DE2523982C3 - Verfahren und Einrichtung zur maskenlosen Bedampfung, sowie Verwendung des Verfahrens - Google Patents

Description

Materialbeschichtung in der Art feinststrukturierter Geometrien im Bereich von etwa 1 bis 25 μπι 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 Halbleiterscheibe 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 Halbleiterscheiben 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 Chrommasken infolge überschüssiger Chromflecken durch Abdampfung zu reparieren. Es ist jedoch bisher kein Verfahren bekannt, mit dem es geiingt, auf ähnliche Weise genau lokalisiert fehlendes Material zuverlässig aufzubringen.

In der US-Patentschrift 35 60 258 ist ein Verfahren zur Ausbildung eines Verbindungsmusters auf einem Substrat angegeben, bei dem eine mit einem verdampfungsfähtgen 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 Verfahrensanordnung durchgeführte Untersuchungen haben jedoch ergeben, daß eine solche Vorgehensweise nicht zum gewünschten Erfolg führt. Wie später im Zusammenhang mit der Beschreibung von F i g. 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 dem 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 11 34 965 betrifft ebenfalls das Gebiet der Materialbeschichtung 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 und der zu beschichtenden Fläche sehr klein gehalten werden muß.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine lokale maskenlose Materialbeschichtung anzugeben, bei der die seitlichen Abmessungen im Größenordnungsbereich von wenigen μπι liegen. Dabei sollen die zu beschichtenden Teile (Unterlagen) nicht mk Fremdmaterialien, z. B. Photolack, Lösungs-, Ätzmitteln usw., in Berührung kommen müssen. Es soll sich ferner ein guter Wirkungsgrad bei der Materialübertragung ergeben, d.h. sie soll mit intaisiver Bestrahlung und trotzdem bzw. zudem geringen Abstand zwischen Materialträg^r und zu beschichtendem Substrat durchgeführt werden können. Insbesondere soll eine wirksame Lösung der mit dem Phänomen der Sekundärverdampfung zusammenhängenden Probleme erzielt werden.

Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst

Die mit der Erfindung erzielbaren Vorteile lassen schließlich wie folgt zusammenfassen: Eine Sekundärverdampfung wird verhindert; es ist eine streng lokalisierte Materialübertragung im Mikrometerbereich 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, da über Mikroskop die reparierte bzw. behandelte Stelle sofort begutachtet werden kann.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen bezeichnet.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von Ausführungsbeispielen unter Zuhilfenahme der Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine dem Stand der Technik zu entnehmende Anordnung, an der die mit der Erfindung bezweckten Verbesserungen erläutert werden sollen;

F i g. 2 ein erstes Ausführungsbeispiel der Erfindung und

F i g. 3 ein zwei* es Ausfuhrungsbeispiel 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 verschiedenen Darstellungen vorkommende gleiche Teile dieselben Bezugsziffern verwendet

In F i g. 1 ist eine Anordnung dargestellt, die dem eingangs genannten Stand der Technik (US-PS 35 60 258) zu entnehmen ist Dabei wird ein Laserstrahl, der erforderlichenfalls an einem Spiegel 1 umgelenkt und mittels einer Linse 2 fokussiert ist, auf die Rückseite einer Glasplatte 3 gerichtet, die auf ihrer dem einfallenden Strahl gegenüberliegenden Oberfläche 4 mit dem aufzubringenden, d. h. zunächst abzudampfenden Material in Form 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 so weit 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 Verdampfungspunkt gegenüberliegenden Stelle 7 durch Kondensation niederschlägt Dies ist in F i g. 1 schematisch durch die ausgezogenen Pfeile angedeutet

Nimmt man nun beispielsweise an, daß auf diese Weise eine Unterbrechung eines flächenhaften Leiterzuges 8—8' oder eine Fehlstelle in einer Chrommaske 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 F i g. 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 Materia!· 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 beschichtende

jo 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 μιτι) 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. li. 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 V-L' schematisch angedeutet Auf das Reparaturteil bzw. allg. auf das Substrat 6 kann lediglich Beugungslicht (erzeugt durch Beugung am Lochbereich 12 in der Materialschicht) gelangen, das jedoch wegen seiner geringen Intensität keine Sekundärabdampfung vom Bereich 7 auf dem Substrat 6 zuläßt

so Trotzdem kann dabei in außerordentlich vorteilhafter Weise ein geringer Abstand d zugelassen werden, was einen hohen Aufdampfwirkungsgrad bei großer Strukturgenauigkeit ermöglicht Bei einer Anordnung der in F i g. 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 Materialübertragung vorteilhaft im Vakuum oder einer anderen geeigneten Atmosphäre auf ein erwärmtes Substrat vorgenommen werden.

