AT6925U1 - Vorrichtung zum erstellen einer oberflächenstruktur auf einem wafer mit hilfe eines formstempels - Google Patents

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erstellen einer Oberflächenstruktur auf einem Wafer, wobei mit Hilfe eines Stempels eine Struktur in die Waferoberfläche geprägt wird. Teile dieser Struktur werden als Passmarken für weitere Strukturen genutzt, die in einem folgenden Prägevorgang ausgeführt werden.

Description


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  Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Erstellen einer Oberflächenstruktur auf einem Wafer. 



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



  Die Wafer werden in unterschiedlichsten Prozessschritten bearbeitet und behandelt. Hiezu gehören beispielsweise das Justieren, Ätzen, Beschichten oder Reinigen von 

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 Wafer-Oberflächen. Ebenso gehört hierzu das Ausbilden oder Aufbringen von elektrischen Leiterbahnen oder Bau- teilen. 



  Um derartige Strukturen auf einer Wafer-Oberfläche auszu- bilden ist es bekannt, den Wafer mit einem sogenannten Photolack zu beschichten und die gewünschten Strukturen anschliessend photografisch darauf 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 be- steht dazu meist aus einem thermoplastischen Kunststoff. 



  An die jeweilige Oberflächenstruktur werden extreme Anfor- derungen 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 unterschied- lichen Prägeschritten ausgebildet werden. 



  Die AT 410 149 B beschreibt ein Verfahren zum Aufbringen eines Beleges auf Substraten, wobei das Belagmaterial in formbarem Zustand aufgebracht wird. Eine Struktur des Belages wird durch einen aufgedrückten Formstempel erzeugt. 



  Mit der Erfindung soll eine Möglichkeit aufgezeigt werden, präzise Strukturen reproduzierbar auf einer Wafer-Ober- fläche auszubilden beziehungsweise abzubilden. 

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  Die Erfindung geht von der zuvor beschriebenen Präge-   technik aus und erweitert diese wie folgt : einzelnen   Prägeschritte zur Ausbildung grossflächiger Strukturen sollen nicht bloss 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 steg- förmige, parallel zueinander verlaufende Profilerhebungen aufweist. Bei einem ersten Prägeschritt werden ent- sprechend 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 Struktur- linie (mit Hilfe des zweiten Profilsteges) ausgebildet wird. 

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  Dadurch, dass das Stempelprofil sich in einer zuvor gebil- deten 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 voll- ständig 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, son- dern 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 Fein- justierung über die Profilierung/Struktur durch- geführt werden. 



  Insoweit betrifft die Erfin- dung eine Vorrichtung zum Erstellen einer Oberflächen- struktur auf einem Wafer, mit folgenden Merkmalen: - einem Träger zur Aufnahme des Wafers derart, dass eine zu behandelnde Wafer-Oberfläche frei liegt, sowie - einer Halterung zur Aufnahme und Führung eines Stempels, - senkrecht zu der und gegen die zu behandelnde Wafer- 
Oberfläche, und - parallel zu der zu behandelnden Wafer-Oberfläche, in 
Schritten von jeweils weniger als einer Stempelbreite, wobei 

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 - der Stempel auf seiner der zu behandelnden Wafer-Ober- fläche zugewandten Seite eine Profilierung, korrespon- dierend der zu erstellenden Oberflächenstruktur auf- weist, und die Profilierung - mindestens einen Abschnitt aufweist, und/oder - mindestens eine zusätzliche Passmarke aufweist, die - sich in Bewegungsrichtung des Stempels wiederholt. 



  "Stempelbreite" beschreibt die maximale Erstreckung des Stempels beziehungsweise seiner Profilierung in Ver- schieberichtung des Stempels. 



  Der Begriff "Passmarke" umfasst jede Art von Markierung, um die gewünschte exakte Ausrichtung des Stempels zu er- reichen, soweit dies nicht über eine bereits vorhandene Oberflächenstruktur möglich ist. Auch dies soll anhand eines Beispiels verdeutlicht werden: Angenommen, die Profilierung/Oberflächenstruktur besteht aus einer Kreislinie, so gibt es ersichtlich keine Mög- lichkeit, den Stempel zu verschieben und auf die zuvor be- schriebene 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 Teilver- schiebung des Stempels der Justierung für einen weiteren Stempel-/Prägevorgang dienen. 



  Der Stempel kann eine "positive" beziehungsweise eine "negative" Profilierung beziehungsweise Passmarke auf- weisen. Mit "positiv" ist dabei gemeint, dass die Profi- lierung (dieser Begriff schliesst nachstehend immer auch die entsprechende(n) Passmarke(n) ein) in Richtung auf die zu behandelnde Wafer-Oberfläche vorsteht. In diesem Fall 

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 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/Be- schichtung können beispielsweise UV-härtbare Stoffe wie UV-härtbare Polymere sein. Als Stempelmaterial beziehungs- weise Werkstoff für die Profilierung können Glas, wie Quarzglas oder Polydimethylsiloxane dienen. Eine zusätz- liche Antihaftbeschichtung ist hilfreich. 



