichteten Basisflächenbereichen Totalreflexion erfolgt.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß eine Relativbewegung zwischen Strahl und/oder Materialträger und/oder Substrat durchgeführt wird.

6. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch Verwendung eines Prismas, dessen Hauptschnitt ein rechtwinkliges Dreieck darstellt, und bei dem die Einstrahlung etwa senkrecht zu einer Kathete erfolgt.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Schritte, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Reparatur von Fehlerstellen verwendet wird, die durch fehlendes Material innerhalb einer flächigen Struktur bedingt sind.

8. Verfahren nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß es zur Parallelübertragung von Gesamtstrukturen von einem Materialträger auf ein benachbart dazu angeordnetes Substrat verwendet wird.

9, Einrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß als Matorialträger für das aufzubringende Material die Basisfläche eines Prismas bzw. eine damit gleichwirkende Fläche vorgesehen ist, daß die zu beschichtende Substratfläche in einem geringen Abstand (wenige ym) von dieser Basisfläche justiert angeordnet ist, und daß Mittel zur -vorzugsweise über ein Mikroskop erfolgenden - Energieeinstrahlung, vorzugsweise eine Laserstrahlungsquellet vor9esehen sind, mittels der die Energiestrahlung derart auf das zu verdampfende Material gerichtet ist, daß nach dessen örtlicher Abdampfung an dem (den) dann freigelegten Basisflächenbereich(en) der Zustand der Totalreflexion auftritt.

10. Einrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß als Materialträger für das zu verdampfende Material eine auswechselbare, vorzugsweise planparallele Trägerplatte in enger optischer Verbindung zur Basisfläche des Prismas angeordnet ist.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die auswechselbare Trägerplatte zumindest mit der Basisfläche des Prismas zu einem weitgehend brechungsfreien optischen System, vorzugsweise Immersionssystem, verbunden ist.

12. Einrichtung nach den Ansprüchen 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Prismenbasisfläche mit der auswechselbaren Trägerplatte in einem #l-Iiiniersionssystem verbunden ist.

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