In F i g. 3 ist ein weiteres Ausführungsbeispiel der Erfindung dargestellt. Als Träger für die aufzubringende Mat-rialschicht 5 dient hier eine gesonderte und damit leicht auswechselbare Trägerplatte 20, die vorzugsweise aus demselben Material wie das Prisma 11 besteht, z. B. aus einem planparallelen Glas. Eine solche Anordnung läßt sich bezüglich des Strahleinganges völlig gleich zu

der Anordnung nach F i g. 2 ausbilden, wenn man das Prisma 11 und die separate Trägerplatte 20 zu einem sogenannten Immersionssystem ausbildet Ziel ist dabei eine Anordnung, bei der die gesonderte Trägerplatte 20 optisch gleich wirkend zu der Prismenbasisfläche 10 in F i g. 2 ist. Dazu wird der Zwischenraum zwischen der Basisfläche He? Prismas 11 und der (unbeschichteten) Deckfläche der Trägerplatte 20 mit einer Irnmersionsflüssigkeit ausgefüllt, die in der lediglich schematischen Darstellung nach F i g. 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-lmmersionssystemen lassen sich ohne weiteres Strahlengänge der in den F i g. 2 und 3 angedeuteten Art realisieren. Beispielsweise weist Zedernholzöl einen in sehr guter Näherung mit einem üblichen Glas vergleichbaren Brechungsindex (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, nämlich die Brechungsquotienten der beteiligten Medien sowie die jeweiligen Grenzwinkelwerte.

Die Erfindung läßt sich ganz allgemein zu Beschichtungszwecken 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 Abdampfen 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 flächenhalten Leiterzügen auf den verschiedenen Integrationsebenen, wie 2. B. auf einer Halbleiterscheibe 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, ganzen Masken usw, vornehmen.

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 begrenzter 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 Betriebseigenschaften, wie Intensitätsverteilung, Wellenlängenbereich, Fokussierbarkeit, und Steuerbarkeit der Strahlparameter auf. Als praktischer Anhaltspunkt kann beispielsweise davon ausgegangen werden, daß ein 1-W-Argon-Laserstrahl auf eine 800 A 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

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (13)

Patentansprüche:

1. Verfahren zur maskenlosen Bedampfung eines Substrats zur Herstellung feiner Strukturen, bei welchem ein optisch durchlässiger Materialträger von seiner unbeschichteten Rückseite einem Energiestrahl ausgesetzt wird, wobei das darauf befindliche Material zumindest örtlich verdampft wird und anschließend auf dem zur Vorderseite benachbart angeordneten, zu beschichtenden Substrat kondensiert dadurch gekennzeichnet, daß als Materialträger für das aufzubringende Material die Basisfläche eines Prismas vorgesehen wird und die Energiestrahlung unter einem solchen Winkel auf die zu verdampfenden Stellen des Materials gerichtet wird, daß nach dessen Abdampfung die Strahlung total reflektiert wird.

2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Materialübertragung im 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 Energiestrahlung über ein Mikroskop auf das zu verdampfende Material gerichtet wird.

5. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch eine Laserstrahlung als Energiestrahlung.

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

7. 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.

8. Verwendung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche zur Reparatur von Fehlerstellen, die durch fehlendes Material innerhalb einer flächigen Struktur bedingt sind.

9. Verwendung des Verfahrens nach mindestens einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Parallelübertragung von Gesamtstrukturen von einem Materialträger auf ein benachbart dazu angeordnetes Substrat.

10. Einrichtung zur maskenlosen Bedampfung eines Substrats zur Herstellung feiner Strukturen, bei welchem ein optisch durchlässiger Materialträger von seiner unbeschichteten Rückseite einem Energiestrahl ausgesetzt wird, wobei das darauf befindliche Material zumindest örtlich verdampft wird und anschließend auf dem zur Vorderseite benachbart angeordneten, zu beschichtenden Substrat kondensiert, dadurch gekennzeichnet, daß als Materialträger für das aufzubringende Material (5) die Basisfläche eines Prismas (11) vorgesehen ist und die Energiestrahlung unter einem solchen Winkel auf die zu verdampfenden Stellen (12) des Materials (5) gerichtet ist, daß nach dessen Abdampfung die Strahlung total reflektiert wird.

11. Einrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß als Materialträger für das zu verdampfende Material (5) eine auswechselbare, vorzugsweise planparallele Trägerplatte (20) in enger optischer Verbindung zur Basisfläche des

Prismas (11) angeordnet ist

12. Einrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet daß die auswechselbare Trägerplatte (20) zumindest mit der Basisfläche des Prismas (11) zu einem weitgehend brechungsfreien optischen System, vorzugsweise Immersionssystem, verbunden ist

13. Einrichtung nach den Ansprüchen 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet daß die Prismenbasisfläche mit der auswechselbaren Trägerplatte (20) in einem Öl-Immersionssystem verbunden ist