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Dokumentenidentifikation DE10330456B4 26.07.2007
Titel Vorrichtung zum Erstellen einer Oberflächenstruktur auf einem Wafer
Anmelder Thallner, Erich, Schärding, AT
Erfinder Thallner, Erich, Schärding, AT
Vertreter Becker und Kollegen, 40878 Ratingen
DE-Anmeldedatum 05.07.2003
DE-Aktenzeichen 10330456
Offenlegungstag 17.02.2005
Veröffentlichungstag der Patenterteilung 26.07.2007
Veröffentlichungstag im Patentblatt 26.07.2007
IPC-Hauptklasse H01L 21/31(2006.01)A, F, I, 20051017, B, H, DE
IPC-Nebenklasse H01L 21/308(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B81C 1/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   B29C 59/00(2006.01)A, L, I, 20051017, B, H, DE   

Beschreibung[de]

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erstellen einer Oberflächenstruktur auf einem Wafer sowie ihre entsprechende Verwendung.

Der Begriff „Wafer" steht erfindungsgemäß stellvertretend für alle Arten von scheibenförmigen Gegenständen jeglicher Form. Insbesondere gehören dazu Siliciumscheiben, die zur Herstellung von Halbleitern dienen.

Die Wafer werden in unterschiedlichsten Prozessschritten bearbeitet und behandelt. Hierzu gehören beispielsweise das Justieren, Ätzen, Beschichten oder Reinigen von Wafer-Oberflächen. Ebenso gehört hierzu das Ausbilden oder Aufbringen von elektrischen Leiterbahnen oder Bauteilen.

Um derartige Strukturen auf einer Wafer-Oberfläche auszubilden ist es bekannt, den Wafer mit einem sogenannten Photolack zu beschichten und die gewünschten Strukturen anschließend photografisch abzubilden.

Aus der Praxis ist es auch bekannt, die Wafer-Oberfläche zu erwärmen, um sie verformbar zu gestalten. Die Struktur wird dann mit Hilfe eines Stempels in die verformbare Wafer-Oberfläche eingepresst. Die Wafer-Oberfläche besteht dazu meist aus einem thermoplastischen Kunststoff.

An die jeweilige Oberflächenstruktur werden extreme Anforderungen bezüglich Maßgenauigkeit gestellt. Insbesondere bei größeren Wafern (Durchmesser 300 mm oder mehr) müssen deshalb mehrere Prägeschritte nacheinander ausgeführt werden, da nur kleinere Stempel die entsprechende Maßgenauigkeit gewährleisten können. Dann besteht aber das Problem, eine exakte Ausrichtung der Stempelschritte zueinander sicherzustellen, also zum Beispiel die exakte Parallelität von Linienstrukturen, die bei unterschiedlichen Prägeschritten ausgebildet werden.

Die US 2002/0 170 880 A1 betrifft ein lithographisches Verfahren und eine Vorrichtung, die die Ausrichtung einer gemusterten Passform im Bezug auf Ausrichtungsmarken, die auf einem Substrat angeordnet sind beschreibt, wobei es auf die Interaktion eines Scanners mit den Ausrichtungsmarken ankommt.

Die Druckschrift US 5,817,242 A trifft ein selbstausrichten des Verfahren, wobei ein Stampel mit Vorsprüngen mit Hilfe von korrespondierenden Ausnehmungen eines Substrat augerichtet wird.

Aufgabe der Erfindung ist es eine Möglichkeit aufzuzeigen, präzise Strukturen reproduzierbar auf einer Wafer-Oberfläche auszubilden beziehungsweise abzubilden.

Die Erfindung geht von der zuvor beschriebenen Prägetechnik aus und erweitert diese wie folgt: Die einzelnen Prägeschritte zur Ausbildung großflächiger Strukturen sollen nicht nebeneinander, sondern teilweise überlappend ausgeführt werden.