  Eine weitere Stempelvariante ist wie folgt gestaltet: An- stelle eines durchgehend harten Prägestempels wird dieser nur in einem, beispielsweise äusseren Bereich hart aus- gebildet, 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 Medium (Substrat) benetzt werden, welches sich beim Stempelvorgang auf die Wafer-Oberfläche überträgt und anschliessend ausge- härtet wird oder das für weitere chemische oder optische Behandlungsschritte genutzt wird. 

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



  Die Halterung des Stempels 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 Grob- justierung - die Möglichkeit, die gebildeten Strukturen zur weiteren automatischen Justierung für den anschliessen- den 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 Merk- malen der Unteransprüche sowie den sonstigen Anmeldungs- unterlagen. 



  Die Erfindung wird nachstehend anhand eines Ausführungs- beispieles näher beschrieben. 



  Dabei zeigen die Fig. - jeweils stark schematisiert - einzelne Stufen des mit der Vorrichtung auszuübenden Verfahrens zum Erstellen einer Oberflächenstruktur auf einem Wafer, und zwar Fig. 1: einen Wafer auf einem Träger, wobei oberhalb des 
Wafers ein Stempel angeordnet ist,    Fig. 2 : Darstellung gemäss Fig. 1, wobei bereits ein   
Teil der Waferoberfläche mit einem Stempel geprägt ist,   Fig. 3 : Darstellung gemäss Fig. 2 nach Verschiebung   des Stempels und darunter eine Aufsicht, 

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   Fig. 4 : Darstellung gemäss Fig. 3 (oben), wobei der   
Stempel einen weiteren Prägevorgang ausführt, ergänzt um eine vergrösserte Teildarstellung. 



  In den Fig. ist ein Wafer mit dem Bezugszeichen 10 dar- gestellt, seine zu behandelnde Oberfläche als Polymer- schicht 12, ein lichtdurchlässiger 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 (Fig. 1) ist die Polymerschicht 12 viskos und verformbar. Der Stempel 14 wird in Position gebracht. 



  Im nächsten Schritt (Fig. 2) wird der Stempel 14 in Pfeilrichtung P1 geführt (abgesenkt), 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 aus- bilden, deren Durchmesser am Boden kleiner ist als im oberen Bereich der Öffnung. 



  Im nächsten Schritt wird UV-Licht durch den   @   Stempel 14 auf die Polymerschicht 12 geführt, die aushärtet. Fig. 2 zeigt die Vorrichtung, nachdem der Stempel 14 von der Substrat-Oberfläche 12 gelöst wurde. 



  Der Stempel 14 wird anschliessend in Pfeilrichtung P2 seitlich verschoben (Fig. 3), aber um eine Breite b, die kleiner ist als die Gesamtbreite B (in Pfeilrichtung P2) des Stempels 14. Wie Fig. 3 zu entnehmen ist, wurde der Verschiebeweg 

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 hier so gewählt, dass 6 Lochreihen freiliegen, während in Verschieberichtung P2 die letzten beiden Lochreihen Ll, L2 vom Stempel 14 überdeckt bleiben, so dass die ent- sprechenden 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 Fig. 4 schematisch angedeutet, zu einer mecha- nischen Feinjustierung der Noppen 14n in den korrespon- dierenden Vertiefungen 12o entlang der Lochreihen Ll, 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 Polymer- schicht 12. Der Stempel 14 kann dann auf die beschriebene Art und Weise wieder abgenommen werden. Dieser Vorgang kann beliebig oft wiederholt werden. Dabei kann der Stempel beispielsweise auch in einer Richtung 90  zu der zuvor beschriebenen Richtung verschoben werden. Bei ent- sprechenden Profilierungen beziehungsweise Oberflächen- strukturen können auch andere Bewegungsrichtungen, bis hin zu gekrümmten Bewegungen, ausgeführt werden, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen. 



  Fig. 3 zeigt zusätzlich eine Aufsicht, um eine gebildete Struktur (hier: 64 Vertiefungen 12o in 8 x 8 Reihen) deutlich zu machen. 



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

Claims (8)

  1. Ansprüche 1. 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), bl) 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 Profi- lierung (16) korrespondierend zu der zu erstellenden Oberflächenstruktur aufweist, und die Profilierung (16) dl) mindestens einen Abschnitt, und/oder d2) mindestens eine zusätzliche Passmarke aufweist, die d3) sich in Bewegungsrichtung des Stempels (14)
    wieder- holt. <Desc/Clms Page number 11>
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Stempel (14), dessen Profilierung (16) beziehungsweise Passmarke in Richtung auf die zu behandelnde Wafer-Oberfläche (12) vorsteht.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, bei der die Profilierung (16) härter ist als die zu behandelnde Wafer-Oberfläche (12) .
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Stempel, dessen Profilierung beziehungsweise Passmarke in Richtung auf die zu behandelnde Wafer-Oberfläche zurücksteht.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem Stempel, der teilweise aus einem Werkstoff besteht, der weicher als die zu behandelnde Wafer-Oberfläche ist.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einem lichtdurch- lässigen Stempel (14).
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 1 mit einer Einrichtung zum Härten der auf der Wafer-Oberfläche (12) gebildeten Oberflächenstruktur.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, bei der die Einrichtung eine Einrichtung zur UV-Lichthärtung ist.
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