Dies hat den Vorteil, dass in einem ersten Prägeschritt ausgebildete Strukturen teilweise zur „Selbstjustierung" eines folgenden Prägeschritts genutzt werden können. An einem ganz einfachen Beispiel soll dies verdeutlicht werden:

Es wird ein rechteckiger Stempel verwendet, der zwei stegförmige, parallel zueinander verlaufende Profilerhebungen aufweist. Bei einem ersten Prägeschritt werden entsprechend zwei Rillen in die Wafer-Oberfläche geprägt. Der nächste Stempelschritt erfolgt erfindungsgemäß nicht neben dem ersten Stempelschritt, sondern teilweise überlappend, indem der Stempel nur so weit verschoben wird, bis die eine Profilierung oberhalb der zuvor durch die andere Profilierung gebildeten Strukturlinie steht. Der Stempel wird dann abgesenkt, wobei sich die Profilierung in der bereits vorhandenen Struktur selbst justieren kann und bei diesem weiteren Prägeschritt nur eine weitere Strukturlinie (mit Hilfe des zweiten Profilsteges) ausgebildet wird.

Dadurch, dass das Stempelprofil sich in einer zuvor gebildeten Struktur selbst ausrichten (justieren) kann, ergibt sich auf einfachstem Wege eine optimale Maßgenauigkeit. Dabei kann auf lithographische Verfahren oder sonstige optische Verfahren zur Justierung teilweise oder vollständig verzichtet werden. Das vorstehende Beispiel zeigt, dass das erfindungsgemäße Prinzip auf vielfältige Weise variiert werden kann, insbesondere auch für komplexere Strukturen. Zum Beispiel lässt sich das Prinzip nicht nur auf Stempel anwenden, die linear verschoben werden, sondern durchaus auch auf Stempel, die entlang, einer gekrümmten Linie, beispielsweise einer Kreislinie, oder entlang einer sonstigen geometrischen Figur bewegt werden.

Während eine entsprechende Halterung für den Stempel lediglich der Grobjustierung dient, kann die Feinjustierung über die Profilierung/Struktur in situ durchgeführt werden.

In ihrer allgemeinsten Ausführungsform betrifft die Erfindung eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 sowie eine entsprechende Verwendung gemäß Anspruch 8.

„Stempelbreite" beschreibt die maximale Erstreckung des Stempels beziehungsweise seiner Profilierung in Verschieberichtung des Stempels.

Der Begriff „Passmarke" umfasst jede Art von Markierung, um die gewünschte exakte Ausrichtung des Stempels zu erreichen, soweit dies nicht über eine bereits vorhandene Oberflächenstruktur möglich ist. Auch dies soll anhand eines Beispiels verdeutlicht werden:

Unterstellt, die Profilierung/Oberflächenstruktur besteht aus einer Kreislinie, so gibt es ersichtlich keine Möglichkeit, den Stempel zu verschieben und auf die zuvor beschriebene Art und Weise gegenüber der zuvor gebildeten Oberflächenstruktur neu auszurichten. In diesem Fall können aber beispielsweise an vier Eckpunkten des Stempels vier Passmarken (Vertiefungen) auf der Wafer-Oberfläche ausgebildet werden, wobei zwei davon nach einer Teilverschiebung des Stempels der Justierung für einen weiteren Stempel-/Prägevorgang dienen.

Der Stempel kann eine „positive" beziehungsweise eine „negative" Profilierung beziehungsweise Passmarke aufweisen. Mit „positiv" ist dabei gemeint, dass die Profilierung (dieser Begriff schließt nachstehend immer auch die entsprechende(n) Passmarke(n) ein) in Richtung auf die zu behandelnde Wafer-Oberfläche vorsteht. In diesem Fall kann vorgesehen werden, die Profilierung härter als die zu behandelnde Wafer-Oberfläche auszubilden, um eine exakte Prägung zu ermöglichen.

„Negative" Profilierung ist entsprechend umgekehrt dann gegeben, wenn die Profilierung als „Vertiefung" im Stempel ausgebildet ist, so dass nach dem Prägevorgang die Wafer-Oberflächenstruktur entsprechend „erhaben" zu erkennen ist.

Die Wafer-Oberfläche kann eine separate Beschichtung sein. Werkstoffe für die zu prägende Wafer-Oberfläche/Beschichtung können beispielsweise UV-härtbare Stoffe wie UV-härtbare Polymere sein. Als Stempelmaterial beziehungsweise Werkstoff für die Profilierung können Glas, wie Quarzglas oder Polydimethylsiloxane dienen. Eine zusätzliche Antihaftbeschichtung ist hilfreich.

Eine weitere Stempelvariante ist wie folgt gestaltet: Anstelle eines durchgehend harten Prägestempels wird dieser nur in einem, beispielsweise äußeren Bereich ausgebildet, wie zuvor beschrieben. In einem weiteren, beispielsweise inneren Bereich, ist der Stempel dagegen flexibel und weich ausgebildet. Damit können in einem ersten Schritt Justiermuster/Prägemuster geschaffen werden, die in einem oder weiteren Schritten nachbearbeitet werden. Dazu kann der „weiche Teil" des Stempels beispielsweise mit einem Substrat benetzt werden, welches sich beim Stempelvorgang auf die Wafer-Oberfläche überträgt und anschließend ausgehärtet wird oder das für weitere chemische oder optische Behandlungsschritte genutzt wird.

Die Härtung kann durch Wärme, beispielsweise aber auch durch Licht, beispielsweise UV-Licht, erfolgen. In diesem Fall bietet es sich an, zumindest den Stempel, gegebenenfalls auch die angrenzenden Bestandteile der Halterung, aus einem UV-lichtdurchlässigen Material zu bilden. Die Vorrichtung weist entsprechende Zusatzaggregate auf.

Die Halterung ist so gestaltet, dass der Stempel eine freie Beweglichkeit parallel und/oder senkrecht zu der zu behandelnden Wafer-Oberfläche aufweist. Dies schafft – nach der beschriebenen Grobjustierung – die Möglichkeit, die gebildeten Strukturen zur weiteren automatischen Justierung für den anschließenden Prägevorgang zu nutzen.

Eine Variante sieht vor, mit einem beschriebenen (harten) Stempel zunächst Passmarken zu schaffen und diese in einem weiteren Schritt zur Justierung eines (weichen) Stempels zu nutzen, um Strukturen auf den Wafer aufzubringen.

Weitere Merkmale der Erfindung ergeben sich aus den Merkmalen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungsunterlagen.

Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungsbeispieles näher beschrieben.

Dabei zeigen die Figuren – jeweils stark schematisiert – einzelne Stufen des mit der Vorrichtung auszuübenden Verfahrens zum Erstellen einer Oberflächenstruktur auf einem Wafer.

In den Figuren ist ein Wafer mit dem Bezugszeichen 10 dargestellt, seine zu behandelnde Oberfläche als Polymerschicht 12, ein Prägestempel mit 14 und seine Profilierung mit 16, Noppen der Profilierung 16 mit dem Bezugszeichen 14n.

Der Wafer 10 wird auf einem Träger 18 geführt. Der Stempel 14 wird in einer Halterung aufgenommen und geführt, deren Bewegungsrichtung durch Pfeile P1, P2 angegeben ist.

In der Ausgangssituation (1) ist die Polymerschicht 12 viskos und verformbar. Der Stempel 14 wird in Position gebracht (wie dargestellt).

Im nächsten Schritt wird der Stempel 14 in Pfeilrichtung P1 geführt, bis die Noppen 14n der Profilierung 16 in die Polymerschicht 12 eindringen. Die Noppen 14n bestehen hier aus kegelstumpfförmigen Erhebungen, die entsprechend in der Oberflächenschicht 12 diskrete Öffnungen 12o ausbilden, deren Durchmesser am Boden kleiner ist als im Bereich der Öffnung.

Im nächsten Schritt wird UV-Licht durch den lichtdurchlässigen Stempel 14 auf die Polymerschicht 12 geführt, die aushärtet. 2 zeigt die Vorrichtung, nachdem der Stempel 14 von der Substrat-Oberfläche 12 gelöst wurde, und zwar zusätzlich in einer Aufsicht, um die gebildete Struktur (hier: 64 Vertiefungen 12o in 8 × 8 Reihen) deutlich zu machen.

Der Stempel 14 wird anschließend in Pfeilrichtung P2 verschoben (3), aber um eine Breite b, die kleiner ist als die Gesamtbreite B (in Pfeilrichtung P2) des Stempels 14. Wie 3 zu entnehmen ist, wurde der Verschiebeweg hier so gewählt, dass 6 Lochreihen freiliegen, während in Verschieberichtung P2 die letzten beiden Lochreihen L1, L2 vom Stempel 14 überdeckt bleiben, so dass die entsprechenden Noppen 14n anschließend in die bereits beim ersten Prägevorgang ausgebildeten korrespondierenden Löcher 12o der Oberflächenstruktur erneut eindringen können, wenn der Stempel 14 in Pfeilrichtung P1 wieder gegen die Wafer-Oberfläche 12 geführt wird. Dabei kommt es, wie in 4 schematisch angedeutet, zu einer mechanischen Feinjustierung der Noppen 14n in den korrespondierenden Vertiefungen 12o entlang der Lochreihen L1, L2. Im Ergebnis sind die bei diesem zweiten Prägeschritt in die Substratoberfläche 12 eingedrückten Vertiefungen 12o im Verhältnis zu den Vertiefungen 12o, die im ersten Prägeschritt ausgebildet wurden, exakt und definiert ausgerichtet.

Anschließend erfolgt eine weitere UV-Härtung der Polymerschicht 12. Der Stempel 14 kann dann auf die beschriebene Art und Weise wieder abgenommen werden. Dieser Vorgang kann beliebig wiederholt werden. Dabei kann der Stempel beispielsweise auch in einer Richtung 90° zu der zuvor beschriebenen Richtung verschoben werden. Bei entsprechenden Profilierungen beziehungsweise Oberflächenstrukturen können auch andere Bewegungsrichtungen, bis hin zu gekrümmten Bewegungen, ausgeführt werden, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen.

Die so gebildete Oberflächenstruktur steht anschließend für weitere Nachbearbeitungen, beispielsweise partielle Ätzungen, Anordnung von Leiterbahnen, Integration von elektronischen Bauelementen oder dergleichen zur Verfügung.


Anspruch[de]
Vorrichtung zum Erstellen einer Oberflächenstruktur auf einem Wafer (10), mit folgenden Merkmalen:

a) einem Träger (18) zur Aufnahme des Wafers (10) derart, dass eine zu behandelnde Wafer-Oberfläche (12) frei liegt, sowie

b) einer Halterung zur Aufnahme und Führung eines Stempels (14),

b1) senkrecht zu der und gegen die zu behandelnde Wafer-Oberfläche (12), und

b2) parallel zu der zu behandelnden Wafer-Oberfläche (12) in Schritten von jeweils weniger als einer Stempelbreite, wobei

c) der Stempel (14) auf seiner der zu behandelnden Wafer-Oberfläche (12) zugewandten Seite eine Profilierung (16) korrespondierend der zu erstellenden Oberflächenstruktur (22) aufweist, und die Profilierung (16)

d1) mindestens einen Abschnitt, und/oder

d2) mindestens eine zusätzliche Passmarke aufweist, die

d3) sich in Bewegungsrichtung des Stempels (14) wiederholt, dadurch gekennzeichnet, daß die

Halterung so gestaltet ist, dass der Stempel (14) zur Selbstjustierung an den zuvor gebildeten Strukturen eine freie Beweglichkeit parallel und/oder senkrecht zu der zu behandelnden Wafer-Oberfläche (12) aufweist und

eine Einrichtung zum Härten der auf der Wafer-Oberfläche (12) gebildeten Oberflächenstruktur (22) vorgesehen ist.
Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Stempel (14), dessen Profilierung (16) beziehungsweise Passmarke in Richtung auf die zu behandelnde Wafer-Oberfläche (12) vorsteht. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Profilierung (16) härter ist als die zu behandelnde Wafer-Oberfläche (12). Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Stempel, dessen Profilierung beziehungsweise Passmarke in Richtung auf die zu behandelnde Wafer-Oberfläche zurücksteht. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Stempel, der teilweise aus einem Werkstoff besteht, der weicher als die zu behandelnde Wafer-Oberfläche ist. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem lichtdurchlässigen Stempel (14). Vorrichtung nach Anspruch 1, bei der die Einrichtung eine Einrichtung zur W-Lichthärtung ist. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche zum Erstellen einer Oberflächenstruktur auf einem Wafer.






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